氮化物半導體多層膜反射鏡以及使用了該反射鏡的發光元件的制作方法
【專利說明】氮化物半導體多層膜反射鏡以及使用了該反射鏡的發光元件
技術領域
[0001]本發明涉及一種氮化物半導體多層膜反射鏡以及使用了該反射鏡的發光元件。
【背景技術】
[0002]從相對于基板面而垂直的方向取出激光的AlGaAs系面發光型半導體激光元件由于構成了光諧振器，因此在活性層的上下方向上分別具有半導體多層膜反射鏡。半導體多層膜反射鏡通過以將具有與對應于激光的振蕩波長的能量相比而較大的能量帶隙的第一半導體層和第二半導體層交替層壓的方式而構成。
[0003]另外，雖然在半導體多層膜反射鏡中，為了實現較高的反射率而選擇較大的折射率差、即能量帶隙之差較大的第一半導體層和第二半導體層，但是在該接合部上所產生異質結壁皇會增高。由此，存在由電子或空穴產生的電流難以流動而顯示出較高的電阻值的問題點。在下述的專利文獻I中公開了如下技術，即，通過使與第二半導體層相同的成分且層厚較小的無摻雜的第三半導體層介于第一半導體層與第二半導體層之間，從而使第一半導體層與第三半導體層的異質結接合部的異質結壁皇降低，進而促進電子或空穴的穿隧，由此實現半導體多層膜反射鏡的低電阻化。
[0004]在先技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開平6-196804號公報
【發明內容】
[0007]發明所要解決的問題
[0008]但是，在由氮化物半導體構成半導體多層膜反射鏡的情況下，由于氮化物半導體本身為寬禁帶半導體材料，因此電阻率難以降低。而且，存在有關在半導體層間的異質結接合界面所產生的異質結壁皇也增高的問題點。
[0009]而且，根據本申請發明者們對氮化物半導體多層膜反射鏡顯示出高電阻的原因進行潛心研究的結果，明確了通過氮化物半導體材料特有的極化效果，而使折射率不同的第一半導體層與第二半導體層的接合界面上，會形成極大的極化。而且，明確了因該極化效果而產生的能障為氮化物半導體多層膜反射鏡顯示出高電阻的主要原因。
[0010]本發明為本申請發明者們在上述現有的實際情況的基礎上鑒于新發現的原因而完成的發明，其目的在于，通過極化效果而降低了在氮化物半導體異質結接合界面所產生的能障，從而實現可注入電流的低電阻氮化物半導體多層膜反射鏡。
[0011]解決問題的方法
[0012]第一發明的氮化物半導體多層膜反射鏡具備由III族氮化物半導體成分的第一半導體層、第二半導體層、第一成分傾斜層、第二成分傾斜層，并且以對多組所述第一半導體層和第二半導體層進行交替層壓的方式而被制造出，所述氮化物半導體多層膜反射鏡的特征在于，所述第一半導體層的Al成分與所述第二半導體層的Al成分相比而較高，在所述第一半導體層與第二半導體層之間且所述第一半導體層的III族元素表面側，存在有以Al成分隨著靠近所述第二半導體層而降低的方式被調節的第一成分傾斜層，在所述第一半導體層與第二半導體層之間且所述第一半導體層的氮元素表面側，存在有以Al成分隨著靠近所述第二半導體層而降低的方式被調節的第二成分傾斜層，相對于所述第一半導體層、第二半導體層、所述第一成分傾斜層和第二成分傾斜層的傳導帶下端的電子的能級不存在水平斷錯而為連續，所述第一成分傾斜層中的η型雜質濃度為5X 119Cm 3以上。
[0013]在該氮化物半導體多層膜反射鏡中，于第一半導體層與同第一半導體層相比而Al成分較低的第二半導體層之間，設置了以與第一半導體層相比Al成分隨著靠近第二半導體層而降低的方式被調節的第一成分傾斜層和第二成分傾斜層。由此，相對于各層的傳導帶下端的電子的能級幾乎不存在水平斷錯而成為連續的形狀，因此降低了作為載流子的電子的能障。而且，由于通過向第一成分傾斜層中摻雜5Χ 119Cm 3以上的濃度的η型雜質而能夠使第一半導體層和第二半導體層之間因極化效果而產生的能障大幅度地降低，因此使氮化物半導體多層膜反射鏡低電阻化，由此能夠注入電流。
[0014]第二發明的發光元件的特征在于，具有第一發明的氮化物半導體多層膜反射鏡。
[0015]由于該發光元件具備第一發明的氮化物半導體多層膜反射鏡而能夠縮短諧振器長，因此能夠大幅度地降低內部損失和閾值電流，從而可提供微分量子效率較高的高性能氮化物半導體發光元件。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1的氮化物半導體多層膜反射鏡的剖視圖。
[0017]圖2為表示相對于3對實施例1的氮化物半導體多層膜反射鏡的量的傳導帶下端的電子的能級的曲線圖。
[0018]圖3為表示相對于圖2的能級的第一成分傾斜AlGaN層的Si摻雜濃度依賴性的曲線圖。
[0019]圖4為表示實施例1中相對于未考慮極化效果的情況下的3對氮化物半導體多層膜反射鏡的量的傳導帶下端的電子的能級的曲線圖。
[0020]圖5為表示實施例1中使光向3對的量的氮化物多層膜反射鏡入射的情況下的光駐波強度分布與電子濃度分布的關系的曲線圖。
[0021]圖6為實施例1的氮化物半導體面發光激光器的側剖視圖。
[0022]圖7為實施例2的氮化物半導體多層膜反射鏡的剖視圖。
[0023]圖8為表示相對于3對實施例2的氮化物半導體多層膜反射鏡的量的傳導帶下端的電子的能級的曲線圖。
[0024]圖9為實施例3的氮化物半導體多層膜反射鏡的剖視圖。
[0025]圖10為表示相對于3對實施例3的氮化物半導體多層膜反射鏡的量的傳導帶下端的電子的能級的曲線圖。
【具體實施方式】
[0026]對第一發明中優選的實施方式進行說明。
[0027]在第一發明的氮化物半導體多層膜反射鏡中，所述第一成分傾斜層和第二成分傾斜層的膜厚能夠分別在20nm以下。在該情況下，能夠防止多層膜反射鏡的反射率降低。
[0028]在第一發明的氮化物半導體多層膜反射鏡中，所述第一半導體層和第二半導體層分別為AlGaN層和GaN層，所述AlGaN層的Al成分值為0.4至0.6，所述第一成分傾斜層和第二成分傾斜層為AlGaN層，并且該Al成分能夠從O起至所述Al成分值為止而成分傾斜。在該情況下，通過將第一半導體層、第二半導體層、第一成分傾斜層和第二成分傾斜層設為AlGaN層或者GaN層，從而能夠以較高的品質而使具有較高的反射率的多層膜高速地進行成膜。由于多層膜反射鏡以對40至60對的第一半導體層和第二半導體層進行層壓的方式而被制作出，因此能夠通過高速成膜的實現從而大幅度地削減制造工序和制造成本。
[0029]在第一發明的氮化物半導體多層膜反射鏡中，所述第一半導體層和所述第二半導體層分別為AlInN層和GaN層，所述AlInN層的Al成分值為0.82至0.85，所述第一成分傾斜層和第二成分傾斜層為AlInN層，該Al成分能夠從0.6起至所述Al成分值為止而成分傾斜。在該情況下，由于通過在第一半導體層和第二半導體層上使用AlInN和GaN，并且將AlInN的Al成分值設為0.82至0.85，從而使第一半導體層和第二半導體層進行大致晶格匹配，因此在層壓成膜時不易混入轉位等的晶體缺陷，由此可獲得高品質的半導體層。
[0030]接下來，參照附圖對將第一發明的氮化物半導體多層膜反射鏡和第二發明的發光元件具體化的實施例1至3進行說明。
[0031]實施例1
[0032]如圖1所示，對將按照第二成分傾斜AlGaN層(第二成分傾斜層)103/AlQ.5Ga0.5N層(第一半導體層)104/第一成分傾斜AlGaN層(第一成分傾斜層)105/GaN層(第二半導體層)106的順序依次層壓的層壓結構配成為I對的氮化物半導體多層膜反射鏡進行制造。第一半導體層104選擇了 Ala5Gaa5N。并且，第二半導體層106選擇了 GaN。當第一半導體層104的Al成分值過高時，由于與作為第二半導體層106的GaN的晶格不匹配變得過大，因此結晶性會劣化，并且伴隨于此而使反射率降低。反之，當第一半導體層104的Al成分值過低時，由于第一半導體層104以及第二半導體層106的折射率高低差減小，因此反射率降低。因此，第一半導體層104的Al成分值優選為0.4至0.6。在本實施例1中，第一半導體層104采用Al成分值為0.5。第二成分傾斜AlGaN層103使用了 Al成分值從GaN向Ala5Gaa5N逐漸地單調增加的AlGaN。此外，第一成分傾斜AlGaN層105使用了 Al成分值從Ala5Gaa5N向GaN逐漸地單調減少的AlGaN。然后，將多層膜反射鏡的中心反射波長設為400nm，并根據此而將第二成分傾斜AlGaN層103的膜厚設定為10nm，將Ala5Gaa5N層104的膜厚設定為34nm，將第一成分傾斜AlGaN層105的膜厚設定為1nm以及將GaN層106的膜厚設定為30nm。
[0033]通過MOVCD 法(Metal Organic Chemical Vapor Deposit1n:有機金屬氣相生長法)并以如下的順序對圖1所示的結構的氮化物半導體多層膜反射鏡進行制造。首先，將表面為III族元素面的GaN自支撐基板101設置在MOVCD裝置的反應爐內。此后，通過使氫流經反應爐內的同時進行升溫，從而實施GaN自支撐基板101表面的熱清洗。接下來，通過將基板溫度升溫至1050°C，并使作為載流子氣體的氫、作為原料的TMGa (三甲基鎵)和氨、作為η型雜質原料氣體的SiH4 (硅烷)流經反應爐內，從而使η型GaN基礎層102在GaN自支撐基板101上生長300nm。在η型GaN基礎層102中摻雜有2Χ 10lscm 3的濃度的作為η型雜質的Si。
[0034]接下來，由于從η型GaN基礎層102向Al成分值為0.5的Ala5Gaa5N層104的成膜轉移，因此使第二成分傾斜AlGaN層103生長。通過基板溫度與η型GaN基礎層102的成膜時相同地設為1050°C，并使作為載流子氣體的氫、作為原料的TMGa和TMAl (三甲基鋁)和氨、作為η型雜質原料氣體的SiH4流經反應爐內，從而使第二成分傾斜AlGaN層103在η型GaN基礎層102上生長10nm。在第二成分傾斜AlGaN層