TWI466324B - 發光二極體、發光二極體燈及照明裝置 - Google Patents

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Noriyuki Aihara
Ryouichi Takeuchi
Noritaka Muraki
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Showa Denko Kk
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Description

發光二極體、發光二極體燈及照明裝置
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日在日本申請之特願2009-213225號及於2010年8月10日在日本申請之特願2010-179471號並主張優先權，在此引用其內容。
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體(英文縮寫：LED)所產生的照明的栽培方法正受到注目。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730nm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)。
以液相法將對發光波長透明的AlGaAs磊晶層厚厚地成長在GaAs基板，使用作為基板而除去GaAs基板的構造(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6-21507號公報
[專利文獻2]特開2001-274454號公報
[專利文獻3]特開平7-38148號公報
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，耐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。
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(接合)在透明基板的型式，而是作成AlGaAs系多重量子井構造貼附(接合)在透明基板的型式，藉以展現比過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，結果終於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，係包含具有由組成式(AlX Ga1-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；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)前項(1)記載之發光二極體，其特徵為前述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，其特徵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體，其特徵為前述功能性基板的側面，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中具有對前述主要的光取出面向內側傾斜的傾斜面。
(5)前項(4)記載之發光二極體，其特徵為前述傾斜面包含粗面。
(6)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(AlX Ga1-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；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(AlX Ga1-X )As(0≦X≦0.5)。
(12)前項(1)至(11)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0.5~20μm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。
(14)前項(13)記載之發光二極體，其特徵為前述第1電極及前述第2電極係歐姆電極。
(15)前項(13)或(14)之任一項記載之發光二極體，其特徵為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。
(16)一種發光二極體燈，其特徵為具備前項(1)至(15)中任一項記載之發光二極體。
(17)一種發光二極體燈，其特徵為具備前項(15)記載之發光二極體，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。
(18)一種照明裝置，其搭載複數個前項(1)至(15)中任一項記載之發光二極體。
又，在本發明中，「功能性基板」，係指使化合物半導體層成長在成長基板後除去該成長基板，透過電流擴散層接合至化合物半導體層而支撐化合物半導體層的基板，在將既定的層形成在電流擴散層後，將既定基板接合至該既定層上之構成的情況，則包含該既定層稱為「功能性基板」。
本發明之發光二極體，係藉由作成具備以下的構成：發光部，係包含具有由組成式(AlX Ga1-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；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，來展現比過去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(AlX Ga1-X )As(0≦X≦1)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(AlX Ga1-X )As(0≦X≦1)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730nm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。
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，為了容易瞭解特徵，而有權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41，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n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n型歐姆電極4及安裝基板42之n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n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n電極端子43上而固定在安裝基板42。在此，n型歐姆電極4及第3電極6，係利用n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p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、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(AlX Ga1-X )As(0≦X≦1)所構成之井層12及障壁層13的積層構造而發出紅外光的活性層10；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(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。又，化合物半導體層2，較佳為使其磊晶成長在GaAs基板上所形成者。
發光部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(未圖示)、發光層(活性層)10、上部導引層(未圖示)、n型上部包覆層11。即，發光部7，為了將造成放射再結合的載子(載體，carrier)及發光「封入」在活性層10，較佳為作成包含對峙地配置在活性層10的下側及上側的下部包覆(clad)層9及上部包覆層11，所謂雙異質(英文縮寫：DH)的構造而可獲得高強度的發光。
活性層10，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，活性層10，係在兩端具有障壁層(barrier layer)13之井層12及障壁層13的多層構造(積層構造)。
活性層10的層厚，較佳為0.02~2μm的範圍。又，活性層10的導電型並未特別限制，能選擇未掺雜、p型及n型之任一者。為了提高發光效率，較佳是作成結晶性良好的未掺雜或低於3×1017 cm-3 的載子濃度。
井層12較佳為具有(AlX Ga1-X )As(0≦X≦0.35)的組成。上述X，能以成為最適的發光波長的方式調整。
井層12的層厚，適合為3~20nm的範圍。更佳地，為5~10nm的範圍。
障壁層13具有(AlX Ga1-X )As(0≦X≦1)的組成。上述X較佳為0.3~0.7的範圍，更佳為0.4~0.6的範圍。
障壁層13的層厚較佳為比井層12的層厚還厚。藉此，能增高井層12的發光效率。
在井層12及障壁層13的多層構造中，未限定將井層12及障壁層13交替積層的對數，但較佳為2對以上、40對以下。即，在活性層10，較佳為包含2~40層的井層12。在此，作為活性層10的發光效率的合適範圍，井層12較佳為2層以上。另一方面，井層12及障壁層13，由於載子濃度低，所以若作成多對則順向電壓(VF)會增大。因此，較佳為40對以下，更佳為30對以下。
下部包覆層9及上部包覆層11，係如第4圖所示，分別設置在活性層10的下面及上面。具體而言，在活性層10的下面設置下部包覆層9，在活性層10的上面設置上部包覆層11。
作為下部包覆層9及上部包覆層11的材質，較佳為帶隙(bandgap)比井層12還大的材質，更佳為帶隙比障壁層13還大的材質。作為上述材質，較佳為具有AlX Ga1-X As的X為0.3~0.8的組成。
下部包覆層9及上部包覆層11，係以極性相異的方式構成。又，下部包覆層9及上部包覆層11的載子濃度及厚度，能使用週知的合適範圍，較佳為以使活性層10的發光效率提高的方式將條件最適化。又，藉由控制下部包覆層9及上部包覆層11的組成，能使化合物半導體層2的翹曲減低。
具體而言，作為下部包覆層9，例如，較佳是使用由已掺雜Mg或Zn的p型(AlX Ga1-X )As(0.3≦X≦1)所構成之半導體材料。又，載子濃度較佳為2×1017 ~2×1018 cm-3 的範圍，層厚較佳為0.5~5μm的範圍。
另一方面，作為上部包覆層11，例如，較佳是使用由已掺雜Si或Te的n型(AlX Ga1-X )As(0.3≦X≦1)所構成之半導體材料。又，載子濃度較佳為1×1017 ~1×1018 cm-3 的範圍，層厚較佳為0.5~5μm的範圍。又，下部包覆層9及上部包覆層11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11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(AlX Ga1-X )As(0≦X≦0.5)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Al濃度低的材料在化學上是安定的，所以較佳為0.4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。
又，電流擴散層8的厚度較佳為0.5~20μm的範圍。這是因為若為0.5μm以下則電流擴散不充分，若為20μm以上則為了使其結晶成長至此厚度為止的成本會增大。
功能性基板3，係接合至化合物半導體層2之與主要的光取出面相反側的面。即，功能性基板3，係如第4圖所示，接合至構成化合物半導體層2的電流擴散層8側。此功能性基板3，係由具有用於機械性地支撐發光部7的足夠強度，且，能透過從發光部7所射出的發光，對來自活性層10的發光波長在光學上是透明的材料所構成。又，較佳是耐濕性優良的化學性穩定的材質。例如，不含易腐蝕的Al等材質。
功能性基板3，係耐濕性優良的基板，更佳為由熱傳導佳的GaP或SiC，或機械強度強的藍寶石所構成。尤其是，因為GaP的熱膨脹係數接近AlGaAs所以最適合。
又，功能性基板3，為了以足夠的強度來機械性地支撐發光部7，較佳為作成例如約50μm以上的厚度。又，為了在接合至化合物半導體層2後，容易對功能性基板3施加機械性加工，較佳為作成不超過約300μm的厚度。即，功能性基板3，從具有約50μm以上、約300μm以下的厚度的透明度、成本面來看，最適合由GaP基板所構成。
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內側傾斜的傾斜面3b。藉此，能將來自活性層10而放出至功能性基板3側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3a及傾斜面3b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度的範圍內。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30μm~200μm的範圍內。藉由將垂直面3a的寬度定在上述範圍內，能將在功能性基板3的底部所反射的光，在垂直面3a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3b，較佳為予以粗面化。藉由將傾斜面3b粗面化，可獲得將在此傾斜面3b的光取出效率提高的效果。即，藉由將傾斜面3b粗面化，能抑制在傾斜面3b的全反射，提高光取出效率。
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。
n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，n型歐姆電極4係設置在上部包覆層11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。
又，在本實施形態，較佳為將第1電極的極性作成n型，將第2電極的極性作成p型。藉由作成如此的構成，能達成發光二極體1的高輝度化。另一方面，若將第1電極作成p型，則電流擴散變差，導致輝度降低。對此，藉由將第1電極作成n型，電流擴散變佳，能達成發光二極體1的高輝度化。
在本實施形態之發光二極體1，係如第3圖所示，較佳為以使n型歐姆電極4及p型歐姆電極5成為對角位置的方式配置。又，最佳為作成以化合物半導體層2包圍p型歐姆電極5的周圍的構成。藉由作成如此的構成，可獲得降低作動電壓的效果。又，藉由以n型歐姆電極4包圍p型歐姆電極5的四方，來使電流容易流向四方，其結果是作動電壓降低。
又，在本實施形態的發光二極體1，係如第3圖所示，較佳為將n型歐姆電極4作成蜂巢、格子形狀等網目。藉由作成如此的構成，可獲得使可靠性提高的效果。又，藉由作成格子狀，能將電流均勻地注入活性層10，其結果，可獲得使可靠性提高的效果。又，在本實施形態的發光二極體1，較佳為將n型歐姆電極4，以帶形狀的電極(帶電極)及寬度10μm以下的線狀的電極(線狀電極)構成。藉由作成如此的構成，能謀求高輝度化。進一步地，藉由縮減線狀電極的寬度，能提高光取出面的開口面積，能達成高輝度化。
<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所使用之磊晶晶圓的剖面圖。又，第7圖係在本實施形態的發光二極體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2。化合物半導體層2之製作，係在GaAs基板14上，依序積層：由GaAs所構成之緩衝層15、為了利用選擇性蝕刻所設置的蝕刻阻止層(省略圖示)、由掺雜Si之n型AlGaAs所構成之接觸層16、n型上部包覆層11、活性層10、p型下部包覆層9、由掺雜Mg之p型GaP所構成之電流擴散層8。
GaAs基板14，能使用以週知製法所製作的市售品的單結晶基板。GaAs基板14之使磊晶成長的表面，較佳是平滑的。GaAs基板14表面的面方位，係容易磊晶成長，可量產之(100)面及從(100)偏離±20°以內的基板，從品質穩定性方面來看是較佳的。進一步地，GaAs基板14的面方位的範圍，更佳為從(100)方向朝(0-1-1)方向偏離15°±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10,000個cm-2 以下，最佳是1,000個cm-2 以下。
GaAs基板14，可為n型亦可為p型。GaAs基板14的載子濃度，能依所須的導電度及元件構造來適當地選擇。例如，在GaAs基板14為掺雜矽的n型的情況，載子濃度較佳為1×1017 ~5×1018 cm-3 的範圍。對此，在GaAs基板14為掺雜鋅的p型的情況，載子濃度較佳為2×1018 ~5×1019 cm-3 的範圍。
GaAs基板14的厚度，係因應基板尺寸而有適切的範圍。若GaAs基板14的厚度比適切的範圍還薄，則有在化合物半導體層2之製造製程中破裂之虞。另一方面，若GaAs基板14的厚度比適切的範圍還厚，則使材料成本增加。因此，在GaAs基板14的基板尺寸是大的情況，例如，在直徑75 mm的情況下，為了防止處理時破裂較佳是250~500μm的厚度。同樣地，在直徑50 mm的情況下，較佳是200~400μm的厚度，在直徑100 mm的情況下，較佳是350~600μm的厚度。
如此一來，藉由因應GaAs基板14的基板尺寸而增厚基板厚度，能減低起因於發光部7之化合物半導體層2的翹曲。藉此，使磊晶成長中的溫度分布成為均勻，所以能將活性層10之面內的波長分布縮小。又，GaAs基板14的形狀，並未特別限定為圓形，即使是矩形等也沒問題。
緩衝層(buffer)15，係為了減低GaAs基板14與發光部7的構成層的缺陷傳播而設置。因此，只要選擇基板的品質或磊晶成長條件的話，便未必須要緩衝層15。又，緩衝層15的材質，較佳為與磊晶成長的基板相同的材質。因此，在本實施形態，對於緩衝層15，較佳為使用與GaAs基板14相同的GaAs。又，對於緩衝層15，為了減低缺陷的傳播，亦可使用由與GaAs基板14相異的材質所構成的多層膜。緩衝層15的厚度，較佳為0.1μm以上，更佳為0.2μm以上。
接觸層16，係為了使與電極的接觸電阻降低而設置。接觸層16的材質，較佳為帶隙比活性層10還大的材質，AlX Ga1-X As、(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦1，0＜Y≦1)是合適的。又，接觸層16的載子濃度的下限值，為了使與電極的接觸電阻降低而較佳為5×1017 cm-3 以上，更佳為1×1018 cm-3 以上。載子濃度的上限值，較佳是使得易引起結晶性降低的2×1019 cm-3 以下。接觸層16的厚度較佳為0.5μm以上，最佳是1μm以上。接觸層16的厚度的上限值並未特別限定，但是為了使磊晶成長的成本落在適當範圍，較佳是作成5μm以下。
在本實施形態，能採用分子線磊晶法(MBE)或減壓有機金屬化學氣相堆積法(MOCVD法)等週知的成長方法。其中，最佳是採用量產性優良的MOCVD法。具體而言，使用於化合物半導體層2之磊晶成長的GaAs基板14，較佳是在成長前實施洗淨製程或熱處理等之前處理，除去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，係能將直徑50~150 mm的GaAs基板14放置(set)在MOCVD裝置內，使其同時地磊晶成長而積層。又，作為MOCVD裝置，能適用自公轉型、高速旋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之各層時，作為三族構成元素的原料，例如，能使用三甲基鋁((CH3 )3 Al)、三甲基鎵((CH3 )3 Ga)及三甲基銦((CH3 )3 In)。又，作為Mg的掺雜原料，能使用例如，雙環戊二烯鎂(bis-(C5 H5 )2 Mg)等。又，作為Si的掺雜原料，能使用例如，二矽烷(Si2 H6 )等。又，作為五族構成元素的原料，能使用膦(PH3 )、及胂(AsH3 )等。又，作為各層的成長溫度，在使用p型GaP作為電流擴散層8的情況，能採用720~770℃，其他的各層能採用600~700℃。進一步地，能適宜選擇各層的載子濃度及層厚、溫度條件等。
如此進行所製造的化合物半導體層2，儘管具有發光部7但可獲得結晶缺陷少的良好表面狀態。又，化合物半導體層2，亦可因應元件構造而施加研磨等之表面處理。
(功能性基板之接合製程)
接下來，接合化合物半導體層2與功能性基板3。化合物半導體層2與功能性基板3之接合，首先，將構成化合物半導體層2之電流擴散層8的表面加以研磨、鏡面加工。接下來，準備貼附至此電流擴散層8之已鏡面研磨之表面的功能性基板3。又，此功能性基板3的表面，在使其接合至電流擴散層8以前研磨成鏡面。接下來，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(neutral)化的Ar束。之後，藉由在維持真空的貼附裝置內將雙方的表面重疊並施加荷重，能在室溫下接合(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n型歐姆電極4及第2電極之p型歐姆電極5。n型歐姆電極4及p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n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n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10、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p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p型歐姆電極5的形狀。之後，藉由以例如400~500℃、5~20分鐘的條件進行熱處理而合金化，能形成低電阻的n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。功能性基板3的加工，首先，在未形成第3電極6的表面進行V字狀的挖溝。此時，V字狀的溝的第3電極6側的內側面成為傾斜面3b，該傾斜面3b具有與平行於發光面的面的夾角α。接下來，從化合物半導體層2側開始以既定的間隔進行切片而晶片化。又，藉由當晶片化時之切片來形成功能性基板3的垂直面3a。
傾斜面3b的形成方法，並未特別限定，能組合濕蝕刻、乾蝕刻、刻劃法、雷射加工等之過去以來的方法來使用，最佳為採用形狀控制性及生產性高的切片法。藉由採用切片法，能提高製造良率。
又，垂直面3a的形成方法，並未特別限定，較佳為以雷射加工、刻劃-裂片(scribe-break)法或切片法來形成。藉由採用雷射加工、刻劃-裂片法，能使製造成本降低。即，不必設置晶片分離時的切割留白，能製造多數個發光二極體，所以能降低製造成本。另一方面，在切片法方面，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蝕刻除去破碎層及污染。如此地進行而製造發光二極體1。
<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之發光二極體燈41之製造方法，即，發光二極體1的安裝方法加以說明。
如第1圖及第2圖所示，將既定數量的發光二極體1安裝在安裝基板42的表面。發光二極體1的安裝，首先，進行安裝基板42與發光二極體1的對位，將發光二極體1配置在安裝基板42表面的既定位置。接下來，以Ag膏進行晶粒接合，將發光二極體1固定在安裝基板42的表面。接下來，使用金線45來連接發光二極體1的n型歐姆電極4與安裝基板42的n電極端子43(打線)。接下來，使用金線46來連接發光二極體1的p型歐姆電極5與安裝基板42的p電極端子44。最後，將安裝基板42之安裝發光二極體1的表面，利用一般的環氧樹脂47封裝。如此地進行，製造使用發光二極體1的發光二極體燈41。
又，發光二極體燈41的發光光譜，藉由調整活性層10的組成，例如，能將峰發光波長定為720~760nm的範圍。又，可藉由電流擴散層8來抑制井層12及障壁層13的活性層10內的變異，所以使發光光譜的半寬度(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，則具備包含發光部7之化合物半導體層2，該發光部7具有由組成式(AlX Ga1-X )As(0≦X≦0.35)所構成之井層12。
又，在本實施形態的發光二極體1，將電流擴散層8設置在發光部7上。此電流擴散層8，對發光波長是透明的，所以能不會吸收來自發光部7的發光地作成高輸出、高效率的發光二極體1。功能性基板，材質上是穩定的，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，便能提供具有紅外光的發光波長，單色性優良，同時為高輸出、高效率且耐濕性的發光二極體1。又，根據本實施形態之發光二極體1，便能提供具有，相較於以過去的液相磊晶法製作的透明基板型AlGaAs系的發光二極體，約1.5倍以上的發光效率之高輸出發光二極體1。又，高溫高濕可靠性也提高。
又，根據本實施形態之發光二極體燈41，則具備具有約730nm發光波長，單色性優良，同時為高輸出、高效率且耐濕性的上述發光二極體1。因此，能提供適合培育植物用之照明的發光二極體燈41。
<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之第2實施形態的發光二極體的圖。第8圖(a)為平面圖，第8圖(b)係沿著第8圖(a)中所示之C-C’線的剖面圖。
第2實施形態之發光二極體20，其特徵為具備：發光部，係包含具有由組成式(AlX Ga1-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10；電流擴散層8，係形成在發光部上；及功能性基板31，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23，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31，其中該反射層23具有對發光波長90%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31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)30。
在第3實施形態的發光二極體中，功能性基板31較佳為包含由矽或鍺所構成之層。這是因為是難腐蝕的材質，所以耐濕性提高的緣故。
反射層23係例如由銀(Ag)、鋁(Al)、金(Au)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31，能使用對此反射層23，以AuIn、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AuIn，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31，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。
<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(AlX Ga1-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10；電流擴散層8，係形成在發光部上；及功能性基板51，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130W/m‧K以上的金屬，例如有鉬(138W/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。
功能性基板51，係在電流擴散層8下側的面8b，具備第2電極57，進一步地由以覆蓋該第2電極57的方式將透明導電膜52及反射層53積層而構成之反射構造體、及金屬基板50所構成，在構成反射構造體之反射層53之與化合物半導體層2相反側的面53b，接合金屬基板50的接合面50a。
反射層53係例如，由銅、銀、金、鋁等金屬或它們的合金等所構成。這些材料的光反射率高，能將來自反射構造體的光反射率作到90%以上。藉由形成反射層53，能使來自活性層10的光在反射層53朝正面方向f反射，能使在正面方向f的光取出效率提高。藉此，能將發光二極體更高輝度化。
反射層53，較佳為從透明導電膜52側起由Ag、Ni/Ti障壁層、Au系之共晶金屬(連接用金屬)所構成的積層構造。
上述連接用金屬，係電性阻抗低，在低溫下熔融的金屬。藉由使用上述連接用金屬，能不對化合物半導體層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，熔點低的Au系的共晶金屬等。作為上述Au系的共晶金屬，能舉出例如AuSn、AuGe、AuSi等合金的共晶組成(Au系的共晶金屬)。
又，較佳為將鈦、鉻、鎢等金屬添加至連接用金屬。藉此，鈦、鉻、鎢等金屬發揮作為障壁金屬(barrier metal)的功能，能抑制包含在金屬基板的不純物等擴散至反射層53側而進行反應。
透明導電膜52，可利用ITO膜、IZO膜等來構成。又，反射構造體，亦可只以反射層53來構成。
又，亦可取代透明導電膜52地，或者是，連同透明導電膜52地，使用利用透明材料的折射率差之所謂的冷鏡(cold mirror)，例如，氧化鈦膜、氧化矽膜之多層膜或白色的氧化鋁、AlN，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成者。
金屬基板較佳為將2種類的金屬層交替積層所構成。
特佳地，這2種類的金屬層的層數合計為奇數。
在此情況，從金屬基板的翹曲或破裂的觀點來看，當使用熱膨脹係數比化合物半導體層2還小的材料作為第2金屬層50B時，較佳為第1金屬層50A、50A使用由熱膨脹係數比化合物半導體層3還大的材料所構成者。這是因為使作為整體金屬基板的熱膨脹係數成為接近化合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。同樣地，當使用熱膨脹係數比化合物半導體層2還大的材料作為第2金屬層50B時，較佳為第1金屬層50A、50A使用由熱膨脹係數比化合物半導體層2還小的材料所構成者。這是因為使作為整體金屬基板的熱膨脹係數成為接近化合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=14.2ppm/K)、鋁(熱膨脹係數=23.1ppm/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=5.1ppm/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(30μm)/Mo(25μm)/Cu(30μm)之3層所構成的金屬基板為6.1ppm/K，在由Mo(25μm)/Cu(70μm)/Mo(25μm)之3層所構成的金屬基板則成為5.7ppm/K。
又，從散熱的觀點來看，構成金屬基板的金屬層較佳為由熱傳導率高的材料所構成。這是因為藉此，能增高金屬基板的散熱性，而使發光二極體以高輝度發光，同時能將發光二極體的壽命長壽命化的緣故。
較佳為使用例如，銀(熱傳導率=420W/m‧K)、銅(熱傳導率=398W/m‧K)、金(熱傳導率=320W/m‧K)、鋁(熱傳導率=236W/m‧K)、鉬(熱傳導率=138W/m‧K)、鎢(熱傳導率=174W/m‧K)及它們的合金等。
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±1.5ppm/K以內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(30μm)/Mo(25μm)/Cu(30μm)之3層所構成的金屬基板成為250W/m‧K，在由Mo(25μm)/Cu(70μm)/Mo(25μm)之3層所構成的金屬基板則成為220W/m‧K。
[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n型GaAs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。GaAs基板，係以從(100)面朝(0-1-1)方向傾斜15°的面作為成長面，將載子濃度定為2×1018 cm-3 。又，GaAs基板的層厚，定為約0.5μm。化合物半導體層，係指由已掺雜Si之GaAs所構成的n型緩衝層、由已掺雜Si之(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P所構成的n型接觸層、由Al0.7 Ga0.3 As所構成之n型上部包覆層、由Al0.18 Ga0.82 As/Al0.3 Ga0.7 As之20對所構成的井層/障壁層、由Al0.7 Ga0.3 As所構成之p型下部包覆層、由已掺雜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350μm的GaAs基板，形成磊晶晶圓。當使磊晶成長層成長時，作為三族構成元素的原料，使用三甲基鋁((CH3 )3 Al)、三甲基鎵((CH3 )3 Ga)及三甲基銦((CH3 )3 In)。又，作為Mg的掺雜原料，使用雙環戊二烯鎂(bis-(C5 H5 )2 Mg)。又，作為Si的掺雜原料，使用二矽烷(Si2 H6 )。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℃成長。其他的各層係使其在700℃成長。
由GaAs所構成之緩衝層，係將載子濃度定為約2×1018 cm-3 ，將層厚定為約0.5μm。接觸層，係將載子濃度定為約2×1018 cm-3 ，將層厚定為約3.5μm。上部包覆層，係將載子濃度定為約1×1018 cm-3 ，將層厚定為約0.5μm。井層，係作成未掺雜、層厚為約17nm之Al0.18 Ga0.82 As，障壁層，係作成未掺雜、層厚為約19nm之Al0.3 Ga0.7 As。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8×1017 cm-3 ，將層厚定為約0.5μm。由GaP所構成之電流擴散層，係將載子濃度定為約3×1018 cm-3 ，將層厚定為約9μm。
接下來，將電流擴散層從表面起研磨直到約1μm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0.18nm。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n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2×1017 cm-3 的方式添加Si，使用將面方位作成(111)的單結晶。又，功能性基板的直徑為76 mm，厚度為250μm。此功能性基板的表面，在使其接合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，將裝置內排氣成真空直到成為3×10-5 Pa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內，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/cm2 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，利用氨系蝕刻劑將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0.5μm的方式形成AuGe、Ni合金的膜，以使厚度成為0.2μm的方式形成Pt的膜，以使厚度成為1μm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n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0.2μm、使Au成為1μm的方式形成p型歐姆電極。之後，以450℃進行10分鐘的熱處理而合金化，形成低電阻的p型及n型歐姆電極。
接下來，使用切片鋸(dicing saw)，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80μm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350μm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20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(die bonder)加以支撐(安裝)，以金線將發光二極體的n型歐姆電極與已設置在安裝基板表面的n電極端子打線，以金線將p型歐姆電極與p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n型及p型歐姆電極間後，便射出峰波長定為730nm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20mA時的發光輸出為約13mW。
進一步地，在溫度60℃、濕度90%的高溫高濕環境下，實施1000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。
(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50μm的方式等間隔配置8個把AuBe/Au合金作成厚度0.2μm、20μmΦ的點之電極21。
接下來，以濺鍍法形成0.4μm之透明導電膜的ITO膜22。進一步地，以0.2μm/0.1μm/1μm的厚度形成銀合金/Ti/Au的層23，作為反射面23。
另一方面，在矽基板31的表面，以0.1μm/0.5μm/0.3μm的厚度形成Ti/Au/In的層32。在矽基板31的背面，以0.1μm/0.5μm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表面重疊，以320℃加熱，以500g/cm2 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0.5μm、寬度5μm之細線歐姆電極25a，以420℃進行5分鐘熱處理，將p、n歐姆電極進行合金化處理。之後，形成直徑90μm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350μm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730nm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，而成為約1.9伏特(V)。當將順向電流定為20mA時的發光輸出為約10mW。
進一步地，在溫度60℃、濕度90%的高溫高濕環境下，實施1000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。
(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10μm的Cu板、及1片約略平板狀、厚度75μm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(10μm)/Mo(75μm)/Cu(10μm)之3層所構成的金屬基板。
化合物半導體層，係除了在緩衝層與接觸層之間，形成由掺雜Si之(Al0.5 Ga0.5 )0.5 In0.5 P所構成、層厚為0.5μm之蝕刻阻止層以外，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8b上，以60μm的間隔形成第2電極57，該第2電極57係在0.4μm厚度的AuBe上積層0.2μm厚度的Au所構成、當平面觀察時為20μmΦ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0.8μm的厚度。
接下來，在ITO膜52上，使用蒸鍍法，形成0.7μm之由銀(Ag)合金所構成之膜後，形成0.5μm之由鎳(Ni)/鈦(Ti)所構成之膜、1μm之由金(Au)所構成之膜，形成反射膜53。
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℃的狀態下，以500 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0.15μm厚度的AuGe膜後，形成0.05μm厚度的Ni膜，進一步地形成1μm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100μm、厚度3μm的第1電極55。
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350μm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n型及p型歐姆電極間後，便射出峰波長定為730nm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℃、90RH%下，以20mA實施高溫高濕通電試驗。
1000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，除了使發光峰波長會落在720nm之井層的Al組成X1=0.20、使組成式(AlX2 Ga1-X2 )As(0≦X2≦1)之障壁層的Al組成X2=0.35，即，將發光部變更為由Al0.2 Ga0.8 As/Al0.35 Ga0.65 As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720nm的紅外光，發光輸出(Po )、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Al組成X1=0.20、使組成式(AlX2 Ga1-X2 )As(0≦X2≦1)之障壁層的Al組成X2=0.35，即，將發光部變更為由Al0.20 Ga0.80 As/Al0.35 Ga0.65 As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。又，障壁層的Al組成從X2=0.30變更為X=0.35不會影響發光峰波長。
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720nm的紅色光，發光輸出(Po )、順向電壓(VF )、平均輸出殘留率、順向電壓的變動分別為10mW、1.9V、95%、99%。
(實施例6)
實施例6的發光二極體係第1實施形態的實施例，除了使發光峰波長會落在760nm之井層的Al組成X1=0.13、使組成式(AlX2 Ga1-X2 )As(0≦X2≦1)之障壁層的Al組成X2=0.3，即，將發光部變更為由Al0.13 Ga0.87 As/Al0.3 Ga0.7 As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760nm的紅色光，發光輸出(Po )、順向電壓(VF )、平均輸出殘留率、順向電壓的變動分別為14mW、2.0V、96%、100%。
(實施例7)
實施例5的發光二極體係第2實施形態的實施例，除了使發光峰波長會落在760nm之井層的Al組成X1=0.13、使組成式(AlX2 Ga1-X2 )As(0≦X2≦1)之障壁層的Al組成X2=0.3，即，將發光部變更為由Al0.13 Ga0.87 As/Al0.3 Ga0.7 As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(Po )、順向電壓(VF )、平均輸出殘留率、順向電壓的變動分別為11mW、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725nm之井層的Al組成X1=0.19、使組成式(AlX2 Ga1-X2 )As(0≦X2≦1)之障壁層的Al組成X2=0.35，即，將發光部變更為由Al0.19 Ga0.81 As/Al0.35 Ga0.65 As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(Po )、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Al組成X1=0.15、使組成式(AlX2 Ga1-X2 )As(0≦X2≦1)之障壁層的Al組成X2=0.30，即，將發光部變更為由Al0.14 Ga0.86 As/Al0.3 Ga0.7 As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755nm的紅外光，發光輸出(Po )、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Al0.2 Ga0.8 As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n型的(100)面之GaAs單結晶基板，以使由Al0.7 Ga0.3 As所構成之n型上部包覆層成為20μm、使由Al0.2 Ga0.8 As所構成之未掺雜的發光層成為2μm、使由Al0.7 Ga0.3 As所構成之p型下部包覆層成為20μm、由對發光波長透明的Al0.7 Ga0.3 As所構成之p型厚膜層成為120μm的方式製作。在此磊晶成長後除去GaAs基板。接下來，在n型AlGaAs的表面形成直徑90μm的n型歐姆電極。接下來，在p型AlGaAs的背面，以80μm的間隔形成直徑15μm的p型歐姆電極。接下來，利用切片鋸以350μm的間隔切斷後，將破碎層蝕刻除去，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℃、濕度90%的高溫高濕環境下，實施1000小時的通電試驗(通電20mA)，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Al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、無法由液相磊晶法之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。
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．．．n型歐姆電極(第1電極)
5．．．p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．．．發光(活性)層
11．．．上部包覆層
12．．．井層
13．．．障壁層
14．．．GaAs基板
15．．．緩衝層
16．．．接觸層
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．．．n電極端子
44．．．p電極端子
45、46．．．金線
47．．．環氧樹脂
α．．．傾斜面與平行於發光面的面的夾角
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
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。
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磊晶晶圓的剖面示意圖。
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。
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．．．n型歐姆電極(第1電極)
5．．．p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．．．發光(活性)層
11．．．上部包覆層
α．．．傾斜面與平行於發光面的面的夾角

Claims (14)

  1. 一種發光二極體，其特徵為具備：發光部，係包含具有交替積層由組成式(AlX Ga1-X )As(0≦X≦0.35)所構成之井層、及由組成式(AlX Ga1-X )As(0.3≦X≦0.7)所構成之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，前述功能性基板係由GaP、藍寶石或SiC所構成，前述電流擴散層係GaP或(AlX Ga1-X )As(0≦X≦0.5)，前述發光二極體係在與前述發光部的功能性基板為相反側具有主要的光取出面。
  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的側面，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中具有對前述主要的光取出面向內側傾斜的傾斜面。
  4. 如申請專利範圍第3項發光二極體，其中前述傾斜面包含粗面。
  5. 一種發光二極體，其特徵為具備：發光部，係包含具有交替積層由組成式(AlX Ga1-X )As(0≦X≦0.35)所構成之井層、及由組成式(AlX Ga1-X )As(0.3≦X≦0.7)所構成之障壁層的積 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、和由矽或鍺所構成的層，接合至前述電流擴散層，前述電流擴散層係GaP或(AlX Ga1-X )As(0≦X≦0.5)。
  6. 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0.5~20μm的範圍。
  7. 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。
  8. 如申請專利範圍第7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。
  9. 如申請專利範圍第7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。
  10. 一種發光二極體燈，其特徵為具備如申請專利範圍第1項之發光二極體。
  11. 一種發光二極體燈，其特徵為具備如申請專利範圍第9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。
  12. 一種照明裝置，其搭載複數個如申請專利範圍第1項之發光二極體。
  13. 如申請專利範圍第1或5項之發光二極體，其峰發光波長係720nm~760nm。
  14. 如申請專利範圍第1或5項之發光二極體，其中前述障壁層的厚度比前述井層的厚度還厚。
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