化合物半導体基板および発光素子ならびに化合物半導体基板の製造方法および発光素子の製造方法
【課題】輝度およびライフ等の諸特性が優れた高品質の化合物半導体基板および発光素子ならびに化合物半導体基板の製造方法および発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓバッファ層及び（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるダブルへテロ構造がこの順で形成された化合物半導体基板であって、前記ＧａＡｓバッファ層の厚さが、０．５μｍより厚いものであることを特徴とする化合物半導体基板。
【解決手段】少なくとも、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓバッファ層及び（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるダブルへテロ構造がこの順で形成された化合物半導体基板であって、前記ＧａＡｓバッファ層の厚さが、０．５μｍより厚いものであることを特徴とする化合物半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ４元混晶からなるダブルへテロ構造が形成された化合物半導体基板および発光素子ならびにそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば緑色から赤色の範囲にわたって比較的高輝度の発光が得られやすいことから、ＧａＡｓ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（以下、単にＡｌＧａＩｎＰと記載することがある）４元混晶からなる発光層をエピタキシャル成長させた化合物半導体基板から製造された発光素子がよく利用されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、ＧａＡｓ基板に格子整合する条件でダブルヘテロ構造をエピタキシャル成長させているが、ダブルヘテロ構造中の活性層から光を取り出すための電流拡散層をＨＶＰＥ法によって成長させる際に加わる熱や、該電流拡散層が厚膜であることによる応力の影響で、ＧａＡｓ基板側からダブルヘテロ構造側に欠陥が進行し、ダブルヘテロ構造に欠陥が発生する。このような欠陥は基板外周部に特に発生しやすい。
【０００４】
そしてこのような欠陥を含む結晶性の悪い部分に電流拡散層や後述の上クラッド層等からｐ型ドーパント、特にＭｇが拡散してくるため、ダブルヘテロ構造中のキャリア濃度分布が面内で不均一、特に基板外周部のキャリア濃度が高くなってしまい、基板外周部を用いて作製された発光素子の発光寿命（ライフ）が短くなるといった不良が発生していた。
【０００５】
このような問題に対し、電流拡散層や上クラッド層のキャリア濃度を調整（高濃度としない）することで不安定性を抑えてきたが、この手法には限界があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６１（１５）（１９９２）、１７７５〜１７７７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、輝度およびライフ等の諸特性が優れた高品質の化合物半導体基板および発光素子ならびに化合物半導体基板の製造方法および発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓバッファ層及び（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるダブルへテロ構造がこの順で形成された化合物半導体基板であって、前記ＧａＡｓバッファ層の厚さが、０．５μｍより厚いものであることを特徴とする化合物半導体基板を提供する。
【０００９】
このように、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓバッファ層及び（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるダブルへテロ構造がこの順で形成された化合物半導体基板において、ＧａＡｓバッファ層の厚さが０．５μｍより厚くなったものとすることによって、ＧａＡｓバッファ層より上部側に形成されたダブルヘテロ構造を構成する各層に、ＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響が伝わることを従来に比べて強く抑制することができる。これによって、ダブルヘテロ構造中の欠陥密度、特には基板外周部での欠陥密度を従来に比べて小さくすることができ、電流拡散層等からｐ型ドーパントの拡散が減少されたものとすることができる。従って、ダブルヘテロ構造のキャリア濃度分布が面内で不均一になることが従来に比べて強く抑制され、特に基板外周部のキャリア濃度が高くなることが防止できる化合物半導体基板となっている。よって、輝度やライフ等の特性が従来より優れた発光素子を高歩留りで製造することができる化合物半導体基板とすることができる。
【００１０】
ここで、前記ＧａＡｓバッファ層の厚さが、１．０〜２．５μｍであることが好ましい。
このように、ＧａＡｓバッファ層の厚さが１．０μｍ以上であれば、より強力にダブルヘテロ構造にＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響が伝わることを抑制することができ、より高品質な化合物半導体基板とすることができる。また、厚さが２．５μｍ以下であれば、ＧａＡｓバッファ層が厚くなって形成に長時間を要したものととなることを防ぐことができ、またＧａＡｓ基板と（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなるダブルヘテロ構造との格子定数の整合を図るというバッファ層本来の機能が弱まることを防止することができる。
【００１１】
また、本発明では、本発明に記載の化合物半導体基板から製造されたものであることを特徴とする発光素子を提供する。
本発明の化合物半導体基板は、上述のように発光層であるダブルへテロ構造を構成する各層が、ＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、表面状態等の好ましくない影響が小さなものであるため、輝度やライフ等の諸特性が優れた発光素子とするのに好適なものである。よってこのような化合物半導体基板から作製された発光素子は、輝度やライフ等の諸特性が優れたものとなる。
【００１２】
そして、本発明では、少なくとも、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓバッファ層および（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるダブルへテロ構造をこの順で形成する化合物半導体基板を製造する方法であって、前記ＧａＡｓバッファ層の厚さを、０．５μｍより厚くすることを特徴とする化合物半導体基板の製造方法を提供する。
【００１３】
このように、０．５μｍより厚いＧａＡｓバッファ層を形成し、その上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなるダブルへテロ構造をこの順で形成することによって、ダブルヘテロ構造を構成する各層に、ＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、表面状態等の悪い影響が伝わることを０．５μｍより厚く形成したＧａＡｓバッファ層によって強く抑制することができるようになる。従って、ダブルヘテロ構造において、特に外周部の欠陥密度を従来に比べて少なくでき、電流拡散層等からのｐ型ドーパントの拡散量を従来より少なくすることができる。これによってダブルヘテロ構造中のキャリア濃度を従来より面内均一なものにすることができ、発光素子とした時に輝度やライフ等の特性が従来より優れたものを高歩留りで製造できる高品質な化合物半導体基板を製造することができる。
【００１４】
ここで、前記ＧａＡｓバッファ層の厚さを、１．０〜２．５μｍとすることが好ましい。
このように、形成するＧａＡｓバッファ層の厚さを１．０μｍ以上とすることによって、より強力にダブルヘテロ構造にＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響が伝わることを抑制することができ、より高品質な化合物半導体基板を製造することができる。そして、ＧａＡｓバッファ層の厚さを２．５μｍ以下とすることによって、ＧａＡｓバッファ層の形成が必要以上に長くなることを防ぐことができ、製造コストの上昇を抑制できる。またＧａＡｓ基板とダブルヘテロ構造との格子定数の整合を図るというバッファ層の本質的な機能が弱まることもなく、ダブルヘテロ構造の各層の結晶性を良好なものとすることができる。
【００１５】
また、上記の化合物半導体基板の製造方法により製造された化合物半導体基板から発光素子を製造する方法であれば、発光層であるダブルへテロ構造を構成する各層が、ＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響が小さなものとすることができるため、キャリア濃度が面内で均一なダブルヘテロ構造を有した化合物半導体基板を製造することができ、輝度やライフ等の諸特性が優れた発光素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明によれば、ダブルヘテロ構造中、特に外周部の欠陥密度が従来に比べて少ない、すなわちダブルヘテロ構造中のキャリア濃度が面内で均一な化合物半導体基板を提供することができ、従って、輝度がより高く、ライフがより長い高品質の発光素子を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の化合物半導体基板の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の発光素子の一例を示す概略構成図である。
【図３】実施例１−３、比較例１の発光素子の、化合物半導体基板における面内位置と発光ライフとの関係を示した図である。
【図４】実施例１−３、比較例１の発光素子の、化合物半導体基板における面内位置を示した図である。
【図５】ＧａＡｓバッファ層の厚さと発光素子の発光ライフとの関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
発光層として、ダブルへテロ構造を構成するＡｌＧａＩｎＰの各層をＧａＡｓ基板上に形成する場合、ダブルヘテロ構造中のキャリア濃度が面内で不均一になることを抑制するための方法としては、従来では例えば電流拡散層や上クラッド層のキャリア濃度を調整する方法等が行われていた。
しかしながら、これらの従来の方法では得られる化合物半導体基板（発光素子）の輝度やライフ等の諸特性の改善には限界があり、更なる改善が求められてきている。
【００１９】
そこで、本発明者が鋭意研究を重ねたところ、ＧａＡｓ基板上に形成するＧａＡｓバッファ層の厚さを０．５μｍより厚くすることによって、ＧａＡｓ基板に起因するダブルヘテロ構造の欠陥密度を従来より低減でき、これによって電流拡散層や上クラッド層からのｐ型ドーパントの拡散量自体を少なくでき、キャリア濃度が面内均一となったダブルヘテロ構造を有する化合物半導体基板を得ることができることを発見した。
【００２０】
バッファ層は、直接、発光に寄与する層でないため、ダブルヘテロ構造（発光層部）がＧａＡｓ基板との格子定数の違いによる異常成長（面荒れ）等がなく正常に成長するのに、十分な厚さであれば、高価な有機金属原料等の原料の使用量を抑制する見地から、できるだけ薄くすることが求められており、その厚さを０．５μｍより厚くすることは、本発明のような知見がない限り、考えられなかった。
【００２１】
これに対し本発明者はＧａＡｓバッファ層の厚さを０．５μｍより厚くすることによって、ＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、ＧａＡｓ基板の表面状態の影響をこの０．５μｍより厚く形成したＧａＡｓバッファ層によって吸収させて、ダブルヘテロ構造の欠陥密度を低減でき、上記目的を達成できることを発見し、この発見を基に本発明を完成させた。
【００２２】
以下では、本発明の実施の形態について図を参照して具体的に説明をする。図１に、本発明の化合物半導体基板の例を示す。
図１に示すように、本発明の化合物半導体基板１は、例えば、少なくとも、ＧａＡｓ基板２、ＧａＡｓバッファ層（以下バッファ層ともいう）７、ダブルへテロ構造３、および電流拡散層８とで構成されている。
上記ダブルへテロ構造３は、少なくとも下クラッド層４、活性層５、上クラッド層６で構成された発光層であり、それぞれの層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなっている。
【００２３】
ここで、本発明の化合物半導体基板１は、ＧａＡｓバッファ層７の厚さが０．５μｍより厚いものとなっているものである。
ダブルへテロ構造３とＧａＡｓ基板２との間にバッファ層７を設けることにより、両者の格子不整合が緩和されるとともに、ＧａＡｓ基板２から不純物が拡散するのを効果的に防止することができるし、結晶欠陥による影響をより十分に除くことが可能である。
そしてその厚さを０．５μｍより厚くすることによって、ＧａＡｓ基板２からの欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響がダブルヘテロ構造３の各層に到達することが強く抑制されたものとすることができる。従ってダブルヘテロ構造３中、特に基板の外周部の欠陥密度が従来より小さくなり、電流拡散層８等からのｐ型ドーパントの拡散量を少なくすることができる。そしてキャリア濃度分布が面内で均一なダブルヘテロ構造３となり、輝度やライフ等の特性が従来より優れた発光素子の製造に好適な化合物半導体基板１が得られる。
【００２４】
また、ＧａＡｓバッファ層７の厚さを１．０〜２．５μｍとすることができる。
ＧａＡｓバッファ層７の厚さが１．０μｍ以上あれば、ダブルヘテロ構造３にＧａＡｓ基板２からの欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響が伝わることがより強く抑制され、より高品質な化合物半導体基板１とすることができる。また、ＧａＡｓバッファ層７の厚さが２．５μｍ以下であれば、ＧａＡｓバッファ層７が厚くなりすぎないため、形成に長時間が必要にならず、製造コストが高くなることが抑制される。そして、ＧａＡｓ基板１とダブルヘテロ構造３との格子定数の整合を図るという本来備えるべき機能が十分に発揮されたものとすることができる。
【００２５】
そして、上記ダブルへテロ構造３の上クラッド層６の上には、電流拡散層８が形成されている。
このような電流拡散層８を形成したものであれば、電極１２（図２参照）からの電流を拡散させることができるため、電極１２の直下近傍だけでなく、広い範囲で効率良く発光させることが可能である。このような電流拡散層８の材質としては、例えばＧａＰやＡｌＧａＡｓが挙げられるが、特に限定されず、その都度適切な材質を選択することができる。
【００２６】
なお、上記では、図１に示すような、ＧａＡｓ基板２、バッファ層７、ダブルへテロ構造３、電流拡散層８のみから構成された化合物半導体基板１を例に挙げて説明したが、本発明の化合物半導体基板１は、当然この形態に限定されるものではない。
【００２７】
例えば、発光層からＧａＡｓ基板の方へ向かった光を有効に取り出すために、ダブルへテロ構造とバッファ層との間に、活性層から発せられた光を反射するためのＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層が形成された化合物半導体基板としても良い。このようにして、ダブルへテロ構造において発光された光をさらに効率良く取り出すことが可能である。
この他、電流拡散層と上クラッド層との間に、更なる電流の拡散層（不図示）が形成されたものであっても良い。このような更なる電流の拡散層によって、輝度等の特性がより向上されたものとすることができる。
【００２８】
また、例えばドーパントの種類、各層の厚さ等、上記の各層の条件もＧａＡｓバッファ層の厚さが、０．５μｍより厚く、ダブルへテロ構造が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるものであれば特に限定されるものではなく、所望の特性が得られるように適宜調整して形成されたものとすることができる。
例えば化合物半導体基板１の厚さが厚いものであれば、反りや割れの発生を有効に防止することができるので、これを考慮して各層の厚さを調整したものとすることができる（例えば、基板全体の厚さが２００〜５００μｍ程度になるように調整されたものを用いることができる）。また、反りや割れを防止するための加工等が施されたものであっても良い。
【００２９】
また、図２に示すように、本発明の発光素子１０は、上記のような化合物半導体基板に、さらにコンタクト層１１および電極１２、１３が形成され、ダイシング工程等を経て素子化されたものである。
上述したように、この発光素子１０は、ダブルへテロ構造３中の結晶性が従来より良好であり、キャリア濃度が安定したものとなっているため、輝度やライフ特性が従来のものに比べて優れたものである。
【００３０】
次に、上述したような本発明の化合物半導体基板１の製造方法について説明する。
まず、ＧａＡｓ基板２を用意する。このＧａＡｓ基板２は、その厚さやドーパントの種類等、特に限定されず、所望の化合物半導体基板１を得られるよう適宜選択することができる。
【００３１】
ここでＧａＡｓ基板の導電型をｎ型とすることができる。
このように、ＧａＡｓ基板２の導電型をｎ型とすることで、高輝度発光素子として一般的な化合物半導体基板とすることができる。
【００３２】
そして、このＧａＡｓ基板２の上に、ＧａＡｓバッファ層７をエピタキシャル成長させる。このＧａＡｓバッファ層７の厚さは、０．５μｍより厚くする。
このようなＧａＡｓバッファ層７を、後述のダブルへテロ構造３にさきがけて形成しておくことにより、転位の発生を抑制することができるとともに、例えばＧａＡｓ基板２からの不純物の拡散を効果的に防止することができ、有効である。
そしてその厚さを０．５μｍより厚くすることによって、ダブルヘテロ構造を構成する各層に、ＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響が及ぶことを強く抑制することができる。そのため、ダブルヘテロ構造中の、特に外周部における欠陥密度が従来に比べて少なくすることができ、電流拡散層等からのｐ型ドーパントの拡散量を従来より少なくすることができる。これによってダブルヘテロ構造中のキャリア濃度を従来より面内均一にすることができ、発光素子とした時に輝度やライフ等の特性が従来より優れた高品質な化合物半導体基板を製造することができる。
【００３３】
また、ＧａＡｓバッファ層７の厚さを、１．０〜２．５μｍとすることができる。
ＧａＡｓバッファ層の厚さを１．０μｍ以上とすることによって、ＧａＡｓ基板由来の欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響がダブルヘテロ構造に及ぶことをより確実に抑制することができ、欠陥の少ないダブルヘテロ構造、すなわちキャリア濃度が面内で均一となり、輝度やライフなどの特性がより良好な発光素子を高効率で製造することができる化合物半導体基板を製造することができる。そしてＧａＡｓバッファ層の厚さを２．５μｍ以下とすることによって、ＧａＡｓバッファ層の形成に長時間かかることを防げるので、製造歩留りが悪化せず、コストの上昇を抑制することができる。またＧａＡｓ基板とダブルヘテロ構造との格子定数の整合を十分に図ることができ、ダブルヘテロ構造の結晶性をより良好なものとすることができる。
【００３４】
さらに、このＧａＡｓバッファ層７の上に、発光層となるダブルへテロ構造３を形成する。上述したように、このダブルへテロ構造３は、下クラッド層４、活性層５、上クラッド層６で構成されており、各層は、いずれも（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰから成っている。
【００３５】
また、このダブルヘテロ構造３を形成する前に、活性層から発せられた光を反射するためのＤＢＲ層を形成しても良い。
【００３６】
ここで、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰのｘおよびｙの調整方法としては、例えば、以下のように、ＧａＡｓおよび（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰの室温における格子定数を比較し、これらが整合するようにｘおよびｙを算出等により選定することによって行うことができる。
【００３７】
また、Ａｌの混晶比はＡｌＧａＩｎＰ４元混晶のバンドギャップエネルギーを決めるので、まず、目標とする発光波長に対応する活性層５のＡｌ混晶比ｘを選定する。そして、上下クラッド層４、６においては、発光に対して吸収体として作用せず、キャリアを閉じ込められるように、活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きくする必要があり、例えば０．１ｅＶ以上大きくすると良い。
【００３８】
したがって、目標とする発光波長に対する活性層およびクラッド層のＡｌ混晶比ｘ、バンドギャップエネルギーＥｇの組み合わせは、例えば、目標発光波長が６２０ｎｍのとき、これに対する活性層のＡｌ混晶比ｘ＝０．１７、バンドギャップエネルギーＥｇ＝２．００であり、クラッド層ではＡｌ混晶比ｘ≧０．７、バンドギャップエネルギーＥｇ＝２．２８のような組み合わせとすることができる。当然、この組み合わせのみに限定されるものではなく、その都度得たい発光波長から適宜選定することができる。
【００３９】
このようにして目標とする発光波長をもとに選定したｘの値から、ｙの値を算出して選定することができる。
そして、上記のようにして選定されたｘおよびｙの組み合わせによる組成で、ダブルへテロ構造３を構成する下クラッド層４、活性層５、上クラッド層６のＡｌｘｙＧａ（１−ｘ）ｙＩｎ（１−ｙ）Ｐを、順次エピタキシャル成長させる。
【００４０】
次に、上述したように、例えば上クラッド層６の上には、電流を十分に拡散させて、より広い範囲で効率良く発光させるために、電流拡散層８を形成することができる。
また、この電流拡散層８と上クラッド層６との間に、更なる電流の拡散層を形成することもできる。このような更なる電流の拡散層を更に形成することによって、より輝度等の特性を向上することが可能になる。
【００４１】
なお、上記のＧａＡｓ基板２の上に形成するＧａＡｓバッファ層７、下クラッド層４、活性層５、上クラッド層６、電流拡散層８等の形成方法は特に限定されないが、例えば従来と同様にして、ＭＯＶＰＥ法等によってエピタキシャル成長して形成することができる。各層の形成のときに使用する装置も、従来と同様の装置を用いることができる。
そして、その各層の厚さやドーパントの種類、濃度、あるいは形成時の温度や時間といった形成条件も、ＧａＡｓバッファ層の厚さが、０．５μｍより厚く、ダブルへテロ構造が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるものであれば特に限定されることなく、常温で格子整合する所望の化合物半導体基板が得られるよう適宜設定することが望ましい。
【００４２】
このとき、化合物半導体基板１に反りや割れが生じることを防ぐために、化合物半導体基板１が十分な厚さを持つように各層の形成条件を設定すると良い。また、化合物半導体基板１を加工する際に、加工方法を工夫することによっても、割れの発生を抑制することができる。例えば基板全体が２００〜５００μｍの厚さになるように、ＧａＡｓ基板２の厚さや電流拡散層８等の厚さを調整することが望ましい。
【００４３】
以上のような製造方法によって、目標とする発光波長を有する光を取り出すことができ、かつ、輝度やライフ等の特性が優れた化合物半導体基板１を製造することができる。
そして、このようにして得られた化合物半導体基板１のさらに上にコンタクト層１１および電極１２を形成し、また、ＧａＡｓ基板１側にも電極１３を形成して、ダイシング等の工程を施して素子化することによって、本発明の発光素子１０を得ることができる。
【００４４】
なお、本発明では、一旦本発明の化合物半導体基板を形成すれば、その後の素子を形成する方法は特に限定されない。
例えば、電流拡散層の成長が終了した後に、ＧａＡｓ基板１をエッチング等により除去し、そこにＧａＡｓ基板の代わりにｎ型ＧａＰ基板等の透明半導体基板を貼り合わせても良いし、また、エピタキシャル成長によりＧａＰ等の透明半導体層を形成しても良い。そしてその後コンタクト層および電極を形成してダイシング等の工程を施して素子化することによっても、本発明の発光素子を得ることができる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１−３、比較例１）
ＧａＡｓ基板上にダブルへテロ構造等を形成し、図２に示すような発光素子を製造して輝度およびライフの特性について測定を行った。
具体的には、まず、厚さ２５０μｍ、面方位（１００）１５度ｏｆｆ、シリコンドープ（キャリア濃度１×１０１８／ｃｍ３）のｎ型ＧａＡｓ基板を用意した。
このＧａＡｓ基板上にＭＯＶＰＥ法によって、シリコンドープ（キャリア濃度１×１０１８／ｃｍ３）のＧａＡｓバッファ層をエピタキシャル成長させた。
このとき、ＧａＡｓバッファ層の厚さを、０．５μｍ（比較例１）、０．７５μｍ（実施例１）、１．０μｍ（実施例２）、１．５μｍ（実施例３）とした。
【００４６】
次に、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰから成るダブルへテロ構造をＭＯＶＰＥ法によってエピタキシャル成長させた。ＭＯＶＰＥ工程における各原料ガスの混合割合を調整することにより、活性層、下クラッド層および上クラッド層をバッファ層の上に順次形成した。
なお、原料ガスには、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、Ｃｐ２Ｍｇ（又はＤＥＺｎ）、アルシン、ホスフィン、モノシランを用いた。また、炉内圧力を２００ｈＰａ以下に減圧して行い、エピタキシャル成長温度は７００℃とした。
【００４７】
また、活性層はノンドープで厚さ１μｍ、下クラッド層はシリコンドープ（キャリア濃度５×１０１７／ｃｍ３）で厚さ２μｍ、上クラッド層はマグネシウムドープ（キャリア濃度１×１０１７／ｃｍ３）で厚さ２μｍとした。
【００４８】
以上のようにしてダブルへテロ構造を形成した後、この上にｐ型ＧａＰをＭＯＶＰＥ法により形成した。
さらに、ＨＶＰＥ法によって電流拡散層としてｐ型ＧａＰ層をエピタキシャル成長した。
このｐ型ＧａＰ層は、亜鉛ドープ（キャリア濃度１×１０１８／ｃｍ３）で厚さは５０μｍとした。
【００４９】
この後、（Ａｕ−Ｂｅ）／Ａｕを蒸着してオーミック電極を形成した。また、ＧａＡｓ基板側にも（Ａｕ−Ｇｅ）／Ａｕを蒸着してオーミック電極を形成し、ダイシング等の工程を経て、チップサイズ２５０μｍの発光素子を製造した。
【００５０】
このようにして製造された本発明の発光素子に対し、輝度およびライフの特性を測定した。測定時の温度は８５℃、湿度は４５％とし、電流２０ｍＡでの発光出力を測定した。また、５０ｍＡ以上の電流を１００時間通電させた後に再度発光出力を測定し、残光率（ライフ）を算出した。その結果を図３に示す。なお、輝度は通電開始時の発光出力を１００とした相対値で表した。また、図３で示した位置が化合物半導体基板のどの位置のものかについて、図４に示す。
また、先に測定した残光率（ライフ）の平均値と、ＧａＡｓバッファ層の厚さの関係を評価した。その結果を後述する図５に示す。
【００５１】
図３に示すように、実施例１の発光素子は化合物半導体基板の面内でのバラツキが最低９４．８％・最高９７．５％、実施例２では最低９６．５％・最高９８．０％、実施例３では最低９８．１％・最高９９．１％であり、輝度の劣化や基板面内でのバラツキが後述する比較例１に比べて十分に小さかった。また、ＧａＡｓバッファ層の厚さが厚くなればなるほど輝度の劣化が小さく、発光素子のライフを改善できることが判った。
これに対し、比較例１の発光素子は最低８９．６％・最高９５．７％と非常に面内でのバラツキが大きく、特に外周部と内周部の差が激しいことが判った。
【００５２】
（実施例４、比較例２）
実施例１において、ＧａＡｓバッファ層の厚さを０．３μｍ（比較例２）、２．５μｍ（実施例４）とした以外は同様の方法で発光素子を作製し、実施例１と同様の評価を行ってＧａＡｓバッファ層の厚さとライフの関係を評価した。その結果を図５に合わせて示す。
【００５３】
図５に示すように、実施例１の発光素子はライフ９６．３％、実施例２の発光素子はライフ９７．３％、実施例３の発光素子はライフ９８．５％、実施例４の発光素子はライフ９９．１％であったのに対し、比較例１の発光素子はライフ９３．４％、比較例２の発光素子はライフ９２．３％であった。
このように、ＧａＡｓバッファ層の厚さを０．５μｍより厚くすることによって、発光素子のライフを改善できることが判った。
【００５４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５５】
１…化合物半導体基板、
２…ＧａＡｓ基板、 ３…ダブルへテロ構造、
４…下クラッド層、 ５…活性層、 ６…上クラッド層、
７…ＧａＡｓバッファ層、 ８…電流拡散層、
１０…発光素子、 １１…コンタクト層、 １２、１３…電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ４元混晶からなるダブルへテロ構造が形成された化合物半導体基板および発光素子ならびにそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば緑色から赤色の範囲にわたって比較的高輝度の発光が得られやすいことから、ＧａＡｓ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（以下、単にＡｌＧａＩｎＰと記載することがある）４元混晶からなる発光層をエピタキシャル成長させた化合物半導体基板から製造された発光素子がよく利用されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、ＧａＡｓ基板に格子整合する条件でダブルヘテロ構造をエピタキシャル成長させているが、ダブルヘテロ構造中の活性層から光を取り出すための電流拡散層をＨＶＰＥ法によって成長させる際に加わる熱や、該電流拡散層が厚膜であることによる応力の影響で、ＧａＡｓ基板側からダブルヘテロ構造側に欠陥が進行し、ダブルヘテロ構造に欠陥が発生する。このような欠陥は基板外周部に特に発生しやすい。
【０００４】
そしてこのような欠陥を含む結晶性の悪い部分に電流拡散層や後述の上クラッド層等からｐ型ドーパント、特にＭｇが拡散してくるため、ダブルヘテロ構造中のキャリア濃度分布が面内で不均一、特に基板外周部のキャリア濃度が高くなってしまい、基板外周部を用いて作製された発光素子の発光寿命（ライフ）が短くなるといった不良が発生していた。
【０００５】
このような問題に対し、電流拡散層や上クラッド層のキャリア濃度を調整（高濃度としない）することで不安定性を抑えてきたが、この手法には限界があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６１（１５）（１９９２）、１７７５〜１７７７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、輝度およびライフ等の諸特性が優れた高品質の化合物半導体基板および発光素子ならびに化合物半導体基板の製造方法および発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓバッファ層及び（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるダブルへテロ構造がこの順で形成された化合物半導体基板であって、前記ＧａＡｓバッファ層の厚さが、０．５μｍより厚いものであることを特徴とする化合物半導体基板を提供する。
【０００９】
このように、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓバッファ層及び（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるダブルへテロ構造がこの順で形成された化合物半導体基板において、ＧａＡｓバッファ層の厚さが０．５μｍより厚くなったものとすることによって、ＧａＡｓバッファ層より上部側に形成されたダブルヘテロ構造を構成する各層に、ＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響が伝わることを従来に比べて強く抑制することができる。これによって、ダブルヘテロ構造中の欠陥密度、特には基板外周部での欠陥密度を従来に比べて小さくすることができ、電流拡散層等からｐ型ドーパントの拡散が減少されたものとすることができる。従って、ダブルヘテロ構造のキャリア濃度分布が面内で不均一になることが従来に比べて強く抑制され、特に基板外周部のキャリア濃度が高くなることが防止できる化合物半導体基板となっている。よって、輝度やライフ等の特性が従来より優れた発光素子を高歩留りで製造することができる化合物半導体基板とすることができる。
【００１０】
ここで、前記ＧａＡｓバッファ層の厚さが、１．０〜２．５μｍであることが好ましい。
このように、ＧａＡｓバッファ層の厚さが１．０μｍ以上であれば、より強力にダブルヘテロ構造にＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響が伝わることを抑制することができ、より高品質な化合物半導体基板とすることができる。また、厚さが２．５μｍ以下であれば、ＧａＡｓバッファ層が厚くなって形成に長時間を要したものととなることを防ぐことができ、またＧａＡｓ基板と（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなるダブルヘテロ構造との格子定数の整合を図るというバッファ層本来の機能が弱まることを防止することができる。
【００１１】
また、本発明では、本発明に記載の化合物半導体基板から製造されたものであることを特徴とする発光素子を提供する。
本発明の化合物半導体基板は、上述のように発光層であるダブルへテロ構造を構成する各層が、ＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、表面状態等の好ましくない影響が小さなものであるため、輝度やライフ等の諸特性が優れた発光素子とするのに好適なものである。よってこのような化合物半導体基板から作製された発光素子は、輝度やライフ等の諸特性が優れたものとなる。
【００１２】
そして、本発明では、少なくとも、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓバッファ層および（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるダブルへテロ構造をこの順で形成する化合物半導体基板を製造する方法であって、前記ＧａＡｓバッファ層の厚さを、０．５μｍより厚くすることを特徴とする化合物半導体基板の製造方法を提供する。
【００１３】
このように、０．５μｍより厚いＧａＡｓバッファ層を形成し、その上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなるダブルへテロ構造をこの順で形成することによって、ダブルヘテロ構造を構成する各層に、ＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、表面状態等の悪い影響が伝わることを０．５μｍより厚く形成したＧａＡｓバッファ層によって強く抑制することができるようになる。従って、ダブルヘテロ構造において、特に外周部の欠陥密度を従来に比べて少なくでき、電流拡散層等からのｐ型ドーパントの拡散量を従来より少なくすることができる。これによってダブルヘテロ構造中のキャリア濃度を従来より面内均一なものにすることができ、発光素子とした時に輝度やライフ等の特性が従来より優れたものを高歩留りで製造できる高品質な化合物半導体基板を製造することができる。
【００１４】
ここで、前記ＧａＡｓバッファ層の厚さを、１．０〜２．５μｍとすることが好ましい。
このように、形成するＧａＡｓバッファ層の厚さを１．０μｍ以上とすることによって、より強力にダブルヘテロ構造にＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響が伝わることを抑制することができ、より高品質な化合物半導体基板を製造することができる。そして、ＧａＡｓバッファ層の厚さを２．５μｍ以下とすることによって、ＧａＡｓバッファ層の形成が必要以上に長くなることを防ぐことができ、製造コストの上昇を抑制できる。またＧａＡｓ基板とダブルヘテロ構造との格子定数の整合を図るというバッファ層の本質的な機能が弱まることもなく、ダブルヘテロ構造の各層の結晶性を良好なものとすることができる。
【００１５】
また、上記の化合物半導体基板の製造方法により製造された化合物半導体基板から発光素子を製造する方法であれば、発光層であるダブルへテロ構造を構成する各層が、ＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響が小さなものとすることができるため、キャリア濃度が面内で均一なダブルヘテロ構造を有した化合物半導体基板を製造することができ、輝度やライフ等の諸特性が優れた発光素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明によれば、ダブルヘテロ構造中、特に外周部の欠陥密度が従来に比べて少ない、すなわちダブルヘテロ構造中のキャリア濃度が面内で均一な化合物半導体基板を提供することができ、従って、輝度がより高く、ライフがより長い高品質の発光素子を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の化合物半導体基板の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の発光素子の一例を示す概略構成図である。
【図３】実施例１−３、比較例１の発光素子の、化合物半導体基板における面内位置と発光ライフとの関係を示した図である。
【図４】実施例１−３、比較例１の発光素子の、化合物半導体基板における面内位置を示した図である。
【図５】ＧａＡｓバッファ層の厚さと発光素子の発光ライフとの関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
発光層として、ダブルへテロ構造を構成するＡｌＧａＩｎＰの各層をＧａＡｓ基板上に形成する場合、ダブルヘテロ構造中のキャリア濃度が面内で不均一になることを抑制するための方法としては、従来では例えば電流拡散層や上クラッド層のキャリア濃度を調整する方法等が行われていた。
しかしながら、これらの従来の方法では得られる化合物半導体基板（発光素子）の輝度やライフ等の諸特性の改善には限界があり、更なる改善が求められてきている。
【００１９】
そこで、本発明者が鋭意研究を重ねたところ、ＧａＡｓ基板上に形成するＧａＡｓバッファ層の厚さを０．５μｍより厚くすることによって、ＧａＡｓ基板に起因するダブルヘテロ構造の欠陥密度を従来より低減でき、これによって電流拡散層や上クラッド層からのｐ型ドーパントの拡散量自体を少なくでき、キャリア濃度が面内均一となったダブルヘテロ構造を有する化合物半導体基板を得ることができることを発見した。
【００２０】
バッファ層は、直接、発光に寄与する層でないため、ダブルヘテロ構造（発光層部）がＧａＡｓ基板との格子定数の違いによる異常成長（面荒れ）等がなく正常に成長するのに、十分な厚さであれば、高価な有機金属原料等の原料の使用量を抑制する見地から、できるだけ薄くすることが求められており、その厚さを０．５μｍより厚くすることは、本発明のような知見がない限り、考えられなかった。
【００２１】
これに対し本発明者はＧａＡｓバッファ層の厚さを０．５μｍより厚くすることによって、ＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、ＧａＡｓ基板の表面状態の影響をこの０．５μｍより厚く形成したＧａＡｓバッファ層によって吸収させて、ダブルヘテロ構造の欠陥密度を低減でき、上記目的を達成できることを発見し、この発見を基に本発明を完成させた。
【００２２】
以下では、本発明の実施の形態について図を参照して具体的に説明をする。図１に、本発明の化合物半導体基板の例を示す。
図１に示すように、本発明の化合物半導体基板１は、例えば、少なくとも、ＧａＡｓ基板２、ＧａＡｓバッファ層（以下バッファ層ともいう）７、ダブルへテロ構造３、および電流拡散層８とで構成されている。
上記ダブルへテロ構造３は、少なくとも下クラッド層４、活性層５、上クラッド層６で構成された発光層であり、それぞれの層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなっている。
【００２３】
ここで、本発明の化合物半導体基板１は、ＧａＡｓバッファ層７の厚さが０．５μｍより厚いものとなっているものである。
ダブルへテロ構造３とＧａＡｓ基板２との間にバッファ層７を設けることにより、両者の格子不整合が緩和されるとともに、ＧａＡｓ基板２から不純物が拡散するのを効果的に防止することができるし、結晶欠陥による影響をより十分に除くことが可能である。
そしてその厚さを０．５μｍより厚くすることによって、ＧａＡｓ基板２からの欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響がダブルヘテロ構造３の各層に到達することが強く抑制されたものとすることができる。従ってダブルヘテロ構造３中、特に基板の外周部の欠陥密度が従来より小さくなり、電流拡散層８等からのｐ型ドーパントの拡散量を少なくすることができる。そしてキャリア濃度分布が面内で均一なダブルヘテロ構造３となり、輝度やライフ等の特性が従来より優れた発光素子の製造に好適な化合物半導体基板１が得られる。
【００２４】
また、ＧａＡｓバッファ層７の厚さを１．０〜２．５μｍとすることができる。
ＧａＡｓバッファ層７の厚さが１．０μｍ以上あれば、ダブルヘテロ構造３にＧａＡｓ基板２からの欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響が伝わることがより強く抑制され、より高品質な化合物半導体基板１とすることができる。また、ＧａＡｓバッファ層７の厚さが２．５μｍ以下であれば、ＧａＡｓバッファ層７が厚くなりすぎないため、形成に長時間が必要にならず、製造コストが高くなることが抑制される。そして、ＧａＡｓ基板１とダブルヘテロ構造３との格子定数の整合を図るという本来備えるべき機能が十分に発揮されたものとすることができる。
【００２５】
そして、上記ダブルへテロ構造３の上クラッド層６の上には、電流拡散層８が形成されている。
このような電流拡散層８を形成したものであれば、電極１２（図２参照）からの電流を拡散させることができるため、電極１２の直下近傍だけでなく、広い範囲で効率良く発光させることが可能である。このような電流拡散層８の材質としては、例えばＧａＰやＡｌＧａＡｓが挙げられるが、特に限定されず、その都度適切な材質を選択することができる。
【００２６】
なお、上記では、図１に示すような、ＧａＡｓ基板２、バッファ層７、ダブルへテロ構造３、電流拡散層８のみから構成された化合物半導体基板１を例に挙げて説明したが、本発明の化合物半導体基板１は、当然この形態に限定されるものではない。
【００２７】
例えば、発光層からＧａＡｓ基板の方へ向かった光を有効に取り出すために、ダブルへテロ構造とバッファ層との間に、活性層から発せられた光を反射するためのＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層が形成された化合物半導体基板としても良い。このようにして、ダブルへテロ構造において発光された光をさらに効率良く取り出すことが可能である。
この他、電流拡散層と上クラッド層との間に、更なる電流の拡散層（不図示）が形成されたものであっても良い。このような更なる電流の拡散層によって、輝度等の特性がより向上されたものとすることができる。
【００２８】
また、例えばドーパントの種類、各層の厚さ等、上記の各層の条件もＧａＡｓバッファ層の厚さが、０．５μｍより厚く、ダブルへテロ構造が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるものであれば特に限定されるものではなく、所望の特性が得られるように適宜調整して形成されたものとすることができる。
例えば化合物半導体基板１の厚さが厚いものであれば、反りや割れの発生を有効に防止することができるので、これを考慮して各層の厚さを調整したものとすることができる（例えば、基板全体の厚さが２００〜５００μｍ程度になるように調整されたものを用いることができる）。また、反りや割れを防止するための加工等が施されたものであっても良い。
【００２９】
また、図２に示すように、本発明の発光素子１０は、上記のような化合物半導体基板に、さらにコンタクト層１１および電極１２、１３が形成され、ダイシング工程等を経て素子化されたものである。
上述したように、この発光素子１０は、ダブルへテロ構造３中の結晶性が従来より良好であり、キャリア濃度が安定したものとなっているため、輝度やライフ特性が従来のものに比べて優れたものである。
【００３０】
次に、上述したような本発明の化合物半導体基板１の製造方法について説明する。
まず、ＧａＡｓ基板２を用意する。このＧａＡｓ基板２は、その厚さやドーパントの種類等、特に限定されず、所望の化合物半導体基板１を得られるよう適宜選択することができる。
【００３１】
ここでＧａＡｓ基板の導電型をｎ型とすることができる。
このように、ＧａＡｓ基板２の導電型をｎ型とすることで、高輝度発光素子として一般的な化合物半導体基板とすることができる。
【００３２】
そして、このＧａＡｓ基板２の上に、ＧａＡｓバッファ層７をエピタキシャル成長させる。このＧａＡｓバッファ層７の厚さは、０．５μｍより厚くする。
このようなＧａＡｓバッファ層７を、後述のダブルへテロ構造３にさきがけて形成しておくことにより、転位の発生を抑制することができるとともに、例えばＧａＡｓ基板２からの不純物の拡散を効果的に防止することができ、有効である。
そしてその厚さを０．５μｍより厚くすることによって、ダブルヘテロ構造を構成する各層に、ＧａＡｓ基板からの欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響が及ぶことを強く抑制することができる。そのため、ダブルヘテロ構造中の、特に外周部における欠陥密度が従来に比べて少なくすることができ、電流拡散層等からのｐ型ドーパントの拡散量を従来より少なくすることができる。これによってダブルヘテロ構造中のキャリア濃度を従来より面内均一にすることができ、発光素子とした時に輝度やライフ等の特性が従来より優れた高品質な化合物半導体基板を製造することができる。
【００３３】
また、ＧａＡｓバッファ層７の厚さを、１．０〜２．５μｍとすることができる。
ＧａＡｓバッファ層の厚さを１．０μｍ以上とすることによって、ＧａＡｓ基板由来の欠陥や不純物の拡散、表面状態（酸化膜や加工ダメージ）等の影響がダブルヘテロ構造に及ぶことをより確実に抑制することができ、欠陥の少ないダブルヘテロ構造、すなわちキャリア濃度が面内で均一となり、輝度やライフなどの特性がより良好な発光素子を高効率で製造することができる化合物半導体基板を製造することができる。そしてＧａＡｓバッファ層の厚さを２．５μｍ以下とすることによって、ＧａＡｓバッファ層の形成に長時間かかることを防げるので、製造歩留りが悪化せず、コストの上昇を抑制することができる。またＧａＡｓ基板とダブルヘテロ構造との格子定数の整合を十分に図ることができ、ダブルヘテロ構造の結晶性をより良好なものとすることができる。
【００３４】
さらに、このＧａＡｓバッファ層７の上に、発光層となるダブルへテロ構造３を形成する。上述したように、このダブルへテロ構造３は、下クラッド層４、活性層５、上クラッド層６で構成されており、各層は、いずれも（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰから成っている。
【００３５】
また、このダブルヘテロ構造３を形成する前に、活性層から発せられた光を反射するためのＤＢＲ層を形成しても良い。
【００３６】
ここで、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰのｘおよびｙの調整方法としては、例えば、以下のように、ＧａＡｓおよび（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰの室温における格子定数を比較し、これらが整合するようにｘおよびｙを算出等により選定することによって行うことができる。
【００３７】
また、Ａｌの混晶比はＡｌＧａＩｎＰ４元混晶のバンドギャップエネルギーを決めるので、まず、目標とする発光波長に対応する活性層５のＡｌ混晶比ｘを選定する。そして、上下クラッド層４、６においては、発光に対して吸収体として作用せず、キャリアを閉じ込められるように、活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きくする必要があり、例えば０．１ｅＶ以上大きくすると良い。
【００３８】
したがって、目標とする発光波長に対する活性層およびクラッド層のＡｌ混晶比ｘ、バンドギャップエネルギーＥｇの組み合わせは、例えば、目標発光波長が６２０ｎｍのとき、これに対する活性層のＡｌ混晶比ｘ＝０．１７、バンドギャップエネルギーＥｇ＝２．００であり、クラッド層ではＡｌ混晶比ｘ≧０．７、バンドギャップエネルギーＥｇ＝２．２８のような組み合わせとすることができる。当然、この組み合わせのみに限定されるものではなく、その都度得たい発光波長から適宜選定することができる。
【００３９】
このようにして目標とする発光波長をもとに選定したｘの値から、ｙの値を算出して選定することができる。
そして、上記のようにして選定されたｘおよびｙの組み合わせによる組成で、ダブルへテロ構造３を構成する下クラッド層４、活性層５、上クラッド層６のＡｌｘｙＧａ（１−ｘ）ｙＩｎ（１−ｙ）Ｐを、順次エピタキシャル成長させる。
【００４０】
次に、上述したように、例えば上クラッド層６の上には、電流を十分に拡散させて、より広い範囲で効率良く発光させるために、電流拡散層８を形成することができる。
また、この電流拡散層８と上クラッド層６との間に、更なる電流の拡散層を形成することもできる。このような更なる電流の拡散層を更に形成することによって、より輝度等の特性を向上することが可能になる。
【００４１】
なお、上記のＧａＡｓ基板２の上に形成するＧａＡｓバッファ層７、下クラッド層４、活性層５、上クラッド層６、電流拡散層８等の形成方法は特に限定されないが、例えば従来と同様にして、ＭＯＶＰＥ法等によってエピタキシャル成長して形成することができる。各層の形成のときに使用する装置も、従来と同様の装置を用いることができる。
そして、その各層の厚さやドーパントの種類、濃度、あるいは形成時の温度や時間といった形成条件も、ＧａＡｓバッファ層の厚さが、０．５μｍより厚く、ダブルへテロ構造が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるものであれば特に限定されることなく、常温で格子整合する所望の化合物半導体基板が得られるよう適宜設定することが望ましい。
【００４２】
このとき、化合物半導体基板１に反りや割れが生じることを防ぐために、化合物半導体基板１が十分な厚さを持つように各層の形成条件を設定すると良い。また、化合物半導体基板１を加工する際に、加工方法を工夫することによっても、割れの発生を抑制することができる。例えば基板全体が２００〜５００μｍの厚さになるように、ＧａＡｓ基板２の厚さや電流拡散層８等の厚さを調整することが望ましい。
【００４３】
以上のような製造方法によって、目標とする発光波長を有する光を取り出すことができ、かつ、輝度やライフ等の特性が優れた化合物半導体基板１を製造することができる。
そして、このようにして得られた化合物半導体基板１のさらに上にコンタクト層１１および電極１２を形成し、また、ＧａＡｓ基板１側にも電極１３を形成して、ダイシング等の工程を施して素子化することによって、本発明の発光素子１０を得ることができる。
【００４４】
なお、本発明では、一旦本発明の化合物半導体基板を形成すれば、その後の素子を形成する方法は特に限定されない。
例えば、電流拡散層の成長が終了した後に、ＧａＡｓ基板１をエッチング等により除去し、そこにＧａＡｓ基板の代わりにｎ型ＧａＰ基板等の透明半導体基板を貼り合わせても良いし、また、エピタキシャル成長によりＧａＰ等の透明半導体層を形成しても良い。そしてその後コンタクト層および電極を形成してダイシング等の工程を施して素子化することによっても、本発明の発光素子を得ることができる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１−３、比較例１）
ＧａＡｓ基板上にダブルへテロ構造等を形成し、図２に示すような発光素子を製造して輝度およびライフの特性について測定を行った。
具体的には、まず、厚さ２５０μｍ、面方位（１００）１５度ｏｆｆ、シリコンドープ（キャリア濃度１×１０１８／ｃｍ３）のｎ型ＧａＡｓ基板を用意した。
このＧａＡｓ基板上にＭＯＶＰＥ法によって、シリコンドープ（キャリア濃度１×１０１８／ｃｍ３）のＧａＡｓバッファ層をエピタキシャル成長させた。
このとき、ＧａＡｓバッファ層の厚さを、０．５μｍ（比較例１）、０．７５μｍ（実施例１）、１．０μｍ（実施例２）、１．５μｍ（実施例３）とした。
【００４６】
次に、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰから成るダブルへテロ構造をＭＯＶＰＥ法によってエピタキシャル成長させた。ＭＯＶＰＥ工程における各原料ガスの混合割合を調整することにより、活性層、下クラッド層および上クラッド層をバッファ層の上に順次形成した。
なお、原料ガスには、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、Ｃｐ２Ｍｇ（又はＤＥＺｎ）、アルシン、ホスフィン、モノシランを用いた。また、炉内圧力を２００ｈＰａ以下に減圧して行い、エピタキシャル成長温度は７００℃とした。
【００４７】
また、活性層はノンドープで厚さ１μｍ、下クラッド層はシリコンドープ（キャリア濃度５×１０１７／ｃｍ３）で厚さ２μｍ、上クラッド層はマグネシウムドープ（キャリア濃度１×１０１７／ｃｍ３）で厚さ２μｍとした。
【００４８】
以上のようにしてダブルへテロ構造を形成した後、この上にｐ型ＧａＰをＭＯＶＰＥ法により形成した。
さらに、ＨＶＰＥ法によって電流拡散層としてｐ型ＧａＰ層をエピタキシャル成長した。
このｐ型ＧａＰ層は、亜鉛ドープ（キャリア濃度１×１０１８／ｃｍ３）で厚さは５０μｍとした。
【００４９】
この後、（Ａｕ−Ｂｅ）／Ａｕを蒸着してオーミック電極を形成した。また、ＧａＡｓ基板側にも（Ａｕ−Ｇｅ）／Ａｕを蒸着してオーミック電極を形成し、ダイシング等の工程を経て、チップサイズ２５０μｍの発光素子を製造した。
【００５０】
このようにして製造された本発明の発光素子に対し、輝度およびライフの特性を測定した。測定時の温度は８５℃、湿度は４５％とし、電流２０ｍＡでの発光出力を測定した。また、５０ｍＡ以上の電流を１００時間通電させた後に再度発光出力を測定し、残光率（ライフ）を算出した。その結果を図３に示す。なお、輝度は通電開始時の発光出力を１００とした相対値で表した。また、図３で示した位置が化合物半導体基板のどの位置のものかについて、図４に示す。
また、先に測定した残光率（ライフ）の平均値と、ＧａＡｓバッファ層の厚さの関係を評価した。その結果を後述する図５に示す。
【００５１】
図３に示すように、実施例１の発光素子は化合物半導体基板の面内でのバラツキが最低９４．８％・最高９７．５％、実施例２では最低９６．５％・最高９８．０％、実施例３では最低９８．１％・最高９９．１％であり、輝度の劣化や基板面内でのバラツキが後述する比較例１に比べて十分に小さかった。また、ＧａＡｓバッファ層の厚さが厚くなればなるほど輝度の劣化が小さく、発光素子のライフを改善できることが判った。
これに対し、比較例１の発光素子は最低８９．６％・最高９５．７％と非常に面内でのバラツキが大きく、特に外周部と内周部の差が激しいことが判った。
【００５２】
（実施例４、比較例２）
実施例１において、ＧａＡｓバッファ層の厚さを０．３μｍ（比較例２）、２．５μｍ（実施例４）とした以外は同様の方法で発光素子を作製し、実施例１と同様の評価を行ってＧａＡｓバッファ層の厚さとライフの関係を評価した。その結果を図５に合わせて示す。
【００５３】
図５に示すように、実施例１の発光素子はライフ９６．３％、実施例２の発光素子はライフ９７．３％、実施例３の発光素子はライフ９８．５％、実施例４の発光素子はライフ９９．１％であったのに対し、比較例１の発光素子はライフ９３．４％、比較例２の発光素子はライフ９２．３％であった。
このように、ＧａＡｓバッファ層の厚さを０．５μｍより厚くすることによって、発光素子のライフを改善できることが判った。
【００５４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５５】
１…化合物半導体基板、
２…ＧａＡｓ基板、 ３…ダブルへテロ構造、
４…下クラッド層、 ５…活性層、 ６…上クラッド層、
７…ＧａＡｓバッファ層、 ８…電流拡散層、
１０…発光素子、 １１…コンタクト層、 １２、１３…電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓバッファ層及び（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるダブルへテロ構造がこの順で形成された化合物半導体基板であって、
前記ＧａＡｓバッファ層の厚さが、０．５μｍより厚いものであることを特徴とする化合物半導体基板。
【請求項２】
前記ＧａＡｓバッファ層の厚さが、１．０〜２．５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体基板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の化合物半導体基板から製造されたものであることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
少なくとも、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓバッファ層および（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるダブルへテロ構造をこの順で形成する化合物半導体基板を製造する方法であって、
前記ＧａＡｓバッファ層の厚さを、０．５μｍより厚くすることを特徴とする化合物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記ＧａＡｓバッファ層の厚さを、１．０〜２．５μｍとすることを特徴とする請求項４に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の化合物半導体基板の製造方法により製造された化合物半導体基板から発光素子を製造することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１】
少なくとも、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓバッファ層及び（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるダブルへテロ構造がこの順で形成された化合物半導体基板であって、
前記ＧａＡｓバッファ層の厚さが、０．５μｍより厚いものであることを特徴とする化合物半導体基板。
【請求項２】
前記ＧａＡｓバッファ層の厚さが、１．０〜２．５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体基板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の化合物半導体基板から製造されたものであることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
少なくとも、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓバッファ層および（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるダブルへテロ構造をこの順で形成する化合物半導体基板を製造する方法であって、
前記ＧａＡｓバッファ層の厚さを、０．５μｍより厚くすることを特徴とする化合物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記ＧａＡｓバッファ層の厚さを、１．０〜２．５μｍとすることを特徴とする請求項４に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の化合物半導体基板の製造方法により製造された化合物半導体基板から発光素子を製造することを特徴とする発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１９８８０７（Ｐ２０１１−１９８８０７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６０８３３（Ｐ２０１０−６０８３３）
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
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