CN100413104C - 化合物半导体发光器件及其制造方法 - Google Patents

化合物半导体发光器件及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100413104C
CN100413104C CNB2005800099410A CN200580009941A CN100413104C CN 100413104 C CN100413104 C CN 100413104C CN B2005800099410 A CNB2005800099410 A CN B2005800099410A CN 200580009941 A CN200580009941 A CN 200580009941A CN 100413104 C CN100413104 C CN 100413104C
Authority
CN
China
Prior art keywords
conductive layer
compound semiconductor
emitting device
layer
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2005800099410A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1947265A (zh
Inventor
竹内良一
锅仓互
宇田川隆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Publication of CN1947265A publication Critical patent/CN1947265A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100413104C publication Critical patent/CN100413104C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
    • H01L2224/48464—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond the other connecting portion not on the bonding area also being a ball bond, i.e. ball-to-ball
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/49105—Connecting at different heights
    • H01L2224/49107—Connecting at different heights on the semiconductor or solid-state body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

提供了一种pn结化合物半导体发光器件，包括：包括由n型或p型磷化铝镓铟构成的发光层的层叠结构；以及用于支撑所述层叠结构的透光衬底，而且所述层叠结构和所述透光衬底接合在一起，其中所述层叠结构中包括n型或p型导电层，所述导电层和所述衬底接合在一起，以及所述导电层由含硼Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体构成。

Description

化合物半导体发光器件及其制造方法
相关申请的交叉引用
要求2004年3月29日提交的日本专利申请2004-095145的优先权，在此引入其内容作为参考。根据35U.S.C.§119(e)(1)，本申请还要求2004年4月6日提交的美国临时申请60/559,429的优先权。
技术领域
本发明涉及具有包括由磷化铝镓铟混合晶体(AlGaInP)构成的发光层的层叠结构的pn结化合物半导体发光器件，更具体地，涉及获得高发射强度的pn结化合物半导体发光器件.
背景技术
公知具有由磷化铝镓铟混合晶体(组分分子式：(AlXGa1-X)YIn1-YP，0≤X≤1)构成的且在n型或p型砷化镓(GaAs)单晶衬底上气相生长的发光层的发光二极管(此后也称作LED)发射其波长对应于绿光到红光的光(例如，参见非专利文献1).
具体地说，采用在GaAs衬底上具有由磷化铝镓铟混合晶体((AlXGa1-X)0.5In0.5P，0≤X≤1)(上面组分分子式中的Y＝0.5)构成的发光层的LED。
在具有由(AlXGa1-X)YIn1-YP构成的发光层的LED中，为了获得高的发射强度，发光层的宽区域上方的器件工作电流的扩散和光向外面的有效提取很重要。因此，通常在发光层上设置电流扩散层和窗口层。
窗口层允许从发光层发射的光传输到外面。例如，公开了具有由磷化镓(GaP)构成的窗口层的LED(参见专利文献1).
在具有在GaAs衬底上气相生长的层叠结构的LED中，从发光层发射的光只能从LED的上面提取，这是因为GaAs衬底相对于发射波长是不透明的。由此，向外面提取光的效率不够令人满意，有待提高。
为了解决此问题，提出了用于制造LED的方法。在此方法中，将相对于发射波长透明的衬底接合到形成在GaAs衬底上的层叠结构上，并除去为气相生长层叠结构而设置的GaAs衬底.
利用相对于发射波长透明的由此接合的结构，通过以上方法制造的LED允许光从上面以及背面和侧面发射，由此获得高的光提取效率。
公知用于制造LED的这种方法，包括在具有发光层的层叠结构上接合相对于发射波长透明的半导体衬底(例如，GaP、硒化锌(ZnSe)、或碳化硅(SiC))(例如，参见专利文献2和3)。
另一种公开的用于制造LED的技术包括，在层叠结构上，通过例如铟锡多元氧化物膜(ITO)的透明导电膜的媒介，接合相对于发射波长透明的GaP衬底(例如，参见专利文献4)。
[非专利文献]
Y.Hosokawa，Journal of Crystal Growth(Holland)，2000，Vol.221，p.652-656
[专利文献1]
美国专利5,008,718说明书
[专利文献2]
日本专利No.3230638
[专利文献3]
日本专利申请公开No.2001-244499
[专利文献4]
日本专利No.2588849
[本发明要解决的问题]
专利文献4也公开了，当将相对于发射波长透明的GaP衬底接合到包括各由(AlXGa1-X)YIn1-YP构成的覆层和电流扩散层的层叠结构的最上表面时，必须通过在高温(830℃或更高)下加热来实施接合(参见专利文献4，说明书中的第[0007]段)。
专利文献2也公开了，当未结合采用用于加热的例如YAG激光的光辐照方法时，通过在300℃到900℃下加热，将相对于发射波长透明的半导体衬底适当地接合到层叠结构上(参见专利文献2，说明书中的第[0035]段)。
在如此高温条件下，用于形成层叠结构并包含易于氧化的铝(Al)的III-V族化合物半导体(例如磷化铝镓铟混合晶体((AlXGa1-X)YIn1-YP)或砷化铝镓(组分分子式：AlXGaYAs，0≤X，Y≤1，X+Y＝1))容易被氧化。
因此，在层叠结构和与其接合的透光衬底(例如，GaP衬底)之间的结区域中形成由氧化物或另一种物质构成的高阻层。此高阻层可干扰器件工作电流的流动。
在一些层叠结构中，设置与发光层不同的由磷化铝镓铟混合晶体((AlXGa1-X)YIn1-YP)构成的层。通常，为了使混合晶体层具有导电性，对该层添加容易热扩散的杂质元素例如锌(Zn)或硒(Se)。
当通过在高温下加热将透光衬底接合到层叠结构时，容易热扩散的杂质元素例如锌(Zn)或硒(Se)扩散进入发光层或另一个层。由此，n型或p型发光层的载流子浓度、或LED的正向电压(Vf)可能会有问题地改变。
专利文献4公开了包括氧化碘锡膜和氧化镉锡膜的透明导电氧化物膜。然而，这些氧化物膜很难获得与III-V族化合物半导体例如磷化铝镓铟混合晶体(AlXGa1-X)YIn1-YP的可靠的欧姆接触。
由此，即使当通过任何上述透明氧化物膜的媒介将例如具有极好光透过性的透明衬底蓝宝石(α-Al2O3单晶)、玻璃、二氧化钛(TiO2)、或氧化镁(MgO)接合到层叠结构时，在制造出的LED中，器件工作电流很难通过透明衬底的媒介在层叠结构的宽区域上方扩散，这是成问题的。
发明内容
为了解决包括在常规技术中的上述问题，构思了本发明.由此，本发明提供了一种pn结化合物半导体发光器件，其具有低电阻、使器件工作电流容易地流动、并呈现优良的向外面提取光的效率，而且提供了用于制造此器件的方法。
因此，本发明旨在如下方面。
(1)一种pn结化合物半导体发光器件，包括：包括由n型或p型磷化铝镓铟构成的发光层的层叠结构；以及用于支撑所述层叠结构的透光衬底，所述层叠结构和所述透光衬底接合在一起，其特征在于，所述层叠结构包括n型或p型导电层，所述导电层和所述衬底接合在一起，以及所述导电层由含硼III-V族化合物半导体构成。
(2)根据上面(1)中所述的pn结化合物半导体发光器件，其中所述导电层的室温带隙大于所述发光层的室温带隙。
(3)根据上面(1)或(2)中所述的pn结化合物半导体发光器件，其中所述导电层由未对其故意添加杂质元素的未掺杂的含硼III-V族化合物半导体构成.
(4)根据上面(1)至(3)中的任何一项中所述的pn结化合物半导体发光器件，其中所述导电层由包含砷和硼的III-V族化合物半导体构成.
(5)根据上面(1)至(4)中的任何一项中所述的pn结化合物半导体发光器件，其中所述导电层由包含磷和硼的III-V族化合物半导体构成。
(6)根据上面(5)中所述的pn结化合物半导体发光器件，其中所述导电层由磷化硼构成。
(7)根据上面(1)至(6)中的任何一项中所述的pn结化合物半导体发光器件，其中所述导电层由包含双晶(twin)的含硼III-V族化合物半导体构成。
(8)根据上面(7)中所述的pn结化合物半导体发光器件，其中各所述双晶具有作为双晶面的含硼III-V族化合物半导体的(111)晶格平面。
(9)一种制造pn结化合物半导体发光器件的方法，其特征在于包括以下步骤：通过在晶体衬底上顺序层叠下覆层、由n型或p型磷化铝镓铟构成的发光层、上覆层、以及由含硼III-V族化合物半导体构成的n型或p型导电层，形成层叠结构；以及将所述导电层接合到透光衬底。
(10)根据上面(9)中所述的制造pn结化合物半导体发光器件的方法，其中在将所述导电层接合到所述透光衬底之后，除去所述晶体衬底。
(11)根据上面(9)或(10)中所述的制造pn结化合物半导体发光器件的方法，其中通过以20nm/min至30nm/min的生长速率生长晶体形成所述导电层，直到所述导电层的厚度达到10nm至25nm，接着以小于20nm/min的生长速率生长晶体，直到所述导电层达到所关心的厚度.
根据本发明的pn结化合物半导体发光器件，导电层由含硼III-V族化合物半导体构成。由此，在pn结化合物半导体发光器件中，导电层和透光衬底以高附着力相互接合。在导电层上，可以可靠地形成欧姆电极。
因此，本发明提供了一种具有低电阻、使器件工作电流容易地流动、并呈现优良的向外面提取光的效率的pn结化合物半导体发光器件。
由于导电层的室温带隙大于发光层的室温带隙，所以可以使从发光层发射的光以低的传输损耗传输到透光衬底，从而可以获得高的发射强度。
由于导电层由未对其故意添加杂质元素的未掺杂的含硼III-V族化合物半导体构成，所以不会出现添加的杂质元素扩散到发光层或其它层中，由此使pn结化合物半导体发光器件的正向电压或其它特性变化的现象，并可获得低的正向电流。
由于导电层由包含砷和硼的III-V族化合物半导体构成，所以可在导电层上形成呈现优良欧姆接触特性的电极，从而可获得低正向电流。
由于导电层由包含磷和硼的III-V族化合物半导体或包含砷和硼(磷砷化硼)的III-V族化合物半导体构成，所以可获得宽带隙，并可使从发光层发射的光以低传输损耗透射到透光衬底，从而可以获得较高的发射强度。
由于导电层由包含双晶的含硼III-V族化合物半导体构成，所以可减轻导电层和底层(base layer)之间的晶格失配，从而获得具有高结晶度的导电层。由此，可以制造出具有低电阻并呈现优良的向外面提取光的效率的pn结化合物半导体发光器件。
根据制造pn结化合物半导体发光器件的方法，形成由含硼III-V族化合物半导体构成的n型或p型导电层，以设置用于使层叠结构和透光衬底接合的接合层。由此，可以在低温下，在不结合使用用于加热的例如YAG激光器的光辐照方法的情况下，可以高附着力相互接合导电层和透光衬底。
根据此方法，可以防止由氧化物或另一种物质构成的高电阻层的形成和对层叠结构的组成层添加的杂质元素的热扩散，此现象通常发生在由磷化镓或类似物质构成的导电层与透光衬底在高温下接合的情况下。在导电层中，可以可靠地形成欧姆电极.
根据此方法，可以制造出具有低电阻、使器件工作电流容易地流动、并呈现优良的向外面提取光的效率的pn结化合物半导体发光器件。
由于在将导电层接合到透光衬底之后除去了晶体衬底，可以避免通过晶体衬底吸收光，并可以制造出呈现优良的向外面提取光的效率的pn结化合物半导体发光器件.
根据本方法，通过以20nm/min至30nm/min的生长速率生长晶体，形成导电层，直到导电层的厚度达到10nm至25nm，接着以小于20nm/min的生长速率生长晶体，直到导电层达到所关心的厚度。因此，将双晶引入到导电层中，由此可以形成具有高结晶度的导电层.
由于以小于20nm/min的生长速率继续进行晶体生长直到导电层达到所关心的厚度，所以可以形成具有高表面平坦度的导电层，由此可以高附着力相互接合导电层和透光衬底.
附图说明
图1示出了实例1的示例性层叠结构的示意性横截面图。
图2示出了实例1的pn结化合物半导体发光器件的示例性结构的示意性横截面图。
图3示出了实例1的pn结化合物半导体发光器件的示例性结构的示意性平面图。
图4示出了包括实例1的LED芯片的示例性发光器件的示意性横截面图。
图5示出了包括实例2的LED芯片的示例性灯的示意性横截面图。
具体实施方式
下面将描述pn结化合物半导体发光器件。
本发明的pn结化合物半导体发光器件包括：包括由n型或p型磷化铝镓铟(组分分子式：(AlXGa1-X)0.5In0.5P，0≤X≤1)构成的发光层的层叠结构；以及用于支撑该层叠结构的透光衬底。层叠结构包括由含硼III-V族化合物半导体构成并作为与透光衬底的接合层的n传导型或p传导型导电层。透光衬底被接合到导电层。
层叠结构具有pn结双异质(DH)结结构.示例性层叠结构包括顺序层叠的下覆层(例如，p型锌(Zn)掺杂的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P)、发光层(例如，p型未掺杂的(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P)、以及上覆层(例如，n型硒(Se)掺杂的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P)。
在层叠结构的导电层上，设置第一极性的欧姆电极，而在相对于发光层与导电层相反的侧上的另一组成层(例如，缓冲层或覆层)上设置相反极性的欧姆电极。
通过上述结构，当正向器件工作电流在欧姆电极之间通过时，发光层发光。
当层叠结构包括顺序层叠的由n型(AlXGa1-X)YIn1-YP构成的下覆层、发光层、由p型(AlXGa1-X)YIn1-YP构成的上覆层、以及由p型磷化硼构成的导电层时，在导电层上设置p型欧姆电极(正电极)，并在下覆层上设置n型欧姆电极(负电极)，由此制造pn结化合物半导体发光器件。
下面将详细描述形成本发明要点的导电层和透光衬底。
导电层由含硼III-V族化合物半导体构成。
在此使用的术语“含硼III-V族化合物半导体”是指包含作为组分元素硼(B)的III-V族化合物半导体。实例包括用如下组分分子式表示的化合物：BαAlβGaγIn1-α-β-γP1-δAsδ(0＜α≤1，0≤β＜1，0≤γ＜1，0＜α+β+γ≤1，0≤δ＜1)；和用如下组分分子式表示的化合物：BαAlβGaγIn1-α-β-γP1-δNδ(0＜α≤1，0≤β＜1，0≤γ＜1，0＜α+β+γ≤1，0≤δ＜1)。
当含硼III-V族化合物半导体混合晶体包含很多种元素时，较难形成具有稳定的组分比例的混合晶体层(参见Iwao Teramoto，“Introduction ofSemiconductor Device，”March 30(1995)Baihukan，1st Ed.P.24)。由此，用上面分子式表示的含硼III-V族化合物半导体优选包含三种或更少种的组分元素，以形成具有稳定组分比例的希望的混合晶体层。
特别优选地，导电层为不包含易于氧化的组分元素(例如，铝(Al))而包含硼和磷(P)或砷(As)作为组分元素的III-V族化合物半导体层。由于不包含易于氧化的组分元素(例如，铝(Al))的导电层具有高的抗氧化性，所以防止了否则将在制造发光器件期间通过加热导电层形成由氧化物或另一种物质构成的高电阻层。由此，可以防止由高电阻层的形成引起的电导率的降低.
不包含易于氧化的组分元素(例如，铝(Al))但包含硼和磷作为组分元素的III-V族化合物半导体(此后此半导体也称作磷化硼基半导体)的实例包括一磷化硼(BP)、通过组分分子式：BαGaγP(0＜α≤1、0≤γ＜1)表示的磷化硼镓、通过组分分子式：BαIn1-αP(0＜α≤1)表示的磷化硼铟、以及通过组分分子式BP1-δNδ(0≤δ＜1)表示的氮磷化硼，此半导体为包含多种V族元素的混合晶体.
由于包含磷的磷化硼基半导体呈现优良的抗热性，由其形成的半导体层呈现提高的抗氧化性。
不包含易于氧化的组分元素(例如，铝(Al))但包含硼和砷作为组分元素的III-V族化合物半导体(此后此半导体也称作砷化硼基半导体)的实例包括通过组分分子式：BP1-δAsδ(0≤δ＜1)表示的磷砷化硼。
与由包含硼和作为唯一的V族元素的磷(P)的III-V族化合物半导体构成的导电层相比，由这种砷化硼基半导体构成的导电层呈现较低的电阻。通过采用砷化硼基半导体，可以降低正向电压。
对导电层的硼原子浓度(含量)没有特别的限制，并可根据应用、发射波长、或pn结化合物半导体发光器件的其它因素适当调整浓度。导电层可以为不包含大量硼作为组分元素(例如，硼掺杂的III-V族化合物半导体)的层.
当硼原子浓度小于1×1019cm-3时，很难可靠地形成呈现充分抗氧化性的导电层.由此，在下述制造pn结化合物半导体发光器件的步骤中，优选在无氧惰性气氛例如氢气(H2)、氮气(N2)、或氩气(Ar)中进行导电层和透光衬底的接合。
优选使导电层的导电类型和与导电层接触的层叠结构的组成层(即，其上形成有导电层的底层)的导电类型一致。
优选导电层具有低的电阻。具体地说，优选导电层具有在室温下1×1019cm-3或更大的载流子浓度和在室温下5×10-2Ω·cm或更小的电阻率。优选将导电层的厚度调节为50nm至5,000nm。
可以预先在层叠结构中设置具有此厚度的这种低电阻导电层，以作为使从发光层发射的光通过其传输到外面的窗口层、作为电流扩散层、或作为类似的层。
优选导电层的室温带隙宽于发光层的室温带隙。利用带隙特性，导电层基本上不吸收从发光层发射的光，并将光传输到透明衬底，从而可获得优良的光提取效率。由此，可以制造发射高强度光的发光器件。
可以根据吸收对光子能量(＝h·v)的依赖关系(dependency)或根据发射系数(n)和消光系数(k)的乘积(＝2·n·k)对光子能量的依赖关系确定含硼的III-V族化合物半导体(导电层)的带隙。
当导电层由磷化硼基半导体或磷砷化硼(砷化硼基半导体的一种)构成时，可以获得宽带隙。
特别优选地，导电层由一磷化硼构成，其可以获得2.8eV至5.0eV的室温宽带隙.例如，可以以2nm/min至30nm/min的形成速率通过MOCVD形成其室温带隙为2.8eV或更大的一磷化硼导电层。
当导电层的室温带隙超过5.0eV时，导电层和发光层或覆层之间的能隙过度地增大，对于降低pn结化合物半导体发光器件的正向电压或阈值电压来说，这是不优选的。
例如，当发射红光的pn结化合物半导体发光器件的发光层由通过组分分子式：(AlXGa1-X)YIn1-YP表示的磷化铝镓铟构成并具有2.0eV的室温带隙时，可以采用由磷砷化硼(BP1-δAsδ：0≤δ＜1)构成并具有2.3eV的室温带隙的导电层。
当导电层由磷化硼基半导体或砷化硼基半导体构成时，优选形成导电层的半导体为未对其故意添加杂质元素的半导体(即，未掺杂的半导体)。
与常规半导体材料例如通过组分分子式：AlXGaYAs(0≤X，Y≤1，X+Y＝1)表示的砷化铝和通过组分分子式：AlXGaYInZP(0≤X，Y，Z≤1，X+Y+Z＝1)表示的磷化铝镓铟相比，磷化硼基半导体或砷化硼基半导体呈现更小的离子键特性。因此，即使半导体未被掺杂，也可获得低电阻和宽带隙。
例如，当采用一磷化硼(BP)，即一种磷化硼基半导体时，可以很容易地在未掺杂的状态下形成具有高达1019cm-3至1020cm-3的载流子浓度的导电层。
通常，在一些情况下，设置对其故意添加杂质元素的掺杂导电层(例如，锌(Zn)掺杂的GaP).在具有这种导电层的发光器件中，从导电层扩散的杂质元素(锌)可以改变载流子浓度和发光层的导电类型。在此情况下，可以施加从所关心的电压偏离的正向电压(Vf)，或可以发射从所关心的波长偏离的波长的光。
比较而言，当设置由未掺杂的磷化硼基半导体或砷化硼基半导体构成的导电层时，可以降低从导电层扩散到与导电层接触的层叠结构的组成层中或发光层中的杂质元素的量，从而可以防止否则将由外部杂质元素的扩散引起的发光层特性的劣化。另外，可利用低电阻促进器件工作电流在发光层内的扩散。
因此，即使在未掺杂状态下，具有低电阻和宽带隙的这种含硼III-V族化合物半导体层可适当地用作覆层，此覆层不会使否则将由外部杂质元素的扩散引起的(AlXGa1-X)YIn1-YP发光层的特性或用于在发光层内扩散器件工作电流的电流扩散层的特性劣化。此外，具有宽带隙的含硼III-V族化合物半导体层也可以作为光传输层，通过该光传输层，从发光层发射的光穿过衬底传输到外面。
由于这个原因，层叠结构可以包括上述即使在未掺杂状态下也具有低电阻和宽带隙的含硼III-V族化合物半导体层，作为覆层或电流扩散层，或具有宽带隙的含硼III-V族化合物半导体层作为发光层。
优选导电层包含双晶.
当与导电层接触的层叠结构的组成层(即，其上形成有导电层的底层)和导电层之间的结界面附近的区域中形成双晶时，导电层和底层之间的晶格失配减轻，从而可以形成具有很少错配(misfit)位错的由含硼III-V族化合物半导体构成的导电层。
特别地，更优选各双晶具有作为双晶面的含硼III-V族化合物半导体的(111)晶面。在此情况下，导电层和底层之间的晶格失配进一步减轻。
接下来，将详细描述用于支撑层叠结构的透光衬底。
透光衬底由相对于发射波长透明的材料构成.无论选择那种导电类型和导电层材料，都优选由玻璃材料形成透光衬底。
玻璃材料的实例包括二氧化硅玻璃(参见Shiro Yoshizawa等人，Industrial chemistry basic lecture 5“Inorganic Industrial chemistry，”Asakura-shoten，February 25(1973)，6th ed.，p.169)；硅酸盐玻璃例如钠钙玻璃(参见上面的“Inorganic Industrial chemistry，”p.205-206)；其中用氧化硼部分代替二氧化硅的硼硅酸盐玻璃(参见上面的“InorganicIndustrial chemistry，”p.207)，以及其它无定形玻璃材料。具体实例包括96％的二氧化硅玻璃。
特别地，优选透光衬底由具有小的热膨胀系数的玻璃材料例如硼硅酸盐玻璃(参见上面的“Inorganic Industrial chemistry，”p.208)或玻璃陶瓷构成.通过使用这种衬底，可以减小透光衬底和接合到透光衬底的层叠结构之间的热应力。由此，即使当发光器件包括由例如(AlXGa1-X)0.5In0.5P构成的发光层时，可以防止否则将由热应力引起的层叠层的破裂，从而获得优良的热稳定性。
优选透光衬底的折射率小于含硼III-V族化合物半导体的折射率.具体地说，优选透光衬底的折射率大于等于1.3且小于2.0，更优选为1.5至1.8。
形成相对于钠(Na)d射线(587nm)透光的具有1.5至1.8的折射率的衬底的光学玻璃材料的实例包括冕玻璃(K)、硼硅酸盐冕玻璃(BK)、钡冕玻璃(BaK)、燧石(F)、钡燧石(BaF)、镧冕玻璃(LAK)、镧燧石(LaF)(参见上面的“Inorganic Industrial chemistry，”p.214)，其中该钠(Na)d射线可从通过组分分子式(AlXGa1-X)YIn1-YP表示的发光层发射。
除了玻璃材料外，透光衬底可以由这样的材料构成，该材料相对于从通过组分分子式(AlXGa1-X)YIn1-YP表示的发光层发射的光透明并允许从发光层发射的光在没有吸收的情况下传输。
形成透光衬底的非玻璃材料的实例包括II-VI族半导体，例如氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、以及硒化锌(ZnSe)；立方3C型、六方4H型、六方6H型、或15R型的碳化硅(SiC)；蓝宝石(α-Al2O3单晶)；氮化镓(GaN)；以及氮化铝(AlN).
当透光衬底包含导电物质例如GaN或ZnSe时，优选透光衬底的导电类型与导电层的导电类型一致。
[制造pn结化合物半导体发光器件的方法]
首先，通过在晶体衬底上顺序层叠下覆层、由n型或p型磷化铝镓铟构成的发光层、上覆层、由含硼III-V族化合物半导体构成的n型或p型导电层，形成层叠结构。
晶体衬底的实例包括硅(Si)晶体、蓝宝石(α-Al2O3单晶)、六方或立方碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)，以及那些其上具有由III-V族化合物半导体构成的底层的晶体衬底。
可通过常规气相生长方法例如MOCVD(金属有机化学气相淀积)，形成下覆层、发光层、和上覆层。不必说，在形成这些组成层之后，可以在晶体衬底上形成由III-V族半导体例如砷化镓(GaAs)构成的缓冲层。
通过气相生长方法例如卤素方法、氢化物方法、或MOCVD(金属有机化学气相淀积)、或分子束外延(参见J.Solid State Chem.，133(1997)，p.269-272)，在上覆层上形成由含硼III-V族化合物半导体构成的导电层.
例如，可以通过大气压(接近大气压)或减压MOCVD，使用三乙基硼烷(分子式：(C2H5)3B)和磷化氢(分子式：PH3)作为源，形成由p型或n型一磷化硼(BP)构成的导电层。
在形成由p型一磷化硼(BP)构成的导电层期间，优选形成温度为1,000℃至1,200℃，且优选源供给比率(V/III比率；例如PH3/(C2H5)3B)为10至50.
在形成由n型一磷化硼(BP)构成的导电层期间，优选形成温度为700℃至1,000℃，且优选V/III比率为200或更大，更优选为400或更大。
除了形成温度和V/III比率外，还可通过精确控制形成速率，形成呈现宽室温带隙的由磷化硼基半导体构成的导电层。
特别地，当将MOCVD期间的形成速率控制在2nm/min至30nm/min时，可以形成由一磷化硼(BP)构成并呈现2.8eV或更大的室温带隙的导电层。
如下所述，可以通过在形成导电层的初始阶段采用增加的生长速率，形成高结晶度的导电层。
用于形成导电层的一种示例性含硼III-V族化合物半导体为磷化硼。闪锌矿晶体型磷化硼具有0.454nm的晶格常数，而闪锌矿晶体型砷化硼具有0.477nm的晶格常数.因此，这些晶格常数与作为发光层或覆层的(AlXGa1-X)YIn1-YP的晶格常数不匹配。
例如，磷化镓(GaP)具有0.545nm的晶格常数，且基于磷化镓(GaP)的(AlXGa1-X)YIn1-YP和磷化硼之间的晶格失配约为16.7％。
在具有这样的高失配度的覆层上淀积由含硼III-V族化合物半导体(例如磷化硼)构成的导电层的情况下，可以通过增大生长的初始阶段的生长速率，制造高结晶度的希望的导电层.
例如，当在700℃至950℃下在例如由未掺杂的(Al0.5G0.5)0.5In0.5P构成的覆层的层上形成由未掺杂的磷化硼构成的导电层时，优选生长的初始阶段的生长速率为20nm/min至30nm/min。
在此使用的生长速率是由将生长的导电层的层厚度除以获得此厚度所需的时间而得到的值.
仅仅在层厚度达到10nm至25nm之前，采用上述增大的生长速率，接下来，继续以小于20nm/min的降低的生长速率生长晶体，直到获得所关心的厚度，由此形成导电层。
当以超过30nm/min的生长速率生长导电层直到获得所关心的厚度时，所形成的导电层具有平整度很低的无序表面.不优选这样的表面，因为不能获得与下述透光衬底的充分的附着。
当以上述高生长速率在例如由例如AlXGaYAs(0≤X，Y≤1，X+Y＝1)构成的覆层上生长形成导电层的含硼III-V族化合物半导体时，可以在接合层中形成双晶(在覆层(或类似层)和导电层之间的结界面附近的区域中)。
在导电层中形成的双晶(在覆层(或类似层)和导电层之间的结界面附近的区域中)可以减轻覆层(或类似层)和导电层之间的晶格失配，从而可以形成包含很少错配位错的导电层.
特别地，通过形成各具有作为双晶面的含硼III-V族化合物半导体的(111)晶格平面的双晶，晶格失配进一步减轻。
尤其当将上述初始生长阶段的生长速率控制在20nm/min至30nm/min时，可以产生各具有作为双晶面的(111)晶格平面的双晶。
如上所述，可以形成具有相对于透光衬底作为接合层的导电层的层叠结构。
接下来，通过下面的工序将层叠结构的导电层接合到透光衬底。
透光衬底的实例包括II-VI族化合物半导体，例如氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、以及硒化锌(ZnSe)；立方3C型、六方4H类、六方6H类、或15R型的碳化硅(SiC)；蓝宝石(α-Al2O3单晶)；氮化镓(GaN)；以及氮化铝(AlN)。当采用由这样的单晶构成的衬底时，导电层和透光衬底相互接合，从而优选将它们之间的晶体晶格间距的失配降低为尽可能小。利用该接合的技术特征，可以减小在接合层和透光衬底的接合期间对发光层施加的应力。
例如，一磷化硼(晶格常数＝0.454nm)的(110)晶格平面的面间距为0.320nm，而纤锌矿型晶体氮化镓具有0.319的a轴晶格常数。由此，当将由一磷化硼构成的导电层接合到由氮化镓(0001)晶面构成的透光衬底时，在例如450℃下如此配置(positioning)地加热导电层和衬底，以使形成接合层的一磷化硼的(110)晶格平面和形成透光衬底的GaN的a轴设置在相同方向上。
当使用由玻璃材料构成的透光衬底时，可以通过阳极接合方法相互接合导电层和透光衬底。
当通过阳极接合方法相互接合导电层和透光衬底时，对作为透光衬底的玻璃板施加的负(-)电压优选为100V到1,200V.当施加的电压增大时，可以更容易地进行接合。然而，所接合的产品的产量会下降。因此，施加的电压优选为200V至700V，更优选300V至500V。
在通过阳极接合方法接合时，优选在加热层和衬底的同时将导电层和透光衬底相互接合。加热促进接合。
加热温度优选为200℃至700℃。当接合期间的加热温度较高时，需要降低对导电层和透光衬底施加的电压.
在通过阳极接合方法将导电层和透光衬底相互接合的情况下，透光衬底优选由包含碱性成分的玻璃材料构成。这样的玻璃材料的实例包括硼硅酸盐玻璃例如钠钙玻璃。
其中，包含硼作为组分的硼硅酸盐玻璃提供了与也含硼作为组分元素的III-V族化合物半导体层的优良附着力.由玻璃材料构成的衬底优选具有0.1mm到1.0mm的厚度.
可选地，可以通过使用包含导电氧化物粉末的导电液体(胶或凝胶)将导电层和透光衬底相互接合。
在一个具体模式中，使用包含铟锡多元氧化物的导电凝胶，通过溶胶-凝胶方法，将导电层和透光衬底相互接合。
当化合物半导体器件具有其宽带隙允许从发光层发射的光充分透过的导电层时，可以在导电层或透光衬底的接合表面上形成发射从发光层发射的光的金属材料覆膜，并可以通过使用导电胶接合导电层和透光衬底。
例如，在导电层上形成金属材料覆膜例如属于包括铂(Pt)、铱(Ir)、和铑(Rh)的铂族的六种金属中的任何一种(参见“Duffy InorganicChemistry，”Hirokawa-shoten，April 15(1971)，5th ed.，p.249)、银(Ag)、铬(Cr)等。如此设置导电层的金属膜涂覆的表面，以与透光衬底(例如，玻璃衬底)相反，并用导电胶将其接合到透光衬底。通过在导电层的接合表面或透光衬底上形成光反射金属膜，可以制造用于发射高强度光的倒装pn结化合物半导体发光器件。
在导电层上，形成第一极性的欧姆电极，而在相对于发光层与导电层相反的侧上的层叠结构的另一组成层(例如，缓冲层或覆层)上设置相反极性的欧姆电极。可以通过任何公知的方法例如溅射或气相淀积，形成欧姆电极。
例如，当层叠结构包括顺序层叠的由n型(AlXGa1-X)YIn1-YP构成的下覆层、发光层、由p型(AlXGa1-X)YIn1-YP构成的上覆层、以及由p型磷化硼构成的导电层时，在导电层上设置p型欧姆电极(正电极)，并在相对于发光层与导电层相反的侧上的另一组成层上，即下覆层上设置n型欧姆电极(负电极).
在由例如磷化硼基半导体或砷化硼基半导体构成的n型导电层上，可以由金(An)合金例如金(Au)-锗(Ge)形成n型欧姆电极.
在由例如磷化硼基半导体或砷化硼基半导体构成的p型导电层上，可以由常规采用的镍(Ni)(参见DE(西德)专利No.1162486)、镍合金、金(Au)-锌(Zn)合金、金(An)-铍(Be)合金等形成p型欧姆电极.
当形成具有多层结构的欧姆电极时，为了便于接合，优选由金(Au)或铝(Al)形成最上层。在形成具有三层结构的欧姆电极的情况下，在底部和最上层之间设置的中间层用过渡金属元素(例如，钛(Ti)或钼(Mo))或铂(Pt)形成。
如上所述，通过在接合导电层和透光衬底之后形成欧姆电极，制造pn结化合物半导体发光器件。在本发明中，在接合导电层和透光衬底之后，优选除去用于气相生长层叠结构的晶体衬底.通过除去晶体衬底，可以制造呈现向外面高效率提取光的pn结化合物半导体发光器件。
尤其当晶体衬底为具有窄带隙并吸收从发光层发射的光的GaAs衬底时，可以通过除去晶体衬底，制造呈现高发射强度的pn结化合物半导体发光器件。
可以通过常规的蚀刻技术除去晶体衬底。具体地说，可以通过利用包含氨水和过氧化氢水溶液的液体混合物的湿法蚀刻除去GaAs晶体衬底。
比较而言，当晶体衬底为例如由允许从发光层发射的光通过的材料构成的磷化镓(GaP)衬底时，可以在不故意除去晶体衬底的情况下制造呈现高发射强度的pn结化合物半导体发光器件。
例如，由于磷化镓晶体衬底具有导电性，在磷化镓晶体衬底的背面上设置第一极性的欧姆电极，并在层叠结构的组成层(例如，导电层)上设置相反极性的欧姆电极，由此可以制造呈现高发射强度的pn结化合物半导体发光器件。
接下来将参考用于制造pn结化合物半导体发光器件的示例性方法，更加详细地描述本发明的用于制造pn结化合物半导体发光器件的方法。在本方法中，在吸收从n型发光层发射的光的晶体衬底(例如，GaAs衬底)上形成层叠结构，并由层叠结构制造呈现向外面高效率提取光的pn结化合物半导体发光器件。
(1)通过MOCVD方法，在晶体衬底例如锌掺杂的p型GaAs晶体衬底上，顺序层叠由p型(AlXGa1-X)0.5In0.5P构成的下覆层、由(AlXGa1-X)0.5In0.5P构成的发光层和由n型(AlXGa1-X)0.5In0.5P构成的上覆层，从而形成双异质(DH)结发光部分((J.Korean Association of Crystal Growth)，2001，Vol.11，No.5，p.207-210).
不必说，可以在p型锌掺杂的GaAs晶体衬底上形成p型GaAs缓冲层。
(2)接下来，通过MOCVD方法，在双异质(DH)结发光部分的上覆层上，气相生长由n型未掺杂的磷化硼构成的导电层，从而形成包括双异质(DH)结发光部分和导电层的层叠结构。
(3)然后，通过阳极接合方法，将作为层叠结构最上表面的导电层和由低熔点玻璃构成的无色透明衬底相互接合。
(4)通过蚀刻，从层叠结构除去用于形成层叠结构的GaAs衬底。
此后，通过下列工序形成欧姆电极，从而制造发光器件。
(5)直接在p型GaAs缓冲层或下覆层的表面上形成p型欧姆电极，此表面通过GaAs衬底的去除而被暴露.
(6)此后，通过蚀刻，除去对应于其中将要形成n型欧姆电极的区域的贯穿下覆层、发光层、和上覆层的部分，从而暴露上述n型磷化硼层。
(7)在由此暴露的导电层上，直接形成n型欧姆电极，从而制造pn结化合物半导体发光器件。
如上所述，可以通过除去GaAs衬底以及在导电层上形成欧姆电极且在相对于发光层与导电层相反的侧上的另一组成层上形成另一欧姆电极，制造透过透光衬底侧上的平面发光的pn结化合物半导体发光器件。通过采用此pn结化合物半导体发光器件，可以制造倒装芯片型发光器件。
例如，可以通过下列工序制造采用透过透光衬底提取从发光层发射的光的所谓的倒装型发光器件。如此设置n型欧姆电极和p型欧姆电极，以将两个电极设置为面向电路衬底，而透光衬底面向上(向外)。在每个欧姆电极上形成金属凸起电极，并通过金属凸起将n型和p型欧姆电极连接到电路衬底。
可选地，也可通过在管座(stem)上安装pn结化合物半导体发光器件，而透光衬底面向管座，并接着分别将n型和p型电极接合到相应的外部电极，制造类似的发光器件。在此情况下，当在管座上设置反射镜以透过透光衬底反射从发光层发射的光时，可以充分利用从发光层发射的光，并且可以制造高亮度发光器件例如LED灯和光源。
[实例]
<实例1>
下面将通过实例1详细描述本发明，其中由未掺杂的p型砷磷化硼构成的导电层和由玻璃材料构成的透光衬底相互接合，从而形成pn结化合物半导体发光器件。
图1为具有pn结双异质(DH)结结构并在晶体衬底上形成的示例性层叠结构11的示意性横截面图.
首先，通过下列工序形成用于形成pn结化合物半导体发光器件10(下文中此器件可以称作LED芯片)的层叠结构11。
通过在锌(Zn)掺杂的p型砷化镓(GaAs)单晶衬底100的(100)晶面上顺序层叠下列层来形成层叠结构11：锌掺杂的p型GaAs缓冲层101、由锌掺杂的磷化铝镓铟混合晶体((Al0.70Ga0.30)0.50In0.50P)构成的下覆层102、由(Al0.14Ga0.86)0.50In0.50P构成的未掺杂的n型发光层103、由(Al0.70Ga0.30)0.50In0.50P构成的硒(Se)掺杂的n型上覆层104(参见J.Korean Association of Crystal Growth，11(5)(2001)，p.207-210)。
在720℃下通过常规减压MOCVD方法在衬底100上气相生长层101至104.
在上覆层104上，淀积未掺杂的n型砷磷化硼(BAs0.08P0.92)层，从而形成导电层105.
通过大气压力(接近大气压力)金属有机化学气相淀积(MOCVD)方法，使用三乙基硼烷(分子式：(C2H5)3B)作为硼(B)源、胂(分子式：AsH3)作为砷(As)源、以及磷化氢(分子式：PH3)作为磷(P)源，形成由未掺杂的n型砷磷化硼(BAs0.08P0.92)构成的导电层105。将导电层105的厚度调节到850nm。
下面将详细描述用于形成导电层105的方法.
采用相同条件的条件，在此条件下形成具有约4.3eV的室温带隙的一磷化硼(BP)。也就是说，在下面的条件下开始未掺杂n型砷磷化硼(BAs0.08P0.92)的晶体生长：V/III比率((AsH3+PH3)/(C2H5)3B的浓度比率)为800，生长温度为700℃，以及生长速率为25nm/min。
在25nm/min的生长速率下进行未掺杂的n型砷磷化硼(BAs0.08P0.92)的晶体生长八分钟。当层厚度达到200nm时，将生长速率降低为15nm/min，并在该降低的生长速率下继续晶体生长。
最后，当导电层105的厚度达到850nm时，终止晶体生长。
发现由此形成的导电层105具有3.5eV的室温带隙。发现载流子浓度和电阻率在室温下分别为1×1020cm-3和2×10-2Ω·cm。
发现导电层105具有平坦表面。认为通过在形成导电层105期间降低初始阶段的生长速率而形成该平坦表面。
获得导电层105和上覆层104之间的结界面附近区域的透射电子衍射(TED)图形。在TED图形中，额外的衍射斑点沿(111)衍射斑点出现的轴以规则的图形出现。不规则的衍射斑点归因于各具有作为双晶面的(111)晶面的双晶。
通过常规截面TEM技术，观察导电层105的内部结构。结果表明，大量各具有作为双晶面的(111)晶面的双晶尤其存在于导电层105和上覆层104之间的结界面中。
通过下列工序将层叠结构11的导电层105接合到透光衬底106，从而形成pn结化合物半导体发光器件.
图2为pn结化合物半导体发光器件10的示例性结构的示意性横截面图，以及图3为pn结化合物半导体发光器件10的示例性结构的示意性平面图。
通过阳极接合方法，将导电层105和由无色透明硼硅酸盐玻璃板构成的透光衬底106相互接合.阳极接合期间的接合条件包括800V的施加电压和500℃的温度。采用的透光衬底106具有0.15mm的厚度、约6×10-6/K的热膨胀系数、以及1.3的折射率。
如上所述，导电层105具有平坦的表面。因此，导电层105和透光衬底106可以以高附着力相互接合.
在接合导电层105和透光层106之后，通过利用氨水-过氧化氢(H2O2)混合物的水溶液的蚀刻，除去用于形成层叠结构11的GaAs晶体衬底100。
接下来，通过蚀刻除去GaAs缓冲层101，从而暴露下覆层102的表面。通过常规的真空蒸发或电子束淀积，在暴露的下覆层102的整个表面上顺序淀积金(Au)-铍(Be)合金膜、镍(Ni)膜、和金(Au)膜。
通过基于公知光刻技术的选择性构图，如图2所示，在下覆层102的顶面的拐角部分上设置也作为用于布线的衬垫电极的p型欧姆电极107。
通过蚀刻除去对应于其中将要形成n型欧姆电极108的区域的贯穿下覆层102、发光层103、和上覆层104的部分，从而暴露导电层105的表面(与透光衬底106的结界面相反的表面)。
通过公知的光刻技术和选择性构图，在通过蚀刻暴露的导电层105的表面上形成由金-锗(Au-Ge)真空蒸发膜构成的n型欧姆电极108。
将层叠结构11切片，从而制造在平面图中每个都具有正方形(300μm×300μm)形状的pn结化合物半导体发光器件(LED芯片)10.
图4为包括实例1的LED芯片的示例性发光器件的示意性横截面图。
设置其上构图有布线电路109a和109b的支撑109。
暂时固定LED芯片10，以使透光衬底106面向上、而p型和n型欧姆电极107和108分别相对地面对布线电路109b和109a。在维持位置的同时，通过金属凸起110的媒介，p型和n型欧姆电极107和108分别电连接到布线电路109b和109a，从而在支撑109上安装LED芯片10。
接下来，用无色、透明的环氧树脂111密封由此安装的LED芯片10，从而制造发光器件12。
在用环氧树脂111密封LED芯片10时，定形环氧树脂111，以使作为LED芯片10的发光表面的透光衬底106的上表面和侧表面被具有半圆截面的半球形透镜包围，并使半球的顶点在LED芯片10的中心轴上.
当通过设置在支撑109上的布线109a和109b使正向器件工作电流(20mA)在p型和n型欧姆电极107和108之间流过时，LED芯片10发射具有约610nm的中心波长的黄绿色光。
由具有宽带隙和低电阻的砷磷化硼形成导电层105，并在LED芯片10中设置透光衬底106。因此，在除了p型欧姆电极107的投影(projection)区外的发光层103的基本上整个表面上目视观察到光发射。
发射的光的近场图形表明，从除了上面的投影区外的发光层103发射的光具有基本上均匀的强度。
通过典型积分球确定的从每个芯片发射的光的亮度(发射强度)为320cmd。此外，利用在低电阻导电层105上直接设置的n型欧姆电极108，发现正向电压(Vf)低达2.3V，而在10μA的反向电流下获得了超过8V的高反向电压。
如上所述，根据本发明的LED芯片10呈现低的正向电流和电阻，促使器件工作电流流动，并呈现光向外面的高提取效率。由此，此LED芯片可以发射高强度的光。
通过采用这样的LED芯片，可以提供可发射高强度光的发光器件。
<实例2>
LED芯片20与实例1的LED的不同之处在于，设置未掺杂的n型磷化硼层作为导电层205.
下面将通过实例2描述本发明.与实例1中采用的相同的组成构件用相同的参考标号表示。
图5是包括实例2的LED芯片20的示例性LED灯22的示意性横截面图。
以与实例1类似的方式，在单晶衬底100上形成除导电层205外的层叠结构21的组成层101至104。
接下来，在上覆层104上形成作为导电层205的未掺杂的n型磷化硼(BP)层。
在800℃下，通过大气压力(接近大气压力)金属有机化学气相淀积(MOCVD)方法，使用三乙基硼烷(分子式：(C2H5)3B)作为硼(B)源以及磷化氢(分子式：PH3)作为磷(P)源，形成由未掺杂的n型磷化硼(BP)构成的导电层205。将导电层205的厚度调节到750nm。
发现由此形成的导电层205的载流子浓度和电阻率分别为8×1019cm-3和6×10-2Ω·cm。
使用常规的偏振光椭圆率测量仪确定导电层205的折射率和消光系数，由从确定的折射率和消光系数计算的导电层205的室温带隙为约4.8eV。由此，此带隙确保了从发光层103发射的光的透射。
以与实例1类似的方式，通过阳极接合方法，将作为层叠结构21的最上表面的导电层205接合到由硼硅酸盐玻璃板构成的透光衬底106。
在接合衬底106之后，除去GaAs晶体衬底100，从而暴露下覆层103的表面。
在下覆层103的由此暴露的表面上，在与图2中所示的实例1的位置相同的位置处，设置具有Au-Ge/Ni/Au三层结构的p型欧姆电极107.
通过蚀刻，除去对应于其中将要形成n型欧姆电极108的区域的贯穿下覆层102、发光层103、和上覆层104的部分，从而暴露导电层205的表面(与透光衬底106的结界面相反的表面)。
通过公知的光刻技术和选择性构图，在导电层205的暴露的表面上形成由金-铍(Au-Be)真空蒸发膜构成的n型欧姆电极108。
将层叠结构21切片，从而制造在平面图中每个都具有正方形(400μm×400μm)的LED芯片20.
设置其表面被银(Ag)膜112涂覆的支撑109。如图5中所示，在支撑109的Ag膜112上安装LED芯片20，以使透光衬底106作为下层(即，与支撑109接触)。
接下来，单独布线p型和n型欧姆电极107和108，以分别电连接到布线电路(未在图5中示出).用环氧树脂密封由此形成的LED芯片20，从而制造LED灯22。
当使正向器件工作电流(20mA)在p型和n型欧姆电极107和108之间流过时，正向电压降低到2.3V，以及在10μA的反向电流下获得了8V的高反向电压，表明优良的整流特性。
当使正向器件工作电流(20mA)流过时，LED芯片20发射具有约610nm的中心波长的红橙色光。由通过典型积分球确定的从LED灯22发射的光的亮度(发射强度)为340cmd。
上述结果表明，通过采用根据本发明的LED芯片20，可以提供可发射高强度光的LED灯22。
根据本发明的pn结化合物半导体发光器件，导电层由含硼III-V族化合物半导体构成。由此，在pn结化合物半导体发光器件中，导电层和透光衬底以高附着力相互接合。在导电层上，可以可靠地形成欧姆电极。
因此，本发明提供了具有低电阻、允许器件工作电流容易地流动、并呈现优良向外面提取光的效率的pn结化合物半导体发光器件。
由于导电层的室温带隙大于发光层的室温带隙，所以可以使从发光层发射的光以低的传输损耗透射到透光衬底，从而可以获得高的发射强度。
由于导电层由未对其故意添加杂质元素的未掺杂的含硼III-V族化合物半导体构成，所以不会发生添加的杂质元素扩散到发光层或其它层中，从而改变pn结化合物半导体发光器件的正向电压或其它特性的现象，并可获得低的正向电流。
由于导电层由包含砷和硼的III-V族化合物半导体构成，所以可在导电层上形成呈现优良欧姆接触特性的电极，从而可获得低正向电流.
由于导电层由包含磷和硼的III-V族化合物半导体或由包含砷和硼(砷磷化硼)的III-V族化合物半导体构成，所以获得了宽带隙，并可使从发光层发射的光以低的传输损耗透过透光衬底，从而可以获得较高的发射强度。
由于导电层由包含双晶的含硼III-V族化合物半导体构成，所以减轻了导电层和底层之间的晶格失配，从而获得具有高结晶度的导电层。由此，可以制造具有低电阻并呈现优良的向外面提取光的效率的pn结化合物半导体发光器件。
根据用于制造pn结化合物半导体发光器件的方法，形成由含硼III-V族化合物半导体构成的n型或p型导电层，以提供用于接合层叠结构和透光衬底的接合层.由此，可以在不结合使用用于加热的光辐照方法例如YAG激光器的情况下，以高附着力在低温下相互接合导电层和透光衬底。
根据此方法，可以防止由氧化物或另一种物质构成的高电阻层的形成和添加到层叠结构的组成层的杂质元素的热扩散，此现象通常发生在由磷化镓或类似物质构成的导电层和透光衬底在高温下接合的情况下。在导电层上，可以可靠地形成欧姆电极.
根据此方法，可以制造具有低电阻、允许器件工作电流容易地流动、并呈现优良的向外面提取光的效率的pn结化合物半导体发光器件。
由于在将导电层接合到透光衬底之后除去了晶体衬底，可以避免通过晶体衬底吸收光，并可以制造呈现优良的向外面提取光的效率的pn结化合物半导体发光器件。
根据本方法，通过以20nm/min至30nm/min的生长速率生长晶体，形成导电层，直到导电层的厚度达到10nm至25nm，接着以小于20nm/min的生长速率生长晶体，直到导电层达到所关心的厚度。因此，双晶被引入到导电层中，从而可以形成具有高结晶度的导电层。
由于以小于20nm/min的生长速率继续生长晶体，直到导电层达到所关心的厚度，所以可以形成具有高表面平坦度的导电层，从而可以以高附着力相互接合导电层和透光衬底。
工业适用性
本发明提供了一种具有由n型或p型磷化铝镓铟构成的发光层的pn结化合物半导体发光器件，用于发射各种波长的光，具体地说，提供了一种用于在显示元件或电子设备例如光通信设备的高亮度LED。

Claims (11)

1. 一种pn结化合物半导体发光器件，包括：包括由n型或p型磷化铝镓铟构成的发光层的层叠结构；以及用于支撑所述层叠结构的透光衬底，所述层叠结构和所述透光衬底接合在一起，其特征在于，所述层叠结构包括n型或p型导电层，所述导电层和所述衬底接合在一起，以及所述导电层由含硼III-V族化合物半导体构成。
2. 根据权利要求1的pn结化合物半导体发光器件，其中所述导电层的室温带隙大于所述发光层的室温带隙。
3. 根据权利要求1或2的pn结化合物半导体发光器件，其中所述导电层由未对其故意添加杂质元素的未掺杂的含硼III-V族化合物半导体构成。
4. 根据权利要求1的pn结化合物半导体发光器件，其中所述导电层由包含砷和硼的III-V族化合物半导体构成。
5. 根据权利要求1的pn结化合物半导体发光器件，其中所述导电层由包含磷和硼的III-V族化合物半导体构成。
6. 根据权利要求5的pn结化合物半导体发光器件，其中所述导电层由磷化硼构成。
7. 根据权利要求1的pn结化合物半导体发光器件，其中所述导电层由包含双晶的含硼III-V族化合物半导体构成。
8. 根据权利要求7的pn结化合物半导体发光器件，其中各所述双晶具有作为双晶面的含硼III-V族化合物半导体的(111)晶格平面。
9. 一种制造pn结化合物半导体发光器件的方法，包括以下步骤：
通过在晶体衬底上顺序层叠下覆层、由n型或p型磷化铝镓铟构成的发光层、上覆层、以及由含硼III-V族化合物半导体构成的n型或p型导电层，形成层叠结构；以及将所述导电层接合到透光衬底。
10. 根据权利要求9的制造pn结化合物半导体发光器件的方法，其中在将所述导电层接合到所述透光衬底之后除去所述晶体衬底。
11. 根据权利要求9或10的制造pn结化合物半导体发光器件的方法，其中通过以20nm/min至30nm/min的生长速率生长晶体形成所述导电层，直到所述导电层的厚度达到10nm至25nm，接着以小于20nm/min的生长速率生长晶体，直到所述导电层达到所关心的厚度。
CNB2005800099410A 2004-03-29 2005-03-28 化合物半导体发光器件及其制造方法 Expired - Fee Related CN100413104C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP095145/2004 2004-03-29
JP2004095145 2004-03-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1947265A CN1947265A (zh) 2007-04-11
CN100413104C true CN100413104C (zh) 2008-08-20

Family

ID=37765423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005800099410A Expired - Fee Related CN100413104C (zh) 2004-03-29 2005-03-28 化合物半导体发光器件及其制造方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP4689315B2 (zh)
CN (1) CN100413104C (zh)
TW (1) TWI258876B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7838410B2 (en) 2007-07-11 2010-11-23 Sony Corporation Method of electrically connecting element to wiring, method of producing light-emitting element assembly, and light-emitting element assembly
JP4396754B2 (ja) * 2007-07-11 2010-01-13 ソニー株式会社 配線への素子の電気的接続方法及び発光素子組立体の製造方法
TWI557953B (zh) * 2011-03-25 2016-11-11 鴻海精密工業股份有限公司 發光二極體覆晶封裝結構及其製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09232685A (ja) * 1996-02-27 1997-09-05 Toshiba Corp 半導体発光装置
US20030001162A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-02 Showa Denko K.K. Boron phosphide-based semiconductor device and production method thereof
US20030047737A1 (en) * 2001-09-13 2003-03-13 Jin-Ywan Lin Light emitting diode and method for manufacturing the same
US20030141509A1 (en) * 2002-01-30 2003-07-31 Showa Denko K.K. Boron phosphide-based semiconductor light-emitting device, production method thereof, and light-emitting diode
WO2003065465A2 (en) * 2002-01-28 2003-08-07 Showa Denko K.K. Boron phosphide-based semiconductor device, production method thereof, light-emitting diode and boron phosphide-based semiconductor layer

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0222812A (ja) * 1988-07-12 1990-01-25 Agency Of Ind Science & Technol 化合物半導体層の成長方法
JP2774582B2 (ja) * 1989-06-30 1998-07-09 株式会社東芝 ▲ｉｉｉ▼―ｖ族化合物半導体素子の製造方法
JP4136272B2 (ja) * 1999-08-30 2008-08-20 株式会社リコー 半導体発光素子
JP4402214B2 (ja) * 1999-08-25 2010-01-20 昭和電工株式会社 ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード
TW474034B (en) * 2000-11-07 2002-01-21 United Epitaxy Co Ltd LED and the manufacturing method thereof
JP2002270896A (ja) * 2001-03-14 2002-09-20 Showa Denko Kk Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法
JP3700609B2 (ja) * 2001-06-04 2005-09-28 昭和電工株式会社 化合物半導体発光素子、その製造方法、ランプ及び光源
JP2003017410A (ja) * 2001-07-02 2003-01-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 化合物半導体結晶層の気相成長法
JP4100493B2 (ja) * 2002-02-04 2008-06-11 昭和電工株式会社 リン化硼素半導体層を含む半導体素子、その製造方法、発光ダイオードおよびリン化硼素半導体層
JP2003286292A (ja) * 2002-01-28 2003-10-10 Mitsubishi Chemicals Corp 半導体超微粒子及びそれを含有してなる薄膜状成形体
JP3900968B2 (ja) * 2002-02-25 2007-04-04 昭和電工株式会社 ｐｎ接合型リン化硼素系半導体発光素子およびその製造方法
JP3567926B2 (ja) * 2002-04-16 2004-09-22 昭和電工株式会社 ｐｎ接合型リン化硼素系半導体発光素子、その製造方法および表示装置用光源
JP4158437B2 (ja) * 2002-07-03 2008-10-01 昭和電工株式会社 ｐ形リン化硼素半導体層の製造方法、リン化硼素系半導体素子およびＬＥＤ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09232685A (ja) * 1996-02-27 1997-09-05 Toshiba Corp 半導体発光装置
US20030001162A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-02 Showa Denko K.K. Boron phosphide-based semiconductor device and production method thereof
US20030047737A1 (en) * 2001-09-13 2003-03-13 Jin-Ywan Lin Light emitting diode and method for manufacturing the same
WO2003065465A2 (en) * 2002-01-28 2003-08-07 Showa Denko K.K. Boron phosphide-based semiconductor device, production method thereof, light-emitting diode and boron phosphide-based semiconductor layer
US20030141509A1 (en) * 2002-01-30 2003-07-31 Showa Denko K.K. Boron phosphide-based semiconductor light-emitting device, production method thereof, and light-emitting diode

Also Published As

Publication number Publication date
JP4689315B2 (ja) 2011-05-25
CN1947265A (zh) 2007-04-11
TW200539483A (en) 2005-12-01
TWI258876B (en) 2006-07-21
JP2005317941A (ja) 2005-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6682950B2 (en) Light emitting diode and method of making the same
CN101183702B (zh) 半导体发光元件及其制造方法
US7790481B2 (en) Compound semiconductor light-emitting device and production method thereof
JP2008004587A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法並びに化合物半導体発光ダイオード
JP2007059873A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
CN102593304B (zh) 一种使用陶瓷散热的高功率led灯具
JP2000077713A (ja) 半導体発光素子
CN100413104C (zh) 化合物半导体发光器件及其制造方法
CN110660886A (zh) 一种反极性AlGaInP四元LED芯片的制备方法
CN100426537C (zh) 发光二极管及其制造方法
KR101198764B1 (ko) 수직형 발광 소자 및 그 제조방법
JP2002222991A (ja) 半導体発光素子
CN102544266B (zh) 一种高光效白光led倒装芯片的制作方法
US20070252158A1 (en) Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same
JPS61182280A (ja) 青色発光素子の製造方法
CN102447033B (zh) 一种高光效、低光衰以及高封装良率led芯片
JPH05136458A (ja) 化合物半導体発光素子
CN102544295B (zh) 一种高光效白光led倒装芯片
CN103050610B (zh) 一种高光效白光led倒装芯片
CN1369920A (zh) 发光二极管及其制造方法
CN103050611B (zh) 一种高光效白光led倒装芯片
CN100429796C (zh) 半导体发光元件及其制造方法
TWI669834B (zh) 光電元件及其製造方法
TW201528549A (zh) 光電元件及其製造方法
KR20070018626A (ko) 다성분계 투명 산화물 전극을 구비한 반도체 발광 소자

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080820

Termination date: 20130328