TW201212283A

TW201212283A - Light-emitting diode, light-emitting diode lamp, and lighting equipment

Info

Publication number: TW201212283A
Application number: TW100127934A
Authority: TW
Inventors: Noriyuki Aihara
Original assignee: Showa Denko Kk
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2012-03-16
Also published as: JP2012038997A; KR20130036321A; KR20140124822A; WO2012020789A1; US20130134390A1; JP5586372B2; KR101479914B1; CN103081135B; TWI518944B; CN103081135A

Description

201212283 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、發光二極體燈及賤明裝置’特別是關於發出具備高速反應性與高輸出性的紅色光或紅外光之發光二極體、發光二極體燈及照明装裏【先前技術】發出紅色光或紅外光的發光二極體廣泛使用於通、各種感測器、夜間照明、植物工廠用光源等用途。因應此’對發出紅色光或紅外光之發光二極體的要求’主要重視高輸出性、或由主要重視高速反應性變成重視高輸出性及高速反應性兩者。尤其在通訊用發光二極體中，為了進行大容量的光空間傳送，必須兼具高速反應性與高輸出性。以發出紅色光及紅外光的發光二極體而言，已知有以液相蟲晶法使含AlGaAs活性層的化合物半導體層成長於GaAs基板而成的發光二極體（例如，專利文獻丨〜4) 〇專利文獻4中，揭示所謂的基板去除型發光二極體，其係利用液相蠢晶法使含A1G a As活性層的化合物半導體層成長於GaAs基板後’再將作為成長基板使用的GaAs 基板加以去除。專利文獻4所揭示的發光二極體，其反應速度（上升時間：rise time)為40〜55nsec左右時，輪出為 4mW以下。又’反應速度為2〇nsec左右時，輸出稍微超過5mW左右，以利用液相磊晶法所製得的發光二極體 201212283 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1 ]曰本特開平6 _ 2 1 5 〇 7號公報 [專利文獻2]日本特開2〇〇丨_274454號公報 [專利文獻3 ]曰本特開平7 _ 3 8丨4 8號公報 [專利文獻4 ]日本特開2 〇〇 6 _丨9 〇 7 9 2號公報【發明内容】 [發明欲解決之課題] 然而’上述的輸出對通訊用發光二極體是不夠的。發光二極體與半導體雷射不同，由於是利用自然放出光’所以高速反應性與高輸出性具有消長（trade_〇ff) 的關係。因此’例如’即便僅將發光層的層厚變薄來增大載子（carrier)的封閉效果以提高電子與電洞的發光再結合機率’而達成高速反應化，仍會有導致發光輸出降低的問題。此外，所謂載子的封閉效果係指，藉由於發光層、即於活性層與包覆層之境界所形成的電位障壁，來將載子封閉於活性層區域。本發明係有鑑於上述課題而開發者，其目的在於提供一種發出兼具高速反應性與高輸出性之紅色光及/或紅外光的發光二極體、發光二極體燈及照明裝置。 [用以解決課題之手段] 本案發明人為了解決上述課題而反覆致力研究的結果發現’將交互積層有5對以下之AlGaAs井層與包含 AlGaAs或四元混晶的AlGalnP之阻障層而成的量子井構造没為活性層，將夾持此活性層的包覆層設為包含四元 201212283 混晶的AlGalnP，使包含活性層及包覆層的化合物半導體層蟲晶成長於成長基板之後，去除該成長基板，而將化合物半導體層重新貼附（接合）於透明基板之構成，藉此元成可面維持南速反應性，一面以南輸出發出紅色光及/或紅外光的發光二極體。此時，本案發明人’首先將具有高載子之封閉效果且適用於高速反應的量子井構造採用於活性層，並且為了確保高植入載子密度而將井層及阻障層的成對數設成 5以下。藉此構成，能實現與使用液相磊晶法所製得之發光二極體之上述最高速的反應速度大致相同、或比上述最高速的反應速度更大的反應速度。又，採用一種四元混晶的AlGalnP，其係在三元混晶的量子井構造、或夾持包含三元混晶的井層與四元混晶的阻障層之量子井構造而成的包覆層，帶隙大且對發光波長呈透明’且因不含容易產生缺陷的As，故結晶性佳〇另外，如上所述，以往使用AlGaAs系活性層的發光二極體’係在原狀態下直接使用使化合物半導體層成長的GaAs基板’而不是將含此活性層的化合物半導體層貼附於透明基板（接合）的類型。然而，由於GaAs基板相對於AlGaAs系活性層為不透明而無法避免光的吸收，故採用藉由在成長化合物半導體層後’去除屬於成長基板的 GaAs基板，可避免光的吸收’而貼附於可期待有助於高輸出的透明基板。 201212283 如上所述，本案發明人採用將5對以下的量子井構造設為活性層的構成來確保高速反應性，在此構成中採用在夾持二7G混晶之量子井構造的包覆層使用四元混晶之劃時代的組合，並藉由採用去除使用於化合物半導體層之成長的成長基板，而在沒有光吸收的基板重新貼附化合物半導體層之構成，藉此達成高輸出化。本發明提供以下手段。 (1) 一種發光二極體，其特徵為：具備： I光部’其係具有量子井構造的活性層以及夾持前述活性層的第1包覆層和第2包覆層，該量子井構造的活 f生層係父互積層有包含組成式（Α1χ丨Gam)As(〇g XI $ 1)之化合物半導體的井層及阻障層；電流擴散層’其係形成於前述發光部上；及功能性基板’其係接合於前述電流擴散層；前述第1包覆層及前述第2包覆層係包含組成式 1、〇<γι$ 丄）的化合物半導體； σ 前述井層及前述阻障層的成對數為5以下。 (2) —種發光二極體，其特徵為：具備：發光部’其係具有量子井構造的活性層以及夾持前述活性層的第1包覆層和第2包覆層，該量子井構造的活性層係父互積層有包含組成式（AlxlGa卜X丨）As(〇sxi$i)之化合物半導體的井層以及包含組成式（Alx3Gai χ3)γ2 In丨·Y2P(〇SX3S 1、〇< Y2S 1)之化合物半導體的阻障層； 201212283 電流擴散層’其係形成於前述發光部上；及功能性基板’其係接合於前述電流擴散層；前述第1包覆層及前述第2包覆層係包含組成式 (AlX2Ga丨-Χ2)γ丨Ιηι·γιΡ(0$ X2S 1、0< Υΐ$ 1)的化合物半導體；前述井層及前述阻障層的成對數為5以下。 (3) 如上述（1)或（2)之發光二極體，其中前述活性層與前述包覆層的接合面積為20000〜90000“ m2。此外，「前述活性層與前述包覆層的接合面積」係指’在經由引導層等的層接合有活性層與包覆層時，包含此等層與活性層或包覆層之間的接合面積。 (4) 如上述（1)至（3)中任一項之發光二極體，其係將前述井層的A1組成XI設為〇.20$χΐ$〇.36，將前述井層的厚度設為3〜30nm ’且發光波長設定為66〇〜72〇nm而成〇 (5) 如上述（1)至（3)中任一項之發光二極體，其係將前述井層的A1組成XI設為〇$χι$〇2，將前述井層的厚度設為3〜30nm ’且發光波長設定為72〇〜85〇nm而成。 (6) 如上述（1)至（5)中任一項之發光二極體，其中前述功能性基板相對於發光波長呈透明。 (7) 如上述（1)至（6)中任一項之發光二極體，其中前述功能性基板包含GaP、藍寶石或Sic。 (8) —種發光二極體，其特徵為：具備： 201212283 發光部’其係具有量子井構造的活性層以及夾持前述活性層的第1包覆層和第2包覆層，該量子井構造的活性層係交互積層有包含組成式（AlxlGai_xl)As(()s X1 $ 1)之化合物半導體的井層及阻障層；電流擴散層，其係形成於前述發光部上；及功此性基板’其係包含反射層且接合於前述電流擴散層，其中該反射層係與前述發光部對向而配置且對於發光波長具有90%以上的反射率；前述第1包覆層及前述第2包覆層係包含組成式 X2 各 1、〇< Yig 1)的化合物半導體；前述井層及前述阻障層的成對數為5以下。 (9) 一種發光二極體，其特徵為：具備：發光部’其係具有量子井構造的活性層以及夾持前述活性層的第1包覆層和第2包覆層，該量子井構造的活性層係交互積層有包含組成式（AlXlGaUxi)As(〇gxig 1)之化合物半導體的井層、和包含組成式 (AlxsGa^xdYalni-YaPCOSXSS 1、〇<γ2$ 1)之化合物半導體的阻障層；電流擴散層，其係形成於前述發光部上；及功能性基板，其係包含反射層且接合於前述電流擴散層’其中該反射層係與前述發光部對向而配置且對於發光波長具有90%以上的反射率； 201212283 刖述第1包覆層及前】十〔笛。 ⑴这第2包覆層係包含組成式 (Α1χ2〇&ι_χ2)γιΙϊΐι_γιΡ(〇<ν)<ι Y1 1 = λ2$ 1、〇< Y1 s 1)的化合物半導體； — 前述井層及前述阻障層的成對數為5以下。 (1〇)士上述(8)或(9)之發光二極體，丨中前述活性層與前述包覆層的接合面積為2〇〇〇〇〜9〇⑻瓜2。 (11) 如上述(8)至(10)中任—項之發光二極體其係將前述井層的她成幻設狀心Xm36，將前述井層的厚度設為3〜30nm，且發光波長設定為66〇〜72〇1^而成。 (12) 如上述(8)至（10)中任一項之發光二極體其係將前述井層的AK组成X1設為〇SX1$〇 2，將前述井層的厚度設為3〜3〇nm，且發光波長設定為72〇〜85〇nm而成。 (13) 如上述（8)至（12)中任一項之發光二極體，其中鈿述功flb性基板係包括含有石夕或鍺的層。 (14) 如上述（8)至（12)中任一項之發光二極體，其中前述功能性基板包括金屬基板。 (15) 如上述（14)之發光二極體，.其中前述金屬基板係包含兩片以上的金屬層。 (16) 如上述（1)至（15)中任一項之發光二極體，其中前述電流擴散層包含GaP。 (17) 如上述（1)至（16)中任一項之發光二極體，其中前述電流擴散層的厚度係在〇.5〜20 μ m的範圍。 (18) 如上述（1)至（17)中任一項之發光二極體，其中前述功能性基板的側面係為，在靠近前述發光部之側具 -10- 201212283 ^相對於主要的光取出面大致垂直的垂古削述發光部之側具有相對於前述主面，而在遠離傾斜的傾斜面。的光取出面朝内側 (19) 如上述（18)之發光二極體，其括粗面。 ’、中前述傾斜面係包 (20) 如上述（18)或（19)之發光二及第2電極係設置於發光二極體之^ ，其中第丨電極之側。 '迷主要的光取出面 (21) 如上述（2〇)之發光二極體，其刖述第2電極為歐姆電極。則述第1電極及 (22) 如上述（20)或（21)之發光二極月b性基板上之與前述主要的光取出面 /、中於前述功又具備第3電極。之側相反側的面， (23)—種發光二極體燈，其特徵為· (22)中任一項之發光二極體。 ”備上述（1)至為.具備上述（22) 第2電極與前述第3 (24)—種發光二極體燈，其特徵之發光二極體’且前述第丨電極或前述電極係連接成大致相同電位。 (25)—種照明裝置，其係搭載兩個以上之上述㈠）至 (22)中任一項之發光二極體。本發明中’所謂「功能性基板」係指，使化合物半導體層成長於成長基板後，去除該成長基板，經由電流擴散層接合於化合物半導體層以支撐化合物半導體層之基板。此外，於電流擴散層形成既定層之後，於該既定層上接合既定基板的構成時’將包含該既定層在内稱為「功能性基板」。 -11- 201212283 [發明效果] 根據本發明的發光二極體’係作成採用量子井構造的活性層’且植入載子的封閉效果大的量子井之構成，其中該量子井構造的活性層係交互積層有包含AlGaAs 的井層和阻障層、或交互積層有包含AlGa As的井層和包含AlGalnP的阻障層。因此，藉由在井層内封閉充分的植入載子，使井層内的載子密度變高，其結果，發光再結合機率增大，反應速度提升。又’被植入量子井構造内的載子，因其波動性而藉穿隧效應擴散至量子井構造内的井層間整體。然而，由於採用量子井構造之井層及阻障層的成對數設成5以下之構成’故可極力避免其擴散所致之植入載子的封閉效果的降低，可保證高速反應性。量子井構造之井層及阻障層的成對數’較佳為3以下，更佳為1。再者’由於是由量子井構造的活性層發光之構成，故單色性高。以夾持活性層的第1包覆層及第2包覆層而言，係採用對於發光波長呈透明，並且為了不含容易產生缺陷的 As而包含結晶性高的AlGalnP之構成。因此，經由缺陷之電子與電洞的非發光再結合機率會降低，發光輸出會提升。再者’以夾持活性層的第1包覆層及第2包覆層，由於是採用包含四元混晶之AlGalnP的構成，故與包覆層包含二元混BB而成的發光二極體相比較，a 1濃度低且财濕性提升。 -12- 201212283 更且，由於是採用去除化合物半導體層的成長基板 ’而在電流擴散層接合有功能性基板的構成，故可避免因成長基板所形成之光的吸收，發光輸出得以提升。亦即’由於一般作為化合物半導體層的成長基板使用的 GaAs基板，其帶隙窄於活性層的帶隙，故來自活性層的光會被GaAs基板吸收’光取出效率會降低，然而，藉由去除該GaAs基板，發光輸出便得以提升。根據本發明之發光二極體’活性層與包覆層的接合面積較佳為20000〜90000μπι^藉由將其接合面積設成 90000μηι2以下’電流密度會變高，能一面確保高輸出，一面使發光再結合機率增大而使反應速度提升。另一方面，藉由設成20000μιη2以上，來抑制發光輸出相對於通電電流的飽和’發光輸出不會大幅降低，可確保高輸出。活性層與包覆層的接合面積更佳為2〇〇〇〇〜53〇〇〇μιη2。根據本發明之發光二極體，較佳為將井層的A1組成X i §5:成0·20$Χ1$〇.36，將井層的厚度設成3〜3〇nm，且發光波長設定為660〜720ηπ^藉此’與習知之66〇〜72〇nm的紅色發.光二極體相此較，反應速度高且能實現高輸出。根據本發明之發光二極體’較佳為由將井層的八丨組成XI設成0SX1S0.2,將井層的厚度設成3〜3〇nm，且發光波長設定為720〜850nm而成。藉此，與習知之 720〜850nm的紅外發光二極體相比較，反應速度高且能貫現高輸出。根據本發明之發光二極體，藉由功能性基板採用對發光波長呈透明的構成，與使用具有吸收之基板的發光二極體相比較’能實現高輸出。 -13- 201212283 根據本發明之發光二極體，藉由功能性基板採用包含GaP、藍寶石或SiC的構成’由於是不易腐蝕的材質，故耐濕性得以提升。根據本發明之發光二極體，藉由使功能性基板與電流擴散層的任一者均採用包含GaP的構成，可使其等之間的接合強度變大。【實施方式】 [實施發明之形態] 以下’以圖面詳細說明適用本發明之一實施形態之發光一極體及使用此發光二極體的發光二極體燈。此外 ’以下說明所使用的圖面中’相同的構件係標註相同符號或省略符號。又’以下說明所使用的圖面為示意圖，長度、寬度及厚度的比例等與實際的有所不同的情況。 <發光二極體燈> 第1圖及第2圖係用以說明使用適用本發明的一實施形態的發光二極體的發光二極體燈的圖，第丨圖為俯視圖第2圖為沿著第上圖中所示的A_ a，線的剖面圖。如第1圖及第2圖所示，使用本實施形態的發光二極體1的發光二極體燈41係在安裝基板42的表面安裝有“固以上的發光二極體1。更具體而言，在安裝基板42的表面設有n電極端子43 電極端子44。此外，使用金線45連接（引線接合）屬於务光一極體1之第1電極的η型歐姆電極4與安裝基板42的 η電極端子43。另一方面’使用金線46連接屬於發光二極體1之第2電極的ρ型歐姆電極5與安裝基板仏的卩電極端 -14- 201212283 子44。再者，如第2圖所示，於發光二型及P型歐姆電極4、5的面相上之與設有η ，發光二極體i係藉由此第3電極6連的接V:有第3電極6 而固疋於安裝基板42。在此，编子43上择以蕤Pb η托Φ 4 k姆電極4與第3電極6 係以藉由η極電極端子43而成方式電性連接。藉由第3電極，致等電位的 ^ ^ ^ 丁&過大之反向電壓，過電^不會流入活性層，電流會 „而動於第3電極與p型電極 B /止活性層之破損。亦可在第3電極與基板界面 :二Γ冓造，而進行高輸出。另外，藉由將共熔金屬二劑專附加於第3電極的表面側，即可利用共溶晶粒黏合寻更簡便的安農技術。而且，安袭有安裝基板42之發光一極體i的表面係藉由矽樹脂或環氧樹脂等一般的密封樹脂4 7而密封。 <發光二極體（第I實施形態）> 第3圖及第4圖係用以說明關於適用本發明之第i 實施f態之發光二極體的圖，第3圖係俯視圖、第4圖係〜著第3圖之B-B線的剖面圖。另外，第5圖係積層構造的剖面圖。第I實施形態之發光二極體的特徵為，具備：發光部7 ’其係具有量子井構造的活性層I I以及夾持前述活性層II的第I包覆層9和第2包覆層13，該量子井構造的活性層11係交互積層有包含組成式（Alx】Gai xi)As (0SX1S1)之化合物半導體的井層17及阻障層ι8;電流擴散層8 ’其係形成於發光部7上；及功能性基板3，其係接合於電流擴散層8 ;而該第1及第2包覆層9、13 -15- 201212283 係由組成式（〇g χ2$ 卜〇< Y1 $ 〇的化合物半導體所構成；該井層1 7及阻障層18的成對數為5以下。另外’本實施形態中主要的光取出面係在化合物半導體層2上與貼附有功能性基板3之面相反側的面。化合物半導體層（亦稱為磊晶成長層）2係如第4圖所不，具有依序積層pn接合型之發光部7與電流擴散層8 的構造。此化合物半導體層2之構造中，可適時增加習知的功旎層。例如可設置如下之習知的層構造：用以降低歐姆（Ohmic)電極之接觸電阻的接觸層、用以使元件驅動電流平面地擴散至整個發光部之電流擴散層、相反地用以限制70件驅動電流所流通的區域之電流阻止層或電机狹乍層等。另外’化合物半導體層2係以蟲晶成長於 GaAs基板上而形成為佳。如第4圖所示，|光部7係在電流擴散層8上至少依序積層P型下部包覆層（第1包覆層）9、下部引導層10 :舌性層U、上部引導層12、n型上部包覆層(第2包覆 ::3而構成。亦即，發光部7為了將促使放射再結合的 =子（carrier)及發光「封閉」於活性I u巾，而作成所異質(英語簡稱為：DH)構造對於獲得高強度的發面是較佳的’其中該雙異質構造係包含對峙於活性層"之下側及上側而配置的下部包 10及上部引導層12、上部包覆層13。下。Ml導層 αΕ=Λ5圖所示，活性層11係為了控制發光二極體 )的發光波長而構成量子井構造。亦即，活性層" 端具有阻障層18之井層17與阻障層的”構 -16- 201212283 造(積層構造)。因此，例如，5對之成係由5層井層17與6層阻障層18所構成。里子井’“ 活性層"的層厚以在0.02〜2_的範圍為活性層11的傳導型並無特別限定，可選擇未摻雜、丄 η型的任-者。為了提高發光效率，期望設成結晶性良好之未摻雜或未滿3X10”Cm-3之載子濃度。若使結晶性提升而減少缺陷’光的吸收便可受到抑制，而達成發光輸出的提升。井層17係由組成式（AlxlGai xi)As(〇$ χι $丨）的化合物半導體所構成。 A1組成XI係以〇$χι$0·36為佳。藉由將μ組成幻設在此範圍’可作成在660nm〜850nm的範圍具有所期望的發光波長之構成。表1係顯示當井層1 7的層厚為7 n m時，A1組成X 1與發光波長的關係。得知A1組成X 1愈低’發光波長愈長。又，由其變化的傾向可推斷與未揭示於表之發光波長對應的A1組成。 [表1] 峰值波長(nm) AI組成(X) 660 0.31 680 0. 27 700 0.23 720 0.19 730 0.17 760 0.12 800 0.05 830 0.02 850 0 -17- 201212283 佳 17 組 4 與波對井層1 7的層厚係以在3〜3 0 n m的範圍為合適。較為在3〜10nm的範圍。表2係顯示井層17的A1組成Xl=0.23時，井層的層厚與發光波長的關係。表3係顯示井層17的A1 成X1 = 0.17時，井層17的層厚與發光波長的關係。表係顯示井層17的A1組成X1=0.02時，井層17的層厚發光波長的關係。當層厚變薄時，藉由量子效應會使長變短。在厚的情況下，發光波長係取決於組成。又由於其變化的傾向，可推斷與未揭示於表之發光波長應的層厚。 [表2] 峰值波長(nm) 層厚(nm) 690 5 700 7 710 15 720 25 [表3] 峰值波長(nm) 層厚(nm) 720 5 730 7 740 15 760 28 [表4] 峰值波長(nm) 層厚(nm) 810 3 820 5 830 7 840 20 -18- 201212283 根據以上的發光波長與井層17的A1組成χι及層厚的關係，能夠以獲得660nm〜850nm之範圍内之所期望的發光波長的方式，決定井層17的A1組成XI與層厚。例如’藉由將井層17的A1組成XI設成〇·20$Χΐ$〇.36,且將井層17的厚度設成3〜3〇nm，可製作發光波長為660〜760nm的發光二極體。又，藉由將井層17的A1組成χι設成^ χι $ 〇 2 將井層17的厚度設成3〜3 〇nm，可製作發光波長為 760〜850nm的發光二極體。尸I5早層18係由組成式（AlxGai-X)As(0< 1}的化合物半導體所構成。為了防止p且障層18的吸收以提高發、/率X且δ又成f隙比井層1 7更大的組成。又，就結晶性的觀點而言’卩A1濃度較低者為佳。因此，X係以 ::丨〜“的範圍為更佳。最合適的乂的組成係取決於 ’、層之址成的關係、。若使結晶性提升而減少缺陷，光的及收便可受到抑制，從而可達成發光輸出的提升。 :障層18的層厚較佳為與井層17的層厚相等或比分地變層厚更厚。藉由在產生穿随效應的層厚範圍充 :而使載子：抑制因穿隧效應所導致之朝井層間的擴散機=子的封閉效果增大，電子與電洞的發光再結合機革Ή，可達成發光輸出的提升。本發明的發光二極體中，量子井構造的…7 乂父互積層構成活性層"之亦可…。井層"與阻障層18的成對數為5以下’ -19- 量子井層的數窄’所以發光再結速化。 201212283 藉此構成，増夫# 7 人载子的封閉汾里發光再結合機率蠻去禾’使電子與電洞大，確保25nsec以π 度（上升時間）。以下之高速的反應如後述的實施例一 l巧所不，并a〗7 數由5對變少至i姐 0 及阻障層18的月對，成對數蠻魏Φ 。實施例所示的停彳4 ，則反應速度4 J俅件中，成對數為丨 — 的17nsec。 '寺’貫現最Η 越^電子與電洞被封閉的區域合機率變高’其結果，反應速度會此外，若減少养® ，Α 入Μ人井層17與阻障層18數量，則Ρϊ 合的接合電容（雷Μ 1 會紇大。此乃因井層17與阻障層為未掺雜或設成低載子濃度，故在ρη接合中具有作』乏層的功能’空乏層愈薄，電容就愈大的緣故。又為了增决反應速度，期望電容較小，惟^ 的構ie中，發現藉由減少井層i 7與阻障層丨8的邊，儘管電容變大，仍可獲致反應速度變快的效果。此可推斷是因減少井層17與阻障層18的數量致植入載子的再結合速度變快之效果更大的緣故。活性層11與下部包覆層9或上部包覆層13的接面積宜為20000〜90000μιη2。藉由將活性層1 1與下部包覆層9或上部包覆層的接合面積設成900ΟΟμιη2以下，電流密度會變高，發再結合機率增大，而反應速度得以提升。的速對尚速越尚接 18 空發量導合 13 光 -20- 201212283 例如，如後述的實施例所示，將活性層1 1與下部包覆層9或上部包覆層13的接合面積設成123 000μπι2(3 5 0 μιηχ350μιη)的情況、以及將接合面積設成比ι23〇〇〇μηι2 (350μιηχ350μιη)更窄的 5300(^m2(23(^mx23(^m)的情況 ’後者的情況在井層1 7及阻障層1 8的成對數為5對時 ’反應速度提升10%左右’又’當成對數為1對時，反應速度提升20%。另一方面，藉由將活性層1 1與下部包覆層9或上部包覆層13的接合面積設成20000μηι2以上，發光輸出不會大幅降低，可確保高輸出。例如，如後述的實施例所示，於將活性層丨1與下部包覆層9或上部包覆層13的接合面積設成53〇〇^m2& 情況，當井層17及阻障層18的成對數為5對時，可維持發.光輸出9.6mW(反應速度22nsec)的高發光輸出，即便在1對時仍可維持發光輸出9mW(反應速度15_)的兩發光輸出。如第4圖所示分別設置於活性層層11之下面設置有設置有上部引導層，下部引導層1 0及上部引導層丨2係 11的下面及上面。具體而言，在活性下部引導層1 〇，在活性層丨丨之上面 12。 <X<TnJ'^ 1〇 ^*^(AlxGa,x)As(0 〈X = 1 )的組成。A丨如士、Ύ拉等或比阻障層U大的Ϊ成:：設成帶隙與阻障層18相佳。由結晶性的觀…:二在。_2~。·6的範圍更與井層之組成的關係二的/的組成係取決於 ’、右使、、。日日性提升而減少缺陷，光 -21- 201212283 可達成發光輸出的提升的吸收便可受到抑制，其結果表5係顯示井層丨7的發光輸出設成最大之阻障層阻|1导層及彡丨^層係以設成帶而為了提高結晶性以提升發關係來制定最適當的組成。，光的吸收便可受到抑制，提升。 [表5] 層厚為7nm時將發光波長的 18與W導層的A丨組成X。隙比井層更大的組成為佳，光輸出’以與井層之組成的若使結晶性提升而減少缺陷其結果，可達成發光輸出的峰值波長(nm) 井層(X) 阻障層（X) 引導層(X) 680 "7ΛΛ "" —0.27 0.4 0.5 /00 0.23 0.35 0.45 730 0.17 0.3 0.4 760 0.12 0.25 0.35 800 0.05 0.15 0.25 830 0.02 0.15 0.25 850 π 0 0.1 0.2 下部引導層1〇及上部引導層12係分別用以減低在下部包覆層9及上部包覆層丨3與活性層丨丨之間之缺陷的傳遞而設置者。亦即，本發明中，相對於下部引導層 10、上部引導層12及活性層丨丨之乂族構造元素為砷，由於下部包覆層9及上部包覆層13之¥族構造元素為磷（p) ’所以在界面容易產生缺陷。缺陷傳遞至活性層η 是導致發光二極體性能降低的原因。因此，下部引導層 10及上部引導層丨2的層厚係以1〇nmU上為佳，以2〇η曰m 至1 00 nm為更佳。 -22- 201212283 下部引導層1 〇及上部引莫思]1 „0 5丨導層12的傳導型並無特別 :二可選擇未推雜、Ρ型及η型中的任一者。為了提二：效率，期望作成結晶性良好的未掺雜或未滿 3xl〇 cm·3之載子濃度。如第4圖所示’下部包覆層9與上部包㈣Η係分別设置於下部引導；丨〇之丨导層1〇之下面及上部引導層12之上面〇下部包覆層9及上部包覆層13係由（心叫士二P(〇$X2g、0< Y1y)的化合物半導體所構成以 ▼隙比阻障層18大的材質為佳，以帶隙比下部引導層H) 及上部引導層12大的材質更佳。就上述材質而言，較佳為⑷x2Gai_X2)YlIn口】P(〇SX2g、〇< γι叫的 a!組成 X2具有G.3〜G.7的組成。又，Y1宜設成(M〜〇 6。下部包覆層9及上部包覆層13係以極性相異的方式構成。又，下部包覆層9及上邱& 。復赝及上包覆層13之載子濃度及厚度可使用習知之合適的範圍，較佳為以使活性層η的發光效率提高的方式將條件最適當化。又，藉由控制下部包覆層9及上部_ 13之組成，可使化合物半導體層2的翹曲減低。期望使用例如由摻丨 Ρ(〇·3^Χ2$〇.7、又’載子濃度較佳具體而言，以下部包覆層9而言雜有 Mg 之 ρ 型（Alx2Gai χ2)γιΙη】〇·4$Υ1$0.6)所構成的半導體材料 =在川〇丨7〜2χ1〇丨W的範圍，層厚較佳為在0 範圍。 -23- 201212283 另一方面，以上部包覆拎雜右si之 , 3而§ ’期望使用例如由摻雜有Si之n型（Alx2G 丨j戈甶 0.4-Y1S0.6)所構成的丰邋 Υ1 ηΐ_ΥΐΡ(〇·3-Χ2‘0.7、 J所構成的+導體材料。又，為在1X1017〜Μ。1、·3的範圍，層厚較佳為在較佳範圍。此外，下部包覆層9及上部為在0.1〜的量化合物半導，® Ο ΛΑ 覆層1 3的極性係可考物牛導體層2的元件構造來作選擇。卜在發光部7之構造層的上方低歐姆（Ohmic)電極之接觸又置用以降 ^ 的接觸層、用以使元伴再底動電流平面地擴散至整個便几件驅用以限制元件驅動# m &、s a 政0相反地 ……，的區域之電流阻止層或電 /爪狹乍層#習知之層構造。如第4圖所示，電流擔|勗β< π L ^ 电L獷散層8係設置於發光部7的下方。此電〜擴散層8係在化合物 ^ ^ , m 初牛導體層2磊晶成長於GaAs 基板上時，用以緩和因活性層u所產生的變形。此電抓擴政層8可適用對於來自發 11)之發光波長為透明的材枓彳厂d (注層处月旳材枓例如GaP。將GaP適用於電流擴散層8時，μ由此w 错由將功能性基板3設為GaP基板，可使接合容易進行且可獲得高接合強度。另外’電流擴散層8的厚度係以在〇5至2〇_的範圍為佳°、此乃因若為G.5 _以下，電流擴散會不足，若為 20μηΐΜ上’則用以結晶成長至該厚度的成本會增加之故。電流擴散層8的厚度更佳為在5〜15μπι的範圍。力月生基板3係接合於化合物半導體層2之主要的光取/出面之相反側的面，亦即’如第4圖所示，功能性基板 3係接σ於構成化合物半導體層2的電流擴散層8側。此功 -24 - 201212283 忐性基板3係由對於機械可令，M w 风性支撐發光部7具有充分強度且可透過從發光部7射出的又且 ^ Λ # ^ ^ 务先且對來自活性層1 1的發光波長為先學透明的材料所 „ 舟力乂人期望疋而ί濕性優自之化學性穩定的材質。伽* Α τ人愛良、例如為不含容易腐蝕之Α1等的材負〇功能性基板3係以由佳。另外’功能性基板3 發光部7 ’係以作成例如外’為了在接合於化合物基板3實施機械性加工，為佳。

GaP、藍寶石或SiC所構成為為了以機械性充分的強度支樓約50 μιη以上之厚度為佳。另半導體層2後，容易對功能性以設成不超過約300 μιη的厚度亦即，從具有約50 μιη以上且約3〇〇以下之厚度的透明度、成本面考量，功能性基板3係以由η型G:p 基板所構成最佳。另外，如第4圖所示，功能性基板3的側面為，在接近化合物半導體層2之側設成相對於主要的光取出面呈約略垂直的垂直面3a’在遠離化合物半導體層2之側成相對於主要的光取出面呈傾斜於内側的傾斜面3 b。藉此’可效率佳地將從活性層11朝功能性基板3側放射的光取出至外部。又，從活性層u朝功能性基板3側放射的光之中’一部分的光可在垂直面3&反射且可在傾斜面3b取出。另一方面’在傾斜面3b反射的光可在垂直面3a取出。依此方式’藉由垂直面與傾斜面3b之加乘效應，可提高光之取出效率。 -25- 201212283 另外’如第4圖所示，於本實施形態中，較佳為將傾斜面3b與平行於發光面之面所成之角度α設在55度〜80度之範圍内。藉由設成如此之範圍，可效率佳地將在功能性基板3之底部所反射的光取出至外部。另外，較佳為將垂直面3a的寬度（厚度方向）設在3〇 μιη至ΙΟΟμηι的範圍内。藉由將垂直面3a之寬度設在上述範圍内，可將在功能性基板3之底部所反射的光於垂直面3a效率佳地返回發光面，進而可從主要的光取出面放射。因此，可提高發光二極體1的發光效率。另外’功能性基板3的傾斜面3b係以施以粗面化為佳。藉由使傾斜面3b粗面化，可獲得提高在此傾斜面汕之光取出效率的效果。亦即，藉由將傾斜面补粗面化，可抑制在傾斜面3b的全反射，而可提高光取出效率。此外，粗面化是指藉由化學處理等，在表面形成微小的凹凸有為高電能性基高電阻有高電散層8 ’構成經意地惟其崩構更低阻層的情板3之間層係呈現阻層時，侧流向功有對於從施加的逆潰電壓係值為佳導體層2與功能性基板3的接合界面成形。亦即，有在化合物半導體層2與功，形成省略圖示之高電阻層的情形。此比功能性基板3更高的電阻值，當形成具有減少從化合物半導體層2的電流擴能性基板3側之逆向電流的功能。另外功能性基板3側朝向電流擴散層8側不向電壓能夠發揮耐電壓性的接合構造，以構成比pn接合型發光部7的逆向電壓 -26- 201212283 η型I姆電極（第1電極）4及p型歐姆電極（第2電極 )5係在發光一極體1之主要的光取出面所設置的低電阻之歐姆電極。在此’η型歐姆電極4係設置於上部引導層13的上方，例如，可使用由AuGe、Ni合金/ Au所構成的合金。另一方面，如第4圖所示，p型歐姆電極5係可在所露出之電流擴散層8的表面使用由AUBe/Au、或AuZn/Au 所構成的合金。本實施形態之發光二極體丨中，就第2電極而言，係以將p型歐姆電極5形成於電流擴散層8上為佳。藉由設成此種構造’可獲得降低作動電壓的效果。又，藉由將p 塑歐姆電極5形成於由p型Gap所構成的電流擴散層8上，可獲得良好的歐姆接觸，故可降低作動電壓。此外’本實施形態中，較佳為將第1電極的極性設成η型且將第2電極的極性設成p型。藉由作成此種構造’可達成發光二極體1的高亮度化。另一方南，若將第1電極設成ρ型’則電流擴散會變差，而導致亮度降低。相對地，藉由將第1電極設成η型，電流擴散變佳，可達成發光二極體1的高亮度化β 如第3圖所示，本實施形態的發光二極體1中，較佳為η型歐姆電極4與ρ型歐姆電極5配置成為對角位置。又，最佳為設成以化合物半導體層2包圍ρ型歐姆電極5之周圍的構造。藉由設成此種構造，可獲得降低作動電壓的效果。又，藉由以η型歐姆電極4包圍ρ型歐姆電極5的四周’電流變得容易流向四周，其結果，作動電壓會降低。 -27- 201212283 又，於本實施形態之發光二極體丨中，如第3圖所示，較佳為將n型歐姆電極4作成蜂窩狀、格子狀等網孔。藉由作成此種構造，可獲得可靠性提高的效果。另外，藉由作成格子狀，可將電流均勻地注入活性層丨工中，其結果，可獲得可靠性提高之效果。另外，於本實施形態的發光二極體1中，較佳為以墊狀電極（墊電極）與寬度1 0 μηι以下的線狀電極（線狀電極）構成n型歐姆電極4。藉由作成此種構造，可謀求高亮度化。再者，藉由將線狀電極的寬度變窄，可提高光取出面的開口面積 ’而可達成高亮度化。〈發光二極體的製造方法> 接著’針對本實施形態之發光二極體1的製造方法進行說明。第6圖係使用於本實施形態之發光二極體丄之磊晶晶圓的剖面圖。另外，第7圖係使用於本實施形悲之發光二極體1之接合晶圓的剖面圖。 (化合物半導體層的形成步驟）首先’如第6圖所示，製作化合物半導體層2。化合物半導體層2係在GaAs基板14上依序積層：包含以^的緩衝層1 5、利用於選擇性蝕刻而設置的蝕刻阻止層（省略圖示）、包含摻雜有Si之n型八1〇3八8的接觸層16、η型的上部包覆層1 3、上部引導層丨2、活性層i】、下部引導層i 〇、？型的下部包覆層9、包含摻雜有Mg之ρ型Gap的電流擴散層8而製得。

GaAs基板14可使用以習知的製法製得之單晶基板的市售品。期望GaAs基板14之供磊晶成長的表面是平 -28- 201212283 滑的。從品質穩定性的觀點考量，期望GaAs基板14之表面的面方位係易於進行磊晶成長，且量產的（1〇〇)面及從（100)偏移±20。以内之基板。再者，GaAs基板14之面方位的範圍，更佳為從（100)方向朝方向偏移 15。±5〇。為了使化合物半導體層2的結晶性變佳，GaAs基板 14的位錯密度係以較低者為佳。具體而言，例如為ι〇〇〇〇個cm.2以下，期望更佳為^00個cm_2以下。

GaAs基板14可為n型’也可為？型。GaAs基板14 的載子濃度可從所期望的電導性與元件構造作適當選擇。例如，在GaAs基板14為摻雜矽之n型的情形下載子濃度以在1x10”至5xl0i8cm-3之範圍為佳。相對於此，在GaAs基板14為摻雜鋅之p型的情形下，載子濃度以在2xl〇18至5xl019 cm·3之範圍為佳。

GaAs基板14的厚度係依基板的尺寸而具有適當的範圍。若GaAs基板14的厚度比適當的範圍還薄時，會有在化合物半導體層2的製程中破裂之慮。另一方面，若GaAs基板14的厚度比適當的範圍還厚，材料成本則會增加。因此，當GaAs基板14的基板尺寸為大尺寸時，例如為直徑75 mm時，為了防止處理（handling)時的破裂，期望為250〜500 μιη的厚度。同樣地，當直徑為5〇 mm 時’期望為200至400 μπι的厚度，當直徑10〇 mm時，期望為350至600 μηι之厚度。如此般，藉由因應GaAs基板14的基板尺寸而將基板的厚度增厚’可降低因活性層n所致之化合物半導體 -29- 201212283 層2的翹曲。藉此’由於磊晶成長中的溫度分布均勻，故可使活性層1 1之面内的波長分布變小。此外，Gah 基板14的形狀並未特別限定為圓形，亦可為矩形等。緩衝層（buffer)i5係用以減低基板14與發光部7的構造層之缺陷的傳遞而設置n若選擇基板的品質或磊晶成長條件，未必需要緩衝層15。又，緩衝層15 @材質較佳為設成與供蟲晶成長的基板相同的材質。因此’本實施形態中，緩衝層15係以與_基板 14同樣地使用GaAs為佳。另外，為了減低缺陷的傳遞 ’缓衝層15亦可使用由與GaAs基14為不同材質所構成的多層膜。緩衝層15的厚度以設成〇」μηι以上為佳’以設成0.2 μηι以上為更佳。接觸層1 6係' 肖卩（I务低與電極的接觸電阻而設置者接觸層1 6的材質較佳為帶隙大於活性層u的材質， a AlxGai.xAs (A1xGa,.x)Yini γρ(·〇^χ^ j Ν 〇<γι^ΐ) 為&適又為了降低與電極的接觸電阻，接觸層丨6之載子濃度的下限值較佳為5xl017 cm-3以上，更佳為 110 cm以上。載子濃度的上限值期望為容易引起結晶性降低之2X1019 cm.3以下。接觸層16之厚度以0.5 μιη 以上為佳’以1 _以上為最合適。雖然接觸;| 16之厚度的上限值並無特別限定，但為了將磊晶成長的成本設在適當範圍’期望為作成5 μηι以下。本實化心t中’可適用分子線磊晶法（ΜΒΕ法）或減壓有機金屬化學氣相沉積法(m〇cvd法)等習知的成長方法其中$期望採用量產性優異的法。具 -30- 201212283 體而言’期望使用於化合物半導體層2之磊晶成長的 GaAs基板14 ’係於成長前先實施洗淨步驟或熱處理等的前處理以去除表面的污染或自然氧化膜。構成上述化合物半導體層2的各層為，直徑5〇至150 mm的GaAs 基板14設置於M〇CVD裝置内，同時使各層進行磊晶成長而積層。另外，M0CVD裝置可採用自公轉型、高速旋轉型等市售的大型裝置。於蠢晶成長上述化合物半導體層2的各層之際，ΠΙ 族構成兀素之原料可使用例如三甲基鋁（（d)3Α1)、三甲基鎵（（CH^Ga)及三曱基銦（（cHjjn)。另外，Mg的摻雜原料可使用例如雙環戊二烯基鎂（1^8-((：5115)2河§)等。另外，Si之摻雜原料可使用例如二矽烷。另外’ V族構造凡素之原料可使用膦（PH〇、胂（AsH3)等。又，以各層的成長溫度而言’使用p㉟Gap作為電流擴散層 8時’可適用720至770。。，關於其他各層可適用6〇〇至 7〇〇°C。再者，各層的載子濃度及層厚、溫度條件可適合選擇。田以此方式製得的化合物半導體層2，儘管具有發光部 7，仍可獲得結晶缺陷少之良好的表面狀態。另外，化人物半導體層2亦可對應於元件構造來實施研磨等的表面力口工0 (功能性基板的接合步驟）接著，接合化合物半導體層2與功能性基板3 ^ 以化合物半導體層2與功能性基板3的接合而言，首先研磨構成化合物半導體層2之電流擴散層8的表面 -31 - 201212283 以進行鏡面加工。其次，準備將要貼附於此電流擴散層 8之經鏡面研磨的表面之功能性基板3。此外，此功能性基板3的表面在接合於電流擴散層8之前，會先進行鏡面研磨。接著’將化合物半導體層2與功能性基板3搬入一般的半導體材料貼附裝置内，於真空中使電子撞擊已進行鏡面研磨的兩者個表面而照射中性化的ΑΓ束。然後’在維持著真空之貼附裝置内重疊兩者的表面以施加負載’藉此可在室溫下進行接合（參照第7圖）。關於接合’就接合條件穩定性的觀點而言，更期望接合面為相同材質。接合（貼附）係以在如此之真空下的常溫接合為最合適，也可使用共熔金屬、接著劑來接合。 (第1及第2電極的形成步驟）接著，形成第1電極之n型歐姆電極4及第2電極之P型歐姆電極5。就n型歐姆電極4及p型歐姆電極$ 的形成而言，首先從與功能性基板3接合的化合物半導體層2，藉由m刻劑選擇性地切GaAs基板14及緩衝層i5。然後，在所露出之接觸層16的表面形“ 型歐姆電極4。具體而|，利用真空蒸鍍法將他、川 =金m/Au積層成任意厚度之後，制—般的光微影手奴進行圖案化而形成n型歐姆電極4的形狀。部引導層！2、活性層"、下部；導復層I上 ^ a 卜邛引¥層丨〇、？型的下部包後層9以使電流擴散層8露出，名士 +山 0 t 硌出在此路出之電流擴散声 8的表面形成p型歐姆電極5。且栌品^ 电蚀）具體而& ，例如，利用真 -32- 201212283 二？备鍵法將AuBe/Αυ積層成任意厚度之後，利用一般的光微影手段進行圖案化而形成P型歐姆電極5的形狀。然後，以例如400至500t、5至20分鐘的條件進行熱處理而予以合金化，藉此可形成低電阻的η型歐姆電極 4及ρ型歐姆電極5。 (功能性基板的加工步驟）接著’加工功能性基板3的形狀。功能性基板3的加工係首先在未形成有第3電極6的表面進行ν字形的開槽（grooving)。此時，具有V字形槽之第3電極6側之内側面成為具有與平行於發光面之面所夾之角度α的傾斜面3 b。接著，從化合物半導體層2側以既定間隔進行晶粒切割而予以晶片化。此外’藉由進行晶片化之際的晶粒切割’而形成功能性基板3的垂直面3 a。傾斜面3b的形成方法並無特別限定，可組合濕式餘刻法、乾式蝕刻法、劃線（scribe)法、雷射加工等習知方法來使用，但最好是適用形狀之控制性及生產性高的晶粒切割法。藉由適用晶粒切割法，可提高製造良率。另外’垂直面3 a的形成方法並未無特別限定，較佳粒切破裂分離，故的切為利用雷射加工、劃線（scribe)·破裂（brake)法戍晶割法來形成。藉由採用.雷射加工、劃線（scribe) · (brake)法，可使製造成本降低。亦即，由於在晶片時，無須設置切份，故可製造數量多的發光二^體可降低製造成本。另一方面’晶粒切割法具有優異斷穩定性。最後，可依需要利用硫酸•過氧化氫混合液等來蝕刻去除破碎層及污垢。以此方式來製造發光二極體i。 -33- 201212283 <發光二極體燈的製造方法> 其次’針對使用上述發光二極體1之發光二極體燈 4 1的製造方法、即發光二極體1的安裝方法作說明。如第1圖及第2圖所示’在安裝基板42的表面安裴既定數ϊ：的發光二極體1。發光二極體1的安裝，係首先進行安裝基板42與發光二極體1的定位，在安裝基板42表面的既定位置配置發光二極體卜接著，以Ag糊料進行晶粒黏合’使發光二極體i固定於安裝基板42的表面。然後，使用金線45連接發光二極體1的η型歐姆電極4與安裝基板42的η電極端子43(引線接合）。其次，使用金線46連= 發光二極體1的ρ型歐姆電極5與安裝基板42的ρ電極端子 44。最後，藉由矽樹脂或環氧樹脂等一般的密封樹脂α ，將安裝基板42之已安装有發光二極體1的表面予以密封。以此方式，製造使用發光二極體i的發光二極體燈4】〇又，以發光二極體燈4 1的發光光譜而言，因為有調整活性層11的組成，所以峰值發光波長在66〇〜㈠如爪的範圍。此外，由於藉由電流擴散層8可抑制井層17及阻障層18之活性層1 1内的偏差不均，故發光光譜的在10〜40nm的範圍。 ' 如以上說明，根據本實施形態的發光二極體丨，具備包含發光部7的化合物半導體層2,該發光部7具有ς有 (AlxiGauX1)As(〇SXisi)的井層 17。另外，於本實施形態之發光二極體1中，在發光部 7上設置有電流擴散層8。由於此電流擴散層8係對發光 -34- 201212283 波長呈透明，故可在不吸收來自發光部7之發光的情況下’作成问輸出·而效率的發光二極體1。功能性基板係材質穩定，不用擔心腐蝕且具有優異的耐濕性。因此，根據本實施形態之發光二極體1，可提供一種只要調整活性層的條件，便具有660〜850 nm的發光波長，單色性優異’並且為高輸出·高效率且具耐濕性的發光二極體1。又’根據本實施形態之發光二極體1，與利用習知之液相磊晶法所製得之去除GaAs基板的透明基板型AlGaAs系發光二極體相比較，可提供具有至少 1 _ 5倍以上之發光輸出的高輸出紅外發光二極體1。又，根據本實施形態的發光二極體燈4 1，具有單色性優異’且為高輸出•高效率且具耐濕性的上述發光二極體1。因此’可提供適用於紅外線照明、感測器的發光二極體燈4 1。 <發光二極體（第2實施形態）> 適用本發明之第2實施形態的發光二極體，其與第1 實施形態的相異點在於，將第1實施形態之發光二極體的 AlGaAs 阻障層 18設成由組成式（Alx3Gai X3)Y2lni Y2p(〇s X3S1、0< Y2S1)之化合物半導體所構成的阻障層。阻障層係由組成式（AlnGaudnlnbYzPCOSXSSl 、0<Υ2$1)的化合物半導體所構成。 A1組成X3係以設成帶隙比井層還大的組成為佳，具體而言以0〜0.2的範圍為佳。又’為了防止因與基板的晶格不匹配（lattice mismatch)所致之變形的產生，Υ2係以設成〇·4〜0.6為佳，以在0.45〜0.55的範圍更佳。 -35- 厚相等或比井層充分地變厚，可 ’而使載子的封機率變大，可達的抑閉成 201212283 阻障層的層厚較佳為與井層的層層厚還I。藉由在產生穿隧效應的層厚範圍制因穿隧效應所致之朝井層間的擴散效果增大，電子的電洞的發光再結合發光輸出的提升。 <發光二極體（第3實施形態）> 第8(A)圖及第8(B)圖係用以說明有關適用本發明第3實施形態之發光二極體的圖，第8(a)圖係俯視圖第8(B)圖係沿著第8(A)圖中所示之C_C，線的剖面圖第3實施形態之發光二極體2〇,其特徵為具備：光部’其係具有量子井構造的活性層丨丨以及夾持前述性層11的第1包覆層9和第2包覆層13，該量子井造的活性層Π係交互積層有包含組成 (AlxiGa^xOAWOS X1S 1)之化合物半導體的井層及障層；電流擴散層8，其係形成於發光部上；及^能基板3 1 ’其係含有反射層2 3且接合於電流擴散層8，中該反射層2 3係與發光部對向而配置且對於發光波具有90%以上的反射率；其令第1及第2包覆層係包組成式（Alx2Gai-x2)YiIni-YP(0^X2$i、〇〈γ<ι)的化物半導體，且井層及阻障層的成姆數為5以下。在第3實施形態的發光一極體2〇中，由於具有具反射層23的功能性基板3 1，故可有效率地從主要的取出面取出光’其中該反射層23對於發光波長具有 %以上的反射率且與發光部對向而配> 置。之發活構式阻性其長含合備光 90 -36- 201212283 在第8(B)圖所示的例 β s ^ nr y 中，功迠性基板31係在電流擴散層8之下側的面8b具 % ^ 2 Φ ^ 0 1 備第2电極21，又具備以覆電極21的方式積；®读日日道♦ ^ ^ ^ ^ , 價層透明導電膜22與反射層23 而成的反射構造體、以及，在第2包覆層13的上側所//錯的層（基板）3〇。又第i電極25。斤形成的包覆層16上具備有在第3實施形的發丼_ 發九—極體中’功能性基板3 1較佳為含有包含矽或鍺的声。 07潛.因為疋難以腐蝕的材質，所以耐濕性會提升。反射層23係藉由銀（Ag)、鋁（A1)、金（Au)或此等的合金等所構成。此等材料的光反射率高，可將來自反射層23的光反射率設成9〇%以上。功能性基板3 1係可使用在此反射層23上利用Auln 、AuGe、AuSn等的共熔金屬來接合於矽、鍺等廉價基板（層）的組合。尤其，Auln的接合溫度低，其熱膨脹係數與發光部有差異，在接合最廉價的石夕基板（石夕層）方面是最合適的組合。從品質穩定性的觀點考量’亦期望功能性基板3 1係作成例如插入包含鈦（Ti)、鎢（W)、鉑（Pt)等高熔點金屬的層而成的構成，以使電流擴散層、反射金屬及共熔金屬不會相互擴散。 <發光二極體（第4實施形態）〉第1 1圖係用以說明適用本發明之第4實施形態之發光二極體的圖。 -37- 201212283 適用本發明之第4實施形態的發光二極體其特徵為具備：發光部，其係具有量子井構造的活性層丨丨以及夾持前述活性層11的第1包覆層9和第2包覆層13, 該量子井構造的活性層1丨係交互積層有包含組成式 (AlnGauOAsCOS XI客1)之化合物半導體的井層及阻障層；電流擴散層8，其係形成於發光部上；及^能性基板5 1，其係含有反射層53與金屬基板5〇且接合於電流擴散層8，其中該反射層53係與發光部對向而配置且對於發光波長具有90%以上的反射率；其中第i & 2 包覆層 9、13 係包含組成式（Alx2Gai χ2)γιΙηι γΡ(〇$χ2^ ι 、〇<Υ^1)的化合物半導體，且井層及阻障層的成對數為5以下。第4實施形態的發光二極體相對於第3實施形態的發光二極體所具有之特徵的構造在於功能性基板含有金屬基板。金屬基板的散熱性高，有助於使發光二極體以高亮度發光’並可延長發光二極體的壽命。就散熱性的觀點而言，金屬基板特佳係由導熱係數為130 W/m Κ以上的金屬所構成。就導熱係數為13〇 W/m · K以上的金屬而言，例如有鉬（1 3 8 W/m · κ)或鎢 (174 W/m · K) .一如第11圖所示，化合物半導體層2係具有：活性層 1 1 ;經由引導層（未圖示）夾持該活性層1 1的第1包覆層（下部包覆層)9及第2包覆層(上部包覆層)13;在第^包覆層（下部包覆層）9的下側之電流擴散層8 ;以及在第2包 -38- 201212283 覆層（上部包覆層）1 3的上側與第1電極5 5俯視看乎為相同尺寸的接觸層56 ^此外，如第8(B)圖所觸層56亦可形成於第2包覆層（上部包覆層）13的功能性基板5 1係在電流擴散層8之下側的具備第2電極57且包含反射構造體及金屬基板反射構造體係以覆蓋該第2電極57的方式積層透膜52與反射層53而成；並且金屬基板5〇的接名係接合於面53b ’該面53b係構成反射構造體的 53之與化合物半導體層2相反側的面。反射層5 3係由例如銅、銀、金、铭等的金屬的合金等所構成。此等材料的光反射率高，可將射構造體的光反射率設成90%以上。藉由形成反，可使來自活性層11的光藉反射層53朝正面方射，可使在正面方向f之光取出效率提高。藉此發光一極體更而免度化。反射層53較佳為從透明導電膜52側起包i Νι/Τί阻障層、Au系之共熔金屬（連接用金屬）的造。上述連接用金屬係電阻低且在低溫下熔融的藉由使用上述連接用金屬’可在不會將熱應力賦物半導體層2的情況下連接金屬基板。就連接用金屬而言，可使用化學上穩定且熔 Au系共熔金屬等。就上述Au系的共熔金屬而言舉：AuSn、AuGe、AuSi等合金的共熔金屬（Au系金屬）。起來幾示，接 I整面。面8b， 5〇，該明導電卜面5〇a 反射層或此等來自反射層53 向f反 ’可使卜Ag、積層構金屬。予化合點低的 ’可列之共熔 -39- 201212283 另外金屬中。屬之功能側，而可透明外，反射另外冷光鏡例鋁、A1N 一起與反金屬金屬造為佳。尤其於此當使用熱 2金屬層熱膨脹係於作為金導體層的金屬基板體的製造物半導體屬層50A 體層2小，較佳為將鈦、絡、嫣等的金屬添加於連接用藉此，鈦、鉻、鎢等的金屬可發揮作為阻障金 ’金屬基板中所含的雜質等會擴散至反射層53 抑制反應。導電膜52係藉由ITO膜、IZ〇膜等所構成。此構造體亦可僅以反射層5 3構成。，也可使用利用透明材料之折射率差之所謂的如氧化鈦膜、氧化矽膜的多層膜或白色的氧化來取代透明導電膜52’或是連同透明導電膜射層5 3組合。基板5 0可使用包含複數個金屬層者。層的構造係以由二種金屬層交替積層而成的構〇 0 6丨δ又取寸數為佳情況，就金屬基板的翹曲或破袈的觀點而古膨脹係數比化合物半導體層2小的材料作: 則時…金屬層5〇Α、5〇Α較佳為使用數比化合物半導體I 2大的材料所構成者，屬基板整體的熱膨脹係數係成為接近化合物熱膨脹隸’故可抑制接合化合物半導：，時之金屬基板的翹曲或破裂，而可使發曰良率提升。同樣地’當使用熱膨脹係數比：: 層2大的材料作為第2金屬層50Β時，第、50Α較佳為使用由熱膨脹係數〗的材料所構成者，由於作為金屬基板整^ -40- 201212283 月疫服係數係成為接近化合物半導體層的熱膨脹係數，故可抑制接合化合物半導體層與金屬基板時之金屬基板的魅曲或破裂’而可使發光二極體的製造良率提升。基於以上觀點’兩種金屬層的任一者，可為第1金屬層亦可為第2金屬層。就兩種金屬層而言’可使用例如：包含銀（熱膨脹係數1 8.9 ppm/K)、銅（熱膨脹係數=1 6.5 ppm/K)、金（熱膨服係數=14.2 PPm/K)、鋁（熱膨脹係數=23.1 ppm/K)、鎳（熱膨張係數=13·4 ppm/K)與此等的合金中之任一者的金屬層，以及包含鉬（熱膨脹係數=5.1 ppm/K)、鎢（熱膨脹係數=4.3 ppm/K)、鉻（熱膨脹係數=4 9 ppm/K)與此等的合金中之任一者的金屬層之組合。較佳的例子可列舉包含Cu/Mo/Cu之3層的金屬基板。上述觀點中，包含Mo/Cu/Mo之3層的金屬基板亦可獲得同樣的效果’然而，由於包含Cu/m〇/Cu之3層的金屬基板是以容易加工的Cu夹持機械強度高的Μ〇而成的構成’所以具有比包含Mo/Cu/Mo之3層的金屬基板，更容易進行切斷等的加工之優點。就金屬基板整體的熱膨張係數而言’例如在包含

Cu(3(^m)/Mo(25pm)/CU(3(^m)之 3層的金屬基板中，為 6.1ppm/K，而在包含 Μο(25μιη)/(：：ι1(7〇μιη)/Μ〇(25μιη^ 3 層的金屬基板中，則為5.7ppm/K。又，就放熱的觀點而言’構成金屬基板的金屬層係以包含導熱係數尚的材料為佳。藉此，可提升金屬基板的放熱性，使發光二極體以高亮度發光，並可使發光二極體的壽命延長。 •41- 201212283 例如，較佳為使用銀（導熱係數=42〇w/m· κ)、銅導熱係數=398W/m. κ)、金（導熱係數=320W/m. κ)、鋁 (導熱係數=236W/m· Κ)、翻ί道相〆a Μ卸（導熱係數=138W/m · K)、鎢 (導熱係數=174W/m· K)及此等的合金等更佳為包含此等金屬層的熱膨張係數與化合物半導體層之熱膨張係、數大致相等的材料。尤其，金屬層的材料較佳為具有化合物半導體層的熱膨張係數在士 1 _ 5 p P m / K以内的熱膨張係數之材料。藉此，可縮小金屬基板與化合物半導體層接合時對發光部的熱所產生的應力，可抑制將金屬基板與化合物半導體層連接時的熱所導致之金屬基板的破裂，而可使發光二極體的製造良率提升。就金屬基板整體的導熱係數而言，例如：在包含 <^ιι(30μιη)/Μο(25μηι)/(：υ(30μιη)之 3層的金屬基板中，成為 250W/m. Κ，而在包含Μο(25μηι)/(：ιι(70μηι)/Μο(25μηι)之 3層的金屬基板中’則成為22〇W/m · Κ。 <發光二極體（第5實施形態）> 適用本發明之第5實施形態的發光二極體，其特徵為具備：發光部，其係具有量子井構造的活性層以及夾持活性層的第1包覆層和第2包覆層，該量子井構造的活性層係交互積層有包含組成式（AlxiGauJAsCOSXl各1)之化合物半導體的井層及包含組成式（AIj^Gai-xdnln^^p (0SX3 ‘ 1、〇 < γ2$ 1)之化合物半導體的阻障層；電流擴散層，其係形成於發光部上；及功能性基板，其係包含反射層且接合於前述電流擴散層，其中該反射層係與 -42- 201212283 前述發光部對向而配置且對於發光波長具有9〇%以上的反射率；第1包覆層及第2包覆層係包含組成式 (AlX2Gai.X2)YlIni.YlP⑽ X2g (、〇< γι$ 1}的化合物半導體’井層及阻障層的成對數為5以下。第5實施形悲的發光二極體係為，將第3實施形能之發光二極體中的A1GaAs阻障層設成包含組成Γ式 (AlX3Gai-X3)Y2lni-Y2P(0 各 X3 各卜〇 < γ2 $ 1}之化合物半導體的阻障層而成的構成。阻障層係包含組成式（Alx3Gai χ3)γ2ΐηι·γ2ρ (0SX3S1、〇<Υ2$1)的化合物半導體。 A1組成X3係以設成帶隙比井層還大的組成為佳具體而言’以在0〜0.2的範圍為佳。八又為了防止因與基板的晶格不匹配（iattice mismatch)所致之變形的產生，γ2以設成〇 4〜〇 6為佳以在0.45〜0.55的範圍更佳。阻障層的層厚較佳為與井層的層厚相等或比井層的層厚還厚。藉由在產生穿隧效應的層厚範圍充分地變厚，可抑制因穿隧效應所致之朝井層間的擴散，而使載子的封閉效果增大’電子的電洞的發光再結合機率變大，可達成發光輸出的提升。本實施形態的發光二極體亦與第3實施形態同樣’由於具有功能性基板，故可從主要的光取出面有效率地取出光，其中該功能性基板具備對於發光波長具有9〇%以上的反射率且與發光部對向而配置的反射層。 -43- 201212283 再者’本實施形態中，亦可使用第3實施形態所例示的基板來作為功能性基板。 <發光二極體（第6實施形態）> 適用本發明之第6實施形態的發光二極體，其特徵為具備：發光部，其係具有量子井構造的活性層以及夾持

N 活性層的第1包覆層和第2包覆層，該量子井構造的活性層係交互積層有包含組成式（AlxlGai xl)As(〇$xl g丨）之化合物半導體的井層及包含組成式（Alx3Gai_x3)Y2lniY2p (〇 $X3 $ 1、〇 < γ2$ 1)之化合物半導體的阻障層；電流擴散層’其係形成於發光部上；及功能性基板，其係包含反射層與金屬基板且接合於電流擴散層，其中該反射層係與發光部對向而配置且對於發光波長具有9〇%以上的反射率；第1包覆層及第2包覆層係包含組成式 (Alx2Gai x2)YiIni-Yip(〇SX2各 1、0<Υ1$ i)的化合物半導體，且第6 之發光二 (Alx3Ga] · 體的阻障本實於具有功出光，其上的反射再者的基板來井層及阻障層的成對數為5以下。實施形態的發光二極體係為，將第4實施形態極體中的AlGaAs阻障層設成包含組成式 χ3)Υ2Ιη丨-Y2P(0SX3各！、〇< γ2$1}之化合物半導層而成的構成。施形態的發光二極體亦與第3實施形態同樣，由能性基板，故可從主要的光取出面有效率地取中該功能性基板具備對於發光波長具有9〇%以率且與發光部對向而配置的反射層。 ’本實施形態中，亦可使用第4實施形態所例示作為功能性基板。 -44- 201212283 [實施例] 以下’以實施例具體說明本發明的效果。此外本發明並未受限於此等實施例。在不逸離本發明之旨趣的範圍内，皆可進行構成的附加、省略、替換及其他的變更。本實施例中’係使化合物半導體層與功能性基板接〇來製作發光一極體’製作特性評價用之發光二極體燈，以進行特性評價。 [實施例1] 實％例1的發光二極體為第i實施形態的實施例，活 )·生層與包覆層的接合面積為123〇〇〇^^2(35〇^^χ35〇μιη) 〇首先在包含摻雜有Si之11型GaAs單晶的GaAs基板上，依序積層化合物半導體層來製作發光波長”心⑺的磊晶晶圓。GaAs基板為，從（100)面朝向傾斜15〇之面作成成長面’且載子濃度設成2xl〇i8cm_3。另外， GaAs基板之層厚設成約0.5 μη^化合物半導體層係使用包含摻雜有Si之GaAs的η型緩衝層、包含摻雜有以之 (Al〇.7Ga〇.3)〇.5In〇.5P的11型接觸層、包含摻雜有以之 (八1。，7〇&().3)().5111().5?的11型上部包覆層、包含八1。4〇^6八8 的上部引導層、包含八1017〇&0 8 3入8/八10.3〇&0.7八8之對的井層/阻障層、包含Al〇.4GaQ.6As的下部引導層、包含摻雜有 Mg之（Al〇.7Ga〇.3)Q.5In〇 5p的？型下部包覆層、包人 (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P的薄膜中間層，包含摻雜有Mg之p型 G a P的電流擴散層。 -45- 201212283 本實施例中，使用減壓有機金屬化學氣相 (MOCVD裝置），使化人 ^ ^ 化σ物丰導體層磊晶成長於直徑76 厚度350 μηι之GaAs基板上，而形成蟲晶晶圓。於使磊晶成長層成長之際’⑴族構成元素之原料係使用二甲基銘（（CH3)3A1)、三甲美铉"、广、β _ 一 Τ暴鎵（（CH3)3Ga)及三曱基銦 3)3In) $外’ Mg之摻雜原料係使用例如雙環戍二烯土鎂（biS-(C5H5)2Mg)。Si之捧雜原料係使用例如二石夕 ’元（Sl2H6)。V族構造兀素之原料係使用膊（ρΗ^、肿⑷Η〗）二:就各層的成長溫度而言’包含？型㈣的電流擴 «糸於750 C下成長。其他各層則於7〇〇。。下成長。包含GaAs的緩衝層係將载子濃度設成約2xi〇u 約 '層厚設成約〇.5 μΠ1。接觸層係將載子濃度設成都1〇 cm 、將層厚設成約3·5 μιη。上部包覆層係將 $子濃度設成約lxl0^cm·3、將層厚設成約〇5μιηβ上引導層係設成未摻雜且層厚約5〇 nm。井層係設修雜日既 1 ” a厚約7nm之Al〇.17Ga().83As，阻障層係設成未摻層且層厚約19 nm之A1〇?As。另外，將井層與阻障、成對數设成一對。下部引導層係設成未摻雜且層約5 0 ^ 、 nm。下部包覆層係將載子濃度設成約8χ1〇17 cm_3 將層厚設成約0.5 μηι。中間層係將載子濃度設成 Ο X 1 Γ) 1 7 〇、將層厚設成約0.05 _。包含GaP的電流擴層係將載子濃度設成約3x10“ em-3、將層厚設成約 Μ* Π! 〇區域，接著’將電流擴散層從表面研磨至約 μηι之深度的而進行鏡面加 -46- 201212283 藉由此鏡面加工而將電流擴散層之表面粗糙度設成 0.18 nm。另—方面，準備包含η型GaP的功能性基板，其將要貼附於上述電流擴散層之經鏡面研磨的表面。此貼附用功能性基板’係使用以載子濃度成為約2 X 1 017 cm 3的方式添加Si且面方位設成之單晶。又，功能性基板的直徑為76 mm且厚度為25〇 μπι。此功能性基板的表面在接合於電流擴散層之前會先研磨成鏡面，以均 .方根（rms)精加工成〇.12 nm。一其人，將上述之功能性基板及磊晶晶圓搬入一般的半導體材料貼附裝置，蔣：驻¥ + ? τ。η了衣夏將裝置内真空排氣至3xl0-5Pa為止0 接著，在功能性基板及電流擴散層兩者的表面，以 3分鐘的時間照射使電子撞擊而中性化的Ar<。缺後， ::持真空的貼附裝置内，使功能性基板及電流擴散層 :表面重疊，以使在各表面的廢力成為5〇gW的方式轭加負載，在室溫下接合兩者。。 J布以此方式形成接合晶圓牧有，猎 -ΓτίίΔ . , α „ ----a伐甘晶圓選擇性地i 示GaAs基板及GaAs緩衝層。接著，在㈣利用真空蒸鍍法以使AuGe、Ni ，、表面以成為厚度心為厚度〜的方，以作為第1電極。之後，利用—奴飞進仃成思圖索化，形成η型歐姆電極作又的光微影手段實% 狄畔电極作為第〗電極。除GaAs基板的面之光取出面的表面，，已理。貫施粗面化處 -47- 201212283 接著，就第2電極而言，選擇性地去除形成p型歐姆電極之區域的磊晶層，使電流擴散層露出。在此露出的電流擴散層之表面，以使AuBe成為〇 2 μηι ' Au成為 1 μηι的方式利用真空蒸鍵法形成p型歐姆電極。其後在45(TC下實施10分鐘熱處理以合金化，而形成低電阻的P型及η型歐姆電極。

然後，將包含厚度〇_2μηι之Au的230μπι□的第3電極形成於功能性基板。 V 接著，使用晶粒切割機，從功能性基板的背面將未形成有第3電極的區域以傾斜面的角度α成為7〇。並且垂直面的厚度成為130 μπι的方式進行乂字形開槽。然後，使用晶粒切割機，從化合物半導體層側以35〇 pm間隔切斷而予以晶片化。利用硫酸•過氧化氫混合液，蝕刻去除因晶粒切割所造成的破碎層及污垢，來製作實施例1之發光二極體。組裝100個將以上述方式製得之實施例丨的發光二極體晶片安裝於安裝基板上而成的發光二極體燈。此發光二極體燈的安裝係利用晶粒黏合劑支撐（安裝），用金線將發光二極體的η型歐姆電極與設置於架設基板表面的η電極端子進行引線接合，用金線將ρ型歐姆電極與 Ρ電極端子進行引線接合後，利用一般的環氧樹脂予以密封而製得。將評價發光二極體（發光二極體燈）之特性的結果顯示於表6及第9圖、第10圖。第9圖係顯示活性層與包覆層的接合面積為123000μιη時之發光二極體的成對數與輸 -48- 201212283 出及反應速度的關係之圖表。又，第1 〇圖係顯示活性層與包覆層的接合面積為5 3 000 μηι2時之發光二極體的成對數與輸出及反應速度的關係之圖表。如表6所示，第1實施例中，在η型及ρ型歐姆電極間流通電流時，會射出峰值發光波長為7 3 0 n m的紅色光。於順向流通2 0當安（m A)之電流時的順向電壓（V f ) ’係反映構成化合物半導體層之電流擴散層與功能性基板的接合界面之電阻的低度及各歐姆電極的良好的歐姆特性，成為2.0伏特。將順向電流設成2 0 m A時之反應速度（上升時間）tr及發光輸出（P〇)係分別為18nsec、8.8mW。 [表6] 元件構造基板接合面積 ("m2) 阻障層成對數 Tr (nsec) Po (20mA) VF (20mA) 實施例1 透明 GaP 123000 AIGaAs 1 18 8.8 2.0 實施例2 透明 GaP 123000 AIGaAs 3 20 9.1 2.0 實施例3 透明 GaP 123000 AIGaAs 5 24 9.3 2.0 實施例4 透明 GaP 53000 AIGaAs 1 15 9.0 2.0 實施例5 透明 GaP 53000 AIGaAs 3 18 9.3 2.0 實施例6 透明 GaP 53000 AIGaAs 5 22 9.6 2.0 實施例7 透明 GaP 20000 AIGaAs 5 17 9.6 2.1 實施例8 透明 GaP 90000 AIGaAs 5 23 9.4 2.0 實施例9 透明 GaP 123000 AIGalnP 5 24 9.0 2.1 實施例10 透明 GaP 53000 AIGalnP 3 19 9.0 2.1 實施例11 反射 Si 123000 AIGaAs 5 25 8.6 2.0 實施例12 反射 Si 53000 AIGaAs 3 18 8.5 2.0 實施例13 反射 Si 123000 AIGalnP 5 25 8.0 2.1 實施例14 反射 Si 53000 AIGalnP 3 19 8.0 2.1 實施例15 反射金屬 123000 AIGaAs 5 25 8.6 2.0 實施例16 反射金屬 123000 AIGalnP 5 25 8.0 2.1 比較例1 液相蟲晶 AIGaAs AIGaAs 25 3.0 1.9 參考例1 透明 GaP 123000 AIGaAs 10 30 9.8 2.0 參考例2 透明 GaP 123000 AIGaAs 20 42 10.0 2.0 參考例3 透明 GaP 53000 AIGaAs 10 28 10.0 2.0 參考例4 透明 GaP 53000 AIGaAs 20 38 10.5 2.0 -49- 201212283 [實施例2] 實施例2的發光二極體為第1實施形態的實施例，^ 了將井層及阻障層的成對數設成3對以外，其餘部分科^ 用與實施例1相同的條件來製作，並進行同樣的評價反應速度（tr)、發光輸出（P〇)及順向電壓（Vf)係分及為 20nsec、9.1mW、2.0V〇 [實施例3 ] 實施例3的發光二極體係第1實施形態的實施例，☆ 了將井層及阻障層的成對數設成5對以外，利用盥訾 1相同的條件來製作，並進行同樣的評價。反應速度（tr)、發光輸出（P0)及順向電壓（vF)係八、刀別為 24nsec、9.3mW、2.0V。實施例4〜6的發光二極體亦為第1實施形態的實施例，而係將活性層與包覆層的接合面積执丄 ^成 53000μηι2(230μηιχ230μπι)的實施例。 [實施例4] 實施例6的發光二極體，除了活性層與包覆層的接入面積以外，其餘條件係利用與實施例1相同的條件來製作，並進行同樣的評價。反應速度（tr)、發光輸出（Ρ〇)及順向電壓（VF)係分別為 15nsec、9.0mW、2.0V。 [實施例5 ] 實施例7的發光二極體除了將井層及阻障層的成對數設成3對以外，其餘部分係利用與實施例6相同的條件來製作’並進行同樣的評價。 -50- 201212283 反應速度（tr)、發光輸出（P〇)及順向電壓（VF)係分別為 18nsec ' 9.3mW、2.0V。 [實施例6] 實施例8的發光二極體除了將井層及阻障層的成對數設成5對以外，其餘部分係利用與實施例6相同的條件來製作，並進行同樣的評價。反應速度（tr)、發光輸出（PQ)及順向電壓（VF)係分別為 22nsec、9.6mW、2.0V。 [實施例7] 實施例7的發光二極體亦為第1實施形態的實施例，而係將活性層與包覆層的接合面積設成20000μηι2(2()() μ m X 1 0 0 μ m )的實施合J 。實施例7的發光二極體除了活性層與包覆層的接合面積以外，其餘條件係利用與實施例1相同的條件來製作，並進行同樣的評價。反應速度（tr)、發光輸出及順向電壓（vF)係分別為 17nsec、9.6mW、2.1V。 [實施例8 ] 實施例8的發光二極體亦為第1實施形態的實施例，而係將活性層與包覆層的接合面積設成900〇〇μπι2(3〇〇 μιη X 3 00 μπι)的實施例。實施例8的發光二極體，除了活性層與包覆層的接合面積以外，其餘條件係利用與實施例1相同的條件來製作 ’且進行同樣的評價。反應速度（tr)、發光輸出（Ρ〇)及順向電壓（VF)係分別為 2 3 n s e c、9.4 m W、2. 〇 v 0 -51 - 201212283 實施例9及1 〇的發光二極體係第2實施形態的實施例〇 [實施例9 ] 實施例9的發光二極體係將活性層與包覆層的接合面積設成 123000μιη2(350μιηχ350μηι)的實施例。實施例9之發光二極體的層構成係如下所示。在包含摻雜有Si之η型GaAs單晶的GaAs基板上，將從（100)面朝（0-1-1)方向傾斜15。之面作為成長面，將載子濃度設成2x1 018cm_3。化合物半導體層係使用包含摻雜有Si之GaAs的η型緩衝層、包含摻雜有以之 (Al〇.7Ga〇.3)〇.5In〇.5P的η型接觸層、包含摻雜有Si之 (Al〇_7Ga〇.3)〇.5ln〇_5P的η型上部包覆層、包含 (Al0.3Ga0.7)0.5In〇.5P的上部引導層、包含 Al0_17Ga〇.83As/(Al〇.〗Ga〇.9)。5In〇 5p之對的井層 /阻障層、包含（Al0.3Ga0.7)0_5In0.5P的下部引導層、包含捧雜有之（Al〇.7G.a〇.3)〇.5ln〇.5P的p型下部包覆層、包含 (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P的薄膜中間層，包含摻雜有河呂之p型 GaP的電流擴散層。包含GaAs的緩衝層係將載子濃度設成約2χ1〇18 cm·3、將層厚設成約〇·5 μπι。接觸層係將载子濃度設成約2χ丨0 18 cm 3、將層厚設成約3 · 5 μιη。上部包覆層係將載子濃度設成約lxl〇18cm·3、將層厚設成約〇 5 μιη。上部引導層係設成未摻雜且層厚約50 nm。井層係設成未播雜且層厚約7 n m之A1 〇.丨7 G a 〇, g3 A s ’阻障層係設成未摻雜且層厚約19 nm之（Al0.丨Ga0,9)0 5ln〇 5p。另外，將井層 -52- 201212283 與阻障層的成對數設成5對。下部引導層係設成未摻雜且層厚約50nm。下部包覆層係將載子濃度設成約8χΐ〇17 cm·3、將層厚設成約0.5 μηι。中間層係將載子濃度設成約8xl017 cm·3、將層厚設成約〇〇5 μηι。包含Gap的電流擴散層係將載子濃度設成，約3X 1 〇 18 cm·3、將層厚設成約 9 μιη 〇反應速度（tr)、發光輸出（ρ〇)及順向電壓（Vp)係分別為 24nsec、9.0mW、2.1V 〇 [實施例10] 實施例1 0的發光二極體係將活性層與包覆層的接合面積設成5300(^m2(23(^mx23(^m)，除了將井層及阻障層的成對數設成3對以外，其餘部分係利用與實施例9相同的條件來製作’並進行同樣的評價。反應速度（tr)、發光輸出及順向電壓（Vf)係分別為 1 9nsec、9_0mW、2· 1 V。實施例1 1〜1 4係在利用與實施例丨〜丨〇同樣的方式製作化合物半導體層後，將包含反射層的功能性基板接合於電流擴散層而成的構成’且是功能性基板包括含有矽的層之實施例。實施例丨丨及12的發光二極體為第3實施形態的實施例，實施例13及丨4的發光二極體為第5實施形態的實施例。 [實施例1 1 ] 實施例1 1的發光二極體係將活性層與包覆層的接合面積。又成1230〇〇 μηι2(3 5 0 μιη X 3 5 0 μηι)的實施例。井層及阻障層的成對數係設成5對。 -53- 201212283 參照第8 (B)圖’說明實施例1 1之發光二極體的參照方法。在電流擴散層8的表面’以從光取出面的端部起算成為5 0 μηι的方式等間隔地配置8個電極2 1，該電極2 1係由將AuBe/Au合金設成厚度〇.2μηι且20μιη φ的點所構成。其次，以0.4 μιη的厚度利用濺鍍法形成屬透明導電膜的ΙΤΟ膜22。進而’以〇.2μιη/0.1μηι/1μηι的厚度形成由銀合金/Ti/Au所構成的層23，而作成反射層23。另一方面’在石夕基板（包含石夕的層）3〇的表面，以 0.1#〇1/0.5 4!11/0.3 4111的厚度形成由1["八11/1!1所構成的層32 。在石夕基板30的背面，以〇_1μπι/0·5μηι的厚度形成由Ti/Au 所構成的層3 3。將前述發光二極體晶圓侧的Au與石夕基板側的In表面重疊’在320°C下加熱且以500g/cm2加壓，將功能性基板接合於發光二極體晶圓。

去除GaAs基板，在接觸層16的表面，形成由AuGe/Au 所構成之直徑ΙΟΟμπι且厚度3μιη的歐姆電極25，在420°C 下進行5分鐘的熱處理，而將ρ、η歐姆電極進行合金化處理。然後，將接觸層1 6的表面進行粗面化處理將分離成晶片用之切斷預定部的半導體層與反射層、共熔金屬加以去除，利用切割機將矽基板以35〇μΓη間距切斷成正方形。評價此發光二極體（發光二極體燈）之特性的結果係如表6所示，反應$度（tr)、發光輸出（pQ)及順向電壓（Vf) 係分別為 25nsec、8.6mW、2.0V。 -54 - 201212283 [實施例12] 實施例1 2的發光二極體係將活性層鱼巧興包覆層的接合面積設成 53000μηι2(230μηιχ230μηι)，降 γ a β 陈了將井層及阻障層的成對數設成3對以外，其餘部分係刺田& — t 诉利用與實施例1 1 相同的條件來製作，並進行同樣的評價。評價此發光二極體（發光二極體燈）之特性的結果係如表6所示，反應速度（tr)、發光輸出（p〇)及順向電壓係分別為 18nsec、8.5mW、2.0V。 [實施例1 3 ] 實施例13的發光二極體係將活性層與包覆層的接合面積設成123000μιη2(350μιηχ350μηι)，井層及阻障層的成對數設成5對。利用與實施例9相同的順序製得化合物半導體層後，利用與實施例1 1相同的順序，將具備反射層的功能性基板接合於電流擴散層而構成。評價此發光二極體（發光二極體燈）之特性的結果係如表6所不，反應速度（tr)、發光輸出及順向電壓係分別為 25nsec、8.0mW、2.1V。 [實施例14] 實施例14的發光二極體除了將活性層與包覆層的接 &面積δ又成53000μιη2(230μπιχ230μιη)，將井層及阻障層的成對數設成3對以外，其餘部分係利用與實施例丨3相同的條件來製作，並進行同樣的評價。 '反應速度（tr)、發光輸出（Ρ〇)及順向電壓（VF)係分別為 19nsec、8.0mW、2.1V。 -55- 201212283 實施例15及16係分別為第4實施形態的實施例、第6 貫施形態的實施例’且為利用與實施例1〜1 〇同樣的方气製造化合物半導體層後’將包含反射層和金屬基板的1力能性基板接合於電流擴散層而成的構成。 [實施例15] 實施例15的發光二極體係將活性層與包覆層的接合面積設成123000μηι2(350μιηχ350μιη)，井層及阻障層的成對數設成5對。參照第1 1圖，說明實施例1 5之發光二極體的製造方法。此外，關於接觸層及歐姆電極（第丨電極），係作成與第8(B)圖所示之構成同樣的構成，故接觸層“及歐姆電極25的符號係對應於第8(Β)圖所示的符號。在電流擴散層8的表面，以從光取出面的端部起算成為5 0μιη的方式等間隔地配置8個電極57，該電極57係由將AuBe/Au合金設成厚度〇 2"111且2(^11^的點所構成。其次，以（^邮爪的厚度利用濺鍍法形成屬透明導電膜的ITO膜52。進而’以〇 2μηι/〇 1μπι/1μιη的厚度形成由銀合金/Ti/Au所構成的層53,而作成反射層53。接著，採用熱膨張係數比化合物半導體層2的材料大的第1金屬板、以及熱膨張係數比化奋物半導體層2的材料小的第2金屬板，進行熱壓而形成金屬基板5〇。例如，以第1金屬板50A而言，係使用厚度的a ’以第2金屬板_而言，係使用後度75μ_Μο，如第n 圖所不，在2片刖述第}金屬板5〇 A之間插入前述第2金屬板且加以重疊，並在既定的加壓裝置中於高溫下施加 -56- 201212283 負載，藉此形成包含 Cu( 1 0μηι)/Μο(7 5 pm)/Cu( 1 〇 μπι)之 3 層的金屬基板50。將前述發光二極體之前述反射層53的表面與前述金屬基板50重疊，在400°C下加熱且以500g/cm2加壓，將功能性基板接合於發光二極體晶圓。去除GaAs基板，在接觸層16(參照第8(B)圖）的表面，形成由AuGe/Au所構成之直徑1 ΟΟμιη且厚度3 μιη的歐姆電極25(參照第8(B)圖），在420°C下進行5分鐘的熱處理，而將ρ、η歐姆電極進行合金化處理。然後’將接觸層1 6 (第8 (Β)圖參照）的表面進行粗面化處理。將分離成晶片用之切斷預定部的半導體層與反射層、共熔金屬去除，利用切割機將矽基板以3 5 〇μπι間距切斷成正方形。評價此發光二極體（發光二極體燈）之特性的結果係如表6所示，反應速度（tr)、發光輸出（pG)及順向電壓係分別為25nsec、8.6mW、2.0V。 [實施例16] 實施例1 6的發光二極體的阻障層與實施例丨5的發光二極體的AlGaAs阻障層之不同點在於，實施例16是作成包含組成式（Alx3Ga1-x3)Y2ln1.Y2P(〇SX3si、〇< γ2<ι) 之化合物半導體的阻障層。評價此發光二極體（發光二極體燈）之特性的結果係如表6所示，反應速度（tr)、發光輸出（Pq)及順向電壓係分別為 25nsec、8.0mW、2.1V。 -57- 201212283 參考例1〜4係將井層及阻障層的成對數設成1 〇對及 20對的例子，表示將本發明之三元混晶之量子井構造、或包含三元混晶的井層與四元混晶的阻障層之量子井構造以四元包覆層夾持而成的構成適用於高發光輸出的構成。 [參考例1 ] 參考例1的發光二極體，除了將井層及阻障層的成對數設成1 0對以外，其餘部分係利用與實施例1的發光二極體相同的條件來製作，並進行同樣的評價。評價此發光二極體（發光二極體燈）之特性的結果係如表6所示’反應速度（tr)、發光輸出（Ρ())及順向電壓（Vf) 係分別為 30nsec、9.8mW、2.0V。 [參考例2] · 參考例2的發光二極體’除了將井層及阻障層的成對數設成20對以外，其餘部分係利用實施例i的發光二極體相同的條件來製作，並進行同樣的評價。評價此發光二極體（發光二極體燈）之特性的結果係如表6所示，反應速度（tr)、發光輸出（p〇)及順向電壓（Vf) 係分別為 42nsec、l〇mW、2.0V。 [參考例3] 參考例3的發光二極體，除了將井層及阻障層的成對數設成10對以外，其餘部分係利用與實施例4的發光二極體相同的條件來製作，並進行同樣的評價。評價此發光二極體（發光二極體燈）之特性的結果係如表6所示，反應速度（tr)、發光輸出（Pq)及順向電壓（Vp) 係分別為 28nsec、10mW、2.0V。 -58- 201212283 [參考例4 ] 參考例4的發光二極體，除了將井層及阻障層的成對數設成20對以外，其餘部分係利用與實施例1的發光二極體相同的條件來製作，並進行同樣的評價。評價此發光二極體（發光二極體燈）之特性的結果係如表6所示，反應速度（tr)、發光輸出（p〇)及順向電壓（Vf) 係分別為 38nsec、l〇.5mW、2.0V。 [比較例1 ] 表示利用液相磊晶法進行厚膜成長且基板已去除之構造的發光波長73 0nm的發光二極體的例子。在GaAs基板，使用滑舟（Slide Boat)型成長裝置以成長 A1 GaAs層。於滑舟型成長裝置的基板收容槽配置p型GaAs基板 ’於供各層成長用所準備的坩堝中，放入Ga金屬、GaAs 多結晶、金屬A1及掺雜物。所成長的層係'作成透明厚膜層（第一 p型層）、下部包覆層（P型包覆層）、活性層、上部包覆層（n型包覆層）之4 層構造’並以此順序積層。將配置有此等原料的滑舟型成長裝置設置於石英反應官中’於氫氣流中加溫至950°C以使原料溶解。然後，將環境氣體溫度降溫至91(TC為止，將滑件（slider)朝右側推壓以接觸原料溶液（melt :熔化液），並以〇.5Dc/分的速度降溫，而達到既定溫度。又推壓滑件以依序接觸各原料溶液，重複進行使之變高溫的動作，最後與熔化液接觸。將環境氣體溫度降溫至703t以使n型包覆層成長。 -59- 201212283 接著長。推堡滑件以將原料溶液與晶圓切離而結束磊晶成所獲得之蟲晶層的構造為’第—p型層係：ai組成 Xl=0.3〜0.4、層厚64μιη、載子濃度3xi〇1W3; p型包覆層係η: A丨組成X2 = 0.4〜〇.5、層厚79_、載子濃度 5xl〇17cnT3; p型活性層係：發光波長為76〇nm的组成、層厚W、載子濃度wo%' n型包覆層係：ai組成 Χ4 = 〇·4 〜0.5、層厚25|Im、載子濃度 5M〇17cm-3。磊晶成長結束後，取出磊晶基板，保護n型GaAlAs 包覆層表面，以氨-過酸化氫系蝕刻劑選擇性地去除p型 GaAs基板。然後，在磊晶晶圓雙面形成金電極使用長邊為350μιη的電極遮罩，形成將直徑1〇〇μηι的引線接合用墊配置於中央而成的表面電極。將直徑2〇μιη的歐姆電極以80μΓη間隔形成於背面電極。其後，以切割進行分離、蝕刻’藉此製得η型GaAlAs層成為表面側之350μιη正方的發光二極體。安裝比較例1的發光二極體，並將評價發光二極體燈之特性的結果顯示於表6。如表6所示，於η型及ρ型歐姆電極間流通電流時，射出峰值波長設成760nm的紅外光。又，於順向流通2〇毫安（mA)之電流時的順向電壓（vF)為1.9伏特（V)。將順向電流設成20mA時的反應速度（tr)及發光輸出 (P〇)分別為 25nsec、3.0m\V。關於比較例1中之任一者的樣品，與本發明的實施例 1〜1 6相比較，反應速度係相等或較慢，且發光輸出低。 -60- 201212283 [產業上之可利用性] 本發明的發光二極體、發光二極體燈及照明裝置，可利用作為發出兼具高速反應性與高輸出性之紅色光及 /或紅外光的發光二極體、發光二極體燈及照明裝置。【圖式簡單說明】第1圖係使用本發明之一實施形態之發光二極體之發光二極體燈的俯視圖。第2圖係使用本發明之一實施形態之發光二極體之發光二極體燈之沿著第1圖所示之A - A’線的剖面示意圖〇第3圖係本發明之一實施形態之發光二極體的俯視圖。第4圖係本發明之一實施形態之發光二極體沿著第 3圖所示之B-B’線的剖面示意圖。第5圖係構成本發明之一實施形態之發光二極體的活性層之說明圖。第6圖係使用於本發明之一實施形態之發光二極體的蟲晶晶圓的剖面示意圖。第7圖係使用於本發明之一實施形態之發光二極體的接合晶圓的剖面示意圖。第8 (A)圖係本發明之其他實施形態之發光二極體的俯視圖。第8(B)圖係沿著第8(A)圖所示之C-C，線的剖面示意圖。 -61- 201212283 第9圖係顯示發明之一實施形態之發光二極體的成對數與輸出及反應速度的關係之圖表（活性層與包覆層的接合面積為123000 /zm2的情況）。第1 0圖係顯示本發明之一實施形態之發光二極體的成對數與輸出及反應速度的關係之圖表（活性層與包覆層的接合面積為5 3 000 # m2的情況）。第11圖係本發明之其他實施形態之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 3a 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 9 下部包覆層 10 下部引導層 11 發光（活性）層 12 上部引導層 13 上部包覆層 14 GaAs基板 -62- 201212283 15 緩衝層 16 接觸層 17 井層 18 阻障層 20 發光二極體 21 電極 22 透明導電膜 23 反射層 25 接合電極 30 矽基板 31 功能性基板 41 發光二極體燈 42 安裝基板 43 η電極端子 44 ρ電極端子 45、46 金線 47 環氧樹脂 α 傾斜面與平行於發光 50 金屬基板 51 功能性基板 52 透明導電膜 53 反射層 55 第1電極 56 接觸層 57 第2電極之面所成的角度 -63-

Claims

201212283 七、申請專利範圍： 1. 一種發光二極體，其特徵為：具備：發光部’其係具有量子井構造的活性層以及夾持刖述活性層的第1包覆層和第2包覆層，該量子井構造的活性層係交互積層有包含組成式m)As (0SX1S1)之化合物半導體的井層及阻障層；電流擴散層’其係形成於前述發光部上；及功能性基板，其係接合於前述電流擴散層；前述第1包覆層及前述第2包覆層係包含組成式 (Α1Χ2〇3ι.Χ2)Υ1Ιηι_γιΡ(0^ χ2$ 1、〇< 1}的化合物半導體；前述井層及前述阻障層的成對數為5以下。 2 ·=種發光二極體，其特徵為：具備：發光部，其係具有量子井構造的前述活性層的第1包覆層和第2包覆層活性層以及夾持，該量子井構造的活性層係交互積層有包含組 (0SX1S 1)之化合物半導體的井 (Α1χ3Ga 1 .χ3)Y2ln 1.γ2Ρ(0 ^ Χ3 ^ 1 半導體的阻障層；成式（A1 χ 1 G a 1 _ χ 1) A s 層以及包含組成式〇 < Υ2$ 1)之化合物述發光部上；及述電流擴散層；包覆層係包含組成式 ' 〇 < γ 1 s 1)的化合物電流擴散層’其係形成於前功能性基板，其係接合於前前述第1包覆層及前述第2 (Α1χ2 Ga 1 .χ2) γ 1 In ]. γ 1 P (〇 g X2g j 半導體；成對數為5以下前述井層及前述阻障層@ -64 - 201212283 3·如申請專利範圍第1或2項之發光二極體，其中前述活陡層與别述包覆層的接合面積為。 4.如申請專利範圍第丨至3項中任一項之發光二極體，其係將刖述井層的A1組成X][設為〇 2〇$ χι ^ 〇 36，將前述井層的厚度設為3〜3〇nm，且發光波長設定為 660〜720nm而成。 5 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之發光二極體，其係將前述井層的A1組成XI設為〇sxis〇 2，將前述井層的厚度設為3〜30nm ’且發光波長設定為72〇〜850nm 而成。 6·如申請專利範圍第1至5項中任一項之發光二極體，其中前述功能性基板相對於發光波長呈透明。 7.如申請專利範圍第1至6項中任一項之發光二極體，其中前述功能性基板包含GaP、藍寶石或SiC。 8·—種發光二極體，其特徵為：具備：發光部，其係具有量子井構造的活性層以及夹持前述活性層的第1包覆層和第2包覆層，該量子井構造的活性層係交互積層有包含組成式（AlxlGai_xl)As€〇$ X 1 ^ 1)之化合物半導體的井層及阻障層；電流擴散層，其係形成於前述發光部上；及功能性基板，其係包含反射層且接合於前述電政擴散層，其中該反射層係與前述發光部對向而配置立對於發光波長具有90%以上的反射率； -65- 201212283 包覆層係包含組成式 ' 0 < Y1 ^ 1)的化合物前述第1包覆層及前述第2 (AlX2Ga 1 .Χ2) γ 11n 1 ,γ! P(〇 ^ X2^ 1 半導體； · 前述井層及前述阻障層的成對< 9· 一種發光二極體’其特徵為：具備：發光部，其係具有量子井構造的活性層以及夾持前述活性層的第1包覆層和第2包覆層，該量子井構造的活性層係交互積層有包含組成式 (〇$ XI S 1)之化合物半導體的井層、和包含組成式 (AlxaGauOwInhnPWs χ3$ 1、〇< "之化合物半導體的阻障層； · 電流擴散層，其係形成於前述發光部上；及功旎性基板，其係包含反射層且接合於前述電流擴散層’其中该反射層係與前述發光部對向而配置且對於發光波長具有90%以上的反射率；前述第1包覆層及前述第2包覆層係包含組成式 (Alj^GandYiInmPWSX〗 —1、OsYig i)的化合物半導體；前述井層及前述阻障層的成對數為5以下。 1 0 ·如申請專利範圍第8或9項之發光二極體，其中前述活性層與前述包覆層的接合面積為2 0000〜90000 μπ12。 U·如申請專利範圍第8至10項中任一項之發光二極體，其係將前述井層的A1組成XI設為〇.2〇SXig〇36，將前述井層的厚度設為3〜3Onm，且發光波長設定為 660〜720nm而成。 -66- 201212283 12. 如申請專利範圍第8至i〇項中任一項之發光二極體，其係將前述井層的A1組成XI設為〇sxis〇.2，將前述井層的厚度設為3~30nm ’且發光波長設定為720〜850nm 而成。 13. 如申請專利範圍第8至12項中任一項之發光二極體，其中前述功能性基板係包括含有矽或鍺的層。 14_如申請專利範圍第8至12項中任一項之發光二極體，其中前述功能性基板包括金屬基板。 1 5 .如申請專利範圍第丨4項之發光二極體，其中前述金屬基板係包含兩片以上的金屬層。 1 6 ·如申請專利範圍第1至1 5項中任一項之發光二極體，其中前述電流擴散層包含GaP。 17.如申請專利範圍第1至16項中任一項之發光二極體，其中前述電流擴散層的厚度係在0.5〜2 0 // m的範圍。 1 8.如申請專利範圍第1至1 7項中任一項之發光二極體，其中前述功能性基板的側面係為，在靠近前述發光部之側具有相對於主要的光取出面大致垂直的垂直面，而在遠離前述發光部之側具有相對於前述主要的光取出面朝内側傾斜的傾斜面。 19·如申請專利範圍第18項之發光二極體，其中前述傾斜面係包括粗面。 20.如申請專利範圍第18或19項之發光二極體，其中第1電極及第2電極係設置於發光二極體之前述主要的光取出面之側。 -67- 25.—種照明裝置，搭載兩個以項之發光二極體 201212283 2i•如申請專利範圍第20項之發光二極體，豆極及前述第2電極為歐姆電極。 ^ 刖述 22·如申請專利範圍第2〇或2丨述功能性基板上之與前述主=二極體’“ 的面，又具備第3電極。先取出面之側和 23.—種發光二極體燈，其特徵為：具備申凊專利範圍: 極體。圍第1至22項令任一項之發 24.—種發光二極體燈，其待徵具備申請專利範圍塗1 一. $ 圍第22項之發光二極體，且第1電極或刖述第？ 2電極與前述第3電極係連接成相同電位。其特徵為：上之申請專利範圍第1至22項中第1電 ’於前反側光二前述大致任一 -68-