專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法以及發(fā)光二極管燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管及其制造方法以及發(fā)光二極管燈。本申請基于2009年2月20日在日本申請的特愿2009-038238主張優(yōu)先權，在此引用其內(nèi)容。
背景技術：
以往，作為發(fā)出紅色、橙色、黃色或者黃綠色可見光的高亮度發(fā)光二極管(英語簡稱=LED)，已知具有包括磷化鋁鎵銦(組成式(ALxGa1^x) γΙηι_γΡ ；0彡X彡1，0彡Y彡1)的發(fā)光層的化合物半導體LED。這樣的LED中具有包括(ALxGi^x) γΙηι_γΡ ；0彡X彡1，0彡Y彡1) 的發(fā)光層的發(fā)光部，一般而言在對于從發(fā)光層出射的發(fā)光在光學上不透明且在機械上強度不大的砷化鎵(GaAs)等基板材料上形成。因此，最近，公開了如下技術為了得到更高亮度的可視LED，并且，以進一步提高元件的機械強度為目的，除去對于發(fā)出的光不透明的基板材料，然后，改為接合由透過或反射發(fā)出的光且機械強度優(yōu)異的材料形成的支持體層(基板)，構成接合型LED (例如，參照專利文獻1 7)。并且，在使用了 LED的封裝技術中，普及了在以往的單色的基礎上，作為全彩色用，將藍、綠、紅色LED芯片放入同一封裝，同時發(fā)出三色，能夠再現(xiàn)以白色為代表的寬度大的發(fā)光色的LED產(chǎn)品。并且，專利文獻8中記載了在粘接有金屬層以及反射層的有機粘接層埋入歐姆金屬(ohmic metal)的發(fā)光元件。專利文獻1 專利第3230638號公報專利文獻2 特開平6-3(^857號公報專利文獻3 特開2002-246640號公報專利文獻4 專利第2588849號公報專利文獻5 特開2001-57441號公報專利文獻6 特開2007-81010號公報專利文獻7 特開2006_3四52號公報專利文獻8 特開2005-236303號公報

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，通過開發(fā)基板接合技術，能夠作為支持體層適用的基板的自由度增加， 提出了在成本方面、機械強度等具有很大優(yōu)勢的Si、Ge、金屬、陶瓷、GaP基板等的適用。但是，上述基板，存在如下問題對于從在封裝內(nèi)搭載的其他LED的發(fā)光吸收很大，損失發(fā)光，向封裝外取出光的效率變低。例如，GaP基板對于紅色透明，但對于藍色，光的吸收很大。特別是，全彩色用時，因為紅、綠、藍三色的LED芯片相鄰配置，例如，通過紅色發(fā)光的AKialnP發(fā)光二級管芯片的基板，不僅僅是自己的紅色，相鄰的藍色、綠色LED芯片的發(fā)光也吸收，存在封裝全體的發(fā)光效率低下的問題。本發(fā)明是鑒于上述情況做出的，目的在于提供在封裝內(nèi)能夠減少從LED芯片的發(fā)光的損失，并且提高從封裝取出光的光取出效率的高亮度的發(fā)光二極管及其制造方法以及發(fā)光二極管燈。也就是說，本發(fā)明涉及以下內(nèi)容。(1) 一種發(fā)光二極管，其特征在于具備包含具有發(fā)光層的發(fā)光部的化合物半導體層和基板，在所述基板的側(cè)面設置有比該基板反射率高的外部反射層。(2)如上述(1)所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述化合物半導體層和所述基板接合，所述基板是Si、Ge、金屬、陶瓷、GaP的任一種。(3)如上述(1)或者(2)所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述外部反射層在外部光的波段反射率是90%以上。(4)如上述(1)至(3)中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述外部反射層由包含銀、金、銅、鋁的至少一種的金屬構成。(5)如上述(1)至中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于在所述外部反射層的表面設置有穩(wěn)定化層。(6)如(1)至(5)中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于在所述化合物半導體層和所述基板之間設置有內(nèi)部反射層。(7)如上述(1)至(6)中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述外部反射層通過電鍍法形成。(8)如上述(1)至(7)中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述發(fā)光層包含 AlGaInP 或者 AlGaAs 層。(9) 一種發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于包括在半導體基板上形成包含具有發(fā)光層的發(fā)光部的化合物半導體層的工序；接合所述化合物半導體層和基板的工序；除去所述半導體基板的工序；以及在所述基板的側(cè)面形成外部反射層的工序。(10)如上述(9)所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于在所述基板的側(cè)面形成反射外部光的外部反射層的工序包含電鍍工序。(11) 一種發(fā)光二極管燈，搭載兩個以上發(fā)光二極管，其特征在于至少搭載一個以上如上述(1)至(8)任一項所述的發(fā)光二極管。(12)如上述(11)所述的一種發(fā)光二極管燈，其特征在于搭載的發(fā)光二極管的發(fā)光波長不同。(13)如上述(11)或(1 所述的發(fā)光二極管燈，其特征在于搭載的發(fā)光二極管的芯片高度不同。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管，成為在基板的側(cè)面設置有比該基板反射率高的外部反射層的結構。該外部反射層，例如，因為反射從封裝內(nèi)相鄰的LED芯片的發(fā)光等外部光，能夠在封裝內(nèi)減低從LED芯片的發(fā)光的損失。因此，能夠提供能夠提高從封裝取出光的光取出效率的高亮度的發(fā)光二極管。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法，成為包括在基板的側(cè)面形成比該基板反射率高的外部反射層的工序的結構。因此，能夠可靠的制造上述發(fā)光二極管。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管燈，具有在搭載了兩個以上發(fā)光二極管的發(fā)光二極管燈中搭載至少一個以上上述發(fā)光二極管的結構。因為設置于上述發(fā)光二極管的外部反射層反射從在封裝內(nèi)相鄰的LED芯片的發(fā)光，能夠在封裝內(nèi)降低從LED芯片的發(fā)光的損失。因此， 能夠提供能夠提高從封裝取出光的光取出效率的發(fā)光二極管燈。


圖1是表示作為本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管的圖，(a)是平面圖，(b)是沿著(a)中表示的A-A’線的剖面圖。圖2是用于說明作為本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管的接合部分的擴大剖面圖。圖3是作為本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管中使用的外延片的剖面模式圖。圖4是作為本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管中使用的接合片的剖面示意圖。圖5是表示作為本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管燈的圖，(a)是平面圖，(b) 是沿著(a)中表示的B-B’線的剖面圖。圖6是用于說明本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管燈的圖，(a)是平面圖，(b)是沿著(a) 中表示的C-C’線的剖面圖。
具體實施例方式以下，使用附圖詳細說明作為適用了本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管以及發(fā)光二極管燈。以下說明中使用的附圖，為了容易理解特征，存在為了方便將作為特征的部分擴大化表示的情況，不限于各構成要素的尺寸比例等與實際相同。<發(fā)光二極管>對通過在基板上外延成長的一般的制法制作的發(fā)光二極管，本發(fā)明能夠適用。但是，進一步，對使用了基板選擇增加的接合基板的發(fā)光二極管適用本發(fā)明更加理想。例如， 關于GaAs基板，在As溶解在電鍍液的情況下，化學品廢棄時As處理變得必要。并且，根據(jù)電鍍液的種類不同，也存在As縮短電鍍液的壽命的情況。另一方面，藍寶石基板表面是非活性的，是一種難以電鍍的材料。優(yōu)選能夠容易電鍍的接合型。特別是金屬基板是能夠簡易電鍍的適當?shù)牟牧?。首先，說明關于適用了本發(fā)明的作為一個實施方式的發(fā)光二極管的結構。如圖1(a)以及圖1(b)所示，本實施方式的發(fā)光二極管(LED)l，大概構成為化合物半導體層2和基板3接合，在此基板3的側(cè)面設置有比基板3反射率高的外部反射層4。 具體的，關于發(fā)光二極管1，化合物半導體層2和基板3經(jīng)由金屬連接層5接合。并且，在化合物半導體層2的上表面設置有第一電極6，在基板3的底面設置有第二電極7。化合物半導體層2只要是包含pn接合型的發(fā)光部8，并不特別進行限定。發(fā)光部 8例如是包含作為紅色光源的包括((ALxGa1^x) γΙηι_γΡ ；0彡X彡1，0彡Y彡1)的發(fā)光層9的化合物半導體的層疊構造體。并且，作為紅色以及紅外發(fā)光的發(fā)光層9，能夠使用ALxGa(1_x) As。此發(fā)光部8，能夠作為全彩色用的紅色光源使用，能夠與使用了 InGaN系的發(fā)光部的藍色、綠色光源在同一封裝內(nèi)使用。并且，發(fā)光部8，具體而言，例如，如圖1(b)所示，由下部包覆層10、發(fā)光層9、上部包覆層11依次層疊構成。 發(fā)光層9還能夠由無摻雜的、η型或者ρ型的任一傳導型的((ALxGa1J YIrVYP(0彡X彡1，0彡Y彡1)構成。該發(fā)光層9可以采用雙異質(zhì)構造、單一(single)量子阱(英語簡稱SQW)構造、或者多重(multi)量子阱(英語簡稱MQW)構造中的某一個， 為了得到單色性優(yōu)異的發(fā)光，優(yōu)選采用MQW構造。并且，構成成為量子阱(英語簡稱QW)構造的障壁(barrier)層以及勢阱(well)的((ALxGa1^x)γΙηι_γΡ ；0彡X彡1，0彡Y彡1)的組成，能夠決定為在勢阱層內(nèi)形成歸結期望的發(fā)光波長的量子能級。關于發(fā)光部8，構造為包含所述發(fā)光層9;為了將帶來輻射復合的載體(擔體； carrier)以及發(fā)光“局限”在發(fā)光層9，在發(fā)光層9的下側(cè)以及上側(cè)對峙配置的下部包覆 (clad)層10以及上部包覆層11的、所謂雙異質(zhì)結構(英語簡稱DH)，由此在得到高強度的發(fā)光方面理想。優(yōu)選，下部包覆層10以及上部包覆層11由比構成發(fā)光層9的(ALxGa1J YIrVYP(0彡X彡1，0 < Y彡1)禁止帶寬更廣的半導體材料構成。并且，在發(fā)光層9和下部包覆層10以及上部包覆層11的之間，可以設置用于使兩層中的波段(band)不連續(xù)性緩慢變化的中間層。此種情況下，優(yōu)選，中間層由具有在發(fā)光層9與下部包覆層10以及上部包覆層11中間的禁止帶寬的半導體材料構成。并且，在發(fā)光部8的上方，可以設置用于減少歐姆(Ohmic)電極的接觸電阻的接觸層、將元件驅(qū)動電流平面的擴散到發(fā)光部全體的電流擴散層、用于相反的限制元件驅(qū)動電流的流通區(qū)域的電流阻止層、電流狹窄層等公知的層構造。進一步的，發(fā)光部8的上表面?zhèn)?(以及底面?zhèn)?的極性可以是P型、η型中的某一種?；?，如圖1 (b)所示，以提高發(fā)光二極管1的機械強度等為目的設置。基板3的材質(zhì)沒有特別的限定，能夠根據(jù)目的適當選擇。作為基板3的材質(zhì)，例如，能夠使用Si、Ge、 GaP半導體、金屬、AIN、氧化鋁等的陶瓷等。具體的，例如，作為基板3的材質(zhì)使用Si、Ge的情況下，特別具有能夠?qū)崿F(xiàn)大口徑化、加工性、機械強度的優(yōu)點。并且，例如，使用作為金屬的銅合金系基板作為基板3的情況，具有低成本、熱傳導優(yōu)良的優(yōu)點。并且，在后述的外部反射層4的形成中，金屬基板、熱傳導良好的AIN、SiC是在容易應用于電鍍工藝的方面上合適的基板材料?；?的厚度沒有特別的限定，從光的取出效率、加工容易度來考慮，希望薄，但是，優(yōu)選根據(jù)材質(zhì)適當優(yōu)化，使得不發(fā)生安裝時的破損和缺損、翻轉(zhuǎn)而導致收獲率低下。外部反射層4，如圖1(b)所示，覆蓋基板3的側(cè)面以及底面、在基板3的上表面連接的金屬連接層的側(cè)面、在基板3的底面設置的第二電極7的側(cè)面。此外部反射層4，主要為了反射外部光而設置在發(fā)光二極管1的外周部分(外部)。并且，外部反射層4，如后所述，優(yōu)選通過電鍍法形成。作為外部反射層4的材質(zhì)，雖然沒有特別限定，但是能夠使用在外部光的波段中反射率在90%以上的材料。其中，優(yōu)選，使用在可見光區(qū)域的整個區(qū)域中反射率為90%的銀、鋁、或者它們的合金。另一方面，作為在可見光區(qū)域的一部分的波段中反射率為90%以上的材料，例如， 可以以金、銅為例。如此，金在波長長于大約550nm時反射率高，大約590nm時反射率超過 90%。并且，銅在波長長于大約600nm時反射率高，大約610nm時反射率超過90%。如此， 外部反射層4的材質(zhì)能夠根據(jù)外部光的波段適當選擇。
如此，以往的發(fā)光二極管，使用GaAs、Si、Ge基板作為基材的情況下，存在光的吸收很大的問題。并且，例如，作為基材使用銅合金系的基板的情況下，存在對紅色的發(fā)光的反射率高，但對藍色、綠色的發(fā)光的光吸收大的問題。與此相對，本實施方式的發(fā)光二極管1 中，作為基材3使用了 Si或者Ge基板、銅合金系的基板的情況，由于能夠根據(jù)外部光的波長區(qū)域適當選擇外部反射層4的材質(zhì)，所以能夠減低基板3的側(cè)面中的外部光的吸收。并且，優(yōu)選，根據(jù)外部反射層4的材質(zhì)，為了使外部反射層4穩(wěn)定化而設置穩(wěn)定化層(省略圖示)。作為此穩(wěn)定化層，例如，可以在外部反射層4的表面施加處理，也可以形成保護膜。更具體的，在使用銀作為外部反射層4的情況，銀在空氣中變成硫化銀而黑色化。 因此，能夠通過使用防銹的化學品處理外部反射層4的表面，從而形成穩(wěn)定化層。并且，作為外部反射層4的材質(zhì)，也可以適用非金屬。具體的，例如，能夠根據(jù)發(fā)光光的波長區(qū)域適當選擇白色的氧化鋁、AIN、樹脂、它們的混合物等。并且，選擇非金屬作為外部反射層4的材質(zhì)的情況下，存在需要對外部反射層4的形成花費功夫的情況。金屬連接層5，如圖1(b)所示，設置在化合物半導體層2和基板3之間，具有可以高亮度化、導通性、安裝工序的穩(wěn)定化的層疊構造。具體的，金屬連接層5，如圖2所示，大致構成為從化合物半導體層2的底面?zhèn)绕鹬辽賹盈B內(nèi)部反射層12、屏障層13、連接層14。內(nèi)部反射層12，以發(fā)光二極管1的高亮度化為目的，為了主要反射從發(fā)光部8向基板3側(cè)放出的光而高效地取出到外部而設置。此內(nèi)部反射層12，如圖2所示，優(yōu)選，具有包括反射膜1 和透明導電膜12b的反射率高的反射構造。作為反射膜12a，能夠適用反射率高的金屬。具體的，例如，列舉出銀、金、鋁、白金以及這些金屬的合金。透明導電膜12b，設置在基板3以及反射膜1 之間。此透明導電膜12b，在基板3 是半導體基板的情況下，能夠防止構成反射膜12a的金屬和構成基板3的半導體基板間的擴散·反應。由此，能夠抑制內(nèi)部反射層12的反射率的低下。并且，作為透明導電膜12b， 例如，優(yōu)選使用氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)等。屏障層13，如圖2所示，設置在內(nèi)部反射層12和連接層14之間。此屏障層14具有抑制構成內(nèi)部反射層12的金屬和構成連接層14的金屬相互擴散，防止內(nèi)部反射12的反射率降低的功能。作為屏障層14，例如能夠適用鎢、鉬、鈦、白金、鉻、鉭等公知的高熔點金
jM ο連接層14，如圖2所示，設置在與基板3相對的一側(cè)。作為此連接層14，優(yōu)選由電阻低、在低溫下能夠連接的材質(zhì)，也就是包括低熔點的金屬的層(低熔點金屬層)Ha構成。作為此低熔點金屬層14a，可以使用IruSn金屬以及公知的焊接材料，優(yōu)選使用化學上穩(wěn)定、熔點低的Au系的共晶金屬材料。作為此Au系的共晶金屬材料，能夠列舉例如AuSn、AuGe、AuSi等。并且，優(yōu)選，在使用Au系的共晶金屬材料作為低熔點金屬層1 的情況下，在低熔點金屬層Ha的前后形成Au層14b。通過如此形成Au層14b，由于熔融后組成改變，熔點變高，能夠提高安裝工序中的耐熱性。第一電極6是在化合物半導體層2的上表面設置的低電阻的歐姆接觸電極。另一方面，第二電極7是在基板3的底面設置的低電阻的歐姆接觸電極。本實施方式中，第一電極6的極性為η型并且第二電極7的極性為ρ型，或者第一電極6的極性為ρ型并且第二電極7的極性為η型。第一電極6為例如η型歐姆電極的情況下，例如，能夠使用AuGe、AuSi等形成。另一方面，第二電極為例如P型歐姆電極的情況，例如，能夠使用AuBe、Auai等形成。并且，為了對應于通過引線接合的安裝，在第一以及第二電極6，7的表面材質(zhì)中一般使用金。并且， 為了在發(fā)光部8使電流均勻擴散，優(yōu)選，對于發(fā)光部8，在第一電極6的形狀、配置上花費功夫。關于第一電極6的形狀、配置，沒有特別限制，能夠適用公知技術。<發(fā)光二極管的制造方法>接著，說明關于本實施方式的發(fā)光二極管1的制造方法。本實施方式的發(fā)光二極管1的制造方法，至少包含在半導體基板上形成包含具有發(fā)光層的發(fā)光部的化合物半導體層的工序、和在所述基板的側(cè)面形成外部反射層的工序。進一步的，在接合高亮度的基板的發(fā)光二極管的情況下，追加接合所述化合物半導體層和基板的工序、和除去所述半導體基板的工序。(化合物半導體層的形成工序)首先，如圖3所示，制作化合物半導體層2。例如在包括GaAs單結晶等的半導體基板15上依次層疊包括摻雜了 Si的η型GaAs的緩沖層16、蝕刻終止層(圖示略)、包括摻雜了 Si的η型AWaInP的接觸層17、η型的上部包覆層11、發(fā)光層9、ρ型的下部包覆層 10、摻雜了 Mg的ρ型GaP層18，制作化合物半導體層2。在此，緩沖層(buffer) 16設置為用于緩和半導體基板15以及發(fā)光部8的構成層的晶格失配。并且，蝕刻終止層設置為用于選擇蝕刻。具體的，構成上述化合物半導體層2的各層，例如，能夠通過作為III族構成元素的原料而使用了三甲基鋁((CH3)3Al)、三甲基鎵((CH3)3Ga)、以及三甲基銦((CH3)3In)的減壓有機金屬化學氣相沉積法(M0CVD法)在GaAs基板15上外延成長而層疊。作為Mg的摻雜原料，能夠使用例如二茂鎂(bis-(C5H5)2Mg)等。并且，作為Si的摻雜原料，能夠使用例如乙硅烷(Si2H6)等。并且，作為V族構成元素的原料，能夠使用磷化氫(PH3)和三氫化砷 (AsH3)。并且，作為各層的成長溫度，對ρ型GaP層18能夠使用750°C，在其他的各層能夠適用730°C。進一步的，各層的載體濃度以及層厚能夠適當選擇。(基板的接合工程)接著，接合化合物半導體層2和基板3?；衔锇雽w層2和基板3的接合，首先， 研磨構成化合物半導體層2的ρ型GaP層18的表面，進行鏡面加工。接著，如圖4所示，在ρ型GaP層18的鏡面加工后的表面，形成歐姆電極。具體的， 例如，通過真空蒸鍍法層疊AuBe/Au使得為任意的厚度。之后，利用一般性的光刻方法進行圖案形成，得到期望的形狀。接著，形成金屬連接層5。關于金屬連接層5的形成，具體而言，例如，在P型GaP層18的鏡面加工后的表面，通過濺射法將作為透明導電膜12b的ITO 膜進行0. 1 μ m成膜后，將作為反射膜12a的銀合金膜進行0. 1 μ m成膜而形成內(nèi)部反射層 12。然后在該內(nèi)部反射層12之上，例如將鎢進行0. 1 μ m成膜作為屏障層13，然后，在該屏障層13之上依次將Au層14b進行0.5μπι成膜，將作為低熔點金屬層1 的AuSn (共晶 熔點283°C )進行1 μ m成膜，將Au進行0. 1 μ m成膜形成連接層14。然后，準備粘貼于ρ型GaP層18的鏡面研磨后的表面的基板3。作為基板3，例如， 使用熱膨脹系數(shù)與發(fā)光部8同等的Ge基板。在該基板3的表面，例如，將白金以0. 1 μ m的厚度、將金以0. 5 μ m的厚度成膜。然后，將化合物半導體層2和基板3搬入普通的半導體材料粘貼裝置，將裝置內(nèi)進行排氣成為真空。然后，在維持真空的粘貼裝置內(nèi)使雙方的表面重合，進行加熱而施加載荷，由此能夠進行接合(參照圖4)?；衔锇雽w層2和基板3的連接方法，不限于使用了上述連接金屬層5的方法， 可以使用擴散接合、粘貼劑、常溫接合方法等公知的技術，可以適當選擇接合方法適合的構造?！窗雽w基板的除去工序〉然后，從與基板3接合的化合物半導體層2，通過氨系侵蝕劑選擇性的除去包括 GaAs的半導體基板15以及緩沖層16。<第一和第二電極的形成工序>然后，形成第一電極6，關于第一電極6的形成，在露出的接觸層17的表面形成η 型歐姆電極。具體而言，例如，通過真空蒸鍍法，以使得變?yōu)槿我夂穸鹊姆绞綄盈BAuGe、Ni 合金/Pt/Au之后，通過普通的光刻法進行圖案形成，以任意形狀形成第一電極6。然后，形成第二電極7，關于第二電極7的形成，在基板3的底面形成歐姆電極。 具體而言，例如，將白金以0. 1 μ m的厚度、將金以0. 5 μ m的厚度成膜。然后，例如通過在 450°C，3分鐘的條件下進行熱處理從而合金化，能夠分別形成低電阻的η型和ρ型歐姆電極。<切斷工序>然后，將發(fā)光二極管1切斷成芯片形狀。具體而言，首先，在切斷成芯片之前，通過蝕刻除去切斷區(qū)域的發(fā)光部8。然后，在發(fā)光部8之上，形成氧化硅等保護膜，因為該保護膜能夠使下一工序及以后的工序變得容易，所以優(yōu)選設置該保護膜。然后，將基板和連接層用激光以0. 7mm的間隙進行切斷。<外部反射層形成工序>然后，在基板3的側(cè)面形成外部反射層4。外部反射層4的形成方法沒有特別限定， 可以使用公知的印刷方法、涂布方法、電鍍方法，特別優(yōu)選能夠均一且簡便的形成金屬覆膜的電鍍方法。在外部反射層4的形成中使用電鍍方法的情況下，具體而言，首先，用對電鍍液具有耐性的粘接片對發(fā)光部8的表面進行保護后，例如，進行銀鍍，由此，能夠在基板3的側(cè)面和底面形成包括作為反射材料的銀的外部反射層4。包括銀的反射膜對可見光(藍、 綠、紅)具有95%以上的反射率。如上所述，能夠制造本實施方式的發(fā)光二極管1。〈發(fā)光二極管燈〉然后，對適用了本發(fā)明的作為一個實施方式的發(fā)光二極管燈的結構進行說明。如圖5(a)和圖5(b)所示，本實施方式的發(fā)光二極管燈21，大致構成為在安裝基板22的表面搭載3個發(fā)光二極管1，31，32。更具體而言，發(fā)光二極管1，如上所述，是使用了 GaAs基板的具有ALGaInP的發(fā)光層8的紅色發(fā)光二極管。發(fā)光二極管31，32是使用了藍寶石基板的具有fe^nN的藍色和綠色發(fā)光二極管。此外，發(fā)光二極管1的芯片高度為大約180 μ m，與此相對發(fā)光二極管31，32為大約80 μ m。此外，在安裝基板22的表面設置有多個η電極端子23和ρ電極端子Μ，發(fā)光二極管1通過銀(Ag)膏固定并支撐(安裝)在安裝基板22的ρ電極端子M上。而且，發(fā)光二極管1的第一電極6和安裝基板22的η電極端子23使用金線25連接(引線接合)，同樣的，發(fā)光二極管31，32通過銀(Ag)膏固定并支撐(安裝)在安裝基板22的ρ電極端子M 上，省略圖示的第一和第二電極通過金線25分別連接于η電極端子23和ρ電極端子24。 接著，設置反射壁26，使得在安裝基板22的表面覆蓋上述發(fā)光二極管1，31，32的周圍，此反射壁沈的內(nèi)側(cè)的空間通過環(huán)氧樹脂等的普通的密封件27密封。如此，本實施方式的發(fā)光二極管燈21成為將紅、藍、綠色發(fā)光二極管組合在同一個封裝內(nèi)的結構(3合1封裝)。對于具有如上所述的結構的發(fā)光二極管燈21，關于使紅色的發(fā)光二極管1和藍色以及綠色發(fā)光的二極管31，32同時發(fā)光的情況進行說明。(內(nèi)部發(fā)光的情況以及外部光的反射)如圖5(b)所示，從各發(fā)光二極管1，31，32的發(fā)光部向上側(cè)的發(fā)光，是主要從光取出面來的光。因此，能夠向發(fā)光二極管燈21的外側(cè)直接取出。并且，從各發(fā)光二極管1，31， 32向下側(cè)的發(fā)光，不能向發(fā)光二極管燈21的外側(cè)直接取出。在此，發(fā)光二極管1，在化合物半導體層2和基板3之間設置有構成金屬接合層5 的內(nèi)部反射層12。因此，由于內(nèi)部反射層12反射發(fā)光二極管1的內(nèi)部光，所以基板3不會吸收從發(fā)光部8的發(fā)光，能夠向發(fā)光二極管燈21的外側(cè)高效的取出。因此，能夠提供高亮度的發(fā)光二極管1以及發(fā)光二極管燈21。并且，從各發(fā)光二極管1，31，32的發(fā)光部向周向的發(fā)光，不能向發(fā)光二極管燈21 的外側(cè)直接取出。在此，發(fā)光二極管燈21，在安裝基板22的表面設置反射壁沈。因此，從發(fā)光二極管向周向的發(fā)光，能夠通過此反射壁26向上側(cè)反射。因此，能夠提高發(fā)光二極管 21的光取出效率。但是，以往的發(fā)光二極管中，在和化合物半導體層連接的基板的側(cè)面沒有設置外部反射層。因此，從各發(fā)光二極管的發(fā)光部向周向的發(fā)光，除了設置在安裝基板22的反射壁26反射的光之外，在照射在相鄰的發(fā)光二極管的基板側(cè)面的情況下，存在在此基板側(cè)面不反射而吸收的情況。因此，存在封裝全體發(fā)光效率降低的問題。與此相對，本實施方式的發(fā)光二極管燈21搭載兩個以上的發(fā)光二極管，具有搭載至少一個以上的在與化合物半導體層2連接的基板3的側(cè)面設置有外部反射層4的發(fā)光二極管1的結構。因此，從相鄰的發(fā)光二極管31，32向周向的發(fā)光，照射在發(fā)光二極管1的基板3的側(cè)面的情況下，也不會被吸收而是通過外部反射層4反射。如此，由于在封裝內(nèi)具有設置了比基板3反射率高的外部反射層4的發(fā)光二極管1，能夠在封裝內(nèi)降低從LED芯片的發(fā)光的損失。如此，能夠提供能夠提高從封裝的光取出效率的高亮度的發(fā)光二極管燈21。本實施方式的發(fā)光二極管燈21中，雖然具有搭載的發(fā)光二極管的發(fā)光波長不同的結構，但是搭載的發(fā)光二極管的發(fā)光波長可以完全相同。并且，本實施方式的發(fā)光二極管燈21中，雖然具有搭載的發(fā)光二極管的芯片高度不同的結構，但是搭載的發(fā)光二極管的芯片高度也可以完全相同。實施例以下使用實施例具體的說明本發(fā)明的效果。并且，本發(fā)明不限定為這些實施例。<比較試驗1>本比較試驗中，具體說明制作本發(fā)明的發(fā)光二極管以及發(fā)光二極管燈的例子。并且，本實施例中制作的發(fā)光二極管是具有AlfeInP發(fā)光部的紅色發(fā)光二極管。并且，本實施例中以如下情況為例，具體的說明本發(fā)明的效果制作比接合基板的發(fā)光二極管更簡便的、包括在GaAs基板上設置的外延層疊構造體(化合物半導體層)的紅色發(fā)光二極管，此外包含這些發(fā)光二極管的發(fā)光二極管燈的情況。(發(fā)光二極管的制作)實施例1以及比較例1的紅色的發(fā)光二極管，首先，使用具備在具有從摻雜了 Si 的η型的(100)面起傾斜了 15°的面的包括GaAs單結晶的半導體基板上依次層疊的半導體層的外延片進行了制作。層疊的半導體層是，包括摻雜了 Si的η型GaAs的緩沖層，包括摻雜了 Si的η型(ALa5Giia5)a5Ina5P的層(在接合基板的例子的情況下為接觸層)，包括摻雜了 Si的η型(ALa7GEta3)a5Ina5P的上部包覆層，包括20對無摻雜(ALa2GEta8)a5Ina5P/ (ALa7G^l3)a5Ina5P的發(fā)光層，以及包括摻雜了 Mg的ρ型的(ALaAa3)0. Jna5P的下部包覆層以及薄膜(ALa5Giia5)a5Ina5P的中間層、包括摻雜了 Mg的ρ型GaP層。上述的半導體層的各層，通過在III族構成元素的原料中使用了三甲基鋁 ((CH3)3Al)、三甲基鎵((CH3)3Ga)、以及三甲基銦((CH3)3In)的減壓有機金屬化學氣相沉積法(M0CVD法)在GaAs基板15層疊，形成外延片。在Mg的摻雜原料中使用了二茂鎂 (bis-(C5H5)2Mg)等。在Si的摻雜原料中使用了例如乙硅烷(Si2H6) 0并且，作為V族構成元素的原料，使用了磷化氫(PH3)和三氫化砷(AsH3)。GaP層在750°C下成長，其他的半導體層在730°C下成長。GaAs緩沖層的載體濃度為約2 X IO1W3,并且層厚為約0. 2 μ m。包括 (ALa5G^l5)a5Ina5P的層，載體濃度為約2X1018cnT3，層厚為約1.5μπι。上部包覆層的載體濃度為約8\1017__3，并且層厚為約14111。發(fā)光層是未摻雜的0.8 μ m。下部包覆層的載體濃度為約2 X IO17Cm-3,并且，層厚為1 μ m。ρ型GaP層的載體濃度為約3 X 1018cm_3，層厚為約 3 μ m。接著，作為第二電極，在基板的底面，通過真空蒸鍍法以AuGe(Ge質(zhì)量比12% )合金厚度為0. 15 μ m、Ni合金厚度為0. 05 μ m、Au Slym的方式形成了 η型歐姆電極。之后， 利用一般的光刻手段實施圖案形成，形成了 η型歐姆電極的形狀。接著，作為第一電極，在GaP表面通過真空蒸鍍法以AuGe為0. 2 μ m、Au為1 μ m的方式形成了 P型歐姆電極。之后，在450°C進行3分鐘的熱處理進行合金化，形成了低電阻的P型以及η型歐姆電極。接著，切斷成芯片前，通過蝕刻除去了切斷區(qū)域的發(fā)光部。進而，在切斷區(qū)域以及電極以外的發(fā)光部形成了氧化硅的保護膜。之后，使用切割機，以0. 3mm間距切斷了基板。之后，對發(fā)光部的表面使用粘接層保護而蝕刻后，形成了鍍M0. 5 μ m。之后，形成鍍銀 0. 2 μ m，在基板的側(cè)面和背面形成了外部反射層。如此，制作了芯片高為250 μ m的實施例1 中使用的紅色的發(fā)光二極管芯片(以下，記作LED芯片)。并且，^Vg反射膜對于可見光(藍、 綠、紅)，具有95%以上的反射率。相對的，比較例1中使用的紅色的LED芯片中，在基板的側(cè)面和背面沒有形成外部
反射層。(發(fā)光二極管燈的制作)使用如上所述制作的實施例1以及比較例1中使用的紅色LED芯片，分別進行了如圖5所示的全彩色用的LED燈(發(fā)光二極管燈)的組裝(實施例1以及比較例1的LED 燈)。并且，任一 LED燈中，藍色以及綠色LED芯片具有使用了藍寶石基板的feilnN發(fā)光層，芯片高約為80μπι。并且，在藍色以及綠色的LED芯片沒有設置本發(fā)明的外部反射層。(發(fā)光特性的評價結果)在實施例1以及比較例1的LED燈，使藍、綠、紅的LED—個一個發(fā)光，進行了各色的發(fā)光特性的評價。表1表示發(fā)光特性的評價結果。表1
權利要求
1.一種發(fā)光二極管，其特征在于具備包含具有發(fā)光層的發(fā)光部的化合物半導體層和基板，在所述基板的側(cè)面設置有比該基板反射率高的外部反射層。
2.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述化合物半導體層和所述基板接合，所述基板是Si、Ge、金屬、陶瓷、GaP的任一種。
3.如權利要求1或2所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述外部反射層，在外部光的波段反射率是90%以上。
4.如權利要求1至3中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述外部反射層，由包含銀、金、銅、鋁的至少一種的金屬構成。
5.如權利要求1至4中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于在所述外部反射層的表面設置有穩(wěn)定化層。
6.如權利要求1至5中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于在所述化合物半導體層和所述基板之間設置有內(nèi)部反射層。
7.如權利要求1至6中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述外部反射層通過電鍍法形成。
8.如權利要求1至7中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述發(fā)光層包含 AlGaInP 或 AlGaAs 層。
9.一種發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于包括在半導體基板上形成包含具有發(fā)光層的發(fā)光部的化合物半導體層的工序；接合所述化合物半導體層和基板的工序；除去所述半導體基板的工序；以及在所述基板的側(cè)面形成外部反射層的工序。
10.如權利要求9所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于在所述基板的側(cè)面形成外部反射層的工序包含電鍍工序。
11.一種發(fā)光二極管燈，搭載兩個以上發(fā)光二極管，其特征在于至少搭載一個以上如權利要求1至8中任一項所述的發(fā)光二極管。
12.如權利要求11所述的發(fā)光二極管燈，其特征在于搭載的發(fā)光二極管的發(fā)光波長不同。
13.如權利要求11或12所述的發(fā)光二極管燈，其特征在于搭載的發(fā)光二極管的芯片高度不同。
全文摘要
采用一種發(fā)光二極管(1)，是能夠在封裝內(nèi)減少從LED芯片的發(fā)光的損失，并且能夠提高從封裝取出光的光取出效率的高亮度發(fā)光二極管，其特征在于，具備包含具有發(fā)光層(9)的發(fā)光部(8)的化合物半導體層(2)以及基板(3)，在基板(3)的側(cè)面設置有比基板(3)反射率高的外部反射層(4)。
文檔編號H01L33/46GK102326268SQ20108000827
公開日2012年1月18日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權日2009年2月20日
發(fā)明者村木典孝, 竹內(nèi)良一 申請人:昭和電工株式會社