半導體發(fā)光元件的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于投影儀光源等的半導體發(fā)光元件。
【背景技術】
[0002] 專利文獻1中記載了一種具有利用p型包覆層和n型包覆層夾住有源層的結構的 半導體發(fā)光元件。具體而言，包括：襯底；設置在襯底上方的第一導電型第一包覆層；設置 在第一包覆層上方的量子阱有源層；以及設置在量子阱有源層上方的第二導電型第二包覆 層。
[0003] 專利文獻1 :日本公開專利公報特開2002-270971號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] _發(fā)明所要解決的技術問題-
[0005] 在這樣的現(xiàn)有半導體發(fā)光元件中，存在難以使抑制襯底與第一包覆層之間的晶格 失配和襯底的垂直方向上的陷光兩立的問題。
[0006] 即，在上述現(xiàn)有結構中，若要使垂直方向的光陷阱增大，優(yōu)選第一包覆層的折射率 較低。因此，例如優(yōu)選第一包覆層的A1組成比高。另一方面，如果增加第一包覆層的A1組 成比，則第一包覆層與襯底之間的晶格失配會增大。這樣，難以使由增加第一包覆層的A1 組成比引起的垂直方向的陷光和對襯底與第一包覆層之間的晶格失配情況的抑制兩立。
[0007] 本發(fā)明的技術問題是使對襯底與第一包覆層之間的晶格失配的抑制和垂直方向 的光陷阱兩立。
[0008]-用以解決技術問題的技術方案_
[0009] 本發(fā)明中的半導體發(fā)光元件的一方式中，在襯底與第一包覆層之間具有包括第 一導電型IrVpyAlyGaxN層的第一折射率修正層，X和y滿足關系式x/1. 05+y/0. 69 > 1、 x/0. 91+y/0. 75彡1以及x/1. 08+y/0. 91彡1，并且發(fā)出的光的波長在430nm以上。
[0010]-發(fā)明的效果-
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光元件，能夠抑制襯底與第一包覆層之間的晶格失配情 況，同時能夠使垂直方向的光陷阱增大。
【附圖說明】
[0012] 圖1是一實施方式中的半導體發(fā)光元件的剖視圖。
[0013] 圖2是表示一實施方式中的半導體發(fā)光元件的第一折射率修正層中使用的材料 組成比設定區(qū)域的圖。
[0014] 圖3是表示一實施方式中的半導體發(fā)光元件的第一折射率修正層中使用的另一 材料組成比設定區(qū)域的圖。
[0015] 圖4是表示一實施方式中的半導體發(fā)光元件的第一折射率修正層中使用的另一 材料組成比設定區(qū)域的圖。
[0016] 圖5(a)是表示一實施方式中的半導體發(fā)光元件的晶格缺陷與臨界膜厚的關系的 圖，圖5(b)是表示一實施方式中的半導體發(fā)光元件的晶格缺陷與標準化臨界膜厚的關系 的圖。
[0017] 圖6是表示處于整體（Bulk)狀態(tài)的InGaAIN材料組成分離區(qū)域的熱力學解析結 果的圖。
[0018] 圖7是表示與GaN層晶格匹配的InGaAIN材料中組成分離區(qū)域的熱力學解析結果 的圖。
[0019] 圖8(a)是表示AlGaN的臨界膜厚對Al組成比的依賴性的圖，（b)是表示InGaN的 臨界膜厚對In組成比的依賴性的圖，（c)是表示InAIN的臨界膜厚對In組成比的依賴性 的圖。
[0020] 圖9是表示一實施方式中的半導體發(fā)光元件的第一折射率修正層中使用的另一 材料組成比設定區(qū)域的圖。
[0021] 圖10是表示InAIN的折射率的膜厚結構比依賴性的圖。
[0022] 圖11 (a)是表示約430nm的半導體發(fā)光元件中InAIN的折射率的膜厚結構比依賴 性的圖，圖11 (b)是表示約530nm的半導體發(fā)光元件中InAIN的折射率的膜厚結構比依賴 性的圖。
[0023] 圖12(a)是表示現(xiàn)有半導體發(fā)光元件的折射率分布的計算結果的圖，圖12(b)是 表示現(xiàn)有半導體發(fā)光元件中的垂直方向光分布的計算結果的圖。
[0024] 圖13(a)是表示一實施方式的半導體發(fā)光元件的折射率分布的計算結果的圖，圖 13(b)是表示一實施方式的半導體發(fā)光元件中的垂直方向光分布的計算結果的圖。
[0025] 圖14是表示一實施方式中的半導體發(fā)光元件的第一折射率修正層中使用的另一 材料組成比設定區(qū)域的圖。
[0026] 圖15是實施例3中的半導體發(fā)光元件的剖視圖。
[0027] 圖16是實施例4中的半導體發(fā)光元件的剖視圖。
[0028] 圖17是實施例5中的半導體發(fā)光元件的剖視圖。
[0029] 圖18是表示實施例5中的變形例的半導體發(fā)光元件的剖視圖。
[0030] 圖19是表示實施例5中的變形例的半導體發(fā)光元件的剖視圖。
【具體實施方式】
[0031] 在本發(fā)明中，A設置在B的"上方"這樣的表述，包括A經(jīng)由其他部件設置在B上和 A以與B接觸的方式設置在B上這兩種情況。A設置在B "上"這樣表述的情況也一樣。
[0032] 在本發(fā)明中，第一導電型與第二導電型是互不相同的導電類型，當?shù)谝粚щ娦蜑閚 型的情況下第二導電型為P型，當?shù)谝粚щ娦蜑镻型的情況下第二導電型為n型。
[0033] 在本發(fā)明中，將氮化銦（InN)、氮化鋁（A1N)以及氮化鎵（GaN)的混晶表示為 In aAlbGac;N。在沒有特指第三族（III族）元素的組成比的情況下，有時會省略下標文字。
[0034] 第一方面的半導體發(fā)光元件包括：由GaN形成的襯底、設置在襯底上方的由 In^iAUGadN形成的第一導電型第一包覆層、設置在第一包覆層上方的量子阱有源 層、設置在量子阱有源層上方的由Inm^Al&GaMN形成的第二導電型第二包覆層以及 設置在襯底與第一包覆層之間的第一導電型第一折射率修正層，第一折射率修正層包 括 Ini_x_yAlyGaxN 層，x 和 y 滿足關系式 x/1. 05+y/0. 69 > 1、x/0. 91+y/0. 75 彡 1 以及 x/1. 08+y/0. 91彡1，量子阱有源層發(fā)出的光的波長在430nm以上，其中，0 <nl < 1，0彡n2 < 1，nl+n2 < l，0<ml < l，0<m2< 1，ml+m2 < 1，x+y < 1。
[0035] 第二方面的半導體發(fā)光元件包括：由GaN形成的襯底、設置在襯底上方的由 In^iAUGadN形成的第一導電型第一包覆層、設置在第一包覆層上方的量子阱有源 層、設置在量子阱有源層上方的由Inm^Al&GaMN形成的第二導電型第二包覆層以及 設置在襯底與第一包覆層之間的第一導電型第一折射率修正層，第一折射率修正層包 括 Ini_x_yAlyGaxN 層，x 和 y 滿足關系式 x/1. 13+y/0. 49 > 1、x/0. 91+y/0. 75 彡 1 以及 x/1. 08+y/0. 91彡1，量子阱有源層發(fā)出的光的波長在530nm以上，其中，0 < nl < 1，0彡n2 < 1，nl+n2 < l，0<ml< l，0<m2< 1，ml+m2 < 1，x+y < 1。
[0036] 第三方面的半導體發(fā)光元件包括：由GaN形成的襯底、設置在襯底上方的由 In^iAUGadN形成的第一導電型第一包覆層、設置在第一包覆層上方的量子阱有源 層、設置在量子阱有源層上方的由Inm^Al&GaMN形成的第二導電型第二包覆層以及 設置在襯底與第一包覆層之間的第一導電型第一折射率修正層，第一折射率修正層包 括 Ini_x_yAlyGaxN 層，x 和 y 滿足關系式 x/1. 54+y/0. 24 > 1、x/0. 91+y/0. 75 彡 1 以及 x/1. 08+y/0. 91彡1，量子阱有源層發(fā)出的光的波長在630nm以上，其中，0 <nl < 1，0彡n2 < 1，nl+n2 < l，0<ml< l，0<m2< 1，ml+m2 < 1，x+y < 1。
[0037] 各個方面的半導體發(fā)光元件可以構成為x和y滿足關系式x/0. 96+y/0. 81多1 以及x/1.04+y/0. 87< 1，還可以構成為x和y滿足關系式x/0. 99+y/0. 82多1以及 x/1.01+y/0. 84< 1，也可以構成為x和y滿足關系式x/0. 80+y/0. 89彡1。
[0038] 各個方面的半導體發(fā)光元件可以構成為第一折射率修正層是包括In^AlyGaxN 層和GaN層的超晶格層。
[0039] 在各個方面的半導體發(fā)光元件中，x可以為0。
[0040] 各個方面的半導體發(fā)光元件還可以構成為包括設置在第一折射率修正層與第一 包覆層之間的第三包覆層。
[0041] 在該情況下可以構成為，第一包覆層由GaN形成且第三包覆層由AlGaN形成。
[0042] 各個方面的半導體發(fā)光元件還可以構成為包括設置在第二包覆層上方的第二折 射率修正層。
[0043] 各個方面的半導體發(fā)光元件還可以構成為還包括設置在量子阱有源層上方的第 二折射率修正層，并且，第二包覆層具有上層和下層，第二折射率修正層設置在上層與下層 之間。
[0044] 各個方面的半導體發(fā)光元件還可以構成為包括設置在量子阱有源層與第二包覆 層之間的第二折射率修正層。
[0045](一實施方式）
[0046] 下面，參照附圖來對半導體發(fā)光元件的一實施方式進行說明。如圖1所示，一實施 方式中的半導體發(fā)光元件包括：由GaN形成的襯底11;設置在襯底11上方的第一導電型第 一包覆層12 ;設置在上述第一包覆層12上方的量子阱有源層13 ;以及設置在上述量子阱 有源層13上方的第二導電型第二包覆層14。
[0047]第一包覆層 12 由 Ini_nl_n2Aln2GanlN(0 彡 nl < 1，0 < n2 < l，nl+n2 彡 1)形成，第 二包覆層 14 由 InmjAUGawN^ < ml < 1，0 < m2 < 1，ml+m2 彡 1)形成。
[0048] 在襯底11與第一包覆層12之間設置有第一導電型折射率修正層15。在第一包覆 層12與量子阱有源層13之間設置有導向?qū)?13。在量子阱有源層13與第二包覆層14之 間設置有第二導電型量子阱電子勢皇層315。第二包覆層14具有脊14A，在脊14A上設置 有第二導電型接觸層317。在除脊14A上部之外的第二包覆層14上設置有對于光分布而言 是透明的電流阻擋層318。在襯底11的下表面設置有第一電極321，在接觸層317和電流 阻擋層318上設置有第二電極320。
[0049] 折射率修正層15包括第一導電型Ini_x_ yAlyGaxN(x+y < 1)層。當發(fā)出的光的波長 在430nm以上的情況下，IrVpyAlyGaxN層的Ga組成比x以及A1組成比y滿足下面的式1。
[0050] x/1. 05+y/0. 69>1. ? ?(式 1)
[0051] 構成折射率修正層15的1111_!￡_/1#& !^層滿足式1，由此能夠使折射率修正層15的 折射率小于第一包覆層12的折射率。下面對其理由進行說明。
[0052] 首先，當使用Aln2GanlN作為第一包覆層12的材料的情況下，從增強在量子阱有源 層13的垂直方向上的陷光方面來看，為了減小第一包覆層12的折射率，期望A1組成比n2 比較大。然而，如果使A1組成比n2增大，例如將其設定為0. 1以上，則由GaN形成的襯底 11與由AUGamN形成的第一包覆層12之間的熱膨脹系數(shù)之差變大，由此元件結構容易因 結晶生長時的熱歷史而產(chǎn)生龜裂。此外，還容易產(chǎn)生晶格缺陷。因此，從抑制龜裂的產(chǎn)生的 方面來看，第一包覆層12的A1組成比n2的最大值為0. 1，第一包覆層12的折射率的實質(zhì) 下限值為當A1組成比n2為0. 1情況下的折射率。
[0053] 因此，只要折射率修正層15的折射率小于該第一包覆層12的折射率的實質(zhì)下限 值即可。
[0054] 在發(fā)出的光的波長為430nm的情況下，在圖2中，Ini_ x_yAlyGaxN層的組成比與通過 x/1. 05+y/0. 69 = 1表示的線段是一致的，其中上述1]11_!￡_/1#3!^層的折射率等于A1組成 比n2為0. 1的AlaiGaa9N層的折射率。即，具有將In組成比為0. 31、A1組成比為0. 69、Ga 組成比為0的1%341(|.6#與41組成比為0.1、63組成比為0.9、111組成比為0的41 (|.163(|.# 連接的線段上的組成比的層，其折射率等于第一包覆層12的折射率的實質(zhì)下限值。
[0055] 因此，具有該線段的上側(cè)即A1N側(cè)的組成比的層的折射率實質(zhì)上小于第一包覆層 12的折射率的下限值。因此，如果利用具有滿足式1的組成比的I ni_x_yAlyGaxN層形成折射 率