TW201133939A - Light-emitting diode, light-emitting diode lamp and lighting apparatus - Google Patents

Description

201133939 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於發光二極體、發光二極體燈及照明裝 置者，尤其是關於高輸出的紅外發光二極體及使用它的 發光二極體燈及照明裝置。 本申請案係根據於2009年9月15日在日本申請之 待願2009-213225號及於2010年8月10日在日本申請 之特願2010-17 94 71號並主張優先權，在此引用其内容。 【先則技術】 紅外發光二極體廣泛用於紅外線通訊、各種感測器 用光源、夜間照明等。 近年來，研究以人工光源來培育植物。尤其是，使 用由單色性優良、節能、長壽命、可小型化的發光二極 禮（英文縮寫：LED )所產生的照明的栽培方法正受到 主目。對於促進光合成，波長660〜670nm附近的光為反 應效率高而受期望的光源。 另一方面’從到目前為止的研究結果來看，確認了 峰波長73 Onm的紅外光效果適合作為培育植物之形狀控 制的發光波長之一。例如，在過去的紅外發光二極體中， 由使用液相磊晶法的AlGaAs所構成之發光層已被實用 化，進行各式各樣的高輸出化的檢討（例如專利文獻 1 〜3 )。 以液相法將對發光湓具味„ 4 70及長透明的AlGaAs磊晶層厚厚 地成長在GaAs基板，傕α 乍為基板而除去GaAs基板的 -4· 各 201133939 構造（所謂的透明基板型）是現狀中最高輸出的紅外發 光二極體。 紅外發光二極體的峰波長帶約為700〜940nm。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]特開平6-2 1 507號公報 [專利文獻2]特開200 1 -274454號公報 [專利文獻3]特開平7-3 8 1 48號公報 【發明内容】 [發明所欲解決的課題] 作為紅外照明的光源，從進一步地提高性能、節能、 成本面來看，期望開發發光效率高的LED。尤其是，為 了近年來受注目之培育植物用LED照明的實用化，而更 強烈地期望降低使用電力、提高耐濕性、高輸出化。在 培育植物的情況下，為了可在灑水、水耕栽培等之高濕 環境下使用，财濕性是一個重要的特性。 本發明係有鑑於上述事情而進行者，其目的為提供 高輸出、高效率之耐濕性優良的紅外發光二極體。尤其 是，其特徵為提供包含適合於培育植物用的照明之 730nm的紅外發光二極體及燈。 [用於解決課題的手段] 本發明人為了解決上述課題而反覆銳意研究，結果 發現，不是過去之在使用 AlGaAs系活性層的紅外發光 二極體中，將包含此活性層的化合物半導體層貼附（接 1 -5- 201133939 合）在透明基板的型式，而是作成AlGaAs系多重 井構造貼附（接合）在透明基板的型式，藉以展現 去的紅外發光二極體還高的輸出。 本發明人，針對此發現進一步進行研究，結果 完成了如下所示的構成。 本發明提供以下的手段。 (1) 一種發光二極體，其特徵為具備：發光部 包含具有由組成式（AlxGai_x) As(OSXSl)所構 井層及障壁層的積層構造而發出紅外光的活性層； 擴散層，係形成在前述發光部上；及功能性基板， 合至前述電流擴散層。 (2) 前項（1)記載之發光二極體，其特徵為 功能性基板對發光波長是透明的。 (3) 前項（1)或（2)記載之發光二極體，其 為前述功能性基板係由GaP、藍寶石或SiC所構成 (4) 前項（1)至（3)中任一項記載之發光二極 其特徵為前述功能性基板的側面，在靠近前述發光 中具有對主要的光取出面約略垂直的垂直面，在遠 述發光部側中具有對前述主要的光取出面向内側傾 傾斜面。 (5) 前項（4)記載之發光二極體，其特徵為 傾斜面包含粗面。 量子 比過 終於 ，係 成之 電流 係接 前述 特徵 〇 體， 部側 離前 斜的 前述 -6 - 201133939 (6 ) —種發光二極體，其特徵為具備：發光部，係 包含具有由組成式（AlxGa〗-X) As(OSXSl)所構成之 井層及障壁層的積層構造而發出紅外光的活性層；電流 擴散層，係形成在前述發光部上；及功能性基板，係包 含與前述發光部對向配置而具有對發光波長 90%以上 反射率的反射層，接合至前述電流擴散層。 (7) 前項（6)記載之發光二極體，其特徵為前述 功能性基板包含由矽或鍺所構成的層。 (8) 前項（6)記載之發光二極體，其特徵為前述 功能性基板包含金屬基板。 (9 )前項（8 )記載之發光二極體，其特徵為前述 金屬基板係由複數個金屬層所構成。 (10) 前項（1)至（9)中任一項記載之發光二極 體，其特徵為前述電流擴散層係由GaP所構成。 (11) 前項（1)至（9)中任一項記載之發光二極 體，其特徵為前述電流擴散層的組成式為（A1X G a 1 _ x ) As ( 0 ^ X ^ 0.5 )。 (12 )前項（1 )至（1 1 )中任一項記載之發光二極 體，其特徵為前述電流擴散層的厚度為0.5〜20以m的範 圍。 (13)前項（1)至（11)中任一項記載之發光二極 體，其特徵為第1電極及第2電極係設置在發光二極體 之前述主要的光取出面側。 201133939 (1 4 )前項（1 3 )記載之發光二極體，其特 述第1電極及前述第2電極係歐姆電極。 (15)前項（13)或（14)之任一項記載之 極體，其特徵為在前述功能性基板之與前述主要 出面側相反側的面，進一步具備第3電極。 (1 6 ) —種發光二極體燈，其特徵為具備前 至（15)中任一項記載之發光二極體。 (17) —種發光二極體燈，其特徵為具備前： 記載之發光二極體，前述第1電極或第2電極與 3電極係連接成約略同電位。 (1 8 ) —種照明裝置，其搭載複數個前項（1 ) 中任一項記載之發光二極體。 又，在本發明中，「功能性基板」，係指使 半導體層成長在成長基板後除去該成長基板，透 擴散層接合至化合物半導體層而支撐化合物半導 基板，在將既定的層形成在電流擴散層後，將既 接合至該既定層上之構成的情況，則包含該既定 「功能性基板」。 [發明的效果] 本發明之發光二極體，係藉由作成具備以 成：發光部，係包含具有由組成式（AlxGai_x) SXS1)所構成之井層及障壁層的積層構造而發 光的活性層；電流擴散層，係形成在前述發光部 功能性基板，係接合至前述電流擴散層，來展現 徵為前 發光二 的光取 項（1 ) 負（15 ) 前述第 至（15) 化合物 過電流 體層的 定基板 層稱為 下的構 As ( 0 出紅外 上；及 比過去 -8 - 201133939 的紅外發光二極體還高的輸出。尤其是，利用將功能性 基板作成對發光波長透明者的構成，而不會吸收來自發 光部的發光地展現高輸出、高效率。又，活性層為具有 由組成式（AlxGa^x) As(OSXSl)所構成之井層及障 壁層的多重井構造的構成，所以單色性優良。又，活性 層為具有由組成式（AlxGai_x)As(OSXSl)所構成之 井層及障壁層的積層構造的構成，所以適合於利用 MOCVD法來量產。 本發明之發光二極體，藉由將功能性基板作成由 GaP、藍寶石、SiC、矽、或鍺等所構成之構成，而為難 腐蝕的材質，所以耐濕性提高。 又，本發明之發光二極體的最適組合，藉由將功能 性基板及電流擴散層都作成由GaP所構成的構成，來使 其接合變容易且接合強度變大。又，由於是相同的材質， 所以接合界面的光損失非常小，最適於高輸出化。 本發明之發光二極體燈，由於具備能具有包含 7 3 Onm的紅外光的發光波長，單色性優良，同時為高輸 出、高效率且耐濕性優良的上述發光二極體，所以適用 於例如高濕氣體環境的培育植物用的照明光源。 【實施方式】 用於實施發明的形態 以下，使用圖式就採用本發明之一實施形態的發光 二極體，連同使用它的發光二極體燈詳細地說明。又， 在以下說明所使用的圖式，為了容易暸解特徵，而有權 -9 - 201133939 宜上將成為特徵的部分放大顯示的情況，而不限於各構 成要素的尺寸比率等係與實際相同。 <發光二極體燈> 第1圖及第2圖係用於說明使用採用本發明之一實 施形態的發光二極體之發光二極體燈的圖，第1圖為平 面圖，第2圖係沿著第1圖中所示之A-A’線的剖面圖。 如第1圖及第2圖所示，使用本實施形態之發光二 極體1的發光二極體燈4 1，係將1個以上的發光二極體 1安裝在安裝基板42的表面。更具體而言，在安裝基板 42的表面，設置η電極端子43及p電極端子44。又， 發光二極體1之第1電極的η型歐姆電極4及安裝基板 42之η電極端子43係使用金線45來連接（打線（wire bonding ))。另一方面，發光二極體1之第2電極的p 型歐姆電極5及安裝基板42之p電極端子44係使用金 線46來連接。進一步地，如第2圖所示，在發光二極體 1之與設有η型及p型歐姆電極4、5的面相反側的面， 設置第3電極6，利用此第3電極6來將發光二極體1 連接至η電極端子43上而固定在安裝基板42。在此，η 型歐姆電極4及第3電極6，係利用η極電極端子43、 以成為等電位或約略等電位的方式電性連接。藉由第3 電極，對於過大的逆電流，過電流不會流入活性層，電 流在第3電極與ρ型電極間流動，能防止活性層的破損。 亦能在第3電極與基板界面側，附加反射構造，進行高 輸出。又，藉由在第3電極的表面側，附加共晶金屬、 -10- 201133939 焊料等，而可利用共晶晶粒接合（die bond)等之更簡 便的組裝技術。然後，安裝基板42之已安裝發光二極體 1的表面，係藉由矽樹脂或環氧樹脂等之一般的封裝樹 脂47來封裝。 <發光二極體（第1實施形態）> 第3圖及第4圖係用於說明採用本發明之第1實施 形態的發光二極體的圖，第3圖為平面圖，第4圖係沿 著第3圖中所示之B-B’線的剖面圖。又，第5圖為積層 構造的剖面圖。 第1實施形態之發光二極體的特徵為具備：發光部 7，係包含具有由組成式（AlxGa^x) As(OSXSl)所 構成之井層1 2及障壁層1 3的積層構造而發出紅外光的 活性層1 0 ;電流擴散層8，係形成在前述發光部7上； 及功能性基板3，係接合至前述電流擴散層8。 又，本實施形態之主要的光取出面，係指在化合物 半導體層2中，已貼附功能性基板3之面的相反側的面。 化合物半導體層（亦稱磊晶成長層）2，係如第4 圖所示，具有依序積層pn接合型的發光部7及電流擴散 層8的構造。對此化合物半導體層2的構造，能適時添 加週知的功能層。能設置例如，用於降低歐姆（Ο h m i c ) 電極的接觸電阻之接觸層、用於使元件驅動電流平面地 擴散至全體發光部的電流擴散層、相反地用於限制元件 驅動電流的流通區域的電流阻止層或電流狹窄層等週知 的層構造。又，化合物半導體層 2，較佳為使其轰晶成 長在GaAs基板上所形成者。 201133939 發光7之構成，係如第4圖所示，在電流擴散層 8上至少依序積層：P型下部包覆層9、下部導引層（未 圖不）、發光層（活性層）1〇、上部導引層（未圖示）、 η型上部0 _ ^覆層11。即’發光部7，為了將造成放射再 cr的载子（載體，carrier)及發光「封入」在活性層 較佳為作成包含對峙地配置在活性層丨0的下側及上 側的：部包覆（clad )層9及上部包覆層"’所謂雙異 質（央文縮寫：DH)的構造而可獲得高強度的發光。 活丨生層1 0，係如第5圖所示，為了控制發光二極體 (LED)的發光波長’較佳為構成井構造。即，活:

二=兩端具有障壁層（barrier layer) 13之井層U 早壁s 13的多層構造（積層構造）。 活性Μ in π 丁人丨土巧〜2“m的範圍。又 /層的導電型並未特別限制，能選擇未揍雜， 之任-者。為了提高發光效率，較佳 P型 性良好的未掺雜或低於3xl〇l7⑽-3的載子濃：成結晶 井層12較佳為具有（幻咖η /又° 的組成。上述X，能以成為最適的發光 ：X“.叫 井詹12的層厚，適合為η— 式調整。 為5〜l〇nm的範圍。 圍。更佳地， 此 早壁層 13 具有（AIxGai χ) As(〇m 上述X較佳為0.3〜〇.7的範圍，更佳為〇:)的叙成β 障壁屢U的層厚較佳為比井層 厂6的範圍。 能增高井層U的發光效率。 、層厚還厚。藉 201133939 在井層12及障壁層13的多層構造中，未限定 層1 2及障壁層1 3交替積層的對數，但較佳為2對心 4 0對以下。即，在活性層10，較佳為包含2 ~ 4 0層 層12。在此，作為活性層10的發光效率的合適範 井層12較佳為2層以上。另一方面，井層12及障 1 3，由於載子濃度低，所以若作成多對則順向電壓（ 會增大。因此，較佳為4 0對以下，更佳為3 0對以 下部包覆層9及上部包覆層1 1，係如第4圖所 分別設置在活性層1 0的下面及上面。具體而言，在 層1 0的下面設置下部包覆層9，在活性層1 0的上 置上部包覆層1 1。 作為下部包覆層9及上部包覆層11的材質，較 帶隙（bandgap)比井層12還大的材質，更佳為帶 障壁層.13還大的材質。作為上述材質，較佳為 AlxGa^As的X 為0.3〜0.8的組成。 下部包覆層9及上部包覆層1 1，係以極性相異 式構成。又，下部包覆層9及上部包覆層11的載子 及厚度，能使用週知的合適範圍，較佳為以使活性V1 的發光效率提高的方式將條件最適化。又，藉由控 部包覆層9及上部包覆層1 1的組成，能使化合物半 層2的赵曲減低。 具體而言，作為下部包覆層 9，例如，較佳是 由已掺雜Mg或Zn的p型（AlxGa丨·χ) As(0.3SX 所構成之半導體材料。又，載子濃度較佳為 2x 1 0 1 1018 cm—3的範圍，層厚較佳為0.5〜5//m的範圍。 將井 〔上、 的井 圍， 壁層 VF ) 下。 示， 活性 面設 佳為 隙比 具有 的方 濃度 I 10 制下 導體 使用 ^ 1 ) 7〜2x -13- 201133939 另一方面，作為上部包覆層1 1，例如，較佳是使用 由已掺雜 Si 或 Te 的 η 型（AlxGa^x) As(0.3SX$l) 所構成之半導體材料。又，載子濃度較佳為lxl〇17〜lx 1018 cm·3的範圍，層厚較佳為0.5〜的範圍。又，下 部包覆層9及上部包覆層1 1的極性，能考慮化合物半導 體層2的元件構造來選擇。 又，在下部包覆層9與活性層10之間、活性層10 與上部包覆層11之間、及上部包覆層1 1與電流擴散層 8之間，亦可設置用於使兩層間之能帶（band )不連續 性和緩地變化的中間層。此情況，各中間層，較佳為分 別由具有上述兩層之中間的禁帶寬度之半導體材料所構 成。 又，在發光部7的構成層的上方，能設置用於降低 歐姆（Ohmic)電極的接觸電阻之接觸層、用於使元件 驅動電流平面地擴散至全體發光部的電流擴散層、相反 地用於限制元件驅動電流的流通區域的電流阻止層或電 流狹窄層等週知的層構造。 作為電流擴散層8，能採用具有（AlxGai_x ) As ( 0 SXS0.5)之組成的材料、GaP。上述 X，端視化合物 半導體層2的元件構造而定，但是A1濃度低的材料在化 學上是安定的，所以較佳為〇 · 4以下，更佳為0 · 3以下。 在電流擴散層8採用GaP的情況，藉由將功能性基板3 作成GaP基板，能易於接合，獲得高接合強度。 -14- 201133939 • 又，電流擴散層 8的厚度較佳為 0.5〜20// 圍。這是因為若為 0.5 // m以下則電流擴散不充 為2 0 // m以上則為了使其結晶成長至此厚度為止 會增大。 功能性基板3，係接合至化合物半導體層2 要的光取出面相反側的面。即，功能性基板3，a 圖所示，接合至構成化合物半導體層2的電流掮 側。此功能性基板 3，係由具有用於機械性地支 部7的足夠強度，且，能透過從發光部7所射出# 對來自活性層 1 0的發光波長在光學上是透明的 構成。又，較佳是耐濕性優良的化學性穩定的材 如，不含易腐姓的A1等材質。 功能性基板3，係财濕性優良的基板，更佳 傳導佳的GaP或SiC，或機械強度強的藍寶石所 尤其是，因為GaP的熱膨脹係數接近AlGaAs所 合。 又，功能性基板3，為了以足夠的強度來機 支撐發光部7，較佳為作成例如約5 0 // m以上的 又，為了在接合至化合物半導體層2後，容易對 基板3施加機械性加工，較佳為作成不超過約 的厚度。即，功能性基板3，從具有約5 0 # m以 300//m以下的厚度的透明度、成本面來看，最 GaP基板所構成。 m的範 分，若 的成本 之與主 ^如第4 [散層8 撐發光 b發光， 材料所 質。例 為由熱 構成。 以最適 械性地 厚度。 功能性 3 0 0 // m 上、約 適合由 -15- 201133939 又，如第4圖所示，功能性基板3的側面，係在靠 近化合物半導體層2側中作成對主要的光取出面約略垂 直的垂直面3a，在遠離化合物半導體層2側中作成對主 要的光取出面向内側傾斜的傾斜面3b。藉此，能將來自 活性層1 0而放出至功能性基板3侧的光有效率地取出至 外部。又，在來自活性層10而放出至功能性基板3側的 光之中，一部分能在垂直面3a被反射、在傾斜面3b取 出。另一方面，在傾斜面3b被反射的光能在垂直面3a 取出。如此.，利用垂直面3 a及傾斜面3 b的相乘效果， 能提高光取出效率。 又，在本實施形態，如第4圖所示，較佳為將傾斜 面3b與平行於發光面的面的夾角α定為55度〜80度的 範圍内。藉由定為如此的範圍，能效率佳地將在功能性 基板3的底部所反射的光取出至外部。 又，較佳為將垂直面3a的寬度（厚度方向），定為 30//m〜200/zm的範圍内。藉由將垂直面3a的寬度定在 上述範圍内，能將在功能性基板3的底部所反射的光， 在垂直面3 a中效率佳地回到發光面，進一步地，可使其 從主要的光取出面放出。因此，能提高發光二極體1的 發光效率。 又，功能性基板3的傾斜面3 b，較佳為予以粗面化。 藉由將傾斜面3 b粗面化，可獲得將在此傾斜面3 b的光 取出效率提高的效果。即，藉由將傾斜面3 b粗面化，能 抑制在傾斜面3b的全反射，提高光取出效率。 -16- 201133939 化合物半導體層2與功能性基板3的接合界面，有 成為高電阻層的情況。即，在化合物半導體層2與功能 性基板3之間，有設置省略圖示的高電阻層的情況。此 高電阻層，顯示比功能性基板3還高的電阻值，在設置 高電阻層的情況具有將化合物半導體層2之從電流擴散 層8側向功能性基板3側的逆向電流減低的功能。又， 構成對從功能性基板3側向電流擴散層8側非預期地予 以施加的逆向電壓發揮耐電壓性的接合構造，較佳為以 使其降伏電壓的值成為比pn接合型的發光部7的逆向電 壓還低的方式構成。 又，此電流路徑，能利用位於晶片背面的第3電極 6、或Ag膏予以連接來確保。 η型歐姆電極4及p型歐姆電極5,係設置在發光二 極體 1 之主要的光取出面的低電阻歐姆接觸電極。在 此，η型歐姆電極4係設置在上部包覆層1 1的上方，例 如，能使用 AuGe、由Ni合金/ Au所構成的合金。另一 方面，p型歐姆電極5，係如第4圖所示，能在已露出的 電流擴散層8的表面使用由AuBe/Au、或AuZn/Au所構 成的合金。 在此，在本實施形態的發光二極體 1，較佳為將p 型歐姆電極5形成在電流擴散層8來作為第2電極。藉 由作成如此的構成，可獲得降低作動電壓的效果。又， 藉由將p型歐姆電極5形成在由p型GaP所構成的電流 擴散層8上，可獲得良好的歐姆接觸，所以能降低作動 電壓。 -17- 201133939 又，在本實施形態，較佳為將第1電極的 η型，將第2電極的極性作成p型。藉由作成 成，能達成發光二極體1的高輝度化。另一方 第1電極作成ρ型，則電流擴散變差，導致輝 對此，藉由將第1電極作成η型，電流擴散變 成發光二極體1的高輝度化。 在本實施形態之發光二極體1，係如第3 較佳為以使η型歐姆電極4及ρ型歐姆電極5 位置的方式配置。又，最佳為作成以化合物半 包圍ρ型歐姆電極5的周圍的構成。藉由作成 成，可獲得降低作動電壓的效果。又，藉由以 電極4包圍ρ型歐姆電極5的四方，來使電流 四方，其結果是作動電壓降低。 又，在本實施形態的發光二極體1，係如 示，較佳為將η型歐姆電極4作成蜂巢、格子 目。藉由作成如此的構成，可獲得使可靠性提ϋ 又，藉由作成格子狀，能將電流均勻地注入活 其結果，可獲得使可靠性提高的效果。又，在 態的發光二極體1，較佳為將η型歐姆電極4, 的電極（帶電極）及寬度l〇/zm以下的線狀的 狀電極）構成。藉由作成如此的構成，能謀求高 進一步地，藉由縮減線狀電極的寬度，能提高 的開口面積，能達成高輝度化。 -1 8- 極性作成 如此的構 面，若將 度降低。 佳，能達 圖所示， 成為對角 導體層2 如此的構 η型歐姆 容易流向 第3圖所 形狀等網 r的效果。 性層1 0， 本實施形 以帶形狀 電極（線 輝度化。 光取出面 201133939 <發光二極體之製造方法> 接下來’針對本實施形態的發光二極體1之製造方 法加以說明。第6圖係在本實施形態的發光二極體1所 使用之蟲晶晶圓的剖面圖。又，第7圖係在本實施形態 的發光一極體1所使用之接合晶圓的剖面圖。 (化合物半導體層之形成製程） 首先’如第6圖所示，製作化合物半導體層化 合物半導體層2之製作，係在GaAs基板14上，依序積 層.由G〒AS所構成之緩衝層1 5、為了利用選擇性蝕刻 所設置的#刻阻止層（省略圖示）、由掺雜8丨之η型 AlGaAs所構成之接觸層μ、^型上部包覆層11、活性 看1〇、Ρ型下部包覆層9、由掺雜Mg之ρ型GaP所構 成之電流擴散層8。

Ga As基板！ 4，能使用以週知製法所製作的市售品 的單結晶基板^ GaAs基板1 4之使磊晶成長的表面，辣 佳是平滑的。Ga As基板14表面的面方位，係容易磊晶 成長’可量產之（1〇〇)面及從（1〇〇)偏離±2〇。以内的 基板從〇〇質穩疋性方面來看是較佳的。進^一步地，g a A s 基板14的面方位的範圍，更佳為從（ι〇〇)方向朝（〇11) 方向偏離1 5°±5。。 為了改善化合物半導體層2的結晶性，GaAs基板 14的差排密度（dislocation density)越低越好。具體而 言，例如，較佳為1 0,000個cm·2以下，最佳是1000個 cm _2以下。 -19- ® 的載 擇。 子濃 基板 1018- 範圍 在化 面， 料成 情況 裂較 情況 情況 厚基 2的 所以 基板 沒問 發光 基板 201133939

GaAs基板14,可為η型亦可為η 子濃度，能依所須的導電户 炅及兀件 例如’在GaAs基板14為掺雜石夕的 度較佳為1x1017〜5xl〇18cm·3的範M 14為掺雜鋅的p型的情況，載二 、5xl〇19cm-3 的範圍。

GaAs基板14的厚度’係因應基板 。若GaAs基板14的厚度比適切的 合物半導體層2之製造製程中破 若GaAs基板14的厚度比適切的範 本増加。因此，在GaAs基板14的 ’例如，在直徑7 5顏的情況下，為 佳是250〜500/zm的厚度。同樣地 下，較佳是200〜400// m的厚度， 下，較佳是350〜600jtzm的厚度。 如此一來，藉由因應GaAs基板14 板厚度，能減低起因於發光部7之 翹曲。藉此，使磊晶成長中的溫度 能將活性層1 0之面内的波長分布 1 4的形狀，並未特別限定為圓形， 題。 緩衝層（b u f f e r ) 1 5，係為了減低 部7的構成層的缺陷傳播而設置。 的品質或為晶成長條件的話’便 -20- 坦。GaAs基板1 4 構造來適當地選 η塑的情況，載_ ]。對此，在GaAs F·濃度較佳為2 X 尺寸而有適切的 範圍還薄，則有 裂之虞。另一方 圍還厚，則使材 基板尺寸是大的 了防止處理時破 ，在直徑50咖1的 在直徑1 0 0腿的 的基板尺寸而增 化合物半導體層 分布成為均勻， 縮小。又，GaAs 即使是矩形等也 GaAs基板14與 因此，只要選擇 未必須要緩衝層 201133939 1 5。又，緩衝層1 5的材質，較佳為與磊晶成長的基 同的材質。因此，在本實施形態，對於缓衝層1 5， 為使用與GaAs基板14相同的GaAs。又，對於緩 1 5，為了減低缺陷的傳播，亦可使用由與GaAs基 相異的材質所構成的多層膜。緩衝層15的厚度，較 0.1#m以上，更佳為0.2#m以上。

接觸層 1 6，係為了.使與電極的接觸電阻降低 置。接觸層16的材質，較佳為帶隙比活性層10還 材質，AlxGai.xAs、 （ AlxGai_x) γΙϋι.γΡ ( OS XS <YS1)是合適的。又，接觸層16的載子濃度的 值，為了使與電極的接觸電阻降低而較佳為5X101 以上，更佳為1 X 1 0 18 cm ·3以上。載子濃度的上限值 佳是使得易引起結晶性降低的2χ 1 0 19 on _3以下。接 16的厚度較佳為0.5/zm以上，最佳是1/zm以上。 層1 6的厚度的上限值並未特別限定，但是為了使磊 長的成本落在適當範圍，較佳是作成5//m以下。 在本實施形態’能採用分子線遙晶法（Μ B E ) 壓有機金屬化學氣相堆積法（MOCVD法）等週知 長方法。其中，最佳是採用量產性優良的MOCVD 具體而言，使用於化合物半導體層2之磊晶成長的 基板1 4，較佳是在成長前實施洗淨製程或熱處理等 處理，除去表面的污染或自然氧化膜。構成上述化 半導體層2的各層，係能將直徑50〜150 mm的GaAs 14放置（set )在MOCVD裝置内，使其同時地磊晶 板相 較佳 衝層 板14 佳為 而設 大的 1，0 下限 7-3 cm ，較 觸層 接觸 晶成 或減 .的成 法。 GaAs 之前 合物 基板 成長 -2 1- 而積 速旋 三族 3A1) 3Ϊη ) 二稀 料， 成元 又， 散層 600- 層厚 光部 物半 處理 (功 化合 成化 鏡面 面研 表面 201133939 層。又’作為MOCVD袭置，能適 轉型等之市售的大型裝置。 當磊晶成長上述化合物半導體層2 構成元素的原料，例如，能使用三 、三甲基鎵（（CH3) 3Ga)及三t 。又’作為Mg的掺雜原料，能使 鎮（bis_ ( C5H5) 2Mg)等。又，0 能使用例如，二矽烷（)等。 素的原料，能使用膦（ph3 )、及 作為各層的成長溫度，在使用p型 8的情況’能採用720〜77〇°c，其 700 °C。進一步地，能適宜選擇各 、溫度條件等。 如此進行所製造的化合物半導體層 7但可獲得結晶缺陷少的良好表面 導體層2 ,亦可因應元件構造而施 〇 能性基板之接合製程） 接下來’接合化合物半導體層2與 物半導體層2與功能性基板3之接 合物半導體層2之電流擴散層8的 加工。接下來，準備貼附至此電流 磨之表面的功能性基板3。又，此 ’在使其接合至電流擴散層8以前 用自公轉型、高 之各層時，作為 甲基鋁（（CH3) P 基銦（（CH3 ) 用例如，雙環戊 ξ為S i的掺雜原 又，作為五族構 胂（AsH3 )等。 GaP作為電流擴 他的各層能採用 層的載子濃度及 2，儘管具有發 狀態。又，化合 加研磨等之表面 功能性基板3 ^ 合，首先，將構 表面加以研磨、 擴散層8之已鏡 功能性基板3的 研磨成鏡面。接 -22- 201133939 下來，將化合物半導體層2及功能性基板3搬入一般的 半導體材料貼附裝置，在真空中使電子碰撞已鏡面研磨 的雙方表面而照射已中性（n e u t r a 1 )化的A r束。之後， 藉由在維持真空的貼附裝置内將雙方的表面重疊並施加 荷重，能在室温下接合（參照第7圖）。關於接合，從 接合條件的安定性來看，更佳為接合面是相同的材質。 接合（貼附），在如此的真空下之常溫接合是最合 適的，但亦能使用共晶金屬、接著劑來接合。 (第1及第2電極形成製程） 接下來，形成第1電極之η型歐姆電極4及第2電 極之ρ型歐姆電極5。η型歐姆電極4 及ρ型歐姆電極 5的形成，首先，利用氨系蝕刻劑將GaAs基板14及緩 衝層15從已與功能性基板3接合的化合物半導體層2 中選擇性除去。接下來，在已露出的接觸層16表面形成 ,η型歐姆電極4。具體而言，例如，利用真空蒸鍍法、以 成為任意厚度的方式積層AuGe、Ni合金/Pt/Au後，利 用一般的光微影手段進行圖案化來形成η型歐姆電極4 的形狀。 接下來，選擇性除去接觸層16、上部包覆層11、活 性層1 0、下部包覆層9而使電流擴散層8露出，在此露 出的電流擴散層8的表面形成ρ型歐姆電極5。具體而 言，例如，利用真空蒸鍍法、以成為任意厚度的方式積 層AuBe/Au後，利用一般的光微影手段進行圖案化來形 成ρ型歐姆電極5的形狀。之後，藉由以例如400〜5 00 -23- & 201133939 °C、5〜20分鐘的條件進行熱處理而合金化，能形 阻的η型歐姆電極4及p型歐姆電極5。 (功能性基板之加工製程） 接下來，加工功能性基板3的形狀。功能性 的加工，首先，在未形成第3電極6的表面進行 的挖溝。此時，V字狀的溝的第3電極6側的内 為傾斜面3 b，該傾斜面3 b具有與平行於發光面 夾角〇：。接下來，從化合物半導體層2側開始以 間隔進行切片而晶片化。又’措由當晶片化時之 形成功能性基板3的垂直面3 a。 傾斜面3 b的形成方法，並未特別限定，能組 刻、乾蝕刻、刻劃法、雷射加工等之過去以來的 使用，最佳為採用形狀控制性及生產性高的切片 由採用切片法，能提高製造良率。 又，垂直面3 a的形成方法，並未特別限定， 以雷射加工、刻劃-裂片（s c r i b e - b r e a k )法或切 形成。藉由採用雷射加工、刻劃-裂片法，能使製 降低。即，不必設置晶片分離時的切割留白，能 數個發光二極體，所以能降低製造成本。另一方 切片法方面，切斷的穩定性優良。 最後，依須要，以硫酸-過氧化氫混合液等來 去破碎層及污染。如此地進行而製造發光二極體 成低電 基板3 V字狀 側面成 的面的 既定的 切片來 合濕触 方法來 法。藉 較佳為 片法來 造成本 製造多 面，在 钮刻除 -24- 201133939 <發光二極體燈之製造方法> 接下來，針對使用上述發光二極體1之發光二 燈4 1之製造方法，即，發光二極體1的安裝方法加 明。 如第1圖及第2圖所示，將既定數量的發光二 1安裝在安裝基板42的表面。發光二極體1的安裝 先，進行安裝基板42與發光二極體1的對位，將發 極體1配置在安裝基板42表面的既定位置。接下來 Ag膏進行晶粒接合，將發光二極體1固定在安裝 42的表面。接下來，使用金線45來連接發光二極 的η型歐姆電極4與安裝基板42的η電極端子43 線）。接下來，使用金線4 6來連接發光二極體1 型歐姆電極5與安裝基板42的ρ電極端子44。最 將安裝基板42之安裝發光二極體1的表面，利用一 環氧樹脂4 7封裝。如此地進行，製造使用發光二極 的發光二極體燈4 1。 又，發光二極體燈41的發光光譜，藉由調整活 1 0的組成，例如，能將峰發光波長定為7 2 0〜7 6 0 n m 圍。又，可藉由電流擴散層8來抑制井層12及障 13 的活性層 10内的變異，所以使發光光譜的半 (half width)成為10〜40nm的範圍。 如以上說明，根據本實施形態的發光二極體 1 具備包含發光部7之化合物半導體層2，該發光部 有由組成式（AlxGa^x) As(0SXS0.35)所構成 層12。 -2 5- 極體 以說 極體 ，首 光二 ，以 基板 體1 (打 的ρ 後， 般的 體1 性層 的範 壁層 寬度 ，則 7具 之井 201133939 又，在本實施形態的發光二極體1，將電流擴 設置在發光部7上。此電流擴散層8，對發光波 明的，所以能不會吸收來自發光部7的發光地作 出、高效率的發光二極體 1。功能性基板，材質 定的，不會擔心腐蝕而耐濕性優良。 因此，根據本實施形態之發光二極體 1，便 具有紅外光的發光波長，單色性優良，同時為高 高效率且耐濕性的發光二極體 1。又，根據本實 之發光二極體 1，便能提供具有，相較於以過去 磊晶法製作的透明基板型 AlGaAs系的發光二極 1.5倍以上的發光效率之高輸出發光二極體1。又 高濕可靠性也提高。 又，根據本實施形態之發光二極體燈4 1，則 有約73 Onm發光波長，單色性優良，同時為高輸 效率且耐濕性的上述發光二極體 1。因此，能提 培育植物用之照明的發光二極體燈4 1。 <發光二極體（第2實施形態）> 第8圖（a )及（b )係用於說明採用本發明 實施形態的發光二極體的圖。第8圖（a)為平面 8圖（b )係沿著第8圖（a )中所示之C - C ’線的剖 第2實施形態之發光二極體20，其特徵為具 光部r係包含具有由組成式（AlxGai_x) As(OS 所構成之井層及障壁層的積層構造而發出紅外光 層10 ;電流擴散層8，係形成在發光部上；及功 散層8 長是透 成高輸 上是穩 能提供 輸出、 施形態 的液相 體，約 具備具 出、向 供適合 之第2 圖，第 面圖。 備：發 1 ) 的活性 能性基 -26- 201133939 板 3 1，係包含與發光部對向配置而具有對發光波長 9 0 %以上反射率的反射層2 3，接合至電流擴散層8。 在第3實施形態的發光二極體，因為具有具備反射 層23之功能性基板3 1，其中該反射層23具有對發光波 長9 0 %以上的反射率且與發光部對向配置，所以能有效 率地從主要的光取出面取出光。 在第8圖所示之例，功能性基板3 1在電流擴散層8 下側的面8b具備第2電極21，進一步具備有以覆蓋該 第2電極21的方式將透明導電膜22及反射層23積層所 構成的反射構成體、及由矽或鍺所構成之層（基板）3 0。 在第 3實施形態的發光二極體中，功能性基板31 較佳為包含由石夕或鍺所構成之層。這是因為是難腐钮的 材質，所以财濕性提高的緣故。 反射層2 3係例如由銀（A g )、铭（A1 )、金（A u ) 或它們的合金等所構成。這些材料的光反射率高，能將 來自反射層23的光反射率作到90%以上。 功能性基板3 1，能使用對此反射層2 3，以A u I η、 AuGe、AuSn等之共晶金屬接合至矽、鍺等之廉價的基 板（層）的組合。尤其是Auln，接合溫度低，雖然熱膨 脹係數與發光部有差異，但就接合最廉價的矽基板（矽 層）來說是最適合的組合。 功能性基板3 1，進一步地以電流擴散層、反射層金 屬及共晶金屬不會互相擴散的方式，例如，作成被插入 由鈦（Ti )、鎢（W )、白金（Pt )等高熔點金屬所構 成之層的構成，從品質的穩定性來看是較佳的。 -27- 201133939 <發光二極體（第3實施形態）> 第9圖係用於說明採用本發明之第3實施形態的發 光二極體的圖。 採用本發明之第3實施形態的發光二極體，其特徵 為具備：發光部，係包含具有由組成式（AlxGa^x ) As (0 ^ X ^ 1 )所構成之井層及障壁層的積層構造而發出 紅外光的活性層1 0 ;電流擴散層8，係形成在發光部上； 及功能性基板5 1，係包含與發光部對向配置而具有對發 光波長90%以上反射率的反射層53及金屬基板50，接 合至電流擴散層8。 第3實施形態的發光二極體，在功能性基板包含金 屬基板方面，係相對於第2實施形態的發光二極體的特 徵構成。 金屬基板的散熱性高，有助於以高輝度使發光二極 體發光，同時將發光二極體的壽命長壽命化。 從散熱性的觀點來看，金屬基板特佳為由熱傳導率 為.130W/m · K以上的金屬所構成。作為熱傳導率為 1 30W/m . K以上的金屬，例如有鉬（1 38W/m · K )或鎢 (174W/m · K)。 如第9圖所示，化合物半導體層2，具有：活性層 10、透過導引層（未圖示）而包夾該活性層 10之第1 包覆層（下部包覆）9及第2包覆層（上部包覆）11、 在第1包覆層（下部包覆）9下側的電流擴散層8、平面 看來幾乎與在第2包覆層（上部包覆）11上側的第1電 極55相同尺寸的接觸層56。 -28- 201133939 功能性基板5 1，係在電流擴散層8下 備第2電極57，進一步地由以覆蓋該第2 式將透明導電膜52及反射層53積層而構 體、及金屬基板5 0所構成，在構成反射構 5 3之與化合物半導體層2相反側的面5 3 b 板50的接合面50a。 反射層5 3係例如，由銅、銀、金、銘 的合金等所構成。這些材料的光反射率高 射構造體的光反射率作到 90 %以上。藉 5 3，能使來自活性層1 0的光在反射層 5 3 反射，能使在正面方向f的光取出效率提 將發光二極體更高輝度化。 反射層5 3，較佳為從透明導電膜5 2側 障壁層、Au系之共晶金屬（連接用金屬） 構造。 上述連接用金屬，係電性阻抗低，在 金屬。藉由使用上述連接用金屬，能不對 層2施予熱應力地連接金屬基板。 作為連接用金屬，可使用化學性穩定 系的共晶金屬等。作為上述Au系的共晶 例如AuSn、AuGe、AuSi等合金的共晶組） 晶金屬）。 又，較佳為將鈦、鉻、鶴等金屬添加至 藉此，鈦、鉻、鎢等金屬發揮作為障壁金屬（ 側的面8 b，具 電極57的方 成之反射構造 造體之反射層 ，接合金屬基 等金屬或它們 ，能將來自反 由形成反射層 朝正面方向f 向。藉此，能 起由 Ag、Ni/Ti 所構成的積層 低溫下熔融的 化合物半導體 ，熔點低的Au 金屬，能舉出 技（Au系的共 連接用金屬。 barrier metal) -29- 201133939 的功能，能抑制包含在金屬基板的不純物等擴 層5 3側而進行反應。 透明導電膜52，可利用IT〇膜、IZ〇膜等 又，反射構造體，亦可只以反射層5 3來構成。 又’亦可取代透明導電膜52地，或者是， 導電膜5 2地，使用利用透明材料的折射率差之 鏡（cold mirror)，例如，氧化鈦膜、氧化矽 膜或白色的氧化鋁、A1N，而組合至反射層53 金屬基板50能使用由複數個金屬層所構片 金屬基板較佳為將2種類的金屬層交替 成。 特佳地，這2種類的金屬層的層數合計為 在此If况，從金屬基板的翹曲或破裂的觀 當使用熱膨脹係數比化合物半導體《2還小的 第2金屬g 50B日夺’較佳為第i金屬層5〇a、 由熱膨脹係數比化合物半導體層3還大的材 者。k疋因為使作為整體金屬基板的熱膨脹係 近化合物半導體層的熱膨脹係數者，所以能抑 化合物半導體層與金屬基板時金屬基板的翹曲 忐使發光二極體的製造良率提高的緣故。同樣 用熱膨服係數比化合物半導體層2還大的材料 金屬層5〇B時’較佳為第1金屬層50A、50A 膨服係數比化合物半導體層2還小的材料所構 是因為使作為整體金屬基板的熱膨脹係數成為 散至反射 來構成。 連同透明 所謂的冷 臈之多層 Ο i者。 積層所構 奇數。 點來看， 材料作為 50A使用 料所構成 數成為接 制當接合 或破裂， 地，當使 作為第2 使用由熱 成者。這 接近化合 -30- 201133939 物半導體層的熱膨脹係數者，所以能抑制當接合化合物 半導體層與金屬基板時金屬基板的翹曲或破裂，能使發 光二極體的製造良率提高的緣故。 從以上的觀點來看，2種類的金屬層係誰是第1金 屬層誰是第2金屬層都沒關係。 作為2種類的金屬層，能使用例如，由銀（熱膨脹 係數=18.9ppm/K)、銅（熱膨脹係數=16.5ppm/K)、 金（熱膨脹係數=1 4.2 p p m / K )、鋁（熱膨脹係數= 2 3.1ppm/K)、鎳（熱膨脹係數=13.4ppm/K)及它們的 合金之任一者所構成的金屬層，及由鉬（熱膨脹係數== 5 . lppm/K )、鎢（熱膨脹係數=4,3ppm/K )、鉻（熱膨 脹係數=4.9ppm/K)及它們的合金之任一者所構成的金 屬層的組合。 作為合適的例子，可舉出由Cu/Mo/Cu之3層所構 成的金屬基板。以上述的觀點即使是由Mo/Cu/Mo之3 層所構成的金屬基板也可獲得同樣的效果，但是由 Cu/Mo/Cu之3層所構成的金屬基板，因為是以易加工的 Cu 包夾機械性強度高的 Mo 的構成，所以有比由 Mo/Cu/Mo之3層所構成的金屬基板還容易進行切斷等 加工的優點。 作為整體金屬基板的熱膨脹係數，例如，在由 Cu (30/zm) /Mo(25//m) /Cu(30/zm)之 3 層所構成的 金屬基板為 6.1ppm/K，在由 Mo(25//m) /Cu(70/xm) /Mo( 25以m)之3層所構成的金屬基板則成為5,7ppm/K。 -3 1- 201133939 又 ，從散熱的觀點來圣 佳為由熱傳道看，構成金屬基板的金屬層較 古条麗其4 所構成。這是因為藉此’能增 同金屬基板的散熱性， nn±At收 使發光二極體以高輝度發光’ 同時能將發光二極體 ^ 哥命長寿命化的緣故。 較仏為使用例如，銀（熱傳導率= 420W/m· K)、 銅（熱傳導率=、 m*K)、金（熱傳導率=3 20W/m · (熱傳導率= K )及它們的 K )麵（熱傳導率=236W/m · Κ )、鉬 138W/m K)、鎢（熱傳導率=174W/m 合金等。 更佳為這些金屬層的熱膨脹係數係由與化合物半導 體層的熱膨脹係數約略相等的材料所構成。特佳為金屬 層的材料為具有化合物半導體層之熱膨脹係數的士 1 Jppm/K以内的熱膨脹係數的材料。藉此，能縮小因接 合金屬基板與化合物半導體層時之對發光部的熱所產生 的應力’能抑制因當使金屬基板與化合物半導體層連接 時的熱所產生的金屬基板破裂，能使發光二極體的製造 良率提高。 作為整體金屬基板的熱傳導率，例如，在由Cu(30 //m) /Mo(25#m) /Cu(30/zm)之3層所構成的金屬 基板成為 250W/m ·Κ，在由 Mo(25/zm) /cu(70ym) /Mo(25//m)之3層所構成的金屬基板則成為220W/m. K。 -32- 201133939 [實施例] 以下，使用實施例來具體說明本發明的效果。又， 本發明並不限定於這些實施例。 在本實施例，具體說明製作本發明之發光二極體的 例子。製作發光二極體後，為了特性評價而製作將發光 二極體晶片安裝至基板上的發光二極體燈。 (實施例1 ) 實施例1的發光二極體為第1實施形態的實施例。 首先，在由已掺雜Si之η型Ga As單結晶所構成的 GaAs基板上，依序積層化合物半導體層而製作磊晶晶 圓。Ga As基板，係以從（100 )面朝（0-1-1 )方向傾斜 1 5°的面作為成長面，將載子濃度定為2x1 018 cm _3。又， GaAs基板的層厚，定為約0.5/zm。化合物半導體層， 係指由已掺雜Si之GaAs所構成的η型緩衝層、由已掺 雜Si之（Al0.7Ga0.3) 0.5Ιη0.5Ρ所構成的η型接觸層、由 Al〇.7Ga〇.3 As 所構成之 η 型上部包覆層、由 Alo.i8Gao.82As/Alo.3Gao.7As之20對所構成的井層/障壁 層、由Al〇.7Ga〇.3As所構成之ρ型下部包覆層、由已摻 雜Mg之p型GaP所構成的電流擴散層。 在本實施例，使用減壓有機金屬化學氣相堆積裝置 法（MOCVD裝置），使化合物半導體層磊晶成長在直 徑76 mm、厚度350/zm的G a A s基板，形成蟲晶晶圓。 當使蟲晶成長層成長時，作為三族構成元素的原料，使 用三甲基鋁（（CH3 ) 3A1 ) '三曱基鎵（（CH3 ) 3Ga) g -33- 201133939 及三曱基銦（（CH3 ) 3In )。又，作為Mg的掺雜原料， 使用雙環戊二烯鎂（bis- ( C5H5 ) 2Mg )。又，作為 Si 的掺雜原料，使用二矽烷（Si2H6)。又，作為五族構成 元素的原料，使用膦（PH3 )、胂（AsH3 )。又，作為 各層的成長溫度，由P型GaP所構成之電流擴散層，使 其在750 °C成長。其他的各層係使其在700 °C成長。 由GaAs所構成之緩衝層，係將載子濃度定為約2x 1 0 18 cm _3，將層厚定為約0.5 // m。接觸層，係將載子濃 度定為約2xl018cm_3，將層厚定為約3.5//m。上部包覆 層，係將載子濃度定為約1 X 1 0 18 cm_ 3，將層厚定為約0.5 // m。井層，係作成未#雜、層厚為約 17 n m 之 Al〇.18Ga〇.82As，障壁層，係作成未掺雜、層厚為約19nm 之Al〇.3Ga〇.7As。又，將井層與障壁層交替積層20對。 下部包覆層，係將載子濃度定為約8 X 1 0 17 cnT3，將層厚 定為約0.5 // m。由GaP所構成之電流擴散層，係將載子 濃度定為約3x 1 0 18 cm _3，將層厚定為約9 // m。 接下來，將電流擴散層從表面起研磨直到約1 // m 的深度的區域，進行鏡面加工。藉由此鏡面加工，將電 流擴散層的表面粗糙度作成0.1 8 nm。另一方面，準備貼 附至上述電流擴散層之已鏡面研磨的表面之由η型GaP 所構成的功能性基板。對此貼附用的功能性基板，以使 載子濃度成為約2xl017cnr3的方式添加Si，使用將面方 位作成（1 1 1 )的單結晶。又，功能性基板的直徑為 7 6 nun，厚度為2 5 0 // m。此功能性基板的表面，在使其接合 -34- 201133939 至電流擴散層以前研磨成鏡面，加工成以均方根值（rms ) 表示為0.12nm。 接下來，將上述功能性基板及磊晶晶圓搬入一般的 半導體材料貼附裝置，將裝置内排氣成真空直到成為3 X l〇-5Pa 為止。 接下來，將使電子碰撞而中性（neutral )化的 Ar 束照射在功能性基板、及電流擴散層雙方的表面3分 鐘。之後，在維持為真空的貼附裝置内，使功能性基板 與電流擴散層的表面重疊，以使在各自表面的壓力成為 50g/cm 2的方式施加荷重，在室溫下將雙方接合。如此 一來形成了接合晶圓。 接下來，利用氨系触刻劑將GaAs基板及GaAs緩衝 層從上述接合晶圓選擇性除去。接下來，在接觸層的表 面，利用真空蒸鍍法以使厚度成為 0.5以m的方式形成 AuGe、Ni合金的膜，以使厚度成為0.2/zm的方式形成 Pt的膜，以使厚度成為1 // m的方式形成Au的膜，來作 為第1電極。之後，利用一般的光微影手段實施圖案化， 形成作為第1電極的η型歐姆電極。接下來，對已除去 GaAs基板的面之光取出面的表面實施粗面化處理。 接下來，將形成作為第2電極的p型歐姆電極的區 域的磊晶層選擇性地除去，使電流擴散層露出。在此露 出的電流擴散層的表面，利用真空蒸鍍法，以使 AuBe 成為0.2//m、使Au成為1/zm的方式形成p型歐姆電 極。之後，以450 °C進行10分鐘的熱處理而合金化，形 成低電阻的P型及η型歐姆電極。

I -35- 201133939 接下來，使用切片鑛（d i c i n g s a w )，從功能性基 板的背面，在未形成第3電極的區域，以使傾斜面的角 度α成為70°同時使垂直面的厚度成為80/zm的方式進 行V字狀的挖溝。接下來，使用切片鋸從化合物半導體 層側開始以3 5 0 // m的間隔切斷而晶片化。以硫酸-過氧 化氫混合液來蝕刻除去因切片所產生之破碎層及污染， 製作實施例1之發光二極體。 組裝2 0個將如上述般進行所製作之實施例1的發光 二極體晶片安裝在安裝基板上的發光二極體燈。此發光 二極體燈之安裝，係以晶粒接合器（diebonder)加以支 撐（安裝），以金線將發光二極體的η型歐姆電極與已 設置在安裝基板表面的η電極端子打線，以金線將ρ型 歐姆電極與ρ電極端子打線後，以一般的環氧樹脂封裝 而製作。 將評價此發光二極體（發光二極體燈）的特性的結 果示於表1。如表1所示，將電流流入η型及ρ型歐姆 電極間後，便射出峰波長定為73 Onm的紅外光。當在順 方向上流通20毫安培（mA )的電流時之順向電壓（Vf)， 反映在構成化合物半導體層的電流擴散層與功能性基板 的接合界面的電阻低、及各歐姆電極之良好的歐姆特 性，而成為2.0伏特（V )。當將順向電流定為2 0 m A時 的發光輸出為約1 3 m W。 進一步地，在溫度6 0 °C、濕度9 0 %的高溫高濕環境 下，實施1 000小時的通電試驗（通電20mA )，將測定 發光輸出的殘留率（可靠性）的結果示於表1。 -36- 201133939 [表l] 可靠性 可靠性 元件構造 基板 Ap (nm) Po (20mA) VF (20mA) Po : % VF : % 實施例1 透明 GaP 730 13 2.0 96 99 實施例2 反射 Si 730 10 1.9 96 99 實施例3 反射 Cu/Mo/Cu 730 10.2 1.9 95 99 實施例4 透明 GaP 720 13 1.9 95 99 實施例5 反射 Si 720 10 1.9 95 99 實施例6 透明 GaP 760 14 2.0 97 100 實施例7 反射 Si 760 11 1.9 96 100 實施例8 透明 GaP 725 13 1.9 95 99 實施例9 透明 GaP 755 13.5 2.0 96 100 比較例1 液相蟲晶 AlGaAs 730 5 1.9 83 105 (實施例2 ) 在第8圖（a )、（ b )顯示實施例2的發光二極體。 實施例2的發光二極體，係接合反射面及功能性基板的 組合。其他發光部之形成與實施例1相同。 在電流擴散層8的表面，以離光取出面的端5 0 // m 的方式等間隔配置8個把Au Be/Au合金作成厚度0.2// m、20/ζιηφ的點之電極21。 接下來，以濺鍍法形成0.4 # m之透明導電膜的ΙΤΟ 膜22。進一步地，以0.2#m/0.1/zm/l/zm的厚度形成 銀合金/Ti/Au的層23，作為反射面23。 另一方面，在石夕基板 31的表面，以 0.1/zm/0.5/z m/0.3/zm的厚度形成Ti/Au/In的層32。在石夕基板31的 背面，以O.lVm/O.Sym的厚度形成Ti/Au的層33。將 前述發光二極體晶圓側的 Au與矽基板側的In表面重 i -37- 201133939 疊，以320°C加熱，以500g/cm 2加壓，將功能性基板接 合至發光二極體晶圓。 除去GaAs基板，在接觸層16的表面，形成AuGe/Au 之厚度〇.5//m、寬度5//m之細線歐姆電極25a，以420 °C進行5分鐘熱處理，將ρ、η歐姆電極進行合金化處理。 之後，形成直徑90/zm之Au接合電極25。 接下來，將接觸層16的表面進行粗面化處理。 將用於分離成晶片之切斷預定部分的半導體層及反 射層、共晶金屬除去，以切片鋸、以3 5 0 // m間距來將 矽基板切斷成正方形。 將評價此發光二極體（發光二極體燈）的特性的結 果示於表1。 如表1所示，將電流流入上面及下面的電極間後， 便射出峰波長定為7 3 0 n m的紅外光。當在順方向上流通 2 0毫安培（m A )的電流時之順向電壓（V f)，反映在 構成化合物半導體層的電流擴散層與功能性基板的接合 界面的電阻低、及各歐姆電極之良好的歐姆特性，而成 為約1.9伏特（V )。當將順向電流定為20mA時的發光 輸出為約1 0 m W。 進一步地，在溫度6 0 °C、濕度9 0 %的高溫高濕環境 下，實施1 0 0 0小時的通電試驗（通電2 0 m A )，將測定 發光輸出的殘留率（可靠性）的結果示於表1。 -3 8- 1 201133939 (實施例3 ) 實施例3的發光二極體係第3實施形態的實施例， 將包含反射層及金屬基板的功能性基板接合至電流擴散 層的構成。參照第9圖，說明實施例3的發光二極體。 首先，製作金屬基板。準備2片約略平板狀、厚度 10//m的Cu板、及1片約略平板狀、厚度75/zm的Mo 板，在2片Cu板之間插入Mo板而將它們重疊配置，將 前述基板配置在加壓裝置，在高溫下，在包夾它們的方 向上對這些金屬板施加荷重。藉此，製作由Cu( ΙΟμιη) /Mo(75//m) /CuClO/zm)之3層所構成的金屬基板。 化合物半導體層，係除了在缓衝層與接觸層之間， 形成由換雜Si之（Al〇.5Ga〇.5) 〇.5ΐη〇.5Ρ,所構成、層厚為 0.5 // m之餘刻阻止層以外，以與實施例1的條件相同的 條件形成。 在電流擴散層8的面8 b上，以6 0 # m的間隔形成 第2電極57，該第2電極57係在0.4#m厚度的AuBe 上積層0.2/zm厚度的Au所構成、當平面觀察時為20 // m φ的圓形狀。 接下來，利用濺鍍法，將透明導電膜的ITO膜52 以覆蓋第2電極57的方式形成0.8/zm的厚度。 接下來，在ITO膜52上，使用蒸鍍法，形成0.7 // m之由銀（Ag)合金所構成之膜後，形成0.5#m之由 鎳（Ni ) /鈦（Ti )所構成之膜、1 # m之由金（Au )所 構成之膜，形成反射膜5 3。 -39- 201133939 接下來，將在化合物半導體層之電流擴散層8上形 成ITO膜52及反射膜53的構造體、與金屬基板，以對 向且重疊的方式配置而搬入減壓裝置，在已加熱為 400 °C的狀態下，以5 0 0 kg重的荷重將它們接合而形成接合 構造體。 接下來，利用氨系蝕刻劑將化合物半導體層的成長 基板之GaAS基板及緩衝層從接合構造體選擇性除去， 進一步地，利用鹽酸系蝕刻劑將蝕刻阻止層選擇性除去。 接下來，使用真空蒸鍍法，在接觸層上，形成0.15 /zm厚度的AuGe膜後，形成0.05#m厚度的Ni膜，進 一步地形成l；c/m厚度的Au膜，而形成第1電極用導電 膜。接下來，使用光微影法，將電極用導電膜圖案化成 平面觀察的圓形狀，製作直徑l〇〇#m、厚度3/zm的第 1電極5 5。 接下來，以第1電極為遮罩，利用氨系蝕刻劑，將 接觸層之中，第1電極之下以外的部分蝕刻除去，形成 接觸層56。 將用於分離成晶片之切斷預定部分的化合物半導體 層及反射層、共晶金屬除去，以雷射切片、以 3 5 0 # m 間距來將金屬基板切斷成正方形。 將評價此發光二極體（發光二極體燈）的特性的結 果示於表4。 如表4所示，將電流流入η型及p型歐姆電極間後， 便射出峰波長定為73 Onm的紅外光。當在順方向上流通 -40- 201133939 20毫安培（mA )的電流時之順向電壓（VF )，反映在 構成化合物半導體層的電流擴散層與功能性基板的接合 界面的電阻低、及各歐姆電極之良好的歐姆特性，而成 為約1.9伏特。當將順向電流定為20mA時的發光輸出 為 10_2mW。 將20個此燈，在60°C、90RH%下，以20mA實施 南溫南濕通電試驗。 1 000小時後的平均輸出殘留率為95%。VF沒有變 動，為99%。 (實施例4 ) 實施例4的發光二極體係第1實施形態的實施例， 除了使發光華波長會落在720nm之井層的A1組成Xl = 0.20、使組成式（AlnGabn) As(0SX2Sl)之障壁 層的 A1 組成 X2 = 0.35，即，將發光部變更為由 AU.2Gao.8As/Alo.35Gao.65As之對所構成的井層/障壁層以 外，以與實施例1相同的條件來製作。 評價此發光二極體（發光二極體燈）的特性的結果 如表4所示般，射出峰波長為7 2 0 n m的紅外光，發光輸 出（P。）、順向電壓（V f )、平均輸出殘留率、順向電 壓的變動分別為13mW、1.9V、95%、99%。 (實施例5 ) 實施例5的發光二極體係第2實施形態的實施例， 除了使發光峰波長會落在720nm之井層的A1組成Xl = 0.20、使組成式（Alx2Ga!_x2) As(〇SX2$l)之障壁 -41- g 201133939 層的 A1 組成 X2 = 0.35，即，將發光部變更 Al〇.2〇Ga〇.8〇As/Al〇.35Ga〇.65As 之對所構成的井層 /障 以外，以與實施例2相同的條件來製作。又，障壁 A1組成從X2=0.30變更為X=0.35不會影響發光 長。 評價此發光二極體（發光二極體燈）的特性的 如表4所示般，射出峰波長為720nm的紅色光，發 出（P。）、順向電壓（V F )、平均輸出殘留率、順 壓的變動分別為10mW、1.9V、95%、99%。 (實施例6 ) 實施例6的發光二極體係第1實施形態的實施 除了使發光峰波長會落在760nm之井層的A1組成 0.13、使組成式（AlnGam) As(0SX2Sl)之 層的 A1 組成 X2 = 0.3，即，將發光部變更 Alo.13Gao.87As/Alo.3Gao.7As之對所構成的井層/障壁 外，以與實施例1相同的條件來製作。 評價此發光二極體（發光二極體燈）的特性的 如表4所示般，射出峰波長為760nm的紅色光，發 出（P。）、順向電壓（VF )、平均輸出殘留率、順 壓的變動分別為14mW、2.0V、96%、100%。 (實施例7 ) 實施例5的發光二極體係第2實施形態的實施 除了使發光峰波長會落在760nm之井層的A1組成 0· 13、使組成式（Alx2Gai.X2 ) As ( 0 S X2 $ 1 )之 為由 壁層 層的 峰波 結果 光輸 向電 例， XI = 障壁 為由 層以 結杲 光輸 向電 例， XI = 障壁 -42- 201133939 層的 A1 組成 X2 = 0.3，即，將發光部變更為由 Alo.13Gao.87As/Alo.3Gao.7As之對所構成的井層·/障壁層以 外，以與實施例2相同的條件來製作。 評價此發光二極體（發光二極體燈）的特性的結果 如表4所示般，射出峰波長為760nm的紅外光，發光輸 出（P。）、順向電壓（VF )、平均輸出殘留率、順向電 壓的變動分別為llmW、1.9V、96%、100%。 (實施例8 ) 實施例8的發光二極體係第1實施形態的實施例， 除了使發光峰波長會落在725 nm之井層的A1組成XI = 0-19、使組成式（AlnGauz) As ( 0$ X2S 1 )之障壁 層的 A1 組成 X2 = 0.35，即，將發光部變更為由 Alo.19Gao.8iAs/Alo.35Gao.65As之對所構成的井層/障壁層 以外，以與實施例1相同的條件來製作。 評價此發光二極體（發光二極體燈）的特性的結果 ...如表4所示般，射出峰波長為725nm的紅外光，發光輸 出（P。）、順向電壓（VF )、平均輸出殘留率、順向電 壓的變動分別為13mW、1.9V、95%、99%。 (實施例9 ) 實施例9的發光二極體係第1實施形態的實施例， 除了使發光峰波長會落在755nm之井層的A1組成Xl = 0.15、使組成式（AlnGabn) As(0SX2Sl)之障壁 層的 A1 組成 X2 = 0.30，即，將發光部變更為由

Al〇. 14Ga〇.86As/Al〇.3Ga〇.7As之對所構成的井層/障壁層以 外，以與實施例1相同的條件來製作。

-43- S 201133939 評價此發光二極體（發光二極體燈）的特性的結果 如表4所示般，射出峰波長為75 5 nm的紅外光，發光輸 出（P。）、順向電壓（VF )、平均輸出殘留率、順向電 壓的變動分別為13.5mW、2.0V、96%、100%。 (比較例1 ) 比較例1的發光二極體，係以習知技術之液相磊晶法形 成。變更成在GaAs基板具有作成AlQ.2Ga〇.8As發光層之 雙異質（double hetero)構造.的發光部之基板除去型的 發光二極體者。 比較例1的發光二.極體的製作_ ’具體而言’係利用 液相磊晶方法，在η型的（1〇0)面之GaAs單結晶基板， 以使由Al〇.7Ga〇.3As所構成之n型上部包覆層成為20仁 m、使由Al〇,2Ga().8As所構成之未掺雜的發光層成為2仁 m、使由Al〇.7Ga〇.3As所構成之P型下部包覆層成為20 # m、由對發光波長透明的Al〇.7Ga〇.3As所構成之p型厚 膜層成為120；t/m的方式製作。在此磊晶成長後除去 GaAs基板。接下來，在η型AlGaAs的表面形成直徑90 的η型歐姆電極。接下來’在P型A1 GaAs的背面， 以80仁m的間隔形成直徑“以爪的P型歐姆電極。接下 來’利用切片鋸以350仁扣的間隔切斷後’將破碎層姓 刻除去，將表面及側面進行粗面化處理而製作比較例的 發光二極體晶片。 將評價已安裝比較例1之發光二極體的發光二極體 燈的特性的結果示於表1。如表1所示，將電流流入n -44- 1 201133939 型及p型歐姆電極間後，便射出峰波長定為730nm的紅 外光。又，當在順方向上流通20毫安培（mA)的電流 時之順向電壓（Vf)，成為約 1 .9伏特（V )。又，當 將順向電流定為20mA時的發光輸出為約5mW。又，針 對比較例1之任何樣品，輸出都比本發明之實施例低。 進一步地，將20個此燈，在溫度60°C、濕度90% 的高溫高濕環境下，實施 1 0 0 0小時的通電試驗（通電 20 mA)，平均輸出殘留率為83%。VF的變動為105%。 認定比較例係輸出降低及VF上升。認為這是發光二 極體之高濃度A1的表面氧化（腐蝕），阻礙光的透過， 電阻上升。 [產業上的可利用性] 本發明之發光二極體係高效率發出紅外光，能作為 培育植物用途之光源等、無法由液相蟲晶法之 AlGaAs 的LED獲得之高輸出發光二極體製品來利用。又，有可 能替代過去的AlGaAs發光層LED的高輸出品。 【圖式簡單說明】 第1圖係使用本發明之一實施形態的發光二極體之 發光二極體燈的平面圖。 第2圖係使用本發明之一實施形態的發光二極體之 發光二極體燈的沿著第1圖中所示之A-A’線的剖面示意 圖。 第3圖係本發明之一實施形態的發光二極體的平面 圖。 -45- 201133939 第4圖係本發明之一實施形態的發光二極體之沿著 第3圖中所示之B · B，線的剖面示意圖。 第5圖係用於說明本發明之一實施形態的發光二極 體之發光部的構成之放大剖面圖。 第6圖係在本發明之一實施形態的發光二極體所使 用之蟲晶晶圓的剖面不意圖。 第7圖係在本發明之一實施形態的發光二極體所使 用之接合晶圓的剖面示意圖。 第8圖（a )係本發明之其他實施形態的發光二極體 的平面圖，（b )係沿著（a )中所示之C - C ’線的剖面示 意圖。 第9圖係本發明之其他實施形態的發光二極體的剖 面示意圖。 【主要元件符號說明】 1 發光二極體 2 化合物半導體層 3 功能性基板 3 a 垂直面 3b 傾斜面 4 η型歐姆電極（第1電極） 5 ρ型歐姆電極（第2電極） 6 第3電極 7 發光部 8 電流擴散層 -46- 下部包覆層 發光（活性）層 上部包覆層 井層 障壁層

GaAs基板 緩衝層 接觸層 發光二極體 電極 透明導電膜 反射層 接合電極 碎基板 功能性基板 發光二極體燈 安裝基板 η電極端子 ρ電極端子 金線 環氧樹脂 傾斜面與平行於發光面的面的夹角 金屬基板 功能性基板 -47- 1 201133939 52 透 明 導 電膜 53 反 射 層 55 第 1 電 極 56 接 觸 層 57 第 2 電 極 -48-

Claims (1)

1. 201133939 七、申請專利範圍： 1. 一種發光二極體，其特徵為具備： 發光部，係包含具有由組成式（AlxGai-X ) As ( 0 SXS1)所構成之井層及障壁層的積層構造而發出紅 外光的活性層； 電流擴散層，係形成在前述發光部上；及 功能性基板，係接合至前述電流擴散層。 2. 如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中前述功能 性基板對發光波長是透明的。 3 .如申請專利範圍第1項之發'光二極體，其中前述功能 性基板係由GaP、藍寶石或SiC所構成。 4.如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中前述功能 性基板的侧面，在靠近前述發光部側中具有對主要的 光取出面約略垂直的垂直面，在遠離前述發光部側_ 具有對前述主要的光取出面向内側傾斜的傾斜面。 5 .如申請專利範圍第4項發光二極體，其中前述傾斜面 包含粗面。 6. —種發光二極體，其特徵為具備： 發光部，係包含具有由組成式（AlxGai-X ) As ( 0 SXS1)所構成之井層及障壁層的積層構造而發出紅 外光的活性層； 電流擴散層，係形成在前述發光部上；及 功能性基板，係包含與前述發光部對向配置而具 有對發光波長90%以上反射率的反射層，接合至前述 電流擴散層。 -49- 201133939 7.如申請專利範圍第6項之發光二極體，其中前述功能 性基板包含由A夕或鍺所構成的層。 8 .如申請專利範圍第6項之發光二極體，其十前述功能 性基板包含金屬基板。 9.如申請專利範圍第8項之發光二極體，其中前述金屬 基板係由複數個金屬層所構成。 1 〇.如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中前述電流 擴散層係由GaP所構成。 1 1.如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中前述電流 擴散層的組成式為（AlxGai_x) As(0SXS0.5)。 1 2.如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中前述電流 擴散層的厚度為0.5〜20// m的範圍。 13. 如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中第1電極 及第2電極係設置在發光二極體之前述主要的光取出 面側。 14. 如申請專利範圍第13項之發光二極體，其中前述第 1電極及前述第2電極係歐姆電極。 15. 如申請專利範圍第13項之發光二極體，其中在前述 功能性基板之與前述主要的光取出面側相反側的面， 進一步具備第3電極。 1 6. —種發光二極體燈，其特徵為具備如申請專利範圍第 1項之發光二極體。 -50- 201133939 1 7. —種發光二極體燈，其特徵為具備如申請專利範圍第 15項之發光二極體，前述第1電極或第2電極與前述 第3電極係連接成約略同電位。 1 8. —種照明裝置，其搭載複數個如申請專利範圍第1項 之發光二極體。 S -5 1-