TWI478389B - 發光二極體及其製造方法 - Google Patents

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Showa Denko Kk
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Description

發光二極體及其製造方法
本發明係有關一種發光二極體及其製造方法。
本案係依據2011年3月14日於日本申請的特願2011-055833號、及2011年9月16日於日本申請的特願2011-203449號主張優先權，在此並援用其等之內容。
已知一種將發光層產生的光自元件上面的一部分取出之點光源型的發光二極體。又已知此型的發光二極體中具有用以將發光層中的通電區域限制在其面內的一部分之電流狹窄構造(例如，專利文獻1)。在具有電流狹窄構造的發光二極體中，發光區域受限定，且使光從設於其區域正上的光射出孔射出，因而能獲得高的光輸出且能使射出的光有效率地取入光學零件等。
點光源型的發光二極體中，特別是共振器型發光二極體(RCLED：Resonant-Cavity Light Emitting Diode)，係一種建構成在包含2個反射鏡的共振器內產生的駐波的腹部會位在配置於共振器內的發光層，且將光射出側的反射鏡之反射率設成比基板側的反射鏡之反射率還低，藉以在未使雷射振盪之下以LED模示作動之高效率的發光元件(專利文獻2，3)。共振器型發光二極體與通常的發光二極體相較下，依據共振器構造的效果，具有可見光譜線寬狹窄，射出光之指向性高，且因自然放出導致載子壽命變短而可高速響應等之特徵，故適合於感測器等。
已知一種共振器型發光二極體中，具備有在和基板平行的方向為縮窄發光區域而將上部反射鏡層及活性層等形成支柱構造，且於其支柱構造的頂面的光取出面具有光射出用的開口之層的構成(例如，專利文獻4)。
圖18係顯示一種共振器型發光二極體，在基板131上依序具備下部反射鏡層132、活性層133、上部反射鏡層134、及接觸層135而成的共振器型發光二極體，其將活性層133、上部反射鏡層134、及接觸層135作成支柱構造137，以保護膜138被覆支柱構造137及其周圍，於其保護膜138上形成電極膜139，在支柱構造137的頂面137a(光取出面)中的電極膜139形成光射出用的開口139a。標號140為背面電極。
圖18所示的那種支柱構造之電流狹窄構造係亦可應用於非共振器型之點光源型的發光二極體。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2005-31842號公報
[專利文獻2]特開2002-76433號公報
[專利文獻3]特開2007-299949號公報
[專利文獻4]特開平9-283862號公報
於形成上述支柱構造之際，由於在成膜了活性層等之後會藉由各向異性的乾式蝕刻來實施除去支柱構造以外的部分，故如圖18所示，支柱構造137的側面137b係相 對於基板131形成垂直或急傾斜。此支柱構造的側面，通常是藉由蒸鍍法或濺鍍法形成保護膜之後，利用蒸鍍法形成電極用金屬(例如，Au)膜，但要在此垂直或急傾斜的側面上將保護膜或電極用金屬膜形成一樣的膜厚並非容易，有所謂容易形成不連續的膜之問題。於保護膜成為不連續的膜之情況(圖18中的標號A)，在其不連續部分，電極用金屬膜進入接觸活性層等而成為漏電的原因。又，在電極用金屬膜成為不連續的膜之情況(圖18中的標號B)係成為通電不良的原因。
又，當以乾式蝕刻進行除去支柱構造以外的部分時，需要高價的裝置，亦有所謂蝕刻時間變長之問題。
本發明係有鑒於上述事情而完成者，目的在於：提供一種保護膜及形成於其上的電極膜以均一的膜厚形成之發光二極體、及降低漏電或通電不良使良率提升、且能以較以往更低成本進行製造之發光二極體之製造方法。
本發明係提供以下的手段。
(1)一種發光二極體，係於基板上具備反射層和含有活性層的化合物半導體層而成的發光二極體，其特徵為：其上部具有平坦部、和具有傾斜側面及頂面的台地型構造部，前述平坦部及前述台地型構造部各自的至少一部分係被保護膜、電極膜依序覆蓋，前述台地型構造部係含有至少前述活性層的一部分，前述傾斜側面是藉濕式蝕刻形成，且水平方向的剖面積是形成朝向前述頂面 連續地變小，前述保護膜，係至少覆蓋前述平坦部的至少一部分、前述台地型構造部的前述傾斜側面、及前述台地型構造部的前述頂面之周緣區域，且具有俯視可見於前述周緣區域的內側露出前述化合物半導體層之表面的一部分之通電窗，前述電極膜，係以與自前述通電窗露出的化合物半導體層之表面直接接觸，且至少覆蓋被形成在前述平坦部上的保護膜之一部分，使前述台地型構造部的頂面上具有光射出孔的方式所形成的連續膜。
此外，本發明中所謂的「平坦部」，係指對化合物半導體層進行濕式蝕刻以形成台地型構造部時同時形成者，且“平坦”化係藉由濕式蝕刻進行者。
(2)如(1)所記載之發光二極體，其中前述反射層為DBR反射層。
(3)如(2)所記載之發光二極體，其中在前述活性層之與基板對向的對向側具備上部DBR反射層。
(4)如(1)所記載之發光二極體，其中前述反射層係包含金屬。
(5)如(1)至(4)中任一項所記載之發光二極體，其中前述化合物半導體層係具有和前述電極膜接觸的接觸層。
(6)如(1)至(5)中任一項所記載之發光二極體，其中前述台地型構造部含有前述活性層的全部和前述反射層的一部分或全部。
(7)如(1)至(6)中任一項所記載之發光二極體，其中前述台地型構造部係俯視呈矩形。
(8)如(7)所記載之發光二極體，其中前述台地型構造部之各傾斜側面係對前述基板的定向面偏置地形成。
(9)如(1)至(8)中任一項所記載之發光二極體，其中前述台地型構造部的高度為3~7μm，且俯視中之前述傾斜側面的寬度為0.5~7μm。
(10)如(1)至(9)中任一項所記載之發光二極體，其中前述光射出孔係俯視呈圓形或橢圓。
(11)如(10)所記載之發光二極體，其中前述光射出孔孔徑為50~150μm。
(12)如(1)至(11)中任一項所記載之發光二極體，其中在前述電極膜之前述平坦部上的部分具有接合線。
(13)如(1)至(12)中任一項所記載之發光二極體，其中前述活性層所含有的發光層係包含多重量子阱。
(14)如(1)至(13)中任一項所記載之發光二極體，其中前述活性層所含有的發光層係包含((AlX1 Ga1-X1 )Y1 In1-Y1 P(0≦X1≦1，0<Y1≦1)、(AlX2 Ga1-X2 )As(0≦X2≦1)、(InX3 Ga1-X3 )As(0≦X3≦1))中任一。
(15)一種發光二極體的製造方法，其特徵為具有：於基板上形成反射層和含有活性層的化合物半導體層之步驟；對前述化合物半導體層進行濕式蝕刻，以形成水平方向的剖面積形成朝向頂面連續地變小的台地型構造部和配置在該台地型構造部之周圍的平坦部之步驟；以在前述台地型構造部的頂面具有露出前述化合物半導體層之表面的一部分之通電窗的方式，於前述台地型構造部及平坦部上形成保護膜之步驟；及以與自前述通電窗 露出的化合物半導體層之表面直接接觸，且至少覆蓋被形成在前述平坦部上的保護膜之一部分，使前述台地型構造部的頂面上具有光射出孔的方式形成連續膜的電極膜之步驟。
(16)如(15)所記載之發光二極體的製造方法，其中前述濕式蝕刻，係使用選自磷酸/過氧化氫水混合液、氨/過氧化氫水混合液、溴甲醇混合液、碘化鉀/氨的群中之至少1種以上來進行。
依據本發明的發光二極體，其上部具有平坦部、和具有傾斜側面及頂面的台地型構造部，平坦部及台地型構造部各自的至少一部分係被保護膜、電極膜依序覆蓋，台地型構造部係含有至少前述活性層的一部分，保護膜，係至少覆蓋平坦部的至少一部分、台地型構造部的傾斜側面、及台地型構造部的前述頂面之周緣區域，且具有俯視可見於前述周緣區域的內側露出化合物半導體層之表面的一部分之通電窗，電極膜，係以與自通電窗露出的化合物半導體層之表面直接接觸，且至少覆蓋被形成在平坦部上的保護膜之一部分，使台地型構造部的頂面上具有光射出孔的方式所形成的連續膜。由於採用以上之構成，故能獲得高的光輸出且能使射出的光有效率地取入光學零件等。
又，台地型構造部的傾斜側面係藉濕式蝕刻形成且水平方向的剖面積形成朝頂面連續地變小。由於採用上述構成，因而與垂直側面的情況相較下，容易在側面上 形成保護膜及其上的電極膜而得以形成均一膜厚的連續膜，故無起因於不連續的膜所造成漏電或通電不良的情形，可確保穩定且高亮度之發光。如此的效果係具備有藉濕式蝕刻所形成的傾斜側面之台地型構造部所達成之效果，且不憑藉發光二極體之內部的積層構造或基板的構成而能獲得之效果。
依據本發明的發光二極體，透過採用反射層為包含金屬的構成，從而能將在發光層發光的光以高反射率反射而獲得高的光輸出。
依據本發明的發光二極體，透過採用反射層是DBR反射層的構成，能進行可見光譜線寬狹窄的發光。又透過採用在活性層之與基板對向之對向側更具備上部DBR反射層之構成，從而可見光譜線寬變狹窄，射出光之指向性高而可高速響應。
依據本發明的發光二極體，係採用化合物半導體層為具有和電極膜接觸的接觸層之構成，藉此降低歐姆電極的接觸電阻而得以低電壓驅動。
依據本發明的發光二極體，係透過採用台地型構造部為含有活性層的全部及反射層的一部分或全部的構成，從而使得發光全產生在台地型構造部內，光取出效率得以提升。
依據本發明的發光二極體，係透過採用台地型構造部在俯視中呈矩形的構成，因製造時之濕式蝕刻的各向異性之影響使台地形狀依蝕刻深度而變化的情況受抑制，由於容易控制台地部面積，故可獲得高精度的尺寸形 狀。
依據本發明的發光二極體，透過採用台地型構造部之各傾斜側面是相對於基板的定向面偏置而形成之構成，由於因基板方位所引起之各向異性對於構成矩形台地型構造部的4邊之影響被緩和，故可獲得均等的台地形狀‧梯度。
依據本發明的發光二極體，透過採用台地型構造部的高度為3~7μm，且在俯視中傾斜側面的寬度為0.5~7μm之構成，與垂直側面的情況相較下，因為容易於側面形成保護膜及其上的電極膜，且形成均一膜厚的連續膜，故無起因於不連續的膜所造成漏電或通電不良的情形，可確保穩定且高亮度的發光。
依據本發明的發光二極體，透過採用光射出孔在俯視中是呈圓形或橢圓的構成，從而能比具有矩形等角部的構造還容易形成均一的接觸區域，可抑制在角部發生電流集中等情形。又，適合於和在受光側的光纖等耦合。
依據本發明的發光二極體，透過採用光射出孔孔徑是50~150μm的構成，以回避所謂未滿50μm，在台地型構造部之電流密度變高，導致低電流輸出飽和，而一超過150μm時，由於電流難以朝台地型構造部整體擴散，仍然輸出飽和的問題。
依據本發明的發光二極體，藉由採用在電極膜之平坦部上的部分具有接合線之構成，因為於位在可施加充分荷重(及超音波)之平坦部的部分進行打線接合，因而 可實現接合強度強的打線接合。
依據本發明之發光二極體的製造方法，係具有對化合物半導體層濕式蝕刻以形成水平方向的剖面積是朝頂面連續地變小而形成之台地型構造部和配置在該台地型構造部周圍的平坦部之步驟；以具有在台地型構造部的頂面露出化合物半導體層之表面的一部分之通電窗的方式，於台地型構造部及平坦部上形成保護膜之步驟；及以與自通電窗露出的化合物半導體層的表面直接接觸，且至少覆蓋被形成在前述平坦部上的保護膜之一部分，且在台地型構造部的頂面上具有光射出孔的方式形成連續膜的電極膜之步驟。由於採用以上之構成，故能獲得高的光輸出且能使射出的光有效率地取入光學零件等，且與垂直側面的情況相較下，容易在傾斜側面上形成保護膜及其上的電極膜而得以形成均一膜厚的連續膜，故無起因於不連續的膜所造成之漏電或通電不良的情形，可確保穩定且高亮度之發光的發光二極體。藉由以往各向異性的乾式蝕刻形成支柱構造時會形成垂直的側面，藉由濕式蝕刻形成台地型構造部，可將側面形成和緩之傾斜的側面。又，藉由濕式蝕刻形成台地型構造部，可比以往利用乾式蝕刻形成支柱構造的情況還要縮短形成時間。
 [實施發明之形態]
以下，針對應用本發明的發光二極體及其製造方法，使用圖面來說明其構成。此外，以下說明所使用的圖 面會有為了讓人容易瞭解特徵而權宜地放大顯示特徵的部分之情況，各構成要素的尺寸比率等不一定會和實際相同。又，在以下說明所例示的材料、尺寸等僅為一例，本發明未受其等所限定，可在不變更其要旨之範圍適當變更並實施。
此外，在未損及本發明的效果之範圍，亦可具備以下所未記載的層。
[發光二極體(第1實施形態)]
圖1係應用本發明的一發光二極體例之共振器型發光二極體的剖面模式圖。圖2係形成於含有圖1所示之發光二極體的晶圓上之發光二極體的斜視圖。
以下，茲參照圖1及圖2，針對應用本發明的一實施形態之發光二極體作詳細說明。
圖1所示的發光二極體100，係於基板1上具備反射層2和含有活性層3的化合物半導體層之發光二極體，其上部具有平坦部6、及具有作為外表面之傾斜側面7a及頂面7b的台地型構造部7，平坦部6及台地型構造部7各自的至少一部分係被保護膜8、電極膜9依序覆蓋，台地型構造部7係含有至少活性層3的一部分，傾斜側面7a係藉濕式蝕刻所形成且水平方向的剖面積形成朝頂面7b連續地變小，保護膜8係至少覆蓋平坦部6的至少一部分、台地型構造部7的傾斜側面7a、及台地型構造部7的頂面7b之周緣區域7ba，且在俯視中於周緣區域7ba的內側具有露出化合物半導體層之表面的一部分之通電窗8b，電極膜9係以與自通電窗8b露出的化合物半導體層之表面直接接 觸，且至少覆蓋被形成在平坦部6上的保護膜8之一部分，使台地型構造部7的頂面7b上具有光射出孔9b的方式所形成的連續膜，反射層2係DBR反射層(下部DBR反射層)，在活性層3之與基板1對向的對向側具備上部DBR反射層4，化合物半導體層係具有和電極膜9接觸的接觸層5者。
本實施形態之共振器型發光二極體的台地型構造部7係俯視呈矩形，電極膜9的光射出孔9b係俯視呈圓形。台地型構造部7未受限於在俯視中呈矩形，又，光射出孔9b亦未受限於在俯視圖中呈圓形。
在台地型構造部7的電極膜上，具備用以防止來自側面的漏光之漏光防止膜16。
又，在基板1的下面側具備背面電極10。
本發明的發光二極體為，如圖2所示，於晶圓狀的基板上製作多個發光二極體100後，按各發光二極體沿著切割道(切斷預定線)21(虛線22係切割道21之長邊方向的中心線)切斷而製造。亦即，沿著虛線22將雷射或刀片等碰觸切割道21的部分，可切斷成各發光二極體。
台地型構造部7係相對於平坦部6朝上方突出的構造，且具有作為外表面的傾斜側面7a和頂面7b。在圖1所示之例子的情況，傾斜側面7a係包含活性層3的整層、及在上部DBR層4及接觸層5的傾斜剖面上隔著保護膜形成的電極膜(外表面電極膜)9之表面，頂面7b係包含用以覆蓋保護膜8中央部分的部分8d之表面、電極膜9(標號9ba、9bb及9d的部分)的表面。
又，本發明之台地型構造部7的內部係含有：接觸層5、上部DBR層4、活性層3的至少一部分。
圖1所示之例子的情況，台地型構造部7的內部係含有：接觸層5和上部DBR層4及活性層3的整層。台地型構造部7的內部亦可僅含有活性層3的一部分，但以活性層3的整層是被台地型構造部7的內部所包含者較佳。原因在於：於活性層3發光的光全產生在台地型構造部內，得以提升光取出效率。又，亦可在台地型構造部7的內部含有下部DBR層2的一部分。
又，台地型構造部7其傾斜側面7a係藉濕式蝕刻形成，且水平方向的剖面積是形成從基板1側朝向頂面連續地變小。傾斜側面7a係藉濕式蝕刻所形成者，故朝下形成凸狀。台地型構造部7的高度h為3~7μm，且俯視中之傾斜側面7a的寬度w為0.5~7μm較佳。原因在於，在此情況，台地型構造部7的側面非呈垂直或急傾斜而是和緩的傾斜，所以保護膜或電極用金屬膜容易形成一樣的膜厚，無需擔憂成為不連續的膜，因此，沒有起因於不連續的膜所造成之漏電或通電不良的情形，可確保穩定且高亮度之發光。
又，進行高度超過7μm的濕式蝕刻時，傾斜側面容易成為懸垂(overhang)形狀(倒錐形)故不理想。以懸垂形狀(倒錐形)要將保護膜、電極膜以均一的膜厚且無不連續部位地形成係變得比垂直側面的情況更為困難。
此外，本說明書中，高度h係指從隔著平坦部6上的保護膜所形成之電極膜9(標號9c的部分)的表面迄至覆 蓋保護膜8之標號8ba的部分之電極膜9(標號9ba的部分)的表面為止的垂直方向之距離(參照圖1)。又，寬度w係指從覆蓋保護膜8之標號8ba的部分之電極膜9(標號9ba的部分)的邊緣到繫接其邊緣的傾斜側面的電極膜9(標號9a的部分)之最下面的邊緣之水平方向的距離(參照圖1)。
圖3係台地型構造部7附近之剖面的電子顯微鏡照片。
圖3所示之例子的層構成，除了接觸層是包含Al0.3 Ga0.7 As、且層厚是3μm這點以外，其餘構成與後述之實施例相同。
本發明的台地型構造部由於是藉濕式蝕刻所形成，所以形成從其頂面側越朝向基板側走(圖中越朝向下方走)，則台地型構造部之水平剖面積(或寬度或直徑)的增大率變越大。依此形狀可判別台地型構造部非藉由乾式蝕刻，而是藉由濕式蝕刻形成者。
圖3所示之例子中，高度h為7μm，且寬度w為3.5~4.5μm。
台地型構造部7係以俯視呈矩形較佳。原因在於，因製造時之濕式蝕刻的各向異性之影響使台地形狀依蝕刻深度而變化的情況受抑制，由於可容易控制台地型構造部之各面的面積，故可獲得高精度的尺寸形狀。
發光二極體中的台地型構造部7之位置，如圖1及圖2所示，為了元件的小型化，以偏於發光二極體之長軸方向的一側較佳。原因在於，由於平坦部6需要用以安裝接 合線(未圖示)的寬度，因而要作成狹窄有其限度，藉由使台地型構造部7偏向另一側，可使平坦部6的範圍最小化，能圖謀元件的小型化。
平坦部6係配置在台地型構造部7周圍的部分。本發明中，因為於位在可施加充分荷重(及超音波)的電極膜之平坦部的部分進行打線接合，故能實現高接合強度的打線接合。
在平坦部6之上依序形成保護膜8、電極膜(外表面電極膜)9，在電極膜9之上安裝接合線(未圖示)。配置在平坦部6的保護膜8正下之材料，係依台地型構造部7之內部構成而決定。圖1所示之例子的情況，台地型構造部7的內部係含有：接觸層5、上部DBR層4、活性層3的整層，且活性層3的正下層、即下部DBR層的最上面配置在平坦部6的保護膜8正下，所以配置在平坦部6的保護膜8正下之材料係下部DBR層之最上面的材料。
保護膜8係包含：部分8a，其覆蓋台地型構造部7的傾斜側面7a；部分8c，其覆蓋平坦部6的至少一部分(亦含有隔著台地型構造部7覆蓋對向側的平坦部之部分8cc)；部分8ba，其覆蓋台地型構造部7的頂面7b之周緣區域7ba；及部分8d，其覆蓋前述頂面7b中央部分，且具有俯視可見在周緣區域7ba的內側露出接觸層5之表面的一部分之通電窗8b。
本實施形態的通電窗8b係將在台地型構造部7的頂面7b的接觸層5的表面中之、位在周緣區域7ba之下的部分8ba與位在覆蓋中央部分的部分8d之下的部分之間的 直徑不同之2個同心圓間的區域露出。
保護膜8的第1機能為，為縮窄產生發光的區域及用以取出光的範圍而配備於外表面電極膜9之下層用以限制在外表面電極膜9和背面電極10之間的流通電流之區域。亦即，形成保護膜8後，於含有保護膜8的全面上形成外表面電極膜，之後，將外表面電極膜圖案化，既形成保護膜8的部分即使未除去外表面電極膜，外表面電極膜和背面電極10之間亦不會流通電流。在欲和背面電極10之間流通電流處形成保護膜8的通電窗8b。
因此，只要是以能具有第1機能的方式於台地型構造部7的頂面7b之一部分形成通電窗8b的構成即可，通電窗8b的形狀或位置未限定為圖1那樣的形狀或位置。
保護膜8的第2機能，其相對於屬必要機能的第1機能而言，倒不是必要的機能，在圖1所示之保護膜8的情況，關於第2機能方面，在俯視中是配備在外表面電極膜9的光射出孔9a內之接觸層5的表面，能將光經由保護膜8取出，且保護取出光的接觸層5之表面。
此外，在後述的第2實施形態中，係光射出孔之下沒有保護膜而在未經由保護膜之下從光射出孔9b直接取出光的構成，未具有第2機能。
關於保護膜8的材料方面可使用周知的絕緣層，但因為容易形成穩定的絕緣膜，故以氧化矽膜較佳。
此外，本實施形態中，因為是將光經由此保護膜8(8d)取出，故保護膜8有需要具有透光性。
又，保護膜8的膜厚以0.3~1μm較佳。原因在於，未 滿0.3μm則絕緣性不足，而當超過1μm時，則膜之形成會耗費過多的時間。
電極膜(外表面電極膜)9係包含：部分9a，其覆蓋保護膜8中的用以覆蓋傾斜側面7a的部分8a；部分9c，其覆蓋保護膜8中的用以覆蓋平坦部6的至少一部分的部分8c；部分9ba，其覆蓋保護膜8中的用以覆蓋台地型構造部7的頂面7b之周緣區域7ba的部分8ba的部分；部分9bb(以下適當地稱為「接觸部分」)，其掩埋保護膜8的通電窗8b；以及部分9d，其覆蓋在台地型構造部7的頂面7b之保護膜8中的用以覆蓋頂面7b中央部分的部分8d之外周緣部。
電極膜(外表面電極膜)9的第1機能為和背面電極10之間流通電流，第2機能為限制射出所發光的光之範圍。圖1所示之例子的情況，第1機能是由接觸部分9bb擔任，第2機能是由覆蓋中央部分的部分8d之外周緣部的部分9d所擔任。
亦可為藉由使用非透光性的保護膜，令其保護膜擔任第2機能之構成。
電極膜9可以覆蓋平坦部6的保護膜8整體，亦可覆蓋其一部分，為了適當安裝接合線，以儘可能覆蓋廣範圍較佳。從成本降低的觀點考量，如圖2所示，以在切斷成各發光二極體之際的切割道21不覆蓋電極膜者較佳。
此電極膜9在台地型構造部7的頂面7b中僅利用接觸部分9bb與接觸層5接觸，故電極膜9和背面電極10僅能在接觸部9bb和背面電極10之間流通電流。為此，於發光層 13中電流集中在俯視是和光射出孔9b重疊的範圍，由於發光集中在其範圍，故可有效率地取出光。
關於電極膜9的材料，可使用周知的電極材料，但從為了獲得良好的歐姆接觸來考量，以AuBe/Au最佳。
又，電極膜9的膜厚以0.5~2.0μm較佳。原因在於，未滿0.5μm不但難以獲得均一且良好的歐姆接觸，且接合時的強度、厚度不足，而當超過2.0μm時，則成本耗費過高。
如圖1所示，亦可具備漏光防止膜16，用以防止在活性層所發的光從台地型構造部7的側面朝元件外漏洩。
關於漏光防止膜16的材料，可使用周知的反射材料。亦可為與電極膜9相同的AuBe/Au。
本實施形態中，在光射出孔9b之下形成有保護膜8d(8)，且於台地型構造部7的頂面經由保護膜8d(8)而從光射出孔9b取出光的構成。
光射出孔9b的形狀係以在俯視中呈圓形或橢圓者較佳。原因在於，能比具有矩形等角部的構造還容易形成均一的接觸區域，可抑制在角部發生電流集中等情形。又，適合於和在受光側的光纖等耦合。
光射出孔9b的直徑以50~150μm較佳。原因在於，未滿50μm時在射出部之電流密度變高，導致低電流且輸出飽和，反之若超過150μ則因電流難以朝射出部整體擴散，使得相對於注入電流之發光效率降低。
關於基板1，例如可使用GaAs基板。
在使用GaAs基板的情況，可使用以周知的製法製作 之市售品的單結晶基板。GaAs基板之供磊晶成長的表面最好是平滑。關於GaAs基板的表面之面方位，從磊晶成長容易、量產的(100)面及從(100)偏±20°以內的基板，從品質穩定性方面來說是最好的。再者，GaAs基板的面方位，以從(100)方向朝(0-1-1)方向偏15°±5°的範圍更佳。
為了下部DBR層2、活性層3及上部DBR層4良好的結晶性，GaAs基板的差排密度以低者最好。具體而言，例如，以10,000個cm-2 以下為宜，最好為1,000個cm-2 以下。
GaAs基板可為n型或p型。GaAs基板的載子濃度可從所期望的電氣傳導度和元件構造作適當選擇。例如，在GaAs基板是摻雜Si的n型之情況，以載子濃度為1×1017 ~5×1018 cm-3 的範圍較佳。相對地，在GaAs基板是摻雜Zn的p型之情況，以載子濃度為2×1018 ~5×1019 cm-3 的範圍較佳。
GaAs基板的厚度係有因應於基板的尺寸之適切範圍。GaAs基板的厚度比適切的範圍薄時，則會有在化合物半導體層之製造處理中破裂之虞。另一方面，GaAs基板的厚度比適切的範圍還厚時，材料成本會增加。為此，GaAs基板之基板尺寸大的情況，例如，在直徑75mm的情況，為防止運送時的破裂，最好厚度為250~500μm。同樣地，在直徑50mm的情況，200~400μm的厚度最好，直徑100mm的情況，350~600μm的厚度最好。
如此，透過因應於GaAs基板的基板尺寸而加大基板的厚度，可降低起因於活性層3所導致的化合物半導體層 翹曲。藉此，由於在磊晶成長中之溫度分布變得均一，故可縮小活性層3之面內的波長分布。此外，GaAs基板的形狀未特別受限於圓形，即使是矩形等亦無問題。
關於反射層(下部DBR層2)及化合物半導體層(活性層3、上部DBR層4、接觸層5)的構造，可適時添加周知的機能層。例如，可設置用以使元件驅動電流於發光部的全體以平面方式擴散之電流擴散層、及相反地是用以限制元件驅動電流之流通區域的電流阻止層或電流狹窄層等之周知的層構造。
形成於基板1上的反射層(下部DBR層)及化合物半導體層，係依序積層下部DBR層2、活性層3及上部DBR層4而構成。
DBR(Distributed Bragg Reflector)層，係包含交互積層λ/(4n)的膜厚(λ：應反射的光在真空中的波長，n：層材料的折射率)且折射率不同之兩種類的層而成的多層膜。就反射率而言，兩種類的折射率之差大時，能以較少層數的多層膜獲得高反射率。特徵在於：並非如通常的反射膜被某面反射，而是多層膜的整體會基於光的干涉現象引起反射。
DBR層的材料係以相對於發光波長呈透明較佳，且以選擇構成DBR層之兩種類的材料之折射率差變大的組合較佳。
下部DBR層2係以折射率不同之兩種類的層交互地積層10~50對而成較佳。原因在於，在10對以下之情況，因反射率過低而無助於增大輸出，而即便是50對以上 ，反射率再進一步增大的值小。
構成下部DBR層2之折射率不同之兩種類的層，係選自組成不同之兩種類的(AlXh Ga1-Xh )Y3 In1-Y3 P(0<Xh≦1，Y3=0.5)、(AlX1 Ga1-X1 )Y3 In1-Y3 P；0≦X1<1，Y3=0.5)之對，且兩者之Al的組成差△X=xh-xl為大於或等於0.5的組合、或GaInP和AlInP之組合，或是組成不同之兩種類的Alx1 Ga1-x1 As(0.1≦x1≦1)、Alxh Ga1-xh As(0.1≦xh≦1)之對，且兩者的組成差△X=xh-xl為大於或等於0.5的組合任一，因效率佳可獲得高反射率故最好。
由於組成不同之AlGaInP的組合係不含容易產生結晶缺陷的As，故較佳，GaInP和AlInP是其中能取得最大折射率差者，故可減少反射層的數量，組成的轉換亦單純，故較佳。又，AlGaAs具有所謂容易取得大的折射率差之優點。
上部DBR層4亦可使用和下部DBR層2同樣的層構造，但因有使光穿透上部DBR層4並射出之必要，遂形成低反射率會比下部DBR層2還低的構成。具體而言，在包含和下部DBR層2相同材料的情況，以層數少於下部DBR層2的方式交互積層3~10對折射率不同之兩種類的層者較佳。原因在於，在2對以下之情況，因反射率過低而無助於增大輸出，而為11對以上時，穿透上部DBR層4的光量會大幅降低。
本發明的發光二極體為，採用將活性層3以低反射率的上部DBR層4和高反射率的下部DBR層2包挾，使得活性層3發光的光在上部DBR層4和下部DBR層2之間共振 而使駐波的腹部位在發光層之構成，藉以在未使雷射振盪之下，成為指向性高於以往的發光二極體之高效率的發光二極體。
如圖4所示，活性層3係依序積層下部包覆層11、下部引導層12、發光層13、上部引導層14、及上部包覆層15而構成。亦即，活性層3係為了將會造成放射再結合的載子(載體；carrier)及發光「關入」發光層13，而作成含有：與發光層13的下側及上側對峙地配置的下部包覆層11、下部引導層12、及上部引導層14、以及上部包覆層15的所謂雙異質(英文簡稱：DH)構造，在獲得高強度的發光方面是較佳的。
如圖4所示，發光層13為控制發光二極體(LED)之發光波長，可建構量子阱構造。亦即，發光層13可作成在兩端具有阻障層(亦稱為障壁層)18之阱層17和阻障層18的多層構造(積層構造)。
發光層13的層厚係以0.02~2μm的範圍較佳。發光層13的傳導型未特別限定，未摻雜、p型及n型都可選擇。為提高發光效率，以結晶性良好之未摻雜或未滿3×1017 cm-3 的載子濃度最好。
關於阱層17的材料，可使用周知的阱層材料。例如，可使用AlGaAs、InGaAs、AlGaInP。
阱層17的層厚宜在3~30nm的範圍。更佳為3~10nm的範圍。
關於阻障層18的材料，以選擇適合於阱層17的材料之材料較佳。為防止在阻障層18之吸收以提高發光效率 ，以設成帶隙是比阱層17還大的組成較佳。
例如，在使用AlGaAs或InGaAs作為阱層17的材料之情況，關於阻障層18的材料，以AlGaAs或AlGaInP較佳。在使用AlGaInP作為阻障層18的材料之情況，由於不含容易造成缺陷的As，故結晶性高而有助於高輸出。
在使用(AlX1 Ga1-X1 )Y1 In1-Y1 P(0≦X1≦1，0<Y1≦1)作為阱層17的材料之情況，關於阻障層18的材料，可使用Al組成高的(AlX4 Ga1-X4 )Y1 In1-Y1 P(0≦X4≦1，0<Y1≦1，X1<X4)或帶隙能比阱層(AlX1 Ga1-X1 )Y1 In1-Y1 P(0≦X1≦1，0<Y1≦1)大的AlGaAs。
阻障層18的層厚係以等於或大於阱層17的層厚較佳。藉由在產生通道效應之層厚範圍加大足夠厚度，抑制因通道效應所致朝向阱層間之擴展，使得載子關入的效果增大，電子和電洞之發光再結合機率變大，可謀求發光輸出之提升。
在阱層17和阻障層18之多層構造中，交互地積層阱層17和阻障層18之對的數量倒未特別限定，但以2對以上40對以下較佳。亦即，活性層11以含有2~40層的阱層17較佳。在此，關於活性層11的發光效率是適宜的範圍，以阱層17是5層以上較佳。另一方面，阱層17及阻障層18由於載子濃度低，故設成多對會導致順向電壓(VF )增大。為此，以40對以下較佳，20對以下更佳。
下部引導層12及上部引導層14係如圖4所示，分別設在發光層13的下面及上面。具體而言，在發光層13的下面設有下部引導層12，發光層13的上面設有上部引導層 14。
關於下部引導層12及上部引導層14的材料，可使用周知的化合物半導體材料，以選擇適合於發光層13的材料之材料較佳。例如，可使用AlGaAs、AlGaInP。
例如，在阱層17的材料是使用AlGaAs或InGaAs、而阻障層18的材料是使用AlGaAs或AlGaInP的情況，關於下部引導層12及上部引導層14的材料是以AlGaAs或AlGaInP較佳。關於下部引導層12及上部引導層14的材料是使用AlGaInP的情況，由於不含容易造成缺陷的As，故結晶性高而有助於高輸出。
在使用(AlX1 Ga1-X1 )Y1 In1-Y1 P(0≦X1≦1，0<Y1≦1)作為阱層17的材料之情況，關於引導層14的材料，可使用更高Al組成的(AlX4 Ga1-X4 )Y1 In1-Y1 P(0≦X4≦1，0<Y1≦1，X1<X4)或帶隙能比阱層(AlX1 Ga1-X1 )Y1 In1-Y1 P(0≦X1≦1，0<Y1≦1)還大的AlGaAs。
下部引導層12及上部引導層14係分別為降低下部包覆層11及上部包覆層15和活性層11和缺陷之傳遞而設置。為此，下部引導層12及上部引導層14的層厚以10nm以上較佳，20nm~100nm更佳。
下部引導層12及上部引導層14的傳導型倒未特別限定，未摻雜、p型及n型都可選擇。為提高發光效率，以結晶性良好之未摻雜或未滿3×1017 cm-3 的載子濃度最好。
如圖4所示，下部包覆層11及上部包覆層15係分別設置在下部引導層12的下面及上部引導層14上面。
關於下部包覆層11及上部包覆層15的材料，可使用 周知的化合物半導體材料，以選擇適合於發光層13的材料之材料較佳。例如，可使用AlGaAs、AlGaInP。
例如，在阱層17的材料是使用AlGaAs或InGaAs、而阻障層18的材料是使用AlGaAs或AlGaInP的情況，關於下部包覆層11及上部包覆層15的材料是以AlGaAs或AlGaInP較佳。關於下部包覆層11及上部包覆層15的材料是使用AlGaInP的情況，由於不含容易造成缺陷的As，故結晶性高而有助於高輸出。
在使用(AlX1 Ga1-X1 )Y1 In1-Y1 P(0≦X1≦1，0<Y1≦1)作為阱層17的材料之情況，關於包覆層15的材料，可使用Al組成更高的(AlX4 Ga1-X4 )Y1 In1-Y1 P(0≦X4≦1，0<Y1≦1，X1<X4)或帶隙能比阱層(AlX1 Ga1-X1 )Y1 In1-Y1 P(0≦X1≦1，0<Y1≦1)還大的AlGaAs。
下部包覆層11和上部包覆層15係極性不同之構成。
又，下部包覆層11及上部包覆層15的載子濃度及厚度可採用周知的適宜範圍，以活性層11的發光效率可提高的方式將條件最佳化較佳。此外，亦可不設置下部及上部包覆層。
又，藉由控制下部包覆層11及上部包覆層15的組成，可使化合物半導體層20之翹曲降低。
接觸層5係為降低與電極之接觸電阻而設置。接觸層5的材料係以帶隙是比發光層13還大的材料較佳。又，為使與電極之接觸電阻降低，接觸層5的載子濃度之下限值以5×1017 cm-3 以上較佳，1×1018 cm-3 以上更佳。載子濃度之上限值最好是容易引起結晶性降低的2×1019 cm-3 以下 。接觸層5的厚度以0.05μm以上較佳。接觸層5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當範圍，以10μm以下者最好。
本發明的發光二極體可組入於燈、背光、行動電話、顯示器、各種面板類、電腦、遊戲機、照明等之電子設備、或組裝有其等電子設備之汽車等的機械裝置等。
[發光二極體(第2實施形態)]
圖5係顯示應用本發明的一發光二極體例的共振器型發光二極體的其他例之剖面模式圖。
第1實施形態中，係於光射出孔之下形成有保護膜，且於台地型構造部的頂面經由保護膜而從光射出孔取出光的構成，而第2實施形態為，在光射出孔之下沒有保護膜，且在未經由保護膜之下從光射出孔9b直接取出光的構成。
亦即，有關第2實施形態之共振器型發光二極體200之特徵為，保護膜28係覆蓋平坦部6的至少一部分28c、台地型構造部7的傾斜側面7a及台地型構造部7的頂面7b之周緣區域7ba，且具有俯視可見在周緣區域7ba的內側露出接觸層5的表面之通電窗28b，電極膜29係隔著保護膜28覆蓋平坦部6的至少一部分、隔著保護膜28覆蓋台地型構造部7的傾斜側面7a、及隔著保護膜28覆蓋台地型構造部7的頂面7b之周緣區域7ba，且更具有僅覆蓋台地型構造部7的頂面之從通電窗28b露出的接觸層5之表面的一部分而露出接觸層5的表面的其他部分5a之光射出孔29b。
如圖5所示，第2實施形態的保護膜28係包含：部分28a，其覆蓋台地型構造部7的傾斜側面7a；部分28c(亦含有隔著台地型構造部7覆蓋對向側的平坦部之部分28cc)，其覆蓋平坦部6的至少一部分；及部分28ba，其覆蓋台地型構造部7的頂面7b之周緣區域7ba；且具有俯視可見在周緣區域7ba的內側露出接觸層5的表面之通電窗28b。亦即，通電窗28b係於台地型構造部7的頂面7b將接觸層5的表面中之位在周緣區域7ba之下的部分以外露出。雖在保護膜8之上形成電極膜(外表面電極膜)9，但在此電極膜9和背面電極10之間的不流通電流的部分形成保護膜8。
又，如圖5所示，第2實施形態的電極膜(外表面電極膜)29係包含：部分29a，其覆蓋保護膜28中的用以覆蓋傾斜側面7a的部分28a；部分29c，其覆蓋保護膜28中的用以覆蓋平坦部6的至少一部分的部分28c；部分29ba，其覆蓋保護膜28中的用以覆蓋台地型構造部7的頂面7b之周緣區域7ba的部分28ba之部分；及部分29bb，其以越過台地型構造部7的頂面7b之保護膜28中的標號28ba的部分而形成光射出孔29b開口的方式覆蓋接觸層5。
以第2實施形態的電極膜(外表面電極膜)29而言，部分29bb係擔任上述的第1機能及第2機能兩種機能。
[發光二極體(第3實施形態)]
應用本發明的第3實施形態之發光二極體與第1實施形態之發光二極體相較下，在有關無上部DBR反射層、改以具備電流擴散層來取代這點是不同的。
圖6係顯示有關第3實施形態之發光二極體300的一例之剖面模式圖。
如圖6所示，發光二極體300係在活性層3上具備電流擴散層40之構成。
本實施形態中，關於電流擴散層40的材料，例如，可使用AlGaAs等。
關於電流擴散層40的厚度以0.1μm以上10μm以下較佳。原因在於，以未滿0.1μm而言，電流擴散效果不充分，一超過10μm時則在效應方面，磊晶成長相關花費成本過大。
[發光二極體(第4實施形態)]
應用本發明的第4實施形態之發光二極體與第1實施形態之發光二極體相較下，在有關無上部DBR反射層、且具備包含金屬的反射層以取代下部DBR反射層、及具備作為基板之金屬基板或包含矽或鍺等之基板的導電性基板這點是不同的。
此外，在本實施形態中，也可建構成上部包覆層亦具有第3實施形態中電流擴散層40之電流擴散機能。
圖7係顯示有關第4實施形態之發光二極體400的一例之剖面模式圖。
如圖7所示，發光二極體400係在導電性基板51上依序具備包含金屬的反射層52、GaP層53、活性層54及接觸層5而成的發光二極體。
又，在導電性基板51的下面側具備背面電極56。
關於包含金屬的反射層52，以相對於發光波長具有 90%以上的反射率之金屬較佳，例如，由金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)、或此等之合金或AgPdCu合金(APC)所構成。
活性層54係含有：上部包覆層63a、發光層64、及下部包覆層63b的構成，但在使上部包覆層具有第3實施形態中之電流擴散層40的電流擴散機能之情況，上部包覆層63a的厚度以0.1μm以上10μm以下較佳。原因在於，以未滿0.1μm而言，電流擴散效果不充分，一超過10μm時則在效應方面，磊晶成長相關花費成本過大。
GaP層53對包含金屬的反射層52和包含化合物半導體的活性層54雙方能以低的接觸電阻進行電連接。只要具有如此的機能之材料即可，不限於GaP，可使用(Alx Ga(1-x) )(1-y) Iny P、(Alx Ga(1-x) )(1-y) Iny As等。
關於GaP層53的厚度，以1μm以上5μm以下較佳。原因在於，以未滿1μm而言，發光輸出會因為接合界面的應力而降低的緣故，而一超過5μm時則在效應方面，磊晶成長相關花費成本過大。
關於導電性基板51的材料，可使用金屬、Si、Ge、GaP、GaInP、SiC等。Si基板、Ge基板係具有所謂廉價且耐濕性優異之優點。GaP、GaInP、SiC基板係具有所謂熱膨脹係數接近發光部、且耐濕性優異、熱傳導性好的優點。從成本面、機械強度、放熱性的觀點考量，金屬基板是優異的，又，如同後述般，藉由作成將複數個金屬層(金屬板)積層的構造，具有所謂金屬基板整體可調整熱膨脹係數的優點。
在導電性基板51是使用金屬基板的情況，可作成將複數個金屬層(金屬板)積層的構造。
在作成積層複數個金屬層(金屬板)的構造之情況，以兩種類的金屬層交互地積層而成者較佳，尤其，此兩種類的金屬層(例如，將此等稱為第1金屬層、第2金屬層)之層數以合計為奇數者較佳。
例如，在作成將第2金屬層以第1金屬層包挾而成的金屬基板之情況，由金屬基板的翹曲或破裂的觀點考量，關於第2金屬層是使用熱膨脹係數比化合物半導體層的還小的材料時，第1金屬層以使用包含熱膨脹係數比化合物半導體層3的還大的材料者較佳。原因在於，由於金屬基板整體的熱膨脹係數成為接近化合物半導體層之熱膨脹係數，故可抑制在接合化合物半導體層和金屬基板之際造成金屬基板翹曲或破裂，可使發光二極體的製造良率提升。同樣地，關於第2金屬層是使用熱膨脹係數比化合物半導體層2的還大材料時，則第1金屬層是使用包含熱膨脹係數是比化合物半導體層2的材料還小者較佳。原因在於，由於金屬基板整體的熱膨脹係數接近化合物半導體層之熱膨脹係數，故可抑制在接合化合物半導體層和金屬基板之際造成金屬基板翹曲或破裂，可提升發光二極體之製造良率。
從以上的觀點考量，兩種類的金屬層可以是第1金屬層、第2金屬層亦無妨。
關於兩種類的金屬層，可使用例如，包含銀(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)及此等合金任一之金屬層、與包含鉬(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)及此等合金任一之金屬層的組合。
關於適宜的例子，可舉出包含Cu/Mo/Cu的3層之金屬基板。以上述的觀點，即使是包含Mo/Cu/Mo的3層之金屬基板也能獲得同樣的效果，但由於包含Cu/Mo/Cu的3層之金屬基板是利用容易加工的Cu包夾機械強度高的Mo所成之構成，故具有比包含Mo/Cu/Mo的3層之金屬基板還容易進行切斷等之加工的優點。
金屬基板整體的熱膨脹係數例如為，包含Cu(30μm)/Mo(25μm)/Cu(30μm)的3層之金屬基板是6.1ppm/K，而包含Mo(25μm)/Cu(70μm)/Mo(25μm)的3層之金屬基板是5.7ppm/K。
又，從放熱的觀點考量，構成金屬基板之金屬層以包含熱傳導率高的材料較佳。原因在於，藉此，能提高金屬基板的放熱性，使發光二極體以高亮度發光，且能延長發光二極體之壽命。
例如，以使用銀(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)及此等之合金等較佳。
更佳為，包含有其等的金屬層之熱膨脹係數是和化合物半導體層之熱膨脹係數大致相等的材料。尤其，以 金屬層的材料為具有是化合物半導體層之熱膨脹係數的±1.5ppm/K以內之熱膨脹係數的材料較佳。藉此，可減少在金屬基板和化合物半導體層接合時之朝向發光部的熱所導致之應力，可抑制使金屬基板與化合物半導體層連接時的熱所導致的金屬基板破裂，能使發光二極體之製造良率提升。
金屬基板整體的熱傳導率例如為，包含Cu(30μm)/Mo(25μm)/Cu(30μm)的3層之金屬基板是250W/m．K，而包含Mo(25μm)/Cu(70μm)/Mo(25μm)的3層之金屬基板是220W/m．K。
又，金屬基板的上面及下面以金屬保護膜覆蓋較佳。再者，其側面亦以金屬保護膜覆蓋較佳。
關於金屬保護膜的材料，以包含含有密貼性優異的鉻、鎳、化學性穩定的白金、或金當中至少任一的金屬較佳。
金屬保護膜係以包含組合密貼性佳的鎳和耐藥品優異的金而成的層最適合。
金屬保護膜的厚度倒未特別限制，從對於蝕刻液的耐性和成本平衡的考量，0.2~5μm，較佳為，0.5~3μm是適合的範圍。在是高價值的金之情況，最好厚度為2μm以下。
[發光二極體(第1實施形態)之製造方法]
其次，關於本發明的發光二極體之製造方法的一實施形態，係說明第1實施形態之發光二極體(共振器型發光二極體)之製造方法。
圖8表示發光二極體之製造方法的一步驟的剖面模式圖。又，圖9表示圖8之後的一步驟之剖面模式圖。
(化合物半導體層的形成步驟)
首先，製作圖8所示的化合物半導體層20。
化合物半導體層20係於基板1上依序積層下部DBR層2、活性層3、上部DBR層4、及接觸層5而製作。
亦可在基板1和下部DBR層2之間設置緩衝層(buffer)。緩衝層係為降低基板1和活性層3的構成層之缺陷的傳遞而設置。為此，若選擇基板的品質或磊晶成長條件，就不一定需要緩衝層。又，緩衝層的材質係以和供磊晶成長的基板相同材質較佳。
為降低缺陷之傳遞，緩衝層亦可使用由基板不同的材質構成之多層膜。緩衝層的厚度以0.1μm以上較佳，0.2μm以上更佳。
以本實施形態而言，可應用分子束磊晶法(MBE)或減壓有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD法)等之周知的成長方法。其中，以應用量產性優異的MOCVD法最理想。具體而言，使用於化合物半導體層的磊晶成長之基板1，最好在成長前實施洗浄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。構成上述化合物半導體層之各層，係可將直徑50~150mm的基板1安裝於MOCVD裝置內，同時使之磊晶成長而積層。又，關於MOCVD裝置，可應用自公轉型、高速旋轉型等之市售的大型裝置。
在對上述化合物半導體層20之各層進行磊晶成長時 ，關於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，關於Mg的摻雜原料，例如，可使用雙環戊二烯鎂(bis-(C5 H5 )2 Mg)等。又，關於Si的摻雜原料，例如，可使用二矽烷(Si2 H6 )等。又，關於V族構成元素的原料，可使用膦(PH3 )、砷化氫(AsH3 )等。
再者，各層之載子濃度及層厚、溫度條件係可適當選擇。
如此製作的化合物半導體層儘管具有活性層3仍可獲得結晶缺陷少之良好的表面狀態。又，化合物半導體層20亦可對應於元件構造而施以研磨等之表面加工。
(背面電極的形成步驟)
其次，如圖8所示，在基板1的背面形成背面電極10。
具體而言，例如，在基板是n型基板的情況，利用蒸鍍法，例如，依序積層Au、AuGe而形成n型歐姆電極的背面電極10。
(台地型構造部的形成步驟)
其次，為了形成台地型構造部(保護膜及電極膜除外)，係對台地型構造部以外的部分之化合物半導體層，即接觸層和上部DBR層和活性層的至少一部分，或接觸層和上部DBR層和活性層和下部DBR層的至少一部分進行濕式蝕刻。
具體而言，首先，如圖9所示，在化合物半導體層的最上層、即接觸層上堆積光阻，藉由光微影術於台地型 構造部以外形成具有開口23a的光阻圖案23。
光阻圖案中的台地型構造部形成預定部位之大小，係以形成與「台地型構造部」的頂面相距各邊上下左右稍大上10μm程度者較佳。
接著，例如使用磷酸/過氧化氫水混合液，蝕刻並除去除了台地型構造部以外的部分之接觸層和上部DBR層和活性層的至少一部分，或接觸層和上部DBR層和活性層和下部DBR層的至少一部分。
關於磷酸/過氧化氫水混合液，例如，可使用H2 PO4 ：H2 O2 ：H2 O=1~3：4~6：8~10的磷酸/過氧化氫水混合液，以30~120秒的濕式蝕刻時間進行上述蝕刻除去。
之後，除去光阻。
台地型構造部在俯視中的形狀係由光阻圖案23之開口23a的形狀所決定。於光阻圖案23形成和所期望的俯視形狀對應之形狀的開口23a。
又，蝕刻的深度、也就是蝕刻到進行到化合物半導體層中的哪層為止以將其除去，係由蝕刻液的種類及蝕刻時間所決定。
圖10顯示使用H2 PO4 ：H2 O2 ：H2 O=2：5：9(100：250：450)，56%(H2 O)，液溫30℃~34℃的蝕刻液，針對後述的實施例1所示之化合物半導體層進行濕式蝕刻的情況下之深度及寬度相對於蝕刻時間的關係。表1以數值顯示其條件及結果。
由圖10及表1可知，蝕刻深度(相當於圖1的「h」)係大致與蝕刻時間(sec)成正比，蝕刻時間越長蝕刻寬度增大率變越大。亦即，如圖3所示，形成越深(圖中越朝向下方走)則台地型構造部之水平剖面積(或寬度或直徑)的增大率變越大。此蝕刻形狀與藉乾式蝕刻形成的蝕刻形狀不同。因此，從台地型構造部之傾斜斜面的形狀，可判別台地型構造部是藉由乾式蝕刻所形成，或者藉由濕式蝕刻所形成者。
(保護膜的形成步驟)
其次，全面成膜保護膜8的材料。具體而言，例如，藉由濺鍍法將SiO2 成膜於全面上。
(切割道及接觸層的部分之保護膜的除去步驟)
其次，全面堆積光阻，藉由光微影術形成以和接觸層上的通電窗8b對應的部分與和切割道對應的部分作為開口的光阻圖案。
接著，例如，使用緩衝氟酸且藉濕式蝕刻方式除去和台地型構造部的頂面之通電窗8b相對應的部分和與切割道相對應的部分之保護膜8的材料而形成保護膜8。
圖11顯示保護膜8之通電窗8b附近的俯視圖。
之後，除去光阻。
(外表面電極膜的形成步驟)
其次，形成外表面電極膜9。亦即，於保護膜8上及從保護膜8的通電窗8b露出之接觸層5上，形成具有光射出孔9b之外表面電極膜9。
具體而言，係全面堆積光阻，藉由光微影術形成以含有和光射出孔9b對應的部分及晶圓基板上之多個發光二極體間的切斷部分(切割道)之無需電極膜的部分以外的部分作為開口的光阻圖案。接著，蒸鍍電極膜材料。在利用此蒸鍍無法充分蒸鍍電極膜材料於台地型構造部的傾斜側面之情況，為了再將電極膜材料蒸鍍於台地型構造部的傾斜側面而使用蒸鍍金屬容易繞進的行星型之蒸鍍裝置進行蒸鍍。
之後，除去光阻。
光射出孔9b的形狀係由光阻圖案(未圖示)之開口形狀所決定。形成此開口形狀對應所期望的光射出孔9b的形狀之光阻圖案。
(個片化步驟)
其次，將晶圓基板上的發光二極體個片化。
具體而言，例如，藉由切割鋸或雷射切斷切割道部分並按晶圓基板上的發光二極體切斷而個片化。
[發光二極體(第2實施形態)之製造方法]
本發明的發光二極體(第2實施形態)和發光二極體(第1實施形態)僅在保護膜及電極之配置構成不同，其製造方法能和發光二極體(第1實施形態)之製造方法同樣地進行。
[發光二極體(第3實施形態)之製造方法]
本發明的發光二極體(第3實施形態)之製造方法中，和發光二極體(第1實施形態)之製造方法不同點在於：在化合物半導體層的形成步驟中於基板1上積層下部DBR層2、活性層3之後，於活性層3上積層電流擴散層40這點，其餘能以和發光二極體(第1實施形態)相同的製造方法進行。
[發光二極體(第4實施形態)之製造方法]
其次，說明本發明的發光二極體(第4實施形態)之製造方法。
關於基板51，是針對使用金屬基板的情況作說明。
<金屬基板的製造步驟>
圖12(a)~圖12(c)係用以說明金屬基板的製造步驟之金屬基板的一部分的剖面模式圖。
關於金屬基板51，係採用熱膨脹係數是比活性層的材料的還大之第1金屬層(第1金屬板)51b和熱膨脹係數是比活性層的材料的還小之第2金屬層(第2金屬板)51a，進行熱壓而形成。
具體而言，首先，準備2片大致平板狀的第1金屬層51b、1片大致平板狀的第2金屬層51a。例如使用厚度10μm的Cu作為第1金屬層51b、及厚度75μm的Mo作為第2金屬層51a。
其次，如圖12(a)所示，於2片第1金屬層51b之間***第2金屬層51a並將此等重疊配置。
其次，將重合之其等的金屬層配置在規定的加壓裝 置，在高溫下對第1金屬層51b和第2金屬層51a朝箭頭方向施加荷重。藉此，如圖12(b)所示，第1金屬層51b為Cu，第2金屬層51a為Mo，形成包含Cu(10μm)/Mo(75μm)/Cu(10μm)的3層之金屬基板1。
金屬基板51係例如熱膨脹係數為5.7ppm/K，熱傳導率為220W/m．K。
其次，如圖12(c)所示，形成覆蓋金屬基板1的全面亦即上面、下面及側面的金屬保護膜51c。此時，金屬基板還未進行用以個片化成各發光二極體之切斷作業，故而金屬保護膜所覆蓋的側面係指金屬基板(片)的外周側面。因此，在要將個片化後之各發光二極體的金屬基板51之側面以金屬保護膜51c覆蓋的情況，另外實施以金屬保護膜覆蓋側面之步驟。
圖12(c)係顯示非金屬基板(片)的外周端側之部位的一部分，外周側面的金屬保護膜未顯示在圖中。
金屬保護膜雖可採用周知的膜形成方法，但以能在含有側面的全面上形成膜的鍍敷法最佳。
例如，以無電解鍍敷法而言，在鍍敷鎳之後，鍍敷金，可製造以鎳膜及金膜(金屬保護膜)覆蓋金屬基板的上面、側面及下面的金屬基板51。
鍍敷材質倒無特別限制，可應用銅、銀、鎳、鉻、白金、金等周知的材質，但以將密貼性佳的鎳和耐藥品優異的金組合而成的層最佳。
鍍敷法可使用周知的技術、藥品。無需電極的無電解鍍敷法由於簡便，故最好。
<化合物半導體層的形成步驟>
首先，如圖13所示，於半導體基板(成長用基板)61的一面61a上成長複數個磊晶層以形成含有活性層54的磊晶積層體80。
半導體基板61為，磊晶積層體80形成用基板且為例如一面61a是從(100)面傾斜15°的面之摻雜Si的n型GaAs單結晶基板。關於磊晶積層體80是使用AlGaInP層或AlGaAs層之情況，可使用砷化鎵(GaAs)單結晶基板作為形成磊晶積層體80的基板。
關於活性層54的形成方法，可使用有機金屬化學氣相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：MOCVD)法、分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxicy：MBE)法或液相磊晶(Liquid Phase Epitaxicy：LPE)法等。
本實施形態中，採用將三甲基鋁((CH3 )3 Al)、三甲基鎵((CH3 )3 Ga)及三甲基銦((CH3 )3 In)用作為III族構成元素的原料之減壓MOCVD法，使各層磊晶成長。
此外，Mg的摻雜原料使用雙環戊二烯鎂((C5 H5 )2 Mg)。又，Si的摻雜原料使用二矽烷(Si2 H6 )。又，關於V族構成元素的原料，係使用膦(PH3 )或砷化氫(AsH3 )。
此外，p型GaP層53係例如在750℃下成長，其他的磊晶成長層係例如在730℃下成長。
具體而言，首先，於成長用基板61的一面61a上，成膜包含摻雜Si的n型GaAs的緩衝層62a。關於緩衝層62a，係使用例如摻雜Si的n型GaAs、載子濃度設為2×1018 cm-3 且層厚設成0.2μm。
其次，在本實施形態中，於緩衝層62a上成膜蝕刻停止層62b。
蝕刻停止層62b係用以在對半導體基板進行蝕刻除去時防止蝕刻到包覆層及發光層的情形之層，例如是包含摻雜Si的(Al0.5 Ga0.5 )0.5 In0.5 P，層厚設為0.5μm。
其次，於蝕刻停止層62b上成膜例如包含摻雜Si的n型Alx Ga1-x As(0.1≦X≦0.3)的接觸層5。
其次，於接觸層5上成膜例如包含摻雜Si的n型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P的上部包覆層63a。
其次，於上部包覆層63a上成膜例如3對包含Al0.17 Ga0.83 As/Al0.3 Ga0.7 As的對之阱層/包含阻障層的積層構造之發光層64。
其次，於發光層64上成膜例如包含摻雜Mg的p型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P的下部包覆層63b。
其次，於下部包覆層63b上成膜例如摻雜Mg的p型GaP層53。
在貼附於後述的金屬基板等基板之前，為修整貼附面(亦即，鏡面加工。例如，表面粗糙度設為0.2nm以下)，例如，以研磨1μm左右較佳。
此外，亦可在包覆層和發光層之間設置引導層。
<反射層的形成步驟>
其次，如圖13所示，於p型GaP層53上形成例如包含Au的反射層52。
<金屬基板的接合步驟>
在金屬基板51接合於反射層52之前，亦可於反射層 52上形成阻障層(未圖示)及/或接合層(未圖示)。
阻障層可抑制金屬基板所含有的金屬擴散而和反射層52發生反應之情況。
關於阻障層的材料，可使用鎳、鈦、白金、鉻、鉭、鎢、鉬等。阻障層係藉由兩種類以上的金屬之組合，例如白金和鈦之組合等而可提升阻障的性能。
此外，即使未設置阻障層，藉由於接合層添加其等的材料亦可使接合層具有和阻障層同樣的機能。
接合層係用以將含有活性層54的化合物半導體層10等密貼性良好地接合於金屬基板1的層。
關於接合層的材料，係採用化學性穩定且熔點低之Au系的共晶金屬等。關於Au系的共晶金屬，例如可舉出AuGe、AuSn、AuSi、AuIn等之合金的共晶組成。
其次，如圖14所示，將形成有磊晶積層體80或反射層52等的半導體基板61和在金屬基板的製造步驟形成的金屬基板51搬入減壓裝置內，以其接合層的接合面和金屬基板51的接合面51A呈對向地重疊之方式作配置。
其次，將減壓裝置內排氣達3×10-5 Pa之後，在將重合的半導體基板61和金屬基板51加熱成400℃的狀態下，施加500kg的荷重以接合接合層的接合面和金屬基板51的接合面51A而形成接合構造體90。
<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90將半導體基板61及緩衝層62a利用氨系蝕刻液選擇性地除去。
此時，本發明的金屬基板被金屬保護膜所包覆，由 於對蝕刻液的耐性高，從而防止金屬基板品質劣化。
<蝕刻停止層除去步驟>
接著，如圖15所示，將蝕刻停止層62b利用鹽酸系蝕刻液選擇性地除去。
本發明的金屬基板被金屬保護膜所包覆，由於對蝕刻液的耐性高，從而防止金屬基板品質劣化。
(背面電極的形成步驟)
其次，如圖15所示，於金屬基板51背面形成背面電極56。
(台地型構造部的形成步驟)
其次，與發光二極體(第1實施形態)之製造方法同樣地，為了形成台地型構造部(保護膜及電極膜除外)，對台地型構造部以外的部分之化合物半導體層亦即，電流擴散層和活性層的至少一部分、或電流擴散層和活性層的全部進行濕式蝕刻。
具體而言，首先，與發光二極體(第1實施形態)之製造方法同樣地，形成光阻圖案。
其次，針對台地型構造部以外的部分之化合物半導體層進行濕式蝕刻。
關於濕式蝕刻所使用的蝕刻液倒沒有限定，對AlGaAs等之As系的化合物半導體材料來說適合用氨系蝕刻液(例如，氨/過氧化氫水混合液)，對AlGaInP等之P系的化合物半導體材料來說適合用碘系蝕刻液(例如，碘化鉀/氨)，磷酸/過氧化氫水混合液適合於AlGaAs系，溴甲醇混合液適合於P系。
又，以僅由As系形成的構造而言可使用燐酸混合液，As/P系混合存在的構造而言，As系構造部可使用氨混合液，P系構造部可使用碘混合液。
在上述所示的化合物半導體層之情況、即，最上層的包含AlGaAs的接觸層5、包含AlGaInP的包覆層63a、包含AlGaAs的發光層64、包含AlGaInP的包覆層63b、GaP層53的情況，在As系之接觸層5及發光層64和其他的P系之層，以分別使用蝕刻速度高的不同的蝕刻液較佳。
例如，P系之層的蝕刻使用碘系蝕刻液，而As系之接觸層5及發光層64的蝕刻以使用氨系蝕刻液較佳。
關於碘系蝕刻液，例如可使用混合碘(I)、碘化鉀(KI)、純水(H2 O)、及氨水(NH4 OH)而成的蝕刻液。
又，關於氨系蝕刻液，例如可使用氨/過氧化氫水混合液(NH4 OH：H2 O2 ：H2 O)。
說到使用此較佳蝕刻液來除去台地型構造部以外的部分之情況，首先，台地型構造部以外部分之包含AlGaAs的接觸層5係使用氨系蝕刻液予以蝕刻除去。
在進行此蝕刻時，由於下一層、即包含AlGaInP的包覆層55是作為蝕刻停止層發揮效用，故無需嚴格地管理蝕刻時間，例如，當接觸層5的厚度設為0.05μm左右時，蝕刻進行10秒左右即可。
其次，台地型構造部以外部分之包含AlGaInP的包覆層55係使用碘系蝕刻液予以蝕刻除去。
在使用以碘(I)500cc、碘化鉀(KI)100g、純水(H2 O)2000cc、氨水(NH4 OH)90cc之比率混合成的蝕刻液之情況 ，蝕刻速度為0.72μm/min。
在進行此蝕刻時，由於下一層、即包含AlGaAs的發光層64亦是作為蝕刻停止層發揮機能，因而無需嚴格地管理蝕刻時間，但為此蝕刻液的情況，當包覆層55的厚度設為4μm左右時，蝕刻進行6分鐘左右即可。
其次，台地型構造部以外部分之包含AlGaAs的發光層64係使用氨系蝕刻液予以蝕刻除去。
在進行此蝕刻時，由於下一層、即包含AlGaInP的包覆層63b亦是作為蝕刻停止層發揮機能，因而無需嚴格地管理蝕刻時間，但當發光層64的厚度設為0.25μm左右時，蝕刻進行40秒左右即可。
其次，台地型構造部以外部分之包含AlGaInP的包覆層63b係使用碘系蝕刻液予以蝕刻除去。
在此包覆層63b之下有GaP層53，但當GaP層53之下的包含金屬的反射層52一露出時，則在電氣特性上會不理想，因而有必要在到達GaP層53之前停止蝕刻。
例如，形成3.5μm的GaP層，之後研磨1μm後，GaP層的厚度成為2.5μm，包覆層63b的厚度設為0.5μm時，在使用上述的碘系蝕刻液之情況，蝕刻時間有必要設成4分鐘以下。
關於之後的保護膜之形成步驟、切割道及接觸層的部分之保護膜的除去步驟、外表面電極膜的形成步驟，能以和發光二極體(第1實施形態)之製造方法同樣的方法進行。
(個片化步驟)
其次，將晶圓基板上的發光二極體依序進行蝕刻和雷射切斷而予以個片化。
具體而言，於切割道部分形成具有開口的光阻圖案後，將切割道上的化合物半導體層和反射層蝕刻除去，接著，將金屬基板以雷射切斷而完成個片化。在僅蝕刻化合物半導體層、或在除了化合物半導體層及反射層以外亦蝕刻金屬保護層之後進行雷射切斷等、及選擇要進行蝕刻之層並未侷限於上述的情況。
(金屬基板側面的金屬保護膜形成步驟)
關於被個片化後之發光二極體的被切斷之金屬基板的側面，亦能以與上面及下面的金屬保護膜的形成條件相同的條件形成金屬保護膜。
[實施例]
以下，針對本發明的發光二極體及其製造方法，利用實施例更進一步說明，但本發明未受限於此實施例。本實施例中，為了進行特性評價而製作將發光二極體晶片封裝於基板上而成的發光二極體燈。
(實施例1)
實施例1的發光二極體係第1實施形態之發光二極體的實施例。
實施例1的發光二極體為，首先，在包含摻雜Si的n型GaAs單結晶的GaAs基板上依序積層化合物半導體層而製作磊晶晶圓。GaAs基板係以(100)面作為成長面，載子濃度設成2×1018 cm-3 。又，GaAs基板的層厚設成約250μm。化合物半導體層，係指包含Si摻雜的GaAs的n型 緩衝層、摻雜Si的Al0.9 Ga0.1 As和Al0.1 Ga0.9 As的40對反覆構造的n型下部DBR反射層、包含摻雜Si的Al0.4 Ga0.6 As的n型下部包覆層、包含Al0.25 Ga0.75 As的下部引導層、包含GaAs/Al0.15 Ga0.85 As的3對的阱層/阻障層、包含Al0.25 Ga0.75 As的上部引導層、包含摻雜C的Al0.4 Ga0.6 As的p型上部包覆層、摻雜C的Al0.9 Ga0.1 As和Al0.1 Ga0.9 As的5對的反覆構造的p型上部DBR反射層、包含摻雜C的p型Al0.1 Ga0.9 As的接觸層。
本實施例中，使用減壓有機金屬化學氣相沉積裝置法(MOCVD裝置)，在直徑50mm，厚度250μm的GaAs基板使化合物半導體層磊晶成長，形成磊晶晶圓。在使磊晶成長層成長時，作為III族構成元素的原料，是使用三甲基鋁((CH3 )3 Al)、三甲基鎵((CH3 )3 Ga)及三甲基銦((CH3 )3 In)。又，作為C的摻雜原料，是使用四溴甲烷(CBr4 )。又，作為Si的摻雜原料，是使用二矽烷(Si2 H6 )。又，作為V族構成元素的原料，是使用膦(PH3 )、砷化氫(AsH3 )。
又，關於各層之成長溫度，係在700℃下使之成長。
包含GaAs的緩衝層為，載子濃度設成約2×1018 cm-3 ，層厚形成約0.5μm。下部DBR反射層為，將載子濃度設成約1×1018 cm-3 ，層厚形成約54nm而成的Al0.9 Ga0.1 As、和載子濃度設成約1×1018 cm-3 ，層厚形成約51nm而成的Al0.1 Ga0.9 As交互地積層40對。下部包覆層為，載子濃度約1×1018 cm-3 ，層厚形成約54nm。下部引導層係作成未摻雜且層厚形成約50nm。阱層係作成未摻雜且層厚形成約7nm的GaAs，阻障層為作成未摻雜且層厚形成約7nm 的Al0.15 Ga0.85 As。又，將阱層和阻障層交互積層3對。上部引導層係作成未摻雜且層厚形成約50nm。上部包覆層為，載子濃度設成約1×1018 cm-3 ，層厚形成54nm。又，上部DBR反射層係將載子濃度設成約1×1018 cm-3， 層厚形成約54nm而成的Al0.9 Ga0.1 As、和載子濃度設成約1×1018 cm-3 ，層厚形成約51nm而成的Al0.1 Ga0.9 As交互地積層5對。
包含Al0.1 Ga0.9 As的接觸層為，載子濃度設成約3×1018 cm-3 ，層厚形成約250nm。
其次，於作為背面電極的基板背面，以AuGe、Ni合金的厚度為0.5μm、Pt為0.2μm、Au為1μm的方式藉由真空蒸鍍法成膜，形成n型歐姆電極。
其次，為形成台地型構造部，係使用既圖案化的光阻(AZ5200NJ(科萊恩公司製))，使用H2 PO4 ：H2 O2 ：H2 O=2：5：9的磷酸/過氧化氫水混合液進行60秒的濕式蝕刻以形成台地型構造部及平坦部。藉此濕式蝕刻以除去接觸層、上部DBR反射層及活性層的整層，形成頂面大小為190μm×190μm，高度h為7μm，且寬度w為5μm之俯視呈矩形的台地型構造部(保護膜及電極膜除外)。
其次，因為要形成保護膜，故形成0.5μm左右的包含SiO2 的保護膜。
之後，在藉由光阻(AZ5200NJ(科萊恩公司製))形成圖案化後，使用緩衝氟酸，形成俯視呈同心圓形(外徑dout ：166μm，內徑din ：154μm)的開口(參照圖11)，及切割道部的開口。
其次，為形成外表面電極(膜)，係在利用光阻(AZ5200NJ(科萊恩公司製))進行圖案化後，依序蒸鍍1.2μm的Au、0.15μm的AuBe，再利用掀離製程形成在俯視中是具有圓形(直徑：150μm)的光射出孔9b之長邊350μm、短邊250μm的外表面電極(p型歐姆電極)。
之後，在450℃下進行10分鐘熱處理使之合金化，形成低電阻的p型及n型歐姆電極。
其次，為了在台地型構造部的側面形成漏光防止膜16，係在藉由光阻(AZ5200NJ(科萊恩公司製))形成圖案化後，依序蒸鍍0.5μm的Ti、0.17μm的Au，再利用掀離製程形成漏光防止膜16。
其次，從化合物半導體層側使用切割鋸在切割道部作切斷而予以晶片化。因切割所造成的破碎層及髒污以硫酸．過氧化氫混合液蝕刻除去，製作實施例的發光二極體。
組合100個將上述那樣製作之實施例的發光二極體晶片封裝於承載基板上而成的發光二極體燈。此發光二極體燈係以黏晶機支撐(固定)，且以金線打線接合p型歐姆電極和p電極端子之後，再以一般的環氧樹脂密封而製作。
關於此發光二極體(發光二極體燈)，在n型及p型歐姆電極間流通電流時，射出峰值波長850nm的紅外光。順向流通20毫安培(mA)的電流時之順向電壓(VF )為1.6V。順向電流設為20mA時的發光輸出為1.5mW。又，響應速度(上升時間：Tr)為12.1nsec。
所製作的100個發光二極體燈任一個都可獲得同程度的特性，並沒有被認為是保護膜成為不連續的膜之情況的漏電(短路)或電極用金屬膜成為不連續的膜之情況的通電不良之原因所導致不良的情形。
圖16係顯示發光二極體正上的光譜(參照圖表右邊的模式圖)之測定結果的圖表。縱軸表示光的強度，橫軸表示波長。
如圖16所示，實施例的發光二極體中，可見光譜的線寬狹窄(單色性高)，半值寬(HWHM)為6.3nm。
圖17係顯示發光的光之指向性(參照圖表右邊的模式圖)的測定結果之圖表。圖表中之橫軸從「-1」連接到「1」的圓周係表示光強度(Int.)為13000。因此，例如，在某方向的光強度為6500的情況，成為在其方向，於橫軸的「-0.5」連接到「0.5」的圓周上具有圖像。又，例如，以實施例的發光二極體而言，在從正上(90°)±10°的方向，從約「-0.9」連接到「0.9」的圓周(未圖示)上具有圖像，故瞭解在其範圍之光強度為13000的90%左右。
如圖17所示，以實施例的發光二極體而言，在從光射出孔正上偏±15°左右的範圍具有高的強度(13000的70%左右以上)，呈現高的指向性。
(實施例2)
實施例2的發光二極體係第4實施形態之發光二極體(使用金屬基板的情況)的實施例。
首先，將厚度75μm的Mo層(箔、板)以2片厚度10μm的Cu層(箔、板)包挾，加熱壓著以形成厚度95μm的金屬 板片(進行個片化切斷前)。在研磨此金屬板片的上面和下面使上面形成光澤面之後，以有機溶劑洗浄，除去髒污。其次，於此金屬板片的全面上，藉由無電解鍍敷法依序形成作為金屬保護膜之2μm的Ni層、1μm的Au層以製作金屬基板(進行個片化切斷前的金屬基板)51。
其次，在包含摻雜Si的n型GaAs單結晶的GaAs基板上，依序積層化合物半導體層以製作發光波長730nm的磊晶晶圓。
GaAs基板係以從(100)面朝(0-1-1)方向傾斜15°的面作為成長面，載子濃度設成2×1018 cm-3 。又，GaAs基板的層厚設成約0.5μm。關於化合物半導體層，係包含摻雜Si的GaAs的n型緩衝層62a、包含摻雜Si的(Al0.5 Ga0.5 )0.5 In0.5 P的蝕刻停止層62b、包含摻雜Si的n型Al0.3 GaAs的接觸層5、包含摻雜Si的(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P的n型上部包覆層63a、包含Al0.4 Ga0.6 As的上部引導層、包含Al0.17 Ga0.83 As/Al0.3 Ga0.7 As的對的阱層/阻障層、包含Al0.4 Ga0.6 As的下部引導層、包含摻雜Mg的(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P的p型下部包覆層63b、包含(Al0.5 Ga0.5 )0.5 In0.5 P的薄膜之中間層、摻雜Mg的p型GaP層53。
本實施例中，使用減壓有機金屬化學氣相沉積裝置法(MOCVD裝置)，使化合物半導體層在直徑50mm、厚度250μm的GaAs基板磊晶成長而形成磊晶晶圓。在使磊晶成長層成長時，作為III族構成元素的原料，是使用三甲基鋁((CH3 )3 Al)、三甲基鎵((CH3 )3 Ga)及三甲基銦((CH3 )3 In)。又，作為Mg的摻雜原料，是使用雙環戊二 烯鎂(bis-(C5 H5 )2 Mg)。又，作為Si的摻雜原料，是使用二矽烷(Si2 H6 )。又，作為V族構成元素的原料，是使用膦(PH3 )、砷化氫(AsH3 )。
又，關於各層之成長溫度，p型GaP層係在750℃下成長。而其他的各層是在700℃下成長。
包含GaAs的緩衝層為，載子濃度設成約2×1018 cm-3 ，層厚形成約0.5μm。蝕刻停止層為，載子濃度設成2×1018 cm-3 ，層厚形成約0.5μm。接觸層為，載子濃度設成約2×1018 cm-3 ，層厚形成約0.05μm。上部包覆層為，載子濃度設成約1×1018 cm-3 ，層厚形成約3.0μm。阱層為，設成未摻雜且層厚約7nm的Al0.17 Ga0.83 As，阻障層係設成未摻雜且層厚約19nm的Al0.3 Ga0.7 As。又，將阱層和阻障層交互積層3對。下部引導層係設成未摻雜且層厚形成約50nm。下部包覆層為，載子濃度設成約8×1017 cm-3 ，層厚形成約0.5μm。中間層為，載子濃度設成約8×1017 cm-3 ，層厚形成約0.05μm。GaP層為，載子濃度設成約3×1018 cm-3 ，層厚形成約3.5μm。
其次，對GaP層從表面研磨到約1μm的深度之區域而進行鏡面加工。依此鏡面加工將電流擴散層的表面之粗糙度形成0.18nm。
其次，於GaP層上形成厚度0.7μm之包含Au的反射層。然後，於反射層上形成厚度0.5μm之作為阻障層的Ti層，於阻障層上形成厚度1.0μm之作為接合層的AuGe層。
其次，使GaAs基板上形成有化合物半導體層及反射 層等而成的構造體和金屬基板對向地重疊般作配置並搬入減壓裝置內，在加熱成400℃的狀態下，藉由500kg重的荷重將其等接合以形成接合構造體。
其次，從接合構造體將屬化合物半導體層的成長基板之GaAs基板和緩衝層利用氨系蝕刻液選擇性地除去，接著，將蝕刻停止層利用鹽酸系蝕刻液選擇性地除去。
(背面電極的形成步驟)
其次，於金屬基板51的背面，利用真空蒸鍍法依序蒸鍍1.2μm的Au、0.15μm的AuBe而進行成膜，以形成背面電極56。
其次，為形成台地型構造部，係在形成光阻圖案後，使用氨/過氧化氫水混合液(NH4 OH：H2 O2 ：H2 O)進行10秒的濕式蝕刻，除去台地型構造部以外的部分之電流擴散層55。
其次，使用以碘(I)500cc、碘化鉀(KI)100g、純水(H2 O)2000cc、氨水(NH4 OH)90cc的比率所混合成的碘系蝕刻液，進行45秒的濕式蝕刻，除去台地型構造部以外的部分之上部包覆層55。
其次，使用上述氨/過氧化氫水混合液(NH4 OH：H2 O2 ：H2 O)進行40秒的濕式蝕刻，除去台地型構造部以外的部分之上部引導層、發光層64及下部引導層。
其次，使用上述碘系蝕刻液進行50秒的濕式蝕刻，除去台地型構造部以外的部分之下部包覆層63b。藉此而形成台地型構造部。
其次，因為要形成保護膜，故形成0.5μm左右之包含SiO2 的保護膜。
之後，形成光阻圖案後，使用緩衝氟酸形成俯視呈同心圓形(外徑dout ：166μm，內徑din ：154μm)的開口(參照圖11)，及切割道部的開口。
其次，為形成外表面電極(膜)，係在形成光阻圖案後，藉真空蒸鍍法將AuGe，Ni合金形成厚度0.5μm，Pt形成0.2μm，Au形成1μm，再利用掀離製程形成具有俯視呈圓形(直徑：150μm)的光射出孔9b之長邊350μm，短邊250μm的外表面電極(n型歐姆電極)。
之後，在450℃下進行10分鐘熱處理使之合金化，形成低電阻的n型歐姆電極。
其次，為了在台地型構造部的側面形成漏光防止膜16，係於形成光阻圖案後，依序蒸鍍0.5μm的Ti、0.17μm的Au，再利用掀離製程形成漏光防止膜16。
其次，依序進行濕式蝕刻和雷射切斷而予以個片化，製作實施例的發光二極體。
組合100個將按上述那樣製作之實施例的發光二極體晶片封裝於承載基板上而成的發光二極體燈。此發光二極體燈係以黏晶機支撐(固定)，在以金線打線接合p型歐姆電極和p電極端子之後，再以一般的環氧樹脂密封而製作。
關於此發光二極體(發光二極體燈)，在n型及p型電極間流通電流時，射出峰值波長730nm的紅外光。順向流通20毫安培(mA)的電流時之順向電壓(VF )為1.6V。順 向電流設為20mA時的發光輸出為3.2mW。又，響應速度(上升時間：Tr)為12.6nsec。
所製作的100個發光二極體燈任一都可獲得同程度的特性，並沒有被認為是保護膜成為不連續的膜之情況的漏電(短路)或電極用金屬膜成為不連續的膜之情況的通電不良之原因所導致不良的情形。
(比較例)
顯示以液相磊晶法成長厚膜並除去基板除後之構造的波長850nm之發光二極體的例子。
使用滑動晶舟型成長裝置使AlGaAs層成長於GaAs基板。
於滑動晶舟型成長裝置的基板收納溝設置p型GaAs基板，將Ga金屬、GaAs多結晶、金屬Al、及摻雜物放入於準備供各層成長用的坩堝內。
要成長的層係作成透明厚膜層(第1p型層)、下部包覆層(p型包覆層)、活性層、上部包覆層(n型包覆層)的4層構造，且以此順序積層。
將裝配有此等的原料的滑動晶舟型成長裝置安裝於石英反應管內，在氫氣流中加溫到950℃，在原料熔融後，將環境溫度降溫到910℃，將滑塊朝右側推壓使之與熔融原料(熔化物)接觸後以0.5℃/分鐘的速度降溫，在到達規定溫度後，反覆推壓滑塊而依序和各熔融原料接觸後使成為高溫的動作，最後在與熔化物接觸後，將環境溫度降溫到703℃使之成長n包覆層後，推壓滑塊將熔融原料和晶圓切離並使磊晶成長終了。
所獲得之磊晶層的構造為，第1p型層是Al組成X1=0.3~0.4、層厚64μm、載子濃度3×1017 cm-3 ，p型包覆層是Al組成X2=0.4~0.5、層厚79μm、載子濃度5×1017 cm-3 ，p型活性層是發光波長850nm的組成、層厚1μm、載子濃度1×1018 cm-3 ，n型包覆層是Al組成X4=0.4~0.5、層厚25μm、載子濃度5×1017 cm-3 。
磊晶成長終了後，取出磊晶基板，保護n型GaAlAs包覆層表面並利用氨-過氧化氫系蝕刻液將p型GaAs基板選擇性地除去。之後，於磊晶晶圓兩面形成金電極，使用長邊為350μm的電極遮罩，形成直徑100μm的打線接合用墊配置在中央而成的表面電極。於背面電極上以80μm間隔形成直徑20μm的歐姆電極。之後，利用切割作分離、蝕刻，製作n型AlGaAs層會成為表面側而形成之350μm四方形的發光二極體。
在比較例的發光二極體的n型及p型歐姆電極間流通電流時，射出峰值波長850nm的紅外光。順向流通20毫安培(mA)的電流時之順向電壓(VF )為1.9V。順向電流設為20mA時的發光輸出為5.0mW。又，響應速度(Tr)為15.6nsec，比本發明的實施例還慢。
如圖16所示，比較例的發光二極體中，可見光譜的線寬度寬，半值寬(HWHM)為42nm。
如圖17所示，以比較例的發光二極體而言，係以發光二極體為中心發出呈半球狀之13000的20%左右以下之強度光，在指向性方面比實施例的低很多。
[產業上之可利用性]
本發明可應用在發光二極體及其製造方法。
1‧‧‧基板
2‧‧‧下部DBR層
3‧‧‧活性層
4‧‧‧上部DBR層
5‧‧‧接觸層
6‧‧‧平坦部
7‧‧‧台地型構造部
7a‧‧‧傾斜側面
7b‧‧‧頂面
7ba‧‧‧周緣區域
8‧‧‧保護膜
8b‧‧‧通電窗
9‧‧‧電極膜
9b‧‧‧光射出孔
11‧‧‧下部包覆層
12‧‧‧下部引導層
13‧‧‧發光層
14‧‧‧上部引導層
15‧‧‧上部包覆層
16‧‧‧漏光防止膜
20‧‧‧化合物半導體層
23‧‧‧光阻圖案
40‧‧‧電流擴散層
51‧‧‧金屬基板(導電性基板)
51c‧‧‧金屬保護膜
52‧‧‧反射層
53‧‧‧GaP層
54‧‧‧活性層
56‧‧‧背面電極
61‧‧‧半導體基板(成長用基板)
63a‧‧‧上部包覆層
63b‧‧‧下部包覆層
64‧‧‧發光層
100、200、300、400‧‧‧發光二極體
圖1係本發明第1實施形態之發光二極體的剖面模式圖。
圖2係本發明第1實施形態之發光二極體的斜視圖。
圖3係顯示本發明第1實施形態之發光二極體的傾斜斜面之剖面的電子顯微鏡照片。
圖4係本發明第1實施形態之發光二極體的活性層之剖面模式圖。
圖5係本發明第2實施形態之發光二極體的剖面模式圖。
圖6係本發明第3實施形態之發光二極體的剖面模式圖。
圖7係本發明第4實施形態之發光二極體的剖面模式圖。
圖8係用以說明本發明第1實施形態之發光二極體的製造方法之剖面模式圖。
圖9係用以說明本發明第1實施形態之發光二極體的製造方法之剖面模式圖。
圖10係顯示深度及寬度相對於濕式蝕刻的蝕刻時間之關係的圖表。
圖11係用以說明本發明第1實施形態之發光二極體的製造方法之剖面模式圖。
圖12係顯示本發明第4實施形態之發光二極體所使用之金屬基板的製造步驟之一例的步驟剖視圖。
圖13係顯示本發明第4實施形態之發光二極體的製造方法之一例的步驟剖視圖。
圖14係顯示本發明第4實施形態之發光二極體的製造方法之一例的步驟剖視圖。
圖15係顯示本發明第4實施形態之發光二極體的製造方法之一例的步驟剖視圖。
圖16係顯示在發光二極體正上的光譜之測定結果的圖表。
圖17係顯示發光的光之指向性的測定結果之圖表。
圖18係以往的發光二極體之剖視圖。
1‧‧‧基板
2‧‧‧下部DBR層
3‧‧‧活性層
4‧‧‧上部DBR層
5‧‧‧接觸層
5a‧‧‧部分
6‧‧‧平坦部
7‧‧‧台地型構造部
7a‧‧‧傾斜側面
7b‧‧‧頂面
7ba‧‧‧周緣區域
8‧‧‧保護膜
8a‧‧‧部分
8b‧‧‧通電窗
8ba‧‧‧部分
8c‧‧‧部分
8d‧‧‧部分
9‧‧‧電極膜
9a‧‧‧部分
9b‧‧‧光射出孔
9bb‧‧‧部分
9c‧‧‧部分
9d‧‧‧部分
16‧‧‧漏光防止膜
100‧‧‧發光二極體

Claims (15)

  1. 一種發光二極體，係於基板上具備反射層、和含有活性層的化合物半導體層的發光二極體，其特徵為：其上部具有平坦部、和具有傾斜側面及頂面的台地型構造部，前述平坦部及前述台地型構造部各自的至少一部分係被保護膜、電極膜依序覆蓋，前述台地型構造部係含有至少前述活性層的一部分，前述傾斜側面是藉濕式蝕刻形成，且水平方向的剖面積是形成朝向前述頂面連續地變小，前述傾斜側面的各面係相對前述基板的定向面偏置地形成，前述保護膜，係至少覆蓋前述平坦部的至少一部分、前述台地型構造部的前述傾斜側面的全部、及前述台地型構造部的前述頂面之周緣區域，且具有俯視可見於前述周緣區域的內側露出前述化合物半導體層之表面的一部分之通電窗，前述電極膜，係以與自前述通電窗露出的化合物半導體層之表面直接接觸，且至少覆蓋被形成在前述平坦部上的保護膜之一部分及前述台地型構造部之前述傾斜側面上形成的保護膜的全部，使前述台地型構造部的頂面上具有光射出孔的方式所形成的連續膜。
  2. 如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中前述反射層為DBR反射層。
  3. 如申請專利範圍第2項之發光二極體，其中在前述活性層之與基板對向的對向側具備上部DBR反射層。
  4. 如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中前述反射層係包含金屬。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之發光二極體，其中前述化合物半導體層係具有和前述電極膜接觸的接觸層。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之發光二極體，其中前述台地型構造部含有前述活性層的全部和前述反射層的一部分或全部。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之發光二極體，其中前述台地型構造部係俯視呈矩形。
  8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之發光二極體，其中前述台地型構造部的高度為3~10μm，且俯視中之前述傾斜側面的寬度為0.5~7μm。
  9. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之發光二極體，其中前述光射出孔係俯視呈圓形或橢圓。
  10. 如申請專利範圍第9項之發光二極體，其中前述光射出孔孔徑為50~150μm。
  11. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之發光二極體，其中在前述電極膜之前述平坦部上的部分具有接合線。
  12. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之發光二極體，其中前述活性層所含有的發光層係包含多重量子阱。
  13. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之發光二極體，其中前述活性層所含有的發光層係包含((AlX1 Ga1-X1 )Y1 In1-Y1 P(0≦X1≦1，0<Y1≦1)、(AlX2 Ga1-X2 )As(0≦X2≦1)、(InX3 Ga1-X3 )As(0≦X3≦1))中任一者。
  14. 一種發光二極體的製造方法，其特徵為具有：於基板上形成反射層和含有活性層的化合物半導體層之步驟；於前述化合物半導體層上將四方形的光阻圖案以各邊係相對定向面偏置的方式而形成之步驟；對形成有前述光阻圖案的前述化合物半導體層進行濕式蝕刻，以形成水平方向的剖面積形成朝向頂面連續地變小的台地型構造部和配置在該台地型構造部之周圍的平坦部之步驟；以在前述台地型構造部的頂面具有露出前述化合物半導體層之表面的一部分之通電窗的方式，於前述台地型構造部及平坦部上形成保護膜之步驟；及以與自前述通電窗露出的化合物半導體層之表面直接接觸，且至少覆蓋被形成在前述平坦部上的保護膜之一部分及前述台地型構造部之前述傾斜側面上形成的保護膜的全部，使前述台地型構造部的頂面上具有光射出孔的方式形成連續膜的電極膜之步驟。
  15. 如申請專利範圍第14項之發光二極體的製造方法，其中前述濕式蝕刻，係使用選自磷酸/過氧化氫水混合液、氨/過氧化氫水混合液、溴甲醇混合液、碘化鉀/氨的群中之至少1種以上來進行。
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