发光元件及其制造方法技术

该发光元件至少具有：GaN衬底(11)；第一光反射层(41)，其形成所述GaN衬底(11)上，并且用作选择性生长掩膜层(44)；形成在所述第一光反射层上的第一化合物半导体层(21)、有源层(23)以及第二化合物半导体层(22)；以及形成在所述第二化合物半导体层(22)上的第二电极(32)和第二光反射层(42)。所述GaN衬底(11)表面的平面方向的离角等于或小于0.4°，所述第一光反射层(41)的面积等于或小于0.8S

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发光元件及其制造方法
本公开涉及一种发光元件(具体而言，也称为垂直谐振器激光VCSEL的表面发射激光器元件)及其制造方法。
技术介绍
在表面发射激光元件中，通常由在两个光反射层(分布式布拉格反射器层、DBR层)之间的振荡光造成激光振荡。因此，需要将半导体表面光滑以便形成亚纳米级的DBR层。在不能获得适当的光滑性时，降低每个DBR层的光学反射率，并且特征的变化(振荡阈值等)增大，这最终使得甚至难以获得激光振荡。从日本专利申请公开号10-308558中已知使用选择性生长方法制造氮化物表面发射激光器的方法。即，制造在本公开专利申请中公开的氮化物半导体激光器元件的方法包括：在衬底表面上选择性形成由介电质制成的多层薄膜的步骤，在多层薄膜的顶部生长氮化物半导体层的步骤，在形成在多层薄膜的顶部的氮化物半导体层的顶部生长包括有源层的氮化物半导体层的步骤，以及将多层薄膜用作用于有源层的光发射的至少一个反射镜的步骤。引用列表专利文档专利文档1：日本专利申请公开号10-308558
技术实现思路
本专利技术要解决的问题同时，在制造在上述公开专利申请中公开的氮化物半导体激光元件的方法中，使用与氮化物半导体不同的衬底。然而，在使用这种衬底的情况下，具体而言，在使用蓝宝石衬底时，例如，由于在基于GaN的化合物半导体层与蓝宝石衬底之间的晶格失配，所以发生大量位错，这对发光元件的可靠性具有明显的不利影响。进一步，由于蓝宝石衬底具有比典型的半导体衬底的热导率更低的热导率，所以发光元件的耐热性变得极其大，这造成振荡阈值电流增大、光学输出下降、元件使用寿命退化等。此外，由于蓝宝石衬底没有导电性，所以不能给衬底的背面提供n侧电极，并且必须在与p侧电极的相同侧提供n侧电极。同样，元件区域增大，使得具有生产率差的问题。进一步，上述公开专利申请未描述因在衬底的线性热膨胀系数与多层薄膜(选择性生长掩膜层)的线性热膨胀系数之间的差异而造成的多层薄膜(选择性生长掩膜层)从衬底剥离以及在例如包括有源层的氮化物半导体层生长时因氮化物半导体层的表面粗糙度而造成的特征变化(例如，光学反射率变化)的问题。因此，本公开的一个目标在于，提供一种发光元件，其中，不太可能造成特征的变化，这具有高度可靠性，并且该发光元件能够防止因在衬底的线性热膨胀系数与选择性生长掩膜层的线性热膨胀系数之间的差异而发生选择性生长掩膜层从衬底剥离的问题，并且提供一种发光元件的制造方法。问题的解决方案用于实现上述目标的根据本公开的第一方面或第二方面的一种发光元件制造方法是一种发光元件制造方法，至少包括以下步骤：在GaN衬底上形成选择性生长掩膜层之后；从未覆盖有所述选择性生长掩膜层的GaN衬底的表面选择性生长第一化合物半导体层，并且使用第一化合物半导体层，覆盖所述GaN衬底和所述选择性生长掩膜层；然后在第一化合物半导体层上依次形成有源层、第二化合物半导体层、第二电极以及第二光反射层，其中，所述选择性生长掩膜层用作第一光反射层，所述GaN衬底的表面的平面方向的离角是0.4°或更小，所述选择性生长掩膜层的面积是0.8S0或更小，其中，S0表示所述GaN衬底的面积。应注意的是，选择性生长掩膜层可以完全覆盖有第一化合物半导体层，或者选择性生长掩膜层可以部分覆盖。进一步，覆盖选择性生长掩膜层的第一化合物半导体层的顶面可以是平面，或者可以在一部分内具有凹陷。然后，在根据本公开的第一方面的发光元件制造方法中，作为所述选择性生长掩膜层的底层，热膨胀缓解薄膜形成在所述GaN衬底上。进一步，在根据本公开的第二方面的发光元件制造方法中，与所述GaN衬底接触的所述选择性生长掩膜层的底层的线性热膨胀系数(CTE)满足1×10-6/K≤CTE≤1×10-5/K，优选地，1×10-6/K<CTE≤1×10-5/K。用于实现上述目标的根据本公开的第一方面或第二方面的一种发光元件是一种发光元件，至少包括：GaN衬底；第一光反射层，其形成所述GaN衬底上，并且用作选择性生长掩膜层；层叠结构，其形成在所述第一光反射层上，所述层叠结构包括第一化合物半导体层、有源层以及第二化合物半导体层；以及形成在所述第二化合物半导体层上的第二电极和第二光反射层，其中，所述GaN衬底的表面的平面方向的离角是0.4°或更小，所述第一光反射层的面积是0.8S0或更小，其中，S0表示所述GaN衬底的面积。然后，在根据本公开的第一方面的发光元件中，作为所述第一光反射层的底层，热膨胀缓解薄膜形成在所述GaN衬底上。进一步，在根据本公开的第二方面的发光元件中，与所述GaN衬底接触的所述第一光反射层的底层的线性热膨胀系数CTE满足1×10-6/K≤CTE≤1×10-5/K，优选地，1×10-6/K<CTE≤1×10-5/K。专利技术的效果在根据本公开的第一方面或第二方面的发光元件及其制造方法中，由于限定了GaN衬底的表面的平面方向的离角以及选择性生长掩膜层(第一光反射层)的面积比，所以可以减少第二化合物半导体层的表面粗糙度。这表示可以形成具有优异的表面形态的第二化合物半导体层。同样，可以获得具有优异表面光滑度的第二光反射层，即，可以获得期望的光学反射率，并且不太可能造成发光元件的特征变化。此外，由于形成热膨胀缓解薄膜，或者限定CTE的值，所以可以防止因在衬底的线性热膨胀系数与选择性生长掩膜层的线性热膨胀系数之间的差异而发生选择性生长掩膜层从衬底剥离的问题，据此，可以提供具有高度可靠性的发光元件。进一步，在使用GaN衬底时，在化合物半导体层内不太可能造成位错，并且可以防止发光元件的耐热性增大的问题。同样，可以给发光元件提供高度可靠性，并且可以给GaN衬底在与p侧电极的侧边不同的侧边上提供n侧电极。应注意的是，示例性提供在本说明书中描述的效果，没有任何限制，并且还可以接受额外效果。附图说明图1A和1B是第一实施方式的发光元件和示例性修改的示意性部分剖视图；图2A和2B是第一实施方式的发光元件的其他示例性修改的示意性部分剖视图；图3是第一实施方式的发光元件的另一个示例性修改的示意性部分剖视图；图4A、4B以及4C是用于解释第一实施方式的发光元件制造方法的层叠结构等的示意性部分端视图；图5是第二实施方式的发光元件的示意性部分剖视图；图6A和6B是第三实施方式的发光元件和示例性修改的示意性部分剖视图；图7A和7B是用于解释第三实施方式的发光元件制造方法的层叠结构等的示意性部分端视图；图8A和8B是第一实施方式的发光元件的其他示例性修改的示意性部分剖视图；图9示出选择性生长掩膜层的示意性平面图。具体实施方式在后文中，虽然参考附图，基于实施方式，描述本公开，但是本公开不限于这些实施方式。示例性示出在这些实施方式中描述的各种数值和材料。应注意的是，按照以下顺序提供描述。1、根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件以及根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件制造方法的总体描述2、第一实施方式(根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件以及根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件制造方法)3、第二实施方式(第一实施方式的修改)4、第三实施方式(第一实施方式的另一个修改)等【根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件以及根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件制造方法的总体描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光元件制造方法，至少包括以下步骤：在GaN衬底上形成选择性生长掩膜层之后；从未覆盖有所述选择性生长掩膜层的所述GaN衬底的表面选择性地生长第一化合物半导体层，并且使用所述第一化合物半导体层覆盖所述GaN衬底和所述选择性生长掩膜层；然后在所述第一化合物半导体层上依次形成有源层、第二化合物半导体层、第二电极以及第二光反射层，其中，所述选择性生长掩膜层用作第一光反射层，所述GaN衬底的所述表面的平面方向的离角是0.4°或更小，所述选择性生长掩膜层的面积是0.8 S

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.17 JP 2014-1246021.一种发光元件制造方法，至少包括以下步骤：在GaN衬底上形成选择性生长掩膜层之后；从未覆盖有所述选择性生长掩膜层的所述GaN衬底的表面选择性地生长第一化合物半导体层，并且使用所述第一化合物半导体层覆盖所述GaN衬底和所述选择性生长掩膜层；然后在所述第一化合物半导体层上依次形成有源层、第二化合物半导体层、第二电极以及第二光反射层，其中，所述选择性生长掩膜层用作第一光反射层，所述GaN衬底的所述表面的平面方向的离角是0.4°或更小，所述选择性生长掩膜层的面积是0.8S0或更小，其中，S0表示所述GaN衬底的面积，并且作为所述选择性生长掩膜层的底层，热膨胀缓解薄膜形成在所述GaN衬底上。2.根据权利要求1所述的发光元件制造方法，其中，所述热膨胀缓解薄膜通过选自由氮化硅、氧化铝、氧化铌、氧化钽、氧化钛、氧化镁、氧化锆以及氮化铝构成的组的至少一种类型的材料制成。3.根据权利要求1所述的发光元件制造方法，其中，满足t1＝λ0/(2n1)，其中，t1表示所述热膨胀缓解薄膜的厚度，λ0表示所述发光元件的发射波长，并且n1表示所述热膨胀缓解薄膜的折射率。4.一种发光元件制造方法，至少包括以下步骤：在GaN衬底上形成选择性生长掩膜层之后；从未覆盖有所述选择性生长掩膜层的所述GaN衬底的表面选择性生长第一化合物半导体层，并且使用所述第一化合物半导体层，覆盖所述GaN衬底和所述选择性生长掩膜层；然后在所述第一化合物半导体层上依次形成有源层、第二化合物半导体层、第二电极以及第二光反射层，其中，所述选择性生长掩膜层用作第一光反射层，所述GaN衬底的所述表面的平面方向的离角是0.4°或更小，所述选择性生长掩膜层的面积是0.8S0或更小，其中，S0表示所述GaN衬底的面积，并且与所述GaN衬底接触的所述选择性生长掩膜层的底层的线性热膨胀系数CTE满足1×10-6/K≤CTE≤1×10-5/K。5.根据权利要求4所述的发光元件制造方法，其中，所述选择性生长掩膜层的底层通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：风田川统之，滨口达史，泉将一郎，仓本大，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP