TW445659B - LED of AlGaInP system and epitaxial wafer used for same - Google Patents

Description

445 65 9 五、發明說明（1) 發明領域 本發明涉及波長為650nm(紅的）到550ηπι(黃綠區域）的 A1 Gal ηΡ系發光二極管及用於該發光二極管的磊晶片。 發明背景 近來’對發射紅光或黃光的高亮度A 1 GalηΡ系的發光 二極管（以下記作LED)具有很大的需求。上述二極管可用 於各種不同目的’如交通控制信號，汽車尾燈或霧燈，以 及全色顯示器。 圖1表示用於製作發光波長為5 90nm的AlGalnP系LED的 習知蟲晶片的結構。 圖1所示LED的磊晶片的製備方法是，在η型GaAs基材 la上相繼生長一層nsGaAs緩衝層2a，一層η型（AlD.7GaQ3)0. 5Infl5P 夾層 3a，一層末摻雜（AiDlGaD9)Q5InD5P 有源層 4a，一 層 P 型（A1Q 7Ga〇 3 )fl 51 nfl 5P 夾層 5a，和一層 p 型GaP 窗口層 6a。 所有2a-6a的磊晶層都是用金屬有機蒸氣相磊晶生長 (以後記作MOVPE)法生長的，儘管a 1組成分比大於〇. 6的 A1 Ga As層有時也用作LED的窗口層，但這種窗口層不宜於 高效地傳輸所發射的光，並且易於老化。從這一點考慮， 由於GaP的帶隙寬和抗氧化的性質，所以，Gap層更適合於 作窗口層。 但是，GaP窗口層有以下一些問題。 圖2說明在AlGalnP系的LED蟲晶層中p型窗口層6A和p 型A1 Gain夾層5a之間的異質界面附近的能帶結構，其中圖

445 65 9 五、發明說明（2) 2中的箭頭表示在對它加正向電壓情況下，正電性電洞的 運動方向。 由於在p型夾層5a和窗口層6a之間的電子親合力之 差’在P型GaP窗口層和p型（aiq 夹層的異質界 面上形成高勢壘（能帶的不連續性），其中示於虛線圓圈B 内表示的勢壘阻止著正電性電洞的運動。當LED受到激勵 時’這一勢壘成為阻止正電性電洞從p型窗口層6a向p型 (Al〇.7Ga〇.3)D.5lnQ.5P夾層5a運動的主要因素。因此，LED的正 向電壓（工作電壓，即當外加電流為20mA的情況下，加在 LED上的電壓）變高。一般來說，當正向電壓增加時，LED 的可靠性降低。在採用p型GaP作窗口層6a的!^1)中，降低 正向電壓將是一個重要課題。 圖3表示用於製作AlGalnP系LED的另一種習知磊晶晶 片。 用圖3所示的磊晶片製備的LED所發射光的波長為 590nm °這種磊晶片是M0VPE方法生長的，是在^型GaAs基 材上相繼生長以不磊晶層製備的：一層n型GaAs緩衝層 2b，一層摻雜有si或Se的η型AlGalnP夾層3b，一層未摻雜 的AlGalnP有源層4b，一層摻Zn的p型AlGalnP夾層5b和一 層摻Zn的p型GaP窗口層6b。 作為與習知工藝有關的一個問題，應該提及一種現 象’即用作p型摻雜物的Zn向鄰接層的異質界面的反常擴 散。 (1)由於為了使電極提供的電流向芯片表面的方向擴

445659 五、發明說明（3) 展，需要窗口層6b具有高濃度的p型载流子（約5χ 1018cnr3) ’所以’窗口層6b摻有高濃度的Ζη。 (2) 為了激勵上述擴展電流，窗口層6b需要生長到 0.5mm以上的厚度，所以其生長時間會延長。 (3) 為了降低起雜質作用的氧的濃度，用於製作 A1 Ga I nP系LED的磊晶晶片層一般都是在6 5〇 X：以上的生長 溫度下生長的。 由於上述三個因素，當生長磊晶片時’由於外加的熱 激發’Zn谷易擴散到蟲晶片中去。zn從摻Zn濃度高的窗口 層開始’通過p型A1 Ga I nP夹層擴散到用作發光區的有源 層。眾所周知’如果Zn擴散進有源層，zn形成非發射復合 中心，使LED的發光特性變壞。 幕所周知’當激勵電流連續地加到L E D上時，非發射 復合中心的影響就會變得明顯起來，這就大大地降低了 LED的可靠性。 發明概述 因此’本發明的目的是防止在p型夾層和窗口層之間 形成馬勢叠’從而提供一種正向電壓低的A1GaInP系^卩。 ,^發明的另一個目的是防止在p型夾層和窗口層之間 形成尚勢壘，及提供一種用於正向電壓低的A1GaInp系的 LED的磊晶片。 β本發明的再一個目的是防止雜質擴散進入有源層，及 提供一種發光性能好和可靠性高的A1GaInP系的LED。

445659 五、發明說明¢4) 本發明的再一個目的是防止雜質擴散進入有源層，及 提供一種用於製作發光性能好和可靠性高的A 1 GalnP系LED 的遙晶片。 根據本發明的第一個特點，A1 Gal nP系的LED包括： 一種導電性基材， 一層η型夾層，它是由A1 Gal nP系的化合物半導體形成 的， 一層有源層，它是由帶隙能量低於η型夾層帶隙能量 的AlGalnP系化合物半導體形成的， 一層P型夾層，它是由帶隙能量高於有源層帶隙能量 的A1 Gal nP系化合物半導體形成的， 一層η型窗口層，它是由(；ap形成的， 兩個電極’它們是做在窗口層和所述基材的預定部份 上， 一層插入層’它被插在p型夾層和p型窗口層之間，它 的帶隙能量低於p型夾層的帶隙能量。 除上述結構之外，根據本發明，最好是該插入層的帶 隙能量高於A 1 Ga I nP系LED的有源層的帶隙能量。 除上述結構外’根據本發明，最好是LED中插入層的 導電類型是P型的。 除上述結構外’根據本發明’最好是Led的p型插入層 的載流子濃度為5 Xl017cnr3--5 XI 〇i8 。 除上述結構之外，根據本發明，最好是LED的插入層 由與p型夾層晶格匹配的材料形成。

_ 第8頁 445659 五、發明說明（5) 除上述結構外，根據本發明，最好tLE])的插入層由

AlGalnP ，GaInP ’AllnP ’GaAs ，AiGaAs ，GaAsP 或

InGaAsP形成’插入層的組成使其帶隙能量低於p型夾層的 帶隙能量。 除上述結構外’根據本發明，在LED中可以採用由 GaxIrvxP(0<x SI)， AlyIni〜yp(〇<y 或AlzIlVzP(〇<z ^ 1) ’形成的窗口層來替代由GaP形成的p型窗口層。 根據本發明的第二個特點，AlGalnP系LED的磊晶層包 括： 一種導電性基材， 一層η型爽層’它是由A1GaInP系的化合物半導體形成 的， 一層有源層’它是由帶隙能量低於η型夾層帶隙能量 的AlGalnP系的化合物半導體形成的， 一層P型夾層’它是由帶隙能量高於有源層帶隙能量 的A1G a I η P系的化合物半導體形成的， 一層窗口層’它是由GaP形成的，以及 一層插入層’它被插在P型夾層和p型窗口層之間，而 且其可隙能量低於p型夾層的帶隙能量。 除上述結構外，最好是在AlGalnP系的LED的磊晶片中 插入層的帶隙能量高於有源層的帶隙能量。 日曰除上述結構外’根據本發明，最好是AlGalnP系LED磊 晶晶片的插入層的導電類型是p型的。 除上述'结構外’根據本發明，最好是AlGalnP系LED磊

445 65 9 五、發明說明（6) 晶片的插入層的載流子濃度為5 X 1 〇ncm-3 - 5 X 1 〇18cm-3。 除上述結構外，根據本發明，最好是人1(^1111>系1^1)磊 晶片的插入層與p型夾層是晶格匹配的。 除上述結構外’根據本發明，最好是A1GaIn P系!^!) 磊晶片的插入層包括AlGalnP，GaInP，AlInP，GaAs， AlGaAs ’GaAsP或者InGaAsP，它的組成應使其帶隙能量低 於P型夾層的帶隙能量。 除上述結構外，根據本發明，在A1GaInP .LED磊晶片 中可以採用由GaxIn卜χ Ρ (〇<χ $1)，AlyIivyP(0<y S1)或

AlzGa^PCiKz S1)形成的窗口層來代替由GaP形成的p型窗 α ° 根據本發明，通過在ρ型AlGalnP夾層和Ρ型GaP窗〇層 之間’插入一層帶隙能量低於p型A 1 Ga I nP夾層的帶隙能量 的插入層來防止在ρ型AlGalnP夾層和ρ型GaP層之間的異質 界面上形成高勢壘，以便降低LED的正向電壓。 根據本發明的第三個特點，A1 GalnP系的LED包括： 一種η型導電基材， 一層η型夾層，它是由AlGalnP系的化合物半導體形成 的， 一層有源層，它是由AlGalnP系的化合物半導體形成 的，其帶隙能量低於η型夾層帶隙能量， 一層Ρ型夾層，它是由AlGalnP系的化合物半導體形成 的’其帶隙能量高於有源層的帶隙能量’ 一層P型窗口層，以及

第10頁 445659 五、發明說明¢7) 一層插入層’它是由A1Gajnp系的化合物半導體形成 的’被插在P型夹層中或被插在P型夹層和P型窗口層之 間。 其中插入層與P型夾層是晶格匹配的，且在插入層中 A1的組成分比低於p型夾層的組成分比而高於有源層的組 成分比。 除上述結構外’根據本發明，最好是八1(^111?系的led 備有由GaP形成的窗口層。 除上述結構外’根據本發明’最好是A1 GalnP系的二 極管備有用Zn摻雜的p型夾層和p型窗口層。 除上述結構外，根據本發明’最好*A1GaInp，LED的 插入層的載流子濃度為2 XI 〇17cm-3 — 5 X 1 〇〗8cnr3。 根據本發明的第四個特點，A1GaInP系LED磊晶片包 括 的 的 的 的 一種η型導電性的基材， 層η型夹層，它是由AlGalnP系的化合物半導體形成 —層有源層’它是由AiGalnP系的化合物半導體形成 其帶隙能量低於η型夾層的帶隙能量， —層Ρ型夾層，它是由A1 Gal nP系的化合物半導體形成 其帶隙能量高於有源層的帶隙能量， ^ 一層Ρ型窗口層， 一層插入層，它是由Ai Gal nP系的化合物半導體形成 被插在ρ型夾層中或插在？型夾層和？型窗口層之間。

第11頁 445659 五、發明說明（8) 其中插入層與P型夾層是晶格匹配的，且在插入層中 A1的組成分比低於p型夾層的組成分比，而高於有源層的 組成分比。 除上述結構外’根據本發明’最好是，用於A1GaInP 系LED的蟲晶片備有一層由GaP形成的窗口層。 除上述結構外’根據本發明，最好是用於A丨Ga I nP系 LED的蠢晶片包括一層推Zn的p型夾層和一層窗口層。 除上述結構外，根據本發明，最好是，用於A1GaInP 系LED的磊晶片的插入層的載流子濃度為2 X 1 〇ncnr3 — 5 X 1018cm-3 〇 在本發明中’在一種η型導電性基材上相繼生長以下 一些磊晶層’即一層由AlGalnP系化合物半導體形成的0型 夾層，一層由A1 GalnP系化合物半導體形成的帶隙能量低 於η型夾層帶隙能量的有源層，一層由A丨Ga丨nP系化合物半 導體形成的帶隙能量高於有源層帶隙能量的p型夾層和一 層P型窗口層，其中在P型央層中或在P型夾層和P型窗口層 之間還插入有一由AlGalnP系化合物半導體形成的一層插 入層。而且，該插入層與p型夾層是晶格匹配的，在插入 層中A1的組成分比低於p型夾層中的組成分比而高於有源 層的組成分比。基於上述結構，通過阻止雜質擴散進有源 層就可防止LED輸出的降低。 在此’在AIGalnP系LED的製備過程中雖然從緊貼基材 的磊晶層到P型夾層各磊晶層所選擇的組成通常都應使p型 夾層的晶格常數與基材的晶格常數相匹配，但從帶隙能

第12頁 445659 發明說明（9) 置 電阻率和可靠性的觀點出發’在p型夹層上還必須生 長唯 層與基材晶格失配的GaP層作為窗口層。 曰 因此，日本專利1 0-256598提出一個方案是，為了使 曰曰格形變減輕’在P型夾層和窗口層之間插入一層具有中 =晶格常數的插入層。雖然上述方案的發明改善了在晶格 失配條件下生長的GaP的結晶質量，但這種方法都並不能 有效地阻止Zn的擴散。 作為發明者的熱心研究結果，他們發現了這樣一個事 實即上述Zn擴散是由與A1有關的晶體缺陷引起的，而且 Zn易於在A1組成分比高的材料中擴散。相反，在A1組成分 比低的材料中2 η難於擴散。隨後，發明者認為，既然不希 望Ρ型夾層和窗口層中的以擴散進末摻雜的有源層，那 麼，在Ρ型夾層中或者在口型夾層和窗口層之間插入一層^ 組成分比低於AlGalnP系ρ型夾層Α1組成分比的AlGalnP系 插入層時，該插入層就會起阻止Zn擴散的阻抗器 (resistor)的作用’因而與習知LEd相比，由Zn引起的有 源f的污染就會大大降低。而且，為了使從有源層發射的 光能通過上述插入層，A1GaInP系化合物半導體形成的插 入層的A1組成分比必須高於有源層的A〖組份比。當然，該 插入層與p型夾層應該是晶格匹配的。 也就是說’按照本發明’如果標準的人1(^111?系1^1)是 通過在p型爽層中或在p型窗口層和p型夾層之間插入—A i 的組成分比比該p型夾層的低而比激活層的高的插入層的 方法來製備的，而且在該LED中上電極被用作p型電極，則

第13頁 4 45 65 9 五、發明說明（10) ' 會獲彳牙而的發光功率和高的可靠性，上述插入層是為了防 止雜質擴散進有源層。 下面將結合附圖對本發明進行更詳細的說明 優選實施例描述 下面將對根據本發明第一優選實施方案所述的用於 A IGalnP系的LED的磊晶片及所製得的LEd進行說明。這 裡，圖1所示習知工藝中的結構元將用與圖1相同的參考數 子標記。 根據第一優選實施方案的A1GaInP *LEI)磊晶片的特點 疋’在p型AlGalnP系夾層5a和p型GaP窗口層6a之間形成一 層帶隙能量低於p型AlGalnP夾層5a帶隙能量的插入層7a。 圖5說明在本發明的第一優選實施方案中用於A1GaInp 系LED的遙晶片和所製得的led的正向電壓下降的原因。 通過在p型（Al0 7GaG 3)fl 5ln() 5P夹層5a和p型GaP窗口層6a 之間形成一層插入層7a，可防止在p型（AlG7Ga03)Q5ln()5i^A 層5a和p型GaP窗口層6a之間界面上形成的高勢壘。圖5中 用虛線圓圈C所表示的勢壘低於圖2中用虚線圓圈b所表示 的勢壘。用根據本發明第一優選實施方案所述的用於 AIGalnP系LED的磊晶片來製備LED可使LED的正向電壓降 低。 圖4表示根據本發明第一優選實施方案所述的，用於 A1G a I η P系L E D的蠢晶片的結構。下面將對用來製作發射波 長為625ηιπ的紅光LED的蠢晶晶片的情形來說明本發明的第

第U頁 445659 五、發明說明（11) --------- 一優選實施例。 圖4表示的用於A1GaInp系1^1)的磊晶片的製備 如 下： 首先用MOVPE的方法在η型GaAs基材la上相繼生長一層 η 型（摻Se)GaAs 緩衝層 2a，一層 η 型（摻Se)(AlQ7Ga03) 〇.5inD_5P 夹層 3a，一層未摻雜的（儿1[)1(^9)。5111(!5{>有源層4& 和一層P 型（摻Zn)的（Α10_π、3)ΰ 5Ιη。5P 夾層 5a。 然後，MOVPE的方法在p型夾層5a上生長一層作為插入 層（本發明的主要結構元）的lOOnm厚的p型（AluGa^) o.sInuP層7a(以後稱作降低正向電壓層）並再在7a上生長一 層1 0 // m厚的GaP窗口層。 2a 的所有蠢晶層都是在以下條件下生長的，生長 溫度為700 t ’生長壓力為50T〇rr，所有磊晶層的生長速 率都是0. 3〜3, Onm/s ’ V/ΙΠ比是1〇〇〜6〇〇。生長之後， 對磊晶片進行加工以便形成LED。 LED芯片的尺寸為300/zm 30〇vm，在LED芯片的整個 底面上形成η型電極’在LED芯片的上表面形成一個直徑為 150 #ηι的p型圓電極。然後在η型電極上相繼蒸發厚度為 60nm ’10nm和500nm的Au/Ge ’Ni和Au層。同樣，在ρ型電 極上相繼蒸發厚度為60nm、10nm和l〇〇〇nm的“/?!!，Ni和 Au層。進行在該芯片上裝上引線並對芯片進行樹脂密封。 取後對這樣獲得的L E D的發光特性和伏-安特性進行測量。 圖6表示根據本發明的LED的電學特性，其中橫座標表 示正向電壓，縱座標表示正向電流。

第15頁 4 4 5 6 5 9 五、發明說明（12) 在圖6中’實線表示根據本發明第一優選實施方案的 LED的電學特性，該LED包括一層（AlaiGaQ.gV5Ini).5P有源層 和降低正向電塵層7a，而虛線表示習知LED的電學特性。 儘管習知LED的正向電壓是2. 4V，但用根據本發明第 一優選實施方案的AlGalnP系LED磊晶片製備的LED的正向 電壓卻是1.8V，因而本發明使正向電壓得到了顯著的改 善。 LED的正向電壓最低值是由有源層4a的帶隙能量決定 的。1_8V的正向電壓接近於根據本發明第一優選實施方案 的A 1 Ga I nP系LED磊晶片有源層4a的帶隙能量所得到的最低 值。幾乎等於採用AlGaAs窗口層的情況下的正向電壓值。 通過提供降低正向電壓層7a有效地防止了在p型GaP窗口層 6a和p型夾層5a之間的異質界面上形成勢壘。而且，通過 提供降低正向電壓層7a，使得根據本發明第一優選實施方 案的LED的發光亮度並不比習知LED的亮度低。 雖然為了降低由p型夾層5a和p型窗口層6a之間的由能 帶不連續性引起的勢壘可以在這兩層之間插入一層帶隙能 量低於D型夾層帶隙能量的插入層’但如果插入一層帶隙 能量低於有源層4a帶隙能量的降低正向電壓插入層7a，那 麼有源層4a發射的光可以被這降低正電壓層7a吸收因而 使LED的發光效率降低。因此，最好是降低正電壓層。的 帶隙能量低於p型夾層5a的帶隙能量而高於有源層4 隙能量。 f 而且，最好是降低正向電壓層7a的導電類型與p型夾

五、發明說明（13) -- 層5a*p型GaP窗口層的導電類型相同，且它的載流子濃度 高於5 xifFcr3 ’而低於5 xi(Pcir3。如果降低正向電壓$ 7a的載流子濃度低於5xi〇i7cnr3那麼’降低正向電壓層h 的電阻率就會變高’從而使正向電壓增高。如果降低正向 電壓層7a的载流子濃度高於5 X l〇18cm-3，那麼晶體缺陷就 會增加’從而使發光效率降低。 最好是降低正向電壓層7a與作為下層的p型夾層53的 晶格是匹配的^如果前者與後者是晶格失配的，那麼就會 在蟲晶層中產生缺陷’以致產生一些問題，即發光效率降 低和使p型GaP窗口層變得模糊不清。 雖然對具有II型基材的磊晶月及上述磊晶片製備的led 已給出說明，但基材的導電類型決不限於η型，而且在具 有Ρ型基材的磊晶片以及由此磊晶片製備的LEI)中也可以得 到同樣的效果。 總之’根據本發明可以得到下述的極好效果。 可以提供A1 GalnP系LED磊晶片以及由此磊晶片製備的 正向電壓得到降低的LED。 下面將結合附圊對本發明第二優選實施方案進行詳細 說明。 圖7表示根據本發明的LED磊晶片的第二優選實施方 案。這裡凡是具有與圖3中所示相同的功能結構元都用相 同的參考數字標記。 用於製作LED的蟲晶片是在η型GaAs缓衝層lb上相繼生 長以下磊晶層製備的：一層η型GaAS緩衝層2b，一層η型

第17頁 445659 五、發明說明（14) (Alo./ao.duInuP 夾層 3b，一層末摻雜的（A1〇i5Ga ㈣） 0.5InD.5P 有源層 4b，一層 p 型（Al"Gafl3)Q5lnQ5P 夹層 5b，一層 口型（人1〇,3(^7)()5111()5?插入層713和一層？型〇&?窗口層613。 最好是插入層7b是由與p型夾層5b類似的A1GaInP系材 料形成，插入層7b中A1的組成分比應該低於p型夾層㉛的 組成分比而高於有源層4b的組成分比。採用上述結構的原 因是它可以避免不希望有的污染，因而可使晶體容易生 長。但是，插入層7b不一定非由A1GaInP系材料形成不 可。而且，可以通過插入AlGaAs層或不含A1和GaAs層來抑 制Ζ η的擴散。 插入層7b要與下面的ρ型夾層5b晶格匹配的原因是在 於：這樣可以防止在磊晶層中產生缺陷。 再者’插入層7b中A1的組成分比高於有源層4b的原因 在於：這樣有源層發射的光可以通過插入層7b。 插入層7b中載流子濃度為2 X 1 〇17cm-3 — 5 X 1 〇18Cin-3的原 因在於：如果載流子濃度低於2 X 1 〇ncnr3，那麼插入層的 電阻率變得很高，因而LED的激勵電壓也會變得很高，如 果載流子濃度高於5 X 1 〇i8Cm_3那麼插入層的結晶質量就會 變差’因而發光功率就會降低。因此，在上述兩種情況下 都不能提供實用的LED。 雖然希望插入層7b的帶隙能量高於有源層4b的帶隙能 量’因而使有源層發射的光不被插入層7b吸收，但如果插 入層薄到使其對發射光的吸收可以忽略，那麼即使插入層 7b的帶隙能量低於有源層4b的帶隙能量也能得到滿意的結

第18頁 445659 五、發明說明（15) 果’因而也不一定將具有較低帶隙能量的插入層7b排斥在 外，由於按照插入層7b中A 1的組成分比、P型夾層5b的種 類、窗口層6 b中Ζ η的摻雜量以及遙晶期間的熱滯情形，該 插入層7b的厚度存在一最佳值，插入層7b的厚度不一定受 到限制。 為了防止Zri擴散進入有源層4b，可以在p型失層5b中 插入多層插入層7b。 [實施方案1 b ] 作為本發明的第二優選實施方案’具有圖7所示結構 用來製作發射波長為620nm紅光的AlGalnP系的磊晶片已被 製備出來。 該蟲B曰片的結構和蟲晶片的生長方法與下述對照例的 相同，並在p型夾層5b和窗口層6b之間插入一層厚度為〇 i "m、Zn推雜濃度為5 X 1〇ncm-3的（A1() 3Ga() a」、/插入 層。 ’3 圖8表示在作為本發明第二優選實施方案製 片中用SIMS分析的方法測定的Zn濃度分佈。 曰曰 度，縱座標（對數標度）表示2„的濃度。 、尾心表不農 ，如由@8所看㈣，Zn的分佈幾乎與本發明所 m測到在習知led中發生的反常〜擴散/ 隨後，用通用的方法對蠢晶片進行加工 並對LED的發光特性進行測定。發光功率 電流為2〇mA的情況下正向電壓為。 ™」卿，在外加 [實施方案2b]

^45659 五、發明說明（16) 圖9表示根據本發明第二優選實施方案修正案用來製 作LED A1 GalnP系的磊晶片的結構。 圖9表示用於製作發射波長約62〇ηιη的紅光led的一塊 遙晶片 。 雖然實施方案2b的結構和遙晶片的生長方法基本上與 上述實施方案lb相同，但在p型夾層5b 1和5b2之間插入了 一厚度為O.lyiu、Zn摻雜濃度為5xl〇17cm-3的p型 (Α1〇.2〇&〇.8)η.5Ιη〇.5Ρ層作為插入層7b。 圖10表示在圖9中所示磊晶中zn濃度的SIMS分析結 果’其中橫座標表示深度’縱座標（對數標度）表示Zn的濃 度。 正如由圖10所看到的，Zn的擴散中止在插入層7b，因 而在有源層中不可能觀測到Zn的擴散，這正如本發明的發 明者們所預計的那樣。 進而’對這樣獲得的蠢晶片進行加工以便形成led， 並測定了LED的發光特性。發光功率為i.hw，在LEI)上施 加20mA的電流時，在LED上的正向電壓為1.9V。 [對照例] 根據圖3已製備出發射波長620nm紅光的LED蟲晶片。 用M0VPE生長法在η型GaAs基材lb上相繼生長一層11型 (摻Se)GaAs緩衝層2b，一層η型（摻Se的）夾層3b , —層有 源層4b和一層p型夾層5b，並在p型夾層5b上再生長一層厚 度為10/ζΐΏ的窗口層6b。 磊晶層2b-5b的M0VPE生長’直到形成p型夾層5b都是

第20頁 445659 五、發明說明（17) 在700 °C的生長溫度和50Torr的生長壓力下完成的；磊晶 層2b ’ 3b和4b是以0.3〜l.〇nm/s的生長速率和300〜600的 V/ΠΙ比生長的。窗口層6b是以100的V/ΙΠ和lnm/s的生長 速率生長的。在p型夹層5b中，Zn的濃度為5 X ] 017cnr3，而 在窗口層6b的GaP中Zn的濃度為1 Xl018cm_3。 圖11示出了用S I MS分析法測量的在習知磊晶片中Zn沿 深度方向的濃度分佈，其中橫座標表示深度，縱座標（對 數標度）表示Zn的濃度。 SIMS的分析結果證實，窗口層6b中的Zn已大量擴散進 了η型夾層3b ’有源層4b和p型夾層5b的發光區。 接著，對磊晶片進行加工以便製備LED。芯片的尺寸 為300//mx300/zm，在芯片的整個底面形成一個n型電 極，在芯片的上表面形成一個直徑為150 /ζιη的ρ型圓電 極。η型電極是通過相繼蒸發厚度為6〇nm，100nm和500nm 的Au/Ge ’ N i和Au的方法形成的。p型電極是用相繼蒸發厚 度為60nm ’10nm和100nm的Au/Zn，Ni和Au的方法形成的。 在芯片上做好引線之後’即可測量發光特性。發光功率為 0. 6mw，在LED上施加20mA電流的情況下，LED上的正向電 壓為2. 4V。 如上所述，用一種簡單的結構就可以獲得發光功率高 和可靠性好的L E D。 由於習知片的Zn擴散重複性差，所以在各個片中和在 許多片之間Zn的濃度分佈漲落顯著，這就使得產品均勻性 和重複性變差。但是’根據本發明，由於可以抑制Zn的擴

第21頁 445659 五、發明說明（18) 散，所以上述問題可以得到解決。 由於Zn的濃度具有如發明者預期的分佈’所以在P型 夾層和窗口層之間可以形成一具有高載流子濃度的層，所 以可以獲得具有重複性好和正向電壓低的LED。 總之，根據本發明，可以得到下述的極好結果。 可以提供製作AlGalnP系LED用的磊晶片以及由此磊晶 片製備的正向電壓低的LED。 雖然為完整和清楚起見 了敘述，但附後的申請專利 包括了本專業技術人員可能 的基本思想範圍内所有修改 本發明已就具體的實施方案作 範圍不應限於此’而應認為是 做的公正地歸屬於本發明提出 和其他結構。

445 65 9 圖式簡單說明 圖1表示用於發光波長為590nm的AlGalnP系LED的習知 蠢晶片的結構； 圖2表示圖1所示的用於a 1 Ga I nP系LED的磊晶片中p型 GaP窗口層和p型AlGalnP系夾層之間異質界面附近的能帶 結構。 圖3表示用於AlGalnP系LED的另一種習知磊晶片的結 構； 圖4表示用於根據本發明第一優選實施方案所述的 AlGalnP系LED的磊晶片的結構； 圖5說明根據_本發明第—優選實施方案所述的LED正向 電壓下降的原因； 圖6表示根據本發明第—優選實施方案所述的LEI)的電 學特性； 圖7表示用於根據本發明第二優選實施方案所述的 A 1 G a I η P家L E D的磊晶片的結構； 圖8表示用S I MS分析法測出的圖7所示磊晶片中Ζη的分 佈； 、 圖9表示用於根據本發明第二優選實施方案的改進方 案所述的AlGalnP系LED的磊晶片的結構； 圖1 0表示用SI MS分析法洌量出的圖9所示磊晶片中Zn 的分佈； 圖11表示用SI MS分析法測出的習知磊晶片中的2n分 佈。

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Claims (1)

1. 441659 六、申請專利範圍 1. 一種AlGalnP系的LED，包括： 一種導電性基材， 一層η型夹層，它是由A1 Gal nP系化合物半導體形成 的， 一層有源層’它是由帶隙能量低於所述η型夾層帶隙 能量的AlGalnP系化合物半導體形成的， 一層P型夹層’它是由帶隙能量高於所述有源層帶隙 能量的AlGalnP系化合物半導體形成的， 一層P型窗口層’它是由Gap形成的， 兩個電極，它們是在所述窗口層和所述基材的預定 份形成的，以及 ° 一層插入層’它被插在所述p型夾層和所述p型窗口層 之間，而且其帶隙能量低於所述p型夾層的帶隙能量。 2·根據如申請專利範圍第1項所述的人丨“卜卩系的 LED，其中：所述插入層的帶隙能量高於有源層的帶隙能 量。 3_如申請專利範圍第1項所述的AlGalnP系的LED，其 中：所述插入層的導電類型是0型。 4.如申請專利範圍第3項的Ai Gal nP系的LED，其中： 所述P型插入層的載流子濃度為5 xl〇17cr3_5 xl〇18cr3。

   第24頁 445659 六、申請專利範圍 5. 如申請專利範圍第1項所述的AlGalnP系的LED，其 中：所述插入層和所述P型夾層是晶格匹配的B 6. 如申請專利範圍第1項所述的AlGalnP系的LED，其 中：所述插入層是由 AlGalnP，GalnP，A1 InP，GaAs， AlGaAs ’GaAsP或InGaAsP形成的’它的组成應使它的帶隙 能量低於所述p型夾層的帶隙能量。 7. —種A IGa InP系的LED，包括： 一種導電性基材， 一層η型夾層，它是由AlGa InP系化合物半導體形成 的， 一層有源層’它是由帶隙能量低於所述n形夾層帶隙 能量的A1 GalηΡ系化合物半導體形成的， 一層Ρ型夾層’它是由帶隙能量高於所述有源層帶隙 能量的AlGalnP系化合物半導體形成的， 一層窗 口層’它是由GaxIr^xP(0<X SI)，AlyIni.yP(〇<y S1)或 AlzGahPCiKZSl)形成的， 兩個電極，它們是在所述窗口層和所述基材的預定部 份形成的，及 —層插入層，它被插在所述P型夾層和所述窗口層之 間，而且帶隙能量低於所述P型夾層的帶隙能量。 8· —種用於A1 Gal ηΡ系的LED的磊晶片，包括：

   第25頁 445859 六、申請專利範圍 一種導電性基材， 一層η型夾層，它是由A1 Gal nP系化合物半導體形成 的， 一層有源層，它是由帶隙能量低於所述η型夾廣帶隙 能量的AlGalnP系化合物半導體形成的， 層P型夾層’匕疋由帶隙能量鬲於所述有源層帶隙 能量的AlGalnP系化合物半導體形成的， 一層P型窗口層，它是由GaP形成的，及 一層插入層，它被插在所述p型夾層和所述p型窗口層 之間，其帶隙能量低於所述P型夾層的帶隙能量。 9·如申凊專利範圍第8項所述的用於A1Gainp系的 的ί晶片1其中：户斤述插入廣的帶隙能量高於所述有源層 1 0 *如申清專利範圍第8 jg % 甘士 粑固弟8項所述的用於AlGalnP系的LED 的遙晶片，其中：所诚插入品从；盆 Μ逆拖入層的導電類型是P型的。 述的用於A 1 Gal nP系的 中的載流子濃度為5 x 11 ·如申請專利範圍第1 〇項所 LED的遙晶片’其中：所述插入層 1 0]7cm_3-5 X 1 018cm-3 〇

   445659 六、申請專利範圍 的。 13.如申請專利範圍第8項所述的用於A1GaInP系的LED 的磊晶片，其中：所述插入層是由化合构半導體 AlGalnP，GaInP，AlInP，GaAs，GaAsP 或 InGaAs 形成的’ 其組成使其帶隙能量低於所述p型夾層的帶隙能量。 14· 一種用於AlGalnP系的LED的磊晶片，包括： 一種導電性基材， 一種η型夾層，它是由AlGalnP系化合物半導體形成 的， 一層有源層，它是由帶隙能量低於所述η型夾層帶隙 能量的AlGalnP系化合物半導體形成的， 一層P型夾層’它是由帶隙能量高於所述有源層帶隙 能量的AlGalnP系化合物半導體形成的， —層窗 口層’它是由GaxIni_xP(0<X $1)，Alylr^PCiKy S1)或Al^Ga^zPCCKZSl)形成的，及 —層插入層，它被插在所述p型夾層和所述窗口層之 間，其帶隙能量低於所述p型夾層的帶隙能量。 15. —種AlGalnP 系的LED，包括： 一種具有η型導電性的基材， 一層π型夾層’它是由A1GaInP系化合物半導體形成 的，

   第27頁 445659 六、申請專利範圍 一層有源層’它是由帶隙能量低於所述η型夾層帶隙 能量的AlGalnP系化合物半導體形成的， 一層p型爽層’它是由帶隙能量高於所述有源層帶隙 能量的AlGalnP系化合物半導體形成的， 一層p型窗口層，及 一層插入層，它是由AlGalnP系化合物半導體形成 的，它被插在所述p型夾層和所述p型窗口層之間； 其中所述的插入層與所述p型夾層是晶格匹配的，所 述插入層中的A1組成分比低於所述p型夾層中的组成分 比而高於所述有源層的A 1組合比。 16‘如申請專利範圍第15項所述的AlGalnP系的LED， 其中：所述P型窗口層是由GaP形成的。 17.如申請專利範圍第1 5項所述的AlGalnP系的LED， 其中：所述p型夾層和所述p型窗口層都是Zn摻雜的^ Ϊ 8.如申請專利範圍第1 5項所述的a 1 Ga InP系的LED， 其中：所述插入層的載流子濃度為2 xi〇i7cm-3_5 χ 1018cnr3。 1 9. 一種用於AlGalnP系的LED的磊晶片，包括： 一種η型導電基材， 一層η型夾層’它是由AlGalnP系化合物半導體形成

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   -層有源層，它是由帶隙能量低於所述n型夾層帶隙 能量的AlGalnP系化合物半導體形成的， 一層P型夾層，它是由帶隙能量高於所述有源層帶隙 能量的AlGalnP系化合物半導體形成的， 一層P型窗口層，及 —層插入層’它是由A1 GalnP系化合物半導體形成 的，它被插在所述p型夾層和所述p型窗口層之間； 其中所述插入層與所述p型夾層是晶格匹配的，所述 插入層的A1組成分比低於p型夾層的A1組成分比而高於所 述有源層的A1組成分比。 2 0 _如申請專利範圍第丨9項辦述的用於A1G a I nP系的 LED的蟲晶片，其中：所述p型窗口層是由GaP形成的。 21. 如申請專利範圍第19項所遂的用於AlGalnP系的 LED的磊晶片，其中：所述p型夾層和所述P型窗口層都是 摻Zn的。 22. 如申請專利範圍第19項# ϋ的=A1G:InP系的 LED的磊晶片，其中：所述插入層中的載^子溪度為2 X 1 017cm 3-5 X 1 〇18cm-3。

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