半导体发光元件制造技术

本发明专利技术公开了一种单片结构的半导体发光元件，包括：第一导电类型的半导体衬底；形成在第一导电类型的半导体衬底上的活性层；形成在活性层上的第二导电类型的覆层；以及，形成在第二导电类型的覆层上的电流扩散层，其中活性层为第一导电类型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体发光元件，并且特别涉及一种单片结构的半导体发光元件。
技术介绍
日本未审查专利公开No.SHO 58(1983)-223380中公开了一种单片结构(以下也称作“单片阵列”)的半导体发光元件，如图5E所示，其包括n型GaAs缓冲层(未示出)、n型AlInP覆层31、未掺杂活性层32、p型AlInP覆层33、AlGaAs电流扩散层34、介电膜(未示出)和p型电极(未示出)，以上各层按此顺序形成在n型GaAs衬底30的上表面上，并在n型GaAs衬底30的下表面上设置n型电极(未示出)。利用上述构造，光发射应发生在未掺杂活性层32与部分p型覆层33之间的界面处，但由于以下原因，其实际发生在活性层32沿其厚度方向的中间处(见图5B至5E的虚线)。在半导体发光元件的制造中，n型GaAs缓冲层(未示出)、n型AlInP覆层31、未掺杂活性层32、p型AlInP覆层33和AlGaAs电流扩散层34按此顺序形成在n型GaAs衬底30上。接着，将所得的晶片通过蚀刻p型AlInP覆层33和AlGaAs电流扩散层34而分为片断，从而形成发光区A。此时，还形成了不期望的发光区B。此处，发光区A是蚀刻后保留部分p型AlInP覆层33的区域，以及部分p型AlInP覆层33和未掺杂活性层32在其间形成界面的区域。不期望的发光区B是未保留p型AlInP覆层33部分的区域，如图5D所示。在活性层32上形成p型覆层33时，p型载流子从p型覆层33扩散至活性层32中，如图5B所示，在活性层32中的p型覆层33一侧形成p型区域，如上所述，其沿活性层32的厚度方向延伸至其中间。结果，光发射未发生在未掺杂活性层32与p型覆层33部分之间的界面处，而是发生在活性层的中间(见图5E的35)。因此，电流也通过活性层包括于发光区A内的部分以外的其它部分流动。结果，单片阵列流有电流流经的面积明显大于设计。这就是一般还要进行额外的蚀刻以去除不期望的发光区B的表面区域(如图5E所示)，并且由此仅在发光区A内产生光发射(见图5E中的35)的原因。然而，这样的蚀刻导致了对蚀刻量控制的困难。
技术实现思路
本专利技术是在考虑上述情况的基础上提出，并且其目的在于提供一种高可靠性且不昂贵的半导体发光元件，其中活性层的原始导电类型得到保持，而不改变为与覆盖在活性层上的层相同的导电类型，由此使pn仅形成在活性层与上面的层部分之间的界面处。本专利技术提供了一种单片结构的半导体发光元件，包括第一导电类型的半导体衬底；形成在第一导电类型的半导体衬底上的活性层；形成在活性层上的第二导电类型的覆层；以及，形成在第二导电类型的覆层上的电流扩散层，其中活性层为第一导电类型。根据本专利技术，即使是在第二导电类型的杂质从第二导电类型的覆层扩散至第一导电类型的活性层中时，活性层的第一导电类型也可以得到保持，而不改变为第二导电类型，并且仅在预定的区域内产生光发射。由此，可以确保将晶片分割为片断，而无需执行用于抑制电流通过活性层包括于发光区A内的部分以外的部分流动所需的蚀刻。本专利技术的这些及其它目的将通过下面给出的详细介绍而变得明显易懂。然而，应理解，虽然以本专利技术的实施例体现，但详细的介绍和具体的示例仅以说明的方式给出，因为通过这里的详细介绍，本专利技术范围内的各种变化和改动对本领域技术人员而言是显而易见的。附图说明图1A至1D为用于说明制造根据本专利技术实施例的半导体发光元件的步骤的示意截面图；图2A和2B为根据该实施例的半导体发光元件的示意截面图和平面图；图3A至3D为用于说明制造根据本专利技术另一实施例的半导体发光元件的步骤的示意截面图；图4为相对发光强度对本专利技术的半导体发光元件活性层中杂质浓度的曲线图；以及图5A至5E为用于制造传统的半导体发光元件的步骤的示意截面图。具体实施例方式本专利技术的半导体发光元件具有单片结构，其中，在第一导电类型的半导体衬底上按以下顺序形成至少一层活性层、第二导电类型的覆层和电流扩散层。通常，本半导体发光元件在其上表面和下表面，即在电流扩散层的上表面和半导体衬底的下表面，都设置有电极。电极一般为诸如单独的钛、铝或金的金属的单层膜，或者是两个或更多个这些薄膜的叠层膜，或者是两种或更多种这些金属的合金的薄膜。另外，根据发光区的尺寸和排列，这些电极可以具有任意形状。根据本专利技术，第一导电类型表示p型或n型，而第二导电类型表示与第一导电类型相反的导电类型，即n型或p型。半导体衬底不特别限于GaAs衬底。半导体衬底中第一导电类型杂质的浓度适于，例如，在1×1019至5×1019cm-3的范围内。活性层基本为第一导电类型。因此，活性层包括第一导电类型的杂质。活性层中第一导电类型杂质的示例为包括Si、Se等的n型杂质，以及包括Zn、Mg等的p型杂质。活性层中杂质的浓度极大地影响半导体发光元件的发光强度。例如，如图4所示，当活性层中杂质的浓度高于约1×1017cm-3时，在电流通道启动后，在工作25小时的基础上，以(1-衰减率(％))/100表示的相对发光强度为大约70％或更低，并引起半导体发光元件的电流性质发生很大的变化。另一方面，当杂质浓度为3×1016cm-3或更低时，活性层的第一导电类型难以保持，因为从上面覆盖的层中扩散来的第二导电类型的杂质抵消了活性层中大量的第一导电类型的杂质，降低了活性层中第一导电类型杂质的浓度。由于上述原因，为了确保保持活性层的第一导电类型，优选杂质浓度在约3×1016至30×1016cm-3的范围内，并且更加优选在约3×1016至10×1016cm-3的范围内。活性层适于为包括例如Al、Ga、As、In和/或P作为组成原子的半导体层。更加具体地，优选活性层由(Ga1-xAlx)zIn1-zP(其中，例如x＝0.3，z＝0.5，而x和z可以为0.1≤x≤0.9，0.2≤z≤0.8)形成。活性层的厚度适于，例如，为约0.4至0.8μm。考虑到下述第二导电类型的覆层的Al晶体混合比(mixedcrystal ratio)，活性层中的Al晶体混合比优选，例如，为约0.2至0.5，并且更加优选为约0.3。第二导电类型的覆层适于为包括例如Al、Ga、As、In和/或P作为组成原子的半导体层。更加具体地，优选覆层由(Ga1-yAly)mIn1-mP(其中，例如y＝0.7，m＝0.5，而y和m可以为0.1≤y≤0.9，0.2≤m≤0.8)形成。在活性层由GaAlInP形成并且第二导电类型的覆层也由GaAlInP形成的情况下，优选活性层的Al晶体混合比低于第二导电类型的覆层。更加具体地，第二导电类型的覆层的Al晶体混合比可以为约0.5至0.9，并且更加优选为约0.7。第二导电类型的覆层的杂质浓度适于，例如，在1×1017至4×1017cm-3的范围内。覆层的厚度适于，例如，为约0.7至1.0μm。电流扩散层为用于将电流有效地扩散跨越pn结的层。电流扩散层适于，例如，为包括Al、Ga、As、In和/或P作为组成原子的半导体层。更加具体地，电流扩散层可以由GaAlAs、GaAlInP等形成，并且更加优选地由Ga1-nAlnAs(n＝0.7)形成。电流扩散层的杂质浓度适于在，例如，约0.5×1018至2×1018cm-3的范围内。电流扩散层的厚度适于，例如，为约2至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单片结构的半导体发光元件，包括：第一导电类型的半导体衬底；形成在第一导电类型的半导体衬底上的活性层；形成在活性层上的第二导电类型的覆层；以及形成在第二导电类型的覆层上的电流扩散层，其中活性层为第一 导电类型。

【技术特征摘要】
JP 2003-2-12 034306/031.一种单片结构的半导体发光元件，包括第一导电类型的半导体衬底；形成在第一导电类型的半导体衬底上的活性层；形成在活性层上的第二导电类型的覆层；以及形成在第二导电类型的覆层上的电流扩散层，其中活性层为第一导电类型。2.如权利要求1所述的元件，其中半导体衬底为GaAs衬底，活性层为包括Al、Ga、As、In或P或者Al、Ga、As、In和P作为组成原子的半导体层。3.如权利要求1所述的元件，其中活性层包括Si或Se元素作为第一导电类型的杂质。4.如权利要求1所述的元件，其中活性层包括Zn或Mg作为第一导电类型的杂质。5.如权利要求1所述的元件，其中活性层包括浓度在3×1...

【专利技术属性】
技术研发人员：太田清久，中津弘志，佐佐木和明，中村淳一，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]