CN1534804A - 发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不会发生透明导电膜剥离、能以低工作电压发光而且可实现高亮度的发光二极管。发光二极管包括：半导体基板；在层叠于上述半导体基板上的第1导电型复合层与第2导电型复合层之间设活性层的发光部；设在该发光部的上部，由金属氧化物构成的透明导电膜；形成于上述透明导电膜的表面一侧的第1电极；和形成于上述半导基板的背面全面或背面的一部分的第2电极；其中，在上述发光部与上述透明导电膜之间还具有由至少含铝的化合物半导体构成的透明导电膜剥离防止层。

Description

发光二极管
技术领域
本发明涉及由AlGaInP系化合物半导体构成的发光二极管，尤其是涉及可防止由金属氧化物构成的透明导电膜剥离的、亮度高制造成本低的发光二极管。
背景技术
以往，发光二极管(LED)几乎都是GaP(磷化镓)的绿色、AlGaAs(砷化铝镓)的红色发光二极管。但是，近年来，采用MOVPE(MetalOrganIc Vapor PhaSe EpItaxy：有机金属气相生长)法使GaN(氮化镓)系或AlGaInP(磷化铝镓铟)系的结晶层生长的技术不断发展，除了红色的以外，还可以制造具有橙、黄、绿及蓝等多种期望的发光波长的LED。
关于LED，为了获得高亮度，重要的是要使基片(chIp)内均匀地发光，为了达到该目的有必要使电流分散良好。作为解决这一课题的方法，已知有加厚电流分散层(也称窗层)的厚度等方法。但是，存在如下问题，即，在制造LED用取向生长晶片(epItaxIAl wafer)方面，花费在电流分散层的形成上的成本变高，结果制造LED用取向生长晶片的成本变高。
为降低LED的制造成本，最好是使电流分散层厚度变薄。这就需要低阻抗的取向生长层，并要求具有高载流子浓度的取向生长层。然而，在AlGaInP或GaN中，难以以p型使高载流子浓度的取向生长层生长。另外，虽说若是其他半导体具有上述特性的话也可代替使用，但是，还没有发现满足这种特性的半导体。
此外，作为其它的方法，已知在GaN系LED上采用金属膜作为电流分散层的方法，但是，在这种场合，为了提高光穿透率，必须使金属膜的厚度非常薄，其结果，电流分散效果下降。若要得到电流分散效应，金属膜的厚度就会变厚，影响透光性，因此对膜厚产生制约。另外，金属膜一般通过真空蒸镀法形成，但真空蒸镀法存在着真空排气时间长的问题。
作为具有足够的光的透光特性、而且具有能够得到电流分散效应的电特性的电流分散层，有一种为金属氧化膜的ITO(IndIuM TIn OxIde：氧化铟鍻)膜。进而，还存在一种以该ITO膜作为电流分散层的LED。根据这种LED，由于可以不要作为电流分散层的取向生长层，所以能够廉价地生产高亮度LED。
(1)日本专利公开公报特开2002-344017所记载的LED
图8是该特开2002-344017所记载的LED的剖面结构。
LED20是发光波长630nm附近的红色LED，由：n型GaAs基板1、n型(渗硒(SE))(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层2、无渗杂(Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P活性层3、锌(Zn)浓度为5×1017cm-3的p型(渗Zn)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层4、p型GaP层5、p型InP层6A、透明导电膜7、形成于基片底面全面的n型电极8、和以直径150μM的圆形形成于上表面的p型电极9层叠而成。
从n型GaAs基板1至p型AlGaInP复合层4的各层，通过MOVPE法而形成。该MOVPE生长法中的生长条件是：生长温度700℃、生长压力50Torr、各层的生长速度0.3～1.0nm/S、V/III比300～600。
p型GaP层5以如下条件：Zn浓度1×1018cm-3、V/III比100、生长速度1nm/S、厚度2μM而形成。
p型InP层6A是以Zn浓度1×1018cm-3而形成的，作为透明导电膜7的衬垫层而设置，以防由于切割而引起的透明导电膜7从取向生长晶片剥离。
透明导电膜7由ITO膜构成，通过真空蒸镀法形成。ITO膜的蒸镀条件为：基板温度250℃、氧气分压4×10-4Torr、厚度約200nm。
n型电极8是通过依次蒸镀金·锗60nm、镊10nm、金500nm而形成的。
p型电极9是通过依次蒸镀金·锌60nm、镊10nm、金1000nm而形成的。
LED20通过将按上述结构成层叠的带电极的LED用取向生长晶片以切割方式切削加工成基片尺寸300μm的块而形成。在切割等工序中，对透明导电膜7进行切削加工时确保其对p型InP层6A的附着性。LED20管芯焊接(dIe BondIng)在TO-18晶体管管座上，通过引线接合与TO-18晶体管管座电连接。
然而，根据上述已有的LED，带pn结的LED与透明导电膜7的结合实际上成为npn，在透明导电膜7与p型InP层6A的界面上，会产生势垒引起的串联电阻，而在透明导电膜7的Zn浓度(1×1018cm-3)下串联电阻减少量不够，故发光时需要高工作电压。另外，为了得到足够的电流分散特性，需要一定厚度(30nm)，这阻碍了实现高亮度化。
(2)其他已有的LED
另一方面，为解决上述问题，通过极大地提高最上的半导体层的载流子浓度来根据隧道电流驱动LED的方法已有记载。(参见ELECTRONICS LETTERS、7Th DeceMBer1995(2210～2212页))。
另外，如下方法也有记载：用渗杂了碳(C)的GaAs层作为最上的半导体层，而用四溴化碳(CBr4)作为用于渗杂C的原料，以制造高亮度、低工作电压、高可靠性的LED(参见日本专利公开公报特开平11-307810号)。
图9是采用ITO膜的已有LED的剖面图。
该LED是发光波长630nm带域附近的红色LED，由：n型GaAs基板11、n型(渗SE)GaAs缓冲层(厚400nm、载流子浓度1×1018cm-3)12、n型(渗SE)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层(厚300nm、载流子浓度1×1018cm-3)13、无渗杂(Al0.10Ga0.90)0.5In0.5P活性层(厚600nm)14、p型(渗Zn)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层(厚300nm、载流子浓度5×1017cm-3)15、p型(渗C)GaAs层(厚25nm)113、为透明导电膜的ITO膜17、圆形p型电极18、和n型电极19层叠而成。
各层(ITO膜17、p型电极18以及n型电极19除外)通过MOVPE(Metal Organic Vapor PhaSe Epitaxy：有机金属气相生长)法形成。该MOVPE生长法中的生长条件是：生长温度700℃、生长压力50Torr、各层生长速度0.3～1.0nm/S、V/III比300～600。作为通过MOVPE法而进行的生长中采用的原料，例如采用：三甲基镓(TMG)或三乙基镓(TEG)、三甲基铝(TMA)、三甲基铟(TMI)等有机金属、或者砷化氢(AsH3)、磷化氢(PH3)等氢化物气体。另外，作为用于向如n型GaAs缓冲层12的n型层添加添加物的原料(添加物原料)，采用硒化氢(H2SE)。
ITO膜17是成为电流分散层的金属氧化层，利用真空蒸镀法在成膜温度(基板表面温度)300℃下形成，厚约230nm。成膜时的电阻率为6.2×10-6ΩM。
p型GaAs层113以载流子浓度1×1019cm-3形成，采用四溴化碳(CBr4)作添加物原料。这种CBr4也可作其它p型层中的添加物原料使用。另外，作为p型层中的其它添加物原料，还可采用二乙基锌(DEZ)或二甲锌(DMZ)。另外，作为n型层的添加物原料还可以采用硅烷(SIH4)。
p型电极18是通过依次蒸镀镊20nm、金1000nm而形成的，以直径125μM形成矩阵状。
n型电极19是这样形成于LED的背面全面(半导体基板上没形成层的面)的：依次蒸镀金·锗60nm、镊10nm、金500nm，之后在氮气环境下，以温度400℃进行5分钟电极合金化(Alloy)。
然而，根据上述LED，由于最上层的p型GaAs层113和透明导电膜17的密接性不够，所以存在着发生从透明导电膜出现剥离而使成品率降低的问题。另外，透明导电膜侧面变成凹凸，造成逆向电压变低的不利因素。对于图9的LED中，使逆向电压的测量条件为10μA，假设这时的电压为-5V以下为不良时，可以确认：LED的发光输出在通电20mA时为2.50mW，正向工作电压为1.98V，但是，对于大约20％，出现ITO膜7剥离而造成的不良和逆向电压不良。
例如，为了缓解GaAs层与复合层的能带不连续，已知方法有在GaAs层与复合层之间加中间能带间隔层的方法。但是，即使该方法，虽能够在某种程度上降低正向电压，但是，由于同透明导电膜相接的层是GaAs层，所以当然无法改善透明导电膜的剥离和逆向特性的恶化。另外，在GaAs层与复合层之间加设中间能带间隔层，还使成本提高。
当采用CBr4作为用于添加C的原料时，在第一次生长中可以达到足够的特性，但是当连续地进行生长时，第二次以后，产生发光输出极度降低仅为约50％，再现性差的问题。为了找出该问题的原因，本发明人进行了在第二次以后生长的取向生长晶片的SIMS分析，结果判明：在取向生长晶片中存在高浓度的C及氧(O)。由此，可以认为：因采用CBr4为原料，在第一次生长中有高浓度C和O滞留在生长炉中，这些C和O在第二次以后生长时混入取向生长晶片中，从而造成发光输出降低。
发明内容
本发明目的就在于提供一种不出现透明导电膜剥离、能以低工作电压发光而且可实现高亮度的LED。
更具体而言，本发明目的就在于提供这样一种LED：可防止由于透明导电膜剥离造成的成品率下降，即使不设中间能带间隔层也能降低正向工作电压，而且亮度高、工作电压低、低价格、可靠性高，再现性优良。
为了达成上述目的，本发明的发光二极管，包括：半导体基板；在层叠于上述半导体基板上的第1导电型复合层与第2导电型复合层之间设活性层而构成的发光部；设在该发光部的上部，由金属氧化物构成的透明导电膜；形成于该透明导电膜表面一侧的第1电极；和形成于上述半导基板背面全面或背面一部分的第2电极；其中，在上述发光部与上述透明导电膜之间，还具有由至少含铝的化合物半导体构成的透明导电膜剥离防止层。
根据这样的结构，借助内部含有铝的透明导电膜剥离防止层，可以得到与透明导电膜的良好的密接性，其结果，可以防止透明导电膜剥离。
为了达成上述目的，本发明的发光二极管，包括：半导体基板；在层叠于该半导体基板上的第1导电型复合层与第2导电性复合层之间设活性层而构成的发光部；设在该发光部的上部，由金属氧化物构成的透明导电膜；形成于该透明导电膜表面一侧的第1电极；和形成于上述半导基板背面全面或背面一部分的第2电极；其中，在上述发光部与上述透明导电膜之间，还具有由至少含铝的化合物半导体构成、而且包含浓度大于等于1×1019cm-3的决定导电型的杂质的透明导电膜剥离防止层。
根据这样的结构，借助透明导电膜剥离防止层，不但可以防止透明导电膜剥离，而且还可以改善电流分散特性，以低电压发光。
为了达成上述目的，本发明的发光二极管，包括：半导体基板；在层叠于该半导体基板上的第1导电型复合层与第2导电层之间设活性层的发光部；设在该发光部的上部，由金属氧化物构成的透明导电膜；形成于该透明导电膜表面一侧的第1电极；和形成于上述半导基板背面全面或背面一部分的第2电极；其中，在上述发光部与上述透明导电膜之间还具有能带隙比上述活性层小的AlGaAs层，而且该AlGaAs层由AlXGa1-XAs(0.01≤X≤0.43)构成。
根据这样的结构，通过在AlGaAs层渗杂高浓度的Zn等添加物，使得AlGaAs层的结晶性降低。从而在AlGaAs层与第2导电型复合层之间，电流借助缺陷容易流动，所以电阻变小。另外，由于隧道效应变强，所以透明导电膜与直接过渡的AlGaAs层以及第2导电型复合层之间的阻抗变小，正向工作电压变低。此外，由于AL的存在，可得到与透明导电膜的良好密接性。
附图说明
图1是本发明实施例1的发光二极管剖视图。
图2是本发明实施例4的发光二极管剖视图。
图3是本发明实施例7的发光二极管剖视图。
图4是本发明实施例8的发光二极管剖视图。
图5是本发明实施例9的发光二极管剖视图。
图6是本发明实施例10的发光二极管剖视图。
图7是本发明实施例11的发光二极管剖视图。
图8是已有发光二极管剖视图。
图9是采用ITO膜的已有发光二极管剖视图。
具体实施方式
下面根据附图说明本发明实施例。
实施例1
图1是本发明的实施例1的LED的剖面图。该LED10是发光波长630nm附近的红色LED，由：n型GaAs基板1、n型(渗Se)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层2、无渗杂(Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P活性层3、Zn浓度为5×1017cm-3的p型(渗Zn)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层4、p型GaP层5、作为透明导电膜剥离防止层的p型(渗Zn)AlGaAs层6、由ITO膜构成的透明导电膜7、形成于n型GaAs基板1的背面全面的n型电极8、和以直径150μm的圆形形成于透明导电膜7表面一侧的p型电极9层叠而成。另外，取向生长法、取向生长结构以及ITO膜形成方法等，与据图8说明的LED20同样。
p型AlGaAs层6，形成于p型GaP层5之上，厚10nm，Zn浓度大于等于1×1019cm-3，Al成分为0.1、0.4、0.8。
该LED10是通过把按上述构成层叠的带电极的LED用取向生长晶片通过切割切削加工成基片尺寸300μm的块而形成的。在切割等工序中，确保透明导电膜7对p型AlGaAs层6的附着性而对其进行切削加工。切削加工成的LED10管芯焊接在TO-18晶体管管座上，通过引线接合与TO-18晶体管管座电连接。
根据上述的LED10，得到证实：在使Al成分进行各种变化的所有LED基片中，透明导电膜7的剥离现象大约在1％以下。通过将p型AlGaAs层6作为透明导电层7相接的半导体层中至少含有Al的层，可以抑制剥离现象，大幅度提高LED制造的成品率。
另外，由于p型AlGaAs层6可以形成得很薄，厚度仅为10nm，所以光的透过性提高，在实现了高亮度化的同时，可以削减原料用量，因此，可以降低制造成本。
透明导电层7从半导体层剥离的现象，大大地为化合物半导体中的铝(Al)成分所左右。在本发明中，可以看出通过至少含有Al可以抑制透明导电膜7的剥离。即，在透明导电膜剥离防止层中所含有的Al成分必须至少在0.01以上，而不含有Al的GaXIn1-XP(0≤X≤1)、GaXIn1-XAs(0≤X≤1)等化合物半导体不适用。
另外，在实施例1中说明的透明导电膜7是n型的金属氧化物，与具有pn结的LED的结合实质上成为npn，在透明导电膜7与p型AlGaAs层6的界面，会产生由于势垒而引起的串联阻抗。为了缓解或解决这一问题，需要在p型AlGaAs层6具有高载流子浓度，具体而言需要高杂质浓度。因此，p型AlGaAs层6中含有的决定导电型的杂质浓度即Zn浓度最好大于等于1×1019cm-3。
另外，在上述实施例1中，是就(AlXGa1-X)YIn1-YP(0≤X≤1、0≤Y≤1)等4元系LED进行说明的，但是对于例如象AlGaAs等3元系LED来说，通过设上述透明导电膜剥离防止层也可以防止透明导电膜的剥离现象发生。
另外，为了达到LED高亮度化目的，例如也可以在GaAs基板和n型复合层之间设分布布喇格反射层(DBR)等光反射层。
实施例2
作为本发明的实施例2，在p型GaP层之上以厚10nm形成p型(渗Zn)AlInAs层作为透明导电膜剥离防止层，使AlInAs中含有的Al成分分别为0.1、0.4、0.8来制作发光波长630nm附近的红色LED。至于其他结构、取向生长法、取向生长结构以及ITO膜形成方法等，与实施例1同样，不再赘述。
另外，与实施例1同样，LED是通过把含有上述AlInAs层的取向生长晶片以切割方式切削加工成基片尺寸300μm的块而形成的。在该切割等工序中，确保透明导电膜与p型AlInAs层的附着性来对其进行切削加工。切削加工成的LED管芯焊接在TO-18晶体管管座上，通过引线接合与TO-18晶体管管座电连接。
根据上述实施例2的LED，得到证实：在采用AlInAs层的场合，也与实施例1同样，在所有的LED基片中，透明导电膜的剥离现象大约在1％以下，大幅度提高了LED制造的成品率。
实施例3
作为本发明的实施例3，在p型GaP层之上以厚10nm形成p型(渗Zn)AlGaInAs层作为透明导电膜剥离防止层，使AlGaInAs中含有的Al成分分别为0.1、0.4、0.8来制成了发光波长630nm附近的红色LED。至于其他结构、取向生长法、取向生长结构以及ITO膜形成方法等，与实施例1同样，不再赘述。
另外，与实施例1及实施例2同样，LED是通过把含有上述p型AlGaInAs层的取向生长晶片以切割方式切削加工成基片尺寸300μm的块而形成的。在切割等工序中，确保透明导电膜与p型AlGaAs层6的附着性来对其进行切削加工。切削加工成的LED管芯焊接在TO-18晶体管管座上，通过引线接合与TO-18晶体管管座电连接。
就上述实施例3的LED，得到证实：在采用AlGaInAs层的场合，也与实施例1同样，在所有的LED基片中，透明导电膜的剥离现象大约在1％以下，大幅度提高了LED制造的成品率。
综上所述，根据本发明的LED，由于作为透明导电膜7相接的半导体层，设由至少含铝的化合物半导体构成的、含有浓度在1×1019cm-3以上的决定导电型的杂质的透明导电膜剥离防止层，所以不会发生由于切割等而造成的透明导电膜剥离，可以以低电压发光，实现高亮度化。
实施例4
图2是本发明的实施例4的LED的剖面图。
LED是发光波长630nm带域附近的红色LED，由：n型GaAs基板11、n型(渗Se)GaAs缓冲层(厚400nm、载流子浓度1×1018cm-3)12、n型(渗Se)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层(厚300nm、载流子浓度1×1018cm-3)13、无渗杂(Al0.10Ga0.90)0.5In0.5P活性层(厚600nm)14、p型(渗Zn)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层(厚300nm、载流子浓度5×1017cm-3)15、在生长温度600℃且V/III比为50的条件下形成的p型(渗Zn)AlGaAs层(载流子浓度1×1019cm-3)16、为透明导电膜的ITO膜17、圆形的p型电极18、和n型电极19层叠而成。
另外，活性层14也可采用多重量子井结构。
各层(ITO膜17、p型电极18以及n型电极19除外)根据MOVPE(Metal OrganIc Vapor PhaSe EpItaxy：有机金属气相生长)法而形成，MOVPE法中的生长条件是：生长温度700℃、生长压力50Torr、各层的生长速度为0.3～1.0nm/S、V/III比为300～600。作为在通过MOVPE法而进行的生长中使用的原料采用例如：三甲基镓(TMG)或三乙基镓(TEG)、三甲基铝(TMA)、三甲基铟(TMI)等有机金属、或者砷化氢(AsH3)、磷化氢(PH3)等氢化物气体。另外，作为如n型GaAs缓冲层12的n型层的添加物原料，采用硒化氢(H2SE)。
n型复合层13、活性层14和p型复合层15形成了由(AlXGa1-X)YIn1-YP(0≤X≤1、0≤Y≤1)构成的发光部。
ITO膜17是构成电流分散层的金属氧化物，通过真空蒸镀法在成膜温度(基板表面温度)300℃下形成，厚约230nm。成膜时的电阻率为6.2×10-6Ωm。
p型电极18通过依次蒸镀镊20nm、金1000nm而成，以直径125μm形成矩阵状。
n型电极19通过依次蒸镀金·锗60nm、镊10nm、金500nm形成于n型GaAs基板11背面的全面，其后在氮气环境、400℃温度下进行电极合金化(Alloy)5分钟。
该LED是通过把按上述构成层叠的带电极的LED用取向生长晶片切削加工成以p型电极18为中心、基片尺寸为300μm的块而形成的。将该LED基片管芯焊接在TO-18晶体管管座上，通过引线接合将LED基片与TO-18晶体管管座电连接。
以下，对于实施例4的LED进行了评价，评价结果见下表1。
表1
厚度(nm)                                               发光输出(mW)     Vf(V)     次品率(％)
    5     10     15     20     25     30     35     40     45     50     75     100
Al0.01Ga0.99As     3.12     2.98     2.83     2.70     2.58     2.50     1.92     1≥
Al0.05Ga0.95As     3.13     2.99     2.86     2.73     2.62     2.54     2.48     1.95     1≥
Al0.10Ga0.90As     3.14     3.02     2.89     2.77     2.66     2.58     2.52     2.49     1.93     1≥
Al0.15Ga0.85As     3.16     3.05     2.93     2.82     2.72     2.65     2.59     2.56     2.54     2.54     2.58     1.94     1≥
Al0.20Ga0.80As     3.17     3.07     2.96     2.86     2.78     2.70     2.65     2.62     2.61     2.61     2.65     1.98     1≥
Al0.25Ga0.75As     3.18     3.09     3.00     2.91     2.82     2.76     2.71     2.67     2.66     2.67     2.72     2.47     1.92     1≥
Al0.30Ga0.70As     3.19     3.11     3.03     2.94     2.87     2.81     2.76     2.73     2.72     2.72     2.78     2.57     1.95     1≥
Al0.35Ga0.65As     3.20     3.13     3.06     2.98     2.92     2.86     2.81     2.79     2.78     2.78     2.85     2.67     1.95     1≥
Al0.40Ga0.60As     3.22     3.18     3.12     3.06     3.00     2.95     2.92     2.90     2.89     2.90     3.03     2.93     2.00     1≥
Al0.43Ga0.57As     3.24     3.22     3.19     3.16     3.13     3.09     3.07     3.06     3.05     3.06     3.19     3.20     1.98     1≥
Al0.45Ga0.55As     3.17     2.05     1≥
根据本实施例4的LED，通过在p型AlGaInP复合层15和ITO膜17之间设直接过渡的由AlXGa1-XAs(0.01≤X≤0.43)构成的AlGaAs层，如表1所示的，以5nm的厚度即可得到3.12mW的高输出，另外，还可以实现低工作电压和低成本。并且还能以良好的成品率来制造LED。另外，对于LED中使用的树脂密封前的LED元件，以温度55℃、通电50mA这一试验条件进行可靠性试验，得到证实：24小时通电后的相对输出(通电后的发光输出/通电前的发光输出)均在90％以上，具备高可靠性(输出评价时的电流值为20mA)。
另外，在上述实施例4中，以圆形形成p型电极18，但是，例如四边形、菱形等多边形，也可以达到同样的效果。另外，对于活性层无渗杂的构成，无论是采用第2导电型还是第1导电型，都可得到同样的效果。
另外，在n型缓冲层12与n型P复合层13之间形成光反射层(DBR)，也可以达到同样的效果。进一步，不形成n型缓冲层12也可以达到同样的效果。
实施例5
作为本发明的实施例5，制作设无渗杂(AL0.32Ga0.68)0.5In0.5P活性层作为厚度为600nm的活性层14的发光波长为590nm带域的黄色LED。对于其他构成、取向生长法、及取向生长层的厚度等，与实施例4的LED同样，不再赘述。
以下，对于实施例5的LED进行了评价，评价结果见下表2。
表2
厚度(nm) 发光输出(MW) Vf(V)     次品率(％)
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 75 100
    Al0.01Ga0.99As     1.18     1.11     1.05     1.00     0.95     1.94     1≥
    Al0.05Ga0.95As     1.18     1.12     1.06     1.01     0.97     0.94     1.95     1≥
    Al0.10Ga0.90As     1.18     1.13     1.07     1.02     0.98     0.95     1.93     1≥
    Al0.15Ga0.85As     1.19     1.13     1.08     1.04     1.00     0.97     0.95     1.98     1≥
    Al0.20Ga0.80As     1.19     1.14     1.10     1.05     1.02     0.99     0.97     0.96     0.96     0.96     1.95     1≥
    Al0.25Ga0.75As     1.20     1.15     1.11     1.07     1.04     1.02     1.00     0.99     0.99     0.99     0.96     1.93     1≥
    Al0.30Ga0.70As     1.20     1.16     1.13     1.09     1.06     1.04     1.02     1.02     1.01     1.01     0.99     1.96     1≥
    Al0.35Ga0.65As     1.21     1.17     1.14     1.11     1.08     1.06     1.05     1.04     1.03     1.03     1.02     1.95     1≥
    Al0.40Ga0.60As     1.21     1.18     1.15     1.12     1.10     1.08     1.07     1.06     1.06     1.06     1.04     2.02     1≥
    Al0.43Ga0.57As     1.21     1.19     1.16     1.14     1.12     1.10     1.09     1.08     1.08     1.08     1.07     2.01     1≥
    Al0.45Ga0.55As     1.14     2.06     1≥
根据本实施例5的LED，基于实施例4的较佳特性，能够以黄色LED，实现高输出、低工作电压、低成本。并且，还能以良好的成品率来制造LED。
实施例6
作为本发明的实施例6，制作设无渗杂(Al0.46Ga0.54)0.5In0.5P活性层(厚600nm)作为活性层14的发光波长为560nm带域的绿色LED。对于其他构成、取向生长法、取向生长层厚度等，与实施例4及实施例5的LED同样，不再赘述。
对于实施例6的LED进行了评价，评价结果见下表3。
表3
厚度(nm) 发光输出(MW) Vf(V)   次品率(％)
  5   10   15   20   25   30   35   40   45   50   75   100
Al0.01Ga0.99As  0.21  0.20  0.18  0.17  0.17   2.10   1≥
Al0.05Ga0.95As  0.21  0.20  0.19  0.18  0.17   2.15   1≥
Al0.10Ga0.90As  0.21  0.20  0.19  0.18  0.17  0.17   2.08   1≥
Al0.15Ga0.85As  0.21  0.20  0.19  0.18  0.17  0.17  0.17   2.09   1≥
Al0.20Ga0.80As 0.21 0.20 0.19 0.18 0.18 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 2.13 1≥
Al0.25Ga0.75As  0.21  0.20  0.19  0.19  0.18  0.18  0.17  0.17  0.17  0.17   2.13   1≥
Al0.30Ga0.70As  0.21  0.20  0.20  0.19  0.18  0.18  0.18  0.18  0.18  0.17   2.14   1≥
Al0.35Ga0.65As  0.21  0.21  0.20  0.19  0.19  0.18  0.18  0.18  0.18  0.18  0.17   2.11   1≥
Al0.40Ga0.60As  0.22  0.21  0.20  0.20  0.19  0.19  0.19  0.19  0.19  0.18  0.17   2.12   1≥
Al0.43Ga0.57As  0.22  0.21  0.20  0.20  0.20  0.19  0.19  0.19  0.19  0.19  0.18   2.19   1≥
Al0.45Ga0.55As  0.20   2.20   1≥
根据本实施例6的LED，基于实施例4的较佳特性，能够以绿色LED，实现高输出、低工作电压、低成本，并且还能以良好的成品率来制造LED。
实施例7
图3是本发明的实施例7的LED的剖面图。
(1)该LED是发光波长630nm带域附近的红色LED，具有设置在AlGaInP活性层14与p型AlGaInP复合层15之间的无渗杂(AL0.7Ga0.3)0.5In0.5P层(厚300nm)110。对于其他构成、取向生长法、取向生长层厚度等，与实施例4至实施例6的LED同样，不再赘述。
(2)另外，还同时制造形成低载流子浓度p型(渗Zn)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P层(厚300nm、载流子浓度1×1017cm-3)110作为形成于AlGaInP活性层14与p型AlGaInP复合层15之间的层110的LED。其其它的构成与(1)的相同。
(3)另外，还同时制造形成低载流子浓度n型(渗Se)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P层(厚300nm、载流子浓度1×1017cm-3)110作为形成于AlGaInP活性层14与p型AlGaInP复合层15之间的层110的LED。其其它构成与(1)的相同。
对这样制作的LED的特性进行了评价。(1)至(3至)的LED的特性为：(1)2.71mW、(2)2.63mW、(3)2.61mW，正向工作电压为(1)1.96V、(2)1.93V、(3)1.97V。
根据上述的实施例7的LED，显示了与实施例4的LED同样良好的特性。另外还得到证实：对于可靠性，相对输出提高到95～99％；对于成品率，也得到同等的特性。
实施例8
图4是本发明的实施例8的LED的剖面图。
(1)该LED是发光波长630nm带域附近的红色LED，由：n型GaAs基板11、n型(渗Se)GaAs缓冲层(厚400nm、载流子浓度1×1018cm-3)12、n型(渗Se)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层(厚300nm、载流子浓度1×1018cm-3)13、无渗杂(Al0.10Ga0.90)0.5In0.5P活性层(厚600nm)14、无渗杂(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P层(厚300nm)110、p型(渗Zn)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层(厚300nm、载流子浓度5×1017cm-3)15、p型(渗Zn)GaP接触层(厚200nm、载流子浓度5×1018cm-3)111、p型(渗Zn)Al0.05Ga0.95As层(厚25nm、载流子浓度1×1019cm-3)16、为透明导电膜的ITO膜(电阻率为6.3×10-6Ωm)17、圆形的p型电极18、和n型电极19层叠而成。另外，在以下说明中，对于与在实施例4至实施例7中说明的LED同样的部分，不再赘述。
(2)另外，还同时制造形成p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P接触层111作为接触层111的LED。其其它构成与(1)的同样。
(3)另外，还同时制造形成p型Al0.85Ga0.15As接触层111作为接触层11 1的LED。其其它构成与(1)的同样。
对于实施例8的LED进行了评价，评价结果见下表4。
表4
  接触层111 发光输出(MW) 正方向工作电压(V)  相对输出(％)    次品率(％)
    GaP     2.65     1.96     93     1≥
    AlGaAs     2.62     1.94     95     1≥
    AlGaInP     2.61     1.95     92     1≥
根据本实施例8的LED，如表4所示，哪个都基本上与实施例4(表1)同等。另外，成品率也同等水平；可靠性及相对输出达到95％以上。
实施例9
图5是本发明实施例9的LED的剖面图。
(1)该LED是发光波长630nm带域附近的红色LED，由：n型GaAs基板11、n型(渗Se)GaAs缓冲层(厚400nm、载流子浓度1×1018cm-3)12、n型(渗Se)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层(厚300nm、载流子浓度1×1018cm-3)13、无渗杂(Al0.10Ga0.90)0.5In0.5P活性层(厚600nm)14、无渗杂(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P层(厚300nm)110、p型(渗Zn)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层(厚300nm、载流子浓度5×1017cm-3)15、p型(渗Zn)GaP接触层(厚150nm、载流子浓度5×1018cm-3)111、无渗杂GaP层(厚200nm)112、p型(渗Zn)GaP接触层(厚150nm、载流子浓度5×1018cm-3)111、p型(渗Zn)Al0.05Ga0.95As层(厚25nm、载流子浓度1×1019cm-3)16、为透明导电膜的ITO膜(电阻率为6.1×10-6ΩM)17、圆形的p型电极18、和n型电极19层叠而成。另外，在以下说明中，与在实施例4至实施例8中描述的LED同样的部分，不再赘述。
(2)另外，还同时制造形成p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P接触层111作为接触层111的LED。其其它构成与(1)的同样。
(3)另外，还同时制造形成p型Al0.85Ga0.15As接触层111作为接触层111的LED。其其它构成与(1)的同样。
(4)另外，还同时制造形成无渗杂(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P层112作为形成于接触层111中的层112的LED。其其它构成与(1)的同样。
(5)另外，还同时制造形成无渗杂Al0.85Ga0.15As层112作为形成于接触层111中的层112的LED。其其它构成与(1)的同样。
对于实施例9的LED进行了评价，评价结果见下表5。
表5
  接触层111 无渗杂层112   发光输出(MW) 正向工作电压(V)  相对输出(％)   次品率(％)
    GaP     GaP     2.65     1.96     95     1≥
    AlGaAs     2.64     1.94     97     1≥
    AlGaInP     2.62     1.95     95     1≥
    AlGaAs     GaP     2.63     1.93     93     1≥
    AlGaAs     2.62     1.92     93     1≥
    AlGaInP     2.61     1.94     91     1≥
    AlGaInP     GaP     2.63     1.95     94     1≥
    AlGaAs     2.61     1.95     96     1≥
    AlGaInP     2.62     1.96     95     1≥
根据本实施例9的LED，如表5所示，其发光特性和可靠性均达到或超过了与实施例7同等的水平。另外，对于成品率，也显示出了与实施例7同等的良好特性。进一步，通过采用这样的构造，还可以去掉负性阻抗，形成即使有大的电压变动也不会受到损伤的LED。
实施例10
图6是本发明的实施例10的LED的剖面图。
(1)该LED是具有与图3所示的构成同样的剖面构造的发光波长630nm带域附近的红色LED，由：n型GaAs基板11、n型(渗Se)GaAs缓冲层(厚400nm、载流子浓度1×1018cm-3)12、n型(渗Se)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层(厚300nm、载流子浓度1×1018cm-3)13、无渗杂(Al0.10Ga0.90)0.5In0.5P活性层(厚600nm)14、无渗杂(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P层(厚300nm)110、p型(渗Zn)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层(厚300nm、载流子浓度5×1017cm-3)15、p型Al0.05Ga0.95As层(厚25nm、载流子浓度1×1019cm-3)16、为透明导电膜的ITO膜(电阻率为6.2×10-6ΩM)17、圆形的p型电极18、和n型电极19层叠而成。另外，在以下说明中，与在实施例4至实施例9中说明的LED同样的部分，不再赘述。
(2)还分别制造了p型Al0.05Ga0.95As层16采用Mg作为添加物、采用Be作为添加物、采用Zn和Mg作为添加物、采用Zn和Be作为添加物、采用Mg和BE作为添加物的各种LED。
对于实施例10的LED进行了评价，评价结果见下表6。
表6
  AlGaAs层杂质 发光输出(MW) 正方向工作电压(V) 相对输出(％) 次品率(％)
    Mg     2.66     1.97     99     1≥
    Be     2.64     1.97     98     1≥
    Mg+Zn     2.68     1.96     95     1≥
    Be+Zn     2.68     1.96     95     1≥
    Mg+Be     2.64     1.97     97     1≥
    Zn(实施例4)     2.71     1.96     94     1≥
根据上述的实施例10的LED，如表6所示，即使采用Mg或Be等而不采用Zn作为添加物的场合，也不会增大正方向工作电压，可以得到足够的发光输出。
实施例11
图7是本发明实施例11的LED的剖面图。
(1)该LED是具有与图3所示构成同样的剖面构造的发光波长630nm带域附近的红色LED，由：n型GaAs基板11、n型(渗Se)GaAs缓冲层(厚400nm、载流子浓度1×1018cm-3)12、n型(渗Se)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层(厚300nm、载流子浓度1×1018cm-3)13、无渗杂(Al0.10Ga0.90)0.5In0.5P活性层(厚600nm)14、(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P无渗杂层(厚300nm)110、p型(渗Zn)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P复合层(厚300nm、载流子浓度5×1017cm-3)15、p型Al0.05Ga0.95As层(厚25nm、载流子浓度1×1019cm-3)16、为透明导电膜的ITO膜(电阻率为6.2×10-6ΩM)17、圆形的p型电极18、和n型电极19层叠而成。另外，在以下说明中，与在实施例4至实施例10中说明的LED同样的部分，不再赘述。
p型Al0.05Ga0.95As层16，在生长温度550℃下，通过自动渗杂(auto-dopIng)来添加C，据此，添加到p型Al0.05Ga0.95As层16中的Zn的添加量与进行Zn添加的实施例4相比，变少。
对该LED的LED特性进行评价，得到证实：发光输出为2.70mW、正向电压为1.98V、相对输出为97％。另外，次品率在1％以下。这样，即使在降低AlGaAs层的生长温度、通过自动渗杂添加C和Zn添加并用的场合，LED特性也是良好的。
如上述，通过采用如下构成：在ITO膜17和p型复合层15之间设添加Zn和Mg或BE，进一步通过自动渗杂来添加C的p型AlGaAs层16；据可以制造兼备低工作电压和良好的发光输出且再现性良好的LED，进一步成供地将由于ITO膜17剥离而造成的次品率和由于逆向电压不良引起的次品率降低到1％以下。
另外，作为形成于活性层14和p型复合层15之间的层110，即使插入无渗杂层110、第2导电型低载流子浓度层110或第1导电型低载流子浓度层110，也可制造出兼备低工作电压和良好的发光输出且再现性良好的LED，也可进一步将由于ITO膜17剥离而造成的次品率降低到非常小的1％以下。
进一步，除了形成于活性层14和p型复合层15之间的层110之外，通过作为形成于接触层111中的层112而形成无渗杂层(电阻层)，可以制造出也耐驱动电压变动的LED。
对于本发明的最佳条件的根据，如下所述。
如果AlGaAs层16的载流子浓度低的话，则隧道电流不容易流动，或者，由于与p型复合层15的能带不连续而引起正向工作电压升高，因此，AlGaAs层16的载流子浓度最好在1×1019cm-3以上。而且，AlGaAs层6的载流子浓度越高越好。
AlGaAs层16具有比活性层14的能带隙小的能带隙。因此，对于所发出的光成为吸收层，使发光输出降低。因此，以薄为佳。但是，如果AlGaAs层16的厚度过薄的话，隧道电流变得不能流动。由此可见，对于AlGaAs层16厚度，存在着最佳值。
还有，即使AlGaAs层16的Al成分变化，发出的光的吸收程度也变化。而且光吸收的程度还因发光波长而变化。因此，AlGaAs层16的厚度取决于发光波长、Al成分。因此，即使发光波长相同也由于AlGaAs层16的Al成分存在最佳厚度，即使AlGaAs层16的Al成分相同也由于发光波长存在最佳厚度。
在为发光波长630nm带域的红色发光元件，而且AlGaAs层16的Al成分为0.01、即为Al0.01Ga0.99As层的场合，其厚度以1～35nm为宜，更好为2～25nm。
在为630nm带域的红色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.05的场合，其厚度以1～50nm为宜，更好为2～25nm。
在为630nm带域的红色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.10的场合，其厚度以1～75nm为宜，更好为2～25nm。
在为630nm带域的红色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.15的场合，其厚度以1～75nm为宜，更好为2～35nm。
在为630nm带域的红色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.20的场合，其厚度以1～75nm为宜。
在为630nm带域的红色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.25的场合，其厚度以1～100nm为宜，更好为2～75nm。
在为630nm带域的红色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分大于等于0.25的场合，其厚度以1～100nm为宜，更好为2～100nm。
在为590nm带域的黄色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.01、即为AL0.01Ga0.99As层的场合，其厚度以1～30nm为宜，更好为2～20nm。
在为590nm带域的黄色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.05的场合，其厚度以1～30nm为宜，更好为2～20nm。
在为590nm带域的黄色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.10的场合，其厚度以1～40nm为宜，更好为2～25nm。
在为590nm带域的黄色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.15的场合，其厚度以1～50nm为宜，更好为2～25nm。
在为590nm带域的黄色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.20的场合，其厚度以1～75nm为宜，更好为2～30nm。
在为590nm带域的黄色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.25的场合，其厚度以1～75nm为宜，更好为2～50nm。
在为590nm带域的黄色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.25的场合，其厚度以1～75nm为宜，更好为2～50nm。
在为590nm带域的黄色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.30的场合，其厚度以1～75nm为宜，更好为2～50nm。
在为590nm带域的黄色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.35的场合，其厚度以1～75nm为宜，更好为2～50nm。
在为590nm带域的黄色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.40的场合，其厚度以1～100nm为宜，更好为2～75nm。
在为590nm带域的黄色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.43的场合，其厚度以1～100nm为宜，更好为2～100nm。
在为发光波长560nm带域的绿色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.10、即是AL0.01Ga0.99As层的场合，其厚度以1～25nm为宜，更好为2～15nm。
在为560nm带域的绿色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.05的场合，其厚度以1～25nm为宜，更好为2～15nm。
在为560nm带域的绿色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.10的场合，其厚度以1～30nm为宜，更好为2～20nm。
在为560nm带域的绿色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.15的场合，其厚度以1～40nm为宜，更好为2～20nm。
在为560nm带域的绿色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.20的场合，其厚度以1～50nm为宜，更好为2～20nm。
在为560nm带域的绿色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.25的场合，其厚度以1～50nm为宜，更好为2～20nm。
在为560nm带域的绿色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.25的场合，其厚度以1～50nm为宜，更好为2～20nm。
在为560nm带域的绿色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.30的场合，其厚度以1～50nm为宜，更好为2～20nm。
在为560nm带域的绿色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.35的场合，其厚度以1～50nm为宜，更好为2～20nm。
在是560nm带域的绿色发光元件、而且AlGaAs层16的Al成分为0.40的场合，其厚度以1～75nm为宜，更好为2～50nm。
ITO膜17，若电阻率高，则隧道电流不流动，或电流难于流动，因此正向工作电压升高。另外，电流分散效应也减弱，发光输出变低。由此可见，ITO膜17的电阻率越低越好。
ITO膜17的电阻率以在1×10-6ΩM以下为宜，最好在7×10-7ΩM以下。
ITO膜17，若其厚度薄的话，则电流分散效应减弱，发光输出变低，因此，ITO膜17厚度越厚越好。以在50nm以上为宜，最好在200nm以上。
AlGaAs层16，在高温下生长的话结晶性好，而若结晶性好的话，则即使在同样载流子浓度下，隧道电流也会不容易流动。还有，容易引起由于与p型复合层15的能带不连续而引起的正向工作电压上升。因此，最好是AlGaAs层16的结晶性不甚良好。因此，AlGaAs层16的生长温度以600℃以下为宜，最好为600℃～450℃。
AlGaAs层16，在提高原料的V/III比而进行生长的话，结晶度好。如果结晶度好，则即使在同样载流子浓度下，隧道电流也会不容易流动。还有，由于与p型复合层15的能带不连续而引起的正向工作电压上升。因此，最好是AlGaAs层16的结晶性不甚良好。因此，AlGaAs层16生长时的原料的V/III比较低为宜。
AlGaAs层16，如果降低生长时的原料的V/III比的话，C自动添加(auto doping)的量增加。因此，降低AlGaAs层16生长时的原料的V/III比的话，容易达到高载流子浓度，而且结晶的品质下降。故，要降低正向工作电压，使AlGaAs层16生长时的原料的V/III比在50以下为宜，更好在10以下。
形成于活性层14与复合层15之间的无渗杂层110的厚度越厚，越能改善发光输出及可靠性。这是由于其能够抑制进入复合层15的Zn扩散并进入到活性层中，能够抑制由于扩散引起的缺陷。但是，若超过一定厚度的话，无渗杂层110效果减弱，发光输出及可靠性变成饱和状态。另外，由于无渗杂层110厚度加大，正向工作电压变高。进一步成本也增加。因此，期望无渗杂层110厚度适当而不过厚。因此无渗杂层110的厚度在100nm以上为宜，但更好在300-3000nm之间。
AlGaAs层16，只要含有少许Al即可改善ITO膜17的密接性。因此，在AlGaAs层16中含有少许Al的话比较好。更好是Al成分在0.05以上。但是，如果使AlGaAs层16的Al成分大于0.43的话，AlGaAs层16变成间接过渡，隧道电流变得不易流动。因此，最好将AlGaAs层16的Al成分设定在0.01～0.43的范围内，更好为0.05～0.4。
综上所述，根据本发明的LED，由于在第2导电型复合层与电流分散层之间具有能带隙比活性层小的AlGaAs层(AlXGa1-XAs(0.01≤X≤0.43))，所以可防止由于透明导电膜剥离造成的成品率下降，即使不设中间能带间隔层也能降低正向工作电压，而且亮度高、低工作电压、低价格、可靠性高，可以提高再现性。

Claims (14)

1.一种发光二极管，包括：半导体基板；在层叠于该半导体基板上的第1导电型复合层与第2导电型复合层之间设活性层的发光部；设在该发光部上部，由金属氧化物构成的透明导电膜；形成于该透明导电膜表面一侧的第1电极；和形成于上述半导基板背面全面或背面一部分上的第2电极；其特征在于：
在上述发光部与上述透明导电膜之间还具有由至少含铝的化合物半导体构成的透明导电膜剥离防止层。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：上述透明导电膜剥离防止层含有浓度大于等于1×1019cm-3的决定导电型的杂质。
3.如权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于：上述透明导电膜剥离防止层，以小于等于300nm的膜厚而形成。
4.如权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于：上述透明导电膜由氧化铟鍻构成。
5.如权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于：上述透明导电膜剥离防止层由砷化合物构成。
6.如权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于：上述发光部由(AlXGa1-X)YIn1-YP(0≤X≤1、0≤Y≤1)构成。
7.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：上述透明导电膜剥离防止层是能带隙比上述活性层小的AlGaAs层，而且，所述AlGaAs层由ALXGa1-XAs(0.01≤X≤0.43)构成。
8.如权利要求1或7所述的发光二极管，其特征在于：上述AlGaAs层的载流子浓度大于等于1×1019cm-3。
9.如权利要求1或7所述的发光二极管，其特征在于：上述AlGaAs层添加了Zn、Be及Mg中的至少一种。
10.如权利要求1或7所述的发光二极管，其特征在于：上述AlGaAs层，添加了Zn、Be及Mg中的至少一种，而且还通过自动渗杂而添加了C。
11.如权利要求1或7所述的发光二极管，其特征在于：上述AlGaAs层在小于等于600℃的生长温度下形成。
12.如权利要求1或7所述的发光二极管，其特征在于：上述AlGaAs层在生长时的原料的V/III比小于等于50的条件下形成。
13.如权利要求1或7所述的发光二极管，其特征在于：上述透明导电膜由氧化铟鍻构成。
14.如权利要求1或7所述的发光二极管，其特征在于：上述发光部由(AlXGa1-X)YIn1-YP(0≤X≤1、0≤Y≤1)构成。
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