发光半导体器件及其制造方法技术

一种包含具有第一导电型半导体基片的半导体本体的发光半导体二极管，所述基片上至少存在第一导电型过渡层、第一导电型第一涂层、活性层及第二导电型第二涂层。其中过渡层含有砷化铝镓，铝含量至少为属于活性层带隙的最小值。因此活性层在例如６５０ｎｍ波长发射而半导体层仍具有良好晶体质量和表面几何形状。当活性层为具有比较厚势阱层的多量子势阱结构时它甚至在６３３ｎｍ发射。在本发明专利技术方法中，利用比较高的生长温度和具有适当铝含量的过渡层。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包含具有第一导电型半导体基片的半导体本体的发光半导体二极管，在所述半导体基片上至少依次存在第一导电型的第一涂层、活性层、以及第二导电型的第二涂层，所述涂层含有磷化铟铝镓(InAlGaP)以及活性层含有磷化铟镓(InGaP)或磷化铟铝镓(InAlGap)作为半导体材料，每种半导体材料包含具有两个亚晶格的混合晶体，其中一个亚晶格上存在磷原子而在另一个亚晶格上存在另一元素的原子，并且第一导电型的过渡层配置在基片与第一涂层之间。本专利技术还涉及制造发光半导体二极管的方法，用以在第一导电型的砷化镓半导体基片上至少依次形成第一导电型磷化铟铝镓的第一涂层、磷化铟镓的活性层、以及第二导电型磷化铟铝镓的第二涂层，在涂敷第一涂层之前先形成过渡层。特别是如果发射波长处在光谱的可见部分时是适合的辐射源，而如果构造为二极管激光器则可用于诸如用其写信息的激光打印机的信息处理系统、诸如由其读出信息的小型盘(视频)(CD(V))唱机或条形码读出器的光盘系统以及用以读写信息的数字光学记录(DOR)系统。在光电系统中对于这种二极管的发光二极管(LED)形式也存在各种应用。K.Kobayashi等人发表在IEEE Joural of Quantum Electronics，vol.QE-23，no.6，1987年6月，第704页上的文章“具有由金属有机物汽相外延生长的AlGaInP活性层的AlGaInP双异质结构可见光激光二极管”中可以知道这种发光二极管及其制造方法。在该文章中，描述了一种发光半导体二极管，InGaP活性层出现在两个InAlGaP涂层之间的n型砷化镓基片上。这些层的半导体材料各包含两个亚晶格的混合晶体，所述两个亚晶格中的一个上存在磷原子而另一个亚晶格上存在另一元素的原子，在这种情况下在另一亚晶格上存在活性层的铟(In)和镓(Ga)原子以及涂层的铟(In)、铝(Al)和镓(Ga)原子。GaAs过渡层存在于基片与第一涂层之间。这里构造为激光器的二极管的发射波长约为670nm(即光致发光的波长约为660nm，其对应于大约1.88eV的带隙)。已知发光半导体二极管的不足之处在于用实验方法找到的发射波长比理论上所预期的要大，例如，InGaP活性层的预计波长约为650nm，而实际上常常发现大约为670nm或更长。在含有InGaAlP的涂层情况下也发生类似现象，其中实验上得出的带隙小于理论上所预计的带隙。活性层和涂层的带隙均可通过增加这些层的铝含量而增加。这种可能性是受限制的，尤其对于包含间接半导体材料的涂层。因为铝的逐步增加导致带隙愈来愈小的增加，并且涂层的搀杂变得更困难。就活性层来说，另一可能性是使后者更薄，然而这使得制造更困难。用实验方法发现利用取向错误的基片、例如(311)或(511)基片使实验带隙(由此使发射波长)更加接近于理论上的预计值。但是利用取向错误的基片更昂贵并具有限制谐振空腔纵方向选择的缺点。本专利技术的目的尤其是提供一种发光半导体二极管，特别是半导体二极管激光器，它不存在所述缺点或至少达到相当低程度，因此将涂层的最低可能发射波长与最大可能带隙相结合。本专利技术的另一目的是实现一种具有对应于二极管激光器的约650nm波长(则光致发光波长约640nm)带隙约等于1.94eV的含InGaP的活性层的二极管。具体地说，本专利技术的目的是实现在正好等于氦氖气体激光器波长的633nm波长发射的二极管。本专利技术还有一个目的是提供制造这种发光半导体二极管的一种简单方法。按照本专利技术，用于该目的的开篇所描述类型的发光半导体二极管的特征在于过渡层含有其铝含量至少有一属于活性层带隙的最小值的AlGaAs。发现带隙未能达到理论上所希望值是由发生在涂层和活性层混合晶体中的Ⅲ族元素晶体(亚)晶格中的成序引起的。很显然这种成序发生在各种材料的混合晶体中是可能的，对于这里所用材料，成序发生在1/2(111)A平面中并类似所谓CuPt结构成序。除了基片定向之外，发现如生长温度一类的生长条件影响是否发生这种成序。特别是在比较高生长温度时，很少或没有成序发生，因此所形成层的带隙最大。然而，当使用已知过渡层时，在高温制造的InGaP或InAlGaP半导体层的晶体结构是弱的，这对发光半导体二极管的质量是非常不利的。意外地找到含有AlGaAs而铝含量高于或等于属于活性层带隙的最小值的过渡层使得有可能在高过常用温度的情况下应用磷化铟镓(InGaP)或磷化铟铝镓(InAlGaP)层，结果其它亚晶格上剩余元素的原子具有更混乱的分布，但还是获得有非常良好表面几何形状和晶体结构的半导体层。因此所获得半导体层具有对应于其它亚晶格上剩余元素的原子的更随机分布。这意味着对于此处所用的半导体材料来说(例如In0，49Ga0，51P)具有约1.85eV的带隙(具有高度有序的结构)和基本上完全混乱分布的约1.94eV的带隙，对应于约680-650nm的发射波长。例如在In0，50Al0，10Ga0，25的情况下带隙约为2.05eV(基本上完全混乱场合)而对于In0，50Al0，30Ga0，20其为2.3eV，这比在有序结构中发现的相同材料的带隙值要大。例如，对带隙约为1.88ev的InGaP活性层来说，过渡层的铝原子最小含量约为6原子百分比(6%(原子))对其带隙约为1.92eV的InGaP活性层来说，过渡层的铝最小含量为9原子百分比。未发现AlGaAs过渡层的铝含量上限。然而，最好选择铝含量小于100原子百分比，因为纯砷化铝是相当吸湿的，这在待形成的解理表面暴露于空气时会产生问题。为保持良好导电性，铝含量可尽一步降低到相当低电阻率仍然可能的那些含量。没有找到过渡层厚度的下限具有6埃厚度及20%铝含量的过渡层也是非常令人满意的，用0.1与1μm之间过渡层厚度得到了良好的结果。应注意在文章“639nm第一有序DFB InGaP/AlGaInP激光器结构的建造和光学特性”(Electronics Letters，1990年4月26日，vol.26，no.9第614页)中所描述的装置中双异质(DH)结构与亚晶格之间存在AlGaAs层。但是，该文章未涉及发光二极管，因为不存在pn结，也没有规定的或建议铝含量。此外，由InGaP发射的特定波长(即对应于1.85ev带隙的670nm光致发光波长)显而易见InGaP具有其它亚晶格上剩余元素原子的非常稳定的有序分布(在指定作为二极管激光器的方式下发射波长约为680nm)。在本专利技术的发光半导体二极管中，所用基片可以是(基本上精确定向的)(001)基片，如上面所解释的，这是一重要优点。最好利用砷化镓基片，但其它的基片(例如硅基片)也可替换使用。在最佳实施例中，该基片含有砷化镓，其较低侧形成的一导电层，磷化铟镓或砷化铝镓的中间层及砷化镓的接触层(这些层为第二导电型)依次出现于上部涂层，半导体本体含有邻接其表面的台面成形带，该带至少含有接触层并用延伸至台面成形带之外超过该带与位于其下的层形成构成阻挡层的结的另一导电层覆盖。在该实施例中，电流非常有效地限制于位于台面成形带之下的活性区域，这促进低起始电流。该实施例具有发光半导体二极管结构简单并非常易于制造的另外优点不需掩膜步骤即可形成其它导电层。为实现尽可能小的波长，最好使用包含具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含具有第一导电型半导体基片的半导体本体的发光半导体二极管，在所述半导体基片上至少依次存在第一导电型的第一涂层、活性层、以及第二导电型的第二涂层，所述涂层含有磷化铟铝镓（ＩｎＡｌＧａＰ）以及活性层含有磷化铟镓（ＩｎＧａＰ）或磷化铟铝镓（ＩｎＡｌＧａｐ）作为半导体材料，每种半导体材料包含具有两个亚晶格的混合晶体，其中一个亚晶格上存在磷原子，而在另一个亚晶格上存在另一元素的原子，并且第一导电型的过渡层配置在基片与第一涂层之间，其特征在于：过渡层含有其铝含量至少为属于活性层带隙的最小值的砷化铝镓（ＡｌＧａＡｓ）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿德里安瓦尔斯特，库恩THF利登包姆，
申请(专利权)人：菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]