CN102598319A - 发光二极管、发光二极管灯和照明装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种具有700nm以上的红外发光波长、单色性优异、并且高输出功率和高效率的耐湿性优异的发光二极管。本发明涉及的发光二极管，其特征在于，具备：含有活性层的发光部（7），所述活性层具有组成式为（AlXGa1-X）As（0≤X≤1）的阱层（12）和势垒层（13）的叠层结构并发出红外光；形成于发光部（7）上的电流扩散层（8）；和与电流扩散层（8）接合的功能性基板（3）。

Description

发光二极管、发光二极管灯和照明装置
技术领域
本发明涉及发光二极管、发光二极管灯和照明装置，特别地涉及高输出功率的红外发光二极管、使用该二极管的发光二极管灯和照明装置。
本申请基于在2009年9月15在日本提出的专利申请2009-213225号、和在2010年8月10日在日本提出的专利申请2010-179471号要求优先权，将其内容援引于本申请中。
背景技术
红外发光二极管广泛应用于红外线通信、各种传感器用光源、夜间照明等。
近年来，一直在研究采用人工光源进行的植物培养。特别是使用采用单色性优异，能够节能、长寿命和小型化的发光二极管（英文简称：LED）进行的照明的栽培方法受到关注。对于光合作用的促进来说，波长660~670nm附近的光是反应效率高的优选的光源。
另一方面，从至今为止的研究结果来看，作为适合于植物培养的形状控制的发光波长之一，确认出峰波长为730nm的红外光的效果。例如，在以往的红外发光二极管中，采用液相外延法的由AlGaAs构成的发光层已实用化，进行了各种的高输出功率化的研讨（例如专利文献1~3）。
在GaAs基板上采用液相法较厚地生长相对于发光波长为透明的AlGaAs外延层，并除去作为基板使用的GaAs基板的结构（所谓透明基板型），是目前输出功率最高的红外发光二极管。
红外发光二极管的峰波长带大约为700~940nm。
现有技术文献
专利文献1：日本特开平6-21507号公报
专利文献2：日本特开2001-274454号公报
专利文献3：日本特开平7-38148号公报
发明内容
作为红外照明的光源，从进一步的性能提高、节能、成本方面出发，希望开发发光效率高的LED。特别是为了近年受关注的植物培养用LED照明的实用化，更加强烈地希望使用电力的降低、耐湿性的提高、高输出功率化。植物培养的情况下，由于在洒水、水耕栽培等高湿环境下使用，因此耐湿性是重要的特性之一。
本发明是鉴于上述状况完成的，其目的是提供一种高输出功率和高效率且耐湿性优异的红外发光二极管。特别是以提供一种适合于植物培养用的照明的含有730nm的红外发光二极管和灯为特征。
本发明者为了解决上述课题反复专心研究的结果发现：在以往的使用AlGaAs系的活性层的红外发光二极管中，没有在透明基板上贴附（接合）含有该活性层的化合物半导体层的类型，但通过设为作为AlGaAs系的多量子阱结构贴附（接合）于透明基板的类型，显示出比以往的红外发光二极管高的输出功率。
本发明者对于该见解进一步进行研究的结果，完成了以下的构成所示的本发明。
本发明提供以下的手段。
（1）一种发光二极管，其特征在于，具备：含有活性层的发光部，该活性层具有组成式为（AlXGa1-X）As（0≤X≤1）的阱层和势垒层的叠层结构并发出红外光；形成于上述发光部上的电流扩散层；和与上述电流扩散层接合的功能性基板。
（2）根据前项（1）所述的发光二极管，其特征在于，上述功能性基板相对于发光波长是透明的。
（3）根据前项（1）或（2）所述的发光二极管，其特征在于，上述功能性基板由GaP、蓝宝石或SiC构成。
（4）根据前项（1）~（3）的任一项所述的发光二极管，其特征在于，上述功能性基板的侧面，在接近上述发光部的一侧具有相对于主要的光取出面大致垂直的垂直面，在远离上述发光部的一侧具有相对于上述主要的光取出面向内侧倾斜的倾斜面。
（5）根据前项（4）所述的发光二极管，其特征在于，上述倾斜面含有粗糙的面。
（6）一种发光二极管，其特征在于，具备：含有活性层的发光部，该活性层具有组成式为（AlXGa1-X）As（0≤X≤1）的阱层和势垒层的叠层结构并发出红外光；形成于上述发光部上的电流扩散层；和包含与上述发光部相对地配置的、相对于发光波长具有90%以上的反射率的反射层，并与上述电流扩散层接合的功能性基板。
（7）根据前项（6）所述的发光二极管，其特征在于，上述功能性基板包含由硅或锗构成的层。
（8）根据前项（6）所述的发光二极管，其特征在于，上述功能性基板包含金属基板。
（9）根据前项（8）所述的发光二极管，其特征在于，上述金属基板包含多个金属层。
（10）根据前项（1）~（9）的任一项所述的发光二极管，其特征在于，上述电流扩散层由GaP构成。
（11）根据前项（1）~（9）所述的发光二极管，其特征在于，上述电流扩散层的组成式为（AlXGa1-X）As（0≤X≤0.5）。
（12）根据前项（1）~（11）的任一项所述的发光二极管，其特征在于，上述电流扩散层的厚度为0.5~20μm的范围。
（13）根据前项（1）~（11）的任一项所述的发光二极管，其特征在于，在发光二极管的上述主要的光取出面侧设置有第1电极和第2电极。
（14）根据前项（13）所述的发光二极管，其特征在于，上述第1电极和上述第2电极是欧姆电极。
（15）根据前项（13）或（14）的任一项所述的发光二极管，其特征在于，在上述功能性基板的、上述主要的光取出面侧的相反侧的面上还具备第3电极。
（16）一种发光二极管灯，其特征在于，具备前项（1）~（15）的任一项所述的发光二极管。
（17）一种发光二极管灯，其特征在于，具备前项（15）所述的发光二极管，上述第1电极或第2电极、与上述第3电极大致相同电位地连接。
（18）一种照明装置，搭载有多个前项（1）~（15）的任一项所述的发光二极管。
再者，在本发明中，所谓「功能性基板」，是指在生长基板上使化合物半导体层生长后除去该生长基板，隔着电流扩散层与化合物半导体层接合，支持化合物半导体层的基板，但在电流扩散层上形成了规定的层后，在该规定的层之上接合规定的基板的结构的情况下，包括该规定的层在内称为「功能性基板」。
本发明的发光二极管是具备：含有活性层的发光部，该活性层具有组成式为（AlXGa1-X）As（0≤X≤1）的阱层和势垒层的叠层结构并发出红外光；形成于上述发光部上的电流扩散层；和与上述电流扩散层接合的功能性基板的构成，由此显示比以往的红外发光二极管高的输出功率。特别是通过将功能性基板设为相对于发光波长为透明的基板的构成，不吸收来自发光部的光，显示高输出功率和高效率。另外，由于活性层是具有组成式为（AlXGa1-X）As（0≤X≤1）的阱层和势垒层的多重阱结构的构成，因此单色性优异。另外，由于活性层是具有组成式为（AlXGa1-X）As（0≤X≤1）的阱层和势垒层的叠层结构的构成，因此适合于利用MOCVD法进行量产。
本发明的发光二极管，通过将功能性基板设为由GaP、蓝宝石、SiC、硅、或者锗等构成的构成，是难以腐蚀的材质，因此耐湿性提高。
另外，本发明的发光二极管的最佳的组合，是通过将功能性基板和电流扩散层全都设为由GaP构成的构成，由此其接合变容易，并且接合强度变大。另外，由于是相同的材质，因此接合界面的光损耗非常小，也最适合于高输出功率化。
本发明的发光二极管灯，具备可以具有包含730nm的红外光的发光波长，单色性优异，并且是高输出功率和高效率且耐湿性优异的上述发光二极管，因此适合于例如高湿气氛的植物培养用的照明光源。
附图说明
图1是使用作为本发明的一实施方式的发光二极管的发光二极管灯的平面图。
图2是使用作为本发明的一实施方式的发光二极管的发光二极管灯的沿着图1中所示的A-A’线的截面模式图。
图3是作为本发明的一实施方式的发光二极管的平面图。
图4是作为本发明的一实施方式的发光二极管的沿着图3中所示的B-B’线的截面模式图。
图5是用于说明作为本发明的一实施方式的发光二极管的发光部的构成的放大截面图。
图6是用于作为本发明的一实施方式的发光二极管的外延晶片的截面模式图。
图7是用于作为本发明的一实施方式的发光二极管的接合晶片的截面模式图。
图8（a）是作为本发明的另一实施方式的发光二极管的平面图，（b）是沿着（a）中所示的C-C’线的截面模式图。
图9是作为本发明的另一实施方式的发光二极管的截面模式图。
具体实施方式
以下，对于作为应用了本发明的一实施方式的发光二极管，与使用了该发光二极管的发光二极管灯一起使用附图详细地说明。再者，为易于明白其特征，在以下的说明中使用的附图有时为方便起见将成为特征的部分放大地表示，各构成要素的尺寸比率等未必与实际相同。
＜发光二极管灯＞
图1和图2是用于说明使用作为应用了本发明的一实施方式的发光二极管的发光二极管灯的图，图1是平面图，图2是沿着图1中所示的A-A’线的截面图。
如图1和图2所示，使用了本实施方式的发光二极管1的发光二极管灯41，在装配基板42的表面安装有1个以上的发光二极管1。更具体地讲，在装配基板42的表面设置有n电极端子43和p电极端子44。另外，作为发光二极管1的第1电极的n型欧姆电极4和装配基板42的n电极端子43使用金线45连接（线接合）。另一方面，作为发光二极管1的第2电极的p型欧姆电极5和装配基板42的p电极端子44使用金线46连接。此外，如图2所示，在发光二极管1的与设置有n型和p型欧姆电极4、5的面相反侧的面上设置有第3电极6，通过该第3电极6，发光二极管1连接到n电极端子43上并被固定在装配基板42上。在此，n型欧姆电极4和第3电极6，通过n极电极端子43以成为等电位或大致相等的电位的方式电连接。通过第3电极，相对于过大的逆电压，在活性层中不流通过电流，可在第3电极和p型电极间流通电流，可以防止活性层的破损。也可以在第3电极和基板界面侧附加反射结构进行高输出。另外，可以通过在第3电极的表面侧附加共晶金属、钎料等，来利用共晶管芯连接（芯片接合）等更简便的组装技术。并且，装配基板42的安装有发光二极管1的表面，采用硅树脂、环氧树脂等的一般的封装树脂47封装。
＜发光二极管（第1实施方式）＞
图3和图4是用于说明作为应用了本发明的第1实施方式的发光二极管的图，图3是平面图，图4是沿着图3中所示的B-B’线的截面图。另外，图5是叠层结构的截面图。
第1实施方式涉及的发光二极管，其特征在于，具备：含有活性层10的发光部7，该活性层10具有组成式为（AlXGa1-X）As（0≤X≤1）的阱层12和势垒层13的叠层结构并发出红外光；形成于上述发光部7上的电流扩散层8；和与上述电流扩散层8接合的功能性基板3。
再者，所谓本实施方式中的主要的光取出面，是在化合物半导体层2上的、贴附有功能性基板3的面的相反侧的面。
化合物半导体层（也称为外延生长层）2，如图4所示，具有依次层叠有pn结型的发光部7和电流扩散层8的结构。可以对该化合物半导体层2的结构适当施加公知的功能层。例如，可以设置：用于降低欧姆（Ohmic）电极的接触电阻的接触层、用于使元件驱动电流在整个发光部平面性地扩散的电流扩散层、相反地用于限制元件驱动电流流通的区域的电流阻止层和电流狭窄层等公知的层结构。再者，化合物半导体层2优选是在GaAs基板上外延生长形成的层。
发光部7，如图4所示，在电流扩散层8上至少依次层叠p型的下部覆盖层9、下部引导层（未图示）、发光层（活性层）10、上部引导层（未图示）、n型的上部覆盖层11而构成。即，在得到高强度的发光方面，优选：发光部7形成为：为了将带来辐射再结合的载流子（carrier）和发光“封入”到活性层10而含有在活性层10的下侧和上侧对峙地配置的下部覆盖（clad）层9和上部覆盖层11的、所谓双异质（英文简称：DH）结构。
活性层10，如图5所示，为了控制发光二极管（LED）的发光波长，优选构成阱结构。即，活性层10优选是在两端具有势垒层（也称为垒层）13的、阱层12与势垒层13的多层结构（叠层结构）。
活性层10的层厚优选为0.02~2μm的范围。另外，活性层10的传导类型没有特别限定，无掺杂、p型和n型的任一种都可以选择。为了提高发光效率，优选设为结晶性良好的无掺杂或低于3×1017cm-3的载流子浓度。
阱层12优选具有（AlXGa1-X）As（0≤X≤0.35）的组成。上述X可以进行调整使得成为最佳的发光波长。
阱层12的层厚优选为3~20nm的范围。更优选为5~10nm的范围。
势垒层13具有（AlXGa1-X）As（0≤X≤1）的组成。上述X优选为0.3～0.7的范围，更优选为0.4～0.6的范围。
势垒层13的层厚优选比阱层12的层厚厚。由此，可以提高阱层12的发光效率。
在阱层12与势垒层13的多层结构中，将阱层12和势垒层13交替层叠的对数没有特别的限定，但优选为2对~40对。即，活性层10优选包含2~40层的阱层12。在此，作为使活性层10的发光效率合适的范围，优选阱层12为2层以上。另一方面，阱层12和势垒层13由于载流子浓度低，因此如果形成为较多的对的话，则正向电压（VF）增大。因此，优选为40对以下，更优选为30对以下。
下部覆盖层9和上部覆盖层11，如图4所示，分别设置在活性层10的下表面和上表面。具体地讲，在活性层10的下表面设置有下部覆盖层9，在活性层10的上表面设置有上部覆盖层11。
作为下部覆盖层9和上部覆盖层11的材质，优选带隙比阱层12大的材质，更优选带隙比势垒层13大的材质。作为上述材质，优选具有AlXGa1-XAs的X为0.3~0.8的组成。
下部覆盖层9和上部覆盖层11以极性不同的方式构成。另外，下部覆盖层9和上部覆盖层11的载流子浓度以及厚度可以使用公知的优选范围，优选将条件最佳化，以使得活性层10的发光效率提高。另外，通过控制下部覆盖层9和上部覆盖层11的组成，可以使化合物半导体层2的翘曲降低。
具体地讲，作为下部覆盖层9，优选使用由例如掺杂Mg或Zn的p型的（AlXGa1-X）As（0.3≤X≤1）构成的半导体材料。另外，载流子浓度优选为2×1017~2×1018cm-3的范围，厚度优选为0.5~5μm的范围。
另一方面，作为上部覆盖层11，优选使用由例如掺杂Si或Te的n型的（AlXGa1-X）As（0.3≤X≤1）构成的半导体材料。另外，载流子浓度优选为1×1017~1×1018cm-3的范围，厚度优选为0.5～5μm的范围。再者，下部覆盖层9和上部覆盖层11的极性可以考虑化合物半导体层2的元件结构进行选择。
另外，在下部覆盖层9和活性层10之间、活性层10和上部覆盖层11之间以及上部覆盖层11和电流扩散层8之间，也可以设置用于使两层间的带（band）不连续性平缓地变化的中间层。该情况下，优选各中间层分别由具有上述两层的中间的禁带宽度的半导体材料构成。
另外，在发光部7的构成层的上方可以设置用于降低欧姆（Ohmic）电极的接触电阻的接触层、用于使元件驱动电流在整个发光部平面性地扩散的电流扩散层、相反地用于限制元件驱动电流流通的区域的电流阻止层和电流狭窄层等公知的层结构。
作为电流扩散层8，可以应用具有（AlXGa1-X）As（0≤X≤0.5）的组成的材料、GaP。上述X虽也取决于化合物半导体层2的元件结构，但从Al浓度低的材料在化学上稳定来看，优选为0.4以下，更优选为0.3以下。在电流扩散层8中应用GaP的情况下，通过将功能性基板3设为GaP基板，可以使接合容易，得到高的接合强度。
另外，电流扩散层8的厚度优选为0.5~20μm的范围。原因是如果为0.5μm以下则电流扩散不充分，如果为20μm以上则用于晶体生长到该厚度的成本增大。
功能性基板3与化合物半导体层2的与主要的光取出面相反侧的面接合。即，功能性基板3，如图4所示，接合于构成化合物半导体层2的电流扩散层8侧。该功能性基板3，由具有足以机械性地支持发光部7的强度，并且，可以透射从发光部7射出的光，相对于来自活性层10的发光波长在光学上透明的材料构成。另外，优选耐湿性优异的化学上稳定的材质。例如为不含有容易腐蚀的Al等的材质。
功能性基板3是耐湿性优异的基板，进而优选由导热良好的GaP或SiC、机械强度强的蓝宝石构成。特别是GaP，由于与AlGaAs热膨胀系数接近因此最优选。
另外，为了以充分的机械性强度支持发光部7，功能性基板3优选设为例如约50μm以上的厚度。另外，为了在向化合物半导体层2接合后容易实施对功能性基板3的机械加工，优选设为不超过约300μm的厚度。即，功能性基板3最优选具有约50μm~约300μm的厚度的透明度、从成本方面来看由GaP基板构成。
另外，如图4所示，功能性基板3的侧面，在接近化合物半导体层2的一侧形成为相对于主要的光取出面大致垂直的垂直面3a，在远离化合物半导体层2的一侧形成为相对于主要的光取出面向内侧倾斜的倾斜面3b。由此，可以将从活性层10放出到功能性基板3侧的光效率良好地取出到外部。另外，从活性层10放出到功能性基板3侧的光之中，一部分可以被垂直面3a反射并在倾斜面3b取出。另一方面，被倾斜面3b反射的光可以在垂直面3a取出。这样，通过垂直面3a和倾斜面3b的协同效应，可以提高光的取出效率。
另外，在本实施方式中，如图4所示，优选：将倾斜面3b与平行于发光面的面构成的角度α设在55度~80度的范围内。通过设在这样的范围，可以将由功能性基板3的底部反射的光效率良好地取出到外部。
另外，优选：将垂直面3a的宽度（厚度方向）设在30μm~200μm的范围内。通过将垂直面3a的宽度设在上述范围内，可以将由功能性基板3的底部反射的光在垂直面3a上效率良好地返回到发光面，而且，能够从主要的光取出面放出。因此，可以提高发光二极管1的发光效率。
另外，功能性基板3的倾斜面3b，优选被粗糙化。通过倾斜面3b被粗糙化，可得到提高该倾斜面3b上的光取出效率的效果。即，通过将倾斜面3b粗糙化，可以抑制在倾斜面3b上的全反射，提高光取出效率。
化合物半导体层2和功能性基板3的接合界面，有时成为高电阻层。即，有时在化合物半导体层2和功能性基板3之间设置有省略图示的高电阻层。该高电阻层显示比功能性基板3高的电阻值，在设置有高电阻层的情况下，具有降低从化合物半导体层2的电流扩散层8侧向功能性基板3侧的反向的电流的功能。另外，构成了对于从功能性基板3侧向电流扩散层8侧无意地施加的反向的电压发挥耐电压性的接合结构，但优选构成为其击穿电压为比pn结型的发光部7的反向电压低的值。
另外，该电流路径通过利用位于芯片背面的第3电极6、或者Ag膏连接来确保。
n型欧姆电极4和p型欧姆电极5，是设置在发光二极管1的主要的光取出面的低电阻的欧姆接触电极。在此，n型欧姆电极4设置在上部覆盖层11的上方，可以使用包含例如AuGe、Ni合金/Au的合金。另一方面，p型欧姆电极5，如图4所示，可以在露出的电流扩散层8的表面使用包含AuBe/Au或AuZn/Au的合金。
在此，在本实施方式的发光二极管1中，优选将作为第2电极的p型欧姆电极5形成于电流扩散层8上。通过形成为这样的构成，可得到降低工作电压的效果。另外，通过将p型欧姆电极5形成于由p型GaP构成的电流扩散层8上，可得到良好的欧姆接触，因此可以降低工作电压。
再者，在本实施方式中，优选将第1电极的极性设为n型，并将第2电极的极性设为p型。通过形成为这样的构成，可以实现发光二极管1的高辉度化。另一方面，如果将第1电极设为p型，则电流扩散变差，导致辉度的降低。与此相对，通过将第1电极设为n型，电流扩散变好，可以实现发光二极管1的高辉度化。
在本实施方式的发光二极管1中，如图3所示，优选以成为对角的位置的方式配置n型欧姆电极4和p型欧姆电极5。另外，最优选形成为由化合物半导体层2包围p型欧姆电极5的周围的构成。通过形成为这样的构成，可得到降低工作电压的效果。另外，通过由n型欧姆电极4包围p型欧姆电极5的四方，电流容易向四方流动，其结果，工作电压降低。
另外，在本实施方式的发光二极管1中，如图3所示，优选将n型欧姆电极4形成为蜂窝、格子形状等网络状。通过形成为这样的构成，可得到使可靠性提高的效果。另外，通过形成为格子状，可以对活性层10均匀地注入电流，其结果，可得到使可靠性提高的效果。再者，在本实施方式的发光二极管1中，优选利用焊盘形状的电极（焊盘电极）和宽度10μm以下的线状的电极（线状电极）构成n型欧姆电极4。通过形成为这样的构成，可以谋求高辉度化。此外，通过将线状电极的宽度变窄，可以提高光取出面的开口面积，可以实现高辉度化。
＜发光二极管的制造方法＞
接着，对本实施方式的发光二极管1的制造方法进行说明。图6是本实施方式的发光二极管1中使用的外延晶片的截面图。另外，图7是本实施方式的发光二极管1中使用的接合晶片的截面图。
（化合物半导体层的形成工序）
首先，如图6所示，制作化合物半导体层2。化合物半导体层2是在GaAs基板14上依次层叠由GaAs构成的缓冲层15、为了在选择蚀刻中利用而设置的蚀刻停止层（省略图示）、由掺杂Si的n型的AlGaAs构成的接触层16、n型的上部覆盖层11、活性层10、p型的下部覆盖层9、和由掺杂Mg的p型GaP构成的电流扩散层8而制作的。
GaAs基板14，可以使用由公知的制法制成的市售品的单晶基板。GaAs基板14的进行外延生长的表面优选是平滑的。从品质的稳定性方面出发，优选GaAs基板14的表面的面取向为容易外延生长并可量产的（100）面以及从（100）在±20°以内偏移（倾斜）的基板。而且，更优选GaAs基板14的面取向的范围为从（100）方向向（0-1-1）方向偏移（倾斜）15°±5°。
为了使化合物半导体层2的结晶性良好，优选GaAs基板14的位错密度低。具体地讲，例如，希望为10000个cm-2以下，优选为1000个cm-2以下。
GaAs基板14可以是n型也可以是p型。GaAs基板14的载流子浓度可以从所希望的电导率和元件结构出发来适当选择。例如，在GaAs基板14为硅掺杂的n型的情况下，优选载流子浓度为1×1017~5×1018cm-3的范围。与此相对，在GaAs基板14为掺杂锌的p型的情况下，优选载流子浓度为2×1018～5×1019cm-3的范围。
GaAs基板14的厚度根据基板的尺寸有适当的范围。如果GaAs基板14的厚度比适当的范围薄，则在化合物半导体层2的制造工艺中有开裂之虞。另一方面，如果GaAs基板14的厚度比适当的范围厚，则材料成本增加。因此，在GaAs基板14的基板尺寸大的情况下，例如，直径为75mm的情况下，为了防止操作时的开裂，优选为250~500μm的厚度。同样地，在直径为50mm的情况下，优选为200~400μm的厚度，在直径为100mm的情况下，优选为350~600μm的厚度。
这样，通过根据GaAs基板14的基板尺寸来增厚基板的厚度，可以降低起因于发光层7的化合物半导体层2的翘曲。由此，外延生长中的温度分布变得均匀，因此可以减小活性层10的面内的波长分布。再者，GaAs基板14的形状并不特别限定于圆形，也可以为矩形等。
缓冲层（buffer）15是为了降低GaAs基板14和发光部7的构成层的缺陷的传播而设置的。因此，如果选择基板的品质和外延生长条件，则缓冲层15并不必然需要。另外，缓冲层15的材质优选设为与用于外延生长的基板相同的材质。因此，在本实施方式中，缓冲层15优选与GaAs基板14同样地使用GaAs。另外，为了降低缺陷的传播，缓冲层15也可以使用由不同于GaAs基板14的材质构成的多层膜。缓冲层15的厚度优选为0.1μm以上，更优选为0.2μm以上。
接触层16是为了降低与电极的接触电阻而设置的。优选接触层16的材质是带隙比活性层10大的材质，AlXGa1-XAs、（AlXGa1-X)YIn1-YP（0≤X≤1、0＜Y≤1）较适合。另外，接触层16的载流子浓度的下限值，为了降低与电极的接触电阻而优选为5×1017cm-3以上，更优选为1×1018cm-3以上。载流子浓度的上限值优选为容易引起结晶性的降低的2×1019cm-3以下。接触层16的厚度优选为0.5μm以上，最优选为1μm以上。接触层16的厚度的上限值没有特别限定，但为了将外延生长涉及的成本设在适当范围而优选为5μm以下。
在本实施方式中，可以应用分子束外延法（MBE）和减压有机金属化学气相沉积法（MOCVD法）等的公知的生长方法。其中，最优选应用量产性优异的MOCVD法。具体地讲，在化合物半导体层2的外延生长中使用的GaAs基板14，优选在生长前实施洗涤工序和热处理等的预处理，来除去表面的污染和自然氧化膜。构成上述化合物半导体层2的各层，可以在MOCVD装置内安置直径为50~150mm的GaAs基板14，同时地进行外延生长来层叠。另外，作为MOCVD装置，可以应用自公转型、高速旋转型等的市售的大型装置。
使上述化合物半导体层2的各层外延生长时，作为Ⅲ族构成元素的原料，可以使用例如三甲基铝（（CH3）3Al）、三甲基镓（（CH3）3Ga）和三甲基铟（（CH3）3In）。另外，作为Mg的掺杂原料，可以使用例如双环戊二烯基镁（bis-（C5H5）2Mg）等。另外，作为Si的掺杂原料，可以使用例如乙硅烷（Si2H6）等。另外，作为Ⅴ族构成元素的原料，可以使用膦（PH3）、胂（AsH3）等。另外，作为各层的生长温度，作为电流扩散层8使用p型GaP的情况下，可以采用720~770℃，其他的各层可以采用600~700℃。此外，各层的载流子浓度、层厚和温度条件可以适当选择。
这样制造的化合物半导体层2，尽管具有发光部7也可得到晶体缺陷少的良好的表面状态。另外，化合物半导体层2也可以对应于元件结构实施研磨等的表面加工。
（功能性基板的接合工序）
接着，对化合物半导体层2和功能性基板3进行接合。化合物半导体层2和功能性基板3的接合，首先，研磨构成化合物半导体层2的电流扩散层8的表面，进行镜面加工。接着，准备贴附到该电流扩散层8的镜面研磨过的表面的功能性基板3。再者，该功能性基板3的表面在接合到电流扩散层8以前研磨成镜面。接着，向一般的半导体材料贴附装置送入化合物半导体层2和功能性基板3，在真空中对进行了镜面研磨的两者的表面照射使电子碰撞而中性（neutral）化了的Ar束。其后，在维持了真空的贴附装置内使两者的表面重合并施加载荷，由此可以在室温下进行接合（参照图7）。关于接合，从接合条件的稳定性出发，更优选接合面为相同材质。
接合（贴附）最优选这样的真空下的常温接合，但也可以使用共晶金属、粘结剂进行接合。
（第1和第2电极的形成工序）
接着，形成作为第1电极的n型欧姆电极4和作为第2电极的p型欧姆电极5。n型欧姆电极4和p型欧姆电极5的形成，首先，利用氨系蚀刻剂从与功能性基板3接合了的化合物半导体层2选择性地除去GaAs基板14和缓冲层15。接着，在露出的接触层16的表面形成n型欧姆电极4。具体地讲，例如，采用真空蒸镀法以成为任意的厚度的方式层叠了AuGe、Ni合金/Pt/Au后，利用一般的光刻方法进行图案化，形成n型欧姆电极4的形状。
接着，选择性地除去接触层16、上部覆盖层11、活性层10、下部覆盖层9，使电流扩散层8露出，在该露出了的电流扩散层8的表面形成p型欧姆电极5。具体地讲，例如，采用真空蒸镀法以成为任意的厚度的方式层叠了AuBe/Au后，利用一般的光刻方法进行图案化，形成p型欧姆电极5的形状。其后，在例如400~500℃、5~20分钟的条件下进行热处理来合金化，由此可以形成低电阻的n型欧姆电极4和p型欧姆电极5。
（功能性基板的加工工序）
接着，加工出功能性基板3的形状。功能性基板3的加工，首先，在没有形成第3电极6的表面形成V字状的沟槽。此时，V字状的沟槽的第3电极6侧的内侧面成为具有与平行于发光面的面构成的角度α的倾斜面3b。接着，从化合物半导体层2侧以规定的间隔进行切片（dicing）来芯片化。再者，通过芯片化时的切片，形成功能性基板3的垂直面3a。
作为倾斜面3b的形成方法，没有特别限定，可以组合使用湿式蚀刻、干式蚀刻、划片（scribe）法、激光加工等的现有的方法，但最优选应用形状的控制性和生产率高的切片法（dicing method）。通过应用切片法，可以提高制造成品率。
另外，垂直面3a的形成方法没有特别限定，但优选采用激光加工、划片-折断法（scribe break method）或切片法形成。通过采用激光加工、划片-折断法，可以使制造成本降低。即，不需要在芯片分离时设置切割余量，能够制造数量多的发光二极管，因此能够降低制造成本。另一方面，切片法，切断的稳定性优异。
最后，根据需要利用硫酸-过氧化氢混合液等蚀刻除去破碎层和污物。这样地制造发光二极管1。
＜发光二极管灯的制造方法＞
接着，对于使用上述发光二极管1的发光二极管灯41的制造方法，即发光二极管1的安装方法进行说明。
如图1和图2所示，在装配基板42的表面安装规定的数量的发光二极管1。发光二极管1的安装，首先进行装配基板42和发光二极管1的对位，在装配基板42的表面的规定的位置配置发光二极管1。接着，利用Ag膏进行管芯连接（芯片接合），发光二极管1被固定在装配基板42的表面。接着，使用金线45连接（线接合）发光二极管1的n型欧姆电极4和装配基板42的n电极端子43。接着，使用金线46连接发光二极管1的p型欧姆电极5和装配基板42的p电极端子44。最后，利用一般的环氧树脂47封装装配基板42的安装有发光二极管1的表面。这样地制造使用了发光二极管1的发光二极管灯41。
另外，发光二极管灯41的发光光谱通过调整活性层10的组成，可以使峰发光波长为例如720~760nm的范围。另外，通过电流扩散层8可抑制阱层12和势垒层13的活性层10中的偏差，因此发光光谱的半值宽成为10~40nm的范围。
如以上说明那样，根据本实施方式的发光二极管1，具备含有发光部7的化合物半导体层2，该发光部7具有组成式为（AlXGa1-X）As（0≤X≤0.35）的阱层12。
另外，本实施方式的发光二极管1中，在发光部7上设置有电流扩散层8。该电流扩散层8相对于发光波长是透明的，因此不吸收来自发光部7的光，可以形成为高输出功率和高效率的发光二极管1。功能性基板材质稳定，不担心腐蚀，耐湿性优异。
因此，根据本实施方式的发光二极管1，可以提供具有红外光发光波长，单色性优异，并且高输出功率和高效率的耐湿性的发光二极管1。另外，根据本实施方式的发光二极管1，可以提供与以往的采用液相外延法制作的透明基板型的AlGaAs系的发光二极管相比，具有约1.5倍以上的发光效率的高输出功率发光二极管1。另外，高温高湿可靠性也提高。
另外，根据本实施方式的发光二极管灯41，具备具有约730nm的发光波长，单色性优异，并且高输出功率和高效率的耐湿性的上述发光二极管1。因此，可以提供适合于植物培养用的照明的发光二极管灯41。
＜发光二极管（第2实施方式）＞
图8（a）和（b）是用于说明应用了本发明的第2实施方式涉及的发光二极管的图，图8（a）是平面图，图8（b）是沿着图8（a）中所示的C-C’线的截面图。
第2实施方式涉及的发光二极管20，其特征在于，具备：含有活性层10的发光部，该活性层10具有组成式为（AlXGa1-X）As（0≤X≤1）的阱层和势垒层的叠层结构并发出红外光；形成于发光部上的电流扩散层8；和包含与发光部相对地配置的、相对于发光波长具有90%以上的反射率的反射层23，并与电流扩散层8接合的功能性基板31。
在第3实施方式涉及的发光二极管中，具有具备反射层23的功能性基板31，该反射层23相对于发光波长具有90%以上的反射率，且与发光部相对地配置，因此可以从主要的光取出面高效率地取出光。
在图8所示的例子中，功能性基板31，在电流扩散层8的下侧的面8b具备第2电极21，而且具备反射结构体和由硅或锗构成的层（基板）30，该反射结构体以覆盖该第2电极21的方式层叠透明导电膜22和反射层23而成。
在第3实施方式涉及的发光二极管中，优选功能性基板31含有由硅或锗构成的层。由于是为难以腐蚀的材质，因此耐湿性提高。
反射层23由例如银（Ag）、铝（Al）、金（Au）或它们的合金等构成。这些材料光反射率高，可以使来自反射层23的光反射率为90%以上。
功能性基板31可以使用在该反射层23上利用AuIn、AuGe、AuSn等的共晶金属与硅、锗等的廉价的基板（层）接合的组合。特别是AuIn，接合温度低，热膨胀系数与发光部存在差别，在接合最廉价的硅基板（硅层）时是最佳的组合。
从品质的稳定性出发，也优选功能性基板31为：还插入了由例如钛（Ti）、钨（W）、铂（Pt）等的高熔点金属构成的层，以使得电流扩散层、反射层金属和共晶金属不相互扩散的构成。
＜发光二极管（第3实施方式）＞
图9是用于说明应用了本发明的第3实施方式涉及的发光二极管的图。
应用了本发明的第3实施方式涉及的发光二极管，其特征在于，具备：含有活性层10的发光部，该活性层10具有组成式为（AlXGa1-X）As（0≤X≤1）的阱层和势垒层的叠层结构并发出红外光；形成于发光部上的电流扩散层8；和含有与发光部相对地配置的、相对于发光波长具有90%以上的反射率的反射层53和金属基板50，并与电流扩散层8接合的功能性基板51。
在第3实施方式涉及的发光二极管中，功能性基板包含金属基板这一点，相对于第2实施方式涉及的发光二极管为特征性的构成。
金属基板散热性高，有助于发光二极管以高辉度发光，并且可以使发光二极管的寿命为长寿命。
从散热性的观点出发，特别优选金属基板由热导率为130W/m·K以上的金属构成。作为热导率为130W/m·K以上的金属，有例如钼（138W/m·K）、钨（174W/m·K）。
如图9所示，化合物半导体层2具有：活性层10；隔着引导层（未图示）夹持该活性层10的第1覆盖层（下部覆盖层）9和第2覆盖层（上部覆盖层）11；在第1覆盖层（下部覆盖层）9的下侧的电流扩散层8；和在第2覆盖层（上部覆盖层）11的上侧的俯视时与第1电极55大致相同的尺寸的接触层56。
功能性基板51，在电流扩散层8的下侧的面8b具备第2电极57，而且包括反射结构体和金属基板50，该反射结构体以覆盖该第2电极57的方式层叠透明导电膜52和反射层53而成，在构成反射结构体的反射层53的与化合物半导体层2相反侧的表面53b接合有金属基板50的接合面50a。
反射层53由例如铜、银、金、铝等的金属或者它们的合金等构成。这些材料光反射率高，可以使来自反射结构体的光反射率为90%以上。通过形成反射层53，使来自活性层10的光被反射层53向正面方向f反射，可以使在正面方向f的光取出效率提高。由此可以使发光二极管更加高辉度化。
反射层53优选为由从透明导电膜52侧起的Ag、Ni/Ti阻挡层、Au系的共晶金属（连接用金属）构成的叠层结构。
上述连接用金属，是电阻低、在低温下熔融的金属。通过使用上述连接用金属，不对化合物半导体层2给予热应力，可以连接金属基板。
作为连接用金属，使用化学上稳定、熔点低的Au系的共晶金属等。作为上述Au系的共晶金属，可举出例如AuSn、AuGe、AuSi等的合金的共晶组成（Au系的共晶金属）。
另外，优选在连接用金属中添加钛、铬、钨等的金属。由此，钛、铬、钨等的金属作为阻挡金属发挥功能，可以抑制金属基板中所含有的杂质等向反射层53侧扩散、反应。
透明导电膜52由ITO膜、IZO膜等构成。再者，反射结构体也可以仅由反射层53构成。
另外，也可以取代透明导电膜52、或者与透明导电膜52一同使用利用了透明材料的折射率差的所谓冷光镜（Cold Mirror），例如氧化钛膜、氧化硅膜的多层膜、白色的氧化铝、AlN，与反射层53组合。
金属基板50可以使用包含多个金属层的金属基板。
金属基板优选是两种金属层交替地层叠而成。
特别优选这两种金属层的层数合计为奇数。
该情况下，从金属基板的翘曲和开裂的观点出发，在作为第2金属层50B使用热膨胀系数比化合物半导体层2小的材料时，优选第1金属层50A、50A使用由热膨胀系数比化合物半导体层3大的材料构成的层。原因是作为金属基板整体的热膨胀系数接近于化合物半导体层的热膨胀系数，因此可以抑制对化合物半导体层和金属基板进行接合时的金属基板的翘曲和开裂，可以使发光二极管的制造成品率提高。同样地，在作为第2金属层50B使用热膨胀系数比化合物半导体层2大的材料时，优选第1金属层50A、50A使用由热膨胀系数比化合物半导体层2小的材料构成的层。原因是作为金属基板整体的热膨胀系数接近于化合物半导体层的热膨胀系数，因此可以抑制对化合物半导体层和金属基板进行接合时的金属基板的翘曲和开裂，可以使发光二极管的制造成品率提高。
从以上的观点出发，两种金属层的任一种可以是第1金属层，也可以是第2金属层。
作为两种金属层，可以使用由例如银（热膨胀系数＝18.9ppm/K）、铜（热膨胀系数＝16.5ppm/K）、金（热膨胀系数＝14.2ppm/K）、铝（热膨胀系数＝23.1ppm/K）、镍（热膨胀系数＝13.4ppm/K）和它们的合金的任一种构成的金属层、和由钼（热膨胀系数＝5.1ppm/K）、钨（热膨胀系数＝4.3ppm/K）、铬（热膨胀系数＝4.9ppm/K）和它们的合金的任一种构成的金属层的组合。
作为优选的例子，可举出由Cu/Mo/Cu的三层构成的金属基板。在上述的观点中由Mo/Cu/Mo的三层构成的金属基板也可获得同样的效果，但由Cu/Mo/Cu的三层构成的金属基板是由容易加工的Cu夹持机械强度高的Mo的结构，因此与由Mo/Cu/Mo的三层构成的金属基板相比，具有切断等的加工容易这一优点。
作为金属基板整体的热膨胀系数，例如对于由Cu（30μm）/Mo（25μm）/Cu（30μm）的三层构成的金属基板而言，为6.1ppm/K，对于由Mo（25μm）/Cu（70μm）/Mo（25μm）的三层构成的金属基板而言，为5.7ppm/K。
另外，从散热的观点出发，优选构成金属基板的金属层由热导率高的材料构成。由此，可以提高金属基板的散热性，使发光二极管以高辉度发光，并且可以使发光二极管为长寿命。
例如，优选使用银（热导率＝420W/m·K）、铜（热导率＝398W/m·K）、金（热导率＝320W/m·K）、铝（热导率＝236W/m·K）、钼（热导率＝138W/m·K）、钨（热导率＝174W/m·K）和它们的合金等。
更优选由这些金属层的热膨胀系数与化合物半导体层的热膨胀系数大致相等的材料构成。特别优选金属层的材料是具有化合物半导体层的热膨胀系数±1.5ppm/K以内的热膨胀系数的材料。由此，可以减小金属基板和化合物半导体层的接合时对发光部的由热所引起的应力，可以抑制金属基板与化合物半导体层连接时的由热所引起的金属基板的开裂，从而可以使发光二极管的制造成品率提高。
作为金属基板整体的热导率，例如对于由Cu（30μm）/Mo（25μm）/Cu（30μm）的三层构成的金属基板而言，为250W/m·K，对于由Mo（25μm）/Cu（70μm）/Mo（25μm）的三层构成的金属基板而言，为220W/m·K。
实施例
以下，使用实施例具体地说明本发明的效果。再者，本发明并不限定于这些实施例。
在本实施例中，具体地说明制作了本发明涉及的发光二极管的例子。制作了发光二极管后，为了特性评价，制作了在基板上安装了发光二极管芯片的发光二极管灯。
（实施例1）
实施例1的发光二极管是第1实施方式的实施例。
首先，在由掺杂Si的n型的GaAs单晶构成的GaAs基板上，依次层叠化合物半导体层，制成外延晶片。GaAs基板，以从（100）面向（0-1-1）方向倾斜了15°的面为生长面，载流子浓度设为2×1018cm-3。另外，GaAs基板的层厚设为约0.5μm。所谓化合物半导体层是：由掺杂Si的GaAs构成的n型的缓冲层、由掺杂Si的（Al0.7Ga0.3）0.5In0.5P构成的n型的接触层、由Al0.7Ga0.3As构成的n型的上部覆盖层、由Al0.18Ga0.82As/Al0.3Ga0.7As的20对构成的阱层/势垒层、由Al0.7Ga0.3As构成的p型的下部覆盖层、和由掺杂Mg的p型GaP构成的电流扩散层。
在本实施例中，采用减压有机金属化学气相沉积装置法（MOCVD装置），在直径为76mm、厚度为350μm的GaAs基板上使化合物半导体层外延生长，形成了外延晶片。在使外延生长层生长时，作为Ⅲ族构成元素的原料，使用了三甲基铝（（CH3）3Al）、三甲基镓（（CH3）3Ga）和三甲基铟（（CH3）3In）。另外，作为Mg的掺杂原料，使用了双环戊二烯基镁（bis-（C5H5）2Mg）。另外，作为Si的掺杂原料，使用了乙硅烷（Si2H6）。另外，作为V族构成元素的原料，使用了膦（PH3）、胂（AsH3）。另外，作为各层的生长温度，由p型GaP构成的电流扩散层在750℃生长。其他的各层在700℃生长。
由GaAs构成的缓冲层，载流子浓度设为约2×1018cm-3、层厚设为约0.5μm。接触层，载流子浓度设为约2×1018cm-3、层厚设为约3.5μm。上部覆盖层，载流子浓度设为约1×1018cm-3、层厚设为约0.5μm。阱层是未掺杂且层厚约为17nm的Al0.18Ga0.82As，势垒层是未掺杂且层厚约为19nm的Al0.3Ga0.7As。另外，将阱层和势垒层交替地层叠了20对。下部覆盖层，载流子浓度设为约8×1017cm-3、层厚设为约0.5μm。由GaP构成的电流扩散层，载流子浓度设为约3×1018cm-3、层厚设为约9μm。
接着，将电流扩散层从表面进行研磨直到达到约1μm的深度的区域，进行了镜面加工。通过该镜面加工，使电流扩散层的表面的粗糙度为0.18nm。另一方面，准备了在上述的电流扩散层的镜面研磨过的表面贴附的由n型GaP构成的功能性基板。该贴附用的功能性基板，使用了添加Si以使得载流子浓度变为约2×1017cm-3的、面取向设为（111）的单晶。另外，功能性基板的直径为76mm、厚度为250μm。该功能性基板的表面，在与电流扩散层接合以前研磨成镜面，加工至均方根值（rms）为0.12nm。
接着，向一般的半导体材料贴附装置送入上述的功能性基板和外延晶片，将装置内进行真空排气直到变为3×10-5Pa。
接着，对功能性基板和电流扩散层的两者的表面照射3分钟的使电子碰撞而中性（neutral）化了的Ar束。其后，在维持为真空的贴附装置内使功能性基板和电流扩散层的表面重合，并以在各自的表面的压力成为50g/cm2的方式施加载荷，在室温将两者接合。这样形成了接合晶片。
接着，利用氨系蚀刻剂从上述接合晶片选择性地除去GaAs基板和GaAs缓冲层。接着，在接触层的表面，作为第1电极，采用真空蒸镀法形成厚度为0.5μm的AuGe、Ni合金、0.2μm的Pt、1μm的Au的薄膜。其后，利用一般的光刻方法实施图案化，形成了n型欧姆电极作为第1电极。接着，对作为除去了GaAs基板的面的光取出面的表面实施了粗糙化处理。
接着，选择性地除去形成作为第2电极的p型欧姆电极的区域的外延层，使电流扩散层露出。在该露出了的电流扩散层的表面采用真空蒸镀法以AuBe为0.2μm、Au为1μm的方式形成了p型欧姆电极。其后，在450℃进行10分钟热处理来合金化，形成了低电阻的p型和n型欧姆电极。
接着，使用切片机，从功能性基板的背面将没有形成第3电极的区域形成V字状的沟槽，使得倾斜面的角度α为70°，并且垂直面的厚度为80μm。接着，使用切片机从化合物半导体层侧以350μm间隔切断来芯片化。利用硫酸-过氧化氢混合液将由切片引起的破碎层和污物蚀刻除去，制作了实施例1的发光二极管。
组装了20个在装配基板上安装了如上述那样制作的实施例1的发光二极管芯片的发光二极管灯。该发光二极管灯是如下制作的：装配是利用管芯连接机（芯片焊接机，die bonder）支持（装配；mount），用金线将发光二极管的n型欧姆电极和设置在装配基板的表面的n电极端子进行线接合，并用金线将p型欧姆电极和p电极端子进行线接合后，利用一般的环氧树脂进行封装。
评价了该发光二极管（发光二极管灯）的特性的结果示于表1。如表1所示，在n型和p型欧姆电极间流通了电流的结果，射出了峰波长为730nm的红外光。正向流通了20毫安（mA）的电流时的正向电压（Vf），反映在构成化合物半导体层的电流扩散层和功能性基板的接合界面处的电阻的高低和各欧姆电极的良好的欧姆特性，为2.0伏（V）。正向电流设为20mA时的发光输出功率约为13mW。
此外，在温度60℃、湿度90%的高温高湿环境下，实施1000小时的通电试验（20mA通电），测定了发光输出功率的残存率（可靠性）的结果示于表1。
表1
Figure BDA00001635162100241
（实施例2）
图8（a）和（b）表示实施例2的发光二极管。实施例2的发光二极管是接合了反射面和功能性基板的组合。除此以外的发光部的形成与实施例1相同。
在电流扩散层8的表面，将电极21以距离光取出面的端部成为50μm的方式等间隔地配置8个，该电极21由AuBe/Au合金以0.2μm的厚度以20μmφ的圆点（dot）形成。
接着，采用溅射法形成0.4μm的作为透明导电膜的ITO膜22。进而，以0.2μm/0.1μm/1μm的厚度形成由银合金/Ti/Au构成的层23，作为反射面23。
另一方面，在硅基板31的表面，以0.1μm/0.5μm/0.3μm的厚度形成由Ti/Au/In构成的层32。在硅基板31的背面，以0.1μm/0.5μm的厚度形成由Ti/Au构成的层33。使上述发光二极管晶片侧的Au和硅基板侧的In表面重合，在320℃加热并以500g/cm2加压，将功能性基板与发光二极管晶片接合。
除去GaAs基板，在接触层16的表面形成由AuGe/Au构成的厚度为0.5μm且5μm宽度的细线欧姆电极25a，在420℃下进行5分钟的热处理，将p、n欧姆电极合金化处理。其后，形成了直径为90μm的Au接合电极25。
接着，将接触层16的表面进行粗糙化处理。
除去用于分离为芯片的预定切断部分的半导体层和反射层、共晶金属，利用切片机将硅基板以350μm间隔切断为正方形。
将评价了该发光二极管（发光二极管灯）的特性的结果示于表1。
如表1所示，在上面和下面的电极间流通了电流的结果，射出了峰波长为730nm的红外光。正向流通了20毫安（mA）的电流时的正向电压（Vf），反映构成化合物半导体层的电流扩散层和功能性基板的接合界面的电阻的高低和各欧姆电极的良好的欧姆特性，约为1.9伏（V）。正向电流为20mA时的发光输出功率约为10mW。
此外，在温度60℃、湿度90%的高温高湿环境下，实施1000小时的通电试验（20mA通电），测定了发光输出功率的残存率（可靠性）的结果示于表1。
（实施例3）
实施例3的发光二极管是第3实施方式的实施例，是对电流扩散层接合了包含反射层和金属基板的功能性基板的构成。参照图9，说明实施例3的发光二极管。
首先，制作了金属基板。准备2枚大致平板状且厚度为10μm的Cu板和1枚大致平板状的厚度为75μm的Mo板，在2枚Cu板之间插入Mo板，使它们重叠配置，在加压装置中配置上述基板，在高温下对这些金属板沿夹持它们的方向施加载荷。由此，制作了由Cu（10μm）/Mo（75μm）/Cu（10μm）的三层构成的金属基板。
化合物半导体层，在缓冲层和接触层之间形成了由掺杂Si的（Al0.5Ga0.5）0.5In0.5P构成的、层厚为0.5μm的蚀刻停止层，除此以外在与实施例1的条件相同的条件下形成。
在电流扩散层8的面8b上，以60μm的间隔形成第2电极57，该第2电极57是在0.4μm的厚度的AuBe上层叠0.2μm的厚度的Au而成，俯视时为20μmφ的圆形。
接着，以覆盖第2电极57的方式，采用溅射法以0.8μm的厚度形成了作为透明导电膜的ITO膜52。
接着，在ITO膜52上，采用蒸镀法，形成了0.7μm的由银（Ag）合金构成的膜后，形成0.5μm的由镍（Ni）/钛（Ti）构成的膜、1μm的由金（Au）构成的膜，从而形成了反射膜53。
接着，将在化合物半导体层的电流扩散层8上形成了ITO膜52和反射膜53的结构体和金属基板相对重合地配置，送入减压装置内，在400℃下加热的状态下，以500kg重的载荷接合它们，形成了接合结构体。
接着，利用氨系蚀刻剂从接合结构体选择性地除去作为化合物半导体层的生长基板的GaAs基板和缓冲层，进而，利用盐酸系蚀刻剂选择性地除去蚀刻停止层。
接着，采用真空蒸镀法，在接触层上以0.15μm的厚度形成AuGe膜后，以0.05μm的厚度形成Ni膜，再以1μm的厚度形成Au膜，从而形成了第1电极用导电膜。接着，采用光刻法，将电极用导电膜图案化成俯视为圆形，制作了直径100μm、厚度3μm的第1电极55。
接着，以第1电极为掩膜，采用氨系蚀刻剂，通过蚀刻来除去接触层之中第1电极的下方以外的部分，形成了接触层56。
除去用于分离为芯片的预定切断部分的化合物半导体层和反射层、共晶金属，利用激光切片机将金属基板以350μm间隔切断为正方形。
评价了该发光二极管（发光二极管灯）的特性的结果示于表4。
如表4所示，在n型和p型欧姆电极间流通了电流的结果，射出了峰波长为730nm的红外光。正向流通了20毫安（mA）的电流时的正向电压（VF），反映在构成化合物半导体层的电流扩散层和功能性基板的接合界面处的电阻的高低和各欧姆电极的良好的欧姆特性，约为1.9伏。正向电流设为20mA时的发光输出功率约为10.2mW。
将20个该灯在60℃、90RH%下、20mA下实施了高温高湿通电试验。
1000小时后的输出功率残存率的平均值为95%。VF的变动没有，为99%。
（实施例4）
实施例4的发光二极管是第1实施方式的实施例，为使发光峰波长为720nm，设为：阱层的Al组成X1＝0.20、组成式（AlX2Ga1-X2）As（0≤X2≤1）的势垒层的Al组成X2＝0.35，即，将发光部变更为由Al0.2Ga0.8As/Al0.35Ga0.65As的对构成的阱层/势垒层，除此以外在与实施例1相同的条件下制作。
评价了该发光二极管（发光二极管灯）的特性的结果如表4所示，可射出峰波长为720nm的红色光，发光输出功率（P0）、正向电压（VF）、输出功率残存率的平均值、正向电压的变动分别为13mW、1.9V、95%、99%。
（实施例5）
实施例5的发光二极管是第2实施方式的实施例，为使发光峰波长为720nm，设为：阱层的Al组成X1＝0.20，组成式（AlX2Ga1-X2）As（0≤X2≤1）的势垒层的Al组成X2＝0.35，即，将发光部变更为由Al0.20Ga0.80As/Al0.35Ga0.65As的对构成的阱层/势垒层，除此以外在与实施例2相同的条件下制作。再者，势垒层的Al组成从X2＝0.30变为X＝0.35对发光峰波长没有影响。
评价了该发光二极管（发光二极管灯）的特性的结果如表4所示，可射出峰波长为720nm的红色光，发光输出功率（P0）、正向电压（VF）、输出功率残存率的平均值、正向电压的变动分别为10mW、1.9V、95%、99%。
（实施例6）
实施例6的发光二极管是第1实施方式的实施例，为使发光峰波长为760nm，设为：阱层的Al组成X1＝0.13，组成式（AlX2Ga1-X2）As（0≤X2≤1）的势垒层的Al组成X2＝0.3，即，将发光部变更为由Al0.13Ga0.87As/Al0.3Ga0.7As的对构成的阱层/势垒层，除此以外在与实施例1相同的条件下制作。
评价了该发光二极管（发光二极管灯）的特性的结果如表4所示，可射出峰波长为760nm的红外光，发光输出功率（P0）、正向电压（VF）、输出功率残存率的平均值、正向电压的变动分别为14mW、2.0V、96%、100%。
（实施例7）
实施例5的发光二极管是第2实施方式的实施例，为使发光峰波长为760nm，设为：阱层的Al组成X1＝0.13，组成式（AlX2Ga1-X2）As（0≤X2≤1）的势垒层的Al组成X2＝0.3，即，将发光部变更为由Al0.13Ga0.87As/Al0.3Ga0.7As的对构成的阱层/势垒层，除此以外在与实施例2相同的条件下制作。
评价了该发光二极管（发光二极管灯）的特性的结果如表4所示，可射出峰波长为760nm的红外光，发光输出功率（P0）、正向电压（VF）、输出功率残存率的平均值、正向电压的变动分别为11mW、1.9V、96%、100%。
（实施例8）
实施例8的发光二极管是第1实施方式的实施例，为使发光峰波长为725nm，设为：阱层的Al组成X1＝0.19，组成式（AlX2Ga1-X2）As（0≤X2≤1）的势垒层的Al组成X2＝0.35，即，将发光部变更为由Al0.19Ga0.81As/Al0.35Ga0.65As的对构成的阱层/势垒层，除此以外在与实施例1相同的条件下制作。
评价了该发光二极管（发光二极管灯）的特性的结果如表4所示，可射出峰波长为725nm的红外光，发光输出功率（P0）、正向电压（VF）、输出功率残存率的平均值、正向电压的变动分别为13mW、1.9V、95%、99%。
（实施例9）
实施例9的发光二极管是第1实施方式的实施例，为使发光峰波长为755nm，设为：阱层的Al组成X1＝0.15，组成式（AlX2Ga1-X2）As（0≤X2≤1）的势垒层的Al组成X2＝0.30，即，将发光部变更为由Al0.14Ga0.86As/Al0.3Ga0.7As的对构成的阱层/势垒层，除此以外在与实施例1相同的条件下制作。
评价了该发光二极管（发光二极管灯）的特性的结果如表4所示，可射出峰波长为755nm的红外光，发光输出功率（P0）、正向电压（VF）、输出功率残存率的平均值、正向电压的变动分别为13.5mW、2.0V、96%、100%。
（比较例1）
比较例1的发光二极管，采用作为现有技术的液相外延法形成。变更为在GaAs基板上具有作为Al0.2Ga0.8As发光层的双异质结构的发光部的基板除去型的发光二极管。
比较例1的发光二极管的制作，具体地讲，在n型的（100）面的GaAs单晶基板上，采用液相外延方法制作了20μm的由Al0.7Ga0.3As构成的n型的上部覆盖层、2μm的由Al0.2Ga0.8As构成的无掺杂的发光层、20μm的由Al0.7Ga0.3As构成的p型的下部覆盖层、120μm的相对于发光波长为透明的由Al0.7Ga0.3As构成的p型的厚膜层。在该外延生长后除去了GaAs基板。接着，在n型AlGaAs的表面形成了直径90μm的n型欧姆电极。接着，在p型AlGaAs的背面以80μm间隔形成了直径15μm的p型欧姆电极。接着，利用切片机以350μm间隔切断后，蚀刻除去破碎层，将表面和侧面进行粗糙化处理，制作了比较例的发光二极管芯片。
评价了安装有比较例1的发光二极管的发光二极管灯的特性的结果示于表1。如表1所示，在n型和p型欧姆电极间流通了电流的结果，射出了峰波长为730nm的红外光。另外，正向流通了20毫安（mA）的电流时的正向电压（Vf）约为1.9伏（V）。另外，正向电流设为20mA时的发光输出功率约为5mW。另外，比较例1的任一样品，输出功率都比本发明的实施例低。
此外，将20个该灯在温度60℃、湿度90%的高温高湿环境下，实施1000小时的通电试验（20mA通电），输出功率残存率的平均值为83%。VF的变动为105%。
比较例确认出输出功率降低和VF上升。认为这是由于发光二极管的高浓度Al的表面发生氧化（腐蚀），阻碍光的透射，电阻上升了。
产业上的利用可能性
本发明的发光二极管高效率地发出红外光，可以作为植物培养用途的光源等、不能由液相外延法的AlGaAs的LED得到的高输出功率发光二极管制品使用。并且，作为现有的AlGaAs发光层LED的高输出功率产品具有替代的可能性。
附图标记说明
1…发光二极管
2…化合物半导体层
3…功能性基板
3a…垂直面
3b…倾斜面
4…n型欧姆电极（第1电极）
5…p型欧姆电极（第2电极）
6…第3电极
7…发光部
8…电流扩散层
9…下部覆盖层
10…发光（活性）层
11…上部覆盖层
12…阱层
13…势垒层
14…GaAs基板
15…缓冲层
16…接触层
20…发光二极管
21…电极
22…透明导电膜
23…反射层
25…接合电极
30…硅基板
31…功能性基板
41…发光二极管灯
42…装配基板
43…n电极端子
44…p电极端子
45、46…金线
47…环氧树脂
α…倾斜面与平行于发光面的面构成的角度
50…金属基板
51…功能性基板
52…透明导电膜
53…反射层
55…第1电极
56…接触层
57…第2电极

Claims (18)

1.一种发光二极管，其特征在于，具备：
含有活性层的发光部，所述活性层具有组成式为（AlXGa1-X）As的阱层和势垒层的叠层结构并发出红外光，其中，0≤X≤1；
形成于所述发光部上的电流扩散层；和
与所述电流扩散层接合的功能性基板。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述功能性基板相对于发光波长是透明的。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述功能性基板由GaP、蓝宝石或SiC构成。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述功能性基板的侧面，在接近所述发光部的一侧具有相对于主要的光取出面大致垂直的垂直面，在远离所述发光部的一侧具有相对于所述主要的光取出面向内侧倾斜的倾斜面。
5.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述倾斜面含有粗糙的面。
6.一种发光二极管，其特征在于，具备：
含有活性层的发光部，所述活性层具有组成式为（AlXGa1-X）As的阱层和势垒层的叠层结构并发出红外光，其中，0≤X≤1；
形成于所述发光部上的电流扩散层；和
包含与所述发光部相对地配置的、相对于发光波长具有90%以上的反射率的反射层，并与所述电流扩散层接合的功能性基板。
7.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，所述功能性基板包含由硅或锗构成的层。
8.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，所述功能性基板包含金属基板。
9.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述金属基板包含多个金属层。
10.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述电流扩散层由GaP构成。
11.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述电流扩散层的组成式为（AlXGa1-X）As，其中，0≤X≤0.5。
12.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述电流扩散层的厚度为0.5~20μm的范围。
13.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，在发光二极管的所述主要的光取出面侧设置有第1电极和第2电极。
14.根据权利要求13所述的发光二极管，其特征在于，所述第1电极和所述第2电极是欧姆电极。
15.根据权利要求13所述的发光二极管，其特征在于，在所述功能性基板的、所述主要的光取出面侧的相反侧的面上还具备第3电极。
16.一种发光二极管灯，其特征在于，具备权利要求1所述的发光二极管。
17.一种发光二极管灯，其特征在于，具备权利要求15所述的发光二极管，所述第1电极或第2电极、与所述第3电极大致相同电位地连接。
18.一种照明装置，搭载有多个权利要求1所述的发光二极管。
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