化合物半導体基板および発光素子並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】ダブルヘテロ構造の活性層中へのドーパントの拡散を抑制することができ、かつ歪み層を形成せずにライフ特性が良好な発光素子を製造することのできる化合物半導体基板とその製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるダブルヘテロ構造および窓層がこの順に形成された化合物半導体基板であって、前記ダブルヘテロ構造は、少なくとも下クラッド層と活性層と上クラッド層からなり、該上クラッド層は、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、前記ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度が高いドーパント高ドープ層の３層がこの順に形成された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、基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるダブルヘテロ構造および窓層がこの順に形成された化合物半導体基板であって、前記ダブルヘテロ構造は、少なくとも下クラッド層と活性層と上クラッド層からなり、該上クラッド層は、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、前記ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度が高いドーパント高ドープ層の３層がこの順に形成された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、化合物半導体基板および発光素子に関し、特には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰの４元混晶からなるダブルヘテロ構造が形成された高輝度発光素子の重要特性であるライフ特性（輝度の通電劣化特性）を改善した化合物半導体基板および発光素子並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に関するものである。
【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、発光素子として、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ＧａＰ窓層をＨＶＰＥ法によって成長させる際に加わる熱や、該窓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。
【０００４】
また、熱履歴等の影響によりＭｇの拡散が進むことで、発光寿命が短くなり、問題となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０９５７３号公報
【特許文献２】特開２００６−１９６６０３号公報
【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】
このような問題に対し、導電型がｐ型の上クラッド層のドーパント量を調整して拡散量を抑制することによって、寿命特性の悪化を防止してきた。
また特許文献１，２に記載されているように、活性層と、上クラッド層やその上部の窓層との間に歪み層を設けて、当該歪み層でｐ型ドーパントの拡散を抑制する方法によって対応していた。
【０００８】
しかし、このような方法では熱履歴が厳しいエピタキシャル技術による製造においては限界があり、また拡散を抑制するために、極端にクラッド層のドーパント濃度を低減すると、今度は電気特性が悪化するため、限界がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、ダブルヘテロ構造の活性層中へのドーパントの拡散を抑制することができ、かつ歪み層を形成せずにライフ特性が良好な発光素子を製造することのできる化合物半導体基板とそ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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるダブルヘテロ構造および窓層がこの順に形成された化合物半導体基板であって、前記ダブルヘテロ構造は、少なくとも下クラッド層と活性層と上クラッド層からなり、該上クラッド層は、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、前記ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度が高いドーパント高ドープ層の３層がこの順に形成された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。
【００１１】
このように、上クラッド層を、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度が高いドーパント高ドープ層の３層によって構成されたものとすることによって、窓層からのｐ型ドーパントをノンドープ層に拡散させて活性層へ到達することを抑制する。また、上クラッド層中のドーパント低ドープ層中のｐ型ドーパントもこのノンドープ層中に拡散させることによって、ｐ型ドーパントの活性層への拡散量を低減することができる。従って、活性層中のドーパント濃度を従来に比べて低減することができる。
また、ノンドープ層は、ドーパント低ドープ層やドーパント高ドープ層と同一組成の層であるため、上クラッド層中に格子歪みの発生が抑制されたものとなっているため、ライフ特性が歪み層を設けたものに比べて良好なものとすることができる。
【００１２】
ここで、前記ノンドープ層の厚さは、前記ドーパント低ドープ層および前記ドーパント高ドープ層の厚さの合計と比べて、同じか薄いものとなるようにすることが好ましい。
このように、ノンドープ層の厚さは、ドーパント低ドープ層およびドーパント高ドープ層の厚さの合計と比べて、同じか薄いものであれば、順方向電圧の上昇を抑制することができ、電気特性が良好な発光素子の製造に用いることができる化合物半導体基板とすることができる。
【００１３】
また、前記ノンドープ層は、厚さが１．０μｍ以下となるようにすることが好ましい。
このように、ノンドープ層の厚さを１．０μｍ以下とすることによって、窓層やドーパント高ドープ層、ドーパント低ドープ層からのドーパントを確実に拡散させることができるとともに、順方向電圧の上昇の防止を更に確実に達成することができる。
【００１４】
そして、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であれば、歪み層を有しておらず、またダブルヘテロ構造の活性層中のドーパント濃度が低い化合物半導体を用いて製造されたものとなるため、ライフ特性のバラツキが小さく、長寿命な発光素子とすることができる。
【００１５】
また、本発明では、少なくとも、基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるダブルヘテロ構造およびＧａＰからなる窓層がこの順に形成された化合物半導体基板を製造する方法であって、前記ダブルヘテロ構造を、少なくとも下クラッド層と活性層と上クラッド層をエピタキシャル成長させることで形成し、前記上クラッド層として、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、前記ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度の高いドーパント高ドープ層の３層をこの順に形成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。
【００１６】
このように、ダブルヘテロ構造中の上クラッド層として、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、先のドーパント低ドープ層よりドーパント濃度の高いドーパント高ドープ層の３層とをこの順に形成することによって、窓層やドーパント高ドープ層からのドーパントをノンドープ層に拡散させることができる。またドーパント低ドープ層からのドーパントもノンドープ層に拡散させることで、活性層へのドーパント拡散量を従来より低減させることができ、よって、従来に比べて活性層のドーパント濃度を低くすることができる。
また、ノンドープ層をドーパント低ドープ層やドーパント高ドープ層と同一組成の層としたため、上クラッド層中に歪み層が存在せず、ライフ特性が良好な発光素子を得ることができる化合物半導体基板となる。
【００１７】
ここで、前記ノンドープ層の厚さを、前記ドーパント低ドープ層および前記ドーパント高ドープ層の厚さの合計と比べて、同じか薄いものとすることが好ましい。
このように、ノンドープ層の厚さを、ドーパント低ドープ層およびドーパント高ドープ層の厚さの合計と比べて、同じか薄いものとすることによって、活性層中へのキャリアのドーパントの拡散を防止するとともに、発光素子とした際の順方向電圧が上昇することを防止することができる。
【００１８】
また、前記ノンドープ層は、厚さが１．０μｍ以下とすることが好ましい。
このように、ノンドープ層の厚さを１．０μｍ以下とすることによって、活性層へのドーパントの拡散を確実に防止するとともに、高抵抗であるノンドープ層によって順方向電圧が上昇することを更に確実に防止することができる。
【００１９】
更に、本発明に記載の化合物半導体基板の製造方法によって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によれば、ダブルヘテロ構造の活性層中へのドーパントの拡散が抑制されるため、ライフ特性が良好で、かつバラツキが小さな発光素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、ダブルヘテロ構造の活性層中へのドーパントの拡散を抑制することができ、かつ歪み層を形成せずにライフ特性が良好な発光素子を製造することのできる化合物半導体基板とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の化合物半導体基板の概略の一例を示した図である。
【図２】本発明の化合物半導体基板の窓層形成前後のダブルヘテロ構造および窓層のドーパント分布の概略の一例を示した図である。（ａ）は窓層形成前、（ｂ）は窓層形成後の状態を示したものである。
【図３】本発明の発光素子の概略の一例を示した図である。
【図４】本発明の化合物半導体基板において、ノンドープ層の厚さと、順方向電圧・発光ライフとの関係を示した図である。
【図５】従来の化合物半導体基板の概略の一例を示した図である。
【図６】従来の化合物半導体基板の窓層形成前後のダブルヘテロ構造および窓層のドーパント分布の概略の一例を示した図である。（ａ）は窓層形成前、（ｂ）は窓層形成後の状態を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、ドーパントの拡散防止に、従来は上クラッド層中の格子歪みを利用して活性層への拡散を防止してきた。
しかし、歪みを利用する場合、発光ライフ特性が悪化することがある。またＡｓ系の層を設ける必要があるが、このＡｓ系の歪み層は、活性層からの光を吸収する層となる。このため発光強度が低下するという重大な問題があった。
【００２３】
そのため、格子歪みを用いるのではなく、その他の方法で活性層へのドーパントの拡散を抑制することのできる化合物半導体基板とその製造方法の開発が待たれていた。
そこで、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、上クラッド層を、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度が高いドーパント高ドープ層の３層によって構成されたものとすることで、ノンドープ層にＡｓ系の層を用いるのではなく、Ｐ系の層とすることができ、上記問題を解決することができることを知見し、本発明を完成させた。
【００２４】
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は本発明の化合物半導体基板の概略の一例を示した図である。
【００２５】
本発明の化合物半導体基板１０は、例えば、ＧａＡｓの基板１１上に、ＧａＡｓからなるバッファ層１２、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるダブルヘテロ構造１６、例えばＧａＰからなる窓層１７が形成されたものである。
そしてダブルヘテロ構造１６は、少なくとも、下クラッド層１３、活性層１４、上クラッド層１５で構成された発光層であり、それぞれの層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなっている。
また、上クラッド層１５は、組成が同一（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰのｘ、ｙが同一）の、少なくともドーパント低ドープ層１５ａと、ノンドープ層１５ｂと、ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度が高いドーパント高ドープ層１５ｃの３層がこの順に形成されたものである。
【００２６】
このように、上クラッド層のドーパント低ドープ層やドーパント高ドープ層の間に、これらと組成が同一のノンドープ層を設ける。
従来の化合物半導体基板の例である図６のように、ノンドープ層を上クラッド層中に設けなかった場合、窓層形成前、すなわち高温の熱をうける前の化合物半導体基板のダブルヘテロ構造中のドーパント分布は図６（ａ）に示すように階段状になるが、窓層形成後には図６（ｂ）のように、ノンドープの活性層３４やセットバック層３８の方に拡散（点線で囲む領域参照）し、良好なライフ特性の発光素子を得ることができない。
【００２７】
しかし、本発明のように、上クラッド層１５のドーパント低ドープ層１５ａやドーパント高ドープ層１５ｃの間に、これらと組成が同一のノンドープ層１５ｂを設ける。
図２（ｂ）に示すように、窓層形成前の図２（ａ）のノンドープ層１５ｂの位置に、ドーパント高ドープ層１５ｃやその上部の窓層１７から、窓層１７を形成する際のＨＶＰＥ法の加熱等の際に、白抜き矢印で示すようにｐ型ドーパントが活性層１４側へ拡散するが、ドーパント高ドープ層１５ｃや窓層１７から拡散するｐ型ドーパントは、このノンドープ層１５ｂに主に留まる。そのため、活性層１４までｐ型ドーパントが到達することを抑制することができる。また、ドーパント低ドープ層１５ａから活性層１４およびノンドープ層１５ｂにｐ型ドーパントは拡散するが、活性層１４側へ拡散する総量は、ノンドープ層１５ｂ側へ拡散する量（色付き矢印）だけ減少する（点線で囲む領域参照）ことになる。従って、活性層１４中のドーパント濃度をより低減させることができ、また電気特性（順方向電圧等）を良好な状態とすることができる。
そして、上クラッド層１５の各層は、ドーパント濃度が異なるのみで同一組成であるため、格子歪みが従来に比べて小さくなっており、発光ライフが改善されたものとなっている。
これらの効果によって、活性層のドーパント濃度を従来に比べて十分に小さくすることができる。そして格子歪みが小さく、発光ライフ特性が良好な発光素子を製造できる化合物半導体基板とすることができる。
【００２８】
ここで、ノンドープ層の厚さは、ドーパント低ドープ層およびドーパント高ドープ層の厚さの合計と、同じか薄いものとなるようにすることができる。
ノンドープ層に一定以上のキャリアが拡散することで、順方向電圧等の電気的特性が悪化することを確実に抑制することができ、高品質な発光素子とすることができる化合物半導体基板となる。
【００２９】
また、ノンドープ層は、厚さが１．０μｍ以下となるようにすることができる。
図４に示すように、ノンドープ層の厚さを厚くするほど、ドーパントの拡散先を確保することができるため、発光ライフを改善することができる。しかしドーパントがドープされていない層の厚さが増すため、順方向電圧等の電気特性は多少悪化することとなる。
従って、ノンドープ層の厚さを１．０μｍ以下とすることによって、順方向電圧の上昇を確実に抑制することができ、そしてドーパントの拡散先としての機能を十分に果たすことができる。
但し、図４に示すように、ノンドープ層の厚さを厚くするほど順方向電圧は上昇するが発光ライフも改善するため、順方向電圧よりも発光ライフを優先させたい場合は、これとは逆にノンドープ層の厚さを厚くすることができる。また、順方向電圧も重視する場合は、上述のようにノンドープ層の厚さを１．０μｍ以下とすることができる。
【００３０】
そして、ドーパント低ドープ層の膜厚は、０．１μｍ以上とすることが望ましい。
これによって、高抵抗のノンドープ層の下に設けた低抵抗のドーパント低ドープ層の役割（順方向電圧の上昇防止）を十分かつ確実に果たすものとすることができる。
【００３１】
更に、ドーパント高ドープ層のドーパント濃度は１×１０１７〜２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント低ドープ層のドーパント濃度は９×１０１６〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることが望ましい。但し、ドーパント低ドープ層のドーパント濃度は、ドーパント高ドープ層のドーパント濃度より必ず小さくなるようにする。
これによって、電気特性を良好なものとすることができ、また活性層のドーパント濃度が高くなることを確実に抑制することができる。
【００３２】
また、図１に示すように、活性層１４と上クラッド層１５との間にノンドープのセットバック層１８を設ける事ができる。尚、このセットバック層とは、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）からなり、上クラッド層や下クラッド層よりＡｌ比ｘが同じか小さい層のことをいう。
そして、図１に示すように、窓層１７は、ＭＯＶＰＥ法等によって形成された例えばＧａＰからなる窓層（Ｌｏ）１７ａ、窓層（Ｌｏ）１７ａよりドーパント濃度の高い窓層（Ｈｉ）１７ｂ、ＨＶＰＥ法等によって形成された窓層（ＶＭＯ）１７ｃとからなるものとすることができる。
【００３３】
次に、本発明の化合物半導体基板の製造方法の一例について図面を参照して以下に説明するが、もちろんこれに限定されるものではない。
【００３４】
まず、ＧａＡｓ基板１１を用意する。この基板１１は、その厚さやドーパントの種類、濃度等は特に限定されず、所望の化合物半導体基板１０を得られるよう適宜選択することができる。
そして、このＧａＡｓ基板１１の上に、ＧａＡｓバッファ層１２をエピタキシャル成長させる。このようなＧａＡｓバッファ層１２を、後述のダブルヘテロ構造１６に先駆けて形成しておくことにより、転位の発生をより抑制することができるとともに、例えばＧａＡｓ基板１１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。
【００３５】
その後、このＧａＡｓバッファ層１２の上に、発光層となるダブルヘテロ構造１６をエピタキシャル成長させる。
上述したように、このダブルヘテロ構造１６は、下クラッド層１３、活性層１４、上クラッド層１５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。
【００３６】
そして、上クラッド層１５を形成する際は、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層１５ａと、ノンドープ層１５ｂと、先のドーパント低ドープ層１５ａよりドーパント濃度の高いドーパント高ドープ層１５ｃの３層とを、この順に形成する。
これによって、ノンドープ層に窓層やドーパント高ドープ層からのｐ型ドーパントを拡散させて、活性層への拡散を抑制できる。またノンドープ層にドーパント低ドープ層からのｐ型ドーパントも拡散させることで、活性層へのｐ型ドーパント拡散量を従来に比べてより低減させることができ、よって、従来に比べて活性層のドーパント濃度を低くすることができる。
そして、活性層中のドーパント濃度が低いため、ライフ特性が良好な発光素子を得ることができる化合物半導体基板となる。
【００３７】
また、ノンドープ層１５ｂの厚さを、ドーパント低ドープ層１５ａやドーパント高ドープ層１５ｃの厚さの合計と比べて、同じか薄くすることができる。
これによって、例えば発光素子とした際の電気特性をより良好なものとすることができる。
【００３８】
そして、ノンドープ層１５ｂの厚さを１．０μｍ以下とすることができる。
これによって、例えば発光素子とした際に、電気特性を更に良好なものとすることができる。
【００３９】
次に、上述したように、上クラッド層１５の上には、電流を十分に拡散させて、効率よく発光させるために、窓層１７を形成する。
また、窓層１７は、電流を十分に拡散させて効率よく発光させるために、ＭＯＶＰＥ法によってＧａＰからなる窓層（Ｌｏ）１７ａ、よりドーパント濃度の高い窓層（Ｈｉ）１７ｂ、更にＨＶＰＥ法によって厚膜の窓層（ＶＭＯ）１７ｃを形成することができる。
【００４０】
なお、上記のＧａＡｓ基板１１の上に形成するＧａＡｓバッファ層１２、下クラッド層１３、活性層１４、上クラッド層１５、窓層１７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、ＨＶＰＥ法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特に限定されることなく、所望の化合物半導体基板１０が得られるよう適宜設定することができる。
【００４１】
このとき、化合物半導体基板１０に反りや割れが生じるのを防ぐために、化合物半導体基板１０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。
例えば、化合物半導体基板１０の全体が２００から５００μｍの厚さになるように、ＧａＡｓ基板１１の厚さやＧａＰ窓層１７等の厚さを調整することができる。
【００４２】
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１０を製造することができる。
そして、図３のように、このようにして得られた化合物半導体基板１０のさらに上に電極２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、発光素子１を得ることができる。
【００４３】
尚、上記例示では基板にＧａＡｓ、窓層にＧａＰを用いる場合について説明したが、本発明はこれらに限定されず、窓層としてはＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ等のＧａやＩｎを含むものを用いることができ、基板もこれらの層を形成するのに適したものを採用することができる。
【実施例】
【００４４】
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）
まず、直径２インチ（５ｃｍ）、厚さ２８０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板を用意した。
このＧａＡｓ基板上にＭＯＶＰＥ法によって、キャリアとしてシリコンを１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ドープした厚さ０．５μｍのＧａＡｓバッファ層をエピタキシャル成長させた。
【００４５】
次に、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰから成るダブルヘテロ構造をＭＯＶＰＥ法によってエピタキシャル成長させた。
まず下クラッド層としてシリコンを１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ドープした厚さ２．３μｍのＡｌＧａＩｎＰからなる層をエピタキシャル成長させ、その後、活性層としてノンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる層を厚さ０．６μｍエピタキシャル成長させた。
そして、セットバック層として、ＭＯＶＰＥ法によって、活性層上に、ノンドープの厚さ０．７μｍの層をエピタキシャル成長させた。
【００４６】
そして、上クラッド層として、まずＭｇを１．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ドープしたドーパント低ドープ層を０．５μｍ形成し、そしてノンドープ層を厚さ０．５μｍ、Ｍｇを３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ドープしたドーパント高ドープ層を０．５μｍエピタキシャル成長させた。このとき、ドーパント低ドープ層、ノンドープ層、ドーパント高ドープ層は、全て同一組成（ｘ、ｙが同じ）のＡｌＧａＩｎＰからなる層とした。
【００４７】
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。
【００４８】
以上のようにしてダブルヘテロ構造を形成した後、この上にＭｇを２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３と２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３と変化させてドープした、厚さ２．５μｍのｐ型ＧａＰ層（窓層（Ｌｏ），窓層（Ｈｉ））をＭＯＶＰＥ法により形成した。
さらに、ＨＶＰＥ法によってＺｎをドープしてｐ型ＧａＰ窓層を９０μｍエピタキシャル成長させて、化合物半導体基板を製造した。
【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２８０μｍ角の発光素子を製造した。
【００５０】
このようにして製造した発光素子１０個に対し、輝度および発光ライフ特性を測定した。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、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（ライフ特性）を算出し、１０個の平均値を求めた。また、順方向電圧（Ｖｆ）を評価するために、定電流電源にて２０ｍＡを通電してＶｆを測定し、平均値を求めた。これらの結果を表１にまとめて示す。
【００５１】
（比較例）
図５に示すように、上クラッド層中にノンドープ層を設けなかった以外は実施例１と略同様の条件で化合物半導体基板３０を製造した。
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板３１を用意し、その上にＭＯＶＰＥ法によってＧａＡｓバッファ層３２をエピタキシャル成長させた。この時の成長条件は実施例１と同様とした。
【００５２】
次に、ＭＯＶＰＥ法によってＧａＡｓバッファ層３２上に、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰから成るダブルヘテロ構造３６をＭＯＶＰＥ法によってエピタキシャル成長させた。この際、上クラッド層３５は、ドーパント低ドープ層３５ａおよびドーパント高ドープ層３５ｃの２層構造とした。このドーパント低ドープ層３５ａは、Ｍｇを１．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ドープした厚さ０．８μｍの層、ドーパント高ドープ層３５ｃは、Ｍｇを３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ドープした厚さ０．８μｍの層とした。
【００５３】
その後、このドーパント高ドープ層３５ｃ上にｐ型ＧａＰ窓層（Ｌｏ）３７ａ、ｐ型ＧａＰ窓層（Ｈｉ）３７ｂをＭＯＶＰＥ法により形成した。
さらに、ＨＶＰＥ法によってＺｎをドープしてｐ型ＧａＰ窓層（ＶＭＯ）３７ｃをエピタキシャル成長させて、化合物半導体基板３０を製造した。この時の成長条件は実施例１と略同様とした。
この後、実施例１と同様に発光素子を製造し、同様の評価を行った。その結果も表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
比較例１の値を１とした時の実施例１の発光素子は、輝度は１．０５、発光ライフは１．０３、順方向電圧は１．００であり、輝度は平均して５％、発光ライフは３％上昇し、また、順方向電圧は同水準であり、電気特性を維持できることが判った。
このように、上クラッド層を、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度が高いドーパント高ドープ層の３層によって構成されたものとすることによって、ライフ特性および電気的特性が良好な発光素子を製造することができることが判った。
【００５６】
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】
【００５７】
１…発光素子、２…電極、
１０，３０…化合物半導体基板、
１１，３１…基板、 １２，３２…バッファ層、
１３…下クラッド層、 １４，３４…活性層、 １５，３５…上クラッド層、 １５ａ，３５ａ…ドーパント低ドープ層、 １５ｂ…ノンドープ層、 １５ｃ，３５ｃ…ドーパント高ドープ層、
１６，３６…ダブルヘテロ構造、
１７…窓層、 １７ａ，３７ａ…窓層（Ｌｏ）、 １７ｂ，３７ｂ…窓層（Ｈｉ）、 １７ｃ，３７ｃ…窓層（ＶＭＯ）、
１８，３８…セットバック層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体基板および発光素子に関し、特には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰの４元混晶からなるダブルヘテロ構造が形成された高輝度発光素子の重要特性であるライフ特性（輝度の通電劣化特性）を改善した化合物半導体基板および発光素子並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に関するものである。
【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、発光素子として、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ＧａＰ窓層をＨＶＰＥ法によって成長させる際に加わる熱や、該窓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。
【０００４】
また、熱履歴等の影響によりＭｇの拡散が進むことで、発光寿命が短くなり、問題となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０９５７３号公報
【特許文献２】特開２００６−１９６６０３号公報
【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】
このような問題に対し、導電型がｐ型の上クラッド層のドーパント量を調整して拡散量を抑制することによって、寿命特性の悪化を防止してきた。
また特許文献１，２に記載されているように、活性層と、上クラッド層やその上部の窓層との間に歪み層を設けて、当該歪み層でｐ型ドーパントの拡散を抑制する方法によって対応していた。
【０００８】
しかし、このような方法では熱履歴が厳しいエピタキシャル技術による製造においては限界があり、また拡散を抑制するために、極端にクラッド層のドーパント濃度を低減すると、今度は電気特性が悪化するため、限界がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、ダブルヘテロ構造の活性層中へのドーパントの拡散を抑制することができ、かつ歪み層を形成せずにライフ特性が良好な発光素子を製造することのできる化合物半導体基板とそ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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるダブルヘテロ構造および窓層がこの順に形成された化合物半導体基板であって、前記ダブルヘテロ構造は、少なくとも下クラッド層と活性層と上クラッド層からなり、該上クラッド層は、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、前記ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度が高いドーパント高ドープ層の３層がこの順に形成された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。
【００１１】
このように、上クラッド層を、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度が高いドーパント高ドープ層の３層によって構成されたものとすることによって、窓層からのｐ型ドーパントをノンドープ層に拡散させて活性層へ到達することを抑制する。また、上クラッド層中のドーパント低ドープ層中のｐ型ドーパントもこのノンドープ層中に拡散させることによって、ｐ型ドーパントの活性層への拡散量を低減することができる。従って、活性層中のドーパント濃度を従来に比べて低減することができる。
また、ノンドープ層は、ドーパント低ドープ層やドーパント高ドープ層と同一組成の層であるため、上クラッド層中に格子歪みの発生が抑制されたものとなっているため、ライフ特性が歪み層を設けたものに比べて良好なものとすることができる。
【００１２】
ここで、前記ノンドープ層の厚さは、前記ドーパント低ドープ層および前記ドーパント高ドープ層の厚さの合計と比べて、同じか薄いものとなるようにすることが好ましい。
このように、ノンドープ層の厚さは、ドーパント低ドープ層およびドーパント高ドープ層の厚さの合計と比べて、同じか薄いものであれば、順方向電圧の上昇を抑制することができ、電気特性が良好な発光素子の製造に用いることができる化合物半導体基板とすることができる。
【００１３】
また、前記ノンドープ層は、厚さが１．０μｍ以下となるようにすることが好ましい。
このように、ノンドープ層の厚さを１．０μｍ以下とすることによって、窓層やドーパント高ドープ層、ドーパント低ドープ層からのドーパントを確実に拡散させることができるとともに、順方向電圧の上昇の防止を更に確実に達成することができる。
【００１４】
そして、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であれば、歪み層を有しておらず、またダブルヘテロ構造の活性層中のドーパント濃度が低い化合物半導体を用いて製造されたものとなるため、ライフ特性のバラツキが小さく、長寿命な発光素子とすることができる。
【００１５】
また、本発明では、少なくとも、基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるダブルヘテロ構造およびＧａＰからなる窓層がこの順に形成された化合物半導体基板を製造する方法であって、前記ダブルヘテロ構造を、少なくとも下クラッド層と活性層と上クラッド層をエピタキシャル成長させることで形成し、前記上クラッド層として、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、前記ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度の高いドーパント高ドープ層の３層をこの順に形成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。
【００１６】
このように、ダブルヘテロ構造中の上クラッド層として、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、先のドーパント低ドープ層よりドーパント濃度の高いドーパント高ドープ層の３層とをこの順に形成することによって、窓層やドーパント高ドープ層からのドーパントをノンドープ層に拡散させることができる。またドーパント低ドープ層からのドーパントもノンドープ層に拡散させることで、活性層へのドーパント拡散量を従来より低減させることができ、よって、従来に比べて活性層のドーパント濃度を低くすることができる。
また、ノンドープ層をドーパント低ドープ層やドーパント高ドープ層と同一組成の層としたため、上クラッド層中に歪み層が存在せず、ライフ特性が良好な発光素子を得ることができる化合物半導体基板となる。
【００１７】
ここで、前記ノンドープ層の厚さを、前記ドーパント低ドープ層および前記ドーパント高ドープ層の厚さの合計と比べて、同じか薄いものとすることが好ましい。
このように、ノンドープ層の厚さを、ドーパント低ドープ層およびドーパント高ドープ層の厚さの合計と比べて、同じか薄いものとすることによって、活性層中へのキャリアのドーパントの拡散を防止するとともに、発光素子とした際の順方向電圧が上昇することを防止することができる。
【００１８】
また、前記ノンドープ層は、厚さが１．０μｍ以下とすることが好ましい。
このように、ノンドープ層の厚さを１．０μｍ以下とすることによって、活性層へのドーパントの拡散を確実に防止するとともに、高抵抗であるノンドープ層によって順方向電圧が上昇することを更に確実に防止することができる。
【００１９】
更に、本発明に記載の化合物半導体基板の製造方法によって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によれば、ダブルヘテロ構造の活性層中へのドーパントの拡散が抑制されるため、ライフ特性が良好で、かつバラツキが小さな発光素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、ダブルヘテロ構造の活性層中へのドーパントの拡散を抑制することができ、かつ歪み層を形成せずにライフ特性が良好な発光素子を製造することのできる化合物半導体基板とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の化合物半導体基板の概略の一例を示した図である。
【図２】本発明の化合物半導体基板の窓層形成前後のダブルヘテロ構造および窓層のドーパント分布の概略の一例を示した図である。（ａ）は窓層形成前、（ｂ）は窓層形成後の状態を示したものである。
【図３】本発明の発光素子の概略の一例を示した図である。
【図４】本発明の化合物半導体基板において、ノンドープ層の厚さと、順方向電圧・発光ライフとの関係を示した図である。
【図５】従来の化合物半導体基板の概略の一例を示した図である。
【図６】従来の化合物半導体基板の窓層形成前後のダブルヘテロ構造および窓層のドーパント分布の概略の一例を示した図である。（ａ）は窓層形成前、（ｂ）は窓層形成後の状態を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、ドーパントの拡散防止に、従来は上クラッド層中の格子歪みを利用して活性層への拡散を防止してきた。
しかし、歪みを利用する場合、発光ライフ特性が悪化することがある。またＡｓ系の層を設ける必要があるが、このＡｓ系の歪み層は、活性層からの光を吸収する層となる。このため発光強度が低下するという重大な問題があった。
【００２３】
そのため、格子歪みを用いるのではなく、その他の方法で活性層へのドーパントの拡散を抑制することのできる化合物半導体基板とその製造方法の開発が待たれていた。
そこで、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、上クラッド層を、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度が高いドーパント高ドープ層の３層によって構成されたものとすることで、ノンドープ層にＡｓ系の層を用いるのではなく、Ｐ系の層とすることができ、上記問題を解決することができることを知見し、本発明を完成させた。
【００２４】
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は本発明の化合物半導体基板の概略の一例を示した図である。
【００２５】
本発明の化合物半導体基板１０は、例えば、ＧａＡｓの基板１１上に、ＧａＡｓからなるバッファ層１２、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるダブルヘテロ構造１６、例えばＧａＰからなる窓層１７が形成されたものである。
そしてダブルヘテロ構造１６は、少なくとも、下クラッド層１３、活性層１４、上クラッド層１５で構成された発光層であり、それぞれの層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなっている。
また、上クラッド層１５は、組成が同一（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰのｘ、ｙが同一）の、少なくともドーパント低ドープ層１５ａと、ノンドープ層１５ｂと、ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度が高いドーパント高ドープ層１５ｃの３層がこの順に形成されたものである。
【００２６】
このように、上クラッド層のドーパント低ドープ層やドーパント高ドープ層の間に、これらと組成が同一のノンドープ層を設ける。
従来の化合物半導体基板の例である図６のように、ノンドープ層を上クラッド層中に設けなかった場合、窓層形成前、すなわち高温の熱をうける前の化合物半導体基板のダブルヘテロ構造中のドーパント分布は図６（ａ）に示すように階段状になるが、窓層形成後には図６（ｂ）のように、ノンドープの活性層３４やセットバック層３８の方に拡散（点線で囲む領域参照）し、良好なライフ特性の発光素子を得ることができない。
【００２７】
しかし、本発明のように、上クラッド層１５のドーパント低ドープ層１５ａやドーパント高ドープ層１５ｃの間に、これらと組成が同一のノンドープ層１５ｂを設ける。
図２（ｂ）に示すように、窓層形成前の図２（ａ）のノンドープ層１５ｂの位置に、ドーパント高ドープ層１５ｃやその上部の窓層１７から、窓層１７を形成する際のＨＶＰＥ法の加熱等の際に、白抜き矢印で示すようにｐ型ドーパントが活性層１４側へ拡散するが、ドーパント高ドープ層１５ｃや窓層１７から拡散するｐ型ドーパントは、このノンドープ層１５ｂに主に留まる。そのため、活性層１４までｐ型ドーパントが到達することを抑制することができる。また、ドーパント低ドープ層１５ａから活性層１４およびノンドープ層１５ｂにｐ型ドーパントは拡散するが、活性層１４側へ拡散する総量は、ノンドープ層１５ｂ側へ拡散する量（色付き矢印）だけ減少する（点線で囲む領域参照）ことになる。従って、活性層１４中のドーパント濃度をより低減させることができ、また電気特性（順方向電圧等）を良好な状態とすることができる。
そして、上クラッド層１５の各層は、ドーパント濃度が異なるのみで同一組成であるため、格子歪みが従来に比べて小さくなっており、発光ライフが改善されたものとなっている。
これらの効果によって、活性層のドーパント濃度を従来に比べて十分に小さくすることができる。そして格子歪みが小さく、発光ライフ特性が良好な発光素子を製造できる化合物半導体基板とすることができる。
【００２８】
ここで、ノンドープ層の厚さは、ドーパント低ドープ層およびドーパント高ドープ層の厚さの合計と、同じか薄いものとなるようにすることができる。
ノンドープ層に一定以上のキャリアが拡散することで、順方向電圧等の電気的特性が悪化することを確実に抑制することができ、高品質な発光素子とすることができる化合物半導体基板となる。
【００２９】
また、ノンドープ層は、厚さが１．０μｍ以下となるようにすることができる。
図４に示すように、ノンドープ層の厚さを厚くするほど、ドーパントの拡散先を確保することができるため、発光ライフを改善することができる。しかしドーパントがドープされていない層の厚さが増すため、順方向電圧等の電気特性は多少悪化することとなる。
従って、ノンドープ層の厚さを１．０μｍ以下とすることによって、順方向電圧の上昇を確実に抑制することができ、そしてドーパントの拡散先としての機能を十分に果たすことができる。
但し、図４に示すように、ノンドープ層の厚さを厚くするほど順方向電圧は上昇するが発光ライフも改善するため、順方向電圧よりも発光ライフを優先させたい場合は、これとは逆にノンドープ層の厚さを厚くすることができる。また、順方向電圧も重視する場合は、上述のようにノンドープ層の厚さを１．０μｍ以下とすることができる。
【００３０】
そして、ドーパント低ドープ層の膜厚は、０．１μｍ以上とすることが望ましい。
これによって、高抵抗のノンドープ層の下に設けた低抵抗のドーパント低ドープ層の役割（順方向電圧の上昇防止）を十分かつ確実に果たすものとすることができる。
【００３１】
更に、ドーパント高ドープ層のドーパント濃度は１×１０１７〜２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント低ドープ層のドーパント濃度は９×１０１６〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることが望ましい。但し、ドーパント低ドープ層のドーパント濃度は、ドーパント高ドープ層のドーパント濃度より必ず小さくなるようにする。
これによって、電気特性を良好なものとすることができ、また活性層のドーパント濃度が高くなることを確実に抑制することができる。
【００３２】
また、図１に示すように、活性層１４と上クラッド層１５との間にノンドープのセットバック層１８を設ける事ができる。尚、このセットバック層とは、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）からなり、上クラッド層や下クラッド層よりＡｌ比ｘが同じか小さい層のことをいう。
そして、図１に示すように、窓層１７は、ＭＯＶＰＥ法等によって形成された例えばＧａＰからなる窓層（Ｌｏ）１７ａ、窓層（Ｌｏ）１７ａよりドーパント濃度の高い窓層（Ｈｉ）１７ｂ、ＨＶＰＥ法等によって形成された窓層（ＶＭＯ）１７ｃとからなるものとすることができる。
【００３３】
次に、本発明の化合物半導体基板の製造方法の一例について図面を参照して以下に説明するが、もちろんこれに限定されるものではない。
【００３４】
まず、ＧａＡｓ基板１１を用意する。この基板１１は、その厚さやドーパントの種類、濃度等は特に限定されず、所望の化合物半導体基板１０を得られるよう適宜選択することができる。
そして、このＧａＡｓ基板１１の上に、ＧａＡｓバッファ層１２をエピタキシャル成長させる。このようなＧａＡｓバッファ層１２を、後述のダブルヘテロ構造１６に先駆けて形成しておくことにより、転位の発生をより抑制することができるとともに、例えばＧａＡｓ基板１１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。
【００３５】
その後、このＧａＡｓバッファ層１２の上に、発光層となるダブルヘテロ構造１６をエピタキシャル成長させる。
上述したように、このダブルヘテロ構造１６は、下クラッド層１３、活性層１４、上クラッド層１５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。
【００３６】
そして、上クラッド層１５を形成する際は、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層１５ａと、ノンドープ層１５ｂと、先のドーパント低ドープ層１５ａよりドーパント濃度の高いドーパント高ドープ層１５ｃの３層とを、この順に形成する。
これによって、ノンドープ層に窓層やドーパント高ドープ層からのｐ型ドーパントを拡散させて、活性層への拡散を抑制できる。またノンドープ層にドーパント低ドープ層からのｐ型ドーパントも拡散させることで、活性層へのｐ型ドーパント拡散量を従来に比べてより低減させることができ、よって、従来に比べて活性層のドーパント濃度を低くすることができる。
そして、活性層中のドーパント濃度が低いため、ライフ特性が良好な発光素子を得ることができる化合物半導体基板となる。
【００３７】
また、ノンドープ層１５ｂの厚さを、ドーパント低ドープ層１５ａやドーパント高ドープ層１５ｃの厚さの合計と比べて、同じか薄くすることができる。
これによって、例えば発光素子とした際の電気特性をより良好なものとすることができる。
【００３８】
そして、ノンドープ層１５ｂの厚さを１．０μｍ以下とすることができる。
これによって、例えば発光素子とした際に、電気特性を更に良好なものとすることができる。
【００３９】
次に、上述したように、上クラッド層１５の上には、電流を十分に拡散させて、効率よく発光させるために、窓層１７を形成する。
また、窓層１７は、電流を十分に拡散させて効率よく発光させるために、ＭＯＶＰＥ法によってＧａＰからなる窓層（Ｌｏ）１７ａ、よりドーパント濃度の高い窓層（Ｈｉ）１７ｂ、更にＨＶＰＥ法によって厚膜の窓層（ＶＭＯ）１７ｃを形成することができる。
【００４０】
なお、上記のＧａＡｓ基板１１の上に形成するＧａＡｓバッファ層１２、下クラッド層１３、活性層１４、上クラッド層１５、窓層１７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、ＨＶＰＥ法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特に限定されることなく、所望の化合物半導体基板１０が得られるよう適宜設定することができる。
【００４１】
このとき、化合物半導体基板１０に反りや割れが生じるのを防ぐために、化合物半導体基板１０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。
例えば、化合物半導体基板１０の全体が２００から５００μｍの厚さになるように、ＧａＡｓ基板１１の厚さやＧａＰ窓層１７等の厚さを調整することができる。
【００４２】
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１０を製造することができる。
そして、図３のように、このようにして得られた化合物半導体基板１０のさらに上に電極２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、発光素子１を得ることができる。
【００４３】
尚、上記例示では基板にＧａＡｓ、窓層にＧａＰを用いる場合について説明したが、本発明はこれらに限定されず、窓層としてはＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ等のＧａやＩｎを含むものを用いることができ、基板もこれらの層を形成するのに適したものを採用することができる。
【実施例】
【００４４】
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）
まず、直径２インチ（５ｃｍ）、厚さ２８０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板を用意した。
このＧａＡｓ基板上にＭＯＶＰＥ法によって、キャリアとしてシリコンを１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ドープした厚さ０．５μｍのＧａＡｓバッファ層をエピタキシャル成長させた。
【００４５】
次に、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰから成るダブルヘテロ構造をＭＯＶＰＥ法によってエピタキシャル成長させた。
まず下クラッド層としてシリコンを１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ドープした厚さ２．３μｍのＡｌＧａＩｎＰからなる層をエピタキシャル成長させ、その後、活性層としてノンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる層を厚さ０．６μｍエピタキシャル成長させた。
そして、セットバック層として、ＭＯＶＰＥ法によって、活性層上に、ノンドープの厚さ０．７μｍの層をエピタキシャル成長させた。
【００４６】
そして、上クラッド層として、まずＭｇを１．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ドープしたドーパント低ドープ層を０．５μｍ形成し、そしてノンドープ層を厚さ０．５μｍ、Ｍｇを３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ドープしたドーパント高ドープ層を０．５μｍエピタキシャル成長させた。このとき、ドーパント低ドープ層、ノンドープ層、ドーパント高ドープ層は、全て同一組成（ｘ、ｙが同じ）のＡｌＧａＩｎＰからなる層とした。
【００４７】
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。
【００４８】
以上のようにしてダブルヘテロ構造を形成した後、この上にＭｇを２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３と２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３と変化させてドープした、厚さ２．５μｍのｐ型ＧａＰ層（窓層（Ｌｏ），窓層（Ｈｉ））をＭＯＶＰＥ法により形成した。
さらに、ＨＶＰＥ法によってＺｎをドープしてｐ型ＧａＰ窓層を９０μｍエピタキシャル成長させて、化合物半導体基板を製造した。
【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２８０μｍ角の発光素子を製造した。
【００５０】
このようにして製造した発光素子１０個に対し、輝度および発光ライフ特性を測定した。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、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（ライフ特性）を算出し、１０個の平均値を求めた。また、順方向電圧（Ｖｆ）を評価するために、定電流電源にて２０ｍＡを通電してＶｆを測定し、平均値を求めた。これらの結果を表１にまとめて示す。
【００５１】
（比較例）
図５に示すように、上クラッド層中にノンドープ層を設けなかった以外は実施例１と略同様の条件で化合物半導体基板３０を製造した。
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板３１を用意し、その上にＭＯＶＰＥ法によってＧａＡｓバッファ層３２をエピタキシャル成長させた。この時の成長条件は実施例１と同様とした。
【００５２】
次に、ＭＯＶＰＥ法によってＧａＡｓバッファ層３２上に、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰから成るダブルヘテロ構造３６をＭＯＶＰＥ法によってエピタキシャル成長させた。この際、上クラッド層３５は、ドーパント低ドープ層３５ａおよびドーパント高ドープ層３５ｃの２層構造とした。このドーパント低ドープ層３５ａは、Ｍｇを１．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ドープした厚さ０．８μｍの層、ドーパント高ドープ層３５ｃは、Ｍｇを３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ドープした厚さ０．８μｍの層とした。
【００５３】
その後、このドーパント高ドープ層３５ｃ上にｐ型ＧａＰ窓層（Ｌｏ）３７ａ、ｐ型ＧａＰ窓層（Ｈｉ）３７ｂをＭＯＶＰＥ法により形成した。
さらに、ＨＶＰＥ法によってＺｎをドープしてｐ型ＧａＰ窓層（ＶＭＯ）３７ｃをエピタキシャル成長させて、化合物半導体基板３０を製造した。この時の成長条件は実施例１と略同様とした。
この後、実施例１と同様に発光素子を製造し、同様の評価を行った。その結果も表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
比較例１の値を１とした時の実施例１の発光素子は、輝度は１．０５、発光ライフは１．０３、順方向電圧は１．００であり、輝度は平均して５％、発光ライフは３％上昇し、また、順方向電圧は同水準であり、電気特性を維持できることが判った。
このように、上クラッド層を、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度が高いドーパント高ドープ層の３層によって構成されたものとすることによって、ライフ特性および電気的特性が良好な発光素子を製造することができることが判った。
【００５６】
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】
【００５７】
１…発光素子、２…電極、
１０，３０…化合物半導体基板、
１１，３１…基板、 １２，３２…バッファ層、
１３…下クラッド層、 １４，３４…活性層、 １５，３５…上クラッド層、 １５ａ，３５ａ…ドーパント低ドープ層、 １５ｂ…ノンドープ層、 １５ｃ，３５ｃ…ドーパント高ドープ層、
１６，３６…ダブルヘテロ構造、
１７…窓層、 １７ａ，３７ａ…窓層（Ｌｏ）、 １７ｂ，３７ｂ…窓層（Ｈｉ）、 １７ｃ，３７ｃ…窓層（ＶＭＯ）、
１８，３８…セットバック層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるダブルヘテロ構造および窓層がこの順に形成された化合物半導体基板であって、
前記ダブルヘテロ構造は、少なくとも下クラッド層と活性層と上クラッド層からなり、
該上クラッド層は、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、前記ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度が高いドーパント高ドープ層の３層がこの順に形成された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】
前記ノンドープ層の厚さは、前記ドーパント低ドープ層および前記ドーパント高ドープ層の厚さの合計と比べて、同じか薄いもの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】
前記ノンドープ層は、厚さが１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の化合物半導体基板。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項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５】
少なくとも、基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるダブルヘテロ構造およびＧａＰからなる窓層がこの順に形成された化合物半導体基板を製造する方法であって、
前記ダブルヘテロ構造を、少なくとも下クラッド層と活性層と上クラッド層をエピタキシャル成長させることで形成し、
前記上クラッド層として、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、前記ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度の高いドーパント高ドープ層の３層をこの順に形成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６】
前記ノンドープ層の厚さを、前記ドーパント低ドープ層および前記ドーパント高ドープ層の厚さの合計と比べて、同じか薄いものとすることを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記ノンドープ層は、厚さが１．０μｍ以下とすることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項８】
請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の化合物半導体基板の製造方法によって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、基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるダブルヘテロ構造および窓層がこの順に形成された化合物半導体基板であって、
前記ダブルヘテロ構造は、少なくとも下クラッド層と活性層と上クラッド層からなり、
該上クラッド層は、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、前記ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度が高いドーパント高ドープ層の３層がこの順に形成された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】
前記ノンドープ層の厚さは、前記ドーパント低ドープ層および前記ドーパント高ドープ層の厚さの合計と比べて、同じか薄いもの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】
前記ノンドープ層は、厚さが１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の化合物半導体基板。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項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５】
少なくとも、基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるダブルヘテロ構造およびＧａＰからなる窓層がこの順に形成された化合物半導体基板を製造する方法であって、
前記ダブルヘテロ構造を、少なくとも下クラッド層と活性層と上クラッド層をエピタキシャル成長させることで形成し、
前記上クラッド層として、組成が同一の、少なくともドーパント低ドープ層と、ノンドープ層と、前記ドーパント低ドープ層よりドーパント濃度の高いドーパント高ドープ層の３層をこの順に形成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６】
前記ノンドープ層の厚さを、前記ドーパント低ドープ層および前記ドーパント高ドープ層の厚さの合計と比べて、同じか薄いものとすることを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記ノンドープ層は、厚さが１．０μｍ以下とすることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項８】
請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の化合物半導体基板の製造方法によって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６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２６７７８８（Ｐ２０１０−２６７７８８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１７６８５（Ｐ２００９−１１７６８５）
【出願日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【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２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]