半導体発光素子用エピタキシャルウェハ及び半導体発光素子
【課題】ＧａＡｓからなるｐ型キャップ層のＺｎをクラッド層や活性層に拡散させないようにした発光素子用エピタキシャルウェハ、従って、安定な高出力動作及び高温動作が可能で、且つ高信頼なＬＥＤ及びＬＤが得られる発光素子を提供すること。
【解決手段】ｎ型基板１上に、少なくともｎ型クラッド層４、活性層６、ｐ型クラッド層７、９、及びｐ型キャップ層１１を順次積層し、ｐ型クラッド層７、９のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型キャップ層１１が、基板側から順に形成された、Ｍｇをドーピングした層１１ａとＺｎをドーピングした層１１ｂの少なくとも２つの層からなる形態とする。
【解決手段】ｎ型基板１上に、少なくともｎ型クラッド層４、活性層６、ｐ型クラッド層７、９、及びｐ型キャップ層１１を順次積層し、ｐ型クラッド層７、９のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型キャップ層１１が、基板側から順に形成された、Ｍｇをドーピングした層１１ａとＺｎをドーピングした層１１ｂの少なくとも２つの層からなる形態とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子（発光ダイオード、半導体レーザ）用エピタキシャルウェハ、特にｐ型ドーパントとしてマグネシウム（Ｍｇ）を用いたアルミニウムガリウムインジウム燐（ＡｌＧａＩｎＰ）系発光素子に適した半導体発光素子用エピタキシャルウェハ及びこれを用いて作製した半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いた、半導体発光素子用のＡｌＧａＩｎＰ系結晶成長では、従来、ｎ型ドーパントとしてケイ素（Ｓｉ）、セレン（Ｓｅ）、ｐ型ドーパントとして亜鉛（Ｚｎ）、Ｍｇを用いるのが一般的である。半導体レーザ（ＬＤ）用途におけるエピタキシャルウェハでは、ｐ型ドーパントとしてＺｎを用いた場合のｐ型クラッド層のキャリア濃度としては、通常４×１０17cm-3程度と比較的低濃度に設定されている。
【０００３】
近年、半導体レーザのうちでも、ＡｌＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザを光源に用いた高密度光ディスク装置等が積極的に開発されている。この高密度光ディスク装置における読み取り・書き込み用光源としては、安定な高出力・高温動作が要求されており、そのためにはｐ型クラッド層のキャリア濃度を更に高濃度化する必要がある。
【０００４】
しかし、Ｚｎを高濃度ドーピングすると、エピタキシャル成長中にＺｎが活性層まで拡散してしまい、素子特性と信頼性の劣化を招くという問題が生じる。このためＺｎを低濃度ドーピングせざるを得なかった。最近では、ｐ型ドーパントとして、Ｚｎに比べ拡散定数が小さいＭｇを用いてｐ型クラッド層を高キャリア濃度化するようになってきた。
【０００５】
また、ｐ型基板の上に、ｐ型クラッド層、活性層、ｎ型クラッド層、ｎ型電流拡散層が順に積層されたｎアップ構造の発光ダイオード（ＬＥＤ）において、ガリウム燐（ＧａＰ）基板のｐ型ドーパントであるＺｎが活性層まで拡散してしまい、非発光センターを形成して輝度の低下を招くという問題を解決するため、ｐ型クラッド層と基板との間、又はｐ型クラッド層の一部に亜鉛拡散防止層を形成することが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、従来、光素子用エピタキシャルウェハにおいては、低抵抗の電極を形成するために、最上層には高濃度にドーピングした低抵抗のキャップ層（コンタクト層）を形成する。このキャップ層は通常ガリウム砒素（ＧａＡｓ）で形成され、ドーパントとしては高濃度に添加できるＺｎが用いられてきた。
【特許文献１】特開平９−６９６６７号公報（図１、Ｃドープ層１０６）
【特許文献２】特開２００２−１１１０５２号公報（図１、Ｚｎ拡散防止層１５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＬＥＤ及びＬＤの高出力動作時や高温動作時には、活性層からｐ型クラッド層への電子のオーバーフローによるリーク電流が大きくなり、閾電流や動作電流が増大することが知られている。安定な高温・高出力動作を達成するためには、ｐ型クラッド層を極力高キャリア濃度化することが望ましいが、従来のようにｐ型ドーパントとしてＺｎを用いた場合、ｐ型クラッド層の高キャリア濃度化とともにＺｎが活性層中に拡散してしまい、活性層のフォトルミネッセンス・スペクトルの半値幅（以下、ＰＬ半値幅という）が大きくなるなど、活性層の結晶品質を損なうことが閾電流や動作電流の増大と信頼性低下の原因となっていた。
【０００８】
その対策として、本出願人は、先願として、結晶成長手段としてＭＯＶＰＥ法を用い、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、少なくともｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層、ｐ型ガリウムインジウム燐（ＧａＩｎＰ）エッチング停止層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層、及びｐ型ガリウム砒素（ＧａＡｓ）コンタクト層を順次積層したＬＤ用エピタキシャルウェハにおいて、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング層、及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇであり、且つｐ型ＧａＡｓコンタクト層のｐ型ドーパントがＺｎであり、且つｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層のうち、少なくともｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層のキャリア濃度が８×１０17cm-3から１．３×１０18cm-3の範囲にある構造とすることを提案している。
【０００９】
このように、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層のｐ型ドーパントにはＭｇを用い、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層のｐ型ドーパントには、１×１０19cm-3以上のキャリア濃度が比較的容易に得られ、且つ充分小さなコンタクト抵抗を得ることができるＺｎを用いることが有効である。これにより、ｐ型クラッド層のキャリア濃度を１×１０18cm-3程度まで高濃度化することが可能となった。
【００１０】
しかしながら、問題点として、ｐ型クラッド層のキャリア濃度を１×１０18cm-3よりも高濃度にドーピングすると、ＺｎとＭｇの相互拡散が顕著になり、ｐ型コンタクト層のＺｎが、全くＺｎをドーピングしていないｐ型クラッド層や活性層にまで拡散してしまう現象が生じることが分かった。したがって、１×１０18cm-3よりも更に高濃度ドーピングすると、ｐ型ドーパントとしてＺｎのみを用いた場合と同様に、活性層のＰＬ半値幅が大きくなるという問題があった。
【００１１】
すなわち、従来技術において、拡散しやすいＺｎを、最も上層に形成するｐ型ＧａＡｓキャップ層のｐ型ドーパントとして用いている場合には、このｐ型ＧａＡｓキャップ層に添加したＺｎが、その成長中に下の層のｐ型クラッド層を通過して活性層まで拡散し、活性層の発光特性を劣化させるという問題があった。
【００１２】
上記先願例として説明したように、ｐ型クラッド層のドーパントとしてＭｇを用いている場合は、特にこのＺｎの拡散が顕著であり、さらに本来は比較的拡散し難いはずのＭｇの拡散をも助長してしまうため、活性層の発光特性や素子の寿命を劣化させるという大きな問題を生じていた。
【００１３】
そこで本発明の目的は、この問題点を解決し、ＧａＡｓキャップ層のＺｎをクラッド層や活性層に拡散させないようにした半導体発光素子用エピタキシャルウェハ、従って、安定な高出力動作及び高温動作が可能で、且つ高信頼な半導体発光素子（ＬＥＤ、ＬＤ）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１５】
請求項１の発明に係る半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型キャップ層が、基板側から順に形成された、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層からなることを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、活性層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型キャップ層が、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型クラッド層側から順に、前記Ｍｇをドーピングした層と前記Ｚｎをドーピングした層が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ｐ型第２クラッド層、及びｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ｐ型第２クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型キャップ層が、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型第２クラッド層側から順に、前記Ｍｇをドーピングした層と前記Ｚｎをドーピングした層が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、活性層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ｐ型第２クラッド層、及びｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型キャップ層が、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型第２クラッド層側から順に、前記Ｍｇをドーピングした層と前記Ｚｎをドーピングした層が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１又は２記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、上記ｐ型クラッド層と上記ｐ型キャップ層との間に、両者間（上記ｐ型クラッド層と上記ｐ型キャップ層との間）のバンドギャップ不連続による界面の抵抗成分を減ずるＭｇをドーピングしたｐ型中間層を設けたことを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明は、ＧａＡｓからなる基板上にＡｌＧａＩｎＰ系材料の化合物半導体をエピタキシャル成長することにより作製し、且つｐ型ドーパントとしては主としてＭｇを用いた半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、最も上層に形成するＧａＡｓ系材料のキャップ層が、基板側から順次Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項７の発明に係る半導体発光素子は、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハを用いて作製したことを特徴とする。
【００２２】
＜発明の要点＞
上記目的を達成するために、本発明では、結晶成長手段としてＭＯＶＰＥ法を用い、更には活性層に隣接するｐ型第１クラッド層、エッチング停止層及びｐ型第２クラッド層のｐ型ドーパントとして従来のＺｎに代わり拡散定数が小さいＭｇを用いた。また、本発明のｐ型キャップ層のｐ型ドーパントは、先願と同様に、１×１０19cm-3以上のドーピングが比較的容易なＺｎを用いるが、ｐ型クラッド層及び活性層へのＺｎの拡散を抑制するため、ｐ型キャップ層を、Ｍｇをドーピングした層と、Ｚｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から構成し、ｐ型クラッド層側から順に、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層を形成した。これにより、従来、活性層の品質を損なうことなく高濃度化することが困難であったｐ型クラッド層のキャリア濃度を、１×１０18cm-3以上の高濃度領域においても活性層のＰＬ半値幅がほとんど増加せず、高出力・高温動作可能なＬＤが得られるエピタキシャルウェハの作製が可能となった。
【００２３】
すなわち、本発明では、ｐ型キャップ層を少なくとも２層に分割した構造とし、基板や活性層に近い方の層をＭｇをドーピングした層（Ｍｇドープｐ型キャップ層）、他方の層をＺｎをドーピングした層（Ｚｎドープｐ型キャップ層）とした。このような構造にすると、Ｍｇをドーピングした層が、他方のＺｎをドーピングした層の中のＺｎの拡散を抑止する亜鉛拡散抑止層として働くため、ＺｎはＭｇをドーピングした層より活性層側へはほとんど拡散しない。この結果、活性層の発光特性や素子の寿命を劣化させるという従来の問題点を解決できる。
【００２４】
このようにｐ型クラッド層及び活性層へのＺｎの拡散を抑制するためのｐ型キャップ層を少なくとも２層に分割した構造とし、基板や活性層に近い方の層をＭｇをドーピングした層とし、他方の層をＺｎをドーピングした層とする考え方は、上記した特許文献１、２のいずれにも存在しないものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を少なくとも２層に分割した構造とし、ｎ型基板や活性層に近い方の層をＧａＡｓからなるＭｇドープｐ型キャップ層（Ｍｇをドーピングした層）とし、他方の層をＧａＡｓからなるＺｎドープｐ型キャップ層（Ｚｎをドーピングした層）とし、Ｍｇドープｐ型キャップ層が、他方のＺｎドープｐ型キャップ層の中のＺｎの拡散を抑止する亜鉛拡散抑止層として働くようにしたので、ｐ型キャップ層のＺｎは、Ｍｇドープｐ型キャップ層より活性層側へはほとんど拡散しない。すなわち、ｐ型キャップ層のＺｎがクラッド層や特に活性層へ拡散することを極めて有効に抑止することができるので、活性層の発光特性や素子の寿命を劣化させることがない。この結果、拡散が少ない故に、高濃度にドーピングできるＭｇをｐ型クラッド層等に用いることの利点を充分に活かすことができ、高出力・高温特性のすぐれた赤色半導体レーザ等の光素子を作製するのに適した半導体発光素子用エピタキシャルウェハを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２７】
図１に示す半導体発光素子（ＬＤ）用エピタキシャルウェハは、ＧａＡｓからなるｎ型基板１上に、ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２、ＧａＩｎＰからなるｎ型バッファ層３、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層４、ＡｌＧａＩｎＰからなるアンドープガイド層５、多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層６、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層７、ＧａＩｎＰからなるｐ型エッチング停止層８、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層９、ＧａＩｎＰからなるｐ型中間層１０、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層１１を順次積層した構造となっている。
【００２８】
最も上層のｐ型キャップ層１１は、Ｍｇをドーピングした層（Ｍｇドープｐ型キャップ層１１ａ）と、Ｚｎをドーピングした層（Ｚｎドープｐ型キャップ層１１ｂ）の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型第２クラッド層９側に前記Ｍｇをドーピングした層（Ｍｇドープｐ型キャップ層１１ａ）が、また表面側に前記Ｚｎをドーピングした層（Ｚｎドープｐ型キャップ層１１ｂ）が形成されている。ｐ型第１クラッド層７、ｐ型第２クラッド層９、及びｐ型エッチング停止層８にドープされたｐ型ドーパントはＭｇである。
【００２９】
このような構造にすると、Ｍｇドープｐ型キャップ層１１ａが、他方のＺｎドープｐ型キャップ層１１ｂ中のＺｎの拡散を抑止する亜鉛拡散抑止層として働くため、ＺｎはＭｇドープｐ型キャップ層１１ａより活性層６側へはほとんど拡散しなくなる。
【００３０】
また、別な構造として、図３に示す半導体発光素子（ＬＥＤ）用エピタキシャルウェハがある。これは、ＧａＡｓからなるｎ型基板２１上に、ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２２、Ａｌ0.5Ｇａ0.5ＡｓとＡｌＡｓとの薄膜多層構造からなるｎ型ＤＢＲ層２３、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層２４、多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層２５、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層２６、ＧａＰからなるｐ型電流拡散層２７及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層２８を順次積層した構造となっている。
【００３１】
最も上層のｐ型キャップ層２８は、Ｍｇをドーピングした層（Ｍｇドープｐ型キャップ層２８ａ）と、Ｚｎをドーピングした層（Ｚｎドープｐ型キャップ層２８ｂ）の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型クラッド層２６側に前記Ｍｇをドーピングした層（Ｍｇドープｐ型キャップ層２８ａ）が、また表面側に前記Ｚｎをドーピングした層（Ｚｎドープｐ型キャップ層２８ｂ）が形成されている。ｐ型クラッド層２６、及びｐ型電流拡散層２７にドープされたｐ型ドーパントはＭｇである。
【００３２】
このような構造にすると、図１の半導体発光素子（ＬＤ）用エピタキシャルウェハと同様に、Ｍｇドープｐ型キャップ層２８ａが、他方のＺｎドープｐ型キャップ層２８ｂ中のＺｎの拡散を抑止する亜鉛拡散抑止層として働くため、ＺｎはＭｇドープｐ型キャップ層２８ａより活性層２５側へはほとんど拡散しなくなる。
【実施例１】
【００３３】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００３４】
図１に示すごとく、ＧａＡｓからなるｎ型基板１上に、ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２、これと格子整合したＧａＩｎＰからなるｎ型バッファ層３、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｎ型クラッド層４を順次エピタキシャル成長し、その上に、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるアンドープガイド層５、障壁層と歪ＧａＩｎＰ井戸層により構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層６、さらに（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5ＰからなるＭｇドープｐ型第１クラッド層７、ＧａＩｎＰからなるｐ型エッチング停止層８、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5ＰからなるＭｇドープｐ型第２クラッド層９、ＧａＩｎＰからなるＭｇドープｐ型中間層１０を順次成長した。
【００３５】
そして最上部に、本発明の亜鉛拡散抑止層を伴う、ＧａＡｓからなるＭｇドープｐ型キャップ層（Ｍｇをドーピングした層）１１ａと、ＧａＡｓからなるＺｎドープｐ型キャップ層（Ｚｎをドーピングした層）１１ｂとを順次成長した。ここでＭｇドープｐ型第２クラッド層９側のＭｇドープｐ型キャップ層１１ａは、厚さ５０nm、キャリア濃度１×１０18cm-3とし、上側のＺｎドープｐ型キャップ層１１ｂは、厚さ４５０nm、キャリア濃度５×１０18cm-3とした。
【００３６】
本実施例（本発明）の層構造を持つ半導体発光素子（ＬＤ）用エピタキシャルウェハについて、そのＺｎとＭｇの分布状況をＳＩＭＳ分析で調べた。その結果を図２に示す。図中、曲線１２はＺｎの分布プロファイル、曲線１３はＭｇの分布プロファイルである。図２の曲線１２が示す亜鉛の濃度は、Ｍｇドープｐ型第１クラッド層７及びＭｇドープｐ型第２クラッド層９の中において１×１０15cm-3程度と非常に小さい値となっている。つまり、本実施例の場合、最も上層のＺｎドープｐ型キャップ層１１ｂのＺｎがＭｇドープｐ型第１クラッド層７及びＭｇドープｐ型第２クラッド層９にはほとんど拡散していないことが判る。
【００３７】
参考として、図４に、ｐ型キャップ層１１がＺｎドープｐ型キャップ層１１ｂのみで構成される従来例の場合について、ＳＩＭＳ分析した結果を示す。Ｍｇドープｐ型第１クラッド層７及びＭｇドープｐ型第２クラッド層９の中におけるＺｎ（曲線１２）の値が高く、Ｚｎが活性層６にまで拡散していることが分かる。
【００３８】
また、本発明エピタキシャルウェハを用いて作製した赤色半導体レーザの素子特性も非常に良好であった。
【実施例２】
【００３９】
本発明の亜鉛拡散抑止層（Ｍｇドープｐ型キャップ層１１ａ）は、そのマグネシウムのドーピング量をある程度自由に設定することができる。そこで、他の実施例として、亜鉛拡散抑止層であるＭｇドープｐ型キャップ層（Ｍｇをドーピングした層）１１ａのキャリア濃度を４×１０18cm-3とし、Ｚｎドープｐ型キャップ層（Ｚｎをドーピングした層）１１ｂも同じく４×１０18cm-3として構成したところ、同様の効果を発揮することができた。
【実施例３】
【００４０】
図３に示すごとく、ＧａＡｓからなるｎ型基板２１上に、ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２２、Ａｌ0.5Ｇａ0.5ＡｓとＡｌＡｓとの薄膜多層構造からなるｎ型ＤＢＲ層２３、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｎ型クラッド層２４を順次エピタキシャル成長し、その上に、障壁層と歪ＧａＩｎＰ井戸層により構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層２５、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5ＰからなるＭｇドープｐ型クラッド層２６、さらにＧａＰからなるｐ型電流拡散層２７を順次成長した。
【００４１】
そして最上部に、本発明の亜鉛拡散抑止層を伴う、ＧａＡｓからなるＭｇドープｐ型キャップ層（Ｍｇをドーピングした層）２８ａと、ＧａＡｓからなるＺｎドープｐ型キャップ層（Ｚｎをドーピングした層）２８ｂとを順次成長した。ここでＭｇドープｐ型クラッド層 側のＭｇドープｐ型キャップ層２８ａは、厚さ７０nm、キャリア濃度１×１０18cm-3とし、上側のＺｎドープｐ型キャップ層２8ｂは、厚さ４５０nm、キャリア濃度５×１０18cm-3とした。
【００４２】
なお、上記実施例１及び３においては、Ｍｇドープｐ型キャップ層の厚さを、それぞれ５０nm、７０nmとしたが、実用上は３０nm以上１００nm以下であることが好ましい。
【００４３】
なぜならば、亜鉛拡散抑止層より下の層において実用上問題とならない亜鉛濃度は約1×１０-16cm-3以下であるが、その程度の亜鉛濃度を実現するためには、亜鉛拡散抑止層の厚さを３０nm以上とする必要があるからである。
【００４４】
また、半導体発光素子において実用上許容され得る抵抗値は約３Ω以下であるが、その程度の抵抗値を実現するためには、亜鉛拡散抑止層の厚さを１００nm以下とする必要があるからである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の半導体発光素子（ＬＤ）用エピタキシャルウェハの実施例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の亜鉛拡散抑止層を伴った半導体発光素子（ＬＤ）用エピタキシャルウェハのＳＩＭＳ分析結果を示す図である。
【図３】本発明の半導体発光素子（ＬＥＤ）用エピタキシャルウェハの実施例を示す断面模式図である。
【図４】従来のＺｎドープのキャップ層を用いた半導体発光素子（ＬＤ）用エピタキシャルウェハのＳＩＭＳ分析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ ｎ型基板
２ ｎ型バッファ層
３ ｎ型バッファ層
４ ｎ型クラッド層
５ アンドープガイド層
６ 活性層
７ Ｍｇドープｐ型第１クラッド層
８ ｐ型エッチング停止層
９ Ｍｇドープｐ型第２クラッド層
１０ Ｍｇドープｐ型中間層
１１ ｐ型キャップ層
１１ａ Ｍｇドープｐ型キャップ層（Ｍｇをドーピングした層）
１１ｂ Ｚｎドープｐ型キャップ層（Ｚｎをドーピングした層）
１２ Ｚｎの分布プロファイル
１３ Ｍｇの分布プロファイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子（発光ダイオード、半導体レーザ）用エピタキシャルウェハ、特にｐ型ドーパントとしてマグネシウム（Ｍｇ）を用いたアルミニウムガリウムインジウム燐（ＡｌＧａＩｎＰ）系発光素子に適した半導体発光素子用エピタキシャルウェハ及びこれを用いて作製した半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いた、半導体発光素子用のＡｌＧａＩｎＰ系結晶成長では、従来、ｎ型ドーパントとしてケイ素（Ｓｉ）、セレン（Ｓｅ）、ｐ型ドーパントとして亜鉛（Ｚｎ）、Ｍｇを用いるのが一般的である。半導体レーザ（ＬＤ）用途におけるエピタキシャルウェハでは、ｐ型ドーパントとしてＺｎを用いた場合のｐ型クラッド層のキャリア濃度としては、通常４×１０17cm-3程度と比較的低濃度に設定されている。
【０００３】
近年、半導体レーザのうちでも、ＡｌＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザを光源に用いた高密度光ディスク装置等が積極的に開発されている。この高密度光ディスク装置における読み取り・書き込み用光源としては、安定な高出力・高温動作が要求されており、そのためにはｐ型クラッド層のキャリア濃度を更に高濃度化する必要がある。
【０００４】
しかし、Ｚｎを高濃度ドーピングすると、エピタキシャル成長中にＺｎが活性層まで拡散してしまい、素子特性と信頼性の劣化を招くという問題が生じる。このためＺｎを低濃度ドーピングせざるを得なかった。最近では、ｐ型ドーパントとして、Ｚｎに比べ拡散定数が小さいＭｇを用いてｐ型クラッド層を高キャリア濃度化するようになってきた。
【０００５】
また、ｐ型基板の上に、ｐ型クラッド層、活性層、ｎ型クラッド層、ｎ型電流拡散層が順に積層されたｎアップ構造の発光ダイオード（ＬＥＤ）において、ガリウム燐（ＧａＰ）基板のｐ型ドーパントであるＺｎが活性層まで拡散してしまい、非発光センターを形成して輝度の低下を招くという問題を解決するため、ｐ型クラッド層と基板との間、又はｐ型クラッド層の一部に亜鉛拡散防止層を形成することが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、従来、光素子用エピタキシャルウェハにおいては、低抵抗の電極を形成するために、最上層には高濃度にドーピングした低抵抗のキャップ層（コンタクト層）を形成する。このキャップ層は通常ガリウム砒素（ＧａＡｓ）で形成され、ドーパントとしては高濃度に添加できるＺｎが用いられてきた。
【特許文献１】特開平９−６９６６７号公報（図１、Ｃドープ層１０６）
【特許文献２】特開２００２−１１１０５２号公報（図１、Ｚｎ拡散防止層１５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＬＥＤ及びＬＤの高出力動作時や高温動作時には、活性層からｐ型クラッド層への電子のオーバーフローによるリーク電流が大きくなり、閾電流や動作電流が増大することが知られている。安定な高温・高出力動作を達成するためには、ｐ型クラッド層を極力高キャリア濃度化することが望ましいが、従来のようにｐ型ドーパントとしてＺｎを用いた場合、ｐ型クラッド層の高キャリア濃度化とともにＺｎが活性層中に拡散してしまい、活性層のフォトルミネッセンス・スペクトルの半値幅（以下、ＰＬ半値幅という）が大きくなるなど、活性層の結晶品質を損なうことが閾電流や動作電流の増大と信頼性低下の原因となっていた。
【０００８】
その対策として、本出願人は、先願として、結晶成長手段としてＭＯＶＰＥ法を用い、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、少なくともｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層、ｐ型ガリウムインジウム燐（ＧａＩｎＰ）エッチング停止層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層、及びｐ型ガリウム砒素（ＧａＡｓ）コンタクト層を順次積層したＬＤ用エピタキシャルウェハにおいて、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング層、及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇであり、且つｐ型ＧａＡｓコンタクト層のｐ型ドーパントがＺｎであり、且つｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層のうち、少なくともｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層のキャリア濃度が８×１０17cm-3から１．３×１０18cm-3の範囲にある構造とすることを提案している。
【０００９】
このように、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層のｐ型ドーパントにはＭｇを用い、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層のｐ型ドーパントには、１×１０19cm-3以上のキャリア濃度が比較的容易に得られ、且つ充分小さなコンタクト抵抗を得ることができるＺｎを用いることが有効である。これにより、ｐ型クラッド層のキャリア濃度を１×１０18cm-3程度まで高濃度化することが可能となった。
【００１０】
しかしながら、問題点として、ｐ型クラッド層のキャリア濃度を１×１０18cm-3よりも高濃度にドーピングすると、ＺｎとＭｇの相互拡散が顕著になり、ｐ型コンタクト層のＺｎが、全くＺｎをドーピングしていないｐ型クラッド層や活性層にまで拡散してしまう現象が生じることが分かった。したがって、１×１０18cm-3よりも更に高濃度ドーピングすると、ｐ型ドーパントとしてＺｎのみを用いた場合と同様に、活性層のＰＬ半値幅が大きくなるという問題があった。
【００１１】
すなわち、従来技術において、拡散しやすいＺｎを、最も上層に形成するｐ型ＧａＡｓキャップ層のｐ型ドーパントとして用いている場合には、このｐ型ＧａＡｓキャップ層に添加したＺｎが、その成長中に下の層のｐ型クラッド層を通過して活性層まで拡散し、活性層の発光特性を劣化させるという問題があった。
【００１２】
上記先願例として説明したように、ｐ型クラッド層のドーパントとしてＭｇを用いている場合は、特にこのＺｎの拡散が顕著であり、さらに本来は比較的拡散し難いはずのＭｇの拡散をも助長してしまうため、活性層の発光特性や素子の寿命を劣化させるという大きな問題を生じていた。
【００１３】
そこで本発明の目的は、この問題点を解決し、ＧａＡｓキャップ層のＺｎをクラッド層や活性層に拡散させないようにした半導体発光素子用エピタキシャルウェハ、従って、安定な高出力動作及び高温動作が可能で、且つ高信頼な半導体発光素子（ＬＥＤ、ＬＤ）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１５】
請求項１の発明に係る半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型キャップ層が、基板側から順に形成された、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層からなることを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、活性層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型キャップ層が、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型クラッド層側から順に、前記Ｍｇをドーピングした層と前記Ｚｎをドーピングした層が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ｐ型第２クラッド層、及びｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ｐ型第２クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型キャップ層が、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型第２クラッド層側から順に、前記Ｍｇをドーピングした層と前記Ｚｎをドーピングした層が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、活性層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ｐ型第２クラッド層、及びｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型キャップ層が、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型第２クラッド層側から順に、前記Ｍｇをドーピングした層と前記Ｚｎをドーピングした層が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１又は２記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、上記ｐ型クラッド層と上記ｐ型キャップ層との間に、両者間（上記ｐ型クラッド層と上記ｐ型キャップ層との間）のバンドギャップ不連続による界面の抵抗成分を減ずるＭｇをドーピングしたｐ型中間層を設けたことを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明は、ＧａＡｓからなる基板上にＡｌＧａＩｎＰ系材料の化合物半導体をエピタキシャル成長することにより作製し、且つｐ型ドーパントとしては主としてＭｇを用いた半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、最も上層に形成するＧａＡｓ系材料のキャップ層が、基板側から順次Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項７の発明に係る半導体発光素子は、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハを用いて作製したことを特徴とする。
【００２２】
＜発明の要点＞
上記目的を達成するために、本発明では、結晶成長手段としてＭＯＶＰＥ法を用い、更には活性層に隣接するｐ型第１クラッド層、エッチング停止層及びｐ型第２クラッド層のｐ型ドーパントとして従来のＺｎに代わり拡散定数が小さいＭｇを用いた。また、本発明のｐ型キャップ層のｐ型ドーパントは、先願と同様に、１×１０19cm-3以上のドーピングが比較的容易なＺｎを用いるが、ｐ型クラッド層及び活性層へのＺｎの拡散を抑制するため、ｐ型キャップ層を、Ｍｇをドーピングした層と、Ｚｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から構成し、ｐ型クラッド層側から順に、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層を形成した。これにより、従来、活性層の品質を損なうことなく高濃度化することが困難であったｐ型クラッド層のキャリア濃度を、１×１０18cm-3以上の高濃度領域においても活性層のＰＬ半値幅がほとんど増加せず、高出力・高温動作可能なＬＤが得られるエピタキシャルウェハの作製が可能となった。
【００２３】
すなわち、本発明では、ｐ型キャップ層を少なくとも２層に分割した構造とし、基板や活性層に近い方の層をＭｇをドーピングした層（Ｍｇドープｐ型キャップ層）、他方の層をＺｎをドーピングした層（Ｚｎドープｐ型キャップ層）とした。このような構造にすると、Ｍｇをドーピングした層が、他方のＺｎをドーピングした層の中のＺｎの拡散を抑止する亜鉛拡散抑止層として働くため、ＺｎはＭｇをドーピングした層より活性層側へはほとんど拡散しない。この結果、活性層の発光特性や素子の寿命を劣化させるという従来の問題点を解決できる。
【００２４】
このようにｐ型クラッド層及び活性層へのＺｎの拡散を抑制するためのｐ型キャップ層を少なくとも２層に分割した構造とし、基板や活性層に近い方の層をＭｇをドーピングした層とし、他方の層をＺｎをドーピングした層とする考え方は、上記した特許文献１、２のいずれにも存在しないものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を少なくとも２層に分割した構造とし、ｎ型基板や活性層に近い方の層をＧａＡｓからなるＭｇドープｐ型キャップ層（Ｍｇをドーピングした層）とし、他方の層をＧａＡｓからなるＺｎドープｐ型キャップ層（Ｚｎをドーピングした層）とし、Ｍｇドープｐ型キャップ層が、他方のＺｎドープｐ型キャップ層の中のＺｎの拡散を抑止する亜鉛拡散抑止層として働くようにしたので、ｐ型キャップ層のＺｎは、Ｍｇドープｐ型キャップ層より活性層側へはほとんど拡散しない。すなわち、ｐ型キャップ層のＺｎがクラッド層や特に活性層へ拡散することを極めて有効に抑止することができるので、活性層の発光特性や素子の寿命を劣化させることがない。この結果、拡散が少ない故に、高濃度にドーピングできるＭｇをｐ型クラッド層等に用いることの利点を充分に活かすことができ、高出力・高温特性のすぐれた赤色半導体レーザ等の光素子を作製するのに適した半導体発光素子用エピタキシャルウェハを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２７】
図１に示す半導体発光素子（ＬＤ）用エピタキシャルウェハは、ＧａＡｓからなるｎ型基板１上に、ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２、ＧａＩｎＰからなるｎ型バッファ層３、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層４、ＡｌＧａＩｎＰからなるアンドープガイド層５、多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層６、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層７、ＧａＩｎＰからなるｐ型エッチング停止層８、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層９、ＧａＩｎＰからなるｐ型中間層１０、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層１１を順次積層した構造となっている。
【００２８】
最も上層のｐ型キャップ層１１は、Ｍｇをドーピングした層（Ｍｇドープｐ型キャップ層１１ａ）と、Ｚｎをドーピングした層（Ｚｎドープｐ型キャップ層１１ｂ）の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型第２クラッド層９側に前記Ｍｇをドーピングした層（Ｍｇドープｐ型キャップ層１１ａ）が、また表面側に前記Ｚｎをドーピングした層（Ｚｎドープｐ型キャップ層１１ｂ）が形成されている。ｐ型第１クラッド層７、ｐ型第２クラッド層９、及びｐ型エッチング停止層８にドープされたｐ型ドーパントはＭｇである。
【００２９】
このような構造にすると、Ｍｇドープｐ型キャップ層１１ａが、他方のＺｎドープｐ型キャップ層１１ｂ中のＺｎの拡散を抑止する亜鉛拡散抑止層として働くため、ＺｎはＭｇドープｐ型キャップ層１１ａより活性層６側へはほとんど拡散しなくなる。
【００３０】
また、別な構造として、図３に示す半導体発光素子（ＬＥＤ）用エピタキシャルウェハがある。これは、ＧａＡｓからなるｎ型基板２１上に、ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２２、Ａｌ0.5Ｇａ0.5ＡｓとＡｌＡｓとの薄膜多層構造からなるｎ型ＤＢＲ層２３、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層２４、多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層２５、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層２６、ＧａＰからなるｐ型電流拡散層２７及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層２８を順次積層した構造となっている。
【００３１】
最も上層のｐ型キャップ層２８は、Ｍｇをドーピングした層（Ｍｇドープｐ型キャップ層２８ａ）と、Ｚｎをドーピングした層（Ｚｎドープｐ型キャップ層２８ｂ）の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型クラッド層２６側に前記Ｍｇをドーピングした層（Ｍｇドープｐ型キャップ層２８ａ）が、また表面側に前記Ｚｎをドーピングした層（Ｚｎドープｐ型キャップ層２８ｂ）が形成されている。ｐ型クラッド層２６、及びｐ型電流拡散層２７にドープされたｐ型ドーパントはＭｇである。
【００３２】
このような構造にすると、図１の半導体発光素子（ＬＤ）用エピタキシャルウェハと同様に、Ｍｇドープｐ型キャップ層２８ａが、他方のＺｎドープｐ型キャップ層２８ｂ中のＺｎの拡散を抑止する亜鉛拡散抑止層として働くため、ＺｎはＭｇドープｐ型キャップ層２８ａより活性層２５側へはほとんど拡散しなくなる。
【実施例１】
【００３３】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００３４】
図１に示すごとく、ＧａＡｓからなるｎ型基板１上に、ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２、これと格子整合したＧａＩｎＰからなるｎ型バッファ層３、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｎ型クラッド層４を順次エピタキシャル成長し、その上に、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるアンドープガイド層５、障壁層と歪ＧａＩｎＰ井戸層により構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層６、さらに（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5ＰからなるＭｇドープｐ型第１クラッド層７、ＧａＩｎＰからなるｐ型エッチング停止層８、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5ＰからなるＭｇドープｐ型第２クラッド層９、ＧａＩｎＰからなるＭｇドープｐ型中間層１０を順次成長した。
【００３５】
そして最上部に、本発明の亜鉛拡散抑止層を伴う、ＧａＡｓからなるＭｇドープｐ型キャップ層（Ｍｇをドーピングした層）１１ａと、ＧａＡｓからなるＺｎドープｐ型キャップ層（Ｚｎをドーピングした層）１１ｂとを順次成長した。ここでＭｇドープｐ型第２クラッド層９側のＭｇドープｐ型キャップ層１１ａは、厚さ５０nm、キャリア濃度１×１０18cm-3とし、上側のＺｎドープｐ型キャップ層１１ｂは、厚さ４５０nm、キャリア濃度５×１０18cm-3とした。
【００３６】
本実施例（本発明）の層構造を持つ半導体発光素子（ＬＤ）用エピタキシャルウェハについて、そのＺｎとＭｇの分布状況をＳＩＭＳ分析で調べた。その結果を図２に示す。図中、曲線１２はＺｎの分布プロファイル、曲線１３はＭｇの分布プロファイルである。図２の曲線１２が示す亜鉛の濃度は、Ｍｇドープｐ型第１クラッド層７及びＭｇドープｐ型第２クラッド層９の中において１×１０15cm-3程度と非常に小さい値となっている。つまり、本実施例の場合、最も上層のＺｎドープｐ型キャップ層１１ｂのＺｎがＭｇドープｐ型第１クラッド層７及びＭｇドープｐ型第２クラッド層９にはほとんど拡散していないことが判る。
【００３７】
参考として、図４に、ｐ型キャップ層１１がＺｎドープｐ型キャップ層１１ｂのみで構成される従来例の場合について、ＳＩＭＳ分析した結果を示す。Ｍｇドープｐ型第１クラッド層７及びＭｇドープｐ型第２クラッド層９の中におけるＺｎ（曲線１２）の値が高く、Ｚｎが活性層６にまで拡散していることが分かる。
【００３８】
また、本発明エピタキシャルウェハを用いて作製した赤色半導体レーザの素子特性も非常に良好であった。
【実施例２】
【００３９】
本発明の亜鉛拡散抑止層（Ｍｇドープｐ型キャップ層１１ａ）は、そのマグネシウムのドーピング量をある程度自由に設定することができる。そこで、他の実施例として、亜鉛拡散抑止層であるＭｇドープｐ型キャップ層（Ｍｇをドーピングした層）１１ａのキャリア濃度を４×１０18cm-3とし、Ｚｎドープｐ型キャップ層（Ｚｎをドーピングした層）１１ｂも同じく４×１０18cm-3として構成したところ、同様の効果を発揮することができた。
【実施例３】
【００４０】
図３に示すごとく、ＧａＡｓからなるｎ型基板２１上に、ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２２、Ａｌ0.5Ｇａ0.5ＡｓとＡｌＡｓとの薄膜多層構造からなるｎ型ＤＢＲ層２３、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｎ型クラッド層２４を順次エピタキシャル成長し、その上に、障壁層と歪ＧａＩｎＰ井戸層により構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層２５、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5ＰからなるＭｇドープｐ型クラッド層２６、さらにＧａＰからなるｐ型電流拡散層２７を順次成長した。
【００４１】
そして最上部に、本発明の亜鉛拡散抑止層を伴う、ＧａＡｓからなるＭｇドープｐ型キャップ層（Ｍｇをドーピングした層）２８ａと、ＧａＡｓからなるＺｎドープｐ型キャップ層（Ｚｎをドーピングした層）２８ｂとを順次成長した。ここでＭｇドープｐ型クラッド層 側のＭｇドープｐ型キャップ層２８ａは、厚さ７０nm、キャリア濃度１×１０18cm-3とし、上側のＺｎドープｐ型キャップ層２8ｂは、厚さ４５０nm、キャリア濃度５×１０18cm-3とした。
【００４２】
なお、上記実施例１及び３においては、Ｍｇドープｐ型キャップ層の厚さを、それぞれ５０nm、７０nmとしたが、実用上は３０nm以上１００nm以下であることが好ましい。
【００４３】
なぜならば、亜鉛拡散抑止層より下の層において実用上問題とならない亜鉛濃度は約1×１０-16cm-3以下であるが、その程度の亜鉛濃度を実現するためには、亜鉛拡散抑止層の厚さを３０nm以上とする必要があるからである。
【００４４】
また、半導体発光素子において実用上許容され得る抵抗値は約３Ω以下であるが、その程度の抵抗値を実現するためには、亜鉛拡散抑止層の厚さを１００nm以下とする必要があるからである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の半導体発光素子（ＬＤ）用エピタキシャルウェハの実施例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の亜鉛拡散抑止層を伴った半導体発光素子（ＬＤ）用エピタキシャルウェハのＳＩＭＳ分析結果を示す図である。
【図３】本発明の半導体発光素子（ＬＥＤ）用エピタキシャルウェハの実施例を示す断面模式図である。
【図４】従来のＺｎドープのキャップ層を用いた半導体発光素子（ＬＤ）用エピタキシャルウェハのＳＩＭＳ分析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ ｎ型基板
２ ｎ型バッファ層
３ ｎ型バッファ層
４ ｎ型クラッド層
５ アンドープガイド層
６ 活性層
７ Ｍｇドープｐ型第１クラッド層
８ ｐ型エッチング停止層
９ Ｍｇドープｐ型第２クラッド層
１０ Ｍｇドープｐ型中間層
１１ ｐ型キャップ層
１１ａ Ｍｇドープｐ型キャップ層（Ｍｇをドーピングした層）
１１ｂ Ｚｎドープｐ型キャップ層（Ｚｎをドーピングした層）
１２ Ｚｎの分布プロファイル
１３ Ｍｇの分布プロファイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ｐ型キャップ層が、基板側から順に形成された、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層からなることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、活性層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ｐ型キャップ層が、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型クラッド層側から順に、前記Ｍｇをドーピングした層と前記Ｚｎをドーピングした層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ｐ型第２クラッド層、及びｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ｐ型第２クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ｐ型キャップ層が、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型第２クラッド層側から順に、前記Ｍｇをドーピングした層と前記Ｚｎをドーピングした層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、活性層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ｐ型第２クラッド層、及びｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ｐ型キャップ層が、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型第２クラッド層側から順に、前記Ｍｇをドーピングした層と前記Ｚｎをドーピングした層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項５】
請求項１又は２記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
上記ｐ型クラッド層と上記ｐ型キャップ層との間に、両者間のバンドギャップ不連続による界面の抵抗成分を減ずるＭｇをドーピングしたｐ型中間層を設けたことを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項６】
ＧａＡｓからなる基板上にＡｌＧａＩｎＰ系材料の化合物半導体をエピタキシャル成長することにより作製し、且つｐ型ドーパントとしては主としてＭｇを用いた半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
最も上層に形成するＧａＡｓ系材料のキャップ層が、基板側から順次Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から形成されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハを用いて作製したことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１】
ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ｐ型キャップ層が、基板側から順に形成された、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層からなることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、活性層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ｐ型キャップ層が、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型クラッド層側から順に、前記Ｍｇをドーピングした層と前記Ｚｎをドーピングした層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ｐ型第２クラッド層、及びｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ｐ型第２クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ｐ型キャップ層が、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型第２クラッド層側から順に、前記Ｍｇをドーピングした層と前記Ｚｎをドーピングした層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、活性層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ｐ型第２クラッド層、及びｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＭｇである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ｐ型キャップ層が、Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から構成され、且つｐ型第２クラッド層側から順に、前記Ｍｇをドーピングした層と前記Ｚｎをドーピングした層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項５】
請求項１又は２記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
上記ｐ型クラッド層と上記ｐ型キャップ層との間に、両者間のバンドギャップ不連続による界面の抵抗成分を減ずるＭｇをドーピングしたｐ型中間層を設けたことを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項６】
ＧａＡｓからなる基板上にＡｌＧａＩｎＰ系材料の化合物半導体をエピタキシャル成長することにより作製し、且つｐ型ドーパントとしては主としてＭｇを用いた半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
最も上層に形成するＧａＡｓ系材料のキャップ層が、基板側から順次Ｍｇをドーピングした層とＺｎをドーピングした層の少なくとも２つの層から形成されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハを用いて作製したことを特徴とする半導体発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−１９６９５（Ｐ２００６−１９６９５Ａ）
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７３６３（Ｐ２００５−３７３６３）
【出願日】平成１７年２月１５日（２００５．２．１５）
【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１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１５日（２００５．２．１５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]