[发明专利]发光半导体器件及其制造方法

说明书

本发明涉及包含具有第一导电型半导体基片的半导体本体的发光半导体二极管，在所述半导体基片上至少依次存在第一导电型的第一涂层、活性层、以及第二导电型的第二涂层，所述涂层含有磷化铟铝镓（InAlGaP）以及活性层含有磷化铟镓（InGaP）或磷化铟铝镓（InAlGap）作为半导体材料，每种半导体材料包含具有两个亚晶格的混合晶体，其中一个亚晶格上存在磷原子而在另一个亚晶格上存在另一元素的原子，并且第一导电型的过渡层配置在基片与第一涂层之间。本发明还涉及制造发光半导体二极管的方法，用以在第一导电型的砷化镓半导体基片上至少依次形成第一导电型磷化铟铝镓的第一涂层、磷化铟镓的活性层、以及第二导电型磷化铟铝镓的第二涂层，在涂敷第一涂层之前先形成过渡层。

特别是如果发射波长处在光谱的可见部分时是适合的辐射源，而如果构造为二极管激光器则可用于诸如用其写信息的激光打印机的信息处理系统、诸如由其读出信息的小型盘（视频）（CD（V））唱机或条形码读出器的光盘系统以及用以读写信息的数字光学记录（DOR）系统。在光电系统中对于这种二极管的发光二极管（LED）形式也存在各种应用。

K.Kobayashi等人发表在IEEE  Joural  of  Quantum  Electronics，vol.QE-23，no.6，1987年6月，第704页上的文章“具有由金属有机物汽相外延生长的AlGaInP活性层的AlGaInP双异质结构可见光激光二极管”中可以知道这种发光二极管及其制造方法。在该文章中，描述了一种发光半导体二极管，InGaP活性层出现在两个InAlGaP涂层之间的n型砷化镓基片上。这些层的半导体材料各包含两个亚晶格的混合晶体，所述两个亚晶格中的一个上存在磷原子而另一个亚晶格上存在另一元素的原子，在这种情况下在另一亚晶格上存在活性层的铟（In）和镓（Ga）原子以及涂层的铟（In）、铝（Al）和镓（Ga）原子。GaAs过渡层存在于基片与第一涂层之间。这里构造为激光器的二极管的发射波长约为670nm（即光致发光的波长约为660nm，其对应于大约1.88eV的带隙）。

已知发光半导体二极管的不足之处在于用实验方法找到的发射波长比理论上所预期的要大，例如，InGaP活性层的预计波长约为650nm，而实际上常常发现大约为670nm或更长。在含有InGaAlP的涂层情况下也发生类似现象，其中实验上得出的带隙小于理论上所预计的带隙。活性层和涂层的带隙均可通过增加这些层的铝含量而增加。这种可能性是受限制的，尤其对于包含间接半导体材料的涂层。因为铝的逐步增加导致带隙愈来愈小的增加，并且涂层的搀杂变得更困难。就活性层来说，另一可能性是使后者更薄，然而这使得制造更困难。用实验方法发现利用取向错误的基片、例如（311）或（511）基片使实验带隙（由此使发射波长）更加接近于理论上的预计值。但是利用取向错误的基片更昂贵并具有限制谐振空腔纵方向选择的缺点。

本发明的目的尤其是提供一种发光半导体二极管，特别是半导体二极管激光器，它不存在所述缺点或至少达到相当低程度，因此将涂层的最低可能发射波长与最大可能带隙相结合。本发明的另一目的是实现一种具有对应于二极管激光器的约650nm波长（则光致发光波长约640nm）带隙约等于1.94eV的含InGaP的活性层的二极管。具体地说，本发明的目的是实现在正好等于氦氖气体激光器波长的633nm波长发射的二极管。本发明还有一个目的是提供制造这种发光半导体二极管的一种简单方法。