TW507386B - Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents

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刈7386 經濟部智慧吋/i^iH工消費合作社印製 A7 ---—_ B7 __五、發明説明（1 ) (發明所屬之技術領域） 本發明係關於一種使用例如I n G a A 1 P材料的半 導體發光元件及其製造方法。 (習知技術） L E D (發光二極體）等之半導體發光元件係按照由 元件兩端之電極所施加之電壓，在發光層發光光線。爲了 提高發光元件之發光效率，必須防止在發光層所發生之光 在元件內被反射及吸收之情形。 以往，作爲使用InGaA1P系材料之LED之基 板，一般使用η型之GaAs。 第15圖係表示使用上述材料的半導體發光元件之第 一習知例。該元件係光反射層2 3經由緩衝層2 2形成於 GaAs基板2 1上。該光反射層2 3上面形成有由η -覆蓋層2 4，活性層2 5，ρ -覆蓋層2 6所構成的發光 層27，P — GaAlAs電流擴散層29。 (發明所解決之課題） 然而，上述G a A s基板2 1係對於可視光並不透明 。所以，從發光層2 7所發出之光中，朝下方者均被 G a A s基板所吸收。此乃成爲L E D之高亮度化之很大 障礙。 如此，考量作爲基板有使用G a P基板之方法。第 1 6圖係表示半導體發光元件之第二習知例。在第1 6圖 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝·

、1T ▼線 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐〉 -4 - 507386 經濟部智慧財4笱肖工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2) 中，與第1 5圖相同部分附與相同記號。 如第1 6圖所示，第二習知例係在未圖示之G a A s

基板上藉由 Μ 〇 C V D ( Metal Organic Chemical Vapor Deposition)形成有發光層27之後，藉HVPE ( Hydride Vapor Phase Epitaxy)形成有較厚（5 0 // m) P 型 G a P 層3 0，G a A s基板被除去，而代替黏接有對於可視光 透明之η型GaP基板28。由此，從發光層27所發出 之光，係從下方，上方，及前後左右，亦即從所有方向取 出。所以，與第一習知例相比較即可得到2〜3倍之發光 亮度。 但是，依該構成之發光元件，將G a P基板2 8黏接 於發光層2 7之際，成爲必須使用比M 0CVD之熱處理 溫度（約7 0 0 t )更高溫之熱處理。所以，在該黏接處 理中，發光層2 7會受到依熱之損傷。特別是，在P -覆 蓋層2 6之p型雜質使用鋅時，則依高溫之熱處理使得鋅 大量地擴散至活性層2 5，而會惡化活性層2 5之結晶性 。其結果，從第二習知例之發光層2 7所發生之光的功率 係成爲比第一習知例更差者。因此，第二習知例之亮度係 比第一習知例之亮度並未達到兩倍。 如此，爲了避免依熱對於發光層之損傷，考慮降低黏 接時之熱處理溫度之方法。然而，依照該方法，無法在η -覆蓋層2 5與G a Ρ基板2 8之黏接界面可形成良好之 電阻接觸，則元件之動作電壓會上昇。 第17圖係表示第二習知例之黏接時之熱處理溫度與 本♦氏張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x 297公釐^ _ c _ " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂 507386 A7 B7 經濟部智慧財是47肖工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) 元件之相對光輸出及動作電壓之關係。在第1 7圖中，實 線係表示黏接溫度與相對光輸出之關係，而虛線係表示黏 接溫度與動作電壓之關係。如第1 7圖之虛線所示，若黏 接時之熱處理溫度變高則動作電壓會變低，而在約8 0 0 °C可得到良好之電阻接觸。但是，另一方面，如實線所示 地隨著熱處理溫度愈高則元件之光輸出會降低。所以，爲 了得到某一程度之元件輸出且降氐元件之動作電壓，必須 在表示於適當溫度範圍內表示之極窄寬度（8 0 0 t左右 )進行選擇。因此，不但無法充分地得到提高依黏接透明 G a P基板2 8所產生之光輸出之效果，而且有很難以高 良品率安定地生產的問題點。 (解決課題所用之手段） 本發明之半導體發光元件係爲了解決上述課題，其特 徵爲具備：第一導電型之第一覆蓋層，及第二導電型之第 二覆蓋層，及設於上述第一，第二覆蓋層互相間之活性層 所構成的發光層，及設在上述第二覆蓋層上的第二導電型 之第一黏接層，及與設於第二導電型之基板上的上述第一 黏接層接合的第二導電型之第二黏接層。 又，上述第一黏接層係可作成I nGa P，而上述第 二黏接層係可作成G a P。 又，上述半導體發光元件係又具備：設於上述第一覆 蓋層上的第一導電型之電流擴散層’及形成於上述電流擴 散層上的電流阻隔層。 (请先閱讀背面之注意事項真填寫本貢) -装- 訂 ▼線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -6 - 507386 A7 ___ B7 五、發明説明（4 ) 又，上述電流擴散層係可作成G a A 1 A s。 又’上述半導體發光元件係又具備形成在上述電流擴 散層上全面地所形成之電極上的電極層，形成於上述電極 層所配置之面上的裝配層與上述電極層係可成爲共晶化。 又’上述活性層係可作成多重量子并構造。 本發明的半導體發光元件之製造方法，其特徵爲具備 在第一導電型之第一基板上形成第一導電型之緩衝層 ，在該緩衝層上形成第一導電型之電流擴散層，在該電流 擴散層上形成第一導電型之第一覆蓋層，在上述第一覆蓋 層上形成活性層，在上述活性層上形成第二導電型之第二 覆蓋層，在上述第二覆蓋層上形成第二導電型之第一黏接 層而形成第一半導體層的過程，及在第二導電型之第二基 板上形成第二導電型之第二黏接層而形成第二半導體層的 過程，及將上述第一黏接層與第二黏接層作爲接合界面， 並接合上述第一半導體層與第二半導體層的過程，及除去 上述第一基板，緩衝層的過程。 又，上述第一基板，第二基板之面方位係分別從（ 1 0 0 )面朝〔0 1 1〕方向，及從（—1 0 0 )面朝〔 0 — 1 - 1〕方向，在7至1 6 °之範圍相同角度傾斜地 設置。 又，上述第一黏接層係可作成1 nGaP，上述第二 黏接層係可作成G a P。 本發明的半導體發光元件之製造方法’其特徵爲具備 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -7 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 經濟部智慧时4岛肖工消費合作社印製 507386 A7 ____B7_ 五、發明説明（5 ) :.在η型G a A s基板上形成p型蝕刻停止層的過程，及 在上述蝕刻停止層上形成p型接觸層的過程，及在上述接 觸層上形成p型電流擴散層的過程，及在上述電流擴散層 上形成P型第一覆蓋層的過程，及在上述第一覆蓋層上形 成活性層的過程，及在上述活性層上形成η型第二覆蓋層 的過程，及在上述第二覆蓋層上形成η型黏接層的過程， 及在上述黏接層上形成η型G a Ρ之半導體的過程，及除 去上述基板與上述餓刻停止層的過程。 又，上述半導體層係藉由與上述黏接層黏接所形成。 又’上述半導體層係藉由結晶成長形成在上述黏接層 上。 (發明之實施形態） 以下，參照圖式說明本發明之實施形態。 (第一實施例） 第1圖係槪略地表示本發明之半導體發光元件的斷面 圖。在第1圖中，1係面方位從（―100)面朝〔0 — 1 — 1〕方向（〔0— 1 — 1〕方向係表示與〔011〕 方向1 8 0 °相反之方向。以下同樣地記載。）傾斜7〜 16° ’具有厚2 5 0//m之ρ型GaP基板（以下將ρ 型簡稱爲ρ —，而將n型簡稱爲η -）。在該GaP基板 1上；形成有依厚約〇 · 5 // m之ρ — G a P的第二黏接 層2 ’又形成有依厚約〇 . 〇3/ζιη〜〇 · 之ρ — 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格( 210 X297公釐1 Γ™ ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 ▼線 507386 A7 B7 經濟部智慧財4局肖工消f合作社印製 五、發明説明（6 ) I n G a P的第一黏接層3。該第二黏接層2及第一黏接 層3係設成用以黏接上述G a P基板1與下述之各層。 在上述第一*黏接層3上依A形成有依 P〜InAlP的P —覆蓋層4 ’依1 nGaA1P的活 性層5，依η— I nA 1 P的η -覆蓋層β °各層之厚度 係例如ρ -覆蓋層4爲1 · 〇 # m，活性層5爲 0 · 6/im，而η —覆蓋層6爲〇 · 6//m。藉由p —覆 蓋層4與活性層5及η -覆蓋層6形成雙異形構造之發光 層7。 在η-覆蓋層6上形成有依具有如1·5厚之η 一 I nGa A 1 Ρ的電流擴散層8。該電流擴政層8係藉 由擴散由下述之電極所施加之電流，具有在上述發光層7 能有效率地發光之功能。 在上述電流擴散層8上，經由依具有如〇 · 1 # m厚 之η - G a A s的接觸層9設有如A u G e系之表面電極 1 0。又，在與上述G a P基板1之第二黏接層2之界面 相反面，設有如A u Ζ η系之背面電極1 1。 在上述構成中，當所定電壓施加於表面電極1 0與背 面電極11 ，則從上述發光層7發生光。 第2 (a) ， （b)圖係表示上述構成的半導體發光 元件之製造方法；在第2 (a)(b)圖中，與第1圖之 相同部分係附與相同記號。以下，使用第2 ( a ) ，( b )圖說明製造方法。 在第2 (a)圖中，η型GaAs基板12係面方位 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 、11 _線 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x1^^7 -9 - 507386 Α7 Β7 五、發明説明（7 ) 從（1 0 0 )面朝〔0 1 1〕方向傾斜7〜1 6 ° ，亦即 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 朝與上述G a P基板1之面方位相反之方向傾斜相同角度 而厚度爲25〇/zm。如第2 (a)圖所示地，在該 G a A s基板上，藉由M0CVD外延成長並被堆積有依 η — G a A s的緩衝層1 3。 上述M〇C VD時，作爲材料使用例如TMG (三甲 基錠），TMA (三甲基鋁），TMI (三甲基銦）等有 機金屬及胂，膦等氫化物氣體。又，MOCVD時，實施 溫度係約7 0 〇 t：。以下，各過程之Μ〇C V D也依同樣 之條件，材料進行。 之後’在上述GaAs緩衝層13上，藉由 MOCVD依次外延成長並被堆積有接觸層9，電流擴散 層8，及η -覆蓋層6。然後，在此些接觸層9，電流擴 散層8及η -覆蓋層6作爲雜質摻雜有例如矽。作爲矽之 材料使用例如矽烷。又，電流擴散層8之A 1含有率爲2 〜1 0 %較理想。 經濟部智慧財4^a:工消費合作fi印製 然後，在η -覆蓋層6上藉由Μ 0 C V D形成有活性 層5。該活性層5之組成係按照發光波長所決定。亦即， 藉由變更I nGaA 1 Ρ中之Ga與A 1之平衡，即可得 到紅色，橙色，黃色，黃綠色，綠色之光。 然後，在上述活性層5上藉由Μ 0 C V D依次堆積有 Ρ -覆蓋層4及第一黏接層3。然後，在ρ -覆蓋層4， 第一黏接層3例如將D Μ Ζ (次甲基鋅）作爲材料摻雜有 作爲雜質之鋅。如此地形成有第一半導體層（第一晶圓） -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 507386 A7 B7 _ 五、發明説明（8 ) 1 4。第一黏接層3之雜質濃度係必須設定在1 X 1 8 cm — 3〜lx 1 9 cm 一 3，而最適當値係如3〜4χ 18cm-3。 然而，如第2 ( b )圖所示地，在G a P基板1上， 使用例如TMG及膦，而藉MOCVD形成有第二黏接層 2。然後，在第二黏接層2，摻雜有作爲雜質之鋅。第二 黏接層2之雜質濃度係必須設定在1 X 1 8 c m ~ 3〜1 X 1 9 c m — 3，而最適當値係如3〜4 X 1 8 c m — 3。如此 地形成有第二半導體層（第二晶圓）1 5。 又，第二黏接層2係藉由p - G a P所形成，惟也可 使用A 1 P與G a P之混晶的A 1 G a P。 然後，將第二黏接層2及第一黏接層3作爲界面，在 室溫黏貼上述第一半導體層1 4與第二半導體層1 5。然 後，在惰性氣體環境中，經大約5 0 0〜7 0 0 t之溫度 下熱處理一小時，而牢固地黏接第一半導體層1 4與第二 半導體層1 5。 然後，藉機械硏磨及蝕刻除去上述G a A s基板1 2 與緩衝層1 3。之後，在接觸層9上堆積AuGe系金屬 。藉由光刻過程被加工，而形成有表面電極1 0。又，在 G a P基板1上堆積有A u Ζ η系金屬，藉由光刻過程被 加工，而形成有背面電極1 1。 第3圖係表示上述第一實施例的半導體發光元件之黏 接時之熱處理溫度與元件之相對光輸出及動作電壓之關係 。在第3圖中，實線係表示黏接溫度與相對光輸出之關係 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-

C 經濟部智慧財產苟肖工消費合作社印製 本纸張足度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 507386 經濟部智慧財4笱員工消費合汴社印製 A7 B7 五、發明説明（9 ) ;而虛線係表示黏接溫度與動作電壓之關係。如在第3圖 之虛線所示，藉由較低之黏接溫度進行熱處理時’動作電 壓也變低。所以不必降低光輸出也可實現較低之動作電壓 。故，適當溫度範圍係如第3圖所示地，成爲大約6 0 0 〜7 2 0 °C。 依照上述第一實施例，經由第一黏接層3與第二黏接 層2俾黏接發光層7與G a P基板1。所以熱處理兩者時 ，比習知例較低溫度之大約5 0 0〜7 0 0 °C可進行熱處 理。因此，藉由熱處理可減低P -覆蓋層4中之鋅擴散至 活性層5，並可防止結晶性惡化。故可得到充分之光量， 可實現高輸出之半導體發光元件。又，習知係必須將熱處 理之溫度控制在8 0 0 °C左右之狹窄範圍，但可使用在大 約5 0 0〜7 0 0 °C之範圍之故，因而容易控制溫，並可 防止降低良品率。 然後，參照第4圖及第5圖，說明第一黏接層3與第 二黏接層2之界面的格子匹配之效果。第4 ( a )圖係表 示於第1圖之第一第二黏接層2，3的帶構造圖。 一般進行不相同之材料之接合（異形接合）時，兩材 料之接合部之構造係重要。首先，兩者之表面係必須平坦 。亦即，可成長缺陷較少之良好的結晶極重要。爲了此， 兩層係必須格子匹配於各該基板。 但是，兩層格子匹配於各該基板之結果，兩層係成爲 格子常數不相同之不同材料。一般在異形接合之界面，產 生傳導體與價電子帶之帶不連續，若其不連續量大則會妨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 ▼線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -12- 507386 A7 ___ B7 五、發明説明（1〇 ) 礙載子之擴散，亦即會妨礙電氣傳導。此乃成爲對於電流 之電阻，成爲會上昇元件之動作電壓。因此兩層係必須格 子匹配於各該基板，且組合成帶不連續較小者。 依照第一實施例，藉由依p - I n G a P之第一黏接 層3與依p - G a P之第二黏接層形成異形接合。藉由此 構成，如第4(a)圖所示地，傳導體與價電子帶之帶不 連續量係分別成爲0 . 3 e v與〇 e v。本發明時，支配 第一黏接層3，第二黏接層2之電氣傳導的多數載子係電 洞之故，因而價電子帶中之電洞係不會妨礙到帶不連續而 可移動兩者間。亦即形成有低電阻之電阻接合。 但是，在依上述材料之組合，並不被限定於經常地可 形成低電阻之電阻接合。在第4 (b)圖係表示在第4 ( a )圖中’接合界面之結晶性不好時的帶構造圖。如第4 (b )圖所示地，若接合界面之結晶性不好，則會多出界 面準位。爲了此，在接合界面附近，載子（主要爲電洞） 係被捕獲在界面準位，接合部附近被空乏層化，而形成有 障壁。藉由該空乏層與障壁使得載子之擴散被妨礙。因此 ，欲形成低電阻之電阻接合，必須減少接合界面之界面準 位，且提高兩黏接層之載子濃度，即使一部分之載子被陷 阱於界面準位也不會使接合界面成爲空乏層化。 又，欲減少界面準位之發生，則減少接合部之結晶缺 陷極重要。第一黏接層3，第二黏接層2係未被格子匹配 之故，因而不可能完全地避免缺陷，惟若整齊黏接之表面 的結晶面方位，則可減低依接合界面的懸空鍵等之界面準 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 經濟部智慧財4苟員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -13- 507386 經濟部智慧財4苟吕(工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（11 ) 位。 依照第一實施例，在從（1 0 0 )面朝〔〇 1 1〕方 向傾斜7〜1 6 之G a A s基板1 2上形成第一黏接層 3，而從（一 1〇〇)面朝〔〇 — 1 — 1〕方向傾斜7〜 1 6 °之G a P基板1上形成第二黏接層2。黏貼如此所 形成之第一黏接層3與第二黏接層2即可形成接合界面。 藉由如此，使得兩黏接層之結晶之面方位會一致。 又，將第一黏接層3與第二黏接層2之各載子濃度作 爲lx 1 8 cm — 3以上。藉由如此，可防止接合界面成爲 空乏層化。所以，如表示第一，第二黏接層之載子濃度與 動作電壓之關係的第5圖所示地，可減低動作電壓。又， 藉將面方位成爲一致，與未一致時相比較，可更降低動作 電壓，而可減低至2 · 1 V以下。 以下，說明依第一黏接層2之之厚度的高光輸出及低 動作電壓效果。第6圖係表示第一黏接層2之厚度與光輸 出及動作電壓的關係。在第6圖中，實線係表示第一黏接 層2之厚度與相對光輸出的關係；虛線係表示層之厚度與 動作電壓之關係。如第6圖之實線所示地，若第一黏接層 2之厚度過厚成〇 · 1 //m〜1 /zm時，則會吸收來自活 性層5之光。而降低光輸出。因此，第一黏接層2係愈薄 愈佳。但是若過薄成〇 . 〇 3 // m以下時，則如第6圖以 虛線所示地會使動作電壓上昇。因此，層之厚度係以大約 0 · 0 3 /z〜〇 . 1 // m較理想。藉由構成如此，則可提 局半導體發光元件之光輸出，且可降低動作電壓。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐1 . λα (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝- 訂 -線 507386 A7 B7 五、發明説明（12 ) 又，將電流擴散層8之A 1含有率作爲例如2〜7 % 。電流擴散層8之材料係I nGaA 1 P，惟Ga之含有 率係愈小愈佳。但是，藉由構成如此使A 1之含有率增加 ’則含增加電阻係數，如此，則無法得到充分之電流擴散 效果。所以’藉由將A 1含有率作爲例如2〜7 %，即可 得到充分之擴散效果。 (第二實施例） 第7圖係表示本發明之半導體發光元件之第二實施例 。在第7圖中，與第1圖相同部分係附與相同記號，而省 略說明。 在第7圖中，1 6係依I n G a A 1 P之電流阻隔層 。該電流阻隔層1 6係形成在表示於第2 ( a )圖之緩衝 層1 3之堆積後。亦即，在緩衝層1 3上堆積有 I nGaA 1 P層，而在該上面依次堆積有接觸層9等。 然後，黏接有第一半導體層與第二半導體層1 5。而除去 GaAs基板12及緩衝層13。之後，上述InGaAlP所 構成之電流阻隔層1 6藉由光刻過程被加工，而堆積有 AuGa系之金屬，並形成表面電極1 〇。 藉由作成上述構成，可得到與第一實施例同樣之效果 。又，在第二實施例中，在表面電極1 0內設置電流阻隔 層1 6。藉由構成如此，防止電流流在表面電極1 0之正 下方，而可減低在表面電極1 0正下方之發光。因此，可 避免光被吸收在表面電極1 0，而可提高光輸出。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 經濟部智慧財是笱員工消費合作社印紫 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） -15- 507386 經濟部智慧財4^gv一消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（13 ) (第三實施例） 第三實施例係表示第二實施例的變形例。在第三實施 例中，將第7圖中之活性層5作成多重量子井構造。如第 8圖所示地，依該多重量子井構造之活性層5 a係藉由交 互地堆積例如層厚爲5 nm，A 1含有率爲1 5%之 InGaAiP層5b，及，層厚爲8nm，Al含有率 爲2 · 5%之I nGaA 1 P層5 c所形成。所堆積之層 數係例如InGaA1P層5b爲41層，而InGaA 1 P層5 c爲40層。 依照上述第3實施例，藉由將活性層5作成多重量子 井構造，可實現比第一，第二實施例更高輸出的半導體發 光元件。 第9圖係表示作爲代表性顏色，對於例如紅色及黃色 之L E D，依習知例及第三實施例的半導體發光元件之發 光效率。如第9圖所示地，依照第三實施例，在各色中， 可提供比習知更高發光效率的半導體發光元件。 (第四實施例） 在上述第一·至第三實施例，係在η - G a A s基板上 ，由下方依次地形成η -覆蓋層，活性層，及p -覆蓋層 所構成的發光層，而在Ρ -覆蓋層上接合Ρ - G a Ρ基板 之構成。然而，使用於基板之P - G a P係一般不容易獲 得，又，在黏接P- G a P基板時，很難避免ρ型雜質擴 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂 ▼線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -16- 507386 A7 B7 經濟部智慧財4^:H工消費合作社印製 五、發明説明（14 ) 散至活性層。因此在第四實施例係在n 一 G a A s基板上 採用形成有作爲發光層之p -覆蓋層的所謂P n反轉構造 ，而在該發光層上接合η - Ga Ρ基板。 第10圖係表示本發明之半導體發光元件之第四實施 例。第1 0圖中之4 0係具有例如2 5 0 # m厚的η型 G a Ρ基板，而在該n — Ga Ρ基板4 0上形成有依厚度 例如0 · 05//m之n— InGaAlP的黏接層41 ° 在黏接層4 1上依次形成有η -覆蓋層6 ’活性層5 ’ P -覆蓋層4。各層厚度係例如η -覆蓋層6及Ρ -覆蓋層 4爲1 · 〇/zm，而活性層5爲0 · 5//m。 在上述P -覆蓋層4上，形成有依例如厚度爲3 · 0 //m之ρ — I nGaA 1 P的電流擴散層42，而在上述 該電流擴散層4 2上，形成有依例如厚度爲〇 · 〇 1 # m 之P — GaAs的接觸層43。10，1 1分別爲表面電 極與背面電極。又，對於表示於第1 0圖之記號4 2 a係 在第五實施例加以說明。 在第11(a)(b)圖係表示上述構成之半導體發 光元件之製造方法，在第11(a)(b)圖中，在與第 2圖及第1 〇圖相同部分附與相同記號。以下，參照第1 1 ( a )，（ b )圖說明第四實施例之半導體發光元件之 製造方法。 如第1 1 ( a )圖所示地，藉由有機溶劑，硫酸系鈾 刻劑洗淨η - G a A s基板1 2。然後’將n -G a A s基板1 2與第一實施例同樣地加熱成例如7 0 0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝- 訂 -線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -17- 507386 A7 B7 五、發明説明（15) °〇.，藉由“〇（：¥0，在11一〇3八8基板12上形成有 依P — I n G a P之蝕刻停止層4 4。該蝕刻停止層4 4 係爲了在以後之過程選擇性地蝕刻η - G a A s基板1 2 所設置者。 作爲Μ 0 C V D之材料，與第一實施例同樣地例如在 G a源使用三甲基錠；在A 1源使用三甲基鋁，在I η源 使三甲基銦，在Ρ源使用膦，又，作爲η型雜質及ρ型雜 質係分別使用單矽烷，二甲基鋅等，在以下之過程地同樣 〇 然後藉由Μ〇C V D，在蝕刻停止層4 4上依次形成 有接觸層4 3，電流擴散層4 2，ρ -覆蓋層4，活性層 5，η —覆蓋層6，黏接層41。 又，上述蝕刻停止層4 4〜黏接層4 1係均格子匹配 形成於n — GaAs基板12。 之後，在黏接層4 1上，黏接有作爲厚度2 5 0 //m 之η - G a P基板4 0之半導體層。然後，利用鈾刻停止 層4 4藉由鈾刻除去η - G a A s基板1 2，而蝕刻停止 層4 4也繼續被除去。 之後，如第1 1 ( b )圖所示地，接觸層4 3按照電 極之形狀被蝕刻。在該接觸層4 3之上面如第1 0圖所示 地形成有表面電極1 0。另一方面，在η - G a P基板 4 0上形成有背面電極。又，在接觸層4 3上堆積 A u G e系之金屬層，藉由同時地蝕刻接觸層4 3及該金 屬層來形成表面電極也可以。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝*

-、1T 經濟部智慧財4苟肖工消費合作社印^ 本纸張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210X 297公釐〉 *18- 507386 A7 B7 五、發明説明（16 ) 在上述弟四實施例’係在n — G a A s基板1 2之上 作成從下方依次形成，依P -覆蓋層4，活性層5，η -覆蓋層6所構成之發光層7的Ρ η反轉構造，而在該發光 層7上黏接η - G a Ρ半導體層4 0。習知形成ρ η反轉 構造，之發光層時，而在形成於基板與發光層之間的ρ η 接合部成爲不容易通電。爲了避免該情形，而使用ρ -G a A s基板。但是，使用ρ - G a A s基板時，則含在 基板中很多之受體雜質（此時爲鋅）會擴散至發光層。因 此，眾知發光特性會降低。又，使用P - G a A s基板時 ，則在黏接η - G a P基板之際的熱過程會使雜質擴散之 故，因此問題變更大。 如此，如第四實施例所示地不是P - G a A s基板而 是藉使用η - G a A s基板1 2，而能解決上述門題。又 ’在製程中’ n — G a A s基板1 2係被除去之故’因此 ρ η接合部係未形成，也可解決電流不容易流在元件之問 題。 又，在第四實施例中係使用n — G a Ρ半導體層4 0 。一般P - G a P係雜質濃度比其他之P型層高。未使用 該P - G a P之故’因此在黏接n — G a P半導體層4 0 時之熱過程中，可抑制雜質擴散至發光層7 ’而降低發光 特性之情形。 又，在第四實施例中，作爲活性層5使用A 1含有率 爲2 · 5%之I nGaA 1 P，而藉由將偏壓施加於表面 電極1 0與背面電極1 1，則觀察到在6 2 5 n m具有峰 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2!ΟΧ 297公釐） · 19 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- ▼線 經濟部智慧时工消費合作社印发 507386 經濟部智慧財/i^tx工消f合作ri印製 A7 B7五、發明説明（17 ) 値的紅色發光。動作電流2 0 m A之光輸出，係在放射角 1 0。之封裝爲7 · 5 c d。該光輸出係比依第一實施例 的半導體發光元件之光輸出更高。 (第五實施例） 在第四實施例中，作爲電流擴散層4 2使用P -I nGaA 1 P。另一方面，在第五實施例中，使用作爲 電流擴散層42 a之p — GaAl As，此處與第四實施 例不同。所以，使用第1 〇圖加以說明，對於其他構造， 動作製造方法等相同部之說明則加以省略。表示於P - G a A 1 A s電流擴散層4 2 a係厚度爲例如3 . 0 # m 〇 一般電流擴散層係如上述地設成將從電極所注的電流 能擴展至元件內之廣領域之故，因此電阻率愈低愈佳。在 第五實施例中，使用A 1含有率爲3 5%之p -G a A 1 A s。所以，可將電阻率形成比p -I n G a A 1 P 更低。 第1 2圖係表示上述各材料的載子濃度及電阻率。如 第1 2圖所示地，藉使用G a A 1 A s，可將電阻率比使 用I n G a A 1 P時大幅度地減少。又，藉提高載子濃度 ，也可更降低電阻率，惟考慮鋅會擴散而並不期望。又， 作爲電流擴散層4 2 a之其他候補，也考慮如G a P等之 材料。但是，G a A 1 A s係大約格子匹配於使用在基板 之G a A s之故，因此不會有依格子缺陷傳播至活性層7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 _線 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇>< 297公釐） • 20- 507386 經濟部智慧財4¾肖工消f合作社印災 A7 _B7五、發明説明（18 ) 之影響。故使用G a A 1 A s極有效。 在第五實施例中，偏壓動作電流2 0mA時之光輸出 ，係在放射角1 0°之封裝爲8 c d。 依照第五實施例，作爲電流擴散層4 2 a藉由使用 G a A 1 A s，可降低電流擴散層4 2 a之電阻率。所以 增加在元件內部之電流擴展，而可提高對於元件外部之光 取出效率。 (第六實施例） 第一至第五實施例爲元件位在η側下方的構造。在第 六實施例係將Ρ側位在下方之處不同。對於其他部分係與 第一至第五實施例同樣。 第1 3圖係表示第一，第四實施例的各半導體發光元 件之載子濃度與電阻率。如第1 3圖所示地，第四實施例 之電流擴散層係比第一實施例之電流擴散層在電阻率上較 差。亦即在相同材料中，Ρ型與η型係電阻率有很大不同 ，依Ρ型之材料係對於電流擴散之動作成爲不利。 第1 4圖係表示本發明之第六實施例。如第1 4圖所 示地，將作爲Ρ側電極之背面電極1 1形成於電流擴散層 4 2之全面，作爲從η側電極側主要取出光的裝置。藉由 構成如此，由背面電極1 1所注入之電流擴及元件內部全 領域。 又，一般在使用作爲裝配材之Ag糊，裝配時，Ag 糊會爬在元件側面，而會產生短路。如此，藉由共晶化依 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格(210X 297公釐T" ZI ^ ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· -口 ▼線 507386 A7 B7 五、發明説明（19 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 設於裝配面上之A u S η的裝配層4 5與依形成在背面電 極1 1上之例如A u系金屬的電極層4 6的共晶電極進行 裝配。 藉由將偏壓施加於上述構成之半導體發光元件，可確 認來自元件表面之全領域之發光。又從藉由A g糊爬起而 被封閉之側面領域也可有效地取出光。動作電流2 0 m A 之光輸出係放射角1 0°之封裝爲1 0 c d。 依照第六實施例，電流擴散層4 2形成在與光之取出 側相反側之故，可全面地形成背面電極1 1。所以可將電 流擴及元件內部全領域。又，藉由在裝配層4 5使用 A u S η之共晶電極裝配元件之故，因此也可從元件之側 面領域有效地取出光，並可提高元件之光輸出。 又，在上述第四至第六實施例中，將活性層5作爲單 結晶構造，惟也可作成如第三實施例所示之多重量子井構 造。藉由構成如此，可更提高光輸出，又存有多數界面之 故，因此也具有成爲雜質擴散較強之構造。 經濟部晳慧財4¾轉工消f合作社印製 又，在上述各實施例中，背面電極係並被限定於依電 阻電極之構造，可形成例如部分地提高之反射特性之金屬 膜。又，藉由形成具有反射特性之電阻電極，也可將從活 性層7朝背面電極方向放射之光有效地取出至元件外部。 又，n — GaP半導體層40係藉黏接於黏接層41 上所形成，惟藉Μ 0 C V D進行結晶成長所形成也可以。 又，作爲電極藉使用例如依I Τ 0或薄膜金屬等之透 光性且容易透過電流之材料，即使在電流擴散層有電流擴 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 507386 經濟部智慧时/t-^a (工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（2〇 ) 展上問題之實施例，也能提高光之取出效率。 其他’當然在不變更本發明之要旨之範圍可做各種變 形。 (發明之效果） 以上’如詳述地依照本發明，即使使用G a P基板之 際，也可提供一種光輸出，以低電壓可動作的半導體發光 元件。 (圖式之簡單說明） 第1圖係表示本發明之半導體發光元件之第一實施例 的斷面圖。 第2圖係表示本發明之半導體發光元件之第一實施例 的之製造方法的圖式。 第3圖係表示圖示於第1圖之例的黏接溫度與動作電 壓及相對光輸出之關係的圖式。 第4圖係表示本發明之半導體發光元件之帶構造的斷 面圖。 第5圖係表示第一，第二黏接層之載子濃度與動作電 壓之關係的圖式。 第6圖係表示第一黏接層之厚度與相對光輸出及動作 電壓之關係的圖式。 第7圖係表示本發明之半導體發光元件之第二實施例 的斷面圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝.

-、1T -線 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -23- 507386 A7 B7 五、發明説明（21 ) 第8圖係表示本發明之第三實施例者，多重量子井構 造之活性層的圖式。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第9圖係表示依習知例與本發明之實施例之發光效率 的圖式。 第10圖係表示本發明之半導體發光元件之第四實施 例的斷面圖。 第11圖係表示本發明之半導體發光元件之第四實施 例之製造方法的圖式。 第1 2圖係表示各材料之電流擴散層之載子濃度與電 阻率的圖式。 第1 3圖係表示各材料之電流擴散層之載子濃度與電 阻率的圖式。 第1 4圖係表示本發明之半導體發光元件之第六實施 例的圖式。 第1 5圖係表示第一習知例的圖式。 第1 6圖係表示第二習知例的圖式。 經濟部智慧財4¾員工消費合作社印製 第1 7圖係表示圖示於第1 1圖之例之黏接溫度與動 作電壓及相對光輸出之關係的圖式。 (記號之說明） 1 ρ型G a P基板 2 第二黏接層 3 第一黏接層 -24- 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 507386 kl B7 五、發明説明（22 ) 4 P -覆蓋層 5 活性層 6 η -覆蓋層 7 發光層 8 電流擴散層 9 接觸層 10 表面電極 11 背面電極 12 η型G a A s基板 13 緩衝層 14 第一半導體層 15 第二半導體層 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝-

、1T 經濟部智慧財.4¾肖工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -25-

Claims (1)

1. 507386 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1·一種半導體發光元件，其特徵爲具備： 第一導電型之第一覆蓋層，及第二導電型之第二覆蓋 層，及設於上述第一，第二覆蓋層互相間之活性層所構成 的發光層，及 設在上述第二覆蓋層上的第二導電型之第一黏接層， 及與 設於第二導電型之基板上的上述第一黏接層接合的第 二導電型之第二黏接層。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件， 其中，上述第一黏接層係I n G a P ;上述第二黏接層係 G a P 0 3 ·如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其 中，又具備： 設於上述第一覆蓋層上的第一導電型之電流擴散層， 及 形成於上述電流擴散層上的電流阻隔層。 4 · 一種半導體發光元件，其特徵爲具備： η型之GaP的基板，及 形成於上述基板上的η型之黏接層，及 形成於上述黏接層上的η型之第一覆蓋層，及 形成於上述第一覆蓋層上的活性層，及 形成於上述活性層上的ρ型之第二覆蓋層，及 形成於上述第二覆蓋層上之依I nGaA 1 Ρ， G a A 1 A s之任何一方的電流擴散層。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） — —I.- — -^裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財4苟員工消費合作灶印製

   -26- 507386 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 5 ·如申請專利範圍第4項所述之半導體發光元件， 其中，又具備形成在上述電流擴散層上全面地所形成之電 極上的電極層，形成於上述電極層所配置之面上裝配層與 上述電極層係被共晶化。 6 ·如申請專利範圍第1項至第5項中任何一項所述 之半導體發光元件，其中，上述活性層係多重量子井構造 0 7 · —種半導體發光元件之製造方法，其特徵爲具備 在第一導電型之第一基板上形成第一導電型之緩衝層 ，在該緩衝層上形成第一導電型之電流擴散層，在該電流 擴散層上形成第一導電型之第一覆蓋層，在上述第一覆蓋 層上形成活性層，在上述活性層上形成第二導電型之第二 覆蓋層，在上述第二覆蓋層上形成第二導電型之第一黏接 層而形成第一半導體層的過程，及 在第二導電型之第二基板上形成第二導電型之第二黏 接層而形成第二半導體層的過程，及 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 將上述第一黏接層與第二黏接層作爲接合界面，並接 合上述第一半導體層與第二半導體層的過程，及 除去上述第一基板，緩衝層的過程。 8 ·如申請專利範圍第7項所述的半導體發光元件之 製造方法，其中，上述第一基板，第二基板之面方位係分 別從（1 0 0 )面朝〔〇 1 1〕方向，及從（一 1 0 0 ) 面朝〔0 - 1 — 1〕方向，在7至16°之範圍相同角度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） 97 507386 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 傾斜地設置。 9 .如申請專利範圍第7項所述的半導體發光元件之 製造方法，其中，上述第一黏接層係InGaP，上述第 二黏接層係G a P。 1 〇 . —種半導體發光元件之製造方法，其特徵爲具 備. 在η型G a A s基板上形成p型蝕刻停止層的過程， 及 在上述鈾刻停止層上形成P型接觸層的過程，及— 在上述接觸層上形成P型電流擴散層的過程，及 在上述電流擴散層上形成P型第一覆蓋層的過程，及 在上述第一覆蓋層上形成活性層的過程，及 在上述活性層上形成η型第二覆蓋層的過程，及 在上述第二覆蓋層上形成η型黏接層的過程，及 在上述黏接層上形成η型G a Ρ之半導體的過程，及 除去上述基板與上述蝕刻停止層的過程。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項所述的半導體發光元 件之製造方法，其中，上述半導體層係藉由與上述黏接層 黏接所形成。 1 2 .如申請專利範圍第1 0項所述的半導體發光元 件之製造方法，其中，上述半導體層係藉由結晶成長形成 在上述黏接層上。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 、tT 經濟部智慧財產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規格（210X 297公釐） -28-