化合物半導体基板及び化合物半導体基板の製造方法並びに発光素子
【課題】 ４元発光層とＧａＰ基板との接合界面において酸素、炭素等の不純物が発生し、通電した際に順方向電圧が上昇することを抑制し、これによって順方向電圧に対する寿命特性の悪化を抑制することができる化合物半導体基板及び化合物半導体基板の製造方法並びに発光素子を提供する。
【解決手段】 少なくともｎ型ＧａＰ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層が順次積層された４元発光層を有し、４元発光層の、ｎ型ＧａＰ基板側の主表面の反対側となる主表面上に、電流拡散層であるｐ型ＧａＰ層が積層された化合物半導体基板であって、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との間に、ｎ型クラッド層よりもキャリア濃度の高い、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなる高濃度キャリア層が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ｎ型ＧａＰ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層が順次積層された４元発光層を有し、４元発光層の、ｎ型ＧａＰ基板側の主表面の反対側となる主表面上に、電流拡散層であるｐ型ＧａＰ層が積層された化合物半導体基板であって、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との間に、ｎ型クラッド層よりもキャリア濃度の高い、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなる高濃度キャリア層が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及び化合物半導体基板の製造方法並びに発光素子に関し、具体的には、通電による順方向電圧の上昇を抑制し、かつ高輝度を実現できる発光素子を安定して供給するための化合物半導体基板及び化合物半導体基板の製造方法並びに発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ基板上に、発光層と電流拡散層とを形成した発光素子が従来知られている。
例えばＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎＰの４元からなる発光層とＧａＰからなる電流拡散層とを形成した発光素子が知られている。このＧａＰ電流拡散層は、発光層側に有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ法、以下単にＭＯＶＰＥ法という）により比較的薄い電流拡散層（以下、薄膜電流拡散層という）を形成した後に、ハイドライド気相成長法（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ法、以下単にＨＶＰＥ法という）により比較的厚い電流拡散層（以下、厚膜電流拡散層という）を形成することによって作製することができる。例えば、全体として２００μｍ程度の厚さにまでＧａＰ電流拡散層が成長されることがある。
【０００３】
さらに、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光素子の更なる高輝度化を実現するために、光吸収性のＧａＡｓ基板を除去して、代わりに光透過性のＧａＰ基板を接合する。その接合界面に高濃度にドーピングされたＩｎＧａＰ中間層を形成することにより、接合界面における素子直列抵抗を十分に低減でき、またそのスイッチング応答性も良好な発光素子が従来知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２４５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、上記のような直接接合型発光素子は、４元発光層とＧａＰ基板の接合界面における酸素、炭素等の不純物濃度が製造バッチ毎に一定とならずに安定していないことが判った。
また、このような接合界面の酸素、炭素等の不純物は、通電を行うと４元発光層側へ拡散しキャリアを補償してしまう。これによって順方向電圧を上昇させ、製造された発光素子の順方向電圧に対する寿命特性を悪化させることが判った。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、４元発光層とＧａＰ基板との接合界面において酸素、炭素等の不純物が発生したとしても、通電した際に順方向電圧が上昇することを抑制し、これによって製造された発光素子の順方向電圧に対する寿命特性の悪化を抑制することができる化合物半導体基板及びその製造方法、並びにこのような化合物半導体基板から製造された発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、少なくともｎ型ＧａＰ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層が順次積層された４元発光層を有し、該４元発光層の、前記ｎ型ＧａＰ基板側の主表面（以後、第二主面ともいう）の反対側となる主表面（以後、第一主面ともいう）上に、電流拡散層であるｐ型ＧａＰ層が積層された化合物半導体基板であって、前記ｎ型ＧａＰ基板と前記４元発光層との間に、前記ｎ型クラッド層よりもキャリア濃度の高い、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ≦１，０＜ｙ＜１）からなる高濃度キャリア層が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。
【０００８】
このように、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との間に高濃度キャリア層が形成された化合物半導体基板であれば、このような化合物半導体基板から製造された発光素子に通電した際に、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との間にある接合界面における酸素、炭素等の不純物が４元発光層へ拡散し、キャリアを補償したとしても、高濃度キャリア層により十分なキャリアが４元発光層へ供給される。このため、順方向電圧が上昇することを抑制し、これによって製造された発光素子の順方向電圧に対する寿命特性が悪化することを抑制することができる。
【０００９】
またこのとき、前記高濃度キャリア層は、キャリア濃度が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
また、前記高濃度キャリア層は、膜厚が５００Å以上であることが好ましい。
【００１０】
このように高濃度キャリア層が形成されれば、より確実に通電後の順方向電圧の上昇を抑制することができる。
【００１１】
また本発明は、本発明の化合物半導体基板から製造されたことを特徴とする発光素子を提供する。
【００１２】
このように製造された発光素子であれば、順方向電圧に対する寿命特性が非常に良好であるため、高輝度な状態で長期間使用することができる。
【００１３】
また本発明は、少なくとも、ｎ型ＧａＡｓ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を順次積層した４元発光層をエピタキシャル成長させる工程と、前記４元発光層の、前記ｎ型ＧａＡｓ基板側と反対側となる主表面（第一主面）上に、電流拡散層としてｐ型ＧａＰ層をエピタキシャル成長させる工程と、前記４元発光層からｎ型ＧａＡｓ基板を除去する工程と、該ｎ型ＧａＡｓ基板が除去された側の前記４元発光層の主表面（第二主面）側にｎ型ＧａＰ基板を貼り合わせる工程とを有する化合物半導体基板の製造方法において、前記ｎ型ＧａＡｓ基板上に、前記４元発光層をエピタキシャル成長させる前に前記ｎ型クラッド層よりもキャリア濃度の高い、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ≦１，０＜ｙ＜１）からなる高濃度キャリア層を積層し、その後該高濃度キャリア層上に前記４元発光層をエピタキシャル成長させるか、または前記４元発光層の第二主面側に、前記ｎ型ＧａＰ基板を貼り合わせる前に前記高濃度キャリア層を積層することによって、前記貼り合わせ工程において、前記高濃度キャリア層とｎ型ＧａＰ基板を貼り合わせ、前記ｎ型ＧａＰ基板と前記４元発光層との間に前記高濃度キャリア層が形成された化合物半導体基板を製造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。
【００１４】
このような製造方法であれば、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との間に確実に前記高濃度キャリア層を形成することができる。これによって、通電した際の順方向電圧の上昇が抑制され、順方向電圧に対する寿命特性の良好な発光素子の原料となる化合物半導体基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の化合物半導体基板は、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との間に、ｎ型クラッド層よりもキャリア濃度の高い、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなる高濃度キャリア層が形成されているため、このような化合物半導体基板から製造された発光素子に通電した際に、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との間にある接合界面における酸素、炭素等の不純物が４元発光層へ拡散し、キャリアを補償したとしても、前記高濃度キャリア層により十分なキャリアが４元発光層へ供給されるため、順方向電圧の上昇を抑制することができる。
またｎ型ＧａＡｓ基板上に、４元発光層をエピタキシャル成長させる前に前記高濃度キャリア層を積層し、その後該高濃度キャリア層上に４元発光層をエピタキシャル成長させるか、または４元発光層の第二主面側に、ｎ型ＧａＰ基板を貼り合わせる前に前記高濃度キャリア層を積層することとすれば、確実にｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との間に前記高濃度キャリア層が形成された高品質の化合物半導体基板を製造することができる。
さらにこのような化合物半導体基板から製造された発光素子は、順方向電圧に対する寿命特性が良好であるため、高輝度の状態で長期間使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の化合物半導体基板の概略断面図の一例を示した図である。
【図２】本発明の発光素子の概略断面図の一例を示した図である。
【図３】比較例１で製造された化合物半導体基板の概略断面図を示した図である。
【図４】比較例２で製造された化合物半導体基板の概略断面図を示した図である。
【図５】実施例及び比較例における各化合物半導体基板から製造された各ランプの順方向電圧の変化率を示した図である。
【図６】本発明の化合物半導体基板の製造方法の工程フローの一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれらのみ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一例を示す概略図である。図１に示す本発明の化合物半導体基板１は、ｎ型ＧａＰ基板２上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ≦１，０＜ｙ＜１）からなるｎ型高濃度キャリア層３が形成され、該高濃度キャリア層３の上に発光層４が形成されている。
そして該発光層４上に、ＭＯＶＰＥ法によりｐ型ＧａＰ薄膜電流拡散層５が形成され、さらにその上にＨＶＰＥ法によりｐ型ＧａＰ厚膜電流拡散層６が形成されている。
【００１８】
前記発光層４としては、例えばノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１）混晶からなる活性層４２を、ｐ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、ｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層４３と、ｎ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰからなるｎ型クラッド層４１とで挟んだ４元発光層４とすることができる。
なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行わない」という意味であり、化合物半導体基板の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１．０×１０１３〜１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度）をも排除するものではない。
【００１９】
このような化合物半導体基板１から製造された発光素子１０に通電した際に、ｎ型ＧａＰ基板２と４元発光層４との間にある接合界面における酸素、炭素等の不純物が４元発光層４へ拡散し、キャリアを補償して順方向電圧を上昇させ、順方向電圧に対する寿命特性を悪化させる可能性がある。
しかし、本発明ではｎ型ＧａＰ基板２と４元発光層４との間に、前記高濃度キャリア層３が形成されているので、該高濃度キャリア層３により十分なキャリアが４元発光層４へ供給される。このため、順方向電圧が上昇することを抑制し、寿命特性を良好なものとすることができる。
【００２０】
またこのとき、前記高濃度キャリア層３のキャリア濃度が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、膜厚が５００Å以上であれば、より確実に順方向電圧の上昇を抑制することができるため好ましい。
【００２１】
また、このような化合物半導体基板１を用いて、図２に示すような光学素子１０を製造することができる。
この光学素子１０においては、図１に示した化合物半導体基板１の厚膜電流拡散層６上の略中央に、４元発光層４に発光駆動電圧を印加するための第一電極１１が形成され、該第一電極１１の周囲の領域が４元発光層４からの光取出領域とされている。また、ｎ型ＧａＰ基板２の第二主面側には第二電極１２が全面に形成されている。また、第一電極１１の中央部に電極ワイヤを接合するためのＡｕ等にて構成されたボンディングパッド１３が配置されている。
このように製造された発光素子１０は、順方向電圧に対する寿命特性が良好であり、高輝度の状態で長期間使用することができる。
【００２２】
尚、本発明における化合物半導体基板１の上記各層の間に、必要に応じて種々の層が挿入されても良い。
【００２３】
以下、図１に示した化合物半導体基板１の製造方法について、図６に示したフロー図を参照しながら説明する。
まず工程１に示すように、成長用基板としてｎ型ＧａＡｓ基板を準備し、洗浄した後、ＭＯＶＰＥリアクターに入れ、前記ｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＧａＡｓバッファ層を０．１〜１．０μｍエピタキシャル成長させる。
【００２４】
次いで、工程２に示すようにｎ型ＧａＡｓバッファ層上にＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型高濃度キャリア層３を、膜厚が０．０５μｍ（５００Å）以上となるように形成する。
次に工程３に示すように前記高濃度キャリア層３上に、４元発光層４として各々ＡｌＧａＩｎＰからなる、厚さ０．８〜４．０μｍのｎ型クラッド層４１、厚さ０．４〜２．０μｍの活性層４２及び厚さ０．８〜４．０μｍのｐ型クラッド層４３を、この順序にてエピタキシャル成長させる。尚、このとき高濃度キャリア層３のキャリア濃度を、例えば１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とし、ｎ型クラッド層４１のキャリア濃度より高くなるようにする。
【００２５】
尚、上記各層のエピタキシャル成長は、公知のＭＯＶＰＥ法により行なわれる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐの各成分源となる原料ガスとしては、これらに限定されるわけではないが、例えば以下のようなものを使用できる。
・Ａｌ源ガス：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）など。
・Ｇａ源ガス：トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）など。
・Ｉｎ源ガス：トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）など。
・Ｐ源ガス：トリメチルリン（ＴＭＰ）、トリエチルリン（ＴＥＰ）、ホスフィン（ＰＨ３）など。
また、ドーパントガスとしては、以下のようなものを使用できる。
（ｐ型ドーパント）
・Ｍｇ源：ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）など。
・Ｚｎ源：ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）など。
（ｎ型ドーパント）
・Ｓｉ源：モノシランなどのシリコン水素化物など。
【００２６】
次に工程４に進み、ｐ型クラッド層４３上に厚さ０．０５〜１．０μｍのｐ型ＧａＰ薄膜電流拡散層５をＭＯＶＰＥ法によりヘテロエピタキシャル成長させ、ＭＯエピタキシャルウエーハを得る。更に、前記ＭＯエピタキシャルウエーハ上に厚さ５μｍ〜２００μｍのｐ型ＧａＰ厚膜電流拡散層６を、ＨＶＰＥ法で気相成長する。
【００２７】
ＨＶＰＥ法は、具体的には、容器内にてＩＩＩ族元素である金属Ｇａを所定の温度に加熱保持しながら、その金属Ｇａ上に塩化水素を導入することにより、下記（１）式の反応によりＧａＣｌを生成させ、キャリアガスであるＨ２ガスとともに基板上に供給する。
Ｇａ（液体）＋ＨＣｌ（気体） → ＧａＣｌ（気体）＋１／２Ｈ２（気体）‥‥（１）
成長温度は例えば６４０℃以上８６０℃以下に設定する。また、Ｖ族元素であるＰは、例えばホスフィン（ＰＨ３）をキャリアガスであるＨ２ともに基板上に供給する。さらに、ｐ型ドーパントであるＺｎは、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）の形で供給して、下記（２）式のような反応によってｎ型ＧａＰエピタキシャル層を形成するものである。
ＧａＣｌ（気体）＋ＰＨ３（気体）
→ＧａＰ（固体）＋ＨＣｌ（気体）＋Ｈ２（気体）‥‥（２）
【００２８】
次に、工程５に示すようにエッチング等によりｎ型ＧａＡｓ基板及びｎ型ＧａＡｓバッファ層を除去する。そして工程６に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板除去によって露出した高濃度キャリア層３にｎ型ＧａＰ基板２を貼り合せ、化合物半導体基板１を製造する。
【００２９】
また、上記のようにｎ型ＧａＡｓ基板と４元発光層４との間に高濃度キャリア層３を積層するのではなく、ＧａＡｓ基板を除去した後、４元発光層４の第二主面側に、ｎ型ＧａＰ基板２を貼り合わせる前に高濃度キャリア層３を積層することによって、高濃度キャリア層３とｎ型ＧａＰ基板２とを貼り合わせて化合物半導体基板１を製造することもできる。
また、４元発光層の第二主面側とｎ型ＧａＰ基板との間にｎ型ＧａＩｎＰ層を挟んでも良い。
【００３０】
また、これに限定されるわけではないが、以上の工程が終了した後に以下のようにして発光素子１０を製造することができる。
真空蒸着法により第一電極１１及び第二電極１２を形成し、更に第一電極１１上にボンディングパッド１３を配置して、適当な温度で電極定着用のベーキングを施す。その後、ダイシングによりチップ化し、第二電極１２をＡｇペースト等の導電性ペーストを用いて支持体を兼ねた図示しない端子電極に固着する一方、ボンディングパッド１３と別の端子電極とにまたがる形態でＡｕ製のワイヤをボンディングし、更に樹脂モールドを形成することによって、上記化合物半導体基板１から、図２に示したような発光素子１０を製造することができる。
【実施例】
【００３１】
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、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３２】
（実施例）
まず、以下のようにして図１に示すような化合物半導体基板を製造した。
ＭＯＶＰＥ法により、厚さ２８０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＧａＡｓバッファ層０．５μｍ、４元発光層３．０μｍ、ｐ型ＧａＰ薄膜電流拡散層２．５μｍを順次エピタキシャル成長させる。前記４元発光層は、キャリア濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であって、（Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５）０．４５Ｉｎ０．５５Ｐからなるｎ型クラッド層０．８μｍ、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．４５Ｉｎ０．５５Ｐからなる活性層０．６μｍ、（Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５）０．４５Ｉｎ０．５５Ｐからなるｐ型クラッド層１．６μｍを順次エピタキシャル成長させることにより構成される。
このとき、前記ｎ型ＧａＡｓバッファ層と４元発光層（ｎ型クラッド層）との間に、膜厚が０．３μｍ（３０００Å）であって、キャリア濃度が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の（Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５）０．４５Ｉｎ０．５５Ｐからなるｎ型高濃度キャリア層を積層する。その後、ＨＶＰＥ法により厚さ１５０μｍのｐ型ＧａＰ厚膜電流拡散層を前記ｐ型ＧａＰ薄膜電流拡散層上にエピタキシャル成長させ、ｎ型ＧａＡｓ基板の除去を行い、該ｎ型ＧａＡｓ基板が除去された４元発光層の第二主面側、すなわち高濃度キャリア層のｎ型クラッド層と反対側の主表面に厚さ２００μｍのｎ型ＧａＰ基板を接合させる。
尚、上記エピタキシャル成長の原料ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、ホスフィン（ＰＨ３）及びアルシン（ＡｓＨ３）を使用した。
【００３３】
このときの高濃度キャリア層とｎ型ＧａＰ基板との接合界面の不純物として、酸素６．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、炭素４．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３が存在した。
このように製造された化合物半導体基板２枚のそれぞれから作成されたランプのうち７個ずつを選んで、該各ランプに温度８５℃で１００時間、５０ｍＡの電流を流した。このとき、前記各ランプにおける順方向電圧の上昇は全く発生しなかった。図５に、２枚の基板それぞれから製造された７個ずつのランプの順方向電圧変化率の平均値、最大値及び最小値を示す。
【００３４】
（比較例１）
ｎ型ＧａＡｓ基板の除去を行わず、ｎ型ＧａＰ基板も接合させず、さらに高濃度キャリア層も積層させなかったこと以外は実施例１と同様にして、図３に示すような化合物半導体基板を作成した。
このように製造された化合物半導体基板２枚のそれぞれから作成されたランプのうち７個ずつを選んで、該各ランプに温度８５℃で１００時間、５０ｍＡの電流を流した。このとき用いられた化合物半導体基板は、ｎ型ＧａＡｓ基板を除去せず、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層を接合していないため、酸素、炭素等の不純物がこれらの接合界面に含まれておらず、前記各ランプにおける順方向電圧の上昇は全く発生しなかった。このときの結果を図５に示す。
【００３５】
（比較例２）
高濃度キャリア層を積層させなかったこと以外は実施例１と同様にして、図４に示すような化合物半導体基板を作成した。
このように製造された化合物半導体基板２枚のそれぞれから作成されたランプのうち７個ずつを選んで、該各ランプに温度８５℃で１００時間、５０ｍＡの電流を流した。このとき、最大で約１７％、平均すると約２〜３％順方向電圧が上昇してしまった。このときの結果を図５に示す。
【００３６】
比較例１では、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層とを接合していないため、順方向電圧の上昇は発生しないが、ｎ型ＧａＡｓ基板を用いているため、輝度の低い発光素子となってしまう。比較例２では、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との接合界面に酸素、炭素等の不純物が含まれており、このような化合物半導体基板から製造されたランプ等の発光素子に通電した際に、これら不純物が４元発光層側へ拡散してｎ型キャリアを補償することにより、順方向電圧を上昇させ、順方向電圧寿命特性を悪化させてしまう。
しかし実施例では、高濃度キャリア層と４元発光層とを接合しているため、接合界面に酸素、炭素等の不純物が含まれており、比較例２と同様にこのような化合物半導体基板から製造されたランプ等の発光素子に通電した際に、これら不純物が４元発光層側へ拡散してｎ型キャリアが補償してしまうが、高濃度キャリア層から十分にキャリアが供給されるため、順方向電圧の変化は無く寿命特性が安定した高輝度の発光素子となった。
【００３７】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。上述の実施の形態は単なる例示であり、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、同様の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ことは無論である。
【符号の説明】
【００３８】
１…化合物半導体基板、 ２…ｎ型ＧａＰ基板、 ３…高濃度キャリア層、
４…発光層、 ５…薄膜電流拡散層、 ６…厚膜電流拡散層、 １０…発光素子、
１１…第一電極、 １２…第二電極、 １３…ボンディングパッド、
４１…ｎ型クラッド層、 ４２…活性層、 ４３…ｐ型クラッド層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は化合物半導体基板及び化合物半導体基板の製造方法並びに発光素子に関し、具体的には、通電による順方向電圧の上昇を抑制し、かつ高輝度を実現できる発光素子を安定して供給するための化合物半導体基板及び化合物半導体基板の製造方法並びに発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ基板上に、発光層と電流拡散層とを形成した発光素子が従来知られている。
例えばＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎＰの４元からなる発光層とＧａＰからなる電流拡散層とを形成した発光素子が知られている。このＧａＰ電流拡散層は、発光層側に有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ法、以下単にＭＯＶＰＥ法という）により比較的薄い電流拡散層（以下、薄膜電流拡散層という）を形成した後に、ハイドライド気相成長法（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ法、以下単にＨＶＰＥ法という）により比較的厚い電流拡散層（以下、厚膜電流拡散層という）を形成することによって作製することができる。例えば、全体として２００μｍ程度の厚さにまでＧａＰ電流拡散層が成長されることがある。
【０００３】
さらに、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光素子の更なる高輝度化を実現するために、光吸収性のＧａＡｓ基板を除去して、代わりに光透過性のＧａＰ基板を接合する。その接合界面に高濃度にドーピングされたＩｎＧａＰ中間層を形成することにより、接合界面における素子直列抵抗を十分に低減でき、またそのスイッチング応答性も良好な発光素子が従来知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２４５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、上記のような直接接合型発光素子は、４元発光層とＧａＰ基板の接合界面における酸素、炭素等の不純物濃度が製造バッチ毎に一定とならずに安定していないことが判った。
また、このような接合界面の酸素、炭素等の不純物は、通電を行うと４元発光層側へ拡散しキャリアを補償してしまう。これによって順方向電圧を上昇させ、製造された発光素子の順方向電圧に対する寿命特性を悪化させることが判った。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、４元発光層とＧａＰ基板との接合界面において酸素、炭素等の不純物が発生したとしても、通電した際に順方向電圧が上昇することを抑制し、これによって製造された発光素子の順方向電圧に対する寿命特性の悪化を抑制することができる化合物半導体基板及びその製造方法、並びにこのような化合物半導体基板から製造された発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、少なくともｎ型ＧａＰ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層が順次積層された４元発光層を有し、該４元発光層の、前記ｎ型ＧａＰ基板側の主表面（以後、第二主面ともいう）の反対側となる主表面（以後、第一主面ともいう）上に、電流拡散層であるｐ型ＧａＰ層が積層された化合物半導体基板であって、前記ｎ型ＧａＰ基板と前記４元発光層との間に、前記ｎ型クラッド層よりもキャリア濃度の高い、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ≦１，０＜ｙ＜１）からなる高濃度キャリア層が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。
【０００８】
このように、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との間に高濃度キャリア層が形成された化合物半導体基板であれば、このような化合物半導体基板から製造された発光素子に通電した際に、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との間にある接合界面における酸素、炭素等の不純物が４元発光層へ拡散し、キャリアを補償したとしても、高濃度キャリア層により十分なキャリアが４元発光層へ供給される。このため、順方向電圧が上昇することを抑制し、これによって製造された発光素子の順方向電圧に対する寿命特性が悪化することを抑制することができる。
【０００９】
またこのとき、前記高濃度キャリア層は、キャリア濃度が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
また、前記高濃度キャリア層は、膜厚が５００Å以上であることが好ましい。
【００１０】
このように高濃度キャリア層が形成されれば、より確実に通電後の順方向電圧の上昇を抑制することができる。
【００１１】
また本発明は、本発明の化合物半導体基板から製造されたことを特徴とする発光素子を提供する。
【００１２】
このように製造された発光素子であれば、順方向電圧に対する寿命特性が非常に良好であるため、高輝度な状態で長期間使用することができる。
【００１３】
また本発明は、少なくとも、ｎ型ＧａＡｓ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を順次積層した４元発光層をエピタキシャル成長させる工程と、前記４元発光層の、前記ｎ型ＧａＡｓ基板側と反対側となる主表面（第一主面）上に、電流拡散層としてｐ型ＧａＰ層をエピタキシャル成長させる工程と、前記４元発光層からｎ型ＧａＡｓ基板を除去する工程と、該ｎ型ＧａＡｓ基板が除去された側の前記４元発光層の主表面（第二主面）側にｎ型ＧａＰ基板を貼り合わせる工程とを有する化合物半導体基板の製造方法において、前記ｎ型ＧａＡｓ基板上に、前記４元発光層をエピタキシャル成長させる前に前記ｎ型クラッド層よりもキャリア濃度の高い、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ≦１，０＜ｙ＜１）からなる高濃度キャリア層を積層し、その後該高濃度キャリア層上に前記４元発光層をエピタキシャル成長させるか、または前記４元発光層の第二主面側に、前記ｎ型ＧａＰ基板を貼り合わせる前に前記高濃度キャリア層を積層することによって、前記貼り合わせ工程において、前記高濃度キャリア層とｎ型ＧａＰ基板を貼り合わせ、前記ｎ型ＧａＰ基板と前記４元発光層との間に前記高濃度キャリア層が形成された化合物半導体基板を製造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。
【００１４】
このような製造方法であれば、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との間に確実に前記高濃度キャリア層を形成することができる。これによって、通電した際の順方向電圧の上昇が抑制され、順方向電圧に対する寿命特性の良好な発光素子の原料となる化合物半導体基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の化合物半導体基板は、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との間に、ｎ型クラッド層よりもキャリア濃度の高い、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなる高濃度キャリア層が形成されているため、このような化合物半導体基板から製造された発光素子に通電した際に、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との間にある接合界面における酸素、炭素等の不純物が４元発光層へ拡散し、キャリアを補償したとしても、前記高濃度キャリア層により十分なキャリアが４元発光層へ供給されるため、順方向電圧の上昇を抑制することができる。
またｎ型ＧａＡｓ基板上に、４元発光層をエピタキシャル成長させる前に前記高濃度キャリア層を積層し、その後該高濃度キャリア層上に４元発光層をエピタキシャル成長させるか、または４元発光層の第二主面側に、ｎ型ＧａＰ基板を貼り合わせる前に前記高濃度キャリア層を積層することとすれば、確実にｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との間に前記高濃度キャリア層が形成された高品質の化合物半導体基板を製造することができる。
さらにこのような化合物半導体基板から製造された発光素子は、順方向電圧に対する寿命特性が良好であるため、高輝度の状態で長期間使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の化合物半導体基板の概略断面図の一例を示した図である。
【図２】本発明の発光素子の概略断面図の一例を示した図である。
【図３】比較例１で製造された化合物半導体基板の概略断面図を示した図である。
【図４】比較例２で製造された化合物半導体基板の概略断面図を示した図である。
【図５】実施例及び比較例における各化合物半導体基板から製造された各ランプの順方向電圧の変化率を示した図である。
【図６】本発明の化合物半導体基板の製造方法の工程フローの一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれらのみ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一例を示す概略図である。図１に示す本発明の化合物半導体基板１は、ｎ型ＧａＰ基板２上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ≦１，０＜ｙ＜１）からなるｎ型高濃度キャリア層３が形成され、該高濃度キャリア層３の上に発光層４が形成されている。
そして該発光層４上に、ＭＯＶＰＥ法によりｐ型ＧａＰ薄膜電流拡散層５が形成され、さらにその上にＨＶＰＥ法によりｐ型ＧａＰ厚膜電流拡散層６が形成されている。
【００１８】
前記発光層４としては、例えばノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１）混晶からなる活性層４２を、ｐ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、ｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層４３と、ｎ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰからなるｎ型クラッド層４１とで挟んだ４元発光層４とすることができる。
なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行わない」という意味であり、化合物半導体基板の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１．０×１０１３〜１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度）をも排除するものではない。
【００１９】
このような化合物半導体基板１から製造された発光素子１０に通電した際に、ｎ型ＧａＰ基板２と４元発光層４との間にある接合界面における酸素、炭素等の不純物が４元発光層４へ拡散し、キャリアを補償して順方向電圧を上昇させ、順方向電圧に対する寿命特性を悪化させる可能性がある。
しかし、本発明ではｎ型ＧａＰ基板２と４元発光層４との間に、前記高濃度キャリア層３が形成されているので、該高濃度キャリア層３により十分なキャリアが４元発光層４へ供給される。このため、順方向電圧が上昇することを抑制し、寿命特性を良好なものとすることができる。
【００２０】
またこのとき、前記高濃度キャリア層３のキャリア濃度が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、膜厚が５００Å以上であれば、より確実に順方向電圧の上昇を抑制することができるため好ましい。
【００２１】
また、このような化合物半導体基板１を用いて、図２に示すような光学素子１０を製造することができる。
この光学素子１０においては、図１に示した化合物半導体基板１の厚膜電流拡散層６上の略中央に、４元発光層４に発光駆動電圧を印加するための第一電極１１が形成され、該第一電極１１の周囲の領域が４元発光層４からの光取出領域とされている。また、ｎ型ＧａＰ基板２の第二主面側には第二電極１２が全面に形成されている。また、第一電極１１の中央部に電極ワイヤを接合するためのＡｕ等にて構成されたボンディングパッド１３が配置されている。
このように製造された発光素子１０は、順方向電圧に対する寿命特性が良好であり、高輝度の状態で長期間使用することができる。
【００２２】
尚、本発明における化合物半導体基板１の上記各層の間に、必要に応じて種々の層が挿入されても良い。
【００２３】
以下、図１に示した化合物半導体基板１の製造方法について、図６に示したフロー図を参照しながら説明する。
まず工程１に示すように、成長用基板としてｎ型ＧａＡｓ基板を準備し、洗浄した後、ＭＯＶＰＥリアクターに入れ、前記ｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＧａＡｓバッファ層を０．１〜１．０μｍエピタキシャル成長させる。
【００２４】
次いで、工程２に示すようにｎ型ＧａＡｓバッファ層上にＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型高濃度キャリア層３を、膜厚が０．０５μｍ（５００Å）以上となるように形成する。
次に工程３に示すように前記高濃度キャリア層３上に、４元発光層４として各々ＡｌＧａＩｎＰからなる、厚さ０．８〜４．０μｍのｎ型クラッド層４１、厚さ０．４〜２．０μｍの活性層４２及び厚さ０．８〜４．０μｍのｐ型クラッド層４３を、この順序にてエピタキシャル成長させる。尚、このとき高濃度キャリア層３のキャリア濃度を、例えば１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とし、ｎ型クラッド層４１のキャリア濃度より高くなるようにする。
【００２５】
尚、上記各層のエピタキシャル成長は、公知のＭＯＶＰＥ法により行なわれる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐの各成分源となる原料ガスとしては、これらに限定されるわけではないが、例えば以下のようなものを使用できる。
・Ａｌ源ガス：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）など。
・Ｇａ源ガス：トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）など。
・Ｉｎ源ガス：トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）など。
・Ｐ源ガス：トリメチルリン（ＴＭＰ）、トリエチルリン（ＴＥＰ）、ホスフィン（ＰＨ３）など。
また、ドーパントガスとしては、以下のようなものを使用できる。
（ｐ型ドーパント）
・Ｍｇ源：ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）など。
・Ｚｎ源：ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）など。
（ｎ型ドーパント）
・Ｓｉ源：モノシランなどのシリコン水素化物など。
【００２６】
次に工程４に進み、ｐ型クラッド層４３上に厚さ０．０５〜１．０μｍのｐ型ＧａＰ薄膜電流拡散層５をＭＯＶＰＥ法によりヘテロエピタキシャル成長させ、ＭＯエピタキシャルウエーハを得る。更に、前記ＭＯエピタキシャルウエーハ上に厚さ５μｍ〜２００μｍのｐ型ＧａＰ厚膜電流拡散層６を、ＨＶＰＥ法で気相成長する。
【００２７】
ＨＶＰＥ法は、具体的には、容器内にてＩＩＩ族元素である金属Ｇａを所定の温度に加熱保持しながら、その金属Ｇａ上に塩化水素を導入することにより、下記（１）式の反応によりＧａＣｌを生成させ、キャリアガスであるＨ２ガスとともに基板上に供給する。
Ｇａ（液体）＋ＨＣｌ（気体） → ＧａＣｌ（気体）＋１／２Ｈ２（気体）‥‥（１）
成長温度は例えば６４０℃以上８６０℃以下に設定する。また、Ｖ族元素であるＰは、例えばホスフィン（ＰＨ３）をキャリアガスであるＨ２ともに基板上に供給する。さらに、ｐ型ドーパントであるＺｎは、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）の形で供給して、下記（２）式のような反応によってｎ型ＧａＰエピタキシャル層を形成するものである。
ＧａＣｌ（気体）＋ＰＨ３（気体）
→ＧａＰ（固体）＋ＨＣｌ（気体）＋Ｈ２（気体）‥‥（２）
【００２８】
次に、工程５に示すようにエッチング等によりｎ型ＧａＡｓ基板及びｎ型ＧａＡｓバッファ層を除去する。そして工程６に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板除去によって露出した高濃度キャリア層３にｎ型ＧａＰ基板２を貼り合せ、化合物半導体基板１を製造する。
【００２９】
また、上記のようにｎ型ＧａＡｓ基板と４元発光層４との間に高濃度キャリア層３を積層するのではなく、ＧａＡｓ基板を除去した後、４元発光層４の第二主面側に、ｎ型ＧａＰ基板２を貼り合わせる前に高濃度キャリア層３を積層することによって、高濃度キャリア層３とｎ型ＧａＰ基板２とを貼り合わせて化合物半導体基板１を製造することもできる。
また、４元発光層の第二主面側とｎ型ＧａＰ基板との間にｎ型ＧａＩｎＰ層を挟んでも良い。
【００３０】
また、これに限定されるわけではないが、以上の工程が終了した後に以下のようにして発光素子１０を製造することができる。
真空蒸着法により第一電極１１及び第二電極１２を形成し、更に第一電極１１上にボンディングパッド１３を配置して、適当な温度で電極定着用のベーキングを施す。その後、ダイシングによりチップ化し、第二電極１２をＡｇペースト等の導電性ペーストを用いて支持体を兼ねた図示しない端子電極に固着する一方、ボンディングパッド１３と別の端子電極とにまたがる形態でＡｕ製のワイヤをボンディングし、更に樹脂モールドを形成することによって、上記化合物半導体基板１から、図２に示したような発光素子１０を製造することができる。
【実施例】
【００３１】
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、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３２】
（実施例）
まず、以下のようにして図１に示すような化合物半導体基板を製造した。
ＭＯＶＰＥ法により、厚さ２８０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＧａＡｓバッファ層０．５μｍ、４元発光層３．０μｍ、ｐ型ＧａＰ薄膜電流拡散層２．５μｍを順次エピタキシャル成長させる。前記４元発光層は、キャリア濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であって、（Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５）０．４５Ｉｎ０．５５Ｐからなるｎ型クラッド層０．８μｍ、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．４５Ｉｎ０．５５Ｐからなる活性層０．６μｍ、（Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５）０．４５Ｉｎ０．５５Ｐからなるｐ型クラッド層１．６μｍを順次エピタキシャル成長させることにより構成される。
このとき、前記ｎ型ＧａＡｓバッファ層と４元発光層（ｎ型クラッド層）との間に、膜厚が０．３μｍ（３０００Å）であって、キャリア濃度が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の（Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５）０．４５Ｉｎ０．５５Ｐからなるｎ型高濃度キャリア層を積層する。その後、ＨＶＰＥ法により厚さ１５０μｍのｐ型ＧａＰ厚膜電流拡散層を前記ｐ型ＧａＰ薄膜電流拡散層上にエピタキシャル成長させ、ｎ型ＧａＡｓ基板の除去を行い、該ｎ型ＧａＡｓ基板が除去された４元発光層の第二主面側、すなわち高濃度キャリア層のｎ型クラッド層と反対側の主表面に厚さ２００μｍのｎ型ＧａＰ基板を接合させる。
尚、上記エピタキシャル成長の原料ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、ホスフィン（ＰＨ３）及びアルシン（ＡｓＨ３）を使用した。
【００３３】
このときの高濃度キャリア層とｎ型ＧａＰ基板との接合界面の不純物として、酸素６．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、炭素４．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３が存在した。
このように製造された化合物半導体基板２枚のそれぞれから作成されたランプのうち７個ずつを選んで、該各ランプに温度８５℃で１００時間、５０ｍＡの電流を流した。このとき、前記各ランプにおける順方向電圧の上昇は全く発生しなかった。図５に、２枚の基板それぞれから製造された７個ずつのランプの順方向電圧変化率の平均値、最大値及び最小値を示す。
【００３４】
（比較例１）
ｎ型ＧａＡｓ基板の除去を行わず、ｎ型ＧａＰ基板も接合させず、さらに高濃度キャリア層も積層させなかったこと以外は実施例１と同様にして、図３に示すような化合物半導体基板を作成した。
このように製造された化合物半導体基板２枚のそれぞれから作成されたランプのうち７個ずつを選んで、該各ランプに温度８５℃で１００時間、５０ｍＡの電流を流した。このとき用いられた化合物半導体基板は、ｎ型ＧａＡｓ基板を除去せず、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層を接合していないため、酸素、炭素等の不純物がこれらの接合界面に含まれておらず、前記各ランプにおける順方向電圧の上昇は全く発生しなかった。このときの結果を図５に示す。
【００３５】
（比較例２）
高濃度キャリア層を積層させなかったこと以外は実施例１と同様にして、図４に示すような化合物半導体基板を作成した。
このように製造された化合物半導体基板２枚のそれぞれから作成されたランプのうち７個ずつを選んで、該各ランプに温度８５℃で１００時間、５０ｍＡの電流を流した。このとき、最大で約１７％、平均すると約２〜３％順方向電圧が上昇してしまった。このときの結果を図５に示す。
【００３６】
比較例１では、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層とを接合していないため、順方向電圧の上昇は発生しないが、ｎ型ＧａＡｓ基板を用いているため、輝度の低い発光素子となってしまう。比較例２では、ｎ型ＧａＰ基板と４元発光層との接合界面に酸素、炭素等の不純物が含まれており、このような化合物半導体基板から製造されたランプ等の発光素子に通電した際に、これら不純物が４元発光層側へ拡散してｎ型キャリアを補償することにより、順方向電圧を上昇させ、順方向電圧寿命特性を悪化させてしまう。
しかし実施例では、高濃度キャリア層と４元発光層とを接合しているため、接合界面に酸素、炭素等の不純物が含まれており、比較例２と同様にこのような化合物半導体基板から製造されたランプ等の発光素子に通電した際に、これら不純物が４元発光層側へ拡散してｎ型キャリアが補償してしまうが、高濃度キャリア層から十分にキャリアが供給されるため、順方向電圧の変化は無く寿命特性が安定した高輝度の発光素子となった。
【００３７】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。上述の実施の形態は単なる例示であり、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、同様の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ことは無論である。
【符号の説明】
【００３８】
１…化合物半導体基板、 ２…ｎ型ＧａＰ基板、 ３…高濃度キャリア層、
４…発光層、 ５…薄膜電流拡散層、 ６…厚膜電流拡散層、 １０…発光素子、
１１…第一電極、 １２…第二電極、 １３…ボンディングパッド、
４１…ｎ型クラッド層、 ４２…活性層、 ４３…ｐ型クラッド層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型ＧａＰ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層が順次積層された４元発光層を有し、該４元発光層の、前記ｎ型ＧａＰ基板側の主表面（第二主面）の反対側となる主表面（第一主面）上に、電流拡散層であるｐ型ＧａＰ層が積層された化合物半導体基板であって、
前記ｎ型ＧａＰ基板と前記４元発光層との間に、前記ｎ型クラッド層よりもキャリア濃度の高い、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ≦１，０＜ｙ＜１）からなる高濃度キャリア層が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】
前記高濃度キャリア層は、キャリア濃度が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上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】
前記高濃度キャリア層は、膜厚が５００Å以上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】
前記請求項１乃至請求項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ことを特徴とする発光素子。
【請求項５】
ｎ型ＧａＡｓ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を順次積層した４元発光層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記４元発光層の、前記ｎ型ＧａＡｓ基板側と反対側となる主表面（第一主面）上に、電流拡散層としてｐ型ＧａＰ層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記４元発光層からｎ型ＧａＡｓ基板を除去する工程と、
該ｎ型ＧａＡｓ基板が除去された側の前記４元発光層の主表面（第二主面）側にｎ型ＧａＰ基板を貼り合わせる工程とを有する化合物半導体基板の製造方法において、
前記ｎ型ＧａＡｓ基板上に、前記４元発光層をエピタキシャル成長させる前に前記ｎ型クラッド層よりもキャリア濃度の高い、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ≦１，０＜ｙ＜１）からなる高濃度キャリア層を積層し、その後該高濃度キャリア層上に前記４元発光層をエピタキシャル成長させるか、または前記４元発光層の第二主面側に、前記ｎ型ＧａＰ基板を貼り合わせる前に前記高濃度キャリア層を積層することによって、前記貼り合わせ工程において、前記高濃度キャリア層とｎ型ＧａＰ基板を貼り合わせ、前記ｎ型ＧａＰ基板と前記４元発光層との間に前記高濃度キャリア層が形成された化合物半導体基板を製造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１】
ｎ型ＧａＰ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層が順次積層された４元発光層を有し、該４元発光層の、前記ｎ型ＧａＰ基板側の主表面（第二主面）の反対側となる主表面（第一主面）上に、電流拡散層であるｐ型ＧａＰ層が積層された化合物半導体基板であって、
前記ｎ型ＧａＰ基板と前記４元発光層との間に、前記ｎ型クラッド層よりもキャリア濃度の高い、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ≦１，０＜ｙ＜１）からなる高濃度キャリア層が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】
前記高濃度キャリア層は、キャリア濃度が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上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】
前記高濃度キャリア層は、膜厚が５００Å以上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】
前記請求項１乃至請求項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ことを特徴とする発光素子。
【請求項５】
ｎ型ＧａＡｓ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を順次積層した４元発光層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記４元発光層の、前記ｎ型ＧａＡｓ基板側と反対側となる主表面（第一主面）上に、電流拡散層としてｐ型ＧａＰ層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記４元発光層からｎ型ＧａＡｓ基板を除去する工程と、
該ｎ型ＧａＡｓ基板が除去された側の前記４元発光層の主表面（第二主面）側にｎ型ＧａＰ基板を貼り合わせる工程とを有する化合物半導体基板の製造方法において、
前記ｎ型ＧａＡｓ基板上に、前記４元発光層をエピタキシャル成長させる前に前記ｎ型クラッド層よりもキャリア濃度の高い、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ≦１，０＜ｙ＜１）からなる高濃度キャリア層を積層し、その後該高濃度キャリア層上に前記４元発光層をエピタキシャル成長させるか、または前記４元発光層の第二主面側に、前記ｎ型ＧａＰ基板を貼り合わせる前に前記高濃度キャリア層を積層することによって、前記貼り合わせ工程において、前記高濃度キャリア層とｎ型ＧａＰ基板を貼り合わせ、前記ｎ型ＧａＰ基板と前記４元発光層との間に前記高濃度キャリア層が形成された化合物半導体基板を製造することを特徴とする化合物半導体基板の製造方法。
【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２０１２−１８６２０４（Ｐ２０１２−１８６２０４Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６３８９（Ｐ２０１１−４６３８９）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【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２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
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