专利名称：透光窗户层发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管，特别是指一种透光窗户层超晶格发光二极管。
发光二极管已是被广泛使用的半导体元件。习知的磷化铝铟镓发光二极管，于一n(p)型砷化镓基板上包括有一n(p)型磷化铝铟镓限制层，一磷化铝铟镓活化层及一p(n)型磷化铝铟镓限制层。
发光二极管之p(n)型限制层的电阻太高，无法使正电极所流出电流均匀散流至发光二极管晶粒边缘。且，于p-n介面的活化层无法均匀产生光，而使大多数电极所流出电流直接流至背面负电极，导致大多数电流产生的光被不透明正电极所反射并进而为晶粒或基板所吸收。
如表一所示，HP与Toshiba以成长甚厚半导体(GAP，ALGaAs) 为透光窗户层以提高发光二极管亮度。然，其制作过程费时且成本较高，而一般其他技术亦有二次成长或处理等制作过程的烦琐以及提高生产成本的缺失。
表一
为避免光被不透明基板所吸收，习用的发光二极管以布拉格反射层(Braggreflector或DBR)来改善。但仍存在正电极所流出电流无法均匀散流至发光二极管晶粒边缘的问题，并且仍无法使光均匀产生于p-n介面的活化层，此亦为习知技术所欲解决的课题。
本发明的目的是提供一种透光窗户层发光二极管，使正电极所流出电流均匀散流至发光二极管晶粒边缘，使光均匀产生于p-n介面的活化层。
本发明的另一目的是提供一种透光窗户层发光二极管，其以超晶格增加电流分散，使发光区域增加，制程简化、成本低。
本发明之一透光窗户层发光二极管，包括一砷化稼基板，该砷化稼基板背面形成有一部一电极；一布拉格反射层，该布拉格反射层形成于该砷化稼基板上；一第一导电性磷化铝铟稼限制层，该一导电性磷化铝铟稼限制层形成于该布拉格反射层上；一导电性磷化铝铟稼活化层，该导电性磷化铝铟稼活化层形成于该第一导电性磷化铝铟稼限制层上；一第二导电性磷化铝镓铟限制层，该第二导电性磷化铝铟镓限制层形成于该导电性磷化铝铟镓活化层上；一导电性磷化铝铟镓超晶格，该导电性磷化铝铟镓超晶格形成在该第二导电性磷化铝铟镓限制层上，该导电性磷化铝铟镓超晶格次导带与次价带上的能量差比该导电性磷化铝铟镓活化层能量大；一导电性欧姆接触层，该导电性欧姆接触层形成于该导电性磷化铝铟镓超晶格上；及一金属电极，该金属电极形成于该导电性欧姆接触层上。
本发明的另一透光窗户层发光二极管，包括一砷化镓基板，该砷化镓基板背面形成有一第一电极；一布拉格反射层，该布拉格反射层形成于该砷化镓基板上；一第一导电性磷化铝铟镓限制层，该第一导电性磷化铝铟镓限制层形成于该布拉格反射层上；一导电性磷化铝铟镓活化层，该导电性磷化铝铟镓活化层形成于该第一导电性磷化铝铟镓限制层上；一第二导电性磷化铝铟镓限制层，该第二导电性磷化铝铟镓限制层形成于该导电性磷化铝铟镓活化层上；一第一导电性磷化铝铟镓超晶格，该第一导电性磷化铝铟镓超晶格形成在该第二导电性磷化铝铟镓限制层上，该第一导电性磷化铝铟镓超晶格次导带与次价带上的能量差比该导电性磷化铝铟镓活化层能量大；一磷化铝铟镓层，该磷化铝铟镓层形成于该第一导电性磷化铝铟镓超晶格上；一第二导电性磷化铝铟镓超晶格，该第二导电性磷化铝铟镓超晶格形成在该磷化铝铟镓层上，该第二导电性磷化铝铟镓超晶格次导带与次价带上的能量差比该导电性磷化铝铟镓活化层能量大；一导电性欧姆接触层，该导电性欧姆接触层形成于该第二导电性磷化铝铟镓超晶格上；及一金属电极，该金属电极形成于该导电性欧姆接触层上。
本发明的透光窗户层发光二极管，其于第二导电性限制层上成长磷化铝铟镓超晶格作为透光窗户层，以藉超晶格形成次导带与次价带的能量大于活化层产生光的能隙，因此超晶格形成透光窗户层不吸收于活化层产生的光。且，藉成长超晶格形成次导带与次价带有很高电子云密度且平行于活化层，利用电子云密度与电子波函数偶合增加电流分散，使发光区域增加，并大幅提高发光二极管亮度。
下面结合附图及具体实施例对本发明加以详细进一步说明。
图1为本发明一实施例的透光窗户层发光二极管的剖面示意图；图2为本发明另一实施例的透光窗户层发光二极管的剖面示意图；图3为本发明的透光窗户层发光二极管的能带图。
实施例一请参阅图1，本发明的实施例一的透光窗户层发光二极管的剖面示意图。以下详述本实施例的高亮度磷化铝铟镓发光二极管结构。
本实施例的透光窗户层发光二极管结构，系于一第一导电性砷化镓基板10上，成长一砷化铝/砷化镓组成的布拉格反射层11。于砷化铝/砷化镓组成的布拉格反射层11上，成长一第一导电性磷化铝铟镓限制层12。于第一导电性磷化铝铟镓限制层12上，成长一磷化铝铟镓活化层13。于磷化铝铟镓活化层13上，成长一第二导电性磷化铝铟镓限制层14。
于第二导电性磷化铝铟镓限制层14上，成长一磷化铟镓/磷化铝铟镓超晶格15。于磷化铟镓/磷化铝铟镓超晶格15上，成长一第二导电性欧姆接触层16。最后，于第二导电性欧姆接触层16上，形成欧姆接触电极17与在第一导电性砷化镓基板10形成背面电极18。
砷化镓基板10带第一导电性，浓度可大于1E18/cm3。砷化铝/砷化镓组成的布拉格反射层11的周期数在10-20间。磷化铟镓/磷化铝铟镓超晶格(砷化镓铝/磷化铝铟镓超晶格)15，以6450发光二极管亮度为例，磷化铝铟镓超晶格能障与能井之厚度分别为30与30，周期数可以在10-50之间。欧姆接触层16带第二导电性，可为浓度大于1E18/cm3的砷化镓或磷化镓等。
实施例二请参阅图2，本发明的实施例二的透光窗户层发光二极管的剖面示意图。以下详述本实施例的高亮度磷化铝铟镓发光二极管结构。
本实施例的透光窗户层发光二极管结构，系于一第一导电性砷化镓基板10上，成长一砷化铝/砷化镓组成的布拉格反射层11。于砷化铝/砷化镓组成的布拉格反射层11上，成长一第一导电性磷化铝铟镓限制层12。于第一导电性磷化铝铟镓限制层12上，成长一磷化铝铟镓活化层13。于磷化铝铟镓活化层13上，成长一第二导电性磷化铝铟镓限制层14。
于第二导电性磷化铝铟镓限制层14上，成长一磷化铟镓/磷化铝铟镓超晶格15。于磷化铟镓/磷化铝铟镓超晶格15上，成长一磷化铝铟镓层19。于磷化铝铟镓层19上，成长一磷化铟镓/磷化铝铟镓超晶格(砷化镓铝/磷化铝铟镓超晶格)20。于磷化铟镓/磷化铝铟镓超晶格(砷化镓铝/磷化铝铟镓超晶格)20上，成长一第二导电性欧姆接触层16。最后，于第二导电性欧姆接触层16上，形成欧姆接触电极17与在第一导电性砷化镓基板10形成背面电极18。
砷化镓基板10带第一导电性，浓度可大于1E18/cm3。砷化铝/砷化镓组成的布拉格反射层11的周期数可以为10-20之间。磷化铟镓/磷化铝铟镓超晶格(砷化镓铝/磷化铝铟镓超晶格)15，以6450发光二极管亮度为例，磷化铝铟镓超晶格能障与能井的厚度分别为30与30，周期数可以在10-50之间。欧姆接触层16带第二导电性，可为浓度大于1E18/cm3之砷化镓或磷化镓等。
GaInP/AlGaInp(AlGaAs/AlGaInP)超晶格作为透光窗户层，可依需要成长一至数组超晶格来增加电流分散，并具有不吸收光的特性。对于不同波长发光二极管(黄，橙光)，只要设计超晶格形成次导带与次价带的能量大于活化层产生光的能量，超晶格即可形成透光窗户层。并藉电子波函数偶合以增加电流分散，提高发光二极管亮度。
请参阅图3，如图所示，磷化铟镓/磷化铝铟镓超晶格(砷化镓铝/磷化铝铟镓超晶格)能障(barrier)与能井(well)的厚度分别为30与30。此时超晶格形成次导带与次价带的能隙(C1-HH1)大于活化层产生光之能隙，因此超晶格形成透光窗户层不吸收活化层产生的光。
以6450发光二极管为例，活化层产生的光为1.922eV，超晶格形成次导带与次价带的能隙为2.0296eV(C1-HH1)大于活化层产生光的能隙1.922eV，因此超晶格形成透光窗户层；另外，超晶格形成次导带与次价带有很高电子云密度，且平行于活化层，利用电子云密度与电子波函数偶合，增加电流分散增加发光区域。
电子波函数偶合与次导带与次价带的能量(C1-HH1)为重要设计参数。对于不同波长发光二极管，只要设计超晶格形成次导带与次价带的能量大于活化层产生光的能量，超晶格即可形成透光窗户层，并藉电子云波函数偶合，增加电流分散，增加发光区域，大幅提高发光二极管亮度。
超晶格形成次导带与次价带的能量与电子波函数偶合增加电流分散的重要设计参数如下；(1)超晶格的能障(barrier)与能井(well)的能量差(磷化铝铟镓之组成)与厚度决定次导带与次价带的能量是否大于活化层产生光的能量，超晶格是否形成透光窗户层而不吸收于活化层产生的光。
(2)超晶格障(barrier)与能井(well)的厚度决定次导带与次价带是否有很高电子波函数偶合以增加电流分散。
本发明的透光窗户层发光二极管，其于第二导电性限制层上成长磷化铝铟镓超晶格作为透光窗户层，以藉超晶格形成次导带与次价带的能量大于活化层产生光的能隙，因此超晶格形成透光窗户层不吸收于活化层产生的光。
且，藉成长超晶格形成次导带与次价带有很高电子云密度且平行于活化层，利用电子云密度与电子波函数偶合增加电流分散，使发光区域增加，并大幅提高发光二极管亮度。
综上所述，本发明实为改善习用的发光二极管正电极所流出电流无法均匀散流至晶粒边缘，且于p-n介面的活化层无法使光均匀产生等问题的不可多得的发明产品，极具产业上的利用价值。
权利要求
1.一种透光窗户层发光二极管，其特征在于所述的透光窗户层发光二极管包括一导电性半导体基板，该导电性半导体基板背面形成有一第一电极；一第一导电性磷化铝铟镓限制层，该第一导电性磷化铝铟镓限制层形成于该导电性半导体基板上；一导电性磷化铝铟镓活化层，该导电性磷化铝铟镓活化层形成于该第一导电性磷化铝铟镓限制层上；一第二导电性磷化铝铟镓限制层，该第二导电性磷化铝铟镓限制层形成于该导电性磷化铝铟镓活化层上；一导电性磷化铝铟镓超晶格，该导电性磷化铝铟镓超晶格形成在该第二导电性磷化铝铟镓限制层上，该导电性磷化铝铟镓超晶格次导带与次价带上的能量差比该导电性磷化铝铟镓活化层能量大；一导电性欧姆接触层，该导电性欧姆接触层形成于该导电性磷化铝铟镓超晶格上；及一第二电极，该第二电极形成于该导电性欧姆接触层上。
2.根据权利要求1所述的透光窗户层发光二极管，其特征在于所述的导电性半导体基板是一砷化镓基板。
3.根据权利要求1所述的透光窗户层发光二极管，其特征在于所述的导电性半导体基板与第一导电性磷化铝铟镓限制层间还包括一布拉格反射层。
4.根据权利要求1所述的透光窗户层发光二极管，其特征在于所述的第二电极是一金属电极。
5.一种透光窗户层发光二极管，其特征在于所述的透光窗户层发光二极管包括一导电性半导体基板，该导电性半导体基板背面形成有一第一电极；一第一导电性磷化铝铟镓限制层，该第一导电性磷化铝铟镓限制层形成于该导电性半导体基板上；一导电性磷化铝铟镓活化层，该导电性磷化铝铟镓活化层形成于该第一导电性磷化铝铟镓限制层上；一第二导电性磷化铝铟镓限制层，该第二导电性磷化铝铟镓限制层形成于该导电性磷化铝铟镓活化层上；一第一导电性磷化铝铟镓超晶格，该第一导电性磷化铝铟镓超晶格形成在该第二导电性磷化铝铟镓限制层上，该第一导电性磷化铝铟镓超晶格次导带与次价带上的能量差比该导电性磷化铝铟镓活化层能量大；一磷化铝铟镓层，该磷化铝铟镓层形成于该第一导电性磷化铝铟镓超晶格上；一第二导电性磷化铝铟镓超晶格，该第二导电性磷化铝铟镓超晶格形成在该磷化铝铟镓层上，该第二导电性磷化铝铟镓超晶格次导带与次价带上的能量差比该导电性磷化铝铟镓活化层能量大；一导电性欧姆接触层，该导电性欧姆接触层形成于该第二导电性磷化铝铟镓超晶格上；及一第二电极，该第二电极形成于该导电性欧姆接触层上。
6.根据权利要求5所述的透光窗户层发光二极管，其特征在于所述的导电性半导体基板是一砷化镓基板。
7.根据权利要求5所述的透光窗户层发光二极管，其特征在于所述的导电性半导体基板与第一导电性磷化铝铟镓限制层间还包括一布拉格反射层。
8.根据权利要求5所述的透光窗户层发光二极管，其特征在于所述的第二电极是一金属电极。
全文摘要
本发明公开了一种透光窗户层发光二极管,其于P型限制层上成长磷化铝铟镓超晶格作为透光窗户层,以磷化铝铟镓超晶格增加电流分散,增加发光区域。且,透光窗户层大幅度提高发光二极管亮度,免去现有技术繁琐的二次成长等制作过程,降低生产成本。
文档编号H01L33/00GK1229281SQ9810091
公开日1999年9月22日 申请日期1998年3月13日 优先权日1998年3月13日
发明者陈锡铭, 欧思村 申请人:台湾光宝电子股份有限公司