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)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
通常，諸如氮化鎵(GaN)的氮化物III-V族化合物半導(dǎo)體是寬 帶隙半導(dǎo)體。充分利用其特征，目前正在研發(fā)高亮度的紫外到藍色 以及綠色發(fā)光二極管(LED)和藍-紫外激光二極管(LD)。為了進一步提高半導(dǎo)體發(fā)光元件的性能和效率，最好降低半導(dǎo) 體發(fā)光元件的工作電壓。典型地，將鎂(Mg)用作氮化物III-V族 化合物半導(dǎo)體的p型雜質(zhì)。不過，由于Mg的受主能級深，因此難 以將Mg激活成為受體。結(jié)果，造成電壓升高。降低p型層的電壓 在降低整個半導(dǎo)體發(fā)光元件的工作電壓中很重要。有一種技術(shù)是將降低p型接觸層中的電壓作為降低半導(dǎo)體發(fā)光 元件的p型層中的電壓的手段。作用在接觸層上的電壓取決于接觸 電阻和串聯(lián)電阻。最重要的是，為了降低接觸電阻，希望增大接觸 面積以降低接觸電阻。有人提出提供具有凹面和凸面的n側(cè)層來提高發(fā)光二極管 (LED )中的發(fā)光效率(參見D. Morita等"Watt-Class High-Output-Power 365 nm Ultraviolet Light-Emitting Diodes"， Japanese Journal of Applied Physics, 2004年9月，Vol.43 ， No.9A， pp.5945-5950)o不過，為了提高發(fā)光效率，最好提供更接近有源層一側(cè)的具有凹面和凸面的p型層。不過，如果試圖利用蝕刻工藝技術(shù)提供具有 凹面和凸面的p型層，因為層厚很薄且需要很復(fù)雜的蝕刻工藝技術(shù)， 恐怕甚至?xí)p傷到有源層。換言之，利用蝕刻形成凹凸層易于損傷 半導(dǎo)體晶體，使得半導(dǎo)體發(fā)光元件的特性劣化。發(fā)明內(nèi)容鑒于這些情況做出了本發(fā)明，其目的在于提供一種半導(dǎo)體發(fā)光 元件，該半導(dǎo)體發(fā)光元件的工作電壓能夠得到降低而不會損傷有源層。根據(jù)本發(fā)明的一方面的半導(dǎo)體發(fā)光元件包括由ni-v族半導(dǎo)體形成的(0001)n型半導(dǎo)體襯底，其相對于<1-100>方向的傾斜角在0° 到45。的范圍內(nèi)，其相對于<11-20〉方向的傾斜角在0°到10°的范圍 內(nèi)；在所述n型半導(dǎo)體襯底上由III-V族半導(dǎo)體形成的n型層；在所 述n型層之上由III-V族半導(dǎo)體形成的n型引導(dǎo)層(guide layer);在 所述n型引導(dǎo)層之上由III-V族半導(dǎo)體形成的有源層；在所述有源層 之上由III-V族半導(dǎo)體形成的p型第一引導(dǎo)層；在所述p型第一引導(dǎo) 層之上由III-V族半導(dǎo)體形成的p型接觸層；以及在所述p型第一引 導(dǎo)層和所述p型接觸層之間由m-v族半導(dǎo)體形成的凹凸層，所述 凹凸層在其頂面上具有交替而規(guī)則設(shè)置的凹部和凸部，并具有比所 述p型接觸層低的p型雜質(zhì)濃度。
圖1為根據(jù)第一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的截面圖；圖2為根據(jù)第一實施例的對比例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的截面圖；圖3為根據(jù)第二實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的截面圖；圖4為根據(jù)第三實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的截面圖；圖5為根據(jù)第三實施例的對比例的半導(dǎo)體發(fā)光元fl^的截面圖；圖6為根據(jù)第四實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的截面圖；以及圖7為根據(jù)第四實施例的對比例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的截面圖。
具體實施方式
以下將詳細描述本發(fā)明的實施例。 (第一實施例)圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的截面。根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件為發(fā)光二極管，其包括n型GaN形 成的半導(dǎo)體襯底1上的n型GaN層2， n型GaN層2上由n型GaN 形成的n型引導(dǎo)層3，形成于n型引導(dǎo)層3上的有源層4，有源層4 上由p型GaN形成的p型引導(dǎo)層5， p型引導(dǎo)層5上由p型GaAlN 形成的電子溢出(electron overflow)防止層6，電子溢出防止層6 上由p型GaN形成的p型引導(dǎo)層7，形成于p型引導(dǎo)層7上的凹凸 層8，以及凹凸層8上由p型GaN形成的接觸層9。凹凸層8在其 頂面上具有交替且規(guī)則設(shè)置的凹部和凸部。電極11設(shè)置在接觸層9 上。在半導(dǎo)體襯底1的與n型GaN層2相反的一側(cè)上設(shè)置電極12。 現(xiàn)在將描述制造根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法。 在根據(jù)本實施例的制造方法中，利用晶體生長在由n型GaN形 成的半導(dǎo)體襯底i上形成上述各層。至于晶體生長，例如使用MOCVD (金屬有機物化學(xué)氣相淀積)。此夕卜，可以利用MBE (分子 束外延)進行晶體生長。作為n型雜質(zhì)，可以使用諸如Si或Ge的 各種元素。不過，在本實施例中使用Si。應(yīng)當(dāng)將Si的摻雜水平設(shè)置 成等于大約2xl0 m'3。在本實施例中所用的由n型GaN形成的半 導(dǎo)體襯底1中，在{0001}面上形成上述各層。該{0001}面相對于 <1-100>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0°到45°范圍內(nèi)，相對于<11-20〉方向的 傾斜角應(yīng)當(dāng)在0。到10。范圍內(nèi)。優(yōu)選地，該{0001}面相對于<1-100> 方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0°到30。范圍內(nèi)，相對于<11-20>方向的傾斜角 應(yīng)當(dāng)在0。到5。范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，該{0001}面相對于<1-100>方向的 傾斜角應(yīng)當(dāng)在0。到10°范圍內(nèi)，相對于<11-20>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在 0。到3。范圍內(nèi)。在這種情況下，形成后述凹凸層8變?yōu)榭赡堋＿@樣 的目的在于，通過提供具有傾斜角的襯底，有意地提高開始晶體生 長時的臺階末端密度(step end density)。如果角度變大，臺階末端 密度也變高。不過，僅有角度是不夠的，而是相對于<1-100>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0。到45。范圍內(nèi)，優(yōu)選在0。到30。范圍內(nèi)，更優(yōu)選在O。 到10。范圍內(nèi)。如果角度太小，就無法獲得形成凹凸層所需的臺階末 端密度，從而形成平坦膜。反之，如果角度太大，高質(zhì)量的晶體生 長變得困難，會出現(xiàn)螺旋位錯、堆垛層錯或其他缺陷。對于<11-20> 方向也是這樣，傾斜角應(yīng)當(dāng)在0。到10。范圍內(nèi)，優(yōu)選在0°到5°范圍 內(nèi)，更優(yōu)選在0。到3。范圍內(nèi)。{0001}面是密勒指數(shù)的綜合表達，包括諸如(0001)面或(000-1) 面的等價面。另一方面，<1-100>方向為總地表示包括[1-100]、 [10-10]、 [-1100]、 [-1010]、
和
方向的整個方向群的密勒指數(shù)，由于六方晶系的對稱性導(dǎo)致這些方向在晶體學(xué)意義上是等價的。<11-20>方向是總地表示包括[11-20]、[1-210]、[-2110]、[-1-120]、 [-12-10]和[2-l-10]方向的整個方向群的密勒指數(shù)。[l-100]方向是與 [10-10]方向不同的特殊方向，后者與前者旋轉(zhuǎn)對稱。[11-20]方向是 表示與[ll-20]和[2-l-10]方向不同的特殊方向的密勒指數(shù)，后兩者與 前者旋轉(zhuǎn)對稱。順便指出，在面取向或晶向中，符號"-"(橫杠)是 與其緊跟的數(shù)字關(guān)聯(lián)使用的。禾擁MOCVD方法制造根據(jù)本實施例的發(fā)光二極管。作為原料， 使用三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMA)、三甲基銦(TMI)和二 茂鎂(biscyclopentadienyl magnesium) (Cp2Mg)。作為氣體材料，使 用氨(NH3)和甲硅烷(SiH4)。作為載氣，使用氫氣和氮氣。首先，將利用有機清洗和酸洗處理過的n型GaN形成的半導(dǎo)體 襯底1引入MOCVD設(shè)備中的反應(yīng)室中并設(shè)置在被加熱的襯托器 (susceptor)上。接下來，在用于將溫度提高到1100 。C的過程中，執(zhí) 行熱蝕刻，去除表面上形成的自然氧化膜。接下來，令氫氣和氮氣作為載氣流動。之后，開始供應(yīng)TMG和 SiH4并形成n型GaN層2。接下來，在n型GaN層2上進行n型引 導(dǎo)層3的晶體生長，引導(dǎo)層3由層厚大約為0.1^im、以大約lxl0^m—3 的摻雜水平摻有n型雜質(zhì)的GaN形成。在生長n型GaN層2和n 型引導(dǎo)層3中的每個時設(shè)置的生長溫度在1000卩到1100 r的范圍 內(nèi)。作為n型引導(dǎo)層3，也可以使用層厚大約為O.l(im的Ina()1Gaa99N，而不是n型GaN。使用In謹(jǐn)Ga,N層時設(shè)置的生長溫度在700 。C到 80(TC的范圍內(nèi)。接下來，停止供應(yīng)TMG和SiH4，將溫度降到700 。C到8(X) °C 的范圍內(nèi)。開始供應(yīng)TMG和TMI，并在n型引導(dǎo)層3上形成有源 層4。有源層4具有通過疊置多個堆疊膜獲得的MQW (多量子阱) 結(jié)構(gòu)，每個堆疊膜包括由未摻雜Ino.2Gao.8N形成的層厚大約為3.5nm 的量子阱層和設(shè)置在量子阱層兩側(cè)且均由層厚大約為7nm的未摻雜 Ino.(nGao.99N形成的勢壘層。在設(shè)計本實施例時，將室溫光致發(fā)光的 波長設(shè)置成等于430nm。接下來，停止供應(yīng)TMG和TMI，將溫度升到1000 。C到1100 °C 范圍內(nèi)的溫度。在這種溫度狀態(tài)下，開始供應(yīng)TMG和Cp2Mg，并 在有源層4上生長p型GaN形成的p型引導(dǎo)層5。層厚應(yīng)當(dāng)大約為 90nm。在本實施例中，將Mg用作p型雜質(zhì)?；蛘?，可以使用諸如 Zn的各種元素。將Mg的摻雜水平設(shè)置成等于大約4xl018Cm_3。作 為p型引導(dǎo)層5，也可以使用層厚大約為O.lpm的In隨Ga,N，而 不是p型GaN。在使用Ino.G1Gao.99N時，生長溫度應(yīng)當(dāng)在700 'C到 800 'C的范圍內(nèi)。接下來，在把溫度保持在iooo r到1100 "C范圍內(nèi)的狀態(tài)下，開始供應(yīng)TMA，并在p型引導(dǎo)層5上生長層厚大約為10nm、摻有p 型雜質(zhì)的Gao.sAlo.2N，作為電子溢出防止層6。應(yīng)當(dāng)將Mg的摻雜水 平設(shè)置成等于大約4xl0"cm—3。在這種狀態(tài)下，停止僅供應(yīng)TMA。在電子溢出防止層6上生長 由p型GaN形成且以大約lxl019cm—3的摻雜水平摻有Mg的p型引 導(dǎo)層7。將p型引導(dǎo)層7設(shè)置成具有大約50nm的層厚。接下來，停止供應(yīng)TMG和Cp2Mg，將溫度降到700 'C到800 °C 的范圍內(nèi)。之后，在這種溫度狀態(tài)下，開始供應(yīng)TMI、TMA和TMG， 并在p型引導(dǎo)層7上由InxGaLx-yAlyN (0<x<l, 0<y<l)形成的凹凸 層8。在本實施例中，凹凸層8具有{1-101}面、{1-102}面、{11-21} 面和{11-22}面之一或通過組合它們獲得的面構(gòu)成的小面。這里， {1-101}面、{1-102}面、{11-21}面和{11-22}面分別表示等價于(1-101)面、(l-102)面、(11-21)面和(11-22)面的面。本發(fā)明的發(fā)明人人發(fā)現(xiàn)，700 t:到800 。C范圍內(nèi)的生長溫度適于 形成具有由{1-101}面、{1-102}面、{11-21}面和{11-22}面之一或通 過組合它們獲得的面構(gòu)成的小面的凹凸層。這是因為雜質(zhì)被顯著地 吸收，且如果在700 'C以下的溫度進行生長元件不會工作。另一方 面，發(fā)現(xiàn)(0001)面的生長變成主導(dǎo)，如果在超過80(TC的溫度下進行 生長會生長出平坦的二維膜。此外，發(fā)現(xiàn)IrixGa^yAlyN (0<x<l， 0<y<l)中Al的組分y應(yīng) 當(dāng)在0.001%到6%的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.01%到3%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選 在0.1%到1%的范圍內(nèi)。這里，Al的組分y是利用SIMS (二次離子 質(zhì)譜測定法)或XRD (X射線衍射)通過計算獲得的值。發(fā)現(xiàn)如果 Al的組分y低于0.001%，即使在生長溫度處于700 'C到800 "C的范 圍內(nèi)時也不會發(fā)生具有小面的三維生長。另一方面，發(fā)現(xiàn)如果 InxGa,《.yAlyN (0<x<l， 0<y<l)中Al的組分y超過6%，那么三維 生長發(fā)生太多，因此在凹凸層8中誘發(fā)晶體缺陷，并且元件不會作 為半導(dǎo)體發(fā)光元件而工作。InxGai.x.yAlyN (0<x<l， 0<y<l)中In的 組分x應(yīng)當(dāng)在l。/。到20。/。的范圍內(nèi)，優(yōu)選在1%到10%的范圍內(nèi)。這 是因為如果In的組分x超過20%,那么在量子阱層中產(chǎn)生的光會被 凹凸層8吸收。這還由改變晶體生長表面能以形成凹凸層8而造成， 因為由n型GaN形成的半導(dǎo)體襯底1相對于<1-100>方向的傾斜角 在0°到45。的范圍內(nèi)，而其相對于<11-20>方向的傾斜角在0°到10° 的范圍內(nèi)。順便指出，半導(dǎo)體襯底1 一定不能同時在<1-100>方向和 <11-20>方向上具有0°的傾斜角。不過，傾斜角可以在<1-100〉方向 和<11-20〉方向之一上為0°。在凹凸層8的晶體生長時五族原料與三族原料的摩爾比應(yīng)當(dāng)在 2000到40000的范圍內(nèi)，優(yōu)選在4000到20000的范圍內(nèi)。凹凸層8 的最小層厚優(yōu)選為10nm。凸起與其相鄰?fù)蛊鹬g的距離或凹陷與其 相鄰凹陷之間的距離應(yīng)當(dāng)在5nm到100nm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在10nm 到80nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在20nm到60nm的范圍內(nèi)。凸起頂部到 其相鄰凹陷底部的高度差應(yīng)當(dāng)在5nm到200nm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在10nm到100nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在15nm到60nm的范圍內(nèi)。當(dāng)凹 凸層的尺寸在各范圍內(nèi)時，就能夠降低工作電壓并改善光提取效率。 如果凹凸層8的厚度小于10nm，則凹陷和凸起不會被p型接觸層9 的頂表面接收，p型接觸層9的表面積不會增大。在本實施例中，凹 凸層8不含p型雜質(zhì)Mg。不過，凹凸層8可以含p型雜質(zhì)Mg。在 這種情況下，在形成凹凸層8時，除了原料氣體TMI、 TMA和TMG 之外，例如還必須供應(yīng)Cp2Mg。形成凹凸層8之后，停止供應(yīng)TMG、 TMI和TMA，將溫度升 到1000 'C到1100 "C的范圍內(nèi)。接下來，保持該溫度，開始供應(yīng)TMG 和Cp2Mg。在凹凸層8上生長p型接觸層9，該p型接觸層9由層 厚大約為60nm、以大約lxl02Qcm'3的摻雜水平摻有Mg的p型GaN 形成。由于p型接觸層9的層厚薄至60nm，凹凸層8的小面和粗糙 度被延續(xù)下來，因為它們也在p型接觸層9附近。因此，P型接觸 層9的表面積，即，與電極ll的接觸面積增大，獲得下降的工作電 壓。順便指出，例如可以使用Ino.wGao.wN而不是p型GaN作為p 型接觸層9。在生長InGaN的情況下，生長溫度在700 。C到800 °C 的范圍內(nèi)。在由{1-101}面、{1-102}面、{11-21}面禾口{11-22}面之一 或通過組合它們獲得的面構(gòu)成的小面形成的p型接觸層中，難以形 成補償施主，并且與(0001)面上形成的即使摻有同樣量的p型雜質(zhì)的 p型接觸層相比，該p型接觸層的受主濃度也升高。這導(dǎo)致工作電壓 進一步降低。在經(jīng)歷過晶體生長的晶片上執(zhí)行如下器件處理來最后制成發(fā)光 二極管。在p型GaN形成的p型接觸層9上用例如鈀-鈾-金(Pd/Pt/Au) 復(fù)合膜形成電極11。例如，Pd的膜厚度為0.05pm， Pt的膜厚度為 0.05pm，而Au的膜厚度為0.05nm。順便指出，電極11可以是透光 的透明電極，例如可以由ITO形成。形成電極11之后，從n型GaN襯底1 一側(cè)對其拋光，使晶片 厚度減薄至大約100pm。之后，形成電極12。例如由鈦-鉑-金 (Ti/Pt/Au)復(fù)合膜形成電極12。至于膜厚，例如，Ti膜的膜厚度大約為0.05nm， Pt膜的膜厚度大約為0.05,， Au膜的膜厚度大約 為l.Ojim。在本實施例中，如上所述，在p型接觸層9的表面上形成了通 過繼續(xù)保留凹凸層8的凹陷和凸起而獲得的凹陷和凸起。不過，由 于在形成凹凸層的凹陷和凸起期間未使用蝕刻工藝，因此不會損傷 有源層。接下來，制造圖2中所示的發(fā)光二極管作為對比例。本對比例 中的發(fā)光二極管所具有的構(gòu)造是通過在p型引導(dǎo)層7上形成p型接 觸層9而不形成凹凸層8而從本實施例中的發(fā)光二極管獲得的。將根據(jù)本實施例的藍色發(fā)光二極管的特性與對比例的發(fā)光二極 管的特性進行比較。在對比例的發(fā)光二極管中，在工作電流為20mA 時，工作電壓為3.2V，光輸出為15mW。另一方面，在根據(jù)本實施例的發(fā)光二極管中，在工作電流為 20mA時，工作電壓達到3.0V，光輸出達到20mW。在本實施例中 能夠降低工作電壓的原因被認(rèn)為是，與對比例相比，p型接觸層9 和電極ll之間的接觸面積增大且接觸電阻減小。此外，在本實施例 中，電極11和p型接觸層9之間的界面具有尺寸在上述范圍內(nèi)的凹 陷和凸起，因此抑制了光的漫反射，提高了光輸出。根據(jù)本實施例，如上所述可以不損傷有源層而降低工作電壓。(第二實施例)圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的截面。 根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管。它具 有通過在形成在n型GaN上的半導(dǎo)體襯底211上依次疊置以下層獲 得的堆疊結(jié)構(gòu)n型GaN形成的接觸層212、 n型GaN形成的n型 引導(dǎo)層213、具有InGaN形成的MQW (多量子阱)結(jié)構(gòu)的有源層 214、 p型GaAlN形成的電子溢出防止層215、 p型GaN形成的p型 引導(dǎo)層216、 InGaAlN形成的凹凸層217和p型GaN形成的接觸層 218。凹凸層217在其頂面上具有交替且規(guī)則設(shè)置的凹部和凸部。去除從p型GaN形成的接觸層218延伸到n型GaN形成的接觸層212的多層結(jié)構(gòu)的一部分，從而暴露接觸層212的一部分。在 接觸層212的暴露部分上由Ti/Pt/Au形成電極221。在p型GaN形 成的接觸層218的表面上由Ag形成反射電極222。提供反射電極222 來反射從有源層產(chǎn)生的光并高效地提取光?，F(xiàn)在將描述制造根據(jù)本實施例的發(fā)光二極管的方法。利用MOCVD方法制造根據(jù)本實施例的發(fā)光二極管。作為原料， 使用TMG、 TMA、 TMI和Cp2Mg。作為氣體原料，使用氨,3和 SiH4。此外，將氫氣和氮氣用作載氣。首先，將利用有機清洗和酸洗處理過的n型GaN形成的半導(dǎo)體 襯底211引入MOCVD設(shè)備中的反應(yīng)室中并設(shè)置在被加熱的襯托器 上。接下來，在將溫度升到110(TC的過程中進行熱蝕刻，除去表面 上形成的自然氧化膜。在本實施例中所用的由GaN形成的半導(dǎo)體襯 底211中，在{0001}面上形成上述各層。該{0001}面相對于<1-100> 方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0°到45。范圍內(nèi)，相對于<11-20>方向的傾斜角 應(yīng)當(dāng)在0。到10。范圍內(nèi)。優(yōu)選地，該{0001}面相對于<1-100>方向的 傾斜角應(yīng)當(dāng)在0。到30。范圍內(nèi)，相對于<11-20>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在 0。到5。范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，該{0001}面相對于<1-100>方向的傾斜角 應(yīng)當(dāng)在0°到10。范圍內(nèi)，相對于<11-20>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0°到3° 范圍內(nèi)。在這種情況下，能夠以如第一實施例中同樣的方式形成稍 后描述的凹凸層217。接下來，令氫氣和氮氣作為載氣流動。之后，開始供應(yīng)TMG和 SiH4并由n型GaN形成接觸層212。這里，生長溫度在1000 'C到 IIO(TC的范圍內(nèi)。接下來，生長由n型GaN形成的引導(dǎo)層213。將 n型GaN形成的引導(dǎo)層213的生長溫度也設(shè)置在1000 'C到1100 °C 的范圍內(nèi)。接下來，停止供應(yīng)TMG和SiH4，將溫度降到700 'C到800 °C 的范圍內(nèi)。在這種溫度狀態(tài)下，開始供應(yīng)TMG和TMI。通過疊置 多個堆疊膜由InGaN形成具有MQW(多量子阱)結(jié)構(gòu)的有源層214， 每個堆疊膜包括由未摻雜Ino.2Gao.8N形成的層厚大約為3.5nm的量 子阱層和設(shè)置在量子阱層兩側(cè)且均由層厚大約為7nm的未摻雜Ina()1Ga,N形成的勢壘層。接下來，停止供應(yīng)TMG和TMI，將溫度升到1000 "C到1100 °C 范圍的溫度。接下來，保持該溫度，開始供應(yīng)TMG、 TMA和Cp2Mg， 以形成p型GaAlN構(gòu)成的電子溢出防止層215。接下來，從該狀態(tài) 開始，僅停止供應(yīng)TMA，由p型GaN形成引導(dǎo)層216。接下來，停止供應(yīng)TMG和Cp2Mg，將溫度降到700 。C到800 。C 的范圍內(nèi)。之后，開始供應(yīng)TMI、 TMA和TMG,在該溫度狀態(tài)下， 由InxGai.x.yAlyN (0<x<l， 0<y<l)形成凹凸層217。這里，凹凸層 217具有{1-101}面、{1-102}面、{11-21}面和{11-22}面之一或通過 組合它們獲得的面構(gòu)成的小面。此外，發(fā)現(xiàn)InxGa"—yAlyN (0<x<l， 0<y<l)形成的凹凸層217中Al的組分y應(yīng)當(dāng)在0.001%到6%的范 圍內(nèi)，優(yōu)選在0.01%到3%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0.1%至1』1%的范圍內(nèi)。 凹凸層217的最小層厚優(yōu)選為10nm。凸起與其相鄰?fù)蛊鹬g的距離 或凹陷與其相鄰凹陷之間的距離應(yīng)當(dāng)在5nm到100nm的范圍內(nèi)，優(yōu) 選在10nm到80nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在20nm到60nm的范圍內(nèi)。 凸起的頂部到其相鄰凹陷的底部的高度差應(yīng)當(dāng)在5nm到200nm的范 圍內(nèi)，優(yōu)選在10nm到100nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在15nm到60nm的 范圍內(nèi)。當(dāng)凹凸層的尺寸在這些范圍內(nèi)時，就能夠降低工作電壓并 改善光提取效率。在本實施例中，凹凸層217不含p型雜質(zhì)Mg。不 過，凹凸層217可以含p型雜質(zhì)Mg。在這種情況下，在形成凹凸層 217時，除了原料氣體TMI、 TMA和TMG之外，例如還必須供應(yīng) Cp2Mg。接下來，停止供應(yīng)TMG、 TMI禾卩TMA，將溫度升到100(TC到 110(TC的范圍內(nèi)。接下來，保持該溫度，開始供應(yīng)TMG和Cp2Mg， 以形成p型GaN形成的接觸層218。停止供應(yīng)有機金屬原料，僅繼 續(xù)供應(yīng)NH3和載氣，并降低溫度。接下來，利用干式蝕刻法除去多層結(jié)構(gòu)的一部分直到到達n型 GaN形成的接觸層212。在暴露的n型接觸層212上由Ti/Pt/Au形 成電極221 。在p型GaN形成的接觸層218上由Ag形成電極222。接下來，通過倒轉(zhuǎn)并安裝上述多層結(jié)構(gòu)形成倒裝芯片結(jié)構(gòu)。在本實施例中，如上所述，在p型接觸層218的表面上形成了 通過繼續(xù)保持凹凸層217的凹陷和凸起而獲得的凹陷和凸起。不過， 由于在形成凹凸層217的凹陷和凸起期間未使用蝕刻工藝，因此不 會損傷有源層。測量了根據(jù)本實施例的發(fā)光二極管的I-V特性。結(jié)果，獲得了 良好的歐姆接觸。當(dāng)工作電流為20mA時，發(fā)光二極管的工作電壓 變成3.0V，光輸出變成30mW。于是，根據(jù)本實施例，能夠在晶體生長過程中插入具有凹凸結(jié) 構(gòu)的InGaAlN層，而無需在充當(dāng)光提取部分的表面上或在半導(dǎo)體襯 底211的晶體界面上執(zhí)行形成凹陷和凸起的工藝。能夠獲得比常規(guī) 技術(shù)更好的效果，而不會因加工精度而降低光提取效果。在本實施例中，將GaN用作半導(dǎo)體襯底。不過，也可以取而代 之使用藍寶石、SiC或ZnO。此外，也可以將該垂直激發(fā)結(jié)構(gòu)應(yīng)用 為發(fā)光二極管的形狀。根據(jù)本實施例，如上所述可以不損傷有源層而降低工作電壓。(第三實施例)圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的截面。 根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件為發(fā)光二極管，其包括n型GaN形 成的半導(dǎo)體襯底301上的n型GaN層302， n型GaN層302上由n 型GaN形成的n型引導(dǎo)層303，形成于n型引導(dǎo)層303上的、具有 MQW(多量子阱)結(jié)構(gòu)的有源層304，有源層304上由p型GaN形 成的p型引導(dǎo)層305， p型引導(dǎo)層305上由p型GaAlN形成的電子 溢出防止層306，形成于電子溢出防止層306上的凹凸層307，凹凸 層307上由p型GaN形成的p型引導(dǎo)層308，以及p型引導(dǎo)層308 上由p型GaN形成的接觸層309。凹凸層307在其頂面上具有交替 且規(guī)則設(shè)置的凹部和凸部。電極311設(shè)置在接觸層309上。在半導(dǎo) 體襯底301的與n型GaN層302相反一側(cè)上設(shè)置電極312。 現(xiàn)在將描述制造根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法。 首先，通過晶體生長在n型GaN形成的半導(dǎo)體襯底301上形成摻有n型雜質(zhì)的n型GaN層302。至于晶體生長，使用MOCVD方 法。作為n型雜質(zhì)，可以使用諸如Si或Ge的各種元素。不過，在 本實施例中使用Si。將Si的摻雜水平設(shè)置成等于大約2xl018cm-3。 在本實施例中所用的n型GaN半導(dǎo)體襯底301中，在{0001}面上形 成上述各層。該{0001}面相對于<1-100>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0。到 45。范圍內(nèi)，相對于<11-20>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0°到10。范圍內(nèi)。優(yōu) 選地，該{0001}面相對于<1-100>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0。到30。范圍 內(nèi)，相對于<11-20>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0°到5°范圍內(nèi)。更優(yōu)選地， 該{0001}面相對于<1-100>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0°到10。范圍內(nèi)，相 對于<11-20>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0°到3°范圍內(nèi)。在這種情況下，形 成后述凹凸層307變?yōu)榭赡?。接下來，通過晶體生長在n型GaN層302上由GaN形成n型 引導(dǎo)層303，弓l導(dǎo)層303的層厚大約為0.1^mi、以大約lxl018cm-3的 摻雜水平摻有n型雜質(zhì)。在生長n型GaN層302和n型引導(dǎo)層303 中的每個時的生長溫度在1000 'C到llOO 。C的范圍內(nèi)。作為n型引 導(dǎo)層303，也可以使用層厚大約為O.lpm的In,Gao.99N，而不是n 型GaN。在使用Ino.wGao.99N時，生長溫度在700 。C到800 。C的范圍 內(nèi)。接下來，通過疊置多個堆疊膜形成具有MQW (多量子阱)結(jié) 構(gòu)的有源層304，每個堆疊膜包括由未摻雜InQ.2Ga().8N形成的層厚大 約為3.5nm的量子阱層和設(shè)置在量子阱層兩側(cè)且均由層厚大約為 7nm的未摻雜In^Gao.99N形成的勢壘層。在這種情況下，生長溫度 在700 'C到800 。C的范圍內(nèi)。在設(shè)計中，將室溫下光致發(fā)光波長設(shè) 置為等于430nm。接下來，在有源層304上生長由p型GaN形成的p型引導(dǎo)層305。 層厚應(yīng)當(dāng)大約為90nm。生長GaN的溫度在1000 。C到1100 "C的范 圍內(nèi)。作為p型雜質(zhì)，可以使用諸如Mg和Zn的各種元素。在本實 施例中，使用Mg。將]\^的摻雜水平設(shè)置成等于大約4><1()1^111-3。 作為p型引導(dǎo)層305,也可以使用層厚大約為O.lMm的InaeiGao.99N， 而不是p型GaN。在使用InaoiGao.99N時，生長溫度在700 °C到800'c的范圍內(nèi)。接下來，在p型引導(dǎo)層305上生長由GaQ.8Ala2N形成、層厚大 約為10nm且摻有p型雜質(zhì)的電子溢出防止層306。將Mg的摻雜水 平設(shè)置成等于大約4xl018011—3。 Gaa8Ala2N的生長溫度在1000 'C到 1100 。C的范圍內(nèi)。不過，可以將Gao.8Ala2N的生長溫度設(shè)置在700 °C 到800 r的范圍內(nèi)。在電子溢出防止層306上由InxGa卜x.yAlyN (0<x<l， 0<y<l)形 成凹凸層307。以和第一實施例相同的方式，再次將生長溫度降到 70(TC到800 。C的范圍內(nèi)，以在凹凸層307形成之前進行生長。在本 實施例中，凹凸層307具有{1-101}面、{1-102}面、{11-21}面和{11-22} 面之一或通過組合它們獲得的面構(gòu)成的小面。InxGaLx-yAlyN((Kx〈1， 0<y<l)形成的凹凸層307中Al的組分y應(yīng)當(dāng)在0.001%到6%的范 圍內(nèi)，優(yōu)選在0.01%到3%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0.1。/。妾lj 1%的范圍內(nèi)。 凹凸層307的最小層厚優(yōu)選為10nm。凸起與其相鄰?fù)蛊鹬g的距離 或凹陷與其相鄰凹陷之間的距離應(yīng)當(dāng)在5nm到100nm的范圍內(nèi)，優(yōu) 選在10nm到80nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在20nm到60nm的范圍內(nèi)。 凸起的頂部到其相鄰凹陷的底部的高度差應(yīng)當(dāng)在5nm到200nm的范 圍內(nèi)，優(yōu)選在10nm到100nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在15nm到60nm的 范圍內(nèi)。當(dāng)凹凸層的尺寸在這些范圍內(nèi)時，就能夠降低工作電壓并 改善光提取效率。接下來，在凹凸層307上生長p型引導(dǎo)層308，該p型引導(dǎo)層 308由以大約lxl019cm-3的摻雜水平摻有Mg的p型GaN形成。層 厚應(yīng)當(dāng)大約為50nm。生長GaN的溫度在1000 'C到1100 。C的范圍 內(nèi)。最后，在凹凸層307上生長接觸層309，接觸層309由層厚為 60nm、以大約lxl02()cm-3的摻雜水平摻有Mg的p型GaN形成。由 于p型引導(dǎo)層308和接觸層309的層厚度之和薄至110nm，因此凹 凸層307的小面和粗糙度被p型引導(dǎo)層308和接觸層309完整保持 下來。因此，接觸層309和電極311之間的接觸面積增加，可以降 低工作電壓。這里，生長GaN的溫度在1000 'C到1100 'C的范圍內(nèi)。作為接觸層309，例如可以使用InaQ1Gao.99N而不是GaN。在生長 In謹(jǐn)Ga,N時，生長溫度在700 。C到800 。C的范圍內(nèi)。在由{1-101} 面、{1-102}面、{11-21}面和{11-22}面之一或通過組合它們獲得的 面構(gòu)成的小面上形成的p型引導(dǎo)層308和接觸層309的堆疊膜中， 難以形成補償施主，并且與(0001)面上形成的即使摻有等量的p型雜 質(zhì)的p型接觸層相比，該p型接觸層的受主濃度也升高。因此，可 以進一步降低工作電壓。在本實施例中，如上所述，在p型接觸層309的表面上形成了 通過繼續(xù)保持凹凸層307的凹陷和凸起而獲得的凹陷和凸起。不過， 由于在形成凹凸層307的凹陷和凸起期間未使用蝕刻工藝，因此不 會損傷有源層。在經(jīng)過晶體生長的晶片上執(zhí)行如下所述的器件處理來最后制成 發(fā)光二極管。在p型GaN接觸層309上由例如鈀-鉬-金(Pd/Pt/Au)的復(fù)合膜 形成電極311。例如，Pd膜的膜厚度為0.05pm， Pt膜的膜厚度為 0.05pm，而Au膜的膜厚度為0.05pm。形成電極311之后，從n型GaN形成的半導(dǎo)體襯底301 —側(cè)對 其進行拋光，使晶片厚度減薄至大約10(Him。之后，形成電極312。 例如由鈦-鉑-金(Ti/Pt/Au)復(fù)合膜形成電極312。至于膜厚，例如， Ti膜的膜厚度大約為0.05nm， Pt膜的膜厚度大約為0.05tim，而Au 膜的膜厚度大約為l.(Him。接下來，制造圖5中所示的發(fā)光二極管作為對比例。本對比例 中的發(fā)光二極管所具有的構(gòu)造是通過在電子溢出防止層306上形成 p型引導(dǎo)層308而不形成凹凸層307，并在p型引導(dǎo)層308上形成p 型接觸層309，而從本實施例中的發(fā)光二極管獲得的。將根據(jù)本實施例的藍色發(fā)光二極管的特性與對比例的發(fā)光二極 管的特性進行比較。在對比例的發(fā)光二極管中，在工作電流為20mA 時，工作電壓為3.2V,光輸出為15mW。另一方面，在根據(jù)本實施例的發(fā)光二極管中，在工作電流為 20mA時，工作電壓達到2.95V，光輸出達到22mW。在本實施例中能夠降低工作電壓的原因被認(rèn)為是，與對比例相比，p型接觸層309 和電極311之間的接觸面積增大且因此接觸電阻減小。此外，P型 GaN形成的p型引導(dǎo)層308和p型接觸層309之間的界面處的光漫 反射得到抑制，因此提高了光輸出。根據(jù)本實施例，如上所述可以不損傷有源層而降低工作電壓。(第四實施例)圖6中示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的截面。 根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件為激光二極管，其包括n型GaN形 成的半導(dǎo)體襯底401上的n型GaN層402， n型GaN層402上由n 型GaAlN形成的n型覆層403， n型覆層403上由n型GaN形成的 n型引導(dǎo)層404，形成于n型引導(dǎo)層404上的、具有MQW(多量子 阱)結(jié)構(gòu)的有源層405，有源層405上由p型GaN形成的p型引導(dǎo) 層406 ， p型引導(dǎo)層406上由p型GaAlN形成的電子溢出防止層407， 電子溢出防止層407上由p型GaN形成的p型引導(dǎo)層408， p型引 導(dǎo)層408上由p型GaAlN形成的p型覆層409，形成于p型覆層409 上的凹凸層410，以及凹凸層410上由p型GaN形成的接觸層411。 凹凸層410在其頂面上具有交替且規(guī)則設(shè)置的凹部和凸部。在本發(fā) 明中，電子溢出防止層407形成于p型引導(dǎo)層406上。或者，電子 溢出防止層407可以形成于有源層405和p型引導(dǎo)層406之間。 現(xiàn)在將描述制造根據(jù)本實施例的激光二極管的方法。 首先，通過晶體生長在n型GaN形成的半導(dǎo)體襯底401上形成 摻有n型雜質(zhì)的n型GaN層402。至于晶體生長，使用MOCVD方 法。作為n型雜質(zhì)，可以使用諸如Si或Ge的各種元素。不過在本 實施例中使用Si。將^的慘雜水平設(shè)置成等于大約2><1018(:111-3。在 本實施例中所用的由n型GaN形成的半導(dǎo)體襯底401中，在{0001} 面上形成上述各層。該{0001}面相對于<1-100>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在 0°到45。范圍內(nèi)，相對于<11-20>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0°到10。范圍 內(nèi)。優(yōu)選地，該{0001}面相對于<1-100>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0°到 30。范圍內(nèi)，相對于<11-20>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0°到5°范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，該{0001}面相對于<1-100>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0°到10°范 圍內(nèi)，相對于<11-20>方向的傾斜角應(yīng)當(dāng)在0°到3°范圍內(nèi)。在這種情 況下，能夠以和第一實施例所述相同的方式形成后述凹凸層410。接下來，在n型GaN層402上通過晶體生長由Gaa95Al。.Q5N形 成n型覆層403，該n型覆層403層厚大約為1.5pm,以大約lxl018cm—3 的摻雜水平摻有n型雜質(zhì)。接下來，通過晶體生長在n型覆層403上由GaN形成n型引導(dǎo) 層404，引導(dǎo)層404的層厚大約為0.1nm、以大約lxl018cm'3的摻雜 水平摻有n型雜質(zhì)。在生長n型GaN層402、 n型覆層403和n型 引導(dǎo)層404中的每個時的生長溫度在1000 'C到1100 t的范圍內(nèi)。 作為n型引導(dǎo)層404，也可以使用層厚大約為O.lpm的In^Ga^N, 而不是n型GaN。在使用Ina()1Gao.99N時，生長溫度在700 °C到800 'C的范圍內(nèi)。接下來，通過疊置多個堆疊膜在n型引導(dǎo)層404上形成具有 MQW (多量子阱)結(jié)構(gòu)的有源層405,每個堆疊膜包括由未摻雜 Ina2Gao.8N形成的層厚大約為3.5nm的量子阱層和設(shè)置在量子阱層兩 側(cè)且均由層厚大約為7nm的未摻雜InacnGao.99N形成的勢壘層。量子 阱層和勢壘的生長溫度在700 'C到800 'C的范圍內(nèi)。在設(shè)計中，將 室溫下光致發(fā)光波長設(shè)置為等于405nm。接下來，在有源層405上生長由GaN形成的p型引導(dǎo)層406。 層厚應(yīng)當(dāng)大約為90nm。生長GaN的溫度在1000 。C到1100 。C的范 圍內(nèi)。作為p型雜質(zhì)，可以使用諸如Mg和Zn的各種元素。在本實 施例中將Mg用作p型雜質(zhì)。Mg的摻雜水平應(yīng)該大約為4xl018cm'3。 作為p型引導(dǎo)層406，可以使用層厚大約為O.lMm的Ina()1Gaa99N而 不是GaN。在使用Ina()1Gao.99N時，生長溫度在700 。C到800 。C的范 圍內(nèi)。接下來，在p型引導(dǎo)層406上生長由以大約10nm的摻雜水平 摻有p型雜質(zhì)的Gao.8Ala2N形成的電子溢出防止層407。作為p型雜 質(zhì)的Mg的摻雜水平應(yīng)當(dāng)大約為4xl018cm-3。 Gao.8Ala2N的生長溫度 在IOO(TC到1100 。C的范圍內(nèi)，但也可以設(shè)置在700 。C到800 'C。接下來，在電子溢出防止層407上生長由以大約lxl(Tcii^的 摻雜水平摻有Mg的p型GaN形成的p型引導(dǎo)層408。其層厚應(yīng)當(dāng) 大約為50nm。生長GaN的溫度在1000 T到1100 。C的范圍內(nèi)。接下來，通過晶體生長在p型引導(dǎo)層408上生長p型覆層409， p型覆層409由層厚大約為0.6pm、以大約lxl019cm'3的摻雜水平摻 有Mg的Gao.9sAl,N形成。'在p型覆層409上由InxGa^-yAlyN (0<x<l， 0<y<l)形成凹凸 層410。以和第一實施例相同的方式，再次將生長溫度降到700 。C到 800 °C的范圍內(nèi)，以在凹凸層410形成之前進行生長。在本實施例中， 凹凸層410具有{1-101}面、{1-102}面、{11-21}面和{11-22}面之一 或通過組合它們獲得的面構(gòu)成的小面。發(fā)現(xiàn)InxGai.x.yAlyN (0<x<l， 0<y<l )形成的凹凸層410中Al的組分y應(yīng)當(dāng)在0.001%到6%的范 圍內(nèi)，優(yōu)選在0.01%到3%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0.1%到1%的范圍內(nèi)。 凹凸層410的最小層厚優(yōu)選為10nm。凸起與其相鄰?fù)蛊鹬g的距離 或凹陷與其相鄰凹陷之間的距離應(yīng)當(dāng)在5nm到100nm的范圍內(nèi)，優(yōu) 選在10nm到80nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在20nm到60nm的范圍內(nèi)。 凸起的頂部到其相鄰凹陷的底部的高度差應(yīng)當(dāng)在5nm到200nm的范 圍內(nèi)，優(yōu)選在5nm到100nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在5nm到60nm的范 圍內(nèi)。在本實施例中，高度差的下限為5nm。這是因為有大電流流 過激光器，需要使電流密度均勻。最后，在凹凸層410上生長接觸層411，接觸層411由層厚大約 為60nm、以大約lxl(^cm—3的摻雜水平摻有Mg的p型GaN形成。 由于接觸層411的層厚薄至60nm，因此接觸層411也將凹凸層410 的小面和粗糙度完整保持下來。因此，接觸層411和電極421之間 的接觸面積增加，可以降低工作電壓。在本實施例中，生長GaN的 溫度在IOO(TC到IIO(TC的范圍內(nèi)。作為接觸層411，例如可以使用 In0.01Ga。.99N而不是GaN。在生長In嫌Ga,N時，生長溫度在700 。C 到800 。C的范圍內(nèi)。在由{1-101}面、{1-102}面、{11-21}面和{11-22} 面之一或通過組合它們獲得的面構(gòu)成的小面上形成的接觸層309中， 難以形成補償施主，并且與(0001)面上形成的即使摻有等量的p型雜質(zhì)P型接觸層相比，該p型接觸層的受主濃度也升高。因此，可以 進一步降低工作電壓。在本實施例中，如上所述，在p型接觸層411的表面上形成了 通過繼續(xù)保持凹凸層410的凹陷和凸起而獲得的凹陷和凸起。不過， 由于在形成凹凸層410的凹陷和凸起期間未使用蝕刻工藝，因此不 會損傷有源層。在經(jīng)過晶體生長的晶片上執(zhí)行如下所述的器件處理來最后制成 激光二極管。如圖6所示，對包括p型覆層409、凹凸層410和p型接觸層 411的堆疊膜構(gòu)圖以形成隆脊(ridge)結(jié)構(gòu)。在隆脊結(jié)構(gòu)中，在中央部 分形成包括p型覆層409、凹凸層410和p型接觸層411的凸起部分, 由p型覆層409在凸起部分周圍形成平坦部分。包括p型覆層409、 凹凸層410和p型接觸層411的凸起部分沿垂直于圖紙的方向延伸， 形成諧振器(resonator)。順便指出，凸起部分的截面不限于具有如圖 6所示的垂直側(cè)壁的矩形，還可以形成具有臺面形斜坡的梯形凸起部 分。P型接觸層的寬度(隆脊寬度)大約為2pm。在本實施例中， 諧振器方向(垂直于圖紙的方向)與氮化物m-v族化合物半導(dǎo)體的 <1-100>方向?qū)?zhǔn)。在p型覆層409上形成由絕緣膜形成的電流阻擋層431，充當(dāng)凸 起部分和凸起部分周圍的平坦部分的側(cè)面，從而將凸起部分夾在中 間。橫向模式由電流阻擋層431控制?？梢愿鶕?jù)設(shè)計任意選擇電流 阻擋層431的層厚。不過，電流阻擋層431的層厚應(yīng)當(dāng)設(shè)置成等于 大約0.3^im到0.6^m范圍內(nèi)的值，例如大約為0.5|im。作為電流阻 擋層431，可以使用諸如A1N膜或Gaa8Ala2N膜的高電阻率半導(dǎo)體 膜。還可以使用用質(zhì)子輻照過的半導(dǎo)體膜、氧化硅膜(Si02膜)或 氧化鋯膜(Zr02膜)。此夕卜，還可以使用例如包括Si02膜和Zr02膜 的多層膜。換言之，作為電流阻擋層431，可以使用各種材料，只要 其折射率低于有源層405中所用的氮化物III-V族化合物半導(dǎo)體的折 射率即可。不僅可以使用根據(jù)本實施例的脊形波導(dǎo)型激光器結(jié)構(gòu)， 還可以使用掩埋激光器結(jié)構(gòu)，在掩埋激光器結(jié)構(gòu)中，使用諸如n型GaN層或n型GaAlN的n型半導(dǎo)體層代替絕緣膜，且分離p-n結(jié)以 使n型半導(dǎo)體層起到電流阻擋層的作用。在p型GaN接觸層411上設(shè)置由例如鈀-鉑-金(Pd/Pt/Au)的復(fù) 合膜(堆疊膜)形成的電極421。例如，Pd膜的膜厚度為0.05pm， Pt膜的膜厚度為0.05pm，而Au膜的膜厚度為l.Opm。在n型GaN形成的半導(dǎo)體襯底401的背部設(shè)置由例如鈦-鉑-金 (Ti/Pt/Au)的復(fù)合膜(堆疊膜)形成的電極422。在電極422中， 例如，Ti膜的膜厚度大約為0.05pm， Pt膜的膜厚度大約為0.05pm， Au膜的膜厚度大約為l.OKim。順便指出，利用解理形成諧振器。換言之，將解理端面用作諧 振器末端的兩側(cè)，并使端面起到激光器的反射鏡的作用。在本實施 例中，解理面為氮化物III-V族化合物半導(dǎo)體的{1-100}面。諧振器 的長度應(yīng)當(dāng)設(shè)置成等于例如600pm。接下來，制造圖7中所示的激光二極管作為對比例。該對比例 的激光二極管所具有的構(gòu)造是通過在P型GaAlN形成的p型覆層 409上由p型GaN形成接觸層411，而不形成凹凸層410而從本實 施例中的激光二極管的構(gòu)造獲得的。將根據(jù)本實施例的激光二極管的特性與對比例的激光二極管的 特性加以比較。在對比例的發(fā)光二極管中，閾值電流為30mA，而那 時的工作電壓為3.6V。另一方面，在根據(jù)本實施例的激光二極管中，閾值電流為30mA， 工作電壓變成低到3.3V?？梢越档凸ぷ麟妷旱脑虮徽J(rèn)為是，p型 接觸層411和電極421之間的接觸面積增大，因此接觸電阻降低。 未發(fā)現(xiàn)閾值電流的差異，可以理解，無論是否有凹凸層410，都可以 均勻地注入電流。本實施例中工作電壓降低意味著可以減小功耗。 這在很多應(yīng)用中是有利的。根據(jù)本發(fā)明的實施例，如上所述可以不損傷有源層而降低工作 電壓。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很容易想到其他優(yōu)點和變型。因此，本發(fā) 明在其更寬方面中不限于這里所示和所述的細節(jié)和代表性實施例。因此，可以做出各種變型而不脫離如所附權(quán)利要求及其等同物所限 定的總發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，包括{0001}n型半導(dǎo)體襯底，由III-V族半導(dǎo)體形成，其相對于<1-100>方向的傾斜角在0°到45°的范圍內(nèi)，其相對于<11-20>方向的傾斜角在0°到10°的范圍內(nèi)；n型層，在所述n型半導(dǎo)體襯底上由III-V族半導(dǎo)體形成；n型引導(dǎo)層，在所述n型層之上由III-V族半導(dǎo)體形成；有源層，在所述n型引導(dǎo)層之上由III-V族半導(dǎo)體形成；p型第一引導(dǎo)層，在所述有源層之上由III-V族半導(dǎo)體形成；p型接觸層，在所述p型第一引導(dǎo)層之上由III-V族半導(dǎo)體形成；以及凹凸層，在所述p型第一引導(dǎo)層和所述p型接觸層之間由III-V族半導(dǎo)體形成，所述凹凸層在其頂面上具有交替且規(guī)則設(shè)置的凹部和凸部并具有比所述p型接觸層低的p型雜質(zhì)濃度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，還包括電子溢出防止層，在所述p型第一引導(dǎo)層和所述凹凸層之間由m-v族半導(dǎo)體形成；以及p型第二引導(dǎo)層，在所述電子溢出防止層和所述凹凸層之間由ni-v族半導(dǎo)體形成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，還包括電子溢出防止層，在所述p型第一引導(dǎo)層和所述凹凸層之間由ni-v族半導(dǎo)體形成；以及p型第二引導(dǎo)層，在所述凹凸層和所述p型接觸層之間由ni-v 族半導(dǎo)體形成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，還包括在所述有源層和所述p型第一引導(dǎo)層之間由in-v族半導(dǎo)體形成的電子溢出防止層。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，還包括第一電極，設(shè)置在所述n型半導(dǎo)體襯底的與所述n型層相反的 一側(cè)上；以及第二電極，設(shè)置在所述p型接觸層上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，還包括第一電極，在通過去除從所述p型接觸層延伸到所述n型層的 堆疊結(jié)構(gòu)的一部分而形成的區(qū)域中、設(shè)置在所述n型層上；以及 第二電極，設(shè)置在所述p型接觸層上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，還包括n型覆層，由m-V族半導(dǎo)體形成且設(shè)置在所述n型層和所述n 型引導(dǎo)層之間；p型覆層，由m-v族半導(dǎo)體形成且設(shè)置在所述p型第一引導(dǎo)層 和所述凹凸層之間，并且具有凸出部分；以及電子溢出防止層，由III-V族半導(dǎo)體形成且設(shè)置在所述有源層和 所述p型第一引導(dǎo)層之間或所述P型第一引導(dǎo)層和所述P型覆層之 間，其中所述凹凸層和所述p型接觸層設(shè)置在所述P型覆層的凸起 部分的頂面上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光元件，其中 所述電子溢出防止層設(shè)置在所述P型第一引導(dǎo)層和所述p型覆層之間，并且所述半導(dǎo)體發(fā)光元件還包括在所述電子溢出防止層和所述P型 覆層之間由III-V族半導(dǎo)體形成的p型第二引導(dǎo)層。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光元件，還包括電流阻擋層，設(shè)置成覆蓋所述p型覆層的所述凸起部分、所述 凹凸層和所述p型接觸層的側(cè)面，并覆蓋所述p型覆層除所述凸起 部分之外的區(qū)域；第一電極，位于所述n型半導(dǎo)體襯底的與所述n型層相反的一 側(cè)上；以及第二電極，設(shè)置在所述p型接觸層上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中所述III-V族半導(dǎo)體 為氮化物半導(dǎo)體。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中所述凹凸層包括 InxGai—x-yAlyN (0<x<l， 0<y<l)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光元件，其中所述凹凸層具有 {1-101}面、{1-102}面、{11-21}面和{11-22}面之一或通過組合它們獲得的面構(gòu)成的小面。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光元件，其中所述凹凸層中Al 的組分在0.001%到6%的范圍內(nèi)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的發(fā)光元件，其中所述凹凸層中的凸 起與其相鄰?fù)蛊鹬g的距離或凹陷與其相鄰凹陷之間的距離在5nm 到100nm的范圍內(nèi)，并且所述凹凸層中的凸起的頂部到其相鄰凹陷 的底部之間的高度差在5nm到200nm的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，包括由III-V族半導(dǎo)體形成的{0001}n
文檔編號H01S5/00GK101232068SQ200810008868
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月25日
發(fā)明者名古肇, 布上真也, 斎藤真司, 橘浩一, 波多腰玄一 申請人:株式會社東芝