[发明专利]半导体发光器件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种半导体发光器件及其制造方法，特别是本发明涉及一种不增加生产步骤而能使亮度增强的器件结构及其制造工艺。

近些年来，发光二极管(LED)作为户内和户外显示装置已经引起人们的关注。特别是，人们希望在近几年内随着增加亮度的需要将扩大户外显示装置的市场，并在将来使LED变为能取代霓红信号的显示媒体。在具有AlGaAs型双异质(DH)结构的红LED中实现了高亮度LED，近来在具有AlGaInP型DH结构的橙-绿LED中也实现了高亮度LED。

AlGaInP型材料在除氮化物之外的III-V族化合物半导体材料中具有最大的直接跃迁型带隙，并作为0.5～0.6μm发光器件的材料而引起人们的注意。

特别是，使用GaAs作为衬底材料并具有由与GaAs晶格匹配的AlGaInP制成的发光部件的pn结型LED能发出高亮度的红-绿光，可与使用非直接跃迁型材料诸如GaP和GaAsP作为构成发光部位材料的LED媲美。为了实现高亮度的LED，即为增加从LED发光的总光量，增加器件发光部位的发光效率、使在发光部位产生的光，考虑到器件内的光吸收，发出器件的有效系数以及发光部位与电极之间的相对位置关系均是至关重要的。

图21A和21B是具有AlGaInP发光部位的常规LED的剖面图(参见日本特许公开4-229665)；在图21A中，电流分布由虚线代表；在图21B中，器件中发光的路径由发光部位发出的光路(实线)代表(下文称为LED光)。

参照这些图，pn结型LED10包括一块P-GaAs衬底11，在其上形成具有DH结的多层结构10a。多层结构10a自P-GaAs衬底11表面起依次包括一层p-AlGaInP下覆盖层12、一层AlGaInP有源层13和一层n-AlGaInP上覆盖层14。在一部分n-AlGaInP上覆盖层14上所形成的n-GaAs接触层15上设置n型电极15a，而在p-GaAs衬底11的整个背面设置p型电极11a。在n型电极15a正下方及其附近的AlGaInP有源层13的一部分形成LED的发光部位。具有上述结构的LED 10存在三个问题。第一，因为发光部位13a限于n型电极15a下方的窄区域，从器件上表面发出的光的效率很低。

换言之，n-AlGaInP上覆盖层14的电阻稍低于p-AlGaInP下覆盖层12的电阻；然而，甚至当n-AlGaInP上覆盖层14被掺杂到大约10¹⁸/cm³，电子在n-AlGaInP上覆盖14中的迁移率还是小的(即100cm/V·S)，因而电流不能充分扩散到n-AlGaInP上覆盖层14内。

结果使由AlGaInP有源层13位于n型电极15a正下方的部位所发出的总光量增加，如图21B所示，从AlGaInP有源层13位于n型电极15a正下方的部位向上发出的LED光(a、b和c)被n型电极15a反射。所以，从器件的前表面发出光的效率是低的。

第二，由于LED光被器件的上表面反射使发出光的效率低。即，如图21B所示，从AlGaInP有源层13位于n型电极15a正下方的部位射向设在器件表面上的n型电极15a的部位外侧的LED光(d)，以等于或大于临界角的角入射到器件的上表面并被器件上表面反射到器件内侧。因而由器件上表面发出光的效率很低。

第三，发射橙-绿色范围的光的高亮度LED使用AlGaInP混晶半导体材料作为其构成材料。因而，当在衬底的(100)面上生长这种晶体材料时，在生长层内会形成超晶格。

超晶格是一种沿<111>方向由III族原子In、Ga、Al形成的长距离的有序结构。以GaInP为例，其内形成这种超晶格的Ga_0.5In_0.5P的带隙小于其内未形成超晶格的理想混合晶态下的Ga_0.5In_0.5P的带隙大约90meV。因而，在形成超晶格的情况下，波长变得比期望的波长长。这就要求增加Al的组分以允许波长取原始设定值。其结果，由于Al组分的增加而降低了发光效率和可靠性。

日本特许公开A-229665公开了一项克服上述第一个问题的发明。根据该公开，设有一电流扩散层，允许电流在发光部位如输出光一侧的电极之间扩散，因此改善了发光部位的电流分布。