專利名稱：發光器件及其制造方法
技術領域：
本發明總的說來涉及一種帶有發光二極管(LED)的發光器件及其制造方法，尤其是涉及一種帶有低成本、高性能的ZnSe同質外延LED的發光器件及其制造方法。
在現有技術中，用來產生紅色的AlGaAs和GaAsP、黃綠色的GaP、橙色和黃色的AlGaInP等被用作高照度LED的材料。這些LED被形成于導電基底上。
圖4A為一種具有上述LED的發光器件1a。如圖所示，發光器件1a包括樹脂2、LED芯片3a、引線架4a和4b、以及導線5。
圖4B是圖4A中區域6的放大視圖。如圖所示，LED芯片3a經銀膏18連接到引線架4a上。LED芯片3a包括導電基底7a、引起發射的外延發光層8a、第一電極10a和第二電極17。第一電極10a經導線5連接到引線架4b。
這種結構的LED由已有的批量制造工藝低成本地生產，一個這種LED的生產成本低到10日元，甚至更低。
但是，基于產生藍色和綠色以及白色的材料GaInN的LED，其結構如圖5A和5B所示，使用這種結構的原因是它用絕緣的藍寶石基底作為基底。
更具體地講，如圖5A和5B所示，LED芯片3b的第一、二電極10a、17a設在外延發光層8b的外表面。第二電極17a設在外延發光層8b上形成的凹部內，經導線5b與引線架4a相連。第一電極10a經導線5a與引線架4b相連。絕緣基底7b安在引線架4a上，二者間夾有銀膏18。
由于上述的結構復雜，所以，具有GaInN基LED的發光器件的生產成本高，其單件價格要比前述的低成本產品高數倍。
ZnSe基材料有望作為產生藍色和綠色以及白色的LED材料。本發明人一直致力于開發具有ZnSe基同質外延結構的LED，其中采用了導電的并且在可見光范圍內是透明的n型ZnSe基底。這種結構與GaInN基結構的不同之處在于，它具有導電的基底。因此，它可以具有圖3A和3B所示的低成本LED結構，而且理論上講，能以低成本制造LED。
但是，發現在具有低載流子濃度的n型ZnSe基底上形成歐姆型電極需要專門的技術。具體地說，對于載流子濃度不低于3×1018cm-3的n型ZnSe基底，通過用Ti、Al或類似材料進行通常的沉積，然后進行熱退火，能夠很容易地制備歐姆型電極；但是，對于載流子濃度低于3×1018cm-3的n型ZnSe基底，通常的沉積和熱退火的結合使用就不能很容易地制備歐姆型電極。
也發現銀(Ag)能很容易地彌散到ZnSe晶體中，因此能很容易地產生稱為無光中心的缺陷。換句話說，用銀膏來安裝ZnSe晶體肯會降低含有ZnSe晶體的LED的品質。
本發明旨在克服上述的這些缺點，并提出一種低載流子濃度的n型ZnSe基底上的歐姆型電極，防止上述的LED品質的下降。
根據本發明，一種發光器件包括n型ZnSe基底、電極座和導電層。導電層由In或In合金形成，安裝n型ZnSe基底和電極座，同時也用作n型ZnSe基底的歐姆型電極。電極座僅僅要求由導電材料形成，如引線架或絕緣基底上的電極。
本發明人研究了用來安裝n型ZnSe基底和電極座的材料，發現In或In合金的導電層可以用作安裝n型ZnSe基底和電極座的材料，當基底的載流子濃度低至3×1018cm-3以下時能夠得到歐姆型接觸。而且，In或In合金不象銀那樣，不會輕易地彌散進ZnSe晶體中，產生被稱為無光中心的缺陷。因此，能夠防止LED由于這種彌散而降低品質。
在本發明中，發光器件最好包括ZnSe同質外延發光二極管。這種發光二極管在n型ZnSe基底上設有有關ZnSe化合物的外延發光層。
本發明尤其適用于包括ZnSe同質外延發光二極管的發光器件，能夠發出藍光和綠光以及白光。
n型ZnSe基底的載流子濃度最好大于3×1017cm-3而小于3×1018cm-3。
In或In合金導電層能夠用來制備用于上述低載流子濃度的歐姆型電極。
在本發明中，發光器件最好在不大于3V的電壓下工作。因此，它能夠用于裝在例如移動電話中的LCD(液晶顯示器)的背光。
在本發明中，生產發光器件的方法包括下述步驟在n型ZnSe基底上制備外延發光層。In或In合金熔化在電極座上。n型ZnSe基底直接安裝在熔化的In或In合金上，并進行振動或者加壓中的至少一種。然后，進行熱退火。
In和In合金的熔點低至155甚至更低。與金屬相比，In等具有優良的潤濕性，能夠在室溫下固化。因此，In等能夠用作導電粘結劑或所謂的焊劑。本發明人研究了能否用In等將n型ZnSe基底和電極座粘接在一起，發現使用上述本發明的特征技術，可以將In等用作本發明的導電粘結劑。更具體地說，通過將n型ZnSe基底直接安裝在熔化的In等上并進行振動或加壓中的至少一種，對于低達200左右的溫度，In等就能夠彌散進ZnSe晶體基體，然后進行熱退火，就能夠生產共晶合金，而且對于低載流子濃度的ZnSe基底，能夠獲得歐姆型接觸。
所施加的振動最好是超聲振動。所施加所壓力最好至少是0.544Mpa(5.56×10-2kg/mm2)，但小于109Mpa(11.1kg/mm2)。
所施加的振動可以是頻率最小為1Hz，最大為1000Hz的機械振動引起的摩擦。在這個例子中，至少為0.217Mpa(2.22×10-2kg/mm2)，但小于109Mpa(11.1kg/mm2)的壓力與振動同時施加。
如果振動和壓力同時施加，頻率最好最小為10Hz，最大為300Hz，壓力最小為0.217Mpa(2.22×10-2kg/mm2)，最大為10.9Mpa(1.11kg/mm2)。更優選地，頻率最小為10Hz最大為60Hz，壓力最小為0.217Mpa(2.22×10-2kg/mm2)最大為5.45Mpa(0.555kg/mm2)。
通過向n型ZnSe基底施加振動和/或壓力，可以獲得如上的歐姆型接觸。
通過下面參照附圖詳細地描述本發明，本發明的前述和其它目的、特征、方面和優點會更加清楚。
圖1A是本發明發光器件的側視圖，圖1B是圖1A中區域6的放大剖視圖；圖2是本發明ZnSe同質外延晶片的剖視圖；圖3A是圖1A發光器件的一個變例的側視圖，圖3B是圖3A中區域6的放大剖視圖；圖4A是具有通常的LED的發光器件的側視圖，圖4B是圖4A中區域6的放大剖視圖；圖5A是帶有GaN基LED的發光器件的側視圖，圖5B是圖5A中區域6的放大剖視圖。
下面參照圖1A到3B來描述本發明的實施例。圖1A是發光器件1的側視圖，帶有根據本發明的ZnSe基同質外延LED。圖1B是圖1A中區域6的放大剖視圖。
如圖1A和1B所示，本發明的發光器件1在形狀上類似于圖4A和4B中所示的具有能夠以低成本批量生產的LED芯片3a的發光器件1a。
如圖1A和1B所示，本發明的LED芯片3包括n型ZnSe基底7和外延發光層8，經In或In合金導電層9安裝到引線架4a。該芯片的其余結構與圖4A和4B所示的結構相同，這里不再敘述。
圖1B的導電層9與n型ZnSe晶體基底7歐姆型接觸，并將n型ZnSe晶體基底7和引線架4a粘接在一起。設置導電層9就不再需要在n型ZnSe晶體基底7的背面設置圖4A和4B中的第二電極17。
具有如上結構的發光器件1按下述方法生產首先，制備載流子濃度最小為3×1017cm-3而小于3×1018cm-3的基底，作為導電的n型ZnSe基底；在該基底上，利用分子束外延(MBE)同質外延生長發射藍光的結構，如圖2所示，發光峰值波長為485nm。
如圖2所示，外延發光層8包括具有p型摻雜ZnTe和ZnSe的多層規則點陣結構的p型接觸層16、p型摻雜Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90層的p型覆蓋層15、具有ZnSe層和Zn0.88Cd0.12Se層的多層結構的量子勢阱作用層14和n型摻雜Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90層的n型覆蓋層。外延發光層8設在n型ZnSe晶體基底7上，二者之間夾有n型ZnSe過渡層12。
按上述加工完ZnSe同質外延晶片11后，在晶片的接觸層16上設置點陣形的p型Ti/Au電極和薄膜形式的Au電極，覆蓋整個表面，厚度不大于20nm。制備了這些電極后，從晶片11上切出300μm×300μm的LED芯片3。
然后，將純In的薄片放在引線架4a上，把引線架4a加熱到180℃，使In熔化。在熔化的In上面直接安裝LED芯片3。接著，利用熔化的In，從LED芯片3的上面向其施加超聲振動。這樣，In就能夠適當地彌散進n型ZnSe晶體基底7。
接下來，粘接導線，制備金等制成的導線5，將電極10和引線架4b連接起來。帶著制成的這種連接，在大約250℃的溫度下于氮的氣氛中進行熱處理。于是，在導電層(In)9和n型ZnSe晶體基底7之間制成共晶合金，因此，導電層9能夠與n型ZnSe晶體基底7形成歐姆型接觸。然后進行樹脂<p>流程式10/19
流程式7/19
<p>流程式7/19
<p>如圖3A和3B所示，本發明的發光器件1是所謂的表面安裝的，它包括LED芯片3、絕緣材料的絕緣基底19、設在絕緣基底19上的圖案化的電極21a和21b、透明樹脂21。
絕緣基底19例如可以是使用高熱阻樹脂(例如BT樹脂)的玻璃環氧樹脂基底，或使用導熱優良的陶瓷(例如AlN)的薄板基底。圖案化的電極20a和20b，對于玻璃環氧樹脂基底采用Au/Ni/Cu結構，對于陶瓷基底采用Au/Ni/W結構。
在圖案化的電極20a上安裝LED芯片3，In或In合金的導電層夾在二者之間。其安裝方式同其安裝在引線架上相同。然后進行導線粘接和樹脂模塑(最好采用傳遞模塑的樹脂屏蔽)，完成圖3A所示的發光器件1。
圖3A的發光器件1也非常適用于批量生產，這種芯片類型的器件可以低成本獲得。應該注意到，雖然在圖3A的發光器件中只有單個LED芯片3安裝在絕緣基底19，但是，也可以在絕緣基底19上安裝多個LED芯片3。
如上所述，根據本發明，對于載流子濃度小于3×108cm-3并能夠通過通常的沉積獲得歐姆型接觸的n型ZnSe，能夠實現歐姆型接觸，并且不必使用會通過彌散降低器件特性的Ag。因此，能夠獲得高照度的發光器件，能夠在低壓下工作，也防止了其元件品質迅速降低。
由于在不低于In或類似金屬的熔點下，n型ZnSe基底受到預定大小的壓力和預定頻率的振動，所以，這些發光器件能夠安裝與通常的低成本工藝接近的方法來批量生產。
雖然詳細地描述和解釋了本發明，但可清楚地明白，本發明僅僅是以解釋和例子的方式說明的，而不是對其進行限制，本發明的精神和范圍僅僅由所附權利要求書的內容來限制。
權利要求
1.一種發光器件，包括n型ZnSe基底(7)；電極座(4a，20a)；和In或In合金的導電層(9)，將n型ZnSe基底(7)和電極座(4a，20a)安裝在一起，同時也用作n型ZnSe基底的歐姆型電極。
2.如權利要求1所述的發光器件，其特征在于，所述電極座(4a，20a)包括引線架(4a)。
3.如權利要求1所述的發光器件，其特征在于，所述電極座(4a，20a)包括設在一絕緣基底(19)上的電極(20a)。
4.如權利要求1所述的發光器件，其特征在于，包括ZnSe同質外延發光二極管(3)，其具有形成在所述n型ZnSe基底(7)上的由有關ZnSe的化合物形成的外延發光層(8)。
5.如權利要求1所述的發光器件，其特征在于，n型ZnSe基底(7)的載流子濃度最小為3×1017cm-3但小于3×1018cm-3。
6.如權利要求1所述的發光器件，其特征在于，發光器件的工作電壓不大于3V。
7.一種生產發光器件的方法，包括下述步驟在n型ZnSe基底(7)上制備發光層(8)和電極(10)；將In或In合金熔化在電極座(4a，20a)上；將所述n型ZnSe基底(7)直接放置在熔化的In或In合金上，并對基底(7)施加振動或者壓力中的至少一種；然后在施加振動或者壓力中至少一種的步驟后進行熱處理。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述振動是超聲振動。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述壓力最小為0.544MPa但小于109Mpa。
10.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述振動包括頻率最小為1Hz，最大為1000Hz的機械振動引起的摩擦；所述壓力至少為0.217MPa，但小于109Mpa；所述壓力與所述振動同時施加。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述頻率最小為10Hz，最大為300Hz；所述壓力最小為0.217MPa，最大為10.9MPa。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述頻率最小為10Hz，最大為60Hz；所述壓力最小為0.217MPa，最大為5.45MPa。
全文摘要
一種發光器件(1)包括LED芯片(3)。LED芯片(3)經In或In合金的導電層(9)安裝到電極座上。導電層(9)與LED芯片(3)的n型ZnSe晶體基底(7)是歐姆型接觸。
文檔編號H01L23/12GK1274177SQ0010855
公開日2000年11月22日 申請日期2000年5月15日 優先權日1999年5月13日
發明者松原秀樹, 片山浩二, 三枝明彥 申請人:住友電氣工業株式會社