半导体发光元件制造技术

提供一种不产生向ＧａＮ衬底进行光渗出、以及发生ｎ型覆盖层的破裂或位错的问题，且垂直方向的ＦＦＰ（远场图样）全半高宽较小的半导体发光元件。具有在ｎ型覆盖层（３）和ｐ型覆盖层（１０）之间夹持了活性层（６）的结构的半导体发光元件中，使用Ａｌ组成比ｘ为０．０１≤ｘ＜０．０６的Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ｎ层（ＡｌＧａＮ）层作为ｎ型覆盖层。当Ａｌ组成比ｘ小于０．０６时，由于ＡｌＧａＮ层的折射率变大，所以可以使垂直方向的ＮＦＰ（近场图样）变宽，使垂直方向的ＦＦＰ的全半高宽减小。此外，当Ａｌ组成比变小时，由于与ＧａＮ衬底的晶格不匹配变小，所以可以不产生破裂和位错问题而厚厚地形成ＡｌＧａＮ层，并可以抑制向ＧａＮ衬底的光渗出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用了氮化物系III-V族化合物半导体的半导体发光元件。
技术介绍
近年来，作为光盘高密度化所必需的可在从蓝色区域到紫外线区域发光的半导体激光器，使用了AlGaInN等氮化物系III-V族化合物半导体的半导体激光器的研究开发很盛行，并且已经进行实用化。到目前为止公开的使用了氮化物系III-V族化合物半导体的半导体激光器具有SCH(Separate Confinement Heterostructure)结构。即，为了更高效地将光封闭到活性层，在n侧设置了折射率比较小的材料，即n型AlGaN覆盖层，在p侧设置了同样的折射率比较小的材料，即p型AlGaN覆盖层。而且，在n型AlGaN覆盖层和活性层之间设置了使用折射率较大的材料的n侧光引导层，在p型AlGaN覆盖层和活性层之间设置了使用折射率比较大的材料的p侧光引导层。这里，AlGaN覆盖层中Al组成比越大折射率越小。为此，通过使用Al组成比较大的AlGaN覆盖层，从而可以使光的分布会聚在活性层附近。这是由于当光模式的实际折射率和材料的折射率之差越大，随着离开活性层而导致光衰减量越大。由此，封闭到活性层的光量变大的结果，具有阀值降低等优点。此外，在n侧，在远离n型AlGaN覆盖层的活性层一侧，通常是层叠GaN材料。在使用蓝宝石、SiC等与GaN的晶格不匹配度较大的衬底的情况下，在衬底和覆盖层之间层叠用于缓和晶格不匹配的低温GaN缓冲层；在运用使用了GaN材料的横向生长技术的位错降低技术等情况下，也在衬底和AlGaN覆盖层之间层叠几μm以上的GaN横向生长层。近年来，虽然多使用GaN衬底，但是在此情况下，在n型AlGaN覆盖层下同样存在着GaN衬底。如上所述，当在远离n型AlGaN覆盖层的活性层一侧，存在GaN材料或者折射率比光模式的实际折射率更大的材料时，由于该材料内的光强度即使远离活性层也不容易衰减，故具有很大的光封闭系数。因此，公知的是将导致活性层的光封闭量相对地降低，引起大幅度的阀值上升等特性劣化。(例如参见Japanese Journal of Applied Physics vol.38 Part1，No.3B(1999)p.1780)。此外，由于在与GaN层的折射率不同的蓝宝石衬底或SiC衬底的界面、或者在GaN衬底下表面将产生光的菲涅耳反射，所以在GaN层内或者GaN衬底内将形成共振模式。通过实际测量和仿真等确认出该共振模式存在使垂直方向的远场图样(far field patternFFP)中产生波纹的问题。为了避免这种问题发生，需要尽量抑制光向如下材料渗出，该材料为存在于远离n型AlGaN覆盖层的活性层侧的GaN材料、或者折射率比光模式的实际折射率更大的材料。为此，需要增大n型AlGaN覆盖层的Al组成比，即，减小n型AlGaN覆盖层的折射率，随着远离活性层导致光强度的衰减增大，需要在n型AlGaN覆盖层内进行充分的光强度衰减。此外，由于随着远离活性层导致光强度的衰减增大，所以优选尽量增加n型AlGaN覆盖层的厚度。另一方面，在蓝宝石衬底上或SiC衬底上低温生长的GaN缓冲层的晶格常数、在蓝宝石衬底上使用横向生长技术生长的GaN层、或者GaN衬底的晶格常数非常接近于GaN晶格常数。当在这些层上生长n型AlGaN层作为n型覆盖层时，由于AlGaN材料的晶格常数随着Al组成比的增大而减小，所以Al组成比越大，与基底的晶格不匹配度越大。结果，如公知的那样，将越专利技术显地发生破裂或者位错。此外，即使不产生破裂或者位错，由于处于具有较大失真的状态，故将对元件的寿命产生很大的恶劣影响。象这样，在不过分增大n型AlGaN覆盖层的Al组成比的情况下，由于能够不产生破裂或者位错地生长的膜厚(临界膜厚)变小，故光向衬底侧的渗出反而变大。如上所述，n型和p型AlGaN覆盖层的Al组成比存在最佳值，AlGaN覆盖层，通常使用p型、n型并且Al组成比为0.06～0.07左右的AlGaN材料(参见非专利文献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，为了确定n型和p型AlGaN覆盖层的Al组成比而必须考虑的特性是垂直方向的FFP。通常在用于光盘的氮化物系LD中，在衬底水平方向的FFP的全半高宽(全半値幅)为6～10°左右，而衬底垂直方向的FFP的全半高宽大于等于20°。为此，水平方向和垂直方向的光束射出角显著不同。但是，作为光盘用途的应用，要求该垂直方向和水平方向及FFP的全半高宽的比(宽高比)尽量接近于1。为此，希望垂直方向的FFP的全半高宽更小。通常，由于在半导体激光元件内部中的光分布，即近场图样(Near fieldpatternNFP)和FFP具有傅立叶变换关系，因此，为了使垂直方向的FFP的全半高宽更小，需要增大NFP的宽度。为了实现这些，虽然存在减小活性层的折射率并增大垂直方向的光的宽度的方法，但是，在此情况下，当然由于光向p型接触层或者p型电极的渗出变大，所以导致光吸收增加的问题、或者如上所述的光向衬底侧渗出的问题严重化。为了避免这些问题，虽然需要增大n型和p型AlGaN覆盖层的Al组成比或增大AlGaN覆盖层的膜厚，但是，如前所述这将产生破裂或者错位的问题。上述问题是由下述结构引起的在比n型覆盖层更靠近衬底一侧上，存在其折射率比实际折射率更大的层(例如，GaN缓冲层或GaN衬底本身)，而且，AlGaN覆盖层的晶格常数与其基底的GaN的晶格常数不同的、使用了氮化物系III-V族化合物半导体的半导体激光器或半导体发光二极管的特别结构。如上所述，向衬底侧渗出光的问题、由于与基底的晶格不匹配而引起的破裂或位错的问题、以及垂直方向的FFP的全半高宽的问题是相互交叉的，为了解决全部的问题，需要即使在AlGaN覆盖层的Al组成比较大的情况下也可以抑制破裂或者位错发生的特别技术。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种半导体发光元件，其具有不会产生光向衬底侧渗出以及覆盖层的破裂或者位错的问题，而且包括良好的FFP特性。本专利技术第1方面记载的专利技术是一种半导体发光元件，具有在n型覆盖层和p型覆盖层之间夹持了活性层的结构、并使用了氮化物系III-V族化合物半导体，其特征在于上述n型覆盖层包括Al组成比x为0.01≤X＜0.06的n型AlxGa1-xN层。本专利技术第2方面记载的专利技术是一种半导体发光元件，具有在n型覆盖层和p型覆盖层之间夹持了活性层的结构的、并使用了氮化物系III-V族化合物半导体，其特征在于上述n型覆盖层包括部分n型AlGaN覆层，其Al组成比大于上述n型覆盖层的其它部分，上述部分n型AlGaN覆盖层设置在上述n型覆盖层的下部或中央部。根据本专利技术第1方面记载的专利技术，使用Al组成比x为0.01≤X＜0.06的AlxGa1-xN膜作为n型覆盖层。为此，可以使n型覆盖层的折射率变大，使垂直方向的NFP(近场图样)变宽，并使垂直方向的FFP的全半高宽变小。此外，当Al组成比变小时，由于n型覆盖层和GaN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光元件，具有在ｎ型覆盖层和ｐ型覆盖层之间夹持了活性层的结构、且使用氮化物系Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体，其特征在于：所述ｎ型覆盖层包括Ａｌ组成比ｘ为０．０１≤ｘ＜０．０６的ｎ型Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ｎ层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：藏本恭介，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]