(57)【要約】【課題】容易に光量調整ができ、高電流通電時に電流が集中せず、大きな駆動電流を流すことができ、輝度特性に優れた大型の発光ダイオード素子を提供する。【解決手段】本発明は、発光層を含む発光部を挟むように配置された第１及び第２の電極を備える発光ダイオード素子であって、第１の電極は、発光層からの発光量を調整可能とする、３個のワイヤーボンディング用パッドを備えてなり、発光面の面積が０．６４ｍｍ２以上であ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】
発光層を含む発光部を挟むように配置された第１及び第２の電極を備える発光ダイオード素子であって、
前記第１の電極は、前記発光層からの発光量を調整可能とする、３個のワイヤーボンディング用パッドを備えてなり、
発光面の面積が０．６４ｍｍ２以上であることを特徴とする発光ダイオード素子。
【請求項２】
前記パッド間が細線電極で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード素子。
【請求項３】
前記第１電極と前記発光部との間に透明導電膜を備え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素子。  
【請求項４】
前記発光部はＡｌＧａＡｓからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の発光ダイオード素子。
【請求項５】
前記発光部は、前記第２の電極側から順に配置された、第１のｐ型層（Ｇａ１−Ｘ１ＡｌＸ１Ａｓ、０≦Ｘ１≦１）と、ｐ型クラッド層（Ｇａ１−Ｘ２ＡｌＸ２Ａｓ、０≦Ｘ２≦１）と、発光波長が７００〜９００ｎｍの範囲内であるｐ型発光層（Ｇａ１−Ｘ３ＡｌＸ３Ａｓ、０≦Ｘ３≦１）と、ｎ型クラッド層（Ｇａ１−Ｘ４ＡｌＸ４Ａｓ、０≦Ｘ４≦１）とを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の発光ダイオード素子。
【請求項６】
前記ｎ型クラッド層の層厚が５〜５０μｍであることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード素子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の発光ダイオード素子を備え、前記第１の電極の３個のワイヤーボンディング用パッドのうち、１個のパッドは第1の端子に接続され、他の２個のパッドは第２の端子に接続され、前記第２の電極は第３の端子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８】
前記第３の端子の端子面積は、第１端子の端子面積と第２の端子の端子面積とを合わせた面積よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項９】
請求項７又は８のいずれかに記載の発光ダイオードランプの駆動方法であって、前記第1の端子及び前記第２の端子に、接続されたワイヤーボンディング用パッドの数に略比例した電流を流すことによって光出力を可変することを特徴とする発光ダイオードランプの駆動方法。
【請求項１０】
請求項１から６に記載の発光ダイオード素子、並びに、請求項７及び８に記載の発光ダイオードランプのうち、少なくとも一つの発光ダイオード素子及び／又は発光ダイオードランプを備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の発光ダイオードランプの駆動方法によって光出力を変更可能な制御回路を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、特に赤外光を利用した植物育成やセキュリティー関連に使用される高出力の発光ダイオード素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｌＡｓ系化合物半導体を利用した発光ダイオード（以下、ＬＥＤともいう）は、赤外から赤色用の光源として広く用いられている。赤外ＬＥＤは光通信や空間伝送用に使用されることが多いが、近年、植物育成やセキュリティー関連での需要が増えている。これらの用途には省エネルギーの点からも高出力が要求されている。
【０００３】
従来から知られているように、ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤにおいて、シングルへテロ構造よりもダブルへテロ構造（以下、ＤＨ構造とする）の方が高出力である。また基板を除去することでさらなる高出力化が図られている（例えば、特許文献１〜７参照）。
【０００４】
さらに、基板を除去するタイプのエピタキシャルウェーハ（以下、ＤＤＨ構造とする）を作製する際、通常のＤＨ構造すなわち、ｐ型クラッド層、発光層、ｎ型クラッド層の３層構造のみをエピタキシャル成長して基板を除去すると、製品の厚さが薄くなり、素子化工程でのハンドリングが困難になると同時に、このエピタキシャルウェーハから作製する素子の底面からｐｎ接合までの高さが低くなり、素子を台座に接着するときのペ−ストが素子側面をはい上がり、ｐｎ接合を短絡するという問題が発生する。これを防ぐために、基板除去後の仕上がりの全厚と素子底面から接合までの距離を稼ぐための、第４のエピタキシャル層をＤＨ構造に付加することがＤＤＨ構造では標準的な構造になっている。第４のエピタキシャル層はバンドギャップが発光層よりも広く、発光層からの発光を吸収しないように設計される。
【０００５】
このようなＧａＡｌＡｓ基板除去型のＬＥＤの場合、チップ化したときに、その側面からも光を取り出すことができる。上記の第４のエピタキシャル層は導電性であるので、電極は、チップの上面側と裏面側に、それぞれ極性の異なるオーム性電極を設ける、いわゆる「1ワイヤー」タイプの素子が一般的である。
【０００６】
おもて面側の電極は、上面からの光の取り出しを多くするために、ワイヤーボンディングが可能な範囲で、なるべく小さなサイズにすることが望ましい。
【０００７】
大きな発光出力の発光ダイオードを作製するためには大電流を流すことが必要であるが、単位面積当たりに流せる電流には制限があり、過大な電流を流すとチップの加熱により発光出力は低下し、さらには寿命が著しく短くなる。そのため、チップを大電流用とするためには、チップの大きさを大きくする必要がある。
【０００８】
しかし、このようなＤＤＨ構造のＡｌＧａＡｓ系ＬＥＤで大型のチップを作製した場合、従来のようにおもて面側のボンディング電極が1個であるとき、チップ全体に電流が広がりにくい場合がある。特に、DDH構造という、厚いＡｌＧａＡｓ混晶を持つ場合には、特に顕著である。高電流通電時に電流がチップ内に広がらない場合、電流がオーミック電極直下に集中し、加熱により発光効率の低下や信頼性の低下が生じるおそれがある。さらに、チップの内部で発生した光が、チップ外部に出てくるまでに、チップ内で再吸収されて、光取り出し効率が低下する。このような内部吸収は、上記の第４のエピタキシャル層として、p型のＡｌＧａＡｓを用いた場合、特に大きい。
【０００９】
また、大電流用のＬＥＤの光量調整を行う場合、電流を可変として調整したり、パルス駆動においてパルスで時間を調整したりして行うが、回路が複雑になってしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−３３９１００号公報
【特許文献２】特開平６−３０２８５７号公報
【特許文献３】特開２００２−２４６６４０号公報
【特許文献４】特許第２５８８８４９号公報
【特許文献５】特開２００１−５７４４１号公報
【特許文献６】特開２００７−８１０１０号公報
【特許文献７】特開２００６−３２９５２号公報
【特許文献８】特開２００６−１０８２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、大型で大電流を流す発光ダイオード素子において、光量調整を容易にすると共に、高電流通電時に電流が集中しない構成を備え、出力特性に優れた発光ダイオード素子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】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
（１）発光層を含む発光部を挟むように配置された第１及び第２の電極を備える発光ダイオード素子であって、前記第１の電極は、前記発光層からの発光量を調整可能とする、３個のワイヤーボンディング用パッドを備えてなり、発光面の面積が０．６４ｍｍ２以上であることを特徴とする発光ダイオード素子。
ここで、発光面とは、発光部の最上面であって、図３において符号５ａで示した面を指いう。発光の主たる光取り出し面である。
（２）前記パッド間が細線電極で接続されていることを特徴とする前項（１）に記載の発光ダイオード素子。
（３）前記第１電極と前記発光部との間に透明導電膜を備え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素子。  
（４）前記発光部はＡｌＧａＡｓからなることを特徴とする前項（１）から（３）のいずれか一項に記載の発光ダイオード素子。
（５）前記発光部は、前記第２の電極側から順に配置された、第１のｐ型層（Ｇａ１−Ｘ１ＡｌＸ１Ａｓ、０≦Ｘ１≦１）と、ｐ型クラッド層（Ｇａ１−Ｘ２ＡｌＸ２Ａｓ、０≦Ｘ２≦１）と、発光波長が７００〜９００ｎｍの範囲内であるｐ型発光層（Ｇａ１−Ｘ３ＡｌＸ３Ａｓ、０≦Ｘ３≦１）と、ｎ型クラッド層（Ｇａ１−Ｘ４ＡｌＸ４Ａｓ、０≦Ｘ４≦１）とを含むことを特徴とする前項（１）から（４）のいずれか一項に記載の発光ダイオード素子。
（６）前記ｎ型クラッド層の層厚が５〜５０μｍであることを特徴とする前項（５）に記載の発光ダイオード素子。
（７）前項（１）から（６）のいずれか一項に記載の発光ダイオード素子を備え、前記第１の電極の３個のワイヤーボンディング用パッドのうち、１個のパッドは第1の端子に接続され、他の２個のパッドは第２の端子に接続され、前記第２の電極は第３の端子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。
（８）前記第３の端子の端子面積は、第１端子の端子面積と第２の端子の端子面積とを合わせた面積よりも大きいことを特徴とする前項（７）に記載の発光ダイオードランプ。
（９）前項（７）又は（８）のいずれかに記載の発光ダイオードランプの駆動方法であって、前記第1の端子及び前記第２の端子に、接続されたワイヤーボンディング用パッドの数に略比例した電流を流すことによって光出力を可変することを特徴とする発光ダイオードランプの駆動方法。
（１０）前項（１）から（６）に記載の発光ダイオード素子、並びに、前項（７）及び（８）に記載の発光ダイオードランプのうち、少なくとも一つの発光ダイオード素子及び／又は発光ダイオードランプを備えたことを特徴とする照明装置。
（１１）前項（９）に記載の発光ダイオードランプの駆動方法によって光出力を変更可能な制御回路を備えたことを特徴とする前項（１０）に記載の照明装置。
【発明の効果】
【００１３】
上記の構成によれば、大型の発光ダイオード素子において、光量調整を電流値の切り替えによって容易に行うことができ、また、高電流を流すことができるので高出力が確保され、さらに電流供給を３個のパッドに分散できるのでそれに接続する端子およびパッドの負担が軽減されて長寿命化が図られ、さらにまた、電流供給を面内で分散して行うので発光の面内均一性が確保された発光ダイオード素子を提供することができる。
すなわち、一方の電極が３個のワイヤーボンディング用パッドを備えているので、外部からの電流供給を３個のパッドに分散して行うことができ、３個のパッドに同時に電流を供給したり、または、高出力が不要な時は、１個又は２個のパッドにだけ電流を供給することにより、光量の調整を行うことができる。また、本発明が対象としている大型の発光ダイオード素子では大きな駆動電流を流す必要があるが、３個のパッドに分散して電流供給を行うことができるので、パッドに大電流が集中することを回避できる。そのため、パッケージにしたときの端子の負担が低減される。これにより、パッドに接続した端子を小型化（小面積化）でき、その代りに、素子の放熱に有効な共通端子の面積を大きくし放熱性を向上させることができる。
さらにまた、駆動電流が分散して３個のパッドから素子内に流れ込むので発光層全体で発光を生じさせることができ、面内で均一で安定な輝度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態である発光素子用エピタキシャルウェーハの構造を示す断面模式図である。
【図２】本発明の実施形態である発光素子用エピタキシャルウェーハを作製したスライドボート型成長装置の断面模式図である。
【図３】（ａ）本発明の実施形態である発光ダイオード素子の平面模式図である。（ｂ）その断面模式図である。
【図４】本発明の一実施形態である発光ダイオードランプを示す模式図であって、（ａ）平面図、（ｂ）断面図、（ｃ）裏面図、である。
【図５】本発明の実施形態である発光ダイオード素子の平面模式図である。
【図６】本発明の実施形態である３個のワイヤーボンディング用パッドの配置パターンの例を示す平面模式図である。
【図７】本発明の他の実施形態である発光ダイオードランプを示す模式図であって、（ａ）平面図、（ｂ）断面図、（ｃ）裏面図、である。
【図８】図４で示した発光ダイオードランプについて、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層の層厚と発光出力の関係を示すグラフである。
【図９】従来の発光ダイオードランプを示す模式図であって、（ａ）平面図、（ｂ）断面図、（ｃ）裏面図、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素子について、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】
（第１の実施形態）
本発明の発光ダイオード素子に使用される半導体ウェーハは、ＧａＡｓ、ＧａＰなど通常使用されている発光ダイオード用半導体基板にｐ型半導体やｎ型半導体を成長させてｐｎ接合を形成されたＬＥＤ用エピタキシャルウェーハを用いることができる。ＬＥＤの構造としては、通常のＬＥＤで利用されるＧａＡｓやＧａＰのホモ接合やＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓのようなヘテロ接合に適用できる。通常は素子の裏面側にＧａＡｓやＧａＰ基板側がくるように結晶を配置し、その基板はエピタキシャル層において発光する光の波長に対してできるだけ吸収の少ない基材を選択する方がその効果は大きい。特に、発光波長に対して自己吸収になるような基板を含まず、チップにしたときに、側面全体から光を取り出すことができるエピウェーハに対して、より好ましい。さらに、基板除去型のＧａＡｌＡｓ発光ダイオードが望ましく、ＧａＡｓ基板を除去しエピタキシャル層のみからなるウェーハを作製し使用しても良い。エピタキシャルの成長法は液相エピタキシャル成長法がコスト的に最適であるが、ハライド系の気相エピタキシャル成長法や、有機金属を利用したいわゆるＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法で作製することもできる。
本発明は、大型サイズの赤外発光ダイオードに、特に効果が大きいが、可視ＡｌＧａＩｎＰ発光層（黄緑〜赤）や、紫外、可視光のＩｎＧａＮ発光層（紫外〜緑）にも同様の効果がある。
さらにはnサイドアップ型の発光ダイオードは、電流拡散がしやすく望ましい。
【００１７】
図１に、赤外発光ＬＥＤの作製に用いる本発明の発光素子用エピタキシャルウェーハの構造の断面模式図を示す。
図１に示す発光素子用エピタキシャルウェーハにおいて、各エピタキシャル層は、ｐ型ＧａＡｓ単結晶基板１上に第１のｐ型Ｇａ１−Ｘ１ＡｌＸ１Ａｓ層２（０≦Ｘ１≦１）、ｐ型Ｇａ１−Ｘ２ＡｌＸ２Ａｓクラッド層（０≦Ｘ２≦１）、ｐ型Ｇａ１−Ｘ３ＡｌＸ３Ａｓ発光層４（０≦Ｘ３≦１）、及び、ｎ型Ｇａ１−Ｘ４ＡｌＸ４Ａｓクラッド層５（０≦Ｘ４≦１）の順に積層されて、発光部６を構成している。
【００１８】
各エピタキシャル層のＡｌ混晶比については、発光層４は発光波長が７００〜９４０ｎｍの赤外光になるように選択され、第１のｐ型層２、ｐ型クラッド層３、及び、ｎ型クラッド層５は、発光層４からの発光を吸収しないようバンドギャップが発光層４より広くなるように選択される。
ＧａＡｌＡｓを発光層とした場合、高出力を得るためには、可視光よりも赤外光の領域であることが望ましい。第１のｐ型層２、ｐ型クラッド層３、ｐ型発光層４のドーパントにはＺｎ、ＭｇまたはＧｅ、ｎ型クラッド層５のドーパントにはＴｅを用いる。ここで発光層へのドープ量は、発光素子の発光強度と応答速度が最適になるよう選択される。
【００１９】
本発明の発光素子用エピタキシャルウェーハの作製は例えば、図２に示すスライドボート型成長装置を用いて液相エピタキシャル成長法により行うことができる。
符号１１は基板ホルダー、符号１２は基板収納溝、符号１３〜１７は原料用ルツボ（１５は退避用ルツボ）、符号１８はルツボ台、符号１９はルツボ蓋である。
本発明の発光素子の作製では、ＧａＡｓ基板上に図１に示したような各ＧａＡｌＡｓ層のエピタキシャル成長を行った後、エピタキシャルウェーハを取り出し、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層５の表面を耐酸シートで保護して、アンモニア−過酸化水素系エッチャントでＧａＡｓ基板を選択的に除去することができる。
【００２０】
本発明では、ｎ型クラッド層の層厚を５μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。ｎ型クラッド層の層厚については、薄い方が発光層からの光の吸収が少なくて好ましいが、ｎ型クラッド層の層厚が５μｍより薄いと、本発明の構成の素子では、表面電極から流れ込む電流が素子周辺まで拡がらずに中央に集中し、発光出力が低く、通電劣化の大きい素子となる。また、層厚が５０μｍより厚くなると、発光した光の吸収が大きくなることにより、出力の低下が見られる。そのため、ｎ型クラッド層の層厚の範囲は、好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以上４０μｍ以下とすると発光出力の高い赤外ＬＥＤを作製することができる。
【００２１】
図３（ａ）に、本実施形態の発光ダイオード素子１０の平面模式図を示す。図３（ｂ）は図３（ａ）中に示すＡ−Ａ’に沿った断面模式図である。
電極は図３に示すように、発光部６の最上面であって、ｎ型クラッド層５の発光層の反対側の面である光取り出し面（発光面）５ａに第１の電極（ｎ型）７が形成され、また、発光部６の裏面であって、第１のｐ型層２の発光層の反対側の面２ａに極性の異なる第２の電極（ｐ型）８が形成されている。
表面電極（第１の電極）７の内、円形で示されるのはワイヤーボンディング用パッド７ａａ、７ａｂ、７ａｃであり、ＬＥＤチップ表面（発光部６の最上面）とオーム性接触をしている。良好なボンディングを行うために、直径１００μｍ以上であることが望ましい。
他の細線はそれらをつなぐ細線電極７ｂである。これらは、電流拡散の為にはＬＥＤチップ表面（発光部６の最上面）とオーミック接触が望ましいが、していなくても発明の効果が得られる。
本発明では、第１の電極がワイヤーボンディング用パッド（ボンディング電極）を3個備えることが特徴であり、この３個のパッドの配置パターンは様々とり得る。
【００２２】
図４（ａ）〜（ｃ）は順に、本発明の発光ダイオード素子（チップ）１０のワイヤーボンディングの例を示す平面図、断面図、裏面図である。これは、チップをＰＬＣＣ６（６pin（ピン））パッケージ２０に実装した発光ダイオードランプの一実施形態である。６個のpin（端子：２１ａ〜２１ｆ）はマウント基板２３のおもて面、側面及び裏面の一部を覆っている。
【００２３】
マウント基板２３上には、直方体状の壁面部材２４が固定されている。壁面部材２４の中央部には、発光ダイオード素子（チップ）１０をおさめるための椀状の穴２４ａが形成されている。穴２４ａの斜面２４ｂは、白色または金属光沢を持った可視光線反射率の高い面で形成されるとともに、その曲面形が光の反射方向を考慮して決定されて、光を前方に取り出すための反射面（リフレクタ面）とされる。
【００２４】
穴２４ａの内部に配置された発光ダイオード素子（チップ）１０を、透明な封止樹脂（モールド）２５がドーム状に被覆している。透明な封止樹脂（モールド）２５は穴２４ａを埋める部分２５ａだけでなく、その上にレンズ状部２５ｂを備えてもよい。
【００２５】
封止樹脂２５の材質は、耐熱性の高いシリコーン樹脂が好ましいが、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂等の他の樹脂あるいはガラス等の透明材料であっても良い。できるだけ紫外線光による劣化の少ない材料を選定することが好ましい。
封止樹脂２５ａ、２５ｂは、同じ樹脂を用いても良いし、異なる樹脂を用いても良いが、製造の容易さや接着性の良さなどから、同じ樹脂を用いるほうが好ましい。
【００２６】
マウント基板２３および／または壁面部材２４は、樹脂製の部材またはセラミクス製部材を含むことが好ましい。樹脂製の部材は安価で、製造コストを低減することができる。また、特に、熱硬化性樹脂を用いることにより、耐熱性に優れたものとすることができる。樹脂としては、たとえば、高耐熱性および高反射率のナイロン樹脂、白色のシリコーン樹脂などを用いる。また、セラミクス製部材は、耐熱性に非常に優れているので、耐熱性に優れたものとすることができる。
【００２７】
６個のpin（端子）のうち、４pin（２１ａ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｆ；これらの端子は連結して共通端子（第３の端子）となっている）は銀ペーストを用いて裏面電極（第２の電極）８に接続されている。これにより放熱の機能を兼ねる。第１の電極７の3個のパッドの内、外側の2個７ａａ、７ａｃはボンディングワイヤー２２ａ、２２ｃを用いて１pin（２１ｅ：第２の端子）に接続され、中心の1個７ａｂについてはボンディングワイヤー２２ｂを用いて残りの１pin（２１ｂ：第１の端子）に接続されている。パッケージの側面部分と裏面部分の端子（金属部）の面積について、放熱性向上のため、共通端子の側面部分（２１ａｂ、２１ｃｂ、２１ｄｂ、２１ｆｂ）及び裏面部分（２１ａｃ（２１ｃｃ）、２１ｄｃ（２１ｆｃ））の面積は、第1の端子の側面部分（２１ｂｂ）及び裏面部分（２１ｂｃ）の面積と第2の端子の側面部分（２１ｅｂ）及び裏面部分（２１ｅｃ）の面積との和よりも大きいのが望ましい。
【００２８】
この状態で、大電流駆動で光出力の調整（可変）の例として、Low（低）、Middle（中）、及び、High （高）の３段階で調整する場合について説明する。それぞれの段階に供給する電流を、Low＝１００ｍＡ、Middle＝２００ｍＡ、High=３００ｍＡとする。Lowのときは中心のパッド７ａｂに１００ｍＡ、またMiddleのときは外側の２個のパッド７ａａ、７ａｃに２００ｍＡ、さらにHighのときは中心のパッド７ａｂに１００ｍＡ、外側の２個のパッド７ａａ、７ａｃに２００ｍＡをかけ合わせて３００ｍＡを通電する。このように通電することにより、ｏｎ／ｏｆｆ（オン／オフ）によって光量調整（調光）を行うことができて簡便である。また、各電流値で、電流分布がチップの一方に偏ることがなく、光取り出し効率に対しても有効である。また、パッケージの端子（pin）への負荷も軽減できる。実際に、小型のパッケージの１pin（端子）に３００ｍＡを流すことは難しい。
【００２９】
以上のようにして、第1の端子及び第２の端子に、接続されたワイヤーボンディング用パッドの数に略比例した電流を流すことによって光出力を可変する、本発明の発光ダイオードランプの駆動方法を実施することができる。
このように光出力を変更することができる制御回路を備え、本発明の発光ダイオード素子又は発光ダイオードランプを備えることによって、本発明の一実施形態である照明装置を製造できる。
【００３０】
ワイヤーボンディング用パッドは、細線によって接続されていることが望ましい。しかし、接続しないで用いることもでき、その際には、図５に示すように、第１電極７と発光部６との間に透明導電膜９を備えるのが好ましい。
【００３１】
図６に、３個のワイヤーボンディング用パッドの様々な配置パターンの例を模式的に示す。発光方向に空間分布が必要な場合にはその空間分布に適したパッド配置パターンを適用することができる。通常の均一な発光空間分布が求められる場合は、電流切り替え時の電流分布の対称性を考慮すると、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｈ）、（ｉ）、（ｋ）が望ましい。
【００３２】
発光ダイオード素子の作製工程は電極の形成を含め、通常の発光ダイオード素子の作製工程を採用することができる。
【００３３】
上記のように構成された半導体エピタキシャルウェーハ（発光部）の裏面に第２の電極８として、たとえば金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）合金からなるｐ形オーミック電極を厚さが１μｍとなるように真空蒸着法により形成する。
【００３４】
また、発光部のおもて面（最上面）に、第１の電極７を形成するために、先ず膜厚を約５０ｎｍとするＡｕ９３重量％とＧｅ７重量％の合金からなる金・ゲルマニウム合金膜を、おもて面全面に、一般的な真空蒸着法により一旦被着させる。電極の材質としては、オーミック特性が得られるものであればどのような材質のものでも利用できるが、化合物半導体の場合はｎ側のオーミックコンタクト用としては、ＡｕＧｅ，ＡｕＧｅＮｉが、ｐ側のオーミックコンタクト用としてはＡｕＺｎ，ＡｕＢｅ等のＡｕ系合金が一般的に使用できる。次いで、その金・ゲルマニウム合金膜の表面上に、膜厚を約１μｍとする金（Ａｕ）膜を被着させる。次に、金・ゲルマニウム合金膜と金膜とからなる２層構造の重層膜がワイヤーボンディング用パッドと細線電極の形になるように、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、３個のボンディング用パッドと細線電極からなる第１の電極７を形成する。電極のパターン形成は感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法がパターン精度が高く最適であるが、メタルマスク法を用いた電極パターン形成法も可能である。細線電極は、ボンディング用電極とは別に、ボンディング用電極を形成した後に、別途形成してもよい。
【００３５】
上記の電極の形成後、アルゴン（Ａｒ）気流中において５００℃で１５分間の合金化熱処理を施し、電極とＧａＡｌＡｓ表面とのオーミック接触を形成する。  
【００３６】
さらに、細線電極を設けない場合などは、その上に透明導電膜例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなる膜を設けても良い。その時は、透明導電膜をｎクラッド層表面と第１の電極とを覆うように、一般のマグネトロンスパッタリング法により、透明導電膜として例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなる膜９を被着させる。この透明導電膜９の膜厚は約３００ｎｍ程度でよい。ＩＴＯを付けた場合、透明導電膜の全面に、一般的なフォトレジスト材料を塗布した後、ボンディング用パッド電極の上の領域を、公知のフォトリソグラフィー技術を利用してパターニングする。また、さらに、パターニングされたレジスト材料を残置させたままで、全面に金（Ａｕ）膜を真空蒸着法により被着させ、周知のリフト−オフ手段により、ボンディング用電極の上に限定して上記の金膜を残留させることによって金電極をさらに重ねてもよい。
以上の様な方法で電極を形成したエピタキシャルウェーハを、その後、通常のスクライブ法、或いはダイシング法により素子の形状に裁断して個別に細分化し、ＬＥＤチップ（発光ダイオード素子）とする。高出力化のため、表面を粗面化処理を施すのが、望ましい。
【００３７】
さらに、このＬＥＤチップを、銀ペーストでパッケージの共通端子にダイボンディングした後、第１の電極の3箇所のボンディング用パッドを金線（ボンディングワイヤー）によって第１および第２の端子に接続する。
その後、透明なエポキシ樹脂、シリコーン樹脂などで、封止する。必要により、レンズ形状とすることができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
図７に（ａ）〜（ｃ）は順に、チップ１０をＰＬＣＣ４（４pin（ピン））パッケージ３０に実装した発光ダイオードランプの一実施形態を示す平面図、断面図、裏面図である。４個のpin（３１ａ〜３１ｄ）はマウント基板３３のおもて面、側面及び裏面の一部を覆っている。
【００３９】
４個のpin（３１ａ〜３１ｄ）のうち、２pin（３１ａ、３１ｃ；これらの端子は連結して共通端子（第３の端子）となっている）は銀ペーストを用いて裏面電極（第２の電極）８に接続され、第１の電極７の3個のパッドの内、外側の2個７ａａ、７ａｃはボンディングワイヤー３２ａ、３２ｃを用いて１pin（３１ｄ：第２の端子）に接続され、中心の1個７ａｂについてはボンディングワイヤー３２ｂを用いて残りの１pin（３１ｂ：第１の端子）に接続されている。パッケージの側面部分と裏面部分の端子（金属部）の面積について、放熱性向上のため、共通端子の側面部分（３１ａｂ、３１ｃｂ）及び裏面部分（３１ａｃ、３１ｃｃ）の面積は、第1の端子の側面部分（３１ｂｂ）及び裏面部分（３１ｂｃ）の面積と第2の端子の側面部分（３１ｄｂ）及び裏面部分（３１ｄｃ）の面積との和よりも大きいのが望ましい。
光出力の可変は第１の実施形態と同様に行うことができる。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
実施例では、前に図１で示した積層構造の発光素子用エピタキシャルウェーハを図２に示すスライドボート型成長装置を用いて行った。
スライドボート型成長装置の基板収納溝１２にｐ型ＧａＡｓ基板１をセットし、エピタキシャル成長を行う際の各ルツボ１３、１４、１６、１７のそれぞれにはＧａメタル、ＧａＡｓ多結晶、金属Ａｌ、及びドーパントを入れた。これらの原料をセットしたスライドボート型成長装置を、石英反応管（図示せず）内にセットし、水素気流中で９５０℃まで加温し、原料を溶解した後、雰囲気温度を９１０℃まで降温し、スライダーを右側に押して原料溶液（メルト）に接触させたあと０．５℃／分の速度で降温し、所定温度に達した後、またスライダーを押して順次各原料溶液に接触させたあと高温させる動作を繰り返し、最終的には第４メルトと接触させた後、雰囲気温度を７０３℃まで降温して図1のｎクラッド層を成長させた後、スライダーを押して原料溶液とウェーハを切り離してエピタキシャル成長を終了させた。
【００４１】
得られたエピタキシャル層の構造は、第１のｐ型層は、Ａｌ組成Ｘ１＝０．３〜０．４、層厚６４μｍ、キャリア濃度３×１０１７ｃｍ−３、ｐ型クラッド層は、Ａｌ組成Ｘ２＝０．４〜０．５、層厚７９μｍ、キャリア濃度５×１０１７ｃｍ−３、p型活性層は、発光波長が７６０ｎｍの組成で、層厚１μｍ、キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３、ｎ型クラッド層は、Ａｌ組成Ｘ４＝０．４〜０．５、層厚２５μｍ、キャリア濃度５×１０１７ｃｍ−３、であった。
【００４２】
エピタキシャル成長終了後、エピタキシャル基板を取り出し、図１のｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層表面を耐酸シートで保護して、アンモニア−過酸化水素系エッチャントでｐ型ＧａＡｓ基板を選択的に除去した。その後、エピタキシャルウェーハ両面に金電極を形成し、長辺が１０００μｍの電極マスクを用いて、直径１００μｍのワイヤーボンディング用パッドが３個配置された表面電極を形成した。裏面電極には格子状の電極マスクを用いて裏面電極を形成した。その後、ダイシングで分離することにより、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層が表面側となるようにした１０００μｍ角のＬＥＤを作製した。
表面電極のパターンは、図６（ａ）を用いた。
図４の６端子のパッケージに実装し、発光ダイオードランプを作製した。このパッケージの共通端子の側面部分及び裏面部分の面積は、第１と第２の端子の側面部分及び裏面部分の合計面積の約８倍であった。
【００４３】
ランプ２０個を、１００ｍＡ、２００ｍＡ、３００ｍＡの各電流値での発光出力およびピーク波長を測定した結果を表１に示す。
高電流においても出力と電流の比例関係が保たれおり、素子内の電流の広がり、パッケージの放熱性が良好であることが判った。
【表１】
2011086856.tif 000003
【００４４】
（実施例２）
上記実施例と同様の方法により、ｎ型クラッド層の層厚を変更したエピタキシャル成長を実施しＬＥＤを作製した。ｎ型クラッド層の層厚の変更に際しては、ルツボ５の分離温度、降温速度等を調整してＡｌ組成を実施例１と同一となるようにした。
得られたエピタキシャル層の構造は、第１のｐ型層は、Ａｌ組成Ｘ１＝０．３〜０．４、層厚６５μｍ、キャリア濃度４×１０１７ｃｍ−３、ｐ型クラッド層は、Ａｌ組成Ｘ２＝０．４〜０．５、層厚７７μｍ、キャリア濃度４×１０１７ｃｍ−３、p型活性層は、発光波長が７６０ｎｍの組成で、層厚１μｍ、キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３、ｎ型クラッド層は、Ａｌ組成Ｘ４＝０．４〜０．５、層厚２０μｍ、キャリア濃度４×１０１７ｃｍ−３ 、であった。
【００４５】
ランプ２０個を、１００ｍＡ、２００ｍＡ、３００ｍＡの各電流値での発光出力およびピーク波長を測定した結果を表１に示す。
実施例２についても実施例１と同様に、高電流において、出力と電流の比例関係が保たれ、素子内の電流の広がり、パッケージの放熱性が良好であることが判った。
【００４６】
実施例２のＬＥＤについて、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層の層厚と３００ｍＡでの発光出力との関係を調べた。図８にその結果を示す。
図８から明らかなように、ｎＧａＡｌＡｓクラッド層の層厚が５０μｍ以下になると発光出力が目標出力である７８ｍＷより高くなることが分かった。更に、層厚が薄くなるに従い出力が向上し、２０μm近傍がピークとなることが確認された。但し、層厚が５μｍ以下になると出力が７８ｍＷより低下することも確認された。特に、層厚が１５〜４０μｍの範囲では発光出力は８５ｍW以上であった。
従って、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層の層厚を５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内、好ましくは１５〜４０μｍの範囲内とすることにより、ＬＥＤは高出力となることが判明した。
【００４７】
（比較例１）
上記実施例１と同様の方法により、発光層を形成した。相違点は、表面電極（第１の電極）について直径１７０μｍのものを１個、中心に形成した点である。パッケージは実施例１と同じものを使用し、表面電極は第１の端子２１ｂだけに配線した。
ランプ２０個を、１００ｍＡ、２００ｍＡ、３００ｍＡの各電流値での発光出力およぶピーク波長を測定した結果を表１に示す。
高電流において、出力の低下とピーク波長が長くなった。これは、電流拡散不足により、発光層内の一部に電流が流れ、温度上昇により発光効率の低下、長波長化を招いたことに起因すると考えられる。
【００４８】
（比較例２）
上記比較例１の素子を用い、相違点は、６端子とも等価な面積の一般的なＰＬＣC６（６pin）パッケージを用いたことである。
図９に示すように、表面電極（第１の電極）は第１の端子４１ｂに接続され、裏面電極（第２の電極）は第２の端子４１ｅに接続されている。６端子（４１ａ〜４１ｆ）とも等価な面積であるため、表面電極（第１の電極）と裏面電極（第２の電極）が接続している第１の端子と第２の端子の面積は等しい。
【００４９】
ランプ２０個を、１００ｍＡ、２００ｍＡ、３００ｍＡの各電流値での発光出力およびピーク波長を測定した結果を表１に示す。
高電流において、顕著な出力の低下とピーク波長が長くなった。これは、電流拡散不足とパッケージの放熱不足により、温度上昇により発光効率の低下、長波長化を招いたことに起因すると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の発光ダイオード素子は、光量調整が容易であると共に、高電流通電時にも電流が集中せず、放熱性の良いパッケージを利用できるため、出力の直線性に優れているので、高電流で使用するランプ、照明器具等に利用できる。特に、最近注目されている赤外光を利用した植物育成やセキュリティー関連の照明装置に使用される高出力の発光ダイオード素子に利用でき、これらを製造・利用する産業において利用可能性がある。
【符号の説明】
【００５１】
１  基板
２  第１のｐ型層
３  ｐ型クラッド層
４  ｐ型発光層
５  ｎ型クラッド層
５ａ  発光面
６  発光部
７  第１の電極
７ａａ、７ａｂ、７ａｃ  ワイヤーボンディング用パッド
７ｂ  細線電極
８  第２の電極
９  透明導電膜
１０  発光ダイオード素子
２０  発光ダイオードランプ
２１ａ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｆ  共通端子（第３の端子）
２１ｂ  第１の端子
２１ｅ  第２の端子
２３  マウント基板
２４  壁状部材
２５  封止樹脂
３０  発光ダイオードランプ
３１ａ、３１ｃ  共通端子（第３の端子）
３１ｂ  第１の端子
３１ｅ  第２の端子
３３  マウント基板
３４  壁状部材
３５  封止樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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