JP5593163B2 - 発光ダイオード及び発光ダイオードランプ - Google Patents
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Description
特に、光合成に対して波長660〜670nm付近の光は、反応効率が高く望ましい光源である。この波長に対して、従来の赤色発光ダイオードに於いては、AlGaAs及びInGaNP等よりなる発光層が検討されていた、未だ高出力化を達成できていなかった(例えば、特許文献1〜3)。
そこで、より高輝度の可視LEDを得るために、また、更なる素子の機械的強度の向上を目的とした研究が進められている。
すなわち、GaAsのような不透明な基板材料を除去した後、発光を透過できると共に従来に増してより機械強度に優れた透明な材料よりなる支持体層を改めて接合させた、いわゆる接合型LEDを構成する技術が開示されている(例えば、特許文献4参照)。
一方、発光メカニズムの異なるレーザー素子に於いては、歪のある発光層について検討されているが、発光ダイオードに於いては、歪のある発光層について実用化されていないのが実状である(例えば、特許文献5参照)。
特に、植物育成用LED照明の実用化の為には、使用電力の低減、コンパクト化、コストダウンが強く望まれており、従来の660nmの波長帯の発光ダイオードであるAlGaAs系のLEDに対して、高出力化・高効率化、波長のバラツキ低減、高速化等の特性向上が望まれていた。
この発光層の発光波長は、650nmであり、650nm以上の長波長化を達成することができない。このように、発光層の650nm以上の長波長化には技術的課題が存在するため、実用化・高効率化ができていない。特に655nm以上の長波長を有するLEDでは、高出力化の技術が確立されていないという問題があった。
また、植物育成の照明として発光ダイオードを用いる場合、発光部が発光した際の熱を発光ダイオードの外部に効率良く放出できることが好ましい。
(1) pn接合型の発光部と、前記発光部に積層された歪調整層とを少なくとも含む化合物半導体層を備え、前記発光部は、組成式(AlXGa1−X)YIn1−YP(0≦X≦0.1、0.37≦Y≦0.46)からなる歪発光層とバリア層との積層構造を有しており、前記歪調整層は、発光波長に対して透明であると共に、前記歪発光層及び前記バリア層の格子定数よりも小さい格子定数を有し、前記化合物半導体層の光取り出し面と反対側の面に、反射構造体を介して機能性基板が接合されていることを特徴とする発光ダイオード。
(2) 前記機能性基板が、金属基板であることを特徴とする前項(1)記載の発光ダイオード。
(3) 前記金属基板は、積層された複数の金属層により構成されることを特徴とする前項(2)記載の発光ダイオード。
(4) 前記機能性基板の材料が、GaP、Si、Geのいずれかであることを特徴とする前項(1)記載の発光ダイオード。
(5) 前記光取り出し面に対して90°の角度を成す方向に放射される放射照度が、前記光取り出し面に対して45°の角度を成す方向に放射される放射照度の1.0倍以上であることを特徴とする前項(1)ないし(4)のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
(6) 前記歪発光層の組成式が、GaXIn1−XP(0.37≦X≦0.46)であることを特徴とする前項(1)ないし(5)のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
(7) 前記歪発光層の厚さが、8〜30nmの範囲であることを特徴とする前項(1)ないし(6)のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
(8) 前記歪発光層が8〜40層含まれていることを特徴とする前項(1)ないし(7)のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
(9) 前記バリア層の組成式が、(AlXGa1−X)YIn1−YP(0.3≦X≦0.7、0.48≦Y≦0.52)であることを特徴とする前項(1)ないし(8)のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
(10) 前記発光部は、前記歪発光層とバリア層との前記積層構造の上面及び下面の一方又は両方にクラッド層を有し、前記クラッド層の組成式が(AlXGa1−X)YIn1−YP(0.5≦X≦1、0.48≦Y≦0.52)であることを特徴とする前項(1)ないし(9)のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
(11) 前記歪調整層の組成式を、(AlXGa1−X)YIn1−YP(0≦X≦1、0.6≦Y≦1)にしたことを特徴とする前項(1)ないし(10)のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
(12) 前記歪調整層の組成式を、AlXGa1−XAs1−YPY(0≦X≦1、0.6≦Y≦1)にしたことを特徴とする前項(1)ないし(10)のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
(13) 前記歪調整層が、GaP層であることを特徴とする前項(1)ないし(12)のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
(14) 前記歪調整層の厚さが、0.5〜20μmの範囲であることを特徴とする前項(1)ないし(13)のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
(15) 前記光取り出し面は、粗い面を含むことを特徴とする前項(1)ないし(14)のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
(16) 植物育成の光合成の促進に使用するための発光ダイオードであって、前記発光部の発光スペクトルのピーク発光波長が、655〜675nmの範囲であることを特徴とする前項(1)ないし(15)のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
(17) 前記発光スペクトルの半値幅が、10〜40nmの範囲であることを特徴とする前項(16)記載の発光ダイオード。
(18) 前記発光スペクトルの発光波長700nmにおける発光強度が、前記ピーク発光波長における発光強度の10%未満であることを特徴とする前項(16)または(17)記載の発光ダイオード。
(19) 前記発光部の応答速度(Tr)が、100ns以下であることを特徴とする前項(1)ないし(18)のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
(20) 表面に電極端子が形成されたマウント基板と、(1)ないし(19)のうち、いずれか1項記載の発光ダイオードと、を備え、前記発光ダイオードは、前記マウント基板に実装されており、前記発光ダイオードは、前記電極端子と電気的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。
また、発光部上に、発光部の光を透過させる歪調整層を設けることにより、歪調整層により発光部からの光が吸収されることがないため、高出力・高効率の発光ダイオードを実現できる。
また、化合物半導体層の光取り出し面とは反対側に位置する化合物半導体層の面に、反射構造体を設けることにより、化合物半導体層の光取り出し面から発光ダイオードの外部に放射される光のうち、光取り出し面に対して直交する方向における光の強度を強くすることが可能となるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードを実現できる。
また、光取り出し面に対して直交する方向における光の強度を強くすることにより、光取り出し面に対して直交する方向において、反射構造体を備えていない発光ダイオードの光の強度と同じ強さの光強度を得る場合、反射構造体を備えていない発光ダイオードよりも消費電力を小さくすることができる。
また、機能性基板として放熱性に優れた基板を用いることで、発光部が発光した際の熱を発光ダイオードの外部に放出することができる。
また、本発明の発光ダイオードによれば、従来のAlGaAs系の発光ダイオードと比較して、約4倍以上の発光効率を有する高出力発光ダイオードを提供できる。
また、化合物半導体層の光取り出し面と反対側の面に、反射構造体を介して機能性基板が接合されているために、光取り出し面放射される光のうち、光取り出し面に対して直交する方向における光の強度が強い指向性を持つ発光ダイオードを提供できる。
(第1の実施形態)
<発光ダイオード>
図1は、本発明の第1の実施形態である発光ダイオードの一例を示す図である。
図1を参照するに、本発明の実施形態である発光ダイオード(LED)1は、発光層2を含む発光部3及び歪調整層13を少なくとも含む化合物半導体層11と、反射構造体4を介して発光部3に接合された機能性基板5である金属基板と、を有している。また、発光部3の反射構造体4と反対側の面3aには第1の電極6が備えられ、発光部3の反射構造体4側の面3bには、歪調整層13を介して、第2の電極8が備えられている。
発光部3は、歪調整層13上に、少なくともp型の下部クラッド層10b、発光層2、n型の上部クラッド層10aが順次積層されて構成されている。すなわち、発光部3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2に「閉じ込める」ために、発光層2の下側及び上側に対峙して配置した下部クラッド(clad)層10b及び上部クラッド層10a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。
図2を参照するに、発光層2は、歪発光層31と、バリア層32との多層構造であることが好ましい。
しかしながら、この場合に歪発光層31は、それ以外の構造部分と格子定数が異なる構成となり、化合物半導体層2に歪が発生する。このため、結晶欠陥の発生という弊害が生ずるおそれがある。
したがって、歪発光層31の層厚は、層厚の変動を加味して量子効果の発現しない8nm以上であることが望ましい。また、層厚の制御の容易さを考慮すれば、10nm以上が好適である。一方、歪発光層31の層厚が30nmを超えると、歪量が大きくなりすぎるため、結晶欠陥や表面の異常が発生しやすくなるために好ましくない。
したがって、バリア層32は、少なくとも、15nm以上の層厚とすることが好ましく、20nm以上の層厚がより好ましい。一方、バリア層32の層厚が、50nmを超えると発光波長の波長に近くなり、光の干渉、ブラッグ反射等、光学的な影響がでる。
したがって、バリア層32は、50nm以下の層厚とすることが好ましく、40nm以下の層厚がより好ましい。
上述したように、歪発光層31の層厚が薄く、バリア層32の層厚が厚いほうが、歪発光層31の歪をバリア層32によって吸収する効果が得られると共に、歪発光層31に結晶欠陥が発生しにくいという効果が得られる。
ここで、発光層2の発光効率が好適な範囲としては、歪発光層31が8層以上であることが好ましい。一方、歪発光層31及びバリア層32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。
一方、700nm以上の長波長領域の光を利用すると、植物の育成を抑制する反応が起こる為、長波長域の光量は少ない方が望ましい。従って、効率的に植物育成する為には、光合成反応に対して最適な655〜675nmの波長領域の光が強く、700nm以上の超波長領域の光を含まない赤色光源が最も好ましい。
さらに、上記発光スペクトルの発光波長700nmにおける発光強度が、上記ピーク発光波長における発光強度の10%未満であることが好ましい。また、発光層2の応答速度(立ち上がり時間:Tr)を100ns以下であることが好ましい。
このような特性の発光層2を有する発光ダイオード1は、植物育成の光合成の促進に使用する照明(発光ダイオードランプ)として好適に用いることができる。また、発光層2の構成は、上記特性を充足するように組成、層厚、層数を適宜選択することができる。
上記材質としては、例えば、AlXGa1−XAsの組成を有する化合物や、(AlXGa1−X)YIn1−YP(0≦X≦1,0<Y≦1)の組成を有する化合物が挙げられる。上記Xの値は、下限値が0.3以上であることが好ましく、0.5以上であることがより好ましい。また、上記Yの値は、0.48〜0.52の範囲が好ましく、0.49〜0.51の範囲がより好ましい。
また、キャリア濃度は1×1017〜1×1018cm−3の範囲が好ましく、層厚は0.5〜2μmの範囲が好ましい。なお、下部クラッド層10b及び上部クラッド層10aの極性は、化合物半導体層11の素子構造を考慮して選択することができる。
このように、光取り出し面11aを粗面化することにより、光取り出し面11aでの全反射が抑制されるため、光取り出し効率を向上させることができる。
なお、コンタクト層12bの他に、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等、公知の層構造を設けてもよい。
図1を参照するに、歪調整層13は、発光部3の下方に設けられている。この歪調整層13は、GaAs基板(図示せず)上に化合物半導体層11をエピタキシャル成長させる際に、歪発光層31によって生じた歪を緩和させるための層である。また、歪調整層13は、発光部3の発光波長に対して透明である。
さらに、歪調整層13は、歪発光層31及びバリア層32の格子定数よりも小さい格子定数を有している。また、歪調整層13は、化合物半導体層11の形成(エピタキシャル成長による形成)に用いたGaAs基板(図示せず)の格子定数よりも小さい格子定数を有する。
より具体的には、後述する組成から得られる歪調整層13の格子定数をA、バリア層32の格子定数をB、歪発光層31の格子定数をCとした場合に、A<B<Cとなる関係を有している。
また、上記Yの下限値は、0.6以上であることが好ましい。ここで、発光層2(歪発光層31)の有する歪量が同じ場合を比較すると、上記Yの値が小さいほうが歪調整層13の歪調整効果が小さくなる。
このため、歪調整層13の層厚を厚くする必要が生じる。これにより、歪調整層13の成膜時の成長時間とコストが上昇してしまうため、上記Yの値は0.6以上であることが好ましく、0.8以上であることがより好ましい。
上記組成を有する歪調整層13では、Yの値によって格子定数が変化する。上記Yの値が大きい方が、格子定数が小さくなる。また、発光部3の光を透過させるか否かは、上記X及びYの値の双方に関連する為、発光部3の発光波長に対して透明なようにX及びYの値を選択すれば良い。
このため、歪調整層13を設けることにより、発光波長等の特性の均一化、クラック発生等の結晶欠陥の発生防止の効果がある。
ここで、歪調整層13の厚さは、0.5〜20μmの範囲であることが好ましく、3〜15μmの範囲であることがより好ましい。層厚が0.5μm未満であると、歪発光層31の歪量のばらつきを緩和するのに十分ではなく、層厚が20μmを超えると成長時間が長くなり、製造コストが増加するので好ましくない。
さらに、本実施形態のように、反射構造体4を介して、機能性基板5と化合物半導体層11との接合を行なう構造を有する場合にも、化合物半導体層11の反りが大きい場合は割れ等の問題が生じるため、化合物半導体層11の反りを小さくすることが望ましい。
第1の電極6及び第2の電極8は、それぞれオーミック電極であり、それらの形状及び配置は、発光部3に電流を均一に拡散させるものであればよく、特に限定されない。例えば、平面視したときに円状または矩形状の電極を用いることができ、一個の電極として配置することも、複数の電極を格子状に配置することもできる。
また、更にその上にAu層等を積層することで、酸化を防止させると共に、ワイヤボンディングの接続信頼性を向上できる。
図1を参照するに、反射構造体4は、第2の電極8を覆うように、歪調整層13の面13aに形成されている。反射構造体4は、透明導電膜14と、反射層15とが順次積層された構成とされている。
また、透明導電膜14の代わりに、或いは、透明導電膜14と共に、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15に組み合わせてもよい。
このような反射層15を設けることにより、発光層2からの光を反射層15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1をより高輝度化できる。
なお、ここでの正面方向fとは、化合物半導体層11の光取り出し面11a(本実施形態の場合、発光部3の面3a)との成す角度が90°となる方向で、かつ発光ダイオード1のから離間する方向のことをいう。なお、反射構造体4は、透明導電膜14を設けることなく、反射層15だけで構成してもよい。
このように、光取り出し面11aに対して90°の角度を成す方向(光取り出し面11aに対して直交する方向)に放射される放射照度を、光取り出し面11aに対して45°の角度を成す方向に放射される放射照度の1.0倍よりも大きくすることにより、高輝度及び高効率の発光ダイオード1を実現できる。
また、光取り出し面11aに対して直交する方向における光の強度を強くすることにより、光取り出し面11aに対して直交する方向において、反射構造体4を備えていない発光ダイオードの光の強度と同じ強さの光強度を得る場合、反射構造体4を備えていない発光ダイオードよりも消費電力を小さくすることができる。
一方、反射構造体4を備えた発光ダイオード1では、放射角度が60°以下において、反射構造体4を備えていない発光ダイオードよりも放射照度が小さく、放射角度が60°〜90°の範囲内において、反射構造体4を備えていない発光ダイオードよりも照射照度が大きくなることが確認できた。
このことから、反射構造体4を設けることで、光取り出し面11aに対して90°の角度を成す方向に放射される光の放射照度を強くできることが確認できた。
上記接続用金属としては、化学的に安定で、融点の低いAu系の共晶金属等を用いるとよい。前記Au系の共晶金属としては、例えば、AuSn、AuGe、AuSi等の合金の共晶組成(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、タングステン等の金属を添加することが好ましい。接続用金属としてチタン、クロム、タングステン等の金属を添加することにより、該金属がバリヤ金属として機能するため、機能性基板5に含まれる不純物等が反射層15側に拡散して、反応することを抑制できる。
図1を参照するに、機能性基板5は、反射構造体4を介して、化合物半導体層11の面11b(具体的には、歪調整層13の面13a)に貼り付けられている。具体的には、発光部3と対向する反射構造体4の面とは反対側に位置する反射構造体4の面15bに、機能性基板5の接合面5aが接合されている。
これにより、機能性基板5全体としての熱膨張係数が化合物半導体層11の熱膨張係数に近くなるため、化合物半導体層11と機能性基板5とを接合する際の機能性基板5の反りや割れを抑制することが可能となるので、発光ダイオード1の歩留まりを向上できる。
これにより、機能性基板5全体としての熱膨張係数が、化合物半導体層11の熱膨張係数に近くなるため、化合物半導体層11と機能性基板5とを接合する際の機能性基板5の反りや割れを抑制することが可能となるので、発光ダイオード1の歩留まりを向上できる。
一方、Cu層/Mo層/Cu層の3層よりなる金属基板は、機械的強度の高いMoを加工しやすいCuで挟んだ構造であるため、Mo層/Cu層/Mo層の3層よりなる金属基板よりも金属基板の切断等の加工を容易に行なうことができるという利点がある。
特に、機能性基板5を構成する金属層の材料の熱膨張係数が、化合物半導体層11の熱膨張係数の±1.5ppm/K以内であることが好ましい。これにより、機能性基板5と化合物半導体層11との接合時に発生する発光部3へのストレス(熱に起因するストレス)を小さくすることが可能となり、機能性基板5と化合物半導体層11と接続させた際の熱による機能性基板5の割れが抑制されるので、発光ダイオード1の歩留まりを向上できる。
また、機能性基板5としてMo層(25μm)/Cu層(70μm)/Mo層(25μm)よりなる金属基板を用いた場合、機能性基板5の熱伝導率は220W/m・Kとなる。
機能性基板5の厚さが150μmより厚い場合には、発光ダイオードの製造コストが上昇して好ましくない。また、機能性基板5の厚さが50μmより薄い場合には、ハンドリング時に割れ、欠け、反り等が容易に生じて、発光ダイオードの歩留まりを低下させる虞がある。
第1の金属層21と第2の金属層22の層数を合わせて2層とした場合には、厚さ方向での熱膨張が不均衡となり、機能性基板5の割れが発生するおそれが発生する。逆に、第1の金属層21と第2の金属層22の層数を合わせて9層より多くした場合には、第1の金属層21と第2の金属層22の層の厚さをそれぞれ薄くする必要が生じる。
さらに、層の厚さを薄くした前記単層の金属基板は、容易に基板の割れを発生させる。また、薄膜化された単層の金属基板を用いる場合、金属基板の製造が困難であることから、発光ダイオードの製造コストを増加させる虞がある。
また、歪発光層31の組成を上記範囲に規定することにより、655nm以上の発光波長を有した発光ダイオード1を実現できる。
また、発光部3上に、発光部3の光を透過させる歪調整層13を設けることにより、歪調整層13により発光部3からの光が吸収されることがないため、高出力・高効率の発光ダイオード1を実現できる。
また、化合物半導体層11の光取り出し面11aとは反対側に位置する化合物半導体層11の面11bに、反射構造体4を設けることにより、化合物半導体層11の光取り出し面11aから発光ダイオード1の外部に放射される光のうち、光取り出し面11aに対して直交する方向(具体的には、正面方向f)における光の強度を強くすることが可能となるので、高輝度及び高効率の発光ダイオード1を実現できる。
また、光取り出し面11aに対して直交する方向における光の強度を強くすることにより、光取り出し面11aに対して直交する方向において、反射構造体4を備えていない発光ダイオードの光の強度と同じ強さの光強度を得る場合、反射構造体4を備えていない発光ダイオードよりも消費電力を小さくすることができる。
さらに、熱伝導率が130W/m・K以上である第1及び第2の金属層21,22により機能性基板5を構成することで、機能性基板5の放熱性が高くなるため、発光ダイオード1を高輝度で発光させることができると共に、発光ダイオード1の寿命を長寿命とすることができる。
また、機能性基板5として光を透過する基板を用いて、Arビームにより接合させた場合、接合面が高抵抗となり、基板側へ電流を流すことが難しいが、機能性基板5として金属基板を用いて、該金属基板を共晶接合させることにより、1ワイヤー構造の作成が可能となる。
次に、第1の実施形態である発光ダイオード1の製造方法について説明する。
第1の実施形態である発光ダイオード1の製造方法は、機能性基板5を形成する工程と、次いで、半導体基板33にコンタクト層12bを介して発光層2を含む発光部3を形成した後、発光部3の半導体基板33と反対側の面に第2の電極8を形成する工程と、発光部3の半導体基板と反対側の面に第2の電極8を介して反射構造体4を形成する工程と、発光部3に反射構造体4を介して機能性基板5を接合する工程と、半導体基板33、及びコンタクト層12bの一部を除去する工程と、発光部3の機能性基板5と反対側の面に第1の電極6を形成する工程と、を有する。
図4〜図10を参照して、第1の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。まず、機能性基板5の製造工程について説明する。
図4に示すように、機能性基板5は、熱伝導率が130W/m・K以上である第1及び第2の金属層21,22をホットプレスすることで形成する。
次に、図4(a)に示すように、2枚の第1の金属層21の間に第2の金属層22を挿入してこれらを重ねて配置する。
これにより、図4(b)に示すように、第1の金属層21がCu層であり、第2の金属層22がMo層であり、Cu層(30μm)/Mo層(25μm)/Cu層(30μm)の3層よりなる機能性基板5を形成する。上記構成とされた機能性基板5の熱膨張係数は、6.1ppm/Kであり、熱伝導率は250W/m・Kであった。
また、機能性基板5の接合面5aに、電気的接触を安定化させるため接合補助膜を形成してもよい。該接合補助膜としては、金膜、白金膜、ニッケル膜等を用いることができる。例えば、まず、ニッケル膜を0.1μm成膜した後、ニッケル膜上に金膜を0.5μm成膜する。
さらにまた、上記接合補助膜の代わりに、ダイボンド用のAuSn膜等の共晶金属膜を形成してもよい。これにより、接合工程を簡便にすることができる。
まず、図5に示すように、半導体基板33の表面33a上に、複数のエピタキシャル層を成長させて化合物半導体層11を形成する。なお、この段階では、化合物半導体層11を構成するコンタクト層12bは、パターニングされていない。
半導体基板33は、化合物半導体層11を形成するための基板であり、例えば、表面33aが(100)面から15°傾けた面とされ、かつSiドープされたn型のGaAs単結晶基板である。このように、化合物半導体層11としてAlGaInP層またはAlGaAs層を用いる場合、化合物半導体層11を形成する基板としては、砒化ガリウム(GaAs)単結晶基板を用いるとよい。
さらに、GaAs基板の面方位の範囲が、(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。
例えば、GaAs基板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。
一方、GaAs基板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。
また、緩衝層12a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12aには、GaAs基板と同じ材料よりなるGaAs層を用いることが好ましい。
また、緩衝層12aには、欠陥の伝搬を低減するためにGaAs基板と異なる材質よりなる多層膜を用いることもできる。緩衝層12a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。
また、コンタクト層12b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12b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12b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。
なかでも、量産性に優れるMOCVD法を適用することが望ましい。具体的には、化合物半導体層11のエピタキシャル成長に使用するGaAs基板(半導体基板33)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11を構成する各層は、直径50〜150mmのGaAs基板14をMOCVD装置内に8枚以上セットし、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。
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、歪調整層13としてp型GaP層を用いる場合は、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。
次に、図6に示すように、歪調整層13の面13a上に第2の電極8(オーミック電極)を形成する。第2の電極8は、例えば、0.4μmの厚さのAuBe層上に0.2μmの厚さのAu層が積層されてなる。第2の電極8は、例えば、平面視したときに20μmφの円形状であり、60μmの間隔で形成される。
次に、図7に示すように、歪調整層13の半導体基板33と反対側の面13a及び第2の電極8を覆うようにITO膜よりなる透明導電膜14を形成する。次に、450℃の熱処理を施して、第2の電極8と透明導電膜14との間にオーミックコンタクトを形成する。
具体的には、銀(Ag)合金よりなる膜(厚さが0.5μm)と、タングステン(W)膜(厚さが0.1μm)と、白金(Pt)膜(厚さが0.1μm)と、金(Au)膜(厚さが0.5μm)、AuGe共晶金属(融点386℃)よりなる膜(厚さが1μm)とを順次成膜することで反射層15を形成する。これにより、反射層15及び透明導電膜14よりなる反射構造体4が形成される。
次に、図9に示すように、反射構造体4と化合物半導体層11とを形成した半導体基板33(図8に示す構造体)と、図4(b)に示す機能性基板5とを減圧装置(図示せず)内に搬入して、反射構造体4の接合面4aと機能性基板5の接合面5aとが対向するように重ね合わせて配置する。
次に、減圧装置内を3×10−5Paまで排気した後、半導体基板33と機能性基板5とを400℃に加熱した状態で、100g/cm2の加重を印加して反射構造体4の接合面4aと機能性基板5の接合面5aと接合して、接合構造体18を形成する。
次に、図10に示すように、接合構造体18から、半導体基板33及び緩衝層12aをアンモニア系エッチャントにより選択的に除去する。これにより、発光層2を有する発光部3が形成される。
次に、真空蒸着法を用いて、発光部3の反射構造体4と反対側の面3aに、第1の電極6(n型オーミック電極)の母材となる電極用導電膜を成膜する。該電極用導電膜としては、例えば、AuGe層/Ni層/Au層よりなる金属層構造を用いることができる。
この場合、例えば、AuGe層(Ge質量比12%)を0.15μmの厚さで成膜した後、Ni層を0.05μmの厚さで成膜し、さらにAu層を1μmの厚さで成膜する。
次に、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用して、電極用導電膜を平面視円形状にパターニングして、第1の電極6を形成する。
その後、第1の電極6の形状に対応するように、コンタクト層12bをパターニングすることで、図1に示す発光ダイオード1が製造される。
図11は、図1に示す発光ダイオードを備えた発光ダイオードランプの断面模式図である。図11において、図1に示す発光ダイオードランプ1と同一構成部分には同一符号を付す。
図11を参照するに、第1の実施形態である発光ダイオードランプ40は、パッケージ基板45と、パッケージ基板45上に形成された2つの電極端子43,44と、電極端子44上に搭載された発光ダイオード1と、発光ダイオード1を覆うように形成されたシリコン等よりなり、かつ光透過性を有した封止樹脂41と、を有する。
また、第1の電極6は、電極端子44に対してワイヤボンディング接続されている。上記構成とされた発光ダイオード1は、電極端子43、44に印加された電圧が、第1の電極6と第2の電極8を介して発光部3に印加されることで、発光部3を構成する発光層2が発光する。発光された光は、発光ダイオード1の光取り出し面11aを介して、正面方向fに取り出される。
なお、パッケージ基板45の形状は、図11に示す形状に限定されず、他の形状としてもよい。他の形状のパッケージ基板を用いたLEDランプ製品においても、放熱性を十分確保できるので、高出力、高輝度の発光ダイオードランプとすることができる。
また、発光ダイオード1を構成する機能性基板5を、放熱用の基板として機能するパッケージ基板45に形成された電極端子43と接続させることにより、電極端子43及びパッケージ基板45を介して、発光ダイオード1の熱を効率良く放出することができる。
また、発光ダイオードパッケージ40は、発光ダイオード1の発光層2に1W以上の電力を加えて発光させる構成なので、放熱性に優れ、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
図12は、本発明の第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12(a)は、第2の実施形態の発光ダイオードの平面図であり、図12(b)は、図12(a)に示す発光ダイオードのA−A‘線方向の概略断面図である。
図12を参照するに、第2の実施形態の発光ダイオード50は、第1の実施形態の発光ダイオード1に設けられた機能性基板5(金属基板)の替わりに、機能性基板5(金属基板)とは異なる材料により構成された機能性基板51を設けると共に、さらに金属層52,53を設け、上部クラッド層10aの上面を覆うようにコンタクト層12bを配置した以外は、第1の実施形態の発光ダイオード1と同様に構成される。
つまり、第2の実施形態の発光ダイオード50と第1の実施形態の発光ダイオード1との大きな相違点は、機能性基板の材料が異なる点である。
このように、GaP、Si、Geのいずれかの材料よりなる機能性基板51を設けることにより、機能性基板51を備えていない発光ダイオードと比較して、発光部3が発光した際の熱を、発光ダイオード50の外部に効率良く放熱することができる。
また、腐食しにくい材料であるSiやGe等を機能性基板51の材料として用いることで、機能性基板51の耐湿性を向上させることができる。
金属層53は、機能性基板51の下面51bに設けられている。金属層53としては、例えば、Au層と、Ti層とを順次積層した積層膜を用いることができる。
また、腐食しにくい材料であるSiやGe等を機能性基板51の材料として用いることで、機能性基板51の耐湿性を向上させることができる。
また、歪発光層31の組成を上記範囲に規定することにより、655nm以上の発光波長を有した発光ダイオード1を実現できる。
さらに、発光部3上に、発光部3の光を透過させる歪調整層13を備えることにより、歪調整層13により発光部3からの光が吸収されることがないため、高出力・高効率の発光ダイオード50を実現できる。
実施例1の発光ダイオード(第1の実施形態)は、先ず、Siをドープしたn型のGaAs単結晶からなるGaAs基板(厚さ約0.5μm)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、化合物半導体層として、GaAs基板上に、SiをドープしたGaAsからなるn型の緩衝層と、Siをドープした(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pからなるn型のコンタクト層と、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と、アンドープのGa0.44In0.56P/(Al0.53Ga0.47)0.5In0.5Pの対からなる歪発光層/バリア層と、Mgをドープした(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pよりなるp型の下部クラッド層と、(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pよりなる薄膜の中間層と、Mgドープしたp型GaPよりなる歪調整層と、を順次形成した。
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からなる歪調整層は、750℃で成長させた。その他の各層では700℃で成長させた。
実施例1では、アンドープでGa0.44In0.56Pよりなる23層の歪発光層(単層の厚さが17nm)と、かつ組成が(Al0.53Ga0.47)0.5In0.5Pの22層のバリア層(単層の厚さが19nm)とを交互に積層することで、発光層を形成した。
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からなる歪調整層は、キャリア濃度を約3×1018cm−3、層厚を約9μmとした。
次いで、歪調整層上に、AuBe層(厚さ100nm)と、Au層(厚さ150nm)とを順次成膜することで、AuBe/Au積層膜を形成し、その後、一般的なフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を利用して、AuBe/Au積層膜をパターニングすることで、第2の電極を形成した。
次いで、歪調整層上に、第2の電極を覆う透明導電膜としてITO膜(厚さ***nm)と、反射層としてAg合金(厚さ500nm)/W(厚さ100nm)/Pt(厚さ200nm)/Au(厚さ500nm)/AuGe(厚さ1000nm)積層膜とを順次成膜することで、反射構造体を形成する。
次に、第1の実施形態で説明した方法を用いて、Cu(30μm)/Mo(25μm)/Cu(30μm)の3層構造(厚さ85μm)からなる機能性基板(金属基板(熱伝導率250W/mK))を製造した。
実施例1の機能性基板の熱膨張係数は、6.1ppm/Kであり、熱伝導率は250W/m・Kであった。また、機能性基板の直径は76mmで、厚さは250μmであった。
その後、一般的なフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を利用して、上記Au−Ge−Ni合金膜、Pt膜、及びAu膜をパターニングすることで、第1の電極であるn型オーミック電極を形成した。その後、第1の電極の形状に対応するように、周知の手法により、コンタクト層をパターニングした。
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。
表2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、ピーク発光波長661.2nm(655nm以上の値)とする赤色光が出射された。
また、順方向に20ミリアンペア(mA)の電流を通流した際の順方向電圧(Vf)は、化合物半導体層を構成する歪調整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、2.1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、4.1mW(3mW以上)であり、良好な結果が得られた。
また、発光の立ち上がりの応答速度(Tr)は、72nsであり、100ns以下の良好な結果が得られた。また、表面欠陥の検査では、表面欠陥は見られなかった。
また、実施例1の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
図13に示すように、実施例1の発光ダイオードランプの発光スペクトルは、半値幅が18nmであり、波長700nmにおける発光強度がほぼ0であった。
また、実施例1の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、放射照度の比(=E/F)が1.43(1.0よりも大きい値)であるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードが実現できることが確認できた。
さらに、機能性基板の放熱効果により、放熱特性に優れた発光ダイオードを実現できることが確認できた。
実施例2の発光ダイオード(第2の実施形態)は、実施例1の発光ダイオードに設けられた発光層の替わりに、アンドープのGa0.42In0.58Pよりなる21層の歪発光層(単層の厚さ10nm)と、組成が(Al0.53Ga0.47)0.5In0.5Pの20層のバリア層(単層の厚さが30nm)とを交互に積層して発光層を形成すると共に、機能性基板として厚さが150μmのGaP層(熱伝導率110W/mK)を用いた以外は、実施例1の発光ダイオードと同様に製造した。
表2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、ピーク発光波長660.7nm(655nm以上の値)とする赤色光が出射された。
また、順方向に20ミリアンペア(mA)の電流を通流した際の順方向電圧(Vf)は、化合物半導体層を構成する歪調整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、2.1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、3.6mW(3mW以上)であり、良好な結果が得られた。)。
また、実施例2の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
また、実施例2の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、放射照度の比(=E/F)が1.17(1.0よりも大きい値)であるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードが実現できることが確認できた。
さらに、機能性基板の放熱効果により、放熱特性に優れた発光ダイオードを実現できることが確認できた。
実施例3の発光ダイオード(第2の実施形態)は、実施例2の発光ダイオードに設けられた歪発光層の替わりに、アンドープのGa0.41In0.59Pよりなる21層の歪発光層(単層の厚さが15nm)を形成すると共に、機能性基板として厚さが100μmのGe層(熱伝導率60W/mK)を用いた以外は、実施例2の発光ダイオードと同様に製造した。
表2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、ピーク発光波長668.5nm(655nm以上の値)とする赤色光が出射された。
また、順方向に20ミリアンペア(mA)の電流を通流した際の順方向電圧(Vf)は、化合物半導体層を構成する歪調整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、2.1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、3.7mW(3mW以上)であり、良好な結果が得られた。
また、実施例3の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
また、実施例3の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、放射照度の比(=E/F)が1.22(1.0よりも大きい値)であるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードが実現できることが確認できた。
さらに、機能性基板の放熱効果により、放熱特性に優れた発光ダイオードを実現できることが確認できた。
実施例4の発光ダイオード(第2の実施形態)は、実施例2の発光ダイオードに設けられた歪発光層の替わりに、アンドープのGa0.45In0.55Pよりなる21層の歪発光層(単層の厚さが25nm)を形成すると共に、機能性基板として厚さが100μmのSi層(熱伝導率126W/mK)を用いた以外は、実施例2の発光ダイオードと同様に製造した。
表2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、ピーク発光波長657.0nm(655nm以上の値)とする赤色光が出射された。
また、順方向に20ミリアンペア(mA)の電流を通流した際の順方向電圧(Vf)は、化合物半導体層を構成する歪調整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、2.1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、4.0mW(3mW以上)であり、良好な結果が得られた。
また、実施例4の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
また、実施例4の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、放射照度の比(=E/F)が1.33(1.0よりも大きい値)であるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードが実現できることが確認できた。
さらに、機能性基板の放熱効果により、放熱特性に優れた発光ダイオードを実現できることが確認できた。
実施例5の発光ダイオード(第1の実施形態)は、実施例2の発光ダイオードに設けられた歪発光層の組成をGa0.39In0.61Pに変更すると共に、Cu(30μm)/Mo(25μm)/Cu(30μm)の3層構造(厚さ85μm)からなる機能性基板(金属基板(熱伝導率250W/mK))を用いた以外は、実施例2の発光ダイオードと同様に製造した。
表2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、ピーク発光波長669.8nm(655nm以上の値)とする赤色光が出射された。
また、順方向に20ミリアンペア(mA)の電流を通流した際の順方向電圧(Vf)は、化合物半導体層を構成する歪調整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、2.1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、3.9mW(3mW以上)であり、良好な結果が得られた。)。
また、実施例5の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
また、実施例5の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、放射照度の比(=E/F)が1.41(1.0よりも大きい値)であるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードが実現できることが確認できた。
さらに、機能性基板の放熱効果により、放熱特性に優れた発光ダイオードを実現できることが確認できた。
実施例6の発光ダイオード(第1の実施形態)は、実施例5の発光ダイオードに設けられた歪発光層の組成をGa0.38In0.62Pに変更した以外は、実施例5の発光ダイオードと同様に製造した。
表2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、ピーク発光波長675.1nm(655nm以上の値)とする赤色光が出射された。
また、順方向に20ミリアンペア(mA)の電流を通流した際の順方向電圧(Vf)は、化合物半導体層を構成する歪調整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、2.1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、3.6mW(3mW以上)であり、良好な結果が得られた。)。
また、実施例6の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
また、実施例6の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、放射照度の比(=E/F)が1.36(1.0よりも大きい値)であるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードが実現できることが確認できた。
さらに、機能性基板の放熱効果により、放熱特性に優れた発光ダイオードを実現できることが確認できた。
参考例1の発光ダイオードは、実施例2の発光ダイオードの構成から反射構構造体を除去すると共に、実施例2の発光ダイオードに設けられた歪発光層の替わりに、Ga0.38In0.62Pよりなる21層の歪発光層(単層の厚さ5nm)を形成した以外は、第2の実施例の発光ダイオードと同様に製造した。つまり、参考例1の発光ダイオードは、反射構造体を有していない。
表2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、ピーク発光波長651.5nm(655nm以下)とする赤色光が出射された。つまり、目標とするピーク発光波長である655nm以上を満たすことができなかった。
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、化合物半導体層を構成する歪調整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、2.0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、3.1mW(3mW以上)であり、良好な結果が得られた。)。
また、参考例1の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
参考例2の発光ダイオードは、実施例2の発光ダイオードの構成から反射構構造体を除去すると共に、実施例2の発光ダイオードに設けられた歪発光層の替わりに、Ga0.37In0.63Pよりなる21層の歪発光層(単層の厚さが10nm)を形成した以外は、第2の実施例の発光ダイオードと同様に製造した。つまり、参考例2の発光ダイオードは、反射構造体を有していない。
表2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、ピーク発光波長677.7nm(655nm以上)とする赤色光が出射された。
また、順方向に20ミリアンペア(mA)の電流を通流した際の順方向電圧(Vf)は、化合物半導体層を構成する歪調整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、2.3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、1.3mW(3mW以下)であり、悪い結果となった。
また、参考例2の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
参考例3の発光ダイオードは、実施例2の発光ダイオードの構成から反射構構造体を除去すると共に、実施例2の発光ダイオードに設けられた歪発光層の替わりに、Ga048In0.52Pよりなる23層の歪発光層(単層の厚さ17nm)を形成すると共に、バリア層の厚さを19nmに変更し、かつバリア層の数を22層に変更した以外は、第2の実施例の発光ダイオードと同様に製造した。つまり、参考例3の発光ダイオードは、反射構造体を有していない。
表2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、ピーク発光波長647.7nm(655nm以下)とする赤色光が出射された。つまり、目標とするピーク発光波長である655nm以上を満たすことができなかった。
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、化合物半導体層を構成する歪調整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、2.0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、3.3mW(3mW以上)であり、良好な結果が得られた。
また、参考例3の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
参考例4の発光ダイオードは、実施例2の発光ダイオードの構成から反射構構造体を除去すると共に、実施例2の発光ダイオードに設けられた歪発光層の替わりに、Ga044In0.56Pよりなる13層の歪発光層(単層の厚さ30nm)を形成すると共に、バリア層の数を12層に変更した以外は、第2の実施例の発光ダイオードと同様に製造した。つまり、参考例4の発光ダイオードは、反射構造体を有していない。
表2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、ピーク発光波長668.9nm(655nm以上)とする赤色光が出射された。
また、順方向に20ミリアンペア(mA)の電流を通流した際の順方向電圧(Vf)は、化合物半導体層を構成する歪調整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、2.3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、1.1mWであり、目標とする3mW以上の値を得ることができなかった。
また、発光の立ち上がりの応答速度(Tr)は、43nsであり、100ns以下の良好な結果が得られた。また、表面欠陥の検査では、表面欠陥が確認できた。
また、参考例4の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
Claims (20)
- pn接合型の発光部と、前記発光部に積層された歪調整層とを少なくとも含む化合物半導体層を備え、
前記発光部は、組成式(AlXGa1−X)YIn1−YP(0≦X≦0.1、0.37≦Y≦0.46)からなる歪発光層とバリア層との積層構造を有しており、前記歪調整層は、発光波長に対して透明であると共に、前記歪発光層及び前記バリア層の格子定数よりも小さい格子定数を有し、
前記歪調整層は、平面視で前記発光部の全面に形成されており、前記歪調整層にオーミック電極が形成されており、
前記化合物半導体層の光取り出し面と反対側の面に、反射構造体を介して機能性基板が接合されていることを特徴とする発光ダイオード。 - 前記機能性基板が、金属基板であることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
- 前記金属基板は、積層された複数の金属層により構成されることを特徴とする請求項2記載の発光ダイオード。
- 前記機能性基板の材料が、GaP、Si、Geのいずれかであることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
- 前記光取り出し面に対して90°の角度を成す方向に放射される放射照度が、前記光取り出し面に対して45°の角度を成す方向に放射される放射照度の1.0倍以上であることを特徴とする請求項1ないし4のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
- 前記歪発光層の組成式が、GaXIn1−XP(0.37≦X≦0.46)であることを特徴とする請求項1ないし5のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
- 前記歪発光層の厚さが、8〜30nmの範囲であることを特徴とする請求項1ないし6のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
- 前記歪発光層が8〜40層含まれていることを特徴とする請求項1ないし7のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
- 前記バリア層の組成式が、(AlXGa1−X)YIn1−YP(0.3≦X≦0.7、0.48≦Y≦0.52)であることを特徴とする請求項1ないし8のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
- 前記発光部は、前記歪発光層とバリア層との前記積層構造の上面及び下面の一方又は両方にクラッド層を有し、
前記クラッド層の組成式が(AlXGa1−X)YIn1−YP(0.5≦X≦1、0.48≦Y≦0.52)であることを特徴とする請求項1ないし9のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。 - 前記歪調整層の組成式を、(AlXGa1−X)YIn1−YP(0≦X≦1、0.6≦Y≦1)にしたことを特徴とする請求項1ないし10のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
- 前記歪調整層の組成式を、AlXGa1−XAs1−YPY(0≦X≦1、0.6≦Y≦1)にしたことを特徴とする請求項1ないし10のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
- 前記歪調整層が、GaP層であることを特徴とする請求項1ないし12のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
- 前記歪調整層の厚さが、0.5〜20μmの範囲であることを特徴とする請求項1ないし13のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
- 前記光取り出し面は、粗い面を含むことを特徴とする請求項1ないし14のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
- 植物育成の光合成の促進に使用するための発光ダイオードであって、
前記発光部の発光スペクトルのピーク発光波長が、655〜675nmの範囲であることを特徴とする請求項1ないし15のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。 - 前記発光スペクトルの半値幅が、10〜40nmの範囲であることを特徴とする請求項16記載の発光ダイオード。
- 前記発光スペクトルの発光波長700nmにおける発光強度が、前記ピーク発光波長における発光強度の10%未満であることを特徴とする請求項16または17記載の発光ダイオード。
- 前記発光部の応答速度(Tr)が、100ns以下であることを特徴とする請求項1ないし18のうち、いずれか1項記載の発光ダイオード。
- 表面に電極端子が形成されたマウント基板と、
請求項1ないし19のうち、いずれか1項記載の発光ダイオードと、を備え、
前記発光ダイオードは、前記マウント基板に実装されており、
前記発光ダイオードは、前記電極端子と電気的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。
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