專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有設(shè)置在其光提取表面上的兩個電極的發(fā)光二極管，并且涉 及提供高光提取效率的高亮度的發(fā)光二極管。
為了解決上述問題提出了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
作為本發(fā)明的第 一方面，本發(fā)明提供一種包括透明襯底和化合物半導(dǎo) 體層的發(fā)光二極管，所述化合物半導(dǎo)體層包含發(fā)光部分，所*光部分包 含由(AlxGaix)Ylih-YP形成的發(fā)光層，其中05X51且0〈Y^1,并且所述 化合物半導(dǎo)體層,皮M到所述透明襯底；其中，在所t良光二極管的主光 提取表面上，所iOL光二極管具有第 一電極和極性不同于所述第 一電極的 第二電極，所述透明襯底具有側(cè)面，所述側(cè)面為第一側(cè)面和第二側(cè)面，所 述第一側(cè)面鄰近所述發(fā)光層基本上垂直于所述發(fā)光層的發(fā)光表面，所述第 二側(cè)面遠(yuǎn)離所述發(fā)光層并相對于所^光表面是傾斜，并且所述第二表面 被粗糙化為具有范圍0.05 jun至3jim的不平整度。
本發(fā)明的第二方面提供具有所述第 一方面的結(jié)構(gòu)的所^JL光二極管， 其中所述透明襯底是n-型GaP單晶。
本發(fā)明的第三方面提供具有所述第一或第二方面的結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極 管，其中所述透明村底具有(100)或(111)的表面取向。
本發(fā)明的第四方面提供具有所述第 一至第三方面中的任何一項的結(jié)構(gòu) 的發(fā)光二極管，其中所述透明襯底具有在50jim至300nm范圍內(nèi)的厚度。
本發(fā)明的第五方面提供具有第一至第四方面中的任何一項的結(jié)構(gòu)的發(fā)
光二極管，其中所述第二側(cè)面與平行于所^iC光表面的表面形成了范圍為 55度至80度的角。
本發(fā)明的第六方面提供具有第一至第五方面中的任何一項的結(jié)構(gòu)的發(fā) 光二極管，其中所述第一側(cè)面具有范圍為30jim至lOOjim的寬度。
本發(fā)明的第七方面提供具有第一至第六方面中的任何一項的結(jié)構(gòu)的發(fā) 光二極管，其中所述發(fā)光部分包含GaP層并且所述第二電極被形成在所述 GaP層上。
本發(fā)明的第八方面提供具有第一至第七方面中的任何一項的結(jié)構(gòu)的發(fā) 光二極管，其中所述第一電極的極性是n型，所述第二電極的極性是p型。
作為第九方面，本發(fā)明還提供一種用于制逸良光二極管的方法，包括 以下步驟形成包含由(AlxGai.x) YlnnP形成的發(fā)光層的發(fā)光部分，其 中05X￡1且0<Y51;然后將包含所述發(fā)光部分的化合物半導(dǎo)體層接合到透 明村底；在與所述透明村底相對的所述化合物半導(dǎo)體層的主光提取表面上 形成第一電極和極性不同于所述第一電極的第二電極；形成第一側(cè)面和第 二側(cè)面作為所述透明襯底的側(cè)面，所述第 一側(cè)面鄰近所述發(fā)光層基本上垂 直于所述發(fā)光層的發(fā)光表面，所述第二側(cè)面遠(yuǎn)離所述發(fā)光層并相對于所述 發(fā)光表面是傾斜的；以及此后以0.05 pm至3nm范圍內(nèi)的不平整度皿化 所述第二側(cè)面。
本發(fā)明的第十方面提供第九方面方法，其中通過濕法蝕刻進(jìn)行粗糙化 所述第二側(cè)面的步驟。
本發(fā)明的第十一方面提供第九方面或第十方面的方法，其中通過劃線 (scribe)和裂片(break)方法形成所述第一側(cè)面。
本發(fā)明的第十二方面提供第九方面或第十方面的方法，其中通過劃片 (dicing)方法形成所述第一側(cè)面。
根據(jù)本發(fā)明，可以提高從LED的所述發(fā)光部分提取光的效率，從而 提供高亮度和低操作電壓的高可靠發(fā)光二極管。
參考附圖，以及下面給出的說明，本發(fā)明的以上和其它目標(biāo)、特征和
優(yōu)點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得顯而易見。


圖l是在本發(fā)明的實例中制造的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的平面圖； 圖2是沿圖1中的線II-III所取得的本發(fā)明的實例的半導(dǎo)體發(fā)光二極 的截面圖3是在本發(fā)明的實例和比較實例中制造的外延晶片的截面圖； 圖4是在本發(fā)明的實例和比較實例中制造的M到透明村底的晶片的 截面圖5是在本發(fā)明的實例和比較實例中制造的發(fā)光二極管的平面視圖； 圖6是在本發(fā)明的實例和比較實例中制造的發(fā)光二極管的截面圖； 圖7在比較實例中制造的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的平面視圖； 圖8是沿圖7中的線VIII-VIII所取得的在比較實例中制造的半導(dǎo)體 發(fā)光二極管的截面圖；以及
圖9是在本發(fā)明的實例中的粗糙化的第二側(cè)面的電子顯微圖。
具體實施例方式
本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)光部分具有包含由(AlxGaix)Yli^-YP( 0^X51 ， 0<YS1) 形成的發(fā)光層的化合物半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)。可以使用n-型和p-型中的任一導(dǎo) 電類型的(AlxGahx)Yln^P (05X￡l， 0<Y^1)構(gòu)成發(fā)光層。雖然發(fā)光層 可以是單量子阱(SQW)和多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)中的任一種，但是為 了獲得單色性優(yōu)良的光發(fā)射，選擇MQW結(jié)構(gòu)是適宜的。確定組成量子阱 (QW)的壘層以及形成阱層的AlxG^x)Ylih-YP (0￡X^1, 0<Y^1)的成 分，以便在阱層中形成會產(chǎn)生希望波長的光發(fā)射的量子能級。
為了在光發(fā)射層"限制，，(entrapped )能夠在發(fā)光層產(chǎn)生輻射復(fù)合的載 流子和光發(fā)射，發(fā)光部分優(yōu)選為所謂的雙異質(zhì)(DH)結(jié)構(gòu)，該DH結(jié)構(gòu)包 括分別設(shè)置在發(fā)光層的相對的側(cè)上的彼此相對的覆蓋層，并非常有利于獲 得高強度的光發(fā)射。優(yōu)選地，由具有比形成發(fā)光層的(A1xG^x)yIiiwP
(0SXS1， 0<YS1)的成分更寬的禁帶并呈現(xiàn)高折射率的半導(dǎo)體材料形成 覆蓋層。例如，對于由(Al(uGa。.6) 。.5111().5P的成分形成的發(fā)光層，發(fā)射約 570nm波長的黃綠色光，而由(Al。.7Gao.3) o.5Ino.5P的成分形成覆蓋層(Y. Hosokawa等，J Crystal Growth, 221 (2000)， 652-656)。在發(fā)光層與每個覆 蓋層之間，可以引入適合于適度地改變該兩層之間的帶不連續(xù)性的中間層。 在該情形下，中間層優(yōu)選由禁帶寬度介于發(fā)光層與覆蓋層之間的半導(dǎo)體材 料來形成。
本發(fā)明構(gòu)思將透明襯底(透明支撐層)接合到包含發(fā)光層的半導(dǎo)體層。 透明支撐層由光學(xué)透明材料形成，該透明材料具有用于機械支撐發(fā)光部分 的足夠的強度并呈現(xiàn)能夠透射從發(fā)光部分發(fā)射的光的大禁帶寬度。例如， 可以由諸如磷化鎵(GaP)、鋁鎵砷化物(AlGaAs)或氮化鎵(GaN)的 III-V族化合物半導(dǎo)體晶體，諸如硫化鋅(ZnS)或竭化鋅(ZeSe )的II-VI 族化合物半導(dǎo)體晶體，或者諸如六方或立方的碳化硅(SiC)的IV族半導(dǎo) 體晶體來形成該層。
透明支撐層優(yōu)選具有約50nm或更大的厚度以便能夠具有足夠的機械 強度支撐發(fā)光部分。為了有助于M之后在該層上進(jìn)行機械處理，透明支 撐層優(yōu)選具有不超過300jim的厚度。在具有由(AlxGaix)Yln,-YP ( O^X^l, 0<Y^1)形成的發(fā)光層的化合物半導(dǎo)體LED中，使由n-型GaP單晶形成 的透明支撐層具有約50jrni或更大以及約300pm或更小的厚度是最適合 的。
例如，當(dāng)設(shè)置由磷化鎵(GaP)形成的透明支撐層接合發(fā)光部分的最 外層時，使用晶格常數(shù)不同于發(fā)光部分的其它III-V族化合物半導(dǎo)體子層 的III-V族化合物半導(dǎo)體材料形成發(fā)光層的最外層可以減輕在將透明支撐 層接合到發(fā)光部分期間在發(fā)光部分施加的應(yīng)力。結(jié)果，例如在接合的過程 中可以防止發(fā)光層受到損害，并有助于穩(wěn)定供應(yīng)能夠發(fā)射希望的波長的化 合物半導(dǎo)體LED。在透明支撐層的M過程中，為了充分減小施加在發(fā)光 部分上的應(yīng)力，可以適宜地4吏發(fā)光部分的最外層具有0.5fim或更大的厚度。 如果使最外層具有非常大的厚度，在最外層的形成過程中，由于晶格常數(shù)
不同于發(fā)光部分的其它子層，過大的厚度會在發(fā)光層上施加應(yīng)力。為了避
免該問題，使最外層具有20jim或更小的厚度是適宜的。
特別是，當(dāng)選擇磷化鎵(GaP)用于透明支撐層以利于將由
(AlxGaLx)YlnLYP (0SXS1， 0<Y￡1)形成的發(fā)光層所發(fā)射的光透射到外 部時，通過使用具有鎵(Ga)和磷(P)作為部件元素并且包含比P數(shù)量 更大的Ga的半導(dǎo)體材料形成發(fā)光部分的最外層，可以獲得強接合。由
(AlxGau)YliiLY (0^X51， 0<YS1)的非化學(xué)計量成分來形成該最外層是 特別適宜的。
將要接合的透明支撐層的第 一表面和發(fā)光部分的最外層的第 一表面是 由單晶形成的表面，并且它們優(yōu)選具有相同的表面取向。兩個第一表面優(yōu) 選共同具有(100)面或(111)面。在襯底上形成發(fā)光部分的最外層時， 為了獲得具有(100)面或(111)面作為表面的發(fā)光部分的最外層，可以 使用具有(100)面或(111)面作為表面的襯底。例如，當(dāng)使用具有(IOO) 面作為表面的砷化鎵(GaAs)作為襯底時，可以形成具有(100)面作為 表面的發(fā)光部分的最外層。
可以在例如砷化鎵(GaAs )、磷化銦(InP )或磷化鎵(GaP )的III-V 族化合物半導(dǎo)體單晶的襯底的第一表面上，或者在硅(Si)的襯底的第一 表面上形成發(fā)光部分。如上所述，發(fā)光部分優(yōu)選具有能夠"限制"用于輻射 復(fù)合的載流子和光發(fā)射的DH結(jié)構(gòu)。使發(fā)光部分具有SQW結(jié)構(gòu)或MQW 結(jié)構(gòu)是適宜的。作為形成發(fā)光部分的子層的方法的實例，可以使用金屬有 機物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法、分子束外延(MBE)方法和液相外 延(LPE)方法。
在襯底與發(fā)光部分之間，設(shè)置用于緩解襯底材料與發(fā)光部分的子層之 間的晶格失配的緩沖層、用于將發(fā)光層發(fā)射的光反射到器件的外部的布拉 格反射鏡、用于選擇性蝕刻的蝕刻停層等等。然后，在發(fā)光部分的子層上， 可以設(shè)置用于降低歐姆電極的接觸電阻的接觸層、用于使器件工作電流完 全擴展到發(fā)光部分的整個平面的電流擴展層、以及相反地用于限定能夠通 過器件操作電流的區(qū)域的電流限制層和電流收縮層。
特別地，當(dāng)使接合的透明支撐層或發(fā)光部分的最外層的第一表面如此
光滑以致具有(Unm或更小的均方根(rms)時，可以獲得強接合。例如， 通過使用包含碳化珪(SiC)基細(xì)粉末或鈰(Ce)細(xì)粉末的研磨劑的化學(xué) 機械拋光(CMP)方法，可以獲得該光潔度的第一表面。當(dāng)使用酸溶液或 堿溶液進(jìn)一步處理經(jīng)CMP拋光的第一表面時，處理可以進(jìn)一步提高光潔 度并且有助于產(chǎn)生清洗的第一表面，因為去除了外來物質(zhì)和拋光過程中造 成的玷污。
在壓力方面，在lxl(^Pa或更小，優(yōu)選lxl0-spa或更小的真空中，將 透明支撐層或發(fā)光部分的最外層接合。特別地，通過彼此接合由拋光獲得 的兩個光滑的第一表面，可以獲得強接合。在彼此接合兩個第一表面之前， 必須通過4吏用具有50eV或更大能量的原子束或離子束照射來激活這些第 一表面。在此使用的術(shù)語"激活，，意思是給予這些第一表面以清潔的狀態(tài)， 該清潔的狀態(tài)源于去除了將要接合的第一表面上存在的這些第一表面的包 含氧化物膜和碳的雜質(zhì)層和玷污層。當(dāng)輻照透明支撐層和發(fā)光部分的子層 的任一第一表面時，可以牢固而準(zhǔn)確無誤地*該兩個笫一表面。當(dāng)它們 勻遭受輻照射時，可以更有力地接合。
作為證明是有效的引入強接合的輻照種(species)的實例，可以使用 氫(H)原子、氫分子(H2)、或氫離子(質(zhì)子H+ )束。當(dāng)通過使用 包含在將要接合的表面區(qū)域中存在的元素的束來進(jìn)行輻照射時，將要形成 的接合在強度上是優(yōu)越的。例如，在使用具有添加的鋅(zn)的磷化鎵 (GaP )用于透明支撐層的情況下，通過使用包含鎵(Ga )、磷(P)或鋅(Zn ) 的原子或離子束輻照射將要接合的第一表面，可以形成強接合。然而，如 果透明層或發(fā)光部分的最外層的第 一表面具有高的電阻，使用主要包含離 子的束來輻照第一表面，將可能導(dǎo)致第一表面帶電。當(dāng)?shù)谝槐砻娴膸щ姰a(chǎn) 生電排斥時，不可以形成強M,為了使激活可以賦予第一表面良好的導(dǎo) 電性，優(yōu)選利用離子束激活第一表面。
然后，在透明支撐層或發(fā)光部分的子層的表面區(qū)域中，使用不顯著改 變相關(guān)成分的惰性氣體例如氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)或氪(Kr)的束，穩(wěn)定地激活表面。特別地，除了其它的元素外，可以使用氬(Ar) 原子(單原子分子)的束，迅速且方便地激活表面。氦(He)具有比氬(Ar) 小的原子量。因此，在激活將要接合的第一表面的耗時方面，He束是不利 的。另一方面，使用原子量大于氬的氪(Kr)束，則會碰撞損傷第一表面。
在使透明支撐層和發(fā)光部分的最外層的第 一表面相對地重疊然后M 時，為了牢固地接合第一表面，在整個將要*的第一表面上施加,壓 力證明是有利的。具體而言，將大于等于5g.cn^并小于等于100g.cm^的 壓力沿垂直方向施加到將要接合的第一表面。即使透明支撐層和發(fā)光部分 的最外層之一或二者彎曲了 ，該工序也可以實現(xiàn)均勻強度地接合第一表面。
當(dāng)在上述優(yōu)選的真空度的真空中接合透明支撐層和發(fā)光部分時，使支 撐層和發(fā)光部分的最外層之一或二者的第一表面保持在100°C或更小，優(yōu) 選50。C或更小，以及更優(yōu)選地保持在室溫。如果在超過約500°C的高溫 的環(huán)境中實施接合，過高的溫度會使由(AlxGau)YliM-YP( 0^X51, 0<Y^1) 形成并被并入到發(fā)光部分中的發(fā)光層產(chǎn)生熱變性，而且不利于穩(wěn)定生產(chǎn)能 夠發(fā)射希望的波長的光的化合物半導(dǎo)體LED,
本發(fā)明將支撐層接合到發(fā)光部分的最外層，因此使支撐層能夠處于機 械支撐發(fā)光部分的狀態(tài)，然后去除用于形成發(fā)光部分的襯底，從而提高將 發(fā)射的光提取到外部的效率，因此能夠形成高亮度的化合物半導(dǎo)體LED。 特別是當(dāng)使用光學(xué)不透明材料用于襯底時，該光學(xué)不透明材料不可避免地 會吸收從(A1xG^x)yIiilyP (0SXS1， 0<Y^1)的發(fā)光層發(fā)射的全部光， 如此去除村底的方法有助于高亮度的LED的穩(wěn)定生產(chǎn)。例如，當(dāng)由吸收 從發(fā)光層發(fā)射的光的材料形成的層例如緩沖層插入到襯底與發(fā)光部分之間 時，先后去除襯底和該層，有利于LED的高亮度。通過機械切割操作、 拋光操作、物理干法或化學(xué)濕法蝕刻操作、以及這些操作的組合，可以去 除襯底。特別地，通過利用相關(guān)材料的不同的蝕刻速率的選擇性蝕刻方法， 可以僅僅選擇性地去除村底，并且可以以良好的重復(fù)性均勻地完成該去除。
本發(fā)明使第 一 電極和極性不同于第一電極的第二電極形成在發(fā)光二極 管的主光提取表面上。在本發(fā)明中所使用的術(shù)語"主光提取表面"意思是與
發(fā)光部分中附著了透明襯底的表面相反的一側(cè)上的表面。對于本發(fā)明形成 上述電極的原因在于實現(xiàn)高亮度。該結(jié)構(gòu)的采用，使得不必將電流提供到 透明襯底。結(jié)果，歸因于成功附著高透射率的襯底，實現(xiàn)了高亮度。
本發(fā)明構(gòu)思了提供具有兩個側(cè)面的透明襯底，第 一 側(cè)面在鄰iOC光層
的部分處，近似垂直于發(fā)光層的發(fā)光表面，而第二側(cè)面在遠(yuǎn)離發(fā)光層的部 分處，相對于發(fā)光表面是傾斜的。本發(fā)明采用該結(jié)構(gòu)的原因在于使發(fā)光層 釋放的朝向透明襯底的光可以有效地被提取到外部。也就是，在第一側(cè)面 上反射從發(fā)光層朝透明襯底釋放的光的一部分并且通過第二側(cè)面提取。通 過第一側(cè)面可以提取在第二側(cè)面上^^射的光。第一側(cè)面和第二側(cè)面的協(xié)同 效果使光提取的概率增加了 。
在本發(fā)明中，在第二側(cè)面與平等于發(fā)光表面的表面之間形成的角度(圖
2中的a)優(yōu)選在55度至80度的范圍內(nèi)。順便提一下，圖2中的符號"a" 不是表示拐角部分的角度而是側(cè)面的邊緣部分的角度。通過在該范圍內(nèi)設(shè) 定a，有效地將透明襯底的底部上反射的光提到外部。
本發(fā)明優(yōu)選使第一側(cè)面具有寬度D(沿厚度的方向)，寬度D處于30nm 至100nm的范圍。通過4吏第一側(cè)面的寬度處于該范圍，因為在透明襯底的 底部^Jt的光在第一側(cè)面的部分處有效地返回到發(fā)光表面并且進(jìn)一步通過 主光提取表面釋放，所以使發(fā)光二極管能夠提高M(jìn)射效率。
本發(fā)明優(yōu)選使半導(dǎo)體層包圍第二電極。采用該結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了降低操作電 壓的效果。通過使第一電極在第二電極的四面包圍第二電極，使電流能夠 容易地沿四個方向流動，從而4吏操作電壓減小。
本發(fā)明優(yōu)選以柵格的形狀形成第一電極。采用該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了提高可靠 性的效果。采用該柵格形狀使電流均勻進(jìn)入到發(fā)光層，從而提高了可靠性。
本發(fā)明優(yōu)選由具有l(wèi)Ojim或更小的寬度的襯墊電極和線電極組成第一 電極。該結(jié)構(gòu)的采用產(chǎn)生了高亮度的效果。通過減小電極的寬度，可以增 加光提取表面的開口面積并獲得高亮度。
本發(fā)明優(yōu)選^jt光部分具有包含GaP層的結(jié)構(gòu)并且使第二電極形成 在該GaP層上。該結(jié)構(gòu)的采用產(chǎn)生了降低操作電壓的效果。通過在GaF
層上形成第二電極，可以構(gòu)建良好的歐姆接觸并由此降低操作電壓。
本發(fā)明優(yōu)選使第一電極具有n-型極性并使第二電極具有p-型極性。該 結(jié)構(gòu)的采用產(chǎn)生了提高亮度的效果。以p-型極性形成第一電極會劣化電流 的擴展并且劣化亮度。通過以n-型極性形成第一電極，可以提高電流的擴 展并且獲得高亮度。
本發(fā)明構(gòu)思了皿化透明襯底的傾斜的表面，由此在該表面上形成范 圍0.05nm至3nm，優(yōu)選地范圍O.lnm至lpm的不平整度。該結(jié)構(gòu)的采用 產(chǎn)生了通過傾斜的表面來提高光提取效率的效果。這是因為傾斜的表面的 粗糙化會抑制傾斜表面的總反射從而提高了光提取效率。順便提及，通過 使用掃描電子顯微鏡產(chǎn)生的照片的計算，可以確定本發(fā)明中的傾斜的表面 的不平整度。如果不平整度達(dá)不到0.05nm，則上述效果將不顯著。如果不 平整度超過了 3nm，晶體將包*陷并使可靠性變差。
當(dāng)通過干法蝕刻、濕法蝕刻等進(jìn)行本發(fā)明所構(gòu)思的傾斜表面的粗糙化 時，優(yōu)選通過利用了透明襯底的側(cè)面的晶朱取向的濕法蝕刻來實現(xiàn)。當(dāng)通 過濕法蝕刻進(jìn)行 1:化時，證明采用使用混合液體(由磷酸、過氧化氫和 水組成)+鹽酸的化學(xué)蝕刻是有利的。
本發(fā)明優(yōu)選通過劃線和裂片方法或劃片方法形成第 一側(cè)面。采用前面 的方法能夠降低生產(chǎn)成本。具體而言，該方法4吏得在芯片分離過程中不必 切割邊緣，從而允許大量地生產(chǎn)發(fā)光二極管并使產(chǎn)生成本的降低。后面的 方法產(chǎn)生了提高亮度的效果。該方法的采用導(dǎo)致通過第一側(cè)面提高光提取 效率并產(chǎn)生高亮度。
實例
參考附圖，本實例具體地表示用于制造本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)光二極管 (LED)而進(jìn)4亍的實驗。
圖l和圖2示例了在該實例中制造的半導(dǎo)體LED，圖1是半導(dǎo)體LED 的平面視圖，而圖2是半導(dǎo)體LED沿圖1的線II-II取得的截面圖。圖3 是示出了用于半導(dǎo)體LED的半導(dǎo)體外延晶片的疊層結(jié)構(gòu)的截面圖。
在該實例中制造的半導(dǎo)體發(fā)光二極管10是具有AlGalnP發(fā)光部分的 紅色LED。
參考通過將設(shè)置在GaAs襯底上的外延疊層結(jié)構(gòu)(外延晶片)接合到 GaP襯底來制逸t光二極管的案例，實例1具體解釋了本發(fā)明。
通過4吏用具有在半導(dǎo)體襯底11上依次堆疊的半導(dǎo)體層13的外延晶片 制造LEDIO，半導(dǎo)體襯底ll由包含從(100)面傾斜15。的面的Si摻雜的 n-型GaAs單晶形成。疊層半導(dǎo)體層是由Si摻雜的n-型GaAs形成的緩沖 層130、由Si摻雜的n-型(Al0.5Ga0.5) 05In05P形成的接觸層131、由20 對未摻雜的(Al0.2Ga0.8) 0.5In。.5P/- (Al^Ga^) 。.sIn0.5P形成的發(fā)光層133、 由Mg摻雜的p型(Al。.7Ga。.3 )0.5In。.5P形成的上覆蓋層和(Al。.5Ga().5 )。.5In0.5P 薄膜組成的插入層134，以及Mg摻雜的p型GaP層135。
在該實例中，在GaAs襯底上通過低壓MOCVD方法，使用三甲基鋁 ((CH3)3A1)、三甲基鎵((CH3)3Ga)和三曱基銦((CH3)3ln)作為用于III 族成分元素的原材料，堆疊半導(dǎo)體子層130至135，形成了外延晶片。作 為用于Mg摻雜的原材料，使用雙環(huán)戊二烯基鎂(bis-(C5H5)2Mg)。使用 乙硅烷((Si2H6))用于Si摻雜的原材料。作為用于V族成分元素的原材 料，使用磷烷(PH3)或砷烷(AsH3)。在750。C下生長GaP層135，在 730°C下生長組成半導(dǎo)體層13的其它半導(dǎo)體子層130至135。
GaAs緩沖層130具有約2x 1018cnT3的載流子濃度和約0.2 的層厚 度。接觸層131由(Al。.5Ga。.5) D.5In。.5P形成并具有約2x 1018 cm-3的載流 子濃度以及約1.5 jim的層厚度。n-覆蓋層具有約8xl0"cm^的載流子濃度 和約1 nm的層厚度。發(fā)光層133是厚度為0.8 的未摻雜的膜。p-覆蓋 層134具有約2xl017 cnT3的載流子濃度和約1 Jim的層厚度。GaP層135 具有約3xl018cnT3的載流子濃度和約9 jim的層厚度。
p-型GaP層135具有從拋光的表面直到鏡面面層(finish)的達(dá)到約 lpm的深度的區(qū)域。通過鏡面拋光，粗糙化p-GaP層135的表面達(dá)到 0.18nm為止。其間，制備了適于附著到p-型GaP層135的鏡面拋it^面 的n-型GaP襯底14。為用于附著的GaP襯底14添加Si和Te，直到約2x10" 咖-3的載流子濃度。使用具有(111)的表面取向的單晶。用于附著的GaF
襯底14具有50 nm的直徑和250 jim的厚度。在被#^到p-型GaP層135 之前，該用于粘貼的GaP襯底14具有鏡面拋光的表面以便面層為0.12 nm 的均方4艮(rms)值。
將GaP襯底14和外延晶片放入普通半導(dǎo)體材料附著裝置，對裝置的 內(nèi)部進(jìn)行抽氣直到3xl0-spa的真空。此后，為了避免碳玷污，裝置沒有碳 材料構(gòu)成的構(gòu)件，在真空中加熱在裝置內(nèi)部設(shè)置的GaP襯底14到約800°C 的溫度，同時使用加速到800eV的能量的Ar離子輻照。因此，在GaP襯 底14的第一表面上形成由非化學(xué)計量成分形成的接合層141。形成接合層 141之后，停止Ar離子的輻射并將GaP層14的溫度降到室溫。
使用通過電子的碰撞中和的Ar束，輻射GaP襯底14與GaP層135 的第一表面超過3分鐘，其中在GaP襯底14的表面區(qū)域中GaP襯底14 具有由非化學(xué)計量成分形成的接合層141。在保持真空的附著裝置內(nèi)部重 疊層135與14之間的第一表面，并且在室溫和被調(diào)整到對兩個第一表面施 加20g/cii^的壓力的負(fù)重下"^層135與14之間的第一表面(圖4)。從 附著裝置的真空室取出由接合產(chǎn)生的晶片并測定接合的界面。結(jié)果，發(fā)現(xiàn) 接合部分包含由具有非化學(xué)計量成分的Gan.6JP。.4形成的接合層141。 ^ 層141具有約3 nm的厚度和7xl018 cnT3的氧原子濃度，以及9xl018 cnT3 的碳原子濃度，通過普通SIMS分析方法確定的量。
然后，從接合的晶片，使用氨基蝕刻劑選擇性地去除GaAs襯底11和 GaAs緩沖層130。
在接觸層131的第一表面上，通過真空蒸發(fā)方法以0.5 nm的厚度淀積 AuGeNi合金，以0.2 jim的厚度淀積Pt，以ljun的厚度淀積Au，形成 n-型歐姆電極作為第一歐姆接觸15。通過常規(guī)光刻方法構(gòu)圖該電極以完成 電極15。
接下來，通過在形成p電極的區(qū)域中選擇性地去除外延層131至134 暴露出GaP層135。在GaP層的第一表面上，通過真空蒸發(fā)方法以0.2 nm 的厚度淀積AuBe和以1 nm的厚度淀積Au，形成p-型歐姆電極16。
在450°C熱處理電極10分鐘，完成合金的低電阻p-型和n-型歐姆電
極(圖l和圖2)。
接著，通過使用劃片鋸從背表面將V型槽插入到GaP襯底14中，調(diào) 整該V型槽使第一側(cè)面具有80 nm的寬度D，使圖2中所示的傾斜表面的 角a (此處不是拐角部分而是邊緣部分)為70° 。
使用抗蝕劑保護(hù)發(fā)光二極管的第一表面并且通過使用由磷酸、過氧化 氫和水組成的蝕刻劑和鹽酸的蝕刻，粗糙化發(fā)光二極管的傾斜面。粗糙化 的表面的不平整度約為500 nm ( 0.5 jim )。在圖9中示出了粗糙化面的電 子顯微圖。
接著，使用劃片鋸以350jim的間距從第一表面?zhèn)惹懈罹陨a(chǎn)芯 片。通過使用硫酸和過氧化氫的混合液體去除源自劃片的損壞層和玷污， 完成半導(dǎo)體LED (芯片)10。
通過使用上述制造的LED芯片配置圖5和圖6中示意性地示例的LED 燈42。通過使用銀漿糊安裝LED芯片固定在安裝襯底45上，將LED芯 片10的n-型歐姆電極15用金線46線掩^到在安裝襯底45的第一表面上 安裝的n電極端子43并使用金線46將p-型歐姆電極16布線接合到p電 極端子44，此后使用常規(guī)環(huán)氧樹脂41密封接合的拐角(corner)，來制 造該LED燈42。
當(dāng)通過在安裝襯底45的第一表面上設(shè)置的n-型和p-型歐姆電極15和 16之間通過電流時，發(fā)射具有620 nm的主波長的紅色光。20mA電流沿 正向通過時，正向電壓(Vf)達(dá)到約1.95V,該量反映了電極的適宜的版 圖以及歐姆電極15和16的良好的歐姆特性。當(dāng)正向電流設(shè)定在20 mA時， 發(fā)射的光的強度達(dá)到1000 mcd的高亮度，該量反映了發(fā)光部分的結(jié)構(gòu)具 有高的光發(fā)射效率，并反映了在晶片分離為芯片期間由于通過去除了損壞 的層而提高了到外部的提取效率。
比較實例
以與上述實例相同的方式，形成圖7和圖8示例的p-型和n-型歐姆電極。
接著，使用劃片鋸以350nm的間距從第一表面?zhèn)惹懈罹援a(chǎn)生芯 片。通過使用石克酸和過氧化氫的混合液去除由于劃片產(chǎn)生的損壞層和玷污，
獲得半導(dǎo)體LED (芯片)10。
通過4吏用如上述制造的LED芯片配置圖5和圖6中示意性地示例的 LED燈42。通過使用銀漿糊安裝LED芯片固定在安裝村底45上，將LED 芯片10的n-型歐姆電極15用金線46線接合到在安裝襯底45的第一表面 上安裝的n電極端子43并且使用金線46將p-型歐姆電極16線接合到p 電極端子44，此后使用常規(guī)環(huán)氧樹脂41密封接合的拐角，來制造該LED 燈42。
當(dāng)通過在安裝襯底45的第一表面上設(shè)置的n-型和p-型歐姆電極15和 16之間通過電流時，發(fā)射具有620 nm的主波長的紅色光。在20mA電流 沿正向通過時，正向電壓(Vf)約為2.30V。當(dāng)正向電流i殳定在20mA時， 發(fā)射的光的強度為200 mcd。
工業(yè)適用性
本發(fā)明的發(fā)光二極管;UL射紅、橙、黃或黃綠色的可見光的高可靠的 發(fā)光二極管，從發(fā)光部分的光提取效率表現(xiàn)優(yōu)秀，呈現(xiàn)高亮度并允許使用 低電壓操作，因此可以有利地利使用本發(fā)明的發(fā)光二極管用于各種顯示燈。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括透明襯底；以及化合物半導(dǎo)體層，所述化合物半導(dǎo)體層包含發(fā)光部分，所述發(fā)光部分包含由(AlXGa1-X)YIn1-YP形成的發(fā)光層，其中0≤X≤1且0<Y≤1，并且所述化合物半導(dǎo)體層被接合到所述透明襯底；其中所述發(fā)光二極管具有在其主光提取表面上的第一電極和極性不同于所述第一電極的第二電極，所述透明襯底具有側(cè)面，所述側(cè)面為第一側(cè)面和第二側(cè)面，所述第一側(cè)面鄰近所述發(fā)光層并基本上垂直于所述發(fā)光層的發(fā)光表面，所述第二側(cè)面遠(yuǎn)離所述發(fā)光層并相對于所述發(fā)光表面是傾斜的，并且所述第二表面被粗糙化為具有范圍為0.05μm至3μm的不平整度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的發(fā)光二極管，其中所述透明村底是n-型GaP單晶。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的發(fā)光二極管，所述透明襯底具有(100 )或 (111)的表面取向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任何一項的發(fā)光二極管，所述透明襯底具 有范圍為50nm至300fim的厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一項的發(fā)光二極管，其中所述第二側(cè) 面與平行于所ii:良光表面的表面形成范圍為55度至80度的角。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任何一項的發(fā)光二極管，其中所述第一側(cè) 面具有范圍為30jim至100nm的寬度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任何一項的發(fā)光二極管，其中所^光部 分包含GaP層并且所述第二電極被形成在所述GaP層上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任何一項的發(fā)光二極管，其中所述第一電 極的極性是n型，所述第二電極的極性是p型。
9. 一種用于制逸良光二極管的方法，包括以下步驟 形成包含由(AlxGa,.x)YliiLYP形成的發(fā)光層的發(fā)光部分，其中05X^1 且0〈YS1;然后將包含所述發(fā)光部分的化合物半導(dǎo)體層接合到透明襯底；在與所述透明襯底相對的所述化合物半導(dǎo)體層的主光換_取表面上形成 第一電極和極性不同于所述第一電極的第二電極；通過劃片方法形成第 一側(cè)面和第二側(cè)面作為所述透明襯底的側(cè)面，所 述笫一側(cè)面鄰近所述發(fā)光層基本上垂直于所述發(fā)光層的發(fā)光表面，所述第 二側(cè)面遠(yuǎn)離所述發(fā)光層并相對于所iiJL光表面是傾斜的；以及此后以0.05 nm至3jim范圍內(nèi)的不平整度粗糙化所述第二側(cè)面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中通過濕法蝕刻進(jìn)行粗糙化所述第二 側(cè)面的步驟。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其中通過劃線和裂片方法形成所述 第一側(cè)面。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其中通過所述劃片方法形成所述第 一側(cè)面。
全文摘要
一種發(fā)光二極管(10)包括透明襯底和化合物半導(dǎo)體層，所述化合物半導(dǎo)體層包含發(fā)光部分(12)，所述發(fā)光部分(12)包含由(Al_XGa_1-X)_YIn_1-YP形成的發(fā)光層133，其中0≤X≤1且0＜Y≤1，并且所述化合物半導(dǎo)體層被接合到所述透明襯底(14)。其中，在所述發(fā)光二極管(10)在其主光提取表面上具有第一電極(15)和極性不同于所述第一電極的第二電極(16)，所述透明襯底具有側(cè)面，所述側(cè)面為第一側(cè)面(142)和第二側(cè)面(143)，所述第一側(cè)面(142)鄰近所述發(fā)光層基本上垂直于所述發(fā)光層的發(fā)光表面，所述第二側(cè)面(143)遠(yuǎn)離所述發(fā)光層并相對于所述發(fā)光表面是傾斜的，并且所述第二側(cè)面(143)被粗糙化為具有范圍為0.05μm至3μm的不平整度。在所述光提取表面上具有兩個電極的發(fā)光二極管表現(xiàn)出高光提取效率和高亮度。
文檔編號H01L33/22GK101371372SQ20078000270
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月23日
發(fā)明者鍋倉互 申請人:昭和電工株式會社