專利名稱：氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)1中，記載有一種紫外線發(fā)光元件。紫外線發(fā)光元件在波長360nm以下的紫外線區(qū)域的短波長區(qū)域內(nèi)于室溫進(jìn)行高效率發(fā)光。該紫外線發(fā)光元件具有于SiC襯底上含有形成交替結(jié)的Ina37Ala Jiia61N層及Inai6Alatl6Giia78N層的量子阱結(jié)構(gòu)。該量子阱結(jié)構(gòu)直接形成于Ala 40Ga0.6(1N層上?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利特開2001-237455號公報

發(fā)明內(nèi)容
專利文獻(xiàn)1中，InAKiaN層發(fā)揮緩沖層的作用，且具有與勢壘層相同的組成。該 InMGaN緩沖層作為勢壘層的延長而較厚地生長。另外，與量子阱結(jié)構(gòu)中形成于阱層之間的 InAKiaN勢壘層具有相同的組成，在該方面，InAKiaN層與覆蓋層不同。根據(jù)本發(fā)明人等的見解，在半極性氮化鎵(GaN)襯底上，滑移面(例如c面滑移面)為活性，故具有較大應(yīng)變的鄰接的半導(dǎo)體層通過晶格弛豫而釋放內(nèi)含的應(yīng)變。因此，在半極性氮化鎵襯底上，可生長與c面GaN襯底相比具有高Al含量的AKiaN。對該AKiaN引入錯配位錯而非龜裂，釋放應(yīng)變。在將高Al含量的AWaN利用于覆蓋層時，由ρ型及η型覆蓋層所夾持的核心半導(dǎo)體區(qū)域有可能相對于覆蓋層而產(chǎn)生晶格弛豫。由于高Al含量，故在覆蓋層的晶格常數(shù)與核心半導(dǎo)體區(qū)域的晶格常數(shù)的差較大時，會對覆蓋層與核心半導(dǎo)體區(qū)域的界面引入錯配位錯。覆蓋層是用于限制光而設(shè)置的，覆蓋層內(nèi)光的振幅變小。當(dāng)由覆蓋層的晶格常數(shù)與核心半導(dǎo)體區(qū)域的晶格常數(shù)之差所導(dǎo)致的錯配位錯形成于上述界面時，會因錯配位錯的光散射而引起光學(xué)損失。本發(fā)明的目的在于提供一種可使形成于非極性面上的發(fā)光元件中光限制性提高、 且可降低因位錯而導(dǎo)致的光學(xué)損失的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。本發(fā)明的一個方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件包括(a)包含六方晶系氮化鎵半導(dǎo)體的支撐基體；(b)包含第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體的第一覆蓋區(qū)域；(c)包含第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體的第二覆蓋區(qū)域；及(d)含有有源層及載流子阻擋層的核心半導(dǎo)體區(qū)域。 上述六方晶系氮化鎵半導(dǎo)體的c軸朝向與上述支撐基體的上述主面的法線軸不同的方向， 并且通過上述六方晶系氮化鎵半導(dǎo)體的C軸及上述支撐基體的上述法線軸所規(guī)定的平面沿預(yù)定的方向延伸，上述核心半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)置于上述第一覆蓋區(qū)域與上述第二覆蓋區(qū)域之間，上述核心半導(dǎo)體區(qū)域、上述第一覆蓋區(qū)域及上述第二覆蓋區(qū)域搭載于上述支撐基體的上述主面上，上述第一覆蓋區(qū)域含有AlGaN覆蓋層及IniUGaN覆蓋層，上述IniUGaN覆蓋層設(shè)置于上述AWaN覆蓋層與上述有源層之間，上述InMGaN覆蓋層與上述核心半導(dǎo)體區(qū)域形成結(jié)。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，在AKiaN覆蓋層與核心半導(dǎo)體區(qū)域之間設(shè)置有 InAlGaN覆蓋層，故為了提高AlGaN層的光限制性，可能要增大Al含量和/或增厚AlGaN層的膜厚。另外，由于將四元系IniUGaN應(yīng)用于覆蓋層，故含有AlGaN覆蓋層及IniUGaN覆蓋層的覆蓋區(qū)域可提供覆蓋所需的折射率和與核心半導(dǎo)體區(qū)域形成良好的結(jié)的晶格常數(shù)該兩者。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，上述第一覆蓋區(qū)域含有上述AlGaN覆蓋層與上述InAKkiN覆蓋層的界面，上述InAKkiN覆蓋層與上述AlGaN覆蓋層的界面處的錯配位錯密度大于上述核心半導(dǎo)體區(qū)域與上述第一覆蓋區(qū)域的界面處的錯配位錯密度。該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，InMGaN覆蓋層與AWaN覆蓋層的界面處的錯配位錯密度大于核心半導(dǎo)體區(qū)域與第一覆蓋區(qū)域的界面處的錯配位錯密度。這通過增大AWaN 層的Al含量和/或增厚InMGaN層的膜厚至由于錯配位錯密度的引入而使InMGaN覆蓋層產(chǎn)生晶格弛豫的程度，從而可提高整個第一覆蓋層的光限制性。另外該結(jié)構(gòu)中，核心半導(dǎo)體區(qū)域與第一覆蓋區(qū)域的界面通過InAKiaN層而從較大的錯配位錯密度的界面隔開。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在上述第一覆蓋區(qū)域中，上述InAKiaN覆蓋層與上述AlGaN覆蓋層的界面處的錯配位錯密度優(yōu)選為IXlO4cnT1以上。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，在將該位錯密度的位錯引入至上述界面時，在界面的一個半導(dǎo)體層中會產(chǎn)生晶格弛豫。產(chǎn)生晶格弛豫的程度的Al含量及膜厚的AWaN覆蓋層可提高光限制性。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，上述核心半導(dǎo)體區(qū)域與上述第一覆蓋區(qū)域的界面處的錯配位錯密度優(yōu)選低于IXlO4cnT1tj根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，可降低因錯配位錯的光散射而導(dǎo)致的光學(xué)損失。包含較薄半導(dǎo)體層的疊層的核心半導(dǎo)體區(qū)域含有共格 (coherent)生長的半導(dǎo)體層。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在上述第一覆蓋區(qū)域，上述AlGaN覆蓋層的 Al含量優(yōu)選為0. 05以上，且上述AlGaN覆蓋層的Al含量優(yōu)選為0. 2以下。當(dāng)Al含量為0. 05以上時，可使AlGaN覆蓋層相對于InAlGaN覆蓋層而產(chǎn)生弛豫。 過大的Al含量會提高AlGaN覆蓋層產(chǎn)生結(jié)晶質(zhì)量惡化的可能性、或者AlGaN覆蓋層朝相對于c軸偏離方向的垂直方向產(chǎn)生弛豫的可能性。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在上述第一覆蓋區(qū)域中，上述InAKiaN覆蓋層的厚度優(yōu)選為比上述AKiaN覆蓋層的厚度薄。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，可利用 AlGaN覆蓋層的光限制性。可避免因生長厚InMGaN而導(dǎo)致的處理量下降。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在上述第一覆蓋區(qū)域中，上述InAKiaN覆蓋層的帶隙優(yōu)選為上述AlGaN覆蓋層的帶隙以下。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，已產(chǎn)生晶格弛豫的AKiaN覆蓋層可提供一種四元InAKiaN覆蓋層無法實用性地采用的較大的帶隙。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在上述第一覆蓋區(qū)域中，上述InAKiaN覆蓋層的膜厚優(yōu)選為0. 05 μ m以上。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，過薄的InMGaN覆蓋層無法使InAKiaN覆蓋層與AlGaN覆蓋層的界面從核心半導(dǎo)體區(qū)域分隔開，此時，在該界面處會產(chǎn)生光學(xué)損失。另外，上述InAKiaN覆蓋層的膜厚優(yōu)選為0.3μπι以下。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，過厚的InAWaN對AWaN覆蓋層的光限制性的貢獻(xiàn)變小。
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在上述第一覆蓋區(qū)域中，上述InAKiaN覆蓋層的帶隙優(yōu)選為上述AKiaN覆蓋層的帶隙以上。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，即便較厚地生長InMGaNJi InMGaN覆蓋層與 AlGaN覆蓋層的界面從核心半導(dǎo)體區(qū)域分隔開，也可獲得整個覆蓋區(qū)域所需的光限制性。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在上述第一覆蓋區(qū)域中，上述InAKiaN覆蓋層的膜厚優(yōu)選為0. 05 μ m以上。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，較薄的InAKiaN層無法使 InAKiaN覆蓋層與AKiaN覆蓋層的界面從核心半導(dǎo)體區(qū)域分隔開，此時在該界面處會產(chǎn)生光學(xué)損失。另外，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，上述InAKiaN覆蓋層的膜厚優(yōu)選為 1. 0 μ m以下。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，膜厚上限1. 0 μ m對于無法增大生長速度的 IniUGaN也是實用的。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，優(yōu)選的是上述核心半導(dǎo)體區(qū)域含有第一光導(dǎo)層，上述第一光導(dǎo)層與上述第一覆蓋區(qū)域的上述InAKiaN覆蓋層形成結(jié)，上述第一覆蓋區(qū)域的上述InAKiaN覆蓋層中的InAKiaN固有的晶格常數(shù)處于上述核心半導(dǎo)體區(qū)域的上述第一光導(dǎo)層的氮化鎵基半導(dǎo)體中固有的晶格常數(shù)以下，上述第一覆蓋區(qū)域的上述InAKiaN 覆蓋層的晶格常數(shù)大于上述第一覆蓋區(qū)域的上述AWaN覆蓋層的晶格常數(shù)。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，InAlGaN覆蓋層的晶格常數(shù)大于AlGaN覆蓋層的晶格常數(shù)，且處于第一光導(dǎo)層中固有的晶格常數(shù)以下。在將位錯引入至AKiaN覆蓋層與 InAWaN覆蓋層的界面時，可避免第一光導(dǎo)層與InAKiaN覆蓋層的結(jié)上因位錯而產(chǎn)生光學(xué)損失。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，上述InMGaN覆蓋層優(yōu)選在c軸朝上述主面的投影方向上與上述第一光導(dǎo)層晶格匹配。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，第一光導(dǎo)層在 InMGaN覆蓋層上共格生長。另外，核心半導(dǎo)體區(qū)域在InMGaN覆蓋層上共格生長。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，優(yōu)選的是上述第一覆蓋區(qū)域具有η型導(dǎo)電性，且上述第一覆蓋區(qū)域的上述AlGaN覆蓋層與上述支撐基體的界面處的錯配位錯密度大于上述核心半導(dǎo)體區(qū)域與上述第一覆蓋區(qū)域的界面處的錯配位錯密度。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，可提高η側(cè)半導(dǎo)體區(qū)域中的光限制性。另外，第一覆蓋區(qū)域的AWaN覆蓋層在支撐基體上產(chǎn)生晶格弛豫。因此，可通過增大AWaN覆蓋層的 Al含量和/或增厚MGaN覆蓋層的膜厚而提高第一覆蓋區(qū)域的光限制性。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，上述第一覆蓋區(qū)域的上述AKiaN覆蓋層與上述支撐基體的界面處的錯配位錯密度優(yōu)選為IXlO4cnT1以上。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，與該位錯密度相當(dāng)?shù)腁lGaN覆蓋層可使光限制性良好。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，上述第一覆蓋區(qū)域可具有ρ型導(dǎo)電性，該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件可進(jìn)一步包含設(shè)置于上述第一覆蓋區(qū)域上的P型接觸層，上述核心半導(dǎo)體區(qū)域可含有第二光導(dǎo)層及電子阻擋層，上述第二光導(dǎo)層可設(shè)置于上述電子阻擋層與上述第一覆蓋區(qū)域之間，上述電子阻擋層可設(shè)置于上述第二光導(dǎo)層與上述有源層之間。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，可提高ρ側(cè)半導(dǎo)體區(qū)域的光限制性。在已產(chǎn)生晶格弛豫的AWaN覆蓋層上設(shè)置有ρ型接觸層，AlGaN覆蓋層的晶格弛豫不會影響ρ型接觸層。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，優(yōu)選的是上述第一覆蓋區(qū)域具有η型導(dǎo)電性，上述第二覆蓋區(qū)域具有P型導(dǎo)電性，上述第二覆蓋區(qū)域含有AlGaN覆蓋層及InMGaN覆蓋層，上述第二覆蓋區(qū)域的上述InMGaN覆蓋層設(shè)置于上述第二覆蓋區(qū)域的上述AlGaN覆蓋層與上述有源層之間，上述第二覆蓋區(qū)域的上述InAKiaN覆蓋層與上述核心半導(dǎo)體區(qū)域形成結(jié)，上述第二覆蓋區(qū)域的上述InAKiaN覆蓋層的晶格常數(shù)大于上述第二覆蓋區(qū)域的上述AlGaN覆蓋層的晶格常數(shù)。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，可提高ρ側(cè)半導(dǎo)體區(qū)域及η側(cè)半導(dǎo)體區(qū)域的光限制性。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，上述第二覆蓋區(qū)域的上述AKiaN覆蓋層與上述InAKiaN覆蓋層的界面處的錯配位錯密度優(yōu)選大于上述核心半導(dǎo)體區(qū)域與上述第二覆蓋區(qū)域的界面處的錯配位錯密度。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，ρ側(cè)半導(dǎo)體區(qū)域及η側(cè)半導(dǎo)體區(qū)域中分別含有的P 型AWaN層及η型IniUGaN層會產(chǎn)生晶格弛豫。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，上述第二覆蓋區(qū)域的上述AKiaN覆蓋層與上述InAKiaN覆蓋層的界面處的錯配位錯密度可為IXlO4Cnr1以上。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，在將該位錯密度的位錯引入至上述界面時，界面的一個半導(dǎo)體層中會產(chǎn)生晶格弛豫。該晶格弛豫可使AlGaN覆蓋層的光限制性良好。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，上述六方晶系氮化鎵半導(dǎo)體的c軸與上述支撐基體的上述法線軸所成的角度優(yōu)選為10度以上。另外，上述角度優(yōu)選為170度以下。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，可利用非極性(半極性及無極性)的滑移面的生成而獲得良好的光限制性。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，上述角度優(yōu)選為10度以上80度以下或者是 100度以上170度以下。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，可利用半極性的滑移面的生成而獲得良好的光限制性。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，上述角度優(yōu)選為63度以上80度以下或者是 100度以上117度以下。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，在該角度范圍內(nèi)，由滑移面的引入而容易生成位錯，從而裝置設(shè)計自由度高。另外，該角度范圍內(nèi)的半極性面具有^結(jié)合優(yōu)異的傾向。本發(fā)明的上述目的及其它目的、特征和優(yōu)點，根據(jù)參考附圖而進(jìn)行的本發(fā)明優(yōu)選實施方式的以下詳細(xì)描述，可以更容易地明白。發(fā)明效果如以上所說明，根據(jù)本發(fā)明，其目的在于提供一種可使形成于非極性面上的發(fā)光元件中光限制性提高、且可降低因位錯而導(dǎo)致的光學(xué)損失的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。


圖1是示意地表示本實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖。圖2是表示構(gòu)成圖1所示氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的外延襯底El的半導(dǎo)體層與其晶格常數(shù)的關(guān)系的圖。圖3是表示覆蓋區(qū)域的傳導(dǎo)帶的能級的圖。圖4是表示覆蓋區(qū)域的傳導(dǎo)帶的能級的圖。圖5是表示制造氮化物激光二極管的方法的主要步驟的圖。 圖6是表示制造氮化物激光二極管的方法的主要步驟的圖。 圖7是表示實施例及比較例的氮化物激光二極管的結(jié)構(gòu)的圖< 圖8是表示實施例及比較例的氮化物激光二極管的結(jié)構(gòu)的圖< 圖9是表示用以測定倒易晶格圖譜的外延襯底的圖。 圖10是表示外延襯底的的倒易晶格圖譜像的圖。 標(biāo)號說明
氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件支撐基體支撐基體的主面支撐基體的背面核心半導(dǎo)體區(qū)域第一覆蓋區(qū)域第二覆蓋區(qū)域交坐標(biāo)系 c軸向量法線向量法線軸 C軸有源層
載流子阻擋層 η型AWaN覆蓋層 η型IniUGaN覆蓋層
結(jié)
P型AWaN覆蓋層 P型IniUGaN覆蓋層氮化鎵基半導(dǎo)體層 P型接觸層 P側(cè)電極 η側(cè)電極絕緣膜
具體實施例方式本發(fā)明的見解通過參考作為例示給出的附圖來考慮以下的詳細(xì)描述可以容易地理解。接下來，參考附圖對本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及外延襯底的實施方式進(jìn)行說明。可能的情況下，對相同的部分標(biāo)注相同的標(biāo)號。圖1是示意性地表示本實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖。圖2是表示構(gòu)成圖1所示氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的外延襯底El的半導(dǎo)體層與其晶格常數(shù)的關(guān)系的圖。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11包含支撐基體13、核心半導(dǎo)體區(qū)域15、第一覆蓋區(qū)域17和第二覆蓋區(qū)域19。參考圖1，圖示有正交坐標(biāo)系S、c軸向量VC及法線向量NV。支撐基體13包含六方晶系氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體。該六方晶系氮化鎵半導(dǎo)體的c軸(由向量VC 表示)Cx相對于支撐基體13的主面13a的法線軸Nx朝預(yù)定的方向(例如X軸方向)傾斜。預(yù)定的方向可為六方晶系氮化鎵半導(dǎo)體的a軸或m軸等。主面13a可具有非極性(半極性、無極性)，且與由X軸及Y軸所規(guī)定的平面平行。六方晶系氮化鎵半導(dǎo)體的c軸Cx朝向與支撐基體13的主面13a的法線軸Nx不同的方向。由支撐基體13的法線軸Nx及c軸 Cx所規(guī)定的平面沿預(yù)定的方向延伸。第一覆蓋區(qū)域17包含第一導(dǎo)電型(例如η型)的氮化鎵基半導(dǎo)體。第二覆蓋區(qū)域19包含第二導(dǎo)電型(例如ρ型)的氮化鎵基半導(dǎo)體。核心半導(dǎo)體區(qū)域15含有有源層21及載流子阻擋層23。核心半導(dǎo)體區(qū)域15設(shè)置于第一覆蓋區(qū)域17與第二覆蓋區(qū)域19之間。核心半導(dǎo)體區(qū)域15、第一覆蓋區(qū)域17及第二覆蓋區(qū)域19 搭載于支撐基體13的主面13a上。圖1中，第一覆蓋區(qū)域17及第二覆蓋區(qū)域19兩者都具有包含2層的覆蓋結(jié)構(gòu)，但也可以是第一覆蓋區(qū)域17和第二覆蓋區(qū)域19中的任一者具有上述覆蓋結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，第一覆蓋區(qū)域17含有η型AlGaN覆蓋層25及η型IniUGaN覆蓋層26。η型InAlGaN覆蓋層沈設(shè)置于η型AlGaN覆蓋層25與有源層21之間。η型InAlGaN 覆蓋層26與核心半導(dǎo)體區(qū)域15形成結(jié)27a。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11，在MGaN覆蓋層25與核心半導(dǎo)體區(qū)域15之間設(shè)置有IniUGaN覆蓋層沈，故為了提高AlGaN層25的光限制性，可能要增大Al含量和/或增厚AWaN層25的膜厚。另外，由于將四元系IniUGaN應(yīng)用于覆蓋層，故含有AWaN覆蓋層25及InMGaN覆蓋層沈的覆蓋區(qū)域17可提供覆蓋所需的折射率和與核心半導(dǎo)體區(qū)域 15形成良好的結(jié)27a的晶格常數(shù)該兩者。第一覆蓋區(qū)域17含有AlGaN覆蓋層25與IniUGaN覆蓋層沈的界面27b。InAlGaN 覆蓋層沈與AWaN覆蓋層25的界面27b處的錯配位錯密度大于核心半導(dǎo)體區(qū)域15與第一覆蓋區(qū)域17的界面27a處的錯配位錯密度。這可通過增大AlGaN層25的Al含量和/ 或增厚膜厚至由于錯配位錯密度的引入而使InAKiaN覆蓋層沈產(chǎn)生晶格弛豫的程度，從而提高整個第一覆蓋區(qū)域17的光限制性。另外在該結(jié)構(gòu)中，核心半導(dǎo)體區(qū)域15與第一覆蓋區(qū)域17的界面27a通過IniUGaN層而與較大的錯配位錯密度的界面27b隔開。另外，第一覆蓋區(qū)域17中，AKkiN覆蓋層25的Al含量優(yōu)選為0.05以上。當(dāng)Al 含量為0. 05以上時，可使具有實用性厚度的AKiaN覆蓋層25于GaN支撐基體上產(chǎn)生弛豫。 此時，可使IniUGaN覆蓋層沈在AlGaN覆蓋層25上產(chǎn)生弛豫。另外，AlGaN覆蓋層25的 Al含量優(yōu)選為0. 2以下。過大的Al含量會提高AlGaN覆蓋層25朝相對于c軸偏離方向的垂直方向產(chǎn)生弛豫的可能性、或者AKiaN覆蓋層25產(chǎn)生結(jié)晶質(zhì)量惡化的可能性。在一個實施例中，第二覆蓋區(qū)域19含有ρ型AlGaN覆蓋層35及ρ型IniUGaN覆蓋層36。ρ型InAlGaN覆蓋層36設(shè)置于ρ型AlGaN覆蓋層35與有源層21之間。ρ型InAlGaN 覆蓋層35與核心半導(dǎo)體區(qū)域15形成結(jié)27c。根據(jù)該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11，在MGaN覆蓋層35與核心半導(dǎo)體區(qū)域15之間設(shè)置有IniUGaN覆蓋層36，因此為了提高AlGaN層35的光限制性，可能要增大Al含量和/ 或增厚AlGaN層35的膜厚。另外，由于將四元系IniUGaN應(yīng)用于覆蓋層36，因此含有AlGaN 覆蓋層35及InMGaN覆蓋層36的第二覆蓋區(qū)域19可提供覆蓋所需的折射率和與核心半導(dǎo)體區(qū)域15形成良好的結(jié)27c的晶格常數(shù)該兩者。第二覆蓋區(qū)域19含有AlGaN覆蓋層35與IniUGaN覆蓋層36的界面27d。InAlGaN 覆蓋層36與AWaN覆蓋層35的界面27d處的錯配位錯密度大于核心半導(dǎo)體區(qū)域15與第二覆蓋區(qū)域19的界面27c處的錯配位錯密度。這可通過增大AlGaN層35的Al含量和/ 或增厚膜厚至由于錯配位錯密度的引入而使AlGaN覆蓋層35產(chǎn)生晶格弛豫的程度，從而提高整個第二覆蓋區(qū)域19的光限制性。另外，在該結(jié)構(gòu)中，核心半導(dǎo)體區(qū)域15與第二覆蓋區(qū)域19的界面27c通過IniUGaN層而從較大的錯配位錯密度的界面27d隔開。另外，在第二覆蓋區(qū)域19中，AKkiN覆蓋層35的Al含量優(yōu)選為0.05以上。當(dāng)Al 含量為0. 05以上時，可使AlGaN覆蓋層35在GaN支撐基體上產(chǎn)生弛豫。此時，可使AlGaN 覆蓋層35于IniUGaN覆蓋層36上產(chǎn)生弛豫。另外，AWaN覆蓋層35的Al含量優(yōu)選為0. 2 以下。過大的Al含量會提高AlGaN覆蓋層35朝相對于c軸偏離方向的垂直方向產(chǎn)生弛豫的可能性、或者AWaN覆蓋層35產(chǎn)生結(jié)晶質(zhì)量惡化的可能性。在第一覆蓋區(qū)域17中，InAlGaN覆蓋層沈與AWaN覆蓋層25的界面27b處的錯配位錯密度優(yōu)選為IXlO4cnT1以上。在將該位錯密度的位錯引入至界面27b時，界面27b 處的一個半導(dǎo)體層中會產(chǎn)生晶格弛豫。通過晶格弛豫可提供光限制性良好的AlGaN覆蓋層 25。另外，核心半導(dǎo)體區(qū)域15與第一覆蓋區(qū)域17的界面27a處的錯配位錯密度優(yōu)選低于IXlO4cnT1tj由此，可降低因錯配位錯引起的光散射而導(dǎo)致的光學(xué)損失。包含較薄半導(dǎo)體的疊層的核心半導(dǎo)體區(qū)域15含有已共格生長的半導(dǎo)體層21、23、四、31、33、37。進(jìn)一步地，在第二覆蓋區(qū)域19中，IniUGaN覆蓋層36與MGaN覆蓋層35的界面27d處的錯配位錯密度優(yōu)選為IXlO4cnT1以上。在將該位錯密度的位錯引入至界面27d 時，界面27d處的一個半導(dǎo)體層中會產(chǎn)生晶格弛豫。通過晶格弛豫可提供光限制性良好的 AlGaN覆蓋層35。更詳細(xì)地，參考圖2來說明c軸方向與晶格常數(shù)的關(guān)系。該關(guān)系同樣可適用于a 軸及m軸方向的晶格常數(shù)。η型AKiaN覆蓋層25的AKiaN中c軸方向及該c軸方向的晶格常數(shù)d25的大小由晶格向量LVC25表示。晶格向量LVC25包含法線軸Nx方向的縱向分量及與該縱向分量正交的橫向分量V2、。η型IniUGaN覆蓋層沈的IniUGaN中c軸方向及該c軸方向的晶格常數(shù)d26的大小由晶格向量LVa6表示。晶格向量LVa6包含法線軸Nx方向的縱向分量V2、及與該縱向分量正交的橫向分量V26T。橫向分量V2、小于橫向分量V26T。氮化鎵基半導(dǎo)體層31的氮化鎵基半導(dǎo)體中c軸方向及該c軸方向的晶格常數(shù)d31 的大小由晶格向量LVC31表示。晶格向量LVC31包含法線軸Nx方向的縱向分量V31及與該縱向分量正交的橫向分量V31T。橫向分量V2、小于橫向分量V31T。ρ型AlGaN覆蓋層35的AlGaN中c軸方向及該c軸方向的晶格常數(shù)d35的大小由晶格向量LVC35表示。晶格向量LVC35包含法線軸Nx方向的縱向分量及與該縱向分量正交的橫向分量V3、。ρ型IniUGaN覆蓋層36的IniUGaN中c軸方向及該c軸方向的晶格常數(shù)d36的大小由晶格向量LVC36表示。晶格向量LVC36包含法線軸Nx方向的縱向分量及與該縱向分量正交的橫向分量V36T。橫向分量V3、小于橫向分量V36T。氮化鎵基半導(dǎo)體層33的氮化鎵基半導(dǎo)體中c軸方向及該c軸方向的晶格常數(shù)d33的大小由晶格向量LVC33表示。晶格向量LVC33包含法線軸Nx方向的縱向分量及與該縱向分量正交的橫向分量V3!3T。橫向分量V3、小于橫向分量V3!3T。支撐基體13的氮化鎵基半導(dǎo)體中c軸方向及該c軸方向的晶格常數(shù)dl3的大小由晶格向量LVC13表示。晶格向量LVC13包含法線軸Nx方向的縱向分量及與該縱向分量正交的橫向分量Vi;3T。橫向分量V2、小于橫向分量Vi;3T。第一覆蓋區(qū)域17的AWaN覆蓋層25與支撐基體13的界面27e處的錯配位錯密度優(yōu)選大于核心半導(dǎo)體區(qū)域15與第一覆蓋區(qū)域17的界面27a處的錯配位錯密度?？蓽p小 AlGaN覆蓋層25的折射率，且可提高核心半導(dǎo)體區(qū)域15中的光限制性。另外，第一覆蓋區(qū)域17的AlGaN覆蓋層25會在支撐基體13上產(chǎn)生晶格弛豫。因此，可通過增大AlGaN覆蓋層25的Al含量和/或增厚AWaN覆蓋層25的膜厚而提高第一覆蓋區(qū)域17的光限制性。第一覆蓋區(qū)域17的AWaN覆蓋層沈與支撐基體13的界面27e處的錯配位錯密度優(yōu)選為IXlO4cnT1以上。與該位錯密度相當(dāng)?shù)腁KiaN可提供良好的光限制性。氮化物基發(fā)光元件11中，η型覆蓋區(qū)域17的AWaN覆蓋層25在支撐基體13的非極性的主面13a上產(chǎn)生晶格弛豫。AKiaN覆蓋層25的厚度D25優(yōu)選超過該AlGaN覆蓋層 25的Al含量中的臨界膜厚。晶格常數(shù)的橫向分量Vi;3T大于η型AKiaN覆蓋層25的晶格常數(shù)的橫向分量V2、。另外，η型覆蓋區(qū)域17的InAKkiN覆蓋層25在AKkiN覆蓋層25的非極性面上產(chǎn)生晶格弛豫。IniUGaN覆蓋層沈的厚度擬6優(yōu)選超過該IniUGaN覆蓋層沈的Al含量及 ^含量中的臨界膜厚。晶格常數(shù)的橫向分量V2、小于η型InAKiaN覆蓋層沈的晶格常數(shù)的橫向分量V26T。在InAKiaN覆蓋層沈上，共格生長有氮化鎵基半導(dǎo)體層31、有源層21、 氮化鎵基半導(dǎo)體層37、電子阻擋層23、氮化鎵基半導(dǎo)體層33及InMGaN覆蓋層36。因此， 如圖2所示，氮化鎵基半導(dǎo)體層31、有源層21、氮化鎵基半導(dǎo)體層37、電子阻擋層23、氮化鎵基半導(dǎo)體層33及InMGaN覆蓋層36的晶格常數(shù)的橫向分量彼此相等。由于將較大位錯密度的界面27b、27e從核心半導(dǎo)體區(qū)域15與覆蓋區(qū)域17的界面 27a分隔開，故基于因位錯所引起的散射的光學(xué)損失小。另外，氮化物基發(fā)光元件11中，P型覆蓋區(qū)域19的AlGaN覆蓋層35在IniUGaN覆蓋層36的非極性主面上產(chǎn)生晶格弛豫。AWaN覆蓋層35的厚度D35優(yōu)選超過該AWaN覆蓋層35的Al含量中的臨界膜厚。晶格常數(shù)的橫向分量V3、小于InAKiaN覆蓋層36的晶格常數(shù)的橫向分量V36T。另外，ρ型覆蓋區(qū)域19的IniUGaN覆蓋層36在核心半導(dǎo)體區(qū)域15的非極性面上未產(chǎn)生晶格弛豫。IniUGaN覆蓋層36的厚度D36優(yōu)選為該IniUGaN覆蓋層36的Al含量及h含量中的臨界膜厚以下。共格生長于IniUGaN覆蓋層36、IniUGaN覆蓋層沈上的核心半導(dǎo)體區(qū)域15是在非極性面上共格生長。晶格常數(shù)的橫向分量V36T與氮化鎵基半導(dǎo)體層33的晶格常數(shù)的橫向分量V3!3T晶格匹配。由于將較大位錯密度的界面27d從核心半導(dǎo)體區(qū)域15與覆蓋區(qū)域19的界面27c 分隔開，故基于因位錯引起的散射的光學(xué)損失小。如圖1及圖2所示，有源層21具有量子阱結(jié)構(gòu)四。量子阱結(jié)構(gòu)四包含交替排列的勢壘層29a及阱層^b。勢壘層29a例如包含InGaN、GaN等，阱層29b例如包含InGaN 等。阱層^b內(nèi)含有與阱層^b的晶格常數(shù)及氮化鎵基半導(dǎo)體層31的晶格常數(shù)的差相應(yīng)的應(yīng)變，勢壘層內(nèi)含有與勢壘層29a的晶格常數(shù)及氮化鎵基半導(dǎo)體層31的晶格常數(shù)的差相應(yīng)的應(yīng)變。第一氮化鎵基半導(dǎo)體層31可作為光導(dǎo)層而工作。第二氮化鎵基半導(dǎo)體層33可作為光導(dǎo)層而工作。第3氮化鎵基半導(dǎo)體層37可作為光導(dǎo)層而工作。第一氮化鎵基半導(dǎo)體層31的折射率大于第一覆蓋區(qū)域17的折射率。第二及第3氮化鎵基半導(dǎo)體層33、37的折射率大于電子阻擋層23的折射率，且大于ρ型覆蓋層19的折射率。第一氮化鎵基半導(dǎo)體層31含有第一及第二半導(dǎo)體層31a、31b，第一半導(dǎo)體層31a的帶隙大于第二半導(dǎo)體層31b 的帶隙。第3氮化鎵基半導(dǎo)體層37含有第一及第二半導(dǎo)體層37a、37b，第一半導(dǎo)體層37a 的帶隙小于第二半導(dǎo)體層37b的帶隙。如圖1所示，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11可含有設(shè)置于ρ型覆蓋層19上的P型接觸層39。ρ型接觸層39可包含GaN、AlGaN等。ρ側(cè)電極41a經(jīng)由絕緣膜43的開口而與ρ 型接觸層39構(gòu)成接觸。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11可含有與支撐基體13的背面1 構(gòu)成接觸的η側(cè)電極 41b。支撐基體13的六方晶系氮化鎵半導(dǎo)體的c軸(VC)與法線軸Nx所成的角度α優(yōu)選為10度以上。另外，上述角度優(yōu)選為170度以下。在該范圍時，可利用非極性(半極性及無極性)的滑移面的生成而獲得良好的光限制性。另外，角度α優(yōu)選為10度以上80度以下或者是100度以上170度以下。根據(jù)該角度范圍，可利用半極性的滑移面的生成而獲得良好的光限制性。進(jìn)一步地，角度α優(yōu)選為63度以上80度以下或者是100度以上117度以下。根據(jù)該角度范圍，由滑移面的引入而容易生成位錯，從而裝置設(shè)計自由度高。另外， 該角度范圍的半極性面具有^結(jié)合優(yōu)異的傾向。如圖2所示，核心半導(dǎo)體區(qū)域15的氮化鎵基半導(dǎo)體層31與第一覆蓋區(qū)域17的 InAlGaN覆蓋層沈形成結(jié)27a。當(dāng)IniUGaN覆蓋層沈完全產(chǎn)生晶格弛豫時，IniUGaN覆蓋層26的晶格常數(shù)d26與InMGaN覆蓋層沈中InMGaN固有的晶格常數(shù)相等。另外，當(dāng) AlGaN覆蓋層25完全產(chǎn)生晶格弛豫時，AKkiN覆蓋層25的晶格常數(shù)d25與AKkiN覆蓋層 25中AWaN固有的晶格常數(shù)相等。晶格常數(shù)業(yè)6處于氮化鎵基半導(dǎo)體層31未產(chǎn)生應(yīng)變時 (氮化鎵基半導(dǎo)體層31于氮化鎵基半導(dǎo)體中所固有)的晶格常數(shù)d310以下。另外，晶格常數(shù)業(yè)6優(yōu)選大于晶格常數(shù)d25。當(dāng)晶格常數(shù)的關(guān)系滿足(d310 ^ d26 > d25)時，在增大晶格常數(shù)業(yè)6與晶格常數(shù) d25的差時，對AKkiN覆蓋層25與InAKkiN覆蓋層沈的界面引入位錯。此時，可減小晶格常數(shù)d26與晶格常數(shù)d310的差，從而可避免第一光導(dǎo)層與InMGaN覆蓋層沈的結(jié)27a上因位錯而產(chǎn)生光學(xué)損失。氮化鎵基半導(dǎo)體層31在InAKiaN覆蓋層沈上共格生長。另外， 核心半導(dǎo)體區(qū)域15在IniUGaN覆蓋層沈上共格生長。例如優(yōu)選的是，InAlGaN覆蓋層沈在c軸朝主面13a的投影方向上與氮化鎵基半導(dǎo)體層31晶格匹配。當(dāng)晶格常數(shù)的關(guān)系滿足(d330 ^ d36 > d35)時，可取得與上述相同的技術(shù)性貢獻(xiàn)。圖3是表示覆蓋區(qū)域中傳導(dǎo)帶的能級的圖。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11可具有以下的結(jié)構(gòu)1及結(jié)構(gòu)2的至少任一者。下面對于結(jié)構(gòu)1及結(jié)構(gòu)2，參考圖3所示的具有傳導(dǎo)帶能級的發(fā)光元件來進(jìn)行說明。對結(jié)構(gòu)1進(jìn)行說明。參考圖3，在第一覆蓋區(qū)域17中，AKiaN覆蓋層25a的帶隙優(yōu)選為IniUGaN覆蓋層^a的帶隙E26a以上。該半導(dǎo)體發(fā)光元件中，已產(chǎn)生晶格弛豫的AlGaN覆蓋層2 可提供由四元InAlGaN覆蓋層26a難以實現(xiàn)的大的帶隙E2fe。另外，在第一覆蓋區(qū)域17中，InAlGaN覆蓋層^a的厚度D26a優(yōu)選薄于AWaN覆蓋層25a的厚度D2fe。由此，可利用AKiaN覆蓋層的光限制性。另外，可避免因生長厚的 InAlGaN而導(dǎo)致的處理量下降。例如，在第一覆蓋區(qū)域17中，IniUGaN覆蓋層^a的膜厚D26a優(yōu)選為0. 05 μ m以上。過薄的IniUGaN覆蓋層無法使IniUGaN覆蓋層與MGaN覆蓋層的界面(圖3中與界面 27b對應(yīng))從核心半導(dǎo)體區(qū)域15分隔開，此時，于該界面處會產(chǎn)生光學(xué)損失。另外，InAKiaN 覆蓋層^a的膜厚D26a優(yōu)選為0. 3 μ m以下。過厚的IniUGaN會降低對AlGaN覆蓋層的光限制性的貢獻(xiàn)。對結(jié)構(gòu)2進(jìn)行說明。參考圖3，在第二覆蓋區(qū)域19中，AKiaN覆蓋層35a的帶隙優(yōu)選處于IniUGaN覆蓋層36a的帶隙E36a以上。在該發(fā)光元件中，已產(chǎn)生晶格弛豫的
AlGaN覆蓋層3 可提供由四元InAlGaN覆蓋層36a難以實現(xiàn)的大的帶隙E3fe。另外，在第二覆蓋區(qū)域19中，InAlGaN覆蓋層36a的厚度D36a優(yōu)選薄于AWaN覆蓋層3 的厚度D3fe。由此，可利用AKiaN覆蓋層35a的光限制性。另外，可避免因生長厚的InAlGaN而導(dǎo)致的處理量下降。例如，在第二覆蓋區(qū)域19中IniUGaN覆蓋層36a的膜厚D36a優(yōu)選為0. 05 μ m以上。過薄的IniUGaN覆蓋層無法使IniUGaN覆蓋層與MGaN覆蓋層的界面(圖3中與界面 27d對應(yīng))從核心半導(dǎo)體區(qū)域15分隔開，此時，在該界面處會產(chǎn)生光學(xué)損失。另外，InAKiaN 覆蓋層36a的膜厚D36a優(yōu)選為0. 3 μ m以下。過厚的IniUGaN可降低對AlGaN覆蓋層的光限制性的貢獻(xiàn)。圖4是表示覆蓋區(qū)域中傳導(dǎo)帶的能級的圖。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件11可具有以下的結(jié)構(gòu)3及結(jié)構(gòu)4的至少任一者。下面對于結(jié)構(gòu)3及結(jié)構(gòu)4，參考圖4所示的具有傳導(dǎo)帶能級的發(fā)光元件來進(jìn)行說明。對結(jié)構(gòu)3進(jìn)行說明。參考圖4，在第一覆蓋區(qū)域17中，InAKiaN覆蓋層^b的帶隙 E26b優(yōu)選為AWaN覆蓋層25b的帶隙以上。該發(fā)光元件中，可較厚地生長IniUGaN， 以獲得整個覆蓋區(qū)域17所期望的光限制性。另外，在第一覆蓋區(qū)域17中，InAKiaN覆蓋層26b的厚度D26b優(yōu)選厚于AWaN覆蓋層25b的厚度D2^?？墒笽niUGaN覆蓋層26b與 AlGaN覆蓋層25b的界面27b從核心半導(dǎo)體區(qū)域15分隔開。例如，在第一覆蓋區(qū)域17中，IniUGaN覆蓋層2 的膜厚02 優(yōu)選為0. 05 μ m以上。較薄的InAKkiN層無法使InAKkiN覆蓋層與AKkiN覆蓋層的界面從核心半導(dǎo)體區(qū)域分隔開，此時，在該界面(圖4中與界面27b對應(yīng))中會產(chǎn)生散射導(dǎo)致的光學(xué)損失。另外， IniUGaN覆蓋層26b的膜厚D26b優(yōu)選為l.Oym以下。膜厚上限1. 0 μ m對于無法加大生長速度的InAKkiN也是實用的。對結(jié)構(gòu)4進(jìn)行說明。參考圖4，在第二覆蓋區(qū)域19中，IniUGaN覆蓋層36b的帶隙 E36b優(yōu)選為AWaN覆蓋層35b的帶隙以上。該發(fā)光元件中，可較厚地生長IniUGaN， 從而獲得整個覆蓋區(qū)域19所需的光限制性。另外，在第二覆蓋區(qū)域19中，InAKiaN覆蓋層36b的厚度D36b優(yōu)選厚于AWaN覆蓋層35b的厚度D3^?？墒笽niUGaN覆蓋層36b與 AlGaN覆蓋層35b的界面27d從核心半導(dǎo)體區(qū)域15分隔開。例如，在第二覆蓋區(qū)域19中，IniUGaN覆蓋層3 的膜厚03 優(yōu)選為0. 05 μ m以上。較薄的IniUGaN層無法使IniUGaN覆蓋層與MGaN覆蓋層的界面從核心半導(dǎo)體區(qū)域分隔開，此時，在該界面(圖4中與界面27d對應(yīng))中會產(chǎn)生因散射導(dǎo)致的光學(xué)損失。另外， IniUGaN覆蓋層36b的膜厚D36b優(yōu)選為l.Oym以下。膜厚上限1. 0 μ m對于無法加大生長速度的InAKkiN也是實用的。在圖3及圖4所示的結(jié)構(gòu)1 結(jié)構(gòu)4中，可獲得由結(jié)構(gòu)1與結(jié)構(gòu)4組合而成的發(fā)光元件。或者，可獲得由結(jié)構(gòu)2與結(jié)構(gòu)3組合而成的發(fā)光元件。在這些發(fā)光元件中，可獲得與結(jié)構(gòu)的組合相應(yīng)的技術(shù)性貢獻(xiàn)。(實施例1)參考圖5及圖6來說明制造氮化物激光二極管的方法。該氮化物激光二極管具有如圖7(a)所示的LD結(jié)構(gòu)。在步驟SlOl中，準(zhǔn)備具有半極性面的GaN襯底51。該GaN襯底 51的主面51a朝m軸方向傾斜75度。在后續(xù)說明中，在該半極性GaN襯底的(20-21)面上制造以450nm能帶進(jìn)行發(fā)光的激光二極管(LD)結(jié)構(gòu)。參考圖5 (a)，示出了主面51a的法線軸Nx及c軸Cx，同時示出了法線向量NV及c軸向量VC。接著，使用有機(jī)金屬氣相生長法， 在GaN襯底51上生長多個氮化鎵基半導(dǎo)體層，制造外延襯底。原料使用三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMA)、三甲基銦(TMI)和氨氣(NH3)。作為摻雜氣體，使用硅烷(SiH4)及雙環(huán)戊二烯基鎂(CP2Mg)。在步驟S102中，在生長爐10中配置GaN襯底51。使用生長爐10對GaN襯底51 進(jìn)行熱清洗。以攝氏1050度的溫度，在將包含NH3與H2的氣體通入生長爐10內(nèi)的同時， 進(jìn)行10分鐘的熱處理。在熱清洗后的生長步驟中，如圖5(b)所示，將原料氣體供給至生長爐10，在攝氏1100度于GaN襯底51的主面51a上生長η型Alaci6GEia94N覆蓋層(厚度 1. 9 μ m) 53a。半極性面上晶格弛豫的有無可根據(jù)所生長的AWaN半導(dǎo)體的組成、膜厚及晶格常數(shù)差來控制，在本實施例中，AKiaN半導(dǎo)體產(chǎn)生弛豫。接下來，如圖6 (a)所示，在步驟S103中，將生長溫度變更為攝氏840度后，在覆蓋層53a上生長η型Ina 02A10.09Ga0.89N覆蓋層(厚度lOOnm) 55。在該生長之后，生長核心半導(dǎo)體區(qū)域。將生長溫度變更為攝氏1100度后，在覆蓋層53a、55上生長η型GaN光導(dǎo)層(厚度100nm)57a。然后，以攝氏840度的溫度生長非摻雜Inatl2Giia98N光導(dǎo)層(厚度50nm)57b。 在該光導(dǎo)層57b上，生長量子阱結(jié)構(gòu)的有源層59。有源層59包含交替配置的阱層及勢壘層，阱層的數(shù)目為3。InGaN阱層的生長溫度為攝氏790度，其厚度為3nm。GaN勢壘層的生長溫度為攝氏840度，其厚度為15nm。在最后的勢壘層的生長結(jié)束后，繼續(xù)以相同溫度生長非摻雜Inatl2Giia98N光導(dǎo)層(厚度50nm)61a。其后，以攝氏1000度的溫度在光導(dǎo)層61a上生長ρ型GaN光導(dǎo)層(厚度50nm)61b。并以相同溫度在光導(dǎo)層61b上生長ρ型Ala 126~88Ν 電子阻擋層(厚度20nm)63。以相同溫度于電子阻擋層63上生長ρ型GaN光導(dǎo)層(厚度 lOOnm) 61c0然后，將生長溫度變更為攝氏840度后，生長ρ型Inaci2Alaci9Giia89N覆蓋層(厚度100nm)65。通過這些步驟而形成半導(dǎo)體疊層53b。如圖6(b)所示，在步驟S 104中，在生長爐10中以攝氏1000度的溫度于覆蓋層 65上生長ρ型Al0.06Ga0.94N覆蓋層(厚度400nm) 67及ρ型GaN接觸層(厚度50nm) 69。該步驟中，形成P型半導(dǎo)體疊層53c。由此，制造出外延襯底E2。Al0.06Ga0.94N 的帶隙能量為 3. 57eV, In0.02Al0.09Ga0.89N 的帶隙能量為 3. 54eV0 1% Q2Al0.09Ga0.89N的晶格常數(shù)大致與GaN晶格匹配。
使用透過型電子顯微鏡像來估計錯配位錯。如圖7(a)所示的LD結(jié)構(gòu)中，AKiaN覆蓋層53a與IniUGaN覆蓋層55的結(jié)界面49a處的錯配位錯密度為8 X IO4CnT1。另外，AWaN 覆蓋層67與IniUGaN覆蓋層65的結(jié)界面49b處的錯配位錯密度為8X IO4CnT1t5 GaN光導(dǎo)層57a與IniUGaN覆蓋層55的結(jié)界面49c上未確認(rèn)到錯配位錯。另外，GaN光導(dǎo)層61c與 InAlGaN覆蓋層65的結(jié)界面49d上未確認(rèn)到錯配位錯。作為比較例，如圖7 (b)所示，制造含有包含厚度2 μ m的Al0.06Ga0.94N單層的η側(cè)覆蓋層和包含厚度400nm的Alatl6Giia94N的ρ側(cè)覆蓋層的LD結(jié)構(gòu)。于該LD結(jié)構(gòu)中，η側(cè)覆蓋層包含以攝氏1100度生長的Alaci6Giia94Ntj在其之上，在與上述核心半導(dǎo)體區(qū)域相同的生長條件下，生長η型GaN光導(dǎo)層(厚度lOOnm) 67a、非摻雜Inatl2Giia98N光導(dǎo)層(厚度 50nm) 67b、量子阱結(jié)構(gòu)的有源層69、非摻雜Laci2Giia98N光導(dǎo)層(厚度50nm)71a、p型GaN光導(dǎo)層(厚度50nm) 7IlKpSAlai2GEia88N電子阻擋層(厚度20nm) 73和ρ型GaN光導(dǎo)層(厚度100nm)71c。此后，不形成InAKiaN覆蓋，而是生長ρ側(cè)覆蓋層77及ρ型GaN接觸層(厚度50nm) 79。由此，制造出外延襯底EC。外延襯底EC中生成有錯配位錯的結(jié)與外延襯底E2不同。外延襯底EC中，在η側(cè)覆蓋層63a與η型GaN光導(dǎo)層67a的界面49e及ρ側(cè)覆蓋層77與ρ型GaN光導(dǎo)層71c的界面49f處觀察到許多錯配位錯。界面49e處的錯配位錯密度為8 X IO4CnT1，界面49f處的錯配位錯密度為AXlO4Cnr1t5在電極步驟中，在外延襯底E2及EC中，在硅氧化膜的條紋窗(寬ΙΟμπι)上形成包含Ni/Au的ρ側(cè)電極70a，并且形成包含Ti/Au的焊墊電極。于GaN襯底51的背面，形成有包含Ti/Al的η側(cè)電極70b，并且形成有包含Ti/Au的焊盤電極。這些電極通過蒸鍍而形成。通過這些步驟而由外延襯底E2及EC制造出襯底成品P2、PC。將襯底成品P2、PC以 800 μ m的間隔進(jìn)行解理，分別制造增益波導(dǎo)型激光二極管LD2、LCl0在解理面形成有包含 SiO2AiO2的介電體多層膜。激光二極管LD2、LCl的臨界電流分別為750mA、900mA。比較激光二極管LD2、LCl 中自然發(fā)出光的強(qiáng)度后可知，兩者大致同等。激光二極管LD2中，因位錯界面自波導(dǎo)區(qū)域離開而導(dǎo)致波導(dǎo)損失降低，因此與比較例的激光二極管LCl相比，認(rèn)為實施例的激光二極管 LD2顯示較低的臨界值。(實施例2)實施例2的氮化物激光二極管LD3具有如圖8(a)所示的LD結(jié)構(gòu)。激光二極管 LD3與激光二極管LD2相比，在η側(cè)覆蓋及ρ側(cè)覆蓋的結(jié)構(gòu)方面不同。激光二極管LD3含有包含 η 型 Alatl4Giia96N 覆蓋層(厚度 1.6η 型 Inaci2Alatl9Giia89N 覆蓋層(厚度 400nm)81b的η側(cè)覆蓋層。激光二極管LD3含有包含ρ型^iaci2Alaci9Giia89N覆蓋層(厚度 400nm)83的ρ側(cè)覆蓋層。詳細(xì)而言，η型MGaN覆蓋層的Al含量由0.06降低至0.04，η型 AlGaN覆蓋層的膜厚由1. 9 μ m變薄至1.6 μ m。η型IniUGaN覆蓋層的膜厚由IOOnm變厚至 400nm。Al0.04Ga0.96N 的帶隙能量為 3. 52eV, In0.02Al0.09Ga0.89N 的帶隙能量為 3. 54eV0比較例的氮化物激光二極管LC2具有如圖8 (b)所示的LD結(jié)構(gòu)。激光二極管LC2 與激光二極管LD3相比，在η側(cè)覆蓋的結(jié)構(gòu)方面不同。激光二極管LC2含有包含單一的η 型1% Q2Al0.09Ga0.89Ν覆蓋層(厚度2 μ m) 85的η側(cè)覆蓋層。在激光二極管LD3中，在MGaN層81a與MGaN層81b的界面處觀察到錯配位錯。錯配位錯密度為2X IO4CnT1t5另一方面，由于激光二極管LC2的覆蓋層包含IniUGaN，因此在覆蓋層的結(jié)上未觀察到錯配位錯。激光二極管LD3及激光二極管LC2的臨界值大致為約800mA。激光二極管LD3中雖引入有錯配位錯，但激光二極管LD3的臨界值與未含有錯配位錯的激光二極管LC2的臨界值大致相等。因此，激光二極管LD3中覆蓋區(qū)域內(nèi)的錯配位錯不會對激光條紋中光的波導(dǎo)造成大的影響。激光二極管LD3中用于外延襯底的外延生長為約2. 5小時，另一方面，激光二極管 LC2中用于外延襯底的外延生長為約3. 7小時。其原因在于，InAlGaN的生長需要較多的時間。與此相對，在激光二極管LD3中，采用AKkiN及InAKkiN的多層覆蓋。因此，在激光二極管LD3中，采用2層覆蓋，可不損及激光特性而提高處理量。(實施例3)在本實施例中，制造如圖9所示的激光結(jié)構(gòu)LD4。準(zhǔn)備具有75度偏離角的主面的 GaN襯底51。在該GaN襯底51上生長以下的氮化鎵基半導(dǎo)體膜n型GaN緩沖層91 ；η型 Al。. C18GEia92N 覆蓋層(厚度 1.2 μ m) 92 ；η 型 GaN 光導(dǎo)層(厚度 300nm) 93 ;InGaN/GaN 有源層 (阱層3nm，勢壘層15nm)94 ；非摻雜GaN光導(dǎo)層(厚度50nm)95 ；ρ型Altl.4 89N電子阻擋層 (厚度 IOnm) 96 ；ρ 型 GaN 光導(dǎo)層(厚度 250nm) 97 ；ρ 型 Al0.08Ga0.92N 覆蓋層(厚度 400nm) 98 及P型GaN接觸層(厚度50nm)99。通過這些生長而制造外延襯底E4。圖9中半導(dǎo)體層的橫寬表示該半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)的大小關(guān)系。圖10是表示外延襯底中(20-24)的倒易晶格圖譜的圖。X射線的入射方向是與 c軸的傾斜方向平行的方向。AWaN覆蓋層的衍射斑Sclad相對于GaN襯底的衍射斑Ssub而偏移，η型AWaN覆蓋層產(chǎn)生晶格弛豫。另外，ρ型AWaN覆蓋層的衍射斑大致重合于η型 AlGaN覆蓋層的衍射斑。ρ型AlGaN覆蓋層產(chǎn)生晶格弛豫。另外，GaN光導(dǎo)層的衍射斑^iide 相對于GaN襯底的衍射斑Ssib而偏移。GaN光導(dǎo)層產(chǎn)生晶格弛豫。GaN光導(dǎo)層的衍射斑Sotide 相對于AlGaN覆蓋的衍射斑Smi而朝GaN襯底的衍射斑^lffi的方向偏移，包含GaN光導(dǎo)層及發(fā)光層的核心半導(dǎo)體區(qū)域在AKiaN覆蓋層上產(chǎn)生弛豫，核心半導(dǎo)體區(qū)域的晶格常數(shù)擺脫 AlGaN覆蓋的制約。圖10所示的倒易晶格圖譜中，激光結(jié)構(gòu)LD4包含3處晶格弛豫，該情形證實了實施方式的外延結(jié)構(gòu)。即，多個衍射斑并未排列于與y軸平行的直線上，因此這3個半導(dǎo)體并非晶格匹配的狀態(tài)。在具體實施方式
中對本發(fā)明的原理進(jìn)行了圖示說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明可在不脫離其原理的范圍內(nèi)對配置及細(xì)節(jié)進(jìn)行變更。本發(fā)明并不限定于本實施方式中所公開的特定構(gòu)成。因此，請求保護(hù)權(quán)利要求書請求的范圍及根據(jù)其精神范圍而得到的所有修正及變更。產(chǎn)業(yè)實用性如以上所說明，根據(jù)本實施方式，其目的在于提供一種可使形成于非極性面上的發(fā)光元件中光限制性提高、且可降低因位錯而導(dǎo)致的光學(xué)損失的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，包括 包含六方晶系氮化鎵半導(dǎo)體的支撐基體； 包含第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體的第一覆蓋區(qū)域； 包含第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體的第二覆蓋區(qū)域；及含有有源層及載流子阻擋層的核心半導(dǎo)體區(qū)域；且所述六方晶系氮化鎵半導(dǎo)體的c軸朝向與所述支撐基體的所述主面的法線軸不同的方向，并且通過所述六方晶系氮化鎵半導(dǎo)體的c軸及所述支撐基體的所述法線軸所規(guī)定的平面沿預(yù)定的方向延伸，所述核心半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)置于所述第一覆蓋區(qū)域與所述第二覆蓋區(qū)域之間， 所述核心半導(dǎo)體區(qū)域、所述第一覆蓋區(qū)域及所述第二覆蓋區(qū)域搭載于所述支撐基體的所述主面上，所述第一覆蓋區(qū)域含有AlGaN覆蓋層及InMGaN覆蓋層，所述第一覆蓋區(qū)域的所述InMGaN覆蓋層設(shè)置于所述第一覆蓋區(qū)域的所述AlGaN覆蓋層與所述有源層之間，所述第一覆蓋區(qū)域的所述InMGaN覆蓋層與所述核心半導(dǎo)體區(qū)域形成結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在所述第一覆蓋區(qū)域中， 所述InMGaN覆蓋層與所述MGaN覆蓋層的界面處的錯配位錯密度大于所述核心半導(dǎo)體區(qū)域與所述第一覆蓋區(qū)域的界面處的錯配位錯密度。
3.如權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在所述第一覆蓋區(qū)域中， 所述InAKiaN覆蓋層與所述AlGaN覆蓋層的界面的錯配位錯密度為IXlO4cnT1以上。
4.如權(quán)利要求2或3所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述核心半導(dǎo)體區(qū)域與所述第一覆蓋區(qū)域的界面的錯配位錯密度低于IXlO4Cnr1t5
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在所述第一覆蓋區(qū)域中，所述AlGaN覆蓋層的Al含量為0. 05以上且為0. 2以下。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在所述第一覆蓋區(qū)域中，所述InAKiaN覆蓋層的厚度比所述AKiaN覆蓋層的厚度薄。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在所述第一覆蓋區(qū)域中，所述InAKiaN覆蓋層的帶隙為所述AlGaN覆蓋層的帶隙以下。
8.如權(quán)利要求7所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在所述第一覆蓋區(qū)域中， 所述InAlGaN覆蓋層的膜厚為0. 05 μ m以上且為0. 3 μ m以下。
9.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在所述第一覆蓋區(qū)域中，所述InAKiaN覆蓋層的帶隙為所述AlGaN覆蓋層的帶隙以上。
10.如權(quán)利要求9所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在所述第一覆蓋區(qū)域中，所述InAlGaN覆蓋層的膜厚為0. 05 μ m以上且為l.Oym以下。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述核心半導(dǎo)體區(qū)域含有第一光導(dǎo)層；所述第一光導(dǎo)層與所述第一覆蓋區(qū)域的所述InMGaN覆蓋層形成結(jié)； 所述第一覆蓋區(qū)域的所述InAKiaN覆蓋層中的InAKiaN固有的晶格常數(shù)在所述核心半導(dǎo)體區(qū)域的所述第一光導(dǎo)層的氮化鎵基半導(dǎo)體中固有的晶格常數(shù)以下；所述第一覆蓋區(qū)域的所述InAKiaN覆蓋層的晶格常數(shù)大于所述第一覆蓋區(qū)域的所述 AlGaN覆蓋層的晶格常數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述InAKiaN覆蓋層在 c軸朝所述主面的投影方向上與所述第一光導(dǎo)層晶格匹配。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述第一覆蓋區(qū)域具有η型導(dǎo)電性；所述第一覆蓋區(qū)域的所述AlGaN覆蓋層與所述支撐基體的界面處的錯配位錯密度大于所述核心半導(dǎo)體區(qū)域與所述第一覆蓋區(qū)域的界面處的錯配位錯密度。
14.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述第一覆蓋區(qū)域具有P型導(dǎo)電性；該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)一步包含設(shè)置于所述第一覆蓋區(qū)域上的P型接觸層； 所述核心半導(dǎo)體區(qū)域含有第二光導(dǎo)層及電子阻擋層； 所述第二光導(dǎo)層設(shè)置于所述電子阻擋層與所述第一覆蓋區(qū)域之間； 所述電子阻擋層設(shè)置于所述第二光導(dǎo)層與所述有源層之間。
15.如權(quán)利要求1至11中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述第一覆蓋區(qū)域具有η型導(dǎo)電性；所述第二覆蓋區(qū)域具有P型導(dǎo)電性；所述第二覆蓋區(qū)域含有MGaN覆蓋層及InMGaN覆蓋層；所述第二覆蓋區(qū)域的所述InMGaN覆蓋層設(shè)置于所述第二覆蓋區(qū)域的所述AlGaN覆蓋層與所述有源層之間；所述第二覆蓋區(qū)域的所述InMGaN覆蓋層與所述核心半導(dǎo)體區(qū)域形成結(jié)； 所述第二覆蓋區(qū)域的所述InAKiaN覆蓋層的晶格常數(shù)大于所述第二覆蓋區(qū)域的所述 AlGaN覆蓋層的晶格常數(shù)。
16.如權(quán)利要求15所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述第二覆蓋區(qū)域的所述AlGaN覆蓋層與所述InMGaN覆蓋層的界面處的錯配位錯密度大于所述核心半導(dǎo)體區(qū)域與所述第二覆蓋區(qū)域的界面處的錯配位錯密度。
17.如權(quán)利要求15或16所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述第二覆蓋區(qū)域的所述AlGaN覆蓋層與所述InMGaN覆蓋層的界面處的錯配位錯密度為1 X IO4CnT1以上。
18.如權(quán)利要求1至17中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述六方晶系氮化鎵半導(dǎo)體的c軸與所述支撐基體的所述法線軸所成的角度為10度以上且為170 度以下。
19.如權(quán)利要求1至18中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述角度為10度以上80度以下，或者為100度以上170度以下。
20.如權(quán)利要求1至19中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述角度為63度以上80度以下，或者為100度以上117度以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可使形成于非極性面上的發(fā)光元件中光限制性提高、且可降低因位錯而導(dǎo)致的光學(xué)損失的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。核心半導(dǎo)體區(qū)域15、第一覆蓋區(qū)域17及第二覆蓋區(qū)域19搭載于GaN的支撐基體13的非極性的主面13a上。核心半導(dǎo)體區(qū)域15包含有源層21及載流子阻擋層23。第一覆蓋區(qū)域17包含n型AlGaN覆蓋層25及n型InAlGaN覆蓋層26。n型InAlGaN覆蓋層26設(shè)置于n型AlGaN覆蓋層25與有源層21之間。界面27b處的錯配位錯密度大于界面27a處的錯配位錯密度。AlGaN覆蓋層25相對于GaN支撐基體13產(chǎn)生晶格弛豫，InAlGaN覆蓋層26相對于AlGaN覆蓋層25產(chǎn)生晶格弛豫。
文檔編號H01S5/323GK102422495SQ20108002069
公開日2012年4月18日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日
發(fā)明者上野昌紀(jì), 京野孝史, 住友隆道, 善積祐介, 鹽谷陽平, 秋田勝史 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社