本發(fā)明涉及一種使用化合物半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體發(fā)光組件。

背景技術(shù)：

algainp系材料在iii-v族化合物半導(dǎo)體混晶(氮化物除外)中具有最大的直接躍遷型帶隙，而被使用作為500～600nm帶的發(fā)光組件材料。特別是與已知使用gap或gaasp等的間接躍遷型材料之物相比，具有由與gaas基板晶格匹配的algainp所組成的發(fā)光部的發(fā)光組件，可進(jìn)行高亮度的發(fā)光。

然而，即使是此種具有由algainp所組成的發(fā)光部的發(fā)光組件，亦并無法保證其在短波長區(qū)域(黃色發(fā)光)的發(fā)光效率必然足夠。

作為在短波長區(qū)域中發(fā)光效率低下的原因，被認(rèn)為是以下原因等所導(dǎo)致，(1)由于活性層與披覆層之間的能量帶隙差小的關(guān)系，而使載子的局限(confinement)不足，(2)為了使活性層的a1組成提高，而使活性層中的非發(fā)光中心增加，(3)能量帶隙構(gòu)造從直接躍遷型向間接躍遷型接近。

為了解決這些問題點(diǎn)，專利文獻(xiàn)1中揭示有通過將活性層定為80～200層的量子阱構(gòu)造，并使障壁層中的al組成大于0.5(即，使用化學(xué)式為(alxgal-x)1-yinyp，其中0.5＜x≦1)的化合物半導(dǎo)體來抑制載子的溢流(overflow)而得到高發(fā)光效率的方法。

另外，專利文獻(xiàn)2中揭示通過于活性層導(dǎo)入有晶格畸變的量子阱構(gòu)造(即，由具有拉伸應(yīng)變或壓縮應(yīng)變的阱層及具有與阱層相反的應(yīng)變的應(yīng)變緩和障壁層所組成的量子阱構(gòu)造)，來減低活性層中的al組成進(jìn)而得到高發(fā)光效率的方法。

[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)1]日本特開2008-192790號公報(bào)

[專利文獻(xiàn)2]日本特開平8-088404號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

如上所述，為了抑制短波長區(qū)域中發(fā)光效率的降低，已提出專利文獻(xiàn)1或?qū)＠墨I(xiàn)2中所揭示的方法。

然而，在專利文獻(xiàn)1所揭示的方法中，雖然能夠抑制載子的溢流，但為了提高活性層中的a1組成，會有導(dǎo)致發(fā)光效率降低的問題。

另外，專利文獻(xiàn)2所揭示的方法中，即使使用應(yīng)變緩和層也會因?yàn)閼?yīng)變而致使結(jié)晶中的晶格缺陷增加，因而會有無法必然能得到高發(fā)光效率的問題。

有鑒于上述的問題點(diǎn)，本發(fā)明的目的為提供一種半導(dǎo)體發(fā)光組件，即使使用量子阱構(gòu)造的活性層，也能于短波長區(qū)域(黃色發(fā)光)得到高發(fā)光效率。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光組件，具有由阱層與障壁層所構(gòu)成的量子阱活性層，其中該半導(dǎo)體發(fā)光組件的特征在于：該半導(dǎo)體發(fā)光組件的發(fā)光波長為585nm以上及605nm以下；該阱層由化學(xué)式(alxgal-x)yin1-yp(0＜x≦0.06、0＜y＜1)的化合物半導(dǎo)體所構(gòu)成；以及該障壁層由化學(xué)式(almgal-m)nin1-np(0≦m≦1、0＜n＜1)的化合物半導(dǎo)體所構(gòu)成。

如此，通過構(gòu)成量子阱活性層的algainp系化合物所構(gòu)成的阱層的al成分為0.06以下的構(gòu)成，能縮小量子阱活性層的平均al成分，如此一來能減少量子阱活性層中的非發(fā)光中心，因而能于短波長區(qū)域(黃色發(fā)光)得到高發(fā)光效率。

此時，該量子阱活性層的總膜厚為200nm以上及300nm以下為佳。

通過量子阱活性層的總膜厚為200nm以上，能抑制因載子的溢流所導(dǎo)致的發(fā)光效率的降低。另外，通過量子阱活性層的總膜厚為300nm以下，能防止因制造時間或材料費(fèi)的增加所導(dǎo)致的制造成本升高。

如以上所述，通過本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光組件，即使使用量子阱構(gòu)造的活性層，也能于短波長區(qū)域(黃色發(fā)光)得到高發(fā)光效率。

附圖說明

圖1是顯示本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光組件的實(shí)施態(tài)樣的一例的概略剖面圖。

圖2是顯示在制造本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光組件中所使用的制造流程的步驟剖面圖。

圖3是顯示量子阱活性層的總膜厚與發(fā)光效率之間的關(guān)系的圖表。

圖4是顯示實(shí)施例以及比較例中發(fā)光波長與發(fā)光效率之間的關(guān)系的圖表。

具體實(shí)施方式

以下，一邊參考圖示一邊詳細(xì)的說明本發(fā)明的實(shí)施態(tài)樣的一例，但本發(fā)明并不限定于此。

如上所述，為了抑制在半導(dǎo)體發(fā)光組件的短波長區(qū)域中發(fā)光效率的降低，雖提出有多個使用量子阱構(gòu)造的活性層的方法，但不管在哪一個方法中，對于在短波長區(qū)域(黃色發(fā)光)中得到高發(fā)光效率這一點(diǎn)仍有改善的空間。

因此，本發(fā)明人反復(fù)地深入研究了即使使用量子阱構(gòu)造的活性層也能于短波長區(qū)域(黃色發(fā)光)得到高發(fā)光效率的半導(dǎo)體發(fā)光組件。

其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了通過構(gòu)成量子阱活性層的algainp系化合物所構(gòu)成的阱層的al成分為0.06以下的構(gòu)成，能縮小量子阱活性層的平均al成分，如此一來能減少量子阱活性層中的非發(fā)光中心，因而能于短波長區(qū)域(黃色發(fā)光)得到高發(fā)光效率，從而完成本發(fā)明。

首先，一邊參考圖1一邊說明本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光組件的實(shí)施態(tài)樣的一例。

顯示于圖1的本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光組件10具有具備量子阱活性層14的發(fā)光部19。量子阱活性層14是由阱層16、障壁層15所交互積層而成之物。阱層16由化學(xué)式(alxgal-x)yin1-yp(0＜x≦0.06、0＜y＜1)的i-algainp所構(gòu)成，障壁層15由化學(xué)式(almgal-m)nin1-np(0≦m≦1、0＜n＜1)的i-algainp所構(gòu)成。半導(dǎo)體發(fā)光組件10的發(fā)光波長為585nm以上及605nm以下，例如通過變更量子阱活性層14的阱層16的膜厚，而能達(dá)到上述的范圍內(nèi)的所希望的波長。

發(fā)光部19為例如由第一導(dǎo)電型電流擴(kuò)散層12、第一導(dǎo)電型披覆層13、量子阱活性層14、第二導(dǎo)電型披覆層17、第二導(dǎo)電型電流擴(kuò)散層18所組成的半導(dǎo)體層。第一導(dǎo)電型電流擴(kuò)散層12、第一導(dǎo)電型披覆層13、第二導(dǎo)電型披覆層17、第二導(dǎo)電型電流擴(kuò)散層18分別例如為：化學(xué)式(alxgal-x)yin1-yp(0＜x≦1、0＜y＜1)的p-algainp層、化學(xué)式(alxgal-x)yin1-yp(0＜x≦1、0＜y＜1)的p-algainp層、化學(xué)式(alxgal-x)yin1-yp(0＜x≦1、0＜y＜1)的n-algainp層、n-gap層。

在發(fā)光部19上設(shè)置有例如：p型側(cè)的第一奧姆細(xì)線電極11以及焊墊電極(未圖示)。

半導(dǎo)體發(fā)光組件10更具有例如：導(dǎo)電性支撐基板24、設(shè)置于導(dǎo)電性支撐基板24上的接合金屬層23、設(shè)置于接合金屬層23上的反射金屬層22、設(shè)置于反射金屬層22上的透明氧化膜層21、設(shè)置于透明氧化膜層21內(nèi)的n型側(cè)的第二奧姆細(xì)線電極20，于導(dǎo)電性支撐基板24的下表面設(shè)置有導(dǎo)電性奧姆電極25，于透明氧化膜層21上則設(shè)置有上述的發(fā)光部19。另外，第一奧姆細(xì)線電極11與第二奧姆細(xì)線電極20配置于例如從上面來看相互不重疊的位置。

量子阱活性層14的總膜厚在200nm以上及300nm以下為佳。這是因?yàn)槿鐖D3所示，發(fā)光波長在585nm之時的半導(dǎo)體發(fā)光組件10的發(fā)光效率，于量子阱活性層14的總膜厚在200nm以上及300nm以下的范圍內(nèi)會成為峰值。此處，圖3的發(fā)光效率以量子阱活性層14的總膜厚在250nm時的發(fā)光效率定為“1”時的比率來表示。

再者，為了要達(dá)到圖3所顯示的特性，其量子阱活性層14的總膜厚如較200nm為薄時，則會因載子的溢流而導(dǎo)致發(fā)光效率降低，而量子阱活性層14的總膜厚如較300nm為厚時，雖能抑制載子的溢流，但阱層16會因?yàn)楸旧砦兆兇笠蚨鵁o法見到發(fā)光效率的提升。

通過量子阱活性層14的總膜厚在200nm以上，能抑制因載子的溢流所導(dǎo)致的發(fā)光效率降低，而通過量子阱活性層14的總膜厚在300nm以下，則能防止因制造時間或材料費(fèi)的增加所導(dǎo)致的制造成本升高。

舉例來說，在對阱層16的膜厚進(jìn)行設(shè)定而使半導(dǎo)體發(fā)光組件10的發(fā)光波長達(dá)到所期望的值的同時，可對量子阱活性層14進(jìn)行對數(shù)(將阱層n(n為正的整數(shù))層、障壁層n+1層之時的對數(shù)設(shè)為n)的調(diào)整來使總膜厚達(dá)到上述范圍內(nèi)的期望值。

能將量子阱活性層14的總膜厚設(shè)為例如約250nm。

上述使用圖1完成說明之本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光組件，由于由構(gòu)成量子阱活性層14的algainp系的化合物半導(dǎo)體所構(gòu)成的阱層16的al成分在0.06以下，因此能縮小量子阱活性層14的平均al成分，如此一來，能減少量子阱活性層14中的非發(fā)光中心，因而能于短波長區(qū)域(黃色發(fā)光)得到高發(fā)光效率。

接下來，一邊參考圖2一邊說明制造本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光組件的制造方法的一例。以下，以制造發(fā)光波長585nm的半導(dǎo)體發(fā)光組件的狀況為例進(jìn)行說明。

首先，如圖2(a)所示，于gaas基板26上形成多個algainp系材料的半導(dǎo)體積層結(jié)構(gòu)。具體來說，于n-gaas基板26上，以movpe法(有機(jī)金屬氣相磊晶成長法)依序堆棧例如：p-ga0.5in0.5p的蝕刻停止層27與p-gaas的接觸層28、p-(al0.4ga0.6)0.5in0.5p的p型電流擴(kuò)散層12、p-al0.5in0.5p的p型披覆層13、由未摻雜之(al0.06ga0.94)0.5in0.5p的阱層16(膜厚2.7nm)與未摻雜之(al0.6ga0.4)0.5in0.5p的障壁層15(膜厚7.7nm)所組成的量子阱活性層14、n-al0.5in0.5p的n型披覆層17、n-gap的n型電流擴(kuò)散層18。在movpe法中所使用的原料，能使用三甲基鎵(tmga)、三乙基鎵(tega)、三甲基鋁(tmal)、三甲基銦(tmin)等有機(jī)金屬化合物，以及砷化氫(ash3)、磷化氫(ph3)等氫化物氣體。并且，n型摻雜物的原料能使用單硅烷(sih4)，p型摻雜物的原料能使用雙環(huán)戊二烯基鎂(bis(cyclopentadienyl)magensium，cp2mg)。另外，作為n型摻雜物的原料，能使用砷化氫(h2se)、雙硅烷(si2h6)、二乙基碲(dete)或二甲基碲(dmte)。再者，作為p型摻雜物的原料，能使用二甲基鋅(dmzn)或二乙基鋅(dezn)。

接下來，如圖2(b)所示，于經(jīng)形成的半導(dǎo)體積層構(gòu)造體的n型電流擴(kuò)散層18的表面形成透明氧化膜層21、以及n型側(cè)的第二奧姆細(xì)線電極20。具體來說，使用等離子體化學(xué)氣相沉積(chemicalvapordeposition，cvd)裝置，形成sio2膜來作為透明氧化膜層21之后，使用光微影法及蝕刻法來設(shè)置開口部。更詳細(xì)地，通過使用氫氟酸系的蝕刻劑作為蝕刻液來去除未形成光阻圖案的區(qū)域的透明氧化膜層21以設(shè)置開口部。接下來使用真空蒸鍍法，在開口部形成構(gòu)成n型側(cè)的第二奧姆細(xì)線電極20材料的金硅(ausi)合金。

接下來，如圖2(c)所示，在透明氧化膜層21以及第二奧姆細(xì)線電極20之上，使用真空蒸鍍法或?yàn)R鍍法依序形成作為反射層之a(chǎn)l層、作為阻障層之鈦(ti)層以及作為接合層之金(au)層。由此，形成反射金屬層22。再者，反射金屬層22是因應(yīng)于量子阱活性層14所發(fā)出的光的波長，而選擇對于該光的波長反射率高的材料。

經(jīng)由以上作法而制作出積層體29。

接下來，如圖2(d)所示，準(zhǔn)備支撐基板30，該支撐基板30為在導(dǎo)電性支撐基板(例如si基板)24上通過使用真空蒸鍍法形成有作為接觸電極之ti、作為阻障層之ni以及作為接合層之a(chǎn)u來作為導(dǎo)電性奧姆之接合金屬層23，并通過將此支撐基板30與積層體29貼合，以制作出支撐基板30與積層體29于機(jī)械上、電性上連接的接合構(gòu)造體31。晶圓的貼合是使貼合裝置內(nèi)成為預(yù)定壓力之后，對已迭層的積層體29與支撐基板30透過治具來施加壓力的同時，加熱至預(yù)定溫度。具體的貼合條件為，在壓力7000n/m²以及溫度350℃之下30分鐘的時間。

接下來，如圖2(e)所示，使用砷化鎵(gaas)蝕刻用之蝕刻劑，自接合構(gòu)造體31選擇性地將n-gaas基板26完全除去，使由p-ga0.5in0.5p所組成的蝕刻停止層27露出。作為gaas蝕刻用之蝕刻劑，得列舉如氨水與雙氧水之混合液。接下來自已除去n-gaas基板26之接合構(gòu)造體31，使用預(yù)定的蝕刻劑以蝕刻而除去蝕刻停止層27(使接觸層28露出)。于蝕刻停止層27是由algainp系材料的化合物半導(dǎo)體所形成的狀況，能使用含鹽酸之蝕刻劑來作為預(yù)定的蝕刻劑。

接下來，如圖2(f)所示，使用光微影法及真空蒸鍍法，在預(yù)定位置形成p型側(cè)的奧姆電極。p型側(cè)的奧姆電極是以圓形電極(未圖示)與第一奧姆細(xì)線電極11來形成，通過例如依序蒸鍍ti、金鈹合金(aube)、au來形成。在此狀況下，例如第一奧姆細(xì)線電極11形成于與第二奧姆細(xì)線電極20不重合的位置。接下來將p型側(cè)的奧姆電極作為屏蔽，蝕刻除去由p-gaas構(gòu)成的接觸層28。另外，也能將接觸層28作為屏蔽而對p型電流擴(kuò)散層12進(jìn)行粗糙化處理。另外，除去接觸層28之后，使用預(yù)定的蝕刻劑來粗糙化處理p型電流擴(kuò)散層12。

接下來，如圖2(g)所示，在導(dǎo)電性支撐基板24背面的大約整個面上，通過真空蒸鍍法來形成導(dǎo)電性奧姆電極25。背面的導(dǎo)電性奧姆電極25例如能通過于支撐基板24底面依序蒸鍍ti與au來形成。其后，于各奧姆電極上施以合金(alloy)化處理，該合金化處理為形成電性接合。作為合金處理的一例，能在作為惰性氣氛的氮?dú)夥障?，施?00℃、5分鐘的熱處理。通過如此來制作出接合構(gòu)造體32。

之后，使用具有切割刀的切割裝置，將接合構(gòu)造體32單片化為各組件。由此，制作出多個如圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光組件10。

【實(shí)施例】

以下，顯示實(shí)施例以及比較例更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并未被限定于此。

(實(shí)施例)

使用在圖2所說明的制造方法來制作圖1的半導(dǎo)體發(fā)光組件10。

在此，半導(dǎo)體發(fā)光組件10的各層，如以下所示。

p型電流擴(kuò)散層12…p-(al0.4ga0.6)0.5in0.5p

p型披覆層13…p-al0.5in0.5p

障壁層15…i-(al0.6ga0.4)0.5in0.5p

阱層16…i-(al0.06ga0.94)0.5in0.5p

n型披覆層17…n-al0.5in0.5p

n型電流擴(kuò)散層18…n-gap

gaas基板26…n-gaas

蝕刻停止層27…p-ga0.5in0.5p

接觸層28…p-gaas

但，如表1所示，阱層16的al成分固定于0.06，變化阱層16的膜厚，并且，通過調(diào)整阱層16與障壁層15的對數(shù)，使量子阱活性層14的總膜厚成為約250nm，而使半導(dǎo)體發(fā)光組件10的發(fā)光波長于585～605nm的范圍內(nèi)變化。

對依照上述作法所制造出的半導(dǎo)體發(fā)光組件測定發(fā)光效率。

于表1顯示各發(fā)光波長中量子阱活性層構(gòu)造與發(fā)光效率。再者，表1中所表示的是發(fā)光波長在615nm之時的參考發(fā)光效率。在此的發(fā)光效率是以發(fā)光效率(％)＝輸出(mw)/輸入電力(mw)來計(jì)算，以發(fā)光波長615nm的發(fā)光效率定為“1”時的比率來表示。

另外，于圖4顯示發(fā)光波長與發(fā)光效率之間的關(guān)系。

【表1】

(比較例)

以與實(shí)施例相同的方式來制作半導(dǎo)體發(fā)光組件。但阱層16的al成分以及膜厚依照表2進(jìn)行變更，而使發(fā)光波長于585～605nm的范圍內(nèi)變化。

對上述所制造出的半導(dǎo)體發(fā)光組件以與實(shí)施例相同的方式測定發(fā)光效率。

于表2表示各發(fā)光波長中量子阱活性層構(gòu)造與發(fā)光效率。再者，表2中所表示的是發(fā)光波長在615nm之時的參考發(fā)光效率。

另外，于圖4顯示發(fā)光波長與發(fā)光效率之間的關(guān)系。

【表2】

由圖4得知，在發(fā)光波長于585nm以上及605nm以下的范圍中，與比較例相比，在實(shí)施例中的發(fā)光效率較高。

此外，本發(fā)明并未被限定于上述實(shí)施例，上述實(shí)施例為例示，凡具有與本發(fā)明的申請專利范圍所記載的技術(shù)思想實(shí)質(zhì)上相同的構(gòu)成，能得到同樣的作用效果的，皆被包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。