化合物半导体发光二极管 技术领域 本发明涉及具有由 AlGaInP 形成的发光层的化合物半导体发光二极管， 特别是涉 及元件尺寸大、 散热性优良、 并且亮度高的化合物半导体发光二极管。
本申请基于 2008 年 2 月 7 日在日本提交的专利申请特愿 2008-027720 号、 2009 年 1 月 29 日在日本提交的专利申请特愿 2009-018395 号要求优先权， 在此引用了上述申请的 内容。
背景技术
作为发出从红色到黄绿色的可视光的发光二极管 ( 英文简称 ： LED)， 例如公知有 具有由磷化铝镓铟 ( 组成式 (AlXGa1-X)YIn1-YP ； 0 ≤ X ≤ 1， 0 ＜ Y ≤ 1) 形成的发光层的化合 物半导体发光二极管。 通常， 包括发光部的元件构造部形成在单晶衬底上， 所述发光部具有 作为发光层的 (AlXGa1-X)YIn1-YP(0 ≤ X ≤ 1， 0 ＜ Y ≤ 1)， 所述单晶衬底由与形成上述元件构 造部的 III-V 族化合物层等晶格匹配的砷化镓 (GaAs) 形成。公开了以下技术 ： 由于从 (AlXGa1-X)YIn1-YP ； 0 ≤ X ≤ 1， 0 ＜ Y ≤ 1) 发光层射出的波 长的光会被 GaAs 吸收， 因此改为将由光学上透明的材料形成的支撑体与发光部或元件构 造部接合， 构成亮度高的透明材料接合型的化合物半导体 LED( 例如参照专利文献 1 ～ 5)。 根据专利文献 1 ～ 5 所公开的技术， 通过接合由机械强度优良的透明材料形成的支撑体， 能 够提高化合物半导体发光二极管的机械强度。
另外， 在专利文献 6 和 7 所记载的发明中， 公开了以下方法 ： 在元件的上侧和下侧 形成有电极的结构 ( 所谓的上下电极结构 ) 的化合物半导体发光二极管中， 使支撑体的侧 面为倾斜的面 ( 倾斜侧面 )， 由此提高了向元件的外部取出从元件构造部发出的光的取出 效率， 形成为高亮度的化合物半导体可视发光二极管。
专利文献 1 ： 日本特许第 3230638 号公报 ；
专利文献 2 ： 日本特开平 6-302857 号公报 ；
专利文献 3 ： 日本特开 2002-246640 号公报 ；
专利文献 4 ： 日本特许第 2588849 号公报 ；
专利文献 5 ： 日本特开 2001-57441 号公报 ；
专利文献 6 ： 美国专利申请公开第 2003/0127654 号说明书 ；
专利文献 7 ： 美国专利第 6229160 号说明书。
发明内容 但是， 在将 GaAs 用作衬底的以往的化合物半导体发光二极管中， GaAs 对于从元件 构造部射出的可视光来说在光学上是不透明的。
因此， 无法充分地提高向元件的外部取出发光的取出效率， 因此不是适于获得高 亮度的化合物半导体可视发光二极管的构造。另外， 用作衬底的 GaAs 由于不是机械强度特 别优良的化合物半导体材料， 因此存在着也无法有效地用作支撑体以获得机械强度高的化
合物半导体可视发光二极管的问题。
另一方面， 在为了提高向外部取出发光的取出效率而使元件的下部的侧面倾斜、 使垂直截面为倒三角形的化合物半导体可视发光二极管中， 发光二极管的下面的底面积 小， 另外重心位于元件的相对靠上方的位置， 因此经常发生元件翻倒的情况。因此， 即使要 将具有这样的截面形状的化合物半导体发光二极管固定在安装 (mount) 衬底上， 元件也无 法自己站立而会翻倒， 因此无法方便地进行安装， 在使用发光二极管 (LED) 片来制造灯具 时会导致工业生产上的成品率 ( 材料利用率 ) 降低。
另外， 在具有 GaAs 衬底的化合物半导体发光二极管中， 占据该发光二极管的体积 -1 -1 的大部分的 GaAs 的热传导率 ( 导热系数 ) 为 0.54Wcm K ( 赤崎勇编著， “III-V 族化合物 半导体” (1994 年 5 月 20 日， ( 株式会社 ) 培风馆发行第一版， 参照 148 页 )， 与金属材料相 比的话非常小。 因此， 特别是在需要使大电流流通的大型发光二极管中， 无法充分地将由于 元件的工作而产生的热量散发到外部， 因此无法避免由于发热引起的发光波长的变动。另 外， 在由于侧面为倾斜侧面而导致下面的底面积小的上述发光二极管中， 例如由于与兼用 作散热板的安装衬底接合的接合区域的面积小， 因此还存在着无法抑制元件的温度上升的 问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的， 其目的在于提供能够容易地进行安装、 亮度高、 散热性高的化合物半导体发光二极管。
为了达到上述目的， 本发明采用了以下构成方式。即，
(1) 本发明的第一发明的化合物半导体发光二极管， 在由光学上透明的材料形成 的透明基体部的一个表面上形成元件构造部， 并在所述元件构造部上设置有一个极性的第 一欧姆电极， 所述元件构造部包括 ： 第一传导型的化合物半导体层 ； 第一传导型或者与第 一传导型相反的传导型的、 由磷化铝镓铟混晶 ( 组成式 (AlXGa1-X)0.5In0.5P ； 0 ≤ X ＜ 1) 形成 的发光层 ； 以及与第一传导型相反的传导型的化合物半导体层 ； 所述化合物半导体发光二 极管的特征在于， 在所述透明基体部的与一个表面相反的一侧形成有第二欧姆电极， 覆盖 所述第二欧姆电极而形成有金属被膜， 覆盖所述金属被膜而形成有与所述第二欧姆电极导 通的金属制的底座部。
(2) 本发明的第二发明的化合物半导体发光二极管在第一发明的基础上具有以下 特征， 即， 在所述透明基体部的与一个表面相反的一侧形成有垂直截面形状为倒等腰梯形 形状的平顶台， 所述平顶台具有下底面和倾斜侧面， 在所述下底面上形成第二欧姆电极， 覆 盖所述第二欧姆电极、 所述下底面、 以及所述倾斜侧面而形成金属被膜。
(3) 本发明的第三发明的化合物半导体发光二极管在第一或第二发明的基础上具 有以下特征， 即， 所述透明基体部由生长基体层构成。
(4) 本发明的第四发明的化合物半导体发光二极管在第一或第二发明的基础上具 有以下特征， 即， 所述透明基体部由生长基体层、 以及与所述生长基体层接合的透明接合衬 底构成。
(5) 本发明的第五发明的化合物半导体发光二极管在第四发明的基础上具有以下 特征， 即， 所述透明接合衬底具有与所述生长基体层相同的传导型。
(6) 本发明的第六发明的化合物半导体发光二极管在第四或第五发明的基础上具 有以下特征， 即， 所述透明接合衬底的与所述生长基体层相接合的面是镜面研磨面， 该镜面研磨面的粗糙度按均方根值为 0.10nm ～ 0.20nm。
(7) 本发明的第七发明的化合物半导体发光二极管在第二至第六中的任一项发明 的基础上具有以下特征， 即， 相对于所述透明基体部的一个表面的垂线， 所述倾斜侧面的倾 斜角度为大于等于 10°并小于等于 45°。
(8) 本发明的第八发明的化合物半导体发光二极管在第二至第七中的任一项发 明的基础上具有以下特征， 即， 所述倾斜侧面是具有高低差大于等于 0.1μm 并小于等于 10μm 的凹凸的粗糙面。
(9) 本发明的第九发明的化合物半导体发光二极管在第二至第八中的任一项发明 的基础上具有以下特征， 即， 所述下底面是具有高低差大于等于 0.1μm 并小于等于 10μm 的凹凸的粗糙面。
(10) 本发明的第十发明的化合物半导体发光二极管在第一至第九中的任一项发 明的基础上具有以下特征， 即， 在所述透明基体部的与一个表面相反的一侧形成有多个所 述平顶台。
(11) 本发明的第十一发明的化合物半导体发光二极管在第十发明的基础上具有 以下特征， 即， 所述多个平顶台设置在俯视时关于所述透明基体部的中心对称的位置。 (12) 本发明的第十二发明的化合物半导体发光二极管在第一至第十一中的任一 项发明的基础上具有以下特征， 即， 在所述下底面上配置有多个所述第二欧姆电极。
(13) 本发明的第十三发明的化合物半导体发光二极管在第一至第十二中的任一 项发明的基础上具有以下特征， 即， 所述金属被膜由与所述第二欧姆电极不同的材料构成。
(14) 本发明的第十四发明的化合物半导体发光二极管在第一至第十三中的任一 项发明的基础上具有以下特征， 即， 所述金属被膜由对于从所述元件构造部发射的光具有 大于等于 80％的反射率并含有银、 铝和铂中任一种的材料构成。
(15) 本发明的第十五发明的化合物半导体发光二极管在第一至第十四中的任一 项发明的基础上具有以下特征， 即， 所述金属被膜形成为覆盖所述透明基体部的与一个表 面相反的一侧。
(16) 本发明的第十六发明的化合物半导体发光二极管在第一至第十五中的任一 项发明的基础上具有以下特征， 即， 所述底座部由具有大于等于 200W/mK 的热传导率并含 有铜、 铝、 金和铂中任一种的材料构成。
(17) 本发明的第十七发明的化合物半导体发光二极管在第十六发明的基础上具 有以下特征， 即， 所述底座部由具有大于等于 200W/mK 的热传导率并包括铜、 钼的层构造的 材料构成。
(18) 本发明的第十八发明的化合物半导体发光二极管在第十六或十七发明的基 础上具有以下特征， 即， 所述底座部具有所述化合物半导体层的热膨胀率 ( 热膨胀系数 ) 的 ±20％以内的热膨胀率， 并由包括铜、 钼的层构造的材料构成。
(19) 本发明的第十九发明的化合物半导体发光二极管在第十六至第十八中的任 一项发明的基础上具有以下特征， 即， 所述底座部的热膨胀率为 3 ～ 7ppm/K， 所述底座部由 包括铜、 钼的层构造的材料构成。
(20) 本发明的第二十发明的化合物半导体发光二极管在第一至第十九中的任一 项发明的基础上具有以下特征， 即， 在所述金属被膜与所述透明基体部之间插入有透明氧
化物层。 (21) 本发明的第二十一发明的化合物半导体发光二极管在第二十发明的基础上 具有以下特征， 即， 所述透明氧化物层是导电性的。
根据上述构成方式， 可以提供能够容易地进行安装、 具有高亮度、 并且散热性高的 化合物半导体发光二极管。
根据本发明的第一发明， 由于在透明基体部的一个表面上形成有元件构造部， 因 此从元件构造部射出的光在透过了所述透明基体部之后被金属被膜向正面方向反射， 因而 能够提供向正面方向 ( 外部视野方向 ) 取出发光的取出性优良的化合物半导体发光二极 管。
另外， 根据本发明的第一发明， 由于构成为在透明基体部上隔着金属被膜安装有 金属制的底座部， 因此能够稳定地提供以下的化合物半导体发光二极管 ： 能够消除由于切 削了侧面而导致底面积变小、 从而难以自己站立的以往的发光二极管的安装 (mount) 载置 不稳定性， 并且散热性优良。
根据本发明的第二发明， 由于构成为在透明基体部的一个表面上形成有元件构造 部、 在透明基体部的与一个表面相反的一侧与元件构造部相对地设置有平顶台， 因此从元 件构造部射出的光在透过了所述透明基体部之后， 被覆盖所述平顶台的金属被膜向正面方 向反射， 因而能够提供向正面方向 ( 外部视野方向 ) 取出发光的取出性优良的化合物半导 体发光二极管。
另外， 根据本发明的第二发明， 由于构成为在透明基体部的与一个表面相反的一 侧设置有具有倒等腰梯形形状的截面的平顶台， 该平顶台成为能够将从元件构造部射出的 发光高效地向正面方向 ( 外部视野方向 ) 反射的反射镜， 因此能够提供高亮度的化合物半 导体发光二极管。
另外， 根据本发明的第二发明， 由于构成为在透明基体部上隔着金属被膜安装有 金属制的底座部， 因此能够稳定地提供以下的化合物半导体发光二极管 ： 能够消除由于切 削了侧面而导致底面积变小、 从而难以自己站立的以往的发光二极管的安装载置不稳定 性， 并且散热性优良。
根据本发明的第三发明， 由于透明基体部由生长基体层构成， 因此不仅能够将上 述生长基体层作为用于保持元件构造部的基体层， 而且还能够容易地在透明基体部的与一 个表面相反的一侧形成平顶台。
根据本发明的第四发明， 由于透明基体部由生长基体层和与上述生长基体层接合 的透明接合衬底构成， 因此与仅由生长基体层构成的透明基体层相比能够构成更厚的透明 基体部， 从而能够有助于提供机械强度高的化合物半导体发光二极管。
根据本发明的第五发明， 由于在生长基体层接合传导型与所述生长基体层相同的 透明接合衬底， 因此能够经由与金属制的底座部电导通的、 设置在平顶台的下底面上的第 二欧姆电极向该第二欧姆电极与设置在元件构造部上的第一欧姆电极之间无阻滞地注入 用于使发光二极管工作的元件工作电流。其结果是， 能够提供上下电极结构的化合物半导 体发光二极管， 并且能够提供散热性高、 亮度高、 并且容易安装的化合物半导体发光二极 管。
根据本发明的第六发明， 由于与生长基体层接合的透明接合衬底的面是粗糙度按
均方根值为 0.10nm ～ 0.20nm 的镜面研磨面， 因此能够使上述透明接合衬底与上述生长基 体层牢固地接合， 因而能够提供机械强度优良的化合物半导体发光二极管。
根据本发明的第七发明， 由于倾斜侧面的倾斜角度为相对于透明基体部的一个表 面的垂线大于等于 10°并小于等于 45°， 因此能够使用上述金属被膜有效地向发光二极 管的正面方向 ( 外部视野方向 ) 射出来自元件构造部的发光。上述倾斜侧面的倾斜角度越 小， 越是能够形成具有减小了水平截面面积的杯状截面的反射镜， 从而能够提供向元件外 部取出发光的取出性优良的高亮度的化合物半导体发光二极管。
根据本发明的第八发明， 由于倾斜侧面是具有高低差大于等于 0.1μm 并小于等 于 10μm 的凹凸的粗糙面， 因此能够增大设置在上述倾斜侧面上的、 向发光二极管的正面 方向 ( 外部视野方向 ) 反射来自元件构造部的发光的金属被膜的表面积， 因而能够提供向 元件外部取出发光的取出性优良的高亮度的化合物半导体发光二极管。
根据本发明的第九发明， 由于下底面是具有高低差大于等于 0.1μm 并小于等于 10μm 的凹凸的粗糙面， 因此能够形成对透过透明基体部向所述下底面入射的来自元件构 造部的光进行反射的表面积大的金属被膜， 因而能够提供向元件外部高效地取出发光的高 亮度的化合物半导体发光二极管。 根据本发明的第十发明， 由于在透明基体部的与一个表面相反的一侧设置有多个 平顶台， 因此能够在发光二极管的内部配置由金属被膜形成的多个反射镜， 从而能够提供 高亮度的化合物半导体发光二极管。
并且， 例如即使是具有一边的长度为 1mm、 俯视时的面积大的元件构造部的大型发 光二极管， 也能够提供高亮度的化合物半导体发光二极管。
根据本发明的第十一发明， 由于构成为多个平顶台设置在俯视时关于透明基体部 的中心对称的位置， 因此能够提供一种向外部取出了的光的强度的对称性优良的高亮度的 化合物半导体发光二极管。
根据本发明的第十二发明， 由于构成为在下底面上配置有多个第二欧姆电极， 因 此能够使从底座部供应的元件工作电流均匀地向元件构造部扩散， 从而能够提供发光强度 的元件平面内的均匀性优良的化合物半导体发光二极管。
根据本发明的第十三发明， 由于构成为金属被膜由与第二欧姆电极不同的材料构 成， 因此能够形成由对于来自元件构造部的发光呈现出比所述第二欧姆电极的构成材料高 的反射率的金属材料构成的反射镜， 进而能够有助于提供高亮度的化合物半导体发光二极 管。
根据本发明的第十四发明， 由于金属被膜由对于从元件构造部发射的光具有大于 等于 80％的反射率并含有银、 铝和铂中的任一种的材料构成， 因此能够高效地反射来自元 件构造部的发光， 从而能够提供高亮度的化合物半导体发光二极管。
根据本发明的第十五发明， 由于构成为金属被膜覆盖透明基体部的与一个表面相 反的一侧， 因此能够将向平顶台的周边区域入射的来自元件构造部的发光向元件的外部反 射， 从而能够提供高亮度的化合物半导体发光二极管。
根据本发明的第十六发明， 由于底座部由具有大于等于 200W/mK 的热传导率并含 有铜、 铝、 金和铂中的任一种的材料构成， 因此能够提供散热性优良的化合物半导体发光二 极管。
根据本发明的第十七发明， 由于底座部由具有大于等于 200W/mK 的热传导率并包 括铜、 钼的层构造的材料构成， 因此能够提供散热性优良的化合物半导体发光二极管。
根据本发明的第十八发明， 由于底座部具有上述化合物半导体层的热膨胀率的 ±20％以内的热膨胀率并由包括铜、 钼的层构造的材料构成， 因此能够高精度地、 容易地制 造出散热性优良的化合物半导体发光二极管。
根据本发明的第十九发明， 由于底座部的热膨胀率为 3 ～ 7ppm/K， 底座部由包括 铜、 钼的层构造的材料构成， 因此能够高精度地、 容易地制造出散热性优良的化合物半导体 发光二极管。
根据本发明的第二十发明， 由于构成为在金属被膜与透明基体部之间插入有透明 氧化物层， 因此能够防止由于上述金属被膜与上述透明基体部发生反应而导致反射率下 降， 从而能够提供高亮度的化合物半导体发光二极管。
根据本发明的第二十一发明， 由于构成为透明氧化物层是导电性的， 因此能够确 保金属被膜与欧姆电极的电导通， 不需要如使用绝缘性透明氧化物层时那样选择性地除去 欧姆电极形成部分的透明氧化物层， 从而能够简化制造工序。 附图说明 图 1A 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的图， 是俯视示意图 ；
图 1B 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的图， 是图 1A 的 A-A′线的截面 示意图 ；
图 2 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的图， 是图 1B 的 B-B′线的俯视 截面示意图 ；
图 3 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的俯视示意图 ；
图 4 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的俯视示意图 ；
图 5 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的俯视示意图 ；
图 6 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的俯视示意图 ；
图 7 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的俯视示意图 ；
图 8 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的俯视示意图 ；
图 9 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的俯视示意图 ；
图 10 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的俯视示意图 ；
图 11 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的俯视示意图 ；
图 12A 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造方法的截面工序图 ；
图 12B 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造方法的截面工序图 ；
图 12C 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造方法的截面工序图 ；
图 12D 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造方法的截面工序图 ；
图 13A 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造方法的截面工序图 ；
图 13B 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造方法的截面工序图 ；
图 13C 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造方法的截面工序图 ；
图 13D 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造方法的截面工序图 ；
图 13E 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造方法的截面工序图 ；
图 14 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造方法的截面工序图 ；
图 15 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的截面示意图 ；
图 16 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的截面示意图 ；
图 17 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的截面示意图 ；
图 18A 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的图， 是截面示意图 ；
图 18B 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的图， 是图 18A 的 G-G′线的俯 视截面示意图 ；
图 19A 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的图， 是截面示意图 ；
图 19B 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的图， 是图 19A 的 H-H′线的俯 视截面示意图 ；
图 20A 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的图， 是截面示意图 ；
图 20B 是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的图， 是图 20A 的 I-I′线的俯 视截面示意图。
附图标记说明 ：
1 第一欧姆电极 ； 2 化合物半导体层 ； 3 p 型 GaP 层 ； 3a 生长开始面 ； 3b 另一个面 ； 3c 侧面 ； 4 透明接合衬底 ； 4a 接合面 ； 4b 下底面 ； 4c 侧面 ； 4d 倾斜侧面 ； 5 第二欧姆电极 ； 6 金属被膜 ； 7 底座部 ； 7c 侧面 ； 8 槽部 ； 10 元件构造部 ； 10a 正面侧的面 ； 10b 相反侧的面 ； 11 接触层 ； 11a 正面方向的面 ； 12 下部熔覆层 ； 13 发光层 ； 14 上部熔覆层 ； 21 半导体衬底 ； 22 第一缓冲层 ； 25 透明基体部 ； 30 外延晶片 ； 31 贴附衬底 ； 33n 极电极形成衬底 ； 44p 极电极 形成衬底 ； 45 槽部形成衬底 ； 46 金属被膜形成衬底 ； 47 底座部形成衬底 ； 88 透明氧化物层 ； 90 平顶台 ； 90a 上底面 ； 90b 下底面 ； 90d 倾斜侧面 ； 101、 102、 103、 104、 105、 145 发光二极管 ； 147、 148 发光二极管 ； f 正面方向 ( 光取出方向 ) ； d 高度 ； α 倾斜角度 ； v 垂线。具体实施方式
以下， 利用图 1A、 图 1B、 图 2 来说明用于实施本发明的方式。
( 第一实施方式 )
图 1A、 图 1B、 图 2 是示意性地表示本发明的第一实施方式的化合物半导体发光二 极管 101 的图， 图 1A 是化合物半导体发光二极管 101 的俯视示意图， 图 1B 是图 1A 的 A-A′ 线的截面示意图， 图 2 是图 1B 的 B-B′线的俯视截面示意图。 另外， 化合物半导体发光二极 管 101 表示在发光二极管元件的上面侧和下面侧具有电极的上下电极结构的一个例子。
如图 1B 所示， 在化合物半导体发光二极管 101 中， 在由光学上透明的材料形成的 透明基体部 25 的一个表面 25a 上形成有元件构造部 10， 在元件构造部 10 的正面侧的面 10a 上形成有一个极性的第一欧姆电极 1。
另外， 在透明基体部 25 的与一个表面 25a 相反的一侧形成有平顶台 90。 该平顶台 90 具有上底面 90a、 下底面 90b、 和倾斜侧面 90d， 截面形状为梯形形状。该平顶台 90 形成 为： 比上底面 90a 小的下底面 90b 成为与正面相反的一侧的面。
并且， 在平顶台 90 的下底面 90b 上形成有另一个极性的第二欧姆电极 5。 并且， 以 覆盖第二欧姆电极 5、 下底面 90b、 和倾斜侧面 90d 的方式形成有金属被膜 6， 以覆盖金属被 膜 6 的方式形成有金属制的底座部 7。这里， 箭头 f 所示的方向为正面方向， 是从化合物半导体发光二极管 101 发射光的方向。 ( 第一欧姆电极 )
如图 1A 所示， 一个极性的第一欧姆电极 1 在元件构造部 10 的正面方向 f 的面 10a 上、 即接触层 11 的正面方向 f 的面 11a 上作为圆形电极而构成。另外， 上述一个极性是正 (+) 极或负 (-) 极的任一方。另外， 后述的另一个极性是与上述一个极性相反的极性， 如果 上述一个极性为正极， 则上述另一个极性为负极， 如果上述一个极性为负极， 则上述另一个 极性为正极。
化合物半导体层 2 包括元件构造部 10 和生长基体层 3。另外， 元件构造部 10 通过 层叠接触层 11、 下部熔覆层 12、 发光层 13、 上部熔覆层 14 而构成。
( 元件构造部 )
图 1B 所 示 的 元 件 构 造 部 10 是 包 括 起 到 发 光 作 用 的 重 要 的 pn 接 合 双 异 质 ( 英文简称 ： DH) 结构的 构成部位。在本发明中， 元件构造部 10 是由第一传导型的接 触层 11、 第一传导型的下部熔覆层 12、 第一传导型或与第一传导型相反的传导型的由 (AlXGa1-X)0.5In0.5P(0 ≤ X ＜ 1) 形成的发光层 13、 以及与第一传导型相反的传导型的上部熔 覆层 14 构成的部位。
如果第一传导型为 n 型， 则与第一传导型相反的传导型为 p 型。相反， 如果第一传 导型为 p 型， 则与第一传导型相反的传导型为 n 型。
元件构造部 10 通过以下方式来构成 ： 优选将单晶材料用作元件构造部形成用 衬 底 ( 基 板 )， 在 其 上 依 次 堆 积 例 如 n 型 的 由 (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P 形 成 的 接 触 层 11、 由 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 形成的下部熔覆层 12、 由非掺杂的 (Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P 形成的发光层 13、 以及 p 型的由 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 形成的上部熔覆层 14。
例如， 可以将 GaAs、 磷化铟 (InP)、 磷化镓 (GaP) 等 III-V 族半导体单晶、 硅 (Si) 等 单元素半导体单晶作为元件构造部形成用衬底并通过有机金属化学气相沉积 ( 英文简称 ： MOCVD) 法、 分子束外延 ( 英文简称 ： MBE) 法等生长方法来形成这各个层 11 ～ 14。
例如， 在通过减压方式的 MOCVD 法将上述各层 11 ～ 14 沉积在将从 (001) 晶面倾斜 了 15°的角度的面作为表面的 GaAs 单晶衬底上时， 合适的是， 将衬底温度设定为 710℃～ 750℃来形成。
( 接触层 )
例如， 为 n 型的接触层 11 的载流子浓度优选为 1×1018cm-3 ～ 3×1018cm-3， 该层 11 的层厚优选为 1μm ～ 2μm。
( 第一缓冲层 )
在沉积接触层 11 时， 也可以在元件构造部形成用衬底上形成了第一缓冲层后在 该缓冲层上形成接触层 11。
如果插入到元件构造部形成用衬底与接触层 11 之间的第一缓冲层为 n 型层， 则其 18 -3 18 -3 载流子浓度优选为 1×10 cm ～ 3×10 cm ， 层厚优选为 0.1μm ～ 0.3μm。例如， 可以例 示出在 GaAs 衬底上设置由 GaAs 形成的第一缓冲层并在其上形成接触层 11 的情况。在制 造本发明的化合物半导体发光二极管 101 时， 在将设置在元件构造部 10 上的一个极性的第 一欧姆电极设置在第一缓冲层上的情况下， 需要使第一缓冲层与接触层 11 的传导型相同。
( 下部熔覆层 )
例如， 为 n 型的下部熔覆层 12 的载流子浓度优选为 7×1017cm-3 ～ 9×1017cm-3， 该 层 12 的层厚优选为 0.5μm ～ 1.5μm。下部熔覆层 12 优选由能带隙 (band gap) 比形成发 光层 13 的 (AlXGal-X)YIn1-YP(0 ≤ X ≤ 1， 0 ＜ Y ≤ 1) 的能带隙宽、 并且折射率大的半导体材 料构成。例如， 对于发光峰值波长约为 570nm 的黄绿色光的由 (Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P 形成的发 光层 13， 可以举出由 Al0.5In0.5P 来构成下部熔覆层 12 的例子。
( 发光层 )
发光层 13 由第一传导型或与第一传导型相反的传导型的磷化铝镓铟混晶 ( 组成 式 (AlXGal-X)0.5In0.5P ； 0 ≤ X ＜ 1) 形成。
发光层 13 的层厚优选为 0.7μm ～ 0.9μm。为了获得单色性优良的发光， 发光层 13 也可以由单量子阱 ( 英文简称 ： SQW) 结构或多量子阱 ( 英文简称 ： MQW) 结构构成。 例如， 也可以由层叠了例如 20 对单位层叠对的多量子阱 ( 英文简称 ： MQW) 结构构成， 所述单位层 叠对由 (Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P 阱层和 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 势垒层构成。 在 0 ≤ X ≤ 1 的范围内， 适当地决定构成量子阱 ( 英文简称 QW) 结构的 (AlXGal-X)YInl-YP(0 ≤ X ≤ 1、 0 ＜ Y ≤ 1) 阱 层或势垒层的铝 (Al) 的组成 (X)， 以获得期望的发光波长。 在将 GaAs 单晶作为衬底的情况 下， 考虑到与 GaAs 的晶格匹配性， 优选将铟 (In) 的组成比 (1-Y) 设定为 0.5。 ( 电流扩散层、 电流阻挡层、 中间层 )
在发光层 13 与下部熔覆层 12 之间也可以设置由低电阻的导电材料形成的电流扩 散层， 该电流扩散层用于使元件工作电流向整个发光层 13 平面性地扩散， 所述元件工作电 流用于使发光二极管工作。
另外， 也可以将用于故意地限制使发光二极管的元件工作电流流通的区域的、 由 高电阻或绝缘性的材料形成的电流阻挡层设置在发光层 13 与下部熔覆层 12 之间的适当的 部位。
并且， 在发光层 13 与下部熔覆层 12 之间、 或者发光层 13 与上部熔覆层 14 之间， 也可以设置用于使两个层之间的能带 (band) 不连续性平缓地改变的中间层。该中间层优 选由以下的半导体材料构成， 该半导体材料具有构成发光层 13 的材料的能带隙与构成熔 覆层 12、 14 的材料的能带隙的中间的能带隙。
( 上部熔覆层 )
上部熔覆层 14 优选由能带隙比形成发光层 13 的 (AlXGa1-X)YIn1-YP(0 ≤ X ≤ 1， 0 ＜ Y ≤ 1) 的能带隙宽、 并且折射率大的半导体材料构成。例如， 对于发光峰值波长约为 570nm 的黄绿色光的由 (Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P 形成的发光层 13， 可以举出由 Al0.5In0.5P 来构成 上部熔覆层 14 的例子。上部熔覆层 14 由传导型与下部熔覆层 12 相反的半导体材料构成。 例如， p 型的上部熔覆层 14 的载流子浓度优选为 1×1018cm-3 ～ 3×1018cm-3， 该层 11 的层厚 优选为 1μm ～ 2μm。
( 透明基体部 )
在透明基体部 25 的一个表面 25a 上形成有元件构造部 10。在透明基体部 25 的与 一个表面 25a 相反的一侧形成有平顶台 90。在图 1A 和图 1B 所例示的发光二极管中， 透明 基体部 25 由生长基体层 3 和透明接合衬底 4 构成。透明基体部 25 由能够透过从元件构造 部 10 射出的光的材料形成。
( 生长基体层 )
在元件构造部 10 的与正面相反的一侧的面 10b 上接合有透明基体部 25 的一个表 面 25a， 该表面 25a 与上部熔覆层 14 相接。另外， 如后所述， 由于透明基体部 25 的一个表面 25a 是使生长基体层 3 开始生长的面， 因此被称为生长开始面 3a。
生长基体层 3 例如可以由 GaP 层、 以下组成的砷化铝镓 (AlXGa1-XAs ； 0 ＜ X ≤ 1)、 (AlXGa1-X)YIn1-YP(0 ≤ X ≤ 1， 0 ＜ Y ≤ 1) 等构成， 所述组成是形成能够使来自元件构造部 10 的发光充分地透过的能带隙的组成。
在由通过 MOCVD 法生长的 GaP 层来构成生长基体层 3 的情况下， 从不会发生明 显 “翘曲” 等的观点出发， 其层厚优选大于等于 5μm 并小于等于 20μm， 更加优选大于等于 8μm 并小于等于 10μm。
如后所述， 本发明的化合物半导体发光二极管 101 是使元件工作电流经由透明基 体部 25 的内部流通的构造， 因此优选的是生长基体层 3 的传导型与通过生长开始面 3a 相 接的上部熔覆层 14 相同。即， 如果上部熔覆层 14 为呈现第一传导型的层， 则生长基体层 3 也由呈现第一传导型的材料构成。
生长基体层 3 例如可以通过 MOCVD 法、 液相外延 ( 英文简称 ： LPE) 法的生长方法 来生长。在由通过 MOCVD 法生长的 p 型的 GaP 层来构成生长基体层 3 的情况下， 可以由载 18 -3 18 -3 流子浓度为 2×10 cm ～ 4×10 cm 的 p 型 GaP 层来构成对于元件工作电流的流通为低 电阻的生长基体层 3。
( 第二缓冲层、 布拉格 (Bragg) 反射层 )
当将生长基体层 3 设置在上部熔覆层 14 上时， 也可以设置第二缓冲层， 该第二缓 冲层承担缓和生长基体层 3 与上部熔覆层 14 之间的光栅不匹配的作用。
另外， 在生长基体层 3 与上部熔覆层 14 之间， 也可以插入具有将来自元件构造部 10 的发光向发光二极管的外部反射的作用的布拉格 (Bragg) 反射层等。
( 透明接合衬底 )
如图 1A 和图 1B 所例示的那样， 透明基体部 25 由接合体构成， 该接合体在生长基 体层 3 的与生长开始面 3a 相反的一侧的面 3b 上接合透明接合衬底 4。
如后所述， 本发明的化合物半导体发光二极管 101 是使元件工作电流经由透明基 体部 25 的内部流通的构造， 因此与生长基体层 3 接合设置的透明接合衬底 4 与生长基体层 3 同样地由具有导电性的、 低电阻的材料构成。在光学上是透明的但为电绝缘性的玻璃、 蓝 宝石 (α-Al2O3) 等氧化物材料不适于作为构成透明接合衬底 4 的材料。
例如， 作为优选的透明接合衬底 4， 可以例示出与生长基体层 3 接合的面为 (111) 或 (100) 晶面的 GaP 单晶。这是因为 ： 由于 GaP 晶体吸收可视光的程度小， 因此适于获得高 亮度的化合物半导体可视发光二极管。特别是， n 型的 GaP 晶体与杂质浓度相同的 p 型的 GaP 晶体相比可视光的透过率高， 因此更适于用作透明接合衬底 4。
在为了获得本发明的化合物半导体发光二极管 101 而使用 n 型 GaP 晶体来作为透 明接合衬底 4 的情况下， 由于需要使元件工作电流导通， 上部熔覆层 14 和生长基体层 3 也 需要由传导型相同的 n 型层构成。在该构成中， 如果生长基体层 3 也由 n 型 GaP 层构成， 则 成为了对机械强度和热膨胀系数等特性一致的材料进行接合， 因此能够构成密接性好、 牢 固地接合了的透明基体部 25。透明接合衬底 4 的层厚优选为 10μm ～ 300μm， 更加优选为 100μm ～ 150μm。 在 厚度小于 10μm 的情况下， 用于支撑 LED101 的机械强度不充分， 因此不合适。另一方面， 如 果厚度超过 300μm， 则为了切割 (Dicing) 而需要形成深的槽， 因此难以高效地分割为单个 的化合物半导体发光二极管 101。
在使透明接合衬底 4 与生长基体层 3 接合时， 如果两个层的彼此接合的面是被研 磨成镜面的表面， 则能够以良好的密接性来相互接合。 例如， 如果接合的面的粗糙度按均方 根 (rms ： root mean square) 为 0.10nm ～ 0.20nm， 则能够牢固地进行接合。具体地说， 接 合被镜面研磨成粗糙度按均方根为 0.17nm ～ 0.19nm 的生长基体层 3 的表面和被镜面研磨 成粗糙度按均方根为 0.10nm ～ 0.14nm 的透明接合衬底 4 的表面来构成透明基体部 25。
( 平顶台 )
如图 1B 所示， 在透明基体部 25 的与一个表面 25a 相反的一侧设置有垂直截面形 状为倒等腰梯形的平顶台 (mesa)90。另外， 如图 2 所示， 平顶台 90 的俯视截面形状大致为 矩形形状。另外， 平顶台 90 由与生长基体层 3 接合着的透明接合衬底 4 构成。因此， 平顶 台 90 的厚度 d 与透明接合衬底 4 的厚度相同。
另外， 对平顶台 90 的俯视截面形状没有特殊的限定， 也可以为圆形或多边形。
在获得本发明的化合物半导体发光二极管 101 时， 优选的是构成平顶台 90 的外周 形状的倾斜侧面 90d 的倾斜角度 α 相对于透明基体部 25 的一个表面 25a 的垂线 v 为大于 等于 10°并小于等于 45°。具有这样角度的倾斜侧面 90d 的平顶台能够形成将从元件构 造部 10 射出的光有效地向发光二极管的正面方向 f 取出的反射镜。在倾斜角度 α 相对于 垂线 v 小于 10°的情况下、 或者超过 45°的情况下， 无法将来自元件构造部 10 的发光高效 地向正面方向 f 反射。
平顶台 90 的高度 d 优选为 10μm ～ 300μm， 更加优选为 100μm ～ 150μm。
( 粗糙面 )
如果使平顶台 90 的倾斜侧面 90d 为粗糙面， 则能够形成适于对从元件构造部 10 入射到平顶台 90 的倾斜侧面 90d 的光进行漫反射的反射镜。通过该漫反射， 能够高效地向 化合物半导体发光二极管 101 的正面方向 f 取出光， 从而有助于实现化合物半导体发光二 极管 101 的高亮度化。可以通过使用酸的湿蚀刻方法或喷砂等机械加工方法等， 形成高低 差为 0.1μm ～ 10μm 的凹凸， 通过这样的处理等来形成粗糙面。
另外， 如果与平顶台 90 的倾斜侧面 90d 一起将平顶台 90 的底面 90b 通过上述例 示的方法等形成为粗糙面并以该粗糙面为基础来形成反射镜， 则能够进一步增加向化合物 半导体发光二极管 101 的正面方向 f 反射的反射光的强度。因此， 能够有助于获得高亮度 的化合物半导体发光二极管 101。
( 平顶台的形成方法 )
为了在透明基体部 25 形成平顶台 90， 可以单独使用切割法、 湿蚀刻法、 干蚀刻法、 划线 (scribe) 法、 或激光加工法等， 或者可以通过组合了这些方法的方法来形成。
例 如， 通 过 切 割 法， 利用具有截面形状为等腰梯形形状的刀尖的切削刀具 (blade)， 从透明基体部 25 的表面向透明基体部 25 的内部切割， 在透明基体部 25 上沿纵横 方向形成槽。 形成的槽的截面形状与刀尖的截面形状大致相同。 在使用上述刀具的情况下， 形成的槽的截面形状为等腰梯形形状。 因此， 在形成了槽的区域以外的区域中， 截面形状为等腰梯形的平顶台 90 作为结果而保留下来。
( 第二欧姆电极 )
如图 2 所示， 第二欧姆电极 5 形成为多个圆形电极， 相对于形成为大致矩形形状的 平顶台 90 的下底面 90b 的中心对称地配置。
在平顶台 90 的下底面 90b 上配置有与构成透明基体部 25 的生长基体层 3 或透明 接合衬底 4 的传导型相对应的极性的第二欧姆电极 5。
n 型的第二欧姆电极 5 例如可以由金·锗 (Au·Ge) 合金构成。另外， 可以由与 n 型半导体层接触的一侧为 Au· Ge 合金膜的多层构造的金属电极构成。例如， 可以例示出由 Au·Ge 合金 / 镍 (Ni) 膜 /Au 膜的三层构造形成的第二欧姆电极 5。
第二欧姆电极 5 不必一定由数量上为单个的电极构成， 也可以在平顶台 90 的下底 面 90b 上配置有多个。通过在平顶台 90 的下底面 90b 上配置多个第二欧姆电极 5， 能够有 助于使元件工作电流更均匀地向透明基体部 25 内扩散。
在一个平顶台 90 的下底面 90b 上设置有多个第二欧姆电极 5 的情况下， 这多个第 二欧姆电极 5 不必一定是具有相同的俯视形状的电极， 重要的是， 优选是能够使元件工作 电流遍布透明基体部 25 的大的范围而扩散的形状。 图 3 ～图 11 是表示在形成为大致矩形形状的平顶台 90 的下底面 90b 上形成的第 二欧姆电极 5 的其他配置的例子的示意图。通过这样来配置， 能够使元件工作电流遍布透 明基体部 25 的大的范围而扩散， 从而能够使元件工作电流在透明基体部 25 均匀地流动。
例如， 图 3 所示的第二欧姆电极 5 包括形成在平顶台 90 的下底面 90b 的中央的圆 形的主电极 301、 以及与主电极 301 导通并相互正交的两个线状电极 302。
另外， 图 4 所示的第二欧姆电极 5 除了构成图 2 所示的第二欧姆电极 5 的主电极 301 和线状电极 302 以外， 还包括形成为包围主电极 301 的四边形状的框电极 303。
另外， 图 5 所示的第二欧姆电极 5 除了构成图 2 所示的第二欧姆电极 5 的主电极 301 和线状电极 302 以外， 还包括形成为包围主电极 301 的圆形的框电极 303。
图 6 所示的第二欧姆电极 5 包括在平顶台 90 的下底面 90b 上形成在相对的位置 处的两个圆形的主电极 301、 以及用于使这两个圆形电极 301 电导通的四边形状的线状电 极 302。另外， 线状电极 302 的配置不限于四边形状， 也可以是圆形。
另外， 图 7 所示的第二欧姆电极 5 包括形成在平顶台 90 的下底面 90b 的中央的圆 形的主电极 301、 以及四个线状电极 302。四个线状电极 302 包括大致平行的三个线状电极 302、 以及与这三个线状电极 302 正交的一个线状电极 302， 在圆形电极 301， 两个线状电极 302 正交。
图 8 所示的第二欧姆电极 5 包括形成在中央的圆形的主电极 301、 以及形成在主 电极 301 的周边并比电极 301 小的圆形的辅助电极 304。辅助电极 304 也是欧姆电极。另 外， 辅助电极 304 呈中央对称地配置。
图 9 所示的第二欧姆电极 5 包括形成在中央的圆形的主电极 301、 以及形成为包围 主电极 301 的周围的四边形状的框电极 303。
图 10 所示的第二欧姆电极 5 包括形成在平顶台 90 的下底面 90b 的中央的圆形的 电极 301、 以及形成为与电极 301 的外周隔开等距离的间隔的外框电极 305。
图 11 所示的第二欧姆电极 5 包括将平顶台 90 的下底面 90b 的中央部分呈大致矩
形形状挖除得到的外框电极 305、 以及在挖除的部分纵横地形成的 4 个线状电极 302。
在图 3 ～ 11 所示的第二欧姆电极 5 中， 主电极 301 和辅助电极 304 的形状不限于 圆形， 也可以是其他的形状。另外， 框电极 303 的俯视形状不限于四边形或圆形， 也可以是 其他的形状。另外， 对框电极 303 的数量也没有限定， 可以形成有多个。并且， 对外框电极 305 的形状也没有特殊的限定。
图 3 ～ 11 所示的第二欧姆电极 5 均不是覆盖平顶台 90 的下底面 90b 的整个面的 整面电极 ( ベタ電 出部分。 例如， 在图 3 所示的第二欧姆电极 5 中， 主电极 301 和两个线状电极 302 以外的部 分是平顶台 90 的下底面 90b 的露出部分。另外， 在图 8 所示的第二欧姆电极 5 中， 主电极 301 和多个辅助电极 304 以外的部分是平顶台 90 的下底面 90b 的露出部分。
如后所述， 平顶台 90 的下底面 90b 与平顶台 90 的倾斜侧面 90d 一起被金属被膜 覆盖。该金属被膜具有将入射到平顶台 90 的光反射的作用。因此， 在形成为能够使元件工 作电流很好地在透明基体部 25 扩散的形状的情况下， 如果使平顶台的表面露出， 则还能够 通过由该金属被膜形成的反射镜将透过了平顶台 90 的下底面 90b 的光向化合物半导体发 光二极管 101 的正面方向 f 反射。因此， 能够增加向正面方向 f 反射的光量， 因此能够有助 于实现化合物半导体可视发光二极管 101 的高亮度化。
( 金属被膜 )
如图 1B 所示， 以覆盖第二欧姆电极 5、 下底面 90b、 以及倾斜侧面 90d 的方式形成 有金属被膜 6。金属被膜 6 形成为覆盖透明基体部 25 的与一个表面 25a 相反的一侧， 不仅 覆盖平顶台 90， 还覆盖生长基体层 3 的一部分。
另外， 以覆盖金属被膜 6 的方式形成有金属制的底座部 7。
在平顶台 90 的下底面 90b 和倾斜侧面 90d 上设置有覆盖它们的表面的金属被膜 6。优选的是该金属被膜 6 由与形成平顶台 90 的、 构成透明基体部 25 的透明接合衬底 4、 生 长基体层 3 密接的金属材料构成。这是为了防止后述的底座部 7 与透明基体部 25 之间的 剥离， 将化合物半导体发光二极管 101 可靠地固定在底座部 7 上。
另外， 优选的是金属被膜 6 由还能够与形成第二欧姆电极 5 的金属材料牢固地粘 接的金属材料构成， 其中所述第二欧姆电极 5 设置在平顶台 90 的下底面 90b 上。这是为了 防止由于粘接不良而导致第二欧姆电极 5 与金属被膜 6 剥离等并进而导致流通电阻增大， 从而能够在无电阻的情况下从底座部 7 向第二欧姆电极 5 供应元件工作电流。
如果由对于从元件构造部 10 射出的可视光具有比形成第二欧姆电极 5 的金属材 料高的反射率、 例如大于等于 80％的反射率的材料来形成金属被膜 6， 则能够将金属被膜 6 有效地用作反射发光的反射镜。
特别是如果由含有银 (Ag)、 铝 (Al)、 或铂 (Pt) 的金属材料来构成金属被膜 6， 则能 够构成将来自元件构造部 10 的发光向正面方向 f 反射而呈现出在正面方向 f 上为最大强 度的取向特性的化合物半导体发光二极管 101。
作为金属被膜 6 的材料， 既可以单独使用银 (Ag)、 铝 (Al)、 或铂 (Pt) 之一来形成， 也可以由含有其中任一种元素的合金来形成。
( 底座部 )
16)。因此， 第二欧姆电极 5 以外的部分为平顶台 90 的下底面 90b 的露101939856 A CN 101939859
说明书14/22 页如图 1B 所示， 以覆盖金属被膜 6 的方式形成有金属制的底座部 7。
即， 底座部 7 以间隔着金属被膜 6 而覆盖平顶台 90 的倾斜侧面 90d 和下底面 90b 的方式安装。
通过这样由底座部 7 来机械性地牢固地支撑化合物半导体发光二极管 101， 能够 提高化合物半导体发光二极管 101 的机械的稳定性。
在化合物半导体发光二极管 101 的下部， 间隔着金属被膜 6， 以覆盖平顶台 90 的倾 斜侧面 90d、 下底面 90b、 以及平顶台 90 的周边的方式安装底座部 7。底座部 7 是承担以下 两种功能的部位， 即， 机械性地牢固地支撑化合物半导体发光二极管 101， 并且将化合物半 导体发光二极管 101 工作时产生的热量散发到外部。为了高效地散发产生的热量， 作为底 座部 7 的材料， 优选热传导率大于等于 100W/mK 的材料， 更加优选热传导率大于等于 200W/ mK 的材料。例如， 包括铜 (Cu)、 铝 (Al)、 金 (Au)、 或铂 (Pt) 之一的金属材料适用于构成底 座部 7。
底座部 7 既可以单独使用铜 (Cu)、 铝 (Al)、 金 (Au) 或铂 (Pt) 之一来形成， 也可以 由含有这些元素中的一种以上的元素的金属材料来构成。
另外， 由于构成为第二欧姆电极 5 经由金属被膜 6 与底座部 7 连接， 因此能够将底 座部 7 用作端子， 不需要执行在制造单侧电极结构的发光二极管灯具时所需的 p 型端子的 引线接合 ( 引线键合 )， 因此能够简化发光二极管灯具的制造工序。
由于作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 是将第一欧姆电极 1 和第二欧姆电极 5 上下配置的上下电极结构， 因此能够增大发光层 13 的面积， 并且可以不 将妨碍高效地取出光的第二欧姆电极 5 形成于正面方向 f( 光取出面侧 )， 因此能够提高化 合物半导体发光二极管 101 的发光亮度。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 具有经由金属被 膜 6 与第二欧姆电极 5 导通的金属制的底座部 7， 第二欧姆电极 5 经由金属被膜 6 与金属制 的底座部 7 连接， 因此在制造发光二极管灯具时， 不需要对 p 型端子进行引线接合， 从而能 够简化该制造工序。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 在透明基体部 25 的与一个表面 25a 相反的一侧具有垂直截面形状为倒等腰梯形形状的平顶台 90， 因此能够 通过平顶台 90 将来自发光层 13 的光高效地向正面方向 f 反射， 从而能够提高化合物半导 体发光二极管 101 的发光亮度。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 金属被膜 6 覆盖 上述第二欧姆电极 5、 下底面 90b、 以及倾斜侧面 90d， 因此能够通过金属被膜 6 将来自发光 层 13 的光高效地向正面方向 f 反射， 从而能够提高化合物半导体发光二极管 101 的发光亮 度。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 具有金属制的底 座部 7， 因此能够提高化合物半导体发光二极管 101 的机械强度， 并且能够提高散热性而延 长产品寿命。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 透明基体部 25 包 括生长基体层 3， 因此能够形成作为透明性和载流子传导性优良的层的透明基体部 25， 从 而能够提高化合物半导体发光二极管 101 的发光亮度。另外， 能够简化制造工序， 提高生产效率。 作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 透明基体部 25 包 括生长基体层 3 和与生长基体层 3 接合的透明结合衬底 4， 因此能够形成作为透明性和载流 子传导性优良的层的透明基体部 25， 从而能够提高化合物半导体发光二极管 101 的发光亮 度。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 透明接合衬底 4 具有与生长基体层 3 相同的传导型， 因此作为上下电极结构的发光二极管， 能够使元件工 作电流高效地流动， 从而能够提高化合物半导体发光二极管 101 的发光效率。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 透明接合衬底 4 的与生长基体层 3 相接合的面是粗糙度按均方根为 0.10nm ～ 0.20nm 的镜面研磨面， 因此 能够使透明接合衬底 4 与生长基体层 3 以高密接性接合， 从而能够提高产品寿命。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 倾斜侧面 90d 的 倾斜角度 α 为相对于透明基体部 25 的一个表面 25a 的垂线 v 大于等于 10°并小于等于 45°， 因此能够向正面方向 f 高效地反射光， 从而能够提高化合物半导体发光二极管 101 的 发光效率。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 倾斜侧面 90d 是 具有高低差大于等于 0.1μm 并小于等于 10μm 的凹凸的粗糙面， 因而能够通过粗糙面对光 进行漫反射， 能够向正面方向 f 高效地反射光， 从而能够提高化合物半导体发光二极管 101 的发光效率。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 下底面 90b 是具 有高低差大于等于 0.1μm 并小于等于 10μm 的凹凸的粗糙面， 因而能够通过粗糙面对光进 行漫反射， 能够向正面方向 f 高效地反射光， 从而能够提高化合物半导体发光二极管 101 的 发光效率。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 第二欧姆电极 5 在下底面 90b 上配置有多个， 因此能够增强从平顶台 90 向元件构造部 10 流动的元件工作 电流的面内均匀性的均匀性， 从而能够使化合物半导体发光二极管 101 的在光取出面处的 发光强度均匀。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 金属被膜 6 由与 第二欧姆电极 5 不同的材料构成， 因此第二欧姆电极 5 可以使用能够高效地注入电流的材 料， 金属被膜 6 可以使用能够高效地反射光的材料， 从而能够提高化合物半导体发光二极 管 101 的发光效率。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 金属被膜 6 由对 于从元件构造部 10 发射的光具有大于等于 80％的反射率并含有银、 铝、 或铂之一的材料构 成， 因此能够将从元件构造部 10 发射的光高效地向正面方向 f 反射， 从而能够提高化合物 半导体发光二极管 101 的发光效率。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 金属被膜 6 覆盖 透明基体部 25 的与一个表面 25a 相反的一侧， 因此能够无泄露地、 向正面方向 f 高效地反 射从元件构造部 10 发射的光， 从而能够提高化合物半导体发光二极管 101 的发光效率。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 101 构成为 ： 上述底座部由具
有大于等于 200W/mK 的热传导率并含有铜、 铝、 金、 或铂之一的材料构成， 因此能够高效地 散发在发光时产生的热量， 提高产品寿命。
图 12A ～图 12D、 图 13A ～图 13E 是表示化合物半导体发光二极管 101 的制造方法 的一个例子的制造工序图。另外， 对第一欧姆电极为 n 型的情况进行说明。
制造工序包括化合物半导体层形成工序、 透明接合衬底叠合 ( 張り合わせ， 粘合 ) 工序、 GaAs 衬底和缓冲层除去工序、 n 型欧姆电极形成工序、 p 型欧姆电极形成工序、 槽部形 成工序、 粗糙面化工序、 金属被膜形成工序、 底座部形成工序、 以及分割工序。
以下， 对各个工序进行说明。
“化合物半导体层形成工序”
首先， 准备半导体衬底 21 来作为元件构造部形成用衬底， 所述半导体衬底 21 由掺 杂了 Si 的 n 型的、 具有从 (100) 面倾斜了 15°的面的 GaAs 单晶形成。
将半导体衬底 21 搬入到减压装置中， 使用 MOCVD 法依次层叠由掺杂了 Si 的 n 型的 GaAs 形成的第一缓冲层 22、 由掺杂了 Si 的 n 型的 (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P 形成的接触层 11、 由掺 杂了 Si 的 n 型的 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 形成的下部熔覆层 12、 由非掺杂的 (Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P/ (Al0.7Ga0.5)0.5In0.5P 的 20 对形成的发光层 13、 由掺杂了 Mg 的 p 型的 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 形 成的上部熔覆层 14、 以及由掺杂了 Mg 的 p 型 GaP 层形成的 p 型的生长基体层 3， 形成如图 12A 所示那样的外延晶片 30。
另外， 将由接触层 11、 下部熔覆层 12、 发光层 13、 上部熔覆层 14 形成的层称为元件 构造部 10， 将元件构造部 10 和由 p 型 GaP 层形成的 p 型的生长基体层 3 的层叠体称为化合 物半导体层 2。
另外， p 型的生长基体层 3 的与上部熔覆层 14 相接的面为生长开始面 3a。
第一缓冲层 22 和化合物半导体层 2 的各层将三甲基铝 ((CH3)3Al)、 三甲基镓 ((CH3)3Ga)、 以及三甲基铟 ((CH3)3In) 用作 III 族构成元素的原料。
Mg 的掺杂原料使用二环戊二烯基镁 (bis-(C5H5)2Mg)， Si 的掺杂原料使用乙硅烷 (Si2H6)。
另外， 作为 V 族构成元素的原料， 使用膦 (PH3) 或胂 (AsH3)。
将衬底温度设定为 730 ～ 770℃而使由 p 型 GaP 层形成的 p 型的生长基体层 3 生 长， 将衬底温度设定为 710 ～ 750℃而使第一缓冲层 22、 接触层 11、 下部熔覆层 12、 发光层 13、 上部熔覆层 14 生长。
第一缓冲层 22 的载流子浓度为 1×1018cm-3 ～ 3×1018cm-3， 另外其厚度为 0.1 ～ 0.3μm。接触层 11 由 (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P 形成， 载流子浓度为 1×1018cm-3 ～ 3×1018cm-3， 层厚约为 1 ～ 2μm。下部熔覆层 12 的载流子浓度为 7×1017cm-3 ～ 9×1017cm-3， 层厚为 0.5 ～ 1.5μm。发光层 13 为非掺杂， 层厚为 0.7 ～ 0.9μm。上部熔覆层 14 的载流子浓度 17 -3 17 -3 为 1×10 cm ～ 3×10 cm ， 层厚为 0.5 ～ 1.5μm。由 p 型 GaP 层形成的 p 型的生长基体 18 层 3 的载流子浓度为 2×10 cm-3 ～ 4×1018cm-3， 层厚为 8 ～ 10μm。
在由 p 型 GaP 层形成的 p 型的生长基体层 3 中， 对从表面到 0.5 ～ 1.5μm 的深度 的区域进行研磨而进行镜面加工。通过镜面加工， 使由 p 型 GaP 层形成的 p 型的生长基体 层 3 的表面的粗糙度为 0.17 ～ 0.19nm。
“透明接合衬底叠合工序”首 先 对由 p 型 GaP 层形成的 p 型的生 长基 体层 3 的 另一 个面 3b 进 行镜面 研 磨。然后， 准备与该面 3b 贴附的透明接合衬底 4。透明接合衬底 4 使用晶面取向 (plane direction) 为 (111) 的 GaP 单晶， 并添加了 Si 以使载流子浓度为 1×1017cm-3 ～ 3×1017cm-3。 透明接合衬底 4 的直径为 40 ～ 60mm， 厚度为 200 ～ 300μm。在与由 p 型 GaP 层形成的 p 型的生长基体层 3 接合之前对该透明接合衬底 4 的表面进行镜面研磨， 使其粗糙度按均方 根 (rms) 为 0.10 ～ 0.14nm。
将 透 明 接 合 衬 底 4 和 外 延 晶 片 30 搬 入 到 减 压 装 置 内， 排 气 至 2×10-5Pa ～ 4×10-5Pa， 形成为减压状态。这里， 向透明接合衬底 4 的接合面 4a 和外延晶片 30 的由 p 型 GaP 层形成的 p 型的生长基体层 3 的另一个面 3b 照射被加速了的 Ar 束来除去污染， 然后通 过常温活化接合法在室温下对两者进行接合， 制成如图 12B 所示的贴附衬底 31。
“GaAs 衬底和缓冲层除去工序”
然后， 如图 12C 所示， 使用氨类蚀刻剂从贴合衬底 31 选择性地除去 GaAs 衬底 21 和第一缓冲层 22。
“n 型欧姆电极形成工序”
然后， 如图 12D 所示， 在接触层 11 的表面 11a 上形成 n 型欧姆电极 1， 由此形成 n 型欧姆电极形成衬底 33。
n 型欧姆电极 1 是使用真空蒸镀法依次层叠膜厚为 0.1 ～ 0.2μm 的 AuGe(Ge 质量 比 12％ )、 膜厚为 0.04 ～ 0.06μm 的 Ni、 膜厚为 0.8 ～ 1.2μm 的 Au 而形成的。
“p 型欧姆电极形成工序”
然后， 在 n 型欧姆电极形成衬底 33 上， 使用真空蒸镀法在透明接合衬底 4 的下底 面 4b 上依次层叠膜厚为 0.1 ～ 0.3μm 的 AuBe 和膜厚为 0.8 ～ 1.2μm 的 Au 来形成如图 13A 所示的 p 型欧姆电极 5。
然后， 在 400 ～ 500℃下进行 5 ～ 15 分钟的热处理， 对两电极进行合金化。通过合 金化处理， 能够使两电极为低电阻。
“槽部形成工序”
然后， 如图 13B 所示， 使用切割机 (Dicing saw) 在透明接合衬底 4 的底面 4b 上形 成槽， 由此在透明接合衬底 4 上形成槽部 8 而构成为槽部形成衬底 45。
另外， 通过设置槽部 8， 透明接合衬底 4 具有相对于生长基体层 3 的生长开始面 3a 的垂线 v 为倾斜角度 α 的倾斜侧面 4d， 形成为截面形状为等腰梯形形状的平顶台 90。另 外， 透明接合衬底 4 的厚度 m 与平顶台 90 的厚度 d 为相同的厚度。
“粗糙面化工序”
通过酸处理使透明接合衬底 4 的下底面 4b 和倾斜侧面 4d 粗糙面化。也可以使用 通常使用的其他的粗糙面化处理。
“金属被膜形成工序”
如图 13C 所示， 将槽部形成衬底 45 搬入到减压装置中， 使用真空蒸镀法在透明接 合衬底 4 的倾斜侧面 4d 和下底面 4b 上成膜膜厚为 0.2μm 的 Al 来形成金属被膜 6， 由此形 成金属被膜形成衬底 46。
“底座部形成工序”
如图 13D 所示， 在将金属被膜形成衬底 46 从减压装置中取出后， 对金属被膜形成衬底 46 的形成了金属被膜 6 的面进行镀铜处理， 制成底座部形成衬底 47。
也可以镀贵金属、 镀软钎料来作为精加工 ( 终加工 ) 镀层。
“分割工序”
然后， 使用切割机从形成了底座部 7 的面侧， 以固定的间隔 ( 例如 1mm 的间隔 )， 与 生长开始面 3a 相垂直地切断， 使底座部形成衬底 47 片状化， 由此能够制造出图 13E 所示的 化合物半导体发光二极管 101。通过蚀刻除去由于切割形成的破碎层和污垢。
( 第二实施方式 )
图 14 是表示作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管的另一个例子的 截面示意图。
除了在制成平顶台 90 时切入透明生长层 3 的一部分而形成平顶台 90 以外， 作为 本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 102 与第一实施方式同样地构成。另外， 对 与第一实施方式所示的部件相同的部件标注相同的附图标记。
这样， 平顶台 90 也可以形成为从透明接合衬底 4 到达生长基体层 3。这样形成高 的平顶台 90 时， 平顶台 90 的倾斜侧面 90d 的表面积扩大。
如果通过对可视光发挥高反射率的金属材料来覆盖表面积大的倾斜侧面 90d， 则 能够形成表面积大的反射镜， 从而能够获得向外部取出发光的取出效率高的、 高亮度的化 合物半导体可视发光二极管 102。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 102 构成为切入透明生长层 3 的一部分而形成平顶台 90， 因而能够增大倾斜侧面 90d 的面积， 能够提高从倾斜侧面 90d 向 正面方向 f 反射的比例， 从而能够提高向正面方向 f 的亮度。
( 第三实施方式 )
图 15 是表示作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管的另一个例子的 截面示意图。
除了透明基体部 25 仅由透明生长层 3 形成以外， 作为本发明的实施方式的化合物 半导体发光二极管 103 与第一实施方式同样地构成。另外， 对与第一实施方式所示的部件 相同的部件标注相同的附图标记。
在作为本发明实施方式的化合物半导体发光二极管 103 中， 透明基体部 25 由在元 件构造部 10 的与正面相反的一侧的面 10b 生长的生长基体层 3 形成。
通过这样构成， 能够省去接合透明接合衬底 4 的工序， 从而能够简化制造工序。
( 第四实施方式 )
图 16 是表示作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管的另一个例子的 截面示意图。
除了透明基体部 25 仅由透明接合衬底 4 形成以外， 作为本发明的实施方式的化合 物半导体发光二极管 104 与第一实施方式同样地构成。另外， 对与第一实施方式所示的部 件相同的部件标注相同的附图标记。
这样， 也能够由与上部熔覆层 14 直接接合的透明接合衬底 4 来构成透明基体部 25。与上部熔覆层 14 直接接合的情况下的透明接合衬底 4 也可以由能够透过从 GaP 等元 件构造部 10 射出的光并具有导电性的材料构成。与上部熔覆层 14 直接接合的透明接合衬 底 4 的厚度优选为大于等于 10μm 并小于等于 300μm。另外， 在使透明接合衬底 4 与上部熔覆层 14 接合时， 如果两个层的接合的表面为 被研磨成镜面的表面， 则能够以良好的密接性使相互接合。 例如， 如果接合的表面的粗糙度 按照均方根 (rms ： root mean square) 为 0.10nm ～ 0.20nm， 则能够牢固地接合。
由于作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 104 构成为 ： 透明基体部 25 由透明接合衬底 4 构成， 因此能够省去形成生长基体层 3 的工序， 从而能够简化制造工 序。
( 第五实施方式 )
图 17 是表示作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管的另一个例子的 截面示意图。
除了在金属被膜 6 与透明基体部 25 之间形成有透明氧化物层 88 以外， 作为本发 明的实施方式的化合物半导体发光二极管 105 与第一实施方式同样地构成。另外， 对与第 一实施方式所示的部件相同的部件标注相同的附图标记。
另外， 在第二欧姆电极 5 上不形成透明氧化物层 88， 第二欧姆电极 5 与金属被膜 6 相接。除去第二欧姆电极 5 上的透明氧化物层 88 的方法可以利用光刻法。
通过这样在金属被膜 6 与透明基体部 25 之间形成透明氧化物层 88， 能够抑制由 于热量或光等在金属被膜 6 与透明基体部 25 之间可能产生的反应， 保持金属被膜 6 的反射 率， 从而能够保持化合物半导体发光二极管 105 的亮度。 透明氧化物层 88 优选具有导电性。 通过使用具有导电性的透明氧化物层 88， 不需 要利用光刻法来除去第二欧姆电极 5 上的透明氧化物层 88， 从而能够简化制造工序。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 105 形成为在金属被膜 6 与 透明基体部 25 之间插入有透明氧化物层 88 的构造， 因而能够防止由于金属被膜 6 与透明 基体部 25 发生反应而导致反射率下降， 因此能够提供高亮度的化合物半导体发光二极管 105。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 105 形成为透明氧化物层 88 具有导电性的构造， 因此不需要利用光刻法来除去第二欧姆电极 5 上的透明氧化物层， 从 而能够简化制造工序。
( 第六实施方式 )
图 18A 和图 18B 是说明作为本发明实施方式的化合物半导体发光二极管的另一个 例子的图。图 18A 是截面示意图， 图 18B 是 G-G′线的俯视截面示意图。
除了在透明基体部 25 上平顶台 90 配置成纵向 2 个 × 横向 2 个以外， 作为本发明 的实施方式的化合物半导体发光二极管 145 与第一实施方式所示的化合物半导体发光二 极管 101 同样地构成。
这样， 也可以在透明基体部 25 上设置有多个平顶台 90。如果设置有多个平顶台 90， 则能够增加平顶台 90 的倾斜侧面 90d， 更有效地将向化合物半导体发光二极管 145 的侧 面 3c 方向行进的侧面光向化合物半导体发光二极管 145 的正面方向 f 反射。因此， 向化合 物半导体发光二极管 145 的正面方向 f 取出的光的强度增加， 因而能够获得对于正面方向 f 来说改善了发光效率的化合物半导体可视发光二极管 145。
在将多个平顶台 90 设置在化合物半导体发光二极管 145 的内部的情况下， 这些平 顶台 90 优选设置在关于化合物半导体发光二极管 145 的俯视形状的中心对称的位置。例
如， 设置在关于化合物半导体发光二极管 145 的俯视形状的中心点成点对称的位置。通过 对称地配置化合物半导体， 能够使发光强度的分布以化合物半导体发光二极管 145 的正面 方向 f 为中心而对称， 从而能够获得在化合物半导体发光二极管 145 的正面方向 f 上发光 强度最大的理想的取向特性。
另外， 作为第二欧姆电极 5， 可以使用图 3 ～图 11 所示的电极构造。 考虑期望的发 光二极管特性和生产效率来选择最适合的电极构造。
除了形成有由截面形状为倒等腰梯形形状的六面体形成的 4 个化合物半导体以 外， 作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 145 与第一实施方式所示的发光二 极管 101 同样地构成， 因此能够获得与第一实施方式相同的效果。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 145 构成为在透明基体部 25 的与一个表面 25a 相反的一侧设置有多个平顶台 90， 因此通过将多个平顶台 90 用作反射 镜， 能够向正面方向 f 高效地反射光， 从而能够提高化合物半导体发光二极管 145 的发光效 率。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 145 构成为 ： 多个平顶台 90 设 置在俯视时关于透明基体部 25 的中心对称的位置， 因而能够提高光的面内均匀性， 因此能 够向正面方向 f 高效地反射光， 从而能够提高化合物半导体发光二极管 145 的发光强度的 均匀性。
( 第七实施方式 )
图 19A 和图 19B 是表示作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管的另一 个例子的图， 图 19A 是截面示意图， 图 19B 是图 19A 的 H-H′线的俯视截面示意图。由于平 顶台 90 的个数非常多， 因此在图中省略地进行了图示， 尺寸、 个数与实际情况不同。
如图 19A 和图 19B 所示， 作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 147 具有由光学上透明的材料形成的透明基体部 25、 形成在透明基体部 25 的一个表面 25a 上并 包括发光层 13 的元件构造部 10、 以及形成在元件构造部 10 的正面侧的面 10a 上的一个极 性的第一欧姆电极 1。另外， 透明基体部 25 由形成平顶台 90 的 p 型 GaP 层 3 构成。另外， 在透明基体部 25 的与一个表面 25a 相反的一侧形成有圆柱状的平顶台 90。
平顶台 90 为微小的圆柱状并配置成格子状。平顶台 90 的大小例如如下 ： 高度为 1μm、 直径为 2μm， 平顶台 90 的间隔如下 ： 中心的间隔为 3μm。因此， 在大约为 300μm2 的 片上形成有大约 10000 个平顶台 90。例如通过干蚀刻法来形成这样的平顶台 90。
另外， 在第一欧姆电极 1 的投影区域以外的区域中， 以 36 个对一个的比例在平顶 台 90 的下底面 90b 上形成有另一个极性的第二欧姆电极 5。
另外， 以覆盖第二欧姆电极 5、 平顶台 90 的下底面 90b 的方式形成有金属被膜 6。 金属被膜 6 的构造例如是 ITO、 银 (Ag)、 钨 (W)、 铂 (Pt)、 金 (Au)、 共晶 AuSn 层叠而成的。各 层的膜厚例如如下 ： ITO 为 0.1μm， Ag 为 0.1μm， W 为 0.1μm， Ni 为 0.1μm， 使凹凸平坦化 的 Cu 为 1.5μm， Au 为 0.5μm， AuSn 为 1μm。该金属被膜 6 所含有的 Cu 优选通过镀敷法 ( 电镀法 ) 来形成以使由于半导体层的微小形状的凹凸而产生的台阶差平坦化。
并且， 以覆盖金属被膜 6 的方式形成有金属制的底座部 7。 底座部 7 是从作为发光 二极管的下面的一侧开始依次层叠钼 (Mo)、 铜 (Cu)、 Mo、 Pt、 Au 而成的。各层的膜厚例如如 下： Cu 为 30μm， Mo 为 25μm， Cu 为 30μm， Pt 为 0.1μm， Au 为 0.5μm。这样， 底座部 7 优选由包括 Cu、 Mo 的层构造的材料构成。底座部 7 包括具有 Cu 的 层构造， 由此能够具有大于等于 200W/mK 的热传导率， 从而能够提供具有高散热性的底座 部 7 的化合物半导体发光二极管。并且， 由此能够有效地散热， 从而能够高亮度地发光。
另外， 底座部 7 包括由 Mo 夹持 Cu 的 Cu、 Mo 的层构造， 由此通过具有与化合物半导 体层 2 同等程度的热膨胀系数的 Mo 来夹持具有高热膨胀系数的 Cu， 能够通过 Mo 来抑制 Cu 的热膨胀， 从而能够具有 3 ～ 7ppm/K 的热膨胀率， 在后述的底座部 7 的形成工序中， 当对构 成底座部 7 的金属衬底和金属被膜 6 进行共晶接合时， 能够在上述金属衬底不发生热膨胀 的情况下进行接合， 从而能够高精度地制造出化合物半导体发光二极管。
底座部 7 的热膨胀率优选为化合物半导体层 2 的热膨胀率的 ±20％以内。由此， 在共晶接合构成底座部 7 的金属衬底和金属被膜 6 时， 能够在上述金属衬底不发生热膨胀 的情况下进行接合， 从而能够高精度地制造出化合物半导体发光二极管。
另外， 底座部 7 是通过利用金属共晶法在覆盖平顶台 90 的金属被膜 6 上贴附金属 衬底而形成的。以下， 对该形成方法的一个例子进行说明。
首先， 作为上述金属衬底， 准备例如由 Cu(30μm)/Mo(25μm)/Cu(30μm) 形成的 总膜厚为 85μm 的金属衬底。 例如， 上述金属衬底的热传导率为 250W/mK， 热膨胀率为 6ppm/ K。
然后， 通过溅射法在上述金属衬底的表面上成膜由 Pt 和 Au 形成的膜。各层的膜 厚例如如下 ： Pt 为 0.1μm， Au 为 0.5μm。通过形成由 Pt 和 Au 形成的层， 在接下来的共晶 接合工序中， 能够减少上述金属衬底与金属被膜 6 的接合不良。
然后， 重叠金属被膜 6 的 AuSn 层和上述金属衬底的 Au 层的表面， 在加热至 330℃ 2 的状态下施加 100g/cm 的载荷来进行共晶接合。由于通过用镀敷法形成的 Cu 层使由于半 导体层的微小形状的凹凸导致的台阶差平坦化， 因此能够很好地与金属衬底接合。 此时， 通 过使用热膨胀系数为较小的 5ppm 的底座部 7， 即使在高温的贴附中， 也能够以低的应力进 行接合。
最后， 使用聚光成 0.7mm2 的激光切断上述金属衬底的一部分来进行片状化， 制成 化合物半导体发光二极管。
上述化合物半导体发光二极管使用热传导率为较大的 250W/mK 的底座部 7， 因此 能够提供散热性优良的高亮度的化合物半导体发光二极管。
由于作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 147 在透明基体部 25 的 一个表面 25a 上形成有元件构造部 10， 因此从元件构造部射出的光在透过了透明基体部 25 之后被金属被膜 6 向正面方向反射， 从而能够提供向正面方向 ( 外部视野方向 ) 取出发光 的的取出性优良的化合物半导体发光二极管。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 147 构成为 ： 在透明基体部 25 上隔着金属被膜 6 而安装有金属制的底座部 7， 因此能够稳定地提供以下的化合物半导体 发光二极管 ： 能够消除由于切削了侧面而导致底面积变小、 从而难以自己站立的以往的发 光二极管的安装载置不稳定性， 并且散热性优良。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 147 构成为 ： 底座部 7 具有大 于等于 200W/mK 的热传导率、 由包括 Cu、 Mo 的层构造的材料构成， 因此能够提供散热性优良 的高亮度的化合物半导体发光二极管。作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 147 构成为 ： 底座部 7 具有化 合物半导体层 2 的热膨胀率的 ±20％以内的热膨胀率、 由包括 Cu、 Mo 的层构造的材料构成， 因此即使在高温的贴附中也能够以低的应力进行接合， 从而能够高精度地制造出化合物半 导体发光二极管， 并能够简化制造工序。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 147 构成为 ： 底座部 7 的热膨 胀率为 3 ～ 7ppm/K 并且底座部 7 由包括 Cu、 Mo 的层构造的材料构成， 因此即使在高温的贴 附中也能够以低的应力进行接合， 从而能够高精度地制造出化合物半导体发光二极管， 并 能够简化制造工序。
( 第八实施方式 )
图 20A 和图 20B 是表示作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管的另一 个例子的图， 图 20A 是截面示意图， 图 20B 是图 20A 的 I-I′线的俯视截面示意图。
如图 20A 和图 20B 所示， 作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 148 具有由光学上透明的材料形成的透明基体部 25、 形成在透明基体部 25 的一个表面 25a 上并 包括发光层 13 的元件构造部 10、 以及在元件构造部 10 的正面侧的面 10a 上形成的一个极 性的第一欧姆电极 1。另外， 透明基体部 25 由形成平顶台 90 的 p 型 GaP 层 3 构成。另外， 在透明基体部 25 的与一个表面 25a 相反的一侧形成有圆柱状的平顶台 90。
平顶台 90 为微小的圆柱状并配置成格子状。平顶台 90 的大小例如如下 ： 高度为 3μm、 直径为 50μm， 平顶台 90 的倾斜侧面 90d 与 p 型 GaP 层 3 的另一个面 3b 所成的角度 为 88 度。另外， 平顶台 90 的间隔如下 ： 中心的间隔为 100μm。例如通过干蚀刻法来形成 这样的平顶台 90。
另外， 在第一欧姆电极 1 的投影区域以外的区域中， 在平顶台 90 的下底面 90b 上 形成有另一个极性的第二欧姆电极 5。第二欧姆电极 5 例如为 30μm。
另外， 以覆盖第二欧姆电极 5、 下底面 90b 的方式形成有金属被膜 6。金属被膜 6 的构造例如是 ITO、 Ag 层叠而成的。各层的膜厚例如如下 ： ITO 为 0.3μm， Ag 为 0.5μm。例 如通过溅射法来形成各层。
并且， 以覆盖金属被膜 6 的方式形成有由 Mo、 镍 (Ni)、 Cu 形成的底座部 7。各层的 膜厚例如如下 ： Mo 为 0.8μm， Ni 为 0.5μm， Cu 为 70μm。
这样， 由包括 Cu、 Mo 的层构造的材料来构成底座部 7， 由此能够具有 350W/mK 的热 传导率， 从而能够提供具有高散热性的底座部 7 的化合物半导体发光二极管。并且， 由此能 够有效地散热， 从而能够高亮度地发光。
另外， 对于底座部 7， 在通过溅射法形成了 Mo、 Ni 之后通过电解镀法来形成厚的 Cu 2 层。最后， 使用聚光成 0.7mm 的激光进行切断， 制成化合物半导体发光二极管片。
作为本发明的实施方式的化合物半导体发光二极管 148 构成为 ： 底座部 7 具有大 于等于 200W/mK 的热传导率、 由包括 Cu、 Mo 的层构造的材料构成， 因此能够提供散热性优良 的高亮度的化合物半导体发光二极管。
产业上的可利用性
本发明能够利用于需要发光二极管、 特别是需要与透明接合衬底接合的大型且高 亮度的发光二极管的光产业。 能够提供具有以往所不具备的高亮度并具有高可靠性的大型 的发光二极管， 能够利用于各种显示灯等。