TW381350B - Semiconductor laser diode - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7

I I B7 五、發明説明（1 ) [發明詳细說明] [發明之背景] 本發明係關於使用A丨G a I η P系及A 1 G a A s P系半導體材料之 半導體發光二極體及半導體雷射二極體等之半導體發光裝 置。 使用AlGalnP系半導體材料之先前半導體發光二極體UED) 之一例為，有如圖1中Μ模型所示之構造者。 即圖1中，201為η型GaAs基板，202為基板201上形成之η 型AlGalnP所成之包層。203為由AlGalnP所成之活性層。 2 0 4係由p型A丨G a丨η P所成之包層。換言之，將混晶比設定 成為，AlGalnP活性層203之能级距離（energy gap)為小於 AlGalnP包層202及204之能级距離者。然後，p型AlGaAs 電流擴散層2 0 5為，將從電極所輸入之電流予以擴開，藉 Μ擴開發光領域Μ提高光取出效率。2 0 6為接觸層* 2 0 7， 2 0 8為電極。 使用A丨G a丨η Ρ系半導體材料之先前半導體雷射發光二極 體（L D )之-例為，有如圖2中Μ模型所示之構造者。 即，在圖2中，201為η型GaAs基板，202為形成在基板 2 0 1 h之η型A 1 G a I η P所成之包層’2 0 3為由A丨G a I η P所成之 活性層。2 0 4為，由ρ型A 1 G a I η Ρ所成之包層。即，將混晶 比設定成為，A丨G a I η Ρ活性層2 0 3之能鈒距離為小於 Α丨G a丨η Ρ包層2 0 2及2 0 4之能级距離 > 里雙異質 (doublehetero)構造 ύ 206為接觸層。 205’為由GaAs所成之電流阻塞層。電流砠塞層205’係為 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -4 - ---Ί.-----裝------ ——訂'_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 2 ) 1 1 獲 得 雷 射 振 盪 所 需 要之 電流密 度， 而 實 所 電流緊束 之 1 1 g 的 而 設 者 〇 205 ' 係選 擇蝕刻 層204而形成隆起線之後 ， \ 1 使 用 Si Nx 等 之 非 晶 形膜 而予Κ 選擇 成 長 而 形 成 之 。 ，、 請 *1 I 先 1 A 1 Ga In P或A 11 η Ρ (Μ下合併A 1 Ga I η P或 A 1 In P簡稱為 閲 讀 1 背 :1 A I G a In P系化合物） 為， 與 A 1 Ga A s P 或 A 1 G a A S (以 下合併 面 之 A 1 Ga A s P或A 1 G a A s而簡稱為A 1 G a A s Ρ % 化 合 物 )比較，亦具 意 拳 項 I 有 電 阻 率 高 ， 熱 阻 抗大 等之缺 點。 因 此 t 發 生 提高元件 之 再 Μ I % 裝 1 動 作 电 壓 » 加 大 發 熱等 之問題 點， 在 元 件 之 特 性及可靠 性 本 頁 之 提 昇 方 面 成 為 很 大之 問題。 尤其 是 發 光 密 度 變高時， 上 1 I 述 問 題 甚 為 嚴 重 •j 1 I 如 半 導 體 雷 射 要實 行電流 緊束 及 發 光 密 度變高時 > J 1 訂 上 述 之 問 題 更 為 嚴 重。 1 又 一 般 使 用 鋅 (Ζ η )做 為ρ型A 1 G a I η Ρ 系 化 合 物 包層之摻 雜 1 1 劑 (do P a Π t ) 但由於Z η之活朽 化率低而要降低電胆率時 1 | 需 要 實 行 高 濃 ί柄 度 浸潰 (d ο p p i n g ) ’ 然而 該時未活性化 1 之 鋅 為 在 外 延 生 長 (e ρ ί t a x i a 1 1 y g r 0 W η ) 中 Μ 快速擴散 於 1 I A 1 Ga in P系化合物结晶中，p η接合位置為有不向發光層而 1 f 大 大 地 偏 倚 η型層側之情形。該時， 會使電流電壓特性發 1 1 生 異 常 或 降 低 發 光輸 出，或 增加 雷 射 之 臨 界 值電流等 〇 1 I 該 A 1 Ga In P系化合物層之鋅擴散為 隨著P 型 A 1 G a I η P系化 I 物 層 層 厚 之 增 加而 顯著。 又， 如 雷 射 光 等 發光層之 厚 1 1 度 較 薄 時 容 易 產 生ί辛 擴敗之 電流 電 壓 特 性 之 異常。擴 散 1 1 係 數 小 之 Si 為 對 η 型 A 1 G a I η P 系 化合 物 層 有 效 〇 1 1 又 有 郯 接 包 層 而設 有光取 出層 之 情 形 對 該光取出 層 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5 - A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 3 ) 之 發 光 波 長 之 透 明 性 係 為 提 高 L E D之光取出效率而重要 t 但 在 有 些 組 成 中 雖 透 明 性 高 但 電 阻 率 高 » 有 使表 ®之 電 流 擴 散 不 良 之 情 形 0 通 常 使 用 雙 異 質 構 造 時 為 充 分 實 行 對 活性 層之 載 體 及 光 之 封 閉 起 見 色 層 之 膜 厚 需 要 1、 -2 U ffl左右C 用有機 金 屬 氣 相 成 長 法 成 長 A 1 Gain P系化合物時 需要使成為II 族 原 料 之 有 機 金 屬 與 成 為 V 原 料 之 PH 3之供給分子比（ V / 1 )非常大 1因此， 有產生不能使成長速度較快 (Ρ- 3 ) 成 長 原 科 成 本 較 A 1 Ga As 系 化 合 物 等 甚 高 等 問 題 發生 。尤 其 是 可 複 數 枚 同 時 成 長 之 大 量 生 產 用 之 大 型 裝 置 中， 除了 該 問 題 以 外 在 除 害 等 之 點 亦 更 為 嚴 重 0 [發明之摘要] 本 發 明 之 的 為 在 由 A 1 G a In P或G a I η P所 成之 具有 活 性 層 之 半 導 體 發 光 裝 置 中 使 包 層 之 構 造 為 取 適當 化。 本 發 明 之 其 他 百 的 在 於 求 鋅 浸 潰 之 Ρ型A 1 G a I η Ρ系 化 合 物 包 層 之 薄 膜 化 〇 本 發 明 之 其 他 fi 的 在 於 減 少 鋅 向 活 性 層 及rt側包層之 擴 散 〇 本 發 明 ^7 其 他 g 的 在 於 防 止 鋅 擴 敗 所 致 之ρ η 接合 位 置 移 動 〇 本 發 明 之 其 他 R 的 在 於 提 昇 發 光 元 件 之 特性 及可 性0 本 發 明 其 他 g 的 在 於 求 大 量 生 產 化 之 推展 ，成 長 時 間 縮 短 t 原 料 成 本 之 減 低 除 害 等 〇 於 是 » 本 發 明 者 等 為 想 到 在 由 ή 1 G a In P 或 Ga I η Ρ所 成 之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 6 讀 先 閱 讀 背 面 冬 意 事 項 再 填 I裝 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 具有活性層之半等體發光装置中，使鋅浸濱之p型A 1 G a I η P 系化合物包層之厚度成為薄到不致於劣化發光元件之元件 特性之程度，Μ減少對活性層及η側包層之鋅擴散。但使 活性曆上下之/U G a ί η Ρ系化合物包層之厚度成為薄時，載 體及光之封閉不足，劣化元件特性，因此發現可用具有略 相同帶隙（b a n d g a ρ )與祈射率之A 1 G a A s Ρ系化合物代替。 又發現，n型A丨G a A s P系化合物為，比具有同樣程度之載 體濃度之A 1 G a I η P糸化合物較不易引起鋅擴散，因此，η型 A 1 G a I η Ρ系化合物包層之層厚較薄時可較為有效地防止鋅 擴散所致之Ρ η接合位置之移動，再者，A I G a I η Ρ系化合物 包層之薄膜化為對減低動作電壓及熱抗姐亦有效，及從大 量生產化之觀點，及成畏時間，原料成本及除害等之點而 言，極力使A 1 G a I π Ρ系化合物層為薄，而多使用A 1 G a A s Ρ系 化合物為有效，终於完成本發明 即，本發明之要旨為闢於，包括：由第1導電型之 AlGaAsP或AlGaAs所成之第]包層；鄱接該第1包層，由第1 導電型之AlGalnP或ΑΜηΡ所成之厚度0.5W mM下之第2包 層，及郯接該第2包層；由第1或第2導電型之A 1 G a I η P或 Gai η Ρ所成之活性層；鄰接該活性層，由第2導電型之 A1 G a丨η Ρ或Α丨I η Ρ所成之厚度0 . 5 /i m Μ下之第3包層；及鄰 接該第3包層，由第2導電型之A i G a A s Ρ或A 1 G a A s所成之第4 包層；或由第2導電型之A 1 G a P或G a P所成之厚度1〜1 Ο Ο " ra 之光取出層所成為特徵之半導體發光裝置者β [圖忒之簡單說明] 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -----^--·1---裝------訂-· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本1) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（5 ) 圖1為先前之發光二極體一例之說明圖， 圖2為先前之電射二極體一例之說明圖， 圖3為本發明之半導體發光裝置之一例，係鄰接第3包層 而設有由第2導電性之A丨G a A s P化合物所成之第4包層之半 導體發光二極體之說明圖， 圖4為本發明之半導體發光裝置之其他一例，係鄰接第3 包層而設有由第2導電性之AlGaP或GaP所成之光取出層之 半導體發光二極體之說明圖， 圖5為本發明之半導體發光裝置之一例，係郯接第3包層 而設有由第2導電性之A I G a A s P化合物所成之第4層，且設 有使對活性層之電流緊束用之電流胆止層之雷射二極體之 說明圖， 圖6為說明本發明雷射二極體製造方法之圖， 圖7為說明本發明雷射二極體製造方法之圖，及 圖8為說明本發明雷射二極體製造方法之圖。 [較佳具體例之描述] 茲將本發明詳细說明如下： 本發明之半導體發光裝置為，包括由第丨導電型之 A 1 G a A s P系化合物所成之第1包層，及鄰接該第1包層，由 第1導電型之A 1 G a ί η P系化合物所成之厚度0 . 5 w ra Μ下之第 2包層*及鄰接該第2包層，由第1或第2導電型之A I G a〖η Ρ 或G a I η Ρ所成之活性層，及鄰接該活性層，由第2導電型之 A 1 G a I η Ρ系化合物所成之厚度0 . 5 w m Μ下之第3包層，及郯 接該第3包層，由第2導電型之Α丨G a A s Ρ系化合物所成之第4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） —. t.''. 1 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 包層，及/或由第2導電型之AlGaP或GaP所成之厚度1〜100 之光取出層所成為其特徵者。又，本發明之半導體發 光裝置各層中之構成元素之含有比率為，在當做雷射二極 體使用時，或當做LED使用時，均考慮基板及各層間之格 子整合而決定即可。 首先，茲使用圖3及圖4之元件|以發光二極體（LED)之 形態實現本發明發光装置之兩例說明如下。 圖3為本發明之一樣態，係郯接該第3包層而設有由第2 導電型之A 1 G a A s P系化合物所成之第4包層之半導體發光裝 置之一例，Μ實施例U後述）所製造之裝置之說明圖。製 造本發明裝置時，通常構成在單结晶基板h :然後，該基 板1 0 1為，並無特別限定，但通常是使用G a A s基板。又， 由於發光汲長等而降低活性層之鋁組成時，M G a A s基板為 最適合· |在該基板上，使用2 /i m Μ下左右之緩衡層1 0 2 Μ 避免將-般基板之缺點帶入外延生長層為宜。然後，在該 媛衡層上依次積層本發明之第1包層1 0 3，第2包層1 0 4，活 性層105，第3包層106，第4包層107。 第1包層1 0 3為，第1導電型之A I G a A s Ρ糸化合饬*其厚度 通常為Μ 1 5 w ra Μ下為宜。更佳之第1包層之厚度為下限 0.1a ra M h ，而上限為2 " m Μ下之範圍内。其載體濃度為 5 X 1 0 16 c π, - 3〜3 X 1 0 13 c m 一 3之範圍為宜，尤其是以下 限1 X 1 0 17 c m _ 3上限為1 X 1 0 18 c nt - 3之範圍為佳。 然後，在第1包層上，有積層由第1導電型之A I G a I n P系 化合物所成之厚度0 . 5 y m Κ下之第2包層丨0 4。該層之厚度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） -q - ----Ί-----裝------——訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（7 ) 之較宜下限為0 . 〇 1 w m M t ，而上限為0 . 3 " m。其載體濃 度M5xl016cm_3〜3xl018cm_3之範圍為宜，尤其是 Μ下限為1 X 1 0 17 c m — 3 ，上限為1 X ] 0 18 c in — 3之範圍為 佳。 在該第2包層之上面，積層由第1或第2導電型之AlGalnP 或GalnP所成之活性層105。活性層之厚度為0.1〜1« id為 宜，而Μ下限為0 . 2 /i m Μ上，上限為0 · 5 « m Μ下為佳。 活性層之載體濃度係M〗Xl〇18cm_3 Μ下為宜，尤其 是Κ下限為1 X 1 0 17 c m - 3 Μ上，上限為5 X 1 0 17 c m - 3 Μ 下之範圍為佳。 然後，在該活性層之上面，積層由第2導電型之/U G a I η Ρ 系化合物所成之厚度0 . 5 // m Μ下之第3包層]0 6。其載體澹 度為，Μ 5x10 16 cm_ 3〜3X10 1S cm — 3之範圍為宜’尤 其是以下限為1 X 1 〇 17 c m - 3 ， h限為1 X l 0 18 c B! _ 3之範 圍為佳。 再在該第3包層之上面，有積層由第2導電型之AlGaAsP 系化合物所成之第4包層1 0 7。 在第3包層上設由第2導電型之A I G a A s P系化合物所成之 第4包層1 0 7時，其厚度為0 . 5〜3 " m之範圍為宜，而更宜 之範圍為，Μ下限為0 · 8 " m，上限為1 . 5 " m，其載體濃度 為，MIX 10 17 cm — 3〜3>M019cm_3之範圍為宜，尤其 是Μ下限為3 X 1 0 17 c m 一 3 ，卜.限為3 X 1 0 18 c m 一 3之範圍 為佳。在該第4包層上，如後述可設置光取出層，但該時 該第4包層與光取出層為同樣之組成亦可，該時第4金屬層 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） _ 一 I ^--.7---裝------—訂·~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A 7 B7 ,' 五、發明説明（8 ) 與光取出層合併之厚度Μ 1 « m Μ上為宜，而以1〜3 0 0 w nt 為佳，而Ml〜lOO/um為最佳。 J----^--.1---装-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又.該時之載體濃度係MIX 10 17 cm - 3〜3X 10 2° cm — 1 之範圍為宜，尤其是Μ下限為5X10 17cm - 3 >上限為 5 X 10 17 cm - 3之範圍為佳。從製造上之觀點而言，第4包 層與光取出層為以同一組成連壤而製造成為一個層為宜。 在本發明中，於第3包層上設由第2導電型之A 1 G a A s P系 化合物所成之第4包層107時所使用之較佳光取出層為具有 間接遷稃型帶構造之化合物單结晶層，厚度Μ 1〜5 0 " m為 宜，而更宜之範圍像下限為5 ίί Λ1，上限為1 5 m。又該時 之載體濃度為Mix 10 17 3〜1X102G cm - 3之範圍為 宜，尤其是Μ下限為5 X 1 0 17 c m — 3 ，上限為5 X 1 0 18 c m 一 3 之範圍為佳。又，1 0 8為光反射層。 圖4為本發明之另一樣態，係郯接第3包層而設有由第2 導電型之AlGaP或GaP所成之光取出層107’之半導體發光裝 置之一例> Μ實施例2 (後述）所製造之裝置之說明圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該時，製造第3包層之方法為如同圖3之情形，但如圖4 所示|在第3包層上面1積層由第2導電型之A IGaP或GaP所 成之光取出層1 0 7 '以取代由A 1 G a A s P系化合物所成之第4包 層1 0 7。然後，該時之光取出層1 0 7 ’之厚度K 1 w nt Μ上為 宜。光取出層厚時可減少在電極之吸收而宜，但考慮到起 因於光取出層本身之光吸收或電阻之效率降低，不必設太 厚之光取出層，而以3 00/umM下，而MlOOwmM下之厚度 為更宜。再者，欲形成厚度10〜l〇〇wm左右之光取出層時 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -n _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（9 ) ，使用海特萊氣相成長法為宜。又，該時之載體濃度係以 IX 10 17 cm - 3〜IX 1020 cm — 3之範圍為宜，尤其是Μ下 限為5 X 1 0 17 c m - 3 ，上限為5 X 1 0 18 c m - 3之範圍為佳。 G a P係間接遷移型，且帶隙較廣之材料，因此，對 AlGalnP系可實現之可視領域之波長（550〜69〇nm)為非常 有效之光取出層。K較高之A1組成而Alx Gai - X As(X = 0.6〜0.8)亦可實現某些程度之透明性，但與該AlGaAs層 比較，GaP系層之電阻率更為低，在表面之電流擴散較佳 。又，η型G a P之透明性比p型G a P為佳，且電阻率較小，因 此將η型G a P使用於光取出層為宜。 在圖3之樣態中，或在圖4之樣態中，上述包層之摻雜劑 之種類為，當P型之層為A 1 G a A s層時，浸清不純物係Μ碳 為宜，而Ρ型之層為A 1 G a I η Ρ糸化合物時，浸漬不純物係以 鈹及/或鎂為宜。又，η型浸潰不純物係以矽為宜。 又，本發明之較佳樣態為，在基板與第1包層之間設有 光反射層1 0 8。該光反射層係可使用各種已周知之可反射 光之物質，但其中K A ! G a A s Ρ系化合之組成，而設有普拉 格（Bragg)反射膜為宜。 關於其他之層，視其需要，按常法製造帽蓋層，接觸層 1 0 9等即可。 在L E D中，為提高亮度，通常需要成長較厚膜之光取出 層。然而，該光取出層之成長需要較長時間，因此，使用 如鋅及晒等擴散係數較大之不純物做為摻雜劑時，即包層 之摻雜劑為擴散至活性層内或通過活性層而擴散至相反側 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -- ΙΙΛ» - 11 . 8 - - 1 ^^1 ^^1 ii I*^- - - -- - - - - --- - - * - * - . 0¾-^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 (1〇 ) 1 1 之 層 内 » 容 易 大 為劣 化 LED特性 或大為損害再規性之問 1 1 題 〇 \ 1 因 此 ，如本發明所述， 極 力 使 A 1 Gain P包層厚度為薄， 藉 K '、 請 k I 先 1 可 減 低 全 部 之 不 純物 擴 散 量 不 需要 防止 擴 散 用之多 餘 之 閱 讀 1 背 浸 m 〇 因 此 可 將 η型包層之載體濃度抑制於1 X 1 0 18 cm - 3 面 之 1 Μ 下 可 提 昇 结 晶品 質 及 元 件 特 性。 尤其 是 用 海特萊 VPE 意 筆 - 項 I 再 生 長 厚 膜 之 G a P光取出層時 本發明為非常有效。 真 I 寫 裝 1 使 活 性 m 成 為 量子 井 形 構 造 等 之超 薄薄 膜 時 ，更需 要 抑 頁 制 上 述 不 純 物 之 擴散 〇 於 是 本 發明 為分 別 使 用碳作 為 P '—< 1 | 型 A 1 Ga A s P糸化石物包層之摻雜劑，使用鈹或鎂作為p 型 1 1 A 1 Gain P系化合物包層之摻雜劑 使用矽作為η 型A丨G a As P 1 i 訂 系 化 合 物 包 層 及 η型A 1 G 3 I η Ρ 系 化 合物 包層 之 摻 雜劑， 籍 Μ 1 再 減 低 不 純 物 擴 散， 可 大 大 地 提 高元 件製 造 之 生產率 及 再 1 1 規 性 〇 1 | 再 者 關 於 ή 1 Gain P系化合物特有之原子配列之秩序化 1 之 帶 隙 減 少 之 抑 止， 亦 即 發 光 波 長之 艮波 畏 化 抑制， 或 表 i 面 同 系 現 象 之 良 化及 安 定 化 即 使用 從面 方 位 (1 0 0 )向 1 [0 1 1 ]方向傾斜5 〜25度 之 第 1導電型之G a A s基板為有效 1 1 又 發 光 層 之 A 1組 成 -y 低 減 化 為， 在元 件 可靠性 » 壽 1 | 命 之 提 局 方 面 甚 為重 要 但 使 用 C a A s P基板即可容易達成 1 1 0 該 時 為 了 要 求得 格 子 整 合 使用 ή 1 Ga A s P包層或 1 A 1 Ga As P光反射層即可 1 1 由 於 本 發 明 而 可求 得 成 長 時 間 及原 料成 本 y 減低， 且 可 1 1 大 為 減 輕 除 害 等 對裝 置 之 負 擔 可實 行多 數 枚 同時成 長 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -13- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Μ B7 五、發明説明（1 1 ) 大型量產装置之S定生產。 Η使用圖5之元件，說明K雷射二極體而實現本發明發 光裝置之樣態之一例如下。 圖5為本發明半導體裝置之一例，係用實施例3 ί後述）所 製造之裝置之說明圖。製造本發明之裝置時，通常構成在 簞结晶基板上。該基板1 0 1為，通常並無特別限定，但通 常是使用GaAs基板。基板上使用2ϋΙΒΜ下之緩衝層102Κ 阻止通常基板之缺陷帶進外延生長層内為宜。然後，在該 緩衝層上依次積層本發明之第1包層1 〇 3，第2包層1 0 4，活 性層1 0 5，第3包層1 0 6，第4包層1 0 7，然後設有電流阻止 層} 0 8 ’藉Μ緊束對活性層之電流，提高活性層之電流密度 。第1包層1 0 3為，Μ第1導電型之A 1 G a A s Ρ系化合物，其厚 度通常為0 . 3hi之範圍為宜。 而更宜之第1包層之厚度為，下限為〇 . 5 y m Μ上，上限為 1 . 5 « m。其載體濃度為，Κ 1 X 1 0 17 c in - 3 〜3 X 1 0 18 c m 一 之範圍為宜，尤其是以下限為2 X 1 0 17 c m — 3 ，h限為 2 X 1 0 18 c R1 - 3之範圍為佳。 在第1包層上，有積層由第1導電型之A丨G a I η P系化合物 所成之厚度0 . 5 w m Μ下之第2包層1 0 4。該層之厚度較宜之

下限為0 . 0〗a m Μ丨:：，而上限為0 . 3 " m。其載體濃度Κ 1 X 1 0 17 c m - 3〜3 X 1 0 18 c m 一 3之範圍為宜，尤其是以下限 為2 X 1 0 17 c ra - 3 ，卜.限為2 X 1 0 e c πι — 3之範圍為佳。 在該第2包層t ，有積層由第1或第2導電型之A 1 G a丨η Ρ或 G a I η Ρ所成之厚度在0 . 1 w πι Μ下之活性層1 0 5。活性層為， 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） _ ί 4 _ -----r--.7---裝--------，訂： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印繁 A7 I I B7五、發明説明（l2) 可使用量子井形構造之活性層。活性層之載體濃度並種特 別限定，反而不特別予Μ不純物浸濱，而在不浸潰之狀態 (在該情形下稍為呈第1或第2導電型）時，能使元件之性能 穩定而宜。 然後，在該活性層之上面，積層由第2導電型之A IGalnP 系化合物所成之厚度〇.5w mM下之第3包層106。其載體澹 度為，K 1 X 1 0 17 c m - 3〜3 X 1 0 18 c明-3之範圍為宜，尤 其是以下限為2 X ] 0 17 c m _ 3 ，上限為2 X 1 0 18 c m — 3之範 圍為佳。 再在該第3包層之i:面，有積層由第2導電型之/U G a A s P 系I'b合物所成之第4包層】0 7。其厚度為0 . 3〜3 w m之範圍 為宜*而更宜之範圍為，Μ下限為0.5“ m，上限為1.5wm 其載體濃度為*以1 X ] 0 17 c in — 3〜3 X ] 0 18 c m - 3之範 圍為宜，尤其是Μ下限為2 X 1 0 17 c πι — 3 ，上限為2 X 1 0 18 c hi — 3之範圍為佳。 本發明所用之電流阻止層108’為，因不改變對元件流通 之電流之狀態下增加活性層中之電流密度等之理由所設之 層。電流阻止層之位置並無特別限定，怛在Η 0 C V !)法等之 氣相成畏時，由於可容易得到平坦之活性層及良質外延生 良層，位於從活性層所視在基板之相反側為宜。 又，使其存在於活性層之側面時，從電流緊束之觀點， 為最好之配置。然而，其為容易損害活性層，因此，Κ在 第3包層之正前面或電流胆止層擴張於3包層之 '部分之構 造為宜。然後，電流阻止層之導電型為，以高電組之不浸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） _ i t; _ I - ^ I :'1 批本 n -、1τ-, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 (13 ) I I 濱 層 9 或 與 所 鄰 接 之 包 層 相 反 之 導 電 型 為宜。又 ，太 薄 時 I I J 即 對 電 流 阻 止 有 發 生 隋 礙 之 可 能 性 因 此，Μ 0 . 1 u in Μ 上 1 J I 為 宜 1 而 以 0 . 5 L· i R1 以 上 之 厚 度 為 佳 考 慮作為元 件之 尺 寸 請 先 Ί 1 閲 I 等 而 在 0 . 1〜3 U m之範圍内選擇即可 •然後，為了提高雷 讀 背 | 面 射 元 件 之 特 性 該 電 流 阻 止 層 為 由 A 1 G a AsP或 A 1 G a A s所成 1 I 意 1 * I » 且 該 電 滾 阻 止 層 之 折 射 率 為 小 於 成 為 電流路之 該隆 起 線 事 ίδ 1 I 再 1 構 造 部 分 之 折 射 率 為 宜 0 上 述 包 層 等 之 摻雜劑之 種類 為 1 填 1 寫 本 裝 當 P型之層為A 1 G a A S系化合物層時 浸潰个純物係以碳為 頁 •—-· 1 1 宜 而 P型之層為A 1 G a I η Ρ 系 化 合 物 時 浸濱不纯 物係 Μ 鈹 1 1 及 /或鎂為宜t 又 η 型 浸 濱 不 純 物 係 Μ 矽為宜。 1 ! 關 於 其 他 之 層 按 常 法 製 造 帽 蓋 層 i 0 9 *接觸層1 1 2等 即 1 1Τ 可 〇 1 I 在 半 導 體 雷 射 中 活 性 層 之 膜 厚 較 薄 (通常在0 .1 u m Μ 1 1 I 下 ) 因此 使用如鋅及®等擴散係數較大之不纯物做為 1 1 接 雜 劑 時 即 包 層 之 摻 雜 劑 為 通 過 活 性 層而擴散 至相 反 側 1 之 層 内 容 易 引 起 大 大 地 劣 化 雷 特 性 或大大地 損害 再 現 1 | 性 之 問 題 為 抑 制 鋅 擴 散 試 過 提 局 η側包層之載體濃度 Γ I i 但 由 於 表 面 同 系 現 象 不 良 及 非 發 光 中 心之增大 等之 结 晶 1 1 品 質 凡、 化 而 惡 化 元 件 特 性 〇 於 是 如 本 發明所述 ，極 力 使 1 1 A 1 G a In P包層之厚度為薄 藉Μ可減低整個不純物擴散量 1 1 ， 不 需 要 防 止 擴 散 用 之 多 浸 潰 〇 因 此，可將 n型包層 | 之 載 體 濃 度 抑 制 於 1X1 0 1 8 〇 m -3 以下 可提高结晶品質 1 I 及 元 件 特 性 0 1 1 1 使 活 性 層 成 為 量 子 并 形 構 造 等 之 超 薄 膜時，更 需要 抑 制 1 1 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（I4) 1 1 1 上 述 不 純 物 之 擴 散 〇 於 是 本 發 明 為 分別 使用碳作為P型 1 1 | A 1 G a As P系化石物包層之浸漬不純物 使用鈹或鎂作為P 型 I I A 1 G a In P系化合物包層之浸漬不純物 使用矽作為η型 請 7^ 1 1 閱 | A ! Ga As P _系化合物包層及η 型 A 1 Ga In P系化合物包層之浸潰 讀 背 面 I 不 純 物 » 藉 Μ 再 減 低 不 純 物 擴 散 t 可 大大 地提高元件製 造 冬 1 I 意 之 生 產 率 及 再 現 性 〇 事 項 1 I 再 1 又 » A 1 G a A 3 P系化合物為與A 1 G a I η P系化 合物比較，亦 具 填 1 寫 本 裝 有 電 胆 率 低 熱 抗 姐 低 等 之 優 點 1 用 A 1 Ga A s P系化石物形 頁 1 I 成 電 流 緊 束 用 之 隆 起 線 藉 以 與 先 前 之元 件構造比較， 可 1 1 減 低 元 件 動 作 電 壓 及 發 熱 由 此 亦 可提 高元件之特性 及 1 ί 可 靠 性 C< 1 訂 再 者 關 於 A 1 Ga in P系化合物特有之原子配列之抶序化 1 I -y 帶 隙 減 少 之 抑 止 亦 即 發 光 波 畏 之 長波 長化抑制，或 表 1 1 | 面 同 系 現 象 之 良 化 及 安 定 化 即 使 用 從面 方位（〗0 0 )向 1 1 [00 1 ]方向傾斜5 25度 之 第 1導電型之Ga A S基板為有效1 1 又 發 光 層 之 A I 組 成 之 低 減 化 為 » — —· 仕兀 件之可靠性， 壽 1 1 命 之 提 高 方 面 甚 為 重 要 但 使 用 Ga As P基板即可容易達成 1 I 〇 時 為 了 要 求 得 格 子 整 合 使 用 A 1 Ga A s P包層即可t 1 I 由 於 本 發 明 而 可 求 得 成 長 時 間 及 原 料成 本之減低，且 可 1 I 大 為 減 輕 除 害 等 對 裝 置 之 負 擔 可 實 行多 數枚同時成長 -V 1 1 大 型 量 產 裝 置 之 穩 定 生 產 〇 1 I Η 用 具 體 例 更 詳 细 地 說 明 本 發 明 如 下， 但本發明為· 在 I I 未 超 過 其 要 旨 之 範 圍 内 並 非 限 定 於 具體 例。 1 1 I [具體例] 1 1 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A 7 B7五、發明説明（I5 ) 茲詳细說明本發明之具體例如下。本具體例中，结晶成 長法係使用膜厚，組成之控制性及量產性優良之Μ Ο V P E方 法。所使用之原料氣體為，三甲基鋁（T H A >，三甲基鎵 (T M G )，三甲基絪（Τ Μ I )，磷化氪（P H 3 )，三氫化砷（A s Η 3 ) ，使用精製而高純度化之氫（Η 2 )作為載體。 [具體例]] 依下述之方法製造外延晶Η作為圖3所示本發明之L E D 。首先，在η型G a A s (〗0 0 )基板1 0 1 h ，依次成長η型G a A s 緩衡層102(厚度0.5" m)，AlGaAs/AlAs交互積層15層所成 之布拉格反射膜1 0 8，η型A 1 α . 7 G a D . 3 A s第1包層1 0 3 (厚度 1 . 0 w m )，η 型 U 丨 0 . 7 G a 0 . 3 ) 0 . s I n 0 . 5 P 第 2 包層 1 0 4 (厚度 0.2u πι) ’ 活性層 105為（Α 丨 a.zGaD.tjia.sinci.sP(厚度 0.3 u ro )，p 型（A 丨。？ G a Q . 3 )D · 5 I η 〇 . 5 P第 3 包層 1 0 6 (厚度 0 . 2 ί/ m )，Ρ型Al0.7Ga0.3As第4包層+光取出層107(厚度10Wm) ，？型〇3&3帽蓋層109(厚度2|U m) ΰ 上述具體例中之结晶成長條件為，成長溫度6 5 0〜7 5 0 °C ，壓力 102 hPa，V/ΙΠ 比 25 〜50(AIGaAs)及 5 00 〜7 5 0ί AlGaTnP，GalnP)，成長速度 2〜5w. ni/hr(:AlGaAs)及 1〜2 u ra/hr(AlGaInP 1 GalnP) 0 以上述方法成畏之L E D晶片製造L E D镫之结果‘以6 3 0〜 6 4 0 n m發光*以2〇!!^之驅動電流得到約3(^之亮度。此乃與 P型A丨G a I η P包層約1 // m之先前構造比較，可得約2倍之亮 度。 上述具體例為使用η型之基板，但使用P型基板而反轉上 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨Ο X 297公釐） _ — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝_ 、1T- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（l6 ) 述構造之各層之等電型而製造外延晶片亦可。又，结晶成 長法並非限定於H Ο V P E法，Μ B E法，C B E法等之氣相成長法 中，本發明為頗有效。 [具體例2 ] 依下述之方法製造外延晶Η作為圖4所示之本發明L R D。 首先，在Ρ型之G a A s ( 1 0 0 )基板1 0 1上，依次成長Ρ型G a A s媛 衝層102(厚度0.5w m)，P型之/UGaAs/AlAs交互積層〗5層 所成之布拉格反射膜108，p型Ald.7Gaa.3As第1包層103( 厚度 ΐ.Ο/u I)，p型（/\丨（）.7〇3()3)。.54。.5卩第2包層104(厚 度 0.2w m)，活性層 10 5為（'6}〇.4〇3。.6)[).51〇〇.5卩（厚度 0 . 3 a m )，η 型 U U . 7 G a „ . 3 ) u . s 丨 n u . 5 P 第 3 包層 1 0 6 (厚度 0 . 2 « π )，η 型 G a Ρ 光取出層 1 0 7 ·(厚度 4 /i m )。 K上述方法成長之L R d晶Η製造L E D燈之结果，以5 8 0〜 5 9 0 η nr發光· Μ 2 0 m Α之驅動電流得到約1 . 5 c d之亮度，此乃 與P型A I G a I η P包層約1 /i m之先前構造比較，可得約2倍之 亮度。 上述具體例中之結晶成長條件為，成長溫度6 5 0〜7 5 0 °C ，壓力 1 0 2 hPa - V / I II tb 2 5 ~ 5 0 ( G a A s * A 1 G a A s )，5 0 0 〜 7 5 0 U 1 G a I η P，G a ί η P )，及 5 0 〜1 0 〇 ( G a P >，成長速度 2 〜5 w m / h r ( G a A s · A I G a A s )及 1 〜2 u m / h「（ A i G a f η P， G a ί η P )及 0 . 5 〜4 w m / h ( G a P ) 0 上述具體例中，使用n型基板作為基板，但使用p型基板 反轉h.述構造之各層之導電型而製造外延晶片亦可。又， 结晶成長法並非限定於Μ 0 V P E法，Μ B E法，C B K法等之氣相 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇Χ 297公釐） -19- (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁 m - ml nn m - tr· I n In 士欠-- ·----- - - -ilv I · . ^i . --—-I -:¾ A7 B7五、發明説明（17) 效Ga 有A1 頗有 為持 明夾 發將 本’ ’ 明 中發 法本 長依 成 或 包 之 層 性 活 之 成 所 可 及 性 特 之 件 元 光 發 高 提 可 Μ 藉 。 ’ 本 化成 當 料 適原 最 低 Μ 減 予 可 造且 構 * 之性 層 靠 (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁 -裝- '\=° 經濟部智慧財產笱a:工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Λ4規格（210X29?公釐） 20

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種半専體雷射二極體•其包括有：由第1専電型之 AlGaAsP或AlGaAs所成的第1包層，由第1導電型之AlGalnP 或AllnP所成且厚度至0.5w ra的第2包層•由AlGalnP或 G a I η P所成的活性層•由第2等電型之A1 G a I η P或A 1 I η P所成 且厚度至0.5wm的第3包層，而各該層係依上述次序而被 堆叠，而且其包括有：由第2導電型之AlGaAsP或AlGaAs所 成的第4包層，以及用來局限該活性層中之電流的電流阻 止層，該電流阻止層之折射率小於形成電流路徑的一隆起 線構造部份之祈射率。 2. 如申請專利範圍第1項之半専體雷射二極體，其中， 在第1包層及第4包層中，p型之層為AlGaAsP或AlGaAs層， 且該P型層包含碳作為浸潰不純物者。 3. 如申請專利範圍第1項之半専體雷射二極體，其中， 在第2包層及第3包層之中，p型之層為/Π G a A s P或A 1 G a A s層 ，且該P型層為包含鈹及/或镁作為浸潰不純物者。 4. 如申請専利範圍第1項之半専體雷射二極體，其中| 作為η型浸漬不純物係使用矽者。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ---------裝-- (請先閱讀背面之注意事項声A寫本頁) 5. 如申請專利範圍第1項之半導體雷射二極體|其中， 發光波長為550〜690nm者。 6. 如申請專利範圍第1項之半導體雷射二極體，其中， 活性層之厚度為未滿O.lwm者。 7. 如申請專利範圍第1項之半専體雷射二極體·其中， 該第1包層及/或第4包層具有由AlGaAsP或AlGaAs所成之隆 起線構造，在該隆起線構造之左右具備有電流阻止層者。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 中 其 極二 射 雷 體 導 半 之 項 導 半 阻 電 高 或 型 電 轉 逆 為 成 層 包 之 第觸 圍接 範所 利與 專層 請止 申阻 如流 8 電 該 第 圍 範 利 專 請 申 如 者 面 底 由 之 於成 觸所 接np 層II 止 阻 流 電 該 或 中 其 體 極二 射 雷 禮 導 半 之aA 項1G 由 及 壁 側 線 起 隆 之 成 所 S (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 訂. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（2I0X297公釐） 2