[发明专利]制造一种红外发射发光二极管的方法

说明书

本发明涉及制造一种红外发射发光二极管的一种方法，在一个优先由GaAs构成的半导体衬底上，被涂上当发光二极管运行时能发射一个红外(IR)-射线束的活性层序列，此序列是由半导体衬底一个第一个AlGaAs-覆盖层，含有一个GaAs和/或AlGaAs的活性层和一个第二个AlGaAs-覆盖层构成。

发光二极管即光发射的二极管(LED)特别是在光通讯技术方面被用作为发射元件。按照所期望的发射光的波长使用不同的半导体系统，其各自作为基础的半导体材料也会由于其各自的技术问题而产生不同的制造方法。在波长约为400至800nm的可见光谱范围使用一种AlGaInP-合金系统，通过调整它的铝含量可以确定所期望的光波波长是在一个相对较宽的色谱范围之内。与之相区别的发光二极管，它具有在红外范围工作的较长的波长并且一般来说是以一种AlGaAs-系统为基础的，通过调整它的约为10％至30％典型范围内的铝含量发射光的波长可以达到上限约为800nm。本发明从事于制造一个以AlGaAs-系统为基础的红外-发光二极管。在迄今为止的红外-发光二极管中所有涂在GaAs-衬底上的层序列都是用LPE-(液相外延)-法制造的。用这种方法为了形成一个外延层将一个在一定温度下由所期望的添加材料组成的过饱和溶液与GaAs衬底晶体相接触，在随后的冷却过程中在衬底晶体上形成一个GaAs以及AlGaAs的外延层。用这种方法可以与相曲线相对应地生长成不同成分的单晶层。液相外延法具有相对大的成长率并且因而也适合于制造相对厚的外延层。恰恰当制造这里感兴趣的AlGaAs-系统的红外-发光二极管的层序列时被认为这是个缺点，用至今为止的方法沉积的，相对厚的AlGaAs-LPE-层承受机械应力并且因而导致外延-晶片承受弯曲，它们在以后的工序中是很难加工的。由于这个原因至今所使用的在半导体衬底上用最大晶片直径为二英寸的晶片组合制造红外发射发光二极管的方法是受到限制的。

在本发明的进一步的结构中红外发射发光二极管有一个所谓的耦合层以改善由发光二极管发射出光线的光学耦合效率。在这里光学耦合效率首先在很大的程度上由基础半导体材料的层结构所决定。如果原本的光产生是在一个薄的，综合成为活性层的被称为层上完成的，和例如如在双-异-层结构的发光二极管中包含一个所谓的活性区或者如在均质-pn-发光二极管中包含一个围绕pn-过渡区形成的光产生区，这样双面均具有一个低吸收率的覆盖层对于发射的波长可以明显地改善耦合效率。此外在制造层结构时必须涂上比在光产生区(活性层)相对厚的具有较大带宽的半导体层。当前制造这种结构只有用液相外延-法(LPE)或者用各种气相外延-法的组合而产生，其中后者光产生的结构一般是用MOVPE-法并且厚的耦合层是用VPE-法制造的。使用MOVPE-方法制造具有如此厚的耦合层的LED-结构的一个缺点是其沉积率相对比较低。为了制造厚度约大于10nm相对比较厚的窗层以及优先为GaAs的可以非常高地提高耦合效率的耦合层，至今是使用由MOVPE-法和VPE-法组合在一起的方法。依据本发明也应提供一种新的组合方法，用这种方法应能制造具有厚耦合层的LED-结构。但是在这里除了其它以外还有一个困难，不仅耦合层的成分而且耦合层的制造条件都将影响表面的效率，因为敏感的层结构的损坏程度(一个活性区的双-异-层，以及pn-过渡区)是由给定的参数所决定的。

由US 5,233,204以及由K.H.Huang,et.al.Appl.Phys.Lett.61(9),31.8月1992,1045-1047页中得知制造波长为555至620nm的可见光谱范围的发光二极管是用一种AlGaInP-合金系统为基础的。这种发光二极管包括一个层序列，它是由一个GaAs-衬底，一个第一个AlGaInP-覆盖层为n-型，一个AlGaInP为n-型的活性区和一个第二个AlGaInP-覆盖层为p-型所组成。两个覆盖层每个的厚度约为800nm，活性区的厚度约为500nm。第一个AlGaInP-覆盖层，活性区，和第二个AlGaInP-覆盖层是用一种MOCVD-(金属组织化学汽沉积)-法制造的。而且也得知，在第二个AlGaInP-覆盖层之上是由一个用一种VPE-(气相外延)-法制造的厚度至少为15μm的GaP、AlGaAs和GaAsP透光的耦合层构成的。在这里耦合层是通过减少侧面发射的光数量和通过减少由光吸收衬底吸收的光数量以增大发光二极管的有效光辐射。为此耦合层具有一个至少为0.06×发光二极管宽度的厚度。此时耦合层的光折射指数被这样选择，即由全反射角决定的，在发光二极管内吸收的光部分被减少。