半导体发光元件的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于投影仪光源等的半导体发光元件。
【背景技术】
[0002] 专利文献1中记载了一种具有利用p型包覆层和n型包覆层夹住有源层的结构的 半导体发光元件。具体而言，包括：衬底；设置在衬底上方的第一导电型第一包覆层；设置 在第一包覆层上方的量子阱有源层；以及设置在量子阱有源层上方的第二导电型第二包覆 层。
[0003] 专利文献1 :日本公开专利公报特开2002-270971号公报
【发明内容】
[0004] _发明所要解决的技术问题-
[0005] 在这样的现有半导体发光元件中，存在难以使抑制衬底与第一包覆层之间的晶格 失配和衬底的垂直方向上的陷光两立的问题。
[0006] 即，在上述现有结构中，若要使垂直方向的光陷阱增大，优选第一包覆层的折射率 较低。因此，例如优选第一包覆层的A1组成比高。另一方面，如果增加第一包覆层的A1组 成比，则第一包覆层与衬底之间的晶格失配会增大。这样，难以使由增加第一包覆层的A1 组成比引起的垂直方向的陷光和对衬底与第一包覆层之间的晶格失配情况的抑制两立。
[0007] 本发明的技术问题是使对衬底与第一包覆层之间的晶格失配的抑制和垂直方向 的光陷阱两立。
[0008]-用以解决技术问题的技术方案_
[0009] 本发明中的半导体发光元件的一方式中，在衬底与第一包覆层之间具有包括第 一导电型IrVpyAlyGaxN层的第一折射率修正层，X和y满足关系式x/1. 05+y/0. 69 > 1、 x/0. 91+y/0. 75彡1以及x/1. 08+y/0. 91彡1，并且发出的光的波长在430nm以上。
[0010]-发明的效果-
[0011] 根据本发明的半导体发光元件，能够抑制衬底与第一包覆层之间的晶格失配情 况，同时能够使垂直方向的光陷阱增大。
【附图说明】
[0012] 图1是一实施方式中的半导体发光元件的剖视图。
[0013] 图2是表示一实施方式中的半导体发光元件的第一折射率修正层中使用的材料 组成比设定区域的图。
[0014] 图3是表示一实施方式中的半导体发光元件的第一折射率修正层中使用的另一 材料组成比设定区域的图。
[0015] 图4是表示一实施方式中的半导体发光元件的第一折射率修正层中使用的另一 材料组成比设定区域的图。
[0016] 图5(a)是表示一实施方式中的半导体发光元件的晶格缺陷与临界膜厚的关系的 图，图5(b)是表示一实施方式中的半导体发光元件的晶格缺陷与标准化临界膜厚的关系 的图。
[0017] 图6是表示处于整体（Bulk)状态的InGaAIN材料组成分离区域的热力学解析结 果的图。
[0018] 图7是表示与GaN层晶格匹配的InGaAIN材料中组成分离区域的热力学解析结果 的图。
[0019] 图8(a)是表示AlGaN的临界膜厚对Al组成比的依赖性的图，（b)是表示InGaN的 临界膜厚对In组成比的依赖性的图，（c)是表示InAIN的临界膜厚对In组成比的依赖性 的图。
[0020] 图9是表示一实施方式中的半导体发光元件的第一折射率修正层中使用的另一 材料组成比设定区域的图。
[0021] 图10是表示InAIN的折射率的膜厚结构比依赖性的图。
[0022] 图11 (a)是表示约430nm的半导体发光元件中InAIN的折射率的膜厚结构比依赖 性的图，图11 (b)是表示约530nm的半导体发光元件中InAIN的折射率的膜厚结构比依赖 性的图。
[0023] 图12(a)是表示现有半导体发光元件的折射率分布的计算结果的图，图12(b)是 表示现有半导体发光元件中的垂直方向光分布的计算结果的图。
[0024] 图13(a)是表示一实施方式的半导体发光元件的折射率分布的计算结果的图，图 13(b)是表示一实施方式的半导体发光元件中的垂直方向光分布的计算结果的图。
[0025] 图14是表示一实施方式中的半导体发光元件的第一折射率修正层中使用的另一 材料组成比设定区域的图。
[0026] 图15是实施例3中的半导体发光元件的剖视图。
[0027] 图16是实施例4中的半导体发光元件的剖视图。
[0028] 图17是实施例5中的半导体发光元件的剖视图。
[0029] 图18是表示实施例5中的变形例的半导体发光元件的剖视图。
[0030] 图19是表示实施例5中的变形例的半导体发光元件的剖视图。
【具体实施方式】
[0031] 在本发明中，A设置在B的"上方"这样的表述，包括A经由其他部件设置在B上和 A以与B接触的方式设置在B上这两种情况。A设置在B "上"这样表述的情况也一样。
[0032] 在本发明中，第一导电型与第二导电型是互不相同的导电类型，当第一导电型为n 型的情况下第二导电型为P型，当第一导电型为P型的情况下第二导电型为n型。
[0033] 在本发明中，将氮化铟（InN)、氮化铝（A1N)以及氮化镓（GaN)的混晶表示为 In aAlbGac;N。在没有特指第三族（III族）元素的组成比的情况下，有时会省略下标文字。
[0034] 第一方面的半导体发光元件包括：由GaN形成的衬底、设置在衬底上方的由 In^iAUGadN形成的第一导电型第一包覆层、设置在第一包覆层上方的量子阱有源 层、设置在量子阱有源层上方的由Inm^Al&GaMN形成的第二导电型第二包覆层以及 设置在衬底与第一包覆层之间的第一导电型第一折射率修正层，第一折射率修正层包 括 Ini_x_yAlyGaxN 层，x 和 y 满足关系式 x/1. 05+y/0. 69 > 1、x/0. 91+y/0. 75 彡 1 以及 x/1. 08+y/0. 91彡1，量子阱有源层发出的光的波长在430nm以上，其中，0 <nl < 1，0彡n2 < 1，nl+n2 < l，0<ml < l，0<m2< 1，ml+m2 < 1，x+y < 1。
[0035] 第二方面的半导体发光元件包括：由GaN形成的衬底、设置在衬底上方的由 In^iAUGadN形成的第一导电型第一包覆层、设置在第一包覆层上方的量子阱有源 层、设置在量子阱有源层上方的由Inm^Al&GaMN形成的第二导电型第二包覆层以及 设置在衬底与第一包覆层之间的第一导电型第一折射率修正层，第一折射率修正层包 括 Ini_x_yAlyGaxN 层，x 和 y 满足关系式 x/1. 13+y/0. 49 > 1、x/0. 91+y/0. 75 彡 1 以及 x/1. 08+y/0. 91彡1，量子阱有源层发出的光的波长在530nm以上，其中，0 < nl < 1，0彡n2 < 1，nl+n2 < l，0<ml< l，0<m2< 1，ml+m2 < 1，x+y < 1。
[0036] 第三方面的半导体发光元件包括：由GaN形成的衬底、设置在衬底上方的由 In^iAUGadN形成的第一导电型第一包覆层、设置在第一包覆层上方的量子阱有源 层、设置在量子阱有源层上方的由Inm^Al&GaMN形成的第二导电型第二包覆层以及 设置在衬底与第一包覆层之间的第一导电型第一折射率修正层，第一折射率修正层包 括 Ini_x_yAlyGaxN 层，x 和 y 满足关系式 x/1. 54+y/0. 24 > 1、x/0. 91+y/0. 75 彡 1 以及 x/1. 08+y/0. 91彡1，量子阱有源层发出的光的波长在630nm以上，其中，0 <nl < 1，0彡n2 < 1，nl+n2 < l，0<ml< l，0<m2< 1，ml+m2 < 1，x+y < 1。
[0037] 各个方面的半导体发光元件可以构成为x和y满足关系式x/0. 96+y/0. 81多1 以及x/1.04+y/0. 87< 1，还可以构成为x和y满足关系式x/0. 99+y/0. 82多1以及 x/1.01+y/0. 84< 1，也可以构成为x和y满足关系式x/0. 80+y/0. 89彡1。
[0038] 各个方面的半导体发光元件可以构成为第一折射率修正层是包括In^AlyGaxN 层和GaN层的超晶格层。
[0039] 在各个方面的半导体发光元件中，x可以为0。
[0040] 各个方面的半导体发光元件还可以构成为包括设置在第一折射率修正层与第一 包覆层之间的第三包覆层。
[0041] 在该情况下可以构成为，第一包覆层由GaN形成且第三包覆层由AlGaN形成。
[0042] 各个方面的半导体发光元件还可以构成为包括设置在第二包覆层上方的第二折 射率修正层。
[0043] 各个方面的半导体发光元件还可以构成为还包括设置在量子阱有源层上方的第 二折射率修正层，并且，第二包覆层具有上层和下层，第二折射率修正层设置在上层与下层 之间。
[0044] 各个方面的半导体发光元件还可以构成为包括设置在量子阱有源层与第二包覆 层之间的第二折射率修正层。
[0045](一实施方式）
[0046] 下面，参照附图来对半导体发光元件的一实施方式进行说明。如图1所示，一实施 方式中的半导体发光元件包括：由GaN形成的衬底11;设置在衬底11上方的第一导电型第 一包覆层12 ;设置在上述第一包覆层12上方的量子阱有源层13 ;以及设置在上述量子阱 有源层13上方的第二导电型第二包覆层14。
[0047]第一包覆层 12 由 Ini_nl_n2Aln2GanlN(0 彡 nl < 1，0 < n2 < l，nl+n2 彡 1)形成，第 二包覆层 14 由 InmjAUGawN^ < ml < 1，0 < m2 < 1，ml+m2 彡 1)形成。
[0048] 在衬底11与第一包覆层12之间设置有第一导电型折射率修正层15。在第一包覆 层12与量子阱有源层13之间设置有导向层313。在量子阱有源层13与第二包覆层14之 间设置有第二导电型量子阱电子势皇层315。第二包覆层14具有脊14A，在脊14A上设置 有第二导电型接触层317。在除脊14A上部之外的第二包覆层14上设置有对于光分布而言 是透明的电流阻挡层318。在衬底11的下表面设置有第一电极321，在接触层317和电流 阻挡层318上设置有第二电极320。
[0049] 折射率修正层15包括第一导电型Ini_x_ yAlyGaxN(x+y < 1)层。当发出的光的波长 在430nm以上的情况下，IrVpyAlyGaxN层的Ga组成比x以及A1组成比y满足下面的式1。
[0050] x/1. 05+y/0. 69>1. ? ?(式 1)
[0051] 构成折射率修正层15的1111_!￡_/1#& !^层满足式1，由此能够使折射率修正层15的 折射率小于第一包覆层12的折射率。下面对其理由进行说明。
[0052] 首先，当使用Aln2GanlN作为第一包覆层12的材料的情况下，从增强在量子阱有源 层13的垂直方向上的陷光方面来看，为了减小第一包覆层12的折射率，期望A1组成比n2 比较大。然而，如果使A1组成比n2增大，例如将其设定为0. 1以上，则由GaN形成的衬底 11与由AUGamN形成的第一包覆层12之间的热膨胀系数之差变大，由此元件结构容易因 结晶生长时的热历史而产生龟裂。此外，还容易产生晶格缺陷。因此，从抑制龟裂的产生的 方面来看，第一包覆层12的A1组成比n2的最大值为0. 1，第一包覆层12的折射率的实质 下限值为当A1组成比n2为0. 1情况下的折射率。
[0053] 因此，只要折射率修正层15的折射率小于该第一包覆层12的折射率的实质下限 值即可。
[0054] 在发出的光的波长为430nm的情况下，在图2中，Ini_ x_yAlyGaxN层的组成比与通过 x/1. 05+y/0. 69 = 1表示的线段是一致的，其中上述1]11_!￡_/1#3!^层的折射率等于A1组成 比n2为0. 1的AlaiGaa9N层的折射率。即，具有将In组成比为0. 31、A1组成比为0. 69、Ga 组成比为0的1%341(|.6#与41组成比为0.1、63组成比为0.9、111组成比为0的41 (|.163(|.# 连接的线段上的组成比的层，其折射率等于第一包覆层12的折射率的实质下限值。
[0055] 因此，具有该线段的上侧即A1N侧的组成比的层的折射率实质上小于第一包覆层 12的折射率的下限值。因此，如果利用具有满足式1的组成比的I ni_x_yAlyGaxN层形成折射 率