CN101379623A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种透明衬底发光二极管(10)，具有由化合物半导体制成的发光层(133)，其中其上形成有第一电极(15)和极性与所述第一电极(15)不同的第二电极(16)的光提取表面的面积(A)、形成为接近所述光提取表面的所述发光层(133)的面积(B)、以及发光二极管的位于与用于形成所述第一电极(15)和所述第二电极(16)的一侧相反的一侧上的背面的面积(C)如此相关联，以满足式A＞C＞B的关系。由于发光层(133)的面积和透明衬底的背面(23)的面积的关系以及透明衬底(14)的侧面形状的最优化，本发明的发光二极管(10)呈现迄今从未获得的高亮度和高放热特性，并且适合在高电流水平下使用。

Description

发光二极管及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请是基于35 U.S.C.§111(a)提交的申请，根据35 U.S.C.§119(e)(1)，要求根据35 U.S.C.§111(b)于2005年12月30日提交的临时申请No.60/754,894、2005年12月30日提交的临时申请No.60/754,895和2005年12月29日提交的临时申请No.60/754,320以及2005年12月22日提交的日本专利申请No.2005-369334、2005年12月22日提交的日本专利申请No.2005-369620和2005年12月22日提交的日本专利申请No.2005-369996的优先权。
技术领域
本发明涉及具有由化合物半导体制成的发光层且设置有光提取表面的透明衬底发光二极管，其中在光提取表面上形成了第一电极和具有不同于第一电极的极性的第二电极。更具体地，本发明涉及放热特性优良且呈现高亮度的发光二极管及其制造方法。
背景技术
为了将高亮度赋予发光二极管，迄今已使用依靠器件的形状来提高光提取效率的方法。在使每个电极形成在半导体发光二极管的第一表面和背面的器件结构中，例如，已提出了通过侧面的形状赋予高亮度的方法(例如，参见JP-B SHO 63-28508、美国专利No.6229160和JP-A HEI3-227078)。
作为能够发射红色、橙色、黄色或黄绿色的可见光的发光二极管(LED)，迄今已知具有由磷化铝镓铟((AlxGa1-x)YIn1-YP，其中0≤X≤1且0<Y≤1)制成的发光层的化合物半导体LED。在这种LED中，具有由(AlxGa1-x)YIn1-YP(其中0≤X≤1且0<Y≤1)制成的发光层的发光部分通常对从发光层发射的光不透光，并且机械地形成在不具有相当大强度的衬底材料例如砷化镓(GaAs)上。
近来，为了获得呈现尽可能高亮度的可见LED，并且为了进一步提高器件的机械强度，因此，已公开了这样的技术，通过去除不透光的衬底材料例如GaAs，并且然后通过更新的方式接合由能够透射所发射光且机械强度更优良的透明材料制成的支撑层(backing layer)，来配置结型LED(例如，参见日本专利No.3230638、JP-A HEI 6-302857、JP-A2002-246640、日本专利No.2588849和JP-A SHO 58-34985)。
于是，为了获得高亮度的可见LED，依靠器件形状来提高光提取效率的方法已得到采纳。作为一个实例，在使得电极均形成在半导体发光二极管的第一表面和背面上的器件结构中，已公开了凭借侧面结构来提高高亮度的技术(例如，参见上面引用的美国专利No.6229160以及JP-A SHO58-34985)。
常规技术已提出了被配置为使得电极均形成在发光二极管的第一表面和背面上的许多器件形状，但尚未研究当在高水平的电流下来使用该器件时由这样的器件所呈现的放热特性。特别地，在其光提取表面上设置有两个电极的包含AlGaInP和氮化镓基发光层的发光二极管在放热特性方面比使得电极设置在背面上的器件结构差，这是因为其没有在背面上设置电极。已知放热特性的不足导致升高发光层的温度、降低发光效率以及降低亮度。
使用透明衬底AlGaInP发光层且使得两个电极形成在光提取表面上的器件结构引起这样的问题，如使得形状复杂、不能使器件的电极设置、发光层的侧面条件和背面最优化，并且不能获得高亮度和充分的放热特性。
虽然结型LED能够提供高亮度的LED，但对呈现更高亮度的LED的需求继续存在。鉴于上述问题，提出了本发明。在光提取表面上具有两个电极的发光二极管中，本发明旨在提供一种发光二极管，其放热特性优良，呈现高的光提取效率，并且具有高亮度。
即使由常规技术也很明显，发光二极管的侧面形状与来自二极管的光的提取相关。在上部中具有发光表面的结构中，当为了使得侧面形状的效果显著而增大倾角时，该增大导致减小背面面积、降低放热特性，并且在高电流水平域中降低亮度特性。当为了提高放热特性而使得发光层较小且使得背面面积较大时，由于昂贵的发光层发生大的损耗而发生成本问题。当发光层接近背面时，不能通过常规的线接合工艺来装配在一个表面上具有两个电极的结构。
作为对发光二极管的形状和背面进行广泛研究的结果，本发明人发现，背面的结构和面积、发光层的面积、侧面的形状以及背面的粗糙化需要得到重点考虑，并且通过发现最优的器件结构和稳定的制造方法而最终完善了本发明。具体地，为了实现上述目的，完成本发明。
发明内容
本发明的第一方面在于一种发光二极管，其具有透明衬底和由化合物半导体制成的发光层，其中其上形成有第一电极和极性与所述第一电极不同的第二电极的光提取表面的面积(A)、形成为接近所述光提取表面的所述发光层的面积(B)、以及所述发光二极管的位于与用于形成所述第一电极和所述第二电极的一侧相反的一侧上的背面的面积(C)如此相关联，以满足式(1)的关系：
A>C>B            (1)
本发明的第二方面包括第一方面的配置，其中所述发光层具有分子式(AlxGa1-x)YIn1-YP的组分，其中0≤X≤1且0<Y≤1，并且所述透明衬底具有100W/m·k以上的传热系数。
本发明的第三方面包括第一或第二方面的配置，其中所述透明衬底的侧面包括接近所述发光层的第一侧面和接近所述透明衬底的背面的第二侧面，并且其中所述第一侧面的倾角小于所述第二侧面的倾角。
本发明的第四方面包括第三方面的配置，其中所述第一侧面垂直，而所述第二侧面倾斜。
本发明的第五方面在于一种发光二极管，其包括：化合物半导体层，具有发光部分，所述发光部分包含组分为分子式(AlxGa1-x)YIn1-YP的发光层，其中0≤X≤1且0<Y≤1；透明衬底，所述化合物半导体层接合到所述透明衬底；以及主光提取表面，其上形成有第一电极和极性与所述第一电极不同的第二电极，其中所述第二电极形成在暴露于与所述第一电极相对的一侧的所述化合物半导体层上，并且所述透明衬底具有侧面，所述侧面包括在接近所述发光层的一侧上的与所述发光层的发光表面大致垂直的第一侧面和在远离所述发光层的一侧上的相对于所述发光表面倾斜的第二侧面。
本发明的第六方面在于一种发光二极管，其包括：化合物半导体层，具有发光部分，所述发光部分包含组分为分子式(AlxGa1-x)YIn1-YP的发光层，其中0≤X≤1且0<Y≤1；透明衬底，所述化合物半导体层接合到所述透明衬底；以及主光提取表面，其上形成有第一电极和极性与所述第一电极不同的第二电极，其中所述第二电极形成在暴露于与所述第一电极相对的一侧的所述化合物半导体层上的拐角位置，并且所述透明衬底具有侧面，所述侧面包括在接近所述发光层的一侧上的与所述发光层的发光表面大致垂直的第一侧面和在远离所述发光层的一侧上的相对于所述发光表面倾斜的第二侧面。
本发明的第七方面包括第三或第四方面的配置，其中所述第二侧面的倾角为10度以上且30度以下。
本发明的第八方面包括第三或第四方面的配置，其中所述第二侧面的倾角为10度以上且20度以下。
本发明的第九方面包括第五或第六方面的配置，其中在所述第二侧面与平行于所述发光表面的表面之间形成范围在55度～80度的角。
本发明的第十方面包括第三或第四方面的配置，其中所述第一侧面具有50μm以上且100μm以下的长度，而所述第二侧面具有100μm以上且250μm以下的长度。
本发明的第十一方面包括第五或第六方面的配置，其中所述第一侧面的长度在30μm～100μm的范围内。
本发明的第十二方面包括第一、第五或第六方面的配置，其中所述透明衬底由磷化镓(GaP)制成。
本发明的第十三方面包括第五或第六方面的配置，其中所述透明衬底实质上是n型GaP单晶，并且具有(100)或(111)的表面取向。
本发明的第十四方面包括第五或第六方面的配置，其中所述透明衬底的厚度在50μm～300μm的范围内。
本发明的第十五方面包括第五或第六方面的配置，其中所述透明衬底由碳化硅(SiC)制成。
本发明的第十六方面包括第一方面的配置，其中所述透明衬底的背面是能够散射光的粗糙化表面。
本发明的第十七方面包括第一方面的配置，其中所述透明衬底的背面上形成有金属膜。
本发明的第十八方面包括第十七方面的配置，其中所述透明衬底的所述背面上的所述金属膜包含熔点为400℃以下的金属。
本发明的第十九方面包括第十七方面的配置，其中所述金属膜由AuSn合金制成。
本发明的第二十方面包括第一方面的配置，其中在1.5W以上的电功率下使用所述发光二极管，并且其背面的面积为0.6mm2以上。
本发明的第二十一方面包括第十六方面的配置，其中所述透明衬底是GaP衬底，并且其背面通过用盐酸处理所述GaP衬底而得到。
本发明的第二十二方面包括第三方面的配置，其中所述透明衬底的所述第一和第二侧面是通过切片(dicing)方法形成的侧面。
本发明的第二十三方面包括第五方面的配置，其中所述第二电极的周围被半导体层包围。
本发明的第二十四方面包括第六方面的配置，其中所述第二电极位于所述第二侧面的倾斜结构之上。
本发明的第二十五方面包括第五方面的配置，其中所述第一电极具有栅格(lattice)形状。
本发明的第二十六方面包括第五或第六方面的配置，其中所述第一电极包括衬垫电极和宽度为10μm以下的线状电极。
本发明的第二十七方面包括第五或第六方面的配置，其中所述发光部分包含GaP层，并且所述第二电极形成在所述GaP层上。
本发明的第二十八方面包括第五或第六方面的配置，其中所述第一电极具有n型极性，而所述第二电极具有p型极性。
本发明的第二十九方面包括第五或第六方面的配置，其中所述透明衬底的所述倾斜的第二面被粗糙化。
本发明的第三十方面在于一种制造发光二极管的方法，其包括以下步骤：形成发光部分，所述发光部分包含组分为分子式(AlxGa1-x)YIn1-YP的发光层，其中0≤X≤1且0<Y≤1；随后使得包含所述发光部分的化合物半导体层接合到透明衬底；使得第一电极附接到与所述透明衬底相反的一侧上的主发光表面，并且以这样的方式使得极性与所述第一电极不同的第二电极形成在所述化合物半导体层的暴露部分上，以使所述第二电极设置在与所述第一电极相对的一侧上；以及使得所述透明衬底的侧面在接近所述发光层的一侧上形成与所述发光层的发光表面大致垂直的第一侧面，并且通过切片方法，在远离所述发光层的一侧上形成相对于所述发光表面倾斜的第二侧面。
本发明的第三十一方面在于一种制造发光二极管的方法，其包括以下步骤：形成发光部分，所述发光部分包含组分为分子式(AlxGa1-x)YIn1-YP的发光层，其中0≤X≤1且0<Y≤1；随后使得包含所述发光部分的化合物半导体层接合到透明衬底；使得第一电极附接到与所述透明衬底相反的一侧上的主发光表面，并且以这样的方式使得极性与所述第一电极不同的第二电极形成在所述半导体层的暴露部分上的拐角位置，以使所述第二电极设置在与所述第一电极相对的一侧上；以及使得所述透明衬底的侧面在接近所述发光层的一侧上形成与所述发光层的发光表面大致垂直的第一侧面，并且通过切片方法，在远离所述发光层的一侧上形成相对于所述发光表面倾斜的第二侧面。
本发明的第三十二方面包括第三十或第三十一方面的配置，其中所述第一侧面通过划片和断裂(scribe and break)方法形成。
本发明的第三十三方面包括第三十或第三十一方面的配置，其中所述第一侧面通过切片方法形成。
根据上述本发明，由于具有由化合物半导体制成的发光层的透明衬底发光二极管具有最优化的发光层面积与透明衬底的背面面积的关系和透明衬底的侧面条件，因此可以提供这样的发光二极管，其具有迄今从未实现的高的亮度，呈现高的放热特性，并且适合使用高的电流水平。
此外，根据本发明，具有由化合物半导体制成的发光层的透明衬底发光二极管能够使得电极的设置和芯片形状最优化。因此，本发明能够提供这样的发光二极管，其将从发光部分提取光的效率提高到迄今不可实现的水平，呈现高亮度，抑制工作电压，且具有高的可靠性。
通过参考附图于此在下面给出的说明，本发明的以上和其它目的、特有特征和优点将变为对于本领域技术人员是显而易见的。
附图说明
图1是实例1的半导体发光二极管10的示意性平面图。
图2是沿图1的II-II线截取的示意性截面图。
图3是示例实例1中的半导体外延层叠结构的截面结构的示意图。
图4是示例使衬底接合到图3的半导体外延层叠结构的结构的示意性截面图。
图5是实例2的半导体发光二极管10的示意性截面图。
图6是比较实例1的半导体发光二极管A的示意性截面图。
图7是比较实例2的半导体发光二极管B的示意性截面图。
图8是使用实例1的半导体发光二极管10作为LED芯片42的半导体发光二极管灯1的示意性平面图。
图9是沿图8的IX-IX线截取的半导体发光二极管灯1的示意性截面图。
图10是实例3的半导体发光二极管10的示意性平面图。
图11是沿图10的XI-XI线截取的示意性截面图。
图12是在实例3的半导体发光二极管10中使用的半导体外延层叠结构的层结构的示意性截面图。
图13是示例使GaP衬底14接合到图12的半导体外延层叠结构的结构的示意性截面图。
图14是使用实例3的半导体发光二极管10作为LED芯片42的半导体发光二极管灯1的示意性平面图。
图15是沿图14的XV-XV线截取的示意性截面图。
图16是实例4的半导体发光二极管10的示意性平面图。
图17是沿图16的XVII-XVII线截取的示意性截面图。
图18是比较实例3的半导体发光二极管C的示意性平面图。
图19是沿图18的XIX-XIX线截取的示意性截面图。
具体实施方式
本发明的发光二极管具有由化合物半导体制成的发光层。虽然已知的发光层例如GaAlAs基、InGaN基和AlInGaP基发光层可用作上述发光层，特别地，具有薄外延层的InGaN基和AlInGaP基发光层易于制造。这些发光部分是对于从紫外延伸到红外波带的宽范围的波长有效的。
本发明的发光二极管优选包括通过除了发光层之外还层叠覆层(cladlayer)、接触层等而得到的发光部分。
本发明所预期的发光部分优选由化合物半导体层叠结构构成，该化合物半导体层叠结构包含由(AlxGa1-x)YIn1-YP(0≤X≤1，0<Y≤1)制成的发光层。在这种情况下，发光层可以由任一导电类型，即n型和p型中的任一种的(AlxGa1-x)YIn1-YP(0≤X≤1，0<Y≤1)形成。虽然发光层可以为结构即单量子阱(SQW)结构和多量子阱(MQW)结构中的任何一种，但为了获得单色性优良的光发射，优选具有MQW结构。如此确定形成具有量子阱(QW)结构的势垒层和阱层的(AlxGa1-x)YIn1-YP(0≤X≤1，0<Y≤1)的组分，以便可以在阱层内形成将要形成预期发光波长的量子能级。
为了确保高强度光发射而更有利地，发光部分优选具有所谓的双异质(DH)结构，该双异质结构包括发光层和在发光层的相反侧被设置为彼此相对的覆层，用于在发光层中“俘获”载流子以及将要引起辐射复合的光发射。覆层优选由这样的半导体材料形成，该半导体材料具有比形成发光层的组分(AlxGa1-x)YIn1-YP(0≤X≤1，0<Y≤1)宽的禁带和高的折射率。就由(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P形成且能够发射波长为约570nm的黄绿色光的发光层而言，例如，覆层由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P形成(Y.Hosokawa et.al.，J.CrystalGrowth，221(2000)，652-656)。允许在发光层和覆层之间***适于适当地改变两层之间的带的不连续性的中间层。在这种情况下，中间层优选由禁带宽度介于发光层和覆层之间的半导体材料形成。
作为形成发光部分的组成层的方法，可以列举金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法、分子束外延(MBE)方法和液相外延(LPE)方法。
本发明的发光二极管是所谓的透明衬底发光二极管，其在与光提取表面相反的一侧具有透明衬底。因此，本发明需要将透明衬底接合到具有发光层的发光部分。透明衬底由这样的材料形成，该材料具有足以机械支撑发光部分的强度，向能够透射从发光部分发射的光的禁带赋予大宽度，并且呈现对光波长的透明性。例如，其可以由III-V族化合物半导体晶体例如磷化镓(GaP)、砷化铝镓(AlGaAs)或氮化镓(GaN)、II-VI族化合物半导体晶体例如硫化锌(ZnS)或硒化锌(ZnSe)、IV族半导体晶体例如六方或立方碳化硅(SiC)、或者氧化锌、蓝宝石或氧化铝形成。特别地，在上面列举的材料中，优选地可使用GaP和SiC。GaP被以单晶形式批量生产，并且可加工性优良。GaP的热导率为110W/m·k。虽然为了加工的目的而允许GaP采用任何常规表面取向例如(111)面和(100)面作为其主平面，但优选使用容易粗糙化的(111)面作为主平面。虽然在发生加工困难方面差，SiC被以单晶形式批量生产，并且呈现167W/m·k的热导率，因此，就热辐射而言，SiC证明是最适合的材料。
为了以足够的机械强度支撑发光部分，透明衬底优选具有50μm以上的近似厚度。为了使接合后的透明衬底可容易地经受机械加工，进一步优选将厚度保持在不超过300μm。在具有由(AlxGa1-x)YIn1-YP(0≤X≤1，0<Y≤1)制成的发光层的化合物半导体LED中，形成厚度为50μm以上且约300μm以下的n型GaP单晶透明衬底是最合适的。
在将由磷化镓(GaP)制成的透明衬底接合到发光部分的最上表面层的情况下，例如，用晶格常数与发光部分的其它III-V族化合物半导体组成层不同的III-V族化合物半导体材料形成发光部分的最上表面层的选择使得能够呈现减轻在将透明衬底接合至其时在发光部分上施加的应力的作用。该材料的使用导致在接合过程期间防止发光层遭受损伤且有助于例如稳定提供能够发射预期波长光的化合物半导体LED。为了充分减轻在将透明衬底接合至其时在发光部分上施加的应力，发光部分的最上表面层优选具有0.5μm以上的厚度。如果使最上表面层具有过大的厚度，则由于与发光部分的其它组成层的晶格常数的差异，厚度的过量将不可避免地导致在形成最上表面层的过程期间在发光层上施加应力。为了避免该不利状况，使最上表面层具有20μm以下的厚度是合适的。
特别地，当将磷化镓(GaP)选择用于便于从由(AlxGa1-x)YIn1-YP(0≤X≤1，0<Y≤1)制成的发光层发射的光透射到外面的目的的透明衬底时，用包含镓(Ga)和磷(P)作为组成元素且包含的Ga多于P的半导体材料对发光部分的最上层的制造能够形成强接合。形成非化学计量组分的GaXP1-X(0.5<X<0.7)的最上层是特别合适的。
将要被接合的透明衬底的表面以及发光部分的最上层的表面是由单晶形成的表面，并且这些表面优选具有相同的表面取向。这两个表面优选都总是具有(100)面或(111)面。为了获得具有(100)面或(111)面作为其表面的发光部分的最上层，在衬底上形成发光部分的最上层时使用具有(100)面或(111)面作为其表面的衬底就足够了。例如，当将具有(100)面作为其表面的砷化镓(GaAs)单晶用作衬底时，可以形成具有(100)面作为其表面的发光部分的最上层。
特别地，当透明衬底的表面或衬底被接合至其的发光部分的最上层的表面如此平坦，以致用0.3nm以下的均方根值(rms)表示时，实现强接合。例如，可以通过使用包含碳化硅(SiC)基精细粉末或铈(Ce)精细粉末的研磨剂的化学机械抛光(CMP)方法获得该平坦的表面。当用酸性溶液或碱性溶液进一步处理通过化学机械抛光获得的表面时，该处理能够进一步提高表面的平坦度，并且由于去除了在抛光期间附着到表面上的外来物质和污染物，有助于获得洁净的表面。
在1×10-2Pa以下且更优选1×10-3Pa以下的真空中，对透明衬底或发光部分的最上层进行接合。特别地，通过如上所述互相接合抛光后的平坦表面，可以形成强接合。在使这两个表面互相接合时，有必要通过用具有50eV以上的能量的原子束或离子束辐照来激活将要被接合的表面。术语“激活”是指通过去除包含氧化物膜和碳并且存在于被接合表面上的杂质层和污染物层而得到的洁净态的表面的产生。当在透明衬底或发光部分的组成层的任一者的表面上进行该辐照时，这两个表面被牢固且可靠地接合。当在两个表面上都进行该辐照时，它们可以以更大的强度接合。
作为证明是对引起强接合有效的辐照物类，可以列举氢(H)原子、氢分子(H2)或氢离子(质子：H+)的束。通过将包含存在于将要被接合的表面区域中的元素的束用于辐照，可以获得强度优良的接合。例如，当将添加了锌(Zn)的磷化镓(GaP)用于透明衬底时，通过用包含镓(Ga)、磷(P)或锌(Zn)的原子或离子束辐照将要被接合的表面，可以牢固地形成接合。当透明衬底的表面或发光层的最上层具有高电阻时，用主要包含离子的束辐照表面可能会使表面带电。由于当该表面的带电引起电斥力时不能牢固地形成接合，因此优选将通过离子束的辐照对表面的激活用于激活导电性优良的表面。
在透明衬底的表面区域或发光部分的组成层中，不能对其组分施加显著变化的惰性气体例如氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)或氪(Kr)的束的使用导致稳定地完成对表面的激活。特别地，氩(Ar)原子(单原子分子)的束的使用证明是有益的，这是因为其允许高效且方便地激活表面。氦(He)具有比氩(Ar)小的原子量，因此，由于在对将要被接合的表面激活期间引起时间的浪费，He束是不利的。另一方面，由于可能在表面上造成损伤，具有比氩大的原子量的氪(Kr)束的使用是不利的。
在以相对的状态重叠透明衬底的表面和发光部分的最上层的表面的同时接合两个表面时，在整个接合表面上方形成机械压力的作用力证明是有利于牢固地接合它们的。具体地，在垂直于其的方向上(垂直地)对接合表面施加范围在5g·cm-2至100g·cm-2内的压力。即使当透明衬底和发光部分的最上层中的一者或两者都翘曲，该方法也能成功消除翘曲，并且以均匀的强度实现接合。
在上述优选的真空度的真空中接合透明衬底和发光部分，同时衬底和发光部分的最上层的表面中的一者或两者都保持为100℃以下，优选在50℃以下，更优选在室温下。如果它们在超过约500℃的高温环境中接合，温度的超量将不利地使得由(AlxGa1-x)YIn1-YP(0≤X≤1，0<Y≤1)形成的发光层热变性，并且合并在发光部分中，由此扰乱能够发射预期波长光的化合物半导体LED的稳定制造。
本发明将透明衬底接合到发光部分的最上层，以便将发光部分设定在可机械支撑态，并且随后去除用于形成发光部分的衬底，以便提高将所发射的光提取到外面的效率，由此完成高亮度的化合物半导体LED的配置。特别地，当将不可避免地吸收从(AlxGa1-x)YIn1-YP(0≤X≤1，0<Y≤1)发光层发射的光的不透光材料用作衬底时，以上述方式去除衬底的方法可有助于高亮度LED的稳定制造。例如，当在衬底和发光部分之间***层例如由吸收从发光层发射的光的材料制成的缓冲层时，与衬底一起去除***层证明是有利于向LED赋予高亮度的。可以通过机械切割、研磨、或者物理干法或化学湿法蚀刻，或者通过这些操作的组合，去除衬底。特别地，通过利用在品质不同的材料之间蚀刻速度的差异的选择性蚀刻方法，可以实现仅仅对衬底的选择性去除，并且能够以令人满意的可重复性和均匀性去除衬底。
本发明的特征在于使得第一电极(例如n型)和第二电极(例如p型)均形成在发光二极管的主光提取表面上。在此使用的术语“主光提取表面”是指位于与在发光部分中在其上安装透明衬底的表面相反的表面。本发明以这种方式配置电极的原因在于高亮度的赋予。通过采用该配置，可以消除向被安装的透明衬底提供电流的必要性。因此，由于可以安装透射性强的衬底，可以实现高亮度的赋予。
下面将通过参考图1至图5详细描述根据本发明第一实施例的发光二极管及其制造方法。
关于电极，如图2中所示例的，在光提取表面上形成第一电极和极性与第一电极不同的第二电极。这两种电极都具有能够经受线接合加工的结构。通过使层叠体的部分从其表面被蚀刻至发光层以下并且连接到半导体层或导电透明衬底，形成第二电极。
如在图4中由参考标号14所标示的，该透明衬底被接合在半导体层135上。
根据第一实施例的发光二极管的特征在于光提取表面的面积(A)、发光层的面积(B)以及发光二极管的背面(在与透明衬底的电极形成侧相反的一侧上的表面)的面积(C)具有特定关系。发光二极管通常使其发光区域的周围被透明树脂覆盖。然而，由于透明树脂例如环氧树脂具有差的导热性，预期发光二极管的发光区不能允许热量的发散。因此，在发光二极管中产生的大多数热量通过邻接发光二极管的背面的封装的基底被发散。用作放热表面的背面的面积(C)、构成发热表面的发光层的面积(B)、以及用作光提取表面的器件上表面的面积(A)具有与亮度和热发散的最优化关系。
虽然在单独考虑放热表面时C>A>B的关系证明是有利的，但当光提取表面和发光层具有小面积时，不能实现高亮度的赋予。此外，将要被去除的昂贵外延层的面积如此增大，以致提高了成本。为了获得高亮度，使得发光层的面积(B)和光提取表面的面积(A)最大化，其中透明衬底的侧面形成为斜面。发光层位于光提取表面附近。在发光层中产生的热量通过在光提取表面的大面积(A)中扩散而被释放，从而排出发光层中的热量，沿着发光二极管的结构的内部平滑地传导，最终发散到用作放热表面的背面。
由于有必要通过使透明衬底的侧面倾斜来促进高亮度的赋予且提高热量的发散，因此为了增大光提取表面的面积(A)而避免在发光层附近在透明衬底的侧面上设置斜面是有利的。为了能够容易地扩散热量，在发光层附近的半导体优选具有尽可能大的体积。因此，在远离发光层的背面附近在透明衬底的侧面上形成斜面。由于背面附近的斜面接触具有优良放热特性的材料，因此即使当发光二极管的背面的面积(C)稍小于光提取表面的面积(A)时，热量也充分逃逸，且不许有热量发散的速率确定的程度。有利于保持面积平衡的条件如下所示。
0.95×A>C>0.6×A
0.9×A>B>0.7×A
C<B>0.8×C
∴A>C>B
要求在0.5W以上的电功率下工作的发光二极管具有高的放热特性，并且要求在1.5W以上的大电功率下使用的大尺寸的发光二极管具有更高的放热特性。在如此大的功率下使用的发光二极管中，背面优选具有0.6mm2以上的面积。随着该二极管的尺寸的增大，相应地显著增加该发光二极管所呈现的放热效果。
当透明衬底由GaP形成时，优选用盐酸处理其背面。特别地，将表面取向(111)的面用于该处理的方法证明是有利的。
根据第一实施例的发光二极管的特征还在于侧面的形状。即，在一般情况下，其特征在于透明衬底的侧面中的至少一个是倾斜的的事实。透明衬底优选具有如图2和图5中所示例的第一侧面21和第二侧面22。另外，第一侧面21的倾角小于第二侧面22的倾角。在这种情况下，第一侧面21优选不具有倾角(零)，即垂直于透明衬底。在图2和图5中，第二侧面22的倾角由相对于透明衬底的垂线的倾角20表示。第二侧面22的倾角优选在10度以上且30度以下的范围内，更优选在10度以上且20度以下的范围内。第二侧面22可以为具有固定倾角的斜面、以具有多个倾角的多边形形状形成的斜面、或者倾斜的曲面。当第二侧面22由多个倾角形成时，第二侧面22的角由所有倾角的算术平均表示。在曲面的情况下，第二侧面22的角由利用连接曲面的起点和终点的线的角表示。
透明衬底的侧面的角将亮度和放热特性考虑进去。其中透明衬底的侧面具有如上所述形状的第一实施例的发光二极管在高电流区中所呈现的特性方面特别地优良。虽然透明衬底的侧面的角度之大有利于光的提取，但在上述范围内的角是最有利的，这是因为由于发光二极管的背面面积(C)的按比例增加，该角的增加倾向于增大热阻。另外，如在上述文献中所述，通过使发光二极管的侧面倾斜来提高光提取效率的构思是对公众已知的。
在第一实施例的发光二极管中，通过使得透明衬底形成为具有如上所述的第一侧面21和第二侧面22，并且进一步使得第一侧面21获得比第二侧面22小的倾角，可以带来增大发光层附近的面积和促进热量发散以及允许第二侧面22增大亮度的效果。
关于侧面的长度，第一侧面21的长度(L)优选为50μm以上且100μm以下，并且第二侧面22的长度(M)优选为100μm以上且250μm以下。并且比率M/L优选在1至5的范围内。
可以通过切片方法形成发光二极管的透明衬底的第一侧面21和第二侧面22。可选地，可通过使用例如湿法蚀刻、干法蚀刻、划片和激光加工以及其组合的方法，形成透明衬底的侧面。然而，形状控制特性和生产率优良的切片方法证明是最合适的。
可以将发光二极管的透明衬底的背面23形成为能够散射光的粗糙化表面。发光二极管的背面23是连接到由装配产生的封装的表面。为了提高发光二极管的亮度，该连接面通常通过使用具有高反射率的Ag膏被粘接在封装上，或者利用透明粘合剂被固定在具有高反射率的金属例如银或铝上。由于可以以能够提取光的反射角使不容易从侧面或上面提取的光被散射，因此由能够散射光的粗糙化表面形成的背面23有助于提高亮度。此外，由于由能够散射光的粗糙化表面形成的背面23获得了表面积的增加，其还呈现所要求的便于使热量朝向封装侧逃逸的放热表面的效果。
除了上述配置之外，发光二极管的透明衬底的背面23允许在其上形成金属膜。该金属膜能够将反射光的功能和提高热导率的功能赋予发光二极管侧，并且能够增宽封装材料的选择范围。金属膜优选包含熔点不超过400℃的金属。作为将发光二极管的透明衬底连接到封装的方法，可以采用焊接或使用共晶接合的技术。由于可通过使用该方法经由金属来连接发光二极管和封装，因此就放热特性而言，该方法是最合适的。另外，通过添加金属以连接到发光二极管的背面23，可以便于发光二极管灯的装配。考虑到通常用于封装的材料，在不超过400℃的温度下实现连接的条件证明是有利的。
对于金属膜，AuSn合金的使用证明是有利的。AuSn合金被用作共晶金属，并且，由于在共晶点具有20wt％的Sn含量的AuSn合金具有约283℃的熔点，因此，证明是允许在低温下连接的最合适材料。
作为除了上述方法之外的制造发光二极管的方法，可以利用已知的可用于制造发光二极管的技术中的任何一种。通过包括这样的步骤例如形成欧姆电极、分离、以及检验和评价的方法，制造发光二极管。此外，通过使发光二极管并入封装中，可以制成这样的照明设备，例如灯。
根据本发明第二实施例的发光二极管的特征在于，透明衬底具有在接近发光层的一侧的部分处的与发光层的发光表面近乎垂直的第一侧面，以及在远离发光层的一侧的部分处的相对于发光表面倾斜的第二侧面。
本发明的发光二极管优选具有该配置，其原因在于，该配置使得从发光层朝向透明衬底侧辐射的光能够被有效提取到外面。具体地，从发光层朝向透明衬底侧辐射的部分光可以被第一侧面反射，并从第二侧面被提取。被第二侧面反射的光可以从第一侧面被提取。第一侧面和第二侧面的协同效应导致能够增加光提取的概率。
第二实施例的发光二极管优选将由第二侧面和与发光表面平行的表面形成的角α限制在55度～80度的范围内(参见图11)。通过使得该角落在该范围内，可以实现对在透明衬底的底部上反射的光向外部的有效提取。
第二实施例的发光二极管优选使第一侧面的长度D(在厚度方向上)落在30μm～100μm的范围内。通过将第一侧面的长度限定在该范围内，可以提高本发明的发光二极管的光发射效率，这是因为，在透明衬底的底部上被反射的光在第一侧面的部分处被有效地返回到发光表面，并且通过主光提取表面被放出。
在本发明的配置中，第一电极优选呈现栅格形状。通过使第一电极具有该栅格形状，由于该形状使得能够向发光层均匀地注入电流，因此可以提高本发明的发光二极管的可靠性。
另外，第二实施例的发光二极管允许第一电极由衬垫电极和宽度不超过10μm的线状电极形成。由于如上所述旨在减小电极宽度的配置，可以实现向本发明的发光二极管赋予高亮度，这是因为，可以由此而增大光提取表面中的开口的面积。
此外，通过形成栅格形状的第一电极，可以提高本发明的发光二极管的可靠性，这是因为，栅格允许电流均匀注入到发光层。
第二实施例的发光二极管优选使第二电极的周围被半导体层包围。通过采用旨在如上所述用第一电极包围第二电极的四个边的配置，可以降低工作电压，这是因为，允许电流容易地沿四个方向流动。
第二实施例的发光二极管允许发光部分具有包括GaP层的结构，并且允许第二电极形成在GaP层上。该配置的采用使得能够呈现降低工作电压的效果。通过使第二电极形成在GaP层上，可以使得能够制造理想欧姆接触，并且由此降低工作电压。
第二实施例的发光二极管优选使第一电极具有n型极性，且使第二电极具有p型极性。该配置的采用带来提高亮度的效果。p型极性的第一电极的形成导致电流扩散的劣化，并且降低亮度。然而，n型极性的第一电极的形成导致电流扩散的提高，并且实现向发光二极管赋予高亮度。
第二实施例的发光二极管优选使得透明衬底的斜面形成为粗糙化表面。向斜面赋予粗糙化表面可以抑制在斜面上的总反射，并且提高光提取效率。例如，可以通过用磷酸+盐酸的化学蚀刻，获得粗糙化表面。
另外，除了上述配置之外且与第一实施例的发光二极管类似地，第二实施例的发光二极管允许在发光二极管的透明衬底的背面23上形成金属膜。
可以利用可用于制造第一实施例的发光二极管的方法来制造第二实施例的发光二极管。
在本发明中，优选通过划片和断裂方法或者切片方法形成第一侧面。通过采用前一制造方法，可以降低制造成本。具体地，该制造方法允许制造许多发光二极管，并且允许降低制造成本，这是因为，其消除了在芯片的分离期间留下切割余量的必要性。后一方法带来提高亮度的效果。通过采用该制造方法，可以通过第一侧面提高光提取效率，并且获得增大的亮度。
同理，优选通过切片方法形成第二侧面。通过采用该制造方法，可以带来提高生产率的效果。可以使用例如湿法蚀刻、干法蚀刻、划片和激光加工组合的方法来形成第一侧面和第二侧面。然而，形状控制特性和生产率优良的切片方法证明是最合适的。
作为除了上述方法以外的制造发光二极管的方法，可以利用可用于制造发光二极管的已知技术中的任何一种。通过包括这样的步骤例如形成欧姆电极、分离、以及检验和评价的方法，制造发光二极管。此外，通过使发光二极管并入封装中，可以制成这样的照明设备，例如灯。
根据本发明第三实施例的发光二极管具有大部分与本发明第二实施例相同的配置，并且可以通过利用制造第二实施例的发光二极管的方法而制成。
具体地，通过使得透明衬底在接近发光层的一侧的部分处形成与发光层的发光表面近乎垂直的第一侧面，并且在远离发光层的一侧的部分处形成相对于发光表面倾斜的第二侧面，并且使得第二侧面朝向半导体层的内侧倾斜，配置第三实施例的发光二极管。
在上述第二实施例的配置中，第三实施例的发光二极管的特征还在于，使得第二电极形成在与第一电极相对的一侧的化合物半导体层上的拐角的位置处。在此使用的表达“在化合物半导体层上的拐角的位置”是指在例如四边形化合物半导体的面上的四个部分处的拐角部分。本发明允许在位于四个部分处的拐角中的至少一个中形成第二电极。通过使第二电极形成在上述位置处，可以使得能够向本发明的发光二极管赋予提高的亮度，这是因为，从发光层向光提取表面辐射的光的部分可以通过在第二电极附近的化合物半导体层的侧面被提取。
可以在第二侧面的倾斜结构上方的位置处形成第二电极。通过使得第二电极形成在该位置处，可以实现提高的亮度的赋予，这是因为，本发明的发光二极管能够获得在斜面中光提取效率的提高。
现在，下面将通过参考附图说明具体化本发明的发光二极管。在下面的解释中，在不同绘图中出现且实现相同或等价功能的部分由相同的参考标号表示，并且将不重复对它们的说明。
在下面的描述中的实例1和实例2是更具体地示例根据第一实施例的发光二极管的配置的实例。实例3和4更具体地示例分别根据第二实施例和第三实施例的发光二极管。
实例1
图1和图2示意性示例在实例1中制造的半导体发光二极管10。图1是平面图，而图2是沿图1的II-II线截取的截面图。图3是在实例1的半导体发光二极管10中使用的半导体外延层叠结构的多层结构的示意性截面图，而图4是示例通过将衬底14接合到图3的半导体外延层叠结构而产生的结构的示意性截面图。
在实例1中制造的半导体发光二极管10是具有AlGaInP发光部分12的红色发光二极管(LED)。其是通过接合形成在由GaAs制成的半导体衬底11上的外延层叠结构和GaP衬底14而制成的。
通过使用外延晶片来制造发光二极管10，其中该外延晶片具有由依次层叠在半导体衬底11上的半导体层构成的外延生长层13，该半导体衬底11由具有从(100)面倾斜15°的面的Si掺杂的n型GaAs单晶形成。通过依次层叠半导体组成层，即由Si掺杂的n型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P形成的蚀刻停止层130A、由Si掺杂的n型GaAs形成的接触层131、由Si掺杂的n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P形成的下覆层132、由20对未掺杂的(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P和(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P形成的发光层133、由Mg掺杂的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P形成的上覆层134以及Mg掺杂的p型GaP层135，配置外延生长层13。
在实例1中，通过使用三甲基铝((CH3)3Al)、三甲基镓((CH3)3Ga)和三甲基铟((CH3)3In)作为用于III族组成元素的原材料的低压金属有机化学气相沉积方法(MOCVD方法)，在半导体衬底11上分别层叠半导体层130A～135，以产生外延晶片。作为用于用Mg掺杂的原材料，使用双环戊二烯基镁(bis-(C5H5)2Mg)。作为用于用Si掺杂的原材料，使用乙硅烷(Si2H6)。作为用于V族组成元素的原材料，使用磷化氢(PH3)或砷化氢(AsH3)。在750℃下生长GaP层135，并且在730℃下生长形成外延生长层13的半导体组成层130A～134。
蚀刻停止层130A具有约2×1018cm-3的载流子浓度和约0.2μm的层厚度。接触层131具有约2×1018cm-3的载流子浓度和约0.2μm的层厚度。n型下覆层132具有约8×1017cm-3的载流子浓度和约2μm的层厚度。未掺杂的发光层133具有0.8μm的层厚度。p型上覆层134具有约2×1017cm-3的载流子浓度和约1μm的层厚度。GaP层135具有约3×1018cm-3的载流子浓度和约9μm的层厚度。
通过对p型GaP层135的从表面到达约1μm的深度的区域进行抛光，镜面抛光p型GaP层135。通过镜面抛光，p型GaP层135具有均方根(rms)值为0.18nm的粗糙度。
另一方面，制备将要施加到p型GaP层135的经镜面抛光的表面的n型GaP衬底14。向该用于施加的GaP衬底14添加Si，直到载流子浓度达到约1×1017cm-3。使用具有(111)表面取向的单晶。用于施加的GaP衬底14具有50mm的直径和250μm的厚度。在被接合到p型GaP层135之前，通过抛光，使该GaP衬底14具有反射表面，并且具有rms值为0.12nm的粗糙度。
将GaP衬底14和外延晶片送到普通的半导体材料施加设备中，并且对该设备抽真空，直到3×10-5Pa的真空。然后，通过在接合之前的处理，使其暴露于加速的Ar束，来去除GaP衬底14和外延晶片的表面上附着的污染物。此后，在室温下真空中接合它们。
接下来，从如此接合的外延晶片上，用基于氨的蚀刻剂选择性去除半导体衬底11。此后，用盐酸去除蚀刻停止层130A。
通过真空沉积方法在接触层131的表面上沉积AuGeNi合金，直到0.2μm的厚度，从而在接触层131的表面上形成n型欧姆电极。通过使用常规光刻方法，对该n型欧姆电极进行构图，以形成第一电极15。此后，去除接触层131的除了电极形成部分之外的部分。
接下来，选择性去除在用于形成p电极的区域中的包括发光层133在内的半导体层132～134，以暴露GaP层135。在GaP层135的表面上，通过真空沉积方法沉积用于AuBc和Au的金属材料，直到AuBe达到0.2μm的厚度，且Au达到1μm的厚度，以形成p型欧姆电极。此时，发光层133具有0.72mm2的面积。通过进一步在450℃下对该金属材料进行热处理10分钟，从而使它们合金化，形成作为低电阻n型欧姆电极的第一电极15和作为p型欧姆电极的第二电极16。
此后，在第一电极和第二电极的表面上通过真空沉积方法沉积Au，直到1μm的厚度，以在欧姆电极上形成接合衬垫17。此外，用厚度为0.3μm的由SiO2膜形成的保护膜覆盖除了接合衬垫17以外的部分。
通过使用切片锯，从GaP衬底14的背面23，***V形槽，直到斜面的角20达到15度，且第二侧面22的长度达到约180μm。然后，用盐酸对GaP衬底14的背面23进行粗糙化处理。
接下来，通过使用切片锯，从第一表面侧以1mm的间隔在外延晶片中***切口，以制造芯片。第一侧面12形成为具有约80μm的长度，且近乎垂直于发光层133。
用硫酸和过氧化氢的混合液体去除由切片引起的断裂层和污染物，以制造半导体发光二极管10。半导体发光二极管10的背面23具有0.8mm2的面积。
将如上所述制造的半导体发光二极管10用作LED芯片42，并且如图8和图9中示意性示例的，装配半导体发光二极管灯(LED灯)1。通过在安装基底45上用银膏固定和安装LED芯片42，用金线46分别将LED芯片42的n型欧姆电极15线接合到设置在安装基底45的第一表面上的n电极接线端43，将p型欧姆电极16线接合到p电极接线端44，然后用常规环氧树脂41密封被接合部分，制造该LED灯1。顺便提及，将具有良好放热特性的氮化铝用于安装基底45的基体。
当经由设置在安装基底45的第一表面上的n电极接线端43和p电极接线端44而使得电流在n型和p型欧姆电极15和16之间流动时，LED灯1发射具有620nm主波长的红色光。在500mA的电流沿正向的流动期间的正向电压(Vf)达到约2.4V，该量值反映欧姆电极15和16的优良欧姆特性。当正向电流设定在500mA时所发射的光的强度能够达到5500mcd的如此高亮度，反映了这样的事实，即光发射效率高的发光部分的结构以及在将外延层转化为芯片期间产生的断裂层的去除引起光向外面的提取效率的提高。
实例2
制造实例2的半导体发光二极管10，实例2的半导体发光二极管10具有与实例1中的相同的结构，但使得AuSn共晶(熔点：283℃)的金属层24形成在背面上，如图5中所示。
通过遵循与在使用实例1的半导体发光二极管10时相同的工序，但使用实例2的半导体发光二极管10作为LED芯片42且使用AuSn替代Ag膏，装配具有图8和图9中示意性示例的结构的半导体发光二极管灯(LED灯)1。
以与实例1中相同的方式，评价通过使用实例2的半导体发光二极管10而制造的半导体发光二极管灯1。结果示于下面的表1中。在500mA的电流沿正向流动期间的正向电压(Vf)为2.4V。光发射的强度能够达到6430mcd的高亮度，反映了这样的事实，即放热特性进一步提高，并且消除了Ag膏对光的吸收。
比较实例1
通过遵循使用与实例1相同的切片锯的工序，但改变GaP衬底14的侧面的形状，制造在图6中所示例的比较实例2的半导体发光二极管10A。第一侧面近乎垂直，并且具有10μm的长度，而第二侧面具有30度的角度和300μm的长度。背面呈现0.5mm2的面积。发光层具有0.72mm2的面积，与实例1相同。通过遵循与在使用实例1的半导体发光二极管10时相同的工序，但使用比较实例1的半导体发光二极管10A作为LED芯片42，装配具有在图8和图9中示意性示例的结构的半导体发光二极管灯(LED灯)。
对使用比较实例1的半导体发光二极管10A的半导体发光二极管灯进行与在实例1的情况中相同的评价。结果示于下面的表1中。在500mA的电流沿正向流动期间的正向电压(Vf)为2.4V。比较实例1的半导体发光二极管灯的光发射的强度仅为3290mcd的亮度，这是因为比较实例1的半导体发光二极管10A具有小面积的背面，并且揭示了散热不足。
比较实例2
通过遵循使用与实例1相同的切片锯的工序，但改变GaP衬底14的侧面的形状，制造没有斜面的比较实例2的半导体发光二极管10B(图7)。背面具有0.9mm2的面积。发光层具有0.72mm2的面积，与实例1相同。通过遵循与在使用实例1的半导体发光二极管10时相同的工序，但使用比较实例2的半导体发光二极管10B作为LED芯片42，装配具有在图8和图9中示意性示例的结构的半导体发光二极管灯(LED灯)。
对使用比较实例2的半导体发光二极管10B的半导体发光二极管灯进行与在实例1的情况中相同的评价。结果示于下面的表1中。在500mA的电流沿正向流动期间的正向电压(Vf)为2.4V。光发射的强度仅为4270mcd的亮度，这是因为，由于没有斜面，光提取效率稍低。
                      表1
Figure A200680053168D00291
实例3
下面将通过参考附图来描述作为第二实施例的另一个具体实例的根据实例3的发光二极管。
图10和图11示例实例3的半导体发光二极管10。图10是平面图，而图11是沿图10的XI-XI线截取的截面图。图12是在实例3的发光二极管10中使用的半导体外延层叠结构的多层结构的示意性截面图，而图13是示例通过将GaP衬底14接合到图12的半导体外延层叠结构而产生的结构的示意性截面图。
实例3的半导体发光二极管10是具有AlGaInP发光部分12的红色发光二极管(LED)，其是通过将设置在由GaAs制成的半导体衬底11上的外延层叠结构接合到GaP衬底14而制成的。
通过使用外延晶片来制造实例3的发光二极管10，其中该外延晶片具有由依次层叠在半导体衬底11上的半导体层构成的外延生长层13，该半导体衬底11由具有从(1000)面倾斜15°的表面的Si掺杂的n型GaAs单晶形成。通过依次层叠半导体组成层，即由Si掺杂的n型GaAs形成的缓冲层130B、由Si掺杂的n型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P形成的接触层131、由Si掺杂的n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P形成的下覆层132、由20对未掺杂的(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P和(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P形成的发光层133、由Mg掺杂的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P形成的上覆层134以及Mg掺杂的p型GaP层135，配置外延生长层13。
以与当层叠形成实例1的外延生长层13的半导体层130A～135时相同的方式，通过低压金属有机化学气相沉积方法(MOCVD方法)，分别层叠半导体层130B～135。从而，形成在实例3中使用的外延晶片。
GaAs缓冲层130B具有约2×1018cm-3的载流子浓度和约0.2μm的层厚度。接触层131具有约2×1018cm-3的载流子浓度和约1.5μm的层厚度。n覆层132具有约8×1017cm-3的载流子浓度和约1μm的层厚度。未掺杂的发光层133具有0.8μm的厚度。p覆层134具有约2×1017cm-3的载流子浓度和1μm的层厚度。GaP层135具有约3×1018cm-3的载流子浓度和9μm的层厚度。
p型GaP层135使得从第一表面到达约1μm的深度的区域被抛光，直到镜面光洁度。通过镜面抛光，p型GaP层135被设置为达到0.18nm的粗糙度。
另一方面，制备将要被安装在p型GaP层135的经镜面抛光的表面上的n型GaP衬底14。以与在制造实例1的发光二极管10时使用的相同方式，制备实例3的发光二极管10的制造所需要的GaP安装衬底14。
将GaP衬底14和外延晶片送到普通的用于装配半导体材料的设备中，并且对该设备的内部抽真空，直到3×10-5Pa的真空。此后，在真空中将设置在该设备内部的GaP衬底14加热到约800℃的温度，同时将GaP衬底14的表面暴露于被加速到800eV能量的Ar离子，其中该设备已经排除了由含碳材料形成的物类以避免被碳污染。结果，在GaP衬底14的表面上形成具有非化学计量组分的接合层141。在形成接合层141之后，停止Ar离子的辐照，并且将GaP衬底14冷却到室温。
接下来，在三分钟的周期内，使在表面区域中具有由非化学计量组分形成的接合层141的GaP衬底14和GaP层135二者的第一表面暴露于通过与电子碰撞而中和的Ar束中。此后，在保持在真空中的装配设备中，GaP层135和GaP衬底14的表面被重叠，并且对其提供这样的负载，以对两个表面中的每一个施加20g/cm2的压力，从而在室温下使得衬底与该层接合(参见图13)。当从装配设备的真空室取出接合后的晶片且分析其界面时，发现在界面中形成具有非化学计量组分的Ga0.6P0.4的接合层141。接合层141具有约3nm的厚度、通过常规SIMS方法发现的量值为7×1018cm-3的氧原子浓度、以及9×1018cm-3的碳原子浓度。
接下来，用基于氨的蚀刻剂从接合后的晶片选择性去除半导体衬底11和GaAs缓冲层130B。
为了在接触层131的表面上形成作为第一电极的欧姆电极15，通过真空沉积方法，首先沉积厚度为0.5μm的AuGeNi合金，沉积厚度为0.2μm的Pt，并且沉积厚度为1μm的Au，以产生n型欧姆电极。然后，通过常规光刻方法，对该n型欧姆电极进行构图，以形成第一电极15。
接下来，选择性去除在用于形成p电极的区域中的半导体层131～134，以暴露GaP层135。在GaP层135的表面上，通过对AuBe和Au的金属材料进行真空沉积方法，沉积厚度分别为0.2μm和1μm的AuBe和Au，以形成p型欧姆电极。此外，通过在450℃下进行的10分钟热处理而使这些电极合金化，形成作为低电阻n型欧姆电极的第一电极15和作为p型欧姆电极的第二电极16(参见图10和图11)。
接下来，通过使用切片锯，从GaP衬底14的背面，***V形槽，以便向斜面提供70°的角(由第二侧面143和与发光表面平行的表面形成的角α)，并且向第一侧面142提供80μm的尺寸。
然后，从第一表面侧，以350μm的间隔***切口，以制造芯片。通过使用硫酸和过氧化氢的混合液体蚀刻和去除由切片引起的断裂层和污染物，完成对半导体发光二极管(芯片)10的制造。
通过将如上所述制造的半导体发光二极管10用作LED芯片42，如图14和图15中示意性示例的，装配半导体发光二极管灯(LED灯)1。通过用银(Ag)膏在安装基底42上固定和安装LED芯片42，用金线46分别将LED芯片42的n型欧姆电极15线接合到设置在安装基底45的第一表面上的n电极接线端43上方，将p型欧姆电极16线接合到p电极接线端44上方，然后用常规环氧树脂41密封接合面，制造该LED灯1。顺便提及，将具有优良放热特性的氮化铝用作用于安装基底45的基本材料。欧姆电极15包括衬垫电极15a和线状电极15b。
当经由设置在安装基底45的表面上的n电极接线端43和p电极接线端44而使得电流在n型和p型欧姆电极15和16之间流动时，发射具有620nm主波长的红色光。在20mA的电流沿正向的流动期间发生的正向电压(Vf)达到约1.95V，该量值反映欧姆电极15和16的良好欧姆特性。正向电流设定在20mA时所发生的光发射的强度达到600mcd的高亮度，该量值反映了具有高的光发射效率的发光部分的结构以及由在切割成芯片期间产生的断裂层的去除引起的向外面提取效率的提高。
实例4
现在，下面将通过参考附图来描述作为第三实施例的又一个具体实例的根据实例4的发光二极管。
实例4的半导体发光二极管10是具有AlGaInP发光部分12的红色发光二极管(LED)，并且其是通过使设置在由GaAs制成的半导体衬底11上的外延层叠结构接合到GaP衬底14而制成的(参见图16和图17)。图16是其平面图，而图17是沿图16的XVII-XVII线截取的截面图。
实例4的半导体发光二极管10是通过使用与在实例3的发光二极管中使用的相同的半导体外延层叠结构且遵循与在实例3中使用的相同制造方法制成的。
除了在与第一电极15相对的一侧在化合物半导体层上的拐角位置处形成第二电极16并且以这种方式设置电极15和16之外，与实例3的发光二极管10相同地构造实例4的发光二极管10。
即，如此构造实例4的发光二极管10，以便用作透明衬底的GaP衬底14的侧面在接近发光层133的一侧的部分处形成与发光层133的发光表面近乎垂直的第一侧面142，且在远离发光层133的一侧的部分处形成相对于发光表面倾斜的第二侧面143，并且该第二侧面143以角度α朝向半导体层的内侧倾斜。
通过将实例4的半导体发光二极管10用作LED芯片42，并且遵循与在使用实例3的半导体发光二极管10的情况中相同的工序，制造具有在图14和图15中示意性示例的结构的半导体发光二极管灯(LED灯)1。
当经由设置在安装基底45的表面上的n电极接线端43和p电极接线端44而使得电流在n型和p型欧姆电极之间流动时，发射具有620nm主波长的红色光。在20mA的电流沿正向的流动期间发生的正向电压(Vf)达到约2.10V，该量值反映欧姆电极15和16的良好欧姆特性。正向电流设定在20mA时所发生的光发射的强度达到800mcd的高亮度，该量值反映了具有高的光发射效率的发光部分的结构以及由在切割成芯片期间产生的断裂层的去除引起的向外面提取效率的提高。
比较实例3
如图19中所示，除了将透明衬底14的第二侧面形成为与发光部分13垂直之外，根据与实例3中相同的制造方法，通过将透明衬底14接合到半导体层，制造在图18和图19中示例的比较实例3的半导体发光二极管10C。顺便提及，形成在接触层131的表面上的n型欧姆电极15c不具有网状图形的形状，如图18所示，并且形成在GaP层135的表面上的p型欧姆电极16c具有这样的形状，以便使得其周围部分被化合物半导体层覆盖。
作为与实例3的二极管尺寸相同的芯片，获得比较实例3的半导体发光二极管。在切片之后，用硫酸和过氧化氢的混合液体蚀刻和去除由切片加工所产生的断裂层和污染物。
除了使用比较实例3的半导体发光二极管10C之外，通过遵循使用实例3中的半导体发光二极管10的工序，装配具有在图14和图15中示意性示例的结构的半导体发光二极管灯(LED灯)。
当经由设置在安装基底45的表面上的n电极接线端43和p电极接线端44而使得电流在n型和p型欧姆电极15c和16c之间流动时，使用比较实例3的半导体发光二极管10C的LED灯发射具有620nm主波长的红色光。在20mA的电流沿正向的流动期间发生的正向电压(Vf)达到约2.30V。正向电流设定在20mA时所发生的光发射的强度仅达到200mcd的亮度。
工业适用性
本发明的发光二极管的特征在于放热特性优良且呈现高亮度，并且，由于优良的放热特性，可以在大电功率下使用。此外，本发明的发光二极管能够发射红色、橙色、黄色或黄绿色的光。

Claims (33)

1.一种发光二极管，具有透明衬底和由化合物半导体制成的发光层，其中其上形成有第一电极和极性与所述第一电极不同的第二电极的光提取表面的面积(A)、形成为接近所述光提取表面的所述发光层的面积(B)、以及所述发光二极管的位于与用于形成所述第一电极和所述第二电极的一侧相反的一侧上的背面的面积(C)如此相关联，以满足式A>C>B的关系。
2.根据权利要求1的发光二极管，其中所述发光层具有分子式(AlxGa1-x)YIn1-YP的组分，其中0≤X≤1且0<Y≤1，并且所述透明衬底具有100W/m·k以上的传热系数。
3.根据权利要求1或2的发光二极管，其中所述透明衬底的侧面包括接近所述发光层的第一侧面和接近所述透明衬底的背面的第二侧面，并且其中所述第一侧面的倾角小于所述第二侧面的倾角。
4.根据权利要求3的发光二极管，其中所述第一侧面垂直，而所述第二侧面倾斜。
5.一种发光二极管，包括:化合物半导体层，具有发光部分，所述发光部分包含组分为分子式(AlxGa1-x)YIn1-YP的发光层，其中0≤X≤1且0<Y≤1；透明衬底，所述化合物半导体层接合到所述透明衬底；以及主光提取表面，其上形成有第一电极和极性与所述第一电极不同的第二电极，其中所述第二电极形成在暴露于与所述第一电极相对的一侧的所述化合物半导体层上，并且所述透明衬底具有侧面，所述侧面包括在接近所述发光层的一侧上的与所述发光层的发光表面大致垂直的第一侧面和在远离所述发光层的一侧上的相对于所述发光表面倾斜的第二侧面。
6.一种发光二极管，包括:化合物半导体层，具有发光部分，所述发光部分包含组分为分子式(AlxGa1-x)YIn1-YP的发光层，其中0≤X≤1且0<Y≤1；透明衬底，所述化合物半导体层接合到所述透明衬底；以及主光提取表面，其上形成有第一电极和极性与所述第一电极不同的第二电极，其中所述第二电极形成在暴露于与所述第一电极相对的一侧的所述化合物半导体层上的拐角位置，并且所述透明衬底具有侧面，所述侧面包括在接近所述发光层的一侧上的与所述发光层的发光表面大致垂直的第一侧面和在远离所述发光层的一侧上的相对于所述发光表面倾斜的第二侧面。
7.根据权利要求3或4的发光二极管，其中所述第二侧面的倾角为10度以上且30度以下。
8.根据权利要求3或4的发光二极管，其中所述第二侧面的倾角为10度以上且20度以下。
9.根据权利要求5或6的发光二极管，其中在所述第二侧面与平行于所述发光表面的表面之间形成范围在55度～80度的角。
10.根据权利要求3或4的发光二极管，其中所述第一侧面具有50μm以上且100μm以下的长度，而所述第二侧面具有100μm以上且250μm以下的长度。
11.根据权利要求5或6的发光二极管，其中所述第一侧面的长度在30μm～100μm的范围内。
12.根据权利要求1、5或6的发光二极管，其中所述透明衬底由磷化镓(GaP)制成。
13.根据权利要求5或6的发光二极管，其中所述透明衬底实质上是n型GaP单晶，并且具有(100)或(111)的表面取向。
14.根据权利要求5或6的发光二极管，其中所述透明衬底的厚度在50μm～300μm的范围内。
15.根据权利要求5或6的发光二极管，其中所述透明衬底由碳化硅(SiC)制成。
16.根据权利要求1的发光二极管，其中所述透明衬底的背面是能够散射光的粗糙化表面。
17.根据权利要求1的发光二极管，其中所述透明衬底的背面上形成有金属膜。
18.根据权利要求17的发光二极管，其中所述透明衬底的所述背面上的所述金属膜包含熔点为400℃以下的金属。
19.根据权利要求17的发光二极管，其中所述金属膜由AuSn合金制成。
20.根据权利要求1的发光二极管，其中在1.5W以上的电功率下使用所述发光二极管，并且其背面的面积为0.6mm2以上。
21.根据权利要求16的发光二极管，其中所述透明衬底是GaP衬底，并且其背面通过用盐酸处理所述GaP衬底而得到。
22.根据权利要求3的发光二极管，其中所述透明衬底的所述第一和第二侧面是通过切片方法形成的侧面。
23.根据权利要求5的发光二极管，其中所述第二电极的周围被半导体层包围。
24.根据权利要求6的发光二极管，其中所述第二电极位于所述第二侧面的倾斜结构之上。
25.根据权利要求5的发光二极管，其中所述第一电极具有栅格形状。
26.根据权利要求5或6的发光二极管，其中所述第一电极包括衬垫电极和宽度为10μm以下的线状电极。
27.根据权利要求5或6的发光二极管，其中所述发光部分包含GaP层，并且所述第二电极形成在所述GaP层上。
28.根据权利要求5或6的发光二极管，其中所述第一电极具有n型极性，而所述第二电极具有p型极性。
29.根据权利要求5或6的发光二极管，其中所述透明衬底的所述倾斜的第二面被粗糙化。
30.一种制造发光二极管的方法，包括以下步骤:
形成发光部分，所述发光部分包含组分为分子式(AlxGa1-x)YIn1-YP的发光层，其中0≤X≤1且0<Y≤1；
随后使得包含所述发光部分的化合物半导体层接合到透明衬底；
使得第一电极附接到与所述透明衬底相反的一侧上的主发光表面，并且以这样的方式使得极性与所述第一电极不同的第二电极形成在所述化合物半导体层的暴露部分上，以使所述第二电极设置在与所述第一电极相对的一侧上；以及
使得所述透明衬底的侧面在接近所述发光层的一侧上形成与所述发光层的发光表面大致垂直的第一侧面，并且通过切片方法，在远离所述发光层的一侧上形成相对于所述发光表面倾斜的第二侧面。
31.一种发光二极管的方法，包括以下步骤:
形成发光部分，所述发光部分包含组分为分子式(AlxGa1-x)YIn1-YP的发光层，其中0≤X≤1且0<Y≤1；
随后使得包含所述发光部分的化合物半导体层接合到透明衬底；
使得第一电极附接到与所述透明衬底相反的一侧上的主发光表面，并且以这样的方式使得极性与所述第一电极不同的第二电极形成在所述半导体层的暴露部分上的拐角位置，以使所述第二电极设置在与所述第一电极相对的一侧上；以及
使得所述透明衬底的侧面在接近所述发光层的一侧上形成与所述发光层的发光表面大致垂直的第一侧面，并且通过切片方法，在远离所述发光层的一侧上形成相对于所述发光表面倾斜的第二侧面。
32.根据权利要求30或31的制造发光二极管的方法，其中所述第一侧面通过划片和断裂方法形成。
33.根据权利要求30或31的制造发光二极管的方法，其中所述第一侧面通过切片方法形成。
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