TW517400B - Semiconductor light emitting device for stably obtaining peak wave length of emission spectrum - Google Patents
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Description
517400 A7 B7 ， 五、發明説明（1 ) 發明背景 本發明係關於一種用於光傳輸之半導體發光裝置，·特定 地説，係用於電機電子工程師學會13 94標準（ffiEE 1 3 94 ) ，且係於顯示器或類似物。 近年來，半導體發光裝置已廣爲應用於光通訊及資訊顯 示器面板之類的範疇。在此等應用場合中所用的半導體發 光裝置須有高發光效率。尤其對用於光通訊之半導體發光 裝置來説，高回應速度乃是重要的。 近來在相當短距的通訊中，已齲始使用一種POF (塑膠 光纖）。做爲該POF光源，係已發展出一種面射型快速回 應之LED(發光二極體），而有650奈米左右的發射波長， 其對於POF乃一低耗損的波長範圍。此半導體發光裝置的 作用層係由一以AlGalnP (磷化鋁鎵銦）所製，其能做高效 率發光，且有量子井結構。爲改良該半導體發光裝置之光 的萃取效率，其手段係引介一 DBR (分佈式布拉格[Bragg ] 反射器），其爲一具有高反射比之多層反射膜，而置於該 、作用層與一 GaAs (砷化鎵）化合物基材之間。 圖9之視圖，示出含一作用層之半導體發光裝置的發射 光譜，而該作用層具有DBR及量子井結構，其中DBR與量 子井層間的距離，亦即DBR上表面與量子井作用層之下表 面間的距離：，大約1微米。在圖9中，水平軸表示光的相 對強度（a.u.:任意單位）。該半導體發光裝置發射光線 時，從作用層下側之DBR反射而回到作用層之光線有些許 爲作用層所吸收，並從半導體發光裝置輻射。此係因該含 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 517400 A7 B7
五、發明説明（2 ) - ^ -- 經與DBR所反射的反射光線干涉， 說’如圖9之發射光譜構形所示，- 里子井之作用層的厚度極小。此處，從作用層發射的光線 ，而受調制。更特定地 干涉所引起的谷値係以 大約30至40奈米波長爲區間而出現，在波長大約665奈米 之主峰値兩側都產生次峰値。此表示，DBR所反射的反射 光線與從作用層發射的光線之間的相位差大約爲2尤的倍 然而，在先前技藝之半導體發光裝置中，在dBR上表面 與作用層之下表面間的距離變易之下，發射光譜構形可觀 地改變，而引起峰値波長的改變。更特定地説，在發射光 譜如圖9所示之半導體發光裝置中，DBR上表面與作用層 之下表面間的距離增加幾個百分比時，即形成圖i 〇所示 之發射光瑨構形。比較圖9之發射光譜構形，圖i 〇之發射 光譜構形以一谷値取代了圖9之峰値，其主峰値波長則向 短波長側遷移大約1 5奈米而成爲大約65〇奈米。換句話 説’ DBR上表面與作用.層之下表面間的距離輕微改變時， 干/步峰値即變換爲谷値，峰_値波長遭到替換。 在使用半導體發光裝置爲POF通訊光之場合，p〇F之低 耗損波長範圍，所以半導體發光裝置的發射光譜峰値波長 須设走在低耗損波長範圍内而無位移。換句話説，DBR上 表面與作用層之下表面間的距離應以高準度設定。據此， 在製造半導體發光裝置之製程中，置放於DBR與量子井作 用層間的包蓋層（clad layei·)及類似物尤需高準度的層厚控 制。此則導致半導體發光裝置良率降低之問題。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公袭) 517400 A7
發明説明 發明概述 據此，本發明目的之―，是要提供—種不受職上表面 與作用層之下表面間的距離變易所影響，且能在發射光譜 中穩足地提供有指定的峰値波長之半導體發光裝置。 爲達成以上目的，本發明在篦—女二 Η Λ 个釦/J在罘万面，是要提供一種半 導體發光裝置’其在-半導體基材上依序列有—半導體基 材二多層反射膜、-半導體層，及一量子井作用層，其 中田光發射波長爲Α(微米），而多層反射膜與量子井作用 層間所沉積的半導體層的平均折射率爲11時，則多層反射 腱 <上表面與量子井作用層之下表面間的距離爲微 参）或更小，且多層反射膜所反射的反射光線與量子井作 用層所發射的光線之間的相位差爲2尤的倍數。 依據本半導體發光裝置之第一方面，其多層反射膜之上 表面與里子井作用層之下表面間的距離係設定爲2几“或 更j 且夕層反射膜所反射的反射光線與量子井作用層所 發射的光線之間的相位差則設定爲2冗的倍數。結果，在 孩半導體發光裝置之發射光譜構形中，反射光線與發射光 線間因干涉而生成的谷値之間的區間變得相當大。據此， 多層反射膜之上表面與量子井作用層之下表面間的距離輕 微改變’發射光譜構形中的谷値位置因而輕微位移，而該 等谷値將不貪匹配峰値。因而，多層反射膜之上表面與量 子井作用層之下表面間的距離若有輕微變易，則該半導體 發光裝置的峰値波長幾乎無異。如此則能穩定地提供有指 足的净値波長之半導體發光裝置，而毋需高準度之厚度控 -6 - 本紙張尺度適用中_家標準(CNS) Μ規格(21G χ挪公寶) 517400 A7
制。 本發明在第二方面，是要提供一種半導體發光裝置，其 在一半導體基材上依序列有一半導體基材、一多層反射 膜、-半導體層，1 一量子井作用層，其中當光發射波長 爲；1(微米），而多層反射膜與量子井作用層間所沉積的半 導體層的平均折射率爲11時，則多層反射膜之上表面與量 子井作用層之下表面間的距離爲15λ/η (微米）或更大。 依據本半導體發光裝置之第二方面，在該半導體發光裝 置之發射光譜構形中，多層反射膜所反射的反射光線與作 用層所發射的光線間因干涉而生成的谷値之間的區間變 '例如，备半導體層的平均折射率η等於3 · 0，而該半 導體發光裝置的發射波長；L等於〇·65微米時，則多層反射 膜 < 上表面與量子井作用層之下表面間的距離基於15几 /η而約爲3微米。在此情形，如圖8所見的，多層反射膜 所反射的反射光線與作用層所發射的光線間因干涉而生成 的谷値心間的區間大約成爲丨5奈米。圖8之視圖示出，該 半導m發光裝置中，多層反射膜與量子井作用層之間的半 導體層的平均折射率n等於3 〇，而發射波長Λ等於〇 65 微米時，所對應於多層反射膜之上表面與量子井作用層之 下表面間之距離的干涉谷値區間。水平軸表示多層反射膜 之上表面與量子井作用層之下表面間的距離（微米），而垂 直軸表示干涉谷値之間的區間（奈米）。如如圖8所見的， 當多層反射膜之上表面與量子井作用層之下表面間的距離 等於3微米或更大，干涉谷値之間的區間小於i 5奈米。該 小 巧張尺度適财_家標準_) A4規格( χ 297公董) 517400 A7 B7 ' 五、發明説明（5 ) 半導體發光裝置所發射的光線在1 6奈米之波長範圍中有 至少一個峰値波長。因而，該半導體發光裝置適合爲IEEE 1394之POF的光源；該POF要求控制發射光線的峰値波長 在室溫下大約爲1 6奈米或更小。進而，若多層反射膜之 上表面與量子井作用層之下表面間有較大距離，則發射光 譜構形獲得若干複數個峰値及谷値.，可與無干涉的情形相 較。然而，連接此等複數個峰値所獲之包絡曲線構形仍約 同於無干涉的光譜構形。此外，若多層反射膜之上表面與 量子井作用層之下表面間的距離有>里微變動，且發射光譜 構形中之複數個峰値及谷値的數目改變，或者干涉谷値匹 配無干涉情形下的發射光譜峰値，則發射光譜中的包絡曲 線構形幾乎無異於無干涉情形下的發射光譜構形。換句話 説，該半導體發光裝置幾乎不會有峰値波長的改變。如此 則能穩定地提供有指定的峰値波長之半導體發光裝置，而 毋需高準度之厚度控制。 在本發明之一實施例中，半導體基材係由GaAs、InP、 .ZnSe或GaN所組成。 依據該實施例，係在半導體基材上形成一半導體層，以 及一由半導體所製而與GaAs、InP、ZnSe或GaN爲晶格匹 配之作用層，半導體發光裝置之發光效率乃藉而提升。 在本發明之一實施例中，多層反射膜之上表面與量子井 作用層之下表面間的距離爲0.4微米或更小。 當多層反射膜之上表面與量子井作用層之下表面間的距 離設定爲0.4微米或更小，且當製成多層反射膜與量子井 -8- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 517400 A7 __B7 五、發明説明-~- -- 作用層之間所沉積之半導體層的材料與一 GaAs基材爲晶 格匹配，該材料諸如AlyGazIni-yJP(磷化鋁鎵銦, 0 — Z = 1 )及 A1xGal-xAs (神化鋁鎵）（0^XS1)而皆有 3 至 3.5 =折射率，則此時半導體發光裝置的峰値波長維持在65〇 π米左右。如此則能穩定地提供做爲（舉例來説）p〇F光源 (半導體發光裝置，而毋需高準度之厚度控制。 在本發明之一實施例中，多層反射膜之上表面與量子井 作用層之下表面間的距離爲3微米或更大。 當多層反射膜之上表面與量子井作用層之下表面間的距 離設定爲0.3微米或更大，且當製成多層反射膜與量子井 作用層之間所沉積之半導體層的材料與一 GaAs基材爲晶 格匹配，該材料諸如AlyGazlni y zP(〇SyS1，
AlxGa1-xAs ( 0各x s i )而皆有3至3 5之折射率，則此時半導 體發光裝置的峰値波長維持在650奈米左右。如此則能穩 定地提供做爲（舉例來説）POF光源之半導體發光裝置，而 毋需鬲準度之厚度控制.。 -在本發明之一實施例中，量子井作用層係由AlyGazIn^y zp (O^ySl，OSzy)*組成。 依據該實施例，量子井作用層由AlyGazIni_y_zP ( 0 S y S 1， 0 S z s 1 )所組成。如此則能提供有必要波長（在發光顏色 從紅至綠之波長範圍）之半導體發光裝置。 在本發明之一實施例中，多層反射膜係由與GaAs基材 爲晶格匹配之一材料所組成。 此則提高多層反射膜上所形成之作用層的的晶性，且有 -9- t紙張尺度適财a國家_CNS) A4規格(21〇 X 297公釐)
發明説明 助於對多層反射膜與其頂上一層之間的介面的鏡面拋光製 程，而提高多層反射膜的反射比。結果，半導體發光裝置 獲得較高的輸出。 在本發明之一實施例中，多層反射膜係由AlyGazlni_yjp ( 〇 s y s 1 ’ 〇 ^ z s 1)所組成。 ， 依據該實施例，形成多層反射膜之AlyGazInifzP(()4sx S 1)與一 GaAs基材爲晶格匹配。此則提高多層反射膜上所 形成之作用層的的晶性，且有助於對多層反射膜與其頂上 —層I間的介面的鏡面拋光製程，-而提高多層反射膜的反 射比。結果，半導體發光裝置獲得較高的輸出。 、在本發明之一實施例中，多層反射膜係由AlxGa^As(〇4 S X S 1 )所組成。 依據本發明之該實施例，形成多層反射膜之AlxGakAs (〇·4^χ^ 〇與一 GaAs基材爲晶格匹配。此則提高多層反射 膜上所形成之作用層的的晶性，且有助於對多層反射膜與 其頂上一層之間的介面.的鏡面拋光製程，而提高多層反射 膜的反射比。結果，半導體發光裝置獲得較高的輸出。此 外由A1xGai-xAs ( 0·4 Sx S 1)所組成的多層反射膜比起由 AlyGazIn^p ( 〇 ^ y g 1 ’ 〇 s z s J )所組成的多層反射膜，對 =波長從紅至黃的光線有較高的反射比。如此則能提供有 円輸出的半，體發光裝置，其發射顏色從紅至黃的光線。 在本發明之一實施例中，多層反射膜係由一對AlyGazInifZP (0^y^l ’ OSz^l)與 AlxGaixAs(0.“x^l)所組成。 依據本發明之孩實施例，形成多層反射膜之AlyG^In卜y^p -10- 517400 A7 B7 五、發明説明（8 (O^yU ’ OkU)與 AlxGaixAs(〇 4^xSl)與一基材 爲晶格匹配。此則提高多層反射膜上所形成之作用層的的 晶性，且有助於對多層反射膜與其·頂上一層之間的介坪的 說面拋光製程’而提高多層反射膜的反射比。結果，半導 體發光裝置獲得較高的輸出。 ； 在本發明之一實施例中，多層反射膜對來自量子井作用 層的光線之最大反射比爲8 〇 %或見大。 此則增大半導體發光裝置的輸出。 圖式簡單説明 一 由下文所做的詳細説明及附圖，本發明將獲更完整的理 % ’附圖僅對本發明做例示，而非限定，其中： 圖1A之平面視圖，示出本發明第一實施例之半導體發 光裝置； 圖1 B之截面視圖，係沿圖1 a之線!而取； 圖2之視圖，示出圖1八及1]8所示之半導體發光裝置的 發射光譜； 圖3A之平面視圖，示出本發明第二實施例之半導體發 光裝置； 圖3 B之截面視圖，係沿圖3 a之線I j I而取； 圖4之視圖，示出圖3Α及3Β所示之半導體發光裝置製 程中的狀態：，其中之半導體層層壓達一罩蓋層； 圖5Α之平面視圖，示出圖3Α所示及3]3所示之半導體發 光裝置在製程中，當其上經圖型接線而做出一電流縮狹層 (current narrowing layer)時； -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x297公釐) 517400 A7 B7 五、發明説明（9 ) 圖5 B之截面視圖，係沿圖5 A之線III-III而取； 圖6之截面視圖，示出圖3A所示及3B所示之半導體發 光裝置在製程中，當形成一第二電流擴散層時； 圖7之視圖，示出圖3A所示及3B所示之半導體發光裝 置的發射光譜； ， 圖8之視圖，示出量子井作用層所發射的光線與多層反 射膜所反射的反射光線間因干涉而生成的谷値之間的區 間，係對應於多層反射膜之上表面與量子井作用層之下表 面間的距離； ^ 圖9之視圖，示出一先前技藝之半導體發光裝置的發射 光譜；以及 圖10之視圖，示出具有圖9所示發射光譜之半導體發光 裝置的發射光譜，其中多層反射膜（DBR)之上表面與量子 井作用層之下表面間的距離增加了幾個百分比。 較佳實施例詳細説明 本發明之實施例，將於下文中參考圖式而做詳細説明。 . 圖1A之平面視圖，示出本發明第一實施例之半導體發 光裝置；而圖1 B之截面視圖，係沿圖1 A之線I - I而取。 該半導體發光裝置爲一種面射型而以AlGalnP爲主之 LED，用爲POF之光源。該半導體發光裝置在一 η型GaAs 基材1上依序列有一 η型GaAs緩衝層2、一做爲多層反射 膜之DBR (分佈式布拉格反射器）3，一 η型AllnP第一包蓋 層4、一量子井作用層5、一 p型AllnP第二包蓋層6，及一 p型AlGaAs電流擴散層7。在電流擴散層7之上表面，提供 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 517400 A7 ---------B7_._，_ 五、發明説明（10 ) —P型電極8，而在η型GaAs基材1之下表面，則提供一 η 型電極9 〇 . 製成量子井作用層5的，係二層厚80埃之GalnP井層， 以及在該二井層之間和上井層之上側和下井層之下侧所提 供的（Ala5Gaa5)a5Ina5P障壁層。來自量子井作，用層5之發射 光線有650奈米之峰値波長。DBR 3係由多達2 0對η型 Α10 5Ιη〇 5Ρ 與 η 型（Al0 2Ga0 8)0 5Ina5P 層壓而製。DBR 3 反射光 讀的中央波長爲650奈米。此外，n型AllnP第一包蓋層4 有層厚爲0.3微米。此層厚小於2λ/η(微米），其中λ爲該 半導體發光裝置的發射波長（微米），而η爲第一包蓋層4 的折射率。更特定地説，該層厚小於0.4微米，0.4微米乃 是在2λ/η中以650奈米（即，0.65微米）代λ而3代η所獲。 η型AllnP第一包蓋層4係如此形成，以致量子井作用層5 所發射的光線與多層反射膜3所反射的反射光線之間的相 位差爲2 7Γ的倍數。 該半導體發光裝置係在以下程序中製造。首先，在一 η 、型GaAs基材1上層壓一η型GaAs緩衝層2，厚度1微米，而 基材1係由平面（100)在[011 ]方向上傾斜15。。其次，層 壓20對11型人1。.5111().5?與11型（八1〇5(^〇8)〇5111〇51>，藉而形 成一 DBR 3。然後，形成一 n型AllnP第一包蓋層4，厚度 0.3微米。此後，依序列而層壓一（A1〇5Ga〇5)〇5ln〇5p障壁 層、一厚 80 埃之 GalnP 井層、一（Ala5Gaa5)a5Ina5P 障壁 層，再一厚8 0埃之GalnP井層及一（Ala5Gaa5)a5Ina5P障壁 層，以形成一量子井作用層5。其次，於形成一厚1微米 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 517400 A7 ------------ B7 五、發明説明（11 ) l p 土 Al0 5In〇 5p第二包蓋層6之後，層壓一 p型μ jAs 私机擴散層7 ’厚7微米。上述半導體層全都以 MOCVD (金屬有機化學氣相沈積）製程來層壓。此後，藉 賤艘而在P型A1〇.5Gao.5As電流擴散層7上形成- uZn/Mo/Au層’再加熱以提供一 p型電極8「將〇型 基材1磨光至厚度大约280微米。在n型GaAs基材工整個下 表面上/尤積AuGe/Au，再加熱以形成一n型電極9。 如此所獲之半導體發光裝置發射紅光，有圖2所示的發 射光w。在圖2中，水平軸表示光如波長（奈米），垂直軸 表π光的相對強度（任意單位）。該半導體發光裝置之包蓋 層4係如此形成，以致。DBR 3所反射的反射光線與作用 層5所發射的光線之間的相位差爲2 π的倍數。如圖2所 不’孩半導體發光裝置的發射光譜因而僅有主峰値波長 650奈米。且在主峰値兩側都不存在次學値。此外，該半 導體發光裝置的DBR 3之上表面與量子井作用層5之下表 面間的距離’亦即η型第一包蓋層4的厚度，爲〇3微米， -小於2λ/η微米，即〇·4微米（Λ :光的波長[微米]，η :包蓋 層4的折射率）。據此，在該半導體發光裝置的發射光譜 中，DBR 3所反射的反射光線與作用層5所發射的光線間 因干涉而生成的谷値之間的區間爲5 0至6 0奈米。該谷値 間的區間與包含厚約1微米之η型包蓋層之半導體發光裝 置的發射光譜谷値區間相比，爲1 · 5至2倍大。因而，在圖 1 Α及圖1Β之半導體發光裝置中，即使η型第一包蓋層4的 厚度在製程中有輕微變易，發射光譜中因干涉而生成的各 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 517400 A7 B7 五、發明説明（12 ) 値並不匹配主峰値。結果，該半導體發光裝置的峰値波長 將不改變。藉此，可獲得具有約略恆定之峰値波長的半導 體發光裝置，而毋需高準度之厚度控制。此外，DBR 3有 2 0 對 η 型 Al〇 5In〇 5P 與 η 型（Al02Ga0 8)α5Ιη〇 5P，而使 DBR 3 對 入射至DBR 3的光線有約9 0 %之峰値反射比/結果，該半 導體發光裝置在20毫安培初始光輸出之下，可獲1.0毫瓦 之輸出。此外，該半導體發光裝置接受了電化測試，以 5 0毫安培電流，在8 0 °C溫度及8 5 %溼度之周圍環境中進 行。測試結果標示，經1000小時後仍維持9 0 %初始光輸 出，證明該半導體發光裝置的優越雙重性。此外也造出另 一種半導體發光裝置，其DBR 3係以2 0對η型Α1〇 5Ιηα5Ρ與 η型Ala5Gaa5As層壓而形成。結果和DBR由2 0對η型 Al〇 5Ιηα5Ρ與η型（AlojGa^o 5Ina5P形成之半導體發光裝置的 情形，有相同的光輸出及可靠性。 圖3A之平面視圖，示出本發明第二實施例之半導體發 光裝置；而圖3 B之截面視圖，係沿圖3 A之線II-II而取。 - 該半導體發光裝置爲一種面射型而以AlGalnP爲主之 LED。該半導體發光裝置在一 η型GaAs基材2 1上依序列有 一 η型GaAs緩衝層2 2、一做爲多層反射膜之DBR (分佈式 布拉格反射器）23，一 η型AllnP第一包蓋層24、一量子井 作用層2 5、一 ρ型AllnP第二包蓋層26、一ρ型AlGalnP中 間層2 7、一 p型AlGalnP第一電流擴散層28、一 η型 AlGalnP電流縮狹層2 9，及一 ρ型AlGalnP第二電流擴散層 31。在第二電流擴散層31之上表面，提供一 ρ型電極 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 517400 A7
3 2，而在n型G‘iAs基材21之下表面，則提供一 n型電極 33。 製成量子井作用層25的，係一層厚8〇埃之Gainp井層， 以及在該井層之上下兩側都提供的（〜。办士^障壁 層。來自量子井作㈣25之發射光線有⑹奈米之峰値波 長。DBR 23係、由多達2 〇對n型八仏與n型Αΐ〇ρ〜As層壓 而製。DBR 23反射光譜的中央波長爲665奈米。此外， A1o.5lno.5P所製的第一包盍層24有層厚爲7微米。此層厚大 於15λ/η (微米），其中；l爲該半導體發光裝置的發射波長 (微米），而η爲第一包蓋層24的折射率。更特定地説，該 層厚大於3微米，3微米乃是在15λ/η中以665奈米（即， 0.665微米）代凡而3代11所獲。 忒半導體發光裝置係在以下程序中製造。圖4之視圖， π出半導體發光裝置之一製程。圖5Α之平面視圖，示出 有別於圖4所不製程之另一製程。圖5 Β之截面視圖，係沿 圖5 Α之線ΙΙΙ-ΐιι而取。·圖6之截面視圖，示出有別於圖4、 圖5A及圖5B所示製程之另一製程。首先如圖4所示，在 一 η型GaAs基材21上層壓一n型GaAs緩衝層22，厚度1微 米’而基材2 1係由平面（1〇〇)在[011 ]方向上傾斜15。。其 次’層壓2 0對n型AlAs與η型Al05Ga0.5As，藉而形成一 DBR 23 °然後，形成一 n型A1〇5ln〇 #第一包蓋層24，厚度7微 米。此後，依序列而層壓一（A1〇 sGa〇 5)〇 sIn〇 5p障壁層、一 厚8 0埃之GalnP井層及一（Al0 5Ga0 5)〇 5In〇 5P障壁層，以形 成一量子井作用層25。其次，於形成一厚1微米之p型 -16 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 517400 A7 B7 · 五、發明説明（14 )
Al05In05P第二包蓋層26之後，層壓一 p型AlGalnP中間層 27，厚0.15微米。進而在其頂部，層壓一？型八1〇&11^第一 電流擴散層28，厚度1微米，再進一步層壓一 η型AlGalnP 電流縮狹層2 9，厚度0.3微米。在n型AlGalnP電流縮狹層 29頂部，層壓一η型GaAs罩蓋層30，厚度(X.01微米。上 述半導體層全都以MOCVD (金屬有機化學氣相沈積）製程 來層壓。 然後，如圖5 Α之平面視圖及圖5 Β之截面視圖所示，用 硫酸/過氧化氫蚀刻劑移除η型GaAs罩蓋層3 0。此後，以 微影法並用硫酸/過氧化氫蝕刻劑移除部份的η型AlGalnP 電流縮狹層2 9，直到曝露出p型AlGalnP第一電流擴散層 2 8，藉此則形成直徑大約0·70微米之圓形的電流路徑。 在該電流路徑形成於η型AlGalnP電流縮狹層2 9上之 後，在p型AlGalnP第一電流擴散層28及η型AlGalnP電洗 縮狹層29上生成一 p型AlGalnP第二電流擴散層3 1，厚7 微米，如圖6之截面視圖所示。 - 然後，在p型AlGalnP第二電流擴散層3 1上沈積 AuBe/Au，並對該AuBe/Au施以微影法，且用Au蝕刻劑蚀 刻’以形成一表面電極。此後，加熱該表面電極，以提供 圖3A及3B所示之p型電極32。進而，將n型GaAs基材2 1 磨光至厚度大約280微米。在η型GaAs基材21整個下表面 上’沈積AuGe/Au，再加熱以形成一 η型電極33。 如此所獲之半導體發光裝置發射紅光，有圖7所示的發 射光譜。在圖7中，水平軸表示光的波長（奈米），垂直軸 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 517400 A7 __________ B7 五、發明説明（15 ) 表示光的相對強度（任意單位）。在該半導體發光裝置中， DBR 23之_上表面與量子井作用層25之下表面間的距離， 亦即η型第:包蓋層24的厚度，爲7微米，大於15凡以微 米，即3微米（λ :光的波長[微米]，η :包蓋層以的折射 率）。據此，在該半導體發光裝置的發射光譜中，dbr23 所反射的反射光線與作用層25所發射的光線間因干涉而 生成的谷値之間的區間爲在7奈米左右。結果如圖7所 示，發射光譖構形顯示複數個因干涉而起的峰値及谷値。 然而，連接此等峰値所獲之包絡曲線構形約同於無干涉情 形下的發射光譜構形。因而，有干涉之發射光譜中的包絡 举線峰値波長與無干涉之發射光譜中的峰値波長幾乎無 異。進而，即使發射光譜中因干涉而起的谷値匹配無干涉 情形下的主峰値，其峰値波長幾乎無異。此係因與無干涉 情形下的主峰値匹配之谷値的鄰次峰値成爲包絡曲線中的 王峰値’而在孩包絡曲線中谷値與峰値間之區間約3 5奈 米波長，所以孩包絡曲.線比起無干涉情形下的峰値波長要 •長或短大約3 · 5奈米。據此，即使因干涉而起的谷値匹配 供干/步h形下的主學値’包絡曲線的岭値波長幾乎無異於 無干涉情形下的峰値波長。結果，圖3八及3]6之半導體發 光裝置有幾乎均勻的峰値波長，甚至在製程中^型第一包 盍層2 4的厚·度有輕微變易亦是。因而，該半導體發光裝 置能提供一約略恆定之峰値波長，而毋需高準度之厚度控 制。進而，藉層壓2 0對n型AlAs與η型Al0 5Ga05As ,形成 DBR 23 ’而使DBR 23對入射至DBR 23的光線有9 5 %或更 •18- 本紙張尺度適财s @家鮮(土）Α4;_21() χ 297公爱) ---- 517400 A7 B7 五、發明説明（16 ) 大之峰値反射比。結果，半導體發光裝置可獲高輸出。進 而，因内部量子效率藉電流縮狹層2 9而有所改良，以此 則該半導體發光裝置能在20毫安培之下，獲得高爲2.2毫 瓦之輸出。此外，該半導體發光裝置接受了電化測試，以 5 0毫安培電流，在80°C溫度及8 5 %溼度之周圍環境中進 行。測試結果標示，經1000小時後仍維持9 0 %初始光輸 出，證明該半導體發光裝置的優越雙重性。 雖然上述實施例中的半導體發光裝置係一以AlGalnP爲 主之半導體發光裝置，而在一 GaAs基材上所形成，本發 明也可應用於非以AlGalnP爲主之半導體發光裝置。依據 丰發明，在非以AlGalnP爲主，諸如以InGaAsP爲主、以 ZnSe爲主及以GaN爲主之半導體發光裝置，而在非GaAs 之基材，諸如InP基材、ZnSe基材及GaN基材上所形成之 其他半導體發光裝置中，也可成就同於上述實施例之半導 體發光裝置的功能及效果。 本發明既經如此説明，則顯然可有許多變動方式。此等 -變動不應視爲脱離本發明之精神及範圍；所有此等修正， 如熟習此項技藝者所將明白的，乃是希望包括在以下專利 請求項的範圍之内。 參考號數 1 ·· η型GaAs基材 2 : η型GaAs緩衝層
3 :以η型AlGaAs爲主之DBR 4 : η型Al05Ina5P第一包蓋層 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 517400 A7 B7 五、 發明説明（17 ) 5 :量子井作用層 6 : p型Al0 5In0 5P第二包蓋層 7 : p型Al05Gaa5As電流擴散層 8 : p型電極 9 : η型電極 -20-本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210Χ297公釐)
Claims (1)
17400 A B c D 第090115148號專利申請案 中文申請專利範圍修正本(91年1〇月)
六、申請專利範圍 ι· 一種半導體發光裝置，在一半導體基材上依序包含一多 層反射膜、一半導體層，及一量子井作用層，其中 當光發射波長為λ(微米），而多層反射膜與量子井作 用層間所沉積的半導體層的平均折射率為η時，則 多層反射膜之上表面與量子井作用層之下表面間的距 離為2又/η(微米）或更小，且 多層反射膜所反射的反射光線與量子井作用層所發射 的光線之間的相位差為2 7Γ的倍數。 2· —種半導體發光裝置，在一半導體基材上依序包含一多 層反射膜、一半導體層，及一量子井作用層，其中 當光發射波長為；1(微米），而多層反射膜與量子井作 用層間所沉積的半導體層的平均折射率為η時， 多層反射膜之上表面與量子井作用層之下表面間的距 離為15λ/ϋ(微米）或更大。 3. 4. 5. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中該半導 體基材由GaAs、InP、ZnSe或GaN所構成。 如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中該半導 體基材由GaAs、InP、ZnSe或GaN所構成。 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中該多層 反射膜之上表面與該量予井作用層之下表面間的距離為 0.4微米或更小。 6·如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中該多層 反射膜之上表面與該量子井作用層之下表面間的距離為 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 X 297公釐） 517400 A B c D 六、申请專利祀圍 〇·4微米或更小。 7·如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中該多層 反射膜之上表面與該量子井作用層之下表面間的距離為 3微米或更大。 8·如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中該量子 井作用層包含一由AlyGazIn1-yjp ，ogzy)所構 成之量子井作用層。 9·如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中該量子 井作用層包含一由AlyGazIn^i^osy^，所構 成之量子井作用層。 1〇·如申請專利範圍第丨項之半導體發光裝置，其中該多層 反射膜由一與GaAs為晶格匹配之材料所構成。 11·如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中該多層 反射膜由一與GaAs為晶格匹配之材料所構成。 12·如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中該多層 反射膜由 AlyGazIn1-y-zP(0$y$l，〇$z$l)所構成。 13·如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中該多層 反射膜由 AlyGazIr^y-zPCOSySl，OSz^l)所構成。 14. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中該多層 反射膜由AlxGai-xAsCOJ^xSl)所構成。 15. 如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中該多層 反射膜由AlxGakAsCOJ^xgl)所構成。 16·如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中該多層 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 517400 A B c D
反射膜由一對 AlyGazIn1-y-zP (0$y$l，〇$z$l)所組成與 AlxGa^xAsiOj^x^l)所構成。 17·如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中該> ^ 反射膜由一對AlyGazIr^tzP (OSySl，〇$z$l)所組成與 AlxGabxAspjSx^l)所構成。 18. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中該多層 反射膜對來自量子井作用層的光線之最大反射比為80 % 或更大。 19. 如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中該多層 反射膜對來自量子井作用層的光線之最大反射比為8 〇 % 或更大。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
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