半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法
【課題】反射層に混入する酸素濃度を低減し、半導体発光素子の信頼性を向上させる。
【解決手段】基板と、基板上に設けられるバッファ層２０と、バッファ層２０上に低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層して設けられる反射層３０と、反射層３０上に第１クラッド層、活性層、第２クラッド層を積層して設けられる発光層４０と、を有する半導体発光素子１において、バッファ層２０は、酸素吸着層を含む。
【解決手段】基板と、基板上に設けられるバッファ層２０と、バッファ層２０上に低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層して設けられる反射層３０と、反射層３０上に第１クラッド層、活性層、第２クラッド層を積層して設けられる発光層４０と、を有する半導体発光素子１において、バッファ層２０は、酸素吸着層を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関し、更に詳しくは、低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層した反射層を有する半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子の製造工程においては、ＡｌＧａＩｎＰ系やＧａＮ系等の高品質結晶を有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法で成長させる技術の発達によって、青色、緑色、橙色、黄色、赤
色等の高輝度ＬＥＤが製作できるようになってきた。
【０００３】
上記のような高品質の結晶が成長可能となってから、半導体発光素子の内部効率は理論限界値に近づきつつある。しかし半導体発光素子からの光取り出し効率はまだまだ低く、光取り出し効率を向上させることが重要となっている。そこで、複数のエピタキシャル層を積層して発光機能を持たせた発光層の下層に、例えば低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層した反射層を設け、半導体基板側へと向かう光を半導体発光素子上面の光取り出し面側へと光干渉によって反射させる手法が採られている。例えば特許文献１には、一部或いは全ての材料にＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（０≦Ｘ≦１）を用いるｎ型光反射層が開示されている。また、ｎ型光反射層の下層には、ｎ型バッファ層としてＧａＡｓ層が用いられている。
【０００４】
バッファ層は、半導体基板の表面に付着したＳｉなどの不純物や、エピタキシャル成長させる炉内に残留した不純物を取り込み、押さえ込むことで、バッファ層上に所望の半導体エピタキシャル層を形成するための下地として設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１２３２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような構造を含む半導体発光素子では、素子の使用時間が長くなるとともに発光強度が低下し続ける等の現象がみられることがあり、充分な信頼性が得られない場合があった。本発明者等は、このような現象がみられた半導体発光素子において、素子が備える反射層に高濃度の酸素が混入していることを突き止めた。
【０００７】
本発明の目的は、反射層に混入する酸素濃度を低減し、信頼性を向上させることが可能な半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、前記基板上に設けられるバッファ層と、前記バッファ層上に低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層して設けられる反射層と、前記反射層上に第１クラッド層、活性層、第２クラッド層を積層して設けられる発光層と、を有する半導体発光素子において、前記バッファ層は、酸素吸着層を含む半導体発光素子が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、前記酸素吸着層は、層厚が７５ｎｍ以上２００ｎｍ以下
のＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層（但し、０．６≦Ｘ≦１）を含む第１の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、前記酸素吸着層は、層厚が７５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の、前記基板側から前記反射層側に向かってＡｌ組成比Ｘが徐々に小さくなるグレーデッドＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層（但し、０．６≦Ｘ≦１）を含む第１の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１１】
本発明の第４の態様によれば、前記反射層中の酸素濃度が４．０×１０１８ｃｍ−３以下である第１から第３の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１２】
本発明の第５の態様によれば、気相成長法を用いて基板上にバッファ層、低屈折率層と高屈折率層とからなる反射層、第１クラッド層と活性層と第２クラッド層とからなる発光層を成長させる半導体発光素子の製造方法において、前記バッファ層は、酸素吸着層を含み、前記酸素吸着層を、Ｖ族原料ガスとIII族原料ガスとのモル比率であるＶ／III比を３０以上１５０以下とし、成長温度を５８０℃以上６５０℃以下として、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（但し、０＜Ｘ＜１）、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＡｓＰのいずれかの組成を含むよう成長させ、或いは、前記Ｖ／III比を低減し、成長温
度を低温にして、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓＰのいずれかの組成を含むよう成長させる半導体発光素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、反射層に混入する酸素濃度を低減し、半導体発光素子の信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の変形例に係る半導体発光素子を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る半導体発光素子が有する反射層中の酸素濃度を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例に係る半導体発光素子の信頼性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法について説明する。
【００１６】
（１）半導体発光素子の構造
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子は、例えばアルミニウム（Ａｌ）等を含む半導体を複数積層した反射層を有している。上述したように、このような半導体発光素子においては、素子への通電を継続して使用時間が長くなるにしたがい、発光強度が低下していく経時変化が生じることがあり、このような素子の反射層には高濃度の酸素の混入がみられた。本発明者等によれば、反射層への酸素の混入は、例えばＭＯＶＰＥ法により、反射層をエピタキシャル成長させる際に起きることが明らかになった。
【００１７】
本発明者等は、バッファ層に酸素吸着層を設けることにより、反射層に混入する酸素濃度を低減させ、半導体発光素子の信頼性を向上させることができることを見いだした。以下に、バッファ層に酸素吸着層を含む本実施形態の半導体発光素子の構造について、図１
を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る半導体発光素子１を示す断面図である。
【００１８】
図１に示すように、半導体発光素子１は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板１０と、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に設けられるｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層２０と、を有する。バッファ層２０は、下地としてのｎ型ＧａＡｓ層２０ｂと、酸素吸着層としてのｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａとを含んでいる。すなわち、バッファ層２０は、基板側にＡｌ組成比Ｘ＝０のｎ型ＧａＡｓ層２０ｂが設けられ、上層部に所定のＡｌ組成比Ｘを有するｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａが設けられた２層構造となっている。ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａのＡｌ組成比Ｘは、０＜Ｘ＜１、より好ましくは０．６≦Ｘ≦０．８である。また、ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａの層厚は、７５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
このように、バッファ層２０に所定のＡｌ組成比Ｘを有するｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａを設けておくことで、後述する反射層３０をＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させる際、予め、ＭＯＶＰＥ装置内の雰囲気中の酸素を低減しておくことができる。
【００１９】
また、半導体発光素子１は、例えばバッファ層２０上に、一部或いは全てにｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ層（０≦Ｙ≦１）を用いる反射層３０が設けられる。より具体的には、反射層３０は、Ｙ＜１である低屈折率層としてのｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ層と、Ｙ＝１である高屈折率層としてのｎ型ＡｌＡｓ層と、を複数ペア積層して設けられる。反射層３０上には、第１クラッド層としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１、活性層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４２、第２クラッド層としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４３を積層して設けられる発光層４０を有する。
【００２０】
このように、反射層３０が低屈折率層と高屈折率層とを備えることで、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４２で発生した所定波長の光の一部が反射層３０へと入射してきた際、上記低屈折率層と高屈折率層との間で光干渉を起こさせ、入射してきた光を反射させることができる。つまり、反射層３０は、所定波長の光に対する分布ブラッグ反射層（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）として機能する。反射させる光の波長は、低屈折率層
及び高屈折率層のそれぞれの屈折率及び厚さを設定することで選択できる。低屈折率層及び高屈折率層の屈折率は、例えばｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ層の組成比Ｙを変えることで変化させることができる。
【００２１】
また、基板上に形成されるバッファ層は、基板に対してホモエピタキシャル成長となるよう、組成比を決定するとよい。例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上であれば、ｎ型ＧａＡｓ層から形成する。また、反射層３０中の酸素濃度が、４．０×１０１８ｃｍ−３以下となるよう、酸素吸着層を形成するとよい。
【００２２】
また、半導体発光素子１は、例えば発光層４０上に設けられる接続層としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層５０と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層５０上に設けられる電流分散層としてのｐ型ＧａＰ層６０と、を有する。さらに、半導体発光素子１は、ｐ型ＧａＰ層６０上に、例えば金・ベリリウム（ＡｕＢｅ）合金、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）を積層して設けられる表面電極７１と、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の上記各層の形成面とは反対側の面の全面に、例えば金・ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）合金、Ｎｉ、Ａｕを積層して設けられる裏面電極７２と、を有する。
【００２３】
（２）半導体発光素子の製造方法
次に、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法について説明する。
【００２４】
（エピタキシャルウエハの製造）
まずは、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、図１に示すバッファ層２０からｐ型ＧａＰ層６０までの複数のエピタキシャル層を積層して、所定の発光波長を有す
るエピタキシャルウエハを製造する。
【００２５】
具体的には、ＭＯＶＰＥ装置内にｎ型ＧａＡｓ基板１０を搬入して設置し、成長圧力、成長温度を所定値に保った状態で、所定の原料ガスを所定流量供給して行う。原料ガスには、例えばガリウム（Ｇａ）源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等の有機金属ガスを使用する。また、例えばアルミニウム（Ａｌ）源にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）等、インジウム（Ｉｎ）源にはトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属ガスをそれぞれ使用する。また、ヒ素（Ａｓ）源としてアルシン（ＡｓＨ３）等、リン（Ｐ）源としてホスフィン（ＰＨ３）等の水素化物ガスをそれぞれ使用する。このとき、ＴＭＧａやＴＭＡｌ等のIII族原料ガスのモル数を分母とし
、ＡｓＨ３やＰＨ３等のＶ族原料ガスのモル数を分子とする比率（商）、すなわち、Ｖ／III比を、所定値とする。
【００２６】
また、各層の導電型を決定する導電型決定不純物の添加は、例えば所定の添加物原料ガスを原料ガスに添加することにより行う。ｎ型の導電型決定不純物としては、例えばセレン（Ｓｅ）を用いる。Ｓｅを添加するには、例えばセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）等の添加物原料ガスを用いる。また、ｐ型の導電型決定不純物としては、例えば亜鉛（Ｚｎ）を用いる。Ｚｎを添加するには、例えばジエチルジンク（ＤＥＺｎ）等の添加物原料ガスを用いる。
【００２７】
以下、図２を参照しながら、各層の成長方法について説明する。図２は、半導体発光素子１の製造工程を示す断面図である。
【００２８】
まず、図２（ａ）に示すように、例えばｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層２０を成長させる。つまり、バッファ層２０内に、下地としてｎ型ＧａＡｓ層２０ｂを成長させ、上層部にｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａを成長させる。このとき、それぞれの原料ガスの流量比等を調整して、０＜Ｘ＜１、より好ましくは０．６≦Ｘ≦０．８に制御する。また、Ｖ／III比は、例えば３０以上１５０以下とし、成長温度は、
例えば５８０℃以上６５０℃以下とする。
【００２９】
ＭＯＶＰＥ装置内には、装置内にパーツを装着したり、基板を搬入したりする際に、水分等が持ち込まれることがあり、装置内の雰囲気中には酸素（Ｏ２）が存在する。例えばバッファ層としてｎ型ＧａＡｓ層のみを設けた従来の半導体発光素子において、装置内雰囲気中の酸素は、反射層を成長させる際、例えば酸素と結合し易い成分であるＡｌを含むｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ層やｎ型ＡｌＡｓ層等からなる反射層中に取り込まれ易かった。反射層等のエピタキシャル層に高濃度の酸素が混入すると、エピタキシャル層の結晶性が損なわれてしまう。これにより、反射層等の品質が低下して所定の反射率が得られなくなる。また、酸素は非発光の再結合中心となり、発光効率を低下させる。このため、半導体発光素子の発光強度が経時的に低下し、半導体発光素子の信頼性が得られない場合があった。
【００３０】
しかしながら、本実施形態では、反射層３０を成長させる前のバッファ層２０の成長時に、酸素吸着層としてのｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａを成長させることとしたので、ＭＯＶＰＥ装置内の雰囲気中の酸素は、ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａ中に取り込まれることとなる。よって、反射層３０を成長させる前に、雰囲気中の酸素濃度を低減させることができる。このとき、酸素吸着効果を向上させるため、酸素吸着層としてのｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａは、高Ａｌ組成比とすることが好ましい。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように、バッファ層２０上に、反射層３０を成長させる。反射層３０は、例えば低屈折率層としてのｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ層（Ｙ＜１）と高屈折率
層としてのｎ型ＡｌＡｓ層（Ｙ＝１）とを複数ペア積層して設けられる。ｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ層の組成比は、それぞれの原料ガスの流量比等を調整して制御する。
【００３２】
本実施形態では、ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａを成長させることで、反射層３０の成長前に、予めＭＯＶＰＥ装置内の雰囲気中の酸素濃度が低減されている。これにより、反射層３０への酸素の混入が抑制され、反射層３０中の酸素濃度を例えば４．０×１０１８ｃｍ−３以下とすることができる。
【００３３】
続いて、図２（ｃ）に示すように、反射層３０上に、発光層４０を成長させる。発光層４０は、第１クラッド層としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１、活性層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４２、第２クラッド層としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４３、を積層して設けられる。
【００３４】
次に、発光層４０上に、接続層としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層５０を成長させ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層５０上に、電流分散層としてのｐ型ＧａＰ層６０を成長させる。
【００３５】
以上により、所定の発光波長を有するエピタキシャルウエハが製造される。
【００３６】
（電極の形成）
以上のように各層が形成されたエピタキシャルウエハを、ＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、図２（ｄ）に示すように、エピタキシャルウエハの上下面（表裏面）に電極形成を行う。すなわち、例えばマスクアライナ等を用いたフォトリソグラフィプロセスにて、ｐ型ＧａＰ層６０上に、フォトレジストパターンを形成する。続いて、真空蒸着法により、例えばＡｕＢｅ合金、Ｎｉ、Ａｕをこの順に蒸着する。蒸着後、リフトオフ法によりフォトレジストパターンを除去することで、例えば略円形の表面電極７１を素子ごとに形成する。それぞれの表面電極７１は、ｐ型ＧａＰ層６０上に例えばマトリクス状に配置される。なお、図２（ｄ）に示す図においては、マトリクス状に配置された複数の表面電極７１のうち１つを示す。
【００３７】
次に、エピタキシャルウエハの裏面、すなわち、ｎ型ＧａＡｓ基板１０のエピタキシャル層形成面とは反対側の面の全面に、真空蒸着法により、ＡｕＧｅ合金、Ｎｉ、Ａｕをこの順に蒸着し、裏面電極７２を形成する。その後、アロイ工程にて、上記電極７１，７２が形成されたエピタキシャルウエハを、例えば窒素（Ｎ２）ガス雰囲気中で５分間、４００℃に加熱し、電極７１，７２を合金化する。
【００３８】
続いて、電極７１，７２が形成された上記ウエハに対し、複数形成した表面電極７１のそれぞれが中央部に位置するよう、例えば略矩形にダイシングを行ってチップ化し、図１に示す半導体発光素子１を複数個得る。以上により、本実施形態に係る半導体発光素子１が製造される。
【００３９】
（半導体発光素子の実装）
その後、切り出された半導体発光素子１の実装を行う。すなわち、ダイシングにより複数切り出された個々の半導体発光素子１を、例えばＴＯ−１８ステム上にマウントしてダイボンディングを行い、さらにワイヤボンディングを施す。
【００４０】
（３）本発明の一実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
【００４１】
（ａ）本実施形態によれば、バッファ層２０上に、低屈折率層としてのｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ層と、高屈折率層としてのｎ型ＡｌＡｓ層と、を複数ペア積層して設けられる反
射層３０を有し、バッファ層２０は、ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａを含んでいる。これにより、ＭＯＶＰＥ装置内の雰囲気中の酸素をｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａに取り込むことができ、反射層３０をエピタキシャル成長させる前に、雰囲気中の酸素濃度を低減させることができる。よって、反射層３０に混入する酸素濃度を低減することができ、半導体発光素子１の信頼性を向上させることができる。
【００４２】
（ｂ）また、本実施形態によれば、酸素吸着層をｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａとしている。酸素を吸着し易い材料であるＡｌを酸素吸着層中に含むことで、酸素を吸着する効果が得られ、雰囲気中の酸素濃度を低減できる。
【００４３】
ここで、より酸素の吸着効果の高いＡｌ組成比Ｘ＝１のｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層、つまりｎ型ＡｌＡｓ層等を酸素吸着層として用いることも可能であるが、膜剥がれの懸念があるｎ型ＡｌＡｓよりも、より安定した材料であるＡｌＸＧａ１−ＸＡｓを酸素吸着層に用いることが好ましく、これにより、いっそう安定した半導体発光素子１が得られる。
【００４４】
（ｃ）また、本実施形態によれば、反射層３０の成長前に、雰囲気中の酸素濃度を低減させることで、反射層３０中の酸素濃度を４．０×１０１８ｃｍ−３以下とすることができる。これによって、半導体発光素子１の長期安定性、信頼性を向上させることができる。
【００４５】
（４）本発明の一実施形態の変形例に係る半導体発光素子
次に、上述の実施形態の変形例に係る半導体発光素子について、図３を用いて説明する。図３は、本変形例に係る半導体発光素子２を示す断面図である。半導体発光素子２においても、ｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層２１は酸素吸着層を含むが、本変形例に係る酸素吸着層は、層厚が７５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、例えば１００ｎｍであり、ｎ型ＧａＡｓ基板１０から反射層３０側に向かってＡｌ組成比Ｘが徐々に小さくなるｎ型のグレーデッド（Ｇｒａｄｅｄ）ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２１ａとして構成されている。但し、Ａｌ組成比Ｘを変化させる範囲は、０≦Ｘ≦１、より好ましくは０．６≦Ｘ≦１、さらに好ましくは０．６≦Ｘ≦０．８である。
【００４６】
すなわち、Ａｌ組成比Ｘの変化の範囲を例えば１→０とした場合、酸素吸着層を、ｎ型ＧａＡｓ基板１０側のｎ型ＡｌＡｓ（Ｘ＝１）から、反射層３０側のｎ型ＧａＡｓ（Ｘ＝０）へと変化させ、また、Ａｌ組成比Ｘの変化の範囲を０．８→０．６とした場合、ｎ型ＧａＡｓ基板１０側のｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓから、反射層３０側のｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓへと変化させる。
【００４７】
上記のようなｎ型のグレーデッドＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２１ａは、ＭＯＶＰＥ法により、それぞれの原料ガスの流量比等を変化させながら成長させていくことで、形成することができる。このとき、Ａｌ組成比Ｘが、０≦Ｘ≦１、より好ましくは０．６≦Ｘ≦１、さらに好ましくは０．６≦Ｘ≦０．８となるよう、原料ガスの流量比等を調整する。また、Ｖ／III比は、例えば３０以上１５０以下とし、成長温度は、例えば５８０℃以上６５
０℃以下とする。
【００４８】
本変形例においても、上述の実施形態と同様の良好な効果を奏する。
【００４９】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００５０】
例えば、上述の実施形態においては、酸素吸着層としてのｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａは、バッファ層２０の上層部に含まれることとしたが、それ以外の位置に含まれて
いてもよい。例えば、酸素吸着層がバッファ層の中間部分に含まれるよう、ｎ型ＧａＡｓ層／ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層（酸素吸着層）／ｎ型ＧａＡｓ層などと構成されていてもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態においては、ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａにおいて、Ａｌ組成比Ｘの範囲を０＜Ｘ＜１としたが、Ｘ＝１、すなわち、酸素吸着層は、ＡｌＡｓ層を含んでいてもよい。また、酸素吸着層は、この他のＡｌ系のエピタキシャル層とすることができ、例えばＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＡｓＰ等のいずれかの組成を含んでいてもよい。
【００５２】
また、上述の実施形態においては、ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａにおいて、Ａｌ組成比Ｘの範囲を０＜Ｘ＜１としたが、Ｘ＝０、すなわち、酸素吸着層は、ＧａＡｓ層を含んでいてもよい。このように、Ａｌを含まない組成の酸素吸着層とするときは、酸素吸着層の成長条件を、例えば低Ｖ／III比、低温の成長温度等の酸素を吸着し易い成長条件
とする。Ａｌを含まない酸素吸着層としては、この他、ＩｎＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓＰ等のいずれかの組成を含んでいてもよい。
【００５３】
また、上下の各クラッド層の導電型（ｎ型、ｐ型）を逆にして、光取り出し面側をｎ型としてもよい。
【００５４】
また、上述の実施形態においては、ＭＯＶＰＥ法による各層の形成にあたり、ｎ型の添加物原料ガスとしてＨ２Ｓｅを用いることとしたが、ｎ型添加物原料ガスとしては、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）や、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）等を用いることもできる。また、ｐ型の添加物原料ガスとしてジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いることとしたが、ｐ型添加物原料ガスとしては、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）やビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）等を用いることもできる。
【００５５】
また、上述の実施形態においては、略円形の表面電極７１を形成することとしたが、この他、四角形、菱形、多角形等、或いは枝状の電極部を有するものなど、表面電極は種々の形状とすることができる。
【実施例】
【００５６】
（１）実施例１
次に、本発明に係る実施例１について説明する。
（エピタキシャルウエハの製作）
まずは、上述の実施形態と同様の手法で、０ｎｍ〜２００ｎｍまでの異なる層厚の酸素吸着層（但し、０ｍｍでは酸素吸着層なし）を有するエピタキシャルウエハをそれぞれ作成した。各層を形成する際の、各層の組成比、層厚、ＭＯＶＰＥ法の成長条件等を以下に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
酸素吸着層はＡｌ組成比Ｘ＝０．８の層、すなわち、ｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層とした。また、反射層は、屈折率差を大きく取ることができる組み合わせとして、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層とｎ型ＡｌＡｓ層とを２０ペア積層して設けた。
【００５９】
以上により、本実施例に係るエピタキシャルウエハは、６３０ｎｍ帯の発光波長を有するアンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層を備える赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハとして構成される。
【００６０】
（電極の形成）
次に、上述の実施形態と同様の手法で、表面電極および裏面電極を形成した。このとき、略円形の表面電極のサイズを直径１００μｍとした。
【００６１】
続いて、上述の実施形態と同様の手法で、上記のそれぞれのウエハに対し、チップサイズが９ｍｉｌ角（１ｍｉl≒２５．４μｍ）となるようダイシングを行い、異なる層厚の
酸素吸着層を有する半導体発光素子をそれぞれ複数個製作した。それぞれの半導体発光素子は、６３０ｎｍ帯の発光波長を有する赤色ＬＥＤとして構成されている。
【００６２】
（半導体発光素子の実装）
その後、上述の実施形態と同様の手法で、上記それぞれの半導体発光素子の実装を行った。
【００６３】
（反射層の酸素濃度測定）
上記のように製作された、層厚が０ｎｍ、５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍの、ｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層からなる酸素吸着層（但し、０ｍｍでは酸素吸着層なし）を有する半導体発光素子それぞれについて、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）により、反射層に混入される酸素濃度
を測定した。結果を、図４に示す。
【００６４】
図４は、それぞれの半導体発光素子が有する反射層中の酸素濃度を示すグラフである。図４の横軸は、酸素吸着層としてのｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層の厚さ（ｎｍ）であり、図４の縦軸は、反射層中の酸素濃度（ｃｍ−３）の最大値である。
【００６５】
図４に示すように、ｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層の厚さが０ｎｍ及び５０ｎｍのと
きの反射層中の酸素濃度は、５×１０１８ｃｍ−３〜６×１０１８ｃｍ−３程度であった。これに対して、ｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層の厚さが７５ｎｍ以上のときの反射層中の酸素濃度は、３×１０１８ｃｍ−３〜３．３×１０１８ｃｍ−３程度まで低減し、また、０ｎｍ〜２００ｎｍまでの層厚において、酸素濃度の値が略安定していた。
【００６６】
以上の結果から、酸素吸着層を設けることで、反射層中の酸素濃度を低減することができ、また、酸素吸着層の厚さが７５ｎｍ以上の領域において、反射層中の酸素濃度が低濃度に略安定していることがわかった。
【００６７】
（半導体発光素子の信頼性試験）
次に、試験電流Ｉｆを５０ｍＡ、試験温度を室温、測定電流を２０ｍＡとして、上記酸素吸着層の層厚が異なる半導体発光素子それぞれに通電し、通電時間が０時間（ｈｒ）、１００ｈｒ、５００ｈｒ、１０００ｈｒのときの発光強度Ｐｏを測定した。結果を、図５に示す。
図５は、それぞれの半導体発光素子の信頼性を示すグラフである。図５の横軸は、通電時間（ｈｒ）である。図５の縦軸は、半導体発光素子の発光強度ΔＰｏ（％）である。発光強度（相対発光強度）ΔＰｏ（％）は、通電時間が０ｈｒのときの発光強度Ｐｏを１００％とし、それに対する１００ｈｒ後、５００ｈｒ後、１０００ｈｒ後の発光強度をパーセンテージで表したものである。本実施例では、ΔＰｏ（％）を半導体発光素子の信頼性を表す指標とした。
【００６８】
図５に示すように、ｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層の厚さが０ｎｍ及び５０ｎｍの半導体発光素子（図中、■印及び◇印）では、通電時間が長くなるとともに発光強度ΔＰｏが低下し続けてしまう。これに対して、ｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層の厚さが７５ｎｍ以上の半導体発光素子（図中、７５ｎｍが◆印、１００ｎｍが○印、１５０ｎｍが□印、２００ｎｍが●印）では、通電時間が１００ｈｒまでは低下傾向にあった発光強度ΔＰｏが、５００ｈｒでは低下が略止まり、５００ｈｒ以降は安定した数値を保っている。
【００６９】
以上の結果から、ｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層からなる酸素吸着層を７５ｎｍ以上とすることで、安定した発光強度ΔＰｏが得られ、半導体発光素子の信頼性が向上することがわかった。
【００７０】
（２）実施例２
上述の実施例１と同様の測定・試験を、酸素吸着層のＡｌ組成比Ｘ＝０．６、すなわち、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層である酸素吸着層を有する半導体発光素子に対して行った。その結果、反射層中の酸素濃度は、実施例１よりも若干高めであるものの、上述の実施例１と同様、酸素吸着層の層厚が５０ｎｍまでは不安定な発光強度ΔＰｏであったが、７５ｎｍ以上では安定した発光強度ΔＰｏが得られた。
【符号の説明】
【００７１】
１，２ 半導体発光素子
１０ ｎ型ＧａＡｓ基板（基板）
２０，２１ バッファ層
２０ａ，２１ａ ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層（酸素吸着層）
２０ｂ ｎ型ＧａＡｓ層
３０ 反射層
４０ 発光層
４１ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第１クラッド層）
４２ アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層（活性層）
４３ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第２クラッド層）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関し、更に詳しくは、低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層した反射層を有する半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子の製造工程においては、ＡｌＧａＩｎＰ系やＧａＮ系等の高品質結晶を有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法で成長させる技術の発達によって、青色、緑色、橙色、黄色、赤
色等の高輝度ＬＥＤが製作できるようになってきた。
【０００３】
上記のような高品質の結晶が成長可能となってから、半導体発光素子の内部効率は理論限界値に近づきつつある。しかし半導体発光素子からの光取り出し効率はまだまだ低く、光取り出し効率を向上させることが重要となっている。そこで、複数のエピタキシャル層を積層して発光機能を持たせた発光層の下層に、例えば低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層した反射層を設け、半導体基板側へと向かう光を半導体発光素子上面の光取り出し面側へと光干渉によって反射させる手法が採られている。例えば特許文献１には、一部或いは全ての材料にＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（０≦Ｘ≦１）を用いるｎ型光反射層が開示されている。また、ｎ型光反射層の下層には、ｎ型バッファ層としてＧａＡｓ層が用いられている。
【０００４】
バッファ層は、半導体基板の表面に付着したＳｉなどの不純物や、エピタキシャル成長させる炉内に残留した不純物を取り込み、押さえ込むことで、バッファ層上に所望の半導体エピタキシャル層を形成するための下地として設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１２３２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような構造を含む半導体発光素子では、素子の使用時間が長くなるとともに発光強度が低下し続ける等の現象がみられることがあり、充分な信頼性が得られない場合があった。本発明者等は、このような現象がみられた半導体発光素子において、素子が備える反射層に高濃度の酸素が混入していることを突き止めた。
【０００７】
本発明の目的は、反射層に混入する酸素濃度を低減し、信頼性を向上させることが可能な半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、前記基板上に設けられるバッファ層と、前記バッファ層上に低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層して設けられる反射層と、前記反射層上に第１クラッド層、活性層、第２クラッド層を積層して設けられる発光層と、を有する半導体発光素子において、前記バッファ層は、酸素吸着層を含む半導体発光素子が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、前記酸素吸着層は、層厚が７５ｎｍ以上２００ｎｍ以下
のＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層（但し、０．６≦Ｘ≦１）を含む第１の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、前記酸素吸着層は、層厚が７５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の、前記基板側から前記反射層側に向かってＡｌ組成比Ｘが徐々に小さくなるグレーデッドＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層（但し、０．６≦Ｘ≦１）を含む第１の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１１】
本発明の第４の態様によれば、前記反射層中の酸素濃度が４．０×１０１８ｃｍ−３以下である第１から第３の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１２】
本発明の第５の態様によれば、気相成長法を用いて基板上にバッファ層、低屈折率層と高屈折率層とからなる反射層、第１クラッド層と活性層と第２クラッド層とからなる発光層を成長させる半導体発光素子の製造方法において、前記バッファ層は、酸素吸着層を含み、前記酸素吸着層を、Ｖ族原料ガスとIII族原料ガスとのモル比率であるＶ／III比を３０以上１５０以下とし、成長温度を５８０℃以上６５０℃以下として、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（但し、０＜Ｘ＜１）、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＡｓＰのいずれかの組成を含むよう成長させ、或いは、前記Ｖ／III比を低減し、成長温
度を低温にして、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓＰのいずれかの組成を含むよう成長させる半導体発光素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、反射層に混入する酸素濃度を低減し、半導体発光素子の信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の変形例に係る半導体発光素子を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る半導体発光素子が有する反射層中の酸素濃度を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例に係る半導体発光素子の信頼性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法について説明する。
【００１６】
（１）半導体発光素子の構造
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子は、例えばアルミニウム（Ａｌ）等を含む半導体を複数積層した反射層を有している。上述したように、このような半導体発光素子においては、素子への通電を継続して使用時間が長くなるにしたがい、発光強度が低下していく経時変化が生じることがあり、このような素子の反射層には高濃度の酸素の混入がみられた。本発明者等によれば、反射層への酸素の混入は、例えばＭＯＶＰＥ法により、反射層をエピタキシャル成長させる際に起きることが明らかになった。
【００１７】
本発明者等は、バッファ層に酸素吸着層を設けることにより、反射層に混入する酸素濃度を低減させ、半導体発光素子の信頼性を向上させることができることを見いだした。以下に、バッファ層に酸素吸着層を含む本実施形態の半導体発光素子の構造について、図１
を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る半導体発光素子１を示す断面図である。
【００１８】
図１に示すように、半導体発光素子１は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板１０と、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に設けられるｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層２０と、を有する。バッファ層２０は、下地としてのｎ型ＧａＡｓ層２０ｂと、酸素吸着層としてのｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａとを含んでいる。すなわち、バッファ層２０は、基板側にＡｌ組成比Ｘ＝０のｎ型ＧａＡｓ層２０ｂが設けられ、上層部に所定のＡｌ組成比Ｘを有するｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａが設けられた２層構造となっている。ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａのＡｌ組成比Ｘは、０＜Ｘ＜１、より好ましくは０．６≦Ｘ≦０．８である。また、ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａの層厚は、７５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
このように、バッファ層２０に所定のＡｌ組成比Ｘを有するｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａを設けておくことで、後述する反射層３０をＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させる際、予め、ＭＯＶＰＥ装置内の雰囲気中の酸素を低減しておくことができる。
【００１９】
また、半導体発光素子１は、例えばバッファ層２０上に、一部或いは全てにｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ層（０≦Ｙ≦１）を用いる反射層３０が設けられる。より具体的には、反射層３０は、Ｙ＜１である低屈折率層としてのｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ層と、Ｙ＝１である高屈折率層としてのｎ型ＡｌＡｓ層と、を複数ペア積層して設けられる。反射層３０上には、第１クラッド層としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１、活性層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４２、第２クラッド層としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４３を積層して設けられる発光層４０を有する。
【００２０】
このように、反射層３０が低屈折率層と高屈折率層とを備えることで、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４２で発生した所定波長の光の一部が反射層３０へと入射してきた際、上記低屈折率層と高屈折率層との間で光干渉を起こさせ、入射してきた光を反射させることができる。つまり、反射層３０は、所定波長の光に対する分布ブラッグ反射層（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）として機能する。反射させる光の波長は、低屈折率層
及び高屈折率層のそれぞれの屈折率及び厚さを設定することで選択できる。低屈折率層及び高屈折率層の屈折率は、例えばｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ層の組成比Ｙを変えることで変化させることができる。
【００２１】
また、基板上に形成されるバッファ層は、基板に対してホモエピタキシャル成長となるよう、組成比を決定するとよい。例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上であれば、ｎ型ＧａＡｓ層から形成する。また、反射層３０中の酸素濃度が、４．０×１０１８ｃｍ−３以下となるよう、酸素吸着層を形成するとよい。
【００２２】
また、半導体発光素子１は、例えば発光層４０上に設けられる接続層としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層５０と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層５０上に設けられる電流分散層としてのｐ型ＧａＰ層６０と、を有する。さらに、半導体発光素子１は、ｐ型ＧａＰ層６０上に、例えば金・ベリリウム（ＡｕＢｅ）合金、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）を積層して設けられる表面電極７１と、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の上記各層の形成面とは反対側の面の全面に、例えば金・ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）合金、Ｎｉ、Ａｕを積層して設けられる裏面電極７２と、を有する。
【００２３】
（２）半導体発光素子の製造方法
次に、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法について説明する。
【００２４】
（エピタキシャルウエハの製造）
まずは、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、図１に示すバッファ層２０からｐ型ＧａＰ層６０までの複数のエピタキシャル層を積層して、所定の発光波長を有す
るエピタキシャルウエハを製造する。
【００２５】
具体的には、ＭＯＶＰＥ装置内にｎ型ＧａＡｓ基板１０を搬入して設置し、成長圧力、成長温度を所定値に保った状態で、所定の原料ガスを所定流量供給して行う。原料ガスには、例えばガリウム（Ｇａ）源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等の有機金属ガスを使用する。また、例えばアルミニウム（Ａｌ）源にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）等、インジウム（Ｉｎ）源にはトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属ガスをそれぞれ使用する。また、ヒ素（Ａｓ）源としてアルシン（ＡｓＨ３）等、リン（Ｐ）源としてホスフィン（ＰＨ３）等の水素化物ガスをそれぞれ使用する。このとき、ＴＭＧａやＴＭＡｌ等のIII族原料ガスのモル数を分母とし
、ＡｓＨ３やＰＨ３等のＶ族原料ガスのモル数を分子とする比率（商）、すなわち、Ｖ／III比を、所定値とする。
【００２６】
また、各層の導電型を決定する導電型決定不純物の添加は、例えば所定の添加物原料ガスを原料ガスに添加することにより行う。ｎ型の導電型決定不純物としては、例えばセレン（Ｓｅ）を用いる。Ｓｅを添加するには、例えばセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）等の添加物原料ガスを用いる。また、ｐ型の導電型決定不純物としては、例えば亜鉛（Ｚｎ）を用いる。Ｚｎを添加するには、例えばジエチルジンク（ＤＥＺｎ）等の添加物原料ガスを用いる。
【００２７】
以下、図２を参照しながら、各層の成長方法について説明する。図２は、半導体発光素子１の製造工程を示す断面図である。
【００２８】
まず、図２（ａ）に示すように、例えばｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層２０を成長させる。つまり、バッファ層２０内に、下地としてｎ型ＧａＡｓ層２０ｂを成長させ、上層部にｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａを成長させる。このとき、それぞれの原料ガスの流量比等を調整して、０＜Ｘ＜１、より好ましくは０．６≦Ｘ≦０．８に制御する。また、Ｖ／III比は、例えば３０以上１５０以下とし、成長温度は、
例えば５８０℃以上６５０℃以下とする。
【００２９】
ＭＯＶＰＥ装置内には、装置内にパーツを装着したり、基板を搬入したりする際に、水分等が持ち込まれることがあり、装置内の雰囲気中には酸素（Ｏ２）が存在する。例えばバッファ層としてｎ型ＧａＡｓ層のみを設けた従来の半導体発光素子において、装置内雰囲気中の酸素は、反射層を成長させる際、例えば酸素と結合し易い成分であるＡｌを含むｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ層やｎ型ＡｌＡｓ層等からなる反射層中に取り込まれ易かった。反射層等のエピタキシャル層に高濃度の酸素が混入すると、エピタキシャル層の結晶性が損なわれてしまう。これにより、反射層等の品質が低下して所定の反射率が得られなくなる。また、酸素は非発光の再結合中心となり、発光効率を低下させる。このため、半導体発光素子の発光強度が経時的に低下し、半導体発光素子の信頼性が得られない場合があった。
【００３０】
しかしながら、本実施形態では、反射層３０を成長させる前のバッファ層２０の成長時に、酸素吸着層としてのｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａを成長させることとしたので、ＭＯＶＰＥ装置内の雰囲気中の酸素は、ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａ中に取り込まれることとなる。よって、反射層３０を成長させる前に、雰囲気中の酸素濃度を低減させることができる。このとき、酸素吸着効果を向上させるため、酸素吸着層としてのｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａは、高Ａｌ組成比とすることが好ましい。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように、バッファ層２０上に、反射層３０を成長させる。反射層３０は、例えば低屈折率層としてのｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ層（Ｙ＜１）と高屈折率
層としてのｎ型ＡｌＡｓ層（Ｙ＝１）とを複数ペア積層して設けられる。ｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ層の組成比は、それぞれの原料ガスの流量比等を調整して制御する。
【００３２】
本実施形態では、ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａを成長させることで、反射層３０の成長前に、予めＭＯＶＰＥ装置内の雰囲気中の酸素濃度が低減されている。これにより、反射層３０への酸素の混入が抑制され、反射層３０中の酸素濃度を例えば４．０×１０１８ｃｍ−３以下とすることができる。
【００３３】
続いて、図２（ｃ）に示すように、反射層３０上に、発光層４０を成長させる。発光層４０は、第１クラッド層としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１、活性層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４２、第２クラッド層としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４３、を積層して設けられる。
【００３４】
次に、発光層４０上に、接続層としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層５０を成長させ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層５０上に、電流分散層としてのｐ型ＧａＰ層６０を成長させる。
【００３５】
以上により、所定の発光波長を有するエピタキシャルウエハが製造される。
【００３６】
（電極の形成）
以上のように各層が形成されたエピタキシャルウエハを、ＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、図２（ｄ）に示すように、エピタキシャルウエハの上下面（表裏面）に電極形成を行う。すなわち、例えばマスクアライナ等を用いたフォトリソグラフィプロセスにて、ｐ型ＧａＰ層６０上に、フォトレジストパターンを形成する。続いて、真空蒸着法により、例えばＡｕＢｅ合金、Ｎｉ、Ａｕをこの順に蒸着する。蒸着後、リフトオフ法によりフォトレジストパターンを除去することで、例えば略円形の表面電極７１を素子ごとに形成する。それぞれの表面電極７１は、ｐ型ＧａＰ層６０上に例えばマトリクス状に配置される。なお、図２（ｄ）に示す図においては、マトリクス状に配置された複数の表面電極７１のうち１つを示す。
【００３７】
次に、エピタキシャルウエハの裏面、すなわち、ｎ型ＧａＡｓ基板１０のエピタキシャル層形成面とは反対側の面の全面に、真空蒸着法により、ＡｕＧｅ合金、Ｎｉ、Ａｕをこの順に蒸着し、裏面電極７２を形成する。その後、アロイ工程にて、上記電極７１，７２が形成されたエピタキシャルウエハを、例えば窒素（Ｎ２）ガス雰囲気中で５分間、４００℃に加熱し、電極７１，７２を合金化する。
【００３８】
続いて、電極７１，７２が形成された上記ウエハに対し、複数形成した表面電極７１のそれぞれが中央部に位置するよう、例えば略矩形にダイシングを行ってチップ化し、図１に示す半導体発光素子１を複数個得る。以上により、本実施形態に係る半導体発光素子１が製造される。
【００３９】
（半導体発光素子の実装）
その後、切り出された半導体発光素子１の実装を行う。すなわち、ダイシングにより複数切り出された個々の半導体発光素子１を、例えばＴＯ−１８ステム上にマウントしてダイボンディングを行い、さらにワイヤボンディングを施す。
【００４０】
（３）本発明の一実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
【００４１】
（ａ）本実施形態によれば、バッファ層２０上に、低屈折率層としてのｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ層と、高屈折率層としてのｎ型ＡｌＡｓ層と、を複数ペア積層して設けられる反
射層３０を有し、バッファ層２０は、ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａを含んでいる。これにより、ＭＯＶＰＥ装置内の雰囲気中の酸素をｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａに取り込むことができ、反射層３０をエピタキシャル成長させる前に、雰囲気中の酸素濃度を低減させることができる。よって、反射層３０に混入する酸素濃度を低減することができ、半導体発光素子１の信頼性を向上させることができる。
【００４２】
（ｂ）また、本実施形態によれば、酸素吸着層をｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａとしている。酸素を吸着し易い材料であるＡｌを酸素吸着層中に含むことで、酸素を吸着する効果が得られ、雰囲気中の酸素濃度を低減できる。
【００４３】
ここで、より酸素の吸着効果の高いＡｌ組成比Ｘ＝１のｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層、つまりｎ型ＡｌＡｓ層等を酸素吸着層として用いることも可能であるが、膜剥がれの懸念があるｎ型ＡｌＡｓよりも、より安定した材料であるＡｌＸＧａ１−ＸＡｓを酸素吸着層に用いることが好ましく、これにより、いっそう安定した半導体発光素子１が得られる。
【００４４】
（ｃ）また、本実施形態によれば、反射層３０の成長前に、雰囲気中の酸素濃度を低減させることで、反射層３０中の酸素濃度を４．０×１０１８ｃｍ−３以下とすることができる。これによって、半導体発光素子１の長期安定性、信頼性を向上させることができる。
【００４５】
（４）本発明の一実施形態の変形例に係る半導体発光素子
次に、上述の実施形態の変形例に係る半導体発光素子について、図３を用いて説明する。図３は、本変形例に係る半導体発光素子２を示す断面図である。半導体発光素子２においても、ｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層２１は酸素吸着層を含むが、本変形例に係る酸素吸着層は、層厚が７５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、例えば１００ｎｍであり、ｎ型ＧａＡｓ基板１０から反射層３０側に向かってＡｌ組成比Ｘが徐々に小さくなるｎ型のグレーデッド（Ｇｒａｄｅｄ）ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２１ａとして構成されている。但し、Ａｌ組成比Ｘを変化させる範囲は、０≦Ｘ≦１、より好ましくは０．６≦Ｘ≦１、さらに好ましくは０．６≦Ｘ≦０．８である。
【００４６】
すなわち、Ａｌ組成比Ｘの変化の範囲を例えば１→０とした場合、酸素吸着層を、ｎ型ＧａＡｓ基板１０側のｎ型ＡｌＡｓ（Ｘ＝１）から、反射層３０側のｎ型ＧａＡｓ（Ｘ＝０）へと変化させ、また、Ａｌ組成比Ｘの変化の範囲を０．８→０．６とした場合、ｎ型ＧａＡｓ基板１０側のｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓから、反射層３０側のｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓへと変化させる。
【００４７】
上記のようなｎ型のグレーデッドＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２１ａは、ＭＯＶＰＥ法により、それぞれの原料ガスの流量比等を変化させながら成長させていくことで、形成することができる。このとき、Ａｌ組成比Ｘが、０≦Ｘ≦１、より好ましくは０．６≦Ｘ≦１、さらに好ましくは０．６≦Ｘ≦０．８となるよう、原料ガスの流量比等を調整する。また、Ｖ／III比は、例えば３０以上１５０以下とし、成長温度は、例えば５８０℃以上６５
０℃以下とする。
【００４８】
本変形例においても、上述の実施形態と同様の良好な効果を奏する。
【００４９】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００５０】
例えば、上述の実施形態においては、酸素吸着層としてのｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａは、バッファ層２０の上層部に含まれることとしたが、それ以外の位置に含まれて
いてもよい。例えば、酸素吸着層がバッファ層の中間部分に含まれるよう、ｎ型ＧａＡｓ層／ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層（酸素吸着層）／ｎ型ＧａＡｓ層などと構成されていてもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態においては、ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａにおいて、Ａｌ組成比Ｘの範囲を０＜Ｘ＜１としたが、Ｘ＝１、すなわち、酸素吸着層は、ＡｌＡｓ層を含んでいてもよい。また、酸素吸着層は、この他のＡｌ系のエピタキシャル層とすることができ、例えばＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＡｓＰ等のいずれかの組成を含んでいてもよい。
【００５２】
また、上述の実施形態においては、ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層２０ａにおいて、Ａｌ組成比Ｘの範囲を０＜Ｘ＜１としたが、Ｘ＝０、すなわち、酸素吸着層は、ＧａＡｓ層を含んでいてもよい。このように、Ａｌを含まない組成の酸素吸着層とするときは、酸素吸着層の成長条件を、例えば低Ｖ／III比、低温の成長温度等の酸素を吸着し易い成長条件
とする。Ａｌを含まない酸素吸着層としては、この他、ＩｎＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓＰ等のいずれかの組成を含んでいてもよい。
【００５３】
また、上下の各クラッド層の導電型（ｎ型、ｐ型）を逆にして、光取り出し面側をｎ型としてもよい。
【００５４】
また、上述の実施形態においては、ＭＯＶＰＥ法による各層の形成にあたり、ｎ型の添加物原料ガスとしてＨ２Ｓｅを用いることとしたが、ｎ型添加物原料ガスとしては、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）や、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）等を用いることもできる。また、ｐ型の添加物原料ガスとしてジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いることとしたが、ｐ型添加物原料ガスとしては、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）やビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）等を用いることもできる。
【００５５】
また、上述の実施形態においては、略円形の表面電極７１を形成することとしたが、この他、四角形、菱形、多角形等、或いは枝状の電極部を有するものなど、表面電極は種々の形状とすることができる。
【実施例】
【００５６】
（１）実施例１
次に、本発明に係る実施例１について説明する。
（エピタキシャルウエハの製作）
まずは、上述の実施形態と同様の手法で、０ｎｍ〜２００ｎｍまでの異なる層厚の酸素吸着層（但し、０ｍｍでは酸素吸着層なし）を有するエピタキシャルウエハをそれぞれ作成した。各層を形成する際の、各層の組成比、層厚、ＭＯＶＰＥ法の成長条件等を以下に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
酸素吸着層はＡｌ組成比Ｘ＝０．８の層、すなわち、ｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層とした。また、反射層は、屈折率差を大きく取ることができる組み合わせとして、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層とｎ型ＡｌＡｓ層とを２０ペア積層して設けた。
【００５９】
以上により、本実施例に係るエピタキシャルウエハは、６３０ｎｍ帯の発光波長を有するアンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層を備える赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハとして構成される。
【００６０】
（電極の形成）
次に、上述の実施形態と同様の手法で、表面電極および裏面電極を形成した。このとき、略円形の表面電極のサイズを直径１００μｍとした。
【００６１】
続いて、上述の実施形態と同様の手法で、上記のそれぞれのウエハに対し、チップサイズが９ｍｉｌ角（１ｍｉl≒２５．４μｍ）となるようダイシングを行い、異なる層厚の
酸素吸着層を有する半導体発光素子をそれぞれ複数個製作した。それぞれの半導体発光素子は、６３０ｎｍ帯の発光波長を有する赤色ＬＥＤとして構成されている。
【００６２】
（半導体発光素子の実装）
その後、上述の実施形態と同様の手法で、上記それぞれの半導体発光素子の実装を行った。
【００６３】
（反射層の酸素濃度測定）
上記のように製作された、層厚が０ｎｍ、５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍの、ｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層からなる酸素吸着層（但し、０ｍｍでは酸素吸着層なし）を有する半導体発光素子それぞれについて、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）により、反射層に混入される酸素濃度
を測定した。結果を、図４に示す。
【００６４】
図４は、それぞれの半導体発光素子が有する反射層中の酸素濃度を示すグラフである。図４の横軸は、酸素吸着層としてのｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層の厚さ（ｎｍ）であり、図４の縦軸は、反射層中の酸素濃度（ｃｍ−３）の最大値である。
【００６５】
図４に示すように、ｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層の厚さが０ｎｍ及び５０ｎｍのと
きの反射層中の酸素濃度は、５×１０１８ｃｍ−３〜６×１０１８ｃｍ−３程度であった。これに対して、ｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層の厚さが７５ｎｍ以上のときの反射層中の酸素濃度は、３×１０１８ｃｍ−３〜３．３×１０１８ｃｍ−３程度まで低減し、また、０ｎｍ〜２００ｎｍまでの層厚において、酸素濃度の値が略安定していた。
【００６６】
以上の結果から、酸素吸着層を設けることで、反射層中の酸素濃度を低減することができ、また、酸素吸着層の厚さが７５ｎｍ以上の領域において、反射層中の酸素濃度が低濃度に略安定していることがわかった。
【００６７】
（半導体発光素子の信頼性試験）
次に、試験電流Ｉｆを５０ｍＡ、試験温度を室温、測定電流を２０ｍＡとして、上記酸素吸着層の層厚が異なる半導体発光素子それぞれに通電し、通電時間が０時間（ｈｒ）、１００ｈｒ、５００ｈｒ、１０００ｈｒのときの発光強度Ｐｏを測定した。結果を、図５に示す。
図５は、それぞれの半導体発光素子の信頼性を示すグラフである。図５の横軸は、通電時間（ｈｒ）である。図５の縦軸は、半導体発光素子の発光強度ΔＰｏ（％）である。発光強度（相対発光強度）ΔＰｏ（％）は、通電時間が０ｈｒのときの発光強度Ｐｏを１００％とし、それに対する１００ｈｒ後、５００ｈｒ後、１０００ｈｒ後の発光強度をパーセンテージで表したものである。本実施例では、ΔＰｏ（％）を半導体発光素子の信頼性を表す指標とした。
【００６８】
図５に示すように、ｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層の厚さが０ｎｍ及び５０ｎｍの半導体発光素子（図中、■印及び◇印）では、通電時間が長くなるとともに発光強度ΔＰｏが低下し続けてしまう。これに対して、ｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層の厚さが７５ｎｍ以上の半導体発光素子（図中、７５ｎｍが◆印、１００ｎｍが○印、１５０ｎｍが□印、２００ｎｍが●印）では、通電時間が１００ｈｒまでは低下傾向にあった発光強度ΔＰｏが、５００ｈｒでは低下が略止まり、５００ｈｒ以降は安定した数値を保っている。
【００６９】
以上の結果から、ｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層からなる酸素吸着層を７５ｎｍ以上とすることで、安定した発光強度ΔＰｏが得られ、半導体発光素子の信頼性が向上することがわかった。
【００７０】
（２）実施例２
上述の実施例１と同様の測定・試験を、酸素吸着層のＡｌ組成比Ｘ＝０．６、すなわち、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層である酸素吸着層を有する半導体発光素子に対して行った。その結果、反射層中の酸素濃度は、実施例１よりも若干高めであるものの、上述の実施例１と同様、酸素吸着層の層厚が５０ｎｍまでは不安定な発光強度ΔＰｏであったが、７５ｎｍ以上では安定した発光強度ΔＰｏが得られた。
【符号の説明】
【００７１】
１，２ 半導体発光素子
１０ ｎ型ＧａＡｓ基板（基板）
２０，２１ バッファ層
２０ａ，２１ａ ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層（酸素吸着層）
２０ｂ ｎ型ＧａＡｓ層
３０ 反射層
４０ 発光層
４１ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第１クラッド層）
４２ アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層（活性層）
４３ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第２クラッド層）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられるバッファ層と、
前記バッファ層上に低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層して設けられる反射層と、
前記反射層上に第１クラッド層、活性層、第２クラッド層を積層して設けられる発光層と、を有する半導体発光素子において、
前記バッファ層は、酸素吸着層を含む
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記酸素吸着層は、層厚が７５ｎｍ以上２００ｎｍ以下のＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層（但し、０．６≦Ｘ≦１）を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記酸素吸着層は、層厚が７５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の、前記基板側から前記反射層側に向かってＡｌ組成比Ｘが徐々に小さくなるグレーデッドＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層（但し、０．６≦Ｘ≦１）を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記反射層中の酸素濃度が４．０×１０１８ｃｍ−３以下である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
気相成長法を用いて基板上にバッファ層、低屈折率層と高屈折率層とからなる反射層、第１クラッド層と活性層と第２クラッド層とからなる発光層を成長させる半導体発光素子の製造方法において、
前記バッファ層は、酸素吸着層を含み、
前記酸素吸着層を、
Ｖ族原料ガスとIII族原料ガスとのモル比率であるＶ／III比を３０以上１５０以下とし、成長温度を５８０℃以上６５０℃以下として、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（但し、０＜Ｘ＜１）、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＡｓＰのいずれかの組成を含むよう成長させ、或いは、
前記Ｖ／III比を低減し、成長温度を低温にして、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇ
ａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓＰのいずれかの組成を含むよう成長させる
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられるバッファ層と、
前記バッファ層上に低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層して設けられる反射層と、
前記反射層上に第１クラッド層、活性層、第２クラッド層を積層して設けられる発光層と、を有する半導体発光素子において、
前記バッファ層は、酸素吸着層を含む
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記酸素吸着層は、層厚が７５ｎｍ以上２００ｎｍ以下のＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層（但し、０．６≦Ｘ≦１）を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記酸素吸着層は、層厚が７５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の、前記基板側から前記反射層側に向かってＡｌ組成比Ｘが徐々に小さくなるグレーデッドＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ層（但し、０．６≦Ｘ≦１）を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記反射層中の酸素濃度が４．０×１０１８ｃｍ−３以下である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
気相成長法を用いて基板上にバッファ層、低屈折率層と高屈折率層とからなる反射層、第１クラッド層と活性層と第２クラッド層とからなる発光層を成長させる半導体発光素子の製造方法において、
前記バッファ層は、酸素吸着層を含み、
前記酸素吸着層を、
Ｖ族原料ガスとIII族原料ガスとのモル比率であるＶ／III比を３０以上１５０以下とし、成長温度を５８０℃以上６５０℃以下として、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（但し、０＜Ｘ＜１）、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＡｓＰのいずれかの組成を含むよう成長させ、或いは、
前記Ｖ／III比を低減し、成長温度を低温にして、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇ
ａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓＰのいずれかの組成を含むよう成長させる
ことを特徴とする半導体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２０１２−１７４８７６（Ｐ２０１２−１７４８７６Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３５１１８（Ｐ２０１１−３５１１８）
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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