[发明专利]半导体发光装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体发光装置及其制造方法，特别是涉及一种利用了氮化物半导体的半导体激光装置及其制造方法。

背景技术

以氮化镓(GaN)为代表的III-V族氮化物系化合物半导体即所谓的氮化物半导体正受到人们的关注。氮化物半导体的一般式以In_xGa_yAl_1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、x+y≤1)来表现。氮化物半导体是由III族元素的铝(Al)、镓(Ga)以及铟(In)，以及V族元素的氮(N)构成的化合物半导体。光设备领域中，对于利用了氮化物半导体的发光二极管(LED)，其被用作为大型显示器装置以及信号器等的组成要素。另外，利用了氮化物半导体的LED与荧光体的组合而形成的白色LED也已实现了部分商品化，将来，如果使发光效率得到改善，可期待置换现状的照明装置。

另一方面，人们也正极其盛行地研究开发关于利用了氮化物半导体的蓝紫色～纯绿色区域的半导体激光装置。较之于对现有的高密度光盘(CD)以及数字多功能光盘(DVD)等的光盘而利用的进行红色域光或红外域光的发光的半导体激光装置，由于蓝紫色半导体激光装置能够使得在光盘上的光斑直径较小，所以，能够提高光盘的记录密度。另外，发光波长为450nm～470nm的纯蓝色激光装置以及发光波长为525nm～535nm的纯绿色激光装置能够用于激光显示器以及液晶的背光源(backlight)用途。通过利用这些激光装置，比现有的显示器，能够实现具有色再现性非常高的显示器。

这些氮化物半导体激光装置中，特别是，由于纯蓝色以及纯绿色激光装置的振荡阈值电流非常高，而尚未实现产品化。一般而言，为了获得发光波长为430nm以上的氮化物半导体激光装置，需要在具有量子阱构造的活性层中使阱层的In组成(组份)较高。其理由在于，需使阱层的In组成较高，从而使阱层的能带隙(energy bandgap)减小，进而使发光波长增大。为了使In组成较高的阱层进行结晶生长，需要使气相中的In原料的浓度成为较高。但是，结晶生长时将气相中的In浓度设定得较高时，未被取入阱层中的In将在阱层的表面发生偏析。而在表面发生了In偏析的区域将成为非发光区域，进而将导致活性层的发光效率显著降低。另外，In组成为较高的阱层中，不仅发生In的偏析，也易于发生In组成的不均匀。由此，光致发光的光的半值幅宽变大。光致发光的光的半值幅宽越变大，越难以获得至激光振荡为止的增益。

为了抑制阱层中In的偏析，人们正研讨下述方法：在使阱层进行结晶生长后，暂且使生长中断，通过供给包含氨气体、氮气体以及氢气体的载气(carrier gas)来去除已偏析的In的方法(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：JP特开2009-054616号公报

但是，本申请的发明者发现在上述现有的用于抑制In偏析的方法中，不能充分地抑制阱层中的In偏析。另外，也难以抑制In组成的不均匀。并且，由于需要使作为载气而供给的氢的比率较高，而发现因氢蚀刻效果而造成表面形态的恶化。如此，现有的用于抑制In偏析的方法中，难以抑制半导体激光装置的阈值电流密度的上升以及难以抑制光致发光的光的半值幅宽的增大。另外，不仅在半导体激光装置，而且在发光二极管等的其他的半导体发光装置中也产生同样的问题。

发明内容

本发明的目的在于，抑制活性层中的In偏析以及In组成的不均匀，实现阈值电流密度较低的氮化物半导体发光装置。

为了达成所述目的，本发明的半导体发光装置构成为：含有铟的阱层的氢浓度高于n型覆层(cladding layer)的氢浓度，且低于p型覆层的氢浓度。

具体而言，所例示的半导体发光装置具备：n型覆层，其在基板上形成；活性层，其在n型覆层上形成，并具有阱层以及障壁层；和p型覆层，其在活性层上形成，其中，阱层由含有铟的氮化物半导体构成，阱层的氢浓度高于n型覆层的氢浓度且低于p型覆层的氢浓度。

所例示的半导体发光装置是阱层含有铟(In)的氮化物半导体，阱层的氢浓度高于n型覆层的氢浓度且低于p型覆层的氢浓度。由此，能够通过氢发挥对In偏析的抑制效果，同时，使由于氢使表面形态的恶化效果得到抑制。因此，能够实现阈值电流密度低的半导体发光装置。另外，能够抑制光致发光的光的半值幅宽的增大，易于产生激光振荡。

在例示的半导体发光装置中，优选阱层的氢浓度比n型覆层的氢浓度的2倍要高且为10倍未满，且阱层的氢浓度比p型覆层的氢浓度的0.07倍要高且为0.35倍未满。