CN1215931A - 发光二极管装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管装置及其制造方法,该装置包括活性层、P型接触层、肖特基电极和欧姆电极。活性层是在n型半导体基片板上形成的,而接触层是在活性层上形成的,肖特基电极是在接触层上有选择地形成的,与接触层进行肖特基接触。欧姆电极在接触层上的肖特基电极的边缘部分与肖特基电极进行电连接而形成,并透过由活性层发出的光。

Description

发光二极管装置及其制造方法
本发明涉及显示等用的发光二极管装置，尤其涉及效率良好地输出兰色或绿色短波长光的发光二极管装置及其制造方法。
发光二极管由于效率高，且与电灯相比耗电少，因此作为显示器件获得广泛使用。迄今，发出红、橙及黄色等长波长光的高亮度的发光二极管装置已经实现，而绿及兰色的短波长发光二极管装置由于其亮度低，可在室外使用的数新烛光级的高亮度发光二极管装置尚未实现。
然而，所年来，由于使用新材料GaN系晶体，已开发出绿色六新烛光或兰色二新烛光的高度度发光二极管装置，所以现在利用这些高亮度发光二极管装置的全彩色的高亮度显示器已在实现。
以下说明已有的利用由活性层中InxGa1-xN(x为0≤x≤1的实数，下同)组成的量子阱活性层的GaN系发光二极管装置的概略。
本装置通过工作电流的流动，在量子阱活性层注入电子及空穴，进而由于电子与空穴的再结合而发出大致相当于InxGa1-xN带隙能量的波长光。在InxGa1-xN中的1n的组成比x值为0.15时，峰值发光波长约为450nm的兰色发光，在In组成比x的值为0.26时，峰值发光波长约为520nm的绿色发光。
然而，所述的已有的GaN系的发光二极管装置存在着下列问题，即若将由InxGa1-xN组成的量子阱活性层中In组成的x的值变大，则晶体性能下降。原来，由于InxGa1-xN难于形成均匀的混晶，所以外部量子效率(=向装置外部射出的光的输出/消耗电力)，即使包括使用兰宝石基片时基片背面的反射光在内，为1-2％，是极低，因此难以控制波长，发光二极管装置的成品率是非常低的。顺便提一下，波长约为650nm的红色发光二极管装置的外部量子效率包括反射光在内，约为20％。
已有的实施例1
以下参照附图，说明已有的实施例1，该例不使用由Ⅲ-Ⅴ族组成的所述GaN系半导体，而是使用最近为人瞩目的由Ⅱ-Ⅵ族组成的ZnSe系化合物半导体的短波长发光二极管装置。
图8示出已有的实施例1 ZnSe系发光二极管装置的剖面构成。如图8所示，该构成是按下顺序集成而构成的，例如其中包括：用分子束外延法(MBE)在由n型GaAs组成的基片101上缓冲与基片101晶格不匹配的，由n型GaAs组成的第一缓冲层102；由n型ZnSe组成，缓冲与GaAs晶体和ZnSe晶体的晶格不匹配的第二缓冲层103；由n型ZnMgSSe组成，对后述的活性层形成势叠并向活性层效率良好地注入n型载流子(电子)的第一覆盖层104；由非掺杂ZnSSe所组成，在提高活性层晶体质量，同时效率良好地注入n型载流子的第一隔离层105；由Zn1-xCdxSe组成，注入的n型及P型的少数载流子相互再结合而发光的量子阱活性层106；由非掺杂ZnSSe组成，效率良好地注入P型载流子(空穴)的第二隔离层107；由P型ZnMgSSe组成，对活性层106形成势叠并向该活性层106效率良好地注入P型载流子的第二覆盖层108；由P型ZnSSe组成，分阶段地连接第二覆盖层108与后述的接触层间的价带能级的半导体层109；P型ZnSe与P型ZnTe交替集成并分阶段地连接半导体层109与接触层之间两带能级的超晶格层110；由P型ZnTe组成，与电极进行欧姆接触的接触层111。
在接触层接触层111的上面，全面地形成由Pd及Au组成的P侧欧姆电极112，在P侧欧姆电极112的上面以点状形成由Au等组成的焊接点113，同时在基片101的下面全面地形成n侧欧姆电极114。
已有的实施例2
下面参照附图，说明已有的实施例2，该装置是使用由Ⅲ-Ⅴ族组成的AlGa1nP系化合物半导体、波长为620nm-660nm的红色发光二级管装置。
图9示出已有的实施例2的AlGa1nP系发光二极管装置的剖面构成。如图9所示，该构成按下列顺序进行，其中包括：使用有机金属汽相生长(MOVPE)法在由n型GaAs组成的基片121上缓冲与基片101晶格不匹配的由n型Ga1nP组成的缓冲层122；由n型AlGa1nP组成的第一覆盖层123；由非掺杂的Ga1nP组成的活性层124；由P型AlGa1nP组成的第二覆盖层125以及由n型GaAs组成的电流块层126生长之后，由晶体生长装置取出基片121。此后，如图9所示，通过将电流块层126上焊接点形成区掩蔽，对电流块层126进行腐蚀，将电流块层作成点形。然后，在结晶生长装置中，再次投入形成电流块层126的基片121，使在第二覆盖层125及电流块层126上全面地由P型AlGa1nP组成并使沿基片面垂直流动的电流沿基片面平行方向扩散的电流扩散层127生长。此后，在电流扩散层127上的焊接点形成区形成具有点形的P侧欧姆电极128，同时在基片121的下面全面地形成n侧欧姆电极129。
这样，本装置在兼有焊接点的P侧欧姆电极128的下面设置电流扩散层127以及与该电流扩散层127形成PN结的电流扩散层126，因此在P侧欧姆电极128的下面不流动电流，而在活性层124的边缘部流动电流，所以可控制在活性层124的P侧欧姆电极128下方区所产生的载流子的再结合。因而，由于在活性层124的P侧欧姆电极128的下方区载流子再结合受到抑制，所以发生的光不会为P侧欧姆电极128所吸收，从而可得到很高的外部量子效率。
这样，在已有的实施例2中，一旦由晶体管生长装置取出基片121形成电流块层126之后，需要再次投入晶体生长装置，进行晶体生长。
然而，由Ⅲ-Ⅵ族组成的AlGa1nP系半导体晶体，即使一旦由晶体成长装置取出基片而继续生长不发生问题，但在由Ⅱ-Ⅵ族组成的ZnSe系化合物半导体的情况下，具有热滞后弱的性质。也即是说，在如图8所示的量子阱活性层106生长之后，再次投入晶体生长装置时，由于要除掉在装置外部于晶体生长面上生成的自然氧化膜，必需进行比晶体生长温度高100度左右的高温的热腐蚀。这时，由于热腐蚀时的热处理，ZnSe系的的量子阱活性层106受损伤而被破坏，因此不可能采用与AlGa1nP系相同的改善方法。
还有，若将一个基片向结晶生长装置投入几次，则生产率会下降。
在已有的实施例1中，通过调整Zn1-xCdxSe组成的量子阱活性层106的组成比x的值，可发出由波长470nm至530nm的光。
但是，ZnSe系发光二极管装置的内部量子效率(=活性层内的光输出/消耗电力)约100％，是极高的，而外部量子效率约7％，为所述的红色发光二极管装置的二分之一以下。
这样，ZnSe系化合物半导体尽管结晶性高，但是却存在着装置的外部不能高效率地取出由活性层106发出的光的问题。
本发明的目的在于：解决上述已有实施例1所具有约外部量子效率低的问题，在短波长发光二极管装置中，提高外部量子效率，同时提高生产率。
为了达到所述的目的，本发明在形成电流块层时，在焊接点形成用焊接点电极的下面有选择地设置肖特基势叠和高电阻区而构成。
本发明的第一发光二极管装置包括：在n型半导体基片上形成的活性层；在所述活性层上形成的P型接触层；在接触层上有选择地形成并与接触层进行肖特基接触的焊接点用肖特基电极；在接触层上的所述肖特基电极的边缘部与所述肖特基电极进行电连接形成，并透过由所述活性层发出的光的欧姆电极。
根据第一发光二极管装置，接触层上由于设置了肖特基电极即焊接点电极，和在肖特基电极的边缘部与该肖特基电极进行了电连接的欧姆电极，所以成为焊接点的肖特基电极的下面没有电流流动，而在该肖特基电极下方的边缘部有电流流动。其结果，由于活性层的肖特基电极下方区抑制载流子的注入而减少了由活性层中肖特基电极下方区放射出的光，另一方面，由于增加了由活性层中肖特基电极下方区的边缘部放射出的光，所以发出的光没有为肖特基电极所吸收，因而提高了外部量子效率。
在第一发光二极管装置中，肖特基电极与接触电极之间的肖特基势叠的大小为0.3eV以上，是理想的。这样，通过肖特基电极的势叠作用可确保工作电流不流动。
在第一发光二极管装置中，肖特基电极由含有铝、锌或铊的导电膜组成，是理想的。这样，就可确保肖特基势叠的大小为0.3eV以上。
本发明的第二发光二极管装置包括：在第一导电型半导体基片上形成的活性层；在活性层上形成的第二导电型接触层；在接触层上有选择地形成的焊接点用的焊接点电极；在接触层上的焊接点电极的边缘部与焊接点电极进行电连接形成，并透过由活性层发出的光的欧姆电极；在焊接点电极的下方形成的高电阻区。
根据第二发光二极管，在接触层上的焊接点电极的下方设置有高电阻区。在接触层上的焊接点电极的边缘部，设置有欧姆电极与焊接点电极的电连接，因此在焊接点，即焊接点电极的下面没有电流流动，而在该焊接点电极下方的边缘部有电流流动。其结果，由于接触层上的焊接点电极的下方区控制载流子的注入而减少了由活性层中肖特基电极下方区放射出的光，而且，由于增加了由活性层中肖特基电极下方区的边缘部发射出的光，提高了外部量子效率。
在第二发光二极管装置中，第一导电型为n型；第二导电型为P型，高电阻区在活性层与接触层之间形成，由氮原子为1×1018 cm-3以上的掺杂的、含有锌与硒的P型半导体层所组成，是理想的。这样，由于P型半导体层是在过剩地掺杂成为受主的氮原子的状态下形成的，所以过剩掺杂区能确保成为高电阻。
在第二发光二极管装置中，高电阻区由在活性层上方形成的绝缘氧化膜组成，是理想的。这样，由于高电阻区热稳定，所以能保证装置的工作。
在第二发光二极管装置中，绝缘氧化膜由氧化锌组成，是理想的。这样，能够确保形成使用由Ⅱ-Ⅵ族组成的化合物半导体的装置，同时由于氧化锌本身是一种由Ⅱ-Ⅵ族组成的化合物，所以非常稳定。
在第二发光二极管装置中，高电阻区由活性层上方形成的晶格缺陷导入层组成，是理想的。这样，晶体结构受到破坏的晶格缺陷导入层由于其杂质浓度低，所以能确保成为高电阻化。
在第二发光二极管装置中，高电阻区在半导体基片上形成，是理想的。这样，在晶体生长工艺之前，由于预先可形成成为电流块层的高电阻区，所以晶体生长层不受高电阻区形成时的影响，因而能保证装置的工作。
第一及第二发光二极管装置还包括在半导体基片与活性层之间形成，并具有黑反射器结构的反射层，是理想的的。这样，由活性层向位于下方的基片方向射出的光经过反射层反射可由活性层上方取出，因此可进一步提高外部量子效率。
本发明的第三发光二极管装置包括：在第一导电型的半导体基片上形成，并且有黑反射器结构的反射层；在反射层上形成的活性层；在活性层上形成的第二导电型接触层；在接触层上的焊接点电极的边缘部与焊接点电极电连接形成，并透过由活性层发出的光的欧姆电极。
根据第三发光二极管装置，由于在第一导电型半导体基片上设置其有黑反射器结构的反射层，所以由活性层向半导体基片下方放射的光向接触层侧反射，因而向半导体基片侧放出的光可由接触层侧在装置外部取出，可提高外部量子效率。
本发明的第一发光二极管的制造方法包括下列工艺：在n型半导体基片上形成含有锌及硒的活性层工艺；在活性层上按顺序形成P型第一接触层和以杂质浓度为1×1018cm-3以上高浓度注入氮原子的P型第二接触层的工艺；在第二接触层上集成导体膜之后，将该导体膜的焊接点形成区掩蔽，对导体膜及第二接触层进行腐蚀，从而在形成由导体膜组成的岛形焊接点电极，同时以岛形形成第二接触层的工艺；在第一接触层的焊接点电极的边缘部与该焊接点电极接触，同时形成透过由活性层发出的光的欧姆电极的工艺；对半导体基片进行退火，通过使岛形第二接触层中含有的氮原子由该岛形的第二接触层有选择地向半导体基片的侧区扩散，在岛形的第二接触层与活性层之间的焊接点电极的下方区形成高电阻区的工艺。
根据第一发光二极管装置的制造方法，位于岛形第二接触层下的半导体层若是含有Zn及Se的化合物半导体层，则该化合物半导体层的焊接点电极下方区成为高电阻区。所以，在焊接点电极的下方区形成高电阻区，在接触层的焊接点电极的边缘部形成欧姆电极，因而，在焊接点电极下面没有电流流动，而在该焊接点电极下方的边缘部有电流流动，从而在活性层焊接点电极下方区可抑制注入载流子。这样，就减少了由活性层焊接点电极下方区发出的光，并且增加了由该焊接点电极下方区的边缘部发出的光，因此提高了外部量子效率。还有，由于至第二接触层之前的晶体生长工艺是不间断地一贯进行的，所以对活性层无损伤，同时与数次进行晶体生长工艺相比，提高了生产率。
本发明的第二发光二极管装置的制造方法包括下列工艺：在第一导电型半导体的基片上形成含有锌及硒的活性层的工艺；在活性层上形成由含有锌的化合物半导体所组成的第二导电型接触层的工艺；通过对接触层的焊接点形成区照射等离子化的氧原子，在焊接点形成区形成由锌氧化了的氧化锌组成的绝缘氧化膜的工艺；在接触层及绝缘氧化膜上集成导体膜之后，通过对该导体膜焊接点形成区掩蔽，对所述导体膜腐蚀，形成由导体膜组成的岛形焊接点电极的工艺；在接触层的焊接电极的边缘部分进行与该焊接点电极接触，同时形成透过由活性层发出的光的欧姆电极的工艺。
根据第二发光二极管装置的制造方法，在焊接点电极下方区形成绝缘区，在接触层中的焊接点电极的边缘部形成欧姆电极，因此在焊接点电极的下面没有电流流动，而在该焊接点电极下方的边缘部有电流流动。因此，减少了由活性层焊接点电极下方区发出的光，并增加了由该活性层电极下方区发出的光，并增加了由该活性层电极下方区的边缘部发出的光，从而提高了外部量子效率。还有，因为形成成为电流块层的绝缘氧化膜，是使用等离子氧化法进行的，等离子氧化可在较低温度下形成绝缘氧化膜，因而对晶体生长层无热损伤。还有，由于对至接触层之前的晶体生长工艺是不间断地一贯进行的，所以对活性层不会给予热损伤，同时提高了生产率。
本发明的第三发光二极管装置的制造方法包括下列工艺：在第一导电型的半导体基片上形成活性层的工艺；在活性层上形成第二导电型接触层的工艺；通过对接触层的焊接点形成区照射等离子化的惰性气体，在焊接点形成区形成含有晶格缺陷的导入层的工艺；在接触层及晶格缺陷导入层上集成导体膜之后，通过对该导体膜的焊接点形成区掩蔽，对导体膜进行腐蚀，形成由导体膜组成的岛形焊接点电极的工艺；在接触层的焊接点电极的边缘部，进行与焊接点电极接触，同时形成透过由该活性层发出的光的欧姆电极的工艺。
根据第三发光二极管装置的制造方法，在焊接点形成区形成由含有晶格缺陷的晶格缺陷导入层组成的高电阻区，在接触层中焊接点电极的边缘部形成欧姆电极，因此在焊接点电极的下面没有电流流动，而在该焊接点电极下方的边缘部有电流流动。因此，减少了由活性层中焊接点电极下方区发出的光，并增加由该焊接电极下方区的边缘部发出的光。还有，由于照射等离子化的惰性气体形成成为电流块层的晶格缺陷导入层，使用等离子的掺杂质可在较低温度下进行，因此对晶体生长不会给予热的损伤。还有，由于对至接触层之前的晶体生长工艺不间断地一贯进行，所以对活性层不会给予热损伤，同时提高了生产率。
本发明的第四发光二极管装置的制造方法包括下列工艺：通过对第一导电型半导体基片上的焊接点形成区注入氢离子、硼离子或氧离子，在焊接点形成区形成高电阻区的工艺；在半导体基片上形成活性层的工艺；在活性层上形成第二导电型接触层的工艺；在接触层上集成导体膜之后，通过将该导体膜的焊接点形成区掩蔽，并对导体膜进行腐蚀，形成由导体膜组成的岛形焊接点电极的工艺；在接触层的焊接点电极的边缘部，进行与该焊接点电极接触，同时形成透过由活性层发出的光的欧姆电极的工艺。
根据第四发光二极管装置的制造方法，向焊接点形成区注入离子形成高电阻区，在接触层的焊接点电极的边缘部形成欧姆电极，因此在焊接点电极的下面没有电流流动，而在该焊接点电极的下方边缘部有电流流动。其结果，减少了由焊接点电极下方区发出的光，并增加了由该焊接点电极下方区边缘部发出的光，因此提高了外部量子效率。还有，由于只对基片形成成为电流块层的高电阻区，所以对晶体生长层无任何不良影响，而全晶体生长为一贯进行，所以也提高了生产率。
本发明人等对于使用由结晶性优良并内部量子效率高的Ⅱ-Ⅵ族组成的ZnSe系化合物半导体的短波长发光二极管装置的外部量子效率的理由，进行了各种研究，其结果发现了如下理由。
即是说，外部量子效率的第一理由为，在如图8所示的量子阱活性层106中的焊接点113的下面区所的发的光几乎都被焊接点113吸收了，在装置的外部不能取出。透过发光的P侧欧姆电极112在接触层111上全面形成，该欧姆电极112为使由器件内部发出的光透过，其膜的厚度要小，约为数十nm，所以片的电阻增大，电流难于扩展变宽。因此，在活性层106的焊接点113的下面及其附近多发生发光现象。这种由于焊接点113而形成的发光损失也适用于GaN系发光二极管。
第二个理由为基片101吸收所发的光。量子阱活性层106所发生的光向沿基片101表面与背面方向同样放出。虽然向基片101的表面一侧发的光可向外部取出，但是向背面一侧发的光则被基片101吸收而不能用了。顺便提一下，在GaN系发光二极管中，通常在基片上使用透过发光的兰宝石基片，所以没有问题。
由上述可看出，本装置构成为，在形成电流块层时，在基片上通过一次工序使晶体生长层生长之后，在焊接点形成用焊接点电极的下面有选择地设置肖特基势叠和高电阻区。
以下对本发明中的附图作简要说明。
图1为本发明中实施例1 ZnSe系发光二极管装置构成剖视图。
图2为本发明中实施例1的变形例GaN系发光二极管装置构成剖视图。
图3为本发明中实施例2 ZnSe系发光二极管装置构成剖视图。
图4(a)-图4(c)为本发明中实施例2 ZnSe系发光二极管装置制造方法工艺顺序剖视图。
图5为本发明中实施例3 ZnSe系发光二极管装置构成剖视图。
图6为本发明中实施例3的变形例ZnSe系发光二极管装置构成剖视图。
图7为本发明中实施例4 ZnSe系发光二极管装置构成剖视图。
图8为已有的ZnSe系发光二极管装置构成剖视图。
图9为已有的AlGa1nP系发光二极管装置构成剖视图。
实施例1
以下参照附图说明本发明实施例1。
图1示出本发明实施例1 ZnSe系发光二极管装置的剖面构成。如图1所示，这种构成包括：在由n型GaAs组成的基片11上，缓冲与该基片11的晶格不匹配的由n型GaAs组成的第一缓冲层12；由n型ZnSe组成，缓冲与GaAs晶体和ZnSe晶体的晶格不匹配的第二缓冲层13；由n型ZnSSe与n型ZnMgSSe交替集成并具有黑发射器(DBR:distributed bragg-reflecfor)结构的反射层14；由n型ZrMgSSe组成，对后述的活性层形成势叠并效率良好地向该活性层注入n型载流子的第一覆盖层15；由非掺杂ZnSSe组成，提高活性层晶体质量，同时效率良好地注入n型载流子的第一隔离层16；由Zn1-xCdxSe组成。注入的n型及P型的少数载流子相互再结合而发光的量子阱活性层17；由非掺杂ZnSSe组成，效率良好地注入P型载流子的第二隔离层18；由P型ZnMgSSe组成，对活性层17形成势叠并向该活性层17效率良好地注入P型载流子的第二覆盖层19；由P型ZnSSe组成，分阶段连接第二覆盖层19与后述的接触层之间的价带能级的半导体层20；P型ZnSe与P型ZnTe相互集成，分阶段地连接半导体层20与接触层之间价带能级的超晶格层21；由P型ZnTe组成，并与电极进行欧姆接触的接触层22。所述装置是按照上各层顺序经过集成而形成的。
反射层14的各层分别与基片11进行晶格匹配，其晶格常数设定为实效的发光波长四分之一大小。例如，在使用带隙能量为2.85eV的n型ZnMgSSe晶体时，若设20周期的反射层14，则可得到约70％的反射率。倘若加大所述带隙能量，或增加周期，则可进一步增加反射率。
在接触层22的上面设置有对P型ZnTe组成的该接触层22可得到势叠为0.3eV以上较大肖特势叠的由Al组成的、膜厚度具有数百nm的焊接点形成用点形(岛形)的肖特基电极23。尤其，在含有肖特基电极23的接触层22的上面，全面地由Pd及Au组成，并以发光透过的方式形成膜厚度为50nm以下的欧姆电极24，在与基板11的晶体生长面对边的面上，形成由Ni/AuGe/Au组成的n侧欧姆电极25。
以下说明如上所述构成的发光二极管装置的工作。
如成为正向偏压那样，使n侧欧姆电极25接地，对P侧欧姆电极24加给定工作电压，则向量子阱活性层17由P型半导体层一侧注入空穴，同时由n型半导体导体层一侧注入电子，再结合时的能量作为发出的光由量子阱活性层17放出。
这样，根据本实施例，肖特基电极23由于厚度为数百nm，是大的，所以将由Au等组成的引线作为焊接用的焊接点起功能作用。但是，在与接触层22进行肖特基接触，是高接触电阻，不是通常的发光二极管那样的欧姆电极。还有，P侧欧姆电极24，为了在量子阱活性层17中能透过电子与空穴再结合所产生的发光，则以50nm以下的厚度形成。
因此，虽然在量子阱活性层17的肖特基电极23下方区几乎没有注入空穴电流，但可从P侧欧姆电极24注入。其结果，由于在量子阱活性层17的肖特基电极23的下方区的边缘部发光，所以所发的光不会被肖特基电极23所吸收，因此可从装置的上面效率良好地取出所发的光。
再有，由于在基片11与量子阱活性层17之间设置有DBR结构的反射层14，所以由量子阱活性层17向基片11方向放出的发光中，其大部分由反射层14所反射，从而可从装置的上侧取出大部分发光，进一步提高了效率。
这样，将成为焊接点的焊接点电极作成具有肖特基势叠的肖特基电极23，同时设置反射层14，以便反射基片11所吸收的光并在基片11上方取出，这样，就不需要多次地进行晶体生长工艺，并且在波长500nm附近，最终可容易而可靠地得到20％以上的外部量子效率。
还有，肖特基电极使用了Al，但不局限于Al，还可使用能实现0.3eV以上的肖特基势叠的Zn或Ti。
 实施例1的变形例
以下参照附图说明本发明实施例1的变形例。
图2示出实施例1的变形侧GaN系发光二极管装置的剖面构成。如图2所示，在由面方位(0001)兰宝石组成的基片31上按顺序形成：由AlN组成，缓冲与兰宝晶体与GaN晶体的晶格不匹配的缓冲层32；由n型GaN组成，在上面的一部分形成发光器件部分，同时在上面的另一部分形成电极部分并确保电流通路的半导体层33。在半导体层33的电极部分，形成由Ti/Al组成的n侧欧姆电极34，在发光器件部分按顺序形成下列各层：由n型AlGaN组成，对活性层形成势叠并效率良好地注入电子的第一覆盖层35；由InGaN组成，注入的电子及空穴相互结合而发光的量子阱活性层36；对活性层36形成势叠并向该活性层36效率良好地注入空穴的第二覆盖层37；由P型GaN组成，并与电极接触的接触层38。在接触层38的上面设置有肖特基电极39，该电极具有对由P型GaN组成的半导体层可得到势叠0.3eV以上的肖特基势叠的Al组成、厚度为数百nm的焊接点形成用的点形状。还有，在含有肖特基电极39的接触层38的上面，形成全面地由Ni/Au组成并可透过光的、膜厚度为50nm以下的P侧欧姆电极40。
这样，根据本变形例，使用在与接触层38接触的焊接点形成用的焊接点电极上具有0.3eV以上的势叠的肖特基电极39，同时在接触层38上含有肖特基电极39全面地设有P侧欧姆电极40，因此在最子阱活性层36的肖特基电极39的下方区几乎没有注入空穴电流，而从肖特基电极39的边缘部形成的P侧欧姆电极40注入空穴电流。其结果，由于在量子阱活性层36的肖特基电极39的下方区的边缘部分发光，所以肖特基电极39不吸收发光，从而可高效率地从装置的上面取出所发的光。
还有，如前所述，本装置由于基片31使用兰宝石，所以由于量子阱活性层36向基片方向放出的光由于兰宝石与空气的光折射率的差，在兰宝石的端面折射并反射至P侧欧姆电极40一侧，因而不需要设反射层。
实施例2
以下参照附图说明本发明实施例2。
图3示出本发明实施例2 ZnSe系发光二极管装置的剖面构成。如图3所示，该构成是按顺序将下列各层集成而形成的，这些层包括：在由n型GaAs组成的基片11上，由缓冲与该基片11的晶格不匹配的n型GaAs组成的第一缓冲层12；由n型ZnSe组成，缓冲与GaAs晶体与ZnSe晶体的晶格不匹配的第二缓冲层13；由n型ZnMgSSe组成，对后述的活性层形成势叠并向活性层效率良好地注入n型载流子的第一覆盖层15；由非掺杂ZnSSe组成，提高活性层的晶体质量，同时效率良好地注入n型载流子的第一隔离层16；由Zn1-xCdxSe组成；注入的n型及P型的少数载流子相互再结合而发光的量子阱活性层17；由非掺杂ZnSSe组成，效率良好地注入P型载流子的第二隔离层18；由P型ZnMgSSe组成，对活性层17形成势叠并向该活性层17效率良好地注入P型载流子的第二覆盖层19；由P型ZnSSe组成，并分阶段地连接第二覆盖层19与后述的第一接触层之间价带能级的半导体层20；P型ZnSe与P型ZnTe交替集成并分阶段地连接半导体层20与第一接触层之间价带能级的超晶格层21；使成为空穴的杂质浓度为5×1018cm-3以下由N原子掺杂的P型ZnTe组成，并与电极进行欧姆接触的第一接触层22；使成为空穴的杂质浓度达到高浓度的5×1O18cm-3以上，由N原子掺杂的P型ZnTe组成并具有与焊接点电极横向形状相同的第二接触层41A。
在第二接触层41A的上面，设置有由与该第二接触层41A可进行欧姆接触的Au组成，并具有膜厚度为数百nm的焊接点形成用的点状的焊接点电极42A。还有，在含有焊接点电极42的第一接触电极22的上面，形成全面地由Pd及Au组成，透过发光，膜厚度为50nm以下的P侧欧姆电极24。在与基片11的晶体生长面对边面上形成由Ni/AuGe/Au组成的n侧欧姆电极25。
作为本实施例的特征是，在超晶格层21及半导体层20上部焊接点电极42A的下方区，形成从第二接触层41A开始，在N原子1×1018cm-3以上的高浓度下扩散为电流块层的高电阻区43。
以下根据附图说明本发明实施例发光二极管装置的制造方法，尤其是高电阻区43的制造方法。这里，作为ZnSe系化合物半导体的掺杂剂，在P型中使用N原子，在n型中使用Cl原子。
首先，如图4(a)所示，例如使用MBE法在基片11上由第一缓冲层12开始，到第二接触形成层41B为止按顺序进行晶体生长后，使用真空蒸镀法在第二接触形成层41B上全面地集成由Au组成的导体膜42B。
其次，如图4(b)所示，通过将导体膜42B的焊接点形成区掩蔽，使第一接触层22露出，对导体膜42B及第二接触形成层41B进行腐蚀，形成与点形焊接点电极42A及该焊接点电极42A具有相同宽度的第二接触层41A。
其次，如图4(c)所示，用真空蒸镀法在含有焊接点电极42A的第一接触层22上面全面地按顺序集成由Pd及Au组成的导体膜，其膜厚度为50nm以下，形成P侧欧姆电极24，同时，在与基片11的晶体生长面对边的面上，按顺序集成由Ni/AuGe/Au组成的导体膜，形成n侧欧姆电极25。
再其次，对于分别形成有焊接点电极42A、P侧欧姆电极24及n侧欧姆电极25的基片11进行200-250℃的退火，这样就可以在第一接触层22与P侧欧姆电极24之间的界面以及基片11与n侧欧姆电极25的界面得到低电阻的欧姆接触。另一方面，由于第二接触层41A杂质浓度为5×1018 cm-3以上，以过剩的程度而高浓度地掺杂N原子，所以过剩掺杂的N原子通过向基片11方向，即超晶格层21及半导体层20上部的的焊接点电极42A的下方区进行热扩散，形成如图3所示的高电阻区43。
另外，如所周知，成为1×1018 cm-3以上的高浓度的N原子通过向掺杂N原子的P型ZnSe系化合物半导体，例如P型的ZnSe或ZnSSe等扩散，可使这些化合物半导体高电阻化。
以下说明如上所述的发光二极管装置的工作。
如成为正向偏压那样，使n侧欧姆电极25接地，对P侧欧姆电极24施加给定工作电压，则向量子阱活性层17上由P型半导体层一侧注入空穴，同时由n型半导体层一侧注入电子，再结合时的能量由量子阱活性层17以发光的形式放射出。
此时，P侧欧姆电极24由于膜的厚度可透过发光，所以可从P侧欧姆电极24的焊接点电极42的边缘部，在装置的外部取出该发光。
还有，在焊接点电极42A与量子阱活性层17之间，设置有N原子向由ZnSe系组成的半导体层扩散的高电阻区43，所以在量子阱活性层17的焊接点电极42A的下方区几乎不注入空穴电流，因而在该区可抑制发光现象。其结果，没有由焊接点电极42A吸收的无效空穴电流的流动，从而提高了外部量子效率。
这样，在本装置中，通过在焊接点电极42A与量子阱活性层17之间设置自己匹配形成的高电阻区域43，就不需进行多次晶体生长的工艺，并在波长500nm附近可容易而可靠地得到10％以上的外部量子效率。
还有，如实施例1所示，若在第二缓冲层13与第一覆盖层15之间设置DBR结构的反射层，则会进一步提高外部电子效率。
实施例3
以下参照附图说明本发明实施例3。
图5示出本发明实施例3 ZnSe系发光二极管装置的剖面构成。如图5所示，该构成是按顺序将下列各层集成而形成的，所述的各层包括：在由n型GaAs组成的基片11上，缓冲与该基片11的晶格不匹配的由n型GaAs组成的第一缓冲层12；由n型ZnSe组成，缓冲与GaAs晶体和ZnSe晶体的晶格不匹配的第二缓冲层13；由n型ZnMgSSe组成，对后述的活性层形成势叠并向活性层效率良好地注入n型载流子的第一覆盖层15；由非掺杂ZnSSe组成，提高活性层的晶体质量，同时效率良好地注入n型载流子的第一隔离层16；由Zn1-xCdxSe组成，注入的n型及P型的少数载流子相互再结合而发光的量子阱活性层17；由非掺杂ZnSSe组成，效率良好地注入P型载流子的第二隔离层18；由P型ZnMgSSe组成，对活性层17形成势叠并向该活性层17效率良好地注入P型载流子的第二覆盖层19；由P型ZnSSe组成，并分阶段地连接第二覆盖层19与后述的第一接触层之间价带能级的半导体层20；P型ZnSe与P型ZnTe交替集成，并分阶段地连接半导体层20与接触层之间价带能级的超晶格层21；由P型ZnTe组成，并与电极进行欧姆接触的接触层22。
在接触层22的上面，设置有由可与该接触层22进行欧姆接触的Au组成，并具有膜厚度为数百nm的焊接点形成用的点状的焊接点电极42。还有，在含有焊接点电极42的第一接触层22的上面，形成全面地由Pd及Au组成，可透过发光，膜厚度为50nm以下的P侧欧姆电极24。在与基片11的晶体生长面对边面上，形成由Ni/AuGe/Au组成的n侧欧姆电极25。
作为本实施例的特征是，特别是在接触层22的焊接点电极42的下方区，形成有作为电流块层的ZnO组成的绝缘氧化膜44。
以下说明本发明实施例发光二极管装置的制造方法，特别是绝缘氧化膜44的制造方法。
首先，例如使用MBE法，在基片11上从第一缓冲层12开始，到接触层22为止按顺序进行晶体生长之后，对接触层22的焊接点形成区，如在O2分压为20mTorr、RF输出为100W的条件下进行十分钟左右的等离子照射，则在接触层22的焊接点形成区形成膜厚度为100nm左右的由ZnO组成的绝缘氧化膜44。由于ZnO为Ⅱ-Ⅵ族化合物，所以非常稳定。
其次，使用真空蒸镀法等在接触层22上合面地集成由Au组成的导体膜之后，通过对该导体膜上焊接点形成区掩蔽，露出接触层22，对导体膜进行腐蚀，形成点形的焊接点电极42。此后，使用真空蒸镀法等在含有焊接点电极42的接触层22的上面全面地按顺序集成由Pd及Au组成的导体膜，其膜厚度为50nm以下，形成P侧的欧姆电极24，同时在与基片11的晶体生长面的对边面上按顺序集成由Ni/AuGe/Au组成的导体膜，形成n侧欧姆电极25。
其次，对在分别形成有焊接点电极42、P侧欧姆电极24以及n侧欧姆电极25的基片11，在温度200-250℃的条件下进行退火，可在接触层22与P侧欧姆电极24及焊接点电极42的界面，以及基片11与n侧欧姆电极25的界面上得到低电阻的欧姆接触。
以下说明上述构成的发光二极管装置的工作。
如成为正向偏压那样，使n侧欧姆电极25接地，对P侧欧姆电极24施加给定工作电压，则可从P型半导体层一侧向量子阱活性层17注入空穴，同时由n型半导体层一侧注入电子，再结合时的能量由量子阱活性层17以发光的形式放射出。
此时，P侧欧姆电极24由于具有透过发光的膜厚度，所以可从P侧欧姆电极24的焊接点电极42的边缘部，在装置的外部取出该发出的光。
还有，在焊接点电极42与量子阱活性层17之间设置构成接触层22的Zn为等离子氧化的绝缘氧化膜44，因为在焊接点电极42与量子阱活性层17之间没有空穴电流流动。所以在量子阱活性层17的焊接点电流42的下方区几乎没注入空穴电流，因而在该区可抑制发光现象。其结果，由于没有为焊接点电极42吸收的无效空穴电流流动，所以提高了外部量子效率。
还有，由于使用等离子氧化法，所以可在较低温度下形成绝缘氧化膜44，从而不会给予量子阱活层17以热的损伤。
这样，在本装置中，通过在焊接点电极42与最子阱活性层17之间设置绝缘氧化膜44，不采用多次晶体生长工艺，可在波长500nm附近得到10％以上的外部量子效率。
再有，如实施例1所示，若在第二缓冲层13与第一覆盖数层15之间设置DBR结构的反射层，则会进一步提高外部电子效率。
此外，在本实施例中，将基片11侧作为n型，焊接点电极42侧作为P型。这样，在电阻率比n型半导体层还小的P型半导体层一侧设置由绝缘氧化膜44组成的电流块层时，工作电流在基片面上就难于沿平行方向扩展，因此提高了掩蔽效果。
然而，在发光二极管装置的情况下，不要求象半导体激光装置那样的严密程度，因此即使相互转换各半导体层的导电型，也无损其效果。
实施例3的变形例
以下参照附图说明本发明实施例3的变形例。
图6示出了实施例3的变形例ZnSe系发光二极管装置的剖面构成。在图6中，凡对与图5中所示的构成材料相同的构成材料均加相同符号，故说明从略。在实施例3中使用照射O2等离子的等离子氧化法，在焊接点电极42与量子阱活性层17之间形成了成为电流块层的绝缘氧化膜44。但是，在本变形例中，对接触层22的焊接点形成区，使用照射惰性气体Ar气体的等离子照射法，在焊接点电极42与量子阱活性层17之间形成作为电流块层的晶格缺陷导入层45。
晶格缺陷导入层45由于等离子化的Ar原子作用而消灭了空穴，空穴浓度降低到1×1016cm-3以下，因此在量子阱活性层17的焊接点电极42的下方区可抑制空穴电流的注入。所以在本装置中，通过在焊接点电极42与量子阱活性层17之间设置晶格缺陷导入层45，不用进行多次晶体生长工艺，可在波长500nm附近容易得到10％以上的外部量子效率。
再有，如实施例1所示，若在第二缓冲层13与第一覆盖数层15之间设置DBR结构的反射层，则会进一步提高外部电子效率。
还有，即使在本变形例中，虽然是将基片11侧作为n型，而焊接点电极42侧作为P型，但是，也可以象以前所述那样，相互转换各半导体层的导电型。
实施例4
以下参照附图说明本发明实施例4。
图7示出本发明实施例4 ZnSe系发光二极管装置的剖面构成。如图7所示，在由P型GaAs组成的基片51的上面的焊接点形成区，形成如注入H+离子(质子)的高电阻区51a。
本装置的剖面构成是按顺序集成而形成的，其中各层包括：在形成所述高电阻区51a的基片51上，使用MBE法，缓冲与该基片51的晶格不匹配的、由P型GaAs晶体组成的第一缓冲层52；由P型ZnSe组成，并缓冲与GaAs晶体和ZnSe晶体的晶格不匹配的第二缓冲层53；由P型ZnMgSSe组成，对后述的活性层形成势叠，并向活性层效率良好地注入P型载流子的第一覆盖层54；由非掺杂ZnSSe组成，并提高活性层的晶体质量，同时效率良好地注入P型载流子的第一隔离层55；由Zn1-xCdxSe组成，注入的n型及P型的少数载流子相互再结合而发光的量子阱活性层56；由非掺杂ZnSSe组成，效率良好地注入n型载流子的第二隔离层57；由n型ZnMgSSe组成，对活性层56形成势叠，并向该活性层56效率良好地注入n型载流子的第二覆盖层58；由n型ZnSSe组成并与电极进行欧姆接触的接触层59。
在接触层59的上面，设置有由可与该接触层59进行欧姆接触的Au组成，并具有膜厚度为数百nm的焊接点形成用的点形的焊接点电极60。还有，在含有焊接点电极60的接触电极59的上面，全面地形成地由Ti及Au组成，可透过发光，膜厚度为50nm以下的n侧欧姆电极61。在与基片51的晶体生长面对边面上，形成由AuZn/Au组成的P侧欧姆电极62。
以下说明上述构成的发光二极管装置的工作。
如成为正向偏压那样，使n侧欧姆电极61接地，对P侧欧姆电极62施加给定工作电压，则向量子阱活性层56由P型半导体层一侧注入空穴，同时由n型半导体层一侧注入电子，从而，再结合时的能量可从量子阱活性层56以发光的形式放射出。
此时，n侧欧姆电极61由于具有可透过发光的膜厚度，所以可从n侧欧姆电极61的焊接点电极60的边缘部在装置的外部取出该发出的光。
还有，由于在基片51的上部的焊接点电极60的下方区设置有注入质子的高电阻区51a，所以在量子阱活性区56的高电阻区51a的上方区没有空穴电流流动，因此在量子阱活性层56的焊接点电极60的下方区几乎没有注入空穴电流，从而在这一区可抑制发光现象。其结果，没有为焊接点电极60所吸收的无效空穴电流的流动，所以提高了外部量子效率。
这样，在本装置中，通过在焊接点电极60与最子阱活性层56之间设置高电阻区51a，则可不进行多次的晶体生长工艺，即可在波长500nm附近容易而且可靠地得到10％以上的外部量子效率。
还有，作为形成基片51的高电阻区51a的离子虽然使用了H+离子，但并不局限于此种离子，也可以使用B+离子或O-2离子。
还有，如实施例1所示，若在第二缓冲层53与第一覆盖层54之间设置DBR结构的反射层，则会进一步提高外部量子效率。
还有，在本变形例中，将设有作为电流块层的高电阻区51a的基片51侧作为P型，而焊接点电极60侧作为n型。但是也可相互替换各半导层的导电型。
还有，在由Ⅲ-Ⅴ族组成的GaN系发光二极管装置的情况下，若在基片上使用SiC，则可形成与本实施例相同的、成为电流块层的高电阻区。

Claims (16)

1．一种发光二极管装置，其特征是包括：在n型半导体基片上形成的活性层；在所述活性层上形成的P型接触层；在所述的接触层上有选择地形成并与所述接触层进行肖特基接触的焊接点用的肖特基电极；在所述接触层上的所述肖特基电极的边缘部与所述肖特基电极进行电连接形成，并透过由所述活性层发出的光的欧姆电极。
2．根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征是所述肖特基电极与所述接触层之层的肖特基势叠的大小为0.3eV以上。
3．根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征是所述肖特基电极由含有铝、锌或铊的导体膜组成。
4．根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征是还包括在所述半导体基片与所述活性层之间形成，并具有黑反射器结构的反射层。
5．一种发光二极管装置，其特征是包括：在第一导电型半导体基片上形成的活性层；在所述活性层上形成的第二导电型接触层；在所述接触层上有选择地形成的焊接点用的焊接点电极；在所述接触层上的所述焊接点电极的边缘部分与所述焊接点电极进行电连接形成，并透过由所述活性层发出的光的欧姆电极；在所述焊接点电极的下方所形成的高电阻区。
6．根据权利要求5所述的发光二极管装置，其特征是所述第一导电型为n型；所述第二导电型为P型；所述高电阻区为所述活性层与所述接触层之间形成，由氮原子为1×1018cm-3以上掺杂的、含有锌与硒的P型半导体层所组成。
7．根据权利要求5所述的发光二极管装置，其特征是所述高电阻区由在所述活性层上方所形成的绝缘氧化膜组成。
8．根据权利要求7所述的发光二极管装置，其特征是所述绝缘氧化膜由氧化锌组成。
9．根据权利要求5所述的发光二极管装置，其特征是所述高电阻区由在所述活性层上方形成的晶格缺陷导入层组成。
10．根据权利要求5所述的发光二极管装置，其特征是所述高电阻区在所述半导体基片上形成。
11．根据权利要求5所述的发光二极管装置，其特征是还包括在所述半导体基片与所述活性层之间形成，并具有黑反射器结构的反射层。
12．一种发光二极管装置，其特征是包括：在第一导型的半导体基片上形成，并具有黑反射器结构的反射层；在所述反射层上形成的活性层；在所述活性层上形成的第二导电型的接触层；在所述接触层上有选择地形成的焊接点用的焊接点电极；在所述接触层上的所述焊接点电极的边缘部分与所述焊接点电极进行电连接形成，并透过由所述活性层发出的光的欧姆电极。
13．一种发光二极管装置的制造方法，其特征是包括下列工艺：在n型半导体基片上形成含有锌及硒的活性层的工艺；在所述活性层上按顺序形成P型第一接触层和掺杂有杂质浓度为1×1018cm-3以上的高浓度氮原子的P型第二接触层的工艺；在所述第二接触层上集成导体膜之后，将该导体膜的焊接点形成区掩蔽，对所述半导体膜及第二接触层进行腐蚀，从而在形成由所述导体膜组成的岛形焊接点电极，同时以岛形形成所述第二接触层的工艺；在所述第一接触层的所述焊接点电极的边缘部，与该焊接点电极接触，同时形成透过由所述活性层发出的光的欧姆电极的工艺；对所述半导体基片进行退火，通过使所述岛形第二接触层中含有的氮原子由该岛形第二接触层有选择地向所述半导体基片的侧区扩散，在所述岛形的第二连接层与所述活性层之间的所述焊接点电极的下方区形成高电阻区的工艺。
14．一种发光二极管装置的制造方法，其特征是包括下列工艺：在第一导电型半导体基片上形成含有锌及硒的活性层的工艺；在所述活性层上形成由含有锌半导体所组成的第二导电型接触的工艺；通过对所述接触层的焊接点形成区照射等离子化的氧化的氧原子，在所述焊接点形成区形成由所述锌氧化了的氧化锌组成的绝缘氧化膜的工艺；在所述接触层及绝缘氧化膜上集成导体膜之后，通过对该导体膜焊接点形成区掩蔽，对所述导体膜腐蚀，形成由所述导体膜组成的岛形焊接点电极的工艺；在所述接触层的所述焊接点电极的边缘部分，进行与该焊接点电极接触，同时形成透过由所述活性层发出的光的欧姆电极的工艺。
15．一种发光二极管装置的制造方法，其特征是包括下列工艺：在第一导电型半导体基片上形成活性层的工艺；在所述活性层上形成第二导电型接触层的工艺；通过对所述接触层的焊接点形成区照射等离子化的惰性气体，在所述焊接点形成区形成含有晶格缺陷的晶格缺陷导入层的工艺；在所述接触层及晶格缺陷导入层上集成导体膜之后，通过对该导体膜焊接点形成区掩蔽，对所述导体膜腐蚀，形成由所述导体膜组成的岛形焊接点电极的工艺；在所述接触层的所述焊接点电极的边缘部，进行与该焊接点电极接触，同时形成透过由所述活性层发出的光的欧姆电极的工艺。
16．一种发光二极管装置的制造方法，其特征是包括下列工艺：通过对第一导电型半导体基片上的焊接点形成区注入氢离子、硼离子或氧离子，在所述焊接点形成区形成高电阻区的工艺；在所述半导体基片板上形成活性层的工艺；在所述活性层上形成第二导电型接触层的工艺；在所述接触层上集成导体膜之后，通过将该导体膜的焊接点形成区掩膜，对所述导体膜腐蚀，形成由所述导体膜组成的岛形焊接点电极的工艺；在所述接触层的焊接点电极的边缘部，进行与该焊接点电极接触，同时形成透过由所述活性层发出的光的欧姆电极的工艺。
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