(57)【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し、
前記歪調整層は、平面視で前記発光部の全面に形成されており、前記歪調整層にオーミック電極が形成されており、
前記化合物半導体層の光取り出し面と反対側の面に、反射構造体を介して機能性基板が接合されていることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記機能性基板が、金属基板であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記金属基板は、積層された複数の金属層により構成されることを特徴とする請求項２記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記機能性基板の材料が、ＧａＰ、Ｓｉ、Ｇｅのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度が、前記光取り出し面に対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度の１．０倍以上であることを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記歪発光層の組成式が、ＧａＸＩｎ１−ＸＰ（０．３７≦Ｘ≦０．４６）であることを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記歪発光層の厚さが、８〜３０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１ないし６のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記歪発光層が８〜４０層含まれていることを特徴とする請求項１ないし７のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記バリア層の組成式が、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．３≦Ｘ≦０．７、０．４８≦Ｙ≦０．５２）であることを特徴とする請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記発光部は、前記歪発光層とバリア層との前記積層構造の上面及び下面の一方又は両方にクラッド層を有し、
前記クラッド層の組成式が（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．５≦Ｘ≦１、０．４８≦Ｙ≦０．５２）であることを特徴とする請求項１ないし９のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記歪調整層の組成式を、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）にしたことを特徴とする請求項１ないし１０のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記歪調整層の組成式を、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ１−ＹＰＹ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）にしたことを特徴とする請求項１ないし１０のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記歪調整層が、ＧａＰ層であることを特徴とする請求項１ないし１２のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記歪調整層の厚さが、０．５〜２０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１ないし１３のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
前記光取り出し面は、粗い面を含むことを特徴とする請求項１ないし１４のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１６】
植物育成の光合成の促進に使用するための発光ダイオードであって、
前記発光部の発光スペクトルのピーク発光波長が、６５５〜６７５ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項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】
前記発光スペクトルの半値幅が、１０〜４０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１６記載の発光ダイオード。
【請求項１８】
前記発光スペクトルの発光波長７００ｎｍにおける発光強度が、前記ピーク発光波長における発光強度の１０％未満であることを特徴とする請求項１６または１７記載の発光ダイオード。
【請求項１９】
前記発光部の応答速度（Ｔｒ）が、１００ｎｓ以下であることを特徴とする請求項１ないし１８のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項２０】
表面に電極端子が形成されたマウント基板と、
請求項１ないし１９のうち、いずれか１項記載の発光ダイオードと、を備え、
前記発光ダイオードは、前記マウント基板に実装されており、
前記発光ダイオードは、前記電極端子と電気的に接続されていることを特徴とする発光ダイオードランプ。
【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、特に高出力の赤色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等よりなる発光層が検討されていた、未だ高出力化を達成できていなかった（例えば、特許文献１〜３）。
【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）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）より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よりなる支持体層を改めて接合させた、いわゆる接合型ＬＥＤを構成する技術が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
一方、発光メカニズムの異なるレーザー素子に於いては、歪のある発光層について検討されているが、発光ダイオードに於いては、歪のある発光層について実用化されていないのが実状である（例えば、特許文献５参照）。
【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、光を放射後、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、発光ダイオードは、発光ダイオードの発光効率を高めたり、発光した光の利用効率を高める為に、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が強いことが望ましい。
また、植物育成の照明として発光ダイオードを用いる場合、発光部が発光した際の熱を発光ダイオードの外部に効率良く放出できることが好ましい。
【００１１】
さらに、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。
【００１２】
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・高輝度・高効率であって応答速度が速く、光取り出し面放射される光のうち、光取り出し面に対して直交する方向における光の強度が強い指向性を持ち、かつ外部に熱を効率良く放出可能な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】
【００１３】
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し、前記化合物半導体層の光取り出し面と反対側の面に、反射構造体を介して機能性基板が接合されていることを特徴とする発光ダイオード。
（２）  前記機能性基板が、金属基板であることを特徴とする前項（１）記載の発光ダイオード。
（３）  前記金属基板は、積層された複数の金属層により構成されることを特徴とする前項（２）記載の発光ダイオード。
（４）  前記機能性基板の材料が、ＧａＰ、Ｓｉ、Ｇｅのいずれかであることを特徴とする前項（１）記載の発光ダイオード。
（５）  前記光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度が、前記光取り出し面に対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度の１．０倍以上であることを特徴とする前項（１）ないし（４）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（６）  前記歪発光層の組成式が、ＧａＸＩｎ１−ＸＰ（０．３７≦Ｘ≦０．４６）であることを特徴とする前項（１）ないし（５）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（７）  前記歪発光層の厚さが、８〜３０ｎｍの範囲であることを特徴とする前項（１）ないし（６）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（８）  前記歪発光層が８〜４０層含まれていることを特徴とする前項（１）ないし（７）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（９）  前記バリア層の組成式が、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．３≦Ｘ≦０．７、０．４８≦Ｙ≦０．５２）であることを特徴とする前項（１）ないし（８）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１０）  前記発光部は、前記歪発光層とバリア層との前記積層構造の上面及び下面の一方又は両方にクラッド層を有し、前記クラッド層の組成式が（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．５≦Ｘ≦１、０．４８≦Ｙ≦０．５２）であることを特徴とする前項（１）ないし（９）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１１）  前記歪調整層の組成式を、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）にしたことを特徴とする前項（１）ないし（１０）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１２）  前記歪調整層の組成式を、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ１−ＹＰＹ（０≦Ｘ≦１、０．６≦Ｙ≦１）にしたことを特徴とする前項（１）ないし（１０）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１３）  前記歪調整層が、ＧａＰ層であることを特徴とする前項（１）ないし（１２）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１４）  前記歪調整層の厚さが、０．５〜２０μｍの範囲であることを特徴とする前項（１）ないし（１３）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１５）  前記光取り出し面は、粗い面を含むことを特徴とする前項（１）ないし（１４）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１６）  植物育成の光合成の促進に使用するための発光ダイオードであって、前記発光部の発光スペクトルのピーク発光波長が、６５５〜６７５ｎｍの範囲であることを特徴とする前項（１）ないし（１５）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（１７）  前記発光スペクトルの半値幅が、１０〜４０ｎｍの範囲であることを特徴とする前項（１６）記載の発光ダイオード。
（１８）  前記発光スペクトルの発光波長７００ｎｍにおける発光強度が、前記ピーク発光波長における発光強度の１０％未満であることを特徴とする前項（１６）または（１７）記載の発光ダイオード。
（１９）  前記発光部の応答速度（Ｔｒ）が、１００ｎｓ以下であることを特徴とする前項（１）ないし（１８）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオード。
（２０）  表面に電極端子が形成されたマウント基板と、（１）ないし（１９）のうち、いずれか１項記載の発光ダイオードと、を備え、前記発光ダイオードは、前記マウント基板に実装されており、前記発光ダイオードは、前記電極端子と電気的に接続されていることを特徴とする発光ダイオードランプ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一観点によれば、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）よりなる歪発光層を設けることにより、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した発光ダイオードを実現できる。
また、発光部上に、発光部の光を透過させる歪調整層を設けることにより、歪調整層により発光部からの光が吸収されることがないため、高出力・高効率の発光ダイオードを実現できる。
【００１５】
さらに、この歪調整層は、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しているため、半導体化合物層の反りの発生を抑制できる。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を実現できる。
また、化合物半導体層の光取り出し面とは反対側に位置する化合物半導体層の面に、反射構造体を設けることにより、化合物半導体層の光取り出し面から発光ダイオードの外部に放射される光のうち、光取り出し面に対して直交する方向における光の強度を強くすることが可能となるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードを実現できる。
また、光取り出し面に対して直交する方向における光の強度を強くすることにより、光取り出し面に対して直交する方向において、反射構造体を備えていない発光ダイオードの光の強度と同じ強さの光強度を得る場合、反射構造体を備えていない発光ダイオードよりも消費電力を小さくすることができる。
【００１６】
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。
【００１７】
上記説明したように、本発明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・高輝度・高効率であって応答速度が速く、かつ放熱性に優れた発光ダイオードを提供できる。  
また、機能性基板として放熱性に優れた基板を用いることで、発光部が発光した際の熱を発光ダイオードの外部に放出することができる。
また、本発明の発光ダイオードによれば、従来のＡｌＧaＡｓ系の発光ダイオードと比較して、約４倍以上の発光効率を有する高出力発光ダイオードを提供できる。
また、化合物半導体層の光取り出し面と反対側の面に、反射構造体を介して機能性基板が接合されているために、光取り出し面放射される光のうち、光取り出し面に対して直交する方向における光の強度が強い指向性を持つ発光ダイオードを提供できる。
【００１８】
また、上記発光ダイオードを備えた本発明の発光ダイオードランプによれば、植物育成用の照明に適した発光ダイオードランプを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１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２】本発明の第１の実施形態に係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３】反射構造体を備えていない発光ダイオード及び反射構造体を備えた発光ダイオードの放射照度を示す図である。
【図４】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（その１）であり、図４（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４（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５】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（その２）である。
【図６】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（その３）である。
【図７】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（その４）である。
【図８】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（その５）である。
【図９】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（その６）である。
【図１０】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（その７）である。
【図１１】図１に示す発光ダイオードを備えた発光ダイオードランプの断面模式図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための図であり、図１２（ａ）は、第２の実施形態の発光ダイオードの平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す発光ダイオードのＡ−Ａ‘線方向の概略断面図である。
【図１３】本発明の第１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】
【００２０】
以下、本発明を適用した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等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】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
（第１の実施形態）
＜発光ダイオード＞
図１は、本発明の第１の実施形態である発光ダイオードの一例を示す図である。
図１を参照するに、本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）１は、発光層２を含む発光部３及び歪調整層１３を少なくとも含む化合物半導体層１１と、反射構造体４を介して発光部３に接合された機能性基板５である金属基板と、を有している。また、発光部３の反射構造体４と反対側の面３ａには第１の電極６が備えられ、発光部３の反射構造体４側の面３ｂには、歪調整層１３を介して、第２の電極８が備えられている。
【００２２】
＜発光部＞
発光部３は、歪調整層１３上に、少なくともｐ型の下部クラッド層１０ｂ、発光層２、ｎ型の上部クラッド層１０ａが順次積層されて構成されている。すなわち、発光部３は、放射再結合をもたらすキャリア（担体；ｃａｒｒｉｅｒ）及び発光を発光層２に「閉じ込める」ために、発光層２の下側及び上側に対峙して配置した下部クラッド（ｃｌａｄ）層１０ｂ及び上部クラッド層１０ａを含む、所謂、ダブルヘテロ（英略称：ＤＨ）構造とすることが高強度の発光を得る上で好ましい。
【００２３】
図２は、本発明の第１の実施形態に係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２を参照するに、発光層２は、歪発光層３１と、バリア層３２との多層構造であることが好ましい。
【００２４】
発光層２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２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。
【００２５】
歪発光層３１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３１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３１は、それ以外の構造部分と格子定数が異なる構成となり、化合物半導体層２に歪が発生する。このため、結晶欠陥の発生という弊害が生ずるおそれがある。
【００２６】
歪発光層３１の層厚は、８〜３０ｎｍの範囲が好適である。ここで、歪発光層３１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３１の層厚は、層厚の変動を加味して量子効果の発現しない８ｎｍ以上であることが望ましい。また、層厚の制御の容易さを考慮すれば、１０ｎｍ以上が好適である。一方、歪発光層３１の層厚が３０ｎｍを超えると、歪量が大きくなりすぎるため、結晶欠陥や表面の異常が発生しやすくなるために好ましくない。
【００２７】
バリア層３２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３２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。
【００２８】
バリア層３２の層厚は、歪発光層３１の層厚よりも厚いことが好ましい。これにより、歪発光層３１の発光効率を高くすることができる。また、バリア層３２によって発光効率を最適化すると共に歪発光層３１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３２は、少なくとも、１５ｎｍ以上の層厚とすることが好ましく、２０ｎｍ以上の層厚がより好ましい。一方、バリア層３２の層厚が、５０ｎｍを超えると発光波長の波長に近くなり、光の干渉、ブラッグ反射等、光学的な影響がでる。
したがって、バリア層３２は、５０ｎｍ以下の層厚とすることが好ましく、４０ｎｍ以下の層厚がより好ましい。
上述したように、歪発光層３１の層厚が薄く、バリア層３２の層厚が厚いほうが、歪発光層３１の歪をバリア層３２によって吸収する効果が得られると共に、歪発光層３１に結晶欠陥が発生しにくいという効果が得られる。
【００２９】
歪発光層３１とバリア層３２との多層構造において、歪発光層３１とバリア層３２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２には、歪発光層３１が８〜４０層含まれていることが好ましい。
ここで、発光層２の発光効率が好適な範囲としては、歪発光層３１が８層以上であることが好ましい。一方、歪発光層３１及びバリア層３２は、キャリア濃度が低いため、多くの対にすると順方向電圧（ＶＦ）が、増大してしまう。
【００３０】
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３１が有する歪は、ＧａＡｓ基板（図示せず）と発光層２との格子定数が異なるため、発光層２中に発生するストレスである。このため、歪発光層３１とバリア層３２とを交互に積層する対の数、すなわち、発光層２に含まれる歪発光層３１の層の数が前記範囲を超えると、発光層２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等の問題が発生する。
【００３１】
発光層２（発光部３）は、歪発光層３１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、該範囲内でもより光合成の効率が高い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。
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。
【００３２】
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。また、発光層２の応答速度（立ち上がり時間：Ｔｒ）を１００ｎｓ以下であることが好ましい。
このような特性の発光層２を有する発光ダイオード１は、植物育成の光合成の促進に使用する照明（発光ダイオードランプ）として好適に用いることができる。また、発光層２の構成は、上記特性を充足するように組成、層厚、層数を適宜選択することができる。
【００３３】
図１を参照するに、下部クラッド層１０ｂ及び上部クラッド層１０ａは、発光層２のいずれか一方の面に設けられている。具体的には、発光層２の下面に下部クラッド層１０ｂが設けられ、発光層２の上面に上部クラッド層１０ａが設けられている。
【００３４】
下部クラッド層１０ｂ及び上部クラッド層１０ａの材質としては、歪発光層３１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３２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。
【００３５】
下部クラッド層１０ｂと上部クラッド層１０ａ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１０ｂ及び上部クラッド層１０ａ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２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１０ｂ及び上部クラッド層１０ａの組成を制御することによって、化合物半導体層１１の反りを低減させることができる。
【００３６】
具体的に、下部クラッド層１０ｂ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）より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。
【００３７】
一方、上部クラッド層１０ａ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）より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１０ｂ及び上部クラッド層１０ａの極性は、化合物半導体層１１の素子構造を考慮して選択することができる。
【００３８】
上部クラッド層１０ａのコンタクト層１２ｂと接触する面は、光取り出し面１１ａとして機能する面であり、粗面化されている（言い換えれば、粗い面を含んでいる）。
このように、光取り出し面１１ａを粗面化することにより、光取り出し面１１ａでの全反射が抑制されるため、光取り出し効率を向上させることができる。
【００３９】
また、下部クラッド層１０ｂと発光層２との間、発光層２と上部クラッド層１０ａとの間及び上部クラッド層１０ａと歪調整層１３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。
【００４０】
また、発光部３の構成層の最上層には、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１２ｂが設けられている。
なお、コンタクト層１２ｂの他に、素子駆動電流を発光部の全般に平面的に拡散させるための電流拡散層、逆に素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層や電流狭窄層等、公知の層構造を設けてもよい。
【００４１】
＜歪調整層＞
図１を参照するに、歪調整層１３は、発光部３の下方に設けられている。この歪調整層１３は、ＧａＡｓ基板（図示せず）上に化合物半導体層１１をエピタキシャル成長させる際に、歪発光層３１によって生じた歪を緩和させるための層である。また、歪調整層１３は、発光部３の発光波長に対して透明である。
さらに、歪調整層１３は、歪発光層３１及びバリア層３２の格子定数よりも小さい格子定数を有している。また、歪調整層１３は、化合物半導体層１１の形成（エピタキシャル成長による形成）に用いたＧａＡｓ基板（図示せず）の格子定数よりも小さい格子定数を有する。
より具体的には、後述する組成から得られる歪調整層１３の格子定数をＡ、バリア層３２の格子定数をＢ、歪発光層３１の格子定数をＣとした場合に、Ａ＜Ｂ＜Ｃとなる関係を有している。
【００４２】
歪調整層１３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可能である。上記Ｘは、化合物半導体層１１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２（歪発光層３１）の有する歪量が同じ場合を比較すると、上記Ｙの値が小さいほうが歪調整層１３の歪調整効果が小さくなる。
このため、歪調整層１３の層厚を厚くする必要が生じる。これにより、歪調整層１３の成膜時の成長時間とコストが上昇してしまうため、上記Ｙの値は０．６以上であることが好ましく、０．８以上であることがより好ましい。
【００４３】
また、歪調整層１３としては、発光部３の発光波長に対して透明な層であり、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１３では、Ｙの値によって格子定数が変化する。上記Ｙの値が大きい方が、格子定数が小さくなる。また、発光部３の光を透過させるか否かは、上記Ｘ及びＹの値の双方に関連する為、発光部３の発光波長に対して透明なようにＸ及びＹの値を選択すれば良い。
【００４４】
さらに、歪調整層１３として、ＧａＰ層、好ましくは、例えばＭｇドープしたｐ型のＧａＰ層を用いることが好ましい。ＧａＰ層は、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１３として最も適している。
【００４５】
歪調整層１３は、発光部３をエピタキシャル成長させる際に用いる基板であるＧａＡｓ基板（図示せず）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３１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１３を設けることにより、発光波長等の特性の均一化、クラック発生等の結晶欠陥の発生防止の効果がある。
ここで、歪調整層１３の厚さは、０．５〜２０μｍの範囲であることが好ましく、３〜１５μｍの範囲であることがより好ましい。層厚が０．５μｍ未満であると、歪発光層３１の歪量のばらつきを緩和するのに十分ではなく、層厚が２０μｍを超えると成長時間が長くなり、製造コストが増加するので好ましくない。
【００４６】
このように、歪調整層１３の組成を制御することにより、化合物半導体層１１の反りを低減できるため、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、反射構造体４を介して、機能性基板５と化合物半導体層１１との接合を行なう構造を有する場合にも、化合物半導体層１１の反りが大きい場合は割れ等の問題が生じるため、化合物半導体層１１の反りを小さくすることが望ましい。
【００４７】
＜第１の電極、第２の電極＞
第１の電極６及び第２の電極８は、それぞれオーミック電極であり、それらの形状及び配置は、発光部３に電流を均一に拡散させるものであればよく、特に限定されない。例えば、平面視したときに円状または矩形状の電極を用いることができ、一個の電極として配置することも、複数の電極を格子状に配置することもできる。
【００４８】
第１の電極６の材料としては、コンタクト層１２ｂ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１２ｂ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。
【００４９】
第２の電極８の材料としては、歪調整層１３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１３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。
【００５０】
＜反射構造体＞
図１を参照するに、反射構造体４は、第２の電極８を覆うように、歪調整層１３の面１３ａに形成されている。反射構造体４は、透明導電膜１４と、反射層１５とが順次積層された構成とされている。
【００５１】
透明導電膜１４は、第２の電極８を覆うように、歪調整層１３の面１３ａ（第２の電極８が形成された歪調整層１３の面）に形成されている。透明導電膜１４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１４の代わりに、或いは、透明導電膜１４と共に、透明な材料の屈折率差を利用したいわゆるコールドミラー、例えば、酸化チタン膜、酸化ケイ素膜の多層膜や白色のアルミナ、ＡｌＮを用いて、反射層１５に組み合わせてもよい。
【００５２】
図１を参照するに、反射層１５は、透明導電膜１４に積層されている。反射層１５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４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１５を設けることにより、発光層２からの光を反射層１５で正面方向ｆへ反射させて、正面方向ｆでの光取り出し効率を向上させることができる。これにより、発光ダイオード１をより高輝度化できる。
なお、ここでの正面方向ｆとは、化合物半導体層１１の光取り出し面１１ａ（本実施形態の場合、発光部３の面３ａ）との成す角度が９０°となる方向で、かつ発光ダイオード１のから離間する方向のことをいう。なお、反射構造体４は、透明導電膜１４を設けることなく、反射層１５だけで構成してもよい。
【００５３】
また、反射構造体４は、光取り出し面１１ａに対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度が、光取り出し面１１ａに対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度の１．０倍よりも大きくなるように構成するとよい。
このように、光取り出し面１１ａに対して９０°の角度を成す方向（光取り出し面１１ａに対して直交する方向）に放射される放射照度を、光取り出し面１１ａに対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度の１．０倍よりも大きくすることにより、高輝度及び高効率の発光ダイオード１を実現できる。
また、光取り出し面１１ａに対して直交する方向における光の強度を強くすることにより、光取り出し面１１ａに対して直交する方向において、反射構造体４を備えていない発光ダイオードの光の強度と同じ強さの光強度を得る場合、反射構造体４を備えていない発光ダイオードよりも消費電力を小さくすることができる。
【００５４】
図３は、反射構造体を備えていない発光ダイオード及び反射構造体を備えた発光ダイオードの放射照度を示す図である。図３では、光取り出し面１１ａから照射された光の放射照度を示している。また、図３では、光取り出し面１１ａに対して直交する方向の照射角度を９０°とし、光取り出し面１１ａに対して平行な方向の照射角度を０°とする。
【００５５】
図３を参照するに、反射構造体４を備えていない発光ダイオードでは、斜め方向（具体的には、放射角度が１５〜５５°の方向）において放射照度が大きく、放射角度が６０°から９０°に近づくにつれて、放射照度が小さくなることが確認できる。
一方、反射構造体４を備えた発光ダイオード１では、放射角度が６０°以下において、反射構造体４を備えていない発光ダイオードよりも放射照度が小さく、放射角度が６０°〜９０°の範囲内において、反射構造体４を備えていない発光ダイオードよりも照射照度が大きくなることが確認できた。
このことから、反射構造体４を設けることで、光取り出し面１１ａに対して９０°の角度を成す方向に放射される光の放射照度を強くできることが確認できた。
【００５６】
具体的には、反射層１５としては、例えば、透明導電膜１４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１４と接触する面とは反対側に位置する反射層１５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３に熱ストレスを与えることなく、機能性基板５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５に含まれる不純物等が反射層１５側に拡散して、反応することを抑制できる。
【００５７】
＜機能性基板（金属基板）＞
図１を参照するに、機能性基板５は、反射構造体４を介して、化合物半導体層１１の面１１ｂ（具体的には、歪調整層１３の面１３ａ）に貼り付けられている。具体的には、発光部３と対向する反射構造体４の面とは反対側に位置する反射構造体４の面１５ｂに、機能性基板５の接合面５ａが接合されている。
【００５８】
第１の実施形態では、機能性基板５として金属基板を用いる。つまり、第１の実施形態では、反射構造体４を介して、化合物半導体層１１の面１１ｂ（具体的には、歪調整層１３の面１３ａ）に、金属基板が貼り付けられている。以下、機能性基板５として金属基板を用いた場合を例に挙げて説明する。
【００５９】
機能性基板５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５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。
【００６０】
この場合、機能性基板５の反りや割れの観点から、第２の金属層２２として化合物半導体層１１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２１を化合物半導体層１１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５全体としての熱膨張係数が化合物半導体層１１の熱膨張係数に近くなるため、化合物半導体層１１と機能性基板５とを接合する際の機能性基板５の反りや割れを抑制することが可能となるので、発光ダイオード１の歩留まりを向上できる。
【００６１】
また、第２の金属層２２として化合物半導体層１１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２１を化合物半導体層１１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５全体としての熱膨張係数が、化合物半導体層１１の熱膨張係数に近くなるため、化合物半導体層１１と機能性基板５とを接合する際の機能性基板５の反りや割れを抑制することが可能となるので、発光ダイオード１の歩留まりを向上できる。
【００６２】
以上説明したように、機能性基板５を構成する第１及び第２の金属層２１，２２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２１が１つの第２の金属層を挟み込むことで機能性基板５を構成しているが、２つの第２の金属層２２により１つの第１の金属層２１を挟みこむことで機能性基板５（金属基板）を構成してもよい。
【００６３】
第１及び第２の金属層２１，２２よりなる機能性基板５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。
【００６４】
機能性基板５（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。
【００６５】
機能性基板５全体としての熱膨張係数は、例えば、機能性基板５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５としてＭｏ層（２５μｍ）／Ｃｕ層（７０μｍ）／Ｍｏ層（２５μｍ）よりなる金属基板を用いた場合、例えば、機能性基板５全体としての熱膨張係数は５．７ｐｐｍ／Ｋとなる。
【００６６】
また、放熱の観点からは、機能性基板５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５の放熱性を高くすることが可能となり、発光ダイオード１を高輝度で発光させることができると共に、発光ダイオード１の寿命を長寿命とすることができる。
【００６７】
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。
【００６８】
さらに、機能性基板５を構成する金属層の熱膨張係数が、化合物半導体層１１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５を構成する金属層の材料の熱膨張係数が、化合物半導体層１１の熱膨張係数の±１．５ｐｐｍ／Ｋ以内であることが好ましい。これにより、機能性基板５と化合物半導体層１１との接合時に発生する発光部３へのストレス（熱に起因するストレス）を小さくすることが可能となり、機能性基板５と化合物半導体層１１と接続させた際の熱による機能性基板５の割れが抑制されるので、発光ダイオード１の歩留まりを向上できる。
【００６９】
機能性基板５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５の熱伝導率は２５０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
また、機能性基板５としてＭｏ層（２５μｍ）／Ｃｕ層（７０μｍ）／Ｍｏ層（２５μｍ）よりなる金属基板を用いた場合、機能性基板５の熱伝導率は２２０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
【００７０】
金属基板よりなる機能性基板５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５の厚さが１５０μｍより厚い場合には、発光ダイオードの製造コストが上昇して好ましくない。また、機能性基板５の厚さが５０μｍより薄い場合には、ハンドリング時に割れ、欠け、反り等が容易に生じて、発光ダイオードの歩留まりを低下させる虞がある。
【００７１】
１枚の機能性基板５を構成する第１の金属層２１及び第２の金属層２２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２１と第２の金属層２２の層数を合わせて２層とした場合には、厚さ方向での熱膨張が不均衡となり、機能性基板５の割れが発生するおそれが発生する。逆に、第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数を合わせて９層より多くした場合には、第１の金属層２１と第２の金属層２２の層の厚さをそれぞれ薄くする必要が生じる。
【００７２】
しかしながら、第１及び第２の金属層２１，２２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２１或いは第２の金属層２２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。
【００７３】
なお、機能性基板５の接合面５ａ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。
【００７４】
なお、発光部３に機能性基板５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。
【００７５】
第１の実施形態の発光ダイオード１によれば、ｐｎ接合型の発光部３と、発光部３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１１を備え、発光部３を、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）よりなる歪発光層３１とバリア層３２との積層構造とすることにより、発光部３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３１の組成を上記範囲に規定することにより、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した発光ダイオード１を実現できる。
また、発光部３上に、発光部３の光を透過させる歪調整層１３を設けることにより、歪調整層１３により発光部３からの光が吸収されることがないため、高出力・高効率の発光ダイオード１を実現できる。
【００７６】
さらに、この歪調整層１３は、歪発光層３１及びバリア層３２の格子定数よりも小さい格子定数を有しているため、半導体化合物層１１の反りの発生を抑制できる。これにより、歪発光層３１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１を実現できる。
また、化合物半導体層１１の光取り出し面１１ａとは反対側に位置する化合物半導体層１１の面１１ｂに、反射構造体４を設けることにより、化合物半導体層１１の光取り出し面１１ａから発光ダイオード１の外部に放射される光のうち、光取り出し面１１ａに対して直交する方向（具体的には、正面方向ｆ）における光の強度を強くすることが可能となるので、高輝度及び高効率の発光ダイオード１を実現できる。
また、光取り出し面１１ａに対して直交する方向における光の強度を強くすることにより、光取り出し面１１ａに対して直交する方向において、反射構造体４を備えていない発光ダイオードの光の強度と同じ強さの光強度を得る場合、反射構造体４を備えていない発光ダイオードよりも消費電力を小さくすることができる。
【００７７】
また、例えば、化合物半導体層１１の面１１ｂに、反射構造体１４を介して接合される機能性基板５として金属基板を用いることにより、発光部３が発光した際の熱を、機能性基板５を介して、発光ダイオード１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２１，２２により機能性基板５を構成することで、機能性基板５の放熱性が高くなるため、発光ダイオード１を高輝度で発光させることができると共に、発光ダイオード１の寿命を長寿命とすることができる。
また、機能性基板５として光を透過する基板を用いて、Ａｒビームにより接合させた場合、接合面が高抵抗となり、基板側へ電流を流すことが難しいが、機能性基板５として金属基板を用いて、該金属基板を共晶接合させることにより、１ワイヤー構造の作成が可能となる。
【００７８】
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１を実現できる。  
【００７９】
＜発光ダイオードの製造方法＞
次に、第１の実施形態である発光ダイオード１の製造方法について説明する。
第１の実施形態である発光ダイオード１の製造方法は、機能性基板５を形成する工程と、次いで、半導体基板３３にコンタクト層１２ｂを介して発光層２を含む発光部３を形成した後、発光部３の半導体基板３３と反対側の面に第２の電極８を形成する工程と、発光部３の半導体基板と反対側の面に第２の電極８を介して反射構造体４を形成する工程と、発光部３に反射構造体４を介して機能性基板５を接合する工程と、半導体基板３３、及びコンタクト層１２ｂの一部を除去する工程と、発光部３の機能性基板５と反対側の面に第１の電極６を形成する工程と、を有する。
【００８０】
図４〜図１０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４〜図１０において、図１に示す発光ダイオード１と同一構成部分には、同一符号を付す。
図４〜図１０を参照して、第１の実施形態の発光ダイオード１の製造方法について説明する。まず、機能性基板５の製造工程について説明する。
【００８１】
＜機能性基板の製造工程＞
図４に示すように、機能性基板５は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である第１及び第２の金属層２１，２２をホットプレスすることで形成する。
【００８２】
具体的には、まず、２枚の略平板状の第１の金属層２１と、１枚の略平板状の第２の金属層２２を用意する。例えば、第１の金属層２１としては厚さ３０μｍのＣｕ層を用い、第２の金属層２２としては厚さ２５μｍのＭｏ層を用いる。
次に、図４（ａ）に示すように、２枚の第１の金属層２１の間に第２の金属層２２を挿入してこれらを重ねて配置する。
【００８３】
次に、所定の加圧装置内に、第１及び第２の金属層２１，２２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２１と第２の金属層２２に矢印の方向（図４（ａ）参照）に荷重をかけて圧着する。
これにより、図４（ｂ）に示すように、第１の金属層２１がＣｕ層であり、第２の金属層２２がＭｏ層であり、Ｃｕ層（３０μｍ）／Ｍｏ層（２５μｍ）／Ｃｕ層（３０μｍ）の３層よりなる機能性基板５を形成する。上記構成とされた機能性基板５の熱膨張係数は、６．１ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率は２５０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００８４】
なお、この後、発光部３（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５の接合面５ａに、電気的接触を安定化させるため接合補助膜を形成してもよい。該接合補助膜としては、金膜、白金膜、ニッケル膜等を用いることができる。例えば、まず、ニッケル膜を０．１μｍ成膜した後、ニッケル膜上に金膜を０．５μｍ成膜する。
さらにまた、上記接合補助膜の代わりに、ダイボンド用のＡｕＳｎ膜等の共晶金属膜を形成してもよい。これにより、接合工程を簡便にすることができる。
【００８５】
＜発光部及び第２の電極形成工程＞
まず、図５に示すように、半導体基板３３の表面３３ａ上に、複数のエピタキシャル層を成長させて化合物半導体層１１を形成する。なお、この段階では、化合物半導体層１１を構成するコンタクト層１２ｂは、パターニングされていない。
半導体基板３３は、化合物半導体層１１を形成するための基板であり、例えば、表面３３ａが（１００）面から１５°傾けた面とされ、かつＳｉドープされたｎ型のＧａＡｓ単結晶基板である。このように、化合物半導体層１１としてＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層を用いる場合、化合物半導体層１１を形成する基板としては、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板を用いるとよい。
【００８６】
化合物半導体層１１は、半導体基板３３であるＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓよりなる緩衝層１２ａ、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よりなるコンタクト層１２ｂ、ｎ型の上部クラッド層１０ａ、発光層２、ｐ型の下部クラッド層１０ｂ、及びＭｇドープしたｐ型ＧａＰよりなる歪調整層１３を順次積層して作製する。
【００８７】
ＧａＡｓ基板は、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）面及び（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。
【００８８】
ＧａＡｓ基板の転位密度は、化合物半導体層１１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。
【００８９】
ＧａＡｓ基板は、ｎ型であってもｐ型であっても良い。ＧａＡｓ基板のキャリア濃度は、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基板がシリコンドープのｎ型である場合には、キャリア濃度が１×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３の範囲であることが好ましい。これに対して、ＧａＡｓ基板が亜鉛をドープしたｐ型の場合には、キャリア濃度２×１０１８〜５×１０１９ｃｍ−３の範囲であることが好ましい。
【００９０】
ＧａＡｓ基板の厚さは、基板のサイズに応じて適切な範囲がある。ＧａＡｓ基板の厚さが適切な範囲よりも薄いと、化合物半導体層１１の製造プロセス中に割れてしまう虞がある。
一方、ＧａＡｓ基板の厚さが適切な範囲よりも厚いと材料コストが増加することになる。このため、ＧａＡｓ基板の基板サイズが大きい場合、例えば、直径７５ｍｍの場合には、ハンドリング時の割れを防止するために２５０〜５００μｍの厚さが望ましい。
同様に、直径５０ｍｍの場合は、２００〜４００μｍの厚さが望ましく、直径１００ｍｍの場合は、３５０〜６００μｍの厚さが望ましい。
【００９１】
このように、ＧａＡｓ基板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化合物半導体層１１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２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。
【００９２】
緩衝層１２ａは、半導体基板３３と発光部３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１２ａは、必ずしも必要ではない。
また、緩衝層１２ａの材質は、エピタキシャル成長させる基板と同じ材質とすることが好ましい。したがって、本実施形態では、緩衝層１２ａには、ＧａＡｓ基板と同じ材料よりなるＧａＡｓ層を用いることが好ましい。
また、緩衝層１２ａには、欠陥の伝搬を低減するためにＧａＡｓ基板と異なる材質よりなる多層膜を用いることもできる。緩衝層１２ａの厚さは、０．１μｍ以上とすることが好ましく、０．２μｍ以上とすることがより好ましい。
【００９３】
コンタクト層１２ｂ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１２ｂの材質は、歪発光層３１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１２ｂのキャリア濃度の下限値は、電極との接触抵抗を低下させるために５×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましく、１×１０１８ｃｍ−３以上がより好ましい。
キャリア濃度の上限値は、結晶性の低下が起こりやすくなる２×１０１９ｃｍ−３以下が望ましい。コンタクト層１２ｂの厚さは、０．５μｍ以上が好ましく、１μｍ以上が最適である。コンタクト層１２ｂの厚さの上限値は特に限定されてはいないが、エピタキシャル成長に係るコストを適正範囲にするため、５μｍ以下とすることが望ましい。
【００９４】
本実施形態の化合物半導体層１１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用いて形成することができる。
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１１のエピタキシャル成長に使用するＧａＡｓ基板（半導体基板３３）は、成長前に洗浄工程や熱処理等の前処理を実施して、表面の汚染や自然酸化膜を除去することが望ましい。
上記化合物半導体層１１を構成する各層は、直径５０〜１５０ｍｍのＧａＡｓ基板１４をＭＯＣＶＤ装置内に８枚以上セットし、同時にエピタキシャル成長させて積層することができる。また、ＭＯＣＶＤ装置としては、自公転型、高速回転型等の市販の大型装置を適用することができる。
【００９５】
上記化合物半導体層１１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。また、Ｓｉのドーピング原料としては、例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等を用いることができる。
また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）等を用いることができる。また、各層の成長温度としては、歪調整層１３としてｐ型ＧａＰ層を用いる場合は、７２０〜７７０℃を適用することができ、その他の各層では６００〜７００℃を適用することができる。さらに、各層のキャリア濃度及び層厚、温度条件は、適宜選択することができる。
【００９６】
このようにして製造した化合物半導体層１１は、歪発光層３１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。
【００９７】
次に、歪調整層１３の半導体基板３３と反対側の面１３ａ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６に示すように、歪調整層１３の面１３ａ上に第２の電極８（オーミック電極）を形成する。第２の電極８は、例えば、０．４μｍの厚さのＡｕＢｅ層上に０．２μｍの厚さのＡｕ層が積層されてなる。第２の電極８は、例えば、平面視したときに２０μｍφの円形状であり、６０μｍの間隔で形成される。
【００９８】
＜反射構造体形成工程＞
次に、図７に示すように、歪調整層１３の半導体基板３３と反対側の面１３ａ及び第２の電極８を覆うようにＩＴＯ膜よりなる透明導電膜１４を形成する。次に、４５０℃の熱処理を施して、第２の電極８と透明導電膜１４との間にオーミックコンタクトを形成する。
【００９９】
次に、図８に示すように、透明導電膜１４の化合物半導体層１１と反対側の面１４ａに、蒸着法を用いて、反射層１５を形成する。
具体的には、銀（Ａｇ）合金よりなる膜（厚さが０．５μｍ）と、タングステン（Ｗ）膜（厚さが０．１μｍ）と、白金（Ｐｔ）膜（厚さが０．１μｍ）と、金（Ａｕ）膜（厚さが０．５μｍ）、ＡｕＧｅ共晶金属（融点３８６℃）よりなる膜（厚さが１μｍ）とを順次成膜することで反射層１５を形成する。これにより、反射層１５及び透明導電膜１４よりなる反射構造体４が形成される。
【０１００】
＜機能性基板接合工程＞
次に、図９に示すように、反射構造体４と化合物半導体層１１とを形成した半導体基板３３（図８に示す構造体）と、図４（ｂ）に示す機能性基板５とを減圧装置（図示せず）内に搬入して、反射構造体４の接合面４ａと機能性基板５の接合面５ａとが対向するように重ね合わせて配置する。
次に、減圧装置内を３×１０−５Ｐａまで排気した後、半導体基板３３と機能性基板５とを４００℃に加熱した状態で、１００ｇ／ｃｍ２の加重を印加して反射構造体４の接合面４ａと機能性基板５の接合面５ａと接合して、接合構造体１８を形成する。
【０１０１】
＜半導体基板及び緩衝層除去工程＞
次に、図１０に示すように、接合構造体１８から、半導体基板３３及び緩衝層１２ａをアンモニア系エッチャントにより選択的に除去する。これにより、発光層２を有する発光部３が形成される。
【０１０２】
＜第１の電極形成工程＞
次に、真空蒸着法を用いて、発光部３の反射構造体４と反対側の面３ａに、第１の電極６（ｎ型オーミック電極）の母材となる電極用導電膜を成膜する。該電極用導電膜としては、例えば、ＡｕＧｅ層／Ｎｉ層／Ａｕ層よりなる金属層構造を用いることができる。
この場合、例えば、ＡｕＧｅ層（Ｇｅ質量比１２％）を０．１５μｍの厚さで成膜した後、Ｎｉ層を０．０５μｍの厚さで成膜し、さらにＡｕ層を１μｍの厚さで成膜する。
次に、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用して、電極用導電膜を平面視円形状にパターニングして、第１の電極６を形成する。
その後、第１の電極６の形状に対応するように、コンタクト層１２ｂをパターニングすることで、図１に示す発光ダイオード１が製造される。
【０１０３】
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６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６を低抵抗化することができる。
【０１０４】
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３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３の対角線の長さを１．１ｍｍとする。その後、発光部３の露出面を粘着シートで保護して、切断面を洗浄する。
【０１０５】
＜発光ダイオードランプ＞
図１１は、図１に示す発光ダイオードを備えた発光ダイオードランプの断面模式図である。図１１において、図１に示す発光ダイオードランプ１と同一構成部分には同一符号を付す。
図１１を参照するに、第１の実施形態である発光ダイオードランプ４０は、パッケージ基板４５と、パッケージ基板４５上に形成された２つの電極端子４３，４４と、電極端子４４上に搭載された発光ダイオード１と、発光ダイオード１を覆うように形成されたシリコン等よりなり、かつ光透過性を有した封止樹脂４１と、を有する。
【０１０６】
発光ダイオード１は、先に説明したように、発光部３と、反射構造部４と、機能性基板５と、第１の電極６と、第２の電極８と、を有しており、機能性基板５が電極端子４３と接続されるように配置されている。
また、第１の電極６は、電極端子４４に対してワイヤボンディング接続されている。上記構成とされた発光ダイオード１は、電極端子４３、４４に印加された電圧が、第１の電極６と第２の電極８を介して発光部３に印加されることで、発光部３を構成する発光層２が発光する。発光された光は、発光ダイオード１の光取り出し面１１ａを介して、正面方向ｆに取り出される。
【０１０７】
パッケージ基板４５は、その熱抵抗が１０℃／Ｗ以下とされている。これにより、発光層２に１Ｗ以上の電力を加えて発光させたときでも、パッケージ基板４５を放熱用の基板として利用することができ、発光ダイオード１の放熱性をより高めることができる。
なお、パッケージ基板４５の形状は、図１１に示す形状に限定されず、他の形状としてもよい。他の形状のパッケージ基板を用いたＬＥＤランプ製品においても、放熱性を十分確保できるので、高出力、高輝度の発光ダイオードランプとすることができる。
【０１０８】
第１の実施形態の発光ダイオードランプによれば、化合物半導体層１１の光取り出し面１１ａとは反対側に位置する化合物半導体層１１の面１１ｂに、光を反射する反射構造体４を有した発光ダイオード１を備えることにより、光取り出し面１１ａに対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度を、光取り出し面１１ａに対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度の１．０倍よりも大きくすることが可能となるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードランプ４０を実現できる。
また、発光ダイオード１を構成する機能性基板５を、放熱用の基板として機能するパッケージ基板４５に形成された電極端子４３と接続させることにより、電極端子４３及びパッケージ基板４５を介して、発光ダイオード１の熱を効率良く放出することができる。
【０１０９】
また、発光ダイオードランプ４０は、熱抵抗が１０℃／Ｗ以下とされたパッケージ基板４５を備えることにより、放熱性に優れ、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
また、発光ダイオードパッケージ４０は、発光ダイオード１の発光層２に１Ｗ以上の電力を加えて発光させる構成なので、放熱性に優れ、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【０１１０】
（第２の実施形態）
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための図であり、図１２（ａ）は、第２の実施形態の発光ダイオードの平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す発光ダイオードのＡ−Ａ‘線方向の概略断面図である。
図１２を参照するに、第２の実施形態の発光ダイオード５０は、第１の実施形態の発光ダイオード１に設けられた機能性基板５（金属基板）の替わりに、機能性基板５（金属基板）とは異なる材料により構成された機能性基板５１を設けると共に、さらに金属層５２，５３を設け、上部クラッド層１０ａの上面を覆うようにコンタクト層１２ｂを配置した以外は、第１の実施形態の発光ダイオード１と同様に構成される。
つまり、第２の実施形態の発光ダイオード５０と第１の実施形態の発光ダイオード１との大きな相違点は、機能性基板の材料が異なる点である。
【０１１１】
機能性基板５１は、金属層５２を介して、化合物半導体層１１が設けられた反射構造体４（具体的には、反射層１５）に接合されている。機能性基板５１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５１を設けることにより、機能性基板５１を備えていない発光ダイオードと比較して、発光部３が発光した際の熱を、発光ダイオード５０の外部に効率良く放熱することができる。
また、腐食しにくい材料であるＳｉやＧｅ等を機能性基板５１の材料として用いることで、機能性基板５１の耐湿性を向上させることができる。
【０１１２】
金属層５２は、反射構造体４を構成する反射層１５と機能性基板５１の上面５１ａとの間に設けられている。金属層５２は、反射層１５と機能性基板５１の上面５１ａとを接合するための層である。金属層５２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５３は、機能性基板５１の下面５１ｂに設けられている。金属層５３としては、例えば、Ａｕ層と、Ｔｉ層とを順次積層した積層膜を用いることができる。
【０１１３】
第２の実施形態の発光ダイオードによれば、金属層５２を介して、化合物半導体層１１が設けられた反射構造体４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５１を設けることにより、機能性基板５１を備えていない発光ダイオードと比較して、発光部３が発光した際の熱を、発光ダイオード５０の外部に効率良く放熱することができる。
また、腐食しにくい材料であるＳｉやＧｅ等を機能性基板５１の材料として用いることで、機能性基板５１の耐湿性を向上させることができる。
【０１１４】
また、化合物半導体層１１の光取り出し面１１ａとは反対側に位置する化合物半導体層１１の面１１ｂに、反射構造体４を設けることにより、化合物半導体層１１の光取り出し面１１ａから発光ダイオード１の外部に放射される光のうち、光取り出し面１１ａに対して直交する方向（具体的には、正面方向ｆ）における光の強度を強くすることが可能となるので、高輝度及び高効率の発光ダイオード５０を実現できる。
【０１１５】
また、第２の実施形態の発光ダイオード５０は、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）よりなる歪発光層３１とバリア層３２との積層構造とされた発光部３を備えているため、発光部３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３１の組成を上記範囲に規定することにより、６５５ｎｍ以上の発光波長を有した発光ダイオード１を実現できる。
さらに、発光部３上に、発光部３の光を透過させる歪調整層１３を備えることにより、歪調整層１３により発光部３からの光が吸収されることがないため、高出力・高効率の発光ダイオード５０を実現できる。
【０１１６】
また、上記歪調整層１３は、歪発光層３１及びバリア層３２の格子定数よりも小さい格子定数を有しているため、半導体化合物層１１の反りの発生を抑制できる。これにより、歪発光層３１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５０を実現できる。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。発光ダイオードを作製した後、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。
【０１１９】
（実施例１）
実施例１の発光ダイオード（第１の実施形態）は、先ず、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓ単結晶からなるＧａＡｓ基板（厚さ約０．５μｍ）上に、化合物半導体層を順次積層してエピタキシャルウェーハを作製した。ＧａＡｓ基板は、（１００）面から（０−１−１）方向に１５°傾けた面を成長面とし、キャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３とした。
また、化合物半導体層として、ＧａＡｓ基板上に、ＳｉをドープしたＧａＡｓからなるｎ型の緩衝層と、Ｓｉをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型のコンタクト層と、Ｓｉをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型の上部クラッド層と、アンドープのＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐ／（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐの対からなる歪発光層／バリア層と、Ｍｇをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるｐ型の下部クラッド層と、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる薄膜の中間層と、Ｍｇドープしたｐ型ＧａＰよりなる歪調整層と、を順次形成した。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
実施例１では、アンドープでＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐよりなる２３層の歪発光層（単層の厚さが１７ｎｍ）と、かつ組成が（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐの２２層のバリア層（単層の厚さが１９ｎｍ）とを交互に積層することで、発光層を形成した。
下部クラッド層は、キャリア濃度を約８×１０１７ｃｍ−３、層厚を約０．５μｍとした。中間層は、キャリア濃度を約８×１０１７ｃｍ−３、層厚を約０．０５μｍとした。ＧａＰからなる歪調整層は、キャリア濃度を約３×１０１８ｃｍ−３、層厚を約９μｍとした。
【０１２２】
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＊＊＊ｎｍ）と、反射層としてＡｇ合金（厚さ５００ｎｍ）／Ｗ（厚さ１００ｎｍ）／Ｐｔ（厚さ２００ｎｍ）／Ａｕ（厚さ５００ｎｍ）／ＡｕＧｅ（厚さ１０００ｎｍ）積層膜とを順次成膜することで、反射構造体を形成する。
次に、第１の実施形態で説明した方法を用いて、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）の３層構造（厚さ８５μｍ）からなる機能性基板（金属基板（熱伝導率２５０Ｗ／ｍＫ））を製造した。
実施例１の機能性基板の熱膨張係数は、６．１ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率は２５０Ｗ／ｍ・Ｋであった。また、機能性基板の直径は７６ｍｍで、厚さは２５０μｍであった。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
実施例１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、２．１ボルト（Ｖ）となった。
順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、４．１ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。
【０１２９】
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、２．１ｎｍ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、７２ｎｓであり、１００ｎｓ以下の良好な結果が得られた。また、表面欠陥の検査では、表面欠陥は見られなかった。
【０１３０】
また、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅを、光取り出し面に対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｆで割った放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）は、１．４３（１．０よりも大きい値）であり、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅが強くなっていることが確認できた。
また、実施例１の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
【０１３１】
図１３は、本発明の第１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。
図１３に示すように、実施例１の発光ダイオードランプの発光スペクトルは、半値幅が１８ｎｍであり、波長７００ｎｍにおける発光強度がほぼ０であった。
【０１３２】
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、７２ｎｓ）を実現できることが確認できた。
また、実施例１の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）が１．４３（１．０よりも大きい値）であるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードが実現できることが確認できた。
さらに、機能性基板の放熱効果により、放熱特性に優れた発光ダイオードを実現できることが確認できた。
【０１３３】
（実施例２）
実施例２の発光ダイオード（第２の実施形態）は、実施例１の発光ダイオードに設けられた発光層の替わりに、アンドープのＧａ０．４２Ｉｎ０．５８Ｐよりなる２１層の歪発光層（単層の厚さ１０ｎｍ）と、組成が（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐの２０層のバリア層（単層の厚さが３０ｎｍ）とを交互に積層して発光層を形成すると共に、機能性基板として厚さが１５０μｍのＧａＰ層（熱伝導率１１０Ｗ／ｍＫ）を用いた以外は、実施例１の発光ダイオードと同様に製造した。
【０１３４】
実施例２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６６０．７ｎｍ（６５５ｎｍ以上の値）とする赤色光が出射された。
また、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、化合物半導体層を構成する歪調整層と機能性基板との接合界面での抵抗の低さ及び各オーミック電極の良好なオーミック特性を反映し、２．１ボルト（Ｖ）となった。
また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、３．６ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。）。
【０１３５】
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、７０ｎｓ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。
【０１３６】
また、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅを、光取り出し面に対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｆで割った放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）は、１．１７（１．０よりも大きい値）であり、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅが強くなっていることが確認できた。
また、実施例２の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
【０１３７】
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、７０ｎｓ）を実現できることが確認できた。
また、実施例２の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）が１．１７（１．０よりも大きい値）であるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードが実現できることが確認できた。
さらに、機能性基板の放熱効果により、放熱特性に優れた発光ダイオードを実現できることが確認できた。
【０１３８】
（実施例３）
実施例３の発光ダイオード（第２の実施形態）は、実施例２の発光ダイオードに設けられた歪発光層の替わりに、アンドープのＧａ０．４１Ｉｎ０．５９Ｐよりなる２１層の歪発光層（単層の厚さが１５ｎｍ）を形成すると共に、機能性基板として厚さが１００μｍのＧｅ層（熱伝導率６０Ｗ／ｍＫ）を用いた以外は、実施例２の発光ダイオードと同様に製造した。
【０１３９】
実施例３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６６８．５ｎｍ（６５５ｎｍ以上の値）とする赤色光が出射された。
また、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、化合物半導体層を構成する歪調整層と機能性基板との接合界面での抵抗の低さ及び各オーミック電極の良好なオーミック特性を反映し、２．１ボルト（Ｖ）となった。
また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、３．７ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。
【０１４０】
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、７３ｎｓ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。
【０１４１】
また、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅを、光取り出し面に対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｆで割った放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）は、１．２２（１．０よりも大きい値）であり、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅが強くなっていることが確認できた。
また、実施例３の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
【０１４２】
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１００ｎｓ以下の応答速度（この場合、７３ｎｓ）を実現できることが確認できた。
また、実施例３の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）が１．２２（１．０よりも大きい値）であるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードが実現できることが確認できた。
さらに、機能性基板の放熱効果により、放熱特性に優れた発光ダイオードを実現できることが確認できた。
【０１４３】
（実施例４）  
実施例４の発光ダイオード（第２の実施形態）は、実施例２の発光ダイオードに設けられた歪発光層の替わりに、アンドープのＧａ０．４５Ｉｎ０．５５Ｐよりなる２１層の歪発光層（単層の厚さが２５ｎｍ）を形成すると共に、機能性基板として厚さが１００μｍのＳｉ層（熱伝導率１２６Ｗ／ｍＫ）を用いた以外は、実施例２の発光ダイオードと同様に製造した。
【０１４４】
実施例４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６５７．０ｎｍ（６５５ｎｍ以上の値）とする赤色光が出射された。
また、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、化合物半導体層を構成する歪調整層と機能性基板との接合界面での抵抗の低さ及び各オーミック電極の良好なオーミック特性を反映し、２．１ボルト（Ｖ）となった。
順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、４．０ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。
【０１４５】
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、２．１ｎｍ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、６４ｎｓ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。
【０１４６】
また、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅを、光取り出し面に対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｆで割った放射照度（＝Ｅ／Ｆ）は、１．３３（１．０よりも大きい値）であり、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅが強くなっていることが確認できた。
また、実施例４の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
【０１４７】
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１００ｎｓ以下の応答速度（この場合、６４ｎｓ）を実現できることが確認できた。
また、実施例４の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）が１．３３（１．０よりも大きい値）であるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードが実現できることが確認できた。
さらに、機能性基板の放熱効果により、放熱特性に優れた発光ダイオードを実現できることが確認できた。
【０１４８】
（実施例５）
実施例５の発光ダイオード（第１の実施形態）は、実施例２の発光ダイオードに設けられた歪発光層の組成をＧａ０．３９Ｉｎ０．６１Ｐに変更すると共に、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）の３層構造（厚さ８５μｍ）からなる機能性基板（金属基板（熱伝導率２５０Ｗ／ｍＫ））を用いた以外は、実施例２の発光ダイオードと同様に製造した。
【０１４９】
実施例５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６６９．８ｎｍ（６５５ｎｍ以上の値）とする赤色光が出射された。
また、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、化合物半導体層を構成する歪調整層と機能性基板との接合界面での抵抗の低さ及び各オーミック電極の良好なオーミック特性を反映し、２．１ボルト（Ｖ）となった。
順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、３．９ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。）。
【０１５０】
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、２．９ｎｍ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、６３ｎｓ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。
【０１５１】
また、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅを、光取り出し面に対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｆで割った放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）は、１．４１（１．０よりも大きい値）であり、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅが強くなっていることが確認できた。
また、実施例５の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
【０１５２】
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１００ｎｓ以下の応答速度（この場合、６３ｎｓ）を実現できることが確認できた。
また、実施例５の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）が１．４１（１．０よりも大きい値）であるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードが実現できることが確認できた。
さらに、機能性基板の放熱効果により、放熱特性に優れた発光ダイオードを実現できることが確認できた。
【０１５３】
（実施例６）
実施例６の発光ダイオード（第１の実施形態）は、実施例５の発光ダイオードに設けられた歪発光層の組成をＧａ０．３８Ｉｎ０．６２Ｐに変更した以外は、実施例５の発光ダイオードと同様に製造した。
【０１５４】
実施例６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６７５．１ｎｍ（６５５ｎｍ以上の値）とする赤色光が出射された。
また、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、化合物半導体層を構成する歪調整層と機能性基板との接合界面での抵抗の低さ及び各オーミック電極の良好なオーミック特性を反映し、２．１ボルト（Ｖ）となった。
順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、３．６ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。）。
【０１５５】
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、２．９ｎｍ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、６５ｎｓ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。
【０１５６】
また、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅを、光取り出し面に対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｆで割った放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）は、１．３６（１．０よりも大きい値）であり、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅが強くなっていることが確認できた。
また、実施例６の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
【０１５７】
上記結果から、実施例６の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、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、６５ｎｓ）を実現できることが確認できた。
また、実施例６の発光ダイオード及び発光ダイオードランプによれば、放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）が１．３６（１．０よりも大きい値）であるので、高輝度及び高効率の発光ダイオードが実現できることが確認できた。
さらに、機能性基板の放熱効果により、放熱特性に優れた発光ダイオードを実現できることが確認できた。
【０１５８】
（参考例１）
参考例１の発光ダイオードは、実施例２の発光ダイオードの構成から反射構構造体を除去すると共に、実施例２の発光ダイオードに設けられた歪発光層の替わりに、Ｇａ０．３８Ｉｎ０．６２Ｐよりなる２１層の歪発光層（単層の厚さ５ｎｍ）を形成した以外は、第２の実施例の発光ダイオードと同様に製造した。つまり、参考例１の発光ダイオードは、反射構造体を有していない。
【０１５９】
参考例１の発光ダイオードの構成要素の一部を表１に示し、参考例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６５１．５ｎｍ（６５５ｎｍ以下）とする赤色光が出射された。つまり、目標とするピーク発光波長である６５５ｎｍ以上を満たすことができなかった。
また、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、化合物半導体層を構成する歪調整層と機能性基板との接合界面での抵抗の低さ及び各オーミック電極の良好なオーミック特性を反映し、２．０ボルト（Ｖ）となった。
また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、３．１ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。）。
【０１６０】
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、５．１ｎｍ（３ｎｍ以上）であり、悪い結果となった。また、発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、４２ｎｓ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。
【０１６１】
また、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅを、光取り出し面に対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｆで割った放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）は、０．８３（１．０よりも小さい値）であり、実施例１〜５の発光ダイオードと比較して、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅが弱いことが確認できた（言い換えれば、反射構造体の効果を確認できた。）。
また、参考例１の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
【０１６２】
上記結果から、参考例１の発光ダイオード及び発光ダイオードランプでは、ピーク発光波長、ピーク発光波長のばらつき、及び放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）において、目標とする数値を満たすことができなかった。
【０１６３】
（参考例２）
参考例２の発光ダイオードは、実施例２の発光ダイオードの構成から反射構構造体を除去すると共に、実施例２の発光ダイオードに設けられた歪発光層の替わりに、Ｇａ０．３７Ｉｎ０．６３Ｐよりなる２１層の歪発光層（単層の厚さが１０ｎｍ）を形成した以外は、第２の実施例の発光ダイオードと同様に製造した。つまり、参考例２の発光ダイオードは、反射構造体を有していない。
【０１６４】
参考例２の発光ダイオードの構成要素の一部を表１に示し、参考例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６７７．７ｎｍ（６５５ｎｍ以上）とする赤色光が出射された。
また、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、化合物半導体層を構成する歪調整層と機能性基板との接合界面での抵抗の低さ及び各オーミック電極の良好なオーミック特性を反映し、２．３ボルト（Ｖ）となった。
また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、１．３ｍＷ（３ｍＷ以下）であり、悪い結果となった。
【０１６５】
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、３．８ｎｍ（３ｎｍ以上）であり、悪い結果となった。また、発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、４５ｎｓであり、１００ｎｓ以下の良好な結果が得られた。また、表面欠陥の検査では、表面欠陥が確認できた。
【０１６６】
また、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅを、光取り出し面に対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｆで割った放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）は、０．７６（１．０よりも小さい値）であり、実施例１〜５の発光ダイオードと比較して、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅが弱いことが確認できた。
また、参考例２の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
【０１６７】
上記結果から、参考例２の発光ダイオード及び発光ダイオードランプでは、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力、ピーク発光波長のばらつき、表面欠陥、及び放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）において、良好な結果を得ることができなかった。
【０１６８】
（参考例３）
参考例３の発光ダイオードは、実施例２の発光ダイオードの構成から反射構構造体を除去すると共に、実施例２の発光ダイオードに設けられた歪発光層の替わりに、Ｇａ０４８Ｉｎ０．５２Ｐよりなる２３層の歪発光層（単層の厚さ１７ｎｍ）を形成すると共に、バリア層の厚さを１９ｎｍに変更し、かつバリア層の数を２２層に変更した以外は、第２の実施例の発光ダイオードと同様に製造した。つまり、参考例３の発光ダイオードは、反射構造体を有していない。
【０１６９】
参考例３の発光ダイオードの構成要素の一部を表１に示し、参考例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６４７．７ｎｍ（６５５ｎｍ以下）とする赤色光が出射された。つまり、目標とするピーク発光波長である６５５ｎｍ以上を満たすことができなかった。
また、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、化合物半導体層を構成する歪調整層と機能性基板との接合界面での抵抗の低さ及び各オーミック電極の良好なオーミック特性を反映し、２．０ボルト（Ｖ）となった。
また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、３．３ｍＷ（３ｍＷ以上）であり、良好な結果が得られた。
【０１７０】
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、２．７ｎｍ（３ｎｍ以下）であり、良好な結果となった。また、発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、６２ｎｓ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。
【０１７１】
また、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅを、光取り出し面に対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｆで割った放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）は、０．８０（１．０よりも小さい値）であり、実施例１〜５の発光ダイオードと比較して、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅが弱いことが確認できた。
また、参考例３の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
【０１７２】
上記結果から、参考例３の発光ダイオード及び発光ダイオードランプでは、ピーク発光波長、及び放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）において、良好な結果を得ることができなかった。
【０１７３】
（参考例４）
参考例４の発光ダイオードは、実施例２の発光ダイオードの構成から反射構構造体を除去すると共に、実施例２の発光ダイオードに設けられた歪発光層の替わりに、Ｇａ０４４Ｉｎ０．５６Ｐよりなる１３層の歪発光層（単層の厚さ３０ｎｍ）を形成すると共に、バリア層の数を１２層に変更した以外は、第２の実施例の発光ダイオードと同様に製造した。つまり、参考例４の発光ダイオードは、反射構造体を有していない。
【０１７４】
参考例４の発光ダイオードの構成要素の一部を表１に示し、参考例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６６８．９ｎｍ（６５５ｎｍ以上）とする赤色光が出射された。
また、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、化合物半導体層を構成する歪調整層と機能性基板との接合界面での抵抗の低さ及び各オーミック電極の良好なオーミック特性を反映し、２．３ボルト（Ｖ）となった。
また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、１．１ｍＷであり、目標とする３ｍＷ以上の値を得ることができなかった。
【０１７５】
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、４．１ｎｍであり、目標とする３ｎｍ以下の値を得ることができなかった。
また、発光の立ち上がりの応答速度（Ｔｒ）は、４３ｎｓであり、１００ｎｓ以下の良好な結果が得られた。また、表面欠陥の検査では、表面欠陥が確認できた。
【０１７６】
また、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅを、光取り出し面に対して４５°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｆで割った放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）は、０．７７（１．０よりも小さい値）であり、実施例１〜５の発光ダイオードと比較して、光取り出し面に対して９０°の角度を成す方向に放射される放射照度Ｅが弱いことが確認できた。
また、参考例４の発光ダイオードが発光した際、機能性基板の放熱効果により、温度上昇に起因する発光効率の低下は見られなかった。
【０１７７】
上記結果から、参考例４の発光ダイオード及び発光ダイオードランプでは、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力、ピーク発光波長のばらつき、表面欠陥、及び放射照度の比（＝Ｅ／Ｆ）において、良好な結果を得ることができなかった。
【０１７８】
【表１】
0005593163.tif 000002
【０１７９】
【表２】
0005593163.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【０１８０】
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。
【０１８１】
１，５０…発光ダイオード、２…発光層、３…発光部、３ａ，３ｂ，１３ａ，１４ａ，１５ｂ…面、４…反射構造体、４ａ，５ａ…接合面、５，５１…機能性基板、５ｂ…面、６…第１の電極、８…第２の電極、１０ａ…上部クラッド層、１０ｂ…下部クラッド層、１１…化合物半導体層、１１ａ…光取り出し面、１２ａ…緩衝層、１２ｂ…コンタクト層、１３…歪調整層、１４…透明電極膜、１５…反射層、１８…接合構造体、２１…第１の金属層、２２…第２の金属層、３１…歪発光層、３２…バリア層、３３…半導体基板、３３ａ…表面、４０…発光ダイオードランプ、４１…封止樹脂、４３，４４…電極端子、４５…パッケージ基板、５１ａ…上面、５１ｂ…下面、５２，５３…金属層、ｆ…正面方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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