CN1175533C - 半导体元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在蓝宝石衬底上顺序地形成AlGaN缓冲层、不掺杂的GaN层、n-GaN接触层、n-InGaN裂纹防止层、n-AlGaN覆盖层、MQW有源层和p-AlGaN覆盖层。在p-AlGaN覆盖层上形成脊形部分，在脊形部分上面形成p-GaN间隙层。在p-AlGaN覆盖层的平坦部分上和脊形部分的侧面顺序地形成n-AlGaN第一再生长低温缓冲层和n-AlGaN电流阻挡层，在n-AlGaN电流阻挡层上和脊形部分上面形成p-AlGaN第二再生长低温缓冲层和p-GaN接触层。

Description

半导体元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及具有由GaN(氮化镓)、AlN(氮化铝)、InN(氮化铟)、BN(氮化硼)或TlN(氮化铊)或它们的混合结晶等III-V族氮化物系半导体(以下称为氮化物系半导体)组成的半导体层的半导体元件及其制造方法。
背景技术
近年来，正在努力推进作为发蓝色光或紫色光的发光二极管、半导体激光元件等半导体发光元件的GaN系半导体发光元件的实用化。
图8是表示以往的GaN系半导体激光元件例的模式剖面图。
图8所示的半导体激光元件如下制造。
首先，在MOCVD(有机金属化学汽相生长)装置、MBE(分子线外延生长)装置等结晶生长装置内，在蓝宝石衬底101的C(0001)面上，顺序地生长不掺杂的AlGaN构成的AlGaN缓冲层102、不掺杂GaN层103、n-GaN接触层104、n-AlGaN覆盖层105、n-GaN光引导层106、InGaN量子阱有源层107、p-AlGaN层108、p-GaN光引导层109、p-AlGaN覆盖层110和p-AlGaN间隙层111。
接着，从结晶生长装置中把晶片取出外部，按照RIBE法(反应性离子束腐蚀法)来腐蚀p-AlGaN间隙层111和p-AlGaN覆盖层110的预定区域。由此，形成脊形部分。
在脊形部分形成后，再次把晶片放回结晶生长装置内，在脊形部分的侧面和上面及p-AlGaN覆盖层110的平坦部分上生长n-AlGaN电流阻挡层112。而且，把晶片取出结晶生长装置的外部，腐蚀脊形部分上面的n-AlGaN电流阻挡层112，形成带状开口部分，使脊形部分的上面露出。然后，把晶片再次返回结晶生长装置内，在n-AlGaN电流阻挡层112和脊形部分的上面上生长p-GaN接触层113。
接着，把晶片从结晶生长装置取出到外部，腐蚀并除去从p-GaN接触层113至n-GaN接触层104的一部分区域。这样一来，使n-GaN接触层104的预定区域露出。而且，在露出的n-GaN接触层104的预定区域上形成n电极50。此外，在p-GaN接触层113的预定区域上形成p电极51。最后，通过对蓝宝石衬底101解理来形成共振器端面。
在有图8那样的脊形波导型结构的半导体激光元件中，通过形成脊形部分，在InGaN量子阱有源层107的水平方向上产生折射率的分布和形成狭窄电流。利用这种折射率的分布和狭窄电流，半导体激光元件中水平方向的光被封闭，即可进行横模式控制。
一般地，如果使氮化物系半导体层厚厚地生长，那么容易发生裂纹，即使在氮化物系半导体层中，包含Al的AlGaN层也特别容易发生裂纹。此外，在有上述那样的脊形波导型结构的半导体激光元件的制造时，在脊形部分的形成时和n-AlGaN电流阻挡层112的带状开口部分的形成时，必须把晶片取出到结晶生长装置的外部来进行腐蚀，然后，再把晶片返回到结晶生长装置内，使n-AlGaN电流阻挡层112和p-GaN接触层113生长。
尤其在n-AlGaN电流阻挡层112中，为了横模式控制，与覆盖层相比，必须减小(增大能带隙)折射率。因此，在n-AlGaN电流阻挡层112中增大Al的组成。此外，增大n-AlGaN电流阻挡层112的膜厚，以便利用n-AlGaN电流阻挡层112使电流充分狭窄。在这样的Al组成大并且膜厚大的n-AlGaN电流阻挡层112中，特别容易发生裂纹。
由于p-GaN接触层113的膜厚也大，所以在p-GaN接触层113中容易发生裂纹。
此外，如上所述，在把晶片取出到结晶生长装置的外部时，由于晶片的表面被氧化，在再生长时，在该氧化的表面上就会生长氮化物系半导体层，所以在再生长层中发生晶格缺陷。就是说，在上述半导体激光元件的制造时，在脊形部分的形成时把晶片取出到结晶生长装置的外部。因此，p-AlGaN覆盖层110的平坦部分和脊形部分及p-GaN间隙层111的表面被氧化，由于在该氧化的p-AlGaN覆盖层110的平坦部分和脊形部分及p-GaN间隙层111的表面上再生长n-AlGaN电流阻挡层112，所以在该n-AlGaN电流阻挡层112上产生晶格缺陷。此外，在n-AlGaN电流阻挡层112上形成带状开口部分时，也把晶片取出到结晶生长装置的外部。由此，p-GaN间隙层111和n-AlGaN电流阻挡层112的表面被氧化，由于在该氧化的p-GaN间隙层111和n-AlGaN电流阻挡层112的表面上再生长p-GaN接触层113，所以在p-GaN接触层中也发生晶格缺陷。
以上那样的再生长的n-AlGaN电流阻挡层112和p-GaN接触层113中的裂纹的发生和结晶性的劣化导致半导体激光元件的元件特性的劣化和可靠性的降低。
特别是n-AlGaN电流阻挡层112中的裂纹的发生和结晶性的劣化会导致元件的劣化和可靠性的降低。因此，横模式控制型半导体激光元件的制造方法是困难的。
发明内容
本发明的目的在于提供能防止腐蚀等加工后的再生长层中发生裂纹和结晶性劣化的半导体元件。
本发明的另一目的在于提供可以防止腐蚀等加工后再生长层中发生裂纹和结晶性劣化的半导体元件的制造方法。
本发明的一个方案的半导体元件包括：上表面构图的氮化物系半导体构成的第一半导体层；位于第一半导体层上的氮化物系半导体构成的缓冲层；和位于缓冲层上的氮化物系半导体构成的第二半导体层。
其中，缓冲层是在不受衬底的氮化物系半导体层的晶格缺陷影响下生长的层，通过该缓冲层，可以减少位于缓冲层上的氮化物系半导体层的晶格缺陷。此外，缓冲层是可以缓和位于该缓冲层上下的组成不同的两种氮化物系半导体层的热膨胀系数差的层。而且，缓冲层是按比第一和第二半导体层的生长温度低的温度生长的层，接近非晶状态，通过结晶生长装置内的温度变化容易变性，通过升温进行结晶。
在本发明的一个方案的半导体元件中，在第一半导体层上通过缓冲层来形成第二半导体层。由于缓冲层可以在不受衬底的第一半导体层的晶格缺陷的影响下生长，所以第二半导体层的晶格缺陷减少。此外，通过缓冲层使第一半导体层和第二半导体层的热膨胀系数差得以缓和。因此，可以防止第二半导体层的裂纹的发生，并且可实现良好的结晶性。根据以上方案，可实现元件特性和可靠性的提高。
缓冲层最好是在500℃以上700℃以下的衬底温度下生长的层。在这样的低温下生长的缓冲层接近非晶状态，通过结晶生长装置内的温度变化容易变形，通过升温进行结晶。
第一半导体层顺序地包括有源层和带有平坦部分及所述平坦部分上的脊形部分的覆盖层；缓冲层被设置在所述覆盖层的平坦部分上和脊形部分的侧面；第二半导体层包括在缓冲层上形成的电流阻挡层。
在制造这样的半导体元件时，把形成顺序地包括有源层和覆盖层的第一半导体层的衬底从结晶生长装置取出到外部一次，除去除了覆盖层的中央部分的带状区域以外的区域，在覆盖层上形成脊形部分和平坦部分。
由于上述半导体元件在形成脊形部分和平坦部分时被取出一次到结晶生长装置的外部，所以覆盖层的平坦部分和脊形部分的表面被氧化。但是，由于在覆盖层的平坦部分上和脊形部分的侧面通过缓冲层来形成电流阻挡层，所以电流阻挡层可以在不受覆盖层的平坦部分和脊形部分的氧化表面的影响下生长。此外，通过缓冲层使覆盖层和电流阻挡层的热膨胀系数差缓和。因此，可以防止电流阻挡层的裂纹的发生，并且可实现良好的结晶性。
如上所述，在上述半导体元件中，由于可防止电流阻挡层中发生裂纹，并且可防止结晶性的劣化，所以可实现元件特性和可靠性的提高。因此，横模式控制型的半导体激光元件的制造变得容易。
此外，上述缓冲层的膜厚最好为20以上500以下。通过形成具有这样膜厚的缓冲层，可以减少位于缓冲层上的电流阻挡层的晶格缺陷，同时可以缓和位于缓冲层上下的组成不同的电流阻挡层和覆盖层的热膨胀系数差。
第一半导体层包括有源层、带有平坦部分和所述平坦部分上的脊形部分的覆盖层、以及设置在覆盖层的平坦部分上和脊形部分的侧面的电流阻挡层；缓冲层也可以被设置在覆盖层的脊形部分的上面和电流阻挡层上。
在制造这样的半导体元件时，把形成顺序地包括有源层、覆盖层和电流阻挡层的第一半导体层的衬底从结晶生长装置取出到外部一次，进行预定的处理，使覆盖层的脊形部分的上面露出。
在上述半导体元件中，由于在结晶生长装置的外部进行所述的预定处理，所以电流阻挡层和覆盖层的脊形部分的表面被氧化。但是，由于在电流阻挡层上和覆盖层的脊形部分的上面通过缓冲层来形成第二半导体层，所以第二半导体层可以在不受电流阻挡层和覆盖层的脊形部分的氧化表面的影响下生长。此外，通过缓冲层使电流阻挡层和覆盖层与第二半导体层的热膨胀系数差得以缓和。因此，可以防止第二半导体层的裂纹的发生，并且可实现良好结晶性。
如上所述，在上述半导体元件中，由于可防止第二半导体层发生裂纹，并且可防止结晶性的劣化，所以可实现元件特性和可靠性的提高。因此，横模式控制型的半导体激光元件的制造变得容易。
此外，上述缓冲层的膜厚最好为20以上150以下。通过形成具有这样膜厚的缓冲层，可以减少位于缓冲层上的第二半导体层的晶格缺陷，同时可以缓和位于缓冲层上下的组成不同的电流阻挡层和覆盖层与第二半导体层的热膨胀系数差。
再有，在作为电流注入区域的脊形部分的上面形成缓冲层的情况下，由于电流容易流动，所以缓冲层的膜厚小更好。
此外，在脊形部分的上面和缓冲层之间也可以还设有间隙层。这种情况下，通过间隙层，可以防止脊形部分的覆盖层的氧化。
第一半导体层顺序地包括有源层、覆盖层、带有带状开口部分的电流阻挡层；缓冲层也可以被设置在电流阻挡层上、以及带状开口部分内的底面和侧面上。
在制造这样的半导体元件时，把形成顺序地包括有源层、覆盖层和电流阻挡层的第一半导体层的衬底从结晶生长装置取出到外部一次，进行预定的处理，在电流阻挡层上形成带状开口部分。
在上述半导体元件中，由于在结晶生长装置的外部，在电流阻挡层上形成带状开口部分，所以电流阻挡层和带状开口部分内的第一半导体层的表面被氧化。但是，由于在电流阻挡层和带状开口部分内露出的第一半导体层上通过缓冲层来形成第二半导体层，所以第二半导体层可以在不受电流阻挡层和第一半导体层的氧化表面的影响下生长。此外，通过缓冲层使电流阻挡层和覆盖层与第二半导体层的热膨胀系数差缓和。因此，可以防止第二半导体层发生裂纹，并且可实现良好结晶性。
如上所述，在上述半导体元件中，由于可防止第二半导体层发生裂纹，并且可防止结晶性的劣化，所以可实现元件特性和可靠性的提高。因此，横模式控制型的半导体激光元件的制造变得容易。
此外，上述缓冲层的膜厚最好为20以上150以下。通过形成具有这样膜厚的缓冲层，可以减少位于缓冲层上的第二半导体层的晶格缺陷，同时可以缓和位于缓冲层上下的组成不同的电流阻挡层和第一半导体层与第二半导体层的热膨胀系数差。
再有，在作为电流注入区域的电流阻挡层的带状开口部分的底面上形成缓冲层的情况下，为了电流容易流动，缓冲层的膜厚小更好。
上述氮化物系半导体可以是包含镓、铝、铟、铊和硼的至少其中之一的III族氮化物系半导体。
而且，构成上述缓冲层的氮化物系半导体包含铝，缓冲层的铝组成最好大于0并小于0.7。通过具有这种铝组成的缓冲层，可以减少位于缓冲层上下的第二氮化物系半导体层的晶格缺陷，同时可以缓和位于缓冲层上下的组成不同的第一和第二半导体层的热膨胀系数差。
根据本发明的另一方案的半导体元件的制造方法，包括：在结晶生长装置内按第一温度在衬底上形成氮化物系半导体层构成的第一半导体层的工序；把形成了第一半导体层的衬底从结晶生长装置取出并进行预定处理的工序；在结晶生长装置内，在处理的衬底上的第一半导体层上按比第一温度低的第二温度形成氮化物系半导体构成的缓冲层的工序；以及在结晶生长装置内，在缓冲层上按比第二温度高的温度形成氮化物系半导体构成的第二半导体层的工序。
在根据本发明的另一方案的半导体元件的制造方法中，在从结晶生长装置中一次取出到外部并冷却的第一半导体层上，通过缓冲层，形成高温生长的第二半导体层。
在把形成第一半导体层的衬底取出到结晶生长装置的外部进行预定的处理时，第一半导体层的表面被氧化。由于缓冲层在不受衬底的第一半导体层的晶格缺陷影响下生长，所以第二半导体层的晶格缺陷减少。此外，通过缓冲层使第一半导体层和第二半导体层的热膨胀系数差缓和。因此，可以防止第二半导体层发生裂纹，并且可以实现良好的结晶性。因此，可实现元件特性和可靠性的提高。
此外，形成上述缓冲层的工序最好包括按500℃以上700℃以下的第二温度形成缓冲层的工序。在这样的低温下生长的缓冲层接近非晶状态，通过结晶生长装置内的温度变化容易转变，通过升温进行结晶。通过按以上那样的工序来生长缓冲层，可以减少位于缓冲层上的第二半导体层的晶格缺陷，同时可以缓和位于缓冲层上下的组成不同的第一和第二半导体层的热膨胀系数差。
形成第一半导体层的工序包括形成有源层的工序、以及在有源层上形成覆盖层的工序，进行预定处理的工序包括通过除去除了覆盖层的中央部分的带状区域以外的区域来形成平坦部分和平坦部分上的脊形部分的工序，形成缓冲层的工序包括在平坦部分上和所述脊形部分的侧面形成缓冲层的工序，形成第二半导体层的工序包括在缓冲层上形成电流阻挡层的工序。
由于上述半导体元件在形成脊形部分和平坦部分时被取出到一次结晶生长装置的外部，所以覆盖层的平坦部分和脊形部分的表面被氧化。但是，由于在覆盖层的平坦部分上和脊形部分的侧面插入缓冲层并形成电流阻挡层，所以电流阻挡层可以在不受覆盖层的平坦部分和脊形部分的氧化表面的影响下生长。此外，通过缓冲层使覆盖层与电流阻挡层的热膨胀系数差缓和。因此，可以防止电流阻挡层发生裂纹，并且可实现良好的结晶性。
如上所述，在上述半导体元件中，由于可防止电流阻挡层发生裂纹，并且防止结晶性的劣化，所以可实现元件特性和可靠性的提高。因此，横模式控制型的半导体激光元件的制造变得容易。
此外，形成上述缓冲层的工序最好包括形成膜厚20以上500以下的缓冲层的工序。通过形成这样膜厚的缓冲层，可以减少位于缓冲层上的电流阻挡层缺陷，同时可以缓和位于缓冲层上下位置的组成不同的电流阻挡层和覆盖层的热膨胀系数差。
形成第一半导体层的工序包括形成有源层的工序、在有源层上形成带有平坦部分和其平坦部分上的脊形部分的覆盖层的工序、以及在覆盖层上形成电流阻挡层的工序，进行预定处理的工序包括在电流阻挡层上形成带状开口部分并使脊形部分的上面露出的工序，形成缓冲层的工序包括在电流阻挡层上和带状开口部分内的底面及侧面形成缓冲层的工序。
在上述半导体元件中，由于在结晶生长装置的外部进行所述预定的处理，所以电流阻挡层和覆盖层的脊形部分的表面被氧化。但是，由于在电流阻挡层上和覆盖层的脊形部分的上面插入缓冲层并形成第二半导体层，所以第二半导体层可以在不受电流阻挡层和覆盖层的脊形部分的氧化表面的影响下生长。此外，通过缓冲层使电流阻挡层和覆盖层与第二半导体层的热膨胀系数差缓和。因此，可以防止第二半导体层裂纹的发生，并且可实现良好的结晶性。
如上所述，在上述半导体元件中，由于可防止第二半导体层裂纹的发生，并且防止结晶性的劣化，所以可实现元件特性和可靠性的提高。因此，横模式控制型的半导体激光元件的制造变得容易。
此外，形成上述缓冲层的工序最好包括形成膜厚20以上150以下的缓冲层的工序。通过形成这样膜厚的缓冲层，可以减少位于缓冲层上的第二半导体层的晶格缺陷，同时可以缓和位于缓冲层上下位置的组成不同的电流阻挡层和第一半导体层及第二半导体层的热膨胀系数差。
再有，在作为这种电流注入区域的脊形部分的上面形成缓冲层的情况下，为了使电流容易流动，减小缓冲层的膜厚更好。
此外，形成第一半导体层的工序最好还包括在覆盖层的脊形部分上面形成间隙层的工序。这种情况下，通过间隙层可以降低脊形部分的覆盖层的氧化。
形成第一半导体层的工序包括形成有源层的工序、在有源层上形成覆盖层的工序、以及在覆盖层上形成电流阻挡层的工序，进行预定处理的工序包括在电流阻挡层上形成带状开口部分，在带状开口部分内使第一半导体层露出的工序，形成缓冲层的工序还包括在电流阻挡层上和所述带状开口部分内的底面及侧面形成缓冲层的工序。
在上述半导体元件中，由于在结晶生长装置的外部在电流阻挡层中形成带状开口部分，所以电流阻挡层和带状开口部分内的第一半导体层的表面被氧化。但是，由于在电流阻挡层上和带状开口部分内露出的第一半导体层上插入缓冲层并形成第二半导体层，所以第二半导体层可以在不受电流阻挡层和第一半导体层的氧化表面的影响下生长。此外，通过缓冲层使电流阻挡层和第一半导体层与第二半导体层的热膨胀系数差缓和。因此，可以防止第二半导体层发生裂纹，并且可实现良好的结晶性。
如上所述，在上述半导体元件中，由于可防止第二半导体层发生裂纹，并且防止结晶性的劣化，所以可实现元件特性和可靠性的提高。因此，横模式控制型的半导体激光元件的制造变得容易。
此外，形成上述的缓冲层的工序最好包括形成膜厚20以上150以下的缓冲层的工序。通过形成这样膜厚的缓冲层，可以减少位于缓冲层上的第二半导体层的晶格缺陷，同时可以缓和位于缓冲层上下位置的组成不同的电流阻挡层和第一半导体层及第二半导体层的热膨胀系数差。
再有，在作为这种电流注入区域的电流阻挡层的带状上开口部分的底面上形成缓冲层的情况下，为了使电流容易流动，减小缓冲层的膜厚更好。
附图说明
图1是表示本发明一实施例的半导体激光元件的制造方法的示意工序剖面图。
图2是表示本发明一实施例的半导体激光元件的制造方法的示意工序剖面图。
图3是表示按照图1和图2所示的半导体激光元件的制造方法制造的半导体激光元件的示意剖面图。
图4是表示本发明另一实施例的半导体激光元件的示意剖面图。
图5是表示本发明另一实施例的半导体激光元件的制造方法的示意工序剖面图。
图6是表示本发明另一实施例的半导体激光元件的制造方法的示意工序剖面图。
图7是表示按照图5和图6所示的半导体激光元件的制造方法制造的半导体激光元件的示意剖面图。
图8是表示以往的半导体激光元件例的示意剖面图。
具体实施方式
图1是表示本发明一实施例的半导体激光元件的制造方法的示意工序剖面图。
如图1(a)所示，在MOCVD(有机金属化学汽相生长)装置内放置蓝宝石衬底1，按照MOCVD法，在蓝宝石衬底1的C(0001)面上顺序地生长不掺杂的AlGaN构成的AlGaN缓冲层2、不掺杂GaN缓冲层3、n-GaN接触层4、n-InGaN裂纹防止层5、n-AlGaN覆盖层6、InGaN构成的MQW(多重量子阱)有源层7、p-AlGaN覆盖层8、p-GaN间隙层9。
这种情况下，AlGaN缓冲层2生长时的衬底温度为600℃，MQW有源层7和n-InGaN裂纹防止层5生长时的衬底温度为800℃。此外，除此以外的各层3、4、6、8、9生长时的衬底温度为1000℃。此外，作为n型掺杂物使用Si，作为p型掺杂物使用Mg。
接着，把晶片从MOCVD装置中取出到外部，如图1(b)所示，按照RIBE法(反应性离子束腐蚀法)，腐蚀p-GaN间隙层9和p-AlGaN覆盖层8的预定区域。这样，形成脊形部分。
在形成脊形部分后，脊形部分的上面和侧面及p-AlGaN覆盖层8的平坦部分的表面在大气中被氧化。
在形成脊形部分后，再次把晶片返回MOCVD装置内。然后，如图1(c)所示，在脊形部分的上面和侧面及p-AlGaN覆盖层8的平坦部分上通过Si生长n型掺杂的n-Al0.5Ga0.5N，形成膜厚250的n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10。而且，在该n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10上，通过Si生长n型掺杂的n-AlGaN电流阻挡层11。这种情况下，n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10生长时的衬底温度达到600℃，而n-AlGaN电流阻挡层11生长时的衬底温度达到1000℃。
如上所述，在取出到外部一次的p-AlGaN覆盖层8的平坦部分上和脊形部分的上面及侧面按低温使n-AlGaN再生长，形成n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10，通过在n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10上形成n-AlGaN电流阻挡层11，n-AlGaN电流阻挡层11可以在不受p-AlGaN覆盖层8的氧化表面影响下生长。因此，n-AlGaN电流阻挡层11的晶格缺陷减少。
此外，通过n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10，通过追加生长n-AlGaN电流阻挡层11，产生的应力被缓和。因此，可以防止n-AlGaN电流阻挡层11中发生裂纹。
根据以上情况，即使在形成膜厚大并且Al组成大的n-AlGaN电流阻挡层11的情况下，也不发生裂纹，可实现良好的结晶性。
接着，把晶片从MOCVD装置取出到外部，如图2(d)所示，按照RIBE法等来腐蚀n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10和n-AlGaN电流阻挡层11的脊形部分上的区域。这样一来，在n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10和n-AlGaN电流阻挡层11中形成带状开口部分，使p-GaN间隙层9露出。
在取出到外部时，n-AlGaN电流阻挡层11和露出的p-GaN间隙层9的表面被氧化。
再有，在n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10上形成的n-AlGaN电流阻挡层11中，如上所述，在脊形部分的上面和侧面及p-AlGaN覆盖层8的平坦部分的被氧化的表面的影响通过n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10被缓和。因此，如上所述，在n-AlGaN电流阻挡层11的表面被氧化的情况下，与图8所示的以往的n-AlGaN电流阻挡层112相比，结晶性仍然良好。
上述腐蚀后，再次把晶片返回MOCVD装置内。然后，如图2(e)所示，在露出的p-GaN间隙层9上、n-AlGaN电流阻挡层11的侧面、n-AlGaN电流阻挡层11上通过Mg再生长p型掺杂的p-Al0.5Ga0.5N，形成厚度50的p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12。而且，在该p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12上，通过Mg生长p型掺杂的p-GaN接触层13。这种情况下，p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12生长时的衬底温度达到600℃，p-GaN接触层13生长时的温度达到1000℃。
如上所述，通过在取出到外部一次的n-AlGaN电流阻挡层11和脊形部分的p-GaN间隙层9上按低温再生长p-AlGaN，形成p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12，在p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12上形成p-GaN接触层13，p-GaN接触层13可以在不受n-AlGaN电流阻挡层11和p-GaN间隙层9的氧化表面的影响下生长。由此，p-GaN接触层13的晶格缺陷减少。
此外，通过p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12，通过追加生长p-GaN接触层13，产生的应力被缓和。因此，可以防止p-GaN接触层13中发生裂纹。
由以上可知，即使在形成膜厚大的p-GaN接触层13的情况下，也不发生裂纹，可实现良好的结晶性。
接着，把晶片从MOCVD装置取出到外部，如图2(f)所示，腐蚀从p-GaN接触层13至n-GaN接触层4的一部分区域。这样一来，使n-GaN接触层4的预定区域露出。
而且，在该露出的n-GaN接触层4的预定区域上形成n电极50，并且在p-GaN接触层13的预定区域上形成p电极51。最后，通过对蓝宝石衬底101解理来形成共振器端面。
根据以上的方法，制造图3所示的具有脊形波导结构的半导体激光元件。
在半导体激光元件中，从p电极51注入的电流通过n-AlGaN电流阻挡层11而狭窄。由此，脊形部分下的区域成为电流路径。另一方面，由于n-AlGaN电流阻挡层11的Al组成大，所以在MQW有源层7中，脊形部分下的区域的有效折射率与两侧区域的有效折射率相比变大。
由以上可知，在半导体激光元件中，光被封闭在脊形部分下的MQE有源层7中，可进行横模式控制。于是，半导体激光元件是具有实际折射率波导结构的半导体激光元件。
其中，在半导体激光元件中，通过n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10，可防止n-AlGaN电流阻挡层11中裂纹的发生和结晶性的劣化。由此，可实现元件特性和可靠性的提高。因此，横模式控制型的半导体激光元件的制造变得容易。
此外，在半导体激光元件中，通过p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12，可防止p-GaN接触层13的裂纹的发生和结晶性的劣化。因此，就半导体激光元件来说，还可实现元件特性的提高。
上述说明中，n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10和p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12的生长时的衬底温度为600℃，但如果这些层10、12的生长时的衬底温度在500～700℃的范围内，那么不限于上述温度。
此外，在上述说明中，n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10和p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12由Al0.5Ga0.5N组成，但这些层10、12中的Al的组成不限于上述情况。n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10和p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12的Al的组成AlxGa1-xN的X为0＜X＜0.7就可以。
而且，在上述说明中，n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10的膜厚为250，p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12的膜厚为50，但n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10和p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12的膜厚不限于此。n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10的膜厚为20～500也可以，p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12的膜厚为20～150也可以。
再有，在半导体激光元件中，在作为电流路径的脊形部分中形成p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12。其中，由于低温下生长的p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12为高电阻，所以在增大p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12的膜厚的情况下，电流不易流动。因此，p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12的膜厚小较好。如上所述，在p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12的膜厚减小到50的情况下，通过隧道效应，在p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12中电流容易流动。
第一和第二再生长低温缓冲层10、12的组成不限于上述的AlGaN。第一和第二再生长低温缓冲层10、12也可以由包含Ga、Al、In、B和Tl的至少其中之一的氮化物系半导体组成。
再有，在第一和第二再生长低温缓冲层10、12包含Al的情况下，透明度高并且膜质良好。
此外，在上述说明中，形成n型的第一再生长低温缓冲层10和p型的第二再生长低温缓冲层12，但第一和第二再生长低温缓冲层10、12在几十左右的厚度情况下不掺杂也可以，但为了降低工作电压，不期望不掺杂。而且，第一再生长低温缓冲层10也可以掺杂Zn。这样的掺杂Zn的第一再生长低温缓冲层10有高电阻。
此外，各层2～9、11、13由包含Ga、Al、In、B和Tl的至少其中之一的氮化物系半导体组成，也可以是上述组成以外。再有，在电流阻挡层11由InGaN组成的情况下，半导体激光元件成为损失波导结构。
此外，电流阻挡层11也可以包含作为杂质的Zn。包含Zn的电流阻挡层11有高电阻。
而且，在上述说明中，在蓝宝石衬底1上顺序地形成n型的半导体层和p型的半导体层，但在蓝宝石衬底1上顺序地形成p型的半导体层和n型的半导体层也可以。这种情况下，形成p型掺杂的第一再生长低温缓冲层10或不掺杂的第一再生长低温缓冲层12。或者，也可以形成掺杂Zn的高电阻的第一再生长低温缓冲层10。此外，这种情况下，形成n型掺杂的第二再生长低温缓冲层12或不掺杂的第二再生长低温缓冲层12。
再有，在上述半导体激光元件中，形成第一和第二再生长低温缓冲层10、12，但也可以是具有形成第一再生长低温缓冲层10和第二再生长低温缓冲层12的其中一个结构的半导体激光元件。以下说明这种情况。
图4是本发明另一实施例的半导体激光元件的示意剖面图。
图4所示的半导体激光元件除了未形成p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12之外，有与图3的半导体激光元件相同的结构。这种半导体激光元件除了以下方面外，按与半导体激光元件的制造方法相同的方法来制造。
这种情况下，在进行图2(d)所示的n-AlGaN再生长低温缓冲层10和n-AlGaN电流阻挡层11的腐蚀后，在脊形部分的n-GaN间隙层9上、n-AlGaN再生长低温缓冲层10和n-AlGaN电流阻挡层11的侧面、以及n-AlGaN电流阻挡层11上直接再生长p-GaN，形成p-GaN接触层13。
在半导体激光元件中，与半导体激光元件一样，通过n-AlGaN再生长低温缓冲层10，可防止n-AlGaN电流阻挡层11中裂纹的发生和结晶性的劣化。由此，在半导体激光元件中可实现工作电压的降低，提高元件特性。
其中，在半导体激光元件中，如半导体激光元件那样，在作为电流路径的脊形部分中形成高电阻的p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12。因此，在半导体激光元件中，可进一步降低工作电压。
而且，除了未形成n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10以外，具有与图3的半导体激光元件相同结构的半导体激光元件也可以。这种情况下，在形成脊形部分后，除了直接在脊形部分的上面和侧面及p-AlGaN覆盖层8的平坦部分上形成n-AlGaN电流阻挡层11以外，利用与半导体激光元件的制造方法相同的方法来制造半导体激光元件。在这样制造的半导体激光元件中，通过p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12，可防止p-GaN接触层13的裂纹的发生和结晶性的劣化。因此，即使在仅形成这样的p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12的半导体激光元件中，与以往的半导体激光元件相比，元件特性和可靠性提高。
图5是表示本发明另一实施例的半导体激光元件的制造方法的示意工序剖面图。
如图5(a)所示，在MOCVD装置内放置蓝宝石衬底21，按照MOCVD法，在蓝宝石衬底21的C(0001)面上顺序地生长不掺杂的AlGaN构成的AlGaN缓冲层22、不掺杂GaN层23、n-GaN接触层24、n-InGaN裂纹防止层25、n-AlGaN覆盖层26、InGaN构成的MQW有源层27、p-AlGaN第一覆盖层28和n-AlGaN电流阻挡层29。
这种情况下，AlGaN缓冲层22生长时的衬底温度为600℃，MQW有源层27和n-InGaN裂纹防止层25生长时的衬底温度为800℃。此外，除此以外的各层23、24、26、28、29生长时的衬底温度为1000℃。此外，作为n型掺杂物使用Si，作为p型掺杂物使用Mg。
接着，把晶片从MOCVD装置中取出到外部，如图5(b)所示，按照RIBE法等腐蚀n-AlGaN电流阻挡层29的预定区域。这样，在n-AlGaN电流阻挡层29上形成带状开口部分，在开口部分内使p-AlGaN第一覆盖层28露出。
在取出到外部时，n-AlGaN电流阻挡层29和开口部分内的p-AlGaN第一覆盖层28的表面被氧化。
在上述腐蚀后，再次把晶片返回MOCVD装置内。然后，如图6(c)所示，在n-AlGaN电流阻挡层29上和p-AlGaN第一覆盖层28上，通过Mg生长p型掺杂的p-Al0.5Ga0.5N，形成膜厚50的p-AlGaN再生长低温缓冲层30。而且，在该p-AlGaN再生长低温缓冲层30上，通过Mg顺序生长p型掺杂的p-AlGaN第二覆盖层31和p-GaN接触层32。这种情况下，p-AlGaN再生长低温缓冲层30生长时的衬底温度达到600℃，而p-AlGaN第二覆盖层31和p-GaN接触层32生长时的衬底温度达到1000℃。
如上所述，在取出到外部一次并冷却的n-AlGaN电流阻挡层29上和开口部分内的p-AlGaN第一覆盖层28上按低温使p-AlGaN再生长，形成p-AlGaN再生长低温缓冲层30，通过在p-AlGaN再生长低温缓冲层30上形成p-AlGaN第二覆盖层31，p-AlGaN第二覆盖层31可以在不受n-AlGaN电流阻挡层29和p-AlGaN第一覆盖层28的氧化表面影响下生长。因此，p-AlGaN第二覆盖层31的晶格缺陷减少。
此外，通过p-AlGaN再生长低温缓冲层30，通过追加生长p-AlGaN第二覆盖层31和p-GaN接触层32，产生的应力被缓和。因此，可以防止p-AlGaN第二覆盖层31和p-GaN接触层32发生裂纹。
根据以上情况，在p-AlGaN第二覆盖层31中不发生裂纹，可实现良好的结晶性。
接着，把晶片取出到MOCVD装置的外部，如图6(d)所示，腐蚀从p-GaN接触层32至n-GaN接触层24的一部分区域。这样，使n-GaN接触层24的预定区域露出。
而且，在露出的n-GaN接触层24的预定区域上形成n电极50，并且在p-GaN接触层32的预定区域上形成p电极51。最后，通过对蓝宝石衬底101解理来形成共振器端面。
如以上那样，制造图7所示的具有自对准结构的半导体激光元件。
在半导体激光元件中，从p电极51注入的电流通过n-AlGaN电流阻挡层29而狭窄。由此，n-AlGaN电流阻挡层29的开口部分下的区域成为电流路径。另一方面，由于n-AlGaN电流阻挡层29的Al组成大，所以在MQW有源层27中，n-AlGaN电流阻挡层29的开口部分下的区域执行的折射率与两侧区域的有效折射率相比变大。
根据以上情况，在半导体激光元件中，光被封闭在n-AlGaN电流阻挡层29的开口部分下的MQE有源层27中，可进行横模式控制。于是，半导体激光元件是具有实际折射率波导半导体激光元件。
再有，半导体激光元件的n-AlGaN电流阻挡层29表示把晶片取出到MOCVD装置外部一次后再生长的层。因此，在n-AlGaN电流阻挡层29中，裂纹难以发生。
在上述半导体激光元件中，通过p-AlGaN再生长低温缓冲层30，可防止p-AlGaN第二覆盖层31的裂纹的发生和结晶性的劣化。因此，半导体激光元件的工作电压降低，元件特性提高。
上述说明中，p-AlGaN再生长低温缓冲层30生长时的衬底温度为600℃，但如果p-AlGaN再生长低温缓冲层30的生长时的衬底温度在500～700℃的范围内，那么不限于上述温度。
此外，在上述说明中，p-AlGaN再生长低温缓冲层30由Al0.5Ga0.5N组成，但p-AlGaN再生长低温缓冲层30中的Al的组成不限于上述情况。p-AlGaN再生长低温缓冲层30的Al的组成AlxGa1-xN的X为0＜X＜0.7就可以。
而且，在上述说明中，p-AlGaN再生长低温缓冲层30的膜厚为50，p-AlGaN再生长低温缓冲层30的膜厚不限于此。p-AlGaN再生长低温缓冲层30的膜厚为20～150也可以。
再有，在半导体激光元件中，在作为电流路径的n-AlGaN电流阻挡层29的开口部分上形成p-AlGaN再生长低温缓冲层30。其中，由于低温下生长的p-AlGaN再生长低温缓冲层30为高电阻，所以在增大p-AlGaN再生长低温缓冲层30的膜厚的情况下，电流不易流动。因此，p-AlGaN再生长低温缓冲层30的膜厚小较好。如上所述，在p-AlGaN再生长低温缓冲层30的膜厚减小到50的情况下，通过隧道效应，在p-AlGaN再生长低温缓冲层30中电流容易流动。
此外，在上述说明中，形成p型的再生长低温缓冲层30，但再生长低温缓冲层30在几十左右的厚度情况下不掺杂也可以，但为了降低工作电压，不期望不掺杂。
此外，再生长低温缓冲层30的组成不限于上述的AlGaN。再生长低温缓冲层30也可以由包含Ga、Al、In、B和Tl的至少其中之一的氮化物系半导体组成。
再有，在再生长低温缓冲层30包含Al的情况下，透明度高并且膜质良好。
此外，如果各层22～29、31、32由包含Ga、Al、In、B和Tl的至少其中之一的氮化物系半导体组成，那么也可以是上述组成以外。再有，在电流阻挡层29由InGaN组成的情况下，半导体激光元件成为损失波导结构。
此外，电流阻挡层29也可以包含作为杂质的Zn。包含Zn的电流阻挡层有高电阻。
而且，在上述说明中，在蓝宝石衬底21上顺序地形成n型的半导体层和p型的半导体层，但在蓝宝石衬底21上顺序地形成p型的半导体层和n型的半导体层也可以。这种情况下，形成n型掺杂的再生长低温缓冲层30或不掺杂的再生长低温缓冲层0。
在上述说明中，说明了把本发明的半导体元件的制造方法应用于半导体激光元件制造的情况，但本发明的半导体元件的制造方法也可以应用于半导体激光元件以外的半导体发光元件、光电二极管等受光元件和晶体管等电子元件的制造。
此外，在上述说明中说明了在腐蚀后的再生长时形成再生长低温缓冲层的情况，但在腐蚀以外的加工工序后的再生长时形成再生长低温缓冲层也可以。
例如，在图3所示的半导体激光元件中，不进行腐蚀，按照使用绝缘膜的选择生长法，在再生长低温缓冲层10和n-AlGaN电流阻挡层11中形成带状开口部分也可以。在这种情况下，在结晶生长装置的外部，在脊形部分的上面形成SiO2等绝缘膜后，在结晶生长装置内，在脊形部分的侧面和p-AlGaN覆盖层8的平坦部分上生长n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10和n-AlGaN电流阻挡层11。在形成n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10和n-AlGaN电流阻挡层11后，通过再次在结晶生长装置的外部除去绝缘膜，来形成带状开口部分。使用这样的绝缘膜，在进行了n-AlGaN第一再生长低温缓冲层10和n-AlGaN电流阻挡层11的加工后，在n-AlGaN电流阻挡层11上和开口部分内露出的p-GaN间隙层9上形成p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12。由此，就在p-AlGaN第二再生长低温缓冲层12上形成的p-GaN接触层13来说，可防止裂纹的发生，并且可实现结晶性的提高。
此外，在腐蚀等加工后，如果有再生长的场所，那么形成再生长低温缓冲层的场所没有特别限定。

Claims (10)

1.一种半导体元件，包括：
上面构图的氮化物系半导体构成的第一半导体层；位于所述第一半导体层上的氮化物系半导体构成的缓冲层；和位于所述缓冲层上的氮化物系半导体构成的第二半导体层，其特征在于，所述第一半导体层包括有源层、带有平坦部分和所述平坦部分上的脊形部分的覆盖层、以及设置在所述覆盖层的平坦部分上和脊形部分的侧面的电流阻挡层；所述缓冲层被设置在所述覆盖层的所述脊形部分的上面和所述电流阻挡层上。
2.如权利要求1的半导体元件，所述缓冲层是在500℃以上700℃以下的衬底温度下生长的层。
3.如权利要求1的半导体元件，所述缓冲层的膜厚为20以上150以下。
4.如权利要求1的半导体元件，在所述脊形部分的上面和所述缓冲层之间还设有间隙层。
5.如权利要求1的半导体元件，所述氮化物系半导体是包含镓、铝、铟、铊和硼的至少其中之一的III族氮化物系半导体。
6.如权利要求5的半导体元件，构成所述缓冲层的所述氮化物系半导体包含铝，所述缓冲层的所述铝的组成大于0并且小于0.7。
7.一种半导体元件的制造方法，包括：
在结晶生长装置内在衬底上按第一温度形成氮化物系半导体构成的第一半导体层的工序；
把形成所述第一半导体层的衬底从所述结晶生长装置中取出并进行预定处理的工序；
在所述处理的衬底上的第一半导体层上，在所述结晶生长装置内，在比所述第一温度低的第二温度下，形成氮化物系半导体构成的缓冲层的工序；和
在所述结晶生长装置内，在所述缓冲层上，在比所述第二温度高的温度下，形成氮化物系半导体构成的第二半导体层的工序，
其特征在于，形成所述第一半导体层的工序包括形成有源层的工序、在所述有源层上形成带有平坦部分及平坦部分上的脊形部分的覆盖层的工序、以及在所述覆盖层上形成电流阻挡层的工序；
进行所述预定处理的工序包括在所述电流阻挡层上形成带状开口部分使所述脊形部分的上面露出的工序；
形成所述缓冲层的工序包括在所述电流阻挡层上、以及所述脊形部分的上面形成缓冲层的工序。
8.如权利要求7的半导体元件的制造方法，形成所述缓冲层的工序包括在500℃以上700℃以下的所述第二温度下形成所述缓冲层的工序。
9.如权利要求7的半导体元件的制造方法，形成所述缓冲层的工序包括形成膜厚20以上150以下的所述缓冲层的工序。
10.如权利要求7的半导体元件的制造方法，形成所述第一半导体层的工序还包括在所述覆盖层的所述脊形部分上面形成间隙层的工序。
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