專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用了氮化物系III-V族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
近年來，作為光盤高密度化所必需的可在從藍(lán)色區(qū)域到紫外線區(qū)域發(fā)光的半導(dǎo)體激光器，使用了AlGaInN等氮化物系III-V族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器的研究開發(fā)很盛行，并且已經(jīng)進(jìn)行實用化。
到目前為止公開的使用了氮化物系III-V族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器具有SCH(Separate Confinement Heterostructure)結(jié)構(gòu)。
即，為了更高效地將光封閉到活性層，在n側(cè)設(shè)置了折射率比較小的材料，即n型AlGaN覆蓋層，在p側(cè)設(shè)置了同樣的折射率比較小的材料，即p型AlGaN覆蓋層。
而且，在n型AlGaN覆蓋層和活性層之間設(shè)置了使用折射率較大的材料的n側(cè)光引導(dǎo)層，在p型AlGaN覆蓋層和活性層之間設(shè)置了使用折射率比較大的材料的p側(cè)光引導(dǎo)層。
這里，AlGaN覆蓋層中Al組成比越大折射率越小。為此，通過使用Al組成比較大的AlGaN覆蓋層，從而可以使光的分布會聚在活性層附近。這是由于當(dāng)光模式的實際折射率和材料的折射率之差越大，隨著離開活性層而導(dǎo)致光衰減量越大。由此，封閉到活性層的光量變大的結(jié)果，具有閥值降低等優(yōu)點。
此外，在n側(cè)，在遠(yuǎn)離n型AlGaN覆蓋層的活性層一側(cè)，通常是層疊GaN材料。在使用藍(lán)寶石、SiC等與GaN的晶格不匹配度較大的襯底的情況下，在襯底和覆蓋層之間層疊用于緩和晶格不匹配的低溫GaN緩沖層；在運(yùn)用使用了GaN材料的橫向生長技術(shù)的位錯降低技術(shù)等情況下，也在襯底和AlGaN覆蓋層之間層疊幾μm以上的GaN橫向生長層。近年來，雖然多使用GaN襯底，但是在此情況下，在n型AlGaN覆蓋層下同樣存在著GaN襯底。
如上所述，當(dāng)在遠(yuǎn)離n型AlGaN覆蓋層的活性層一側(cè)，存在GaN材料或者折射率比光模式的實際折射率更大的材料時，由于該材料內(nèi)的光強(qiáng)度即使遠(yuǎn)離活性層也不容易衰減，故具有很大的光封閉系數(shù)。因此，公知的是將導(dǎo)致活性層的光封閉量相對地降低，引起大幅度的閥值上升等特性劣化。(例如參見Japanese Journal of Applied Physics vol.38 Part1，No.3B(1999)p.1780)。
此外，由于在與GaN層的折射率不同的藍(lán)寶石襯底或SiC襯底的界面、或者在GaN襯底下表面將產(chǎn)生光的菲涅耳反射，所以在GaN層內(nèi)或者GaN襯底內(nèi)將形成共振模式。通過實際測量和仿真等確認(rèn)出該共振模式存在使垂直方向的遠(yuǎn)場圖樣(far field patternFFP)中產(chǎn)生波紋的問題。
為了避免這種問題發(fā)生，需要盡量抑制光向如下材料滲出，該材料為存在于遠(yuǎn)離n型AlGaN覆蓋層的活性層側(cè)的GaN材料、或者折射率比光模式的實際折射率更大的材料。為此，需要增大n型AlGaN覆蓋層的Al組成比，即，減小n型AlGaN覆蓋層的折射率，隨著遠(yuǎn)離活性層導(dǎo)致光強(qiáng)度的衰減增大，需要在n型AlGaN覆蓋層內(nèi)進(jìn)行充分的光強(qiáng)度衰減。此外，由于隨著遠(yuǎn)離活性層導(dǎo)致光強(qiáng)度的衰減增大，所以優(yōu)選盡量增加n型AlGaN覆蓋層的厚度。
另一方面，在藍(lán)寶石襯底上或SiC襯底上低溫生長的GaN緩沖層的晶格常數(shù)、在藍(lán)寶石襯底上使用橫向生長技術(shù)生長的GaN層、或者GaN襯底的晶格常數(shù)非常接近于GaN晶格常數(shù)。
當(dāng)在這些層上生長n型AlGaN層作為n型覆蓋層時，由于AlGaN材料的晶格常數(shù)隨著Al組成比的增大而減小，所以Al組成比越大，與基底的晶格不匹配度越大。結(jié)果，如公知的那樣，將越發(fā)明顯地發(fā)生破裂或者位錯。此外，即使不產(chǎn)生破裂或者位錯，由于處于具有較大失真的狀態(tài)，故將對元件的壽命產(chǎn)生很大的惡劣影響。
象這樣，在不過分增大n型AlGaN覆蓋層的Al組成比的情況下，由于能夠不產(chǎn)生破裂或者位錯地生長的膜厚(臨界膜厚)變小，故光向襯底側(cè)的滲出反而變大。
如上所述，n型和p型AlGaN覆蓋層的Al組成比存在最佳值，AlGaN覆蓋層，通常使用p型、n型并且Al組成比為0.06～0.07左右的AlGaN材料(參見非專利文獻(xiàn)1)。
T.Tojyo他，“High-Power AlGaInN Laser Diodes withHigh Kink Level and Low Relative Intensity Noise”，Jpn.J.Appl.Phys.vol.41(2002)，pp.1829-1833然而，為了確定n型和p型AlGaN覆蓋層的Al組成比而必須考慮的特性是垂直方向的FFP。通常在用于光盤的氮化物系LD中，在襯底水平方向的FFP的全半高寬(全半値幅)為6～10°左右，而襯底垂直方向的FFP的全半高寬大于等于20°。為此，水平方向和垂直方向的光束射出角顯著不同。
但是，作為光盤用途的應(yīng)用，要求該垂直方向和水平方向及FFP的全半高寬的比(寬高比)盡量接近于1。為此，希望垂直方向的FFP的全半高寬更小。
通常，由于在半導(dǎo)體激光元件內(nèi)部中的光分布，即近場圖樣(Near fieldpatternNFP)和FFP具有傅立葉變換關(guān)系，因此，為了使垂直方向的FFP的全半高寬更小，需要增大NFP的寬度。為了實現(xiàn)這些，雖然存在減小活性層的折射率并增大垂直方向的光的寬度的方法，但是，在此情況下，當(dāng)然由于光向p型接觸層或者p型電極的滲出變大，所以導(dǎo)致光吸收增加的問題、或者如上所述的光向襯底側(cè)滲出的問題嚴(yán)重化。
為了避免這些問題，雖然需要增大n型和p型AlGaN覆蓋層的Al組成比或增大AlGaN覆蓋層的膜厚，但是，如前所述這將產(chǎn)生破裂或者錯位的問題。
上述問題是由下述結(jié)構(gòu)引起的在比n型覆蓋層更靠近襯底一側(cè)上，存在其折射率比實際折射率更大的層(例如，GaN緩沖層或GaN襯底本身)，而且，AlGaN覆蓋層的晶格常數(shù)與其基底的GaN的晶格常數(shù)不同的、使用了氮化物系III-V族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器或半導(dǎo)體發(fā)光二極管的特別結(jié)構(gòu)。
如上所述，向襯底側(cè)滲出光的問題、由于與基底的晶格不匹配而引起的破裂或位錯的問題、以及垂直方向的FFP的全半高寬的問題是相互交叉的，為了解決全部的問題，需要即使在AlGaN覆蓋層的Al組成比較大的情況下也可以抑制破裂或者位錯發(fā)生的特別技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其具有不會產(chǎn)生光向襯底側(cè)滲出以及覆蓋層的破裂或者位錯的問題，而且包括良好的FFP特性。
本發(fā)明第1方面記載的發(fā)明是一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有在n型覆蓋層和p型覆蓋層之間夾持了活性層的結(jié)構(gòu)、并使用了氮化物系III-V族化合物半導(dǎo)體，其特征在于上述n型覆蓋層包括Al組成比x為0.01≤X＜0.06的n型AlxGa1-xN層。
本發(fā)明第2方面記載的發(fā)明是一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有在n型覆蓋層和p型覆蓋層之間夾持了活性層的結(jié)構(gòu)的、并使用了氮化物系III-V族化合物半導(dǎo)體，其特征在于上述n型覆蓋層包括部分n型AlGaN覆層，其Al組成比大于上述n型覆蓋層的其它部分，上述部分n型AlGaN覆蓋層設(shè)置在上述n型覆蓋層的下部或中央部。
根據(jù)本發(fā)明第1方面記載的發(fā)明，使用Al組成比x為0.01≤X＜0.06的AlxGa1-xN膜作為n型覆蓋層。為此，可以使n型覆蓋層的折射率變大，使垂直方向的NFP(近場圖樣)變寬，并使垂直方向的FFP的全半高寬變小。此外，當(dāng)Al組成比變小時，由于n型覆蓋層和GaN材料的晶格不匹配變小，所以可以厚厚地形成沒有破裂或者位錯發(fā)生的n型覆蓋層。通過厚厚地形成n型覆蓋層，還可以抑制光向襯底側(cè)滲出。
根據(jù)本發(fā)明第2方面記載的發(fā)明，由于Al組成比大的部分AlGaN覆蓋層使光的衰減變大，因此，可以抑制光向襯底側(cè)滲出。此外，由于部分覆蓋層設(shè)置在n型覆蓋層的下部或中央部，所以幾乎不會對活性層附近的NFP的寬度產(chǎn)生影響，也沒有增大垂直方向的FFP的全半高寬。
圖1是表示實施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2是表示用于實施例1的光強(qiáng)度計算的半導(dǎo)體發(fā)光元件結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖3是表示實施例1的AlGaN層的臨界膜厚度與Al組成比的關(guān)系的圖。
圖4是表示實施例1的光封閉量與Al組成比的關(guān)系的圖。
圖5是表示實施例1的光封閉量與Al組成比的關(guān)系的圖。
圖6是表示實施例1的垂直方向的FFP全半高寬與Al組成比的關(guān)系的圖。
圖7是表示實施例3的半導(dǎo)體發(fā)光元件結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖8是表示實施例3的半導(dǎo)體發(fā)光元件的垂直方向的光強(qiáng)度分布的剖面圖。
圖9是表示實施例11的半導(dǎo)體發(fā)光元件結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實施例方式
<實施例1>
圖1是表示實施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件結(jié)構(gòu)的剖面圖。
該半導(dǎo)體發(fā)光元件(氮化物系半導(dǎo)體激光器)具有脊結(jié)構(gòu)以及SCH結(jié)構(gòu)。
在GaN襯底1的一個主表面上，即Ga面上形成有n型GaN緩沖層2。該n型GaN緩沖層2降低GaN襯底1表面的凹凸，并且為了盡可能平坦地層疊該上層而形成。而且，在該n型GaN緩沖層2上形成有n型AlGaN覆蓋層(以下，有時簡單地稱為n型覆蓋層)3。
在n型AlGaN覆蓋層3上，按照n型GaN光引導(dǎo)層4、未摻雜的InGaN光引導(dǎo)層5的順序進(jìn)行層疊，形成n側(cè)光引導(dǎo)層。在InGaN光引導(dǎo)層5上形成了例如未摻雜的InxGa1-xN/InyGa1-yN多重量子阱式結(jié)構(gòu)的活性層6。
并且，在活性層6上順次層疊作為p側(cè)引導(dǎo)層的未摻雜InGaN光波導(dǎo)層7、p型AlGaN電子阻擋層8、作為p側(cè)光引導(dǎo)層的p型GaN光引導(dǎo)層9、p型AlGaN覆蓋層(下面，有時簡單地稱為p型覆蓋層)10、以及p型GaN接觸層11。
這里，n側(cè)GaN緩沖層2的厚度例如是1μm，摻雜了作為n型雜質(zhì)的例如硅(Si)。N型覆蓋層3的厚度例如為2.0μm，摻雜了作為n型雜質(zhì)的例如Si，Al組成比例如為0.05。n型GaN光引導(dǎo)層4的厚度例如為100nm。并且，非摻雜InGaN引導(dǎo)層5的厚度例如為7nm，In組成比例如為0.02。
此外，未摻雜的InxGa1-xN/InyGa1-yN多重量子阱式結(jié)構(gòu)的活性層6具有交替層疊作為阻擋層的InxGa1-xN層和作為阱層的InyGa1-yN層的結(jié)構(gòu)，阱數(shù)例如是3。作為阻擋層的InxGa1-xN層的厚度為7nm，組成比x為0.02。并且，作為阱層的InyGa1-yN層的厚度為3.5nm，組成比y為0.14。
未摻雜的InxGa1-xN光波導(dǎo)層7的厚度例如是20nm，In組成比x例如是0.02。p型AlGaN電子阻擋層8的厚度例如是10nm，Al組成比例如是0.18。p型GaN光引導(dǎo)層9的厚度例如是100nm。
p型AlGaN覆蓋層10的厚度例如是400nm，摻雜了作為p型雜質(zhì)的例如Mg，而Al組成比例如是0.07。并且，p型GaN接觸層11的厚度例如是100nm，摻雜了作為p型雜質(zhì)的例如Mg。
在p型AlGaN覆蓋層10和p型GaN接觸層11向著例如<1-100>的方向，通過蝕刻形成脊12。該脊12的寬度例如是2.0μm。這里，該脊12形成在對應(yīng)于低凹陷區(qū)域的位置上，該低凹陷區(qū)域位于GaN襯底1上以條狀形成的幾μm～幾十μm寬的高位錯區(qū)域之間。
為了該脊12的側(cè)面部或者脊橫向底面部的表面保護(hù)和電氣絕緣，形成了例如厚度為200nm的SiO2膜那樣的絕緣膜14以覆蓋脊12。
在該絕緣膜14中，在對應(yīng)于脊12上表面的部分設(shè)置有開口15。通過該開口15實現(xiàn)了p型電極16和p型接觸層11的電氣接觸。p型電極16構(gòu)成為依次地層疊例如Pd和Au膜。
此外，在與GaN襯底1的一個主表面，即Ga面相反一側(cè)的N面上形成了n型電極17。該n型電極17構(gòu)成為依次地層疊例如Ti和Au膜。
接下來，針對本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法進(jìn)行說明。
首先，利用有機(jī)金屬化學(xué)氣相生長(MOCVD)法在預(yù)先通過熱清洗等清潔了表面的GaN襯底1上以例如1000℃的生長溫度生長n型GaN緩沖層2。
此后，利用同樣的MOCVD法，順次層疊n型覆蓋層3、n型GaN光引導(dǎo)層4和非摻雜InGaN光引導(dǎo)層5、未摻雜的InxGa1-xN/InyGa1-yN多重量子阱活性層6、未摻雜InGaN光導(dǎo)波層7、p型AlGaN電子阻擋層8和p型GaN光引導(dǎo)層9、p型覆蓋層10、以及p型GaN接觸層11。
這里，這些層的生長溫度，例如n型覆蓋層3和n型GaN光引導(dǎo)層4為1000℃，從未摻雜InGaN光引導(dǎo)層5到未摻雜InGaN光導(dǎo)波層7為740℃，從p型AlGaN電子阻擋層8到p型GaN接觸層11為1000℃。
繼而，在結(jié)束了以上結(jié)晶生長的晶片的整個表面上，涂敷抗蝕劑，利用通常的平版印刷法(照相制版技術(shù))形成與脊12的形狀對應(yīng)的規(guī)定形狀的抗蝕劑圖案。
以該抗蝕劑圖案作為掩膜，通過例如RIE(Reactive Ion Etching反應(yīng)離子刻蝕)法一直刻蝕到p型覆蓋層10的層內(nèi)為止。通過該蝕刻，制造出形成光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的脊12。該RIE的蝕刻氣體使用例如氯族氣體。
接下來，保留作為掩膜使用的抗蝕劑圖案，并在襯底的整個表面上利用例如CVD法、真空蒸發(fā)法、濺射法等形成例如厚度為0.2μm的SiO2膜14。并且，在除去抗蝕劑圖案的同時除去脊12上的SiO2膜，即進(jìn)行移除。由此，形成脊12上的開口15。
接下來，在襯底的整個表面上例如利用真空蒸發(fā)法依次形成Pt和Au膜之后，涂布抗蝕劑，利用平版印刷技術(shù)按照期望的形狀形成抗蝕劑。此后，利用濕法腐蝕或干法蝕刻將抗蝕劑作為掩膜在半導(dǎo)體發(fā)光元件的表面上形成p型電極16。
接下來，在襯底的整個背面上利用真空蒸發(fā)法依次形成Ti和Al膜。接下來，進(jìn)行用于使n電極17歐姆接觸的合金處理。
此后，通過劈開等手段將該襯底加工成條狀并形成兩個諧振器端面。而且，在這兩個諧振器端面施加了端面涂敷后，通過劈開等手段對該條進(jìn)行芯片化。利用上述制造方法，可以制造出如圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
在本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，使用了Al組成比為0.05的n型AlGaN覆蓋層3。Al組成比小于0.06的n型AlGaN材料的折射率比Al組成比大于等于0.06的n型AlGaN材料的折射率大。因而，作為n型覆蓋層3，當(dāng)使用Al組成比小于0.06的n型AlGaN材料時，則隨著從活性層6離開而呈現(xiàn)出光的衰減變小的傾向。即，NFP變寬的傾向。其結(jié)果，可以使垂直方向的FFP的全半高寬更小。
這里，由于Al組成比越小，AlGaN材料的晶格常數(shù)越大，并接近于作為基底層的GaN襯底1的晶格常數(shù)，故產(chǎn)生破裂或位錯的臨界膜厚有變厚的傾向。即，Al組成比越小，n型AlGaN覆蓋層3可以生長出越厚的膜。
因此，當(dāng)n型AlGaN覆蓋層3的Al組成比變小時，雖然NFP變寬且光向GaN襯底1側(cè)的滲出變大，但是通過使n型AlGaN覆蓋層3厚膜化，可以抑制光的滲出。
通過減小n型AlGaN覆蓋層3的Al組成比，最終光的滲出是否變小，可以通過求出某一Al組成比中的AlGaN材料的折射率、以及引發(fā)產(chǎn)生破裂或位錯的最低膜厚(臨界膜厚)，并根據(jù)該折射率和膜厚計算出光強(qiáng)度分布，來進(jìn)行估算。
因此，對改變n型覆蓋層3的Al組成比后所進(jìn)行的光強(qiáng)度分布的計算結(jié)果進(jìn)行說明。
圖2是示出在光強(qiáng)度分布的計算中使用的半導(dǎo)體發(fā)光元件結(jié)構(gòu)的剖面圖。這里，對與圖1中示出的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)使用同樣的符號。
在GaN襯底1上，形成了GaN緩沖層2。在GaN緩沖層2上形成了n型AlGaN覆蓋層3。在n型GaN覆蓋層3上形成了厚度為100nm的n型GaN光引導(dǎo)層4。并且，在n型GaN光引導(dǎo)層4上形成了厚度為7.0nm、In組成比為0.02的InGaN光引導(dǎo)層5。
在InGaN光引導(dǎo)層5上，形成了由厚度為3.5nm、In組成比為0.12的三個InGaN阱層和厚度為7.0nm、In組成比為0.02的InGaN阻擋層構(gòu)成的多重量子阱活性層6。
在多重量子阱活性層6上形成厚度為20nm、In組成比為0.02的InGaN光引導(dǎo)層7，在InGaN光引導(dǎo)層7上形成了厚度為20nm、Al組成比為0.18的p型AlGaN電子阻擋層8。
在p型AlGaN電子阻擋層8上依次層疊并形成了厚度為100nm的p型GaN引導(dǎo)層9、厚度為400nm的p型AlGaN覆蓋層10、厚度為100nm的p型GaN接觸層11。
脊12的寬度是2.2μm，在計算了2維光強(qiáng)度分布后，計算光向GaN緩沖層2和GaN襯底1的滲出比例。
此外，圖3是表示在GaN襯底1上生長的AlGaN膜的臨界膜厚(縱軸)與Al組成比(橫軸)的依賴性的圖(參見Journal of Applied Physics vol.88 No.12(2000)p.7029)。如圖3所示，隨著Al組成比變小，臨界膜厚變大。
圖4示出在形成了與圖3示出的臨界膜厚的厚度相同的n型覆蓋層3的情況下，計算出相對于全部光強(qiáng)度的、GaN緩沖層2和GaN襯底1內(nèi)的光強(qiáng)度比例，即光滲出比例相對于各個n型AlGaN覆蓋層3的Al組成比的計算結(jié)果。
此外，圖5示出不是臨界膜厚度，而是形成厚度為臨界膜厚度的70％的n型覆蓋層3的情況下，計算出光向GaN緩沖層2和GaN襯底1內(nèi)滲出的比例的結(jié)果。
從圖4和圖5可知，作為n型AlGaN覆蓋層3的Al組成比，與使用Al組成比大于0.06的n型AlGaN覆蓋層相比，使用Al組成比小于0.06的n型AlGaN覆蓋層可以大幅度降低光向GaN襯底1的滲出比例。
而且，圖6示出計算FFP的垂直方向的全半高寬(縱軸)相對于各個n型AlGaN覆蓋層3的Al組成比(橫軸)的計算結(jié)果。這里，以n型AlGaN覆蓋層3的膜厚作為臨界膜厚。如圖6所示，Al組成比越小，F(xiàn)FP的垂直方向的全半高寬越小，對于光盤用光源等用途，可以制作成更優(yōu)選的FFP形狀。
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件使用Al組成比x為0.05、膜厚為2μm的n型AlGaN覆蓋層3。如圖3所示，由于Al組成比x為0.05時臨界膜厚約為2.5μm，所以不會產(chǎn)生破裂或者位錯的問題，故可在GaN襯底1上形成膜厚為2μm的n型AlGaN覆蓋層3。而且，從圖4，5可知，當(dāng)Al組成比為0.05時，幾乎不會產(chǎn)生向GaN襯底1側(cè)滲出光的問題。
此外，從圖6可知，當(dāng)Al組成比為0.05時，與Al組成比大于等于0.06的情況相比，可以降低垂直方向的FFP全半高寬。
如上所述，本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，可以不產(chǎn)生光滲出的問題、以及破裂或位錯的問題即可降低垂直方向的FFP全半高寬。
另外，在本實施例中，使n型AlGaN覆蓋層3的Al組成比x為0.05、膜厚為2μm，但是從圖4，5可知，只要Al組成比x處于0.01≤X＜0.06的范圍內(nèi)，與Al組成比大于等于0.06的情況相比都可以大幅度減小光滲出。此外，如果n型覆蓋層3的膜厚大于等于300nm，就可以充分減小光滲出。這里，Al組成比的下限為0.01是因為在Al組成比小于0.01的n型覆蓋層3中，隨著從活性層6遠(yuǎn)離而可能導(dǎo)致光不能充分衰減。
此外，很明顯，即使是n型AlGaN覆蓋層3為2層以上的多層結(jié)構(gòu)，只要各個Al組成比小于0.06，就具有上述的效果。
而且，n型AlGaN覆蓋層3為2層以上的多層結(jié)構(gòu)，并且其中至少一層中含有Al組成比x為0.01≤X＜0.06的層時，只要這種Al組成比的層的合計膜厚大于等于300nm，就可以得到同樣的效果。
<實施例2>
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在實施例1中，使半導(dǎo)體發(fā)光元件的n型AlGaN覆蓋層3(參見圖1)的Al組成比為0.01≤X≤0.05。其它的結(jié)構(gòu)與實施例1相同，所以省略重復(fù)說明。
如圖3所示，當(dāng)Al組成比小于等于0.05時，n型覆蓋層3的臨界膜厚大幅度提高。因此，不會產(chǎn)生裂變和位錯等問題，可以更厚地形成n型覆蓋層3。其結(jié)果，從4，5可知，可以進(jìn)一步減小向GaN襯底1側(cè)的光滲出。
此外，通過減小Al組成比x來增大折射率。為此，如圖6所示，可以使NFP大幅度變寬并進(jìn)一步減小垂直方向的FFP全半高寬。
如上所述，通過使Al組成比為0.01≤X≤0.05，可以容易地得到迄今為止不能實現(xiàn)的、低破裂和低位錯、并且垂直方向的FFP的全半高寬非常小的半導(dǎo)體激光器。
<實施例3>
圖7是表示本實施例的半導(dǎo)體元件的剖面圖。
本實施方式，是在實施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在n型覆蓋層3的下端進(jìn)一步形成比n型AlxGa1-xN(0.01≤X＜0.06)覆蓋層3的Al組成比更大的n型覆蓋層13(部分n型AlGaN覆蓋層)。其它結(jié)構(gòu)與實施例1相同，同樣的結(jié)構(gòu)使用同樣的符號，省略重復(fù)說明。
圖8是計算并圖示在包括如上所述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件中垂直方向的光強(qiáng)度分布的圖。如圖8所示，垂直方向的光強(qiáng)度分布隨著從活性部6的中央向GaN襯底1衰減。并且，由于n型覆蓋層13具有比n型覆蓋層3小的折射率，所以可以使光強(qiáng)度大幅度衰減。其結(jié)果，可以進(jìn)一步抑制向GaN襯底1的光滲出。
這是基于下述計算結(jié)果，即在與活性層6某種程度偏離的位置上配置Al組成比大且膜厚薄的n型覆蓋層13，在抑制光滲出以及在n型覆蓋層3中產(chǎn)生破裂和位錯等方面比厚厚地設(shè)置Al組成比小的膜更有利。
如上所述，本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件與實施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件相比，可以進(jìn)一步抑制向襯底側(cè)的光滲出。
另外，由于位于活性層6附近的n型覆蓋層3使得NFP變寬，所以不會由于將n型覆蓋層13設(shè)置在n型覆蓋層3的下端而大幅度地?fù)p害FFP的降低效果。
此外，在本實施例中，雖然在n型覆蓋層3的下端設(shè)置了n型覆蓋層13，但是也可以設(shè)置在n型覆蓋層3的中央部或下部。
而且，n型覆蓋層13并不局限于單層的AlGaN層，也可以是平均Al組成比z比覆蓋層3的Al組成比大的超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層。
這里，所謂平均的Al組成比z是指在例如由厚度為a、Al組成比為x的AlGaN層和厚度為b、Al組成比為y的AlGaN層構(gòu)成超晶格結(jié)構(gòu)的情況下，由z＝(a·x+b·y)/(a+b)表示的z。嚴(yán)格地說，超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層的折射率與具有該平均Al組成比為z的單獨的AlGaN層具有某些差異。但是，從具有與本發(fā)明的效果相同的意義上說，可以由該平均Al組成比z規(guī)定。
<實施例4>
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在實施例2中，在n型覆蓋層3的下端進(jìn)一步形成比n型AlxGa1-xN(0.01≤X≤0.05)覆蓋層3的Al組成比更大的n型覆蓋層13。其它結(jié)構(gòu)與實施例2相同，省略重復(fù)說明。
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件可以通過n型覆蓋層13使光強(qiáng)度大幅度衰減。由此，可以進(jìn)一步抑制向GaN襯底1的光滲出。
另外，由于位于活性層6附近的n型覆蓋層3使NFP變寬，所以通過在n型覆蓋層3的下端設(shè)置n型覆蓋層13，從而不會大幅度地?fù)p害FFP的降低效果。
此外，在本實施例中，雖然在n型覆蓋層3的下端設(shè)置了n型覆蓋層13，但是也可以設(shè)置在n型覆蓋層3的中央部或下部。
而且，n型覆蓋層13并不局限于單層的AlGaN層，也可以是平均Al組成比大于覆蓋層3的超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層。
<實施例5>
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在實施例1中，n型覆蓋層3通過超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層形成。并且，n型覆蓋層3的平均Al組成比z為0.01≤z＜0.06。
其它結(jié)構(gòu)與實施例1相同，省略重復(fù)說明。
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的n型覆蓋層3由平均Al組成比z(0.01≤z＜0.06)的超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層構(gòu)成，具有與實施例1同樣的效果。
而且，通過使n型覆蓋層3為超晶格結(jié)構(gòu)，可以利用超晶格結(jié)構(gòu)的界面防止位錯。其結(jié)果，通過使用超晶格結(jié)構(gòu)可以使n型覆蓋層3的厚膜化容易進(jìn)行，并可以進(jìn)一步抑制由于n型覆蓋層3進(jìn)行厚膜化而引起的光滲出的問題。
另外，在n型覆蓋層3由多層構(gòu)成的情況下，也可以在其中一層中使用超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層。
<實施例6>
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的n型覆蓋層3由超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層形成。并且，n型覆蓋層3的平均Al組成比z為0.01≤z≤0.05。其它結(jié)構(gòu)與實施例2相同，省略重復(fù)說明。
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件由于具有上述結(jié)構(gòu)，故具有與實施例2相同的效果。
而且，通過使n型覆蓋層3為超晶格結(jié)構(gòu)，從而可以利用超晶格結(jié)構(gòu)的界面防止位錯。結(jié)果，通過使用超晶格結(jié)構(gòu)可以使n型覆蓋層3的厚膜化容易進(jìn)行，從而可以進(jìn)一步抑制由于n型覆蓋層3進(jìn)行厚膜化而引起的光滲出問題。
另外，在n型覆蓋層3由多層構(gòu)成的情況下，也可以在其中一層使用超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層。
<實施例7>
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在實施例3中，在n型覆蓋層3中使用了超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層(平均Al組成比z0.01≤z＜0.06)。
其它結(jié)構(gòu)與實施例3相同，省略重復(fù)說明。
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件由于具有上述結(jié)構(gòu)，所以具有與實施例3相同的效果。
而且，通過使n型覆蓋層3為超晶格結(jié)構(gòu)，可以利用超晶格結(jié)構(gòu)的界面防止位錯。結(jié)果，通過使用超晶格結(jié)構(gòu)可以使n型覆蓋層3的厚膜化容易進(jìn)行，從而可以進(jìn)一步抑制由于n型覆蓋層3進(jìn)行厚膜化而引起的光滲出的問題。
另外，在n型覆蓋層3由多層構(gòu)成的情況下，也可以在其中一層中使用超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層。
<實施例8>
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在實施例4中，使用超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層(平均Al組成比z0.01≤z≤0.05)作為n型覆蓋層3。其它結(jié)構(gòu)與實施例4相同，省略重復(fù)說明。
由于本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件包括上述結(jié)構(gòu)，所以具有與實施例4相同的效果。
另外，在n型覆蓋層3由多層構(gòu)成的情況下，也可以在其中一層中使用超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層。
<實施例9>
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在實施例1中，在p型覆蓋層10中使用Al組成比x為0.01≤X＜0.06的AlGaN層。其它結(jié)構(gòu)與實施例1相同，省略重復(fù)說明。
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的p型覆蓋層10的Al組成比x為0.01≤X＜0.06。為此，p型覆蓋層10的折射率變大，則在p側(cè)也可以使垂直方向的NFP變寬。其結(jié)果，能夠進(jìn)一步降低垂直方向的FFP。
并且，通過使Al組成比x為0.01≤X＜0.06，可以厚厚地形成p型覆蓋層10，并能夠抑制向p型電極16的光滲出。
另外，與實施例2～8中相同，通過在p型覆蓋層10上使用Al組成比x為0.01≤X＜0.06的AlGaN層，可以進(jìn)一步降低垂直方向的FFP全半高寬。
此外，只要p型覆蓋層10的膜厚大于等于300nm就可以充分減小光滲出。
<實施例10>
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在實施例1中，使p型覆蓋層10的Al組成比x為0.01≤X≤0.05。
其它結(jié)構(gòu)與實施例1相同，省略重復(fù)說明。
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，在p型覆蓋層10中Al組成比x為0.01≤X≤0.05。通過使Al組成比x為0.01≤X≤0.05，從而不會產(chǎn)生破裂等問題，即可以使p型覆蓋層10進(jìn)一步厚膜化，并能夠進(jìn)一步抑制向p側(cè)電極16的光滲出。
此外，通過減小Al組成比，可以使折射率變大。為此，能夠使NFP大幅度變寬，并進(jìn)一步減小FFP。
還有，與實施例2～8中相同，通過使用p型覆蓋層10的Al組成比x為0.01≤X≤0.05的AlGaN層，從而可以進(jìn)一步降低FFP。
此外，只要p型覆蓋層10的膜厚大于等于300nm，就可以充分減小光滲出。
<實施例11>
圖9是表示本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在實施例9的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在p型覆蓋層10(Al組成比x0.01≤X＜0.06)的上端形成比p型覆蓋層10的Al組成比大的p型覆蓋層18(部分p型AlGaN覆蓋層)。其它結(jié)構(gòu)與實施例9相同，相同結(jié)構(gòu)使用相同的符號，省略重復(fù)說明。
由于P型覆蓋層18具有比p型覆蓋層10小的折射率，故可以使光強(qiáng)度大幅度地衰減。
為此，通過在p型覆蓋層10的上端設(shè)置p型覆蓋層18，從而可以進(jìn)一步減小向p型電極16的光滲出。
這里，p型覆蓋層18不必一定設(shè)置在p型覆蓋層10的上端，也可以設(shè)置在p型覆蓋層10的中央部或上部。
還有，由于位于活性層6附近的p型覆蓋層10使NFP變寬，所以通過將p型覆蓋層18設(shè)置在p型覆蓋層10的中部或上部，從而不會大幅度地?fù)p害FFP的降低效果。
此外，p型覆蓋層10并不局限于單層的AlGaN層，也可以是平均Al組成比z大于p型覆蓋層10的Al組成比的超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層。
<實施例12>
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在實施例10中，在p型覆蓋層10(Al組成比x0.01≤X≤0.05)的上端形成比p型覆蓋層10的Al組成比更大的p型覆蓋層18。其它結(jié)構(gòu)與實施例10相同，省略重復(fù)說明。
由于p型覆蓋層18具有比p型覆蓋層10小的折射率，故可以使光強(qiáng)度大幅度地衰減。
為此，通過在p型覆蓋層10的上端設(shè)置p型覆蓋層18，從而可以進(jìn)一步減小向p型電極16的光滲出。
這里，p型覆蓋層18不必一定設(shè)置在p型覆蓋層10的上端，也可以設(shè)置在p型覆蓋層10的中央部或上部。
還有，由于位于活性層6附近的p型覆蓋層10使NFP變寬，所以通過將p型覆蓋層18設(shè)置在p型覆蓋層10的中部或上部，從而不會大幅度地?fù)p害FFP的降低效果。
而且，p型覆蓋層18并不局限于單層AlGaN層，也可以是平均Al組成比z比p型覆蓋層10的Al組成比大的超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層。
<實施例13>
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在實施例9中，p型覆蓋層10由超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層構(gòu)成。并且，該超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層的平均Al組成比z為0.01≤z＜0.06。
其它結(jié)構(gòu)與實施例9相同，省略重復(fù)說明。
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的p型覆蓋層10由平均Al組成比為z(0.01≤z＜0.06)的超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層構(gòu)成，具有與實施例9相同的效果。
而且，通過使p型覆蓋層10為超晶格結(jié)構(gòu)，可以由超晶格結(jié)構(gòu)的界面阻止位錯。其結(jié)果，通過使用超晶格結(jié)構(gòu)很容易地使p型覆蓋層10厚膜化，通過使p型覆蓋層10厚膜化可以進(jìn)一步抑制光滲出的問題。
還有，在p型覆蓋層10由多層構(gòu)成的情況下，也可以在其中一層中使用超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層。
<實施例14>
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在實施例10中，由超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層形成p型覆蓋層10。并且，p型覆蓋層10的平均Al組成比z為0.01≤z≤0.05。其它結(jié)構(gòu)與實施例10相同，省略重復(fù)說明。
由于本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件包括以上結(jié)構(gòu)，故具有與實施例10相同的效果。
而且，由于使p型覆蓋層10為超晶格結(jié)構(gòu)，從而可以由超晶格結(jié)構(gòu)的界面阻止位錯。其結(jié)果，通過使用超晶格結(jié)構(gòu)很容易地進(jìn)行p型覆蓋層10的厚膜化，通過使p型覆蓋層10厚膜化可以進(jìn)一步抑制光滲出的問題。
還有，在p型覆蓋層10由多層構(gòu)成的情況下，也可以在其中一層中使用超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層。
<實施例15>
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在實施例11的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在p型覆蓋層10的上端設(shè)置了Al組成比大于p型覆蓋層10的平均Al組成比為z(0.01≤z＜0.06)的p型覆蓋層18。
其它結(jié)構(gòu)與實施例11相同，省略重復(fù)說明。
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件包括以上結(jié)構(gòu)，故具有與實施例11的同樣的效果。
而且，通過使p型覆蓋層10為超晶格結(jié)構(gòu)，可以由超晶格結(jié)構(gòu)的界面阻止位錯。結(jié)果，通過使用超晶格結(jié)構(gòu)，可以很容易地使p型覆蓋層10厚膜化，通過使p型覆蓋層10厚膜化可以進(jìn)一步抑制光滲出的問題。
還有，在p型覆蓋層10由多層構(gòu)成的情況下，也可以在其中一層中使用超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層。
<實施例16>
本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在實施例12中，使用超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層(平均Al組成比z0.01≤z≤0.05)作為p型覆蓋層10。其它結(jié)構(gòu)與實施例12相同，省略重復(fù)說明。
由于本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件包括以上結(jié)構(gòu)，具有與實施例12相同的效果。
另外，在p型覆蓋層10由多層構(gòu)成的情況下，可以在其中一層中使用超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有在n型覆蓋層和p型覆蓋層之間夾持了活性層的結(jié)構(gòu)、且使用氮化物系III-V族化合物半導(dǎo)體，其特征在于所述n型覆蓋層包括Al組成比x為0.01≤x＜0.06的n型AlxGa1-xN層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述n型AlxGa1-xN層的厚度大于等于300nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述Al組成比x為0.01≤x≤0.05。
4.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述n型AlxGa1-xN層由超晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述n型覆蓋層還包括Al組成比x大于所述n型AlxGa1-xN層的部分n型AlGaN覆蓋層，所述部分n型AlGaN覆蓋層配置在所述n型覆蓋層的下部或中間部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述部分n型AlGaN覆蓋層是超晶格結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述p型覆蓋層包括Al組成比x為0.01≤x＜0.06的p型AlxGa1-xN層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述p型AlxGa1-xN層的厚度大于等于300nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述p型AlxGa1-xN層的Al組成比為0.01≤x≤0.05。
10.根據(jù)權(quán)利要求7記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述p型AlxGa1-xN層由超晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求7記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述p型覆蓋層還包括Al組成比x大于所述p型AlxGa1-xN層的部分p型AlGaN覆蓋層，所述部分p型AlGaN覆蓋層設(shè)置在所述p型覆蓋層的上部或中間部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述p型AlGaN覆蓋層是超晶格結(jié)構(gòu)。
13.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有在n型覆蓋層和p型覆蓋層之間夾持了活性層的結(jié)構(gòu)、并使用了氮化物系III-V族化合物半導(dǎo)體，其特征在于所述n型覆蓋層包括Al組成比大于所述n型覆蓋層的其它部分的部分n型AlGaN覆蓋層，所述部分n型AlGaN覆蓋層設(shè)置在所述n型覆蓋層的下部或中央部。
全文摘要
提供一種不產(chǎn)生向GaN襯底進(jìn)行光滲出、以及發(fā)生n型覆蓋層的破裂或位錯的問題，且垂直方向的FFP(遠(yuǎn)場圖樣)全半高寬較小的半導(dǎo)體發(fā)光元件。具有在n型覆蓋層(3)和p型覆蓋層(10)之間夾持了活性層(6)的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，使用Al組成比x為0.01≤x＜0.06的Al
文檔編號H01S5/343GK1776927SQ20051013157
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月9日
發(fā)明者藏本恭介 申請人:三菱電機(jī)株式會社