半导体发光元件及其制造方法技术

半导体发光元件包括：衬底；半导体多层结构，该结构至少包括第一导电类型的第一包层，有源层和第二导电类型的第二包层，它们按此顺序在衬底上形成；和电流扩散层，该层由包括在半导体多层结构上形成的第二导电类型的Ｇａ↓［１］－↓［ｘ］Ｉｎ↓［ｘ］Ｐ（ｏ＜ｘ＜１）的材料制成。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体发光元件，例如发光二极管，并涉及这种元件的制造方法。由于多种原因，通常将用AlGaInP半导体材料制成的半导体发光元件用作可见光发光元件。这就是说，AlGaInP材料具有能够与GaAs衬底晶格匹配，在III-V族化合物半导体中有最大的直接跃迁带隙的优越特性，以及类似特性。特别是，在通过直接跃迁发出550到690nm范围的光的发光二极管(LED)中，可获得高的发射效率。然而，常规的由AlGaInP材料制成的表面发射型半导体发光元件，在光输出效率方面存在问题。这一问题将用附图说明图12所示的常规LED作为例子来说明。图12所示常规LED包括半导体多层结构1212，该结构由在n-型GaAs衬底121上形成的n-型AlGaInP第一包层123，GaInP有源层124，和p-型AlGaInP第二包层125构成。在p-型包层125的中央部分上形成有p-侧电极1211，而在n-型衬底121的背面上形成有n-侧电极1210。在LED的光发射部分即GaInP有源层124中产生的光，经p-型包层125上没有形成p-侧电极1211的表面部分发出。为提高这种LED的发射效率，需使从p-侧电极1211流出的电流扩展到整个GaInP有源层124。然而实际上，由于p-型AlGaInP包层125的电阻率大，电流只扩展到p-型包层125的一个小的范围，并因此只有位于p-侧电极1211的正下方的GaInP有源层124部分发光。结果，在图12所示常规LED中，经LED上表面的光输出效率极低。为克服上述问题，R.M.Fletcher等的美国专利No.5008718提出一种半导体发光元件，其中提供GaP电流扩散层，使电流能够扩展到更宽的范围。参照图13，将描述在上面公开文本中提出的半导体发光元件。这种半导体发光元件是一种LED，它包括半导体多层结构1312，该结构由在n-型GaAs衬底131上形成的n-型AlGaInP第一包层133，GaInP有源层134，和p-型AlGaInP第二包层135构成。在半导体多层结构1312上形成有p-型GaP电流扩散层136。在p-型GaP电流扩散层136的中央部分上设置有p-侧电极1311，而在n-型衬底131的整个背面上设置有n-侧电极1310。在这种半导体发光元件中，p-型GaP电流扩散层136的电阻率小于p-型AlGaInP第二包层135的电阻率，并因此使电流能够在p-型电流扩散层中扩展。从而在GaInP有源层134的更宽范围内获得光发射，提高了发射效率。此外，p-型GaP电流扩散层136的带隙大于p-型AlGaInP第二包层135的带隙。因此，当在有源层134中产生的光要从p-侧电极1311一侧输出时，所发射的光穿过p-型电流扩散层136而不被吸收。这进一步提高了发射效率。然而在图13所示常规半导体发光元件中，电流扩散层GaP的使用引起下列问题。第一个问题是GaP层不能提供好的结晶度。由于在GaP晶体中Ga原子与P原子的牢固结合，Ga原子在晶体的生长表面上有微小的扩散(迁移)，导致晶体的岛状生长，而非良好的层状生长。这势必产生晶体缺陷，降低GaP层的结晶度，并从而增加其电阻率。结果，所获得的半导体发光元件的发射效率和可靠性下降。第二个问题是GaP层的晶格常数明显不同于GaAs衬底和与GaAs衬底晶格匹配的AlGaInP半导体层。GaAs的晶格常是5.65A，而GaP的晶格常数是5.45A，造成-3.54％的晶格失配。这一晶格失配导致上述第一问题。即，在GaP晶体中产生晶体缺陷，并因此降低了结晶度。结果，如对于第一个问题所描述的，所获得的半导体发光元件的发射效率和可靠性下降。第三个问题是以上作为第二个问题描述的GaP与GaAs的晶格失配对光发射部分产生不良影响。由于因-3.45％的晶格失配而产生的位错，在作为光发射部分的有源层，包层和类似层中出现晶体缺陷。这引起非发射复合中心的产生。结果，所获得的半导体发光元件的发射效率和可靠性显著下降。本实例的半导体发光元件包括衬底；半导体多层结构，该结构至少包括第一导电类型的第一包层，有源层和第二导电类型的第二包层，它们按此顺序在衬底上形成；和电流扩散层，该层由包括在半导体多层结构上形成的第二导电类型的Ga1-xInxP(0＜x＜1)的材料制成。在本专利技术一个实施例中，电流扩散层的In克分子系数x在约0＜x＜0.49的范围内。在本专利技术另一实施例中，电流扩散层的In克分子系数x在约0＜x＜0.27的范围内。或者，本专利技术的半导体发光元件包括衬底；半导体多层结构，该结构至少包括第一导电类型的第一包层，有源层和第二导电类型的第二包层，它们按此顺序在衬底上形成；和电流的扩散层，该层由包括在半导体多层结构上形成的第二导电类型的Ga1-xInxP(0＜x＜1)的材料制成，其中电流扩散层的In克分子系数x在厚度方向上变化。在本专利技术一个实施例中，电流扩散层的变化的In克分子系数x在约0＜x＜0.49的范围内。在本专利技术另一实施例中，电流扩散层的变化的In克分子系数x在约0＜x＜0.27的范围内。在本专利技术再一实施例中，有源层由(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)，(AlpGa1-p)zAs(≤0≤p≤1)，或InqGa1-qAs(0≤q≤1)制成。在本专利技术另一实施例中，形成一对电极，该对电极具有插入其间的衬底，半导体多层结构，和电流扩散层，并且形成电流阻挡层，使之面对在电流扩散层一侧的一个电极，此时电流扩散层插入在该一个电极和电流阻挡层之间。在本专利技术另一实施例中，在电流扩散层一侧的电极是在电流扩散层中心部分形成的，从而经电流扩散层周边部分输出光。在本专利技术另一实施例中，在电流扩散层一侧的电极在电流扩散层周边部分形成，包围其中心部分，从而经电流的扩散层中心部分输出光。在本专利技术另一实施例中，电流阻挡层是由包括Ga1-aInap(0＜a＜1)的材料制成的。在本专利技术另一实施例中，电流阻挡层是由含有Al的化合物半导体制成的。在本专利技术另一实施例中，电流阻挡层是由AlbGa1-bAs(0≤b≤1)或(AlcGa1-c)dIn1-dP(0≤c≤1，0≤d≤1)制成的。根据本专利技术另一方案，提供一种制造半导体发光元件的方法。该半导体发光元件包括衬底；半导体多层结构，该结构至少包括第一导电类型的第一包层，有源层和第二导电类型的第二包层，它们按此顺序在衬底上形成；第一导电类型的电流阻挡层，该层在半导体多层结构的一部分上形成；电流扩散层，该层由包括在半导体多层结构上形成的第二导电类型的Ga1-xInxP(0＜x＜1)的材料制成，覆盖电流阻挡层；和一对电极，电极之一在电流扩散层上形成，经过电流的扩散层面对电流阻挡层，另一电极在衬底表面上形成。该方法包括下列步骤在衬底上形成半导体多层结构，并在半导体多层结构上形成由不包含Al的材料制成的保护层，和用于形成电流阻挡层的、由包含A1的化合物半导体制成的层；并通过有选择地蚀刻用于形成电流阻挡层的层，在半导体多层结构的一部分上形成电流阻挡层。在本专利技术一个实施例中，进行蚀刻用于形成电流阻挡层的层的步骤，以使电流阻挡层在半导体多层结构的中心部分上形成。在本专利技术另一个实施例中，进行蚀刻用于形成电流阻挡层的层的步骤，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光元件包括： 衬底； 半导体多层结构，该结构至少包括第一导电类型的第一包层，有源层和第二导电类型的第二包层，它们按此顺序在衬底上形成；和 电流扩散层，该层由包括在半导体多层结构上形成的第二导电类型的Ｇａ↓［１－ｘ］Ｉｎ↓［ｘ］Ｐ（０＜ｘ＜１）的材料制成。

【技术特征摘要】
JP 1997-2-28 46337/971.一种半导体发光元件包括衬底；半导体多层结构，该结构至少包括第一导电类型的第一包层，有源层和第二导电类型的第二包层，它们按此顺序在衬底上形成；和电流扩散层，该层由包括在半导体多层结构上形成的第二导电类型的Ga1-xInxP(0＜x＜1)的材料制成。2.如权利要求1的半导体发光元件，其特征在于电流扩散层的In克分子系数x在约0＜x＜0.49的范围内。3.如权利要求1的半导体发光元件，其特征在于电流扩散层的In克分子系数x在约0＜x＜0.27的范围内。4.一种半导体发光元件包括衬底；半导体多层结构，该结构至少包括第一导电类型的第一包层，有源层和第二导电类型的第二包层，它们按此顺序在衬底上形成；和电流扩散层，该层由包括在半导体多层结构上形成的第二导电类型的Ga1-xInxP(0＜x＜1)的材料制成，其中电流扩散层的In克分子系数x在厚度方向上变化。5.如权利要求4的半导体发光元件，其特征在于电流扩散层的变化的In克分子系数x在约0＜x＜0.49的范围内。6.如权利要求4的半导体发光元件，其特征在于电流扩散层的变化的In克分子系数x在约0＜x＜0.27的范围内。7.如权利要求1的半导体发光元件，其特征在于有源层由(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)，(AlpGa1-p)zAs(0≤p≤1)，或InqGa1-qAs(0≤q≤1)制成。8.如权利要求1的半导体发光元件，其特征在于形成一对电极，该对电极具有插入其间的衬底，半导体多层结构，和电流扩散层，并且形成电流阻挡层，使之面对在电流扩散层一侧的一个电极，此时电流扩散层插入在该个电极和电流阻挡层之间。9.如权利要求4的半导体发光元件，其特征在于形成一对电极，该对电极具有插入其间的衬底，半导体多层结构，和电流扩散层，并且形成电流阻挡层，使之面对在电流扩散层一侧的一个电极，此时电流扩散层插入在该个电极和电流阻挡层之间。10.如权利要求8的半导体发光元件，其特征在于在电流扩散层一侧的...

【专利技术属性】
技术研发人员：细羽弘之，
申请(专利权)人：夏普公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]