(57)【要約】【課題】蓄積された製造技術、製造ノウハウを活かすことができ、かつ、ｐ型不純物の拡散を抑制できるエピタキシャルウエハ及びエピタキシャルウエハの製造方法を提供する。【解決手段】エピタキシャルウエハ１は、半導体基板１０と、半導体基板１０の上方に設けられるｎ型クラッド層２０と、ｎ型クラッド層２０の上方に設けられ、５．０×１０１５ｃｍ−３以下の原子濃度のＣと１．０×１０１６ｃｍ−３以上１．６×１０１６ｃｍ−３以下の原子濃度のＭｇと１．１×１０１６ｃｍ−３以上５．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度のＺｎとを含む活性層４０と、Ｃがドープされた炭素ドープ層６２とアンドープ層６４とＭｇがドープされたマグネシウムドープ層６６とを有するｐ型クラッド層６０と、ｐ型クラッド層６０上に設けられ、Ｚｎを含むｐ型キャップ層７０とを備える。【選択図】図１
2011151240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられるｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層の上方に設けられ、５．０×１０１５ｃｍ−３以下の原子濃度の炭素と、１．０×１０１６ｃｍ−３以上１．６×１０１６ｃｍ−３以下の原子濃度のマグネシウムと、１．１×１０１６ｃｍ−３以上５．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度の亜鉛とを含む活性層と、
前記活性層の上方に設けられ、炭素がドープされた炭素ドープ層と、前記炭素ドープ層上に設けられ、不純物がドーピングされていないアンドープ層と、前記アンドープ層上に設けられ、マグネシウムがドープされたマグネシウムドープ層とを有するｐ型クラッド層と、
前記ｐ型クラッド層上に設けられ、亜鉛を含むｐ型キャップ層と
を備えるエピタキシャルウエハ。
【請求項２】
前記半導体基板が、ｎ型ＧａＡｓ基板であり、
前記ｎ型クラッド層、前記活性層、及び前記ｐ型クラッド層が、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなり、
前記ｐ型キャップ層が、ｐ型ＧａＡｓからなる請求項１に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項３】
前記炭素ドープ層が、１．０×１０１７ｃｍ−３以上８．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度の前記炭素を含み、
前記マグネシウムドープ層が、５．０×１０１７ｃｍ−３以上８．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度の前記マグネシウムを含み、
前記ｐ型キャップ層が、５．０×１０１７ｃｍ−３以上１．２×１０２０ｃｍ−３以下の原子濃度の前記亜鉛を含む請求項２に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項４】
前記ｐ型クラッド層が、前記炭素ドープ層と、前記アンドープ層と、前記マグネシウムドープ層とからなり、
前記炭素ドープ層が、前記マグネシウムドープ層の厚さの５％以上６０％以下の厚さを有し、
前記アンドープ層が、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有する請求項３に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項５】
ｎ型ＧａＡｓ基板と、
前記ｎ型ＧａＡｓ基板の上方に設けられるｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層の上方に設けられる活性層と、
前記活性層の上方に設けられ、炭素がドープされた炭素ドープ層と、前記炭素ドープ層上に設けられ、不純物がドーピングされていないアンドープ層と、前記アンドープ層上に設けられ、亜鉛がドープされた亜鉛ドープ層とからなるｐ型クラッド層と、
前記ｐ型クラッド層上に設けられ、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型キャップ層と
を備えるエピタキシャルウエハ。
【請求項６】
半導体基板を準備する半導体基板準備工程と、
前記半導体基板の上方にｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型キャップ層とを順次形成する半導体積層構造形成工程と
を備え、
前記ｐ型クラッド層が、前記活性層上に設けられ炭素がドープされた炭素ドープ層と、前記炭素ドープ層上に設けられ不純物がドーピングされていないアンドープ層と、前記アンドープ層上に設けられマグネシウムがドープされたマグネシウムドープ層とを有し、
前記活性層が、５．０×１０１５ｃｍ−３以下の原子濃度の炭素と、１．０×１０１６ｃｍ−３以上１．６×１０１６ｃｍ−３以下の原子濃度のマグネシウムと、１．１×１０１６ｃｍ−３以上５．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度の亜鉛とを含み、
前記ｐ型キャップ層が、前記亜鉛を含むエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項７】
前記半導体積層構造形成工程が、前記炭素ドープ層の成長時にＣＢｒ４を供給し、前記マグネシウムドープ層の成長時にＣｐ２Ｍｇを供給する請求項６に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項８】
前記半導体積層構造形成工程が、前記アンドープ層をＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓから形成する請求項７に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルウエハ及びエピタキシャルウエハの製造方法に関する。特に、本発明は、発光素子用のエピタキシャルウエハ及びエピタキシャルウエハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層、活性層、及びｐ型クラッド層を順次積層したダブルヘテロ構造を有する化合物半導体エピタキシャルウエハにおいて、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｐ型クラッド層中のｐ型不純物が炭素であり、ｐ型クラッド層中のキャリア濃度が８．０×１０１７ｃｍ−３以上、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲であるレーザーダイオード用エピタキシャルウエハが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載のレーザーダイオード用エピタキシャルウエハは、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層中のｐ型不純物に炭素を用いることによりｐ型不純物の活性層への拡散を低減できるので、動作電流値が低く、信頼性が高いレーザーダイオードを提供できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１１１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
まず、ＡｌＧａＩｎＰ等の化合物半導体中においては、炭素（Ｃ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）の順に拡散しやすい。したがって、活性層への不純物の拡散を抑制することのみを目的とする場合、特許文献１に記載のように、不純物として炭素（Ｃ）を用いることが最適である。しかしながら、従来、Ｍｇ又はＺｎを不純物に用いた発光素子用のエピタキシャルウエハから製造される発光素子の製造プロセスにおいては、Ｍｇ又はＺｎの活性層への拡散が発生することを前提にして製造プロセスが設計されている。よって、不純物として炭素を用いる場合、不純物としてＭｇ又はＺｎを用いることを前提にして設計された製造プロセス、製造技術、製造ノウハウをそのまま採用することができない場合がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、蓄積された製造技術、製造ノウハウを活かすことができ、かつ、ｐ型不純物の拡散を抑制できるエピタキシャルウエハ及びエピタキシャルウエハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するため、半導体基板と、半導体基板の上方に設けられるｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層の上方に設けられ、５．０×１０１５ｃｍ−３以下の原子濃度の炭素と、１．０×１０１６ｃｍ−３以上１．６×１０１６ｃｍ−３以下の原子濃度のマグネシウムと、１．１×１０１６ｃｍ−３以上５．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度の亜鉛とを含む活性層と、活性層の上方に設けられ、炭素がドープされた炭素ドープ層と、炭素ドープ層上に設けられ、不純物がドーピングされていないアンドープ層と、アンドープ層上に設けられ、マグネシウムがドープされたマグネシウムドープ層とを有するｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層上に設けられ、亜鉛を含むｐ型キャップ層とを備えるエピタキシャルウエハが提供される。
【０００８】
また、上記エピタキシャルウエハにおいて、半導体基板が、ｎ型ＧａＡｓ基板であり、ｎ型クラッド層、活性層、及びｐ型クラッド層が、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなり、ｐ型キャップ層が、ｐ型ＧａＡｓからなることが好ましい。
【０００９】
また、上記エピタキシャルウエハにおいて、炭素ドープ層が、１．０×１０１７ｃｍ−３以上８．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度の炭素を含み、マグネシウムドープ層が、５．０×１０１７ｃｍ−３以上８．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度のマグネシウムを含み、ｐ型キャップ層が、５．０×１０１７ｃｍ−３以上１．２×１０２０ｃｍ−３以下の原子濃度の亜鉛を含むことが好ましい。
【００１０】
また、上記エピタキシャルウエハにおいて、ｐ型クラッド層が、炭素ドープ層と、アンドープ層と、マグネシウムドープ層とからなり、炭素ドープ層が、マグネシウムドープ層の厚さの５％以上６０％以下の厚さを有し、アンドープ層が、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、上記目的を達成するため、ｎ型ＧａＡｓ基板と、ｎ型ＧａＡｓ基板の上方に設けられるｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層の上方に設けられる活性層と、活性層の上方に設けられ、炭素がドープされた炭素ドープ層と、炭素ドープ層上に設けられ、不純物がドーピングされていないアンドープ層と、アンドープ層上に設けられ、亜鉛がドープされた亜鉛ドープ層とからなるｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層上に設けられ、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型キャップ層とを備えるエピタキシャルウエハが提供される。
【００１２】
また、本発明は、上記目的を達成するため、半導体基板を準備する半導体基板準備工程と、半導体基板の上方にｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型キャップ層とを順次形成する半導体積層構造形成工程とを備え、ｐ型クラッド層が、活性層上に設けられ炭素がドープされた炭素ドープ層と、炭素ドープ層上に設けられ不純物がドーピングされていないアンドープ層と、アンドープ層上に設けられマグネシウムがドープされたマグネシウムドープ層とを有し、活性層が、５．０×１０１５ｃｍ−３以下の原子濃度の炭素と、１．０×１０１６ｃｍ−３以上１．６×１０１６ｃｍ−３以下の原子濃度のマグネシウムと、１．１×１０１６ｃｍ−３以上５．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度の亜鉛とを含み、ｐ型キャップ層が、亜鉛を含むエピタキシャルウエハの製造方法が提供される。
【００１３】
また、上記エピタキシャルウエハの製造方法において、半導体積層構造形成工程が、炭素ドープ層の成長時にＣＢｒ４を供給し、マグネシウムドープ層の成長時にＣｐ２Ｍｇを供給することができる。
【００１４】
また、上記エピタキシャルウエハの製造方法において、半導体積層構造形成工程が、アンドープ層をＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓから形成することもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るエピタキシャルウエハ及びエピタキシャルウエハの製造方法によれば、蓄積された製造技術、製造ノウハウを活かすことができ、かつ、ｐ型不純物の拡散を抑制できるエピタキシャルウエハ及びエピタキシャルウエハの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係るエピタキシャルウエハの縦断面図である。
【図２】実施例及び比較例に係るエピタキシャルウエハのｐ型クラッド層の深さ方向のキャリア濃度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［実施の形態の要約］
半導体基板上にダブルヘテロ構造を有する発光素子用のエピタキシャルウエハにおいて、半導体基板と、前記半導体基板の上方に設けられるｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層の上方に設けられ、５．０×１０１５ｃｍ−３以下の原子濃度の炭素と、１．０×１０１６ｃｍ−３以上１．６×１０１６ｃｍ−３以下の原子濃度のマグネシウムと、１．１×１０１６ｃｍ−３以上５．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度の亜鉛とを含む活性層と、前記活性層の上方に設けられ、炭素がドープされた炭素ドープ層と、前記炭素ドープ層上に設けられ、不純物がドーピングされていないアンドープ層と、前記アンドープ層上に設けられ、マグネシウムがドープされたマグネシウムドープ層とを有するｐ型クラッド層と、前記ｐ型クラッド層上に設けられ、亜鉛を含むｐ型キャップ層とを備えるエピタキシャルウエハが提供される。
【００１８】
［実施の形態］
（エピタキシャルウエハ１の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係るエピタキシャルウエハの縦断面の概要を示す。
【００１９】
本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ１は、例えば、レーザーダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）等の発光素子用のエピタキシャルウエハ１として用いることができる。具体的に、エピタキシャルウエハ１は、半導体基板１０と、半導体基板１０上に設けられるｎ型クラッド層２０と、ｎ型クラッド層２０上に設けられる第１ガイド層３０と、第１ガイド層３０上に設けられる活性層４０と、活性層４０上に設けられる第２ガイド層５０と、第２ガイド層５０上に設けられるｐ型クラッド層６０と、ｐ型クラッド層６０上に設けられるｐ型キャップ層７０とを備える。すなわち、エピタキシャルウエハ１は、ダブルヘテロ構造を有する。
【００２０】
更に、ｐ型クラッド層６０は、活性層４０の上方（すなわち、第２ガイド層５０上）に設けられ、ｐ型不純物としての炭素（Ｃ）がドープされた炭素ドープ層６２と、炭素ドープ層６２上に設けられ、不純物がドープされていないアンドープ層６４と、アンドープ層６４上に設けられ、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたマグネシウムドープ層６６とを有して設けられる。すなわち、活性層４０に近い側から炭素ドープ層６２、アンドープ層６４、マグネシウムドープ層６６の順に設けられる。炭素ドープ層６２を活性層４０に近い側に設けることにより、マグネシウムドープ層６６にドープされているＭｇの活性層４０への拡散を抑制できる。すなわち、炭素ドープ層６２が、Ｍｇの拡散を抑制するバリア層としての機能を発揮する。これにより、活性層４０へのＭｇの拡散を抑制でき、エピタキシャルウエハ１から製造される発光素子等のデバイスの特性の低下を抑制できる。
【００２１】
ここで、炭素ドープ層６２は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上８．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度の炭素を含むことが好ましく、１．０×１０１７ｃｍ−３以上６．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度の炭素を含むことがより好ましく、１．０×１０１７ｃｍ−３以上３．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度の炭素を含むことが特に好ましい。また、マグネシウムドープ層６６は、５．０×１０１７ｃｍ−３以上８．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度のマグネシウムを含むことが好ましく、８．０×１０１７ｃｍ−３以上８．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度のマグネシウムを含むことが好ましく、８．０×１０１７ｃｍ−３以上３．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度のマグネシウムを含むことが特に好ましい。なお、アンドープ層６４に不純物はドープされていないが、不可避的な不純物は含まれていてもよい。そして、ｐ型クラッド層６０は、炭素ドープ層６２と、アンドープ層６４と、マグネシウムドープ層６６との三層構造からなることが好ましい。この場合、炭素ドープ層６２が、マグネシウムドープ層６６の厚さ（一例として、１６μｍの厚さ）の５％以上６０％以下の厚さを有することが好ましい。これは、炭素ドープ層６２の厚さがマグネシウムドープ層６６の厚さの５％未満の場合、炭素ドープ層６２がＭｇの拡散を十分に抑制できないためである。また、炭素ドープ層６２の厚さがマグネシウムドープ層６６の厚さの６０％を超えた場合、活性層４０へのＭｇの拡散が実質的になくなるので、従来用いている製造プロセスとしての素子化プロセスのプロセス設定を変更しなければならない場合があるからである。
【００２２】
また、アンドープ層６４は、マグネシウムドープ層６６中のＭｇ及びｐ型キャップ層７０中の不純物（例えば、Ｚｎ）の活性層４０側への拡散を抑制することを目的として５ｎｍ以上の厚さを有すると共に、電気伝導の抵抗層として機能することを防止すべく、１０ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。本実施の形態において、アンドープ層６４は、ＧａＡｓ若しくはＡｌＧａＡｓから形成する。したがって、アンドープ層の厚さが所定の厚さを超えた場合、ｐ型クラッド層の平均組成がＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体の組成ではなくなることがある。この場合、エピタキシャルウエハから製造する発光素子、例えば、ＬＤの発光特性（例えば、放射角）が設計値からずれる場合があることからも、アンドープ層は１０ｎｍ以下の厚さにすることが好ましい。
【００２３】
半導体基板１０は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成され、例えば、ｎ型のＧａＡｓから形成することができる。また、半導体基板１０上に設けられる各半導体層（ただし、ｐ型キャップ層７０を除く）は、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体から形成することができる。ｐ型キャップ層７０は、例えば、ｐ型のＧａＡｓから形成することができる。なお、ｐ型キャップ層７０上の一部の領域に、ｐ型キャップ層７０にオーミック接触する材料からなるｐ側電極を設け、半導体基板１０の裏側、すなわち、半導体基板１０のｎ型クラッド層２０に接している面の反対側の面の略全面に、半導体基板１０にオーミック接触する材料からなるｎ側電極を設けることができる。
【００２４】
また、ｎ型クラッド層２０には、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされる。そして、ｐ型キャップ層７０には、ｐ型不純物として亜鉛（Ｚｎ）がドープされる。なお、ｐ型キャップ層７０には、Ｚｎと共にＣをドープすることもできる。ｐ型キャップ層７０にＺｎとＣとをコドープすることにより、ｐ型キャップ層７０にドープするＺｎの量を削減することができ、かつ、マグネシウムドープ層６６にドープされたＭｇとｐ型キャップ層７０にドープされたＺｎとの相互拡散を低減できる。
【００２５】
また、本実施の形態において、活性層４０は、５．０×１０１５ｃｍ−３以下の原子濃度の炭素と、１．０×１０１６ｃｍ−３以上１．６×１０１６ｃｍ−３以下の原子濃度のマグネシウムと、１．１×１０１６ｃｍ−３以上５．０×１０１８ｃｍ−３以下の原子濃度の亜鉛とを含む。更に、ｐ型キャップ層７０は、５．０×１０１７ｃｍ−３以上１．２×１０２０ｃｍ−３以下の原子濃度の亜鉛を含むことが好ましく、８．０×１０１７ｃｍ−３以上４．０×１０１９ｃｍ−３以下の原子濃度の亜鉛を含むことがより好ましい。
【００２６】
（変形例）
ｐ型クラッド層６０が有するマグネシウムドープ層６６を、Ｚｎがドープされた亜鉛ドープ層にすることもできる。また、マグネシウムドープ層６６を、Ｃ及びＭｇがコドープされた炭素‐マグネシウム混合ドープ層にすることもできる。また、半導体基板１０とｎ型クラッド層２０との間に、ＧａＡｓ等からなるバッファ層を設けることもできる。更に、第１ガイド層３０及び第２ガイド層５０を省略することもできる。また、活性層４０の代わりに発光層を設け、発光層を、量子井戸構造、多重量子井戸構造、歪量子井戸構造等にすることもできる。また、ｐ型キャップ層７０を、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ等の化合物半導体から形成することもできる。
【００２７】
（エピタキシャルウエハ１の製造方法）
本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ１は、有機金属気相エピタキシー法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ法）を用いて製造することができる。すなわち、ＭＯＶＰＥ装置のリアクター内に半導体基板１０を設置した後、リアクター内を所定の雰囲気、所定の圧力に制御する。続いて、この状態で半導体基板１０を所定の温度に加熱する。そして、加熱している半導体基板１０に、ｎ型クラッド層２０、第１ガイド層３０、活性層４０、第２ガイド層５０、ｐ型クラッド層６０、及びｐ型キャップ層７０それぞれのエピタキシャル成長に要するＩＩＩ族原料ガス、Ｖ族原料ガス、キャリアガス、及びドーパント原料ガスを適宜供給する。これにより、エピタキシャルウエハ１を製造する。
【００２８】
なお、ＩＩＩ族原料ガスとしては、Ａｌ（ＣＨ３）３［トリメチルアルミニウム：ＴＭＡｌ］、Ａｌ（Ｃ２Ｈ５）３［トリエチルアルミニウム］、Ｇａ（ＣＨ３）３［トリメチルガリウム：ＴＭＧａ］、Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３［トリエチルガリウム］、Ｉｎ（ＣＨ３）３［トリメチルインジウム：ＴＭＩｎ］、及びＩｎ（Ｃ２Ｈ５）３［トリエチルインジウム］等の少なくとも１種類を含む有機金属化合物を用いることができる。
【００２９】
また、Ｖ族原料ガスとしては、ＡｓＨ３［アルシン］、ＰＨ３［ホスフィン］、ＴＢＰ［ターシャリーブチルホスフィン］、Ａｓ（ＣＨ３）３［トリメチルアルシン］、ＴＢＡ［ターシャリーブチルアルシン］、及びＮＨ３［アンモニア］等の少なくとも１種類を含むガスを用いることができる。キャリアガスとしては、Ｈ２［水素］、Ｎ２［窒素］、及びＡｒ［アルゴン］等の少なくとも１種類を含むガスを用いることができる。
【００３０】
そして、ｎ型のドーパントの原料ガスは、Ｓｉ２Ｈ６［ジシラン］、ＳｉＨ４［シラン］、Ｈ２Ｓｅ［セレン化水素］、及びＴｅ（Ｃ２Ｈ５）２等の少なくとも１種類を含むガスを用いることができる。また、ｐ型のドーパントとしての炭素（Ｃ）のドープは、ＩＩＩ族原料ガス濃度に対するＶ族原料ガス濃度の比であるＶ／ＩＩＩ比の調整による有機金属化合物ガスからのオートドーピング、若しくは成長温度の調整による有機金属化合物ガスからのオートドーピングにより実施できる。あるいは、ｐ型のドーパントの原料ガスとして、ＣＢｒ４［四臭化炭素］ガスを用いることができる。
【００３１】
更に、ｐ型のドーパントのＭｇのドープは、Ｃｐ２Ｍｇ［ビスシクロペンタジエニルマグネシウム］を用いることができる。更に、ｐ型のドーパントのＺｎのドープは、ＤＥＺ［ジエチル亜鉛］又はＤＭＺ［ジメチル亜鉛］を用いることができる。
【００３２】
なお、得られたエピタキシャルウエハ１にｐ側電極及びｎ側電極を形成することもできる。ｐ側電極及びｎ側電極はそれぞれ、フォトリソグラフィー法、真空蒸着法若しくはスパッタ法等を用いて形成することができる。
【００３３】
（ｐ型クラッド層６０の機能について）
本実施の形態において、ｐ型クラッド層６０は、炭素ドープ層６２とアンドープ層６４とマグネシウムドープ層６６との三層構造を有して形成される。マグネシウムドープ層６６と炭素ドープ層６２とによりアンドープ層６４が挟まれているので、マグネシウムドープ層６６のＭｇが活性層４０側に拡散することをアンドープ層６４が抑制する。より詳細には、活性層４０側（すなわち、活性層４０近傍）に炭素ドープ層６２を形成することにより、活性層４０へのＭｇの拡散を抑制するバリア層として炭素ドープ層６２が機能する。これにより、炭素ドープ層６２が、活性層４０へのＭｇの拡散を抑制するので、エピタキシャルウエハ１から製造した発光素子のデバイス特性の低下を抑制できる。なお、エピタキシャルウエハ１から製造される発光素子においてｐ型クラッド層６０に高濃度の不純物のドープを要する場合、又はエピタキシャルウエハ１のエピタキシャル成長時の温度を高温度にすることを要する場合、Ｍｇはより活性層４０側へ拡散しやすくなるが、アンドープ層６４によりＭｇの活性層４０側への拡散を抑制できる。
【００３４】
また、炭素ドープ層６２のＣは少なくともＭｇより拡散しにくく、活性層４０にＣは拡散しにくい。したがって、マグネシウムドープ層６６にドープされたＭｇ及び炭素ドープ層６２にドープされたＣはｐ型クラッド層６０内に留まりやすいので、ｐ型クラッド層６０全体におけるキャリア濃度を略均一に保つことができる。
【００３５】
また、活性層４０中のＭｇの原子濃度を高くする場合、炭素ドープ層６２の厚さ、及び炭素ドープ層６２の炭素原子濃度を低減させる。すなわち、従来の発光素子の製造プロセス、製造技術、製造ノウハウをそのまま活用することを目的とする場合であって、活性層４０へのＭｇの拡散を従来と同程度に調整することを要する場合、炭素ドープ層６２の厚さ、及び炭素ドープ層６２の炭素原子濃度を低減させ、活性層４０中のＭｇの原子濃度を高くすることができる。
【００３６】
（実施の形態の効果）
本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ１においては、ｐ型クラッド層６０が、炭素ドープ層６２とアンドープ層６４とマグネシウムドープ層６６との三層構造から形成され、かつ、ＣはＭｇより拡散しにくいことから、ｐ型クラッド層６０にＭｇのみをドープする場合に比べて、ｐ型クラッド層６０に接する活性層４０へのｐ型不純物の拡散を低減できる。また、ｐ型クラッド層６０がＧａＡｓ若しくはＡｌＧａＡｓからなるアンドープ層６４を有しているので、アンドープ層６４と炭素ドープ層６２若しくはマグネシウムドープ層６６とのヘテロ接合界面において、マグネシウムドープ層６６にドープされたＭｇ及びｐ型キャップ層７０にドープされたＺｎを効率よくトラップすることができる。これにより、Ｍｇ及びＺｎが活性層４０に拡散することをある程度、抑制できる。したがって、本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ１によれば、ｐ型不純物の活性層４０への拡散をある程度抑制できると共に、ある程度のｐ型不純物を活性層４０に拡散させることができるので、不純物としてＭｇ又はＺｎを用いることを前提として設計された製造プロセス、製造技術、製造ノウハウを活用することができる。
【００３７】
以上により、本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ１を用いると、従来の製造プロセス、製造技術、製造ノウハウを大きく変更することなく、低い動作電流値であり、かつ、信頼性の高い高寿命の発光素子を提供することができる。
【００３８】
また、従来のようにｐ型クラッド層のｐ型不純物にＺｎ又はＭｇを用いた場合は、Ｚｎ又はＭｇの活性層４０への拡散により、活性層４０の結晶性が低下する。その結果、活性層４０の特性をフォトルミネッセンス（ＰＬ）測定で評価すると、Ｚｎ又はＭｇのドープ量の増加に伴い、発光スペクトルの半値幅が急激に広がる結果が得られる。したがって、従来のウエハにおいては、ｐ型クラッド層のキャリア濃度を４．０×１０１７ｃｍ−３程度に抑えていた。しかし、キャリア濃度を低く抑えていたので、従来のウエハから製造した発光素子の動作電流値を低くすることは困難であった。一方、本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ１においては、ｐ型クラッド層６０（例えば、マグネシウムドープ層６６）のキャリア濃度を９．０×１０１７ｃｍ−３以上にしても、炭素ドープ層６２内でＭｇの活性層４０への拡散の大部分を止めることができる。したがって、活性層４０へのＭｇの拡散は従来より少なく、活性層４０へのＭｇの拡散に起因する活性層４０の結晶性の悪化を抑制できる。これにより、本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ１によれば、ＰＬ測定により活性層４０の特性を評価すると、ＰＬ発光の半値幅が狭く維持されていることを示す結果が得られる。
【実施例】
【００３９】
実施例においては、ＤＶＤの読み書き用の光源として用いられる赤色ＬＤ用のエピタキシャルウエハを製造した。実施例に係るエピタキシャルウエハの構造は、実施の形態において説明した構造と同様である（例えば、図１参照）。
【００４０】
具体的に、実施例に係るエピタキシャルウエハは、ｎ型ＧａＡｓ基板（ただし、厚さ：５００μｍ、目標とするキャリア濃度：８．０×１０１７ｃｍ−３）上に、Ｓｉドープのｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型クラッド層（ただし、厚さ：２．５μｍ、目標とするキャリア濃度：８．０×１０１７ｃｍ−３）と、アンドープの（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第１ガイド層（ただし、厚さ：０．０２μｍ）と、アンドープの（Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる活性層と、アンドープの（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第２ガイド層（ただし、厚さ：０．０２μｍ）と、Ｃドープのｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる炭素ドープ層（ただし、厚さ：０．４μｍ、目標とするキャリア濃度：６．０×１０１８ｃｍ−３）と、アンドープのＡｌＧａＡｓ層（ただし、厚さ：１０ｎｍ）と、Ｍｇドープのｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるマグネシウムドープ層（ただし、厚さ：１．６μｍ、目標とするキャリア濃度：６．０×１０１８ｃｍ−３）と、Ｃ及びＺｎドープのｐ型ＧａＡｓからなるｐ型キャップ層（ただし、厚さ：１．５μｍ、目標とするキャリア濃度：１．２×１０２０ｃｍ−３）とをこの順にエピタキシャル成長して製造した。
【００４１】
実施例に係るエピタキシャルウエハは、ＭＯＶＰＥ法を用いて製造した。すなわち、ＭＯＶＰＥ装置のリアクター内にｎ型ＧａＡｓ基板を設置し、リアクター内を所定の雰囲気、所定の圧力に制御した後、ｎ型ＧａＡｓ基板を所定の温度に加熱した状態で、ｎ型クラッド層、第１ガイド層、活性層、第２ガイド層、ｐ型クラッド層、及びｐ型キャップ層のエピタキシャル層それぞれのエピタキシャル成長に要するＩＩＩ族原料ガス、Ｖ族原料ガス、キャリアガス、及びドーパント原料ガスを適宜供給して製造した。
【００４２】
具体的に、エピタキシャル成長温度（ただし、ｎ型ＧａＡｓ基板に対向するリアクターの面に設置した放射温度計により測定したｎ型ＧａＡｓ基板表面の温度）を８００℃に設定し、成長圧力（すなわち、リアクター内の圧力）を約１０６６６Ｐａ（８０Ｔｏｒｒ）に設定した。また、キャリアガスは水素を用いた。
【００４３】
また、各エピタキシャル層のエピタキシャル成長時にリアクター内に供給した原料ガスの流量はそれぞれ次のとおりである。
【００４４】
（ｎ型クラッド層）
ＴＭＧ：０．０１２Ｌ／分、ＴＭＡ：０．００４Ｌ／分、ＴＭＩ：０．０２Ｌ／分、Ｓｉ２Ｈ６：０．５１Ｌ／分、ＰＨ３：１．８Ｌ／分
【００４５】
（第１ガイド層及び第２ガイド層）
ＴＭＧ：０．０１４Ｌ／分、ＴＭＡ：０．００３Ｌ／分、ＴＭＩ：０．０２Ｌ／分、ＰＨ３：１．８Ｌ／分
【００４６】
（活性層）
ＴＭＧ：０．０１６Ｌ／分、ＴＭＡ：０．００２Ｌ／分、ＴＭＩ：０．０２４Ｌ／分、ＰＨ３：１．８Ｌ／分
【００４７】
（炭素ドープ層）
ＴＭＧ：０．０１２Ｌ／分、ＴＭＡ：０．００４Ｌ／分、ＴＭＩ：０．０２Ｌ／分、ＣＢｒ４：０．２２Ｌ／分、ＰＨ３：１．８Ｌ／分
【００４８】
（アンドープ層）
ＴＭＧ：０．０５２Ｌ／分、ＴＭＡ：０．０２Ｌ／分、ＡｓＨ３：０．５Ｌ／分
【００４９】
（マグネシウムドープ層）
ＴＭＧ：０．０１Ｌ／分、ＴＭＡ：０．００５Ｌ／分、ＴＭＩ：０．０２Ｌ／分、Ｃｐ２Ｍｇ：０．２６Ｌ／分、ＰＨ３：１．８Ｌ／分
【００５０】
（ｐ型キャップ層）
ＴＭＧ：０．０１２Ｌ／分、ＤＥＺ：０．９Ｌ／分、ＡｓＨ３：２Ｌ／分
【００５１】
（比較例）
比較例に係るエピタキシャルウエハとして、ｐ型クラッド層を、Ｍｇドープのｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐにしたエピタキシャルウエハを製造した。すなわち、比較例に係るエピタキシャルウエハは、実施例に係るエピタキシャルウエハとはｐ型クラッド層の構成が異なる点を除き、実施例に係るエピタキシャルウエハと同一の構成を備える。
【００５２】
（実施例に係るエピタキシャルウエハと比較例に係るエピタキシャルウエハとの比較）
実施例及び比較例に係るエピタキシャルウエハそれぞれについて、ｐ型クラッド層から活性層にかけて不純物の原料濃度分布を測定した。
【００５３】
図２は、実施例及び比較例に係るエピタキシャルウエハのｐ型クラッド層の深さ方向のキャリア濃度分布を示す。
【００５４】
図２においては、第２ガイド層と活性層との界面を深さ「０」に規定した。そして、活性層側を負に、第２ガイド層側を正にしている。図２を参照すると分かるように、実施例に係るエピタキシャルウエハでは比較例に係るエピタキシャルウエハに比べ、活性層でのＭｇ濃度が低くなっている。実施例に係るエピタキシャルウエハにおけるｐ型クラッド層の目標とするキャリア濃度と、比較例に係るエピタキシャルウエハにおけるｐ型クラッド層の目標とするキャリア濃度とはいずれも６．０×１０１８ｃｍ−３である。しかしながら、比較例のｐ型クラッド層では、ｐ型クラッド層と第２ガイド層との界面までＭｇがドープされているので、活性層中に多くのＭｇが拡散していることが測定された。
【００５５】
一方、実施例に係るエピタキシャルウエハにおいては、ｐ型クラッド層は、活性層側に炭素ドープ層を有し、マグネシウムドープ層と炭素ドープ層との間にアンドープ層を設けている。図２を参照すると、マグネシウムドープ層（すなわち、図２の深さ３０．０ｎｍ以上４０．０ｎｍ以下の領域）のＭｇの活性層への拡散が、炭素ドープ層（すなわち、図２の深さ２０．０ｎｍ以上３０．０ｎｍ以下の領域）により抑制されていることが測定された。すなわち、実施例においては、比較例に比べ、活性層中のＭｇ濃度が低いことが測定された。
【００５６】
次に、実施例及び比較例に係るエピタキシャルウエハそれぞれを用い、ＬＤを作製した。そして、作製したＬＤの動作電流値をそれぞれ測定した。その結果、実施例に係るエピタキシャルウエハから作製したＬＤの動作電流値Ｉｏｐは６７ｍＡであり、比較例に係るエピタキシャルウエハから作製したＬＤの動作電流値Ｉｏｐは８０ｍＡであった。したがって、実施例に係るエピタキシャルウエハによれば、当該エピタキシャルウエハから作製したＬＤの動作電流値を低く抑えることができ、ＬＤの信頼性の向上及び長寿命化を図ることができることが確認された。
【００５７】
また、実施例に係るエピタキシャルウエハにおいては、炭素ドープ層の厚さ及び炭素ドープ層の炭素のキャリア濃度を、Ｍｇの活性層への拡散が最適になるように調整したので、発光素子の製造プロセスのプロセス設定の変更は要さない。したがって、実施例に係るエピタキシャルウエハを用いた発光素子の製造においては、従来から蓄積された製造技術、製造ノウハウを活かすと共に、活性層へのｐ型不純物の拡散をある程度抑制することができた。
【００５８】
なお、実施例に係るエピタキシャルウエハから発光素子としてＬＤと同様に高い信頼性及び長い寿命を有するＬＥＤを作製することもできる。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００６０】
１  エピタキシャルウエハ
１０  半導体基板
２０  ｎ型クラッド層
３０  第１ガイド層
４０  活性層
５０  第２ガイド層
６０  ｐ型クラッド層
６２  炭素ドープ層
６４  アンドープ層
６６  マグネシウムドープ層
７０  ｐ型キャップ層
【図１】
2011151240.tif 000003
【図２】
2011151240.tif 000004