專利名稱：發(fā)光二極管、發(fā)光二極管燈和照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管、發(fā)光二極管燈和照明裝置，特別地涉及高輸出功率的紅外發(fā)光二極管、使用該ニ極管的發(fā)光二極管燈和照明裝置。本申請基于在2009年9月15在日本提出的專利申請2009-213225號、和在2010 年8月10日在日本提出的專利申請2010-179471號要求優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援引于本申請中。
背景技術(shù)：
紅外發(fā)光二極管廣泛應(yīng)用于紅外線通信、各種傳感器用光源、夜間照明等。近年來，一直在研究采用人工光源進(jìn)行的植物培養(yǎng)。特別是使用采用單色性優(yōu)異， 能夠節(jié)能、長壽命和小型化的發(fā)光二極管(英文簡稱LED)進(jìn)行的照明的栽培方法受到關(guān)注。對于光合作用的促進(jìn)來說，波長66(T670nm附近的光是反應(yīng)效率高的優(yōu)選的光源。另ー方面，從至今為止的研究結(jié)果來看，作為適合于植物培養(yǎng)的形狀控制的發(fā)光波長之一，確認(rèn)出峰波長為730nm的紅外光的效果。例如，在以往的紅外發(fā)光二極管中，采用液相外延法的由AKiaAs構(gòu)成的發(fā)光層已實用化，進(jìn)行了各種的高輸出功率化的研討(例如專利文獻(xiàn)廣3)。在GaAs基板上采用液相法較厚地生長相對于發(fā)光波長為透明的AWaAs外延層， 并除去作為基板使用的GaAs基板的結(jié)構(gòu)(所謂透明基板型)，是目前輸出功率最高的紅外發(fā)
光二極管。紅外發(fā)光二極管的峰波長帶大約為70(T940nm?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平6-21507號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2001-274454號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開平7-38148號公報

發(fā)明內(nèi)容
作為紅外照明的光源，從進(jìn)一歩的性能提高、節(jié)能、成本方面出發(fā)，希望開發(fā)發(fā)光效率高的LED。特別是為了近年受關(guān)注的植物培養(yǎng)用LED照明的實用化，更加強(qiáng)烈地希望使用電カ的降低、耐濕性的提高、高輸出功率化。植物培養(yǎng)的情況下，由于在灑水、水耕栽培等高濕環(huán)境下使用，因此耐濕性是重要的特性之一。本發(fā)明是鑒于上述狀況完成的，其目的是提供一種高輸出功率和高效率且耐濕性優(yōu)異的紅外發(fā)光二極管。特別是以提供ー種適合于植物培養(yǎng)用的照明的含有730nm的紅外發(fā)光二極管和燈為特征。本發(fā)明者為了解決上述課題反復(fù)專心研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)在以往的使用AKiaAs系的活性層的紅外發(fā)光二極管中，沒有在透明基板上貼附(接合)含有該活性層的化合物半導(dǎo)體層的類型，但通過設(shè)為作為AKiaAs系的多量子阱結(jié)構(gòu)貼附(接合)于透明基板的類型，顯示出比以往的紅外發(fā)光二極管高的輸出功率。本發(fā)明者對于該見解進(jìn)一步進(jìn)行研究的結(jié)果，完成了以下的構(gòu)成所示的本發(fā)明。本發(fā)明提供以下的手段。(1) ー種發(fā)光二極管，其特征在干，具備含有活性層的發(fā)光部，該活性層具有組成式為(AlxGai_x)As (0彡X彡1)的阱層和勢壘層的疊層結(jié)構(gòu)并發(fā)出紅外光；形成于上述發(fā)光部上的電流擴(kuò)散層；和與上述電流擴(kuò)散層接合的功能性基板。(2)根據(jù)前項(1)所述的發(fā)光二極管，其特征在干，上述功能性基板相對于發(fā)光波長是透明的。(3)根據(jù)前項(1)或(2)所述的發(fā)光二極管，其特征在干，上述功能性基板由GaP、 藍(lán)寶石或SiC構(gòu)成。(4)根據(jù)前項(1) (3)的任ー項所述的發(fā)光二極管，其特征在干，上述功能性基板的側(cè)面，在接近上述發(fā)光部的ー側(cè)具有相對于主要的光取出面大致垂直的垂直面，在遠(yuǎn)離上述發(fā)光部的ー側(cè)具有相對于上述主要的光取出面向內(nèi)側(cè)傾斜的傾斜面。(5)根據(jù)前項(4)所述的發(fā)光二極管，其特征在干，上述傾斜面含有粗糙的面。(6)—種發(fā)光二極管，其特征在干，具備含有活性層的發(fā)光部，該活性層具有組成式為(AlxGai_x)As (0彡X彡1)的阱層和勢壘層的疊層結(jié)構(gòu)并發(fā)出紅外光；形成于上述發(fā)光部上的電流擴(kuò)散層；和包含與上述發(fā)光部相對地配置的、相對于發(fā)光波長具有90%以上的反射率的反射層，并與上述電流擴(kuò)散層接合的功能性基板。(7)根據(jù)前項(6)所述的發(fā)光二極管，其特征在干，上述功能性基板包含由硅或鍺構(gòu)成的層。(8)根據(jù)前項(6)所述的發(fā)光二極管，其特征在干，上述功能性基板包含金屬基板。(9)根據(jù)前項(8)所述的發(fā)光二極管，其特征在干，上述金屬基板包含多個金屬層。( 10)根據(jù)前項(1) (9)的任ー項所述的發(fā)光二極管，其特征在干，上述電流擴(kuò)散層由GaP構(gòu)成。(11)根據(jù)前項(1) (9)所述的發(fā)光二極管，其特征在干，上述電流擴(kuò)散層的組成式為(Al5iGa1-X) As (0 彡 X 彡 0. 5)。(12)根據(jù)前項(1) (11)的任ー項所述的發(fā)光二極管，其特征在干，上述電流擴(kuò)散層的厚度為0. 5 20μπι的范圍。(13)根據(jù)前項(1) (11)的任ー項所述的發(fā)光二極管，其特征在干，在發(fā)光二極管的上述主要的光取出面?zhèn)仍O(shè)置有第1電極和第2電極。(14)根據(jù)前項(13)所述的發(fā)光二極管，其特征在干，上述第1電極和上述第2電極是歐姆電扱。(15)根據(jù)前項(13)或(14)的任ー項所述的發(fā)光二極管，其特征在干，在上述功能性基板的、上述主要的光取出面?zhèn)鹊南喾磦?cè)的面上還具備第3電極。(16)—種發(fā)光二極管燈，其特征在干，具備前項(1) (15)的任一項所述的發(fā)光
ニ極管。(17) —種發(fā)光二極管燈，其特征在干，具備前項(15)所述的發(fā)光二極管，上述第1 電極或第2電極、與上述第3電極大致相同電位地連接。(18)—種照明裝置，搭載有多個前項(1) (15)的任ー項所述的發(fā)光二極管。
再者，在本發(fā)明中，所謂「功能性基板」，是指在生長基板上使化合物半導(dǎo)體層生長后除去該生長基板，隔著電流擴(kuò)散層與化合物半導(dǎo)體層接合，支持化合物半導(dǎo)體層的基板， 但在電流擴(kuò)散層上形成了規(guī)定的層后，在該規(guī)定的層之上接合規(guī)定的基板的結(jié)構(gòu)的情況下，包括該規(guī)定的層在內(nèi)稱為「功能性基板」。本發(fā)明的發(fā)光二極管是具備含有活性層的發(fā)光部，該活性層具有組成式為 (AlxGa1^x)As (0彡K 1)的阱層和勢壘層的疊層結(jié)構(gòu)并發(fā)出紅外光；形成于上述發(fā)光部上的電流擴(kuò)散層；和與上述電流擴(kuò)散層接合的功能性基板的構(gòu)成，由此顯示比以往的紅外發(fā)光二極管高的輸出功率。特別是通過將功能性基板設(shè)為相對于發(fā)光波長為透明的基板的構(gòu)成，不吸收來自發(fā)光部的光，顯示高輸出功率和高效率。另外，由于活性層是具有組成式為 (AlxGa1^x)As (0彡X彡1)的阱層和勢壘層的多重阱結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，因此單色性優(yōu)異。另外， 由于活性層是具有組成式為(AlxGai_x)As (0彡X く 1)的阱層和勢壘層的疊層結(jié)構(gòu)的構(gòu)成， 因此適合于利用MOCVD法進(jìn)行量產(chǎn)。本發(fā)明的發(fā)光二極管，通過將功能性基板設(shè)為由GaP、藍(lán)寶石、SiC、硅、或者鍺等構(gòu)成的構(gòu)成，是難以腐蝕的材質(zhì)，因此耐濕性提高。另外，本發(fā)明的發(fā)光二極管的最佳的組合，是通過將功能性基板和電流擴(kuò)散層全都設(shè)為由GaP構(gòu)成的構(gòu)成，由此其接合變?nèi)菀?，并且接合?qiáng)度變大。另外，由于是相同的材質(zhì)，因此接合界面的光損耗非常小，也最適合于高輸出功率化。本發(fā)明的發(fā)光二極管燈，具備可以具有包含730nm的紅外光的發(fā)光波長，單色性優(yōu)異，并且是高輸出功率和高效率且耐濕性優(yōu)異的上述發(fā)光二極管，因此適合于例如高濕氣氛的植物培養(yǎng)用的照明光源。


圖1是使用作為本發(fā)明的ー實施方式的發(fā)光二極管的發(fā)光二極管燈的平面圖。圖2是使用作為本發(fā)明的ー實施方式的發(fā)光二極管的發(fā)光二極管燈的沿著圖1中所示的A-A’線的截面模式圖。圖3是作為本發(fā)明的ー實施方式的發(fā)光二極管的平面圖。圖4是作為本發(fā)明的ー實施方式的發(fā)光二極管的沿著圖3中所示的B-B’線的截面模式圖。圖5是用于說明作為本發(fā)明的ー實施方式的發(fā)光二極管的發(fā)光部的構(gòu)成的放大截面圖。圖6是用于作為本發(fā)明的ー實施方式的發(fā)光二極管的外延晶片的截面模式圖。圖7是用于作為本發(fā)明的ー實施方式的發(fā)光二極管的接合晶片的截面模式圖。圖8 (a)是作為本發(fā)明的另ー實施方式的發(fā)光二極管的平面圖，(b)是沿著(a)中所示的C-C’線的截面模式圖。圖9是作為本發(fā)明的另ー實施方式的發(fā)光二極管的截面模式圖。
具體實施例方式以下，對于作為應(yīng)用了本發(fā)明的ー實施方式的發(fā)光二極管，與使用了該發(fā)光二極管的發(fā)光二極管燈一起使用附圖詳細(xì)地說明。再者，為易于明白其特征，在以下的說明中使
5用的附圖有時為方便起見將成為特征的部分放大地表示，各構(gòu)成要素的尺寸比率等未必與實際相同。<發(fā)光二極管燈>圖1和圖2是用于說明使用作為應(yīng)用了本發(fā)明的ー實施方式的發(fā)光二極管的發(fā)光 ニ極管燈的圖，圖1是平面圖，圖2是沿著圖1中所示的A-A’線的截面圖。如圖1和圖2所示，使用了本實施方式的發(fā)光二極管1的發(fā)光二極管燈41，在裝配基板42的表面安裝有1個以上的發(fā)光二極管1。更具體地講，在裝配基板42的表面設(shè)置有η電極端子43和ρ電極端子44。另外，作為發(fā)光二極管1的第1電極的η型歐姆電極4 和裝配基板42的η電極端子43使用金線45連接(線接合)。另ー方面，作為發(fā)光二極管1 的第2電極的ρ型歐姆電極5和裝配基板42的ρ電極端子44使用金線46連接。此外，如圖2所示，在發(fā)光二極管1的與設(shè)置有η型和ρ型歐姆電極4、5的面相反側(cè)的面上設(shè)置有第3電極6，通過該第3電極6，發(fā)光二極管1連接到η電極端子43上并被固定在裝配基板 42上。在此，η型歐姆電極4和第3電極6，通過η極電極端子43以成為等電位或大致相等的電位的方式電連接。通過第3電極，相對于過大的逆電壓，在活性層中不流通過電流， 可在第3電極和ρ型電極間流通電流，可以防止活性層的破損。也可以在第3電極和基板界面?zhèn)雀郊臃瓷浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行高輸出。另外，可以通過在第3電極的表面?zhèn)雀郊庸簿Ы饘?、釬料等，來利用共晶管芯連接(芯片接合)等更簡便的組裝技木。并且，裝配基板42的安裝有發(fā)光二極管1的表面，采用硅樹脂、環(huán)氧樹脂等的一般的封裝樹脂47封裝。<發(fā)光二極管(第1實施方式)>圖3和圖4是用于說明作為應(yīng)用了本發(fā)明的第1實施方式的發(fā)光二極管的圖，圖 3是平面圖，圖4是沿著圖3中所示的Β-Β’線的截面圖。另外，圖5是疊層結(jié)構(gòu)的截面圖。第1實施方式涉及的發(fā)光二極管，其特征在干，具備含有活性層10的發(fā)光部7， 該活性層10具有組成式為(AlxGai_x) As (0彡X彡1)的阱層12和勢壘層13的疊層結(jié)構(gòu)并發(fā)出紅外光；形成于上述發(fā)光部7上的電流擴(kuò)散層8 ；和與上述電流擴(kuò)散層8接合的功能性基板3。再者，所謂本實施方式中的主要的光取出面，是在化合物半導(dǎo)體層2上的、貼附有功能性基板3的面的相反側(cè)的面?；衔锇雽?dǎo)體層(也稱為外延生長層)2，如圖4所示，具有依次層疊有pn結(jié)型的發(fā)光部7和電流擴(kuò)散層8的結(jié)構(gòu)?？梢詫υ摶衔锇雽?dǎo)體層2的結(jié)構(gòu)適當(dāng)施加公知的功能層。例如，可以設(shè)置用于降低歐姆(Ohmic)電極的接觸電阻的接觸層、用于使元件驅(qū)動電流在整個發(fā)光部平面性地擴(kuò)散的電流擴(kuò)散層、相反地用于限制元件驅(qū)動電流流通的區(qū)域的電流阻止層和電流狹窄層等公知的層結(jié)構(gòu)。再者，化合物半導(dǎo)體層2優(yōu)選是在GaAs基板上外延生長形成的層。發(fā)光部7，如圖4所示，在電流擴(kuò)散層8上至少依次層疊ρ型的下部覆蓋層9、下部引導(dǎo)層(未圖示)、發(fā)光層(活性層)10、上部引導(dǎo)層(未圖示)、η型的上部覆蓋層11而構(gòu)成。即，在得到高強(qiáng)度的發(fā)光方面，優(yōu)選發(fā)光部7形成為為了將帶來輻射再結(jié)合的載流子 (carrier)和發(fā)光“封入”到活性層10而含有在活性層10的下側(cè)和上側(cè)對峙地配置的下部覆蓋(clad)層9和上部覆蓋層11的、所謂雙異質(zhì)(英文簡稱DH)結(jié)構(gòu)?；钚詫?0，如圖5所示，為了控制發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光波長，優(yōu)選構(gòu)成阱結(jié)構(gòu)。即，活性層10優(yōu)選是在兩端具有勢壘層(也稱為壘層)13的、阱層12與勢壘層13的多層結(jié)構(gòu)(疊層結(jié)構(gòu))。活性層10的層厚優(yōu)選為0. 02 2μπι的范圍。另外，活性層10的傳導(dǎo)類型沒有特別限定，無摻雜、P型和η型的任ー種都可以選擇。為了提高發(fā)光效率，優(yōu)選設(shè)為結(jié)晶性良好的無摻雜或低于3X IO17cnT3的載流子濃度。阱層12優(yōu)選具有(AlxGai_x)As (0彡X彡0. 35)的組成。上述X可以進(jìn)行調(diào)整使得成為最佳的發(fā)光波長。阱層12的層厚優(yōu)選為3 20nm的范圍。更優(yōu)選為5 10nm的范圍。勢壘層13具有(AlxGai_x)As (0彡X彡1)的組成。上述X優(yōu)選為0. 3 0. 7的范圍，更優(yōu)選為0. 4 0. 6的范圍。勢壘層13的層厚優(yōu)選比阱層12的層厚厚。由此，可以提高阱層12的發(fā)光效率。在阱層12與勢壘層13的多層結(jié)構(gòu)中，將阱層12和勢壘層13交替層疊的對數(shù)沒有特別的限定，但優(yōu)選為2對 40對。即，活性層10優(yōu)選包含2 40層的阱層12。在此，作為使活性層10的發(fā)光效率合適的范圍，優(yōu)選阱層12為2層以上。另ー方面，阱層12和勢壘層13由于載流子濃度低，因此如果形成為較多的對的話，則正向電壓(VF)増大。因此， 優(yōu)選為40對以下，更優(yōu)選為30對以下。下部覆蓋層9和上部覆蓋層11，如圖4所示，分別設(shè)置在活性層10的下表面和上表面。具體地講，在活性層10的下表面設(shè)置有下部覆蓋層9，在活性層10的上表面設(shè)置有上部覆蓋層11。作為下部覆蓋層9和上部覆蓋層11的材質(zhì)，優(yōu)選帶隙比阱層12大的材質(zhì)，更優(yōu)選帶隙比勢壘層13大的材質(zhì)。作為上述材質(zhì)，優(yōu)選具有AlxGai_xAs的X為0. 3^0. 8的組成。下部覆蓋層9和上部覆蓋層11以極性不同的方式構(gòu)成。另外，下部覆蓋層9和上部覆蓋層11的載流子濃度以及厚度可以使用公知的優(yōu)選范圍，優(yōu)選將條件最佳化，以使得活性層10的發(fā)光效率提高。另外，通過控制下部覆蓋層9和上部覆蓋層11的組成，可以使化合物半導(dǎo)體層2的翹曲降低。具體地講，作為下部覆蓋層9，優(yōu)選使用由例如摻雜Mg或Si的ρ型的(AlxGivx)As (0.3 ^ X^ 1)構(gòu)成的半導(dǎo)體材料。另外，載流子濃度優(yōu)選為ZxiO17IxiO18cnT3的范圍， 厚度優(yōu)選為0. 5 5 μ m的范圍。另ー方面，作為上部覆蓋層11，優(yōu)選使用由例如摻雜Si或Te的η型的(AlxGi^x) As (0.3彡X彡1)構(gòu)成的半導(dǎo)體材料。另外，載流子濃度優(yōu)選為IX 10『1X IO18CnT3的范圍，厚度優(yōu)選為0. 5 5μπι的范圍。再者，下部覆蓋層9和上部覆蓋層11的極性可以考慮化合物半導(dǎo)體層2的元件結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇。另外，在下部覆蓋層9和活性層10之間、活性層10和上部覆蓋層11之間以及上部覆蓋層11和電流擴(kuò)散層8之間，也可以設(shè)置用于使兩層間的帶(band)不連續(xù)性平緩地變化的中間層。該情況下，優(yōu)選各中間層分別由具有上述兩層的中間的禁帶寬度的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。另外，在發(fā)光部7的構(gòu)成層的上方可以設(shè)置用于降低歐姆(Ohmic)電極的接觸電阻的接觸層、用于使元件驅(qū)動電流在整個發(fā)光部平面性地擴(kuò)散的電流擴(kuò)散層、相反地用于限制元件驅(qū)動電流流通的區(qū)域的電流阻止層和電流狹窄層等公知的層結(jié)構(gòu)。
作為電流擴(kuò)散層8，可以應(yīng)用具有(AlxGai_x)As (0彡X彡0. 5)的組成的材料、GaP。 上述X雖也取決于化合物半導(dǎo)體層2的元件結(jié)構(gòu)，但從Al濃度低的材料在化學(xué)上穩(wěn)定來看，優(yōu)選為0. 4以下，更優(yōu)選為0. 3以下。在電流擴(kuò)散層8中應(yīng)用GaP的情況下，通過將功能性基板3設(shè)為GaP基板，可以使接合容易，得到高的接合強(qiáng)度。另夕卜，電流擴(kuò)散層8的厚度優(yōu)選為0. 5^20 μ m的范圍。原因是如果為0. 5 μ m以下則電流擴(kuò)散不充分，如果為20 μ m以上則用于晶體生長到該厚度的成本増大。功能性基板3與化合物半導(dǎo)體層2的與主要的光取出面相反側(cè)的面接合。即，功能性基板3，如圖4所示，接合于構(gòu)成化合物半導(dǎo)體層2的電流擴(kuò)散層8側(cè)。該功能性基板 3，由具有足以機(jī)械性地支持發(fā)光部7的強(qiáng)度，并且，可以透射從發(fā)光部7射出的光，相對于來自活性層10的發(fā)光波長在光學(xué)上透明的材料構(gòu)成。另外，優(yōu)選耐濕性優(yōu)異的化學(xué)上穩(wěn)定的材質(zhì)。例如為不含有容易腐蝕的Al等的材質(zhì)。功能性基板3是耐濕性優(yōu)異的基板，進(jìn)而優(yōu)選由導(dǎo)熱良好的GaP或SiC、機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)的藍(lán)寶石構(gòu)成。特別是GaP，由干與AWaAs熱膨脹系數(shù)接近因此最優(yōu)選。另外，為了以充分的機(jī)械性強(qiáng)度支持發(fā)光部7，功能性基板3優(yōu)選設(shè)為例如約 50 μ m以上的厚度。另外，為了在向化合物半導(dǎo)體層2接合后容易實施對功能性基板3的機(jī)械加工，優(yōu)選設(shè)為不超過約300 μ m的厚度。即，功能性基板3最優(yōu)選具有約50 μ πΓ約 300 μ m的厚度的透明度、從成本方面來看由GaP基板構(gòu)成。另外，如圖4所示，功能性基板3的側(cè)面，在接近化合物半導(dǎo)體層2的ー側(cè)形成為相對于主要的光取出面大致垂直的垂直面3a，在遠(yuǎn)離化合物半導(dǎo)體層2的ー側(cè)形成為相對于主要的光取出面向內(nèi)側(cè)傾斜的傾斜面;3b。由此，可以將從活性層10放出到功能性基板3 側(cè)的光效率良好地取出到外部。另外，從活性層10放出到功能性基板3側(cè)的光之中，一部分可以被垂直面3a反射并在傾斜面北取出。另ー方面，被傾斜面北反射的光可以在垂直面3a取出。這樣，通過垂直面3a和傾斜面北的協(xié)同效應(yīng)，可以提高光的取出效率。另外，在本實施方式中，如圖4所示，優(yōu)選將傾斜面北與平行于發(fā)光面的面構(gòu)成的角度α設(shè)在55度 80度的范圍內(nèi)。通過設(shè)在這樣的范圍，可以將由功能性基板3的底部反射的光效率良好地取出到外部。另外，優(yōu)選將垂直面3a的寬度(厚度方向)設(shè)在30 μ πΓ200 μ m的范圍內(nèi)。通過將垂直面3a的寬度設(shè)在上述范圍內(nèi)，可以將由功能性基板3的底部反射的光在垂直面3a上效率良好地返回到發(fā)光面，而且，能夠從主要的光取出面放出。因此，可以提高發(fā)光二極管 1的發(fā)光效率。另外，功能性基板3的傾斜面北，優(yōu)選被粗糙化。通過傾斜面北被粗糙化，可得到提高該傾斜面北上的光取出效率的效果。即，通過將傾斜面北粗糙化，可以抑制在傾斜面北上的全反射，提高光取出效率?；衔锇雽?dǎo)體層2和功能性基板3的接合界面，有時成為高電阻層。S卩，有時在化合物半導(dǎo)體層2和功能性基板3之間設(shè)置有省略圖示的高電阻層。該高電阻層顯示比功能性基板3高的電阻值，在設(shè)置有高電阻層的情況下，具有降低從化合物半導(dǎo)體層2的電流擴(kuò)散層8側(cè)向功能性基板3側(cè)的反向的電流的功能。另外，構(gòu)成了對于從功能性基板3側(cè)向電流擴(kuò)散層8側(cè)無意地施加的反向的電壓發(fā)揮耐電壓性的接合結(jié)構(gòu)，但優(yōu)選構(gòu)成為其擊穿電壓為比pn結(jié)型的發(fā)光部7的反向電壓低的值。
另外，該電流路徑通過利用位于芯片背面的第3電極6、或者^Vg膏連接來確保。η型歐姆電極4和ρ型歐姆電極5，是設(shè)置在發(fā)光二極管1的主要的光取出面的低電阻的歐姆接觸電極。在此，η型歐姆電極4設(shè)置在上部覆蓋層11的上方，可以使用包含例如AuGe、Ni合金/Au的合金。另ー方面，ρ型歐姆電極5，如圖4所示，可以在露出的電流擴(kuò)散層8的表面使用包含AuBe/Au或AuSi/Au的合金。在此，在本實施方式的發(fā)光二極管1中，優(yōu)選將作為第2電極的ρ型歐姆電極5形成于電流擴(kuò)散層8上。通過形成為這樣的構(gòu)成，可得到降低工作電壓的效果。另外，通過將 P型歐姆電極5形成于由ρ型GaP構(gòu)成的電流擴(kuò)散層8上，可得到良好的歐姆接觸，因此可以降低工作電壓。再者，在本實施方式中，優(yōu)選將第1電極的極性設(shè)為η型，并將第2電極的極性設(shè)為P型。通過形成為這樣的構(gòu)成，可以實現(xiàn)發(fā)光二極管1的高輝度化。另ー方面，如果將第 1電極設(shè)為P型，則電流擴(kuò)散變差，導(dǎo)致輝度的降低。與此相対，通過將第1電極設(shè)為η型， 電流擴(kuò)散變好，可以實現(xiàn)發(fā)光二極管1的高輝度化。在本實施方式的發(fā)光二極管1中，如圖3所示，優(yōu)選以成為對角的位置的方式配置 η型歐姆電極4和ρ型歐姆電極5。另外，最優(yōu)選形成為由化合物半導(dǎo)體層2包圍ρ型歐姆電極5的周圍的構(gòu)成。通過形成為這樣的構(gòu)成，可得到降低工作電壓的效果。另外，通過由 η型歐姆電極4包圍ρ型歐姆電極5的四方，電流容易向四方流動，其結(jié)果，工作電壓降低。另外，在本實施方式的發(fā)光二極管1中，如圖3所示，優(yōu)選將η型歐姆電極4形成為蜂窩、格子形狀等網(wǎng)絡(luò)狀。通過形成為這樣的構(gòu)成，可得到使可靠性提高的效果。另外，通過形成為格子狀，可以對活性層10均勻地注入電流，其結(jié)果，可得到使可靠性提高的效果。 再者，在本實施方式的發(fā)光二極管1中，優(yōu)選利用焊盤形狀的電極(焊盤電極)和寬度ΙΟμπι 以下的線狀的電極(線狀電極)構(gòu)成η型歐姆電極4。通過形成為這樣的構(gòu)成，可以謀求高輝度化。此外，通過將線狀電極的寬度變窄，可以提高光取出面的開ロ面積，可以實現(xiàn)高輝度化。<發(fā)光二極管的制造方法>接著，對本實施方式的發(fā)光二極管1的制造方法進(jìn)行說明。圖6是本實施方式的發(fā)光二極管1中使用的外延晶片的截面圖。另外，圖7是本實施方式的發(fā)光二極管1中使用的接合晶片的截面圖。(化合物半導(dǎo)體層的形成エ序)首先，如圖6所示，制作化合物半導(dǎo)體層2?；衔锇雽?dǎo)體層2是在GaAs基板14 上依次層疊由GaAs構(gòu)成的緩沖層15、為了在選擇蝕刻中利用而設(shè)置的蝕刻停止層(省略圖示)、由摻雜Si的η型的AWaAs構(gòu)成的接觸層16、η型的上部覆蓋層11、活性層10、ρ型的下部覆蓋層9、和由摻雜Mg的ρ型GaP構(gòu)成的電流擴(kuò)散層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單晶基板。GaAs基板14的進(jìn)行外延生長的表面優(yōu)選是平滑的。從品質(zhì)的穩(wěn)定性方面出發(fā)，優(yōu)選GaAs基板14的表面的面取向為容易外延生長并可量產(chǎn)的(100)面以及從(100)在士20°以內(nèi)偏移(傾斜)的基板。而且，更優(yōu)選GaAs基板14的面取向的范圍為從(100)方向向(0-1-1)方向偏移(傾斜) 15° 士5°。為了使化合物半導(dǎo)體層2的結(jié)晶性良好，優(yōu)選GaAs基板14的位錯密度低。具體地講，例如，希望為10000個cm—2以下，優(yōu)選為1000個cm—2以下。GaAs基板14可以是η型也可以是ρ型。GaAs基板14的載流子濃度可以從所希望的電導(dǎo)率和元件結(jié)構(gòu)出發(fā)來適當(dāng)選擇。例如，在GaAs基板14為硅摻雜的η型的情況下， 優(yōu)選載流子濃度為IX IO1IX IO18CnT3的范圍。與此相対，在GaAs基板14為摻雜鋅的ρ型的情況下，優(yōu)選載流子濃度為2 X IOw 5 X IO19CnT3的范圍。GaAs基板14的厚度根據(jù)基板的尺寸有適當(dāng)?shù)姆秶?。如果GaAs基板14的厚度比適當(dāng)?shù)姆秶?，則在化合物半導(dǎo)體層2的制造エ藝中有開裂之虞。另ー方面，如果GaAs基板14的厚度比適當(dāng)?shù)姆秶?，則材料成本増加。因此，在GaAs基板14的基板尺寸大的情況下，例如，直徑為75mm的情況下，為了防止操作時的開裂，優(yōu)選為25(Γ500 μ m的厚度。同樣地，在直徑為50mm的情況下，優(yōu)選為20(Γ400 μ m的厚度，在直徑為IOOmm的情況下，優(yōu)選為35(Γ600μπι的厚度。這樣，通過根據(jù)GaAs基板14的基板尺寸來增厚基板的厚度，可以降低起因于發(fā)光層7的化合物半導(dǎo)體層2的翹曲。由此，外延生長中的溫度分布變得均勻，因此可以減小活性層10的面內(nèi)的波長分布。再者，GaAs基板14的形狀并不特別限定于圓形，也可以為矩形等。緩沖層(buffer) 15是為了降低GaAs基板14和發(fā)光部7的構(gòu)成層的缺陷的傳播而設(shè)置的。因此，如果選擇基板的品質(zhì)和外延生長條件，則緩沖層15并不必然需要。另外， 緩沖層15的材質(zhì)優(yōu)選設(shè)為與用于外延生長的基板相同的材質(zhì)。因此，在本實施方式中，緩沖層15優(yōu)選與GaAs基板14同樣地使用GaAs。另外，為了降低缺陷的傳播，緩沖層15也可以使用由不同于GaAs基板14的材質(zhì)構(gòu)成的多層膜。緩沖層15的厚度優(yōu)選為0. 1 μ m以上，更優(yōu)選為0. 2μπι以上。接觸層16是為了降低與電極的接觸電阻而設(shè)置的。優(yōu)選接觸層16的材質(zhì)是帶隙比活性層10大的材質(zhì)，AlxGiVxAsJAlxGEiHhIrvYPCO彡X彡1、0<Υ< 1)較適合。另外，接觸層16的載流子濃度的下限值，為了降低與電極的接觸電阻而優(yōu)選為5X1017cnT3以上，更優(yōu)選為IXlO18cnT3以上。載流子濃度的上限值優(yōu)選為容易引起結(jié)晶性的降低的2X IO19CnT3 以下。接觸層16的厚度優(yōu)選為0.5μπι以上，最優(yōu)選為Ιμπι以上。接觸層16的厚度的上限值沒有特別限定，但為了將外延生長涉及的成本設(shè)在適當(dāng)范圍而優(yōu)選為5μπι以下。在本實施方式中，可以應(yīng)用分子束外延法(MBE)和減壓有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法 (M0CVD法)等的公知的生長方法。其中，最優(yōu)選應(yīng)用量產(chǎn)性優(yōu)異的MOCVD法。具體地講，在化合物半導(dǎo)體層2的外延生長中使用的GaAs基板14，優(yōu)選在生長前實施洗滌エ序和熱處理等的預(yù)處理，來除去表面的污染和自然氧化膜。構(gòu)成上述化合物半導(dǎo)體層2的各層，可以在 MOCVD裝置內(nèi)安置直徑為5(Tl50mm的GaAs基板14，同時地進(jìn)行外延生長來層疊。另外，作為MOCVD裝置，可以應(yīng)用自公轉(zhuǎn)型、高速旋轉(zhuǎn)型等的市售的大型裝置。使上述化合物半導(dǎo)體層2的各層外延生長時，作為III族構(gòu)成元素的原料，可以使用例如三甲基鋁((CH3) 3A1)、三甲基鎵((CH3) 3Ga)和三甲基銅((CH3) 3In)。另夕卜，作為Mg 的摻雜原料，可以使用例如雙環(huán)戊ニ烯基鎂(bis- (C5H5)2Mg)等。另外，作為Si的摻雜原料，可以使用例如乙硅烷(Si2H6)等。另外，作為V族構(gòu)成元素的原料，可以使用膦(PH3)、胂 (AsH3)等。另外，作為各層的生長溫度，作為電流擴(kuò)散層8使用ρ型GaP的情況下，可以采用72(T770°C，其他的各層可以采用60(T70(TC。此外，各層的載流子濃度、層厚和溫度條可以適當(dāng)選擇。這樣制造的化合物半導(dǎo)體層2，盡管具有發(fā)光部7也可得到晶體缺陷少的良好的表面狀態(tài)。另外，化合物半導(dǎo)體層2也可以對應(yīng)于元件結(jié)構(gòu)實施研磨等的表面加工。(功能性基板的接合エ序)接著，對化合物半導(dǎo)體層2和功能性基板3進(jìn)行接合?；衔锇雽?dǎo)體層2和功能性基板3的接合，首先，研磨構(gòu)成化合物半導(dǎo)體層2的電流擴(kuò)散層8的表面，進(jìn)行鏡面加工。 接著，準(zhǔn)備貼附到該電流擴(kuò)散層8的鏡面研磨過的表面的功能性基板3。再者，該功能性基板3的表面在接合到電流擴(kuò)散層8以前研磨成鏡面。接著，向一般的半導(dǎo)體材料貼附裝置送入化合物半導(dǎo)體層2和功能性基板3，在真空中對進(jìn)行了鏡面研磨的兩者的表面照射使電子碰撞而中性(neutral)化了的Ar束。其后，在維持了真空的貼附裝置內(nèi)使兩者的表面重合并施加載荷，由此可以在室溫下進(jìn)行接合(參照圖7)。關(guān)于接合，從接合條件的穩(wěn)定性出發(fā)，更優(yōu)選接合面為相同材質(zhì)。接合(貼附)最優(yōu)選這樣的真空下的常溫接合，但也可以使用共晶金屬、粘結(jié)劑進(jìn)行接合。(第1和第2電極的形成エ序)接著，形成作為第1電極的η型歐姆電極4和作為第2電極的ρ型歐姆電極5。η 型歐姆電極4和ρ型歐姆電極5的形成，首先，利用氨系蝕刻劑從與功能性基板3接合了的化合物半導(dǎo)體層2選擇性地除去GaAs基板14和緩沖層15。接著，在露出的接觸層16的表面形成η型歐姆電極4。具體地講，例如，采用真空蒸鍍法以成為任意的厚度的方式層疊了 AuGe, Ni合金/Pt/Au后，利用一般的光刻方法進(jìn)行圖案化，形成η型歐姆電極4的形狀。接著，選擇性地除去接觸層16、上部覆蓋層11、活性層10、下部覆蓋層9，使電流擴(kuò)散層8露出，在該露出了的電流擴(kuò)散層8的表面形成ρ型歐姆電極5。具體地講，例如，采用真空蒸鍍法以成為任意的厚度的方式層疊了 AuBe/Au后，利用一般的光刻方法進(jìn)行圖案化，形成P型歐姆電極5的形狀。其后，在例如40(T50(TC、5 20分鐘的條件下進(jìn)行熱處理來合金化，由此可以形成低電阻的η型歐姆電極4和ρ型歐姆電極5。(功能性基板的加工エ序)接著，加工出功能性基板3的形狀。功能性基板3的加工，首先，在沒有形成第3 電極6的表面形成V字狀的溝槽。此時，V字狀的溝槽的第3電極6側(cè)的內(nèi)側(cè)面成為具有與平行于發(fā)光面的面構(gòu)成的角度α的傾斜面3b。接著，從化合物半導(dǎo)體層2側(cè)以規(guī)定的間隔進(jìn)行切片(dicing)來芯片化。再者，通過芯片化時的切片，形成功能性基板3的垂直面
3 ο作為傾斜面: 的形成方法，沒有特別限定，可以組合使用濕式蝕刻、干式蝕刻、劃片(scribe)法、激光加工等的現(xiàn)有的方法，但最優(yōu)選應(yīng)用形狀的控制性和生產(chǎn)率高的切片法(dicing method)。通過應(yīng)用切片法，可以提高制造成品率。另外，垂直面3a的形成方法沒有特別限定，但優(yōu)選采用激光加工、劃片-折斷法 (scribe break method)或切片法形成。通過采用激光加工、劃片-折斷法，可以使制造成本降低。即，不需要在芯片分離時設(shè)置切割余量，能夠制造數(shù)量多的發(fā)光二極管，因此能夠降低制造成本。另ー方面，切片法，切斷的穩(wěn)定性優(yōu)異。最后，根據(jù)需要利用硫酸-過氧化氫混合液等蝕刻除去破碎層和污物。這樣地制造發(fā)光二極管1。<發(fā)光二極管燈的制造方法>接著，對于使用上述發(fā)光二極管1的發(fā)光二極管燈41的制造方法，即發(fā)光二極管 1的安裝方法進(jìn)行說明。如圖1和圖2所示，在裝配基板42的表面安裝規(guī)定的數(shù)量的發(fā)光二極管1。發(fā)光 ニ極管1的安裝，首先進(jìn)行裝配基板42和發(fā)光二極管1的對位，在裝配基板42的表面的規(guī)定的位置配置發(fā)光二極管1。接著，利用Ag膏進(jìn)行管芯連接(芯片接合)，發(fā)光二極管1被固定在裝配基板42的表面。接著，使用金線45連接(線接合)發(fā)光二極管1的η型歐姆電極 4和裝配基板42的η電極端子43。接著，使用金線46連接發(fā)光二極管1的ρ型歐姆電極 5和裝配基板42的ρ電極端子44。最后，利用一般的環(huán)氧樹脂47封裝裝配基板42的安裝有發(fā)光二極管1的表面。這樣地制造使用了發(fā)光二極管1的發(fā)光二極管燈41。另外，發(fā)光二極管燈41的發(fā)光光譜通過調(diào)整活性層10的組成，可以使峰發(fā)光波長為例如72(T760nm的范圍。另外，通過電流擴(kuò)散層8可抑制阱層12和勢壘層13的活性層 10中的偏差，因此發(fā)光光譜的半值寬成為l(T40nm的范圍。如以上說明那樣，根據(jù)本實施方式的發(fā)光二極管1，具備含有發(fā)光部7的化合物半導(dǎo)體層2，該發(fā)光部7具有組成式為(AlxGai_x) As (0^X^0.35)的阱層12。另外，本實施方式的發(fā)光二極管1中，在發(fā)光部7上設(shè)置有電流擴(kuò)散層8。該電流擴(kuò)散層8相對于發(fā)光波長是透明的，因此不吸收來自發(fā)光部7的光，可以形成為高輸出功率和高效率的發(fā)光二極管1。功能性基板材質(zhì)穩(wěn)定，不擔(dān)心腐蝕，耐濕性優(yōu)異。因此，根據(jù)本實施方式的發(fā)光二極管1，可以提供具有紅外光發(fā)光波長，單色性優(yōu)異，并且高輸出功率和高效率的耐濕性的發(fā)光二極管1。另外，根據(jù)本實施方式的發(fā)光二極管1，可以提供與以往的采用液相外延法制作的透明基板型的AKiaAs系的發(fā)光二極管相比，具有約1. 5倍以上的發(fā)光效率的高輸出功率發(fā)光二極管1。另外，高溫高濕可靠性也提
問ο另外，根據(jù)本實施方式的發(fā)光二極管燈41，具備具有約730nm的發(fā)光波長，單色性優(yōu)異，并且高輸出功率和高效率的耐濕性的上述發(fā)光二極管1。因此，可以提供適合于植物培養(yǎng)用的照明的發(fā)光二極管燈41。<發(fā)光二極管(第2實施方式)>圖8 (a)和(b)是用于說明應(yīng)用了本發(fā)明的第2實施方式涉及的發(fā)光二極管的圖， 圖8 (a)是平面圖，圖8 (b)是沿著圖8 (a)中所示的C-C’線的截面圖。第2實施方式涉及的發(fā)光二極管20，其特征在干，具備含有活性層10的發(fā)光部， 該活性層10具有組成式為(AlxGa1I) As (0彡X彡1)的阱層和勢壘層的疊層結(jié)構(gòu)并發(fā)出紅外光；形成于發(fā)光部上的電流擴(kuò)散層8 ；和包含與發(fā)光部相對地配置的、相對于發(fā)光波長具有90%以上的反射率的反射層23，并與電流擴(kuò)散層8接合的功能性基板31。在第3實施方式涉及的發(fā)光二極管中，具有具備反射層23的功能性基板31，該反射層23相對于發(fā)光波長具有90%以上的反射率，且與發(fā)光部相對地配置，因此可以從主要的光取出面高效率地取出光。在圖8所示的例子中，功能性基板31，在電流擴(kuò)散層8的下側(cè)的面8b具備第2電極21，而且具備反射結(jié)構(gòu)體和由硅或鍺構(gòu)成的層(基板)30，該反射結(jié)構(gòu)體以覆蓋該第2電
12極21的方式層疊透明導(dǎo)電膜22和反射層23而成。在第3實施方式涉及的發(fā)光二極管中，優(yōu)選功能性基板31含有由硅或鍺構(gòu)成的層。由于是為難以腐蝕的材質(zhì)，因此耐濕性提高。反射層23由例如銀(Ag)、鋁(Al)、金(Au)或它們的合金等構(gòu)成。這些材料光反射率高，可以使來自反射層23的光反射率為90%以上。功能性基板31可以使用在該反射層23上利用Auk、AuGe、AuSn等的共晶金屬與硅、鍺等的廉價的基板(層)接合的組合。特別是Auh，接合溫度低，熱膨脹系數(shù)與發(fā)光部存在差別，在接合最廉價的硅基板(硅層)時是最佳的組合。從品質(zhì)的穩(wěn)定性出發(fā)，也優(yōu)選功能性基板31為還插入了由例如鈦(Ti)、鎢(W)、 鉬(Pt)等的高熔點金屬構(gòu)成的層，以使得電流擴(kuò)散層、反射層金屬和共晶金屬不相互擴(kuò)散的構(gòu)成。<發(fā)光二極管(第3實施方式)>圖9是用于說明應(yīng)用了本發(fā)明的第3實施方式涉及的發(fā)光二極管的圖。應(yīng)用了本發(fā)明的第3實施方式涉及的發(fā)光二極管，其特征在干，具備含有活性層 10的發(fā)光部，該活性層10具有組成式為(AlxGai_x)As (0彡X彡1)的阱層和勢壘層的疊層結(jié)構(gòu)并發(fā)出紅外光；形成于發(fā)光部上的電流擴(kuò)散層8 ；和含有與發(fā)光部相對地配置的、相對于發(fā)光波長具有90%以上的反射率的反射層53和金屬基板50，并與電流擴(kuò)散層8接合的功能性基板51。在第3實施方式涉及的發(fā)光二極管中，功能性基板包含金屬基板這一點，相對于第2實施方式涉及的發(fā)光二極管為特征性的構(gòu)成。金屬基板散熱性高，有助于發(fā)光二極管以高輝度發(fā)光，并且可以使發(fā)光二極管的壽命為長壽命。從散熱性的觀點出發(fā)，特別優(yōu)選金屬基板由熱導(dǎo)率為130W/m*K以上的金屬構(gòu)成。 作為熱導(dǎo)率為130W/m · K以上的金屬，有例如鉬(138W/m · K)、鎢(174W/m · K)。如圖9所示，化合物半導(dǎo)體層2具有活性層10 ；隔著引導(dǎo)層(未圖示)夾持該活性層10的第1覆蓋層(下部覆蓋層)9和第2覆蓋層(上部覆蓋層)11 ；在第1覆蓋層(下部覆蓋層)9的下側(cè)的電流擴(kuò)散層8 ；和在第2覆蓋層(上部覆蓋層)11的上側(cè)的俯視時與第1電極55大致相同的尺寸的接觸層56。功能性基板51，在電流擴(kuò)散層8的下側(cè)的面8b具備第2電極57，而且包括反射結(jié)構(gòu)體和金屬基板50，該反射結(jié)構(gòu)體以覆蓋該第2電極57的方式層疊透明導(dǎo)電膜52和反射層53而成，在構(gòu)成反射結(jié)構(gòu)體的反射層53的與化合物半導(dǎo)體層2相反側(cè)的表面5 接合有金屬基板50的接合面50a。反射層53由例如銅、銀、金、鋁等的金屬或者它們的合金等構(gòu)成。這些材料光反射率高，可以使來自反射結(jié)構(gòu)體的光反射率為90%以上。通過形成反射層53，使來自活性層 10的光被反射層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。由此可以使發(fā)光二極管更加高輝度化。反射層53優(yōu)選為由從透明導(dǎo)電膜52側(cè)起的Ag、Ni/Ti阻擋層、Au系的共晶金屬 (連接用金屬)構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。上述連接用金屬，是電阻低、在低溫下熔融的金屬。通過使用上述連接用金屬，不對化合物半導(dǎo)體層2給予熱應(yīng)力，可以連接金屬基板。作為連接用金屬，使用化學(xué)上穩(wěn)定、熔點低的Au系的共晶金屬等。作為上述Au系的共晶金屬，可舉出例如AuSn、AuGe、AuSi等的合金的共晶組成(Au系的共晶金屬)。另外，優(yōu)選在連接用金屬中添加鈦、鉻、鎢等的金屬。由此，鈦、鉻、鎢等的金屬作為阻擋金屬發(fā)揮功能，可以抑制金屬基板中所含有的雜質(zhì)等向反射層53側(cè)擴(kuò)散、反應(yīng)。透明導(dǎo)電膜52由ITO膜、IZO膜等構(gòu)成。再者，反射結(jié)構(gòu)體也可以僅由反射層53 構(gòu)成。另外，也可以取代透明導(dǎo)電膜52、或者與透明導(dǎo)電膜52 —同使用利用了透明材料的折射率差的所謂冷光鏡(Cold Mirror)，例如氧化鈦膜、氧化硅膜的多層膜、白色的氧化鋁、A1N，與反射層53組合。金屬基板50可以使用包含多個金屬層的金屬基板。金屬基板優(yōu)選是兩種金屬層交替地層疊而成。特別優(yōu)選這兩種金屬層的層數(shù)合計為奇數(shù)。該情況下，從金屬基板的翹曲和開裂的觀點出發(fā)，在作為第2金屬層50B使用熱膨脹系數(shù)比化合物半導(dǎo)體層2小的材料吋，優(yōu)選第1金屬層50A、50A使用由熱膨脹系數(shù)比化合物半導(dǎo)體層3大的材料構(gòu)成的層。原因是作為金屬基板整體的熱膨脹系數(shù)接近于化合物半導(dǎo)體層的熱膨脹系數(shù)，因此可以抑制對化合物半導(dǎo)體層和金屬基板進(jìn)行接合時的金屬基板的翹曲和開裂，可以使發(fā)光二極管的制造成品率提高。同樣地，在作為第2金屬層50B使用熱膨脹系數(shù)比化合物半導(dǎo)體層2大的材料吋，優(yōu)選第1金屬層50A、50A使用由熱膨脹系數(shù)比化合物半導(dǎo)體層2小的材料構(gòu)成的層。原因是作為金屬基板整體的熱膨脹系數(shù)接近于化合物半導(dǎo)體層的熱膨脹系數(shù)，因此可以抑制對化合物半導(dǎo)體層和金屬基板進(jìn)行接合時的金屬基板的翹曲和開裂，可以使發(fā)光二極管的制造成品率提高。從以上的觀點出發(fā)，兩種金屬層的任ー種可以是第1金屬層，也可以是第2金屬広。作為兩種金屬層，可以使用由例如銀(熱膨脹系數(shù)=18.9ppm/K)、銅(熱膨脹系數(shù) =16. 5ppm/K)、金(熱膨脹系數(shù)=14. 2ppm/K)、鋁(熱膨脹系數(shù)=23. lppm/K)、鎳(熱膨脹系數(shù)=13. 4ppm/K)和它們的合金的任一種構(gòu)成的金屬層、和由鉬(熱膨脹系數(shù)=5. lppm/K)、 鎢(熱膨脹系數(shù)=4. 3ppm/K)、鉻(熱膨脹系數(shù)=4. 9ppm/K)和它們的合金的任一種構(gòu)成的
金屬層的組合。作為優(yōu)選的例子，可舉出由Cu/Mo/Cu的三層構(gòu)成的金屬基板。在上述的觀點中由 Mo/Cu/Mo的三層構(gòu)成的金屬基板也可獲得同樣的效果，但由Cu/Mo/Cu的三層構(gòu)成的金屬基板是由容易加工的Cu夾持機(jī)械強(qiáng)度高的Mo的結(jié)構(gòu)，因此與由Mo/Cu/Mo的三層構(gòu)成的金屬基板相比，具有切斷等的加工容易這ー優(yōu)點。作為金屬基板整體的熱膨脹系數(shù)，例如對于由αι(30μπι)/ΜΟ(25μπι)/αι(30μπι) 的三層構(gòu)成的金屬基板而言，為6. lppm/K，對于由Mo (25 μ m)/Cu (70 μ m)/Mo (25μπι)的三層構(gòu)成的金屬基板而言，為5. 7ppm/K。另外，從散熱的觀點出發(fā)，優(yōu)選構(gòu)成金屬基板的金屬層由熱導(dǎo)率高的材料構(gòu)成。由此，可以提高金屬基板的散熱性，使發(fā)光二極管以高輝度發(fā)光，并且可以使發(fā)光二極管為長
矛叩、
例如，優(yōu)選使用銀(熱導(dǎo)率=420ff/m · K)、銅(熱導(dǎo)率=398ff/m · K)、金(熱導(dǎo)率= 320ff/m · K)、鋁(熱導(dǎo)率=236ff/m · K)、鉬(熱導(dǎo)率=138ff/m · K)、鎢(熱導(dǎo)率=174ff/m · K) 和它們的合金等。更優(yōu)選由這些金屬層的熱膨脹系數(shù)與化合物半導(dǎo)體層的熱膨脹系數(shù)大致相等的材料構(gòu)成。特別優(yōu)選金屬層的材料是具有化合物半導(dǎo)體層的熱膨脹系數(shù)士 1. 5ppm/K以內(nèi)的熱膨脹系數(shù)的材料。由此，可以減小金屬基板和化合物半導(dǎo)體層的接合時對發(fā)光部的由熱所引起的應(yīng)力，可以抑制金屬基板與化合物半導(dǎo)體層連接時的由熱所引起的金屬基板的開裂，從而可以使發(fā)光二極管的制造成品率提高。作為金屬基板整體的熱導(dǎo)率，例如對于由Cu (30 μ m)/Mo (25 μ m)/Cu (30 μ m) 的三層構(gòu)成的金屬基板而言，為250W/m · K，對于由Mo (25 μ m)/Cu (70 μ m)/Mo (25 μ m) 的三層構(gòu)成的金屬基板而言，為220W/m · K。實施例以下，使用實施例具體地說明本發(fā)明的效果。再者，本發(fā)明并不限定于這些實施例。在本實施例中，具體地說明制作了本發(fā)明涉及的發(fā)光二極管的例子。制作了發(fā)光 ニ極管后，為了特性評價，制作了在基板上安裝了發(fā)光二極管芯片的發(fā)光二極管燈。(實施例1)實施例1的發(fā)光二極管是第1實施方式的實施例。首先，在由摻雜Si的η型的GaAs單晶構(gòu)成的GaAs基板上，依次層疊化合物半導(dǎo)體層，制成外延晶片。GaAs基板，以從(100)面向(0-1-1)方向傾斜了 15°的面為生長面， 載流子濃度設(shè)為2X1018cnT3。另外，GaAs基板的層厚設(shè)為約0.5 μ m。所謂化合物半導(dǎo)體層是由摻雜Si的GaAs構(gòu)成的η型的緩沖層、由摻雜Si的(Ala7Giia3)a5Ina5P構(gòu)成的η型的接觸層、由Ala7GEta3As構(gòu)成的η型的上部覆蓋層、由Alai8GEia82AsAla3GEia7As的20對構(gòu)成的阱層/勢壘層、由Ala7Giia3As構(gòu)成的ρ型的下部覆蓋層、和由摻雜Mg的ρ型GaP構(gòu)成的電流擴(kuò)散層。在本實施例中，采用減壓有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積裝置法(M0CVD裝置)，在直徑為 76mm、厚度為350 μ m的GaAs基板上使化合物半導(dǎo)體層外延生長，形成了外延晶片。在使外延生長層生長吋，作為III族構(gòu)成元素的原料，使用了三甲基鋁((CH3)3Al),三甲基鎵((CH3) 3Ga)和三甲基銅((CH3)Jn)。另夕卜，作為Mg的摻雜原料，使用了雙環(huán)戊ニ烯基鎂(bis-(C5H5) 2Mg)。另外，作為Si的摻雜原料，使用了乙硅烷(Si2H6)。另外，作為V族構(gòu)成元素的原料， 使用了膦(PH3)、胂(AsH3)。另外，作為各層的生長溫度，由ρ型GaP構(gòu)成的電流擴(kuò)散層在 750°C生長。其他的各層在700°C生長。由GaAs構(gòu)成的緩沖層，載流子濃度設(shè)為約2 X 1018cm_3、層厚設(shè)為約0. 5 μ m。接觸層，載流子濃度設(shè)為約2X IO18CnT3、層厚設(shè)為約3. 5 μ m。上部覆蓋層，載流子濃度設(shè)為約 1 X 1018cm_3、層厚設(shè)為約0. 5 μ m。阱層是未摻雜且層厚約為17nm的Ala 18Ga0.82As,勢壘層是未摻雜且層厚約為19nm的Ala3Giia7Astj另外，將阱層和勢壘層交替地層疊了 20對。下部覆蓋層，載流子濃度設(shè)為約8X 1017cm_3、層厚設(shè)為約0. 5 μ m。由GaP構(gòu)成的電流擴(kuò)散層，載流子濃度設(shè)為約3 X 1018cm_3、層厚設(shè)為約9 μ m。接著，將電流擴(kuò)散層從表面進(jìn)行研磨直到達(dá)到約Iym的深度的區(qū)域，進(jìn)行了鏡面加工。通過該鏡面加工，使電流擴(kuò)散層的表面的粗糙度為0. ISnm0另ー方面，準(zhǔn)備了在上述的電流擴(kuò)散層的鏡面研磨過的表面貼附的由η型GaP構(gòu)成的功能性基板。該貼附用的功能性基板，使用了添加Si以使得載流子濃度變?yōu)榧s2X1017cnT3的、面取向設(shè)為(111)的單晶。 另外，功能性基板的直徑為76mm、厚度為250 μ m。該功能性基板的表面，在與電流擴(kuò)散層接合以前研磨成鏡面，加工至均方根值(rms)為0. 12nm。接著，向一般的半導(dǎo)體材料貼附裝置送入上述的功能性基板和外延晶片，將裝置內(nèi)進(jìn)行真空排氣直到變?yōu)?X 10_5Pa。接著，對功能性基板和電流擴(kuò)散層的兩者的表面照射3分鐘的使電子碰撞而中性 (neutral)化了的Ar束。其后，在維持為真空的貼附裝置內(nèi)使功能性基板和電流擴(kuò)散層的表面重合，并以在各自的表面的壓カ成為50g/cm2的方式施加載荷，在室溫將兩者接合。這樣形成了接合晶片。接著，利用氨系蝕刻劑從上述接合晶片選擇性地除去GaAs基板和GaAs緩沖層。接著，在接觸層的表面，作為第1電極，采用真空蒸鍍法形成厚度為0. 5μ m的AuGe、Ni合金、 0. 2 μ m的Pt、l μ m的Au的薄膜。其后，利用一般的光刻方法實施圖案化，形成了 η型歐姆電極作為第1電極。接著，對作為除去了 GaAs基板的面的光取出面的表面實施了粗糙化處理。接著，選擇性地除去形成作為第2電極的ρ型歐姆電極的區(qū)域的外延層，使電流擴(kuò)散層露出。在該露出了的電流擴(kuò)散層的表面采用真空蒸鍍法以AuBe為0. 2 μ m、Au為1 μ m 的方式形成了 P型歐姆電扱。其后，在450°C進(jìn)行10分鐘熱處理來合金化，形成了低電阻的 P型和η型歐姆電極。接著，使用切片機(jī)，從功能性基板的背面將沒有形成第3電極的區(qū)域形成V字狀的溝槽，使得傾斜面的角度α為70°，并且垂直面的厚度為80 μ m。接著，使用切片機(jī)從化合物半導(dǎo)體層側(cè)以350 μ m間隔切斷來芯片化。利用硫酸-過氧化氫混合液將由切片引起的破碎層和污物蝕刻除去，制作了實施例1的發(fā)光二極管。組裝了 20個在裝配基板上安裝了如上述那樣制作的實施例1的發(fā)光二極管芯片的發(fā)光二極管燈。該發(fā)光二極管燈是如下制作的裝配是利用管芯連接機(jī)(芯片焊接機(jī)，die bonder)支持(裝配；mount)，用金線將發(fā)光二極管的η型歐姆電極和設(shè)置在裝配基板的表面的η電極端子進(jìn)行線接合，并用金線將ρ型歐姆電極和ρ電極端子進(jìn)行線接合后，利用一般的環(huán)氧樹脂進(jìn)行封裝。評價了該發(fā)光二極管(發(fā)光二極管燈)的特性的結(jié)果示于表1。如表1所示，在η 型和P型歐姆電極間流通了電流的結(jié)果，射出了峰波長為730nm的紅外光。正向流通了 20 毫安(mA)的電流時的正向電壓(Vf)，反映在構(gòu)成化合物半導(dǎo)體層的電流擴(kuò)散層和功能性基板的接合界面處的電阻的高低和各歐姆電極的良好的歐姆特性，為2.0伏(V)。正向電流設(shè)為20mA時的發(fā)光輸出功率約為13mW。此外，在溫度60°C、濕度90%的高溫高濕環(huán)境下，實施1000小時的通電試驗(20mA 通電)，測定了發(fā)光輸出功率的殘存率(可靠性)的結(jié)果示于表1。表權(quán)利要求
1.ー種發(fā)光二極管，其特征在干，具備含有活性層的發(fā)光部，所述活性層具有組成式為(AlxGai_x)As的阱層和勢壘層的疊層結(jié)構(gòu)并發(fā)出紅外光，其中，0 ^X^ 1 ；形成于所述發(fā)光部上的電流擴(kuò)散層；和與所述電流擴(kuò)散層接合的功能性基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在干，所述功能性基板相對于發(fā)光波長是透明的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在干，所述功能性基板由GaP、藍(lán)寶石或 SiC構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在干，所述功能性基板的側(cè)面，在接近所述發(fā)光部的ー側(cè)具有相對于主要的光取出面大致垂直的垂直面，在遠(yuǎn)離所述發(fā)光部的ー側(cè)具有相對于所述主要的光取出面向內(nèi)側(cè)傾斜的傾斜面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管，其特征在干，所述傾斜面含有粗糙的面。
6.ー種發(fā)光二極管，其特征在干，具備含有活性層的發(fā)光部，所述活性層具有組成式為(AlxGai_x)As的阱層和勢壘層的疊層結(jié)構(gòu)并發(fā)出紅外光，其中，0 ^X^ 1 ；形成于所述發(fā)光部上的電流擴(kuò)散層；和包含與所述發(fā)光部相對地配置的、相對于發(fā)光波長具有90%以上的反射率的反射層， 并與所述電流擴(kuò)散層接合的功能性基板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管，其特征在干，所述功能性基板包含由硅或鍺構(gòu)成的層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管，其特征在干，所述功能性基板包含金屬基板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管，其特征在干，所述金屬基板包含多個金屬層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在干，所述電流擴(kuò)散層由GaP構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在干，所述電流擴(kuò)散層的組成式為 (AIxGeiトx) As，其中，0 彡 X 彡 0. 5。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在干，所述電流擴(kuò)散層的厚度為 0. 5 20 μ m的范圍。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在干，在發(fā)光二極管的所述主要的光取出面?zhèn)仍O(shè)置有第1電極和第2電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管，其特征在干，所述第1電極和所述第2電極是歐姆電扱。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管，其特征在干，在所述功能性基板的、所述主要的光取出面?zhèn)鹊南喾磦?cè)的面上還具備第3電極。
16.ー種發(fā)光二極管燈，其特征在干，具備權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管。
17.ー種發(fā)光二極管燈，其特征在干，具備權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管，所述第1電極或第2電極、與所述第3電極大致相同電位地連接。
18.ー種照明裝置，搭載有多個權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管。
全文摘要
提供一種具有700nm以上的紅外發(fā)光波長、單色性優(yōu)異、并且高輸出功率和高效率的耐濕性優(yōu)異的發(fā)光二極管。本發(fā)明涉及的發(fā)光二極管，其特征在于，具備含有活性層的發(fā)光部(7)，所述活性層具有組成式為(AlXGa1-X)As(0≤X≤1)的阱層(12)和勢壘層(13)的疊層結(jié)構(gòu)并發(fā)出紅外光；形成于發(fā)光部(7)上的電流擴(kuò)散層(8)；和與電流擴(kuò)散層(8)接合的功能性基板(3)。
文檔編號H01L33/30GK102598319SQ20108005148
公開日2012年7月18日 申請日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者村木典孝, 竹內(nèi)良一, 粟飯原范行 申請人:昭和電工株式會社