專利名稱：發光二極管及其制造方法
技術領域：
本發明涉及廣泛用于例如照明、顯示裝置、背光光源等的發光二極管及其制造方法，具體是涉及具有透明層等的高輝度發光二極管及其制造方法。
背景技術：
發光二極管有各種各樣的類型，其作為能夠以寬的發光范圍進行發光的可見光顯示元件或者紫外線、紅外線發光元件被使用。此外，近年來發光二極管的利用領域正在迅速擴展，其作為代替熒光燈的光源或顯示器的背光燈等正受到關注，需要輝度更高、發光效率更好的發光二極管的要求正在增多。
對于這樣的要求，在此之前實施了發光二極管的發光層的設計最優化或者對發光二極管追加反射層等的方法。
近來還采取了將發光二極管的基板采用透明基板、或將發光二極管的結晶面加工成粗面狀、提高發光二極管的光取出效率而謀求高輝度化的方法。
在上述方法中，由于結晶面的粗面化比較容易實施，因此是廣泛使用的方法。
圖7表示現有的發光二極管的結構的模式圖。
上述發光二極管具有p型GaP襯底32；形成于該p型GaP襯底32上的p型AlInP包層34；p型AlGaInP活性層35；n型AlInP包層36；透明電極用n型接觸層37和透明電極39(例如參見日本國特開平04-354382號公報)。
上述p型GaP襯底32對于p型AlGaInP活性層35的出射光具有透過性。即，形成為從上述p型AlGaInP活性層35射出的光透過p型GaP襯底32。
下面，對上述發光二極管的制造方法進行說明。
首先，制作晶片，該晶片包含上述p型GaP襯底32；p型AlInP包層34；p型AlGaInP活性層35；n型AlInP包層36；透明電極用n型接觸層37和透明電極39。
接著，在上述晶片的一方的表面上形成p側芯片接合用電極31，在晶片另一方的表面上形成n側線接合用焊盤電極38，并通過進行劃線或裁斷而將晶片分割成多個芯片。
最后，在使用化學處理將上述芯片的側面(通過分割晶片而得到的表面)進行粗面化后，完成發光二極管。其中，上述化學處理使用鹽酸等進行。
這樣制成的發光二極管，由于采用以包層34、36夾著活性層35的雙異質結構，所以能夠提高活性層35的發光效率。
此外，由于上述p型GaP襯底32對于活性層35的出射光具有透過性，所以能夠從GaP襯底32將光取出。
進而，由于對于上述發光二極管的側面實施了粗面化處理，所以能夠從發光二極管的側面將光取出。
此外，作為其他現有的發光二極管，還有用化學處理將側面及頂面進行粗面化的結構(例如參見日本國特開2004-356279號公報、日本國特開2005-327979號公報以及日本國特開2003-209283號公報)。
圖14表示上述其他現有的發光二極管的結構的模式圖。
如圖14所示，該發光二極管包括p型GaP襯底232；形成于該p型GaP襯底232之下的p型AlInP第二包層234；p型AlGaInP活性層35；n型AlInP第一包層236；n型AlGaAs電流擴散層237。該p型GaP襯底232的圖中上側的表面是發光二極管的頂面。
另外，在圖14中，231是p側線接合用焊盤電極，238是n側芯片接合用電極。
但是，將上述現有的發光二極管的側面粗面化的處理、或者將上述其他現有的發光二極管的側面及頂面粗面化的處理是化學處理，該化學處理利用了結晶的蝕刻速率根據面方位不同而不同的現象、或者利用按意圖使蝕刻面粗糙的反應性強的藥品。
然而，在利用上述結晶的蝕刻速率由于面方位而不同的性質的情況下，產生了能夠進行粗面化的結晶的種類及面方位受到限制的問題。
此外，在利用上述反應性強的藥品的情況下，構成芯片的半導體層的一部分被蝕刻到內部，會產生特性不良等的問題。
尤其是，在具有上述p型GaP襯底32和232那樣的透明層的發光二極管中，當成為光取出部的透明層的表面為鏡面時，由于發光層的出射光在其表面被反射，從而在多重反射過程中增加了光損耗，從而降低了將發光層的出射光向外部取出的效率，因此進行粗面化的方法是用于高輝度化的重要的方法。
發明內容
本發明的目的在于提供一種高輝度的發光二極管及其制造方法，其不依賴于材料、面方位，而在任何情況下都能夠使用粗面化方法，并能夠防止產生特性不良。
為了解決上述課題，本發明的發光二極管，其特征在于，具有發光層，其由半導體層構成；中間層，其設于該發光層上，由半導體層構成；以及透明層，其設于上述中間層上，并且，對于上述發光層的出射光具有透過性，其中，上述透明層的表面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀。
根據上述結構的發光二極管，由于將上述透明層的表面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以能夠效率良好地從透明層的表面的一部分或者全部將發光層的出射光向外部取出，從而能夠達到高輝度化。
此外，由于將上述透明層的表面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以透明層的材料是任何材料都可以。
此外，由于將上述透明層的表面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以透明層不會由反應性強的藥品過度蝕刻，能夠防止產生特性不良。
另外，上述透明層的形成方法、構成材料、面方位可以是任意的。
在一種實施方式的發光二極管中，用上述切割刀片加工成粗面狀的表面是上述透明層的側面。
根據上述實施方式的發光二極管，由于將上述透明層的側面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以能夠效率良好地從透明層的側面的一部分或者全部將發光層的出射光向外部取出，從而能夠達到高輝度化。
此外，由于將上述透明層的側面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以透明層的材料及面方位可以是任意的。
此外，由于將上述透明層的側面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以透明層不會由反應性強的藥品過度蝕刻，能夠防止產生特性不良。
另外，上述透明層的形成方法、構成材料、面方位可以是任意的。當然，上述發光層也同樣。
在一種實施方式的發光二極管中，用上述切割刀片加工成粗面狀的表面是上述透明層的頂面。
其中，所謂上述透明層的頂面是透明層上與中間層側相反側的表面。
根據上述實施方式的發光二極管，由于將上述透明層的頂面的一部分或者全部加工成粗面狀，所以能夠效率良好地從透明層的頂面的一部分或者全部將發光層的出射光向外部取出，從而能夠達到高輝度化。
此外，由于將上述透明層的頂面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以透明層的材料是任何材料都可以。
此外，由于將上述透明層的頂面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以透明層不會由反應性強的藥品過度蝕刻，能夠防止產生特性不良。
另外，上述透明層的形成方法、構成材料、面方位可以是任意的。
在一種實施方式的發光二極管中，上述發光層的側面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀。
根據上述實施方式的發光二極管，由于將上述發光層的側面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以，能夠效率良好地從發光層的側面的一部分或者全部將發光層的出射光向外部取出，從而能夠達到更高輝度化。
在一種實施方式的發光二極管中，上述透明層是粘貼在上述中間層上的襯底。
在一種實施方式的發光二極管中，上述透明層是外延生長層或者外延生長用襯底。
在一種實施方式的發光二極管中，上述發光層由化合物構成，該化合物包含Al(鋁)、Ga(鎵)、As(砷)、In(銦)、P(磷)、Zn(鋅)、Se(硒)、Te(碲)、Sn(錫)、Si(硅)、C(碳)、Ti(鈦)、Mg(鎂)、Cd(鎘)、B(硼)、N(氮)、O(氧)及S(硫)中的至少兩種以上的元素。
在一種實施方式的發光二極管中，上述透明層由化合物構成，該化合物包含Al、Ga、As、In、P、Zn、Se、Te、Sn、Si、C、Ti、Mg、Cd、B、N、O及S中的至少兩種以上的元素。
在一種實施方式的發光二極管中，上述發光層由AlGaInP構成，上述透明層由GaP構成。
本發明的發光二極管的制造方法，其特征在于，包括制造晶片的工序，該晶片包括由半導體層構成的發光層、設于該發光層上并由半導體層構成的中間層、以及設于上述中間層上并且對于上述發光層的出射光具有透過性的透明層；以及用切割刀片將上述透明層的表面的一部分或者全部加工成粗面狀的工序。
根據上述構成的發光二極管的制造方法，由于將上述透明層的表面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以不必考慮透明層的材料及面方位，而能夠容易且低成本地使透明層的表面的一部分或者全部成為粗面狀。
因此，能夠容易且低成本地實現上述發光二極管的高輝度化。
此外，由于將上述透明層的表面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以透明層的材料及面方位可以是任意的。
此外，由于將上述透明層的表面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以透明層不會由反應性強的藥品過度蝕刻，能夠防止產生特性不良。
此外，由于上述透明層的粗面化處理用切割刀片進行，從而能夠省略由化學藥品處理進行的粗面化處理所需要的化學處理工序、保護膜形成等的工序。
上述切割刀片不僅能夠用于半導體結晶，而且能夠對例如玻璃、石英、藍寶石等的非晶質材料實施粗面化處理，還能夠對于具有耐藥品性的材料實施粗面化處理。
在一種實施方式的發光二極管的制造方法中，用上述切割刀片加工成粗面狀的表面是上述透明層的側面。
根據上述構成的發光二極管的制造方法，由于將上述透明層的側面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以不必考慮透明層的材料及面方位，而能夠容易且低成本地使透明層的側面的一部分或者全部成為粗面狀。
因此，能夠容易且低成本地實現上述發光二極管的高輝度化。
此外，由于將上述透明層的側面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以透明層的材料及面方位可以是任意的。
此外，由于將上述透明層的側面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以透明層不會由反應性強的藥品過度蝕刻，能夠防止產生特性不良。
此外，由于上述透明層的粗面化處理用切割刀片進行，從而能夠省略由化學藥品處理進行的粗面化處理所需要的化學處理工序、保護膜形成等的工序。
上述切割刀片不僅能夠用于半導體結晶，而且能夠對例如玻璃、石英、藍寶石等的非晶質材料實施粗面化處理，還能夠對于具有耐藥品性的材料實施粗面化處理。
在一種實施方式的發光二極管的制造方法中，用上述切割刀片加工成粗面狀的表面是上述透明層的頂面。
其中，所謂上述透明層的頂面是透明層上與中間層側相反側的表面。
根據上述構成的發光二極管的制造方法，由于將上述透明層的頂面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以不必考慮透明層的材料及面方位，而能夠容易且低成本地使透明層的頂面的一部分或者全部成為粗面狀。
因此，能夠容易且低成本地實現上述發光二極管的高輝度化。
此外，由于將上述透明層的頂面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以透明層的材料及面方位可以是任意的。
此外，由于將上述透明層的頂面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀，所以透明層不會由反應性強的藥品過度蝕刻，能夠防止產生特性不良。
此外，由于上述透明層的粗面化處理用切割刀片進行，從而能夠省略由化學藥品處理進行的粗面化處理所需要的化學處理工序、保護膜形成等的工序。
上述切割刀片不僅能夠用于半導體結晶，而且能夠對例如玻璃、石英、藍寶石等的非晶質材料實施粗面化處理，還能夠對于具有耐藥品性的材料實施粗面化處理。
在一種實施方式的發光二極管的制造方法中，在將上述晶片分割成元件形狀之前，通過由上述切割刀片進行的半切割或者預切割，使上述透明層的側面的一部分或者全部成為粗面狀。
根據上述實施方式的發光二極管的制造方法，由于在將上述晶片分割成元件形狀之前，通過由上述切割刀片進行的半切割或者預切割，使透明層的側面的一部分或者全部成為粗面狀，所以能夠對于被包含在晶片中狀態下并且進行了粗面化處理的發光二極管進行電光學測定檢查。即，能夠進行處于非常接近元件形狀的狀態的發光二極管的光學檢查。
另外，在進行上述光學檢查后，進行發光二極管的粗面化處理時，由該檢查檢測出的輝度與元件形狀(完成狀態)的發光二極管芯片的輝度的相關關系變差。
在一種實施方式的發光二極管的制造方法中，在將上述晶片分割成元件形狀之后，用上述切割刀片將上述透明層的側面的一部分或者全部加工成粗面狀。
根據上述實施方式的發光二極管的制造方法，由于在將上述晶片分割成元件形狀之后，用切割刀片將透明層的側面的一部分或者全部加工成粗面狀，所以在將晶片分割成元件形狀時，也可以不必由切割刀片進行粗面化處理，因而能夠提高制造工序的自由度。
在一種實施方式的發光二極管的制造方法中，上述切割刀片的砂粒的粒徑為2μm以上，根據上述實施方式的發光二極管的制造方法，上述切割刀片的砂粒的粒徑與芯片的輸出之間具有相關關系，通過使其粒徑為2μm以上，能夠可靠地得到將發光層的出射光向外部取出的效率良好的粗面。
此外，在除去由上述切割刀片形成的機械損傷層的情況下，當切割刀片的砂粒的粒徑為4μm以上時，即使在除去該損傷層之后，也能夠維持與除去上述損傷層之前同樣的粗面狀態。
通常，切割刀片的砂粒使用金剛石那樣的硬度非常高的材料，由于是機械性地形成粗面狀態，所以粗面狀態的與否，不受面方位依賴性等的影響，而能夠容易對于任何材料形成粗面狀態。
例如即使是GaP襯底，也能夠用切割刀片形成粗面狀態。在將該GaP襯底作為透明襯底使用并且將AlGaInP層作為發光層使用，并且用切割刀片使透明襯底的側面的一部分或者全部成為粗面狀時，能夠獲得高輸出的紅色發光元件。
當然，使用上述切割刀片的方法，不限于在由AlGaInP構成的發光層上設置GaP襯底的情況，其能夠適于具有任意透明層的發光二極管，例如適于在藍寶石襯底上設置GaN/InGaN層的情況、在玻璃襯底或SiC襯底上設置AlGaInP層及GaN/InGaN層的情況、在GaAs襯底上外延生長AlGaAs層(對于紅色具有透明的組成)并依次層疊發光層的情況等。
本發明的發光二極管，能夠通過使光發出面粗面化而能夠謀求高輝度化，尤其是在設置了透明層的發光二極管中，由于能夠不依賴于材料而形成粗面狀態，所以能夠謀求元件的高輝度化。
此外，能夠省略芯片分割后的化學處理，從而能夠使制造工序簡化。
通過以下的詳細的說明和附圖能夠充分地理解本發明。但附圖只是用于說明的圖，其并不限定本發明。
圖1是本發明的第一實施例的發光二極管的芯片結構的模式圖；圖2A是用于說明圖1的發光二極管的MOCVD結晶生長的模式圖；圖2B是用于說明圖1的發光二極管的GaP接合結構的形成的模式圖；圖3A是表示用砂粒的粒徑為4μm的切割刀片切割p型GaP襯底時的研削面的狀態的圖；圖3B是表示用砂粒的粒徑為1μm的切割刀片切割p型GaP襯底時的研削面的狀態的圖；圖4A是側面為鏡面的發光二極管內的光路的示意圖；圖4B是側面為粗面的發光二極管內的光路的示意圖；圖5A是側面為粗面的發光二極管的取向特性的曲線圖；圖5B是側面為鏡面的發光二極管的取向特性的曲線圖；圖6是表示由于刀片砂粒的粒徑的不同而發光二極管的輸出不同的曲線圖。
圖7是現有的發光二極管結構的模式圖；圖8是本發明的第二實施例的發光二極管芯片結構的模式圖；圖9A是用于說明圖8的發光二極管的MOCVD結晶生長的模式圖；圖9B是用于說明圖8的發光二極管的GaP接合結構的形成的模式圖；圖10A是表示用砂粒的粒徑為4μm的切割刀片切割p型GaP襯底時的研削面的狀態的圖；圖10B是表示用砂粒的粒徑為1μm的切割刀片切割p型GaP襯底時的研削面的狀態的圖；圖11A是頂面為鏡面的發光二極管內的光路的示意圖；圖11B是頂面為粗面的發光二極管內的光路的示意圖；圖12是表示由于刀片砂粒的粒徑的不同而發光二極管的輸出不同的曲線圖；圖13是表示切割頂面的一部分時的一種實施方式的模式圖；圖14是其他的現有的發光二極管結構的模式圖。
具體實施例方式
下面，對圖示的本發明的發光二極管的實施例進一步詳細地進行說明。
(第一實施例)圖1表示本發明的第一實施例的發光二極管的芯片結構的模式圖。
上述發光二極管包括p型GaP襯底12；層疊于該p型GaP襯底12上的p型GaP接觸層13；p型AlInP第二包層14；p型AlGaInP活性層15；n型AlInP第一包層16；以及n型AlGaAs電流擴散層17。上述p型AlGaInP活性層15是發光層的一例。此外，上述p型GaP襯底12是透明層的一例。此外，上述p型GaP接觸層13和p型AlInP第二包層14各自是中間層的一例。
上述p型GaP襯底12；p型GaP接觸層13；p型AlInP第二包層14；p型AlGaInP活性層15；n型AlInP第一包層16以及n型AlGaAs電流擴散層17的側面全部被加工成粗面狀。
雖然未圖示，但在上述n型AlGaAs電流擴散層17上形成有由AuSi/Au構成的歐姆接觸層，并且在該歐姆接觸層上形成有n側線接合用焊盤電極(n側電極)18。其中，上述n側線接合用焊盤電極18形成為大致圓板形狀。
另一方面，在上述p型GaP襯底12之下形成有由AuBe構成的p側歐姆接觸層電極11。其中，上述p側歐姆接觸層電極11在p型GaP襯底12的背面(與p型AlGaInP活性層15側的表面相反側的表面)形成為點狀。
上述結構的發光二極管如下地進行制造。
首先，如圖2A所示，通過MOCVD(有機金屬氣相生長)法，在n型GaAs襯底19上依次層疊n型GaAs緩沖層20、層厚為3μm的n型AlGaAs電流擴散層17、層厚為1μm的n型AlInP第一包層16、層厚為0.5μm的p型AlGaInP活性層15、層厚為1μm的p型AlInP第二包層14、以及層厚為3μm的p型GaP接觸層13。
接著，如圖2B所示，使另外地準備的p型GaP襯底12與p型GaP接觸層13接觸，在p型GaP襯底12上施加載荷后，在該狀態下將p型GaP襯底12和p型GaP接觸層13放置在氫環境及高溫下，而使它們接合。
接著，用氨類蝕刻劑除去上述n型GaAs襯底19及n型GaAs緩沖層20。
接著，如圖1所示，在上述p型GaP襯底12的背面利用蒸鍍法堆積AuBe而水珠狀地形成圖案后，進行合金化。由此，獲得了由上述的AuBe構成的p側歐姆電極11。
接著，在上述n型AlGaAs電流擴散層17的表面利用蒸鍍法堆積AuSi/Au及n側線接合用焊盤電極18的材料。在將該AuSi/Au及上述材料大致圓板形狀地形成圖案后，進行合金化。由此，獲得了上述歐姆接觸層及n側線接合用電極18。
接著，在利用切割將包含上述p型GaP襯底12；p型GaP接觸層13；p型AlInP第二包層14；p型AlGaInP活性層15；n型AlInP第一包層16以及n型AlGaAs電流擴散層17的晶片分割后，獲得發光二極管芯片。該切割使用了砂粒的粒徑為4μm的切割刀片。
接著，為了除去由于上述切割而造成的機械損傷層，用硫酸、過氧化氫、水的混合液對切割面進行蝕刻。此時，除去上述損傷層只要蝕刻除去極薄的層就足夠了。即使將作為上述損傷層的一部分的極薄的層蝕刻除去，也不會消除粗面狀態。在容易且可靠地維持這樣的粗面狀態的情況下，只要使用砂粒的粒徑比4μm大的切割刀片進行切割即可。這樣情況下，與使用砂粒的粒徑為4μm的切割刀片相比，能夠提高光取出效率。
以往，通過用砂粒的粒徑為1μm以下的切割刀片進行切割，使由切割刀片形成的研削面形成接近鏡面的狀態后，利用HCl處理或者其稀釋溶液進行粗面化處理。
切割刀片是在圓板狀的基臺上利用電沉積等附著金剛石顆粒等的砂粒的刀片，并通過使其進行高速旋轉而對半導體材料進行切割。切割刀片的砂粒的粒徑越小，研削面被加工得越光滑，材料的缺損(碎片)越少。反之，砂粒越大，越容易產生碎片，因此由切割刀片形成的芯片的上面的邊緣部分出現缺損。
圖3A表示用砂粒的粒徑為4μm的切割刀片切割p型GaP襯底12時的研削面的狀態。圖3B表示用砂粒的粒徑為1μm的切割刀片切割p型GaP襯底12時的研削面的狀態。
從圖3A、圖3B可以看出，由于切割刀片的粒徑的不同，其切割面(研削面)的狀態發生很大變化。
這樣的粗面化處理是為了提高光取出效率而進行的，但在沒有對芯片側面實施粗面化處理的情況下，如圖4A所示，來自芯片內部的發光層的發光的一部分在芯片側面被反射而被封閉在芯片內部，并在反復進行多重反射的過程中，在結晶內被吸收或者衰減，或者再次進入發光層，并在此被吸收。
另一方面，如圖4B所示，當對芯片側面進行粗面化后，使來自芯片內部的發光層的發光對于芯片側面的入射角度發生改變，使得該光的沒有被反射到芯片內部而向芯片外部射出的比例增加，從而提高了光取出效率。
在GaP中，與(111)面等價的面具有如下的性質，由于HCl處理時的反應速度慢，該等價的面出現在表面上，宏觀上成為粗面狀態，微觀上在處理面上形成幾納米(nm)的凹凸。而且，上述反應速度極慢，需要長時間地進行HCl處理。此外，由于發光層利用HCl處理進行蝕刻，所以需要在保護發光層的基礎上進行HCl處理。此外，由于芯片的面方位的原因無法得到良好的粗面狀態。
在該第一實施例的情況下，由于使用砂粒的粒徑為4μm的切割刀片，因此，在切割刀片形成的研削面上形成幾微米(μm)的凹凸，該研削面成為粗面狀態。
在使用砂粒的粒徑比4μm大的切割刀片的情況下，雖然碎片有少許增加，但能夠實現HCl處理或芯片表面保護工序的簡化，從而能夠提高生產效率。
此外，該第一實施例的發光二極管的輸出達到由化學處理形成的粗面化芯片同等以上的程度是沒有問題的。具體說，在用砂粒的粒徑小的切割刀片進行切割后，沒有進行由于切割而產生的機械損傷層的除去的發光二極管的輸出為6.5mW。此外，在用砂粒的粒徑小的切割刀片進行切割后，進行了由于切割而產生的機械損傷層的除去的發光二極管的輸出為8.0mW。并且，如該第一實施例那樣，在用砂粒的粒徑大的切割刀片進行切割后，沒有進行由于切割而產生的機械損傷層的除去的發光二極管的輸出為8.8mW。
圖5A表示使用砂粒的粒徑為4μm的切割刀片進行切割的發光二極管的取向特性的曲線。此外，圖5B表示使用砂粒的粒徑為1μm的切割刀片進行切割的發光二極管的取向特性的曲線。
從圖5A和圖5B可以看出，與使用砂粒的粒徑為1μm的切割刀片進行切割的發光二極管相比，使用砂粒的粒徑為4μm的切割刀片進行切割的發光二極管從側面出射的光的成分有所增加。
為此，為了確認切割刀片的砂粒的粒徑與光輸出的關系，使用砂粒的粒徑為0.5μm、3μm、5μm、7μm的切割刀片進行了實驗，確認用各切割刀片進行切割的發光二極管的光輸出。
圖6表示上述實驗的結果。
從圖6可以看出，切割刀片的砂粒的粒徑與發光二極管的光輸出具有相關的關系，尤其是使用砂粒的粒徑為5μm、7μm的切割刀片進行切割的發光二極管的光輸出有所提高。
從以上可以看出，當使用砂粒的粒徑較大的切割刀片時，能夠提高發光二極管的光輸出，但在使用砂粒的粒徑為8μm以上的切割刀片時，由于確認了切割刀片的使用壽命極度縮短的現象，因此，當考慮成本、生產性時，優選的是制造發光二極管時的所使用的切割刀片的砂粒的粒徑為2μm以上、8μm以下。
在上述第一實施例中，將發光二極管的側面全部加工成粗面狀，但也可以只將p型GaP襯底12的一方的側面的一部分加工成粗面狀，也可以只將p型GaP襯底12的側面的一部分加工成粗面狀。
在上述第一實施例中，將p型AlGaInP活性層15作為發光層的一例使用，但也可以使用由至少包含Al、Ga、As、In、P、Zn、Se、Te、Sn、Si、碳、Ti、Mg、Cd、硼、氮、氧及硫中的兩種以上的元素的化合物構成的發光層。
在上述第一實施例中，作為透明層的一例使用了p型GaP襯底12，但也可以使用由至少包含Al、Ga、As、In、P、Zn、Se、Te、Sn、Si、C、Ti、Mg、Cd、B、N、O及S中的兩種以上的元素的化合物構成的透明層。
上述第一實施例的發光二極管是具有AlGaInP發光層和GaP襯底的結構，但本發明的發光二極管并不限定于這種結構，例如也可以是具有AlGaAs發光層和GaAs襯底的結構，這種結構也具有與上述第一實施例同樣的效果。另外，在上述結構的情況下，GaAs襯底透過AlGaAs發光層的發光。
在上述第一實施例中，僅用切割刀片將晶片切割成多個芯片(發光二極管)，但也可以在用切割刀片將晶片半切割或者預切割后，將晶片分割成多個芯片。
在上述第一實施例中，在將晶片分割成多個芯片的切割工序中，將芯片的側面加工成粗面狀，但也可以在切割工序中不將芯片的側面加工成粗面狀，而在切割工序之后，用切割刀片將芯片的側面加工成粗面狀。
(第二實施例)圖8表示本發明的第二實施例的發光二極管的芯片結構的模式圖。
上述發光二極管包括p型GaP襯底112；p型GaP接觸層113；p型AlInP第二包層114；p型AlGaInP活性層115；n型AlInP第一包層116；以及n型AlGaAs電流擴散層117。另外，上述p型AlGaInP活性層115是發光層的一例。上述p型GaP襯底112是透明層的一例。此外，上述p型GaP接觸層113和p型AlInP第二包層114各自是中間層的一例。
在上述p型GaP襯底112中，與p型GaP接觸層113側相反側的包面的全部被加工成粗面狀。此外，在上述p型GaP襯底112中，與上述表面大致垂直的表面的全部被加工成粗面狀。即，上述p型GaP襯底112的頂面和側面的全部被加工成粗面狀。
在上述p型GaP襯底112上形成有p側線接合用焊盤電極(p側電極)111。其中，上述p側線接合用焊盤電極111形成為大致圓板形狀。此外，在上述p側線接合用焊盤電極111與p型GaP襯底112之間，雖然沒有圖示，但形成有由AuBe構成的p側歐姆接觸層。上述p側歐姆接觸層與p側線接合用焊盤電極111形成大致相同的形狀。即，上述p型GaP襯底112的頂面(p型GaP襯底112上與p型GaP接觸層113側相反側的表面)的一部分沒有被p側歐姆接觸層及p側線接合用焊盤電極111覆蓋而露出。
另一方面，在上述n型AlGaAs電流擴散層117之下形成有由AuSi/Au構成的n側芯片接合用電極118。其中，上述n側芯片接合用電極118在n型AlGaAs電流擴散層117的背面(在n型AlGaAs電流擴散層117上與n型AlInP第一包層116側相反側的表面)形成為點狀。
上述結構的發光二極管如下地進行制造。
首先，如圖9A所示，通過MOCVD(有機金屬氣相生長)法，在n型GaAs襯底119上依次層疊n型GaAs緩沖層120、層厚為20μm的n型AlGaAs電流擴散層117、層厚為1μm的n型AlInP第一包層116、層厚為0.5μm的p型AlGaInP活性層115、層厚為1μm的p型AlInP第二包層114、以及層厚為3μm的p型GaP接觸層113。
接著，如圖9B所示，在使另外地準備的p型GaP襯底112與p型GaP接觸層113接觸并施加載荷后，在該狀態下放置在氫環境及高溫下，而將p型GaP襯底112與p型GaP接觸層113接合。
接著，用氨類蝕刻劑除去上述n型GaAs襯底119及n型GaAs緩沖層120。
接著，按照從上述p型GaP襯底112的頂面(在p型GaP襯底112上與p型GaP接觸層113側相反側的表面)切割至5μm左右的深度部分的方式，使切割刀片掃描。由此，將上述p型GaP襯底112的頂面全部粗面化。在此，使用了刀片寬度50μm、砂粒的粒徑為4μm的切割刀片。
接著，如圖8所示，在上述p型GaP襯底112的被粗面化的頂面上，利用蒸鍍法堆積AuBe和p側線接合用焊盤電極111的材料，在將該AuBe和上述材料大致圓板形狀地形成圖案后，進行合金化。由此，獲得了上述p側歐姆接觸層和p側線接合用焊盤電極111。
接著，在上述n型AlGaAs電流擴散層117的底面(在n型AlGaAs電流擴散層117上與n型AlInP第一包層116側相反側的表面)利用蒸鍍法堆積AuSi/Au。在將AuSi/Au水珠狀地形成圖案后，進行合金化。由此，獲得了上述n側芯片接合用電極118。
接著，在利用切割將包含上述p型GaP襯底112；p型GaP接觸層113；p型AlInP第二包層114；p型AlGaInP活性層115；n型AlInP第一包層116以及n型AlGaAs電流擴散層117的晶片分割后，獲得發光二極管芯片。
接著，為了除去由于上述切割而造成的機械損傷層，利用硫酸、過氧化氫、水的混合液對發光二極管的頂面和側面的切割面進行蝕刻。此時，除去上述損傷層只要蝕刻除去極薄的層就足夠了。
上述切割刀片是在圓板狀的基臺上利用電沉積等附著金剛石顆粒等的砂粒的刀片。通過使這樣的切割刀片進行高速旋轉而對半導體材料進行切割。上述切割刀片的砂粒的粒徑越小，研削面被加工得越光滑，材料的缺損(碎片)越少。反之，上述切割刀片的粒徑越大，越容易產生碎片。
圖10A表示用砂粒的粒徑為4μm的切割刀片切割p型GaP襯底時的研削面的狀態。圖10B表示用砂粒的粒徑為1μm的切割刀片切割p型GaP襯底時的研削面的狀態。
從圖10A、圖10B可以看出，由于切割刀片的粒徑的不同，其切割面(研削面)的狀態發生很大變化。
這樣的粗面化處理是為了提高光取出效率而進行的，但在沒有對芯片頂面實施粗面化處理的情況下，如圖11A所示，來自芯片內部的發光層的發光的一部分在芯片頂面被反射而被封閉在芯片內部，并在反復進行多重反射的過程中，再次進入發光層，并在此被衰減。
另一方面，如圖11B所示，當對芯片的頂面進行粗面化后，使來自芯片內部的發光層的發光對于芯片頂面的入射角度發生改變，使得該光的沒有被反射到芯片內部而向芯片外部射出的成分增加，從而提高了光取出效率。
在該第二實施例的情況下，由于使用砂粒的粒徑為4μm的切割刀片，因此，在切割刀片形成的研削面上形成幾微米的凹凸，該研削面成為粗面狀態。
此外，該第二實施例的發光二極管的輸出與沒有進行粗面化時相比有所提高。具體來說，發光二極管的頂面和側面為鏡面的發光二極管的輸出為8.0mW。并且，如該第二實施例那樣，利用砂粒的粒徑大的切割刀片使頂面和側面粗面化的發光二極管的輸出為8.5mW。
為了確認切割刀片的砂粒的粒徑與光輸出的關系，使用砂粒的粒徑為0.5μm、3μm、5μm、7μm的切割刀片進行了實驗，確認用各切割刀片進行切割的發光二極管的光輸出。
圖12表示上述實驗的結果。
從圖12可以看出，切割刀片的砂粒的粒徑與發光二極管的光輸出具有相關的關系，尤其是使用砂粒的粒徑為5μm、7μm的切割刀片進行切割的發光二極管的光輸出有所提高。
從以上可以看出，當使用砂粒的粒徑較大的切割刀片時，能夠提高發光二極管的光輸出，但在使用砂粒的粒徑為8μm以上的切割刀片時，由于確認了切割刀片的使用壽命極度縮短的現象，因此，當考慮成本、生產性時，優選的是制造發光二極管時所使用的切割刀片的砂粒的粒徑為2μm以上、8μm以下。
在上述第二實施例中，將發光二極管的頂面全部加工成粗面狀，但也可以只將p型GaP襯底112的頂面的一部分加工成粗面狀。具體說，如圖13所示，也可以避開p側線接合用焊盤電極111的形成區域，利用切割在p型GaP襯底的頂面形成粗面區域121。在形成該粗面區域121的情況下，能夠提高p側線接合用焊盤電極111的平坦性，獲得良好的線接合強度。另外，圖13的122是鏡面區域。
在上述第二實施例中，將發光二極管的側面及頂面加工成粗面狀，但也可以只將發光二極管的頂面加工成粗面狀。在只將該發光二極管的頂面加工成粗面狀的情況下，可以將頂面全部加工成粗面狀，此外，也可以只將頂面的一部分加工成粗面狀在上述第二實施例中，將p型AlGaInP活性層115作為發光層的一例使用，但也可以使用由至少包含Al、Ga、As、In、P、Zn、Se、Te、Sn、Si、碳、Ti、Mg、Cd、硼、氮、氧及硫中的兩種以上的元素的化合物構成的發光層。
在上述第二實施例中，作為透明層的一例使用了p型GaP襯底112，但也可以使用由至少包含Al、Ga、As、In、P、Zn、Se、Te、Sn、Si、C、Ti、Mg、Cd、B、N、O及S中的兩種以上的元素的化合物構成的透明層。
上述第二實施例的發光二極管是具有AlGaInP發光層和GaP襯底的結構，但本發明的發光二極管并不限定于這種結構，例如也可以是具有AlGaAs發光層和GaAs襯底的結構，這種結構也具有與上述第二實施例同樣的效果。另外，在上述結構的情況下，GaAs襯底透過AlGaAs發光層的發光。
在上述第二實施例中，僅用切割刀片將晶片分割成多個芯片(發光二極管)，但也可以在用切割刀片將晶片半切割或者預切割后，將晶片分割成多個芯片。
在上述第二實施例中，在將晶片分割成多個芯片的切割工序中，將芯片的側面加工成粗面狀，但也可以在切割工序中不將芯片的側面加工成粗面狀，而在切割工序之后，用切割刀片將芯片的側面加工成粗面狀。
本發明也可以將上述第一實施例記載的情況和上述第二實施例記載的情況適當地進行組合。
此外，本發明的發光二極管也可以用切割刀片將發光層的側面的一部分或者全部加工成粗面狀。
此外，本發明的發光二極管也可以具有玻璃或者其他的光透過性襯底。
此外，本發明的發光二極管也可以具有結晶生長的光透過性層，還可以具有在藍寶石襯底上外延生長的InGaN等。
即，本發明能夠適于具有發光層和透過從該發光層出射的光的透明層的任何結構的發光二極管。
如上對本發明的實施例進行了說明，但很明顯本發明能夠進行各種變更。而這樣的變更不應被視為脫離了本發明的宗旨和范圍，本領域技術人員能夠清楚的變更全部都包含在本發明的技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種發光二極管，其特征在于，具有發光層，其由半導體層構成；中間層，其設于該發光層上，由半導體層構成；以及透明層，其設于上述中間層上，并且，對于上述發光層的出射光具有透過性，其中，上述透明層的表面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀。
2.如權利要求1所述的發光二極管，其特征在于，用上述切割刀片加工成粗面狀的表面是上述透明層的側面。
3.如權利要求1所述的發光二極管，其特征在于，用上述切割刀片加工成粗面狀的表面是上述透明層的頂面。
4.如權利要求1所述的發光二極管，其特征在于，上述發光層的側面的一部分或者全部用切割刀片加工成粗面狀。
5.如權利要求1所述的發光二極管，其特征在于，上述透明層是粘貼在上述中間層上的襯底。
6.如權利要求1所述的發光二極管，其特征在于，上述透明層是外延生長層或者外延生長用襯底。
7.如權利要求1所述的發光二極管，其特征在于，上述發光層由化合物構成，該化合物包含Al、Ga、As、In、P、Zn、Se、Te、Sn、Si、C、Ti、Mg、Cd、B、N、O及S中的至少兩種以上的元素。
8.如權利要求1所述的發光二極管，其特征在于，上述透明層由化合物構成，該化合物包含Al、Ga、As、In、P、Zn、Se、Te、Sn、Si、C、Ti、Mg、Cd、B、N、O及S中的至少兩種以上的元素。
9.如權利要求1所述的發光二極管，其特征在于，上述發光層由AlGaInP構成，上述透明層由GaP構成。
10.一種發光二極管的制造方法，其特征在于，包括制造晶片的工序，該晶片包括由半導體層構成的發光層、設于該發光層上并由半導體層構成的中間層、以及設于上述中間層上并且對于上述發光層的出射光具有透過性的透明層；以及用切割刀片將上述透明層的表面的一部分或者全部加工成粗面狀的工序。
11.如權利要求10所述的發光二極管的制造方法，其特征在于，用上述切割刀片加工成粗面狀的表面是上述透明層的側面。
12.如權利要求10所述的發光二極管的制造方法，其特征在于，用上述切割刀片加工成粗面狀的表面是上述透明層的頂面。
13.如權利要求11所述的發光二極管的制造方法，其特征在于，在將上述晶片分割成元件形狀之前，通過由上述切割刀片進行的半切割或者預切割，使上述透明層的側面的一部分或者全部成為粗面狀。
14.如權利要求11所述的發光二極管的制造方法，其特征在于，在將上述晶片分割成元件形狀之后，用上述切割刀片將上述透明層的側面的一部分或者全部加工成粗面狀。
15.如權利要求10所述的發光二極管的制造方法，其特征在于，上述切割刀片的砂粒的粒徑為2μm以上。
全文摘要
本發明涉及發光二極管及其制造方法。該發光二極管包括p型GaP襯底(12)；層疊于該p型GaP襯底(12)上的p型GaP接觸層(13)；p型AlInP第二包層(14)；p型AlGaInP活性層(15)；n型AlInP第一包層(16)；以及n型AlGaAs電流擴散層(17)。p型GaP襯底(12)的側面全部由切割刀片加工成粗面狀。該發光二極管輝度高，其不依賴于材料、面方位，而在任何情況下都能夠進行粗面化，能夠防止產生特性不良。
文檔編號H01L33/00GK101026218SQ20071008494
公開日2007年8月29日 申請日期2007年2月16日 優先權日2006年2月22日
發明者村上哲朗, 井口緣, 渡邊信幸, 智者多永子 申請人:夏普株式會社