本發(fā)明涉及垂直腔半導(dǎo)體發(fā)光元件，例如使用半導(dǎo)體多層膜反射鏡的垂直腔發(fā)光元件，特別是垂直腔表面發(fā)射激光器(vcsel)。本發(fā)明還涉及垂直腔發(fā)光元件的制造方法。
背景技術(shù)：
1、已知垂直腔發(fā)光元件包括有源層上方和下方的分布式布拉格反射器(dbr)。在半導(dǎo)體發(fā)光元件中，已知使用帶隙能量高于有源層的帶隙能量的電子阻擋層來抑制電子載流子的溢出。
2、例如，在專利文獻(xiàn)1中，公開了一種垂直腔發(fā)光元件，其包括作為有源層和由gan基半導(dǎo)體構(gòu)成的p型半導(dǎo)體臺面結(jié)構(gòu)之間的電子阻擋層的algan層。另外，在專利文獻(xiàn)1中，公開了通過增加電子阻擋層的al組分來增加帶隙能量。
3、現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
4、專利文獻(xiàn)
5、專利文獻(xiàn)1:日本專利no.6966843
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、技術(shù)問題
2、例如，在上述垂直腔發(fā)光元件中，當(dāng)作為電子阻擋層的p型algan層中的p型摻雜劑濃度增加時，空穴載流子的濃度增加，導(dǎo)致較高的載流子注入效率的效果。然而，如果p型摻雜劑的濃度增加太多，則存在的問題在于，由于p型摻雜劑到有源層中的擴散以及由高濃度的p型摻雜劑引起的有源層中的缺陷的擴展，元件壽命可能降低。
3、鑒于上述問題已經(jīng)做出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于提供一種長壽命、高效率的垂直腔發(fā)光元件及其制造方法，同時允許高載流子注入效率并抑制元件壽命的降低。
4、技術(shù)方案
5、根據(jù)本發(fā)明的垂直腔發(fā)光元件包括：基板、第一多層膜反射鏡、n型氮化物半導(dǎo)體層、有源層、p型algan層、p型氮化物半導(dǎo)體層和第二多層膜反射鏡。第一多層膜反射鏡是半導(dǎo)體多層膜，其中具有相互不同的折射率的兩個半導(dǎo)體層在基板上交替地層疊多次。n型氮化物半導(dǎo)體層形成在第一多層膜反射鏡上并且由包含n型摻雜劑的氮化物半導(dǎo)體制成。有源層形成在n型氮化物半導(dǎo)體層上。p型algan層形成在有源層上并且包含mg作為p型摻雜劑，p型algan層具有層疊有具有不同al組分的三個或更多個algan層的配置。p型氮化物半導(dǎo)體層形成在p型algan層上，p型氮化物半導(dǎo)體層是由包含p型摻雜劑的氮化物半導(dǎo)體制成的半導(dǎo)體層。第二多層膜反射鏡形成在p型氮化物半導(dǎo)體層上，并且設(shè)置在與第一多層膜反射鏡相對的位置。在通過所述p型algan層的二次離子質(zhì)譜sims分析的指示所述p型algan層中在層厚度方向上的al組分的改變的al組分曲線和指示所述p型algan層中在所述層厚度方向上的mg濃度的改變的mg濃度曲線中，當(dāng)所述al組分曲線的峰值的50％處的寬度范圍被限定為所述p型algan層，并且所述p型algan層從所述有源層側(cè)在所述層厚度方向上依次被劃分為具有所述p型algan層的1/10的層厚度的第一區(qū)域、具有所述p型algan層的2/5的層厚度的第二區(qū)域和具有所述p型algan層的1/2的層厚度的第三區(qū)域時，相應(yīng)區(qū)域中由所述al組分曲線指示的所述al組分之間的大小關(guān)系是所述第一區(qū)域＜所述第三區(qū)域＜所述第二區(qū)域，由所述mg濃度曲線指示的mg濃度在所述p型algan層的整個層厚度上小于1.2×1019原子/cm3，并且所述mg濃度在所述第一區(qū)域到所述第三區(qū)域當(dāng)中的所述第一區(qū)域中最小，并且將從所述第二區(qū)域中的所述mg濃度的峰值位置當(dāng)中的濃度最大的峰值位置到所述第三區(qū)域中的所述mg濃度的峰值位置當(dāng)中的濃度最大的峰值位置的區(qū)域設(shè)定為第四區(qū)域，所述mg濃度在所述第四區(qū)域中等于或大于3×1018原子/cm3，并且所述第四區(qū)域中的所述mg濃度的最大值和最小值之間的差等于或小于1.5×1018原子/cm3。
6、根據(jù)本發(fā)明的垂直腔發(fā)光元件包括：基板、第一多層膜反射鏡、n型氮化物半導(dǎo)體層、有源層、p型algan層、p型氮化物半導(dǎo)體層和第二多層膜反射鏡。第一多層膜反射鏡是半導(dǎo)體多層膜，其中具有相互不同的折射率的兩個半導(dǎo)體層在基板上交替地層疊多次。n型氮化物半導(dǎo)體層形成在第一多層膜反射鏡上并且由包含n型摻雜劑的氮化物半導(dǎo)體制成。有源層形成在n型氮化物半導(dǎo)體層上。p型algan層形成在有源層上并且包含mg作為p型摻雜劑，p型algan層具有層疊有具有不同al組分的三個或更多個algan層的配置。p型氮化物半導(dǎo)體層形成在p型algan層上，p型氮化物半導(dǎo)體層是由包含p型摻雜劑的氮化物半導(dǎo)體制成的半導(dǎo)體層。第二多層膜反射鏡形成在p型氮化物半導(dǎo)體層上，并且設(shè)置在與第一多層膜反射鏡相對的位置。在通過所述p型algan層的二次離子質(zhì)譜sims分析的指示所述p型algan層中在層厚度方向上的al組分的改變的al組分曲線和指示所述p型algan層中在所述層厚度方向上的mg濃度的改變的mg濃度曲線中，當(dāng)所述al組分曲線的峰值的50％處的寬度范圍被限定為所述p型algan層，并且所述p型algan層從所述有源層側(cè)在所述層厚度方向上依次被劃分為具有所述p型algan層的1/10的層厚度的第一區(qū)域、具有所述p型algan層的2/5的層厚度的第二區(qū)域和具有所述p型algan層的1/2的層厚度的第三區(qū)域時，相應(yīng)區(qū)域中由所述al組分曲線指示的所述al組分之間的大小關(guān)系是所述第一區(qū)域＜所述第三區(qū)域＜所述第二區(qū)域，由所述mg濃度曲線指示的mg濃度在所述p型algan層的整個層厚度上小于1.2×1019原子/cm3，并且所述mg濃度在所述第一區(qū)域到所述第三區(qū)域當(dāng)中的所述第一區(qū)域中最小，并且將從所述第二區(qū)域中的所述mg濃度的峰值位置當(dāng)中的濃度最大的峰值位置到所述第三區(qū)域中的所述mg濃度的峰值位置當(dāng)中的濃度最大的峰值位置的區(qū)域設(shè)定為第四區(qū)域，所述mg濃度在所述第四區(qū)域中等于或大于3×1018原子/cm3并且小于8×1018原子/cm3。
7、根據(jù)本發(fā)明的通過金屬有機化學(xué)氣相沉積(mocvd)的垂直腔發(fā)光元件的制造方法包括：通過在基板上交替地生長具有相互不同的折射率的兩個半導(dǎo)體層來形成第一多層膜反射鏡的步驟；n型氮化物半導(dǎo)體層生長步驟，在供應(yīng)n型摻雜劑的材料氣體的同時，在所述第一多層膜反射鏡上生長n型氮化物半導(dǎo)體層；在所述n型氮化物半導(dǎo)體層上形成有源層的步驟；p型algan層生長步驟，在供應(yīng)mg材料氣體作為p型摻雜劑的同時，在所述有源層上生長p型algan層作為具有p型導(dǎo)電類型的algan層；p型氮化物半導(dǎo)體層生長步驟，在所述p型algan層上生長p型氮化物半導(dǎo)體層；以及在所述p型氮化物半導(dǎo)體層上形成與所述第一多層膜反射鏡相對的第二多層膜反射鏡的步驟。所述p型algan層生長步驟包括：第一生長步驟，通過在將生長溫度從第一溫度增加到第二溫度的同時，以預(yù)定供應(yīng)量供應(yīng)氮源氣體和ga材料氣體、以第一供應(yīng)量供應(yīng)al材料氣體并且以第二供應(yīng)量供應(yīng)所述mg材料氣體來生長第一p型algan層；第二生長步驟，通過維持步驟并且此后通過低mg供應(yīng)步驟來生長第二p型algan層，所述維持步驟為在所述第一生長步驟之后維持在所述第一生長步驟中使用的所述氮源氣體、所述ga材料氣體和所述al材料氣體的供應(yīng)量的同時，將所述mg材料氣體的供應(yīng)量維持在所述第二供應(yīng)量下達(dá)第一生長時間，所述低mg供應(yīng)步驟為在將所述供應(yīng)量改變?yōu)榈谌?yīng)量之后維持所述mg材料氣體的供應(yīng)量達(dá)第二生長時間，所述第三供應(yīng)量低于所述第二供應(yīng)量；以及第三生長步驟，在所述第二生長步驟之后，在以低于所述第一供應(yīng)量的第四供應(yīng)量供應(yīng)所述al材料氣體并且以低于所述第二供應(yīng)量的第五供應(yīng)量供應(yīng)所述mg材料氣體的同時，來生長第三p型algan層。