專(zhuān)利名稱(chēng)：氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如氮化鎵序列的紫藍(lán)半導(dǎo)體激光器(下文稱(chēng)為L(zhǎng)D)或具有高發(fā)光度的氮化鎵序列的藍(lán)/綠發(fā)光二極管(下文稱(chēng)為L(zhǎng)ED)的氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件。
傳統(tǒng)的短波半導(dǎo)體激光器已被改進(jìn)到這樣一種程度，從而運(yùn)用InGaAlP的600nm帶光源可以執(zhí)行對(duì)光盤(pán)的讀/寫(xiě)，并且已經(jīng)將它討諸實(shí)際應(yīng)用。
為了進(jìn)一步改進(jìn)錄制密度，已發(fā)展了短波藍(lán)半導(dǎo)體激光器。振蕩波短的激光器束在減小收斂尺寸并改進(jìn)錄制密度方面是十分有用的。
由于這一原因，近來(lái)認(rèn)為諸如GaN，InGaN，GaAlN，InGaAlN的氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件是短波半導(dǎo)體激光器的材料，以改進(jìn)對(duì)于高密度光盤(pán)系統(tǒng)的應(yīng)用。
例如，在運(yùn)用GaN序列材料的半導(dǎo)體激光器中，證實(shí)具有380至417nm波長(zhǎng)的室溫脈沖振蕩。然而，在運(yùn)用GaN序列材料的半導(dǎo)體激光器中，不能得到令人滿(mǎn)意的特性，室溫脈沖振蕩的門(mén)限電壓范圍在10到40v之間，而且值的變化大。
這種變化是由于在氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體層的晶體生長(zhǎng)中出現(xiàn)的困難和大的器件電阻引起的。更準(zhǔn)確地說(shuō)，不能形成具有光滑表面和高載流子濃度的p型氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體層。此外，由于p側(cè)電極的接觸電阻很高，要產(chǎn)生大幅度的電壓降，因而即使脈沖振蕩起作用，產(chǎn)生的熱量和金屬反應(yīng)仍會(huì)毀壞半導(dǎo)體層?？紤]到模擬值，除非把門(mén)限電壓減到小于10v，否則不能獲得室溫連續(xù)振蕩。
此外，當(dāng)注入激光生成所必需的電流時(shí)，大電流局部流動(dòng)并且載流子不能均勻地注入有源層，而且發(fā)生器件的瞬時(shí)損壞。結(jié)果，不能獲得激光的連續(xù)生成。
于是，為了實(shí)現(xiàn)由在光盤(pán)中用到的低門(mén)限電流和低門(mén)限電壓操作的具有高可靠性的氮化鎵序列的紫藍(lán)半導(dǎo)體激光器，下列要點(diǎn)是重要的特別地，將載流子有效均勻地注入有源層并減小由電極接觸引起的電壓降是重要的。
然而，在現(xiàn)有情況下，完全執(zhí)行這些要點(diǎn)是困難的。
如上所述，在氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體激光器中，要獲得具有良好的p型氮化鎵序列并沒(méi)有小孔缺陷的復(fù)合半導(dǎo)體激光器是困難的。此外，由于p側(cè)電極接觸電阻很高，所以電極接觸產(chǎn)生大的電壓降。此外，由于不能將載流子均勻地注入有源層，所以難以實(shí)現(xiàn)具有低門(mén)限電流及低工作電壓的器件。
在GaN序列的發(fā)光器件中，由于p側(cè)電極接觸電阻高，所以提高了工作電壓。此外，作為p側(cè)電極金屬的鎳和形成p側(cè)半導(dǎo)體層的鎵彼此起反應(yīng)、熔化，導(dǎo)電性惡化。結(jié)果，難以連續(xù)生成激光。
本發(fā)明的目的在于通過(guò)運(yùn)用可以容易地形成低電阻p側(cè)電極并可均勻有效地將載流子注入有源層的具有高載流子濃度的p型氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，提供具有高可靠性的氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，它可由低門(mén)限電流和低工作電壓操作而沒(méi)有損壞。
為了達(dá)到上述目的，提供一種具有氮化鎵序列(Gax1Iny1Alz1N，x1+y1+z1＝1，0≤x1，y1，z1≤1)的復(fù)合半導(dǎo)體的氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件包括襯底；半導(dǎo)體層，它在襯底上形成；n型半導(dǎo)體層，它在半導(dǎo)體層上形成，具有至少一個(gè)n型包層；有源層，它在n型半導(dǎo)體層上形成；p型半導(dǎo)體層，它在有源層上形成，具有至少一個(gè)p型包層；Gax2Iny2Alz2N(x2+y2+z2＝1，0≤x2，z2≤1，0＜y2≤1)的光滑層，它在p型半導(dǎo)體層或有源層上形成；p型接觸層，它在p型半導(dǎo)體層上形成，具有添加到其上的Mg；p側(cè)電極，它在p型接觸層上形成；和n側(cè)電極，它在n型半導(dǎo)體層或襯底上形成。
于是，在至少包含In元素的GaInAlN光滑層上形成添加Mg的氮化鎵序列p型半導(dǎo)體層，諸如多孔微缺陷的晶體缺陷的數(shù)量很少，而且可以增加p型半導(dǎo)體層的受主濃度。
有源層可以是一種多量子阱結(jié)構(gòu)，具有至少由Gax3Iny3Alz3N形成的阱層(x3+y3+z3＝1，0≤x3，y3，z3≤1)和Gax4Iny4Alz4N(x4+y4+z4＝1，0≤x4，y4，z4≤1)形成的勢(shì)壘層，二者交替成層。
此時(shí)，當(dāng)In成分y2比阱層的In成分y3低時(shí)，形成的Gax2Iny2Alz2N光滑層，其厚度比阱層的厚。因此，增大了有源層6的有效折射系數(shù)，從而可以改進(jìn)光導(dǎo)特性。在Gax2Iny2Alz2N光滑層中，p型載流子濃度可為1×1018cm-3或更高。因此，可以防止電子溢出，而且可由低門(mén)限值生成激光。
另一方面，當(dāng)In成分y2比阱層的In成分y3高時(shí)，形成的Gax2Iny2Alz2N光滑層，其厚度比阱層的薄。因此，光滑層起到飽和吸收層的作用，從而可以減小激光器的噪聲。
此外，p型接觸層可具有Pt半導(dǎo)體制成的合金層，在表面上有選擇地形成。p側(cè)電極具有層疊結(jié)構(gòu)，由在合金層上形成的Pt層、在其上包含TiN的Ti層和其上的Ti層制成?？梢酝ㄟ^(guò)第二Pt層在Ti層上形成Au層。
因此，稍稍將作為電極金屬的薄Pt層擴(kuò)散到P型半導(dǎo)體層，從而增加有效電極接觸區(qū)域。此外，Pt元素起到在添加Mg的同時(shí)引入的氫元素和由于晶體生長(zhǎng)后暴露在空氣中引起的表面氧化物薄膜的還原催化劑的作用。結(jié)果，可改進(jìn)Mg的活化比率，并可提高有效受主濃度。此外，上部分的Ti層與氮化鎵序列的半導(dǎo)體層的氮元素反應(yīng)，從而形成十分穩(wěn)定的TiN。結(jié)果，可以抑制作為上部分的電極金屬的第二Pt層和Au層向下擴(kuò)散，并可提高晶體的質(zhì)量。
此外，當(dāng)p型接觸層包含碳時(shí)，在包含Ti的Ti層和Pt層之間的邊界的碳濃度比p型接觸層的碳濃度高。
當(dāng)p型接觸層包含氧時(shí)，在包含Ti的Ti層和Pt層之間的邊界的氧濃度比p型接觸層的氧濃度高。由Pt和p型接觸層制成的合金層，其MgO緊緊鄰接著添加在p型接觸層中的Mg。
換句話(huà)說(shuō)，在作為催化劑的Pt將半導(dǎo)體層的碳和氧移到p型接觸層外面的過(guò)程中，由包含TiN的Ti層阻止它們。結(jié)果，可引起與上述相同的功能。此外，對(duì)于p型接觸層具有低的接觸電阻的MgO更減小了有效電極接觸電阻。
當(dāng)p型接觸層包含氫時(shí)，在第二Pt層和Au層之間的邊界的氫濃度比p型接觸層的氫濃度高。
換句話(huà)說(shuō)，作為催化劑的Pt將半導(dǎo)體層的氫移到p型接觸層的外面。結(jié)果，可引起與上述相同的功能。
n側(cè)電極可具有層疊結(jié)構(gòu)，在其中依次形成的Ti層和Au層。當(dāng)襯底是絕緣材料時(shí)，在暴露于襯底表面的n型半導(dǎo)體層上形成n側(cè)電極。當(dāng)襯底是諸如SiC的導(dǎo)電襯底時(shí)，在襯底的后表面上形成n側(cè)電極。
此外，在內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)中，根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有氮化鎵序列(Gax1Iny1Alz1N，x1+y1+z1＝1，0≤x1，y1，z1≤1)復(fù)合半導(dǎo)體的氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件包括襯底；半導(dǎo)體層，它在襯底上形成；n型包層，它在半導(dǎo)體層上形成；n型波導(dǎo)層，它在n型包層上形成；有源層，它在n型波導(dǎo)層上形成；p型波導(dǎo)層，它在有源層上形成，具有條狀脊；阻擋層(block layer)，它在沿著p型波導(dǎo)層的脊的側(cè)面部分上有選擇地形成；Gax2Iny2Alz2N(x2+y2+z2＝1，0≤x2，z2≤1，0＜y2≤1)的光滑層，它在阻擋層和p型波導(dǎo)層的脊上形成；p型包層，它在Gax2Iny2Alz2N光滑層上形成；p型接觸層，它在p型包層上形成，具有添加到其上的Mg；p側(cè)電極，它在p型接觸層上形成；和n側(cè)電極，它在n型半導(dǎo)體層或襯底上形成。
在這種情況下，阻擋層可由Gax5Iny5Alz5N(x5+y5+z5＝1，0≤x5，y5≤1，0＜z5≤1)制成。這適合于抑制裂縫。此外，阻擋層可由Gax5Iny5Alz5N(x5+y5+z5＝1，0≤x5，z5≤1，0＜y5≤1)制成。這適合于橫向模的控制。上面解釋了有源層、電極結(jié)構(gòu)、和光滑層的一些狀況。
此外，通過(guò)盡可能滿(mǎn)足下列條件，可獲得上述本發(fā)明的適當(dāng)?shù)奶厥庑问?1)添加到p型電極接觸層的Mg的量在表面附近具有高濃度分布。
(2)由成分互相不同的兩種或更多種的氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體形成p型電極接觸層。
(3)形成GaInAlN光滑層，使有源層是一種多量子阱結(jié)構(gòu)。
(4)當(dāng)在p型電極接觸層的下部存在n型導(dǎo)電層時(shí)，至少將一個(gè)GaInAIN光滑層插入p型導(dǎo)電層和n型導(dǎo)電層之間。換句話(huà)說(shuō)，重要的是在上層形成電極接觸層，而不是在GaInAlN光滑層上形成電極接觸層在GaInAlN光滑層與P型電極接觸層之間是形成包層還是波導(dǎo)層，這倒并不重要。
(5)形成與p型電極接觸層接觸的電極結(jié)構(gòu)，從而在厚度為10nm或更少的薄Pt層的上部形成Ti/Pt/Au層。
在下面的敘述中將列出本發(fā)明的其它目的和好處，從該敘述一部分變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐可知道。通過(guò)在附加的權(quán)利要求書(shū)中特別指出的工具和組合的方法可以實(shí)現(xiàn)并獲得本發(fā)明的目的和好處。
插入并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖顯示了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并與上面的總體描述及下面將要給出的較佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明一起用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖6是示出該實(shí)施例的變更示意結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖8是示出該實(shí)施例的變更示意結(jié)構(gòu)的剖面圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖10是示出該實(shí)施例的變更示意結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖11是示出根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖12是示出該實(shí)施例的變更示意結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖13是示出根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖14是示出該實(shí)施例的變更示意結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖15是示出根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖16是示出該實(shí)施例的變更示意結(jié)構(gòu)的剖面圖。
參照附圖，將敘述本發(fā)明的實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖。藍(lán)色半導(dǎo)體激光器具有多層結(jié)構(gòu)，其中，多層結(jié)構(gòu)具有通過(guò)MOCVD在藍(lán)寶石襯底1上依次形成的GAN緩沖層2、n型GaN接觸層(摻Si5×1018cm-3，4μm)3、n型A10.2Ga0.8N包層(摻Si，5×1017cm-3，0.3μm)4、GaN波導(dǎo)層(未摻雜，0.1μm)5、有源層6、p型GaN波導(dǎo)層(摻Mg，0.3μm)7、p型Al0.2Ga0.8N包層(摻Mg，5×1017cm-3，0.3μm)8和p型GaN接觸層(摻Mg，1×1018cm-3，1μm)9。
在p型GaN接觸層9上，具有依次層疊的厚度為10nm的Pt層10、包括由熱處理的TiN(后面將說(shuō)明)的Ti層11a、厚度為30nm的Ti層11、厚度為10nm的Pt層12和厚度為1μm的Au電極焊接片13，從而形成p型電極。
Au電極焊接片13的最上面表面的部分和p型GaN接觸層9通過(guò)干腐蝕向上移到達(dá)到n型GaN接觸層3的部分。因此，在露出的n型GaN接觸層3上，形成n側(cè)電極14。
由互相交替層疊以總共形成10層的In0.2Ga0.8N多量子阱(未摻雜，2.5nm)和In0.05Ga0.95N勢(shì)壘壁層(未摻雜，5nm)形成有源層6。此外，在p型GaN波導(dǎo)層、p型AlGaN包層和p型GaN層中的雜質(zhì)不限制于Mg，而可以是諸如Zn的任何p型雜質(zhì)。
接著，下面將解釋藍(lán)色半導(dǎo)體激光器的制造方法和它的功能。
在圖1中，有一種MOCVD法在藍(lán)寶石襯底1上形成每個(gè)GaN緩沖層2-p型GaN接觸層9。
在藍(lán)色半導(dǎo)體激光器中，將包含In的GaInAlN光滑層用作InGaN量子阱有源層6，并且在其上形成添加Mg的氮化鎵序列的半導(dǎo)體18和19。因此，GaInAlN光滑層阻止從襯底1擴(kuò)散的小孔缺陷和諸如裂縫與躍遷的晶體缺陷。結(jié)果，可以在p側(cè)電極側(cè)面上獲得光滑p型半導(dǎo)體層。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明者所做的實(shí)驗(yàn)，即使不形成GaInAlN光滑層，那么當(dāng)p型GaN接觸層9的厚度為0.6μm或更多時(shí)，可將多孔缺陷埋入p型GaN接觸層9的表面中。換句話(huà)說(shuō)，除了GaInAlN光滑層的形成以外，將p型GaN接觸層9的厚度設(shè)為0.6μm或更多。因此，一定可以改進(jìn)P型半導(dǎo)體層的質(zhì)量。
接著，在p型GaN接觸層9表面的10寬度μm區(qū)域上依次形成Pt(5nm)/Ti(30nm)/Pt(10nm)/Au(1μm)層。
然后，當(dāng)在350℃的氮?dú)庵邢蛘麄€(gè)襯底作熱處理時(shí)，Pt向下擴(kuò)散的深度最大為層疊膜的厚度三倍的深度。然后，Pt是與p型GaN接觸層9的Ga起反應(yīng)的固相，從而形成Pt半導(dǎo)體的合金層15。與此同時(shí)，Ti是與從p型GaN接觸層9向上擴(kuò)散的N起反應(yīng)的固相。結(jié)果，Ti和N互相穩(wěn)定地結(jié)合起來(lái)，在Ti層和Pt層之間的邊界表面處形成包括TiN的Ti層11a。通過(guò)這種熱處理，Pt起催化劑的作用，并且將防止Mg(p型摻雜物)作為受主活化的氫元素與碳元素、或者在形成電極前由空氣暴露使之與接觸層9的表面組合的氧元素從薄膜移出。結(jié)果，增高了受主的濃度，而且Mg的活化比率大體上變成100％(由于在生長(zhǎng)時(shí)期的各種原因，將氫、碳和氧元素分布在多層結(jié)構(gòu)中，其中多層結(jié)構(gòu)的各半導(dǎo)體層在上述熱處理前大體上保持固定的濃度。
此外，在包括TiN的Ti層11a和Pt層10之間的邊界表面上，碳和氧元素的每一種元素的濃度比在p型GaN接觸層9中的每一種元素的濃度高。換句話(huà)說(shuō)，在由Pt催化劑將半導(dǎo)體層的碳和氧元素移到外面的過(guò)程中，它們被包括TiN的Ti層11a阻制。
此外，在Pt層12和Au層13之間的邊界表面上，氫濃度比p型GaN接觸層9中的氫濃度高。換句話(huà)說(shuō)，在由Pt催化劑將半導(dǎo)體層的碳和氧元素移到外面的過(guò)程中，它們被Au層13阻制。
接著，形成包括P側(cè)電極的平臺(tái)形以形成n側(cè)電極14。在出現(xiàn)在平臺(tái)形下部的n型GaN接觸層3上形成由Ti/Au制成的n側(cè)電極14。在這種情況下，在形成n側(cè)電極14后，可以形成p側(cè)電極。此外，將藍(lán)寶石襯底1鏡面拋光到50μm，并在與p側(cè)電極的縱向方向垂直的方向?qū)⑺_(kāi)。從而，形成長(zhǎng)度為1mm的激光芯片。
以80mA的門(mén)限電流在室溫下連續(xù)生成上述的藍(lán)色半導(dǎo)體激光。在這種情況下，波長(zhǎng)為420nm，工作電壓為7v，而且在50℃和30mw驅(qū)動(dòng)的條件下，器件的壽命為5000小時(shí)。在這種激光器的情況下，增大了Pt層10和P型GaN接觸層9之間的實(shí)際接觸面積。因此，將電阻減小到1×10-5Ωcm2。此外，將p型GaN接觸層9的Mg活化比率提高到大約100％。結(jié)果，得到高載流子濃度，并通過(guò)p型AlGaN包層8將載流子均勻地注入有源層6。
此外，在其中提供兩步摻雜的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器中，進(jìn)一步改進(jìn)了特性。在這種情況下，兩步摻雜意味著在從表面到0.2μm的范圍內(nèi)將添加到上述第一實(shí)施例的p型GaN接觸層的Mg的量加倍，并在0.8μm的剩余范圍內(nèi)將它設(shè)為1/2。更準(zhǔn)確地說(shuō)，在這樣構(gòu)造的半導(dǎo)體激光器中，與第一實(shí)施例相比較，將工作電壓進(jìn)一步減小到6.5v。通過(guò)用兩步摻雜的方法形成p型接觸層，獲得減小表面上的電極接觸電阻有利之處，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加了接觸層下部的電阻以控制水平方向的漏泄電流。
根據(jù)上述第一實(shí)施例，在至少包含In的GaInAlN光滑層上形成添加Mg的氮化鎵序列的半導(dǎo)體層，從而減小諸如小孔缺陷的晶體缺陷。
此外，在p型GaN接觸層9上形成Pt層10，而且稍微將Pt層擴(kuò)散到p型GaN接觸層9。因此，增大了有效電極接觸面積。Pt元素對(duì)由于各種原因存在于p型半導(dǎo)體層中的氫元素、碳元素和氧元素的還原催化劑的作用。然后，將這些雜質(zhì)元素從p型半導(dǎo)體層移出。結(jié)果，可以改進(jìn)Mg的活化比率，并且可以增大有效受主濃度。
此外，在Pt層10上形成Ti層11，而且Ti層與氮化鎵序列半導(dǎo)體層的N元素起反應(yīng)，從而形成非常穩(wěn)定的TiN。結(jié)果，可以阻止作為上電極金屬的第二Pt層12和Au層13向下擴(kuò)散。
利用這些GaInAlN光滑層，Pt層10和Ti層11的各種優(yōu)點(diǎn)，可以提高晶體的質(zhì)量。
因此，可以實(shí)現(xiàn)具有高載流子濃度的p型氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它可以容易地形成低電阻p側(cè)電極，而且可以將載流子均勻有效地注入有源層。然后，可以限制由電極接觸產(chǎn)生的電壓降，在低的低門(mén)限電流和低的工作電壓條件下，沒(méi)有發(fā)生特性劣化和損壞，從而可以產(chǎn)生良好的可靠性。
(第二實(shí)施例)接著，將解釋第二實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。圖2是示出藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖。在圖2中，將與圖1相同的標(biāo)號(hào)添加到為圖1共有的部分，并省略具體的解釋。于是，只介紹與圖1不同的部分。
與第一實(shí)施例相比較，該實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器進(jìn)一步改進(jìn)了接觸電阻。更準(zhǔn)確地說(shuō)，圖2顯示將p型In0.1Ga0.9N接觸層21插在p型GaN層9和Pt電極10之間的結(jié)構(gòu)。
p型In0.1Ga0.9N接觸層21是半導(dǎo)體層(摻Mg，1×1019cm-3，0.2μm)。
除了p型InＸ0.1Ga0.9N接觸層21的形成以外，用與第一實(shí)施例相同的方法制造這種藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。
以75mA的門(mén)限電流在室溫下連續(xù)生成上述的藍(lán)色半導(dǎo)體激光。在這種情況下，波長(zhǎng)為420nm，工作電壓為6v，而且器件在50℃和30mW驅(qū)動(dòng)的條件下的壽命為5000小時(shí)。根據(jù)這種激光器，在與Pt層10接觸的接觸層21中，由于帶隙比p型GaN層9的帶隙窄，減小了肖特基勢(shì)壘。因此，和實(shí)際接觸面積增加的作用一起，將電極接觸電阻減小到7×10-6Ωcm2。此外，接觸層21的Mg活化比率提高到大約100％。結(jié)果，獲得了高載流子濃度，并且通過(guò)p型AlGaN包層8將載流子均勻地注入有源層6。
于是，根據(jù)第二實(shí)施例，將帶隙比p型GaN層9窄的接觸層21插在p型GaN層9和Pt電極10之間。結(jié)果，除在第一實(shí)施例中所解釋的好處以外，可以進(jìn)一步減小具有p側(cè)電極的接觸電阻，從而可以改善工作電壓的減小。
(第三實(shí)施例)接著，將解釋第三實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。圖3是示出藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖。在圖3中，將與圖1相同的標(biāo)號(hào)添加到為圖1共有的部分，并省略具體的解釋。于是，只介紹與圖1不同的部分。
與第一實(shí)施例有所不同，該實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器具有一種內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)。特別是，如圖3所示，在內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)中，形成多個(gè)n型GaN電流阻擋層31(1×1018cm-3，0.5μm)和厚度為0.1μm的In0.1Ga0.9N光滑層32。其中，在p型Al0.2Ga0.8N包層8上有選擇地形成多個(gè)n型GaN電流阻擋層31，而在包層8和每一電流阻擋層31上形成In0.1Ga0.9N光滑層32。
類(lèi)似的，在In0.1Ga0.9N光滑層32上，形成p型GaN接觸層9。
除了由于內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)使得用MOCVD方法生長(zhǎng)的次數(shù)為三次以外，通過(guò)與第一實(shí)施例相同的方法制造這種藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。
以70mA的門(mén)限電流在室溫下連續(xù)生成上述藍(lán)色半導(dǎo)體激光。在這種情況下，波長(zhǎng)為420nm，工作電壓為6.5V，而器件在50℃和30mW驅(qū)動(dòng)的條件下的壽命為5000小時(shí)。根據(jù)這種激光器，除了在第一實(shí)施例中所解釋的優(yōu)點(diǎn)以外，由于形成了內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)，所以增大了p側(cè)電極的面積，并將p側(cè)電極接觸電阻減小到5×10-6Ωcm2。換句話(huà)說(shuō)，內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改進(jìn)了低電壓工作。
于是，根據(jù)第三實(shí)施例，除了在第一實(shí)施例中解釋的優(yōu)點(diǎn)以外，還可以減小接觸電阻。
即使在In0.1Ga0.9N光滑層32上形成p型GaN接觸層9，光滑層32也可阻止小孔缺陷的擴(kuò)散。因此，可以提高晶體的質(zhì)量。
(第四實(shí)施例)接著，將解釋第四實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。圖4是示出藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖。在圖4中，將與圖1相同的標(biāo)號(hào)添加到為圖1共有的部分，并省略具體的解釋。于是，只介紹與圖1不同的部分。
與第一實(shí)施例有所不同，該實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器有一種埋藏內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)。特別是，如圖4所示，形成GaN波導(dǎo)層5到p型Al0.2Ga0.8N包層8以具有寬度為10μm的平臺(tái)結(jié)構(gòu)。然后，在平臺(tái)結(jié)構(gòu)的兩端上形成無(wú)摻雜的Al0.1Ga0.9N阻擋層41。此外，在Al0.1Ga0.9N阻擋層41、p型Al0.2Ga0.8N包層8和p型GaN接觸層9之間形成InGaAlN光滑層42。
除了由于埋藏內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)使得用MOCVD方法生長(zhǎng)的次數(shù)為三次以外，通過(guò)與第一實(shí)施例相同的方法制造這種藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。
以60mA的門(mén)限電流在室溫下連續(xù)生成上述藍(lán)色半導(dǎo)體激光。在這種情況下，波長(zhǎng)為420nm，工作電壓為5V，而器件在50℃和30mW驅(qū)動(dòng)的條件下的壽命為5000小時(shí)。根據(jù)這種激光器，除了在第一實(shí)施例中所解釋的優(yōu)點(diǎn)以外，由于形成了埋藏的內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)，所以增大了p側(cè)電極的面積，而且將p側(cè)接觸電阻減小到5×10-6Ωcm2。換句話(huà)說(shuō)，通過(guò)由厚度比臨界薄膜厚度小的薄膜量子阱有源層和埋藏的內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)引起的振蕩門(mén)限的增益電平的減小，進(jìn)一步改進(jìn)了低電壓工作。
于是，根據(jù)第四實(shí)施例，除了在第一實(shí)施例中解釋的好處以外，可以形成內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)。
(第五實(shí)施例)接著，將解釋第五實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。圖5是示出藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖。在圖5中，將與圖1相同的標(biāo)號(hào)添加到為圖1共有的部分，并省略具體的解釋。于是，只介紹與圖1不同的部分。
與第一實(shí)施例有所不同，該實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器具有一種內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)。特別是，如圖5所示，通過(guò)InGaAlN光滑層42，在GaN波導(dǎo)層7和p型Al0.8Ga0.2N包層8之間形成一個(gè)結(jié)。然后，由無(wú)摻雜的Al0.1Ga0.9N阻擋層51制成內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)。
在有源層6上形成的GaN波導(dǎo)層7是寬度為10μm、厚度為0.2μm的平臺(tái)形的無(wú)摻雜半導(dǎo)體層。GaN波導(dǎo)層7的平臺(tái)下部具有0.1μm的厚度，而且在它的上面形成無(wú)摻雜的Al0.1Ga0.9N阻擋層51。
p型Al0.8Ga0.2N包層8有一寬度為10μm的窗口。通過(guò)InGaAlN光滑層42，在GaN波導(dǎo)層7和無(wú)摻雜的Al0.1Ga0.9N阻擋層51的平臺(tái)上部形成p型Al0.8Ga0.2N包層8，從而窗口與GaN波導(dǎo)層7的平臺(tái)上部相對(duì)。p型Al0.8Ga0.2N包層8是一摻Mg，5×1017cm-3，(窗口)厚度為0.3μm)的層。
除了由于內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)使得用MOCVD方法生長(zhǎng)的次數(shù)為三次以外，通過(guò)與第一實(shí)施例相同的方法制造這種藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。
以60mA的門(mén)限電流在室溫下連續(xù)生成上述藍(lán)色半導(dǎo)體激光。在這種情況下，波長(zhǎng)為420nm，工作電壓為5V，而器件在50℃和30mW驅(qū)動(dòng)的條件下的壽命為5000小時(shí)。在這種激光器的情況下，具有與第四實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。
(改進(jìn))如圖6所示，可用InGaN阻擋層52代替AlGaN阻擋層51。運(yùn)用InGaN層52的改進(jìn)還可以控制橫向模阱。
(第六實(shí)施例)接著，將解釋第六實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。圖7是示出藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖。在圖7中，將與圖1相同的標(biāo)號(hào)添加到為圖1共有的部分，并省略具體的解釋。于是，只介紹與圖1不同的部分。
與將有源層(MQW)6用作包含In的GaInAlN光滑層的第一實(shí)施例有所不同，在p型AlGaN包層8和p型GaN波導(dǎo)層7之間形成包含In的GaInAl序列材料的InGaN光滑層61。
可在其中In成分超過(guò)例如0和0.3或更小的范圍內(nèi)形成InGaN光滑層61。如果In成分比有源層6的量子阱層的In成分高，那么將InGaN光滑層61的厚度形成比量子阱層的厚度薄。例如，在第一實(shí)施例中，運(yùn)用厚度為2.5nm的In0.2Ga0.8N阱層。根據(jù)這種情況，第六實(shí)施例的InGaN光滑層61運(yùn)用厚度為1.5nm的In0.3Ga0.7N層。
于是，在具有高In成分和厚的薄膜厚度的情況下，光滑層起到過(guò)飽和吸收層的作用。因此，本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)可以起到低噪聲激光器的作用，這對(duì)于例如光盤(pán)系統(tǒng)是必要的。
如果In成分比有源層6的量子阱層的In成分低，那么將InGaN光滑層61的厚度形成比量子阱層的厚度厚。例如，在第一實(shí)施例中，運(yùn)用厚度為2.5nm的In0.2Ga0.8N阱層。根據(jù)這種情況，本實(shí)施例的光滑層61運(yùn)用厚度為0.1μm的In0.1Ga0.9N層。可用如圖8所示的p型GaN波導(dǎo)層7替代In0.1Ga0.9N光滑層61。
于是，在具有低In成分和高薄膜厚度的情況下，增大了有源層6的有效折射系數(shù)，從而可以改進(jìn)光導(dǎo)(或限制)特性。根據(jù)光導(dǎo)特性的提高，即使減小薄膜厚度，p型AlGaN包層8也有效。
在In成分低的情況下，增大薄膜厚度，并將p型載流子濃度設(shè)為1×1018cm-3或更大。因此，可以防止電子的溢出，而且能以低門(mén)限值生成激光。
(第七實(shí)施例)接著，將解釋第七實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。圖9是示出藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖，而圖10是示出變更的剖面圖。在這些圖中，將與圖2相同的標(biāo)號(hào)添加到為圖2共有的部分，并省略具體的解釋。于是，只介紹與圖2不同的部分。
與具有p型In0.1Ga0.9N接觸層21的第二實(shí)施例相比，如圖9所示，在p型AlGaN包層8和p型GaN波導(dǎo)層7之間形成包含In的GaInAlN序列材料的InGaN光滑層61，這與第六實(shí)施例相似?；蛘撸鐖D10所示，形成InGaN光滑層61代替p型GaN波導(dǎo)層7。
InGaN光滑層61的成分和薄膜厚度與在第六實(shí)施例中解釋的一樣。上述結(jié)構(gòu)可獲得與第二和第六實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。
(第八實(shí)施例)接著將解釋第八實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。圖11是示出藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖，而圖12是示出變更的剖面圖。在這些圖中，將與圖3相同的標(biāo)號(hào)添加到為圖3共有的部分，并省略具體的解釋。于是，只介紹與圖3不同的部分。
與具有內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)的第三實(shí)施例比較，如圖11所示，省略In0.1Ga0.9了光滑層32。然后，在p型AlGaN包層8和p型GaN波導(dǎo)層7之間形成包含In的GaInAlN序列材料的InGaN光滑層61，這與第六實(shí)施例相同?；蛘撸鐖D12所示，形成InGaN光滑層61代替p型GaN波導(dǎo)層7。
InGaN光滑層61的成分和薄膜厚度與在第六實(shí)施例中解釋的相同。上述結(jié)構(gòu)可獲得與第三和第六實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。特別是，在具有阻擋層31的第八實(shí)施例中，通過(guò)增大有源層6的有效折射系數(shù)，增大了有源層6的等效折射系數(shù)，擴(kuò)大了有源層6和阻擋層31之間折射系數(shù)的差異。結(jié)果，基本的橫向模得以穩(wěn)定，并減小了像散差異，從而可以實(shí)現(xiàn)適于光學(xué)系統(tǒng)的激光器。
(第九實(shí)施例)接著將解釋第九實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。圖13是示出藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖，而圖14是示出變更的剖面圖。在這些圖中，將與圖4相同的標(biāo)號(hào)添加到為圖4共有的部分，并省略具體的解釋。于是，只介紹與圖4不同的部分。
與具有埋藏內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)的第四實(shí)施例比較，如圖13所示，省略了In0.1Ga0.9N光滑層42。然后，在p型AlGaN包層8和p型GaN波導(dǎo)層7之間形成包含In的GaInAlN序列材料的InGaN光滑層61，這與第六實(shí)施例相同?；蛘?，如圖14所示，形成InGaN光滑層61代替p型GaN波導(dǎo)層7。
InGaN光滑層61的成分和薄膜厚度與在第六實(shí)施例中解釋的相同。上述結(jié)構(gòu)可獲得與第四和第六實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。
(第十實(shí)施例)
接著將解釋第十實(shí)施例的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。圖15是示出藍(lán)色半導(dǎo)體激光器示意結(jié)構(gòu)的剖面圖，而圖16是示出變更的剖面圖。在這些圖中，將與圖5相同的標(biāo)號(hào)添加到為圖5共有的部分，并省略具體的解釋。于是，只介紹與圖5不同的部分。
與具有內(nèi)部條狀結(jié)構(gòu)的第五實(shí)施例比較，如圖15所示，省略了In0.1Ga0.9N光滑層42。然后，形成包含In的GaInAlN序列材料的InGaN光滑層61代替p型GaN波導(dǎo)層7，這與第六實(shí)施例相同。
InGaN光滑層61的成分和薄膜厚度與在第六實(shí)施例中解釋的相同。上述結(jié)構(gòu)可獲得與第五和第六實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。特別是，在具有阻擋層51的第十實(shí)施例中，與第三實(shí)施例相同，基本的橫向模得以穩(wěn)定，并減小了像散差異，從而可以實(shí)現(xiàn)適于光學(xué)系統(tǒng)的激光器。如圖16所示，根據(jù)本實(shí)施例，不用說(shuō)，可用InGaN阻擋層52代替AlGaN阻擋層51。
(其它實(shí)施例)(p側(cè)電極結(jié)構(gòu))在上述第一到第十實(shí)施例中，在形成p側(cè)電極過(guò)程中，蒸發(fā)Pt/Ti/Pt/Au以形成Pt/TiN/Pt/Au的分層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明并不限制于這些實(shí)施例。代替Ti和Au之間的Pt，可形成多個(gè)導(dǎo)電層或單個(gè)Ni或Mo。原因在于，Ni和Mo具有如Pt一樣高的耐干腐蝕性，而且它們適合于干腐蝕處理。存在這樣一種情況，其中在電極布線(xiàn)中需要具有多個(gè)導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)。Ti阻止每一導(dǎo)電層的材料向下擴(kuò)散。Au或Al較適于用作p側(cè)電極的頂部。Au適合于運(yùn)用Au絲的布線(xiàn)裝配，而且這可以防止p側(cè)電極的表面氧化。也可將Al用于布線(xiàn)裝配。此外，與p型GaN接觸層接觸的金屬層不局限于Pt，而可以是另一個(gè)金屬層，例如Pd或Ni。在這種情況下，金屬層的厚度最好減薄到50nm或更小。
(N側(cè)電極結(jié)構(gòu))在第一至第十實(shí)施例中，用Ti/Au制成n側(cè)電極。然而，本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例?？捎肁l/Ti/Au制成n側(cè)電極。如果在形成n電極后，沒(méi)有400℃或更高溫度的加熱過(guò)程的處理，那么Al/Ti/Au結(jié)構(gòu)具有較低的接觸電阻。
(相關(guān)發(fā)明)以下將解釋與上述本發(fā)明相關(guān)的發(fā)明。為了向GaN序列的p型半導(dǎo)體提供電流，形成鈀(Pd)或Pt和Ti各含1％或更多的p型半導(dǎo)體層。因此，改進(jìn)了工作電壓的減小和加熱值的控制。此外，防止了由構(gòu)成元素的電傳導(dǎo)引起的擴(kuò)散，從而提高了可靠性。
例如，為了向六角形晶體結(jié)構(gòu)的III-V族復(fù)合半導(dǎo)體器件的p型半導(dǎo)體層提供電流，形成包含每一種1％或更多的Pd或Pt和Ti的p型半導(dǎo)體層。因此，增大了實(shí)際電極接觸面積，而且將電極電阻減小到大約10-5Ωcm2。此外，在離GaN序列的半導(dǎo)體表面淺的該區(qū)域中形成的層包括Ti和N的組合。結(jié)果，形成了穩(wěn)定的防擴(kuò)散層，而且可以抑制在通電時(shí)出現(xiàn)的元素?cái)U(kuò)散，并可阻止器件的劣化。
此外，將p型半導(dǎo)體層構(gòu)造成GaxInyAlzN(0≤x，y，z≤1，和x+y+z＝1)半導(dǎo)體。因此，可以將對(duì)于每一種包含1％或更多的Pd或Pt和Ti的p型半導(dǎo)體層的電極電阻減小到10-6Ωcm2。此外，在具有Pd或Pt(達(dá)到10nm或更少)、Ti(達(dá)到50nm或更少)和電極金屬的半導(dǎo)體器件中，可以形成厚度為20nm或更小并每一種包含1％或更多的在300℃或更高溫度的熱處理中具有化學(xué)強(qiáng)力組合的Pd或Pt和Ti的p型半導(dǎo)體層。其中，Pd或Pt形成在六角形晶體結(jié)構(gòu)的III-V族復(fù)合半導(dǎo)體器件的p型半導(dǎo)體層的表面，在其上形成Ti，再在其上形成向p型半導(dǎo)體層提供電流的電極金屬。
(其它)本發(fā)明和相關(guān)發(fā)明不局限于第一至第十實(shí)施例。半導(dǎo)體層的成分及厚度可作各種改變，而且可以相反地制成導(dǎo)電率。此外，可將本發(fā)明應(yīng)用于諸如受光器件的電子器件和除了發(fā)光器件外的晶體管。
對(duì)于那些熟悉本技術(shù)的人員來(lái)說(shuō)，容易獲得附加的優(yōu)點(diǎn)及變更。因此，在更廣的方面，本發(fā)明不局限于這里所述的具體細(xì)節(jié)和各個(gè)器件。相應(yīng)地，在不偏離由權(quán)利要求書(shū)及它們的等同文件定義的總發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍的條件下，可以做各種變更。
權(quán)利要求
1.一種具有氮化鎵序列(Gax1Iny1Alz1N，x1+y1+z1＝1，0≤x1，y1，z1≤1)復(fù)合半導(dǎo)體的氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于包括襯底；半導(dǎo)體層，它在所述襯底上形成；n型半導(dǎo)體層，它在所述半導(dǎo)體層上形成，具有至少一個(gè)n型包層；有源層，它在所述n型半導(dǎo)體層上形成；p型半導(dǎo)體層，它在所述有源層上形成，具有至少一個(gè)p型包層；Gax2Iny2Alz2N(x2+y2+z2＝1，0≤x2，z2≤1，0＜y2≤1)的光滑層，它在所述p型半導(dǎo)體層或所述有源層上形成；p型接觸層，它在所述p型半導(dǎo)體層上形成，具有添加的p型雜質(zhì)；p側(cè)電極，它在所述p型接觸層上形成；和n側(cè)電極，它在所述n型半導(dǎo)體層或襯底上形成。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，所述有源層是多量子阱結(jié)構(gòu)，它具有至少由Gax3Iny3Alz3N制成的阱層(x3+y3+z3＝1，0≤x3，y3，z3≤1)和Gax4Iny4Alz4N(x4+y4+z4＝1，0≤x4，y4，z4≤1)制成的勢(shì)壘層，它們是交替成層的。
3.一種具有氮化鎵序列(Gax1Iny1Alz1N，x1+y1+z1＝1，0≤x1，y1，z1≤1)復(fù)合半導(dǎo)體的氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于包括襯底；半導(dǎo)體層，它在所述襯底上形成；n型半導(dǎo)體層，它在所述半導(dǎo)體層上形成，具有至少一個(gè)n型包層；有源層，它在所述n型半導(dǎo)體層上形成；p型半導(dǎo)體層，它在所述有源層上形成，具有至少一個(gè)p型包層；Gax2Iny2Alz2N(x2+y2+z2＝1，0≤x2，z2≤1，0＜y2≤1)的光滑層，它在所述p型半導(dǎo)體層或所述有源層上形成；p型接觸層，它在所述p型半導(dǎo)體層上形成，具有添加的p型雜質(zhì)；合金層，它由Pt半導(dǎo)體制成，在所述p型接觸層的表面上有選擇地形成；p側(cè)電極，它包括有在所述合金層上形成的Pt層、在其上包括TiN的Ti層和在其上Ti層構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)；和n側(cè)電極，它在所述n型半導(dǎo)體層或襯底上形成。
4.如權(quán)利要求3所述的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，通過(guò)第二Pt層在所述Ti層上形成Au層。
5.如權(quán)利要求3所述的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，所述p型接觸層包括碳，而且在包含TiN的Ti層和所述Pt層之間的邊界的碳濃度比所述p型接觸層的碳濃度高。
6.如權(quán)利要求3所述的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，所述p型接觸層包括碳和氧，而且在包含TiN的Ti層和所述Pt層之間的邊界的碳濃度比所述p型接觸層的碳濃度高，而所述邊界的氧濃度比所述p型接觸層的氧濃度高。
7.如權(quán)利要求3所述的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，所述p型接觸層包括氫，而且在所述第二Pt層和所述Au層之間的邊界的氫濃度比所述p型接觸層的氫濃度高。
8.如權(quán)利要求3所述的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，所述n側(cè)電極具有Ti層和Au層依次形成的層疊結(jié)構(gòu)。
9.一種具有氮化鎵序列(Gax1Iny1Alz1N，x1+y1+z1＝1，0≤x1，y1，z1≤1)復(fù)合半導(dǎo)體的氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于包括襯底；半導(dǎo)體層，它在所述襯底上形成；n型半導(dǎo)體層，它在所述半導(dǎo)體層上形成，具有至少一個(gè)n型包層；有源層，它在所述n型半導(dǎo)體層上形成，具有多量子阱結(jié)構(gòu)，其中多量子阱結(jié)構(gòu)具有至少由Gax3Iny3Alz3N制成的阱層(x3+y3+z3＝1，0≤x3，y3，z3≤1)和Gax4Iny4Alz4N(x4+y4+z4＝1，0≤x4，y4，z4≤1)制成的勢(shì)壘層，它們是交替成層的；p型半導(dǎo)體層，它在所述有源層上形成，具有至少一個(gè)p型包層；Gax2Iny2Alz2N(x2+y2+z2＝1，0≤x2，z2≤1，0＜y2≤1)的光滑層，它在所述p型半導(dǎo)體層上形成；p型接觸層，它在所述p型半導(dǎo)體層上形成，具有添加的p型雜質(zhì)；p側(cè)電極，它在所述p型接觸層上形成；和n側(cè)電極，它在所述n型半導(dǎo)體層或襯底上形成，其中當(dāng)In成分y2比所述阱層的In成分y3低時(shí)，形成的所述Gax2Iny2Alz2N光滑層其厚度比所述阱層的厚。
10.如權(quán)利要求9所述的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，所述p型接觸層具有合金層，它是由在接觸層上有選擇地形成的Pt半導(dǎo)體制成，而且所述p側(cè)電極具有層疊結(jié)構(gòu)，它是由在所述合金層上形成的Pt層、在其上包含TiN的Ti層和在其上的Ti層制成的。
11.如權(quán)利要求9所述的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，形成的所述Gax2Iny2Alz2N光滑層，其厚度比所述阱層的厚，而且當(dāng)In成分y2比所述阱層的In成分y3低時(shí)，p型載流子濃度為1×1018cm-3或更高。
12.一種具有氮化鎵序列(Gax1Iny1Alz1N，x1+y1+z1＝1，0≤x1，y1，z1≤1)復(fù)合半導(dǎo)體的氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于包括襯底；半導(dǎo)體層，它在所述襯底上形成；n型半導(dǎo)體層，它在所述半導(dǎo)體層上形成，具有至少一個(gè)n型包層；有源層，它在所述n型半導(dǎo)體層上形成，具有多量子阱結(jié)構(gòu)，其中多量子阱結(jié)構(gòu)具有至少由Gax3Iny3Alz3N制成的阱層(x3+y3+z3＝1，0≤x3，y3，z3≤1)和Gax4Iny4Alz4N(x4+y4+z4＝1，0≤x4，y4，z4≤1)制成的勢(shì)壘層，它們是交替成層的；p型半導(dǎo)體層，它在所述有源層上形成，具有至少一個(gè)p型包層；Gax2Iny2Alz2N(x2+y2+z2＝1，0≤x2，z2≤1，0＜y2≤1)的光滑層，它在所述p型半導(dǎo)體層上形成；p型接觸層，它在所述p型半導(dǎo)體層上形成，具有添加的p型雜質(zhì)；p側(cè)電極，它在所述p型接觸層上形成；和n側(cè)電極，它在所述n型半導(dǎo)體層或襯底上形成，其中當(dāng)In成分y2比所述阱層的In成分y3高時(shí)，形成的所述Gax2Iny2Alz2N光滑層其厚度比所述阱層的薄。
13.如權(quán)利要求12所述的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，所述p型接觸層具有合金層，它是由在接觸層表面上有選擇地形成的Pt半導(dǎo)體制成的，而且所述p側(cè)電極具有層疊結(jié)構(gòu)，它是由在所述合金層上形成的Pt層、在其上包含TiN的Ti層和在其上的Ti層制成的。
14.一種具有氮化鎵序列(Gax1Iny1Alz1N，x1+y1+z1＝1，0≤x1，y1，z1≤1)復(fù)合半導(dǎo)體的氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于包括襯底；半導(dǎo)體層，它在所述襯底上形成；n型包層，它在所述半導(dǎo)體層上形成；n型波導(dǎo)層，它在所述n型包層上形成；有源層，它在所述n型波導(dǎo)層上形成；p型波導(dǎo)層，它在所述有源層上形成，具有條狀脊；阻擋層，它在沿著所述p型波導(dǎo)層脊的側(cè)面部分上有選擇地形成；Gax2Iny2Alz2N(x2+y2+z2＝1，0≤x2，z2≤1，0＜y2≤1)的光滑層，它在所述阻擋層和所述p型波導(dǎo)層的所述脊上形成；p型包層，它在所述Gax2Iny2Alz2N光滑層上形成；p型接觸層，它在所述p型包層上形成，具有添加的p型雜質(zhì)；p側(cè)電極，它在所述p型接觸層上形成；和n側(cè)電極，它在所述n型半導(dǎo)體層或襯底上形成，其中所述阻擋層由Gax5Iny5Alz5N(x5+y5+z5＝1，0≤x5，y5≤1，0＜z5≤1)制成。
15.如權(quán)利要求14所述的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，所述有源層是多量子阱結(jié)構(gòu)，它具有至少由Gax3Iny3Alz3N制成的阱層(x3+y3+z3＝1，0≤x3，y3，z3≤1)和Gax4Iny4Alz4N(x4+y4+z4＝1，0≤x4，y4，z4≤1)制成的勢(shì)壘層，它們是交替成層的。
16.如權(quán)利要求14所述的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，所述p型接觸層具有合金層，它是由在接觸層表面上有選擇地形成的Pt半導(dǎo)體制成的，而且所述p側(cè)電極具有層疊結(jié)構(gòu)，它是由在所述合金層上形成的Pt層、在其上包含TiN的Ti層和在其上的Ti層制成的。
17.一種具有氮化鎵序列(Gax1Iny1Alz1N，x1+y1+z1＝1，0≤x1，y1，z1≤1)復(fù)合半導(dǎo)體的氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于包括襯底；半導(dǎo)體層，它在所述襯底上形成，n型包層，它在所述半導(dǎo)體層上形成；n型波導(dǎo)層，它在所述n型包層上形成；有源層，它在所述n型波導(dǎo)層上形成；p型波導(dǎo)層，它在所述有源層上形成，具有條狀脊；阻擋層，它在沿著所述p型波導(dǎo)層脊的側(cè)面部分上形成；Gax2Iny2Alz2N(x2+y2+z2＝1，0≤x2，z2≤1，0＜y2≤1)的光滑層，它在所述阻擋層和所述p型導(dǎo)電層的所述脊上形成；p型包層，它在所述Gax2Iny2Alz2N光滑層上形成；p型接觸層，它在所述p型包層上形成，具有添加的p型雜質(zhì)；p側(cè)電極，它在所述p型接觸層上形成；和n側(cè)電極，它在所述n型半導(dǎo)體層或襯底上形成，其中所述阻擋層由Gax5Iny5Alz5N(x5+y5+z5＝1，0≤x5，z5≤1，0＜y5≤1)制成。
18.如權(quán)利要求17所述的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，所述有源層是多量子阱結(jié)構(gòu)，它具有至少由Gax3Iny3Alz3N制成的阱層(x3+y3+z3＝1，0≤x3，y3，z3≤1)和Gax4Iny4Alz4N(x4+y4+z4＝1，0≤x4，y4，z4≤1)制成的勢(shì)壘層，它們是交替成層的。
19.如權(quán)利要求17所述的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，所述p型接觸層具有合金層，它是由在接觸層表面上有選擇地形成的Pt半導(dǎo)體制成的，而且所述p側(cè)電極具有層疊結(jié)構(gòu)，它是由在所述合金層上形成的Pt層、在其上包含TiN的Ti層和在其上的Ti層制成的。
全文摘要
高可靠性氮化鎵序列的復(fù)合半導(dǎo)體發(fā)光器件可用低門(mén)限電流和低工作電壓操作而不劣化性能。它包括具有高載流子濃度容易形成低電阻p側(cè)電極并均勻有效地將載流子注入有源層的p型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。將摻Mg的p電極接觸層用作p型半導(dǎo)體層。在源層上至少形成Ga
文檔編號(hào)H01S5/323GK1176498SQ9711828
公開(kāi)日1998年3月18日 申請(qǐng)日期1997年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月6日
發(fā)明者小野村正明, 板谷和彥, 波多腰玄一 申請(qǐng)人:東芝株式會(huì)社