发光二极管、发光二极管灯和发光二极管的制造方法

专利名称：发光二极管、发光二极管灯和发光二极管的制造方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管、发光二极管灯和发光二极管的制造方法。
背景技术：
作为发出红色、橙色、黄色或黄绿色等的可见光的发光二极管(英文简称LED)， 例如，已知具备具有由磷化铝镓铟(组成式(Alx(;ai_x)yIni_yP ；0彡χ彡1、0 < y彡1)构成的发光层的发光部、和被形成上述发光部的基板的化合物半导体LED。作为上述基板，一般地使用对于从上述发光层射出的光在光学上不透明，并且机械强度也不那么高的砷化镓(GaAs)等。然而，最近，为了得到更高辉度的可见光发光二极管，并且以进一步提高发光元件的机械强度为目的，除去上述基板，然后，接合了由透过或者反射发光光、并且机械强度优异的材料构成的支持体层(基板)。例如，专利文献1 7公开了使上述发光层重新接合上述支持体层(基板)的技术(接合型LED形成技术)。此外，专利文献8还公开了与上述接合技术相关联的技术，公开了在将金属层和反射层粘接了的有机粘接层中埋入了欧姆金属的发光元件。通过上述接合型LED形成技术的开发，与发光部接合的基板的自由度增大，例如， 可以使用散热性高的金属、陶瓷等构成的热沉基板(heat sink substrate)。作为上述基板通过使用热沉基板，可确保来自上述发光部的散热性，抑制发光层的劣化，变为长寿命。尤其是需要耐高电流且以高辉度发光的高输出功率用的发光二极管，发热量比以往的发光二极管多，散热性的确保更成为课题。因此，使发光部接合热沉基板对发光二极管的长寿命化更有用。然而，由散热性高的金属、陶瓷等构成的热沉基板，其热膨胀系数与发光部的热膨胀系数的差别大。在发光部上接合了热沉基板时、和在其后的热处理工序等中，出现发光部和/或热沉基板发生裂纹的情况。由此，有时使发光二极管的制造成品率大大地降低。作为热沉基板，如果能够使用其热膨胀系数是上述发光部的热膨胀系数的Ippm/ K以内，其热导率为200W/K以上的材料，则在热处理工序等中能够抑制裂纹等的发生，并且能够充分确保散热性。然而，没有能够兼备这样的热膨胀系数和热导率特性的材料。现有技术文献专利文献1 日本专利第3230638号公报专利文献2 日本特开平6-3(^857号公报专利文献3 日本特开2002-246640号公报专利文献4 日本专利第2588849号公报专利文献5 日本特开2001-57441号公报专利文献6 日本特开2007-81010号公报专利文献7 日本特开2006_3四52号公报专利文献8 日本特开2005-236303号公报

发明内容
本发明是鉴于上述状况而完成的，其目的在于提供散热性优异，能够抑制接合时的基板的开裂，施加高电压能够以高辉度发光的发光二极管、发光二极管灯和发光二极管的制造方法。为了达到上述的目的，本发明采用以下的构成。即(1)本发明的发光二极管，是在包含发光层的发光部接合了热沉基板的发光二极管，其特征在于，上述热沉基板是第1金属层和第2金属层交替地层叠而成，上述第1金属层由热导率为130W/m*K以上、热膨胀系数与上述发光部的材料大致相等的材料形成，上述第2金属层由热导率为230W/m · K以上的材料形成。(2)本发明的发光二极管，其特征在于，上述第1金属层的材料是具有在上述发光部的热膨胀系数士 1. 5ppm/K以内的热膨胀系数的材料。(3)本发明的发光二极管，其特征在于，上述第1金属层由钼、钨或它们的合金形成。(4)本发明的发光二极管，其特征在于，上述第2金属层由铝、铜、银、金或它们的合金形成。(5)本发明的发光二极管，其特征在于，上述第1金属层由钼形成，上述第2金属层由铜形成，上述第1金属层和上述第2金属层的层数合计为3层以上、9层以下。(6)本发明的发光二极管，其特征在于，上述第1金属层由钼形成，上述第1金属层的合计厚度为上述热沉基板的厚度的15%以上、45%以下。(7)本发明的发光二极管，其特征在于，在上述发光部和上述热沉基板之间具有反射结构体。(8)本发明的发光二极管，其特征在于，上述发光层包含AKialnP层或AKiaAs层。(9)本发明的发光二极管，其特征在于，上述发光层在俯视时是对角线的长度为 Imm以上的大致矩形形状，对上述发光层施加IW以上的电力而使其发光。(10)本发明的发光二极管，其特征在于，上述热沉基板的与上述发光部相反的一侧的面由铜形成，以覆盖上述热沉基板的与上述发光部相反的一侧的面和侧面的方式形成有金属叠层膜。(11)本发明的发光二极管灯，其特征在于，是具有先前所述的发光二极管和搭载上述发光二极管的封装(package)基板的发光二极管灯，上述封装基板的热阻为10°C /W以下。(12)本发明的发光二极管灯，其特征在于，对上述发光二极管的发光层施加IW以上的电力而使其发光。(13)本发明的发光二极管的制造方法，其特征在于，具有在半层体基板上隔着缓冲层而形成包含发光层的发光部之后，在上述发光部的与上述半导体基板相反的一侧的面上形成第2电极的工序；在上述发光部的与上述半导体基板相反的一侧的面上隔着上述第2电极形成反射结构体的工序；在上述发光部上隔着上述反射结构体接合热沉基板的工序；
除去上述半导体基板和上述缓冲层的工序；和在上述发光部的与上述热沉基板相反的一侧的面上形成第1电极的工序。(14)本发明的发光二极管的制造方法，其特征在于，将热导率为130W/m · K以上、 热膨胀系数与上述发光部大致相等的第1金属层和热导率为230W/m ·Κ以上的第2金属层在高温下压合，从而形成上述热沉基板。根据上述的构成，能够提供散热性优异、能够抑制接合时的基板的开裂，施加高电压能够以高辉度发光的发光二极管、发光二极管灯和发光二极管的制造方法。本发明的发光二极管，是在包含发光层的发光部上接合了热沉基板的发光二极管，上述热沉基板是第1金属层和第2金属层交替地层叠而成，上述第1金属层由热导率为 130ff/m · K以上、热膨胀系数与上述发光部的材料大致相等的材料形成，上述第2金属层由热导率为230W/m ·Κ以上的材料形成的构成，因此散热性优异，能够抑制接合时的基板的开裂，施加高电压能够以高辉度发光。本发明的发光二极管灯，是具有前面所述的发光二极管和搭载上述发光二极管的封装基板的发光二极管灯，是上述封装基板的热阻为10°c /W以下的构成，因此散热性优异，施加高电压能够以高辉度发光。本发明的发光二极管的制造方法，是具有下述工序的构成在半导体层上隔着缓冲层形成包含发光层的发光部后，在上述发光部的与上述半导体基板相反的一侧的面上形成第2电极的工序；在上述发光部的与上述半导体基板相反的一侧的面上隔着上述第2电极形成反射结构体的工序；在上述发光部上隔着上述反射结构体接合热沉基板的工序；除去上述半导体基板和上述缓冲层的工序；和在上述发光部的与上述热沉基板相反的一侧的面上形成第1电极的工序，因此能够制造散热性优异、能够抑制接合时的基板的开裂，可施加高电压来以高辉度发光的发光二极管。


图1是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的一例的剖面图。图2是表示用于作为本发明的实施方式的发光二极管中的热沉基板的制造工序的一例的工序部面图。图3是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造工序的一例的工序剖面图。图4是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造工序的一例的工序剖面图。图5是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造工序的一例的工序剖面图。图6是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造工序的一例的工序剖面图。图7是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造工序的一例的工序剖面图。图8是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的制造工序的一例的工序剖面图。
图9是表示作为本发明的实施方式的发光二极管灯的一例的剖面图。图10是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的另外的一例的剖面图。图11是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的另外的一例的剖面图。图12是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的另外的一例的剖面图。
具体实施例方式以下，对用于实施本发明的方式进行说明。(第1实施方式)<发光二极管>图1是表示作为本发明的实施方式的发光二极管一例的图。如图1所示，作为本发明的实施方式的发光二极管(LED) 1，具有包含发光层2的发光部3和隔着反射结构体4而与发光部3接合的热沉基板5。另外，在发光部的与反射结构体4相反的一侧的面3a上具有第1电极6，在发光部的反射结构体4侧的面北上具有第 2电极8。〈发光部〉发光部3是包含发光层2的化合物半导体叠层结构体，是层叠多个的外延生长的层而成的外延叠层结构体。作为发光部3，例如，可以利用发光效率高、已确立基板接合技术的AKialnP层或 AlGaAs层等。AlGaInP层是由用通式(Alj^a1JyIrvyP (0彡χ彡1、0 < y彡1)表示的材料构成的层。该组成根据发光二极管的发光波长来决定。制作红或红外发光的发光二极管时所使用的AKiaAs层的情况也同样地，构成材料的组成根据发光二极管的发光波长来决定。发光部3是η型或ρ型的任一种的传导类型的化合物半导体，在内部形成pn接合。 另外，发光部3的表面的极性也可以是ρ型、η型的任一种。如图1所示，发光部3包含例如接触层12b、覆盖层10a、发光层2、覆盖层IOb和 GaP 层 13。接触层12b是用于降低欧姆(Ohmic)电极的接触电阻的层，例如，由掺杂了 Si的 η型的^。.^ ^!!。.孑形成，载流子浓度设为？父川 ！^，层厚设为1.5 μ Hl0另外，覆盖层10a，例如，由掺杂了 Si的η型的(Ala7G^l3)a5Ina5P形成，载流子浓度设为8 X IO1W,层厚设为1 μ m。发光层2，例如，由非掺杂的(Al0.2Ga0.8) 0.5In0.5P/ (Al0.7Ga0.3) 0.5In0.5P W 10 对的叠层结构构成，层厚设为0.8μπι。发光层2具有双异质结构(Double Hetero :DH)、单量子阱结构(Single Quantum Well =SQff)或多量子阱结构(Mult =Quantum Well :MQW)等的结构。在此，双异质结构是封入担负放射再结合的载流子的结构，另外，量子阱结构是具有阱层和夹持上述阱层的2个势垒层的结构，SQW是有1个阱层的结构，MQW是有2个以上的阱层的结构。作为发光部3 的形成方法，可以采用MOCVD法等。为了从发光层2得到单色性优异的发光，作为发光层2特别优选采用MQW结构。覆盖层10b，例如，由掺杂了 Mg的ρ型的(Al。.^!!。.孑构成，载流子浓度设为 2 X IO17CnT3，层厚设为 Iym0
别外，GaP层13，例如，是掺杂了 Mg的ρ型GaP层，载流子浓度设为3 X 1018cm_3，层厚设为3 μ m。发光部3的构成，并不限定于上面所述的结构，例如，也可以具有使元件驱动电流在整个发光部3平面性地扩散的电流扩散层、和用于限制元件驱动电流流通的区域的电流阻止层或电流狭窄层等。〈第1电极、第2电极〉第1电极6和第2电极8分别是欧姆电极，它们的形状和配置只要是使电流在发光部3中均勻地扩散即可，没有特别的限定。例如，可以使用在俯视时为圆状或矩形状的电极，可以作为一个电极进行配置，也可以将多个电极配置成格子状。作为第1电极6的材料，在作为接触层12b使用η型的化合物半导体的场合，可以使用例如AuGe、AuSi等，在作为接触层12b使用ρ型的化合物半导体的场合，可以使用例如 AuBe、AuZu 等。另外，还可以在其上面层叠Au等来防止氧化并提高线接合性。作为第2电极8的材料，在作为GaP层13使用η型的化合物半导体的场合，可以使用例如AuGe、AuSi等，在作为GaP层13使用ρ型的化合物半导体的场合，可以使用例如 AuBe、AuZn 等。<反射结构体>如图1所示，在发光部3的反射结构体4侧的面北上，以覆盖第2电极8的方式形成有反射结构体4。反射结构体4是金属膜15和透明导电膜14层叠而成。金属膜15由铜、银、金、铝等的金属以及它们的合金等构成。这些材料光反射率高，可以使来自反射结构体4的光反射率达到90 %以上。通过形成金属膜15，可以使来自发光层2的光由金属膜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，能够使发光二极管更高辉度化。金属膜15，例如设为从透明导电膜14侧起包括Ag合金/W/Pt/Au/连接用金属的叠层结构。在金属膜15的与发光部3相反的一侧的面1 上形成的上述连接用金属，是电阻低、在低温下熔融的金属。通过使用上述连接用金属，不会对发光部3给予热应力并能够连接热沉基板。作为连接用金属，可以使用化学性稳定、熔点低的Au系的共晶金属等。作为上述 Au系的共晶金属，例如，可举出AuSn、AuGe、AuSi等的合金的共晶组成(Au系的共晶金属)。另外，优选向连接用金属中添加钛、铬、钨等的金属。由此，钛、铬、钨等的金属作为阻挡金属发挥功能，能够抑制含于热沉基板中的杂质等向金属膜15侧扩散并反应。透明导电膜14由ITO膜、IZO膜等构成。另外，反射结构体4也可以只由金属膜 15构成。另外，也可以代替透明导电膜14、或者与透明导电膜14 一起使用利用透明材料的折射率差的所谓的冷镜(cold mirror)，例如氧化钛膜、氧化硅膜的多层膜和/或白色的氧化铝、AlN来与金属膜15组合。<热沉基板>在构成反射结构体4的金属膜15的与发光部3相反的一侧的面15b上接合有热
8沉基板5的接合面fe。热沉基板5的厚度优选为50 μ m以上、150 μ m以下。热沉基板5的厚度大于150 μ m的场合，发光二极管的制造成本上升而不优选。而热沉基板5的厚度小于50 μ m的场合，操作时容易产生裂纹、崩碎、翘曲等，产生使制造成品率降低的可能性。热沉基板5是第1金属层21和第2金属层22交替地层叠而成。每一枚热沉基板的第1金属层21和第2金属层22的层数，合计优选为3 9层、 更优选为3 5层。第1金属层21与第2金属层22的层数合计为2层的场合，在厚度方向的热膨胀变得不均衡，产生热沉基板5发生开裂的可能性。反之，第1金属层21与第2金属层22的层数合计大于9层的场合，产生将第1金属层21和第2金属层22的层厚度分别减薄的必要。使层的厚度较薄地制作由第1金属层21或第2金属层22构成的单层基板是困难的， 会产生使各层的厚度不均勻、使发光二极管的特性出现偏差的可能性。此外，减薄了层厚度的上述单层基板容易发生基板的开裂。此外，还难以制造上述单层基板，因此也产生使发光二极管的制造成本恶化的可能性。另外，第1金属层21和第2金属层22的层数，更优选合计为奇数。<第1金属层>第1金属层21优选热导率为130W/m ·Κ以上。由此，能够提高热沉基板5的散热性，使发光二极管以高辉度发光，并且能够使发光二极管1的寿命为长寿命。另外，第1金属层21，优选由其热膨胀系数与发光部3的热膨胀系数大致相等的材料构成。特别优选第1金属层21的材料是具有在发光部3的热膨胀系数士 1. 5ppm/K以内的热膨胀系数的材料。由此，能够减小接合时对发光部3的热应力，能够抑制使热沉基板5 与发光部3连接时的由热导致的热沉基板5的开裂，能够提高发光二极管的制造成品率。例如，在作为发光部3使用AKialnP层(热膨胀系数=约5. 3ppm/K)的场合，作为第1金属层21优选使用钼(热膨胀系数=5. lppm/K)、钨(热膨胀系数=4. 3ppm/K)以及它们的合金等。另外，钼的热导率为138ff/m · K，钨的热导率为174ff/m · K，在130ff/m · K以上。第1金属层21的合计厚度，优选是热沉基板5的厚度的10%以上、45%以下，更优选是20%以上、40%以下，进一步优选是25%以上、35%以下。第1金属层21的合计厚度超过热沉基板5的厚度的45%的场合，热导率高的第2金属层22的效果变小，散热功能降低。反之，第1金属层21的厚度小于热沉基板5的厚度的10%的场合，第1金属层21几乎不发挥功能，不能够抑制使热沉基板5与发光部3连接时的由热导致的热沉基板5的开裂。即，由于第2金属层22与发光部3之间的大的热膨胀系数差，发生由热导致的热沉基板5的开裂，产生招致接合不良发生的情况。尤其是，在作为第1金属层21使用钼的场合，优选钼的合计厚度是热沉基板5的厚度的15%以上、45%以下，更优选是20%以上、40%以下，进一步优选是25%以上、35% 以下。第1金属层21的厚度优选为10 μ m以上、40 μ m以下，更优选为20 μ m以上、30 μ m 以下。
〈第2金属层〉第2金属层22，优选至少热导率比第1金属层21高的材料，更优选由热导率为 230ff/m · K以上的材料构成。由此，能够进一步提高热沉基板5的散热性，并以更高辉度使发光二极管1发光，并且能够使发光二极管1的寿命为更长寿命。作为第2金属层22，例如，优选使用银(热导率= 420W/m*K)、铜(热导率= 398W/ m · K)、金(热导率=320ff/m · K)、铝(热导率=236ff/m · K)以及它们的合金等。第2金属层22的厚度优选为10 μ m以上、40 μ m以下，更优选为20 μ m以上、40 μ m 以下。另外，第2金属层22的厚度与第1金属层21的厚度也可以不同。此外，在热沉基板5由多个的第1金属层21和第2金属层22形成的场合，各层的厚度也可以分别不同。另外，也可以在热沉基板5的接合面fe上形成使电接触稳定化的接合辅助膜、或芯片接合(管芯焊接；die bond)用的共晶金属。由此，能够简便地进行接合工序。作为上述接合辅助膜，可以使用AiuAuSn等。另外，在发光部3上接合热沉基板5的方法，并不限定于上面所述的方法，例如，也可以使用扩散接合、粘合剂、常温接合方法等公知的技术。作为本发明的实施方式的发光二极管1，是在包含发光层2的发光部3上接合了热沉基板5的发光二极管1，为下述构成热沉基板5是第1金属层21和第2金属层交替层叠而成，第1金属层21由热导率为130W/m · K以上、热膨胀系数与发光部3的材料大致相等的材料构成，第2金属层22由热导率为230W/m ·Κ以上的材料构成，因此散热性优异，能够抑制接合时的基板的开裂，施加高电压能够以高辉度发光。作为本发明的实施方式的发光二极管1，是第1金属层的21的材料为具有在发光部3的热膨胀系数士 1. 5ppm/K以内的热膨胀系数的材料的构成，因此散热性优异，能够抑制接合时的基板的开裂，施加高电压能够以高辉度发光。作为本发明的实施方式的发光二极管1，是第1金属层21由钼、钨或它们的合金形成的构成，因此，散热性优异，能够抑制接合时的基板的开裂，施加高电压能够以高辉度发光。作为本发明的实施方式的发光二极管1，是第2金属层22由铝、铜、银、金或它们的合金形成的构成，因此散热性优异，能够抑制接合时的基板的开裂，施加高电压能够以高辉度发光。作为本发明的实施方式的发光二极管1，是第1金属层21由钼构成，第2金属层 22由铜构成，第1金属层21与第2层22的层数合计为3层以上、9层以下的构成，因此散热性优异，能够抑制接合时的基板的开裂，施加高电压能够以高辉度发光。也可以在第1金属层21的位置上配置第2金属层22，并在第2金属层22的位置上配置第1金属层21。在上述的实施方式的场合，即使在第1金属层21的位置上配置由铜构成的层，并在第2金属层22的位置上配置由钼构成的层，也可以得到同样的效果。<发光二极管的制造方法>接着，对作为本发明的实施方式的发光二极管的制造方法进行说明。作为本发明的实施方式的发光二极管的制造方法，具有热沉基板的制造工序；
在半导体基板上隔着缓冲层形成包含发光层的发光部后，在上述发光部的与上述半导体基板相反的一侧的面上形成第2电极的工序；在上述发光部的与上述半导体基板相反的一侧的面上隔着上述第2电极形成反射结构体的工序；在上述发光部上隔着上述反射结构体接合热沉基板的工序；除去上述半导体基板和上述缓冲层的工序；和在上述发光部的与上述热沉基板相反的一侧的面上形成第1电极的工序。首先，对热沉基板的制造工序进行说明。〈热沉基板的制造工序〉热沉基板5是将热导率为130W/m · K以上、热膨胀系数与上述发光部大致相等的第1金属层、和热导率为230W/m · K以上的第2金属层进行热压而形成。首先，准备2枚大致平板状的第1金属板21和1枚大致平板状的第2金属板22。 例如，作为第1金属板21使用厚度25 μ m的Mo，作为第2金属板22使用厚度70 μ m的Cu。接着，如图2(a)所示，在上述2枚的第1金属板21之间插入上述第2金属板22 并将它们重叠地配置。接着，在规定的加压装置上配置上述基板，在高温下沿着箭头方向对第1金属板 21和第2金属板22施加载荷。由此，如图2 (b)所示，形成第1金属层21为Mo、第2金属层22为Cu的、由Mo (25 μ m) /Cu (70 μ m) /Mo (25 μ m)这3层构成的热沉基板5。热沉基板5，例如，热膨胀系数为5. 7ppm/K，热导率为220W/m · K。另外，然后，在符合发光部(晶片)3的接合面的大小地进行切断后，对表面进行镜面加工。另外，也可以在热沉基板5的接合面fe上形成用于使电接触稳定化的接合辅助膜。作为上述接合辅助膜，可以使用金、钼、镍等。例如，首先成膜出0.1 μπι的镍后，在上述镍上成膜出0. 5μπι的金。此外，还可以形成芯片接合用的AuSn等的共晶金属来代替上述接合辅助膜。由此，可以使接合工序简便。<发光部和第2电极形成工序>首先，如图3所示，在半导体基板11的一面Ila上，使多个外延层生长，形成外延叠层体17。半导体基板11是外延叠层体17形成用基板，例如，是一面Ila为从(100)面倾斜 15°的面的掺杂了 Si的η型的GaAs单晶基板。这样，作为外延叠层体17使用AKialnP层或AlGaAs层的场合，作为形成外延叠层体17的基板，可以使用砷化镓(GaAs)单晶基板。作为发光部3的形成方法，可以采用有机金属化学气相沉积(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。在本实施方式中，采用将三甲基铝((CH3)3Al)、三甲基镓((CH3)3Ga)以及三甲基铟 ((CH3)3In)用于III族构成元素的原料的减压MOCVD法来使各层外延生长。另外，Mg掺杂原料使用双环戊二烯基镁(bis-(C5H5)2Mg)。并且，Si掺杂原料使用乙硅烷(Si2H6) 0另外，作为V族构成元素的原料，使用膦(PH3)或胂(AsH3)。
另外，ρ型的GaP层13，例如，使其在750°C下生长，其他的外延生长层。例如，使其在730°C下生长。具体地，首先，在半导体基板11的一面Ila上，成膜出掺杂Si的η型的GaAs构成的缓冲层12a。作为缓冲层12a，例如，使用掺杂了 Si的η型的GaAs，载流子浓度设为 2 X IO18CnT3，层厚设为 0. 2 μ m0接着，在缓冲层1 上成膜出掺杂了 Si的η型的(Ala5Giia5)a5Ina5P构成的接触层1北。然后，在接触层1 上成膜出掺杂了 Si的η型(Ala7Giia3)a5Ina5P构成的覆盖层 10a。接着，在覆盖层IOa 上成膜出由非掺杂的(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P/(Al0.7Ga0.3)0.51%5P 的10对的叠层结构构成的发光层2。然后，在发光层2上成膜出掺杂了 Mg的ρ型的(Ala7Giia3)a5Ina5P构成的覆盖层 10b。接着，在覆盖层IOb上成膜出掺杂了 Mg的ρ型的GaP层13。然后，对ρ型的GaP层13的与半导体基板11相反的一侧的面13a进行镜面研磨直至达到距表面1 μ m的深度，使表面的粗糙度为例如0. ISnm以内。接着，如图4所示，在ρ型的GaP层13的与半导体基板11相反的一侧的面13a上形成第2电极(欧姆电极)8。第2电极8，例如在0.4μπι厚度的AuBe上层叠0.2 μ m厚度的Au而成，第2电极8，例如在俯视时是Φ20 μ m的圆形状，以60 μ m的间隔形成。〈反射结构体形成工序〉接着，如图5所示，以覆盖ρ型的GaP层13的与半导体基板11相反的一侧的面 13a和第2电极8的方式形成由ITO膜构成的透明导电膜14。然后，实施450°C的热处理， 在第2电极8与透明导电膜14之间形成欧姆接触。接着，如图6所示，在透明导电膜14的与外延叠层体17相反的一侧的面14a上， 采用蒸镀法成膜出0. 5 μ m的由银(Ag)合金构成的膜后，成膜出钨(W)、钼(Pt)各0. 1 μ m、 金(Au)O. 5 μ m、AuGe共晶金属(熔点386°C ) 1 μ m，形成为金属膜15。由此，形成包括金属膜15和透明导电膜14的反射结构体4。〈热沉基板接合工序〉接着，将形成了反射结构体4和外延叠层体17的半导体基板11、和在上述热沉基板的制造工序中形成的热沉基板5送到减压装置内，以反射结构体4的接合面如与热沉基板5的接合面fe对向地重合的方式配置。然后，将上述减压装置内排气到3 X 10’a后，在将半导体基板11和热沉基板5加热到400°C的状态下，施加lOOg/cm2的载荷，将反射结构体4的接合面如与热沉基板5的接合面fe接合从而形成接合结构体18。<半导体基板和缓冲层除去工序>接着，如图8所示，使用氨系蚀刻剂从接合结构体18选择性地除去半导体基板11 和缓冲层12a。由此，形成具有发光层2的发光部3。〈第1电极形成工序〉接着，采用真空蒸镀法在发光部3的与反射结构体4相反的一侧的面3a上形成电极用导电膜。作为上述电极用导电膜，例如，可以使用由AuGe/Ni/Au构成的金属层结构。例如，以0. 15 μ m的厚度将AuGe (Ge质量比为12%)成膜后，以0. 05 μ m的厚度将Ni成膜，再 Wlym的厚度将Au成膜。然后，利用一般的光刻方法将上述电极用导电膜图案化成为在俯视时为圆形状， 形成为η型欧姆电极(第1电极)6，制作图1所示的发光二极管1。另外，优选在此后，例如在420°C下进行3分钟的热处理，将η型欧姆电极(第1电极)6的各金属进行合金化。由此，能够使η型欧姆电极(第1电极)6低电阻化。另外，通过蚀刻除去按所希望的大小区划发光二极管的切断部分的发光部3之后，以0. 8mm间隔使用激光器将上述切断部分的基板和连接层切断成所希望的大小的发光二极管片(LED芯片)。关于发光二极管的大小，例如将在俯视时为大致矩形状的发光部3 的对角线的长度设为1. 1mm。然后，用胶粘片保护发光部3的露出面，洗净切断面。根据本发明的发光二极管，是在发光二极管上接合热沉基板的构成的发光二极管，因此在高电流区域也能够得到高的发光效率。作为本发明的实施方式的发光二极管的制造方法，是具有在半导体基板11上隔着缓冲层1 形成包含发光层2的发光部3后，在发光部3的与半导体基板11相反的一侧的面13a上形成第2电极8的工序；在发光部3的与半导体基板11相反的一侧的面13a上隔着第2电极8形成反射结构体4的工序；在发光部3上隔着反射结构体4接合热沉基板 5的工序；除去半导体基板11和缓冲层12a的工序；和在发光部3的与热沉基板5相反的一侧的面3a上形成第1电极6的工序的构成，因此能够制造抑制接合时的基板的开裂，施加高电压后，散热性优异并能够以高辉度发光的发光二极管。作为本发明的实施方式的发光二极管的制造方法，是将热导率为130W/m*K以上、 热膨胀系数与上述发光部大致相等的第1金属层21、和热导率为230W/m · K以上的第2金属层22在高温下压合而形成热沉基板5的构成，因此能够制造抑制接合时的基板的开裂， 散热性优异，可施加高电压来以高辉度发光的发光二极管。〈发光二极管灯〉对作为本发明的实施方式的发光二极管灯进行说明。图9是表示作为本发明的实施方式的发光二极管灯的一例的剖面模式图。如图9 所示，作为本发明的实施方式的发光二极管灯40，具有封装基板45、形成于封装基板45上的2个电极端子43、44，搭载在电极端子44上的发光二极管1、和以覆盖发光二极管1的方式形成的包含硅等的透明树脂(封装树脂)41。发光二极管1具有发光部3、反射结构部4、热沉基板5、第1电极6和第2电极8， 热沉基板5被配置成与电极端子43连接。另外，第1电极6和电极端子44进行了线接合。施加给电极端子43、44的电压，通过第1电极6和第2电极8施加给发光部3，发光部3中所含的发光层进行发光。发出的光在正面方向f被取出。封装基板45其热阻设为10°C /W以下。由此，即使对发光层2施加IW以上的电力使其发光时，也能够作为热沉发挥功能，能够更加提高发光二极管1的散热性。另外，封装基板的形状不限定于此，也可以使用其他形状的封装基板。在使用了其他形状的封装基板的LED灯制品中，也能够充分确保散热性，因此能够成为高输出功率、高辉度的发光二极管灯。
作为本发明的实施方式的发光二极管灯40，是具有发光二极管1和搭载发光二极管1的封装基板45的发光二极管灯40，是封装基板45的热阻为10°C /W以下的构成，因此散热性优异，施加高电压能够以高辉度发光。作为本发明的实施方式的发光二极管组件40，是对发光二极管1的发光层2施加 IW以上电力使其发光的构成，因此散热性优异，可施加高电压来以高辉度发光。(第2实施方式)图10是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的另外一例的图。如图10所示，作为本发明的实施方式的发光二极管(LED) 51，使用热沉基板55代替了热沉基板5，除此以外，为与第1实施方式同样的构成。另外，对与在第1实施方式中示出的构件相同的构件，标注相同的标记来表示。作为本发明的实施方式的发光二极管(LED) 51，具有包含发光层(省略图示)的发光部3、和隔着反射结构体4而与发光部3接合的热沉基板55。另外，在发光部3的与反射结构体4相反的一侧的面3a上具有第1电极6，在发光部3的反射结构体4侧的面北上具有第2电极8。热沉基板55，作为第1金属层21使用Mo，作为第2金属层22使用Cu，采用了 Mo (1 μ m) /Cu (50 μ m) /Mo (25 μ m) /Cu (50 μ m) /Mo (1 μ m)的 5 层结构基板(厚度 127 μ m)。对热沉基板55的制造方法进行说明，采用在第1实施方式中示出的热沉基板的制造方法，首先，制造Cu (50 μ m) /Mo (25 μ m) /Cu (50 μ m)的3层结构基板后，采用溅射法在上述3层结构基板的两面以1 μ m的厚度形成Mo膜，从而形成了由5层结构构成的热沉基板阳。另外，热沉基板阳的热膨胀系数为6. 6ppm/K，热导率为230W/m · K。(第3实施方式)图11是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的又一例的图。如图11所示，作为本发明的实施方式的发光二极管(LED) 52，使用热沉基板56代替热沉基板5，除此以外，为与第1实施方式同样的构成。另外，对与在第1实施方式中示出的构件相同的构件标注相同的标记来表示。作为本发明的实施方式的发光二极管(LED) 52，具有包含发光层(省略图示)的发光部3、和隔着反射结构体4而与发光部3接合的热沉基板56。另外，在发光部3的与反射结构体4相反的一侧的面3a上具有第1电极6，在发光部3的反射结构体4侧的面北上具有第2电极8。热沉基板56，作为第1金属层21使用Mo，作为第2金属22使用Cu，采用了 Cu (30 μ m) /Mo (25 μ m) /Cu (30 μ m)的 3 层结构基板(厚度 85 μ m)。对热沉基板56的制造方法进行说明，采用在第1实施方式中示出的热沉基板的制造方法，制造由Cu (30 μ m)/Mo (25 μ m)/Cu (30 μ m)的3层结构构成的热沉基板56。另外，热沉基板56的热膨胀系数为6. lppm/K，热导率为250W/m · K。(第4实施方式)图12是表示作为本发明的实施方式的发光二极管的又一例的图。如图12所示，作为本发明的实施方式的发光二极管(LED) 53，以覆盖反射结构体4 的侧面4d和热沉基板恥的侧面56d以及底面56e的方式形成了金属叠层膜25，除此以外， 为与第3实施方式同样的构成。另外，对与在第1实施方式中示出的构件相同的构件标注相同的标记来表示。作为本发明的实施方式的发光二极管(LED) 53，具有包含发光层(省略图示)的发光部3、和隔着反射结构体4而与发光部3接合的热沉基板56。另外，在发光部3的与反射结构体4相反的一侧的面3a上具有第1电极6，在发光部的反射结构体4侧的北上具有第 2电极8。热沉基板56的与发光部3相反的一侧的面(底面)56b由铜构成，以覆盖热沉基板56的底面56b和侧面56d以及反射结构体4的侧面4d的方式形成了由Ni层和Au层构成的金属叠层膜25。通过形成金属叠层膜25，能够提高散热性。另外，作为Ni层和Au层的成膜方法，可以采用镀覆法等。实施例以下，基于实施例具体地说明本发明。但是本发明并不只限于这些实施例。(实施例1)首先，采用在第1实施方式中所示的方法，形成由Mc^25ym)/CU(70ym)/ Mo (25 μ m)的3层结构构成的实施例1的热沉基板。另外，在热沉基板的接合面上成膜出 Pt (0. 1 μ m) /Au (0. 5 μ m)。实施例1的热沉基板的热膨胀系数为5. 7ppm/K,热导率为220W/ m · K。接着，采用在第1实施方式中所示的方法，形成发光部和反射结构体，并且在其上接合上述热沉基板，制作了实施例1的发光二极管。接触层12b由掺杂了 Si的η型的(Al0.5Ga0.5) 0.5In0.5P构成，载流子浓度设为 2 X IO18CnT3，层厚设为 1. 5 μ m0 覆盖层IOa由掺杂了 Si的η型的(Ala 7Ga0.3) 0.5In0.5P构成，载流子浓度设为 8X IO17CnT3，层厚设为 Ium0 发光层 2 由非掺杂的(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P/(Al0.7Ga0.3)0.51%5P 的10对的叠层结构构成，层厚设为0. 8 μ m。覆盖层IOb由掺杂了 Mg的ρ型的 (Ala7G^l3)a5Ina5P构成，载流子浓度设为2X IO17CnT3，层厚设为1 μ m。另外，GaP层13是掺杂了 Mg的ρ型GaP层，载流子浓度设为3 X 1018cm_3，层厚设为3 μ m。此外，第1电极作为AuGe/Ni/Au的叠层结构来形成。第2电极为AuBe/Au的叠层结构。另外，作为反射结构体，为由ITO构成的透明导电膜和Ag合金/W/Pt/Au/AuGe构成的叠层结构。对实施例1的发光二极管施加2. 4V，通电500mA，发出主波长为620nm的红色光。 得到约651m/W的高的发光效率。此时，发光二极管由于热沉基板的效果，没有由温度上升造成的效率降低。(实施例2)首先，采用在第2实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层结构(厚度127 μ m)构成的实施例2的热沉基板。实施例2的热沉基板的热膨胀系数为6. 6ppm/K,热导率为230W/m · K。接着，除了使用实施例2的热沉基板以外，与实施例1同样地制作了实施例2的发
光二极管。对实施例2的发光二极管施加2. 4V，通电500mA，发出了主波长为620nm的红色光。得到约691m/W的高的发光效率。此时，发光二极管由于热沉基板的效果，没有由温度上升造成的效率降低。(实施例3)首先，采用在第3实施方式中所示的方法，形成由CU(30ym)/MO(25ym)/ Cu (30 μ m)的3层结构(厚度85 μ m)构成的实施例3的热沉基板。实施例3的热沉基板的热膨胀系数为6. lppm/K,热导率为250W/m · K。接着，除了使用实施例3的热沉基板以外，与实施例1同样地制作了实施例3的发
光二极管。对实施例3的发光二极管施加2. 4V，通电500mA，发出了主波长为620nm的红色光。得到约711m/W的高的发光效率。此时，发光二极管由于热沉基板的效果，没有由温度上升造成的效率降低。(比较例1)除了使用Si基板作为热沉基板以外，与实施例1同样地操作，制作了比较例1的发光二极管。另外，Si基板的热膨胀系数为3ppm/K，热导率为U6W/m · K。对比较例1的发光二极管施加2. 4V，通电500mA，发出了主波长为620nm的红色光。此时，比较例1的发光二极管的发光效率由于温度上升而降低。约为491m/W。另外，投入了 10枚的晶片之中，4枚在生产工序中开裂。即，可知开裂率(晶片开裂率)为40%，在生产率上存在课题。(比较例2)除了使用Cu基板作为热沉基板以外，与实施例1同样地操作，制作了比较例2的发光二极管。与实施例1同样地形成了发光部和反射结构体后，在其上接合了上述热沉基板时，全部的晶片发生了开裂。认为由于Cu基板的热膨胀系数大，因此发生了开裂。(比较例3、4、5)与上述实施例1 3、比较例1、2同样地操作，制造了具有表1所示的热沉基板的发光二极管。对实施例1 3、比较例1 5的发光二极管，调查晶片的开裂以及发光效率(电流值为500mA时)，汇总于表1。如表1所示，比较例3 5的发光二极管，未发生开裂。可是，比较例3 5的发光二极管的热沉基板的热导率小，比较例3 5的发光二极管的发光效率由于温度上升而降低了。
权利要求
1.一种发光二极管，是在包含发光层的发光部接合了热沉基板的发光二极管，其特征在于，所述热沉基板是第1金属层和第2金属层交替地层叠而成，所述第1金属层由热导率为130W/m · K以上、热膨胀系数与所述发光部的材料大致相等的材料形成，所述第2金属层由热导率为230W/m · K以上的材料形成。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第1金属层的材料是具有在所述发光部的热膨胀系数士 1. 5ppm/K以内的热膨胀系数的材料。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述第1金属层由钼、钨或它们的合金形成。
4.根据权利要求1 3的任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述第2金属层由铝、铜、银、金或它们的合金形成。
5.根据权利要求1 4的任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述第1金属层由钼形成，所述第2金属层由铜形成，所述第1金属层和所述第2金属层的层数合计为3层以上、9层以下。
6.根据权利要求1 5的任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述第1金属层由钼形成，所述第1金属层的合计厚度为所述热沉基板的厚度的15%以上、45%以下。
7.根据权利要求1 6的任一项所述的发光二极管，其特征在于，在所述发光部和所述热沉基板之间具有反射结构体。
8.根据权利要求1 7的任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述发光层包含 AlGaInP 层或 AlGaAs 层。
9.根据权利要求1 8的任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述发光层在俯视时是对角线的长度为Imm以上的大致矩形形状，对所述发光层施加IW以上的电力使其发光。
10.根据权利要求1 9的任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述热沉基板的与所述发光部相反的一侧的面由铜形成，以覆盖所述热沉基板的与所述发光部相反的一侧的面和侧面的方式形成有金属叠层膜。
11.一种发光二极管灯，其特征在于，是具有权利要求1 10的任一项所述的发光二极管和搭载所述发光二极管的封装基板的发光二极管灯，所述封装基板的热阻为10°C /W以下。
12.根据权利要求11所述的发光二极管灯，其特征在于，对所述发光二极管的发光层施加IW以上的电力使其发光。
13.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，具有在半层体基板上隔着缓冲层形成包含发光层的发光部之后，在所述发光部的与所述半导体基板相反的一侧的面上形成第2电极的工序；在所述发光部的与所述半导体基板相反的一侧的面上隔着所述第2电极形成反射结构体的工序；在所述发光部上隔着所述反射结构体接合热沉基板的工序；除去所述半导体基板和所述缓冲层的工序；和在所述发光部的与所述热沉基板相反的一侧的面上形成第1电极的工序。
14.根据权利要求13所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，将热导率为130W/ m · K以上、热膨胀系数与所述发光部大致相等的第1金属层和热导率为230W/m · K以上的第2金属层在高温下压合，从而形成所述热沉基板。
全文摘要
本发明的目的是提供散热性优异，能够抑制接合时的基板的开裂，施加高电压能够以高辉度发光的发光二极管、发光二极管灯以及发光二极管的制造方法。本发明的发光二极管是在包含发光层(2)的发光部(3)接合了热沉基板(5)的发光二极管(1)，热沉基板(5)是第1金属层(21)和第2金属层(22)交替地层叠而成，第1金属层(21)由热导率为130W/m·K以上、热膨胀系数与发光部(3)的材料大致相等的材料形成，第2金属层(22)由热导率为230W/m·K以上的材料形成，通过使用该发光二极管(1)能够达到所述目的。
文档编号F21S2/00GK102318094SQ20108000800
公开日2012年1月11日 申请日期2010年1月25日 优先权日2009年2月18日
发明者松村笃, 竹内良一, 舛谷享祐 申请人:昭和电工株式会社