專利名稱：Iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用了III族氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
近年來，作為下一代高密度光盤用光源，對輸出藍(lán)紫色光的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的要求提高，且由作為禁帶寬度為1.9eV～6.2eV的直接轉(zhuǎn)變型半導(dǎo)體的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光裝置的研究開發(fā)正在盛行。
在由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光裝置中的激光裝置中，為了加強(qiáng)光的封閉并且抑制鎂(Mg)從p型包層向活性層的擴(kuò)散，而采用在活性層和p型包層之間設(shè)置光導(dǎo)向?qū)蛹爸虚g層的結(jié)構(gòu)。進(jìn)而，為抑制電子從活性層向p型包層的溢出，而在p型包層的正下方設(shè)置由電子親和力比中間層及p型包層小的材料構(gòu)成的電子阻擋層。為了實(shí)現(xiàn)可靠性高的藍(lán)紫激光裝置而需要降低閾值電流，因此，充分抑制電子從活性層的溢出是重要的。
下面，對現(xiàn)有的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置進(jìn)行說明。圖10是表示現(xiàn)有的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
如同圖所示，現(xiàn)有的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置具備在藍(lán)寶石襯底101上外延生長的n型接觸層102；設(shè)于n型接觸層102上的n型包層103；設(shè)于n型包層103上的未摻雜n側(cè)光導(dǎo)向?qū)?04；設(shè)于未摻雜n側(cè)光導(dǎo)向?qū)?04上的多量子阱(MQW)活性層105；設(shè)于MQW活性層105上的未摻雜p側(cè)光導(dǎo)向?qū)?06；設(shè)于未摻雜p側(cè)光導(dǎo)向?qū)?06上的未摻雜第一中間層107a；設(shè)于未摻雜第一中間層107a上的未摻雜第二中間層107b；設(shè)于未摻雜第二中間層107b上的p型電子阻擋層108；設(shè)于p型電子阻擋層108上且具有凸部的p型包層109；設(shè)于p型包層109的凸部上的p型接觸層110。另外，現(xiàn)有的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置具備將n型接觸層102的上面一部分及n型包層103、未摻雜n側(cè)光導(dǎo)向?qū)?04、MQW活性層105、未摻雜p側(cè)光導(dǎo)向?qū)?06、未摻雜第一中間層107a、未摻雜第二中間層107b、p型電子阻擋層108、p型包層109及p型接觸層110的側(cè)面覆蓋的絕緣膜111；設(shè)于p型接觸層110上的p側(cè)電極112；設(shè)于n型接觸層102上的n側(cè)電極113(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
其次，對電子阻擋層的電子溢出抑制效果進(jìn)行說明。
圖11是如圖10所示的現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光裝置的主要部分的傳導(dǎo)帶帶圖的示意圖。p型電子阻擋層108由電子親和力比中間層107a、107b小的材料構(gòu)成，且能夠通過傳導(dǎo)帶端的勢壘抑制電子向p型包層109溢出。
專利文獻(xiàn)1日本特開2003-289176號公報(bào)但是，由于在III族氮化物類材料中晶格應(yīng)變所造成的壓電極化的影響大，因此，也需要注意中間層的晶格應(yīng)變。
圖12是表示未摻雜第二中間層107b的a軸方向的晶格緩和時的晶格常數(shù)和p型電子阻擋層108的a軸方向的晶格緩和時的晶格常數(shù)的差Δa0、與通過壓電效應(yīng)而在未摻雜第二中間層107b和p型電子阻擋層108的界面感應(yīng)的固定電荷σ的關(guān)系的計(jì)算結(jié)果的圖。在此，固定電荷σ及Δa0是p型電子包層108由具有與GaN相同的a軸方向的晶格常數(shù)且內(nèi)包有應(yīng)變的Al0.18Ga0.82N構(gòu)成的情況的值。從該結(jié)果可知，固定電荷σ隨Δa0增大而單調(diào)增加。
圖13是以固定電荷σ為參數(shù)來計(jì)算電子阻擋層108周邊的傳導(dǎo)帶帶圖而得到的結(jié)果?？梢灾?，傳導(dǎo)帶端的勢壘隨固定電荷σ的增大而降低，可能容易引起電子的溢出。
此外，這種不良情況也可能在具備包層的類型的LED(Light EmittingDiode)中產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種閾值電流低、且具有高的可靠性的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其具備襯底；n型氮化物半導(dǎo)體層，其設(shè)于所述襯底上，由含有n型雜質(zhì)的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，且具有n型包層；活性層，其設(shè)于所述n型氮化物半導(dǎo)體層上，帶隙能量比所述n型包層小，且生成光；中間層，其設(shè)于所述活性層上或上方，且由AlxGa1-x-yInyN(0＜x＜1、0＜y＜1、x+y＜1)構(gòu)成；電子阻擋層，其設(shè)于所述中間層上，且由電子親和力比所述中間層小的p型III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成；p型氮化物半導(dǎo)體層，其設(shè)于所述電子阻擋層上，由含有p型雜質(zhì)的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，且具有帶隙能量比所述活性層大的p型包層。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于中間層由AlxGa1-x-yInyN構(gòu)成，因此，通過調(diào)節(jié)各元素的混合率，能夠防止電子溢出的產(chǎn)生，且能夠降低閾值。
所述電子阻擋層也可以由AlxbGa1-xbN(0≤xb≤1)構(gòu)成。
特別是，通過將所述中間層的a軸方向的晶格緩和狀態(tài)的晶格常數(shù)、和所述電子阻擋層的a軸方向的晶格緩和狀態(tài)的晶格常數(shù)之差用所述電子阻擋層的晶格緩和狀態(tài)的晶格常數(shù)除而得到的值為0.4％以下，可降低因壓電極化而在中間層和電子阻擋層的界面產(chǎn)生的固定電荷。因此，可實(shí)現(xiàn)閾值低的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
另外，由于通過所述中間層的帶隙能量Eg滿足Eg≥3.2eV，來抑制中間層內(nèi)的載流子的消耗，因此，能夠?qū)㈤撝惦娏鱅th抑制為較小。
另外，通過所述中間層的電子親和力x滿足x≥3.35eV，能夠抑制電子的溢出。
作為III族氮化物半導(dǎo)體裝置的例，可列舉發(fā)出藍(lán)紫色光的半導(dǎo)體激光裝置或半導(dǎo)體LED等。
(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置，可降低閾值電流，并且可穩(wěn)定地長時間動作。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置的帶圖的圖；圖3是表示在半導(dǎo)體激光裝置中假定由具有與GaN相同的a軸方向的晶格常數(shù)且內(nèi)含有應(yīng)變的Al0.18Ga0.82N構(gòu)成的電子阻擋層，并計(jì)算中間層的電子親和力x和溢出到p型包層的電子密度n的關(guān)系而得到的結(jié)果的圖；圖4是表示在半導(dǎo)體激光裝置中假定由具有與GaN相同的a軸方向的晶格常數(shù)且內(nèi)含有應(yīng)變的Al0.18Ga0.82N構(gòu)成的電子阻擋層，并計(jì)算因壓電效應(yīng)而在中間層和電子阻擋層的界面感應(yīng)的固定電荷σ和閾值電流Ith的關(guān)系而得到的結(jié)果的圖；圖5是表示在半導(dǎo)體激光裝置中假定由具有與GaN相同的a軸方向的晶格常數(shù)且內(nèi)含有應(yīng)變的Al0.18Ga0.82N構(gòu)成的電子阻擋層，并計(jì)算中間層的禁帶寬度Eg和閾值電流Ith的關(guān)系而得到的結(jié)果的圖；圖6是表示在半導(dǎo)體激光裝置中假定由具有與GaN相同的a軸方向的晶格常數(shù)且內(nèi)含有應(yīng)變的Al0.18Ga0.82N構(gòu)成的電子阻擋層，并計(jì)算中間層的電子親和力x和閾值電流Ith的關(guān)系而得到的結(jié)果的圖；圖7是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置和現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光裝置中，注入電流-光輸出(I-L)特性的測定結(jié)果的圖；圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置的通電試驗(yàn)的結(jié)果的圖；圖9(a)～(d)是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置的制造方法的剖面圖；圖10是表示現(xiàn)有的III族氮化物半導(dǎo)體激光裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖11是表示如圖10所示的現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光裝置的主要部分的傳導(dǎo)帶帶圖的圖；圖12是表示未摻雜第二中間層的a軸方向的晶格緩和時的晶格常數(shù)和p型電子阻擋層的a軸方向的晶格緩和時的晶格常數(shù)的差Δa0、與因壓電效應(yīng)而在未摻雜第二中間層和p型電子阻擋層的界面感應(yīng)的固定電荷σ的關(guān)系的計(jì)算結(jié)果的圖；圖13是在現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光裝置中以固定電荷σ為參數(shù)來計(jì)算電子阻擋層周邊的傳導(dǎo)帶帶圖而得到的結(jié)果。
符號說明1 襯底2 n型接觸層3 n型包層
4 n側(cè)光導(dǎo)向?qū)? MQW活性層6 p側(cè)光導(dǎo)向?qū)? 中間層8 電子阻擋層9 p型包層10 p型接觸層11、50、60 絕緣膜12 p側(cè)電極13 n側(cè)電極具體實(shí)施方式
(實(shí)施方式)參照圖1說明本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。另外，圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置的帶圖的圖。
如圖1所示，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光裝置例如具備由藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底1、和依次設(shè)于襯底1上的由GaN構(gòu)成的低溫緩沖層(未圖示)；由n型III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的n型接觸層2；由n型III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的n型包層3；由n型III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的n側(cè)光導(dǎo)向?qū)?；由未摻雜的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，且?guī)赌芰勘萵型包層3小的多量子阱(MQW)活性層5；由未摻雜的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的p側(cè)光導(dǎo)向?qū)?；由AlxGa1-x-yInyN(0＜x＜1、0＜y＜1、x+y＜1)構(gòu)成的中間層7；由電子親和力比中間層7小的p型III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的電子阻擋層8；由帶隙能量比MQW活性層5大的p型III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，且具有凸部的p型包層9；及由p型III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的p型接觸層10。另外，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置具備從n型接觸層2的上面的一部分、n型包層3、n側(cè)光導(dǎo)向?qū)?、MQW活性層5、p側(cè)光導(dǎo)向?qū)?、及中間層7的側(cè)面覆蓋到p型接觸層10的側(cè)面的絕緣膜11；形成于n型接觸層2上面上的n側(cè)電極13；形成于p型接觸層10上的p側(cè)電極12。n側(cè)光導(dǎo)向?qū)?及p側(cè)光導(dǎo)向?qū)?為加強(qiáng)光在MQW活性層5中的封閉而設(shè)置。不過，由于p型雜質(zhì)容易擴(kuò)散，因此，p側(cè)光導(dǎo)向?qū)?也起到防止p型包層9中含有的p型雜質(zhì)擴(kuò)散到MQW活性層5中的作用。
在圖2所示的本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置中，n型接觸層2由厚度為4μm、雜質(zhì)濃度為1×1018cm-3的n型GaN構(gòu)成，n型包層3由厚度為1.2μm、雜質(zhì)濃度為5×1017cm-3的Al0.05Ga0.95N構(gòu)成，n側(cè)光導(dǎo)向?qū)?通過疊層厚度約為90nm、雜質(zhì)濃度為1×1017cm-3的n型GaN層和厚度約為7.5nm的Ga0.98In0.02N層而構(gòu)成。MQW活性層5通過交替疊層由厚度約為3nm的Ga0.9In0.1N構(gòu)成的共計(jì)三層應(yīng)變量子阱和由厚度約為7.5nm的Ga0.98In0.02N構(gòu)成的共計(jì)二層阻擋層而成。p側(cè)光導(dǎo)向?qū)?由厚度約為80nm的Ga0.98In0.02N構(gòu)成，中間層7由厚度約為20nm的Al0.15Ga0.82In0.03N構(gòu)成，電子阻擋層8由厚度約為10nm、雜質(zhì)濃度約為1×1019cm-3的p型Al0.18Ga0.82N構(gòu)成，p型包層9由厚度約為0.5μm、雜質(zhì)濃度約為1×1019cm-3的p型Al0.05Ga0.95N構(gòu)成。另外，p型接觸層10由厚度約為50nm、雜質(zhì)濃度約為1×1020cm-3的p型GaN構(gòu)成。在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置中，若電流從p側(cè)電極12流向n側(cè)電極13，則在MQW活性層5內(nèi)生成藍(lán)紫色的光，并從MQW活性層5的端面輸出藍(lán)紫色的激光。
本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的特征在于，中間層7由III族氮化物半導(dǎo)體的四元混合晶AlGaInN構(gòu)成。因此，可將電子親和力或晶格緩和狀態(tài)的與電子阻擋層8的晶格常數(shù)的差等設(shè)定為適當(dāng)?shù)闹?，降低電子從MQW活性層5的溢出。另外，也可以降低閾值電流。
特別是在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置中，若將中間層7的a軸方向的晶格緩和時的晶格常數(shù)和電子阻擋層8的a軸方向的晶格緩和時的晶格常數(shù)之差設(shè)為Δa0，則Δa0為0.4％以下。由此，由于能夠?qū)⒃谥虚g層7和電子阻擋層8的界面產(chǎn)生的壓電極化抑制為較小，因此，可降低固定電荷σ的產(chǎn)生，且可降低裝置的閾值電流。其中，Δa0用{(中間層7的晶格緩和狀態(tài)的晶格常數(shù))-(電子阻擋層8的晶格緩和狀態(tài)的晶格常數(shù))}×(電子阻擋層8的晶格緩和狀態(tài)的晶格常數(shù))求出。
另外，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置中，中間層7的帶隙能量(禁帶寬度)Eg為3.2eV以上。由此，由于抑制中間層7內(nèi)的載流子的消耗，因此，可將閾值電流Ith抑制為較小。
另外，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置中，中間層7的電子親和力x為3.35eV以上，中間層7和電子阻擋層8之間的傳導(dǎo)帶端的能量勢壘為0.25eV以上。因此，可抑制電子從MQW活性層5的溢出，且能夠以低的閾值電流穩(wěn)定地動作。
下面對如上所述設(shè)定中間層7的組成的理由進(jìn)行說明。
圖3是表示在半導(dǎo)體激光裝置中假定由具有與GaN相同的a軸方向的晶格常數(shù)且內(nèi)含有應(yīng)變的Al0.18Ga0.82N構(gòu)成的電子阻擋層，并計(jì)算中間層的電子親和力x和溢出到p型包層的電子密度n的關(guān)系而得到的結(jié)果的圖。
從該結(jié)果可知，GaN的電子親和力為3.3eV，通過設(shè)為其以上的電子親和力能夠大幅降低電子溢出。若由AlGaInN構(gòu)成中間層，則能夠在抑制了壓電極化的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)x＞3.3eV，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低的閾值電流且可靠性高的藍(lán)紫激光。與此相對，在由現(xiàn)有的三元混合晶的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成中間層時，不能抑制壓電極化的產(chǎn)生，且不能滿足x＞3.3eV的條件。
圖4是表示在半導(dǎo)體激光裝置中假定由具有與GaN相同的a軸方向的晶格常數(shù)且內(nèi)含有應(yīng)變的Al0.18Ga0.82N構(gòu)成的電子阻擋層，并計(jì)算因壓電效應(yīng)而在中間層和電子阻擋層的界面感應(yīng)的固定電荷σ和閾值電流Ith的關(guān)系而得到的結(jié)果的圖。從該結(jié)果可知，若σ＞3×1012cm-2，則Ith大幅增大。圖12表示了中間層的a軸方向的晶格常數(shù)和電子阻擋層的晶格常數(shù)之差Δa0、與固定電荷σ的關(guān)系，從同圖可知，σ＞3×1012cm-2的條件與Δa0＞0.4％相對應(yīng)。因此，通過將中間層的組成設(shè)定為Δa≤0.4％，可實(shí)現(xiàn)低的閾值電流。
圖5是表示在半導(dǎo)體激光裝置中假定由具有與GaN相同的a軸方向的晶格常數(shù)且內(nèi)含有應(yīng)變的Al0.18Ga0.82N構(gòu)成的電子阻擋層，并計(jì)算中間層的禁帶寬度Eg和閾值電流Ith的關(guān)系而得到的結(jié)果的圖。從該結(jié)果可知，Eg＜3.2eV時Ith增大。這是由于載流子在中間層被消耗。因此，通過將中間層的禁帶寬度Eg設(shè)為Eg≥3.2eV，可實(shí)現(xiàn)低的閾值電流。
圖6是表示在半導(dǎo)體激光裝置中假定由具有與GaN相同的a軸方向的晶格常數(shù)且內(nèi)含有應(yīng)變的Al0.18Ga0.82N構(gòu)成的電子阻擋層，并計(jì)算中間層的電子親和力x和閾值電流Ith的關(guān)系而得到的結(jié)果的圖。從該結(jié)果可知，隨著電子親和力x從3.3eV增大，Ith減小，在3.35eV以上時，Ith大致成為一定值。因此，通過將中間層的電子親和力x設(shè)為x≥3.35eV，可穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)低的閾值電流。
如上所述，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置，閾值電流抑制為較低，并且可靠性提高，從而可用于藍(lán)光盤用光源等各種用途。
圖7是表示在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置和現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光裝置中，注入電流-光輸出(I-L)特性的測定結(jié)果的圖。于是確認(rèn)了如下事實(shí)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置的在室溫下的閾值電流不足40mA時，閾值電流比現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光裝置低，發(fā)光效率也大幅提高。
另外，圖8是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置的通電試驗(yàn)的結(jié)果的圖。在此，表示在60℃時使用了100mW的脈沖電流的APC(AutomaticPower Control)通電試驗(yàn)的結(jié)果。在該試驗(yàn)中，若半導(dǎo)體激光裝置劣化，則脈沖電流Iop上升。從該結(jié)果可知，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置中，至少經(jīng)過1000小時后也未發(fā)現(xiàn)脈沖電流Iop的上升，從而本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置能夠在高溫下長時間穩(wěn)定地動作。
此外，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置中，也可以使用GaN襯底等半導(dǎo)體襯底來代替藍(lán)寶石襯底。該情況下，也可以將n側(cè)電極設(shè)置在襯底的背面上。另外，若構(gòu)成中間層的AlGaInN層中的各元素的組成比滿足上述條件，則并不特別限定于本實(shí)施方式所示的值。
另外，在本實(shí)施方式中對半導(dǎo)體激光裝置進(jìn)行了說明，但是，也可以將本實(shí)施方式的中間層的構(gòu)成應(yīng)用于具備活性層、n型包層、p型包層的LED。由此，可實(shí)現(xiàn)能夠長時間穩(wěn)定地動作且消耗電力低的LED。
此外，中間層7的厚度并不限定于上述的值。在本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置中，其性能幾乎不受中間層7的厚度左右。
另外，電子阻擋層8的構(gòu)成材料并不限定于Al0.18Ga0.82N，只要是電子親和力比AlxbGa1-xbN(0≤xb≤1)等的中間層7小的材料即可。
半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造方法下面說明本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置的制造方法。
圖9(a)～(d)是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置的制造方法的剖面圖。
首先，如圖9(a)所示，準(zhǔn)備由直徑約為51mm(2英寸)的藍(lán)寶石構(gòu)成的襯底1，用酸性水溶液清洗其表面。然后，將清洗后的襯底1例如保持在有機(jī)金屬氣相生長(MOVPE)裝置的反應(yīng)爐內(nèi)的接受器上，并對反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行排氣使其成真空。然后，將反應(yīng)爐內(nèi)設(shè)定為壓力約是300×133.322Pa(300Torr)的氫氣氣氛，并將溫度升溫到約1100℃，加熱襯底1，對襯底表面進(jìn)行約10分鐘的熱清洗。
然后，將反應(yīng)爐降溫到約500℃后，在襯底1上同時供給供給量約是25μmol/min的三甲基鎵(TMG)、供給量約是7.5L/min的氨(NH3)氣體、和由氫氣構(gòu)成的載流子氣體，由此使由厚度約是20nm的氮化鎵(GaN)構(gòu)成的低溫緩沖層(未圖示)在襯底1上生長。此時，作為V族元素供給源的氨氣體和作為III族供給源的TMG的供給量比的值約是6500。
然后，將反應(yīng)爐內(nèi)的溫度升溫到約1000℃，也供給作為n型摻雜劑的硅烷(SiH4)氣體，同時在低溫緩沖層(未圖示)上使由厚度約是4μm且硅(Si)雜質(zhì)濃度約是1×1018cm-3的n型GaN構(gòu)成的n型接觸層2生長。然后，在n型接觸層2上也供給作為III族原料的三甲基鋁(TMA)，同時使由厚度約是1.2μm且Si雜質(zhì)濃度約是5×1017cm-3的n型Al0.05Ga0.95N構(gòu)成的n型包層3在n型接觸層2上生長。
然后，在n型包層3上依次疊層厚度約是90nm、Si雜質(zhì)濃度約是1×1017cm-3的n型GaN、和厚度約是7.5nm的Ga0.98In0.02N，使n側(cè)光導(dǎo)向?qū)?生長。在此，Ga0.98In0.02N的生長在將反應(yīng)爐內(nèi)的溫度降溫到約800℃，并將載流子氣體從氫氣變更為氮?dú)夂筮M(jìn)行。另外，在In0.02Ga0.98N生長時，對III族原料供給三甲基銦(TMI)和TMG。
然后，在n側(cè)光導(dǎo)向?qū)?上交替疊層由厚度約是3nm的Ga0.9In0.1N構(gòu)成的合計(jì)三層應(yīng)變量子阱和由厚度約是7.5nm的Ga0.98In0.02N構(gòu)成的合計(jì)二層阻擋層，使多量子阱(MQW)活性層5生長。
然后，在MWQ活性層5上使由厚度約是80nm的Ga0.98In0.02N構(gòu)成的p側(cè)光導(dǎo)向?qū)?生長。
然后，在p側(cè)光導(dǎo)向?qū)?上使由厚度約是20nm的Al0.15Ga0.82In0.03N構(gòu)成的中間層7生長。
然后，將作為III族元素供給源的TMA及TMG、作為V族元素供給源的氨氣體、作為p型摻雜劑的雙環(huán)戊二烯基鎂(Cp2Mg)氣體供給到反應(yīng)爐內(nèi)，同時，在中間層7上使由厚度約是10nm、Mg雜質(zhì)濃度約是1×1019cm-3的p型Al0.18Ga0.82N構(gòu)成的電子阻擋層8生長。然后，在電子阻擋層8上使由厚度約是0.5μm、Mg雜質(zhì)濃度約是1×1019cm-3的p型Al0.05Ga0.95N構(gòu)成的p型包層9生長。p型包層9也可以由Al0.10Ga0.90N/GaN超晶格(SL)構(gòu)成。
然后，在p型包層9上使由厚度約是50nm、Mg雜質(zhì)濃度約是1×1020cm-3的p型GaN構(gòu)成的p型接觸層10生長。
然后，如圖9(b)所示，將生長到p型接觸層10的襯底1從反應(yīng)爐取出，并用有機(jī)溶劑清洗p型接觸層10的表面，進(jìn)而通過使用了氟酸類藥液的濕式蝕刻來清洗p型接觸層10的表面。然后，例如使用等離子體CVD法，在p型接觸層10的整個面上堆積由厚度約是0.1μm的二氧化硅(SiO2)構(gòu)成的絕緣膜50。然后，在絕緣膜50上通過光刻法形成與臺面(mesa)部的形狀對應(yīng)的規(guī)定形狀的抗蝕劑圖案(未圖示)，并以該抗蝕劑圖案為掩模，通過使用了例如氟酸類水溶液的濕式蝕刻在絕緣膜50上形成圖案。之后，以該規(guī)定形狀的絕緣膜50為掩模，進(jìn)行使用了例如氯(Cl2)氣體的干式蝕刻，直至n型接觸層2露出。通過該蝕刻，將n型接觸層2的上部、n型包層3、n側(cè)光導(dǎo)向?qū)?、MQW活性層5、p側(cè)光導(dǎo)向?qū)?、中間層7、電子阻擋層8、p型包層9及p型接觸層10構(gòu)圖為臺面形狀。
然后，如圖9(c)所示，通過使用了例如氟酸類水溶液的濕式蝕刻將作為蝕刻掩模使用的絕緣膜50除去。然后，再次使用例如等離子體CVD法，在襯底整個面上堆積由厚度約是0.2μm的二氧化硅(SiO2)構(gòu)成的絕緣膜60。然后，在絕緣膜60上通過光刻法形成與隆起部的形狀對應(yīng)的規(guī)定形狀的抗蝕劑圖案(未圖示)，并以該抗蝕劑圖案為掩模，通過使用了例如氟酸類水溶液的濕式蝕刻在絕緣膜60上形成圖案。之后，以該規(guī)定形狀的絕緣膜60為掩模，進(jìn)行使用了例如氯(Cl2)氣體的干式蝕刻，直至p型包層9的中途，從而形成隆起。p型包層9的殘留厚度通過對光放射角或紐結(jié)能級(kink level)的設(shè)計(jì)來決定。
然后，如圖9(d)所示，通過使用了例如氟酸類水溶液的濕式蝕刻將作為蝕刻掩模使用的絕緣膜除去。然后，再次使用例如等離子體CVD法，在襯底整個面上堆積由厚度約是0.2μm的二氧化硅(SiO2)構(gòu)成的絕緣膜11。之后，在該絕緣膜11上利用光刻法形成除去了n側(cè)電極形成區(qū)域的規(guī)定形狀的抗蝕劑圖案(未圖示)，并以該抗蝕劑圖案為掩模，通過使用了例如氟酸類水溶液的濕式蝕刻在絕緣膜11上形成圖案。之后，在殘留了抗蝕劑圖案的狀態(tài)下在襯底上面的整體上利用例如真空蒸鍍法依次形成鈦(Ti)膜及鋁(Al)膜，然后，將抗蝕劑圖案與形成于其上的Ti膜及Al膜一起除去。由此，形成通過絕緣膜11的開口且與n型接觸層2接觸的n側(cè)電極13。然后，進(jìn)行用于使n側(cè)電極13歐姆接觸的合金處理。
其次，利用同樣的方法除去隆起上部的絕緣膜11，使p型接觸層10露出，之后，與n側(cè)電極13同樣地，形成與p型接觸層10電連接的由鎳(Ni)和金(Au)的疊層體構(gòu)成的p側(cè)電極12。
其次，雖未圖示，不過通過劈開等形成激光元件的共振器結(jié)構(gòu)，然后，對劈開的共振器的各端面實(shí)施端面涂敷。在此，共振器長度例如為60μm，前側(cè)的端面反射率例如為10％，后側(cè)的端面反射率例如為95％。
通過以上的工序，形成由GaN類半導(dǎo)體構(gòu)成的本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置。
(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置可作為藍(lán)光盤用光源或照明用光源等應(yīng)用于各種用途。
權(quán)利要求
1.一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，具備襯底；n型氮化物半導(dǎo)體層，其設(shè)于所述襯底上，由含有n型雜質(zhì)的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，且具有n型包層；活性層，其設(shè)于所述n型氮化物半導(dǎo)體層上，帶隙能量比所述n型包層小，且生成光；中間層，其設(shè)于所述活性層上或上方，且由AlxGa1-x-yInyN(0＜x＜1、0＜y＜1、x+y＜1)構(gòu)成；電子阻擋層，其設(shè)于所述中間層上，且由電子親和力比所述中間層小的p型III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成；p型氮化物半導(dǎo)體層，其設(shè)于所述電子阻擋層上，由含有p型雜質(zhì)的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，且具有帶隙能量比所述活性層大的p型包層。
2.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述電子阻擋層由AlxbGa1-xbN(0≤xb≤1)構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，將所述中間層的a軸方向的晶格緩和狀態(tài)的晶格常數(shù)、和所述電子阻擋層的a軸方向的晶格緩和狀態(tài)的晶格常數(shù)之差用所述電子阻擋層的晶格緩和狀態(tài)的晶格常數(shù)除而得到的值為0.4％以下。
4.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述中間層的帶隙能量Eg滿足Eg≥3.2eV。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述中間層的電子親和力x滿足x≥3.35eV。
全文摘要
本發(fā)明提供一種閾值電流低、且具有高的可靠性的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置。本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置在活性層(5)和p型包層(9)之間具備由Al
文檔編號H01S5/22GK1967954SQ20061014640
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者杉浦勝己 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社