[发明专利]发光元件及其制造方法

说明书

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(Al)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。