CN1245979A - 半导体发光二极管 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管,包括:半导体基底;分层结构,该分层结构由AlGaInP型化合物半导体材料制成并设在该半导体基底上。分层结构包括:发光结构,包含一对覆层和该两覆层之间的发光的活性层;与该发光结构晶格失配的电流扩散层,由下式确定的电流扩散层相对于该发光结构晶格失配度Δa/a为1%或更小：Δa/a=(ad-ae)/ae,ad是电流扩散层晶格常数,ae是发光结构晶格常数。它具有高亮度低阻抗,对于发光结构的发光波长透明,在高温高湿条件下发光特性不变差。
Description
本发明涉及一种半导体发光二极管，更具体地，涉及一种具有电流扩散层的半导体发光二极管。
由于AlGaInP型材料在不含氮化物的III-V族化合物半导体材料中其直接迁移型的带隙最大，将AlGaInP型材料用作为发出波长在550-650nm范围的光的发光元件的材料已受到人们关注。具体地，有一种pn结型发光二极管，它与具有由诸如Gap或AlGaAs的材料制成的发光结构的发光二极管相比，能在对应于红到绿光的波长范围以更高的亮度发光。这种发光二极管中，与GaAs晶格匹配(lattice-matching)的AlGaInP型材料制成的发光结构(包括活性层的分层结构)生长在GaAs基底上。
为了形成高亮度的发光二极管，重要的是增强发光效率以及进到发光结构中的电流注入效率，并使光从器件中高效率发出。
以下结合附图描述具有由AlGaInP型材料制成的发光结构的传统发光二极管。图8是这样的一个发光二极管200的剖面图。
如图8中所示，发光二极管200具有这样的的结构，其中在n型GaAs基底61上，相继按层设有n型GaAs缓冲层62，由AlGaInP型材料制成的发光结构69，和p型AlxGa1-xAs电流扩散层66。发光结构69包括n型AlGaInP覆层63，p型AlGaInP覆层65，和夹在覆层63和65之间的AlGaInP活性层64。p型电极68设在AlxGa1-xAs电流扩散层66的上表面上，而n型电极67设在基底61的底表面上。
由于以下所述的原因，在这样一种发光二极管200中，p型AlxGa1-xAs层通常用作电流扩散层66。
p型AlxGa1-xAs层对于可由(AlxGa1-x)yIn1-yP型半导体材料制成的发光结构69所发出的波长范围在550-650nm的光透明，从而有利于获得较高的发光效率。进一步，p型AlxGa1-xAs层具有低阻抗，这使得在其用作电流扩散层66时，容易获得与p型电极68的电阻性接触。另外，与(AlxGa1-x)yIn1-yP型半导体材料相比，容易生长包括高品质晶体的p型AlxGa1-xAs层。因此，在生长出由(AlxGa1-x)yIn1-yP型制成的双异质层(DH层)，即发光结构69之后，P型AlxGa1-xAs层可以相对容易生长。
对于用作电流扩散层66的材料，以下对传统AlxGa1-xAs型材料和(AlxGa1-x)yIn1-yP型材料进行比较。在本说明书中，术语“Al摩尔比”指Al相对Ga的摩尔比x(即x＝Al/(Al+Ga))。术语“In摩尔比”指In相对Al和Ga的摩尔比1-y(即1-y＝In/(Al+Ga+In))。另外，“(AlxGa1-x)yIn1-yP”和“AlxGa1-xAs”的组份可分别简称为“AlGaInP”和AlGaAs”。
图9的图形示出了和GaAs基底晶格匹配的(AlxGa1-x)0.51In0.49P电流扩散层的阻抗与其Al摩尔比x之间的关系，以及和GaAs基底晶格匹配的AlxGa1-xAs电流扩散层的阻抗与其Al摩尔比x之间的关系。
从图9可知，AlxGa1-xAs电流扩散层在例如Al摩尔比x为0.8时，表现的阻抗为约0.06Ωcm。因此，即使在高Al摩尔比x的情况，也可获得低阻抗。
相反，(AlxGa1-x)0.51In0.49P电流扩散层在Al摩尔比x在0-0.8范围时，表现的阻抗为约0.15至约3Ωcm。这些阻抗值比用AlxGa1-xAs层可获得的值要大一个数量级。即使Al摩尔比减小，其阻抗仍比AlxGa1-xAs层的阻抗高出50倍。因此，由于不能获得低阻抗，(AlxGa1-x)0.51In0.49P电流扩散层不如AlxGa1-xAs电流扩散层好。
还有，为了让从发光结构69发出的550-650nm波长的光能经(AlxGa1-x)0.51In0.49P电流扩散层69透过，要求Al摩尔比x应配为0.50或更大。这种情况中，(AlxGa1-x)0.51In0.49P电流扩散层的阻抗与AlxGa1-xAs电流扩散层的阻抗相比，要高出两个数量级。
如阻抗高，则电流扩散层的电流扩散能力减小，并且电流不会在整个芯片上扩散。其结果是，紧挨在电极之下的发光结构部分发出的光成为主要的。从这一部分发出的光很可能被电极所阻挡，使得所发的光不太可能输出。因此，电流扩散层阻抗的增大引起发光效率降低。而且，电流扩散层阻抗的增大还引起工作电压增大。
因此，与GaAs晶格匹配的(AlxGa1-x)0.51In0.49P电流扩散层的阻抗比AlxGa1-xAs电流扩散层的阻抗更高，导致对最终发光二极管的工作特性产生不利影响。所以，在现有技术中通常采用AlxGa1-xAs层作为电流扩散层，而不用AlGaInP型层。
如上所述，就阻抗方面而言，AlxGa1-xAs层作为发光二极管的电流扩散层是足够了。为了使AlxGa1-xAs电流扩散层对波长在550-650nm的光透明，要求将其Al摩尔比x配为0.65或更大。但是，当Al摩尔比x变高时，AlxGa1-xAs层将呈现出潮解性。因此，在具有高Al摩尔比x的AlxGa1-xAs层的发光二极管工作于高温高湿度条件情况下，光强度很可能大幅度降低。
图10示出了芯片光强(即从半导体发光二极管芯片所得光强度)随时间的变化，其中该具有AlxGa1-xAs电流扩散层的发光二极管工作在温度为60℃，湿度为95％的条件下。在图10中，芯片光强的数据表示为相对值。
由图10可见，工作时间越变长，芯片光强减小。Al摩尔比越大，芯片光强更是大幅减小。
以下结合图11描述这种发光二极管的性能变差。图11示出了先前参考图8描述过的发光二极管200，但是处于性能变差的状况。用相同标号表示同样部件，这里不再详述。
如图11所示，当发光二极管200工作于高温高湿条件时，高Al摩尔比的AlGaAs电流扩散层66的表面易于吸收水分而潮解，从而在其表面上产生发黑部分66a。在电流扩散层66的表面上的这些发黑部分66a吸收从发光二极管200内发出的光线(由图11中的箭头表示)。因此，在采用高Al摩尔比的AlGaAs层作为电流扩散层的情况，难以提供长时间呈现稳定亮度的发光二极管。
如上所述，尽管在传统半导体发光二极管中由于可获得低阻抗的原因而通常采用AlGaAs层作为电流扩散层，AlGaAs层在高温高湿条件下并不可靠。另一方面，当采用能与通常使用的GaAs基底晶格匹配的(AlxGa1-x)0.51In0.49P层来代替AlGaAs层作为电流扩散层时，所得的电流扩散层会具有较高阻抗，从而不能获得足够的亮度。
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种具有高亮度和低阻抗的半导体发光二极管，它对于从发光二极管中的发光结构发光波长是透明的，并且即使在高温高湿条件下也不会产生发光特性变差的情况。
本发明的发光二极管包括：半导体基底和一分层结构，该分层结构由AlGaInP型化合物半导体材料制成并设在半导体基底上。该分层结构包括：发光结构，包含一对覆层和设在该两覆层之间的发光的活性层；和与发光结构晶格失配(lattice-mismatched)的电流扩散层，其中，由下式确定的电流扩散层相对于发光结构的晶格失配度Δa/a为1％或更小：
Δa/a＝(ad-ae)/ae
其中ad是电流扩散层的晶格常数，ae是发光结构的晶格常数。
半导体基底的晶体可以在[011]方向相对其(100)平面倾斜8°到20°。
最好是以这样的方式选择电流扩散层的组份，即使得电流扩散层对于从发光结构发出的光波长是透明的。
在一个实施例中，电流扩散层的组份表示为(AlxGa1-x)yIn1-yP，该组份中x设为0.01-0.05范围，1-y设为0.01-0.30范围。
在一个实施例中，电流扩散层的组份表示为(AlxGa1-x)yIn1-yP，并且该组份中x的值和1-y的值中的至少一个沿分层结构的厚度方向变化。
电流扩散层组份中的x和1-y值二者可以彼此独立地变化。
在一个实施例中，电流扩散层的组份表示为(AlxGa1-x)yIn1-yP，并且该组份中x的值和1-y的值中的至少一个沿分层结构的厚度方向从与发光结构的接合部朝向电流扩散层的相反一端以阶梯状方式减小。
电流扩散层组份中的x和1-y值二者可以彼此独立地变化。
在一个实施例中，电流扩散层的组份表示为(AlxGa1-x)yIn1-yP，并且该组份中x的值和1-y的值中的至少一个沿分层结构的厚度方向从与发光结构的接合部朝向电流扩散层的相反一端以阶梯状方式变化，从而控制厚度方向的电流扩散层的阻抗。
电流扩散层组份中的x和1-y值二者可以彼此独立地变化。
因此，本发明能够产生以下有益效果，即提供一种具有高亮度和低阻抗的半导体发光二极管，它对于从发光二极管中的发光结构发出波长为550-650nm的光是透明的，并且即使在高温高湿条件下也不会产生发光特性变差的情况。
本领域普通技术人员在阅读和理解以下结合附图的说明后能够了解本发明的上述和其它效果。
图1示出了各种AlGaInP型材料的晶格常数a和带隙Eg之间的关系；
图2示出了AlGaInP型材料的阻抗和Al摩尔比x之间的关系；
图3示出了AlGaInP型材料的阻抗和晶格失配之间的关系；
图4示出了本发明第一实施例中发光二极管的示意剖面图；
图5示出了本发明的发光二极管的芯片光强随经历时间的变化；
图6示出了本发明第二实施例中发光二极管的示意剖面图；
图7A(a)示出了第二实施例中渐变的(graded)(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层在不同厚度位置的Al摩尔比x的值；
图7A(b)示出了第二实施例中渐变的(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层在不同厚度位置的In摩尔比1-y的值；
图7B示出了第二实施例中渐变的(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层在不同厚度位置的阻抗的值；
图8示出了传统发光二极管的示意剖面图；
图9示出了均与GaAs基底晶格匹配的AlGaAs型和AlGaInP型电流扩散层二者的阻抗和Al摩尔比之间的关系；
图10示出了传统发光二极管的芯片光强随经历时间的变化；
图11示出了图8的传统发光二极管在性能变差情况下的剖面图。
与基底晶格匹配并且对于发光波长透明的((AlxGa1-x)yIn1-yP层(x＝0.50，1-y＝0.49)比AlxGa1-xAs层具有更高的阻抗。其原因之一是包含在AlGaInP层中的P(磷)族材料比包含在AlGaAs层中的As(砷)族材料具有更低的迁移率(mobility)，因此，AlGaInP的有效质量大。但是，其影响并不明显。更重要的原因是与基底晶格匹配的(AlxGa1-x)yIn1-yP层中的Al摩尔比x和In摩尔比1-y高(即x＝0.50，1-y＝0.49)。
具体地，如果(AlxGa1-x)yIn1-yP层的Al摩尔比x和In摩尔比1-y变高，则由于Al(铝)和In(铟)比Ga(镓)更可能氧化，AlGaInP层变得更可能吸纳氧。另外，与Ga相比，对Al和In难于获得更高的纯度。因此，当Al和In摩尔比变高时，(AlxGa1-x)yIn1-yP层将含有大量的杂质如氧和硅。结果，AlGaInP层的阻抗可能增大。
因此，为了减小AlGaInP层的阻抗，应减小其中的Al和In摩尔比。
但是，当(要用作电流扩散层的)AlGaInP层In摩尔比减小时，其晶格常数变化，使得AlGaInP电流扩散层变得与下层的发光结构结构失配。以下描述In摩尔比和晶格失配之间的关系。
这里，电流扩散层相对发光结构的晶格失配度(晶格失配比)Δa/a为1％或更小：
Δa/a＝(ad-ae)/ae
其中ad是电流扩散层的晶格常数，ae是发光结构的晶格常数。
作为例子，以下描述用GaAs基底的情况。
GaAs的晶格常数为约5.65。发光结构中一对覆层和设在其间的活性层相继形成在GaAs基底上，这些层与GaAs基底及彼此之间是晶格匹配的。因此，发光晶格结构的晶格常数等于GaAs基底的晶格常数。
图1示出了各种AlGaInP型材料的晶格常数A和带隙Eg之间的关系。
如图1所示，当AlGaInP型材料中In摩尔比减小(从而接近于图1中连接AlP和GaP的线)时，AlGaInP型材料的晶格常数逐渐变为小于GaAs基底的晶格常数(即发光结构的晶格常数)。
(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层的晶格常数由其In摩尔比1-y确定。在电流扩散层基本不包含In时，(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层和GaAs基底之间的晶格失配最大，表现为晶格失配为约-4％。已经发现这样大小的晶格失配对疏松材料(bulk material)的阻抗影响不大。
尽管上述说明是针对采用GaAs基底的情况，但用其它适当的基底，如GaP基底，InP基底等，也可以获得类似的效果。在对基底材料没有限制的情况下，(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层和基底之间的晶格失配随In摩尔比的变化最大可到约8％。但是，这样的晶格失配对疏松材料的阻抗将没有大的影响。
如上所述，尽管减小电流扩散层的构成材料的In摩尔比在(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层和下层的发光结构之间产生了晶格失配，但这对最终发光二极管的特性并无显著的不利影响。因此，通过减小(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩展层的In摩尔比来增加负相位上晶格失配的绝对值，可以减小(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层的阻抗。由此，通过减小(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层的In摩尔比和Al摩尔比，有意使得电流扩散层与发光结构晶格失配，可以将(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层的阻抗控制为与传统AlGaAs电流扩散层的阻抗在同一水平。因此，即使是用(AlxGa1-x)yIn1-yP层，也可能形成满意的电流扩散层。
图2示出了各种AlGaInP型材料中Al和In摩尔比减小情况下的阻抗数据。
从图2可见，通过减小其Al和In摩尔比，可以显著减小(AlxGa1-x)yIn1-yP层的阻抗。具体来说，Al摩尔比x为0.05和In摩尔比1-y为0.05的(AlxGa1-x)yIn1-yP层表现的阻抗与AlGaAs电流扩散层的阻抗大致相同。
以下进一步从电流扩散层的晶格失配方面说明图2所示的关系。图3中，水平轴表示(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层相对基底和发光结构的晶格失配Δa/a，垂直轴表示(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层的阻抗。
由图3可见，随着通过减小(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层的In摩尔比使晶格失配的绝对值在负相位上变大，(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层的阻抗也减小。由于希望发光二极管的电流扩散层的阻抗的实际大小在约0.1Ω或更小，从图3可见，最好将(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层和下面的发光结构之间的晶格失配设为约-1％或更小。为了得到上述范围内的晶格失配，要求(AlxGa1-x)yIn1-yP层的In摩尔比1-y为约0.35或更小。进一步，最好(AlxGa1-x)yIn1-yP的Al摩尔比x能尽可能小。因此，再参见图3，将(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层的Al摩尔比x设为约0.05或更小会更有效。
在本发明的发光二极管中，AlGaInP型电流扩散层的晶格失配为约1％或更小。所以，该AlGaInP型电流扩散层有与传统AlGaAs型电流扩散层的阻抗大致相同的阻抗。因此，最终的发光二极管的工作电压和功耗并未增加，还获得了发光结构发光的高光输出效率。进一步，本发明的发光二极管具有高亮度并且可靠性高。
在本发明的一优选实施例中，基底的晶体在[011]方向相对(100)平面倾斜8°(8度)到20°(20度)。所以，当要在发光结构上生长厚度为约5-10μm并与发光结构晶格失配的(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层时，不会生成小丘(hilllock)(在别的情况会由于晶格失配产生小丘)，使得可以获得平坦的电流扩散层。
在本发明的一优选实施例中，以这样一种方式选择(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层的摩尔比，即使得电流扩散层对发光结构的发光波长透明。让电流扩散层对发光结构的发光波长透明并具有足够低的阻抗是重要的。即使存在晶格失配，只要满足上述两个特性，就不会有不利影响。
再参见图1，通过减小其In摩尔比会增加AlGaInP型材料的带隙。因此，即使不增加其Al摩尔比，也可以形成对波长为约550-约650nm的光线透明的电流扩散层。
在本发明的一优选实施例中，最好是将(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层的Al摩尔比x设为约0.01至0.05，而将其In摩尔比1-y设为约0.01至约0.30。具有如此小的Al比的AlGaInP电流扩散层不太可能潮解。因此，与采用传统Al0.65Ga0.25As电流扩散层的情况相比，即使在高温高湿条件下工作时，其发光特性也不会变差。
因此，按照本发明，可以制造能实际使用的电流扩散层。
以下结合附图对本发明的实施例进行说明，但本发明并不局限于此。第一实施例
下面结合图4对本发明的第一实施例中例示的半导体发光二极管进行说明。图4示出了本发明第一实施例中发光二极管100的结构的剖面图。
如图4所示，发光二极管100包括n型GaAs基底1，分层结构12，n型电极7，和p型电极8。分层结构12包括n型GaAs缓冲层2，(AlxGa1-x)0.51In0.49P发光结构11，和p型(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层10。(AlxGa1-x)0.51In0.49P发光结构11包括n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P下覆层3，(AlxGa1-x)0.51In0.49P活性层4，和p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P上覆层5。P型电极8设在电流扩散层10的上表面上，n型电极7设在基底1的下表面上。
在(AlxGa1-x)0.51In0.49P发光结构11中，下覆层3，活性层4，上覆层5的摩尔比x分别为约1.0，约0.3和约1.0。但是，各摩尔比x不限于这些值，它们可以在0≤x≤1范围内独立地取任意值。
在p型(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层10中，Al摩尔比x为约0.05，In摩尔比1-y为约0.05。
下面将描述制造第一实施例中的发光二极管100的方法。其每层的摩尔比如上所述。
缓冲层2、下覆层3(厚约1.0μm)、活性层(厚约0.5μm)、上覆层(厚约1.0μm)用现有技术中任何已知的方法相继形成在基底1上。然后，电流扩散层10(厚约7.0μm)用现有技术中任何已知的方法形成在上覆层5上。之后，在电流扩散层10上蒸发淀积形成一层Au-Be(金-铍)膜，并形成图案为例如圆形以形成p型电极8。在GaAs基底1的下表面上，蒸发淀积形成n型电极7(如由Au-Zn(金-锌)制成)。这样，就制成了发光二极管100。
现有技术中任何合适的方法都可以用来形成各层。电极7和8可以有任何其它的形状并可以用任何其它合适的方法来形成。
在这样制成的发光二极管100中，GaAs基底1、缓冲层2、下覆层3、活性层4、和上覆层5彼此是晶格匹配的。但是，电流扩散层10与这些层晶格失配。这是因为上述电流扩散层10的Al和In含量小于实现晶格匹配所要求的值。在上述结构中，电流扩散层10相对于下层发光结构11和基底1的晶格失配为约-4％。或者是，电流扩散层10相对于下层发光结构11和基底1的晶格失配最好为约-1％或更小，为约-4％到约-3％的范围内就更好。
另外，AlGaInP电流扩散层10的阻抗为约0.1Ωcm，这与由AlGaAs制成的传统电流扩散层的阻抗类似。
如上所述，本发明的发光二极管100与结合图8描述的传统发光二极管200在用来形成电流扩散层10的材料方面不同。
具体讲，在传统发光二极管200中，电流扩散层66由AlGaAs材料制成。因此，当发光二极管200工作在高温高湿条件下时，电流扩散层66的表面发生潮解形成发黑部分66a(见图8)。结果，芯片光强变差，从而传统发光二极管200的可靠性很可能降低。
相反，在本发明的发光二极管100中，电流扩散层10由p型(AlxGa1-x)yIn1-yP材料制成(例如，x＝0.05，1-y＝0.05)。其电流扩散层10的Al摩尔比x小。因此，当发光二极管100工作在高温高湿条件下时，电流扩散层10不会潮解，也不会变黑。其结果是，本发明的发光二极管100可以高可靠性稳定工作。
图5示出了具有上述结构的本发明的发光二极管100的可靠性数据：芯片光强随经历时间的变化。在图5中，芯片光强的数据表示为相对值。
从图5可见，在温度为约60℃，湿度为约95％，工作电流约为50mA的条件下，在高至1000小时的相当长的时间期间，芯片光强只呈现轻微的变化(变差)。
如上所述，在第一实施例中，电流扩散层10由AlGaInP型材料制成。因此，提供了一种发光二极管100，其即使是在高温高湿条件下工作，也会在长时间保持高稳定性。
在第一实施例中，通过使用上述由包含少量Al和In的AlGaInP制成的电流扩散层10，AlGaInP电流扩散层10的阻抗可以被设与由AlGaAs制成的传统电流扩散层的阻抗那么低。因此，提供了一种发光二极管100，其离上电极8具有长的电流扩散距离的AlGaInP电流，从而具有高的电流扩散能力。其结果是，虽然其电流扩散层10由AlGaInP型材料制成，仍可以提供与使用AlGaAs材料的传统发光二极管具有相似亮度特性的发光二极管100。
另外，可以使用这样的基底作为本发明的发光二极管100的基底1，其最好是相对于(100)平面在[011]方向倾斜约8°至约20°。因此，即使(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层10是如上所述的晶格失配层，也可以从作为特定取向上的生长核的步骤从一开始就防止(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层10的生长。由此，即使晶格失配的(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层10的厚度为约5μm至10μm，也能生长出平坦的层面。这样，就可以在(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层10上以较好的可控制性形成高质量的p型电极8。
另外，由于(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层10中含有少量的In，可以得到对从发光结构11发出的约550nm-650nm波长的光透明的(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层10。第二实施例
下面结合图6对本发明的第二实施例中例示的半导体发光二极管进行说明。图6示出了第二实施例中发光二极管150的结构的剖面图。
如图6所示，第二实施例的发光二极管150包括n型GaAs基底1，分层结构12，n型电极7，和p型电极8。分层结构12包括n型GaAs缓冲层2，(AlxGa1-x)0.51In0.49P发光结构11，n型(AlxGa1-x)yIn1-yP电流阻挡层9，和p型(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106。发光结构11包括n型(AlxGa1-x)0.51In0.49P下覆层3，(AlxGa1-x)0.51In0.49P活性层4，和p型(AlxGa1-x)0.51In0.49P上覆层5。P型电极8设在电流扩散层106的上表面上，n型电极7设在基底1的下表面上。
在(AlxGa1-x)0.51In0.49P发光结构11中，下覆层3，活性层4，上覆层5的摩尔比x分别为约1.0，约0.3和约1.0。但是，各摩尔比x不限于这些值，它们可以在0≤x≤1范围内独立地取任意值。
在n型(AlxGa1-x)yIn1-yP电流阻挡层9中，Al摩尔比x为约0.30，In摩尔比1-y为约0.49。
进一步，在第二实施例的p型(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106中，摩尔比沿厚度方向变化。因此，本实施例的发光二极管150的p型(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106是一渐变层。
图7A(a)和图7A(b)分别示出了渐变的(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106沿厚度方向在不同位置(即在不同厚度位置)的Al摩尔比x和In摩尔比1-y的值。图7B示出了渐变的(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106在不同厚度位置的阻抗的值。这里，电流扩散层106的厚度方向示于图6。因此，在第二实施例的渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106中，In和Al摩尔比从下部(即从与发光结构11的结合部)向上部(即向其上表面)逐渐变化。
下面将描述制造第二实施例中的发光二极管150的方法。其每层的摩尔比如上所述。
用现有技术中任何已知的方法在生长炉中将缓冲层2、下覆层3(厚约1.0μm)、活性层4(厚约0.5μm)、上覆层5(厚约1.0μm)相继形成在基底1上，并进一步将电流阻挡层9(厚度约1.0μm)形成在上覆层5上。在将其上有生长的各层的基底1取出生长炉后，用蚀刻法去除一部分电流阻挡层9，以使其成型为规定的形状。然后，再次将带有所得分层结构的基底1放入生长炉，再生长渐变的(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106(厚约6μm)，同时逐渐改变沿其厚度方向的Al和In摩尔比(即x＝0.20至0.01，1-y＝0.49至0.01，分别如图7A(a)和图7A(b)所示)。之后，在基底1的下表面上形成n型电极7，和在渐变电流扩散层106上形成p型电极8。然后，以这样的方式选择性蚀刻掉p型电极，即只留下其正好在电流阻挡层9之上的部分。这样，就制成了发光二极管150。
如上所述，第二实施例中的发光二极管150具有电流阻挡层9。这样做是有益处的，原因如下。
由于受电极8阻挡，从正好在p型电极8之下的发光结构11的部分所发出的光不能透射出来。因此，在渐变电流扩散层106的下部中设置电流阻挡层9，使其正好位于p型电极8下方，从而让要注入到发光结构11的电流得到有效的扩散而不是流入正好在p型电极8之下的部分。这样就防止了从正好在p型电极8之下的部分发光。由此，减小了不这样做就会流入正好在p型电极8之下的部分的无效电流，并可改善发光效率。
以下进一步结合图6，7A(a)，7A(b)和7B描述第二实施例的渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106。
在渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106的初始生长阶段，即在邻近发光结构11和电流阻挡层9(在图6中，为邻近厚度方向约为0的位置，即厚度位置约为0处附近)的渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106的部分，Al摩尔比x和In摩尔比1-y分别被设为约0.20和约0.49，如图7A(a)和图7A(b)所示。另一方面，再参见图1，(AlxGa1-x)yIn1-yP的晶格常数主要受In摩尔比1-y影响，而不是受Al摩尔比x(或与Al摩尔比互补的Ga摩尔比)的影响。如上所述，在厚度位置为0附近的渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106的In摩尔比1-y基本上等于发光结构11和电流阻挡层9的In摩尔比(约0.49)。因此，渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106在其初始生长阶段的晶格常数基本上等于发光结构11的晶格常数，从而渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106可以平坦地生长。另外，在初始生长阶段的渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106的Al摩尔比x被设置为相对高的值，使在厚度位置为0附近(即在与下层发光结构1的结合部附近)的渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106可能与下层的上覆层5的组分相匹配，因此，可以获得满意的结晶度。
渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106的Al和In摩尔比沿厚度方向朝向其上部逐渐减小，使渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106的最上部分的Al和In摩尔比都被设置为0.01。
图7B示出了渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106的阻抗的相应变化的情况。
从图7B可见，由于在初始生长阶段Al和In摩尔比高，渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106表现出与发光结构11的阻抗基本相同的阻抗。但是，Al和In摩尔比随厚度增加而减小，其阻抗也减小。应注意到在具有电流阻挡层9的发光二极管150中，电流更可能经由电流扩散层106的位置较为靠近p型电极8的阻抗较小的部分而扩散遍布整个芯片，因而工作电压较不可能增加。另一方面，即使电流扩散层106在靠近发光结构11的部分的阻抗相对高，其电流扩散能力和工作电压也几乎不受影响。
如前所述，在第二实施例中，渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106的在靠近下层发光结构11的附近的部分具有与发光结构11和电流阻挡层9基本相同的In摩尔比。因此，电流扩散层106的在靠近发光结构11的部分的晶格常数变得基本上等于发光结构11和电流阻挡层9的晶格常数。这增强了要在初始生长阶段生长的渐变电流扩散层106部分的结晶度和平坦性。
进一步，渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106与发光结构11和电流阻挡层9的结合部处在令人满意的状态。而且，渐变电流扩散层106的晶格常数不是陡然变化，因其摩尔比是逐渐变化的。所以在整个渐变电流扩散层106普遍都可获得改善的结晶度和平坦性。
另外，渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106的Al和In摩尔比如上所述沿厚度方向朝向其上部而递减。因而，渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106的阻抗能够沿厚度方向逐渐减小，同时在平行于电流扩散层106的上表面的平面上保持均匀。这样，注入的电流就可以在电极7和8之间均匀扩散。
因此，在第二实施例中，可以得到改善的(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106的结晶度和平坦性，而不会降低光输出效率或增大工作电压。
还有，在(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106的初始生长阶段其Al和In摩尔比小(即约1％至约5％)的情况，由于带隙能量或结合部能级的差异，很可能在电流扩散层和上覆层之间的结合部产生能带结构中的凹区(notch)(不连续部分)。这样的凹区引起工作电压和驱动电压增加。另一方面，在第二实施例中，渐变电流扩散层106和上覆层5二者在邻近其结合部处具有彼此基本相同的In摩尔比。这样就不会在能带结构中产生凹区，从而不会增加工作电压和功率消耗。
由于上述优点，第二实施例的发光二极管150可以得到约1.2倍于传统发光二极管发光亮度的发光亮度。
以上描述了第二实施例中的发光二极管150，其中渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106在初始生长阶段的Al摩尔比x和In摩尔比1-y分别为约0.20和约0.49。但是，本发明并不限于此。即使Al摩尔比x和In摩尔比1-y取不同值，只要渐变电流扩散层106的这些摩尔比是沿厚度方向变化的，就可以得到上述相同的效果。
另外，在第二实施例中，渐变(AlxGa1-x)yIn1-yP电流扩散层106的Al和In摩尔比是沿厚度方向逐渐变化的。但是，即使这些摩尔比以分成两步、三步或更多步的阶梯状方式变化，也可以得到上述相同的效果。
如上所述，本发明的发光二极管具有由(AlxGa1-x)yIn1-yP材料制成的电流扩散层，通过适当选择其组份中的Al摩尔比x和In摩尔比1-y，有意使其与下层发光结构晶格失配。由此，可以得到即使在高温高湿条件下光强也不会变差的发光二极管，并且其电流扩散层的阻抗不会减小。而且，增强了其发光结构的光输出效率，从而可得到高可靠的发光二极管。
虽然以上描述了本发明的优选实施例，但应理解本发明并不局限于此，对于本领域普通技术人员来说可进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围，这些都应涵盖在所附的权利要求界定的范围内。
Claims (10)
1.一种发光二极管，包括：
半导体基底；和
一分层结构，该分层结构由AlGaInP型化合物半导体材料制成并设在该半导体基底上，
其中，该分层结构包括：
发光结构，包含一对覆层和设在该两覆层之间的发光的活性层；
和与该发光结构晶格失配的电流扩散层，其中，由下式确定的该电流扩散层相对于该发光结构的晶格失配度Δa/a为1％或更小：
Δa/a＝(ad-ae)/ae其中ad是电流扩散层的晶格常数，ae是发光结构的晶格常数。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其中所述半导体基底的晶体在[011]方向相对其(100)平面倾斜8°到20°。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其中以这样的方式选择所述电流扩散层的组份，即使得所述电流扩散层对于从所述发光结构发出的光波长是透明的。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其中所述电流扩散层的组份表示为(AlxGa1-x)yIn1-yP，在该组份中x设为0.01至0.05范围，1-y设为0.01至0.30范围内。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其中所述电流扩散层的组份表示为(AlxGa1-x)yIn1-yP，并且该组份中x的值和1-y的值中的至少一个沿所述分层结构的厚度方向变化。
6.如权利要求1所述的发光二极管，其中所述电流扩散层的组份表示为(AlxGa1-x)yIn1-yP，并且该组份中x的值和1-y的值中的至少一个沿所述分层结构的厚度方向从与所述发光结构的接合部朝向所述电流扩散层的另一侧以阶梯状方式减小。
7.如权利要求1所述的发光二极管，其中所述电流扩散层的组份表示为(AlxGa1-x)yIn1-yP，并且该组份中x的值和1-y的值中的至少一个沿所述分层结构的厚度方向从与所述发光结构的接合部朝向所述电流扩散层的另一侧以阶梯状方式减小，从而控制在所述厚度方向上的所述电流扩散层的阻抗。
8.如权利要求5所述的发光二极管，其中所述电流扩散层组份中的x和1-y值二者彼此独立地变化。
9.如权利要求6所述的发光二极管，其中所述电流扩散层组份中的x和1-y值二者彼此独立地减小。
10.如权利要求7所述的发光二极管，其中所述电流扩散层组份中的x和1-y值二者彼此独立地变化。
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