發光二極體、發光二極體燈和發光二極體的製造方法
2023-10-18 03:25:29 5
專利名稱:發光二極體、發光二極體燈和發光二極體的製造方法
技術領域:
本發明涉及發光二極體、發光二極體燈和發光二極體的製造方法。
背景技術:
作為發出紅色、橙色、黃色或黃綠色等的可見光的發光二極體(英文簡稱LED), 例如,已知具備具有由磷化鋁鎵銦(組成式(Alx(;ai_x)yIni_yP ;0彡χ彡1、0 < y彡1)構成的發光層的發光部、和被形成上述發光部的基板的化合物半導體LED。作為上述基板,一般地使用對於從上述發光層射出的光在光學上不透明,並且機械強度也不那麼高的砷化鎵(GaAs)等。然而,最近,為了得到更高輝度的可見光發光二極體,並且以進一步提高發光元件的機械強度為目的,除去上述基板,然後,接合了由透過或者反射發光光、並且機械強度優異的材料構成的支持體層(基板)。例如,專利文獻1 7公開了使上述發光層重新接合上述支持體層(基板)的技術(接合型LED形成技術)。此外,專利文獻8還公開了與上述接合技術相關聯的技術,公開了在將金屬層和反射層粘接了的有機粘接層中埋入了歐姆金屬的發光元件。通過上述接合型LED形成技術的開發,與發光部接合的基板的自由度增大,例如, 可以使用散熱性高的金屬、陶瓷等構成的熱沉基板(heat sink substrate)。作為上述基板通過使用熱沉基板,可確保來自上述發光部的散熱性,抑制發光層的劣化,變為長壽命。尤其是需要耐高電流且以高輝度發光的高輸出功率用的發光二極體,發熱量比以往的發光二極體多,散熱性的確保更成為課題。因此,使發光部接合熱沉基板對發光二極體的長壽命化更有用。然而,由散熱性高的金屬、陶瓷等構成的熱沉基板,其熱膨脹係數與發光部的熱膨脹係數的差別大。在發光部上接合了熱沉基板時、和在其後的熱處理工序等中,出現發光部和/或熱沉基板發生裂紋的情況。由此,有時使發光二極體的製造成品率大大地降低。作為熱沉基板,如果能夠使用其熱膨脹係數是上述發光部的熱膨脹係數的Ippm/ K以內,其熱導率為200W/K以上的材料,則在熱處理工序等中能夠抑制裂紋等的發生,並且能夠充分確保散熱性。然而,沒有能夠兼備這樣的熱膨脹係數和熱導率特性的材料。現有技術文獻專利文獻1 日本專利第3230638號公報專利文獻2 日本特開平6-3(^857號公報專利文獻3 日本特開2002-246640號公報專利文獻4 日本專利第2588849號公報專利文獻5 日本特開2001-57441號公報專利文獻6 日本特開2007-81010號公報專利文獻7 日本特開2006_3四52號公報專利文獻8 日本特開2005-236303號公報
發明內容
本發明是鑑於上述狀況而完成的,其目的在於提供散熱性優異,能夠抑制接合時的基板的開裂,施加高電壓能夠以高輝度發光的發光二極體、發光二極體燈和發光二極體的製造方法。為了達到上述的目的,本發明採用以下的構成。即(1)本發明的發光二極體,是在包含發光層的發光部接合了熱沉基板的發光二極體,其特徵在於,上述熱沉基板是第1金屬層和第2金屬層交替地層疊而成,上述第1金屬層由熱導率為130W/m*K以上、熱膨脹係數與上述發光部的材料大致相等的材料形成,上述第2金屬層由熱導率為230W/m · K以上的材料形成。(2)本發明的發光二極體,其特徵在於,上述第1金屬層的材料是具有在上述發光部的熱膨脹係數士 1. 5ppm/K以內的熱膨脹係數的材料。(3)本發明的發光二極體,其特徵在於,上述第1金屬層由鉬、鎢或它們的合金形成。(4)本發明的發光二極體,其特徵在於,上述第2金屬層由鋁、銅、銀、金或它們的合金形成。(5)本發明的發光二極體,其特徵在於,上述第1金屬層由鉬形成,上述第2金屬層由銅形成,上述第1金屬層和上述第2金屬層的層數合計為3層以上、9層以下。(6)本發明的發光二極體,其特徵在於,上述第1金屬層由鉬形成,上述第1金屬層的合計厚度為上述熱沉基板的厚度的15%以上、45%以下。(7)本發明的發光二極體,其特徵在於,在上述發光部和上述熱沉基板之間具有反射結構體。(8)本發明的發光二極體,其特徵在於,上述發光層包含AKialnP層或AKiaAs層。(9)本發明的發光二極體,其特徵在於,上述發光層在俯視時是對角線的長度為 Imm以上的大致矩形形狀,對上述發光層施加IW以上的電力而使其發光。(10)本發明的發光二極體,其特徵在於,上述熱沉基板的與上述發光部相反的一側的面由銅形成,以覆蓋上述熱沉基板的與上述發光部相反的一側的面和側面的方式形成有金屬疊層膜。(11)本發明的發光二極體燈,其特徵在於,是具有先前所述的發光二極體和搭載上述發光二極體的封裝(package)基板的發光二極體燈,上述封裝基板的熱阻為10°C /W以下。(12)本發明的發光二極體燈,其特徵在於,對上述發光二極體的發光層施加IW以上的電力而使其發光。(13)本發明的發光二極體的製造方法,其特徵在於,具有在半層體基板上隔著緩衝層而形成包含發光層的發光部之後,在上述發光部的與上述半導體基板相反的一側的面上形成第2電極的工序;在上述發光部的與上述半導體基板相反的一側的面上隔著上述第2電極形成反射結構體的工序;在上述發光部上隔著上述反射結構體接合熱沉基板的工序;
除去上述半導體基板和上述緩衝層的工序;和在上述發光部的與上述熱沉基板相反的一側的面上形成第1電極的工序。(14)本發明的發光二極體的製造方法,其特徵在於,將熱導率為130W/m · K以上、 熱膨脹係數與上述發光部大致相等的第1金屬層和熱導率為230W/m ·Κ以上的第2金屬層在高溫下壓合,從而形成上述熱沉基板。根據上述的構成,能夠提供散熱性優異、能夠抑制接合時的基板的開裂,施加高電壓能夠以高輝度發光的發光二極體、發光二極體燈和發光二極體的製造方法。本發明的發光二極體,是在包含發光層的發光部上接合了熱沉基板的發光二極體,上述熱沉基板是第1金屬層和第2金屬層交替地層疊而成,上述第1金屬層由熱導率為 130ff/m · K以上、熱膨脹係數與上述發光部的材料大致相等的材料形成,上述第2金屬層由熱導率為230W/m ·Κ以上的材料形成的構成,因此散熱性優異,能夠抑制接合時的基板的開裂,施加高電壓能夠以高輝度發光。本發明的發光二極體燈,是具有前面所述的發光二極體和搭載上述發光二極體的封裝基板的發光二極體燈,是上述封裝基板的熱阻為10°c /W以下的構成,因此散熱性優異,施加高電壓能夠以高輝度發光。本發明的發光二極體的製造方法,是具有下述工序的構成在半導體層上隔著緩衝層形成包含發光層的發光部後,在上述發光部的與上述半導體基板相反的一側的面上形成第2電極的工序;在上述發光部的與上述半導體基板相反的一側的面上隔著上述第2電極形成反射結構體的工序;在上述發光部上隔著上述反射結構體接合熱沉基板的工序;除去上述半導體基板和上述緩衝層的工序;和在上述發光部的與上述熱沉基板相反的一側的面上形成第1電極的工序,因此能夠製造散熱性優異、能夠抑制接合時的基板的開裂,可施加高電壓來以高輝度發光的發光二極體。
圖1是表示作為本發明的實施方式的發光二極體的一例的剖面圖。圖2是表示用於作為本發明的實施方式的發光二極體中的熱沉基板的製造工序的一例的工序部面圖。圖3是表示作為本發明的實施方式的發光二極體的製造工序的一例的工序剖面圖。圖4是表示作為本發明的實施方式的發光二極體的製造工序的一例的工序剖面圖。圖5是表示作為本發明的實施方式的發光二極體的製造工序的一例的工序剖面圖。圖6是表示作為本發明的實施方式的發光二極體的製造工序的一例的工序剖面圖。圖7是表示作為本發明的實施方式的發光二極體的製造工序的一例的工序剖面圖。圖8是表示作為本發明的實施方式的發光二極體的製造工序的一例的工序剖面圖。
圖9是表示作為本發明的實施方式的發光二極體燈的一例的剖面圖。圖10是表示作為本發明的實施方式的發光二極體的另外的一例的剖面圖。圖11是表示作為本發明的實施方式的發光二極體的另外的一例的剖面圖。圖12是表示作為本發明的實施方式的發光二極體的另外的一例的剖面圖。
具體實施例方式以下,對用於實施本發明的方式進行說明。(第1實施方式)圖1是表示作為本發明的實施方式的發光二極體一例的圖。如圖1所示,作為本發明的實施方式的發光二極體(LED) 1,具有包含發光層2的發光部3和隔著反射結構體4而與發光部3接合的熱沉基板5。另外,在發光部的與反射結構體4相反的一側的面3a上具有第1電極6,在發光部的反射結構體4側的面北上具有第 2電極8。〈發光部〉發光部3是包含發光層2的化合物半導體疊層結構體,是層疊多個的外延生長的層而成的外延疊層結構體。作為發光部3,例如,可以利用發光效率高、已確立基板接合技術的AKialnP層或 AlGaAs層等。AlGaInP層是由用通式(Alj^a1JyIrvyP (0彡χ彡1、0 < y彡1)表示的材料構成的層。該組成根據發光二極體的發光波長來決定。製作紅或紅外發光的發光二極體時所使用的AKiaAs層的情況也同樣地,構成材料的組成根據發光二極體的發光波長來決定。發光部3是η型或ρ型的任一種的傳導類型的化合物半導體,在內部形成pn接合。 另外,發光部3的表面的極性也可以是ρ型、η型的任一種。如圖1所示,發光部3包含例如接觸層12b、覆蓋層10a、發光層2、覆蓋層IOb和 GaP 層 13。接觸層12b是用於降低歐姆(Ohmic)電極的接觸電阻的層,例如,由摻雜了 Si的 η型的^。.^ ^!!。.孑形成,載流子濃度設為?父川 !^,層厚設為1.5 μ Hl0另外,覆蓋層10a,例如,由摻雜了 Si的η型的(Ala7G^l3)a5Ina5P形成,載流子濃度設為8 X IO1W,層厚設為1 μ m。發光層2,例如,由非摻雜的(Al0.2Ga0.8) 0.5In0.5P/ (Al0.7Ga0.3) 0.5In0.5P W 10 對的疊層結構構成,層厚設為0.8μπι。發光層2具有雙異質結構(Double Hetero :DH)、單量子阱結構(Single Quantum Well =SQff)或多量子阱結構(Mult =Quantum Well :MQW)等的結構。在此,雙異質結構是封入擔負放射再結合的載流子的結構,另外,量子阱結構是具有阱層和夾持上述阱層的2個勢壘層的結構,SQW是有1個阱層的結構,MQW是有2個以上的阱層的結構。作為發光部3 的形成方法,可以採用MOCVD法等。為了從發光層2得到單色性優異的發光,作為發光層2特別優選採用MQW結構。覆蓋層10b,例如,由摻雜了 Mg的ρ型的(Al。.^!!。.孑構成,載流子濃度設為 2 X IO17CnT3,層厚設為 Iym0
別外,GaP層13,例如,是摻雜了 Mg的ρ型GaP層,載流子濃度設為3 X 1018cm_3,層厚設為3 μ m。發光部3的構成,並不限定於上面所述的結構,例如,也可以具有使元件驅動電流在整個發光部3平面性地擴散的電流擴散層、和用於限制元件驅動電流流通的區域的電流阻止層或電流狹窄層等。〈第1電極、第2電極〉第1電極6和第2電極8分別是歐姆電極,它們的形狀和配置只要是使電流在發光部3中均勻地擴散即可,沒有特別的限定。例如,可以使用在俯視時為圓狀或矩形狀的電極,可以作為一個電極進行配置,也可以將多個電極配置成格子狀。作為第1電極6的材料,在作為接觸層12b使用η型的化合物半導體的場合,可以使用例如AuGe、AuSi等,在作為接觸層12b使用ρ型的化合物半導體的場合,可以使用例如 AuBe、AuZu 等。另外,還可以在其上面層疊Au等來防止氧化並提高線接合性。作為第2電極8的材料,在作為GaP層13使用η型的化合物半導體的場合,可以使用例如AuGe、AuSi等,在作為GaP層13使用ρ型的化合物半導體的場合,可以使用例如 AuBe、AuZn 等。如圖1所示,在發光部3的反射結構體4側的面北上,以覆蓋第2電極8的方式形成有反射結構體4。反射結構體4是金屬膜15和透明導電膜14層疊而成。金屬膜15由銅、銀、金、鋁等的金屬以及它們的合金等構成。這些材料光反射率高,可以使來自反射結構體4的光反射率達到90 %以上。通過形成金屬膜15,可以使來自發光層2的光由金屬膜15向正面反方f反射,提高在正面方向f的光取出效率。由此,能夠使發光二極體更高輝度化。金屬膜15,例如設為從透明導電膜14側起包括Ag合金/W/Pt/Au/連接用金屬的疊層結構。在金屬膜15的與發光部3相反的一側的面1 上形成的上述連接用金屬,是電阻低、在低溫下熔融的金屬。通過使用上述連接用金屬,不會對發光部3給予熱應力並能夠連接熱沉基板。作為連接用金屬,可以使用化學性穩定、熔點低的Au系的共晶金屬等。作為上述 Au系的共晶金屬,例如,可舉出AuSn、AuGe、AuSi等的合金的共晶組成(Au系的共晶金屬)。另外,優選向連接用金屬中添加鈦、鉻、鎢等的金屬。由此,鈦、鉻、鎢等的金屬作為阻擋金屬發揮功能,能夠抑制含於熱沉基板中的雜質等向金屬膜15側擴散並反應。透明導電膜14由ITO膜、IZO膜等構成。另外,反射結構體4也可以只由金屬膜 15構成。另外,也可以代替透明導電膜14、或者與透明導電膜14 一起使用利用透明材料的折射率差的所謂的冷鏡(cold mirror),例如氧化鈦膜、氧化矽膜的多層膜和/或白色的氧化鋁、AlN來與金屬膜15組合。在構成反射結構體4的金屬膜15的與發光部3相反的一側的面15b上接合有熱
8沉基板5的接合面fe。熱沉基板5的厚度優選為50 μ m以上、150 μ m以下。熱沉基板5的厚度大於150 μ m的場合,發光二極體的製造成本上升而不優選。而熱沉基板5的厚度小於50 μ m的場合,操作時容易產生裂紋、崩碎、翹曲等,產生使製造成品率降低的可能性。熱沉基板5是第1金屬層21和第2金屬層22交替地層疊而成。每一枚熱沉基板的第1金屬層21和第2金屬層22的層數,合計優選為3 9層、 更優選為3 5層。第1金屬層21與第2金屬層22的層數合計為2層的場合,在厚度方向的熱膨脹變得不均衡,產生熱沉基板5發生開裂的可能性。反之,第1金屬層21與第2金屬層22的層數合計大於9層的場合,產生將第1金屬層21和第2金屬層22的層厚度分別減薄的必要。使層的厚度較薄地製作由第1金屬層21或第2金屬層22構成的單層基板是困難的, 會產生使各層的厚度不均勻、使發光二極體的特性出現偏差的可能性。此外,減薄了層厚度的上述單層基板容易發生基板的開裂。此外,還難以製造上述單層基板,因此也產生使發光二極體的製造成本惡化的可能性。另外,第1金屬層21和第2金屬層22的層數,更優選合計為奇數。第1金屬層21優選熱導率為130W/m ·Κ以上。由此,能夠提高熱沉基板5的散熱性,使發光二極體以高輝度發光,並且能夠使發光二極體1的壽命為長壽命。另外,第1金屬層21,優選由其熱膨脹係數與發光部3的熱膨脹係數大致相等的材料構成。特別優選第1金屬層21的材料是具有在發光部3的熱膨脹係數士 1. 5ppm/K以內的熱膨脹係數的材料。由此,能夠減小接合時對發光部3的熱應力,能夠抑制使熱沉基板5 與發光部3連接時的由熱導致的熱沉基板5的開裂,能夠提高發光二極體的製造成品率。例如,在作為發光部3使用AKialnP層(熱膨脹係數=約5. 3ppm/K)的場合,作為第1金屬層21優選使用鉬(熱膨脹係數=5. lppm/K)、鎢(熱膨脹係數=4. 3ppm/K)以及它們的合金等。另外,鉬的熱導率為138ff/m · K,鎢的熱導率為174ff/m · K,在130ff/m · K以上。第1金屬層21的合計厚度,優選是熱沉基板5的厚度的10%以上、45%以下,更優選是20%以上、40%以下,進一步優選是25%以上、35%以下。第1金屬層21的合計厚度超過熱沉基板5的厚度的45%的場合,熱導率高的第2金屬層22的效果變小,散熱功能降低。反之,第1金屬層21的厚度小於熱沉基板5的厚度的10%的場合,第1金屬層21幾乎不發揮功能,不能夠抑制使熱沉基板5與發光部3連接時的由熱導致的熱沉基板5的開裂。即,由於第2金屬層22與發光部3之間的大的熱膨脹係數差,發生由熱導致的熱沉基板5的開裂,產生招致接合不良發生的情況。尤其是,在作為第1金屬層21使用鉬的場合,優選鉬的合計厚度是熱沉基板5的厚度的15%以上、45%以下,更優選是20%以上、40%以下,進一步優選是25%以上、35% 以下。第1金屬層21的厚度優選為10 μ m以上、40 μ m以下,更優選為20 μ m以上、30 μ m 以下。
〈第2金屬層〉第2金屬層22,優選至少熱導率比第1金屬層21高的材料,更優選由熱導率為 230ff/m · K以上的材料構成。由此,能夠進一步提高熱沉基板5的散熱性,並以更高輝度使發光二極體1發光,並且能夠使發光二極體1的壽命為更長壽命。作為第2金屬層22,例如,優選使用銀(熱導率= 420W/m*K)、銅(熱導率= 398W/ m · K)、金(熱導率=320ff/m · K)、鋁(熱導率=236ff/m · K)以及它們的合金等。第2金屬層22的厚度優選為10 μ m以上、40 μ m以下,更優選為20 μ m以上、40 μ m 以下。另外,第2金屬層22的厚度與第1金屬層21的厚度也可以不同。此外,在熱沉基板5由多個的第1金屬層21和第2金屬層22形成的場合,各層的厚度也可以分別不同。另外,也可以在熱沉基板5的接合面fe上形成使電接觸穩定化的接合輔助膜、或晶片接合(管芯焊接;die bond)用的共晶金屬。由此,能夠簡便地進行接合工序。作為上述接合輔助膜,可以使用AiuAuSn等。另外,在發光部3上接合熱沉基板5的方法,並不限定於上面所述的方法,例如,也可以使用擴散接合、粘合劑、常溫接合方法等公知的技術。作為本發明的實施方式的發光二極體1,是在包含發光層2的發光部3上接合了熱沉基板5的發光二極體1,為下述構成熱沉基板5是第1金屬層21和第2金屬層交替層疊而成,第1金屬層21由熱導率為130W/m · K以上、熱膨脹係數與發光部3的材料大致相等的材料構成,第2金屬層22由熱導率為230W/m ·Κ以上的材料構成,因此散熱性優異,能夠抑制接合時的基板的開裂,施加高電壓能夠以高輝度發光。作為本發明的實施方式的發光二極體1,是第1金屬層的21的材料為具有在發光部3的熱膨脹係數士 1. 5ppm/K以內的熱膨脹係數的材料的構成,因此散熱性優異,能夠抑制接合時的基板的開裂,施加高電壓能夠以高輝度發光。作為本發明的實施方式的發光二極體1,是第1金屬層21由鉬、鎢或它們的合金形成的構成,因此,散熱性優異,能夠抑制接合時的基板的開裂,施加高電壓能夠以高輝度發光。作為本發明的實施方式的發光二極體1,是第2金屬層22由鋁、銅、銀、金或它們的合金形成的構成,因此散熱性優異,能夠抑制接合時的基板的開裂,施加高電壓能夠以高輝度發光。作為本發明的實施方式的發光二極體1,是第1金屬層21由鉬構成,第2金屬層 22由銅構成,第1金屬層21與第2層22的層數合計為3層以上、9層以下的構成,因此散熱性優異,能夠抑制接合時的基板的開裂,施加高電壓能夠以高輝度發光。也可以在第1金屬層21的位置上配置第2金屬層22,並在第2金屬層22的位置上配置第1金屬層21。在上述的實施方式的場合,即使在第1金屬層21的位置上配置由銅構成的層,並在第2金屬層22的位置上配置由鉬構成的層,也可以得到同樣的效果。接著,對作為本發明的實施方式的發光二極體的製造方法進行說明。作為本發明的實施方式的發光二極體的製造方法,具有熱沉基板的製造工序;
在半導體基板上隔著緩衝層形成包含發光層的發光部後,在上述發光部的與上述半導體基板相反的一側的面上形成第2電極的工序;在上述發光部的與上述半導體基板相反的一側的面上隔著上述第2電極形成反射結構體的工序;在上述發光部上隔著上述反射結構體接合熱沉基板的工序;除去上述半導體基板和上述緩衝層的工序;和在上述發光部的與上述熱沉基板相反的一側的面上形成第1電極的工序。首先,對熱沉基板的製造工序進行說明。〈熱沉基板的製造工序〉熱沉基板5是將熱導率為130W/m · K以上、熱膨脹係數與上述發光部大致相等的第1金屬層、和熱導率為230W/m · K以上的第2金屬層進行熱壓而形成。首先,準備2枚大致平板狀的第1金屬板21和1枚大致平板狀的第2金屬板22。 例如,作為第1金屬板21使用厚度25 μ m的Mo,作為第2金屬板22使用厚度70 μ m的Cu。接著,如圖2(a)所示,在上述2枚的第1金屬板21之間插入上述第2金屬板22 並將它們重疊地配置。接著,在規定的加壓裝置上配置上述基板,在高溫下沿著箭頭方向對第1金屬板 21和第2金屬板22施加載荷。由此,如圖2 (b)所示,形成第1金屬層21為Mo、第2金屬層22為Cu的、由Mo (25 μ m) /Cu (70 μ m) /Mo (25 μ m)這3層構成的熱沉基板5。熱沉基板5,例如,熱膨脹係數為5. 7ppm/K,熱導率為220W/m · K。另外,然後,在符合發光部(晶片)3的接合面的大小地進行切斷後,對表面進行鏡面加工。另外,也可以在熱沉基板5的接合面fe上形成用於使電接觸穩定化的接合輔助膜。作為上述接合輔助膜,可以使用金、鉬、鎳等。例如,首先成膜出0.1 μπι的鎳後,在上述鎳上成膜出0. 5μπι的金。此外,還可以形成晶片接合用的AuSn等的共晶金屬來代替上述接合輔助膜。由此,可以使接合工序簡便。首先,如圖3所示,在半導體基板11的一面Ila上,使多個外延層生長,形成外延疊層體17。半導體基板11是外延疊層體17形成用基板,例如,是一面Ila為從(100)面傾斜 15°的面的摻雜了 Si的η型的GaAs單晶基板。這樣,作為外延疊層體17使用AKialnP層或AlGaAs層的場合,作為形成外延疊層體17的基板,可以使用砷化鎵(GaAs)單晶基板。作為發光部3的形成方法,可以採用有機金屬化學氣相沉積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition :M0CVD)法、分子束夕卜延(Molecular Beam Epitaxicy :MBE) 法、液相外延(Liguid Phase Epitaxicy :LPE)法等。在本實施方式中,採用將三甲基鋁((CH3)3Al)、三甲基鎵((CH3)3Ga)以及三甲基銦 ((CH3)3In)用於III族構成元素的原料的減壓MOCVD法來使各層外延生長。另外,Mg摻雜原料使用雙環戊二烯基鎂(bis-(C5H5)2Mg)。並且,Si摻雜原料使用乙矽烷(Si2H6) 0另外,作為V族構成元素的原料,使用膦(PH3)或胂(AsH3)。
另外,ρ型的GaP層13,例如,使其在750°C下生長,其他的外延生長層。例如,使其在730°C下生長。具體地,首先,在半導體基板11的一面Ila上,成膜出摻雜Si的η型的GaAs構成的緩衝層12a。作為緩衝層12a,例如,使用摻雜了 Si的η型的GaAs,載流子濃度設為 2 X IO18CnT3,層厚設為 0. 2 μ m0接著,在緩衝層1 上成膜出摻雜了 Si的η型的(Ala5Giia5)a5Ina5P構成的接觸層1北。然後,在接觸層1 上成膜出摻雜了 Si的η型(Ala7Giia3)a5Ina5P構成的覆蓋層 10a。接著,在覆蓋層IOa 上成膜出由非摻雜的(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P/(Al0.7Ga0.3)0.51%5P 的10對的疊層結構構成的發光層2。然後,在發光層2上成膜出摻雜了 Mg的ρ型的(Ala7Giia3)a5Ina5P構成的覆蓋層 10b。接著,在覆蓋層IOb上成膜出摻雜了 Mg的ρ型的GaP層13。然後,對ρ型的GaP層13的與半導體基板11相反的一側的面13a進行鏡面研磨直至達到距表面1 μ m的深度,使表面的粗糙度為例如0. ISnm以內。接著,如圖4所示,在ρ型的GaP層13的與半導體基板11相反的一側的面13a上形成第2電極(歐姆電極)8。第2電極8,例如在0.4μπι厚度的AuBe上層疊0.2 μ m厚度的Au而成,第2電極8,例如在俯視時是Φ20 μ m的圓形狀,以60 μ m的間隔形成。〈反射結構體形成工序〉接著,如圖5所示,以覆蓋ρ型的GaP層13的與半導體基板11相反的一側的面 13a和第2電極8的方式形成由ITO膜構成的透明導電膜14。然後,實施450°C的熱處理, 在第2電極8與透明導電膜14之間形成歐姆接觸。接著,如圖6所示,在透明導電膜14的與外延疊層體17相反的一側的面14a上, 採用蒸鍍法成膜出0. 5 μ m的由銀(Ag)合金構成的膜後,成膜出鎢(W)、鉬(Pt)各0. 1 μ m、 金(Au)O. 5 μ m、AuGe共晶金屬(熔點386°C ) 1 μ m,形成為金屬膜15。由此,形成包括金屬膜15和透明導電膜14的反射結構體4。〈熱沉基板接合工序〉接著,將形成了反射結構體4和外延疊層體17的半導體基板11、和在上述熱沉基板的製造工序中形成的熱沉基板5送到減壓裝置內,以反射結構體4的接合面如與熱沉基板5的接合面fe對向地重合的方式配置。然後,將上述減壓裝置內排氣到3 X 10』a後,在將半導體基板11和熱沉基板5加熱到400°C的狀態下,施加lOOg/cm2的載荷,將反射結構體4的接合面如與熱沉基板5的接合面fe接合從而形成接合結構體18。接著,如圖8所示,使用氨系蝕刻劑從接合結構體18選擇性地除去半導體基板11 和緩衝層12a。由此,形成具有發光層2的發光部3。〈第1電極形成工序〉接著,採用真空蒸鍍法在發光部3的與反射結構體4相反的一側的面3a上形成電極用導電膜。作為上述電極用導電膜,例如,可以使用由AuGe/Ni/Au構成的金屬層結構。例如,以0. 15 μ m的厚度將AuGe (Ge質量比為12%)成膜後,以0. 05 μ m的厚度將Ni成膜,再 Wlym的厚度將Au成膜。然後,利用一般的光刻方法將上述電極用導電膜圖案化成為在俯視時為圓形狀, 形成為η型歐姆電極(第1電極)6,製作圖1所示的發光二極體1。另外,優選在此後,例如在420°C下進行3分鐘的熱處理,將η型歐姆電極(第1電極)6的各金屬進行合金化。由此,能夠使η型歐姆電極(第1電極)6低電阻化。另外,通過蝕刻除去按所希望的大小區劃發光二極體的切斷部分的發光部3之後,以0. 8mm間隔使用雷射器將上述切斷部分的基板和連接層切斷成所希望的大小的發光二極體片(LED晶片)。關於發光二極體的大小,例如將在俯視時為大致矩形狀的發光部3 的對角線的長度設為1. 1mm。然後,用膠粘片保護髮光部3的露出面,洗淨切斷面。根據本發明的發光二極體,是在發光二極體上接合熱沉基板的構成的發光二極體,因此在高電流區域也能夠得到高的發光效率。作為本發明的實施方式的發光二極體的製造方法,是具有在半導體基板11上隔著緩衝層1 形成包含發光層2的發光部3後,在發光部3的與半導體基板11相反的一側的面13a上形成第2電極8的工序;在發光部3的與半導體基板11相反的一側的面13a上隔著第2電極8形成反射結構體4的工序;在發光部3上隔著反射結構體4接合熱沉基板 5的工序;除去半導體基板11和緩衝層12a的工序;和在發光部3的與熱沉基板5相反的一側的面3a上形成第1電極6的工序的構成,因此能夠製造抑制接合時的基板的開裂,施加高電壓後,散熱性優異並能夠以高輝度發光的發光二極體。作為本發明的實施方式的發光二極體的製造方法,是將熱導率為130W/m*K以上、 熱膨脹係數與上述發光部大致相等的第1金屬層21、和熱導率為230W/m · K以上的第2金屬層22在高溫下壓合而形成熱沉基板5的構成,因此能夠製造抑制接合時的基板的開裂, 散熱性優異,可施加高電壓來以高輝度發光的發光二極體。〈發光二極體燈〉對作為本發明的實施方式的發光二極體燈進行說明。圖9是表示作為本發明的實施方式的發光二極體燈的一例的剖面模式圖。如圖9 所示,作為本發明的實施方式的發光二極體燈40,具有封裝基板45、形成於封裝基板45上的2個電極端子43、44,搭載在電極端子44上的發光二極體1、和以覆蓋發光二極體1的方式形成的包含矽等的透明樹脂(封裝樹脂)41。發光二極體1具有發光部3、反射結構部4、熱沉基板5、第1電極6和第2電極8, 熱沉基板5被配置成與電極端子43連接。另外,第1電極6和電極端子44進行了線接合。施加給電極端子43、44的電壓,通過第1電極6和第2電極8施加給發光部3,發光部3中所含的發光層進行發光。發出的光在正面方向f被取出。封裝基板45其熱阻設為10°C /W以下。由此,即使對發光層2施加IW以上的電力使其發光時,也能夠作為熱沉發揮功能,能夠更加提高發光二極體1的散熱性。另外,封裝基板的形狀不限定於此,也可以使用其他形狀的封裝基板。在使用了其他形狀的封裝基板的LED燈製品中,也能夠充分確保散熱性,因此能夠成為高輸出功率、高輝度的發光二極體燈。
作為本發明的實施方式的發光二極體燈40,是具有發光二極體1和搭載發光二極體1的封裝基板45的發光二極體燈40,是封裝基板45的熱阻為10°C /W以下的構成,因此散熱性優異,施加高電壓能夠以高輝度發光。作為本發明的實施方式的發光二極體組件40,是對發光二極體1的發光層2施加 IW以上電力使其發光的構成,因此散熱性優異,可施加高電壓來以高輝度發光。(第2實施方式)圖10是表示作為本發明的實施方式的發光二極體的另外一例的圖。如圖10所示,作為本發明的實施方式的發光二極體(LED) 51,使用熱沉基板55代替了熱沉基板5,除此以外,為與第1實施方式同樣的構成。另外,對與在第1實施方式中示出的構件相同的構件,標註相同的標記來表示。作為本發明的實施方式的發光二極體(LED) 51,具有包含發光層(省略圖示)的發光部3、和隔著反射結構體4而與發光部3接合的熱沉基板55。另外,在發光部3的與反射結構體4相反的一側的面3a上具有第1電極6,在發光部3的反射結構體4側的面北上具有第2電極8。熱沉基板55,作為第1金屬層21使用Mo,作為第2金屬層22使用Cu,採用了 Mo (1 μ m) /Cu (50 μ m) /Mo (25 μ m) /Cu (50 μ m) /Mo (1 μ m)的 5 層結構基板(厚度 127 μ m)。對熱沉基板55的製造方法進行說明,採用在第1實施方式中示出的熱沉基板的製造方法,首先,製造Cu (50 μ m) /Mo (25 μ m) /Cu (50 μ m)的3層結構基板後,採用濺射法在上述3層結構基板的兩面以1 μ m的厚度形成Mo膜,從而形成了由5層結構構成的熱沉基板陽。另外,熱沉基板陽的熱膨脹係數為6. 6ppm/K,熱導率為230W/m · K。(第3實施方式)圖11是表示作為本發明的實施方式的發光二極體的又一例的圖。如圖11所示,作為本發明的實施方式的發光二極體(LED) 52,使用熱沉基板56代替熱沉基板5,除此以外,為與第1實施方式同樣的構成。另外,對與在第1實施方式中示出的構件相同的構件標註相同的標記來表示。作為本發明的實施方式的發光二極體(LED) 52,具有包含發光層(省略圖示)的發光部3、和隔著反射結構體4而與發光部3接合的熱沉基板56。另外,在發光部3的與反射結構體4相反的一側的面3a上具有第1電極6,在發光部3的反射結構體4側的面北上具有第2電極8。熱沉基板56,作為第1金屬層21使用Mo,作為第2金屬22使用Cu,採用了 Cu (30 μ m) /Mo (25 μ m) /Cu (30 μ m)的 3 層結構基板(厚度 85 μ m)。對熱沉基板56的製造方法進行說明,採用在第1實施方式中示出的熱沉基板的製造方法,製造由Cu (30 μ m)/Mo (25 μ m)/Cu (30 μ m)的3層結構構成的熱沉基板56。另外,熱沉基板56的熱膨脹係數為6. lppm/K,熱導率為250W/m · K。(第4實施方式)圖12是表示作為本發明的實施方式的發光二極體的又一例的圖。如圖12所示,作為本發明的實施方式的發光二極體(LED) 53,以覆蓋反射結構體4 的側面4d和熱沉基板恥的側面56d以及底面56e的方式形成了金屬疊層膜25,除此以外, 為與第3實施方式同樣的構成。另外,對與在第1實施方式中示出的構件相同的構件標註相同的標記來表示。作為本發明的實施方式的發光二極體(LED) 53,具有包含發光層(省略圖示)的發光部3、和隔著反射結構體4而與發光部3接合的熱沉基板56。另外,在發光部3的與反射結構體4相反的一側的面3a上具有第1電極6,在發光部的反射結構體4側的北上具有第 2電極8。熱沉基板56的與發光部3相反的一側的面(底面)56b由銅構成,以覆蓋熱沉基板56的底面56b和側面56d以及反射結構體4的側面4d的方式形成了由Ni層和Au層構成的金屬疊層膜25。通過形成金屬疊層膜25,能夠提高散熱性。另外,作為Ni層和Au層的成膜方法,可以採用鍍覆法等。實施例以下,基於實施例具體地說明本發明。但是本發明並不只限於這些實施例。(實施例1)首先,採用在第1實施方式中所示的方法,形成由Mc^25ym)/CU(70ym)/ Mo (25 μ m)的3層結構構成的實施例1的熱沉基板。另外,在熱沉基板的接合面上成膜出 Pt (0. 1 μ m) /Au (0. 5 μ m)。實施例1的熱沉基板的熱膨脹係數為5. 7ppm/K,熱導率為220W/ m · K。接著,採用在第1實施方式中所示的方法,形成發光部和反射結構體,並且在其上接合上述熱沉基板,製作了實施例1的發光二極體。接觸層12b由摻雜了 Si的η型的(Al0.5Ga0.5) 0.5In0.5P構成,載流子濃度設為 2 X IO18CnT3,層厚設為 1. 5 μ m0 覆蓋層IOa由摻雜了 Si的η型的(Ala 7Ga0.3) 0.5In0.5P構成,載流子濃度設為 8X IO17CnT3,層厚設為 Ium0 發光層 2 由非摻雜的(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P/(Al0.7Ga0.3)0.51%5P 的10對的疊層結構構成,層厚設為0. 8 μ m。覆蓋層IOb由摻雜了 Mg的ρ型的 (Ala7G^l3)a5Ina5P構成,載流子濃度設為2X IO17CnT3,層厚設為1 μ m。另外,GaP層13是摻雜了 Mg的ρ型GaP層,載流子濃度設為3 X 1018cm_3,層厚設為3 μ m。此外,第1電極作為AuGe/Ni/Au的疊層結構來形成。第2電極為AuBe/Au的疊層結構。另外,作為反射結構體,為由ITO構成的透明導電膜和Ag合金/W/Pt/Au/AuGe構成的疊層結構。對實施例1的發光二極體施加2. 4V,通電500mA,發出主波長為620nm的紅色光。 得到約651m/W的高的發光效率。此時,發光二極體由於熱沉基板的效果,沒有由溫度上升造成的效率降低。(實施例2)首先,採用在第2實施方式中所示的方法,形成由Mo (1 μ m)/Cu (50 μ m)/ Mo (25 μ m) /Cu (50 μ m) /Mo (1 μ m)的5層結構(厚度127 μ m)構成的實施例2的熱沉基板。實施例2的熱沉基板的熱膨脹係數為6. 6ppm/K,熱導率為230W/m · K。接著,除了使用實施例2的熱沉基板以外,與實施例1同樣地製作了實施例2的發
光二極體。對實施例2的發光二極體施加2. 4V,通電500mA,發出了主波長為620nm的紅色光。得到約691m/W的高的發光效率。此時,發光二極體由於熱沉基板的效果,沒有由溫度上升造成的效率降低。(實施例3)首先,採用在第3實施方式中所示的方法,形成由CU(30ym)/MO(25ym)/ Cu (30 μ m)的3層結構(厚度85 μ m)構成的實施例3的熱沉基板。實施例3的熱沉基板的熱膨脹係數為6. lppm/K,熱導率為250W/m · K。接著,除了使用實施例3的熱沉基板以外,與實施例1同樣地製作了實施例3的發
光二極體。對實施例3的發光二極體施加2. 4V,通電500mA,發出了主波長為620nm的紅色光。得到約711m/W的高的發光效率。此時,發光二極體由於熱沉基板的效果,沒有由溫度上升造成的效率降低。(比較例1)除了使用Si基板作為熱沉基板以外,與實施例1同樣地操作,製作了比較例1的發光二極體。另外,Si基板的熱膨脹係數為3ppm/K,熱導率為U6W/m · K。對比較例1的發光二極體施加2. 4V,通電500mA,發出了主波長為620nm的紅色光。此時,比較例1的發光二極體的發光效率由於溫度上升而降低。約為491m/W。另外,投入了 10枚的晶片之中,4枚在生產工序中開裂。即,可知開裂率(晶片開裂率)為40%,在生產率上存在課題。(比較例2)除了使用Cu基板作為熱沉基板以外,與實施例1同樣地操作,製作了比較例2的發光二極體。與實施例1同樣地形成了發光部和反射結構體後,在其上接合了上述熱沉基板時,全部的晶片發生了開裂。認為由於Cu基板的熱膨脹係數大,因此發生了開裂。(比較例3、4、5)與上述實施例1 3、比較例1、2同樣地操作,製造了具有表1所示的熱沉基板的發光二極體。對實施例1 3、比較例1 5的發光二極體,調查晶片的開裂以及發光效率(電流值為500mA時),匯總於表1。如表1所示,比較例3 5的發光二極體,未發生開裂。可是,比較例3 5的發光二極體的熱沉基板的熱導率小,比較例3 5的發光二極體的發光效率由於溫度上升而降低了。
權利要求
1.一種發光二極體,是在包含發光層的發光部接合了熱沉基板的發光二極體,其特徵在於,所述熱沉基板是第1金屬層和第2金屬層交替地層疊而成,所述第1金屬層由熱導率為130W/m · K以上、熱膨脹係數與所述發光部的材料大致相等的材料形成,所述第2金屬層由熱導率為230W/m · K以上的材料形成。
2.根據權利要求1所述的發光二極體,其特徵在於,所述第1金屬層的材料是具有在所述發光部的熱膨脹係數士 1. 5ppm/K以內的熱膨脹係數的材料。
3.根據權利要求1或2所述的發光二極體,其特徵在於,所述第1金屬層由鉬、鎢或它們的合金形成。
4.根據權利要求1 3的任一項所述的發光二極體,其特徵在於,所述第2金屬層由鋁、銅、銀、金或它們的合金形成。
5.根據權利要求1 4的任一項所述的發光二極體,其特徵在於,所述第1金屬層由鉬形成,所述第2金屬層由銅形成,所述第1金屬層和所述第2金屬層的層數合計為3層以上、9層以下。
6.根據權利要求1 5的任一項所述的發光二極體,其特徵在於,所述第1金屬層由鉬形成,所述第1金屬層的合計厚度為所述熱沉基板的厚度的15%以上、45%以下。
7.根據權利要求1 6的任一項所述的發光二極體,其特徵在於,在所述發光部和所述熱沉基板之間具有反射結構體。
8.根據權利要求1 7的任一項所述的發光二極體,其特徵在於,所述發光層包含 AlGaInP 層或 AlGaAs 層。
9.根據權利要求1 8的任一項所述的發光二極體,其特徵在於,所述發光層在俯視時是對角線的長度為Imm以上的大致矩形形狀,對所述發光層施加IW以上的電力使其發光。
10.根據權利要求1 9的任一項所述的發光二極體,其特徵在於,所述熱沉基板的與所述發光部相反的一側的面由銅形成,以覆蓋所述熱沉基板的與所述發光部相反的一側的面和側面的方式形成有金屬疊層膜。
11.一種發光二極體燈,其特徵在於,是具有權利要求1 10的任一項所述的發光二極體和搭載所述發光二極體的封裝基板的發光二極體燈,所述封裝基板的熱阻為10°C /W以下。
12.根據權利要求11所述的發光二極體燈,其特徵在於,對所述發光二極體的發光層施加IW以上的電力使其發光。
13.一種發光二極體的製造方法,其特徵在於,具有在半層體基板上隔著緩衝層形成包含發光層的發光部之後,在所述發光部的與所述半導體基板相反的一側的面上形成第2電極的工序;在所述發光部的與所述半導體基板相反的一側的面上隔著所述第2電極形成反射結構體的工序;在所述發光部上隔著所述反射結構體接合熱沉基板的工序;除去所述半導體基板和所述緩衝層的工序;和在所述發光部的與所述熱沉基板相反的一側的面上形成第1電極的工序。
14.根據權利要求13所述的發光二極體的製造方法,其特徵在於,將熱導率為130W/ m · K以上、熱膨脹係數與所述發光部大致相等的第1金屬層和熱導率為230W/m · K以上的第2金屬層在高溫下壓合,從而形成所述熱沉基板。
全文摘要
本發明的目的是提供散熱性優異,能夠抑制接合時的基板的開裂,施加高電壓能夠以高輝度發光的發光二極體、發光二極體燈以及發光二極體的製造方法。本發明的發光二極體是在包含發光層(2)的發光部(3)接合了熱沉基板(5)的發光二極體(1),熱沉基板(5)是第1金屬層(21)和第2金屬層(22)交替地層疊而成,第1金屬層(21)由熱導率為130W/m·K以上、熱膨脹係數與發光部(3)的材料大致相等的材料形成,第2金屬層(22)由熱導率為230W/m·K以上的材料形成,通過使用該發光二極體(1)能夠達到所述目的。
文檔編號F21S2/00GK102318094SQ20108000800
公開日2012年1月11日 申請日期2010年1月25日 優先權日2009年2月18日
發明者松村篤, 竹內良一, 舛谷享祐 申請人:昭和電工株式會社