專利名稱：半導體發(fā)光元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用了氮化物系列III-V族化合物半導體的半導體發(fā)光元件。
背景技術：
近年來，作為在光盤的高密度化方面所必要的從藍色區(qū)域到紫外線區(qū)域可發(fā)光的半導體激光器，使用了AlGaInN等的氮化物系列III-V族化合物半導體的氮化物系列半導體激光器的研究開發(fā)正在活躍地進行，已實現(xiàn)了實用化。
在迄今為止已報告的氮化物系列半導體激光器中，作為其有源層結構，大多使用交替地層疊了由大于等于2層的InGaN構成的阱層和由大于等于3層的與上述阱層相比In組成比小(通常約0.02)的InGaN構成的阻擋層的多重量子阱結構。
在此，在氮化物系列III-V族化合物半導體中，形成了異質(zhì)結時的導帶的能帶不連續(xù)量與價帶的能帶不連續(xù)量之比約為2.5∶7.5，可知導帶的能帶不連續(xù)量非常小(參照Applied Physics LetterVol.70(1997)p.2577)。因此，電子容易從阱層越過阻擋層而溢出，閾值電流的上升、微分效率和溫度特性的惡化容易成為問題。
因此，為了解決該問題，可以考慮盡可能增大阻擋層的能帶間隙以增大導帶的能帶不連續(xù)量的方法。其中，最好使用In組成比盡可能小的InGaN作為阻擋層或使用GaN、AlGaN、InAlGaN等與InGaN相比能帶間隙大的材料(材質(zhì))。
如果增大阻擋層的能帶間隙，則價帶的能帶不連續(xù)量增大。但是，如果使用In組成比盡可能小的InGaN作為阻擋層或使用GaN、AlGaN，則由于這些材料的能帶間隙越大、晶格常數(shù)就越小，故受到更大的拉伸變形。而且，按照受到變形的半導體的能帶的物理性質(zhì)，不會發(fā)生導帶的能帶不連續(xù)量越大而價帶的能帶不連續(xù)量也越大的情況。
其結果，可認為不會引起空穴難以均勻地注入到大于等于2層的阱中的問題，可解決電子的溢出的問題。
再有，在專利文獻1中公開了與本發(fā)明關聯(lián)的現(xiàn)有技術。
專利文獻1特開平7-170022號公報但是，發(fā)明者用模擬確認了在將具有大的能帶間隙的材料用作阻擋層的情況下發(fā)生電子容易從作為最接近于p側(cè)阻擋層的最終阻擋層越過電子勢壘層而溢出那樣的新的問題的情況?？烧J為這個問題是由于通過將大的能帶間隙的材料用作阻擋層使最終阻擋層與電子勢壘層之間的能帶不連續(xù)量(電子勢壘)減小了而產(chǎn)生的。
再者，即使是與GaN、AlGaN相比能帶間隙小的InGaN的阻擋層，從最終阻擋層越過電子勢壘而溢出的電子的比例也不是0，成為使半導體發(fā)光元件的閾值電流、微分效率和溫度特性等惡化的主要原因。
因此，可考慮下述的方法省略最終阻擋層，通過直接接合阱層與電子勢壘層，與有最終阻擋層的情況相比，提高了電子勢壘，減少了溢出的電子。
但是，電子勢壘層的成膜溫度與阱層的成膜溫度相比，高了約200℃。因此，如果欲打算在阱層上直接形成電子勢壘層，則必須在阱層形成后在不保護阱層的表面的原有狀態(tài)下使成膜溫度上升。而且，已知有在其間阱層表面部的結晶性惡化的情況。
如果使用這樣的結晶性惡化了的阱層來作成半導體發(fā)光元件，則被封閉在該阱層中的電子就對激光器振蕩沒有貢獻，產(chǎn)生導致閾值電流或微分效率的惡化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于通過提供通過減少越過有源層內(nèi)封閉電子用的電子勢壘而溢出的電子來提供具備閾值電流小、微分效率高的良好的特性的半導體發(fā)光元件。
本發(fā)明的第1方面是一種使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體的半導體發(fā)光元件，其特征在于上述有源層具有多個阻擋層和被上述阻擋層夾住而形成的阱層，上述多個阻擋層中最接近于上述p型包層一側(cè)的最終阻擋層的能帶間隙比上述最終阻擋層以外的阻擋層的能帶間隙小。
本發(fā)明的第7方面是一種使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體的半導體發(fā)光元件，其特征在于上述有源層具有多個阻擋層和被上述阻擋層夾住而形成的阱層，上述多個阻擋層包含最接近于上述p型包層一側(cè)的最終阻擋層，上述最終阻擋層包含被配置在上述n型包層一側(cè)的第1最終阻擋層和被配置在上述p型包層一側(cè)的第2最終阻擋層，上述第2最終阻擋層的能帶間隙比上述最終阻擋層以外的阻擋層的能帶間隙小。
本發(fā)明的第9方面是一種使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體的半導體發(fā)光元件，其特征在于上述有源層具有多個阻擋層和被上述阻擋層夾住而形成的阱層，上述多個阻擋層包含最接近于上述p型包層一側(cè)的最終阻擋層，上述最終阻擋層的材質(zhì)是InGaN，上述最終阻擋層以外的阻擋層的材質(zhì)是GaN。
本發(fā)明的第10方面是一種使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體的半導體發(fā)光元件，其特征在于上述有源層具有多個阻擋層和被上述阻擋層夾住而形成的阱層，上述多個阻擋層中最接近于上述p型包層一側(cè)的最終阻擋層包含多個部分最終阻擋層，上述多個部分最終阻擋層中最接近于上述p型包層一側(cè)的第1部分最終阻擋層的能帶間隙比與上述第1部分最終阻擋層鄰接的部分最終阻擋層的能帶間隙小。
本發(fā)明的第12方面是一種使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體的半導體發(fā)光元件，其特征在于上述有源層具有多個阻擋層和被上述阻擋層夾住而形成的阱層，上述多個阻擋層中最接近于上述p型包層一側(cè)的最終阻擋層包含多個部分最終阻擋層，上述多個部分最終阻擋層中最接近于上述p型包層一側(cè)的第1部分最終阻擋層的材質(zhì)是InGaN，與上述第1部分最終阻擋層鄰接的部分最終阻擋層的材質(zhì)是能帶間隙比上述第1部分最終阻擋層的能帶間隙大的InGaN或GaN。
本發(fā)明的第13方面是一種使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體的半導體發(fā)光元件，其特征在于上述有源層具有多個阻擋層和與上述阻擋層交替地被形成的阱層，具備其能帶間隙比上述多個阻擋層的能帶間隙大的勢壘層；以及第1層，被設置成在上述多個阻擋層與上述勢壘層之間與上述勢壘層相接，其能帶間隙比上述多個阻擋層的能帶間隙小且其能帶間隙比上述阱層的能帶間隙大。
本發(fā)明的第14方面是一種使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體的半導體發(fā)光元件，其特征在于上述有源層具有多個阻擋層和與上述阻擋層交替地被形成的阱層，具備光導波層，其能帶間隙比上述多個阻擋層的能帶間隙大，與上述p型包層的上述有源層一側(cè)相接而被設置；以及第1層，被設置成在上述多個阻擋層與上述光導波層之間與上述光導波層相接，其能帶間隙比上述多個阻擋層的能帶間隙小且其能帶間隙比上述阱層的能帶間隙大。
本發(fā)明的第15方面是一種使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體的半導體發(fā)光元件，其特征在于上述有源層具有多個阻擋層和與上述阻擋層交替地被形成的阱層，具備第1層，該第1層被設置成在上述多個阻擋層與上述p型包層之間與上述p型包層相接，其能帶間隙比上述多個阻擋層的能帶間隙小且其能帶間隙比上述阱層的能帶間隙大。
按照本發(fā)明的第1方面，使最終阻擋層的能帶間隙比最終阻擋層以外的阻擋層的能帶間隙小。因此，例如與使用了最終阻擋層以外的阻擋層作為最終阻擋層的情況相比，可增大在與p型包層之間形成的電子勢壘。其結果，可減少從有源層越過電子勢壘而溢出的電子。
此外，由于在阱層上形成了最終阻擋層，故也沒有阱層的結晶性惡化這樣的問題。
按照本發(fā)明的第7方面，使第2最終阻擋層的能帶間隙比最終阻擋層以外的阻擋層的能帶間隙小。因此，例如與使用了最終阻擋層以外的阻擋層作為最終阻擋層的情況相比，可增大在與p型包層之間形成的電子勢壘。其結果，可減少從有源層越過電子勢壘而溢出的電子。
按照本發(fā)明的第9方面，使最終阻擋層的能帶間隙比最終阻擋層以外的阻擋層的能帶間隙小。因此，例如與使用了最終阻擋層以外的阻擋層作為最終阻擋層的情況相比，可增大在與p型包層之間形成的電子勢壘。其結果，可減少從有源層越過電子勢壘而溢出的電子。
按照本發(fā)明的第10方面，可增大在第1部分最終阻擋層與p型包層之間形成的電子勢壘。其結果，可減少從有源層越過電子勢壘而溢出的電子。
按照本發(fā)明的第12方面，可增大在第1部分最終阻擋層與p型包層之間形成的電子勢壘。其結果，可減少從有源層越過電子勢壘而溢出的電子。
按照本發(fā)明的第13方面，可增大在第1層與勢壘層之間形成的電子勢壘。其結果，可減少從有源層越過電子勢壘而溢出的電子。
按照本發(fā)明的第14方面，可增大在第1層與光導波層之間形成的電子勢壘。其結果，可減少從有源層越過電子勢壘而溢出的電子。
按照本發(fā)明的第15方面，可增大在第1層與p型包層之間形成的電子勢壘。其結果，可減少從有源層越過電子勢壘而溢出的電子。


圖1是示出與實施方式1有關的氮化物系列半導體激光器的結構的剖面圖。
圖2是示出與實施方式1有關的氮化物系列半導體激光器的部分有源層的結構的剖面圖。
圖3是與實施方式1有關的氮化物系列半導體激光器的能帶圖。
圖4是示出在與實施方式1有關的模擬中使用的半導體發(fā)光元件的結構的剖面圖。
圖5是示出與實施方式1有關的氮化物系列半導體激光器中的光輸出-電流特性的模擬結果的圖。
圖6是示出與實施方式1有關的氮化物系列半導體激光器中的電子溢出比例的模擬結果的圖。
圖7是與實施方式2有關的氮化物系列半導體激光器的能帶圖。
圖8是與實施方式3有關的氮化物系列半導體激光器的能帶圖。
符號說明1最終阻擋層、4GaN襯底、6n型AlGaN包層、8部分有源層、10p型AlGaN包層、12脊、16p型電極、17n型電極、20有源層具體實施方式
<實施方式1>
圖1是示出與本實施方式有關的氮化物系列半導體激光器(半導體發(fā)光元件)的結構的剖面圖。該氮化物系列半導體激光器具有脊狀結構和SCH結構。
如圖1中所示，與本實施方式有關的氮化物系列半導體激光器在作為GaN襯底4的一個主面的Ga面上形成了n型GaN緩沖層5。該層是為了減少GaN襯底4上的表面的凹凸、盡可能平坦地層疊其上層而形成的。
然后，在n型GaN緩沖層5上依次層疊了n型AlGaN包層(n型包層)6、作為n側(cè)引導層的n型GaN光引導層7、有源層20、p型AlGaN電子勢壘層3(電子勢壘層、勢壘層)和作為p側(cè)引導層的p型GaN光引導層9、p型AlGaN包層(p型包層)10和p型GaN接觸層(p型接觸層)11。
在此，將p型GaN光引導層9的能帶間隙選擇成比后述的最終阻擋層1和阻擋層2的能帶間隙大。此外，與p型包層10的有源層20一側(cè)相接地設置了p型GaN光引導層9。
n型GaN緩沖層5的厚度例如是1μm，例如摻了硅(Si)作為n型雜質(zhì)。n型AlGaN包層6的厚度例如是1μm，例如摻了Si作為n型雜質(zhì)，Al組成比例如是0.07。
有源層20具備多個阻擋層和被上述多個阻擋層夾住而形成的多個阱層構成了多重量子阱結構。在此，多個阻擋層中最接近于p型包層10一側(cè)的阻擋層與最終阻擋層1相對應。
圖2示出了構成有源層20的部分有源層8的剖面圖。對于部分有源層8來說，交替地層疊了由InxGa1-xN(x＝0.02)構成的阻擋層(最終阻擋層1以外的阻擋層)2和由InyGa1-yN(y＝0.14)構成的阱層18。而且，例如將阻擋層2的厚度形成為7nm，例如將阱層18的厚度形成為3.5nm。
利用厚度為20nm的非摻雜InzGa1-zN形成了最終阻擋層1。In組成比z例如為0.04。由于最終阻擋層1的In組成比z比其它的阻擋層2的In組成比x(x＝0.02)大，故與阻擋層2的能帶間隙相比，成為小的能帶間隙。
根據(jù)以上所述，In組成比x、y、z滿足了0＜x＜z＜y＜1。此外，In組成比x、y、z也滿足了(y-z)＞(z-x)。
再者，最終阻擋層1的厚度與阻擋層2、阱層18的厚度不同，被選擇成厚度較厚。
再有，在本實施方式的例子中，有源層20的阱數(shù)為3。
p型AlGaN電子勢壘層3的厚度例如是10nm，將Al組成比例如形成為0.18。此外，p型GaN光引導層9的厚度例如是100nm。而且，p型AlGaN包層10的厚度例如是400nm，例如摻了Mg作為p型雜質(zhì)，Al組成比例如是0.07。p型GaN接觸層11的厚度例如是100nm，例如摻了Mg作為p型雜質(zhì)。
在p型AlGaN包層10和p型GaN接觸層11上例如朝向<1-100>方向利用刻蝕形成了脊12。脊12的寬度例如是2.2μm。
在此，在GaN襯底4上與處于以條狀形成了的幾μm～幾十μm寬度的高錯位區(qū)域之間的低缺陷區(qū)域?qū)奈恢蒙闲纬闪思?2。而且，為了進行脊12的側(cè)面部或橫底面部的表面保護和電絕緣，例如將厚度200nm的SiO2膜那樣的絕緣膜14形成為覆蓋脊12。
在絕緣膜14中在脊12上部形成的部分上設置了開口15。而且，利用開口15來謀求p型電極16與p型接觸層11的電接觸。
p型電極16例如成為依次層疊了Pd和Au膜的結構。而且，在與作為GaN襯底4的一個主面的Ga面相反的一側(cè)、即N面上形成了n型電極17。n型電極17例如成為依次層疊了Ti和Au膜的結構。
圖3是與本實施方式有關的氮化物系列半導體激光器的有源層20附近的能帶圖。在圖3中示出的能帶圖中，對于與本實施方式有關的氮化物系列半導體激光器的結構對應的位置附與其結構為相同的符號。從圖3可知，最終阻擋層1與電子勢壘層3之間的能帶不連續(xù)量比阻擋層2與電子勢壘層3之間的能帶不連續(xù)量大。
在圖3中，阻擋層1、2是與阱層18鄰接且其能帶間隙比阱層18的能帶間隙大的層，最終阻擋層1是在與阱層18相接且其能帶間隙比阱層18的能帶間隙大的層中存在于最接近于p側(cè)的層。在本實施方式1中，使該最終阻擋層1的能帶間隙比最終阻擋層1以外的阻擋層2的能帶間隙小。該最終阻擋層1，如后述的實施方式2的圖7中所示那樣，也可用其能帶間隙比阱層18的能帶間隙大的多個層13、19來構成。
在圖3中，作為最終阻擋層1，在最接近于p側(cè)的阱層18與勢壘層3之間設置了其能帶間隙比最接近于p側(cè)的阱層18的能帶間隙大的層，使其與最接近于p側(cè)的阱層18和勢壘層3相接，該最終阻擋層1的能帶間隙比最終阻擋層1以外的阻擋層2的能帶間隙小。
再有，在不設置勢壘層3的情況下，也可在最接近于p側(cè)的阱層18與光導波層之間設置其能帶間隙比阱層18的能帶間隙大而比阻擋層2的能帶間隙小的最終阻擋層，在不設置勢壘層3和光導波層的情況下，也可在最接近于p側(cè)的阱層18與包層10之間設置其能帶間隙比阱層18的能帶間隙大而比阻擋層2的能帶間隙小的最終阻擋層。
其次，說明與本實施方式有關的半導體發(fā)光元件的制造方法。
首先，在預先利用熱清洗等對表面進行了清洗的GaN襯底4上，利用有機金屬化學氣相生長(MOCVD)法，例如在1000℃的生長溫度下生長n型GaN緩沖層5。
其后，利用相同的MOCVD法，依次層疊n型AlGaN包層6、n型GaN光引導層7、具備非摻雜的InxGa1-xN/InyGa1-yN多重量子阱結構的部分有源層8、由非摻雜InGaN構成的最終阻擋層1、p型AlGaN電子勢壘層3和p型GaN光引導層9、p型AlGaN包層10和p型GaN接觸層11。
在此，關于這些層的生長溫度，例如將n型AlGaN包層6和n型GaN光引導層7的生長溫度定為1000℃，將從部分有源層8到非摻雜InGaN最終阻擋層1的生長溫度定為740℃，將從p型AlGaN電子勢壘層3至p型GaN接觸層11的生長溫度定為1000℃。
在以上的結晶生長結束了的晶片的整個面上涂敷抗蝕劑，利用光刻形成與脊12的形狀對應的預定形狀的抗蝕劑圖形(未圖示)。將該抗蝕劑圖形作為掩模，例如利用RIE(反應離子刻蝕)法進行刻蝕直到p型AlGaN包層10的層內(nèi)。利用該刻蝕來制作成為光導波結構的脊12。此外，作為RIE的刻蝕氣體，例如使用氯氣系的氣體。
其次，在留下了作為掩模使用的抗蝕劑圖形的原有狀態(tài)下，再次在襯底的整個面上利用CVD法、真空蒸鍍法或濺射法等形成例如厚度為0.2μm的SiO2膜14。然后，進行在抗蝕劑圖形的除去的同時除去處于脊12上的SiO2膜的所謂的剝離(lift-off)。由此，形成脊12上的開15。
其次，在襯底的整個面上例如利用真空蒸鍍法依次形成Pt和Au膜。接著，利用抗蝕劑涂敷后的光刻，形成用于形成p型電極16的抗蝕劑圖形。接著，將抗蝕劑圖形作為掩模，利用濕法刻蝕或干法刻蝕形成p型電極16。
其后，在襯底的背面前面上利用真空蒸鍍法依次形成Ti和Al膜。然后，進行使n型電極17歐姆接觸用的合金處理。
然后，通過劈開等將該襯底加工為條狀，形成兩共振器端面，進而在對這些共振器端面進行了端面覆蓋(coating)后，通過劈開等使該條成為芯片。利用以上所述來制造圖1中示出的氮化物系列半導體激光器。
其次，說明對與本實施方式有關的氮化物系列半導體激光器特性進行了模擬的結果。
作為在此使用的半導體激光器模擬，可使用例如由CrosslightSoftware Inc.出售的LASTIP(LASer Technology IntegratedProgram)那樣的采用了Maxwell方程式、Poisson方程式、レ-ト方程式等的模擬。
圖4是示出在與模擬中使用的氮化物系列半導體激光器的結構的剖面圖。如圖4中所示，在GaN襯底4上形成了GaN緩沖層5、n型AlGaN包層6、厚度為100nm的n型GaN光引導層7。
然后，在n型GaN光引導層7上形成了厚度為3.5nm的3個阱層、厚度為7.0nm由阻擋層構成的多重量子阱結構的部分有源層8。
再者，按順序?qū)盈B了厚度為20nm的最終阻擋層1、厚度為20nmAl組成比為0.20的p型AlGaN電子勢壘層3、厚度為100nm的p型GaN光引導層9、厚度為400nm的p型AlGaN包層10和厚度為100nm的p型GaN接觸層11。將脊12的寬度形成為2.2μm。
在具備以上的結構的氮化物系列半導體激光器中，對于將最終阻擋層1和阻擋層2全部的材質(zhì)定為In組成比0.02的InGaN的情況、定為與In組成比0.02的InGaN相比能帶間隙大的GaN的情況和將全部阻擋層2定為GaN、只將最終阻擋層1定為In組成比0.02的InGaN的情況進行了模擬。
圖5、6示出了在以上的條件下的模擬的計算結果。圖5是示出對于注入的電子從電子勢壘層3溢出成為無效電流的電子的比例的圖。此外，圖6是示出光輸出-電流特性的圖。
圖5和圖6中的「a」是將最終阻擋層1和阻擋層2全部定為In組成比0.02的InGaN的情況，「b」是將最終阻擋層1和阻擋層2全部定為GaN的情況，「c」是將阻擋層2全部定為GaN、只將最終阻擋層1定為In組成比0.02的InGaN的情況。
如圖5的「b」中所示，在使用了能帶間隙大的材料(GaN)作為最終阻擋層1和阻擋層2的全部的情況下，電子從電子勢壘層3溢出到p側(cè)的比例增大。因此，如圖6的「b」中所示，可看到閾值電流的上升、微分效率的下降。
但是，如圖5的「c」中所示，如果使用其能帶間隙比阻擋層2的能帶間隙小的材料(InGaN:In組成比0.02)作為最終阻擋層1，則從電子勢壘層3溢出的電子的比例大幅度地減少了。其結果，如圖6的「c」中所示，閾值電流減少、微分效率上升了。
此外，通過使用能帶間隙大的GaN作為阻擋層2，可減少從阱層18越過阻擋層2而溢出的電子，與「a」的情況相比，微分效率進一步提高了。
對于該模擬結果來說，從電子勢壘層3溢出到p側(cè)的電子的比例大致由最終阻擋層1與電子勢壘層3之間的導帶能帶不連續(xù)量來決定。因此，如果進一步減小最終阻擋層1的能帶間隙，則可進一步減小從電子勢壘層3溢出的電子的比例。
如以上說明的那樣，對于與本實施方式有關的半導體發(fā)光元件來說，使最終阻擋層1的能帶間隙比阻擋層2的能帶間隙小。
因此，由于與使用與阻擋層2相同的材料作為最終阻擋層1相比，最終阻擋層1與電子勢壘層3的導帶能帶不連續(xù)量(電子勢壘)變大，故可抑制越過電子勢壘溢出的電子。
再有，在圖5、6中，將阻擋層2的材料定為InGaN或GaN，最終阻擋層1的材料定為InGaN。但是，阻擋層2即使是任何的材料，如果使用具有比阻擋層2的能帶間隙小的能帶間隙的材料作為最終阻擋層1，就可進一步減小來自電子勢壘層3的電子的溢出比例。
此外，在本實施方式中，將與最終阻擋層1相接地處于p側(cè)的層定為AlGaN電子勢壘層3，但即使該層是Al組成比較小的AlGaN或由GaN構成的光導波層9或p型包層10，當然也具有同樣的效果。
即，即使是不具有AlGaN電子勢壘層3或光導波層9的結構的氮化物系列半導體激光器，也具有同樣的效果。
對于與本實施方式1有關的氮化物系列半導體激光器來說，與阱層18相接地設置了最終阻擋層1。
由于在阱層18上形成了最終阻擋層1，故可防止阱層18的結晶性的惡化。
此外，由于將最終阻擋層1的厚度選擇成與阻擋層2、阱層18的厚度不同，故可進一步減小來自電子勢壘層3的電子的溢出比例。
<實施方式2>
對于與本實施方式有關的氮化物系列半導體激光器來說，在實施方式1中由多個部分最終阻擋層13、19(在圖1中未圖示)構成了最終阻擋層1。
在此，可將部分最終阻擋層13稱為在n型包層6一側(cè)配置的第1最終阻擋層，可將部分最終阻擋層19稱為在p型包層6一側(cè)配置的第2最終阻擋層。
部分最終阻擋層13例如定為厚度10nm、In組成比0.02的InGaN，被形成在部分有源層8上。在部分最終阻擋層13上形成了由厚度10nm、In組成比0.04的InGaN構成的部分最終阻擋層19。
由于其它的結構與實施方式1有關的氮化物系列半導體激光器相同，故省略重復的說明。
圖7示出了與本實施方式有關的氮化物系列半導體激光器的有源層20附近的能帶圖。而且，在圖7中示出的能帶圖中，對于與本實施方式有關的氮化物系列半導體激光器的結構對應的位置附以與其結構為同一的符號。
如圖7中所示，對于與本實施方式有關的發(fā)明來說，增大了部分最終阻擋層19與電子勢壘層3的導體中的能帶不連續(xù)量。
即，通過使部分最終阻擋層19的能帶間隙比最終阻擋層1以外的阻擋層2的能帶間隙小，增大了部分最終阻擋層19與電子勢壘層3的導體中的能帶不連續(xù)量。
從電子勢壘層3溢出到p側(cè)的電子的比例大致由部分最終阻擋層19與電子勢壘層3的導帶能帶不連續(xù)量來決定。
因此，與實施方式1同樣，即使使用大的能帶間隙的材料作為阻擋層2，也可抑制越過電子勢壘層3溢出的電子。
在與本實施方式2有關的半導體發(fā)光元件中，部分最終阻擋層19的能帶間隙比與部分最終阻擋層19鄰接的部分最終阻擋層13的能帶間隙小。
因此，與接合部分最終阻擋層13與電子勢壘層3相比，可增大部分最終阻擋層19與電子勢壘層3的導體中的能帶不連續(xù)量。
其結果，可抑制越過電子勢壘層3溢出的電子。
在與本實施方式2有關的半導體發(fā)光元件中，部分最終阻擋層19的材質(zhì)是InGaN，與部分最終阻擋層19鄰接的部分最終阻擋層13的材質(zhì)定為其能帶間隙比部分最終阻擋層19的能帶間隙大的InGaN或GaN。
因此，與接合部分最終阻擋層13與電子勢壘層3相比，可增大部分最終阻擋層19與電子勢壘層3的導體中的能帶不連續(xù)量。
其結果，可抑制越過電子勢壘層3溢出的電子。
再有，部分最終阻擋層13的能帶間隙也可與最終阻擋層1以外的阻擋層2的能帶間隙為同一或相同的程度。
如果使部分最終阻擋層13的能帶間隙也可與阻擋層2的能帶間隙為同一或相同的程度，則由于在全部的阱層18中能帶形狀為大致相同的形狀，故可使在阱層18中形成的量子能級為大致相同的能級。其結果，可減少閾值電流，提高微分效率。
<實施方式3>
對于與本實施方式有關的氮化物系列半導體激光器來說，最終阻擋層1由伴隨從接近于阱層18的一側(cè)到接近于電子勢壘層3，In組成比從0.02至0.04連續(xù)地增加的InGaN構成。
由于其它的結構與實施方式1有關的氮化物系列半導體激光器相同，故省略重復的說明。
圖8是與本實施方式有關的氮化物系列半導體激光器的有源層20附近的能帶圖。如圖8中所示，最終阻擋層1的能帶間隙隨著接近于電子勢壘層3而連續(xù)地變小，在與電子勢壘層3相接的位置上的能帶間隙比阻擋層2的能帶間隙小。
由于從電子勢壘層3溢出的電子的比例大致由最終阻擋層1與電子勢壘層3相接的位置上的導帶能帶不連續(xù)量來決定，故在本實施方式中也可得到與實施方式1同等的效果。
再有，最終阻擋層1的材料不限定于InGaN，只要在與電子勢壘層3相接的位置上能帶間隙比阻擋層2的能帶間隙小的材料即可。
<實施方式4>
在本實施方式中，使用了InxAlyGa1-x-yN(0≤x＜1，0≤y≤1，x+y≤1)作為阻擋層2。其它的結構與實施方式1～3相同，省略重復的說明。
通過使用InxAlyGa1-x-yN作為阻擋層2，與使用了InGaN的情況相比，可增大阻擋層2的能帶間隙。因此，可進一步抑制來自阱層18的電子的溢出。其結果與在實施方式1～3中示出的情況相比，可得到微分特性等優(yōu)異的氮化物系列半導體發(fā)光元件。
<實施方式5>
對于與本實施方式有關的氮化物系列半導體激光器來說，在實施方式1～3的氮化物系列半導體激光器中特別使用了GaN作為阻擋層2。
通過使用GaN作為阻擋層2，與使用了InGaN的情況相比，可增大能帶間隙，而且可作成結晶品質(zhì)良好的阻擋層。其結果，可得到微分特性等優(yōu)異的氮化物系列半導體激光器。
權利要求
1.一種半導體發(fā)光元件，使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體，其特征在于，上述有源層具有多個阻擋層和被上述阻擋層夾住而形成的阱層，上述多個阻擋層中最接近于上述p型包層一側(cè)的最終阻擋層的能帶間隙比上述最終阻擋層以外的阻擋層的能帶間隙小。
2.如權利要求1中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述最終阻擋層具有多個部分最終阻擋層，上述多個部分最終阻擋層中最接近于上述p型包層一側(cè)的部分最終阻擋層的能帶間隙比上述最終阻擋層以外的阻擋層的能帶間隙小。
3.如權利要求2中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述多個部分最終阻擋層中與上述阱層相接的部分最終阻擋層的能帶間隙與上述最終阻擋層以外的阻擋層的能帶間隙是相同的。
4.如權利要求1中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述最終阻擋層的能帶間隙在接近于上述p型包層的同時連續(xù)地變小。
5.如權利要求1至4的任一項中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述最終阻擋層以外的阻擋層的材質(zhì)是InAlGaN。
6.如權利要求1至4的任一項中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述最終阻擋層以外的阻擋層的材質(zhì)是GaN。
7.一種半導體發(fā)光元件，使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體，其特征在于，上述有源層具有多個阻擋層和被上述阻擋層夾住而形成的阱層，上述多個阻擋層包含最接近于上述p型包層一側(cè)的最終阻擋層，上述最終阻擋層包含被配置在上述n型包層一側(cè)的第1最終阻擋層和被配置在上述p型包層一側(cè)的第2最終阻擋層，上述第2最終阻擋層的能帶間隙比上述最終阻擋層以外的阻擋層的能帶間隙小。
8.如權利要求7中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述第1最終阻擋層的能帶間隙與上述最終阻擋層以外的阻擋層的能帶間隙為相同的程度。
9.一種半導體發(fā)光元件，使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體，其特征在于，上述有源層具有多個阻擋層和被上述阻擋層夾住而形成的阱層，上述多個阻擋層包含最接近于上述p型包層一側(cè)的最終阻擋層，上述最終阻擋層的材質(zhì)是InGaN，上述最終阻擋層以外的阻擋層的材質(zhì)是GaN。
10.一種半導體發(fā)光元件，使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體，其特征在于，上述有源層具有多個阻擋層和被上述阻擋層夾住而形成的阱層，上述多個阻擋層中最接近于上述p型包層一側(cè)的最終阻擋層包含多個部分最終阻擋層，上述多個部分最終阻擋層中最接近于上述p型包層一側(cè)的第1部分最終阻擋層的能帶間隙比與上述第1部分最終阻擋層鄰接的部分最終阻擋層的能帶間隙小。
11.如權利要求10中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，與上述第1部分最終阻擋層鄰接的部分最終阻擋層的能帶間隙與上述最終阻擋層以外的阻擋層的能帶間隙是相同的。
12.一種半導體發(fā)光元件，使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體，其特征在于，上述有源層具有多個阻擋層和被上述阻擋層夾住而形成的阱層，上述多個阻擋層中最接近于上述p型包層一側(cè)的最終阻擋層包含多個部分最終阻擋層，上述多個部分最終阻擋層中最接近于上述p型包層一側(cè)的第1部分最終阻擋層的材質(zhì)是InGaN，與上述第1部分最終阻擋層鄰接的部分最終阻擋層的材質(zhì)是能帶間隙比上述第1部分最終阻擋層的能帶間隙大的InGaN或GaN。
13.一種半導體發(fā)光元件，使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體，其特征在于，上述有源層具有多個阻擋層和與上述阻擋層交替地被形成的阱層，具備勢壘層，其能帶間隙比上述多個阻擋層的能帶間隙大；以及第1層，被設置成在上述多個阻擋層與上述勢壘層之間與上述勢壘層相接，其能帶間隙比上述多個阻擋層的能帶間隙小且其能帶間隙比上述阱層的能帶間隙大。
14.一種半導體發(fā)光元件，使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體，其特征在于，上述有源層具有多個阻擋層和與上述阻擋層交替地被形成的阱層，具備光導波層，其能帶間隙比上述多個阻擋層的能帶間隙大，與上述p型包層的上述有源層一側(cè)相接而被設置；以及第1層，被設置成在上述多個阻擋層與上述光導波層之間與上述光導波層相接，其能帶間隙比上述多個阻擋層的能帶間隙小且其能帶間隙比上述阱層的能帶間隙大。
15.一種半導體發(fā)光元件，使用了具有在n型包層和p型包層之間夾住了有源層的結構的氮化物系列III-V族化合物半導體，其特征在于，上述有源層具有多個阻擋層和與上述阻擋層交替地被形成的阱層，具備第1層，該第1層被設置成在上述多個阻擋層與上述p型包層之間與上述p型包層相接，其能帶間隙比上述多個阻擋層的能帶間隙小且其能帶間隙比上述阱層的能帶間隙大。
16.如權利要求13至15的任一項中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，與上述阱層相接地設置了上述第1層。
17.如權利要求13至15的任一項中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，還具備第2層，該第2層被設置成在上述多個阻擋層與上述第1層之間與上述第1層相接，其能帶間隙比上述第1層的能帶間隙大或小且其能帶間隙比上述阱層的能帶間隙大。
18.如權利要求17中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述第2層的能帶間隙與上述多個阻擋層的能帶間隙是相同的。
19.如權利要求13至15的任一項中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述多個阻擋層的材質(zhì)是GaN，上述第1層的材質(zhì)是InGaN。
20.如權利要求19中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述第1層的厚度與上述多個阻擋層和上述多個阱層的厚度不同。
21.如權利要求19中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述第1層的厚度比上述多個阻擋層的厚度厚。
22.如權利要求13至15的任一項中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述阻擋層的材質(zhì)是InxGa1-xN，上述阱層的材質(zhì)是InyGa1-yN，上述第1層的材質(zhì)是InxGa1-xN，In組成比x、y、z滿足0≤x＜z＜y＜1。
23.如權利要求22中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述第1層的厚度與上述多個阻擋層和上述多個阱層的厚度不同。
24.如權利要求22中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述第1層的厚度比上述多個阻擋層的厚度厚。
25.如權利要求22中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述In組成比x、y、z滿足(y-z)＞(z-x)。
26.如權利要求13至15的任一項中所述的半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述多個阻擋層的材質(zhì)是InxAlyGa1-x-yN(0≤x＜1，0≤y＜1，x+y≤1)。
全文摘要
本發(fā)明的課題是通過減少越過有源層內(nèi)封閉電子用的電子勢壘而溢出的電子來提供具備閾值電流小、微分效率高的良好的特性的半導體發(fā)光元件。使作為構成有源層20的阻擋層中最接近于p側(cè)的阻擋層的最終阻擋層1的能帶間隙比阻擋層2的能帶間隙小。與使用與阻擋層2相同的能帶間隙的材料作為最終阻擋層1的情況相比，可增大與電子勢壘層3的能帶不連續(xù)量(電子勢壘)。其結果，可減少越過電子勢壘而溢出的電子。
文檔編號H01S5/323GK1773792SQ200510119489
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月9日 優(yōu)先權日2004年11月10日
發(fā)明者藏本恭介 申請人:三菱電機株式會社