CN1750285A - 发光二极管 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管，其具备p型AlGaInP有源层(15)、透明电极用p型GaAs接触层(17)和ITO透明电极(110)。该p型GaAs接触层(17)的载流子浓度设定为是1.0×1019cm－3。

Description

发光二极管
技术领域
本发明涉及在显示装置等中被广泛使用的发光二极管，更详细说就是涉及把AlGaInP作为发光层材料使用的同时，把ITO(氧化铟锡)作为透明电极材料使用的发光二极管。
背景技术
AlGaInP发光层利用组成比能从绿色到红色地进行发光。这样，包含所述AlGaInP发光层的发光二极管就作为显示元件来使用。直到现在，所述发光二极管为了其高亮度化而正在实施发光二极管的各种元件结构。
现有的作为具备AlGaInP发光层的发光二极管，在特开平11-4020号公报中就被公开了。
如图6所示，所述发光二极管具备在n型GaAs基板31上顺次层合的n型缓冲层32、n型DBR(Distributed Bragg Reflector(分布式布拉格反射镜))膜33、n型AlInP包层34、p型AlGaInP有源层35、p型AlInP包层36、透明电极用p型接触层37、n型电流阻挡层38、Zn层39、透明电极310。
所述阻挡层38，利用光刻法成形为圆板形状，并仅把接触层37的中央部覆盖。
所述透明电极310通过溅射法形成。
311是引线接合用电极，312是n侧电极。
根据上述结构的发光二极管，通过采用把有源层35用包层34、36夹住的双异质结构，而提高有源层35的发光效率。
通过在所述有源层35与引线接合用电极311之间形成电流阻挡层38，而防止有源层35的发光被引线接合用电极311吸收。
通过在所述引线接合用电极311之下形成透明电极310，而使从引线接合用电极311向有源层35的电流扩散良好进行，防止了由电流集中在有源层35的一部分上而引起的发光效率降低。
通过把Zn层39在介于所述透明电极310与接触层37之间配置，就提高了透明电极310对接触层37的紧密接触度。
但在所述现有的发光二极管中，存在取得所述接触层37和透明电极310的欧姆接触困难的问题。
由于所述Zn层39成为了光吸收层，所以，其发光特性低下。
把所述透明电极310用溅射法形成时，需要把基板进行加热，但该基板被加热则透明电极310的材料就结晶化，所以透明电极310的加工难。
发明内容
本发明的课题在于提供一种发光二极管，其能容易取得接触层和透明电极的欧姆接触。
为了解决所述课题，本发明的发光二极管包括：由AlGaInP构成发光层、由氧化铟锡构成的透明电极和用于所述透明电极的接触层，所述接触层的载流子浓度是大于或等于1.0×1019cm-3，且小于或等于5.0×1019cm-3。
根据所述结构的发光二极管，所述接触层与透明电极的接触特性与接触层的载流子浓度有相关关系。通过把接触层的载流子浓度设定成大于或等于1.0×1019cm-3，就容易取得接触层和透明电极的欧姆接触。
通过把所述接触层的载流子浓度设定成小于或等于5.0×1019cm-3，就能防止接触层的结晶性恶化。
一实施例的发光二极管中，所述接触层由GaAs构成。
根据所述实施例的发光二极管，通过把所述接触层由GaAs构成，而能容易取得接触层和透明电极的欧姆接触。
一实施例的发光二极管中，所述接触层由AlGaInP构成。
根据所述实施例的发光二极管，通过把所述接触层由AlGaInP构成，而能容易且可靠地取得接触层和透明电极的欧姆接触。
一实施例的发光二极管中，所述接触层的载流子浓度是大于或等于2.0×1019cm-3，且小于或等于3.0×1019cm-3。
根据所述实施例的发光二极管，通过把所述接触层的载流子浓度设定成大于或等于2.0×1019cm-3，就更容易取得接触层和透明电极的良好的欧姆接触。
通过把所述接触层的载流子浓度设定成小于或等于3.0×1019cm-3，就能防止发光层的结晶性恶化。
一实施例的发光二极管中，所述接触层的层厚度是大于或等于0.01μm且小于或等于0.05μm(500)。
根据所述实施例的发光二极管，通过把所述接触层的层厚度设定为是小于或等于0.05μm，而能把接触层的光吸收抑制低。因此，能防止所述发光二极管的光输出降低。
且通过把所述接触层的层厚度设定为是小于或等于0.05μm，还减少了掺杂剂从接触层向发光层的扩散，能良好保持其发光特性。
且通过把所述接触层的层厚度设定为是大于或等于100，能容易控制层的厚度。
一实施例的发光二极管中，所述透明电极，是作为前处理进行逆溅射后，通过溅射法形成。
根据所述实施例的发光二极管，通过把所述逆溅射作为前处理进行之后，再用溅射法形成透明电极，能降低表面电阻。
把所述透明电极用蒸镀法形成，则不能把逆溅射和蒸镀法连续进行，所以不理想。
一实施例的发光二极管中，所述溅射法是不进行基板加热的室温溅射法。
根据所述实施例的发光二极管，通过在所述溅射法中不进行基板加热，则能使透明电极不结晶化地以非结晶原样地形成在接触层上。因此，能把所述透明电极容易例如用热磷酸等进行蚀刻。
一实施例的发光二极管中，所述透明电极，在用所述溅射法形成后，实施大于或等于300℃且小于或等于400℃的退火处理。
根据所述实施例的发光二极管，通过对利用所述溅射法形成的透明电极实施大于或等于300℃且小于或等于400℃的退火处理，能使透明电极结晶化。因此，能提高所述接触层和透明电极的欧姆接触的可靠性。
本发明的发光二极管，通过把接触层的载流子浓度设定成大于或等于1.0×1019cm-3，能容易取得接触层和透明电极的欧姆接触。
附图说明
本发明，通过以下的详细说明和附图就被更完全了解了，详细说明和附图是仅作为例证给出的，因此并不能限定本发明。
图1是逆溅射条件与表面电阻的关系图；
图2是接触层的载流子浓度与通电20mA时的电压的关系图；
图3是室温溅射后的退火条件与表面电阻的关系图；
图4是本发明第一实施例发光二极管的模式剖面图；
图5是本发明第二实施例发光二极管的模式剖面图；
图6是现有发光二极管的模式剖面图。
具体实施方式
把发光二极管的ITO透明电极的溅射前处理，用以下的方法讨论。
在载流子浓度是1.0×1019cm-3的p型GaAs基板上，作为溅射前处理而进行了逆溅射的情况与作为溅射前处理而没进行逆溅射的情况进行了比较。逆溅射是把RF(射频)输出在100W、300W、500W的这三个条件下进行。并在进行了所述逆溅射后，用250℃的加热溅射，在p型GaAs基板上形成ITO透明电极，测量表面电阻。逆溅射的RF输出与表面电阻的关系如图1所示。从图1了解到，没有逆溅射的情况，与有逆溅射的情况相比，其表面电阻高。在进行了所述逆溅射时，在RF输出100W、300W、500W中进行了RF输出300W时，表面电阻值最低。在适当的条件下进行逆溅射还能降低表面电阻。
把发光二极管的GaAs接触层的载流子浓度与VF(顺方向电压)的关系，用以下的方法讨论。
通过MOCVD(有机金属气相成长)法在p型GaAs基板上，形成厚度400的Zn掺杂GaAs接触层。所述GaAs接触层，形成载流子浓度是2.5×1019cm-3、1.0×1019cm-3、0.5×1019cm-3的这三种。然后，把逆溅射在RF输出300W下进行之后，通过250℃的加热溅射，在GaAs接触层上形成ITO透明电极。然后在GaAs基板和ITO透明电极上蒸镀AuZn电极，并测量I-V接触层特性。电流值20mA时的VF如图2所示。从图2了解到，GaAs接触层的载流子浓度越高，则越容易取得GaAs接触层与ITO电极的欧姆接触。例如，载流子浓度是1.0×1019cm-3的GaAs接触层的发光二极管的VF(顺方向电压)，是0.1V便可。因此，为了降低所述发光二极管的动作电压，就更加提高接触层的载流子浓度，例如当把其变成2.0×1019cm-3时，则能抑制动作电压的上升。
把发光二极管的ITO透明电极的溅射条件用以下的方法讨论。
在载流子浓度是1.0×1019cm-3的p型GaAs基板上，把RF输出300W的逆溅射作为溅射前处理来进行。然后，在250℃的加热溅射和室温溅射下形成ITO透明电极。比较其表面电阻。在所述加热溅射下表面电阻是0.56Ω/□，在室温溅射下表面电阻是2.0Ω/□。因此，加热溅射比所述室温溅射能降低表面电阻。
讨论对在所述室温溅射下形成的ITO透明电极进行的退火条件。
讨论所述退火条件的结果如图3。从图3了解到，用360℃、10分钟的退火，能得到最低的表面电阻。退火不足和过量都使表面电阻上升，通过在适当的条件下进行退火能降低表面电阻。因此，即使在所述室温溅射下形成的ITO透明电极，通过对其ITO透明电极进行退火，也能把表面电阻降低到与在加热溅射下形成的ITO透明电极相同的水平。
对在所述室温溅射下形成的ITO透明电极进行的湿式腐蚀讨论的结果是，了解到在室温溅射下形成的ITO透明电极利用70℃的热磷酸能容易腐蚀。与此相反，在所述加热溅射下形成的ITO透明电极，由于其结晶化而在化学上是稳定的，所以不用特殊的腐蚀剂就不能进行腐蚀。
只要在所述室温溅射下形成的ITO透明电极上进行形成图形等的加工后进行退火，ITO透明电极就结晶化，所以能得到与在加热溅射下形成的ITO透明电极同样的可靠性。
以下，通过图示的实施例详细说明本发明的发光二极管。
(第一实施例)
图4表示的是本发明第一实施例发光二极管的模式剖面图。
所述发光二极管具备：n型GaAs基板11和在该n型GaAs基板11上顺次形成的n型GaAs缓冲层12、作为反射膜一例的n型DBR膜13、n型AlInP第一包层14、p型AlGaInP有源层15、p型AlInP第二包层16、透明电极用p型GaAs接触层17和ITO透明电极110。
使所述p型AlGaInP有源层15产生的光通过ITO透明电极110。即所述ITO透明电极110对于p型AlGaInP有源层15的发光波长来说是透明的。
在所述ITO透明电极110上，形成由Au构成的引线接合用电极(p侧电极)111。该引线接合用电极111形成为圆板状，并仅覆盖ITO透明电极110的大致中央部。
在所述n型GaAs基板11的下面形成由AuGe构成的n侧电极112。该n侧电极112把n型GaAs基板11的背面(与p型AlGaInP有源层15相反一侧的表面)全部覆盖。
所述发光二极管如下地制造。
首先，在所述n型GaAs基板11上，通过MOCVD法顺次层合n型GaAs缓冲层12、DBR膜13、层厚度1μm的n型AlInP第一包层14、层厚度1μm的p型AlGaInP有源层15、层厚度1μm的p型AlInP第二包层16、层厚度0.04μm(＝400)的透明电极用p型GaAs接触层17。
所述n型GaAs基板11，具有从(100)向[011]方向仅倾斜15°的面方向。
所述透明电极用p型GaAs接触层17被设定为载流子浓度是1.0×1019cm-3。
所述n型DBR膜13由n型GaAs和n型In0.5Al0.5P的例如10对构成。
然后，研磨所述GaAs基板11的背面，把GaAs基板11的厚度制成100μm左右后，在GaAs基板11的背面上蒸镀AuGe，进行合金化。这样，就得到由所述AuGe构成的电极112。
然后，在所述透明电极用p型GaAs接触层17的表面上以RF输出300W进行逆溅射5分钟后，通过不加热基板的室温溅射，在透明电极用p型GaAs接触层17的表面上附着ITO透明电极110，在ITO透明电极110的表面上蒸镀Au。
所述逆溅射和室温溅射是在真空度设定为1×10-6torr的工作室内连续进行的。且所述逆溅射和室温溅射是一边把Ar气体导入到工作室内一边设定成3×10-3torr地进行。
然后，把所述Au形成图形，形成大致圆板状的引线接合用电极111。
然后，把所述ITO透明电极110进行70℃的热磷酸腐蚀，在ITO透明电极110上形成划线。
然后，在所述ITO透明电极110上进行360℃、10分钟的退火，这样，使所述ITO透明电极110结晶化。
最后，把所述GaAs基板11进行切割分割，就得到芯片形状的发光二极管。
这样制造的发光二极管，在电流20mA下的VF是2.2V，ITO透明电极110对于透明电极用p型GaAs接触层17能取得良好的接触。
由所述室温溅射形成的ITO透明电极110与由加热溅射形成的ITO透明电极110不同，其形成图形容易。因此，在所述ITO透明电极110上能形成双线形式的芯片等的复杂电极图形。
所述ITO透明电极110在进行形成图形后，只要实施大于或等于300℃且小于或等于400℃的退火，就能得到与由加热溅射形成的ITO透明电极110同样的结晶性。
在所述第一实施例中，使用了载流子浓度是1.0×1019cm-3的透明电极用p型GaAs接触层17，但也可以使用载流子浓度是大于或等于1.0×1019cm-3且小于或等于5.0×1019cm-3的透明电极用p型GaAs接触层。
在所述第一实施例中，是使用了n型基板，但也可以使用p型基板。在使用该p型基板时，也可以使用载流子浓度是大于或等于1.0×1019cm-3且小于或等于5.0×1019cm-3的透明电极用n型GaAs接触层。
所述接触层的层厚度，最好是大于或等于0.01μm且小于或等于0.05μm。
(第二实施例)
图5是表示本发明第二实施例发光二极管的模式剖面图。
所述发光二极管具备：n型GaAs基板21和在该n型GaAs基板21上顺次形成的n型GaAs缓冲层22、作为反射膜一例的n型DBR膜23、n型AlInP第一包层24、p型AlGaInP有源层25、p型AlInP第二包层26、透明电极用p型(Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P接触层27和ITO透明电极210。
使所述p型AlGaInP有源层25产生的光通过ITO透明电极210。即所述ITO透明电极210对于p型AlGaInP有源层25的发光波长来说是透明的。
在所述ITO透明电极210上，形成由Au构成的引线接合用电极(p侧电极)211。该引线接合用电极211形成为圆板状，并仅覆盖ITO透明电极210的大致中央部。
在所述n型GaAs基板21的下面形成由AuGe构成的n侧电极212。该n侧电极212把n型GaAs基板21的背面(与p型AlGaInP有源层25相反一侧的表面)全部覆盖。
所述发光二极管如下地制造。
首先，在所述n型GaAs基板21上，通过MOCVD法顺次层合n型GaAs缓冲层22、DBR膜23、层厚度1μm的n型AlInP第一包层24、层厚度1μm的p型AlGaInP有源层25、层厚度1μm的p型AlInP第二包层26和层厚度0.2μm(＝2000)的透明电极用p型(Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P接触层27。
所述n型GaAs基板21具有从(100)向[011]方向仅倾斜15°的面方向。
所述透明电极用p型(Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P接触层27被设定为载流子浓度是1.0×1019cm-3。
所述n型DBR膜23由n型GaAs和n型In0.5Al0.5P的例如10对构成。
然后，磨所述GaAs基板21的背面，把GaAs基板21的厚度制成100μm左右后，在GaAs基板21的背面上蒸镀AuGe，进行合金化。这样，就得到由所述AuGe构成的电极212。
然后，在所述透明电极用p型(Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P接触层27的表面上以RF输出300W进行逆溅射5分钟后，通过不加热基板的室温溅射，在透明电极用p型(Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P接触层27的表面上附着ITO透明电极210，在ITO透明电极210的表面上蒸镀Au。
所述逆溅射和室温溅射，是在真空度设定为1×10-6torr的工作室内连续进行的。且所述逆溅射和室温溅射，是一边把Ar气体导入到工作室内一边设定成3×10-3torr地进行。
然后，把所述Au形成图形，形成大致圆板状的引线接合用电极211。
然后，把所述ITO透明电极210进行70℃的热磷酸腐蚀，在ITO透明电极210上形成划线。
然后，在所述ITO透明电极210上进行360℃、10分钟的退火，这样，使所述ITO透明电极210结晶化。
最后，把所述GaAs基板21进行切割分割，就得到芯片形状的发光二极管。
这样制造的发光二极管，在电流20mA下的VF是2.4V，ITO透明电极210对于透明电极用p型(Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P接触层27能取得良好的接触。
且所述发光二极管比所述第一实施例的光输出提高5％。
所述发光二极管的VF比所述第一实施例的上升，是由于透明电极用p型(Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P接触层27与ITO透明电极210的接触电阻稍微高的缘故，但所述发光二极管的VF是2.4V，在实用上是没有问题的水平。
所述发光二极管其所述光输出之所以提高，是由于透明电极用p型(Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P接触层27的光吸收比透明电极用p型GaAs接触层17的光吸收少的缘故。
由所述室温溅射形成的ITO透明电极210，与由加热溅射形成的ITO透明电极210不同，其形成图形容易。因此，在所述ITO透明电极210上能形成双线形式的芯片等的复杂电极图形。
所述ITO透明电极210在进行形成图形后，只要实施大于或等于300℃且小于或等于400℃的退火，就能得到与由加热溅射形成的ITO透明电极210同样的结晶性。
在所述第二实施例中，是使用了载流子浓度是1.0×1019cm-3的透明电极用p型(Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P接触层27，但也可以使用载流子浓度是大于或等于1.0×1019cm-3且小于或等于5.0×1019cm-3的透明电极用p型(Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P接触层。
在所述第二实施例中，是使用了n型基板，但也可以使用p型基板。在使用该p型基板时，也可以使用载流子浓度是大于或等于1.0×1019cm-3且小于或等于5.0×1019cm-3的透明电极用n型(Al0.15Ga0.85)0.5In0.5P接触层。
所述接触层的层厚度最好是大于或等于0.01μm且小于或等于0.3μm。
本发明的发光二极管并不限定于是双异质结构，例如其也可以是形成单异质结构、量子阱接合的结构、同质接合的结构等。
本发明如上进行了公开，但很清楚，本发明能以多种方法变更。这种变更只要是没离开本发明的精神和范围，且是业内人士了解的改良，则都应理解为包含在以下的权利要求范围内。

Claims (7)

1、一种发光二极管，其特征在于，其包括：由AlGaInP构成发光层、由氧化铟锡构成的透明电极和用于所述透明电极的接触层，
所述接触层的载流子浓度是大于或等于1.0×1019cm-3，且小于或等于5.0×1019cm-3。
2、如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述接触层由GaAs构成。
3、如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述接触层由AlGaInP构成。
4、如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述接触层的载流子浓度是大于或等于2.0×1019cm-3，且小于或等于3.0×1019cm-3。
5、如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明电极是作为前处理进行了逆溅射后，通过溅射法形成。
6、如权利要求5所述的发光二极管，其特征在于，所述溅射法是不进行基板加热的室温溅射法。
7、如权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，所述透明电极在用所述溅射法形成后，实施大于或等于300℃且小于或等于400℃的退火处理。
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