TW461122B - Semiconductor light-emitting device and method for fabricating the device - Google Patents

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TW461122B
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semiconductor
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Takanao Kurahashi
Hiroshi Nakatsu
Hiroyuki Hosobane
Tetsuro Murakami
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Sharp Kk
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Description

461122 A7 B7 五、發明說明（1 ) 發明背景 本發明與用於傳輸（尤其是用於IEEE1394)、用於顯示這類 以及製造該裝置方法的半導體發光裝置有關。 近幾年來，半導體發光裝置已經廣泛應用於光學通訊以 及顯示面板。對於上述用途的半導體發光裝置而言，擁有 高發光效率事很重要的一件事，而對於光學通訊的半導體 裝置而言，擁有高反應速度是更重要的事。近來已經很積 極的在研發這種裝置。 正常平板發光型LED(發光二極體）的高速反應不足，通常 限制在大約100 Mbps至200 Mbps，因此發展出一種稱爲共 振凹穴型LED的半導體發光裝置。此共振凹穴型LED是一種 藉由放置在由兩鏡子構成的共振器（日本專利申請編號HEI 10-2744503、浚國專利編號5,226,053)產生之駐波波峰位置 内的發光層控制自斧光，便可達到高速反應和高效率的半 導體發光裝置。
尤其是，最近開始運用於短距離通訊的POF(塑膠光纖）， 並且已經研發出一種共振凹穴型LED，其具有由AlGalnP 半導體材料製成，可在POF有很小耗損的650 nm波長上發 出高效率光之發光層（High Brightness Visible Resonant Cavity Light Emitting Diode : IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS Vol. 10，NO. 12，DECEMBER 1998)。 不過，前面提到的傳統共振凹穴型LED有下列問題。詳細 來説，傳統共振凹穴型LED具有一項特色，那就是在垂直 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） iJ------------裝·！ (請先閱讀背面之注咅？事^^填寫本頁) .. --緣. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 461122 A7 B7 五、發明說明（2 ) (請先閱讀背面之注意事療A填寫本頁) 方向有共振波長λΐ並且在歪斜方向有共振波長\2，而兩者 的大小關係爲λ1>λ2並且峰値波長會隨著led晶片的發射角 度而變。正常來説，此發射角度依存性大約是0.2 nm/deg 至0.3 nm/deg。這會導致一個問題，那就是當使用led晶片 顯示時’色彩會隨著視角而變。 當通訊用到前述的LED晶片或是用它當成光纖通訊的光源 ’則利用到歪斜方向内光線的光學系統不能使用這種LED 晶片’這是因爲峰値波長短於65〇 nm，而該晶片又製造成 在垂直方向内具有光纖耗損最小的峰値波長65〇 緣故。 發明概述 - 因此’本發明的目的在於提供一種半導體發光裝置，其 發出的光線波長具有較小的發射角度依存性，以及製造該 裝置的方法。 爲了達成上述目钞，在此提供一種具有共振器和發光層 的半導體發光裝置，該共振器由一對在GaAs基材上以特定 間隔方式插入的多層反射薄膜構成，該發光層形成於共振 器内駐波波峰位置處，該裝置包含： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一具有一或多層並且最上層的表面粗糙不堪的半導體層 ’該半導體層形成於多層反射薄膜上，而該薄膜則位於與 發光層有關的GaAs基材背面a — 依照上述的結構，+導體發光|置的表面是粗糙不堪的 。因此’如圖7A内所示，當從半導體表面發出光線時，發 光層所發出的光線會散射到許多方向。結果，便減少了發 光波長的發射角度依存性。
461122 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（3 ) 在本發明的一個具體實施例内，發光層由内含單層或多 層的AlyGazIn!.y-zP (0句幺1，層所構成。 依照上述結構’發光層由内含單層或多層的A1 Ga In p y z ι·γ·ζ厂 (OSySl，（KKl)層所構成，如此可獲得波長56〇腿到660 nm 的光線。 在本發明的一個具體貫施例内，位於GaAs基材上與發光 層有關的多層反射薄膜爲AlxGahAs'COSxSi)層，以及 位於GaAs基材背面上與發光層有關的多層反射薄膜爲 AlyGazIni.y.zP (0^51，0QS1)層。 依照上述的結構，位於η型GaAs基材上與發光層有關的多 層反射薄膜爲AUGai-xAs (OSx<l)。因此，來自GaAs基材的 熱膨脹係數差異非常小。因此，將很難發生因爲晶粒成長 之前溫度與晶粒成長之後溫度間之差異的混亂。這樣允許 多層反射薄膜的層軼增加，並且輕易就可獲得極高的反射 係數。 位於GaAs基材背面上與發光層有關的多層反射薄膜由 AlyGazIi^.yzP (0<ySl，〇<d)形成，因此，與GaAs基材格狀 配合的層包含大約最大比率25%的A1，這大約是以 AUGakAsCO^^l)製成層的情沉下5〇%比例的一半。因此可 顯著改善耐濕性。 _ 另外，在此提供一種製造具有共振器和發光層的半導體 發光裝置之方法，該共振器由一對在GaAs基材1上以特定間 隔方式插入的多層反射薄膜構成，該發光層形成於共振器 内駐波波峰位置處，該方法包含： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --1;-----------裝·-------訂---.------嗓 (請先閱讀背面之注咅2事#4填寫本頁) 461122 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（4 ) 一在位於與發光層有關的GaAs基材背面多層反射薄膜上 ’形成一具有—或多層的半導體層之製程；以及 將遠半導體層最上層表面變成粗糙不堪的製程。 依照上述的解釋，在由一對多層反射薄膜構成的共振器 上形成之半導體層最上層表面是粗糙的。因此，當從半導 體表面發出光線時，發光層所發出的光線會散射到許多方 向，不會降低多層反射薄膜的反射係數。結果，便減少了 發光波長的發射角度依存性。 在本發明的一個具體實施例内，利用影印以及蝕刻方式 形成光散射圖樣，如此可將半導體層最上層表面變成粗缝。 依照上述的解釋，利；U以及蚀刻纟式在丨導體層最 上層表面上形成散射光線的圖樣。用此方式可形成高精確 度的細緻圖樣。因此，表面粗糙度的角度可受到控制，如 此可減少發光波長吟發射角度依存性。 在本發明的—個具體實施例内，利用摩擦方式將半導體 層最上層表面變成粗糙。 依照上述的結構，利用摩擦將半冑體層I上層表面變成 粗輪。這可避免在形成光散射圖樣的情況下複雜影印製程 之需求’如此可用比較簡單的方式製造半導體發光裝置。 在本發明的—個具體實施例内-，半導體層由AlyGazIni ”p (OSySl，0SK1)所構成，以及 利用將半導體層浸泡在鹽酸内熱f，讓半導體層最上層 表面變成粗糙不堪。 依照上述的結構’利用將半導體層浸泡在鹽酸内熱费， --^-----------裝·-------11---』--I---象 (請先閱讀背面之泫音？事1填寫本頁) ί
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461122 五、發明說明（5 ) 將半導aa層最上層表面變成粗糙。這可避免將整個晶圓刺 到其他基材、薄片或這類物體上的製程需求，@固定住晶 圓並且晶圓會比前述研磨情況的晶圓乾淨。因&，可用較 簡單的方法製造半導體發光裝置。 另外’在此&供-種製造具有共振器和發光層的半導體 發光裝置之方法，該共振器由—對在GaAs基材i上以特定間 &方式插人的夕層反射薄膜構成，該發光層形成於共振器 内駐波波峰位置處’該方法包含： -形成具有-或多層包含AlyGaJ[nlyzp⑽机叱圳層 的半導體層之製程，在位MGaAs基材背面上與發光層有關 的多層反射薄膜上’該層的格狀常數與GaAs基材有〇5%的 差異，藉以將半導體層最上層表面變成粗糙。 :照上述的解釋，利用格狀常數差異，將在位於GaAs基 材月面上與發光層咨關的多層反射薄膜上形成之半導體層 表面變成粗糙。經過此製程之後，半導體層的表面僅經歷 過晶粒成長過程而變粗糙。這可避免在晶粒成長之後提供 個別粗糙製程之需求’如此可用更簡單的方式製造半導體 發光裝置。 圖式之簡單説明 攸下列詳細説明以及僅供説明_而不限制本發明的附圖中 將可更加了解到本發明，其中： 圖1爲本發明半導體發光裝置的平面圖； 圖2爲取自圖1内箭號線Π-ΙΙ的截面圖； 圖3顯示圖2内所示的半導體發光裝置之製程視圖； 1J-----— II----------I 訂·1_1!1! (請先閲讀背面之注意事填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 461122 五、發明說明（6 圖4顯示繼圖3製程之後的製程圖式； 圖5爲取自圖4内箭號線v_v的截面圖； 、圖6顯示圖1内所示半導體發光裝置的峰値波長發射角度 依存性之圖式； 圖7A和7B爲圖丨内所示半導體發光裝置的表面粗糙度所獲 得效果之解釋圖； - 圖8是與圖1不同的半導體發光裝置之平面圖； 圖9爲取自圖8内箭號線丨又-丨乂的截面圖； 圖10顯示圖9内所示的半導體發光裝置之製程視圖； 圖11顯示繼圖1 〇製程之後的製程圖式； 圖12顯示繼圖11製程之後的製程圖式； 圖13爲取自圖12内箭號線χιπ_χιπ的截面圖； 圖14是與圖1和圖8不同的半導體發光裝置之平面圖； 圖15爲取自圖14$箭號線χν-XV的截面圖； 圖16顯示圖15内所示的半導體發光裝置之製程視圖； 圖17顯示繼圖16製程之後的製程圖式； 圖18爲取自圖17内箭號線XVIII-XVIII的截面圖； 圖19顯示繼圖18製程之後的製程圖式； 圖20爲取自圖19内箭號線χχ-χχ的截面圖； 圖21是與圖1、圖8和圖14不同_的半導體發光裝置之平面 圖； 圖22爲取自圖21内箭號線ΧΧΙΙ-ΧΧΠ的截面圖； 圖23顯示圖22内所示的半導體發光裝置之製程視圖； 圖24顯示繼圖23製程之後的製程圖式； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） I—;111 — 11 — 11--------I I > I — — — — — (請先閱讀背面之注意事承爯填寫本頁) 461122 A7 ---—-------- 五、發明說明（7 ) 、 圖25爲取自圖24内箭號線的截面圖； 圖26顯示繼圖25製程之後的製式； 圖27爲取自圖26内箭號線χχνπ-χχνίΐ的截面圖； 圖28顯示圖21内所示半導體發光裝置的峰値波長發射角 度依存性之圖式。 較佳具體實施例之詳細説明 下面將以圖式内顯示的具體實施例爲基礎，詳細説明本 發.明。 <第一具體實施例> 圖1爲本發明的半導體發光裝置之平面圖，而圖2是取自 圖1内箭號線II-II的截面圖。 本發明的半導體發光裝置是以A1GaInp系統爲基礎，並且 形成方式如下所示。如圖3内所示，一具有丨μιη薄膜厚度的
η型 GaAs緩衝區層 2 .、一 η型 AlAs/n型 AlojGao.sAs 30對 DBR 經 濟 部 智 慧 財 局 員 工 消 費 合 作 社 (分散式Bragg反射器）層3、第一包 覆層4、一量子井主動層5、一p型（A1〇 7Ga〇 3)〇 5ln。sp第二 1覆層6、一13型（八1。.2<^。.8)。.5111。.5?/卩型八1。.5111。51>12對 DBR層7、一具有3 μιη薄膜厚度的psA1()5GaQ5As電流擴散 層8、一具有〇.1 μιη薄膜厚度的ps(AlQiGaG9)Q5ln()5p蝕刻 阻擋層9以及一具有3 μιη薄膜厚度的光線散 射層10會連續堆羞在1!型GaAs基材1上，該基材具有利用 MOCVD (金屬有機化學蒸發沈積）方法從（1〇〇)平面讓正常線 包含在[011]方向内角度丨5。上之表面。請注意到，量子井主 動層5具有一GaInP井層以及一（Α1。5(}&ΰ 5) g 5ln。/阻擋層。 印 ^ -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 461122 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（8 在此情況中，將形成η型AlAs/n型A1〇5Ga〇5As 3〇對眶 ^3#apS!(Al〇2Ga0.8)05in〇5p/p ^Al0.5In05p l2#DBR^7» 如此反射頻譜會集中在波長65〇 nm，並且調整共振器長度 讓由兩DBR層3和7所形成的共振器之共振波長變成65〇腿 。在本發明内，共振器長度大約是波長的15倍。進一步， 量子井主動層5位於共振器產生的駐波波峰位置内，並且形 成光線發射峰値波長變成650 nm。 接下來，如圖4和圖取自圖4内箭頭線v_v的截面圖）内 所不，利用CVD(化學蒸氣沈積）方法在1)型人1。5(^〇5八5光線 散射層10的表面上形成Si〇2薄膜丨，並且用稀釋的利用 心.印和蚀刻形成直徑7 〇 μιη的圓形電流路徑14。 接下來如圖1和圖2内所示，AuZn/Mo/Au會喷灑在ρ型
Alo.sGa^As光線散射層10和以〇2薄膜丨丨上，並且利用影印方 式製成圖樣形成表承電極。然後執行熱處理形成p型電極 12。 接下來’在屬於卩型八丨“^“心光線散射層⑺並且不提供 P型電極12的圓形電流路徑14内，使用影印以及硫酸/過氧 化氫基蚀刻劑形成5-μιη間隔的格狀圖樣丨5。在此情況中， 利用執行蚀刻直到蝕刻到ρ型（Α1ΰ iGa。5)q 5ln。5ρ蝕刻阻擋層 9 ’以控制蝕刻深度。然後，將立型GaAs基材1研磨到大約 280 μιη的薄膜厚度，並且讓AuGe/Au沈積在此研磨表面上 並且經過熱處理形成η型電極13。 有關因此形成的半導體發光裝置，會在用來當成電流路 徑14内發光表面的ρ型ai〇 5Ga。5as光線散射層10内形成的格 -11 - 本紙張尺I週用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公髮） '一·' --r-------------裂--------訂· (請先閲讀背面之注意事^'#··填寫本頁) 461122
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 狀圖樣15。因此，如圖7A内所示，當光線發射到外面時， 發自當成發光層的量子井主動層5之光線會散射到許多方向 。因此如圖6内所示，其發光波長的發射角度依存性要比在 P型Al^Ga。.5 As光線散射層丨0(對應於圖7B的情況）未形成格 狀圖樣的情況下要來的小。 位於η型GaAs基材丨上與發光層（量子井主動層）5有關的多 層反射薄膜（η型A1。5Ga。sAs贿層）3由AmaAs材 料形成。因此，11型（^^基材丨'彎曲或暗線的發生並不明顯 ，這是因爲雖然總薄膜厚度大約是3 _，但是關於㈣ GaAs基材熱膨脹係數差異很小的緣故。進一步，將層的 數量设定爲30對，則可達到不低於99%的高反射係數。 位於η型GaAs基材1上與發光層(量子井主動層）5有關的多 層反射薄膜（p 型（Al0.2Ga〇8)〇5ln〇5P/pSA1〇5ln〇5PDBI〇t) 7由AlGalnP材料形與。因此，在相鄰表面内包含最大量^ 的層爲AlQ.5InQ SP ,而耐濕性則無關緊要。更進一步，此多 層反射薄膜7的峰値反射係數大約是7〇%，這表示以共振凹 K結構來説已經獲得足夠的反射係數。 在AlyGazIn丨—多層反射薄膜的情況中， 右層數超過20到30對，則因爲層與11型GaAs基材丨之間的熱 膨脹係數差異，而傾向於容易發生混亂。不過，在共振凹 八型LED的情況中，位於GaAs基材i背面上的多層反射 薄膜7並不需要有高反射係數，但是位於n型GaAs基材1正面 的多層反射薄膜3則需要。因此，多層反射薄膜7就不可有 超過20對的層數，並且不會發生混亂。 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） l· J 裝--------評----------線 (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) i 461122 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（10 ) 本發明的半導體發光裝置會以溫度80。並且相對濕度85% 的條件下，以50 mA的電流進行感電測試。即使是經過 1000小時之後，若光學輸出是初始光學輸出的9〇%，還是會 判足爲不合格。本發明的半導體發光裝置具有一電流限制 層，因此内部量子效率以及外部發光效率都很高。關於初 始光學輸出，20 mA的電流就可獲得L6瓜评的高光學輸出。 如同上面的説明’在本發明内在GaAs基材】的特定間 隔上將會形成η型A1As/n型A1。5Ga。5As 〇8尺層3以及p型 (Alt^GaodwIi^p/p 型 AlQ 5In().5p DBR層 7,如此反射頻譜 會集中在650 nm並且共振波長變成650 nm。然後，量子井 主動層（發光層）5位於由DBR層3和7構成的共振器產生之駐 波波峰位置内，如此發光峰値波長會變成65〇 nm。進-步 ，在P型AluGauAs光線擴散層1〇的表面上將形成格狀圖樣 15,用來當成由p幾電極12所環繞的發光表面。 因此，本具體實施例半導體發光裝置的表面會變成粗糙 表面，並且發自發光層5的光線會散射到許多方向。結果， 便減少了發光波長的發射角度依存性。 當成發光層的量子井主動層5由内含單層或多層的 AlyGaJr^.y.j^OSySl，層所構成。因此，可發射出波 長大約是560 nm至660 nm的光線_。 <第二具體實施例> 圖8爲本發明的半導體發光裝置之平面圖，而圖9是取自 圖8内箭號線IX-IX的截面圖。 本發明的半導體發光裝置是以A1GaInP系統爲基礎，並且 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复） !-|------------裝--------訂----------線 (請先閱讀背面之注音？事^:填寫本頁) 461122 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（11 ) 形成方式如下所示。如圖10内所示，一具有1 μπ1薄膜厚度 的 η型 GaAs 緩衝區層 22、一 η型 AlAs/n 型 Alo.5Gao.5As 30對 DBR 層 23、—n型（A1。7Ga。3)。sIn。5p 第一包覆層 24、一 量子 井王動層 25、一 p型（A1。7Ga。3)。5ln。5p第二包覆層 26、_ p 具有10 μιη薄膜厚度的p型Aiq 5Ga。sAs電流擴散層28會連續 堆登在η型GaAs基材21上，該基材具有利用m〇CVD方法從 (1〇〇)平面讓正常線包含在[011]方向内角度15。上之表面。 请注意到，量子井主動層25具有一 GalnP井層以及一 (Alc^Ga。^)。5ιη。5?阻擋層。 在此情況中，將形成!!型八1八8/11型Al0.5Ga0.5As 30對DBR 層23和|)型（八1。2〇&。.8)。5111。.5?/?型八1。.5111。.5?12對0811層27 如此反射頻譜會集中在波長6 5 〇 nm .，並且調整共振器長 度讓由兩DBR層23令27所形成的共振器之共振波長變成65〇 nm。在本發明内，共振器長度大約是波長的丨乃倍。進一步 ，形成量子井主動層25，該層位於共振器產生的駐波波峰 位置内，並且將光線發射峰値波長設爲65〇 nm。 接下來如圖11内所示，有10 μιη薄膜厚度的p型 Alo.sGa。.5As電流擴散層28表面會用測微計研磨成粗糙狀， 如此可散射光線。 _ 接下來，如圖12和圖13(取自圖12内箭頭線χΐπ·χΠ][的截 面圖）内所示，利用CVD(化學蒸氣沈積）方法在ρ型 Alo^Ga。.5As電流散射層28的表面上形成Si02薄膜29，並且 用稀釋的HF利用影印和蝕刻形成直徑70 μιη的圓形電流路 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） --------- !裝-------—訂---.------線 (請先閱讀背面之注意事t填寫本頁) 461122 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（12 徑32。 接下來如圖8和圖9内所示，AuZn/Mo/Au會噴灑在p型 Al^Ga^As電流散射層28和Si〇2薄膜29上，並且利用影印方 式製成圖樣形成表面電極。然後執行熱處理形成口型電極 。進一步，將nSGaAs基材21研磨到大約280 μιη的薄膜厚 度，並且讓AuGe/Au沈積在此研磨表面上並且經過熱處理 形成η型電極3 1。 如此形成的半導體發光裝置，與第一具體實施例比較起 來’在晶圓上形成格狀圖樣以讓表面粗糙時，不需要複雜 的影印製程’並且可簡化製程。-請注意到，其發光波長的 發射角度依存性已經充分減少到與第一具體實施例類似。 關於耐濕性方面，卻沒有類似於第一具體實施例的問題 。當以溫度80。並且相對濕度85%的條件以5〇 mA電流進行 感電測試時，即使表經過1000小時之後，若光學輸出是初 始光學輸出的90%，還是會判定爲不合格。關於初始光學輸 出’ 20 mA的電流就可獲得1_6 mW的高光學輸出。 <第三具體實施例> 圖14爲本發明的半導體發光裝置之平面圖，而圖丨5是取 自圖14内箭號線XV-XV的截面圖。 本發明的半導體發光裝置是以AlGalnP系統爲基礎，並且 形成万式如下所示。如圖16内所示，一具有1 pm薄膜厚度 的 η型 GaAs 緩衝區層 42、—η 型 A1As/n 型 A1〇7Ga〇3As 7〇^ 層 43、— n型（Al〇.7Ga〇 3)。5In。5P 第一包覆層 44、一量子 井王動層45、一 p型（A1〇 7Ga。3)。」1η。5p第二包覆層46、一 p }-7ι!ί — — ！- I I I I 1 訂- II — — —— — · (請先閱讀背面之注意事t填寫本頁) ί -15-
461122 A7 B7 五、發明說明（13 ) 請先閱讀背面之注咅？事>^'填寫本頁) 型（八1。.4〇&。6)。5111。.5?4型人1。.5111。.5?18對0811層47、一具有 0.15 μιη薄膜厚度的p型AlGalnP中間層48、一具有1 μιη薄膜 厚度的ρ型AlGalnP第一電流擴散層49、一具有0.3 μιη薄膜 厚度的η型AlGalnP電流限制層50以及一具有〇·〇 1 μιη薄膜厚 度的η型GaAs頂蓋層51會連續堆疊在η型GaAs基材41上，該 基材具有利用MOCVD方法從（10〇j平面讓正常線包含在 [011]方向内角度15。上之表面。請注意到，量子井主動層45 具有一（AlojGao.do.slrio.sP 井層以及一（Α1〇.50&〇.5)0.5Ιη〇.5Ρ 阻 擋層。 在此情況中，將形成η型AlAs-/n型Al〇7Ga〇3As 70對DBR 層43和？型（八1。40&。.6)。5111。.5?/卩型八1。.5111。.5?18對0811層47， 如此反射頻譜會集中在波長570 nm，並且調整共振器長度 讓由兩DBR層43和47所形成的共振器之共振波長變成57〇 nm。在本發明内，养振器長度大約是波長的15倍。進一步 ’形成量子井主動層45，該層位於共振器產生的駐波波峰 位置内，並且將光線發射峰値波長設爲570 nm。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接下來如圖17和圖18(取自圖17内箭頭線XVIII-XVIII的截 面圖）内所示’用硫酸/過氧化氫基蚀刻劑去除η型GaAs頂蓋 層5 1。之後，利用影印以及硫酸/過氧化氫基蝕刻劑，蝕刻 η型AlGalnP電流限制層50直到飯刻到ρ型AlGalnP第一電流 擴散層49。藉由此蝕刻製程，將形成—個直徑7〇 μιη的圓形 電流路徑55 〇
接下來，如圖19和圖20(取自圖19内箭頭線χχ_χχ的截面 圖）内所示，在η型AlGalnP電流限制層50以及ρ型AlGalnP -16- 本紙張尺度適；巾@國家群（α^)Α4規格（210 "
461122 五、發明說明（14 ) 第擴散層49上會重新長成具有7 膜厚度的p型
AlGalnP第二電流擴散層52。 接下來如圖14和圖15内所示，細心會噴灑在p型 編InP第二電流散射層52上，並且利用影印和使用Μ蚀刻 劑的蚀刻万式形成表面電極。，然後執行熱處理形成p型電極 53。接下來’將晶圓浸泡於溫度65;C至70»C的鹽酸中。在 此階段内，屬於PSA1GaInP第二電流擴散層52表面並且未 提供p型電極53的區域會變成粗糙表面。進一步，將打型 GaAs基材4i研磨到大約28〇 μιη的薄膜厚度，並且讓AuGe/ Au沈積在此研磨表面上並且經過-熱處理形成11型電極54。 因此而形成的半導體發光裝置不需要將晶圓插到板子、 其他基材或這類物體上的製程，研磨晶圓之後取出晶圓並 且爲了研磨而清潔晶圓，然後讓晶圓表面變成粗糙，這與 第二具體實施例比軾起來可讓製程簡化許多。請注意到， 其發光波長的發射角度依存性已經充分減少到與第—和第 一具體實施例類似。 位於η型GaAs基材41上與發光層（量子井主動層）45有關的 多層反射薄膜（η型AlAs/n型Al0.7Ga0.3As 70對DBR層）43由 AIGaAs材料形成。因此，η型GaAs基材41彎曲或暗線的發 生並不明顯，這是因爲雖然總薄膜厚度大約是7 μιη (這要比 第一和第二具體實施例内的厚度要厚），但是關於η型GaAs 基材41的熱膨脹係數差異很小的緣故。結果，層的數量可 增加爲70對，並可達到不低於99%的高反射係數。 位於η型GaAs基材41上與發光層（量子井主動層）45有關的 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ^ I -裝 ---- ---訂·1— — —--•線， (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 461122 A7 B7 五、發明說明（15 ) 多層反射薄膜（p 型（Al0.4Ga〇.6)0.5In〇.5P/p 型 Α10.5Ιη0.5Ρ 18 對 DBR層）47由AlGalnP材料形成。因此，無類似於第—和第 二具體實施例耐濕性方面的問題。當以溫度8〇。並且相對濕 度85%的條件以50 mA電流進行感電測試時，即使是經過 1000小時之後’若光學輸出是初始光學輸出的105%，還是 會判定爲不合格。 ' 與第一和第二具體實施例比較起來，由於發光部份上方 長條狀電極56的尺寸縮減，〇·4 mw的初始光學輸出將提供 大約增加10%的光線輸出效率。 <第四具體實施例> - 圖21爲本發明的半導體發光裝置之平面圖，而圖22是取 自圖21内箭號線xxii_xxu的截面圖。 本發明的半導體發光裝置是以AlGalnP系統爲基礎，並且 形成方式如下所示.。如圖23内所示，一具有丨μπι薄膜厚度 的 η型 GaAs 緩衝區層 62、一 η 型 AlAs/n型 Alo.5Gao.5As 30 對 0811層63、一11型（八1。7〇&().3)。5111。5?第一包覆層64、一量子 井主動層65、一1)型（八1。.7〇&。.3)0.5111。.5?第二包覆層66、一1) 型（八1。.20&。.8)。51!1。.5?々型八1。.5111。.5?12對0811層67、一具有 0.15 μηι薄膜厚度的p型AlGalnP中間層68、一具有1 μιη薄 膜厚度的？型八1。〇丨〇&。.98111。.。1?第_一電流擴散層69、一具有 0.3 4111薄膜厚度的11型八11(.。1〇&。.98111().。1?電流限制層70以及一 具有0.01 μιη薄膜厚度的η型GaAs頂蓋層71會連續堆疊在η 型GaAs基材61上，該基材具有利用m〇cVD方法從（100)平 面讓正常線包含在[011]方向内角度15。上之表面。請注意到 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复） t--^-----I--------- (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) 言· -線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 461122 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（16 量子井王動層65具有—GaInP井層以及-（Al〇.5GaQ5)。5ln。5p 阻擋層。
在 ;兄中’將形成 η型 AlAs/n型 Al〇.5Ga〇.5As 30對 DBR 層 63 和 p型（Α1ΰ 2(^ 8)"ΐη"ρ/ρ型 12對 DBR層 67， 如此反射頻瑨會集中在波長65〇订爪，並且調整共振器長度 讓由兩DBR層63和67所形成的共振器之共振波長變成65〇 nm。在本發明内，共振器長度大約是波長的1.5倍。進一步 ，形成量子井主動層65，該層位於共振器產生的駐波波峰 位置内’並且將光線發射峰値波長設爲650 nm。 接下來如圖24和圖25(取自圖24内箭頭線XXV-XXV的截面 圖）内所不’用硫酸/過氧化氫基蝕刻劑去除η型GaAs頂蓋層 71 °之後’利用影印以及硫酸/過氧化氫基蝕刻劑，蝕刻η 型AlQ.Q1GaQ.98In() fllP電流限制層7〇直到蝕刻到ρ型 Alo.GiGaQ.98In〇 〇/第Γ電流擴散層69。藉由此蝕刻製程，將 形成一個直徑70 μπι的圓形電流路徑75。 接下來，如圖26和圖27(取自圖26内箭頭線XXVII-XXVII 的截面圖）内所示，在11型八1()〇1(3£1()98111()()113電流限制層7〇以 及Ρ型Alo.wGaQ.^Ino.oiP第一電流擴散層69上會重新長成具 有7 μιη薄膜厚度的p型A1。〇iGa。9sIn。』ιΡ第二電流擴散層72 。在此階段内，在 P型（Alo.iGaoJuInuP/p型 Al0.5In0.5P 12 對DBR層67上會形成具有比n型GaAs基材61的格狀常數小大 約3.6%，並且具有大約8 μιη薄膜厚度的AlQQiGa()9sInQ〇iP 層，並且晶圓表面是粗糙不平的表面。 接下來如圖21和圖22内所示，AuBe/Αιζ會噴壤在p型 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） t— ϋ ϋ ϋ I ϋ ϋ n n n n I I n ϋ n I II ϋ D 一5' » ΙΦ n - - - 1 I (請先閱讀背面之注音3事項.再填寫本頁) 461122
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 八10 01〇80.981110 01 ?第-* & #，上 01罘—电成散射層72上，並且利 用Au蝕刻劑的蝕刻方 心P和使 '形成表面電極。然後執行斂虛理形 成Ρ型電極73。進—步，脏 η理形
將η里GaAs基材6 1研磨到大έ/) 7 8η μπι的薄膜厚度，並且 &詞大、.力28C 且熹AuGe/Au沈積在此研磨表面 經過熱理形成n型電極74。 ^ 與第一至第三具體實施例比較起來，因此而形成的半導 發光裝£並不需要在晶粒成長完成之後個別進行粗糖化 如此可簡化製程。請注意到，發光波長的發射角度 依存性要稍微大於第—至第r 1触眘站/st v、+ 王弟一具8豆實犯例的依存性，如圖 28内所不’這是因爲表面粗糙程度變小的原因。不過，其 依存性比起表面未粗键化的情況下要小的多。 這樣當然不會有耐濕性的問題。當以溫度8〇。並且相對濕 度85%的條件以50 mA電流進行感電測試時，即使是經過 1000小時之後，若卷學輸出是初始光學輸出的9〇%，還是會 判定爲不合格。關於初始光學輸出，2〇 „1八的電流就可獲得 充足的1.7 mW高光學輸出。 如此已經説明了本發明’吾人可了解到有許多可變化的 方式。這類變化不可悖離本發明的精神與領域，並且所有 這些對於精通此技藝的人士都是顯而易見的g化將包含在 下列申請專利範圍的領域内。-參考編號： 1、 21、41、61 : η型 GaAs基材 2、 22、42、62 : η型 GaAs缓衝區層 3、 23、63 ·· η型 AlAs/n型 Al〇.5Ga0 5As 30對DBR層 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） f J. •裝---------訂----------资 (請先閱讀背面之注意事1{^填寫本頁) ί 6 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 i 1 1 2 2 A7 _____B7______ 五、發明說明（18 ) 4、 24、44、64 : n型（Al〇.7Ga0.3V5In〇 5p第一包覆層 5、 25、45、65 :量子井主動層 6、 26、46、66 ·· p型（Al0.7Ga0.3；V5In。5p第二包覆層 7、 27、67 : p 型（Al0.2Ga〇.8)0.5In0 5p/p 型 Al0 5In0.5P 12 對 DBR層 8、 28 : p型Alo.5GaQ.5As電流擴散層 9 : p型（八1。.10&。.9)。.5111〇.5?蝕刻阻擋層 10 : ρ型Alo^GaojAs光線擴散層 11、 29 : Si02薄膜 12、 30、53、73 : p型電極 - 13、 31、54、74 : η型電極 14、 32、55、75 :電流路徑 15 ·格狀圖樣 43 : η型 AlAs/n型 4io.7Gao.3As 70對 DBR層 47:?型（八10.5〇&。.5)。.5111。.5?/?型八1。.5111。.5?18對〇611層 48、68 : p型 AlGalnP 中間層 49 : p型AlGalnP第一電流擴散層 50 : η型AlGalnP電流限制層 51、71 : η型GaAs頂蓋層 52 : p型AlGalnP第二電流擴散層 56 :長條狀電極 69 : p型八1。.。1〇&。.98111。.。1?第一電流擴散層 70 · η型A1。.。丨Ga〇.98ln〇.。丨P電流限制層 72 · p型八1〇.01〇&〇.98111。.(31?弟二電流擴散層 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ίΊ — ΙΙΙΙΙΙ — —— — — — — — — — — I ^ ill — —— — 1 \ /\ (請先閱讀背面之注意事^填寫本頁)

Claims (1)

  1. 461122 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1. 一種具有共振器和發光層的半導體發光裝置，該共振器 由^對在GaAs基材⑴上以特定間隔方式插入的多層反射 薄膜（3、7)所構成，該發光層（5)形成於共振器内駐波波 峰位置處，該裝置包含： 一具有一或多層並且最上層表面粗糙（15)的半導體層 (1〇)，該半導體層形成於多層反射薄膜（7)上，而該薄膜 則位於與發光層（5)有關的GaAs基材（1)背面。 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中發光層 (5)由内含單層或多層的Α1#Μυ(〇^^，仏叫層户^ 構成。 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中 位於GaAs基材（1)正面上與發光層有關的多層反 射薄膜（3)爲 AlxGaMAsCiXxSi)層，且 位於GaAs基材（1)背面上與發光層（5)有關的多層反射 薄膜（7)爲由 AlyGazIr^y-zP (ogyu，構成。 種製造具有共振器和發光層的半導體發光裝置之方法 ，該共振器由一對在GaAs基材1上以特定間隔方式插入 的多層反射薄膜（3 ' 7)所構成，該發光層（5)形成於共振 器内駐波波峰位置處，該方法包含： 一在位於GaAs基材（1)背面與發光層（5)有關的多層反 射薄膜（7)上，形成一具有一或多層的半導體層之製程； 以及 一將該半導體層最上層表面變成粗糙不堪的製程。 5.如申請專利範圍第4項之半導體發光裝置製造方法，其中 2. 3. 4. -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） -------------裝-------II 訂——'------%, (請先閱讀背面之注意事項#!填寫本頁) 4 b I 1 8888 ABCD 六、申請專利範圍 利用影印以及蝕刻方式形成光散射圖樣（丨5)，以執行半 導體層最上層表面粗糙化的製程。 6.如申請專利範圍第4項之半導體發光裝置製造方法，其中 用研磨方式執行半導體層最上層表面粗糙化的製程。 7…如申請專利範圍第4項之半導體發光裝置製造方法，其中 由AlyGazIni.y_zP (OSy^l，0SM1)形成半導體層，並且至 少將半導體層浸泡在鹽酸中以執行半導體層最上層表面 的粗糙化。 8· 種製造具有共振器和發光層的半導體發光裝置之方法 ’該共振器由一對在GaAs基材1上以特定間隔方式插入 的多層反射薄膜（3、7)所構成，該發光層（5)形成於共振 器内駐波波峰位置處，該方法包含： 一形成具有一或多層包含AlyGazIni.y.zp (ogyy，hd) 層的半導體層之處理，在位於OaAs基材（I)背面上與發光 層（5)有關的多層反射薄膜（7)上，該層的格狀常數與 GaAs基材（1)有0.5%的差異，藉以將半導體層最上層表面 變成粗糙。 (請先閱讀背面之注意事項#填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）
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