(57)【要約】【課題】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発光ダイオードを提供する。【解決手段】ｐｎ接合型の発光部７と、発光部７に積層された歪調整層８とを少なくとも含む化合物半導体層２を備え、発光部７は、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）からなる歪発光層とバリア層との積層構造を有しており、歪調整層８は、発光波長に対して透明であると共に歪発光層及び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発光ダイオード１を採用する。【選択図】図４
2010239098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐｎ接合型の発光部と、前記発光部に積層された歪調整層とを少なくとも含む化合物半導体層を備え、
前記発光部は、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）からなる歪発光層とバリア層との積層構造を有しており、
前記歪調整層は、発光波長に対して透明であると共に前記歪発光層及び前記バリア層の格子定数よりも小さい格子定数を有する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３】
前記歪発光層の厚さが、８〜３０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記歪発光層が８〜４０層含まれていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記バリア層の組成式が、（ＡｌＸＧａ1-Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．３≦Ｘ≦０．７、０．４８≦Ｙ≦０．５２）であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記発光部は、前記歪発光層の上面及び下面の一方又は両方にクラッド層を有し、
前記クラッド層の組成式が（ＡｌＸＧａ1-Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．５≦Ｘ≦１、０．４８≦Ｙ≦０．５２）であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記歪調整層の組成式が、（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１乃至６のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記歪調整層の組成式が、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ１−ＹＰＹ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記歪調整層が、ＧａＰであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記歪調整層の厚さが、０．５〜２０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記化合物半導体層の光取り出し面と反対側の面に、機能性基板が接合されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記機能性基板が、透明であることを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記機能性基板の材質がＧａＰであることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記機能性基板の側面が、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た傾斜面とを有することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
前記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、をさらに備えることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１６】
前記第１及び第２の電極がオーミック電極であることを特徴とする請求項１５に記載の発光ダイオード。
【請求項１７】
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１１乃至１６のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１８】
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乃至１７のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１９】
前記発光スペクトルの半値幅が、１０〜４０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１８に記載の発光ダイオード。
【請求項２０】
前記発光スペクトルの発光波長７００ｎｍにおける発光強度が、前記ピーク発光波長における発光強度の１０％未満であることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の発光ダイオード。
【請求項２１】
前記発光部の応答速度（Ｔｒ）が、１００ｎｓ以下であることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項２２】
請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の発光ダイオードを備えることを特徴とする発光ダイオードランプ。
【請求項２３】
前記発光ダイオードの前記光取り出し面側に設けられた前記第１又は第２の電極と、前記第３の電極とが、略同電位に接続されていることを特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項２４】
請求項２２又は２３に記載の発光ダイオードランプを備えることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置に関するものであり、特に高出力の赤色発光ダイオード、それを用いた発光ダイオードランプ及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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６００〜７００ｎｍの領域の、赤色光の効果が確認されている。特に、光合成に対して波長６６０〜６７０ｎｍ付近の光は、反応効率が高く望ましい光源である。この波長に対して、従来の赤色発光ダイオードに於いては、ＡｌＧaＡｓ及びＩｎＧａＮＰ等からなる発光層が検討されていた、未だ高出力化を達成できていなかった（例えば特許文献１〜３）。
【０００３】
一方、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）から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ＬＥＤに於いて、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐの組成を有する発光層の波長が最も長く、この発光層で得られるピーク波長は、６５０ｎｍ付近である。このため、６５５ｎｍよりも長波長の領域では、実用化、高輝度化が困難であった。
【０００４】
また、（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、一般に、発光層から出射される発光に対し光学的に不透明であり、機械的にも強度がそれ程ない砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板上に形成されている。そこで、より高輝度の可視ＬＥＤを得るために、また、更なる素子の機械的強度の向上を目的とした研究が進められている。すなわち、ＧａＡｓのような不透明な基板材料を除去した後、発光を透過できると共に従来に増してより機械強度に優れた透明な材料からなる支持体層を改めて接合させた、いわゆる接合型ＬＥＤを構成する技術が開示されている（例えば、特許文献４参照）。一方、発光メカニズムの異なるレーザー素子に於いては、歪のある発光層について検討されているが、発光ダイオードに於いては、歪のある発光層について実用化されていないのが実状である（例えば、特許文献５参照）。
【０００５】
また、発光ダイオードの発光部に量子井戸構造を適用した検討がされている。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という問題があった（例えば、特許文献６参照）。
【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、植物育成用の照明の光源として実用化するためには、省エネ、コスト面から、発光効率の高いＬＥＤを用いて使用電力及びＬＥＤの使用数量を削減する必要がある。特に、植物育成用ＬＥＤ照明の実用化の為には、使用電力の低減、コンパクト化、コストダウンが強く望まれており、従来の６６０ｎｍの波長帯の発光ダイオードであるＡｌＧaＡｓ系のＬＥＤに対して、高出力化・高効率化、波長のバラツキ低減、高速化等の特性向上が望まれていた。
【０００８】
また、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おり、応答速度の速い発光ダイオードが必要である。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。しかし、高速のパルス通電に対応できる応答速度を有する発光ダイオードが必要である。具体的には、発光ダイオードの応答速度は、１０００ｎｓ以下、望ましくは、１００ｎｓ以下が好適である。
【０００９】
ところで、発光効率の高い（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）から成る発光層において、エピタキシャル成長に使用するＧａＡｓ基板の格子定数に整合する最も長波長（バンドギャップの小さい）の発光層の組成は、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐである。この発光層の発光波長は、６５０ｎｍであり、６５０ｎｍ以上の長波長化を達成することができない。このように、発光層の６５０ｎｍ以上の長波長化には技術的課題が存在するため、実用化・高効率化ができていない。特に６５５ｎｍ以上の長波長を有するＬＥＤでは、高出力化の技術が確立されていないという問題があった。
【００１０】
また、植物育成用の照明においては、発光波長７００ｎｍ以上の光は、植物育成を抑制する効果がある場合がある。このため、発光波長６６０ｎｍ付近の単色性に優れる赤色光が望まれている。従って、植物育成用の照明としては、７００ｎｍにおける発光強度が、ピーク発光波長の強度に対して１０％未満の発光スペクトルを有することが望ましい。
【００１１】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、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発光ダイオードを提供することを目的とする。また、植物育成用の照明に適した発光ダイオードランプや当該発光ダイオードランプを搭載した照明装置を提供することを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明は以下に関する。
（１）  ｐｎ接合型の発光部と、前記発光部に積層された歪調整層とを少なくとも含む化合物半導体層を備え、前記発光部は、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）からなる歪発光層とバリア層との積層構造を有しており、前記歪調整層は、発光波長に対して透明であると共に前記歪発光層及び前記バリア層の格子定数よりも小さい格子定数を有する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が、ＧａＸＩｎ１−XＰ（０．３７≦Ｘ≦０．４６）であることを特徴とする前項１に記載の発光ダイオード。
（３）  前記歪発光層の厚さが、８〜３０ｎｍの範囲であることを特徴とする前項１又は２に記載の発光ダイオード。
（４）  前記歪発光層が８〜４０層含まれていることを特徴とする前項１乃至３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【００１３】
（５）  前記バリア層の組成式が、（ＡｌＸＧａ1-Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．３≦Ｘ≦０．７、０．４８≦Ｙ≦０．５２）であることを特徴とする前項１乃至４のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（６）  前記発光部は、前記歪発光層の上面及び下面の一方又は両方にクラッド層を有し、前記クラッド層の組成式が（ＡｌＸＧａ1-Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．５≦Ｘ≦１、０．４８≦Ｙ≦０．５２）であることを特徴とする前項１乃至５のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【００１４】
（７）  前記歪調整層の組成式が、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）であることを特徴とする前項１乃至６のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（８）  前記歪調整層の組成式が、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ１−ＹＰＹ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）であることを特徴とする前項１乃至６のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（９）  前記歪調整層が、ＧａＰであることを特徴とする前項１乃至６のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１０）  前記歪調整層の厚さが、０．５〜２０μｍの範囲であることを特徴とする前項１乃至９のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【００１５】
（１１）  前記化合物半導体層の光取り出し面と反対側の面に、機能性基板が接合されていることを特徴とする前項１乃至１０のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１２）  前記機能性基板が、透明であることを特徴とする前項１１に記載の発光ダイオード。
（１３）  前記機能性基板の材質がＧａＰであることを特徴とする前項１１又は１２に記載の発光ダイオード。
（１４）  前記機能性基板の側面が、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た傾斜面とを有することを特徴とする前項１１乃至１３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【００１６】
（１５）  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、をさらに備えることを特徴とする前項１１乃至１４のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１６）  前記第１及び第２の電極がオーミック電極であることを特徴とする前項１５に記載の発光ダイオード。
（１７）  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１１乃至１６のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【００１７】
（１８）  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乃至１７のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１９）  前記発光スペクトルの半値幅が、１０〜４０ｎｍの範囲であることを特徴とする前項１８に記載の発光ダイオード。
（２０）  前記発光スペクトルの発光波長７００ｎｍにおける発光強度が、前記ピーク発光波長における発光強度の１０％未満であることを特徴とする前項１８又は１９に記載の発光ダイオード。
（２１）  前記発光部の応答速度（Ｔｒ）が、１００ｎｓ以下であることを特徴とする前項１乃至２０のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【００１８】
（２２）  前項１乃至２１のいずれか一項に記載の発光ダイオードを備えることを特徴とする発光ダイオードランプ。
（２３）  前記発光ダイオードの前記光取り出し面側に設けられた前記第１又は第２の電極と、前記第３の電極とが、略同電位に接続されていることを特徴とする前項２２に記載の発光ダイオードランプ。
（２４）  前項２２又は２３に記載の発光ダイオードランプを備えることを特徴とする照明装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の発光ダイオードは、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）からなる歪発光層を有する発光部を含む化合物半導体層を備えている。歪発光層の材質にＡｌＧａＩｎＰを採用することにより、発光部からの発光効率及び応答速度を向上することができる。また、歪発光層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する発光ダイオードとすることができる。
また、本発明の発光ダイオードには、発光部上に歪調整層が設けられている。この歪調整層は、発光波長に対して透明であるため、発光部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とすることができる。さらに、この歪調整層は、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、この半導体化合物層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とすることができる。
したがって、本発明の発光ダイオードによれば、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発光ダイオードを提供することができる。また、本発明の発光ダイオードによれば、従来のＡｌＧaＡｓ系の発光ダイオードと比較して、約４倍以上の発光効率を有する高出力発光ダイオードを提供することができる。
【００２０】
また、本発明の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、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や発光ダイオードランプを備える照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態である発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプの平面図である。
【図２】本発明の一実施形態である発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプの、図１中に示すＡ−Ａ’線に沿った断面模式図である。
【図３】本発明の一実施形態である発光ダイオードの平面図である。
【図４】本発明の一実施形態である発光ダイオードの、図３中に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面模式図である。
【図５】本発明の一実施形態である発光ダイオードの発光部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を構成する歪調整層の歪を緩和するメカニズムを説明するための図である。
【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エピウェーハの断面模式図である。
【図８】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９】本発明の実施例の発光ダイオードランプの発光スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオードについて、これを用いた発光ダイオードランプとともに図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２３】
＜発光ダイオードランプ＞
図１及び図２は、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプを説明するための図であり、図１は平面図、図２は図１中に示すＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【００２４】
図１及び図２に示すように、本実施形態の発光ダイオード１を用いた発光ダイオードランプ４１は、マウント基板４２の表面に１以上の発光ダイオード１が実装されている。より具体的には、マウント基板４２の表面には、ｎ電極端子４３とｐ電極端子４４とが設けられている。また、発光ダイオード１の第１の電極であるｎ型オーミック電極４とマウント基板４２のｎ電極端子４３とが金線４５を用いて接続されている（ワイヤボンディング）。一方、発光ダイオード１の第２の電極であるｐ型オーミック電極５とマウント基板４２のｐ電極端子４４とが金線４６を用いて接続されている。さらに、図２に示すように、発光ダイオード１のｎ型及びｐ型オーミック電極４，５が設けられた面と反対側の面には、第３の電極６が設けられており、この第３の電極６によって発光ダイオード１がｎ電極端子４３上に接続されてマウント基板４２に固定されている。ここで、ｎ型オーミック電極４と第３の電極６とは、ｎ極電極端子４３によって等電位又は略等電位となるように電気的に接続されている。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。
【００２５】
＜発光ダイオード＞
図３及び図４は、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオードを説明するための図であり、図３は平面図、図４は図３中に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。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とが接合された発光ダイオードである。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（第１の電極）４及びｐ型オーミック電極（第２の電極）５と、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設けられた第３の電極６とを備えて概略構成されている。なお、本実施形態における主たる光取り出し面とは、化合物半導体層２において、機能性基板３を貼り付けた面の反対側の面である。
【００２６】
化合物半導体層（エピタキシャル成長層ともいう）２は、図４に示すように、ｐｎ接合型の発光部７と、歪調整層８とが順次積層された構造を有している。この化合物半導体層２の構造には、公知の機能層を適時加えることができる。例えば、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極の接触抵抗を下げるためのコンタクト層、素子駆動電流を発光部の全般に平面的に拡散させるための電流拡散層、逆に素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層や電流狭窄層など公知の層構造を設けることができる。なお、化合物半導体層２は、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長させて形成されたものであることが好ましい。
【００２７】
発光部７は、図４に示すように、歪調整層８上に、少なくともｐ型の下部クラッド層９、発光層１０、ｎ型の上部クラッド層１１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。
【００２８】
発光層１０は、図５に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光波長を制御するため、井戸構造を構成することが好ましい。すなわち、発光層１０は、歪発光層（井戸層、ウェル（ｗｅｌｌ）層ともいう）１２を両端に有する、歪発光層１２とバリア層（障壁層ともいう）１３との多層構造であることが好ましい。
【００２９】
発光層１０の層厚は、０．０２〜２μｍの範囲であることが好ましい。また、発光層１０の伝導型は特に限定されるものではなく、アンドープ、ｐ型及びｎ型のいずれも選択することができる。発光効率を高めるには、結晶性が良好なアンドープ又は３×１０１７ｃｍ−３未満のキャリア濃度とすることが望ましい。
【００３０】
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の材質を上記範囲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、この場合に歪発光層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。
【００３１】
歪発光層１２の層厚は、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。従って、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。
【００３２】
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。
【００３３】
バリア層１３の層厚は、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。
【００３４】
歪発光層１２とバリア層１３との多層構造において、歪発光層１２とバリア層１３とを交互に積層する対の数は特に限定されるものではないが、８対以上４０対以下であることが好ましい。すなわち、発光層１０には、歪発光層１２が８〜４０層含まれていることが好ましい。ここで、発光層１０の発光効率が好適な範囲としては、歪発光層１２が８層以上であることが好ましい。一方、歪発光層１２及びバリア層１３は、キャリア濃度が低いため、多くの対にすると順方向電圧（ＶＦ）が、増大してしまう。このため、４０対以下であることが好ましく、３０対以下であることがより好ましい。また、歪発光層１２が有する歪は、エピタキシャル成長基板と発光部２との格子定数が異なるため、発光層１０中に発生するストレスである。このため、歪発光層１２とバリア層１３とを交互に積層する対の数、すなわち、発光層１０に含まれる歪発光層１２の層の数が前記範囲を超えると、発光層１０が歪に耐えきれずに結晶欠陥が発生し、表面状態の悪化や発光効率低下などの問題が発生する。
【００３５】
発光層１０（発光部２）は、歪発光層１２の材質を上記範囲に規定することにより、その発光スペクトルのピーク発光波長が６５５〜６７５ｎｍの範囲とすることが好ましく、６６０〜６７０ｎｍの範囲とすることがより好ましい。上記範囲の発光波長は、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。
【００３６】
一方、７００ｎｍ以上の長波長領域の光を利用すると、植物の育成を抑制する反応が起こる為、長波長域の光量は少ない方が望ましい。従って、効率的に植物育成する為には、光合成反応に対して最適な６５５〜６７５ｎｍの波長領域の光が強く、７００ｎｍ以上の超波長領域の光を含まない赤色光源が最も好ましい。
【００３７】
また、前記の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。さらに、上記発光スペクトルの発光波長７００ｎｍにおける発光強度が、上記ピーク発光波長における発光強度の１０％未満であることが好ましい。更にまた、発光層１０の応答速度（立ち上がり時間：Ｔｒ）を１００ｎｓ以下であることが好ましい。
【００３８】
このような特性の発光層１０を有する発光ダイオード１は、植物育成の光合成の促進に使用する照明（発光ダイオードランプや発光ダイオードランプを備えた照明装置）として好適に用いることができる。
【００３９】
なお、照明装置とは、図示しないが、配線やスルーホール等が形成された基板と、基板表面に取り付けられた複数の発光ダイオードランプと、凹字状の断面形状を有し、凹部内側の底部に発光ダイオードランプが取り付けられるように構成されたリフレクタ又はシェードとを少なくとも備えた照明装置をいう。
【００４０】
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】
下部クラッド層９及び上部クラッド層１１は、図４に示すように、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（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。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、層厚は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。
【００４６】
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。
【００４７】
また、発光部７の構成層の上方には、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極の接触抵抗を下げるためのコンタクト層、素子駆動電流を発光部の全般に平面的に拡散させるための電流拡散層、逆に素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層や電流狭窄層など公知の層構造を設けることができる。
【００４８】
歪調整層８は、図４に示すように、発光部７の下方に設けられている。この歪調整層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（発光層１０）からの発光波長に対して透明である。
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。更にまた、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となる関係を有している。
【００４９】
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。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。
【００５０】
また、歪調整層８としては、発光波長に対して透明であり、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ１−ＹＰＹ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）の組成を有するＩＩＩ−Ｖ属半導体材料も好適に用いることができる。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。
【００５１】
さらに、歪調整層８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。
【００５２】
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。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。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り、製造コストが増加するために好ましくない。
【００５３】
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できるため、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。
【００５４】
次に、歪調整層８が、化合物半導体層２の歪を緩和するメカニズム（歪調整層８と、化合物半導体層２との格子定数の関係）について、図６を参照しながら説明する。
図６に示すように、歪調整層８の格子定数は、基準となるＧａＡｓ基板の格子定数より小さい側にある。この状態を−（マイナス）歪とする。これに対して、発光層１０における歪発光層１２の格子定数は、基準となるＧａＡｓ基板の格子定数よりも大きい側にある。これを＋（プラス）歪とする。本発明は、歪調整層８に起因する−歪の存在が、長波長化するために歪発光層１２に導入が必要な＋歪のバラツキを小さくする効果があることを見出した。上述したように、歪発光層１２の発光波長は、歪発光層１２の層厚、組成及び歪量によって決定される。このように、歪発光層１２の発光波長に影響を与える要素が多いため、各要素のばらつきの相乗効果によって波長のバラツキが大きくなりやすい傾向がある。
【００５５】
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。そこで、化合物半導体層２を形成する際に、＋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−歪が、歪発光層１２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。
【００５６】
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。
【００５７】
機能性基板３は、図４に示すように、化合物半導体層２を構成する歪調整層８側に接合されている。この機能性基板３は、発光部７を機械的に支持するのに充分な強度を有し、且つ、発光部７から出射される発光を透過できる禁止帯幅が広く、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。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。
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
ｎ型オーミック電極４およびｐ型オーミック電極５は、発光ダイオード１の主たる光取り出し面に設けられた低抵抗のオーミック接触電極である。ここで、ｎ型オーミック電極４は、上部クラッド層１１の上方に設けられており、例えば、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金／Ａｕからなる合金を用いることができる。一方、ｐ型オーミック電極５は、図４に示すように、露出させた歪調整層８の表面にＡｕＢｅ／Ａｕからなる合金を用いることができる。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
本実施形態の発光ダイオード１では、図３に示すように、ｎ型オーミック電極４とｐ型オーミック電極５とが対角の位置となるように配置することが好ましい。また、ｐ型オーミック電極５の周囲を、化合物半導体層２で囲んだ構成とすることが最も好ましい。このような構成とすることにより、作動電圧を下げる効果が得られる。また、ｐ型オーミック電極５の四方をｎ型オーミック電極４で囲むことにより、電流が四方に流れやすくなり、その結果作動電圧が低下する。
【００６７】
また、本実施形態の発光ダイオード１では、図３に示すように、ｎ型オーミック電極４を、ハニカム、格子形状など網目とすることが好ましい。このような構成とすることにより、信頼性を向上させる効果が得られる。また、格子状とすることにより、発光層１０に均一に電流を注入することができ、その結果、信頼性を向上させる効果が得られる。なお、本実施形態の発光ダイオード１では、ｎ型オーミック電極４を、パッド形状の電極（パッド電極）と幅１０μｍ以下の線状の電極（線状電極）とで構成することが好ましい。このような構成とすることにより、高輝度化をはかることができる。さらに、線状電極の幅を狭くすることにより、光取り出し面の開口面積を上げることができ、高輝度化を達成することができる。
【００６８】
第３の電極６は、図４に示すように、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、接続層からなる積層構造体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。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。
【００６９】
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。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、高コストであるために好ましくない。一方、第３の電極６の厚さが上記範囲であると、品質の安定性とコストの両立が可能であるために好ましい。
【００７０】
＜発光ダイオードの製造方法＞
次に、本実施形態の発光ダイオード１の製造方法について説明する。図７は、本実施形態の発光ダイオード１に用いるエピウェーハの断面図である。また、図８は、本実施形態の発光ダイオード１に用いる接合ウェーハの断面図である。
【００７１】
（化合物半導体層の形成工程）
先ず、図７に示すように、化合物半導体層２を作製する。化合物半導体層２は、ＧａＡｓ基板１４上に、ＧａＡｓからなる緩衝層１５、選択エッチングに利用するために設けられたエッチングストップ層（図示略）、Ｓｉをドープしたｎ型の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、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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
ＧａＡｓ基板１４は、ｎ型であってもｐ型であっても良い。ＧａＡｓ基板１４のキャリア濃度は、所望の電気伝導度と素子構造から、適宜選択することができる。例えば、ＧａＡｓ基板１４がシリコンドープのｎ型である場合には、キャリア濃度が１×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３の範囲であることが好ましい。これに対して、ＧａＡｓ基板１４が亜鉛をドープしたｐ型の場合には、キャリア濃度２×１０１８〜５×１０１９ｃｍ−３の範囲であることが好ましい。
【００７５】
ＧａＡｓ基板１４の厚さは、基板のサイズに応じて適切な範囲がある。ＧａＡｓ基板１４の厚さが適切な範囲よりも薄いと、化合物半導体層２の製造プロセス中に割れてしまうおそれがある。一方、ＧａＡｓ基板１４の厚さが適切な範囲よりも厚いと材料コストが増加することになる。このため、ＧａＡｓ基板１４の基板サイズが大きい場合、例えば、直径７５ｍｍの場合には、ハンドリング時の割れを防止するために２５０〜５００μｍの厚さが望ましい。同様に、直径５０ｍｍの場合は、２００〜４００μｍの厚さが望ましく、直径１００ｍｍの場合は、３５０〜６００μｍの厚さが望ましい。
【００７６】
このように、ＧａＡｓ基板１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。
【００７７】
緩衝層（ｂｕｆｆｅｒ）１５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。
【００７８】
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。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。
【００７９】
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。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。
【００８０】
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チルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）等を用いることができる。また、Ｓｉのドーピング原料としては、例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等を用いることができる。また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）等を用いることができる。また、各層の成長温度としては、歪調整層８としてｐ型ＧａＰを用いる場合は、７２０〜７７０℃を適用することができ、その他の各層では６００〜７００℃を適用することができる。さらに、各層のキャリア濃度及び層厚、温度条件は、適宜選択することができる。
【００８１】
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。
【００８２】
（透明基板の接合工程）
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。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８参照）。
【００８３】
（第１及び第２の電極の形成工程）
次に、第１の電極であるｎ型オーミック電極４及び第２の電極であるｐ型オーミック電極５を形成する。ｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５の形成は、先ず、機能性基板３と接合した化合物半導体層２から、ＧａＡｓ基板１４及び緩衝層１５をアンモニア系エッチャントによって選択的に除去する。次に、露出したコンタクト層１６の表面にｎ型オーミック電極４を形成する。具体的には、例えば、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金／Ｐｔ／Ａｕを任意の厚さとなるように真空蒸着法により積層した後、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを行ってｎ型オーミック電極４の形状を形成する。
【００８４】
次に、コンタクト層１６、上部クラッド層１１、発光層１０、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。
【００８５】
（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の電極として積層構造体を用いる場合は、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って酸化膜として透明導電膜であるＩＴＯ膜を０．１ｕｍ成膜した後に、銀合金膜を０．１ｕｍを成膜して反射層を形成する。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を０．１ｕｍ成膜する。次に、このバリア層の上にＡｕを０．５ｕｍ、ＡｕＳｎ（共晶：融点２８３℃）を１ｕｍ、Ａｕを０．１ｕｍ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。
【００８６】
（透明基板の加工工程）
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。
【００８７】
傾斜面３ｂの形成方法は、特に限定されるものではなく、ウェットエッチング、ドライエッチング、スクライブ法、レーザー加工などの従来からの方法を組み合わせて用いることができるが、形状の制御性及び生産性の高いダイシング法を適用することが最も好ましい。ダイシング法を適用することにより、製造歩留まりを向上することができる。
【００８８】
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、高輝度化を達成することができる。
【００８９】
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。
【００９０】
＜発光ダイオードランプの製造方法＞
次に、上記発光ダイオード１を用いた発光ダイオードランプ４１の製造方法、すなわち、発光ダイオード１の実装方法について説明する。
図１及び図２に示すように、マウント基板４２の表面に所定の数量の発光ダイオード１を実装する。発光ダイオード１の実装は、先ず、マウント基板４２と発光ダイオード１との位置合せを行い、マウント基板４２の表面の所定の位置に発光ダイオード１を配置する。次に、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を用いて接続する（ワイヤボンディング）。次に、発光ダイオード１のｐ型オーミック電極５とマウント基板４２のｐ電極端子４４とを金線４６を用いて接続する。最後に、マウント基板４２の発光ダイオード１が実装された表面を、一般的なエポキシ樹脂４７によって封止する。このようにして、発光ダイオード１を用いた発光ダイオードランプ４１を製造する。
【００９１】
以上のような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。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から発光する。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を参照）。
【００９２】
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。
【００９３】
以上説明したように、本実施形態の発光ダイオード１によれば、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）からなる歪発光層１２を有する発光部７を含む化合物半導体層２を備えている。歪発光層１２の材質にＡｌＧａＩｎＰを採用することにより、発光部７からの発光効率及び応答速度を向上することができる。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する発光ダイオード１とすることができる。
【００９４】
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。
【００９５】
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・高効率であって応答速度が速い発光ダイオード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を提供することができる。
【００９６】
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。
【実施例】
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
（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基板上に、化合物半導体層を順次積層してエピタキシャルウェーハを作製した。ＧａＡｓ基板は、（１００）面から（０−１−１）方向に１５°傾けた面を成長面とし、キャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３とした。また、ＧａＡｓ基板の層厚は、約０．５μｍとした。化合物半導体層とは、ＳｉをドープしたＧａＡｓからなるｎ型の緩衝層、Ｓｉをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型のコンタクト層、Ｓｉをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型の上部クラッド層、アンドープのＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐ／（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐの対からなる歪発光層／バリア層、Ｍｇをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型の下部クラッド層、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる薄膜の中間層、Ｍｇドープしたｐ型ＧａＰからなる歪調整層である。
【０１００】
本実施例では、減圧有機金属化学気相堆積装置法（ＭＯＣＶＤ装置）を用い、直径７６ｍｍ、厚さ３５０μｍのＧａＡｓ基板に化合物半導体層をエピタキシャル成長させて、エピタキシャルウェーハを形成した。エピタキシャル成長層を成長させる際、ＩＩＩ族構成元素の原料としては、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）を使用した。また、Ｍｇのドーピング原料としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を使用した。また、Ｓｉのドーピング原料としては、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を使用した。また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）を使用した。また、各層の成長温度としては、ｐ型ＧａＰからなる歪調整層は、７５０℃で成長させた。その他の各層では７００℃で成長させた。
【０１０１】
ＧａＡｓからなる緩衝層は、キャリア濃度を約２×１０１８ｃｍ−３、層厚を約０．５μｍとした。コンタクト層は、キャリア濃度を約２×１０１８ｃｍ−３、層厚を約３．５μｍとした。上部クラッド層は、キャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約０．５μｍとした。歪発光層は、アンドープで層厚が約１７ｎｍのＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐとし、バリア層はアンドープで層厚が約１９ｎｍの（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐとした。また、歪発光層とバリア層とを交互に２２対積層した。下部クラッド層は、キャリア濃度を約８×１０１７ｃｍ−３、層厚を約０．５μｍとした。中間層は、キャリア濃度を約８×１０１７ｃｍ−３、層厚を約０．０５μｍとした。ＧａＰからなる歪調整層は、キャリア濃度を約３×１０１８ｃｍ−３、層厚を約９μｍとした。
【０１０２】
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に仕上げておいた。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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分間に亘り照射した。その後、真空に維持した貼付装置内で、機能性基板及び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。
【０１０５】
次に、上記接合ウェーハから、ＧａＡｓ基板およびＧａＡｓ緩衝層をアンモニア系エッチャントにより選択的に除去した。次に、コンタクト層の表面に第１の電極として、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金を厚さが０．５μｍ、Ｐｔを０．２μｍ、Ａｕを１μｍとなるように真空蒸着法によって成膜した。その後、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを施し、第１の電極としてｎ型オーミック電極を形成した。次に、ＧａＡｓ基板を除去した面である光取り出し面の表面に粗面化処理を施した。
【０１０６】
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、ＡｕＢｅを０．２μｍ、Ａｕを１μｍとなるように真空蒸着法でｐ形オーミック電極を形成した。その後、４５０℃で１０分間熱処理を行って合金化し、低抵抗のｐ型およびｎ型オーミック電極を形成した。
【０１０７】
次に、機能性基板の裏面に厚さ０．２ｕｍのＡｕ、厚さ０．２ｕｍのＰｔ、厚さ１．２ｕｍのＡｕＳｎの接続用の第３の電極を形成した。
【０１０８】
次に、ダイシングソーを用いて、機能性基板の裏面から、第３の電極を形成していない領域を傾斜面の角度αが７０°となると共に垂直面の厚さが８０μｍとなるようにＶ字状の溝入れを行った。次に、化合物半導体層側からダイシングソーを用い３５０μｍ間隔で切断し、チップ化した。ダイシングによる破砕層および汚れを硫酸・過酸化水素混合液でエッチング除去して、実施例１の発光ダイオードを作製した。
【０１０９】
上記の様にして作製した実施例１の発光ダイオードチップを、マウント基板上に実装した発光ダイオードランプを１００個組み立てた。この発光ダイオードランプは、マウントは、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。
【０１１０】
この発光ダイオード（発光ダイオードランプ）の特性を評価した結果を表１に示す。表１に示すように、ｎ型及びｐ型オーミック電極間に電流を流したところ、ピーク波長６６０ｎｍ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２．０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、２０ｍＷであった。組み立てたすべての発光ダイオードチップにおけるピーク波長のバラツキ（最大−最小）は、２．１ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、７０ｎｓであった。
【０１１１】
実施例１の発光ダイオードランプの発光スペクトルは、図９に示すように、半値幅が１８ｎｍであり、波長７００ｎｍにおける発光強度がほぼ０であった。
【０１１２】
（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おける歪発光層及びバリア層の構成だけを変更したものである。ここで、実施例２の発光ダイオードは、上記実施例１における歪発光層をアンドープで層厚が約１０ｎｍのＧａ０．４２Ｉｎ０．５８Ｐに変更し、上記実施例１におけるバリア層をアンドープで層厚が約３０ｎｍの（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐに変更し、歪発光層とバリア層とを交互に２２対積層した。
【０１１３】
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２．０ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、１８ｍＷ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、６８ｎｓであった。
【０１１４】
（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おける歪発光層の構成だけを変更したものである。ここで、実施例３の発光ダイオードは、上記実施例２における歪発光層をアンドープで層厚が約１５ｎｍのＧａ０．４１Ｉｎ０．５９Ｐに変更した。
【０１１５】
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、ピーク波長を６６８．０ｎｍ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２．０ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、１９ｍＷ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波長のバラツキは、２．５ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、７１ｎｓであった。
【０１１６】
（実施例４）
実施例４の発光ダイオードは、実施例２の発光ダイオードにおける歪発光層の構成だけを変更したものである。ここで、実施例４の発光ダイオードは、上記実施例２における井戸層をアンドープで層厚が約２５ｎｍのＧａ０．４５Ｉｎ０．５５Ｐに変更した。
【０１１７】
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、ピーク波長を６５６．０ｎｍ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２．０ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、２０ｍＷ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、６６ｎｓであった。
【０１１８】
（実施例５）
実施例５の発光ダイオードは、実施例２の発光ダイオードにおける歪発光層の構成だけを変更したものである。ここで、実施例５の発光ダイオードは、上記実施例２における歪発光層をアンドープで層厚が約１０ｎｍのＧａ０．３９Ｉｎ０．６１Ｐに変更した。
【０１１９】
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、ピーク波長を６７０．０ｎｍ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２．０ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、１８ｍＷ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波長のバラツキは、２．９ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、６５ｎｓであった。
【０１２０】
（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おける表面層を歪のない層に変更したものである。ここで、比較例１の発光ダイオードは、上記実施例２における歪調整層を（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層に変更した。
【０１２１】
比較例１の発光ダイオードを実装した発光ダイオードランプの特性を評価した結果を表１に示す。表１に示すように、ｎ型及びｐ型オーミック電極間に電流を流したところ、ピーク波長を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２．１ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、１３ｍＷ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波長のバラツキは、７１ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、６５ｎｓであった。発光波長の分布が大きく、特性を満足することができなかった。
【０１２２】
（比較例２）
比較例２の発光ダイオードは、実施例２の発光ダイオードにおける歪発光層の構成だけを変更したものである。ここで、比較例２の発光ダイオードは、上記実施例２における歪発光層をアンドープで層厚が約５ｎｍのＧａ０．３８Ｉｎ０．６２Ｐに変更した。
【０１２３】
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、ピーク波長を６５１．５ｎｍ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２．０ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、１６ｍＷ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。量子効果によって発光波長が６５５ｎｍ未満となり、特性を満足することができなかった。
【０１２４】
（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おける歪発光層の構成だけを変更したものである。ここで、比較例３の発光ダイオードは、上記実施例２における歪発光層の組成をＧａ０．３７Ｉｎ０．６３Ｐに変更した。
【０１２５】
比較例３で作製したエピタキシャルウェーハにおいて、ｐ型ＧａＰからなる歪調整層の表面には歪発光層の組成に起因する結晶欠陥（ハッチング）が発生していた。
【０１２６】
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、ピーク波長を６７７．７ｎｍ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２．２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、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波長のバラツキは、３．８ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、４５ｎｓであった。上述した歪調整層の欠陥の発生により発光出力が低く、特性を満足することができなかった。
【０１２７】
（比較例４）
比較例４の発光ダイオードは、実施例１の発光ダイオードにおける歪発光層の構成だけを変更したものである。ここで、比較例４の発光ダイオードは、上記実施例１における歪発光層の組成をＧａ０．４８Ｉｎ０．５２Ｐに変更した。
【０１２８】
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、ピーク波長を６４７．７ｎｍ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２．０ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、１６ｍＷ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波長のバラツキは、２．７ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、６２ｎｓであった。発光波長が６５５ｎｍ未満となり、特性を満足することができなかった。
【０１２９】
（比較例５）
比較例５の発光ダイオードは、実施例２の発光ダイオードにおける歪発光層及びバリア層の構成だけを変更したものである。ここで、比較例５の発光ダイオードは、上記実施例２における歪発光層をアンドープで層厚が約３０ｎｍのＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐに変更し、上記実施例１におけるバリア層をアンドープで層厚が約３０ｎｍの（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐに変更し、歪発光層とバリア層とを交互に１２対積層した。
【０１３０】
比較例５で作製したエピタキシャルウェーハにおいて、ｐ型ＧａＰからなる歪調整層の表面には歪発光層の組成に起因する結晶欠陥（ハッチング）が発生していた。
【０１３１】
比較例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、ピーク波長を６６８．９ｎｍ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２．３ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、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波長のバラツキは、４．１ｎｍとなった。発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、４３ｎｓであった。欠陥の発生により発光出力が低く、特性を満足することができなかった。
【０１３２】
（比較例６）
比較例６の発光ダイオードは、従来技術である液相エピタキシャル法で形成した。ＧａＡｓ基板にＡｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ発光層とするダブルヘテロ構造の発光部を有する発光ダイオードに変更したものである。
【０１３３】
比較例６の発光ダイオードの作製は、具体的には、ｎ型の（１００）面のＧａＡｓ単結晶基板に、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなるｎ型の上部クラッド層を２０μｍ、Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓからなるアンドープの発光層を２μｍ、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなるｐ型の下部クラッド層を２０μｍ、発光波長に対して透明なＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなるｐ型の厚膜層を１２０μｍとなるように液相エピタキシャル方法によって作製した。このエピタキシャル成長後にＧａＡｓ基板を除去した。次に、ｎ型ＡｌＧａＡｓの表面に直径１００μｍのｎ型オーミック電極を形成した。次に、ｐ型ＡｌＧａＡｓの裏面に直径２０μｍのｐ型オーミック電極を８０μｍ間隔に形成した。次に、ダイシングソーにより３５０μｍ間隔で切断した後、破砕層をエッチング除去して比較例６の発光ダイオードチップを作製した。
【０１３４】
比較例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１．９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波長のバラツキは、６．７ｎｍとなった。出力が低く、また、応答速度（Ｔｒ）は、１５０ｎｓで、特性を満足することができなかった。
【０１３５】
（照明装置の製作）
前記実施例１〜５に記載の発光ダイオードランプのうち、前記実施例１に記載の発光ダイオードランプを選択し、当該ランプを特開２００８−１６４１２号公報に記載の内容に準じて照明装置用リフレクタ内に固定し、複数の当該リフレクタを備えた照明装置（電源配線やスルーホール等が形成された基板等を含む）を製作した。
【０１３６】
【表１】
2010239098.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明の発光ダイオードは６６０ｎｍの赤色、高効率発光を達成し、植物育成用途の光源など、従来ＡｌＧａＡｓのＬＥＤで得られなかった高出力発光ダイオード製品として利用できる。また、従来のＡｌＧａＡｓ発光層ＬＥＤの高出力品として、代替する可能性がある。
【符号の説明】
【０１３８】
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・・・傾斜面と発光面に平行な面とのなす角度
【図１】
2010239098.tif 000004
【図２】
2010239098.tif 000005
【図３】
2010239098.tif 000006
【図４】
2010239098.tif 000007
【図５】
2010239098.tif 000008
【図６】
2010239098.tif 000009
【図７】
2010239098.tif 000010
【図８】
2010239098.tif 000011
【図９】
2010239098.tif 000012