(57)【要約】【課題】分光光度計に用いる紫外線光源、あるいは紫外線硬化性樹脂を硬化するために使用する紫外線光源など、所望の分光分布を要する紫外線光源に関するものである。【解決手段】複数のＬＥＤを搭載した紫外線光源であって、それぞれのＬＥＤの発光ピーク波長が２２０〜３５０ｎｍの範囲に存在し、複数のＬＥＤの内、発光ピーク強度が最大となるＬＥＤの発光ピーク強度に対する、発光ピーク強度が最小となるＬＥＤの発光ピーク強度の比が０．２以上となることを特徴とする、異なる発光ピークを有する複数のＬＥＤを搭載した紫外線光源を提供する。【選択図】  図２
2016039362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光ダイオードを搭載した紫外線光源であって、
全ての発光ダイオードの発光ピーク波長が２２０〜３５０ｎｍの範囲に存在し、
複数の発光ダイオードの内、発光ピーク強度が最大となる発光ダイオードの発光ピーク強度（Ａ）に対する、発光ピーク強度が最小となる発光ダイオードの発光ピーク強度（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．２以上となることを特徴とする、異なる発光ピークを有する複数の発光ダイオードを搭載した紫外線光源。
【請求項２】
全ての発光ダイオードが、温度２５℃、駆動電流値１５０ｍＡにおける発光ピーク強度が０．５ｍＷ／ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の紫外線光源。
【請求項３】
全ての発光ダイオードにおいて、発光主面を有する基板が窒化アルミニウム単結晶からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線光源。
【請求項４】
前記紫外線光源の発光スペクトルが連続した領域をもつ発光強度分布となり、該紫外線光源に搭載する前記複数の発光ダイオードの内、最も短波長の発光ピーク波長を有する発光ダイオードの発光ピーク波長から最も長波長の発光ピーク波長を有する発光ダイオードの発光ピーク波長までの範囲において、最大の発光強度（Ｃ）に対する最小の発光強度（Ｄ）の比（Ｄ／Ｃ）が０．５以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の紫外線光源。
【請求項５】
隣り合う発光ピーク波長（λ１）と発光ピーク波長（λ２）との差（|λ１−λ２｜）を、前記複数の発光ダイオードの内、発光ピークの半値幅が最小となる発光ダイオードの該半値幅以下とすることにより、前記紫外線光源の発光スペクトルが連続した領域をもつ発光強度分布となることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の紫外線光源。
【請求項６】
発光ピーク波長が等しい発光ダイオードを複数個用いることにより、前記紫外線光源に搭載する前記複数の発光ダイオードの内、最も短波長の発光ピーク波長を有する発光ダイオードの発光ピーク波長から最も長波長の発光ピーク波長を有する発光ダイオードの発光ピーク波長までの範囲において、最大の発光強度（Ｃ）に対する最小の発光強度（Ｄ）の比（Ｄ／Ｃ）を０．５以上とすることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の紫外線光源。
【請求項７】
前記紫外線光源の発光スペクトルが、２２０〜３５０ｎｍの範囲でそれぞれの前記発光ダイオードの発光スペクトルが重なることなく独立して存在する発光強度分布となることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の紫外線光源。
【請求項８】
発光ピーク波長が等しい発光ダイオードを複数個用いることにより、前記紫外線光源の独立した発光スペクトルの発光ピーク波長において、最大の発光強度（Ｃ）に対する最小の発光強度（Ｄ）の比（Ｄ／Ｃ）を０．５以上とすることを特徴とする請求項７に記載の紫外線光源。
【請求項９】
発光ピーク強度が最大となる発光ダイオードを１つのみ有する、請求項１〜８のいずれかに記載の紫外線光源。
【請求項１０】
全ての発光ダイオードの発光ピーク波長が２２０〜２８０ｎｍの範囲に存在する、請求項１〜９の何れかに記載の紫外線光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な紫外線光源に関する。具体的には、分光光度計に用いる新規な紫外線光源、あるいは紫外線硬化性樹脂（モノマーおよび重合開始剤）を硬化するために使用する新規な紫外線光源など、所望の分光分布を要する新規な紫外線光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
分光光度計とは、目的とする波長の光を試料に照射することにより、試料の吸光度を測定する装置である。具体的に紫外可視分光光度計について説明すると、該紫外可視分光光度計は、以下の操作を行う装置である。先ず、光源から出た光を分光器により単色化し、目的とする波長の光を試料に照射する。そして、試料に照射する前の光強度と照射した後の光強度から吸光度を算出する。次に、標準試料の吸光度を用いて作成した検量線と比較することで、試料の濃度を定量することができる。さらに、吸収波長が未知の試料においても、可視領域から紫外領域までの光を照射することで吸収波長を特定できる。
【０００３】
分光光度計用光源としては、測定波長範囲内で一様な照射強度をもつ光源が求められている。一様な照射強度を有することにより、測定波長範囲内で一様なＳ／Ｎ比を得ることができため、試料の定量が比較的容易となる。Ｓ／Ｎ比とは、分光光度計などで測定した測定情報において、信号量（Ｓｉｎｇａｌ）と雑音量（Ｎｏｉｓｅ）の比のことであり、試料の定量を行うには、Ｓ／Ｎ比を考慮する必要がある。
【０００４】
従来、分光光度計の紫外線光源として、１８５〜４００ｎｍの連続発光スペクトルを有する重水素ランプが多く用いられてきた。該ランプを用いると、照射強度は波長依存性が高く、例えば２２０ｎｍと３５０ｎｍにおける照射強度を比較すると、３５０ｎｍにおける照射強度は２２０ｎｍにおける照射強度の約１０分の１と低い値である。つまり、該照射波長範囲内において一様な照射強度をもたないことが重水素ランプの課題のひとつであった。
【０００５】
また、Ｓ／Ｎ比は高いほうが好ましく、そのために高輝度の（照射強度の高い）光源が求められている。例えば、分光光度計の可視光光源として多く用いられているハロゲンランプの３５０ｎｍにおける照射強度と、重水素ランプの３５０ｎｍにおける照射強度を比較すると、重水素ランプの照射強度はハロゲンランプの照射強度の数１０分の１と低く、照射強度が低いことも重水素ランプの課題のひとつであった。
【０００６】
さらに、発光波長領域の広い単一の光源を用いると、迷光が多くなり測定精度が低下する可能性がある。迷光とは、波長選択部（分光器）から出射する光強度に対する設定波長以外の波長の光強度の総和の比率を意味する。特に目的とする波長範囲が狭い場合には、測定波長以外の波長において発光の少ない光源を用いることが好ましいと考えられる。例えば、測定波長が３００ｎｍであっても、重水素ランプを用いると１８５〜４００ｎｍの連続スペクトルが分光器に入射することになり、分光器によっては迷光が多くなる場合があった。
【０００７】
また、その他の技術として、紫外線硬化性樹脂（モノマーおよび重合開始剤）を硬化させるための紫外線光源としては、通常、高圧水銀ランプが使用されている。該ランプは固定の発光波長しか有さないため、該波長以外で硬化する紫外線硬化性樹脂の照射用光源としての使用が困難である他、硬化ムラが生じるという問題があった。
【０００８】
これらの問題を解決するためには、発光ダイオード（以下、単に「ＬＥＤ」とする場合もある）を使用することが考えられる。ＬＥＤは波長選択性があるため、ＬＥＤを用いれば、前記課題に対して、迷光量の低減および発光波長の選択が可能となる。例えば、複数のＬＥＤを備えた紫外線照射装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１３６７９６号公報
【特許文献２】国際公開２０１２／０５６９２８号パンフレット
【特許文献３】国際公開２０１１／０７８２５２号パンフレット
【特許文献４】特許第３４９９３８５号公報
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ５（２０１２）１２２１０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の紫外線照射装置であれば、迷光量の低減および発光波長の選択が可能である。
【００１１】
しかしながら、従来のＬＥＤの組み合わせでは、短波長になるにつれ発光強度が低下するという問題があった。特許文献１には、３００〜４００ｎｍの範囲で拡散する紫外線照射装置が提案されているが、３６０〜３７０ｎｍに発光ピークを有する主ＬＥＤと３００〜４００ｎｍの範囲で３６０〜３７０ｎｍ以外に発光ピークを有する副ＬＥＤとを組み合わせている。
【００１２】
本発明者等の検討によれば、３５０ｎｍ以下の短波長、さらには３００ｎｍ以下の短波長、特には２８０ｎｍ以下の短波長の領域に発光ピークを有するＬＥＤは、発光強度が低いという問題あった。つまり、従来の紫外線照射装置では、重水素ランプ同様、一様な照射強度を有する高輝度の光源としての使用が困難であった。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、紫外線光源において、所望の発光波長の領域で一様に高い発光強度を有する紫外線光源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者等は、上記課題を解決するため、鋭意検討を行った。そして、短波長領域、具体的には、発光ピーク波長が２２０〜３５０ｎｍの範囲に存在する複数のＬＥＤを組み合わせて種々の検討を行ったところ、それぞれのＬＥＤの発光ピーク強度の差を調整することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。さらに、該ＬＥＤは、発光ピーク強度の値が高いものを使用し、そして、そのようなＬＥＤは、結晶性がよく、透過率の高い窒化アルミニウム単結晶基板を有することが好ましいことを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
即ち、本発明は、
複数のＬＥＤを搭載した紫外線光源であって、
全てのＬＥＤの発光ピークが波長２２０〜３５０ｎｍの範囲に存在し、
複数のＬＥＤの内、発光ピーク強度が最大となるＬＥＤの発光ピーク強度（Ａ）に対する、発光ピーク強度が最小となるＬＥＤの発光ピーク強度（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．２以上となることを特徴とする、異なる発光ピーク波長を有する複数のＬＥＤを搭載した紫外線光源である。
【００１６】
本発明においては、全てのＬＥＤの発光ピーク強度が０．５ｍＷ／ｎｍ以上であることが好ましい。そして、全てのＬＥＤは、窒化アルミニウム単結晶基板を有することが好ましい。このようなＬＥＤを使用することにより、紫外線光源の発光強度分布を容易に調整できる。
【００１７】
該紫外線光源は、２２０〜３５０ｎｍの範囲のある領域に連続発光スペクトルをもち、最も短波長の発光ピーク波長を有するＬＥＤの発光ピーク波長から最も長波長の発光ピーク波長を有するＬＥＤの発光ピーク波長までの範囲において、最大の発光強度（Ｃ）に対する最小の発光強度（Ｄ）の比（Ｄ／Ｃ）が０．５以上であることが好ましい。
【００１８】
また、この場合、隣り合う発光ピーク波長（λ１）と発光ピーク波長（λ２）との差（|λ１−λ２｜）を、複数のＬＥＤの内、発光ピークの半値幅が最小となるＬＥＤの該半値幅以下とすることにより、連続した領域を有する発光強度分布をもつ発光スペクトルを形成することもできる。
【００１９】
さらに、発光ピーク波長が等しいＬＥＤを複数個用いることにより、該紫外線光源に搭載する複数のＬＥＤの内、最も短波長の発光ピーク波長を有するＬＥＤの発光ピーク波長から最も長波長の発光ピーク波長を有するＬＥＤの発光ピーク波長までの範囲において、最大の発光強度（Ｃ）に対する最小の発光強度（Ｄ）の比（Ｄ／Ｃ）を０．５以上とすることもできる。
【００２０】
発光強度分布を上記の分布とすることにより、連続した波長領域で一様の発光強度で照射することができるため、該波長領域において一様な照射強度を得ることが容易となる。
【００２１】
また、該紫外線光源の発光スペクトルは、２２０〜３５０ｎｍの範囲でそれぞれのＬＥＤの発光スペクトルが重なることなく独立して存在する発光強度分布とすることもできる。
【００２２】
さらには、従来のＬＥＤでは発光強度が特に低かった２２０〜２８０ｎｍの範囲に、それぞれのＬＥＤの発光ピークを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、複数のＬＥＤを搭載し、全てのＬＥＤの発光ピーク波長が２２０〜３５０ｎｍの範囲に存在し、発光ピーク強度が最大となるＬＥＤの発光ピーク強度に対する、発光ピーク強度が最小となるＬＥＤの発光ピーク強度の比を０．２以上とすることにより、一様な発光強度を有する発光スペクトルを達成することができる。
【００２４】
さらには、全てのＬＥＤにおいて、温度２５℃、駆動電流値１５０ｍＡにおける該発光ピーク強度が０．５ｍＷ／ｎｍ以上であることにより、高い発光強度を有する発光スペクトルを達成することができる。
【００２５】
このような紫外線光源を、分光光度計用光源として用いることで、測定精度を向上させることができる。
【００２６】
また、本発明によれば、２２０〜３５０ｎｍの範囲でそれぞれのＬＥＤの発光スペクトルが重なることなく独立して存在する発光スペクトルをとることもできる。このような紫外線光源を、例えば樹脂の硬化のために用いることで、異なる硬化波長を有する複数の紫外線硬化性樹脂の同時硬化や硬化ムラの低減が可能となる。そして、該波長は２２０〜３５０ｎｍで選択可能であるため、目的とする樹脂の硬化波長に応じて波長を選択することができ、効率良く硬化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】製造例１で製造した発光ダイオードの発光強度分布を示した発光スペクトル図である。
【図２】本発明の一態様例（実施例１）である紫外線光源の発光強度分布を示した発光スペクトル図である。
【図３】本発明の一態様例（実施例２）である紫外線光源の発光強度分布を示した発光スペクトル図である。
【図４】本発明の一態様例（実施例３）である紫外線光源の発光強度分布を示した発光スペクトル図である。
【図５】本発明の一態様例（実施例４）である紫外線光源の発光強度分布を示した発光スペクトル図である。
【図６】ＬＥＤの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（紫外線光源）
本発明の紫外線光源は、複数のＬＥＤを搭載したものである。そして、全てのＬＥＤの発光ピーク波長が２２０〜３５０ｎｍの範囲に存在するものである。つまり、発光ピーク波長が異なる複数のＬＥＤを搭載することにより、分光光度計用光源、紫外線硬化性樹脂の硬化用光源等に使用することができる。以下に、紫外可視分光光度計に使用した場合の実施形態について説明する。なお、後述する製造例１で作製したＬＥＤの発光スペクトル図を図１に示す。本発明において、発光ピーク強度、発光ピーク波長、発光ピークの半値幅は、図１に示す点または範囲の値である。
【００２９】
本発明の紫外線光源は、２２０〜３５０ｎｍの範囲に異なる発光ピーク波長を有する複数のＬＥＤを搭載し、該複数のＬＥＤの内、発光ピーク強度が最大となるＬＥＤの発光ピーク強度（Ａ）に対する、発光ピーク強度が最小となるＬＥＤの発光ピーク強度（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．２以上となることを特徴とする。従来の重水素ランプを用いた場合には、発光強度が低く、かつ該発光強度の波長依存性が高い発光スペクトルであったものを、本発明の紫外線光源は異なる発光ピーク波長を有する複数のＬＥＤを搭載することにより、一様に高い発光強度を有する発光スペクトルを得ることができる。また、使用するＬＥＤの発光ピーク波長の範囲は、好ましくは２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは２２０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下である。３００ｎｍ以下、特に２８０ｎｍ以下の範囲で発光強度の高いＬＥＤは、それ自体の製造が困難であったため、従来には存在しなかったものである。このような短波長領域に発光ピーク波長を有するＬＥＤを使用することにより、短波長領域においても、長波長領域と同様の測定精度で分析ができるようになるものと考えられる。
【００３０】
本発明の紫外線光源において、複数のＬＥＤの内、発光ピーク強度が最大となるＬＥＤの発光ピーク強度（Ａ）に対する、発光ピーク強度が最小となるＬＥＤの発光ピーク強度（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）を０．２以上としなければならない。なお、この比（Ｂ／Ａ）は、発光ピーク強度が最大である１つのＬＥＤの発光ピーク強度（Ａ）と発光ピーク強度が最小である１つのＬＥＤの発光ピーク強度（Ｂ）との比である。
【００３１】
該比（Ｂ／Ａ）が０．２未満であると発光スペクトルの発光強度を一様とすることが困難であるため好ましくない。発光スペクトルの発光強度を一様とするために、発光強度の小さいＬＥＤを複数搭載することも可能であるが、該比（Ｂ／Ａ）が０．２未満であると、そのために多数のＬＥＤを搭載しなければならない。本発明の紫外線光源においては、該比（Ｂ／Ａ）が０．２以上であるため、一様な発光スペクトルを得るために発光強度の小さいＬＥＤを複数搭載する場合においても、より少ない数で足りる。また、該比（Ｂ／Ａ）が０．２未満である場合、発光強度の小さいＬＥＤを試料の近くに、発光強度の大きいＬＥＤを試料の遠くに配置することで照射強度を一様にすることも可能であるが、装置が複雑になり好ましくない。本発明によれば、該比（Ｂ／Ａ）が０．２以上となるため、試料と光源との距離を変えなくても一様な発光スペクトルを得られることができ、装置構造が単純化する。ＬＥＤの搭載数をより少なくし、さらに装置構造をより単純化するため、上記比（Ｂ／Ａ）が０．３以上、さらには０．５以上とすることが好ましい。なお、該比（Ｂ／Ａ）の上限値は１．０である。
【００３２】
そして、全てのＬＥＤにおいて、温度２５℃、駆動電流値１５０ｍＡにおける発光ピーク強度が０．５ｍＷ／ｎｍ以上となることが好ましい。紫外線光源を小型化したり、試料への照射強度をより高めたりするためには、全てのＬＥＤにおいて、温度２５℃、駆動電流値１５０ｍＡにおける発光ピーク強度が０．８ｍＷ／ｎｍ以上となることがより好ましく、１．０ｍＷ／ｎｍ以上となることがさらに好ましい。発光ピーク強度の上限値は、特に制限されるものではないが、通常の工業的生産を考慮すると、５０ｍＷ／ｎｍである。このようなＬＥＤを使用することにより、従来用いられてきた光源において、可視光に比べ紫外光の発光強度が低いという課題を、より少ないＬＥＤによって解決できる。
【００３３】
（紫外線光源の発光分布について）
本発明の紫外線光源は、上記特性を有するため、発光強度分布の調整が容易となる。そのため、連続した発光強度領域を有する発光スペクトル（図２、図３参照）の紫外線光源や、独立した複数の発光ピーク（発光スペクトル）を有する発光強度分布を示す発光スペクトル（図４参照）の紫外線光源とすることができる。これらについて説明する。
【００３４】
（連続した発光強度領域を有する発光スペクトルをもつ紫外線光源）
本発明の紫外線光源は、一の実施形態において、２２０〜３５０ｎｍの任意の波長範囲に連続した領域を有する発光スペクトルをもつ紫外線光源であり、該領域の、最も短波長の発光ピーク波長を有するＬＥＤの発光ピーク波長から最も長波長の発光ピーク波長を有するＬＥＤの発光ピーク波長までの範囲において、最大の発光強度（Ｃ）に対する最小の発光強度（Ｄ）の比（Ｄ／Ｃ）が０．５以上である紫外線光源とすることが容易である。前述した重水素ランプ（既存の紫外線光源）においては、該比は最小で０．１程度であるため、該比（Ｄ／Ｃ）を０．５以上とすることにより、発光強度差が小さくなり有利である。
【００３５】
また、使用するＬＥＤの発光強度および／または発光ピーク波長を調整すれば、最大の発光強度（Ｃ）に対する最小の発光強度（Ｄ）の比（Ｄ／Ｃ）の比を０．８以上とすることもできる。なお、特に制限されるものではないが、最も好ましい比（Ｄ／Ｃ）は１．０であり、該比（Ｄ／Ｃ）の上限値である。
【００３６】
本発明において、紫外線光源が連続発光スペクトルを有するためには、紫外線光源が有する複数のＬＥＤの、隣り合う発光ピーク波長（λ１）と発光ピーク波長（λ２）との差（｜λ１−λ２｜）を、複数のＬＥＤの内、発光ピークの半値幅が最小となるＬＥＤの該半値幅以下とすることが好ましい。ここで「半値幅」とは半値全幅を意味する。通常、ＬＥＤは、発光スペクトルの半値幅が５〜２０ｎｍである単一ピークを有する。そのため、発光ピーク波長の隣り合う２つのＬＥＤの発光ピーク波長と発光ピーク波長との差の絶対値を、搭載する複数のＬＥＤの内、最小の半値幅を有するＬＥＤの半値幅以下とすることにより、連続した領域を有する発光強度分布を容易に得ることができる。
【００３７】
また、発光ピーク波長が等しいＬＥＤを複数個用いることにより、該領域の、最も短波長の発光ピーク波長を有するＬＥＤの発光ピーク波長から最も長波長の発光ピーク波長を有するＬＥＤの発光ピーク波長までの範囲において、最大の発光強度（Ｃ）に対する最小の発光強度（Ｄ）の比（Ｄ／Ｃ）が０．５以上である紫外線光源とすることが容易となる。また、使用するＬＥＤの発光強度および／または発光ピーク波長を調整することにより、該比（Ｄ／Ｃ）を０．８以上とすることもできる。なお、特に制限されるものではないが、最も好ましい比（Ｄ／Ｃ）は１．０であり、該比（Ｄ／Ｃ）の上限値である。また、発光ピーク強度が最大となるＬＥＤの個数は１つであることが好ましい。
【００３８】
このような連続した領域を有する紫外線光源は、分光光度計用紫外線光源として使用できる。
【００３９】
（独立した発光スペクトルを有する紫外線光源）
本発明の紫外線光源は、他の一の実施形態において、紫外線光源の発光スペクトルが、２２０〜３５０ｎｍの範囲でそれぞれのＬＥＤの発光スペクトルが重なることなく独立して存在する発光強度分布とすることができる。この場合、使用するＬＥＤにおいて、発光スペクトルの領域が重ならないものを選択して使用すればよく、さらに用途に応じて発光波長を選択すればよい。
【００４０】
このような独立した発光スペクトルを有する紫外線光源とする場合には、発光ピーク波長が等しいＬＥＤを複数個用いることにより、該紫外線光源の独立した発光スペクトルの発光ピーク波長において、最大の発光強度（Ｃ）に対する最小の発光強度（Ｄ）の比（Ｄ／Ｃ）を０．５以上とすることもできる。該比（Ｄ／Ｃ）が０．５以上であることにより、所望の独立した発光波長での発光強度差が小さくなるため、例えば、紫外光硬化性樹脂の硬化用光源として用いる場合には、異なる硬化波長をもつ複数の紫外光硬化性樹脂を同時に硬化することが可能となり、さらに硬化ムラを低減することが可能となる。また、特に制限されるものではないが、最も好ましい比（Ｄ／Ｃ）は１．０であり、該比（Ｄ／Ｃ）の上限値である。なお、発光ピーク強度が最大となるＬＥＤの個数は、１つであることが好ましい。
次に、以上のような特性を示す本発明の紫外線光源の製造方法について説明する。
【００４１】
（紫外線光源の製造方法）
本発明の紫外線光源は、発光ピーク波長が２２０〜３５０ｎｍの範囲に存在するＬＥＤを部品として用いて製造できる。複数のＬＥＤの内、発光ピーク強度が最大となるＬＥＤの発光ピーク強度（Ａ）に対する、発光ピーク強度が最小となるＬＥＤの発光ピーク強度（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．２以上となるように、発光ピーク波長が異なるＬＥＤを組み合わせて用いることにより、本発明の紫外線光源を製造できる。
【００４２】
そのため、使用するＬＥＤは、上記条件を満足すれば、市販のものを使用することができる。ただし、異なる波長における発光強度差が小さく、発光強度の高いものを製造する場合には、以下の方法で製造したＬＥＤを使用することが好ましい。
【００４３】
（紫外線光源に搭載するＬＥＤについて）
本発明に使用するＬＥＤは、発光ピーク波長が２２０〜３５０ｎｍの範囲に存在し、使用する複数のＬＥＤの内、発光ピーク強度が最大となるＬＥＤの発光ピーク強度（Ａ）に対する、発光ピーク強度が最小となるＬＥＤの発光ピーク強度（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．２以上となるものであれば、その製造方法は制限されるものではなく、市販のＬＥＤを使用することもできる。
【００４４】
本発明においては、全てのＬＥＤにおいて、温度２５℃、駆動電流値１５０ｍＡにおける該発光ピーク強度が０．５ｍＷ／ｎｍ以上となることが好ましい。そして、全てのＬＥＤが、窒化アルミニウム単結晶基板を有するものであることが好ましい。
【００４５】
また、本発明で使用するＬＥＤは、２５℃において、駆動電流値を１５０ｍＡとしたときの発光ピーク強度が０．５ｍＷ／ｎｍであるとともに、駆動電圧値が１０Ｖ以下であることが好ましい。駆動電圧が１０Ｖ以下であることにより、低消費電力、高耐久性を実現でき、本発明における紫外線光源に好適に使用できる。
【００４６】
このような特性を有するＬＥＤは、以下の方法により製造できる。
【００４７】
通常、紫外ＬＥＤは、下地基板上に、素子層（ｎ型層、活性層、およびｐ型層）および電極（ｎ型電極およびｐ型電極）を有する構造である。図６にその代表例を示す。紫外ＬＥＤ（紫外ＬＥＤウェハ）１は、基板（下地基板）２上に、ｎ型層３、活性層４、ｐ型層８（このｐ型層は、ｐ型ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３Ｎ層５、ｐ型ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４Ｎ層６、ｐ型ＩｎＹＧａ１−ＹＮ層７がこの順で活性層４上に積層されている）がこの順で積層された積層構造を有する。そして、ｎ型層３上にｎ型電極（層）９、ｐ型層８上にｐ型電極（層）１０を有する。なお、図示していないが、基板２とｎ型層３との間にはバッファ層を形成することもできるし、基板の裏面側（ｎ型層３が積層されていない側）には、凹凸を形成することもできる。
【００４８】
該ＬＥＤ１の該基板２には、その上に成長して形成するｎ型層３および活性層４の転位密度を低減できる材料であれば限定されるものではなく、サファイア、窒化アルミニウム単結晶（ＡｌＮ単結晶）などの材料が使用できる。より転位密度を低減するためには、ＡｌＮ単結晶を用いることが好ましい。そして、ｎ型層３、活性層４、およびｐ型層８は、Ａｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなることが好ましい（ただし、下記に詳述するが、ｐ型層８のｐ型電極１０と接する層はＡｌを含まないＩＩＩ族窒化物半導体からなることが好ましい。）。その中でも、本発明のＬＥＤは、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（但し、Ｘは、０≦Ｘ≦１．０を満足する有理数である。）で表されるＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層３、活性層４、ｐ型層８を順次形成した積層構造を有するものであることが好ましい。そして、ｎ型電極９の抵抗値は１．０Ω未満を満足する範囲であることが好ましい。
【００４９】
基板２に関して以下に説明する。該ＬＥＤの素子層を形成させるための下地基板にはＡｌＮ単結晶が好適に用いられる。該基板の転位密度は、好ましくは１０６ｃｍ−２以下であり、より好ましくは１０５ｃｍ−２以下であり、さらに好ましくは１０４ｃｍ−２以下である。さらに、高い発光強度を実現するためには基板における紫外光の吸収を抑制しなければならないため、ＬＥＤ１の発光ピーク波長の紫外光に対する基板２の内部透過率が８５％以上であることが好ましく、さらに９５％以上であることが好ましい。内部透過率は高ければ高いほど好ましく、理想的には１００％である。また、基板２の厚みは、内部透過率が８５％以上となり、操作性を低下させない範囲で決定することが好ましい。具体的には、５０〜５００μｍであることが好ましい。該ＡｌＮ単結晶基板は、転位密度が１０６ｃｍ−２以下のＡｌＮ単結晶基板を薄膜化しても良いし、昇華法で得られた１０４ｃｍ−２以下のＡｌＮ単結晶基板上にＨＶＰＥ法でＡｌＮ単結晶層を成長させ、その後、ＡｌＮ単結晶層を分離してＡｌＮ単結晶基板としても良い。
【００５０】
前記基板２は、その一方の面上にｎ型層３、活性層４、およびｐ型層８がこの順で積層され、これら層が形成されない面が、光が放出される発光主面となる。
【００５１】
次に、前記基板２上に形成するｎ型層３、活性層４、ｐ型層８、ｎ型電極９、およびｐ型電極１０について説明する。
【００５２】
ｎ型層３、活性層４、およびｐ型層８は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などの公知の結晶成長法によって形成できる。中でも、生産性が高く工業的に広く用いられているＭＯＣＶＤ法が好ましい。ＭＯＣＶＤ法を採用する場合は、下記に詳述するが、例えばＷＯ２０１２／０５６９２８（特許文献２）に記載の方法と同様にして形成すればよい。
【００５３】
ｎ型層３は、ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層に、Ｓｉ、Ｏ、Ｇｅなどの公知のｎ型ドーパント材料をドーピングすることで、ｎ型導電性を付与していることが好ましい。Ａｌ組成比のＸ１は、所望の発光ピーク波長に応じて、０．１≦Ｘ１≦０．９５の範囲で適宜決定すればよい。ｎ型層３の転位密度は１０８ｃｍ−２以下であることが好ましく、１０６ｃｍ−２以下であることがより好ましい。またｎ型層３の厚みは、特に制限されるものではないが、５００〜５０００ｎｍであることが好ましい。
【００５４】
ｎ型層３にドーピングするドーパント材料は、公知のｎ型ドーパント材料の中でも、原料濃度の制御性や、ｎ型層３中のイオン化エネルギーなどを考慮すると、Ｓｉであることが好ましい。ｎ型ドーパント濃度は所望の導電性が得られるように適宜決定できる。また、ｎ型層３は、単一のＡｌ組成および単一のｎ型ドーパント濃度を有する単一層であってもよいし、Ａｌ組成および／またはｎ型ドーパント濃度が異なる複数の層が積層された構造を有していてもよい。
【００５５】
また、ｎ型層３のｎ型導電性を高めるためには、ｎ型層３を成長させるにあたり、ｎ型ドーパントに対して補償中心として働く、III族元素の欠陥やIII族元素と不純物の複合欠陥の形成を抑制できるように、ｎ型ドーパント以外の不純物の混入を低減できるような成長条件を適宜選定することが好ましい。それによって、ｎ型層３とｎ型電極９との接触抵抗を低減することができる。
【００５６】
ＭＯＣＶＤ法でｎ型層３を形成する場合、III族原料ガスおよび窒素源ガスの供給量等を調整することにより、所望の組成のｎ型層を形成することができる。その際、所望のドーパント濃度を満足するようにドーパントガス流量を調整することもできる。また、ｎ型層３の転位密度を１０８ｃｍ−２以下とするためには、基板２として転位密度の低いＡｌＮ単結晶基板、具体的には転位密度１０６ｃｍ−２以下、より好ましくは１０４ｃｍ−２以下のＡｌＮ単結晶基板を採用することが好ましい。
【００５７】
活性層４は、ｎ型層上に形成され、活性層における発光効率を向上させるため、量子井戸層と障壁層を組み合わせた量子井戸構造にすることが好ましい。井戸層の厚みは２〜１０ｎｍであることが好ましく、障壁層は厚み５〜３０ｎｍであることが好ましい。また、高い発光効率を安定して得るためには、活性層４は３層以上の量子井戸層を有することが好ましい。量子井戸層および障壁層は、III族窒化物単結晶から構成され、その中でも、いずれもＡｌＸＧａ１−ＸＮ層であることが好ましい。量子井戸層および障壁層それぞれのＡｌ組成（Ｘ）および厚みは、所望の発光ピーク波長が得られるように適宜決定することができる。また、量子井戸層および障壁層には、発光効率を向上させることを目的として、不純物をドーピングしてもよい。
【００５８】
ＭＯＣＶＤ法で活性層４を形成する場合、III族原料ガスおよび窒素源ガスの供給量等を調整することにより、所望の組成の活性層（量子井戸層および障壁層）を形成することができる。転位密度の低い（具体的には例えば１０８ｃｍ−２以下の）ｎ型層上に活性層を形成することにより、高性能な紫外発光ダイオードを製造することができる。
【００５９】
ｐ型層８は、公知のｐ型ドーパント材料を含有させることによりｐ型の導電性を付与した導電層である。公知のｐ型ドーパント材料の中でもＭｇを採用することが好ましい。具体的に、ｐ型ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３Ｎ層５、ｐ型ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４Ｎ層６、ｐ型ＩｎｙＧａ１−ｙＮ層７の順で活性層上に３層を積層すると良い。Ａｌ組成については、所望の発光波長に応じて０．５≦Ｘ３≦１．０、０．２≦Ｘ４≦０．９の範囲で適宜決定すればよい。中でも、活性層４への電子の閉じ込め効果を高めるためには、上述の範囲内でＸ４≦Ｘ３とすることが好ましい。また、より高い発光効率を得るためには、Ｘ１≦Ｘ４≦Ｘ３とすることが好ましい。ただし、Ｘ１は上記で示したｎ型層を構成するｎ型ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層におけるＡｌ組成比である。また、ｐ型ＩｎＹＧａ１−ＹＮ層７におけるＩｎ組成については、０≦Ｙ≦０．１であることが好ましく、ｐ型電極１０との接触抵抗を低減するためには、Ｙ＝０であることがさらに好ましい。
【００６０】
ＭＯＣＶＤ法でｐ型層８を形成する場合、III族原料ガスおよび窒素源ガスの供給量等を調整することにより、所望の組成のｐ型層を形成することができる。その際、所望のドーパント濃度を満足するようにドーパントガス流量を調整することもできる。III族原料ガス、窒素源ガス、ドーパント原料ガスの供給量等を調整することにより、所望の組成のｐ型層を形成することができる。そして、これらガスの供給量を調整して、多層構造、例えば、ｐ型ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３Ｎ層５、ｐ型ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４Ｎ層６、およびｐ型ＩｎＹＧａ１−ＹＮ層７からなる多層構造を有するｐ型層８を形成することができる。
【００６１】
ｎ型電極９は、ｎ型層３の上に形成される。ｎ型電極９は、公知のｎ型オーミック電極材料および形成方法を用いて形成することができる。ｎ型オーミック電極材料は、ｎ型層３との接触抵抗値を低減可能な材料であれば、特に限定されるものではない。ｎ型電極９を構成する各層は、真空蒸着法、スパッタリング法などによって形成できる。
【００６２】
また、ｎ型電極９とｎ型層３との接触抵抗値を低減させるため、ｎ型電極層９を形成した後に、アルゴン、窒素などの不活性ガス雰囲気中でアニールすることが好ましい。アニール温度は特に制限されるものではないが、７００〜１１００℃であることが好ましい。ｎ型電極９は具体的には例えば、国際公開２０１１／０７８２５２号パンフレット（特許文献３）に記載のｎ型コンタクト電極の形成方法により好ましく形成することができる。特許文献３には、Ｔｉ、およびＡｌを含むｎ型オーミック電極材料およびその形成方法が開示されている。より詳しくは、特許文献３には、III族窒化物単結晶からなるｎ型半導体層の上にｎ型コンタクト電極を形成する方法であって、該ｎ型半導体層上にＴｉ、ＶおよびＴａからなる群より選ばれる少なくとも１種からなる金属層からなる第一の電極金属層を形成した後、８００℃以上１２００℃以下の温度で熱処理を行う工程、及び、第一の電極金属層上に仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属からなる高導電性金属層を含んでなる第二の電極金属層を形成した後、７００℃以上１０００℃以下の温度で熱処理を行う工程とを含む、ｎ型コンタクト電極の形成方法が開示されている。当該方法においては、第一の金属電極層を構成する金属としてＴｉを用い且つ高導電性金属層を構成する金属としてＡｌを用いることが好ましく、加えて、第二の電極金属層が、Ｔｉ、ＶおよびＴａからなる群より選ばれる少なくとも１種からなる接合金属層（好ましくはＴｉ）、仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属からなる高導電性金属層（好ましくはＡｌ）、並びにＡｕおよび／又はＰｔからなる貴金属層を含む多層構造を有し、当該多層構造において接合金属層は最下層に配置され、貴金属層は高導電性金属層よりも上層に配置されていることが好ましい。
【００６３】
また、ｎ型電極（ｎ型電極層）９の厚みは、特に限定されるものではなく、アニール後の接触抵抗値の低減が可能な範囲でｎ型電極層９を構成する各層の膜厚を適宜決定すればよいが、ｎ型電極層９の生産性などを考慮すると、総厚を５０〜５００ｎｍにすることが好ましい。
【００６４】
ｎ型電極９の固有接触抵抗値（Ω・ｃｍ２）を該ｎ型電極９が設置された部分の電極面積（ｃｍ２）で除したｎ型電極抵抗値が１．０Ω未満であることが好ましい。電流―電圧特性を考慮すると、ｎ型電極抵抗は小さいほど好ましく、０．５Ω以下であることがさらに好ましく、最も好ましくは０．４Ω以下である。また、ｎ型電極の固有接触抵抗値と電極面積は、ｎ型電極抵抗値１．０Ω未満を満足する範囲であれば、特に制限されるものではないが、以下の範囲であることが好ましい。固有接触抵抗値は、１０−２Ω・ｃｍ２以下であることが好ましく、さらに１０−３Ω・ｃｍ２以下であることが好ましい。固有接触抵抗値の下限値は、低ければ低いほど好ましいが、工業的な生産を考慮すると１０−７Ω・ｃｍ２である。また、電極面積は、ｎ型電極抵抗に合わせて適宜調整すればよく、ＬＥＤの大きさにもよるが、通常、０．５〜０．０００１ｃｍ２の範囲である。このようなｎ型電極とすることにより、該ＬＥＤの駆動電圧を低くすることができる。
【００６５】
なお、上記固有接触抵抗値は、公知のＴＬＭ法（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｍｏｄｅｌ）によって測定することができる。具体的には、ｎ型層3上に固有接触抵抗値測定用に形成した複数の電極において、電極間距離と抵抗値に基づきＴＬＭ法に従って計算を行うことにより、与えられた電極面積と電極形成条件との組み合わせにおける固有接触抵抗値を求めることができる。
【００６６】
ｐ型電極１０は、特に制限されるものではなく、公知の電極材料および電極構造を採用することができる。具体的には、ｐ型層８（図１においてはｐ型ＩｎＹＧａ１−ＹＮ層７）との接触抵抗値を低減可能な材料であれば、特に限定されるものではないが、例えば、特許第３４９９３８５号公報（特許文献４）に記載されている、ＮｉおよびＡｕを含む電極材料を好ましく採用することができる。
【００６７】
ｐ型電極１０の電極面積は、ｐ型電極（ｐ型電極層）１０とｐ型層８が接触している面積を指す。本発明に用いるＬＥＤにおいて、ｐ型電極の面積は、活性層のうち発光に寄与する部分の面積に対応する。駆動電流値が１５０ｍＡと大きい場合にはｐ型電極面積が小さすぎると発光出力密度が飽和し、駆動電圧が上昇し、加えて寿命が短くなる傾向にある。一方、ｐ型電極面積が大きすぎると、発光出力密度が低下するとともに、ＬＥＤチップサイズが大型化するため好ましくない。よって、ｐ型電極面積は０．０００１〜０．０１ｃｍ２であることが好ましく、０．０００５〜０．００５ｃｍ２であることがより好ましい。
【００６８】
以上のような製造方法で得られたＬＥＤは、発光ピーク波長が２２０〜３５０ｎｍの範囲に存在し、かつ、温度２５℃において、駆動電流値１５０ｍＡにおける該発光ピーク強度が０．５ｍＷ／ｎｍ以上であるＬＥＤとすることができる。本発明は、発光ピーク強度が最大となるＬＥＤの発光ピーク強度（Ａ）に対する、発光ピーク強度が最小となるＬＥＤの発光ピーク強度（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．２以上であり、さらに、全てのＬＥＤの発光ピーク強度が０．５ｍＷ／ｎｍ以上であるため、このような特性を有するＬＥＤを使用することが好ましい。
【００６９】
以上のような特性を有する、複数のＬＥＤを種々組み合わせることにより、本発明の紫外線光源を容易に製造することができる。そして、使用する目的に応じて、ＬＥＤを選択することにより、図２、図３、図４のような発光スペクトルの紫外線光源を製造できる。
【００７０】
また、ＬＥＤまたはＬＥＤを搭載した紫外線光源に、カバーを用いる際には、２２０〜３５０ｎｍの波長領域における透過性が高いものを用いることが好ましい。これにより、ＬＥＤの発光を減衰することなく試料に照射することが可能となる。
【００７１】
本発明の紫外発光ダイオード１においては、基板２のｎ型層３が積層された面とは反対側の面が、光が放射される発光主面となる。そして、この発光主面には、屈折率が１．０〜２．４である材質からなる層を積層してもよい。このような材質からなる層を形成することにより、効率よく光を取出すことができる。屈折率が１．０〜２．４である材質としては、特に制限されるものではなく、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＦ、ＭｇＦなどの無機材料の他、Ｈ２Ｏなどの液体材料を例示できる。
【００７２】
また、光を効率よく取出すためには、発光主面に凹凸構造を形成することが好ましい。凹凸構造は、公知の方法、例えば、基板をエッチングする方法等により発光主面に形成することができる。凹凸構造は、発光ピーク波長に応じて適宜調整すればよいが、高さと幅がそれぞれ１００〜１０００ｎｍの範囲にある凸部を形成することが好ましい。
【００７３】
なお、凹凸構造を有する発光主面上に、屈折率が１．０〜２．４となる材質からなる層を形成することにより、より一層、効率よく光を取出すこともできる。
【００７４】
（紫外線光源に搭載するＬＥＤの回路について）
紫外線光源に搭載する複数の紫外発光ダイオードは、一つの電源に対して直列に接続しても良いし、一つの電源に対して並列に接続しても良い。または、直列回路と並列回路とを組み合わせた複合回路としてもよく、複数の電源を用いて複数の紫外発光ダイオードのそれぞれに別個の電源を設けて、個々の紫外発光ダイオードを単独で制御してもよい。複数の紫外発光ダイオードを直列に接続する場合は、電源電圧を、回路に接続するすべての紫外発光ダイオードの駆動電圧値の和以上とする必要がある。本発明の紫外線光源は、上記製造方法により製造したＬＥＤを用いれば、該紫外発光ダイオードの駆動電圧値が低いことに起因して、電源電圧を容易に抑えることができる。複数の紫外発光ダイオードを並列に接続する場合には、紫外発光ダイオードと直列に抵抗を接続することで、抵抗の小さな紫外発光ダイオードに過電流が流れることを防ぐことができる。あるいは、例えば、複数の紫外発光ダイオードの内、他の紫外発光ダイオードに比べて発光ピーク強度の小さな紫外発光ダイオードには、他の紫外発光ダイオードに比べて大きな電流を流すことにより、発光強度差の小さい発光スペクトルを有する紫外線光源の製造が容易となる。特に、上記製造方法により製造した紫外発光ダイオードを部品として用いていることにより、該紫外発光ダイオードに比較的大きな電流を流すことが可能であるため、発光強度差の小さい発光スペクトルを有する紫外線光源の製造が容易となる。また、複数の電源を用いて個々の紫外発光ダイオードをそれぞれ単独で制御する場合には、それぞれの紫外発光ダイオードに流す電流の制御が容易となる。以上のように、所望の形態に即して回路を組み立てることができる。
【実施例】
【００７５】
次に、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７６】
（ＬＥＤの製造）
製造例１
（基板の準備）
本発明のＬＥＤを作製するためのＡｌＮ単結晶基板は、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ５（２０１２）１２２１０１（非特許文献１）に記載の方法により作製した。具体的には、先ず、物理気相輸送（ＰＶＴ）法により作製された直径２５ｍｍのＡｌＮ種基板上に、ハイドライド気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）法により２５０μｍの厚みでＡｌＮ厚膜を形成し、ＡｌＮ厚膜成長面の化学機械（ＣＭＰ）研磨を行った。このようなＨＶＰＥ法  ＡｌＮ厚膜／ＡｌＮ種基板の積層体（成長用基板）を紫外発光ダイオードの成長用基板として使用した。なお、下記に詳述するが、ＡｌＮ種基板はこの成長用基板から最終的に除去する。この成長用基板を全く同じ条件で４枚作製した。
【００７７】
１つの成長用基板を分析用に使用するため、ＡｌＮ種基板部分を除去した。得られたＡｌＮ単結晶基板（厚み  １７０μｍ、ＨＶＰＥ法  ＡｌＮ厚膜部分）のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定した。具体的には、高分解能Ｘ線回折装置（スペクトリス社パナリティカル事業部製Ｘ’Ｐｅｒｔ）により、加速電圧４５ｋＶ、加速電流４０ｍＡの条件で、ＡｌＮ単結晶基板の（００２）および（１０１）面のＸ線ロッキングカーブ測定を行った。Ｘ線ロッキングカーブの半値幅はいずれも、３０ａｒｃｓｅｃ以下であった。また、他方の６つの成長用基板において、研磨したＡｌＮ厚膜部分の（００２）および（１０１）面のＸ線ロッキングカーブ測定を同様の条件で行った。その結果、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅はいずれも、３０ａｒｃｓｅｃ以下であった。このことから、ＡｌＮ種基板を除いたＡｌＮ単結晶基板と、成長用基板のＡｌＮ厚膜部分は同じ結晶性を有する同一のＡｌＮ単結晶であることが確認できた。
【００７８】
この分析用のＡｌＮ単結晶基板の内部透過率を紫外可視分光光度計（島津製作所製ＵＶ−２５５０）により測定した結果、２６５ｎｍにおける内部透過率は９５％であり、２２０ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲内での内部透過率は８５％以上であった。また、エッチピット観察により測定した転位密度は２×１０５ｃｍ−２であった。
【００７９】
その後、３枚の成長用基板を７ｍｍ角程度の正方形形状に切断した（７ｍｍ角程度の１２枚の正方形形状の成長用基板を準備した。）。
【００８０】
（ｎ型層、活性層、ｐ型層の形成）
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に、ＭＯＣＶＤ法により、１０８０℃で、ｎ型Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０Ｎ層（１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０Ｎ（４ｎｍ）／Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ層（１０ｎｍ）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．８０Ｇａ０．２０Ｎ（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型ＧａＮ層（２０ｎｍ：ｐ型層）を順次積層し、紫外発光用積層体を作製した。不純物のドーピングはｎ型層中のＳｉ濃度が２×１０１９ｃｍ−３、ｐ型層中のＭｇ濃度が３×１０１９ｃｍ−３となるようにドーパントとして用いたテトラエチルシランおよびビスシクロペンタジエニルマグネシウム流量を制御した。
【００８１】
（ｎ型電極の形成）
次いで、ＩＣＰエッチング装置により、紫外発光用積層体の一部（ｐ型層側からの一部）をｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ｎ層（ｎ型層）が露出するまでエッチングした。ｎ型電極面積が０．００２ｃｍ２となるように、該露出表面に真空蒸着法によりＴｉ（２０ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）／Ｔｉ（２０ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）かならなるｎ型電極を形成した。その後、窒素雰囲気中、１分間、９５０℃の条件で熱処理を行った。ｎ型電極抵抗値は０．４５Ωであった。
【００８２】
（ｐ型電極の形成）
次いで、ｐ型ＧａＮ層上に、真空蒸着法によりＮｉ（２０ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）からなるｐ型電極を形成した後、酸素雰囲気中、５分間、５００℃の条件で熱処理を行った。なお、ｐ型電極面積は０．０００８ｃｍ２とした。
【００８３】
（ＡｌＮ種基板の除去：ＬＥＤウェハの製造）
次いで、ＡｌＮ種基板部分を機械研磨により除去し、ＬＥＤウェハを完成させた。研磨後のＨＶＰＥ法ＡｌＮ厚膜層の残厚は１７０μｍであった。
【００８４】
（ＬＥＤ、およびその物性評価）
その後、ＬＥＤウェハを０．８ｍｍ角程度の正方形形状に切断することによりＬＥＤチップを作製し、多結晶ＡｌＮキャリアにマウントし、ＬＥＤを完成させた。製造例１で製造したＬＥＤの断面模式図を図６に示す。作製したＬＥＤの発光強度および発光ピーク波長は、２インチ積分球（スフィアオプティクス社製ゼニスコーティング）、およびマルチチャンネル分光器（オーシャンフォトニクス社製ＵＳＢ４０００）を用いて測定した。ＬＥＤの発光ピーク波長は２６５ｎｍであった。製造例１で製造したＬＥＤの発光スペクトルを図１に示した。また、発光ピーク強度（ｍＷ／ｎｍ）、発光ピークの半値幅を表１にまとめた。また、本製造例で製造したＬＥＤの駆動電圧値は８．９Vであった。なお、これらの値は、駆動電流値１５０ｍＡ、２５℃で測定した値である。
【００８５】
製造例２
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０Ｎ層（１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ（４ｎｍ）／Ａｌ０．６０Ｇａ０．４０Ｎ層（１０ｎｍ）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．８０Ｇａ０．２０Ｎ（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型ＧａＮ層（２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、製造例１と同様にして、紫外ＬＥＤを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２７３ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、本製造例で製造したＬＥＤのｎ型電極抵抗値は０．４０Ω、駆動電圧値は９．０Vであった。
【００８６】
製造例３
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ層（１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．４０Ｇａ０．６０Ｎ（４ｎｍ）／Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎ層（１０ｎｍ）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型ＧａＮ層（２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、製造例１と同様にして、紫外ＬＥＤを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２８０ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、本製造例で製造したＬＥＤのｎ型電極抵抗値は０．４０Ω、駆動電圧値は８．７Vであった。
【００８７】
製造例４
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ層（１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ｎ（４ｎｍ）／Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０Ｎ層（１０ｎｍ）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型ＧａＮ層（２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、製造例１と同様にして、紫外ＬＥＤを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２８８ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、本製造例で製造したＬＥＤのｎ型電極抵抗値は０．３０Ω、駆動電圧値は８．７Vであった。
【００８８】
製造例５
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ層（１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ（４ｎｍ）／Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ層（１０ｎｍ）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型ＧａＮ層（２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、製造例１と同様にして、紫外ＬＥＤを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２９７ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、本製造例で製造したＬＥＤのｎ型電極抵抗値は０．２０Ω、駆動電圧値は８．５Vであった。
【００８９】
製造例６
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．８０Ｇａ０．２０Ｎ層（１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ（４ｎｍ）／Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層（１０ｎｍ）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ｎ（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型ＧａＮ層（２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、製造例１と同様にして、紫外ＬＥＤを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２４５ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、本製造例で製造したＬＥＤのｎ型電極抵抗値は０．５５Ω、駆動電圧値は９．３Vであった。
【００９０】
製造例７
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．８０Ｇａ０．２０Ｎ層（１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．６０Ｇａ０．４０Ｎ（４ｎｍ）／Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層（１０ｎｍ）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ｎ（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型ＧａＮ層（２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、製造例１と同様にして、紫外ＬＥＤを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２５１ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、本製造例で製造したＬＥＤのｎ型電極抵抗値は０．５０Ω、駆動電圧値は９．２Vであった。
【００９１】
製造例８
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層（１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．５７Ｇａ０．４３Ｎ（４ｎｍ）／Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０Ｎ層（１０ｎｍ）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ｎ（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型ＧａＮ層（２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、製造例１と同様にして、紫外ＬＥＤを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２５６ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、本製造例で製造したＬＥＤのｎ型電極抵抗値は０．４５Ω、駆動電圧値は９．１Vであった。
【００９２】
製造例９
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層（１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７Ｎ（４ｎｍ）／Ａｌ０．６８Ｇａ０．３２Ｎ層（１０ｎｍ）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．８０Ｇａ０．２０Ｎ（５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型ＧａＮ層（２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、製造例１と同様にして、紫外ＬＥＤを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２６１ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、本製造例で製造したＬＥＤのｎ型電極抵抗値は０．５０Ω、駆動電圧値は９．０Vであった。
【００９３】
製造例１０
製造例６と同様にして紫外発光ダイオードウェハを作製した。ＡｌＮ種基板部分を機械研磨により除去した後、機械研磨面を水酸化カリウム水溶液に浸漬し、ウェットエッチングによる凹凸構造（高さと幅がそれぞれ５０〜１０００ｎｍ程度の大きさのランダムな凸部を有する凹凸構造）を作製した以外は、実施例６と同様にして紫外発光ダイオードを完成させ、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２７９ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、本製造例で製造したＬＥＤのｎ型電極抵抗値は０．５５Ω、駆動電圧値は９．２Vであった。
【００９４】
【表１】
2016039362.tif 000003
【００９５】
実施例１
製造例１〜５で製造したＬＥＤをそれぞれ別個の回路とし、それぞれに最大出力電圧１００Ｖの直流電源を接続した。ＬＥＤはペルチェ素子を用いて素子温度が２５℃で一定になるように制御した。直流１５０ｍＡで定電流駆動したときの発光スペクトルを図２に示す。用いたＬＥＤの内、発光ピーク強度が最大となるＬＥＤ（製造例５で製造したＬＥＤ）の発光ピーク強度（（Ａ）：２．５ｍＷ／ｎｍ）に対する、発光ピーク強度が最小となるＬＥＤ（製造例３で製造したＬＥＤ）の発光ピーク強度（（Ｂ）：１．９ｍＷ／ｎｍ）の比（Ｂ／Ａ）は０．７６であった。そして、図２の発光スペクトルにおいて、最も短波長の発光ピーク波長を有するＬＥＤ（製造例１で製造したＬＥＤ）の発光ピーク波長（２６５ｎｍ）から最も長波長の発光ピーク波長を有するＬＥＤ（製造例５で製造したＬＥＤ）の発光ピーク波長（２９７ｎｍ）までの波長範囲において、最大の発光強度（（Ｃ）：３．１ｍＷ／ｎｍ、２７６ｎｍ）に対する最小の発光強度（（Ｄ）２．５ｍＷ／ｎｍ、２６５ｎｍ）の比（Ｄ／Ｃ）は０．８１であった。また、隣り合う発光ピーク波長と発光ピーク波長との差（|λ１−λ２｜）は、発光ピーク波長の半値幅が最小となるＬＥＤ（製造例５で製造したＬＥＤ）の該半値幅（９ｎｍ）以下であった。
【００９６】
実施例２
製造例６で製造したＬＥＤ３個、製造例７で製造したＬＥＤ２個、製造例８で製造したＬＥＤ１個、および製造例９で製造したＬＥＤ１個を、それぞれ別個の回路とし、それぞれに最大出力電圧１００Ｖの直流電源を接続した。素子温度は実施例１と同様にして２５℃に制御した。直流１５０ｍＡで定電流駆動させた場合の発光スペクトルを図３に示す。実施例２に用いたＬＥＤの内、発光ピーク強度が最大となるＬＥＤ（製造例９で製造したＬＥＤ）の発光ピーク強度（（Ａ）：２．５ｍＷ／ｎｍ）に対する、発光ピーク強度が最小となるＬＥＤ（製造例６で製造したＬＥＤ）の発光ピーク強度（（Ｂ）：０．８ｍＷ／ｎｍ）の比（Ｂ／Ａ）は０．３２であった。そして、図３の発光スペクトルにおいて、最も短波長の発光ピーク波長を有するＬＥＤ（製造例６で製造したＬＥＤ）の発光ピーク波長（２４５ｎｍ）から最も長波長の発光ピーク波長を有するＬＥＤ（製造例９で製造したＬＥＤ）の発光ピーク波長（２６１ｎｍ）までの波長範囲において、最大の発光強度（（Ｃ）：３．９ｍＷ／ｎｍ、２５０ｎｍ）に対する最小の発光強度（（Ｄ）：３．３ｍＷ／ｎｍ、２４５ｎｍ）の比（Ｄ／Ｃ）は０．８６であった。また、隣り合う発光ピーク波長と発光ピーク波長との差（|λ１−λ２｜）は、発光ピーク波長の半値幅が最小となるＬＥＤ（製造例９で製造したＬＥＤ）の該半値幅（８ｎｍ）以下であった。
【００９７】
実施例３
製造例６で製造したＬＥＤ３個および製造例５で製造したＬＥＤ１個を、それぞれ別個の回路とし、それぞれに最大出力電圧１００Ｖの直流電源を接続した。駆動温度は実施例１と同様にして２５℃に制御した。直流１５０ｍＡで定電流駆動したときの発光スペクトルを図４に示す。該実施例に用いたＬＥＤの内、発光ピーク強度が最大となるＬＥＤ（製造例５で製造したＬＥＤ）の発光ピーク強度（（Ａ）：２．５ｍＷ／ｎｍ）に対する、発光ピーク強度が最小となるＬＥＤ（製造例６で製造したＬＥＤ）の発光ピーク強度（（Ｂ）：０．８ｍＷ／ｎｍ）の比（Ｂ／Ａ）は０．３２であった。そして、これらの独立した発光スペクトルの発光ピーク波長において、最大の発光強度（（Ｃ）：２．５ｍＷ／ｎｍ：実施例５で製造したＬＥＤ１個分）に対する、最小の発光強度（（Ｄ）：２．４ｍＷ／ｎｍ：実施例６で製造したＬＥＤ３個分）の比（Ｄ／Ｃ）は０．９６であった。
【００９８】
実施例４
製造例１０で製造したＬＥＤ２個、製造例７で製造したＬＥＤ２個、製造例８で製造したＬＥＤ１個、および製造例９で製造したＬＥＤ１個を、それぞれ別個の回路とし、それぞれに最大出力電圧１００Ｖの直流電源を接続した。素子温度は実施例１と同様にして２５℃に制御した。直流１５０ｍＡで定電流駆動させた場合の発光スペクトルを図３に示す。実施例２に用いたＬＥＤの内、発光ピーク強度が最大となるＬＥＤ（製造例９で製造したＬＥＤ）の発光ピーク強度（（Ａ）：２．５ｍＷ／ｎｍ）に対する、発光ピーク強度が最小となるＬＥＤ（製造例１０で製造したＬＥＤ）の発光ピーク強度（（Ｂ）：１．１ｍＷ／ｎｍ）の比（Ｂ／Ａ）は０．４４であった。そして、図５の発光スペクトルにおいて、最も短波長の発光ピーク波長を有するＬＥＤ（製造例１０で製造したＬＥＤ）の発光ピーク波長（２４５ｎｍ）から最も長波長の発光ピーク波長を有するＬＥＤ（製造例９で製造したＬＥＤ）の発光ピーク波長（２６１ｎｍ）までの波長範囲において、最大の発光強度（（Ｃ）：３．８ｍＷ／ｎｍ、２５２ｎｍ）に対する最小の発光強度（（Ｄ）：３．１ｍＷ／ｎｍ、２４５ｎｍ）の比（Ｄ／Ｃ）は０．８２であった。また、隣り合う発光ピーク波長と発光ピーク波長との差（|λ１−λ２｜）は、発光ピーク波長の半値幅が最小となるＬＥＤ（製造例９で製造したＬＥＤ）の該半値幅（８ｎｍ）以下であった。
【符号の説明】
【００９９】
１    紫外ＬＥＤ（紫外ＬＥＤウェハ）
２    基板
３    ｎ型層
４    活性層
５    ｐ型ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３Ｎ層
６    ｐ型ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４Ｎ層
７    ｐ型ＩｎＹＧａ１−ＹＮ層
８    ｐ型層
９    ｎ型電極（層）
１０  ｐ型電極（層）
【図１】
2016039362.tif 000004
【図２】
2016039362.tif 000005
【図３】
2016039362.tif 000006
【図４】
2016039362.tif 000007
【図５】
2016039362.tif 000008
【図６】
2016039362.tif 000009