CN101322256A - 发光元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光元件(1)，其具有埋入结构的电流阻挡层(9)，电流阻挡层(9)的至少一部分的氧浓度高于发光层中的氧浓度，并且电流阻挡层(9)的厚度为5nm～100nm。在电流阻挡层(9)的下部含有蚀刻停止层(24)，蚀刻停止层(24)具有耐氧化性。采用本发明，可以提供一种电流限制效果得以提高、从而获得正向电压低且输出功率高的发光元件(1)及其制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及由半导体构成的发光元件及其制造方法，更详细地说，涉及具有电流阻挡层的发光元件及其制造方法。
背景技术
为人所知的电流限制结构(current confinement structure)的发光元件是：为了限定发光元件的发光区域，在发光元件内形成由高阻抗区域等形成的电流阻挡层，从而提高活性层局部的载流子浓度，由此实现发光元件的高输出和高速响应性。
在该具有电流限制结构的发光元件中，为了实现更高输出和更高速响应性，一般使用具有电流限制结构的垂直谐振器型发光元件，其具有能使光产生谐振的谐振器结构，并使流向活性层的电流密度得以提高。
作为在发光元件内制作电流限制结构的方法，为人所知的有离子注入法、杂质扩散法、选择氧化法、埋入法等。
专利文献1公开了如下所述的具有电流限制结构的发光元件：通过使氢(H)离子加速，并将其从元件表面或元件的侧面注入而形成高阻抗区域。在该离子注入法中，由于离子注入而使结晶遭到破坏，从而使可靠性降低。
专利文献2公开了如下所述的电流限制结构的发光元件：从元件表面注入锌(Zn)离子，并使所注入的锌扩散，这样使高阻抗区域中的传导类型发生反转，从而设计出电流通电部。在该杂质扩散法中，由于扩散系数大的杂质发生扩散，因而在活性层附近的载流子浓度在通电时发生变化，以致光输出不稳定。
专利文献3公开了如下所述的电流限制结构的发光元件：在水蒸气气氛下进行热处理，由此从元件侧面使铝(A1)组成比率高的层发生氧化而制作电流阻挡层。在该选择氧化法中，难以控制氧量，因氧化造成的Al比率高的层发生体积变化而在结晶内产生畸变，因而导致可靠性的降低。
专利文献4和5公开了如下所述的电流限制结构的发光元件：在发光二极管内局部埋入有电流阻挡层，该电流阻挡层利用了p-n结的禁带宽度所产生的壁垒。再者，专利文献5公开了具有蚀刻停止层的发光元件。
专利文献4、5所公开的埋入法容易进行电流阻挡层的宽度和厚度的控制，在制作时不进行热处理和离子注入，从而也不会施加杂质等向活性层的扩散和应力，所以能制作可靠性高的发光元件。不过，专利文献4所公开的电流限制结构在电流阻挡层的蚀刻时，在电流阻挡层的开口部产生氧化膜。因此，在开口部的氧化膜上使元件结构再生长的发光元件的正向电压就变高。
制作专利文献5所公开的电流限制结构时，通过As气氛中的热处理进行GaAs蚀刻停止层产生的自然氧化膜的除去，因此包层等的掺杂剂扩散到活性层而使输出恶化。特别是在活性层采用了量子阱结构时，输出恶化特别显著。
以埋入法制作的电流阻挡层为了利用pn结或禁带宽度之差而得到充分的电流限制效果，必须使该电流阻挡层厚度加厚至1μm左右。若增厚电流阻挡层，则有时在电流阻挡层上部的半导体层中产生凹凸，因而存在如下的问题：电流阻挡层的化学蚀刻也需要较长的时间，不仅深度方向而且在径向也被蚀刻，由此产生凹凸而使电场分布发生变化，从而不能得到高输出且正向电压低的二极管。
专利文献1：日本专利第3638515号
专利文献2：日本特开2001-44501号公报
专利文献3：日本特开2003-8142号公报
专利文献4：日本专利第3406907号
专利文献5：日本特开平5-175615号公报
发明内容
本发明鉴于上述的问题，目的之一在于提供一种发光元件，该发光元件通过将蚀刻停止层设计为耐氧化层而保护活性层，同时提高电流限制效果，从而能得到低的正向电压和高的输出。本发明的另一目在于提供一种以高成品率制造这种发光元件的方法。
本发明人反复进行了潜心的研究，结果得到了如下的见解，直至完成本发明：在具有电流阻挡层的发光元件中，使电流阻挡层的至少一部分氧化，并将蚀刻停止层设计为耐酸化层，由此不会使再生长面高阻抗化，而且可以较薄地制作电流阻挡层，从而能得到正向电压低且输出高的发光元件。
为了达到上述的一个目的，本发明的发光元件的特征在于，包括发光层和电流阻挡层，该发光元件具有埋入结构的电流阻挡层，该电流阻挡层的至少一部分的氧浓度高于发光层中的氧浓度，并且电流阻挡层的厚度为5nm～100nm。
在上述电流阻挡层的下部优选具有蚀刻停止层。
电流阻挡层的至少一部分的氧浓度优选为1×1020个/cm3以上。该电流阻挡层优选由III-V族化合物半导体构成，III族元素中的铝组成比率为30mol％以上。
根据上述的构成，使电流阻挡层的至少一部分氧化而实现高阻抗化，由此可以减薄电流阻挡层。通过使其膜厚为5nm～100nm，能得到电流限制效果。再者，能减轻在电流阻挡层上所形成的半导体层的凹凸，能在短时间内进行电流阻挡层的化学蚀刻，能防止向径向的蚀刻，从而抑制电场分布的变化。
在蚀刻停止层内，电流阻挡层的开口部表面的氧浓度优选为1×1019个/cm3以下。该蚀刻停止层优选由III-V族化合物半导体的混晶构成，III族元素中铝的组成比率为10mol％以下。电流阻挡层的氧浓度优选为电流阻挡层的开口部表面的蚀刻停止层的氧浓度的至少100倍以上。
根据上述的构成，在电流阻挡层的蚀刻工序中，能防止蚀刻停止层的氧化。因此，使半导体层在蚀刻停止层上生长的发光元件也能几乎不产生阻抗而使正向电压降低。
再者，若本发明的发光元件具有谐振器结构，则能提供一种具有高输出及高速响应性且指向性良好的垂直谐振器型的发光元件。
为了达到本发明的另一目的，本发明的发光元件的制造方法的特征在于，包括如下工序：将具有耐氧化性的蚀刻停止层和电流阻挡层进行层叠的第1工序、对电流阻挡层进行局部蚀刻的第2工序，在上述第2工序中提高上述电流阻挡层的一部分的氧浓度，还具有将电流阻挡层埋入发光元件的工序。
在上述构成中，电流阻挡层的至少一部分的氧浓度优选为1×1020个/cm3以上。
根据上述的构成，能进行电流阻挡层和蚀刻停止层的选择蚀刻，并且能使电流阻挡层的表面高阻抗化。由此，能以高成品率制造具有高可靠性、高输出、高速响应性的垂直谐振器型发光元件等发光元件。
根据本发明，在具有电流阻挡层的发光元件中，通过使具有耐氧化性的蚀刻停止层接近电流阻挡层地配设，能抑制电流阻挡层的蚀刻时产生的电流通电区域的再结晶生长面的氧化。另外，通过较薄地制作电流阻挡层，能使成品率得以提高。
附图说明
图1表示本发明的第1实施方式的发光元件的断面结构。
图2表示本发明的第2实施方式的发光元件的断面结构。
图3是图2的俯视图。
图4表示本发明的垂直谐振器型发光元件的制造方法。
图5是表示比较例的垂直谐振器型发光二极管的结构的剖视图。
图6表示在实施例1的垂直谐振器型发光元件中，从含有电流阻挡层的区域的表面向深度方向的二次离子质谱分析结果。
图7表示在实施例1的垂直谐振器型发光元件中，从电流阻挡层的开口部区域的表面向深度方向的二次离子质谱分析结果。
图8表示在比较例2的垂直谐振器型发光元件中，从含有电流阻挡层的区域的表面向深度方向的二次离子质谱分析结果。
图9表示在比较例2的垂直谐振器型发光元件中，从电流阻挡层的开口部区域的表面向深度方向的二次离子质谱分析结果。
符号说明：
1：发光元件 2：n型基板
3：n型第1反射层 4：n型第1包层
5：活性层 6：p型第2包层
8：双异质结(发光部) 9：电流阻挡层
10：p型第2反射层 11：接触层
12：保护膜 13：光的射出窗部
14：p型半导体层 15：切割区域(Dicing region)
16、17：电极 18：缓冲层
19：GaAs盖层(cap layer) 19A：高阻抗区域
20、20A：垂直谐振器型发光元件 21：凹部
22：由量子阱结构构成的活性层 24：蚀刻停止层
25：凹部
具体实施方式
下面根据附图对本发明的实施方式进行详细说明。在各图中同一或对应的部件使用同一符号。
图1表示本发明的第1实施方式的发光元件的断面结构。如图1所示，本发明的发光元件1具有所谓的埋入结构：在n型基板2的上部依次层叠有n型第1包层4、成为发光层的活性层5、p型第2包层6、以及p型蚀刻停止层24，蚀刻停止层24上的一部分形成有电流阻挡层9，在未形成有电流阻挡层9的蚀刻停止层24的上部(为方便起见，称为电流阻挡层9的开口部9a)以及电流阻挡层9的上部层叠有p型半导体层14，而且电流阻挡层9被埋入p型半导体层14内。在p型半导体层14的上部，且在电流阻挡层9的上部形成有接触层11，接触层11上形成有电极17。该接触层11可设计为杂质密度高的p型半导体层。在基板2的下部形成有电极16。
在此，如图1所示，为了使光高效地射出到外部，也可以在发光元件1上，在基板2侧具有反射层3。也可以在基板2和上述反射层3之间插入缓冲层18。
上述第1包层4、活性层5、第2包层具有双异质结结构8，活性层5是成为发光层的区域。p型半导体层14形成在电流阻挡层9的开口部9a的上部和电流阻挡层9的上部，来自电极17的电流通向活性层5。电流阻挡层9为这种埋入结构，因此，接触层11能以宽面积与低阻抗的p型半导体层14接触，从而可以使电极17与p型半导体层14的接触面的电流密度变得均匀。
根据上述的结构，电流阻挡层9的开口部9a成为发光元件20中的电流通路，从电极17注入的电流经由p型半导体层14中流向电流阻挡层9的开口部9a，在电流阻挡层9的开口部9a成为高电流密度。该高密度化的电流因为流到电流阻挡层9的开口部9a的下部即活性层5，所以可形成高输出、高速响应性的发光元件1。另外，通过将电极17形成在p型半导体层14的上部，且在电流阻挡层9的上部，活性层5发出的光因为未被接触层11吸收，所以能高效地使光射出。
图2表示本发明的第2实施方式的发光元件20的断面结构，图3是图2的俯视图。即图2是沿着图3中的X-X线的剖视图。
如图2所示，本发明的垂直谐振器型发光元件20的结构为：在n型基板2的上部依次层叠有n型第1反射层3、n型第1包层4、活性层5、p型第2包层6、以及p型蚀刻停止层24。再者，蚀刻停止层24上的一部分形成有电流阻挡层9。在电流阻挡层9的开口部9a及电流阻挡层9的上部层叠有p型第2反射层10，电流阻挡层9被埋入发光元件20内。并且，在第2反射层10的上部，且在电流阻挡层9的上部层叠形成有接触层11和电极17，第2反射层10上部的未形成有接触层11的光射出窗部13上形成有由绝缘物构成的保护膜12。另外，基板2的下部形成有电极16。
在上述垂直谐振器型发光元件20中，由第1反射层3和第2反射层10形成垂直谐振器。该垂直谐振器的长度相当于第1反射层3和第2反射层10的纸面垂直方向的间隔，即，相当于形成上述双异质结8的各层和p型蚀刻停止层24的总膜厚。
成为发光部的双异质结8中的活性层5也可以设计为由量子阱结构构成的活性层22。由量子阱结构构成的活性层22可将禁带宽度不同的薄的半导体层交互层叠形成，可设计为单量子阱结构和多量子阱结构。通过设计为该量子阱结构22，可实现相对于图2所示的由单层构成的活性层5，能得到更高输出且更高速响应的垂直谐振器型发光元件20。
如图2所示，在垂直谐振器型发光元件20中，活性层5发出的光能从光射出窗部13射出。该光边射出窗部13的形状可以设计为圆形、椭圆形、矩形等任意形状。在此，图3中X、Y方向的虚线15A、15B所示的区域表示的是对后述的发光元件20的各芯片加以分割的所谓切割区域15。
反射层3、10可以采用由折射率不同的层层叠而成的布拉格反射层(Bragg reflection layer)。布拉格反射层的结构是：将具有较高折射率(n1)且厚度为λ/4n1的膜和具有较低折射率(n2)且厚度为λ/4n2的膜交互层叠在一起。
在此，λ是垂直谐振器型发光元件20的发光波长。在图2所示的反射层3、10中，反射层3具有如下的作用：将活性层5发出的光中的从活性层5射出到基板2侧的光向基板2表面侧反射，从而提高光的取出效率。并且通过使基板2侧的反射层3的反射率高于上部的反射层10的反射率，便能使活性层5发出的光从上部的反射层10选择性地射出。
在反射层3、10中，作为高折射率及低折射率的层，例如可以采用AlrGa1-rAs(在此，r是Al的组成，0＜r＜1)和AlAs，将交互层叠的反射层3、10表示成AlrGa1-rAs/AlAs。
作为上述高折射率及低折射率的层的组合，也能以AlsGa1-sAs(在此，s表示Al的组成，0＜s＜1，s＞r)代替低折射率层的AlAs，以AlrGa1-rAs作为高折射率层。
再者，如图2所示，在基板2与第1反射层3之间也可插入缓冲层18。通过插入该缓冲层18，便能形成结晶性高的第1反射层3。
在本发明的发光元件1、20中，蚀刻停止层24优选设定为耐氧化性也就是难以被氧化的材料。这样一来，能抑制蚀刻停止层24内、电流阻挡层9的开口部的表面、即成为电流通路的后述再生长面中的氧化膜的形成，能抑制正向电压的上升。当发光元件1、20由III族元素和V族元素的化合物即III-V族化合物半导体构成(下面称为III-V族发光元件)时，蚀刻停止层24优选为将铝(Al)的组成设定为III族元素中的10mol％以下的混晶。特别优选的是，将蚀刻停止层24设定为在混晶组成中不含有易于氧化的Al的混晶。例如，在蚀刻停止层24的V族元素采用磷(P)时，可以设计为AlxGayIn1-x-yP(0≤x≤0.1、0≤y≤1、且0≤x+y≤1)。优选的是x＝0即InyGa1-yP(0＜y＜1)。优选将蚀刻停止层24与在电流阻挡层9的蚀刻后生长而成的半导体层之间的界面、即蚀刻停止层24的再生长面的氧浓度设定为1×1019/cm3以下。
蚀刻停止层24的组成(AlxGayIn1-x-yP或InyGa1-yP)优选设定为与包层6的AlxIn1-xP(0＜x＜1)进行晶格匹配的组成。蚀刻停止层24的厚度只要是在后述的电流阻挡层9蚀刻时能保护其下部的包层6的厚度即可，其膜厚设定为30nm以下，优选设定为10nm以下，由此可以减少来自活性层5的光的吸收，从而能高效地射出。
在本发明的发光元件1、20中，电流阻挡层9优选的是能与蚀刻停止层24一起进行选择性蚀刻并易于氧化的材质。即优选的是使电流阻挡层9的至少一部分氧化的结构。通过使电流阻挡层9的一部分氧化，便能使电流阻挡层9高阻抗化，从而能提高电流阻挡效果。这样一来，通过使电流阻挡层9的一部分氧化，便能较薄地制作电流阻挡层9。
电流阻挡层9的厚度优选设定为5nm～200nm。通过使电流阻挡层9氧化，即使厚度薄至5nm，也能具有电流阻挡效果。若电流阻挡层9的厚度在200nm以上，则难以进行再生长的第2反射层10的形状控制，正向电压升高，因而是不优选的。进一步优选的是，通过使电流阻挡层9的一部分氧化，即使在100nm以下的膜厚也具有良好的电流限制效果，特别是通过设定为25nm以下，将进一步降低正向电压，也能提高在电流阻挡层9上部层叠的膜的结晶性，从而使成品率得以提高。
当电流阻挡层9为III-V族发光元件时，可使铝(Al)的组成为III族元素中的30mol％以上。例如，电流阻挡层9的V族元素采用磷(P)时，优选通过设定为AlxGayIn1-x-yP(0.3≤x≤1、0≤y≤1、且0≤x+y≤1)，能使其表面氧化而实现高阻抗化。特别是Al的组成设定为50％以上时，能得到高的电流阻挡效果，且能与蚀刻停止层24一起进行选择性蚀刻。只要使电流阻挡层9的至少一部分的氧浓度为1×1020个/cm3以上，就能实现高阻抗化。此时，电流阻挡层9的氧浓度优选为电流阻挡层9的开口部表面的蚀刻停止层24的氧浓度的至少100倍以上。也就是说，蚀刻停止层24之内、电流阻挡层9的开口部的表面成为电流通路，因此氧浓度优选为1×1018个/cm3以下。
通过将电流阻挡层9形成在靠近成为发光层的活性层5的位置，到电流阻挡层9附近能使电流以宽面积通电，从而能得到高的电流限制效果。特别是将电流阻挡层9形成在第2包层6上时，在活性层5上没有起因于电流阻挡层9的开口部的结晶畸变的影响。此时，第2包层6的厚度为25nm～250nm即可。第2包层6的厚度为25nm以下时，双异质结的载流子限制效应(confinement effect)变弱，发光特性下降。相反，当为250nm以上时，则谐振效果减弱，从而使特性降低。
根据本发明的发光元件1、20，通过采用具有耐氧化性的蚀刻停止层24，能抑制再生长面的氧化，从而使正向电压降低。再者，通过使电流阻挡层9氧化，能提高电流限制效果而提高发光输出，实现高速响应性，进而能够制作薄的电流阻挡层9，能使发光元件1、20的制造成品率得以提高。
此外，在本发明的实施方式1及2中，以n型基板2来进行说明，也可以采用p型基板，此时，根据基板来变更上述各层的传导型即可。以蚀刻停止层24和电流阻挡层9形成在第2包层6的上部的情况作为优选例进行了说明，但由于可以使本发明的电流阻挡层9的膜厚变薄，因此即使形成在第1包层4的下部，也能良好地维持活性层5的结晶性。
接着，作为本发明的发光元件的制造方法，以图2所示的垂直谐振器型发光元件20为例进行说明。
图4表示本发明的垂直谐振器型发光元件20的制造方法。
如图4(A)所示，第1工序是第1外延生长工序，是将半导体层层叠在基板2上的工序。例如，在n型GaAs基板2上依次使n型缓冲层18、n型第1反射层3、n型第1包层4、活性层5、p型第2包层6、p型蚀刻停止层24、电流阻挡层9生长。在此，电流阻挡层9由于氧化而被高阻抗化，因此也可是n型、p型、无掺杂的任一传导型。当将电流阻挡层9设计为与第2传导型的包层6相同的组成时，可将电流阻挡层9结晶性良好地埋入，从而能够得到高的电流阻挡效果。
此外，根据需要，也可使成为电流阻挡层9的保护层的GaAs盖层19生长在电流阻挡层9上。
第2工序是电流阻挡层9的蚀刻工序，如图4(B)所示，是将电流阻挡层9的一部分蚀刻除去而形成通电区域的工序。例如，将GaAs盖层19及电流阻挡层9的一部分蚀刻除去直至蚀刻停止层24而形成开口区域，然后将层叠在电流阻挡层9上的GaAs盖层19蚀刻除去，从而使电流阻挡层9的表面露出。蚀刻后，如图所示，电流阻挡层9上形成有成为开口部的凹部21，电流阻挡层9的一部分被氧化而被高阻抗化。根据上述的工序，由于没必要利用热处理来除去GaAs盖层19，因而能够抑制热处理所产生的p型包层6的掺杂剂向活性层5的扩散。在为了使所述电流阻挡层9的一部分氧化、即为了提高氧浓度而采用的蚀刻液中，优选含有氧、活性氧、臭氧(O3)以及双氧水等。
第3工序是第2外延生长工序，如图4(C)所示，是在电流阻挡层9及蚀刻停止层24上层叠半导体层的工序。例如，在电流阻挡层9及蚀刻停止层24上依次使p型第2反射层10和p型接触层11生长。此外，第1工序以及第3工序的各外延生长能采用MOCVD法或MBE法。
第4工序是电极形成工序，如图4(D)表示，是制作电极16、17及保护膜12的工序。例如，在p型接触层11上层叠电极17之后，采用光刻法对电极17和p型接触层11的一部分进行选择性蚀刻，使p型第2反射层10的表面露出，从而形成光的射出窗部13。光的射出窗部13上覆盖有Si系氧化膜或者氮化膜构成的保护膜12。在形成保护膜12时，能使用等离子CVD法等，该保护膜12的厚度为(m/4)×(λ/n)(m：奇数、n：保护膜的折射率)，是光透过率高的膜即可。在基板2侧通过溅射法等形成电极16。
在上述工序中，当以III-V族化合物半导体的AlxIn1-xP(0＜x＜1)形成双异质结的包层4、6时，能将蚀刻停止层24设计为AlxInyGa1-x-yP(0≤x≤0.1、0≤y≤1、且0≤x+y≤1)的混晶层。此时，混晶中的铝组成比率即x在10mol％以下是为了防止氧化而优选的。另外，若将蚀刻停止层24和电流阻挡层9的Al组成x之差设定为x≥0.3，即设定为30mol％以上，从而使得电流阻挡层9成为AlxIn1-xP(0.3≤x≤1、0≤y≤1、且0≤x+y≤1)，则电流阻挡层9能与蚀刻停止层24一起进行选择性蚀刻。因此，能在短时间内进行电流阻挡层9的化学蚀刻，能防止向径向的蚀刻，抑制电场分布的变化。再者，能保持电流阻挡层9的平坦性，减轻第2反射层10的凹凸，因此能形成高品质的第2反射层10。
蚀刻停止层24的组成也可以设定为x＝0，即InyGa1-yP(0＜y＜1)。因为该混晶组成中不含有容易氧化的Al，因此在再生长界面上能抑制氧化膜的形成，能较低地维持与上层的第2反射层10之间的阻抗。这种蚀刻停止层24的组成(AlxGayIn1-x-yP或InyGa1-yP)优选设定为与包层6的AlxIn1-xP(0＜x＜1)进行晶格匹配的组成。
在电流阻挡层9中，AlxGayIn1-x-yP(0.3≤x≤1、0≤y≤1、且0≤x+y≤1)的Al的组成即混晶中铝的组成比率也就是x优选30mol％以上。特别是若x≥0.5，则能得到高的电流限制效果，能与蚀刻停止层24一起进行选择性蚀刻。
根据上述的制造方法，利用埋入法在p型包层6上形成电流阻挡层9，在活性层5的附近控制电流阻挡层9的厚度而进行制作。因此，直至电流阻挡层9附近能以宽面积进行通电，从而能得到高的电流限制效果，能使向成为发光部的活性层5的电流密度增大。由此，能得到高的发光强度。通过以同样的构造在电流阻挡层9上制作在第2反射膜10上与p接触层接触的电极17，便使光高效地射出。
p型包层和电流阻挡层9之间形成的由InyGa1-yP组成的半导体层的蚀刻停止层24或不包有Al或如上述那样将混晶中的铝组成比率x设定为10mol％以下，则在电流阻挡层9的蚀刻时残留杂质较少，能防止含有Al的p型包层6的氧化。因此，在上述的第3工序中，使第2反射层10外延生长时，没必要除去蚀刻停止层24，便能使结晶性良好的第2反射层10生长。
再者，成为电流阻挡层9的保护层的GaAs盖层19能在即将进行第3工序之前通过蚀刻而除去。没有必要利用热处理除去GaAs盖层，因而能有效地抑制热处理所产生的p型包层6的掺杂剂扩散到活性层5中。
根据本发明的垂直谐振器型发光元件20的制造方法，通过将具有耐氧化性的蚀刻停止层24配设在第2传导型的包层6上，便可以防止蚀刻时产生的再结晶生长面的氧化，通过在活性层5的附近较薄地制作电流阻挡层9，使流向活性层5的电流密度增大，由此便能得到高的电流限制效果。
实施例1
下面，作为本发明的发光元件，就垂直谐振器型发光元件的实施例进行了说明。首先，就实施例1的垂直谐振器型发光元件20的制造方法进行说明。
首先，在第1工序中，采用MOCVD法，在GaAs基板2上使下述层依次生长而作为第1次的外延生长层。
100nm的n型GaAs缓冲层18，
1995nm的由20.5对n型Al0.45Ga0.55As(45nm)/AlAs(52.5nm)构成的第1反射层3，
n-Al0.5In0.5P包层4，
由InGaP及AlGaInP构成的3对多量子阱层22，
p型Al0.5In0.5P包层6，
10nm的由p型In0.5Ga0.5P构成的蚀刻停止层24，
100nm的n型Al0.5In0.5P的电流阻挡层9，
20nm的无掺杂剂的GaAs盖层19(以下称为i-GaAs层)。
这时，取出外延晶片。
在第1工序中，使垂直谐振器型发光元件20中的发光波长为650nm，谐振器长的长度(双异质结8和蚀刻停止层24的总厚度)为384nm。具体来说，n-Al0.5In0.5P包层4为122nm，p型Al0.5In0.5P包层6为207nm。
接着，作为第2工序，将抗蚀膜遮盖在除了配置于电流阻挡层9的开口部9a上的GaAs盖层19之外的区域，利用由氨、过氧化氢构成的蚀刻液对电流阻挡层9的开口部上的i-GaAs盖层19进行蚀刻。接着，利用由稀盐酸构成的蚀刻液对Al0.5In0.5P电流阻挡层9进行蚀刻，便形成了电流阻挡层9的开口部。此时，i-GaAs盖层19和蚀刻停止层24未被蚀刻。之后，利用由氨、过氧化氢构成的蚀刻液对i-GaAs盖层19进行蚀刻，并进行了洗涤。通过该工序，使位于i-GaAs盖层19下部的电流阻挡层9的表面氧化而进行高阻抗化。此时，电流阻挡层9的表面是平坦的，没有产生凹凸。由此，在实施例的垂直谐振器型发光元件中，利用电流阻挡层9的插入所产生的pn结的带隙差与电流阻挡层9的表面氧化膜能有效地进行电流限制。
作为第3工序，在制作了开口部的电流阻挡层9上进行了埋入外延再生长。第2次生长与第1次生长同样采用MOCVD法，使由10.5对且厚度为1020nm的p型Al0.45Ga0.55As(45nm)/AlAs(52.5nm)构成的第2反射层的布拉格反射层10，以及厚度为100nm的p型GaAs接触层11依次生长。
作为第4工序，经由形成在外延生长面正面的800nm的电极17(Au/AuSbZn)以及在基板背面的AuGeNi合金(200nm)的电极16的工序、保护膜12的形成工序、切割工序等，便得到了垂直谐振器型发光元件20的芯片。
芯片的大小为320μm×320μm左右，光射出窗部直径为80μm。该芯片使用银膏料安装于TO-18管座(stem)上。
实施例2
将成为电流阻挡层9的n型Al0.5In0.5P层的厚度设定为50nm，除此之外，与实施例1同样地制作了实施例2的垂直谐振器型发光元件20。
实施例3
将成为电流阻挡层9的n型Al0.5In0.5P层的厚度设定为25nm，除此之外，与实施例1同样地制作了实施例3的垂直谐振器型发光元件20。
实施例4
将成为电流阻挡层9的n型Al0.5In0.5P层的厚度设定为10nm，除此之外，与实施例1同样地制作了实施例4的垂直谐振器型发光元件20。
实施例5
将电流阻挡层9由n型变为p型Al0.5In0.5P层，将由p型In0.5Ga0.5P构成的蚀刻停止层24设定为5nm，除此之外，与实施例1同样地制作了实施例5的垂直谐振器型发光元件20。
接着，就比较例进行说明。
(比较例1)
作为比较例1，除了将电流阻挡层9的厚度设定为200nm之外，与实施例1同样地制造了比较例1的垂直谐振器型发光元件。
(比较例2)
作为比较例2，除了将蚀刻停止层24设定为i-GaAs之外，与实施例1同样地制造了比较例1的垂直谐振器型发光元件。此时，蚀刻停止层24与i-GaAs盖层一起被蚀刻除去(参照图5)。
(比较例3)
作为比较例3，除了将电流阻挡层9设定为厚度100nm的n型In0.5Ga0.5P层之外，与实施例1同样地制造了比较例3的垂直谐振器型发光元件。
(比较例4)
作为比较例4，依次层叠10nm的n型Al0.5Ga0.5P层、5nm的n型GaAs、5nm的n型In0.5Ga0.5P层作为电流阻挡层9，除此之外，与实施例1同样地制造了比较例4的垂直谐振器型发光元件。
下面，就实施例的垂直谐振器型发光元件20的发光特性进行说明。
表1表示了实施例1～5以及比较例1～4的垂直谐振器型发光元件20的发光输出(mW)、正向电压(V)、截止频率(MHz)以及成品率(％)。正向电压(V)、截止频率(MHz)的各特性将垂直谐振器型发光元件20安装在TO-18管座上进行测定。发光输出是在25℃的环境温度下，通以20mA电流时的输出，源于垂直谐振器型发光元件20的光通过积分球聚光的方法进行测定。截止频率是使施加在垂直谐振器型发光元件20的频率增高时不能响应的频率，以低频率的响应输出为基准，从输出下降为1/2(3dB)的频率求出。测定通过脉冲来进行，垂直谐振器型发光元件20施加了20mA的电流。成品率是在已制作的垂直谐振器型发光元件20中，将外观和电极没有次品的产品作为好产品时的值。
表1
由表1表明：在实施例1～4的垂直谐振器型发光元件20中，当使n型电流阻挡层9的厚度变化成100nm、50nm、25nm、10nm时，发光输出可以分别得到2.51mW、2.51mW、2.54mW、2.5mW的高输出，正向电压分别为2.29V、2.15V、2.06V、2.05V，电流阻挡层9越薄，越能得到低的正向电压。特别是，如实施例3和4所示，通过将电流阻挡层9的厚度设定为25nm以下，能得到低的正向电压。实施例1～4中，截止频率也分别为81.2MHz、80.1MHz、78.6MHz、82.6MHz而得到了良好的响应速度。
由表1表明：实施例5的垂直谐振器型发光元件20是将实施例4的电流阻挡层9由n型改变成p型的情况，发光输出为2.51mW、正向电压为2.07V，截止频率为82.6MHz，得到了与实施例4同等的特性。由此可以判明：即使是采用由本来得不到电流阻挡效果的p型构成的电流阻挡层24的情况，通过将其表面氧化也能实现良好的电流阻挡。
实施例1～5中的垂直谐振器型发光元件20的成品率分别为62％、74％、84％、91％、90％，可知电流阻挡层9的厚度越薄，就越能提高成品率。
由表1表明：比较例1的垂直谐振器型发光元件是相对于实施例，电流阻挡层9的厚度较厚而为200nm的情况，发光输出为2.5mW，正向电压为2.45V、截止频率为81.2MHz，成品率为20％。相对于实施例，正向电压较高，而且成品率较低，这是由电流阻挡层9的膜厚较大所导致的。这样，若电流阻挡层9增厚，就易于在光的射出窗部13的外周部产生凹凸，在光的射出窗部13的周围形成的电极17的密接就恶化，从而易于发生电极的剥离等，以致使成品率下降。
比较例2的垂直谐振器型发光元件是将蚀刻停止层24设定为GaAs的情况，发光输出较小，为0.51mW，正向电压升高，为2.9V，截止频率为110.2MHz。蚀刻停止层24为GaAs层，除去该层时，不仅电流阻挡层9而且第2包层6也被氧化。该被氧化的第2包层6的表面成为再生长时的表面，不能形成良好的pn结，相对于实施例，正向电压升高，电流限制效果也下降，因而可以推定发光输出下降。
比较例3的垂直谐振器型发光元件是将实施例1中的n型Al0.5In0.5P变更为由n型In0.5Ga0.5P层构成的电流阻挡层9的情况，发光输出减小，为0.39mW，正向电压降低，为1.8V，截止频率为60MHz。
比较例4的垂直谐振器型发光元件是将实施例1中的n型Al0.5In0.5P变更为将10nm的n型Al0.5In0.5P层、5nm的n型GaAs、5nm的n型In0.5Ga0.5P层依次层叠而成的电流阻挡层9。发光输出减小，为1.7mW，正向电压降低，为1.94V，截止频率为64.9MHz。
从上述的结果可知，在比较例3及4中，电流阻挡层的表面采用了n型In0.5Ga0.5P层的耐氧化性的层，其难以氧化，而且禁带宽度也小，因而电流阻挡效果较小。这样一来，电流限制效果并不充分，因此正向电压下降，而且截止频率也低，处于60MHz的水平，若与实施例比较，则不能得到充分的响应速度。
上述实施例和比较例制造的垂直谐振器型发光元件20的断面利用二次离子质谱分析法(SIMS)进行了观察。
图6和图7表示从实施例1的垂直谐振器型发光元件20的表面向深度方向的二次离子质谱分析结果，是分别表示包含电流阻挡层9的区域和电流阻挡层9的开口部区域的图。同样，图8和图9表示比较例2的垂直谐振器型发光元件的二次离子质谱分析结果。各图中，横轴表示距外延生长的表面的深度(任意刻度)，左纵轴表示氧浓度(个/cm3)，右纵轴表示砷(As)及磷(P)的计数(cps)。
由图6及图8可知：图中的朝下箭头所示的电流阻挡层9和反射层10之间的界面的氧浓度为1.5×1020个/cm3，比反射层10及包层6内部高，实施例1及比较例2的由n型Al0.5In0.5P构成的电流阻挡层9发生了氧化。
由图7可知：图中的朝下箭头所示的反射层10和蚀刻停止层24之间的界面的氧浓度约为1×1018个/cm3，为比反射层10、第2包层6内部稍高的值，实施例1的蚀刻停止层24的表面的氧化受到抑制。
另一方面，由图9可知：图中的朝下箭头所示的反射层10和第2包层6之间的界面的氧浓度较高，约为2×1020个/cm3，在比较例2中，包层6的表面与电流阻挡层9(参照图8)同样地被氧化。
上述外延层的界面的氧浓度在其它实施例2～5中也得到了同样的结果。实施例1～5的垂直谐振器型发光元件20的反向击穿电压为15V左右。这样一来，可知未含有Al的蚀刻停止层24即p型In0.5Ga0.5P层与在其上外延生长的p型第2反射层10之间的界面不发生氧化，因而正向电压没有增大。
根据上述实施例和比较例，已经判明在实施例1～5的垂直谐振器型发光元件20中，能得到高输出、同时正向电压低的垂直谐振器型发光元件20。
本发明不限于上述实施例所述的垂直谐振器型发光元件20，也可以是其它发光元件结构，根据输出、激发波长和发光输出的不同，垂直谐振器型的厚度和芯片的大小等能在权利要求所述的发明的范围内进行种种变化，不用说这些也包含在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种发光元件，其包括发光层和电流阻挡层，其特征在于：所述发光元件具有埋入结构的电流阻挡层，所述电流阻挡层的至少一部分的氧浓度高于所述发光层中的氧浓度，并且所述电流阻挡层的厚度为5nm～100nm。
2.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，在所述电流阻挡层的下部具有蚀刻停止层。
3.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述电流阻挡层的至少一部分的氧浓度为1×1020个/cm3以上。
4.如权利要求1或3所述的发光元件，其特征在于，所述电流阻挡层由HI-V族化合物半导体构成，III族元素中的铝组成比率为30mol％以上。
5.如权利要求2所述的发光元件，其特征在于，在所述蚀刻停止层内，所述电流阻挡层的开口部表面的氧浓度为1×19个/cm3以下。
6.如权利要求2或5所述的发光元件，其特征在于，所述蚀刻停止层由III-V族化合物半导体构成，III族元素中的铝组成比率为10mol％以下。
7.如权利要求3或5所述的发光元件，其特征在于，所述电流阻挡层的氧浓度为所述电流阻挡层的开口部表面的蚀刻停止层的氧浓度的至少100倍以上。
8.如权利要求1～7的任一项所述的发光元件，其特征在于，所述发光元件还具有谐振器结构。
9.一种发光元件的制造方法，其特征在于，包括下述工序：
将具有耐氧化性的蚀刻停止层和电流阻挡层进行层叠的第1工序，
对所述电流阻挡层进行局部蚀刻的第2工序；其中，
在所述第2工序中提高所述电流阻挡层的一部分的氧浓度，还具有将所述电流阻挡层埋入发光元件的工序。
10.如权利要求9所述的发光元件的制造方法，其特征在于，使所述电流阻挡层的至少一部分的氧浓度为1×1020个/cm3以上。
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