TW200306018A - Light-emitting diode - Google Patents

Description

200306018 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於發光二極體。 【先前技術】 發光二極體，通常具有發光層部、及用以對該發光層 部施加發光驅動電壓的通電電極。而且，為提高光取出效 率，在該發光二極體與通電電極之間，形成電流擴散層及 電流阻止層。圖4係表示具有電流擴散層及電流阻止層之 發光二極體的一例。發光層部19，為由η型包覆層Η、活 性層14、及ρ型包覆層15所構成之雙異f接合構造依此 順序並透過n型緩衝層21而形成於n型單結晶基板12上 ，於P型包覆層15與通電電極17之間形成p型電流擴散 層16。而且’於該p型電流擴散層16與？型包覆層^之 間形成η型電流阻止層18。 於Ρ型電流擴散層16内部，通電電流係對發光層部 19以均-地供應到面内的方式而擴散。_，自發光層部 19之未披覆通電《 17的區域可進行比較強的發光。又 ’ η型電流阻止層18，由於與ρ型雷法樜也既，ρ ρ i冤流擴散層16及ρ型包 覆層15為導電型相異者，故如圖4所示般，通電電流係以 避開該η型電流阻止層18的方式流通到發光層部19之未 披覆有通電電極17的區域，故合白本从帝士 又曰自未披覆有通電電極17 的區域優先進行發光。由於自該 “ 邊&域的發光，不易被通電 電極17所遮蔽，而易於放出到外立 认外l J外。卩，故藉由此等ρ型電流 擴散層16及η型電流阻止層18夕知人 之組合，可顯著地提高發 200306018 光二極體的光取出效率。 然而，如上述般，於採用與周圍不同導電型的層作為 電流阻止層的％合’會有下述的問題。圖5為表示發光二 極體的製造方法之一例。於例如由GaAs等所構成之n型單 結晶基板12上’以由（AiuGa卜Λ·51ΐη() 49P(惟，ocua)混 晶所構成之η型包覆層13、由（AlvGai_v)Q.51InQ 49P(惟，〇 < u S 〇 · 7) >'吧晶所構成之活性層14、及由（a 1 g a w)o.5iIn〇49P(惟，〇<w$i)混晶所構成之p型包覆層15依 序進行磊晶（epitaxial)成長所構成之發光層部19上，進 行以GaAs等所構成之n型電流阻止層i 8之磊晶成長。又 ，對忒（AluGa^u)〇 51ln〇 49p、（AlvGa卜v)〇 51ln。49p、⑷ 之總稱亦略記為AlGalnP。又，用以構成該發 光層部19之各AiGaInP層的A1組成u、v、w，係滿足v = U及v<w的關係。然後，藉由光微影技術，將n型電流阻 止層18的不要區域（18a)除去之後，在其上，進行例Ζ由 AlxGa卜xAs(惟，〇 < χ $ υ混晶（以下，將此等總稱為 AlGaAs)所構成之ρ型電流擴散層16之磊晶成長，於形成 電極Π、20之後進行元件化，藉此作成為發光二極體 〇 如此般’以與周圍不同導電型的層作為電流阻止層來 作用之場合，於其製造過程中，如上述般，必須要有：斷 Ρ層之成長而使η層成長的製程。此場合，如圖6所示般 ’例如自η型電流阻止層18使η型摻質往ρ型包覆層^ 的一部份擴散。藉此’由於ρ型包覆層15的多數載子（電 200306018 :)會被補償’致載子濃度減少，而使得發光二極體23的 儿度降低。又，文到n型摻質的補償若過多，則會於p型 包覆層15上形成n型反轉層⑸，使得用以使發光二極體 23發光的發光驅動電壓上昇。因此，為了得到具有所要的 發光效率及發光驅動電壓之發光二極體，力η型電流阻止 層18的形成之際，必須進行處理以使η型反轉層15a的形 成變得不明顯，而使製造效率降低。 【發明内容】 本發明，係鑑於上述問題而完成者，其目的在於提供 一種發光二極體必形成與周圍不同導電型的電流阻止 層而可控制電流擴散層内的電流之流通。 為解決上述問題，本發明之發光二極體，其特徵係： 在L電電極與發光層部之間形成電流擴散層，電流抑制層 (用以一妨礙依據發光驅動電壓之通過電流）與該電流擴散層 為同-導電型、且與該電流擴散層形成異質障壁界面。 4 ®^1於本發明中’藉由使電流抑制層與電流擴 二成為同—導電型，並以與電流擴散層之間形成異質 早土’面’來代替與周圍不同導電型的電流阻止層之形成 j可發揮作為電流抑制層的作用。由於不採用與周圍不 5電型的層，故於電流抑制層的形成中，不會發生摻質 :散到該電流抑制層的下層致該下層的載子濃度之降低，、 二的降^斤欲的反轉層的情形。因而，不會發生因載子濃 轉層的形成所造成的發光二極體的亮度降低 、驅動電s上昇之情形。因此，不須要進行用以防止 200306018 反轉層的形成之特別的處置，故易於製造。另一方面，電 流抑制層，係於與電流擴散層的境界處形成異質障壁界面 。藉此，於使電流擴散層導通的通電電流中，於電流擴散 層與電流抑制層相接的部分，由於在該異質障壁界面形成 能量障壁，故通電電極於發光層部之間的通電電流的流通 ，於該電流抑制層附近會受到阻礙。其結果，由於通電電 流會避開電流抑制層而導通，故即使電流抑制層與電流擴 散層係作成為同一導電型，亦可控制電流擴散層内的電流 並使其擴展開來，而可充分地發揮電流抑制層的作用。 電流抑制層，具有對應於通電電極的形狀，可形成於 忒通電電極的正下方。藉此，對往外部取出的發光有助益 的通電電流，能有效率地供應到發光層部，且自發光層部 的發光不易被電流抑制層及通電電極遮蔽，而可進一步提 高發光二極體的光取出效率。 【實施方式】 以下，參照圖式，就用以實施本發明之較佳形態加以 -立圖1為表示本發明之一個實施形態之發光二極體！的 不忍圖。發光二極冑j，具有形成於其表面大致中央 Γ=:又…型單結晶基板2上形成n型緩衝層 1卜再於其上依序積層發光層部9、電㈣ 擴散層6。發光声邱q，έ、s f 4 ^ 纟先層。"，自通電電極7侧起’具有依序積層 由作為弟-導電型包覆層之ρ型包覆f 及 為第二導電型包覆層之η型包覆層3所成之雙異 200306018 造；電流抑制層8，係形成與作為第一導電型包覆層之 型包覆層5相接。藉由在發光層部9採用雙異質接合構造 ，可提南在活性層4之量子封鎖效應之内部量子效率。又 ，在η型單結晶基板2的背面形成有背面電極丨〇。又，欲 付到良好的電流擴散層6的效果，該電流擴散層6的厚度 以設定為2〜15/ζπ!的範圍為佳。若小於2//m，於自通電電 極7到發光層音"之間，通電電極無法充分擴散，故並不 理想。另-方面，若超過15//m，上述效果已達飽和，不 僅製造費時並導致成本之上昇。 發明中，係使電流抑制層8作成與p型包覆層5及 電流擴散層6為同一導電型，於本實施形態中為p型(以下 ，亦記作P型電流抑制層8)。 又/具體而言，發光二極體i的n型單結晶基板2及 以緩衝層U係由⑽所構成。而且，發光層部9，係具 =(A1uGa卜u)〇 5ιΙη。49p(惟’（^印所構成之。型 曰、由（AlvGai_v)〇 5ιΙη〇 49ρ(惟，〇<u錢 所構成之活性層4、及由Γ ^ τ <U V<W) 飞彳戶斤 M 士、 w aii)ui In。」/(惟， 之P型包覆層5 ; p型電流擴散層6系 xAs(惟，〇 < γ <，、 1尔田 AlxGai_ (AlGa }I广所構成；P型電流抑制層8,係由 y-Λΐι^Ρ(惟，〇<y^、仏⑸、w 於個別的層φ，η π ^ ^ W構成。 ，、要採用這樣的化合物半導體， 電流抑制層8^上 糟由p型 制層8之間，=’於P型電流擴散層6與”電流抑 流抑制層8，以ά Α1 τ 尤/、疋，Ρ型電 AUh—ΖΡ(惟’ 0_υ所構成者為佳。 200306018 藉此於p里包覆層5與P型電流抑制層8之間不會形成 反轉層又，於通電電極7與發光層部g之間，於配置有 P型電流抑制層8的區域中，由於通電電流幾乎不導通， 故藉由改變電流抑制層的形狀或其形成位置，可控制通電 電流之流通。例如，若於使P型電流抑制層8作成為與通 電電極7相對應之形狀並形成於通電電極7的正下方，則 可自通電電極7以外沾p a ^ , 、 的&或取出強的發光，而提高光取出 效率。又，藉由改轡壬M麻 曰4的組成，可使發光波長於 550〜660nm間適當地變更。 形成於p型電流擴散層6與p型電流抑制層8之間的 異質障壁界面附近的能帶的構造，係作成為例如圖2A般。 P型電流抑制層8的價電子帶的上端之能量，係較p型電 流擴散層6的價電子帶的上端的能量低。因此，在p型電 流6與P型電流抑制層8的界面可形成對電洞之大 的月b量P早壁E，成為異質障辟κ 發光二極…加發光二；界：。：透過通電電極7對 "尤驅動電壓，則可使多數的载子之雷 洞於P型電流擴散層6之内朝向P型包覆層5移動 '然而 ::成於p型電流擴散層6與p型電流抑制 界面中’形成有對電洞之能量障壁E，以該:； 乂的「ΓΓ洞遮蔽’其結果’在形成有p型電流抑制 層8的區域中’可抑制通電電流之往發光層部9的流通。 於未形成p型電流抑制層8的區域中1 層5與p型電流擴散層6係直接相接。因此，如圖2 般，若就未形成P型電流抑制声 不 忡钔層8的區域之電流的導通考 200306018 慮’對於電洞之障壁，以作成為使其不產生 散層…型包㈣5移動的方式為佳。因此，：二 包覆層5的價電子帶的上端之能量與p型電 價電子帶的上端之能量設定為大致相同，或使p型；覆: 5的價電子帶的上端之能量設定成較p型電流擴散層6的 價電子帶的上端之能量高為佳。 作為達成這樣的價電子帶的構造之方法，例如，可將 P型電流抑制| 8的帶隙能量Eg2設定成較p型電流擴散 層6的帶隙能量Egl及p型包覆層5的帶隙能量邮為大 ，方法。並須以滿足該條件的方式作各層的組成之調整。 藉由作成為這樣的構成，可使p型電流抑制層8及p型電 流擴散層6的境界作成為異質障壁界面，即使不形成導電 型相異的層，亦可發揮作為電流抑制8的作用。又，使 P型電流抑制層8 t((AlyGai y)zIni zP)之Μ，且成⑹增大 ’且使電流擴散層6(AlxGai_xAs)中之A1組成⑴減小 可使侍對形成於P型電流抑制層8及p型電流擴散層6 之間的電洞之異質障壁增大。 作為P型電流抑制層8，可採用具有之膜厚為剛好可 使自P型電流擴散層6的載子（電洞）不會因穿隧現象而通 過發光層部9的膜厚。具體而言’以設定為Q5七m為 佳膜厚右小;^ 〇. 〇〇5 # m ’則會因穿隧現象而使載子通過 故並不佳，另一方面，若超過丨# m，則對於電流抑制 層8的作用之發揮上為高於規格以上，而增加製品的成本。 以下，就本發明之一個實施形態之發光二極體丨的製 11 200306018 造方法用圖1及圖3加以說明。 抑百先’在與AlGalnP混晶進行晶格整合的化合物半導 體單結晶基板之η型GaAs單結晶基板2的第一主表面上， 進行例如0.5#m的n型GaAs緩衝層u之蟲晶成長。然後 ’作為發光層部9,係使_的n型⑽斯包覆層卜 〇. 6 # m的未摻雜A1GaInP活性層4、及2以阳的p型 AlGalnP包覆層5依序成長。作為p型接質，可使用心、 Zn等之II族元素，作為n型摻質，除了 s、&等之心 元素之外’亦可使肖Si。此等各層之蟲晶成長，可使用有 機金屬氣相磊晶成長（Metal〇rganic Vap〇r汕㈣

EpitaXy:MGVPE)法進行。除此之外，亦可使用分子束蟲晶 成長（Molecular Beam Epitaxy:MBE)法等進行。 然後，藉由圖3所示之方法來形成p型電流抑制層8 。亦即’在該1)型_ 5的全表面上，進行由 所構成的p型電流抑制層8之蟲晶成長。然後，藉由光微 影技術以只留下所要的區域的方式（於本實施形態中，係 召下通電電極7的正下方的區域），將不要區域除去 。然後，進行由AlGaAs所構成的p型電流擴散層6之磊晶 成長，之後，在p型電流抑制I 8 #正上方形成通電電極 7’藉由進行元件化可製得本發明之發光二極體i。此時， 在P型AlGalnP電流抑制層8與p型MGaAs電流擴散層6 之間形成對電洞之300meV程度的異質障壁。於形成電流抑 制層8之際’不對p型包覆層5的多數載子(電洞)進行補 4貝，可使p型包覆層5内的多數載子（電洞）濃度維持所要 12 200306018 的濃度’而可製得具有良好的發光效率之發光二極體1。 又，由於亦未形成反轉層，故發光驅動電壓也不會上昇。 又，於本實施形態中，雖以在p型包覆層5上形成p 型電流抑制層8及p型電流擴散層6的場合作說明，惟， 本發明即使將此等的導電型全部作成為η $，也具有同樣 的效果。再者’電流抑制層8雖只在卩型包覆層5的表面 之通_ 7的正下方區域與？型包覆層5相接而形成， 惟’本發明並非限定於此’亦可形成為電流抑制層8包含 於電流擴散層6的形態’亦可形成於通電電極7的 區域以外的區域。 【圖式簡單說明】 (一） 圖式部分 圖1為表示本發明之發光二極體的構造之示意圖。 圖2Α為表示電流抑制層附近之能帶的一例之圖。 圖2Β為表示電流抑制層附近之能帶的一例之圖。 圖3為用以說明本發明之發光二極體的製造方法之圖。 圖4為表示習知的發光二極體的構造之示意圖。 圖5為用以說明習知的發光二極體的製造方法之圖。 圖6為用以說明習知的發光二極體之問題點之圖。 (二） 元件代表符號 1、23 :發光二極體 2 : 11型單結晶基板 3、 13 : η型包覆層 4、 14 :活性層 13 200306018 5、 15 : ρ型包覆層 6、 1 6 : p型電流擴散層 7、 1 7 :通電電極 8 : ρ型電流抑制層 8a ·不要區域 9、 19 :發光層部 10、 20 :背面電極 11、 21 : η型緩衝層 12 : η型單結晶基板 15 : ρ型包覆層 1 6 : ρ型電流擴散層 18 : η型電流阻止層 18 a ·不要區域

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Claims (1)

1. 200306018 拾、申請專利範圍： 1 · 一種發光二極體，其特徵係：在通電電極與發光 層部之間形成電流擴散層，電流抑制層（用以妨礙依據發 光驅動電壓之通過電流）與該電流擴散層為同一導電型、 且與該電流擴散層形成異質障壁界面。 2.如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中，該 電流擴散層係由AlxGai_xAs(惟，0<Χ$1)所構成，該電流 抑制層係由（AlyGai_y)zIni_zP(惟，0<yy、〇<d)所構 成。 上3.如申請專利範圍帛i或2項之發光二極體，其中 ’該發光層部係具有自該通電電極側起依序❹ 導 型包覆層、活性層、及第二導電型包 造，嗲雷、、☆ $ i ㈢而成之雙異質構 抑制層係形成與該第一導電型包覆層相接。 拾壹、圖式： 如次頁。 15