発光ダイオード及び発光ダイオードランプ
【課題】発光ダイオード及びこれを備えた発光ダイオードランプに関し、応答速度の速い発光ダイオード及び発光ダイオードランプを提供する。
【解決手段】本発明に係る発光ダイオードは、ｎ（≧１）層の歪発光層１２、及び（ｎ−１）層のバリア層１３よりなる発光層１０を有するｐｎ接合型の発光部を備え、前記発光層１０は、１層の歪発光層１２と、１層のバリア層１３が交互に積層された構成とされており、ｎを１〜７とし、かつ発光層１０の厚さを２５０ｎｍ以下にする。
【解決手段】本発明に係る発光ダイオードは、ｎ（≧１）層の歪発光層１２、及び（ｎ−１）層のバリア層１３よりなる発光層１０を有するｐｎ接合型の発光部を備え、前記発光層１０は、１層の歪発光層１２と、１層のバリア層１３が交互に積層された構成とされており、ｎを１〜７とし、かつ発光層１０の厚さを２５０ｎｍ以下にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード及び発光ダイオードランプに関するものであり、特に、応答速度の速い発光ダイオード及びこれを用いた発光ダイオードランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
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（英略称：ＬＥＤ）による照明を用いた栽培方法が注目されている。
また、これまでの研究結果から、植物育成（光合成）用の光源に適した発光波長の１つとして、波長が６００〜７００ｎｍの領域の赤色光の効果が確認されている。
特に、波長が６６０〜６７０ｎｍ付近の光は、光合成に対しての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、ＡｌＧaＡｓ或いはＩｎＧａＮＰ等からなる発光層の検討がされている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００３】
一方、従来、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ；０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）よりなる発光層を備えた化合物半導体ＬＥＤが知られている。
このようなＬＥＤ化合物半導体では、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐの組成を有した発光層の波長が最も長く、そのピーク発光波長は６５０ｎｍ付近である。
【０００４】
また、一般に、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる発光層を備えた発光部は、発光層からの光を遮断し、かつ機械的強度の低い砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板上に形成されている。
そのため、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。
例えば、特許文献４には、ＧａＡｓのような発光層の光を遮断する基板材料を除去した後、発光層の光を透過可能であり、かつ機械強度に優れた材料よりなる支持体層を接合させた、いわゆる接合型ＬＥＤが開示されている。
また、特許文献５には、発光メカニズムの異なるレーザー素子において、歪のある発光層（「歪発光層」ともいう）についての検討が行なわれている。しかし、発光ダイオードにおいては、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。
【０００５】
また、特許文献６には、発光ダイオードの発光部に量子井戸構造を適用することが開示されている。しかしながら、量子井戸構造の適用によって得られる量子効果は、発光波長を短波長化させるため、長波長化の技術には適用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３７６４８号公報
【特許文献２】特開２００２−２７８３１号公報
【特許文献３】特開２００４−２２１０４２号公報
【特許文献４】特許第３２３０６３８号公報
【特許文献５】特開２０００−１５１０２４号公報
【特許文献６】特許第３３７３５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年の研究により、植物育成用の照明は、光を照射後、光合成の反応時間中に消灯することによって省エネルギー化が可能であることが確認された。そこで、点灯方法については、高速パルス方式を利用して使用電力を削減することも検討されている。つまり、応答速度の速い発光ダイオードが必要とされている。
特に、高圧回路等において、電気信号伝達に用いられる高速カプラー用途の発光ダイオードにおいては、３５ｎｓ以下の応答速度が望まれる。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、応答速度の速い発光ダイオード及び発光ダイオードランプ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】
【０００９】
すなわち、本発明は以下に関する。
（１） ｎ（≧１）層の歪発光層、及び（ｎ−１）層のバリア層よりなる発光層を有するｐｎ接合型の発光部を備え、前記発光層は、１層の歪発光層と、１層のバリア層とが交互に積層された構成とされており、前記ｎを１〜７とし、かつ前記発光層の厚さを２５０ｎｍ以下にしたことを特徴とする発光ダイオード。
（２） 前記歪発光層の組成式は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）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）項記載の発光ダイオード。
【００１０】
（４） 前記発光部と、該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有することを特徴とする前項（１）ないし（３）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（５） 前記化合物半導体層は、光取り出し面を有し、前記光取り出し面の反対側に位置する前記化合物半導体層の面に接合される機能性基板を設けたことを特徴とする前項（４）記載の発光ダイオード。
（６） 前記機能性基板は、光透過性基板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。
（７） 前記機能性基板の材質は、ＧａＰであることを特徴とする前項（５）または（６）に記載の発光ダイオード。
【００１１】
（８） 前記化合物半導体層の前記光取り出し面側に設けられた第１及び第２の電極と、前記機能性基板の裏面に設けられた接続用の第３の電極と、をさらに備えたことを特徴とする前項（５）ないし（７）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（９） 前記化合物半導体層と前記機能性基板とが反射構造体を介して接合されていることを特徴とする前項（５）に記載の発光ダイオード。
（１０） 前記機能性基板の材質は、金属であることを特徴とする前項（５）または前項（９）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１１） 前記機能性基板の材質は、ＧａＰ、Ｓｉ、Ｇｅのいずれかであることを特徴とする前項（５）または前項（９）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１２） 前記化合物半導体層の前記光取り出し面側に設けられた第１の電極と、前記化合物半導体層と反射構造体の間に設けられた第2の電極と、を備えたことを特徴とする前項（５）、前項（９）から前項（１１）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１３） 前記歪発光層の厚さが、８〜３０ｎｍの範囲内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） 前記歪調整層は、前記発光部が発光した際の光を透過可能であると共に、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することを特徴とする前項（４）ないし（１３）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１５） 前記バリア層の組成式は、（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（１４）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１６） 前記発光部は、前記歪発光層の上下面のうち、少なくとも一方の面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（１５）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【００１２】
（１７） 前記歪調整層の組成式は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）であることを特徴とする前項（４）ないし（１６）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１８） 前記歪調整層の組成式は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ１−ＹＰＹ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）であることを特徴とする前項（４）ないし（１７）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１９） 前記歪調整層の材質は、ＧａＰであることを特徴とする前項（４）ないし（１８）のうち、いずれか１項記発光ダイオード。
（２０） 前記歪調整層の厚さは、０．５〜２０μｍの範囲内であることを特徴とする前項（４）ないし（１９）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【００１３】
（２１） 前記機能性基板の側面は、前記化合物半導体層に近い側において前記光取り出し面に対して略垂直である垂直面と、前記化合物半導体層に遠い側において前記光取り出し面に対して内側に傾斜し、かつ該垂直面と一体に構成された傾斜面と、を有することを特徴とする前項（５）ないし（２０）のうち、いずれか１項に記載の発光ダイオード。
（２２） 前記歪発光層の発光波長７００ｎｍにおける発光強度が、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（１）ないし（２１）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（２３） 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（５）ないし（２２）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【００１４】
（２４） 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（２３）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（２５） 前記発光スペクトルの半値幅は、１０〜４０ｎｍの範囲内であることを特徴とする前項（２４）に記載の発光ダイオード。
【００１５】
（２６） 前記発光部の応答速度が、３５ｎｓ以下であることを特徴とする前項（１）ないし（２５）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（２７） 表面に電極端子が形成されたマウント基板と、前項（１）ないし（２６）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。
（２８）前記発光ダイオードに設けられた前記第１又は第２の電極と、前記機能性基板に設けられた前記第３の電極とを略同電位に接続したことを特徴とする前項（２７）に記載の発光ダイオードランプ。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一観点によれば、ｎ（≧１）層の歪発光層、及び（ｎ−１）層のバリア層よりなる発光層を有するｐｎ接合型の発光部を備え、発光層を、１層の歪発光層と、１層のバリア層とが交互に積層された構成とし、ｎを１〜７とし、かつ発光層の厚さを２５０ｎｍ以下にすることにより、歪発光層及びバリア層の総数を少なくすることが可能になると共に、歪発光層及びバリア層により構成される発光層の厚さを薄くすることが可能となるので、応答速度が３５ｎｓ以下の発光ダイオードを実現できる。
【００１７】
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。
【００１８】
また、光取り出し面の反対側に位置する化合物半導体層の面に、反射構造体を介して接合される機能性基板として、例えば、熱伝導率の良い基板を用いることで、発光部が発光した際の熱を、機能性基板を介して、発光ダイオードの外部に効率良く放出することができる。このような機能性基板を備えた発光ダイオードは、特に、発熱が問題となる植物育成用の照明として用いる場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第1の実施形態である発光ダイオードを備えた発光ダイオードランプの平面図である。
【図２】図１中に示す発光ダイオードランプのＡ−Ａ’線に沿った断面模式図である。
【図３】図１に示す発光ダイオードの平面図である。
【図４】図３に示す発光ダイオードのＢ−Ｂ’線に沿った断面模式図である。
【図５】図４に示す発光層の構成を説明するための拡大断面図である。
【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】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの一例を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図であり、図９（ａ）は、第１及び第２の金属層を対向配置させた状態を示す図であり、図９（ｂ）は、第１及び第２の金属層が圧着され、第１及び第２の金属層よりなる機能性基板が形成された状態を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る発光ダイオードの一例を示す断面図であり、図１６（ａ）は、第３の実施形態の発光ダイオードの平面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオード、及びこれを備えた発光ダイオードランプについて、図面を参照して詳細に説明する。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の発光ダイオード及び発光ダイオードランプと同じであるとは限らない。
【００２１】
＜発光ダイオードランプ＞
図１は、本発明の一実施形態である発光ダイオードを備えた発光ダイオードランプの平面図であり、図２は、図１中に示す発光ダイオードランプのＡ−Ａ’線に沿った断面模式図である。
【００２２】
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を備え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つ以上の発光ダイオード１が実装された構成とされている。
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。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は、金線４５を介して、マウント基板４２のｎ電極端子４３と電気的に接続されている。つまり、ｎ型オーミック電極４とｎ電極端子４３とは、ワイヤボンディング接続されている。
【００２３】
また、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は、金線４６を介して、マウント基板４２のｐ電極端子４４と電気的に接続されている。
さらに、図２に示すように、ｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５が設けられた面とは反対側に位置する発光ダイオード１の面には、第３の電極６が設けられている。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、発光ダイオード１はマウント基板４２に固定される。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。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、一般的なエポキシ樹脂４７によって封止されている。
【００２４】
＜発光ダイオード（第1の実施形態）＞
図３は、図１に示す発光ダイオードの平面図であり、図４は、図３に示す発光ダイオードのＢ−Ｂ’線に沿った断面模式図である。
図３及び図４に示すように、本実施形態の発光ダイオード１は、化合物半導体層２と機能性基板３とが接合された構成とされている。そして、発光ダイオード１は、主たる光取り出し面に設けられたｎ型オーミック電極４（第１の電極）及びｐ型オーミック電極５（第２の電極）と、機能性基板３の化合物半導体層２との接合面とは反対側に設けられた第３の電極６とを備える。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のことである。
【００２５】
化合物半導体層２（「エピタキシャル成長層」ともいう）は、図４に示すように、ｐｎ接合型の発光部７と、歪調整層８とが順次積層された構造を有する。
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等の公知の層を設けることができる。なお、化合物半導体層２としては、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長させて形成されたものが好ましい。
【００２６】
図４に示すように、発光部７は、歪調整層８上に、少なくともｐ型の下部クラッド層９と、発光層１０と、ｎ型の上部クラッド層１１と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１０に「閉じ込める」ために、発光層１０の下側及び上側に対峙して配置した下部クラッド（ｃｌａｄ）層９及び上部クラッド層１１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。
【００２７】
図５に示すように、発光層１０は、歪発光層１２と、バリア層とが交互に積層された積層構造を有すると共に、その両端に歪発光層１２が配置された構成とされている。
【００２８】
歪発光層１２は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）の組成を有している。上記Ｘは、０．１以下であることが好ましく、０であることがより好ましい。また、上記Ｙは、０．３７〜０．４６の範囲が好ましく、０．３９〜０．４５の範囲がより好ましい。
歪発光層１２の組成を上記範囲内に規定することにより、発光波長を６５５〜６７５ｎｍの範囲とすることできる。しかしながら、この場合、歪発光層１２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。
【００２９】
歪発光層１２の層厚（１層の厚さ）は、８〜３０ｎｍの範囲が好適である。ここで、歪発光層１２の層厚が約６ｎｍ未満の薄膜である場合では、井戸構造の量子効果により発光波長が短くなり、所望の６５５ｎｍ以上が得られなくなる。
したがって、歪発光層１２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１２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。
【００３０】
バリア層１３は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）の組成を有している。上記Ｘは、０．３〜０．７の範囲が好ましく、０．４〜０．６の範囲がより好ましい。また、上記Ｙ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、バリア層１３の格子定数は、ＧａＡｓ基板と同等または、小さくすることができる。
【００３１】
バリア層１３の層厚（１層の厚さ）は、歪発光層１２の層厚よりも厚いことが好ましい。これにより、歪発光層１２の発光効率を高くすることができる。また、バリア層１３によって発光効率を最適化すると共に歪発光層１２に発生した歪を緩和する必要がある。
したがって、バリア層１３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１３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、ブラッグ反射など、光学的な影響がでる。
したがって、バリア層１３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１２の層厚が薄く、バリア層１３の層厚が厚いほうが、歪発光層１２の歪をバリア層１３によって吸収する効果が得られると共に、歪発光層１２に結晶欠陥が発生しにくいという効果が得られる。
【００３２】
歪発光層１２とバリア層１３とが積層された発光層１０において、歪発光層１２の数（積層数であるｎ（≧１））は、１〜７層にするとよい。この場合、バリア層１３の数（積層数である（ｎ−１））は、０〜６層（歪発光層１２の積層数ｎよりも１つ少ない数）となる。
【００３３】
歪発光層１２とバリア層１３の数を減らすとＰＮ接合の接合容量（キャパシタンス）は、大きくなる。これは、後述の様に歪発光層１２とバリア層１３はアンドープ、または低いキャリア濃度とされるのでｐｎ接合において空乏層として機能し、空乏層が薄いほどキャパシタンスが大きくなることに起因する。
一般に応答速度を早くするためにはキャパシタンスが小さい方が望ましいが、本発明の構造では、歪発光層１２とバリア層１３の数を少なくすることにより、キャパシタンスが大きくなるにも関わらず応答速度が早くなる効果が見出された。
これは、歪発光層１２とバリア層１３の数を少なくすることによる注入キャリアの再結合速度が速くなる効果がより大きいためであると推定される。
【００３４】
なお、歪発光層１２の積層数ｎを１層にした場合、使用電流により高電流側でのキャリアオーバーフローが発生し高電流側で発光効率が低下してしまう。また、歪発光層１２の積層数ｎを８層よりも多くすると、所要の応答速度（具体的には、３５ｎｓ以下の応答速度）を満たさなくなる。
【００３５】
また、発光層１０を構成する歪発光層１２の積層数ｎは、２〜５層にするとなおよい。この場合、バリア層１３の積層数（ｎ−１）は、１〜４層（歪発光層１２の積層数よりも１つ少ない数）となる。
また、１〜７層の歪発光層１２、及びこれに対応する数のバリア層１３を備えた発光層１０の厚さは、２５０nm以下にする。
【００３６】
このように、ｎ（≧１）層の歪発光層１２、及び（ｎ−１）層のバリア層１３よりなる発光層１０を、１層の歪発光層１２と、１層のバリア層１３とが交互に積層された構成とし、ｎを１〜７とし、かつ発光層１０の厚さを２５０ｎｍ以下にすることにより、歪発光層１２及びバリア層１３の積層数を少なくして、歪発光層１２及びバリア層１３により構成された発光層１０の厚さを薄くすることが可能となるので、応答速度が３５ｎｓ以下の発光ダイオード１（言い換えれば、応答速度の速い発光ダイオード）を実現できる。
このような、応答速度の速い発光ダイオード１は、植物育成用の発光ダイオード、高圧回路等において、電気信号伝達に用いられる高速カプラー用の発光ダイオードとして使用できる。
【００３７】
発光層１０の導電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、または３×１０１７ｃｍ−３未満のキャリア濃度とすることが望ましい。
発光層１０は、組成式が（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）とされた歪発光層１２を備えることにより、発光スペクトルのピーク発光波長を６５５〜６７５ｎｍの範囲内に設定することができ、ピーク発光波長を６６０〜６７０ｎｍの範囲内に設定することが好ましい。
【００３８】
６５５〜６７５ｎｍの範囲の発光波長は、植物育成（光合成）用の光源に適した発光波長の１つであり、光合成に対して反応効率が高いために望ましい。
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。
【００３９】
したがって、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以上の長波長領域の光を含まない赤色光源が最も好ましい。
また、該好ましい赤色光源にする為には、半値幅は、狭い必要がある。一方、波長バラツキの大きくなる可能性がある量子化条件に近いと半値幅が狭くなる為、結果的に発光スペクトルの半値幅が、１０〜４０ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００４０】
さらに、発光波長７００ｎｍにおける発光スペクトルの発光強度が、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。
このような特性の発光層１０を備えた発光ダイオード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１０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。
【００４１】
図４に示すように、下部クラッド層９及び上部クラッド層１１は、発光層１０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１０の下面に下部クラッド層９が設けられ、発光層１０の上面に上部クラッド層１１が設けられている。
【００４２】
下部クラッド層９及び上部クラッド層１１の材質としては、発光層１０（具体的には、歪発光層１２）よりもバンドギャップの大きい材質が好ましく、バリア層１３よりもバンドギャップが大きい材質がより好ましい。
【００４３】
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。
【００４４】
下部クラッド層９と上部クラッド層１１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１１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１０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１１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。
【００４５】
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（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．３≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）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０．５〜５μｍの範囲が好ましい。
【００４６】
一方、上部クラッド層１１としては、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．３≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）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、上部クラッド層１１の厚さは０．５〜２μｍ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１１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。
【００４７】
また、下部クラッド層９と発光層１０との間、発光層１０と上部クラッド層１１との間、及び上部クラッド層１１と歪調整層８との間に、両層間におけるバンド（ｂａｎｄ）不連続性を緩やかに変化させるための中間層を設けても良い。この場合、各中間層は、上記両層の中間の禁止帯幅を有する半導体材料からそれぞれ構成することが好ましい。
【００４８】
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を設けることができる。
【００４９】
図４に示すように、歪調整層８は、発光部７の下方に設けられている。この歪調整層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、歪発光層１２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、歪調整層８は、発光部７（具体的には、発光層１０）からの発光波長（光）を透過させることが可能な構成とされている。さらに、歪調整層８は、歪発光層１２及びバリア層１３の格子定数よりも小さい格子定数を有している。
【００５０】
また、歪調整層８は、化合物半導体層２の形成（エピタキシャル成長による形成）に用いたＧａＡｓ基板の格子定数よりも小さい格子定数を有している。より具体的には、後述する組成から得られる歪調整層８の格子定数をＡ、バリア層１３の格子定数をＢ、歪発光層１２の格子定数をＣとした場合に、Ａ＜Ｂ＜Ｃとなる関係を有する。
【００５１】
歪調整層８としては、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）の組成を有する材料を適用することができる。上記Ｘは、化合物半導体層２の素子構造にもよるが、Ａｌ濃度が低い材料が化学的に安定であることから、０．５以下であることが好ましく、０であることがより好ましい。また、上記Ｙの下限値は、０．６以上であることが好ましい。
【００５２】
ここで、発光層１０（歪発光層１２）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８の歪調整効果が小さくなる。このため、歪調整層８の層厚を厚くする必要が生じ、歪調整層８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。
【００５３】
また、歪調整層８としては、発光波長の光を透過させることが可能なＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ１−ＹＰＹ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）の組成を有するＩＩＩ−Ｖ属半導体材料を用いてもよい。
上記組成を有する歪調整層８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、発光波長に対する透明度は、上記Ｘ及びＹの値の双方に関連する為、透明な材料となるようにＸ及びＹの値を選択すれば良い。
【００５４】
さらに、歪調整層８の材質として、ＧａＰ、好ましくは、例えば、Ｍｇドープしたｐ型のＧａＰを用いることが好ましい。このＧａＰは、組成の調整が不要であると共に歪調整効果が大きいため、生産性及び安定性の面からも歪調整層８の材料として最も適している。
【００５５】
歪調整層８は、化合物半導体層２をエピタキシャル成長させる際に用いた基板であるＧａＡｓ基板の格子定数よりも小さい格子定数を有しているため、歪発光層１２が包含する歪量のばらつきを緩和する機能を備えている。
このため、歪調整層８を設けることにより、発光波長などの特性の均一化、クラック発生等の結晶欠陥の発生防止の効果がある。
【００５６】
ここで、歪調整層８の層厚は、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。歪調整層８の層厚が０．５μｍ未満であると、歪発光層１２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るため、製造コストが増加するために好ましくない。
【００５７】
このように、歪調整層８の組成を制御することにより、化合物半導体層２の反りを低減することが可能となるため、面内波長分布の小さい発光ダイオード１の作製が可能である。
さらに、本実施形態のように、機能性基板３と化合物半導体層２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２の反りが大きい場合は割れなどの問題が生じるため、化合物半導体層２の反りを小さくすることが望ましい。
【００５８】
例えば、歪発光層１２の層厚は３０ｎｍ以下の薄膜が望ましいが、薄い膜であるために層厚を均一に制御することは困難である。そして、層厚と導入される歪量とには相関があるため、歪発光層１２の層厚がばらつくことによって導入される歪量もばらつき、結果として歪発光層１２の発光波長がばらつくこととなる。
【００５９】
そこで、化合物半導体層２を形成する際に、＋（プラス）歪を有する歪発光層１２を含む発光部７の上方（図４では、発光部７の下方となる）に歪調整層８を設けることにより、この歪調整層８の有する−（マイナス）歪が、歪発光層の層厚のばらつきによって＋側に大きくずれた歪を−側に引き寄せて、歪発光層１２の歪量のばらつきを小さくする作用があることを見出した。この歪調整層８の効果は、歪発光層１２の歪量のばらつきの原因が歪発光層１２の組成のばらつきの場合であっても同様である。
【００６０】
ところで、歪調整層８のない従来の発光ダイオードでは、発光波長等の特性のばらつきが大きいため、要求された品質を満足することができなかった。これに対し、本実施形態の発光ダイオード１では、発光部７の下方に歪調整層８を設けた素子構造としている。
これにより、長波長化を行うために必要な歪発光層１２の歪量が発光層１０内において均一化されて、発光波長及び出力の特性のばらつきが小さくなる。また、化合物半導体層２の表面状態も改善される。
【００６１】
図４に示すように、機能性基板３は、化合物半導体層２を構成する歪調整層８側に接合されている。この機能性基板３は、光透過性基板であり、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る禁止帯幅が広く、発光層１０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。
【００６２】
例えば、燐化ガリウム（ＧａＰ）、砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶体、硫化亜鉛（ＺｎＳ）やセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶体、或いは六方晶或いは立方晶の炭化珪素（ＳｉＣ）等のＩＶ族半導体結晶体、ガラス、サファイアなど絶縁基板から構成することができる。
【００６３】
一方、接合面に反射率の高い表面を有する機能性基板も選択できる。例えば、表面に銀、金、銅、アルミニウムなどである金属基板または合金基板や、半導体に金属ミラー構造を形成した複合基板なども選択できる。接合による歪の影響がない歪調整層と同じ材質から選択することが、最も望ましい。
【００６４】
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ｎ型ＧａＰ基板から構成するのが最適である。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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の歪調整層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側から歪調整層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。
【００６９】
ｎ型オーミック電極４及び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、露出させた歪調整層８の表面にＡｕＢｅ／Ａｕからなる合金を用いることができる。
【００７０】
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、歪調整層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からなる歪調整層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。
【００７１】
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。
【００７２】
また、図３に示すように、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を得ることができる。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るため、その結果として作動電圧が低下する。
【００７３】
また、図３に示すように、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、ハニカムや格子形状等のような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可能となるので、その結果、信頼性を向上させることができる。
【００７４】
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。
【００７５】
図４に示すように、第３の電極６は、機能性基板３の底面に設けられており、高輝度化、導通性、実装工程の安定化を向上させる機能を有している。第３の電極６の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、反射率が高い銀（Ａｇ）ペーストを用いることができる。
また、第３の電極６には、例えば、反射層、バリア層、接続層よりなる積層構造を用いることができる。上記反射層としては、反射率の高い金属、例えば、銀、金、アルミニウム、白金およびこれらの金属の合金を用いることができる。
【００７６】
また、機能性基板３と反射層との間に、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の透明導電膜からなる酸化膜を設けることができる。また、バリア層としては、例えば、タングステン、モリブデン、チタン、白金、クロム、タンタル等の高融点金属を用いることができる。また、接続層としては、例えば、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ，ＡｕＳｉ等の低融点の共晶金属を用いることができる。
【００７７】
また、第３の電極６は、オーミック電極であってもショットキー電極であっても良いが、第３の電極６が機能性基板３の底面にオーミック電極を形成すると、発光層１０からの光を吸収してしまうため、ショットキー電極であることが好ましい。
第３の電極６の厚さは、特に限定されるものではないが、０．２〜５μｍの範囲が好ましく、１〜３μｍの範囲がより好ましく、１．５〜２．５μｍの範囲が特に好ましい。
【００７８】
ここで、第３の電極６の厚さが０．２μｍ未満であると高度な膜厚制御技術が必要であるために好ましくない。また、第３の電極６の厚さが５μｍを超えるとパターン形成しにくくなり、高コストとなるため、好ましくない。一方、第３の電極６の厚さが上記範囲内であると、品質の安定性とコストの両立が可能である。
【００７９】
＜発光ダイオードの製造方法＞
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模式図であり、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模式図である。
次に、図６及び図７を参照して、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。
【００８０】
（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（図示せず）、Ｓｉをドープしたｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなるコンタクト層１６、ｎ型の上部クラッド層１１、発光層１０、ｐ型の下部クラッド層９、及びＭｇドープしたｐ型ＧａＰからなる歪調整層８を順次積層して作製する。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
ＧａＡｓ基板１４の導電型は、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。
【００８４】
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、ＧａＡｓ基板１４の直径が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、ＧａＡｓ基板１４の直径が５０ｍｍの場合は、２００〜４００μｍの厚さが望ましく、ＧａＡｓ基板１４の直径が直径１００ｍｍの場合は、３５０〜６００μｍの厚さが望ましい。
【００８５】
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、歪発光層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。
【００８６】
緩衝層１５（ｂｕｆｆｅｒ）は、半導体基板１７と発光部７の構成層との格子ミスマッチの緩和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。
【００８７】
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、歪発光層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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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、及び温度条件は、適宜選択することができる。
【００９３】
このようにして製造した化合物半導体層２は、歪発光層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。
【００９４】
（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を構成する歪調整層８の表面を研磨して、鏡面加工する。
次に、この歪調整層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、歪調整層８に接合させる以前に鏡面に研磨する。
【００９５】
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）。
【００９６】
（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技術及びエッチング技術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。
【００９７】
次に、コンタクト層１６、上部クラッド層１１、発光層１０、及び下部クラッド層９を選択的に除去して歪調整層８を露出させ、この露出した歪調整層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。
【００９８】
（第３の電極の形成工程）
次に、機能性基板３の化合物半導体層２との接合面と反対側に第３の電極６を形成する。第３の電極６として銀ペーストを用いる場合は、機能性基板の表面に銀ペーストを塗布する。
また、第３の電極として発光層を用いる場合、具体的には、例えば、機能性基板３の表面に、スパッタ法により、透明導電膜であるＩＴＯ膜（厚さ０．１μｍ）、銀合金膜（厚さ０．１μｍ）を成膜して反射層を形成する。
【００９９】
次に、この反射層の上にバリア層として、例えば、タングステン（厚さ０．１μｍ）を成膜する。次に、このバリア層の上に、Ａｕ膜（厚さ０．５ｕｍ）、ＡｕＳｎ膜（共晶：融点２８３℃）を厚さ１μｍ、厚さ０．１μｍのＡｕ膜を順次成膜して接続層を形成する。
そして、通常のフォトリソグラフィー法により、任意の形状にパターニングして第３の電極６を形成した。なお、機能性基板３と第３の電極６とは、光吸収の少ないショットキー接触である。
【０１００】
（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。
【０１０１】
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、レーザー加工等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。
【０１０２】
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、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。
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、垂直面３ａからの光取り出し効率が上がり、高輝度化達成することができる。
【０１０３】
最後に、ダイシングによる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。
【０１０４】
＜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。
【０１０５】
次に、第３の電極６を構成する接続層１５とマウント基板４２の表面に設けられたｎ電極端子４３とを共晶金属接合（共晶金属ダイボンド）する。
これにより、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（ワイヤボンディング接続）する。
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。
【０１０６】
上記構成を有する発光ダイオードランプ４１に対して、ｎ電極端子４３及びｐ電極端子４４に電圧を付加した場合について説明する。
先ず、発光ダイオードランプ４１に順方向の電圧が印加された場合について説明する。
順方向の電圧が印加された場合に順方向電流は、先ず、陽極に接続されたｐ型電極端子４４から金線４６を経てｐ型オーミック電極５へと流通する。次に、ｐ型オーミック電極５から歪調整層８、下部クラッド層９、発光層１０、上部クラッド層１１、ｎ型オーミック電極４へと順次流通する。
【０１０７】
次に、ｎ型オーミック電極４から金線４５を経て陰極に接続されたｎ型電極端子４３に流通する。なお、発光ダイオード１には高抵抗層が設けられているため、順方向電流は、歪調整層８からｎ型ＧａＰ基板からなる機能性基板３へと流通しない。
このように、順方向電流が流れる際に、発光層１０は発光する。また、発光層１０から発光した光は、主たる光取り出し面から放出される。一方、発光層１０から機能性基板３側へと放出された光は、機能性基板３の形状及び第３の電極６によって反射されるため、主たる光取り出し面から放出される。
したがって、発光ダイオードランプ４１（発光ダイオード１）の高輝度化を達成することができる（図２及び図４参照。）。
【０１０８】
また、発光ダイオードランプ４１の発光スペクトルは、発光層１０を構成する歪発光層１２の組成が調整されているため、ピーク発光波長が６５５〜６７５ｎｍの範囲となる。
また、歪調整層８によって歪発光層１２の発光層１０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。また、発光波長７００ｎｍにおける発光強度が、ピーク発光波長における発光強度の１０％未満となる。
したがって、発光ダイオード１を用いて作製した発光ダイオードランプ４１は、植物育成の光合成の促進に使用する照明として好適に用いることができる。
【０１０９】
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、ｎ（≧１）層の歪発光層１２、及び（ｎ−１）層のバリア層１３よりなる発光層１０を、１層の歪発光層１２と、１層のバリア層１３とが交互に積層された構成とし、ｎを１〜７とし、かつ発光層１０の厚さを２５０ｎｍ以下にすることにより、歪発光層１２及びバリア層１３の積層数を少なくして、歪発光層１２及びバリア層１３により構成された発光層１０の厚さを薄くすることが可能となるので、応答速度が３５ｎｓ以下の発光ダイオード１（言い換えれば、応答速度の速い発光ダイオード）を実現できる。
このような、応答速度の速い発光ダイオード１は、植物育成用の発光ダイオード、高圧回路等において、電気信号伝達に用いられる高速カプラー用の発光ダイオードとして使用できる。
【０１１０】
また、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）からなる歪発光層１２を備えることにより、６５５ｎｍ以上の発光波長を有する発光ダイオード１を構成することができる。
【０１１１】
また、本実施形態の発光ダイオード１には、発光部７上に歪調整層８が設けられている。この歪調整層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。
さらに、この歪調整層８は、ＧａＡｓ基板１４の格子定数よりも小さい格子定数を有しているため、この半導体化合物層２の反りの発生を抑制することができる。これにより、歪発光層１２の歪量の発光層１０内でのばらつきが低減されるため、単色性に優れた発光ダイオード１とすることができる。
【０１１２】
したがって、本実施形態の発光ダイオード１によれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有し、単色性に優れると共に、高出力・高効率であって、かつ応答速度が速い（具体的には、３５ｎｓ以下）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１を提供できる。
【０１１３】
また、本実施形態の発光ダイオードランプ４１によれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有し、単色性に優れると共に、高出力・高効率であって応答速度が速い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。
【０１１４】
＜発光ダイオード（第２の実施形態）＞
図８は、第２の実施形態に係る発光ダイオードの断面模式図である。
本実施形態の発光ダイオード５１は、発光層１０を含む発光部７と歪調整層８とを少なくとも含む化合物半導体層２と、機能性基板５５とが、反射構造体５４を介して接合された構成とされている。また、発光部７の反射構造体５４と反対側の面７ａにはコンタクト層５２ｂを介して第１の電極５６が備えられ、歪調整層８の反射構造体５４側の面８ｂには第２の電極５８が備えられている。
【０１１５】
化合物半導体層２の構成は、上述した第１の実施形態に係る発光ダイオードと同様な構成とすることができる。
【０１１６】
以下、第１の実施形態に係る発光ダイオードと異なる構成について特に詳細に説明する。
＜第１の電極、第２の電極＞
第１の電極５６及び第２の電極５８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７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。
【０１１７】
第１の電極５６の材料としては、コンタクト層５２ｂとしてｎ型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、ＡｕＧｅ層、ＡｕＳｉ層等を用いることができ、コンタクト層５２ｂとしてｐ型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、ＡｕＢｅ層、ＡｕＺｎ層等を用いることができる。
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。
【０１１８】
第２の電極５８の材料としては、歪調整層８としてｎ型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、ＡｕＧｅ層、ＡｕＳｉ層等を用いることができ、歪調整層８としてｐ型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、ＡｕＢｅ層、ＡｕＺｎ層等を用いることができる。
【０１１９】
＜反射構造体＞
図８を参照するに、反射構造体５４は、第２の電極５８を覆うように、発光部７の反射構造体５４側の面７ｂに形成されている。反射構造体５４は、透明導電膜６４と、反射層６５とが順次積層された構成とされている。
【０１２０】
透明導電膜６４は、第２の電極５８を覆うように、歪調整層８の面８ｂ（第２の電極５８が形成された歪調整層８の面）に形成されている。透明導電膜６４としては、例えば、ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜等を用いることができる。
また、透明導電膜６４の代わりに、或いは、透明導電膜６４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６５に組み合わせてもよい。
【０１２１】
図８を参照するに、反射層６５は、透明導電膜６４に積層されている。反射層６５は、銅、銀、金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金等の材料により構成されている。これらの材料は光反射率が高く、反射構造体５４からの光反射率を９０％以上とすることができる。
このような反射層６５を設けることにより、発光層１０からの光を反射層６５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５１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２の光取り出し面２ａ（本実施形態の場合、発光部７の面７ａ）との成す角度が９０°となる方向で、かつ発光ダイオード５１から離間する方向のことをいう。なお、反射構造体５４は、透明導電膜６４を設けることなく、反射層６５だけで構成してもよい。
【０１２２】
具体的には、反射層６５としては、例えば、透明導電膜６４側からＡｇ合金層／Ｗ層／Ｐｔ層／Ａｕ層／接続用金属層よりなる積層膜を用いることができる。透明導電膜６４と接触する面とは反対側に位置する反射層６５の面１５ｂに形成された前記接続用金属としては、電気抵抗が低く、低温で溶融する金属を用いるとよい。このような接続用金属を用いることにより、発光部７に熱ストレスを与えることなく、機能性基板５５を接続できる。
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５５に含まれる不純物等が反射層６５側に拡散して、反応することを抑制できる。
【０１２３】
＜機能性基板（金属基板）＞
図８を参照するに、機能性基板５５は、反射構造体５４を介して、化合物半導体層２の面２ｂ（具体的には、歪調整層８の面８ｂ）に貼り付けられている。具体的には、発光部７と対向する反射構造体５４の面とは反対側に位置する反射構造体５４の面６５ｂに、機能性基板５５の接合面５５ａが接合されている。
【０１２４】
第２の実施形態では、機能性基板５５として金属基板を用いる。つまり、第２の実施形態では、反射構造体５４を介して、化合物半導体層２の面２ｂ（具体的には、歪調整層８の面８ｂ）に、金属基板が貼り付けられている。以下、機能性基板５５として金属基板を用いた場合を例に挙げて説明する。
【０１２５】
機能性基板５５は、複数の金属層からなるものを用いることができる。さらに、機能性基板５５は、２種類の金属層を交互に積層して構成することが好ましい。また、上記２種類の金属層の合計の層数は、奇数とすることが好ましい。
【０１２６】
この場合、機能性基板５５の反りや割れの観点から、第２の金属層６２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場合、第１の金属層６１を化合物半導体層２より熱膨張係数が大きい材料で構成することが好ましい。
これにより、機能性基板５５全体としての熱膨張係数が化合物半導体層２の熱膨張係数に近くなるため、化合物半導体層２と機能性基板５５とを接合する際の機能性基板５５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５１の歩留まりを向上できる。
【０１２７】
また、第２の金属層６２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場合、第１の金属層６１を化合物半導体層２より熱膨張係数が小さい材料で構成することが好ましい。
これにより、機能性基板５５全体としての熱膨張係数が、化合物半導体層２の熱膨張係数に近くなるため、化合物半導体層２と機能性基板５５とを接合する際の機能性基板５５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５１の歩留まりを向上できる。
【０１２８】
以上説明したように、機能性基板５５を構成する第１及び第２の金属層６１，６２の位置は、入れ替えることが可能である。つまり、図１では、２つの第１の金属層６１が１つの第２の金属層を挟み込むことで機能性基板５５を構成しているが、２つの第２の金属層６２により１つの第１の金属層６１を挟みこむことで機能性基板５５（金属基板）を構成してもよい。
【０１２９】
第１及び第２の金属層６１，６２よりなる機能性基板５５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）、及びこれらの合金のうち、いずれかの材料よりなる金属層と、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）、及びこれらの合金のうち、いずれかの材料よりなる金属層との組み合わせで構成できる。
【０１３０】
機能性基板５５（金属基板）の好適な例としては、Ｃｕ層／Ｍｏ層／Ｃｕ層の３層よりなる金属基板が挙げられる。先に説明したように、Ｍｏ層／Ｃｕ層／Ｍｏ層の３層よりなる金属基板でも、Ｃｕ層／Ｍｏ層／Ｃｕ層の３層よりなる金属基板と同様な効果を得ることが可能である。
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。
【０１３１】
機能性基板５５全体としての熱膨張係数は、例えば、機能性基板５５としてＣｕ層（３０μｍ）／Ｍｏ層（２５μｍ）／Ｃｕ層（３０μｍ）よりなる金属基板を用いた場合、６．１ｐｐｍ／Ｋとなる。また、機能性基板５５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、例えば、機能性基板５５全体としての熱膨張係数は５．７ｐｐｍ／Ｋとなる。
【０１３２】
また、放熱の観点からは、機能性基板５５を構成する金属層は熱伝導率が高い材料よりなることが好ましい。このような材料を用いることにより、機能性基板５５の放熱性を高くすることが可能となり、発光ダイオード５１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５１の寿命を長寿命とすることができる。
【０１３３】
上記熱伝導率が高い材料としては、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）、及びこれらの合金等を用いることが好ましい。
【０１３４】
さらに、機能性基板５５を構成する金属層の熱膨張係数が、化合物半導体層２の熱膨張係数と略等しい材料よりなることが好ましい。
特に、機能性基板５５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２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５５と化合物半導体層２との接合時に発生する発光部７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５５と化合物半導体層２と接続させた際の熱による機能性基板５５の割れが抑制されるので、発光ダイオード５１の歩留まりを向上できる。
【０１３５】
機能性基板５５としてＣｕ層（３０μｍ）／Ｍｏ層（２５μｍ）／Ｃｕ層（３０μｍ）よりなる金属基板を用いた場合、機能性基板５５の熱伝導率は２５０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
また、機能性基板５５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５５の熱伝導率は２２０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
【０１３６】
金属基板よりなる機能性基板５５の厚さは、５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが好ましい。
機能性基板５５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５５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。
【０１３７】
１枚の機能性基板５５を構成する第１の金属層６１及び第２の金属層６２の層数は、合わせて３〜９層とすることが好ましく、３〜５層とすることがより好ましい。
第１の金属層６１と第２の金属層６２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５５の割れが発生するおそれが発生する。逆に、第１の金属層６１と第２の金属層６２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６１と第２の金属層６２の層の厚さをそれぞれ薄くする必要が生じる。
【０１３８】
しかしながら、第１及び第２の金属層６１，６２の厚さを薄く作製することは非常に困難であるため、第１の金属層６１或いは第２の金属層６２の厚さを薄くして、単層の金属基板を形成した場合、各層の厚さが不均一となり、発光ダイオードの特性をばらつかせる虞がある。
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。
【０１３９】
なお、機能性基板５５の接合面５５ａに、電気的接触を安定化させる接合補助膜、または、ダイボンド用の共晶金属を形成してもよい。これにより、接合工程を簡便に行うことができる。前記接合補助膜としては、Ａｕ膜、ＡｕＳｎ膜等を用いることができる。
【０１４０】
なお、発光部７に機能性基板５５を接合する方法は、上記に記載した方法に限られるものではなく、例えば、拡散接合、接着剤、常温接合方法等公知の技術を適用できる。
【０１４１】
第２の実施形態の発光ダイオード５１によれば、ｎ（≧１）層の歪発光層１２、及び（ｎ−１）層のバリア層１３よりなる発光層１０を有するｐｎ接合型の発光部７を備え、発光層１０は、１層の歪発光層と、１層のバリア層とが交互に積層された構成とされており、ｎを１〜７とし、かつ発光層１０の厚さを２５０ｎｍ以下にし、歪発光層の組成式を、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）とすることにより、発光部７から放射される光の発光効率及び応答速度を向上できる。
また、歪発光層１２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５１を実現できる。
また、発光部７上に、発光部７の光を透過させる歪調整層８を設けることにより、歪調整層８により発光部７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５１を実現できる。
【０１４２】
さらに、この歪調整層８は、歪発光層１２及びバリア層１３の格子定数よりも小さい格子定数を有しているため、化合物半導体層２の反りの発生を抑制できる。これにより、歪発光層１２の歪量のばらつきが低減されるため、単色性に優れた発光ダイオード５１を実現できる。
また、化合物半導体層２の光取り出し面２ａとは反対側に位置する化合物半導体層２の面２ｂに、反射構造体５４を設けることにより、化合物半導体層２の光取り出し面２ａから発光ダイオード５１の外部に放射される光のうち、光取り出し面２ａ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５１を実現できる。
また、光取り出し面２ａ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２ａに対して直交する方向において、反射構造体５４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５４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。
【０１４３】
また、例えば、化合物半導体層２の面２ｂに、反射構造体５４を介して接合される機能性基板５５として金属基板を用いることにより、発光部７が発光した際の熱を、機能性基板５５を介して、発光ダイオード５１の外部に効率良く放出することができる。
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６１，６２により機能性基板５５を構成することで、機能性基板５５の放熱性が高くなるため、発光ダイオード５１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５１の寿命を長寿命とすることができる。
また、機能性基板５５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５５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。
【０１４４】
つまり、第１の実施形態の発光ダイオードによれば、６５５ｎｍ以上の赤色光の発光波長を有し、単色性に優れると共に、高出力・高効率であって応答速度が速く、かつ光取り出し面に対して直交する方向における光強度が強く、さらに放熱特性に優れた発光ダイオード５１を実現できる。
【０１４５】
＜発光ダイオード（第２の実施形態）の製造方法＞
次に、第２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２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５５を形成する工程と、半導体基板５３にコンタクト層５２ｂを介して発光層１０を含む発光部７を形成した後、発光部７の半導体基板５３と反対側の面に第２の電極５８を形成する工程と、発光部７の半導体基板と反対側の面に第２の電極５８を介して反射構造体５４を形成する工程と、発光部７に反射構造体５４を介して機能性基板５５を接合する工程と、半導体基板５３、及びコンタクト層５２ｂの一部を除去する工程と、発光部７の機能性基板５５と反対側の面に第１の電極５６を形成する工程と、を有する。
【０１４６】
図９〜図１５は、本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。図９〜図１５において、図８に示す発光ダイオード５１と同一構成部分には、同一符号を付す。
図９〜図１５を参照して、第２の実施形態の発光ダイオード５１の製造方法について説明する。まず、機能性基板５５の製造工程について説明する。
【０１４７】
＜機能性基板の製造工程＞
図９に示すように、機能性基板５５は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である第１及び第２の金属層６１，６２をホットプレスすることで形成する。
【０１４８】
具体的には、まず、２枚の略平板状の第１の金属層６１と、１枚の略平板状の第２の金属層６２を用意する。例えば、第１の金属層６１としては厚さ３０μｍのＣｕ層を用い、第２の金属層６２としては厚さ２５μｍのＭｏ層を用いる。
次に、図９（ａ）に示すように、２枚の第１の金属層６１の間に第２の金属層６２を挿入してこれらを重ねて配置する。
【０１４９】
次に、所定の加圧装置内に、第１及び第２の金属層６１，６２が積み重ねられた積層板を配置して、高温下で、第１の金属層６１と第２の金属層６２に矢印の方向（図９（ａ）参照）に荷重をかけて圧着する。
これにより、図９（ｂ）に示すように、第１の金属層６１がＣｕ層であり、第２の金属層６２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５５を形成する。上記構成とされた機能性基板５５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。
【０１５０】
なお、この後、発光部７（ウェーハ）の接合面の大きさに合わせて切断した後、表面を鏡面加工してもよい。
また、機能性基板５５の接合面５５ａ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。
【０１５１】
＜発光部及び第２の電極形成工程＞
まず、図１０に示すように、半導体基板５３の表面５３ａ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２を形成する。なお、この段階では、化合物半導体層２を構成するコンタクト層５２ｂは、パターニングされていない。
半導体基板５３は、化合物半導体層２を形成するための基板であり、例えば、表面５３ａ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２としてＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層を用いる場合、化合物半導体層２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。
【０１５２】
化合物半導体層２は、半導体基板５３であるＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓよりなる緩衝層５２ａ、Ｓｉをドープしたｎ型のＡｌＧａＩｎＰよりなるコンタクト層５２ｂ、ｎ型の上部クラッド層１１、発光層１０、ｐ型の下部クラッド層９、及びＭｇドープしたｐ型ＧａＰよりなる歪調整層８を順次積層して作製する。
【０１５３】
以上の、ＧａＡｓ基板５３上に化合物半導体層２を作製する工程は、第１の実施形態と同様に行うことができる。
【０１５４】
次に、歪調整層８の半導体基板５３と反対側の面８ｂを、表面から１μｍの深さに至るまで鏡面研磨して、表面の粗さを、例えば、０．１８ｎｍ以内とする。
次に、図１１に示すように、歪調整層８の面８ｂ上に第２の電極５８（オーミック電極）を形成する。第２の電極５８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５８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。
【０１５５】
＜反射構造体形成工程＞
次に、図１２に示すように、歪調整層８の半導体基板５３と反対側の面８ｂ及び第２の電極５８を覆うようにＩＴＯ膜よりなる透明導電膜６４を形成する。次に、４５０℃の熱処理を施して、第２の電極５８と透明導電膜６４との間にオーミックコンタクトを形成する。
【０１５６】
次に、図１３に示すように、透明導電膜６４の化合物半導体層２と反対側の面６４ａに、蒸着法を用いて、反射層６５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６５を形成する。これにより、反射層６５及び透明導電膜６４よりなる反射構造体５４が形成される。
【０１５７】
＜機能性基板接合工程＞
次に、図１４に示すように、反射構造体５４と化合物半導体層２とを形成した半導体基板５３（図１３に示す構造体）と、図９（ｂ）に示す機能性基板５５とを減圧装置（図示せず）内に搬入して、反射構造体５４の接合面５４ａと機能性基板５５の接合面５５ａ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５３と機能性基板５５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５４の接合面４ａと機能性基板５５の接合面５５ａと接合して、接合構造体６８を形成する。
【０１５８】
＜半導体基板及び緩衝層除去工程＞
次に、図１５に示すように、接合構造体６８から、半導体基板５３及び緩衝層５２ａ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１０を有する発光部７が形成される。
【０１５９】
＜第１の電極形成工程＞
次に、真空蒸着法を用いて、コンタクト層５２ｂの反射構造体５４と反対側の面５２ｂｂに、第１の電極５６（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５６を形成する。
その後、第１の電極５６の形状に対応するように、コンタクト層５２ｂをパターニングすることで、図８に示す発光ダイオード５１が製造される。
【０１６０】
なお、電極用導電膜をパターニング後に、例えば、４２０°Ｃで３分間熱処理を行って、第１の電極５６を構成する各金属を合金化することが好ましい。これにより、ｎ型オーミック電極である第１の電極５６を低抵抗化することができる。
【０１６１】
その後、発光ダイオード１を所望の大きさに区画する切断部分の発光部７をエッチングで除去した後、０．８ｍｍピッチでレーザを用いて、前記切断部分の基板と接続層を所望の大きさの発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）に切断する。発光ダイオードの大きさは、例えば、平面視したときに略矩形状の発光部７の対角線の長さを１．１ｍｍとする。その後、発光部７の露出面を粘着シートで保護して、切断面を洗浄する。
【０１６２】
＜発光ダイオード（第３の実施形態）＞
図１６は、本発明の第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１６（ａ）は、第３の実施形態の発光ダイオードの平面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（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１６を参照するに、第３の実施形態の発光ダイオード７１は、第２の実施形態の発光ダイオード５１に設けられた機能性基板５５（金属基板）の替わりに、機能性基板５５（金属基板）とは異なる材料により構成された機能性基板７５を設けると共に、さらに金属層７２，７３を設けた以外は、第２の実施形態の発光ダイオード５１と同様に構成される。
つまり、第３の実施形態の発光ダイオード７１と第２の実施形態の発光ダイオード５１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。
【０１６３】
機能性基板７５は、金属層７２を介して、化合物半導体層２が設けられた反射構造体５４（具体的には、反射層６５）に接合されている。機能性基板７５の材料としては、ＧａＰ、Ｓｉ、Ｇｅのいずれかの材料を用いることができる。
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７５を設けることにより、機能性基板７５を備えていない発光ダイオードと比較して、発光部７が発光した際の熱を、発光ダイオード７１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７５の材料として用いることで、機能性基板７５の耐湿性を向上させることができる。
【０１６４】
金属層７２は、反射構造体５４を構成する反射層６５と機能性基板７５の上面５１ａとの間に設けられている。金属層７２は、反射層６５と機能性基板７５の上面７５ａとを接合するための層である。金属層７２としては、例えば、Ｉｎ層と、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。
金属層７３は、機能性基板７５の下面７５ｂに設けられている。金属層７３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。
【０１６５】
第３の実施形態の発光ダイオードによれば、金属層７２を介して、化合物半導体層２が設けられた反射構造体５４に接合され、かつＧａＰ、Ｓｉ、Ｇｅのいずれかの材料により構成された機能性基板７５を設けることにより、機能性基板７５を備えていない発光ダイオードと比較して、発光部７が発光した際の熱を、発光ダイオード７１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７５の材料として用いることで、機能性基板７５の耐湿性を向上させることができる。
【０１６６】
また、化合物半導体層２の光取り出し面とは反対側に位置する化合物半導体層２の面２ｂに、反射構造体５４を設けることにより、化合物半導体層２の光取り出し面から発光ダイオード７１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（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７１を実現できる。
【０１６７】
また、第３の実施形態の発光ダイオード７１は、ｎ（≧１）層の歪発光層１２、及び（ｎ−１）層のバリア層１３よりなる発光層１０を有するｐｎ接合型の発光部７を備え、発光層１０は、１層の歪発光層と、１層のバリア層とが交互に積層された構成とされており、ｎを１〜７とし、かつ発光層１０の厚さを２５０ｎｍ以下にし、歪発光層の組成式を、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）とすることにより、発光部７から放射される光の発光効率及び応答速度を向上できる。
また、歪発光層１２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７１を実現できる。
さらに、発光部７上に、発光部７の光を透過させる歪調整層８を備えることにより、歪調整層８により発光部７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。
【０１６８】
また、上記歪調整層８は、歪発光層１２及びバリア層１３の格子定数よりも小さい格子定数を有しているため、化合物半導体層２の反りの発生を抑制できる。これにより、歪発光層１２の歪量のばらつきが低減されるため、単色性に優れた発光ダイオード７１を実現できる。
【実施例】
【０１６９】
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。
【０１７０】
本実施例では、本発明に係る発光ダイオードを作製した例を具体的に説明する。また、本実施例で作製した発光ダイオードは、ＡｌＧａＩｎＰ発光部を有する赤色発光ダイオードである。本実施例では、ＧａＡｓ基板上に成長させた化合物半導体層とＧａＰからなる機能性基板とを接合させて発光ダイオードを作製した。そして、特性評価のために発光ダイオードチップを基板上に実装した発光ダイオードランプを作製した。
実施例１〜１１はいわゆる透過型であって、反射構造体を有さない第１の実施形態の実施例である。
また、実施例１２〜１６はいわゆる反射型であって、反射構造体を有するものであって、実施例１２及び１６は機能性基板が金属基板である第２の実施形態の実施例であり、実施例１３〜１５は機能性基板がそれぞれ、ＧａＰ、Ｇｅ、Ｓｉからなる第３の実施形態の実施例である。
【０１７１】
（実施例１）
実施例１の発光ダイオードは、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Ｇａ０．４２Ｉｎ０．５８Ｐ／（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。
【０１７２】
実施例１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。
【０１７３】
ＧａＡｓよりなる緩衝層は、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。
歪発光層は、アンドープで層厚が約１０ｎｍのＧａ０．４２Ｉｎ０．５８Ｐとし、バリア層は０層とした。つまり、実施例１では、先に説明した発光層が、１層の歪発光層のみで構成されている。この場合の発光層の厚さは、１０ｎｍとなる。
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。
【０１７４】
次に、歪調整層を表面から約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、歪調整層の表面の粗さを０．１８ｎｍとした。
一方、上記の歪調整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、歪調整層に接合させる以前に鏡面に研磨し、平方平均平方根値（ｒｍｓ）にして０．１２ｎｍに仕上げた。
【０１７５】
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。
【０１７６】
次に、機能性基板、及び歪調整層の双方の表面に、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、機能性基板及び歪調整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。
【０１７７】
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、真空蒸着法により、コンタクト層の表面に、厚さが０．５μｍのＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金膜と、厚さが０．２μｍのＰｔ膜と、厚さが１μｍのＡｕ膜とを順次成膜した。
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。
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。
【０１７８】
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、歪調整層を露出させた。この露出した歪調整層の表面に、真空蒸着法により、厚さ０．２μｍのＡｕＢｅ膜と、厚さ１μｍのＡｕ膜とを順次成膜し、その後、ＡｕＢｅ膜及びＡｕ膜をパターニングすることで、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。
【０１７９】
次に、機能性基板の裏面に、厚さ０．２μｍのＡｕ膜、厚さ０．２μｍのＰｔ膜、及び厚さ１．２μｍのＡｕＳｎ膜よりなる接続用の第３の電極を形成した。
【０１８０】
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の電極が形成されていない領域の傾斜面の角度αが７０°になると共に、垂直面の厚さが８０μｍとなるようにＶ字状の溝入れ加工を行った。
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除去して、実施例１の発光ダイオードを作製した。
【０１８１】
上記方法により作製した実施例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、共晶ダイボンダーで、加熱接続され支持（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。
【０１８２】
実施例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、ピーク発光波長６６１．３ｎｍとする赤色光が出射された。
順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、化合物半導体層を構成する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、約１．８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であった。組み立てたすべての発光ダイオードにおけるピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、２．５ｎｍであり、良好な結果が得られた。なお、ピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、３ｎｍ以下であればよい。
また、発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、１０．６ｎｓであり、表面欠陥は見られなかった。
また、実施例１の発光ダイオードでは、順方向電流が高電流（例えば、１５０ｍＡ以上）の場合において、出力低下が見られた。
【０１８３】
上記結果から、実施例１の発光ダイオードは、応答速度は所望の値（３５ｎｓ以下）を満たしているが、高電流（例えば、１５０ｍＡ以上）で使用する場合には出力低下が見られるため、１５０ｍＡよりも小さい電流を流して使用する分野には適していることが確認できた。
【０１８４】
（実施例２）
実施例２の発光ダイオードは、実施例１の発光ダイオードに設けられた歪発光層を２層形成すると共に、厚さが３０ｎｍで、かつ組成が（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１層のバリア層を形成した以外は、実施例１の発光ダイオードと同様に形成した。
つまり、実施例２では、発光層が、２層の歪発光層（合計の厚さ２０ｎｍ）と、１層のバリア層（厚さ３０ｎｍ）とを有した構成とされている。この場合、実施例２の発光層の厚さは、５０ｎｍとなる。
【０１８５】
実施例２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、ピーク発光波長を６６０．８ｎｍ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、約１．８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、４．５ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードのピーク発光波長のバラツキは、２．４ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、１５．２ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０１８６】
上記結果から、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、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、１５．２ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０１８７】
（実施例３）
実施例３の発光ダイオードは、実施例２の発光ダイオードに設けられた歪発光層を２層から３層に変更すると共に、実施例２の発光ダイオードに設けられたバリア層を２層形成した以外は、実施例２の発光ダイオードと同様に形成した。
つまり、実施例３では、発光層が、３層の歪発光層（合計の厚さ３０ｎｍ）と、２層のバリア層（合計の厚さ６０ｎｍ）とを有した構成とされている。この場合、実施例３の発光層の厚さは、９０ｎｍとなる。
【０１８８】
実施例３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、ピーク発光波長を６６０．７ｎｍ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、約１．８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、４．１ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．３ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、１８．４ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０１８９】
上記結果から、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、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、１８．４ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０１９０】
（実施例４）
実施例４の発光ダイオードは、実施例３の発光ダイオードに設けられた歪発光層を３層から５層に変更すると共に、実施例３の発光ダイオードに設けられたバリア層を２層から４層に変更した以外は、実施例３の発光ダイオードと同様に形成した。
つまり、実施例４では、発光層が、５層の歪発光層（合計の厚さ５０ｎｍ）と、４層のバリア層（合計の厚さ１２０ｎｍ）とを有した構成とされている。この場合、実施例４の発光層の厚さは、１７０ｎｍとなる。
【０１９１】
実施例４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、ピーク発光波長を６６０．２ｎｍ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、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、３．９ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．３ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、２８ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０１９２】
上記結果から、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、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、２８ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０１９３】
（実施例５）
実施例５の発光ダイオードは、実施例４の発光ダイオードに設けられた歪発光層を５層から７層に変更すると共に、実施例４の発光ダイオードに設けられたバリア層を４層から６層に変更した以外は、実施例４の発光ダイオードと同様に形成した。
つまり、実施例５では、発光層が、７層の歪発光層（合計の厚さ７０ｎｍ）と、６層のバリア層（合計の厚さ１８０ｎｍ）とを有した構成とされている。この場合、実施例５の発光層の厚さは、２５０ｎｍとなる。
【０１９４】
実施例５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、ピーク発光波長を６６０．１ｎｍ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、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、３．８ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．３ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、３２．６ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０１９５】
上記結果から、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、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、３２．６ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０１９６】
（実施例６）
実施例６の発光ダイオードは、実施例１の発光ダイオードに設けられた歪発光層の組成をＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐに変更すると共に、歪発光層の厚さを１７ｎｍに変更した以外は、実施例１の発光ダイオードと同様に形成した。つまり、実施例６の場合、発光層は、１層の歪発光層（厚さ１７ｎｍ）で構成されている。実施例６の発光層の厚さは、１７ｎｍである。
【０１９７】
実施例６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、ピーク発光波長を６６１．１ｎｍ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、約１．８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、３．９ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．２ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、１７ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
また、実施例６の発光ダイオードでは、順方向電流が高電流（例えば、１５０ｍＡ以上）の場合において、出力低下が見られた。
【０１９８】
上記結果から、実施例６の発光ダイオードは、応答速度は所望の値（３５ｎｓ以下）を満たしているが、高電流（例えば、１５０ｍＡ以上）で使用する場合には出力低下が見られるため、１５０ｍＡよりも小さい電流を流して使用する分野には適していることが確認できた。
【０１９９】
（実施例７）
実施例７の発光ダイオードは、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Ｇａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐに変更すると共に、歪発光層の厚さを１７ｎｍに変更し、さらに、バリア層の厚さを１９ｎｍに変更した以外は、実施例２の発光ダイオードと同様に形成した。つまり、実施例７の場合、発光層は、２層の歪発光層（合計の厚さ３４ｎｍ）と、１層のバリア層（厚さ１９ｎｍ）とで構成されている。実施例７の発光層の厚さは、５３ｎｍである。
【０２００】
実施例７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、ピーク発光波長を６６１．０ｎｍ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、約１．８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、４．３ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．１ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、２１．２ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２０１】
上記結果から、実施例７の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、２１．２ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０２０２】
（実施例８）
実施例８の発光ダイオードは、実施例３の発光ダイオードに設けられた歪発光層の組成をＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐに変更すると共に、歪発光層の厚さを１７ｎｍに変更し、さらに、バリア層の厚さを１９ｎｍに変更した以外は、実施例３の発光ダイオードと同様に形成した。つまり、実施例７の場合、発光層は、３層の歪発光層（合計の厚さ５１ｎｍ）と、２層のバリア層（合計の厚さ３８ｎｍ）とで構成されている。実施例８の発光層の厚さは、８９ｎｍである。
【０２０３】
実施例８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、ピーク発光波長を６６０．５ｎｍ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、約１．８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、４．２ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．１ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、２６．２ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２０４】
上記結果から、実施例８の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、２６．２ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０２０５】
（実施例９）
実施例９の発光ダイオードは、実施例８の発光ダイオードに設けられた歪発光層の積層数及びバリア層の積層数を変更した以外は、実施例８の発光ダイオードと同様に構成した。
実施例９では、発光ダイオードの発光層が、６層の歪発光層（合計の厚さ１０２ｎｍ）と、５層のバリア層（合計の厚さ９５ｎｍ）とを有するように形成した。実施例９の発光層の厚さは、１９７ｎｍとした。
【０２０６】
実施例９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、ピーク発光波長を６６０．３ｎｍ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、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、４ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．１ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、３４．３ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２０７】
上記結果から、実施例９の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、３４．３ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０２０８】
（実施例１０）
実施例１０の発光ダイオードは、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Ｇａ０．３７Ｉｎ０．６３Ｐに変更すると共に、歪発光層の厚さを８ｎｍに変更した以外は、実施例５の発光ダイオードと同様に形成した。
【０２０９】
実施例１０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、ピーク発光波長を６７２．０ｎｍ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、約１．８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、３．８ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．６ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、３１．３ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２１０】
上記結果から、実施例１０の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、３１．３ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０２１１】
（実施例１１）
実施例１１の発光ダイオードは、実施例３の発光ダイオードに設けられた歪発光層の組成をＧａ０．４６Ｉｎ０．５４Ｐに変更し、歪発光層の厚さを３０ｎｍに変更し、バリア層の厚さを４５ｎｍに変更した以外は、実施例３の発光ダイオードと同様に形成した。
【０２１２】
実施例１１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、ピーク発光波長を６６０．９ｎｍ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、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、３．３ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、１．８ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、２９ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２１３】
上記結果から、実施例１１の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、２９ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０２１４】
また、上記実施例１〜１１の結果から、ｎ（≧１）層の歪発光層と、（ｎ−１）層のバリア層とが交互に積層された発光層を有するｐｎ接合型の発光部を備え発光ダイオードであって、歪発光層の積層数を１〜７にすると共に、発光層の厚さを２５０ｎｍ以下にすることにより、応答速度が３５ｎｓ以下の発光ダイオード（言い換えれば、応答速度の速い発光ダイオード）を実現できることが確認できた。
【０２１５】
（実施例１２）
実施例１２の発光ダイオード（第２の実施形態）は、実施例１と同様の方法で、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。
但し、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２層の歪発光層と、組成が（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１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した。
【０２１６】
次に、歪調整層を表面から約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、歪調整層の表面の粗さを０．１８ｎｍ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３００ｎｍ）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２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１２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８５μｍであった。
【０２１７】
次に、減圧装置内を３×１０−５Ｐａまで排気した後、ＧａＡｓ基板と機能性基板とを４００℃に加熱した状態で、１００ｇ／ｃｍ２の加重を印加して反射構造体と機能性基板と接合して、接合構造体を形成した。
【０２１８】
次に、上記接合構造体から、ＧａＡｓ基板及び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、真空蒸着法により、コンタクト層の表面に、厚さが０．５μｍのＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金膜と、厚さが０．２μｍのＰｔ膜と、厚さが１μｍのＡｕ膜とを順次成膜した。
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。
【０２１９】
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、歪調整層を露出させた。この露出した歪調整層の表面に、真空蒸着法により、厚さ０．２μｍのＡｕＢｅ膜と、厚さ１μｍのＡｕ膜とを順次成膜し、その後、ＡｕＢｅ膜及びＡｕ膜をパターニングすることで、第２の電極（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、低抵抗の第１及び第２の電極（ｎ型及びｐ型オーミック電極）を形成した。
【０２２０】
次に、ダイシングソーを用いて、第１及び第２の電極が形成された接合構造体を切断して、チップ化した。これにより、実施例１の発光ダイオードを作製した。
【０２２１】
上記方法により作製した実施例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、共晶ダイボンダーで、加熱接続され支持（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。
【０２２２】
実施例１２の発光ダイオードの構成要素の一部を表１に示し、実施例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２に示す。
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、１．８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、４．４ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。
【０２２３】
組み立てたすべての発光ダイオードにおけるピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、２．２ｎｍであり、良好な結果が得られた。なお、ピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、３ｎｍ以下であればよい。
また、発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、１８．２ｎｓ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。
【０２２４】
また、実施例１２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。
【０２２５】
上記結果から、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、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を形成でき、かつ１００ｎｓ以下の応答速度（この場合、１８．２ｎｓ）を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。
【０２２６】
（実施例１３）
実施例１３の発光ダイオード（第３の実施形態）は、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）の３層構造（厚さ８５μｍ）からなる機能性基板の替わりに、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１２の発光ダイオードと同様に製造した。
【０２２７】
実施例１３の発光ダイオードの構成要素の一部を表１に示し、実施例２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２に示す。
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６６０．６ｎｍ（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、１．８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、４．２ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。）。
【０２２８】
組み立てたすべての発光ダイオードにおけるピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、２．３ｎｍ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、２３．３ｎｓ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。
【０２２９】
また、実施例１３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。
【０２３０】
上記結果から、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、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ１００ｎｓ以下の応答速度（この場合、２３．３ｎｓ）を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。
【０２３１】
（実施例１４）
実施例１４の発光ダイオード（第３の実施形態）は、機能性基板として厚さが１５０μｍのＧａＰ層（熱伝導率１１０Ｗ／ｍＫ）の替わりに、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１３の発光ダイオードと同様に製造した。
【０２３２】
実施例１４の発光ダイオードの構成要素の一部を表１に示し、実施例３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２に示す。
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６６０．５ｎｍ（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、１．８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、４．３ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。
【０２３３】
組み立てたすべての発光ダイオードにおけるピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、２．４ｎｍ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、２０．５ｎｓ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。
【０２３４】
また、実施例１４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。
【０２３５】
上記結果から、実施例１４の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ１００ｎｓ以下の応答速度（この場合、２０．５ｎｓ）を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。
【０２３６】
（実施例１５）
実施例１５の発光ダイオード（第３の実施形態）は、機能性基板として厚さが１５０μｍのＧａＰ層（熱伝導率１１０Ｗ／ｍＫ）の替わりに、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１３の発光ダイオードと同様に製造した。
【０２３７】
実施例１５の発光ダイオードの構成要素の一部を表１に示し、実施例１５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２に示す。
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、１．８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、４．３ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。
【０２３８】
組み立てたすべての発光ダイオードにおけるピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、２．３ｎｍ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、２２．８ｎｓ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。
【０２３９】
また、実施例１５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。
【０２４０】
上記結果から、実施例１５の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ１００ｎｓ以下の応答速度（この場合、２２．８ｎｓ）を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。
【０２４１】
（実施例１６）
実施例１６の発光ダイオード（第２の実施形態）は、実施例１２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Ｇａ０．３８Ｉｎ０．６２Ｐよりなる２層の歪発光層と、組成が（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１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用いた以外は、実施例１２の発光ダイオードと同様に製造した。
【０２４２】
実施例１６の発光ダイオードの構成要素の一部を表１に示し、実施例１６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２に示す。
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６７５．２ｎｍ（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、１．８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。）。
【０２４３】
組み立てたすべての発光ダイオードにおけるピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、２．５ｎｍ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、２４．３ｎｓ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。
【０２４４】
また、実施例１６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。
【０２４５】
上記結果から、実施例１６の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ１００ｎｓ以下の応答速度（この場合、２４．３ｎｓ）を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。
【０２４６】
（比較例１）
比較例１の発光ダイオードは、実施例２の発光ダイオードに設けられた歪発光層の積層数及びバリア層の積層数を変更した以外は、実施例２の発光ダイオードと同様に構成した。
比較例１は、発光ダイオードの発光層が、１１層の歪発光層（合計の厚さ１１０ｎｍ）と、１０層のバリア層（合計の厚さ３００ｎｍ）とを有するように形成した。比較例１の発光層の厚さは、４１０ｎｍとした。
【０２４７】
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、ピーク発光波長を６６０．５ｍ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、約２ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、３．７ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．４ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、４３ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２４８】
上記結果から、発光層の厚さが４１０ｎｍとされた比較例１の発光ダイオード及び発光ダイオードランプでは、３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、４３ｎｓ）を実現できないことが確認できた。
【０２４９】
（比較例２）
比較例２の発光ダイオードは、実施例７の発光ダイオードに設けられた歪発光層の積層数及びバリア層の積層数を変更した以外は、実施例７の発光ダイオードと同様に構成した。
比較例２は、発光ダイオードの発光層が、１２層の歪発光層（合計の厚さ２０４ｎｍ）と、１１層のバリア層（合計の厚さ２０９ｎｍ）とを有するように形成した。比較例２の発光層の厚さは、４１３ｎｍとした。
【０２５０】
比較例２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、ピーク発光波長を６５９．５ｍ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、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、３．９ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．２ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、５０ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２５１】
上記結果から、発光層の厚さが４１３ｎｍとされた比較例２の発光ダイオード及び発光ダイオードランプでは、３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、５０ｎｓ）を実現できないことが確認できた。
【０２５２】
（比較例３）
比較例３の発光ダイオードは、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、厚さ、及び積層数と、バリア層の積層数とを変更した以外は、実施例２の発光ダイオードと同様に構成した。
歪発光層の組成は、Ｇａ０．３８Ｉｎ０．６２Ｐとした。歪発光層の厚さは、５ｎｍとした。また、歪発光層の積層数は、２１とし、バリア層の積層数は、２０とした。
つまり、比較例３では、発光ダイオードの発光層が、２１層の歪発光層（合計の厚さ１０５ｎｍ）と、２０層のバリア層（合計の厚さ６００ｎｍ）とを有するように形成した。比較例３の発光層の厚さは、７０５ｎｍとした。
【０２５３】
比較例３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、ピーク発光波長を６５１．５ｍ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、約２ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、３．１ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、５．１ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、４２ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２５４】
上記結果から、発光層を構成する歪発光層の積層数が１〜７の範囲内（この場合、５）でも、発光層の厚さが２５０ｎｍを超える場合（この場合、７０５ｎｍ）には、発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）が３５ｎｓよりも遅くなることが確認できた。
【０２５５】
（比較例４）
比較例４の発光ダイオードは、実施例２に設けられた歪発光層の積層数、及びバリア層の積層数を変更した以外は、実施例２の発光ダイオードと同様に構成した。歪発光層の積層数は、２１とし、バリア層の積層数は、２０とした。
つまり、比較例４では、発光ダイオードの発光層が、２１層の歪発光層（合計の厚さ２１０ｎｍ）と、２０層のバリア層（合計の厚さ６００ｎｍ）とを有するように形成した。比較例３の発光層の厚さは、８１０ｎｍとした。
【０２５６】
比較例４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、ピーク発光波長を６６０ｎｍ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、約２ボルト（Ｖ）となった。
また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、２．５ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、７．１ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、６５ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２５７】
上記結果から、発光層の厚さが８１０ｎｍとされた比較例４の発光ダイオード及び発光ダイオードランプでは、３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、６５ｎｓ）を実現できないことが確認できた。
【０２５８】
【表１】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【０２５９】
本発明の発光ダイオードは、植物育成用の発光ダイオード、高圧回路等において、電気信号伝達に用いられる高速カプラー用の発光ダイオード等に利用可能である。
【符号の説明】
【０２６０】
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…歪調整層、９…下部クラッド層、１０…発光層、１１…上部クラッド層、１２…歪発光層、１３…バリア層、１４…ＧａＡｓ基板、１５…緩衝層、１６…コンタクト層、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…角度、５１…発光ダイオード、５３…ＧａＡｓ基板、５４…反射構造体、５５…機能性基板、５６…ｎ型オーミック電極（第１の電極）、５８…ｐ型オーミック電極（第２の電極）、６１…第1の金属層、６２…第２の金属層、６４…透明導電膜、６５…反射層、７１…発光ダイオード、７２…金属層、７３…金属層、７５…機能性基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード及び発光ダイオードランプに関するものであり、特に、応答速度の速い発光ダイオード及びこれを用いた発光ダイオードランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
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（英略称：ＬＥＤ）による照明を用いた栽培方法が注目されている。
また、これまでの研究結果から、植物育成（光合成）用の光源に適した発光波長の１つとして、波長が６００〜７００ｎｍの領域の赤色光の効果が確認されている。
特に、波長が６６０〜６７０ｎｍ付近の光は、光合成に対しての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、ＡｌＧaＡｓ或いはＩｎＧａＮＰ等からなる発光層の検討がされている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００３】
一方、従来、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ；０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）よりなる発光層を備えた化合物半導体ＬＥＤが知られている。
このようなＬＥＤ化合物半導体では、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐの組成を有した発光層の波長が最も長く、そのピーク発光波長は６５０ｎｍ付近である。
【０００４】
また、一般に、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる発光層を備えた発光部は、発光層からの光を遮断し、かつ機械的強度の低い砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板上に形成されている。
そのため、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。
例えば、特許文献４には、ＧａＡｓのような発光層の光を遮断する基板材料を除去した後、発光層の光を透過可能であり、かつ機械強度に優れた材料よりなる支持体層を接合させた、いわゆる接合型ＬＥＤが開示されている。
また、特許文献５には、発光メカニズムの異なるレーザー素子において、歪のある発光層（「歪発光層」ともいう）についての検討が行なわれている。しかし、発光ダイオードにおいては、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。
【０００５】
また、特許文献６には、発光ダイオードの発光部に量子井戸構造を適用することが開示されている。しかしながら、量子井戸構造の適用によって得られる量子効果は、発光波長を短波長化させるため、長波長化の技術には適用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３７６４８号公報
【特許文献２】特開２００２−２７８３１号公報
【特許文献３】特開２００４−２２１０４２号公報
【特許文献４】特許第３２３０６３８号公報
【特許文献５】特開２０００−１５１０２４号公報
【特許文献６】特許第３３７３５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年の研究により、植物育成用の照明は、光を照射後、光合成の反応時間中に消灯することによって省エネルギー化が可能であることが確認された。そこで、点灯方法については、高速パルス方式を利用して使用電力を削減することも検討されている。つまり、応答速度の速い発光ダイオードが必要とされている。
特に、高圧回路等において、電気信号伝達に用いられる高速カプラー用途の発光ダイオードにおいては、３５ｎｓ以下の応答速度が望まれる。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、応答速度の速い発光ダイオード及び発光ダイオードランプ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】
【０００９】
すなわち、本発明は以下に関する。
（１） ｎ（≧１）層の歪発光層、及び（ｎ−１）層のバリア層よりなる発光層を有するｐｎ接合型の発光部を備え、前記発光層は、１層の歪発光層と、１層のバリア層とが交互に積層された構成とされており、前記ｎを１〜７とし、かつ前記発光層の厚さを２５０ｎｍ以下にしたことを特徴とする発光ダイオード。
（２） 前記歪発光層の組成式は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）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）項記載の発光ダイオード。
【００１０】
（４） 前記発光部と、該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有することを特徴とする前項（１）ないし（３）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（５） 前記化合物半導体層は、光取り出し面を有し、前記光取り出し面の反対側に位置する前記化合物半導体層の面に接合される機能性基板を設けたことを特徴とする前項（４）記載の発光ダイオード。
（６） 前記機能性基板は、光透過性基板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。
（７） 前記機能性基板の材質は、ＧａＰであることを特徴とする前項（５）または（６）に記載の発光ダイオード。
【００１１】
（８） 前記化合物半導体層の前記光取り出し面側に設けられた第１及び第２の電極と、前記機能性基板の裏面に設けられた接続用の第３の電極と、をさらに備えたことを特徴とする前項（５）ないし（７）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（９） 前記化合物半導体層と前記機能性基板とが反射構造体を介して接合されていることを特徴とする前項（５）に記載の発光ダイオード。
（１０） 前記機能性基板の材質は、金属であることを特徴とする前項（５）または前項（９）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１１） 前記機能性基板の材質は、ＧａＰ、Ｓｉ、Ｇｅのいずれかであることを特徴とする前項（５）または前項（９）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１２） 前記化合物半導体層の前記光取り出し面側に設けられた第１の電極と、前記化合物半導体層と反射構造体の間に設けられた第2の電極と、を備えたことを特徴とする前項（５）、前項（９）から前項（１１）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１３） 前記歪発光層の厚さが、８〜３０ｎｍの範囲内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） 前記歪調整層は、前記発光部が発光した際の光を透過可能であると共に、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することを特徴とする前項（４）ないし（１３）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１５） 前記バリア層の組成式は、（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（１４）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１６） 前記発光部は、前記歪発光層の上下面のうち、少なくとも一方の面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（１５）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【００１２】
（１７） 前記歪調整層の組成式は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）であることを特徴とする前項（４）ないし（１６）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１８） 前記歪調整層の組成式は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ１−ＹＰＹ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）であることを特徴とする前項（４）ないし（１７）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１９） 前記歪調整層の材質は、ＧａＰであることを特徴とする前項（４）ないし（１８）のうち、いずれか１項記発光ダイオード。
（２０） 前記歪調整層の厚さは、０．５〜２０μｍの範囲内であることを特徴とする前項（４）ないし（１９）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【００１３】
（２１） 前記機能性基板の側面は、前記化合物半導体層に近い側において前記光取り出し面に対して略垂直である垂直面と、前記化合物半導体層に遠い側において前記光取り出し面に対して内側に傾斜し、かつ該垂直面と一体に構成された傾斜面と、を有することを特徴とする前項（５）ないし（２０）のうち、いずれか１項に記載の発光ダイオード。
（２２） 前記歪発光層の発光波長７００ｎｍにおける発光強度が、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（１）ないし（２１）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（２３） 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（５）ないし（２２）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【００１４】
（２４） 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（２３）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（２５） 前記発光スペクトルの半値幅は、１０〜４０ｎｍの範囲内であることを特徴とする前項（２４）に記載の発光ダイオード。
【００１５】
（２６） 前記発光部の応答速度が、３５ｎｓ以下であることを特徴とする前項（１）ないし（２５）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（２７） 表面に電極端子が形成されたマウント基板と、前項（１）ないし（２６）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。
（２８）前記発光ダイオードに設けられた前記第１又は第２の電極と、前記機能性基板に設けられた前記第３の電極とを略同電位に接続したことを特徴とする前項（２７）に記載の発光ダイオードランプ。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一観点によれば、ｎ（≧１）層の歪発光層、及び（ｎ−１）層のバリア層よりなる発光層を有するｐｎ接合型の発光部を備え、発光層を、１層の歪発光層と、１層のバリア層とが交互に積層された構成とし、ｎを１〜７とし、かつ発光層の厚さを２５０ｎｍ以下にすることにより、歪発光層及びバリア層の総数を少なくすることが可能になると共に、歪発光層及びバリア層により構成される発光層の厚さを薄くすることが可能となるので、応答速度が３５ｎｓ以下の発光ダイオードを実現できる。
【００１７】
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。
【００１８】
また、光取り出し面の反対側に位置する化合物半導体層の面に、反射構造体を介して接合される機能性基板として、例えば、熱伝導率の良い基板を用いることで、発光部が発光した際の熱を、機能性基板を介して、発光ダイオードの外部に効率良く放出することができる。このような機能性基板を備えた発光ダイオードは、特に、発熱が問題となる植物育成用の照明として用いる場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第1の実施形態である発光ダイオードを備えた発光ダイオードランプの平面図である。
【図２】図１中に示す発光ダイオードランプのＡ−Ａ’線に沿った断面模式図である。
【図３】図１に示す発光ダイオードの平面図である。
【図４】図３に示す発光ダイオードのＢ−Ｂ’線に沿った断面模式図である。
【図５】図４に示す発光層の構成を説明するための拡大断面図である。
【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】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの一例を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図であり、図９（ａ）は、第１及び第２の金属層を対向配置させた状態を示す図であり、図９（ｂ）は、第１及び第２の金属層が圧着され、第１及び第２の金属層よりなる機能性基板が形成された状態を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る発光ダイオードの一例を示す断面図であり、図１６（ａ）は、第３の実施形態の発光ダイオードの平面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオード、及びこれを備えた発光ダイオードランプについて、図面を参照して詳細に説明する。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の発光ダイオード及び発光ダイオードランプと同じであるとは限らない。
【００２１】
＜発光ダイオードランプ＞
図１は、本発明の一実施形態である発光ダイオードを備えた発光ダイオードランプの平面図であり、図２は、図１中に示す発光ダイオードランプのＡ−Ａ’線に沿った断面模式図である。
【００２２】
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を備え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つ以上の発光ダイオード１が実装された構成とされている。
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。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は、金線４５を介して、マウント基板４２のｎ電極端子４３と電気的に接続されている。つまり、ｎ型オーミック電極４とｎ電極端子４３とは、ワイヤボンディング接続されている。
【００２３】
また、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は、金線４６を介して、マウント基板４２のｐ電極端子４４と電気的に接続されている。
さらに、図２に示すように、ｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５が設けられた面とは反対側に位置する発光ダイオード１の面には、第３の電極６が設けられている。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、発光ダイオード１はマウント基板４２に固定される。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。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、一般的なエポキシ樹脂４７によって封止されている。
【００２４】
＜発光ダイオード（第1の実施形態）＞
図３は、図１に示す発光ダイオードの平面図であり、図４は、図３に示す発光ダイオードのＢ−Ｂ’線に沿った断面模式図である。
図３及び図４に示すように、本実施形態の発光ダイオード１は、化合物半導体層２と機能性基板３とが接合された構成とされている。そして、発光ダイオード１は、主たる光取り出し面に設けられたｎ型オーミック電極４（第１の電極）及びｐ型オーミック電極５（第２の電極）と、機能性基板３の化合物半導体層２との接合面とは反対側に設けられた第３の電極６とを備える。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のことである。
【００２５】
化合物半導体層２（「エピタキシャル成長層」ともいう）は、図４に示すように、ｐｎ接合型の発光部７と、歪調整層８とが順次積層された構造を有する。
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等の公知の層を設けることができる。なお、化合物半導体層２としては、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長させて形成されたものが好ましい。
【００２６】
図４に示すように、発光部７は、歪調整層８上に、少なくともｐ型の下部クラッド層９と、発光層１０と、ｎ型の上部クラッド層１１と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１０に「閉じ込める」ために、発光層１０の下側及び上側に対峙して配置した下部クラッド（ｃｌａｄ）層９及び上部クラッド層１１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。
【００２７】
図５に示すように、発光層１０は、歪発光層１２と、バリア層とが交互に積層された積層構造を有すると共に、その両端に歪発光層１２が配置された構成とされている。
【００２８】
歪発光層１２は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）の組成を有している。上記Ｘは、０．１以下であることが好ましく、０であることがより好ましい。また、上記Ｙは、０．３７〜０．４６の範囲が好ましく、０．３９〜０．４５の範囲がより好ましい。
歪発光層１２の組成を上記範囲内に規定することにより、発光波長を６５５〜６７５ｎｍの範囲とすることできる。しかしながら、この場合、歪発光層１２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。
【００２９】
歪発光層１２の層厚（１層の厚さ）は、８〜３０ｎｍの範囲が好適である。ここで、歪発光層１２の層厚が約６ｎｍ未満の薄膜である場合では、井戸構造の量子効果により発光波長が短くなり、所望の６５５ｎｍ以上が得られなくなる。
したがって、歪発光層１２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１２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。
【００３０】
バリア層１３は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）の組成を有している。上記Ｘは、０．３〜０．７の範囲が好ましく、０．４〜０．６の範囲がより好ましい。また、上記Ｙ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、バリア層１３の格子定数は、ＧａＡｓ基板と同等または、小さくすることができる。
【００３１】
バリア層１３の層厚（１層の厚さ）は、歪発光層１２の層厚よりも厚いことが好ましい。これにより、歪発光層１２の発光効率を高くすることができる。また、バリア層１３によって発光効率を最適化すると共に歪発光層１２に発生した歪を緩和する必要がある。
したがって、バリア層１３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１３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、ブラッグ反射など、光学的な影響がでる。
したがって、バリア層１３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１２の層厚が薄く、バリア層１３の層厚が厚いほうが、歪発光層１２の歪をバリア層１３によって吸収する効果が得られると共に、歪発光層１２に結晶欠陥が発生しにくいという効果が得られる。
【００３２】
歪発光層１２とバリア層１３とが積層された発光層１０において、歪発光層１２の数（積層数であるｎ（≧１））は、１〜７層にするとよい。この場合、バリア層１３の数（積層数である（ｎ−１））は、０〜６層（歪発光層１２の積層数ｎよりも１つ少ない数）となる。
【００３３】
歪発光層１２とバリア層１３の数を減らすとＰＮ接合の接合容量（キャパシタンス）は、大きくなる。これは、後述の様に歪発光層１２とバリア層１３はアンドープ、または低いキャリア濃度とされるのでｐｎ接合において空乏層として機能し、空乏層が薄いほどキャパシタンスが大きくなることに起因する。
一般に応答速度を早くするためにはキャパシタンスが小さい方が望ましいが、本発明の構造では、歪発光層１２とバリア層１３の数を少なくすることにより、キャパシタンスが大きくなるにも関わらず応答速度が早くなる効果が見出された。
これは、歪発光層１２とバリア層１３の数を少なくすることによる注入キャリアの再結合速度が速くなる効果がより大きいためであると推定される。
【００３４】
なお、歪発光層１２の積層数ｎを１層にした場合、使用電流により高電流側でのキャリアオーバーフローが発生し高電流側で発光効率が低下してしまう。また、歪発光層１２の積層数ｎを８層よりも多くすると、所要の応答速度（具体的には、３５ｎｓ以下の応答速度）を満たさなくなる。
【００３５】
また、発光層１０を構成する歪発光層１２の積層数ｎは、２〜５層にするとなおよい。この場合、バリア層１３の積層数（ｎ−１）は、１〜４層（歪発光層１２の積層数よりも１つ少ない数）となる。
また、１〜７層の歪発光層１２、及びこれに対応する数のバリア層１３を備えた発光層１０の厚さは、２５０nm以下にする。
【００３６】
このように、ｎ（≧１）層の歪発光層１２、及び（ｎ−１）層のバリア層１３よりなる発光層１０を、１層の歪発光層１２と、１層のバリア層１３とが交互に積層された構成とし、ｎを１〜７とし、かつ発光層１０の厚さを２５０ｎｍ以下にすることにより、歪発光層１２及びバリア層１３の積層数を少なくして、歪発光層１２及びバリア層１３により構成された発光層１０の厚さを薄くすることが可能となるので、応答速度が３５ｎｓ以下の発光ダイオード１（言い換えれば、応答速度の速い発光ダイオード）を実現できる。
このような、応答速度の速い発光ダイオード１は、植物育成用の発光ダイオード、高圧回路等において、電気信号伝達に用いられる高速カプラー用の発光ダイオードとして使用できる。
【００３７】
発光層１０の導電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、または３×１０１７ｃｍ−３未満のキャリア濃度とすることが望ましい。
発光層１０は、組成式が（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）とされた歪発光層１２を備えることにより、発光スペクトルのピーク発光波長を６５５〜６７５ｎｍの範囲内に設定することができ、ピーク発光波長を６６０〜６７０ｎｍの範囲内に設定することが好ましい。
【００３８】
６５５〜６７５ｎｍの範囲の発光波長は、植物育成（光合成）用の光源に適した発光波長の１つであり、光合成に対して反応効率が高いために望ましい。
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。
【００３９】
したがって、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以上の長波長領域の光を含まない赤色光源が最も好ましい。
また、該好ましい赤色光源にする為には、半値幅は、狭い必要がある。一方、波長バラツキの大きくなる可能性がある量子化条件に近いと半値幅が狭くなる為、結果的に発光スペクトルの半値幅が、１０〜４０ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００４０】
さらに、発光波長７００ｎｍにおける発光スペクトルの発光強度が、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。
このような特性の発光層１０を備えた発光ダイオード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１０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。
【００４１】
図４に示すように、下部クラッド層９及び上部クラッド層１１は、発光層１０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１０の下面に下部クラッド層９が設けられ、発光層１０の上面に上部クラッド層１１が設けられている。
【００４２】
下部クラッド層９及び上部クラッド層１１の材質としては、発光層１０（具体的には、歪発光層１２）よりもバンドギャップの大きい材質が好ましく、バリア層１３よりもバンドギャップが大きい材質がより好ましい。
【００４３】
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。
【００４４】
下部クラッド層９と上部クラッド層１１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１１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１０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１１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。
【００４５】
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（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．３≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）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０．５〜５μｍの範囲が好ましい。
【００４６】
一方、上部クラッド層１１としては、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．３≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）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、上部クラッド層１１の厚さは０．５〜２μｍ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１１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。
【００４７】
また、下部クラッド層９と発光層１０との間、発光層１０と上部クラッド層１１との間、及び上部クラッド層１１と歪調整層８との間に、両層間におけるバンド（ｂａｎｄ）不連続性を緩やかに変化させるための中間層を設けても良い。この場合、各中間層は、上記両層の中間の禁止帯幅を有する半導体材料からそれぞれ構成することが好ましい。
【００４８】
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を設けることができる。
【００４９】
図４に示すように、歪調整層８は、発光部７の下方に設けられている。この歪調整層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、歪発光層１２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、歪調整層８は、発光部７（具体的には、発光層１０）からの発光波長（光）を透過させることが可能な構成とされている。さらに、歪調整層８は、歪発光層１２及びバリア層１３の格子定数よりも小さい格子定数を有している。
【００５０】
また、歪調整層８は、化合物半導体層２の形成（エピタキシャル成長による形成）に用いたＧａＡｓ基板の格子定数よりも小さい格子定数を有している。より具体的には、後述する組成から得られる歪調整層８の格子定数をＡ、バリア層１３の格子定数をＢ、歪発光層１２の格子定数をＣとした場合に、Ａ＜Ｂ＜Ｃとなる関係を有する。
【００５１】
歪調整層８としては、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）の組成を有する材料を適用することができる。上記Ｘは、化合物半導体層２の素子構造にもよるが、Ａｌ濃度が低い材料が化学的に安定であることから、０．５以下であることが好ましく、０であることがより好ましい。また、上記Ｙの下限値は、０．６以上であることが好ましい。
【００５２】
ここで、発光層１０（歪発光層１２）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８の歪調整効果が小さくなる。このため、歪調整層８の層厚を厚くする必要が生じ、歪調整層８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。
【００５３】
また、歪調整層８としては、発光波長の光を透過させることが可能なＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ１−ＹＰＹ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）の組成を有するＩＩＩ−Ｖ属半導体材料を用いてもよい。
上記組成を有する歪調整層８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、発光波長に対する透明度は、上記Ｘ及びＹの値の双方に関連する為、透明な材料となるようにＸ及びＹの値を選択すれば良い。
【００５４】
さらに、歪調整層８の材質として、ＧａＰ、好ましくは、例えば、Ｍｇドープしたｐ型のＧａＰを用いることが好ましい。このＧａＰは、組成の調整が不要であると共に歪調整効果が大きいため、生産性及び安定性の面からも歪調整層８の材料として最も適している。
【００５５】
歪調整層８は、化合物半導体層２をエピタキシャル成長させる際に用いた基板であるＧａＡｓ基板の格子定数よりも小さい格子定数を有しているため、歪発光層１２が包含する歪量のばらつきを緩和する機能を備えている。
このため、歪調整層８を設けることにより、発光波長などの特性の均一化、クラック発生等の結晶欠陥の発生防止の効果がある。
【００５６】
ここで、歪調整層８の層厚は、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。歪調整層８の層厚が０．５μｍ未満であると、歪発光層１２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るため、製造コストが増加するために好ましくない。
【００５７】
このように、歪調整層８の組成を制御することにより、化合物半導体層２の反りを低減することが可能となるため、面内波長分布の小さい発光ダイオード１の作製が可能である。
さらに、本実施形態のように、機能性基板３と化合物半導体層２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２の反りが大きい場合は割れなどの問題が生じるため、化合物半導体層２の反りを小さくすることが望ましい。
【００５８】
例えば、歪発光層１２の層厚は３０ｎｍ以下の薄膜が望ましいが、薄い膜であるために層厚を均一に制御することは困難である。そして、層厚と導入される歪量とには相関があるため、歪発光層１２の層厚がばらつくことによって導入される歪量もばらつき、結果として歪発光層１２の発光波長がばらつくこととなる。
【００５９】
そこで、化合物半導体層２を形成する際に、＋（プラス）歪を有する歪発光層１２を含む発光部７の上方（図４では、発光部７の下方となる）に歪調整層８を設けることにより、この歪調整層８の有する−（マイナス）歪が、歪発光層の層厚のばらつきによって＋側に大きくずれた歪を−側に引き寄せて、歪発光層１２の歪量のばらつきを小さくする作用があることを見出した。この歪調整層８の効果は、歪発光層１２の歪量のばらつきの原因が歪発光層１２の組成のばらつきの場合であっても同様である。
【００６０】
ところで、歪調整層８のない従来の発光ダイオードでは、発光波長等の特性のばらつきが大きいため、要求された品質を満足することができなかった。これに対し、本実施形態の発光ダイオード１では、発光部７の下方に歪調整層８を設けた素子構造としている。
これにより、長波長化を行うために必要な歪発光層１２の歪量が発光層１０内において均一化されて、発光波長及び出力の特性のばらつきが小さくなる。また、化合物半導体層２の表面状態も改善される。
【００６１】
図４に示すように、機能性基板３は、化合物半導体層２を構成する歪調整層８側に接合されている。この機能性基板３は、光透過性基板であり、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る禁止帯幅が広く、発光層１０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。
【００６２】
例えば、燐化ガリウム（ＧａＰ）、砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶体、硫化亜鉛（ＺｎＳ）やセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶体、或いは六方晶或いは立方晶の炭化珪素（ＳｉＣ）等のＩＶ族半導体結晶体、ガラス、サファイアなど絶縁基板から構成することができる。
【００６３】
一方、接合面に反射率の高い表面を有する機能性基板も選択できる。例えば、表面に銀、金、銅、アルミニウムなどである金属基板または合金基板や、半導体に金属ミラー構造を形成した複合基板なども選択できる。接合による歪の影響がない歪調整層と同じ材質から選択することが、最も望ましい。
【００６４】
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ｎ型ＧａＰ基板から構成するのが最適である。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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の歪調整層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側から歪調整層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。
【００６９】
ｎ型オーミック電極４及び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、露出させた歪調整層８の表面にＡｕＢｅ／Ａｕからなる合金を用いることができる。
【００７０】
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、歪調整層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からなる歪調整層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。
【００７１】
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。
【００７２】
また、図３に示すように、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を得ることができる。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るため、その結果として作動電圧が低下する。
【００７３】
また、図３に示すように、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、ハニカムや格子形状等のような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可能となるので、その結果、信頼性を向上させることができる。
【００７４】
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。
【００７５】
図４に示すように、第３の電極６は、機能性基板３の底面に設けられており、高輝度化、導通性、実装工程の安定化を向上させる機能を有している。第３の電極６の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、反射率が高い銀（Ａｇ）ペーストを用いることができる。
また、第３の電極６には、例えば、反射層、バリア層、接続層よりなる積層構造を用いることができる。上記反射層としては、反射率の高い金属、例えば、銀、金、アルミニウム、白金およびこれらの金属の合金を用いることができる。
【００７６】
また、機能性基板３と反射層との間に、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の透明導電膜からなる酸化膜を設けることができる。また、バリア層としては、例えば、タングステン、モリブデン、チタン、白金、クロム、タンタル等の高融点金属を用いることができる。また、接続層としては、例えば、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ，ＡｕＳｉ等の低融点の共晶金属を用いることができる。
【００７７】
また、第３の電極６は、オーミック電極であってもショットキー電極であっても良いが、第３の電極６が機能性基板３の底面にオーミック電極を形成すると、発光層１０からの光を吸収してしまうため、ショットキー電極であることが好ましい。
第３の電極６の厚さは、特に限定されるものではないが、０．２〜５μｍの範囲が好ましく、１〜３μｍの範囲がより好ましく、１．５〜２．５μｍの範囲が特に好ましい。
【００７８】
ここで、第３の電極６の厚さが０．２μｍ未満であると高度な膜厚制御技術が必要であるために好ましくない。また、第３の電極６の厚さが５μｍを超えるとパターン形成しにくくなり、高コストとなるため、好ましくない。一方、第３の電極６の厚さが上記範囲内であると、品質の安定性とコストの両立が可能である。
【００７９】
＜発光ダイオードの製造方法＞
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模式図であり、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模式図である。
次に、図６及び図７を参照して、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。
【００８０】
（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（図示せず）、Ｓｉをドープしたｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなるコンタクト層１６、ｎ型の上部クラッド層１１、発光層１０、ｐ型の下部クラッド層９、及びＭｇドープしたｐ型ＧａＰからなる歪調整層８を順次積層して作製する。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
ＧａＡｓ基板１４の導電型は、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。
【００８４】
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、ＧａＡｓ基板１４の直径が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、ＧａＡｓ基板１４の直径が５０ｍｍの場合は、２００〜４００μｍの厚さが望ましく、ＧａＡｓ基板１４の直径が直径１００ｍｍの場合は、３５０〜６００μｍの厚さが望ましい。
【００８５】
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、歪発光層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。
【００８６】
緩衝層１５（ｂｕｆｆｅｒ）は、半導体基板１７と発光部７の構成層との格子ミスマッチの緩和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。
【００８７】
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、歪発光層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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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、及び温度条件は、適宜選択することができる。
【００９３】
このようにして製造した化合物半導体層２は、歪発光層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。
【００９４】
（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を構成する歪調整層８の表面を研磨して、鏡面加工する。
次に、この歪調整層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、歪調整層８に接合させる以前に鏡面に研磨する。
【００９５】
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）。
【００９６】
（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技術及びエッチング技術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。
【００９７】
次に、コンタクト層１６、上部クラッド層１１、発光層１０、及び下部クラッド層９を選択的に除去して歪調整層８を露出させ、この露出した歪調整層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。
【００９８】
（第３の電極の形成工程）
次に、機能性基板３の化合物半導体層２との接合面と反対側に第３の電極６を形成する。第３の電極６として銀ペーストを用いる場合は、機能性基板の表面に銀ペーストを塗布する。
また、第３の電極として発光層を用いる場合、具体的には、例えば、機能性基板３の表面に、スパッタ法により、透明導電膜であるＩＴＯ膜（厚さ０．１μｍ）、銀合金膜（厚さ０．１μｍ）を成膜して反射層を形成する。
【００９９】
次に、この反射層の上にバリア層として、例えば、タングステン（厚さ０．１μｍ）を成膜する。次に、このバリア層の上に、Ａｕ膜（厚さ０．５ｕｍ）、ＡｕＳｎ膜（共晶：融点２８３℃）を厚さ１μｍ、厚さ０．１μｍのＡｕ膜を順次成膜して接続層を形成する。
そして、通常のフォトリソグラフィー法により、任意の形状にパターニングして第３の電極６を形成した。なお、機能性基板３と第３の電極６とは、光吸収の少ないショットキー接触である。
【０１００】
（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。
【０１０１】
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、レーザー加工等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。
【０１０２】
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、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。
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、垂直面３ａからの光取り出し効率が上がり、高輝度化達成することができる。
【０１０３】
最後に、ダイシングによる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。
【０１０４】
＜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。
【０１０５】
次に、第３の電極６を構成する接続層１５とマウント基板４２の表面に設けられたｎ電極端子４３とを共晶金属接合（共晶金属ダイボンド）する。
これにより、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（ワイヤボンディング接続）する。
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。
【０１０６】
上記構成を有する発光ダイオードランプ４１に対して、ｎ電極端子４３及びｐ電極端子４４に電圧を付加した場合について説明する。
先ず、発光ダイオードランプ４１に順方向の電圧が印加された場合について説明する。
順方向の電圧が印加された場合に順方向電流は、先ず、陽極に接続されたｐ型電極端子４４から金線４６を経てｐ型オーミック電極５へと流通する。次に、ｐ型オーミック電極５から歪調整層８、下部クラッド層９、発光層１０、上部クラッド層１１、ｎ型オーミック電極４へと順次流通する。
【０１０７】
次に、ｎ型オーミック電極４から金線４５を経て陰極に接続されたｎ型電極端子４３に流通する。なお、発光ダイオード１には高抵抗層が設けられているため、順方向電流は、歪調整層８からｎ型ＧａＰ基板からなる機能性基板３へと流通しない。
このように、順方向電流が流れる際に、発光層１０は発光する。また、発光層１０から発光した光は、主たる光取り出し面から放出される。一方、発光層１０から機能性基板３側へと放出された光は、機能性基板３の形状及び第３の電極６によって反射されるため、主たる光取り出し面から放出される。
したがって、発光ダイオードランプ４１（発光ダイオード１）の高輝度化を達成することができる（図２及び図４参照。）。
【０１０８】
また、発光ダイオードランプ４１の発光スペクトルは、発光層１０を構成する歪発光層１２の組成が調整されているため、ピーク発光波長が６５５〜６７５ｎｍの範囲となる。
また、歪調整層８によって歪発光層１２の発光層１０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。また、発光波長７００ｎｍにおける発光強度が、ピーク発光波長における発光強度の１０％未満となる。
したがって、発光ダイオード１を用いて作製した発光ダイオードランプ４１は、植物育成の光合成の促進に使用する照明として好適に用いることができる。
【０１０９】
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、ｎ（≧１）層の歪発光層１２、及び（ｎ−１）層のバリア層１３よりなる発光層１０を、１層の歪発光層１２と、１層のバリア層１３とが交互に積層された構成とし、ｎを１〜７とし、かつ発光層１０の厚さを２５０ｎｍ以下にすることにより、歪発光層１２及びバリア層１３の積層数を少なくして、歪発光層１２及びバリア層１３により構成された発光層１０の厚さを薄くすることが可能となるので、応答速度が３５ｎｓ以下の発光ダイオード１（言い換えれば、応答速度の速い発光ダイオード）を実現できる。
このような、応答速度の速い発光ダイオード１は、植物育成用の発光ダイオード、高圧回路等において、電気信号伝達に用いられる高速カプラー用の発光ダイオードとして使用できる。
【０１１０】
また、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）からなる歪発光層１２を備えることにより、６５５ｎｍ以上の発光波長を有する発光ダイオード１を構成することができる。
【０１１１】
また、本実施形態の発光ダイオード１には、発光部７上に歪調整層８が設けられている。この歪調整層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。
さらに、この歪調整層８は、ＧａＡｓ基板１４の格子定数よりも小さい格子定数を有しているため、この半導体化合物層２の反りの発生を抑制することができる。これにより、歪発光層１２の歪量の発光層１０内でのばらつきが低減されるため、単色性に優れた発光ダイオード１とすることができる。
【０１１２】
したがって、本実施形態の発光ダイオード１によれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有し、単色性に優れると共に、高出力・高効率であって、かつ応答速度が速い（具体的には、３５ｎｓ以下）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１を提供できる。
【０１１３】
また、本実施形態の発光ダイオードランプ４１によれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有し、単色性に優れると共に、高出力・高効率であって応答速度が速い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。
【０１１４】
＜発光ダイオード（第２の実施形態）＞
図８は、第２の実施形態に係る発光ダイオードの断面模式図である。
本実施形態の発光ダイオード５１は、発光層１０を含む発光部７と歪調整層８とを少なくとも含む化合物半導体層２と、機能性基板５５とが、反射構造体５４を介して接合された構成とされている。また、発光部７の反射構造体５４と反対側の面７ａにはコンタクト層５２ｂを介して第１の電極５６が備えられ、歪調整層８の反射構造体５４側の面８ｂには第２の電極５８が備えられている。
【０１１５】
化合物半導体層２の構成は、上述した第１の実施形態に係る発光ダイオードと同様な構成とすることができる。
【０１１６】
以下、第１の実施形態に係る発光ダイオードと異なる構成について特に詳細に説明する。
＜第１の電極、第２の電極＞
第１の電極５６及び第２の電極５８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７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。
【０１１７】
第１の電極５６の材料としては、コンタクト層５２ｂとしてｎ型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、ＡｕＧｅ層、ＡｕＳｉ層等を用いることができ、コンタクト層５２ｂとしてｐ型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、ＡｕＢｅ層、ＡｕＺｎ層等を用いることができる。
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。
【０１１８】
第２の電極５８の材料としては、歪調整層８としてｎ型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、ＡｕＧｅ層、ＡｕＳｉ層等を用いることができ、歪調整層８としてｐ型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、ＡｕＢｅ層、ＡｕＺｎ層等を用いることができる。
【０１１９】
＜反射構造体＞
図８を参照するに、反射構造体５４は、第２の電極５８を覆うように、発光部７の反射構造体５４側の面７ｂに形成されている。反射構造体５４は、透明導電膜６４と、反射層６５とが順次積層された構成とされている。
【０１２０】
透明導電膜６４は、第２の電極５８を覆うように、歪調整層８の面８ｂ（第２の電極５８が形成された歪調整層８の面）に形成されている。透明導電膜６４としては、例えば、ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜等を用いることができる。
また、透明導電膜６４の代わりに、或いは、透明導電膜６４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６５に組み合わせてもよい。
【０１２１】
図８を参照するに、反射層６５は、透明導電膜６４に積層されている。反射層６５は、銅、銀、金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金等の材料により構成されている。これらの材料は光反射率が高く、反射構造体５４からの光反射率を９０％以上とすることができる。
このような反射層６５を設けることにより、発光層１０からの光を反射層６５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５１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２の光取り出し面２ａ（本実施形態の場合、発光部７の面７ａ）との成す角度が９０°となる方向で、かつ発光ダイオード５１から離間する方向のことをいう。なお、反射構造体５４は、透明導電膜６４を設けることなく、反射層６５だけで構成してもよい。
【０１２２】
具体的には、反射層６５としては、例えば、透明導電膜６４側からＡｇ合金層／Ｗ層／Ｐｔ層／Ａｕ層／接続用金属層よりなる積層膜を用いることができる。透明導電膜６４と接触する面とは反対側に位置する反射層６５の面１５ｂに形成された前記接続用金属としては、電気抵抗が低く、低温で溶融する金属を用いるとよい。このような接続用金属を用いることにより、発光部７に熱ストレスを与えることなく、機能性基板５５を接続できる。
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５５に含まれる不純物等が反射層６５側に拡散して、反応することを抑制できる。
【０１２３】
＜機能性基板（金属基板）＞
図８を参照するに、機能性基板５５は、反射構造体５４を介して、化合物半導体層２の面２ｂ（具体的には、歪調整層８の面８ｂ）に貼り付けられている。具体的には、発光部７と対向する反射構造体５４の面とは反対側に位置する反射構造体５４の面６５ｂに、機能性基板５５の接合面５５ａが接合されている。
【０１２４】
第２の実施形態では、機能性基板５５として金属基板を用いる。つまり、第２の実施形態では、反射構造体５４を介して、化合物半導体層２の面２ｂ（具体的には、歪調整層８の面８ｂ）に、金属基板が貼り付けられている。以下、機能性基板５５として金属基板を用いた場合を例に挙げて説明する。
【０１２５】
機能性基板５５は、複数の金属層からなるものを用いることができる。さらに、機能性基板５５は、２種類の金属層を交互に積層して構成することが好ましい。また、上記２種類の金属層の合計の層数は、奇数とすることが好ましい。
【０１２６】
この場合、機能性基板５５の反りや割れの観点から、第２の金属層６２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場合、第１の金属層６１を化合物半導体層２より熱膨張係数が大きい材料で構成することが好ましい。
これにより、機能性基板５５全体としての熱膨張係数が化合物半導体層２の熱膨張係数に近くなるため、化合物半導体層２と機能性基板５５とを接合する際の機能性基板５５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５１の歩留まりを向上できる。
【０１２７】
また、第２の金属層６２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場合、第１の金属層６１を化合物半導体層２より熱膨張係数が小さい材料で構成することが好ましい。
これにより、機能性基板５５全体としての熱膨張係数が、化合物半導体層２の熱膨張係数に近くなるため、化合物半導体層２と機能性基板５５とを接合する際の機能性基板５５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５１の歩留まりを向上できる。
【０１２８】
以上説明したように、機能性基板５５を構成する第１及び第２の金属層６１，６２の位置は、入れ替えることが可能である。つまり、図１では、２つの第１の金属層６１が１つの第２の金属層を挟み込むことで機能性基板５５を構成しているが、２つの第２の金属層６２により１つの第１の金属層６１を挟みこむことで機能性基板５５（金属基板）を構成してもよい。
【０１２９】
第１及び第２の金属層６１，６２よりなる機能性基板５５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）、及びこれらの合金のうち、いずれかの材料よりなる金属層と、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）、及びこれらの合金のうち、いずれかの材料よりなる金属層との組み合わせで構成できる。
【０１３０】
機能性基板５５（金属基板）の好適な例としては、Ｃｕ層／Ｍｏ層／Ｃｕ層の３層よりなる金属基板が挙げられる。先に説明したように、Ｍｏ層／Ｃｕ層／Ｍｏ層の３層よりなる金属基板でも、Ｃｕ層／Ｍｏ層／Ｃｕ層の３層よりなる金属基板と同様な効果を得ることが可能である。
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。
【０１３１】
機能性基板５５全体としての熱膨張係数は、例えば、機能性基板５５としてＣｕ層（３０μｍ）／Ｍｏ層（２５μｍ）／Ｃｕ層（３０μｍ）よりなる金属基板を用いた場合、６．１ｐｐｍ／Ｋとなる。また、機能性基板５５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、例えば、機能性基板５５全体としての熱膨張係数は５．７ｐｐｍ／Ｋとなる。
【０１３２】
また、放熱の観点からは、機能性基板５５を構成する金属層は熱伝導率が高い材料よりなることが好ましい。このような材料を用いることにより、機能性基板５５の放熱性を高くすることが可能となり、発光ダイオード５１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５１の寿命を長寿命とすることができる。
【０１３３】
上記熱伝導率が高い材料としては、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）、及びこれらの合金等を用いることが好ましい。
【０１３４】
さらに、機能性基板５５を構成する金属層の熱膨張係数が、化合物半導体層２の熱膨張係数と略等しい材料よりなることが好ましい。
特に、機能性基板５５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２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５５と化合物半導体層２との接合時に発生する発光部７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５５と化合物半導体層２と接続させた際の熱による機能性基板５５の割れが抑制されるので、発光ダイオード５１の歩留まりを向上できる。
【０１３５】
機能性基板５５としてＣｕ層（３０μｍ）／Ｍｏ層（２５μｍ）／Ｃｕ層（３０μｍ）よりなる金属基板を用いた場合、機能性基板５５の熱伝導率は２５０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
また、機能性基板５５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５５の熱伝導率は２２０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
【０１３６】
金属基板よりなる機能性基板５５の厚さは、５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが好ましい。
機能性基板５５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５５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。
【０１３７】
１枚の機能性基板５５を構成する第１の金属層６１及び第２の金属層６２の層数は、合わせて３〜９層とすることが好ましく、３〜５層とすることがより好ましい。
第１の金属層６１と第２の金属層６２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５５の割れが発生するおそれが発生する。逆に、第１の金属層６１と第２の金属層６２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６１と第２の金属層６２の層の厚さをそれぞれ薄くする必要が生じる。
【０１３８】
しかしながら、第１及び第２の金属層６１，６２の厚さを薄く作製することは非常に困難であるため、第１の金属層６１或いは第２の金属層６２の厚さを薄くして、単層の金属基板を形成した場合、各層の厚さが不均一となり、発光ダイオードの特性をばらつかせる虞がある。
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。
【０１３９】
なお、機能性基板５５の接合面５５ａに、電気的接触を安定化させる接合補助膜、または、ダイボンド用の共晶金属を形成してもよい。これにより、接合工程を簡便に行うことができる。前記接合補助膜としては、Ａｕ膜、ＡｕＳｎ膜等を用いることができる。
【０１４０】
なお、発光部７に機能性基板５５を接合する方法は、上記に記載した方法に限られるものではなく、例えば、拡散接合、接着剤、常温接合方法等公知の技術を適用できる。
【０１４１】
第２の実施形態の発光ダイオード５１によれば、ｎ（≧１）層の歪発光層１２、及び（ｎ−１）層のバリア層１３よりなる発光層１０を有するｐｎ接合型の発光部７を備え、発光層１０は、１層の歪発光層と、１層のバリア層とが交互に積層された構成とされており、ｎを１〜７とし、かつ発光層１０の厚さを２５０ｎｍ以下にし、歪発光層の組成式を、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）とすることにより、発光部７から放射される光の発光効率及び応答速度を向上できる。
また、歪発光層１２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５１を実現できる。
また、発光部７上に、発光部７の光を透過させる歪調整層８を設けることにより、歪調整層８により発光部７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５１を実現できる。
【０１４２】
さらに、この歪調整層８は、歪発光層１２及びバリア層１３の格子定数よりも小さい格子定数を有しているため、化合物半導体層２の反りの発生を抑制できる。これにより、歪発光層１２の歪量のばらつきが低減されるため、単色性に優れた発光ダイオード５１を実現できる。
また、化合物半導体層２の光取り出し面２ａとは反対側に位置する化合物半導体層２の面２ｂに、反射構造体５４を設けることにより、化合物半導体層２の光取り出し面２ａから発光ダイオード５１の外部に放射される光のうち、光取り出し面２ａ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５１を実現できる。
また、光取り出し面２ａ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２ａに対して直交する方向において、反射構造体５４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５４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。
【０１４３】
また、例えば、化合物半導体層２の面２ｂに、反射構造体５４を介して接合される機能性基板５５として金属基板を用いることにより、発光部７が発光した際の熱を、機能性基板５５を介して、発光ダイオード５１の外部に効率良く放出することができる。
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６１，６２により機能性基板５５を構成することで、機能性基板５５の放熱性が高くなるため、発光ダイオード５１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５１の寿命を長寿命とすることができる。
また、機能性基板５５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５５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。
【０１４４】
つまり、第１の実施形態の発光ダイオードによれば、６５５ｎｍ以上の赤色光の発光波長を有し、単色性に優れると共に、高出力・高効率であって応答速度が速く、かつ光取り出し面に対して直交する方向における光強度が強く、さらに放熱特性に優れた発光ダイオード５１を実現できる。
【０１４５】
＜発光ダイオード（第２の実施形態）の製造方法＞
次に、第２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２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５５を形成する工程と、半導体基板５３にコンタクト層５２ｂを介して発光層１０を含む発光部７を形成した後、発光部７の半導体基板５３と反対側の面に第２の電極５８を形成する工程と、発光部７の半導体基板と反対側の面に第２の電極５８を介して反射構造体５４を形成する工程と、発光部７に反射構造体５４を介して機能性基板５５を接合する工程と、半導体基板５３、及びコンタクト層５２ｂの一部を除去する工程と、発光部７の機能性基板５５と反対側の面に第１の電極５６を形成する工程と、を有する。
【０１４６】
図９〜図１５は、本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。図９〜図１５において、図８に示す発光ダイオード５１と同一構成部分には、同一符号を付す。
図９〜図１５を参照して、第２の実施形態の発光ダイオード５１の製造方法について説明する。まず、機能性基板５５の製造工程について説明する。
【０１４７】
＜機能性基板の製造工程＞
図９に示すように、機能性基板５５は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である第１及び第２の金属層６１，６２をホットプレスすることで形成する。
【０１４８】
具体的には、まず、２枚の略平板状の第１の金属層６１と、１枚の略平板状の第２の金属層６２を用意する。例えば、第１の金属層６１としては厚さ３０μｍのＣｕ層を用い、第２の金属層６２としては厚さ２５μｍのＭｏ層を用いる。
次に、図９（ａ）に示すように、２枚の第１の金属層６１の間に第２の金属層６２を挿入してこれらを重ねて配置する。
【０１４９】
次に、所定の加圧装置内に、第１及び第２の金属層６１，６２が積み重ねられた積層板を配置して、高温下で、第１の金属層６１と第２の金属層６２に矢印の方向（図９（ａ）参照）に荷重をかけて圧着する。
これにより、図９（ｂ）に示すように、第１の金属層６１がＣｕ層であり、第２の金属層６２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５５を形成する。上記構成とされた機能性基板５５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。
【０１５０】
なお、この後、発光部７（ウェーハ）の接合面の大きさに合わせて切断した後、表面を鏡面加工してもよい。
また、機能性基板５５の接合面５５ａ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。
【０１５１】
＜発光部及び第２の電極形成工程＞
まず、図１０に示すように、半導体基板５３の表面５３ａ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２を形成する。なお、この段階では、化合物半導体層２を構成するコンタクト層５２ｂは、パターニングされていない。
半導体基板５３は、化合物半導体層２を形成するための基板であり、例えば、表面５３ａ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２としてＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層を用いる場合、化合物半導体層２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。
【０１５２】
化合物半導体層２は、半導体基板５３であるＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓよりなる緩衝層５２ａ、Ｓｉをドープしたｎ型のＡｌＧａＩｎＰよりなるコンタクト層５２ｂ、ｎ型の上部クラッド層１１、発光層１０、ｐ型の下部クラッド層９、及びＭｇドープしたｐ型ＧａＰよりなる歪調整層８を順次積層して作製する。
【０１５３】
以上の、ＧａＡｓ基板５３上に化合物半導体層２を作製する工程は、第１の実施形態と同様に行うことができる。
【０１５４】
次に、歪調整層８の半導体基板５３と反対側の面８ｂを、表面から１μｍの深さに至るまで鏡面研磨して、表面の粗さを、例えば、０．１８ｎｍ以内とする。
次に、図１１に示すように、歪調整層８の面８ｂ上に第２の電極５８（オーミック電極）を形成する。第２の電極５８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５８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。
【０１５５】
＜反射構造体形成工程＞
次に、図１２に示すように、歪調整層８の半導体基板５３と反対側の面８ｂ及び第２の電極５８を覆うようにＩＴＯ膜よりなる透明導電膜６４を形成する。次に、４５０℃の熱処理を施して、第２の電極５８と透明導電膜６４との間にオーミックコンタクトを形成する。
【０１５６】
次に、図１３に示すように、透明導電膜６４の化合物半導体層２と反対側の面６４ａに、蒸着法を用いて、反射層６５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６５を形成する。これにより、反射層６５及び透明導電膜６４よりなる反射構造体５４が形成される。
【０１５７】
＜機能性基板接合工程＞
次に、図１４に示すように、反射構造体５４と化合物半導体層２とを形成した半導体基板５３（図１３に示す構造体）と、図９（ｂ）に示す機能性基板５５とを減圧装置（図示せず）内に搬入して、反射構造体５４の接合面５４ａと機能性基板５５の接合面５５ａ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５３と機能性基板５５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５４の接合面４ａと機能性基板５５の接合面５５ａと接合して、接合構造体６８を形成する。
【０１５８】
＜半導体基板及び緩衝層除去工程＞
次に、図１５に示すように、接合構造体６８から、半導体基板５３及び緩衝層５２ａ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１０を有する発光部７が形成される。
【０１５９】
＜第１の電極形成工程＞
次に、真空蒸着法を用いて、コンタクト層５２ｂの反射構造体５４と反対側の面５２ｂｂに、第１の電極５６（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５６を形成する。
その後、第１の電極５６の形状に対応するように、コンタクト層５２ｂをパターニングすることで、図８に示す発光ダイオード５１が製造される。
【０１６０】
なお、電極用導電膜をパターニング後に、例えば、４２０°Ｃで３分間熱処理を行って、第１の電極５６を構成する各金属を合金化することが好ましい。これにより、ｎ型オーミック電極である第１の電極５６を低抵抗化することができる。
【０１６１】
その後、発光ダイオード１を所望の大きさに区画する切断部分の発光部７をエッチングで除去した後、０．８ｍｍピッチでレーザを用いて、前記切断部分の基板と接続層を所望の大きさの発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）に切断する。発光ダイオードの大きさは、例えば、平面視したときに略矩形状の発光部７の対角線の長さを１．１ｍｍとする。その後、発光部７の露出面を粘着シートで保護して、切断面を洗浄する。
【０１６２】
＜発光ダイオード（第３の実施形態）＞
図１６は、本発明の第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１６（ａ）は、第３の実施形態の発光ダイオードの平面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（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１６を参照するに、第３の実施形態の発光ダイオード７１は、第２の実施形態の発光ダイオード５１に設けられた機能性基板５５（金属基板）の替わりに、機能性基板５５（金属基板）とは異なる材料により構成された機能性基板７５を設けると共に、さらに金属層７２，７３を設けた以外は、第２の実施形態の発光ダイオード５１と同様に構成される。
つまり、第３の実施形態の発光ダイオード７１と第２の実施形態の発光ダイオード５１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。
【０１６３】
機能性基板７５は、金属層７２を介して、化合物半導体層２が設けられた反射構造体５４（具体的には、反射層６５）に接合されている。機能性基板７５の材料としては、ＧａＰ、Ｓｉ、Ｇｅのいずれかの材料を用いることができる。
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７５を設けることにより、機能性基板７５を備えていない発光ダイオードと比較して、発光部７が発光した際の熱を、発光ダイオード７１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７５の材料として用いることで、機能性基板７５の耐湿性を向上させることができる。
【０１６４】
金属層７２は、反射構造体５４を構成する反射層６５と機能性基板７５の上面５１ａとの間に設けられている。金属層７２は、反射層６５と機能性基板７５の上面７５ａとを接合するための層である。金属層７２としては、例えば、Ｉｎ層と、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。
金属層７３は、機能性基板７５の下面７５ｂに設けられている。金属層７３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。
【０１６５】
第３の実施形態の発光ダイオードによれば、金属層７２を介して、化合物半導体層２が設けられた反射構造体５４に接合され、かつＧａＰ、Ｓｉ、Ｇｅのいずれかの材料により構成された機能性基板７５を設けることにより、機能性基板７５を備えていない発光ダイオードと比較して、発光部７が発光した際の熱を、発光ダイオード７１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７５の材料として用いることで、機能性基板７５の耐湿性を向上させることができる。
【０１６６】
また、化合物半導体層２の光取り出し面とは反対側に位置する化合物半導体層２の面２ｂに、反射構造体５４を設けることにより、化合物半導体層２の光取り出し面から発光ダイオード７１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（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７１を実現できる。
【０１６７】
また、第３の実施形態の発光ダイオード７１は、ｎ（≧１）層の歪発光層１２、及び（ｎ−１）層のバリア層１３よりなる発光層１０を有するｐｎ接合型の発光部７を備え、発光層１０は、１層の歪発光層と、１層のバリア層とが交互に積層された構成とされており、ｎを１〜７とし、かつ発光層１０の厚さを２５０ｎｍ以下にし、歪発光層の組成式を、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）とすることにより、発光部７から放射される光の発光効率及び応答速度を向上できる。
また、歪発光層１２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７１を実現できる。
さらに、発光部７上に、発光部７の光を透過させる歪調整層８を備えることにより、歪調整層８により発光部７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。
【０１６８】
また、上記歪調整層８は、歪発光層１２及びバリア層１３の格子定数よりも小さい格子定数を有しているため、化合物半導体層２の反りの発生を抑制できる。これにより、歪発光層１２の歪量のばらつきが低減されるため、単色性に優れた発光ダイオード７１を実現できる。
【実施例】
【０１６９】
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。
【０１７０】
本実施例では、本発明に係る発光ダイオードを作製した例を具体的に説明する。また、本実施例で作製した発光ダイオードは、ＡｌＧａＩｎＰ発光部を有する赤色発光ダイオードである。本実施例では、ＧａＡｓ基板上に成長させた化合物半導体層とＧａＰからなる機能性基板とを接合させて発光ダイオードを作製した。そして、特性評価のために発光ダイオードチップを基板上に実装した発光ダイオードランプを作製した。
実施例１〜１１はいわゆる透過型であって、反射構造体を有さない第１の実施形態の実施例である。
また、実施例１２〜１６はいわゆる反射型であって、反射構造体を有するものであって、実施例１２及び１６は機能性基板が金属基板である第２の実施形態の実施例であり、実施例１３〜１５は機能性基板がそれぞれ、ＧａＰ、Ｇｅ、Ｓｉからなる第３の実施形態の実施例である。
【０１７１】
（実施例１）
実施例１の発光ダイオードは、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Ｇａ０．４２Ｉｎ０．５８Ｐ／（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。
【０１７２】
実施例１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。
【０１７３】
ＧａＡｓよりなる緩衝層は、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。
歪発光層は、アンドープで層厚が約１０ｎｍのＧａ０．４２Ｉｎ０．５８Ｐとし、バリア層は０層とした。つまり、実施例１では、先に説明した発光層が、１層の歪発光層のみで構成されている。この場合の発光層の厚さは、１０ｎｍとなる。
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。
【０１７４】
次に、歪調整層を表面から約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、歪調整層の表面の粗さを０．１８ｎｍとした。
一方、上記の歪調整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、歪調整層に接合させる以前に鏡面に研磨し、平方平均平方根値（ｒｍｓ）にして０．１２ｎｍに仕上げた。
【０１７５】
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。
【０１７６】
次に、機能性基板、及び歪調整層の双方の表面に、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、機能性基板及び歪調整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。
【０１７７】
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、真空蒸着法により、コンタクト層の表面に、厚さが０．５μｍのＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金膜と、厚さが０．２μｍのＰｔ膜と、厚さが１μｍのＡｕ膜とを順次成膜した。
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。
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。
【０１７８】
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、歪調整層を露出させた。この露出した歪調整層の表面に、真空蒸着法により、厚さ０．２μｍのＡｕＢｅ膜と、厚さ１μｍのＡｕ膜とを順次成膜し、その後、ＡｕＢｅ膜及びＡｕ膜をパターニングすることで、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。
【０１７９】
次に、機能性基板の裏面に、厚さ０．２μｍのＡｕ膜、厚さ０．２μｍのＰｔ膜、及び厚さ１．２μｍのＡｕＳｎ膜よりなる接続用の第３の電極を形成した。
【０１８０】
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の電極が形成されていない領域の傾斜面の角度αが７０°になると共に、垂直面の厚さが８０μｍとなるようにＶ字状の溝入れ加工を行った。
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除去して、実施例１の発光ダイオードを作製した。
【０１８１】
上記方法により作製した実施例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、共晶ダイボンダーで、加熱接続され支持（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。
【０１８２】
実施例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、ピーク発光波長６６１．３ｎｍとする赤色光が出射された。
順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、化合物半導体層を構成する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、約１．８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であった。組み立てたすべての発光ダイオードにおけるピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、２．５ｎｍであり、良好な結果が得られた。なお、ピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、３ｎｍ以下であればよい。
また、発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、１０．６ｎｓであり、表面欠陥は見られなかった。
また、実施例１の発光ダイオードでは、順方向電流が高電流（例えば、１５０ｍＡ以上）の場合において、出力低下が見られた。
【０１８３】
上記結果から、実施例１の発光ダイオードは、応答速度は所望の値（３５ｎｓ以下）を満たしているが、高電流（例えば、１５０ｍＡ以上）で使用する場合には出力低下が見られるため、１５０ｍＡよりも小さい電流を流して使用する分野には適していることが確認できた。
【０１８４】
（実施例２）
実施例２の発光ダイオードは、実施例１の発光ダイオードに設けられた歪発光層を２層形成すると共に、厚さが３０ｎｍで、かつ組成が（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１層のバリア層を形成した以外は、実施例１の発光ダイオードと同様に形成した。
つまり、実施例２では、発光層が、２層の歪発光層（合計の厚さ２０ｎｍ）と、１層のバリア層（厚さ３０ｎｍ）とを有した構成とされている。この場合、実施例２の発光層の厚さは、５０ｎｍとなる。
【０１８５】
実施例２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、ピーク発光波長を６６０．８ｎｍ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、約１．８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、４．５ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードのピーク発光波長のバラツキは、２．４ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、１５．２ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０１８６】
上記結果から、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、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、１５．２ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０１８７】
（実施例３）
実施例３の発光ダイオードは、実施例２の発光ダイオードに設けられた歪発光層を２層から３層に変更すると共に、実施例２の発光ダイオードに設けられたバリア層を２層形成した以外は、実施例２の発光ダイオードと同様に形成した。
つまり、実施例３では、発光層が、３層の歪発光層（合計の厚さ３０ｎｍ）と、２層のバリア層（合計の厚さ６０ｎｍ）とを有した構成とされている。この場合、実施例３の発光層の厚さは、９０ｎｍとなる。
【０１８８】
実施例３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、ピーク発光波長を６６０．７ｎｍ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、約１．８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、４．１ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．３ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、１８．４ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０１８９】
上記結果から、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、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、１８．４ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０１９０】
（実施例４）
実施例４の発光ダイオードは、実施例３の発光ダイオードに設けられた歪発光層を３層から５層に変更すると共に、実施例３の発光ダイオードに設けられたバリア層を２層から４層に変更した以外は、実施例３の発光ダイオードと同様に形成した。
つまり、実施例４では、発光層が、５層の歪発光層（合計の厚さ５０ｎｍ）と、４層のバリア層（合計の厚さ１２０ｎｍ）とを有した構成とされている。この場合、実施例４の発光層の厚さは、１７０ｎｍとなる。
【０１９１】
実施例４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、ピーク発光波長を６６０．２ｎｍ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、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、３．９ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．３ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、２８ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０１９２】
上記結果から、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、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、２８ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０１９３】
（実施例５）
実施例５の発光ダイオードは、実施例４の発光ダイオードに設けられた歪発光層を５層から７層に変更すると共に、実施例４の発光ダイオードに設けられたバリア層を４層から６層に変更した以外は、実施例４の発光ダイオードと同様に形成した。
つまり、実施例５では、発光層が、７層の歪発光層（合計の厚さ７０ｎｍ）と、６層のバリア層（合計の厚さ１８０ｎｍ）とを有した構成とされている。この場合、実施例５の発光層の厚さは、２５０ｎｍとなる。
【０１９４】
実施例５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、ピーク発光波長を６６０．１ｎｍ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、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、３．８ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．３ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、３２．６ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０１９５】
上記結果から、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、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、３２．６ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０１９６】
（実施例６）
実施例６の発光ダイオードは、実施例１の発光ダイオードに設けられた歪発光層の組成をＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐに変更すると共に、歪発光層の厚さを１７ｎｍに変更した以外は、実施例１の発光ダイオードと同様に形成した。つまり、実施例６の場合、発光層は、１層の歪発光層（厚さ１７ｎｍ）で構成されている。実施例６の発光層の厚さは、１７ｎｍである。
【０１９７】
実施例６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、ピーク発光波長を６６１．１ｎｍ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、約１．８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、３．９ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．２ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、１７ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
また、実施例６の発光ダイオードでは、順方向電流が高電流（例えば、１５０ｍＡ以上）の場合において、出力低下が見られた。
【０１９８】
上記結果から、実施例６の発光ダイオードは、応答速度は所望の値（３５ｎｓ以下）を満たしているが、高電流（例えば、１５０ｍＡ以上）で使用する場合には出力低下が見られるため、１５０ｍＡよりも小さい電流を流して使用する分野には適していることが確認できた。
【０１９９】
（実施例７）
実施例７の発光ダイオードは、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Ｇａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐに変更すると共に、歪発光層の厚さを１７ｎｍに変更し、さらに、バリア層の厚さを１９ｎｍに変更した以外は、実施例２の発光ダイオードと同様に形成した。つまり、実施例７の場合、発光層は、２層の歪発光層（合計の厚さ３４ｎｍ）と、１層のバリア層（厚さ１９ｎｍ）とで構成されている。実施例７の発光層の厚さは、５３ｎｍである。
【０２００】
実施例７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、ピーク発光波長を６６１．０ｎｍ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、約１．８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、４．３ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．１ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、２１．２ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２０１】
上記結果から、実施例７の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、２１．２ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０２０２】
（実施例８）
実施例８の発光ダイオードは、実施例３の発光ダイオードに設けられた歪発光層の組成をＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐに変更すると共に、歪発光層の厚さを１７ｎｍに変更し、さらに、バリア層の厚さを１９ｎｍに変更した以外は、実施例３の発光ダイオードと同様に形成した。つまり、実施例７の場合、発光層は、３層の歪発光層（合計の厚さ５１ｎｍ）と、２層のバリア層（合計の厚さ３８ｎｍ）とで構成されている。実施例８の発光層の厚さは、８９ｎｍである。
【０２０３】
実施例８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、ピーク発光波長を６６０．５ｎｍ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、約１．８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、４．２ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．１ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、２６．２ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２０４】
上記結果から、実施例８の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、２６．２ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０２０５】
（実施例９）
実施例９の発光ダイオードは、実施例８の発光ダイオードに設けられた歪発光層の積層数及びバリア層の積層数を変更した以外は、実施例８の発光ダイオードと同様に構成した。
実施例９では、発光ダイオードの発光層が、６層の歪発光層（合計の厚さ１０２ｎｍ）と、５層のバリア層（合計の厚さ９５ｎｍ）とを有するように形成した。実施例９の発光層の厚さは、１９７ｎｍとした。
【０２０６】
実施例９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、ピーク発光波長を６６０．３ｎｍ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、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、４ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．１ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、３４．３ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２０７】
上記結果から、実施例９の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、３４．３ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０２０８】
（実施例１０）
実施例１０の発光ダイオードは、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Ｇａ０．３７Ｉｎ０．６３Ｐに変更すると共に、歪発光層の厚さを８ｎｍに変更した以外は、実施例５の発光ダイオードと同様に形成した。
【０２０９】
実施例１０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、ピーク発光波長を６７２．０ｎｍ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、約１．８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、３．８ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．６ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、３１．３ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２１０】
上記結果から、実施例１０の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、３１．３ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０２１１】
（実施例１１）
実施例１１の発光ダイオードは、実施例３の発光ダイオードに設けられた歪発光層の組成をＧａ０．４６Ｉｎ０．５４Ｐに変更し、歪発光層の厚さを３０ｎｍに変更し、バリア層の厚さを４５ｎｍに変更した以外は、実施例３の発光ダイオードと同様に形成した。
【０２１２】
実施例１１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、ピーク発光波長を６６０．９ｎｍ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、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、３．３ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、１．８ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、２９ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２１３】
上記結果から、実施例１１の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、２９ｎｓ）を実現できることが確認できた。
【０２１４】
また、上記実施例１〜１１の結果から、ｎ（≧１）層の歪発光層と、（ｎ−１）層のバリア層とが交互に積層された発光層を有するｐｎ接合型の発光部を備え発光ダイオードであって、歪発光層の積層数を１〜７にすると共に、発光層の厚さを２５０ｎｍ以下にすることにより、応答速度が３５ｎｓ以下の発光ダイオード（言い換えれば、応答速度の速い発光ダイオード）を実現できることが確認できた。
【０２１５】
（実施例１２）
実施例１２の発光ダイオード（第２の実施形態）は、実施例１と同様の方法で、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。
但し、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２層の歪発光層と、組成が（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１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した。
【０２１６】
次に、歪調整層を表面から約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、歪調整層の表面の粗さを０．１８ｎｍ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３００ｎｍ）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２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１２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８５μｍであった。
【０２１７】
次に、減圧装置内を３×１０−５Ｐａまで排気した後、ＧａＡｓ基板と機能性基板とを４００℃に加熱した状態で、１００ｇ／ｃｍ２の加重を印加して反射構造体と機能性基板と接合して、接合構造体を形成した。
【０２１８】
次に、上記接合構造体から、ＧａＡｓ基板及び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、真空蒸着法により、コンタクト層の表面に、厚さが０．５μｍのＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金膜と、厚さが０．２μｍのＰｔ膜と、厚さが１μｍのＡｕ膜とを順次成膜した。
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。
【０２１９】
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、歪調整層を露出させた。この露出した歪調整層の表面に、真空蒸着法により、厚さ０．２μｍのＡｕＢｅ膜と、厚さ１μｍのＡｕ膜とを順次成膜し、その後、ＡｕＢｅ膜及びＡｕ膜をパターニングすることで、第２の電極（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、低抵抗の第１及び第２の電極（ｎ型及びｐ型オーミック電極）を形成した。
【０２２０】
次に、ダイシングソーを用いて、第１及び第２の電極が形成された接合構造体を切断して、チップ化した。これにより、実施例１の発光ダイオードを作製した。
【０２２１】
上記方法により作製した実施例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、共晶ダイボンダーで、加熱接続され支持（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。
【０２２２】
実施例１２の発光ダイオードの構成要素の一部を表１に示し、実施例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２に示す。
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、１．８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、４．４ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。
【０２２３】
組み立てたすべての発光ダイオードにおけるピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、２．２ｎｍであり、良好な結果が得られた。なお、ピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、３ｎｍ以下であればよい。
また、発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、１８．２ｎｓ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。
【０２２４】
また、実施例１２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。
【０２２５】
上記結果から、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、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を形成でき、かつ１００ｎｓ以下の応答速度（この場合、１８．２ｎｓ）を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。
【０２２６】
（実施例１３）
実施例１３の発光ダイオード（第３の実施形態）は、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）の３層構造（厚さ８５μｍ）からなる機能性基板の替わりに、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１２の発光ダイオードと同様に製造した。
【０２２７】
実施例１３の発光ダイオードの構成要素の一部を表１に示し、実施例２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２に示す。
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６６０．６ｎｍ（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、１．８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、４．２ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。）。
【０２２８】
組み立てたすべての発光ダイオードにおけるピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、２．３ｎｍ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、２３．３ｎｓ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。
【０２２９】
また、実施例１３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。
【０２３０】
上記結果から、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、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ１００ｎｓ以下の応答速度（この場合、２３．３ｎｓ）を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。
【０２３１】
（実施例１４）
実施例１４の発光ダイオード（第３の実施形態）は、機能性基板として厚さが１５０μｍのＧａＰ層（熱伝導率１１０Ｗ／ｍＫ）の替わりに、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１３の発光ダイオードと同様に製造した。
【０２３２】
実施例１４の発光ダイオードの構成要素の一部を表１に示し、実施例３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２に示す。
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６６０．５ｎｍ（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、１．８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、４．３ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。
【０２３３】
組み立てたすべての発光ダイオードにおけるピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、２．４ｎｍ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、２０．５ｎｓ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。
【０２３４】
また、実施例１４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。
【０２３５】
上記結果から、実施例１４の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ１００ｎｓ以下の応答速度（この場合、２０．５ｎｓ）を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。
【０２３６】
（実施例１５）
実施例１５の発光ダイオード（第３の実施形態）は、機能性基板として厚さが１５０μｍのＧａＰ層（熱伝導率１１０Ｗ／ｍＫ）の替わりに、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１３の発光ダイオードと同様に製造した。
【０２３７】
実施例１５の発光ダイオードの構成要素の一部を表１に示し、実施例１５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２に示す。
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、１．８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、４．３ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。
【０２３８】
組み立てたすべての発光ダイオードにおけるピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、２．３ｎｍ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、２２．８ｎｓ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。
【０２３９】
また、実施例１５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。
【０２４０】
上記結果から、実施例１５の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ１００ｎｓ以下の応答速度（この場合、２２．８ｎｓ）を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。
【０２４１】
（実施例１６）
実施例１６の発光ダイオード（第２の実施形態）は、実施例１２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Ｇａ０．３８Ｉｎ０．６２Ｐよりなる２層の歪発光層と、組成が（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１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用いた以外は、実施例１２の発光ダイオードと同様に製造した。
【０２４２】
実施例１６の発光ダイオードの構成要素の一部を表１に示し、実施例１６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２に示す。
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６７５．２ｎｍ（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、１．８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。）。
【０２４３】
組み立てたすべての発光ダイオードにおけるピーク発光波長のバラツキ（最大−最小）は、２．５ｎｍ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、２４．３ｎｓ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。
【０２４４】
また、実施例１６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。
【０２４５】
上記結果から、実施例１６の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した光を発光する発光層を構成でき、かつ１００ｎｓ以下の応答速度（この場合、２４．３ｎｓ）を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。
【０２４６】
（比較例１）
比較例１の発光ダイオードは、実施例２の発光ダイオードに設けられた歪発光層の積層数及びバリア層の積層数を変更した以外は、実施例２の発光ダイオードと同様に構成した。
比較例１は、発光ダイオードの発光層が、１１層の歪発光層（合計の厚さ１１０ｎｍ）と、１０層のバリア層（合計の厚さ３００ｎｍ）とを有するように形成した。比較例１の発光層の厚さは、４１０ｎｍとした。
【０２４７】
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、ピーク発光波長を６６０．５ｍ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、約２ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、３．７ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．４ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、４３ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２４８】
上記結果から、発光層の厚さが４１０ｎｍとされた比較例１の発光ダイオード及び発光ダイオードランプでは、３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、４３ｎｓ）を実現できないことが確認できた。
【０２４９】
（比較例２）
比較例２の発光ダイオードは、実施例７の発光ダイオードに設けられた歪発光層の積層数及びバリア層の積層数を変更した以外は、実施例７の発光ダイオードと同様に構成した。
比較例２は、発光ダイオードの発光層が、１２層の歪発光層（合計の厚さ２０４ｎｍ）と、１１層のバリア層（合計の厚さ２０９ｎｍ）とを有するように形成した。比較例２の発光層の厚さは、４１３ｎｍとした。
【０２５０】
比較例２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、ピーク発光波長を６５９．５ｍ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、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、３．９ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、２．２ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、５０ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２５１】
上記結果から、発光層の厚さが４１３ｎｍとされた比較例２の発光ダイオード及び発光ダイオードランプでは、３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、５０ｎｓ）を実現できないことが確認できた。
【０２５２】
（比較例３）
比較例３の発光ダイオードは、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、厚さ、及び積層数と、バリア層の積層数とを変更した以外は、実施例２の発光ダイオードと同様に構成した。
歪発光層の組成は、Ｇａ０．３８Ｉｎ０．６２Ｐとした。歪発光層の厚さは、５ｎｍとした。また、歪発光層の積層数は、２１とし、バリア層の積層数は、２０とした。
つまり、比較例３では、発光ダイオードの発光層が、２１層の歪発光層（合計の厚さ１０５ｎｍ）と、２０層のバリア層（合計の厚さ６００ｎｍ）とを有するように形成した。比較例３の発光層の厚さは、７０５ｎｍとした。
【０２５３】
比較例３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、ピーク発光波長を６５１．５ｍ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、約２ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、３．１ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、５．１ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、４２ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２５４】
上記結果から、発光層を構成する歪発光層の積層数が１〜７の範囲内（この場合、５）でも、発光層の厚さが２５０ｎｍを超える場合（この場合、７０５ｎｍ）には、発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）が３５ｎｓよりも遅くなることが確認できた。
【０２５５】
（比較例４）
比較例４の発光ダイオードは、実施例２に設けられた歪発光層の積層数、及びバリア層の積層数を変更した以外は、実施例２の発光ダイオードと同様に構成した。歪発光層の積層数は、２１とし、バリア層の積層数は、２０とした。
つまり、比較例４では、発光ダイオードの発光層が、２１層の歪発光層（合計の厚さ２１０ｎｍ）と、２０層のバリア層（合計の厚さ６００ｎｍ）とを有するように形成した。比較例３の発光層の厚さは、８１０ｎｍとした。
【０２５６】
比較例４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、ピーク発光波長を６６０ｎｍ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、約２ボルト（Ｖ）となった。
また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、２．５ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードランプにおけるピーク発光波長のバラツキは、７．１ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、６５ｎｓであった。また、表面欠陥は見られなかった。
【０２５７】
上記結果から、発光層の厚さが８１０ｎｍとされた比較例４の発光ダイオード及び発光ダイオードランプでは、３５ｎｓ以下の応答速度（この場合、６５ｎｓ）を実現できないことが確認できた。
【０２５８】
【表１】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【０２５９】
本発明の発光ダイオードは、植物育成用の発光ダイオード、高圧回路等において、電気信号伝達に用いられる高速カプラー用の発光ダイオード等に利用可能である。
【符号の説明】
【０２６０】
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…歪調整層、９…下部クラッド層、１０…発光層、１１…上部クラッド層、１２…歪発光層、１３…バリア層、１４…ＧａＡｓ基板、１５…緩衝層、１６…コンタクト層、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…角度、５１…発光ダイオード、５３…ＧａＡｓ基板、５４…反射構造体、５５…機能性基板、５６…ｎ型オーミック電極（第１の電極）、５８…ｐ型オーミック電極（第２の電極）、６１…第1の金属層、６２…第２の金属層、６４…透明導電膜、６５…反射層、７１…発光ダイオード、７２…金属層、７３…金属層、７５…機能性基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ（≧１）層の歪発光層、及び（ｎ−１）層のバリア層よりなる発光層を有するｐｎ接合型の発光部を備え、
前記発光層は、１層の歪発光層と、１層のバリア層とが交互に積層された構成とされており、
前記ｎを１〜７とし、かつ前記発光層の厚さを２５０ｎｍ以下にしたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記歪発光層の組成式は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）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。
【請求項３】
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に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記発光部と、該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有することを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記化合物半導体層は、光取り出し面を有し、前記光取り出し面の反対側に位置する前記化合物半導体層の面に接合される機能性基板を設けたことを特徴とする請求項４記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記機能性基板は、光透過性基板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。
【請求項７】
前記機能性基板の材質は、ＧａＰであることを特徴とする請求項５または６に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記化合物半導体層の前記光取り出し面側に設けられた第１及び第２の電極と、前記機能性基板の裏面に設けられた接続用の第３の電極と、をさらに備えたことを特徴とする請求項５ないし７のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記化合物半導体層と前記機能性基板とが反射構造体を介して接合されていることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記機能性基板の材質は、金属であることを特徴とする請求項５または請求項９のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記機能性基板の材質は、ＧａＰ、Ｓｉ、Ｇｅのいずれかであることを特徴とする請求項５または請求項９のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記化合物半導体層の前記光取り出し面側に設けられた第１の電極と、前記化合物半導体層と反射構造体の間に設けられた第2の電極と、を備えたことを特徴とする請求項５、請求項９から請求項１１のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記歪発光層の厚さが、８〜３０ｎｍの範囲内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。
【請求項１４】
前記歪調整層は、前記発光部が発光した際の光を透過可能であると共に、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することを特徴とする請求項４ないし１３のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
前記バリア層の組成式は、（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１４のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１６】
前記発光部は、前記歪発光層の上下面のうち、少なくとも一方の面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１５のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１７】
前記歪調整層の組成式は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）であることを特徴とする請求項４ないし１６のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１８】
前記歪調整層の組成式は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ１−ＹＰＹ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）であることを特徴とする請求項４ないし１７のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１９】
前記歪調整層の材質は、ＧａＰであることを特徴とする請求項４ないし１８のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項２０】
前記歪調整層の厚さは、０．５〜２０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項４ないし１９のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項２１】
前記機能性基板の側面は、前記化合物半導体層に近い側において前記光取り出し面に対して略垂直である垂直面と、前記化合物半導体層に遠い側において前記光取り出し面に対して内側に傾斜し、かつ該垂直面と一体に構成された傾斜面と、を有することを特徴とする請求項５ないし２０のうち、いずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項２２】
前記歪発光層の発光波長７００ｎｍにおける発光強度が、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１ないし２１のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項２３】
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５ないし２２のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項２４】
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２３のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項２５】
前記発光スペクトルの半値幅は、１０〜４０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項２４に記載の発光ダイオード。
【請求項２６】
前記発光部の応答速度が、３５ｎｓ以下であることを特徴とする請求項１ないし２５のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項２７】
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２６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。
【請求項２８】
前記発光ダイオードに設けられた前記第１又は第２の電極と、前記機能性基板に設けられた前記第３の電極と、を略同電位に接続したことを特徴とする請求項２７に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項１】
ｎ（≧１）層の歪発光層、及び（ｎ−１）層のバリア層よりなる発光層を有するｐｎ接合型の発光部を備え、
前記発光層は、１層の歪発光層と、１層のバリア層とが交互に積層された構成とされており、
前記ｎを１〜７とし、かつ前記発光層の厚さを２５０ｎｍ以下にしたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記歪発光層の組成式は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）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。
【請求項３】
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に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記発光部と、該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有することを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記化合物半導体層は、光取り出し面を有し、前記光取り出し面の反対側に位置する前記化合物半導体層の面に接合される機能性基板を設けたことを特徴とする請求項４記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記機能性基板は、光透過性基板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。
【請求項７】
前記機能性基板の材質は、ＧａＰであることを特徴とする請求項５または６に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記化合物半導体層の前記光取り出し面側に設けられた第１及び第２の電極と、前記機能性基板の裏面に設けられた接続用の第３の電極と、をさらに備えたことを特徴とする請求項５ないし７のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記化合物半導体層と前記機能性基板とが反射構造体を介して接合されていることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記機能性基板の材質は、金属であることを特徴とする請求項５または請求項９のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記機能性基板の材質は、ＧａＰ、Ｓｉ、Ｇｅのいずれかであることを特徴とする請求項５または請求項９のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記化合物半導体層の前記光取り出し面側に設けられた第１の電極と、前記化合物半導体層と反射構造体の間に設けられた第2の電極と、を備えたことを特徴とする請求項５、請求項９から請求項１１のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記歪発光層の厚さが、８〜３０ｎｍの範囲内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。
【請求項１４】
前記歪調整層は、前記発光部が発光した際の光を透過可能であると共に、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することを特徴とする請求項４ないし１３のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
前記バリア層の組成式は、（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１４のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１６】
前記発光部は、前記歪発光層の上下面のうち、少なくとも一方の面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１５のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１７】
前記歪調整層の組成式は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）であることを特徴とする請求項４ないし１６のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１８】
前記歪調整層の組成式は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ１−ＹＰＹ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）であることを特徴とする請求項４ないし１７のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１９】
前記歪調整層の材質は、ＧａＰであることを特徴とする請求項４ないし１８のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項２０】
前記歪調整層の厚さは、０．５〜２０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項４ないし１９のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項２１】
前記機能性基板の側面は、前記化合物半導体層に近い側において前記光取り出し面に対して略垂直である垂直面と、前記化合物半導体層に遠い側において前記光取り出し面に対して内側に傾斜し、かつ該垂直面と一体に構成された傾斜面と、を有することを特徴とする請求項５ないし２０のうち、いずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項２２】
前記歪発光層の発光波長７００ｎｍにおける発光強度が、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１ないし２１のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項２３】
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５ないし２２のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項２４】
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２３のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項２５】
前記発光スペクトルの半値幅は、１０〜４０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項２４に記載の発光ダイオード。
【請求項２６】
前記発光部の応答速度が、３５ｎｓ以下であることを特徴とする請求項１ないし２５のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項２７】
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２６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。
【請求項２８】
前記発光ダイオードに設けられた前記第１又は第２の電極と、前記機能性基板に設けられた前記第３の電極と、を略同電位に接続したことを特徴とする請求項２７に記載の発光ダイオードランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−３９０４９（Ｐ２０１２−３９０４９Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８３２０７（Ｐ２０１０−１８３２０７）
【出願日】平成２２年８月１８日（２０１０．８．１８）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１８日（２０１０．８．１８）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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