気相成長方法及び発光素子用基板の製造方法
【課題】 ＨＶＰＥ成長装置内の基板以外の部材への原料ガスによるＧａＰの析出数を制御することができるハイドライド気相成長方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 気相成長装置内で基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をハイドライド気相成長法によってエピタキシャル成長させる気相成長方法であって、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に、少なくとも１回該エピタキシャル成長を中断して前記気相成長装置内のガスエッチングを行うことを特徴とする気相成長方法。
【解決手段】 気相成長装置内で基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をハイドライド気相成長法によってエピタキシャル成長させる気相成長方法であって、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に、少なくとも１回該エピタキシャル成長を中断して前記気相成長装置内のガスエッチングを行うことを特徴とする気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体層の形成方法に関し、特にハイドライド気相成長法で基板上に化合物半導体層を成長させる気相成長方法及び発光素子用基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧａＡｓ単結晶基板上に、発光層と電流拡散層とを形成した発光素子が知られている。
例えばｎ型ＧａＡｓ単結晶基板上に、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ法、以下単にＭＯＶＰＥ法という）により組成式（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物にて各々構成されたｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造からなる発光層と、ＧａＰからなる電流拡散層（窓層とも言う）を形成した発光素子が知られている。
【０００３】
このＧａＰ電流拡散層を形成する方法として、発光層側にＭＯＶＰＥ法により比較的薄く接続層を形成した後に、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）により比較的厚く第一の電流拡散層を形成する方法が、例えば特許文献１等に開示されている。
【０００４】
また、このような発光素子の発光層から放たれた基板側への光は、成長用基板であるＧａＡｓ基板により吸収されてしまう。そこでこの基板側へ放出される光を取り出すために、前記ＧａＡｓ基板を湿式エッチングにより除去して、前記発光層の、前記ＧａＡｓ基板が除去された側の表面に、光に対して透明なＧａＰ電流拡散層（第二の電流拡散層）を成長することにより、製造される発光素子の高輝度化を図る技術も従来知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許 ５，００８，７１８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、前記発光層の、前記ＧａＡｓ基板が除去された側の表面へのＧａＰの成長速度がバラツキ、その結果ＧａＰ層の厚さがバッチ間で大きくバラツキ、これがその後製造される発光素子等の不良の原因となり、歩留まりを落とす大きな原因となることが問題となっていた。このＧａＰの成長速度のバラツキは、ＨＶＰＥ成長装置内の基板以外の部材、例えばサセプタ上に図３（ｂ）に示すような原料ガスによるＧａＰの析出が生じると、その程度によりＧａＰ層の成長が阻害されるために生じるものである。
【０００７】
また、ＧａＰのサセプタ上の析出数と、基板上のＧａＰ層の成長速度との間には図２に示すような相関があり、ＧａＰの析出数が多いと基板上のＧａＰ層の成長速度が遅くなり、逆に析出数が少ないと基板上のＧａＰ層の成長速度が速くなることが分かっているが、このＧａＰの析出数を制御する方法は従来知られていなかった。
【０００８】
本発明はこのような従来方法の問題点に鑑みてなされたものであり、ＨＶＰＥ成長装置内の基板以外の部材への原料ガスによるＧａＰの析出数を抑制することができるハイドライド気相成長方法及び、第二の電流拡散層であるｎ型ＧａＰ層の膜厚をバッチ間において均一化することができる発光素子用基板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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、気相成長装置内で基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をハイドライド気相成長法によってエピタキシャル成長させる気相成長方法であって、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に、少なくとも１回該エピタキシャル成長を中断して前記気相成長装置内のガスエッチングを行うことを特徴とする気相成長方法を提供する。
【００１０】
このようにすれば、気相成長装置内のサセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出物の大きさが小さい段階において、該析出物をガスエッチングにより除去できるため、常にこの析出物によるエピタキシャル成長への影響を抑制した状態で前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長を行うことができる。
さらにこれによって、バッチ間における各ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長速度を均一なものとし、その結果バッチ間における各ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の厚さのバラツキを確実に低減することができる。
【００１１】
またこのとき、前記気相成長装置内のガスエッチングを、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に２回以上行うことが好ましい。
【００１２】
このようにすれば、より確実に前記気相成長装置内のサセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出物を除去することができ、これによってバッチ間における前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長速度をより均一なものとし、バッチ間における前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の厚さのバラツキをより確実に低減することができる。
【００１３】
またこのとき、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に、前記気相成長装置内のガスエッチングを行う方法として、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程と、該エピタキシャル成長工程よりも処理時間の短い、前記気相成長装置内のガスエッチング工程と、を交互に繰り返すことができる。
【００１４】
このようにすれば、より効率的に前記気相成長装置内のサセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出物を除去しながら前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長させることができるため好ましい。
【００１５】
またこのとき、前記気相成長装置内のガスエッチングを、ＨＣｌガスを用いて行うことが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、一般的なハイドライド気相成長法において原料ガスとして用いられるＨＣｌガスをエッチングガスとして用いるため、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長と気相成長装置内のガスエッチングをより効率的に行うことができる。
【００１７】
またこのとき、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をＧａＰ層とすることができる。
【００１８】
このように、本発明のハイドライド気相成長方法における前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層としては、ＧａＰ層が好適である。
【００１９】
また、本発明では、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することによって発光層を形成する工程と、該発光層上に第一の電流拡散層であるｐ型ＧａＰ層を積層する工程と、前記ｎ型ＧａＡｓ基板をエッチングにより除去する工程と、前記発光層の、前記ｎ型ＧａＡｓ基板が除去された側の表面に第二の電流拡散層であるｎ型ＧａＰ層を積層する工程と、を有する発光素子用基板の製造方法であって、前記ｎ型ＧａＰ層の積層工程において、上記の気相成長方法によって、前記発光層の、前記ｎ型ＧａＡｓ基板が除去された側の表面にｎ型ＧａＰ層を積層することを特徴とする発光素子用基板の製造方法を提供する。
【００２０】
このような発光素子用基板の製造方法におけるｎ型ＧａＰ層の積層工程において、ｎ型ＧａＡｓ基板のＧａＡｓに格子整合された発光層上に、ＧａＡｓと格子定数の異なるＧａＰからなるｎ型ＧａＰ層を積層する場合であっても、本発明の気相成長方法を用いることにより、バッチ間における前記ｎ型ＧａＰ層の成長速度を均一にすることができ、これによってバッチ間における前記ｎ型ＧａＰ層の厚さのバラツキを確実に低減し、歩留まりを落とすことなく高品質な発光素子用基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明は、気相成長装置内のサセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出物の、エピタキシャル成長への影響を確実に抑制した状態で前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長を行うことができる。
さらにこれによって、バッチ間における各ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長速度を均一なものとし、これによってバッチ間における各ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の厚さのバラツキを確実に低減することができる。
また、発光素子用基板の製造方法におけるｎ型ＧａＰ層の積層工程において、ｎ型ＧａＡｓ基板のＧａＡｓに格子整合された発光層上に、ＧａＡｓと格子定数の異なるＧａＰからなるｎ型ＧａＰ層を積層する場合であっても、本発明の気相成長方法を用いることにより、バッチ間における前記ｎ型ＧａＰ層の成長速度を均一にすることができ、これによってバッチ間における前記ｎ型ＧａＰ層の厚さのバラツキを確実に低減し、歩留まりを落とすことなく高品質な発光素子用基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るハイドライド気相成長方法を適応できるハイドライド気相成長装置の概略断面図及びガスフローの一例を示した図である。
【図２】気相成長装置内でサセプタ上に生じるＧａＰの析出数と、基板上のＧａＰ層の膜厚との相関を示した図である。
【図３】本発明及び従来方法において、サセプタ上に時間経過と共に生じる原料ガスの析出物の様子を示した概略図である。
【図４】本発明の発光素子用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】
【００２３】
前述したように、特許文献１等に記載されている方法によって製造された発光素子において、発光層から基板側へ放出される光を取り出すために、ＧａＡｓ基板を湿式エッチングにより除去して、前記発光層の、前記ＧａＡｓ基板が除去された側の表面に、光に対して透明なＧａＰ電流拡散層を成長する方法が従来知られている。
【００２４】
しかしながら、このような方法においては、ｎ型ＧａＡｓ基板の材料であるＧａＡｓに格子整合した発光層上に、ＧａＡｓとは格子定数の異なるＧａＰからなるｎ型ＧａＰ層を成長させなければならない。このため、このような条件下におけるＧａＰ層の成長は困難であり、気相成長装置内のサセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出のような外乱要因に影響され易い。そしてこれによって、ＧａＰ層の成長速度すなわちＧａＰ層の厚さにバラツキが生じ、その後製造される発光素子の不良の原因となり、歩留まりを落とす大きな原因となることが問題となっていた。
【００２５】
このような問題点に鑑みて、本発明者らが鋭意検討した結果、基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をハイドライド気相成長法によってエピタキシャル成長させている途中に、少なくとも１回該エピタキシャル成長を中断して気相成長装置内のガスエッチングを行うことにより、サセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出を抑制し、ＧａＰ層の厚さのバラツキを低減できることを見出し、本発明を完成させた。
【００２６】
以下に本発明の気相成長方法の実施形態を図面に基づき詳細に説明するが、本発明はこれのみに限定されるものではない。
【００２７】
まず、本発明の気相成長方法を適応することができる気相成長装置について、図１を参照しながら簡単に説明する。尚、図１にはバレル型の気相成長装置を示しているが、その他水平型や縦型等の気相成長装置であっても、本発明の気相成長方法を適応させることが可能である。
【００２８】
気相成長装置１は、チャンバー２の内部に、ＩＩＩ族金属化合物を生成するＩＩＩ族金属化合物生成管３を具備する。このＩＩＩ族金属化合物生成管３は内部に、ＩＩＩ族金属を搭載したリザーバ４を有するものである。また、ＩＩＩ族金属化合物生成管３は第一のヒーター５によって加熱される。複数のＩＩＩ族金属元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成する場合にはそれらの金属の混合物の比率を調整してリザーバ４に搭載すればよい。
【００２９】
気相成長装置１は、さらに、Ｖ族元素を導入するＶ族元素導入管（不図示）と、基板Ｗを載置する回転自在のサセプタ６と、各種ガスを排出するガス排出管（不図示）と、基板Ｗを加熱する第二のヒーター７等を具備する。
【００３０】
このような構造を有する気相成長装置１を用いて、以下のようにＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長を行う。
【００３１】
まず、基板Ｗを準備して気相成長装置１内のサセプタ６上に載置する。この基板Ｗとしては、特には限定されないが、例えばＧａＡｓやＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板とすることができる。
【００３２】
その後、基板Ｗ上にハイドライド気相成長法によってＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長させる。このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層としては特には限定されないが、例えばＧａＰ層とすることができる。
【００３３】
上記ハイドライド気相成長法によるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長方法としては、例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をＧａＰ層とする場合、ＨＶＰＥ装置１内にてＩＩＩ族元素である金属ＧａをＩＩＩ族金属化合物生成管３内のリザーバ４に搭載し、第一のヒーター５によって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Ｗ上に供給する。
Ｇａ（液体）＋ＨＣｌ（気体） → ＧａＣｌ（気体）＋１／２Ｈ２（気体） （１）
【００３４】
エピタキシャル成長温度は例えば６４０℃以上８６０℃以下に設定する。また、Ｖ族元素であるＰは、ＰＨ３（ホスフィン）をキャリアガスであるＨ２とともに基板上に供給する。そして下記（２）の反応によりＧａＰを生成させ、基板上に積層させる。
ＧａＣｌ（気体）＋ＰＨ３（気体）
→ ＧａＰ（固体）＋ＨＣｌ（気体）＋Ｈ２（気体） （２）
【００３５】
このようにして基板Ｗ上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長させる場合に、原料ガスの全てが基板Ｗ上のエピタキシャル成長に供給されるわけではなく、サセプタ６上等にも堆積が生じる。そこで本発明では、エピタキシャル成長の途中で、少なくとも１回、好ましくは２回以上、より好ましくは５回以上該エピタキシャル成長を中断して気相成長装置１内のガスエッチングを行う。
【００３６】
ここで、本発明者らが鋭意研究した結果、気相成長装置内のサセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出物の数及び大きさは、エピタキシャル成長の後半部において共に著しく増加することを見出した。
すなわち、ガスエッチングを行うタイミングとしては、特には限定されないが、気相成長装置１内のサセプタ６等の部材に生じた析出物の数が比較的少なく、大きさの比較的小さい段階であるエピタキシャル成長の前半部において行うことが好ましい。またガスエッチングを２回以上行う場合、一度ガスエッチングを行った後に再び生じた析出物の数が比較的少なく、大きさの比較的小さい段階で次のガスエッチングを行うことが好ましい。このようにすれば、より効果的に原料ガスの析出物によるエピタキシャル成長への影響を抑制することができる。
【００３７】
また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に、気相成長装置１内のガスエッチングを行う方法としては、まずエピタキシャル成長工程として、例えば図１（ａ）に示したようなガス供給条件で原料ガス及びキャリアガスを気相成長装置１内に供給し、上記の方法でＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を一定時間（例えば１時間）エピタキシャル成長させる。次にガスエッチング工程として、ガス供給条件を例えば図１（ｂ）に示したような条件に切り替えて、エピタキシャル成長工程よりも短い処理時間（例えば３分）で気相成長装置１内のガスエッチングを行う。そしてこれらエピタキシャル成長工程とガスエッチング工程を交互に繰り返すこととすれば、より効率的に気相成長装置１内のサセプタ６等の部材に生じる原料ガスの析出物を除去しながら前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長させることができるため好ましい。
【００３８】
また、前記気相成長装置１内のガスエッチングに用いるエッチングガスとして、ＨＣｌガスを用いれば、一般的なハイドライド気相成長法においては、原料ガスとしてＨＣｌガスを用いるため、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長と気相成長装置１内のガスエッチングをより効率的に行うことができるため好ましい。
特に前述のようにエピタキシャル成長工程とガスエッチング工程を繰り返す方法を用いる場合には、エピタキシャル成長工程からガスエッチング工程へとガス供給条件を切り替える際に、図１（ｂ）のようにＨＣｌガスをＩＩＩ族金属化合物生成管３のリザーバ４に搭載された金属Ｇａに接触させないように流せば良いため、非常に簡便であり効率的である。
【００３９】
ここで、以下に本発明の発光素子用基板の製造方法の実施形態を、図４に示したフロー図に基づき詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４０】
まず工程１に示すように、成長用基板としてｎ型ＧａＡｓ基板１１０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１１０上にｎ型ＧａＡｓバッファ層１２０を０．１〜１．０μｍエピタキシャル成長させる。
【００４１】
次に工程２に示すように前記ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２０上に、発光層１３０として各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる、厚さ０．８〜４．０μｍのｎ型クラッド層１３１、厚さ０．４〜２．０μｍの活性層１３２及び厚さ０．８〜４．０μｍのｐ型クラッド層１３３を、この順序にてエピタキシャル成長させる。
【００４２】
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。
【００４３】
次に工程３に進み、ｐ型クラッド層１３３上に厚さ０．０５〜２．０μｍのＧａＰ接続層１４０をＭＯＶＰＥ法により成長させ、更にその上に、第一の電流拡散層である厚さ５μｍ〜２００μｍのｐ型ＧａＰ層１５０を、ＨＶＰＥ法でエピタキシャル成長する。このＨＶＰＥ法による第一電流拡散層のエピタキシャル成長においても、途中でガスエッチングを行う本発明の気相成長方法を適用することができる。
【００４４】
次に、工程４に示すようにエッチング等によりｎ型ＧａＡｓ基板１１０及びｎ型ＧａＡｓバッファ層１２０を除去する。そして工程５に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板除去によって露出したｎ型クラッド層１３１上に、第二の電流拡散層であるｎ型ＧａＰ層１６０をＨＶＰＥ法でエピタキシャル成長させ、発光素子用基板１００を製造する。
【００４５】
ここで、工程５において、本発明の気相成長法を用いることによって、ｎ型ＧａＰ層１６０のエピタキシャル成長途中に、少なくとも１回、好ましく２回以上、より好ましくは５回以上エピタキシャル成長を中断して気相成長装置内のガスエッチングを行いながらｎ型ＧａＰ層１６０をエピタキシャル成長させる。
【００４６】
これにより、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０のＧａＡｓによって格子整合された発光層１３０のｎ型クラッド層１３１上に、ＧａＡｓと格子定数の異なるＧａＰからなるｎ型ＧａＰ層１６０を積層しても、前記気相成長装置内のガスエッチングによってサセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出物が除去されているため、このような析出物による影響を受けにくい。これによって、バッチ間における前記ｎ型ＧａＰ層の成長速度を均一にすることができ、従ってバッチ間における前記ｎ型ＧａＰ層の厚さのバラツキを確実に低減し、歩留まりを落とすことなく高品質な発光素子用基板を製造することができる。
【実施例】
【００４７】
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。
【００４８】
（実施例）
厚さ２００μｍのｎ型ＧａＡｓ単結晶基板を用意し、該基板上にそれぞれｎ型ＧａＡｓバッファ層を０．５μｍエピタキシャル成長させ、該ｎ型ＧａＡｓバッファ層上に、発光層として（Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５）０．４５Ｉｎ０．５５Ｐにからなるｎ型クラッド層（１．０μｍ）、（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（１．０μｍ）をＭＯＶＰＥ法によってこの順序で積層した。そして該ｐ型クラッド層上に、第一の電流拡散層であるｐ型ＧａＰ層を成長させた。このｐ型ＧａＰ層は、発光層側にＭＯＶＰＥ法により厚さ２．０μｍのｐ型ＧａＰ接続層を形成した後に、ＨＶＰＥ法により厚さ１００μｍで形成した。
【００４９】
次に前記ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板を湿式エッチングにより除去して、前記発光層の、前記ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板が除去された側の表面に、第二の電流拡散層であるｎ型ＧａＰ層を次の条件でハイドライド気相成長法によりエピタキシャル成長させ、発光素子用基板を製造した。
＜条件＞
図１（ａ）に示したようなガス流量で、１時間エピタキシャル成長を行った後、図１（ｂ）に示したようなガス条件に切り替えてＨＣｌガスによって３分間気相成長装置内のガスエッチングを行い、このサイクルを５回繰り返して、厚さ１５０μｍを目標として前記ｎ型ＧａＰ層のエピタキシャル成長を行った。
【００５０】
このような発光素子用基板の製造を５回（５バッチ）行った。本実施例の１バッチの枚数は１０枚とした。各バッチにおいて製造した１０枚の発光素子用基板におけるｎ型ＧａＰ層の厚さの平均値を計測した結果、以下のようになった。
１回目： １５３μｍ
２回目： １５１μｍ
３回目： １５４μｍ
４回目： １５１μｍ
５回目： １５２μｍ
【００５１】
このとき、図３（ａ）に示したように、ｎ型ＧａＰ層のエピタキシャル成長を開始してから４時間経過した後であっても、各バッチにおいてサセプタ上に析出したＧａＰの数はいずれも数個であり、大きさは比較的小さいものであった。また、各バッチにおいて製造した発光素子用基板におけるｎ型ＧａＰ層の厚さの平均値の最大値と最小値との差Ｒは、Ｒ＝３μｍであり、バッチ間におけるｎ型ＧａＰ層の厚さのバラツキが後述する比較例に比べて劇的に良くなっていることが分かる。
【００５２】
（比較例）
発光層の、ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板が除去された側の表面に、第二の電流拡散層であるｎ型ＧａＰ層をエピタキシャル成長させる際に、該エピタキシャル成長途中で気相成長装置内のガスエッチングを行わなかったこと以外は実施例と同様にして発光素子用基板の製造を５回（５バッチ）行った。各バッチの仕込枚数は１０枚とした。このとき、ｎ型ＧａＰ層の厚さは１５０μｍを目標とし、５時間通してエピタキシャル成長を行った。各バッチにおいて製造した発光素子用基板におけるｎ型ＧａＰ層の厚さの平均値を計測した結果、以下のようになった。
１回目： １４６μｍ
２回目： １４９μｍ
３回目： １６８μｍ
４回目： １４１μｍ
５回目： １５８μｍ
【００５３】
このとき、図３（ｂ）に示したように、ｎ型ＧａＰ層のエピタキシャル成長を開始してから３時間後には各バッチにおいてサセプタ上に析出したＧａＰの数はいずれも数百個あり、大きさは図３（ｂ）に示したように比較的大きいものばかりであった。また、各バッチにおいて製造した発光素子用基板におけるｎ型ＧａＰ層の厚さの平均値の最大値と最小値との差Ｒは、Ｒ＝２７μｍであり、バッチ間におけるｎ型ＧａＰ層の厚さのバラツキが非常に大きいことが分かる。
【００５４】
以上のことから、気相成長装置内で基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をハイドライド気相成長法によってエピタキシャル成長させる際に、エピタキシャル成長途中に、少なくとも１回該エピタキシャル成長を中断して気相成長装置内のガスエッチングを行うことにより、気相成長装置内のサセプタ等の部材における析出物によるエピタキシャル成長への影響を抑制した状態でＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長を行うことができることがわかる。
またこれによって、バッチ間における各ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長速度を均一なものとし、これによってバッチ間における各ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の厚さのバラツキを確実に低減できることがわかる。
【００５５】
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】
【００５６】
１…気相成長装置、 ２…チャンバー、 ３…ＩＩＩ族金属化合物生成管、
４…リザーバ、 ５…第一のヒーター、 ６…サセプタ、 ７…第二のヒーター、
Ｗ…基板、
１００…発光素子用基板、 １１０…ｎ型ＧａＡｓ基板、
１２０…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、 １３０…発光層、 １３１…ｎ型クラッド層、
１３２…活性層、 １３３…ｐ型クラッド層、 １４０…ｐ型ＧａＰ接続層、
１５０…ｐ型ＧａＰ層（第一の電流拡散層）、
１６０…ｎ型ＧａＰ層（第二の電流拡散層）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体層の形成方法に関し、特にハイドライド気相成長法で基板上に化合物半導体層を成長させる気相成長方法及び発光素子用基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧａＡｓ単結晶基板上に、発光層と電流拡散層とを形成した発光素子が知られている。
例えばｎ型ＧａＡｓ単結晶基板上に、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ法、以下単にＭＯＶＰＥ法という）により組成式（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物にて各々構成されたｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造からなる発光層と、ＧａＰからなる電流拡散層（窓層とも言う）を形成した発光素子が知られている。
【０００３】
このＧａＰ電流拡散層を形成する方法として、発光層側にＭＯＶＰＥ法により比較的薄く接続層を形成した後に、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）により比較的厚く第一の電流拡散層を形成する方法が、例えば特許文献１等に開示されている。
【０００４】
また、このような発光素子の発光層から放たれた基板側への光は、成長用基板であるＧａＡｓ基板により吸収されてしまう。そこでこの基板側へ放出される光を取り出すために、前記ＧａＡｓ基板を湿式エッチングにより除去して、前記発光層の、前記ＧａＡｓ基板が除去された側の表面に、光に対して透明なＧａＰ電流拡散層（第二の電流拡散層）を成長することにより、製造される発光素子の高輝度化を図る技術も従来知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許 ５，００８，７１８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、前記発光層の、前記ＧａＡｓ基板が除去された側の表面へのＧａＰの成長速度がバラツキ、その結果ＧａＰ層の厚さがバッチ間で大きくバラツキ、これがその後製造される発光素子等の不良の原因となり、歩留まりを落とす大きな原因となることが問題となっていた。このＧａＰの成長速度のバラツキは、ＨＶＰＥ成長装置内の基板以外の部材、例えばサセプタ上に図３（ｂ）に示すような原料ガスによるＧａＰの析出が生じると、その程度によりＧａＰ層の成長が阻害されるために生じるものである。
【０００７】
また、ＧａＰのサセプタ上の析出数と、基板上のＧａＰ層の成長速度との間には図２に示すような相関があり、ＧａＰの析出数が多いと基板上のＧａＰ層の成長速度が遅くなり、逆に析出数が少ないと基板上のＧａＰ層の成長速度が速くなることが分かっているが、このＧａＰの析出数を制御する方法は従来知られていなかった。
【０００８】
本発明はこのような従来方法の問題点に鑑みてなされたものであり、ＨＶＰＥ成長装置内の基板以外の部材への原料ガスによるＧａＰの析出数を抑制することができるハイドライド気相成長方法及び、第二の電流拡散層であるｎ型ＧａＰ層の膜厚をバッチ間において均一化することができる発光素子用基板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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、気相成長装置内で基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をハイドライド気相成長法によってエピタキシャル成長させる気相成長方法であって、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に、少なくとも１回該エピタキシャル成長を中断して前記気相成長装置内のガスエッチングを行うことを特徴とする気相成長方法を提供する。
【００１０】
このようにすれば、気相成長装置内のサセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出物の大きさが小さい段階において、該析出物をガスエッチングにより除去できるため、常にこの析出物によるエピタキシャル成長への影響を抑制した状態で前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長を行うことができる。
さらにこれによって、バッチ間における各ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長速度を均一なものとし、その結果バッチ間における各ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の厚さのバラツキを確実に低減することができる。
【００１１】
またこのとき、前記気相成長装置内のガスエッチングを、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に２回以上行うことが好ましい。
【００１２】
このようにすれば、より確実に前記気相成長装置内のサセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出物を除去することができ、これによってバッチ間における前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長速度をより均一なものとし、バッチ間における前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の厚さのバラツキをより確実に低減することができる。
【００１３】
またこのとき、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に、前記気相成長装置内のガスエッチングを行う方法として、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程と、該エピタキシャル成長工程よりも処理時間の短い、前記気相成長装置内のガスエッチング工程と、を交互に繰り返すことができる。
【００１４】
このようにすれば、より効率的に前記気相成長装置内のサセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出物を除去しながら前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長させることができるため好ましい。
【００１５】
またこのとき、前記気相成長装置内のガスエッチングを、ＨＣｌガスを用いて行うことが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、一般的なハイドライド気相成長法において原料ガスとして用いられるＨＣｌガスをエッチングガスとして用いるため、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長と気相成長装置内のガスエッチングをより効率的に行うことができる。
【００１７】
またこのとき、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をＧａＰ層とすることができる。
【００１８】
このように、本発明のハイドライド気相成長方法における前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層としては、ＧａＰ層が好適である。
【００１９】
また、本発明では、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することによって発光層を形成する工程と、該発光層上に第一の電流拡散層であるｐ型ＧａＰ層を積層する工程と、前記ｎ型ＧａＡｓ基板をエッチングにより除去する工程と、前記発光層の、前記ｎ型ＧａＡｓ基板が除去された側の表面に第二の電流拡散層であるｎ型ＧａＰ層を積層する工程と、を有する発光素子用基板の製造方法であって、前記ｎ型ＧａＰ層の積層工程において、上記の気相成長方法によって、前記発光層の、前記ｎ型ＧａＡｓ基板が除去された側の表面にｎ型ＧａＰ層を積層することを特徴とする発光素子用基板の製造方法を提供する。
【００２０】
このような発光素子用基板の製造方法におけるｎ型ＧａＰ層の積層工程において、ｎ型ＧａＡｓ基板のＧａＡｓに格子整合された発光層上に、ＧａＡｓと格子定数の異なるＧａＰからなるｎ型ＧａＰ層を積層する場合であっても、本発明の気相成長方法を用いることにより、バッチ間における前記ｎ型ＧａＰ層の成長速度を均一にすることができ、これによってバッチ間における前記ｎ型ＧａＰ層の厚さのバラツキを確実に低減し、歩留まりを落とすことなく高品質な発光素子用基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明は、気相成長装置内のサセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出物の、エピタキシャル成長への影響を確実に抑制した状態で前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長を行うことができる。
さらにこれによって、バッチ間における各ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長速度を均一なものとし、これによってバッチ間における各ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の厚さのバラツキを確実に低減することができる。
また、発光素子用基板の製造方法におけるｎ型ＧａＰ層の積層工程において、ｎ型ＧａＡｓ基板のＧａＡｓに格子整合された発光層上に、ＧａＡｓと格子定数の異なるＧａＰからなるｎ型ＧａＰ層を積層する場合であっても、本発明の気相成長方法を用いることにより、バッチ間における前記ｎ型ＧａＰ層の成長速度を均一にすることができ、これによってバッチ間における前記ｎ型ＧａＰ層の厚さのバラツキを確実に低減し、歩留まりを落とすことなく高品質な発光素子用基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るハイドライド気相成長方法を適応できるハイドライド気相成長装置の概略断面図及びガスフローの一例を示した図である。
【図２】気相成長装置内でサセプタ上に生じるＧａＰの析出数と、基板上のＧａＰ層の膜厚との相関を示した図である。
【図３】本発明及び従来方法において、サセプタ上に時間経過と共に生じる原料ガスの析出物の様子を示した概略図である。
【図４】本発明の発光素子用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】
【００２３】
前述したように、特許文献１等に記載されている方法によって製造された発光素子において、発光層から基板側へ放出される光を取り出すために、ＧａＡｓ基板を湿式エッチングにより除去して、前記発光層の、前記ＧａＡｓ基板が除去された側の表面に、光に対して透明なＧａＰ電流拡散層を成長する方法が従来知られている。
【００２４】
しかしながら、このような方法においては、ｎ型ＧａＡｓ基板の材料であるＧａＡｓに格子整合した発光層上に、ＧａＡｓとは格子定数の異なるＧａＰからなるｎ型ＧａＰ層を成長させなければならない。このため、このような条件下におけるＧａＰ層の成長は困難であり、気相成長装置内のサセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出のような外乱要因に影響され易い。そしてこれによって、ＧａＰ層の成長速度すなわちＧａＰ層の厚さにバラツキが生じ、その後製造される発光素子の不良の原因となり、歩留まりを落とす大きな原因となることが問題となっていた。
【００２５】
このような問題点に鑑みて、本発明者らが鋭意検討した結果、基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をハイドライド気相成長法によってエピタキシャル成長させている途中に、少なくとも１回該エピタキシャル成長を中断して気相成長装置内のガスエッチングを行うことにより、サセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出を抑制し、ＧａＰ層の厚さのバラツキを低減できることを見出し、本発明を完成させた。
【００２６】
以下に本発明の気相成長方法の実施形態を図面に基づき詳細に説明するが、本発明はこれのみに限定されるものではない。
【００２７】
まず、本発明の気相成長方法を適応することができる気相成長装置について、図１を参照しながら簡単に説明する。尚、図１にはバレル型の気相成長装置を示しているが、その他水平型や縦型等の気相成長装置であっても、本発明の気相成長方法を適応させることが可能である。
【００２８】
気相成長装置１は、チャンバー２の内部に、ＩＩＩ族金属化合物を生成するＩＩＩ族金属化合物生成管３を具備する。このＩＩＩ族金属化合物生成管３は内部に、ＩＩＩ族金属を搭載したリザーバ４を有するものである。また、ＩＩＩ族金属化合物生成管３は第一のヒーター５によって加熱される。複数のＩＩＩ族金属元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成する場合にはそれらの金属の混合物の比率を調整してリザーバ４に搭載すればよい。
【００２９】
気相成長装置１は、さらに、Ｖ族元素を導入するＶ族元素導入管（不図示）と、基板Ｗを載置する回転自在のサセプタ６と、各種ガスを排出するガス排出管（不図示）と、基板Ｗを加熱する第二のヒーター７等を具備する。
【００３０】
このような構造を有する気相成長装置１を用いて、以下のようにＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長を行う。
【００３１】
まず、基板Ｗを準備して気相成長装置１内のサセプタ６上に載置する。この基板Ｗとしては、特には限定されないが、例えばＧａＡｓやＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板とすることができる。
【００３２】
その後、基板Ｗ上にハイドライド気相成長法によってＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長させる。このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層としては特には限定されないが、例えばＧａＰ層とすることができる。
【００３３】
上記ハイドライド気相成長法によるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長方法としては、例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をＧａＰ層とする場合、ＨＶＰＥ装置１内にてＩＩＩ族元素である金属ＧａをＩＩＩ族金属化合物生成管３内のリザーバ４に搭載し、第一のヒーター５によって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Ｗ上に供給する。
Ｇａ（液体）＋ＨＣｌ（気体） → ＧａＣｌ（気体）＋１／２Ｈ２（気体） （１）
【００３４】
エピタキシャル成長温度は例えば６４０℃以上８６０℃以下に設定する。また、Ｖ族元素であるＰは、ＰＨ３（ホスフィン）をキャリアガスであるＨ２とともに基板上に供給する。そして下記（２）の反応によりＧａＰを生成させ、基板上に積層させる。
ＧａＣｌ（気体）＋ＰＨ３（気体）
→ ＧａＰ（固体）＋ＨＣｌ（気体）＋Ｈ２（気体） （２）
【００３５】
このようにして基板Ｗ上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長させる場合に、原料ガスの全てが基板Ｗ上のエピタキシャル成長に供給されるわけではなく、サセプタ６上等にも堆積が生じる。そこで本発明では、エピタキシャル成長の途中で、少なくとも１回、好ましくは２回以上、より好ましくは５回以上該エピタキシャル成長を中断して気相成長装置１内のガスエッチングを行う。
【００３６】
ここで、本発明者らが鋭意研究した結果、気相成長装置内のサセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出物の数及び大きさは、エピタキシャル成長の後半部において共に著しく増加することを見出した。
すなわち、ガスエッチングを行うタイミングとしては、特には限定されないが、気相成長装置１内のサセプタ６等の部材に生じた析出物の数が比較的少なく、大きさの比較的小さい段階であるエピタキシャル成長の前半部において行うことが好ましい。またガスエッチングを２回以上行う場合、一度ガスエッチングを行った後に再び生じた析出物の数が比較的少なく、大きさの比較的小さい段階で次のガスエッチングを行うことが好ましい。このようにすれば、より効果的に原料ガスの析出物によるエピタキシャル成長への影響を抑制することができる。
【００３７】
また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に、気相成長装置１内のガスエッチングを行う方法としては、まずエピタキシャル成長工程として、例えば図１（ａ）に示したようなガス供給条件で原料ガス及びキャリアガスを気相成長装置１内に供給し、上記の方法でＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を一定時間（例えば１時間）エピタキシャル成長させる。次にガスエッチング工程として、ガス供給条件を例えば図１（ｂ）に示したような条件に切り替えて、エピタキシャル成長工程よりも短い処理時間（例えば３分）で気相成長装置１内のガスエッチングを行う。そしてこれらエピタキシャル成長工程とガスエッチング工程を交互に繰り返すこととすれば、より効率的に気相成長装置１内のサセプタ６等の部材に生じる原料ガスの析出物を除去しながら前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長させることができるため好ましい。
【００３８】
また、前記気相成長装置１内のガスエッチングに用いるエッチングガスとして、ＨＣｌガスを用いれば、一般的なハイドライド気相成長法においては、原料ガスとしてＨＣｌガスを用いるため、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長と気相成長装置１内のガスエッチングをより効率的に行うことができるため好ましい。
特に前述のようにエピタキシャル成長工程とガスエッチング工程を繰り返す方法を用いる場合には、エピタキシャル成長工程からガスエッチング工程へとガス供給条件を切り替える際に、図１（ｂ）のようにＨＣｌガスをＩＩＩ族金属化合物生成管３のリザーバ４に搭載された金属Ｇａに接触させないように流せば良いため、非常に簡便であり効率的である。
【００３９】
ここで、以下に本発明の発光素子用基板の製造方法の実施形態を、図４に示したフロー図に基づき詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４０】
まず工程１に示すように、成長用基板としてｎ型ＧａＡｓ基板１１０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１１０上にｎ型ＧａＡｓバッファ層１２０を０．１〜１．０μｍエピタキシャル成長させる。
【００４１】
次に工程２に示すように前記ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２０上に、発光層１３０として各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる、厚さ０．８〜４．０μｍのｎ型クラッド層１３１、厚さ０．４〜２．０μｍの活性層１３２及び厚さ０．８〜４．０μｍのｐ型クラッド層１３３を、この順序にてエピタキシャル成長させる。
【００４２】
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。
【００４３】
次に工程３に進み、ｐ型クラッド層１３３上に厚さ０．０５〜２．０μｍのＧａＰ接続層１４０をＭＯＶＰＥ法により成長させ、更にその上に、第一の電流拡散層である厚さ５μｍ〜２００μｍのｐ型ＧａＰ層１５０を、ＨＶＰＥ法でエピタキシャル成長する。このＨＶＰＥ法による第一電流拡散層のエピタキシャル成長においても、途中でガスエッチングを行う本発明の気相成長方法を適用することができる。
【００４４】
次に、工程４に示すようにエッチング等によりｎ型ＧａＡｓ基板１１０及びｎ型ＧａＡｓバッファ層１２０を除去する。そして工程５に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板除去によって露出したｎ型クラッド層１３１上に、第二の電流拡散層であるｎ型ＧａＰ層１６０をＨＶＰＥ法でエピタキシャル成長させ、発光素子用基板１００を製造する。
【００４５】
ここで、工程５において、本発明の気相成長法を用いることによって、ｎ型ＧａＰ層１６０のエピタキシャル成長途中に、少なくとも１回、好ましく２回以上、より好ましくは５回以上エピタキシャル成長を中断して気相成長装置内のガスエッチングを行いながらｎ型ＧａＰ層１６０をエピタキシャル成長させる。
【００４６】
これにより、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０のＧａＡｓによって格子整合された発光層１３０のｎ型クラッド層１３１上に、ＧａＡｓと格子定数の異なるＧａＰからなるｎ型ＧａＰ層１６０を積層しても、前記気相成長装置内のガスエッチングによってサセプタ等の部材に生じる原料ガスの析出物が除去されているため、このような析出物による影響を受けにくい。これによって、バッチ間における前記ｎ型ＧａＰ層の成長速度を均一にすることができ、従ってバッチ間における前記ｎ型ＧａＰ層の厚さのバラツキを確実に低減し、歩留まりを落とすことなく高品質な発光素子用基板を製造することができる。
【実施例】
【００４７】
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。
【００４８】
（実施例）
厚さ２００μｍのｎ型ＧａＡｓ単結晶基板を用意し、該基板上にそれぞれｎ型ＧａＡｓバッファ層を０．５μｍエピタキシャル成長させ、該ｎ型ＧａＡｓバッファ層上に、発光層として（Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５）０．４５Ｉｎ０．５５Ｐにからなるｎ型クラッド層（１．０μｍ）、（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（１．０μｍ）をＭＯＶＰＥ法によってこの順序で積層した。そして該ｐ型クラッド層上に、第一の電流拡散層であるｐ型ＧａＰ層を成長させた。このｐ型ＧａＰ層は、発光層側にＭＯＶＰＥ法により厚さ２．０μｍのｐ型ＧａＰ接続層を形成した後に、ＨＶＰＥ法により厚さ１００μｍで形成した。
【００４９】
次に前記ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板を湿式エッチングにより除去して、前記発光層の、前記ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板が除去された側の表面に、第二の電流拡散層であるｎ型ＧａＰ層を次の条件でハイドライド気相成長法によりエピタキシャル成長させ、発光素子用基板を製造した。
＜条件＞
図１（ａ）に示したようなガス流量で、１時間エピタキシャル成長を行った後、図１（ｂ）に示したようなガス条件に切り替えてＨＣｌガスによって３分間気相成長装置内のガスエッチングを行い、このサイクルを５回繰り返して、厚さ１５０μｍを目標として前記ｎ型ＧａＰ層のエピタキシャル成長を行った。
【００５０】
このような発光素子用基板の製造を５回（５バッチ）行った。本実施例の１バッチの枚数は１０枚とした。各バッチにおいて製造した１０枚の発光素子用基板におけるｎ型ＧａＰ層の厚さの平均値を計測した結果、以下のようになった。
１回目： １５３μｍ
２回目： １５１μｍ
３回目： １５４μｍ
４回目： １５１μｍ
５回目： １５２μｍ
【００５１】
このとき、図３（ａ）に示したように、ｎ型ＧａＰ層のエピタキシャル成長を開始してから４時間経過した後であっても、各バッチにおいてサセプタ上に析出したＧａＰの数はいずれも数個であり、大きさは比較的小さいものであった。また、各バッチにおいて製造した発光素子用基板におけるｎ型ＧａＰ層の厚さの平均値の最大値と最小値との差Ｒは、Ｒ＝３μｍであり、バッチ間におけるｎ型ＧａＰ層の厚さのバラツキが後述する比較例に比べて劇的に良くなっていることが分かる。
【００５２】
（比較例）
発光層の、ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板が除去された側の表面に、第二の電流拡散層であるｎ型ＧａＰ層をエピタキシャル成長させる際に、該エピタキシャル成長途中で気相成長装置内のガスエッチングを行わなかったこと以外は実施例と同様にして発光素子用基板の製造を５回（５バッチ）行った。各バッチの仕込枚数は１０枚とした。このとき、ｎ型ＧａＰ層の厚さは１５０μｍを目標とし、５時間通してエピタキシャル成長を行った。各バッチにおいて製造した発光素子用基板におけるｎ型ＧａＰ層の厚さの平均値を計測した結果、以下のようになった。
１回目： １４６μｍ
２回目： １４９μｍ
３回目： １６８μｍ
４回目： １４１μｍ
５回目： １５８μｍ
【００５３】
このとき、図３（ｂ）に示したように、ｎ型ＧａＰ層のエピタキシャル成長を開始してから３時間後には各バッチにおいてサセプタ上に析出したＧａＰの数はいずれも数百個あり、大きさは図３（ｂ）に示したように比較的大きいものばかりであった。また、各バッチにおいて製造した発光素子用基板におけるｎ型ＧａＰ層の厚さの平均値の最大値と最小値との差Ｒは、Ｒ＝２７μｍであり、バッチ間におけるｎ型ＧａＰ層の厚さのバラツキが非常に大きいことが分かる。
【００５４】
以上のことから、気相成長装置内で基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をハイドライド気相成長法によってエピタキシャル成長させる際に、エピタキシャル成長途中に、少なくとも１回該エピタキシャル成長を中断して気相成長装置内のガスエッチングを行うことにより、気相成長装置内のサセプタ等の部材における析出物によるエピタキシャル成長への影響を抑制した状態でＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長を行うことができることがわかる。
またこれによって、バッチ間における各ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長速度を均一なものとし、これによってバッチ間における各ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の厚さのバラツキを確実に低減できることがわかる。
【００５５】
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】
【００５６】
１…気相成長装置、 ２…チャンバー、 ３…ＩＩＩ族金属化合物生成管、
４…リザーバ、 ５…第一のヒーター、 ６…サセプタ、 ７…第二のヒーター、
Ｗ…基板、
１００…発光素子用基板、 １１０…ｎ型ＧａＡｓ基板、
１２０…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、 １３０…発光層、 １３１…ｎ型クラッド層、
１３２…活性層、 １３３…ｐ型クラッド層、 １４０…ｐ型ＧａＰ接続層、
１５０…ｐ型ＧａＰ層（第一の電流拡散層）、
１６０…ｎ型ＧａＰ層（第二の電流拡散層）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長装置内で基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をハイドライド気相成長法によってエピタキシャル成長させる気相成長方法であって、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に、少なくとも１回該エピタキシャル成長を中断して前記気相成長装置内のガスエッチングを行うことを特徴とする気相成長方法。
【請求項２】
前記気相成長装置内のガスエッチングを、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に２回以上行うことを特徴とする請求項１に記載の気相成長方法。
【請求項３】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に、前記気相成長装置内のガスエッチングを行う方法として、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程と、該エピタキシャル成長工程よりも処理時間の短い、前記気相成長装置内のガスエッチング工程と、を交互に繰り返すことを特徴とする請求項２に記載の気相成長方法。
【請求項４】
前記気相成長装置内のガスエッチングを、ＨＣｌガスを用いて行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の気相成長方法。
【請求項５】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をＧａＰ層とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の気相成長方法。
【請求項６】
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することによって発光層を形成する工程と、該発光層上に第一の電流拡散層であるｐ型ＧａＰ層を積層する工程と、前記ｎ型ＧａＡｓ基板をエッチングにより除去する工程と、前記発光層の、前記ｎ型ＧａＡｓ基板が除去された側の表面に第二の電流拡散層であるｎ型ＧａＰ層を積層する工程と、を有する発光素子用基板の製造方法であって、
前記ｎ型ＧａＰ層の積層工程において、請求項５に記載の気相成長方法によって、前記発光層の、前記ｎ型ＧａＡｓ基板が除去された側の表面にｎ型ＧａＰ層を積層することを特徴とする発光素子用基板の製造方法。
【請求項１】
気相成長装置内で基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をハイドライド気相成長法によってエピタキシャル成長させる気相成長方法であって、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に、少なくとも１回該エピタキシャル成長を中断して前記気相成長装置内のガスエッチングを行うことを特徴とする気相成長方法。
【請求項２】
前記気相成長装置内のガスエッチングを、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に２回以上行うことを特徴とする請求項１に記載の気相成長方法。
【請求項３】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長途中に、前記気相成長装置内のガスエッチングを行う方法として、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程と、該エピタキシャル成長工程よりも処理時間の短い、前記気相成長装置内のガスエッチング工程と、を交互に繰り返すことを特徴とする請求項２に記載の気相成長方法。
【請求項４】
前記気相成長装置内のガスエッチングを、ＨＣｌガスを用いて行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の気相成長方法。
【請求項５】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をＧａＰ層とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の気相成長方法。
【請求項６】
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することによって発光層を形成する工程と、該発光層上に第一の電流拡散層であるｐ型ＧａＰ層を積層する工程と、前記ｎ型ＧａＡｓ基板をエッチングにより除去する工程と、前記発光層の、前記ｎ型ＧａＡｓ基板が除去された側の表面に第二の電流拡散層であるｎ型ＧａＰ層を積層する工程と、を有する発光素子用基板の製造方法であって、
前記ｎ型ＧａＰ層の積層工程において、請求項５に記載の気相成長方法によって、前記発光層の、前記ｎ型ＧａＡｓ基板が除去された側の表面にｎ型ＧａＰ層を積層することを特徴とする発光素子用基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４８７５６（Ｐ２０１２−２４８７５６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２０８１１（Ｐ２０１１−１２０８１１）
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【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１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
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