專利名稱：發(fā)光二極管用外延片和發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高亮度發(fā)光二極管用外延片和發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)被廣泛用作工業(yè)用和民用的顯示元件，作為高亮度的LED使用了AlGaAs的紅色LED。另外，作為比紅色更短波長(zhǎng)的LED使用了GaAsP、GaP，但僅得到低亮度的LED。
但是，近年來由于可以通過有機(jī)金屬氣相成長(zhǎng)(MOVPE)法成長(zhǎng)AlGaInP系的結(jié)晶層，因此可以制作出橙色、黃色、綠色的高亮度LED(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
在專利文獻(xiàn)1中記載的發(fā)光二極管是在n型GaAs襯底上通過MOVPE法依次成長(zhǎng)n型GaAs緩沖層、n型AlGaInP包覆層、AlGaInP活性層、p型AlGaInP包覆層、摻雜了Zn的p型GaP電流擴(kuò)散層而得到的二極管。根據(jù)該發(fā)光二極管，與沒有p型GaP電流擴(kuò)散層的二極管相比，可以有效地向外部取出所發(fā)出的光。
另外，已經(jīng)公知通過使外延層的表面(外延表面)變得粗糙來提高光取出效率的方法，一般采用在外延成長(zhǎng)后經(jīng)過蝕刻等工序使外延表面變得粗糙的方法(例如參照專利文獻(xiàn)2)。
在專利文獻(xiàn)2中記載的方法是通過使用硝酸和甲醇的混合液對(duì)外延層的表面進(jìn)行濕式蝕刻，使光取出面凹凸化的方法。
特開2001-102627號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]特開2002-217451號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容根據(jù)以往的發(fā)光二極管，當(dāng)外延成長(zhǎng)厚度大于等于5μm的摻雜了Zn的GaP電流擴(kuò)散層時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的三角形、菱形形狀的表面缺陷，在芯片加工時(shí)晶片會(huì)以該缺陷為起點(diǎn)而發(fā)生破裂，存在成品率低的問題。
另外，根據(jù)以往的光取出面的凹凸化方法，在外延成長(zhǎng)后必需追加工序，從而成為成本增加的主要原因。
從而，本發(fā)明的目的在于在外延成長(zhǎng)后不追加工序而提供高成品率、高光取出效率的發(fā)光二極管用外延片和發(fā)光二極管。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方式提供一種發(fā)光二極管用外延片，其特征在于，具有形成于n型襯底上、由n型和p型包覆層夾持活性層而構(gòu)成的發(fā)光部以及形成于所述發(fā)光部上的p型GaP電流擴(kuò)散層，并且通過摻雜Mg，所述p型GaP電流擴(kuò)散層表面的均方根粗糙度Rms為15nm～5μm。
根據(jù)使用了上述發(fā)光二極管用外延片的發(fā)光二極管，如果使p型GaP電流擴(kuò)散層的表面粗糙度為Rms大于等于15nm，則在p型GaP電流擴(kuò)散層的表面和空氣的界面上反射光減少，光取出效率提高。另一方面，如果p型GaP電流擴(kuò)散層的表面粗糙度以Rms計(jì)超過5μm，則在機(jī)械式引線接合時(shí)圖像識(shí)別困難。另外，通過增加p型GaP電流擴(kuò)散層的厚度，電流擴(kuò)散效果會(huì)增大，在發(fā)光層可以得到寬范圍的發(fā)光。進(jìn)而，即使外延成長(zhǎng)厚的摻雜了Mg的p型GaP電流擴(kuò)散層，也難以產(chǎn)生三角形、菱形的表面缺陷，因此在芯片加工時(shí)很少會(huì)以這些缺陷為起點(diǎn)而產(chǎn)生破裂，從而防止了芯片成品率的降低。
對(duì)于上述p型GaP電流擴(kuò)散層，通過除了Mg以外還摻雜C也可以使p型GaP電流擴(kuò)散層的表面粗糙度以Rms計(jì)為15nm～5μm。
上述P型GaP電流擴(kuò)散層可以使用以雙環(huán)戊二烯基鎂為Mg的原料，通過MOVPE法所成長(zhǎng)的電流擴(kuò)散層。
上述p型GaP電流擴(kuò)散層可以自動(dòng)摻雜在含有Ga的有機(jī)金屬原料中包含的C。
在p型GaP電流擴(kuò)散層中使用Mg摻雜劑時(shí)，Mg的原子濃度可以為大于等于1×1017cm-3。另外，使用Mg和C的摻雜劑時(shí)，Mg和C的原子濃度可以分別為大于等于1×1017cm-3。
上述n型襯底可以由GaAs構(gòu)成。上述發(fā)光部可以根據(jù)發(fā)光波長(zhǎng)、發(fā)光輸出、驅(qū)動(dòng)電壓等適宜選擇，可以由例如AlGaInP、GaInP等構(gòu)成。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第二方式提供一種發(fā)光二極管，其中，使用上述發(fā)光二極管用外延片，在n型襯底的沒有成長(zhǎng)外延層的面上形成背面電極，同時(shí)在p型GaP電流擴(kuò)散層上形成表面電極。
根據(jù)本發(fā)明，由于通過摻雜Mg而使p型GaP電流擴(kuò)散層的表面變得粗糙，因此可以在外延成長(zhǎng)后不追加工序而提供高成品率、高光取出效率的發(fā)光二極管用外延片和發(fā)光二極管。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的發(fā)光二極管的截面圖。
圖2(a)是表示Zn摻雜GaP(厚度為10μm)的表面粗糙度為Rms＝7nm(AFM圖像)的照片，(b)是表示Mg摻雜GaP(厚度為10μm)的表面粗糙度為Rms＝20nm(AFM圖像)的照片，(c)是表示Zn摻雜GaP(厚度為10μm)的表面粗糙度為Rms＝7nm(SEM圖像)的照片，(d)是表示Mg摻雜GaP(厚度為10μm)的表面粗糙度為Rms＝20nm(SEM圖像)的照片。
符號(hào)說明1背面電極2n型GaAs襯底3n型AlGaInP包覆層4 AlGaInP活性層5p型AlGaInP包覆層6p型GaP電流擴(kuò)散層7表面電極具體實(shí)施方式
[第一實(shí)施方式]圖1表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的發(fā)光二極管。對(duì)于該發(fā)光二極管用外延片，在n型GaAs襯底2上，通過MOVPE法依次成長(zhǎng)n型AlGaInP包覆層3、AlGaInP活性層4和p型AlGaInP包覆層5，在p型AlGaInP包覆層5上，通過MOVPE成長(zhǎng)摻雜了Mg的p型GaP電流擴(kuò)散層6。
另外，對(duì)于使用該發(fā)光二極管用外延片制作的發(fā)光二極管，在襯底2的整個(gè)背面上形成背面電極1，在p型電流擴(kuò)散層6上的中央形成例如圓形的表面電極7。作為背面電極1可以使用例如AuGe/Ni/Au等層積電極，作為表面電極7可以使用例如AuZn/Ni/Au或Ti/Pt/Au等層積電極。
為了形成摻雜有Mg的p型GaP電流擴(kuò)散層6，使用三甲基鎵(Ga(CH3)3)和/或三乙基鎵(Ga(C2H5)3)以V/III比率(1～100)進(jìn)行外延成長(zhǎng)，此時(shí)摻雜原子濃度大于等于1×1017cm-3的Mg。由此，P型GaP電流擴(kuò)散層6的表面粗糙度以均方根粗糙度Rms計(jì)為大于等于15nm。
(發(fā)光動(dòng)作)以下對(duì)該發(fā)光二極管的發(fā)光動(dòng)作進(jìn)行說明。在背面電極1和表面電極7之間施加規(guī)定的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，電流會(huì)從表面電極7流向背面電極1側(cè)。通過GaP電流擴(kuò)散層6，電流在橫向方向擴(kuò)散，從而在活性層4的寬范圍內(nèi)發(fā)光。來自活性層4的發(fā)光中的部分光從p型GaP電流擴(kuò)散層6露出的部分即沒有形成表面電極7的表面向外部射出。此時(shí)，對(duì)于GaP電流擴(kuò)散層6的表面為平坦的情況，由于在GaP電流擴(kuò)散層6(折射率約為3)和空氣的折射率1之間存在較大的折射率差，在GaP電流擴(kuò)散層6和空氣的界面上，僅限定的入射角的光會(huì)向外部射出，其他的光在界面反射而被外延層吸收，從而光取出效率會(huì)降低。如本實(shí)施方式所述，當(dāng)在GaP電流擴(kuò)散層6的表面上形成凹凸時(shí)，可以從界面向外部射出的入射角增加，在界面反射的光減少，從而光取出效率會(huì)增加。
(第一實(shí)施方式的效果)根據(jù)該第一實(shí)施方式得到以下效果。
(1)與通常使用的摻雜了Zn的GaP電流擴(kuò)散層的表面粗糙度為Rms小于等于10nm相比，由于得到了Rms大于等于15nm的表面粗糙度，因此提高了光取出效率，可以提供更高亮度的發(fā)光二極管用外延片和發(fā)光二極管。
(2)由于不需要使GaP電流擴(kuò)散層的表面粗糙化的蝕刻等后續(xù)工序，因此可以防止成本增加。
(3)即使外延成長(zhǎng)厚的GaP電流擴(kuò)散層，也難以產(chǎn)生表面缺陷，因此可以改善芯片加工時(shí)的成品率。
(4)通過增加GaP電流擴(kuò)散層的厚度，可以在橫向方向擴(kuò)散電流，從而可以進(jìn)一步增加光取出效率。
接著說明本發(fā)明的第二實(shí)施方式。該第二實(shí)施方式的p型GaP電流擴(kuò)散層6通過摻雜Mg和C而具有規(guī)定的表面粗糙度，其他構(gòu)成與第一實(shí)施方式同樣。
為了形成摻雜了Mg的p型GaP電流擴(kuò)散層6，使用三甲基鎵(Ga(CH3)3)和/或三乙基鎵(Ga(C2H5)3)，以V/III比率(1～100)進(jìn)行外延成長(zhǎng)，此時(shí)分別摻雜原子濃度大于等于1×1017cm-3的Mg和C。由此，P型GaP電流擴(kuò)散層6的表面粗糙度為Rms大于等于20nm。
根據(jù)該第二實(shí)施方式，由于可以使p型GaP電流擴(kuò)散層6的表面粗糙度比第一實(shí)施方式大，因此提高了光取出效率，可以提供更高亮度的發(fā)光二極管和發(fā)光二極管用外延片。
實(shí)施例1接著說明本發(fā)明的實(shí)施例1。該實(shí)施例1的發(fā)光二極管是對(duì)應(yīng)上述第一實(shí)施方式的發(fā)光二極管，如下所述被制作。
首先，在n型GaAs襯底2上，由MOVPE法依次成長(zhǎng)厚度為0.5μm的載流子濃度為1×1018cm-3的n型AlGaInP包覆層3、厚度為0.5μm的非摻雜AlGaInP活性層4、厚度為0.5μm的載流子濃度為5×1017cm-3的p型AlGaInP包覆層5。
接著，在p型AlGaInP包覆層5上，由MOVPE法成長(zhǎng)厚度為10μm、載流子濃度為1×1018cm-3的Mg摻雜GaP電流擴(kuò)散層6。
該GaP電流擴(kuò)散層6通過在成長(zhǎng)溫度700℃下流通約2小時(shí)1000cc/min的磷化氫(PH3)、50cc/min的三甲基鎵(TMG(CH3)3Ga)、200cc/min的雙環(huán)戊二烯基鎂(Cp2Mg)和20L/min的H2載氣而形成。
(評(píng)價(jià))該GaP電流擴(kuò)散層6的表面粗糙度通過原子力顯微鏡進(jìn)行評(píng)價(jià)，其結(jié)果是Rms為20nm。另外，由上述外延片制作邊長(zhǎng)350μm的方形LED芯片，評(píng)價(jià)發(fā)光特性。與具有表面沒有粗糙化的Zn摻雜GaP層的LED芯片(表面粗糙度以Rms計(jì)為7nm)進(jìn)行比較，其結(jié)果是發(fā)光輸出提高約15％，為2.1mW。
圖2是表示Zn摻雜GaP與實(shí)施例1的比較的照片，(a)是表示Zn摻雜GaP(厚度為10μm)的表面粗糙度為Rms＝7nm(AFM圖像)的照片，(b)是表示Mg摻雜GaP(厚度為10μm)的表面粗糙度為Rms＝20nm(AFM圖像)的照片，(c)是表示Zn摻雜GaP(厚度為10μm)的表面粗糙度為Rms＝7nm(SEM圖像)的照片，(d)是表示Mg摻雜GaP(厚度為10μm)的表面粗糙度為Rms＝20nm(SEM圖像)的照片。由照片可知，實(shí)施例1的GaP電流擴(kuò)散層6的表面得到比Zn摻雜GaP大的表面粗糙度。
實(shí)施例2接著說明本發(fā)明的實(shí)施例2。該實(shí)施例2的發(fā)光二極管是對(duì)應(yīng)上述第二實(shí)施方式的發(fā)光二極管，如下所述被制作。
首先，在n型GaAs襯底2上，由MOVPE法依次成長(zhǎng)厚度為0.5μm的載流子濃度為1×1018cm-3的n型AlGaInP包覆層3、厚度為0.5μm的非摻雜AlGaInP活性層4、厚度為0.5μm的載流子濃度為5×1017cm-3的p型AlGaInP包覆層5。
接著，在p型AlGaInP包覆層5上，由MOVPE法成長(zhǎng)厚度為10μm、載流子濃度為1×1018cm-3的摻雜了Mg和C的GaP電流擴(kuò)散層6。
該GaP電流擴(kuò)散層6通過在成長(zhǎng)溫度700℃下流通約2小時(shí)200cc/min的PH3、50cc/min的TMG、100cc/min的Cp2Mg和20L/min的H2載氣而形成。
(評(píng)價(jià))該GaP電流擴(kuò)散層6的表面粗糙度通過原子力顯微鏡進(jìn)行評(píng)價(jià)，其結(jié)果是Rms為20nm。另外，由上述外延片制作邊長(zhǎng)350μm的方形LED芯片，評(píng)價(jià)發(fā)光特性。與具有表面沒有粗糙化的Zn摻雜GaP層的LED芯片(表面粗糙度以Rms計(jì)為7nm)進(jìn)行比較，其結(jié)果是發(fā)光輸出提高約15％，為2.2mW。
本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式及上述實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變形。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管用外延片，其特征在于，具有形成于n型襯底上、由n型和p型包覆層夾持活性層而構(gòu)成的發(fā)光部以及形成于所述發(fā)光部上的p型GaP電流擴(kuò)散層，并且通過摻雜Mg，所述p型GaP電流擴(kuò)散層表面的均方根粗糙度Rms為15nm～5μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管用外延片，其特征在于除了Mg以外，所述p型GaP電流擴(kuò)散層中還摻雜了C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管用外延片，其特征在于以雙環(huán)戊二烯基鎂為Mg的原料，通過MOVPE法成長(zhǎng)了所述p型GaP電流擴(kuò)散層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管用外延片，其特征在于所述p型GaP電流擴(kuò)散層自動(dòng)摻雜了在含有Ga的有機(jī)金屬原料中包含的C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管用外延片，其特征在于所述p型GaP電流擴(kuò)散層中，Mg的原子濃度為大于等于1×1017cm-3。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管用外延片，其特征在于所述p型GaP電流擴(kuò)散層中，Mg和C的原子濃度分別為大于等于1×1017cm-3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管用外延片，其特征在于所述n型襯底由GaAs構(gòu)成，所述發(fā)光部由AlGaInP或者GaInP構(gòu)成。
8.一種發(fā)光二極管，其特征在于使用權(quán)利要求1～7中的任何一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管用外延片，在所述n型襯底的沒有成長(zhǎng)外延層的面上形成背面電極，同時(shí)在所述p型GaP電流擴(kuò)散層上形成表面電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及在外延成長(zhǎng)后不追加工序而提供高成品率、高光取出效率的發(fā)光二極管用外延片和發(fā)光二極管。對(duì)于該發(fā)光二極管用外延片，在n型GaAs襯底2上，通過MOVPE法依次成長(zhǎng)n型AlGaInP包覆層3、AlGaInP活性層4和p型AlGaInP包覆層5，在p型AlGaInP包覆層5上，通過MOVPE成長(zhǎng)以Mg為摻雜劑的p型GaP電流擴(kuò)散層6，通過使p型GaP電流擴(kuò)散層6的表面粗糙化，從而提高了光取出效率。
文檔編號(hào)H01L33/14GK1941435SQ20061010187
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月26日
發(fā)明者加古學(xué), 谷毅彥 申請(qǐng)人:日立電線株式會(huì)社