(57)【要約】【課題】トンネル接合部を介して複数の発光部を積層してなる発光ダイオードの発光出力を向上させる。【解決手段】発光素子層１０は、ｎ型コンタクト層１１と第１発光層１２とトンネル接合層１３と第２発光層１４とｐ型コンタクト層１５とを、この順に積層して構成されており、第１発光層１２および第２発光層１４は同一波長で発光する。トンネル接合層１３は、ｐ型不純物（Ｃ）を含むＡｌＧａＡｓで構成されたｐ型トンネル層１３１と、ｎ型不純物（Ｔｅ）を含むＧａＩｎＰで構成されたｎ型トンネル層１３３とを有しており、ｐ型トンネル層１３１とｎ型トンネル層１３３との間には、ｎ型トンネル層１３３よりもｎ型不純物を高濃度に含む高濃度ｎ型不純物含有層１３２が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体とｐ型不純物とを含む第１ｐ型層と、化合物半導体とｎ型不純物とを含む第１ｎ型層と、化合物半導体を含むとともに当該第１ｐ型層と当該第１ｎ型層とに挟まれた第１活性層とを有する第１発光部と、
化合物半導体とｐ型不純物とを含む第２ｐ型層と、化合物半導体とｎ型不純物とを含む第２ｎ型層と、化合物半導体を含むとともに当該第２ｐ型層と当該第２ｎ型層とに挟まれた第２活性層とを有し、前記第１発光部と同一波長で発光する第２発光部と、
ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．３）とｐ型不純物とを含み、前記第１ｐ型層に対峙する第３ｐ型層と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦０．２， ０．４≦ｙ≦０．６）とｎ型不純物とを含み、前記第２ｎ型層に対峙する第３ｎ型層とを有し、前記第１発光部と前記第２発光部とに挟まれるとともに当該第３ｐ型層と当該第３ｎ型層とでトンネル接合を形成するトンネル接合部と
を備えた発光ダイオード。
【請求項２】
前記トンネル接合部は、前記第３ｐ型層と前記第３ｎ型層との境界部に設けられ、ｎ型不純物を当該第３ｎ型層よりも高い濃度で含む高濃度ｎ型不純物含有層をさらに有していることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記高濃度ｎ型不純物含有層は、前記第３ｎ型層および前記第３ｐ型層よりも薄いことを特徴とする請求項２記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記高濃度ｎ型不純物含有層におけるｎ型不純物の濃度が、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項２または３記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記第３ｎ型層におけるｎ型不純物の濃度は、前記第２ｎ型層と対峙する側よりも前記第３ｐ型層と対峙する側が高いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記第３ｐ型層におけるｐ型不純物の濃度は、前記第１ｐ型層と対峙する側よりも前記第３ｎ型層と対峙する側が高いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記第１活性層および前記第２活性層は、ともに、井戸層と障壁層とを含む単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有しており、
前記井戸層は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＡｓｚＰ１−ｚ（０≦ｘ≦０．２，０．７≦ｙ≦１．０，０．７≦ｚ≦１．０）で構成され、
前記障壁層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓｚＰ１−ｚ（０≦ｘ≦０．３，０．７≦ｚ≦１．０）で構成されること
を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記第１ｐ型層、前記第２ｐ型層および前記第３ｐ型層は、ｐ型不純物としてそれぞれＣを含んでおり、
前記第１ｎ型層、前記第２ｎ型層および前記第３ｎ型層は、ｎ型不純物としてそれぞれＴｅを含んでいること
を特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項９】
Ａｌ、ＧａおよびＡｓとｐ型不純物とを含む第１ｐ型層と、Ａｌ、ＧａおよびＡｓとｎ型不純物とを含む第１ｎ型層と、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を含むとともに当該第１ｐ型層と当該第１ｎ型層とに挟まれた第１活性層とを有する第１発光部と、
Ａｌ、ＧａおよびＡｓとｐ型不純物とを含む第２ｐ型層と、Ａｌ、ＧａおよびＡｓとｎ型不純物とを含む第２ｎ型層と、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を含むとともに当該第２ｐ型層と当該第２ｎ型層とに挟まれた第２活性層とを有し、前記第１発光部と同一波長で発光する第２発光部と、
ＧａおよびＡｓとｐ型不純物とを含み、前記第１ｐ型層に対峙する第３ｐ型層と、Ｇａ、ＩｎおよびＰとｎ型不純物とを含み、前記第２ｎ型層に対峙する第３ｎ型層とを有し、前記第１発光部と前記第２発光部とに挟まれるとともに当該第３ｐ型層と当該第３ｎ型層とでトンネル接合を形成するトンネル接合部と
を備えた発光ダイオード。
【請求項１０】
前記第３ｎ型層は、前記第３ｐ型層よりもバンドギャップが大きいことを特徴とする請求項９記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記第１ｐ型層および前記第２ｎ型層は、不純物を除いて共通の組成を有することを特徴とする請求項９または１０記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記第３ｐ型層および前記第３ｎ型層は、それぞれが直接遷移型半導体で構成されることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記第３ｎ型層におけるｎ型不純物の濃度が、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
有機気相成長法を用いたトンネル接合層の製造方法であって、
前記トンネル接合層の積層対象となる化合物半導体層に対し、ＩＩＩ族元素を含む第１原料ガスと、Ｖ族元素を含む第２原料ガスと、第１の導電型のドーパントを含む第３原料ガスとを供給する第１工程と、
前記第１原料ガス、前記第２原料ガスおよび前記第３原料ガスの供給を停止し、前記第１の導電型とは逆の第２の導電型を示すドーパントを含む第４原料ガスを供給する第２工程と、
前記第４原料ガスの供給を継続するとともに、ＩＩＩ族元素を含む第５原料ガスと、Ｖ族元素を含む第６原料ガスとをさらに供給する第３工程と
を有するトンネル接合層の製造方法。
【請求項１５】
前記第１原料ガスは、ＩＩＩ族元素としてＡｌおよびＧａを含み、
前記第２原料ガスは、Ｖ族元素としてＡｓを含み、
前記第３原料ガスは、第１の導電型のドーパントとしてＣを含み、
前記第４原料ガスは、第２の導電型のドーパントとしてＴｅを含み、
前記第５原料ガスは、ＩＩＩ族元素としてＧａおよびＩｎを含み、
前記第６原料ガスは、Ｖ族元素としてＰを含む
ことを特徴とする請求項１４記載のトンネル接合層の製造方法。
【請求項１６】
前記トンネル接合層の積層対象となる化合物半導体層は、Ａｌ、ＧａおよびＡｓを含んでいることを特徴とする請求項１４または１５記載のトンネル接合層の製造方法。
【請求項１７】
前記第１工程では、前記第３原料ガスの流量を時間の経過とともに増大させ、
前記第３工程では、前記第４原料ガスの流量を時間の経過とともに減少させること
を特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項記載のトンネル接合層の製造方法。
【請求項１８】
前記第１工程を開始する前に、前記トンネル接合層の積層対象の温度を１００℃〜１５０℃低下させ、前記第３工程が終了した後に、当該トンネル接合層が形成された当該積層対象の温度を１００℃〜１５０℃上昇させることを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか１項記載のトンネル接合層の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードおよびトンネル接合層の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｐ型不純物を含むｐ型半導体層とｎ型不純物を含むｎ型半導体層との間に、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層よりもバンドギャップが小さい活性層を挟み込んでなる発光ダイオードが、広く用いられている。
【０００３】
特許文献１には、ｐ型半導体層と活性層（放射生成層）とｎ型半導体層とを含み且つインコヒーレントな光を放射する第１放射生成活性層と、ｐ型半導体層と活性層（放射生成層）とｎ型半導体層とを含み且つ第１放射生成活性層と類似の波長の光を放射する第２放射生成活性層とを、垂直に重ね合わせて配置するとともに、第１放射生成活性層と第２放射生成活性層との間にトンネル接合層を形成してなる発光ダイオードが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５２２７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、複数の発光部を、トンネル接合部を介して積層する構成を採用した場合、トンネル接合部を介して直列接続される複数の発光部に順方向電流を流すことができるようになるため、複数の発光部のそれぞれを発光させることが可能になる。
しかしながら、このような構成を採用した場合、それぞれの発光部から出力される光の一部を、発光ダイオードの外部に取り出すことができず、発光ダイオードの発光出力が低下することがあった。
本発明は、トンネル接合部を介して複数の発光部を積層してなる発光ダイオードの発光出力を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の発光ダイオードは、化合物半導体とｐ型不純物とを含む第１ｐ型層と、化合物半導体とｎ型不純物とを含む第１ｎ型層と、化合物半導体を含むとともに当該第１ｐ型層と当該第１ｎ型層とに挟まれた第１活性層とを有する第１発光部と、化合物半導体とｐ型不純物とを含む第２ｐ型層と、化合物半導体とｎ型不純物とを含む第２ｎ型層と、化合物半導体を含むとともに当該第２ｐ型層と当該第２ｎ型層とに挟まれた第２活性層とを有し、前記第１発光部と同一波長で発光する第２発光部と、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．３）とｐ型不純物とを含み、前記第１ｐ型層に対峙する第３ｐ型層と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦０．２， ０．４≦ｙ≦０．６）とｎ型不純物とを含み、前記第２ｎ型層に対峙する第３ｎ型層とを有し、前記第１発光部と前記第２発光部とに挟まれるとともに当該第３ｐ型層と当該第３ｎ型層とでトンネル接合を形成するトンネル接合部とを備えている。
このような発光ダイオードにおいて、前記トンネル接合部は、前記第３ｐ型層と前記第３ｎ型層との境界部に設けられ、ｎ型不純物を当該第３ｎ型層よりも高い濃度で含む高濃度ｎ型不純物含有層をさらに有していることを特徴とすることができる。
また、前記高濃度ｎ型不純物含有層は、前記第３ｎ型層および前記第３ｐ型層よりも薄いことを特徴とすることができる。
さらに、前記高濃度ｎ型不純物含有層におけるｎ型不純物の濃度が、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であることを特徴とすることができる。
さらにまた、前記第３ｎ型層におけるｎ型不純物の濃度は、前記第２ｎ型層と対峙する側よりも前記第３ｐ型層と対峙する側が高いことを特徴とすることができる。
また、前記第３ｐ型層におけるｐ型不純物の濃度は、前記第１ｐ型層と対峙する側よりも前記第３ｎ型層と対峙する側が高いことを特徴とすることができる。
さらに、前記第１活性層および前記第２活性層は、ともに、井戸層と障壁層とを含む単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有しており、前記井戸層は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＡｓｚＰ１−ｚ（０≦ｘ≦０．２，０．７≦ｙ≦１．０，０．７≦ｚ≦１．０）で構成され、前記障壁層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓｚＰ１−ｚ（０≦ｘ≦０．３，０．７≦ｚ≦１．０）で構成されることを特徴とすることができる。
さらにまた、前記第１ｐ型層、前記第２ｐ型層および前記第３ｐ型層は、ｐ型不純物としてそれぞれＣを含んでおり、前記第１ｎ型層、前記第２ｎ型層および前記第３ｎ型層は、ｎ型不純物としてそれぞれＴｅを含んでいることを特徴とすることができる。
【０００７】
また、他の観点から捉えると、本発明の発光ダイオードは、Ａｌ、ＧａおよびＡｓとｐ型不純物とを含む第１ｐ型層と、Ａｌ、ＧａおよびＡｓとｎ型不純物とを含む第１ｎ型層と、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を含むとともに当該第１ｐ型層と当該第１ｎ型層とに挟まれた第１活性層とを有する第１発光部と、Ａｌ、ＧａおよびＡｓとｐ型不純物とを含む第２ｐ型層と、Ａｌ、ＧａおよびＡｓとｎ型不純物とを含む第２ｎ型層と、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を含むとともに当該第２ｐ型層と当該第２ｎ型層とに挟まれた第２活性層とを有し、前記第１発光部と同一波長で発光する第２発光部と、ＧａおよびＡｓとｐ型不純物とを含み、前記第１ｐ型層に対峙する第３ｐ型層と、Ｇａ、ＩｎおよびＰとｎ型不純物とを含み、前記第２ｎ型層に対峙する第３ｎ型層とを有し、前記第１発光部と前記第２発光部とに挟まれるとともに当該第３ｐ型層と当該第３ｎ型層とでトンネル接合を形成するトンネル接合部とを備えている。
このような発光ダイオードにおいて、前記第３ｎ型層は、前記第３ｐ型層よりもバンドギャップが大きいことを特徴とすることができる。
また、前記第１ｐ型層および前記第２ｎ型層は、不純物を除いて共通の組成を有することを特徴とすることができる。
さらに、前記第３ｐ型層および前記第３ｎ型層は、それぞれが直接遷移型半導体で構成されることを特徴とすることができる。
さらにまた、前記第３ｎ型層におけるｎ型不純物の濃度が、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であることを特徴とすることができる。
【０００８】
また、他の観点から捉えると、本発明は、有機気相成長法を用いたトンネル接合層の製造方法であって、前記トンネル接合層の積層対象となる化合物半導体層に対し、ＩＩＩ族元素を含む第１原料ガスと、Ｖ族元素を含む第２原料ガスと、第１の導電型のドーパントを含む第３原料ガスとを供給する第１工程と、前記第１原料ガス、前記第２原料ガスおよび前記第３原料ガスの供給を停止し、前記第１の導電型とは逆の第２の導電型を示すドーパントを含む第４原料ガスを供給する第２工程と、前記第４原料ガスの供給を継続するとともに、ＩＩＩ族元素を含む第５原料ガスと、Ｖ族元素を含む第６原料ガスとをさらに供給する第３工程とを有している。
このようなトンネル接合層の製造方法において、前記第１原料ガスは、ＩＩＩ族元素としてＡｌおよびＧａを含み、前記第２原料ガスは、Ｖ族元素としてＡｓを含み、前記第３原料ガスは、第１の導電型のドーパントとしてＣを含み、前記第４原料ガスは、第２の導電型のドーパントとしてＴｅを含み、前記第５原料ガスは、ＩＩＩ族元素としてＧａおよびＩｎを含み、前記第６原料ガスは、Ｖ族元素としてＰを含むことを特徴とすることができる。
また、前記トンネル接合層の積層対象となる化合物半導体層は、Ａｌ、ＧａおよびＡｓを含んでいることを特徴とすることができる。
さらに、前記第１工程では、前記第３原料ガスの流量を時間の経過とともに増大させ、前記第３工程では、前記第４原料ガスの流量を時間の経過とともに減少させることを特徴とすることができる。
さらにまた、前記第１工程を開始する前に、前記トンネル接合層の積層対象の温度を１００℃〜１５０℃低下させ、前記第３工程が終了した後に、当該トンネル接合層が形成された当該積層対象の温度を１００℃〜１５０℃上昇させることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、トンネル接合部を介して複数の発光部を積層してなる発光ダイオードの発光出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態が適用される半導体層形成基板の断面構成を示す図である。
【図２】半導体層形成基板におけるトンネル接合層の周辺の構造を説明するための図である。
【図３】半導体層形成基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】トンネル接合層の製造方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】発光素子層を含む半導体発光素子の断面構成を示す図である。
【図６】半導体発光素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】実施例１および比較例の半導体発光素子の順方向電流と発光出力との関係を示す図である。
【図８】実施例１、２の半導体発光素子の発光出力および順方向電圧の関係を示す図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は実施例１、３のトンネル接合層のＴＥＭ写真である。
【図１０】実施例１、３の半導体発光素子の順方向電圧の関係を示す図である。
【図１１】実施例１、３のトンネル接合層の二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で参照する図面における各部の大きさや厚さ等は、実際の寸法とは異なっている場合がある。また、以下では、３元素以上で構成されるＩＩＩ−Ｖ族半導体に関し、各元素の組成比を省略した形（例えば「ＡｌＧａＩｎＡｓＰ」など）で記述する場合がある。
【００１２】
＜半導体層形成基板の構成＞
図１は、本実施の形態が適用される半導体層形成基板１の断面構成を示す図である。
この半導体層形成基板１は、成長基板１ａと、成長基板１ａ上に複数の半導体層を積層してなり、通電により発光する発光素子層１０とを備えている。なお、詳細は後述するが、この発光素子層１０は、それぞれがｐｎ接合を有する複数の発光層（発光ダイオード）を積み重ねてなり、これら発光層間には、トンネル効果により逆方向（ｎ型層からｐ型層）に電流を流すトンネル接合層（トンネルダイオード）を設けてなる、所謂ダブルスタック型の発光ダイオードとして機能する。
【００１３】
［成長基板］
本実施の形態において、成長基板１ａは、化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）の単結晶で構成される。この種の成長基板１ａとしては、ＧａＡｓやＩｎＰ等を例示することができる。
【００１４】
［発光素子層］
発光素子層１０は、成長基板１ａに積層されるｎ型コンタクト層１１と、ｎ型コンタクト層１１に積層される第１発光層１２と、第１発光層１２に積層されるトンネル接合層１３と、トンネル接合層１３に積層される第２発光層１４と、第２発光層１４に積層されるｐ型コンタクト層１５とを有している。以下では、発光素子層１０の構成要素について、順番に説明を行う。
【００１５】
（ｎ型コンタクト層）
電子をキャリアとするｎ型コンタクト層１１は、図示しないｎ電極（負電極部３０：後述する図５参照）を設けるための層である。本実施の形態のｎ型コンタクト層１１は、成長基板１ａの表面（成長面）と格子整合する化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）で構成される。
【００１６】
そして、ｎ型コンタクト層１１には、ｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を５×１０１７〜２×１０１９ｃｍ−３の濃度で含有すると、抵抗の上昇を抑制できるとともに結晶性の劣化を招きにくいという点で好ましい。ここで、ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えばＴｅ、ＳｉあるいはＳｅ等が挙げられる。
【００１７】
（第１発光層）
第１発光部の一例としての第１発光層１２は、所謂ダブルヘテロ接合および量子井戸構造を有し、通電により発光する層である。
【００１８】
本実施の形態の第１発光層１２は、ｎ型コンタクト層１１に積層される第１ｎ型クラッド層１２１と、第１ｎ型クラッド層１２１に積層される第１活性層１２２と、第１活性層１２２に積層される第１ｐ型クラッド層１２３とを有している。また、第１活性層１２２は、複数の第１井戸層１２２１と複数の第１障壁層１２２２とを、交互に積層した構造を有している。
【００１９】
〔第１ｎ型クラッド層〕
第１ｎ型層の一例としての第１ｎ型クラッド層１２１は、第１ｐ型クラッド層１２３とともに、第１活性層１２２へのキャリア（正孔および電子）の注入および閉じ込めを行う層である。本実施の形態の第１ｎ型クラッド層１２１は、ｎ型コンタクト層１１と格子整合する化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）で構成される。
【００２０】
ここで、第１ｎ型クラッド層１２１は、ｎ型コンタクト層１１よりも、バンドギャップが大きいことが好ましい。
【００２１】
そして、第１ｎ型クラッド層１２１には、ｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を５×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３の濃度で含有すると、量子井戸構造を有する第１活性層１２２へのキャリア注入効果を得やすくなるとともに、第１ｎ型クラッド層１２１内でのキャリアによる光吸収を減らせるという点で好ましい。このとき、第１ｎ型クラッド層１２１は、ｎ型コンタクト層１１と同じｎ型不純物を含んでいることが好ましい。
【００２２】
〔第１活性層〕
第１活性層１２２は、電子および正孔の再結合により発光する層である。また、本実施の形態の第１活性層１２２は、第１井戸層１２２１と第１障壁層１２２２とを交互に重ね合わせた、所謂多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する層となっている。なお、第１活性層１２２（第１井戸層１２２１および第１障壁層１２２２）は、基本的に、ｎ型不純物およびｐ型不純物を含まない。ただし、製造時に、第１ｎ型クラッド層１２１からｎ型不純物が拡散してきたり、第１ｐ型クラッド層１２３からｐ型不純物が拡散してきたりすることがあり得る。
【００２３】
｛第１井戸層｝
井戸層の一例としての第１井戸層１２２１は、隣接する２つの第１障壁層１２２２によって挟み込まれる層である。ただし、この例において、図中最も下側（第１ｎ型クラッド層１２１側）に位置する第１井戸層１２２１は、第１ｎ型クラッド層１２１と第１障壁層１２２２とによって挟み込まれる。また、この例において、図中最も上側（第１ｐ型クラッド層１２３側）に位置する第１井戸層１２２１は、第１ｐ型クラッド層１２３と第１障壁層１２２２とによって挟み込まれる。したがって、この例において、第１井戸層１２２１の層数は、第１障壁層１２２２の層数よりも１層だけ多い。本実施の形態の第１井戸層１２２１は、第１ｎ型クラッド層１２１および第１ｐ型クラッド層１２３と格子整合する化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）で構成される。そして、第１井戸層１２２１には、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＡｓｚＰ１−ｚ（０≦ｘ≦０．２，０．７≦ｙ≦１．０，０．７≦ｚ≦１．０）を用いることが好ましい。また、第１井戸層１２２１には、直接遷移型の化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）を用いることが好ましい。
【００２４】
ここで、第１井戸層１２２１は、第１ｎ型クラッド層１２１および第１ｐ型クラッド層１２３よりも、膜厚が小さいことが好ましい。また、第１井戸層１２２１は、第１ｎ型クラッド層１２１および第１ｐ型クラッド層１２３よりも、バンドギャップが小さいことが好ましい。
【００２５】
｛第１障壁層｝
障壁層の一例としての第１障壁層１２２２は、自身に隣接する第１障壁層１２２２とともに第１井戸層１２２１を挟み込む層である。本実施の形態の第１障壁層１２２２は、第１井戸層１２２１と格子整合する化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）で構成される。そして、第１障壁層１２２２には、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓｚＰ１−ｚ（０≦ｘ≦０．３，０．７≦ｚ≦１．０）を用いることが好ましい。また、第１障壁層１２２２には、直接遷移型の化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）を用いることが好ましい。
【００２６】
ここで、第１障壁層１２２２は、第１ｎ型クラッド層１２１および第１ｐ型クラッド層１２３よりも、膜厚が小さいことが好ましい。また、第１障壁層１２２２は、第１井戸層１２２１よりも、膜厚が大きいことが好ましい。さらに、第１障壁層１２２２は、第１ｎ型クラッド層１２１および第１ｐ型クラッド層１２３よりも、バンドギャップが小さいことが好ましい。さらにまた、第１障壁層１２２２は、第１井戸層１２２１よりも、バンドギャップが大きいことが好ましい。
【００２７】
〔第１ｐ型クラッド層〕
第１ｐ型層あるいは化合物半導体層の一例としての第１ｐ型クラッド層１２３は、第１ｎ型クラッド層１２１とともに、第１活性層１２２へのキャリアの注入および閉じ込めを行う層である。本実施の形態の第１ｐ型クラッド層１２３は、第１井戸層１２２１と格子整合する化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）で構成される。
【００２８】
ここで、第１ｐ型クラッド層１２３は、第１ｎ型クラッド層１２１と、膜厚を同じにすることが好ましい。また、第１ｐ型クラッド層１２３は、第１ｎ型クラッド層１２１と、バンドギャップを同じにすることが好ましい。
【００２９】
そして、第１ｐ型クラッド層１２３には、ｐ型不純物がドープされていることが好ましく、ｐ型不純物を１×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３の濃度で含有すると、量子井戸構造を有する第１活性層１２２へのキャリア注入効果を得やすくなるとともに、第１ｐ型クラッド層１２３内でのキャリアによる光吸収を減らせるという点で好ましい。ここで、ｐ不純物としては、特に限定されないが、例えばＣ、ＭｇあるいはＺｎ等が挙げられる。このとき、第１ｐ型クラッド層１２３のｐ型不純物の濃度は、第１ｎ型クラッド層１２１のｎ型不純物の濃度よりも低くすることが好ましい。また、第１ｐ型クラッド層１２３は、第１ｎ型クラッド層１２１と、含まれる不純物を除いて同組成とすることが好ましい。
【００３０】
（トンネル接合層）
トンネル接合部の一例としてのトンネル接合層１３は、第１発光層１２と第２発光層１４とを接続する層である。また、トンネル接合層１３は、自身を介して直列に接続された第１発光層１２および第２発光層１４に、自身のトンネル接合を利用して、第２発光層１４側から第１発光層１２側に向かう順方向電流を流すための層である。
【００３１】
トンネル接合層１３は、第１発光層１２の第１ｐ型クラッド層１２３に積層されるｐ型トンネル層１３１と、第２発光層１４の第２ｎ型クラッド層１４１（詳細は後述する）の積層対象となるｎ型トンネル層１３３とを有している。また、トンネル接合層１３は、ｐ型トンネル層１３１とｎ型トンネル層１３３との間に設けられた、高濃度ｎ型不純物含有層１３２をさらに有している。したがって、本実施の形態のトンネル接合層１３は、第１ｐ型クラッド層１２３に積層されるｐ型トンネル層１３１と、ｐ型トンネル層１３１に積層される高濃度ｎ型不純物含有層１３２と、高濃度ｎ型不純物含有層１３２に積層されるｎ型トンネル層１３３と有していることになる。
【００３２】
〔ｐ型トンネル層〕
第３ｐ型層の一例としてのｐ型トンネル層１３１は、ｎ型トンネル層１３３および高濃度ｎ型不純物含有層１３２とともに、トンネル接合を形成する層である。本実施の形態のｐ型トンネル層１３１は、第１ｐ型クラッド層１２３と格子整合する、少なくともＧａ（ＩＩＩ族元素）およびＡｓ（Ｖ族元素）を含む化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）で構成される。そして、ｐ型トンネル層１３１には、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．３）を用いることが好ましい。また、ｐ型トンネル層１３１には、直接遷移型の化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）を用いることが好ましい。
【００３３】
ここで、ｐ型トンネル層１３１は、第１発光層１２の第１ｐ型クラッド層１２３よりも、膜厚が小さいことが好ましい。また、ｐ型トンネル層１３１は、第１発光層１２の第１ｐ型クラッド層１２３よりも、バンドギャップが小さいことが好ましい。
【００３４】
そして、ｐ型トンネル層１３１には、ｐ型不純物がドープされている。ここで、ｐ型トンネル層１３１は、第１発光層１２の第１ｐ型クラッド層１２３と同じｐ型不純物を含んでいることが好ましい。また、ｐ型トンネル層１３１のｐ型不純物の濃度は、第１発光層１２の第１ｐ型クラッド層１２３のｐ型不純物の濃度よりも高いことが好ましい。
【００３５】
〔ｎ型トンネル層〕
第３ｎ型層の一例としてのｎ型トンネル層１３３は、ｐ型トンネル層１３１および高濃度ｎ型不純物含有層１３２とともにトンネル接合を形成する層である。本実施の形態のｎ型トンネル層１３３は、ｐ型トンネル層１３１と格子整合する、少なくともＧａ、Ｉｎ（ＩＩＩ族元素）およびＰ（Ｖ族元素）を含む化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）で構成される。そして、ｎ型トンネル層１３３には、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦０．２， ０．４≦ｙ≦０．６）を用いることが好ましい。また、ｎ型トンネル層１３３には、直接遷移型の化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）を用いることが好ましい。
【００３６】
ここで、ｎ型トンネル層１３３は、ｐ型トンネル層１３１よりも、膜厚が小さいことが好ましい。また、ｎ型トンネル層１３３は、ｐ型トンネル層１３１よりも、バンドギャップが大きいことが好ましい。
【００３７】
そして、ｎ型トンネル層１３３には、ｎ型不純物がドープされている。ここで、ｎ型トンネル層１３３は、第１発光層１２の第１ｎ型クラッド層１２１と同じｎ型不純物を含んでいることが好ましい。また、ｎ型トンネル層１３３のｎ型不純物の濃度は、第２発光層１４の第２ｎ型クラッド層１４１（詳細は後述する）のｎ型不純物の濃度よりも高いことが好ましい。さらに、ｎ型トンネル層１３３のｎ型不純物の濃度は、ｐ型トンネル層１３１のｐ型不純物の濃度よりも低いことが好ましい。
【００３８】
〔高濃度ｎ型不純物含有層〕
高濃度ｎ型不純物含有層１３２は、ｐ型トンネル層１３１とｎ型トンネル層１３３との間に介在して、トンネル接合層１３の電気的な抵抗を低下させるための層である。本実施の形態の高濃度ｎ型不純物含有層１３２は、ｐ型トンネル層１３１およびｎ型トンネル層１３３のぞれぞれと格子整合する、ＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成される。そして、高濃度ｎ型不純物含有層１３２には、ＩＩＩ族元素としてＧａおよびＩｎが、Ｖ族元素としてＡｓおよびＰが、それぞれ含まれ得る。また、高濃度ｎ型不純物含有層１３２には、直接遷移型の化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）を用いることが好ましい。
【００３９】
ここで、高濃度ｎ型不純物含有層１３２は、ｐ型トンネル層１３１よりも、膜厚が小さいことが好ましい。また、高濃度ｎ型不純物含有層１３２は、ｎ型トンネル層１３３よりも、膜厚が小さいことが好ましい。
【００４０】
そして、高濃度ｎ型不純物含有層１３２には、ｎ型不純物がドープされている。ここで、高濃度ｎ型不純物含有層１３２は、ｎ型トンネル層１３３と同じｎ型不純物を含んでいることが好ましい。また、高濃度ｎ型不純物含有層１３２のｎ型不純物の濃度は、ｎ型トンネル層１３３のｎ型不純物の濃度よりも高い。さらに、高濃度ｎ型不純物含有層１３２のｎ型不純物の濃度は、ｐ型トンネル層１３１のｐ型不純物の濃度よりも高い。そして、順方向電圧の低減を図るという観点からすれば、高濃度ｎ型不純物含有層１３２のｎ型不純物の濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００４１】
なお、ここでは、ｐ型トンネル層１３１とｎ型トンネル層１３３との間に、高濃度ｎ型不純物含有層１３２が存在する場合を例として説明を行ったが、これに限られない。例えばｎ型トンネル層１３３自身が、高濃度（例えば１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下）のｎ型不純物を含むものとなっていてもよい。
【００４２】
（第２発光層）
第２発光部の一例としての第２発光層１４は、所謂ダブルヘテロ接合および量子井戸構造を有し、通電により発光する層である。本実施の形態において、第２発光層１４は、第１発光層１２と同一波長で発光する。なお、本実施の形態における同一波長は、例えば第２発光層１４の発光波長におけるピーク波長が、第１発光層１２の発光波長におけるピーク波長に対し、±１０ｎｍ（より好ましくは±５ｎｍ）の範囲内にあることをいう。したがって、第１発光層１２および第２発光層１４のそれぞれの発光波長のピーク波長が、完全に一致している必要はない。
【００４３】
また、第１発光層１２および第２発光層１４の発光波長については、特に制限されるものではないが、赤色領域から近赤外領域の範囲であることが好ましく、近赤外領域の範囲であることがより好ましい。
【００４４】
ここで、第２発光層１４は、第１発光層１２と異なる構造（材料、組成、厚さ、不純物濃度等）を採用してもかまわないが、より容易に、第２発光層１４の発光波長を第１発光層１２の発光波長に近づけるという観点からすれば、第２発光層１４の構造を、第１発光層１２の構造と共通化することが好ましい。以下では、第２発光層１４の構造を、第１発光層１２の構造と共通化した場合を例として説明を行う。
【００４５】
本実施の形態の第２発光層１４は、ｎ型トンネル層１３３に積層される第２ｎ型クラッド層１４１と、第２ｎ型クラッド層１４１に積層される第２活性層１４２と、第２活性層１４２に積層される第２ｐ型クラッド層１４３とを有している。また、第２活性層１４２は、複数の第２井戸層１４２１と複数の第２障壁層１４２２とを、交互に積層した構造を有している。
【００４６】
〔第２ｎ型クラッド層〕
第２ｎ型層の一例としての第２ｎ型クラッド層１４１は、第２ｐ型クラッド層１４３とともに、第２活性層１４２へのキャリア（正孔および電子）の注入および閉じ込めを行う層である。本実施の形態の第２ｎ型クラッド層１４１は、トンネル接合層１３のｎ型トンネル層１３３と格子整合する化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）で構成される。
【００４７】
ここで、第２ｎ型クラッド層１４１は、トンネル接合層１３のｎ型トンネル層１３３よりも、膜厚が大きいことが好ましい。また、第２ｎ型クラッド層１４１は、トンネル接合層１３のｎ型トンネル層１３３よりも、バンドギャップが大きいことが好ましい。
【００４８】
そして、第２ｎ型クラッド層１４１には、ｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を５×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３の濃度で含有すると、量子井戸構造を有する第２活性層１４２へのキャリア注入効果を得やすくなるとともに、第２ｎ型クラッド層１４１内でのキャリアによる光吸収を減らせるという点で好ましい。このとき、第２ｎ型クラッド層１４１は、トンネル接合層１３のｎ型トンネル層１３３と同じｎ型不純物を含んでいることが好ましい。また、第２ｎ型クラッド層１４１のｎ型不純物の濃度は、トンネル接合層１３のｎ型トンネル層１３３のｎ型不純物の濃度よりも低いことが好ましい。さらに、第２ｎ型クラッド層１４１は、第１ｎ型クラッド層１２１と、同組成とすることが好ましい。さらにまた、第２ｎ型クラッド層１４１は、第１ｐ型クラッド層１２３と、含まれる不純物を除いて同組成とすることが好ましい。
【００４９】
〔第２活性層〕
第２活性層１４２は、電子および正孔の再結合により発光する層である。また、本実施の形態の第２活性層１４２は、第２井戸層１４２１と第２障壁層１４２２とを交互に重ね合わせた、所謂多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する層となっている。なお、第２活性層１４２（第２井戸層１４２１および第２障壁層１４２２）も、基本的に、ｎ型不純物およびｐ型不純物を含まない。ただし、製造時に、第２ｎ型クラッド層１４１からｎ型不純物が拡散してきたり、第２ｐ型クラッド層１４３からｐ型不純物が拡散してきたりすることがあり得る。
【００５０】
｛第２井戸層｝
井戸層の一例としての第２井戸層１４２１は、隣接する２つの第２障壁層１４２２によって挟み込まれる層である。ただし、この例において、図中最も下側（第２ｎ型クラッド層１４１側）に位置する第２井戸層１４２１は、第２ｎ型クラッド層１４１と第２障壁層１４２２とによって挟み込まれる。また、この例において、図中最も上側（第２ｐ型クラッド層１４３側）に位置する第２井戸層１４２１は、第２ｐ型クラッド層１４３と第２障壁層１４２２とによって挟み込まれる。したがって、この例において、第２井戸層１４２１の層数は、第２障壁層１４２２の層数よりも１層だけ多い。本実施の形態の第２井戸層１４２１は、第２ｎ型クラッド層１４１および第２ｐ型クラッド層１４３と格子整合する化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）で構成される。そして、第２井戸層１４２１には、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＡｓｚＰ１−ｚ（０≦ｘ≦０．２，０．７≦ｙ≦１．０，０．７≦ｚ≦１．０）を用いることが好ましい。また、第２井戸層１４２１には、直接遷移型の化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）を用いることが好ましい。
【００５１】
ここで、第２井戸層１４２１は、第２ｎ型クラッド層１４１および第２ｐ型クラッド層１４３よりも、膜厚が小さいことが好ましい。また、第２井戸層１４２１は、第２ｎ型クラッド層１４１および第２ｐ型クラッド層１４３よりも、バンドギャップが小さいことが好ましい。そして、第２井戸層１４２１は、第１井戸層１２２１と共通の構成とすることが好ましい。
【００５２】
｛第２障壁層｝
障壁層の一例としての第２障壁層１４２２は、自身に隣接する第２障壁層１４２２とともに第２井戸層１４２１を挟み込む層である。本実施の形態の第２障壁層１４２２は、第２井戸層１４２１と格子整合する化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）で構成される。そして、第２障壁層１４２２には、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓｚＰ１−ｚ（０≦ｘ≦０．３，０．７≦ｚ≦１．０）を用いることが好ましい。また、第２障壁層１４２２には、直接遷移型の化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）を用いることが好ましい。
【００５３】
ここで、第２障壁層１４２２は、第２ｎ型クラッド層１４１および第２ｐ型クラッド層１４３よりも、膜厚が小さいことが好ましい。また、第２障壁層１４２２は、第２井戸層１４２１よりも、膜厚が大きいことが好ましい。さらに、第２障壁層１４２２は、第２ｎ型クラッド層１４１および第２ｐ型クラッド層１４３よりも、バンドギャップが小さいことが好ましい。さらにまた、第２障壁層１４２２は、第２井戸層１４２１よりも、バンドギャップが大きいことが好ましい。そして、第２障壁層１４２２は、第１障壁層１２２２と共通の構成とすることが好ましい。
【００５４】
〔第２ｐ型クラッド層〕
第２ｐ型層の一例としての第２ｐ型クラッド層１４３は、第２ｎ型クラッド層１４１とともに、第２活性層１４２へのキャリアの注入および閉じ込めを行う層である。本実施の形態の第２ｐ型クラッド層１４３は、第２井戸層１４２１と格子整合する化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）で構成される。
【００５５】
ここで、第２ｐ型クラッド層１４３は、第２ｎ型クラッド層１４１と、膜厚を同じにすることが好ましい。また、第２ｐ型クラッド層１４３は、第２ｎ型クラッド層１４１と、バンドギャップを同じにすることが好ましい。
【００５６】
そして、第２ｐ型クラッド層１４３には、ｐ型不純物がドープされていることが好ましく、ｐ型不純物を１×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３の濃度で含有すると、量子井戸構造を有する第２活性層１４２へのキャリア注入効果を得やすくなるとともに、第２ｐ型クラッド層１４３内でのキャリアによる光吸収を減らせるという点で好ましい。このとき、第２ｐ型クラッド層１４３は、第１ｐ型クラッド層１２３と同じｐ型不純物を含んでいることが好ましい。また、第２ｐ型クラッド層１４３のｐ型不純物の濃度は、第２ｎ型クラッド層１４１のｎ型不純物の濃度よりも低くすることが好ましい。また、第２ｐ型クラッド層１４３は、第２ｎ型クラッド層１４１と、含まれる不純物を除いて同組成とすることが好ましい。
【００５７】
（ｐ型コンタクト層）
正孔をキャリアとするｐ型コンタクト層１５は、図示しないｐ電極（正電極部２０：後述する図５参照）を設けるための層である。本実施の形態のｐ型コンタクト層１５は、第２ｐ型クラッド層１４３と格子整合する化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）で構成される。
【００５８】
ここで、ｐ型コンタクト層１５は、第２ｐ型クラッド層１４３よりも、膜厚が大きいことが好ましい。また、ｐ型コンタクト層１５は、第２ｐ型クラッド層１４３よりも、バンドギャップが小さいことが好ましい。
【００５９】
そして、ｐ型コンタクト層１５には、ｐ型不純物がドープされていることが好ましく、ｐ型不純物を５×１０１７〜２×１０１９ｃｍ−３の濃度で含有すると、抵抗の上昇を抑制できるとともに結晶性の劣化を招きにくいという点で好ましい。また、ｐ型コンタクト層１５は、第２ｐ型クラッド層１４３と同じｐ型不純物を含んでいることが好ましい。さらに、ｐ型コンタクト層１５のｐ型不純物の濃度は、第２ｐ型クラッド層１４３のｐ型不純物の濃度よりも、高くすることが好ましい。
【００６０】
＜トンネル接合層の構成＞
図２は、図１に示すトンネル接合層１３周辺の構造を説明するための図である。図２において、上段はトンネル接合層１３の層構成を、中段はトンネル接合層１３内の不純物の濃度（ドーパント濃度）分布の第１の例を、下段はトンネル接合層１３内の不純物の濃度（ドーパント濃度）分布の第２の例を、それぞれ示している。
【００６１】
［厚さの関係］
まず、図中上段に示すように、トンネル接合層１３において、ｐ型トンネル層１３１の厚さをｐ型トンネル層厚さｔａとし、高濃度ｎ型不純物含有層１３２の厚さをｎ型高濃度層厚さｔｂとし、ｎ型トンネル層１３３の厚さをｎ型トンネル層厚さｔｃとしたとき、これらは、ｔｂ＜ｔａ、ｔｂ＜ｔｃの関係を有していることが望ましい。
【００６２】
［不純物の濃度の関係］
また、図中上段に示すように、トンネル接合層１３において、ｐ型トンネル層１３１にはｐ型不純物（図中では（ｐ）と表記）が、高濃度ｎ型不純物含有層１３２およびｎ型トンネル層１３３にはそれぞれｎ型不純物（図中では（ｎ）と表記）が、それぞれ添加されている。そして、図中中段および下段に示すように、高濃度ｎ型不純物含有層１３２におけるｎ型不純物の濃度は、ｎ型トンネル層１３３におけるｎ型不純物の濃度よりも高くなっていることが望ましい。また、図中中段および下段に示すように、ｐ型トンネル層１３１におけるｐ型不純物の濃度（ドーパント濃度）は、ｎ型トンネル層１３３におけるｎ型不純物の濃度（ドーパント濃度）よりも高くなっていることが望ましい。
【００６３】
ここで、図中中段に示す第１の例のように、ｐ型トンネル層１３１におけるｐ型不純物の濃度を、厚さ方向においてほぼ一定とし、ｎ型トンネル層１３３におけるｎ型不純物の濃度を、厚さ方向においてほぼ一定とすることができる。また、また、図中下段に示す第２の例のように、ｐ型トンネル層１３１におけるｐ型不純物の濃度を、第１ｐ型クラッド層１２３との境界部よりも高濃度ｎ型不純物含有層１３２との境界部において高くし、ｎ型トンネル層１３３におけるｎ型不純物の濃度を、第２ｎ型クラッド層１４１との境界部よりも高濃度ｎ型不純物含有層１３２との境界部において高くすることができる。
【００６４】
なお、図中下段に示す例では、ｐ型トンネル層１３１におけるｐ型不純物の濃度およびｎ型トンネル層１３３におけるｎ型不純物の濃度が、厚さ方向において直線状に変化するようになっているが、これに限られるものではなく、曲線状であってもよいし、階段状であってもかまわない。
【００６５】
＜半導体層形成基板の製造方法＞
図３は、図１に示す半導体層形成基板１の製造方法を説明するためのフローチャートである。なお、本実施の形態の半導体層形成基板１は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて、成長基板１ａ上に発光素子層１０を形成することで得られる。ただし、これに限られるものではなく、例えばＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用いてもかまわない。
【００６６】
［ｎ型コンタクト層形成工程］
まず、成長基板１ａが設置されたチャンバ内に、キャリアガスと、ｎ型コンタクト層１１を構成する各元素（ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素、ｎ型不純物を構成する元素）の原料ガスとを供給する（ステップ１０）。ステップ１０では、成長基板１ａ上に、ｎ型コンタクト層１１が積層される。
【００６７】
［第１ｎ型クラッド層形成工程］
次に、ｎ型コンタクト層１１を積層した成長基板１ａが設置されたチャンバ内に、引き続きキャリアガスを供給するとともに、第１ｎ型クラッド層１２１を構成する各元素（ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素、ｎ型不純物を構成する元素）の原料ガスを供給する（ステップ２０）。ステップ２０では、ｎ型コンタクト層１１上に、第１ｎ型クラッド層１２１が積層される。
【００６８】
［第１活性層形成工程］
続いて、第１ｎ型クラッド層１２１までを積層した成長基板１ａが設置されたチャンバ内に、引き続きキャリアガスを供給するとともに、第１井戸層１２２１を構成する各元素（ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素）の原料ガスと、第１障壁層１２２２を構成する各元素（ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素）の原料ガスとを、交互に供給する（ステップ３０）。ステップ３０では、第１ｎ型クラッド層１２１上に、第１井戸層１２２１と第１障壁層１２２２とを交互に積層してなる、第１活性層１２２が形成される。
【００６９】
［第１ｐ型クラッド層形成工程］
それから、第１活性層１２２までを積層した成長基板１ａが設置されたチャンバ内に、引き続きキャリアガスを供給するとともに、第１ｐ型クラッド層１２３を構成する各元素（ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素、ｐ型不純物を構成する元素）の原料ガスを供給する（ステップ４０）。ステップ４０では、第１活性層１２２上に、第１ｐ型クラッド層１２３が積層される。
以上により、ｎ型コンタクト層１１上に、第１発光層１２が形成される。
【００７０】
［ｐ型トンネル層形成工程］
次に、第１ｐ型クラッド層１２３までを積層した成長基板１ａが設置されたチャンバ内に、引き続きキャリアガスを供給するとともに、ｐ型トンネル層１３１を構成する各元素（ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素、ｐ型不純物を構成する元素）の原料ガスを供給する（ステップ５０）。ステップ５０では、第１ｐ型クラッド層１２３上に、ｐ型トンネル層１３１が積層される。
【００７１】
［ｎ型トンネル層形成工程］
続いて、ｐ型トンネル層１３１までを積層した成長基板１ａが設置されたチャンバ内に、引き続きキャリアガスを供給するとともに、ｎ型トンネル層１３３を構成する各元素（ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素、ｎ型不純物を構成する元素）の原料ガスを供給する（ステップ６０）。ステップ６０では、ｐ型トンネル層１３１上に、ｎ型トンネル層１３３が積層される。
【００７２】
ここで、本実施の形態では、ステップ５０からステップ６０への移行段階において、チャンバ内に供給する原料ガス等に工夫を施している。これにより、ｐ型トンネル層１３１とｎ型トンネル層１３３との間に、ｎ型不純物の濃度がｎ型トンネル層１３３よりも高い高濃度ｎ型不純物含有層１３２を形成しているのであるが、その詳細については後述する。
以上により、第１発光層１２上に、トンネル接合層１３が形成される。
【００７３】
［第２ｎ型クラッド層形成工程］
次に、ｎ型トンネル層１３３までを積層した成長基板１ａが設置されたチャンバ内に、引き続きキャリアガスを供給するとともに、第２ｎ型クラッド層１４１を構成する各元素（ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素、ｎ型不純物を構成する元素）の原料ガスを供給する（ステップ７０）。ステップ７０では、ｎ型トンネル層１３３上に、第２ｎ型クラッド層１４１が積層される。
【００７４】
［第２活性層形成工程］
続いて、第２ｎ型クラッド層１４１までを積層した成長基板１ａが設置されたチャンバ内に、引き続きキャリアガスを供給するとともに、第２井戸層１４２１を構成する各元素（ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素）の原料ガスと、第２障壁層１４２２を構成する各元素（ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素）の原料ガスとを、交互に供給する（ステップ８０）。ステップ８０では、第２ｎ型クラッド層１４１上に、第２井戸層１４２１と第２障壁層１４２２とを交互に積層してなる、第２活性層１４２が形成される。
【００７５】
［第２ｐ型クラッド層形成工程］
それから、第２活性層１４２までを積層した成長基板１ａが設置されたチャンバ内に、引き続きキャリアガスを供給するとともに、第２ｐ型クラッド層１４３を構成する各元素（ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素、ｐ型不純物を構成する元素）の原料ガスを供給する（ステップ９０）。ステップ９０では、第２活性層１４２上に、第２ｐ型クラッド層１４３が積層される。
以上により、トンネル接合層１３上に、第２発光層１４が形成される。
【００７６】
［ｐ型コンタクト層形成工程］
そして、第２ｐ型クラッド層１４３までを積層した成長基板１ａが設置されたチャンバ内に、引き続きキャリアガスを供給するとともに、ｐ型コンタクト層１５を構成する各元素（ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素、ｐ型不純物を構成する元素）の原料ガスを供給する（ステップ１００）。ステップ１００では、第２ｐ型クラッド層１４３上に、ｐ型コンタクト層１５が積層される。
以上により、成長基板１ａに、ｎ型コンタクト層１１と、第１発光層１２と、トンネル接合層１３と、第２発光層１４と、ｐ型コンタクト層１５とを、この順に積層してなる半導体層形成基板１が得られる。
【００７７】
＜トンネル接合層の製造方法＞
ではここで、上述した半導体層形成基板１の製造方法のうちのトンネル接合層１３の製造方法について、より詳細な説明を行う。
図４は、トンネル接合層１３の製造方法を説明するためのタイミングチャートである。図４において、横軸は経過時間（図には「成長時間」と表記）を示している。また、図４には、トンネル接合層１３の製造で実行される３つの工程（第１工程〜第３工程）と、各工程でチャンバ内に供給される各種原料ガスとの関係を示している。ここで、第１工程は図３のステップ５０に対応しており、第３工程は図３のステップ６０に対応している。
【００７８】
なお、ここでは、ｐ型トンネル層１３１を「ＡｌＧａＡｓ」で、高濃度ｎ型不純物含有層１３２およびｎ型トンネル層１３３を「ＧａＩｎＰ」で、ｐ型不純物を「Ｃ」で、ｎ型不純物を「Ｔｅ」で、それぞれ構成する場合を例として説明を行う。
【００７９】
本実施の形態では、上述したように、トンネル接合層１３がＭＯＣＶＤによって形成される。なお、ここでは、Ｈ２（水素）がキャリアガスであり、ＣＢｒ４（テトラブロモメタン）がＣ原料ガスであり、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）がＧａ原料ガスであり、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）がＡｌ原料ガスであり、ＡｓＨ３（アルシン）がＡｓ原料ガスであり、ＤＥＴｅ（ジエチルテルル）がＴｅ原料ガスであり、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）がＩｎ原料ガスであり、ＰＨ３（ホスフィン）がＰ原料ガスであるものとして、説明を行う。
【００８０】
［第１工程の前工程］
第１工程の前工程、すなわち、図３に示すステップ１０〜ステップ４０において、チャンバ内の成長基板１ａの温度（基板温度）は、第１の成長温度（例えば６５０℃程度）に設定される。そして、第１工程の前工程（実際にはステップ４０）の終了から第１工程の開始への移行に際して、基板温度は、第１の成長温度から、第１の成長温度よりも１００℃〜１５０℃低い第２の成長温度（例えば５００℃）に設定される。なお、第１工程、第２工程および第３工程のすべてにおいて、基板温度は、第２の成長温度に維持される。
【００８１】
［第１工程］
第１工程では、キャリアガスと、ｐ型トンネル層１３１の原材料となる各種原料ガスである、Ｃ原料ガス（ｐ型不純物を構成する元素を含む：第３原料ガスに対応）、Ｇａ原料ガス（ＩＩＩ族元素を含む：第１原料ガスに対応）、Ａｌ原料ガス（ＩＩＩ族元素を含む：第１原料ガスに対応）、Ａｓ原料ガス（Ｖ族を含む：第２原料ガスに対応））とを、チャンバ内に供給する。
そして、第１工程は、第１工程開始時刻ｔ０から第１工程終了時刻ｔ１に至る第１期間Ｔ１にわたって行われる。
【００８２】
［第２工程］
第１工程に続く第２工程では、第１工程で供給していた、ｐ型トンネル層１３１の原材料となる各種原料ガスの供給をすべて停止し、キャリアガスと、Ｔｅ原料ガス（ｎ型不純物を構成する元素を含む：第４原料ガスに対応）とを、チャンバ内に供給する。
第２工程は、第１工程終了時刻（第２工程開始時刻）ｔ１から第２工程終了時刻ｔ２に至る第２期間Ｔ２にわたって行われる。本実施の形態において、第２期間Ｔ２は第１期間Ｔ１よりも短いことが望ましい。
【００８３】
［第３工程］
第２工程に続く第３工程では、キャリアガスと、高濃度ｎ型不純物含有層１３２およびｎ型トンネル層１３３の原材料となる各種原料ガス（Ｔｅ原料ガス（ｎ型不純物を構成する元素を含む：第４原料ガスに対応）、Ｇａ原料ガス（ＩＩＩ族元素を含む：第５原料ガスに対応）、Ｉｎ原料ガス（ＩＩＩ族元素を含む：第５原料ガスに対応）、Ｐ原料ガス（Ｖ族元素を含む：第６原料ガスに対応））とを、チャンバ内に供給する。
第３工程は、第２工程終了時刻（第３工程開始時刻）ｔ２から第３工程終了時刻ｔ３に至る第３期間Ｔ３にわたって行われる。本実施の形態において、第３期間Ｔ３は第２期間Ｔ２よりも長いことが望ましい。
【００８４】
［第３工程の後工程］
第３工程の後工程、すわち、図３に示すステップ７０〜ステップ１００において、チャンバ内の成長基板１ａの温度（基板温度）は、第１の成長温度（例えば６５０℃程度）に設定される。したがって、第３工程（実際にはステップ６０）の終了からステップ７０の開始への移行に際して、基板温度は、第２の成長温度から、第２の成長温度よりも１００℃〜１５０℃高い第１の成長温度（例えば６５０℃）に再設定される。
【００８５】
なお、第１工程〜第３工程において、その前後（第１工程の前工程および第３工程の後工程）よりも成長温度を低下させているのは、トンネル接合層１３に、他の層よりも多量の不純物（ｐ型不純物あるいはｎ型不純物）をドープするためである。
【００８６】
＜半導体発光素子の構成＞
図５は、発光素子層１０を含む半導体発光素子２の断面構成を示す図である。ここで、図５から明らかなように、半導体発光素子２は、発光素子層１０を含む一方、発光素子層１０とともに半導体層形成基板１を構成していた成長基板１ａを含んでいない。
【００８７】
この半導体発光素子２は、上述した発光素子層１０と、発光素子層１０のｐ型コンタクト層１５に接続される正電極部２０と、発光素子層１０のｎ型コンタクト層１１に接続される負電極部３０とを備えている。ここで、正電極部２０は、発光素子層１０における第１発光層１２および第２発光層１４のｐ電極として機能する。一方、負電極部３０は、発光素子層１０における第１発光層１２および第２発光層１４のｎ電極として機能する。また、正電極部２０は、さらに、発光素子層１０における第１発光層１２および第２発光層１４から正電極部２０側に出力される光を、負電極部３０側に反射する反射膜としても機能する。ここで、正電極部２０は、各半導体発光素子２の図中下側に、ほぼ全面にわたって形成される。これに対し、負電極部３０は、各半導体発光素子２の図中上側に、一部領域に島状に形成される。
【００８８】
［正電極部］
正電極部２０は、発光素子層１０のｐ型コンタクト層１５に積層されるｐ電極層２１と、ｐ電極層２１に積層される反射層２２と、反射層２２に積層される拡散防止層２３とを備えている。また、正電極部２０は、拡散防止層２３に積層される接合層２４と、接合層２４に積層される内部電極層２５と、内部電極層２５に積層される支持基板２６と、支持基板２６に積層されて外部に露出する外部電極層２７とをさらに備えている。
【００８９】
（ｐ電極層）
ｐ電極層２１は、発光素子層１０における第１発光層１２および第２発光層１４に対し、面方向に電流を拡散させて供給するために設けられる。そして、ｐ電極層２１は、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が設けられた透光層２１１と、これら複数の貫通孔のそれぞれを充填するように設けられた複数の柱状電極層２１２とを有している。
【００９０】
〔透光層〕
透光層２１１は、絶縁性を有しており、発光素子層１０における第１発光層１２および第２発光層１４から出力される光を透過する。そして、透光層２１１には、ＳｉＯ２等を用いることができる。
【００９１】
〔柱状電極層〕
柱状電極層２１２は、導電性を有しており、発光素子層１０のｐ型コンタクト層１５とオーミック接触する。そして、柱状電極層２１２には、ＡｕＢｅ等を用いることができる。
【００９２】
（反射層）
反射層２２は、導電性を有しており、発光素子層１０における第１発光層１２および第２発光層１４から出力される光を反射する。そして、反射層２２には、ＡｇＰｄＣｕ（ＡＰＣ）合金、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ等の金属あるいはこれらの合金等を用いることができる。
【００９３】
（拡散防止層）
拡散防止層２３は、導電性を有しており、接合層２４や支持基板２６等に含まれる金属が、反射層２２側に拡散して反射層２２と反応するのを抑制するために設けられる。そして、拡散防止層２３には、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ等の金属を用いることができ、また、これらから選ばれた複数の金属層を積層した構成とすることもできる。
【００９４】
（接合層）
接合層２４は、導電性を有しており、発光素子層１０に形成された拡散防止層２３と、支持基板２６に形成された内部電極層２５とを接合するために設けられる。そして、接合層２４には、化学的に安定で、融点の低いＡｕ系の共晶金属等を用いることができる。なお、Ａｕ系の共晶金属としては、例えば、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｉ、ＡｕＩｎ等が挙げられる。
【００９５】
（内部電極層）
内部電極層２５は、導電性を有しており、接合層２４と支持基板２６とを電気的に接続するために設けられる。そして、内部電極層２５には、各種金属材料を用いることができ、また、複数の金属層を積層した構成とすることもできる。
【００９６】
（支持基板）
支持基板２６は、導電性を有しており、半導体層形成基板１から成長基板１ａを取り外すことで得られる発光素子層１０を、物理的に支持するために設けられる。この例では、発光素子層１０（第１発光層１２および第２発光層１４）と支持基板２６との間に反射層２２を設けているため、支持基板２６として、第１発光層１２および第２発光層１４から出力される光を吸収する材料を用いることもできる。そして、支持基板２６には、Ｇｅウエハ、Ｓｉウエハ、ＧａＡｓウエハ、ＧａＰウエハ等を用いることができる。
【００９７】
（外部電極層）
外部電極層２７は、導電性を有しており、外部に設けられた配線（図示せず）と電気的に接続するために設けられる。そして、外部電極層２７には、各種金属材料を用いることができ、また、複数の金属層を積層した構成とすることもできる。
【００９８】
［負電極部］
負電極部３０には、各種金属を用いることができ、また、複数の金属層を積層した構成とすることもできる。
【００９９】
＜半導体発光素子の製造方法＞
次に、図５に示す半導体発光素子２の製造方法を、具体例を挙げて説明する。
図６は、半導体発光素子２の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【０１００】
［正電極部形成工程］
まず、成長基板１ａと発光素子層１０とを有する半導体層形成基板１のｐ型コンタクト層１５上に、正電極部２０を形成する（ステップ１１０）。ここで、ステップ１１０の正電極部形成工程は、以下に説明する複数の工程（この例ではステップ１１１〜ステップ１１７）を含んでいる。
【０１０１】
（ｐ電極層形成工程）
ステップ１１０の正電極部形成工程では、最初に、発光素子層１０のｐ型コンタクト層１５上にｐ電極層２１を形成する（ステップ１１１）。ただし、ステップ１１１のｐ電極層形成工程では、先に透光層２１１を形成し（ステップ１１１ａ）、続いて柱状電極層２１２を形成する（ステップ１１１ｂ）。
【０１０２】
〔透光層形成工程〕
ステップ１１１ａの透光層形成工程では、ｐ型コンタクト層１５上にＣＶＤによりＳｉＯ２を全面にわたって積層した後、柱状電極層２１２の形成対象となる部位にエッチングによる孔あけ加工を施し、複数の貫通孔を形成する。このとき、ＳｉＯ２の厚さは０．３μｍ程度とする。これにより、ＳｉＯ２からなる透光層２１１が得られる。
【０１０３】
〔柱状電極層形成工程〕
ステップ１１１ｂの柱状電極層形成工程では、透光層２１１に形成された複数の貫通孔のそれぞれに、蒸着によりＡｕＢｅを充填し、複数の柱状電極層２１２を形成する。このとき、ＡｕＢｅの厚さは透光層２１１の厚さと同じにする。以上により、透光層２１１と複数の柱状電極層２１２とを含むｐ電極層２１が得られる。
【０１０４】
（反射層形成工程）
次に、ｐ電極層２１上に、蒸着によりＡｕを積層し、反射層２２を形成する（ステップ１１２）。このとき、反射層２２の厚さは０．７μｍ程度とする。
【０１０５】
（拡散防止層形成工程）
続いて、反射層２２上に、蒸着によりＰｔおよびＴｉをこの順に積層し、Ｐｔ層とＴｉ層とを積層してなる拡散防止層２３を形成する（ステップ１１３）。このとき、拡散防止層２３の厚さは０．５μｍ程度とする。
【０１０６】
（接合層形成工程）
次いで、拡散防止層２３上に、蒸着によりＡｕＧｅを積層し、接合層２４を形成する（ステップ１１４）。このとき、接合層２４の厚さは１．０μｍ程度とする。この時点では、成長基板１ａを含む半導体層形成基板１の発光素子層１０におけるｐ型コンタクト層１５には、ｐ電極層２１、反射層２２、拡散防止層２３および接合層２４が積層された状態となっている。以下では、半導体層形成基板１にｐ電極層２１〜接合層２４を積層したものを、『第１積層体』と称する。
【０１０７】
（内部電極層形成工程）
また、上記第１積層体とは別に、Ｇｅウエハからなる支持基板２６を用意する。そして、この支持基板２６の一方の面（表面）に、蒸着によりＰｔおよびＡｕをこの順に積層し、Ｐｔ層とＡｕ層とを積層してなる内部電極層２５を形成する（ステップ１１５）。このとき、内部電極層２５の厚さは、Ｐｔ層は０．１μｍ程度、Ａｕ層は０．５μｍ程度とする。
【０１０８】
（外部電極層形成工程）
次に、上記支持基板２６の他方の面（裏面）に、蒸着によりＰｔおよびＡｕをこの順に積層し、Ｐｔ層とＡｕ層とを積層してなる外部電極層２７を形成する（ステップ１１６）。このとき、外部電極層２７の厚さは、Ｐｔ層は０．１μｍ程度、Ａｕ層は０．５μｍ程度とする。この時点では、支持基板２６の表面には内部電極層２５が、その裏面には外部電極層２７が、それぞれ積層された状態となっている。以下では、支持基板２６に内部電極層２５および外部電極層２７を積層したものを、『第２積層体』と称する。
【０１０９】
（接合工程）
それから、上記第１積層体における接合層２４と、上記第２積層体における内部電極層２５とを対峙且つ接触させた状態で、加熱および加圧を行うことにより、第１積層体と第２積層体とを接合する（ステップ１１７）。このとき、加熱温度は４００℃程度とし、加える圧力は５００ｋｇｆ程度とする。この時点では、成長基板１ａおよび発光素子層１０を含む半導体層形成基板１と、正電極部２０とが積層された状態となっている。以下では、半導体層形成基板１と正電極部２０とを積層したものを、『第３積層体』と称する。
以上により、ステップ１１０の正電極部形成工程が完了する。
【０１１０】
［成長基板除去工程］
続いて、上記第３積層体に対し、ウェットエッチングを行うことで、半導体層形成基板１における成長基板１ａと発光素子層１０とを分離し、第３積層体から成長基板１ａを除去する（ステップ１２０）。この時点では、発光素子層１０と正電極部２０とが積層された状態となっており、発光素子層１０のｎ型コンタクト層１１が外部に露出している。以下では、発光素子層１０と正電極部２０とを積層したものを、『第４積層体』と称する。
【０１１１】
［負電極部形成工程］
次に、上記第４積層体における発光素子層１０のｎ型コンタクト層１１上に、複数の負電極部３０を形成する（ステップ１３０）。この例では、ｎ型コンタクト層１１上に、蒸着によりＡｕＧｅ−Ｎｉ合金、ＴｉおよびＡｕをこの順に積層し、ＡｕＧｅ−Ｎｉ合金層、Ｔｉ層およびＡｕ層をこの順に積層してなる負電極部３０を得る。このとき、負電極部３０の厚さは、ＡｕＧｅ−Ｎｉ合金層は０．５μｍ程度、Ｔｉ層は０．２μｍ程度、Ａｕ層は１．０μｍ程度とする。この時点では、発光素子層１０と正電極部２０とを積層してなる第４積層体のうち、発光素子層１０のｎ型コンタクト層１１が形成されている面に、複数の負電極部３０がマトリクス上に配置された状態となっている。以下では、発光素子層１０に正電極部２０および複数の負電極部３０を積層したものを、『第５積層体』と称する。
【０１１２】
［分割工程］
最後に、上記第５積層体に対し、ウェットエッチングおよびレーザ照射を行うことで、第５積層体を複数の半導体発光素子２に分割する（ステップ１４０）。ステップ１４０の分割工程では、各半導体発光素子２のそれぞれに負電極部３０が１つずつ含まれるように、個片化を行う。
以上により、それぞれが発光素子層１０と正電極部２０と負電極部３０とを有する、半導体発光素子２が得られる。
【０１１３】
＜半導体発光素子の発光動作＞
では、このようにして得られた半導体発光素子２の発光動作について説明を行う。
半導体発光素子２の正電極部２０および負電極部３０に順方向電圧を印加すると、発光素子層１０には、ｐ型コンタクト層１５からｎ型コンタクト層１１に向かう電流（順方向電流）が流れる。このとき、本実施の形態では、第１発光層１２および第２発光層１４を、トンネル接合層１３を介して接続しているため、上記順方向電流の流れが妨げられにくくなっている。
【０１１４】
そして、第１発光層１２および第２発光層１４のそれぞれに順方向電流が流れることにより、第１発光層１２および第２発光層１４は、同一波長の光を出力する。このとき、第１発光層１２からは、主としてｎ型コンタクト層１１側（図５において上側）とトンネル接合層１３側（図５において下側）とに向かって、光が出力される。これに対し、第２発光層１４からは、主としてトンネル接合層１３側（図５において上側）とｐ型コンタクト層１５側（図５において下側）とに向かって、光が出力される。
【０１１５】
このとき、第１発光層１２および第２発光層１４から、図５の上側に出力される光は、ｎ型コンタクト層１１を介して半導体発光素子２の外部に出力される（図中矢印方向参照）。これに対し、第１発光層１２および第２発光層１４から、図５の下側に出力される光は、反射層２２によって反射され、ｎ型コンタクト層１１側（図５において上側）に向かう。
【０１１６】
この間、発光素子層１０では、第１発光層１２および第２発光層１４から出力される光が、トンネル接合層１３を通過することになる。ここで、本実施の形態では、トンネル接合層１３におけるｎ型トンネル層１３３を、Ｐを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体（リン化物）で構成している。このため、ｎ型トンネル層１３３を、Ａｓを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体（ヒ化物）で構成した場合と比較して、そのバンドギャップを大きくすることが可能となる。その結果、第１発光層１２および第２発光層１４から出力される光が、ｎ型トンネル層１３３で吸収されにくくなり、発光素子層１０ひいては半導体発光素子２の発光出力を向上させることができる。
【０１１７】
また、本実施の形態では、トンネル接合層１３におけるｐ型トンネル層１３１とｎ型トンネル層１３３との境界部に、高濃度ｎ型不純物含有層１３２を設けている。このため、キャリアの増加に伴ってトンネル接合層１３の低抵抗化が図られることとなり、半導体発光素子２における順方向電圧の増大を抑制することができる。
【０１１８】
さらに、本実施の形態では、発光素子層１０を製造する際に、第１発光層１２および第２発光層１４については、成長温度を６５０℃〜７００℃とする一方、トンネル接合層１３については、成長温度を上記温度よりも１００℃〜１５０℃低下させている。例えばＭＯＣＶＤ法でＧａＩｎＰを形成する場合、ＧａＩｎＰのＰＬピークエネルギー（≒バンドギャップ）は、成長温度を６５０℃とした場合に最小となり、その前後では６５０℃の場合よりも大きくなる。このため、トンネル接合層１３を形成する際の成長温度を６５０℃よりも低くすることで、第１発光層１２および第２発光層１４から出力される光に対するトンネル接合層１３の透過率を、より高くできるものと考える。
【０１１９】
＜その他＞
なお、本実施の形態では、２つの発光層（第１発光層１２および第２発光層１４）を、１つのトンネル接合層１３を介して接続する場合を例として説明を行ったが、これに限られるものではない。例えば３以上の発光層と２以上のトンネル接合層１３とを、交互に接続する構成としてもよい。
【０１２０】
また、本実施の形態では、第１発光層１２における第１活性層１２２および第２発光層１４における第２活性層１４２のそれぞれにおいて、所謂多重量子井戸構造を採用していたが、これに限られるものではない。例えば、所謂単一量子井戸構造を採用してもよいし、単なるダブルヘテロ接合の構造を採用してもかまわない。
【０１２１】
さらに、本実施の形態では、発光素子層１０を含む半導体発光素子２として、反射層２２を備えた構成を例として説明を行ったが、半導体発光素子２の構造については、適宜設計変更して差し支えない。
【０１２２】
さらにまた、本実施の形態では、トンネル接合層１３におけるｐ型トンネル層１３１とｎ型トンネル層１３３との間に、高濃度ｎ型不純物含有層１３２を設けていたが、高濃度ｎ型不純物含有層１３２は必須ではない。すなわち、トンネル接合層１３は、ｐ型トンネル層１３１とｎ型トンネル層１３３とを直接に積層した構成であってもよい。
【実施例】
【０１２３】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
本発明者は、トンネル接合層１３の構成を種々異ならせた半導体層形成基板１の作製を行うとともに、これら半導体層形成基板１から得られた半導体発光素子２に関し、各種特性に関する評価を行った。
【０１２４】
ここで、表１は、実施例１の半導体層形成基板１の作製条件を示している。また、表２は、実施例１〜３および比較例の半導体層形成基板１におけるトンネル接合層の関係を示している。
【０１２５】
【表１】
2018201009.tif 000003
【０１２６】
【表２】
2018201009.tif 000004
【０１２７】
＜実施例１の半導体層形成基板＞
では、表１を参照しつつ、実施例１の半導体層形成基板１について説明を行う。
［成長基板］
成長基板１ａには、ドーパントとしてｎ型不純物であるＳｉを添加した、ＧａＡｓ単結晶からなるウエハを用いた。用いたウエハのキャリア濃度は、１．０×１０１８（／ｃｍ３）であった（表１には「１．０Ｅ＋１８」と表記。以下同様）。ここで、成長基板１ａにおけるキャリア濃度は、５．０×１０１７〜２．０×１０１８（／ｃｍ３）の範囲より選択することが望ましい。そして、成長基板１ａの厚さは３５０（μｍ）とし、成長基板１ａにおける結晶成長面のオフ角は１５°とした。
【０１２８】
［発光素子層］
発光素子層１０の構成は以下の通りである。なお、ここでは、発光素子層１０（より具体的には第１発光層１２および第２発光層１４）の発光波長（設計値）を８１０ｎｍとした。
（ｎ型コンタクト層）
ｎ型コンタクト層１１には、ＡｌＧａＡｓを用いた。ｎ型コンタクト層１１には、ドーパントとして、ｎ型不純物であるＴｅを５．０×１０１７（／ｃｍ３）の濃度となるように添加した。ｎ型コンタクト層１１の厚さは、５．００（μｍ）とした。
【０１２９】
（第１発光層）
第１発光層１２の構成は以下の通りである。
〔第１ｎ型クラッド層〕
第１ｎ型クラッド層１２１には、ＡｌＧａＡｓを用いた。第１ｎ型クラッド層１２１には、ドーパントとして、ｎ型不純物であるＴｅを１．０×１０１８（／ｃｍ３）の濃度となるように添加した。第１ｎ型クラッド層１２１の厚さは、０．２０（μｍ）とした。
【０１３０】
〔第１活性層〕
第１活性層１２２の構成は以下の通りである。なお、ここでは、第１井戸層１２２１を１８層とし、第１障壁層１２２２を１７層とした。
【０１３１】
｛第１井戸層｝
第１井戸層１２２１には、ＡｌＧａＩｎＡｓＰを用いた。第１井戸層１２２１には、ドーパントを添加していない（アンドープ（表１には「ＵＮ」と表記。以下同様）。第１井戸層１２２１の厚さは、０．００３３（μｍ）とした。したがって、すべて（１８層）の第１井戸層１２２１の厚さの合計値は、０．０５９４（μｍ）となる。
【０１３２】
｛第１障壁層｝
第１障壁層１２２２には、ＡｌＧａＡｓＰを用いた。第１障壁層１２２２には、ドーパントを添加していない（アンドープ）。第１障壁層１２２２の厚さは、０．００７（μｍ）とした。したがって、すべて（１７層）の第１障壁層１２２２の厚さの合計値は、０．１１９（μｍ）となる。
【０１３３】
〔第１ｐ型クラッド層〕
第１ｐ型クラッド層１２３には、Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓ（表１には「Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓ」と表記。以下同様）を用いた。第１ｐ型クラッド層１２３には、ドーパントとして、ｐ型不純物であるＣを８．０×１０１７（／ｃｍ３）の濃度となるように添加した。第１ｐ型クラッド層１２３の厚さは、０．２０（μｍ）とした。
【０１３４】
（トンネル接合層）
トンネル接合層１３の構成は以下の通りである。
〔ｐ型トンネル層〕
ｐ型トンネル層１３１には、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓを用いた。ｐ型トンネル層１３１には、ドーパントとして、ｐ型不純物であるＣを４．０×１０１９（／ｃｍ３）の濃度となるように添加した。ｐ型トンネル層１３１の厚さは、０．０２０（μｍ）とした。
【０１３５】
〔ｎ型トンネル層〕
ｎ型トンネル層１３３には、Ｇａ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐを用いた。ｎ型トンネル層１３３には、ドーパントとして、ｎ型不純物であるＴｅを２．５×１０１９（／ｃｍ３）の濃度となるように添加した。ｎ型トンネル層１３３の厚さは、０．０１５（μｍ）とした。
【０１３６】
〔高濃度ｎ型不純物含有層〕
実施例１では、トンネル接合層１３を、図４に示す手順で作製した。このため、表１には記載していないが、ｐ型トンネル層１３１とｎ型トンネル層１３３との間には、ｎ型トンネル層１３３よりもｎ型不純物であるＴｅを多く含む高濃度ｎ型不純物含有層１３２が存在する（詳細は後述する）。
【０１３７】
（第２発光層）
第２発光層１４の構成は以下の通りである。なお、ここでは、第２発光層１４における各層の構成を、基本的に、上記第１発光層１２と共通にした。
【０１３８】
〔第２ｎ型クラッド層〕
第２ｎ型クラッド層１４１には、Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓを用いた。第２ｎ型クラッド層１４１には、ドーパントとして、ｎ型不純物であるＴｅを１．０×１０１８（／ｃｍ３）の濃度となるように添加した。第２ｎ型クラッド層１４１の厚さは、０．２０（μｍ）とした。
【０１３９】
〔第２活性層〕
第２活性層１４２の構成は以下の通りである。なお、ここでは、第２井戸層１４２１を１８層とし、第２障壁層１４２２を１７層とした。
【０１４０】
｛第２井戸層｝
第２井戸層１４２１には、ＡｌＧａＩｎＡｓＰを用いた。第２井戸層１４２１には、ドーパントを添加していない（アンドープ）。第２井戸層１４２１の厚さは、０．００３３（μｍ）とした。したがって、すべて（１８層）の第２井戸層１４２１の厚さの合計値は、０．０５９４（μｍ）となる。
【０１４１】
｛第２障壁層｝
第２障壁層１４２２には、ＡｌＧａＡｓＰを用いた。第２障壁層１４２２には、ドーパントを添加していない（アンドープ）。第２障壁層１４２２の厚さは、０．００７（μｍ）とした。したがって、すべて（１７層）の第２障壁層１４２２の厚さの合計値は、０．１１９（μｍ）となる。
【０１４２】
〔第２ｐ型クラッド層〕
第２ｐ型クラッド層１４３には、ＡｌＧａＡｓを用いた。第２ｐ型クラッド層１４３には、ドーパントとして、ｐ型不純物であるＣを８．０×１０１７（／ｃｍ３）の濃度となるように添加した。第２ｐ型クラッド層１４３の厚さは、０．２０（μｍ）とした。
【０１４３】
（ｐ型コンタクト層）
ｐ型コンタクト層１５には、ＡｌＧａＡｓを用いた。ｐ型コンタクト層１５には、ドーパントとしてｐ型不純物であるＣを、３．０×１０１８（／ｃｍ３）の濃度となるように添加した。ｐ型コンタクト層１５の厚さは、３．５０（μｍ）とした。
【０１４４】
＜各実施例および比較例の半導体層形成基板の関係＞
続いて、表２を参照しつつ、各実施例（実施例１〜３）および比較例の半導体層形成基板１におけるトンネル接合層１３の関係（共通点および相違点）について説明を行う。ここで、表２は、ｐ型トンネル層１３１を構成する材料と、ｎ型トンネル層１３３を構成する材料と、高濃度ｎ型不純物含有層１３２の有無と、ｐ型トンネル層１３１およびｎ型トンネル層１３３のそれぞれにおける不純物濃度の分布状態とを示している。
【０１４５】
最初に、ｐ型トンネル層１３１を構成する材料について説明を行う。実施例１〜３および比較例では、ｐ型トンネル層１３１をＡｌＧａＡｓで構成している。
【０１４６】
次に、ｎ型トンネル層１３３を構成する材料について説明を行う。実施例１〜３では、ｎ型トンネル層１３３をＧａＩｎＰで構成している。これに対し、比較例では、ｎ型トンネル層１３３をＡｌＧａＡｓで構成している。
【０１４７】
続いて、高濃度ｎ型不純物含有層１３２の有無について説明を行う。実施例１、２および比較例では、高濃度ｎ型不純物含有層１３２を設けている（「あり」と記載）。これに対し、実施例３では、高濃度ｎ型不純物含有層１３２を設けていない（「なし」と記載）。
【０１４８】
最後に、ｐ型トンネル層１３１およびｎ型トンネル層１３３のそれぞれにおける不純物濃度の分布状態について説明を行う。実施例１、３および比較例では、ｐ型トンネル層１３１およびｎ型トンネル層１３３のそれぞれにおける不純物濃度を一定（図２の中段（第１の例）参照）としている。これに対し、実施例２では、ｐ型トンネル層１３１およびｎ型トンネル層１３３のそれぞれにおける不純物濃度を傾斜（図２の下段（第２の例）参照）させている。
【０１４９】
したがって、実施例１と比較例とでは、ｎ型トンネル層１３３の構成材料が異なっている。また、実施例１と実施例２とでは、ｐ型トンネル層１３１およびｎ型トンネル層１３３のそれぞれにおける不純物濃度の分布状態が異なっている。さらに実施例１と実施例３とでは、高濃度ｎ型不純物含有層１３２の有無が異なっている。
【０１５０】
＜半導体発光素子＞
このようにして得られた実施例１〜３および比較例の半導体層形成基板１を出発材料とし、図６に示す製造方法を用いて、半導体発光素子２を作製した。そして、得られた各半導体発光素子２に対し、各種評価を行った。
【０１５１】
＜ｎ型トンネル層を構成する材料による違い＞
図７は、実施例１および比較例の半導体発光素子２の順方向電流ＩＦと発光出力Ｐｏとの関係を示している。図７において、横軸は順方向電流ＩＦ（ｍＡ）であり、縦軸は発光出力Ｐｏ（ｍＷ）である。
【０１５２】
図７より、実施例１の半導体発光素子２は、比較例の半導体発光素子２に比べて、発光出力Ｐｏが１０％程度向上していることがわかる。なお、図示はしていないが、実施例２および実施例３の各半導体発光素子２も、比較例の半導体発光素子２と比べて、発光出力Ｐｏが向上している。
【０１５３】
以上より、トンネル接合層１３におけるｎ型トンネル層１３３を、ヒ化物（ＡｌＧａＡｓ）ではなくリン化物（ＧａＩｎＰ）で構成することにより、発光出力Ｐｏが向上することが理解される。
【０１５４】
＜不純物濃度の分布状態による違い＞
図８は、実施例１、２の半導体発光素子２の発光出力Ｐｏおよび順方向電圧ＶＦの関係を示している。ここで、発光出力Ｐｏおよび順方向電圧ＶＦは、順方向電流ＩＦを１００（ｍＡ）とした場合の値である。
【０１５５】
図８より、実施例２の半導体発光素子２は、実施例１の半導体発光素子２に比べて、順方向電圧ＶＦが低下していることが分かる。ただし、実施例２の半導体発光素子２は、実施例１の半導体発光素子２に比べて、発光出力Ｐｏがわずかに低下していることもわかる。
【０１５６】
以上より、トンネル接合層１３におけるｐ型トンネル層１３１およびｎ型トンネル層１３３のそれぞれにおける不純物濃度の分布状態を傾斜させることにより、順方向電圧ＶＦが低下することが理解される。
【０１５７】
＜高濃度ｎ型不純物濃含有層の有無による違い＞
図９（ａ）は実施例１のトンネル接合層１３のＴＥＭ写真であり、図９（ｂ）は実施例３のトンネル接合層１３のＴＥＭ写真である。
【０１５８】
図９（ａ）に示すように、実施例１では、トンネル接合層１３を構成するｐ型トンネル層１３１とｎ型トンネル層１３３との間に、別の層すなわち高濃度ｎ型不純物含有層１３２が存在しているものと考えられる。これに対し、図９（ｂ）に示すように、実施例３では、トンネル接合層１３を構成するｐ型トンネル層１３１とｎ型トンネル層１３３とが直接に対峙しているようにみえることから、高濃度ｎ型不純物含有層１３２は存在していないものと考えられる。
【０１５９】
図１１は、実施例１、３のトンネル接合層１３の二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）の結果を示す図である。ここでは、ＣＡＭＥＣＡ社製のＩＭＳ  ７ｆ−Ａｕｔｏを使用し、対象となる試料を削りながら分析するＤ−ＳＩＭＳ（ダイナミックモード）にて測定を行った。図１１において、横軸は深さ（ｎｍ）であり、縦軸はｎ型不純物（ここではＴｅ）の濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）である。ここで、図１１には、トンネル接合層１３の前後に存在する、第１ｐ型クラッド層１２３および第２ｎ型クラッド層１４１の分析結果も、併せて示している。そして、図１１には、深さから類推される第１ｐ型クラッド層１２３、ｐ型トンネル層１３１、ｎ型トンネル層１３３および第２ｎ型クラッド層１４１の位置関係も示している。ただし、これはあくまでも目安であって、実際の位置関係とは、若干のずれが存在し得る。
【０１６０】
実施例１の場合、ｎ型不純物の濃度の最大値は、１．６×１０２０（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。一方、実施例３の場合、ｎ型不純物の濃度の最大値は、３．０×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。すなわち、ｎ型不純物の濃度の最大値が、実施例１では１０２０オーダーとなったのに対し、実施例３では１０１９オーダーとなった。
【０１６１】
図１０は、実施例１、３の半導体発光素子２の順方向電圧ＶＦの関係を示している。ここで、順方向電圧ＶＦは、図８に示した例と同様、順方向電流ＩＦを１００（ｍＡ）とした場合の値である。
【０１６２】
図１０より、実施例１の半導体発光素子２は、実施例３の半導体発光素子２に比べて、順方向電圧ＶＦが低下していることが分かる。
【０１６３】
以上より、ｐ型トンネル層形成工程（ステップ５０（第１工程））とｎ型トンネル層形成工程（ステップ６０（第３工程））との間に、ＩＩＩ族原料ガスおよびＶ族原料ガスの供給を停止しつつｎ型不純物原料ガスを供給する工程（第２工程）を設けることで、順方向電圧ＶＦが低下することが理解される。また、トンネル接合層１３に高濃度ｎ型不純物含有層１３２を設けることにより、順方向電圧ＶＦが低下することが理解される。
【符号の説明】
【０１６４】
１…半導体層形成基板、１ａ…成長基板、１０…発光素子層、１１…ｎ型コンタクト層、１２…第１発光層、１２１…第１ｎ型クラッド層、１２２…第１活性層、１２２１…第１井戸層、１２２２…第１障壁層、１２３…第１ｐ型クラッド層、１３…トンネル接合層、１３１…ｐ型トンネル層、１３２…高濃度ｎ型不純物含有層、１３３…ｎ型トンネル層、１４…第２発光層、１４１…第２ｎ型クラッド層、１４２…第２活性層、１４２１…第２井戸層、１４２２…第２障壁層、１４３…第２ｐ型クラッド層、１５…ｐ型コンタクト層、２０…正電極部、２１…ｐ電極層、２１１…透光層、２１２…柱状導電層、２２…反射層、２３…拡散防止層、２４…接合層、２５…内部電極層、２６…支持基板、２７…外部電極層、３０…負電極部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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