專利名稱：A1GalnP系的發(fā)光二極管和用于制作該二極管的外延片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及波長為650nm(紅的)到550nm(黃綠區(qū)域)的AlGaInP系發(fā)光二極管及用于該發(fā)光二極管的外延片。
近來，對發(fā)射紅光或黃光的高亮度AlGaInP系的發(fā)光二極管(以下記作LED)具有很大的需求。上述二極管可用于各種不同目的，如交通控制信號，汽車尾燈或霧燈，以及全色顯示器。


圖1表示用于制作發(fā)光波長為590nm的AlGaInP系LED的常規(guī)外延片的結構。
圖1所示LED的外延片的制備方法是，在n型GaAs襯底1a上相繼生長一層n型GaAs緩沖層2a，一層n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P夾層3a，一層末摻雜(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P有源層，一層P型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P夾層5a，和一層P型GaP窗口層6a。
所有2a-6a的外延層都是用金屬有機蒸氣相外延生長(以后記作MOVPE)法生長的，盡管Al組分比大于0.6的AlGaAs層有時也用作LED的窗口層，但這種窗口層不宜于高效地傳輸所發(fā)射的光，并且易于老化。從這一點考慮，由于GaP的帶隙寬和抗氧化的性質，所以，GaP層更適合于作窗口層。
但是，GaP窗口層有以下一些問題。
圖2說明在AlGaInP系的LED外延層中P型窗口層6A和P型AlGaIn夾層5a之間的異質介面附近的能帶結構，其中圖2中的箭頭表示在對它加正向電壓情況下，正電性空穴的運動方向。
由于在P型夾層5a和窗口層6a之間的電子親合力之差，在P型GaP窗口層和P型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P夾層的異質介面上形成高勢壘(能帶的不連續(xù)性)，其中示于虛線圓圈B內表示的勢壘阻止著正電性空穴的運動。當LED受到激勵時，這一勢壘成為阻止正電性空穴從P型窗口層6a向P型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P夾層5a運動的主要因素。因此，LED的正向電壓(工作電壓，即當外加電流為20mA的情況下，加在LED上的電壓)變高。一般來說，當正向電壓增加時，LED的可靠性降低。在采用P型GaP作窗口層6a的LED中，降低正向電壓將是一個重要課題。
圖3表示用于制作AlGaInP系LED的另一種常規(guī)外延晶片。
用圖3所示的外延片制備的LED所發(fā)射光的波長為590nm。這種外延片是MOVPE方法生長的，是在n型GaAs襯底上相繼生長以下外延層制備的一層n型GaAs緩沖層2b，一層摻雜有Si或Se的n型AlGaInP夾層3b，一層未摻雜的AlGaInP有源層4b，一層摻Zn的P型AlGaInP夾層5b和一層摻Zn的P型GaP窗口層6b。
作為與常規(guī)工藝有關的一個問題，應該提及一種現(xiàn)象，即用作P型摻雜物的Zn向鄰接層的異質介面的反常擴散。
(1)由于為了使電極提供的電流向芯片表面的方向擴展，需要窗口層6b具有高濃度的P型載流子(約5×1018cm-3)，所以，窗口層6b摻有高濃度的Zn。
(2)為了激勵上述擴展電流，窗口層6b需要生長到0.5μm以上的厚度，所以其生長時間會延長。
(3)為了降低起雜質作用的氧的濃度，用于制作AlGaInP系LED的外延晶片層一般都是在650℃以上的生長溫度下生長的。
由于上述三個因素，當生長外延片時，由于外加的熱激發(fā)，Zn容易擴散到外延片中去。Zn從摻Zn濃度高的窗口層開始，通過P型AlGaInP夾層擴散到用作發(fā)光區(qū)的有源層。眾所周知，如果Zn擴散進有源層，Zn形成非輻射復合中心，使LED的發(fā)光特性變壞。
眾所周知，當激勵電流連續(xù)地加到LED上時，非輻射復合中心的影響就會變得明顯起來，這就大大地降低了LED的可靠性。
因此，本發(fā)明的目的是防止在P型夾層和窗口層之間形成高勢壘，從而提供一種正向電壓低的AlGaInP系LED。
本發(fā)明的另一個目的是防止在P型夾層和窗口層之間形成高勢壘，從而為正向電壓低的AlGaInP系的LED提供一種外延片。
本發(fā)明的再一個目的是防止雜質擴散進入有源層，從而提供一種發(fā)光性能好和可靠性高的AlGaInP系的LED。
本發(fā)明的再一個目的是防止雜質擴散進入有源層，從而為制作發(fā)光性能好和可靠性高的AlGaInP系LED提供一種外延片。
根據本發(fā)明的第一個特點，AlGaInP系的LED包括一種導電性襯底，一層n型夾層，它是由AlGaInP系的化合物半導體形成的，一層有源層，它是由帶隙能量低于n型夾層帶隙能量的AlGaInP系化合物半導體形成的，一層P型夾層，它是由帶隙能量高于有源層帶隙能量的AlGaInP系化合物半導體形成的，一層n型窗口層，它是由GaP形成的，兩個電極，它們是做在窗口層和所述襯底的預定部分上，一層插入層，它被插在P型夾層和P型窗口層之間，它的帶隙能量低于P型夾層的帶隙能量。
除上述結構之外，根據本發(fā)明，最好是該插入層的帶隙能量高于AlGaInP系LED的有源層的帶隙能量。
除上述結構外，根據本發(fā)明，最好是LED中插入層的導電類型是P型的。
除上述結構外，根據本發(fā)明，最好是LED的P型插入層的載流子濃度為5×1017cm-3-5×1018cm-3。
除上述結構之外，根據本發(fā)明，最好是LED的插入層由與P型夾層晶格匹配的材料形成。
除上述結構外，根據本發(fā)明，最好是LED的插入層由AlGaInP，GaInP，AlInP，GaAs，AlGaAs，GaAsP或InGaAsP形成，插入層的組成使其帶隙能量低于P型夾層的帶隙能量。
除上述結構外，根據本發(fā)明，在LED中可以采用由GaxIn1-xP(0＜x≤1)，AlyIn1-yP(0＜y≤1)或AlzIn1-zP(0＜z≤1)，形成的窗口層來替代由GaP形成的P型窗口層。
根據本發(fā)明的第二個特點，AlGaInP系LED的外延層包括一種導電性襯底，一層n型夾層，它是由AlGaInP系的化合物半導體形成的，一層有源層，它是由帶隙能量低于n型夾層帶隙能量的AlGaInP系的化合物半導體形成的，一層P型夾層，它是由帶隙能量高于有源層帶隙能量的AlGaInP系的化合物半導體形成的，一層窗口層，它是由GaP形成的，以及一層插入層，它被插在P型夾層和P型窗口層之間，而且其帶隙能量低于P型夾層的帶隙能量。
除上述結構外，最好是在AlGaInP系的LED的外延片中插入層的帶隙能量高于有源層的帶隙能量。
除上述結構外，根據本發(fā)明，最好是AlGaInP系LED外延晶片的插入層的導電類型是P型的。
除上述結構外，根據本發(fā)明，最好是AlGaInP系LED外延片的插入層的載流子濃度為5×1017cm-3-5×1018cm-3。
除上述結構外，根據本發(fā)明，最好是AlGaInP系LED外延片的插入層與P型夾層是晶格匹配的。
除上述結構外，根據本發(fā)明，最好是AlGaInP系LED外延片的插入層包括AlGaInP，GaInP，AlInP，GaAs，AlGaAs，GaAsP或者InGaAsP，它的組成應使其帶隙能量低于P型夾層的帶隙能量。
除上述結構外，根據本發(fā)明，在AlGaInP系LED外延片中可以采用由G2xIn1-xP(0＜x≤1)，AlyIn1-yP(0＜y≤1)或AlzGa1-zP(0＜z≤1)形成的窗口層來代替由GaP形成的P型窗口。
根據本發(fā)明，通過在P型AlGaInP夾層和P型GaP窗口層之間，插入一層帶隙能量低于P型AlGaInP夾層的帶隙能量的插入層來防止在P型AlGaInP夾層和P型GaP層之間的異質介面上形成高勢壘，以便降低LED的正向電壓。
根據本發(fā)明的第三個特點，AlGaInP系的LED包括
一種n型導電襯底，一層n型夾層，它是由AlGaInP系的化合物半導體形成的，一層有源層，它是由AlGaInP系的化合物半導體形成的，其帶隙能量低于n型夾層帶隙能量，一層P型夾層，它是由AlGaInP系的化合物半導體形成的，其帶隙能量高于有源層的帶隙能量，一層P型窗口層，以及一層插入層，它是由AlGaInP系的化合物半導體形成的，被插在P型夾層中或被插在P型夾層和P型窗口層之間。
其中插入層與P型夾層是晶格匹配的，且在插入層中Al的組分比低于P型夾層的組分比而高于有源層的組分比。
除上述結構外，根據本發(fā)明，最好是AlGaInP系的LED備有由GaP形成的窗口層。
除上述結構外，根據本發(fā)明，最好是AlGaInP系的二極管備有用Zn摻雜的P型夾層和P型窗口層。
除上述結構外，根據本發(fā)明，最好是AlGaInP系LED的插入層的載流子濃度為2×1017cm-3-5×1018cm-3。
根據本發(fā)明的第四個特點，AlGaInP系LED外延片包括一種n型導電性的襯底，一層n型夾層，它是由AlGaInP系的化合物半導體形成的，一層有源層，它是由AlGaInP系的化合物半導體形成的，其帶隙能量低于n型夾層的帶隙能量，一層P型夾層，它是由AlGaInP系的化合物半導體形成的，其帶隙能量高于有源層的帶隙能量，一層P型窗口層，一層插入層，它是由AlGaInP系的化合物半導體形成的，被插在P型夾層中或插在P型夾層和P型窗口層之間。
其中插入層與P型夾層是晶格匹配的，且在插入層中Al的組分比低于P型夾層的組分比，而高于有源層的組分比。
除上述結構外，根據本發(fā)明，最好是，用于AlGaInP系LED的外延片備有一層由GaP形成的窗口層。
除上述結構外，根據本發(fā)明，最好是用于AlGaInP系LED的外延片包括一層摻Zn的P型夾層和一層窗口層。
除上述結構外，根據本發(fā)明，最好是，用于AlGaInP系LED的外延片的插入層的載流子濃度為2×1017cm-3-5×1018cm-3。
在本發(fā)明中，在一種n型導電性襯底上相繼生長以下一些外延層，即一層由AlGaInP系化合物半導體形成的n型夾層，一層由AlGaInP系化合物半導體形成的帶隙能量低于n型夾層帶隙能量的有源層，一層由AlGaInP系化合物半導體形成的帶隙能量高于有源層帶隙能量的P型夾層和一層P型窗口層，其中在P型夾層中或在P型夾層和P型窗口層之間還插入有一由AlGaInP系化合物半導體形成的一層插入層。而且，該插入層與P型夾層是晶格匹配的，在插入層中Al的組分比低于P型夾層中的組分比而高于有源層的組分比?；谏鲜鼋Y構，通過阻止雜質擴散進有源層就可防止LED輸出的降低。
在此，在AlGaInP系LED的制備過程中雖然從緊貼襯底的外延層到P型夾層各外延層所選擇的組成通常都應使P型夾層的晶格常數與襯底的晶格常數相匹配，但從帶隙能量，電阻率和可靠性的觀點出發(fā)，在P型夾層上還必須生長唯一一層與襯底晶格失配的GaP層作為窗口層。
因此，日本專利10-256598提出一個方案是，為了使晶格形變減輕，在P型夾層和窗口層之間插入一層具有中間晶格常數的插入層。雖然上述方案的發(fā)明改善了在晶格失配條件下生長的GaP的結晶質量，但這種方法都并不能有效地阻止Zn的擴散。
作為發(fā)明者的熱心研究結果，他們發(fā)現(xiàn)了這樣一個事實，即上述Zn擴散是由與Al有關的晶體缺陷引起的，而且Zn易于在Al組分比高的材料中擴散。相反，在Al組分比低的材料中Zn難于擴散。隨后，發(fā)明者認為，既然不希望P型夾層和窗口層中的Zn擴散進末摻雜的有源層，那么，在P型夾層中或者在P型夾層和窗口層之間插入一層Al組分比低于AlGaInP系P型夾層Al組分比的AlGaInP系插入層時，該插入層就會起阻止Zn擴散的阻抗器(resistor)的作用，因而與常規(guī)LED相比，由Zn引起的有源層的污染就會大大降低。而且，為了使從有源層發(fā)射的光能通過上述插入層，AlGaInP系化合物半導體形成的插入層的Al組分比必須高于有源層的Al組份比。當然，該插入層與P型夾層應該是晶格匹配的。
也就是說，按照本發(fā)明，如果標準的AlGaInP系LED是通過在P型夾層中或在P型窗口層和P型夾層之間插入一Al的組分比比該P型夾層的低而比激活層的高的插入層的方法來制備的，而且在該LED中上電極被用作P型電極，則會獲得高的發(fā)光功率和高的可靠性，上述插入層是為了防止雜質擴散進有源層。
下面將結合附圖對本發(fā)明進行更詳細的說明附圖簡介，其中圖1表示用于發(fā)光波長為590nm的AlGaInP系LED的常規(guī)外延片的結構；圖2表示圖1所示的用于AlGaInP系LED的外延片中P型GaP窗口層和P型AlGaInP系夾層之間異質介面附近的能帶結構。
圖3表示用于AlGaInP系LED的另一種常規(guī)外延片的結構；圖4表示用于根據本發(fā)明第一優(yōu)選實施方案所述的AlGaInP系LED的外延片的結構；圖5說明根據本發(fā)明第一優(yōu)選實施方案所述的LED正向電壓下降的原因；圖6表示根據本發(fā)明第一優(yōu)選實施方案所述的LED的電學特性；圖7表示用于根據本發(fā)明第二優(yōu)選實施方案所述的AlGaInP系LED的外延片的結構；圖8表示用SIMS分析法測出的圖7所示外延片中Zn的分布；圖9表示用于根據本發(fā)明第二優(yōu)選實施方案的改進方案所述的AlGaInP系LED的外延片的結構；圖10表示用SIMS分析法測量出的圖9所示外延片中Zn的分布；
圖11表示用SIMS分析法測出的常規(guī)外延片中的Zn分布。
優(yōu)選實施例描述下面將對根據本發(fā)明第一優(yōu)選實施方案所述的用于AlGaInP系的LED的外延片及所制得的LED進行說明。這里，圖1所示常規(guī)工藝中的結構元將用與圖1相同的參考數字標記。
根據第一優(yōu)選實施方案的AlGaInP系LED外延片的特點是，在P型AlGaInP系夾層5a和P型GaP窗口層6a之間形成一層帶隙能量低于P型AlGaInP夾層5a帶隙能量的插入層7a。
圖5說明在本發(fā)明的第一優(yōu)選實施方案中用于AlGaInP系LED的外延片和所制得的LED的正向電壓下降的原因。
通過在P型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P夾層5a和P型GaP窗口層6a之間形成一層插入層7a，可防止在P型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P夾層5a和P型GaP窗口層6a之間介面上形成的高勢壘。圖5中用虛線圓圈C所表示的勢壘低于圖2中用虛線圓圈B所表示的勢壘。用根據本發(fā)明第一優(yōu)選實施方案所述的用于AlGaInP系LED的外延片來制備LED可使LED的正向電壓降低。
圖4表示根據本發(fā)明第一優(yōu)選實施方案所述的，用于AlGaInP系LED的外延片的結構。下面將對用來制作發(fā)射波長為625nm的紅光LED的外延晶片的情形來說明本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例。
圖4表示的用于AlGaInP系LED的外延片的制備步驟如下首先用MOVPE的方法在n型GaAs襯底1a上相繼生長一層n型(摻Se)GaAs緩沖層2a，一層n型(摻Se)(Al0.7Ga0.3)In0.5P夾層3a，一層未摻雜的(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P有源層4a和一層P型(摻Zn)的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P夾層5a。
然后，MOVPE的方法在P型夾層5a上生長一層作為插入層(本發(fā)明的主要結構元)的100nm厚的P型(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P層7a(以后稱作降低正向電壓層)并再在7a上生長一層10μm厚的GaP窗口層。
2a～7a的所有外延層都是在以下條件下生長的，生長溫度為700℃，生長壓力為50Torr，所有外延層的生長速率都是0.3～3.0nm/s，V/III比是100～600。生長之后，對外延片進行加工以便形成LED。
LED芯片的尺寸為300μm×300μm，在LED芯片的整個底面上形成n型電極，在LED芯片的上表面形成一個直徑為150μm的P型圓電極。然后在n型電極上相繼蒸發(fā)厚度為60nm，10nm和500nm的Au/Ge，Ni和Au層。同樣，在P型電極上相繼蒸發(fā)厚度為60nm、10nm和1000nm的Au/Zn，Ni和Au層。進行在該芯片上裝上引線并對芯片進行樹脂密封。最后對這樣獲得的LED的發(fā)光特性和伏-安特性進行測量。
圖6表示根據本發(fā)明的LED的電學特性，其中橫座標表示正向電壓，縱座標表示正向電流。
在圖6中，實線表示根據本發(fā)明第一優(yōu)選實施方案的LED的電學特性，該LED包括一層(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P有源層和降低正向電壓層7a，而虛線表示常規(guī)LED的電學特性。
盡管常規(guī)LED的正向電壓是2.4V，但用根據本發(fā)明第一優(yōu)選實施方案的AlGaInP系LED外延片制備的LED的正向電壓卻是1.8V，因而本發(fā)明使正向電壓得到了顯著的改善。
LED的正向電壓最低值是由有源層4a的帶隙能量決定的。1.8V的正向電壓接近于根據本發(fā)明第一優(yōu)選實施方案的AlGaInP系LED外延片有源層4a的帶隙能量所得到的最低值。幾乎等于采用AlGaAs窗口層的情況下的正向電壓值。通過提供降低正向電壓層7a有效地防止了在P型GaP窗口層6a和P型夾層5a之間的異質介面上形成勢壘。而且，通過提供降低正向電壓層7a，使得根據本發(fā)明第一優(yōu)選實施方案的LED的發(fā)光亮度并不比常規(guī)LED的亮度低。
雖然為了降低由P型夾層5a和P型窗口層6a之間的由能帶不連續(xù)性引起的勢壘可以在這兩層之間插入一層帶隙能量低于P型夾層帶隙能量的插入層，但如果插入一層帶隙能量低于有源層4a帶隙能量的降低正向電壓插入層7a，那么有源層4a發(fā)射的光可以被這降低正電壓層7a吸收，因而使LED的發(fā)光效率降低。因此，最好是降低正電壓層7a的帶隙能量低于P型夾層5a的帶隙能量而高于有源層4a的帶隙能量。
而且，最好是降低正向電壓層7a的導電類型與P型夾層5a和P型GaP窗口層的導電類型相同，且它的載流子濃度高于5×1017cm-3，而低于5×1018cm-3。如果降低正向電壓層7a的載流子濃度低于5×1018cm-3那么，降低正向電壓層7a的電阻率就會變高，從而使正向電壓增高。如果降低正向電壓層7a的載流子濃度高于5×1018cm-3，那么晶體缺陷就會增加，從而使發(fā)光效率降低。
最好是降低正向電壓層7a與作為下層的P型夾層5a的晶格是匹配的。如果前者與后者是晶格失配的，那么就會在外延層中產生缺陷，以致產生一些問題，即發(fā)光效率降低和使P型GaP窗口層變得模糊不清。
雖然對具有n型襯底的外延片及上述外延片制備的LED已給出說明，但襯底的導電類型決不限于n型，而且在具有P型襯底的外延片以及由此外延片制備的LED中也可以得到同樣的效果。
總之，根據本發(fā)明可以得到下述的極好效果。
可以提供AlGaInP系LED外延片以及由此外延片制備的正向電壓得到降低的LED。
下面將結合附圖對本發(fā)明第二優(yōu)選實施方案進行詳細說明。
圖7表示根據本發(fā)明的LED外延片的第二優(yōu)選實施方案。這里凡是具有與圖3中所示相同的功能結構元都用相同的參考數字標記。
用于制作LED的外延片是在n型GaAs緩沖層1b上相繼生長以下外延層制備的一層n型GaAS緩沖層2b，一層n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P夾層3b，一層末摻雜的(Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P有源層4b，一層P型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P夾層5b，一層P型(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P插入層7b和一層P型GaP窗口層6b。
最好是插入層7b是由與P型夾層5b類似的AlGaInP系材料形成，插入層7b中Al的組分比應該低于P型夾層5b的組分比而高于有源層4b的組分比。采用上述結構的原因是它可以避免不希望有的污染，因而可使晶體容易生長。但是，插入層7b不一定非由AlGaInP系材料形成不可。而且，可以通過插入AlGaAs層或不含Al和GaAs層來抑制Zn的擴散。
插入層7b要與下面的P型夾層5b晶格匹配的原因是在于這樣可以防止在外延層中產生缺陷。
再者，插入層7b中Al的組分比高于有源層4b的原因在于這樣有源層發(fā)射的光可以通過插入層7b。
插入層7b中載流子濃度為2×1017cm-3-5×1018cm-3的原因在于如果載流子濃度低于2×1017cm-3，那么插入層的電阻率變得很高，因而LED的激勵電壓也會變得很高，如果載流子濃度高于5×1018cm-3那么插入層的結晶質量就會變差，因而發(fā)光功率就會降低。因此，在上述兩種情況下都不能提供實用的LED。
雖然希望插入層7b的帶隙能量高于有源層4b的帶隙能量，因而使有源層發(fā)射的光不被插入層7b吸收，但如果插入層薄到使其對發(fā)射光的吸收可以忽略，那么即使插入層7b的帶隙能量低于有源層4b的帶隙能量也能得到滿意的結果，因而也不一定將具有較低帶隙能量的插入層7b排斥在外，由于按照插入層7b中Al的組分比、P型夾層5b的種類、窗口層6b中Zn的摻雜量以及外延期間的熱滯情形，該插入層7b的厚度存在一最佳值，插入層7b的厚度不一定受到限制。
為了防止Zn擴散進入有源層4b，可以在P型夾層5b中插入多層插入層7b。作為本發(fā)明的第二優(yōu)選實施方案，具有圖7所示結構用來制作發(fā)射波長為620nm紅光的AlGaInP系的外延片已被制備出來。
該外延片的結構和外延片的生長方法與下述對照例的相同，并在P型夾層5b和窗口層6b之間插入一層厚度為0.1μm、Zn摻雜濃度為5×1017cm-3的(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P插入層。
圖8表示在作為本發(fā)明第二優(yōu)選實施方案制備的外延片中用SIMS分析的方法測定的Zn濃度分布。橫座標表示濃度，縱座標(對數標度)表示Zn的濃度。
正如由圖8所看到的，Zn的分布幾乎與本發(fā)明所預計的相同，沒有觀測到在常規(guī)LED中發(fā)生的反常Zn擴散。
隨后，用通用的方法對外延片進行加工以制備LED，并對LED的發(fā)光特性進行測定。發(fā)光功率為1.1mw，在外加電流為20mA的情況下正向電壓為1.9V。圖9表示根據本發(fā)明第二優(yōu)選實施方案修正案用來制作LEDAlGaInP系的外延片的結構。
圖9表示用于制作發(fā)射波長約620nm的紅光LED的一塊外延片。
雖然實施方案2b的結構和外延片的生長方法基本上與上述實施方案1b相同，但在P型夾層5b1和5b2之間插入了一厚度為0.1μm、Zn摻雜濃度為5×1017cm-3的P型(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P層作為插入層7b。
圖10表示在圖9中所示外延中Zn濃度的SIMS分析結果，其中橫座標表示深度，縱座標(對數標度)表示Zn的濃度。
正如由圖10所看到的，Zn的擴散中止在插入層7b，因而在有源層中不可能觀測到Zn的擴散，這正如本發(fā)明的發(fā)明者們所預計的那樣。
進而，對這樣獲得的外延片進行加工以便形成LED，并測定了LED的發(fā)光特性。發(fā)光功率為1.3mw，在LED上施加20mA的電流時，在LED上的正向電壓為1.9V。根據圖3已制備出發(fā)射波長620nm紅光的LED外延片。
用MOVPE生長法在n型GaAs襯底1b上相繼生長一層n型(摻Se)GaAs緩沖層2b，一層n型(摻Se的)夾層3b，一層有源層4b和一層P型夾層5b，并在P型夾層5b上再生長一層厚度為10μm的窗口層6b。
外延層2b-5b的MOVPE生長，直到形成P型夾層5b都是在700℃的生長溫度和50Torr的生長壓力下完成的外延層2b，3b和4b是以0.3～1.0nm/s的生長速率和300～600的V/III比生長的。窗口層6b是以100的V/III和1nm/s的生長速率生長的。在P型夾層5b中，Zn的濃度為5×1017m-3，而在窗口層6b的GaP中Zn的濃度為1×1018cm-3。
圖11示出了用SIMS分析法測量的在常規(guī)外延片中Zn沿深度方向的濃度分布，其中橫座標表示深度，縱座標(對數標度)表示Zn的濃度。
SIMS的分析結果證實，窗口層6b中的Zn已大量擴散進了n型夾層3b，有源層4b和P型夾層5b的發(fā)光區(qū)。
接著，對外延片進行加工以便制備LED。芯片的尺寸為300μm×300μm，在芯片的整個底面形成一個n型電極，在芯片的上表面形成一個直徑為150μm的P型圓電極。n型電極是通過相繼蒸發(fā)厚度為60nm，100nm和500nm的Au/Ge，Ni和Au的方法形成的。P型電極是用相繼蒸發(fā)厚度為60nm，10nm和100nm的Au/Zn，Ni和Au的方法形成的。在芯片上做好引線之后，即可測量發(fā)光特性。發(fā)光功率為0.6mw，在LED上施加20mA電流的情況下，LED上的正向電壓為2.4V。
如上所述，用一種簡單的結構就可以獲得發(fā)光功率高和可靠性好的LED。
由于常規(guī)片的Zn擴散重復性差，所以在各個片中和在許多片之間Zn的濃度分布漲落顯著，這就使得產品均勻性和重復性變差。但是，根據本發(fā)明，由于可以抑制Zn的擴散，所以上述問題可以得到解決。
由于Zn的濃度具有如發(fā)明者預期的分布，所以在P型夾層和窗口層之間可以形成一具有高載流子濃度的層，所以可以獲得具有重復性好和正向電壓低的LED。
總之，根據本發(fā)明，可以得到下述的極好結果。
可以提供制作AlGaInP系LED用的外延片以及由此外延片制備的正向電壓低的LED。
雖然為完整和清楚起見本發(fā)明已就具體的實施方案作了敘述，但附后的權利要求不應限于此，而應認為是包括了本專業(yè)技術人員可能做的公正地歸屬于本發(fā)明提出的基本思想范圍內所有修改和其他結構。
權利要求
1.一種AlGaInP系的LED，它包括一種導電性襯底，一層n型夾層，它是由AlGaInP系化合物半導體形成的，一層有源層，它是由帶隙能量低于所述n型夾層帶隙能量的AlGaInP系化合物半導體形成的，一層P型夾層，它是由帶隙能量高于所述有源層帶隙能量的AlGaInP系化合物半導體形成的，一層P型窗口層，它是由GaP形成的，兩個電極，它們是在所述窗口層和所述襯底的預定部分形成的，以及一層插入層，它被插在所述P型夾層和所述P型窗口層之間，而且其帶隙能量低于所述P型夾層的帶隙能量。
2.根據權利要求1所述的AlGaInP系的LED，其特征在于所述插入層的帶隙能量高于有源層的帶隙能量。
3.根據權利要求1所述的AlGaInP系的LED，其特征在于所述插入層的導電類型是P型。
4.根據權利要求3的AlGaInP系的LED，其特征在于所述P型插入層的載流子濃度為5×1017cm-3-5×1018cm-3。
5.根據權利要求1所述的AlGaInP系的LED，其特征在于所述插入層和所述P型夾層是晶格匹配的。
6.根據權利要求1所述的AlGaInP系的LED，其特征在于所述插入層是由AlGaInP，GaInP，AlInP，GaAs，AlGaAs，GaAsP或InGaAsP形成的，它的組成應使它的帶隙能量低于所述P型夾層的帶隙能量。
7.一種AlGaInP系的LED，它包括一種導電性襯底，一層n型夾層，它是由AlGaInP系化合物半導體形成的，一層有源層，它是由帶隙能量低于所述n形夾層帶隙能量的AlGaInP系化合物半導體形成的，一層P型夾層，它是由帶隙能量高于所述有源層帶隙能量的AlGaInP系化合物半導體形成的，一層窗口層，它是由GaxIn1-xP(0＜X≤1)，AlyIn1-yP(0＜y≤1)或AlzGa1-zP(0＜Z≤1)形成的，兩個電極，它們是在所述窗口層和所述襯底的預定部分形成的，一層插入層，它被插在所述P型夾層和所述窗口層之間，而且?guī)赌芰康陀谒鯬型夾層的帶隙能量。
8.一種用于AlGaInP系的LED的外延片，它包括一種導電性襯底，一層n型夾層，它是由AlGaInP系化合物半導體形成的，一層有源層，它是由帶隙能量低于所述n型夾層帶隙能量的AlGaInP系化合物半導體形成的，一層P型夾層，它是由帶隙能量高于所述有源層帶隙能量的AlGaInP系化合物半導體形成的，一層P型窗口層，它是由GaP形成的，一層插入層，它被插在所述P型夾層和所述P型窗口層之間，其帶隙能量低于所述P型夾層的帶隙能量。
9.根據權利要求8所述的用于AlGaInP系的LED的外延片，其特征在于所述插入層的帶隙能量高于所述有源層的帶隙能量。
10.根據權利要求8所述的用于AlGaInP系的LED的外延片，其特征在于所述插入層的導電類型是P型的。
11.根據權利要求10所述的用于AlGaInP系的LED的外延片，其特征在于所述插入層中的載流子濃度為5×1017cm-3-5×1018cm-3。
12.根據權利要求8所述的用于AlGaInP系的LED的外延片，其特征在于所述插入層與所述P型夾層是晶格匹配的。
13.根據權利要求8所述的用于AlGaInP系的LED的外延片，其特征在于所述插入層是由化合物半導體AlGaInP，GaInP，AlInP，GaAs，GaAsP或InGaAs形成的，其組成使其帶隙能量低于所述P型夾層的帶隙能量。
14.一種用于AlGaInP系的LED的外延片，它包括一種導電性襯底，一種n型夾層，它是由AlGaInP系化合物半導體形成的，一層有源層，它是由帶隙能量低于所述n型夾層帶隙能量的AlGaInP系化合物半導體形成的，一層P型夾層，它是由帶隙能量高于所述有源層帶隙能量的AlGaInP系化合物半導體形成的，一層窗口層，它是由GaxIn1-xP(0＜X≤1)，AlyIn1-yP(0＜y≤1)或AlzGa1-zP(0＜Z≤1)形成的，一層插入層，它被插在所述P型夾層和所述窗口層之間，其帶隙能量低于所述P型夾層的帶隙能量。
15.一種AlGaInP系的LED，它包括一種具有n型導電性的襯底，一層n型夾層，它是由AlGaInP系化合物半導體形成的，一層有源層，它是由帶隙能量低于所述n型夾層帶隙能量的AlGaInP系化合物半導體形成的，一層P型夾層，它是由帶隙能量高于所述有源層帶隙能量的AlGaInP系化合物半導體形成的，一層P型窗口層，一層插入層，它是由AlGaInP系化合物半導體形成的，它被插在所述P型夾層和所述P型窗口層之間；其中所述的插入層與所述P型夾層是晶格匹配的，所述插入層中的Al組分比低于所述P型夾層中的Al組分比而高于所述有源層的Al組合比。
16.根據權利要求15所述的AlGaInP系的LED，其特征在于所述P型窗口層是由GaP形成的。
17.根據權利要求15所述的AlGaInP系的LED，其特征在于所述P型夾層和所述P型窗口層都是Zn摻雜的。
18.根據權利要求15所述的AlGaInP系的LED，其特征在于所述插入層的載流子濃度為2×1017cm-3-5×1018cm-3。
19.一種用于AlGaInP系的LED的外延片，它包括一種n型導電襯底，一層n型夾層，它是由AlGaInP系化合物半導體形成的，一層有源層，它是由帶隙能量低于所述n型夾層帶隙能量的AlGaInP系化合物半導體形成的，一層P型夾層，它是由帶隙能量高于所述有源層帶隙能量的AlGaInP系化合物半導體形成的，一層P型窗口層，一層插入層，它是由AlGaInP系化合物半導體形成的，它被插在所述P型夾層和所述P型窗口層之間；其中所述插入層與所述P型夾層是晶格匹配的，所述插入層的Al組分比低于P型夾層的Al組分比而高于所述有源層的Al組分比。
20.根據權利要求19所述的用于AlGaInP系的LED的外延片，其特征在于所述P型窗口層是由GaP形成的。
21.根據權利要求19所述的用于AlGaInP系的LED的外延片，其特征在于所述P型夾層和所述P型窗口層都是摻Zn的。
22.根據權利要求19所述的用于AlGaInP系的LED的外延片，其特征在于所述插入層中的載流子濃度為2×1017cm-3-5×1018cm-3。
全文摘要
通過在P型AlGaInP夾層和P型GaP窗口層之間,插入一層帶隙能量低于P型AlGaInP夾層帶隙能量的插入層,可以防止在這兩層之間的異質介面上形成高勢壘。該插入層起到降低正向電壓的作用,所以LED的正向電壓得到了降低。
文檔編號H01L33/14GK1271965SQ0010810
公開日2000年11月1日 申請日期2000年4月27日 優(yōu)先權日1999年4月27日
發(fā)明者柴田憲治, 柴田真佐知, 今野泰一郎, 金田直樹, 野口雅弘 申請人:日立電線株式會社