CN100426537C

CN100426537C - 发光二极管及其制造方法

Info

Publication number: CN100426537C
Application number: CNB2004800097637A
Authority: CN
Inventors: 竹内良一; 锅仓互
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: KR20050113227A; TW200418211A; KR100681789B1; US20060237741A1; TWI231054B; CN1774820A

Abstract

一种LED(10)，包括化合物半导体层(13)和碱性玻璃衬底(150)，所述化合物半导体层包括发光部分，所述碱性玻璃衬底包括至少1质量%的选自钠、钙、钡和钾的一种元素，并对所述部分的发光波长透明。所述衬底与所述半导体层固定或接合。在所述二极管(10)的制造方法中，在对所述波长不透明的半导体衬底(11)上生长所述半导体层(13)，通过阳极接合方法接合所述生长的半导体层和所述碱性玻璃衬底，去除所述不透明衬底，在所述半导体层的部分主表面上形成具有第一极性的第一欧姆电极(15)，在具有第二极性的所述半导体层上形成第二欧姆电极(16)，并用金属反射层(14)覆盖所述第一欧姆电极和所述半导体层。

Description

发光二极管及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请是基于35U.S.C.§111(a)提交的申请，根据35U.S.C.§119(e)(1)，要求根据35U.S.C.§111(b)于2003年3月19日提交的临时申请No.60/455,586和2003年12月18日提交的临时申请No.60/530,229的优先权。

技术领域

本发明涉及利用应用碱性玻璃衬底的技术的发光二极管，尤其涉及高亮度的发光二极管，以及其制造方法。

背景技术

至今为止，公知为了赋予发光二极管增大的亮度和提高的机械强度，去除不透明半导体衬底并通过粘结接合透明衬底的技术。在通过这种技术制造的发光二极管中，通过粘结将透明衬底接合到半导体层的表面，或者接合到通过不透明半导体衬底的去除而外露的表面。公知通过粘结以各种形式接合该透明衬底的方法，包括：如在JP-C 3230638中公开的在高温压力下通过粘结直接将透明衬底接合到半导体层的方法，如在JP-A HEI6-302857中公开的直接利用晶片键合技术的方法，以及如在JP-A2002-246640中公开的利用透明粘性衬底，例如环氧树脂的方法。并且，已提出如在JP-C 2588849中公开的通过透明导电膜，例如ITO，接合半导体层和透明半导体衬底的方法。

现有技术已发现在将整个半导体表面接合到透明衬底的方法中的技术困难，并因此已提出了大量不同的接合方法。直接接合的方法通常需要700℃或更高的温度和高压，在半导体层上施加大的应力，并且除非表面平坦光滑，否则经常引起不平坦和有缺陷的接合。在高温下的接合增大了由热膨胀系数差异引起的翘曲，导致如此大的机械应力，以致在冷却过程中经受破裂，并从而也常常产生断裂，引起发光部分的质量劣化，因此为确保稳定制造，要求高度先进的技术和设备。

同时，已提出了为处理具有缺陷表面条件的半导体，利用树脂粘合剂层的方法作为接合半导体和透明衬底的方法。虽然该方法能够补偿高温下的应力和由粗糙表面引起的缺陷接合，但因为树脂材料不耐高温，该方法遇到了使接合后的热处理步骤受到严格限制的问题。欧姆电极的形成，例如，要求经过400℃或更高温度的热处理。因此，树脂材料引起例如质量劣化、分离发生以及透明度损耗的问题。

并且，由于上述应力和粘合剂层的劣化，在例如切割和划片以分离二极管的步骤期间，接合部分经常经受分离和断裂。从而，很难形成能使低温低压下的理想粘结与满意的耐热性相一致的接合方法。

将半导体的整个表面接合到透明衬底的常规方法引起发光部分的质量降低，因此需要高度先进的技术和设备以确保稳定制造。更难形成能使低温低压下的理想粘结与满意的耐热性相一致的接合方法。

根据上述问题提出了本发明。本发明始于一种粘合剂层的发现，该粘合剂层即使在采用500℃或更低的温度的接合条件下，也呈现高粘结强度和优良的耐热性。因此，本发明旨在提供一种高照明度的、缓解在接合过程期间产生的应力并确保稳定制造的发光二极管及其制造方法。

在本发明预期的半导体发光二极管中，由于不透明衬底的去除和透明衬底的接合，导致消除了在半导体衬底中的光吸收，并且由于在其部分表面上具有欧姆电极和金属反射层的化合物半导体层的设置，导致发光部分的光能够有效地提取到外部，因此可实现高亮度的赋予。具体地说，本发明提供以下方法。

本发明人已发现，阳极接合技术可用于接合化合物半导体层和利用玻璃的透明衬底，并且可在低压下稳定接合化合物半导体层和碱性玻璃衬底，从而可得到具有高耐热性的产品。

发明内容

本发明提供一种发光二极管，包括化合物半导体层和碱性玻璃衬底，所述化合物半导体层包括发光部分，所述碱性玻璃衬底包括大于等于1质量％且小于等于30质量％的选自钠、钙、钡和钾的一种元素，并对所述发光部分的发光波长呈现透明，所述碱性玻璃具有3×10^-6/K至7×10^-6/K范围内的热膨胀系数以及与所述化合物半导体层固定或接合的结构。

在所述发光二极管中，所述碱性玻璃衬底的所述一种元素在邻近与所述半导体层的接合处具有浓度A，该浓度A低于在所述碱性玻璃衬底背表面的浓度B，并且满足关系1.5×A＜B≤2×A。

在所述发光二极管中，所述碱性玻璃衬底具有二氧化硅和氧化硼作为其主要组分，并且具有0.1质量％或更少的铅含量。

在所述发光二极管中，在所述碱性玻璃衬底和所述化合物半导体层之间的接合表面是具有2nm或更低的平均表面粗糙度的镜面处理表面。

在所述发光二极管中，所述碱性玻璃衬底具有70μm或更大且300μm或更小的厚度，所述化合物半导体层具有30μm或更小的厚度。

在所述发光二极管中，在所述化合物半导体层中包括的所述发光部分由具有高发射效率的AlGaInP形成。

在所述发光二极管中，所述化合物半导体层包括一层GaP，所述GaP是适于蚀刻停止和电流扩散的材料。

在所述发光二极管中，所述化合物半导体层和所述碱性玻璃衬底各具有0.1质量％或更少的As含量。

本发明还提供一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：在对发光波长不透明的半导体衬底上生长化合物半导体层，以形成生长的化合物半导体层；通过阳极接合方法，接合所述生长的化合物半导体层和对所述发光波长透明的碱性玻璃衬底；去除所述不透明半导体衬底；在与所述化合物半导体层的阳极接合表面相反的部分主表面上形成具有第一极性的第一欧姆电极；在所述生长的半导体层中具有第二极性的化合物半导体层上形成第二欧姆电极；以及用金属反射层覆盖所述第一欧姆电极和在所述生长的半导体层中具有第一极性的化合物半导体层。

在所述发光二极管的制造方法中，在所述对发光波长不透明的半导体衬底上已生长化合物半导体层，所述化合物半导体层包括具有发光层的发光部分，并且在所述接合步骤之前，抛光所述化合物半导体层，从而使平均表面粗糙度为0.5nm以上且2nm以下。

在所述发光二极管的制造方法中，所述金属发射层由反射系数高且材料稳定的金或铑形成。

在所述发光二极管的制造方法中，所述不透明半导体衬底在所述阳极接合方法期间具有300至500℃范围内的温度。

在所述发光二极管的制造方法中，所述去除所述不透明半导体衬底的步骤包括去除部分所述化合物半导体层的步骤，并且所述去除部分所述化合物半导体层的步骤包括进行用于仅蚀刻预定组分的晶体的选择性蚀刻处理的步骤。

本发明还提供一种发光二极管灯，具有通过所述发光二极管的制造方法制造的发光二极管的第一电极和第二电极，所述第一电极被金属反射层覆盖，其中通过使所述金属反射层和所述第二电极与金凸起接合形成倒装芯片电极。

在所述发光二极管灯中，所述发光二极管芯片的所述电极通过使之与具有450℃或更低的低熔点的焊接合金接合形成倒装芯片电极。

对本领域的技术人员来说，通过下面参考附图在此给出的说明，本发明的上述及其它目的、特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是本发明的实例1和2包括的半导体发光二极管的平面图；

图2是沿着图1的II-II线截取的截面图；

图3是本发明的实例1和2以及比较实例1至6包括的外延晶片的截面图；

图4是比较实例7包括的半导体发光二极管的平面图；

图5是沿着图4的V-V线截取的截面图；

图6是本发明的实例1和2以及比较实例1至6包括的发光二极管的平面图；

图7是本发明的实例1和2以及比较实例1至6包括的发光二极管的截面图；

图8是图1结构的修改实例的平面图，其中使n型区域的电极设置为以相等的距离与p型区域的电极分离；

图9是图1结构的修改实例的平面图，其中以网格形状形成p电极，以使施加到n电极的电势一致；

图10是图1结构的修改实例的平面图，其中使在电极之间的小距离部分变窄，以补偿面积和距离，并确保电流的一致性流动；

图11是图1结构的修改实例的平面图，其中利用平行电极以确保电流的一致性流动；

图12是形成双侧或垂直对称的形状，以使电流的流动一致的实例的平面图；

图13是图1结构的修改实例的平面图，其中形成踏脚石(stepping-stones)阵列形状的p电极，以确保电流的一致性流动。

具体实施方式

用于阳极接合的透明玻璃衬底是所谓的碱性玻璃衬底，该碱性玻璃衬底具有氧化硼和氧化硅作为主要组分，并且包括氧化钠、氧化钙、氧化钡和氧化钾。本发明将碱性玻璃中钠(Na)、钙(Ca)、钡(Ba)或钾(K)元素的浓度设置为1质量％或更高的水平。该元素的浓度上限为30质量％，优选为15质量％或更低，更优选为10质量％或更低。如果该元素的浓度超过30％，过量将可能导致降低接合强度或产生碱污染。从环境负荷的观点来看，用于碱性玻璃的材料优选避免包括铅和砷。碱性玻璃衬底优选具有与化合物半导体层接近的热膨胀系数，即在3至7×10^-6/K范围内的水平。该接近的原因在于如果热膨胀系数的差异过大，就阻碍在加热和冷却过程期间加到半导体层上的应力降低。

为了实现容易地在芯片内制造，碱性玻璃衬底的厚度优选为300μm或更薄。根据在透明衬底粘结期间断裂的发生和在利用芯片装配的步骤期间芯片焊接的操作方便，该厚度优选为70μm或更厚。并且，在碱性玻璃衬底中的铅含量优选为0.1质量％或更低，有利地为0.01质量％或更低，更优选为在0.01质量％至0.0001质量％的范围内。

可利用GaAs、InP、GaP和Si衬底作为用于化合物半导体层生长基础的不透明半导体衬底。发光部分可由例如GaP、AlGaInP混合晶体或GaAlAs混合晶体形成。也可利用其它用于公知化合物半导体发光二极管的半导体。对于发光部分，可利用通常用于发光部分的结构，例如单异质结构、双异质结构和量子阱结构。本发明预期结构的发光二极管，尤其对利用GaAs衬底的具有AlGaInP发光部分的发光二极管的亮度提高非常有效，该GaAs衬底难以允许增大侧壁厚度，并且由于晶格匹配在常规结构中是不透明的。

为得到高亮度的发光部分，本领域通用的常规方法是，选择具有匹配的晶格常数的发光部分的材料，并使其生长化合物半导体层。可利用公知技术，例如液相生长方法、MBE方法和MOCVD方法作为这种生长的方法。然而，就批量产量和质量而言，MOCVD方法证明是最有利的。在化合物半导体层中，除了发光部分之外，还可结合利用公知技术，例如迄今用于处理半导体衬底的缓冲层、Bragg反射层、旨在选择性蚀刻的蚀刻停止层、用于降低欧姆电极的接触电阻的接触层、电流扩散层、用于控制允许电流流动的区域的电流停止层和电流限制层。这些层可合理选择并与合适的因素，例如制造方法、成本和质量相结合。

在叠置碱性玻璃衬底和半导体衬底并在产生的叠层上进行阳极接合时，可利用商业可得的阳极接合设备。该方法包括在保持加热叠层的同时，向玻璃衬底和化合物半导体层施加电场。此外，在接合过程期间，优选向叠层施加可防止接合表面滑动的大小的压力。该压力可提高接合的一致性和强度。虽然接合优选地采用低温，实际上适于接合的温度落入300至500℃的范围内，尤其最优为400℃左右。

可通过例如机械处理、研磨和化学蚀刻的方法去除不透明半导体衬底。在其它可能的化学蚀刻技术中，就批量产量、重复性和一致性而言，利用取决于材料质量的蚀刻速率差异的选择性蚀刻证明是最优方法。选择性蚀刻是这样一种方法，例如当在GaAs衬底上叠置AlGaInP层处采用该方法时，仅仅选择性地蚀刻GaAs层。

通过以下步骤最优地得到倒装芯片发光二极管结构，形成用于提取透明衬底的光的表面，在已去除不透明衬底的一侧，去除在化合物半导体层表面上的第一电极和部分化合物半导体层，在第二极性化合物半导体层上形成第二电极，以及进一步设置金属反射层，以覆盖第一电极和化合物半导体层的表面。

可利用任意公知的制造发光二极管的技术作为制造二极管的另一方法。具体地说，通过形成欧姆电极，形成保护膜，以及分离、测试和评估芯片的步骤制造发光二极管。

下面将参考附图具体说明本发明预期的半导体发光二极管的制造的实例。显然，本发明不限于这些实例。

实例1：

图1和图2示出了制造的半导体发光二极管，其中图1示出其平面图，图2为沿着图1的II-II线截取的截面图。图3是用于半导体发光二极管的半导体外延晶片的叠层结构的详细截面图。该制造的半导体发光二极管是将AlGaInP用于发光层的红光发光二极管(LED)。

在该LED中，如图3所示示出了其截面结构，在由具有偏离Si掺杂n型(001)面2°倾斜的面的GaAs单晶构成的半导体衬底11上，通过依次叠置以下层形成化合物半导体衬底层13：由Si掺杂n型GaAs构成的缓冲层130、由Si掺杂n型(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P构成的蚀刻停止层131、由Si掺杂n型(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P构成的下覆层132、由未掺杂(Al_0.2Ga_0.8)_0.5In_0.5P构成的发光层133、由Zn掺杂p型(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P构成的上覆层134以及Zn掺杂p型GaP层135。该LED的光发射层12具有双异质结构，其由下覆层132、发光层133和上覆层134形成。

在该实例中，首先通过利用三甲基铝((CH₃)₃Al)、三甲基镓((CH₃)₃Ga)和三甲基铟((CH₃)₃In)作为III族组分元素的原材料的低压金属有机化学气相沉积方法(MOCVD方法)，在半导体衬底11上逐一叠置相应的化合物半导体层130至135，以形成外延晶片。利用二乙基锌((C₂H₅)₂Zn)作为掺杂Zn的原材料。利用乙硅烷(Si₂H₆)作为掺杂Si的原材料。利用磷化氢(PH₃)或砷化氢(AsH₃)作为V族组分元素的原材料。在形成化合物半导体层13中，通过MOCVD方法叠置的组成层的叠置温度统一为730℃。

GaAs缓冲层130的载流子浓度为约5×10¹⁸cm^-3，其侧壁厚度为约0.2μm。蚀刻停止层131的(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P载流子浓度为约2×10¹⁸cm^-3，其侧壁厚度为约1μm。下覆层132的载流子浓度为约8×10¹⁷cm^-3，其侧壁厚度为约1μm。发光层133具有0.5μm的未掺杂侧壁厚度。上覆层134的载流子浓度为约2×10¹⁷cm^-3，其侧壁厚度为约1μm。GaP层135的载流子浓度为约5×10¹⁸cm^-3，其侧壁厚度为7μm。

下一步，将外延生长的化合物半导体层的表面抛光至0.5nm的平均表面粗糙度。该粗糙度可通过利用光学表面粗糙度测量器、原子力显微镜或电子显微镜目视观察该层的截面进行估计。利用所谓的玻璃(热膨胀系数：5×10^-6/K)作为透明衬底150，该

玻璃利用B₂O₃和SiO₂作为其主要组分，并具有150μm的厚度。当然，该玻璃的表面被镜面抛光至1nm的平均粗糙度。

随后，在阳极接合设备上将化合物半导体层和透明衬底设置为叠置。该设备内部被抽空为真空。将半导体层和透明衬底夹在上加热器与下加热器之间，并加热至400℃。并且，向透明衬底表面施加+800V的电压，以直接接合两层。设置该接合工艺的时间为15分钟。接合后在玻璃衬底的接合表面上，Na、Ca、K和Ba元素的总浓度在接合表面附近为约3质量％，在背表面为约6质量％。因此，在背表面的碱浓度是接合表面的大约两倍。

然后，通过利用公知的基于氨的蚀刻剂选择性去除不透明GaAs衬底11和GaAs缓冲层130。在蚀刻停止层131的表面上，通过真空沉积AuGe合金直至0.3μm的厚度，形成第一欧姆电极15。通过利用常规光刻方法对该电极进行构图处理，以产生具有约8μm线宽的三角形形状的线性n型欧姆电极15。

通过真空沉积技术，在包括电极15的表面的化合物半导体层13的整个表面上形成1.5μm厚的由金(Au)构成的金属反射层14。可选地，可利用铑(Rh)代替金。

化合物半导体层13首先经过构图处理，然后经过利用基于溴的蚀刻剂的选择性蚀刻处理，直至在半径150μm的扇形区域露出GaP层135，即电流分散层，以允许第二电极的形成。

为了形成第二欧姆电极16，在GaP层135的表面上测量的半径130μm的扇形区域内形成图形。首先，通过常用的真空蒸发的常规技术，用具有0.5μm厚度的金铍合金膜和具有1μm厚度的金膜覆盖图形的抗蚀膜表面。随后，通过公知的剥离技术，去除抗蚀膜，以产生扇形的第二电极16。

在形成第一和第二电极后，化合物半导体层经过在450℃下氮气流中合金化热处理10分钟，以在第一和第二电极与化合物半导体层之间形成低电阻的欧姆接触。

通过以下步骤得到了半导体发光二极管10：如上所述形成具有金属反射层14的第一电极15和第二电极16，通过蚀刻去除在指定将切割成芯片的区域的化合物半导体层从而露出玻璃表面，以及通过常规划片技术将剩余部分切割成二极管形状的小片。由图1所示的平面图可以看出，半导体发光二极管10是具有300μm边长的方形和约160μm厚度。

下面将参考图6的平面图和图7的截面图说明利用半导体发光二极管10装配的倒装芯片结构的发光二极管灯20。在衬底45上形成的第一电极接线端44和第二电极接线端43上形成金的球形凸起46，并且使发光二极管10的第二电极16和金属反射层14与金凸起46接触，并通过接触焊接与之接合。然后，用透明环氧树脂41密封由此形成的接合，以完成对发光二极管(LED)灯20的制造。

当电流沿正向流向如上所述制造的LED灯的第一电极接线端44和第二电极接线端43时，在金属反射层14上辐射光被反射，并沿着透明GaP层135的第一表面和侧面前进，以使具有约620nm的主要波长的红色光发射。由20mA的正向电流流动引起的正向电压(V_f：每20mA)为约2.0V，该值反映了电极15和16的良好欧姆特性。此时光反射强度为180mcd，该值反映了发光部分具有高发射效率和完全地实现了发射光向外部提取的效率的事实。

虽然上述实例被描述为通过利用n形半导体衬底制造LED灯，利用p形半导体衬底制造的LED灯也得到本发明的效果。

并且，虽然上述发光部分被描述为利用AlGaInP的双异质结构，利用例如MQW结构的公知技术的发光部分也得到本发明的效果。虽然在上述实例中以三角形的形状形成n型欧姆电极15，可以形成如图8至图13中所示的各种电极图形，以确保流向发光部分的电流的一致性流动。显然，可以任何更适合场合的三角形或四边形的形状形成芯片。图8所示的电极图形使n型区域的电极15(下文中称为“n电极”)设置为以相等的距离与p型区域的电极16(下文中称为“p电极”)分离，以允许流向n电极的电流的一致性流动。图9所示的电极图形使p电极以网格的形状形成，以使在n电极上施加的电势一致。图10所示的电极图形使在电极之间缩短的距离部分变窄，以补偿面积和距离，并确保电流的一致性流动。图11所示的电极图形旨在通过利用平行电极确保电流的一致性流动。该形状形成矩形芯片，显示出卓越的效果。图12所示的电极图形具有双侧或垂直对称形状，以使电流一致。图13所示的电极图形使p电极以踏脚石阵列的形状形成，以使电流一致。通过用金电极覆盖n电极15和p电极16并将金电极连接到外部电极得到的结构仍然能够加载电流。

虽然上述说明以芯片形状描述了常规的LED，截面不同的所谓炸弹形状的显示级封装，或者发射波长不同的发光二极管仍然能够得到同样的效果。

实例2：

通过按照实例1的步骤进行接合，但在阳极接合期间施加2kg/cm²(19.8N/cm²)的压力。其它的组成步骤与实例1相同。就发光二极管的特有特性而言，在20mA的正向电流流动期间，正向电压(V_f：每20mA)为约2.0V。此时的光发射强度达到产生170mcd亮度的程度。

比较实例：

通过实例1和实例2的步骤但改变接合条件，进行比较实验。比较实验的评估结果在表1中另外示出。在比较实例1至3中，通过热压缩接合代替阳极接合尝试接合。然而，在半导体层和玻璃衬底之间没有形成接合。

表1

	接合方法	接合温度(℃)	施加电压(V)	压力(kg/cm<sup>3</sup>)	热膨胀系数(10<sup>-6</sup>/K)	表面粗糙度(nm)	接合	分离	亮度
	接合方法	接合温度(℃)	施加电压(V)	压力(kg/cm<sup>3</sup>)	热膨胀系数(10<sup>-6</sup>/K)	表面粗糙度(nm)	接合	分离	亮度	实例1	阳极	400	800	0	5	0.5	○	○	180
实例2	阳极	400	800	2	4	0.5	○	○	170	实例1	阳极	400	800	0	5	0.5	○	○	180
实例2	阳极	400	800	2	4	0.5	○	○	170	比较实例1	压缩	400	0	2	5	0.5	×	-	-
比较实例2	压缩	500	0	2	5	0.5	×	-	-	比较实例1	压缩	400	0	2	5	0.5	×	-	-
比较实例2	压缩	500	0	2	5	0.5	×	-	-	比较实例3	压缩	600	0	3	5	0.5	×	-	-
比较实例4	阳极	400	800	2	8	0.5	断裂	-	-	比较实例3	压缩	600	0	3	5	0.5	×	-	-

比较实例5	阳极	400	800	2	2	0.5	断裂	-	-
比较实例5	阳极	400	800	2	2	0.5	断裂	-	-	比较实例6	阳极	400	800	2	4	2	○	×	-
比较实例7	无	-	-	-	-	-	-	-	60	比较实例6	阳极	400	800	2	4	2	○	×	-

在比较实例4和5中，在玻璃的热膨胀系数与半导体层的很大程度上不同的条件下进行阳极接合。这些样品在接合过程期间承受断裂，不能制成二极管。在比较实例6中，在允许半导体层具有高表面粗糙度的条件下尝试接合。该样品在衬底去除过程期间承受分离，不能制成发光二极管。

在比较实例7中，利用与实例1相同的外延晶片以图4和图5所示的常规结构制造具有300μm边长的方形半导体发光二极管，但省略了去除不透明衬底及接合玻璃衬底。图4是在比较实例7中制造的半导体发光二极管的平面图，图5是沿着图4的V-V线截取的截面图。在图4和图5中，参考标号23表示半导体层，25表示第一欧姆电极，26表示在GaAs半导体衬底21的背表面上形成的第二欧姆电极。

在比较实例7中，通过金引线焊接，接合上欧姆电极25。为确保必需的接合面积，以直径130μm的圆形形成第一欧姆电极25。在半导体层23的表面上，形成0.3μm厚的由金铍合金构成的并旨在作为第一欧姆电极25的p型欧姆电极，并且通过真空蒸发技术沉积1μm厚的金。被覆盖的半导体层23经过构图处理，以产生测量直径为130μm的第一欧姆电极25。随后，当电流沿正向流向以与实例中相同的方法制造的倒装芯片LED的第一电极接线端和第二电极接线端时，通过透明GaP层135的第一表面和侧面发射出具有约620nm波长的红光。在20mA的正向电流流动期间，正向电压(V_f：每20mA)为约2.0V，该值与实例的相等。此时的光发射强度为60mcd。该值小于在本发明的实例中得到的量值的一半。该低值可通过GaAs衬底对发射光的吸收降低了向外部提取光的效率的假定得到合理的解释。

工业适用性：

因为不透明衬底的去除和透明衬底的应用导致消除了半导体衬底对光的吸收，并且为化合物半导体层的部分表面提供欧姆电极和金属反射层导致能够有效地向外提取从发光部分出射的光，因此本发明的半导体发光二极管实现了亮度的增加。显然，本发明不仅可应用于红外区和可见光区的发光二极管，也可应用于远红外区和近紫外区的发光二极管。

并且，倒装芯片结构的采用带来例如简化灯的装配，避免引线的断裂，以及提高可靠性的效果。

并且，通过使用接合玻璃和化合物半导体层的方法，使得可实现基本避免断裂或分离发生并确保高产量的廉价工艺。

Claims

1. 一种发光二极管，包括化合物半导体层和碱性玻璃衬底，所述化合物半导体层包括发光部分，所述碱性玻璃衬底包括大于等于1质量％且小于等于30质量％的选自钠、钙、钡和钾的一种元素，并对所述发光部分的发光波长呈现透明，所述碱性玻璃衬底具有3×10^-6/K至7×10^-6/K范围内的热膨胀系数以及与所述化合物半导体层固定或接合的结构。

2. 根据权利要求1的发光二极管，其中所述碱性玻璃衬底的所述一种元素在邻近与所述半导体层的接合处具有浓度A，该浓度A低于在所述碱性玻璃衬底背表面的浓度B，并且满足关系1.5×A＜B≤2×A。

3. 根据权利要求1的发光二极管，其中所述碱性玻璃衬底具有二氧化硅和氧化硼作为其主要组分，并且具有0.1质量％或更少的铅含量。

4. 根据权利要求1至3中任何一项的发光二极管，其中在所述碱性玻璃衬底和所述化合物半导体层之间的接合表面是具有2nm或更低的平均表面粗糙度的镜面处理表面。

5. 根据权利要求1至3中任何一项的发光二极管，其中所述碱性玻璃衬底具有70μm或更大且300μm或更小的厚度，所述化合物半导体层具有30μm或更小的厚度。

6. 根据权利要求1至3中任何一项的发光二极管，其中在所述化合物半导体层中包括的所述发光部分由具有高发射效率的AlGaInP形成。

7. 根据权利要求1至3中任何一项的发光二极管，其中所述化合物半导体层包括一层GaP，所述GaP是适于蚀刻停止和电流扩散的材料。

8. 根据权利要求1至3中任何一项的发光二极管，其中所述化合物半导体层和所述碱性玻璃衬底各具有0.1质量％或更少的As含量。

9. 一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：在对发光波长不透明的半导体衬底上生长化合物半导体层，以形成生长的化合物半导体层；通过阳极接合方法，接合所述生长的化合物半导体层和对所述发光波长透明的碱性玻璃衬底；去除所述不透明半导体衬底；在与所述化合物半导体层的阳极接合表面相反的部分主表面上形成具有第一极性的第一欧姆电极；在所述生长的半导体层中具有第二极性的化合物半导体层上形成第二欧姆电极；以及用金属反射层覆盖所述第一欧姆电极和在所述生长的半导体层中具有所述第一极性的化合物半导体层。

10. 根据权利要求9的发光二极管的制造方法，其中在所述对发光波长不透明半导体衬底上已生长化合物半导体层，所述化合物半导体层包括具有发光层的发光部分，并且在所述接合步骤之前，抛光所述化合物半导体层，从而使平均表面粗糙度为0.5nm以上且2nm以下。

11. 根据权利要求9或10的发光二极管的制造方法，其中所述金属发射层由反射系数高且材料稳定的金或铑形成。

12. 根据权利要求10的发光二极管的制造方法，其中所述不透明半导体衬底在所述阳极接合方法期间具有300至500℃范围内的温度。

13. 根据权利要求10的发光二极管的制造方法，其中所述去除所述不透明半导体衬底的步骤包括去除部分所述化合物半导体层的步骤，并且所述去除部分所述化合物半导体层的步骤包括进行用于仅蚀刻预定组分的晶体的选择性蚀刻处理的步骤。

14. 一种发光二极管灯，具有通过根据权利要求9至13中任何一项所述的发光二极管的制造方法制造的发光二极管的第一电极和第二电极，所述第一电极被金属反射层覆盖，其中通过使所述金属反射层和所述第二电极与金凸起接合形成倒装芯片电极。

15. 根据权利要求14的发光二极管灯，其中所述发光二极管芯片的所述电极通过使之与具有450℃或更低的低熔点的焊接合金接合形成倒装芯片电极。