專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有高發(fā)光輸出的發(fā)光二極管及其制造方法。
通常，為了增加發(fā)光二極管的光輸出，采用一種增強(qiáng)其內(nèi)部量子效應(yīng)的方法，即提高將電能轉(zhuǎn)換為光能的效率;或者采用一種增強(qiáng)光輸出效率的方法，即從發(fā)光二極管中取出更多發(fā)光量的方法。
作為增強(qiáng)內(nèi)部量子效應(yīng)的措施，現(xiàn)有技術(shù)中采用了單雜結(jié)構(gòu)和雙雜結(jié)構(gòu)(singleheterostruetureanddoublehetorostrueture)，采用這樣的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部量子效應(yīng)得以大大增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)了高輸出的要求。
另一方面，盡管光輸出效率是決定發(fā)光二極管發(fā)射量的一個主要因素，然而要獲得高效率的光輸出卻是很困難的，因?yàn)榘l(fā)光二極管片芯的光輸出表面的折射率與外界(空氣)的折射率之間差別造成在片芯表面上存在光的反射。
因此，有人提出從發(fā)光二極管的前表面取出后表面上反射的進(jìn)入后表面的光。利用在一個GaAs基片上生長出一層AlGaAs厚膜，使AlGaAs層生長為該厚膜上的發(fā)光部分，并除掉GaAs基片，以這種方法就可制得這類發(fā)光二極管。
為了使光在后表面上有效地反射，須防止光被吸收到一外延層或基片中。這種想法對于GaP、InP及其混合晶體型的發(fā)光二極管是眾所周知的。在GaAs基片中，須要使用含相當(dāng)高比例的AlAs混合晶體的AlGaAs基片，因?yàn)楣鈺晃盏紾aAs基片中。因此，如以上所描述的，生長出AlGaAs厚膜層，因以代替單元素的基底，并將原來所用的基片除掉。
正如以上所述，為了制出具有這樣結(jié)構(gòu)的AlGaAs外延晶片該結(jié)構(gòu)使光能在發(fā)光二極管片芯的后表面反射，須要有一個AlGaAs基片。利用在GaAs基片上生長出一層AlGaAs厚膜，使AlGaAs層生長為該厚膜上的發(fā)光部分，并除掉GaAs基片，就能得到這種晶片。AlGaAs厚膜通常須有150微米左右的厚度，以保持用于發(fā)光二極管片芯的晶片的形狀。
然而，當(dāng)利用逐步冷卻的方法使含有高比例混合晶體的AlGaAs層外延生長時，由于溶入的Al的量很大(盡管在GaAs和Al加入溶劑Ga中時GaAs吸收的Al很少)，很難生長出含高比例AlAs混合晶體的厚的AlGaAs外延層。由于這一困難，就要采取以下方法增加生長的起始溫度至1000℃左右(盡管常取約900℃)，加厚貯液箱的厚度以降低冷卻速度，等等。但是，用這類方法，增加了原材料量，生長時期長，從而提高了制造成本。此外，在表面內(nèi)的膜厚度彌散到50至100微米的程度，很難改善這一膜層厚度中的均勻度及其各性能參數(shù)，由于膜厚中的彌散，造成晶片脆弱或內(nèi)部畸變。
還有一種在逐步冷卻方法基礎(chǔ)上再加上溫差的方法，但是用這種方法只能生長出數(shù)量很少的外延晶片，只有一兩個而已。因此，要大量生產(chǎn)外延晶片，就需要大量的生長設(shè)備，其產(chǎn)出率因彌散性的緣故而很低，制造成本很高。由于上述原因，人們希望有一種既能提高效率又不帶AlGaAs厚膜的使光反射的發(fā)光二極管。
針對上述問題，本發(fā)明的第一發(fā)明目的是提供一種發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管具有高的光輸出且制造簡單，同時提供了一種制造該發(fā)光二極管的方法。
本發(fā)明的第二目的是提供一種發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管的產(chǎn)出率得以提高，并能在維持高發(fā)光輸出的情況下提高其穩(wěn)定性。
本發(fā)明的第一特征在于，提供了一種發(fā)光二極管，其中形成有多個構(gòu)成在一基片上的發(fā)光部分的外延層，該發(fā)光二極管包括基片表面上的凸臺面部分，該部分與基片中的外延層局部連接;以及一空腔層，該層形成在基片與除凸臺面部分之外的外延層之間。
本發(fā)明的第二特征在于，提供了一種發(fā)光二極管，其中形成有多個構(gòu)成在一基片上的發(fā)光部分的外延層，該發(fā)光二極管包括外延層后表面上的凸面部分，該部分與外延層局部連接;以及一空腔層，該層形成在基片與除凸面部分之外的外延層之間。
本發(fā)明的第三特征在于，提供了一種發(fā)光二極管，其中形成有多個構(gòu)成在基片上的發(fā)光部分的外延層，該發(fā)光二極管包括基片表面上的凸臺面部分;外延層后表面上的凸面部分，其中外延層通過所述臺面部分及凸面部分與基片局部連接;以及一空腔層，該層形成在基片與除臺面部分及凸面部分之外的外延層之間。
本發(fā)明的第四特征在于，在本發(fā)明的上述第一至第三特征中所提出的任一種發(fā)光二極管中，所述基片為GaAs基片，而各外延層為GaAlAs外延層，以提供較高的亮度。
本發(fā)明的第五特征在于，在本發(fā)明的上述第一至第四特征中所提出的任一種發(fā)光二極管中，向所述空腔層里加入了樹脂，以改善其可靠性。
本發(fā)明的第六特征在于，提供了一種制造發(fā)光二極管的方法，該方法包括在一基片表面上形成一凸臺面部分;在基片表面上生長出一層輔助層(sacrificiallayer)，其厚度不超過上述凸臺面部分的高度;生長出多個外延層，這些外延層形成了基片上的發(fā)光部分;然后溶解并去除上述輔助層，以便在基片表面與除臺面部分之外的外延層之間形成一空腔層。
本發(fā)明的第七特征在于，提供了一種制造發(fā)光二極管的方法，該方法包括在一基片表面上形成一凸臺面部分;在基片表面上生長出一層輔助層，其厚度為不超過上述凸臺面部分高度的程度;回溶掉其上生長有輔助層的基片表面并除去除輔助層之外的凸臺面部分，以形成在輔助層上的一凹的臺面痕跡部分;在輔助層上生長出多個外延層，這些外延層形成光發(fā)射部分，其厚度不超過凹的臺面痕跡部分的深度，以便在凹的臺面痕跡部分處形成一凸面部分;然后溶解并去除上述輔助層，以便在在基片表面與除了在凹的臺面痕跡部分處形成的凸面部分之外的外延層之間形成一空腔層。
這里，所謂“厚度為不超過凸臺面部分高度的程度”意味著它可以稍微超過臺面部分的高度，與所謂“厚度不超過凸臺面部分的高度”是不同的。
本發(fā)明的第八特征在于，提供了一種按照本發(fā)明第六或第七特征制造發(fā)光二極管的方法，其中基片為GaAs基片，外延層為GaAlAs層，輔助層為含有比GaAlAs外延層所含有的AlAs混合晶體更高比例的GaAlAs層，并使用含有HF和H2O2的稀溶液作為溶解含有更高比例的AlAs混合晶體的GaAlAs輔助層的溶液。
同時，本發(fā)明可用于任何具有這樣結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管其中由于基片的帶隙能量低于形成為發(fā)光部分的外延層的帶隙能量，進(jìn)入后表面的光會被吸收掉。
按照本發(fā)明的第一特征，其中空腔層是在基片與外延層之間形成的，通過外延層進(jìn)入后表面的光，大部分在該空腔層中被反射，并從該表面上離開。因此，由于不必像現(xiàn)有技術(shù)中那樣須形成不吸收光的厚外延層來代替基片及去掉原來所用的基片，因而能提高光輸出效率。另外，形成發(fā)光部分的外延層是通過基片表面上形成的凸臺面部分與基片局部連接的。再有，與沒有空腔層的發(fā)光二極管相比，由于有空腔層對通電電流有所限制，因而能獲得更高的光輸出。
按照本發(fā)明的第二特征，形成發(fā)光部分的外延層是借助在該外延層后表面上形成的凸臺面部分而與基片局部連接的，因而該發(fā)光二極管的形狀能像本發(fā)明第一特征所述發(fā)光二極管那樣被保持。
按照本發(fā)明的第三特征，形成發(fā)光部分的外延層是借助在基片表面上形成的凸臺面部分和在外延層后表面上形成的凸面部分而與基片局部連接的，因而該發(fā)光二極管的形狀能像本發(fā)明第一特征或第二特征所述發(fā)光二極管那樣被保持。
按照本發(fā)明的依據(jù)本發(fā)明的第一至第三特征中任何一個的第四特征，其中基片為GaAs基片，而外延層為GaAlAs層，從而獲得較高亮度。
按照本發(fā)明的依據(jù)本發(fā)明的第一至第四特征中任何一個的第五特征，其中在所述空腔層中加入樹脂，從而可增大其可靠性。
按照本發(fā)明的第六特征，其中厚度不超過臺面部分高度的輔助層在基片的表面上生長，而外延層直接生長在臺面部分上，并且在臺面部分與外延層之間沒有輔助層。因此，當(dāng)輔助層被溶解而去除后，外延層不會從基片上脫落，而能通過臺面部分與基片牢固連接在一起。另外，空腔層很容易形成，因?yàn)榭涨粚邮切纬稍谕庋訉优c基片表面之間的，只要溶解并除掉輔助層，即可形成該空腔層。
按照本發(fā)明的第七特征，外延層的凸面部分是與基片的凹面部分連接的，且在其中形成，這里具有不正常結(jié)構(gòu)的表面層是以回熔方法除去的。因此，由于基片與外延層之間的連接是通過回熔方法得到的，且不受輔助層生長和蝕刻條件的影響，因而其外延層能連接得更牢固。再有，由于只須在其間溶解去掉輔助層而形成空腔層，因此能像本發(fā)明第六特征中所述那樣很容易制出空腔層。
按照本發(fā)明的依據(jù)本發(fā)明的第六或第七特征的第八特征，其中基片為GaAs基片，外延層為GaAlAs層，輔助層為含有比該GaAlAs外延層所含有的AlAs混合晶體更高比例的GaAlAs層，并使用含有HF和H2O2的稀溶液作為溶解含有更高比例的AlAs混合晶體的GaAlAs輔助層的溶液，回熔、溶解而去除輔助層的工作能可靠完成，以及形成空腔層的工作能簡單可靠地實(shí)現(xiàn)。
以下參照


本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1為一剖面圖，示出本發(fā)明第一個最佳實(shí)施例中的發(fā)光二極管;
圖2為一剖面圖，示出在第一最佳實(shí)施例中基片上的包括輔助層在內(nèi)的四個外延層的生長狀態(tài);
圖3為一剖面圖，示出不同于第一最佳實(shí)施例的另一個紅外發(fā)光二極管;
圖4為一剖面圖，示出在上述第二最佳實(shí)施例中基片上的包括輔助層在內(nèi)的四個外延層的生長狀態(tài);
圖5A至5E為一組剖面圖，示出紅外發(fā)光二極管的第二實(shí)施例中各外延層的生長過程;
圖6A至6C為一組剖面圖，示出制造第二實(shí)施例的發(fā)光二極管的方法。
第一最佳實(shí)施例圖1所示的本發(fā)明的紅外發(fā)光二極管1結(jié)構(gòu)是對通常的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。通常的發(fā)光二極管中，因?yàn)榛膸赌芰康陀谛纬蔀榘l(fā)光部分的外延層的帶隙能量，因此進(jìn)入后表面的光被吸收掉。本發(fā)明的這種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，使得進(jìn)入后表面的光能被反射，并從該表面?zhèn)缺蝗〕觥?br> 發(fā)光二極管1具有一種DH(doublehetero，雙雜)結(jié)構(gòu)，其中在P型GaAs基片2上形成有一P型AlGaAs覆蓋層3、一P型AlGaAs活性層4和一N型AlGaAs窗口層5。在P型GaAs基片2的這一側(cè)形成有一P型全電極7，而在N型AlGaAs窗口層5那一側(cè)有一N型圓形電極8。
在P型GaAs基片2的表面上形成有一凸臺面部分9。覆蓋層3與臺面部分9的連接是以將后者的上部插到覆蓋層3中而實(shí)現(xiàn)的。這種連接只是局部連接，因而在P型GaAs基片2與P型AlGaAs覆蓋層3之間得到空腔層10。
工作時，在P型AlGaAs活性層4處產(chǎn)生的光通過N型AlGaAs窗口層5和P型AlGaAs覆蓋層3傳播，進(jìn)入P型AlGaAs覆蓋層3的后表面的光在覆蓋層3與空腔層10間的界面上被反射，從而返回到N型AlGaAs窗口層5。于是，在P型AlGaAs活性層4處產(chǎn)生的光能以高效率從發(fā)光二極管1的片芯表面上取出。
為何能在空腔層10的界面上反射的理由在于，當(dāng)加入了樹脂后，空腔層10的折射率小到1.0或1.5左右，而P型覆蓋層3的折射率為3.5左右，因此光能可靠地交界面上反射。在以樹脂模制片芯時，出現(xiàn)兩種情況，即空腔層為空的，或者是空腔中注入了樹脂，光在兩種狀態(tài)下均能在空腔層與P型覆蓋層的交界面上反射。由于這樣，即使存在GaAs基片2，也能得到具有高反射效應(yīng)的發(fā)光二極管。
另一方面，按照本最佳實(shí)施例的發(fā)光二極管，其電流由于存在空腔層而有所減小，因而內(nèi)部量子效應(yīng)變高，與不帶空腔層的常規(guī)DH結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管相比，其光輸出或發(fā)光量大于兩倍。另外，由于有高電流密度，其響應(yīng)速率快于現(xiàn)有技術(shù)的兩倍。
以下說明制造具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的方法。
首先，制造出P型GaAs基片2。例如，將一塊GaAs基片摻雜入含有1×1019cm-3至3×1019cm-3濃度的載流子的鋅。在GaAs基片表面上，以光刻法和干或濕刻法形成凸臺面部分9。臺面部分9大致為10微米直徑5微米高的柱狀，配置成如同40微米間隔的陣列。
在已形成凸臺面部分9的P型GaAs基片2的表面上，如圖2所示，用液相外延法生長出四個外延層，也就是在覆蓋層3、活性層4和窗口層5上形成一個輔助層12。
輔助層12由含有AlAs混合晶體比為0.9的高混合晶體的AlGaAs材料制成，其厚度設(shè)計(jì)為2微米左右，不超過臺面部分9的高度。在低的過飽和生長溶液與基片2接觸的步驟中，高混合晶體的輔助層12不在臺面部分9的頂部生長。P型AlGaAs覆蓋層3被設(shè)計(jì)成含有0.25比例的AlAs混合晶體，而厚度為30微米左右。P型AlGaAs活性層4被設(shè)計(jì)成含有0.05比例的AlAs混合晶體，而厚度為1微米左右。N型AlGaAs窗口層5被設(shè)計(jì)成含有0.25比例的AlAs混合晶體，而厚度為30微米左右。并且，0.25比例的AlAs混合晶體的折射率為3.5左右。其后，在按上述結(jié)構(gòu)生長的外延晶片的后表面和前表面上分別形成電極7和電極8。開出深度為80微米的槽縫，以便將晶片分成各個片芯。然后，將晶片浸入刻蝕液中，輔助層12就被除去，從而形成空腔層10。更詳細(xì)說，將外延層浸入HF和H2O2的稀溶液中，于是輔助層就被溶解而去除。也就是，只有由高混合比例晶體的AlGaAs構(gòu)成的輔助層12才被這種溶液溶解。
然后，用切割方法將外延晶片分成為發(fā)光二極管的片芯。再將分出的每一個發(fā)光二極管裝到管座上，接上引線，并以樹脂封固，就制成為發(fā)光二極管器件。使用通常具有1.5左右折射率的環(huán)氧樹脂作為封固材料。最好用那些具有較高折射率的樹脂，以增強(qiáng)光輸出效率。
對于上述結(jié)構(gòu)的紅外發(fā)光二極管的特性參數(shù)進(jìn)行評估后，可得出以下結(jié)論。
本發(fā)明這一最佳實(shí)施例的發(fā)光二極管能提供高的光輸出，在通以正偏的50mA直流時，其光輸出達(dá)20±1mW，而對于常規(guī)的DH結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，同樣通以正偏的50mA直流，其光輸出只有8.0±1mW。
再有，已證實(shí)，對于本實(shí)施例的沒有用樹脂封固的裸片芯情況，其光輸出為7.0±0.9mW，而對于常規(guī)發(fā)光二極管的未以樹脂封固的裸片芯情況，其光輸出只有2.5±0.3mW。
特別是，當(dāng)制成為AlGaAs紅外發(fā)光二極管時，它能提供相當(dāng)高的光輸出，在通以正偏的20mA直流時，其光輻射達(dá)2500mcd。
業(yè)已證明，在本發(fā)明最佳實(shí)施例的發(fā)光二極管中，其光輸出的彌散程度大為減少，而當(dāng)制成后表面反射型的常規(guī)發(fā)光二極管時，其彌散程度通常是增加的。
另外，在本實(shí)施例中，不須要生長出高混合晶體比例的AlGaAs厚膜(盡管也須要有如同常規(guī)的后表面反射型發(fā)光二極管用的那種基片)。也就是說，由于仍然用GaAs基片作為基片，因此在基片上生長的AlGaAs層的厚度無須大于該層的固有厚度，于是溫度條件的影響減小了，外延層更易生長，性能參數(shù)的一致性得以提高。同時，由于高混合晶體的AlGaAs層生長為薄的輔助層，并在隨后被除去，因此它對性能參數(shù)沒有影響。
此外，由于只須要引用常規(guī)DH結(jié)構(gòu)中的外延晶片的生長系統(tǒng)來生長出四個外延層，因此不必去掉GaAs基片，于是可用常規(guī)的大批量生產(chǎn)工藝作為其制造工藝。
因此，有可能以低成本、高光輸出和有極一致的性能容易地生長出外延晶片。
同時，在以樹脂對發(fā)光二極管1進(jìn)行封固時，空腔層10可能維持不變，也可能被用于封固的樹脂灌滿。即使樹脂進(jìn)入其中，只要該樹脂的折射率小于P型AlGaAs覆蓋層3的折射率，光就可以在覆蓋層3與樹脂間的界面上反射。
盡管上述實(shí)施例是針對具有雙雜結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管進(jìn)行說明的，然而本發(fā)明也可用于具有單雜結(jié)構(gòu)，其基片和導(dǎo)電類型可以與上述最佳實(shí)施例完全相反。
如上所述，在制作本發(fā)明第一最佳實(shí)施例的發(fā)光二極管時，由高混合晶體的AlGaAs層構(gòu)成的輔助層12是在基片上生長出的，且不超過臺面部分9的高度，如圖2所示。但是如果生長條件變化到某種程度，薄膜AlGaAs輔助層也可以在臺面部分上生長。在這種情況下，就可獲得如圖3所示的那種結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。
如圖3所示的剖面結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其覆蓋層3的平的底表面恰好處在臺面9上，而沒有插入其中。
評價(jià)按這種結(jié)構(gòu)方式構(gòu)成的DH結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管時知道，在通以正偏的50毫安直流時，其發(fā)射光的輸出為18±1mW。另一方面，未以樹脂封固的裸片芯的光輸出，在本最佳實(shí)施例中是6±0.8mW?？梢钥吹剑@個數(shù)值高于常規(guī)發(fā)光二極管的光輸出數(shù)值，盡管該數(shù)值低于如圖1所示結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的光輸出值。
另一方面，在上述的連接結(jié)構(gòu)中，其基片與外延層是通過臺面部分而局部連在一起的，如果AlGaAs輔助層生長在臺面部分上，則形成為發(fā)光部分的外延層3、4和5在輔助層被腐蝕掉時，不大可能從基片2上脫落。
在以樹脂封固發(fā)光二極管的制作過程中，即使精心地進(jìn)行腐蝕，由于施加在基片與外延層界面上的應(yīng)力作用，或者由于長時間操作、溫度變化等等，仍有可能出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。下述第二最佳實(shí)施例即可解決這一問題。
第二最佳實(shí)施例如圖4所示，該最佳實(shí)施例的發(fā)光二極管對連接結(jié)構(gòu)作了改進(jìn)，其中基片與外延層是通過外延層的一個凸面部分而局部相連的。圖中，與第一最佳實(shí)施例相同的部分以相同的標(biāo)號表示。
發(fā)光二極管11與第一最佳實(shí)施例的發(fā)光二極管的不同之處在于，在P型AlGaAs覆蓋層3的后表面上形成有凸面部分14，并且覆蓋層3是通過該凸面部分14直接與P型GaAs基片2相連的。凸面部分14有一直徑放大了的部分(后文將對其再作說明)，該直徑放大了的部分與基片2相連，因此與第一最佳實(shí)施例相比其連接面較大，連接強(qiáng)度較高。
以下按照圖5和圖6說明制造具有這種結(jié)構(gòu)的紅外發(fā)光二極管的方法。
首先，制備出如圖5A所示的P型GaAs基片2。例如，將一塊GaAs基片摻雜入含有1×1019cm-3至3×1019cm-3濃度的載流子的鋅。在GaAs基片2的表面上，以光刻法和蝕刻法形成凸臺面部分9。臺面部分9為10微米直徑3微米高的柱狀，配置成如同40微米間隔的陣列，如圖5B所示。
在已形成凸臺面部分9的P型GaAs基片2上，如圖5C所示，生長出用作輔助層的外延層12。
在GaAs基片2上形成的輔助層12的AlGaAs層，其AlAs混合晶體比例為0.90，厚度為2微米左右。由于用液相外延法，該輔助層12僅在臺面9的間隙中生長。液相外延生長法，是現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的。但是，由于生長的擴(kuò)散，可能生長為類似臺面9上的薄膜。
其后，生長出P型AlGaAs覆蓋層3。這時，通過減少加入到供覆蓋層用的生長溶液中的GaAs量，使生長溶液變成不飽和的。雖然在第一最佳實(shí)施例中，對于高混合晶體的AlGaAs輔助層12采用了低的過飽和濃度的生長溶液，但這里采用的是不飽和生長溶液。通過使不飽和生長溶液與基片2接觸，基片2的表面就被回熔，以便除去凸臺面部分9。用這種去除方法，作為臺面部分痕跡的凹面回熔部分13就在輔助層12中形成，如圖5D所示。
上述生長溶液是由Ga金屬、Al金屬、GaAs多晶和Zn摻雜物組成的。如果GaAs的加入量太多，就不能得到回熔效果。如果其太少，回熔量就會太多。由于這一緣故，GaAs的加入量要加以控制，使回熔量從臺面部分9頂部算起能達(dá)到4微米深，作為一設(shè)定位置，而其分散范圍在0.1至10微米左右。該不飽和溶液能強(qiáng)烈溶解GaAs基片2的表面，而基本上不腐蝕輔助層12。因此，回熔部分被深深地挖空，從而使凹面部分13有了一個直徑擴(kuò)大了的部分13a，如圖5D右邊畫出的放大示意圖所示。
這是由回熔速率造成的，而回熔速率與被溶解材料中的AlAs混合晶體比例有很大依從關(guān)系。有趣的是，向輔助層12的整個下面溶解，也能形成這樣的結(jié)構(gòu)，使得輔助層12因其具有陣列的形式而在外層生長出之后埋入到覆蓋層3中。
同時，通過上述回熔方法，可生長出類似臺面部分上的薄膜的輔助層12能被全部除去。因此，輔助層12的厚度可以超過臺面部分9的高度。
回熔過后，繼續(xù)進(jìn)行覆蓋層3的生長過程，接著生長出P型AlGaAs活性層4和N型AlGaAs窗口層5，如圖5E所示。
由于回熔過程之后覆蓋層3的生長，一個對應(yīng)于凹面回熔部分13的凸面部分14就在覆蓋層3的后表面上形成，如圖5E右邊畫出的放大示意圖所示。通過凸面部分14，覆蓋層3就與基片2直接局部連接起來。
P型AlGaAs覆蓋層3的AlAs混合晶體比例為0.25左右，其厚度為30微米左右。P型活性層4的AlAs混合晶體比例為0.05左右，其厚度為1微米左右。N型AlGaAs窗口層5的AlAs混合晶體比例為0.30左右，其厚度為30微米左右。
其后，如圖6A所示，在外延晶片的頂表面和后表面上分別制出N-圓形電極8和P-全表面電極7。
形成電極之后，開出一些槽縫，以便分割出各個片芯。將這些槽縫配置成類似一個有300微米間隔、40微米寬和80微米深的陣列。將外延晶片浸入HF和H2O2的稀溶液中，使輔助層12溶解并除去。通過溶解除去輔助層，如圖6B所示，在基片2與覆蓋層3之間除了覆蓋層3的后表面上的凸面部分之外，形成了空腔層10。于是，就制得面積為300μm×300μm的各個片芯。
在此腐蝕步驟中，只有高混合晶體的AlGaAs輔助層12能被腐蝕掉，其他的AlGaAs層3、4和5很難被腐蝕。
在這樣制成的外延晶片中，如圖6C所示，光在覆蓋層3與空腔層10的界面上反射，使大部分發(fā)出的光都進(jìn)入N型窗口層5中。
在本發(fā)明的第二最佳實(shí)施例中，即使生長條件變化到某種程度，從而在臺面部分上生長有AlGaAs輔助層的薄膜，也不會發(fā)生問題，因?yàn)榕_面本身也要回熔掉。另外，由于覆蓋層后面的凸面部分與已被回熔過程清理了的基片表面牢固連接，因此這種連接可稱之為剛性的。因此，當(dāng)制作片芯時腐蝕輔助層過程中，形成發(fā)光部分的DH外延層不會從基片上脫落，即使在基片與外延層交界面上加力，也不會造成脫落。再有，在用樹脂將發(fā)光二極管產(chǎn)品封固后，該器件對于長時間工作、溫度變化等，都具有穩(wěn)定性。
進(jìn)而，可用切割方法將外延晶片分開而得到紅外發(fā)光二極管的片芯。將每個分割出來的發(fā)光二極管都裝到管座上，連上引線，再以樹脂封固，就制出了發(fā)光二極管器件。
對這種發(fā)光二極管的特性參數(shù)作出評估后知道，其光輸出高于第一實(shí)施例的光輸出，在通以正偏的50mA直流時，光輸出達(dá)22.0±2.0mW，而對于未用樹脂封固的裸片芯，光輸出為10.0±1mW。還發(fā)現(xiàn)，在本最佳實(shí)施例的光輸出中，其彌散程度大為減少，而當(dāng)制成后表面反射型的常規(guī)發(fā)光二極管時，其彌散程度通常是增加的。
盡管對于第一實(shí)施例來說，在制作片芯腐蝕輔助層的過程中，DH結(jié)構(gòu)的外延層脫落的可能性只有30%左右，但是對于本最佳實(shí)施例(本實(shí)施例中DH結(jié)構(gòu)的外延層是在回熔之后生長出的)來說，其脫落的可能性低于1%。
另外，雖然發(fā)現(xiàn)第一最佳實(shí)施例中只有20%左右的制成的片芯，其流過的電流限于10mA左右，但在本最佳實(shí)施例中，這種片芯的比例卻明顯低于1%。
按照本最佳實(shí)施例，用樹脂封固的該器件的壽命已有明顯提高。對100塊片芯所做的實(shí)驗(yàn)表明從室溫到-40℃范圍，以100mA電流通電1000次循環(huán)，沒有一塊片芯不能再通電。
還有，當(dāng)把用于紅外發(fā)光二極管的本實(shí)施例的技術(shù)用到發(fā)紅光的AlGaAs發(fā)光二極管上時，發(fā)現(xiàn)也能得到高的光輸出，在通以20mA的正偏直流時，其頂部表面發(fā)出的光有2500mcd(光輸出為6mW)。
同時，雖然在第二最佳實(shí)施例中凸臺面部分的全部均被回熔掉，但是也可以只去除掉該臺面的頂部，以形成如第一最佳實(shí)施例中那樣結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。對于這種結(jié)構(gòu)，其可以在臺面部分的頂部上生長的輔助層能被有效地去除，因而其連接可靠性比第一最佳實(shí)施例有進(jìn)一步改善。
此外，也可以將第一和第二最佳實(shí)施例兩者結(jié)合起來，即分別在基片表面上形成凸臺面部分和在外延層的后表面上形成凸面部分，其中由臺面部分和凸面部分將外延層與基片局部連接起來，從而在基片與除臺面部分及凸面部分之外的外延層之間形成一空腔層。在此最佳實(shí)施例中，使用到HF和H2O2的溶液。但是，以1∶10的比例配合的HF與H2O的稀水溶液也可用來去除輔助層。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1.按照要求1限定的本發(fā)明，通過基片表面上的臺面部分將基片與外延層之間局部連接起來，并在外延層與基片之間形成空腔層，以便在該空腔層上使光得以反射，結(jié)果光輸出能大大加強(qiáng)。
2.按照要求2限定的本發(fā)明，通過外延層后表面上的凸面部分將基片與外延層之間局部連接起來，并形成空腔層，以便在外延層與基片之間的該空腔層上使光得以反射，于是光輸出能大大加強(qiáng)。
3.按照要求3限定的本發(fā)明，通過基片表面上的臺面部分和凸面部分將基片與外延層之間局部連接起來，并形成空腔層，以便在外延層基片之間的該空腔層上使光得以反射，于是光輸出能大大加強(qiáng)。
4.按照要求4限定的本發(fā)明，采用了具有高亮度的GaAs/GaAlAs混合物的半導(dǎo)體作為發(fā)光二極管的材料，因此光輸出能大大加強(qiáng)。此外，因?yàn)椴豁氁L出含有高AlAs混合晶體比的厚膜AlGaAs層，特性參數(shù)的一致性有了提高。
5.按照要求5限定的本發(fā)明，在空腔層中注入了樹脂，于是能明顯提高其可靠性。
6.按照要求6限定的本發(fā)明，在基片表面上生長出厚度不超過臺面部分高度的輔助層，于是通過臺面部分能將外延層與基片牢固地連接在一起。此外，簡單地用溶解除去輔助層的方法，能夠容易地形成空腔層。
7.按照要求7限定的本發(fā)明，形成了外延層上的凸面部分，并利用該凸面部分得以與基片連接，因此能更牢固地連接住外延層。此外，簡單地用溶解除去輔助層的方法，能夠容易地形成空腔層。
8.按照要求8限定的本發(fā)明，采用了具有高亮度的GaAs/GaAlAs混合物的半導(dǎo)體作為發(fā)光二極管的材料，輔助層是由高混合晶體的GaAlAs混合物半導(dǎo)體構(gòu)成的，并使用了適于溶解除去輔助層的HF/H2O2腐蝕液，因此，能可靠地去掉輔助層。此外，因?yàn)闊o須生長出含高AlAs混合晶體比的厚膜AlGaAs層，因而容易制造，制造時能制得高產(chǎn)率的發(fā)光二極管，且可靠性高，能維持其高亮度特性。
盡管以特定的實(shí)施例對本發(fā)明作了描述以便完全和清楚地了解本發(fā)明，但所附的權(quán)利要求書并不受其限制，而是按照本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所能理解的各種變通方案撰寫的，完全應(yīng)屬于本發(fā)明教導(dǎo)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，其中形成有多個外延層，該外延層界定出一基片上的發(fā)光部分，所述發(fā)光二極管包括在所述基片表面上的一凸臺面部分，通過該凸臺面部分將所述外延層與所述基片局部連接起來，從而在所述基片與除了所述臺面部分之外的所述外延層之間形成一空腔層。
2.一種發(fā)光二極管，其中形成有多個外延層，該外延層界定出一基片上的發(fā)光部分，所述發(fā)光二極管包括在所述外延層的后表面上的一凸面部分，通過所述凸面部分將所述外延層與所述基片局部連接起來，從而在所述基片與除了所述凸面部分之外的所述外延層之間形成一空腔層。
3.一種發(fā)光二極管，其中形成有多個外延層，該外延層界定出一基片上的發(fā)光部分，所述發(fā)光二極管包括在所述基片表面上的一凸臺面部分;和在所述外延層的后表面上的一凸面部分;通過所述凸臺面部分和所述凸面部分將所述外延層與所述基片局部連接起來，從而在所述基片與除了所述凸臺面部分和所述凸面部分之外的外延層之間形成一空腔層。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述基片為GaAs，而所述外延層為GaAlAs。
5.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述基片為GaAs，而所述外延層為GaAlAs。
6.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述基片為GaAs，而所述外延層為GaAlAs。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述空腔層中灌有樹脂。
8.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述空腔層中灌有樹脂。
9.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述空腔層中灌有樹脂。
10.一種發(fā)光二極管，包括第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基片;在所述半導(dǎo)體基片的頂部表面上生長出的覆蓋層，該覆蓋層亦為上述第一導(dǎo)電類型的;在所述覆蓋層上生長出的活性層，該活性層亦為上述第一導(dǎo)電類型的;在所述活性層上生長出的窗口層，該窗口層為第二導(dǎo)電類型的;在所述半導(dǎo)體基片的后表面上配置的第一電極，所述后表面是同所述頂表面相對的表面;以及在所述窗口層的頂表面上配置的第二電極，所述窗口層的頂表面是對著面向所述活性層的一后表面的;其中在所述半導(dǎo)體基片與所述覆蓋層之間的交界面處提供有許多空腔，從而使從所述活性層發(fā)出的光能在該界面上反射。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述許多空腔中的每一個都是半圓形的。
12.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述許多空腔中的每一個都是矩形的。
13.一種制造發(fā)光二極管的方法，包括以下步驟在一基片的表面上形成一凸臺面部分;在所述基片的所述表面上生長出一輔助層，其厚度不超過所述凸臺面部分的高度;在所述基片上生長多個限定為發(fā)光部分的外延層;和溶解除去所述輔助層，以便在所述基片的所述表面與除所述臺面部分之外的所述外延層之間形成一空腔層。
14.一種制造發(fā)光二極管的方法，包括以下步驟在一基片的表面上形成一凸臺面部分;在所述基片的所述表面上生長出一輔助層，其厚度不超過所述凸臺面部分的高度;回熔所述基片的所述表面，并除去除所述輔助層之外的所述凸臺面部分，以便在所述輔助層上形成一凹的臺面痕跡部分;在所述輔助層上生長出限定為發(fā)光部分的多個外延層，其厚度不超過所述凹的臺面痕跡部分的深度，以使在所述凹的臺面痕跡部分中形成一凸面部分;和溶解除去所述輔助層，以便在所述基片表面與除所述在凹的臺面痕跡部分中形成的凸面部分之外的所述外延層之間形成一空腔層。
15.如權(quán)利要求13所述的制造發(fā)光二極管的方法，其特征在于，所述基片為GaAs，所述外延層為GaAlAs，所述輔助層為GaAlAs，它具有比所述GaAlAs外延層更高比例的AlAs混合晶體，以及其中使用了含HF和H2O2或HF和H2O的稀溶液作為溶解所述具有高比例AlAs混合晶體的GaAlAs輔助層的溶液。
16.如權(quán)利要求14所述的制造發(fā)光二極管的方法，其特征在于，所述基片為GaAs，所述外延層為GaAlAs，所述輔助層為GaAlAs，它具有比所述GaAlAs外延層更高比例的AlAs混合晶體，以及其中使用了含HF和H2O2或HF和H2O的稀溶液作為溶解所述具有高比例AlAs混合晶體的GaAlAs輔助層的溶液。
全文摘要
一種發(fā)光二極管，具有限定為發(fā)光部分的雙雜結(jié)構(gòu)的外延層，該層通過一臺面部分與基片相連，在基片與相鄰的一外延層之間設(shè)置臺面部分而形成一空腔層，空腔層中可灌入樹脂。還提供了一種制造發(fā)光二極管的方法，包括以下步驟生長出具有高混合晶體比例的-AlGaAs層作為輔助層；在輔助層上生長出以臺面部分相連的外延層；溶解除去輔助層以形成空腔層，于是光在一覆蓋層與空腔層或灌有樹脂的空腔層間的界面上反射，從而提高了光輸出。
文檔編號H01L33/10GK1103512SQ9410769
公開日1995年6月7日 申請日期1994年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月30日
發(fā)明者海野恒弘, 今野泰一郎 申請人:日立電線株式會社