TW396648B - Semiconductor light emitting device - Google Patents

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第8510〇725號專利申請案 A7 中文說明書修正頁民國89年§7月 五、發明說明(〇 〔產業上之利用領域〕 本發明係關於半導體裝置之改良,特別是關於提髙信 • . · '. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 賴性之半導體發光裝置、 〔先行技術〕 參照第5圖說明過去的半導體發光裝置之例。圖中, . . · . ·. ·'. ... 11爲η型—GaAs (砷化鎵)基板,12爲以.n型 GaAs之緩衝層,13爲以InA芡Ρ與G a Α ΐ翁 : ·:^ ^·!' · λ,ϊ. ' --λ 層膜之反射層,14爲以η型—InGaA ^、Ρ層(銦·,: 鎵•鋁•磷)層之下部覆蓋層,15爲以非捧雜 InGaA又Ρ層之活性層,16爲以Ρ型一 I nGaAJ^P層所形成之上部覆蓋層,17爲以p型一 AiGaAs層所形成之電流擴散層,18爲以p型一 G a A s層所形成之接觸層,1 0爲作爲第1電極之上部 電極,20爲作爲第2電極之下部電極· 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 緩衝層1 2係爲了防止由於基板表面的污染等而發生 缺陷,傳達至發光層》反射層1 3係爲將發光反射至與基 板1 1反方向,對發光.波長在以光吸收體所形成的基板 1 1或緩衝層1 2使光無法送達。因此,對於發光波長而 以所定的厚度交互的積層屈折率η不同的2種半導體層。 下部覆蓋層14由於是將被注入在活性層15的載體關閉 在活性層1 5內而得到較高的發光效率。活性層1 5,係 以Inl-y (Gal-xAj?x) Py所形成,以該組 成X,y及秩序構造的狀態決定能量間距,當發光再結合 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐)-4 -
第8510〇725號專利申請案 A7 中文說明書修正頁民國89年§7月 五、發明說明(〇 〔產業上之利用領域〕 本發明係關於半導體裝置之改良,特別是關於提髙信 • . · '. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 賴性之半導體發光裝置、 〔先行技術〕 參照第5圖說明過去的半導體發光裝置之例。圖中, . . · . ·. ·'. ... 11爲η型—GaAs (砷化鎵)基板,12爲以.n型 GaAs之緩衝層,13爲以InA芡Ρ與G a Α ΐ翁 : ·:^ ^·!' · λ,ϊ. ' --λ 層膜之反射層,14爲以η型—InGaA ^、Ρ層(銦·,: 鎵•鋁•磷)層之下部覆蓋層,15爲以非捧雜 InGaA又Ρ層之活性層,16爲以Ρ型一 I nGaAJ^P層所形成之上部覆蓋層,17爲以p型一 AiGaAs層所形成之電流擴散層,18爲以p型一 G a A s層所形成之接觸層,1 0爲作爲第1電極之上部 電極,20爲作爲第2電極之下部電極· 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 緩衝層1 2係爲了防止由於基板表面的污染等而發生 缺陷,傳達至發光層》反射層1 3係爲將發光反射至與基 板1 1反方向,對發光.波長在以光吸收體所形成的基板 1 1或緩衝層1 2使光無法送達。因此,對於發光波長而 以所定的厚度交互的積層屈折率η不同的2種半導體層。 下部覆蓋層14由於是將被注入在活性層15的載體關閉 在活性層1 5內而得到較高的發光效率。活性層1 5,係 以Inl-y (Gal-xAj?x) Py所形成,以該組 成X,y及秩序構造的狀態決定能量間距,當發光再結合 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐)-4 -
(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 5 Ο Ο 0小時後的發光效率,從兩者的比較檢査信賴性的 良否作爲劣化率。 評價係爲針對第5圖所示過去的元件構造及第1圖所 示本發明的元件構造之二種類,各5 0個元件檢査初期發 光效率與5 0 0 0小時後的發光效率。在高密度錯位導入 層使用使其成長InP約50nm之元件。 第2圖係爲以初期效率/ 5 0 0 0小時後效率(¾¾ .;;;- 'S ; : 率)表示5 0 0 0小時後的發光效率之變化圖,。圖中的黑: 點表示樣本5 0個的平均值,畫線兩端表示樣本的最大值 、最小值。從該圖能了解,有關(Β)的本發明之元件, 變化率比(Α)的過去元件構造還高若干,另外,不均衡 較少。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印紫 在該處,用(Α)的過去元件構造以CL (負極發光 )法解析變化率較低的樣本。其結果,如第3圖(b)所 示,被稱爲暗線的非發光性結晶缺陷4 0,從元件表面橫 切電流擴散層1 7的Aj?GaAs並且判明了貫穿著以 I nGaAi^P所形成的p覆蓋層1 6、活性層1 5、N 覆蓋層14。然而,在於第3圖係爲在與第1圖所對應的 部分附註同一圖號。 在該非發光性結晶缺陷4 0破壞了作爲發光層的活性 層下,變化率較低,也就是被認爲已劣化了。此暗線由於 是從已粘著的金靥線(粘著線)的連接點正下方朝向發光 層1 5延伸,所以線粘著之際的粘著損壞被導入至元件表 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐)-9 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明(2 ) 所被注入的載體時,以對應於量間距的波長發光。上部覆 蓋層1 6 ,係與下部覆蓋層1 4相同,由於是將被注入在 活性層15的載體關閉在活性層15內,因而得到更高的 發光效率。電流擴散層1 7,係爲了擴散電流至無法以電 極19取出光之電極正下方以外。電流擴散層17係爲以 對於發光波長吸收係數相當小的透明材料所形成。接觸層 18係爲了易於形成對於電極19的阻性接觸之層。例如 ,可以使用P型的GaAs。上部電極1 9,例如以Au /Ζ η所形成的p側電極,在芯片進行電流注入的同時, 形成爲用以粘著導線的導片。上部電極19係爲有效於芯 片全體擴散電流,考量到使其不致截斷發光。下部電極 2 0 ,例如以A u / G e所形成的η側電極,排出電流。 然而,以覆蓋層挾隔用I nGaAj^P系的材料所形 成的活性層之雙異質構造部的LED (發光二極體)之種 種構造例,例如被詳細的說明於日本專利特開平4 _ 2 1 2 4 7 9號公報。 〔發明所欲解決之課題〕 在具有以I nGaAj^P系材料所形成的活性層之半 導體發光元件,爲了確保元件的信賴性,所以將進行結晶 性較佳的外延成長,期予改善目的上的外延成長技術。另 外,以抑制通電後的輝度降下之目的施行樹脂應力較低的 模塑材之選擇等。 不過,充分減少外延層全體的結晶缺陷會有困難,將 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐-)5 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) • * ^—^1 n nn n^·— —JK J —Lf ^^^1 I _ 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明(3 ) 外延層全體的結晶缺陷基準的區分良品。不良品,則降下 製造良品率。另外,在以封包樹脂封包半導體發光元件後 ,進行低溫及高溫劣化試驗,則會有發生不良品的傾向。 因此,本發明的半導體發光裝置其目的係爲使其提高 及價廉的提供半導體發光元件等的信賴性。 〔用以解決課題之手段〕 爲了達成上述目的本發明的半導體發光裝置,其特徵 爲:備有以2個覆蓋層挾隔產生發光的活性層之雙異質構 造部、及被形成爲從兩側介由電流擴散層而挾隔上述雙異 質構造部之第1及第2電極、及被設置在上述第1或是第 2電極與前述雙異質構造部之間,被形成爲比上述雙異質 構造部的物理强度還脆弱之高密度錯位導入層(3 0 ), 以上述高密度錯位移導入層,抑制從外部側朝向前述雙異 質構造部而進行之結晶缺陷。 〔作用〕 例如針對作成具有以InGaAiP系材料所形成的 活性層、及從兩側挾隔該活性層而被配置之一對覆蓋層, 而形成的雙異質構造體之半導體發光元件時的外延成長, 在雙異質構造體上部設置高密度錯位導入層。此錯位導入 層係爲與雙異質構造體的晶格形成1 0 _ 2以上所不同的材 料,例如,以I η、G a、A $、P、A S所形成的二元 或是三元混晶。另外,在錯位導入層被導入有1 Ο4個/ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS > A4規格(210X297公釐·)6 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) • * -I-Ji-J— —L-n n I I .
,1T A7 ________B7 五、發明説明(4 ) c m 2以上的錯位。再則,錯位導入層係以超過1 〇 n m 的膜厚所構成。 由於此因,以粘著破損或封包樹脂的應力等發生於外 側層,並且朝向雙異質構造體所進行的結晶缺陷因在於脆 弱錯位導入層形成爲分散、吸收,所以阻止至擔任發光任 務的雙異質構造之結晶缺陷的進行。使其提髙以 I tiGaAi^P材料等所形成的半導體發光元件之信賴性 。另外,形成爲能提高良品率而價廉的提供半導體裝置。 〔實施例〕 以下,參照圖面說明關於本發明的實施例。第1圖係 爲概略的表示以本發明之半導體發光元件的第1實施例之 圖。針對該圖與第5圖所對應的部分附註同一圖號,相關 部分的說明則省略。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在於同圖半導體發光元件,具備GaAs基本1 1 , 及以被配置在該基板上之η型I nGaA)?P所形成之N 覆蓋層1 4、及以未摻雜的I nGaAiP所形成之活性 層1 5、及以p型I nGaAi^P所形成的覆蓋層1 6、 及以P型AjGaAs所形成之電流擴散層1 7 °然且’ 將作爲本發明的特徵之高密度錯位導入層3 0設置在P型 覆蓋層1 6與電流擴散層1 7之間。在電流擴散層1 7的 上部被設置有第1電極1 9,在基板1 1的下部被設置有 第2電極2 0。 另外,爲了改良阻性接觸,所以在第1電極19與電 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐_) 7 - A7 B7 五、發明説明(5 ) 流擴散層1 7之間挾隔P型GaAs層1 8,同時爲了使 其增大輝度因而可以變更成以IηΑβΡ及GaAs所形 成之布拉格(Bragg)反射層1 3挾隔在基板1 1與 N覆羞層14之間之構造等。 與第5圖所示之過去構造之不同點,係爲設置在P型 覆蓋層16與電流擴散層17之間,例如爲以InP的二 元混晶其膜厚5 0 nm的高密度錯位導入層3 0之存在。 有關第1圖所示的本發明之半導體發光元件,係可以 用以下的順序製造。 首先,爲了形成發光元件,所以使用通常的M0 (有 機金屬)CVD裝置進行外延成長。載體氣體的H2流量 爲ui/mi η,爲了形成各組成膜,所以TMI (三鉀 基鎵〉爲0 . 5〜0 .8ccm,TMG(三鉀基鎵)爲 2 0〜4 0 0 ccm、TMA (三鉀基鎵)爲1 0〜 300ccm,另外流動 250 〜400ccm P Η 3 、5 0 0〜8 0 0AsH3,以基板溫度7 2 0〜8 7 0 (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 動 流 層 型 η 在動 。流。 長層雜 成型摻 其 Ρ 且 使在} Ρ, 鋅
Sm C C 5 1X Z Μ Dm c c 5 o 3 o X 極 ο 電 ο 1 4 第成 行作 施, 且圓 並晶 , 割 1 切 IX , 板後 基積 化堆 薄的 接 ο 搭 2 面極 背電 以 2 後第 之及 9 ο ο ^ 2 度 高 封 膜 脂 樹 予 施 片 芯 的m U- 示 圖 諸 加 , 件 元 光 發 體 導 半 此 在 壓 電 /V Am ο 2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公釐·)8 -
(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 5 Ο Ο 0小時後的發光效率,從兩者的比較檢査信賴性的 良否作爲劣化率。 評價係爲針對第5圖所示過去的元件構造及第1圖所 示本發明的元件構造之二種類,各5 0個元件檢査初期發 光效率與5 0 0 0小時後的發光效率。在高密度錯位導入 層使用使其成長InP約50nm之元件。 第2圖係爲以初期效率/ 5 0 0 0小時後效率(¾¾ .;;;- 'S ; : 率)表示5 0 0 0小時後的發光效率之變化圖,。圖中的黑: 點表示樣本5 0個的平均值,畫線兩端表示樣本的最大值 、最小值。從該圖能了解,有關(Β)的本發明之元件, 變化率比(Α)的過去元件構造還高若干,另外,不均衡 較少。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印紫 在該處,用(Α)的過去元件構造以CL (負極發光 )法解析變化率較低的樣本。其結果,如第3圖(b)所 示,被稱爲暗線的非發光性結晶缺陷4 0,從元件表面橫 切電流擴散層1 7的Aj?GaAs並且判明了貫穿著以 I nGaAi^P所形成的p覆蓋層1 6、活性層1 5、N 覆蓋層14。然而,在於第3圖係爲在與第1圖所對應的 部分附註同一圖號。 在該非發光性結晶缺陷4 0破壞了作爲發光層的活性 層下,變化率較低,也就是被認爲已劣化了。此暗線由於 是從已粘著的金靥線(粘著線)的連接點正下方朝向發光 層1 5延伸,所以線粘著之際的粘著損壞被導入至元件表 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐)-9 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明(7 ) 面,其後,以導電加熱與樹脂應力成長,並且被認爲是朝 向內部進行而破壞了發光層之活性層1 5。 不過,用同樣的方法評價解析有關(B )的本發明之 元件,如第3圖(a )所示,相同的被導入有粘著破壞, 並且被發現有非發光性結晶缺陷4 0,但通過作爲電流擴 散層的AjGaAs層17後,在本發明的特徵之髙密度 錯位導入層3 0內停止著。在使其成長約5 0 nm的 I η P層之高密度錯位導入層3 0正下方之 I nGaAPP所形成的發光層1 5、覆蓋層1 6不致到 達。因爲非發光性結晶缺陷4 0未到達發光層的活性層 1 5、覆蓋層1 6,所以有關本發明的元件,被認爲就是 已經粘著破壞也不致劣化發光機能。也就是高密度錯位導 入厝3 0分散以通電加熱與樹脂應力之非發光性結晶缺陷 4 0的進行且吸收,而被認爲具有防止錯位的新導入之效 果。第3圖(a )係模式的表示導入阻止至以該高密度錯 位導入層3 0之二次生成錯位的發光層之活性層1 5、覆 蓋層1 6的樣子。 上述過的效果,被發現了已實施過的I η P,其他也 發現了 GaP、 InGaP、 InAj?P、Aj?P、 Aj?AS的二次元混晶或是三次元混晶但對於 InGaAS導入阻止的效果不是很完全。爲了探討此原 因,所以對於各材料以斷面TEM觀察該材料與作爲發光 層〜蓋覆層的I n G a Aj? P層界面。 此結果,在所導入的I n G a Αί層使其形成有足夠 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(2〗Ο X 297公釐)1 〇 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i----f' -裝 _ 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 _______B7_ 五、發明説明(8 ) 錯位作爲高密度錯位導入層3 0,由於不完全的分散因粘 著破壞所造成的二次生成錯位,因而知道該一部分已經是 覆羞層1 6的I riGaAPP。另外,因插這些高密度錯 位的材料而形成錯位只被導入至該材料側,並且知道未被 導入至InGaAiP層側具有較高非發光性結晶缺陷 4 0的導入阻止能力。 進而,如第4圖所示,從斷面TEM觀察的結果,該 高密度錯位導入層3 0的錯位密度,在超過1 04個/ cm 2的情況,具有較高錯位阻止能力,另外,因爲導入 此錯位,所以也判明了與所鄰接之層的I nGaApP之 晶格常數之差持有超過1 0 ―2較理想、或高密度錯位導入 層3 0的膜厚持有超過1 Onm較理想。 第6圖係表示其他的實施例,針對同圖在與第1圖所 對應的部分附註相同圖號,相關部分的說明則省略。 在此例基板11被除去。另且,在透明的電流擴散層 17與上部覆蓋層16之間被形成有上部高密度錯位導入 層3 0 a。另外,在透明的緩衝層1 2與下部覆蓋層1 4 之間被形成有下部高密度錯位導入層3 0 b。 由於是此樣的構成,所以形成爲能以上部高密度錯位 導入層3 0 a及下部髙密度錯位導入層3 0 b阻止因線粘 著所造成的破壞及因封包樹脂(無圖示)的熱膨脹收縮之 內部應力所造成延伸至個別的產生在電流擴散層17及緩 衝層12之結晶缺陷的雙異質構造體。 如此樣,在具有第1機能的第1膜與具有第2機能之 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公愛)11 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝_
,1T Λ 經濟部中央標隼局員工消费合作杜印製 A7 B7____五、發明説明(9 ) 第2膜之間使其介隔在第3膜,在高密度下含有錯位,其 結果,以比第2膜還相對脆弱或是柔軟的材料之高密度錯 位導入層形成第3膜。因此構造,以第3膜分散吸收從第 1膜朝向第2膜而進行的暗線(非發光性結晶缺陷),並 且形成爲能抑制結晶缺陷之擴大。 然而,實施例係爲雙異質構造體,當然,就是單異質 構造體也可以適用本發明。另外,針對半導體裝置因爲是 從結晶缺陷的侵入防止具有特定機能的膜,因而能使用本 發明。 (實施例之效果) 針對作成具有以InGaAiP系材料所形成之活性 層、及以從兩側挾隔該活性層而被配置的一對覆蓋層所形 成的雙異質構造體之半導體發光元件時的外延成長,在雙 異質構造體的上部設置高密度錯位導入層,在該錯位導入 層使用與雙異質構造體的晶格常數爲低於1 〇_2所不同的 I η、Ga、Aj?、P、As所形成的二元或是三元混晶 材料,因使其存在超過1 0 4個/ cm 2的錯位,因而以粘 著破壞所造成的二次生成錯位在發光元件防止進入至以重 要的InGaA又P係材料所形成的活性層,並且在預防 由於非發光性結晶缺陷所造成的劣化下,可以提高發光元 件的信賴性,即是可以使其提高壽命。進而,在提高製造 良品率下,形成爲能提供在市場上價廉的半導體發光裝置 0 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公愛)12 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、1T· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明() 然而附註於本專利申請的各構成要件之圖面參照圖號 ;係爲使其易於理解本專利申請,本申請專利的技術範圍 不拘限於在圖面所示的實施例。 〔發明之效果〕 如以上所說明,根據本發明的半導體發光裝置,抑止 在一種膜所發生的結晶缺陷延伸而進入其他的膜,並且形 成爲能使其提高半導體發光裝置之信賴性及製造良品率。 〔圇面之簡單說明〕 第1圖係表示本發明的實施例之圖。 第2圖係表示本劈明的實施例與過去肩之性能的比較 之線圖。 第3圖係爲說明以本發明的實施例其效果(第3圖( a ))及過去例的不理想處(第3圖(b ))之圖。 第4圖係爲表示高密度轉移導入層的條件之所說明的 線圖。 第5圖係表示過去例之圖。 第6圖係表示本發明的其他實施例之圖。 〔圖號說明〕 1 1 : G a A s 基板 1 2 :緩衝層 1 3 :反射層 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS > Α4規格(210X297公愛)13 - Ί. J--- -Γ----1 I — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明(u) 1 4 :下部覆蓋層 15:活性層 16:上部覆蓋層 17:電流擴散層 18:接觸層 19 :第1電極 2 0 :第2電極 3 0 :高密度錯位導入層 4 0 :因破壞之結晶缺陷 J---Ί^ίι----^’,裝------訂------( (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(€阳)八4規格(210\297公赘)14-

Claims (1)

  1. 經濟部中央梂率局貝工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 種半導體發光裝置,其特徵爲具備: 以2個覆羞層挾隔產生發光的活性層之雙異質構造部 ,及 . 被形成爲從兩側挾隔前述雙異質構造部之第1及第2 電極(1 9 ) 、(20),及 被設置在前述第1或是第2電極與前雄._雙異質構造部 之間,被形成爲比前述雙異質構造部的物理性强度還脆弱 之高密度錯位導入層(30) 、(30a) 、(3 0 b) 、等; 並且以前述高密度轉移導入層,抑制從外.部....惻朝向前 述雙異質構造部進行之結晶缺陷。 2 .如申請專利範園第1項之半導體發光裝置,其中 .在前述高密度錯位里入層與前述第1或是第2電極之間, 被形成有電流擴散層(1 7 )及緩衝層(1 8 )當中的至 少一種。 3 .如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置,其中 前述高密度錯位導入層,係以比構成前述雙異質構造部之 膜的晶格常數還高過1 0 — 2所不同的材料而形成晶格常數 Ο 4 .如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置,其中 前述高密度錯位導入層,係以比構成前述雙異質構造部之 膜的晶格常怎還高過1 〇—2所不同的材料而形成晶格常數 〇 5 _.如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置,其中 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐-)15 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 六、申請專利範圍 前述髙密度錯位導入層,係爲以In、Ga、Aj?、P、 A s當中的至少2種所形成之混晶。 6 如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置,其中 前述高密度錯位導入層,係.羞以I Q〜、—旦a、A又、P、 A s當中的至少2種所形成之混晶。 ' 7 .如申請專利範圍第3項之半導體發光裝置,其中 前述_高密度錯位導入層,係爲以I η、Ga、Ai2、P ' A s當中的至少2種所形成之混晶。 8.如申請專利範圍第4項之半導體發光裝p,其中 前述高密度錯位導入層,係爲以In、Ga、Ai?、P、 A s當中的至少2_種所形成之混晶。 9 .如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置,其中 前述高.密度亂位導入層,係爲被導入有高於1 〇 4個/ c m 2的錯位。 1 0 t如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置,其 中前述高密度錯位導入層,係爲被導入有高於1 0 4個/ c m 2的錯位。 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印装 (請先閲讀背面之注^h項再填寫本頁) 11. 如申請專利範圍第3項之半導體發光裝置,其 中前述高密度錯位導入層,係爲.被導入有高於1、0 4個/ c m 2的錯位 ..... 12. 如申請專利範圍第4項之半導體發光裝置,其 中澈述高密度錯位導入層,係爲被導入有高於1 0 4個/ c m 2的錯位。 13. 如申請專利範圍第5項之半導體發光裝置,其 本紙張尺度逋用中國國家揉準(CNS ) A4规格(210X297公羞~) 1β -
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