[发明专利]发光元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光元件及其制造方法。更具体地，本发明涉及以使用氮化物半导体的激光元件作为例子的发光元件及其制造方法。

背景技术

作为III族元素，例如Al、Ga或In，和N，一种V族元素之间的化合物，氮化物基半导体(例如AlN、GaN和InN，包含它们的固溶体，如AlGaN和InGaN—在本说明书中这些被统称为氮化物半导体)由于它们的能带结构和化学稳定性，被期望找到作为发光元件和功率器件的材料的应用。

另一方面，氮化物半导体元件被广泛地使用，采用了具有六方晶体结构的蓝宝石或GaN基板，并且具有形成在基板的c面((0001)面)上的氮化物半导体的分层结构。特别地，在作为激光元件和发光元件的应用中，例如在发光二极管中，一些氮化物半导体元件使用由GaN(阻挡层)/InGaN(阱层)构成的量子阱结构作为有源层。这里，增加InGaN的In的含量使得发光波长向长波侧变化。

然而，由于GaN和InGaN之间的晶格失配，增加In的含量会增加应变，因而扩大压电场。随着压电场的增大，在导带中的电子的波函数和价带中的空穴的波函数之间的交叠减少，因而成对的电子和空穴在空间上彼此分离。这造成了阈值电流的增加和发光效率的降低的问题。此外，由于具有纤锌矿结构、六方晶体结构的氮化物半导体相对于c轴方向没有对称的平面，极性出现在沿c轴方向生长上的氮化物半导体中，并因此发生自发极化，这是导致问题的另一个因素。

为了解决这些问题，非专利文件1提出了一种发光元件，其中氮化物半导体分层结构被形成在GaN基板的m面({1-100}面)上，该m面为非极性面，并且其中脊状条形成在a轴(<11-20>轴)方向或c轴方向上。而且，通过在GaN基板的也为非极性面的a面({11-20}面)上形成氮化物半导体分层结构，可以缩小压电场并因此降低自发极化。

非专利文件1：Japanese Journal of Applied Physics，Vol.46，No.9，2007，pp187-189。

然而，与形成在c面上相比，难于在基板的m或a面上形成氮化物半导体分层结构，造成低产率的问题。由于氮化物半导体激光元件发射短波长且高能量的光，它的谐振器端面易于被损伤，这也是导致低产率的另一个因素。为了增加产率，并确保防止除了上述之外的引发低发光强度和损伤的端面的COD(灾变光学损伤)变成主要问题。特别是在氮化物半导体中，端面(facet)的氧化对COD的发生有着很大的影响。

发明内容

考虑到上述问题，本发明的一个目的是提供一种氮化物半导体激光元件，其中以增加产率为目的，谐振器端面被保护。

为了实现上述目的，发光元件包括：基板；由具有六方晶体结构的氮化物半导体构成的分层结构，该氮化物半导体在基本垂直于c轴的方向上堆叠在基板上；形成在其上出现构成分层结构的氮化物半导体的N极表面的第一端面上的第一保护膜；以及形成在与第一端面相对的第二端面上的第二保护膜，该第二保护膜具有比第一保护膜高的反射率。

此外，根据本发明，发光元件的制造方法包括：第一步，在基板上在基本垂直于c轴的方向上堆叠具有六方晶体结构的氮化物半导体，并因此制造由氮化物半导体构成的分层结构；第二步，在第一步之后，形成在其上出现氮化物半导体的N极表面的第一端面，以及与第一端面相对的第二端面；以及第三步，在第二步之后，在第一端面上形成第一保护膜以及在第二端面上形成第二保护膜，该第二保护膜具有比第一保护膜高的反射率。

根据本发明，氮化物半导体的N极平面被用作第一端面，通过其光被发射。由于N极平面与其它平面相比在反应性上占优势，在该平面上形成第一保护膜使得在界面处反应从而提供稳固地接合。这使得可以降低在界面上氧的扩散，并确保第一和第二保护膜的宽工艺窗口。因此，有可能提高发光元件的产率。

附图说明

图1为GaN的晶体结构的示意图。

图2为示意性地示出采用本发明的激光芯片的透视图。

图3为通过例子示意性地示出采用本发明的激光元件的例子得透视图。

图4为示意性地示出采用本发明的激光芯片的透视图。

具体实施方式

GaN晶体结构

首先，参考图1，将结合作为例子给出的GaN来描述纤锌矿型晶体结构。图1为GaN的晶体结构的示意图，其中，黑点代表Ga原子，白点代表N原子。