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TWI463695B - 發光二極體及發光二極體燈 - Google Patents

發光二極體及發光二極體燈 Download PDF

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Publication number
TWI463695B
TWI463695B TW100124531A TW100124531A TWI463695B TW I463695 B TWI463695 B TW I463695B TW 100124531 A TW100124531 A TW 100124531A TW 100124531 A TW100124531 A TW 100124531A TW I463695 B TWI463695 B TW I463695B
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TW
Taiwan
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light
layer
emitting diode
emitting
substrate
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Application number
TW100124531A
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English (en)
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TW201210064A (en
Inventor
Noriyoshi Seo
Atsushi Matsumura
Ryouichi Takeuchi
Original Assignee
Showa Denko Kk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko Kk filed Critical Showa Denko Kk
Publication of TW201210064A publication Critical patent/TW201210064A/zh
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Description

發光二極體及發光二極體燈
本發明係關於發光二極體及發光二極體燈，特別是關於響應速度快的發光二極體及使用發光二極體的發光二極體燈。
本申請案係依據2010年7月13日於日本申請的特願2010-158655號及2010年8月18日於日本申請的特願2010-183207號，主張優先權並將其內容引用於此。
近年來，在研究利用人工光源來進行植物生長。特別是，使用利用單色性優異、節能、壽命長且可小型化之發光二極體(英文簡稱LED)的照明所進行的栽培方法備受矚目。
又，從目前為止的研究，作為適合於植物生長(光合作用)用光源的發光波長之一，確認了波長600～700nm左右的紅色光之效果。
特別是，波長660～670nm左右的光係對光合作用反應效率高的理想光源。針對此波長，自昔就檢討著包含AlGaAs或InGaNP等的發光層(例如，參照專利文獻1～3。)。
另一方面，已知有具備包含磷化鋁‧鎵‧銦(組成式(AlX Ga1-X )Y In1-Y P；0≦X≦1，0＜Y≦1)的發光層之化合物半導體LED。
於此種LED中，具有Ga0.5 In0.5 P組成之發光層的波長最長，其峰值發光波長為650nm左右。
又，通常，具備包含(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦1，0＜Y≦1)的發光層之發光部係形成在將來自發光層的光遮斷且機械強度低的砷化鎵(GaAs)單結晶基板上。
因此，為獲得高亮度的可視LED且以更提升元件的機械強度為目的之研究正推展著。
例如，在專利文獻4中，揭示一種所謂的接合型LED，其係在除去用以遮斷像GaAs那種發光層的光之基板材料後，再接合包含可透射發光層的光且機械強度優異之材料的支持體層。
在專利文獻5中，針對發光機制不同的雷射元件中有變形的發光層(亦稱為「變形發光層」)作檢討研究。然而目前的狀況，發光二極體中具有變形的發光層尚未被實用化。
在專利文獻6中，揭示將量子阱構造應用於發光二極體的發光部。然而，應用量子阱構造所得之量子效應會使發光波長短波長化，所以無法應用於長波長化的技術。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1　特開平9-37648號公報
專利文獻2　特開2002-27831號公報
專利文獻3　特開2004-221042號公報
專利文獻4　專利第3230638號公報
專利文獻5　特開2000-151024號公報
專利文獻6　專利第3373561號公報
依近年來的研究，確認了植物生長用的照明，透過在照射光後於光合作用的反應時間中熄燈而可節能化。於是，針對點燈方法，亦檢討利用高速脈衝方式削減使用電力。亦即，需要響應速度快的發光二極體。
特別是在高壓電路等之用在電氣信號傳達的高速耦合用途之發光二極體中，期望有35ns以下的響應速度。
本發明係有鑒於上述情事而完成者，目的在於提供一種響應速度快的發光二極體及發光二極體燈。
亦即，本發明係有關如下者。
(1)一種發光二極體，其特徵為：具備有n層的變形發光層及包含n-1層的阻障層的發光層之pn接合型的發光部，阻障層存在時，前述發光層具有1層的變形發光層和1層的阻障層呈交互地積層的構成，將前述n設成1～7的整數，且前述發光層的厚度設成250nm以下。
(2)如前項(1)所記載之發光二極體，其中前述變形發光層的組成式係(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦0.1，0.37≦Y≦0.46)。
(3)如前項(1)所記載之發光二極體，其中前述變形發光層的組成式係GaX In1-X P(0.37≦X≦0.46)。
(4)如前項(1)至(3)中任一項所記載之發光二極體，其中具有化合物半導體層，該化合物半導體層至少包含前述發光部及積層於前述發光部的變形調整層。
(5)如前項(4)所記載之發光二極體，其中前述化合物半導體層具有取光面，且於位在前述取光面的相反側之前述化合物半導體層的面設有機能性基板與其接合。
(6)如前項(5)所記載之發光二極體，其中前述機能性基板為光透射性基板。
(7)如前項(5)或(6)所記載之發光二極體，其中前述機能性基板的材質為GaP。
(8)如前項(5)至(7)中任一項所記載之發光二極體，其中其進一步具備：設置在前述化合物半導體層的前述取光面側之第1及第2電極；及設置在前述機能性基板的背面之連接用的第3電極。
(9)如前項(5)所記載之發光二極體，其中前述化合物半導體層和前述機能性基板係透過反射構造體而接合。
(10)如前項(5)或(9)所記載之發光二極體，其中前述機能性基板的材質為金屬。
(11)如前項(5)或(9)所記載之發光二極體，其中前述機能性基板的材質為GaP、Si、Ge中任一者。
(12)如前項(5)、(9)至(11)中任一項所記載之發光二極體，其中具備：設置在前述化合物半導體層之前述取光面側的第1電極；及設置在前述化合物半導體層和反射構造體之間的第2電極。
(13)如前項(1)至(12)中任一項所記載之發光二極體，其中前述變形發光層的厚度係在8～30nm的範圍內。
(14)如前項(4)至(13)中任一項所記載之發光二極體，其中前述變形調整層係可透射前述發光部發光之際的光，且具有比前述變形發光層及前述阻障層的晶格常數還小的晶格常數。
(15)如前項(1)至(14)中任一項所記載之發光二極體，其中前述阻障層的組成式為(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0.3≦X≦0.7，0.48≦Y≦0.52)。
(16)如前項(1)至(15)中任一項所記載之發光二極體，其中前述發光部為，在前述變形發光層之上下面當中至少一面具有披覆層，且前述披覆層的組成式為(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0.5≦X≦1，0.48≦Y≦0.52)。
(17)如前項(4)至(16)中任一項所記載之發光二極體，其中前述變形調整層的組成式為(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦1，0.6≦Y≦1)。
(18)如前項(4)至(17)中任一項所記載之發光二極體，其中前述變形調整層的組成式為AlX Ga1-X As1-Y PY (0≦X≦1，0.6≦Y≦1)。
(19)如前項(4)至(18)中任一項所記載之發光二極體，其中前述變形調整層的材質為GaP。
(20)如前項(4)至(19)中任一項所記載之發光二極體，其中前述變形調整層的厚度係在0.5～20μm的範圍內。
(21)如前項(5)至(20)中任一項所記載之發光二極體，其中前述機能性基板的側面係具有：在接近前述化合物半導體層之側對前述取光面大致垂直的垂直面；在偏離前述化合物半導體層之側相對於前述取光面朝內側傾斜且與前述垂直面構成一體的傾斜面。
(22)如前項(1)至(21)中任一項所記載之發光二極體，其中前述變形發光層的發光波長700nm的發光強度，係未滿峰值發光波長的發光強度之10%。
(23)如前項(5)至(22)中任一項所記載之發光二極體，其中前述取光面係包含粗糙面。
(24)如前項(1)至(23)中任一項所記載之發光二極體，其係用以促進植物生長的光合作用之發光二極體，前述發光部的發光光譜之峰值發光波長是655～675nm的範圍。
(25)如前項(24)所記載之發光二極體，其中前述發光光譜的半值寬係在10～40nm的範圍內。
(26)如前項(1)至(25)中任一項所記載之發光二極體，其中前述發光部的響應速度是35ns以下。
(27)一種發光二極體燈，其特徵為具備：表面形成有電極端子的安裝基板及前項(1)至(26)中任一項之發光二極體，前述發光二極體係安裝於前述安裝基板，前述發光二極體係與前述電極端子電氣連接。
(28)如前項(27)所記載之發光二極體燈，其中將設於前述發光二極體的前述第1或第2電極與設於前述機能性基板的前述第3電極連接成大致同電位。
此外(2)～(26)係顯示(1)的發光二極體之較佳例，(28)係顯示(27)的發光二極體燈之較佳例。
依據本發明的一個觀點，係具備具有n(≧1)層的變形發光層及包含n-1層的阻障層的發光層之pn接合型的發光部，發光層作成1層的變形發光層和1層的阻障層呈交互地積層的構成，將n設成1～7的整數，且發光層的厚度設成250nm以下，藉此可減少變形發光層及阻障層的總數，能薄化由變形發光層及阻障層所構成之發光層的厚度，故可實現響應速度為35ns以下的發光二極體。
又，藉由在位於化合物半導體層的取光面之相反側的化合物半導體層之面上設置反射構造體，可加強從化合物半導體層的取光面朝發光二極體外部放射的光當中之在與取光面正交的方向之光的強度，故可實現高亮度及高效率的發光二極體。
又，藉由加強在與取光面正交的方向中之光的強度，在與取光面正交的方向能獲得和未具備反射構造體的發光二極體之光強度相同強度之光強度的情況，在消耗電力上係可比未具備反射構造體的發光二極體還小。
又，有關透過反射構造體而接合於位在取光面的相反側之化合物半導體層的面上之機能性基板方面，例如，藉由使用熱傳導率佳的基板，可將發光部發光之際的熱經由機能性基板有效率地放出至發光二極體的外部。將具備此種機能性基板的發光二極體，特別是作為發熱會成為問題的植物生長用照明來使用的情況是具有效果的。
 [用以實施發明之形態]
以下，參照圖面，針對適用本發明之一實施形態的發光二極體及具備發光二極體的發光二極體燈作詳細說明。
又，以下的說明中所使用的圖面，為使特徵容易被了解，會有權宜地將成為特徵的部分加以放大顯示的情況，各構成要素的尺寸比例等未必與實際的實際的發光二極體及發光二極體燈相同。又本發明未受限於此等例子。在未逸脫本發明的要旨之範圍，可進行材料、數量、位置、大小、長度或數值等之變更或追加或省略。且亦可交互使用各實施態樣所述的要件或較佳例。
＜發光二極體燈＞
圖1係具備本發明一實施形態的發光二極體之發光二極體燈的俯視圖，圖2係沿著圖1中所示發光二極體燈的A-A’線之剖面示意圖。
如圖1及圖2所示，具備本實施形態的發光二極體1之發光二極體燈41係建構成在安裝基板42的表面安裝有1個以上的發光二極體1。
在安裝基板42的表面設有n電極端子43和p電極端子44。
發光二極體1之第1電極的n型歐姆電極4係經由金線45與安裝基板42的n電極端子43電氣連接。亦即，n型歐姆電極4和n電極端子43係引線接合。
又，發光二極體1之第2電極的p型歐姆電極5係經由金線46與安裝基板42的p電極端子44電氣連接。
再者，如圖2所示，於位在設有n型歐姆電極4及p型歐姆電極5的面之相反側的發光二極體1的面上，設置第3電極6。發光二極體1藉此第3電極6而連接在n電極端子43上，發光二極體1固定於安裝基板42。n型歐姆電極4和第3電極6係藉由n極電極端子43以成為等電位或大致等電位的方式電氣連接。然後，安裝基板42之安裝有發光二極體1的表面係利用一般的環氧樹脂47密封。
＜發光二極體(第1實施形態)＞
圖3係沿著圖1所示發光二極體的俯視圖，圖4係沿著圖3所示發光二極體的B-B’線之剖面示意圖。
如圖3及圖4所示，本實施形態的發光二極體1係化合物半導體層2和機能性基板3接合而成的構造。此外，發光二極體1係具備：設於主要的取光面的n型歐姆電極4(第1電極)及p型歐姆電極5(第2電極)、及設在機能性基板3之與化合物半導體層2接合面的相反側之第3電極6。此外，本實施形態中的主要的取光面係指化合物半導體層2中貼附機能性基板3的面之相反側的面。
化合物半導體層2(亦稱為「磊晶成長層」)係如圖4所示，具有依序積層pn接合型的發光部7及變形調整層8的構造。
在此化合物半導體層2的構造可適時地加上習知的機能層。例如，可設置用以降低歐姆(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於發光部整體之電流擴散層、以及反之用以限制元件驅動電流流通的區域之電流阻止層或電流狹窄層等習知的層。此外，作為化合物半導體層2，以在GaAs基板上磊晶成長而形成較佳。
如圖4所示，發光部7係建構成：在變形調整層8上至少依序積層p型的下部披覆層9、發光層10、及n型的上部披覆層11。亦即，作成發光部7係包含：為將引起輻射複合的載子(載體；carrier)及發光「閉入」發光層10而在發光層10的下側及上側對峙地配置的下部披覆(clad)層9及上部披覆層11之所謂的雙異質(英文簡稱：DH)構造，在獲得高強度的發光上是理想的。
如圖5所示，發光層10係建構成：具有變形發光層12和阻障層13交互積層的積層構造，且其兩端配置有變形發光層12。
變形發光層12具有(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦1，0＜Y≦1)的組成。上述X以0.1以下較佳，0更佳。又，上述Y以0.37～0.46的範圍較佳，0.39～0.45的範圍更佳。
藉由將變形發光層12的組成規定在上述範圍內，可使發光波長在655～675nm的範圍。然而，在此情況，變形發光層12成為晶格常數和其以外的構造部分不同的構成，在化合物半導體層2發生變形。因此，會有產生所謂發生結晶缺陷的弊害之虞。
變形發光層12的層厚(1層的厚度)適合為8～30nm的範圍。在此，在變形發光層12的層厚是未滿約6nm的薄膜之情況，發光波長因阱構造的量子效應而變短，變得無法獲得所期望的655nm以上。
因此，變形發光層12的層厚係以考量層厚的變動而並未發現有量子效應的8nm以上者較佳。又，若考慮層厚控制之容易性，則以10nm以上較適合。另一方面，由於變形發光層12的層厚一超過30nm時變形量變太大，容易發生結晶缺陷或表面之異常，故不理想。
阻障層13具有(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦1，0＜Y≦1)的組成。上述X以0.3～0.7的範圍較佳，0.4～0.6的範圍更佳。又，上述Y以0.48～0.52的範圍較佳，0.49～0.51的範圍更佳。又，阻障層13的晶格常數可設成與GaAs基板同等或較小。
阻障層13的層厚(1層的厚度)係以比變形發光層12的層厚厚者較佳。藉此，可提高變形發光層12之發光效率。又，有必要利用阻障層13使發光效率最佳化並緩和產生於變形發光層12的變形。
因此，阻障層13係設成至少15nm以上的層厚較佳，20nm以上的層厚更佳。另一方面，阻障層13的層厚一超過50nm時則變得接近發光波長的波長，會有光的干涉、布拉格反射等之光學的影響。
因此，阻障層13係設成50nm以下的層厚較佳，40nm以下的層厚更佳。如同上述，變形發光層12的層厚薄，阻障層13的層厚厚者較能獲得利用阻障層13吸收變形發光層12的變形之效果，並能獲得所謂在變形發光層12不易發生結晶缺陷之效果。
在由變形發光層12和阻障層13積層而成的發光層10中，變形發光層12的數量(積層數n(≧1))設成1～7層即可。在此情況，阻障層13的數量(積層數(n-1))成為0～6層(比變形發光層12的積層數n少1的數)。
一減少變形發光層12和阻障層13的數量時，則PN接合的接合容量(電容量)變大。如同後述般，此乃係起因於變形發光層12和阻障層13設成未摻雜或低載子濃度，因而在pn接合作為空乏層發揮功能，空乏層越薄電容量變越大的緣故。
通常為加快響應速度，係以電容量小者較佳，但在本發明的構造中，藉由減少變形發光層12和阻障層13的數量，可發現儘管電容量變大，響應速度仍會變快之效果。
推定此乃係因為減少變形發光層12和阻障層13的數量致使注入載子的複合速度變快速之效果更大的緣故。
此外，將變形發光層12的積層數n設成1層的情況，因為使用電流而在高電流側發生載子過剩並導致高電流側發光效率降低。又，變形發光層12的積層數n設成多過8層時，則變得無法滿足所要的響應速度(具體而言，是35ns以下的響應速度)。
又，構成發光層10之變形發光層12的積層數n設成2～5層即可。
在此情況，阻障層13的積層數(n-1)成為1～4層(比變形發光層12的積層數少1個的數量)。
又，具備1～7層的變形發光層12及與其對應之數量的阻障層13之發光層10的厚度設成250nm以下。
如此一來，將包含n(≧1)層的變形發光層12及(n-1)層的阻障層13之發光層10作成1層的變形發光層12和1層的阻障層13呈交互積層的構成，n設成1～7，且發光層10的厚度設成250nm以下，藉此可減少變形發光層12及阻障層13的積層數而能薄化由變形發光層12及阻障層13所構成之發光層10的厚度，故可實現響應速度為35ns以下的發光二極體1(換言之，響應速度快的發光二極體)。
此種響應速度快的發光二極體1可作為在植物生長用的發光二極體、高壓電路等中用在電氣信號傳達的高速耦合用發光二極體來使用。
發光層10的導電型倒未特別限定，可選擇未摻雜、p型、及n型當中任一者。為提高發光效率，宜設成結晶性良好的未摻雜或未滿3×1017 cm-3 的載子濃度。
發光層10係具備組成式設成(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦0.1，0.37≦Y≦0.46)的變形發光層12，藉此可將發光光譜的峰值發光波長設定在655～675nm的範圍內，峰值發光波長設定在660～670nm的範圍內較佳。
655～675nm的範圍之發光波長係適合於植物生長(光合作用)用光源的發光波長之一，且對光合作用的反應效率高，故很理想。
另一方面，要利用700nm以上之長波長領域的光時，因會引發抑制植物生長的反應，故以長波長域的光量少者為宜。
因此，為使植物有效率生長，以對光合作用反應最佳的655～675nm之波長領域的光強、且不含700nm以上的長波長領域的光之紅色光源最佳。
又，為作成前述較佳的紅色光源，有必要使半值寬狹窄。另一方面，由於一接近波長偏差可能變大的量子化條件時，半值寬會變狹窄，結果，以發光光譜的半值寬是10～40nm的範圍較佳。
再者，以發光波長700nm中之發光光譜的發光強度係以未滿上述峰值發光波長的發光強度之10%較佳。
具備此種特性的發光層10之發光二極體1可適合作為促進植物生長的光合作用之所用的照明(發光二極體燈)來使用。又，發光層10的構成係能以滿足上述特性的方式適宜地選擇組成、層厚、層數。
如圖4所示，下部披覆層9及上部披覆層11分別設在發光層10的下面及上面。具體而言，在發光層10的下面設置下部披覆層9，在發光層10的上面設置上部披覆層11。
作為下部披覆層9及上部披覆層11的材質，以帶隙比起發光層10(具體而言，是變形發光層12)還大的材質較佳，帶隙比阻障層13還大的材質更佳。
在上述材質方面，例如，可舉出具有AlX Ga1-X As的組成之化合物或具有(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦1，0＜Y≦1)的組成之化合物。上述X的值，下限值以0.3以上較佳，0.5以上更佳。又，上述Y的值以0.48～0.52的範圍較佳，0.49～0.51的範圍更佳。
下部披覆層9和上部披覆層11建構成極性不同。又，下部披覆層9及上部披覆層11的載子濃度及厚度可使用習知的適合範圍，以提高發光層10的發光效率之方式使條件最佳化者較佳。又，藉由控制下部披覆層9及上部披覆層11之組成，可減少化合物半導體層2的翹曲。
具體而言，作為下部披覆層9，例如，使用包含Mg摻雜之p型的(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0.3≦X≦1，0＜Y≦1)的半導體材料較佳。又，載子濃度係以2×1017 ～2×1018 cm-3 的範圍較佳，層厚以0.5～5μm的範圍較佳。
另一方面，作為上部披覆層11，例如，使用包含Si摻雜之n型的(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0.3≦X≦1，0＜Y≦1)的半導體材料較佳。又，載子濃度係以1×1017 ～1×1018 cm-3 的範圍較佳，上部披覆層11的厚度以0.5～2μm的範圍較佳。此外，下部披覆層9及上部披覆層11的極性可考慮化合物半導體層2的元件構造來作選擇。
又，在下部披覆層9和發光層10之間、發光層10和上部披覆層11之間、及上部披覆層11和變形調整層8之間，亦可設置用以使兩層間的能帶(band)不連續性緩和地變化的中間層。在此情況，各中間層係以分別由具有上述兩層之中間的禁帶寬之半導體材料所構成者較佳。
又，在發光部7之構成層的上方，可設置用以降低歐姆(Ohmic)電極的接觸電阻之接觸層、用以使元件驅動電流平面地擴散於發光部整體之電流擴散層、以及反之用以限制元件驅動電流流通的區域之電流阻止層或電流狹窄層等習知的層。
如圖4所示，變形調整層8係設在發光部7的下方。此變形調整層8係在使化合物半導體層2在GaAs基板上磊晶成長之際，為了緩和依變形發光層12所產生的變形而設置者。
又，變形調整層8係建構成可讓來自發光部7(具體而言，是發光層10)的發光波長(光)透射。再者，變形調整層8係具有比變形發光層12及阻障層13的晶格常數還小的晶格常數。
又，變形調整層8係具有比形成化合物半導體層2(依磊晶成長而形成)所用的GaAs基板的晶格常數還小的晶格常數。更具體來說，在將由後述之組成所能獲得之變形調整層8的晶格常數設為A，阻障層13的晶格常數設為B，以及變形發光層12的晶格常數設為C的情況，具有A＜B＜C的關係。
作為變形調整層8，可應用具有(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦1，0.6≦Y≦1)的組成之材料。上述X雖亦與化合物半導體層2的元件構造有關，但因為Al濃度低的材料在化學性質上是穩定的，所以0.5以下較佳，0更佳。又，上述Y的下限值以0.6以上較佳。
在此，經比較發光層10(變形發光層12)所具有的變形量是相同的情況，上述Y的值小者，變形調整層8的變形調整效果變小。因此，有必要加厚變形調整層8的層厚，致使變形調整層8在成膜時的成長時間和成本上升，故上述Y的值以0.6以上較佳，0.8以上更佳。
又，作為變形調整層8，亦可使用具有可使發光波長的光透射的AlX Ga1-X As1-Y PY (0≦X≦1、0.6≦Y≦1)之組成的III-V族 半導體材料。
具有上述組成的變形調整層8中，晶格常數會依Y的值而改變。上述Y的值較大者，晶格常數較小。又，由於相對於發光波長的透明度與上述X及Y的值兩者有關，故只要以可成為透明的材料之方式選擇X及Y的值即可。
再者，可使用GaP作為變形調整層8的材質，較佳為，例如使用Mg摻雜之p型的GaP較佳。此GaP因不需要組成的調整，且變形調整效果大，故就生產性及穩定性方面而言亦為最適合作為變形調整層8的材料。
由於變形調整層8具有比起在使化合物半導體層2磊晶成長之際所用的GaAs基板的晶格常數還小的晶格常數，所以具備能緩和變形發光層12所包含之變形量的偏差之功能。
因此，藉由設置變形調整層8而具有使發光波長等之特性的均一化，防止產生龜裂等所致產生結晶缺陷之效果。
在此，變形調整層8的層厚以0.5～20μm的範圍較佳，3～15μm的範圍更佳。若變形調整層8的層厚未滿0.5μm，便無法充分緩和變形發光層12之變形量的偏差，若層厚超過20μm，則成長時間會變長，所以成本會增加，並不理想。
如此一來，藉由控制變形調整層8的組成，可減少化合物半導體層2的翹曲，因而能製作面內波長分布小的發光二極體1。
再者，如同本實施形態，具有要進行機能性基板3和化合物半導體層2的接合之構造的情況亦是，在化合物半導體層2的翹曲大的情況會發生破損等之問題，故以減少化合物半導體層2的翹曲者較佳。
例如，變形發光層12的層厚是30nm以下的薄膜較佳，但因為是薄膜，故難以均一地控制層厚。此外，由於層厚與導入的變形量是相關的，故依變形發光層12的層厚偏差而導入的變形量亦會有偏差，結果是使變形發光層12之發光波長發生有偏差。
於是，在形成化合物半導體層2之際，藉由在包含具有+(正)變形之變形發光層12的發光部7的上方(圖4中，成為發光部7的下方)設置變形調整層8，發現此變形調整層8所具有的-(負)變形係具有將因變形發光層的層厚之偏差所致+側大的偏差變形引至-側，以縮小變形發光層12的變形量之偏差的作用。此變形調整層8的效果，在變形發光層12的變形量之偏差原因是變形發光層12的組成偏差之情況亦是相同。
在沒有變形調整層8之習知的發光二極體中，由於發光波長等之特性的偏差大，故無法滿足所要求的品質。相對地，本實施形態的發光二極體1中，作成在發光部7的下方設有變形調整層8的元件構造。
藉此，進行長波長化所需之變形發光層12的變形量在發光層10內被均一化，發光波長及輸出之特性的偏差變小。又，化合物半導體層2的表面狀態亦被改善。
如圖4所示，機能性基板3被接合在構成化合物半導體層2之變形調整層8側。此機能性基板3係光透射性基板，且具有在力學上足以支撐發光部7的強度，且係由可透射從發光部7射出的發光之禁帶寬範圍廣並且對來自發光層10的發光波長在光學上是透明材料所構成。
例如，機能性基板3可由磷化鎵(GaP)、砷化鋁‧鎵(AlGaAs)、氮化鎵(GaN)等之III-V族化合物半導體結晶體、硫化鋅(ZnS)或硒化鋅(ZnSe)等之II-VI族化合物半導體結晶體、或六方晶或立方晶的碳化矽(SiC)等之IV族半導體結晶體、玻璃、藍寶石等絶緣基板所構成。
另一方面，亦能選擇在接合面具有高反射率的表面之機能性基板。亦能選擇例如，在銀、金、銅、鋁等之金屬基板或合金基板、或在半導體上形成金屬鏡構造的複合基板等。而從不會有因接合而變形之影響的與變形調整層相同材質來作選擇是最理想的。
為以力學上的充分強度支撐發光部7，機能性基板3係以例如設成約50μm以上的厚度較佳。又，為了在朝化合物半導體層2接合後易於對機能性基板3進行機械加工，以設成不超過約300μm的厚度較佳。亦即，機能性基板3係由具有約50μm以上約300μm以下的厚度之n型GaP基板所構成者最適合。
又，如圖4所示，關於機能性基板3的側面，在接近化合物半導體層2之側設成相對於主要的取光面大致垂直的垂直面3a，而在離化合物半導體層2遠側設成相對於主要的取光面朝內側傾斜的傾斜面3b。
藉此，可將從發光層10放出至機能性基板3側的光有效率地取出至外部。又，從發光層10放出至機能性基板3側的光當中，一部分可在垂直面3a反射並在傾斜面3b取出。
另一方面，在傾斜面3b反射的光可在垂直面3a取出。如此一來，透過垂直面3a和傾斜面3b之相乘效果，可提高光的取出效率。
又，本實施形態中，如圖4所示，將傾斜面3b與平行於發光面的面所成的角度α設成55度～80度的範圍內較佳。藉由設成此種範圍，可將在機能性基板3的底部反射的光有效率地取出至外部。
又，將垂直面3a的寬度(厚度方向)設成30μm～100μm的範圍內較佳。藉由垂直面3a的寬度設成上述範圍內，可使在機能性基板3的底部反射之光在垂直面3a中有效率地返回發光面，而且，可使之從主要的取光面放出。因此，可提高發光二極體1之發光效率。
又，機能性基板3的斜面3b被粗面化較佳。藉由傾斜面3b被粗面化，可獲得在此傾斜面3b之光取出效率的效果。亦即，藉由將傾斜面3b粗面化，可抑制在傾斜面3b的全反射，增大光取出效率。
化合物半導體層2和機能性基板3的接合界面有成為高電阻層的情況。亦即，有在化合物半導體層2和機能性基板3之間設置未圖示的高電阻層之情況。此高電阻層呈現比機能性基板3還高的電阻值，在設有高電阻層的情況，具有減少從化合物半導體層2的變形調整層8側朝向機能性基板3側之逆向電流之機能。又，高電阻層雖係建構成針對從機能性基板3側朝向變形調整層8側不小心施加的逆向電壓發揮耐電壓性的接合構造，但建構成其降伏電壓是比pn接合型的發光部7的逆向電壓的值還低者較佳。
n型歐姆電極4及p型歐姆電極5係設在發光二極體1之主要的取光面之低電阻的歐姆接觸電極。在此，n型歐姆電極4係設在上部披覆層11的上方，例如，可使用包含AuGe、或Ni合金/Au的合金。另一方面，如圖4所示，p型歐姆電極5係位在露出的變形調整層8的表面，可使用例如包含AuBe/Au的合金。
在此，本實施形態的發光二極體1中，將作為第2電極的p型歐姆電極5形成在變形調整層8上較佳。藉由此種構成，可獲得降低作動電壓的效果。又，藉由將p型歐姆電極5形成在包含p型GaP的變形調整層8上，因為可獲得良好的歐姆接觸，所以可降低作動電壓。
此外，本實施形態中，以第1電極的極性設成n型，第2電極的極性設成p型較佳。藉由此種構成，可達成發光二極體1的高亮度化。
另一方面，將第1電極設成p型時，電流擴散變差，招致亮度降低。反之，藉由將第1電極設成n型，使電流擴散變佳，可達成發光二極體1的高亮度化。
如圖3所示，以本實施形態的發光二極體1而言，以n型歐姆電極4和p型歐姆電極5位在對角的位置之方式作配置較佳。又，建構成以化合物半導體層2包圍p型歐姆電極5的周圍者最佳。
藉由此種構成，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的四周，由於電流變得容易朝四周流動，所以最後作動電壓會降低。
又，如圖3所示，以本實施形態的發光二極體1而言，以將n型歐姆電極4設成蜂巢或格子形狀等之類的網目較佳。
藉由此種構成，可獲得提升可靠性之效果。又，藉由設成格子狀，可將電流均一地注入發光層10，其結果，可提升可靠性。
此外，本實施形態的發光二極體1中，n型歐姆電極4是以銲墊形狀的電極(銲墊電極)和寬度10μm以下之線狀的電極(線狀電極)構成者較佳。
藉由此種構成，可謀求高亮度化。再者，藉由窄化線狀電極的寬度，能增大取光面的開口面積，可達成高亮度化。
如圖4所示，第3電極6設在機能性基板3的底面，具有提升高亮度化、導通性、安裝步驟的穩定化之機能。第3電極6的材質倒未特別限定，例如，可使用反射率高的銀(Ag)膏。
又，第3電極6可使用例如，包含反射層、阻障層、及連接層的積層構造。作為上述反射層，可使用反射率高的金屬，例如，銀、金、鋁、白金及彼等金屬的合金。
在機能性基板3和電極6的反射層之間，例如，可設置包含氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)等之透明導電膜的氧化膜。又，作為阻障層，例如，可使用鎢、鉬、鈦、白金、鉻、鉭等之高融點金屬。又，作為連接層，例如，可使用AuSn、AuGe、AuSi等之低融點的共晶金屬。
又，第3電極6可為歐姆電極，亦可為蕭特基電極，當第3電極6在機能性基板3的底面形成歐姆電極時，會吸收來自發光層10的光，因而以蕭特基電極較佳。
第3電極6的厚度倒未特別限定，但以0.2～5μm的範圍較佳，1～3μm的範圍更佳，1.5～2.5μm的範圍特佳。
在此，第3電極6的厚度未滿0.2μm時，由於需要高度的膜厚控制技術，故不理想。又，第3電極6的厚度超過5μm時，變得難以形成圖案而提高成本，故不理想。另一方面，第3電極6的厚度在上述範圍內時，則可兼顧品質之穩定性和成本。
＜發光二極體的製造方法＞
圖6係用在本實施形態的發光二極體1之磊晶晶圓的剖面示意圖，圖7係用在本發明實施形態的發光二極體1之接合晶圓的剖面示意圖。
其次，參照圖6及圖7，針對本實施形態的發光二極體1的製造方法作說明。
(化合物半導體層的形成步驟)
首先，如圖6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GaAs的緩衝層15、為進行選擇性蝕刻所設置的蝕刻停止層(未圖示)、包含Si摻雜之n型的AlGaInP的接觸層16、n型的上部披覆層11、發光層10、p型的下部披覆層9、以及包含Mg摻雜之p型GaP的變形調整層8而製成者。
GaAs基板14可使用以習知的製法所製作之市售製品的單晶基板。GaAs基板14之供磊晶成長的表面係以平滑者較佳。GaAs基板14的表面之面方位是易於磊晶成長、量產的(100)面及從(100)偏位±20°以內的基板，從品質穩定性方面而言是理想的。
再者，GaAs基板14的面方位的範圍以從(100)方向朝(0-1-1)方向偏移15°±5°更佳。
為了改善化合物半導體層2的結晶性，GaAs基板14的差排密度宜低。具體而言，較合適的情況是，例如10,000個cm-2 以下，較佳為1,000個cm-2 以下。
GaAs基板14的導電型可為n型，亦可為p型。GaAs基板14的載子濃度可從所期望的電氣傳導度和元件構造適宜地選擇。例如，在GaAs基板14是矽摻雜之n型的情況，載子濃度是1×1017 ～5×1018 cm-3 的範圍較佳。相對地，GaAs基板14是鋅摻雜之p型的情況，載子濃度是2×1018 ～5×1019 cm-3 的範圍較佳。
GaAs基板14的厚度係因應於基板的尺寸而有適切的範圍。GaAs基板14的厚度比適切的範圍薄時，在化合物半導體層2的製造步驟中會有破損之虞。
另一方面，GaAs基板14的厚度比適切的範圍厚時材料成本會增加。因此，在GaAs基板14的基板尺寸大的情況，例如，在GaAs基板14的直徑是75mm的情況，為防止搬運時的破損，以250～500μm的厚度較佳。同樣地，在GaAs基板14的直徑是50mm的情況，以200～400μm的厚度較佳，在GaAs基板14的直徑是直徑100mm的情況，以350～600μm的厚度較佳。
如此一來，藉由因應於GaAs基板14的基板尺寸而增大基板的厚度，可減少起因於變形發光層7之化合物半導體層2的翹曲。
藉此，由於磊晶成長中的溫度分布成為均一，故能將發光層10的面內之波長分布作小。此外，GaAs基板14的形狀倒未特別限定是圓形，即便是矩形等亦無問題。
緩衝層15(buffer)係為緩和半導體基板17和發光部7的構成層之晶格失配而設置。因此，若選擇基板品質或磊晶成長條件，則並非一定需要緩衝層15。
又，緩衝層15的材質以設成和供磊晶成長的基板相同材質較佳。因此，在本實施形態中，緩衝層15和GaAs基板14相同使用GaAs較佳。又，為減少缺陷的蔓延，緩衝層15亦可使用包含不同於GaAs基板14之材質的多層膜。緩衝層15的厚度設成0.1μm以上較佳，設成0.2μm以上更佳。
接觸層16係為降低與電極之接觸電阻而設置。接觸層16的材質係以比變形發光層12的帶隙大的材質較佳，AlX Ga1-X As、(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦1，0＜Y≦1)是適合的。
又，為降低與電極的接觸電阻，接觸層16之載子濃度的下限值以5×1017 cm-3 以上較佳，1×1018 cm-3 以上更佳。
載子濃度的上限值以容易引起結晶性之降低的2×1019 cm-3 以下者較佳。接觸層16的厚度以0.5μm以上較佳，1μm以上最佳。接觸層16的厚度的上限值倒未特別限定，但為將有關磊晶成長的成本設在適合範圍，以設成5μm以下較佳。
本實施形態中，可應用分子束磊晶法(MBE)或減壓有機金屬化學氣相堆積法(MOCVD法)等之習知的成長方法。其中以應用在量產性優異的MOCVD法較佳。
具體言之，使用於化合物半導體層2的磊晶成長之GaAs基板14，係以在成長前實施洗淨步驟或熱處理等之前處理，以除去表面的污染或自然氧化膜較佳。
構成上述化合物半導體層2之各層為，將8片以上的直徑50～150mm的GaAs基板14設在MOCVD裝置內，可同時地磊晶成長而積層。又，作為MOCVD裝置，可應用自公轉型、高速旋轉型等之市售的大型裝置。
在使上述化合物半導體層2的各層磊晶成長之際，作為III族構成元素的原料，例如，可使用三甲基鋁((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，例如，可使用雙(環戊二烯)鎂(bis-(C5 H5 )2 Mg)等。
又，作為Si的掺雜原料，例如，可使用二矽烷(Si2 H6 )等。又，作為V族構成元素的原料，可使用磷化氫(PH3 )、三氫化砷(AsH3 )等。
又，作為各層的成長溫度，在使用p型GaP作為變形調整層8之情況，可適用720～770℃，而其他各層可適用600～700℃。再者，各層的載子濃度及層厚、及溫度條件可適宜地選擇。
如此製成的化合物半導體層2儘管在具有變形發光層7的情況仍可獲得結晶缺陷少的良好表面狀態。又，化合物半導體層2亦可對應於元件構造而施作研磨等之表面加工。
(機能性基板的接合步驟)
其次，將化合物半導體層2和機能性基板3接合。化合物半導體層2與機能性基板3之接合，首先是研磨構成化合物半導體層2之變形調整層8的表面，進行鏡面加工。
其次，準備機能性基板3，該機能性基板3貼附在此變形調整層8的鏡面研磨之表面。此外，此機能性基板3的表面係在接合於變形調整層8以前研磨成鏡面。
其次，對一般的半導體材料貼附裝置搬入化合物半導體層2和機能性基板3，於真空中對已鏡面研磨之雙方的表面照射使電子衝撞並中性(neutral)化的Ar射束。然後，藉由在維持真空的貼附裝置內使雙方的表面重合並施加荷重，可在室溫進行接合(參照圖7)。
(第1及第2電極的形成步驟)
其次，形成屬第1電極的n型歐姆電極4及屬第2電極的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，首先是從和機能性基板3接合的化合物半導體層2，利用氨系蝕刻液將GaAs基板14及緩衝層15選擇性地除去。
其次，在露出的接觸層16的表面形成n型歐姆電極4。具體言之，例如，在利用真空蒸鍍法將AuGe、Ni合金/Pt/Au積層任意厚度後，利用一般的光刻技術及蝕刻技術進行圖案化而形成n型歐姆電極4的形狀。
其次，將接觸層16、上部披覆層11、發光層10、及下部披覆層9選擇性地除去而使變形調整層8露出，在此露出的變形調整層8的表面形成p型歐姆電極5。
具體言之，例如，在利用真空蒸鍍法將AuBe/Au積層任意厚度後，利用一般的光刻手段進行圖案化而形成p型歐姆電極5的形狀。
然後，藉由例如在400～500℃、5～20分鐘的條件下進行熱處理使之合金化，可形成低電阻的n型歐姆電極4及p型歐姆電極5。
(第3電極的形成步驟)
其次，在機能性基板3之與化合物半導體層2的接合面之相反側形成第3電極6。在使用銀膏作為第3電極6的情況，於機能性基板的表面塗布銀膏。
又，在使用發光層作為第3電極的情況，具體言之，例如，在機能性基板3的表面，利用濺鍍法形成屬透明導電膜的ITO膜(厚度0.1μm)、銀合金膜(厚度0.1μm)而形成反射層。
其次，在此反射層之上，例如，形成鎢(厚度0.1μm)膜以作為阻障層。其次，在此阻障層之上，依序成Au膜(厚度0.5um)、厚度1μm的AuSn膜(共晶：融點283℃)及厚度0.1μm的Au膜而形成連接層。
接著，利用一般的光刻法圖案化成任意的形狀而形成第3電極6。此外，機能性基板3和第3電極6係呈光吸收少的蕭特基接觸。
(機能性基板的加工步驟)
其次，加工機能性基板3的形狀。機能性基板3的加工為，首先，在沒形成第3電極6的表面進行V字狀的切溝加工。此際，V字狀溝的第3電極6側之內側面成為具有和平行於發光面的面呈角度α的傾斜面3b。然後，從化合物半導體層2側以規定的間隔進行切割而晶片化。接著，藉由晶片化之際的切割而形成機能性基板3的垂直面3a。
傾斜面3b的形成方法倒未特別限定，可組合使用濕式蝕刻、乾式蝕刻、劃線法、雷射加工等之習知方法，但以採用形狀的控制性及生產性高的切割法最佳。藉由應用切割法，可提升製造良率。
又，垂直面3a的形成方法倒未特別限定，但以劃線‧折斷法或切割法形成較佳。
藉由採用劃線‧折斷法，可降低製造成本。亦即，在晶片分離之際無需設置切割裕度，能製造數量多的發光二極體故可降低製造成本。另一方面，以切割法而言，來自垂直面3a的光取出效率提升，可達成高亮度化。
最後，因應需要，將切割所產生之破碎層及髒污以硫酸‧過氧化氫混合液等蝕刻除去。按此方式製造發光二極體1。
＜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的發光二極體燈41之製造方法，亦即發光二極體1的安裝方法作說明。
如圖1及圖2所示，在安裝基板42的表面安裝規定數量的發光二極體1。發光二極體1的安裝為，首先，進行安裝基板42和發光二極體1之對位，在安裝基板42的表面之規定的位置配置發光二極體1。
接著，將構成第3電極6之連接層15與設置在安裝基板42的表面之n電極端子43進行共晶金屬接合(共晶金屬黏晶)。
藉此，發光二極體1被固定於安裝基板42的表面。其次，使用金線45將發光二極體1的n型歐姆電極4與安裝基板42的n電極端子43作連接(引線接合)。
其次，使用金線46連接發光二極體1的p型歐姆電極5和安裝基板42的p電極端子44。
最後，將安裝基板42之安裝有發光二極體1的表面利用一般的環氧樹脂47密封。按此方式，製造採用有發光二極體1的發光二極體燈41。
茲針對將電壓附加於具有上述構成的發光二極體燈41之n電極端子43及p電極端子44的情況作說明。
首先，針對發光二極體燈41被施加順向電壓的情況作說明。
在被施加順向電壓的情況，順向電流首先是從連接在陽極的p型電極端子44，經由金線46朝向p型歐姆電極5流通。其次，從p型歐姆電極5朝變形調整層8、下部披覆層9、發光層10、上部披覆層11及n型歐姆電極4依序流通。
接著，從n型歐姆電極4經由金線45而在連接於陰極的n型電極端子43流通。此外，由於在發光二極體1設置高電阻層，所以順向電流不會從變形調整層8朝包含n型GaP基板的機能性基板3流通。
如此一來，在流通順向電流之際，發光層10係發光。又，由發光層10所發出的光係從主要的取光面被放出。另一方面，從發光層10朝機能性基板3側放出的光係依機能性基板3的形狀及第3電極6而反射，因而由主要的取光面被放出。
因此，可達成發光二極體燈41(發光二.極體1)的高亮度化(參照圖2及圖4。)。
又，發光二極體燈41的發光光譜係由於構成發光層10的變形發光層12之組成被調整，故峰值發光波長成為655～675nm的範圍。
又，由於利用變形調整層8抑制變形發光層12的發光層10內之偏差，故發光光譜的半值寬成為10～40nm的範圍。又，發光波長700nm的發光強度成為未滿峰值發光波長的發光強度之10%。
因此，使用發光二極體1製作的發光二極體燈41可適當地作為促進植物生長之光合作用所使用的照明來應用。
如以上所說明，依據本實施形態的發光二極體1，係將n(≧1)層的變形發光層12及包含(n-1)層的阻障層13的發光層10，作成1層的變形發光層12和1層的阻障層13交互積層的構成，且將n設成1～7，且發光層10的厚度設成250nm以下，藉此可減少變形發光層12及阻障層13的積層數，能薄化由變形發光層12及阻障層13所構成之發光層10的厚度，因而可實現響應速度為35ns以下的發光二極體1(換言之，響應速度快的發光二極體)。
此種響應速度快的發光二極體1可作為在植物生長用的發光二極體、高壓電路等中用在電氣信號傳達的高速耦合用發光二極體來使用。
又，藉由具備由組成式(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦0.1，0.37≦Y≦0.46)構成的變形發光層12，可構成具有655nm以上的發光波長之發光二極體1。
又，本實施形態的發光二極體1係發光部7上設有變形調整層8。由於此變形調整層8相對於發光波長是透明的，故可作成不吸收來自發光部7的發光，高輸出‧高效率的發光二極體1。
再者，此變形調整層8係具有比GaAs基板14的晶格常數還小的晶格常數，故可抑制此半導體化合物層2產生翹曲。藉此，由於減少變形發光層12的變形量在發光層10內之偏差，故可作成單色性優異的發光二極體1。
因此，依據本實施形態的發光二極體1，係可提供具有655nm以上之發光波長，單色性優異，同時高輸出‧高效率且響應速度快速(具體而言，是35ns以下)的發光二極體1。
又，依據本實施形態的發光二極體1，相較於習知的AlGaAs系的發光二極體，可提供具有約4倍以上的發光效率之高輸出發光二極體1。
又，依據本實施形態的發光二極體燈41，係具備具有655nm以上之發光波長，單色性優異同時高輸出‧高效率且響應速度快速的上述發光二極體1。因此，可提供適合於植物生長用的照明之發光二極體燈41。
＜發光二極體(第2實施形態)＞
圖8係有關本發明第2實施形態的發光二極體的剖面示意圖。
本實施形態的發光二極體51係建構成：至少包含有發光層10的發光部7和變形調整層8的化合物半導體層2與機能性基板55，係透過反射構造體54而接合。又，在發光部7之反射構造體54的相反側之面7a係隔著接觸層52b而備有第1電極56。在變形調整層8的反射構造體54側之面8b上備有第2電極58。
化合物半導體層2的構成係可作成和上述的第1實施形態之發光二極體相同的構成。
以下，特別針對與第1實施形態的發光二極體不同之構成作詳細說明。
＜第1電極，第2電極＞
第1電極56及第2電極58分別是歐姆電極，彼等的形狀及配置倒未特別限定，只要能使電流在發光部7均一擴散即可。
例如，可使用俯視呈圓狀或矩形狀的電極，可配置一個電極或將複數個電極配置成格子狀。
作為第1電極56的材料，在使用n型的化合物半導體作為接觸層52b的情況，例如，可使用AuGe層、AuSi層等，在使用p型的化合物半導體作為接觸層52b的情況，例如，可使用AuBe層、AuZn層等。
又，接著藉由在其上積層Au層等，可防止氧化且提升引線連接之可靠性。
作為第2電極58的材料，在使用n型的化合物半導體作為變形調整層8的情況，例如，可使用AuGe層、AuSi層等。在使用p型的化合物半導體作為變形調整層8的情況，例如，可使用AuBe層、AuZn層等作為第2電極58的材料。
＜反射構造體＞
參照圖8，反射構造體54係以覆蓋第2電極58的方式形成在發光部7的反射構造體54側之面7b。反射構造體54係作成依序積層透明導電膜64和反射層65之構成。
透明導電膜64係以覆蓋第2電極58的方式形成在變形調整層8的面8b(形成有第2電極58的變形調整層8之面)。作為透明導電膜64，例如，可使用ITO膜、IZO膜等。
又，亦可取代透明導電膜64，或者使用是採用透明材料的折射率差之所謂的冷光鏡，例如氧化鈦膜、氧化矽膜的多層膜或白色的氧化鋁、氮化鋁而連同透明導電膜64一起和反射層65作組合。
參照圖8，反射層65係積層在透明導電膜64。反射層65係由銅、銀、金、鋁等之金屬及彼等合金等之材料構成。彼等的材料係光反射率高，可將來自反射構造體54的光反射率設成90%以上。
藉由設置此種反射層65，使來自發光層10的光在反射層65朝正面方向f反射，可提升在正面方向f的光取出效率。藉此，可使發光二極體51更高亮度化。
此外，在此的正面方向f係指和化合物半導體層2的取光面2a(在本實施形態之情況係發光部7的面7a)的角度成為90°的方向且自發光二極體51疏離的方向。此外，反射構造體54亦可不設置透明導電膜64而僅以反射層65來構成。
具體言之，作為反射層65，例如，可從透明導電膜64側使用包含有Ag合金層/W層/Pt層/Au層/連接用金屬層的積層膜。作為前述連接用金屬，使用電氣電阻低且低溫溶融的金屬即可，該連接用金屬形成於位在和透明導電膜64接觸的面之相反側的反射層65之面15b上。藉由使用此種連接用金屬，可在不對發光部7賦與熱應力的情況下連接機能性基板55。
作為上述連接用金屬，使用化學性質穩定且融點低的Au系的共晶金屬等即可。作為前述Au系的共晶金屬，例如，可舉出AuSn、AuGe、AuSi等之合金的共晶組成(Au系的共晶金屬)。
又，連接用金屬以添加鈦，鉻，鎢等之金屬者較佳。藉由添加作為連接用金屬之鈦、鉻、鎢等之金屬，前述金屬係作為阻障金屬發揮機能，故可抑制機能性基板55所含之不純物等在反射層65側擴散並反應的情形。
＜機能性基板(金屬基板)＞
參照圖8，機能性基板55係透過反射構造體54貼附在化合物半導體層2的面2b(具體而言，是變形調整層8的面8b)。具體言之，位在和發光部7對向的反射構造體54之面的相反側之反射構造體54的面65b上，接合有機能性基板55的接合面55a。
第2實施形態中，係使用金屬基板作為機能性基板55。亦即，第2實施形態中，金屬基板透過反射構造體54貼附於化合物半導體層2的面2b(具體而言，是變形調整層8的面8b)。以下，舉以使用金屬基板作為機能性基板55的情況為例作說明。
機能性基板55可使用包含複數個金屬層者。再者，機能性基板55係以交互積層2種類的金屬層之構成者較佳。又，上述2種類的金屬層合計的層數設成奇數較佳。
在此情況，從機能性基板55的翹曲或破損的觀點，在使用熱膨脹係數是比化合物半導體層2的熱膨脹係數小的材料作為第2金屬層62的情況，第1金屬層61係以熱膨脹係數比化合物半導體層2的熱膨脹係數還大的材料來構成較佳。
藉此，機能性基板55整體的熱膨脹係數變得接近化合物半導體層2的熱膨脹係數，因而可抑制在接合化合物半導體層2和機能性基板55之際的機能性基板55之翹曲或破損，故可提升發光二極體51的良率。
又，在使用熱膨脹係數是比化合物半導體層2的熱膨脹係數大的材料作為第2金屬層62的情況，第1金屬層61是以熱膨脹係數比化合物半導體層2的熱膨脹係數小的材料來構成較佳。
藉此，機能性基板55整體的熱膨脹係數變得接近化合物半導體層2的熱膨脹係數，因而可抑制在接合化合物半導體層2和機能性基板55之際的機能性基板55之翹曲或破損，故可提升發光二極體51的良率。
如以上所說明，構成機能性基板55的第1及第2金屬層61、62的位置可更換。亦即，圖1中，雖係藉由2個第1金屬層61夾入1個第2金屬層而構成機能性基板55，但亦可藉由2個第2金屬層62夾入1個第1金屬層61來構成機能性基板55(金屬基板)。
包含有第1及第2金屬層61、62的機能性基板55，可由例如包含有銀(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)及由彼等的合金當中任一材料的金屬層、與鉬(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)及包含有彼等的合金當中任一材料的金屬層之組合所構成。
作為機能性基板55(金屬基板)的較佳例子，可舉出包含有Cu層/Mo層/Cu層的3層之金屬基板。如同先前所說明，即便是包含有Mo層/Cu層/Mo層的3層之金屬基板，亦可獲得與包含有Cu層/Mo層/Cu層的3層之金屬基板同樣的效果。
另一方面，因為包含有Cu層/Mo層/Cu層的3層之金屬基板係以易於加工的Cu包挾機械強度高的Mo之構造，故具有比包含有Mo層/Cu層/Mo層的3層之金屬基板更容易進行金屬基板之切斷等加工上之優點。
在例如是使用包含有Cu層(30μm)/Mo層(25μm)/Cu層(30μm)的金屬基板作為機能性基板55之情況，機能性基板55整體的熱膨脹係數成為6.1ppm/K。又，在使用包含有Mo層(25μm)/Cu層(70μm)/Mo層(25μm)的金屬基板作為機能性基板55之情況，例如，機能性基板55整體的熱膨脹係數成為5.7ppm/K。
又，從放熱的觀點，構成機能性基板55的金屬層係以包含有熱傳導率高的材料較佳。藉由使用此種材料，可提高機能性基板55的放熱性，能使發光二極體51以高亮度發光，並可延長發光二極體51的壽命。
作為上述熱傳導率高的材料方面，例如，以銀(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)，及使用彼等之合金等較佳。
再者，以利用構成機能性基板55之金屬層的熱膨脹係數是和化合物半導體層2的熱膨脹係數大致同等之材料來構成較佳。
特別是，構成機能性基板55之金屬層材料的熱膨脹係數係以在化合物半導體層2的熱膨脹係數之±1.5ppm/K以內較佳。藉此，可減少在機能性基板55和化合物半導體層2接合時產生之朝向發光部7的應力(起因於熱的應力)，由於可抑制在機能性基板55和化合物半導體層2連接之際因為熱而導致機能性基板55之破損，故能提升發光二極體51的良率。
在使用包含有Cu層(30μm)/Mo層(25μm)/Cu層(30μm)的金屬基板作為機能性基板55之情況，機能性基板55的熱傳導率成為250W/m‧K。
又，在使用包含有Mo層(25μm)/Cu層(70μm)/Mo層(25μm)的金屬基板作為機能性基板55之情況，機能性基板55的熱傳導率成為220W/m‧K。
包含有金屬基板的機能性基板55的厚度係設成50μm以上150μm以下較佳。
在機能性基板55的厚度比150μm厚的情況，發光二極體的製造成本會上升故並不理想。又，在機能性基板55的厚度比50μm薄的情況，在搬運時容易發生破損、缺口、翹曲等而有降低發光二極體的良率之虞。
構成1片機能性基板55的第1金屬層61及第2金屬層62之層數合在一起設成3～9層較佳，設成3～5層更佳。
將第1金屬層61和第2金屬層62的層數合在一起設成2層的情況，會發生在厚度方向之熱膨脹不均衡，發生機能性基板55破損之虞。反之，在第1金屬層61和第2金屬層62合計的層數多過9層的情況，有必要分別薄化第1金屬層61和第2金屬層62之層的厚度。
然而，由於要將第1及第2金屬層61、62的厚度作薄非常困難，故在將第1金屬層61或第2金屬層62的厚度薄化而形成單層的金屬基板之情況，會有各層的厚度變不均一，致使發光二極體的特性偏差之虞。
再者，將層的厚度薄化之前述單層的金屬基板容易發生基板破損。
又，在使用薄膜化之單層的金屬基板之情況，由於金屬基板的製造困難，故有使發光二極體的製造成本增加之虞。
此外，亦可在機能性基板55的接合面55a形成使電氣接觸穩定化的接合補助膜，或黏晶用的共晶金屬。藉此，可簡便地進行接合步驟。作為前述接合補助膜，可使用Au膜、AuSn膜等。
此外，在發光部7接合機能性基板55的方法不受限於上述記載的方法，例如，可應用擴散接合、接著劑、常溫接合方法等習知的技術。
依據第2實施形態之發光二極體51，係具備有n(≧1)層的變形發光層12及包含(n-1)層的阻障層13的發光層10之pn接合型的發光部7，發光層10係作成1層的變形發光層和1層的阻障層呈交互積層的構成，n設成1～7，且發光層10的厚度設成250nm以下，變形發光層的組成式設成(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦0.1，0.37≦Y≦0.46)，藉此可提升由發光部7放射的光之發光效率及響應速度。
又，藉由將變形發光層12的組成規定在上述範圍，可實現具有655nm以上的發光波長之發光二極體51。
又，藉由在發光部7上設置使發光部7的光透射的變形調整層8，由於沒有發生變形調整層8吸收來自發光部7的光之情況，故可實現高輸出‧高效率的發光二極體51。
再者，由於此變形調整層8具有比變形發光層12及阻障層13的晶格常數還小的晶格常數，故可抑制化合物半導體層2產生翹曲。藉此，由於減少變形發光層12的變形量之偏差，故可實現單色性優異的發光二極體51。
又，藉由在位於化合物半導體層2的取光面2a之相反側的化合物半導體層2之面2b上設置反射構造體54，可加強從化合物半導體層2的取光面2a朝發光二極體51外部放射的光當中之在與取光面2a正交的方向(具體而言，是正面方向f)之光的強度，故可實現高亮度及高效率的發光二極體51。
又，藉由加強在與取光面2a正交的方向中之光的強度，在與取光面2a正交的方向能獲得和未具備反射構造體54的發光二極體之光強度相同強度之光強度的情況，在消耗電力上係可比未具備反射構造體54的發光二極體小。
又，例如，藉由使用金屬基板作為透過反射構造體54接合於化合物半導體層2的面2b上之機能性基板55，可將發光部7發光之際的熱經由機能性基板55有效率地放出至發光二極體51的外部。
再者，藉由利用熱傳導率是130W/m‧K以上的第1及第2金屬層61、62構成機能性基板55，可使機能性基板55的放熱性變高，因而能使發光二極體51以高亮度發光，並可延長發光二極體51的壽命。
又，在使用讓光透射的基板作為機能性基板55並利用Ar射束使之接合的情況，接合面成為高電阻，電流難以朝基板側流動，但藉由使用金屬基板作為機能性基板55並使前述金屬基板共晶接合，可作成單線構造。
亦即，依據第1實施形態之發光二極體，可實現具有655nm以上的紅色光之發光波長、單色性優異，且高輸出‧高效率、響應速度速，並且在對取光面正交的方向中之光強度強，並且放熱特性優異的發光二極體51。
＜發光二極體(第2實施形態)的製造方法＞
其次，針對第2實施形態之發光二極體1的製造方法作說明。
第2實施形態的發光二極體1的製造方法係具有：形成機能性基板55之步驟；在半導體基板53隔著接觸層52b形成含有發光層10的發光部7後，在發光部7之與半導體基板53相反側的面形成第2電極58之步驟；在發光部7之與半導體基板相反側的面上隔著第2電極58形成反射構造體54之步驟；隔著反射構造體54將機能性基板55接合在發光部7之步驟；除去半導體基板53及接觸層52b的一部分之步驟；在發光部7之與機能性基板55相反側的面形成第1電極56之步驟。
圖9A～圖15係顯示有關本發明第1實施形態的發光二極體的製造步驟之剖面圖。圖9A～圖15中，對與圖8所示發光二極體51同一構成部分賦予同一符號。
參照圖9A～圖15，針對第2實施形態之發光二極體51的製造方法作說明。首先，針對機能性基板55的製造步驟作說明。
＜機能性基板的製造步驟＞
如圖9A和圖9B所示，機能性基板55係藉由熱壓熱傳導率是130W/m‧K以上的第1及第2金屬層61、62而形成。
具體言之，首先，準備2片大致平板狀的第1金屬層61和1片大致平板狀的第2金屬層62。例如，使用厚度30μm的Cu層作為第1金屬層61，使用厚度25μm的Mo層作為第2金屬層62。
其次，如圖9A所示，在2片第1金屬層61之間插入第2金屬層62並將彼等重疊配置。
其次，在規定的加壓裝置內配置積疊有第1及第2金屬層61、62而成的積層板，且在高溫下，對第1金屬層61和第2金屬層62朝箭頭方向(參照圖9A)施加荷重並壓住。
藉此，如圖9B所示，形成第1金屬層61為Cu層且第2金屬層62為Mo層之包含Cu層(30μm)/Mo層(25μm)/Cu層(30μm)的3層之機能性基板55。作成上述構成的機能性基板55之熱膨脹係數為6.1ppm/K，熱傳導率為250W/m‧K。
此外，之後，亦可在配合發光部7(晶圓)的接合面之大小予以切斷後對表面施以鏡面加工。
又，亦可在機能性基板55的接合面55a形成用以使電氣接觸穩定化的接合補助膜。作為前述接合補助膜，可使用金膜、白金膜、鎳膜等。例如，首先，形成0.1μm的鎳膜後，在鎳膜上形成0.5μm的金膜。
再者，亦可形成黏晶用的AuSn膜等之共晶金屬膜來取代上述接合補助膜。藉此，可簡化接合步驟。
＜發光部及第2電極形成步驟＞
首先，如圖10所示，在半導體基板53的表面53a上成長複數個磊晶層而形成化合物半導體層2。此外，在此階段，構成化合物半導體層2的接觸層52b未被圖案化。
半導體基板53係用以形成化合物半導體層2的基板，例如係表面53a設成從(100)面傾斜15°的面，且為Si摻雜之n型的GaAs單結晶基板。如此一來，在使用AlGaInP層或AlGaAs層作為化合物半導體層2的情況，作為形成化合物半導體層2的基板，使用砷化鎵(GaAs)單結晶基板即可。
化合物半導體層2係在屬半導體基板53的GaAs基板上依序積層：包含GaAs的緩衝層52a、包含Si摻雜之n型的AlGaInP的接觸層52b、n型的上部披覆層11、發光層10，p型的下部披覆層9、以及包含Mg摻雜之p型GaP的變形調整層8而製成。
以上的在GaAs基板53上製作化合物半導體層2的步驟係可和第1實施形態同樣地進行。
其次，對變形調整層8之與半導體基板53相反側的面8b，進行鏡面研磨迄至距離表面1μm的深度為止，將表面粗度設成例如，0.18nm以內。
其次，如圖11所示，在變形調整層8的面8b上形成第2電極58(歐姆電極)。第2電極58係例如在0.4μm的厚度之AuBe層上積層0.2μm的厚度之Au層而成。第2電極58為，例如在俯視時是形成20μmφ的圓形狀，60μm的間隔。
＜反射構造體形成步驟＞
其次，如圖12所示，以覆蓋變形調整層8之與半導體基板53相反側的面8b及第2電極58的方式形成包含ITO膜的透明導電膜64。其次，施以450℃的熱處理，在第2電極58和透明導電膜64之間形成歐姆接觸。
其次，如圖13所示，使用蒸鍍法在透明導電膜64的化合物半導體層2之相反側的面64a上形成反射層65。
具體言之，藉由依序成膜包含銀(Ag)合金的膜(厚度為0.5μm)、鎢(W)膜(厚度為0.1μm)、白金(Pt)膜(厚度為0.1μm)、金(Au)膜(厚度為0.5μm)、以及包含AuGe共晶金屬(融點386℃)的膜(厚度為1μm)而形成反射層65。藉此，形成包含反射層65及透明導電膜64的反射構造體54。
＜機能性基板接合步驟＞
其次，如圖14所示，將形成了反射構造體54和化合物半導體層2的半導體基板53(圖13所示之構造體)與圖9B所示之機能性基板55，搬入減壓裝置(未圖示)內，以反射構造體54的接合面54a和機能性基板55的接合面55a對向的方式重疊配置。
其次，在對減壓裝置內進行排氣達到3×10-5 Pa之後，在將半導體基板53和機能性基板55加熱成400℃的狀態，施加100g/cm2 的荷重並將反射構造體54的接合面4a和機能性基板55的接合面55a接合而形成接合構造體68。
＜半導體基板及緩衝層除去步驟＞
其次，如圖15所示，從接合構造體68將半導體基板53及緩衝層52a利用氨系蝕刻液選擇性地除去。藉此，形成具有發光層10的發光部7。
＜第1電極形成步驟＞
其次，使用真空蒸鍍法，在接觸層52b之與反射構造體54相反側的面52bb形成作為第1電極56(n型歐姆電極)的母材之電極用導電膜。作為前述電極用導電膜，例如，可使用包含AuGe層/Ni層/Au層的金屬層構造。
在此情況，例如，將AuGe層(Ge質量比12%)形成0.15μm的厚度之後，將Ni層形成0.05μm的厚度，然後將Au層形成1μm的厚度。
其次，利用一般的光刻手段將電極用導電膜圖案化成俯視呈圓形狀而形成第1電極56。
然後，藉由以對應第1電極56的形狀之方式將接觸層52b圖案化，而製造圖8所示的發光二極體51。
此外，在將電極用導電膜圖案化後，例如，在420℃進行3分鐘熱處理以將構成第1電極56的各金屬予以合金化較佳。藉此，可將屬n型歐姆電極的第1電極56低電阻化。
然後，在將發光二極體1區劃成所期望大小的切斷部分之發光部7利用蝕刻方式予以除去後，使用雷射以0.8mm間隔將前述切斷部分的基板和連接層切斷成所期望之大小的發光二極體晶片(LED晶片)。發光二極體的大小為，例如，俯視時大致矩形狀的發光部7之對角線的長度是1.1mm。
然後，以粘著片保護發光部7的露出面並洗淨切剖面。
＜發光二極體(第3實施形態)＞
圖16A和圖16B係用以說明有關本發明第3實施形態的發光二極體之圖。圖16A係第3實施形態之發光二極體的俯視圖，圖16B係圖16A所示發光二極體的A-A‘線方向之概略剖面圖。
參照圖16A和圖16B，第3實施形態的發光二極體71除了設置利用不同於機能性基板55(金屬基板)的材料所構成之機能性基板75來取代設置在第2實施形態之發光二極體51的機能性基板55(金屬基板)，並且設置金屬層72、73以外，其餘部分建構成和第2實施形態的發光二極體51相同。
亦即，第3實施形態之發光二極體71與第2實施形態之發光二極體51最大的差異點在於，機能性基板的材料不同。
機能性基板75係透過金屬層72接合於設有化合物半導體層2的反射構造體54(具體而言，是反射層65)。作為機能性基板75的材料，可使用GaP、Si、Ge中任一材料。
如此一來，藉由設置包含GaP、Si、Ge中任一材料的機能性基板75，可比未具備機能性基板75的發光二極體更能將發光部7發光之際的熱有效率地放出至發光二極體71的外部。
又，藉由將不易腐蝕的材料即Si或Ge等作為機能性基板75的材料使用，可提升機能性基板75的耐濕性。
金屬層72係設在構成反射構造體54的反射層65和機能性基板75的上面51a之間。金屬層72係用以將反射層65和機能性基板75的上面75a作接合的層。作為金屬層72，例如，可使用依序積層In層、Au層、及Ti層而成的積層膜。
金屬層73係設在機能性基板75的下面75b。作為金屬層73，例如，可使用依序積層Au層及Ti層而成的積層膜。
依據第3實施形態之發光二極體，藉由設置透過金屬層72接合在設有化合物半導體層2的反射構造體54且是包含GaP、Si、Ge中任一材料的機能性基板75，可比未具備機能性基板75的發光二極體更能將發光部7發光之際的熱有效率地放出至發光二極體71的外部。
又，藉由將不易腐蝕的材料即Si或Ge等作為機能性基板75的材料使用，可提升機能性基板75的耐濕性。
又，藉由在位於化合物半導體層2的取光面之相反側的化合物半導體層2之面2b上設置反射構造體54，可加強從化合物半導體層2的取光面朝發光二極體71外部放射的光當中之在與取光面正交的方向(具體而言，是正面方向f)之光的強度，故可實現高亮度及高效率的發光二極體71。
又，第3實施形態之發光二極體71係具備有n(≧1)層的變形發光層12，及包含(n-1)層的阻障層13的發光層10之pn接合型的發光部7，發光層10作成1層的變形發光層和1層的阻障層呈交互積層的構成，將n設成1～7且發光層10的厚度設成250nm以下，變形發光層的組成式設成(ALX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦0.1，0.37≦Y≦0.46)，藉此可提升由發光部7放射的光之發光效率及響應速度。
又，藉由將變形發光層12的組成規定在上述範圍，可實現具有655nm以上的發光波長之發光二極體71。
再者，藉由在發光部7上具備使發光部7的光透射之變形調整層8，由於來自發光部7的光沒有被變形調整層8所吸收的情形，故可實現高輸出‧高效率的發光二極體50。
又，上述變形調整層8係具有比變形發光層12及阻障層13的晶格常數還小的晶格常數，因而可抑制化合物半導體層2產生翹曲。藉此，由於減少變形發光層12的變形量之偏差，故可實現單色性優異的發光二極體71。
[實施例]
以下，使用實施例以具體地說明本發明的效果。此外，本發明並未受彼此實施例所限定。
本實施例中，係具體說明製作有關本發明的發光二極體之例子。又，在本實施例製作的發光二極體係具有AlGaInP發光部的紅色發光二極體。本實施例中，係讓在GaAs基板上成長的化合物半導體層與包含GaP的機能性基板接合而製成發光二極體。接著，為進行特性評估而製作出將發光二極體晶片安裝於基板上的發光二極體燈。
實施例1～11係所謂的透射型且係未具有反射構造體之第1實施形態的實施例。
又，實施例12～16係所謂的反射型且具有反射構造體者，實施例12及16係機能性基板是金屬基板的第2實施形態之實施例，實施例13～15為機能性基板分別是包含GaP，Ge，Si的第3實施形態之實施例。
(實施例1)
實施例1的發光二極體為，首先，在包含Si摻雜之n型的GaAs單結晶的GaAs基板(厚度約0.5μm)上依序積層化合物半導體層以製作磊晶晶圓。GaAs基板係將從(100)面朝(0-1-1)方向傾斜15°的面設為成長面，載子濃度設成2×1018 cm-3 。
又，作為化合物半導體層，係在GaAs基板上依序形成：包含Si摻雜之GaAs之n型的緩衝層、包含Si摻雜之(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P之n型的接觸層、包含Si摻雜之(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P之n型的上部披覆層、包含未摻雜之Ga0.42 In0.58 P/(Al0.53 Ga0.47 )0.5 In0.5 P的對之變形發光層/阻障層、包含Mg摻雜之(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P之p型的下部披覆層、包含(Al0.5 Ga0.5 )0.5 In0.5 P的薄膜之中間層、以及包含Mg摻雜之p型GaP的變形調整層。
實施例1中，使用減壓有機金屬化學氣相堆積裝置法(MOCVD裝置)，於直徑76mm、厚度350μm的GaAs基板上磊晶成長化合物半導體層，而形成了磊晶晶圓。
在使磊晶成長層成長之際，作為III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V族構成元素的原料，使用磷化氫(PH3 )、三氫化砷(AsH3 )。又，在各層的成長溫度方面，包含p型GaP的變形調整層是在750℃成長。其他的各層則在700℃成長。
包含GaAs的緩衝層係載子濃度設成約2×1018 cm-3 、層厚設成約0.5μm。接觸層係載子濃度設成約2×1018 cm-3 、層厚設成約3.5μm。上部披覆層的載子濃度設成約1×1018 cm-3 、層厚設成約0.5μm。
變形發光層係未摻雜且層厚是約10nm的Ga0.42 In0.58 P，阻障層設成0層。亦即，在實施例1中，先前所說明的發光層僅以1層的變形發光層構成。在此情況之發光層的厚度成為10nm。
下部披覆層係載子濃度設成約8×1017 cm-3 ，層厚設成約0.5μm。中間層為，載子濃度設成約8×1017 cm-3 ，層厚設成約0.05μm。
包含GaP的變形調整層為，載子濃度設成約3×1018 cm-3 ，層厚設成約9μm。
其次，對變形調整層進行研磨迄至距離表面約1μm的深度左右的鏡面加工。藉此鏡面加工將變形調整層的表面粗度設成0.18nm。
另一方面，準備包含n型GaP的機能性基板，該機能性基板貼附在上述變形調整層的鏡面研磨之表面。此外，此貼附用的機能性基板係以載子濃度可成為約2×1017 cm-3 般地使用添加Si且面方位設為(111)的單結晶。
又，機能性基板的直徑為76mm，厚度為250μm。此機能性基板的表面係在接合於變形調整層前進行鏡面研磨，按均平方根粗糙度(rms)加工成0.12nm。
接著，上述的機能性基板及磊晶晶圓搬入於一般的半導體材料貼附裝置，對裝置內進行真空排氣迄至成為3×10-5 Pa為止。
其次，對機能性基板及變形調整層雙方的表面照射使電子衝撞並中性(neutral)化的Ar射束3分鐘。然後，在維持成真空的貼附裝置內，使機能性基板及變形調整層的表面重疊，以在各自的表面之壓力成為50g/cm2 的方式掛上荷重，在室溫下將雙方接合。按此方式形成接合晶圓。
其次，從上述接合晶圓將GaAs基板及GaAs緩衝層利用氨系蝕刻液選擇性地除去。接著，利用真空蒸鍍法在接觸層的表面依序成膜厚度為0.5μm的Au-Ge-Ni合金膜、厚度為0.2μm的Pt膜、及厚度為1μm的Au膜。
然後，藉由利用一般的光刻技術及蝕刻技術將上述Au-Ge-Ni合金膜、Pt膜、及Au膜圖案化，形成第1電極的n型歐姆電極。
其次，在既除去GaAs基板的面即取光面的表面施以粗面化處理。
其次，將形成作為第2電極的p型歐姆電極之領域的磊晶層選擇性地除去，使變形調整層露出。在此露出的變形調整層的表面，利用真空蒸鍍法依序成膜厚度0.2μm的AuBe膜及厚度1μm的Au膜，然後，將AuBe膜及Au膜圖案化，藉以形成p形歐姆電極。然後，在450℃進行10分鐘熱處理使其合金化，形成低電阻的p型及n型歐姆電極。
其次，在機能性基板的背面，形成包含厚度0.2μm的Au膜、厚度0.2μm的Pt膜、及厚度1.2μm的AuSn膜之連接用的第3電極。
其次，以未形成有第3電極的區域的傾斜面之角度α成為70°且垂直面的厚度成為80μm的方式，使用切割鋸從機能性基板的背面進行V字狀的切溝加工。
其次，使用切割鋸從化合物半導體層側以350μm的間隔切斷而予以晶片化。將切割所產生的破碎層及污垢以硫酸.過氧化氫混合液進行去除，藉以製作實施例1的發光二極體。
組裝100個將藉上述方法製作的實施例1之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，係以共晶黏晶機加熱連接並予以支撐(mount)，利用金線進行發光二極體的n型歐姆電極和設在安裝基板的表面之n電極端子的引線接合，並在利用金線進行p型歐姆電極和p電極端子之引線接合後，利用一般的環氧樹脂密封所製成。
評估安裝有實施例1的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是661.3nm的紅色光。
順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)，係反映在構成化合物半導體層的變形調整層與機能性基板之接合界面的低電阻及各歐姆電極的良好歐姆特性，成為約1.8伏特(V)。
順向電流設成20mA之際的發光輸出為3.6mW。組裝後所有的發光二極體中之峰值發光波長的偏差(最大-最小)為2.5nm，獲得良好的結果。此外，峰值發光波長的偏差(最大-最小)只要是3nm以下即可。
又，發光之上升的響應速度(Tr)為10.6ns且未見表面缺陷。
又，實施例1的發光二極體中，在順向電流是高電流(例如，150mA以上)的情況，可見輸出降低。
由上述結果可確認，實施例1的發光二極體的響應速度雖滿足所期望的值(35ns以下)，但在以高電流(例如，150mA以上)作使用的情況可見其輸出降低，因而適合於流通比150mA還小的電流作使用的領域。
(實施例2)
實施例2的發光二極體，除了將設於實施例1的發光二極體之變形發光層形成2層，並形成厚度為30nm且組成為(Al0.53 Ga0.47 )0.5 In0.5 P的1層的阻障層以外，其餘部分形成和實施例1的發光二極體相同。
亦即，實施例2中，發光層建構成具有2層的變形發光層(合計的厚度20nm)和1層的阻障層(厚度30nm)。在此情況，實施例2之發光層的厚度成為50nm。
評估安裝有實施例2的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是660.8nm的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)大約為1.8伏特(V)。又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為4.5mW。組裝後所有的發光二極體的峰值發光波長的偏差成為2.4nm。發光之上升的響應速度(Tr)為係15.2ns且未見表面缺陷。
由上述結果可確認，依據實施例2的發光二極體及發光二極體燈，可構成能發出具有655nm以上的發光波長的光之發光層，且可實現35ns以下的響應速度(此情況為15.2ns)。
(實施例3)
實施例3的發光二極體，除了將設於實施例2的發光二極體之變形發光層由2層變更成3層，並將設於實施例2的發光二極體之阻障層形成2層以外，其餘部分形成和實施例2的發光二極體相同。
亦即，實施例3中，發光層建構成具有3層的變形發光層(合計的厚度30nm)和2層的阻障層(合計的厚度60nm)。在此情況，實施例3之發光層的厚度成為90nm。
評估安裝有實施例3的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是660.7nm的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)大約為1.8伏特(V)。又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為4.1mW。組裝後所有的發光二極體燈中之峰值發光波長的偏差成為2.3nm。發光之上升的響應速度(Tr)為18.4ns且未見表面缺陷。
由上述結果可確認，依據實施例3的發光二極體及發光二極體燈，可構成能發出具有655nm以上的發光波長的光之發光層，且可實現35ns以下的響應速度(此情況為18.4ns)。
(實施例4)
實施例4的發光二極體，除了將設於實施例3的發光二極體之變形發光層由3層變更成5層，並將設於實施例3的發光二極體之阻障層由2層變更成4層以外，其餘部分形成和實施例3的發光二極體相同。
亦即，實施例4中，發光層建構成具有5層的變形發光層(合計的厚度50nm)和4層的阻障層(合計的厚度120nm)。在此情況，實施例4之發光層的厚度成為170nm。
評估安裝有實施例4的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是660.2nm的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)大約為1.9伏特(V)。又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為3.9mW。組裝後所有的發光二極體燈中之峰值發光波長的偏差成為2.3nm。發光之上升的響應速度(Tr)為28ns且未見表面缺陷。
由上述結果可確認，依據實施例4的發光二極體及發光二極體燈，可構成能發出具有655nm以上的發光波長的光之發光層，且可實現35ns以下的響應速度(此情況為28ns)。
(實施例5)
實施例5的發光二極體，除了將設於實施例4的發光二極體之變形發光層由5層變更成7層，並將設於實施例4的發光二極體之阻障層由4層變更成6層以外，其餘部分形成和實施例4的發光二極體相同。
亦即，實施例5中，發光層建構成具有7層的變形發光層(合計的厚度70nm)和6層的阻障層(合計的厚度180nm)。在此情況，實施例5之發光層的厚度成為250nm。
評估安裝有實施例5的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是660.1nm的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)大約為1.9伏特(V)。又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為3.8mW。組裝後所有的發光二極體燈中之峰值發光波長的偏差成為2.3nm。發光之上升的響應速度(Tr)為32.6ns且未見表面缺陷。
由上述結果可確認，依據實施例5的發光二極體及發光二極體燈，可構成能發出具有655nm以上的發光波長的光之發光層，且可實現35ns以下的響應速度(此情況為32.6ns)。
(實施例6)
實施例6的發光二極體，除了將設於實施例1的發光二極體之變形發光層的組成變更成Ga0.44 In0.56 P，並將變形發光層的厚度變更成17nm以外，其餘部分形成和實施例1的發光二極體相同。亦即，實施例6的情況，發光層係以1層的變形發光層(厚度17nm)所構成。實施例6之發光層的厚度為17nm。
評估安裝有實施例6的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是661.1nm的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)大約為1.8伏特(V)。又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為3.9mW。組裝後所有的發光二極體燈中之峰值發光波長的偏差成為2.2nm。發光之上升的響應速度(Tr)為17ns且未見表面缺陷。
又，實施例6的發光二極體中，在順向電流是高電流(例如，150mA以上)的情況，可見輸出降低。
由上述結果可確認，實施例6的發光二極體的響應速度雖滿足所期望的值(35ns以下)，但在以高電流(例如，150mA以上)作使用的情況可見其輸出降低，因而適合於流通比150mA還小的電流作使用的領域。
(實施例7)
實施例7的發光二極體，除了將設於實施例2的發光二極體之變形發光層的組成變更成Ga0.44 In0.56 P，且將變形發光層的厚度變更成17nm，以及將阻障層的厚度變更成19nm以外，其餘部分形成和實施例2的發光二極體相同。亦即，實施例7的情況，發光層係以2層的變形發光層(合計的厚度34nm)和1層的阻障層(厚度19nm)所構成。實施例7之發光層的厚度為53nm。
評估安裝有實施例7的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是661.0nm的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)大約為1.8伏特(V)。又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為4.3mW。組裝後所有的發光二極體燈中之峰值發光波長的偏差成為2.1nm。發光之上升的響應速度(Tr)為21.2ns且未見表面缺陷。
由上述結果可確認，依據實施例7的發光二極體及發光二極體燈，可構成能發出具有655nm以上的發光波長的光之發光層，且可實現35ns以下的響應速度(此情況為21.2ns)。
(實施例8)
實施例8的發光二極體，除了將設於實施例3的發光二極體之變形發光層的組成變更成Ga0.44 In0.56 P，且將變形發光層的厚度變更成17nm，以及將阻障層的厚度變更成19nm以外，其餘部分形成和實施例3的發光二極體相同。亦即，實施例7的情況，發光層係以3層的變形發光層(合計的厚度51nm)和2層的阻障層(合計的厚度38nm)所構成。實施例8之發光層的厚度為89nm。
評估安裝有實施例8的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是660.5nm的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)大約為1.8伏特(V)。又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為4.2mW。組裝後所有的發光二極體燈中之峰值發光波長的偏差成為2.1nm。發光之上升的響應速度(Tr)為26.2ns且未見表面缺陷。
由上述結果可確認，依據實施例8的發光二極體及發光二極體燈，可構成能發出具有655nm以上的發光波長的光之發光層，且可實現35ns以下的響應速度(此情況為26.2ns)。
(實施例9)
實施例9的發光二極體，除了變更設置於實施例8的發光二極體之變形發光層的積層數及阻障層的積層數以外，其餘部分建構成和實施例8的發光二極體相同。
實施例9中，發光二極體的發光層係形成具有6層的變形發光層(合計的厚度102nm)和5層的阻障層(合計的厚度95nm)。實施例9之發光層的厚度設成197nm。
評估安裝有實施例9的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是660.3nm的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)大約為1.9伏特(V)。又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為4mW。組裝後所有的發光二極體燈中之峰值發光波長的偏差成為2.1nm。發光之上升的響應速度(Tr)為34.3ns且未見表面缺陷。
由上述結果可確認，依據實施例9的發光二極體及發光二極體燈，可構成能發出具有655nm以上的發光波長的光之發光層，且可實現35ns以下的響應速度(此情況為34.3ns)。
(實施例10)
實施例10的發光二極體，除了將設於實施例5的發光二極體之變形發光層的組成變更成Ga0.37 In0.63 P，且將變形發光層的厚度變更成8nm以外，其餘部分形成和實施例5的發光二極體相同。
評估安裝有實施例10的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是672.0nm的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)大約為1.8伏特(V)。又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為3.8mW。組裝後所有的發光二極體燈中之峰值發光波長的偏差成為2.6nm。發光之上升的響應速度(Tr)為31.3ns且未見表面缺陷。
由上述結果可確認，依據實施例10的發光二極體及發光二極體燈，可構成能發出具有655nm以上的發光波長的光之發光層，且可實現35ns以下的響應速度(此情況為31.3ns)。
(實施例11)
實施例11的發光二極體，除了將設於實施例3的發光二極體之變形發光層的組成變更成Ga0.46 In0.54 P，變形發光層的厚度變更成30nm，以及阻障層的厚度變更成45nm以外，其餘部分形成和實施例3的發光二極體相同。
評估安裝有實施例11的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是660.9nm的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)大約為1.9伏特(V)。又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為3.3mW。組裝後所有的發光二極體燈中之峰值發光波長的偏差成為1.8nm。發光之上升的響應速度(Tr)為29ns且未見表面缺陷。
由上述結果可確認，依據實施例11的發光二極體及發光二極體燈，可構成能發出具有655nm以上的發光波長的光之發光層，且可實現35ns以下的響應速度(此情況為29ns)。
又，由上述實施例1～11的結果，確認了一種發光二極體，其係具備有n(≧1)層的變形發光層和(n-1)層的阻障層呈交互地積層的發光層之pn接合型發光部，其中藉由將變形發光層的積層數設成1～7且發光層的厚度設成250nm以下，可實現響應速度為35ns以下的發光二極體(換言之，響應速度快的發光二極體)。
(實施例12)
實施例12的發光二極體(第2實施形態)係以和實施例1同樣的方法，在包含Si摻雜之n型的GaAs單結晶的GaAs基板(厚度約0.5μm)上依序積層化合物半導體層而製作出磊晶晶圓。
其中，將包含未摻雜的Ga0.42 In0.58 P的2層之變形發光層和組成是(Al0.53 Ga0.47 )0.5 In0.5 P的1層的阻障層(單層的厚度為30nm)交互地積層地形成發光層以取代設在實施例1的發光二極體的發光層。
其次，對變形調整層進行研磨迄至距離表面約1μm的深度左右之鏡面加工。藉由此鏡面加工將變形調整層的表面粗度設成0.18nm。
接著，藉由在變形調整層上依序成膜AuBe層(厚度100nm)和Au層(厚度150nm)而形成AuBe/Au積層膜，然後，藉由利用一般的光刻技術及蝕刻技術將AuBe/Au積層膜圖案化，形成第2電極。
接著，藉由在變形調整層上依序成膜作為覆蓋第2電極的透明導電膜之ITO膜(厚度300nm)及作為反射層的Ag合金(厚度500nm)/W(厚度100nm)/Pt(厚度200nm)/Au(厚度500nm)/AuGe(厚度1000nm)積層膜而形成反射構造體。
其次，使用在第2實施形態所說明的方法，製造包含Cu(30μm)/Mo(25μm)/Cu(30μm)的3層構造(厚度85μm)之機能性基板(金屬基板(熱傳導率250W/mK))。
實施例12的機能性基板之熱膨脹係數為6.1ppm/K，熱傳導率為250W/m‧K。又，機能性基板的直徑為76mm，厚度為85μm。
其次，將減壓裝置內排氣至3×10-5 Pa之後，在將GaAs基板和機能性基板加熱成400℃的狀態，施加100g/cm2 的荷重以接合反射構造體和機能性基板而形成接合構造體。
其次，從上述接合構造體將GaAs基板及GaAs緩衝層利用氨系蝕刻液選擇性地除去。接著，利用真空蒸鍍法在接觸層的表面依序成膜厚度為0.5μm的Au-Ge-Ni合金膜、厚度為0.2μm的Pt膜、及厚度為1μm的Au膜。
然後，藉由利用一般的光刻技術及蝕刻技術將上述Au-Ge-Ni合金膜、Pt膜、及Au膜圖案化，形成屬第1電極的n型歐姆電極。然後，以對應第1電極的形狀之方式，利用習知的手法將接觸層圖案化。
其次，在已除去GaAs基板的面即取光面的表面上施以粗面化處理。
其次，將形成作為第2電極的p型歐姆電極之領域的磊晶層選擇性地除去，使變形調整層露出。在此露出的變形調整層的表面上，利用真空蒸鍍法依序成膜厚度0.2μm的AuBe膜和厚度1μm的Au膜，然後，藉由將AuBe膜及Au膜圖案化，而形成第2電極(p形歐姆電極)。然後，在450℃進行10分鐘的熱處理使之合金化，形成低電阻的第1及第2電極(n型及p型歐姆電極)。
其次，使用切割鋸切斷形成有第1及第2電極的接合構造體而晶片化。藉此而製作實施例1的發光二極體。
組裝100個將藉上述方法製作的實施例1之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，係以共晶黏晶機加熱連接並予以支撐(mount)，利用金線進行發光二極體的n型歐姆電極和設在安裝基板的表面之n電極端子的引線接合，並在利用金線進行p型歐姆電極和p電極端子的引線接合後，利用一般的環氧樹脂密封而製成。
實施例12的發光二極體之構成要素的一部分顯示於表1，評估安裝有實施例1的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表2。
如表2所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是661.2nm(655nm以上的值)的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)，係反映在構成化合物半導體層的變形調整層與機能性基板之接合界面的低電阻及各歐姆電極的良好歐姆特性，成為1.8伏特(V)。
順向電流設成20mA之際的發光輸出為4.4mW(3mW以上)，獲得良好的結果。
組裝後所有的發光二極體中之峰值發光波長的偏差(最大-最小)為2.2nm，獲得良好的結果。此外，峰值發光波長的偏差(最大-最小)只要3nm以下即可。
又，發光之上升的響應速度(Tr)為18.2ns，獲得100ns以下的良好結果。且在表面缺陷的檢查中，未見表面缺陷。
又，在實施例12的發光二極體發光之際，由於機能性基板之放熱效果而未見起因於溫度上升之發光效率降低。
由上述結果可確認，依據實施例1的發光二極體及發光二極體燈，可構成能發出具有655nm以上的發光波長的光之發光層，且可實現100ns以下的響應速度(此情況為18.2ns)。
更確認了依機能性基板的放熱效果可實現放熱特性優異的發光二極體。
(實施例13)
實施例13的發光二極體(第3實施形態)，除了使用作為機能性基板之厚度150μm的GaP層(熱傳導率110W/mK)來取代包含Cu(30μm)/Mo(25μm)/Cu(30μm)的3層構造(厚度85μm)之機能性基板以外，其餘部分製造成和實施例12的發光二極體相同。
實施例13的發光二極體之構成要素的一部分顯示於表1，評估安裝有實施例2的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表2。
如表2所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是660.6nm(655nm以上的值)的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)，係反映在構成化合物半導體層的變形調整層與機能性基板之接合界面的低電阻及各歐姆電極的良好歐姆特性，成為1.8伏特(V)。
又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為4.2mW((3mW以上)，獲得良好的結果。)。
組裝後所有的發光二極體中之峰值發光波長的偏差(最大-最小)為2.3nm，獲得良好的結果。又，發光之上升的響應速度(Tr)為23.3ns，獲得100ns以下的良好結果。且在表面缺陷的檢查中未見表面缺陷。
又，在實施例13的發光二極體發光之際，由於機能性基板之放熱效果而未見起因於溫度上升之發光效率降低。
由上述結果可確認，依據實施例2的發光二極體及發光二極體燈，可構成能發出具有655nm以上的發光波長的光之發光層，且可實現100ns以下的響應速度(此情況為23.3ns)。
更確認了依機能性基板的放熱效果可實現放熱特性優異的發光二極體。
(實施例14)
實施例14的發光二極體(第3實施形態)，除了使用作為機能性基板之厚度為100μm的Ge層(熱傳導率60W/mK)來取代作為機能性基板之厚度為150μm的GaP層(熱傳導率110W/mK)以外，其餘部分製造成和實施例13的發光二極體相同。
實施例14的發光二極體之構成要素的一部分顯示於表1，評估安裝有實施例3的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表2。
如表2所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是660.5nm(655nm以上的值)的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)，係反映在構成化合物半導體層的變形調整層與機能性基板之接合界面的低電阻及各歐姆電極的良好歐姆特性，成為1.8伏特(V)。
又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為4.3mW(3mW以上)，獲得良好的結果。
組裝後所有的發光二極體中之峰值發光波長的偏差(最大-最小)為2.4nm，獲得良好的結果。又，發光之上升的響應速度(Tr)為20.5ns，獲得100ns以下的良好結果。且在表面缺陷的檢查中，未見表面缺陷。
又，在實施例14的發光二極體發光之際，由於機能性基板之放熱效果而未見起因於溫度上升之發光效率降低。
由上述結果可確認，依據實施例14的發光二極體及發光二極體燈，可構成能發出具有655nm以上的發光波長的光之發光層，且可實現100ns以下的響應速度(此情況為20.5ns)。
更確認了依機能性基板的放熱效果可實現放熱特性優異的發光二極體。
(實施例15)
實施例15的發光二極體(第3實施形態)，除了使用作為機能性基板之厚度為100μm的Si層(熱傳導率126W/mK)來取代作為機能性基板之厚度為150μm的GaP層(熱傳導率110W/mK)以外，其餘部分製造成和實施例13的發光二極體相同。
實施例15的發光二極體之構成要素的一部分顯示於表1，評估安裝有實施例15的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表2。
如表2所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是660.7nm(655nm以上的值)的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)，係反映在構成化合物半導體層的變形調整層與機能性基板之接合界面的低電阻及各歐姆電極的良好歐姆特性，成為1.8伏特(V)。
順向電流設成20mA之際的發光輸出為4.3mW(3mW以上)，獲得良好的結果。
組裝後所有的發光二極體中之峰值發光波長的偏差(最大-最小)為2.3nm，獲得良好的結果。又，發光之上升的響應速度(Tr)為22.8ns，獲得100ns以下的良好結果。且在表面缺陷的檢查中，未見表面缺陷。
又，在實施例15的發光二極體發光之際，由於機能性基板之放熱效果而未見起因於溫度上升之發光效率降低。
由上述結果可確認，依據實施例15的發光二極體及發光二極體燈，可構成能發出具有655nm以上的發光波長的光之發光層，且可實現100ns以下的響應速度(此情況為22.8ns)。
更確認了依機能性基板的放熱效果可實現放熱特性優異的發光二極體。
(實施例16)
實施例16的發光二極體(第2實施形態)，除了使用包含未摻雜的Ga0.38 In0.62 P的2層之變形發光層和組成是(Al0.53 Ga0.47 )0.5 In0.5 P的1層的阻障層(單層的厚度為30nm)交互積層而成的發光層來取代實施例12的設在發光二極體的發光層以外，其餘部分製造成和實施例12的發光二極體相同。
實施例16的發光二極體之構成要素的一部分顯示於表1，評估安裝有實施例16的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表2。
如表2所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是675.2nm(655nm以上的值)的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)，係反映在構成化合物半導體層的變形調整層與機能性基板之接合界面的低電阻及各歐姆電極的良好歐姆特性，成為1.8伏特(V)。
順向電流設成20mA之際的發光輸出為3.6mW((3mW以上)，獲得良好的結果。)。
組裝後所有的發光二極體中之峰值發光波長的偏差(最大-最小)為2.5nm，獲得良好的結果。又，發光之上升的響應速度(Tr)為24.3ns，獲得100ns以下的良好結果。且在表面缺陷的檢查中，未見表面缺陷。
又，在實施例16的發光二極體發光之際，由於機能性基板之放熱效果而未見起因於溫度上升之發光效率降低。
由上述結果可確認，依據實施例16的發光二極體及發光二極體燈，可構成能發出具有655nm以上的發光波長的光之發光層，且可實現100ns以下的響應速度(此情況為24.3ns)。
更確認了依機能性基板的放熱效果可實現放熱特性優異的發光二極體。
(比較例1)
比較例1的發光二極體，除了變更設置於實施例2的發光二極體之變形發光層的積層數及阻障層的積層數之外，其餘部分建構成和實施例2的發光二極體相同。
比較例1為，發光二極體的發光層係形成具有11層的變形發光層(合計的厚度110nm)和10層的阻障層(合計的厚度300nm)。比較例1之發光層的厚度設成410nm。
評估安裝有比較例1的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是660.5m的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)大約為2伏特(V)。又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為3.7mW。組裝後所有的發光二極體燈中之峰值發光波長的偏差成為2.4nm。發光之上升的響應速度(Tr)為43ns且未見表面缺陷。
由上述結果可確認，發光層的厚度設成410nm的比較例1之發光二極體及發光二極體燈並無法實現35ns以下的響應速度(此情況為43ns)。
(比較例2)
比較例2的發光二極體，除了變更設置於實施例7的發光二極體之變形發光層的積層數及阻障層的積層數之外，其餘部分建構成和實施例7的發光二極體相同。
比較例2為，發光二極體的發光層係形成具有12層的變形發光層(合計的厚度204nm)和11層的阻障層(合計的厚度209nm)。比較例2之發光層的厚度設成413nm。
評估安裝有比較例2的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是659.5m的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)大約為1.9伏特(V)。又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為3.9mW。組裝後所有的發光二極體燈中之峰值發光波長的偏差成為2.2nm。發光之上升的響應速度(Tr)為50ns且未見表面缺陷。
由上述結果可確認，發光層的厚度設成413nm的比較例2之發光二極體及發光二極體燈並無法實現35ns以下的響應速度(此情況為50ns)。
(比較例3)
比較例3的發光二極體，除了變更設置於實施例2的發光二極體之變形發光層的組成、厚度及積層數、以及阻障層的積層數之外，其餘部分建構成和實施例2的發光二極體相同。
變形發光層的組成係設成Ga0.38 In0.62 P。變形發光層的厚度設成5nm。又，變形發光層的積層數設成21，阻障層的積層數設成20。
亦即，比較例3中，發光二極體的發光層係形成具有21層的變形發光層(合計的厚度105nm)和20層的阻障層(合計的厚度600nm)。
比較例3之發光層的厚度係設成705nm。
評估安裝有比較例3的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是651.5m的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)大約為2伏特(V)。又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為3.1mW。組裝後所有的發光二極體燈中之峰值發光波長的偏差成為5.1nm。發光之上升的響應速度(Tr)為42ns且未見表面缺陷。
從上述結果可確認，即使構成發光層之變形發光層的積層數是在1～7的範圍內(此情況為5)，在發光層的厚度超過250nm的情況(此情況為705nm)，發光之上升的響應速度(Tr)比35ns慢。
(比較例4)
比較例4的發光二極體，除了變更設置於實施例2的發光二極體之積層數及阻障層的積層數之外，其餘部分建構成和實施例2的發光二極體相同。變形發光層的積層數係設成21，阻障層的積層數係設成20。
亦即，比較例4中，發光二極體的發光層係形成具有21層的變形發光層(合計的厚度210nm)和20層的阻障層(合計的厚度600nm)。
比較例3之發光層的厚度設成810nm。
評估安裝有比較例4的發光二極體之發光二極體燈的特性之結果顯示於表1。如表1所示，在n型及p型歐姆電極間流通電流後，隨即射出峰值發光波長是660nm的紅色光。
又，順向流通20毫安培(mA)的電流之際的順向電壓(Vf)大約為2伏特(V)。
又，順向電流設成20mA之際的發光輸出為2.5mW。組裝後所有的發光二極體燈中之峰值發光波長的偏差成為7.1nm。發光之上升的響應速度(Tr)為係65ns且未見表面缺陷。
由上述結果可確認，發光層的厚度設成810nm的比較例4之發光二極體及發光二極體燈並無法實現35ns以下的響應速度(此情況為65ns)。
[產業上可利用性]
提供一種有關發光二極體及具備發光二極體之發光二極體燈，即響應速度快的發光二極體及發光二極體燈。本發明的發光二極體可利用於植物生長用的發光二極體、高壓電路等中用在電氣信號傳達的高速耦合用發光二極體等。
1．．．發光二極體
2．．．化合物半導體層
3．．．機能性基板
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．．．變形調整層
9．．．下部披覆層
10．．．發光層
11．．．上部披覆層
12．．．變形發光層
13．．．阻障層
14．．．GaAs基板
15．．．緩衝層
16．．．接觸層
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．．．角度
51．．．發光二極體
53．．．GaAs基板
54．．．反射構造體
55．．．機能性基板
56．．．n型歐姆電極(第1電極)
58．．．p型歐姆電極(第2電極)
61．．．第1金屬層
62．．．第2金屬層
64．．．透明導電膜
65．．．反射層
71．．．發光二極體
72．．．金屬層
73．．．金屬層
75．．．機能性基板
圖1係具備本發明第1實施形態的發光二極體之發光二極體燈的俯視圖。
圖2係沿著圖1中所示發光二極體燈的A-A’線之剖面示意圖。
圖3係沿著圖1所示發光二極體的俯視圖。
圖4係沿著圖3所示發光二極體的B-B’線之剖面示意圖。
圖5係用以說明圖4所示發光層的構成之放大剖面圖。
圖6係用在本發明一實施形態的發光二極體之磊晶晶圓的剖面示意圖。
圖7係用在本發明一實施形態的發光二極體之接合晶圓的剖面示意圖。
圖8係顯示有關本發明第2實施形態的發光二極體之一例子的剖面圖。
圖9A係顯示有關本發明第2實施形態的發光二極體的製造步驟的一步驟之剖面圖，係顯示使第1及第2金屬層對向配置的狀態圖。
圖9B係顯示有關本發明第2實施形態的發光二極體的製造步驟的一步驟之剖面圖，係顯示第1及第2金屬層被壓接而形成包含第1及第2金屬層的機能性基板之狀態圖。
圖10係顯示有關本發明第2實施形態的發光二極體的製造步驟之剖面圖。
圖11係顯示有關本發明第2實施形態的發光二極體的製造步驟之剖面圖。
圖12係顯示有關本發明第2實施形態的發光二極體的製造步驟之剖面圖。
圖13係顯示有關本發明第2實施形態的發光二極體的製造步驟之剖面圖。
圖14係顯示有關本發明第2實施形態的發光二極體的製造步驟之剖面圖。
圖15係顯示有關本發明第2實施形態的發光二極體的製造步驟之剖面圖。
圖16A係顯示有關本發明第3實施形態的發光二極體之一例子的剖面圖，係第3實施形態之發光二極體的俯視圖。
圖16B係圖16A所示發光二極體的A-A’線方向之概略剖面圖。
10．．．發光層
11．．．上部披覆層
12．．．變形發光層
13．．．阻障層

Claims (27)

  1. 一種發光二極體，其特徵為：具備有n層的變形發光層及包含n-1層的阻障層的發光層之pn接合型的發光部，阻障層存在時，前述發光層具有1層的變形發光層和1層的阻障層呈交互地積層的構成，將前述n設成1~7的整數，且前述發光層的厚度為250nm以下，變形發光層的組成式為(AlX Ga1 -X )Y In1 -Y P(0≦X≦0.1，0.37≦Y≦0.46)，前述發光部的發光光譜之峰值發光波長為655~675nm的範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中前述變形發光層的組成式為GaX In1 -X P(0.37≦X≦0.46)。
  3. 如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中具有化合物半導體層，該化合物半導體層至少包含前述發光部及積層於前述發光部的變形調整層。
  4. 如申請專利範圍第3項之發光二極體，其中前述化合物半導體層具有取光面，且於位在前述取光面的相反側之前述化合物半導體層的面設有機能性基板與其接合。
  5. 如申請專利範圍第4項之發光二極體，其中前述機能性基板為光透射性基板。
  6. 如申請專利範圍第4項之發光二極體，其中前述機能性基板的材質為GaP。
  7. 如申請專利範圍第4項之發光二極體，其進一步具備：設置在前述化合物半導體層的前述取光面側之第1及第2電極；及設置在前述機能性基板的背面之連接用的第3電極。
  8. 如申請專利範圍第4項之發光二極體，其中前述化合物半導體層和前述機能性基板係透過反射構造體而接合。
  9. 如申請專利範圍第4項之發光二極體，其中前述機能性基板的材質為金屬。
  10. 如申請專利範圍第4項之發光二極體，其中前述機能性基板的材質為GaP、Si、Ge中任一者。
  11. 如申請專利範圍第4項之發光二極體，其中具備：設置在前述化合物半導體層之前述取光面側的第1電極；及設置在前述化合物半導體層和反射構造體之間的第2電極。
  12. 如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中前述變形發光層的厚度係在8~30nm的範圍內。
  13. 如申請專利範圍第3項之發光二極體，其中前述變形調整層係可透射前述發光部發光之際的光，且具有比前述變形發光層及前述阻障層的晶格常數還小的晶格常數。
  14. 如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中前述阻障層的組成式為(AlX Ga1 -X )Y In1 -Y P(0.3≦X≦0.7， 0.48≦Y≦0.52)。
  15. 如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中前述發光部為，在前述變形發光層之上下面當中至少一面具有彼覆層，且前述披覆層的組成式為(AlX Ga1 -X )Y In1 -Y P(0.5≦X≦1，0.48≦Y≦0.52)。
  16. 如申請專利範圍第3項之發光二極體，其中前述變形調整層的組成式為(AlX Ga1 -X )Y In1 -Y P(0≦X≦1，0.6≦Y≦1)。
  17. 如申請專利範圍第3項之發光二極體，其中前述變形調整層的組成式為AlX Ga1 -X As1 -Y PY (0≦X≦1，0.6≦Y≦1)。
  18. 如申請專利範圍第3項之發光二極體，其中前述變形調整層的材質為GaP。
  19. 如申請專利範圍第3項之發光二極體，其中前述變形調整層的厚度係在0.5~20μm的範圍內。
  20. 如申請專利範圍第4項之發光二極體，其中前述機能性基板的側面係具有：在接近前述化合物半導體層之側對前述取光面大致垂直的垂直面；在偏離前述化合物半導體層之側相對於前述取光面朝內側傾斜且與前述垂直面構成一體的傾斜面。
  21. 如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中前述變形發光層的發光波長700nm的發光強度，係未滿峰值發光波長的發光強度之10%。
  22. 如申請專利範圍第4項之發光二極體，其中前述取光面係包含粗糙面。
  23. 如申請專利範圍第1項之發光二極體，其係用以促進植物生長的光合作用之發光二極體。
  24. 如申請專利範圍第23項之發光二極體，其中前述發光光譜的半值寬係在10~40nm的範圍內。
  25. 如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中前述發光部的響應速度是35ns以下。
  26. 一種發光二極體燈，其特徵為：具備：表面形成有電極端子的安裝基板及申請專利範圍第1項之發光二極體，前述發光二極體係安裝於前述安裝基板，前述發光二極體係與前述電極端子電氣連接。
  27. 如申請專利範圍第26項之發光二極體燈，其中前述發光二極體係具有至少包含前述發光部及積層於前述發光部的變形調整層之化合物半導體層，前述化合物半導體層具有取光面，在前述取光面的相反側，具有接合於前述化合物半導體層的面之機能性基板，在前述取光面側具有第1及第2電極，在前述機能性基板的背面具有連接用的第3電極，使設於前述發光二極體的前述第1或第2電極與設於前述機能性基板的前述第3電極連接成大致同電位。
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