CN103477513A - 半导体发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体发光元件，具备：基板(10)；形成在基板上的第一包覆层(11)；形成在第一包覆层上的第一引导层(12)；形成在第一引导层上的活性层(13)；形成在活性层上的第二引导层(14)；形成在第二引导层上的接触层(16)；形成在接触层上的由导电性金属氧化物构成的包覆电极(22)；和与包覆电极电连接的焊盘电极(23)，该半导体发光元件具有包含接触层的台面型构造(20)。包覆电极的宽度比台面型构造的宽度大。包覆电极覆盖台面型构造的上表面以及侧面并且与接触层电连接。

Description

半导体发光元件
技术领域
本发明涉及输出蓝紫色～红色的可见范围的光的半导体激光器(LD)以及超辐射发光二极管(SLD)等半导体发光元件。
背景技术
参照图22对专利文献1中记载的现有的半导体发光元件进行说明。图22是表示现有的半导体发光元件(激光二极管构造100)的构造的立体图。
如图22所示，在蓝宝石基板等的基板101上，依次形成有n型接触层110、n型下部包覆层(n-type lower cladding layer)130、n型下部波导层(n-type lower waveguide layer)140、多重量子阱(MQW)区域150、p型限制层(p-type confinement layer)160以及p型上部波导层170。
上部包覆层180形成在p型上部波导层170中的位于MQW区域150的活性区域155的上方的部分上。绝缘层185形成为夹在上部包覆层180两侧而相对。
由金属构成的p电极190形成在上部包覆层180上以及绝缘层185上。另一方面，由金属构成的n电极120形成在n型接触层110的露出区域上。
作为上部包覆层180的材料，不使用半导体，而使用透明电极材料(例如导电性金属氧化物)。具体来说，通过使用ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)，能够使上部包覆层180同时具有包覆层的功能以及p型电极的功能。
根据上述构成，提供一种进行维持高光限制系数，并且使串联电阻大幅降低的单模式动作的激光二极管。
作为在半导体发光元件中应用了透明电极材料的技术，除了专利文献1中记载的技术之外，还有专利文献2以及专利文献3中记载的技术。在专利文献2中记载的技术中，采用由ITO构成的包覆层电极。在专利文献3中记载的技术中，采用由ITO构成的上部透明电极膜。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2004-289157号公报
专利文献2：JP特开2006-41491号公报
专利文献3：JP特开201021271号公报
发明内容
发明要解决的课题
本申请发明者进行研究后的结果，发现了在现有的半导体发光元件中，存在以下所示的问题。
在现有的半导体发光元件中，作为透明电极材料，采用当前特性最稳定的ITO。但是，现有的半导体发光元件，不具有台面型的光波导构造，因此横向的光限制较弱，存在引起阈值电流的增大的问题。
鉴于上述问题，本发明的目的在于，实现抑制了阈值电流的增大的半导体发光元件。
解决课题的手段
本发明所涉及的半导体发光元件具备：基板；形成在基板上的第一包覆层；形成在第一包覆层上的第一引导层；形成在第一引导层上的活性层；形成在活性层上的第二引导层；形成在第二引导层上的接触层；形成在接触层上的由导电性金属氧化物构成的包覆电极；和与包覆电极电连接的焊盘电极，所述半导体发光元件具有包含接触层的条状的台面型构造，包覆电极的宽度比台面型构造的宽度大，包覆电极覆盖台面型构造的上表面以及侧面，并且与接触层电连接。
发明效果
根据本发明所涉及的半导体发光元件，能够实现抑制了阈值电流的增大的高效率的半导体发光元件。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的半导体发光元件的构造的俯视图，具体来说，是从焊盘电极侧来观察的俯视图。
图2是表示实施方式1所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图，具体来说，是沿着图1所示的II-II线的剖面图。
图3是表示实施方式1所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图，具体来说，是沿着图1所示的III-III线的剖面图。
图4是示意性地示出实施方式1所涉及的半导体发光元件的动作的图。
图5(a)～图5(e)是表示实施方式1所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。
图6(a)～图6(d)是表示实施方式1所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。
图7是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图。
图8(a)～图8(c)是表示半导体发光元件的一部分，具体来说，是表示前方端面的附近部分的构造的剖面图，图8(a)、图8(b)以及图8(c)分别是表示比较例的半导体发光元件、实施方式1所涉及的半导体发光元件、以及实施方式1的变形例所涉及的半导体发光元件的一部分的构造的剖面图。
图9是表示实施方式2所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图。
图10(a)～图10(e)是表示实施方式2所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。
图11(a)～图11(d)是表示实施方式2所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。
图12是表示实施方式3所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图。
图13(a)～图13(e)是表示实施方式3所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。
图14(a)～图14(d)是表示实施方式3所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。
图15是表示实施方式4所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图。
图16(a)～图16(e)是表示实施方式4所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。
图17(a)～图17(d)是表示实施方式4所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。
图18是表示实施方式5所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图。
图19(a)～图19(e)是表示实施方式5所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。
图20(a)～图20(d)是表示实施方式5所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。
图21是表示实施方式6所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图。
图22是表示现有的半导体发光元件的构造的立体图。
图23是表示比较例的半导体发光元件的构造的剖面图。
图24(a)～图24(e)是表示比较例的半导体发光元件的制造方法的剖面图。
图25(a)～图25(d)是表示比较例的半导体发光元件的制造方法的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，以下所示的实施方式1及其变形例以及实施方式2～6分别是一例，本发明不限定于以下所示的实施方式1及其变形例以及实施方式2～6。
(实施方式1)
以下，参照图1～图3对本发明的实施方式1所涉及的半导体发光元件进行说明。图1是表示本实施方式所涉及的半导体发光元件的构造的俯视图，具体来说，是从焊盘电极侧来观察的俯视图。图2是表示本实施方式所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图，具体来说，是沿着图1所示的II-II线的剖面图。图3是表示本实施方式所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图，具体来说，是沿着图1所示的III-III线的剖面图。
本实施方式所涉及的半导体发光元件，具备：基板10；n型包覆层(第一包覆层)11；n型引导层(第一引导层)12；活性层13；p型引导层(第二引导层)14；接触层16；包覆电极22；和焊盘电极23。
本实施方式所涉及的半导体发光元件具有至少包含接触层16的条状的台面型构造20。
n型包覆层11形成在基板10上。n型引导层12形成在n型包覆层11上。活性层13形成在n型引导层12上。p型引导层14形成在活性层13上。接触层16形成在p型引导层14上。包覆电极22形成在接触层16上，与接触层16电连接。焊盘电极23形成在包覆电极22上，与包覆电极22电连接。另外，在本说明书中，“形成在层(基板)上”，包括与层(基板)相接地形成在层(基板)上的情况、和隔着其他层而形成在层(基板)上的情况这两者。
包覆电极22由导电性金属氧化物构成。包覆电极22的宽度We比台面型构造20的宽度Ws大。包覆电极22覆盖台面型构造20的上表面以及侧面。
通过采用这种构成，能够实现抑制了阈值电流的增大的高效率的半导体发光元件。具体来说，如图3所示，通过使由导电性金属氧化物构成的包覆电极22的宽度We比台面型构造20的宽度Ws大，能够稳定地制作对称性高的光限制构造。结果，能够实现抑制了阈值电流的增大的高效率的半导体发光元件。
另外，通过将包覆电极22的膜厚设为500nm以上，能够更可靠地获得该效果。
以下，对本实施方式所涉及的半导体发光元件的更具体的构造进行说明。
本实施方式所涉及的半导体发光元件是输出波长为400nm～450nm程度的蓝色光的半导体激光器。
本实施方式所涉及的半导体发光元件，还具备在p型引导层14和接触层16之间形成的p型包覆层(第二包覆层)15。p型包覆层15具有凸部15a。
台面型构造20具有p型包覆层15的凸部15a、和形成在凸部15a上的接触层16。台面型构造20中的上表面与下表面之间的级差d，优选为10nm以上且200nm以下。本实施方式中的台面型构造20的上表面由接触层16的上表面规定，台面型构造20的下表面由p型包覆层(第二包覆层)15中的未形成凸部15a的区域的上表面规定。
本实施方式所涉及的半导体发光元件具有半导体层叠体，该半导体层叠体在n型基板10上依次形成了n型缓冲层(省略图示)、n型包覆层11、n型引导层12、活性层13、p型引导层14、p型包覆层15以及p型接触层16。
另外，n型基板10是基板的一例，n型包覆层11是第一包覆层的一例，n型引导层12是第一引导层的一例，p型引导层14是第二引导层的一例，p型包覆层15是第二包覆层的一例，p型接触层16是接触层的一例。
虽然缓冲层的形成并非必须，但通过缓冲层的形成，能够提高半导体层叠体的结晶性。构成半导体层叠体的各层，不需要一定是由一种成分构成的单一层，也可以是成分不同的多个层。
包覆电极22由例如ITO构成，发挥包覆层和p型电极的功能。通过台面型构造20与包覆电极22之间的折射率差来实现横向的光限制。
由ITO构成的包覆电极22是包覆电极的一例。包覆电极22由具有导电性并且相对于来自活性层13的发光为透明的材料构成。“透明”是指来自活性层13的发光的吸收量少。作为这种材料的一例，有导电性金属氧化物。ITO是导电性金属氧化物的一例，作为其他例，有ZnO、AZO(掺杂了Al的ZnO)、GZO(掺杂了Ga的ZnO)、IZO(掺杂了In的ZnO)、FTO(掺杂了F的SnO2)以及ATO(掺杂了Sb的SnO2)等。
包覆电极22不仅形成在接触层16上，而且还形成在p型包覆层15上。包覆电极22不仅覆盖台面型构造20的上表面以及侧面，而且还覆盖p型包覆层15中的位于台面型构造20的侧方的侧方部分的上表面。
包覆电极22与台面型构造20欧姆接触。另一方面，包覆电极22与p型包覆层15中的位于台面型构造20的侧方的侧方部分进行肖特基接触(参照图3的高电阻面15s)。因此，实质上，电流仅流过台面型构造20。通过采用这种构成，能够实现降低了动作电压的高效率的半导体发光元件。
焊盘电极23含有金(Au)。含有Au的焊盘电极23是焊盘电极的一例。焊盘电极23由例如钛(Ti)/铂(Pt)/金(Au)构成。“Ti/Pt/Au”是指依次形成了Ti层、Pt层以及Au层。焊盘电极除此以外也可以由例如钛(Ti)/金(Au)或镍(Ni)/金(Au)构成。为了布线的引线接合，焊盘电极23的最上层优选为Au层。
在p型包覆层15中的位于包覆电极22的侧方的部分上，为了表面保护，优选形成由SiO2构成的绝缘膜21。在此情况下，焊盘电极23不仅形成在包覆电极22上，而且还形成在绝缘膜21上，因此焊盘电极23的宽度比包覆电极22的宽度We大。
优选在基板10中的与形成了n型包覆层11的面相反侧的面(背面)上形成n电极24。
本实施方式的台面型构造20是直线波导。优选在光射出的前方端面(射出端面)上形成由电介质单层膜或电介质多层膜构成的前方端面涂层(front facet coat)25。另一方面，优选在后方端面上形成由电介质多层膜构成的后方端面涂层26。
另外，图1～图3所示的c、a以及m表示六方晶GaN系结晶的面方位。具体来说，c表示面方位为(0001)面的法线向量、即c轴。a表示面方位为(11-20)面和其等价面的法线向量、即a轴。m表示面方位为(1-100)面和其等价面的法线向量、即m轴。在本说明书中，对面方位中的密勒指数附加的负号“-”方便地表示了跟在该负号后面的一个指数的翻转。
在本实施方式中，具体举例说明了基板10的主面的面方位是(0001)，前方端面以及后方端面的面方位是(1-100)，基板10的主面、前方端面以及后方端面的面方位是最一般的面方位的情况，但本发明不限定于此，可以为任何面方位。
(制造方法)
以下，参照图5(a)～图5(e)以及图6(a)～图6(d)，对本发明的实施方式1所涉及的半导体发光元件的制造方法进行说明。图5(a)～图6(d)是表示本实施方式所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。
-结晶生长工序-
首先，如图5(a)所示，例如，通过有机金属气相生长(MetalorganicChemical Vapor Deposition：MOCVD)法，在载流子浓度为1×1018cm-3程度的由n型六方晶GaN构成的基板10的主面上，依次生长厚度为1μm的由n型GaN构成的n型缓冲层(省略图示)，以及厚度为2μm的由n型Al0.05Ga0.95N构成的n型包覆层11。基板10的主面的面方位是(0001)面。
接下来，在n型包覆层11上，依次生长厚度为0.10μm的由n型GaN构成的n型引导层12、和将由In0.02Ga0.98N构成的阻挡层以及由In0.16Ga0.84N构成的量子阱层重复3个周期而成的量子阱(MQW)活性层13。
接下来，在活性层13上生长厚度为0.05μm的由p型GaN构成的p型引导层14。接下来，在p型引导层14上，依次生长将厚度为1.5nm的p型Al0.10Ga0.90N层以及厚度为1.5nm的GaN层重复50个周期而成的p型包覆层15、和厚度为0.05μm的由p型GaN构成的p型接触层16。p型包覆层15是厚度为0.15μm的应变超晶格层(strained superlattice layer)。
由此，形成半导体层叠体，该半导体层叠体在基板10上，依次形成了n型缓冲层、n型包覆层11、n型引导层12、活性层13、p型引导层14、p型包覆层15以及p型接触层16。
在n型半导体层(具体来说，n型缓冲层、n型包覆层11以及n型引导层12)的各层中，硅(Si)作为施主杂质被掺杂至5×1017cm-3～10×1017cm-3程度的浓度。在p型接触层16以外的p型半导体层(具体来说，p型引导层14、以及p型包覆层15的p型Al0.10Ga0.90N层)的各层中，镁(Mg)作为受主杂质被掺杂至1×1019cm-3程度的浓度。在p型接触层16中Mg被掺杂至1×1020cm-3程度的高浓度。
另外，在本实施方式中，作为形成半导体层叠体时的结晶生长法，具体举例说明了采用MOCVD法的情况，但本发明不限定于此。例如，作为结晶生长法，也可以采用分子束生长(Molecular Beam Epitaxy：MBE)法或化学束生长(Chemical Beam Epitaxy：CBE)法等、GaN系半导体层能够生长的方法。
在如本实施方式这样采用MOCVD法来形成半导体层叠体的情况下，例如，采用三甲基镓(TMG)作为Ga原料，采用三甲基铟(TMI)作为In原料以及采用三甲基铝(TMA)作为Al原料，采用氨(NH3)作为N原料即可。采用硅烷(SiH4)气体作为n型杂质即Si原料，采用二茂镁(Cp2Mg)作为p型杂质即Mg原料即可。
-台面型构造形成工序-
接着，通过CVD法在基板10上的整面堆积厚度为200nm的SiO2膜。然后，在氮(N2)气氛的850℃的温度下实施20分钟的热处理。由此，将在p型半导体层中掺杂的Mg活性化。然后，通过光刻法(lithography)以及RIE(Reactive Ion Etching，反应离子刻蚀)等干蚀法，如图5(b)所示，在接触层16中的台面型构造(参照图5(c)的20)的形成区域上，形成由SiO2构成的掩膜70。
然后，利用掩膜70，进行采用了氯(Cl2)气、四氯化硅(SiCl4)气体以及三氯化硼(BCl3)气体等氯系气体的ICP(Inductively CoupledPlasma，感应耦合等离子体)干蚀刻。由此，如图5(c)所示，形成具有p型包覆层15的凸部15a和接触层16的台面型构造20。
此时，由于干蚀的破坏或去氮(N)，从而由氮化物半导体构成的p型包覆层15中的位于台面型构造20的侧方的侧方部分的上部被n型化，因此形成与p型包覆层15的导电型相反的导电型(即，n型)的表面层(省略图示)。
进而，此时，p型包覆层15中的位于台面型构造20的侧方的侧方部分的上表面被暴露于氯系等离子，因此成为高电阻面15s。
蚀刻深度是例如0.15μm。“蚀刻深度”是指从台面型构造20的上表面(接触层16的上表面)到台面型构造20的下表面(p型包覆层15的凸部15a的下表面)为止的距离。台面型构造20的宽度是例如1.5μm。
然后，通过利用了氢氟酸缓冲液(BHF)的氢氟酸处理，来去除掩膜70。
-绝缘膜以及包覆电极形成工序-
接着，如图5(d)所示，通过CVD法，在基板10上的整面堆积厚度为300nm的由SiO2构成的绝缘膜21。然后，在绝缘膜21上利用光刻法，形成具有开口部的抗蚀层(resist)71。
然后，将抗蚀层71作为掩膜，进行利用了氢氟酸缓冲液的湿蚀刻。由此，如图6(a)所示，在绝缘膜21形成将台面型构造20的整体露出的开口部。绝缘膜21的开口部的开口宽度是例如5μm。然后，通过有机清洗来去除抗蚀层71。
然后，如图6(b)所示，通过电子束蒸镀法，在绝缘膜21的开口部形成由ITO构成的包覆电极22。包覆电极22的膜厚是例如200nm。然后，在氧(O2)气氛中实施600℃的热处理。由此，能够得到5×10-4Ωcm2以下的良好的接触电阻。
-焊盘电极形成工序-
接着，如图6(c)所示，通过光刻法以及电子束蒸镀法，在包覆电极22以及绝缘膜21上，按照与包覆电极22电连接的方式形成由Ti/Pt/Au构成的焊盘电极23。Ti层、Pt层以及Au层的厚度分别是例如50nm、50nm以及500nm。
另外，基板10是晶片的状态，多个半导体发光元件在基板10的主面上形成为矩阵状。因此，处于晶片状态的基板10，在后面的工序中，按照每个半导体发光元件而被分割(参照后述的分裂及组装工序)。
若焊盘电极23在相邻的半导体发光元件彼此之间连续地形成，则在进行分割时，与焊盘电极23密接的包覆电极22有可能从接触层16剥离。因此，焊盘电极23优选在相邻的半导体发光元件彼此之间分离地形成。
若通过利用电解电镀法等，将焊盘电极23的上层即Au层的厚度设为3μm以上，则能够高效地对来自活性层13的发热进行散热。通过厚度为3μm以上的由Au构成的电镀电极，能够提高半导体发光元件的可靠性。
-n电极形成工序-
接着，如图6(d)所示，对基板10的背面(与形成了n型包覆层11的面相反侧的面)侧的部分进行研磨。由此，使基板10的厚度成为例如100μm。另外，作为基板10的研磨方法，采用利用了钻石浆(diamond slurry)以及胶体二氧化硅(colloidal)等研磨剂的机械研磨法、或采用利用了例如氢氧化钾(KOH)溶液等碱性溶液的化学机械研磨法即可。
然后，在基板10的背面上形成由Ti/Pt/Au构成的n电极24。Ti层、Pt层以及Au层的厚度分别是例如10nm、50nm以及100nm。根据该构成，能够实现1×10-4Ωcm2程度的良好的接触电阻。
作为后续工序即分裂及组装工序中的识别图案，优选通过光刻法以及湿蚀法，在焊盘电极23的上层即Au层形成图案，从而形成电极图案。或者，通过光刻法以及蒸镀剥离法(deposition lift-off)，来形成电极图案。
-分裂及组装工序-
接着，沿着第一切断线进行切断，进行处于晶片状态的基板10的一次分裂。由此，形成前方端面以及后方端面。第一切断线是沿着与共振器的长边方向垂直的方向的切断线。也可以在进行一次分裂之前，通过利用了钻石针或激光的划线，在第一切断线上形成槽，由此将槽作为一次分裂的辅助槽来使用。槽可以仅形成在第一切断线的端部，也可以虚线状地形成在相邻的半导体发光元件彼此之间。
然后，通过CVD法或溅射法等，在后方端面上，形成反射率为90％以上的由电介质多层膜构成的后方端面涂层(参照图1以及图2的26)。然后，通过CVD法或溅射法等，在前方端面上，形成反射率为几％～几十％的由电介质单层膜或电介质多层膜构成的前方端面涂层(参照图1以及图2的25)。
然后，在通过利用了钻石针或激光的划线，在第二切断线上形成了辅助槽之后，进行基板10的二次分裂。第二切断线是沿着与共振器的长边方向平行的方向延伸的切断线。
由此，将处于晶片状态的基板10按照每个半导体发光元件进行分割。
通过以上方式，能够制造本实施方式所涉及的半导体发光元件。
本实施方式所涉及的半导体发光元件(例如半导体激光器)，在安装于CAN封装体等希望的封装体之后，被引线。
(功能以及效果)
以下，参照图4对本实施方式所涉及的半导体发光元件的功能以及效果进行说明。图4是示意性地表示本实施方式所涉及的半导体发光元件的动作的图。
如图4所示，通过使由导电性金属氧化物构成的包覆电极22的宽度(参照图3的We)比台面型构造20的宽度(参照图3的Ws)大，从而能够稳定地制作对称性高的光限制构造。结果，能够实现抑制了阈值电流的增大的高效率的半导体发光元件。
在本实施方式中，不仅在台面型构造20的上表面以及侧面上形成包覆电极22，而且在p型包覆层15中的位于台面型构造20的侧方的侧方部分(以下，有时简称为“p型包覆层15的侧方部分”)的上表面上也形成包覆电极22。因此，本申请发明者考虑到，若在p型包覆层15的侧方部分流过电流，则可能引起效率的下降。
但是，实际上，本申请发明者发现电流几乎不流过p型包覆层15的侧方部分。可以认为其理由如下。
第1，在ICP干蚀(参照图5(c))时，由于干蚀的破坏或去氮，从而由氮化物半导体构成的p型包覆层15的侧方部分的上部被n型化，因此形成与p型包覆层15的导电型相反的导电型(即，n型)的表面层(省略图示)。
第2，在利用了氯系气体的ICP干蚀时，p型包覆层15的侧方部分的上表面被暴露于氯系等离子，因此成为高电阻面15s。因此，p型包覆层15的侧方部分与包覆电极22进行肖特基接触。
因此，电流向图4所示的电流方向50流过。即，如图4所示，电流从焊盘电极23通过接触层16以及接触层16的正下方的p型包覆层15，流向活性层13。这样，电流几乎不流过p型包覆层15的侧方部分。
在本实施方式中，由于电流几乎不流过p型包覆层15的侧方部分，因此光波导的光分布60和发光部在空间上几乎不偏离，大体重叠，因而不会引起效率的下降。
为了对光分布的对称性不产生影响，包覆电极22的宽度优选充分大于光分布的宽度。光分布的计算以及发光的NFP(Near Field Pattern：近视野像)的测定的结果，判明了若包覆电极22的侧面从台面型构造20的侧面离开了0.5μm以上，则几乎不对光分布的对称性产生影响。包覆电极22的宽度，若为“台面型构造的宽度”+“光分布向台面型构造外的扩展宽度×2”以上，则几乎不对光分布的对称性产生影响。在本实施方式中，由于将台面型构造20的宽度设为1.5μm，因此包覆电极22的宽度为2.5μm以上即可，但考虑到制作的容易度以及设计的容限，将包覆电极22的宽度(绝缘膜21的开口部的开口宽度)设为5μm。
在本实施方式中，将台面型构造20中的上表面与下表面之间的级差(参照图3的d，蚀刻深度)设为0.15μm(150nm)，但也可以为此外的级差。台面型构造20中的上表面与下表面之间的级差，优选为10nm以上且200nm以下。另外，本实施方式中的台面型构造20的上表面由接触层16的上表面规定，台面型构造20的下表面由p型包覆层(第二包覆层)15中的没有形成凸部15a的区域的上表面规定。
如比较例所示(参照后述的图8(a))，在采用了由金属构成的p型电极的情况下，若不将台面型构造中的上表面与下表面之间的级差设为0.4μm(400nm)以上，则存在p型电极对光的吸收，因此特性恶化。但是，如本实施方式这样，在采用由透明的导电性金属氧化物构成的包覆电极22作为p型电极的情况下，由于没有吸收光，因此能够使p型包覆层15的厚度变薄。
若将台面型构造20中的上表面与下表面之间的级差设为200nm以下，则与比较例相比，p型包覆层15的厚度成为一半以下，因此能够降低动作电压。另一方面，本申请发明者确认了若台面型构造20中的上表面与下表面之间的级差为10nm以上，则充分具有增强横向的光限制的效果。因此，台面型构造20中的上表面与下表面之间的级差，优选为10nm以上且200nm以下。
由导电性金属氧化物构成的包覆电极22，通过覆盖上表面与下表面之间的级差为10nm以上且200nm以下的薄台面型构造20的上表面以及侧面，从而能够增强横向的光限制，抑制阈值电流的增大，并且能够实现低动作电压。
接着，对成品率提高效果进行说明。
作为比较例的半导体发光元件的构造，试制了仅在台面型构造的上表面上形成包覆电极的构造，即，使包覆电极的宽度与台面型构造的宽度相同的构造。结果，判明了：本实施方式与比较例相比，能够以高成品率制作高精度且稳定的构造的半导体发光元件。
比较例的半导体发光元件的成品率低的理由如下。图23是表示比较例的半导体发光元件的构造的剖面图。图24(a)～图24(e)以及图25(a)～图25(d)是表示比较例的半导体发光元件的制造方法的剖面图。在台面型构造20(参照图24(c))形成后，如图24(d)所示，在基板10上的整面形成绝缘膜21。然后，在绝缘膜21上采用利用了抗蚀层和掩膜的光刻法，形成具有开口部的抗蚀层71。在抗蚀层形成开口部时，试着按照抗蚀层的开口部的开口面与台面型构造20的上表面对准的方式形成抗蚀层的开口部。但是，抗蚀层的开口部的精度依赖于掩膜的位置对准的精度，在利用了g线或i线步进曝光机的情况下，如图24(e)所示，在台面型构造20的上表面与抗蚀层71的开口部的开口面之间，产生最大0.1μm～0.2μm程度的偏差。因此，如图25(a)所示，无法使台面型构造20的上表面的全部从绝缘膜21的开口部露出，仅台面型构造20的上表面的一部分从绝缘膜21的开口部露出。因此，如图25(b)所示，无法在台面型构造20的整个上表面上形成包覆电极22，包覆电极22偏离台面型构造20的正上方而形成。因此，焊盘电极23的一部分与光的分布重叠，产生对光的吸收，效率下降。因此，比较例的半导体发光元件的成品率低。
与此相对，在本实施方式中，使由导电性金属氧化物构成的包覆电极22的宽度比台面型构造20的宽度大，因此不易发生比较例那样的偏离(具体来说，包覆电极22从台面型构造20的正上方的偏离)，能够以高成品率制作高精度且稳定的构造的半导体发光元件。
作为消除包覆电极22从台面型构造20的正上方偏离的方法，可以考虑两种方法。
一种方法是被称作抗回蚀(resist etch-back)的方法。该方法是通过覆盖台面型构造、并且将平坦地涂敷的抗蚀层均匀地削去，从而仅使台面型构造的上表面露出的方法。在该方法的情况下，为了仅使台面型构造的上表面露出，台面型构造中的上表面与下表面之间需要某种程度的级差。本申请发明者的研究结果，明确了：在台面型构造中的上表面与下表面之间的级差为10nm以上且200nm以下的情况下，无法仅使台面型构造的上表面露出，无法应用该方法。
另一种方法是将包覆电极自身作为掩膜，通过干蚀法，自我匹配地形成台面型构造的方法。在该方法的情况下，由于将包覆电极自身作为掩膜，因此在干蚀时，有可能仅包覆电极的端部被削去，或者有可能由于干蚀的破坏而接触电阻增大。因此，本申请发明者的研究结果，明确了：台面型构造内的电流注入变得不均匀，特性发生恶化。
根据以上可知，通过像本实施方式这样使包覆电极22的宽度比台面型构造20的宽度大，能够简便地制作高精度且稳定的构造的半导体发光元件。
如以上说明的那样，根据本实施方式，能够实现抑制了阈值电流的增大的高效率的半导体发光元件。进而，能够在抑制阈值电流的增大的同时，实现低动作电压。进而，能够以高成品率简便地制作高精度且稳定的构造的半导体发光元件。
另外，在本实施方式中，具体举例说明了半导体发光元件为半导体激光器的情况，但在半导体发光元件为超辐射发光二极管(SLD)的情况下，也能够获得与本实施方式同样的效果。尤其是，因为SLD是光限制越强则特性提高越大，因此本实施方式的构造是合适的。
(实施方式1的变形例)
以下，参照图7对本发明的实施方式1的变形例所涉及的半导体发光元件进行说明。图7是表示本变形例所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图。
如图7所示，也可以省略p型包覆层(参照图3的15)。在此情况下，p型引导层14具有凸部14a。台面型构造20X具有p型引导层14的凸部14a、和形成在凸部14a上的接触层16。
p型引导层14中的位于台面型构造20X的侧方的部分的上表面是高电阻面14s。
台面型构造20X中的上表面与下表面之间的级差d优选为10nm以上且不到50nm。另外，本实施方式中的台面型构造20X的上表面由接触层16的上表面规定，台面型构造20的下表面由p型引导层14中的没有形成凸部14a的区域的上表面规定。若台面型构造20X中的上表面与下表面之间的级差成为50nm以上，则光的分布被吸引到台面型构造20X的上部，因此光的分布与发光部在空间上偏离，因而引起效率的下降。
根据本变形例，能够获得与实施方式1同样的效果。进而，通过使用由导电性金属氧化物构成的包覆电极22，能够省略p型包覆层。通过省略电阻高的p型包覆层，能够实现更低的动作电压。进而，通过省略p型包覆层，能够使台面型构造20X中的上表面与下表面之间的级差更薄。
以下，参照图8(a)～图8(c)对其他效果进行说明。图8(a)～图8(c)是表示半导体发光元件的一部分，具体来说，是表示前方端面的附近部分的构造的剖面图，是与台面型构造延伸的方向平行的方向的剖面图。图8(a)、图8(b)以及图8(c)分别是表示比较例的半导体发光元件、实施方式1所涉及的半导体发光元件、以及实施方式1的变形例所涉及的半导体发光元件的一部分的构造的剖面图。
比较例的半导体发光元件，如图8(a)所示，是取代实施方式1的由导电性金属氧化物构成的包覆电极(参照图8(b)的22)，而采用了由金属构成的p型电极22a的半导体发光元件。
如图8(a)～图8(c)所示，非注入部的非注入宽度80是例如5μm。该非注入部是用于抑制电流、发光以及非发光所引起的端面的发热的部分，通过非注入部，能够获得最大光输出的增大以及可靠性的提高这样的效果。
但是，在比较例中，由于p型包覆层15的厚度厚，因此从p型电极22a与接触层16之间的界面到活性层13为止的距离长。因此，由于从界面到活性层13之间的电流的扩散，有效的非注入宽度81a变窄。
与此相对，在实施方式1中，由于p型包覆层15的厚度薄，因此从包覆电极22与接触层16之间的界面到活性层13为止的距离短。因此，能够抑制从界面到活性层13之间的电流的扩散，因此能够增大有效的非注入宽度81b。因此，能够很大程度获得最大光输出的增大以及可靠性的提高这样的效果。
在实施方式1的变形例中，由于省略p型包覆层(参照图8(b)的15)，所以从包覆电极22与接触层16之间的界面到活性层13为止的距离更短。因此，由于能够进一步抑制从界面到活性层13之间的电流的扩散，从而能够进一步增大有效的非注入宽度81c。因此，能够更大程度地获得最大光输出的增大以及可靠性的提高这样的效果。
(实施方式2)
以下，参照图9、图10(a)～图10(e)以及图11(a)～图11(d)，对本发明的实施方式2所涉及的半导体发光元件进行说明。图9是表示本实施方式所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图。图10(a)～图11(d)是表示本实施方式所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。另外，在图9以及图10(a)～图11(d)中，对与实施方式1同样的构成要素，附加与图1～图4以及图5(a)～图6(d)相同的符号。因此，在本实施方式中，省略与实施方式1同样的说明。
如图9所示，在p型包覆层15中的位于台面型构造20的侧方的侧方部分的上部，形成有高电阻部17x。高电阻部17x是通过等离子处理将p型包覆层15的侧方部分的上部改性而得到的改性部。高电阻部17x包含来源于在等离子处理时使用的等离子的元素。高电阻部17x含有例如氟(F)或氧(O)。
高电阻部17x通过如下方式形成。在台面型构造20(参照图10(c))形成后，如图10(d)所示，进行利用了氟(F)等离子的等离子处理。由此，对p型包覆层15的侧方部分的上部进行改性，形成高电阻部17x。另外，也可以取代F等离子，而采用氧(O)等离子。
根据本实施方式，能够获得与实施方式1同样的效果。进而，通过高电阻部17x的形成，能够进一步提高p型包覆层15的侧方部分的上部的电阻。因此，能够进一步提高p型包覆层15的侧方部分与包覆电极22之间的界面电阻。进而，通过等离子处理，能够仅对p型包覆层15的侧方部分的上表面的附近部分进行改性，因此几乎不对光的吸收等产生影响。
(实施方式3)
以下，参照图12、图13(a)～图13(e)以及图14(a)～图14(d)对本发明的实施方式3所涉及的半导体发光元件进行说明。图12是表示本实施方式所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图。图13(a)～图14(d)是表示本实施方式所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。另外，在图12以及图13(a)～图14(d)中，对与实施方式1同样的构成要素，附加与图1～图4以及图5(a)～图6(d)相同的符号。因此，在本实施方式中，省略与实施方式1同样的说明。
如图12所示，在p型引导层14以及p型包覆层15中的位于台面型构造20的侧方的部分，形成有高电阻部17y。高电阻部17y是注入了离子的离子注入部。高电阻部17y含有来源于被注入的离子的元素。高电阻部17y含有例如硼(B)、氧(O)、锌(Zn)、铁(Fe)或硅(Si)。
高电阻部17y通过如下方式形成。在台面型构造20(参照图13(c))形成后，如图13(d)所示，进行离子注入。由此，在p型包覆层15以及p型引导层14中的位于台面型构造20的侧方的部分注入离子，形成高电阻部17y。离子优选为硼(B)离子、氧(O)离子、锌(Zn)离子、铁(Fe)离子或硅(Si)离子。
在本实施方式的情况下，如图12所示，注入到高电阻部17y的离子，超过p型包覆层15与p型引导层14之间的界面(参照图12的虚线)到达p型引导层14。
若离子到达活性层13，则有可能引起发光效率的下降等，因此高电阻部17y的注入深度需要设为离子不会到达活性层13的深度。在p型包覆层15的厚度为0.15μm(150nm)的情况下，高电阻部17y的注入深度优选为10nm～50nm程度。“注入深度”是指，从p型包覆层15的侧方部分的上表面到高电阻部17y的下表面为止的距离。
若注入剂量过多，则存在对光的吸收，因此注入剂量优选为1014cm2以下。
根据本实施方式，能够获得与实施方式1同样的效果。进而，通过高电阻部17y的形成，能够进一步提高p型包覆层15的侧方部分的电阻。因此，能够进一步提高p型包覆层15的侧方部分与包覆电极22之间的界面电阻。进而，通过离子注入，能够将高电阻部17y的电阻提高到106Ωcm以上，能够防止经由p型包覆层15的侧方部分的漏电流。
另外，在本实施方式中，在台面型构造20形成后，具体举例说明了进行离子注入的情况，但本发明不限定于此。例如，也可以在台面型构造形成前或台面型构造的形成过程中，进行离子注入。由此，也可以仅在p型包覆层的侧方部分注入离子，形成高电阻部。
(实施方式4)
以下，参照图15、图16(a)～图16(e)以及图17(a)～图17(d)对本发明的实施方式4所涉及的半导体发光元件进行说明。图15是表示本实施方式所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图。图16(a)～图17(d)是表示本实施方式所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。另外，在图15以及图16(a)～图17(d)中，对与实施方式1同样的构成要素，附加与图1～图4以及图5(a)～图6(d)相同的符号。因此，在本实施方式中，省略与实施方式1同样的说明。
如图15所示，本实施方式所涉及的半导体发光元件进一步具备高电阻层18。高电阻层18形成在p型包覆层15中的位于台面型构造20的侧方的侧方部分的上表面上、以及台面型构造20的侧面上。高电阻层18由例如AlN构成。
高电阻层18通过如下方式形成。在台面型构造20(参照图16(c))形成后，如图16(d)所示，通过MOCVD法，生长厚度为1nm～5nm程度的由AlN构成的高电阻层18。此时，由于由氮化物半导体构成的p型包覆层15以及接触层16的表面、与由SiO2构成的掩膜70的表面的润湿性不同，因此仅在p型包覆层15以及接触层16的表面上，生长由AlN构成的高电阻层18。另一方面，在掩膜70的表面上，几乎不生长由AlN构成的层。因此，在p型包覆层15的侧方部分的上表面上，以及台面型构造20的侧面上，形成高电阻层18。另外，在掩膜70的表面上，几乎不生长由AlN构成的层，因此与实施方式1同样，通过氢氟酸处理能够去除掩膜70。
根据本实施方式，能够获得与实施方式1同样的效果。进而，在p型包覆层15的侧方部分的上表面与包覆电极22之间，以及台面型构造20的侧面与包覆电极22之间，能够形成高电阻层18。
(实施方式5)
以下，参照图18、图19(a)～图19(e)以及图20(a)～图20(d)对本发明的实施方式5所涉及的半导体发光元件进行说明。图18是表示本实施方式所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图。图19(a)～图20(d)是表示本实施方式所涉及的半导体发光元件的制造方法的剖面图。另外，在图18以及图19(a)～图20(d)中，对与实施方式1同样的构成要素，附加与图1～图4以及图5(a)～图6(d)相同的符号。因此，在本实施方式中，省略与实施方式1同样的说明。
如图18所示，本实施方式所涉及的半导体发光元件，还具备含有铝(Al)的Al含有层19。Al含有层19形成在p型引导层14与p型包覆层15、包覆电极22以及绝缘膜21之间。Al含有层19由例如Al成分比为30％的AlGaN构成。Al含有层19在形成台面型构造20时发挥蚀刻终止层(etching stoplayer)的功能。
台面型构造20Y具有p型包覆层15和接触层16。
Al含有层19通过如下方式形成。如图19(a)所示，通过MOCVD法，在p型引导层14形成后且p型包覆层15形成前，形成厚度为10nm程度、且Al成分比为30％的由AlGaN构成的Al含有层19。然后，如图19(c)所示，进行利用了氯系气体的ICP干蚀。由此，形成具有p型包覆层15以及接触层16的台面型构造20Y，并且使Al含有层19露出。
此时，利用将p型Al0.10Ga0.90N层以及GaN层重复而成的p型包覆层15中的GaN层的Al成分比(0％)、与Al含有层19的Al成分比(30％)之间的差异，能够提高p型包覆层15和Al含有层19的选择比，因此能够在Al含有层19(蚀刻停止层)停止蚀刻。
进而，此时，Al含有层19中的位于台面型构造20Y的侧方的侧方部分的上表面被暴露于氯系等离子，因此成为高电阻面19s。
另外，在ICP干蚀时，通过不仅使用氯系气体而且还使用氧(O2)气，能够大幅改变p型包覆层15以及Al含有层19的蚀刻速度。尤其是，在Al含有层19的Al成分比高(具体来说例如10％以上)的情况下，能够使Al含有层19的蚀刻速度大致为零。
根据本实施方式，能够获得与实施方式1同样的效果。进而，在p型引导层14中的位于台面型构造20Y的侧方的部分与包覆电极22之间，能够形成侧方部分的上表面为高电阻面19s的Al含有层19。进而，能够在Al含有层19停止蚀刻。因此，能够将台面型构造20Y的厚度设为p型包覆层15的厚度以及接触层16的厚度的总和，并且能够将从台面型构造20Y的底面到活性层13的上表面的厚度设为Al含有层19的厚度以及p型引导层14的厚度的总和。因此，能够制作再现性良好的半导体发光元件，因而能够进一步提高半导体发光元件的成品率。
(实施方式6)
以下，参照图21对本发明的实施方式6所涉及的半导体发光元件进行说明。图21是表示本实施方式所涉及的半导体发光元件的构造的剖面图。另外，在图21中，对与实施方式1同样的构成要素，附加与图1～图4以及图5(a)～图6(d)相同的符号。因此，在本实施方式中，省略与实施方式1同样的说明。
在本实施方式中，取代实施方式1的由n型Al0.05Ga0.95N构成的n型包覆层11，采用n型包覆层11a。n型包覆层11a是具有Al1-xInxN层(0≤x≤1)、或Al1-xInxN层和GaN层的超晶格层。
在本实施方式中，与实施方式1相同，由ITO构成的包覆电极22发挥包覆层的功能。ITO的折射率是约2.0，与构成半导体层叠体的各层的氮化物半导体材料的折射率相比非常小，因此比活性层13更靠近上侧的光限制非常强。
作为比活性层13更靠近下侧的n型包覆层，在如实施方式1那样采用了折射率为2.4的由Al0.05Ga0.95N构成的n型包覆层11的情况下，n型包覆层11与折射率为2.5的由GaN构成的n型引导层12之间的折射率差变小。因此，比活性层13更靠近下侧的光限制不太强。因此，纵方向的光限制在比活性层13更靠近上侧和下侧处变得不平衡，因而光未被限制，有时光漏到基板10侧，光限制系数变小。
因此，在本实施方式中，作为比活性层13更靠近下侧的n型包覆层11a，例如，采用具有与GaN层进行了晶格匹配的Al0.82In0.18N层、或与GaN层进行了晶格匹配的Al0.82In0.18N层和GaN层的超晶格层。
通过采用这种构成，能够在保持无变形的状态下，将比活性层13更靠近下侧的折射率减小到2.0～2.2之程度，因此能够增大n型包覆层11a与n型引导层12的折射率差。因此，能够增强比活性层13更靠近下侧的光限制。因此，能够抑制纵方向的光限制在比活性层13更靠近上侧和下侧处变得不平衡的情况，能够增大光限制系数。
根据本实施方式，能够获得与实施方式1同样的效果。进而，能够增大光限制系数，因此能够实现更高效率的半导体发光元件。
另外，在本实施方式中，具体举例说明了半导体发光元件为半导体激光器的情况，但在半导体发光元件为SLD的情况下，也能够得到与本实施方式同样的效果。SLD是光限制系数越大则特性提高越大，因此本实施方式的构造最佳。
另外，在实施方式1及其变形例、以及实施方式2～6中，具体举例说明了半导体发光元件是采用了氮化物半导体AlxGayIn1-x-yN(其中，0≤x，y≤1，0≤x+y≤1)的蓝色(B)的半导体激光器的情况，但本发明不限定于此。
通过变更氮化物半导体AlxGayIn1-x-yN的成分比，能够实现紫色(V，约380nm)～绿色(G，约550nm)的半导体发光元件。
通过变更氮化物半导体AlxGayIn1-x-yN的成分，具体来说，变更为氮化物半导体AlxGayIn1-x-yAszP1-z(其中，0≤x，y，z≤1，0≤x+y≤1)，能够实现红色(R，约600nm)～红外(IR，约750nm)的半导体发光元件。
若采用红色(R)、绿色(G)以及蓝色(B)的半导体发光元件，则能够作为显示器以及投影机等图像显示装置的光源、或液晶显示装置的光源来使用。
工业实用性
本发明能够实现抑制了阈值电流的增大的高效率的半导体发光元件，在应用了透明电极材料的半导体发光元件中有用。本发明所涉及的半导体发光元件，能够作为图像显示装置的光源、液晶显示装置的光源、或激光设备的光源来使用。
符号说明
10 基板
11、11a n型包覆层(第一包覆层)
12 n型引导层(第一引导层)
13 活性层
14 p型引导层(第二引导层)
14a 凸部
14s 高电阻面
15 p型包覆层(第二包覆层)
15a 凸部
15s 高电阻面
16 接触层
17x 高电阻部
17y 高电阻部
18 高电阻层
19 Al含有层
19s 高电阻面
20、20X、20Y 台面型构造
21 绝缘膜
22 包覆电极
22a p型电极
23 焊盘电极
24 n电极
25 前方端面涂层
26 后方端面涂层
50 电流方向
60 光分布
70 掩膜
71 抗蚀层
80 非注入宽度
81a～81c 有效的非注入宽度

Claims (14)

1.一种半导体发光元件，具备：
基板；
第一包覆层，其形成在所述基板上；
第一引导层，其形成在所述第一包覆层上；
活性层，其形成在所述第一引导层上；
第二引导层，其形成在所述活性层上；
接触层，其形成在所述第二引导层上；
包覆电极，其形成在所述接触层上，由导电性金属氧化物构成；和
焊盘电极，其与所述包覆电极电连接，
所述半导体发光元件具有包含所述接触层的条状的台面型构造，
所述包覆电极的宽度比所述台面型构造的宽度大，
所述包覆电极覆盖所述台面型构造的上表面以及侧面，并且与所述接触层电连接。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中，
所述台面型构造中的上表面与下表面之间的级差为10nm以上且200nm以下。
3.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还具备形成在所述第二引导层与所述接触层之间的第二包覆层，
所述第二包覆层具有凸部，
所述台面型构造具有所述第二包覆层的所述凸部、和形成在所述第二包覆层的所述凸部上的所述接触层。
4.根据权利要求3所述的半导体发光元件，其中，
所述包覆电极覆盖所述台面型构造的上表面及侧面、以及所述第二包覆层中的位于所述台面型构造的侧方的侧方部分的上表面，
所述第二包覆层的所述侧方部分与所述包覆电极进行肖特基接触。
5.根据权利要求3所述的半导体发光元件，其中，
在所述第二包覆层中的位于所述台面型构造的侧方的侧方部分，形成有与所述第二包覆层的导电型相反的导电型的表面层。
6.根据权利要求3所述的半导体发光元件，其中，
在所述第二包覆层中的位于所述台面型构造的侧方的侧方部分，形成有高电阻部。
7.根据权利要求3所述的半导体发光元件，其中，
在所述第二引导层以及所述第二包覆层中的位于所述台面型构造的侧方的部分形成有高电阻部。
8.根据权利要求6所述的半导体发光元件，其中，
所述高电阻部是通过利用了等离子的等离子处理将所述第二包覆层的所述侧方部分的上部改性后的改性部，
所述等离子是氟等离子或氧等离子，
所述高电阻部含有氟或氧。
9.根据权利要求6或7所述的半导体发光元件，其中，
所述高电阻部是注入了离子的离子注入部，
所述离子是硼离子、氧离子、锌离子、铁离子或硅离子，
所述高电阻部含有硼、氧、锌、铁或硅。
10.根据权利要求3所述的半导体发光元件，其中，
所述半导体发光元件还具备高电阻层，该高电阻层形成在所述第二包覆层中的位于所述台面型构造的侧方的侧方部分的上表面上，且形成在所述台面型构造的侧面上，
所述高电阻层含有铝。
11.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还具备：
Al含有层，其形成在所述第二引导层与所述接触层之间，含有铝；和
第二包覆层，其形成在所述Al含有层与所述接触层之间，
所述台面型构造具有所述第二包覆层、和形成在所述第二包覆层上的所述接触层，
所述Al含有层的Al成分比高于所述第二包覆层的Al成分比。
12.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中，
所述第二引导层具有凸部，
所述台面型构造具有所述第二引导层的所述凸部、和形成在所述第二引导层的所述凸部上的所述接触层。
13.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中，
所述第一包覆层是AlInN层。
14.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中，
所述第一包覆层是具有AlInN层和GaN层的超晶格层。
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