(57)【要約】【課題】  発熱量が少なく、経済性に優れた、通常の多重量子井戸構造の発光では得られないほどの広帯域化の発光が可能な発光素子等を提供する。【解決手段】  発光層３のタイプ２の多重量子井戸構造は、ペアの厚みが異なる複数のペア厚みグループから構成され、第１のペア厚みグループｇ１は、１０〜１００ペアを有し、ペアの単一層の厚みが１．５ｎｍ以上３．５ｎｍ未満の範囲内にあり、かつ、第２のペア厚みグループｇ２は、１０〜１００ペアを有し、ペアの単一層の厚みが７ｎｍ以下であって第１のペア厚みグループの単一層の上限の厚みである３．５ｎｍよりも大きい所定の下限厚み（第２グループ下限厚み）以上の範囲内にあることを特徴とする。【選択図】        図１
2014038885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の基板に設けられた近赤外域の発光素子であって、
タイプ２のペアが積層される多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi-Quantum  Well）からなる発光層と、
前記発光層を挟むように位置する、前記基板から遠いほうの上クラッド層および前記基板に近いほうの下クラッド層とを備え、
前記ペアが積層される多重量子井戸構造は、前記ペアの厚みが異なる複数の、ペア厚みグループから構成され、
前記複数のペア厚みグループのうち、
第１のペア厚みグループは、１０ペア以上１００ペア以下を有し、前記ペアの単一層の厚みが１．５ｎｍ以上３．５ｎｍ未満の範囲内にあり、かつ、
第２のペア厚みグループは、１０ペア以上１００ペア以下を有し、前記ペアの単一層の厚みが、前記第１のペア厚みグループの単一層の上限の厚みである３．５ｎｍよりも大きい所定の下限厚み（第２グループ下限厚み）以上７ｎｍ以下の範囲内にあり、
波長１．７μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内に発振ピーク波長をもつことを特徴とする、発光素子。
【請求項２】
さらに、第３のペア厚みグループを備え、該第３のペア厚みグループは、１０ペア以上１００ペア以下を有し、前記ペアの単一層の厚みが３．５ｎｍ以上であって前記第２グループ下限厚み未満の範囲内にあることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記下クラッド層から上クラッド層へと、前記ペア厚みグループは、該ペア厚みグループ間で、前記ペアの単一層の厚みが薄くなるように配列されていることを特徴とする、請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１のペア厚みグループおよび前記第２のペア厚みグループが、前記第３の厚みグループを挟むように位置し、前記挟まれるように位置する第３の厚みグループのペア数が、前記第１のペア厚みグループおよび前記第２のペア厚みグループ、のペア数よりも少ないことを特徴とする、請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記基板がＩｎＰ基板からなり、前記多重量子井戸構造がタイプ２のペア（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）の多層構造からなり、前記上クラッド層および下クラッド層をＩｎＰ層もしくはＩｎＡｌＡｓ層とし、前記上クラッド層に接してｐ側電極をオーミック接触させるＩｎＧａＡｓコンタクト層を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記ｐ側電極は前記ＩｎＧａＡｓコンタクト層上において非全面被覆の形態であり、前記ＩｎＰ基板の裏面に面状にｎ側電極が位置し、前記発光素子の側面は劈開面とすることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光素子を光源として備えることを特徴とする、光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、および光学装置に関し、より具体的には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に形成され、近赤外域の光を発光する発光素子、および光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近赤外域の光は、動植物の組織観察用、通信用、夜間撮像用などに利用されるため、近赤外域用の受光素子や発光素子の研究開発が行われている。とくに発光素子については、光通信の波長域用にＩｎＧａＡｓＰ系発光ダイオード（ＬＥＤ）や、ＧａＳｂ基板に形成した発光波長２．０μｍ以上の近赤外発光ダイオードが、市販の対象とされている（非特許文献１、２）。
多重量子井戸構造を用いた発光素子については、これまでタイプ１の多重量子井戸構造が主に用いられてきたが、上記の近赤外の波長域に対応する発光素子については、タイプ２のＭＱＷを用いることが好適である。タイプ１の多重量子井戸構造の発光の場合は遷移確率が高いため、発光層の膜厚、もしくはペア数が小さい場合でも十分な発光強度を得ることができる。一方、タイプ２の多重量子井戸構造の発光の場合はバンドギャップの大きな２種類の半導体を用いて狭バンドギャップに対応する近赤外光を発光する遷移を得ることができるが、遷移確率が低いため、十分な発光強度を得るためには、ペア数を増加させる必要がある。しかし、ペア数の増加に伴って量子井戸に欠陥が蓄積されていき、良好な結晶性を得ることが難しくなる。
これまでＩｎＰ系化合物半導体のＬＥＤ（Light-emitting  diode）およびＬＤ(Laser  Diode)の事例として、ペア数を上記の理由で制限した、１０ペア〜２０ペアの（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）のタイプ２の多重量子井戸構造から構成された活性層の例が開示されている（非特許文献３）。この例では、ＩｎＰ基板上に、ＭＯＶＰＥ法を用いてエピタキシャル積層体を成長している。
また、（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）のタイプ２の多重量子井戸構造から中心波長２．４μｍのエレクトロルミネッセンスを室温で観察した事例が報告されている（非特許文献４）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】京セミ株式会社，カタログ，InGaAsP赤外LED  KEDE1542H
【非特許文献２】株式会社キーストンインターネショナル，カタログ，NEW  MID  INFRARED  PRODUCTS
【非特許文献３】M.Peter,  et.al.  "Light-emitting  diodes  and  laser  diodes  based  on  a  Ga1-xInxAs/GaAs1-ySby  typeII  superlattice  on  a  InP  substrate”,  Appl.  Phys.  Lett.,  Vol.74,  No.14,  5  April  1999
【非特許文献４】H.Takasaki,  et.al.  "Electroluminescence  of  In0.53Ga0.47As/GaAs0.5Sb0.5  typeII  multiple  quantum  well  diodes  lattice-matched  to  InP”,  Journal  of  Crystal  Growth  227-228(2001)294-297
【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、上記のＬＥＤ等は、発光波長の帯域が狭く、また発光強度も低いため、実際の解析装置（光学装置）等に用いられるに至っていない。たとえば、複数の吸収帯が存在するタンパク質等の解析には、ハロゲンランプやスーパーコンティニューム（ＳＣ）光源が用いられている。しかしながら、ハロゲンランプは、近赤外域を広くカバーする光を発光することができるが、発熱量が大きく、解析対象の有機物であるタンパク質の変質をもたらすおそれがある。また、スーパーコンティニューム光源は、光ファイバに非常に高いエネルギ密度の単一波長の光を投入して非線形現象に基づいて広帯域化の発光を得るものであるが、高価であるという問題がある。
【０００５】
本発明は、発熱量が少なく、経済性に優れた、通常の多重量子井戸構造の発光では得られないほどの広帯域化の発光が可能な発光素子、およびその発光素子を用いた光学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】
本発明の発光素子は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の基板に設けられた近赤外域の発光素子である。この発光素子は、タイプ２のペアが積層される多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi-Quantum  Well）からなる発光層と、発光層を挟むように位置する、基板から遠いほうの上クラッド層および基板に近いほうの下クラッド層とを備え、ペアが積層される多重量子井戸構造は、ペアの厚みが異なる複数の、ペア厚みグループから構成されている。そして、複数のペア厚みグループのうち、第１のペア厚みグループは、１０ペア以上１００ペア以下を有し、ペアの単一層の厚みが１．５ｎｍ以上３．５ｎｍ未満の範囲内にあり、かつ、第２のペア厚みグループは、１０ペア以上１００ペア以下を有し、ペアの単一層の厚みが、第１のペア厚みグループの単一層の上限の厚みである３．５ｎｍよりも大きい所定の下限厚み（第２グループ下限厚み）以上７ｎｍ以下の範囲内にあり、波長１．７μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内に発振ピーク波長をもつことを特徴とする。
【０００７】
タイプ２の多重量子井戸構造のペアにおける単一層の厚みが薄くなると、発光波長は短くなる傾向がある。このため、第１のペア厚みグループは、第２の厚みグループに比べて発光波長は短くなり、逆に、第２の厚みグループの発光波長は長くなる。この結果、単一層１．５ｎｍ以上３．５ｎｍ未満の第１のペア厚みグループと、単一層が所定の下限厚み（当該下限値：第１のペア厚みグループの単一層の上限厚みより大きい。）以上であって７ｎｍ以下の第２の厚みグループとを合わせることで、発光素子は広い波長範囲の光を発光することが可能になる。
タイプ２の多重量子井戸構造では、空間的に隣の層との間で遷移が生じる間接遷移なので遷移確率は低く、このため、ペア数を多く積層することで再結合キャリア数を増加させることができる。ペア数１０以上１００以下とすることで、十分な発光強度を得ることができるが、さらに好ましくはペア数３０以上とするのがよい。
なお、ペア厚みグループは、多重量子井戸構造内または発光層内で、上記の１０ペア以上１００ペア以下が連続して一まとまりになって位置する。
また、ペア厚みグループは、上記の第１の厚みグループおよび第２の厚みグループに限定されないことは、言うまでもない。少なくとも第１の厚みグループおよび第２の厚みグループが含まれるという意味である。
さらに、各ペア厚みグループの中で、単一層が揃っていてもよいが、揃っている必要はない。たとえば、第１のペア厚みグループにおいて、ペア（ｘ／ｙ）の厚みは、（３．０ｎｍ／３．０ｎｍ）と揃っていてもよいし、たとえば（２．５ｎｍ／２．０ｎｍ）または（３．０ｎｍ／２．０ｎｍ）のように揃っていなくてもよい。
また、上限もしくは下限の用語は、数学的に厳密な意味で用いるものではなく、設定した厚み範囲の最大値もしくは最小値、すなわち、対象とするグループにおける最大の設定範囲値もしくは最小の設定範囲値をさす。語句の細かい点に拘泥しないで本発明の趣旨に沿うように解釈されるべきである。
【０００８】
さらに、第３のペア厚みグループを備え、該第３のペア厚みグループは、１０ペア以上１００ペア以下を有し、ペアの単一層の厚みが３．５ｎｍ以上であって第２グループ下限厚み未満の範囲内にあるようにできる。
上記の第３のペア厚みグループを備えることにより、第１のペア厚みグループの波長域と、第２のペア厚み波長域との間を補完する、中間の波長域の光を確保することができる。
【０００９】
下クラッド層から上クラッド層へと、ペア厚みグループは、該ペア厚みグループ間で、ペアの単一層の厚みが薄くなるように配列されることができる。
これによって、エピタキシャル層表面（出射面）に近いほど、発光波長が短くなり、したがって実質的なバンドギャップエネルギが大きくなる。このため、出射面から遠い位置で発光した光は、出射面に向かって進行するとき、受光（吸収）されることがない。この結果、全体の発光強度を高くすることができる。
【００１０】
第１のペア厚みグループおよび第２のペア厚みグループが、第３の厚みグループを挟むように位置し、挟まれるように位置する第３の厚みグループのペア数が、第１のペア厚みグループおよび第２のペア厚みグループ、のペア数よりも少なくすることができる。
中間の波長域は、第３のペア厚みグループの分担に主に支えられるが、第１のペア厚みグループの短波長側および第２のペア厚みグループの長波長側の寄与が少し見込まれる。このため、第３のペア厚みグループのペア数を、第１および第２のペア厚みグループと同等にすると、中間の波長域が大きく跳び出してしまう。分析装置や解析装置などの光学装置の光源としては、所定の波長域、とくに中間の波長域はフラットであることが望ましい。第３のペア厚みグループのペア数を、第１および第２のペア厚みグループよりも少なくすることで、中間の波長域のフラット化を実現、もしくはフラット化に近づけることができる。
【００１１】
基板がＩｎＰ基板からなり、多重量子井戸構造がタイプ２のペア（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）の多層構造からなり、上クラッド層および下クラッド層をＩｎＰ層もしくはＩｎＡｌＡｓ層とし、上クラッド層に接してｐ側電極をオーミック接触させるＩｎＧａＡｓコンタクト層を備えることができる。
これによって、技術蓄積が多くなされたＩｎＰ基板を用いて、格子整合性を十分確保しながら、発光層を挟む大きなバンドギャップエネルギを有するＩｎＰ層もしくはＩｎＡｌＡｓ層を上下のクラッド層に用いることができる。さらに、比較的バンドギャップが小さく、発光層の発光に対して透明なＩｎＧａＡｓ層をコンタクト層に用いることで、ｐ側電極のオーミック接触を容易に実現することができる。
【００１２】
ｐ側電極はＩｎＧａＡｓコンタクト層上において非全面被覆の形態であり、ＩｎＰ基板の裏面に面状にｎ側電極が位置し、発光素子の側面は劈開面とすることができる。
これによって、電流の注入によって全体の発光強度を制御しながら、また、裏面や側面からの出射を防いで、無駄なくエピタキシャル層表面から光を得ることができる。なお、非全面被覆の形態とは、環状、散点状など、発光した光がｐ側電極に妨げられることなく通ることができるように、部分的にあいている形態をさす。
【００１３】
本発明の光学装置は、上記のいずれかの発光素子を光源として備えることを特徴とする。
これによって、近赤外において広い帯域の出射特性を有する光源を用いて、タンパク質などの有機物を高精度で、能率よく、解析することが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発熱量が少なく、経済性に優れた、通常の多重量子井戸構造の発光では得られないほどの広帯域化された発光が可能な発光素子等を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における発光素子を示す図である。
【図２】フォトルミネッセンス発光波長と、タイプ２（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）多重量子井戸構造の単一層厚みとの関係を示す図である。
【図３】図１に示す発光素子の発光スペクトルを説明するための図である。
【図４】図１の発光素子の製造方法を示し、（ａ）はＩｎＰ基板上に半導体層をエピタキシャル成長した状態、（ｂ）はｐ側電極を形成した状態、（ｃ）はＩｎＰ基板裏面にｎ側電極を形成した状態、を示す図である。
【図５】実施の形態１における発光素子の変形例を示す図である。
【図６】図５に示す発光素子からの発光スペクトルを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２における光学装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における発光素子１０を示す断面図である。この発光素子１０における半導体の積層構造は、つぎのとおりである。
（ｎ型ＩｎＰ基板１／ＩｎＰ下クラッド層２／第２のペア厚みグループｇ２／第３のペア厚みグループｇ３／第１のペア厚みグループｇ１／ＩｎＰ上クラッド層４／ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５）
発光層３は、タイプ２のペア（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）の繰り返し積層体から構成されている。ＩｎＰ下クラッド層２と発光層３との間に発光層３の底部を形成するＩｎＧａＡｓ層が配置されるが記載を省略している。上記の半導体の積層構造のなかで、（第２のペア厚みグループｇ２／第３のペア厚みグループｇ３／第１のペア厚みグループｇ１）であり、その内訳はつぎのとおりである。
＜第２のペア厚みグループｇ２：最も厚みが大きいペア厚みグループ＞
（ＩｎＧａＡｓ：厚み５ｎｍ／ＧａＡｓＳｂ：厚み５ｎｍ）を１ペアとして、４９ペアが繰り返されている。この第２のペア厚みグループｇ２は、発光層３のなかで、最も厚みが大きいペア厚みグループである。ＩｎＧａＡｓの厚みと、ＧａＡｓＳｂの厚みは、５ｎｍと揃っているが、両者が揃っている必要はない。また、同じペア厚みグループのなかで、繰り返されるペアの厚みも揃っている必要はなく、単一層の厚みが、７ｎｍ以下で所定の下限厚み（たとえば４．５ｎｍ）以上の範囲内にあれば、揃っていなくてもかまわない。他のペア厚みグループについても同様である。
＜第３のペア厚みグループｇ３：中間の厚みのペア厚みグループ＞
（ＩｎＧａＡｓ：厚み４ｎｍ／ＧａＡｓＳｂ：厚み４ｎｍ）を１ペアとして、４９ペアが繰り返されている。この第３のペア厚みグループｇ３は、発光層３のなかで、中間の厚み範囲のペア厚みグループである。
＜第１のペア厚みグループｇ１：最も厚みが小さいペア厚みグループ＞
（ＩｎＧａＡｓ：厚み３ｎｍ／ＧａＡｓＳｂ：厚み３ｎｍ）を１ペアとして、４９ペアが繰り返されている。この第１のペア厚みグループｇ１は、発光層３のなかで、最も厚みが小さいペア厚みグループである。
【００１７】
上記の発光層３におけるペア厚みグループの配置関係を説明するために、図２に、タイプ２の（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）の多重量子井戸構造における、ペア厚みと、実測したフォトルミネッセンス発光スペクトルのピーク波長との関係を示す。ペア厚みは、同じ厚みのペアにおける単一層厚みである。図２によれば、単一層の厚みが厚くなるにつれて、ピーク波長が長波長側にシフトしている。  
単一層厚みが厚くなるとフォトルミネッセンス発光波長が長波長側にシフトする現象について、つぎのような推測がある。すなわち、発光させるとき、ｐ側電極１１とｎ側電極１２との間に電流を流し、その電流の電子が、発光層３において、ＩｎＧａＡｓ層の伝導帯からＧａＡｓＳｂ層の価電子帯へと電子が間接遷移することで、発光が生じる。タイプ２の（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）多重量子井戸構造では、電子の固有エネルギ準位は、ＩｎＧａＡｓ層の伝導帯の井戸型ポテンシャル内に閉じ込められた中に形成される。また、正孔の固有エネルギ準位は、ＧａＡｓＳｂ層の価電子帯の井戸型ポテンシャル内に閉じ込められた中に形成される。タイプ２の多重量子井戸構造において、厚みが薄くなり、たとえば３ｎｍの厚みの繰り返しの場合、電子等を狭い井戸型ポテンシャルに閉じ込めると、ＩｎＧａＡｓ層の井戸型ポテンシャル内で電子の固有エネルギ状態は、高エネルギ側へとシフトし、ＧａＡｓＳｂ層の価電子帯の井戸型ポテンシャル内に閉じ込められるように正孔の固有準位も逆向き（伝導帯から遠ざかる向き）にシフトする。この結果、ＩｎＧａＡｓ層の伝導帯の最低エネルギ状態と、ＧａＡｓＳｂ層の価電子帯の最高エネルギ状態の差が大きくなる。  
【００１８】
図３における実線は、図１に示す発光素子１０を発光させて得た、発光スペクトルである。特徴は、発光帯域が、半値幅（ＦＷＨＭ：Full  Width  at  Half  Maximum）で、１８００ｎｍ〜２５００ｎｍにも達しており、近赤外域の非常に広い波長域をカバーしていることが分かる。近赤外域でこのような広い波長域をカバーするのは、実用的にはハロゲンランプとスーパーコンティニューム（ＳＣ）光源に限られる。しかし、ハロゲンランプは、発熱が大きくタンパク質の分析等に用いるとタンパク質の変質を生じてしまう。また、スーパーコンティニューム光源は、発熱は小さいものの、非線形光学現象を生じさせるために励起用の強力な光源が必要であり、高価となる。図１に示す発光素子１０は、無効となって発熱するエネルギは非常に小さく、発光にほとんどのエネルギが用いられる発光素子（ＬＥＤ：Light  Emitting  Diode）である。そして、簡単な構造を有し、使用の際も、電流の大きさを変えるだけであり、家庭用のＬＥＤと同じである。
【００１９】
＜本発明の実施の形態における発光素子の特徴＞：
図２の現象を説明するための推測によれば、第１のペア厚みグループｇ１のカットオフ波長は最も短い（遷移のエネルギ差は最も大きい）。出射面側から見て、第３のペア厚みグループｇ３は、第１のペア厚みグループｇ１の後方に位置し、さらに第２のペア厚みグループｇ２は、第３のペア厚みグループｇ３の後方に位置する。
本発明の実施の形態１における発光素子１０の理解を容易にするために、つぎの、ペア厚みグループについての仮のモデルを考察するのがよい。
（仮のモデルについての考察）：
（考察（１））：
第２のペア厚みグループｇ２から発光する光は、第２のペア厚みグループｇ２が発光層３のどこに位置しても（出射面Ｅに最も近くても、最も遠くても）、発光層３内で、他のペア厚みグループによる吸収は一切受けない。
（考察（２））：
仮に、第２のペア厚みグループｇ２が、発光層３内で最も出射面Ｅに近い位置に位置すると、より後方の、より薄い単一層からなるペア厚みグループからの発光からの出射面Ｅに向かう光は、第２のペア厚みグループｇ２による吸収を必ず受ける。すなわち、後方に位置するより薄いペア厚みグループからの光は、直接、出射面Ｅに向かう光も、また、側面（劈開面）や基板裏面で反射された光も、いずれも、第２のペア厚みグループｇ２によって吸収を受ける。
（考察（３））：
最も単一層の厚みが薄い第１のペア厚みグループｇ１が、出射面Ｅから見て、最も遠い（最もＩｎＰ基板１に近い）場合、第１のペア厚みグループｇ１から発光した光は、どのような経路をとっても、出射面Ｅに近い第２および第３のぺア厚みグループｇ２，ｇ３の吸収を受ける。すなわち、第１のペア厚みグループｇ１から直接、出射面Ｅに向かう光も、ＩｎＰ基板１裏面のｎ側電極１２で反射してから出射面Ｅに向かう光も、側面の劈開面Ｃから反射を経て出射面Ｅに向かう光も、他の発光層の部分ｇ２，ｇ３の吸収を受ける。
【００２０】
上記の仮のモデルについての考察を基に、本実施の形態における発光素子の特徴を説明する。
Ｉ．図１の発光素子の構造上の特徴：
（１）最も厚みが大きい第２のペア厚みグループｇ２が、出射面から最も遠い箇所に位置し、最も厚みが小さい第１のペア厚みグループｇ１が、出射面に近い側に位置を占める。そして、中間の厚みの第３のペア厚みグループｇ３が、第１のペア厚みグループｇ１と第２のペア厚みグループｇ２との間に、両者に挟まれるように位置する。また、基本的な構成として、ペア厚みが異なる３つのグループｇ１，ｇ２，ｇ３が、各グループごとにまとまって積層されている。
（２）考察（１）にあるように、最も長波長側の光を発光する第２のペア厚みグループｇ２からの光は、出射されるまでに、第３のペア厚みグループｇ３および第１のペア厚みグループｇ１によって、吸収されることはない。
（３）第１のペア厚みグループｇ１から発光した光は、少なくとも直接、出射面Ｅに向かう光は、発光層３内で吸収を受けない。ＩｎＰ基板１側に向かって、ｎ側電極１２で反射されてくる光は、第３および第２のペア厚みグループｇ３，ｇ２の吸収を受ける。
第３のペア厚みグループｇ３から発光された光は、少なくとも直接、出射面Ｅに向かう光は、第１のペア厚みグループｇ１による吸収を受けない。
（４）したがって、出射面側から基板側へと、ペア厚みを順に大きくするように配置することで、発光された光がが、吸収を受ける割合を抑制しながら、出射面へと到達できる。発光層３からは全方位に光が放射される。しかし、図１に示すペア厚みグループの配列により、発光層３内で発光した光が、少なくとも、直接、出射面Ｅに向かう経路において、発光層３内で吸収を受けるのを防ぐことができる。
（５）ＩｎＰ基板１、ＩｎＰ層からなる上下クラッド層２，４、およびＩｎＧａＡｓコンタクト層５は、いずれも、第１〜第３のペア厚みグループｇ１，ｇ２，ｇ３から発光される光の波長よりもカットオフ波長は短い。このため、発光層３からの光を吸収することはない。また、ｐ側電極１１は非全面被覆の環状であり、出射面Ｅからの出射を極力妨げないようにしている。さらに、発光素子１０の側面は劈開面Ｃであり、ＩｎＰ基板１の裏面には金属のｎ側電極１２による反射がなされる。
上記（１）〜（５）の結果、投入エネルギから効率よく光を取り出して利用することが可能である。
ＩＩ．作用上の特徴
（１）投入エネルギからの効率のよい光の取り出しにより、発熱をさらに抑えることができる。
（２）各ペア厚みグループから直接、出射面Ｅに向かう光は、吸収を受けないので、全体の光のスペクトル分布を調整しやすい。
【００２１】
つぎに製造方法について説明する。図４（ａ）は、硫黄（Ｓ）ドープＩｎＰ基板１上に、（ＩｎＰ下クラッド層２／タイプ２（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）の多重量子井戸構造からなる発光層３／ＩｎＰ上クラッド層４／ＩｎＧａＡｓコンタクト層５）を順次、エピタキシャル成長する。このあと、図４（ｂ）に示すように、ｐ側電極１１を環状に形成する。ｐ側電極１１の形成においては、まず、室温でバッファードフッ酸による３０秒程度のプリエッチングを行う。次いで、レジストを塗布して、ｐ側電極１１の環状の形状に合わせたパターンを用いて露光を行って、レジストパターンを形成する。このレジストパターンに、金属蒸着を行う。金属蒸着は、ＩｎＧａＡｓコンタクト層５とオーミック接触が実現されるよう、Ｔｉ（１００ｎｍ）／Ｐｔ（５０ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）、の３層を蒸着し、レジストパターンのリフトオフによって余分な蒸着金属を除去する。このあと、熱処理を行う。次いで、ＩｎＰ基板１の裏面に、ｎ側電極１２を、やはりＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉの多層の金属蒸着を行ったあと熱処理によりオーミック接触を実現する。ｎ側電極１２は、裏面の全体に連続して一体的に金属蒸着してもよいし、図４（ｃ）に示すように周縁部は、ＩｎＰ基板１を露出するようにしてもよい。
ｎ側電極１２を形成したあと、スクライブを行ったあと、劈開破壊して側面に劈開面Ｃを形成する。  
【００２２】
（実施の形態１の変形例）
図５は、本発明に属する、実施の形態１の変形例における発光素子１０を示す図である。図５に示す発光素子１０は、図１に示す発光素子と、第３のペア厚みグループｇ３の全体厚みが、第１および第２のペア厚みグループｇ１，ｇ２よりも小さい点に特徴がある。第３のペア厚みグループｇ３の全体厚みが、相対的に小さいということは、ペア数が相対的に少ないことを意味する。実施の形態１では、各ペア厚みグループのペア数は同じで、４９ペアであった。しかし、本変形例では、第３のペア厚みグループｇ３のペア数は２５であり、第１および第２のペア厚みグループｇ１，ｇ２の各ペア数４９の半分程度である。
【００２３】
図６は、図５の発光素子１０からの発光スペクトルを示す図である。第３のペア厚みグループｇ３のペア数が、相対的に少ないことを反映して、中間の波長域の発光の強度は小さい。しかし、中間波長域の光の強度は、第３のペア厚みグループｇ３の分担によって主に支えられるが、第１のペア厚みグループｇ１の短波長側および第２のペア厚みグループｇ２の長波長側の寄与が、図３や図６に示すように、かなりの程度見込まれる。このため、第３のペア厚みグループｇ３のペア数を、第１および第２のペア厚みグループｇ１，ｇ２と同等にすると、中間の波長域が大きく跳び出して、山状のスペクトル分布となってしまう。分析装置や解析装置などの光学装置の光源としては、所定の波長域、とくに中間の波長域はフラットであることが望ましい。第３のペア厚みグループｇ３のペア数を、第１および第２のペア厚みグループｇ１，ｇ２よりも少なくすることで、中間の波長域のフラット化を実現、もしくはフラット化に近づけることができる。
【００２４】
（実施の形態２）
図７（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態２における光学装置１００を示す図である。図１もしくは図５に示す発光素子１０が、光源に組み込まれている。この光学装置１００では、たとえば卵の加熱履歴を、殻を割らずに判別したり、プレススルーパッケージに装填した錠剤の種類を、シートを破ることなく判別するために用いられる。このような試料８０は試料配置テーブル８１に配置され、本発明の発光素子１０から、近赤外光を照射される。図７（ａ）の場合における近赤外光の経路は、つぎのとおりである。：（光源１０→集光レンズ８７→試料８０→集光レンズ８７→分光器９１→受光イメージセンサ７０→信号処理部８４→画像表示装置８５）
受光イメージセンサまたは検出装置は、近赤外域に受光感度をもつＩｎＰ系の受光素子アレイと、シリコンに形成された読み出し回路とが組み合わされたハイブリッド検出装置７０である。
本発明の実施の形態１等の光源１０を用いる利点はつぎのとおりである。
１．光源１０からの近赤外域の光は帯域が広いので、有機物などにおける微量タンパク質等の同定を高精度で行うことが可能になる。タンパク質等は、波長２．０μｍ帯に吸収帯を複数もつものが多く、広帯域の光源１０を用いることで、複数の吸収帯を用いて解析を遂行できるので、精度を高めることができる。また、より基本的には、従来の光源では不可能であった、微量タンパク質の分析自体を可能にすることができる。
２．たとえば、卵が半熟か、または半熟でも非常に生に近いかなどの判別を行うとき、光源１０が発熱して、試料８０の卵に熱履歴を与えることは好ましくない。微量タンパク質の解析においても、光源が加熱履歴を試料に与えることは、避けなければならないことである。本発明は、投入エネルギを無駄なく効率的に発光に利用して取り出すことができる。
図７（ｂ）に示す光学装置１００の構成では、分光器９１を試料８０の前段に配置する点に特徴がある。光学装置１００の設計等に応じて、図７（ａ）と（ｂ）の場合を使い分ければよい。分光器９１としては、図７（ａ）、（ｂ）の構成ともに、回折格子、プリズム等を用いることができる。
【００２５】
上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によれば、発熱量が少なく、経済性に優れた、通常の多重量子井戸構造の発光では得られないほどの広帯域化の発光が可能な発光素子等を得ることができる。動植物の生体組織を、発熱なく、高精度で解析するのに有効である。さらに光学装置の簡単化、小型化、経済性の向上に有効である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ＩｎＰ基板、２  下クラッド層、３  発光層、４  上クラッド層、５  コンタクト層、１０  発光素子、１１  ｐ側電極、１２  ｎ側電極、７０  受光イメージセンサ、８０  試料、８１  試料テーブル、８４  信号処理部、８５  画像表示装置、８７  集光レンズ、９１  分光器、１００  光学装置、Ｃ  劈開面、Ｅ  出射面、ｇ１  第１のペア厚みグループ、ｇ２  第２のペア厚みグループ、ｇ３  第３のペア厚みグループ。
【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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