CN1199292C - 半导体发光装置 - Google Patents

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Abstract

一种半导体发光装置具有一下覆盖层(12)、一有源层(13)、一p型GaP层(14)和一上覆盖层(15)，这些层依次形成在一n型GaAs衬底(11)上。P型GaP层(14)在导带中具有比上覆盖层(15)高0.1eV的能量位置，这使得电子更难从有源层(13)逃逸。这增加了有源层(13)中电子和空穴之间发光复合的概率，从而，改进了半导体发光装置的亮度。p型GaP层(14)对具有短波长的半导体发光装置中十分有效。

Description

半导体发光装置
技术领域
本发明涉及一种半导体发光装置，特别地，涉及其发光部分采用AlGaInP基半导体的一种半导体发光装置。
背景技术
为了形成高亮度半导体发光装置，需要增大其有源层的发光效率，增大注入到有源层的电流量，并且增大将从有源层发射的光导出器件外的效率。
为了增大注入到发光部分的电流量，使用能够提高注入电流量而不增加工作电压的电流扩散层和中间层等是有效的。同时，需要通过限制注入电流(电子和空穴)而不让其逃逸来增加对发光复合有贡献的电子和空穴的数量。作为在发光层中用于限制电子和空穴的手段，双异质(下文称为“DH”)结构得到了广泛的应用。
在DH结构中，有源层被置于半导体层之间，所述半导体层具有比有源层更宽的带隙。从而，在有源层的上侧和下侧上形成电子和空穴几乎不能通过的势垒，所以，DH结构使得电子和空穴的逃逸十分困难。这使得电子和空穴可对发光复合起作用的概率的增大。
DH结构还广泛被应用于在有源层中采用AlGaInP基半导体的半导体发光装置(参考日本专利特许公开No.平5-335619，第2页，0003段和日本专利特许公开No.平4-229665，第2页，0003和0004段)。
图10示出了现有技术的具有DH结构的半导体发光装置。
根据上述半导体发光装置，如图10所示，一理想的缓冲层102、一n-AlGaInP覆盖层103、一AlGaInP有源层104、一p-AlGaInP覆盖层105和一GaP电流扩散层106依次层叠在一n-GaAs衬底101上。此外，在GaP电流扩散层106上依次层叠其它的一电流阻挡层、一保护层、一中间带隙层、一保护层等级其它未示出的层。一P型电极107形成在GaP电流扩散层106上。一n型电极108通过汽相淀积形成在n-GaAs衬底101下面。接着，将n-GaAs衬底101、p型电极107、n型电极108等形成所希望的形状，就完成了一半导体发光装置。
在上述半导体发光装置中，采用具有(AlxGa1-x)yIn1-yP(x≈0.7和y≈0.5)成份的半导体被用于n型覆盖层103和p型覆盖层105。然而，在通常的AlGaInP基半导体的半导体发光装置中，经常采用具有(AlxGa1-x)yIn1-yP(0.7≤x≤1.0，y≈0.5)成份的覆盖层的半导体。
图11示出了现有技术的半导体发光装置的有源层附近的能带分布。
如图11所示，上和下覆盖层具有比有源层更宽的带隙，因此，在有源层的两个外侧形成了势垒。这种设置抑制了注入有源层的电子和空穴、从有源层逃逸到外侧的现象，即泄漏。结果，增加了有源层中电子和空穴的发光复合的概率，从而得到高亮度的半导体发光装置。
在上述现有技术的例子中，DH结构作为限制大量从器件外侧注入到有源层中的电子和空穴的方法，已经被使用。然而，在从有源层发射短波长光的器件中，有源层的具有展宽的带隙，有源层与覆盖层之间的带隙差被缩小。
如上所述，如果有源层与覆盖层之间的带隙差被缩小，那么阻碍电子和空穴的势垒也降低。结果，削弱了覆盖层限制已产生的电子和空穴的效果，因此，电子和空穴很容易从有源层逃逸。由于上述原因，出现了短波形的半导体发光装置的发光效率降低的问题，并且几乎无法得到高亮度的半导体发光装置。
对于电子和空穴，由于空穴具有很低的迁移率，因此空穴难以泄漏，而由于电子具有比空穴高几十倍的迁移率，因此电子十分容易泄漏。
具体地，对于AlGaInP基半导体发光装置来说，在发光波长大于590nm的器件中，泄漏无关紧要，而在发光波长不大于590nm的器件中，泄漏变得非常重要。这种泄漏会引起亮度的降低。
图12显示了半导体发光装置中发光波长和外量子效率之间的关系图。
从图12可以明显看出，在发光波长等于或者小于590nm的半导体发光装置中，电子的泄漏变得尤其重要，因此，发光效率下降，亮度降低。由于上述原因，在短波半导体发光装置中发光效率降低，使高亮度半导体发光装置难以得到。
发明内容
据此，本发明的目的是通过增加短波AlGaInP基半导体发光装置有源层中电子和空穴的发光复合的概率来提高亮度。
为了解决上述目的，本发明提供了一种半导体发光装置，包括：
一化合物半导体衬底；
形成在该化合物半导体衬底上的一第一导电类型覆盖层；
形成在该第一导电类型覆盖层上的有源层，该有源层由AlGaInP基半导体构成，其中从该有源层发射的光具有不大于590nm的波长；
形成在该有源层上的第二导电类型覆盖层；以及
置于该有源层与该第一导电类型覆盖层或该第二导电类型覆盖层之间的一(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)半导体层，其中
在该有源层与该半导体之间的结及该半导体层与该第一导电类型覆盖层或第二导电类型覆盖层之间的结形成之前的能带分布中，半导体层导带下端的能量位置比第二导电类型覆盖层导带下端的能量位置高0.05eV至1.0eV。
根据上述结构的半导体发光装置，由于该半导体层被置于该有源层与该第一导电类型覆盖层之间或该有源层与该第二导电类型覆盖层之间，因此该半导体层起到阻挡电子的势垒的作用，以便抑制来自有源层的电子的泄漏。结果，增加了有源层中电子和空穴的发光复合的概率，从而可以增加半导体发光装置的亮度。
在本说明中，第一导电类型指的是p型或n型。另外，当第一导电类型是p型时，第二导电类型指的是n型，或当第一导电类型是n型时，第二导电类型指的是p型。
本发明还提供了一种半导体发光装置，包括：
一化合物半导体衬底；
形成在该化合物半导体衬底上的一第一导电类型覆盖层；
形成在该第一导电类型覆盖层上的一有源层，该有源层由AlGaInP基半导体构成，其中从该有源层发射的光具有不大于590nm的波长；
形成在该有源层上的一第二导电类型覆盖层；以及
置于该有源层与该第一导电类型覆盖层之间或在该有源层与该第二导电类型覆盖层之间的一(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)半导体层，其中
该半导体层的导带下端的最高能量位置比该第二导电类型覆盖层的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。
根据上述结构的半导体器件，由于该半导体层被置于该有源层与该第一导电类型覆盖层之间或该有源层与该第二导电类型覆盖层之间，因此该半导体层起到阻挡电子的势垒的作用，以便抑制来自有源层的电子的泄漏。结果，增加了有源层中电子和空穴的发光复合的概率，从而可以增加半导体发光装置的亮度。
本发明还提供了一种半导体发光装置，包括：
一化合物半导体衬底；
形成在该化合物半导体衬底上的一第一导电类型覆盖层；
形成在该第一导电类型覆盖层上的一有源层，该有源层由AlGaInP基半导体构成，其中从该有源层发射的光具有不大于590nm的波长；
形成在该有源层上的一第一层第二导电类型覆盖层；
形成在该第一层第二导电类型覆盖层上的一第二层第二导电类型覆盖层；以及
至少一个(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)半导体层被置于该第一层第二导电类型覆盖层与该第二层第二导电类型覆盖层之间，其中
在该第一层第二导电类型覆盖层与该半导体层之间的结及该半导体层与该第二层第二导电类型覆盖层之间的结形成之前的能带分布中，该半导体层的导带下端的能量位置比该第二层第二导电类型覆盖层的导带下端的能量位置高0.05eV至1.0eV。
根据上述结构的半导体器件，由于该半导体层被置于该第一层第二导电类型覆盖层与该第二层第二导电类型覆盖层之间，因此该半导体层起到阻挡电子的势垒的作用，以便抑制来自有源层的电子的泄漏。结果，增加了有源层中电子和空穴的发光复合的概率，从而可以增加半导体发光装置的亮度。
本发明还提供了一种半导体发光装置，包括：
一化合物半导体衬底；
形成在该化合物半导体衬底上的一第一导电类型覆盖层；
形成在该第一导电类型覆盖层上的一有源层，该有源层由AlGaInP基半导体构成，其中从该有源层发射的光具有不大于590nm的波长；
形成在该有源层上的一第一层第二导电类型覆盖层；
形成在该第一层第二导电类型覆盖层上的一第二层第二导电类型覆盖层；以及
至少一个(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)半导体层被置于该第一层第二导电类型覆盖层与该第二层第二导电类型覆盖层之间，其中
该半导体层的导带下端的能量位置比该第二层第二导电类型覆盖层的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。
根据上述结构的半导体器件，由于该半导体层被置于该第一层第二导电类型覆盖层与该第二层第二导电类型覆盖层之间，因此该半导体层起到阻挡电子的势垒的作用，以便抑制来自有源层的电子的泄漏。结果，增加了有源层中电子和空穴的发光复合的概率，从而可以增加半导体发光装置的亮度。
本发明还提供了一种半导体发光装置，包括：
一化合物半导体衬底；
形成在该化合物半导体衬底上的一第一层第一导电类型覆盖层；
形成在该第一层第一导电类型覆盖层上的一第二层第一导电类型覆盖层；
至少一个(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)半导体层被置于该第一层第一导电类型覆盖层与该第二层第一导电类型覆盖层之间；
形成在该第二层第一导电类型覆盖层上的一有源层，该有源层由AlGalnP基半导体构成，其中从该有源层发射的光具有不大于590nm的波长；以及
形成在该半导体层上的一第二导电类型覆盖层，其中
在该第一层第一导电类型覆盖层与该半导体层之间的结及该半导体层与该第二层第一导电类型覆盖层之间的结形成之前的能带分布中，该半导体层的导带下端的能量位置比该第一层第一导电类型覆盖层的导带下端的能量位置高0.05eV至1.0eV。
根据上述结构的半导体器件，由于该半导体层被置于该第一层第一导电类型覆盖层与该第二层第一导电类型覆盖层之间，因此该半导体层起到阻挡电子的势垒的作用，以便抑制来自有源层的电子的泄漏。结果，增加了有源层中电子和空穴的发光复合的概率，从而可以增加半导体发光装置的亮度
本发明还提供了一种半导体发光装置，包括：
一化合物半导体衬底；
形成在该化合物半导体衬底上的一第一层第一导电类型覆盖层；
形成在该第一层第一导电类型覆盖层上的一第二层第一导电类型覆盖层；
至少一个(AlxGal-x)yInl-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)半导体层被置于该第一层第一导电类型覆盖层与该第二层第一导电类型覆盖层之间；
形成在该第二层第一导电类型覆盖层上的一有源层，该有源层由AlGaInP基半导体构成，其中从该有源层发射的光具有不大于590nm的波长；以及
形成在该半导体层上的一第二导电类型覆盖层，其中
该半导体层的导带下端的能量位置比该第一层第一导电类型覆盖层的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。
根据上述结构的半导体器件，由于该半导体层被置于该第一层第一导电类型覆盖层与该第二层第一导电类型覆盖层之间，因此该半导体层起到阻挡电子的势垒作用，以便抑制来自有源层的电子的泄漏。结果，增加了有源层中电子和空穴的发光复合的概率，从而可以增加半导体发光装置的亮度。
在一个实施例的半导体发光装置中，该半导体层是由GaP层、AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层和(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层构成的一组中的任何一个。
在上述实施例的半导体发光装置中，该半导体层是由GaP层、AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层和(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层构成的一组中的任何一个。因此来自有源层的电子的泄漏可以得到可靠的抑制。
在一个实施例的半导体发光装置中，该半导体层具有10至500的厚度范围。
在上述实施例的半导体发光装置中，该半导体层的厚度在10至500的范围内。因此，来自有源层的电子的泄漏可以得到可靠的抑制，并且可以抑制由于晶格失配而导致的晶体缺陷。即，当该半导体层的厚度小于10时，不能可靠地抑制电子的泄漏。当该半导体层的厚度超过500时，会出现由于晶格失配而导致的晶体缺陷。
在一个实施例的半导体发光装置中，该半导体层具有10至140的厚度范围。
由于置入了具有晶格失配的层，因此出现晶片变形。在生长后得到的晶片被分为装置的元件之前，对晶片进行研磨减薄时，晶片变形更加明显。但是，在上述实施例的半导体发光装置中，层厚被设定为小于500或者尤其不大于140。因此，能够可靠地抑制晶片变形。据此，优选设定该半导体层的厚度在10至140的范围内。
在一个实施例的半导体发光装置中，该有源层是一SQW有源层或一MQW有源层。
在一个实施例的半导体发光装置中，该SQW层或该MQW层由多个势垒层和至少一个阱层构成。
部分的或所有的该势垒层的导带下端距离真空能级(vacuum level)的能量位置比(AlxGa1-x)yIn1-yP(x＝0.7，y＝0.51)的导带下端距离真空能级的能量位置高0.05eV至1.0eV。
根据上述实施例的半导体发光装置，部分的或全部的该势垒层的导带下端距离真空能级的能量位置比(AlxGa1-x)yIn1-yP(x＝0.7，y＝0.51)的导带下端距离真空能级的能量位置高0.05eV至1.0eV。因此，能够将电子可靠地限制在该阱中。结果，增加了有源层中电子和空穴发光复合的概率，从而可以增加半导体发光装置的亮度。
本发明还提供了一种半导体发光装置，包括：
一化合物半导体衬底；
形成在该化合物半导体衬底上的一第一导电类型覆盖层；
形成在该第一导电类型覆盖层上的一有源层；以及
形成在该有源层上的一第二导电类型覆盖层，其中
该有源层是由AlGaInP基半导体构成的一SQW有源层或一MQW有源层，
该SQW层或该MQW层由多个(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)势垒层和至少一个阱层构成，以及
部分的或全部的势垒层的导带下端距离真空能级的能量位置比(AlxGa1-x)yIn1-yP(x＝0.7，y＝0.51)的导带下端距离真空能级的能量位置高0.05eV至1.0eV。
根据上述结构的半导体发光装置，部分的或全部的该势垒层的导带下端距离真空能级的能量位置比(AlxGa1-x)yIn1-yP(x＝0.7，y＝0.51)的导带下端距离真空能级的能量位置高0.05eV至1.0eV。因此，通过将电子可靠地限制在该阱层中，可以抑制来自有源层的电子的泄漏。结果，增加了有源层中电子和空穴发光复合的概率，从而可以增加半导体发光装置的亮度。
在一个实施例的半导体发光装置中，该势垒层是由GaP层、AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层和(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层构成的一组中的任何一个。
根据上述实施例的半导体发光装置，为了可靠地抑制来自有源层的电子的泄漏，该垒优选应是由GaP层、AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层和(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层构成的一组中的任何一个。
在一个实施例的半导体发光装置中，该半导体层或每个该势垒层都是第二导电类型的。
在一个实施例的半导体发光装置中，该半导体层或每个该势垒层具有1×1017至5×1018cm-3的载流子浓度。
在一个实施例的半导体发光装置中，该第一导电类型是n型，该第二导电类型是p型。
根据本发明的一个方面，提供一种半导体发光装置，包括：一化合物半导体衬底；n型覆盖层和p型覆盖层中的一种，其形成在该化合物半导体衬底上；形成在n型覆盖层和p型覆盖层中的该一种上的一有源层，该有源层由AlGaInP基半导体构成，其中从该有源层发射的光具有不大于590nm的波长；n型覆盖层和p型覆盖层中的另一种，其形成在该有源层上；以及置于该有源层与该p型覆盖层之间的一p型(AlxGa1-x)yIn1-yP半导体层，其中0＜x≤0.7，0.65≤y＜1，其中该半导体层的导带下端的最高能量位置比该p型覆盖层的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。
根据本发明的一个方面，提供一种半导体发光装置，包括：一化合物半导体衬底；形成在该化合物半导体衬底上的一n型覆盖层；形成在该n型覆盖层上的一有源层，该有源层由AlGaInP基半导体构成，其中从该有源层发射的光具有不大于590nm的波长；形成在该有源层上的一第一层p型覆盖层；形成在该第一层p型覆盖层上的一第二层p型覆盖层；以及至少一个p型(AlxGa1-x)yIn1-yP半导体层被置于该第一层p型覆盖层与该第二层p型覆盖层之间，其中0＜x≤0.7，0.65≤y＜1，其中该半导体层的导带下端的能量位置比该第二层p型覆盖层的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。
根据本发明的一个方面，提供一种半导体发光装置，包括：一化合物半导体衬底；形成在该化合物半导体衬底上的一第一层p型覆盖层；形成在该第一层p型覆盖层上的一第二层p型覆盖层；至少一个p型(AlxGa1-x)yIn1-yP半导体层被置于该第一层p型覆盖层与该第二层p型覆盖层之间，其中0＜x≤0.7，0.65≤y＜1；形成在该第二层p型覆盖层上的一有源层，该有源层由AlGaInP基半导体构成，其中从该有源层发射的光具有不大于590nm的波长；以及形成在该有源层上的一n型覆盖层，其中该半导体层的导带下端的能量位置比该第一层p型覆盖层的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。
附图说明
通过下面给出的详细描述和附图将使本发明得到更充分的了解，此类详细描述和附图仅为对本发明进行解释而提供，并不对本发明构成任何限制，其中：
图1A是根据本发明第一实施例的半导体发光装置结构的截面示意图；
图1B是该半导体发光装置有源层附近的能带分布的一个例示图；
图2A是根据本发明第二实施例的半导体发光装置结构的截面示意图；
图2B是该半导体发光装置有源层附近的能带分布的一个例示图；
图3A是根据本发明第三实施例的半导体发光装置结构的截面示意图；
图3B是该半导体发光装置有源层附近的能带分布的一个例示图；
图4A是根据本发明第四实施例的半导体发光装置结构的截面示意图；
图4B是该半导体发光装置有源层附近的能带分布的一个例示图；
图5A是根据本发明第五实施例的半导体发光装置结构的截面示意图；
图5B是该半导体发光装置有源层附近的能带分布的一个例示图；
图6A根据本发明第六实施例的半导体发光装置结构的截面示意图；
图6B是该半导体发光装置有源层附近的能带分布的一个例示图；
图7A根据本发明第七实施例的半导体发光装置结构的截面示意图；
图7B是图7A的主要部分的放大图；
图7C是该半导体发光装置有源层中的能带分布的一个例示图；
图8A根据本发明第八实施例的半导体发光装置结构的截面示意图；
图8B是图8A的主要部分的放大图；
图8C是该半导体发光装置有源层附近的能带分布的一个例示图；
图9A根据本发明第九实施例的半导体发光装置结构的截面示意图；
图9B是图9A的主要部分的放大图；
图9C是该半导体发光装置有源层中和有源层附近的能带分布的一个例示图；
图10是现有技术的半导体发光装置结构的截面示意图；
图11是现有技术的半导体发光装置的有源层附近的能带分布的一个例示图；
图12是现有技术的半导体发光装置的发光波长和外量子效率之间的关系图。
具体实施方式
下面将基于本发明的实施例详细描述本发明。
第一实施例
下面将参考图1A和1B描述作为本发明第一实施例的半导体发光装置的一发光二极管。
如图1A所示，该发光二极管设置有：作为第一导电类型覆盖层的一个举例的一n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层12、作为有源层的一个举例的(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0≤x≤1)已有源层13和作为第二导电类型覆盖层的一个举例的p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)上覆盖层15，这些层依次形成在作为化合物半导体衬底的一个举例的一n型GaAs衬底11上。然后，将作为半导体层的一个举例的一p型GaP层14置于有源层13与上覆盖层15之间。
有源层13发射波长不大于590nm的光。该p型GaP层14的导带下端的最高能量位置比上覆盖层15的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。此外，在有源层13、p型GaP层14和上覆盖层15的之间结形成之前的能带分布中，p型GaP层14的导带下端的能量位置比上覆盖层15的导带下端的能量位置高0.05eV至1.0eV。
此外，在上覆盖层15上形成一电流扩散层16，在该电流扩散层16上形成一p型电极17。在n型GaAs衬底11的下面形成一n型电极18。
图1B示出了第一实施例的该发光二极管中有源层13附近的能带分布的一个例子。
第一实施例的该发光二极管具有位于有源层13与上覆盖层15之间的p型GaP层14。在结合有源层13，p型GaP层14和上覆盖层15之前，有源层13和p型GaP层14之间导带下端的能量差比有源层13和上覆盖层15之间导带下端的能量差高。因此，在有源层13、p型GaP层14和上覆盖层15被结合之后，由于有源层13和p型GaP层14之间有大约0.3eV的能量不连续，因此产生了下凹，并在下凹处形成了比上覆盖层15的导带下端Ec高大约0.1eV的势垒，如图1B所示。该势垒起到阻挡由下覆盖层12供给电子的势垒的作用。
如上所述，与不存在GaP层14的情况相比，下凹势垒的形成进一步抑制了由下覆盖层12供给的电子的泄漏。结果，增加了有源层13中电子和空穴之间发光复合的概率，因此与图10所示的现有技术相比进一步增加了亮度。
下面将描述第一实施例的该发光二极管的制造方法。
首先，如图1A所示，在一n型GaAs衬底11上依次生长n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层12(例如x＝1.0，Si载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：1.0μm)和一(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0≤x≤1)有源层13(例如x＝0.30，厚度：0.3μm)。
接着，在有源层13上依次生长p型GaP层14(厚度：20，载流子浓度：1×1017cm-3)和p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)上覆盖层15(例如x＝1.0，Zn载流子浓度：7×1017cm-3，厚度：1.0μm)。此外，在上覆盖层15上生长电流扩散层16。在这种情况下，p型GaP层14相对于GaAs具有大约3.5％的晶格失配。然而，由于GaP具有约20的小厚度，因此没有晶格驰豫出现。结果，没有像断面线那样的晶体缺陷出现。
然后，通过汽相淀积，在电流扩散层16上形成p型电极17(例如Au-Zn)，在n型GaAs衬底下形成n型电极18(例如Au-Ge)。将p型电极17形成为如圆形，该发光二极管就被完成了。
在第一实施例中，有源层13形成在下覆盖层12与p型GaP层14之间。然而，也可以在下覆盖层12与p型GaP层14之间形成一SQW有源层或一MQW有源层来代替有源层13。
还可以在衬底上依次形成一p型下覆盖层、一有源层和一n型上覆盖层，并且在该p型下覆盖层与该有源层之间设置一p型GaP层。
第二实施例
下面将参考图2A和2B描述作为根据本发明第二实施例的半导体发光装置的一发光二极管。
如图2A所示，该发光二极管设置有：作为第一导电型覆盖层的一个举例的一n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层22、作为有源层的一个举例的一(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0≤x≤1)有源层23、作为第一层第二导电型覆盖层的一个举例的一p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第一上覆盖层24和作为第二层第二导电类型覆盖层的一个举例的一p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第二上覆盖层26，这些层依次形成在作为化合物半导体衬底的一个举例的一n型GaAs衬底21上。然后，将作为半导体层的一个举例的一p型GaP层25置于第一上覆盖层24与第二上覆盖层26之间。
有源层23发射波长不大于590nm的光。该p型GaP层25的导带下端的最高能量位置比第二上覆盖层26的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。此外，在第一上覆盖层24、p型GaP层25和第二上覆盖层26之间的结形成之前的能带分布中，p型GaP层25的导带下端的能量位置比第二上覆盖层26的导带下端的能量位置高0.05eV至1.0eV。
此外，在第二上覆盖层26上形成一电流扩散层27，在该电流扩散层27上形成一p型电极28。在n型GaAs衬底21的下面形成一n型电极29。
图2B示出了第二实施例的该发光二极管的有源层23附近的能带分布的一个例子。
第二实施例的该发光二极管具有位于第一上覆盖层24与第二上覆盖层26之间的p型GaP层25。在第一上覆盖层24和p型GaP层25之间存在能量不连续。因此，在第一上覆盖层24和p型GaP层25被结合之后，由于第一上覆盖层24和p型GaP层25之间有大约0.25eV的能量不连续，因此产生了下凹，并在下凹处形成了比第一上覆盖层24的导带下端Ec高大约0.12eV的势垒，如图2B所示。该势垒起到阻挡由下覆盖层22供给电子的势垒的作用。
如上所述，由于存在由该下凹引起的势垒，与不存在p型GaP层25的情况相比，由下覆盖层22供给的电子的泄漏得到了进一步的抑制。结果，增加了有源层23中电子和空穴的发光复合的概率，因此与图10所示的现有技术相比进一步增加了亮度。
下面将描述第二实施例的该发光二极管的制造方法。
首先，如图2A所示，在一n型GaAs衬底21上依次生长一n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层22(例如x＝0.7，Si载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：1.0μm)和一(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0≤x≤1)有源层23(例如x＝0.40，厚度：0.4μm)。
接着，在有源层23上依次生长p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第一上覆盖层24(例如，x＝0.7，Zn载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：0.2μm)、p型GaP层25(厚度：40，载流子浓度：1×1018cm-3)和p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第二上覆盖层26(例如x＝0.7，Zn载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：0.7μm)。此外，在第二上覆盖层26上生长电流扩散层27。
然后，通过汽相淀积，在电流扩散层27上形成p型电极28(例如Au-Zn)，在n型GaAs衬底21下形成n型电极29(例如Au-Ge)。将p型电极28形成为如圆形，该发光二极管就被完成了。
在第二实施例中，一个p型GaP层25被置于第一上覆盖层24与第二上覆盖层26之间。然而，也可以在第一上覆盖层24与第二上覆盖层26之间设置多个p型GaP层。
还可以在衬底上依次形成一第一p型下覆盖层、一第二p型下覆盖层、一有源层和一上覆盖层，并且在该第一p型下覆盖层与该第二p型下覆盖层之间设置一p型GaP层。当然，可以在该第一p型下覆盖层与该第二p型下覆盖层之间设置多个p型GaP层。
第三实施例
下面将参考图3A和3B描述作为根据本发明第三实施例的半导体发光装置的一发光二极管。
如图3A所示，该发光二极管设置有：作为第一导电类型覆盖层的一个举例的一n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层32、作为有源层的一个举例的一(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0≤x≤1)有源层33、作为第二导电类型覆盖层的一个举例的一p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)上覆盖层35，这些层依次形成在作为化合物半导体衬底的一个举例的一n型GaAs衬底31上。然后，将作为半导体层的一个举例的一p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层34置于有源层33与上覆盖层35之间。
有源层33发射波长不大于590nm的光。在该p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层34的导带下端的最高能量位置比上覆盖层35的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。此外，在有源层33与p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层34之间以及p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层34与上覆盖层35之间的结形成之前的能带分布中，p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层34的导带下端的能量位置比上覆盖层35的导带下端的能量位置高0.05eV至1.0eV。
此外，在上覆盖层35上形成一电流扩散层36，在该电流扩散层36上形成一p型电极37。在n型GaAs衬底31的下面形成一n型电极38。
图3B示出了第三实施例的该发光二极管的有源层33附近的能带分布的一个例子。
第三实施例的该发光二极管具有位于有源层33与上覆盖层35之间的p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层34。在有源层33、p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层34和上覆盖层35被结合之前，有源层33和p型AlxGal-xP(0＜x≤0.7)层34之间导带下端的能量差比有源层33和上覆盖层35之间的能量差大。因此，在有源层33、p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层34和上覆盖层35被结合之后，由于有源层33与p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层34之间有大约0.20eV的能量不连续，因此产生了下凹，并在下凹处形成了比上覆盖层35的导带下端Ec高大约0.08eV的势垒，如图3B所示。该势垒起到阻挡由下覆盖层32供给电子的势垒的作用。
如上所述，由于由该下凹引起的势垒，与不存在p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层34的情况相比，由下覆盖层32供给的电子的泄漏得到了进一步的抑制。结果，增加了有源层33中电子和空穴的发光复合的概率，因此，与图10所示的现有技术相比进一步增加了亮度。
下面将描述第三实施例的发光二极管的制造方法。
首先，如图3A所示，在n型GaAs衬底31上依次生长n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层32(例如x＝0.9，Si载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：0.7μm)和(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0≤x≤1)有源层33(例如x＝0.35，厚度：0.5μm)。
接着，在有源层33上依次生长p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层34(例如x＝0.2，厚度：50，载流子浓度：2×1018cm-3)和p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)上覆盖层35(例如，x＝0.8，Zn载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：0.7μm)。此外，在上覆盖层35上生长电流扩散层36。
然后，通过汽相淀积，在电流扩散层36上形成p型电极37(例如Au-Zn)，在n型GaAs衬底31下形成n型电极38(例如Au-Ge)。将p型电极37形成为如圆形，该发光二极管就被形成了。
还可以在一衬底上依次形成一p型下覆盖层、一有源层和一n型上覆盖层，并且在该p型下覆盖层与该有源层之间设置一p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层。当然，可以在该p型下覆盖层与该有源层之间设置多个p型GaP层。
第四实施例
下面将参考图4A和4B描述作为根据本发明第四实施例的半导体发光装置的一发光二极管。
如图4A所示，该发光二极管设置有：作为第一导电类型覆盖层的一个举例的一n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层42、作为有源层的一个举例的一(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0≤x≤1)有源层43、作为第一层第二导电类型覆盖层的一个举例的一p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第一上覆盖层44和作为第二层第二导电类型覆盖层的一个举例的一p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第二上覆盖层46，这些层依次形成在作为化合物半导体衬底的一个举例的一n型GaAs衬底41上。然后，将作为半导体层的一个举例的一p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层45置于第一上覆盖层44与第二上覆盖层46之间。
有源层43发射波长不大于590nm的光。该p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层45的导带下端的最高能量位置比第二上覆盖层46的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。此外，在第一上覆盖层44、p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层45和第二上覆盖层之间的结形成之前的能带分布中，p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层45的导带下端的能量位置比第二上覆盖层46的导带下端的能量位置高0.05eV至1.0eV。
此外，在第二上覆盖层46上形成一电流扩散层47，在该电流扩散层47上形成一p型电极48。在n型GaAs衬底41的下面形成一n型电极49。
图4B示出了第四实施例的该发光二极管的有源层43附近的能带分布的一个例子。
第四实施例的发光二极管具有位于第一上覆盖层44与第二上覆盖层46之间的p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层45。在第一上覆盖层44和p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层45之间存在能量不连续。因此，在第一上覆盖层44和p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层45结合之后，由于第一上覆盖层44和p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层45之间有大约0.07eV的能量不连续，因此产生了下凹，并在下凹处形成了比上覆盖层44的导带下端Ec高大约0.03eV的势垒，如图4B所示。
该势垒起到抑制由下覆盖层42供给电子的势垒的作用。
如上所述，由于由该下凹引起的势垒，与不存在p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层45的情况相比，由下覆盖层42供给的电子的泄漏得到了进一步的抑制。结果，增加了有源层43中电子和空穴的发光复合的概率，因此，与图10所示的现有技术相比进一步增加了亮度。
下面将描述第四实施例的该发光二极管的制造方法。
首先，如图4A所示，在n型GaAs衬底41上依次生长n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层42(例如x＝1.0，Si载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：1.0μm)和(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0≤x≤1)有源层43(例如x＝0.45，厚度：0.3μm)。
接着，在有源层43上依次生长p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第一上覆盖层44(例如，x＝0.9，Zn载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：0.1μm)、p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层45(例如x＝0.60，厚度：80，载流子浓度：4×1017cm-3)和p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第二上覆盖层46(例如，x＝0.9，Zn载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：1.5μm)。此外，在第二上覆盖层46上生长电流扩散层47。
然后，通过汽相淀积，在电流扩散层47上形成p型电极48(例如Au-Zn)，在n型GaAs衬底41下形成n型电极49(例如Au-Ge)。将p型电极48形成为如圆形，该发光二极管就被完成了。
在第四实施例中，一个p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层45置于第一上覆盖层44与第二上覆盖层46之间。然而，还可以在第一上覆盖层44与第二上覆盖层46之间设置多个p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层。
尽管在下覆盖层42和第一上覆盖层44之间形成了有源层43，但也可以在下覆盖层42与第一上覆盖层44之间形成一SQW有源层或一MQW有源层，以代替有源层43。
还可以在衬底上依次形成一第一p型下覆盖层、一第二p型下覆盖层、一有源层和一上覆盖层，并且在该第一p型下覆盖层与该第二p型下覆盖层之间设置一p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层。当然，还可以在该第一p型下覆盖层与该第二p型下覆盖层之间设置多个p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层。
第五实施例
下面将参考图5A和5B描述作为根据本发明第五实施例的半导体发光装置的一发光二极管。
如图5A所示，该发光二极管设置有：作为第一导电类型覆盖层的一个举例的一n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层52、作为有源层的一个举例的一(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0≤x≤1)有源层53、作为第二导电类型覆盖层的一个举例的一p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)上覆盖层55，这些层依次形成在作为化合物半导体衬底的一个举例的一n型GaAs衬底51上。然后，将作为半导体层的一个举例的一p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层54置于有源层53与上覆盖层55之间。
有源层53发射波长不大于590nm的光。该p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层54的导带下端的最高能量位置比上覆盖层55的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。此外，在有源层53、p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层54与上覆盖层55之间的结形成之前的能带分布中，p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层54的导带下端处的能量位置比上覆盖层55的导带下端处的能量位置高0.05eV至1.0eV。
在上覆盖层55上形成一电流扩散层56，在该电流扩散层56上形成一p型电极57。在n型GaAs衬底51的下面形成一n型电极58。
图5B示出了第五实施例的该发光二极管的有源层53附近的能带分布的一个例子。
第五实施例的该发光二极管具有位于有源层53与上覆盖层55之间的p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层54。在有源层53、p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层54和上覆盖层55结合之前，有源层53与p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层54之间导带下端的能量差比有源层53与上覆盖层55之间的能量差大。因此，在有源层53、p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层54和上覆盖层55结合之后，由于在有源层53与p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层54之间有大约0.20eV的能量不连续，因此产生了下凹，并在下凹处形成了比上覆盖层55的导带下端Ec高大约0.08eV的势垒，如图5B所示。该势垒起到阻挡由下覆盖层52供给电子的势垒的作用。
如上所述，由于由该下凹引起的势垒，与不存在p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层54的情况相比，由下覆盖层52供给的电子的泄漏得到了进一步的抑制。结果，增加了有源层53中电子和空穴的发光复合的概率，因此，与图10所示的现有技术相比进一步增加了亮度。
下面将描述第五实施例的该发光二极管的制造方法。
首先，如图5A所示，在n型GaAs衬底51上依次生长n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层52(例如x＝0.9，Si载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：0.7μm)和(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0≤x≤1)有源层53(例如x＝0.35，厚度：0.5μm)。
接着，在有源层53上依次生长p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层54(例如，x＝0.20，y＝0.05，厚度：50，载流子浓度：3×1017cm-3)和p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)上覆盖层55(例如，x＝0.8，Zn载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：0.7μm)。此外，在上覆盖层55上生长电流扩散层56。
然后，通过汽相淀积，在电流扩散层56上形成p型电极57(例如Au-Zn)，在n型GaAs衬底51下形成n型电极58(例如Au-Ge)。将p型电极57形成为如圆形，该发光二极管就被完成了。
在第五实施例中，在下覆盖层52与p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层54之间形成了有源层53。然而，还可以在下覆盖层52与p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层54之间形成一SQW有源层或一MQW有源层，以代替形成有源层53。
还可以在衬底上依次形成一p型下覆盖层、一有源层和一n型上覆盖层，并且在该p型下覆盖层与该有源层之间设置一p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层。
第六实施例
下面将参考图6A和6B描述作为根据本发明第六实施例的半导体发光装置的一发光二极管。
如图6A所示，该发光二极管设置有：作为第一导电类型覆盖层的一个举例的一n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层62、作为有源层的一个举例的一(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0≤x≤1)有源层63、作为第一层第二导电类型覆盖层的一个举例的一p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第一上覆盖层64和作为第二层第二导电类型覆盖层的一个举例的一p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第二上覆盖层66，这些层依次形成在作为化合物半导体衬底的一个举例的一n型GaAs衬底61上。然后，将作为半导体层的一个举例的一p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层65置于第一上覆盖层64与第二上覆盖层66之间。
有源层63发射波长不大于590nm的光。该p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层65的导带下端的最高能量位置比第二上覆盖层66的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。此外，在第一上覆盖层64、p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层65与第二上覆盖层66之间的结形成之前的能带分布中，p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层65的导带下端的能量位置比第二上覆盖层66的导带下端的能量位置高0.05eV至1.0eV。
在第二上覆盖层66上形成一电流扩散层67，在该电流扩散层67上形成一p型电极68。在n型GaAs衬底61的下面形成一n型电极69。
图6B示出了第六实施例的该发光二极管的有源层63附近的能带分布的一个例子。
第六实施例的该发光二极管具有位于第一上覆盖层64与第二上覆盖层66之间的p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层65。在第一上覆盖层64和p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层65之间出现能量不连续。因此，在第一上覆盖层64和p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层65结合之后，由于在第一上覆盖层64与p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层65之间有大约0.05eV的能量不连续，因此产生了下凹，并在下凹处形成了比第一上覆盖层64的导带下端Ec高大约0.02eV的势垒，如图6B所示。该势垒起到阻挡由下覆盖层62供给电子的势垒的作用。
如上所述，由于由该下凹引起的势垒，与不存在p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层65的情况相比，由下覆盖层62供给的电子的泄漏得到了进一步的抑制。结果，增加了有源层63中电子和空穴的发光复合的概率，因此，与图10所示的现有技术相比进一步增加了亮度。
下面将描述第六实施例的该发光二极管的制造方法。
首先，如图6A所示，在n型GaAs衬底61上依次生长n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层62(例如x＝1.0，Si载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：1.0μm)、(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0≤x≤1)有源层63(例如，x＝0.45，厚度：0.3μm)和p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第一上覆盖层64(例如x＝0.9，Zn载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：0.1μm)。
接着，在第一上覆盖层64上形成p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层65(例如，x＝0.60，y＝0.30，厚度：150，载流子浓度：8×1017cm-3)。
此外，在p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层65上生长p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第二上覆盖层66(例如，x＝0.9，Zn载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：1.5μm)，在第二上覆盖层66上生长电流扩散层67。
然后，通过汽相淀积，在电流扩散层67上形成p型电极68(例如Au-Zn)，在n型GaAs衬底31下形成n型电极69(例如Au-Ge)。将p型电极68形成为如圆形，该发光二极管就被完成了。
在第六实施例中，一个p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层65被置于第一上覆盖层64与第二上覆盖层66之间。然而，还可以在第一上覆盖层64与第二上覆盖层66之间设置多个p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层。
还可以在衬底上依次形成一第一p型下覆盖层、一第二p型下覆盖层、一有源层和一上覆盖层，并且在该第一p型下覆盖层与该第二p型下覆盖层之间设置一p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层65。当然，还可以在该第一p型下覆盖层与该第二p型下覆盖层之间设置多个p型(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层。
第七实施例
下面将参考图7A、7B和7C描述作为根据本发明第七实施例的半导体发光装置的一发光二极管。
图7A是该发光二极管的截面示意图，图7B是图7A中圆圈b内部的放大图。
如图7A所示，该发光二极管设置有：作为第一导电类型覆盖层的一个举例的一n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层72、作为有源层的一个举例的一MQW有源层73和作为第二导电类型覆盖层的一个举例的一p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)上覆盖层74，这些层依次形成在作为化合物半导体衬底的一个举例的一n型GaAs衬底71上。一电流扩散层75形成在上覆盖层74上，一p型电极76形成在该电流扩散层75上。一n型电极77形成在n型GaAs衬底71下。
如图7B所示，MQW有源层73由(AlxGa1-x)yIn1-yP(x＝0.1，y＝0.8)势垒层73a和(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1.0，0≤y≤1.0)阱层73b构成，并且发射波长不大于590nm的光。所有的势垒层73a的导带下端距离真空能级的能量位置比(AlxGa1-x)yIn1-yP(x＝0.7，y＝0.51)的导带下端距离真空能级的能量位置高0.05eV至1.0eV。
图7C示出了第七实施例的该发光二极管的有源层73中的能带分布的一个例子。
第七实施例的该发光二极管采用(AlxGa1-x)yIn1-yP(x＝0.1，y＝0.8)势垒层73a。在该势垒层73a与阱层73b之间导带下端的能量差比通常采用的(AlxGa1-x)yIn1-yP(x＝0.7，y＝0.51)势垒层与阱层73b之间导带下端的能量差大。因此，在通常采用的势垒层与阱层之间产生大约0.08eV的势垒，而在第七实施例中，在势垒层73a与阱层73b之间产生大约0.25eV的势垒，如图7C所示。该势垒起到阻挡由下覆盖层72供给电子的势垒的作用。
如上所述，由于势垒层73a与阱层73b之间大约0.25eV的能量差引起的势垒，加强了对从下覆盖层72供给到阱层73b中的电子的限制，因此可以抑制来自MQW有源层73的电子的泄漏。结果，增加了MQW有源层73中电子和空穴的发光复合的概率，因此，与图10所示的现有技术相比进一步增加了亮度。
下面将描述第七实施例的发光二极管的制造方法。
首先，如图7A所示，在n型GaAs衬底71上生长n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层72(例如x＝0.9，Si载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：0.7μm)，并在该下覆盖层72上生长MQW有源层73。该MQW有源层73是由通过交替生长(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1.0，0≤y≤1.0)势垒层73a(例如x＝0.1，y＝0.8)和(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1.0，0≤y≤1.0)阱层73b(例如，x＝0.4，y＝0.4)形成的多层(例如，五个阱层73b和六个势垒层73a)构成。
接着，在MQW有源层73上生长p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)上覆盖层74(例如，x＝0.8，Zn载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：0.7μm)，再在上覆盖层74上生长电流扩散层75。
然后，通过汽相淀积，在电流扩散层75上形成p型电极76(例如Au-Zn)，在n型GaAs衬底71下形成n型电极77(例如Au-Ge)。将p型电极77形成为如圆形，该发光二极管就被完成了。
在第七实施例中，所有的势垒层73a的导带下端距离真空能级的能量位置比(AlxGa1-y)yIn1-yP(x＝0.7，y＝0.51)的导带下端距离真空能级的能量位置高0.05eV至1.0eV。然而，也可以是部分的势垒层73a的导带下端距离真空能级的能量位置比(AlxGa1-x)yIn1-yP(x＝0.7，y＝0.51)真空能级的导带下端处的能量位置高0.05eV至1.0eV。
此外，通过采用由例如GaP、AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)和(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)中的任何一种构成的势垒层来代替势垒层73a，也可以得到与第七实施例类似的增加亮度的效果。
还可以在衬底上依次形成一p型下覆盖层、一MQW有源层73和一n型上覆盖层。
如果MQW结构的有源层用一SQW结构代替，也可以得到与第七实施例类似的增加亮度的效果。
当MQW结构的势垒层或阱层是p型时，也可以得到与该实施例类似的增加亮度的效果。
第八实施例
下面将参考图8A、8B和8C描述作为根据本发明第八实施例的半导体发光装置的一发光二极管。
图8A是该发光二极管的截面示意图，图8B是图8A中圆圈b内部的放大图。
如图8A所示，该发光二极管设置有：作为第一导电类型覆盖层的一个举例的一n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层82、作为有源层的一个举例的一SQW有源层83和作为第二导电类型覆盖层的一个举例的一p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)上覆盖层85，这些层依次形成在作为化合物半导体衬底的一个举例的一n型GaAs衬底81上。然后，在SQW有源层83与上覆盖层85之间设置作为半导体层的一个举例的一p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层84。
SQW有源层83发射波长不大于590nm的光。该p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层84的导带下端最高能量位置比上覆盖层85的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。此外，在SQW有源层83、p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层84与上覆盖层85之间的结形成之前的能带分布中，p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层84的导带下端的能量位置比上覆盖层85的导带下端的能量位置高0.05eV至1.0eV。
一电流扩散层86形成在上覆盖层85上，一p型电极87形成在该电流扩散层86上。一n型电极88形成在n型GaAs衬底81下。
如图8B所示，SQW有源层83由作为势垒层的一个举例的一(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1.0，0≤y≤1.0)势垒层83a、作为阱层的一个举例的一(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1.0，0≤y≤1.0)阱层83b和作为势垒层的一个举例的一(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1.0，0≤y≤1.0)层构成。
图8C示出了第八实施例的该发光二极管的SQW有源层83中和SQW有源层83附近的能带分布的一个例子。
在第八实施例的该发光二极管中，在位于图8B中上侧的势垒层83a和上覆盖层85之间形成了AlGaP层84。在p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层84和上覆盖层85结合之前，位于图8B上侧的势垒层83a与p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层84之间导带下端的能量差比势垒层83a与上覆盖层85之间导带下端的能量差大。因此，如果p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层84不存在，那么在位于图8B上侧的阱层83a与上覆盖层85之间仅形成了0.05eV的能量势垒。然而，如果如图8C所示的形成p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层84，那么就出现了比由上覆盖层85产生的势垒还高0.08eV的势垒。该势垒起到阻挡从下覆盖层82供给电子的势垒的作用。
如上所述，由于位于图8B上侧的阱层83a与上覆盖层85之间的势垒，与p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层84不存在时相比，由下覆盖层82供给的电子的泄漏得到了进一步的抑制。结果，增加了SQW有源层83中电子和空穴的发光复合的概率，因此，与图10所示的现有技术相比选一步增加了亮度。
下面将描述第八实施例的发光二极管的制造方法。
首先，如图8A所示，在n型GaAS衬底81上生长n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层82(例如x＝0.9，Si载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：0.7μm)，并且在下覆盖层82上生长SQW有源层83。该SQW有源层83由两个(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1.0，0≤y≤1.0)势垒层83a(例如x＝0.55，y＝0.5)和一个(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1.0，0≤y≤1.0)阱层83b(例如，x＝0.45，y＝0.45)构成。
接着，在SQW有源层83上依次生长p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层84(例如，x＝0.4，厚度：250，载流子浓度：2×1017cm-3)和p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)上覆盖层85(例如，x＝0.8，Zn载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：0.7μm)。此外，在上覆盖层85上生长电流扩散层86。
然后，通过汽相淀积，在电流扩散层86上形成p型电极87(例如Au-Zn)，在n型GaAs衬底81下形成n型电极88(例如Au-Ge)。将p型电极87形成为如圆形，该发光二极管就被完成了。
此外，通过采用由例如GaP或者(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)构成的半导体层来代替p型AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层84，也可以得到与第八实施例类似的增加亮度的效果。
如果SQW结构的有源层用一MQW结构代替，也可以得到与第八实施例类似的增加亮度的效果。
还可以采用由例如GaP、AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)和(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)中的任何一种构成的势垒层来代替势垒层83a。
第九实施例
下面将参考图9A、9B和9C描述作为根据本发明第九实施例的半导体发光装置的一发光二极管。
图9A是该发光二极管的截面示意图，图9B是图9A中圆圈b内部的放大图。
如图9A所示，该发光二极管设置有：作为第一导电类型覆盖层的一个举例的一n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层92、作为有源层的一个举例的一SQW有源层93、作为第一层第二导电类型覆盖层的一个举例的一p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第一上覆盖层94和作为第二层第二导电类型覆盖层的一个举例的一p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第二上覆盖层96，这些层依次形成在作为化合物半导体衬底的一个举例的一n型GaAs衬底91上。然后，将作为半导体层的一个举例的一p型GaP层95置于第一上覆盖层94和第二上覆盖层96之间。
该p型GaP层95的导带下端的最高能量位置比第二覆盖层96的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。此外，在第一上覆盖层94、p型GaP层95和第二上覆盖层96之间的结形成之前的能带分布中，p型GaP层95的导带下端的能量位置比第二上覆盖层96的导带下端的能量位置高0.05eV至1.0eV。
一电流扩散层97形成在第二上覆盖层96上，一p型电极98形成在该电流扩散层97上。一n型电极99形成在n型GaAs衬底91下。
如图9B所示，SQW有源层93由作为势垒层的一个例子的一(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1.0，0≤y≤1.0)势垒层93a、作为阱层的一个例子的一(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1.0，0≤y≤1.0)阱层93b和作为势垒层的一个例子的一(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1.0，0≤y≤1.0)势垒层93a构成。由此，SQW发射波长不大于590nm的光。
图9C示出了第九实施例的该发光二极管的SQW有源层93中和SQW有源层93附近的能带分布的一个例子。
在第九实施例的发光二极管中，在第一上覆盖层94与第二上覆盖层96之间设置了p型GaP层95。在p型GaP层95和第二上覆盖层96结合之前，p型GaP层95的导带下端和第二上覆盖层96的导带下端之间的能量差很大。因此，当p型GaP层95和第二上覆盖层96结合时，在第一上覆盖层94与第二上覆盖层96之间产生势垒。由p型GaP层95产生的势垒比由上覆盖层96产生的能量势垒高大约0.12eV，如图9C所示。该势垒起到阻挡由下覆盖层92供给电子的势垒的作用。
如上所述，由于第一上覆盖层94与第二上覆盖层96之间的势垒，与p型GaP层95不存在的情况相比，由下覆盖层92供给的电子的泄漏得到了进一步的抑制。结果，增加了有源层93中电子和空穴的发光复合的概率，因此，与图10所示的现有技术相比进一步增加了亮度。
下面将描述第九实施例的该发光二极管的制造方法。
首先，如图9A所示，在n型GaAs衬底91上生长n型(AlxGa1-x)0.5lIn0.49P(0.7≤x≤1)下覆盖层92(例如x＝0.9，Si载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：0.7μm)，并且在下覆盖层92上生长SQW有源层93。该SQW有源层93由两个(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1.0，0≤y≤1.0)势垒层93a(例如x＝0.60，y＝0.5)和一个(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1.0，0≤y≤1.0)阱层93b构成。
接着，在SQW有源层93上依次生长p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第一上覆盖层94(例如，x＝0.9，Zn载流子浓度：4×1017cm-3，厚度：0.7μm)、p型GaP层95(厚度：60，载流子浓度：5×1017cm-3)和p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P(0.7≤x≤1)第二上覆盖层96(例如，x＝0.8，Zn载流子浓度：5×1017cm-3，厚度：0.7μm)。此外，在第二上覆盖层96上生长电流扩散层97。
然后，通过汽相淀积，在电流扩散层97上形成p型电极98(例如Au-Zn)，在n型GaAs衬底91下形成n型电极99(例如Au-Ge)。将p型电极98形成为如圆形，该发光二极管就被形成了。
通过采用由例如AlxGal-xP(0＜x≤0.7)或者(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)构成的半导体层来代替p型GaP层95，也可以得到与第九实施例类似的增加亮度的效果。
如果SQW结构的有源层用一MQW结构代替，也可以得到与第九实施例类似的增加亮度的效果。
还可以采用由例如GaP、AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)和(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)中的任何一个构成的势垒层来代替势垒层93a。
在上述第一至第九实施例中，描述了生长方法、电极材料、电极形状和装置配置等。然而，本发明并不限于这些，而且本发明可以应用于所有的AlGaInP基半导体发光装置，每个器件都具有将有源层置于覆盖层之间的DH结构。此外，本发明同样可以应用于电流流动的区域被限制或者电流被阻碍或压缩中的任何一种结构。
在上述实施例的半导体发光装置中，如果每个半导体层例如GaP层14、25和95、AlxGa1-xP(0＜x≤0.7)层34、45和84以及(AlxGa1-x)yIn1-yP(0＜x≤0.7，0.65≤y＜1)层54和65都具有10至500范围内的厚度，源自有源层电子的泄漏可以被可靠地抑制，并且可以抑制由于晶格失配而导致的晶体缺陷。
此外，如果每个半导体具有10至140范围内的厚度，那么可以可靠地抑制由于插入具有晶格失配的层而导致的晶片变形。
从上面可以明显看出，本发明的半导体发光装置可以抑制注入到有源层中的电子的泄漏，因此，增加了有源层中电子和空穴的发光复合的概率。结果，可以得到高亮度的半导体发光装置。
上面已经描述了本发明，很显然本发明可以变化各种形式。这种变化不应被看作是偏离了本发明的精神和范围，并要求所有的这些对于本领域技术人员来说都是显而易见的调整包含在所附的权利要求范围内。

Claims (22)

1.一种半导体发光装置，包括：
一化合物半导体衬底；
n型覆盖层和p型覆盖层中的一种，其形成在该化合物半导体衬底上；
形成在n型覆盖层和p型覆盖层中的该一种上的一有源层，该有源层由AlGaInP基半导体构成，其中从该有源层发射的光具有不大于590nm的波长；
n型覆盖层和p型覆盖层中的另一种，其形成在该有源层上；以及
置于该有源层与该p型覆盖层之间的一p型(AlxGa1-x)yIn1-yP半导体层，其中0＜x≤0.7，0.65≤y＜1，其中
该半导体层的导带下端的最高能量位置比该p型覆盖层的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。
2.一种半导体发光装置，包括：
一化合物半导体衬底；
形成在该化合物半导体衬底上的一n型覆盖层；
形成在该n型覆盖层上的一有源层，该有源层由AlGaInP基半导体构成，其中从该有源层发射的光具有不大于590nm的波长；
形成在该有源层上的一第一层p型覆盖层；
形成在该第一层p型覆盖层上的一第二层p型覆盖层；以及
至少一个p型(AlxGa1-x)yIn1-yP半导体层被置于该第一层p型覆盖层与该第二层p型覆盖层之间，其中0＜x≤0.7，0.65≤y＜1，其中
该半导体层的导带下端的能量位置比该第二层p型覆盖层的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。
3.一种半导体发光装置，包括：
一化合物半导体衬底；
形成在该化合物半导体衬底上的一第一层p型覆盖层；
形成在该第一层p型覆盖层上的一第二层p型覆盖层；
至少一个p型(AlxGa1-x)yIn1-yP半导体层被置于该第一层p型覆盖层与该第二层p型覆盖层之间，其中0＜x≤0.7，0.65≤y＜1；
形成在该第二层p型覆盖层上的一有源层，该有源层由AlGaInP基半导体构成，其中从该有源层发射的光具有不大于590nm的波长；以及
形成在该有源层上的一n型覆盖层，其中
该半导体层的导带下端的能量位置比该第一层p型覆盖层的导带下端的能量位置高0.02eV至1.0eV。
4.一种半导体发光装置，包括：
一化合物半导体衬底；
形成在该化合物半导体衬底上的一第一导电类型覆盖层；
形成在该第一导电类型覆盖层上的一有源层；以及
形成在该有源层上的一第二导电类型覆盖层，其中
该有源层是由AlGaInP基半导体构成的一SQW有源层或一MQW有源层，
该SQW层或该MQW层由多个(AlxGa1-x)yIn1-yP势垒层和至少一个(AlxGa1-x)yIn1-yP阱层构成，其中该势垒层中0＜x≤0.7，0.65≤y＜1，该阱层中0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，以及
部分的或全部的势垒层的导带下端距离真空能级的能量位置比(AlxGa1-x)yIn1-yP的导带下端距离真空能级的能量位置高0.05eV至1.0eV，其中x＝0.7，y＝0.51。
5.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该半导体层具有10至500的厚度范围。
6.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该半导体层具有10至140的厚度范围。
7.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中该有源层是一SQW有源层或一MQW有源层。
8.如权利要求7所述的半导体发光装置，其中：
该SQW层或该MQW层由多个(AlxGa1-x)yIn1-yP势垒层和至少一个(AlxGa1-x)yIn1-yP阱层构成，其中该势垒层中0＜x≤0.7，0.65≤y＜1，该阱层中0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，以及
部分的或所有的该势垒层的导带下端距离真空能级的能量位置比(AlxGa1-x)yIn1-yP的导带下端距离真空能级的能量位置高0.05eV至1.0eV，其中x＝0.7，y＝0.51。
9.如权利要求8所述的半导体发光装置，其中每个该势垒层都是p型的。
10.如权利要求1或8所述的半导体发光装置，其中该半导体层或每个该势垒层都具有1×1017至5×1018cm-3的载流子浓度。
11.如权利要求2所述的半导体发光装置，其中该半导体层具有10至500的厚度范围。
12.如权利要求2所述的半导体发光装置，其中该半导体层具有10至140的厚度范围。
13.如权利要求2所述的半导体发光装置，其中该有源层是一SQW有源层或一MQW有源层。
14.如权利要求13所述的半导体发光装置，其中：
该SQW层或该MQW层由多个(AlxGa1-x)yIn1-yP势垒层和至少一个(AlxGa1-x)yIn1-yP阱层构成，其中该势垒层中0＜x≤0.7，0.65≤y＜1，该阱层中0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，以及
部分的或所有的该势垒层的导带下端距离真空能级的能量位置比(AlxGa1-x)yIn1-yP的导带下端距离真空能级的能量位置高0.05eV至1.0eV，其中x＝0.7，y＝0.51。
15.如权利要求14所述的半导体发光装置，其中每个该势垒层都是p型的。
16.如权利要求2或14所述的半导体发光装置，其中该半导体层或每个该势垒层都具有1×1017至5×1018cm-3的载流子浓度。
17.如权利要求3所述的半导体发光装置，其中该半导体层具有10至500的厚度范围。
18.如权利要求3所述的半导体发光装置，其中该半导体层具有10至140的厚度范围。
19.如权利要求3所述的半导体发光装置，其中该有源层是一SQW有源层或一MQW有源层。
20.如权利要求19所述的半导体发光装置，其中：
该SQW层或该MQW层由多个(AlxGa1-x)yIn1-yP势垒层和至少一个(AlxGa1-x)yIn1-yP阱层构成，其中该势垒层中0＜x≤0.7，0.65≤y＜1，该阱层中0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，以及
部分的或所有的该势垒层的导带下端距离真空能级的能量位置比(AlxGa1-x)yIn1-yP的导带下端距离真空能级的能量位置高0.05eV至1.0eV，其中x＝0.7，y＝0.51。
21.如权利要求20所述的半导体发光装置，其中每个该势垒层都是p型的。
22.如权利要求3或20所述的半导体发光装置，其中该半导体层或每个该势垒层都具有1×1017至5×1018cm-3的载流子浓度。
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