[发明专利]发光器件外延片和发光器件

说明书

本申请基于分别于2009年3月3日和2009年8月10日提交的日本专利 申请号2009-049271和2009-185468，其全部内容引入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及由化合物半导体晶体形成的发光器件外延片和发光器件。

背景技术

由化合物半导体晶体形成的发光器件例如使用AlGaInP基外延片制造的 发光二极管(LED)被广泛用于诸如显示器、遥控器、车灯等增加亮度的各种 应用中。

作为生长化合物半导体晶体的方法，有金属有机物气相外延(MOVPE) 法、分子束外延(MBE)法等。

在MOVPE中，将第III族有机金属和第V族原料气体与高纯度氢载气混 合，并且引入到反应炉中，并且在所述反应炉中被加热的衬底周围热解，由此 在所述衬底上外延生长所述化合物半导体晶体。

在MBE中，在超高真空中加热原料金属以产生分子束，将分子束施加在 目标衬底晶体上以生长薄膜。

所述化合物半导体外延片是指具有用上述方法在化合物半导体衬底上形 成的外延层的晶片(wafer)。作为化合物半导体外延片的典型实例，有发光器 件外延片。

发光器件外延片是通过MOVPE、MBE等方法将n-型包覆层、发光层和 p-型包覆层依次堆叠在衬底上来构建的。

所述n-型包覆层的n-型掺杂剂主要使用Te(碲)、Se(硒)和Si(硅)。 其中，在外延生长中使用Te或Se会使Te或Se保留在反应炉中，使得在随后 的生长中，剩下的Te或Se进入晶体中。该现象被称为记忆效应。由经验来看， Si不会引起记忆效应现象。

例如参考JP-A-7-94780、JP-A-2004-241463、JP-A-10-270797、 JP-A-2003-31597和JP-A-2004-63709。

目前要求发光器件的成本更低且性能更稳定，这是因为所期望的日益增加 的应用以及现有技术的竞争。

发明内容

本发明人发现，使用Te或Se作为n-型掺杂剂会由于记忆效应引起所述 n-型掺杂剂混入非故意的层(例如p-型包覆层)，由此具有使工作电压Vf变高 的不利效应。工作电压Vf是指使20mA电流流入LED芯片以使LED芯片发 光所需要的电压。在所述晶片的周界相对强烈地发生记忆效应，由此使得在所 述晶片的周界Vf变高。因此，所述晶片的周界不能用于器件制造，由此使芯 片产量变差。

另一方面，使用无记忆效应的Si作为n-型掺杂剂导致在初始电传导期间 低的发光功率Po，并且在电传导之后高的Po，由此使可靠性低。

因此，本发明的一个目的是提供一种发光器件外延片和发光器件，该发光 器件允许增加的产量和良好的可靠性。

本发明的另一目的是提供一种发光器件外延片和高可靠性发光器件，该发 光器件允许抑制在所述外延片的周界的工作电压增长，允许其性能的面内均匀 性(in-plane homogeneity)提高，以及允许使用整个晶片表面。

(1)根据本发明的实施方式，一种发光器件外延片包括：

n-型衬底；

层叠在所述n-型衬底上的n-型包覆层；

层叠在所述n-型包覆层上的包含量子阱结构的发光层；以及

层叠在所述发光层上的p-型包覆层，

其中，所述n-型包覆层包括掺杂有包含Si的两种以上n-型掺杂剂的混合 物的外延层，并且厚度不小于250nm且不超过750nm。

在上述实施方式(1)中，可以进行如下改进和变化：

(i)所述掺杂有包含Si的两种以上n-型掺杂剂的混合物的外延层被形成 为从其n-型衬底侧到发光层侧逐渐增加Si浓度，而从所述n-型衬底侧到发光 层侧逐渐降低除Si以外的n-型掺杂剂的浓度。

(ii)所述掺杂有包含Si的两种以上n-型掺杂剂的混合物的外延层的n- 型掺杂剂是Si和Se，并且Se掺杂量相对于Si和Se的掺杂总量不少于20％且 不超过80％。

(2)根据本发明的另一实施方式，一种发光器件外延片包括：

n-型衬底；

层叠在所述n-型衬底上的n-型包覆层；

层叠在所述n-型包覆层上的包含量子阱结构的发光层；以及

层叠在所述发光层上的p-型包覆层，