CN1290967A - 发光二极管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种ZnSe基LED内部设置一注入电流限制区域,用于通过限制用于光发射的注入电流而限制缺陷的增加。当一光传送Au电极(9)的一端从一解理面(13)分离开来时,一靠近解理面(13)的区域充作注入电流限制区域。

Description

发光二极管及其制作方法

本发明涉及发光二极管及其制作方法。更为具体地说，本发明涉及一种均质外延ZnSe基发光二极管(此后称作为一LED)，具有一ZnSe单晶基底和一光发射构件，后者包括一由ZnSe或主要由ZnSe做成的混晶复合半导体；以及其一种制作方法。

发射绿光的各种ZnSe LED是为人熟知的。此LED具有一制成在一ZnSe基底上的光发射构件和一制成在它上面的电极。

此LED是通过在ZnSe基底上诸如采用外延生长法沉积多种半导体层，在其上制成一电极，将其切成具有一规定尺寸的一片，而后将其固定于一引线框架上而制成的。

不过，诸如错位和裂纹这样的缺陷，在解理期间造成，在LED被切出之后密集地存在于解理面附近。如果电流流过这样一个具有大量缺陷的区域，则不仅光发射效率被降低，而且缺陷的密度由于导致元件寿命短促的电流注入也会增大。

可以认为，靠近解理面的缺陷可以通过蚀刻并除去靠近解理面的一部分而予以处理。不过，在此情况下，必需对付一种由于各半导体层蚀刻速度的不同而导致的侧面蚀刻现象。

本发明用以解决上述各种问题。本发明的目的是，为一种LED提供较高亮度值和较长寿命而不使用复杂的工艺方法。

符合本发明的一种发光二极管包括一ZnSe基底和一制成在此基底上的光发射构件。在此应当指出，光发射构件指的是一包括一光发射层的各半导体层的叠置式构件。具有上述构件的发光二极管包括一电流限制区域，用于通过限制用于光发射的注入电流的路径而抑制缺陷密度的增大。

通过如此设置注入电流限制区域，有可能限制或防止电流流进此区域并抑制此区域中缺陷密度增大。特别是，通过选定一具有大量缺陷的区域作为注入电流限制区域，有可能实现LED的较长寿命和较高亮度值。

最好是，上述发光二极管是一均质外延ZnSe基底放射二极管。最好是，ZnSe基底是一导电ZnSe单晶基底，而光发射构件包括一由ZnSe或主要由ZnSe制成的混晶复合半导体。

本发明，如上所述，对于均质外延ZnSe基底发光二极管是特别有效的。

最好是，发光二极管包括一解理面，用于切出一有待分离的元件。此时，注入电流限制区域最好是包括一靠近解理面的区域。

一如上述，大量缺陷可能存在于一发光二极管的解理面附近。因此，通过抑制电流流进这样一个具有大量缺陷的区域，有可能实现LED的较长寿命和较高亮度值。

发光二极管具有在光发射构件上的欧姆电极。最好是，此欧姆电极设置得离开上述的解理面。

通过把欧姆电极设置得离开解理面，有可能抑制电流流进解理面附近。因此有可能实现LED的较长寿命和较高亮度值。由于只需要调节此电极一端的位置，LED就可以获得较长寿命和较高亮度值而不需要复杂的工艺方法。

具体地说，上述欧姆电极制作得隔开解理面至少5μm，而二极管具有一用于导线接合的电极。

由于特别大量的缺陷可能存在于一离开解理面5μm之内的区域内，LED的较长寿命可以通过不制成用于至少在此区域内发散注入电流的欧姆电极而有效地予以形成。

最好是，上述电极是一光传送电极并包括至少一种选自由Au、Pb、Ni和ITO(氧化铟锡)组成的一族中的材料。

符合本发明的光发射二射管可以在光发射构件上具有一第一电极，由一种不与光发射构件达到欧姆接触以便限制注入电流的材料做成，以及一第二电极，由一种与光发射构件达到欧姆接触以便发散注入电流的材料做成。在此情况下最好是，第一电极制成在靠近解理面的区域上和第二电极制成在不同于靠近解理面的区域的区域上。

由于第一电极不与光发射构件达到欧姆接触，从第一电极进入光发射构件的电流流动可予以抑制。换言之，进入第一电极下面的电流流动可予以抑制。因此有可能抑制第一电极下面的区域中缺陷的增加。通过把第一电极设置在靠近解理面的区域上，比如，有可能防止电流流进靠近解理面的区域并抑制此区域中缺陷的增加。另一方面，电流可以从第二电极施加到光发射构件，导致LED发光。

发光二极管可以具有一半导体层，选择性地设置在光发射构件内部并不与第一电极达到欧姆接触，以及一沟槽部分，设置在光发射构件的上部表面周边部分处并伸至解理面和半导体层。在此情况下，第一电极制成在沟槽部分上而接触于半导体层。

也是在此情况下，有可能抑制电流流进第一电极下面的区域并抑制第一电极下面的区域中缺陷的增加。最好是，沟槽是由蚀刻制成的。更为具体地说，沟槽最好是由强调沟槽表面的不规则性的蚀刻制成的，诸如离子研磨和反作用离子蚀刻。

最好是，上述第一电极制成得至少在一离开解理面5μm之内的区域上并包括一种选自由Ti，Al，ZnS，A1₂O₃，SiO₂和SiN组成的一族中的材料。

通过在一如上述的区域上制成第一电极，有可能防止电流流进离开解理面5μm之内的区域。

其次，一用抑制电流流动的电流抑制层可以设置在靠近解理面的光发射构件内部。

通过如此设置电流抑制层在光发射构件内部，有可能抑制电流流进电流抑制层下面的区域。因此有可能抑制此区域中的缺陷增加。

发光二极管可以包括一第一电极，用于限制注入电流，设置在一个位于上述电流抑制层上的光发射构件的表面部分上并由一种不与电流抑制层达到欧姆接触的材料做成，以及一第二电极，用于发散注入电流，设置在一个位于不形成电流抑制层的区域上并由一种与光发射构件达到欧姆接触的材料制成。

通过如此使用不与电流抑制层达到欧姆层的材料设置第一电极，有可能抑制电流流进电流抑制层下面的区域，即使某一导电层存在于第一电极与电流抑制层之间。因此有可能抑制电流抑制层下面的区域中缺陷密度的增大。

在一个方面上，一发光二极管制作方法包括以下各步骤：在一ZnSe基底上制成一光发射构件；在光发射构件的一第一表面区域上制成一第一电极，由一种不与光发射构件达到欧姆接触以便限制注入电流的材料做成；以及在光发射构件的一第二表面区域上制成一第二电极，由一种与光发射构件达到欧姆接触以便发散注入电流的材料做成。

通过如此在第一表面区域上制成由不与光发射构件达到欧姆接触的材料做成的第一电极，有可能抑制电流流进紧在第一表面区域下面的区域。因此有可能抑制此区域中缺陷密度的增大。由于在不同于第一表面区域的第二表面区域上制成由与光发射构件达到欧姆接触的材料做成的第二电极，电流可以从第二电极供入光发射构件，导致LED发光。

在另一方面上，符合本发明的一种发光二极管制作方法包括以下各步骤：在一ZnSe基底上制成一光发射构件，方式是，接续地叠置一包括一光发射层的第一半导体层，选择性地叠置一第二半导体层在第一半导体层上，以及一第三半导体层，从第一半导体层的顶部到第二半导体层；在一个位于第二半导体层上的光发射构件的表面部分上制成一第一电极，由一种不与第二半导体层达到欧姆接触以便限制注入电流的材料做成；以及在一个位于不形成第二半导体层的区域上的光发射构件的表面部分上制成一第二电极，由一种与光发射构件达到欧姆电阻以便发散注入电流的材料做成。应当指出，上述第一至第三各半导体层都是一种许多半导体层的叠置结构。

通过如此选择性地在第一半导体层上制成第二半导体层并在其上制成第一电极，有可能抑制电流流进紧在半导体层下面的区域。因此抑制半导体层下面的区域中缺陷的增加。

本发明的前述和其他各项目的、特点、方案和优点将由于以下结合各附图所作的本发明详细说明而变得更为明显。

图1至3是本发明第一至第三实施例中各LED的剖面视图；

图4至7是表明示于图3之中的一种LED制作过程的第一至第四步骤的剖面视图；

图8是本发明第四实施例中一LED的剖面视图；

图9至14是表明示于图8之中的一种LED制作过程的第一至第六步骤的剖面视图；

图15图示符合本发明的LED和一种常用LED的电流供给测试结果。

下面，本发明的各项实施例将参照图1至15予以说明。

一如以下所述，本发明的一项重要特点是，选择性地形成一注入电流限制区域，用于限制用于光发射的注入电流。通过为此形成注入电流限制区域，可能抑制此区域中缺陷的增加并实现一LED的较长寿命和较高亮度值。

第一实施例

图1是本发明第一实施例中一LED的剖面视图。一如图1之中所示，LED包括一导电ZnSe单晶基底1；一制成在其上的光发射构件12；一光发送Au电极9，用于发散一用于光发射的注入电流；以及一基体电极10。LED在一用于元件分离的解理面上予以解理。

一In电极9a制成在导电ZnSe单晶基底1的背面上。光发射构件12制成在导电ZnSe单晶基底1的顶面上。

光发射构件12具有一n-型ZnSe缓中层2，具有一大约1μm的厚度；一n-型ZnMgSSe镀敷层3，具有一大约1μm的厚度；一ZnSe／ZnCdSe多量子阱活性层4；一P-型ZnMgSSe镀敷层5，具有一大约1μm的厚度；一p-型ZnSe层6，具有一大约0．2μm的厚度；一P-型接触层7，由一叠置的ZnSe和ZnTe的超晶格结构制成；以及在顶部上的一p-型ZnTe层8，具有一大约60nm的厚度。

一如上述，光发射构件12由许多半导体层(外延层)的叠置构件制成并包括一光发射层11。光发射层11具有n-型ZnMgSSe镀敷层3、ZnSe／ZnCdSe多量子阱活性层4，以及p-型ZnMgSSe镀敷层5。

光传送Au电极9和基体电极10制成在光发射构件的顶面上。基体电极10具有一Ti层和一Au层10b。光传送Au电极9具有一20nm或较小的厚度并制成得离开解理面13一个宽度D1(最好是，5μm或更大)。因而，光传送Au电极不制成在靠近解理面13的区域上。因此，有可能抑制流进靠近解理面13的区域的电流并抑制此区域中缺陷的增加。

换言之，靠近解理面13的区域在第一实施例中被选作注入电流限制区域。由于，为上所述，比起其他一些区域来，较多的缺陷可能存在于靠近解理面13的区域之中，所以认为，抑制流进此区域的电流可以有效地促成较长的寿命和较高的LED亮度值。

在原来由发明者在一恒定电流模态下制作和测定一LED时，获得了高亮度绿光发射，其光发射强度当施加一20mA的电流时高达3mW。由于电流很少在解理面13附近流动，所以LED寿命也得以提高。

在用于导线接合的基体电极10中，P-型ZnTe层8设定的掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3或更小，以便达到基体电极Ti层10a与P-型ZnTe层8之间的肖特基(Schottky)接触。

下面，简略地说明一下示于图1之中的LED的一种制作方法。在导电ZnSe单晶基底1的背面上，In电极9由诸如汽化(蒸镀)过程制成。在导电ZnSe单晶基底1的顶面上，光发射构件12由诸如外延生长法制成。此后，Ti层10a和Au层10b由汽化过程陆续地予以叠置。在它们被成型为一规定的形状之后，一Au层再由诸如汽化过程制成到一大约20nm或更小的厚度。通过使Au层成型，靠近解理面13的一部分选择性地予以消除。

此后，晶片类ZnSe单晶基底1和光发射构件12切成片，其各边具有一300μm的尺寸。因而，形成解理面13。此后，导电ZnSe单晶基底1和光发射构件12固定于一引线框架。本实施例中的LED即通过上述各步制成。

第二实施例

下面，参照图2说明本发明的第二实施例。图2是本发明第二实施例中一种LED的剖面视图。

一如图2之中所示，在第二实施例中，基体电极10安放在一个靠近解理面13的区域上。更为具体地说，各基体电极10以一种格架方式安放在离开各解理面13(有待解理的各部位)大约50μm之内的各区域内。光传送Au电极9制成得从一由各基体电极10围绕的区域伸展到各基体电极的顶部。由于其他部件类似于第一实施例的，所以将不重复其说明了。

在第二实施例中，P-型ZnTe层8的掺杂浓度也类似于第一实施例地设定为1×10¹⁹cm^-3或更小。因此，一肖特基(Schottky)势垒形成在基体电极10中Ti层10a与P-型ZnTe层8之间，这样可阻止欧姆接触。因此有可能抑制从基体电极10流进光发射构件12的电流。结果，类似于第一实施例，有可能抑制流进一靠近解理面13的区域的电流并抑制此区域中缺陷的增加。

本发明中的LCD可以通过实现类似于第一实施例的各步骤，直至构成P-型ZnTe层8，并在此后在靠近解理面13的区域上制成基体电极10，以及诸如通过汽化而制成光发送Au电极9以覆盖基体电极10，而予以形成。此时，LED可以通过类似于第一实施例的各步骤而制成。

当本实施例之中的LED在一恒定电流模态下经受测定时，曾获得高亮度绿光发射，其光发射强度当施加一20mA的电流时高达3mW。由于电流很少在解理面13附近流动，所以LED寿命也得以提高。

第三实施例

下面，将参照图3说明本发明的第三实施例。图3是本发明第三实施例中一种LED的剖面视图。

一如图3之中所示，在第三实施例中，制成一环形沟槽部分14，伸向P-型ZnSe层6和解理面13，并在沟槽部分14之内制成基体电极10。从解理面13至沟槽部分14的宽度是大约50μm，比如。由于除此之外的其他部件均类似于第二实施例的，所以不再重复说明。

由于此实施例中基体电极10中的Ti层10a接触于P-型ZnSe层6，所以不会达到欧姆接触并且电流比起在第二实施例中来难以流进基体电极10以下的区域。因此有可能更为有效地抑制流进紧在基体电极10以下的区域。

也是在此实施例的LED中，类似于每一上述实施例中，曾获得高亮度绿光发射。其次，LED的寿命可以提高。

图15表明本实施例中的LED和一常用LED的电流供应(注入)测试结果。所采用的常用实例是通过在整个表面上制成一光传送Au电极9并制成一焊点用于导线接合在芯片中心上。电流供应条件是，室温和一20mA的直流。芯片尺寸是其各边为500μm。

从图15中可以看出，符合本发明的LED的寿命与常用的实例相比显著地得到提高。可以认为，其他一些实施例也可达到类似的效果。

下面，将参照图4到7说明第三实施例中的一种LED制作方法。

一如图4之中所示，类似于上述各实施例的各步骤一直进行到形成p-型ZnTe层8为止，并在其上施加一抗蚀剂。在抗蚀剂16a成型为一规定的形状之后，一伸展到P-型ZnSe层6的沟槽部分14则通过利用抗蚀剂16a作为一掩模进行蚀刻而制成，一如图6之中所示。在此情况下，可以采用湿式蚀刻，虽然离子研磨或反作用离子蚀刻可以改进一电极的接触状况并可以消除不良的导线接合。

一如图6之中所示，Ti层10a和Au层10b随后通过蒸发过程接续地予以沉积。此后，去除抗蚀剂16a以暴露P-型ZnTe层8的表面，一如图7之中所示。然后，光传送电极9诸如通过汽化过程制成在整个表面上。上述各步骤可造成示于图3之中的结构。此后，实现类似于第一和第二实施例的各步骤以制成LED。

第四实施例

下面，将参照图8至14说明本发明的第四实施例。图8是本发明第四实施例中的一种LED的剖面视图。

一如图8之中所示，在本实施例中，一电流抑制层15制成在光发射构件内部。由于其他各部件类似于第二实施例的，所以不再重复说明。

通过如此设置电流抑制层15在光发射构件12内部，可以抑制电流流进紧在电流抑制层15下面的区域。换言之，可以抑制电流流进靠近解理面13的区域。

比如，电流抑制层15可以是一n-型半导体层或任何半导体层，不会达到与基体电极10中的Ti层的欧姆接触。

下面，将参照图9至14说明第四实施例中的一种LED制作方法。

如图9之中所示，将实现类似于每一实施例的各步骤，直至形成P-型ZnSe层6为止，并在其上制成一抗蚀剂16b。此后，诸如通过外延生长法在P-型ZnSe层6上制成电流抑制层15。

然后除去抗蚀剂16b，并通过外延生长法制成p-型接触层7和p-型ZnTe层8而从p-型ZnSe层6的顶部伸展到电流抑制层15的顶部，如图11所示。

然后，一抗蚀剂16c施加在p-型ZnTe层8并成型为一规定的形状，一如图12之中所示。诸如通过汽化过程来沉积Ti层10a和Au层10b而获得示于图13之中的结构，并随后除去抗蚀剂16c。

此后，诸如通过汽化过程在整个表面上制成光传送Au电极9以获得示于图8之中的结构。然后，实现类似于第一实施例的各步骤以制成LED。

在每一上述实施例中，说明所依据的是一种情况，其中一注入电流限制区域形成在靠近解理面13的区域之中。不过，注入电流限制区域也可以形成在其他一些区域。

其次，光传送电极可以由至少一种选自包括Au、Pb、Ni和ITO(氧化铟锡)在内的一族中的材料或一种包含此族中至少一种材料的合金制成。

此外，基体电极10的下层可以由一种选自包括Ti、Al、ZnS、Al₂O₃、SiO₂和SiN在内的一族中的材料或一种包含此族中至少一种材料的合金制成。

按照本发明，注入电流限制区域设置在LED的内部，并因此可以防止用于光发射的电流流进LED中一所需的区域。因此有可能抑制此区域内缺陷的增加并实现此LED的不仅是较长的寿命，而且还有较高的亮度值。特别是，通过选定一具有大量缺陷的区域作为注入电流限制区域，可以达到此LED的更长寿命和更高亮度值。

虽然，已经详细说明和图示了本发明，但是显然可以理解，本发明只是作为图示和范例而不应认为是限制，本发明的精神和范畴只由所附各项权利要求予以限制。

Claims (16)

1．一种发光二极管，包括一ZnSe基底(1)和一光发射构件(12)，后者制成在基底(1)上，其中所述发光二极管具有一注入电流限制区域，用于通过限制用于光发射的注入电流而抑制缺陷密度的增加。

2．按照权利要求1所述的发光二极管，其中所述发光二极管是一种均质外延ZnSe基发光二极管，

所述ZnSe基底(1)是一种导电ZnSe单晶基底，以及

所述光发射构件(12)包括一由ZnSe或主要由ZnSe制成的混晶化合物半导体。

3．按照权利要求1所述的发光二极管，其中所述发光二极管包括一解理面(13)，用于切出一有待分离的元件，以及

所述注入电流限制区域包括一靠近所述解理面的区域。

4．按照权利要求3所述的发光二极管，其中所述发光二极管在所述光发射构件(12)上具有一欧姆电极(9)，以及

所述欧姆电极(9)设置得离开所述解理面(13)。

5．按照权利要求4所述的发光二极管，其中所述欧姆电极(9)设置得离开所述解理面(13)至少5μm，以及发光二极管具有一用于导线接合的电极(10)。

6．按照权利要求5所述的发光二极管，其中所述第二电极(9)是一光传送电极并包括至少一种选自由Au、Pb、Ni和ITO(氧化铟锡)组成的一族中的材料。

7．按照权利要求3所述的发光二极管，其中所述发光二极管在所述光发射构件(12)上具有一第一电极(10)，由一种与所述光发射构件(12)未保持欧姆接触的材料制成，用于限制注入电流，以及一第二电极(9)，由一种与所述光发射构件(12)达到欧姆接触的材料做成，用于扩散注入电流。

所述第一电极(10)制成在靠近所述解理面(13)的区域上，以及

所述第二电极(9)制成在一不同于靠近所述解理面(13)的区域之区域上。

8．按照权利要求7所述的发光二极管，其中所述发光二极管具有一半导体层(6)，选择性地设置在所述光发射构件(12)内部并不与所述第一电极(10)达到欧姆接触，以及一沟槽(14)，设置在所述光发射构件(12)的上部表面周边部分处并伸展到所述解理面(13)和所述半导体层(15)，以及

所述第一电极(10)制成在所述沟槽(14)上，以接触于所述半导体层(6)。

9．按照权利要求8所述的发光二极管，其中所述沟槽(14)通过蚀刻制成。

10．按照权利要求9所述的发光二极管，其中所述蚀刻是这样一种蚀刻，即加强所述沟槽(14)表面的不规则性。

11．按照权利要求10所述的发光二极管，其中所述蚀刻包括离子研磨和反作用离子蚀刻。

12．按照权利要求7所述的发光二极管，其中所述第一电极(10)制成在至少一个离开所述解理面(13)在5μm以内的区域上并包括至少一种选自由Ti、Al、ZnSe、Al₂O₃、SiO₂和SiN组成的一族中的材料。

13．按照权利要求3所述的发光二极管，其中一用于抑制电流流动的电流抑制层(15)设置在靠近所述解理面(13)的所述光发射构件(12)内部。

14．按照权利要求13所述的发光二极管，其中所述发光二极管包括一第一电极(10)，用于限制注入电流，设置在所述光发射构件的一位于所述电流抑制层上(15)并由一种不与所述电流抑制层(15)达到欧姆接触的材料制成的表面部分上，以及一第二电极(9)，用于发散注入电流，设置在所述光发射构件(12)的位于不形成所述电流抑制层(15)处的区域上并由一种与所述光发射构件(12)达到欧姆接触的材料制成的一个表面部分上。

15．一种发光二极管制作方法，包括以下各步骤：

在一ZnSe基底(1)上制成一光发射构件(12)；

在所述光发射构件(12)的一第一表面区域上制成一第一电极(10)，由一种不与所述光发射构件(12)达到欧姆接触的材料做成，用于限制注入电流。

在所述光发射构件(12)的一第二表面区域上制成一第二电极(9)，由一种与所述光发射构件(12)保持欧姆接触的材料做成，用于扩散注入电流。

16．一种发光二极管制作方法，包括：

在一ZnSe基底(1)上制成一光发射构件(12)，方式是，从所述第一半导体层的顶部到所述第二半导体层(15)的顶部，接续地叠置一包括一光发射层(11)的第一半导体层(3至6)，选择性地叠置一第二半导体层(15)在第一半导体层(3至6)上，以及一第三半导体层(7、8)，；

在所述光发射构件(12)的位于所述第二半导体层(15)的一表面部分上制成一第一电极(10)，由一种不与所述第二半导体层(15)达到欧姆接触的材料做成，以便抑制注入电流；以及

在所述光发射构件(12)的位于一不形成所述第二半导体层(12)的区域上的一表面部分上制成一第二电极(9)，由一种与所述光发射构件(12)达到欧姆接触的材料做成，以便发散注入电流。

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