專利名稱：發(fā)光二極管、發(fā)光二極管燈和照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管、發(fā)光二極管燈和照明裝置，特別是涉及具備高速響應(yīng)性和高輸出性的、發(fā)出紅外光的發(fā)光二極管、發(fā)光二極管燈和照明裝置。本申請(qǐng)基于在2010年12月2日在日本提出的專利申請(qǐng)2010-269709號(hào)要求優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援引于本申請(qǐng)中。
背景技術(shù)：
發(fā)出紅色光或紅外光的發(fā)光二極管，廣泛用于通信、各種傳感器、夜間照明、植物工廠用的光源等用途。與之相應(yīng)地，對(duì)于發(fā)出紅外光的發(fā)光二極管的要求，已從主要重視高輸出性的要求、或者主要重視高速響應(yīng)性的要求，向重視這兩方面的要求變化。特別是在通信用的發(fā)光二極管中，為了進(jìn)行大容量的光空間傳送，必需高速響應(yīng)性和高輸出性。作為發(fā)出紅色光和紅外光的發(fā)光二極管，已知采用液相外延法在GaAs基板上生長(zhǎng)含有AlGaAs活性層的化合物半導(dǎo)體層的發(fā)光二極管(例如，專利文獻(xiàn)I 4)。在專利文獻(xiàn)4中，公開(kāi)了下述所謂基板除去型的發(fā)光二極管，其采用液相外延法在GaAs基板上生長(zhǎng)含有AlGaAs活性層的化合物半導(dǎo)體層，其后，除去作為生長(zhǎng)基板使用的GaAs基板。在專利文獻(xiàn)4中公開(kāi)的發(fā)光二極管中，響應(yīng)速度(上升時(shí)間)為40 55納秒(nsec)左右時(shí)輸出功率為4mW以下。另外，在響應(yīng)速度為20納秒左右時(shí)輸出功率為超過(guò)5mW少許的程度，作為采用液相外延法制作出的發(fā)光二極管被認(rèn)為是現(xiàn)在最高的響應(yīng)速度下高輸出功率的發(fā)光二極管。另外，作為可·具有900nm以上的高的發(fā)光峰波長(zhǎng)的紅外發(fā)光二極管，已知使用InGaAs活性層的發(fā)光二極管(專利文獻(xiàn)5 7)。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平6-21507號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2001-274454號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)平7-38148號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2006-190792號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)2002-26377號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)2002-111048號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7:日本特開(kāi)2002-344013號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，在上述的現(xiàn)有技術(shù)的輸出功率下作為通信用的發(fā)光二極管并不充分。發(fā)光二極管不同于半導(dǎo)體激光器，其利用了自然放出光，因此高速響應(yīng)性和高輸出性存在折衷(權(quán)衡:trade off)的關(guān)系。因此，例如存在下述問(wèn)題:即使簡(jiǎn)單地將發(fā)光層的層厚減薄，增大載流子的封入效果，提高電子和空穴的發(fā)光再結(jié)合概率，謀求高速響應(yīng)化，發(fā)光輸出功率也降低。另外，作為可具有900nm以上的高的發(fā)光峰波長(zhǎng)的紅外發(fā)光二極管，使用了具備由InGaAs構(gòu)成的阱層的活性層的發(fā)光二極管已被實(shí)用化。在這樣的具備InGaAs阱層的發(fā)光二極管中，從進(jìn)一步的性能提高、節(jié)能、成本方面等出發(fā)，希望開(kāi)發(fā)發(fā)光效率更高的發(fā)光二極管。本發(fā)明是鑒于上述情況完成的，其目的在于提供一種兼具高速響應(yīng)性和高輸出性的發(fā)出紅外光的發(fā)光二極管、發(fā)光二極管燈和照明裝置。本發(fā)明人為了解決 上述課題反復(fù)專心研究的結(jié)果，通過(guò)形成為下述構(gòu)成:將由InGaAs構(gòu)成的三元混晶的阱層和由AlGaAs構(gòu)成的三元混晶的勢(shì)壘層交替地層疊了 5對(duì)層以下的量子阱結(jié)構(gòu)作為活性層，將夾持該活性層的覆蓋層設(shè)為由四元混晶AlGaInP構(gòu)成的層，在生長(zhǎng)基板上使包含活性層和覆蓋層的化合物半導(dǎo)體層外延生長(zhǎng)后，將該生長(zhǎng)基板除去，將化合物半導(dǎo)體層重新貼附(接合)在透明基板上，由此完成了維持高速響應(yīng)性，并且以高輸出功率發(fā)出紅外光的發(fā)光二極管。此外，本發(fā)明人通過(guò)形成為下述構(gòu)成:將由InGaAs構(gòu)成的三元混晶的阱層和由AlGaInP構(gòu)成的四元混晶的勢(shì)壘層交替地層疊了 5對(duì)層以下的量子阱結(jié)構(gòu)作為活性層，將夾持該活性層的覆蓋層設(shè)為由四元混晶的AlGaInP構(gòu)成的層，在生長(zhǎng)基板上使包含活性層和覆蓋層的化合物半導(dǎo)體層外延生長(zhǎng)后，將該生長(zhǎng)基板除去，將化合物半導(dǎo)體層重新貼附(接合)在透明基板上，由此完成了維持高速響應(yīng)性，并且以高輸出功率發(fā)出紅外光的發(fā)光二極管。此時(shí)，本發(fā)明人首先采用具有高的載流子的封入效果，且適合于高速響應(yīng)的量子阱結(jié)構(gòu)作為活性層，并且為了確保高的注入載流子密度而將阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)設(shè)為5以下。通過(guò)該構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了與采用液相外延法制作出的發(fā)光二極管的上述的最高速的響應(yīng)速度相同程度或在其以上的響應(yīng)速度。另外，在夾持三元混晶的量子阱結(jié)構(gòu)、或者由三元混晶的阱層和四元混晶的勢(shì)壘層構(gòu)成的量子阱結(jié)構(gòu)的覆蓋層中，采用了帶隙大且相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)為透明，并且不含有容易形成缺陷的As因此結(jié)晶性好的四元混晶AlGaInP。另外，以往，在使用InGaAs系的活性層的紅外發(fā)光二極管中，沒(méi)有在透明基板上貼附(接合)含有該活性層的化合物半導(dǎo)體層的類型，而是原樣地使用生長(zhǎng)了化合物半導(dǎo)體層的GaAs基板。但是，為了提高傳導(dǎo)性，GaAs基板被高摻雜，載流子所引起的光的吸收不可避免。因此，采用了在化合物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)后，除去作為生長(zhǎng)基板的GaAs基板，能夠避免載流子所引起的光的吸收，能夠期待高輸出功率和高效率的貼附(接合)在透明基板上的類型。如以上所述，本發(fā)明人采用以5對(duì)層以下的量子阱結(jié)構(gòu)為活性層的構(gòu)成來(lái)確保高速響應(yīng)性，并且在該構(gòu)成中，采用下述構(gòu)成:在夾持三元混晶或三元-四元的量子阱結(jié)構(gòu)的覆蓋層中使用四元混晶這一劃時(shí)代的組合，并且，除去用于化合物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)的生長(zhǎng)基板，在沒(méi)有光吸收的基板上重新貼附了化合物半導(dǎo)體層，由此成功實(shí)現(xiàn)高輸出化。本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案。(I)一種發(fā)光二極管，其特征在于，具備:發(fā)光部，該發(fā)光部具有交替地層疊有由組成式為(InxiGag1) As (O彡Xl彡I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層和由組成式為(Alx2Ga1^)As (0^X2^ I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的勢(shì)壘層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層、以及夾持上述活性層的第I覆蓋層和第2覆蓋層；在上述發(fā)光部上形成的電流擴(kuò)散層；和與上述電流擴(kuò)散層接合的功能性基板，上述第I和第2覆蓋層由組成式為(Alx3Ga1I3)Y1 IivyiP (O彡X3彡1，0<Y1 ^ O的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，上述阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)為5以下。(2) —種發(fā)光二極管，其特征在于，具備:發(fā)光部，該發(fā)光部具有交替地層疊有由組成式為(InxiGag1) As (O彡Xl彡I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層和由組成式為(Alx4Ga1^)Y2In1^2PCO ^ X4 ^ 1,0 <Y2 ^ I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的勢(shì)壘層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層、以及夾持上述活性層的第I覆蓋層和第2覆蓋層；在上述發(fā)光部上形成的電流擴(kuò)散層；和與上述電流擴(kuò)散層接合的功能性基板，上述第I和第2覆蓋層由組成式為(Al^an^InmP(O ^ X5 ^ 1,0 < Y3 ^ I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，上述阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)為5以下。(3)根據(jù)前項(xiàng)(I)或(2)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述活性層與上述覆蓋層的接合面積為20000 90000 μ m2。所謂「上述活性層與上述覆蓋層的接合面積」，在隔著引導(dǎo)層等的層接合活性層與覆蓋層的情況下，包含那些層與活性層或覆蓋層之間的接合面積。
(4)根據(jù)前項(xiàng)(I) (3)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述阱層的In組成Xl設(shè)定為O ≤Xl ≤.3，上述阱層的厚度為3 10nm。(5)根據(jù)前項(xiàng)(I) (3)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述阱層的In組成 Xl 為 0.XK 0.3。(6)根據(jù)前項(xiàng)(I) (5)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述功能性基板相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)是透明的。(7)根據(jù)前項(xiàng)(I) (6)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述功能性基板由GaP、藍(lán)寶石或SiC構(gòu)成。(8) —種發(fā)光二極管,其特征在于,具備:發(fā)光部,該發(fā)光部具有交替地層疊有由組成式為(InxiGag1 )As(O ^ Xl ^ I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層和由組成式為(Alx2Gag2)As(0^X2^ I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的勢(shì)壘層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層、以及夾持上述活性層的第I覆蓋層和第2覆蓋層；在上述發(fā)光部上形成的電流擴(kuò)散層；和含有與上述發(fā)光部相對(duì)配置，相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)具有90%以上的反射率的反射層，并與上述電流擴(kuò)散層接合的功能性基板，上述第I和第2覆蓋層由組成式為(Α1Χ36&1_Χ3)γ1Ιηι_γ1Ρ(0彡Χ3彡1，0 < Yl ( I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，上述阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)為5以下。(9) —種發(fā)光二極管，其特征在于，具備:發(fā)光部，該發(fā)光部具有交替地層疊有由組成式為(InxiGag1) As (O彡Xl彡I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層和由組成式為(Alx4Ga1^)Y2In1^2P (O彡Χ4彡1,0 < Υ2彡I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的勢(shì)壘層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層、以及夾持上述活性層的第I覆蓋層和第2覆蓋層；在上述發(fā)光部上形成的電流擴(kuò)散層；和含有與上述發(fā)光部相對(duì)配置，相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)具有90%以上的反射率的反射層，并與上述電流擴(kuò)散層接合的功能性基板，上述第I和第2覆蓋層由組成式為(Alx5Gag5) Y3In1-Y3P(O ^ Χ5 ^ 1,0 < Υ3 ^ I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，上述阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)為5以下。(10)根據(jù)前項(xiàng)(8)或(9)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述活性層與上述覆蓋層的接合面積為20000 90000 μ m2。(11)根據(jù)前項(xiàng)(8) (10)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述阱層的In組成Xl設(shè)定為O彡Xl彡0.3，上述阱層的厚度為3 10nm。(12)根據(jù)前項(xiàng)(8) (10)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述阱層的In 組成 Xl 為 0.1 < XK 0.3。(13)根據(jù)前項(xiàng)(8) (12)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述功能性基板包含由硅或鍺構(gòu)成的層。(14)根據(jù)前項(xiàng)(8) (12)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述功能性基板包含金屬基板。(15)根據(jù)前項(xiàng)(14)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述金屬基板包含兩層以上
的金屬層。(16)根據(jù)前項(xiàng)(I) (15)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)為3以下。(17)根據(jù)前項(xiàng)(I) (16)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述電流擴(kuò)散層由GaP構(gòu)成。(18)根據(jù)前項(xiàng)(I) (17)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述電流擴(kuò)散層的厚度為0.5 20 μ m的范圍。(19)根據(jù)前項(xiàng)(I) (18)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述功能性基板的側(cè)面，在接近上述 發(fā)光部的一側(cè)具有相對(duì)于主要的光取出面垂直的垂直面，在遠(yuǎn)離上述發(fā)光部的一側(cè)具有相對(duì)于上述主要的光取出面向內(nèi)側(cè)傾斜的傾斜面。(20)根據(jù)前項(xiàng)(19)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述傾斜面包含粗糙的面。(21)根據(jù)前項(xiàng)(19)或(20)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，第I電極和第2電極被設(shè)置在發(fā)光二極管的上述主要的光取出面?zhèn)取?22)根據(jù)前項(xiàng)(21)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述第I電極和上述第2電極為歐姆電極。(23) 一種發(fā)光二極管燈，其特征在于，具備前項(xiàng)(I) (22)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光
二極管。(24) 一種照明裝置，其裝載有2個(gè)以上的、前項(xiàng)(I) (22)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管和前項(xiàng)(23)所述的發(fā)光二極管燈之中的至少一種以上的發(fā)光二極管或發(fā)光二極管燈。在本發(fā)明中，所謂「功能性基板」，是指在生長(zhǎng)基板上使化合物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)后將該生長(zhǎng)基板除去，隔著電流擴(kuò)散層與化合物半導(dǎo)體層接合來(lái)支持化合物半導(dǎo)體層的基板，但在電流擴(kuò)散層上形成了規(guī)定的層后，在該規(guī)定的層之上接合規(guī)定的基板的構(gòu)成的情況下，包括該規(guī)定的層在內(nèi)稱為「功能性基板」。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管，通過(guò)形成為下述構(gòu)成:采用交替地層疊有由InGaAs的三元混晶構(gòu)成的阱層和由AlGaAs的三元混晶構(gòu)成的勢(shì)壘層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層，使用注入載流子的封入效果大的量子阱結(jié)構(gòu)，可在阱層內(nèi)封入充分的注入載流子，由此阱層內(nèi)的載流子密度變高，其結(jié)果，發(fā)光再結(jié)合概率增大，響應(yīng)速度提高。另外，被注入量子阱結(jié)構(gòu)內(nèi)的載流子由于其波動(dòng)性通過(guò)隧道效應(yīng)而向量子阱結(jié)構(gòu)內(nèi)的阱層間整體擴(kuò)展，但由于采用了將量子阱結(jié)構(gòu)的阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)設(shè)為5層以下的構(gòu)成，因此可極力避免該擴(kuò)展所引起的注入載流子的封入效果的降低，確保了高速響應(yīng)性。此外，由于是從量子阱結(jié)構(gòu)的活性層發(fā)光的構(gòu)成，因此單色性高。此外，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管，可以形成為下述構(gòu)成，采用交替地層疊有由InGaAs的三元混晶構(gòu)成的阱層和由AlGaInP的四元混晶構(gòu)成的勢(shì)壘層的三元-四元量子阱結(jié)構(gòu)的活性層，使用了注入載流子的封入效果大的量子阱結(jié)構(gòu)。另外，作為夾持活性層的第I覆蓋層和第2覆蓋層，采用了由相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)透明，并且由于不含有容易形成缺陷的As從而結(jié)晶性高的AlGaInP構(gòu)成的構(gòu)成，因此介由缺陷的電子和空穴的非發(fā)光再結(jié)合概率降低，發(fā)光輸出功率提高。此外，作為夾持活性層的第I覆蓋層和第2覆蓋層，采用了由四元混晶AlGaInP構(gòu)成的構(gòu)成，因此與勢(shì)壘層以及覆蓋層由三元混晶構(gòu)成的發(fā)光二極管相比Al濃度低，耐濕性提聞。另外，采用了將化合物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)基板除去，在電流擴(kuò)散層上接合功能性基板的構(gòu)成，因此可避免生長(zhǎng)基板所引起的光吸收，發(fā)光輸出功率提高。即，作為化合物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)基板通常所使用的GaAs基板，其帶隙比活性層的帶隙窄，因此來(lái)自活性層的光被GaAs基板吸收，光取出效率降低，但通過(guò)除去該GaAs基板，發(fā)光輸出功率提高。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管，通過(guò)采用活性層與覆蓋層的接合面積為20000 90000 μ m2的構(gòu)成，由于其接合面積為90000 μ m2以下，電流密度變高，確保高輸出功率，并且發(fā)光再結(jié)合概率增大，響應(yīng)速度提高。另一方面，由于接合面積為20000μπι2以上，抑制了相對(duì)于通電電流的發(fā)光輸出功率的飽和，沒(méi)有發(fā)光輸出功率的大的降低，可確保高輸出功率。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管，通過(guò)采用將阱層的In組成Xl設(shè)定為O < Xl < 0.3，將阱層的厚度設(shè)為3 IOn m的構(gòu)成，與以往的紅外發(fā)光二極管相比響應(yīng)速度高并且可實(shí)現(xiàn)高輸出功率。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管，通過(guò)采用功能性基板相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)透明的構(gòu)成，與使用了具有吸收的基板的發(fā)光二極管相比可實(shí)現(xiàn)高輸出功率。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管，通過(guò)采用功能性基板由GaP、藍(lán)寶石或SiC、硅或鍺構(gòu)成的構(gòu)成，熱膨脹系數(shù)與發(fā)光部接近，因此可以降低應(yīng)力。并且，由于是難以腐蝕的材質(zhì)，因此耐濕性提聞。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管，通過(guò)采用功能性基板和電流擴(kuò)散層全都由GaP構(gòu)成的構(gòu)成，可以增大它們之間的接合強(qiáng)度。


圖1是使用了作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的的發(fā)光二極管的發(fā)光二極管燈的平面圖。圖2是使用了作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的發(fā)光二極管燈的沿著圖1中所示的A-A’線的截面模式圖。圖3是作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的平面圖。圖4是作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的沿著圖3中所示的B-B’線的截面模式圖。
圖5是用于說(shuō)明構(gòu)成作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的活性層的圖。圖6是表示作為本發(fā)明的第I實(shí)施方式的發(fā)光二極管的阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)、與發(fā)光輸出功率以及響應(yīng)速度的相關(guān)關(guān)系的圖(活性層與覆蓋層的接合面積為123000 μ m2的情況)。圖7是表示作為本發(fā)明的第I實(shí)施方式的發(fā)光二極管的阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)、與發(fā)光輸出功率以及響應(yīng)速度的相關(guān)關(guān)系的圖(活性層與覆蓋層的接合面積為53000 μ m2的情況)。圖8是作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管中使用的外延晶片的截面模式圖。圖9是作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管中使用的接合晶片的截面模式圖。圖10是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的、勢(shì)壘層使用了 AlGaInP的情況的發(fā)光二極管的阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)與發(fā)光輸出功率的相關(guān)關(guān)系的圖。圖11是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的、勢(shì)壘層使用了 AlGaInP的情況的發(fā)光二極管的阱層的In組成(Yl)與發(fā)光輸出功率的相關(guān)關(guān)系的曲線圖。圖12是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的、對(duì)于勢(shì)壘層使用了AlGaInP的情況的發(fā)光二極管的正向電流和發(fā)光輸出功率的相關(guān)關(guān)系的阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)的依賴性的圖。圖13是作為本發(fā)明的另一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的平面圖，(a)為平面圖，(b)為沿著(a)中所示的C-C’線的截面模式圖。圖14是作為本發(fā)明的另一 實(shí)施方式的發(fā)光二極管的截面模式圖。圖15是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的勢(shì)壘層使用了 AlGaAs時(shí)的接合面積為123000 μ m2的情況和為53000 μ m2的情況的對(duì)層數(shù)與響應(yīng)速度的關(guān)系的圖。圖16是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的勢(shì)壘層使用了 AlGaAs時(shí)的接合面積為123000 μ m2的情況和為53000 μ m2的情況的對(duì)層數(shù)與發(fā)光輸出功率的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)于作為應(yīng)用了本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管和使用了該發(fā)光二極管的發(fā)光二極管燈，使用附圖詳細(xì)地說(shuō)明。以下的說(shuō)明中使用的附圖中，對(duì)同一構(gòu)件附帶同一標(biāo)記或省略標(biāo)記。另外，在以下的說(shuō)明中使用的附圖是模式的，長(zhǎng)度、寬度和厚度的比率等有時(shí)與現(xiàn)實(shí)的比率不同。<發(fā)光二極管燈>圖1和圖2是用于說(shuō)明使用作為應(yīng)用了本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的發(fā)光二極管燈的圖，圖1是平面圖，圖2是沿著圖1中所示的Α-Α’線的截面圖。如圖1和圖2所示，使用了本實(shí)施方式的發(fā)光二極管I的發(fā)光二極管燈41，在裝配基板42的表面安裝有I個(gè)以上的發(fā)光二極管I。更具體地講，在裝配基板42的表面設(shè)置有η電極端子43和ρ電極端子44。另外，作為發(fā)光二極管I的第I電極的η型歐姆電極4和裝配基板42的η電極端子43使用金線45連接(線接合)。另一方面，作為發(fā)光二極管I的第2電極的ρ型歐姆電極5和裝配基板42的ρ電極端子44使用金線46連接。裝配基板42的安裝有發(fā)光二極管I的表面，采用硅樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等的一般的封裝樹(shù)脂47封裝。
<發(fā)光二極管(第I實(shí)施方式)>圖3和圖4是用于說(shuō)明應(yīng)用了本發(fā)明的第I實(shí)施方式涉及的發(fā)光二極管的圖，圖3是平面圖，圖4是沿著圖3中所示的B-B’線的截面圖。另外，圖5是阱層和勢(shì)壘層的疊層結(jié)構(gòu)的截面圖。第I實(shí)施方式涉及的發(fā)光二極管，其特征在于，具備:發(fā)光部7，該發(fā)光部7具有交替地層疊有由組成式為(InxiGag1) As (O彡Xl彡I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層17和由組成式為(Alx2Gag2) As (O彡X2彡I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的勢(shì)壘層18的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層11、以及夾持上述活性層11的第I覆蓋層9和第2覆蓋層13 ;在發(fā)光部7上形成的電流擴(kuò)散層8 ;和與電流擴(kuò)散層8接合的功能性基板3，第I和第2覆蓋層9、13由組成式為(Al5i3Ga1-X3) Y1IrvY1P (O彡X3彡1，0 < Yl彡I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，阱層17和勢(shì)壘層18的對(duì)層數(shù)為5以下。本實(shí)施方式中的主要的光取出面，是在化合物半導(dǎo)體層2上的、貼附了功能性基板3的面的相反側(cè)的面。化合物半導(dǎo)體 層(也稱為外延生長(zhǎng)層)2，如圖4所示，具有依次層疊有pn結(jié)型的發(fā)光部7和電流擴(kuò)散層8的結(jié)構(gòu)。在該化合物半導(dǎo)體層2的結(jié)構(gòu)中，可以適時(shí)施加公知的功能層。例如，可以設(shè)置:用于降低歐姆(Ohmic)電極的接觸電阻的接觸層、用于使元件驅(qū)動(dòng)電流在整個(gè)發(fā)光部平面性地?cái)U(kuò)散的電流擴(kuò)散層、相反地用于限制元件驅(qū)動(dòng)電流流通的區(qū)域的電流阻止層和電流狹窄層等公知的層結(jié)構(gòu)。再者，化合物半導(dǎo)體層2優(yōu)選是在GaAs基板上外延生長(zhǎng)形成的層。發(fā)光部7，如圖4所示，是在電流擴(kuò)散層8上至少依次層疊ρ型的下部覆蓋層(第I覆蓋層)9、下部引導(dǎo)層10、活性層11、上部引導(dǎo)層12、η型的上部覆蓋層(第2覆蓋層)13而構(gòu)成。即，在得到高強(qiáng)度的發(fā)光方面，優(yōu)選:發(fā)光部7形成為:為了將帶來(lái)放射再結(jié)合的載流子(carrier)和發(fā)光“封入”到活性層11而含有在活性層11的下側(cè)和上側(cè)對(duì)峙地配置的下部覆蓋層9、下部引導(dǎo)(guide)層10、和上部引導(dǎo)層12、上部覆蓋層13的、所謂雙異質(zhì)(英文簡(jiǎn)稱:DH)結(jié)構(gòu)?；钚詫?1，如圖5所示，為了控制發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光波長(zhǎng)，構(gòu)成量子阱結(jié)構(gòu)。即，活性層11是在兩端具有勢(shì)壘層(也稱為壘層)18的、阱層17與勢(shì)壘層(也稱為壘層)18的多層結(jié)構(gòu)(疊層結(jié)構(gòu))。因此，例如在將一個(gè)阱層17和一個(gè)勢(shì)壘層18作為一對(duì)的對(duì)層的情況下，5對(duì)的對(duì)層數(shù)的量子阱結(jié)構(gòu)由5層阱層17和6層勢(shì)壘層18構(gòu)成?；钚詫?1的層厚優(yōu)選為0.02 2μπι的范圍。另外，活性層11的傳導(dǎo)類型沒(méi)有特別限定，無(wú)摻雜、P型和η型的任一種都可以選擇。為了提高發(fā)光效率，優(yōu)選設(shè)為結(jié)晶性良好的無(wú)摻雜或低于3X IO17CnT3的載流子濃度。如果使結(jié)晶性提高減少缺陷，則可抑制光的吸收，可以謀求發(fā)光輸出功率的提高。阱層17由組成式為(InxiGaH1) As (O ^ Xl ^ I)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。In組成Xl優(yōu)選為O彡Xl彡0.3。通過(guò)將In組成Xl設(shè)為該范圍，可以形成為在830 IOOOnm的范圍具有所希望的發(fā)光波長(zhǎng)的發(fā)光二極管。下述表I中，表不將講層17的層厚固定為5nm的、In組成(Xl)和發(fā)光峰波長(zhǎng)的相關(guān)關(guān)系。如下述表I所示可知，阱層17的In組成(Xl)越低，發(fā)光峰波長(zhǎng)就越長(zhǎng)。并且，從其變化的傾向能夠推定與下述表I中沒(méi)有記載的發(fā)光峰波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的In組成(XI)。
表I
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，其特征在于，具備: 發(fā)光部，該發(fā)光部具有交替地層疊有由組成式為(InxiGag1)As的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層和由組成式為(Alx2Gag2)As的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的勢(shì)壘層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層、以及夾持所述活性層的第I覆蓋層和第2覆蓋層，其中，O ^Xl ^ X2^ I； 在所述發(fā)光部上形成的電流擴(kuò)散層；和 與所述電流擴(kuò)散層接合的功能性基板， 所述第I和第2覆蓋層由組成式為(Alx3Gag3) Y1IrvY1P的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，其中，O 彡 X3 彡 1、0 < Yl 彡 1， 所述阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)為5以下。
2.—種發(fā)光二極管，其特征在于，具備: 發(fā)光部，該發(fā)光部具有交替地層疊有由組成式為(InxiGag1) As的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層和由組成式為(Alx4Gag4) Y2IrvY2P的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的勢(shì)壘層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層、以及夾持所述活性層的第I覆蓋層和第2覆蓋層，其中，O <X1 ( UO ^ X4 ^ UO< Y2 ^ I ； 在所述發(fā)光部上形成的電流擴(kuò)散層；和 與所述電流擴(kuò)散層接合的功能性基板， 所述第I和第2覆蓋層由組成式為(Alx5Gag5) Y3IrvY3P的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，其中，O ^ X5 ^ UO < Y3 ^ 1， 所述阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)為5以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述活性層與所述覆蓋層的接合面積為20000 90000 μ m2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述阱層的In組成Xl設(shè)定為O彡Xl彡0.3，所述阱層的厚度為3 10nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述阱層的In組成Xl 為 0.1 彡 Xl 彡 0.3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述功能性基板相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)是透明的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述功能性基板由GaP、藍(lán)寶石或SiC構(gòu)成。
8.一種發(fā)光二極管，其特征在于，具備: 發(fā)光部，該發(fā)光部具有交替地層疊有由組成式為(InxiGag1)As的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層和由組成式為(Alx2Gag2)As的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的勢(shì)壘層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層、以及夾持所述活性層的第I覆蓋層和第2覆蓋層，其中，O ^Xl ^ X2^ I； 在所述發(fā)光部上形成的電流擴(kuò)散層；和 含有與所述發(fā)光部相對(duì)配置，相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)具有90%以上的反射率的反射層，并與所述電流擴(kuò)散層接合的功能性基板， 所述第I和第2覆蓋層由組成式為(Alx3Gag3) Y1IrvY1P的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，其中，O 彡 X3 彡 1、0 < Yl 彡 1， 所述阱層和勢(shì)壘層 的對(duì)層數(shù)為5以下。
9.一種發(fā)光二極管，其特征在于，具備: 發(fā)光部，該發(fā)光部具有交替地層疊有由組成式為(InxiGag1) As的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層和由組成式為(Alx4Gag4) Y2IrvY2P的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的勢(shì)壘層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層、以及夾持所述活性層的第I覆蓋層和第2覆蓋層，其中，O <X1 ( UO ^ X4 ^ UO< Y2 ≤ I ； 在所述發(fā)光部上形成的電流擴(kuò)散層；和 含有與所述發(fā)光部相對(duì)配置，相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)具有90%以上的反射率的反射層，并與所述電流擴(kuò)散層接合的功能性基板， 所述第I和第2覆蓋層由組成式為(Alx5Ga1I5) Y3IiVY3P的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，其中O≤ X5≤ UO < Y3 ≤ 1， 所述阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)為5以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述活性層與所述覆蓋層的接合面積為20000 90000 μ m2。
11.根據(jù)權(quán)利要求8 10的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述阱層的In組成Xl設(shè)定為O≤Xl≤0.3，所述阱層的厚度為3 10nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求8 10的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述阱層的In組成Xl為0.1≤Xl≤0.3。
13.根據(jù)權(quán)利要求8 12的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述功能性基板包含由硅或鍺構(gòu)成的層。
14.根據(jù)權(quán)利要求8 12的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述功能性基板包含金屬基板。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述金屬基板包含兩層以上的金屬層。
16.根據(jù)權(quán)利要求1 15的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述阱層和勢(shì)壘層的對(duì)層數(shù)為3以下。
17.根據(jù)權(quán)利要求1 16的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述電流擴(kuò)散層由GaP構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求1 17的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述電流擴(kuò)散層的厚度為0.5 20 μ m的范圍。
19.根據(jù)權(quán)利要求1 18的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述功能性基板的側(cè)面，在接近所述發(fā)光部的一側(cè)具有相對(duì)于主要的光取出面垂直的垂直面，在遠(yuǎn)離所述發(fā)光部的一側(cè)具有相對(duì)于所述主要的光取出面向內(nèi)側(cè)傾斜的傾斜面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述傾斜面包含粗糙的面。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，第I電極和第2電極被設(shè)置在發(fā)光二極管的所述主要的光取出面?zhèn)取?br> 22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述第I電極和所述第2電極為歐姆電極。
23.—種發(fā)光二極管燈,其特征在于,具備權(quán)利要求1 22的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管。
24.一種照明裝置，其裝載有2個(gè)以上的、權(quán)利要求1 22的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管和權(quán)利要求23所述的發(fā)光二極管燈`之中的至少一種以上的發(fā)光二極管或發(fā)光二極管燈。
全文摘要
本發(fā)明提供兼具高速響應(yīng)性和高輸出性的發(fā)出紅外光的發(fā)光二極管、發(fā)光二極管燈和照明裝置。本發(fā)明涉及的發(fā)光二極管、發(fā)光二極管燈和照明裝置，其特征在于，具備發(fā)光部，該發(fā)光部具有交替地層疊有由組成式為(InX1Ga1-X1)As(0≤X1≤1)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層和由組成式為(AlX2Ga1-X2)As(0≤X2≤1)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的勢(shì)壘層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層、以及夾持所述活性層的第1覆蓋層和第2覆蓋層；在發(fā)光部上形成的電流擴(kuò)散層；和與電流擴(kuò)散層接合的功能性基板，第1和第2覆蓋層由組成式為(AlX3Ga1-X3)Y1In1-Y1P(0≤X3≤1，0＜Y1≤1)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，在以一個(gè)阱層和一個(gè)勢(shì)壘層為一對(duì)的對(duì)層的情況下，對(duì)層數(shù)為5以下。
文檔編號(hào)F21V33/00GK103238222SQ201180058299
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者粟飯?jiān)缎?申請(qǐng)人:昭和電工株式會(huì)社