(57)【要約】【課題】高出力・高効率であって高湿環境下で長寿命の発光ダイオードを提供する。【解決手段】発光部７を有する化合物半導体層２と、化合物半導体層２の主たる光取り出し面に設けられたオーミック電極４，５と、オーミック電極４，５を保護するための電極保護層６と、を備えた発光ダイオード１であって、主たる光取り出し面を含む化合物半導体層２の表面２ａ，２ｂのＡｌ濃度が２０％以下且つＡｓ濃度が１％未満であり、電極保護層６が、オーミック電極４，５を覆うように設けられた第１の保護膜１２と、少なくとも第１の保護膜１２の端部を覆うように設けられた第２の保護膜１３とからなる二層構造を有することを特徴とする発光ダイオード１を採用する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式中にＡｌを含み、発光波長が５７０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であるｐｎ接合型の発光部を有する化合物半導体層と、前記化合物半導体層の主たる光取り出し面に設けられたオーミック電極と、前記オーミック電極を保護するための電極保護層と、を備えた発光ダイオードであって、
前記主たる光取り出し面を含む前記化合物半導体層の表面のＡｌ濃度が２５％以下であり、
前記電極保護層が、オーミック電極を覆うように設けられた第１の保護膜と、少なくとも前記第１の保護膜の端部を覆うように設けられた第２の保護膜とからなる二層構造を有することを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記主たる光取り出し面に設けられた前記オーミック電極が、ｐ型のオーミック電極であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記発光部は、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）からなる発光層を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記発光部は、前記発光層の上面及び下面の一方又は両方にクラッド層を有することを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記主たる光取り出し面の表面の組成式が、（ＡｌＸＧａ1-Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．８、０．４８≦Ｙ≦０．５２）であ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ダイオード。
【請求項６】
前記主たる光取り出し面には、さらにｎ型のオーミック電極が設けられており、前記ｎ型のオーミック電極上に前記電極保護層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記第１の保護膜は、金及び白金のいずれか一方からなる金属層又はこれらの金属層の積層構造であ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ダイオード。
【請求項８】
前記第１の保護膜の表面が金であることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記第２の保護膜は、発光波長に対して透明な酸化膜又は窒化膜であ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ダイオード。
【請求項１０】
前記第２の保護膜が酸化シリコン（ＳｉＯ２）であることを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記第１の保護膜の表面が、ワイヤボンディング用のパッドとされていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記化合物半導体層の前記主たる光取り出し面と反対側の面に機能性基板が接合されており、
前記機能性基板の表面のＡｌ濃度が２５％以下であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記機能性基板が、発光波長に対して透明であることを特徴とする請求項１２に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記機能性基板の材質がＧａＰであることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
発光波長が、６５０ｎｍ〜６７０ｎｍである植物育成の光合成の促進に使用するための発光ダイオードであって、半導体層および基板の表面Ａｌ濃度が２５％以下且つオーミック電極のコンタクト層を除いてＡｓを含まないことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の発光ダイオードを搭載することを特徴とする発光ダイオードランプ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の発光ダイオードランプを搭載することを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード及び発光ダイオードランプに関するものであり、特に植物育成用光源などの高湿環境下で使用される赤色発光ダイオード及びそれを用いた発光ダイオードランプ並びに照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人工光源による植物育成が研究なされている。特に、単色性に優れており、省エネルギー、長寿命、小型化が可能な発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）による照明を用いた栽培方法が注目されている。また、これまでの研究結果から、植物育成（光合成）用の光源に適した発光波長の１つとして、波長６００〜７００ｎｍの領域の、赤色光の効果が確認されている。また、７３０ｎｍ〜７６０ｎｍの赤外光も、育成制御に有効な波長であるとの報告もある。特に、光合成に対して波長６６０〜６７０ｎｍ付近の光は、反応効率が高く最も望ましい光源である。これらの波長に対して、従来の発光ダイオードに於いては、ＧａＡｓ基板上のＡｌＧaＡｓからなる発光層が実用化されている（例えば特許文献１〜３）。
【０００３】
一方、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ；０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる発光層を備えた化合物半導体ＬＥＤが知られている。このＬＥＤは、黄緑〜赤色の発光層で得られるピーク波長は、５６０〜６７０ｎｍ付近である。
【０００４】
また、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる発光層を備えた発光部は、一般に、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板上に形成されている。この砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板は、発光層から出射される発光に対し光学的に不透明であり、機械的にも強度がそれ程ないという課題があった。そこで、より高輝度の可視ＬＥＤを得るために、また、更なる素子の機械的強度の向上を目的とした研究が進められている。すなわち、ＧａＡｓのような不透明な基板材料を除去した後、発光を透過できると共に従来に増してより機械強度に優れた透明な材料からなる支持体層を改めて接合させた、いわゆる接合型ＬＥＤを構成する技術が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００５】
また、発光ダイオードの高湿対策の高機能保護膜については、無機膜と熱硬化性樹脂膜による２層構造が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
また、ＡｌＧａＡｓ系の発光ダイオードの高機能保護膜については、半導体層に１００ｎｍを越える十分な膜厚の保護膜を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３７６４８号公報
【特許文献２】特開２００２−２７８３１号公報
【特許文献３】特開２００４−２２１０４２号公報
【特許文献４】特許第３２３０６３８号公報
【特許文献５】特開平８−２９８３４１号公報
【特許文献６】特開平７−９４７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来からＬＥＤは、屋外で使用され高温や高湿に対する信頼性が検討されていた。そして、新しい用途の植物育成用の照明の光源として実用化するためには、植物育成の環境であるため散水、薬品散布など高湿や化学物質に耐えられる品質が必要である。ところで、従来の発光ダイオードであるＡｌＧaＡｓ系のＬＥＤでは、Ａｌ濃度が高い為に高湿環境下でＡｌＧａＡｓ結晶が酸化して、発光出力が低下してしまうという問題があった。また、ＡｌＧaＡｓ系のＬＥＤでは、オーミック電極材とＡｌＧａＡｓ材料との合金化による合金層の腐食により、順方向電圧（ＶＦ）が上昇する現象が起こる場合があった。
【０００８】
そこで、上記課題に対して、ＡｌＧａＡｓ表面、オーミック電極の合金層に保護膜を形成することも検討されているが、ＧａＡｓ基板除去型の高出力のＡｌＧａＡｓチップは、側面及び裏面が透明なＡｌＧａＡｓである事から全てを保護することは、技術的に困難であった。
【０００９】
また、例えば、水分に塩素など化学物質を含む高湿環境では、電極付近で電気化学反応が起こる場合があり、前記合金層の保護の強化が必要である。
一方、食用の植物育成の場合は、腐食の可能性があるＡｌＧａＡｓについては、Ａｓの挙動に細心の注意が必要である。このため、チップ、パッケージや照明装置でのＡｓ対策が必要であるという問題があった。望ましくは、Ａｓ濃度を低減する課題もある。
【００１０】
すなわち、発光効率の高い上記ＡｌＧａＡｓ発光ダイオードは、透明なＡｌＧａＡｓの厚膜層を成長し、使用したＧａＡｓ基板を除去した構造である。この高出力発光ダイオードは、表面、側面、裏面が全てＡｌＧａＡｓである。波長６６０ｎｍの発光層は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）Ａｓ（Ｘ＝０．３５）であるため、発光層を挟むクラッド層及び厚膜層は、必然的に透明なバンドギャップの大きい層（Ａｌ濃度が高い）である。従って、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）Ａｓの組成は、上記Ｘの値が、０．３５超であることが必須であり、表面、側面、裏面の組成は（０．５＜Ｘ＜０．８）であり、Ａｌ濃度に換算して約２５％から４０％程度の高濃度である。したがって、ＡｌＧａＡｓ発光ダイオードは、高湿環境下で酸化しやすい表面材質である為、表面にＳｉＯ２保護膜などを形成する技術が実用化されている。また、腐食しやすいオーミック電極の合金層に対しても、保護膜を形成する技術が実用化されている。
一方、発光波長が７００ｎｍより長い近赤外領域では、発光層のＡｌ濃度が低くなり、ＬＥＤ全体のＡｌ濃度を低下できるため、高湿化の耐性が向上する。従って、赤色発光ダイオードに対して、より重要な課題である。
【００１１】
また、上記ＡｌＧａＡｓ発光ダイオードを、例えば、６０℃、９０ＲＨ％、２０ｍＡ、１０００時間の条件で高温高湿通電試験をした場合、試験パッケージによっては発光出力低下や順方向電圧の上昇が発生する。これは、ＡｌＧａＡｓの表面酸化（側面を含む）により形成された酸化層での光吸収が増加したこと、オーミック電極と半導体の合金層とが一部腐食したことによる抵抗の上昇したことが原因と考えられる。更に、酸化・腐食反応は、水分に加え、アルカリ、ハロゲン等の活性な不純物が含まれる条件で、電気化学反応により加速されることが知られている。
【００１２】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、高出力・高効率であって高湿環境下で長寿命の発光ダイオードを提供することを目的とする。特に、多湿環境の植物育成用の照明に適した発光ダイオードを提供する。
また、植物育成用の照明に適した発光ダイオードランプや当該発光ダイオードランプを搭載した照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち、本発明は以下に関する。
［１］  組成式中にＡｌを含み、発光波長が５７０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であるｐｎ接合型の発光部を有する化合物半導体層と、前記化合物半導体層の主たる光取り出し面に設けられたオーミック電極と、前記オーミック電極を保護するための電極保護層と、を備えた発光ダイオードであって、前記主たる光取り出し面を含む前記化合物半導体層の表面のＡｌ濃度が２５％以下であり、前記電極保護層が、オーミック電極を覆うように設けられた第１の保護膜と、少なくとも前記第１の保護膜の端部を覆うように設けられた第２の保護膜とからなる二層構造を有することを特徴とする発光ダイオード。
［２］  前記主たる光取り出し面に設けられた前記オーミック電極が、ｐ型のオーミック電極であることを特徴とする前項１に記載の発光ダイオード。
［３］  前記発光部は、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）からなる発光層を有することを特徴とする前項１又は２に記載の発光ダイオード。
［４］  前記発光部は、前記発光層の上面及び下面の一方又は両方にクラッド層を有することを特徴とする前項３に記載の発光ダイオード。
［５］  前記主たる光取り出し面の表面の組成式が、（ＡｌＸＧａ1-Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．８、０．４８≦Ｙ≦０．５２）であることを特徴とする前項１乃至４のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［６］  前記主たる光取り出し面には、さらにｎ型のオーミック電極が設けられており、前記ｎ型のオーミック電極上に前記電極保護層が設けられていることを特徴とする前項１乃至５のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【００１４】
［７］  前記第１の保護膜は、金及び白金のいずれか一方からなる金属層又はこれらの金属層の積層構造であることを特徴とする前項１乃至６のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［８］  前記第１の保護膜の表面が金であることを特徴とする前項７に記載の発光ダイオード。
［９］  前記第２の保護膜は、発光波長に対して透明な酸化膜又は窒化膜であることを特徴とする前項１乃至８のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［１０］  前記第２の保護膜が酸化シリコン（ＳｉＯ２）であることを特徴とする前項９に記載の発光ダイオード。
［１１］  前記第１の保護膜の表面が、ワイヤボンディング用のパッドとされていることを特徴とする前項１乃至１０のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【００１５】
［１２］  前記化合物半導体層の前記主たる光取り出し面と反対側の面に機能性基板が接合されており、前記機能性基板の表面のＡｌ濃度が２５％以下であることを特徴とする前項１乃至１１のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［１３］  前記機能性基板が、発光波長に対して透明であることを特徴とする前項１２に記載の発光ダイオード。
［１４］  前記機能性基板の材質がＧａＰであることを特徴とする前項１２又は１３に記載の発光ダイオード。
【００１６】
［１５］  発光波長が、６５０ｎｍ〜６７０ｎｍである植物育成の光合成の促進に使用するための発光ダイオードであって、半導体層および基板の表面Ａｌ濃度が２５％以下且つオーミック電極のコンタクト層を除いてＡｓを含まないことを特徴とする前項１乃至１４のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［１６］  前項１乃至１５のいずれか一項に記載の発光ダイオードを搭載することを特徴とする発光ダイオードランプ。
［１７］  前項１６に記載の発光ダイオードランプを搭載することを特徴とする照明器具。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の発光ダイオードは、組成式中にＡｌを含み、発光波長が５７０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であるｐｎ接合型の発光部を有する化合物半導体層の、主たる光取り出し面を含む表面のＡｌ濃度が２５％以下とされると共に、この化合物半導体層の主たる光取り出し面に設けられたオーミック電極を保護するための電極保護層が、オーミック電極を覆うように設けられた第１の保護膜と、少なくとも第１の保護膜の端部を覆うように設けられた第２の保護膜とからなる二層構造とされている。このように、高湿環境下において腐食の起点となるＡｌの半導体表面の濃度を規定し、オーミック電極と半導体の界面との合金層を二層構造の保護膜によって保護するため、発光ダイオードの耐食性を向上することができる。したがって、高出力・高効率であって高湿環境下で長寿命の発光ダイオードを提供することができる。なお、本発明において半導体表面のＡｌ濃度とは、化合物半導体層の主たる光取り出し面及び機能性基板の表面のＡｌ濃度を示すものとし、オーミック電極と半導体との合金層の表面を除くものとする。
また、本発明の発光ダイオードは、主たる光取り出し面を含む化合物半導体層の表面にＡｓを含まないため、植物育成用の照明に適した発光ダイオードを提供することができる。
【００１８】
また、本発明の発光ダイオードは、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）からなる発光層を有する発光部を備えている。上記組成からなる発光層は、従来の発光ダイオードのＡｌＧａＡｓからなる発光層よりもＡｌ及びＡｓ濃度が低いため、高湿環境下という使用環境が厳しい植物育成用の発光ダイオードとして好適に用いることができる。
【００１９】
ところで、植物育成用の光源には、青色発光ダイオードと赤色発光ダイオードとがパッケージされるが、このようなパッケージには保護膜として青色光に対して劣化しにくいシリコン樹脂が用いられる。しかしながら、シリコン樹脂は一般的に吸湿性が高いため、植物育成用の光源が用いられる高湿環境下では保護膜としての機能が充分ではない。
本発明の発光ダイオードランプ及び照明装置によれば、上記発光ダイオードが搭載されているため、青色及び赤色発光ダイオードが同時に使用される植物育成の光源として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態である発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプの平面図である。
【図２】本発明の一実施形態である発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプの、図１中に示すＡ−Ａ’線に沿った断面模式図である。
【図３】本発明の一実施形態である発光ダイオードの平面図である。
【図４】本発明の一実施形態である発光ダイオードの、図３中に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面模式図である。
【図５】本発明の一実施形態である発光ダイオードの電極保護膜の構成を説明するための拡大断面図である。
【図６】本発明の一実施形態である発光ダイオードに用いるエピウェーハの断面模式図である。
【図７】本発明の一実施形態である発光ダイオードに用いる接合ウェーハの断面模式図である。
【図８】本発明の実施例の説明における、比較例１の発光ダイオードの構成を説明するための断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオードについて、これを用いた発光ダイオードランプとともに図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２２】
＜発光ダイオードランプ＞
図１及び図２は、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプを説明するための図であり、図１は平面図、図２は図１中に示すＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、本実施形態の発光ダイオード１を用いた発光ダイオードランプ４１は、マウント基板４２の表面に１以上の発光ダイオード１が実装されている。より具体的には、マウント基板４２の表面には、ｎ電極端子４３とｐ電極端子４４とが設けられている。また、発光ダイオード１の第１の電極であるｎ型オーミック電極４とマウント基板４２のｎ電極端子４３とが金線４５を用いて接続されている（ワイヤボンディング）。一方、発光ダイオード１の第２の電極であるｐ型オーミック電極５とマウント基板４２のｐ電極端子４４とが金線４６を用いて接続されている。さらに、図２に示すように、発光ダイオード１のｎ型及びｐ型オーミック電極４，５が設けられた面と反対側の面には、接続層４７が設けられており、この接続層４７によって発光ダイオード１がｎ電極端子４３上に接続されてマウント基板４２に固定されている。マウント基板４２の発光ダイオード１が実装された表面は、一般的なシリコン樹脂４８によって封止されている。
【００２４】
＜発光ダイオード＞
図３及び図４は、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオードを説明するための図であり、図３は平面図、図４は図３中に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。図３及び図４に示すように、本実施形態の発光ダイオード１は、化合物半導体層２と機能性基板３とが接合された発光ダイオードである。そして、発光ダイオード１は、化合物半導体層２の主たる光取り出し面に設けられたｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５と、ｎ型及びｐ型のオーミック電極４，５を保護するための電極保護層６とを備えて概略構成されている。なお、本実施形態における主たる光取り出し面とは、化合物半導体層２において、機能性基板３を貼り付けた面の反対側の面をいう。
【００２５】
化合物半導体層（エピタキシャル成長層ともいう）２は、図４に示すように、組成式中にＡｌを含み、発光波長が５７０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であるｐｎ接合型の発光部７と、素子駆動電流を発光部の全般に平面的に拡散させるための電流拡散層８とが順次積層された構造を有している。この化合物半導体層２の構造には、公知の機能層を適時加えることができる。例えば、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極の接触抵抗を下げるためのコンタクト層、素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層や電流狭窄層など公知の層構造を設けることができる。なお、化合物半導体層２は、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長させて形成されたものであることが好ましい。
【００２６】
発光部７は、図４に示すように、電流拡散層８上に、少なくともｐ型の下部クラッド層９、発光層１０、ｎ型の上部クラッド層１１が順次積層されて構成されている。すなわち、発光部７は、放射再結合をもたらすキャリア（担体；ｃａｒｒｉｅｒ）及び発光を発光層１０に「閉じ込める」ために、発光層１０の下側及び上側に対峙して配置した下部クラッド（ｃｌａｄ）層９及び上部クラッド層１１を含む、所謂、ダブルヘテロ（英略称：ＤＨ）構造とすることが高強度の発光を得る上で好ましい。
【００２７】
発光層１０は、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる半導体層から構成されている。この発光層１０は、ダブルヘテロ構造、単一（ｓｉｎｇｌｅ）量子井戸（英略称：ＳＱＷ）構造、あるいは多重（ｍｕｌｔｉ）量子井戸（英略称：ＭＱＷ）構造のどちらであっても良いが、単色性に優れる発光を得るためにはＭＱＷ構造とすることが好ましい。また、量子井戸（英略称：ＱＷ）構造をなす障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）層及び井戸（ｗｅｌｌ）層を構成する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）の組成は、所望の発光波長を帰結する量子準位が井戸層内に形成される様に決定することができる。
【００２８】
発光層１０の層厚は、０．０２〜２μｍの範囲であることが好ましい。また、発光層１０の伝導型は特に限定されるものではなく、アンドープ、ｐ型及びｎ型のいずれも選択することができる。発光効率を高めるには、結晶性が良好なアンドープ又は３×１０１７ｃｍ−３未満のキャリア濃度とすることが望ましい。
【００２９】
組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる発光層１０を有する発光ダイオード１は、従来のＡｌＧａＡｓ系の発光ダイオードと比較して高出力であり、６５０〜６７０ｎｍの波長域は植物育成の光合成の促進に使用する照明（発光ダイオードランプや発光ダイオードランプを備えた照明装置）として好適に用いることができる。なお、照明装置とは、図示しないが、配線やスルーホール等が形成された基板と、基板表面に取り付けられた複数の発光ダイオードランプと、凹字状の断面形状を有し、凹部内側の底部に発光ダイオードランプが取り付けられるように構成されたリフレクター又はシェードとを少なくとも備えた照明装置をいう。
【００３０】
下部クラッド層９及び上部クラッド層１１は、図４に示すように、発光層１０の下面及び上面にそれぞれ設けられている。具体的には、発光層１０の下面に下部クラッド層９が設けられ、発光層１０の上面に上部クラッド層１１が設けられている。
【００３１】
下部クラッド層９と上部クラッド層１１とは、極性が異なるように構成されている。また、下部クラッド層９及び上部クラッド層１１のキャリア濃度及び厚さは、公知の好適な範囲を用いることができ、発光層１０の発光効率が高まるように条件を最適化することが好ましい。
【００３２】
具体的に、下部クラッド層９としては、例えば、Ｍｇをドープしたｐ型の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．３≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる半導体材料を用いることが望ましい。また、キャリア濃度は２×１０１７〜２×１０１８ｃｍ−３の範囲が好ましく、層厚は０．５〜５μｍの範囲が好ましい。
【００３３】
一方、上部クラッド層１１としては、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．３≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる半導体材料を用いることが望ましい。特に、上部クラッド層１１の上面が、発光ダイオード１の主たる光取り出し面側の表面となる場合には、上記Ｘの値が０．３以上１．０以下（Ａｌの表面濃度としては７．５以上２５％以下）が好ましく、０．８以下（Ａｌの表面濃度としては２０％以下）であることがより好ましい。また、上記Ｙが０．４８以上０．５２以下であることが好ましい
また、キャリア濃度は１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲が好ましく、層厚は０．５〜２μｍの範囲が好ましい。なお、下部クラッド層９及び上部クラッド層１１の極性は、化合物半導体層２の素子構造を考慮して適宜選択することができる。
【００３４】
また、下部クラッド層９と発光層１０との間、発光層１０と上部クラッド層１１との間及び上部クラッド層１１と電流拡散層８との間に、両層間におけるバンド（ｂａｎｄ）不連続性を緩やかに変化させるための中間層を設けても良い。この場合、各中間層は、上記両層の中間の禁止帯幅を有する半導体材料からそれぞれ構成することが好ましい。
【００３５】
また、発光部７の構成層の上方には、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極の接触抵抗を下げるためのコンタクト層、素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層や電流狭窄層など公知の層構造を設けることができる。なお、上記コンタクト層としては、例えば、バンドギャップの小さいＧａＡｓが一般的に使用されている。これに対して、Ａｓを含まないコンタクト層の材質として、ＧａＩｎＰを用いることが望ましい。
【００３６】
電流拡散層８は、図４に示すように、素子駆動電流を発光部７の全般に平面的に拡散させるために、発光部７の下方に設けられている。これにより、発光ダイオード１は、発光部７から均一に発光することができる。
【００３７】
電流拡散層８としては、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．７、０≦Ｙ≦１）の組成を有する材料を適用することができる。上記Ｘは、化合物半導体層２の素子構造にもよるが、Ａｌ濃度が低い材料が化学的に安定であることから、０．５以下（Ａｌ濃度としては、約１２．５％以下）であることが好ましく、０であることがより好ましい。また、上記Ｙは、１であることが好ましい。すなわち、電流拡散層８としては、Ａｌ濃度が２５％以下であることが好ましく、１５％以下であることがより好ましく、Ａｌを含まないＧａＰを用いることが最も好ましい。
【００３８】
本実施形態の発光ダイオード１では、化合物半導体層２の表面、すなわち、主たる光取り出し面である化合物半導体層２の上面２ａ及び側面２ｂ表面のＡｌ濃度が２５％以下となるように調整する。具体的には、化合物半導体層２を構成する各層の組成を上述の範囲とすることにより、達成することができる。このように、化合物半導体層の主たる光取り出し面を含む表面のＡｌ濃度を２５％以下とすることにより、発光ダイオード１を高湿環境下で使用した際に、Ａｌが水分と反応して腐食することを抑制することができる。
なお、図４に示すように、本実施形態において主たる光取り出し面には、上部クラッド層１１の上面１１ａと、後述するように化合物半導体層２の表面から露出している電流拡散層８の上面８ａとが含まれる。
したがって、化合物半導体層２の上面２ａは、上部クラッド層１１の上面１１ａ及び電流拡散層８の上面８ａから構成される。また、化合物半導体層２の側面２ｂには、化合物半導体層２の外周部の側面２ｂ１と、電流拡散層８の上面８ａを露出させるために設けられた開口部の側面２ｂ２とから構成される。
【００３９】
また、本実施形態の発光ダイオード１では、化合物半導体層２の表面、すなわち、主たる光取り出し面である化合物半導体層２の上面２ａ及び側面２ｂ表面はＡｓを含まないことが好ましい。具体的には、化合物半導体層２を構成する各層の組成を上述の範囲とすることにより、達成することができる。このように、化合物半導体層２の主たる光取り出し面を含む表面２ａ，２ｂのＡｓ濃度を１％未満、望ましくはＡｓを含まないようにすることにより、発光ダイオード１を植物育成用の光源として用いた場合であっても、パッケージや照明装置等においてＡｓに対する対策を軽減することができる。
【００４０】
機能性基板３は、化合物半導体層２の主たる光取り出し面と反対側の面に接合されている。すなわち、機能性基板３は、図４に示すように、化合物半導体層２を構成する電流拡散層８側に接合されている。この機能性基板３は、発光部７を機械的に支持するのに充分な強度を有し、且つ、発光部７から出射される発光を透過できる禁止帯幅が広く、発光層１０からの発光波長に対して光学的に透明な材料から構成する。例えば、燐化ガリウム（ＧａＰ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等のＩＶ族半導体結晶体、ガラス、サファイアなど絶縁基板から構成することができる。
【００４１】
機能性基板３は、発光部７を機械的に充分な強度で支持するために、例えば約５０μｍ以上の厚みとすることが好ましい。また、化合物半導体層２へ接合した後に機能性基板３への機械的な加工を施し易くするため、約３００μｍの厚さを超えないものとすることが好ましい。すなわち、機能性基板３は、約５０μｍ以上約３００μｍ以下の厚さを有するｎ型ＧａＰ基板から構成するのが最適である。
【００４２】
また、機能性基板３は、発光部７から出射される発光を反射するミラー構造を有していても良い。ミラー構造を有する機能性基板３としては、例えば、Ａｕ，Ａｇ等の高反射率の金属とシリコン、ゲルマニウム等の半導体とを組み合わせた所謂ミラー基板を挙げることができる。
【００４３】
本実施形態の発光ダイオード１では、機能性基板３の表面のＡｌ濃度を２５％以下とすることが好ましい。Ａｌ濃度の調整は、具体的には、機能性基板３の組成を上述の範囲とすることにより、達成することができる。このように、機能性基板３の表面のＡｌ濃度を２５％以下とすることにより、発光ダイオード１を高湿環境下で使用した際に、Ａｌが水分と反応して腐食することを抑制することができる。
【００４４】
また、本実施形態の発光ダイオード１では、機能性基板３の表面のＡｓ濃度が１％未満、望ましくはＡｓを含まないことが好ましい。なお、本実施形態において機能性基板３の表面とは、外周面である側面３ｂを指しているが、上面が露出している場合には当然に上面を含むものである。
Ａｓ濃度の調整は、具体的には、機能性基板３の組成を上述の範囲とすることにより達成することができる。このように、機能性基板３の表面（側面３ｂ）のＡｓ濃度を１％未満とすることにより、発光ダイオード１を植物育成用の光源として用いた場合のパッケージや照明装置等においてＡｓに対する対策を軽減することができる。
【００４５】
ｎ型オーミック電極４およびｐ型オーミック電極５は、発光ダイオード１の主たる光取り出し面に設けられた低抵抗のオーミック接触電極である。ここで、ｎ型オーミック電極４は、上部クラッド層１１の上方に設けられており、例えば、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金／Ａｕからなる合金を用いることができる。一方、ｐ型オーミック電極５は、図４に示すように、露出させた電流拡散層８の上面８ａにＡｕＢｅ／Ａｕからなる合金を用いることができる。
【００４６】
ここで、本実施形態の発光ダイオード１では、第２の電極としてｐ型オーミック電極５を、電流拡散層８上に形成することが好ましい。このような構成とすることにより、作動電圧を下げる効果が得られる。また、ｐ型オーミック電極５をｐ型ＧａＰからなる電流拡散層８上に形成することにより、良好なオーミックコンタクトが得られるため、作動電圧を下げることができる。
【００４７】
本実施形態の発光ダイオード１では、図３に示すように、ｎ型オーミック電極４とｐ型オーミック電極５とが対角の位置となるように配置することが好ましい。また、ｐ型オーミック電極５の周囲を、化合物半導体層２で囲んだ構成とすることが最も好ましい。このような構成とすることにより、作動電圧を下げる効果が得られる。また、ｐ型オーミック電極５の四方をｎ型オーミック電極４で囲むことにより、電流が四方に流れやすくなり、その結果作動電圧が低下する。
【００４８】
また、本実施形態の発光ダイオード１では、図３に示すように、ｎ型オーミック電極４を、ハニカム、格子形状など網目とすることが好ましい。このような構成とすることにより、ＶＦを低減させる効果や信頼性を向上させる効果が得られる。また、格子状とすることにより、発光層１０に均一に電流を注入することができ、その結果、信頼性を向上させる効果が得られる。なお、本実施形態の発光ダイオード１では、ｎ型オーミック電極４を、パッド形状の電極（パッド電極）と幅１０μｍ以下の線状の電極（線状電極）とで構成することが好ましい。このような構成とすることにより、高輝度化をはかることができる。さらに、線状電極の幅を狭くすることにより、主たる光取り出し面の開口面積を上げることができ、高輝度化を達成することができる。
【００４９】
なお、本実施形態の発光ダイオード１では、主たる光取り出し面にｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５を設けた、いわゆる片側電極構造の場合を例示しているが、電極構造は特にこれに限定されるものではない。例えば、ｎ型オーミック電極４を主たる光取り出し面側に、ｐ型オーミック電極５を機能性基板３の底面側に設けた、いわゆる上下電極構造としても良い。
【００５０】
電極保護層６は、図４及び図５に示すように、主たる光取り出し面を含む化合物半導体層２の表面（上面２ａ及び側面２ｂ）を覆うように設けられている。電極保護層６は、ｎ型及びｐ型オーミック電極４，５を保護するために設けられており、第１の保護膜１２と第２の保護膜１３とからなる二層構造を有している。
【００５１】
第１の保護膜１２は、図４及び図５に示すように、ｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５を覆うようにそれぞれ設けられている。これにより、ｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５が露出することなく被覆される。また、第１の保護膜１２としては、金（Ａｕ）及び白金（Ｐｔ）のいずれか一方からなる金属層又はこれらの金属層の積層体を用いることができる。具体的には、例えば、Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕからなる合金を用いることができる。不純物元素に対するバリア特性を有する白金層を設けることにより、ｎ型オーミック電極４の上面４ａ及びｐ型オーミック電極５の上面５ａからの不純物元素の浸入を抑制することができる。このため、図５に示すように、例えばｐ型オーミック電極５と電流拡散層８との界面に形成された合金層５ｂを保護することができる。また、第１の保護膜１２の表面に金層を設けることにより、この第１の保護膜１２の上面１２ａをワイヤボンディング用のパッドとして用いることができる。また、第１の保護膜１２の膜厚は、１００〜４０００ｎｍの範囲であることが好ましく、３００〜３０００ｎｍの範囲がより好ましく、５００〜２０００ｎｍの範囲がさらに好ましい。
【００５２】
第２の保護膜１３は、図４に示すように、化合物半導体層２の表面、すなわち、主たる光取り出し面である上面２ａ及び側面２ｂを覆うように設けられている。これにより、高湿環境における水分による化合物半導体層２の表面の腐食を抑制することができる。
また、第２の保護膜１３は、図４及び図５に示すように、ワイヤボンディング用のパッドとなる第１の保護膜１２の上面１２ａを露出させると共に少なくとも第１の保護膜１２の端部１２ｂを覆うように設けられている。これにより、ｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５の端面からの水分の浸入をより確実に抑制することができる。
【００５３】
第２の保護膜１３としては、発光波長に対して透明な酸化膜又は窒化膜を用いることができる。上記酸化膜としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を挙げることができる。また、上記窒化膜としては、例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮ）膜を挙げることができる。第２の保護膜１３の膜厚は、１００〜１０００ｎｍの範囲であることが好ましく、２００〜８００ｎｍの範囲がより好ましく、３００〜６００ｎｍの範囲がさらに好ましい。
【００５４】
ところで、発光ダイオード１を高湿環境下で使用する場合、水分中には不純物としてアルカリやハロゲンイオン、例えば塩素イオンが含まれやすい。この水分中に含まれる塩素イオン等に対して、ｐ型オーミック電極５の合金層５ｂは、電気化学反応により腐食されやすいという問題がある。したがって、片側電極構造を有する本実施形態の発光ダイオード１では、第１の保護膜１２によって少なくとも主たる光取り出し面に設けられたｐ型オーミック電極を保護することが好ましい。
【００５５】
＜発光ダイオードの製造方法＞
次に、本実施形態の発光ダイオード１の製造方法について説明する。図６は、本実施形態の発光ダイオード１に用いるエピウェーハの断面図である。また、図７は、本実施形態の発光ダイオード１に用いる接合ウェーハの断面図である。
【００５６】
（化合物半導体層の形成工程）
先ず、図６に示すように、化合物半導体層２を作製する。化合物半導体層２は、ＧａＡｓ基板１４上に、ＧａＡｓからなる緩衝層１５、選択エッチングに利用するために設けられたエッチングストップ層（図示略）、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＩｎＰからなるコンタクト層１６、ｎ型の上部クラッド層１１、発光層１０、ｐ型の下部クラッド層９、Ｍｇドープしたｐ型ＧａＰからなる電流拡散層８を順次積層して作製する。
【００５７】
ＧａＡｓ基板１４は、公知の製法で作製された市販品の単結晶基板を使用できる。ＧａＡｓ基板１４のエピタキシャル成長させる表面は、平滑であることが望ましい。ＧａＡｓ基板１４の表面の面方位は、エピ成長しやすく、量産されている（１００）面および（１００）から、±２０°以内にオフした基板が、品質の安定性の面からのぞましい。さらに、ＧａＡｓ基板１４の面方位の範囲が、（１００）方向から（０−１−１）方向に１５°オフ±５°であることがより好ましい。
【００５８】
ＧａＡｓ基板１４の転位密度は、化合物半導体層２の結晶性を良くするために低い方が望ましい。具体的には、例えば、１０，０００個ｃｍ−２以下、望ましくは、１，０００個ｃｍ−２以下であることが好適である。
【００５９】
ＧａＡｓ基板１４は、ｎ型であってもｐ型であっても良い。ＧａＡｓ基板１４のキャリア濃度は、所望の電気伝導度と素子構造から、適宜選択することができる。例えば、ＧａＡｓ基板１４がシリコンドープのｎ型である場合には、キャリア濃度が１×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３の範囲であることが好ましい。これに対して、ＧａＡｓ基板１４が亜鉛をドープしたｐ型の場合には、キャリア濃度２×１０１８〜５×１０１９ｃｍ−３の範囲であることが好ましい。
【００６０】
緩衝層（ｂｕｆｆｅｒ）１５は、ＧａＡｓ基板１４と発光部７の構成層との格子ミスマッチの緩和するために設けられている。このため、基板の品質やエピタキシャル成長条件を選択すれば、緩衝層１５は、必ずしも必要ではない。また、緩衝層１５の材質は、エピタキシャル成長させる基板と同じ材質とすることが好ましい。したがって、本実施形態では、緩衝層１５には、ＧａＡｓ基板１４と同じくＧａＡｓを用いることが好ましい。また、緩衝層１５には、欠陥の伝搬を低減するためにＧａＡｓ基板１４と異なる材質からなる多層膜を用いることもできる。緩衝層１５の厚さは、０．１μｍ以上とすることが好ましく、０．２μｍ以上とすることがより好ましい。
【００６１】
コンタクト層１６は、電極との接触抵抗を低下させるために設けられている。コンタクト層１６の材質は、ＧａＡｓなどＡｌを含まないものが望ましく、更に、Ａｓを含まないＧａＩｎＰが最も望ましい。また、コンタクト層１６のキャリア濃度の下限値は、電極との接触抵抗を低下させるために５×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましく、１×１０１８ｃｍ−３以上がより好ましい。キャリア濃度の上限値は、結晶性の低下が起こりやすくなる２×１０１９ｃｍ−３以下が望ましい。コンタクト層１６の厚さは、０．０２μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上が望ましい。
【００６２】
本実施形態では、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）や減圧有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）等の公知の成長方法を適用することができる。なかでも、量産性に優れるＭＯＣＶＤ法を適用することが望ましい。具体的には、化合物半導体層２のエピタキシャル成長に使用するＧａＡｓ基板１４は、成長前に洗浄工程や熱処理等の前処理を実施して、表面の汚染や自然酸化膜を除去することが望ましい。
【００６３】
上記化合物半導体層２の各層をエピタキシャル成長する際、ＩＩＩ族構成元素の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）を用いることができる。また、Ｍｇのドーピング原料としては、例えば、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）等を用いることができる。また、Ｓｉのドーピング原料としては、例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等を用いることができる。また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）等を用いることができる。また、各層の成長温度としては、電流拡散層８としてｐ型ＧａＰを用いる場合は、７２０〜７７０℃を適用することができ、その他の各層では６００〜７００℃を適用することができる。さらに、各層のキャリア濃度及び層厚、温度条件は、適宜選択することができる。
【００６４】
このようにして製造した化合物半導体層２は、結晶欠陥が少ない良好な表面状態が得られる。また、化合物半導体層２は、素子構造に対応して研磨などの表面加工を施しても良い。
【００６５】
（透明基板の接合工程）
次に、化合物半導体層２と機能性基板３とを接合する。化合物半導体層２と機能性基板３との接合は、先ず、化合物半導体層２を構成する電流拡散層８の表面を研磨して、鏡面加工する。次に、この電流拡散層８の鏡面研磨した表面に貼付する機能性基板３を用意する。なお、この機能性基板３の表面は、電流拡散層８に接合させる以前に鏡面に研磨する。次に、一般の半導体材料貼付装置に、化合物半導体層２と機能性基板３とを搬入し、真空中で鏡面研磨した双方の表面に電子を衝突させて中性（ニュートラル）化したＡｒビームを照射する。その後、真空を維持した貼付装置内で双方の表面を重ね合わせて荷重をかけることで、室温で接合することができる（図７参照）。
【００６６】
（ｎ型及びｐ型電極の形成工程）
次に、ｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５を形成する。ｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５の形成は、先ず、機能性基板３と接合した化合物半導体層２から、ＧａＡｓ基板１４及びＧａＡｓ緩衝層１５をアンモニア系エッチャントによって選択的に除去する。次に、露出したコンタクト層１６の表面にｎ型オーミック電極４を形成する。具体的には、例えば、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを行って、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金／Ａｕを任意の厚さとなるように真空蒸着法により積層した後、ｎ型オーミック電極４の形状を形成する。
【００６７】
次に、コンタクト層１６、上部クラッド層１１、発光層１０、下部クラッド層９を選択的に除去して電流拡散層８を露出させ、この露出した表面（上面８ａ）にｐ型オーミック電極５を形成する。具体的には、例えば、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを行って、ＡｕＢｅ／Ａｕを任意の厚さとなるように真空蒸着法により積層した後、ｐ型オーミック電極５の形状を形成する。その後、例えば４００〜５００℃、５〜２０分間の条件で熱処理を行って合金化することにより、低抵抗のｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５を形成することができる。この時、半導体と電極界面に合金層が形成され、良好なオーミック電極が得られる。
【００６８】
（第１の保護膜の形成工程）
次に、ｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５を覆うように、例えば、Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕを任意の厚さとなるように真空蒸着法により金属層を積層する。次に、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してこの金属層のパターニングを行って、ｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５を覆うような形状の第１の保護膜１２をそれぞれ形成する。この第１の保護膜１２は、ｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５の保護膜であると共にワイヤボンディング用の電極となる。したがって、第１の保護膜１２の形成と同時にワイヤボンディング用の電極を形成するため、生産性が高く望ましい工程である。
【００６９】
（第２の保護膜の形成工程）
次に、ダイシング加工領域の化合物半導体層２をエッチングにより除去する。次に、例えば透明なＳｉＯ２膜をスパッタ法により成膜した後、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを行って、ワイヤボンディングを行うための電極パッド及びダイシングによる切断予定領域となる箇所のＳｉＯ２膜をエッチング除去する。なお、第２の保護膜の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法など公知の技術を利用できる。また、切断方法は、機能性基板の材質に適した方法を適宜選択し、ダイシング法、スクライブ法（レーザーまたはメカニカル）も適用できる。例えば、機能性基板としてＧａＰ基板を用いた場合には、生産性の高いダイシング法を適用することが最も好ましい。
【００７０】
例えば、機能性基板としてＧａＰ基板を用いた場合には、ダイシングによる破砕層及び汚れを必要に応じて硫酸・過酸化水素混合液等でエッチング除去する。さらに、必要に応じて洗浄工程を加えることが望ましい。このようにして発光ダイオード１を製造する。
【００７１】
＜発光ダイオードランプの製造方法＞
次に、上記発光ダイオード１を用いた発光ダイオードランプ４１の製造方法、すなわち、発光ダイオード１の実装方法について説明する。
図１及び図２に示すように、マウント基板４２の表面に所定の数量の発光ダイオード１を実装する。発光ダイオード１の実装は、先ず、マウント基板４２と発光ダイオード１との位置合せを行い、マウント基板４２の表面の所定の位置に発光ダイオード１を配置する。次に、発光ダイオード１の底面に設けた接続層４７により、マウント基板４２の表面にダイボンドする。次に、発光ダイオード１のｎ型オーミック電極４とマウント基板４２のｎ電極端子４３とを金線４５を用いて接続する（ワイヤボンディング）。次に、発光ダイオード１のｐ型オーミック電極５とマウント基板４２のｐ電極端子４４とを金線４６を用いて接続する。最後に、マウント基板４２の発光ダイオード１が実装された表面を、一般的なシリコン樹脂（一般的なエポキシ樹脂等でも良い）４８によって封止する。このようにして、発光ダイオード１を用いた発光ダイオードランプ４１を製造する。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態の発光ダイオード１は、組成式中にＡｌを含み、発光波長が５７０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であるｐｎ接合型の発光部７を有する化合物半導体層２の、主たる光取り出し面を含む表面（上面２ａ及び側面２ｂ）のＡｌ濃度が２５％以下とされると共に、この化合物半導体層２の主たる光取り出し面に設けられたｎ型及びｐ型オーミック電極４，５を保護するための電極保護層６が、ｎ型及びｐ型オーミック電極４，５を覆うように設けられた第１の保護膜１２と、少なくとも第１の保護膜１２の端部を覆うように設けられた第２の保護膜１３とからなる二層構造とされている。このように、高湿環境下において腐食の起点となるＡｌの半導体表面の濃度を規定し、ｎ型及びｐ型オーミック電極４，５と半導体の界面との合金層５ｂ（図５参照）を二層構造の保護膜によって保護するため、発光ダイオード１の耐食性を向上することができる。したがって、高出力・高効率であって高湿環境下で長寿命の発光ダイオード１を提供することができる。
【００７３】
また、本実施形態の発光ダイオード１は、主たる光取り出し面を含む化合物半導体層２の表面（上面２ａ及び側面２ｂ）のＡｓを含まないため、植物育成用の照明に適した発光ダイオード１を提供することができる。
【００７４】
また、本実施形態の発光ダイオード１は、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）からなる発光層１０を有する発光部７を備えている。上記組成からなる発光層１０は、従来の発光ダイオードのＡｌＧａＡｓからなる発光層よりもＡｌ及びＡｓ濃度が低いため、高湿環境下という使用環境が厳しい植物育成用の発光ダイオードとして好適に用いることができる。
【００７５】
本実施形態の発光ダイオードランプ４１及び照明装置によれば、上記発光ダイオード１が搭載されているため、青色及び赤色発光ダイオードが同時に使用される植物育成の光源として好適に用いることができる。
【実施例】
【００７６】
以下、本発明の効果を、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７７】
本実施例では、本発明に係る発光ダイオードを作製した例を具体的に説明する。また、本実施例で作製した発光ダイオードは、ＡｌＧａＩｎＰ発光部を有する赤色発光ダイオードである。本実施例では、ＧａＡｓ基板上に成長させた化合物半導体層とＧａＰからなる機能性基板とを接合させて発光ダイオードを作製した。そして、特性評価のために発光ダイオードチップを基板上に実装した発光ダイオードランプを作製した。
【００７８】
（実施例１）
実施例１の発光ダイオードは、先ず、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓ単結晶からなるＧａＡｓ基板上に、化合物半導体層を順次積層してエピタキシャルウェーハを作製した。ＧａＡｓ基板は、（１００）面から（０−１−１）方向に１５°傾けた面を成長面とし、キャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３とした。化合物半導体層とは、ＳｉをドープしたＧａＡｓからなるｎ型の緩衝層、ＳｉをドープしたＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型のコンタクト層、Ｓｉをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型の上部クラッド層、アンドープのＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐ／（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐの対からなる発光層／バリア層、Ｍｇをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型の下部クラッド層、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる薄膜の中間層、Ｍｇドープしたｐ型ＧａＰからなる電流拡散層である。
【００７９】
本実施例では、減圧有機金属化学気相堆積装置法（ＭＯＣＶＤ装置）を用い、直径７６ｍｍ、厚さ３５０μｍのＧａＡｓ基板に化合物半導体層をエピタキシャル成長させて、エピタキシャルウェーハを形成した。エピタキシャル成長層を成長させる際、ＩＩＩ族構成元素の原料としては、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）を使用した。また、Ｍｇのドーピング原料としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を使用した。また、Ｓｉのドーピング原料としては、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を使用した。また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）を使用した。また、各層の成長温度としては、ｐ型ＧａＰからなる電流拡散層は、７５０℃で成長させた。その他の各層では７００℃で成長させた。
【００８０】
ＧａＡｓからなる緩衝層は、キャリア濃度を約２×１０１８ｃｍ−３、層厚を約０．５μｍとした。コンタクト層は、キャリア濃度を約２×１０１８ｃｍ−３、層厚を約０．０５μｍとした。上部クラッド層は、キャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約３．５μｍとした。発光層は、アンドープで層厚が約１７ｎｍのＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐとし、バリア層はアンドープで層厚が約１９ｎｍの（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐとした。また、歪発光層とバリア層とを交互に２２対積層した。下部クラッド層は、キャリア濃度を約８×１０１７ｃｍ−３、層厚を約０．５μｍとした。中間層は、キャリア濃度を約８×１０１７ｃｍ−３、層厚を約０．０５μｍとした。ＧａＰからなる電流拡散層は、キャリア濃度を約３×１０１８ｃｍ−３、層厚を約９μｍとした。
【００８１】
次に、電流拡散層を表面から約１μｍの深さに至る領域まで研磨して、鏡面加工した。この鏡面加工によって、表面の粗さを０．１８ｎｍとした。一方、上記の鏡面研磨した表面に貼付するｎ型ＧａＰからなる機能性基板を用意した。この貼付用の機能性基板には、キャリア濃度が約２×１０１７ｃｍ−３となる様にＳｉを添加し、面方位を（１１１）とした単結晶を用いた。また、機能性基板の直径は７６ｍｍで、厚さは２５０μｍであった。この機能性基板の表面は、電流拡散層に接合させる以前に鏡面に研磨し、平方平均平方根値（ｒｍｓ）にして０．１２ｎｍに仕上げておいた。
【００８２】
次に、一般の半導体材料貼付装置に、上記の機能性基板及びエピタキシャルウェーハを搬入し、３×１０−５Ｐａとなるまで装置内を真空に排気した。
【００８３】
次に、機能性基板、及び電流拡散層の双方の表面に、電子を衝突させて中性（ニュートラル）化したＡｒビームを３分間に亘り照射した。その後、真空に維持した貼付装置内で、機能性基板及び電流拡散層の表面を重ね合わせ、各々の表面での圧力が５０ｇ／ｃｍ２となる様に荷重を掛け、双方を室温で接合した。このようにして接合ウェーハを形成した。
【００８４】
次に、上記接合ウェーハから、ＧａＡｓ基板およびＧａＡｓ緩衝層をアンモニア系エッチャントにより選択的に除去した。次に、コンタクト層の表面に厚さが０．３μｍとなるようにＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕ合金を真空蒸着法によって成膜した。その後、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを施し、ｎ型オーミック電極を形成した。
【００８５】
次に、ｐ型オーミック電極を形成する領域のエピ層を選択的に除去し、電流拡散層を露出させた。この露出した表面に、ＡｕＢｅを０．２μｍ、Ａｕを０．２μｍとなるように真空蒸着法でｐ形オーミック電極を形成した。その後、４５０℃で１０分間熱処理を行って合金化し、低抵抗のｐ型およびｎ型オーミック電極を形成した。この時、電流拡散層及びコンタクト層と、電極界面に厚さ約０．１ｕｍの合金層が形成された。
【００８６】
次に、ｎ型及びｐ型オーミック電極を覆うように、厚さ０．２ｕｍのＡｕ、厚さ０．２ｕｍのＰｔ、厚さ１．２ｕｍのＡｕの多層膜を形成した。次に、リソグラフィー手段を利用してこの多層膜のパターニングを施し、ｎ型及びｐ型オーミック電極を覆う形状の第１の保護膜を形成した。なお、第１の保護膜は、ｎ型及びｐ型オーミック電極のワイヤボンディングパッドを兼ねている。
【００８７】
次に、ダイシングソーで切断する領域の化合物半導体層をエッチングによって除去した。その後、化合物半導体層の表面を覆うように厚さ０．５ｕｍのＳｉＯ２膜をスパッタ法で成膜した。次に、フォトリソグラフィーにより、切断領域とボンディング領域のＳｉＯ２を除去して、第２の保護膜を形成した。なお、この工程で、化合物半導体層の側面にも、ＳｉＯ２膜が形成された。
【００８８】
次に、化合物半導体層側からダイシングソーを用い３５０μｍ間隔で切断し、チップ化した。ダイシングによる破砕層および汚れを硫酸・過酸化水素混合液でエッチング除去して、実施例１の発光ダイオードを作製した。半導体層の表面のＡｌ濃度は、１７．５％であった。一方、半導体層の表面には、Ａｓが含まれなかった。また、機能性基板はＧａＰである為、機能性基板の側面にはＡｌ，Ａｓが存在しない。
【００８９】
上記の様にして作製した実施例１の発光ダイオードチップを、マウント基板上に実装した発光ダイオードランプを２０個組み立てた。この発光ダイオードランプは、発光ダイオードのｎ型オーミック電極とマウント基板の表面に設けたｎ電極端子とを金線でワイヤボンディングし、ｐ型オーミック電極とｐ電極端子とを金線でワイヤボンディングした後、一般的なシリコン樹脂で封止して作製した。
【００９０】
この発光ダイオード（発光ダイオードランプ）の特性を評価した結果を表１に示す。表１に示すように、ｎ型及びｐ型オーミック電極間に電流を流したところ、ピーク波長６６０．０ｎｍとする赤色光が出射された。順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、化合物半導体層を構成する電流拡散層と機能性基板との接合界面での抵抗の低さ及び各オーミック電極の良好なオーミック特性を反映し、約２．０ボルト（Ｖ）となった。順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、１６ｍＷであった。
【００９１】
また、実施例１の発光ダイオードランプを用いて、高温高湿通電試験（６０℃、９０Ｒｈ％、２０ｍＡ）による加速試験を行った。ここで、加湿の為に使用した水は、植物育成用途を想定し、塩素イオンを３０〜５０ｐｐｍ含む水を樹脂に吸収させた厳しい条件下で実施した。１０００時間後の発光出力の残存率は、９７％、ＶＦ（２０ｍＡ）の変化はなく、良好な結果であった。
【００９２】
（比較例１）
比較例１の発光ダイオードは、従来技術である液相エピタキシャル法で形成した。比較例１の発光ダイオード（図８中の符号１０１）は、ＧａＡｓ基板にＡｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ発光層とするダブルヘテロ構造の発光部を有する発光ダイオードに変更したものである。
【００９３】
比較例１の発光ダイオードの作製は、具体的には、ｐ型の（１００）面のＧａＡｓ単結晶基板に、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなるｐ型の上部クラッド層（図８中の符号１１１）を２０μｍ、Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓからなるアンドープの発光層（図８中の符号１１０）を２μｍ、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなるｎ型の下部クラッド層（図８中の符号１０９）を２０μｍ、発光波長に対して透明なＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなるｎ型の厚膜層（図８中の符号１０８）を１００μｍとなるように液相エピタキシャル方法によって作製した。このエピタキシャル成長後にＧａＡｓ基板を除去した。次に、ｐ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓの表面（表面Ａｌ濃度＝３５％、Ａｓ濃度＝５０％）に直径１００μｍのｐ型オーミック電極（図８中の符号１０４）を形成した。次に、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓの裏面に直径２０μｍのｎ型オーミック電極（図８中の符号１０５）を８０μｍ間隔に形成した。次に、ボンディングパッドを除く電極の一部と主たる光取り出し面との上にＳｉＯ２保護膜（図８中の符号１１３）を厚さ０．５μｍで形成した。ここで、比較例１のｐ型オーミック電極上に形成された保護膜は、本発明の第１の保護膜（図４、図５中の符号１２）が形成されない、単層の保護膜である（図８参照）。次に、ダイシングソーにより３５０μｍ間隔で切断した後、破砕層をエッチング除去して比較例１の発光ダイオードチップを作製した。側面の概略のＡｌ濃度＝３０％、Ａｓ濃度＝５０％である。
【００９４】
比較例１の発光ダイオードを実装した発光ダイオードランプの特性を評価した結果を表１に示す。表１に示すように、ｎ型及びｐ型オーミック電極間に電流を流したところ、ピーク波長を６６１．１ｎｍとする赤色光が出射された。また、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、約１．９ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、５ｍＷであった。
【００９５】
また、比較例１の発光ダイオードランプを用いて、高温高湿通電試験（６０℃、９０Ｒｈ％、２０ｍＡ）による加速試験を行った。ここで、加湿の為に使用した水は、植物育成用途を想定し、塩素イオンを３０〜５０ｐｐｍ含む水を樹脂に吸収させた厳しい条件下で実施した。１０００時間後の発光出力の残存率は、７７％、ＶＦ（２０ｍＡ）は、０．２Ｖ上昇した。発光出力の主な低下原因は、側面の透過率の低下であり、ＶＦ（２０ｍＡ）の変動は、ｐ型電極の合金層が一部腐食していたことが、原因であった。
【００９６】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の発光ダイオードは、高効率発光を達成し、高湿環境に於いても信頼性の高いである。特に、植物育成用途の光源など、従来ＡｌＧａＡｓのＬＥＤで得られなかった高信頼性発光ダイオード製品として利用できる。
【符号の説明】
【００９８】
１・・・発光ダイオード
２・・・化合物半導体層
２ａ・・・上面
２ｂ・・・側面
３・・・機能性基板
３ａ・・・垂直面
３ｂ・・・傾斜面
４・・・ｎ型オーミック電極
５・・・ｐ型オーミック電極
５ｂ・・・合金層
６・・・電極保護層
７・・・発光部
８・・・電流拡散層
８ａ・・・上面
９・・・下部クラッド層
１０・・・発光層
１１・・・上部クラッド層
１１ａ・・・上面
１２・・・第１の保護膜
１３・・・第２の保護膜
１４・・・ＧａＡｓ基板
１５・・・緩衝層
１６・・・コンタクト層
４１・・・発光ダイオードランプ
４２・・・マウント基板
４３・・・ｎ電極端子
４４・・・ｐ電極端子
４５，４６・・・金線
４７・・・接続層
４８・・・シリコン樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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