(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長基板として用いられたＧａＡｓ基板上に成長させた、組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０．１≦Ｘ１≦０．３）からなる井戸層と組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦０．２，０．５＜Ｙ１≦０．７）からなるバリア層とを交互に積層した量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟む、組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０．２≦Ｘ３≦０．５，０．４＜Ｙ２≦０．６）からなる第１のガイド及び第２のガイドと、該第１のガイド及び第２のガイドのそれぞれを介して前記活性層を挟む第１のクラッド層及び第２のクラッド層とを有する発光部と、
前記発光部上に形成された電流拡散層と、
前記電流拡散層に接合された機能性基板と、を備え、
前記第１及び第２のクラッド層が組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０．３≦Ｘ４≦０．７，０．４＜Ｙ３≦０．６）からなり、
前記各層の成長後、前記ＧａＡｓ基板は除去され、
発光波長が９００ｎｍ以上、９８５ｎｍ以下であることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記機能性基板は発光波長に対して透明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】
前記機能性基板はＧａＰ又はＳｉＣからな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】
前記機能性基板の側面は、前記発光部に近い側においては主たる光取り出し面に対して垂直である垂直面を有し、前記発光部に遠い側においては前記主たる光取り出し面に対して内側に傾斜した傾斜面を有す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ダイオード。
【請求項５】
前記傾斜面は粗い面を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
成長基板として用いられたＧａＡｓ基板上に成長させた、組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０．１≦Ｘ１≦０．３）からなる井戸層と組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦０．２，０．５＜Ｙ１≦０．７）からなるバリア層とを交互に積層した量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟む、組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０．２≦Ｘ３≦０．５，０．４＜Ｙ２≦０．６）からなる第１のガイド及び第２のガイドと、該第１のガイド及び第２のガイドのそれぞれを介して前記活性層を挟む第１のクラッド層及び第２のクラッド層とを有する発光部と、
前記発光部上に形成された電流拡散層と、
前記発光部に対向して配置され、発光波長に対して９０％以上の反射率を有する反射層を含み、前記電流拡散層に接合された機能性基板と、を備え、
前記第１及び第２のクラッド層が組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０．３≦Ｘ４≦０．７，０．４＜Ｙ３≦０．６）からなり、
前記各層の成長後、前記ＧａＡｓ基板は除去され、
発光波長が９００ｎｍ以上、９８５ｎｍ以下であることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項７】
前記機能性基板はシリコンまたはゲルマニウムからなる層を含むことを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記機能性基板は金属基板を含むことを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記金属基板は複数の金属層からなることを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記電流拡散層はＧａＰ又はＧａＩｎＰからなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記電流拡散層の厚さは０．５〜２０μｍの範囲であ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】
第１の電極及び第２の電極が発光ダイオードの前記主たる光取り出し面側に設けられてい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】
前記第１の電極及び前記第２の電極がオーミック電極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、前記主たる光取り出し面側の反対側の面に、第３の電極をさらに備えることを特徴とする請求項１２又は１３のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
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を備えることを特徴とする発光ダイオードランプ。
【請求項１６】
請求項１４に記載の発光ダイオードを備え、前記第１の電極又は第２の電極と、前記第３の電極とが同電位に接続されてい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１乃至１４のいずれか一項に記載の発光ダイオード、及び／又は、請求項１５又は１６の少なくともいずれかに記載の発光ダイオードランプを複数個搭載した照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、８５０ｎｍ以上、特に９００ｎｍ以上の発光ピーク波長を有する発光ダイオードと、それを用いた発光ダイオードランプ及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外発光ダイオードは、赤外線通信、赤外線リモコン装置、各種センサー用光源、夜間照明など幅広く利用されている。
かかるピーク波長近傍については、ＧａＡｓ基板にＡｌＧａＡｓ活性層を含む化合物半導体層を液相エピタキシャル法で成長させた発光ダイオードが知られている（例えば特許文献１〜３）、成長基板として用いたＧａＡｓ基板を除去し、その化合物半導体層を発光波長に対して透明な成長層だけで構成した、いわゆる基板除去型発光ダイオードが、現状で最も高出力の赤外発光ダイオードである（例えば特許文献４）。
一方、機器間の送受信に用いられる赤外線通信の場合には、例えば、８５０〜９００ｎｍの赤外線が用いられ、赤外線リモコン操作通信の場合には、受光部の感度が高い波長帯である、例えば８８０〜９４０ｎｍの赤外線が用いられている。赤外線通信と赤外線リモコン操作通信の両機能を兼ね備えた携帯電話等の端末機器用の赤外線通信と赤外線リモコン操作通信の双方に使用できる赤外発光ダイオードとして、発光ピーク波長が８８０〜８９０ｎｍの、実効的不純物としてＧｅを含むＡｌＧａＡｓ活性層を用いるものが知られている（特許文献４）。
また、９００ｎｍ以上の発光ピーク波長を有し得る赤外発光ダイオードとして、ＩｎＧａＡｓ活性層を用いるものが知られている（特許文献５〜７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２１５０７号公報
【特許文献２】特開２００１−２７４４５４号公報
【特許文献３】特開平７−３８１４８号公報
【特許文献４】特開２００６−１９０７９２号公報
【特許文献５】特開２００２−２６３７７号公報
【特許文献６】特開２００２−１１１０４８号公報
【特許文献７】特開２００２−３４４０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、出願人の知る限り、８５０ｎｍ以上、特に９００ｎｍ以上の赤外発光ダイオードについて、出力を向上させるために、機能性基板をエピタキシャルウェーハに貼り付け（接合し）、成長に用いたＧａＡｓ基板を除去する所謂接合型のタイプはない。  
また、実効的不純物にＧｅを含むＡｌＧａＡｓ活性層を用いた場合、発光ピーク波長を９００ｎｍ以上にすることは困難である（特許文献４の図３）。
また、９００ｎｍ以上の発光ピーク波長を有し得る、ＩｎＧａＡｓ活性層を用いた赤外発光ダイオードについては、更なる性能向上、省エネ、コスト面から、より発光効率の高いものの開発が望まれている。
【０００５】
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８５０ｎｍ以上、特に９００ｎｍ以上の発光ピーク波長の赤外光を発光する赤外発光ダイオードと、それを用いてなる発光ダイオードランプ及び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】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ＩｎＧａＡｓからなる井戸層とし、ＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層とする多重量子井戸構造を活性層とし、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層を介して活性層を挟む、クラッド層を４元混晶のＡｌＧａＩｎＰとすると共に、活性層、ガイド層及びクラッド層を含む化合物半導体層を成長基板にエピタキシャル成長させた後、化合物半導体層を透明基板に改めて貼り付け（接合して）、その成長基板を除去する構成とすることにより、高出力・高効率で８５０ｎｍ以上、特に９００ｎｍ以上の発光ピーク波長の赤外光を発光する赤外発光ダイオードを完成させた。
まず、本発明者は、赤外線通信等に用いられる８５０ｎｍ以上、特に９００ｎｍ以上の発光ピーク波長を有するようにＩｎＧａＡｓからなる井戸層を採用し、単色性及び出力を高めるために多重量子井戸構造の活性層とした。
また、この３元混晶の井戸層を挟むバリア層、及び前記井戸層、バリア層を含む多重量子井戸構造を挟むガイド層及びクラッド層にも、バンドギャップが大きくて発光波長に対して透明であり、かつ、欠陥を作りやすいＡｓを含まないので結晶性の良い４元混晶のＡｌＧａＩｎＰを採用した。
さらにＩｎＧａＡｓ層を井戸層とする多重量子井戸構造は、成長基板として用いるＧａＡｓに比較し格子定数が大きくひずみ量子井戸構造となる。かかるひずみ量子井戸構造ではＩｎＧａＡｓの組成及び厚さの出力や単色性への影響も大きく、適切な組成、厚さおよびペア数の選択が重要となる。そこで、バリア層のＡｌＧａＩｎＰにＩｎＧａＡｓ井戸層とは逆のひずみを追加して、ＩｎＧａＡｓのペア数増加による格子不整を量子井戸構造全体で緩和することにより、高電流域での発光出力特性が改善されることを見出した。
また、上記の通り、従来、ＩｎＧａＡｓ系の活性層を用いる赤外発光ダイオードにおいては、この活性層を含む化合物半導体層を透明基板に貼り付ける（接合する）タイプはなく、化合物半導体層を成長させたＧａＡｓ基板をそのまま用いていた。しかし、ＧａＡｓ基板は伝導性を高めるために高ドープしており、キャリアによる光の吸収が避けられない。そこで、キャリアによる光の吸収を回避でき、高出力・高効率が期待できる透明基板に貼り付ける（接合する）タイプを採用した。
特に、接合型の場合、機能性基板からの応力の影響もあり、前記ひずみ量子井戸構造の最適化を含めた素子の構造設計が重要である。
本発明者は、かかる知見に基づいてさらに研究を進めた結果、以下の構成に示す本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明は、以下の構成を提供する。
（１）組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるバリア層とを交互に積層した量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟む、組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）からなる第１のガイド及び第２のガイドと、該第１のガイド及び第２のガイドのそれぞれを介して前記活性層を挟む第１のクラッド層及び第２のクラッド層とを有する発光部と、前記発光部上に形成された電流拡散層と、前記電流拡散層に接合された機能性基板と、を備え、前記第１及び第２のクラッド層が組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ３≦１）からなることを特徴とする発光ダイオード。
（２）前記井戸層のＩｎ組成（Ｘ１）が０≦Ｘ１≦０．３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）前記井戸層のＩｎ組成（Ｘ１）が０．１≦Ｘ１≦０．３であることを特徴とする前項（２）に記載の発光ダイオード。
（４）前記バリア層の組成Ｘ２及びＹ１がそれぞれ、０≦Ｘ２≦０．２，０．５＜Ｙ１≦０．７であり、前記第１及び第２のガイドの組成Ｘ３及びＹ２がそれぞれ、０．２≦Ｘ３≦０．５，０．４＜Ｙ２≦０．６であり、前記第１及び第２のクラッド層の組成Ｘ４及びＹ３がそれぞれ、０．３≦Ｘ４≦０．７，０．４＜Ｙ３≦０．６であることを特徴とする前項（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（５）前記機能性基板は発光波長に対して透明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）前記機能性基板はＧａＰ又はＳｉＣからな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。
（７）前記機能性基板の側面は、前記発光部に近い側においては主たる光取り出し面に対して略垂直である垂直面を有し、前記発光部に遠い側においては前記主たる光取り出し面に対して内側に傾斜した傾斜面を有す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）前記傾斜面は粗い面を含むことを特徴とする前項（７）に記載の発光ダイオード。
（９）組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるバリア層とを交互に積層した量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟む、組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）からなる第１のガイド及び第２のガイドと、該第１のガイド及び第２のガイドのそれぞれを介して前記活性層を挟む第１のクラッド層及び第２のクラッド層とを有する発光部と、前記発光部上に形成された電流拡散層と、前記発光部に対向して配置され、発光波長に対して９０％以上の反射率を有する反射層を含み、前記電流拡散層に接合された機能性基板と、を備え、前記第１及び第２のクラッド層が組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ３≦１）からなることを特徴とする発光ダイオード。
ここで、「接合」は、さらに、電流拡散層と機能性基板との間の層を介して接合する場合も含む。
（１０）前記井戸層のＩｎ組成（Ｘ１）が０≦Ｘ１≦０．３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）前記井戸層のＩｎ組成（Ｘ１）が０．１≦Ｘ１≦０．３であることを特徴とする前項（１０）に記載の発光ダイオード。
（１２）前記バリア層の組成Ｘ２及びＹ１がそれぞれ、０≦Ｘ２≦０．２，０．５＜Ｙ１≦０．７であり、前記第１及び第２のガイドの組成Ｘ３及びＹ２がそれぞれ、０．２≦Ｘ３≦０．５，０．４＜Ｙ２≦０．６であり、前記第１及び第２のクラッド層の組成Ｘ４及びＹ３がそれぞれ、０．３≦Ｘ４≦０．７，０．４＜Ｙ３≦０．６であることを特徴とする前項（９）乃至（１１）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１３）前記機能性基板はシリコンまたはゲルマニウムからなる層を含むことを特徴とする前項（９）乃至（１２）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１４）前記機能性基板は金属基板を含むことを特徴とする前項（９）乃至（１２）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１５）前記金属基板は複数の金属層からなることを特徴とする前項（１４）に記載の発光ダイオード。
（１６）前記電流拡散層はＧａＰ又はＧａＩｎＰからなることを特徴とする前項（１）乃至（１５）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１７）前記電流拡散層の厚さは０．５〜２０μｍの範囲であることを特徴とする前項（１）乃至（１６）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１８）第１の電極及び第２の電極が発光ダイオードの前記主たる光取り出し面側に設けられていることを特徴とする前項（１）乃至（１７）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１９）前記第１の電極及び前記第２の電極がオーミック電極であることを特徴とする前項（１８）に記載の発光ダイオード。
（２０）前記機能性基板の、前記主たる光取り出し面側の反対側の面に、第３の電極をさらに備えることを特徴とする前項（１８）又は（１９）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（２１）前項（１）乃至（２０）のいずれか一項に記載の発光ダイオードを備えることを特徴とする発光ダイオードランプ。
（２２）前項（２０）に記載の発光ダイオードを備え、前記第１の電極又は第２の電極と、前記第３の電極とが略同電位に接続されていることを特徴とする発光ダイオードランプ。
（２３）前項（１）乃至（２０）のいずれか一項に記載の発光ダイオード、及び／又は、前項（２１）又は（２２）の少なくともいずれかに記載の発光ダイオードランプを複数個搭載した照明装置。
【０００８】
なお、本発明において、「機能性基板」とは、成長基板に化合物半導体層を成長させた後にその成長基板を除去し、電流拡散層を介して化合物半導体層に接合して化合物半導体層を支持する基板をいうが、電流拡散層に所定の層を形成した後に、その所定の層の上に所定の基板を接合する構成の場合は、その所定の層を含めて「機能性基板」という。
【発明の効果】
【０００９】
上記の構成によれば、以下の効果を得る。
高出力・高効率で８５０ｎｍ以上、特に９００ｎｍ以上の発光ピーク波長の赤外光を発光することができる。
活性層が組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるバリア層とを交互に積層した多重井戸構造を有する構成なので、単色性に優れている。
機能性基板を発光波長に対して透明のものとする構成により、発光部からの発光を吸収することなく高出力・高効率を示すことができる。
バリア層、ガイド層、クラッド層が組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる構成なので、欠陥を作りやすいＡｓを含まないため結晶性が高く、高出力に寄与する。
バリア層、ガイド層、クラッド層が組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる構成なので、バリア層、ガイド層、クラッド層が３元混晶からなる赤外発光ダイオードに比べてと比べてＡｌ濃度が低く、耐湿性が向上する。
活性層が組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるバリア層との積層構造を有する構成なので、ＭＯＣＶＤ法を利用して量産するのに適している。
【００１０】
化合物半導体層の成長基板として用いたＧａＡｓ基板を用いた場合、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるバリア層の組成Ｘ２及びＹ１をそれぞれ、０≦Ｘ２≦０．２，０．５＜Ｙ１≦０．７にとった構成とすることにより、ＧａＡｓ基板に対する井戸層のひずみを緩和して結晶性の低下を抑制できる。
【００１１】
機能性基板をＧａＰ、ＳｉＣ、シリコン、又はゲルマニウムからなる構成とすることにより、発光部と熱膨張係数が近い為、応力を低減できる。また、腐食しにくい材質である為、耐湿性が向上する。
機能性基板と電流拡散層とをいずれもＧａＰからなる構成とすることにより、その接合が容易としかつ接合強度が大きくすることができる。
【００１２】
電流拡散層をＧａＩｎＰからなる構成とすることにより、ＩｎＧａＡｓ井戸層と格子整合させて、結晶性を向上させることができる。
【００１３】
本発明の発光ダイオードランプは、単色性に優れると共に、高出力・高効率であって耐湿性に優れた上記発光ダイオードを備えているため、センサー用途等、幅広い用途の光源に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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を構成する活性層を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態である発光ダイオードの井戸層の層厚と発光ピーク波長との相関を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態である発光ダイオードの井戸層のＩｎ組成（Ｘ１）及び井戸層厚と発光ピーク波長との対応を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態である発光ダイオードの井戸層のＩｎ組成（Ｘ１）と発光ピーク波長及びその発光出力との相関を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態である発光ダイオードの井戸層及びバリア層のペア数と発光出力との相関を示すグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態である発光ダイオードのバリア層のＩｎ組成（Ｙ１）と発光出力との相関を示すグラフである。
【図１１】本発明の一実施形態である発光ダイオードの順方向電流と発光出力の相関に対する、井戸層及びバリア層のペア数の依存性を示すグラフである。
【図１２】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１３】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１４】（ａ）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り、（ｂ）（ａ）中に示すＣ−Ｃ’線に沿った断面模式図である。
【図１５】本発明の他の実施形態である発光ダイオードの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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及びこれを用いた発光ダイオードランプについて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。
【００１６】
＜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。
【００１７】
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、第３の電極６が設けられており、この第３の電極６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。ここで、ｎ型オーミック電極４と第３の電極６とは、ｎ極電極端子４３によって等電位又は略等電位となるように電気的に接続されている。第３の電極により、過大な逆電圧に対して、活性層には過電流が流れず、第３の電極とｐ型電極間に電流が流れ、活性層の破損を防止できる。第３の電極と基板界面側に、反射構造を付加し、高出力することもできる。また、第３の電極の表面側に、共晶金属、半田などを付加することにより、共晶ダイボンド等、より簡便な組み立て技術を利用可能とする。そして、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、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等の一般的な封止樹脂４７によって封止されている。
【００１８】
＜発光ダイオード（第１の実施形態）＞
図３及び図４は、本発明を適用した第１の実施形態に係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。また、図５は井戸層とバリア層の積層構造の断面図である。
第１の実施形態に係る発光ダイオードは、組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層１７と組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるバリア層１８とを交互に積層した量子井戸構造の活性層１１と、活性層１１を挟む、組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）からなる第１のガイド１０及び第２のガイド１２と、第１のガイド１０及び第２のガイド１２のそれぞれを介して活性層１１を挟む第１のクラッド層９及び第２のクラッド層１３を有する発光部７と、発光部７上に形成された電流拡散層８と、電流拡散層８に接合された機能性基板３と、を備え、第１のクラッド層９及び第２のクラッド層１３が組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ３≦１）からなることを特徴とする。
また、発光ダイオード１は、主たる光取り出し面に設けられたｎ型オーミック電極（第１の電極）４及びｐ型オーミック電極（第２の電極）５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である。
【００１９】
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、ｐｎ接合型の発光部７と電流拡散層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、逆に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。
【００２０】
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（第１のクラッド層）９、下部ガイド層１０、活性層１１、上部ガイド層１２、ｎ型の上部クラッド層（第２のクラッド層）１３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）及び発光を活性層１１に「閉じ込める」ために、活性層１１の下側及び上側に対峙して配置した下部クラッド層９、下部ガイド（ｇｕｉｄｅ）層１０、及び上部ガイド層１２、上部クラッド層１３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。
【００２１】
活性層１１は、図５に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光波長を制御するため、量子井戸構造を構成する。すなわち、活性層１１は、バリア層（障壁層ともいう）１８を両端に有する、井戸層１７とバリア層（障壁層ともいう）１８との多層構造（積層構造）である。
【００２２】
活性層１１の層厚は、５０〜１０００ｎｍの範囲であることが好ましい。また、活性層１１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。
【００２３】
図６に、井戸層１７のＩｎ組成（Ｘ１）を０．１に固定して、その層厚と発光ピーク波長との相関を示す。表１に図６に示したデータの値を示す。井戸層が３ｎｍ、５ｎｍ、７ｎｍと厚くなると、波長は８２０ｎｍ、８７０ｎｍ、９２０ｎｍと単調に長くなることがわかる。
【００２４】
【表１】
0005557648.tif 000002
【００２５】
図７に、井戸層１７の発光ピーク波長とそのＩｎ組成（Ｘ１）及び層厚との相関を示す。図７は、井戸層１７の発光ピーク波長を所定の波長とする、井戸層１７のＩｎ組成（Ｘ１）と層厚との組み合わせを示すものである。具体的には、発光ピーク波長がそれぞれ９２０ｎｍ、９６０ｎｍとなる構成の井戸層１７のＩｎ組成（Ｘ１）と層厚との組み合わせを示す。図７にはさらに、他の発光ピーク波長８２０ｎｍ、８７０ｎｍ、９８５ｎｍ及び９９５ｎｍのときのＩｎ組成（Ｘ１）と層厚の組み合わせも示している。表２に図７に示したデータの値を示す。
【００２６】
【表２】
0005557648.tif 000003
【００２７】
発光ピーク波長９２０ｎｍの場合、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．３から０．０５へ低下していくと、それに対応する層厚は単調に３ｎｍから８ｎｍに厚くなっているから、当業者であれば、発光ピーク波長９２０ｎｍとなる組み合わせを容易に見つけることができる。  
また、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．１のとき、層厚が３ｎｍ、５ｎｍ、７ｎｍ、８ｎｍと厚くなると、それに対応して発光ピーク波長は８２０ｎｍ、８７０ｎｍ、９２０ｎｍ、９６０ｎｍと長くなっている。また、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．２のとき、層厚が５ｎｍ、６ｎｍと厚くなるとそれに対応して発光ピーク波長は９２０ｎｍ、９６０ｎｍと長くなり、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．２５のとき、層厚が４ｎｍ、５ｎｍと厚くなるとそれに対応して発光ピーク波長は９２０ｎｍ、９６０ｎｍと長くなり、さらに、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．３のとき、層厚が３ｎｍ、５ｎｍと厚くなると、それに対応して発光ピーク波長は９２０ｎｍ、９８５ｎｍと長くなっている。
さらにまた、層厚が５ｎｍのとき、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．１、０．２、０．２５、０．３と増加すると、発光ピーク波長は８７０ｎｍ、９２０ｎｍ、９６０ｎｍ、９８５ｎｍと長くなっており、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．３５になると、発光ピーク波長は９９５ｎｍとなる。
【００２８】
図７において、発光ピーク波長を９２０ｎｍ及び９６０ｎｍとするＩｎ組成（Ｘ１）と層厚の組み合わせを結ぶと略直線になることが示されている。また、８５０ｎｍ以上１０００ｎｍ程度までの波長帯の所定の発光ピーク波長とするＩｎ組成（Ｘ１）と層厚の組み合わせを結ぶ線も、略直線状になると推察される。さらに、その組み合わせを結ぶ線は発光ピーク波長が短いほど左下に位置し、長いほど右上に位置するものと推察される。
以上の規則性に基づけば、８５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の所望の発光ピーク波長を有する、Ｉｎ組成（Ｘ１）と層厚を容易に見つけることができる。
【００２９】
図８に、井戸層１７の層厚を５ｎｍに固定した、Ｉｎ組成（Ｘ１）と発光ピーク波長及びその発光出力との相関を示す。表３に図８に示したデータの値を示す。
Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．１２、０．２、０．２５、０．３、０．３５と増加すると、発光ピーク波長は８７０ｎｍ、９２０ｎｍ、９６０ｎｍ、９８５ｎｍ、９９５ｎｍと長くなっている。より詳細には、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．１２から０．３へ増加していくにつれて、発光ピーク波長は略単調に８７０ｎｍから９８５ｎｍへと長くなっている。しかし、Ｉｎ組成（Ｘ１）を０．３から０．３５へと増加しても、９８５ｎｍから９９５ｎｍへと長くなるが、長波長への変化率は小さくなっている。
また、発光ピーク波長は８７０ｎｍ（Ｘ１＝０．１２）、９２０ｎｍ（Ｘ１＝０．２）、９６０ｎｍ（Ｘ１＝０．２５）では発光出力は６．５ｍＷと高い値であり、９８５ｎｍ（Ｘ１＝０．３）でも５ｍＷと実用上十分な高い値を有するが、９９５ｎｍ（Ｘ１＝０．３５）では２ｍＷと低い値であった。
【００３０】
【表３】
0005557648.tif 000004
【００３１】
図６〜図８に基づくと、井戸層１７は、（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦０．３の組成を有していることが好ましい。上記Ｘ１は、所望の発光波長になるように調整することができる。
発光ピーク波長を９００ｎｍ以上とする場合は０．１≦Ｘ１≦０．３であるのが好ましく、９００ｎｍ未満とする場合は、０≦Ｘ１≦０．１であるのが好ましい。
【００３２】
井戸層１７の層厚は、３〜２０ｎｍの範囲が好適である。より好ましくは、３〜１０ｎｍの範囲である。
【００３３】
バリア層１８は、（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の組成を有している。上記Ｘ２は、井戸層１７よりもバンドギャップが大きくなる組成とすることが好ましく、０〜０．２の範囲がより好ましい。また、Ｙ１は、井戸層１７の格子不整合に起因するひずみを緩和する為に０．５〜０．７とすることが好ましく、０．５２〜０．６０の範囲がより好ましい。
バリア層１８の層厚は、井戸層１７の層厚と等しいか又は厚いことが好ましい。これにより、井戸層１７の発光効率を高くすることができる。
【００３４】
図９に、井戸層１７の層厚を５ｎｍ、Ｉｎ組成（Ｘ１）＝０．２とし、かつ、バリア層の組成Ｘ２＝０．１、Ｙ１＝０．５５のとき（すなわち、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５５Ｉｎ０．４５Ｐ）、井戸層及びバリア層のペア数と発光出力との相関を示す。表４に図９に示したデータの値を示す。成長基板としてＧａＡｓ基板を用いた場合である。
尚、バリア層の効果を示すために、比較例としてバリア層にＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを用いたときを併せて示した。
バリア層にＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを用いた比較例の場合はペア数１〜１０対までは発光出力が６．５ｍＷ以上と高い値を有するが、２０対では５ｍＷと低下するのに対して、本発明の場合はペア数２０対まで略６．５ｍＷ以上の高い値を維持している。このようにペア数を多くしても高い発光出力を維持できるのは、ＧａＡｓ成長基板に対する組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層の歪みを、組成Ｘ２＝０．１、Ｙ１＝０．５５（すなわち、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５５Ｉｎ０．４５Ｐ）のバリア層が緩和して（すなわち、バリア層が井戸層と逆方向の格子歪みが与えられている）、結晶性の低下が抑制されていることに起因する。歪み緩和の効果についてさらに図１０を用いて説明する。
【００３５】
【表４】
0005557648.tif 000005
【００３６】
図１０は、井戸層１７の層厚を５ｎｍ、Ｉｎ組成（Ｘ１）＝０．２（発光波長９２０ｎｍ）とし、かつ、バリア層のＡｌ組成Ｘ２＝０．１で５ペアのとき、バリア層のＹ１（すなわち、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）ｙＩｎ１−ｙＰ）と発光出力との相関を示す。表５に図１０に示したデータの値を示す。成長基板としてＧａＡｓ基板を用いた場合である。
バリア層の効果を示すために、比較例としてバリア層は本発明と同じだが、井戸層に成長基板と同じ材料であるＧａＡｓ層（すなわち、成長基板に対して歪みがない場合）を用いたときを併せて示した。
本発明の場合は、発光出力の最大は７ｍＷであって、バリア層のＹ１が０．５２〜０．６０の範囲で略７ｍＷを示す。これに対して、井戸層にＧａＡｓ層を用いた比較例の場合は発光出力の最大で６．５ｍＷであって、高出力を示す範囲も本発明の場合よりも狭いことがわかる。
この結果は、本発明では、井戸層の歪みをバリア層の逆方向歪みが緩和して結晶性低下を抑制するために、発光出力は高くかつ高出力を示すバリア層の組成範囲も広いのに対して、比較例では、歪みがない井戸層と歪みを有するバリア層の組み合わせとなっているために、結果として結晶性が低下して発光出力特性が低下していると理解できる。
【００３７】
【表５】
0005557648.tif 000006
【００３８】
図１１に、順方向電流と発光出力の相関に対する、井戸層及びバリア層のペア数の依存性を示す。データは井戸層１７の層厚を５ｎｍ、Ｉｎ組成（Ｘ１）＝０．２とし、かつ、バリア層の組成Ｘ２＝０．１、Ｙ１＝０．５５（すなわち、Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５５Ｉｎ０．４５Ｐ）であって、ペア数が３対及び５対の場合を示している、表６に図１１に示したデータの値を示す。
順方向電流が３０ｍＡまでは、３対及び５対のいずれも電流の増加に略比例して発光出力が増大した。しかし、５０ｍＡ、１００ｍＡでは５対について略比例を維持して電流の増加に対して発光出力が増大したが、３対については、５０ｍＡ、１００ｍＡのそれぞれで５対の場合と比べて、発光出力が２ｍＷ、９ｍＷ低かった。
従って、大電流・高出力の発光ダイオードに対しては、３対のものより、５対のものの方が適していることがわかった。ペア数が多い方が大電流・高出力に適しているのは、成長基板に対する組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層の歪みを、組成Ｘ２＝０．１、Ｙ１＝０．５５（すなわち、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５５Ｉｎ０．４５Ｐ）のバリア層が緩和して、結晶性の低下が抑制されていることに起因する。
【００３９】
【表６】
0005557648.tif 000007
【００４０】
井戸層１７とバリア層１８との多層構造において、井戸層１７とバリア層１８とを交互に積層する対の数は特に限定されるものではないが、図９に基づくと、１対以上２０対以下であることが好ましい。すなわち、活性層１１には、井戸層１７が１〜２０層含まれていることが好ましい。ここで、図９に基づくと、活性層１１の発光効率が好適な範囲としては井戸層１７が１層で十分であるが、図１０に基づくと、特に、高電流条件下の発光効率向上の点では複数であることが好ましい。一方、井戸層１７及びバリア層１８の間には格子不整が存在する為、多くの対にすると結晶欠陥の発生の為、発光効率が低下してしまう。このため、２０対以下であることが好ましく、１０対以下であることがより好ましい。
【００４１】
下部ガイド層１０及び上部ガイド層１２は、図４に示すように、活性層１１の下面及び上面にそれぞれ設けられている。具体的には、活性層１１の下面に下部ガイド層１０が設けられ、活性層１１の上面に上部ガイド層１２が設けられている。
【００４２】
下部ガイド層１０および上部ガイド層１２は、（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）の組成を有している。上記Ｘ３は、バリア層１８とバンドギャップが等しいか又はバリア層１８よりも大きくなる組成とすることが好ましく、０．２〜０．５の範囲がより好ましい。また、Ｙ２は、０．４〜０．６とすることが好ましい。
Ｘ３はクラッド層として機能し且つ発光波長に対して透明な範囲で選ばれ、Ｙ２はクラッド層が厚膜なので基板との格子整合を重視し、良質な結晶成長ができる範囲として選ばれる。
【００４３】
下部ガイド層１０及び上部ガイド層１２はそれぞれ、下部クラッド層９及び上部クラッド層１３と活性層１１との間における不純物の伝搬を低減するために設けられている。すなわち、本発明では、下部クラッド層９及び上部クラッド層１３には高濃度に不純物がドープされており、この不純物の活性層１１への拡散は発光ダイオードの性能低下の原因となる。この不純物の拡散を有効に低減するためには、下部ガイド層１０および上部ガイド層１２の層厚は１０ｎｍ以上が好ましく、２０ｎｍ〜１００ｎｍがより好ましい。
【００４４】
下部ガイド層１０及び上部ガイド層１２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。
【００４５】
下部クラッド層９及び上部クラッド層１３は、図４に示すように、下部ガイド層１０の下面及び上部ガイド層１２上面にそれぞれ設けられている。
【００４６】
下部クラッド層９及び上部クラッド層１３の材質としては、（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ３≦１）の半導体材料を用い、バリア層１５よりもバンドギャップの大きい材質が好ましく、下部ガイド層１０及び上部ガイド層１２よりもバンドギャップが大きい材質がより好ましい。上記材質としては、（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ３≦１）のＸ４が、０．３〜０．７である組成を有することが好ましい。又、Ｙ３は、０．４〜０．６とすることが好ましい。Ｘ４はクラッド層として機能し且つ発光波長に対して透明な範囲で選ばれ、Ｙ３はクラッド層が厚膜なので基板との格子整合の観点から良質な結晶成長ができる範囲として選ばれる。
【００４７】
下部クラッド層９と上部クラッド層１３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１３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、活性層１１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。また、下部クラッド層９及び上部クラッド層１３の組成を制御することによって、化合物半導体層２の反りを低減させることができる。
【００４８】
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（ＡｌＸ４aＧａ１−Ｘ４ａ）ＹａＩｎ１−ＹａＰ（０．３≦Ｘ４ａ≦０．７，０．４≦Ｙ３ａ≦０．６）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０．１〜１μｍの範囲が好ましい。
【００４９】
一方、上部クラッド層１３としては、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型の（（ＡｌＸ４ｂＧａ１−Ｘ４ｂ）ＹｂＩｎ１−ＹｂＰ（０．３≦Ｘ４ｂ≦０．７，０．４≦Ｙ３ｂ≦０．６）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１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲が好ましく、層厚は０．１〜１μｍ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１３の極性は、化合物半導体層２の素子構造を考慮して選択することができる。
【００５０】
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、逆に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。
【００５１】
電流拡散層８は、図４に示すように、発光部７の下方に設けられている。この電流拡散層８は、発光部７（活性層１１）からの発光波長に対して透明である材料、例えば、ＧａＰやＧａＩｎＰを適用することができる。
電流拡散層８にＧａＰを適用する場合、機能性基板３をＧａＰ基板とすることにより、接合を容易にし、高い接合強度を得ることができるという効果がある。
また、電流拡散層８にＧａＩｎＰを適用する場合、ＧａとＩｎの比率を変えることにより、電流拡散層８が積層される井戸層１７の材料であるＩｎＧａＡｓと同じ格子定数にして、井戸層１７と格子整合させることができるという効果がある。従って、所望の発光ピーク波長から選択された組成比のＩｎＧａＡｓと同じ格子定数となるように、ＧａＩｎＰの組成比を選択するのが好ましい。
また、電流拡散層８の厚さは０．５〜２０μｍの範囲であることが好ましい。０．５μｍ以下であると電流拡散が不十分であり、２０μｍ以上であるとその厚さまで結晶成長させる為のコストが増大するからである。
【００５２】
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、バンドギャップが広く、発光部７からの発光波長に対して光学的に透明である材料から構成する。
機能性基板３は発光部と熱膨張係数が近く、耐湿性に優れた基板であり、更に熱伝導の良いＧａＰ、ＧａＩｎＰ、ＳｉＣ、また、機械強度が強いサファイアからなるのが好ましい。また、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。機能性基板３は、約５０μｍ以上約３００μｍ以下の厚さを有する透明度、応力、コスト面からｎ型ＧａＰ基板から構成するのが最適である。
【００５３】
また、図４に示すように、機能性基板３の側面は、化合物半導体層２に近い側において主たる光取り出し面に対して略垂直である垂直面３ａとされており、化合物半導体層２に遠い側において主たる光取り出し面に対して内側に傾斜した傾斜面３ｂとされている。これにより、活性層１１から機能性基板３側に放出された光を効率よく外部に取り出すことができる。また、活性層１１から機能性基板３側に放出された光のうち、一部は垂直面３ａで反射され傾斜面３ｂで取り出すことができる。一方、傾斜面３ｂで反射された光は垂直面３ａで取り出すことができる。このように、垂直面３ａと傾斜面３ｂとの相乗効果により、光の取り出し効率を高めることができる。
【００５４】
また、本実施形態では、図４に示すように、傾斜面３ｂと発光面に平行な面とのなす角度αを、５５度〜８０度の範囲内とすることが好ましい。このような範囲とすることで、機能性基板３の底部で反射された光を効率よく外部に取り出すことができる。
また、垂直面３ａの幅（厚さ方向）を、３０μｍ〜１００μｍの範囲内とすることが好ましい。垂直面３ａの幅を上記範囲内にすることで、機能性基板３の底部で反射された光を垂直面３ａにおいて効率よく発光面に戻すことができ、さらには、主たる光取り出し面から放出させることが可能となる。このため、発光ダイオード１の発光効率を高めることができる。
【００５５】
また、機能性基板３の傾斜面３ｂは、粗面化されることが好ましい。傾斜面３ｂが粗面化されることにより、この傾斜面３ｂでの光取り出し効率を上げる効果が得られる。すなわち、傾斜面３ｂを粗面化することにより、傾斜面３ｂでの全反射を抑制して、光取り出し効率を上げることができる。
【００５６】
また、機能性基板３は、発光波長に対して９０％以上の反射率を有し、前記発光部に対向して配置する反射層（図示せず）を備えることができる。この構成では、主たる光取り出し面から効率的に光を取り出すことができる。
反射層は、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）又はこれらの合金などにより構成される。これらの材料は光反射率が高く、反射層２３からの光反射率を９０％以上とすることができる。
機能性基板３は、この反射層に、ＡｕＩｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ等の共晶金属で、発光部と熱膨張係数の近いシリコン、ゲルマニウム等の安価な基板に接合する組み合わせを用いることができる。特にＡｕＩｎは、接合温度が低く、熱膨張係数が発光部と差があるが、最も安価なシリコン基板（シリコン層）を接合するには、最適な組み合わせである。
機能性基板３は、電流拡散層、反射金属および共晶金属が相互拡散しないよう、例えば、Ｔｉ，Ｗ、Ｐｔなどの高融点金属または、ＩＴＯなどの透明導電酸化物を挿入することも、品質の安定性から望ましい。
【００５７】
化合物半導体層２と機能性基板３との接合界面は、高抵抗層とする場合がある。すなわち、化合物半導体層２と機能性基板３との間には、図示略の高抵抗層が設けられている場合がある。この高抵抗層は、機能性基板３よりも高い抵抗値を示し、高抵抗層が設けられている場合には化合物半導体層２の電流拡散層８側から機能性基板３側への逆方向の電流を低減する機能を有している。また、機能性基板３側から電流拡散層８側へと不用意に印加される逆方向の電圧に対して耐電圧性を発揮する接合構造を構成しているが、その降伏電圧は、ｐｎ接合型の発光部７の逆方向電圧より低い値となる様に構成することが好ましい。
【００５８】
ｎ型オーミック電極（第１の電極）４およびｐ型オーミック電極（第２の電極）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の表面にＡｕＢｅ／Ａｕ、またはＡｕＺｎ／Ａｕからなる合金を用いることができる。
【００５９】
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。
【００６０】
なお、本実施形態では、第１の電極の極性をｎ型とし、第２の電極の極性をｐ型とするのが好ましい。このような構成とすることにより、発光ダイオード１の高輝度化を達成することができる。一方、第１の電極をｐ型とすると、電流拡散が悪くなり、輝度の低下を招く。これに対して、第１の電極をｎ型とすることにより、電流拡散が良くなり、発光ダイオード１の高輝度化を達成することができる。
【００６１】
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。
【００６２】
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、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、活性層１１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、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。
第３の電極は、機能性基板の裏面に形成され、透明基板に於いては、基板側へ反射する構造にすることで、更なる高出力化ができる。反射金属材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどの材料が使用できる。
また、電極表面側を例えば、ＡｕＳｎ等の共晶金属、半田材料にすることで、ダイボンド工程で、ペーストを使用する必要がなくなり簡易化される。更に、金属で接続することで、熱伝導がよくなり、発光ダイオードの放熱特性が向上する。
【００６３】
＜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１２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１３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。
【００６４】
（化合物半導体層の形成工程）
まず、図１２に示す、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型のコンタクト層１６、ｎ型の上部クラッド層１３、上部ガイド層１２、活性層１１、下部ガイド層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。
【００６５】
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することができる。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、エピタキシャル成長しやすく、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望ましい。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。
尚、本明細書では、ミラー指数の表記において、“−”はその直後の指数につくバーを意味する。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
ＧａＡｓ基板１４の厚さは、基板のサイズに応じて適切な範囲がある。ＧａＡｓ基板１４の厚さが適切な範囲よりも薄いと、化合物半導体層２の製造プロセス中に割れてしまうおそれがある。一方、ＧａＡｓ基板１４の厚さが適切な範囲よりも厚いと材料コストが増加することになる。このため、ＧａＡｓ基板１４の基板サイズが大きい場合、例えば、直径７５ｍｍの場合には、ハンドリング時の割れを防止するために２５０〜５００μｍの厚さが望ましい。同様に、直径５０ｍｍの場合は、２００〜４００μｍの厚さが望ましく、直径１００ｍｍの場合は、３５０〜６００μｍの厚さが望ましい。
【００６９】
このように、ＧａＡｓ基板１４の基板サイズに応じて基板の厚さを厚くすることにより、発光部７に起因する化合物半導体層２の反りを低減することができる。これにより、エピタキシャル成長中の温度分布が均一となることため、活性層１１の面内の波長分布を小さくすることができる。なお、ＧａＡｓ基板１４の形状は、特に円形に限定されず、矩形等であっても問題ない。
【００７０】
緩衝層（ｂｕｆｆｅｒ）１５は、ＧａＡｓ基板１４と発光部７の構成層との欠陥の伝搬を低減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。
【００７１】
コンタクト層１６（図４では省略）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、活性層１１よりバンドギャップの大きい材質であることが好ましく、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）を好適に用いることができる。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、０．５μｍ以上が好ましく、１μｍ以上が最適である。コンタクト層１６の厚さの上限値は特に限定されてはいないが、エピタキシャル成長に係るコストを適正範囲にするため、５μｍ以下とすることが望ましい。
【００７２】
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、最も望ましい。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。上記化合物半導体層２を構成する各層は、直径５０〜１５０ｍｍのＧａＡｓ基板１４をＭＯＣＶＤ装置内にセットし、同時にエピタキシャル成長させて積層することができる。また、ＭＯＣＶＤ装置としては、自公転型、高速回転型等の市販の大型装置を適用することができる。
【００７３】
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。
また、電流拡散層８としてｐ型ＧａＩｎＰを用いる場合は、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。
【００７４】
このようにして作製した化合物半導体層２は、発光部７を有するにもかかわらず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。
【００７５】
（機能性基板の接合工程）
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、まず、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１３参照）。接合に関しては、接合条件の安定性から、接合面が同じ材質がより望ましい。
接合（貼り付け）はこのような真空下での常温接合が最適であるが、共晶金属、接着剤を用いて接合することもできる。
【００７６】
（第１及び第２の電極の形成工程）
次に、第１の電極であるｎ型オーミック電極４及び第２の電極である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、まず、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、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金／Ｐｔ／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、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ｎ型オーミック電極４の形状を形成する。
【００７７】
次に、コンタクト層１６、上部クラッド層１３、上部ガイド層１２、活性層１１、下部ガイド層１０、ｐ型の下部クラッド層９の所定範囲について選択的に除去して電流拡散層８を露出させ、この露出した電流拡散層８の表面にｐ型オーミック電極５を形成する。具体的には、例えば、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、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。
【００７８】
（第３の電極の形成工程）
第３の電極は、機能性基板の裏面に形成される。素子の構造により、オーミック電極、ショットキー電極、反射機能、共晶ダイボンド構造などの機能を組み合わせ付加できる。透明基板に於いては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどの材料を形成し、反射する構造にする。基板と前記材料の間に、例えば、酸化ケイ素、ＩＴＯなどの透明膜を挿入できる。形成方法は、スパッタ法、蒸着法など公知の技術を利用できる。
また、電極表面側を例えば、ＡｕＳｎ等の共晶金属、鉛フリー半田材料などにすることで、ダイボンド工程で、ペーストを使用する必要がなくなり簡易化される。形成方法は、スパッタ法、蒸着法、めっき、印刷など公知の技術を利用できる。
金属で接続することで、熱伝導がよくなり、発光ダイオードの放熱特性が向上する。
前記の2つの機能を組み合わせる場合は、金属が拡散しないようにバリア金属、酸化物を挿入することも好適な方法である。これらは、素子構造、基板材料により、最適なものを選択できる。
【００７９】
（機能性基板の加工工程）
次に、機能性基板３の形状を加工する。
機能性基板３の加工は、まず、第３の電極６を形成していない表面にＶ字状の溝入れを行う。この際、Ｖ字状の溝の第３の電極６側の内側面が発光面に平行な面とのなす角度αを有する傾斜面３ｂとなる。次に、化合物半導体層２側から所定の間隔でダイシングを行ってチップ化する。なお、チップ化の際のダイシングによって機能性基板３の垂直面３ａが形成される。
【００８０】
傾斜面３ｂの形成方法は、特に限定されるものではなく、ウェットエッチング、ドライエッチング、スクライブ法、レーザー加工などの従来からの方法を組み合わせて用いることができるが、形状の制御性及び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。ダイシング法を適用することにより、製造歩留まりを向上することができる。
【００８１】
また、垂直面３ａの形成方法は、特に限定されるものではないが、レーザー加工、スクライブ・ブレーク法又はダイシング法で形成するのが好ましい。
レーザー加工、スクライブ・ブレーク法を採用することにより、製造コストを低下させることができる。すなわち、チップ分離の際に切りしろを設ける必要なく、数多くの発光ダイオードが製造できるため製造コストを下げることができる。
一方、ダイシング法は、切断の安定性に優れている。
【００８２】
最後に、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。このようにして発光ダイオード１を製造する。
【００８３】
以上説明したように、本実施形態の発光ダイオード１によれば、組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層１７を有する発光部７を含む化合物半導体層２を備えている。
【００８４】
また、本実施形態の発光ダイオード１では、発光部７上に電流拡散層８が設けられている。この電流拡散層８は、発光波長に対して透明であるため、発光部７からの発光を吸収することなく高出力・高効率の発光ダイオード１とすることができる。機能性基板は、材質的に安定で、腐食の心配がなく耐湿性に優れている。
【００８５】
したがって、本実施形態の発光ダイオード１によれば、８５０ｎｍ以上の発光波長を有し、単色性に優れると共に、高出力・高効率であって耐湿性の発光ダイオード１を提供することができる。また、本実施形態の発光ダイオード１によれば、従来の液相エピタキシャル法で作製した透明基板型ＡｌＧaＡｓ系の発光ダイオードと比較して、約２倍以上の発光効率を有する高出力発光ダイオード１を提供することができる。また、高温高湿信頼性も向上した。
【００８６】
＜発光ダイオード（第２の実施形態）＞
図１４（ａ）及び（ｂ）は、本発明を適用した第２の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための図であり、図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）中に示すＣ−Ｃ’線に沿った断面図である（ガイド層１０及び１２は図示省略）。
第２の実施形態に係る発光ダイオードは、組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層１７と、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるバリア層１８とを交互に積層した量子井戸構造の活性層１１と、活性層１１を挟む、組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）からなる第１のガイド層１０及び第２のガイド層１２と、第１のガイド層１０及び第２のガイド層１２のそれぞれを介して活性層１１を挟む第１のクラッド層９及び第２のクラッド層１３とを有する発光部７と、発光部７上に形成された電流拡散層８と、発光部７に対向して配置され、発光波長に対して９０％以上の反射率を有する反射層２３を含み、電流拡散層８に接合された機能性基板３１と、を備え、第１のクラッド層９及び第２のクラッド層１３が組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ；０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ３≦１）からなることを特徴とする。
【００８７】
第２の実施形態に係る発光ダイオードでは、発光波長に対して９０％以上の反射率を有し、発光部７に対向して配置する反射層２３を含む機能性基板３１を有するので、主たる光取り出し面から効率的に光を取り出すことができる。
図１４に示した例では、機能性基板３１は、電流拡散層８の下側の面８ｂに、第２の電極２１を備え、さらにその第２の電極２１を覆うように透明導電膜２２と反射層２３とが積層されてなる反射構造体と、シリコン又はゲルマニウムからなる層(基板)３０を備えている。
【００８８】
第２の実施形態に係る発光ダイオードにおいては、機能性基板３１はシリコンまたはゲルマニウムからなる層を含むのが好ましい。腐食しにくい材質である為、耐湿性が向上するからである。
【００８９】
反射層２３は例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）又はこれらの合金などにより構成される。これらの材料は光反射率が高く、反射層２３からの光反射率を９０％以上とすることができる。
機能性基板３１は、この反射層２３に、ＡｕＩｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ等の共晶金属で、シリコン、ゲルマニウム等の安価な基板（層）に接合する組み合わせを用いることができる。特にＡｕＩｎは、接合温度が低く、熱膨張係数が発光部と差があるが、最も安価なシリコン基板（シリコン層）を接合するには最適な組み合わせである。
機能性基板３１はさらに、電流拡散層、反射層金属および共晶金属が相互拡散しないよう、例えば、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）などの高融点金属からなる層を挿入された構成とすることも品質の安定性から望ましい。
【００９０】
＜発光ダイオード（第３の実施形態）＞
図１５は、本発明を適用した第３の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための図である。
第３の実施形態に係る発光ダイオードは、組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層１７と、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるバリア層１８とを交互に積層した量子井戸構造の活性層１１と、活性層１１を挟む、組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）からなる第１のガイド層１０及び第２のガイド層１２と、第１のガイド層１０及び第２のガイド層１２のそれぞれを介して活性層１１を挟む第１のクラッド層９及び第２のクラッド層１３とを有する発光部７と、発光部７上に形成された電流拡散層８と、発光部７に対向して配置され、発光波長に対して９０％以上の反射率を有する反射層５３と金属基板５０とを含み、電流拡散層８に接合された機能性基板５１と、を備え、第１のクラッド層９及び第２のクラッド層１３が組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ；０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ３≦１）からなることを特徴とする。
【００９１】
第３の実施形態に係る発光ダイオードでは、機能性基板が金属基板を含む点が第２の実施形態に係る発光ダイオードに対して特徴的な構成である。
金属基板５０は放熱性が高く、発光ダイオードを高輝度で発光するのに寄与すると共に、発光ダイオードの寿命を長寿命とすることができる。
放熱性の観点からは、金属基板５０は熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属からなるのが特に好ましい。熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属としては、例えば、モリブデン（１３８Ｗ／ｍ・Ｋ）やタングステン（１７４Ｗ／ｍ・Ｋ）、銀（熱伝導率＝４２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅（熱伝導率＝３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）、金（熱伝導率＝３２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、アルミニウム（熱伝導率＝２３６Ｗ／ｍ・Ｋ）がある。
【００９２】
図１５に示すように、化合物半導体層２は、活性層１１と、ガイド層（図示せず）を介してその活性層１１を挟む第１のクラッド層（下部クラッド）９及び第２のクラッド層（上部クラッド）１３と、第１のクラッド層（下部クラッド）９の下側に電流拡散層８と、第２のクラッド層（上部クラッド）１３の上側に第１の電極５５と平面視してほぼ同じサイズのコンタクト層５６とを有する。
機能性基板５１は、電流拡散層８の下側の面８ｂに、第２の電極５７を備え、さらにその第２の電極５７を覆うように透明導電膜５２と反射層５３とが積層されてなる反射構造体と、金属基板５０とからなり、反射構造体を構成する反射層５３の化合物半導体層２と反対側の面５３ｂに、金属基板５０の接合面５０ａが接合されている。
【００９３】
反射層５３は例えば、銅、銀、金、アルミニウムなどの金属又はこれらの合金などにより構成される。これらの材料は光反射率が高く、反射構造体からの光反射率を９０％以上とすることができる。反射層５３を形成することにより、活性層１１からの光を反射層５３で正面方向ｆへ反射させて、正面方向ｆでの光取り出し効率を向上させることができる。これにより、発光ダイオードをより高輝度化できる。
【００９４】
反射層５３は、透明導電膜５２側からＡｇ、Ｎｉ／Ｔｉバリア層、Ａｕ系の共晶金属（接続用金属）からなる積層構造が好ましい。
上記接続用金属は、電気抵抗が低く、低温で溶融する金属である。上記接続用金属を用いることにより、化合物半導体層２に熱ストレスを与えることなく、金属基板を接続することができる。
接続用金属としては、化学的に安定で、融点の低いＡｕ系の共晶金属などを用いられる。上記Ａｕ系の共晶金属としては、例えば、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉなどの合金の共晶組成（Ａｕ系の共晶金属）を挙げることができる。
また、接続用金属には、チタン、クロム、タングステンなどの金属を添加することが好ましい。これにより、チタン、クロム、タングステンなどの金属がバリア金属として機能して、金属基板に含まれる不純物などが反射層５３側に拡散して、反応することを抑制できる。
【００９５】
透明導電膜５２は、ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜などにより構成されている。なお、反射構造体は、反射層５３だけで構成してもよい。
また、透明導電膜５２の代わりに、または、透明導電膜５２とともに、透明な材料の屈折率差を利用したいわゆるコールドミラー、例えば、酸化チタン膜、酸化ケイ素膜の多層膜や白色のアルミナ、ＡｌＮを用いて、反射層５３に組み合わせてもよい。
【００９６】
金属基板５０は複数の金属層からなるものを用いることができる。
複数の金属層の構成としては図１５で示した例のように、２種類の金属層すなわち、第１の金属層５０Ａと第２の金属層５０Ｂとが交互に積層されてなるものが好ましい。
特に、第１の金属層５０Ａと第２の金属層５０Ｂの層数は合わせて奇数とすることがより好ましい。
【００９７】
この場合、金属基板の反りや割れの観点から、第２の金属層５０Ｂとして化合物半導体層２より熱膨張係数が小さい材料を用いるときは、第１の金属層５０Ａ、５０Ａを化合物半導体層３より熱膨張係数が大きい材料からなるものを用いるのが好ましい。金属基板全体としての熱膨張係数が化合物半導体層の熱膨張係数に近いものとなるため、化合物半導体層と金属基板とを接合する際の金属基板の反りや割れを抑制することができ、発光ダイオードの製造歩留まりを向上させることができるからである。同様に、第２の金属層５０Ｂとして化合物半導体層２より熱膨張係数が大きい材料を用いるときは、第１の金属層５０Ａ、５０Ａを化合物半導体層２より熱膨張係数が小さい材料からなるものを用いるのが好ましい。金属基板全体としての熱膨張係数が化合物半導体層の熱膨張係数に近いものとなるため、化合物半導体層と金属基板とを接合する際の金属基板の反りや割れを抑制でき、発光ダイオードの製造歩留まりを向上できるからである。
以上の観点からは、２種類の金属層はいずれが第１の金属層でも第２の金属層でも構わない。
【００９８】
２種類の金属層としては、例えば、銀（熱膨張係数＝１８．９ｐｐｍ／Ｋ）、銅（熱膨張係数＝１６．５ｐｐｍ／Ｋ）、金（熱膨張係数＝１４．２ｐｐｍ／Ｋ）、アルミニウム（熱膨張係数＝２３．１ｐｐｍ／Ｋ）、ニッケル（熱膨張係数＝１３．４ｐｐｍ／Ｋ）およびこれらの合金のいずれかからなる金属層と、モリブデン（熱膨張係数＝５．１ｐｐｍ／Ｋ）、タングステン（熱膨張係数＝４．３ｐｐｍ／Ｋ）、クロム（熱膨張係数＝４．９ｐｐｍ／Ｋ）およびこれらの合金のいずれかからなる金属層との組み合わせを用いることができる。
好適な例としては、Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕの３層からなる金属基板があげられる。上記の観点ではＭｏ／Ｃｕ／Ｍｏの３層からなる金属基板でも同様な効果が得られるが、Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕの３層からなる金属基板は、機械的強度が高いＭｏを加工しやすいＣｕで挟んだ構成なので、Ｍｏ／Ｃｕ／Ｍｏの３層からなる金属基板よりも切断等の加工が容易であるという利点がある。
【００９９】
金属基板全体としての熱膨張係数は例えば、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）の３層からなる金属基板では６．１ｐｐｍ／Ｋであり、Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（７０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）の３層からなる金属基板では５．７ｐｐｍ／Ｋとなる。
【０１００】
また、放熱の観点からは、金属基板を構成する金属層は熱伝導率が高い材料からなるのが好ましい。これにより、金属基板の放熱性を高くして、発光ダイオードを高輝度で発光させることができるとともに、発光ダイオードの寿命を長寿命とすることができるからである。
例えば、銀（熱伝導率＝４２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅（熱伝導率＝３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）、金（熱伝導率＝３２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、アルミニウム（熱伝導率＝２３６Ｗ／ｍ・Ｋ）、モリブデン（熱伝導率＝１３８Ｗ／ｍ・Ｋ）、タングステン（熱伝導率＝１７４Ｗ／ｍ・Ｋ）およびこれらの合金などを用いることが好ましい。
【０１０１】
それらの金属層の熱膨張係数が化合物半導体層の熱膨張係数と略等しい材料からなるのがさらに好ましい。特に、金属層の材料が、化合物半導体層の熱膨張係数の±１．５ｐｐｍ／Ｋ以内である熱膨張係数を有する材料であるのが好ましい。これにより、金属基板と化合物半導体層との接合時の発光部への熱によるストレスを小さくすることができ、金属基板を化合物半導体層と接続させたときの熱による金属基板の割れを抑制することができ、発光ダイオードの製造歩留まりを向上させることができる。
金属基板全体としての熱伝導率は例えば、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）の３層からなる金属基板では２５０Ｗ／ｍ・Ｋとなり、Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（７０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）の３層からなる金属基板では２２０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
【実施例】
【０１０２】
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。
【０１０３】
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、ＩｎＧａＡｓからなる井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層との量子井戸構造からなる活性層を有する赤外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機能性基板とを結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。
【０１０４】
（実施例１）
実施例１は図４に示した実施形態の実施例である。
実施例１の発光ダイオードは、まず、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。化合物半導体層としては、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（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ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、（Ａｌ０．３  Ｇａ０．７  ）０．５  Ｉｎ０．５  Ｐからなる上部ガイド層、Ｉｎ０．２  Ｇａ０．８  Ａｓ／（Ａｌ０．１Ｇａ０．９  ）０．５  Ｉｎ０．５Ｐの３対からなる井戸層／バリア層、（Ａｌ０．３  Ｇａ０．７）０．５  Ｉｎ０．５Ｐからなる下部ガイド層、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を用いた。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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４μｍ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０．５μｍとした。上部ガイド層は、アンドープで層厚を約５０ｎｍとした。井戸層は、アンドープで層厚が約  ５ｎｍのＩｎ０．２  Ｇａ０．８  Ａｓとし、バリア層はアンドープで層厚が約１０ｎｍの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９  ）０．５  Ｉｎ０．５Ｐとした。また、井戸層とバリア層とを交互に３対積層した。下部ガイド層は、アンドープで層厚を約５０ｎｍとした。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５０ｎｍ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１０μｍとした。
【０１０７】
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、電流拡散層の表面の粗さ（ｒｍｓ）を０．１８ｎｍとした。
一方、上記の電流拡散層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となるように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、表面の粗さ（ｒｍｓ）を０．１２ｎｍに仕上げた。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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第１の電極として、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金を厚さが０．５μｍ、Ｐｔを０．２μｍ、Ａｕを１μｍとなるように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、第１の電極としてｎ型オーミック電極を形成した。次に、ＧａＡｓ基板を除去した面である光取り出し面の表面に粗面化処理を施した。
【０１１１】
次に、第２の電極として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。この露出した電流拡散層の表面に、ＡｕＢｅを０．２μｍ、Ａｕを１μｍ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。更に、機能性基板の裏面にＡｕを厚さ０．２μｍ形成し、２２０μｍの正方形にパターンを形成した。
【０１１２】
次に、ダイシングソーを用いて、機能性基板の裏面から、第３の電極を形成していない領域を傾斜面の角度αが７０°となると共に垂直面の厚さが８０μｍとなるようにＶ字状の溝入れを行った。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。
【０１１３】
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１００個組み立てた。この発光ダイオードランプは、マウントは、ダイボンダーで支持（マウント）し、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、一般的なエポキシ樹脂で封止して作製した。
【０１１４】
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７に示す。
表７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９２０ｎｍとする赤外光が出射された。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１．２２ボルトとなった。順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、７ｍＷであった  更に、温度６０℃、湿度９０％の高温高湿環境下で、通電試験（２０ｍＡ通電）を１０００時間実施し、発光出力の残存率を測定した結果を表７に示す。
このランプ１００個を、６０℃、９０ＲＨ％，２０ｍＡで高温高湿通電試験を実施した。１０００時間後の出力残存率の平均は１００％であった。
【０１１５】
【表７】
0005557648.tif 000008
【０１１６】
（実施例２）
実施例２は図１４（ａ）及び（ｂ）に示した第２の実施形態の実施例である。
実施例２の発光ダイオードは、反射層と機能性基板とを組み合わせ場合である。その他の発光部の形成は、実施例１と同じである。尚、下部ガイド層１０及び上部ガイド層１２は図示省略している。
【０１１７】
電流拡散層８の表面に、ＡｕＢｅ／Ａｕ合金を厚さ０．２μｍで２０μｍφのドットでなる電極（第２の電極）２１を、光取り出し面の端から５０μｍになるように等間隔で８個配置した。
次に、透明導電膜であるＩＴＯ膜２２を０．４μｍの厚さでスパッタ法により形成した。更に、銀合金／Ｔｉ／Ａｕでなる層２３を０．２μｍ／０．１μｍ／１μｍの厚さで形成し、反射面２３とした。
【０１１８】
一方、シリコン基板（機能性基板）３１の表面に、Ｔｉ／Ａｕ／Ｉｎでなる層３２を０．１μｍ／０．５μｍ／０．３μｍの厚さで形成した。シリコン基板３１の裏面に、Ｔｉ／Ａｕでなる層３３を０．１μｍ／０．５μｍの厚さで形成した。前記発光ダイオードウェーハ側のＡｕとシリコン基板側のＩｎ表面とを重ね合わせ、３２０℃で加熱・５００ｇ／ｃｍ２で加圧し、機能性基板を発光ダイオードウェーハに接合した。
【０１１９】
ＧａＡｓ基板を除去し、コンタクト層１６の表面に、ＡｕＧｅ／Ａｕでなる直径１００μｍで厚さ３μｍのオーミック電極（第１の電極）２５を形成し、４２０℃で、５分間熱処理し、ｐ、ｎオーミック電極を合金化処理した。
【０１２０】
次に、コンタクト層１６の表面を粗面化処理した。
チップに分離する為の切断予定部分の半導体層と反射層、共晶金属を除去し、シリコン基板の裏面電極の上にＴｉ／ＡｕＳn／Ａｕを０．３μｍ／１μｍ／０．１μｍを形成した。ダイシングソーで、３５０μｍピッチで正方形に切断した。  
【０１２１】
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７に示す。
表７に示すように、上面及び下面の電極間に電流を流したところ、ピーク波長９２０ｎｍとする赤外光が出射された。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１．２０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、約６ｍＷであった。更に、温度６０℃、湿度９０％の高温高湿環境下で、通電試験（２０ｍＡ通電）を１０００時間実施し、発光出力の残存率を測定した結果を表７に示す。
実施例１と同様に、このランプ１００個を、６０℃、９０ＲＨ％，２０ｍＡで高温高湿通電試験を実施した。１０００時間後の出力残存率の平均は９９％であった。
【０１２２】
（実施例３）
実施例３の発光ダイオードは第３の実施形態の実施例であり、電流拡散層に、反射層と金属基板とを含む機能性基板を接合した構成である。図１５を参照して、実施例３の発光ダイオードを説明する。
【０１２３】
まず、金属基板を作製した。２枚の略平板状で厚さ１０μｍのＣｕ板と、１枚の略平板状の厚さ７５μｍのＭｏ板とを用意し、２枚のＣｕ板の間にＭｏ板を挿入してこれらを重ねて配置し、加圧装置に前記基板を配置して、高温下でそれら金属板に対してそれらを挟む方向に荷重をかけた。これにより、Ｃｕ（１０μｍ）／Ｍｏ（７５μｍ）／Ｃｕ（１０μｍ）の３層からなる金属基板を作製した。
【０１２４】
化合物半導体層は、緩衝層とコンタクト層との間に、Ｓｉドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、層厚が０．５μｍのエッチングストップ層を形成した点を除いて、実施例１の条件と同じ条件で形成した。
電流拡散層８の面８ｂ上に、０．４μｍの厚さのＡｕＢｅ上に０．２μｍの厚さのＡｕが積層されてなり、平面視したときに２０μｍφの円形状であり、６０μｍの間隔で第２の電極５７を形成した。
次に、透明導電膜であるＩＴＯ膜５２を、第２の電極５７を覆うように、０．８μｍの厚さでスパッタ法により形成した。
次に、ＩＴＯ膜５２上に、蒸着法を用いて、銀（Ａｇ）合金からなる膜を０．７μｍ成膜した後、ニッケル（Ｎｉ）／チタン（Ｔｉ）からなる膜を０．５μｍ、金（Ａｕ）からなる膜を１μｍ成膜して、反射膜５３を形成した。
次に、化合物半導体層の電流拡散層８上にＩＴＯ膜５２及び反射膜５３を形成した構造体と、金属基板とを対向して重ね合わせるように配置して減圧装置内に搬入し、４００℃で加熱した状態で、５００ｋｇ重の荷重でそれらを接合して接合構造体を形成した。
次に、接合構造体から、化合物半導体層の成長基板であるＧａＡｓ基板と緩衝層とをアンモニア系エッチャントにより選択的に除去し、さらに、エッチングストップ層を塩酸系エッチャントにより選択的に除去した。
次に、真空蒸着法を用いて、コンタクト層上に、ＡｕＧｅを０．１５μｍの厚さで成膜した後、Ｎｉを０．０５μｍの厚さで成膜し、さらにＡｕを１μｍの厚さで成膜して、第１の電極用導電膜を形成した。次に、フォトリソグラフィーを用いて、電極用導電膜を平面視円形状にパターニングして、直径１００μｍで厚さ３μｍの第１の電極５５を作製した。
次に、第１の電極をマスクとして、アンモニア系エッチャントにより、コンタクト層のうち、第１の電極の下以外の部分をエッチングで除去してコンタクト層５６を形成した。
チップに分離する為の切断予定部分の化合物半導体層と反射層、共晶金属を除去し、金属基板をレーザーダイシングにより、３５０μｍピッチで正方形に切断した。
【０１２５】
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７に示す。
表７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９２０ｎｍ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、１．２ボルトとなった。順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、５．９ｍＷであった。
このランプ２０個を、６０℃、９０ＲＨ％，２０ｍＡで高温高湿通電試験を実施した。１０００時間後の、出力残存率の平均は、１００％であった。
【０１２６】
（実施例４）
実施例４の発光ダイオードは第１の実施形態の実施例であり、発光ピーク波長を８７０ｎｍにするべく井戸層のＩｎ組成Ｘ１＝０．１２にしたこと以外は、実施例１と同じ条件で作製した。
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は表７に示した通りであり、ピーク波長８７０ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）、順方向電圧（ＶＦ）、出力残存率の平均はそれぞれ、６．８ｍＷ、１．３１Ｖ、１００％であった。
【０１２７】
（実施例５）
実施例５の発光ダイオードは第２の実施形態の実施例であり、発光ピーク波長を８７０ｎｍにするべく井戸層のＩｎ組成Ｘ１＝０．１２にしたこと以外は、実施例２と同じ条件で作製した。
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は表７に示した通りであり、ピーク波長８７０ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）、順方向電圧（ＶＦ）、出力残存率の平均はそれぞれ、６．１ｍＷ、１．３Ｖ、１００％であった。
【０１２８】
（実施例６）
実施例６の発光ダイオードは第１の実施形態の実施例であり、発光ピーク波長を９６０ｎｍにするべく井戸層のＩｎ組成Ｘ１＝０．２５にしたこと以外は、実施例１と同じ条件で作製した。
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は表７に示した通りであり、ピーク波長９６０ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）、順方向電圧（ＶＦ）、出力残存率の平均はそれぞれ、６．５ｍＷ、１．２Ｖ、９９％であった。
【０１２９】
（実施例７）
実施例７の発光ダイオードは第２の実施形態の実施例であり、発光ピーク波長を９６０ｎｍにするべく井戸層のＩｎ組成Ｘ１＝０．２５にしたこと以外は、実施例２と同じ条件で作製した。
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は表７に示した通りであり、ピーク波長９６０ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）、順方向電圧（ＶＦ）、出力残存率の平均はそれぞれ、５．３ｍＷ、１．２Ｖ、９９％であった。
【０１３０】
（実施例８）
実施例８の発光ダイオードは第１の実施形態の実施例であり、発光ピーク波長を９８５ｎｍにするべく井戸層のＩｎ組成Ｘ１＝０．３にしたこと以外は、実施例１と同じ条件で作製した。
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は表７に示した通りであり、ピーク波長９８５ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）、順方向電圧（ＶＦ）、出力残存率の平均はそれぞれ、５．０ｍＷ、１．２Ｖ、９９％であった。
【０１３１】
（実施例９）
実施例９の発光ダイオードは第２の実施形態の実施例であり、発光ピーク波長を９８５ｎｍにするべく井戸層のＩｎ組成Ｘ１＝０．３にしたこと以外は、実施例２と同じ条件で作製した。
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は表７に示した通りであり、ピーク波長９８５ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）、順方向電圧（ＶＦ）、出力残存率の平均はそれぞれ、３．８ｍＷ、１．２Ｖ、９９％であった。
【０１３２】
（実施例１０）
実施例１０の発光ダイオードは第１の実施形態の実施例であり、バリア層をアンドープで層厚が約１０ｎｍの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９  ）０．５５  Ｉｎ０．４５Ｐとしたこと、また、井戸層とバリア層とを交互に５対積層したこと以外は、実施例１と同じ条件で作製した。
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は表７に示した通りであり、ピーク波長９２０ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）、順方向電圧（ＶＦ）、出力残存率の平均はそれぞれ、７．０ｍＷ、１．２４Ｖ、９９％であった。
【０１３３】
（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。ＧａＡｓ基板にＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ａｓを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。
【０１３４】
比較例１の発光ダイオードの作製は、具体的には、ｎ型の（１００）面のＧａＡｓ単結晶基板に、界面の組成をＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓのｎ型上部クラッド層を５０μｍ、Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７ＡｓからなるＳｉドープの発光層を２０μｍ、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓからなるｐ型の下部クラッド層を２０μｍ、発光波長に対して透明なＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓからなるｐ型の厚膜層を６０μｍ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、ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層の表面に直径１００μｍのｎ型オーミック電極を形成した。次に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ厚膜層の裏面に直径２０μｍのｐ型オーミック電極を８０μｍ間隔に形成し、４２０℃で、５分間熱処理し、ｐ、ｎオーミック電極を合金化処理した。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、高出力化の為、表面を粗面化処理して比較例１の発光ダイオードチップを作製した。
【０１３５】
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７に示す。
表７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９２０ｎｍとする赤外光が出射された。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１．２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、２ｍＷであった。また、比較例１のいずれのサンプルについても、本発明の実施例に比べて出力が低かった。更に、温度６０℃、湿度９０％の高温高湿環境下で、通電試験（２０ｍＡ通電）を５００時間実施し、発光出力の残存率を測定した結果を表１に示す。出力低下の原因は、ＡｌＧａＡｓ表面の腐食により、光の吸収が増加した為と考えられる。
また、実施例と同様に、このランプ１００個を、６０℃、９０ＲＨ％，２０ｍＡで高温高湿通電試験を実施した。５００時間後の出力残存率の平均は実験開始時に比べて１４％も低下し、１％以内の低下に過ぎなかった実施例に比べて大きく低下した。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明の発光ダイオードは高出力・高効率で８５０ｎｍ以上、特に９００ｎｍ以上の発光ピーク波長の赤外光を発光する発光ダイオード製品として利用できる。
【符号の説明】
【０１３７】
１・・・発光ダイオード
２・・・化合物半導体層
３・・・機能性基板
３ａ・・・垂直面
３ｂ・・・傾斜面
４・・・ｎ型オーミック電極（第１の電極）
５・・・ｐ型オーミック電極（第２の電極）
６・・・第３の電極
７・・・発光部
８・・・電流拡散層
９・・・下部クラッド層（第１のクラッド層）
１０・・・下部ガイド層  
１１・・・活性層
１２・・・上部ガイド層
１３・・・上部クラッド層（第２のクラッド層）
１４・・・ＧａＡｓ基板
１５・・・緩衝層
１６・・・コンタクト層  
１７・・・井戸層
１８・・・バリア層
２０・・・発光ダイオード
２１・・・電極
２２・・・透明導電膜
２３・・・反射面
２５・・・ボンディング電極
３０・・・シリコン基板
３１・・・機能性基板
α・・・傾斜面と発光面に平行な面とのなす角度
５０・・・金属基板
５１・・・機能性基板
５２・・・透明導電膜
５３・・・反射層
５５・・・第１の電極
５６・・・コンタクト層
５７・・・第２の電極
【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】
0005557648.tif 000014
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005557648.tif 000018
【図１１】
0005557648.tif 000019
【図１２】
0005557648.tif 000020
【図１３】
0005557648.tif 000021
【図１４】
0005557648.tif 000022
【図１５】
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