CN1034534C - 窗层结构的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种半导体器件领域的发光二极管。其特征在于它包含第一导电性的半导体基层，一个基体的铝镓铟磷双异体，以及带第二导电性的两窗层半导体窗层结构，窗层部分则由一层砷化镓和一层磷化镓组成。先将第一窗层砷化镓以有机金属源气相外延(OMVPE)技术生长在铝镓铟磷双异体上。再将第二窗层磷化镓以OMVPE或气相外延(PVE)技术生长在第一窗层上。由于第一窗层砷化镓的介入，增加了导体电流的流散而提高了二极管的发光效率和生产的成品率。
Description
本发明属于一种半导体器件领域的发光二极管。
近几年来，由铝镓铟磷(AlCaInP)双异体制成的发光二极管相继被研制完成，一个典型的铝镓铟磷双异体元件包含一负导电性的砷化镓(CaAs)基层及生长在基层上的数层半导体，首先将一层负导电性铝镓铟磷限制层生长的基层上，然后生长一层本征的铝镓铟磷有源层，再生长一层正导电性的铝镓铟磷限制层上。这类二极管的发光效率由电流流散的情况而定，因为上层的正导电性铝镓铟磷电阻很高，电流的流散一般极为有限。虽然加高上层限制层的厚度可以扩充电流的散布，然而要生长一层厚的铝镓铟磷在技术上是很困难的。1991年，Hideto Sugawara等入申请″SemiconductorLight Emitting Device″的专利(US5048035)和R.M.Fletcher等人申请″Light-Emitting Diode with anElectrically Conductive Window″的专利(US5008718)中，都对双异体铝镓铟磷(AlGaInp)的方式进行了研究。其中一种技术是包括在上层正导电性铝镓铟磷上生长一层高带隙及高导电性的材料，如镓铝砷(GaAlAs)材料而形成各种形状及结构的电流阻挡层来增加电流的密度，该技术在波长较长的红光及橙光较适用，而在波长较短的黄光及绿光则难以应用。另一种技术是生长一层晶格不匹配的磷化镓在上层铝镓铟磷限制层上。因为晶格不匹配，在磷化镓和铝镓铟磷界面常有断层及缺陷，生长一层厚且高质量的磷化镓窗层是不容易的。因此以这些技术制成的二极管其长期的可靠性和稳定性是不够的。
本发明的目的在于提出一种包含有两窗层结构的高效发光二极管，它提高了窗层的电流分散效果，并且窗层的厚度愈薄所需的生长时间较短，从而可以提高发光效率，克服了现有技术的不足。
本发明所采用的技术在于以传统的铝镓铟磷(AlGaInp)双异体生长在负导电性的砷化镓(GaAs)基层上，再在双异体上生长一包含有两窗层的窗层结构，双异体铝镓铟磷有一层负导电性的铝镓铟磷下限制层，一层本征铝家铟磷(Undoped-AlGaInp)有源层以及一层导电性的铝镓铟磷上限制层。窗层结构是一层很薄的砷化镓(GaAs)以及一层磷化镓(GaP)。
本发明由于先生长一层薄的砷化镓作为第一窗层，因其晶体结构类似于铝镓铟磷，因此可以控制成分使其极为密合，然后生长第二窗层磷化镓在砷化镓上较为容易，而且可以有良好的界面，因而大大提高生产的成品率。又因第一窗层砷化镓为低带隙材料，且有高于铝镓铟磷及磷化镓的导电性，使整个窗层结构的电阻降低，二极管的顺向电压也降低，电流的流散得以增强，因次提高了发光的效率。除此之外，因为整个窗层结构的电阻降低，其厚度也可以相对的减薄以利于生产。
图1是本发明的横截面结构图。
本发明的一个较佳实施方案是以负导电性的n型砷化镓半导体材料作为基层7、基层7的厚度是250到300微米、将一层负导电性的铝镓铟磷层6以有机金属源气相外延(OMYPE)技术生长在基层7上；该负电性半导体层厚度一般采用0.1至2微米，在该铝镓铟磷层6上以同样技术生长一层本征的铝镓铟磷有源层5，然后再生长一层正导电性的铝铟磷化镓限制层4，这两层的厚度也分别为0.1至2微米。在本发明中，形成窗层结构时，先以一层正导电性和晶体结构相似而且带隙小于有源层5的材料，如砷化镓作为第一窗层3，它生长在铝镓铟磷双导体的上层限制层4上，该第一窗层3是一不透明而较薄层，一般是0.01到0.1微米间、它也是以OMVPE的技术生长的。第二窗层则是以气相外延VPE或有机金属源气相外延(OMVPE)的技术直接在第一窗层3上生长正导电性，且带隙高于动作层的材料，如磷化镓作为第二窗层2，它是一种透明材料，其厚度可以从5到15微米。最后将二极管的负电极层8，以蒸镀方式镀在砷化镓基层7的背面；将正电极1镀在第二窗层2的磷化镓上面。在半导体制作过程完成后，将晶片切割成立方形的晶粒而成发光二极管。
Claims (1)
- 一种窗层结构的发光二极管，它包含有：一个具有第一导电性GaAs的基层(7)，一个形成于该第一导电性GaAS的部分表面上的电极(8)，一层形成于该第一导电性GaAs上而具有该第一导电性的铝镓铟磷下限制层(6)，一层本征而形成于该下限制层之上的铝镓铟磷有源层(5)和一层形成于该有源层之上而具第二导电性的铝镓铟磷上限制层(4)；其特征在于：它还包含有一个有两窗层的窗层结构，其中第二导电性GaAs(3)形成于该上限制层(4)之上，其材料具有第二导电性，且其带隙小于该有源层；第二导电性GaP(2)则形成于第二导电性GaAs(3)之上，其材料具有第二导电性，且其带隙大于该有源层；以及一个形成于第二导电性GaP上的另一电极(1)。
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