JP2019009390A - 発光装置及びそれを備える光学分析システム - Google Patents

Abstract

【課題】光出力の低下を抑制しつつ光出力のモニタリングが可能な発光装置及びそれを備える光学分析システムを提供する。【解決手段】発光装置１００は、複数の第１半導体発光素子１０１と、第２半導体発光素子１０２と、実装基板１０３と、を備える。実装基板１０３は、複数の第１半導体発光素子１０１と第２半導体発光素子１０２とが実装されている。実装基板１０３は、複数の第１半導体発光素子１０１を含む回路１１０に接続された複数の第１端子１３１と、第２半導体発光素子１０２に接続された複数の第２端子１３２と、を有する。光学分析システムは、発光装置と、電源部と、制御部と、検知部と、分析部と、を備え、第１半導体発光素子が発光部として動作し、第２半導体発光素子が発光部に対応する受光部として動作する。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に発光装置及びそれを備える光学分析システムに関し、より詳細には半導体発光素子を有する発光装置及びそれを備える光学分析システムに関する。

従来、光学的な分析測定の光源として用いることが可能な紫外光発光装置が提案されている（特許文献１）。

特許文献１に記載された紫外光発光装置は、基板と、発光部と、受光部と、を備える。ここにおいて、基板は、第１主面と、第１主面と対向する第２主面と、を有する。発光部は、基板の第１主面上に配置されて紫外光を発光する。

紫外光発光装置では、発光部が発光する紫外光の一部が、基板の内部を透過し第２主面から外部へ出射する。また、発光部が発光する紫外光の他の一部が、基板の内部を透過し第２主面で反射して受光部に入射する。受光部は、受光した紫外光を光電変換して電気信号を出力する。このため、受光部は、基板の第１主面上であって、第２主面と基板外部の空間との界面で反射した紫外光が入射する位置に配置されている。

また、紫外光発光装置は、受光部が出力する電気信号に基づいて発光部の発光出力を制御する制御部を更に備えている。

特開２０１５−７００６５号公報

特許文献１に記載に記載された紫外光発光装置では、発光部が発光する紫外光の他の一部を基板の第２主面で反射して受光部に入射させる必要があるので、光出力が低下しやすい。

本発明の目的は、光出力の低下を抑制しつつ光出力のモニタリングが可能な発光装置及び光学分析システムを提供することにある。

本発明に係る一態様の発光装置は、複数の第１半導体発光素子と、第２半導体発光素子と、実装基板と、を備える。前記実装基板は、前記複数の第１半導体発光素子と前記第２半導体発光素子とが実装されている。前記実装基板は、前記複数の第１半導体発光素子を含む回路に接続された複数の第１端子と、前記第２半導体発光素子に接続された複数の第２端子と、を有する。

本発明に係る一態様の光学分析システムは、上記の発光装置と、電源部と、制御部と、検知部と、分析部と、を備える。前記発光装置では、前記発光装置の前記複数の第１半導体発光素子が発光部として動作し、かつ、前記第２半導体発光素子が前記発光部に対応する受光部として動作する。前記電源部は、前記発光装置の前記回路へ電流を供給する。前記制御部は、前記受光部の出力信号が規定値となるように前記電源部を制御する。前記検知部は、前記発光部から分析対象の物質へ向けて放射された第１の光に基づく第２の光を検知する。前記分析部は、前記検知部の出力信号に基づいて前記物質に関する分析を行う。

本発明に係る一態様の光学分析システムは、上記の発光装置と、検知部と、分析部と、を備える。前記発光装置では、前記発光装置の前記複数の第１半導体発光素子が発光部として動作し、かつ、前記第２半導体発光素子が前記発光部に対応する受光部として動作する。前記検知部は、前記発光部から分析対象の物質へ向けて放射された第１の光に基づく第２の光を検知する。前記分析部は、前記受光部の出力信号と前記検知部の出力信号に基づいて前記物質に関する分析を行う。

本発明の発光装置及び光学分析システムは、光出力の低下を抑制しつつ光出力のモニタリングが可能となるという効果がある。

図１Ａは、本発明の一実施形態に係る発光装置の平面図である。図１Ｂは、同上の発光装置に関し、図１ＡのＸ−Ｘ線断面図である。図１Ｃは、同上の発光装置の下面図である。 図２Ａは、同上の発光装置における第１半導体発光素子の平面図である。図２Ｂは、同上の発光装置における第１半導体発光素子を示し、図２ＡのＸ−Ｘ線断面図である。 図３は、本発明の一実施形態の変形例１に係る発光装置の断面図である。 図４Ａは、本発明の一実施形態の変形例２に係る発光装置の平面図である。図４Ｂは、同上の発光装置に関し、図４ＡのＸ−Ｘ線断面図である。図４Ｃは、同上の発光装置の下面図である。 図５Ａは、同上の発光装置における第２半導体発光素子の平面図である。図５Ｂは、同上の発光装置における第２半導体発光素子を示し、図５ＡのＸ−Ｘ線断面図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る光学分析システムの構成図である。 図７は、本発明の一実施形態の変形例に係る光学分析システムの構成図である。

下記の実施形態等において説明する図１Ａ〜５Ｂは、模式的な図であり、図１Ａ〜５Ｂ中の各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

（実施形態）
以下では、本実施形態の発光装置１００について、図１Ａ〜１Ｃ、２Ａ及び２Ｂに基づいて説明する。

発光装置１００は、複数（ここでは、６個）の第１半導体発光素子１０１と、第２半導体発光素子１０２と、実装基板１０３と、を備える。発光装置１００は、複数の第１半導体発光素子１０１を含む回路１１０と第２半導体発光素子１０２とを独立して制御可能に構成されている。

第１半導体発光素子１０１は、ＵＶ−Ｃの波長域の紫外線を放射する紫外線発光素子である。「ＵＶ−Ｃの波長域」とは、例えば国際照明委員会（ＣＩＥ）における紫外線の波長による分類によれば、１００ｎｍ〜２８０ｎｍである。

第１半導体発光素子１０１は、基板１と、積層体２と、を備える。基板１は、その厚さ方向Ｄ１において互いに反対側にある第１面１１及び第２面１２を有する。積層体２は、基板１の第１面１１上に設けられている。

積層体２では、基板１側からｎ型半導体層４、活性層５及びｐ型半導体層６が、この順に並んでいる。したがって、積層体２は、活性層５とｐ型半導体層６との積層構造７を有する。ここにおいて、積層構造７は、基板１の厚さ方向Ｄ１から見て、ｎ型半導体層４の外周線よりも内側に位置している。基板１の厚さ方向Ｄ１から見て、ｎ型半導体層４の大きさは、基板１の大きさと同じである。言い換えれば、第１半導体発光素子１０１では、基板１の厚さ方向Ｄ１から見て、ｎ型半導体層４の外周線と基板１の外周線とが重なる。

第１半導体発光素子１０１は、ｐ型半導体層６の表面６１とｎ型半導体層４の表面４１のうち積層構造７が積層されていない部位４１１との間に段差がある。第１半導体発光素子１０１は、メサ構造（mesa structure）を有している。メサ構造は、ｎ型半導体層４、活性層５及びｐ型半導体層６を含む積層体２の一部を、積層体２の表面２１側からｎ型半導体層４に達する深さまでエッチングすることで形成されている。

また、第１半導体発光素子１０１は、ｐ型半導体層６に電気的に接続された正電極８と、ｎ型半導体層４に電気的に接続された負電極９と、を更に備える。

第１半導体発光素子１０１では、基板１の第２面１２が、紫外線を出射させる光取り出し面を構成している。

第１半導体発光素子１０１では、積層体２が、基板１とｎ型半導体層４との間に介在するバッファ層（buffer layer）３を更に備えている。また、第１半導体発光素子１０１は、積層体２の一部を覆う保護膜を更に備える。

第１半導体発光素子１０１は、ＬＥＤチップ（light emitting diode chip）である。第１半導体発光素子１０１の平面視形状は、例えば、正方形状である。「第１半導体発光素子１０１の平面視形状」とは、第１半導体発光素子１０１の厚さ方向から見た第１半導体発光素子１０１の外周形状である。第１半導体発光素子１０１の平面視でのチップサイズ（chip size）は、例えば、４００μｍ□（４００μｍ×４００μｍ）である。

第１半導体発光素子１０１の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。

基板１は、積層体２を支持している。第１半導体発光素子１０１では、活性層５の材料としてＡｌＧａＮが採用されており、基板１は、例えば、サファイア基板である。基板１の第１面１１は、（０００１）面（つまり、ｃ面）からのオフ角が、例えば、０．３１°である。ここにおいて、「オフ角」とは、（０００１）面に対する第１面１１の傾斜角である。したがって、オフ角が０°であれば、第１面１１は、（０００１）面である。基板１の厚さは、例えば、１５０μｍである。基板１の外周形状は、正方形状である。

基板１の第１面１１上に設けられている積層体２では、基板１側からバッファ層３、ｎ型半導体層４、活性層５及びｐ型半導体層６が、この順に並んでいる。積層体２は、例えば、ＭＯＶＰＥ法（metal organic vapor phase epitaxy）等を利用して形成されている。

本明細書において、後述する組成比は、ＥＤＸ法（energy dispersive X-ray spectroscopy）による組成分析で求められる値である。組成比の相対的な大小関係を議論する上では、組成比は、ＥＤＸ法に限らず、例えば、オージェ電子分光法（auger electron spectroscopy）による組成分析で求められる値でもよい。

活性層５は、ＵＶ−Ｃの波長域の紫外線を放射できるように構成されている。ｎ型半導体層４とｐ型半導体層６との間にある活性層５は、注入された２種類のキャリア（電子、正孔）の再結合により紫外線を放射する。第１半導体発光素子１０１の発光ピーク波長は、例えば、２７５ｎｍである。ここでいう「発光ピーク波長」は、室温（２７℃）での主発光ピーク波長である。また、「第１半導体発光素子１０１の発光ピーク波長」は、活性層５から放射されて第１半導体発光素子１０１から出射される紫外線の発光ピーク波長である。

活性層５では、基板１の厚さ方向Ｄ１において、複数（例えば、４つ）の障壁層と複数（例えば、４つ）の井戸層とが交互に並んでいる。これにより、活性層５は、多重量子井戸構造を有している。複数の井戸層の各々は、第１のＡｌＧａＮ層により構成されている。複数の障壁層の各々は、第１のＡｌＧａＮ層よりもＡｌの組成比が大きな第２のＡｌＧａＮ層により構成されている。井戸層（第１のＡｌＧａＮ層）は、例えば、厚さ２ｎｍのＡｌ_0.45Ｇａ_0.55Ｎ層である。障壁層（第２のＡｌＧａＮ層）は、例えば、厚さ１０ｎｍのＡｌ_0.60Ｇａ_0.40Ｎ層である。複数の井戸層の各々の厚さは、例えば、２ｎｍである。複数の障壁層の各々の厚さは、例えば、１０ｎｍである。

バッファ層３は、例えば、ＡｌＮ層である。バッファ層３は、ｎ型半導体層４、活性層５及びｐ型半導体層６の結晶性の向上を目的として設けた層である。第１半導体発光素子１０１では、バッファ層３のバンドギャップエネルギが、活性層５における複数の井戸層の各々のバンドギャップエネルギよりも大きい。バッファ層３は、基板１の第１面１１の全面に形成されている。

ｎ型半導体層４は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮ層である。ｎ型ＡｌＧａＮ層のＡｌの組成比は、活性層５で発光する紫外線のｎ型ＡｌＧａＮ層での吸収が抑制されるように設定されている。より詳細には、ｎ型半導体層４は、例えば、ｎ型Ａｌ_0.60Ｇａ_0.40Ｎ層である。ｎ型半導体層４の厚さは、例えば、２μｍである。ｎ型半導体層４は、バッファ層３の基板１とは反対側の表面の全面に形成されている。したがって、ｎ型半導体層４の外周形状は、基板１の外周形状と同じである。

ｐ型半導体層６は、例えば、ｐ型ＡｌＧａＮ層と、ｐ型ＧａＮ層と、を含む。ｐ型半導体層６では、ｐ型ＡｌＧａＮ層が活性層５に接している。また、ｐ型半導体層６では、ｐ型ＧａＮ層がｐ型ＡｌＧａＮ層の活性層５とは反対側に位置している。ｐ型ＡｌＧａＮ層のＡｌの組成比は、ｎ型半導体層４から活性層５に注入された電子がｐ型半導体層６側へ漏れるのを防ぐように設定されている。より詳細には、ｐ型ＡｌＧａＮ層は、例えば、ｐ型Ａｌ_0.80Ｇａ_0.20Ｎ層である。ｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは、例えば、５０ｎｍである。また、ｐ型ＧａＮ層の厚さは、例えば２００ｎｍである。

第１半導体発光素子１０１は、上述のように、正電極８及び負電極９を備えている。第１半導体発光素子１０１では、この第１半導体発光素子１０１の厚さ方向の一面側に正電極８及び負電極９が配置されている。ここで、「第１半導体発光素子１０１の厚さ方向の一面」とは、ｎ型半導体層４の活性層５側の表面４１において活性層５に覆われていない部位４１１及びｐ型半導体層６の表面６１を含む。

正電極８は、活性層５とｐ型半導体層６との積層構造７においてｐ型半導体層６上に形成されている。これにより、正電極８は、ｐ型半導体層６と電気的に接続されている。負電極９は、ｎ型半導体層４の活性層５側の表面４１のうち積層構造７が積層されていない部位４１１に設けられている。これにより、負電極９は、ｎ型半導体層４と電気的に接続されている。

第１半導体発光素子１０１では、正電極８の面積が負電極９の面積よりも大きい。正電極８及び負電極９の各々の面積は、基板１の厚さ方向Ｄ１から見た面積である。

積層構造７の平面視形状は、基板１の外周線に沿った正方形のうちの１辺の中間部を内側に凹ませた形状である。ここにおいて、第１半導体発光素子１０１では、基板１の厚さ方向Ｄ１から見て、積層構造７の外周線が、ｎ型半導体層４の外周線に沿っていて、かつ、負電極９を避けるように曲がっている。

第１半導体発光素子１０１は、保護膜を備えているのが好ましい。保護膜は、電気絶縁性を有する。保護膜の材料は、例えば、酸化シリコン等である。保護膜は、積層構造７の表面のうち正電極８に覆われていない部位及び側面と、ｎ型半導体層４の表面４１において活性層５に覆われていない部位４１１のうち負電極９に覆われていない領域と、に跨って形成されているのが好ましい。

第１半導体発光素子１０１では、正電極８と負電極９との間に電流を流すことにより、活性層５から紫外線が放射される。第１半導体発光素子１０１では、活性層５から放射されて基板１の第１面１１に入射した紫外線が、基板１の第２面１２から出射される。

以下では、第１半導体発光素子１０１の製造方法の一例について簡単に説明する。

第１半導体発光素子１０１の製造方法では、まず、複数の第１半導体発光素子１０１それぞれの基板１の元になるウェハ（サファイアウェハ）を準備する。

第１半導体発光素子１０１の製造方法では、ウェハを準備した後、ウェハの前処理を行ってから、ウェハをエピタキシャル成長装置に導入し、その後、ウェハの第１面上に積層体２をエピタキシャル成長法により積層する。ウェハの第１面は、基板１の第１面１１に相当する表面である。エピタキシャル成長装置としてＭＯＶＰＥ装置を採用する場合、Ａｌの原料ガスとしては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を採用するのが好ましい。また、Ｇａの原料ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を採用するのが好ましい。Ｎの原料ガスとしては、ＮＨ₃を採用するのが好ましい。ｎ型導電性を付与する不純物であるＳｉの原料ガスとしては、テトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を採用するのが好ましい。ｐ型導電性に寄与する不純物であるＭｇの原料ガスとしては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を採用するのが好ましい。各原料ガスそれぞれのキャリアガスとしては、例えば、Ｈ₂ガスを採用するのが好ましい。各原料ガスは、特に限定されず、例えば、Ｇａの原料ガスとしてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、Ｎの原料ガスとしてヒドラジン誘導体、Ｓｉの原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ₄）を採用してもよい。積層体２の成長条件は、バッファ層３、ｎ型半導体層４、活性層５及びｐ型半導体層６それぞれについて、基板温度、Ｖ／III比、各原料ガスの供給量、成長圧力等を適宜設定すればよい。「基板温度」とは、ウェハの温度を意味する。エピタキシャル成長装置としてＭＯＶＰＥ装置を採用する場合、「基板温度」は、例えば、ウェハを支持するサセプタ（susceptor）の温度を代用することができる。例えば、基板温度は、熱電対により測定したサセプタの温度を代用することができる。

第１半導体発光素子１０１の製造方法では、ウェハの第１面上に積層体２を積層した後、積層体２が積層されているウェハをエピタキシャル成長装置から取り出す。以下では、少なくともウェハと積層体２とを備えた構造体を、エピタキシャルウェハと称する。

第１半導体発光素子１０１の製造方法では、エピタキシャル成長装置から取り出したエピタキシャルウェハをアニール装置に導入し、ｐ型半導体層のｐ型不純物を活性化するためのアニールを行う。アニールを行うためのアニール装置としては、例えば、ランプアニール装置、電気炉アニール装置等を採用することができる。ｐ型不純物は、アクセプタ不純物を意味し、Ｍｇである。

第１半導体発光素子１０１の製造方法では、アニール装置からエピタキシャルウェハを取り出した後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等を利用して積層体２における活性層５とｐ型半導体層６との積層構造７をパターニングすることによって、メサ構造を形成する。

第１半導体発光素子１０１の製造方法では、メサ構造を形成した後、上述の保護膜を形成する。保護膜は、ＣＶＤ法（chemical vapor deposition）等の薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して形成することができる。

第１半導体発光素子１０１の製造方法では、保護膜を形成した後、負電極９を形成し、その後、正電極８を形成する。

第１半導体発光素子１０１の製造方法では、第１半導体発光素子１０１が複数形成されたエピタキシャルウェハを得ることができる。

第１半導体発光素子１０１の製造方法では、エピタキシャルウェハをダイシングソー（dicingsaw）などによって切断することで、１枚のエピタキシャルウェハから複数の第１半導体発光素子１０１を得ることができる。第１半導体発光素子１０１の製造方法では、エピタキシャルウェハを切断する前に、ウェハの厚さを基板１の所望の厚さとするようにウェハを第１面とは反対の第２面側から研磨することが好ましい。これにより、第１半導体発光素子１０１の製造方法は、製造歩留りの向上を図ることが可能となる。

ところで、発光装置１００では、第２半導体発光素子１０２は、図２Ａ及び２Ｂに示した第１半導体発光素子１０１と同じ構成であるので、各構成要素については同一の符号を用いて説明する。「同じ構成」とは、チップサイズ、基板１と正電極８と負電極９とを含めた全体の構造、各層（バッファ層３、ｎ型半導体層４、活性層５及びｐ型半導体層６）それぞれの材料、各層それぞれの組成が同じであることを意味し、仕様上において発光ピーク波長、順方向電圧（Ｖｆ）及び配光特性それぞれが同じである。

発光装置１００では、複数の第１半導体発光素子１０１の各々の活性層５から出射した紫外線が、第２半導体発光素子１０２の活性層５の端面に入射し、第２半導体発光素子１０２の活性層５において受光される（吸収される）。したがって、発光装置１００では、例えば、複数の第１半導体発光素子１０１から紫外線を発光させ、その紫外線の一部を第２半導体発光素子１０２で受光させることによって、第２半導体発光素子１０２の正電極８と負電極９との間に発生する電流（光電流）により、複数の第１半導体発光素子１０１の光出力のモニタリングが可能である。要するに、発光装置１００は、複数の第１半導体発光素子１０１を発光部とし第２半導体発光素子１０２を受光部として動作させることが可能である。

発光装置１００では、複数（ここでは、６個）の第１半導体発光素子１０１と１つの第２半導体発光素子１０２とが、１つの実装基板１０３に実装されている。より詳細には、複数の第１半導体発光素子１０１と１つの第２半導体発光素子１０２とは、実装基板１０３にフリップチップ実装されている。

実装基板１０３は、支持体１１２と、複数（ここでは、７個）の第１導体層１０４と、複数（ここでは、２個）の第２導体層１１４と、複数（ここでは、２個）の第１端子１３１と、複数（ここでは、２個）の第２端子１３２と、複数（ここでは、２個）の第１配線と、複数（ここでは、２個）の第２配線と、を有する。支持体１１２は、厚さ方向において互いに反対側にある表面１１３及び裏面１２３を有する。複数の第１導体層１０４及び複数の第２導体層１１４は、支持体１１２の表面１１３上に形成されている。複数の第１端子１３１及び複数の第２端子１３２は、支持体１１２の裏面１２３に形成されている。

支持体１１２は、例えば、ＡｌＮセラミックにより形成されており、電気絶縁性を有する。支持体１１２は、複数の第１導体層１０４、複数の第２導体層１１４、複数の第１端子１３１及び複数の第２端子１３２を支持する機能を有する。支持体１１２は、平板状に形成されている。支持体１１２の平面視形状は、例えば、正方形状である。「支持体１１２の平面視形状」とは、支持体１１２の厚さ方向から見た支持体１１２の外周形状である。支持体１１２の厚さ方向は、第１半導体発光素子１０１の基板１の厚さ方向Ｄ１と同じ方向である。支持体１１２の表面１１３及び裏面１２３は、支持体１１２の厚さ方向に直交する。支持体１１２の平面視でのサイズは、例えば、３．５ｍｍ□（３．５ｍｍ×３．５ｍｍ）である。

複数の第１導体層１０４及び複数の第２導体層１１４は、同じ材料により形成されている。複数の第１導体層１０４及び複数の第２導体層１１４の各々は、例えば、Ｔｉ膜と、このＴｉ膜上のＰｔ膜と、このＰｔ膜上のＡｕ膜との積層膜であり、Ｔｉ膜のＰｔ膜と反対の表面が支持体１１２の表面１１３に接している。また、複数の第１導体層１０４及び複数の第２導体層１１４は、支持体１１２の表面１１３上に同じ厚さで形成されている。

複数の第１端子１３１及び複数の第２端子１３２は、同じ材料により形成されている。複数の第１端子１３１及び複数の第２端子１３２の各々は、例えば、Ｔｉ膜と、このＴｉ膜上のＰｔ膜と、このＰｔ膜上のＡｕ膜との積層膜であり、Ｔｉ膜のＰｔ膜と反対の表面が支持体１１２の裏面１２３に接している。また、複数の第１端子１３１及び複数の第２端子１３２は、支持体１１２の裏面１２３上に同じ厚さで形成されている。

７個の第１導体層１０４は、６個の第１半導体発光素子１０１とともに回路１１０を形成する。回路１１０は、複数の第１半導体発光素子１０１の直列回路である。複数の第１半導体発光素子１０１の各々の正電極８及び負電極９は、７個の第１導体層１０４のうち一対一に対応する２個の第１導体層１０４と接合部１０５を介して電気的かつ機械的に接続されている。接合部１０５の材料は、例えば、ＡｕＳｎ等である。第２半導体発光素子１０２の正電極８及び負電極９は、２個の第２導体層１１４のうち一対一に対応する２個の第２導体層１１４と接合部１１５を介して電気的かつ機械的に接続されている。接合部１１５の材料は、例えば、ＡｕＳｎ等である。

実装基板１０３では、回路１１０の一端の第１半導体発光素子１０１の正電極８に接続された第１導体層１０４と回路１１０の他端の第１半導体発光素子１０１の負電極９に接続された第１導体層１０４とのそれぞれが、互いに異なる第１配線を介して互いに異なる第１端子１３１と電気的に接続されている。発光装置１００では、例えば、外部の電源部等から２個の第１端子１３１と回路１１０とを含む電路に電流が給電されることにより、６個の第１半導体発光素子１０１が発光する。

また、実装基板１０３では、第２半導体発光素子１０２の正電極８に接続された第２導体層１１４と負電極９に接続された第２導体層１１４とのそれぞれが、互いに異なる第２配線を介して互いに異なる第２端子１３２と電気的に接続されている。発光装置１００では、例えば、外部の電源部等から２個の第２端子１３２と第２半導体発光素子１０２とを含む電路に電流が給電されることにより、第２半導体発光素子１０２が発光する。また、発光装置１００では、第２半導体発光素子１０２を、複数の第１半導体発光素子１０１の各々から放射される紫外線の一部を受光するフォトダイオードとして動作させることもできる。発光装置１００では、第２半導体発光素子１０２は、実装基板１０３の２個の第２端子１３２間に印加された電圧が第２半導体発光素子１０２の正電極８よりも負電極９を高電位とする逆方向電圧である場合に、フォトダイオードとして動作することができる。

発光装置１００では、複数（６個）の第１半導体発光素子１０１が第２半導体発光素子１０２を中心として第２半導体発光素子１０２を囲むように配置されている。より詳細には、発光装置１００では、６個の第１半導体発光素子１０１が、第２半導体発光素子１０２を囲む１つの仮想円における円周上において等間隔で配置されている。ここにおいて、仮想円は、第２半導体発光素子１０２の厚さ方向に直交する。第２半導体発光素子１０２と複数の第１半導体発光素子１０１との間の距離は、例えば、３００〜６００μｍ程度である。第１半導体発光素子１０１から放射される紫外線の一部を第２半導体発光素子１０２において受光させる観点から、第２半導体発光素子１０２と複数の第１半導体発光素子１０１との間の距離は、例えば、６００μｍ以下であるのが好ましい。また、第１半導体発光素子１０１から放射される紫外線が第２半導体発光素子１０２において吸収されすぎるのを抑制する観点から、第２半導体発光素子１０２と複数の第１半導体発光素子１０１との間の距離は、例えば、３００μｍ以上であるのが好ましい。

以上説明した本実施形態の発光装置１００は、複数の第１半導体発光素子１０１を含む回路１１０に接続された複数の第１端子１３１と第２半導体発光素子１０２に接続された複数の第２端子１３２とを備えている。要するに、発光装置１００は、複数の第１半導体発光素子１０１を含む回路１１０と第２半導体発光素子１０２と独立して制御可能に構成されている。これにより、発光装置１００は、第２半導体発光素子１０２を、複数の第１半導体発光素子１０１の各々から放射される光（紫外線）を受光するフォトダイオードとして動作させることが可能である。第１半導体発光素子１０１の活性層５から基板１側へ放射された紫外線を基板１の第２面１２で反射させる必要がないので、光出力の低下を抑制しつつ光出力のモニタリングが可能となる。また、発光装置１００では、複数（６個）の第１半導体発光素子１０１が第２半導体発光素子１０２を中心として第２半導体発光素子１０２を囲むように配置されているので、第２半導体発光素子１０２を備えていない場合と比べて配光特性が低下するのを抑制することができる。これにより、発光装置１００は、上記の紫外線発光装置と比べて、レンズ、反射部材等による配光制御の点で有利である。

上記の実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

図３は、実施形態の変形例１の発光装置１００ａの断面図である。変形例１の発光装置１００ａは、実装基板１０３が実装される回路基板１０８を備えている。

変形例１の発光装置１００ａは、電源部２０３と、制御部１０９と、を更に備えている。電源部２０３及び制御部１０９は、回路基板１０８に実装されている。回路基板１０８は、例えば、プリント配線板である。

電源部２０３は、外部から供給される電圧を所定電圧に変換して回路１１０へ電流を供給する電源回路である。

制御部１０９は、電源部２０３を制御する。制御部１０９は、マイコン（Microcontroller）を含む。マイコンは、プログラムに従って動作するプロセッサと、プロセッサを動作させるプログラムを格納するためのメモリ及び作業用のメモリと、を備えた１チップのデバイスとして構成される。制御部１０９は、マイコンにプログラムを実行させることにより、実現することができる。

制御部１０９は、例えば、Ａ／Ｄ変換部を有する。Ａ／Ｄ変換部は、フォトダイオード（第２半導体発光素子１０２）の出力電流を電圧信号に変換して出力する。制御部１０９は、Ａ／Ｄ変換部から出力される電圧信号に応じて、電源部２０３から複数の第１半導体発光素子１０１を含む回路１１０へ供給される電流の電流値を変えるように電源部２０３を制御する。例えば、制御部１０９は、フォトダイオードの出力電流の電流値が規定値となるように電源部２０３を制御する。

制御部１０９は、上述の例に限らず、例えば、Ａ／Ｄ変換部から出力される電圧信号に基づいて複数の第１半導体発光素子１０１の光出力を推定するように構成されていてもよい。

次に、実施形態の変形例２の発光装置１００ｂについて、図４Ａ〜５Ｂに基づいて説明する。

変形例２の発光装置１００ｂは、実装基板１０３の代わりに実装基板１０３ｂを備え、キャップ１０６を備えている点、第２半導体発光素子１０２の代わりに第２半導体発光素子１０２ｂを備えている点等が、実施形態の発光装置１００と相違する。変形例２の発光装置１００ｂに関し、実施形態の発光装置１００と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を適宜省略する。

実装基板１０３ｂは、複数の第１半導体発光素子１０１と第２半導体発光素子１０２ｂとを収納する凹部１３３を有する。実装基板１０３ｂでは、凹部１３３の底面１３４に複数の第１半導体発光素子１０１と第２半導体発光素子１０２ｂとが実装されている。ここにおいて、発光装置１００ｂでは、第２半導体発光素子１０２ｂが、凹部１３３の底面１３４の中心に配置されている。

実装基板１０３ｂは、支持体１１２と、複数（ここでは、７個）の第１導体層１０４と、複数（ここでは、２個）の第２導体層１１４と、複数（ここでは、２個）の第１端子１３１と、複数（ここでは、４個）の第２端子１３２と、複数（ここでは、２個）の第１配線と、複数（ここでは、４個）の第２配線と、を有する。つまり、実装基板１０３ｂでは、実装基板１０３と比べて、第２端子１３２及び第２配線それぞれの数が２つずつ多い。

支持体１１２は、厚さ方向において互いに反対側にある表面１１３及び裏面１２３を有し、表面１１３に上述の凹部１３３が形成されている。凹部１３３は、支持体１１２の厚さ方向において凹部１３３の底面１３４から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなっている。複数の第１導体層１０４及び複数の第２導体層１１４は、凹部１３３の底面１３４上に形成されている。複数の第１端子１３１及び複数の第２端子１３２は、支持体１１２の裏面１２３に形成されている。

支持体１１２は、例えば、ＡｌＮセラミックにより形成されており、電気絶縁性を有する。支持体１１２の平面視形状は、例えば、正方形状である。支持体１１２の平面視でのサイズは、例えば、６ｍｍ□（６ｍｍ×６ｍｍ）である。また、凹部１３３の平面視形状は、例えば、正方形状である。凹部１３３の底面１３４の平面視でのサイズは、例えば、３．５ｍｍ□（３．５ｍｍ×３．５ｍｍ）である。

発光装置１００ｂは、実装基板１０３の凹部１３３の開口を塞ぐように支持体１１２に接合されたキャップ１０６を更に備える。キャップ１０６の平面視形状は、支持体１１２と同じ大きさの正方形状である。キャップ１０６は、接合部１０７を介して支持体１１２に接合されている。

キャップ１０６は、実装基板１０３ｂ上で複数の第１半導体発光素子１０１と第２半導体発光素子１０２ｂとを覆っている。キャップ１０６は、第１半導体発光素子１０１から放射される紫外線を透過するガラスにより構成されている。

キャップ１０６を構成するガラスは、第１半導体発光素子１０１から放射される紫外線に対する透過率が７０％以上であるのが好ましく、８０％以上であるのがより好ましい。キャップ１０６を構成するガラスは、紫外線に対する透過率の観点から、石英ガラス又は硼珪酸ガラスであるのが好ましい。キャップ１０６を構成する硼珪酸ガラスとしては、例えば、ＳＣＨＯＴＴ社製の８３４７、ＳＣＨＯＴＴ社製の８３３７Ｂ等を採用することができる。

接合部１０７は、支持体１１２の表面１１３における凹部１３３の周部の全周に亘って形成されている。接合部１０７は、例えば、ＡｕＳｎ等を含む。接合部１０７は、ＡｕＳｎ等の合金に限らず、例えば、低融点ガラスにより構成されていてもよい。低融点ガラスとは、軟化点が６００℃以下のガラスであり、軟化点が５００℃以下のガラスが好ましく、軟化点が４００℃以下のガラスが更に好ましい。低融点ガラスは、例えば、主成分として酸化鉛（ＰｂＯ）と無水ほう酸（Ｂ₂Ｏ₃）とを含むガラスである。

実装基板１０３ｂと接合部１０７とキャップ１０６とで囲まれた空間は、例えば、不活性ガス雰囲気となっている。不活性ガスは、例えば、Ｎ₂ガスである。

発光装置１００ｂは、実装基板１０３とキャップ１０６と接合部１０７とで、複数の第１半導体発光素子１０１及び第２半導体発光素子１０２ｂを収納するパッケージを構成している。

以下、第２半導体発光素子１０２ｂについて図５Ａ及び５Ｂに基づいて説明する。第２半導体発光素子１０２ｂに関し、図２Ａ及び２Ｂに示した第１半導体発光素子１０１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

第２半導体発光素子１０２ｂは、第１半導体発光素子１０１と同様、基板１と、積層体２と、を備える。

積層体２では、基板１側からｎ型半導体層４、活性層５及びｐ型半導体層６が、この順に並んでいる。積層体２は、積層体２の基板１とは反対側の表面２１に形成されている溝２３を有する。溝２３は、活性層５とｐ型半導体層６との積層構造７を第１半導体部７１と第２半導体部７２とに分離するように形成されている。ここにおいて、第１半導体部７１及び第２半導体部７２は、基板１の厚さ方向Ｄ１から見て、ｎ型半導体層４の外周線よりも内側に位置している。基板１の厚さ方向Ｄ１から見て、ｎ型半導体層４の大きさは、基板１の大きさと同じである。言い換えれば、第２半導体発光素子１０２ｂでは、基板１の厚さ方向Ｄ１から見て、ｎ型半導体層４の外周線と基板１の外周線とが重なる。

第２半導体発光素子１０２ｂは、ｐ型半導体層６の表面６１とｎ型半導体層４の表面４１のうち積層構造７が積層されていない部位４１１との間に段差がある。第１半導体部７１及び第２半導体部７２の各々は、メサ構造を有している。

また、第２半導体発光素子１０２ｂは、ｐ型半導体層６に電気的に接続された第１正電極８１及び第２正電極８２と、ｎ型半導体層４に電気的に接続された第１負電極９１及び第２負電極９２と、を更に備える。

第２半導体発光素子１０２ｂの平面視でのチップサイズ（chip size）は、例えば、４００μｍ□（４００μｍ×４００μｍ）である。

第２半導体発光素子１０２ｂでは、積層体２の基板１とは反対側の表面２１に形成されている溝２３によって、活性層５とｐ型半導体層６との積層構造７が、第１半導体部７１と第２半導体部７２とに分離されている。これにより、第２半導体発光素子１０２ｂは、活性層５のうち積層構造７の第１半導体部７１の一部を構成する部分である第１機能部５１と、積層構造７の第２半導体部７２の一部を構成する部分である第２機能部５２と、を有する。第１機能部５１と第２機能部５２との互いに対向する端面５１３、５２３の各々は、基板１の厚さ方向Ｄ１に沿って形成されている。第２半導体発光素子１０２ｂでは、第１機能部５１と第２機能部５２との互いに対向する端面５１３、５２３同士が平行であるのが好ましい。ここにおいて、「平行」とは、厳密に平行である場合のみに限定されず、略平行（互いに対向する端面５１３、５２３同士のなす角度が例えば０°±１０°）でもよい。

第２半導体発光素子１０２ｂは、上述のように、第１正電極８１、第２正電極８２、第１負電極９１及び第２負電極９２を備えている。第２半導体発光素子１０２ｂでは、この第２半導体発光素子１０２ｂの厚さ方向の一面側に第１正電極８１、第２正電極８２、第１負電極９１及び第２負電極９２が配置されている。

第１正電極８１は、活性層５とｐ型半導体層６との積層構造７の第１半導体部７１上に形成されている。これにより、第１正電極８１は、第１半導体部７１においてｐ型半導体層６と電気的に接続されている。第２正電極８２は、積層構造７の第２半導体部７２上に形成されている。これにより、第２正電極８２は、第２半導体部７２においてｐ型半導体層６と電気的に接続されている。第１負電極９１は、ｎ型半導体層４の活性層５側の表面４１のうち積層構造７が積層されていない部位４１１に設けられている。これにより、第１負電極９１は、ｎ型半導体層４と電気的に接続されている。第２負電極９２は、ｎ型半導体層４の活性層５側の表面４１のうち積層構造７が積層されていない部位４１１に設けられている。これにより、第２負電極９２は、ｎ型半導体層４と電気的に接続されている。

第２半導体発光素子１０２ｂでは、基板１の厚さ方向Ｄ１から見て、厚さ方向Ｄ１に直交する一の方向において、第１負電極９１、第１正電極８１、第２正電極８２及び第２負電極９２が、この順に並んでいる。したがって、第１負電極９１は、基板１の厚さ方向Ｄ１から見て第１正電極８１に隣り合っている。また、第２負電極９２は、基板１の厚さ方向から見て第２正電極８２に隣り合っている。

第２半導体発光素子１０２ｂでは、第１正電極８１と第１負電極９１との間に電流を流すことにより、活性層５の第１機能部５１から紫外線が放射される。第２半導体発光素子１０２ｂでは、第１機能部５１から放射されて基板１の第１面１１に入射した紫外線が、基板１の第２面１２から出射される。ここにおいて、第２半導体発光素子１０２ｂでは、活性層５の第１機能部５１の端面５１３から出射した紫外線が、活性層５の第２機能部５２の端面５２３に入射し、第２機能部５２において受光される（吸収される）。したがって、第２半導体発光素子１０２ｂでは、例えば、第１機能部５１から紫外線を発光させ、その紫外線の一部を第２機能部５２で受光させることによって、第２正電極８２と第２負電極９２との間に発生する電流（光電流）により、第２半導体発光素子１０２ｂの光出力のモニタリングが可能である。要するに、第２半導体発光素子１０２ｂは、第１機能部５１を発光部とし第２機能部５２を受光部として動作させることが可能である。

第２半導体発光素子１０２ｂでは、第１半導体部７１の面積が第２半導体部７２の面積よりも大きい。ここにおいて、第１半導体部７１及び第２半導体部７２の各々の面積は、基板１の厚さ方向Ｄ１から見た面積である。そして、第２半導体発光素子１０２ｂでは、第１正電極８１の面積が第２正電極８２の面積よりも大きく、第１負電極９１の面積が第２負電極９２の面積よりも大きい。第１正電極８１、第２正電極８２、第１負電極９１及び第２負電極９２の各々の面積は、基板１の厚さ方向Ｄ１から見た面積である。

第１半導体部７１の平面視形状は、基板１の外周線に沿った正方形のうちの２辺それぞれの中間部を内側に凹ませた形状である。ここにおいて、第２半導体発光素子１０２ｂでは、基板１の厚さ方向Ｄ１から見て、第１半導体部７１の外周線が、ｎ型半導体層４の外周線に沿っていて、かつ、第２半導体部７２と第１負電極９１と第２負電極９２とを避けるように曲がっている。これにより、第２半導体発光素子１０２ｂでは、第１半導体部７１の平面視形状を長方形とする場合と比べて、第１半導体部７１の面積をより大きくすることが可能となる。

第２半導体発光素子１０２ｂは、第１半導体発光素子１０１と同様、保護膜を備えているのが好ましい。保護膜は、電気絶縁性を有する。保護膜の材料は、例えば、酸化シリコン等である。保護膜は、第１半導体部７１の表面のうち第１正電極８１に覆われていない部位及び側面と、第２半導体部７２の表面のうち第２正電極８２に覆われていない部位及び側面と、ｎ型半導体層４の表面４１において活性層５に覆われていない部位４１１のうち第１負電極９１及び第２負電極９２に覆われていない領域と、に跨って形成されているのが好ましい。

以上説明した第２半導体発光素子１０２ｂでは、積層体２は、活性層５とｐ型半導体層６との積層構造７を第１半導体部７１と第２半導体部７２とに分離する溝２３を有し、第１半導体部７１の面積が第２半導体部７２の面積よりも大きい。よって、第２半導体発光素子１０２ｂは、第１半導体部７１と第２半導体部７２とのうち相対的に面積の大きな第１半導体部７１から側方へ放射された紫外線を、相対的に面積の小さな第２半導体部７２で受光することができる。これにより、第２半導体発光素子１０２ｂでは、第１半導体部７１から基板１側へ放射された紫外線を基板１の第２面１２で反射させる必要がないので、光出力の低下を抑制しつつ光出力のモニタリングが可能となる。

また、第２半導体発光素子１０２ｂでは、上記の紫外線発光装置と比べて、チップサイズの小型化を図りながらも光出力の高出力化を図れる。また、第２半導体発光素子１０２ｂでは、第１機能部５１（発光部）の中心と、基板１の厚さ方向Ｄ１に沿った基板１の中心線に対する第１機能部５１の交差点とを揃えてあるので、第２半導体発光素子１０２ｂの光軸が基板１の厚さ方向Ｄ１に沿った中心線に揃いやすい。

以下では、第２半導体発光素子１０２ｂの製造方法の一例について簡単に説明する。

第２半導体発光素子１０２ｂの製造方法は、第１半導体発光素子１０１の製造方法と略同じである。第２半導体発光素子１０２ｂの製造方法は、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等を利用して積層体２における活性層５とｐ型半導体層６との積層構造７をパターニングすることによって、溝２３、第１半導体部７１及び第２半導体部７２を形成する点が、第１半導体発光素子１０１の製造方法と相違する。また、第２半導体発光素子１０２ｂの製造方法では、第１負電極９１及び第２負電極９２を形成し、その後、第１正電極８１及び第２正電極８２を形成する点が、第１半導体発光素子１０１の製造方法と相違する。ただし、第２半導体発光素子１０２ｂの製造方法では、第１半導体発光素子１０１の製造方法で用いるフォトマスクを変えることにより、第１半導体発光素子１０１と同じ製造工程で製造することができる。また、フォトマスクとして第１半導体発光素子１０１用のパターンと第２半導体発光素子１０２ｂ用のパターンとの両方を含むフォトマスクを用いることにより、複数の第１半導体発光素子１０１と複数の第２半導体発光素子１０２ｂとを含むエピタキシャルウェハを製造することもできる。

上述の第２半導体発光素子１０２ｂの製造方法によれば、第１半導体部７１と第２半導体部７２とを同じ構成とすることができる。ここにおいて、「同じ構成」とは、材料、組成比及び厚さが同じであることを意味する。また、上述の第２半導体発光素子１０２ｂの製造方法によれば、第１半導体部７１における第１機能部５１の端面５１３と第２半導体部７２における第２機能部５２の端面５２３との相対的な位置精度を向上させることができる。

変形例２の発光装置１００ｂでは、第２半導体発光素子１０２ｂは、第１正電極８１、第２正電極８２、第１負電極９１及び第２負電極９２が、複数の第２端子１３２のうち一対一に対応する第２端子１３２と接続されている。より詳細には、変形例２の発光装置１００ｂでは、第１正電極８１及び第１負電極９１の各々が、第２端子１３２（１３２１）に接続されている。また、第２正電極８２及び第２負電極９２の各々が、第２端子１３２（１３２２）に接続されている。

次に、実施形態の発光装置１００を備えた光学分析システム２００の一例について図６に基づいて説明する。

光学分析システム２００は、発光装置１００と、電源部２０３と、制御部１０９と、検知部２０４と、分析部２０５と、を備える。発光装置１００では、発光装置１００の複数の第１半導体発光素子１０１が発光部２０１として動作し、かつ、第２半導体発光素子１０２が発光部２０１に対応する受光部２０２として動作する。検知部２０４は、発光部２０１から分析対象の物質へ向けて放射された第１の光に基づく第２の光を検知する。分析部２０５は、検知部２０４の出力信号に基づいて物質に関する分析を行う。

光学分析システム２００では、発光部２０１と検知部２０４とが対向して配置されている。また、光学分析システム２００は、発光装置１００と検知部２０４との間に、試料セルを更に備える。試料セルは、光学分析システム２００の分析対象の物質（例えば、オゾンガス）又は分析対象の物質を含む気体（例えば、オゾンを含む空気）等の出入り可能なセルである。

電源部２０３は、外部から供給される電圧を所定電圧に変換して発光装置１００の回路１１０へ電流を供給する電源回路である。

発光部２０１から分析対象の物質へ向けて放射される第１の光は、発光部２０１から試料セル内へ放射される紫外線である。ここにおいて、分析対象の物質であるオゾンは、発光部２０１から放射される波長２７５ｎｍの紫外線を吸収する性質を有する。

検知部２０４は、例えば、フォトダイオードである。検知部２０４は、発光部２０１から分析対象の物質へ向けて放射された第１の光に基づく第２の光を受光し、受光した第２の光を光電変換して電気信号を出力信号とする。第２の光は、発光部２０１から試料セル内へ放射された紫外線のうち分析対象の物質等に吸収されずに検知部２０４に入射した紫外線である。

分析部２０５は、例えば、検知部２０４の出力信号に基づいて分析対象の物質の分析を行う。ここにおいて、分析部２０５による分析結果は、例えば、物質の特定又は物質の量の特定である。例えば、分析部２０５は、分析対象の物質が試料セル内に入っていないときの検知部２０４の出力信号と、分析対象の物質が試料セル内に入っているときの検知部２０４の出力信号と、の比から分析対象の物質の濃度を演算する。分析部２０５は、例えば、マイクロコンピュータで適宜のプログラムを実行することにより実現される。

制御部１０９は、電源部２０３を制御する。制御部１０９は、例えば、マイクロコントローラ（Microcontroller）を含む。マイクロコントローラは、プログラムに従って動作するプロセッサと、プロセッサを動作させるプログラムを格納するためのメモリ及び作業用のメモリと、を備えた１チップのデバイスとして構成される。制御部１０９は、マイクロコントローラにプログラムを実行させることにより、実現することができる。

制御部１０９は、例えば、Ａ／Ｄ変換部を有する。Ａ／Ｄ変換部は、受光部２０２（フォトダイオードとして動作している第２半導体発光素子１０２）の出力電流を電圧信号に変換して出力する。制御部１０９は、Ａ／Ｄ変換部から出力される電圧信号に応じて、電源部２０３から発光部２０１（複数の第１半導体発光素子１０１を含む回路１１０）へ供給される電流の電流値を変えるように電源部２０３を制御する。より詳細には、制御部１０９は、例えば、受光部２０２の出力電流の電流値が規定値（Ａ／Ｄ変換部から出力される電圧信号の電圧値が一定値）となるように電源部２０３を制御する。これにより、光学分析システム２００では、発光部２０１の発光特性の経時変化等によらず発光部２０１からの紫外線の光出力を安定化することが可能となり、分析精度の向上を図ることが可能となる。

次に、実施形態の発光装置１００を備えた光学分析システム２１０の他の例について図７に基づいて説明する。光学分析システム２１０に関し、光学分析システム２００と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

光学分析システム２１０は、発光装置１００と、検知部２０４と、分析部２１５と、を備える。発光装置１００では、発光装置１００の複数の第１半導体発光素子１０１が発光部２０１として動作し、かつ、第２半導体発光素子１０２が発光部２０１に対応する受光部２０２として動作する。検知部２０４は、発光部２０１から分析対象の物質へ向けて放射された第１の光に基づく第２の光を検知する。分析部２１５は、検知部２０４の出力信号に基づいて物質に関する分析を行う。

光学分析システム２１０は、光学分析システム２００と同様、発光装置１００と検知部２０４との間に、試料セルを更に備える。

発光部２０１から分析対象の物質へ向けて放射される第１の光は、発光部２０１から試料セル内へ放射される紫外線である。

検知部２０４は、発光部２０１から分析対象の物質へ向けて放射された第１の光に基づく第２の光を受光し、受光した第２の光を光電変換して電気信号を出力信号とする。

分析部２１５は、例えば、受光部２０２の出力信号と検知部２０４の出力信号とに基づいて分析対象の物質の分析を行う。例えば、分析部２１５は、受光部２０２の出力信号と、検知部２０４の出力信号と、の比から分析対象の物質の濃度を演算する。分析部２１５は、例えば、マイクロコンピュータで適宜のプログラムを実行することにより実現される。

光学分析システム２１０は、受光部２０２の出力信号と検知部２０４の出力信号との比比から濃度を演算することにより、発光部２０１の光出力の変動の影響を軽減できる。

上記の実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

例えば、複数の第１半導体発光素子１０１を含む回路１１０は、複数の第１半導体発光素子１０１の直列回路に限らず、例えば、複数の第１半導体発光素子１０１の並列回路でもよいし、複数の第１半導体発光素子１０１の直並列回路でもよい。

また、第２半導体発光素子１０２を囲むように配置される複数の第１半導体発光素子１０１は、６個の第１半導体発光素子１０１に限らず、３個以上の第１半導体発光素子１０１であればよい。

また、複数の第１半導体発光素子１０１は、２個以上の第１半導体発光素子１０１でもよい。この場合、ｎ個（ｎは２以上の整数）の第１半導体発光素子１０１が、第２半導体発光素子１０２の中心軸を回転中心軸としてｍ回回転対称性（ｍは１を除くｎの約数）を有するように配置されているのが好ましい。

また、第１半導体発光素子１０１、第２半導体発光素子１０２及び第２半導体発光素子１０２ｂの平面視形状は、正方形状に限らず、例えば、長方形状等でもよい。

また、基板１は、サファイア基板に限らず、例えば、単結晶ＡｌＮ基板等でもよい。

また、ｎ型半導体層４は、単層構造に限らず多層構造でもよい。例えば、ｎ型半導体層４は、例えば、互いにＡｌの組成比の異なる複数のｎ型ＡｌＧａＮ層の積層構造でもよい。また、ｐ型半導体層６におけるｐ型ＡｌＧａＮ層及びｐ型ＧａＮ層は、単層構造に限らず多層構造でもよい。例えば、ｐ型ＡｌＧａＮ層は、互いにＡｌの組成比の異なる複数のｐ型ＡｌＧａＮ層の積層構造でもよい。また、ｐ型ＧａＮ層は、互いにｐ型不純物の濃度の異なる複数のｐ型ＧａＮ層の積層構造でもよい。

また、活性層５は、多重量子井戸構造を有する例に限らず、例えば、単一量子井戸構造でもよいし、単層構造でもよい。また、活性層５の材料は、ＡｌＧａＮに限らず、他の窒化物半導体材料でもよく、例えば、ＩｎＡｌＧａＮ等でもよい。また、活性層５の材料は、窒化物半導体材料以外の材料でもよい。

また、第１半導体発光素子１０１、第２半導体発光素子１０２及び第２半導体発光素子１０２ｂは、ＵＶ−Ｃの波長域の紫外線を放射するように構成される場合に限らず、例えば、ＵＶ−Ｂの波長域又はＵＶ−Ａの波長域の紫外線を放射するように構成されていてもよい。「ＵＶ−Ｂの波長域」とは、例えば国際照明委員会における紫外線の波長による分類によれば、２８０ｎｍ〜３１５ｎｍである。「ＵＶ−Ａの波長域」とは、例えば国際照明委員会における紫外線の波長による分類によれば、３１５ｎｍ〜４００ｎｍである。また、第１半導体発光素子１０１、第２半導体発光素子１０２及び第２半導体発光素子１０２ｂは、紫外線発光素子に限らず、例えば、可視光を放射する可視光発光素子、赤外線を放射する赤外線発光素子でもよい。

また、第２半導体発光素子１０２ｂの使用例は、第１機能部５１を発光部とし第２機能部５２を受光部として動作させる例に限らない。例えば、第２半導体発光素子１０２ｂは、第１機能部５１と第２機能部５２との両方を発光部として動作させてもよいし、第２機能部５２を発光部とし第１機能部５１を受光部として動作させてもよい。

また、第２半導体発光素子１０２ｂに関し、第１半導体部７１、第２半導体部７２、第１正電極８１、第２正電極８２、第１負電極９１及び第２負電極９２の平面視形状、レイアウト等は、図５Ａの例に限らず、適宜変更可能である。

また、第２半導体発光素子１０２ｂに関して、第１正電極８１及び第１負電極９１の各々の数は、１つに限らず、複数でもよい。また、第２半導体発光素子１０２ｂでは、第１正電極８１の数と第１負電極９１の数とが異なっていてもよい。

また、第２半導体発光素子１０２ｂに関して、第２正電極８２及び第２負電極９２の各々の数は、１つに限らず、複数でもよい。また、第２半導体発光素子１０２ｂでは、第２正電極８２の数と第２負電極９２の数とが異なっていてもよい。

また、第２半導体発光素子１０２ｂでは、基板１の第２面１２において活性層５からの紫外線を反射させる必要がないので、例えば、基板１の第２面１２に、単層もしくは多層の誘電体膜からなるアンチリフレクションコート（anti-reflection coat）が設けられていてもよい。

また、第２半導体発光素子１０２ｂでは、基板１の第２面１２に、活性層５から放射された光の第２面１２での反射を抑制する光取出し構造部を備えていてもよい。光取出し構造部としては、例えば、２次元周期構造を有した凹凸構造部が挙げられる。凹凸構造部は、例えば、例えば複数の四角錐状の凸部が２次元アレイ状に配列された構成である。２次元周期構造の周期は、活性層５で発光する紫外線の波長に応じて適宜決めればよい。

また、変形例２の発光装置１００ｂにおいて、第１半導体発光素子１０１を第２半導体発光素子１０２ｂと同じ構成としてもよい。また、変形例２の発光装置１００ｂにおいて、第２半導体発光素子１０２ｂを第１半導体発光素子１０１と同じ構成としてもよい。また、変形例２の発光装置１００ｂが、変形例１の発光装置１００ａと同様に制御部１０９を備えていてもよい。

また、実施形態の発光装置１００及び変形例１の発光装置１００ａにおいて、第２半導体発光素子１０２の数は、１つに限らず、複数でもよい。この場合、例えば、複数の第２半導体発光素子１０２を囲むように複数の第１半導体発光素子１０１が配置されているのが好ましい。同様に、変形例２の発光装置１００ｂにおいて、第２半導体発光素子１０２ｂの数は、１つに限らず、複数でもよい。この場合、例えば、複数の第２半導体発光素子１０２ｂを囲むように複数の第１半導体発光素子１０１が配置されているのが好ましい。また、実施形態の発光装置１００及び変形例１の発光装置１００ａにおいて、第２半導体発光素子１０２の数を複数とした場合に、複数の第２半導体発光素子１０２のうちの一部の第２半導体発光素子１０２を第２半導体発光素子１０２ｂに置き換えてもよい。

また、光学分析システム２００又は２１０における検知部２０４は、フォトダイオードに限らず、例えば、光電子増倍管、分光光度計等でもよい。

光学分析システム２００又は２１０の分析対象の物質は、オゾンに限らず、例えば、人の呼気中のアセトン等でもよい。ここにおいて、光学分析システム２００又は２１０の分析対象の物質は、紫外線を吸収する物質に限らず、紫外線を励起光として蛍光を発する物質でもよいし、ラマン散乱光を発する物質でもよい。

光学分析システム２００又は２１０では、分析対象の物質が発光部２０１からの紫外線により励起されて蛍光を発する物質の場合、検知部２０４として分光光度計を採用し、物質の発する蛍光が検知部２０４に入射するように検知部２０４が配置されていてもよい。この場合、検知部２０４は、分析対象の物質の発する蛍光に関して、光の波長ごとの強度の分布を測定することが可能となる。そして、分析部２０５又は２１５は、例えば、分光光度計の測定結果に基づいて分析対象の物質の分析を行う。ここにおいて、分析部２０５又は２１５による分析結果は、例えば、物質の特定又は物質の量の特定である。

また、光学分析システム２００又は２１０では、分析対象の物質が発光部２０１からの紫外線を散乱する物質の場合、試料セル内において発光部２０１の光軸と検知部２０４の光軸とが交差するように発光部２０１及び検知部２０４が配置されていてもよい。これにより、光学分析システム２００又は２１０では、分析対象の物質で散乱された紫外線の一部を検知部２０４で受光する。

また、光学分析システム２００又は２１０は、発光装置１００の代わりに、発光装置１００ａ又は１００ｂを備えていてもよい。

以上説明した実施形態等から明らかなように、第１の態様に係る発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）は、複数の第１半導体発光素子（１０１）と、第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）と、実装基板（１０３）と、を備える。実装基板（１０３）は、複数の第１半導体発光素子（１０１）と第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）とが実装されている。実装基板（１０３）は、複数の第１半導体発光素子（１０１）を含む回路（１１０）に接続された複数の第１端子（１３１）と、第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）に接続された複数の第２端子（１３２）と、を有する。

以上の構成により、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）は、光出力の低下を抑制しつつ光出力のモニタリングが可能となる。

第２の態様に係る発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、第１の態様において、第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）は、複数の第１半導体発光素子（１０１）と同じ構成である。これにより、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）は、低コスト化を図ることが可能となる。

第３の態様に係る発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、第１の態様において、第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）は、複数の第１半導体発光素子（１０１）と異なる構成である。これにより、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）は、第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）の構造の設計自由度が高くなる。

第４の態様に係る発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、第１乃至３の態様のいずれか一つにおいて、複数の第１半導体発光素子（１０１）及び第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）は、紫外線発光素子である。これにより、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）は、光出力として紫外線出力のモニタリングが可能となる。

第５の態様に係る発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、第１乃至４の態様のいずれか一つにおいて、複数の第１半導体発光素子（１０１）が３個以上の第１半導体発光素子（１０１）であり、複数の第１半導体発光素子（１０１）が第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）を中心として第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）を囲むように配置されている。これにより、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）は、配光特性の低下を抑制することが可能となる。

第６の態様に係る発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、第１乃至４の態様のいずれか一つにおいて、複数の第１半導体発光素子（１０１）がｎ個（ｎは２以上の整数）の第１半導体発光素子（１０１）であり、ｎ個の第１半導体発光素子（１０１）が第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）の中心軸を回転中心軸としてｍ回回転対称性（ｍは１を除くｎの約数）を有するように配置されている。これにより、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）は、配光特性の低下を抑制することが可能となる。

第７の態様に係る発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、第１乃至６の態様のいずれか一つにおいて、実装基板（１０３）は、複数の第１半導体発光素子（１０１）と第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）とを収納する凹部（１３３）を有し、凹部（１３３）の底面（１３４）に複数の第１半導体発光素子（１０１）と第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）とが実装されている。第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）が、凹部（１３３）の底面（１３４）の中心に配置されている。これにより、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）は、配光特性の低下を抑制することが可能となる。

第８の態様に係る発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、第１乃至７の態様のいずれか一つにおいて、第２半導体発光素子（１０２ｂ）は、基板（１）と、積層体（２）と、を備える。基板（１）は、その厚さ方向（Ｄ１）において互いに反対側にある第１面（１１）及び第２面（１２）を有する。積層体（２）は、基板（１）の第１面（１１）上に設けられている。積層体（２）では、ｎ型半導体層（４）、活性層（５）及びｐ型半導体層（６）が基板（１）側からこの順に並んでいる。積層体（２）は、積層体（２）の基板（１）とは反対側の表面（２１）に形成されて活性層（５）とｐ型半導体層（６）との積層構造（７）を第１半導体部（７１）と第２半導体部（７２）とに分離する溝（２３）を有する。第１半導体部（７１）の面積が第２半導体部（７２）の面積よりも大きい。第２半導体発光素子（１０２ｂ）は、第１正電極（８１）と、第２正電極（８２）と、第１負電極（９１）と、第２負電極（９２）と、を更に備える。第１正電極（８１）は、第１半導体部（７１）上に形成されている。第２正電極（８２）は、第２半導体部（７２）上に形成されている。第１負電極（９１）は、ｎ型半導体層（４）の活性層（５）側の表面（４１）に設けられ、厚さ方向（Ｄ１）から見て第１正電極（８１）に隣り合う。第２負電極（９２）は、ｎ型半導体層（４）の活性層（５）側の表面（４１）に設けられ、厚さ方向（Ｄ１）から見て第２正電極（８２）に隣り合う。これにより、発光装置（１００、１００ａ）では、第２半導体発光素子（１０２ｂ）は、光出力の低下を抑制しつつ光出力のモニタリングが可能となる。

第９の態様に係る発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）は、第１乃至８の態様のいずれか一つにおいて、制御部（１０９）を更に備える。制御部（１０９）は、複数の第１半導体発光素子（１０１）を発光させるとともに、第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）をフォトダイオードとして動作させる。これにより、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）は、光出力の低下を抑制しつつ光出力のモニタリングが可能となる。

第１０の態様に係る光学分析システム（２００）は、第１乃至９の態様のいずれか一つの発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）と、電源部（２０３）と、制御部（１０９）と、検知部（２０４）と、分析部（２０５）と、を備える。発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）の複数の第１半導体発光素子（１０１）が発光部（２０１）として動作し、かつ、第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）が発光部（２０１）に対応する受光部（２０２）として動作する。電源部（２０３）は、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）の回路（１１０）へ電流を供給する。制御部（１０９）は、受光部（２０２）の出力信号が規定値となるように電源部（２０３）を制御する。検知部（２０４）は、発光部（２０１）から分析対象の物質へ向けて放射された第１の光に基づく第２の光を検知する。分析部（２０５）は、検知部（２０４）の出力信号に基づいて分析対象の物質に関する分析を行う。

以上の構成により、光学分析システム（２００）は、発光部（２０１）の光出力の低下を抑制しつつ受光部（２０２）において発光部（２０１）の光出力のモニタリングが可能となる。

第１１の態様に係る光学分析システム（２１０）は、第１乃至９の態様のいずれか一つの発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）と、検知部（２０４）と、分析部（２１５）と、を備える。発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）の複数の第１半導体発光素子（１０１）が発光部（２０１）として動作し、かつ、第２半導体発光素子（１０２、１０２ｂ）が発光部（２０１）に対応する受光部（２０２）として動作する。検知部（２０４）は、発光部（２０１）から分析対象の物質へ向けて放射された第１の光に基づく第２の光を検知する。分析部（２１５）は、受光部（２０２）の出力信号と検知部（２０４）の出力信号に基づいて分析対象の物質に関する分析を行う。

以上の構成により、光学分析システム（２００）は、発光部（２０１）の光出力の低下を抑制しつつ受光部（２０２）において発光部（２０１）の光出力のモニタリングが可能となる。

第１２の態様に係る発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、第８の態様において、活性層（５）のうち第１半導体部（７１）の一部を構成する部分である第１機能部（５１）と第２半導体部（７２）の一部を構成する部分である第２機能部（５２）との互いに対向する端面（５１３、５２３）同士が平行である。これにより、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、光出力のモニタリング精度の向上を図ることが可能となる。

第１３の態様に係る発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、第８又は１２の態様において、厚さ方向（Ｄ１）から見てｎ型半導体層（４）の大きさは、基板（１）の大きさと同じである。これにより、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、光出力の低下をより抑制することが可能となる。

第１４の態様に係る発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、第８、１２又は１３の態様において、第１正電極（８１）の面積が第２正電極（８２）の面積よりも大きく、第１負電極（９１）の面積が第２負電極（９２）の面積よりも大きい。これにより、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、光出力の低下をより抑制することが可能となる。

第１５の態様に係る発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、第１４の態様において、厚さ方向（Ｄ１）から見て第１半導体部（７１）の外周線が、ｎ型半導体層（４）の外周線に沿っていて、かつ、第２半導体部（７２）と第１負電極（９１）と第２負電極（９２）とを避けるように曲がっている。これにより、発光装置（１００、１００ａ、１００ｂ）では、光出力の低下を更に抑制することが可能となる。

１ 基板
２ 積層体
２１ 表面
２３ 溝
１１ 第１面
１２ 第２面
４ ｎ型半導体層
４１ 表面
５ 活性層
５１ 第１機能部
５１３ 端面
５２ 第２機能部
５２３ 端面
６ ｐ型半導体層
７ 積層構造
７１ 第１半導体部
７２ 第２半導体部
８１ 第１正電極
８２ 第２正電極
９１ 第１負電極
９２ 第２負電極
１００、１００ａ、１００ｂ 発光装置
１０１ 第１半導体発光素子
１０２、１０２ｂ 第２半導体発光素子
１０３ 実装基板
１３３ 凹部
１３４ 底面
１０９ 制御部
１１０ 回路
２００、２１０ 光学分析システム
２０１ 発光部
２０２ 受光部
２０３ 電源部
２０４ 検知部
２０５、２１５ 分析部
Ｄ１ 厚さ方向

Claims (11)

1. 複数の第１半導体発光素子と、第２半導体発光素子と、前記複数の第１半導体発光素子と前記第２半導体発光素子とが実装された実装基板と、を備え、
   前記実装基板は、前記複数の第１半導体発光素子を含む回路に接続された複数の第１端子と、前記第２半導体発光素子に接続された複数の第２端子と、を有する
   ことを特徴とする発光装置。
2. 前記第２半導体発光素子は、前記複数の第１半導体発光素子と同じ構成である
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第２半導体発光素子は、前記複数の第１半導体発光素子と異なる構成である
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
4. 前記複数の第１半導体発光素子及び前記第２半導体発光素子は、紫外線発光素子である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記複数の第１半導体発光素子が３個以上の第１半導体発光素子であり、
   前記複数の第１半導体発光素子が前記第２半導体発光素子を中心として前記第２半導体発光素子を囲むように配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記複数の第１半導体発光素子がｎ個（ｎは２以上の整数）の第１半導体発光素子であり、前記ｎ個の第１半導体発光素子が前記第２半導体発光素子の中心軸を回転中心軸としてｍ回回転対称性（ｍは１を除くｎの約数）を有するように配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記実装基板は、前記複数の第１半導体発光素子と前記第２半導体発光素子とを収納する凹部を有し、
   前記凹部の底面に前記複数の第１半導体発光素子と前記第２半導体発光素子とが実装されており、
   前記第２半導体発光素子が、前記凹部の前記底面の中心に配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置。
8. 前記第２半導体発光素子は、
   厚さ方向において互いに反対側にある第１面及び第２面を有する基板と、
   前記基板の前記第１面上に設けられ、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層が前記基板側からこの順に並んでいる積層体と、を備え、
   前記積層体は、前記基板とは反対側の表面に形成されて前記活性層と前記ｐ型半導体層との積層構造を第１半導体部と第２半導体部とに分離する溝を有し、
   前記第１半導体部の面積が前記第２半導体部の面積よりも大きく、
   前記第１半導体部上に形成されている第１正電極と、
   前記第２半導体部上に形成されている第２正電極と、
   前記ｎ型半導体層の前記活性層側の表面に設けられ、前記厚さ方向から見て前記第１正電極に隣り合う第１負電極と、
   前記ｎ型半導体層の前記活性層側の前記表面に設けられ、前記厚さ方向から見て前記第２正電極に隣り合う第２負電極と、を更に備える
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光装置。
9. 前記複数の第１半導体発光素子を発光させるとともに、前記第２半導体発光素子をフォトダイオードとして動作させる制御部を更に備える
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光装置と、電源部と、制御部と、検知部と、分析部と、を備え、
    前記発光装置では、前記発光装置の前記複数の第１半導体発光素子が発光部として動作し、かつ、前記第２半導体発光素子が前記発光部に対応する受光部として動作し、
    前記電源部は、前記発光装置の前記回路へ電流を供給し、
    前記制御部は、前記受光部の出力信号が規定値となるように前記電源部を制御し、
    前記検知部は、前記発光部から分析対象の物質へ向けて放射された第１の光に基づく第２の光を検知し、
    前記分析部は、前記検知部の出力信号に基づいて前記物質に関する分析を行う
    ことを特徴とする光学分析システム。
11. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光装置と、検知部と、分析部と、を備え、
    前記発光装置では、前記発光装置の前記複数の第１半導体発光素子が発光部として動作し、かつ、前記第２半導体発光素子が前記発光部に対応する受光部として動作し、
    前記検知部は、前記発光部から分析対象の物質へ向けて放射された第１の光に基づく第２の光を検知し、
    前記分析部は、前記受光部の出力信号と前記検知部の出力信号に基づいて前記物質に関する分析を行う
    ことを特徴とする光学分析システム。