專利名稱：半導體發(fā)光元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種使用了氮化物系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，作為光盤高密度化所必需的可在從藍色區(qū)域到紫外線區(qū)域發(fā)光的半導體激光器，使用了AlGaInN等氮化物系III-V族化合物半導體的半導體激光器的研究開發(fā)很盛行，并且已經進行實用化。
到目前為止公開的使用了氮化物系III-V族化合物半導體的半導體激光器具有SCH(Separate Confinement Heterostructure)結構。
即，為了更高效地將光封閉到活性層，在n側設置了折射率比較小的材料，即n型AlGaN覆蓋層，在p側設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置了使用折射率較大的材料的n側光引導層，在p型AlGaN覆蓋層和活性層之間設置了使用折射率比較大的材料的p側光引導層。
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致光衰減量越大。由此，封閉到活性層的光量變大的結果，具有閥值降低等優(yōu)點。
此外，在n側，在遠離n型AlGaN覆蓋層的活性層一側，通常是層疊GaN材料。在使用藍寶石、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；在運用使用了GaN材料的橫向生長技術的位錯降低技術等情況下，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，當在遠離n型AlGaN覆蓋層的活性層一側，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，由于該材料內的光強度即使遠離活性層也不容易衰減，故具有很大的光封閉系數。因此，公知的是將導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寶石襯底或SiC襯底的界面、或者在GaN襯底下表面將產生光的菲涅耳反射，所以在GaN層內或者GaN襯底內將形成共振模式。通過實際測量和仿真等確認出該共振模式存在使垂直方向的遠場圖樣(far field patternFFP)中產生波紋的問題。
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，該材料為存在于遠離n型AlGaN覆蓋層的活性層側的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，隨著遠離活性層導致光強度的衰減增大，需要在n型AlGaN覆蓋層內進行充分的光強度衰減。此外，由于隨著遠離活性層導致光強度的衰減增大，所以優(yōu)選盡量增加n型AlGaN覆蓋層的厚度。
另一方面，在藍寶石襯底上或SiC襯底上低溫生長的GaN緩沖層的晶格常數、在藍寶石襯底上使用橫向生長技術生長的GaN層、或者GaN襯底的晶格常數非常接近于GaN晶格常數。
當在這些層上生長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，由于在半導體激光元件內部中的光分布，即近場圖樣(Near fieldpatternNFP)和FFP具有傅立葉變換關系，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，當然由于光向p型接觸層或者p型電極的滲出變大，所以導致光吸收增加的問題、或者如上所述的光向襯底側滲出的問題嚴重化。
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，如前所述這將產生破裂或者錯位的問題。
上述問題是由下述結構引起的在比n型覆蓋層更靠近襯底一側上，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覆蓋層的晶格常數與其基底的GaN的晶格常數不同的、使用了氮化物系III-V族化合物半導體的半導體激光器或半導體發(fā)光二極管的特別結構。
如上所述，向襯底側滲出光的問題、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。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種半導體發(fā)光元件，其具有不會產生光向襯底側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構、并使用了氮化物系III-V族化合物半導體，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構的、并使用了氮化物系III-V族化合物半導體，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覆蓋層設置在上述n型覆蓋層的下部或中央部。
根據本發(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滲出。
根據本發(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滲出。此外，由于部分覆蓋層設置在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的半導體發(fā)光元件的結構的剖面圖。
圖2是表示用于實施例1的光強度計算的半導體發(fā)光元件結構的剖面圖。
圖3是表示實施例1的AlGaN層的臨界膜厚度與Al組成比的關系的圖。
圖4是表示實施例1的光封閉量與Al組成比的關系的圖。
圖5是表示實施例1的光封閉量與Al組成比的關系的圖。
圖6是表示實施例1的垂直方向的FFP全半高寬與Al組成比的關系的圖。
圖7是表示實施例3的半導體發(fā)光元件結構的剖面圖。
圖8是表示實施例3的半導體發(fā)光元件的垂直方向的光強度分布的剖面圖。
圖9是表示實施例11的半導體發(fā)光元件結構的剖面圖。
具體實施例方式
<實施例1>
圖1是表示實施例1的半導體發(fā)光元件結構的剖面圖。
該半導體發(fā)光元件(氮化物系半導體激光器)具有脊結構以及SCH結構。
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光引導層4、未摻雜的InGaN光引導層5的順序進行層疊，形成n側光引導層。在InGaN光引導層5上形成了例如未摻雜的InxGa1-xN/InyGa1-yN多重量子阱式結構的活性層6。
并且，在活性層6上順次層疊作為p側引導層的未摻雜InGaN光波導層7、p型AlGaN電子阻擋層8、作為p側光引導層的p型GaN光引導層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GaN緩沖層2的厚度例如是1μm，摻雜了作為n型雜質的例如硅(Si)。N型覆蓋層3的厚度例如為2.0μm，摻雜了作為n型雜質的例如Si，Al組成比例如為0.05。n型GaN光引導層4的厚度例如為100nm。并且，非摻雜InGaN引導層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多重量子阱式結構的活性層6具有交替層疊作為阻擋層的InxGa1-xN層和作為阱層的InyGa1-yN層的結構，阱數例如是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的側面部或者脊橫向底面部的表面保護和電氣絕緣，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，在對應于脊12上表面的部分設置有開口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面相反一側的N面上形成了n型電極17。該n型電極17構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體發(fā)光元件的制造方法進行說明。
首先，利用有機金屬化學氣相生長(MOCVD)法在預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光引導層4和非摻雜InGaN光引導層5、未摻雜的InxGa1-xN/InyGa1-yN多重量子阱活性層6、未摻雜InGaN光導波層7、p型AlGaN電子阻擋層8和p型GaN光引導層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光引導層4為1000℃，從未摻雜InGaN光引導層5到未摻雜InGaN光導波層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，在結束了以上結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)形成與脊12的形狀對應的規(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反應離子刻蝕)法一直刻蝕到p型覆蓋層10的層內為止。通過該蝕刻，制造出形成光波導結構的脊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所示的半導體發(fā)光元件。
在本實施例的半導體發(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材料的晶格常數越大，并接近于作為基底層的GaN襯底1的晶格常數，故產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)產生破裂或位錯的最低膜厚(臨界膜厚)，并根據該折射率和膜厚計算出光強度分布，來進行估算。
因此，對改變n型覆蓋層3的Al組成比后所進行的光強度分布的計算結果進行說明。
圖2是示出在光強度分布的計算中使用的半導體發(fā)光元件結構的剖面圖。這里，對與圖1中示出的結構相同的結構使用同樣的符號。
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光引導層4。并且，在n型GaN光引導層4上形成了厚度為7.0nm、In組成比為0.02的InGaN光引導層5。
在InGaN光引導層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光引導層7，在InGaN光引導層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度的、GaN緩沖層2和GaN襯底1內的光強度比例，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內滲出的比例的結果。
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Al組成比為0.05時，幾乎不會產生向GaN襯底1側滲出光的問題。
此外，從圖6可知，當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，本實施例的半導體發(fā)光元件，可以不產生光滲出的問題、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，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遠離而可能導致光不能充分衰減。
此外，很明顯，即使是n型AlGaN覆蓋層3為2層以上的多層結構，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層以上的多層結構，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>
本實施例的半導體發(fā)光元件，是在實施例1中，使半導體發(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。其它的結構與實施例1相同，所以省略重復說明。
如圖3所示，當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，不會產生裂變和位錯等問題，可以更厚地形成n型覆蓋層3。其結果，從4，5可知，可以進一步減小向GaN襯底1側的光滲出。
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體激光器。
<實施例3>
圖7是表示本實施例的半導體元件的剖面圖。
本實施方式，是在實施例1的半導體發(fā)光元件中，在n型覆蓋層3的下端進一步形成比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)。其它結構與實施例1相同，同樣的結構使用同樣的符號，省略重復說明。
圖8是計算并圖示在包括如上所述結構的半導體發(fā)光元件中垂直方向的光強度分布的圖。如圖8所示，垂直方向的光強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，所以可以使光強度大幅度衰減。其結果，可以進一步抑制向GaN襯底1的光滲出。
這是基于下述計算結果，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中產生破裂和位錯等方面比厚厚地設置Al組成比小的膜更有利。
如上所述，本實施例的半導體發(fā)光元件與實施例1的半導體發(fā)光元件相比，可以進一步抑制向襯底側的光滲出。
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設置在n型覆蓋層3的下端而大幅度地損害FFP的降低效果。
此外，在本實施例中，雖然在n型覆蓋層3的下端設置了n型覆蓋層13，但是也可以設置在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構的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層構成超晶格結構的情況下，由z＝(a·x+b·y)/(a+b)表示的z。嚴格地說，超晶格結構的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>
本實施例的半導體發(fā)光元件，是在實施例2中，在n型覆蓋層3的下端進一步形成比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。其它結構與實施例2相同，省略重復說明。
本實施例的半導體發(fā)光元件可以通過n型覆蓋層13使光強度大幅度衰減。由此，可以進一步抑制向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的下端設置n型覆蓋層13，從而不會大幅度地損害FFP的降低效果。
此外，在本實施例中，雖然在n型覆蓋層3的下端設置了n型覆蓋層13，但是也可以設置在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的超晶格結構的AlGaN層。
<實施例5>
本實施例的半導體發(fā)光元件，是在實施例1中，n型覆蓋層3通過超晶格結構的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。
其它結構與實施例1相同，省略重復說明。
本實施例的半導體發(fā)光元件的n型覆蓋層3由平均Al組成比z(0.01≤z＜0.06)的超晶格結構的AlGaN層構成，具有與實施例1同樣的效果。
而且，通過使n型覆蓋層3為超晶格結構，可以利用超晶格結構的界面防止位錯。其結果，通過使用超晶格結構可以使n型覆蓋層3的厚膜化容易進行，并可以進一步抑制由于n型覆蓋層3進行厚膜化而引起的光滲出的問題。
另外，在n型覆蓋層3由多層構成的情況下，也可以在其中一層中使用超晶格結構的AlGaN層。
<實施例6>
本實施例的半導體發(fā)光元件的n型覆蓋層3由超晶格結構的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。其它結構與實施例2相同，省略重復說明。
本實施例的半導體發(fā)光元件由于具有上述結構，故具有與實施例2相同的效果。
而且，通過使n型覆蓋層3為超晶格結構，從而可以利用超晶格結構的界面防止位錯。結果，通過使用超晶格結構可以使n型覆蓋層3的厚膜化容易進行，從而可以進一步抑制由于n型覆蓋層3進行厚膜化而引起的光滲出問題。
另外，在n型覆蓋層3由多層構成的情況下，也可以在其中一層使用超晶格結構的AlGaN層。
<實施例7>
本實施例的半導體發(fā)光元件，是在實施例3中，在n型覆蓋層3中使用了超晶格結構的AlGaN層(平均Al組成比z0.01≤z＜0.06)。
其它結構與實施例3相同，省略重復說明。
本實施例的半導體發(fā)光元件由于具有上述結構，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為超晶格結構，可以利用超晶格結構的界面防止位錯。結果，通過使用超晶格結構可以使n型覆蓋層3的厚膜化容易進行，從而可以進一步抑制由于n型覆蓋層3進行厚膜化而引起的光滲出的問題。
另外，在n型覆蓋層3由多層構成的情況下，也可以在其中一層中使用超晶格結構的AlGaN層。
<實施例8>
本實施例的半導體發(fā)光元件，是在實施例4中，使用超晶格結構的AlGaN層(平均Al組成比z0.01≤z≤0.05)作為n型覆蓋層3。其它結構與實施例4相同，省略重復說明。
由于本實施例的半導體發(fā)光元件包括上述結構，所以具有與實施例4相同的效果。
另外，在n型覆蓋層3由多層構成的情況下，也可以在其中一層中使用超晶格結構的AlGaN層。
<實施例9>
本實施例的半導體發(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。其它結構與實施例1相同，省略重復說明。
本實施例的半導體發(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側也可以使垂直方向的NFP變寬。其結果，能夠進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。
其它結構與實施例1相同，省略重復說明。
本實施例的半導體發(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，從而不會產生破裂等問題，即可以使p型覆蓋層10進一步厚膜化，并能夠進一步抑制向p側電極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體發(fā)光元件的結構的剖面圖。本實施例的半導體發(fā)光元件，是在實施例9的半導體發(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)。其它結構與實施例9相同，相同結構使用相同的符號，省略重復說明。
由于P型覆蓋層18具有比p型覆蓋層10小的折射率，故可以使光強度大幅度地衰減。
為此，通過在p型覆蓋層10的上端設置p型覆蓋層18，從而可以進一步減小向p型電極16的光滲出。
這里，p型覆蓋層18不必一定設置在p型覆蓋層10的上端，也可以設置在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設置在p型覆蓋層10的中部或上部，從而不會大幅度地損害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組成比的超晶格結構的AlGaN層。
<實施例12>
本實施例的半導體發(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。其它結構與實施例10相同，省略重復說明。
由于p型覆蓋層18具有比p型覆蓋層10小的折射率，故可以使光強度大幅度地衰減。
為此，通過在p型覆蓋層10的上端設置p型覆蓋層18，從而可以進一步減小向p型電極16的光滲出。
這里，p型覆蓋層18不必一定設置在p型覆蓋層10的上端，也可以設置在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設置在p型覆蓋層10的中部或上部，從而不會大幅度地損害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構的AlGaN層。
<實施例13>
本實施例的半導體發(fā)光元件，是在實施例9中，p型覆蓋層10由超晶格結構的AlGaN層構成。并且，該超晶格結構的AlGaN層的平均Al組成比z為0.01≤z＜0.06。
其它結構與實施例9相同，省略重復說明。
本實施例的半導體發(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)的超晶格結構的AlGaN層構成，具有與實施例9相同的效果。
而且，通過使p型覆蓋層10為超晶格結構，可以由超晶格結構的界面阻止位錯。其結果，通過使用超晶格結構很容易地使p型覆蓋層10厚膜化，通過使p型覆蓋層10厚膜化可以進一步抑制光滲出的問題。
還有，在p型覆蓋層10由多層構成的情況下，也可以在其中一層中使用超晶格結構的AlGaN層。
<實施例14>
本實施例的半導體發(fā)光元件，是在實施例10中，由超晶格結構的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。其它結構與實施例10相同，省略重復說明。
由于本實施例的半導體發(fā)光元件包括以上結構，故具有與實施例10相同的效果。
而且，由于使p型覆蓋層10為超晶格結構，從而可以由超晶格結構的界面阻止位錯。其結果，通過使用超晶格結構很容易地進行p型覆蓋層10的厚膜化，通過使p型覆蓋層10厚膜化可以進一步抑制光滲出的問題。
還有，在p型覆蓋層10由多層構成的情況下，也可以在其中一層中使用超晶格結構的AlGaN層。
<實施例15>
本實施例的半導體發(fā)光元件，是在實施例11的半導體發(fā)光元件中，在p型覆蓋層10的上端設置了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。
其它結構與實施例11相同，省略重復說明。
本實施例的半導體發(fā)光元件包括以上結構，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為超晶格結構，可以由超晶格結構的界面阻止位錯。結果，通過使用超晶格結構，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厚膜化可以進一步抑制光滲出的問題。
還有，在p型覆蓋層10由多層構成的情況下，也可以在其中一層中使用超晶格結構的AlGaN層。
<實施例16>
本實施例的半導體發(fā)光元件，是在實施例12中，使用超晶格結構的AlGaN層(平均Al組成比z0.01≤z≤0.05)作為p型覆蓋層10。其它結構與實施例12相同，省略重復說明。
由于本實施例的半導體發(fā)光元件包括以上結構，具有與實施例12相同的效果。
另外，在p型覆蓋層10由多層構成的情況下，可以在其中一層中使用超晶格結構的AlGaN層。
權利要求
1.一種半導體發(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構、且使用氮化物系III-V族化合物半導體，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.根據權利要求1記載的半導體發(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.根據權利要求1記載的半導體發(fā)光元件，其特征在于所述Al組成比x為0.01≤x≤0.05。
4.根據權利要求1記載的半導體發(fā)光元件，其特征在于所述n型AlxGa1-xN層由超晶格結構構成。
5.根據權利要求1記載的半導體發(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.根據權利要求5記載的半導體發(fā)光元件，其特征在于所述部分n型AlGaN覆蓋層是超晶格結構。
7.根據權利要求1記載的半導體發(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.根據權利要求7記載的半導體發(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.根據權利要求7記載的半導體發(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.根據權利要求7記載的半導體發(fā)光元件，其特征在于所述p型AlxGa1-xN層由超晶格結構構成。
11.根據權利要求7記載的半導體發(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覆蓋層設置在所述p型覆蓋層的上部或中間部。
12.根據權利要求11記載的半導體發(fā)光元件，其特征在于所述p型AlGaN覆蓋層是超晶格結構。
13.一種半導體發(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構、并使用了氮化物系III-V族化合物半導體，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
提供一種不產生向GaN襯底進行光滲出、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(遠場圖樣)全半高寬較小的半導體發(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)的結構的半導體發(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)先權日2004年11月9日
發(fā)明者藏本恭介 申請人:三菱電機株式會社