JP5586372B2 - 発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置 - Google Patents

Description

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、特に高速応答性と高出力性を備えた赤色光又は赤外光を発光する発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置に関する。

赤色光又は赤外光を発光する発光ダイオードは、通信、各種センサー、夜間照明、植物工場用の光源など用途が広がっている。
それに応じて、赤色光又は赤外光を発光する発光ダイオードに対する要求は、主に高出力性を重視するもの、あるいは、主に高速応答性を重視するものから、それらの両方を重視するものへと変化している。特に、通信用の発光ダイオードでは、大容量の光空間伝送を行うため、高速応答性と高出力性とが必須である。

赤色光及び赤外光を発光する発光ダイオードとして、ＧａＡｓ基板にＡｌＧａＡｓ活性層を含む化合物半導体層を液相エピタキシャル法で成長させた発光ダイオードが知られている（例えば、特許文献１〜４）。

特許文献４において、液相エピタキシャル法を用いてＧａＡｓ基板にＡｌＧａＡｓ活性層を含む化合物半導体層を成長させ、その後、成長基板として用いたＧａＡｓ基板を除去する、いわゆる基板除去型の発光ダイオードが開示されている。特許文献４において開示された発光ダイオードでは、応答速度（立ち上がり時間）が４０〜５５ｎｓｅｃ程度においては出力が４ｍＷ以下である。また、応答速度が２０ｎｓｅｃ程度においては出力が５ｍＷを若干超えた程度であり、液相エピタキシャル法を用いて作製した発光ダイオードとしては現在最も高い応答速度で高出力のものであると思われる。

特開平６−２１５０７号公報 特開２００１−２７４４５４号公報 特開平７−３８１４８号公報 特開２００６−１９０７９２号公報

しかしながら、上記の出力では通信用の発光ダイオードとしては十分ではない。
発光ダイオードは半導体レーザーと異なり、自然放出光を利用しているため、高速応答性と高出力性とはトレードオフの関係にある。従って、例えば、単に発光層の層厚を薄くしてキャリアの閉じ込め効果を増大して電子と正孔の発光再結合確率を高め、高速応答化を図っても、発光出力は低下してしまうという問題がある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、高速応答性と高出力性とを兼ね備えた赤色光及び／又は赤外光を発光する発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ＡｌＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ又は4元混晶のＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層とを交互に５ペア以下積層した量子井戸構造を活性層とし、この活性層を挟むクラッド層を４元混晶のＡｌＧａＩｎＰからなるものとし、活性層及びクラッド層を含む化合物半導体層を成長基板にエピタキシャル成長させた後、その成長基板を除去し、化合物半導体層を透明基板に改めて貼り付ける（接合する）構成とすることにより、高速応答性を維持しつつ、高出力で赤色光及び／又は赤外光を発光する発光ダイオードを完成させた。
この際、本発明者は、まず、高いキャリアの閉じ込め効果を有し、高速応答に適した量子井戸構造を活性層に採用すると共に、高い注入キャリア密度を確保するために井戸層及びバリア層のペア数を５以下とした。この構成により、液相エピタキシャル法を用いて作製された発光ダイオードの上記の最も高速の応答速度と同程度か若しくはそれ以上の応答速度を実現した。
また、３元混晶の量子井戸構造又３元混晶の井戸層と４元混晶のバリア層とからなる量子井戸構造を挟むクラッド層に、バンドギャップが大きくて発光波長に対して透明であり、かつ、欠陥を作りやすいＡｓを含まないので結晶性の良い４元混晶のＡｌＧａＩｎＰを採用した。
また、従来、ＡｌＧａＡｓ系の活性層を用いる発光ダイオードにおいては、この活性層を含む化合物半導体層を透明基板に貼り付ける（接合する）タイプはなく、化合物半導体層を成長させたＧａＡｓ基板をそのまま用いていた。しかし、ＧａＡｓ基板はＡｌＧａＡｓ系活性層に対し不透明であり光の吸収が避けられないため、化合物半導体層を成長後に成長基板であるＧａＡｓ基板を除去することにより、光の吸収を回避でき、高出力への寄与が期待できる透明基板に貼り付ける（接合する）タイプを採用した。

以上の通り、本発明者は、５ペア以下の量子井戸構造を活性層とする構成を採用して高速応答性を確保し、この構成において、３元混晶の量子井戸構造を挟むクラッド層に４元混晶を用いるという画期的な組み合わせを採用すると共に、化合物半導体層の成長に用いた成長基板を除去して光吸収のない基板に改めて化合物半導体層を貼り付けた構成を採用することにより、高出力化を図ることに成功したのである。

本発明は、以下の手段を提供する。
（１）組成式（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）の化合物半導体からなる井戸層及びバリア層を交互に積層した量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、前記発光部上に形成された電流拡散層と、
前記電流拡散層に接合された機能性基板とを備え、前記第１及び第２のクラッド層を組成式（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の化合物半導体からなり、前記井戸層及びバリア層のペア数が５以下であることを特徴とする発光ダイオード。
（２）組成式（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）の化合物半導体からなる井戸層と、組成式（Ａｌ_Ｘ３Ｇａ_１−Ｘ３）_Ｙ２Ｉｎ_１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）の化合物半導体からなるバリア層とを交互に積層した量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、前記発光部上に形成された電流拡散層と、前記電流拡散層に接合された機能性基板とを備え、前記第１及び第２のクラッド層を組成式（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の化合物半導体からなり、前記井戸層及びバリア層のペア数が５以下であることを特徴とする発光ダイオード。
（３）前記活性層と前記クラッド層との接合面積が２００００〜９００００μｍ^２であることを特徴とする前項（１）または（２）のいずれかに記載の発光ダイオード。
なお、「前記活性層と前記クラッド層との接合面積」とは、ガイド層等の層を介して活性層とクラッド層とが接合されている場合には、それらの層と活性層若しくはクラッド層との間の接合面積を含む。
（４）前記井戸層のＡｌ組成Ｘ１を０．２０≦Ｘ１≦０．３６とし、前記井戸層の厚さを３〜３０ｎｍとし、発光波長が６６０〜７２０ｎｍに設定されてなることを特徴とする前項（１）から（３）のいずれか一項に発光ダイオード。
（５）前記井戸層のＡｌ組成Ｘ１を０≦Ｘ１≦０．２とし、前記井戸層の厚さを３〜３０ｎｍとし、発光波長が７２０〜８５０ｎｍに設定されてなることを特徴とする前項（１）から（３）のいずれか一項に発光ダイオード。
（６）前記機能性基板は発光波長に対して透明であることを特徴とする前項（１）から（５）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（７）前記機能性基板はＧａＰ、サファイア又はＳｉＣからなることを特徴とする前項（１）から（６）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（８）組成式（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）の化合物半導体からなる井戸層及びバリア層を交互に積層した量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、前記発光部上に形成された電流拡散層と、
前記発光部に対向して配置して発光波長に対して９０％以上の反射率を有する反射層を含み、前記電流拡散層に接合された機能性基板とを備え、前記第１及び第２のクラッド層を組成式（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の化合物半導体からなり、前記井戸層及びバリア層のペア数が５以下であることを特徴とする発光ダイオード。
（９）組成式（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）の化合物半導体からなる井戸層と、組成式（Ａｌ_Ｘ３Ｇａ_１−Ｘ３）_Ｙ２Ｉｎ_１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）の化合物半導体からなるバリア層とを交互に積層した量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、前記発光部上に形成された電流拡散層と、前記発光部に対向して配置して発光波長に対して９０％以上の反射率を有する反射層を含み、前記電流拡散層に接合された機能性基板とを備え、前記第１及び第２のクラッド層を組成式（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の化合物半導体からなり、前記井戸層及びバリア層のペア数が５以下であることを特徴とする発光ダイオード。
（１０）前記活性層と前記クラッド層との接合面積が２０，０００〜９０，０００μｍ^２であることを特徴とする前項（８）または（９）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１１）前記井戸層のＡｌ組成Ｘ１を０．２０≦Ｘ１≦０．３６とし、前記井戸層の厚さを３〜３０ｎｍとし、発光波長が６６０〜７２０ｎｍに設定されてなることを特徴とする前項（８）から（１０）のいずれか一項に発光ダイオード。
（１２）前記井戸層のＡｌ組成Ｘ１を０≦Ｘ１≦０．２とし、前記井戸層の厚さを３〜３０ｎｍとし、発光波長が７２０〜８５０ｎｍに設定されてなることを特徴とする前項（８）から（１０）のいずれか一項に発光ダイオード。
（１３）前記機能性基板はシリコンまたはゲルマニウムからなる層を含むことを特徴とする前項（８）から（１２）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１４）前記機能性基板は金属基板を含むことを特徴とする前項（８）から（１２）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１５）前記金属基板は複数の金属層からなることを特徴とする前項（１５）に記載の発光ダイオード。
（１６）前記電流拡散層はＧａＰからなることを特徴とする前項（１）から（１５）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１７）前記電流拡散層の厚さは０．５〜２０μｍの範囲であることを特徴とする前項（１）から（１６）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１８）前記機能性基板の側面は、前記発光部に近い側においては主たる光取り出し面に対して略垂直である垂直面を有し、前記発光部に遠い側においては前記主たる光取り出し面に対して内側に傾斜した傾斜面を有することを特徴とする前項（１）から（１７）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（１９）前記傾斜面は粗い面を含むことを特徴とする前項（１８）に記載の発光ダイオード。
（２０）第１の電極及び第２の電極が発光ダイオードの前記主たる光取り出し面側に設けられていることを特徴とする前項（１８）または（１９）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（２１）前記第１の電極及び前記第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（２０）に記載の発光ダイオード。
（２２）前記機能性基板の、前記主たる光取り出し面側の反対側の面に、第３の電極をさらに備えることを特徴とする前項（２０）または（２１）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（２３）前項（１）から（２２）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。
（２４）前項（２２）に記載の発光ダイオードを備え、前記第１の電極又は第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発光ダイオードランプ。（２５）前項（１）から（２２）のいずれか一項に記載の発光ダイオードを複数個搭載した照明装置。

なお、本発明において、「機能性基板」とは、成長基板に化合物半導体層を成長させた後にその成長基板を除去し、電流拡散層を介して化合物半導体層に接合して化合物半導体層を支持する基板をいうが、電流拡散層に所定の層を形成した後に、その所定の層の上に所定の基板を接合する構成の場合は、その所定の層を含めて「機能性基板」という。

本発明の発光ダイオードによれば、ＡｌＧａＡｓからなる井戸層及びバリア層を交互に積層した量子井戸構造の活性層、又は、ＡｌＧａＡｓからなる井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層とを交互に積層した量子井戸構造の活性層を採用し、注入キャリアの閉じ込め効果が大きい量子井戸を用いる構成としたので、井戸層内に十分な注入キャリアが閉じ込められることにより、井戸層内のキャリア密度が高くなり、その結果、発光再結合確率が増大して、応答速度が向上した。
また、量子井戸構造内に注入されたキャリアはその波動性のためにトンネル効果によって量子井戸構造内の井戸層間全体に広がることになるが、量子井戸構造の井戸層及びバリア層のペア数を５以下とする構成を採用したので、その広がりによる注入キャリアの閉じ込め効果の低下を極力回避し、高速応答性が担保されている。
さらにまた、量子井戸構造の活性層から発光する構成なので単色性が高い。
また、活性層を挟む第１のクラッド層及び第２のクラッド層として、発光波長に対して透明であると共に、欠陥を作りやすいＡｓを含まないために結晶性が高いＡｌＧａＩｎＰからなる構成を採用したので、欠陥を介した電子と正孔の非発光再結合確率が低下し、発光出力が向上した。
さらに、活性層を挟む第１のクラッド層及び第２のクラッド層として、４元混晶のＡｌＧａＩｎＰからなる構成を採用したので、クラッド層が３元混晶からなる発光ダイオードに比べてＡｌ濃度が低く、耐湿性が向上した。
さらにまた、化合物半導体層の成長基板を除去して、電流拡散層に機能性基板を接合した構成を採用したので、成長基板による光の吸収が回避され、発光出力が向上した。すなわち、化合物半導体層の成長基板として通常用いられるＧａＡｓ基板はバンドギャップが活性層のバンドギャップよりも狭いために、活性層からの光がＧａＡｓ基板に吸収され、光取り出し効率が低下するが、このＧａＡｓ基板を除去することによって、発光出力が向上した。

本発明の発光ダイオードによれば、活性層とクラッド層との接合面積を２００００〜９００００μｍ^２である構成を採用することにより、その接合面積を９００００μｍ^２以下とすることで電流密度が高くなり、高出力を担保しつつ、発光再結合確率が増大して応答速度が向上する。他方、２００００μｍ^２以上とすることで、通電電流に対する発光出力の飽和を抑制することにより、発光出力の大きな低下がなく、高出力が担保される。

本発明の発光ダイオードによれば、井戸層のＡｌ組成Ｘ１を０．２０≦Ｘ１≦０．３６とし、井戸層の厚さを３〜３０ｎｍとし、発光波長が６６０〜７２０ｎｍに設定されてなる構成を採用することにより、従来の６６０〜７２０ｎｍの赤色発光ダイオードに比べて応答速度が高くかつ高出力が実現される。

本発明の発光ダイオードによれば、井戸層のＡｌ組成Ｘ１を０≦Ｘ１≦０．２とし、井戸層の厚さを３〜３０ｎｍとし、発光波長が７２０〜８５０ｎｍに設定されてなる構成を採用することにより、従来の７２０〜８５０ｎｍの赤外発光ダイオードに比べて応答速度が高くかつ高出力が実現される。

本発明の発光ダイオードによれば、機能性基板は発光波長に対して透明である構成を採用することにより、吸収がある基板を用いた発光ダイオードに比べて高出力が実現される。

本発明の発光ダイオードによれば、機能性基板はＧａＰ、サファイア又はＳｉＣからなる構成を採用することにより、腐食しにくい材質であるため、耐湿性が向上する。

本発明の発光ダイオードによれば、機能性基板と電流拡散層とをいずれもＧａＰからなる構成を採用することにより、それらの間の接合強度を大きくすることができる。

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。 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。 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。 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。 本発明の一実施形態である発光ダイオードを構成する活性層を説明するための図である。 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。 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。 （ａ）本発明の他の実施形態である発光ダイオードの平面図であり、（ｂ）（ａ）中に示すＣ−Ｃ’線に沿った断面模式図である。 本発明の一実施形態である発光ダイオードのペア数と出力及び応答速度との関係を示すグラフである（活性層とクラッド層との接合面積が１２３０００μｍ^２の場合）。 本発明の一実施形態である発光ダイオードのペア数と出力及び応答速度との関係を示すグラフである（活性層とクラッド層との接合面積が５３０００μｍ^２の場合）。 本発明の他の実施形態である発光ダイオードの断面模式図である。

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用いた発光ダイオードランプについて図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面において、同一部材には同一符号を付し若しくは符号を省略する。また、以下の説明で用いる図面は模式的であり、長さ、幅、及び厚みの比率等は現実のものとは異なる場合がある。

＜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。

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。第３の電極により、過大な逆電圧に対して、活性層には過電流が流れず、第３の電極とｐ型電極間に電流が流れ、活性層の破損を防止できる。第３の電極と基板界面側に、反射構造を付加し、高出力することもできる。また、第３の電極の表面側に、共晶金属、半田などを付加することにより、共晶ダイボンド等、より簡便な組み立て技術を利用可能とする。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、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等の一般的な封止樹脂４７によって封止されている。

＜発光ダイオード（第１の実施形態）＞
図３及び図４は、本発明を適用した第１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。また、図５は積層構造の断面図である。
第１の実施形態に係る発光ダイオードは、組成式（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）の化合物半導体からなる井戸層１７及びバリア層１８を交互に積層した量子井戸構造の活性層１１と、該活性層１１を挟む第１のクラッド層９と第２のクラッド層１３とを有する発光部７と、発光部７上に形成された電流拡散層８と、電流拡散層８に接合された機能性基板３とを備え、第１及び第２のクラッド層９、１３を組成式（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の化合物半導体からなり、井戸層１７及びバリア層１８のペア数が５以下であることを特徴とするものである。
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。

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と電流拡散層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。

発光部７は、図４に示すように、電流拡散層８上に、少なくともｐ型の下部クラッド層（第１のクラッド層）９、下部ガイド層１０、活性層１１、上部ガイド層１２、ｎ型の上部クラッド層（第２のクラッド層）１３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）及び発光を活性層１１に「閉じ込める」ために、活性層１１の下側及び上側に対峙して配置した下部クラッド層９、下部ガイド（ｇｕｉｄｅ）層１０、及び上部ガイド層１２、上部クラッド層１３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。

活性層１１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、量子井戸構造を構成する。すなわち、活性層１１は、バリア層（障壁層ともいう）１８を両端に有する、井戸層１７とバリア層１８との多層構造（積層構造）である。従って、例えば、5対のペア数の量子井戸構造は、５層の井戸層１７と６層のバリア層１８とからなる。

活性層１１の層厚は、０．０２〜２μｍの範囲であることが好ましい。また、活性層１１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３×１０^１７ｃｍ^−３未満のキャリア濃度とすることが望ましい。結晶性を向上させて欠陥を少なくすると、光の吸収が抑制され、発光出力の向上を図ることができる。

井戸層１７は、組成式（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）の化合物半導体からなる。
Ａｌ組成Ｘ１は０≦Ｘ１≦０．３６であるのが好ましい。Ａｌ組成Ｘ１をこの範囲とすることにより、６６０ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲で所望の発光波長を有するものとすることができる。
表１に、井戸層１７の層厚が７ｎｍのとき、Ａｌ組成Ｘ１と発光波長との関係を示す。Ａｌ組成Ｘ１が低くなるほど、発光波長が長くなっていることがわかる。また、その変化の傾向から、表に掲載されていない発光波長に対応する、Ａｌ組成を推定することができる。

井戸層１７の層厚は、３〜３０ｎｍの範囲が好適である。より好ましくは、３〜１０ｎｍの範囲である。
表２に、井戸層１７のＡｌ組成Ｘ１＝０．２３のとき、井戸層１７の層厚と発光波長との関係を示す。表３に、井戸層１７のＡｌ組成Ｘ１＝０．１７のとき、井戸層１７の層厚と発光波長との関係を示す。表４に、井戸層１７のＡｌ組成Ｘ１＝０．０２のとき、井戸層１７の層厚と発光波長との関係を示す。層厚が薄くなると量子効果により、波長が短くなる。厚い場合には、発光波長は組成で決まる。また、その変化の傾向から、表に掲載されていない発光波長に対応する、層厚を推定することができる。

以上の発光波長と、井戸層１７のＡｌ組成Ｘ１及び層厚との関係に基づいて、６６０ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲内の所望の発光波長が得られるように、井戸層１７のＡｌ組成Ｘ１と層厚を決めることができる。
例えば、井戸層１７のＡｌ組成Ｘ１を０．２０≦Ｘ１≦０．３６とし、井戸層１７の厚さを３〜３０ｎｍとすることにより、発光波長が６６０〜７６０ｎｍの発光ダイオードを作製することができる。
また、井戸層１７のＡｌ組成Ｘ１を０≦Ｘ１≦０．２とし、井戸層１７の厚さを３〜３０ｎｍとすることにより、発光波長が７６０〜８５０ｎｍの発光ダイオードを作製することができる。

バリア層１８は、組成式（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）Ａｓ（０＜Ｘ≦１）の化合物半導体からなる。Ｘは、バリア層１８での吸収を防止して発光効率を高めるため、井戸層１７よりもバンドギャップが大きくなる組成とするのが好ましい。また、結晶性の観点からＡｌ濃度は低いのが好ましい。従って、Ｘは０．１〜０．４の範囲がより好ましい。最適なＸの組成は井戸層の組成との関係で決まる。結晶性を向上させて欠陥を少なくすると、光の吸収が抑制され、その結果、発光出力の向上を図ることができる。

バリア層１８の層厚は、井戸層１７の層厚と等しいか又は井戸層１７の層厚より厚いのが好ましい。トンネル効果が生じる層厚範囲で十分に厚くすることにより、トンネル効果による井戸層間への広がりが抑制されてキャリアの閉じ込め効果が増大し、電子と正孔の発光再結合確率が大きくなり、発光出力の向上を図ることができる。

本発明の発光ダイオードにおいて、活性層１１をなす量子井戸構造の井戸層１７とバリア層１８とを交互に積層する対の数は５以下であり、１対でも構わない。
この構成により、キャリアの閉じ込め効果を増大し、電子と正孔の発光再結合確率が大きくして、２５ｎｓｅｃ以下の高速の応答速度（立ち上がり時間）を確保した。
後述する実施例で示すように、井戸層１７及びバリア層１８のペア数を５対から１対に少なくするほど、応答速度は高速になった。実施例で示した条件ではペア数が１対のときに最高速の１７ｎｓｅｃを実現した。
量子井戸層の数が少ないほど、電子と正孔が閉じ込められる領域が狭くなるために、発光再結合確率が高くなり、その結果、応答速度が高速化する。

なお、井戸層１７とバリア層１８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、井戸層１７とバリア層１８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、井戸層１７とバリア層１８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かかわらず応答速度が早くなる効果が見出された。
これは、井戸層１７とバリア層１８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。

活性層１１と下部クラッド層９又は上部クラッド層１３との接合面積は２００００〜９００００μｍ^２であるのが好ましい。

活性層１１と下部クラッド層９又は上部クラッド層１３との接合面積を９００００μｍ^２以下とすることで、電流密度が高くなり、発光再結合確率が増大して応答速度が向上する。
例えば、後述する実施例で示すように、活性層１１と下部クラッド層９又は上部クラッド層１３との接合面積を１２３０００μｍ^２（３５０μｍ×３５０μｍ）とした場合とそれより狭く５３０００μｍ^２（２３０μｍ×２３０μｍ）とした場合とでは、後者の方が、井戸層１７及びバリア層１８のペア数が５ペアのときで１０％程度応答速度が向上し、また、ペア数が１ペアのときは、２０％応答速度が向上した。

他方、活性層１１と下部クラッド層９又は上部クラッド層１３との接合面積を２００００μｍ^２以上とすることで、発光出力の大きな低下がなく、高出力が担保される。
例えば、後述する実施例で示すように、活性層１１と下部クラッド層９又は上部クラッド層１３との接合面積を５３０００μｍ^２とした場合に、井戸層１７及びバリア層１８のペア数が５ペアのときに発光出力９．６ｍＷ（応答速度２２ｎｓｅｃ）で、１ペアのときでも発光出力９ｍＷ（応答速度１５ｎｓｅｃ）という高い発光出力を維持できた。

下部ガイド層１０及び上部ガイド層１２は、図４に示すように、活性層１１の下面及び上面にそれぞれ設けられている。具体的には、活性層１１の下面に下部ガイド層１０が設けられ、活性層１１の上面に上部ガイド層１２が設けられている。

下部ガイド層１０および上部ガイド層１２は、（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）Ａｓ（０＜Ｘ≦１）の組成を有している。Ａｌ組成Ｘは、バリア層１５よりもバンドギャップが等しいか又は大きくなる組成とすることが好ましく、０．２〜０．６の範囲がより好ましい。結晶性の観点から最適なＸの組成は井戸層の組成との関係で決まる。結晶性を向上させて欠陥を少なくすると、光の吸収が抑制され、その結果、発光出力の向上を図ることができる。

表５に、井戸層１７の層厚７ｎｍのときの発光波長の発光出力を最大にするバリア層１８とガイド層のＡｌ組成Ｘを示す。バリア層及びガイド層は井戸層よりもバンドギャップが大きくなる組成とするのが好ましいが、結晶性を高めて発光出力を向上させるために井戸層の組成との関係で最適な組成が定まる。結晶性を向上させて欠陥を少なくすると、光の吸収が抑制され、その結果、発光出力の向上を図ることができる。

下部ガイド層１０及び上部ガイド層１２はそれぞれ、下部クラッド層９及び上部クラッド層１３と活性層１１との欠陥の伝搬を低減するために設けられている。すなわち下部ガイド層１０、上部ガイド層１２及び活性層１１のＶ族構成元素は砒素（Ａｓ）であるのに対し、本発明では下部クラッド層９及び上部クラッド層１３のＶ族構成元素はリン（Ｐ）とするため、界面において欠陥が生じやすい。活性層１１への欠陥の伝播は発光ダイオードの性能低下の原因となる。このため下部ガイド層１０および上部ガイド層１２の層厚は１０ｎｍ以上が好ましく、２０ｎｍ〜１００ｎｍがより好ましい。

下部ガイド層１０及び上部ガイド層１２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３×１０^１７ｃｍ^−３未満のキャリア濃度とすることが望ましい。

下部クラッド層９及び上部クラッド層１３は、図４に示すように、下部ガイド層１０の下面及び上部ガイド層１２上面にそれぞれ設けられている。

下部クラッド層９及び上部クラッド層１３は、（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の化合物半導体からなり、バリア層１８よりもバンドギャップの大きい材質が好ましく、下部ガイド層１０及び上部ガイド層１２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、（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）のＡｌ組成Ｘ２が、０．３〜０．７である組成を有することが好ましい。また、Ｙ１は０．４〜０．６とすることが好ましい。

下部クラッド層９と上部クラッド層１３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１３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、活性層１１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１３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。

具体的には、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（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０．３≦Ｘ２≦０．７，０．４≦Ｙ１≦０．６）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２×１０^１７〜２×１０^１８ｃｍ^−３の範囲が好ましく、層厚は０．１〜１μｍの範囲が好ましい。

一方、上部クラッド層１３としては、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型の（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０．３≦Ｘ２≦０．７，０．４≦Ｙ１≦０．６）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１×１０^１７〜１×１０^１８ｃｍ^−３の範囲が好ましく、層厚は０．１〜１μｍ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１３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。

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。

電流拡散層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。この電流拡散層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、活性層１２によって生じた歪を緩和させる。
また、電流拡散層８は、発光部７（活性層１１）からの発光波長に対して透明である材料、例えば、ＧａＰを適用することができる。電流拡散層８にＧａＰを適用する場合、機能性基板３をＧａＰ基板とすることにより、接合を容易にし、高い接合強度を得ることができる。
また、電流拡散層８の厚さは０．５〜２０μｍの範囲であることが好ましい。０．５μｍ以下であると電流拡散が不十分であり、２０μｍ以上であるとその厚さまで結晶成長させるためのコストが増大するであるからである。

機能性基板３は、化合物半導体層２の主たる光取り出し面と反対側の面に接合されている。すなわち、機能性基板３は、図４に示すように、化合物半導体層２を構成する電流拡散層８側に接合される。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、活性層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。また、耐湿性に優れた化学的に安定な材質が、望ましい。例えば、腐食しやすいＡｌ等を含有しない材質である。
機能性基板３はＧａＰ、サファイア又はＳｉＣからなるのが好ましい。また、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透明度、コスト面からｎ型ＧａＰ基板から構成するのが最も好ましい。

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、活性層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、活性層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。

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。

また、機能性基板３の傾斜面３ｂは粗面化されているのが好ましい。傾斜面３ｂが粗面化されていることにより、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。

化合物半導体層２と機能性基板３との接合界面は、高抵抗層となっている場合がある。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形成さ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、高抵抗層が形成されている場合には化合物半導体層２の電流拡散層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側から電流拡散層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のが好ましい。

ｎ型オーミック電極（第１の電極）４およびｐ型オーミック電極（第２の電極）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、露出させた電流拡散層８の表面にＡｕＢｅ／Ａｕ、またはＡｕＺｎ／Ａｕからなる合金を用いることができる。

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、電流拡散層８上に形成するのが好ましい。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からなる電流拡散層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。

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。

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。

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、活性層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。

＜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図である。また、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図である。

（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（図示略）、Ｓｉをドープしたｎ型のＡｌＧａＡｓからなるコンタクト層１６、ｎ型の上部クラッド層１３、上部ガイド層１２、活性層１１、下部ガイド層１０、ｐ型の下部クラッド層９、Ｍｇドープしたｐ型ＧａＰからなる電流拡散層８を順次積層して作製する。

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。

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。

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１×１０^１７〜５×１０^１８ｃｍ^−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２×１０^１８〜５×１０^１９ｃｍ^−３の範囲であることが好ましい。

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。

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、活性層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、活性層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。

緩衝層（ｂｕｆｆｅｒ）１５は、ＧａＡｓ基板１４と発光部７の構成層との欠陥の伝搬を低減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。

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、活性層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、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＡｓ、（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−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５×１０^１７ｃｍ^−３以上であることが好ましく、１×１０^１８ｃｍ^−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２×１０^１９ｃｍ^−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。

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、最も望ましい。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。

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（（ＣＨ_３）_３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ_３）_３Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ_３）_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−（Ｃ_５Ｈ_５）_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（Ｓｉ_２Ｈ_６）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（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）等を用いることができる。また、各層の成長温度としては、電流拡散層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。

このようにして製造した化合物半導体層２は、発光部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。

（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を構成する電流拡散層８の表面を研磨して、鏡面加工する。次に、この電流拡散層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、電流拡散層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７参照）。接合に関しては、接合条件の安定性から、接合面が同じ材質がより望ましい。
接合（貼り付け）はこのような真空下での常温接合が最適であるが、共晶金属、接着剤を用いて接合することもできる。

（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。

次に、コンタクト層１６、上部クラッド層１３、上部ガイド層１２、活性層１１、下部ガイド層１０、ｐ型の下部クラッド層９を選択的に除去して電流拡散層８を露出させ、この露出した電流拡散層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。

（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。

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。

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、レーザー加工、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。レーザー加工、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、切断の安定性に優れている。

最後に、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。

＜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との位置合わせを行い、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、Ａｇペーストでダイボンドし、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、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等の一般的な封止樹脂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。

また、発光ダイオードランプ４１の発光スペクトルは、活性層１１の組成が調整されているため、ピーク発光波長が６６０〜８５０ｎｍの範囲となる。また、電流拡散層８によって井戸層１７及びバリア層１８の活性層１１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。

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、（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層１７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。

また、本実施形態の発光ダイオード１には、発光部７上に電流拡散層８が設けられている。この電流拡散層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。機能性基板は、材質的に安定で、腐食の心配がなく耐湿性に優れる。

したがって、本実施形態の発光ダイオード１によれば、活性層の条件を調整すれば６６０〜８５０ｎｍの発光波長を有し、単色性に優れると共に、高出力・高効率であって耐湿性の発光ダイオード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、従来の液相エピタキシャル法で作製したＧａＡｓ基板を除去した透明基板型ＡｌＧaＡｓ系の発光ダイオードと比較して、少なくとも１．５倍以上の発光出力を有する高出力赤外発光ダイオード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ランプ４１によれば、単色性に優れると共に、高出力・高効率であって耐湿性の上記発光ダイオード１を備えている。このため、赤外線照明、センサー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。

＜発光ダイオード（第２の実施形態）＞
本発明を適用した第２の実施形態に係る発光ダイオードは、第１の実施形態に係る発光ダイオードにおけるＡｌＧａＡｓバリア層１８を、組成式（Ａｌ_Ｘ３Ｇａ_１−Ｘ３）_Ｙ２Ｉｎ_１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）の化合物半導体からなるバリア層とした点が異なる。

バリア層は、組成式（Ａｌ_Ｘ３Ｇａ_１−Ｘ３）_Ｙ２Ｉｎ_１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）の化合物半導体からなる。
Ａｌ組成Ｘ３は、井戸層よりもバンドギャップが大きくなる組成とすることが好ましく、具体的には０〜０．２の範囲が好ましい。
また、Y２は、基板との格子不整によるひずみの発生を防止する為に０．４〜０．６とするのが好ましく、０．４５〜０．５５の範囲がより好ましい。
バリア層の層厚は、井戸層の層厚と等しいか又は井戸層の層厚より厚いのが好ましい。トンネル効果が生じる層厚範囲で十分に厚くすることにより、トンネル効果による井戸層間への広がりが抑制されてキャリアの閉じ込め効果が増大し、電子と正孔の発光再結合確率が大きくなり、発光出力の向上を図ることができる。

＜発光ダイオード（第３の実施形態）＞
図８（ａ）及び（ｂ）は、本発明を適用した第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８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中に示すＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。
第３の実施形態に係る発光ダイオード２０は、組成式（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）の化合物半導体からなる井戸層及びバリア層を交互に積層した量子井戸構造の活性層１１と、該活性層１１を挟む第１のクラッド層９と第２のクラッド層１３とを有する発光部と、発光部上に形成された電流拡散層８と、発光部に対向して配置して発光波長に対して９０％以上の反射率を有する反射層２３を含み、電流拡散層８に接合された機能性基板３１とを備え、第１及び第２のクラッド層を組成式（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の化合物半導体からなり、井戸層及びバリア層のペア数が５以下であることを特徴とする。

第３の実施形態に係る発光ダイオード２０では、発光波長に対して９０％以上の反射率を有し、発光部に対向して配置する反射層２３を備えた機能性基板３１を有するので、主たる光取り出し面から効率的に光を取り出すことができる。
図８に示した例では、機能性基板３１は、電流拡散層８の下側の面８ｂに、第２の電極２１を備え、さらにその第２の電極８を覆うように透明導電膜２２と反射層２３とが積層されてなる反射構造体と、シリコン又はゲルマニウムからなる層(基板)３０を備えている。

第３の実施形態に係る発光ダイオードにおいては、機能性基板３１はシリコンまたはゲルマニウムからなる層を含むのが好ましい。腐食しにくい材質である為、耐湿性が向上するからである。

反射層２３は例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）又はこれらの合金などにより構成される。これらの材料は光反射率が高く、反射層２３からの光反射率を９０％以上とすることができる。
機能性基板３１は、この反射層２３に、ＡｕＩｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ等の共晶金属で、シリコン、ゲルマニウム等の安価な基板（層）に接合する組み合わせを用いることができる。特にＡｕＩｎは、接合温度が低く、熱膨張係数が発光部と差があるが、最も安価なシリコン基板（シリコン層）を接合するには最適な組み合わせである。
機能性基板３１はさらに、電流拡散層、反射層金属および共晶金属が相互拡散しないよう、例えば、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）などの高融点金属からなる層を挿入された構成とすることも品質の安定性から望ましい。

＜発光ダイオード（第４の実施形態）＞
図１１は、本発明を適用した第４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る。
本発明を適用した第４の実施形態に係る発光ダイオードは、組成式（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）の化合物半導体からなる井戸層及びバリア層を交互に積層した量子井戸構造の活性層１１と、該活性層を挟む第１のクラッド層９と第２のクラッド層１３とを有する発光部と、発光部上に形成された電流拡散層８と、発光部に対向して配置して発光波長に対して９０％以上の反射率を有する反射層５３と金属基板５０とを含み、電流拡散層８に接合された機能性基板５１とを備え、第１及び第２のクラッド層９、１３は組成式（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の化合物半導体からなり、井戸層及びバリア層のペア数が５以下であることを特徴とする

第４の実施形態に係る発光ダイオードでは、機能性基板が金属基板を含む点が第３の実施形態に係る発光ダイオードに対して特徴的な構成である。
金属基板は放熱性が高く、発光ダイオードを高輝度で発光するのに寄与すると共に、発光ダイオードの寿命を長寿命とすることができる。
放熱性の観点からは、金属基板は熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属からなるのが特に好ましい。熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属としては、例えば、モリブデン（１３８Ｗ／ｍ・Ｋ）やタングステン（１７４Ｗ／ｍ・Ｋ）がある。

図１１に示すように、化合物半導体層２は、活性層１１と、ガイド層（図示せず）を介してその活性層１１を挟む第１のクラッド層（下部クラッド）９及び第２のクラッド層（上部クラッド）１３と、第１のクラッド層（下部クラッド）９の下側に電流拡散層８と、第２のクラッド層（上部クラッド）１３の上側に第１の電極５５と平面視してほぼ同じサイズのコンタクト層５６とを有する。
機能性基板５１は、電流拡散層８の下側の面８ｂに、第２の電極５７を備え、さらにその第２の電極５７を覆うように透明導電膜５２と反射層５３とが積層されてなる反射構造体と、金属基板５０とからなり、反射構造体を構成する反射層５３の化合物半導体層２と反対側の面５３ｂに、金属基板５０の接合面５０ａが接合されている。

反射層５３は例えば、銅、銀、金、アルミニウムなどの金属又はこれらの合金などにより構成される。これらの材料は光反射率が高く、反射構造体からの光反射率を９０％以上とすることができる。反射層５３を形成することにより、活性層１１からの光を反射層５３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、発光ダイオードをより高輝度化できる。

反射層５３は、透明導電膜５２側からＡｇ、Ｎｉ／Ｔｉバリヤ層、Ａｕ系の共晶金属（接続用金属）からなる積層構造が好ましい。
上記接続用金属は、電気抵抗が低く、低温で溶融する金属である。上記接続用金属を用いることにより、化合物半導体層２に熱ストレスを与えることなく、金属基板を接続することができる。
接続用金属としては、化学的に安定で、融点の低いＡｕ系の共晶金属などを用いられる。上記Ａｕ系の共晶金属としては、例えば、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉなどの合金の共晶組成（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、タングステンなどの金属を添加することが好ましい。これにより、チタン、クロム、タングステンなどの金属がバリヤ金属として機能して、金属基板に含まれる不純物などが反射層５３側に拡散して、反応することを抑制できる。

透明導電膜５２は、ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜などにより構成されている。なお、反射構造体は、反射層５３だけで構成してもよい。
また、透明導電膜５２の代わりに、または、透明導電膜５２とともに、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５３に組み合わせてもよい。

金属基板５０は複数の金属層からなるものを用いることができる。
金属基板は２種類の金属層が交互に積層されてなるのが好ましい。
特に、この２種類の金属層の層数は合わせて奇数とするのが好ましい。

この場合、金属基板の反りや割れの観点から、第２の金属層５０Ｂ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ときは、第１の金属層５０Ａ、５０Ａを化合物半導体層３より熱膨張係数が大きい材料からなるものを用いるのが好ましい。金属基板全体としての熱膨張係数が化合物半導体層の熱膨張係数に近いものとなるため、化合物半導体層と金属基板とを接合する際の金属基板の反りや割れを抑制することができ、発光ダイオードの製造歩留まりを向上させることができるからである。同様に、第２の金属層５０Ｂ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ときは、第１の金属層５０Ａ、５０Ａを化合物半導体層２より熱膨張係数が小さい材料からなるものを用いるのが好ましい。金属基板全体としての熱膨張係数が化合物半導体層の熱膨張係数に近いものとなるため、化合物半導体層と金属基板とを接合する際の金属基板の反りや割れを抑制でき、発光ダイオードの製造歩留まりを向上できるからである。
以上の観点からは、２種類の金属層はいずれが第１の金属層でも第２の金属層でも構わない。
２種類の金属層としては、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）およびこれらの合金のいずれかからなる金属層と、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）およびこれらの合金のいずれかからなる金属層との組み合わせを用いることができる。
好適な例としては、Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕの３層からなる金属基板があげられる。上記の観点ではＭｏ／Ｃｕ／Ｍｏの３層からなる金属基板でも同様な効果が得られるが、Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕの３層からなる金属基板は、機械的強度が高いＭｏを加工しやすいＣｕで挟んだ構成なので、Ｍｏ／Ｃｕ／Ｍｏの３層からなる金属基板よりも切断等の加工が容易であるという利点がある。

金属基板全体としての熱膨張係数は例えば、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）の３層からなる金属基板では６．１ｐｐｍ／Ｋであり、Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（７０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）の３層からなる金属基板では５．７ｐｐｍ／Ｋとなる。

また、放熱の観点からは、金属基板を構成する金属層は熱伝導率が高い材料からなるのが好ましい。これにより、金属基板の放熱性を高くして、発光ダイオードを高輝度で発光させることができるとともに、発光ダイオードの寿命を長寿命とすることができるからである。
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）およびこれらの合金などを用いることが好ましい。
それらの金属層の熱膨張係数が化合物半導体層の熱膨張係数と略等しい材料からなるのがさらに好ましい。特に、金属層の材料が、化合物半導体層の熱膨張係数の±１．５ｐｐｍ／Ｋ以内である熱膨張係数を有する材料であるのが好ましい。これにより、金属基板と化合物半導体層との接合時の発光部への熱によるストレスを小さくすることができ、金属基板を化合物半導体層と接続させたときの熱による金属基板の割れを抑制することができ、発光ダイオードの製造歩留まりを向上させることができる。
金属基板全体としての熱伝導率は例えば、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）の３層からなる金属基板では２５０Ｗ／ｍ・Ｋとなり、Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（７０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）の３層からなる金属基板では２２０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。

＜発光ダイオード（第５の実施形態）＞
本発明を適用した第５の実施形態に係る発光ダイオードは、組成式（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）の化合物半導体からなる井戸層と、組成式（Ａｌ_Ｘ３Ｇａ_１−Ｘ３）_Ｙ２Ｉｎ_１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）の化合物半導体からなるバリア層とを交互に積層した量子井戸構造の活性層と、活性層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、発光部上に形成された電流拡散層と、発光部に対向して配置して発光波長に対して９０％以上の反射率を有する反射層を含み、電流拡散層に接合された機能性基板とを備え、第１及び第２のクラッド層は組成式（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の化合物半導体からなり、井戸層及びバリア層のペア数が５以下であることを特徴とする。
第５の実施形態に係る発光ダイオードは、第３の実施形態に係る発光ダイオードにおいてＡｌＧａＡｓバリア層を、組成式（Ａｌ_Ｘ３Ｇａ_１−Ｘ３）_Ｙ２Ｉｎ_１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）の化合物半導体からなるバリア層とした構成である。

バリア層は、組成式（Ａｌ_Ｘ３Ｇａ_１−Ｘ３）_Ｙ２Ｉｎ_１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）の化合物半導体からなる。
Ａｌ組成Ｘ３は、井戸層よりもバンドギャップが大きくなる組成とすることが好ましく、具体的には０〜０．２の範囲が好ましい。
また、Ｙ２は、基板との格子不整によるひずみの発生を防止する為に０．４〜０．６とするのが好ましく、０．４５〜０．５５の範囲がより好ましい。
バリア層の層厚は、井戸層の層厚と等しいか又は井戸層の層厚より厚いのが好ましい。トンネル効果が生じる層厚範囲で十分に厚くすることにより、トンネル効果による井戸層間への広がりが抑制されてキャリアの閉じ込め効果が増大し、電子と正孔の発光再結合確率が大きくなり、発光出力の向上を図ることができる。

本実施形態に係る発光ダイオードも第３の実施形態と同様に、発光波長に対して９０％以上の反射率を有し、発光部に対向して配置する反射層を備えた機能性基板を有するので、主たる光取り出し面から効率的に光を取り出すことができる。
また、本実施形態においても、機能性基板として、第３の実施形態で例示したものを用いることができる。

＜発光ダイオード（第６の実施形態）＞
本発明を適用した第６の実施形態に係る発光ダイオードは、組成式（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）の化合物半導体からなる井戸層と、組成式（Ａｌ_Ｘ３Ｇａ_１−Ｘ３）_Ｙ２Ｉｎ_１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）の化合物半導体からなるバリア層とを交互に積層した量子井戸構造の活性層と、活性層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、発光部上に形成された電流拡散層と、発光部に対向して配置して発光波長に対して９０％以上の反射率を有する反射層と金属基板とを含み、電流拡散層に接合された機能性基板とを備え、第１及び第２のクラッド層は組成式（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の化合物半導体からなり、井戸層及びバリア層のペア数が５以下であることを特徴とする。
第６の実施形態に係る発光ダイオードは、第４の実施形態に係る発光ダイオードにおいてＡｌＧａＡｓバリア層を、組成式（Ａｌ_Ｘ３Ｇａ_１−Ｘ３）_Ｙ２Ｉｎ_１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）の化合物半導体からなるバリア層とした構成である。

本実施形態に係る発光ダイオードも第３の実施形態と同様に、発光波長に対して９０％以上の反射率を有し、発光部に対向して配置する反射層を備えた機能性基板を有するので、主たる光取り出し面から効率的に光を取り出すことができる。
また、本実施形態においても、機能性基板として、第４の実施形態で例示したものを用いることができる。

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。

本実施例では、化合物半導体層と機能性基板とを接合させて発光ダイオードを作製し、特性評価のために発光ダイオードランプを作製して、特性評価を行った。

（実施例１）
実施例１の発光ダイオードは第１の実施形態の実施例であり、活性層とクラッド層との接合面積は１２３０００μｍ^２（３５０μｍ×３５０μｍ）であった。
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発光波長７３０ｎｍの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２×１０^１８ｃｍ^−３とした。また、ＧａＡｓ基板の層厚は、約０．５μｍとした。化合物半導体層としては、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（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなるｎ型のコンタクト層、Ｓｉをドープした（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなるｎ型の上部クラッド層、Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓからなる上部ガイド層、Ａｌ_０．１７Ｇａ_０．８３Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの対からなる井戸層／バリア層、Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓからなる下部ガイド層、Ｍｇをドープした（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなるｐ型の下部クラッド層、（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる薄膜の中間層、Ｍｇドープしたｐ型ＧａＰからなる電流拡散層である。

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（（ＣＨ_３）_３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ_３）_３Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ_３）_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−（Ｃ_５Ｈ_５）_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（Ｓｉ_２Ｈ_６）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（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）を使用した。また、各層の成長温度としては、ｐ型ＧａＰからなる電流拡散層は、７５０℃で成長させた。その他の各層では７００℃で成長させた。

ＧａＡｓからなる緩衝層は、キャリア濃度を約２×１０^１８ｃｍ^−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２×１０^１８ｃｍ^−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１×１０^１８ｃｍ^−３、層厚を約０．５μｍとした。上部ガイド層は、アンドープで層厚を約５０nｍとした。井戸層は、アンドープで層厚が約７ｎｍのＡｌ_０．１７Ｇａ_０．８３Ａｓとし、バリア層はアンドープで層厚が約１９ｎｍのＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓとした。また、井戸層及びバリア層のペア数を１対とした。下部ガイド層は、アンドープで層厚を約５０nｍとした。下部クラッド層は、キャリア濃度を約８×１０^１７ｃｍ^−３、層厚を約０．５μｍとした。中間層は、キャリア濃度を約８×１０^１７ｃｍ^−３、層厚を約０．０５μｍとした。ＧａＰからなる電流拡散層は、キャリア濃度を約３×１０^１８ｃｍ^−３、層厚を約９μｍとした。

次に、電流拡散層を表面から約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、電流拡散層の表面の粗さを０．１８ｎｍとした。一方、上記の電流拡散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２×１０^１７ｃｍ^−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、電流拡散層に接合させる以前に鏡面に研磨し、二乗平均平方根（ｒｍｓ）にして０．１２ｎｍに仕上げておいた。

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。

次に、機能性基板、及び電流拡散層の双方の表面に、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、機能性基板及び電流拡散層の表面を重ね合わせ、各々の表面での圧力が５０ｇ／ｃｍ^２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。

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。

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、電流拡散層を露出させた。この露出した電流拡散層の表面に、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。
次に、厚さ０．２μｍのＡｕからなる２３０μｍ□の第３の電極を機能性基板に形成した。

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１３０μｍ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。

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、ダイボンダーで支持（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。

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６及び図９、図１０に示す。図９は、活性層とクラッド層との接合面積が１２３０００μｍ^２の場合の発光ダイオードのペア数と出力及び応答速度との関係を示すグラフであり、図１０は、活性層とクラッド層との接合面積が５３０００μｍ^２の場合の発光ダイオードのペア数と出力及び応答速度との関係を示すグラフである。
表６に示すように、第1の実施例では、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７３０ｎｍ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電流拡散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ボルトとなった。順方向電流を２０ｍＡとした際の応答速度（立ち上がり時間）ｔｒ及び発光出力（Ｐ_０）はそれぞれ、１８ｎｓｅｃ、８．８ｍＷであった。

（実施例２）
実施例２の発光ダイオードは第１の実施形態の実施例であり、井戸層及びバリア層のペア数を３対とした以外は、実施例１と同じ条件で作製し、同様の評価を行った。
応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、２０ｎｓｅｃ、９．１ｍＷ、２．０Ｖであった。

（実施例３）
実施例３の発光ダイオードは第１の実施形態の実施例であり、井戸層及びバリア層のペア数を５対とした以外は、実施例１と同じ条件で作製し、同様の評価を行った。
応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、２４ｎｓｅｃ、９．３ｍＷ、２．０Ｖであった。

実施例４〜６の発光ダイオードも第１の実施形態の実施例であるが、活性層とクラッド層との接合面積を５３０００μｍ^２（２３０μｍ×２３０μｍ）とした実施例である。

（実施例４）
実施例６の発光ダイオードは活性層とクラッド層との接合面積以外の条件は、実施例１と同じ条件で作製し、同様の評価を行った。
応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、１５ｎｓｅｃ、９．０ｍＷ、２．０Ｖであった。

（実施例５）
実施例７の発光ダイオードは、井戸層及びバリア層のペア数を３対とした以外は、実施例６と同じ条件で作製し、同様の評価を行った。
応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、１８ｎｓｅｃ、９．３ｍＷ、２．０Ｖであった。

（実施例６）
実施例８の発光ダイオードは、井戸層及びバリア層のペア数を５対とした以外は、実施例６と同じ条件で作製し、同様の評価を行った。
応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、２２ｎｓｅｃ、９．６ｍＷ、２．０Ｖであった。

（実施例７）
実施例７の発光ダイオードも第１の実施形態の実施例であるが、活性層とクラッド層との接合面積を２００００μｍ^２（２００μｍ×１００μｍ）とした実施例である。

実施例７の発光ダイオードは活性層とクラッド層との接合面積以外の条件は、実施例１と同じ条件で作製し、同様の評価を行った。
応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、１７ｎｓｅｃ、９．６ｍＷ、２．１Ｖであった。

（実施例８）
実施例８の発光ダイオードも第１の実施形態の実施例であるが、活性層とクラッド層との接合面積を９００００μｍ^２（３００μｍ×３００μｍ）とした実施例である。

実施例８の発光ダイオードは活性層とクラッド層との接合面積以外の条件は、実施例１と同じ条件で作製し、同様の評価を行った。
応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、２３ｎｓｅｃ、９．４ｍＷ、２．０Ｖであった。

実施例９及び１０の発光ダイオードは第２の実施形態の実施例である。

（実施例９）
実施例９の発光ダイオードは、活性層とクラッド層との接合面積を１２３０００μｍ^２（３５０μｍ×３５０μｍ）とした実施例である。
実施例９の発光ダイオードの層構成は以下の通りである。
Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓ単結晶からなるＧａＡｓ基板上は、（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２×１０^１８ｃｍ^−３とした。化合物半導体層としては、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（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなるｎ型のコンタクト層、Ｓｉをドープした（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなるｎ型の上部クラッド層、（Ａｌ_０．３ Ｇａ_０．７ ）_０．５ Ｉｎ_０．５ Ｐからなる上部ガイド層、Ａｌ_０．１７Ｇａ_０．８３Ａｓ／（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９ ）_０．５ Ｉｎ_０．５Ｐの対からなる井戸層／バリア層、（Ａｌ_０．３ Ｇａ_０．７）_０．５ Ｉｎ_０．５Ｐからなる下部ガイド層、Ｍｇをドープした（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなるｐ型の下部クラッド層、（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる薄膜の中間層、Ｍｇドープしたｐ型ＧａＰからなる電流拡散層を用いた。
ＧａＡｓからなる緩衝層は、キャリア濃度を約２×１０^１８ｃｍ^−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２×１０^１８ｃｍ^−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１×１０^１８ｃｍ^−３、層厚を約０．５μｍとした。上部ガイド層は、アンドープで層厚を約５０nｍとした。井戸層は、アンドープで層厚が約７ｎｍのＡｌ_０．１７Ｇａ_０．８３Ａｓとし、バリア層はアンドープで層厚が約１９ｎｍの（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９ ）_０．５ Ｉｎ_０．５Ｐとした。また、井戸層及びバリア層のペア数を５対とした。下部ガイド層は、アンドープで層厚を約５０nｍとした。下部クラッド層は、キャリア濃度を約８×１０^１７ｃｍ^−３、層厚を約０．５μｍとした。中間層は、キャリア濃度を約８×１０^１７ｃｍ^−３、層厚を約０．０５μｍとした。ＧａＰからなる電流拡散層は、キャリア濃度を約３×１０^１８ｃｍ^−３、層厚を約９μｍとした。
応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、２４ｎｓｅｃ、９．０ｍＷ、２．１Ｖであった。

（実施例１０）
実施例１０の発光ダイオードは活性層とクラッド層との接合面積を５３０００μｍ^２（２３０μｍ×２３０μｍ）とし、井戸層及びバリア層のペア数を３対とした以外は、実施例９と同じ条件で作製し、同様の評価を行った。
応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、１９ｎｓｅｃ、９．０ｍＷ、２．１Ｖであった。

実施例１１〜１４は、実施例１〜１０と同様に化合物半導体層を作製し、その後、反射層を含む機能性基板を電流拡散層に接合した構成であり、機能性基板がシリコンからなる層を含む実施例である。実施例１１及び１２の発光ダイオードは第３の実施形態の実施例であり、実施例１３及び１４の発光ダイオードは第５の実施形態の実施例である。

（実施例１１）
実施例１１の発光ダイオードは、活性層とクラッド層との接合面積を１２３０００μｍ^２（３５０μｍ×３５０μｍ）とした実施例である。井戸層及びバリア層のペア数は５対とした。

実施例１１の発光ダイオードの作製方法を、図８を参照して説明する。
電流拡散層８の表面に、ＡｕＢｅ／Ａｕ合金を厚さ０．２μｍで２０μｍφのドットでなる電極２１を、光取り出し面の端から５０μｍになるように等間隔で８個配置した。
次に、透明導電膜であるＩＴＯ膜２２を０．４μｍの厚さでスパッタ法により形成した。更に、銀合金／Ｔｉ／Ａｕでなる層２３を０．２μｍ／０．１μｍ／１μｍの厚さで形成し、反射層２３とした。

一方、シリコン基板（シリコンからなる層）３１の表面に、Ｔｉ／Ａｕ／Ｉｎでなる層３２を０．１μｍ／０．５μｍ／０．３μｍの厚さで形成した。シリコン基板３１の裏面に、Ｔｉ／Ａｕでなる層３３を０．１μｍ／０．５μｍの厚さで形成した。前記発光ダイオードウェーハ側のＡｕとシリコン基板側のＩｎ表面とを重ね合わせ、３２０℃で加熱・５００ｇ／ｃｍ^２で加圧し、機能性基板を発光ダイオードウェーハに接合した。

ＧａＡｓ基板を除去し、コンタクト層１６の表面に、ＡｕＧｅ／Ａｕでなる直径１００μｍで厚さ３μｍのオーミック電極２５を形成し、４２０℃で、５分間熱処理し、ｐ、ｎオーミック電極を合金化処理した。

次に、コンタクト層１６の表面を粗面化処理した。
チップに分離する為の切断予定部分の半導体層と反射層、共晶金属を除去し、シリコン基板をダイシングソーで、３５０μｍピッチで正方形に切断した。

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は表４に示した通り、応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、２５ｎｓｅｃ、８．６ｍＷ、２．０Ｖであった。

（実施例１２）
実施例１２の発光ダイオードは活性層とクラッド層との接合面積を５３０００μｍ^２（２３０μｍ×２３０μｍ）とし、井戸層及びバリア層のペア数を３対とした以外は、実施例１１と同じ条件で作製し、同様の評価を行った。
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は表４に示した通り、応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、１８ｎｓｅｃ、８．５ｍＷ、２．０Ｖであった。

（実施例１３）
実施例１３の発光ダイオードは活性層とクラッド層との接合面積を１２３０００μｍ^２（３５０μｍ×３５０μｍ）とし、井戸層及びバリア層のペア数は５対とした。実施例９と同様の手順で化合物半導体層を作製した後、実施例１１と同様の手順で、電流拡散層に反射層を備えた機能性基板を接合した構成である。
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は表４に示した通り、応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、２５ｎｓｅｃ、８．０ｍＷ、２．１Ｖであった。

（実施例１４）
実施例１４の発光ダイオードは活性層とクラッド層との接合面積を５３０００μｍ^２（２３０μｍ×２３０μｍ）とし、井戸層及びバリア層のペア数を３対とした以外は、実施例１３と同じ条件で作製し、同様の評価を行った。
応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、１９ｎｓｅｃ、８．０ｍＷ、２．１Ｖであった。

実施例１５及び１６はそれぞれ、第４の実施形態の実施例、第６の実施形態の実施例であり、実施例１〜１０と同様に化合物半導体層を作製し、その後、反射層と金属基板とを含む機能性基板を電流拡散層に接合した構成である。

（実施例１５）
実施例１５の発光ダイオードは活性層とクラッド層との接合面積を１２３０００μｍ^２（３５０μｍ×３５０μｍ）とし、井戸層及びバリア層のペア数は５対とした。

実施例１５の発光ダイオードの作製方法を、図を参照して説明する。
電流拡散層８の表面に、ＡｕＢｅ／Ａｕ合金を厚さ０．２μｍで２０μｍφのドットでなる電極２１を、光取り出し面の端から５０μｍになるように等間隔で８個配置した。
次に、透明導電膜であるＩＴＯ膜２２を０．４μｍの厚さでスパッタ法により形成した。更に、銀合金／Ｔｉ／Ａｕでなる層２３を０．２μｍ／０．１μｍ／１μｍの厚さで形成し、反射層２３とした。

次に、熱膨張係数が化合物半導体層２の材料より大きい第１の金属板と、熱膨張係数が化合物半導体層２の材料より小さい第２の金属板とを採用して、ホットプレスして金属基板５を形成する。

例えば、第１の金属板２１としては厚さ１０μｍのＣｕ、第２の金属板２２としては厚さ７５μｍのＭｏを用い、図２（ａ）に示すように、２枚の前記第１の金属板２１の間に前記第２の金属板２２を挿入してこれらを重ねて所定の加圧装置において高温下で荷重をかけることにより、Ｃｕ（１０μｍ）／Ｍｏ（７５μｍ）／Ｃｕ（１０μｍ）の３層からなる金属基板５を形成する。

次に、前記発光ダイオードの前記反射層２３の表面と前記金属基板５とを重ね合わせ、４００℃で加熱・５００ｇ／ｃｍ^２で加圧し、機能性基板を発光ダイオードウェーハに接合した。

ＧａＡｓ基板を除去し、コンタクト層１６の表面に、ＡｕＧｅ／Ａｕでなる直径１００μｍで厚さ３μｍのオーミック電極２５を形成し、４２０℃で、５分間熱処理し、ｐ、ｎオーミック電極を合金化処理した。

次に、コンタクト層１６の表面を粗面化処理した。
チップに分離する為の切断予定部分の半導体層と反射層、共晶金属を除去し、シリコン基板をダイシングソーで、３５０μｍピッチで正方形に切断した。

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は表４に示した通り、応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、２５ｎｓｅｃ、８．６ｍＷ、２．０Ｖであった。

（実施例１６）
実施例１６の発光ダイオードは実施例１５の発光ダイオードにおけるＡｌＧａＡｓバリア層を、組成式（Ａｌ_Ｘ３Ｇａ_１−Ｘ３）_Ｙ２Ｉｎ_１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）の化合物半導体からなるバリア層とした点が異なる。
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は表４に示した通り、応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、２５ｎｓｅｃ、８．０ｍＷ、２．１Ｖであった。

参考例１〜４は、井戸層及びバリア層のペア数を１０対及び２０対とした例であり、本発明の３元混晶の量子井戸構造又３元混晶の井戸層と４元混晶のバリア層とからなる量子井戸構造を４元クラッド層で挟む構成が高い発光出力に適した構成であることを示すためのものである。

（参考例１）
参考例１の発光ダイオードは、井戸層及びバリア層のペア数を１０対とした以外は実施例１の発光ダイオードと同じ条件で作製し、同様の評価を行った。
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は表４に示した通り、応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、３０ｎｓｅｃ、９．８ｍＷ、２．０Ｖであった。

（参考例２）
参考例２の発光ダイオードは、井戸層及びバリア層のペア数を２０対とした以外は実施例１の発光ダイオードと同じ条件で作製し、同様の評価を行った。
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は表４に示した通り、応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、４２ｎｓｅｃ、１０ｍＷ、２．０Ｖであった。

（参考例３）
参考例３の発光ダイオードは、井戸層及びバリア層のペア数を１０対とした以外は実施例４の発光ダイオードと同じ条件で作製し、同様の評価を行った。
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は表４に示した通り、応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、２８ｎｓｅｃ、１０ｍＷ、２．０Ｖであった。

（参考例４）
参考例４の発光ダイオードは、井戸層及びバリア層のペア数を２０対とした以外は実施例１の発光ダイオードと同じ条件で作製し、同様の評価を行った。
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は表４に示した通り、応答速度（ｔｒ）、発光出力（Ｐ_０）及び順方向電圧（Ｖ_Ｆ）はそれぞれ、３８ｎｓｅｃ、１０．５ｍＷ、２．０Ｖであった。

（比較例１）
液相エピタキシャル法で、厚膜成長し、基板除去した構造の発光波長７３０ｎｍの発光ダイオードの例を示す。
ＧａＡｓ基板に、スライドボート型成長装置を用いてＡｌＧａＡｓ層を成長した。
スライドボート型成長装置の基板収納溝にｐ型ＧａＡｓ基板をセットし、各層の成長用に用意したルツボにＧａメタル、ＧａＡｓ多結晶、金属Ａｌ、及びドーパントを入れた。成長する層は、透明厚膜層（第１のｐ型層）、下部クラッド層（ｐ型クラッド層）、活性層、上部クラッド層（ｎ型クラッド層）の4層構造とし、この順序で積層した。
これらの原料をセットしたスライドボート型成長装置を、石英反応管内にセットし、水素気流中で９５０℃まで加温し、原料を溶解した後、雰囲気温度を９１０℃まで降温し、スライダーを右側に押して原料溶液（メルト）に接触させたあと０．５℃／分の速度で降温し、所定温度に達した後、またスライダーを押して順次各原料溶液に接触させたあと高温させる動作を繰り返し、最終的にはメルトと接触させた後、雰囲気温度を７０３℃まで降温してｎクラッド層を成長させた後、スライダーを押して原料溶液とウェーハを切り離してエピタキシャル成長を終了させた。

得られたエピタキシャル層の構造は、第１のｐ型層は、Ａｌ組成Ｘ１＝０．３〜０．４、層厚６４μｍ、キャリア濃度３×１０^１７ｃｍ^−３、ｐ型クラッド層は、Ａｌ組成Ｘ２＝０．４〜０．５、層厚７９μｍ、キャリア濃度５×１０^１７ｃｍ^−３、p型活性層は、発光波長が７６０ｎｍの組成で、層厚１μｍ、キャリア濃度１×１０^１８ｃｍ^−３、ｎ型クラッド層は、Ａｌ組成Ｘ４＝０．４〜０．５、層厚２５μｍ、キャリア濃度５×１０^１７ｃｍ^−３、であった。

エピタキシャル成長終了後、エピタキシャル基板を取り出し、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層表面を保護して、アンモニア−過酸化水素系エッチャントでｐ型ＧａＡｓ基板を選択的に除去した。その後、エピタキシャルウェーハ両面に金電極を形成し、長辺が３５０μｍの電極マスクを用いて、直径１００μｍのワイヤーボンディング用パッドを中央に配置された表面電極を形成した。裏面電極には、直径２０μｍのオーミック電極を８０μｍ間隔に形成した。その後、ダイシングで分離、エッチングすることにより、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層が表面側となるようにした３５０μｍ角の発光ダイオードを作製した。

比較例１の発光ダイオードを実装し、発光ダイオードランプの特性を評価した結果を表４に示す。
表４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７６０ｎｍとする赤外光が出射された。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（Ｖ_Ｆ）は、１．９ボルト（Ｖ）となった。
順方向電流を２０ｍＡとした際の応答速度（ｔｒ）及び発光出力（Ｐ_０）はそれぞれ、２５ｎｓｅｃ、３．０ｍＷであった。
比較例１のいずれのサンプルについても、本発明の実施例１〜１６に比べて応答速度は等しいか遅く、且つ発光出力は低かった。

本発明の発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置は、高速応答性と高出力性とを兼ね備えた赤色光及び／又は赤外光を発光する発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置として利用できる。

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・・・電流拡散層
９・・・下部クラッド層
１０・・・下部ガイド層
１１・・・発光（活性）層
１２・・・上部ガイド層
１３・・・上部クラッド層
１４・・・ＧａＡｓ基板
１５・・・緩衝層
１６・・・コンタクト層
１７・・・井戸層
１８・・・バリア層
２０・・・発光ダイオード
２１・・・電極
２２・・・透明導電膜
２３・・・反射層
２５・・・ボンディング電極
３０ シリコン基板
３１ 機能性基板
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
５０・・・金属基板
５１・・・機能性基板
５２・・・透明導電膜
５３・・・反射層
５５・・・第１の電極
５６・・・コンタクト層
５７・・・第２の電極

Claims (24)

1. 組成式（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）の化合物半導体からなる井戸層及びバリア層を交互に積層した量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、
   前記発光部上に形成された電流拡散層と、
   発光波長に対して透明であって、前記電流拡散層に接合された機能性基板と、
   前記電流拡散層に形成されたオーミック電極とを備え、
   前記第１及び第２のクラッド層は組成式（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の化合物半導体からなり、
   前記井戸層及びバリア層のペア数が５以下であることを特徴とする発光ダイオード。
2. 組成式（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）の化合物半導体からなる井戸層と、組成式（Ａｌ_Ｘ３Ｇａ_１−Ｘ３）_Ｙ２Ｉｎ_１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）の化合物半導体からなるバリア層とを交互に積層した量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、
   前記発光部上に形成された電流拡散層と、
   発光波長に対して透明であって、前記電流拡散層に接合された機能性基板と、
   前記電流拡散層に形成されたオーミック電極とを備え、
   前記第１及び第２のクラッド層は組成式（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の化合物半導体からなり、
   前記井戸層及びバリア層のペア数が５以下であることを特徴とする発光ダイオード。
3. 前記活性層と前記クラッド層との接合面積が２００００〜９００００μｍ^２であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の発光ダイオード。
4. 前記井戸層のＡｌ組成Ｘ１を０．２０≦Ｘ１≦０．３６とし、前記井戸層の厚さを３〜３０ｎｍとし、発光波長が６６０〜７２０ｎｍに設定されてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
5. 前記井戸層のＡｌ組成Ｘ１を０≦Ｘ１≦０．２とし、前記井戸層の厚さを３〜３０ｎｍとし、発光波長が７２０〜８５０ｎｍに設定されてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
6. 前記機能性基板はＧａＰ、サファイア又はＳｉＣからなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
7. 組成式（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）の化合物半導体からなる井戸層及びバリア層を交互に積層した量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、
   前記発光部上に形成された電流拡散層と、
   前記発光部に対向して配置して発光波長に対して９０％以上の反射率を有する反射層を含み、前記電流拡散層に接合された機能性基板と、
   前記電流拡散層に形成されたオーミック電極とを備え、
   前記第１及び第２のクラッド層は組成式（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の化合物半導体からなり、
   前記井戸層及びバリア層のペア数が５以下であることを特徴とする発光ダイオード。
8. 組成式（Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）の化合物半導体からなる井戸層と、組成式（Ａｌ_Ｘ３Ｇａ_１−Ｘ３）_Ｙ２Ｉｎ_１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）の化合物半導体からなるバリア層とを交互に積層した量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟む第１のクラッド層と第２のクラッド層とを有する発光部と、
   前記発光部上に形成された電流拡散層と、
   前記発光部に対向して配置して発光波長に対して９０％以上の反射率を有する反射層を含み、前記電流拡散層に接合された機能性基板と、
   前記電流拡散層に形成されたオーミック電極とを備え、
   前記第１及び第２のクラッド層は組成式（Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２）_Ｙ１Ｉｎ_１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の化合物半導体からなり、
   前記井戸層及びバリア層のペア数が５以下であることを特徴とする発光ダイオード。
9. 前記活性層と前記クラッド層との接合面積が２００００〜９００００μｍ^２であることを特徴とする請求項７または８のいずれかに記載の発光ダイオード。
10. 前記井戸層のＡｌ組成Ｘ１を０．２０≦Ｘ１≦０．３６とし、前記井戸層の厚さを３〜３０ｎｍとし、発光波長が６６０〜７２０ｎｍに設定されてなることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
11. 前記井戸層のＡｌ組成Ｘ１を０≦Ｘ１≦０．２とし、前記井戸層の厚さを３〜３０ｎｍとし、発光波長が７２０〜８５０ｎｍに設定されてなることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
12. 前記機能性基板はシリコンまたはゲルマニウムからなる層を含むことを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
13. 前記機能性基板は金属基板を含むことを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
14. 前記金属基板は複数の金属層からなることを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオード。
15. 前記電流拡散層はＧａＰからなることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
16. 前記電流拡散層の厚さは０．５〜２０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
17. 前記機能性基板の側面は、前記発光部に近い側においては主たる光取り出し面に対して略垂直である垂直面を有し、前記発光部に遠い側においては前記主たる光取り出し面に対して内側に傾斜した傾斜面を有することを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
18. 前記傾斜面は粗い面を含むことを特徴とする請求項１７に記載の発光ダイオード。
19. 第１の電極及び第２の電極が発光ダイオードの前記主たる光取り出し面側に設けられていることを特徴とする請求項１７または１８のいずれかに記載の発光ダイオード。
20. 前記第１の電極及び前記第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１９に記載の発光ダイオード。
21. 前記機能性基板の、前記主たる光取り出し面側の反対側の面に、第３の電極をさらに備えることを特徴とする請求項１９または２０のいずれかに記載の発光ダイオード。
22. 請求項１から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. 請求項２１に記載の発光ダイオードを備え、前記第１の電極又は第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発光ダイオードランプ。
24. 請求項１から２１のいずれか一項に記載の発光ダイオードを複数個搭載した照明装置。

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