(57)【要約】【課題】赤色光及び赤外光の発光波長を有し、単色性に優れると共に、高出力・高効率であって耐湿性にすぐれる発光ダイオードを提供する。【解決手段】本発明の発光ダイオードは、組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０＜Ｘ２≦１）からなるバリア層との積層構造を有して赤外光を発する活性層と、該活性層を挟む第１のクラッド層と第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（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０．１３≦Ｘ１≦０．２０）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０＜Ｘ２≦１）からなるバリア層とを交互に積層し、両端にバリア層を有する量子井戸構造の活性層と、該活性層の下面と上面に設けられた第１のガイド層と第２のガイド層と、該活性層及び該ガイド層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、
前記発光部の下方に設けられた電流拡散層と、
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のガイド層が組成式（ＡｌＸ５Ｇａ１−Ｘ５）Ａｓ（０．２≦Ｘ５≦１）からなるものとし、
前記第１及び第２のクラッド層が組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるものとし、
Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ５の関係を満たし、発光ピーク波長を７２０〜７６０ｎｍに設定されてなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０．１３≦Ｘ１≦０．２０）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ２≦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、該活性層の下面と上面に設けられた第１のガイド層と第２のガイド層と、該活性層及び該ガイド層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、
前記発光部の下方に設けられた電流拡散層と、
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のガイド層を組成式（ＡｌＸ６Ｇａ１−Ｘ６）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０≦Ｘ６≦１，０＜Ｙ３≦１）からなるものとし、
前記第１及び第２のクラッド層を組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるものとし、
Ｘ４＜Ｘ６＜Ｘ３の関係を満たし、発光ピーク波長を７２０〜７６０ｎｍに設定されてなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項３】
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又は２のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記機能性基板はＧａＰ、サファイア又はＳｉＣからな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】
組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０．１３≦Ｘ１≦０．２０）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０＜Ｘ２≦１）からなるバリア層とを交互に積層し、両端にバリア層を有する量子井戸構造の活性層と、該活性層の下面と上面に設けられた第１のガイド層と第２のガイド層と、該活性層及び該ガイド層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、
前記発光部の下方に設けられた電流拡散層と、
前記発光部に対向して配置して発光波長に対して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のガイド層が組成式（ＡｌＸ５Ｇａ１−Ｘ５）Ａｓ（０．２≦Ｘ５≦１）からなるものとし、
前記第１及び第２のクラッド層が組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ
（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるものとし、
Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ５の関係を満たし、発光ピーク波長を７２０〜７６０ｎｍに設定されてなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項６】
組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０．１３≦Ｘ１≦０．２０）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ２≦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、該活性層の下面と上面に設けられた第１のガイド層と第２のガイド層と、該活性層及び該ガイド層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、
前記発光部の下方に設けられた電流拡散層と、
前記発光部に対向して配置して発光波長に対して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のガイド層を組成式（ＡｌＸ６Ｇａ１−Ｘ６）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０≦Ｘ６≦１，０＜Ｙ３≦１）からなるものとし、
前記第１及び第２のクラッド層を組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ
（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるものとし、
Ｘ４＜Ｘ６＜Ｘ３の関係を満たし、発光ピーク波長を７２０〜７６０ｎｍに設定されてなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項７】
前記機能性基板が、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５又は６のいずれか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５又は６のいずれか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】
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】
前記傾斜面は粗い面を含むことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
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１３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
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１４に記載の発光ダイオード。
【請求項１６】
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１４又は１５のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１７】
請求項１乃至１６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１８】
請求項１６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。
【請求項１９】
請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の発光ダイオード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、発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置に関するものであり、特に高出力の赤色及び赤外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及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤色及び赤外発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）は、通信、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。
例えば、ピーク波長が６６０〜７２０ｎｍの光は人が認識できる赤色光源であり、屋外ディスプレイや、出力が高い波長帯である為に目視でセンサーの存在を認識した方が望ましい安全関係のセンサーや、バーコードリーダーの光源および医療用オキシメーターの光源など幅広い用途に使用されている。
また、ピーク波長が７６０〜８５０ｎｍの光は発光出力が高い波長帯である為、各種センサーの光源、監視カメラ、ビデオカメラ等の赤外線照明に最適な波長帯である。特に、この波長帯のＡｌＧａＡｓ活性層は高速応答が可能であるため、光通信や高速フォトカプラに適している。一方、発光波長の特徴を利用して静脈認証システムや医療分野などの光源にも利用され始めている。
また、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による照明を用いた栽培方法が注目されている。光合成の促進に対して波長６６０〜６７０ｎｍ付近の光は、反応効率が高く望ましい光源であることが知られているが、さらに最近の研究結果から、植物育成の形状制御に適した発光波長の１つとして、ピーク波長７３０ｎｍの赤外光の効果が確認されている。
【０００３】
上記用途に於いて、各機器の性能向上のため、ＬＥＤの高出力が望まれている。
例えば、従来の赤外発光ダイオードに於いては、ＧａＡｓ基板に液相エピタキシャル法を用いたＡｌＧaＡｓの多層膜からなるＬＥＤが実用化され、いろいろな高出力化の検討がされている。例えば、発光波長に対して透明なＡｌＧａＡｓエピタキシャル層を厚く液相法で成長し、基板として用いた不透明なＧａＡｓ基板除去する構造（所謂、透明基板型）が、現状で最も高出力・高効率の赤外発光ダイオードである（特許文献１〜５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３０１５０号公報
【特許文献２】特開２００１−２７４４５４号公報
【特許文献３】特開平６−２６８２５０号公報
【特許文献４】特開平６−１３６５０号公報
【特許文献５】特開平８−２９３６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
赤外照明の光源として更なる、性能向上、省エネ、コスト面から、発光効率の高いＬＥＤの開発が望まれている。更に、屋内だけでなく、屋外・半屋外など使用環境が広がり、耐湿性は、重要な信頼性項目の１つである。近年注目されている植物育成用ＬＥＤ照明の実用化の為には、使用電力の低減、耐湿性の向上、高出力化がより強く望まれている。植物育成の場合、散水、水耕栽培など、高湿環境下で使用される為、耐湿性は特に重要な特性の１つである。
【０００６】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、高出力・高効率であって耐湿性に優れる赤色及び赤外発光ダイオード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】
【０００７】
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、従来、ＡｌＧａＡｓ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）タイプはなかったが、ＡｌＧａＡｓ系の多重量子井戸構造として透明基板に貼り付ける（接合する）タイプとすることにより、従来の赤外発光ダイオードに比べて高出力を示すことを見出した。さらに、本発明者は、ＡｌＧａＡｓ系の多重量子井戸構造に用いる赤色及び赤外発光ダイオードにおいて、この多重量子井戸構造を挟むクラッド層に、バンドギャップが大きくかつ結晶性の良い４元のＡｌＧａＩｎＰ系を用いることにより、クラッド層にＡｌＧａＡｓ系を用いる場合に比べて高出力を示すことを見出した。更に、Ａｌの濃度も低下させることが可能となり、腐食が起こりにくくなり耐湿性も向上する。
本発明者は、この知見につ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。
【０００８】
本発明は、以下の手段を提供する。
（１）組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０．１３≦Ｘ１≦０．２０）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０＜Ｘ２≦１）からなるバリア層とを交互に積層し、両端にバリア層を有する量子井戸構造の活性層と、該活性層の下面と上面に設けられた第１のガイド層と第２のガイド層と、該活性層及び該ガイド層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、前記発光部の下方に設けられた電流拡散層と、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のガイド層が組成式（ＡｌＸ５Ｇａ１−Ｘ５）Ａｓ（０．２≦Ｘ５≦１）からなるものとし、前記第１及び第２のクラッド層が組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるものとし、Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ５の関係を満たし、発光ピーク波長を７２０〜７６０ｎｍに設定されてなることを特徴とする発光ダイオード。
（２）組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０．１３≦Ｘ１≦０．２０）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ２≦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、該活性層の下面と上面に設けられた第１のガイド層と第２のガイド層と、該活性層及び該ガイド層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、前記発光部の下方に設けられた電流拡散層と、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のガイド層を組成式（ＡｌＸ６Ｇａ１−Ｘ６）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０≦Ｘ６≦１，０＜Ｙ３≦１）からなるものとし、前記第１及び第２のクラッド層を組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるものとし、Ｘ４＜Ｘ６＜Ｘ３の関係を満たし、発光ピーク波長を７２０〜７６０ｎｍに設定されてなることを特徴とする発光ダイオード。
（３）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）又は（２）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（４）前記機能性基板はＧａＰ、サファイア又はＳｉＣからな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）組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０．１３≦Ｘ１≦０．２０）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０＜Ｘ２≦１）からなるバリア層とを交互に積層し、両端にバリア層を有する量子井戸構造の活性層と、該活性層の下面と上面に設けられた第１のガイド層と第２のガイド層と、該活性層及び該ガイド層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、前記発光部の下方に設けられた電流拡散層と、前記発光部に対向して配置して発光波長に対して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のガイド層が組成式（ＡｌＸ５Ｇａ１−Ｘ５）Ａｓ（０．２≦Ｘ５≦１）からなるものとし、前記第１及び第２のクラッド層が組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるものとし、Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ５の関係を満たし、発光ピーク波長を７２０〜７６０ｎｍに設定されてなることを特徴とする発光ダイオード。
（６）組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０．１３≦Ｘ１≦０．２０）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ２≦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、該活性層の下面と上面に設けられた第１のガイド層と第２のガイド層と、該活性層及び該ガイド層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、前記発光部の下方に設けられた電流拡散層と、前記発光部に対向して配置して発光波長に対して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のガイド層を組成式（ＡｌＸ６Ｇａ１−Ｘ６）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０≦Ｘ６≦１，０＜Ｙ３≦１）からなるものとし、前記第１及び第２のクラッド層を組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるものとし、Ｘ４＜Ｘ６＜Ｘ３の関係を満たし、発光ピーク波長を７２０〜７６０ｎｍに設定されてなることを特徴とする発光ダイオード。
（７）前記機能性基板が、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（５）又は（６）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（８）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（５）又は（６）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（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前項（８）に記載の発光ダイオード。
（１０）前記電流拡散層はＧａＰからなることを特徴とする前項（１）乃至（９）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（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前項（１）乃至（１０）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１２）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（１１）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１３）前記傾斜面は粗い面を含むことを特徴とする前項（１）乃至（１２）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１４）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（１３）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１５）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（１４）に記載の発光ダイオード。
（１６）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（１４）又は（１５）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１７）前項（１）乃至（１６）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。
（１８）前項（１６）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。
（１９）前項（１）乃至（１６）のいずれか一項に記載の発光ダイオードを複数個搭載した照明装置。
【０００９】
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】
【００１０】
本発明の発光ダイオードは、組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０＜Ｘ２≦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活性層と、活性層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、発光部上に形成された電流拡散層と、電流拡散層に接合された機能性基板とを備え、第１及び第２のクラッド層が組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなる構成とすることにより、従来の赤外発光ダイオードに比べて高出力を示す。特に、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。また、活性層が組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０＜Ｘ２≦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。また、クラッド層が組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなる構成であり、欠陥を作りやすいＡｓを含まないので、結晶性が高く、高出力に寄与する構成となっている。また、クラッド層が組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなる構成なので、３元系でなる従来の赤外発光ダイオードに比べてと比べてＡｌ濃度が低く、耐湿性が向上している。また、活性層が組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と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。
【００１１】
本発明の発光ダイオードは、組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と、（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ２≦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、活性層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、発光部上に形成された電流拡散層と、電流拡散層に接合された機能性基板とを備え、第１及び第２のクラッド層を組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるもの構成を採用したことにより、上記の効果の他、バリア層が組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ２≦１）からなる構成であり、欠陥を作りやすいＡｓを含まないので、結晶性が高く、高出力に寄与する。
【００１２】
本発明の発光ダイオードは、機能性基板をＧａＰ、サファイア、ＳｉＣ、シリコン、又はゲルマニウム等からなる構成とすることにより、腐食しにくい材質である為、耐湿性が向上する。
また、本発明の発光ダイオードは、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、その接合が容易となりかつ接合強度が大きくなる。
【００１３】
本発明の発光ダイオードランプは、赤色光及び赤外光の発光波長を有することができ、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、例えば、７３０ｎｍの発光波長を採用した場合には植物育成用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発光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】（ａ）本発明の他の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９】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。
【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（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層１７と、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０＜Ｘ２≦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を挟む第１のクラッド層９と第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、電流拡散層８に接合された機能性基板３とを備え、第１及び第２のクラッド層を組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ；０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなることを特徴とするものである。
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、発光層（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）及び発光を発光層１１に「閉じ込める」ために、発光層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１８との多層構造（積層構造）である。
【００２２】
活性層１１の層厚は、０．０２〜２μｍ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】
井戸層１７は、（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦０．３６）の組成を有していることが好ましい。上記Ｘ１は、最適な発光波長になるように調整することができる。
表１に、井戸層１７の層厚が１７ｎｍのとき、Ａｌ組成Ｘ１と発光ピーク波長との関係を示す。Ａｌ組成Ｘ１が低くなるほど、発光ピーク波長が長くなっていることがわかる。
また、その変化の傾向から、表に掲載されていない発光ピーク波長に対応する、Ａｌ組成を推定することができる。
【表１】
2014158056.tif 000003
【００２４】
井戸層１７の層厚は、３〜３０ｎｍの範囲が好適である。より好ましくは、５〜２０ｎｍの範囲である。
表２に、井戸層１７のＡｌ組成Ｘ１＝０．１８のとき、井戸層１７の層厚と例えば、７２０ｎｍ〜７６０ｎｍの発光ピーク波長との関係を示す。層厚が薄くなると量子効果により、波長が短くなる。厚い場合には、発光ピーク波長は、組成により一定である。また、その変化の傾向から、表に掲載されていない発光ピーク波長に対応する、層厚を推定することができる。
【表２】
2014158056.tif 000004
以上の発光ピーク波長と、井戸層１７のＡｌ組成Ｘ１及び層厚との関係に基づいて、例えば、７２０ｎｍ〜７６０ｎｍの範囲内の所望の発光ピーク波長が得られるように、井戸層１７のＡｌ組成Ｘ１と層厚を決めることができる。
【００２５】
バリア層１８は、（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０＜Ｘ２≦１）の組成を有している。上記Ｘ２は、発光効率を高めるため、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、結晶性の観点からＡｌ濃度は、低い方が望ましいため、０．１〜０．３の範囲がより好ましい。最適なＸ２の組成は井戸層の組成との関係で決まる。
【００２６】
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。
【００２７】
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、２対以上４０対以下であることが好ましい。すなわち、発光層１１には、井戸層１７が２〜４０層含まれていることが好ましい。ここで、発光層１１の発光効率が好適な範囲としては、井戸層１７が５層以上であることが好ましい。一方、井戸層１７及びバリア層１８は、キャリア濃度が低いため、多くの対にすると順方向電圧（ＶＦ）が、増大してしまう。このため、４０対以下であることが好ましく、２０対以下であることがより好ましい。
【００２８】
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、発光層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、発光層１１の下面に下部ガイド層１０が設けられ、発光層１１の上面に上部ガイド層１２が設けられている。
【００２９】
下部ガイド層１０および上部ガイド層１２は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）Ａｓ（０≦Ｘ≦１）の組成を有している。上記Ｘは、バリア層１５よりもバンドギャップが等しいか又は大きくなる組成とすることが好ましく、０．２〜０．４の範囲がより好ましい。結晶性の観点から最適なＸの組成は井戸層の組成との関係で決まる。
【００３０】
表３に、井戸層１７の層厚１７ｎｍのときの発光ピーク波長の発光出力を最大にするバリア層１８とガイド層のＡｌ組成Ｘ１を示す。バリア層及びガイド層は井戸層よりもバンドギャップが大きくなる組成とするのが好ましいが、結晶性を高めて発光出力を向上するために井戸層の組成との関係で最適な組成が定まる。
【表３】
2014158056.tif 000005
【００３１】
下部ガイド層１０及び上部ガイド層１２は、夫々、下部クラッド層９及び上部クラッド層１３と発光層１１との欠陥の伝搬を低減するために設けられている。すなわち下部ガイド層１０、上部ガイド層１２及び発光層１１のＶ族構成元素は砒素（Ａｓ）であるのに対し、本発明では下部クラッド層９及び上部クラッド層１３のＶ族構成元素はリン（Ｐ）とするため、界面において欠陥が生じやすい。発光層１１への欠陥の伝播は発光ダイオードの性能低下の原因となる。このため下部ガイド層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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦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、（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ；０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）のＸ３が、０．３〜０．７である組成を有することが好ましい。又、Ｙ１は０．４〜０．６とすることが好ましい。
【００３５】
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、発光層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。
【００３６】
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（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０．３≦Ｘ３≦０．７，０．４≦Ｙ１≦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。
【００３７】
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（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０．３≦Ｘ３≦０．７，０．４≦Ｙ１≦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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、ＧａＡｓ基板上に化合物半導体層２をエピタキシャル成長させる際に、活性層１１によって生じた歪を緩和させるために設けられたものである。
また、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、すなわちＧａＰ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。
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。
【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、活性層１１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。また、耐湿性に優れた化学的に安定な材質が、望ましい。例えば、腐食しやすいＡｌ等を含有しない材質である。
機能性基板３は、耐湿性に優れる基板であり、更に熱伝導の良いＧａＰ又は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。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透明度、コスト面からｎ型ＧａＰ基板から構成するのが最適である。
【００４１】
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、発光層１０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、発光層１０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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
化合物半導体層２と機能性基板３との接合界面は、高抵抗層となる場合がある。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値となる様に構成することが好ましい。
【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。
【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】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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、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、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。
【００５０】
＜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。
【００５１】
（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ＡｌＧａＡｓからなるコンタクト層１６、ｎ型の上部クラッド層１３、上部ガイド層１２、発光層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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、発光層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、発光層１０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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、発光層１２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）が好適である。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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
このようにして製造した化合物半導体層２は、発光層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。
【００６２】
（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、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）。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。
【００６３】
（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、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。
【００６４】
次に、コンタクト層１６、上部クラッド層１３、上部ガイド層１２、発光層１１、下部ガイド層１０、ｐ型の下部クラッド層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。
【００６５】
（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、先ず、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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、ダイシング法では、切断の安定性に優れている。
【００６８】
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。
【００６９】
＜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、Ａｇペーストでダイボンドし、発光ダイオード１がマウント基板４２の表面に固定される。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、一般的なエポキシ樹脂４７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。
【００７０】
また、発光ダイオードランプ４１の発光スペクトルは、活性層１１の組成を調整することにより、例えば、ピーク発光波長を７２０〜７６０ｎｍの範囲とすることができる。また、電流拡散層８によって井戸層１７及びバリア層１８の発光層１１内のばらつきが抑制されているため、発光スペクトルの半値幅が、１０〜４０ｎｍの範囲となる。
【００７１】
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（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ≦０．３６）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。
【００７２】
また、本実施形態の発光ダイオード１には、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る。
【００７３】
したがって、本実施形態の発光ダイオード１によれば、例えば、７２０ｎｍ〜７６０ｎｍの範囲の発光波長を有し、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１．５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。
【００７４】
また、本実施形態の発光ダイオードランプ４１によれば、約７３０ｎｍ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上記発光ダイオード１を備えている。このため、植物育成用の照明に適した発光ダイオードランプ４１を提供することができる。
【００７５】
＜発光ダイオード（第２の実施形態）＞
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は、組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ２≦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、活性層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、発光部上に形成された電流拡散層と、発光部に対向して配置して発光波長に対して９０％以上の反射率を有する反射層を含み、電流拡散層に接合された機能性基板とを備え、第１及び第２のクラッド層を組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなることを特徴とする。
第１の実施形態に係る発光ダイオードにおけるＡｌＧａＡｓバリア層１８を、組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ２≦１）からなるバリア層とした点が第１の実施形態に係る発光ダイオードと異なる。
【００７６】
上記Ｘ３は、発光効率を高めるため、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、結晶性の観点からＡｌ濃度は、低い方が望ましいため、Ｘ３は０．３〜０．７、Ｙ２は０．４〜０．６の範囲がより好ましい。最適なＸ３、Ｙ２の組成は井戸層の組成との関係で決まる。
【００７７】
＜発光ダイオード（第３の実施形態）＞
図８（ａ）及び（ｂ）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り、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中に示すＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。
第３の実施形態に係る発光ダイオードは、組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０＜Ｘ２≦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１１と、活性層を挟む第１のクラッド層９と第２のクラッド層１３とを有する発光部と、発光部上に形成された電流拡散層８と、発光部に対向して配置して発光波長に対して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及び第２のクラッド層９、１３が組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなることを特徴とする。
【００７８】
第３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、発光部に対向して配置する反射層２３を備えた機能性基板３０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８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８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。
【００７９】
第３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。
【００８０】
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。
【００８１】
＜発光ダイオード（第４の実施形態）＞
図９は、本発明を適用した第４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。
本発明を適用した第４の実施形態に係る発光ダイオードは、組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０＜Ｘ２≦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１１と、該活性層を挟む第１のクラッド層９と第２のクラッド層１３とを有する発光部と、発光部上に形成された電流拡散層８と、発光部に対向して配置して発光波長に対して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及び第２のクラッド層９、１３を組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ１≦１）からなることを特徴とする
【００８２】
第４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３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）がある。
【００８３】
図９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。
【００８４】
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。
【００８５】
反射層５３は、透明導電膜５２側からＡｇ、Ｎｉ／Ｔｉバリヤ層、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ヤ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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
金属基板は２種類の金属層が交互に積層されてなるのが好ましい。
特に、この２種類の金属層の層数は合わせて奇数とするのが好ましい。
【００８８】
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。
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
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。
【００９１】
＜発光ダイオード（第５の実施形態）＞
第５の実施形態に係る発光ダイオードは、組成式（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と、組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦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、該活性層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、発光部上に形成された電流拡散層と、発光部に対向して配置して発光波長に対して９０％以上の反射率を有する反射層を含み、電流拡散層に接合された機能性基板とを備え、第１及び第２のクラッド層を組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ；０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）からなることを特徴とする。
【００９２】
本実施形態においても、機能性基板として、第３の実施形態及び第４の実施形態で例示したものを用いることができる。
【実施例】
【００９３】
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。
【００９４】
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。発光ダイオードを作製した後、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。
【００９５】
（実施例１）
実施例１の発光ダイオードは第１の実施形態の実施例である。
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。また、ＧａＡｓ基板の層厚は、約０．５μｍ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（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、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる上部ガイド層、Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ａｓ/Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａ
ｓの２０対からなる井戸層／バリア層、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ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である。
【００９６】
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。
【００９７】
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３．５μｍ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１７ｎｍのＡｌ０．１８Ｇａ０．８２Ａｓとし、バリア層はアンドープで層厚が約１９ｎｍのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとした。また、井戸層とバリア層とを交互に２０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。
【００９８】
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、二乗平均平方根値（ｒｍｓ）にして０．１２ｎｍに仕上げておいた。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
次に、厚さ０．２μｍのＡｕからなる２３０μｍの第３の電極を機能性基板に形成した。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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４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７３０ｎｍ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２．０ボルトとなった。順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、１４ｍＷ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、９８％であった。ＶＦの変動はなく１００％であった。
【表４】
2014158056.tif 000006
【０１０６】
（実施例２）
実施例２の発光ダイオードは第２の実施形態の実施例である。
化合物半導体層は以下の条件で形成し、その他の条件は実施例１と同様である。
Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓ単結晶からなるＧａＡｓ基板上は、（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、Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ａｓ／（Ａｌ０．１Ｇａ０．９  ）０．５  Ｉｎ０．５Ｐの対からなる井戸層／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。
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３．５μｍ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１７ｎｍのＡｌ０．１８Ｇａ０．８２Ａｓとし、バリア層はアンドープで層厚が約１９ｎｍの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９  ）０．５  Ｉｎ０．５Ｐとした。また、井戸層及びバリア層のペア数を２０対とした。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。
【０１０７】
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４に示す。
表４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７３０ｎｍ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２．２ボルトとなった。順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、１２ｍＷ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、９９％であった。ＶＦの変動はなく１００％であった。
【０１０８】
（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、反射層を含む機能性基板を接合した構成である。図８（ａ）及び（ｂ）を参照して、実施例３の発光ダイオードの製造方法について説明する。尚、下部ガイド層及び上部ガイド層は図示を省略している。
【０１０９】
化合物半導体層は実施例１の条件と同じ条件で形成した。
次に、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、反射層２３とした。
【０１１０】
一方、シリコン基板３０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３０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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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、シリコン基板をダイシングソーで、３５０μｍピッチで正方形に切断した。  
【０１１３】
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４に示す。
表４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７３０ｎｍとする光が出射された。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１．９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、１０ｍＷ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、９８％であった。ＶＦの変動はなく１００％であった。
【０１１４】
（実施例４）
実施例４の発光ダイオードは第４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９を参照して、実施例４の発光ダイオードを説明する。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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４に示す。
表４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７３０ｎｍ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１．９ボルトとなった。順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、１０ｍＷ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、９９％であった。ＶＦの変動はなく１００％であった。
【０１１８】
（実施例５）
実施例５の発光ダイオードは第５の実施形態の実施例である。
化合物半導体層は実施例２の条件と同じ条件で形成し、その他の条件は実施例３と同様である。
【０１１９】
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４に示す。
表４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７３０ｎｍ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２．１ボルトとなった。順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、９．４ｍＷ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、９９％であった。ＶＦの変動はなく１００％であった。
【０１２０】
（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７２０ｎｍにするべく井戸層のＡｌ組成Ｘ１＝０．２０にしたこと、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０≦Ｘ２≦１）のバリア層のＡｌ組成Ｘ２＝０．３５にしたこと、すなわち、発光部をＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ/Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓの対からなる井戸層／バリア層に変更した以外は、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４に示した通りであり、ピーク波長６８０ｎｍとする赤色光が出射され、発光出力（Ｐ０）、順方向電圧（ＶＦ）、出力残存率の平均、順方向電圧の変動はそれぞれ、１４ｍＷ、２Ｖ、１００％、１００％であった。
【０１２１】
（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７２０ｎｍにするべく井戸層のＡｌ組成Ｘ１＝０．２０にしたこと、組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ２≦１）のバリア層のＡｌ組成Ｘ４＝０．１、Ｙ２＝０．５にしたこと、すなわち、発光部をＡｌ０．２８Ｇａ０．７２Ａｓ／（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５  Ｉｎ０．５Ｐの対からなる井戸層／バリア層に変更した以外は、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４に示した通りであり、ピーク波長６８０ｎｍとする赤色光が出射され、発光出力（Ｐ０）、順方向電圧（ＶＦ）、出力残存率の平均、順方向電圧の変動はそれぞれ、１２ｍＷ、２．２Ｖ、９９％、１００％であった。
【０１２２】
（実施例８）
実施例８の発光ダイオードは第３の実施形態の実施例であり、発光ピーク波長を７２０ｎｍにするべく井戸層のＡｌ組成Ｘ１＝０．２０にしたこと、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０≦Ｘ２≦１）のバリア層のＡｌ組成Ｘ２＝０．３５にしたこと、すなわち、発光部をＡｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ/Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓの対からなる井戸層／バリア層に変更した以外は、実施例３と同じ条件で作製した。尚、バリア層のＡｌ組成Ｘ２＝０．３０からＸ＝０．３５に変わったことは発光ピーク波長には影響していない。
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４に示した通りであり、ピーク波長７２０ｎｍとする赤色光が出射され、発光出力（Ｐ０）、順方向電圧（ＶＦ）、出力残存率の平均、順方向電圧の変動はそれぞれ、１０ｍＷ、１．９Ｖ、９８％、１００％であった。
【０１２３】
（実施例９）
実施例９の発光ダイオードは第５の実施形態の実施例であり、発光ピーク波長を７２０ｎｍにするべく井戸層のＡｌ組成Ｘ１＝０．２０にしたこと、組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ２≦１）のバリア層のＡｌ組成Ｘ４＝０．１、Ｙ２＝０．５にしたこと、すなわち、発光部をＡｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ／（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐの対からなる井戸層／バリア層に変更した以外は、実施例３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４に示した通りであり、ピーク波長７２０ｎｍとする赤色光が出射され、発光出力（Ｐ０）、順方向電圧（ＶＦ）、出力残存率の平均、順方向電圧の変動はそれぞれ、９．５ｍＷ、２．１Ｖ、１００％、１００％であった。
【０１２４】
（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、発光ピーク波長を７６０ｎｍにするべく井戸層のＡｌ組成Ｘ１＝０．１３にしたこと、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０≦Ｘ２≦１）のバリア層のＡｌ組成Ｘ２＝０．３にしたこと、すなわち、発光部をＡｌ０．１３Ｇａ０．８７Ａｓ/Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対からなる井戸層／バリア層に変更した以外は、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４に示した通りであり、ピーク波長７６０ｎｍ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、順方向電圧の変動はそれぞれ、１５ｍＷ、２．０Ｖ、９８％、１００％であった。
【０１２５】
（実施例１１）
実施例１１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７６０ｎｍにするべく井戸層のＡｌ組成Ｘ１＝０．１３にしたこと、組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ２≦１）のバリア層のＡｌ組成Ｘ４＝０．１、Ｙ２＝０．５にしたこと、すなわち、発光部をＡｌ０．１３Ｇａ０．８７Ａｓ／（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐの対からなる井戸層／バリア層に変更した以外は、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４に示した通りであり、ピーク波長７６０ｎｍとする赤色光が出射され、発光出力（Ｐ０）、順方向電圧（ＶＦ）、出力残存率の平均、順方向電圧の変動はそれぞれ、１２．７ｍＷ、２．２Ｖ、９９％、１００％であった。
【０１２６】
（実施例１２）
実施例１２の発光ダイオードは第３の実施形態の実施例であり、発光ピーク波長を７６０ｎｍにするべく井戸層のＡｌ組成Ｘ１＝０．１３にしたこと、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０≦Ｘ２≦１）のバリア層のＡｌ組成Ｘ２＝０．３にしたこと、すなわち、発光部をＡｌ０．１３Ｇａ０．８７Ａｓ/Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対からなる井戸
層／バリア層に変更した以外は、実施例３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４に示した通りであり、ピーク波長７６０ｎｍ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、順方向電圧の変動はそれぞれ、１１ｍＷ、１．９Ｖ、９８％、１００％であった。
【０１２７】
（実施例１３）
実施例１３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７２５ｎｍにするべく井戸層のＡｌ組成Ｘ１＝０．１９にしたこと、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０≦Ｘ２≦１）のバリア層のＡｌ組成Ｘ２＝０．３５にしたこと、すなわち、発光部をＡｌ０．１９Ｇａ０．８１Ａｓ/Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓの対からな
る井戸層／バリア層に変更した以外は、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４に示した通りであり、ピーク波長７２５ｎｍ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、順方向電圧の変動はそれぞれ、１４ｍＷ、２．０Ｖ、９８％、１００％であった。
【０１２８】
（実施例１４）
実施例１４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７５５ｎｍにするべく井戸層のＡｌ組成Ｘ１＝０．１５にしたこと、組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０≦Ｘ２≦１）のバリア層のＡｌ組成Ｘ２＝０．３０にしたこと、すなわち、発光部をＡｌ０．１４Ｇａ０．８６Ａｓ/Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対からなる井戸層／バリア層に変更した以外は、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４に示した通りであり、ピーク波長７５５ｎｍ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、順方向電圧の変動はそれぞれ、１４．７ｍＷ、２．０Ｖ、９８％、１００％であった。
【０１２９】
（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Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ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。
【０１３０】
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、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなるｎ型の上部クラッド層を２０μｍ、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなるアンドープの発光層を２μｍ、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ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Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなるｐ型の厚膜層を１２０μｍ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て比較例１の発光ダイオードチップを作製した。
【０１３１】
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７３０ｎｍ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１．９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。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。
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、８３％であった。ＶＦの変動はなく１０５％であった。
【０１３２】
比較例のランプは、本発明の実施例に比べて出力が１／２以下と非常に低かった。また、高温高湿の信頼性も、実施例はほとんど変動がなかったが、比較例は、出力低下とＶＦ上昇が認められた。これは、発光ダイオードの高濃度Ａｌの表面が酸化（腐食）し、光の透過を阻害し、抵抗が上昇したと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明の発光ダイオードは赤外光を高効率発光し、植物育成用途の光源など、液相エピタキシャル法のＡｌＧａＡｓのＬＥＤで得られなかった高出力発光ダイオード製品として利用できる。また、従来のＡｌＧａＡｓ発光層ＬＥＤの高出力品として、代替する可能性がある。
【符号の説明】
【０１３４】
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
１０・・・下部ガイド層  
１１・・・発光（活性）層
１２・・・上部ガイド層
１３・・・上部クラッド層
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・・・反射層
２５・・・ボンディング電極
３０  シリコン基板
３１  機能性基板
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・・・エポキシ樹脂
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】
2014158056.tif 000007
【図２】
2014158056.tif 000008
【図３】
2014158056.tif 000009
【図４】
2014158056.tif 000010
【図５】
2014158056.tif 000011
【図６】
2014158056.tif 000012
【図７】
2014158056.tif 000013
【図８】
2014158056.tif 000014
【図９】
2014158056.tif 000015