氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
【專利摘要】一種具有光波導(dǎo)(120)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，至少以下部覆蓋層(102)、活性層(104)、上部覆蓋層(107)的順序來包含這些層，上部覆蓋層(107)具有：由透明導(dǎo)電體構(gòu)成的第二上部覆蓋層(109)、以及由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一上部覆蓋層(108)，且第一上部覆蓋層(108)被形成在比該第二上部覆蓋層(109)靠近活性層一側(cè)。
【專利說明】氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，尤其涉及發(fā)光效率高且工作電壓低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
【背景技術(shù)】
[0002]以氮化鎵(GaN)為代表的II1-V族氮化物系化合物半導(dǎo)體，也就是所謂的氮化物半導(dǎo)體不斷地受到關(guān)注。氮化物半導(dǎo)體的一般的表達(dá)式為InxGayAl1N(O ≤ x ≤ I,
I, x+y≤I)，是由作為III族元素的銦(In)、鎵(Ga)以及鋁(Al)之中的至少一個(gè)、與作為V族元素的氮(N)構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體。在使用了這些氮化物半導(dǎo)體的器件中，尤其是將電轉(zhuǎn)換為光的發(fā)光元件的開發(fā)正在進(jìn)展。
[0003]作為半導(dǎo)體發(fā)光元件的種類大致有兩種，一種是被注入的載體(電子、空穴)通過自然放出而被轉(zhuǎn)換為光的發(fā)光二極管(LED:Light Emitting Diode),另一種是在器件上設(shè)置導(dǎo)波路徑，將被注入到導(dǎo)波路徑的載體通過誘導(dǎo)放出，來轉(zhuǎn)換為光的激光二極管(LD:Laser Diode)等半導(dǎo)體激光。
[0004]使用了氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光二極管作為組合了熒光體的白色LED，作為照明裝置或液晶顯示裝置的背面光源正在被不斷地開發(fā)。另外，關(guān)于使用了氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光，射出發(fā)光波長(zhǎng)為400至410nm的激光的藍(lán)紫色激光二極管被用于藍(lán)光(Blu_ray)光碟的記錄以及再生裝置的光源。
[0005]并且，近些年，發(fā)光波長(zhǎng)從藍(lán)色區(qū)域發(fā)展為綠色區(qū)域的被進(jìn)行了長(zhǎng)波長(zhǎng)化的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件也作為顯示器所使用的光源被開發(fā)并被投入生產(chǎn)。為了滿足這種用途，像超福射發(fā)光二極管(SLD:Super Luminescent Diode)這種，能夠射出使作為激光的缺點(diǎn)的斑點(diǎn)噪聲減少的光的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件也得到了開發(fā)。
[0006]在這種半導(dǎo)體激光或SLD等氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，如以上所述那樣，通過在光波導(dǎo)中生成誘導(dǎo)放射光，來實(shí)現(xiàn)高效率的發(fā)光元件。為了高效地得到這種誘導(dǎo)放射光，則需要提高光波導(dǎo)的光限制因子(Optical confinement factor)。作為提高光限制因子的方法，例如在以往的技術(shù)中列舉的方法是，作為導(dǎo)向?qū)硬捎肎aN(氮化鎵)，作為覆蓋層采用AlxGa1xN (0<x ≤I)。在這種情況下，在覆蓋層的AlxGai_xN中通過使Al (鋁)成分增大，從而能夠使折射率比導(dǎo)向?qū)拥腉aN大幅度減小，其結(jié)果是，折射率差增大，從而能夠使光限制因子增高。
[0007]但是，像這樣在增加覆蓋層的Al成分的情況下，副作用也會(huì)增加。尤其是在發(fā)光層上方設(shè)置的P型的覆蓋層，用作摻雜物的Mg(鎂)受主的電離能與Al成分成正比來增大。因此，出現(xiàn)的問題是，難于在P型的覆蓋層實(shí)現(xiàn)較高的空穴濃度，最終會(huì)增加覆蓋層的串聯(lián)電阻，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的工作電壓就會(huì)増加。
[0008]對(duì)于上述的問題，專利文獻(xiàn)I公開了在實(shí)現(xiàn)較高的光限制的同時(shí)，還能夠得到工作電壓低的激光二極管。以下，利用圖17來對(duì)專利文獻(xiàn)I所公開的以往的激光二極管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。[0009]如圖17所示，以往的激光二極管2100由在藍(lán)寶石襯底等構(gòu)成的襯底2101上的η型接觸層2110、η型下部覆蓋層2130、η型下部波導(dǎo)層2140、多重量子阱(MQW =MultipleQuantum Well)區(qū)域2150、p型限制層2160、以及p型上部波導(dǎo)層2170形成。
[0010]并且，在MQW區(qū)域2150的活性區(qū)域2155的上方的P型上部波導(dǎo)層2170上，形成有由透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的上部覆蓋層2180。而且，一對(duì)絕緣層部分2185以中間夾著上部覆蓋層2180的方式而相對(duì)地形成。
[0011]并且，由金屬構(gòu)成的P側(cè)電極2190被形成在上部覆蓋層2180以及絕緣層部分2185之上。另外，由金屬構(gòu)成的η側(cè)電極2120被形成在η型接觸層2110的第一露出區(qū)域上。
[0012](現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn))
[0013](專利文獻(xiàn))
[0014]專利文獻(xiàn)I日本特開2004-289157號(hào)公報(bào)
[0015]然而，本申請(qǐng)的發(fā)明人員在制作了具有上述的構(gòu)成的激光二極管2100并進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)在以往的激光二極管2100的結(jié)構(gòu)中，雖然能夠降工作電壓低，但是使用范圍內(nèi)的注入電流不能引起誘導(dǎo)放射，因此不能輸出所希望的光。
[0016]這是因?yàn)?，即使作為上部覆蓋層2180的透明導(dǎo)電膜的材料來采用目前特性最穩(wěn)定的nO(Indium Tin Oxide:氧化銦)，也難于制作具有充分低的體反抗且對(duì)發(fā)出的光的光吸收少的高結(jié)晶性的透明導(dǎo)電膜的緣故。
[0017]這樣，由于使透明導(dǎo)電膜的結(jié)晶性增高比較困難，因此即使制作具有圖17所示的結(jié)構(gòu)的激光二極管2100，在P型上部波導(dǎo)層2170與透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的上部覆蓋層2180之間的界面也會(huì)發(fā)生因光吸收而造成的內(nèi)部損失，因此會(huì)有發(fā)光效率低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明鑒于上述的問題，目的在于提供一種發(fā)光效率高且工作電壓低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光兀件。
[0019]本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的一個(gè)實(shí)施方式為一種具有光波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，該半導(dǎo)體發(fā)光元件至少以第一覆蓋層、活性層、第二覆蓋層的順序來包含這些層，所述第二覆蓋層具有透明導(dǎo)電體層以及氮化物半導(dǎo)體層，所述透明導(dǎo)電體層由透明導(dǎo)電體構(gòu)成，所述氮化物半導(dǎo)體層由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，并且被形成在比該透明導(dǎo)電體層靠近所述活性層一側(cè)。
[0020]通過此構(gòu)成，能夠由第二覆蓋層中的與活性層近的氮化物半導(dǎo)體層來進(jìn)行光限制。據(jù)此，即使在透明導(dǎo)電體層由結(jié)晶性低的透明導(dǎo)電性氧化膜構(gòu)成的情況下，與具有以透明導(dǎo)電體層這一單層來進(jìn)行光限制的構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件相比，也能夠抑制內(nèi)部損失的增大。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率高的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0021]并且，第二覆蓋層中的透明導(dǎo)電體層能夠在縱方向上對(duì)光限制起到作用。這樣，由于能夠使被形成在與活性層近的一側(cè)的氮化物半導(dǎo)體層薄膜化，因此，能夠降低該氮化物半導(dǎo)體層的串聯(lián)電阻。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)工作電壓低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0022]而且，在本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的一個(gè)實(shí)施方式中，所述氮化物半導(dǎo)體層最好是至少包含Al (鋁)。[0023]而且，在本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的一個(gè)實(shí)施方式中，所述氮化物半導(dǎo)體層最好是由AlxInyGanyN(0〈x≤0.82，O≤y≤0.18，O≤1-χ-y<1)構(gòu)成。
[0024]而且，在本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的一個(gè)實(shí)施方式中，最好是該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件具備被設(shè)置在所述活性層與所述第二覆蓋層之間的導(dǎo)向?qū)?，所述?dǎo)向?qū)优c所述第二覆蓋層的合計(jì)膜厚d為,0.1 μ m<d<0.5 μ m。
[0025]而且，在本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的一個(gè)實(shí)施方式中，所述光波導(dǎo)最好是垂直臺(tái)面型結(jié)構(gòu)，該追指臺(tái)面型結(jié)構(gòu)是通過從所述第二覆蓋層挖掘到所述第一覆蓋層的一部分為止而被形成的。
[0026]而且，在本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的一個(gè)實(shí)施方式中，所述透明導(dǎo)電體的材料最好是以下材料之中的某一個(gè)，這些材料包括:被添加了錫的氧化銦、被添加了銻的氧化錫、以及氧化鋅。
[0027]而且，在本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的一個(gè)實(shí)施方式中，所述透明導(dǎo)電體層的膜厚最好是比IOOnm大。
[0028]通過本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率高且工作電壓低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1A是本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的俯視圖。
[0030]圖1B是圖1A的A-A’線上的本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。
[0031]圖2是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的圖。
[0032]圖3是對(duì)結(jié)構(gòu)不同的六種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的計(jì)算參數(shù)及其特性進(jìn)行比較的圖。
[0033]圖4A是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件上的第二上部覆蓋層的設(shè)計(jì)例子的結(jié)構(gòu)圖。
[0034]圖4B示出了在使用圖4A的結(jié)構(gòu)時(shí)的ITO (氧化銦)的衰減系數(shù)⑷與波導(dǎo)損失(a i)之間的關(guān)系。
[0035]圖5A是用于說明在本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，上部導(dǎo)向?qū)右约暗谝簧喜扛采w層的設(shè)計(jì)例子的結(jié)構(gòu)的圖。
[0036]圖5B示出了圖5A所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的第二導(dǎo)向?qū)右约暗谝簧喜扛采w層的膜厚與波導(dǎo)損失的關(guān)系。
[0037]圖5C示出了圖5A所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的第二導(dǎo)向?qū)右约暗谝簧喜扛采w層的膜厚與光限制因子的關(guān)系。
[0038]圖6示出了本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的第二上部覆蓋層的膜厚與波導(dǎo)損失的關(guān)系。
[0039]圖7A是本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的俯視圖。
[0040]圖7B是圖7A的A-A’線上的本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。[0041]圖8是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的圖。
[0042]圖9是對(duì)結(jié)構(gòu)不同的六種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中計(jì)算參數(shù)及其特性進(jìn)行比較的圖。
[0043]圖1OA示出了在對(duì)第二上部覆蓋層的設(shè)計(jì)例子進(jìn)行說明時(shí)所使用的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。
[0044]圖1OB示出了在采用圖1OA的結(jié)構(gòu)時(shí)的ITO的衰減系數(shù)⑷與波導(dǎo)損失(a i)的關(guān)系。
[0045]圖1lA示出了在對(duì)上部導(dǎo)向?qū)右约暗谝簧喜扛采w層的設(shè)計(jì)例子進(jìn)行說明時(shí)所采用的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。
[0046]圖1lB示出了圖1lA所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的第二導(dǎo)向?qū)右约暗谝簧喜扛采w層的膜厚與波導(dǎo)損失的關(guān)系。
[0047]圖1lC示出了圖1lA所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的第二導(dǎo)向?qū)右约暗谝簧喜扛采w層的膜厚與光限制因子的關(guān)系。
[0048]圖12A是本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的俯視圖。
[0049]圖12B是圖12A的A-A’線上的本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。
[0050]圖13A示出了在本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，利用圖9所示的參數(shù)來制作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件(結(jié)構(gòu)G)中的電流-光輸出特性以及電流-電壓特性。
[0051 ] 圖13B示出了在本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，利用圖9所示的參數(shù)來制作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件(結(jié)構(gòu)J)中的電流-光輸出特性以及電流-電壓特性。
[0052]圖13C示出了在本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，利用圖9所示的參數(shù)來制作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件(結(jié)構(gòu)K)中的電流-光輸出特性以及電流-電壓特性。
[0053]圖14是本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。
[0054]圖15是本發(fā)明的實(shí)施方式5所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。
[0055]圖16是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式5所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的圖。
[0056]圖17是用于說明以往的激光二極管的結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057]以下參照附圖對(duì)本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的實(shí)施方式進(jìn)行說明。另夕卜，以下的實(shí)施方式僅為一個(gè)例子，本發(fā)明并非受這些實(shí)施方式所限，本發(fā)明由權(quán)利要求中所記載的內(nèi)容限定。因此，以下的實(shí)施方式的構(gòu)成要素中，沒有記載在權(quán)利要求的構(gòu)成要素雖然不是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的課題所必需的構(gòu)成，但是作為比較優(yōu)選的構(gòu)成方式來說明。并且，各個(gè)圖僅為模式圖，并非是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膱D示。
[0058](實(shí)施方式I)[0059]首先，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100進(jìn)行說明。本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100是使用了氮化物半導(dǎo)體的激光二極管，發(fā)光波長(zhǎng)為390nm至420nm,優(yōu)選的是中心波長(zhǎng)為405nm。
[0060]圖1A是本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的俯視圖，圖1B是圖1A的A-A’線上的該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。
[0061]如圖1A以及圖1B所示，本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100具有例如在作為(0001)面的η型GaN主體襯底的襯底101上，由如下的層依次層疊而成的層結(jié)構(gòu)，依次層疊的層為:例如作為η型的AlxGahN(O ≤ x ≤ I)層的下部覆蓋層102 (第一覆蓋層)、例如作為η型的GaN層的下部導(dǎo)向?qū)?03 (第一導(dǎo)向?qū)?、例如作為InGaN活性層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層104、例如作為P型的GaN層的上部導(dǎo)向?qū)?05 (第二導(dǎo)向?qū)?、例如作為薄膜的P型的AlxGahN(O≤X≤I)層的電子阻擋層106、以及上部覆蓋層107 (第二復(fù)蓋層)。
[0062]上部覆蓋層107由多個(gè)層構(gòu)成，在本實(shí)施方式中為第一上部覆蓋層108和第二上部覆蓋層109的兩層結(jié)構(gòu)。
[0063]第一上部覆蓋層108由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，是比第二上部覆蓋層109更接近于活性層104 —側(cè)而被形成的氮化物半導(dǎo)體覆蓋層(氮化物半導(dǎo)體層)。第一上部覆蓋層108例如能夠由 P 型的 AlxtyIrvyGahN (0≤x ≤0.82,0≤ y ≤ 0.18，O ( l_x-y≤l)構(gòu)成。
[0064]第二上部覆蓋層109由透明導(dǎo)電膜(透明導(dǎo)電體)構(gòu)成，是比第一上部覆蓋層108遠(yuǎn)離活性層104而被形成的透明導(dǎo)電體覆蓋層(透明導(dǎo)電體層)。第二上部覆蓋層109例如能夠由ITO (氧化銦)構(gòu)成。
[0065]本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100具有帶脊型的光波導(dǎo)120，其是通過直到活性層104的下面的層為止進(jìn)行蝕刻并深挖而形成的帶脊(凸部)。本實(shí)施方式中的光波導(dǎo)120是通過從第二上部覆蓋層109深挖到下部覆蓋層102的一部分而形成的垂直臺(tái)面型結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)。
[0066]下部覆蓋層102的表面與光波導(dǎo)120的帶脊的側(cè)面之間形成有由SiO2構(gòu)成的絕緣膜130。并且，以覆蓋下部覆蓋層102和光波導(dǎo)120的帶脊的方式，在絕緣膜130上以及第二上部覆蓋層109的表面(光波導(dǎo)120的凸部的接觸面125)形成有P側(cè)電極140。并且，以覆蓋P側(cè)電極140的方式形成有襯墊電極141。而且，在襯底101的背面，即在與形成有下部覆蓋層102的面相反一側(cè)的面上形成有η側(cè)電極150。
[0067]這樣，通過在上部覆蓋層107中，在由透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的第二上部覆蓋層109的正下方，設(shè)置由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一上部覆蓋層108，從而在第一上部覆蓋層108與其正下方的由P型的GaN構(gòu)成的上部導(dǎo)向?qū)?05之間發(fā)生折射率差。即，能夠通過與活性層104接近的第一上部覆蓋層108來對(duì)光進(jìn)行限制。據(jù)此，即使在第二上部覆蓋層109由結(jié)晶性低的透明導(dǎo)電性氧化膜構(gòu)成，且衰減系數(shù)高的情況下，也能夠抑制因光吸收而造成的內(nèi)部損失(ai)的增加。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率高的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0068]并且，由透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的第二上部覆蓋層109能夠作為對(duì)光或載體進(jìn)行限制的覆蓋層來發(fā)揮作用，通過第二上部覆蓋層109能夠?qū)v方向上的光進(jìn)行限制。據(jù)此，能夠?qū)τ蒔型的Alj≤yIrvyGahN構(gòu)成的第一上部覆蓋層108的膜厚進(jìn)行薄膜化，因此能夠降低第一上部覆蓋層108的串聯(lián)電阻。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓工作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。[0069]這樣，通過本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率高以及工作電壓低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0070]接著利用圖2對(duì)本実施的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100的制造方法進(jìn)行說明。圖2是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0071]如圖2的(a)所示，首先，通過MOCVD法(金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積法)，在襯底101上以膜厚為1.5μπι的厚度，例如對(duì)摻雜了 Si的Alatl5Gaa95N進(jìn)行成膜，從而形成下部覆蓋層102。接著，對(duì)如下的層依次進(jìn)行成膜，這些層是指:例如作為摻雜了 Si的η型的GaN的下部導(dǎo)向?qū)?03、例如由In。.6GaQ.94Ν星子講層/In。.Q2Gaa98Ν阻擋層進(jìn)燈多層(例如二層)成膜的活性層104、例如作為摻雜了 Mg的GaN的上部導(dǎo)向?qū)?05 (膜厚IOOnm)、以及例如作為摻雜了 Mg的P型的Al0 2Ga0 8N的電子阻擋層106 (膜厚IOnm)。
[0072]之后，作為上部覆蓋層107，對(duì)氮化物半導(dǎo)體層與透明導(dǎo)電體層的層疊膜進(jìn)行成膜。具體而言，通過在電子阻擋層106上以膜厚為150nm的厚度，來對(duì)例如摻雜了 Mg的p型的Alatl5Gaa95N進(jìn)行成膜，來形成作為氮化物半導(dǎo)體層的第一上部覆蓋層108。之后，從生長(zhǎng)爐中取出，利用濺射裝置或者電子束氣相淀積裝置等，以200nm的膜厚例如來對(duì)ITO進(jìn)行成膜，從而形成作為透明導(dǎo)電體層的第二上部覆蓋層109。
[0073]接著，在第二上部覆蓋層109上，利用等離子體CVD (氣相淀積)法，來形成厚度為SOOnm的SiO2膜。之后，進(jìn)行利用了光刻以及氟化氫的蝕刻，對(duì)SiO2膜進(jìn)行選擇性去除，之后形成成為帶脊型的光波導(dǎo)120的寬度例如為1.5 μ m的SiO2掩膜。之后，利用Cl2氣體來進(jìn)行干蝕刻，對(duì)于沒有由SiO2掩膜覆蓋的C區(qū)域直到下部覆蓋層102 (—部分或全部)為止進(jìn)行蝕刻。據(jù)此，形成了圖2的(b)所示的寬度為1.5μπι的凸型(帶脊)的圖案。
[0074]接著，以覆蓋襯底101的整個(gè)上方的方式，利用等離子體CVD法，來形成厚度為300nm的SiO2膜，并形成絕緣膜130。之后，通過去除SiO2掩膜，從而如圖2的(c)所示，能夠形成具有由兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的上部覆蓋層107的帶脊型的光波導(dǎo)120。
[0075]接著，如圖2的⑷所示，通過光刻以及EB氣相淀積法，以覆蓋光波導(dǎo)120的方式，來形成由厚度為45nm的鈕I (Pd)和厚度為50nm的白金(Pt)構(gòu)成的p側(cè)電極140。接著,利用光刻以及EB氣相淀積法，來形成使厚度為50nm的鈦(Ti)和厚度為IOOOnm的金(Au)層疊后的膜，之后通過電解鍍金法使Au的厚度增加到ΙΟμπι,來形成襯墊電極141。
[0076]之后，利用金剛石泥漿通過將襯底101的厚度研磨到100 μ m左右，來進(jìn)行薄片化之后，利用EB氣相淀積裝置，在襯底101的背面形成作為η側(cè)電極150的厚度為5nm的T1、厚度為IOnm的Pt以及厚度為IOOOnm的Au。之后,通過進(jìn)行劈裂而使芯片分離，從而制造出本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100。
[0077]在此，利用圖3來對(duì)使上部覆蓋層107具有兩層結(jié)構(gòu)的理由進(jìn)行說明，所述的兩層結(jié)構(gòu)是指，由被形成在與活性層104近的一側(cè)的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一上部覆蓋層108，以及被形成在該第一上部覆蓋層108上的由透明導(dǎo)電體構(gòu)成的第二上部覆蓋層109。
[0078]圖3示出了對(duì)結(jié)構(gòu)不同的六種(“結(jié)構(gòu)A”至“結(jié)構(gòu)F”)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的計(jì)算參數(shù)及其特性進(jìn)行比較的圖。并且，圖3中的各個(gè)結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件將各個(gè)結(jié)構(gòu)的各個(gè)層的條件設(shè)定為，與圖1B所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的各個(gè)層相對(duì)應(yīng)。
[0079]“結(jié)構(gòu)A”是，作為上部復(fù)蓋層107而僅使用了 Alatl5Gaa95N的結(jié)構(gòu)，是沒有使用透明導(dǎo)電體層的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)?！敖Y(jié)構(gòu)B”是，沒有第一上部覆蓋層(氮化物半導(dǎo)體層)108，而僅使用了由ITO構(gòu)成的第二上部覆蓋層109的結(jié)構(gòu)。“結(jié)構(gòu)C”是，作為第一上部覆蓋層108的材料采用了 GaN，并且，作為第二上部覆蓋層109的材料采用了 ITO的結(jié)構(gòu)?！敖Y(jié)構(gòu)D”是，作為第一上部覆蓋層108的材料采用了 Al0.05Gaa95N，作為第二上部覆蓋層109的材料采用了 ITO的結(jié)構(gòu)。“結(jié)構(gòu)E”是，雖然與“結(jié)構(gòu)A”同樣，沒有采用透明導(dǎo)電體層，不過，上部覆蓋層107的膜厚為較薄的結(jié)構(gòu)，作為第一上部覆蓋層108的材料采用了 Ala Jaa95N,并且沒有采用第二上部覆蓋層109的結(jié)構(gòu)?！敖Y(jié)構(gòu)F”是，作為第一上部覆蓋層108的材料采用了Al。.JnaiGaa7N,作為第二上部覆蓋層109的材料采用了 ITO的結(jié)構(gòu)。
[0080]并且，圖3的六種結(jié)構(gòu)之中，本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100為結(jié)構(gòu)D以及結(jié)構(gòu)F，在結(jié)構(gòu)D，第一上部覆蓋層108中不含有In (銦)。
[0081]在圖3中歸納了，針對(duì)這些六種結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的、用于決定電流-光輸出特性的光限制因子(gamma)和波導(dǎo)損失(ai)的值。
[0082]根據(jù)圖3所示的結(jié)果，在作為本實(shí)施方式所涉及的結(jié)構(gòu)D以及結(jié)構(gòu)F中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，能夠比作為標(biāo)準(zhǔn)的激光結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)A的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件得到高的光限制因子，并且能夠得到與該結(jié)構(gòu)A具有同等程度的波導(dǎo)損失。結(jié)果是，通過本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100，與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)A的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件相比，不會(huì)使電流-光輸出特性降低，并且能夠使電流-電壓特性提高。
[0083]接著，關(guān)于上述的“結(jié)構(gòu)A”至“結(jié)構(gòu)F” (除“結(jié)構(gòu)E”)，利用圖4A以及圖4B，對(duì)作為第二上部覆蓋層109的材料的ITO與氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的特性的關(guān)系進(jìn)行說明。圖4A示出了用于說明第二上部覆蓋層109的設(shè)計(jì)例子而采用的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。圖4B示出了在使用圖4A的結(jié)構(gòu)時(shí)的ITO的衰減系數(shù)(K)與波導(dǎo)損失Ui)之間的關(guān)系，ITO的衰減系數(shù)(K)對(duì)波導(dǎo)損失的依存性。
[0084]如圖4B所示，若要將“結(jié)構(gòu)B”或者“結(jié)構(gòu)C”的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的波導(dǎo)損失與“結(jié)構(gòu)A”或者“結(jié)構(gòu)D”、“結(jié)構(gòu)F”的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的波導(dǎo)損失成為同等程度，雖然可以使第二上部覆蓋層109(IT0)的衰減系數(shù)(K)成為10_3左右，但是這需要提高ITO的結(jié)晶性。然而，現(xiàn)狀是對(duì)這種程度的結(jié)晶性高的ITO進(jìn)行成膜是非常困難的。
[0085]對(duì)此，在“結(jié)構(gòu)D”或者“結(jié)構(gòu)F”的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，即使將第二上部覆蓋層109 (ITO)的衰減系數(shù)⑷的值設(shè)定得比較大，使其成為10-2，也能夠成為與“結(jié)構(gòu)Α”為同等程度的波導(dǎo)損失(a i)。即，第二上部覆蓋層109即使為結(jié)晶性低的1Τ0，也能夠?qū)崿F(xiàn)與“結(jié)構(gòu)A”的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件為同等程度的波導(dǎo)損失(ai)。這是因?yàn)?，在“結(jié)構(gòu)D”或者“結(jié)構(gòu)F”的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，以折射率低的AlGaN構(gòu)成的第一上部覆蓋層108有利于對(duì)光進(jìn)行限制，因此幾乎沒有光滲透到第二上部覆蓋層109的緣故。
[0086]這樣，通過本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100，第二上部覆蓋層109即使為結(jié)晶性低的ΙΤ0，也能夠抑制因光吸收而造成的波導(dǎo)損失(CIi)的增大。并且，由于由ITO構(gòu)成的第二上部覆蓋層109比由P型的AlGaN構(gòu)成的第一上部覆蓋層108的折射率低，因此第二上部覆蓋層109能夠作為光限制層來發(fā)揮作用。據(jù)此，能夠使第一上部覆蓋層108的膜厚薄膜化，并能夠降低串聯(lián)電阻。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率高以及工作電壓低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0087]接著，利用圖5A、圖5B以及圖5C對(duì)本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100中的上部導(dǎo)向?qū)?05的優(yōu)選膜厚進(jìn)行說明。
[0088]圖5A示出了為了說明上部導(dǎo)向?qū)?05以及第一上部覆蓋層108的設(shè)計(jì)例子而采用的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。圖5B示出了圖5A所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的第二導(dǎo)向?qū)右约暗谝簧喜扛采w層的膜厚與波導(dǎo)損失之間的關(guān)系。圖5C示出了圖5A所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的第二導(dǎo)向?qū)右约暗谝簧喜扛采w層的膜厚與光限制因子之間的關(guān)系。
[0089]在上述的結(jié)構(gòu)中，將作為上部導(dǎo)向?qū)?05的P型的GaN的膜厚設(shè)為lOOnm，將作為第一上部覆蓋層108的P型的AlGaN的膜厚設(shè)為150nm，將第二上部覆蓋層109的膜厚設(shè)為200nm。
[0090]在此，光限制因子( )以及波導(dǎo)損失(ai)由作為上部導(dǎo)向?qū)?05的P型的GaN的膜厚(Tl)和作為第一上部覆蓋層108的P型的AlGaN的膜厚(T2)來決定。
[0091]因此，依照作為上部導(dǎo)向?qū)?05的P型的GaN的膜厚以及作為第一上部覆蓋層108的P型的IGaN的膜厚的變化，會(huì)有不能充分得到上述的本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的效果的情況。
[0092]因此，如圖5A的結(jié)構(gòu)所示，將由P型的GaN構(gòu)成的上部導(dǎo)向?qū)?05的膜厚設(shè)為Tl，將由P型的AlGaN構(gòu)成的第一上部覆蓋層108的膜厚設(shè)為T2，并計(jì)算了針對(duì)這些膜厚的變化的光限制因子( )以及波導(dǎo)損失(ai)。這些計(jì)算結(jié)果由圖`以及圖5C示出。
[0093]如圖5B以及圖5C所示，為了得到比標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)A(光限制因子:3.4%，波導(dǎo)損失:
3.5cm-1)的光限制因子高且波導(dǎo)損失低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，在上部導(dǎo)向?qū)?05的膜厚(Tl)為IOOnm的情況下，第一上部覆蓋層108的膜厚(T2)最好在150nm以上。
[0094]同樣,在上部導(dǎo)向?qū)?05的膜厚(Tl)為150nm的情況下,第一上部覆蓋層108的膜厚(T2)最好在IOOnm以上。
[0095]通過將上部導(dǎo)向?qū)?05的膜厚(Tl)與第一上部覆蓋層108的膜厚(T2)的組合設(shè)定在圖5B以及圖5C所示的范圍內(nèi)，這樣，即使在ITO的衰減系數(shù)大的情況下也能夠抑制波導(dǎo)損失(ai)的增大，并且能夠得到所希望的光限制因子。
[0096]并且,若將上部導(dǎo)向?qū)?05的膜厚(Tl)設(shè)定為小于IOOnm或者大于150nm,則波導(dǎo)損失(a i)比標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)A增大，并且由于引起光限制因子的降低，因此導(dǎo)致閾值電流特性增大。
[0097]接著，利用圖6對(duì)本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100中的第二上部覆蓋層109的優(yōu)選膜厚進(jìn)行說明。圖6示出了本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的第二上部覆蓋層的膜厚與波導(dǎo)損失之間的關(guān)系。
[0098]在上述的結(jié)構(gòu)中，雖然將第二上部覆蓋層109 (ITO)的膜厚設(shè)為200nm，但是在本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)D或者結(jié)構(gòu)F中，為了使波導(dǎo)損失與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)A(波導(dǎo)損失:3.5cm-1)相同，則如圖6所示，最好是至少將第二上部覆蓋層109的膜厚設(shè)定在IOOnm以上。據(jù)此，能夠使因第二上部覆蓋層109的接觸面上的電極而造成的光吸收充分降低。
[0099]從以上的膜厚的計(jì)算結(jié)果中可知，上部導(dǎo)向?qū)?05與上部覆蓋層107(第一上部覆蓋層108以及第二上部覆蓋層109)的合計(jì)膜厚d最好是成為0.1 μ m<d<0.5 μ m。
[0100]以上對(duì)本實(shí)施方式中的，以將p型的AlGaN用作第一上部覆蓋層108的情況為中心進(jìn)行了說明。在這種情況下，第一上部覆蓋層108只要是至少含有Al的氮化物半導(dǎo)體層，就能夠得到本發(fā)明的效果。第一上部覆蓋層108的最優(yōu)選的Al成分為，Al成分X為0<x ( 0.1的情況。若Al成分X比0.1高，則第一上部覆蓋層108的串聯(lián)電阻就會(huì)增高，閾值電流特性變差，并且與GaN i的晶格常數(shù)差就會(huì)增大，且發(fā)生裂縫，這樣會(huì)對(duì)成品率帶來不好的影響。
[0101]并且，作為第一上部覆蓋層108的材料，并非受限于AlGaN，即使采用比AlGaN的Al成分X為0〈x≤0.1的情況下的折射率低的P型AlInN或者四維混合晶體的P型的AlInGaN,也能夠得到同樣的效果。
[0102](實(shí)施方式2)
[0103]接著，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200進(jìn)行說明。
[0104]在上述的實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100中，雖然作為下部導(dǎo)向?qū)?03以及上部導(dǎo)向?qū)?05的材料使用了 GaN，在實(shí)施方式2中，作為下部導(dǎo)向?qū)?03以及上部導(dǎo)向?qū)?05的材料采用InGaN。據(jù)此，實(shí)施方式2所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200與實(shí)施方式I所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100相比，能夠使針對(duì)ITO的衰減系數(shù)的容許上限更高，并且能夠使光限制因子增大。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效率的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0105]并且，作為實(shí)施方式2所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，以采用了氮化物半導(dǎo)體的超輻射發(fā)光二極管為例進(jìn)行說明。本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光波長(zhǎng)例如為420nm至490nm,優(yōu)選中心波長(zhǎng)為450nm。
[0106]圖7A是本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的俯視圖，圖7B是圖7A的A-A’線上的該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。
[0107]如圖7A以及圖7B所示，本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200例如是具有在作為(0001)面的η型GaN主體襯底的襯底201上，依次層疊如下的層的層結(jié)構(gòu)，所述的層包括:例如作為η型的AlxGahN (O≤X≤I)層的下部覆蓋層202 (第一覆蓋層)、例如作為η型的Inatl2Gaa98N層的下部導(dǎo)向?qū)?03 (第一導(dǎo)向?qū)?、例如作為In0.15Ga0.85N/GaN活性層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層204、例如作為p型的Inatl2Gaa98N層的上部導(dǎo)向?qū)?05 (第二導(dǎo)向?qū)?、例如作為薄膜的P型的AlxGad(O ≤ x ≤ I)層的電子阻擋層206、以及上部覆蓋層207 (第二覆蓋層)。
[0108]上部覆蓋層207由多個(gè)層構(gòu)成，在本實(shí)施方式中為第一上部覆蓋層208和第二上部覆蓋層209的兩層結(jié)構(gòu)。
[0109]第一上部覆蓋層208由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，是在比第二上部覆蓋層209更接近于活性層204 —側(cè)被形成的氮化物半導(dǎo)體覆蓋層(氮化物半導(dǎo)體層)。第一上部覆蓋層208例如能夠由 P 型的 Alx+yIn1_yGa1_xN(0〈x ≤ 0.82,0 ≤ y ≤ 0.18,0 ( l_x-y〈l)構(gòu)成。
[0110]第二上部覆蓋層209由透明導(dǎo)電膜(透明導(dǎo)電體)構(gòu)成，是以比第一上部覆蓋層208遠(yuǎn)離活性層204的方式而被形成的透明導(dǎo)電體覆蓋層(透明導(dǎo)電體層)。第二上部覆蓋層209例如由ITO構(gòu)成。
[0111]本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200具有帶脊型的光波導(dǎo)220，該帶脊型的光波導(dǎo)220具有通過深挖到活性層204的下面的層為止而被形成的帶脊(凸部)。但是，本實(shí)施方式中的光波導(dǎo)220與實(shí)施方式I中的光波導(dǎo)120不同,本實(shí)施方式中的光波導(dǎo)220為具有垂直的臺(tái)面型結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)，其是通過從第一上部覆蓋層208深挖到下部覆蓋層202的一部分為止而被形成的。即，在本實(shí)施方式中，第二上部覆蓋層209以覆蓋帶脊的方式而被構(gòu)成。
[0112]在下部覆蓋層202的表面與光波導(dǎo)220的帶脊的側(cè)面，被形成有由SiO2構(gòu)成的絕緣膜230。并且，以覆蓋下部覆蓋層202以及光波導(dǎo)220的帶脊的方式，在絕緣膜230上以及第一上部覆蓋層208的表面形成有第二上部覆蓋層209。并且，以覆蓋第二上部覆蓋層209的方式，在第二上部覆蓋層的凸部的接觸面225形成有P側(cè)電極240。并且，以覆蓋p側(cè)電極240的方式形成有襯墊電極241。而且，在襯底201的背面形成有η側(cè)電極250。
[0113]并且，在本實(shí)施方式中如圖7Α所示，光波導(dǎo)220在射出端近旁以3000μπι以上的曲率半徑彎曲，光波導(dǎo)220相對(duì)于光射出端面為傾斜。在本實(shí)施方式中，光射出端面與光波導(dǎo)220所成的角度例如為10度。
[0114]這樣，即使在本實(shí)施方式中，由于在上部覆蓋層207中，在由透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的第二上部覆蓋層209的正下方設(shè)置有由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一上部覆蓋層208，因此在第一上部覆蓋層208與其正下方的由P型的InGaN構(gòu)成的上部導(dǎo)向?qū)?05之間發(fā)生折射率差。即，能夠由離活性層204近的第一上部覆蓋層208來對(duì)光進(jìn)行限制。據(jù)此，即使第二上部覆蓋層209由結(jié)晶性低的透明導(dǎo)電性氧化膜構(gòu)成且衰減系數(shù)高的情況下，也能夠抑制因光吸收而造成的內(nèi)部損失(ai)的增大。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率高的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0115]并且，由透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的第二上部覆蓋層209作為對(duì)光或載體進(jìn)行限制的覆蓋層來發(fā)揮作用，由第二上部覆蓋層209能夠在縱方向上對(duì)光進(jìn)行限制。據(jù)此，能夠?qū)τ蒔型的Alj-yIrvyGahN構(gòu)成的第一上部覆蓋層208的膜厚進(jìn)行薄膜化，因此能夠降低第一上部覆蓋層208的串聯(lián)電阻。其結(jié)果是能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓工作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0116]這樣，通過本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率高以及工作電壓低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0117]接著，利用圖8對(duì)本實(shí)施方式2所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200的制造方法進(jìn)行說明。圖8是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的圖。
[0118]首先，通過MOCVD法，在襯底201上，以1.5 μ m的膜厚來對(duì)例如摻雜了 Si的Alatl5Gaa95N進(jìn)行成膜，以形成下部覆蓋層202。接著，依次對(duì)如下的層進(jìn)行成膜，這些層是指:例如作為摻雜了 Si的Inatl2Gaa98N的下部導(dǎo)向?qū)?03、例如由Inai5Gaa85N量子阱層/GaN阻擋層多層(例如三層)成膜的活性層204、例如作為摻雜了 Mg的Inatl2Gaa98N的上部導(dǎo)向?qū)?05 (膜厚100nm)、以及例如作為Mg摻雜了 p型的Ala2Gaa8N的電子阻擋層206 (膜厚IOnm)ο
[0119]之后，作為構(gòu)成上部覆蓋層207的一個(gè)層，首先以150nm的膜厚例如對(duì)摻雜了 Mg的P型的Alatl5Gaa95N進(jìn)行成膜，從而形成作為氮化物半導(dǎo)體層的第一上部覆蓋層108。
[0120]接著，在第一上部覆蓋層208之上，利用等離子體CVD法來形成厚度為800nm的SiO2膜。之后，通過利用光刻以及氟化氫來進(jìn)行蝕刻，來對(duì)SiO2膜進(jìn)行選擇性去除，之后形成成為帶脊型的光波導(dǎo)220的、寬度例如為1.5μπι的SiO2掩膜。之后，利用Cl2氣體來進(jìn)行干蝕刻，針對(duì)沒有覆蓋SiO2掩膜的區(qū)域直到下部覆蓋層102 ( —部分或全部)為止進(jìn)行蝕刻。據(jù)此，形成圖8的(a)所示的、寬度為1.5μπι的凸型(帶脊)的圖案。
[0121]接著，以覆蓋襯底101的上方的整個(gè)面的方式，通過等離子體CVD法，來形成厚度為300nm的5102膜，并形成絕緣膜230。之后，通過去除SiO2掩膜，從而能夠成為圖8的(b)所示的帶脊型的光波導(dǎo)220。
[0122]之后，利用濺射裝置或者電子束氣相淀積裝置等，例如以200nm的膜厚來對(duì)ITO進(jìn)行成膜，并通過圖案化，從而能夠形成規(guī)定形狀的第二上部覆蓋層209。據(jù)此，如圖8的(c)所示，能夠形成兩層結(jié)構(gòu)的上部覆蓋層207。
[0123]接著，如圖8的(d)所示，利用光刻以及EB氣相淀積法，以覆蓋光波導(dǎo)220的方式，來形成由厚度為45nm的鈕I (Pd)以及厚度為50nm的白金(Pt)構(gòu)成的p側(cè)電極240。接著，利用光刻以及EB氣相淀積法，來形成對(duì)厚度為50nm的鈦(Ti)以及厚度為IOOOnm的金(Au)進(jìn)行層疊而成的膜之后，通過電解鍍金法將Au的厚度增加到ΙΟμπι，來形成襯墊電極241。
[0124]之后，利用金剛石泥漿，通過研磨來使襯底201的厚度成為100 μ m左右來進(jìn)行薄片化，之后利用EB氣相淀積裝置，在襯底201的背面形成厚度為5nm的T1、厚度為IOnm的Pt、以及厚度為IOOOnm的Au，以作為η側(cè)電極250。之后，通過進(jìn)行劈裂而使芯片分離，從而制造出本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200。
[0125]在此，利用圖9對(duì)作為上部覆蓋層207而形成兩層結(jié)構(gòu)的理由進(jìn)行說明，這兩層結(jié)構(gòu)是指:被形成在離活性層204近的一側(cè)的由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一上部覆蓋層208、以及被形成在該第一上部覆蓋層208之上的由透明導(dǎo)電體構(gòu)成的第二上部覆蓋層209。
[0126]圖9對(duì)結(jié)構(gòu)不同的六種(“結(jié)構(gòu)G”至“結(jié)構(gòu)L”)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的計(jì)算參數(shù)及其特性進(jìn)行了比較。并且，圖9中的各個(gè)結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件將各個(gè)結(jié)構(gòu)的各個(gè)層的條件設(shè)定為，與圖7Β所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的各個(gè)層相對(duì)應(yīng)。
[0127]在圖9中，“結(jié)構(gòu)G”是僅采用了 AlaCl5Gaa95N來作為上部覆蓋層207的結(jié)構(gòu)，是沒有透明導(dǎo)電體層的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)?！敖Y(jié)構(gòu)H”是沒有第一上部覆蓋層(氮化物半導(dǎo)體層)208，而是僅采用了由ITO構(gòu)成的第二上部覆蓋層209的結(jié)構(gòu)。“結(jié)構(gòu)I”是采用GaN來作為第一上部覆蓋層208的材料，并 且采用ITO來作為第二上部覆蓋層209的材料的結(jié)構(gòu)?！敖Y(jié)構(gòu)J”是采用Alatl5Gaa95N來作為第一上部覆蓋層208的材料，采用ITO來作為第二上部覆蓋層209的材料的結(jié)構(gòu)?！敖Y(jié)構(gòu)K”與“結(jié)構(gòu)G”同樣是沒有采用透明導(dǎo)電體層的結(jié)構(gòu)，不過是上部覆蓋層207的膜厚較薄的結(jié)構(gòu)，并且作為第一上部覆蓋層208的材料而采用膜厚為150nm的Alatl5Gaa95N,并且是不使用第二上部覆蓋層209的結(jié)構(gòu)?！敖Y(jié)構(gòu)L”是采用Ala2InaiGaa7N來作為第一上部覆蓋層208的材料，以及采用ITO來作為第二上部覆蓋層209的材料的結(jié)構(gòu)。
[0128]并且，圖9的六種O結(jié)構(gòu)之中的本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200是結(jié)構(gòu)J以及結(jié)構(gòu)L，在結(jié)構(gòu)J中，第一上部覆蓋層208不含有In (銦)。
[0129]在圖9中歸納了，針對(duì)這些六種結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的、用于決定電流-光輸出特性的光限制因子()和波導(dǎo)損失(ai)的值。
[0130]根據(jù)圖9所示的結(jié)果，在作為本實(shí)施方式所涉及的結(jié)構(gòu)J以及結(jié)構(gòu)L中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元 件中，能夠比作為標(biāo)準(zhǔn)的激光結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)G的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件得到高的光限制因子，并且能夠得到與該結(jié)構(gòu)G具有同等程度的波導(dǎo)損失。結(jié)果是，通過本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200，能夠得到與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)G的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件相同的電流-光輸出特性，并且能夠改善電流-電壓特性。
[0131]接著，關(guān)于上述的“結(jié)構(gòu)G”至“結(jié)構(gòu)L”(除“結(jié)構(gòu)K”)，利用圖1OA以及圖10B，對(duì)作為第二上部覆蓋層209的材料的ITO與氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的特性的關(guān)系進(jìn)行說明。圖1OA示出了用于說明第二上部覆蓋層209的設(shè)計(jì)例子而采用的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。圖1OB示出了在使用圖1OA的結(jié)構(gòu)時(shí)的ITO的衰減系數(shù)⑷與波導(dǎo)損失(a i)之間的關(guān)系，ITO的衰減系數(shù)(K)對(duì)波導(dǎo)損失的依存性。
[0132]如圖1OB所示，若要將“結(jié)構(gòu)H”或者“結(jié)構(gòu)I”的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的波導(dǎo)損失與“結(jié)構(gòu)G”或者“結(jié)構(gòu)J”、“結(jié)構(gòu)L”的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的波導(dǎo)損失成為同等程度，雖然可以使第二上部覆蓋層209 (ITO)的衰減系數(shù)(K)成為10_3左右，但這需要提高ITO的結(jié)晶性。然而，現(xiàn)狀是對(duì)這種程度的結(jié)晶性高的ITO進(jìn)行成膜是非常困難的。
[0133]對(duì)此，在“結(jié)構(gòu)J”或者“結(jié)構(gòu)L”的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，即使將第二上部覆蓋層209(IT0)的衰減系數(shù)(K)的值設(shè)定得比較大，使其成為10_2，也能夠成為與“結(jié)構(gòu)G”為同等程度的波導(dǎo)損失(ai)。即，第二上部覆蓋層209即使為結(jié)晶性低的ΙΤ0，也能夠?qū)崿F(xiàn)與“結(jié)構(gòu)G”的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件為同等程度的波導(dǎo)損失(ai)。這是因?yàn)椋凇敖Y(jié)構(gòu)J”或者“結(jié)構(gòu)L”的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，以折射率低的AlGaN構(gòu)成的第一上部覆蓋層208有利于對(duì)光進(jìn)行限制，因此幾乎沒有光滲透到第二上部覆蓋層209的緣故。
[0134]這樣，通過本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200，第二上部覆蓋層209即使是結(jié)晶性低的ΙΤ0，也能夠抑制因光吸收而造成的波導(dǎo)損失(ai)的增大。并且，由于由ITO構(gòu)成的第二上部覆蓋層209比由P型的AlGaN構(gòu)成的第一上部覆蓋層208的折射率低，因此第二上部覆蓋層209能夠作為光限制層來發(fā)揮作用。據(jù)此，能夠使第一上部覆蓋層208的膜厚薄膜化。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率高以及工作電壓低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0135]接著，利用圖11A、圖1lB以及圖1lC對(duì)本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件200中的上部導(dǎo)向?qū)?05的優(yōu)選膜厚進(jìn)行說明。
[0136]圖1lA不出了為了說明上部導(dǎo)向?qū)?05以及第一上部覆蓋層208的設(shè)計(jì)例子而米用的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。圖1lB示出了圖1lA所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的第二導(dǎo)向?qū)右约暗谝簧喜扛采w層的膜厚與波導(dǎo)損失之間的關(guān)系。圖1lC示出了圖1lA所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的第二導(dǎo)向?qū)右约暗谝簧喜扛采w層的膜厚與光限制因子之間的關(guān)系。
[0137]在上述的結(jié)構(gòu)中，將作為上部導(dǎo)向?qū)?05的P型的InGaN的膜厚設(shè)為lOOnm，將作為第一上部覆蓋層208的P型的AlGaN的膜厚設(shè)為150nm，將第二上部覆蓋層209的膜厚設(shè)為 200nm。
[0138]在此，光限制因子( )以及波導(dǎo)損失(ai)由作為上部導(dǎo)向?qū)?05的P型的InGaN的膜厚(Tl)和作為第一上部覆蓋層208的P型的AlGaN的膜厚(T2)來決定。
[0139]因此，依照作為上部導(dǎo)向?qū)?05的P型的InGaN的膜厚以及作為第一上部覆蓋層208的P型的AlGaN的膜厚的變化，會(huì)有不能充分得到上述的本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的效果的情況。
[0140]因此，如圖1lA的結(jié)構(gòu)所示，將P型的InGaN構(gòu)成的上部導(dǎo)向?qū)?05的膜厚設(shè)為Tl，將由P型的AlGaN構(gòu)成的第一上部覆蓋層208的膜厚設(shè)為T2，并計(jì)算了針對(duì)這些膜厚的變化的光限制因子( )以及波導(dǎo)損失(ai)。這些計(jì)算結(jié)果由圖1lB以及圖1lC示出。[0141]如圖1lB以及圖1lC所示，為了得到比標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)G(光限制因子:2.46%，波導(dǎo)損失:
3.5cm-1)的光限制因子高且波導(dǎo)損失低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，在第二上部覆蓋層209的膜厚(T2)為50nm的情況下，第二導(dǎo)向?qū)拥哪ず?Tl)最好為200nm。并且，在第二上部覆蓋層209的膜厚(T2)為IOOnm的情況下，第二導(dǎo)向?qū)拥哪ず?Tl)最好為50nm以上200nm以下。并且，在第二上部覆蓋層209的膜厚(T2)為150nm的情況下，第二導(dǎo)向?qū)拥哪ず?Tl)最好為50nm以上150nm以下。并且，在第二上部覆蓋層209的膜厚(T2)為200nm的情況下，第二導(dǎo)向?qū)拥哪ず?Tl)最好為50nm以上150nm以下。并且，在第二上部覆蓋層209的膜厚(T2)為300nm的情況下,第二導(dǎo)向?qū)拥哪ず?Tl)最好為50nm以上IOOnm以下。
[0142]通過將上部導(dǎo)向?qū)?05的膜厚(Tl)以及第一上部覆蓋層208的膜厚(T2)的組合設(shè)定在圖1lB以及圖1lC所示的范圍內(nèi)，這樣，即使在ITO的衰減系數(shù)大的情況下也能夠抑制波導(dǎo)損失(ai)的增大，并且能夠得到所希望的光限制因子。
[0143]并且，在上部導(dǎo)向?qū)?05的膜厚(Tl)以及第一上部覆蓋層208的膜厚(T2)為上述的范圍以外的情況下，則波導(dǎo)損失(ai)比標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)G增大，并且，會(huì)引起光限制因子的降低，從而導(dǎo)致電流-光輸出特性變差。
[0144]以上對(duì)本實(shí)施方式中的，以將P型的AlGaN用作第一上部覆蓋層208的情況為中心進(jìn)行說明。在這種情況下，第一上部覆蓋層208只要是至少含有Al的氮化物半導(dǎo)體層，就能夠得到本發(fā)明的效果。第一上部覆蓋層208的最優(yōu)選的Al成分為，Al成分X為0〈x < 0.1的情況。若Al成分X比0.1高，則第一上部覆蓋層208的串聯(lián)電阻就會(huì)增高，閾值電流特性變差，并且與GaN的晶格常數(shù)差就會(huì)增大，且發(fā)生裂縫，這樣會(huì)對(duì)成品率帶來不好的影響。
[0145]并且，作為第一上部覆蓋層208的材料，并非受限于AlGaN，即使采用與AlGaN的Al成分X為0〈x≤0.1的情況下的折射率相同或更低的AlInN或者四維混合晶體的AlInGaN,也能夠得到同樣的效果。
[0146]并且，本實(shí)施方式(結(jié)構(gòu)J)的第二上部覆蓋層209的膜厚被設(shè)定為200nm，不過，厚度最好是至少比IOOnm厚。通過使第二上部覆蓋層209的膜厚變厚，從而能夠使因被形成在第二上部覆蓋層209之上的電極而造成的光吸收減少。
[0147](實(shí)施方式3)
[0148]接著參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300進(jìn)行說明。
[0149]本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300與第一以及實(shí)施方式2所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件100和200的基本構(gòu)成相同。因此，在本實(shí)施方式中，以與第一以及實(shí)施方式2的不同之處為中心進(jìn)行說明。
[0150]并且，作為實(shí)施方式3所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，以利用了氮化物半導(dǎo)體的激光二極管為例進(jìn)行說明。
[0151]圖12A是本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的俯視圖，圖12B是圖12A的A-A’線上的該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。
[0152]如圖12A以及圖12B所示，本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300例如是具有在作為(0001)面的η型GaN主體襯底的襯底301上，依次層疊如下的層的層結(jié)構(gòu)，所述的層包括:例如作為η型的AlxGahN (O [0207]X [0207]≤I)層的下部覆蓋層302 (第一覆蓋層)、例如作為η型的Inatl2Gaa98N層的下部導(dǎo)向?qū)?03 (第一導(dǎo)向?qū)?、例如作為In0.15Ga0.85N/GaN活性層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層304、例如作為p型的Inatl2Gaa98N層的上部導(dǎo)向?qū)?05 (第二導(dǎo)向?qū)?、例如作為薄膜的p型的AlxGa1J(0≤x≤1)層的電子阻擋層306、以及上部覆蓋層307 (第二覆蓋層)。
[0153]上部覆蓋層307由多個(gè)層構(gòu)成，在本實(shí)施方式中為第一上部覆蓋層308和第二上部覆蓋層309的兩層結(jié)構(gòu)。
[0154]第一上部覆蓋層308由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，是比第二上部覆蓋層309更接近于活性層304 —側(cè)被形成的氮化物半導(dǎo)體覆蓋層(氮化物半導(dǎo)體層)。第一上部覆蓋層308例如能夠由P型的AUyIrvyGahN構(gòu)成。
[0155]第二上部覆蓋層309由透明導(dǎo)電膜(透明導(dǎo)電體)構(gòu)成，是以比第一上部覆蓋層308遠(yuǎn)離活性層304而被形成的透明導(dǎo)電體覆蓋層(透明導(dǎo)電體層)。第二上部覆蓋層309例如能夠由ITO構(gòu)成。
[0156]本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300具有帶脊型的光波導(dǎo)320，該帶脊型的光波導(dǎo)320具有使第一上部覆蓋層308的一部分或者全部成為垂直的臺(tái)面型結(jié)構(gòu)的帶脊。在除光波導(dǎo)320的最上部以外的第一上部覆蓋層308的表面，即第一上部覆蓋層308的帶脊側(cè)面以及平坦部的表面例如由以SiO2構(gòu)成的絕緣膜330覆蓋。
[0157]并且，以與光波導(dǎo)320的最上部的第一上部覆蓋層308的表面相接合的方式，來形成第二上部覆蓋層309。并且，第二上部覆蓋層309以比光波導(dǎo)320的凸部(帶脊)表面向橫方向増大擴(kuò)展的方式而被形成，以覆蓋光波導(dǎo)320的凸部和絕緣膜330的表面的一部分的方式而被形成。
[0158]并且，在第二上部覆蓋層309的上部，通過接觸面325而形成有p側(cè)電極340。而且，以覆蓋P側(cè)電極的方式形成有襯墊電極341。而且，在襯底301的背面上形成有n側(cè)電極 350。
[0159]這樣，即使在本實(shí)施方式中，由于在上部覆蓋層307中，在由透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的第ニ上部覆蓋層309的正下方設(shè)置有由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一上部覆蓋層308，因此在第一上部覆蓋層308與其正下方的由p型的InGaN構(gòu)成的上部導(dǎo)向?qū)?05之間發(fā)生折射率差。即，能夠由離活性層304近的第一上部覆蓋層308來對(duì)光進(jìn)行限制。據(jù)此，即使第二上部覆蓋層309由結(jié)晶性低的透明導(dǎo)電性氧化膜構(gòu)成且衰減系數(shù)高的情況下，也能夠抑制因光吸收而造成的內(nèi)部損失(a i)的増大。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率高的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0160]并且，由透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的第二上部覆蓋層309作為對(duì)光或載體進(jìn)行限制的覆蓋層來發(fā)揮作用，由第二上部覆蓋層309構(gòu)成在縱方向上對(duì)光進(jìn)行限制。據(jù)此，能夠?qū)τ蓀型的Alj yIrvyGahN構(gòu)成的第一上部覆蓋層308的膜厚進(jìn)行薄膜化，因此能夠降低第一上部覆蓋層308の串聯(lián)電阻。而且，在本實(shí)施方式中，第二上部覆蓋層309以比光波導(dǎo)320的凸部在橫方向上增大變寬的方式而被形成，從而能夠?qū)⑴cP側(cè)電極340的接觸面325設(shè)定得較大。據(jù)此，能夠降低接觸面325中的接觸電阻。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)以較低的電壓來進(jìn)行エ作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0161]以上通過本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率高且工作電壓較低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0162]接著，利用圖13A至圖13C對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的作用效果進(jìn)行說明。圖13A至圖13C示出了，在本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，利用圖9所示的參數(shù)而制作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件(結(jié)構(gòu)G、結(jié)構(gòu)J、結(jié)構(gòu)K)中的電流-光輸出特性以及電流-電壓特性。
[0163]具體而言，圖13A示出了，僅采用AlaCl5Gatl.95N、而不采用第二上部覆蓋層(ITO)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)G的參數(shù)被利用時(shí)試作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的特性。圖13B示出了，作為上部覆蓋層而采用了第一上部覆蓋層(氮化物半導(dǎo)體)和第二上部覆蓋層(ITO)的結(jié)構(gòu)J的參數(shù)被利用時(shí)試作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的特性。圖13C示出了，作為第一上部覆蓋層采用膜厚為150nm的Alatl5Gaa95N,且不采用第二上部覆蓋層(ITO)的結(jié)構(gòu)K的參數(shù)被利用時(shí)所試作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的特性。
[0164]通過對(duì)圖13A至圖13C進(jìn)行比較可知，相當(dāng)于圖13B所示的本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，相對(duì)于圖13A所示的標(biāo)準(zhǔn)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，電流-光輸出特性雖然相同，但工作電壓卻大幅度地降低了。
[0165]另外，圖13C所示的并非本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的、僅為150nm膜厚的AlaCl5Gaa95N的覆蓋層結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，相對(duì)于圖13A所示的標(biāo)準(zhǔn)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，工作電壓雖然減低了，但是向P側(cè)電極的光吸收增多，而不能得到所希望的光輸出。
[0166]從以上的結(jié)果可知，通過本實(shí)施方式所涉及的結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300，能夠在不使電流-光輸出特性變差的狀態(tài)下降低工作電壓。
[0167](實(shí)施方式4)
[0168]接著，利用圖14對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件400進(jìn)行說明。圖14 是本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。
[0169]本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件400與實(shí)施方式3所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的基本構(gòu)成相同。因此，在本實(shí)施方式中以與實(shí)施方式3不同之處為中心進(jìn)行說明。
[0170]如圖14所示，本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件400例如是具有在作為(0001)面的n型GaN主體襯底的襯底401上，依次層疊如下的層的層結(jié)構(gòu)，所述的層包括:例如作為n型的AlxGahN (0≤x≤ I)層的下部覆蓋層402 (第一覆蓋層)、例如作為n型的GaN層的下部導(dǎo)向?qū)?03 (第一導(dǎo)向?qū)?、例如作為InGaN活性層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層404、例如作為p型的GaN層的上部導(dǎo)向?qū)?05 (第二導(dǎo)向?qū)?、例如作為薄膜的p型的AlxGahN(0≤X≤I)層的電子阻擋層406、以及上部覆蓋層407(第二覆蓋層)。
[0171]上部覆蓋層407由多個(gè)層構(gòu)成，在本實(shí)施方式中為第一上部覆蓋層408、第二上部覆蓋層409、以及在第一上部覆蓋層408與第二上部覆蓋層409之間形成的第三上部覆蓋層408a的三層結(jié)構(gòu)。
[0172]第一上部覆蓋層408由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，是在比第二上部覆蓋層409以及第三上部覆蓋層408a更接近于活性層404的ー側(cè)被形成的氮化物半導(dǎo)體覆蓋層(氮化物半導(dǎo)體層)。第一上部覆蓋層408例如能夠由p型的AljyIrvyGahN構(gòu)成。
[0173]第二上部覆蓋層409由透明導(dǎo)電膜(透明導(dǎo)電體)構(gòu)成，是以比第一上部覆蓋層408以及第三上部覆蓋層408a遠(yuǎn)離活性層404的方式而被形成的透明導(dǎo)電體覆蓋層(透明導(dǎo)電體層)。第二上部覆蓋層409例如能夠由ITO構(gòu)成。
[0174]第三上部覆蓋層408a由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，是在第一上部覆蓋層408上形成的n型接觸層。第三上部覆蓋層408a作為隧道電極而被形成，例如能夠由以高濃度來?yè)诫sSi而構(gòu)成的n型的InGaN/GaN超晶格層構(gòu)成。
[0175]本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件400具有帶脊型的光波導(dǎo)420，該帶脊型的光波導(dǎo)420具有使第一上部覆蓋層408以及第三上部覆蓋層408a的一部分成為臺(tái)面型結(jié)構(gòu)的帶脊。在光波導(dǎo)420的帶脊以外的區(qū)域，即在第一上部覆蓋層408的帶脊側(cè)面以及平坦部的表面與第三上部覆蓋層408a的側(cè)面，例如由以SiO2構(gòu)成的絕緣膜430覆蓋。
[0176]并且，以與光波導(dǎo)420的最上部的第三上部覆蓋層408a的表面相接合的方式，第ニ上部覆蓋層409而被形成。而且，第二上部覆蓋層409以比光波導(dǎo)420的凸部(帶脊)表面在橫方向上増大變寬的方式而被形成，以覆蓋光波導(dǎo)420的凸部與絕緣膜430的表面的一部分的方式而被形成。
[0177]并且，在第二上部覆蓋層409的接觸面425上形成有p側(cè)電極440，在該p側(cè)電極440的上部形成有襯墊電極441。而且，在襯底401的背面上形成有n側(cè)電極450。
[0178]這樣，在本實(shí)施方式中與實(shí)施方式3同樣，由于在透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的第二上部覆蓋層409的下方設(shè)置了氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一上部覆蓋層408，從而既能夠抑制因光吸收而造成的內(nèi)部損失(ai)的増大，又能夠降低第一上部覆蓋層408的串聯(lián)電阻。而且，第ニ上部覆蓋層409以比光波導(dǎo)420的凸部在橫方向上増大的方式而被形成，因此能夠?qū)⑴cP側(cè)電極440的接觸面425設(shè)定得較大，從而能夠降低接觸面425中的接觸電阻。
[0179]而且，在本實(shí)施方式中，第一上部覆蓋層408與第二上部覆蓋層409之間形成有第三上部覆蓋層408a。據(jù)此，在第一上部覆蓋層408與第二上部覆蓋層409之間，能夠由隧道電流來使載體移動(dòng)。其結(jié)果是，能夠降低第二上部覆蓋層409與第一上部覆蓋層408之間的接觸電阻。
[0180]綜上所述，通過本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件400，由于能夠進(jìn)ー步使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的工作電壓降低，從而能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率高且工作電壓低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0181]并且，在本實(shí)施方式中，作為第三上部覆蓋層408a，雖然采用了摻雜了高濃度Si的InGaN/GaN超點(diǎn)陣層，但是并非受此所限。作為第三上部覆蓋層408a，例如也可以采用摻雜了高濃度Si的GaN或者InGaN的單層的n型接觸層。
[0182](實(shí)施方式5)
[0183]接著，利用圖15對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式5所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件500進(jìn)行說明。
[0184]如圖15所示，本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件500是利用了氮化物半導(dǎo)體的埋入型(RISA型)的半導(dǎo)體激光，例如具有在作為(0001)面的n型GaN主體襯底的襯底501上依次層疊如下的層的層結(jié)構(gòu)，這些層包括:例如作為n型的AlfahMOgxg I)層的下部覆蓋層502 (第一覆蓋層)、例如作為n型的InGaN層的下部導(dǎo)向?qū)?03 (第一導(dǎo)向?qū)?、例如作為InGaN活性層的量子阱結(jié)構(gòu)的活性層504、例如作為p型的InGaN層的第一上部導(dǎo)向?qū)?05a(第一個(gè)第二導(dǎo)向?qū)?、例如作為薄膜的p型的AlxGahNOXxg I)層的電子阻擋層506、例如作為p型的GaN層的第二上部導(dǎo)向?qū)?05b (第二個(gè)第二導(dǎo)向?qū)?、在第二上部導(dǎo)向?qū)?05b上部具有開ロ部的例如作為n型的AlGaN的電流阻擋層530、以及以填埋開ロ部的方式而被形成在電流阻擋層530上的上部覆蓋層507 (第二覆蓋層)。并且，電流阻擋層530由Al成分比高的高Al成分的AlGaN構(gòu)成。
[0185]上部覆蓋層507由多個(gè)層構(gòu)成，在本實(shí)施方式中為第一上部覆蓋層508、第二上部覆蓋層509、以及被形成在第一上部覆蓋層508與第二上部覆蓋層509之間的第三上部覆蓋層508a這ニ層結(jié)構(gòu)。
[0186]第一上部覆蓋層508由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，是在比第二上部覆蓋層509以及第三上部覆蓋層508a更接近于活性層504 —側(cè)而被形成的氮化物半導(dǎo)體覆蓋層(氮化物半導(dǎo)體層)。第一上部覆蓋層508以填埋電流阻擋層530的開ロ部的方式，被形成在第一上部導(dǎo)向?qū)?05a以及電流阻擋層530上，例如能夠由p型的AlIrVyGaN構(gòu)成。
[0187]第二上部覆蓋層509由透明導(dǎo)電膜(透明導(dǎo)電體)構(gòu)成，是以比第一上部覆蓋層508以及第三上部覆蓋層508a遠(yuǎn)離活性層504的方式而被形成的透明導(dǎo)電體覆蓋層(透明導(dǎo)電體層)。第二上部覆蓋層509例如由ITO構(gòu)成。
[0188]第三上部覆蓋層508a由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，是被形成在第一上部覆蓋層508上的n型接觸層。第三上部覆蓋層508a作為隧道電極被形成，例如能夠由被摻雜了高濃度的Si的n型的InGaN/GaN超點(diǎn)陣層構(gòu)成。
[0189]本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件500具備埋入型的光波導(dǎo)520，是通過將第一上部覆蓋層508填埋到電流阻擋層530的開ロ部而被形成的。
[0190]并且，在第二上部覆蓋層509的接觸面525上形成有p側(cè)電極540，在該p側(cè)電極540的上部形成有襯墊電極541。而且，在襯底501的背面形成有n側(cè)電極550。
[0191]接著，利用圖16對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式5所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件500的制造方法進(jìn)行說明。圖16是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式5所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的圖。
[0192]如圖16的(a)所示，首先，通過MOCVD法，在襯底501上，以1.5 y m的膜厚來對(duì)例如摻雜了 Si的AlaCl5Gaa95N進(jìn)行成膜，并形成下部覆蓋層502。接著，依次對(duì)如下的層進(jìn)行成膜，這些層是指:例如作為摻雜了 Si的n型的InGaN的下部導(dǎo)向?qū)?03、例如由Inai5Gaa95N井戸層/GaN阻擋層多層(例如三層)成膜的活性層504、例如作為摻雜了 Mg的InGaN的第一上部導(dǎo)向?qū)?05a、例如作為摻雜了 Mg的p型的Ala2Gaa8N的電子阻擋層506、例如作為摻雜了 Mg的GaN的第二上部導(dǎo)向?qū)?05b、以及例如作為n型的AlGaN的電流阻擋層530。
[0193]之后，利用濺射裝置在電流阻擋層530上形成SiO2掩膜，利用光刻以及濕式蝕刻，來形成例如寬度為1.5iim的開ロ部。之后，利用光刻以及濕式蝕刻對(duì)成為光波導(dǎo)520的區(qū)域進(jìn)行開ロ，之后通過來去除SiO2掩膜。據(jù)此，能夠成為如圖16的(b)所示那樣，能夠得到在電流阻擋層530形成成為光波導(dǎo)520的開ロ部的構(gòu)成。并且，此時(shí)，第一上部導(dǎo)向?qū)?05a露出到開ロ部?jī)?nèi)。
[0194]之后，如圖16的(C)所示，再次利用MOCVD法，例如將由p型的AlaCl5Gaa95N構(gòu)成的第一上部覆蓋層508以填埋開ロ部的方式，來形成在第一上部導(dǎo)向?qū)?05a以及電流阻擋層530之上，接著，在第一上部覆蓋層508上，來對(duì)例如由被摻雜了高濃度的Si的n型的InGaN/GaN超點(diǎn)陣層構(gòu)成的第三上部覆蓋層508a進(jìn)行成膜。
[0195]之后，從生長(zhǎng)爐中取出，如該圖所示，利用電子束氣相淀積裝置或者濺射裝置，例如通過對(duì)ITO進(jìn)行成膜，從而能夠?qū)?第二上部覆蓋層509進(jìn)行成膜。據(jù)此，能夠形成三層結(jié)構(gòu)的上部覆蓋層507。[0196]之后，如圖16的(d)所示，利用光刻以及EB氣相淀積法，以覆蓋光波導(dǎo)520的方式，來形成由厚度為45nm的使！ (Pd)以及厚度為50nm的白金(Pt)構(gòu)成的p側(cè)電極540。接著，利用光刻以及EB氣相淀積法，對(duì)厚度為50nm的鈦(Ti)與厚度為IOOOnm的金(Au)進(jìn)行層疊來形成膜之后，由電解鍍金法來使Au的厚度增加到10 u m,以形成襯墊電極541。
[0197]之后，利用金剛石泥漿通過將襯底501的厚度研磨到100 Pm左右，來進(jìn)行薄片化之后，利用EB氣相淀積裝置，在襯底501的背面形成作為n側(cè)電極550的厚度為5nm的T1、厚度為IOnm的Pt以及厚度為IOOOnm的Au。之后,通過進(jìn)行劈裂而使芯片分離，從而制造出本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件500。
[0198]綜上所述，通過本發(fā)明的實(shí)施方式5所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件500，與實(shí)施方式I至實(shí)施方式4同樣，由于在透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的第二上部覆蓋層509的下方設(shè)置了由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一上部覆蓋層508，因此，不僅能夠抑制因光吸收而造成的內(nèi)部損失(ai)的増大，而且能夠降低第一上部覆蓋層508的串聯(lián)電阻。
[0199]并且,在本實(shí)施方式中與實(shí)施方式4同樣，由于在第一上部覆蓋層508與第二上部覆蓋層509之間形成了第三上部覆蓋層508a，因此還能夠降低在第二上部覆蓋層509與第一上部覆蓋層508之間的接觸電阻。
[0200]而且，在本實(shí)施方式中，作為埋入型的光波導(dǎo)520是由電流阻擋層530構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體，該電流阻擋層530以比SiO2等氧化膜的熱傳導(dǎo)率高的n型的AlGaN等構(gòu)成。據(jù)此，能夠效率良好地將在活性層104付近的發(fā)光部產(chǎn)生的焦耳熱を效散熱到發(fā)光部之外。并且，通過使以n型的AlGaN構(gòu)成的電流阻擋層530的Al成分增多，因此能夠提高在橫方向上的光限制效果。據(jù)此，能夠進(jìn)一歩使以本實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的覆蓋層的膜厚薄膜化。其結(jié)果是，能夠進(jìn)一歩降低覆蓋層的串聯(lián)電阻，因此能夠進(jìn)ー步提高氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的電流-光輸出特性。因此，能夠進(jìn)一歩提高電與光的轉(zhuǎn)換效率。
[0201]而且，在本實(shí)施方式中與其他的實(shí)施方式相比，由于氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的上部覆蓋層(第三上部覆蓋層508a或者第一上部覆蓋層508)與透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的覆蓋層(第二上部覆蓋層509)的接觸面積大，因此能夠進(jìn)ー步降低氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的上部覆蓋層與透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的覆蓋層之間的接觸電阻。
[0202]而且，在本實(shí)施方式中，由于在第一上部覆蓋層508與第二上部覆蓋層509之間形成了第三上部覆蓋層508a，因此能夠通過隧道電流來降低接觸電阻。
[0203]這樣，通過本發(fā)明的實(shí)施方式5所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件500，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率高且工作電壓低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0204]以上，根據(jù)實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行了說明，不過，本發(fā)明并非受這些實(shí)施方式所限。
[0205]例如，在實(shí)施方式1、實(shí)施方式3、以及實(shí)施方式5中對(duì)半導(dǎo)體激光進(jìn)行了描述，超輻射發(fā)光二極管也同樣能夠適用。
[0206]并且,在實(shí)施方式1、實(shí)施方式3、以及實(shí)施方式5中舉例不出了直線狀的光波導(dǎo)，不過也可以是實(shí)施方式2那樣，即使是包括曲線部分的曲線狀的光波導(dǎo)也同樣能夠適用。
[0207]并且，在上述的實(shí)施方式中，舉例示出了采用劈裂來形成了共振器端面，即使是通過干蝕刻來形成的光射出端面以及反射端面的結(jié)構(gòu)也同樣能夠適用。
[0208]并且，在上述的實(shí)施方式中，作為光波導(dǎo)的帶脊的寬度(條寬)以1.5pm為例進(jìn)行了說明，不過，只要是IOum以下的條寬，不論哪個(gè)實(shí)施方式都能夠同樣適用。
[0209]并且，在上述的實(shí)施方式中，作為襯底舉例示出了，以(0001)面作為襯底的主面的n型GaN襯底,不過,也可以是以(10-10)面、(Iト20)面、(10-11)面、(Iト21)面等來作為襯底的主面，即使采用以這樣的面為主面的n型GaN襯底，也同樣能夠適用。
[0210]并且，在上述的實(shí)施方式中，作為襯底的例子采用了 n型GaN襯底，在采用藍(lán)寶石、SiC, Si等其他的襯底的情況下也同樣能夠適用。
[0211]并且，在上述的實(shí)施方式中，作為第二上部覆蓋層的透明導(dǎo)電膜的材料，雖然采用了作為添加了錫(Sn)的氧化銦(InO)的IT0，不過，并非受此所限。例如，作為第二上部覆蓋層的透明導(dǎo)電膜的材料，也能夠采用摻雜了 Ga或者Al等材料的ZnO(氧化鋅)、或者，添カロ了銻(Sb)的氧化錫(SnO)等。這些透明導(dǎo)電膜能夠?qū)?yīng)于所希望的折射率來使用。
[0212]另外，將在不脫離本發(fā)明的主g的范圍內(nèi)本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的各種變形執(zhí)行于本實(shí)施方式，也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。并且，在不脫離本發(fā)明的主_的范圍內(nèi)，也可以對(duì)多個(gè)實(shí)施方式中的各個(gè)構(gòu)成要素進(jìn)行任意地組合。
[0213]本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件能夠作為各種光源而被廣泛利用，尤其是有用于顯示器或者投影儀等畫像顯示裝置中的光源、或者激光加工或激光退火等產(chǎn)業(yè)用激光設(shè)備等需要具有較高的光輸出的裝置中的光源。
[0214]符號(hào)說明
[0215]100，200，300，400，500 氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件
[0216]101,201,301,401,501,2101 襯底
[0217]102,202,302,402,502 下部覆蓋層
[0218]103,203,303,403,503 下部導(dǎo)向?qū)?br> [0219]104，204，304，404，504 活性層
[0220]105,205,305,405 上部導(dǎo)向?qū)?br> [0221]106，206，306，406，506 電子阻擋層
[0222]107，207，307，407，507，2180 上部覆蓋層
[0223]108，208，308，408，508 第一上部覆蓋層
[0224]109，209，309，409，509 第二上部覆蓋層
[0225]120，220，320，420，520 光波導(dǎo)
[0226]125，225，325，425，525 接觸面
[0227]130，230，330，430 絕緣膜
[0228]140，240，340，440，540，2190 p 側(cè)電極
[0229]141，241，341，441，541 襯墊電極
[0230]150，250，350，450，550，2120 n 側(cè)電極
[0231]408a, 508a 第三上部覆蓋層
[0232]505a 第一上部導(dǎo)向?qū)?br> [0233]505b 第二上部導(dǎo)向?qū)?br> [0234]530 電流阻擋層
[0235]2100 激光二極管
[0236]2110 n型接觸層[0237]2130n型下部覆蓋層
[0238]2140n型下部波導(dǎo)層
[0239]2150多重量子阱區(qū)域
[0240]2155活性區(qū)域
[0241]2160p型限制層
[0242]2170p 型上部波導(dǎo)層
【權(quán)利要求】
1.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，是具有光波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件， 該半導(dǎo)體發(fā)光元件至少以第一覆蓋層、活性層、第二覆蓋層的順序來包含這些層；所述第二覆蓋層具有透明導(dǎo)電體層以及氮化物半導(dǎo)體層，所述透明導(dǎo)電體層由透明導(dǎo)電體構(gòu)成，所述氮化物半導(dǎo)體層由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，并且被形成在比該透明導(dǎo)電體層靠近所述活性層一側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件， 所述氮化物半導(dǎo)體層至少包含鋁。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件， 所述氮化物半導(dǎo)體層由AlxInyGai_x_yN構(gòu)成，其中0〈x ≤ 0.82,0 ≤y ≤ 0.18，O < l-x-y<l0
4.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件， 所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件具備被設(shè)置在所述活性層與所述第二覆蓋層之間的導(dǎo)向?qū)樱? 所述導(dǎo)向?qū)优c所述第二覆蓋層的合計(jì)膜厚d為,0.1 μ m<d<0.5 μ m。
5.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件， 所述光波導(dǎo)為垂直臺(tái)面型結(jié)構(gòu)，該垂直臺(tái)面型結(jié)構(gòu)是通過從所述第二覆蓋層挖掘到所述第一覆蓋層的一部分為止而被形成的。
6.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件， 所述透明導(dǎo)電體的材料是以下材料之中的某一個(gè)，這些材料包括:被添加了錫的氧化銦、被添加了銻的氧化錫、以及氧化鋅。
7.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件， 所述透明導(dǎo)電體層的膜厚比IOOnm大。
【文檔編號(hào)】H01S5/22GK103444021SQ201280014025
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月24日
【發(fā)明者】春日井秀紀(jì), 折田賢兒, 大野啟, 山中一彥 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社