(57)【要約】【課題】留まりを向上するエピタキシャル膜および発光素子を提供する。【解決手段】エピタキシャル膜３０は、基板３２と、基板３２上に形成された第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に形成された活性層３５と、活性層３５上に形成された第２導電型クラッド層とを備えている。第１および第２導電型クラッド層の少なくとも一方がＩｎxＡｌyＧａ(1-x-y)Ｎ層（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）であり、厚みのばらつきが６％以内である。【選択図】図３
2011138896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたＩｎxＡｌyＧａ(1-x-y)Ｎ層（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）とを備え、
厚みのばらつきが６％以内である、エピタキシャル膜。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された第２導電型クラッド層とを備え、
前記第１および第２導電型クラッド層の少なくとも一方がＩｎxＡｌyＧａ(1-x-y)Ｎ層（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）であり、
厚みのばらつきが６％以内である、エピタキシャル膜。
【請求項３】
前記厚みのばらつきが２％以内である、請求項１または２に記載のエピタキシャル膜。
【請求項４】
請求項２に記載のエピタキシャル膜と、
前記エピタキシャル膜に形成された電極とを備えた、発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャル膜および発光素子に関し、より特定的には、ＩｎxＡｌyＧａ(1-x-y)Ｎ（窒化インジウムアルミニウムガリウム）層（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）（以下、ＩｎＡｌＧａＮとも言う）を含むエピタキシャル膜および発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）系の発光素子は、一般的には、ＧａＮ基板と、このＧａＮ基板上に形成された下部クラッド層と、この下部クラッド層上に形成された活性層と、この活性層上に形成された上部クラッド層とを備えている。活性層には、たとえばＧａＮが用いられ、下部クラッド層および上部クラッド層には、たとえばＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）が用いられる。
【０００３】
しかし、ＧａＮとＡｌＧａＮとの格子定数の違いによって、活性層とクラッド層との間に歪みが発生する。そこで、クラッド層として、ＩｎＡｌＧａＮを用いることが考えられる。
【０００４】
ＩｎＡｌＧａＮを用いた発光素子として、たとえば特開２００１−２３７４５５号公報（特許文献１）に開示の紫外発光素子が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２３７４５５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、上記特許文献１に開示の紫外発光素子は、歩留まりが悪いことを本発明者は初めて明らかにした。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、歩留まりを向上するエピタキシャル膜および発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、４元系のＩｎＡｌＧａＮ層を備えたエピタキシャル膜および発光素子において、歩留まりが悪い原因を鋭意研究した結果、ＩｎＡｌＧａＮ層の厚みのばらつきに起因していることを見い出した。そこで、歩留まりを効果的に向上するためのＩｎＡｌＧａＮ層の厚みのばらつきの範囲を鋭意研究した結果、本発明の完成に至った。
【０００９】
本発明の一の局面におけるエピタキシャル膜は、基板と、基板上に形成されたＩｎxＡｌyＧａ(1-x-y)Ｎ層（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）とを備え、厚みのばらつきが６％以内である。
【００１０】
本発明者は、鋭意研究の結果、ＩｎＡｌＧａＮ層の厚みのばらつきが６％以内の場合に、歩留まりを向上できることを見い出した。このため、本発明の一の局面におけるエピタキシャル膜によれば、ＩｎＡｌＧａＮを備えていても、歩留まりを向上することができる。
【００１１】
本発明の他の局面におけるエピタキシャル膜は、基板と、基板上に形成された第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成された第２導電型クラッド層とを備え、第１および第２導電型クラッド層の少なくとも一方がＩｎxＡｌyＧａ(1-x-y)Ｎ層（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）であり、厚みのばらつきが６％以内である。
【００１２】
本発明者は、鋭意研究の結果、ＩｎＡｌＧａＮ層の厚みのばらつきが６％以内の場合に、ＩｎＡｌＧａＮ層を発光素子のクラッド層に用いると、十分な光閉じ込めができる発光素子の歩留まりを向上できることを見い出した。このため、本発明の他の局面におけるエピタキシャル膜によれば、特性を維持したエピタキシャル膜の歩留まりを向上できる。
【００１３】
上記一および他の局面におけるエピタキシャル膜において好ましくは、厚みのばらつきが２％以内である。
【００１４】
本発明者は、ＩｎＡｌＧａＮ層の厚みのばらつきが２％以内の場合に、より歩留まりを向上できることを見い出した。
【００１５】
本発明の発光素子は、エピタキシャル膜と、エピタキシャル膜に形成された電極とを備えている。
【００１６】
本発明の発光素子によれば、ＩｎＡｌＧａＮ層の厚みのばらつきを６％以内に低減したエピタキシャル膜を用いているので、歩留まりを向上した発光素子を実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のエピタキシャル膜および発光素子によれば、歩留まりを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるエピタキシャル膜を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるエピタキシャル膜の製造装置を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２におけるエピタキシャル膜を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３における発光素子を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。また、本明細書中においては、個別方位を［］、個別面を（）でそれぞれ示している。個別方位および個別面は、それと等価な方位および面をそれぞれ含む。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
【００２０】
（実施の形態１）
図１を参照して、本実施の形態におけるエピタキシャル膜を説明する。図１に示すように、エピタキシャル膜２５は、主表面２０ａを有する基板２０と、基板２０の主表面２０ａ上に形成されたバッファ層２１と、バッファ層２１上に形成されたＩｎＡｌＧａＮ層２２とを備えている。
【００２１】
基板２０は、たとえばサファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板などである。基板２０は、たとえば２インチ以上の主表面２０ａを有する。
【００２２】
バッファ層２１は、たとえばＧａＮ層である。なお、バッファ層２１は、省略されてもよい。
【００２３】
ＩｎＡｌＧａＮ層２２は、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）および窒素（Ｎ）のすべてを含む４元系のＩｎxＡｌyＧａ(1-x-y)Ｎ結晶（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）である。Ｉｎの組成比ｘは１％以上４％以下で、Ａｌの組成比ｙは１０％以上３０％以下であることが好ましい。この場合、このＩｎＡｌＧａＮ層２２をクラッド層として好適に用いることができる。
【００２４】
４元系ＩｎＡｌＧａＮは、このＩｎＡｌＧａＮと同じバンドギャップのＡｌＧａＮの格子定数ｄ（ＡｌＧａＮ）よりもＧａＮの格子定数ｄ（ＧａＮ）に近い格子定数ｄ（ＩｎＡｌＧａＮ）を提供できる。また、４元系ＩｎＡｌＧａＮは、このＩｎＡｌＧａＮと同じ屈折率のＡｌＧａＮの格子定数ｄ（ＡｌＧａＮ）よりもＧａＮの格子定数ｄ（ＧａＮ）に近い格子定数ｄ（ＩｎＡｌＧａＮ）を提供できる。
【００２５】
ＩｎＡｌＧａＮ層２２の厚みのばらつきは、６％以内であり、４％以内であることが好ましく、２％以内であることがより好ましい。厚みのばらつきが６％以内の場合には、このＩｎＡｌＧａＮ層２２を発光素子のクラッド層に用いると、光閉じ込めの分布を均一にできるので、十分な光閉じ込めができる半導体レーザなどの発光素子の歩留まりを向上できる。４％以内の場合には発光素子の歩留まりをより向上でき、２％以内の場合には発光素子の歩留まりをより一層向上できる。
【００２６】
ここで、厚みのばらつきとは、ＩｎＡｌＧａＮ層２２において、最も大きい厚みと、最も小さい厚みと、厚みの中央値とを測定し、｛最も大きい厚み−最も小さい厚み）／中央値｝×１００をばらつきの値としている。これは、ＩｎＡｌＧａＮ層２２を成長する際に、成長速度の最大値、最小値および中央値を測定して、中央値からの分布を求めることによっても、測定され得る。なお、中央値は、たとえば５点測定したときの中央に位置する値である。この５点は、ＩｎＡｌＧａＮ層２２において、中心部１点と、中心部から外周部にかけて直線状に位置する２点と、中心部から別の外周部にかけて直線状に位置する２点とを測定することが好ましい。中心部から外周部（または別の外周部）にかけて直線状に位置する２点は、たとえば２インチの場合には中心から２０ｍｍの範囲内で測定される。
【００２７】
ＩｎＡｌＧａＮ層２２において、基板２０の主表面２０ａに平行な方向の面の直径は、たとえば２インチ以上である。
【００２８】
続いて、図２を参照して、本実施の形態におけるエピタキシャル膜２５の製造装置について説明する。本実施の形態では、エピタキシャル膜２５の製造装置として、ＭＯＣＶＤ装置を用いている。
【００２９】
図２に示すように、ＭＯＣＶＤ装置１は、反応容器３と、サセプタ５と、ヒータ９と、原料ガス供給部１１とを備えている。反応容器３内にはサセプタ５とヒータ９と原料ガス供給部１１とが配置されている。原料ガス供給部１１は図２中横方向に延びており、原料ガス供給部１１の内部にはサセプタ５の載置面（図２では上面）が面している。
【００３０】
サセプタ５は、反応容器３の内部に配置されている。このサセプタ５は円盤形状を有しており、同じく円盤形状を有するヒータ９上に配置されている。サセプタ５の下部には回転機構としての回転軸１３が取り付けられており、これにより、サセプタ５は原料ガス供給部１１の内部に載置面が面した状態で回転可能となっている。サセプタ５の載置面には平面的に見て円形状を有する複数の溝７が形成されている。これらの溝７の各々に主表面２０ａを有する基板２０の各々が載置され、これにより基板２０が加熱される。サセプタ５の載置面にはたとえば７つの溝７が形成されており、これらの溝７の各々に円形の基板２０が載置される。ヒータ９は、サセプタ５を介して基板２０を加熱する。
【００３１】
原料ガス供給部１１は、反応容器３に、基板２０の主表面２０ａに沿った方向から第１および第２原料ガスＧ１、Ｇ２、およびサブフローとしてのガスＧ３を供給している。つまり、原料ガス供給部１１は、基板２０の主表面２０ａに第１および第２原料ガスＧ１、Ｇ２およびガスＧ３で構成される反応ガスを流すための通路である。本実施の形態の原料ガス供給部１１はサセプタ５の載置面に対して平行に延びており、原料ガスの流れ方向（図２中左側から右側へ向かう方向）に垂直な面で見ると矩形の断面形状を有している。また、原料ガス供給部１１は横型三層流方式であり、上流側（図２中左側）に第１のガス供給部１１ａと、第２のガス供給部１１ｂと、第３のガス供給部１１ｃとを含んでいる。
【００３２】
この第１のガス供給部１１ａは、基板２０の主表面２０ａに垂直な方向Ｄにおいて主表面２０ａに近い側に位置している。第２のガス供給部１１ｂは、基板２０の主表面２０ａに垂直な方向Ｄにおいて第１のガス供給部１１ａより主表面２０ａから遠い側に位置している。第３のガス供給部１１ｃは、基板２０の主表面２０ａに垂直な方向Ｄにおいて第２のガス供給部１１ｂより主表面２０ａから遠い側に位置している。つまり、サセプタ５の載置面と垂直な方向Ｄにおいて、第１のガス供給部１１ａ、第２のガス供給部１１ｂ、第３のガス供給部１１ｃの順に、サセプタ５の載置面に近い。
【００３３】
なお、第１〜第３のガス供給部１１ａ〜１１ｃの第１および第２原料ガスＧ１、Ｇ２およびガスＧ３の出口の位置は、基板２０の主表面２０ａに沿った方向、つまり第１および第２原料ガスＧ１、Ｇ２およびガスＧ３の流れ方向において図２に示すように異なっていてもよく、同じであってもよい。
【００３４】
第１のガス供給部１１ａは、Ｖ族元素の原料を含む第１原料ガスＧ１を反応容器３に供給する。第１原料ガスＧ１として、たとえば、ＮＨ3ガスなどのＶ族元素を含むガスと、水素（Ｈ2）ガス、Ｎ2ガスなどのキャリアガスとの混合ガスを用いることができる。
【００３５】
第２のガス供給部１１ｂは、ＩＩＩ族元素の原料である複数の有機金属を含む第２原料ガスＧ２を反応容器に供給する。第２原料ガスＧ２として、ＴＭＧ、ＴＭＩ、またはＴＭＡなどのＩＩＩ族元素を含む２種以上の有機金属ガスと、Ｈ2ガス、Ｎ2ガスなどのキャリアガスとの混合ガスを用いることができる。なお、Ｇａ源、Ａｌ源およびＩｎ源として、上記材料の代わりに、あるいは上記材料とともに、他の材料（たとえばトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリエチルアミン（ＴＥＡ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ））などを用いてもよい。
【００３６】
第３のガス供給部１１ｃは、原料を含まないガスＧ３を供給する。ガスＧ３は、第１および第２原料ガスＧ１、Ｇ２の反応を抑制するパージガスが好適に用いられる。ガスＧ３として、Ｈ2ガス、Ｎ2ガスなどのキャリアガスを用いることができる。
【００３７】
なお、ＭＯＣＶＤ装置１において、第３のガス供給部１１ｃは省略されていてもよい。この場合に、反応容器３において基板２０の主表面２０ａ（サセプタ５の載置面）と対向する面（図２において上壁）に原料ガスＧ１、Ｇ２が供給されることにより結晶が堆積することを抑制するためのパージ機構などの手段が設けられていることが好ましい。
【００３８】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１では、サセプタ５は反応容器の下方に配置されているフェースアップ方式であるが特にこれに限定されない。ＭＯＣＶＤ装置は、反応容器の上方にサセプタ５が配置されているフェースダウン方式であってもよい。
【００３９】
続いて、図１および図２を参照して、本実施の形態におけるエピタキシャル膜の製造方法について説明する。本実施の形態では、図２に示すＭＯＣＶＤ装置１を用いて、ＭＯＣＶＤ法により図１に示すエピタキシャル膜２５を製造する。
【００４０】
まず、主表面２０ａを有する基板２０を準備する。準備する基板２０は特に限定されないが、たとえばサファイア基板、ＧａＮ基板などを用いることができる。この工程では、たとえばＭＯＣＶＤ装置１において、サセプタ５の載置面に基板２０が載置され、基板２０をサセプタ５に保持させる。
【００４１】
次に、基板２０の主表面２０ａに沿った方向に原料ガスを供給しながら、基板２０を加熱することにより基板２０の主表面２０ａ上にバッファ層２１を成長する。
【００４２】
バッファ層２１を成長する工程では、基板２０の主表面２０ａに垂直な方向Ｄにおいて主表面２０ａに近い側に位置する第１のガス供給部１１ａからＶ族元素の原料を含む第１原料ガスＧ１を基板２０の主表面２０ａ上に供給するとともに、基板２０の主表面２０ａに垂直な方向Ｄにおいて第１のガス供給部１１ａより主表面２０ａから遠い側に位置する第２のガス供給部１１ｂから、ＩＩＩ族元素を含む第２原料ガスＧ２を基板２０の主表面２０ａ上に供給する。さらに、基板２０の主表面２０ａに垂直な方向Ｄにおいて第２のガス供給部１１ｂより主表面２０ａから遠い側に位置する第３のガス供給部１１ｃから、原料を含まないガスＧ３を供給する。
【００４３】
具体的には、ＭＯＣＶＤ装置１においては、サセプタ５の載置面に基板２０が載置された状態で、ヒータ９によってサセプタ５が加熱され、回転軸１３でサセプタ５が回転される。そして、第１および第２のガス供給部１１ａ、１１ｂの各々から、原料ガスを構成する第１および第２原料ガスＧ１、Ｇ２と、第３のガス供給部１１ｃから、原料ガスを構成しないガスＧ３とが導入される。原料ガスは上流側から下流側（図２中右方向）に流れていく。第１および第２原料ガスＧ１、Ｇ２は、たとえば上述した材料を用いることができる。これらの原料ガスＧ１、Ｇ２およびガスＧ３の各々が第１〜第３のガス供給部１１ａ〜１１ｃの各々へ導入されると、サセプタ５上において載置面に平行に導入されて拡散され、加熱されたサセプタ５により加熱される。第２原料ガスＧ２に含まれるＩＩＩ族元素を有するガスは加熱によって分解し中間反応体となり、同様に加熱によって分解した第１原料ガスＧ１に含まれるＶ族元素を有するガスの中間反応体と反応してＧａＮ結晶となる。その結果、ＧａＮ結晶が基板２０の主表面２０ａに成膜される。
【００４４】
次に、基板２０の主表面２０ａに沿った方向に原料ガスを供給しながら、基板２０を加熱することにより基板２０の主表面２０ａ上（本実施の形態ではバッファ層２１上）にＩｎＡｌＧａＮ結晶（本実施の形態ではＩｎＡｌＧａＮ層２２）を成長する。ＩｎＡｌＧａＮ層２２を成長する工程では、たとえば（１）反応容器３内の圧力を２０ｋＰａ以上４０ｋＰａ未満とし、かつ第１原料ガスＧ１の流速を第２原料ガスＧ２の流速の０．５以上０．８未満とする、（２）反応容器３内の圧力を４０ｋＰａ以上６０ｋＰａ未満とし、かつ第１原料ガスＧ１の流速を第２原料ガスＧ２の流速の０．５以上０．８以下とする、（３）反応容器３内の圧力を６０ｋＰａ以上とし、かつ第１原料ガスＧ１の流速を第２原料ガスＧ２の流速の０．５を超えて１．０以下とする、などの条件にする。
【００４５】
具体的には、第１原料ガスＧ１の流速および第２原料ガスＧ２の流速が上記範囲になるように、第１および第２のガス供給部１１ａ、１１ｂから反応容器３へ供給する第１および第２原料ガスＧ１、Ｇ２の流速を調整する。また、反応容器３内の圧力が上記範囲になるように、ガスＧ３の導入、パージなどを行なって反応容器３内の圧力を調整する。
【００４６】
上記条件（１）において、反応容器３内の圧力を２０ｋＰａ以上４０ｋＰａ未満とし、かつ第１原料ガスＧ１の流速を第２原料ガスＧ２の流速の０．５以上とする場合には、成長させるＩｎＡｌＧａＮ層２２の表面のモフォロジーを良好にすることができる。上記条件（１）において、反応容器３内の圧力を２０ｋＰａ以上４０ｋＰａ未満とし、かつ第１原料ガスＧ１の流速を第２原料ガスＧ２の流速の０．８未満とする場合には、複数のＩＩＩ族元素の原料である複数の有機金属ガスを含む第２原料ガスＧ２が、Ｖ族原料の第１原料ガスＧ１を拡散しやすく、基板２０の上流側に届く。このため、回転軸１３によりサセプタ５を回転することによって、基板２０の主表面２０ａに沿って均一に第１および第２原料ガスＧ１、Ｇ２を流すことができるので、基板２０の主表面２０ａに垂直な方向の成長速度を均一にできるので、製造するＩｎＡｌＧａＮ層２２の厚みを均一にすることができる。
【００４７】
上記条件（２）において、反応容器３内の圧力を４０ｋＰａ以上６０ｋＰａ未満とし、かつ第１原料ガスＧ１の流速を第２原料ガスＧ２の流速の０．５以上とする場合には、成長させるＩｎＡｌＧａＮ層２２の表面のモフォロジーを良好にすることができる。上記条件（２）において、反応容器３内の圧力を４０ｋＰａ以上６０ｋＰａ未満とし、かつ第１原料ガスＧ１の流速を第２原料ガスＧ２の流速の０．８以下とする場合には、複数のＩＩＩ族元素の原料である複数の有機金属ガスを含む第２原料ガスＧ２が、Ｖ族原料の第１原料ガスＧ１を拡散しやすく、基板２０の上流側に届く。このため、回転軸１３によりサセプタ５を回転することによって、基板２０の主表面２０ａに沿って均一に第１および第２原料ガスＧ１、Ｇ２を流すことができるので、基板２０の主表面２０ａに垂直な方向の成長速度を均一にできるので、製造するＩｎＡｌＧａＮ層２２の厚みを均一にすることができる。
【００４８】
上記条件（３）において、反応容器３内の圧力を６０ｋＰａ以上とし、かつ第１原料ガスＧ１の流速を第２原料ガスＧ２の流速の０．５を超える場合には、成長させるＩｎＡｌＧａＮ層２２の表面のモフォロジーを良好にすることができる。上記条件（３）において、圧力を６０ｋＰａ以上とし、かつ第１原料ガスＧ１の流速を第２原料ガスＧ２の流速の１．０以下とする場合には、複数のＩＩＩ族元素の原料である複数の有機金属ガスを含む第２原料ガスＧ２が、Ｖ族原料の第１原料ガスＧ１を拡散しやすく、基板２０の上流側に届く。このため、回転軸１３によりサセプタ５を回転することによって、基板２０の主表面２０ａに沿って均一に第１および第２原料ガスＧ１、Ｇ２を流すことができるので、基板２０の主表面２０ａに垂直な方向の成長速度を均一にできるので、製造するＩｎＡｌＧａＮ層２２の厚みを均一にすることができる。
【００４９】
なお、反応容器３内の圧力を２０ｋＰａ以上６０ｋＰａ未満にすることが好ましい。この場合、第２原料ガスＧ２において、ＩＩＩ族元素の原料である３種以上の有機金属ガスが互いに気相反応することを抑制できる。このため、３種以上のＩＩＩ族元素の原料ガスを基板２０の主表面２０ａに到達させることができるので、３種のＩＩＩ族元素を含むＩｎＡｌＧａＮ結晶の成長速度を向上できる。
【００５０】
ＩｎＡｌＧａＮ層２２を成長する工程では、第１原料ガスＧ１の流速を０．１８ｍ／ｓ以上０．３５ｍ／ｓ以下にすることが好ましい。このように第１原料ガスＧ１の流速を小さくすると、第２原料ガスＧ２が第１原料ガスＧ１をより拡散しやすくなるので、ＩｎＡｌＧａＮ層２２の成長速度分布を均一に改善することができる。このため、より均一な厚みのＩｎＡｌＧａＮ層２２を製造することができる。
【００５１】
ＩｎＡｌＧａＮ層２２を成長する工程では、８７０℃以上９４０℃以下でＩｎＡｌＧａＮ層２２を成長することが好ましい。８７０℃以上の場合、ＩｎＡｌＧａＮ層２２のモフォロジーを良好にできる。９４０℃以下の場合、Ｉｎを含むＩｎＡｌＧａＮ層２２を成長する際にＩｎの取り込みが良好である。
【００５２】
この工程では、バッファ層２１を成長する工程と同様に、バッファ層２１上にＩｎＡｌＧａＮ層２２を成長する。具体的には、第１および第２原料ガスＧ１、Ｇ２は、たとえば上述した材料を用いることができる。これらの原料ガスＧ１、Ｇ２およびガスＧ３の各々が第１〜第３のガス供給部１１ａ〜１１ｃの各々へ導入されると、サセプタ５上において載置面に平行に導入されて拡散され、加熱されたサセプタ５により加熱される。第２原料ガスＧ２に含まれる複数のＩＩＩ族元素を有するガスは加熱によって分解し中間反応体となり、同様に加熱によって分解した第１原料ガスＧ１に含まれるＶ族元素を有するガスの中間反応体と反応してＩｎＡｌＧａＮ結晶となる。その結果、ＩｎＡｌＧａＮ結晶よりなるＩｎＡｌＧａＮ層２２がバッファ層２１上に成膜される。
【００５３】
なお、上記バッファ層２１を成長する工程およびＩｎＡｌＧａＮ層２２を成長する工程においては、第１および第２原料ガスＧ１、Ｇ２と同時にドーパントガスを基板２０の主表面２０ａに供給することにより、ドーパントを含む層を成長することもできる。
【００５４】
以上の工程を実施することにより、図１に示すエピタキシャル膜２５を製造することができる。本実施の形態ではバッファ層２１を備えたエピタキシャル膜２５の製造方法について説明したが、バッファ層２１は省略されてもよい。また、バッファ層２１を成長する工程を実施する場合には、ＩｎＡｌＧａＮ層２２を成長する工程と同様にバッファ層２１を成長してもよい。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態におけるエピタキシャル膜２５によれば、基板２０上に形成されたＩｎxＡｌyＧａ(1-x-y)Ｎ層２２（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）を備え、厚みのばらつきが６％以内である。これにより、このＩｎＡｌＧａＮ層２２を発光素子のクラッド層に用いると、光閉じ込めの分布を均一にできるので、十分な光閉じ込めができる発光素子の歩留まりを向上できるエピタキシャル膜２５を実現できる。
【００５６】
（実施の形態２）
図３を参照して、本実施の形態におけるエピタキシャル膜３０について説明する。エピタキシャル膜３０は、基板２０と、ｎ型バッファ層３２と、ｎ型クラッド層３３と、アンドープ光ガイド層３４、３６と、活性層３５と、ｐ型電子ブロック層３７と、ｐ型クラッド層３８と、ｐ型コンタクト層３９とを備えている。
【００５７】
基板２０は、たとえばＧａＮ基板である。ｎ型バッファ層３２は、基板２０の主表面２０ａ上に形成され、たとえばｎ型ＧａＮ層である。ｎ型クラッド層３３は、ｎ型バッファ層３２上に形成され、たとえばｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層である。ｎ型クラッド層３３は、実施の形態１のＩｎＡｌＧａＮ層２２と同様である。
【００５８】
アンドープ光ガイド層３４は、ｎ型クラッド層３３上に形成され、たとえばＩｎＧａＮ層である。活性層３５は、アンドープ光ガイド層３４上に形成され、たとえばＩｎＧａＮよりなる井戸層とＧａＮよりなる障壁層とを含む多重量子井戸構造である。なお、活性層３５は、単一の半導体材料よりなっていてもよい。アンドープ光ガイド層３６は、活性層３５上に形成され、たとえばＩｎＧａＮよりなる。ｐ型電子ブロック層３７は、アンドープ光ガイド層３６上に形成され、たとえばＡｌＧａＮよりなる。ｐ型クラッド層３８は、ｐ型電子ブロック層３７上に形成され、たとえばｐ型ＡｌＧａＮである。ｐ型コンタクト層３９は、ｐ型クラッド層３８上に形成され、たとえばｐ型ＧａＮである。
【００５９】
なお、本実施の形態では、ｎ型クラッド層３３はＩｎＡｌＧａＮであり、厚みのばらつきが６％以内であるが、ｎ型クラッド層３３およびｐ型クラッド層３８の少なくとも一方が厚みのばらつきが６％以内のＩｎＡｌＧａＮであればよい。また、ｎ型クラッド層３３およびｐ型クラッド層３８の少なくとも一方は、厚みのばらつきが好ましくは４％以下、より好ましくは２％以内のＩｎＡｌＧａＮである。
【００６０】
続いて、本実施の形態におけるエピタキシャル膜３０の製造方法について説明する。本実施の形態におけるエピタキシャル膜３０は、実施の形態１で説明したＭＯＣＶＤ装置１を用いて製造される。
【００６１】
具体的には、まず、実施の形態１と同様に、主表面２０ａを有する基板２０を準備する。
【００６２】
次に、基板２０上に、ｎ型バッファ層３２と、ｎ型クラッド層３３と、アンドープ光ガイド層３４と、活性層３５と、アンドープ光ガイド層３６と、ｐ型電子ブロック層３７と、ｐ型クラッド層３８と、ｐ型コンタクト層３９とをこの順で成長する。この工程では、たとえば図２に示すＭＯＣＶＤ装置１において、第２原料ガスＧ２の種類を変更することで各々の層を成長する。
【００６３】
本実施の形態では、実施の形態１のＩｎＡｌＧａＮ層２２を成長する工程と同様に、ｎ型クラッド層３３を成長する。また、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＡｌＮの３元系の層を成長する際にも、実施の形態１のＩｎＡｌＧａＮ層２２を成長する工程と同様に行なうことが好ましい。また、ＧａＮなどの２元系の層を成長する場合にも、実施の形態１のＩｎＡｌＧａＮ層２２を成長する工程と同様に行なってもよい。
【００６４】
以上の工程を実施することにより、図３に示すエピタキシャル膜３０を形成することができる。
【００６５】
以上説明したように、本実施の形態のエピタキシャル膜３０によれば、基板２０と、基板２０上に形成されたｎ型クラッド層３３と、ｎ型クラッド層３３上に形成された活性層３５と、活性層３５上に形成されたｐ型クラッド層３８とを備え、ｎ型およびｐ型クラッド層３３、３８の少なくとも一方がＩｎxＡｌyＧａ(1-x-y)Ｎ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）層であり、厚みのばらつきが６％以内である。これにより、ＩｎＡｌＧａＮ層を発光素子のｎ型およびｐ型クラッド層３３、３８の少なくとも一方に用いると、十分な光閉じ込めができる発光素子の歩留まりを向上できる。このため、特性を維持したエピタキシャル膜３０の歩留まりを向上できる。
【００６６】
（実施の形態３）
図４を参照して、本実施の形態における発光素子の一例としての半導体レーザ４０について説明する。半導体レーザ４０は、図３に示す実施の形態２のエピタキシャル膜３０と、絶縁膜４１と、ｐ型電極４２と、ｎ型電極４３とを備えている。絶縁膜４１は、開口部を有し、ｐ型コンタクト層３９上に形成され、たとえば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）よりなる。ｐ型電極４２は、絶縁膜４１の開口部から露出したｐ型コンタクト層３９に接するように形成され、たとえばニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）よりなる。ｎ型電極４３は、基板２０の裏面に形成され、たとえばチタン（Ｔｉ）／Ａｌよりなる。
【００６７】
続いて、本実施の形態における半導体レーザ４０の製造方法について説明する。まず、実施の形態２のエピタキシャル膜３０の製造方法にしたがって、エピタキシャル膜３０を製造する。
【００６８】
次に、エピタキシャル膜３０のｐ型コンタクト層３９上に、フォトリソグラフィにより開口部を有する絶縁膜４１を形成する。
【００６９】
次に、絶縁膜４１の開口部内を埋めるようにｐ型電極４２を形成し、基板２０の裏面にｎ型電極４３を形成する。ｐ型電極４２およびｎ型電極４３の形成方法は特に限定されないが、たとえば蒸着法により形成することができる。
【００７０】
以上の工程を実施することによって、図４に示す半導体レーザ４０を製造することができる。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態における半導体レーザ４０の製造方法によれば、ｎ型およびｐ型クラッド層３３、３８の少なくとも一方の厚みを６％以内にしたエピタキシャル膜３０を用いている。これにより、光閉じ込めの分布を均一にできるので、歩留まりを向上して、十分な光閉じ込めができる半導体レーザ４０を実現できる。
【００７２】
なお、本実施の形態では、発光素子として半導体レーザを例に挙げて説明したが、本発明は半導体レーザに限定されず、たとえば発光ダイオードなどを適用することもできる。
【実施例】
【００７３】
本実施例では、厚みのばらつきが６％以内であるＩｎＡｌＧａＮ層を備えることの効果について調べた。
【００７４】
（本発明例１〜３、比較例１）
本発明例１〜３、比較例１では、図２に示すＭＯＣＶＤ装置１を用いた実施の形態２にしたがって、図３に示すエピタキシャル膜３０および図４に示す半導体レーザ４０を製造した。
【００７５】
具体的には、まず、基板２０として、（２０−２１）面の主表面２０ａを有する半極性ＧａＮ基板を準備した。（２０−２１）面は、（０００１）面（ｃ面）を基準にして＜１−１００＞（ｍ軸）方向に７５度の角度で傾斜する面である。
【００７６】
そして、この基板２０上に、図３に示すエピタキシャル層を図２に示すＭＯＣＶＤ装置１を用いて作製した。ＭＯＣＶＤ装置１の反応容器３の圧力はそれぞれ下記の表１の通りにした。
【００７７】
反応容器３にＮＨ3およびＨ2を供給して、１０５０℃の温度で基板２０を熱処理した。熱処理時間は約１０分であった。この前処理（サーマルクリーニング）を行なった後に、第１原料ガスＧ１としてのＮＨ3およびＮ2、第２原料ガスＧ２としてのＴＭＧおよびＮ2を、モノシラン（ＳｉＨ4）とともに反応容器３内に供給して、１０５０℃で基板２０上に、ｎ型バッファ層３２としてＳｉドープｎ型ＧａＮ層を成長した。なお、ガスＧ３（サブフロー）としてＮ2も第１および第２原料ガスＧ１、Ｇ２とともに反応容器３に供給した。成長したｎ型バッファ層３２の表面も半極性を示していた。
【００７８】
次に、基板２０の温度を８４０℃に変更した後に、第１原料ガスＧ１としてのＮＨ3およびＮ2、第２原料ガスＧ２としてのＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡおよびＮ2を、ＳｉＨ4とともに反応容器３内に供給して、ｎ型バッファ層３２上に、ｎ型クラッド層３３として、Ｉｎ0.02Ａｌ0.09Ｇａ0.89Ｎ層を成長した。本発明例１〜３および比較例１のｎ型クラッド層３３を成長したときの条件を下記の表１に示す。このｎ型クラッド層３３の厚さは１．５μｍであった。Ｉｎ0.02Ａｌ0.09Ｇａ0.89Ｎ層のバンドギャップエネルギは約３．５４エレクトロンボルト（ｅＶ）である。Ｉｎ0.02Ａｌ0.09Ｇａ0.89Ｎ層はＧａＮにほぼ格子整合する。
【００７９】
次に、第１原料ガスＧ１としてのＮＨ3およびＮ2、第２原料ガスＧ２としてのＴＭＧ、ＴＭＩおよびＮ2、ガスＧ３としてのＮ2を反応容器３内に供給して、基板２０の温度を８４０℃にして、ｎ型クラッド層３３上にアンドープ光ガイド層３４として、アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層を成長した。このアンドープ光ガイド層３４の厚さは１００ｎｍであった。
【００８０】
次に、このアンドープ光ガイド層３４上に、障壁層と井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層３５を形成した。具体的には、第１原料ガスＧ１としてのＮＨ3およびＮ2、第２原料ガスＧ２としてのＴＭＧおよびＮ2、ガスＧ３としてのＮ2を反応容器３内に供給して、基板２０の温度を８４０℃にして、アンドープ光ガイド層３４上にＧａＮ障壁層を成長した。この障壁層の厚さは１５ｎｍであった。その後、第１原料ガスＧ１としてのＮＨ3およびＮ2、第２原料ガスＧ２としてのＴＭＧ、ＴＭＩおよびＮ2、ガスＧ３としてのＮ2を反応容器３内に供給して、基板２０の温度を７９０℃にして、障壁層上に、アンドープＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ井戸層を成長した。この井戸層の厚さは３ｎｍであった。同様にして障壁層および井戸層の成長を繰り返して、活性層３５を形成した。
【００８１】
次いで、第１原料ガスＧ１としてのＮＨ3およびＮ2、第２原料ガスＧ２としてのＴＭＧ、ＴＭＩおよびＮ2、ガスＧ３としてのＮ2を反応容器３内に供給して、基板２０の温度を８４０℃にして、活性層３５上に、アンドープ光ガイド層３６としてアンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層を成長した。このアンドープ光ガイド層３６の厚さは１００ｎｍであった。
【００８２】
基板２０の温度を１０００℃に変更した後に、第１原料ガスＧ１としてのＮＨ3およびＮ2、第２原料ガスＧ２としてのＴＭＧ、ＴＭＡおよびＮ2、ガスＧ３としてのＮ2を反応容器３内に供給して、アンドープ光ガイド層３６上にｐ型電子ブロック層３７としてＡｌ0.12Ｇａ0.88Ｎ層を成長した。ｐ型電子ブロック層３７の厚さは２０ｎｍであった。
【００８３】
基板２０の温度を変更することなく、第１原料ガスＧ１としてのＮＨ3およびＮ2、第２原料ガスＧ２としてのＴＭＧ、ＴＭＡおよびＮ2をＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）とともに、ガスＧ３としてのＮ2を反応容器３内に供給して、ｐ型電子ブロック層３７上に、ｐ型クラッド層３８としてＭｇドープｐ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎ層を成長した。
【００８４】
また、基板２０の温度を変更することなく、第１原料ガスＧ１としてのＮＨ3およびＮ2、第２原料ガスＧ２としてのＴＭＧおよびＮ2をＣｐ2Ｍｇとともに、ガスＧ３としてのＮ2を反応容器３内に供給して、ｐ型クラッド層３８上に、ｐ型コンタクト層３９上にＭｇドープｐ型ＧａＮ層を成長した。これらの工程によってエピタキシャル膜３０が作製された。フォトルミネッセンス（ＰＬ）波長のピーク波長は４５０ｎｍ帯にあった。
【００８５】
次に、エピタキシャル膜３０のｐ型コンタクト層３９上に、絶縁膜４１として、１０μｍ幅のストライプ窓を有するシリコン酸化膜を形成した。その後に、ｐ型コンタクト層３９の上面であって、絶縁膜４１のストライプ窓に、ｐ型電極４２として、Ｎｉ／Ａｕ電極を形成した。また、基板２０の裏面上にｎ型電極４３としてＴｉ／Ａｌ電極を形成した。
【００８６】
その後、８００μｍの間隔で（１１−２０）面（ａ面）でへき開を行なって、光共振器を形成した。また、へき開端面には、ＳｉＯ2／酸化チタン（ＴｉＯ2）からなる誘電体多層膜を形成して、本発明例１〜３および比較例１のゲインガイド型半導体レーザを作製した。
【００８７】
（評価方法）
本発明例１〜３および比較例１のエピタキシャル膜のＩｎＡｌＧａＮ層であるｎ型クラッド層について、サセプタ中心部からサセプタ外周部の方向に直線状に５点（ウエハ中心座標を０とすると、０ｍｍ、±１０ｍｍ、±２０ｍｍの５点）の厚みを測定した。そして、中央値は、５点測定したときの最大値と最小値との間の値とした。中央値の分布は、（厚みの最大値−厚みの最小値）／中央値とした。成長速度の中央値からの分布は、すなわちｎ型クラッド層の厚みのばらつきを意味する。その結果を下記の表１に示す。
【００８８】
また、本発明例１〜３および比較例１の半導体レーザについて、ウエハ中央部から半径２０ｍｍの範囲をチップ化した場合、閾値電流１８０ｍＡ以下でレーザ発振したチップ割合を歩留まりとした。その結果を下記の表１に示す。なお、表１において、「Ａ」とは歩留まりが７０％以上９０％以下を示し、「Ｂ」は歩留まりが６０％以上８０％以下を示し、「Ｃ」は歩留まりが４０％以上６０％以下を示し、「Ｄ」は歩留まりが２０％以上４０％以下を示す。
【００８９】
【表１】
2011138896.tif 000003
【００９０】
（測定結果）
表１に示すように、ＩｎＡｌＧａＮ層であるｎ型クラッド層の厚みのばらつきが６％以内の本発明例１〜３は、厚みのばらつきが７％の比較例１よりも歩留まりを向上できた。これは、４元系のｎ型クラッド層の膜厚分布が小さいため、十分な光閉じ込めができない割合を低減でき、半導体レーザの量産の歩留まりを向上できたことによるものと考えられる。
【００９１】
以上より、本実施例によれば、厚みのばらつきが６％以内であるＩｎＡｌＧａＮ層を備えることにより、発光素子の歩留まりを向上できることが確認できた。
【００９２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９３】
１  ＭＯＣＶＤ装置、３  反応容器、５  サセプタ、７  溝、９  ヒータ、１１  原料ガス供給部、１１ａ  第１のガス供給部、１１ｂ  第２のガス供給部、１１ｃ  第３のガス供給部、１３  回転軸、２０  基板、２０ａ  主表面、２１  バッファ層、２２  ＩｎＡｌＧａＮ層、２５，３０  エピタキシャル膜、３２  ｎ型バッファ層、３３  ｎ型クラッド層、３４，３６  アンドープ光ガイド層、３５  活性層、３７  ｐ型電子ブロック層、３８  ｐ型クラッド層、３９  ｐ型コンタクト層、４０  半導体レーザ、４１  絶縁膜、４２  ｐ型電極、４３  ｎ型電極、Ｇ１  第１原料ガス、Ｇ２  第２原料ガス、Ｇ３  ガス。
【図１】
2011138896.tif 000004
【図２】
2011138896.tif 000005
【図３】
2011138896.tif 000006
【図４】
2011138896.tif 000007