半导体发光元件的利记博彩app

专利名称：半导体发光元件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种不会增加活性层的层厚，不会增厚半导体层，不会增大第 一电极的面积，电流分散特性就能得到提高的半导体发光元件。
背景技术：
作为半导体发光元件的发光二极管(LED)近年来可以通过MOVPE法生 长GaN类或AlGalnP类的高质量晶体，因此，可以制造蓝色、绿色、橙色、 黄色、红色等高亮度LED。伴随着LED的高亮度，在汽车的刹车灯或液晶显 示器的背灯等的用途变广，需求年年增加。
自从可以通过MOVPE法生长高质量晶体以来，发光元件内部的发光效率 接近了理i仑值的界限值。然而，期望从发光元件向外部取出光的效率不会降低， 且提高光取出的效率。
例如，高亮度红色LED是由AlGalnP类材料形成的双异质架构，具有由 在导电性的GaAs基板上晶格匹配的组成的AlGalnP型材料构成的n型
作为发光部的一部分的活性层。其中，所谓的AlGalnP类材料，是指以AlGalnP 为主成分，组成比或添加物不同的各种材料的总称。在使用AlGalnP类材料的 半导体发光元件中，还可以并用GalnP、 GaP等材料。
该半导体发光元件由于GaAs基板的带隙比活性层的带隙窄，因此来自活 性层的光线多数被GaAs基板吸收，光取出效率低。
作为其对策，提高光取出效率的方法有通过在活性层与GaAs基板之间形 成由折射率不同的半导体构成的多层反射膜结构的层，从而向GaAs基板反射
光以减少在GaAs基板中的光吸收。然而，在该方法中，仅对多层反射膜结构 层具有规定入射角的光发生反射。即，仅射向GaAs基板的光的一部分发生反 射，难以充分提高取出效率。
因此，在专利文献1中公开了在制备通过使由AlGalnP类材料构成的双异
质结构的部分进行生长而形成的半导体发光元件后，通过反射率高的金属层
(反射金属膜层),将上述双异质架构的部分贴附在Si或GaAs等支持基板上， 然后除去生长中使用的GaAs基板的方法。只要使用该方法，就使用金属作为 反射层，因而无需选择对反射层的入射角，就能进行高反射率的反射。因此， 由于形成上述多层反射结构，因此能实现高亮度化。即，通过更有效地取出通 过活性层产生的光，从而能实现高亮度化。
专利文献l:特开2006- 135214号公才艮

发明内容
在现有的半导体发光元件中，通过增厚半导体层(外延层)以使电流扩散, 从而实现高亮度化。然而，在通过反射金属膜层有效反射光线，从而实现高亮 度化的半导体元件中，存在贴附、替换基板的工序，因此不太能够增厚半导体 层。其理由是如果增厚半导体层，则外延晶片的翘曲变大，难以进行贴附、替 换工序，会降低产率。
此外，增厚半导体层从原料成本来说也是不利的。
因此，作为无需增厚半导体层就改善电流分散(也称为扩散、扩大)的方 法，可以使第一电极形成细线电极结构的方法。然而，必须通过细线增大第一 电极的面积，才能改善电流分散，另一方面，由于第一电极影响部分的面积增 大，存在难以从外部取出光的缺陷。即，存在折衷的关系，第一电极的面积增 大化存在电流M改良与影响扩大的折衷关系。
在通过反射金属膜层有效反射光线而高亮度化的半导体发光元件中，如果 由活性层发光的光线在反射金属膜层上反射，则该光线会再度通过活性层。然 而，活性层对发出的光线不是完全透明的，因此通过上述反射金属膜层反射的 光在活性层中有一定吸收。为了减少该吸收，优选减薄活性层的层厚，但如果 过薄，则存在由于载流子的过流而导致发光输出降低这样的问题。
因此，本发明的目的是能解决上述课题，提供一种不会增加活性层的层厚， 不会增厚半导体层，不会增大第一电极的面积，而电流分散特性得到提高的半 导体发光元件。
为了实现上述目的，本发明的半导体发光元件具有多个AlGalnP类半导 体层(其中，多个AlGalnP类半导体层包括第一、第二导电型包覆层和挟持在
第一、第二导电型包覆层之间的产生光线的活性层)，部分覆盖第一导电型包 覆层侧主面的第一电极，覆盖第二导电型包覆层侧相反面的第二电极，在第二 导电型包覆层和第二电极之间反射上述光线的反射金属膜层，在第一导电型包 覆层和活性层之间、在活性层和第二导电型包覆层之间的任一个中或者分别设 置对上述光是透明的，且带隙比活性层大，并与活性层晶格匹配的多层膜层。上述多层膜层的材料可以由(AlxGah) yIii卜yP表示，其中，0.3^X<1, 构成上述多层膜层的各膜的膜厚可以为3 ~ 15nm。在第二导电型包覆层的第二电极层側，还可以设置以GaP、 AlGaAs、 GaAsP、 AlGalnP、 GalnP的任一种为材料的第二导电型包覆层侧接触层。在第二导电型包覆层与上述第二导电型包覆层侧接触层之间，还可以设置 材料由GaJn^P表示的中介层，其中，0.6^X<1。上述第二导电型包覆层侧^接触层由多个分割接触层构成，这些多个分割接 触层中的一部分可以是无掺杂层。构成上述第二导电型包覆层侧接触层的多个分割接触层中，挟持上述无掺 杂层的2个分割接触层在材料中所包含的决定导电型的杂质可以彼此不同。上述2个分割接触层的材料中所包含的决定导电型的杂质 一个是Mg,另 一个是Zn。上述活性层可以具有对数为5 40的多量子阱结构。 上述活性层可以具有单一结构，且层厚为20 ~ 200nm。 第一导电型包覆层的材料中所包含的决定第一导电型的杂质还可以是Te、 Se、 Si的任一种。第二导电型包覆层的材料中所包含的决定第二导电型的杂质还可以是 Mg、 Zn的任一个。在上述AlGalnP类半导体层与第一电极之间，还可以设置覆盖与第一电极 覆盖部分相同的部分，且带隙能量比上述活性层小的第一电极侧接触层。第一、第二导电型包覆层和活性层材料还可以由(AlxGa卜x) YIni-YP表示， 其中，0<X<1， 0.4芸Y^0.6。位于上述AlGalnP类半导体层与上述反射金属膜层之间的第一电极没有
覆盖的部分中，还可以设置多个欧姆接触接合部。在位于上述AlGalnP类半导体层与上述反射金属膜层之间的上述欧姆接 触部之间，还可以形成氧化物层。 上述氧化物层的层厚D还可以在 d-常数Ax波长入p/ (4x折射率n)的关系式(常数A为奇数)表示的值的±30%的范围内。 上述氧化物层的材料是Si02、 SiN的任一种或两种的组合。 在上述AlGalnP类半导体层的第 一导电型包覆层侧的主面上，还可以形成 凹凸。在上述AlGalnP类半导体层的第 一导电型包覆层侧的主面上，还可以形成 主面氧化物层，其材料为具有该AlGalnP类半导体层与空气之间的折射率或该 AlGalnP类半导体层与树脂之间的折射率的氧化物。主面氧化物层的材料是Si02、 SiN的任一种或两种的组合。本发明能体现出如下优异的效果。(1)不会增加活性层的层厚，不会增厚半导体层，不会增大第一电极的 面积，而电流分狀特性就能得到提高。


图1是表示本发明一个实施方式的半导体发光元件的截面结构图。 图2是用于制备本发明半导体发光元件的晶片的截面结构图。 图3是用于制备本发明半导体发光元件的晶片的截面结构图。 图4是用于制备本发明半导体发光元件的晶片的截面结构图。 图5是用于制备本发明半导体发光元件的晶片的截面结构图。 图6是作为比较例制备的晶片的截面结构图。图7是本发明实施例的半导体发光元件中对数对发光输出的特性图。 图8是比较例的半导体发光元件中对数对发光输出的特性图。 符号说明1半导体元件2第一导电型包覆层3第二导电型包覆层4活性层5AlGalnP类半导体层6第一电极7第二电极8反射金属膜层9第一侧多层膜层10第二侧多层膜层具体实施方式
以下，基于附图对本发明的一个实施方式进行详述。本发明人为了解决上述课题，进行了精心的研究，结果发现，如果增加构 成活性层的多量子阱(MQW)的对数，则伴随着其的增加，电流分散特性良 好(参见图7、图8)。然而，如果在反面增加活性层的层厚，则光的吸收也增 加，因此无法充分地提高发光效率。因此，进行了更精心的研究，结果发现，无需增加活性层自身，使用对通 过活性层产生的光是透明的材料，追加与MQW类似的异质结构的层(以下， 称为多层膜层)，电流分散特性也良好。由此无需增加活性层而设置多层膜厚 的结果是在半导体发光元件内部的光吸收损失比以往降低，且能具有与以往相 同的电流分散特性，从而实现高效率、高亮度的半导体发光元件。如图1中所示，本发明的半导体发光元件1具有多个AlGalnP类半导体 层5(其中，该多个AlGalnP类半导体层5包括第一、第二导电型包覆层2、 3， 挟持在第一、第二导电型包覆层2、 3中且产生光线的活性层4),部分覆盖第 一导电型包覆层侧的主面的第一电极6，覆盖第二导电型包覆层侧相反面的第 二电极7，以及在第二导电型包覆层3和第二电极7之间，反射上述光线的反 射金属膜层8;其中，在第一导电型包覆层2和活性层4之间、在活性层4和 第二导电型包覆层3之间，分别设置对上述光是透明的，且带隙比活性层4 大，并与活性层4进行晶格匹配的多层膜层9、 10。将第一导电型包覆层2与 活性层4之间的多层膜层9称为第一侧多层膜层9,将活性层4和第二导电型 包覆层3之间的多层膜层IO称为第二侧多层膜层10。第一侧、第二侧多层膜层9、 IO的材料由(AlxGah) Yln卜yP表示,其中，
第一侧、第二侧多层膜层9、 IO通过层叠多个膜而构成，这些每一个膜的膜厚为3 15nm。第一侧、第二侧多层膜层9、 10优选层厚为50 ~ 500nm。在第二导电型包覆层3的第二电极侧，设置以GaP、 AlGaAs、 GaAsP、 AlGalnP、 GalnP的任一种为材料的第二导电型包覆层侧接触层11。在第二导电型包覆层3与第二导电型包覆层侧接触层11之间，设置材料 由GaxIn^P表示的中介层，其中，0.6^X<1。第二导电型包覆层侧^接触层11由多个(这里为3个)分割接触层13、 14、 15构成。这些多个分割接触层中的一部分的分割接触层14是没有主动添加决 定导电型的杂质的无掺杂层。构成第二导电型包覆层侧接触层11的多个分割接触层13、 14、 15中，挟 持上述无掺杂层14的2个分割接触层13、 15,在材料中包含的决定导电型的 杂质也可以匸波此不同。2个分割接触层13、 15的材料中包含的决定导电型的杂质一个是Mg,另 一个是Zn。即，在位于第二导电型包覆层侧接触层11中第一电极侧，与中介 层12相接的分割接触层13的材料中含有Mg，在位于第二导电型包覆层侧接 触层11中第二电极侧的分割接触层15的材料中含有Zn。活性层4具有对数为5 40的多量子阱(MQW)结构。其中，活性层4 还可以具有单一的层结构，且层厚为20 ~ 200nm。此外，活性层4还可以具有应变多量子阱结构。第一导电型包覆层2的材料中所包含的决定第一导电型的杂质是Te、 Se、 Si的任一种。第二导电型包覆层3的材料中所包含的决定第二导电型的杂质是Mg、 Zn 的任一种。在AlGalnP类半导体层5与第一电极6之间，还可以设置覆盖与第一电极 6覆盖部分相同的部分，带隙能量比上述活性层4小的第一电极侧接触层16。第一、第二导电型包覆层2、 3和活性层4的材料由(AlxGa卜x) YIni-YP 表示，其中，0<X<1, 0.4芸Y^0.6。在位于AlGalnP类半导体层5与反射金属膜层8之间的第一电极6中没有 覆盖的部分，还可以设置多个欧姆接触接合部17。
在位于AlGalnP类半导体层5与反射金属膜层8之间的上述欧姆接触部 17之间，还可以形成氧化物层18。 氧化物层18的层厚D还可以在 d-常数Ax波长入p/ (4x折射率n)的关系式(常数A为奇数)表示的值的±30%的范围内。 氧化物层18的材料是Si02、 SiN的任一种或两种的组合。 此外，图1的半导体发光元件1除了已经描述的特征以外，在第一导电型 包覆层2和第一电极侧接触层16之间，设置窗口层19。此外，在反射金属膜 层8的第二电极侧设置金属密接层20，在该金属密接层20与第二电极7之间， 设置GaAs支持基板21。以下，通过图2对图1的半导体发光元件1的制造方法进行说明。 如图2中所示，在决定导电型的杂质是Si的n型GaAs生长用基板(光 吸收性半导体基;^反)22上，通过依次生长蚀刻阻止层23、用于形成第一电核_ 侧接触层16的层24、窗口层19、第一导电型包覆层2、第一侧多层膜层9、 活性层4、第二侧多层膜层IO、第二导电型包覆层3、中介层12、第二导电型 包覆层侧接触层11 (分割接触层13、 14、 15),从而形成层叠AlGalnP类半导 体层5的晶片25。在该晶片25的分割接触层15的表面，形成用于形成氧化物层8的层(未 图示)，在该层中形成用于放入欧姆接触层接合部17的洞，在该洞内形成欧姆 接触层接合部17。没有欧姆接触层接合部17的部分为氧化物层18。在这些欧 姆接触层接合部17和氧化物层18上依次设置反射金属膜层8、金属密接层20、 GaAs支持基板21，然后除去GaAs生长用基板22和蚀刻阻止层23 。然后，在用于形成第一电极侧接触层16的层24的表面形成第一电极6， 将该第一电极6作为掩^t，形成第一电极侧接触层16。此外，通过在GaAs 支持基板21的表面形成第二电极7，从而获得图1的半导体发光元件1。本发明的半导体发光元件1,在第一导电型包覆层2与活性层4之间设置 多层膜层9，在活性层4与第二导电型包覆层3之间设置多层膜层10,因此与 以往相比，能减少在半导体发光元件内部中的光吸收损失，且可以具有与以往 相同的电流分散特性，从而实现高效率、高亮度的半导体发光元件1。
以下，对其他实施方式进行说明。如图3中所示，在决定导电型的杂质是Si的n型GaAs生长用基板(光 吸收性半导体基板)22上，通过依次生长蚀刻阻止层23、用于形成第一电极 侧接触层16的层24、窗口层19、第一导电型包覆层2、第一侧多层膜层9、 活性层4、第二导电型包覆层3、中介层12、第二导电型包覆层侧接触层11 (分割接触层13、 14、 15),从而形成层叠AlGalnP类半导体层5的晶片31。晶片31与图2的晶片25相比，除了没有第二侧多层膜层10以外，是相 同的。在该晶片31中，与上述实施方式同样设置氧化物层18、欧姆接触层接 合部17、反射金属膜层8、金属密接层20、 GaAs支持基板21，除去GaAs生 长用基板、蚀刻阻止层23，形成第一电极6、第一电极侧接触层16，形成第 二电极7，从而获得本发明的半导体发光元件。如图4中所示，在导决定电型的杂质是Si的n型GaAs生长用基板(光 吸收性半导体基板)22上，通过依次生长蚀刻阻止层23、用于形成第一电极 侧接触层16的层24、窗口层19、第一导电型包覆层2、活性层4、第二侧多 层膜层IO、第二导电型包覆层3、中介层12、第二导电型包覆层侧接触层11 (分割接触层13、 14、 15)，从而形成层叠AlGalnP类半导体层5的晶片41。晶片41与图2的晶片25相比，除了没有第一侧多层膜层9以外，是相同 的。在该晶片41中，与上述实施方式同样设置氧化物层18、欧姆接触层接合 部17、反射金属膜层8、金属密接层20、 GaAs支持基板21,除去GaAs生长 用基板、蚀刻阻止层23,形成第一电极6、第一电极侧接触层16,形成第二 电极7,从而获得本发明的半导体发光元件。如图5中所示，在决定导电型的杂质是Si的n型GaAs生长用基板(光 吸收性半导体基板)22上，通过依次生长蚀刻阻止层23、用于形成第一电极 侧接触层16的层24、窗口层19、第一导电型包覆层2、第一侧多层膜层9、 活性层4、第二侧多层膜层IO、第二导电型包覆层3、中介层12、第二导电型 包覆层侧接触层51 (分割接触层13、 15 )，从而形成层叠AlGalnP类半导体层 5的晶片52。晶片52与图2的晶片25相比，除了第二导电型包覆层侧接触层51与第 二导电型包覆层侧接触层11不同以外，是相同的。即，第二导电型包覆层侧 接触层51由决定导电型的杂质彼此不同的分割接触层13、 15构成，没有作为 无掺杂层的分割接触层14。与上述实施方式同样，由该晶片52获得本发明的 半导体发光元件。以下，对各层的适合条件进行描述。第一側、第二侧多层膜层9、 10期望对由活性层4发出的光线是透明的。 然而，如果异质界面的势垒过小，则扩散电流的效果变小。因此，在发光峰波 长在630nm附近的情况下，材料优选是(AM3a卜x) yIii!-yP表示的物质，其 中，0.3sX<l， 0.4芸Y芸0.6。更优选0.35sX〈1的材料，进一步优选将0.3s Xs0.4的材料和0.70^X当0.75的材料组合使用。构成第一侧、第二侧多层膜层9、 IO的每一个膜的膜厚无论过厚，还是过 薄，电流分散效果均减小。各膜厚优选为3~ 15nm,更优选为5 ~ 10nm。中介层12的材料优选是由GaJnnP表示的材料，其中，0.6^X<1,这是 由于如果X小于0.6,则会吸收在630nm的波长下发出的光线。在发光波长不 同的情况下，X的优选值范围也不同。在发光峰波长为595nm时，优选06<X。在位于第二导电型接触层侧接触层11中的第二电极侧的分割接触层15的 材料中，优选含有Zn。这是由于与Mg相比，Zn容易添加，可以获得更低的 电阻。通过在材料中添加较多的Zn，从而能降低分割接触层15与欧姆接合部 17的接触电阻，且可以降低半导体发光元件1的顺向电压。然而，在位于第二导电型接触层侧接触层11中的第一电极侧，与中介层 12连接的分割接触层13的材料中，优选含有Mg。这是由于与Zn相比，Mg 难以扩散，通过在材料中添加Mg,从而能抑制掺杂剂在活性层中扩散而损害 晶体性，因此能防止初期发光输出的降低，并能提高可靠性。在构成第二导电型包覆层側接触层11的多个分割接触层中的在材料中添 加Zn的分割接触层15和在材料中添加Mg的分割接触层13之间，设置作为 无掺杂的分割层14，这是由于如果在材料中添加Zn的分割接触层15和在材 料中添加Mg的分割接触层13相邻存在，则会产生掺杂剂的相互扩散。如果 产生相互扩散，则Zn向活性层中扩散，这是初期发光输出的降低和可靠性降 低的原因，因此是不优选的。在这点上，在本发明中，通过设置分隔接触层 14,从而能隔离分隔接触层15和分隔接触层13,因此能防止相互扩散。
在活性层4是多量子阱(MQW)结构的情况下，对数优选为5 50对。 更优选为10~40对。这是由于对数较少的话，该无掺杂MQW活性层7中的 光吸收减少，因此光取出效率提高，但如果对数过少，则会引起电子和空穴的 过度流动，内部量子效果降低，发光效率降低。在活性层4是单一结构的情况下，优选厚度为20~200nm。如果活性层4 的层厚过薄，则光吸收减少，但由于过度流动，发现发光效率降低，如果过厚， 则光吸收变多，因此光取出效率降低。更优选为40 ~ 200nm。本发明的半导体发光元件1的发光波长例如是630nm。通过使用与其相同 的AlGalnP类材料，还可以形成不同的发光波长，例如是560nrn ~ 660nm。即 使在该情况下，也能发挥本发明的效果。第一电极6的平面形状例如是在圆形中设置放射状分支。除此之外，还可 以是长方形、菱形、多边形、异形(任意形状)。即使在这些情况下，也能发 挥本发明的效果。支持基板并不限于GaAs支持基板21，还可以使用Ge支持基板、Si支持 基板、金属支持基板。即使在这些情况下，也能发挥本发明的效果。在图1的半导体发光元件中，作为AlGalnP类半导体层5的第一导电型包 覆层侧的主面的窗口层19的表面是平坦的，还可以在窗口层19的表面形成凹 凸。此外，在作为主面的窗口层19上，还可以设置的主面氧化物层，其材料 为具有窗口层19与空气之间的折射率或窗口层19与树脂之间的折射率的氧化 物。此时，主面氧化物层的材料是Si02、 SiN的任一种或两种的组合。其中，树脂用于构成将作为空白芯片提供的半导体发光元件1进行密封的 外包装，从而能机械保护半导体发光元件1，使形状一律整齐、具有透镜效果、 散射效果等，从而形成作为产品的LED灯。折射率为半导体发光元件1的主 面>主面氧化物层>树脂的顺序，树脂的折射率最小。实施例实施例# 1制备具有图2中所示结构、发光波长在630nm附近的红色LED用外延晶 片(晶片25)。外延的生长方法、各层的组成比、层厚、载流子浓度、添加物、
导电型、电极形成方法和LED元件制备方法如下所述。在导决定电型的杂质是Si的n型GaAs生长用基板(光吸收形半导体基 板)22上，通过MOVPE法，依次生长n型(掺杂Se ) ( Al0.7Ga0.3) 0.5In0.5P 蚀刻阻止层(层厚200nm、载流子浓度1 x 1017/cm3) 23、 n型(掺杂Se) GaAs 发光二极管主面侧接触层(用于形成第一电极侧接触层16的层)(层厚 100nm、载流子浓度1 x 1018/cm3) 24、 n型(掺杂Se ) (Al0.4Ga0.6) 0.5In05P窗 口层(层厚lOOOnm、载流子浓度1.2 x 1018/cm3) 19、 n型(掺杂Se ) (Ala7Ga0.3) 0.5Ina5P第一导电型包覆层(层厚500nm、载流子浓度5 x 1017/cm3) 2、无掺杂 多层膜层(第一侧多层膜层)9、无掺杂MQW活性层(活性层)4、无掺杂多 层膜层(第二侧多层膜层)10、 p型(掺杂Mg) (Al0.7Gao.3) 0.51110.5P第二导电 型包覆层(层厚400nm、载流子浓度1 x 1018/cm3) 3、 p型(掺杂Mg) Gao.6In0.4P 中介层(层厚10nm、载流子浓度1.2 x 1019/cm3) 12 、 p型(掺杂Mg) GaP 接触层(分割接触层)(层厚10nm、载流子浓度1.2x I019/cm3) 13、无掺杂 GaP接触层(分隔接触层)(层厚lOOnm ) 14、 p型(掺杂Zn) GaP接触层(分 隔接触层)(层厚100nm、载流子浓度1.2 x 1019/cm3 )15,从而形成层叠AlGalnP 类半导体层5的晶片25。第一侧、第二侧多层膜层9、 10，以材料为(Alo.4Gao.6) 。.5ino.5P的膜(膜 厚10nm)和材料为(Ala7Gao.3) G.5InQ.5P的膜(膜厚10nm)为1对，设置成 4.5对。活性层4，以材料为(Al0.6Gao.4) 0.5In0.5P的膜(膜厚10nm)和材料为 Gao.麵.sP的膜(膜厚10nm)为1对,设置成39.5对。MOVEP生长中的生长温度是从蚀刻阻止层23至分割接触层15的生长温 度为650。C。在生长压力为6666Pa( 50Torr )、各层的生长速度为0.3 ~ 1.0nm/sec、 V/III比约为50 ~ 150下进行。所谓的V/III比，是指分母为三曱基镓(TMGa)或三曱基铝(TMA1)等 III族原料的摩尔数，分子为砷化氢(AsH3)或磷化氢(PH3)等V族原料的 摩尔数的比率(商)。MOVEP生长中使用的有机金属，Ga的颜料是TMGa或三乙基镓(TEGa )、 Al的原料是TMAl、 In的原料是三甲基铟(TMIn)。此外，氢化物气体是As的原料为AsH3, P的原料为PH3。作为用于蚀刻阻止层23那样n型层的添加物原料，使用氢化硒(H2Se )。 作为用于第二导电型包覆层3那样的p型层的添加物原料，使用二茂镁 (Cp2Mg)。作为用于分隔接触层15那样p型层的决定导电型的杂质的添加物 原料，使用二乙基锌(DEZn)。在n型半导体层导电型决定添加物中，可以使 用二硅烷(Si2H6)、单硅烷(SiH4)、 二乙基碲(DETe)。作为Zn的供应源， 可以使用二曱基辞(DMZn)。从MOVPE装置l般出如上形成的晶片25后，在分割接触层15的表面设置 用于形成氧化物层18的层(Si02膜)，厚度为105nm。通过抗蚀剂和掩模调整 器，采用通常的光刻技术，将该层(Si02膜)的一部分除去，从而形成用于放 入欧姆接触接合部17的洞。通过真空蒸镀法，在该洞内形成欧姆接触接合部 17。上述层(Si02膜)不是欧姆接触接合部17的部分是氧化物层18。在欧姆接触接合部51中使用金锌(AuZn)合金。欧姆接触接合部51的 尺寸、形状从主表面看去，是直径10 nm的圆形状(点状)、厚度形成为105nm。 欧姆接触接合部51的设置是在纵横上形成30iam的间距。然后，进行使欧姆 接触接合部5合金化的合金工序。在合金工序中，在氮气氛围中，在40(TC下 加热，进行5分钟热处理。然后，在欧姆接触接合部5和氧化物层18上形成反射金属膜层8。反射 金属层8依次分别以200nm、 200nm、 500nm的厚度蒸镀形成铝(Al )、钛(Ti )、 金(Au)。然后，准备GaAs基板21作为支持基板。在该GaAs基板21的表面依次 以IOO證、100nm、 500nm的厚度蒸镀金锗(AuGe)合金、钛(Ti )、金(Au )， 从而形成金属密接层20。在晶片25的反射金属膜层8上贴合该GaAs基板21的Au表面。贴合在 压力为1.3Pa的氛围下，在加重为30Kgf/cn^负荷的状态下，温度为350。C下， 保持60分钟进行。然后，对在该GaAs基板21上贴合的晶片25，通过抗蚀剂保护GaAs基 板21的表面后，通过氨水和过氧化氢水的混合液蚀刻除去GaAs生长用基板 22，露出蚀刻阻止层23。然后，用盐酸除去蚀刻阻止层22，露出用于形成第 一电极侧接触层16的层24。然后，使用丙酮和甲醇除去GaAs基板21的抗蚀 剂。然后，在层24的表面，通过抗蚀剂和掩模调整器，采用通常的光刻技术 和真空蒸镀法，形成直径lOOiam的圆形中心部分和从其中心部分方文射状伸出 宽度10/am枝的表面电极(第一电极)6。第一电极6通过依次分别以100nm、 100nm、 500nm的厚度蒸镀金锗(AuGe)合金、钬(Ti )、金(Au)而形成。形成该第一电极6后，使用由硫酸、过氧化氢水和水的混合液构成的蚀刻 液，以第一电极6作为掩模，对层24进行蚀刻。通过该蚀刻，能选择性地残 留层24中第一电极6重叠的部分，形成第一电极侧接触层16,第一电极6没 有重叠的部分被除去，从而露出窗口层19。另 一方面，在GaAs基板21的整个面上，通过真空蒸镀法形成第二电极7。 第二电极7依次分别以60nm、 10nm、 500nm的厚度蒸镀金锗(AuGe )合金、 钛(Ti)、金(Au)，然后，进行将第二电极7合金化的合金工序。在合金工序 中，在氮气氛围下加热至400。C,热处理5分钟。为了将具有由此形成第二电极7的GaAs基板21的晶片25从以第一电极 6的圓形中心部分作为中心的每1个元件中分离，使用芯片切割装置，将芯片 尺寸切割成300iam的方块，/人而形成LED空白芯片。在TO - 18芯轴上安装 (管芯焊接)该LED空白芯片。然后，在该LED空白芯片上进行线引坪接， 获得LED元件。对该LED元件的初期特性进行评价的结果是20mA通电时(评价时) 的发光输出5.35mW，工作电压2.07V这样的初期特性。此外，为了评价可靠 性特性，在常温、常湿的环境下，以50mA驱动该LED元件，在该状态下， 进行168小时(l周)的连续通电试验。结果，连续通电试验前后的相对比较 值为输出103% (连续通电试验前为100% )，可靠性特性获得良好的结果。在该实施例# 1中，活性层4的对数为39.5对，作为实施例# 1的变形例， 还制备了对数为2、 5、 10、 20、 30、 60、 80的LED元件。在这些变形例的 LED元件中，对数为5~30的元件的初期特性、可靠性特性与实施例#1的 LED元件相同。然而，如果对数超过40,则由于活性层4中光吸收增大的影 像，存在发光输出降低的倾向。
即，如图7中所示，在对数为一位数时，随着对数的增加发光输出急剧增 大，当对数超过5对，则发光输出足够大。在对数为10-40下，发光输出也 足够大。此外，通过盐酸类蚀刻液对实施例# 1的LED元件主面进行凹凸化处理。 形成该凹凸的变形例的LED元件可以获得初期特性的发光输出6.86mW。此外，在形成该凹凸的变形例的LED元件的最表面形成SiN膜。形成该 SiN膜的变形例的LED元件可以获得初期特性的发光输出8mW。显示出可靠 性特性的连续通电试验前后相对比较值在形成凹凸的变形例、在凹凸上形成 SiN膜的变形例中均为100%，可靠性也良好。如果汇总实施例#1的结果，则可知，为了提高发光输出，可以通过第一 側、第二侧多层膜层9、 IO提高电流分散特性，降低活性层4中的光吸收。实施例#2、 #3制备具有图3中所示结构、发光波长在630nm附近的晶片31和具有图4 中所示结构、发光波长在630nm附近的晶片41,使用这些晶片31、 41，制备 实施例#2、弁3的LED元件。在实施例弁2的LED元件中没有第二侧多层膜 层10,在实施例#3的LED元件中没有第一侧多层膜层9，除此之外，与实 施例# 1的LED元件相同。对这些LED元件初期特性的评价结果是20mA通电时(评价时)的发 光输出在实施例#2的LED元件中为4.82mW、在实施例#3的LED元件中为 5.03mW，获得了较高的发光输出。此外，连续通电试-险前后相对比较值为102 %和98%,可靠性也良好。实施例# 4制备具有图5中所示结构，发光波长在630nm附近的晶片52,使用该晶 片52制备实施例# 4的LED元件。实施例# 4的LED元件在第二导电型包覆 层侧接触层51中没有分割接触层14,分割接触层13、 15彼此相连。此外， 通过使分割接触层13的层厚为500nm，从而使第二导电型层侧接触层51的总 层厚与实施例#1的第二导电型包覆层侧接触层11的总层厚相同。其它与实 施例#1的LED元件相同。
输出为4.85mW，初期特性良好。此外，连续通电试验前后相对比寿交值为93 %，可靠性也良好。 比4交例为了与本发明进行比较，制备图6中所示的晶片61，使用该晶片61制备 比较例的LED元件。如图6中所示，该晶片61由GaAs生长用基板22、蚀刻 阻止层23、用于形成第一电极侧接触层16的层24、窗口层19、第一导电型 包覆层2、第一侧单层膜层62、活性层4、第二侧单层膜层63、第二导电型包 覆层3、中介层12、分割接触层13、 14、 15构成。即，如果与实施例#1的 晶片25进行比较，则除了设置第一侧、第二侧单层膜层62、 63代替第一侧、 第二侧多层膜层9、 IO以外是相同的。外延生长方法、各层的组成比、层厚、载流子浓度、添加物、导电型、电 4l形成方法和LED元件制备方法如下所述。在决定导电型的杂质是Si的n型GaAs生长用基板(光吸收形半导体基 板)22上，通过MOVPE法，依次生长n型(掺杂Se ) ( Al0.7Gao.3) 。.5In0.5P 蚀刻阻止层(层厚200nm、载流子浓度1 x 1017/cm3) 23、 n型(掺杂Se) GaAs 发光二极管主面侧接触层(用于形成第一电极侧接触层16的层)(层厚 100nm、载流子浓度1 x 1018/cm3) 24、 n型(掺杂Se ) (Al0.4Ga0.6) 0.5In0.5P窗 口层(层厚lOOOnm、载流子浓度1.2 x 1018/cm3) 19、 n型(掺杂Se) ( Ala7Ga0.3) a5InQ.5P第一导电型包覆层(层厚500nm、载流子浓度5 x 1017/cm3) 2、无掺杂 多层膜层(第一侧单层膜层)62、无掺杂MQW活性层(活性层)4、无掺杂 多层膜层(第二侧单层膜层)63、 p型(掺杂Mg) ( AlQ.7Gao.3) o.5Ino.5P第二导 电型包覆层(层厚400nm、载流子浓度1 x 1018/cm3 )3、p型(掺杂Mg)Gaa6In0.4P 中介层(层厚10nm、载流子浓度1.2x I019/cm3) 12 、 p型(掺杂Mg) GaP 接触层(分割接触层)(层厚400nm、载流子浓度1.2 x 1019/cm3) 13、无掺杂 GaP接触层(分隔接触层)(层厚lOOnm ) 14、 p型(掺杂Zn ) GaP接触层(分 隔接触层)(层厚100nm、载流子浓度l,2x 10力cm"15,从而形成层叠AlGalnP 类半导体层5的晶片61。第一侧、第二侧单层膜层62、 63的材料为(Alo.7Gao.3) Q.5Ina5P，膜厚为 10nm。
与实施例#1同样，从该晶片61制备比较例的LED元件。对该LED元 件初期特性评价的结果是20mA通电时(评价时)的发光输出为3.54mW, 工作电压为L98V。此外，连续通电试验前后相对比较值为85%。比较例的 LED元件的初期特性、可靠性特性不及实施例# 1 ~ # 4的LED元件的初期特 性、可靠性特性。对于该比较例的LED元件，制备了多个活性层4的对数不同的元件，研 究对数与发光输出的关系，获得图8的特性。在比较例中，对于外延结构的一 部分不同的3种晶片，分别制备活性层4的对数不同的元件，对由各个晶片制 备的LED元件的发光输出进行试验，如果增加构成活性层的多量子阱(MQW) 的对数，则伴随着该增加，发光输出提高。即，如果异质接合的数量较多，则 发光输出提高。
权利要求
1.一种半导体发光元件，其具有多个AlGaInP类半导体层，所述多个AlGaInP类半导体层包括第一、第二导电型包覆层，以及挟持在第一、第二导电型包覆层之间的、产生光线的活性层；部分覆盖第一导电型包覆层侧主面的第一电极；覆盖第二导电型包覆层侧相反面的第二电极；在第二导电型包覆层和第二电极之间反射所述光线的反射金属膜层，其特征在于，在第一导电型包覆层和活性层之间、在活性层和第二导电型包覆层之间的任一个中或者各自设置对所述光线是透明的，且带隙比活性层大，并与活性层晶格匹配的多层膜层。
2，如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述多层膜层的 材料由(AlxGa卜x) yIii卜yP表示，其中，0.3sX<l， 0.4^Y§0.6。
3. 如权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，构成所述多 层膜层的各膜的膜厚为3 ~ 15nm。
4. 如权利要求1~3中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，在第 二导电型包覆层的第二电极层侧，设置以GaP、 AlGaAs、 GaAsP、 AlGalnP、 GalnP的任一种为材料的第二导电型包覆层侧接触层。
5. 如权利要求4所述的半导体发光元件，其特征在于，在第二导电型包 覆层与所述第二导电型包覆层侧接触层之间，设置材料由GaJn,iP表示的中 介层，其中，0.6^X<1。
6. 如权利要求4或5所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第二导 电型包覆层侧接触层由多个分割接触层构成，所述多个分割接触层中的一部分 是无掺杂层。
7. 如权利要求6所述的半导体发光元件，其特征在于，构成所述第二导 电型包覆层侧接触层的多个分割接触层中，挟持所述无掺杂层的2个分割接触 层在材料中包含的决定导电型的杂质彼此不同。
8. 如权利要求7所述的半导体发光元件，其特征在于，所述2个分割接 触层的材料中包含的决定导电型的杂质一个是Mg,另一个是Zn。
9. 如权利要求1 - 8中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，所述 活性层具有对数为5 ~ 40的多量子阱结构。
10. 如权利要求1 ~8中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，所 述活性层具有单一结构，且层厚为20 ~ 200nm。
11. 如权利要求1 10中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，第 一导电型包覆层的材料中包含的决定第一导电型的杂质是Te、 Se、 Si的任一 种。
12. 如权利要求1-11中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，第 二导电型包覆层的材料中包含的决定第二导电型的杂质是Mg、 Zn的任一种。
13. 如权利要求1 12中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，在 所述AlGalnP类半导体层与第一电极之间，设置覆盖与第一电极所覆盖部分相 同部分的、带隙能量比所述活性层小的第 一电极侧接触层。
14. 如权利要求1 13中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，第 一、第二导电型包覆层和活性层材料由(AlxGa卜x)Yln「yP表示，其中，0<X<1, 0.4sYs0.6。
15. 如权利要求1 14中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，在 所述AlGalnP类半导体层与所述反射金属膜层之间的第一电极所没有覆盖的 部分，设置多个欧姆接触接合部。
16. 如权利要求1-15中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，在 所述AlGalnP类半导体层与所述反射金属膜层之间的所述欧姆接触接合部之 间，形成氧化物层。
17. 如权利要求16所述的半导体发光元件，其特征在于，所述氧化物层的层厚D在d-常数Ax波长入p/ (4x折射率n)的关系式(常数A为奇数)表示的值的±30%的范围内。
18. 如权利要求16或17所述的半导体发光元件，其特征在于，所述氧化 物层的材料是Si02、 SiN的任一种或两种的组合。
19. 如权利要求1 ~ 18中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，在 所述AlGalnP类半导体层的第 一导电型包覆层侧的主面上，形成凹凸。
20. 如权利要求1-19中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，在 所述AlGalnP类半导体层的第一导电型包覆层侧的主面上设置主面氧化物层， 所述主面氧化物层的材料为具有所述AlGalnP类半导体层与空气之间的折射 率或所述AlGalnP类半导体层与树脂之间的折射率的氧化物。
21. 如权利要求20所述的半导体发光元件，其特征在于，主面氧化物层 的材料是Si02、 SiN的任一种或两种的组合。
全文摘要
本发明提供了一种不会增加活性层的层厚，不会增厚半导体层，不会增大第一电极的面积，电流分散特性就能得到提高的半导体发光元件。其是在具有第一、第二导电型包覆层(2、3)和活性层(4)的半导体发光元件(1)中，在第一导电型包覆层(2)与活性层(4)之间、在活性层(4)与第二导电型包覆层(3)之间，分别设置对上述光线是透明的，且带隙比活性层(4)大，并与活性层晶格匹配的多层膜层(9、10)。
文档编号H01L33/22GK101165933SQ20071018234
公开日2008年4月23日 申请日期2007年10月18日 优先权日2006年10月19日
发明者今野泰一郎, 古屋贵士 申请人:日立电线株式会社