[发明专利]发光二极管及其制造方法

说明书

本发明涉及一种具有高发光输出的发光二极管及其制造方法。

通常，为了增加发光二极管的光输出，采用一种增强其内部量子效应的方法，即提高将电能转换为光能的效率；或者采用一种增强光输出效率的方法，即从发光二极管中取出更多发光量的方法。

作为增强内部量子效应的措施，现有技术中采用了单异质结构和双异质结构(single hetero strueture and double hetoro strueture)，采用这样的结构，内部量子效应得以大大增强，从而实现了高输出的要求。

另一方面，尽管光输出效率是决定发光二极管发射量的一个主要因素，然而要获得高效率的光输出却是很困难的，因为发光二极管芯片的光输出表面的折射率与外界(空气)的折射率之间差别造成在片芯表面上存在光的反射。

因此，有人提出从发光二极管的前表面取出后表面上反射的进入后表面的光。利用在一个GaAs基片上生长出一层AlGaAs厚膜，使AlGaAs层生长为该厚膜上的发光部分，并除掉GaAs基片，以这种方法就可制得这类发光二极管。

为了使光在后表面上有效地反射，须防止光被吸收到一外延层或基片中。这种想法对于GaP、InP及其混合晶体型的发光二极管是众所周知的。在GaAs基片中，须要使用含相当高比例的AlAs混合晶体的AlGaAs基片，因为光会被吸收到GaAs基片中。因此，如以上所描述的，生长出AlGaAs厚膜层，因以代替单元素的基片，并将原来所用的基片除掉。

正如以上所述，为了制出具有这样结构的AlGaAs外延晶片：该结构使光能在发光二极管芯片的后表面反射，须要有一个AlGaAs基片。利用在GaAs基片上生长出一层AlGaAs厚膜，使AlGaAs层生长为该厚膜上的发光部分，并除掉GaAs基片，就能得到这种晶片。AlGaAs厚膜通常须有150微米左右的厚度，以保持用于发光二极管芯片的晶片的形状。

然而，当利用逐步冷却的方法使含有高比例混合晶体的AlGaAs层外延生长时，由于溶入的Al的量很大(尽管在GaAs和Al加入溶剂Ga中时GaAs吸收的Al很少)，很难生长出含高比例AlAs混合晶体的厚的AlGaAs外延层。由于这一困难，就要采取以下方法：增加生长的起始温度至1000℃左右(尽管常取约900℃)，加厚贮液箱的厚度以降低冷却速度，等等。但是，用这类方法，增加了原材料量，生长时期长，从而提高了制造成本。此外，在表面内的膜厚度弥散到50至100微米的程度，很难改善这一膜层厚度中的均匀度及其各性能参数，由于膜厚中的弥散，造成晶片脆弱或内部畸变。

还有一种在逐步冷却方法基础上再加上温差的方法，但是用这种方法只能生长出数量很少的外延晶片，只有一两个而已。因此，要大量生产外延晶片，就需要大量的生长设备，其产出率因弥散性的缘故而很低，制造成本很高。由于上述原因，人们希望有一种既能提高效率又不带AlGaAs厚膜的使光反射的发光二极管。

日本专利文摘62173773A公开了一种发光二极管，其在一P型基片上相继形成第一和第二P型层以及N型层，且在基片上形成一正电极以及在N型层上形成一负电极。其中，基片所用的是容易外延生长的P型GaAs。然后，在基片上相继外延生长出第一P型Ga_1-xAl_xAs层、构成发光层的第二P型Ga_1-yAl_yAs层和N型Ga_1-xAl_xAs层。在基片上形成正电极和在N型层上形成负电极后，第一、第二P型层及N型层由蚀刻成有预定宽度的一个凸台面部分分开，且只有基片被选择性地蚀刻而形成有倾斜的表面。以这种方式形成的空间成为第一P型层边缘上的一个全反射表面，从而改善了发光效率。

在一般的发光二极管中，例如上述日本专利文摘所述的发光二极管中，二极管的整个后表面上都设有后表面电极，目的在于使从设在光输出侧面中央的表面电极注入的电流扩散到活性层的整个表面，以使活性层整个表面高效地发光(即提高内部量子效应)。也就是说，“使电流扩散到活性层的整个表面”是达到高输出的必要条件。反之，若后表面电极与表面电极只在面积上大致相等，则电流集中在表面电极正下方流动，仅对表面电极正下方狭小范围的发光有利，而内部量子效应却下降了。此外，从表面电极正下方发出的光，由于大部分被表面电极阻挡，因而光不能高效率地从发光二极管芯片表面输出。