专利名称：发光器件及其制造方法
技术领域：
本发明总的说来涉及一种带有发光二极管(LED)的发光器件及其制造方法，尤其是涉及一种带有低成本、高性能的ZnSe同质外延LED的发光器件及其制造方法。
在现有技术中，用来产生红色的AlGaAs和GaAsP、黄绿色的GaP、橙色和黄色的AlGaInP等被用作高照度LED的材料。这些LED被形成于导电基底上。
图4A为一种具有上述LED的发光器件1a。如图所示，发光器件1a包括树脂2、LED芯片3a、引线架4a和4b、以及导线5。
图4B是图4A中区域6的放大视图。如图所示，LED芯片3a经银膏18连接到引线架4a上。LED芯片3a包括导电基底7a、引起发射的外延发光层8a、第一电极10a和第二电极17。第一电极10a经导线5连接到引线架4b。
这种结构的LED由已有的批量制造工艺低成本地生产，一个这种LED的生产成本低到10日元，甚至更低。
但是，基于产生蓝色和绿色以及白色的材料GaInN的LED，其结构如图5A和5B所示，使用这种结构的原因是它用绝缘的蓝宝石基底作为基底。
更具体地讲，如图5A和5B所示，LED芯片3b的第一、二电极10a、17a设在外延发光层8b的外表面。第二电极17a设在外延发光层8b上形成的凹部内，经导线5b与引线架4a相连。第一电极10a经导线5a与引线架4b相连。绝缘基底7b安在引线架4a上，二者间夹有银膏18。
由于上述的结构复杂，所以，具有GaInN基LED的发光器件的生产成本高，其单件价格要比前述的低成本产品高数倍。
ZnSe基材料有望作为产生蓝色和绿色以及白色的LED材料。本发明人一直致力于开发具有ZnSe基同质外延结构的LED，其中采用了导电的并且在可见光范围内是透明的n型ZnSe基底。这种结构与GaInN基结构的不同之处在于，它具有导电的基底。因此，它可以具有图3A和3B所示的低成本LED结构，而且理论上讲，能以低成本制造LED。
但是，发现在具有低载流子浓度的n型ZnSe基底上形成欧姆型电极需要专门的技术。具体地说，对于载流子浓度不低于3×1018cm-3的n型ZnSe基底，通过用Ti、Al或类似材料进行通常的沉积，然后进行热退火，能够很容易地制备欧姆型电极；但是，对于载流子浓度低于3×1018cm-3的n型ZnSe基底，通常的沉积和热退火的结合使用就不能很容易地制备欧姆型电极。
也发现银(Ag)能很容易地弥散到ZnSe晶体中，因此能很容易地产生称为无光中心的缺陷。换句话说，用银膏来安装ZnSe晶体肯会降低含有ZnSe晶体的LED的品质。
本发明旨在克服上述的这些缺点，并提出一种低载流子浓度的n型ZnSe基底上的欧姆型电极，防止上述的LED品质的下降。
根据本发明，一种发光器件包括n型ZnSe基底、电极座和导电层。导电层由In或In合金形成，安装n型ZnSe基底和电极座，同时也用作n型ZnSe基底的欧姆型电极。电极座仅仅要求由导电材料形成，如引线架或绝缘基底上的电极。
本发明人研究了用来安装n型ZnSe基底和电极座的材料，发现In或In合金的导电层可以用作安装n型ZnSe基底和电极座的材料，当基底的载流子浓度低至3×1018cm-3以下时能够得到欧姆型接触。而且，In或In合金不象银那样，不会轻易地弥散进ZnSe晶体中，产生被称为无光中心的缺陷。因此，能够防止LED由于这种弥散而降低品质。
在本发明中，发光器件最好包括ZnSe同质外延发光二极管。这种发光二极管在n型ZnSe基底上设有有关ZnSe化合物的外延发光层。
本发明尤其适用于包括ZnSe同质外延发光二极管的发光器件，能够发出蓝光和绿光以及白光。
n型ZnSe基底的载流子浓度最好大于3×1017cm-3而小于3×1018cm-3。
In或In合金导电层能够用来制备用于上述低载流子浓度的欧姆型电极。
在本发明中，发光器件最好在不大于3V的电压下工作。因此，它能够用于装在例如移动电话中的LCD(液晶显示器)的背光。
在本发明中，生产发光器件的方法包括下述步骤在n型ZnSe基底上制备外延发光层。In或In合金熔化在电极座上。n型ZnSe基底直接安装在熔化的In或In合金上，并进行振动或者加压中的至少一种。然后，进行热退火。
In和In合金的熔点低至155甚至更低。与金属相比，In等具有优良的润湿性，能够在室温下固化。因此，In等能够用作导电粘结剂或所谓的焊剂。本发明人研究了能否用In等将n型ZnSe基底和电极座粘接在一起，发现使用上述本发明的特征技术，可以将In等用作本发明的导电粘结剂。更具体地说，通过将n型ZnSe基底直接安装在熔化的In等上并进行振动或加压中的至少一种，对于低达200左右的温度，In等就能够弥散进ZnSe晶体基体，然后进行热退火，就能够生产共晶合金，而且对于低载流子浓度的ZnSe基底，能够获得欧姆型接触。
所施加的振动最好是超声振动。所施加所压力最好至少是0.544Mpa(5.56×10-2kg/mm2)，但小于109Mpa(11.1kg/mm2)。
所施加的振动可以是频率最小为1Hz，最大为1000Hz的机械振动引起的摩擦。在这个例子中，至少为0.217Mpa(2.22×10-2kg/mm2)，但小于109Mpa(11.1kg/mm2)的压力与振动同时施加。
如果振动和压力同时施加，频率最好最小为10Hz，最大为300Hz，压力最小为0.217Mpa(2.22×10-2kg/mm2)，最大为10.9Mpa(1.11kg/mm2)。更优选地，频率最小为10Hz最大为60Hz，压力最小为0.217Mpa(2.22×10-2kg/mm2)最大为5.45Mpa(0.555kg/mm2)。
通过向n型ZnSe基底施加振动和/或压力，可以获得如上的欧姆型接触。
通过下面参照附图详细地描述本发明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点会更加清楚。
图1A是本发明发光器件的侧视图，图1B是图1A中区域6的放大剖视图；图2是本发明ZnSe同质外延晶片的剖视图；图3A是图1A发光器件的一个变例的侧视图，图3B是图3A中区域6的放大剖视图；图4A是具有通常的LED的发光器件的侧视图，图4B是图4A中区域6的放大剖视图；图5A是带有GaN基LED的发光器件的侧视图，图5B是图5A中区域6的放大剖视图。
下面参照图1A到3B来描述本发明的实施例。图1A是发光器件1的侧视图，带有根据本发明的ZnSe基同质外延LED。图1B是图1A中区域6的放大剖视图。
如图1A和1B所示，本发明的发光器件1在形状上类似于图4A和4B中所示的具有能够以低成本批量生产的LED芯片3a的发光器件1a。
如图1A和1B所示，本发明的LED芯片3包括n型ZnSe基底7和外延发光层8，经In或In合金导电层9安装到引线架4a。该芯片的其余结构与图4A和4B所示的结构相同，这里不再叙述。
图1B的导电层9与n型ZnSe晶体基底7欧姆型接触，并将n型ZnSe晶体基底7和引线架4a粘接在一起。设置导电层9就不再需要在n型ZnSe晶体基底7的背面设置图4A和4B中的第二电极17。
具有如上结构的发光器件1按下述方法生产首先，制备载流子浓度最小为3×1017cm-3而小于3×1018cm-3的基底，作为导电的n型ZnSe基底；在该基底上，利用分子束外延(MBE)同质外延生长发射蓝光的结构，如图2所示，发光峰值波长为485nm。
如图2所示，外延发光层8包括具有p型掺杂ZnTe和ZnSe的多层规则点阵结构的p型接触层16、p型掺杂Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90层的p型覆盖层15、具有ZnSe层和Zn0.88Cd0.12Se层的多层结构的量子势阱作用层14和n型掺杂Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90层的n型覆盖层。外延发光层8设在n型ZnSe晶体基底7上，二者之间夹有n型ZnSe过渡层12。
按上述加工完ZnSe同质外延晶片11后，在晶片的接触层16上设置点阵形的p型Ti/Au电极和薄膜形式的Au电极，覆盖整个表面，厚度不大于20nm。制备了这些电极后，从晶片11上切出300μm×300μm的LED芯片3。
然后，将纯In的薄片放在引线架4a上，把引线架4a加热到180℃，使In熔化。在熔化的In上面直接安装LED芯片3。接着，利用熔化的In，从LED芯片3的上面向其施加超声振动。这样，In就能够适当地弥散进n型ZnSe晶体基底7。
接下来，粘接导线，制备金等制成的导线5，将电极10和引线架4b连接起来。带着制成的这种连接，在大约250℃的温度下于氮的气氛中进行热处理。于是，在导电层(In)9和n型ZnSe晶体基底7之间制成共晶合金，因此，导电层9能够与n型ZnSe晶体基底7形成欧姆型接触。然后进行树脂<p>流程式10/19
流程式7/19
<p>流程式7/19
<p>如图3A和3B所示，本发明的发光器件1是所谓的表面安装的，它包括LED芯片3、绝缘材料的绝缘基底19、设在绝缘基底19上的图案化的电极21a和21b、透明树脂21。
绝缘基底19例如可以是使用高热阻树脂(例如BT树脂)的玻璃环氧树脂基底，或使用导热优良的陶瓷(例如AlN)的薄板基底。图案化的电极20a和20b，对于玻璃环氧树脂基底采用Au/Ni/Cu结构，对于陶瓷基底采用Au/Ni/W结构。
在图案化的电极20a上安装LED芯片3，In或In合金的导电层夹在二者之间。其安装方式同其安装在引线架上相同。然后进行导线粘接和树脂模塑(最好采用传递模塑的树脂屏蔽)，完成图3A所示的发光器件1。
图3A的发光器件1也非常适用于批量生产，这种芯片类型的器件可以低成本获得。应该注意到，虽然在图3A的发光器件中只有单个LED芯片3安装在绝缘基底19，但是，也可以在绝缘基底19上安装多个LED芯片3。
如上所述，根据本发明，对于载流子浓度小于3×108cm-3并能够通过通常的沉积获得欧姆型接触的n型ZnSe，能够实现欧姆型接触，并且不必使用会通过弥散降低器件特性的Ag。因此，能够获得高照度的发光器件，能够在低压下工作，也防止了其元件品质迅速降低。
由于在不低于In或类似金属的熔点下，n型ZnSe基底受到预定大小的压力和预定频率的振动，所以，这些发光器件能够安装与通常的低成本工艺接近的方法来批量生产。
虽然详细地描述和解释了本发明，但可清楚地明白，本发明仅仅是以解释和例子的方式说明的，而不是对其进行限制，本发明的精神和范围仅仅由所附权利要求书的内容来限制。
权利要求
1.一种发光器件，包括n型ZnSe基底(7)；电极座(4a，20a)；和In或In合金的导电层(9)，将n型ZnSe基底(7)和电极座(4a，20a)安装在一起，同时也用作n型ZnSe基底的欧姆型电极。
2.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述电极座(4a，20a)包括引线架(4a)。
3.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述电极座(4a，20a)包括设在一绝缘基底(19)上的电极(20a)。
4.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，包括ZnSe同质外延发光二极管(3)，其具有形成在所述n型ZnSe基底(7)上的由有关ZnSe的化合物形成的外延发光层(8)。
5.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，n型ZnSe基底(7)的载流子浓度最小为3×1017cm-3但小于3×1018cm-3。
6.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，发光器件的工作电压不大于3V。
7.一种生产发光器件的方法，包括下述步骤在n型ZnSe基底(7)上制备发光层(8)和电极(10)；将In或In合金熔化在电极座(4a，20a)上；将所述n型ZnSe基底(7)直接放置在熔化的In或In合金上，并对基底(7)施加振动或者压力中的至少一种；然后在施加振动或者压力中至少一种的步骤后进行热处理。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述振动是超声振动。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述压力最小为0.544MPa但小于109Mpa。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述振动包括频率最小为1Hz，最大为1000Hz的机械振动引起的摩擦；所述压力至少为0.217MPa，但小于109Mpa；所述压力与所述振动同时施加。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述频率最小为10Hz，最大为300Hz；所述压力最小为0.217MPa，最大为10.9MPa。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述频率最小为10Hz，最大为60Hz；所述压力最小为0.217MPa，最大为5.45MPa。
全文摘要
一种发光器件(1)包括LED芯片(3)。LED芯片(3)经In或In合金的导电层(9)安装到电极座上。导电层(9)与LED芯片(3)的n型ZnSe晶体基底(7)是欧姆型接触。
文档编号H01L23/12GK1274177SQ0010855
公开日2000年11月22日 申请日期2000年5月15日 优先权日1999年5月13日
发明者松原秀树, 片山浩二, 三枝明彦 申请人:住友电气工业株式会社