专利名称：半导体发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体发光元件及其制造方法，尤其是涉及利用了氮化物半导体的半导体发光元件及其制造方法。
背景技术：
利用了由III族元素的铝(Al)、铟(In)以及镓(Ga)与V族元素的氮(N)构成的氮化物半导体的半导体发光元件，具有小型、价廉以及高输出这样的优良特征。由此，不仅被应用于光盘等高密度信息记录技术，还被应用于图像显示、医疗以及照明等广泛的技术领域。例如，在便携式投影机等的图像显示装置的领域中，出射光的指向性较高的半导体激光元件以及超发光二极管(SLD)等的发光元件作为光源，受到人们关注。在作为图像显示装置的光源来使用的情况下，需要有发光波长为430nm 480nm的纯蓝色的发光元件以及 480nm 550nm的纯绿色的发光元件。由此，为了实现这些波长的半导体发光元件，人们正积极地开展研究及开发。另外，作为高密度光盘的光源，使用发光波长为400nm 410nm的蓝紫色的半导体激光元件。从而，如何提高蓝紫色的半导体激光元件的特性也就成为重要的开发课题。为了获得高指向性的出射光，一般来说，利用了氮化物半导体的发光元件具有光波导。另外，利用了氮化物半导体的发光元件由于要求实现高输出动作以及低功耗动作，在波导，采用山脊构造。在山脊的两侧形成绝缘膜，通过进行从山脊的最上部形成的P电极所注入电流的狭窄化，有效实现载流子的封闭以及光的封闭。对于利用了氮化物半导体的发光元件，其要求下述3个特性。第一个是要求提高横向模式的稳定性。为了使光盘的再生记录装置或者图像显示装置的性能稳定，要求从发光元件出射的出射光的扩张角按照每一设备而为一定。为了使出射光的扩张角按照每一设备而为一定，则需要在制作发光元件的晶片(wafer)上，在晶片面内稳定地控制山脊宽。第二个是要求提高最大光输出以及电-光转换效率。在光盘再生记录装置中，为了使记录速度高速化而要求增大发光元件的输出。另外，在图像显示装置中，为了实现画面的高亮度化以及大画面化，也要求光源的高输出化。而且，为了在高光输出动作时也降低装置的功耗，则要求在使发光元件进行高输出动作时提高电-光转换效率。第三个是要求降低由发光元件的出射光所引起的噪声。例如，在光盘再生记录装置中所配备的利用了半导体激光元件的光学系统中，由于返回光噪声，半导体激光元件的光输出变得不稳定。返回光噪声是指，来自各光学部件的反射光返回至半导体激光元件而产生的噪声。另外，在图像显示装置中，作为光源而利用了激光元件的情况下，由于光的相干性，画面上将产生闪烁的斑点噪声。为了降低斑点噪声，要求降低发光元件的出射光的相干性。作为提高横向模式稳定性的方法，有人提出了利用被称为抗蚀剂回蚀的方法的制造方法(例如，参照专利文献1)。通过利用抗蚀剂回蚀，可望无需高精度调整而形成与山脊最上部的形状高精度对应的P电极。
作为提高最大光输出以及电-光转换效率的方法，有人提出了在山脊两侧形成氮氧化铝(AlOxNy)膜的构造(例如，参照专利文献2)。氮氧化铝具有比氧化硅(SiO2)或者氧化铝(Al2O3)高的热传导率，通过溅射法使氮氧化铝进行成膜。由此，可望能降低高输出动作时的热饱和以及提高最大光输出以及电-光转换效率。作为降低噪声的方法，有人提出了自激型的发光元件(例如，参照非专利文献1)。 在山脊上部将接触层分成2个区域来形成，设置发光元件的P电极与反偏压用的P电极。形成反偏压用的P电极的区域作为可饱和吸收区域而发挥功能。通过调整对反偏压用的P电极所施加的反偏压，能够控制在可饱和吸收区域的光的吸收量，使自激动作成为可能。由于自激型的发光元件使所发出的光的相干性变低，所以可望降低由于相干性而产生的噪声。专利文献1 JP特开2005-347630号公报专利文献2 JP专利第3982521号公报非专利文献 1 :Mitajima et al. , "Generation of picosecond optical pulsed with a 2. 4ff optical peak power from self-pulsatig GaN—based bi—sectional laser diodes. "The 8th International conference on Nitride Semiconductors，，Abstract Book,Volume 1,p.33-34但是，通过抗蚀剂回蚀而使横向模式稳定的方法中，存在有下述问题。在晶片上使氮化物半导体层进行成膜的情况下，需要通过高温来成膜，发生晶片的弯曲。因此，在降低山脊宽的偏差上存在极限。另一方面，在抗蚀剂回蚀中，需要在覆层上形成SiO2膜。由氮化物半导体构成的覆层与SW2膜之间的折射率差较大，所以，山脊宽出现偏差则横向模式变得不稳定。尤其是，作为晶片而利用了价廉的蓝宝石等的不同种类基板的情况下，因晶片的弯曲大而使横向模式容易变得不稳定。通过在山脊两侧形成氮氧化铝膜以提高输出以及电-光转换效率的方法中，存在散热性不充分这样的问题。氮氧化铝膜一般是通过电子回旋加速器谐振溅射来成膜。虽然通过电子回旋加速器谐振溅射所成膜的氮氧化铝膜为c轴取向，但其结晶性并不充分。本申请的发明人们对通过电子回旋加速器谐振溅射所成膜的氮氧化铝膜的特性进行了评价， 其热传导率为1. 0ff/m ·Κ。如此，即使利用了氮氧化铝膜，在光输出变大时，出现不能充分散热的问题。作为自激型的发光元件来降低噪声的方法，存在需要单独地驱动可饱和吸收区域与激光区域的这样的问题。由此，需要用于进行驱动的复杂布线以及驱动电路，将导致成本增大。
发明内容
本发明的目的在于，解决上述问题并通过比现有技术更为简便的工序来实现横向模式稳定的由氮化物半导体构成的半导体发光元件。为了达成上述目的，本发明的半导体发光元件构成为具备由具有结晶构造的氧化锌构成的电流阻挡层。具体而言，本发明的半导体发光元件具备氮化物半导体层，其形成于基板上，并具有第一覆层、活性层以及第二覆层；以及电流阻挡层，其用于对活性层选择性地注入电流，其中，第二覆层具有条纹状的山脊部，电流阻挡层在山脊部的两侧区域分别形成，且电流阻挡层由具有结晶构造的氧化锌构成。本发明的半导体发光元件中，电流阻挡层在山脊部的两侧区域分别形成，并由具有结晶构造的氧化锌构成。由此，能够使电流阻挡层与山脊部之间的折射率的差较小。另外，易于通过液相生长法在晶片面内均勻地形成具有结晶构造的氧化锌。由此，能够使横向模式稳定化。而且，由于具有结晶构造的氧化锌的热传导率高，所以能提高散热性。本发明的半导体发光元件中，电流阻挡层可以与山脊部的侧壁相连接地形成。通过这样的构成，能够防止在电流阻挡层与山脊部的侧面之间形成空气层，也能防止电极材料进入，能够更进一步使横向模式稳定化。本发明的半导体发光元件中，山脊部的上端部的宽度比下端部的宽度要宽。通过这样的构成，由于P电极与山脊部的接触面积较大，所以，能够降低接触电阻。由此，能够降低动作电压并提高电-光转换效率。本发明的半导体发光元件中，山脊部有多个，电流阻挡层形成在多个山脊部的各自的两侧区域。通过这样的构成，光波导成为多个，能够提高半导体发光元件的出射光的光输出。另外，能够使多个光波导中所产生的热量高效地发散，还能够提高电-光转换效率。本发明的半导体发光元件中，构成电流阻挡层的氧化锌可形成为对活性层所发出的光的波长具有光吸收特性。通过这样的构成，能够控制光分布。另外，由于能够降低高次模式的光增益，从而能够提高横向模式的稳定性。本发明的半导体发光元件中，构成电流阻挡层的氧化锌可以至少含有铜以及硼的其中一者。通过这样的构成，易于对电流阻挡层赋予光吸收特性。本发明的半导体发光元件也可进行自激动作。本发明的半导体发光元件也可以为半导体激光元件，也可以为超发光二极管。本发明的半导体发光元件中，基板可以为蓝宝石基板。本发明的半导体发光元件中，氧化锌也可以通过液相生长法来形成。本发明的半导体发光装置具备本发明的半导体发光元件；以及具有散热片的封装体，半导体发光元件以使与所述基板为相反侧的面和所述散热片的一面相对置地安装于所述封装体。通过这样的构成，能够进一步提高散热性。本发明所涉及的半导体发光元件的制造方法包括工序(a)，在基板上依次形成分别由氮化物半导体构成的第一覆层、活性层以及第二覆层；工序(b)，在第二覆层形成条纹状的山脊部；以及工序(c)，在山脊部的两侧通过液相生长法选择性使氧化锌进行结晶生长。本发明的半导体发光元件的制造方法还可以在工序(C)之后，具备在山脊部上形成第一电极的工序(d)，工序(b)包括工序(bl)，在第二覆层上形成条纹状的掩模；以及工序化2)，利用掩模，通过对第二覆层进行选择性地蚀刻来形成山脊部。本发明的半导体发光元件的制造方法中，工序(b)包括工序(bl)，在第二覆层上形成条纹状的第一电极；以及工序( ),以第一电极作为掩模，通过对第二覆层进行选择性地蚀刻来形成山脊部。通过这样的构成，能够降低制造成本。(发明效果)根据本发明所涉及的半导体发光元件及其制造方法，能通过比现有技术更为简便的工序来实现横向模式稳定的由氮化物半导体构成的半导体发光元件。图1是表示第一实施方式的半导体发光元件的剖视图。
图2(a) (d)是按工序顺序表示第一实施方式的半导体发光元件的制造方法的图3是表示第一实施方式的半导体发光元件的电流阻挡层的部分的电子显微镜图4(a) (c)是按工序顺序表示第一实施方式的半导体发光元件的制造方法的
剖视图<照片。
剖视图。图5 (a)以及(b)表示第一实施方式的半导体发光元件的安装状态，(a)是顶视图， (b)是侧视图。图6是表示电流阻挡层中的波长与折射率之间的关系的曲线图。图7是表示电流阻挡层中的波长与吸收系数之间的关系的曲线图。图8是表示通过液相生长法所形成的氧化锌的特性的表。图9是表示由通过液相生长法所形成的氧化锌构成的电流阻挡层的光封闭的状态的曲线图。图10是表示图9的测定中利用的样品的剖视图。图11是表示第一实施方式的第1变形例的半导体发光元件的剖视图。图12 (a) (c)是按工序顺序表示第一实施方式的第1变形例的半导体发光元件的制造方法的剖视图。图13 (a) (c)是按工序顺序表示第一实施方式的第2变形例的半导体发光元件的制造方法的剖视图。图14是表示第二实施方式的半导体发光元件的剖视图。图15 (a) (C)是按工序顺序表示第二实施方式的半导体发光元件的制造方法的剖视图。图16(a)以及(b)表示第二实施方式的半导体发光元件的安装状态，(a)是顶视图，(b)是侧视图。表。
图17是表示氧化锌的热传导率的表。
图18是表示第二实施方式的一个变形例的半导体发光元件的剖视图。 图19是表示第三实施方式的半导体发光元件的剖视图。
图20是表示第三实施方式的半导体发光元件的电流阻挡层中所含的杂质浓度的
(附图标号说明)
100基板
101氮化物半导体层
105P电极 105AP电极 105BP电极
106η电极
107布线电极
111η型覆层
112η型导光层
113活性层
114P型导光层
116P型覆层
116a山脊部
116b凹部
116c山脊部
116d凹部
121电流阻挡层
121A电流阻挡层
132金属膜
141掩模
142抗蚀剂掩模
200半导体发光元件
300封装体
330子台座
331子台座基板
332子台座电极
340基座
341散热片
342绝缘部
343导线
351引线
具体实施例方式(第一实施方式)图1表示第一实施方式的半导体发光元件的剖面构成。如图1所示那样，在主面为(0001)面的η型六方晶GaN所构成的基板100上形成有氮化物半导体层101。氮化物半导体层101具有在基板100上依次形成的η型覆层111、η型导光层112、障壁层(未图示)、活性层113、P型导光层114、载流子过流抑制(OF。层(未图示)、P型覆层116以及 P型接触层(未图示)。η型覆层111可以为n-AWaN ；η型导光层112可以为n-GaN ；阻挡层可以为InGaN。活性层113可以为利用了 InGaN的量子阱活性层。P型导光层114可以为P-GaN ；OFS层可以为AlGaN ；P型覆层116可以为P-AlGaN与GaN的形变超晶格；P型接触层可以为P-GaN。P型覆层116具有条纹状的山脊部116a。在山脊部116a的两侧，分别形成由具有结晶构造的氧化锌所构成的电流阻挡层121。具体而言，在P型覆层116的相互隔开间隔地形成的2个凹部分别嵌入通过液相生长所形成的由氧化锌构成的电流阻挡层121。在山脊部116a上，以横跨在电流阻挡层121上的方式形成有P电极105，在基板100的背面形成有η电极106。电流阻挡层121使从P电极105注入的电流实现狭窄化，从而能对活性层113的位于山脊部116a下方的区域进行选择性注入。山脊部116a以及其下方的区域构成对从活性层113出射的光进行封闭的光波导。活性层113中产生的光封闭，其在层叠方向主要是通过η型导光层112与η型覆层111之间的折射率差以及P型导光层114与P型覆层116 之间的折射率差来进行的。在与层叠方向以及光波导延伸的方向正交的方向，主要是通过山脊部116a与电流阻挡层121的实效的折射率差来进行的。活性层113中所产生的光沿着光波导进行导波。在与光波导延伸的方向垂直的方向上形成光波导的端面，所进行导波的光的一部在端面被反射后返回至光波导而被放大，从而产生激光振荡。另一方面，若使光波导的端面所反射的光不返回光波导，则不产生激光振荡。由此，能作为取出自然放出光的感应放大光的超发光二极管来进行动作。为了不使所反射的光返回光波导，例如，可使端面相对于光波导所延伸的方向而倾斜规定的角度，或者在端面设置光吸收体，使其吸收光。若采用这样的构成，则由于能实现低相干动作，从而能降低斑点噪声。以下，对本实施方式的半导体发光元件的制造方法进行说明。首先，如图2(a)所示那样，例如在主面为(0001)面的η型六方晶GaN所构成的基板100上，利用金属有机化学气相沉积法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition =MOCVD 法)等来使氮化物半导体层101生长。接下来，在氮化物半导体层101上选择性地形成掩模141。氮化物半导体层101，例如可构成为从基板100侧起依次形成的η型覆层lll、n型导光层112、量子阱构造的活性层113、P型导光层114、OFS层(未图示)、P型覆层116以及接触层(未图示)。η型覆层111可设为厚度2μπι的n-AKiaN。η型导光层112可设为厚度0. 1 μ m的n-GaN。可将由InGaN构成的阻挡层与由InGaN构成的阱层进行3周期生长来得到活性层113。P型导光层114可设为厚度0. 1 μ m的P_GaN。OFS层可设为厚度IOnm的 AlGaN0 P型覆层116可设为将厚度1. 5nm的P-AWaN与厚度1. 5nm的GaN进行160个周期地反复而形成的厚度为0. 48 μ m的形变超晶格。接触层可设定为厚度0. 05 μ m的P_GaN。掩模141可在氮化物半导体层101上形成厚度为300nm的SW2膜之后，对SW2膜进行选择性除去来形成。例如，首先，通过利用了甲硅烷(SiH4)的热化学气相沉积法(热 CVD法)，在氮化物半导体层101上形成SW2膜。接下来，在SiA膜上，通过光刻法形成具有宽度为1.5μπι的条纹状的开口部的光抗蚀剂。其后，通过利用了四氟化碳(CF4)的反应性离子蚀刻(RIE)，将S^2膜的露出部分除去即可。其次，如图2(b)所示那样，利用掩模141，将P型覆层116进行选择性地除去，形成深度为400nm左右的条纹状的凹部116b。由此，在P型覆层116形成条纹状的山脊部 116a。P型覆层116的除去可通过利用了氯气(Cl2)的感应耦合等离子体(ICP :inductively coupled plasma)蚀刻来进行即可。接下来，如图2(c)所示那样，在凹部116b通过液相生长使由ZnO构成的电流阻挡层121进行结晶生长。ZnO的生长，例如通过使形成了氮化物半导体层101的基板100在加热至70°C的含有硝酸锌铅六水合物以及四氮六甲圜(hexamethylenetetramine)的溶液中进行5小时浸润来进行。如图3所示那样，ZnO在由SiO2构成的掩模141上不生长，而仅在露出的P型覆层116上进行选择性生长。另外，即使在晶片存在有弯曲的情况下，也能在晶片面内均勻地生长，所以，能够提高成品率。通过该方法而生长的ZnO表现η型的导电性。由此，在与P型覆层116的界面形成Pn结，通过Pn结的反偏压作用来实现使电流狭窄化的功能。接下来，如图2(d)所示那样，例如，通过利用了 5%左右浓度的氟化氢酸溶液的湿法蚀刻来除去掩模141。接下来，如图4(a)所示那样，通过光刻法来形成抗蚀剂掩模142，抗蚀剂掩模142 具有在山脊部116a上露出的宽度为2 μ m左右的条纹状的开口部。接下来，如图4(b)所示那样，形成P电极105。例如，通过电子束(EB)蒸镀法，在基板100的整个面上依次形成厚度为50nm的钯(Pd)层与厚度为50nm的钼(Pt)层。接下来，进行剥离，除了山脊部116a上部外，除去Pd层以及Pt层从而形成P电极105。其后， 400°C左右的温度下，进行烧结，形成欧姆接触。而且，以覆盖山脊部116a的方式，形成在条纹方向的长度约为500 μ m,与条纹垂直的方向的宽度约为150 μ m的布线电极(未图示)。 布线电极，例如可以设为厚度为50nm的钛(Ti)、厚度为50nm的Pt以及厚度为IOOnm的金(Au)的层叠膜，通过光刻法以及蚀刻来形成即可。接下来，如图4 (C)所示那样，通过金刚石浆体，对基板100的背面进行研磨至厚度为80 μ m左右后，在基板100的背面形成η电极106。η电极106例如可通过EB蒸镀法来形成厚度为5nm的Ti，厚度为50nm的Pt以及厚度为IOOnm的Au。而且，劈开晶片，使得例如共振器宽度成为200 μ m，共振器的长度成为800 μ m，由此，来进行半导体发光元件的单片化即可。图5是本实施方式的半导体发光元件的安装例，(a)表示光出射面侧的构成，(b) 表示侧面的构成。如图5所示那样，半导体发光元件200被安装于封装体300。封装体300 具有由铁等构成的基座340、在基座340上安装的由铜等构成的散热片(heat sink) 341、以及在基座340上隔着绝缘部342而安装的导线343。在散热片341上，隔着由AlN陶瓷等构成的子台座(submoimt) 330而安装有半导体发光元件200。子台座330具有子台座基板331与在子台座基板331的一面上形成的子台座电极332。子台座电极332与半导体发光元件200的η电极106相连接。在半导体发光元件200产生的热量通过子台座330而传导至散热片341。传导至散热片341的热量通过散热片341进行散热，并且一部分传导至基座340，通过基座340进行散热。子台座电极332通过引线351与导线343的一方相连接。 导线343的另一方通过引线351与P电极105相连接。图6表示通过液相生长法进行结晶生长得到的ZnO的折射率。在波长为400nm SOOnm的范围，折射率表示为2. 0左右至1. 9左右的值。例如，波长为405nm的情况下的折射率为2. 0。而波长为405nm的情况下的SW2的折射率为1. 5左右，因此，表示为较SW2为较大的值。图7表示ZnO层的吸收系数。波长为400nm左右 500nm左右的范围，ZnO层的吸收系数为IX IO3CnT1左右。例如，波长为405nm的情况下的吸收系数为1. 34X IOW10图8表示通过液相生长法进行结晶生长的ZnO的物性。通过液相生长法进行了结晶生长的&10，其进行X射线衍射(XRD)的半值全宽度为MOarcsec。另一方面，通过溅射法所形成的&ι0，其进行X射线衍射(XRD)的半值全宽度为5040arcsec。关于电阻率P，在液相生长法的情况下为2 X 10_2 Ω cm，而在溅射法的情况下为IX IO3 Ω cm。据此可知较之于溅射法，通过利用液相生长可获得结晶性优良且具有结晶构造的&ι0。并且，ZnO在波长
10405nm相对于GaN的折射率差Δ η为0. 5左右，与一般所利用的非晶体SiO2相比较小。由此，能使横向模式稳定化。图9表示针对电流阻挡层利用了通过液相生长法所形成的ZnO的情况下的光封闭的状态以及利用了 SiA的情况下的光封闭的状态的比较。图9表示以图10所示的构造进行的测定。山脊部116a的宽度W为1. 3 μ m，山脊部116a以外的部分的P型覆层的高度Hl 为200nm，山脊部116a的基部到山脊部116a的上端为止的高度H2为200nm。图9的纵轴表示图10的IX-IX线上的共振模式的电场强度，横轴表示以山脊部116a的中心为0时所表示的位置。如图9所示那样，作为电流阻挡层，较之于利用S^2层的情况，利用通过液相生长法所形成的具有结晶构造的&10，能获得较广的光分布。电流阻挡层121的与山脊部116a并行的方向的宽度可任意设定，电流阻挡层121 也可以是到达氮化物半导体层101的侧面的构成。(第一实施方式的第1变形例)在第一实施方式中，山脊部被设为上部的宽度比下部的宽度要窄的正锥形状。但是，也可以是如图11所示那样，上部的宽度比下部的宽度要宽的倒锥形状的山脊部116c。 在该情况下，如图12(a)所示那样，按照下部的宽度比上部的宽度要窄的方式进行P型覆层 116的蚀刻，可形成下部的宽度比上部的宽度要窄的条纹状的凹部116d。其后，如图12(b) 所示那样，以与之前所说明的工序相同的工序，使由ZnO构成的电流阻挡层121进行液相生长。并且，如图12 (c)所示那样，形成P电极105以及η电极106即可。由此，实现具有倒锥形状的山脊部116c的半导体发光元件。为了便于对山脊部的侧壁覆盖绝缘膜，通常山脊部的形状设为正锥形状。该情况下，山脊最上部的面积变小，接触电阻增大，有可能导致动作电压变高。但是，通过设为倒锥形状的山脊部116c，由于能使山脊最上部的P电极105与山脊部116c之间的接触面积较大，从而能够降低接触电阻。其结果，能够降低动作电压，并提高电-光转换效率。(第一实施方式的第2变形例)在上述中，示出了作为用于形成山脊部的蚀刻掩模以及用于使电流阻挡层选择生长的生长掩模而利用了 SiO2膜的方法。但是，取代SiO2膜，也可以利用与P电极相同的构成的金属膜。该情况下，如图13(a)所示那样，利用金属膜143作为蚀刻掩模来形成山脊部 116a。接下来，如图13(b)所示那样，利用金属膜143作为生长掩模来使电流阻挡层121进行结晶生长。其后，如图13(c)所示那样，在基板100的背面形成η电极106，并将金属膜 143的在山脊部116a上形成的部分作为P电极105A。如此，能够更进一步简化制造工序。(第二实施方式)图14表示第二实施方式的半导体发光元件的剖面构成。在图14中，对与图1相同的构成要件赋予相同符号。如图14所示，第二实施方式的半导体发光元件具有下述特征 由具有结晶构造的ZnO构成的电流阻挡层121的高度与山脊部116a的高度大致相同。另外，形成有横跨在电流阻挡层121与山脊部116a之上的大致平坦的P电极105B。通过这样的构成，能够进一步提高半导体发光元件的散热特性。本实施方式的半导体发光元件，与第一实施方式相同地形成山脊部116a之后，如图15(a)所示那样，通过使由ZnO构成的电流阻挡层121大约形成400nm的膜，来使电流阻挡层121的顶面与山脊部116a的顶面进行对齐一致即可。接下来，除去由SiO2构成的掩模141后，如图15(b)所示那样，以覆盖电流阻挡层121以及山脊部116a上的方式，通过EB 蒸镀法等来形成P电极105B。并且，形成在山脊部116a延伸的方向的长度为500 μ m左右且与山脊部116a垂直的方向的宽度为150 μ m左右的布线电极107。布线电极107例如可设为膜厚分别为50nm、50nm以及IOOnm的Ti、Pt以及Au的层叠膜。其次，如图15(c)所示那样，对基板100研磨后，在基板100的背面形成η电极106。并且，对晶片进行劈开，使得例如共振器宽度为200 μ m，共振器长度为800 μ m。图16是表示本实施方式的半导体发光元件的安装例，(a)表示从光出射面侧所看到的构成，(b)表示侧面的构成。如图16所示，本实施方式的半导体发光元件中，布线电极 107与子台座电极332相连接。由此，氮化物半导体层101所产生的热量能高效地进行散热。另外，与第一实施方式同样地，η电极106能与子台座电极332相连接。图17表示各种材料的热传导率。氧化铝(Al2O3)以及氮化铝(AlN)为体结晶(bulk crystal 大尺寸结晶)的情况下，具有比ZnO要高的热传导率。但是，通过电子回旋加速器谐振溅射法形成的Al2O3以及A1N，其热传导率分别变小为1. Off/m · K以及0. 46ff/m · K。另一方面，在为ZnO的情况下，即便是通过液相生长法进行成膜的情况下，也得到5. 6ff/m · K 的较高的值。由此可知，本实施方式的半导体发光元件具有较高的散热性。另外，在第一实施方式的第1变形例以及第2变形例的构成中，通过调整电流阻挡层的膜厚，能够实现具有平坦的P电极的半导体发光元件。另外，电流阻挡层121的与山脊部116a并行方向的宽度为可以任意地设定。电流阻挡层121也可以是未到达氮化物半导体层101的侧面的构成。(第二实施方式的一变形例)通过形成由具有结晶构造的ZnO构成的电流阻挡层121，能够高效地进行散热。由此，如图18所示那样，形成多个山脊部116a，能够容易地增高发光光的最大光输出。如图18所示，由于能对各山脊部116a单独地提供电力，所以能按照每一山脊部 116a来调整光输出。在单独地提供电力的情况下，只要将子台座电极进行图案化来形成多个布线电极，将P电极105B与对应的布线电极分别连接即可。在封装体中，设置与山脊部 116a对应数量的导线，布线电极与导线分别通过引线进行连接即可。η电极106与子台座电极相连接的情况下，只要分别通过引线将P电极105Β与对应的导线进行连接即可。另外，也可以是各山脊部的P电极为公共化的构成。该情况下，通过电流阻挡层， 山脊部的热量向氮化物半导体发光元件内进行扩散，温度分布成为均勻化。由此，通过利用具有结晶构造的ZnO作为电流阻挡层，能够将山脊部的串联电阻的偏差抑制在较小的值， 能够使从多个山脊部出射的光的出射光强度相同程度地一致。(第三实施方式)第三实施方式的半导体发光元件为自激振荡型。通过设为自激振荡型，能够降低噪声。设为自激振荡型的情况下，如图19所示那样，只要形成由光学特性不同的ZnO构成的电流阻挡层121Α即可。电流阻挡层121Α，例如只要是通过利用了含有Cu或者B等的杂质离子的溶液的液相生长法进行结晶生长得到的SiO即可。通过利用含有Cu或者B等的杂质的&10，在活性层113中所发光的一部分光能在电流阻挡层121A进行吸收。通过控制电流注入区域与光分布区域，能够形成可饱和吸收区域。可饱和吸收区域是指，通过吸收光使载流子浓度增大，随着光的增加，光的吸收量减少，最终吸收量成为饱和的区域。通过形成可饱和吸收区域，能够使自激动作变成可能。借助于电极而向活性层113注入电流时，在活性层113蓄积载流子，活性层113中的增益增加。但是，在与电流注入区域相邻而设置的可饱和吸收区域中，载流子由于吸收光而造成损失。载流子浓度增大，电流注入区域以及可饱和吸收区域的总增益成为阈值增益以上时，激光振荡将产生。与振荡同时地，载流子浓度急速减少。此时，由激光振荡所产生的光分布的边缘部在可饱和吸收区域被吸收，可饱和吸收区域中的载流子浓度增加，吸收量不久达到饱和。于是，电流注入区域以及可饱和吸收区域中的总载流子数减少，载流子变没后则振荡停止。反复进行该动作为自激动作。作为光分布的控制方法，例如有调整山脊部周边所残存的P型覆层的厚度的方法，或者设置用于吸收所产生的光的吸收体的方法，但控制性高的是后面的方法。本实施方式中，通过利用在电流阻挡层121A中掺杂2X 1019atOmS/Cm3的浓度的硼后的ZnO来控制光分布，并实现自激动作。要形成由具有掺杂了硼的结晶构造的ZnO构成的电流阻挡层121A，例如，在使SiO 进行结晶生长时的溶液中，作为硼源而添加0. 02M的二甲胺硼烷(dimethylamine borane) 艮可。图 20 表示通过次级离子质i普法(Secondary Ion Mass Scattering Spectroscopy SIMS)对具有硼的电流阻挡层所含的元素的浓度进行测定的示例。如图20所示那样，硼的浓度为 2X 1019atoms/cm3 左右。即使在本实施方式中，也可以使电流阻挡层121A的顶面与山脊部116a的顶面一致。另外，也能够利用倒锥形状的山脊部116c。在各实施方式以及变形例中，示出了对于基板而利用GaN基板的示例，但是为降低制造成本，也可利用蓝宝石基板或者碳化硅基板等。各实施方式以及变形例的半导体发光元件具备由具有结晶构造的ZnO构成的电流阻挡层，所以在利用价廉的不同种类基板的情况下，也能够实现稳定的横向模式。(产业上的可利用性)本发明所涉及的氮化物半导体发光元件及其制造方法能够通过比现有技术更为简便的工序，实现由横向模式稳定的氮化物半导体构成的半导体发光元件，尤其是作为利用了氮化物半导体的半导体发光元件及其制造方法等是有用的。
权利要求
1.一种半导体发光元件，其具备氮化物半导体层，其形成于基板上，并具有第一覆层、活性层以及第二覆层；以及电流阻挡层，其用于对所述活性层选择性地注入电流，其中，所述第二覆层具有条纹状的山脊部，所述电流阻挡层在所述山脊部的两侧区域分别形成，且所述电流阻挡层由具有结晶构造的氧化锌构成。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中， 所述电流阻挡层与所述山脊部的侧壁相接地形成。
3.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其中， 所述山脊部的上端部的宽度比下端部的宽度宽。
4.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中， 所述山脊部有多个，所述电流阻挡层形成在所述多个山脊部的各自的两侧区域。
5.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中，所述氧化锌对所述活性层所发出的光的波长具有光吸收特性。
6.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中， 所述氧化锌含有铜以及硼的至少一者。
7.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中， 所述半导体发光元件进行自激动作。
8.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中， 所述半导体发光元件为半导体激光元件。
9.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中， 所述半导体发光元件为超发光二极管。
10.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中， 所述基板是蓝宝石基板。
11.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中， 所述氧化锌通过液相生长法来形成。
12.—种半导体发光装置，其具备权利要求1所述的半导体发光元件；以及具有散热片的封装体，所述半导体发光元件使与所述基板为相反侧的面和所述散热片的一面相对置地被安装于所述封装体。
13.一种半导体发光元件的制造方法，其包括工序a，在基板上依次形成分别由氮化物半导体构成的第一覆层、活性层以及第二覆层；工序b，在所述第二覆层形成条纹状的山脊部；以及工序c，在所述山脊部的两侧，通过液相生长法使氧化锌选择性地进行结晶生长。
14.根据权利要求13所述的半导体发光元件的制造方法，其中，还具备在所述工序c之后，在所述山脊部上形成第一电极的工序d， 所述工序b包括工序bl，在所述第二覆层上形成条纹状的掩模；以及工序1^2，通过利用所述掩模对所述第二覆层进行选择性地蚀刻来形成所述山脊部。
15.根据权利要求13所述的半导体发光元件的制造方法，其中， 所述工序b包括工序bl，在所述第二覆层上形成条纹状的第一电极；以及工序1^2，通过以所述第一电极作为掩模对所述第二覆层进行选择性地蚀刻来形成所述山脊部。
全文摘要
一种半导体发光元件，其具备氮化物半导体层(101)，其具有第一覆层(111)，活性层(113)以及第二覆层(116)；以及电流阻挡层(121)，其对活性层(113)选择性地注入电流。第二覆层(116)具有条纹状的山脊部(116a)。电流阻挡层(121)在山脊部(116a)的两侧区域分别形成，且由具有结晶构造的氧化锌构成。
文档编号H01S5/22GK102365796SQ20108000994
公开日2012年2月29日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年6月2日
发明者大野启, 山中一彦, 滨田贵裕, 萩野裕幸, 长尾宣明 申请人:松下电器产业株式会社