CN1141512A - 半导体发光器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在包括有源层的多层结构上设置由电流阻挡层和电流通过层组成的电流通路调节层。在电流通路调节层上与电流阻挡层对着设置n-型电极。p-型GaAs衬底具有形成多个凹槽的槽形区，生长在衬底上的含有Zn和Se作为掺杂剂的电流通路调节层的导电性依赖于衬底表面的凹槽每个斜面的晶向和平坦区的晶向。

Description

半导体发光器件及其制造方法
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Ga0.5In0.5P的带隙小于其内未形成超晶格的理想混合晶态下的Ga0.5In0.5P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。
图22是具有如上所述的电流扩散层的LED的剖面图。参照该图，具有电流扩散层28的LED 20包括n-GaAs衬底21，与图21A和21B所示的LED 10方式相同，在其上设置具有DH结的多层结构20a。该多层结构20a包括自n-GaAs衬底21表面起依次为n-AlGaInP上覆盖层22、AlGaInP有源层23和p-AlGaInP上覆盖层24。在p-AlGaInP上覆盖层24上设置p-GaInP中间带隙层26，再在p-GaInP中间带隙层26表面的预定区域上设置n-AlGaInP电流阻挡层27。
在p-GaInP中间带隙层26和n-AlGaInP电流阻挡层27的整个表面上设置电流扩散层28。在电流扩散层28之上，对着n-AlGaInP电流阻挡层27，通过p-GaInP接触层25设置p型电极25a。在n-GaAs衬底21的整个背面形成n型电极21a。
下面，将描述制造上述LED的方法。
在第一晶体生长步骤中，在置于晶体生长设备内的n-GaAs衬底21上依次形成n-AlGaInP下覆盖层22、AlGaInP有源层23和p-AlGaInP上覆盖层24。然后，在p-AlGaInP上覆盖层24上生长p-GaInP中间带隙层26和n-AlGaInP层。
从晶体生长设备中取出所得到的n-GaInP衬底21，再放入腐蚀设备中，进行第一次腐蚀处理。具体地讲，是有选择地腐蚀n-AlGaInP层，以便在p-GaInP中间带隙层26上形成圆形的n-AlGaInP电流阻挡层27。
然后，将经过上述腐蚀处理的n-GaInP衬底21放入晶体生长设备，再进行第二次晶体生长。在第二次晶体生长步骤中，在p-GaInP中间带隙层26和n-AlGaInP电流阻挡层27的整个表面上生长电流扩散层28，再在该电流扩散层28上生长p-GaInP层。
从晶体生长设备中取出所得到的n-GaAs底21，分别在p-GaAs层上和n-GaAs衬底21背面形成p型电极25a和n型电极21a。这里，该p型电极25a是形成在电流阻挡层27正上方的p-GaAs层表面的一区域内。通过选择腐蚀去掉除p型电极25a正下方以外部位的p-GaAs层，以此在p型电极25a的正下方形成了p-GaAs接触层25。
在图22所示的常规LED20中，从p型电极25a注入到电流扩散层28内的电流L20基本上扩散到电流扩散层28内的p型电极25a的两侧，并通过p-GaInP中间带隙层26注入到p-AlGaInP上覆盖层24。于是，在具有上述结构的LED 20中，使发光区展宽至p型电极25a正下方区域及其附近的外缘区域。从p型电极25a流到其正下方区域的电流被电流阻挡层27阻挡，以致注入到AlGaInP有源层23位于p型电极25a正下方的区域的电流被引向其它区域。因此，增加了位于p型电极25a正下方以外的区域中的总发光量，增加了LED光输出的效率。
然而，为了制造具有这种结构的LED 20，需要两次晶体生长步骤，引出成本上和产额上的问题。此外，在把n-AlGaInP层选择腐蚀成电流阻挡层27后，在p-GaInP中间带隙层26和电流阻挡层27上再生长电流扩散层28。所以，存在一个再生长界的结晶性的问题，影响到器件的特性和可靠性。
如上所述，图22所示的常规LED 20克服了上述第一个问题，即，发光部位限于p型电极下方的窄区而减小器件上表面输出光效率的问地然而，LED 20又引出第四个与制造工艺相关的问题。
此外，LED 20的结构还不能克服上述的第二个问题，即由于LED光被器件表面反射使输出光效率低的问题。还有不能克服第三个问题，即在衬底的(100)面上生长AlGaInP混晶半导体材料的状况下所引起的与超晶格相关的问题。因此，根据LED 20，难以增加亮度，并保持满意的特性、可靠性等等。
如上所述，分别由图21A、21B和22所示的常规半导体发光器件存在着严重的问题。
总之，在常规LED 10中，电流充分地扩散到n-AlGaInP上覆盖层14中。所以使位于n型电极正下方区域内的总发光量增加，而从n型电极正下方区域向上发生的LED光(a、b和c)都被n型电极15a反射，如图21B所示。这导致从器件上表面发出光的效率低。
而且，从发光部位射向设置在器件表面上的n型电极部位外侧的LED光(d)是以等于或大于临界角的角度入射到上表面，而不能从器件发出。从这一点上讲，从器件上表面发出光的效率也是低的。
还有，在AlGaInP混晶半导体发光器件中，在具有(100)面的衬底表面上形成超晶格，这使得LED光的波长长于预期的波长。然而，为了调整所发出的LED光由波长变长所引起的色变，需要增加Al的组分。这就引起了降低了发光效率和可靠性的问题。
在图22所示的LED中，电流扩散层和电流阻挡层虽能使发光区展宽到电极正下方以外的区域，并增强发出光的效率。但是，从器件内侧以等于或大于临界角的角度入射到衬底上表面的LED光仍不能从器件上表面输出。于是仍然留下一个从器件上表面发出光的效率很低问题。另外，LED 20的结构对由AlGaInP混晶半导体LED中的超晶格所引出的问题也是无济于事的。
此外，根据制造具有图22所示结构的LED 20的方法，需要两次晶体生长，导致成本的增高并降低了产额。
再有，根据此方法，在片子(衬底)上生长下覆盖层、有源层、上覆盖层、中间带隙层和将成为电流阻挡层的半导体层之后，从晶体生长设备中取出片子，再选择腐蚀半导体层，以此形成电流阻挡层。然后把片子再放入晶体生长设备中，在带有裸露的中间带隙层和电流阻挡层的片子再生长电流扩散层。因此，当腐蚀电流阻挡层时，片子从晶体生长设备中取出而暴露于大气中。这很可能使再生长的界面被氧化并混入杂质。因而，存在使再生长界面结晶性被损、坏并对器件的特性和可靠受到负面影响的问题。
本发明的半导体发光器件包括：一块具有顶表面和底表面的第一导电类型的半导体衬底；一包括电流阻挡区和电流通过区包含第一导电类型第一掺杂剂和第二导电类型第二掺杂剂的电流通路调节层；一形成于半导体衬底顶表面和电流通路调节层之间的多层结构，该多层结构包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层；一形成于半导体衬底底表面的第一电极；以及一形成于电流通路调节层的电流阻挡区上的第二电极，其中半导体衬底的顶表面具有一平坦区和一至少形成有一凹槽的槽形区，电流通路调节层的导电性随着凹槽斜面的晶向和半导体衬底顶表面平坦区的晶向而局部变化，和在槽形区上面的电流阻挡区具有第一导电性，而平坦区上面的电流通过区具有第二导电性。
在本发明的一实施例中，其半导体衬底顶表面平坦区的晶向为(100)，而槽形区内的凹槽斜面的晶向为A方向。
按本发明的另一实施例，具有第二导电类型的覆盖层被形成在电流通路调节层和第二电极之间。
按本发明的另一实施例，上述半导体发光器件还包括形成在电流通路调节层和第二电极之间具有第二导电类型的扩散电流的电流扩散层，以使在电流通路调节层侧的电流通路的截面变得比第二电极侧的大。
按本发明的另一实施例，其电流扩散层内还包括第二电流通路调节层，该第二电流通路调节层包含第一导电类型的第一掺杂剂和第二导电类型的第二掺杂剂，以及第二电流通路调节层包括基于半导体衬底槽形区内凹槽斜面的晶向借助第一掺杂剂而具有第一导电类型的第二电流阻挡区和基于半导体衬底平坦区的晶向借助第二掺杂剂而具有第二导电性的第二电流通过区。
按本发明的另一实施例，其电流通路调节层的电流阻挡区为高阻区。
按本发明的另一实施例，其多层结构包括反射由有源层所产生的光的反射层。
按本发明的另一实施例，其多层结构是由一层(AlxGa1-x)1-yInyP(0≤x≤1，0≤y≤1)制成的。
按本发明的另一实施例，其电流通路调节层是由一层(AlxGa1-x)1-yInyP(0≤x≤1，0≤y≤1)制成的。
按本发明的另一实施例，其电流扩散层是由一层AlxGA1-xAs(0≤x≤1)制成的。
按本发明的另一实施例，其电流扩散层是由一层In(Ga1-x-Alx)1-yP(0≤x≤1，0≤y≤1)制成的。
另一方案，本发明的半导体器件包括：一块具有顶表面和底表面的第一导电类型的半导体衬底；包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层的多层结构；一形成于半导体衬底顶表面和多层结构之间包含第一导电类型第一掺杂剂和第二导电类型第二掺杂剂的电流通路调节层，该电流通路调节层包括电流阻挡区和电流通过区；一形成于半导体衬底底表面上的第一电极；一形成于电流通路调节层的电流阻挡区上方的第二电极；以及其中的半导体衬底顶表面具有一平坦区和一至少形成有一凹槽的槽形区，电流通路调节层的导电性随着凹槽斜面的晶向和半导体衬底顶表面平坦区的晶向而局部变化，和在槽形区上面的电流阻挡区具有第一导电性，而平坦区上面的电流通过区具有第二导电性。
在本发明一实施例中，其电流通路调节层的电流阻挡区为高阻区。
按本发明的另一实施例，其半导体衬底包括形成于半导体衬底和电流通路调节层之间的具有第一导电性的第二覆盖层。
按本发明的另一实施例，上述半导体发光器件包括设置在多层结构和第二电极之间具有第二导电性的扩散电流的电流扩散层，以使在多层结构侧的电流通路的截面变得比在第二电极侧的大。
按本发明的另一实施例，其反射由有源层所产生的光的反射层形成在半导体衬底上。
按本发明的另一实施例，其多层结构是由一层(AlxGa1-x)1-yInyP(0≤x≤1，0≤y≤1)制成的。
按本发明的另一个实施例，其电流通路调节层是由一层(AlxGa1-x)1-yInyP(0≤x≤1，0≤y≤1)制成的。
按本发明的另一实施例，其电流扩散层是由一层AlxGa1-xAs(0≤x≤1)制成的。
按本发明的另一实施例，其电流扩散层是由一层Iny(Ga1-xAlx)1-yP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成的。
根据本发明的另一方案，一种制造半导体发光器件的方法，包括以下各步骤：在第一导电类型半导体衬底的顶表面上形成槽形区和平坦区；在半导体衬底的顶表面侧形成多层结构，该多层结构包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层；以及在该多层结构上生长电流通路调节层，并用第一导电类型第一掺杂剂和第二导电类型第二掺杂剂同时掺杂电流通路调节层，其中，在电流通路调节层内，在半导体的槽形区上形成一电流阻挡区，使之具有第一导电类型，并在半导体的平坦区上形成电流通过区，使之具有第二导电类型。
在本发明的一实施例中，其第一掺杂剂是Zn，而第二掺杂剂是Se。
另一方案，一种制造半导体发光器件的方法，包括以下各步骤：在第一导电类型半导体衬底的顶表面上形成槽形区和平坦区；在半导体衬底的顶表面上形成电流通路调节层；并用第一导电类型第一掺杂剂和第二导电类型第二掺杂剂同时掺杂电流通路调节层；以及在电流通路调节层上形成多层结构，该多层结构包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层，其中，在电流通路调节层内，在半导体的槽形区上形成一电流阻挡区，使之具有第二掺杂剂的第二导电性，并在半导体的平坦区上形成电流通过区，使之具有第一掺杂剂的第一导电性。
在本发明的一实施例中，其第一掺杂剂是Se，而第二掺杂剂是Zn。
根据本发明的另一方案，一种半导体发光器件包括：一块具有顶表面和底表面的第一导电类型的半导体衬底；一包括电流阻挡区和电流通过区包含第一导电类型第一掺杂剂和第二导电类型第二掺杂剂的电流通路调节层；一形成于半导体衬底顶表面和电流通路调节层之间的多层结构，该多层结构包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层；一形成于半导体衬底底表面的第一电极；以及一形成于电流通路调节层的电流阻挡区上的第二电极，其中半导体衬底的顶表面具有一平坦区和在顶表面的槽形区，电流通路调节层的导电性随着凹槽斜面晶向和半导体衬底顶表面平坦区的晶向而局部变化，和在平坦区上面的电流阻挡区具有第一导电性类型，而槽形区上面的电流通过区具有第二导电性类型。
按本发明的一实施例，上述半导体发光器件包括：形成在电流通路调节层和第二电极之间具有第二导电类型的扩散电流的电流扩散层，以使在电流通路调节层侧的电流通路的截面变得比在第二电极侧的大。
按本发明的另一实施例，其电流扩散层还包括第二电流通路调节层，该第二电流通路调节层包含第一导电性的第一掺杂剂和第二导电性的第二掺杂剂，以及第二电流通路调节层包括这样形成的第二电流阻挡区，使之具有基于半导体衬底平坦区晶向的第一掺杂剂的导电性和这样形成的第二电流通过区，使之具有基于半导体衬底槽形区内凹槽斜面的晶向的第二掺杂剂导电性。
按本发明的另一实施例，其电流阻挡区为高阻区。
按本发明的另一实施例，其反射由有源层所产生的光的反射层是形成在半导体衬底上的。
另一方案，一种半导体发光器件包括：一块具有顶表面和底表面的第一导电类型的半导体衬底；一包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层的多层结构，形成于半导体衬底顶表面和多层结构之间的电流通路调节层，该电流通路调节层包括含有第一导电类型第一掺杂剂和第二导电类型第二掺杂剂的电流阻挡区和电流通过区；一形成于半导体衬底底表面的第一电极；以及一形成于电流通路调节层的电流阻挡区上的第二电极，其中半导体衬底的顶表面具有一平坦区和形成有凹槽的槽形区，电流通路调节层的导电性随着凹槽斜面的晶向和半导体衬底顶表面平坦区的晶向而局部变化，和在平坦区上面的电流阻挡区具有第二导电性，而在槽形区上面的电流通过区具有第一导电性。
在本发明的一实施例中，其电流阻挡区为高阻区。
按本发明的另一实施例，上述半导体发光器件包括：设置有多层结构和第二极之间具有第二导电性的扩散电流的电流扩散层，以使在多层结构侧的电流通路的截面变得比在第二电极侧的大。
在本发明的一实施例中，反射由有源层所产生的光的反射层被形成在半导体衬底上。
根据本发明的另一方案，一种制造半导体发光器件的方法包括以下各步骤：在第一导电类型半导体衬底的顶表面上形成槽形区和平坦区；在半导体衬底的顶表面侧形成多层结构，它包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层；以及在该多层结构上形成电流通路调节层，并用第一导电类型的第一掺杂剂和用第二导电类型的第二掺杂剂同时掺杂电流通路调节层，其中，在电流通路调节层内，在平坦区上形成一阻塞电流的电流阻挡区，使之具有第一掺杂剂的第一导电类型，并在槽形区上形成一通过电流的电流通过区，使之具有第二掺杂剂的第二导电类型。
在本发明的一实施例中，其第一掺杂剂是Se，而第二掺杂剂是Zn。
另一方案，一种制造半导体发光器件的方法包括以下各步骤：在第一导电性的半导体衬底的顶表面上形成槽形区和平坦区；在半导体衬底的顶表面形成电流通路调节层，并用第一导电类型的第一掺杂剂和第二导电类型的第二掺杂剂同时掺杂电流通路调节层；以及在电流通路调节层上形成多层结构，该多层结构包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层，其中，在电流通路调节层内，在平坦区上形成一阻塞电流的电流阻挡区，使之具有第二掺杂剂的第二导电性，并在槽形区上形成通过电流的电流通过区，使之具有第一导电性。
在本发明的一实施例中，其第一掺杂剂是Zn，而第二掺杂剂是Se。
根据本发明的另一方案，一种半导体发光器件包括：一块具有第一导电类型顶表面形状不平整的半导体衬底；在半导体顶表面上设置的发射由有源层所产生的光包括有源层和夹着该有源层的一对覆盖层的发光部位；一形成于半导体衬底底表面上的第一电极；以及一形成于发光部位上方的第二电极；其中的在发光部位内的每层半导体层具有与半导体衬底的顶表面的不平整形状相对应的形状不平整的前表面。
在本发明的一实施例中，其多个条形槽被形成在半导体衬底的顶表面上，以使顶表面变得不平整，以及凹槽斜面的取向是相对于半导体晶体(100)面的A面。
按本发明的另一实施例，其半导体衬底的顶表面是从半导体晶体的(100)面偏斜到[011]方向。
按本发明的另一实施例，其中的半导体衬底的顶表面包括从半导体晶体的(100)偏斜到[011]方向的面和(100)面。
根据本发明，由阻塞电流的电流阻挡区的和通过电流的电流通过区构成电流通路调节层被设置在包括位于P型化合物半导体衬底的表面侧有源层的多层结构上，而n型电极被设置在电流通路调节层上侧，与电流阻挡层对置。所以器件的工作电流被n型电极正下方的电流阻挡区阻塞，广泛地扩散到其两侧。于是，在n型电极正下方以外的区域产生LED光，如此所产生的LED光未被n型电极阻塞而有效地从器件输出。这就改善了LED光的输出效率，并能使半导体发光器件具有高的亮度。
而且，P-型化合物半导体衬底具有一形成有一个或多个凹槽的槽形区，凹槽的每个斜面的取向和衬底表面的平坦区的取向调整了生长在含预定掺杂剂的衬底上的半导体层的导电性。所以电流阻挡区和电流通过区能被同时形成在含第一和第二掺杂剂的电流通路调节层中。具体地讲，电流阻挡区是这样形成的，使其具有基于衬底的凹槽每个斜面晶向的第一掺杂剂的导电性，而电流通过区是这样形成的，使其具有基于衬底的平坦区晶向的第二掺杂剂的导电性。这能在单一的晶体生长步骤中在有源区上侧的一部分形成具有阻挡区的器件结构。
根据本发明，P-型化合物半导体衬底的表面的平坦区晶向为(100)面，槽形区内每个凹槽斜面的晶向为A面，而电流通路调节层包括具有P-型导电性的电流阻挡区和具有n-型导电性的电流通过区。所以，采用Zn作为电流通路调节层的P-型掺杂剂，而采用Se作为n-型掺杂剂，可将基于衬底取向的P-型电流阻挡区和n-型电流通过区的导电性在每个区域内做成高载流子浓度，使电流阻挡区的功能发挥作用。
根据本发明，在电流通路调节层上设置第二n-型上覆盖层，可将电流通路调节层和有源层之间的n-型上覆盖层做得薄。这就能使电流通路调节层的电流阻挡区防止扩散电流扩散到电流阻挡区的下侧，减少注入到n-型电极正下方的有源层区的电流。其结果，增加了n-型电极正下方以外的有源层区域内的总发光亮，并可改善出光效率。
根据本发明，将电流扩散层设置在电流通路调节层和n-型电极之间。所以，从n型电极流到有源层的电流在电流通路调节层侧发散得比n-型电极侧更大。这使有源区的发光区展宽到远离n型电极正下方的区域，因而改善了出光效率。
而且，通过使电流扩散层具有比有源层的带隙宽的带隙，可改善出光效率，而由有源层所产生的光不致被电流扩散层吸收，所以可获得高亮度的半导体发光器件。
根据本发明，n型电流扩散层具有由电流阻挡区和电流通过区组成的第二电流通路调节层，它具有与上述电流通路调节层相同的结构。所以，可以在从n型电极到有源层的电流通路内使电流扩散到较宽的区域。这就增加了n型电极正下方有源层区外侧的总发光量，并可改善出光效率。
根据本发明，由阻塞电流的电流阻挡区和通过电流的电流通过区组成的电流通路调节层被设置在n型化合物半导体衬底上，包括有源层的多层结构被设置在电流通路调节层上，而把p型电极设置在多层结构的上侧，与电流通路调节层的电流阻挡区对置。所以，器件的工作电流被p型电极正下方的电流阻挡区阻塞，而展宽到其两侧。在有源层的除p型电极正下方的其它区域产生LED光，如此所产生的LED光有效地由器件输出，而不被p型电极阻塞。其结果，改善了出光效率，可使半导体发光器件具有较高的亮度。
而且，n型化合物半导体衬底具有形成一个或多个凹槽的槽形区，而凹槽的每个斜面的取向和衬底表面平坦区的取向调整着在含预定掺杂剂衬底上所生长的半导体层的导电性。所以，能在含第一和第二掺杂剂的电流通路调节层内同时形成电流阻挡区和电流通过区。这就能由单一晶体生长步骤形成在有源层上侧的一部分内具有电流阻挡区的器件结构。
再有，由于使用n型化合物半导体衬底，可将由p型电流阻挡区和n型电流通过区组成的电流通路调节层设置在多层结构之下，以便接近衬底。因此，在衬底上所形成的凹槽构形完全传递给电流通路调节层，p型电流阻挡区和n型电流通过区的载流子浓度，依照下层的取向，就各自的导电性而言可设定在预定的较大值。这能使电流通路调节层的功能更有效。
根据本发明，电流通路调节层的电流阻挡区是高阻，因而可减小第一和第二掺杂剂中的一种掺杂量。
根据本发明，第二n型下覆盖层被设置在n型化合物半导体衬底和电流通路调节层之间。所以，可将电流通路调节层和有源层之间的n型下覆盖层的厚度做得薄，并可减小流到有源层与p型电极对着的区域的电流。可是，可使用电流扩散到一较宽区域，增加除槽形区以外的有源层内的总发光量，并可改善出光效率。
根据本发明，电流扩散层被设置在p型电极和包括有源层的多层结构之间。所以，当电流从p型电极流向有源层时在电流扩散层内扩散，增加了有源层的除与p型电极对着的区域以外的区域的总发光量，并改善出光效率。而且，通过使电流扩散层具有比有源层宽的带隙，可以改善出光效率，而不使由有源层所产生的光被电流扩散层吸收，所以可获得具有高亮度的半导体发光器件。
根据本发明，在上述半导体发光器件中，将反光层设置在化合物半导体衬底的表面上，以便由反射层反射由有源层向衬底一侧发射的光。于是，光不被具有高反射率的衬底吸收，并改善了出光效率。
根据本发明，在上述半导体发光器件中，具有DH结的多层结构是由一层(AlxGa1-x)1-yInyP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成的，改变Al组分，可实现从红至绿的可见光区的发光。
根据本发明，电流通路调节层是由一层(AlxGa1-x)1-yInyP制成的(0≤X≤1，0≤Y≤1)，以防止由有源层发出的光被电流通路调节层吸收。而且，掺有Zn和Se的电流通路调节层的导电性与衬底的取向相关。
根据本发明，电流扩散层是AlxGa1-xAs制成的。因而，可防止由有源层发出的光被电流通路调节层吸收，而且电流扩散层与衬底是晶格匹配的，因而允许介于电流扩散层和衬底之间的半导体具有良好的结晶性而无任何应力。
根据本发明，电流扩散层是由一层((AlxGa1-x)1-yInyP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成的，所以，电流扩散层可以有比由AlxGa1-x制成的电流扩散层带隙宽的带隙，并减小由有源层发出的光被电流扩散层的吸收，并可改善出光效率。
根据本发明，将凹槽形成在p型化合物半导体衬底的预定区，使在含预定掺杂剂的衬底上所生长的半导体层的导电性随凹槽每个斜面的取向和衬底表面平坦区的取向而异，将具有DH结的多层结构形成在衬底上，将电流通路调节层形成在多层结构上，并用具有不同导电性的第一和第二掺杂剂同时掺杂。所以，将电流阻挡层形成在电流通路调节层与衬底槽形区对着的区域内，以使之具有基于凹槽每个斜面的晶向的第一掺杂剂的导电性，而将电流通过区形成在电流通路调节层与衬底平坦区对着的区域内，以使之具有基于平坦区的晶向的第二掺杂剂的导电性。
因此，在半导体的多层结构中具有电流阻挡层的半导体发光器件可由单一的MOCVD生长法来制成，基本上降低了成本并大大地改进了产额。此外，在MOCVD生长过程中，可以在电流通路调节层内有选择地形成电流通路调节层中的电流阻挡区，因而不需要为形成电流阻挡区的腐蚀处理。具体地讲，无需在衬底上生长半导体层、从生长设备中取出衬底以及让衬底经受腐蚀处理之步骤。因此，在生长过程中不使半导体层表面暴需于大气，可以克服因再生长界面的氧化在再生长界面所引发的与结晶性相关的问题和在其内混入杂质的问题。结果，可高度地保持半导体发光器件的特性和可靠性。
根据本发明，n型化合物半导体衬底的表面是这样处理的，使槽形区和平坦区具有与待在其上生长的含预定掺杂剂的半导体层的导电性相关的选择性，在同时用具有不同导电性的第一和第二掺杂剂掺杂时，在衬底上形成电流通路调节层，再在电流通路调节层上形成包括有源层的多层结构。所以，将电流阻挡区形成在电流通路调节层与衬底槽形区相对应的区域内，而将电流通过区形成在与衬底平坦区相对应的区域内，因此，用单一的MOCVD生长法可以提供具有电流阻挡区的半导体发光器件。基本上实现了成本的降低和产额的改善，并克服了与再生长界面结晶性相关的问题。
还因为采用了n型化合物半导体衬底，可将由p型电流阻挡区和n型电流通过区组成的电流通路调节层设置在多层结构之下，以便靠近衬底。因此，衬底上槽形区的构形完全传递给电流通路调节层，并以良好的精度将p型电流阻挡区和n型电流通过区的载流子浓度控制在高浓度。
根据本发明，按一种制造上述半导体发光器件的方法，采用Zn和Se分别作为II-族掺杂剂和VI族掺杂剂。所以，可以规定基于衬底的取向的p型电流阻挡区和n型电流通过区的导电性，使各区均具有高的载流子浓度。因而可使电流通过调节层的功能有效。
根据本发明，将由电流阻挡区和电流通过区组成的电流通路调节层设置在形成于n型化合物半导体衬底表面上的包括有源层的多层结构上，将p型电极设置在电流通路调节层的上侧，使之与电流阻挡区对置。所以，由p型电极流向有源层的电流被电流阻挡区阻塞，而展宽到其两侧。因此，增加了p型电极正下方以外的有源层区内所发出的LED光量，把如此所产生的LED光有效地从器件输出，而不被p型电极阻塞。这能使LED的出光效率得以改善，并使半导体发光器件具有高亮度。
而且，n型化合物半导体衬底具有槽形区和平坦区，而在衬底上所生长的含有预定掺杂剂的半导体层的导电性依赖于衬底的凹槽每个斜面的取向和平坦区的取向。所以，能在含有第一和第二掺杂剂的电流通路调节层内同时形成电流阻挡区和电流通过区。这就能用单一的晶体生长步骤，形成在有源层的下部具有电流阻挡区的器件结构。
另外，因p型电极不形成在衬底表面上的发射LED光的区域，而不阻塞LED光。此外，该区的表面具有与衬底槽形区相对应的不平整形状；因而减小了以等于或大于临界角从器件内部入射到衬底表面上的LED光的比例，所以改善了从衬底上表面的出光效率。
由于电流通路调节层的电流通过区是对应于衬底凹槽区设定的，所以有源层的发光区也是对应于凹槽区设定的，并具有与凹槽区相对应的不平整形状。因此，使有源层的发光面积变得比具有平坦发光区LED的发光面积大，提高了总发光量，增加了出光效率。
而且，通过让电流通路调节层具有比有源层带隙宽的带隙，可以改善出光效率，而不引起由有源层所产生的光被电流通路调节层吸收，可获得具有高亮度的半导体发光器件。
还有，通过使衬底槽形区的每个凹槽斜面的取向为A面，即使当用MOCVD法生长AlGaInP混晶半导体时，有源层的发光也不会形成超晶格，可防止由于超晶格使发射的光波长变长。因此，无需增加有源层的Al组分就能获得预定的波长，并可获得具有高亮度高可靠性的半导体发光器件。
此外，因为衬底在p型电极正下方的区域是平坦的，则p型电极表面也是平坦的，并可以增强p型电极与待在其键合的焊丝之间的粘附力。
根据本发明，将p型电流扩散层设置在电流通路调节层的上部。所以，能使电流在p型电流扩散层中扩散，能从有源层与p型电极相对应的区域以外的较宽的区域射出光。由于让电流扩散层具有比有源层带隙宽的带隙，可防止从有源层发出的光被电流扩散层吸收，改善了出光效率，并获得具有高亮度的半导体发光器件。
根据本发明，p型电流扩散层是由与上述电流通路调节层相同结构的电流阻挡区和电流通过区构成的。所以，电流可扩散到由p型电极至有源层的电流通路中的较宽区域。这就增加了有源层在p型电极正下方区域外侧的总发光量，并改善了出光效率。
根据本发明，将化合物半导体衬底的导电性规定为p型，具有DH结的多层结构包括位于p型上覆盖层和n型下覆盖层之间的有源层，并将具有n型电流阻挡区和p型电流通过区的电流通路调节层设定在多层结构和衬底之间。所以，可使半导体发光器件中的电流通路调节层的功能更有效。
更具体地讲，由于使用p型化合物半导体衬底，可将由n型电流阻挡区和p型电流通过区组成的电流通路调节层设定在多层结构之下，以便接近衬底。因此，将在衬底上所形成的凹槽构形完全传递给电流通路调节层，可将n型电流阻挡区和p型电流通过区的载流子浓度，根据下层的取向而设定在相对于各自导电性的预计的较大值。这样能使电流通路调节层的功能更有效。
根据本发明，电流通路调节层的电流阻挡区为高阻，因而可降低第一和第二掺杂剂中之一种的掺杂量。
根据本发明，将电流扩散层设置在具有DH结的多层结构上。所以，电流可在电流扩散层内扩散，并可在有源层相对于n型电极的区域以外的较宽区域内扩散。
由于n型电流扩散层内的电子迁移率大于p型电流扩散层内的迁移率，所以n型电流扩散层具有较大的电流扩散效果，并能在较宽区域内发光。由于让电流扩散层具有比有源层带隙宽的带隙，则可改善出光效率，而不引起由有源层所产生的光被电流扩散层吸收，因而可获得具有高亮度的半导体发光器件。
根据本发明，在每种上述的半导体发光器件中，均在化合物半导体衬底的表面设置反光层，因而使从有源层发向衬底一侧的光被反射层反射。于是，光不被具有较高反射率的衬底吸收，而改善出光效率。
根据本发明，将n型化合物半导体衬底的表面作如下的处理，使槽形区和平坦区具有与待在其生长的含预定掺杂剂的半导体层的导电性相关的选择性，将包括有源层的多层结构形成衬底上，并通过同时掺杂具有不同导电性的第一和第二掺杂剂在多层结构上形成电流通路调节层。所以，将电流阻挡区形成在电流通路调节层与衬底的槽形区相对应的区域内，将电流通过区形成在电流通路调节层与衬底平坦区相对应的区域内。因此，通过单一的MOCVD生长法可制成具有电流阻挡区的半导体发光器件。具体地讲，不需要在衬底上生长半导体层、从生长设备取出衬底以及让衬底经受腐蚀处理的步骤。于是在生长过程中半导体层的表面就不暴露于大气，克服了由再生长界面所引起的与再生长界面结晶性有关的问题和杂质混入其内的问题。此外，基本上降低了成本，并显著地提高了产额。
根据本发明，在衬底表面上形成槽形区和平坦区；在衬底上形成电流通路调节层；并在电流通路调节层上连续生长p型下覆盖层、有源层和n型上覆盖层，从而形成多层结构。所以，可使电流通路调节层的具有各自导电性的电流阻挡区和电流通过区的载流子浓度做得高。
具体地讲，由于使用p型化合物半导体衬底可将由n型电流阻挡区和p型电流通过区构成的电流通路调节层设定在多层结构之下，以使之接近衬底。因此，在衬底上所形成的凹槽构形完全传递给电流通路调节层，并以良好的精度将n型电流阻挡区和p型电流通过区的载流子浓度控制在高浓度。
根据本发明，因为分别采用Zn和Se作II-族掺杂剂和VI族掺杂剂，可把基于衬底取向的p型电流阻挡区和n型电流通过区的载流子浓度做得高，并使电流通路调节层的功能更有效。
根据本发明，化合物半导体衬底具有不平整的平面，设定在衬底上的发光部位至少包括第一导电类型的下覆盖层、有源层和第二导电类型的上覆盖层，在发光部位内所包括的每一半导体层均具有与衬底表面对应的不平整形状。所以，发射LED光的器件表面也具有不平整的形状，减少了以等于或大于临界角的角度入射到器件表面的LED光的比率。此外，即使当LED光以等于或大于临界角的角度入射到器件表面，也被反射，再以小于临界角的角度入射到衬底表面，由器件输出。因此，改善了器件表面的出光效率。
而且，作为LED发光区的有源层具有与衬底表面相对应的不平整形状。因此，发光面积变得比平坦有源层的发光面积大，提高了LED发光效率。
发光效率的提高和出光效率的改善能使半导体发光器件具有更高的亮度。
根据本发明，在化合物半导体衬底的表面形成多个条形凹槽，以使衬底具有不平整的形状，并使凹槽每个斜面的取向为基于半导体晶体的(100)面的A面。所以，即使用MOCVD法在衬底表面上生长AlGaInP混晶半导体材料时，也不形成超晶格，可防止由于超晶格而使LED光具有更长的波长。因此，无需通过增加Al组分来调整LED光的波长，并可获得具有高亮度高可靠性的半导体发光器件。
这样一来，在本文所描述的发明可以产生如下的优点：(1)提供一种半导体发光器件及其制造方法，通过使注入到有源区的电流展宽扩散到器件表面上的电极正下方区域外侧而增强出光效率，可通过单一的晶体生长步骤，得到具有在部分有源层上所形成的电流阻挡区的器件结构；(2)提供一种半导体发光器件及其制造方法，除通过使注入到有源层的电流扩散外，还通过抑制LED光被器件表面的反射，可得到具有预计发光波长的发射光，当采用AlGaInP混晶半导体材料时，通过防止超晶格的形成，而不降低发光效率和可靠性，并可通过单一的晶体生长步骤形成具有在部分有源层上所形成的电流阻挡区的器件结构。
对于本领域的技术人员，通过参照附图来阅读并理解下面的详细说明，将会使本发明的上述和其它优点变得更加明了。
图1A是根据本发明第1实施例LED的剖面图；图1B是包括在LED内的衬底的平面图，图1C是包括在LED内的衬底的剖面图。
图2A是表示制造根据本发明第1实施例LED的方法中晶体生长步骤图；而图2B是表示形成作电极的金属层的步骤图。
图3是表示当用Zn和Se同时掺杂所生长的InGaAlP层的载流子浓度与下层表面的晶向的依赖关系图。
图4是根据本发明的第2实施例LED的剖面图。
图5是根据本发明的第3实施例LED的剖面图。
图6是根据本发明的第4实施例LED的剖面图。
图7是根据本发明的第5实施例LED的剖面图。
图8是根据本发明的第6实施例LED的剖面图。
图9是根据本发明的第7实施例LED的剖面图。
图10A是根据本发明的第8实施例LED的剖面图；而图10B是包括在LED内的衬底的剖面图。
图11是根据本发明的第9实施例LED的剖面图。
图12是根据本发明的第10实施例LED的剖面图。
图13是根据本发明的第11实施例LED的剖面图。
图14A是在第11实施例LED内所包括的衬底的剖面图；而图14B是表示在衬底上形成电流通路调节层状态的剖面图。
图15是根据本发明的第12实施例LED的剖面图。
图16是根据本发明的第13实施例LED的剖面图。
图17是根据本发明的第14实施例LED的剖面图。
图18是根据本发明的第15实施例LED的剖面图。
图19A是根据本发明的第16实施例LED的剖面图；而图19B是在LED内所包括的衬底的剖面图。
图20是根据本发明的第17实施例LED的剖面图。
图21A是表示电流分布的常规P-N结LED的剖面图；而图21B是表示在LED内的发射光路。
图22是具有电流扩散层的常规LED的剖面图。
以下将结合附图，通过实施例来说明本发明。
实施例1
图1A-1C均为展示作为本发明第一实施例的半导体发光器件的LED的示意图。具体地讲，图1A是LED结构的剖面图；图1B和1C是包含于LED中的衬底的平面图和剖面图。图2A和2B是展示LED制造方法的示意图。具体地讲，图2A展示了包含于LED中的各种半导体层的晶体生长的各步骤；图2B展示了在LED中形成电极的各步骤。
这些图中，标号100a代表本实施例的LED，其中，在p型GaAs衬底1的表面上，接下列顺序设置了具有DH结部的多层结构110，包括p型下覆盖层2、有源层3和n型上覆盖层4。在本实施例中，由用于阻挡电流的p型半导体区(电流阻挡区)5a和用于通过电流的n型半导体区(电流通过区)5b组成的电流通路调节层5设置在多层结构110的n型覆盖层4之上。p型GaAs接触层7通过n型电流扩散层6设置在电流通路调节层5之上，以便定位于电流通路调节层5的电流阻挡区5a的正上方。由AuGe制成的n型电极102设置在p型GaAs接触层7之上。p型电极101形成于p型GaAs衬底1的整个背面上。
在p型GaAs衬底1中央具有多个条状V形槽1a，并位于一个直径为200μm的圆形区(槽形成区)1a中，槽深为4.3μm，槽宽为6μm。在槽形区1a之外的衬底1的其它区均为平坦表面的平坦区1b。衬底1的平坦区1b的晶向为(100)面，而每个V形槽1a1的斜面的晶向为(111)A面。
下覆盖层2、有源层3和上覆盖层4分别由(AlxGa1-x)1-yInyP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成；下覆盖层2和上覆盖层4的组分比，例如为X＝0.70，Y＝0.50，厚度为1.0μm；下覆盖层2的Zn载流子浓度为1×108cm-3，上覆盖层4的Si载流子浓度为5×1017cm-3。有源层3的组分比例如为X＝0.30和Y＝0.50，厚度为1.0μm。
电流通路调节层5也由(AlxGa1-x)1-yInyP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成，组分比为X＝0.70和Y＝0.50，厚度为0.7μm。采用Zn作为II族掺杂剂和Se作为VI族掺杂剂对电流通路调节层5掺杂。电流通路调节层5的电流阻挡区5a位于衬底1的槽形区1a的正上方，其载流子浓度为3×1018cm-3，呈现Zn掺杂剂的p型导电性，并基于衬底1的每个槽1a1的斜面晶向的(111)A面。电流通路调节层5的电流通过区5b位于衬底1的平坦区1b之上，其载流子浓度为3×1018cm-3，呈现Se掺杂剂的n型导电性，并基于平坦区1b的晶向的(100)面。
n型电流扩散层6由n型AlxGa1-xAs(0≤X≤1)制成，组分比X＝0.70，厚度为5μm。n型电流扩散层6和n型GaAs接触层7各自具有5×1018cm-3的载流子浓度。
以下，将说明LED100a的制造方法。
在p型GaAs衬底1上的直径为200μm的圆形区内，通过腐蚀形成多条条状槽1a1，使其深度为4.3μm，宽度为6μm，斜面的晶向例如为(111)A面(见图1A和1B)。
然后，在第一晶体生长步骤中通过MOCVD法，在经过腐蚀处理后的衬底1上形成每个半导体层2-7(图2A)。
具体讲，生长p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P作为p型下覆盖层2，使其厚度为1.0μm，Zn载流子浓度为1×1018cm-3。接着，生长(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P作为有源层3，使其厚度约为0.50μm，再生长n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P作为n型上覆盖层4，使其厚度约为1μm，Si载流子浓度为5×117cm-3。此时，衬底1的表面形状转移至在其上生长的各半导体层。即，对应于衬底1的槽形区1a的n型上覆盖层4的表面区域具有多条槽，其斜面的晶向是(111)A，n型上覆盖层4与衬底1的平坦区1b对应的表面区域是晶向为(100)的平面。
而且，同时用Zn(II族掺杂剂)和Se(VI族掺杂剂)掺杂，在n型上覆盖层4的表面上生长(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P，作为电流通路调节层5，使其厚度约为0.7μm。
众所周知，当同时用Zn(II族掺杂剂)和Se(VI族掺杂剂)掺杂生长AlGaInP时，其电导性和载流子浓度随底层的半导体晶体的晶向而变。图3给出了电导性和载流子浓度随从(100)A面到(111)A面的倾角变化而变化的实验结果。此图中，○和△代表与倾角对应的P型载流体浓度和n型载流子浓度。
如此图所见，当同时分别掺杂3×1018cm-3的Zn和Se生长AlGaInP时，在(311)A面和(111)A面上获得载流子浓度为3×1018cm-3的p型半导体区，在(100)面上获得载流子浓度为3×1018cm-3的n型半导体区。
由此，当同时掺杂3×1018cm-3的Zn和Se在n型上覆盖层4之上生长(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P时，形成载流子浓度为3×1018cm-3的p型半导体区，作为电流阻挡区5a，它位于n型上覆盖层4中暴露出(111)A面的区域内，亦即对应于衬底1的槽形区1a的区域，而且，形成载流子浓度为3×1018cm-3的n型半导体区，作为电流通过区5b，它位于n型上覆盖层4中暴露出(100)面的区域内，亦即与衬底1的平坦区1b对应的区域。
然后，在电流通路调节层5上生长n型Al0.7Ga0.3As作为电流扩散层6，使其厚约5μm，在电流扩散层6上生长n型GaAs层7a，使其厚约1μm，Si载流子浓度为5×1018cm-3。
如图2B所示，在n型GaAs层7a上形成AuGe层102a，在p型衬底1的背面上形成AuZn层101作为p型电极。之后，对n型GaAs层7a和AuGe层102做选择性腐蚀，以留下其位于衬底1的槽形区1a正上方的部分，从而形成n型GaAs接触层7和n型电极102。由此，制成LED100a(见图1A)。
对本实施例的LED100a施加2伏正向电压，以使20mA的电流流过LED。获得了LED光，峰值波长为58nm发光强度大于5cd。
把(AlxGa1-x)1-YInyP有源层3的组分X和Y分别定为0.50，则可获得纯绿的发射光，其在555nm的峰值波长的发光强度大于3cd。
本实施例的LED100a中，由电流阻挡区5a和位于电流阻挡区5a两侧的电流通过区5b组成的电流通路调节层5形成在包括位于p型GaAs衬底1之上的有源层3的多层结构110上，n型电极102通过电流扩散层6设置在电流通路调节层5之上，使其定位于电流阻挡区5a的正上方。因此，电流扩散层6使电流从n型电极102的正下方部位扩散至其在有源层3与n型电极102之间的两侧。此外，由于存在电流阻挡区5a，电流不易流至n型电极102正下方的有源层3的部位。有源层3的发光区不形成在n型电极102的正下方区域，并扩散至该区域的两侧。因此，由有源层3产生的LED光可有效地从LED100a表面无n型电极102的区域发出。
此外，由于电流扩散层6和电流通路调节层5由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P制成，它们的带隙宽于由(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P制成的有源层3。这导致电流扩散层6和电流通路调节层5无法吸收来自有源层3的LED光，改善了的出光效率使LED100a的亮度更高。
本实施例中，P型GaAs衬底1的表面为(100)面，其中，其内形成有条状槽的槽形区1a部分地暴露出为(111)A面的斜面。因此，在槽形区1a中的(111)A面和平坦区1b的(100)面出现在包括有源层3在内的多层结构110的表面上，亦即在n型上覆盖层4的表面上。
另外，本实施例中，同时用Zn和Se掺杂在n型上覆盖层4上生长AlGaInP。所以，在(100)面上形成具有Se掺杂剂的n型导电性的电流阻挡区5a，并在(111)A面上形成具有Zn掺杂剂的p型导电性的电流通过区5b。由此，在形成具有电流阻挡区5a的电流通路调节层5的步骤中不使晶体生长工艺间断，而n型上覆盖层4、有源层5、电流扩散层6和n型接触层7在单一的MOCVD步骤中生长。这降低了成本并实质上提高了生产率。
此外，可以避免性能和可靠性因在包含于LED的半导体多层结构的再生长界面的结晶性而下降。
更具体地讲，根据传统的LED制造方法，在衬底上生长包括有源层和作为电流阻挡层的半导体层的多层结构，之后，由晶体生长设备中取出衬底(晶片)，对半导体层做选择性腐蚀，形成电流阻挡层。之后，把晶片再置于晶体生长设备中，在晶片上再生长电流扩散层，其间使其上所形成的中间带隙层和电流阻挡层暴露出来。因此，再生长界面易于氧化，杂质易于混入再生长界面，在再生长界面产生问题，对器件的性能和可靠性有不利的影响。
相反，根据本实施例的LED制造方法，LED所包括的每个半导体均可由单一的MOCVD生长工艺来形成，无需任何再生长。所以，可获得高可靠性及满意的性能。
实施例2
图4是说明作为本发明第二实施例的半导体发光器件的LED的剖面示意图。此图中，标号100b代表本发明的LED，与图1A、1B和1C相同的标号涉及相同的部分。LED100b与实施例1的LED100a不同之处在于，第二n型上覆盖层4a设置在电流通路调节层5与电流扩散层6之间。
第二n型上覆盖层4a由n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P制成，Si载流子浓度为5×1017cm-3，制备方式与有源层3和电流通路调节层5之间的n型上覆盖层4相同，厚约1μm。
本例的LED100b的制造方法与例1的LED100a相同，只是第二n型上覆盖层4a形成在电流通路调节层5上。
对本例的LED100b施加2伏正向电压，以使流过20mA电流。获得的LED发光，其在584nm蜂值波长的发光强度大于5.5cd。
当(AlXGa1-X)1-YInYP的有源层3的组分X和Y分别取0.50时，可获得纯绿光，峰值波长为555nm的发光强度大于3.5cd。
本例中，第二n型上覆盖层4a设于电流通路调节层5与电流扩散层6之间，以致电流通路调节层5与有源层3之间的n型上覆盖层4的厚度小至约0.5μm。这使得电流通路调节层5的电流阻挡区5a可防止电流一旦因传播而扩散进入电流阻挡区5a的下方，可减少流入n型电极102正下方的有源层3的区域内的电流。结果，有源层3除了n型电极102正下方之外的其余区域的发光量增大，与例1的LED100a相比，可以提高出光效率。
实施例3
图5是说明作为本发明第三实施例的半导体发光器件的LED的剖面示意图。图中，标号100c代表本例的LED。LED100C中，采用其内形成有第二电流通路调节层105的n型电流扩散层106来代替例1的电流扩散层6，按与例1的电流通路调节层5相同的方式，由位于n型电极102正下方的电流阻挡区105a和位于电流阻挡区105a两侧的电流通过区105b组成第二电流通路调节层105。
第二电流通路调节层105由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P层制成，厚0.7μm，用Zn和Se掺杂，电流通路调节层105的电流阻挡区105a的载流子浓度为3×1018cm-3，呈现Zn掺杂剂的P型导电性，并建立在衬底1的各槽1a1的每个斜面的晶向，即(111)A面上。
标号106a和106b分别代表n型电流扩散层106的下部和上部。下部和上部106a和106b各自厚2.5μm。
本例的LED 100C的制造方法中，除了在电流扩散层的生长过程中形成第二电流通路调节层105之外，其余均与例1的LED100a相同。
对本例的LED100C施加2伏的正向电压，以使流过20mA的电流。获得的LED发光，峰值波长为584nm的发光强度大于5.1cd。
当(AlXGa1-X)1-YInYP的有源层3的组分X和Y分别取0.50时，获得纯绿的发光，其在峰值波长为555nm的发光强度大于3.2cd。
本实施例中，除了在n型上覆盖层4与电流扩散层106之间设置的电流通路调节层5之外，在n型电流扩散层106中还设置了第二电流通路调节层105。因此，在n型电极102与有源层3之间流动的电流在两处受阻，亦即，被电流通路调节层5的电流阻挡区5a和第二电流通路调节层105的电流阻挡区105a所阻挡，并扩散至n型电极102正下方的有源层3的区域外侧。因此，可使流入有源层3的电流扩散至非常宽的区域。这减少了n型电极102正下方的有源层3的区域及其附近的发光量，通过缩小远离n型电极102正下方的有源层3的区域，可增大发光量，从而可以提高出光效率。
实施例4
图6是说明作为本发明第四实施例的半导体发光器件的LED的剖面示意图。图中，LED100d包括n型GaAs衬底51，其上设置了由用于阻挡电流的p型半导体区(电流阻挡区)55a和用于通过电流的n型半导体区(电流通过区)55b组成的电流通路调节层55。
在电流通路调节层55上设置具有DH结部的多层结构150。多层结构150从衬底一侧依次包括n型下覆盖层52、有源层53和p型上覆盖层54。
此外，n型GaAs接触层57通过p型电流扩散层56设置在多层结构150之上，AuZn制成的p型电极151位于n型GaAs接触层57之上。由AuGe制成的n型电极152形成于n型GaAs衬底51的整个背面上。
在n型GaAs衬底51中央的直径为200μm的圆形区(槽形成区)51a内具有多条条状V形槽51a，槽深4.3μm，槽宽6μm。除了槽形区51a之外，衬底51的其它区域是具有平坦表面的平坦区51b。衬底51的平坦区51b具有(100)面的晶向，V形槽51a1的斜面具有(111)A面的晶向。
电流通路调节层55由(AlXGa1-X)1-YInYP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成，其中X是0.70，Y是0.50，厚度为0.7μm。采用Zn作为II族掺杂剂和Se作为VI族掺杂剂对电流通路调节层55掺杂。电流通路调节层55的电流阻挡区55a位于衬底51的槽形区51a上，具有3×1018cm-3的载流子浓度，呈现Zn掺杂剂的p型导电性，并建立在衬底51的槽51a1的每个斜面的晶向的(111)A面上。电流通路调节层55的电流通过区55b位于衬底51的平坦区51b上，载流子浓度为3×1018cm-3，呈现Se掺杂剂的n型导电性，并建立在平坦区51b的晶向的(100)面。
下覆盖层52、有源层53和上覆盖层54分别由(AlXGa1-X)1-YInYP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成，n型下覆盖层52和p型上覆盖层54具有的组分比，例如为X＝0.70，Y＝0.50，厚1.0μm，n型下覆盖层52具有5×1017cm-3的Si载流子浓度，p型上覆盖层54具有1×1018cm-3的Zn载流子浓度。有源层53的组分比例如为X＝0.30，Y＝0.50，厚0.50μm。
而且，p型电流扩散层56由p型AlXGa1-XAs(0≤X≤1)制成，组分比为X＝0.70，厚5μm。 p型电流扩散层56和p型GaAs接触层57分别具有3×1018cm-3的Zn载流子浓度。
以下，将说明LED100d的制造方法。
在n型GaAs衬底51上的直径为200μm的圆形区域内通过腐蚀形成多条条状槽51a1，使其槽深4.3μm，槽宽6μm，而且斜面晶向例如为(111)A，与例1相同(见图1A和1B)。
然后，在第一晶体生长步骤中通过MOCVD，在经过腐蚀处理的衬底51上形成每个半导体层55、52-54和56。
具体讲，腐蚀处理后，在衬底51上生长(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P作为电流通路调节层55，使其厚约为0.7，同时用Zn(II族掺杂剂)和Se(VI族掺杂剂)掺杂。形成Zn载流子浓度为3×1018cm-3的p型半导体区，作为电流阻挡区55a，它位于衬底51暴露出(111)A面的表面区域内，亦即位于衬底51的槽形成区51a之上，而且形成Se载流子浓度为3×1018cm-3的n型半导体区，作为电流通过区55b，它位于衬底51暴露出(100)面的表面区域内，亦即位于衬底51的平坦区51b上。
之后，在电流通路调节层55上生长(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P，同时控制导电性和厚度，生长n型下覆盖层52、有源层53、p型上覆盖层54和电流扩散层56，而且在电流扩散层56上生长p型GaAs层。
接着，在p型GaAs层上形成AuZe层，同时在n型衬底51的背表面上形成AuGe层152，作为n型电极。然后，对p型GaAs层及其上的AuZn层做选择性腐蚀，以留下其在衬底51的槽形区51a正上方的部位，从而形成p型GaAs接触层57和p型电极151。于是，制成LED100d(见图6)。
对本例的LED100d施加2伏正向电压，使其流过20mA的电流。获得LED发光，其在584峰值波长为584nm发光强度大于5.4cd。
当(AlXGa1-X)1-YInYP有源层53的组分X和Y分别取0.50时，获得纯绿发光，其峰值波长在555nm的发光强度大于3.3cd。
本例中，通过与例1相同的电流通路调节层和电流扩散层，可以改善取出LED发光的效率。在单一的晶体生长步骤中可以连续地形成LED所含的各半导体层。因此，制造步骤得以简化，成本下降、生产率提高。此外，晶体生长不被腐蚀处理等所中断，以致LED的性能和可靠性可以保持在高水平，可避免再生长界面的结晶性下降。
而且，本例中，在LED中采用n型衬底。所以，由p型电流阻挡区55a和n型电流通过区55b组成的电流通路调节区可以设置在衬底51上并位于多层结构150之下。因此，下面的晶体结构的晶向不会畸变，并且可以根据下面的晶体取向来满意地选择生长p型电流阻挡区55a和n型电流通过区55b，同时可把每个区的载流子浓度规定得足够大。结果，电流通路调节层55的功能变得更为有效，有源层53在p型电极151正下方的区域内的发光量增大，出光效率可以提高。
实施例5
图7是说明作为本发明第五实施例的半导体发光器件的LED的剖面示意图。图中，标号100e代表本例的LED，相同的标号表示与图6相同的部分。LED100c与例4的LED100d不同之处在于，在n型GaAs衬底51与电流通路调节层55之间设置第二n型下覆盖层52a。
第二n型下覆盖层52a由n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P制成，Si载流子浓度为5×1017cm-3，制备方式与介于有源层53与电流通路调节层55之间的n型下覆盖层52相同，而且厚度为0.5μm。
除了在电流通路调节层55形成之前，就使第二型下覆盖层52a形成在衬底51上之外，本例的LED的制造方法其余步骤均与例4的LED100d相同。
对本例的LED100e施加2伏正向电压，以使其中通过20mA电流。获得的LED发光其峰值波长为584nm的发光强度大于5.8cd。
当(AlXGa1-X)1-YInYP有源层53的组分X和Y分别取0.50时，获得峰值波长为555nm的发光强度大于3.5的纯绿光。
本例中，第二n型下覆盖层52a设置在n型GaAs衬底51电流通路调节层55之间，以致电流通路调节层55与有源层53之间的n型下覆盖层52的厚度可以小至约0.5μm。这使得电流通路调节层55的电流阻挡区55a可以防止电流一旦因扩散而进入电流阻挡区55a的上侧，并减少了流入p型电极151正下方的有源层53的区域的电流。结结果，有源层53中不是位于p型电极151正下方的区域内的发光量增大，与例4的LED100d相比，使出光效率提高了。
实施例6
图8是说明作为本发明第六实施例的半导体发光器件的LED的剖面示意图。图中，标号100f代表本例的LED，相同标号表示与图1A、1B和1C相同的部分。除了在p型GaAs衬底1与具有DH结部的多层结构110之间设置有p型反射层120之外，LED100f的结构与例1的LED100a相同，该反射层使从有源层3传输至p型GaAs衬底1的LED发光反射到有源层3。
p型反射层120具有交替层叠的10对GaAs层和AlInP层。每个GaAs层厚0.01μm，每个AlInP层厚0.005μm，p型反射层120厚约0.15μm。
本例的LED100f的制造方法与例1的LED100a相同，只是在形成p型下覆盖层2之前，还要在p型GaAs衬底1上形成p型反射层120。
对本例的LED100f施加2伏正向电压，使其流过20mA电流。获得LED发光，其峰值波长为585nm的发光强度大于6cd。
(AlXGa1-X)1-YInYP有源层3的组分X和Y分别取0.50时，获得峰值波长为555nm的发光强度大于4cd的纯绿发光。
本例中，在p型GaAs衬底1与具有DH结部的多层结构110之间，设置p型反射层120，使从有源层3传输至p型衬底1的LED发光反射到有源层3。所以，从有源层3发出的LED光之中传输至衬底一侧的光不被反射系数高于多层结构110的p型GaAs衬底1所吸收，与例1的LED100a相比，使出光效率提高了。
本例中，p型反射层120由GaAs层和InAlP层的组合来构成。但是，构成p型反射层120的半导体材料的组合并不限于此。可以使用其它半导体材料的组合，只要它们能反射LED发光即可，亦即将从有源层3传输对p型衬底1的光反射至有源层3。
实施例7
图9是说明作为本发明第七实施例的半导体发光器件的LED的剖面示意图。图中，标号100g代表本例的LED。LED100g包括Si载流子浓度为5×108cm-3的n型GaP电流扩散层76，用于取代例1的LED100a中的Al0.7Ga0.3As电流扩散层6，并使位于n型GaP电流扩散层76之上的n型电极102与衬底1的槽形部位对置。器件的其它结构与图1A、1B和1C所示的例1的100a相同。
本例的LED100g的制造方法与例1的LED100a不同之处在于，在电流通路调节层5上生长GaP作为电流扩散层76，在电流扩散层76上生长AuGe层，并对AuGe层选择地腐蚀，以使与衬底1的槽形区1a相对的部位留下，从而形成n型电极102。
对本例的LED100g施加2伏正向电压，以使其中流过20mA电流。获得LED发光，其在585nm峰值波长的发光强度大于6cd。
(AlXGa1-X)1-YInYP有源层3的组分X和Y分别取0.50时，获得峰值波长为555nm的发光强度大于4cd的纯绿发光。
本例中，n型电流扩散层76由带隙大于Al0.7Ga0.3As的GaP制成。因此，与由Al0.7Ga0.3As制成n型电流扩散层6的例1的LED100a相比，减小了来自有源层并被电流扩散层吸收的光量，使出光效率提高了，可使LED亮度提高。
另外，由AuGe制成的n型电极可设置在n型电流扩散层76上。因此，无需设置接触层，从而减少了生产步骤数。
实施例8
图10A和10B是说明作为本发明第八实施例的半导体发光器件的LED的剖面示意图。具体地讲，图10A是LED结构的剖面图；图10B是包含于LED的衬底的剖面图。
这些图中，标号100h代表本例的LED，其中具有DH结部的多层结构130，包括按顺序在n型GaAs衬底31的表面上设置的n型下覆盖层32、有源层33和p型上覆盖层34。本例中，由阻挡电流的n型半导体区(电流阻挡区)35a和通过电流的p型半导体区(电流通过区)35b组成的电流通路调节层35设置在多层结构130的p型覆盖层34之上。第二部型覆盖层34a设置在电流通路调节层35之上，使之定位于电流通路调节层35的电流阻挡区35a正上方。型电极131设置在p型GaAs接触层37上。AuGe制成的n型电极132形成于n型GaAs衬底31的整个背面上。
在n型GaAs衬底31中央具有直径为200μm的圆形平坦区31a。衬底31的其它区域是槽形区31b，每个均具有多条深2.3μm的宽10μm的条状V形槽31b1。衬底1的平坦区31a具有(100)面的晶向，V形槽31b1的每个斜面具有(311)A面的晶向。
下覆盖层32、有源层33和上覆盖层34分别由(AlXGa1-X)1-YInYP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成，下覆盖层32和上覆盖层34具有组分比例如为X＝0.70和Y＝0.50，厚1.0μm，下覆盖层32具有1×1018cm-3的Si载流子浓度，上覆盖层34具有5×1018cm-3的Zn载流子浓度。有源层33例如具有组分比为X＝0.30和Y＝0.50，厚0.5μm。
电流通路调节层35也由(AlXGa1-X)1-YInYP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成，组分比为X＝0.70，Y＝0.50，厚0.7μm用Zn作为II族掺杂剂和Se作为VI族掺剂对电流通路调节层35作掺杂。电流通路调节层35的电流阻挡区35a位于衬底31的平坦区31a正上方，载流子浓度为3×1018cm-3，呈现Se掺杂剂的n型导电性，并建立在平坦区31a晶向的(100)面上。电流通路调节层35的电流通过区35b位于衬底31的槽形区31b之上，载流子浓度为3×1018cm-3，呈现Zn掺杂剂的p型导电性，并建立在衬底31的槽31b1的各斜面晶向的(311)面。
第二上覆盖层34a由p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P层制成，Zn载流子浓度为1×1018cm-3，其制备方式与介于电流通路调节层35与有源层33之间的上覆盖层34相同，厚度约为1μm。p型GaAs接触层37具有1×1018cm-3的载流子浓度，厚1μm。
以下将说明LED100h的制造方法。
通过对n型GaAs衬底31除圆形区31a之外的表面进行腐蚀，形成多条条状槽31b1，圆形区直径为200μm，槽深2.3μm，槽宽10μm，每个斜面的晶向例如为(311)A面(见图10B)。
之后，在第一晶体生长步骤中通过MOCVD法，在经过腐蚀处理的衬底31上形成半导体层32～35、34a和37。
具体地讲，经腐蚀处理后，在衬底31上生长n型(Al0.7Ga0.3) 0.5In0.5P作为n型下覆盖层32，使其厚约1.0μm，Si载流子浓度为1×1018Cm-3。之后，生长(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P作为有源层33，使其厚约0.5μm，生长p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P作为p型上覆盖层34，使其厚约1μm，Zn载流子浓度为1×1018cm-3。此时，衬底31的表面构型被转移至其上生长的各半导体层。亦即，p型上覆盖层34的表面与衬底31的槽形区31b对应的区域内具有多条其斜面晶向为(311)A面的槽，p型上覆盖层34的表面与衬底31的平坦区31a对应的区域内具有晶向为(100)面的平坦面。
而且，用Zn(II族掺杂剂)和Se(IV掺杂剂)同时掺杂，在p型上覆盖层34的表面上生长(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P作为电流通路调节层35，使其厚约为0.7μm。
如例1所述，在p型上覆盖层34暴露出(311)A面的区域，亦即与衬底31的槽形区31b对应的区域内，形成载流子浓度为3×1018cm-3的p型半导体区，作为电流通过区35b，在p型上覆盖层34暴露出(100)面的区域，亦即与衬底31的平坦区31a对应的区域内，形成载流子浓度为3×1018cm-3的n型半导体区，作为电流阻挡区35a。
之后，在电流通路调节层35上生长p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P作为第二p型上覆盖层34a，使其厚约1μm，载流子浓度为1×1018cm-3，而且在第二p型上覆盖层34a上生长p型GaAs层，使其厚约1μm，Zn载流子浓度为3×1018cm-3。
接着，在p型GaAs层上形成AnZn层，在n型衬底31的背表面上形成AuGe层132作为n型电极。之后，对p型GaAs层和AuZn层做选择性腐蚀，以使其位于衬底31的平坦区31a正上方的部位留下，从而形成p型GaAs接触层37和p型电极131。因而，制成lED100h(见图10A)。
对本例的LED100h施加2伏正向电压，以使其流过20mA的电流。获得其峰值波长为585nm的发光强度大于4cd的纯绿发光。
(AlXGa1-X)1-YInYP有源层3的组分X和Y分别取0.50时，可获得其峰值波长为555nm的发光强度大于2cd的纯绿发光。
在本例的LED100h中，由电流阻挡区35a和电流通过区35b组成的电流通路调节层35形成于包括在n型GaAs衬底31上的有源层33的多层结构130上，通过第二p型覆盖层34a和p型接触层37，p型电极131设置在电流通路调节层35上，使其定位于电流阻区35a的正上方。所以，由于存在电流通路调节层35的电流阻挡区35a，故电流不易在有源层33在p型电极131正下方的区域内流动。由此，有源层33的发光区扩散至有源层33的边缘，排除了p型电极131的正下方的区域，可以从LED100h的表面无p型电极131的区域有效地取出有源层33发出的LED光。
此外，由于电流通路调节层35、第二p型上覆盖层34a等由((Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P制成，它们的带隙宽于由(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P制成的有源层33。这使得电流通路调节调节层35和第二上覆盖层34a不能吸收来自有源层33的LED发光，从而改善了出光效率，使得LED100h的亮度提高。
本例中，通过对除预定的圆形之外的(100)面进行选择地腐蚀，在n型GaAs衬底31的(100)面上形成多条条状槽31b1，以便暴露出(311)A面。所以，在包括形成在衬底31之上的有源层33的多层结构130的表面上，亦即在p型上覆盖层34的表面上，出现暴露在槽形区31b的(311)A面和平坦区31a的(100)面。
器件表面的与电流通路调节层35的电流通过区35b对应的区域具有建立于衬底31的槽形区31b的表面构型的非平坦构型。所以，从电流通过区35b正下方的有源层33的发光区，以等于或大于临界角的角度投射到器件表面的LED光的比例被减少，结果改善了从器件表面的出光效率。此外，有源层33的发光区也有非平坦构型，以致与发光区是平坦的情形相比，发光面积增大，从而导致出光效率提高。
而且，(311)A面出现在衬底31的槽形区31b中的槽31b1的每个斜面上。所以，即使在槽形区31b上生长AlGaInP混晶半导体材料时，也不会形成超晶格。本例中，电流通路调节层35的电流通过区35b位于槽形区31b之上。由此，即使通过MOCVD法生长AlGaInP混晶半导体材料作为有源层33时，在有源层33与电流通过区35b对应的发，光区内也不会形成超晶格，可以避免LED光的波长因超晶格而变长。因此，为了获得具有预定波长的LED光，无需增加Al的组分比，可以获得高亮度和高可靠的LED。
而且，本例中，在p型上覆盖层34上生长AlGaInP，同时用Zn和Se掺杂。所以，具有Se掺杂剂的n型导电性的电流阻挡区35a形成于(100)面上，具有Zn掺杂剂的p型导电性的电流通过区35b形成于(311)A面上。由此，在具有电流阻挡区35a的电流通路调节层35的形成步骤中，晶体生长过程不被中断，而且在单一的MOCVD步骤中生长p型上覆盖层34、电流通路调节层35、第二p型上覆盖层34a和p型接触层37。这使生产成本降低并实质上提高了生产率。
此外，可以避免因在包含于LED的半导体多层结构的再生长界面处的结晶度而降低器件的性能和可靠性。
而且，本例中1与例7不同，器件表面设置电极的部位是平坦的。所以，p型电极131的表面成为平坦的，而且可使p型电极131与附着于其上的导线之间的结合变得坚固满意。
实施例9
图11是说明作为本发明第九实施例的半导体发光器件的LED的剖面示意图。图中，标号100i代表本例的LED。LED100i包括p型电流扩散层156，用于取代例8的LED 100h的第二p型上覆盖层34a。p型电流扩散层156由Al0.7Ga0.3As制成，Zn载流子浓度为5×1018cm-3，厚5μm。位于电流扩散层156之上的p型GaAs接触层137具有5×1018cm-3Zn载流子浓度。器件的其它结构与例8的LED100h相同。
根据本实施例的LED100i的制造方法，形成电流通路调节层35，然后形成p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5p上覆盖层34a。其它步骤与例8的LED100h的制造方法相同。
对本例的LED 100i施加2伏正向电压，以使其中流过20mA电流。获得的LED光其峰值波长为585nm的发光强度大于5cd。
(AlXGa1-X)1-YInYP有源层33的组分X和Y分别取0.50时，可获得其峰值波长为555nm的发光强度大于2.5cd的纯绿发光。
本例中，在电流通路调节层35上设置p型电流扩散层156，以致也可由p型电流扩散层156来扩散电流，可以在有源层33与p型电极131对应的区域之外较宽区域内发光。这可使出光效率得以改善，并使LED具有较高亮度。
本例中，Al0.7Ga0.3As电流扩散层156具有大于(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P有源层33的带隙。所以，来自有源层33的光被电流扩散层156吸收的量减少，使得出光效率提高，并可使LED的亮度较高。
实施例10
图12是说明作为本发明第十实施例的半导体发光器件的LED的剖面示意图。图中，标号100j代表本例的LED。 LED100j包括具有第二电流通路调节层135的电流扩散层136，用于取代例9的电流扩散层156。第二电流通路调节层135由位于p型电极131正下方的电流阻挡区135a和位于电流阻挡区135a周围的电流通过区135b组成。在n型GaAs衬底31的槽形区31b中的槽31b1的各斜面具有(111)A面的晶向。
第二电流通路调节层135也由掺以Zn和Se的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P层制成。电流通路调节层135的电流通过区135b位于衬底31的槽形区31b之上，具有3×1018cm-3的载流子浓度，呈现Zn掺杂剂的p型导电性，并建立于衬底31的槽31b1的各斜面的晶向的(111)A面上。电流通过调节层135的电流阻挡区135a位于衬底31的平坦区31a的正上方，具有3×1018cm-3的载流子浓度，呈现Se掺杂剂的n型导电性，并建立于平坦区31a晶向的(100)面上。
标号136a和136b分别代表把电流通路调节层135夹在中间的电流扩散层136中的下部和上部。下部和上部136a和136b各自厚2.5μm。
本例的LED100j的制造方法中，除了在电流扩散层136的生长过程中形成第二电流通路调节层135之外，其余均与例9的LED100j相同。
对本例的LED100j施加2伏正向电压，使其流过20mA电流。获得LED光，峰值波长为58 5nm的发光强度大于6cd。
(AlXGa1-X)1-YInYP有源层33的组分X和Y分别取0.50时，获得纯绿发光，峰值波长为555nm的发光强度大于3cd。
本例中，除了在p型上覆盖层34与p型电流扩散层36之间设置的电流通路调节层35之外，还在p型电流扩散层136中设置第二电流通路调节层135。所以，在p型电极131与有源层33之间流动的电流在两处受阻，亦即受电流通路调节层35的电流阻挡区35a和第二电流通路调节层135的电流阻挡区135a的阻挡，并且扩散至有源层33在p型电极131正下方的区域之外。因此，流入有源层33的电流可扩展至非常宽的区域。这减少了有源层33在p型电极131正下方及其附近的区域的发光量，通过减少远离有源层33在p型电极131正下方的区域的区域，可增大发光量，从而提高出光效率。
而且，根据本例的LED制造方法，包括于LED的多个半导体层可在单一的MOCVD生长步骤中生长，以致在生长半导体各层时不发生再生长。这使得易于生产具有多于三个电流通路调节层的LED。应予注意，可以在任何部位设置电流通路调节层，只要是在有源层33之上即可。
实施例11
图13是说明作为本发明的第十一实施例的半导体发光器件的LED的剖面示意图。图14A和14B分别展示了部分制造LED的步骤：具体地讲，图14A是LED所含衬底的剖面图；图14B是展示在衬底上形成电流通路调节层的状态的剖面图。这些图中，标号100k代表本例的LED。LED100k包括p型GaAs衬底71，其上设置有电流通路调节层75，它包括n型半导体区(电流阻挡区)75a、75b2和75b3和p型半导体区(电流通过区)75b1用以通过电流。
在电流通路调节层75上设置具有DH结部的多层结构70。多层结构170包括按顺序依次生长的p型下覆盖层74、有源层73和n型上覆盖层72。
在多层结构170C设置n型GaAs接触层77，在n型GaAs接触层77上设置由AuGe制成的n型电极132。在p型GaAs衬底71的整个背面上设置由AuZn制成的p型电极131。
p型GaAs衬底71除了在其中央的直径为200μm的圆形平坦区71a之外，在槽形区71b具有多条条状槽71b0。槽71b0分别具有底面71b2和斜面71b1，而且按预定间隔形成，使其槽深5μm，槽宽15μm。衬底71的平坦区71a、每槽71b0的底面71b2和各相邻槽71b0之间的衬底的表面部位71b3均具有(100)面晶向，每个槽71b0的斜面71b1具有(111)A面晶向。
电流通路调节层75由(AlXGa1-X)1-YInYP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成，组分比X＝0.70，Y＝0.5，厚1μm。电流通路调节层75用Zn作为II族掺杂剂和Se作为VI族掺杂剂来掺杂。电流通路调节层75的电流阻挡区75a定位于衬底71的平坦区71a正上方，具有3×1018cm-3的载流子浓度，呈现Se掺杂剂的n型导电性，并建立于平坦区71a的晶向的(100)面。电流通路调节层75的电流阻挡区75b2和75b3分别位于每个槽71b0的底面71b2正上方和各相邻槽71b0之间的表面部位71b3正上方，具有3×1018cm-3的载流子密度，呈现Se掺杂剂的n型导电性，并建立于各槽71b0的底面71b2的(100)面上和各相邻槽71b0之间的表面部位71b3的(100)面上。
电流通路调节层75的电流通过区75b1具有3×1018cm-3的载流子浓度，呈现Zn掺杂剂的p型导电性，并建立于衬底71的各槽71b。斜面71b1晶向的(111)A面上。
下覆盖层74、有源层73和上覆盖层72分别由(AlXGa1-X)1-YInYP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成，下覆盖层74和上覆盖层72例如具有组分比X＝0.70，Y＝0.50，厚度分别为1.0μm和3.0μm；下覆盖层74具有1×1018cm-3的Zn载流子浓度，上覆盖层72具有1×1018cm-3的Si载流子浓度。有源层73例如具有组分比X＝0.30，Y＝0.50，厚0.5μm。
此外，n型GaAs接触层77具有3×1018cm-3的Si载流子浓度，厚1μm。
以下将说明LED100k的制造方法。
除了直径为200μm的圆形区71a之外，对p型GaAs衬底71的其余表面做腐蚀处理，从而形成深5μm、宽15μm的多条条状槽71b0，使其具有例如各斜面71b1的(111)A面的晶向和各面71b2的(100)晶向(见图14A)。
然后，采用MOCVD法在单一晶体生长步骤中，在经过腐蚀处理的衬底71上形成各个半导体层75、72～74和77。
具体地讲，腐蚀处理之后，在衬底71上生长(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P，作为电流通路调节层75，使其具有约1μm的厚度，同时用Zn(II族掺杂剂)和Se(VI族掺杂剂)掺杂。此时，在衬底71表面露出(100)面的区域上，亦即分别在衬底71的平坦区71a、各槽71b0的底面71b2和各相邻槽71b0之间的表面部位71b3上，形成具有3×1018cm-3的Se载流子浓度的n型半导体区，作为电流阻挡区75a、75b2和75b3。在衬底71表面露出(111)A面的区域上，亦即衬底71的各槽71b0的斜面上形成具有3×1018cm-3的Zn载流子浓度的p型半导体区作为电流通过区75b1。
之后，在电流通路调节层75上生长(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P，同时控制其导电性和厚度，从而生长p型下覆盖层74、有源层73和n型上覆盖层72，并在n型上覆盖层72上生长n型GaAs层。
接着，在n型GaAs层上形成AuGe层，在p型衬底71的背表面上形成AuZn层作为p型电极131。然后，对n型GaAs层和其上的AuGe层做选择性腐蚀，以使其位于衬底71的平坦区71a正上方的部位留下，从而形成n型GaAs接触层77和n型电极132，由此制成LED100k(见图13)。
对本例的LED100k施加2伏正向电压，以使其流过20mA电流。获得了LED发光，其峰值波长为584nm的发光强度大于7cd。
(AlXGa1-X)1-YInYP有源层73的组分X和Y分别取0.50时，可获得峰值波长为555nm的发光强度大于3.5cd的纯绿发光。
本实施例中，电流通路调节层和电流扩散层可按与上述实施例相同的方式使取出LED发光的效率得到改善。包括在LED内的各半导体层可以通过单一的晶体生长步骤连续形成。因此制造步骤可以简化，成本下降，生产率提高。此外，晶体生长不会被腐蚀处理等所中断，以使LED的性能和可靠性可保持高水平上，而并不降低再生长界面的结晶性。
此外，本例中，在LED中采用p型衬底，以致由n型电流阻挡区75a、75b2和75b3和p型电流通过区75b1组成的电流通路调节层75可以位于多层结构170之下衬底表面上。这可以避免当生长电流通路调节层75时下面的晶体结构的晶向变劣，而且可以基于下面的晶体取向满意地进行电流阻挡区75A、75b2、75b3和电流通过区75b1的选择性生长，同时使各区的载流子浓度足够地大。结果，电流通路调节层75的功能更为有效，有源层73的除n型电极132正下方之外的区域内的发光量增大了，并可改善出光效率。
本例中，p型衬底71表面上各槽71b0具有底面71b2，以及具有(100)面晶向的表面部分71b3被暴露出。此外，除了位于n型电极132正下方区域的n型电流阻挡区75a之外，n型电流阻挡区75b2和75b3分离地位于n型电极132正下方的区域边缘。因此，被n型电极132正下方的电流阻挡区75a所阻挡并分散于其周边的电流，可由电流阻挡区75b2和75b3扩散至更宽的区域。
实施例12
图15是说明作为本发明第十二实施例的半导体发光器件的LED的剖面示意图。图中，标号100m代表本例的LED。LED100m包括p型GaAs衬底81，其上设置了电流通路调节层85，包括阻挡电流的n型半导体区(电流阻挡区)85a和通过电流的p型半导体区(电流通过区)85b。
在电流通路调节层85上设置包括DH结部的多层结构180。多层结构180从衬底一侧按顺序包括p型下覆盖层84、有源层83和n型上覆盖层82。
而且，n型GaAs接触层77通过n型电流扩散层86设置在多层结构180之上，由AuGe制成的n型电极132位于n型GaAs接触层77之上。在p型GaAs衬底81的整个背面上形成AuZn制成的p型电极。
按与例8的n型GaAs衬底31相同的方式，在p型GaAs衬底81的中央具有直径为200μm的圆形平坦区81a。衬底81的其它区域是槽形区81b，均具有多条深2.3μm、宽10μm的条状V形槽81b1。衬底81的平坦区81a具有(100)面晶向，V形槽81b1的各斜面具有(311)A面的晶向。
电流通路调节层85由(AlXGa1-X)1-YInYP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成，组分比X＝0.70，Y＝0.50，厚10μm。用Zn作为II族掺杂剂和Se作为VI族掺杂剂对电流通路调节层85掺杂。电流通路调节层85的电流阻挡区85a位于衬底81的平坦区81a正上方，载流子浓度为3×1018cm-3，呈现Se掺杂剂的n型导电性，并建立于平坦区81a的晶向的(100)面。电流通路调节层85的电流通过区85b位于衬底81的槽形区81b之上，载流子浓度为3×1018cm-3，呈现Zn掺杂剂的p型导电性，并建立于衬底81的槽81b1的各斜面晶向的(311)面。
下覆盖层84、有源层83和上覆盖层82分别由(AlXGa1-X)1-YInYP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成；下覆盖层84和上覆盖层82的组分比例如为X＝0.70，Y＝0.50，厚1.0μm；下覆盖层具有1×1018cm-3的Zn载流子浓度，上覆盖层82具有1×1018cm-3的Si载流子浓度。有源层83例如具有组分比X＝0.30，Y＝0.50，厚0.5μm。
n型电流扩散86由n型AlXGa1-XAs(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成，组分比X＝0.70，厚5μm。n型电流扩散层86和n型GaAs接触层77具有5×1018cm-3的Si载流子浓度。
以下将说明LED 100m的制造方法。
通过对p型GaAs衬底81除了直径为200μm的圆形区81a之外的表面进行腐蚀，形成多条条状槽81b1，使其深2.3μm，宽10μm，每个斜面的晶向例如是(311)，与例8相同。
然后，在第一晶体生长步骤中通过MOCVD法，在经过腐蚀处理的衬底81上形成每个半导体层85、84、83、82、86和87。
具体地讲，腐蚀处理后，同时用Zn(II族掺杂剂)和Se(VI族掺杂剂)掺杂在衬底81上生长(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P作为电流通路调节层85，使其厚约1.0μm。
此时，形成Se载流子浓度为3×1018cm-3的n型半导体区，作为电流阻挡区85a，它位于衬底81露出(100)面的区域，亦即衬底81的平坦区81a，而且形成Zn载流子浓度为3×1018cm-3的p型半导体区，作为电流通过区85b，它位于衬底81露出(311)A面的区域，亦即衬底81的槽形区81b。
之后，在电流通路调节层85上生长(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P，同时控制其导电类型和厚度，从而生长p型下覆盖层84、有源层83和n型上覆盖层82，而且在n型上覆盖层82上分别生长厚5μm的n型Al0.7Ga0.3As层和1μm的n型GaAs层，使Si载流子浓度为5×1018cm-3。
接着，在n型GaAs层上形成AuGe层，在p型衬底81的背面上形成AuZn层，作为p型电极131。之后，对n型GaAs层和其上的AuGe层作为选择性腐蚀，使其位于衬底81的平坦区81a正上方的部位留下，从而形成n型GaAs接触层77和n型电极132。因此制成LED 100m(见图15)。
对本例的LED100m施加2伏正向电压，使其通过20mA的电流。获得LED发光，其峰值波长为584nm的发光强度大于8cd。
(AlXGa1-X)1-YInYP有源层83的组分和X和Y分别取0.50时，获得峰值波长为555nm的发光强度大于4cd的纯绿发光。
本例中，电流通路调节层85和电流扩散层86，按与例9相同的方式，可使取出LED发光的效率得以改善。可以通过单一晶体生长步骤连续地形成LED的具有电流阻挡区85a的半导体多层结构。
此外，本例中，LED采用p型衬底，以致由n型电流阻挡区85a和p型电流通过区85b组成的电流通路调节层85可以设置在衬底81表面上，而在多层结构180之下。这可以避免电流通路调节层85生长时，下面的晶体结构的晶向畸变，而且满意地进行建立于下面晶体的晶向的电流阻挡区85a和电流通过区85b的选择性生长，同时可使各区的载流子浓度足够大。
结果，电流通路调节层85的功能更为有效，有源层83中那些不是n型电极132正下方的区域的发光量增大，使出光效率得以改善。
本例中，由于电流扩散层86具有n型导电性，电流移动程度大于p型电流扩散层。此外，由于电阻降低，电流可扩散在远离n型电极132正下方的有源层83的区域的那些区域内。因此，出光效率得以进一步改善。
实施例13
图16是说明作为本发明第十三实施例的半导体发光器件的LED的剖面示意图。图中，标号100n代表本例的LED。LED100n中，采用Zn载流子浓度为3×1018cm-3、厚5μm的GaP电流扩散层97，取代例9的Al0.7Ga0.3As电流扩散层156，p型电极131位于GaP电流扩散层97上，使其定位于n型GaAs衬底31的平坦区31a正上方。而且，形成于n型GaAs衬底31的槽形区31b的槽31b1的各斜面具有(111)A面的晶向。
本例的LED100n的制造方法与例9的LED100i不同之处在于，在电流通路调节层35上生长GaP作为电流扩散层97，在电流扩散层97上生长AuZn层，并对AuZn层做选择腐蚀，以使其对应于衬底31的平坦区31a的部位留下，从而形成p型电极131。
对本例LED100n施加2伏正向电压，以使20mA电流流过其中。获得了LED发光，其峰值波长为584nm的发光强度大于9cd。
(AlXGa1-X)1-YInYP有源层33的组分X和Y分别取0.50时，可获得峰值波长为555nm的发光强度大于4.5cd的纯绿光。
本例中，n型电流扩散层97由GaP制成，其带隙大于Al0.7Ga0.3As。因此，来自有源层33的光被n型电流扩散层97所吸收的量减少，就与n型电流扩散层由Al0.7Ga0.3As制成的例9的LED100i相比而言，出光效率得以提高，LED亮度提高。
此外，由于p型电极131可设置在GaP电流扩散层97上，无需接触层，因而简化了制造步骤。
实施例14
图17是说明作为本发明第十四实施例的半导体发光器件的LED的剖面示意图。图中，标号100p代表本例的LED。LED100p包括n型反射层109，它位于n型GaAs衬底31与具有DH结部的多层结构130之间，并使从有源层33传输至n型衬底31的LED发光反射至有源层33侧边。器件的其它结构与例9的LED100i相同。
n型反射层109具有交替层迭的10对GaAs层和AlInP层。GaAs每层厚0.01μm，AlInP每层厚0.005μm，n型反射层109厚约0.15μm。
本例LED100p的制造方法中，除了在n型下覆盖层32形成之前，要在n型GaAs衬底31上形成n型反射层109之外，其余与例9的LED100i相同。
对本例LED100p施加22伏正向电压，以使20mA电流流过其中。获得了LED发光，其峰值波长为585nm的发光强度大于10cd。
(AlXGa1-X)1-YInYP有源层33的组分X和Y分别取0.50时，可获得峰值波长为555nm的发光强度大于5cd的纯绿光。
本例中，把从有源层33传输至n型GaAs衬底31的LED光反射至有源层33的n型反射层109设置在n型GaAs衬底31与具有DH结部的多层结构130之间。所以，从有源层33发出的LED光之中传输至衬底一侧的那些光不会被反射率大于多层结构130的p型GaAs衬底31所吸收，与例9的LED100i相比，出光效率可以提高。
本例中，由GaAs层和InAlP层的组合来构成n型反射层109。但是，构成n型反射层109的半导体材料的组合并不限于这些材料。也可使用其它半导体材料的组合，只要它们能把从有源层33传输至n型GaAs衬底31的LED光反射至有源层33即可。
实施例15
图18是说明作为本发明第十五实施例的发光二极管的LED剖面示意图。图中，标号100q代表本例的LED。与图11相同的标号代表相同的部分。LED100q中，具有DH结部的多层结构160由AlGaAs型混晶半导体制成，用以取代例9中所用的AlGaInP型混晶半导体。
包括在多层结构160中的n型下覆盖层62、有源层63和p型上覆盖层64分别由AlXGa1-XAs(0≤X≤1)制成。下覆盖层62和上覆盖层64例如具有X＝0.70的组分和1.0μm的厚度。下覆盖层62的Si载流子浓度为1×1018cm-3，上覆盖层64的Zn载流子浓度为1×1018cm-3。有源层63的组分X＝0.30，厚0.5μm。
器件的其它结构与例9的LED100i相同。
对本例的LED100q施加2伏正向电压，以使20mA的电流流过其中。获得LED光，其峰值波长为660nm的发光强度大于30cd。
本例中，具有DH结部的多层结构由AlGaAs类混晶半导体制成。但是，有源层发出的LED光不被由AlGaInP类半导体制成的电流通路调节层所吸收，因而可获得与例9相同的效果。
应予注意，具有DH结部的多层结构即使不由AlGaAs类或AlGaInP类半导体材料制成，而是由例如GaInN类半导体制成，也可获得与上述实施例相同的效果。
本发明不限于上述各例的LED。例如，在上述各例中，采用Al组分为0.3或0.5的AlGaInP层或者AlGaAs层作为有源层。但是，通过改变Al组分，作为从LED发出的LED光，可以获得在可见光范围从红到绿的发光。此时，即使改变Al组分，也能获得本发明的同样效果。
通过把有源层的半导体材料改变成其它材料，例如AlGaInN类混晶半导体，可以获得在可见光范围内从红到蓝的发光。通过改变AlGaInN类混晶半导体等的Al组分，也可获得在可见光范围内从红到蓝的发光。
另外，对于每个实施例的LED所含其它半导体层，亦即，覆盖层、电流通路调节层和电流扩散层，可按与有源层相同的方式改变其组分比和材料。
在各例中，槽的各斜面的晶向是(311)A面或(111)A面。另外，槽的各斜面可以从半导体晶体的(100)面在[011]方向倾斜。如图3所示，只要晶向是A面，即使各斜面为其它晶向，也可控制各槽使其具有p型导电性。此时，可获得本发明的相同效果。
而且，各例中，其上形成有电流阻挡区的衬底平坦区具有(100)面。但是，如图3所示，只要准备在平坦区上生长的半导体层所具有的晶体取向不是p型导电性，例如是n型晶向或者高阻晶向，即使平坦区具有A面，也能获得相同效果。例如，形成高阻区作为电流阻挡区，可以减少在电流通路调节层掺杂的p型掺杂剂和n型掺杂剂中之一。
与衬底中央的电流阻挡区对应的槽形区或者平坦区并不限于圆形，即使采用其它形状也能获得相同效果。
而且，各例中，电流扩散层由AlXGa1-XAs(0≤X≤1)或者(AlXGa1-X)1-YInYP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成。但是，也可用其它材料制成电流扩散层，只要材料所具有的带隙能使该材料通过有源层产生的光。
各例中，尽管在LED中采用GaAs衬底，但衬底材料不限于GaAs。使用任何其它化合物半导体材料也能获得本发明的相同效果，例如AlGaAs类、AlGaInP类(如GaP)和AlGaInN类(如GaN)。
实施例16
图19A和19B均是说明作为本发明第十六实施例的半导体发光器件的LED的剖面示意图。具体地讲，图19A是LED结构的剖面图；图19B是LED所含衬底结构的剖面图。
这些图中，标号400代表本例的LED。LED400包括n型GaAs衬底401，其上设置发光部分400a。发光部分400a包括从衬底一侧按下列顺序生长的n型下覆盖层402、有源层403和p型上覆盖层404。发光部分400a具有DH结部并发出由有源层403产生的光。p型电极411由AuZn制成并通过p型GaAs接触层408设置在发光部分400a的p型上覆盖层404之上。而且，由AuGe制成的n型电极410形成于n型GaAs衬底401的整个背面上。
本例中，在n型GaAs衬底401表示上形成多条条状V形槽401a，使其深5μm，宽20μm，因此衬底401的表面具有非平坦构型。槽401a各斜面的倾角是30°。
下覆盖层402、有源层403和上覆盖层404分别由(AlXGa1-X)1-YInYP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成。下覆盖层402和上覆盖层404分别具有X＝0.70，Y＝0.50的组分和1.0μm的厚度。下覆盖层402的Si载流子浓度和上覆盖层404的Zn载流子浓度分别是1×1018cm-3。
有源层403的组分比，例如是X＝0.30，Y＝0.50，厚0.50μm。
在发光部分400a中央的直径为200μm的圆形区内设置p型GaAs接触层408，Zn载流子浓度为3×1018cm-3，厚1μm。
以下将说明LED400的制造方法。
通过对n型GaAs衬底401表面进行腐蚀，形成多条条状槽，使其深5μm、宽20μm，各斜面的倾角为30°(见图19B)。
之后，通过MOCVD法，在经过腐蚀处理的衬底401上形成各半导体层402～404和408。
具体地，腐蚀处理之后，在衬底401上形成n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P作为n型下覆盖层402，使其厚约1.0μm，Si载流子浓度为1×1018cm-3。之后，在n型下覆盖层402上生长(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P作为有源层403，使其厚约0.5μ¨在有源层403上生长p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P作为p型上覆盖层404，使其厚约1μm，Zn载流子浓度为1×1018cm-3。
此时，衬底401的表面构形转移至其上生长的半导体层。由此，有源层403具有波状表面。此外，在p型上覆盖层404上形成多条其斜面的晶向角约为30°的槽，因而，p型上覆盖层404表面具有不平坦形状。
然后，在上覆盖层404上生长p型GaAs层，使其厚度约为1μm，Si载流子浓度为3×1018cm-3。之后，在p型GaAs层上形成AuZn层，在n型衬底401背面上形成AuGe410作为n型电极。对p型GaAs层和AuZn层做选择性腐蚀，以使其在发光部分400a的直径为200μm的圆形区上的部位留下，从而形成n型GaAs接触层408和p型电极411。由此制成LED400(见图19A)。
对本例的LED400施加2伏正向电压，以使20mA电流流过其中。获得LED发光，其峰值波长为595nm的发光强度大于3cd。
(AlXGa1-X)1-YInYP有源层403的组分X和Y分别取0.50时，可获得峰值波长为565nm的发光强度大于1cd的纯绿光。
如上所述，在本例中，n型GaAs衬底401具有不平坦表面，设置在衬底401上的发光部分400a包括按下列顺序生长的n型下覆盖层402、有源层403和p型上覆盖层404，包括在发光部分400a的各半导体层402-404具有与衬底表面对应的不平坦形状。所以，发出LED光的器件表面具有不平坦形状，使以等于或大于临界角的角度投射到器件表面的LED光的比例下降。此外，即使LED光以等于或大于临界角的角度入射并被反射，LED光也会以小于临界角的角度再次投射在器件表面，并从器件输出。由此，可以改善LED光的输出效率。
此外，发出LED光的有源层403也具有与衬底401对应的不平坦表面，因此，与平坦有源层相比，发光面积增大。这导致LED光的发光效率提高。
发光效率的提高和出光效率的改善可使LED400具有较高亮度。
实施例17
图20是说明作为本发明第十七实施例的发光器件的LED的剖面示意图。图中标号500代表本例的LED。LED500包括n型GaAs衬底521，其上形成有多条条状V形槽521a，使其深4.3μm，宽6μm，各斜面的晶向例如是(111)A面。
LED500的其它结构与例16的LED400相同。更具体地讲，具有DH结部的发光部分500a设置在衬底521上。发光部分500a包括从衬底一侧按下列顺序生长的n型下覆盖层522、有源层523和p型上覆盖层524。发光部分500a发出由有源层523产生的光。AuZn制成的p型电极511通过Zn载流子浓度为3×1018cm-3的p型GaAs接触层528设置在发光部分500a的p型上覆盖层524之上。另外，在n型GaAs衬底521的整个背面上形成由AuGe制成的n型电极510。
按与上述例子相同方式，p型GaAs接触层528和p型电及511具有直径为200μm的圆形。与例16相同，n型下覆盖层522、有源层523和p型覆盖层524分别由(AlXGa1-X)1-YInYP制成。n型下覆盖层522和p型上覆盖层524的组分、载流子浓度和厚度，以及有源层523的组分均与例16相同。
对本例的LED500施加2伏正向电压，以使20mA电流流过其中。获得LED光，其在585nm峰值波长的发光强度大于3cd。
(AlXGa1-X)1-YInYP有源层523的组分X和Y分别取0.50时，获得峰值波长为555nm的发光强度大于1cd的纯绿发光。
本例中，n型GaAs衬底521具有多余条条状槽521a，使其具有不平坦表面构形，构成在衬底521表面上的槽521a的各斜面的晶向是建立于GaAs晶体(100)面的(111)A面。另外，槽521a的各斜面可以从衬底521的(100)面在[011]方向倾斜。因此，可获得与例16相同的效果。除此之外，即使采用MOCVD方法在其上生长AlGaInP混晶半导体材料，在衬底521表面上也不会形成超晶格。更具体地讲，利用MOCVD方法在n型GaAs衬底521之上生长的(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P晶体不含超晶格。由此，可以避免因这种超晶格而使LED光具有较长波长。结果，无需通过增加Al组分来调节LED光波长，而且可以获得高亮度和高可靠性的LED。
形成槽的区域的形状或尺寸不限于例16和17。半导体衬底的顶表面可以包括平坦区和形成有槽的槽形区，如例1～例15所述。
本发明并不限于例1～例17。尤其是，在例16中，有源层由AlGaInP类半导体材料制成；但是，有源层可由AlGaAs、或者AlGaInN类或者MgZnSe类的半导体材料制成。改变有源层的材料，可以获得在可见光范围内从红到蓝的LED光。这也可用于覆盖层。
另外，在各例中，通过调节在(AlXGa1-X)1-YInYP中的X组分，可以获得可见光范围从红到蓝的LED光。
不用说，即使改变有源层的材料及其组分比，也能获得与本发明相同的效果。
这种在材料及其组分比上的变化，除了可用于有源层之外，也可用于覆盖层和接触层。
对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的范围及精神的条件下，将会了解及易于做出各种其它改进。因此，并不意味着权利要求书的范围受限于上述说明，而是对权利要求的广义解释。

Claims (41)

1.一种半导体发光器件，包括
一块具有顶表面和底表面的第一导电类型的半导体衬底；
一包括电流阻挡区和电流通过区包含第一导电类型第一掺杂剂和第二导电类型第二掺杂剂的电流通路调节层；
一形成于半导体衬底顶表面和电流通路调节层之间的多层结构，该多层结构包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层；
一形成于半导体衬底底表面的第一电极；以及
一形成于电流通路调节层的电流阻挡区上的第二电极，
其中半导体衬底的顶表面具有一平坦区和一至少形成有一凹槽的槽形区，电流通路调节层的导电性随着凹槽斜面的晶向和半导体衬底顶表面平坦区的晶向而局部变化，和
在槽形区上面的电流阻挡区具有第一导电性，而平坦区上面的电流通过区具有第二导电性。
2.一种根据权利要求1的半导体发光器件，其中的半导体衬底顶表面平坦区的晶向为(100)，而槽形区内的凹槽斜面的晶向为A方向。
3.一种根据权利要求1的半导体发光器件，其中的具有第二导电类型的覆盖层被形成在电流通路调节层和第二电极之间。
4.一种根据权利要求1的半导体发光器件，还包括形成在电流通路调节层和第二电极之间具有第二导电类型的扩散电流的电流扩散层，以使在电流通路调节层侧的电流通路的截面变得比在第二电极侧的大。
5.一种根据权利要求4的半导体发光器件，
其中的电流扩散层内还包括第二电流通路调节层，
该第二电流通路调节层包含第一导电类型的第一掺杂剂和第二导电类型的第二掺杂剂，以及
第二电流通路调节层包括基于半导体衬底槽形区内凹槽斜面的晶向借第一掺杂剂而具有第一导电类型的第二电流阻挡区和基于半导体衬底平坦区的晶向借第二掺杂剂而具有第二导电性的第二电流通过区。
6.一种根据权利要求1的半导体发光器件，其中的电流通路调节层的电流阻挡区为高阻区。
7.一种根据权利要求1的半导体发光器件，其中的多层结构包括反射由有源层所产生的光的反射层。
8.一种根据权利要求1的半导体发光器件，其中的多层结构是由一层(AlXGa1-X)1-YInYP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成的。
9.一种根据权利要求1的半导体发光器件，其中的电流通路调节层是由一层(AlXGa1-X)1-YInYP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成的。
10.一种根据权利要求1的半导体发光器件，其中的电流扩散层是由一层AlXGa1-XAs(0≤X≤1)制成的。
11.一种根据权利要求1的半导体发光器件，其中的电流扩散层是由一层INY(Ga1-XAlX)1-YP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成的。
12.一种半导体发光器件，包括
一块具有顶表面和底表面的第一导电类型的半导体衬底；
包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层的多层结构；
一形成于半导体衬底顶表面和多层结构之间的电流通路调节层，该电流通路调节层包括含第一导电类型第一掺杂剂和第二导电类型第二掺杂剂的电流阻挡区和电流通过区；
一形成于半导体衬底底表面上的第一电极；
一形成于电流通路调节层的电流阻挡区上方的第二电极；以及
其中的半导体衬底顶表面具有一平坦区和一至少形成有一凹槽的槽形区，电流通路调节层的导电性随着凹槽斜面的晶向和半导体衬底顶表面平坦区的晶向而局部变化，和
在槽形区上面的电流阻挡区具有第一导电性，而平坦区上面的电流通过区具有第二导电性。
13.一种根据权利要求12的半导体发光器件，其中的电流通路调节层的电流阻挡区为高阻区。
14.一种根据权利要求12的半导体发光器件，其中的半导体衬底包括形成于半导体衬底和电流通路调节层之间的具有第一导电性的第二覆盖层。
15.一种根据权利要求14的半导体发光器件，还包括设置在多层结构和第二电极之间具有第二导电性的扩散电流的电流扩散层，以使在多层结构侧的电流通路的截面变得比在第二电极侧的大。
16.一种根据权利要求15的半导体发光器件，其中的反射由有源层所产生的光的反射层形成在半导体衬底上。
17.一种根据权利要求16的半导体发光器件，其中的多层结构是由一层(AlXGa1-X)1-YInYP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成的。
18.一种根据权利要求16的半导体发光器件，其中的电流通路调节层是由一层(AlXGa1-X)1-YInYP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成的。
19.一种根据权利要求16的半导体发光器件，其中的电流扩散层是由一层AlXGa1-XAs(0≤X≤1)制成的。
20.一种根据权利要求16的半导体发光器件，其中的电流扩散层是由一层InY(Ga1-XAlX)1-YP(0≤X≤1，0≤Y≤1)制成的。
21.一种制造半导体发光器件的方法，包括以下各步骤：
在第一导电类型半导体衬底的顶表面上形成槽形区和平坦区；
在半导体衬底的顶表面侧形成多层结构，该多层结构包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层；以及
在该多层结构上生长电流通路调节层，并用第一导电类型第一掺杂剂和第二导电类型第二掺杂剂同时掺杂电流通路调节层，
其中，在电流通路调节层内，在半导体衬底的槽形区上形成一电流阻挡区，使之具有第一导电类型，并在半导体衬底的平坦区上形成电流通过区，使之具有第二导电类型。
22.一种根据权利要求21的制造半导体发光器件的方法，其中的第一掺杂剂是Zn，而第二掺杂剂是Se。
23.一种制造半导体发光器件的方法，包括以下各步骤：
在第一导电类型半导体衬底的顶表面上形成槽形区和平坦区；
在半导体衬底的顶表面上形成电流通路调节层，并用第一导电类型第一掺杂剂和第二导电类型第二掺杂剂同时掺杂电流通路调节层；以及
在电流通路调节层上形成多层结构，该多层结构包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层，
其中，在电流通路调节层内，在半导体衬底的槽形区上形成一电流阻挡区，使之具有第二掺杂剂的第二导电性，并在半导体衬底的平坦区上形成电流通过区，使之具有第一掺杂剂的第一导电性。
24.一种根据权利要求23的制造半导体发光器件的方法，其中的第一掺杂剂是Se，而第二掺杂剂是Zn。
25.一种半导体发光器件，包括
一块具有顶表面和底表面的第一导电类型的半导体衬底；
一包括电流阻挡区和电流通过区包含第一导电类型第一掺杂剂和第二导电类型第二掺杂剂的电流通路调节层；
一形成于半导体衬底顶表面和电流通路调节层之间的多层结构，该多层结构包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层；
一形成于半导体衬底底表面的第一电极；以及
一形成于电流通路调节层的电流阻挡区上的第二电极，
其中半导体衬底的顶表面具有一平坦区和在顶表面的槽形区，电流通路调节层的导电性随着凹槽斜面晶向和半导体衬底顶表面平坦区的晶向而局部变化，和
在平坦区上面的电流阻挡区具有第一导电性类型，而槽形区上面的电流通过区具有第二导电性类型。
26.一种根据权利要求25的半导体发光器件，还包括形成在电流通路调节层和第二电极之间具有第二导电类型的扩散电流的电流扩散层，以使在电流通路调节层侧的电流通路的截面变得比在第二电极侧的大。
27.一种根据权利要求26的半导体发光器件，
其中的电流扩散层还包括第二电流通路调节层，
该第二电流通路调节层包含第一导电性的第一掺杂剂和第二导电性的第二掺杂剂，以及
第二电流通路调节层包括这样形成的第二电流阻挡区，使之具有基于半导体衬底平坦区晶向的第一掺杂剂的导电性和这样形成的第二电流通过区，使之具有基于半导体衬底槽形区内凹槽斜面的晶向的第二掺杂剂的导电性。
28.一种根据权利要求25的半导体发光器件，其中的电流阻挡区为高阻区。
29.一种根据权利要求25的半导体发光器件，其中的反射由有源层所产生的光的反射层是形成在半导体衬底上的。
30.一种半导体发光器件，包括
一块具有顶表面和底表面的第一导电类型的半导体衬底；
一包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层的多层结构；
形成于半导体衬底顶表面和多层结构之间的电流通路调节层，该电流通路调节层包括含有第一导电类型第一掺杂剂和第二导电类型第二掺杂剂的电流阻挡区和电流通过区；
一形成于半导体衬底底表面的第一电极；以及
一形成于电流通路调节层的电流阻挡区上的第二电极，
其中半导体衬底的顶表面具有一平坦区和形成有凹槽的槽形区，电流通路调节层的导电性随着凹槽斜面的晶向和半导体衬底顶表面平坦区的晶向而局部变化，和
在平坦区上面的电流阻挡区具有第二导电性，而在槽形区上面的电流通过区具有第一导电性。
31.一种根据权利要求30的半导体发光器件，其中的电流阻挡区为高阻区。
32.一种根据权利要求30的半导体发光器件，还包括设置在多层结构和第二电极之间具有第二导电性的扩散电流的电流扩散层，以使在多层结构侧的电流通路的截面变得比在第二电极侧的大。
33.一种根据权利要求32的半导体发光器件，其中的反射由有源层所产生的光的反射层被是形成在半导体衬底上。
34.一种制造半导体发光器件的方法，包括以下各步骤：
在第一导电类型半导体衬底的顶表面上形成槽形区和平坦区；
在半导体衬底的顶表面侧形成多层结构，它包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层；以及
在该多层结构上形成电流通路调节层，并用第一导电类型的第一掺杂剂和用第二导电类型的第二掺杂剂同时掺杂电流通路调节层，
其中，在电流通路调节层内，在平坦区上形成一阻塞电流的电流阻挡区，使之具有第一掺杂剂的第一导电类型，并在槽形区上形成一通过电流的电流通过区，使之具有第二掺杂剂的第二导电类型。
35.一种根据权利要求34的制造半导体发光器件的方法，其中的第一掺杂剂是Se，而第二掺杂剂是Zn。
36.一种制造半导体发光器件的方法，包括以下各步骤：
在第一导电性的半导体衬底的顶表面上形成槽形区和平坦区；
在半导体衬底的顶表面形成电流通路调节层，并用第一导电类型的第一掺杂剂和第二导电类型的第二掺杂剂同时掺杂电流通路调节层；以及
在电流通路调节层上形成多层结构，该多层结构包括一层用来发光的有源层和夹着该有源层的一对覆盖层，
其中，在电流通路调节层内，在平坦区上形成一阻塞电流的电流阻挡区，使之具有第二掺杂剂的第二导电性，并在槽形区上形成通过电流的电流通过区，使之具有第一导电性。
37.一种根据权利要求36的制造半导体发光器件的方法，其中的第一掺杂剂是Zn，而第二掺杂剂是Se。
38.一种半导体发光器件，包括：
一块具有第一导电类型顶表面形状不平整的半导体衬底；
在半导体顶表面上设置的发射由有源层所产生的光包括有源层和夹着该有源层的一对覆盖层的发光部位；
一形成于半导体衬底底表面上的第一电极；以及
一形成于发光部位上方的第二电极；
其中的在发光部位内的每层半导体层具有与半导体衬底的顶表面的不平整形状相对应的形状不平整的前表面。
39.一种根据权利要求38的半导体发光器件，
其中的多个条形槽被形成在半导体衬底的顶表面上，以使顶表面变得不平整，以及
凹槽斜面的取向是对应于半导体晶体(100)面的A面。
40.一种根据权利要求38的半导体发光器件，
其中的半导体衬底的顶表面是从半导体晶体的(100)面偏斜到[011]方向。
41.一种根据权利要求38的半导体发光器件，
其中的半导体衬底的顶表面包括从半导体晶体的(100)面偏斜到[011]方向的面和(100)面。
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