(57)【要約】【課題】化合物半導体発光素子の製造工程においてＩｎの遊離を極力抑え、制御性に優れた結晶成長を可能とし、良質の活性層および活性層の界面を提供することを目的とする。【解決手段】化合物半導体発光素子の製造方法において、有機金属気相成長法を用い、基板上に、下部クラッド層４を形成し、下部クラッド層上に、第１の温度でＩｎを含む活性層５を形成し、活性層上に、第２の温度で蒸発防止層であるＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ≦１）層６を形成し、ＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ≦１）層上に、第２の温度より高い第３の温度で上部クラッド層７を形成する。これによりＩｎの組成比を制御することが容易となり、かつ良質の活性層および活性層の界面を提供することができる。【選択図】図１
2008047941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属気相成長法を用い、
基板上に、下部クラッド層を形成する第１のステップと、
前記下部クラッド層上に、第１の温度でＩｎを含む活性層を形成する第２のステップと、
前記活性層上に、前記第１の温度以上の第２の温度で蒸発防止層であるＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ≦１）層を形成する第３のステップと、
前記蒸発防止層上に、前記第２の温度より高い第３の温度で上部クラッド層であるＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）層を形成する第４のステップとを備えたことを特徴とする、化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記蒸発防止層のＡｌ組成は、前記上部クラッド層のＡｌ組成以下であることを特徴とする、請求項１に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記蒸発防止層のＡｌ組成は、前記上部クラッド層のＡｌ組成より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
基板と、ｎ型下部クラッド層と、Ｉｎを含む活性層と、ｐ型上部ＡｌzＧａ1-zＮ（０＜ｚ＜１）クラッド層と、を含む化合物半導体発光素子であって、
前記ｐ型上部クラッド層は、ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）層からなり、
前記活性層と前記ｐ型上部クラッド層の間に蒸発防止層であるＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）層を有し、
前記蒸発防止層は、前記ｐ型上部クラッド層の成長温度より低い温度、かつ、前記活性層の成長温度以上の温度で成長された層であることを特徴とする、化合物半導体発光素子。
【請求項５】
前記蒸発防止層のＡｌ組成は、前記上部クラッド層のＡｌ組成以下であることを特徴とする、請求項４に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項６】
前記蒸発防止層のＡｌ組成は、前記上部クラッド層のＡｌ組成より大きいことを特徴とする、請求項５に記載の化合物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は化合物半導体発光素子の製造方法および化合物半導体発光素子に関するもので、特に青色領域で発光可能な半導体レーザダイオードや発光ダイオードの製造方法および化合物半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１７は、従来の青色領域で発光可能なＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ系化合物半導体発光素子（半導体レーザ、発光ダイオード）の模式断面を示す図である。
【０００３】
図を参照して半導体発光素子はサファイア（０００１）基板１と、サファイア（０００１）基板１上に順に積層されたＧａＮまたはＡｌＮバッファ層２、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌZＧａ1-ZＮ（０≦Ｚ≦１）下部クラッド層４、ノンドープまたはＺｎドープＩｎYＧ
ａ1-YＮ（０≦Ｙ≦１）活性層（または発光層とも呼ばれる）５、ｐ型ＡｌZＧａ1-ZＮ（
０≦Ｚ≦１）上部クラッド層７およびｐ型ＧａＮキャップ層８により構成される。またｎ型ＧａＮ層３にはｎ型電極１０が、ｐ型ＧａＮキャップ層８にはｐ型電極９が形成されている。
【０００４】
このような化合物半導体発光素子は一般的には有機金属気相成長法（以下「ＭＯＣＶＤ法」という。）により、以下の工程を経て製造される。
【０００５】
（１）  温度約１０５０℃にてサファイア基板１の表面処理を行なう。
（２）  基板温度を約５１０℃まで下げ、薄層のＧａＮまたはＡｌＮバッファ層２を成長させる。
【０００６】
（３）  基板温度を１０２０℃まで上げ、ｎ型ＧａＮ層３を成長させる。
（４）  同温度にて、ｎ型ＡｌＧａＮ下部クラッド層４を成長させる。
【０００７】
（５）  基板温度を約８００℃に下げ、ノンドープＩｎＧａＮ系活性層（またはＺｎドープ発光層）５を約１００〜５００Åの厚さに成長させる。
【０００８】
（６）  基板温度を約１０２０℃に上げて、ｐ型ＡｌＧａＮ上部クラッド層７を成長させる。
【０００９】
（７）  同温度にてｐ型ＧａＮキャップ層８を成長させる。
（８）  エッチングを行なった後、ｐ型電極９およびｎ型電極１０を形成する。
【００１０】
以上に述べた工程において、Ｉｎを含む活性層５を成長させるときの温度を約８００℃とするのは、Ｉｎの蒸気圧は比較的高いため、１０００℃以上の成長温度では所望のＩｎ比を得ることができないためである。またＡｌＧａＮクラッド層の成長温度を１０２０℃とするのはＡｌＧａＮクラッド層は１０００℃以上の温度で成長させないと、良好な結晶品質の膜とすることができないためである。
【００１１】
そのため前述した工程（４）〜（６）間において、発光素子は図１６に示される成長温度プロファイルを辿ることになるのである。図１６中、横軸は半導体の成長方向を、縦軸は成長温度を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述した従来の化合物半導体の製造方法には、ｐ型ＡｌＧａＮ上部クラッド層７を成長させるため基板温度を約１０２０℃まで上げたときに、その前の工程で作られたＩｎを含む活性層（発光層）５からＩｎの遊離が生じるという問題点があった。Ｉｎの遊離が生じることは、活性層５と上部クラッド層７との界面の悪化を招いたり、活性層５の膜厚やＩｎの混晶比を制御することが困難になるという結果に結び付いていた。
【００１３】
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、化合物半導体発光素子の製造工程においてＩｎの遊離を極力抑え、かつ制御性に優れた結晶成長を可能とし、また良質のＩｎを含む活性層および良質の活性層の界面を有する化合物半導体発光素子の製造方法および化合物半導体発光素子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】
【００１４】
本発明のある局面に従うと、化合物半導体発光素子の製造方法は、有機金属気相成長法を用い、基板上に、下部クラッド層を形成する第１のステップと、前記下部クラッド層上に、第１の温度でＩｎを含む活性層を形成する第２のステップと、前記活性層上に、前記第１の温度以上の第２の温度で蒸発防止層であるＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ≦１）層を形成する第３のステップと、前記蒸発防止層上に、前記第２の温度より高い第３の温度で上部クラッド層であるＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）層を形成する第４のステップとを備えたことを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、前記蒸発防止層のＡｌ組成は、前記上部クラッド層のＡｌ組成以下であることを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記蒸発防止層のＡｌ組成は、前記上部クラッド層のＡｌ組成より大きいことを特徴とする。
【００１７】
本発明の他の局面に従うと、化合物半導体発光素子は、基板と、ｎ型下部クラッド層と、Ｉｎを含む活性層と、ｐ型上部ＡｌzＧａ1-zＮ（０＜ｚ＜１）クラッド層と、を含む化合物半導体発光素子であって、前記ｐ型上部クラッド層は、ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）層からなり、前記活性層と前記ｐ型上部クラッド層の間に蒸発防止層であるＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）層を有し、前記蒸発防止層は、前記ｐ型上部クラッド層の成長温度より低い温度、かつ、前記活性層の成長温度以上の温度で成長された層であることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、前記蒸発防止層のＡｌ組成は、前記上部クラッド層のＡｌ組成以下であることを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、前記蒸発防止層のＡｌ組成は、前記上部クラッド層のＡｌ組成より大きいことを特徴とする。
【００２０】
本発明の化合物半導体発光素子は、活性層上に蒸発防止層を備える。この蒸発防止層の存在により、従来化合物半導体発光素子の製造中に生じていた活性層中のＩｎの遊離が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を順に説明する。なお本実施例は成長条件、有機金属化合物ガスの種類、使用材料などを下記のものに限定するものではない。本実施例は特許請求の範囲内において種々の変更を加えることができる。
【００２２】
（第１の実施例）
第１の実施例ではサファイア（０００１）ｃ面が基板として用いられ、ＭＯＣＶＤ法により各々の層の成長が行なわれる。またＩＩＩ族ガス源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）が用いられ、Ｖ族ガス源としてアンモニア（ＮＨ3）が用いられ、ｎ型ドーパント源としてモノ
シラン（ＳｉＨ4）が、ｐ型ドーパント源としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム
（Ｃｐ2Ｍｇ）が各々用いられ、キャリアガスとしてＨ2が用いられる。
【００２３】
図１は本発明の第１の実施例における半導体レーザダイオードの模式断面図である。
図を参照して本実施例における半導体レーザダイオードは、サファイア基板１と、サファイア（０００１）ｃ面基板１上に順に形成された、ＧａＮまたはＡｌＮバッファ層２、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ下部クラッド層４、ノンドープまたはＳｉドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層（または発光層ともいう）５、薄層ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ蒸発防止層６、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ上部クラッド層７、ｐ型ＧａＮキャップ層８により構成される。またｎ型ＧａＮ層３にはｎ型電極１０が、ｐ型ＧａＮキャップ層８にはｐ型電極９が形成される。
【００２４】
この半導体の積層状態が、図１７に示される従来の半導体の積層状態と異なる点は、蒸発防止層６が活性層５と上部クラッド層７との間に設けられている点である。
【００２５】
そして図１に示される半導体レーザは以下に示される工程により形成される。
（１）  ＭＯＣＶＤ装置内にサファイア基板１を導入し、基板をＨ2中で基板温度約１
０５０℃で加熱し、基板の表面処理を行なう。
【００２６】
（２）  基板温度を約５００℃まで下げ、ＧａＮまたはＡｌＮバッファ層２を成長させる。このときバッファ層２の層厚はＧａＮであれば２５０Å、ＡｌＮであれば５００Åである。
【００２７】
（３）  基板温度を約１０２０℃まで上げ、ｎ型ＧａＮ層３を約４μｍ程度の厚さに成長させる。この時点で図３に示される積層構造が形成される。
【００２８】
（４）  同じ基板温度でｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ下部クラッド層４を約１μｍの厚さに成長させる。このときの基板の積層状態を図４に示す。
【００２９】
（５）  基板温度を約８００℃に下げて、ノンドープ（ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ  ）またはＳｉドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層（または発光層）を約２００Åの膜厚で成長させる。このときの基板の積層状態を図５に示す。
【００３０】
（６）  基板温度をノンドープまたはＳｉドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層（または発光層）成長温度以下に下げて、成長温度約５００〜８００℃にて薄層ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ蒸発防止層６を成長させる。このときの基板の積層状態を図６に示す。
【００３１】
（７）  基板温度を約１０２０℃まで上げ、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ上部クラッド層７を約１μｍの層厚で成長させる。
【００３２】
（８）  次に同温度にてｐ型電極ＧａＮキャップ層８を約１μｍの厚さに成長させる。このときの基板の積層状態を図７に示す。
【００３３】
薄層ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ蒸発防止層６は、基板温度を約１０２０℃まで上げる間に良質膜となる。
【００３４】
以上のように製造されたウェハには温度約７００℃においてＮ2中で熱アニーリングが
行なわれる。熱アニーリングにより、薄層ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ蒸発防止層６、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ上部クラッド層７をおよびｐ型ＧａＮキャップ層８は高濃度ｐ型層に変化する。
【００３５】
次に電極付けを行なうために、ウェハの一部はｎ型ＧａＮ層３が露出するまでエッチングされる、その後ｐ型電極９およびｎ型電極１０がそれぞれ形成される。以上の工程を経て図１に示されるＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ系半導体レーザダイオードは製造される。
【００３６】
図２は図１の半導体レーザダイオードの下部クラッド層４から上部クラッド層７までを形成する間における結晶の成長温度プロファイルを示す図である。
【００３７】
このように本実施例における化合物半導体発光素子では活性層５の形成後、活性層５の成長温度以下の温度で蒸発防止層６が形成され、その後基板温度約１０２０℃にて上部クラッド層７が形成される。そのため活性層５中に含まれるＩｎの遊離が生ずることは防止され、これにより良質のＩｎを含む活性層および良質の活性層の界面を有する化合物半導体発光素子を提供することが可能となり、かつ、その製造工程においては制御性に優れた結晶成長が可能となる。
【００３８】
図８は本実施例の変形例である発光ダイオードの模式断面図である。図８を参照して発光ダイオードは図１に示される半導体レーザダイオードと異なり、ｐ型電極９が小さく形成される。これは活性層５により発せられた光を上部クラッド層７およびキャップ層８を介して上方にも出力させるためである。
【００３９】
（第２の実施例）
図９は本発明の第２の実施例における化合物半導体発光素子の下部クラッド層から上部クラッド層までの成長温度プロファイルを示す図である。
【００４０】
本実施例における化合物半導体発光素子の積層構造は図１および図８に示される第１の実施例と同一であるので、ここでの説明を繰返さない。第２の実施例における化合物半導体発光素子は蒸発防止層をＩｎを含む活性層の成長温度以上かつ上部クラッド層の成長温度以下の基板温度で形成することを特徴としている。
【００４１】
第２の実施例において結晶の成長にはＭＯＣＶＤ法が用いられ、基板としてサファイア（０００１）ｃ面が用いられる。またＩＩＩ族ガス源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）が用いられ、Ｖ族ガス源としてアンモニア（ＮＨ3）が用いられる。またｎ型ドーパント源として
モノシラン（ＳｉＨ4）が、ｐ型ドーパント源としてビスシクロペンタジエニルマグネシ
ウム（Ｃｐ2Ｍｇ）が、キャリアガスとしてＨ2が用いられる。その製造工程を以下に説明する。
【００４２】
（１）  ＭＯＣＶＤ装置内にサファイア基板を導入し、基板をＨ2中で基板温度約１０
５０℃で加熱し、基板の表面処理を行なう。
【００４３】
（２）  基板温度を約５００℃まで下げ、ＧａＮまたはＡｌＮバッファ層を形成する。このときのバッファ層の層厚はＧａＮであれば２５０Å、ＡｌＮであれば５００Åである。
【００４４】
（３）  基板温度を約１０２０℃まで上げて、ｎ型ＧａＮ層を約４μｍ程度成長させる。
【００４５】
（４）  同じ基板温度でｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ下部クラッド層４を約１μｍ成長させる。
【００４６】
（５）  基板温度を約８００℃に下げ、ノンドープまたはＳｉドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層（または「発光層」ともいう。）を約２００Åの膜厚で成長させる。
【００４７】
（６）  基板温度をノンドープまたはＳｉドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層の成長温度以上かつｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ上部クラッド層の成長温度以下である、約９００℃にて薄層ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ蒸発防止層を成長させる。
【００４８】
（７）  基板温度を約１０２０℃まで上げ、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ上部クラッド層を約１μｍ成長させる。
【００４９】
（８）  ｐ型電極ＧａＮキャップ層を約１μｍ成長させる。薄層ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ蒸発防止層は、基板温度を約１０２０℃まで上げる間に良質膜となる。
【００５０】
結晶の成長後ウェハには熱アニーリング、エッチングが行なわれた後電極の形成が行なわれる。これらの工程は第１の実施例と同一であるのでここでの説明を繰返さない。
【００５１】
以上に述べたように本実施例ではＩｎを含む活性層の形成後、活性層の成長温度以上かつ上部クラッド層の成長温度以下で蒸発防止層を形成するため、Ｉｎの遊離を防止することができ、制御性に優れた結晶成長が可能となり、良質のＩｎを含む活性層および活性層の界面を提供することが可能となる。
【００５２】
（第３の実施例）
第３の実施例において製造される化合物半導体発光素子の積層状態は図１および図８に示される第１の実施例における化合物半導体発光素子の積層状態と同一であるのでここでの説明を繰返さない。
【００５３】
図１０は本発明の第３の実施例における化合物半導体発光素子の下部クラッド層から上部クラッド層の形成の間の温度プロファイルを示す図である。
【００５４】
本実施例における化合物半導体発光素子の製造工程は、蒸発防止層の成長温度をＩｎを含む活性層の成長温度とほぼ同じにすることを特徴としている。
【００５５】
本実施例において化合物半導体発光素子の製造方法にはＭＯＣＶＤ法が用いられる。また基板としてサファイア（０００１）ｃ面が用いられ、ＩＩＩ族ガス源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）が用いられ、Ｖ族ガス源としてアンモニア（ＮＨ3）が用いられ、ｎ型ドーパン
ト源としてモノシラン（ＳｉＨ4）が、ｐ型ドーパント源としてビスシクロペンタジエニ
ルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）が、キャリアガスとしてＨ2が用いられる。その製造工程を以下に説明する。
【００５６】
（１）  ＭＯＣＶＤ装置内にサファイア基板を導入し、基板をＨ2中で基板温度約１０
５０℃で加熱し、基板の表面処理を行なう。
【００５７】
（２）  基板温度を約５００℃まで下げ、ＧａＮまたはＡｌＮバッファ層を成長させる。このときのバッファ層の層厚はＧａＮであれば２５０Å、ＡｌＮであれば５００Åである。
【００５８】
（３）  基板温度を約１０２０℃まで上げ、ｎ型ＧａＮ層を約４μｍ程度成長させる。
（４）  同じ基板温度でｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ下部クラッド層を約１μｍ成長させる。
【００５９】
（５）  基板温度を約８００℃に下げてノンドープまたはＳｉドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層を約２００Åの層厚で成長させる。
【００６０】
（６）  ノンドープまたはＳｉドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層の成長温度とほぼ同じ成長温度にて、薄層ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ蒸発防止層を成長させる。
【００６１】
（７）  基板温度を約１０２０℃まで上げ、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ上部クラッド層を約１μｍ成長させる。
【００６２】
（８）  ｐ型ＧａＮキャップ層を約１μｍ成長させる。薄層ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ蒸発防止層は、基板温度を約１０２０℃まで上げる間に良質膜となる。
【００６３】
また製造されたウェハは熱アニーリング、エッチングおよび電極形成の工程を経て半導体レーザや発光ダイオードなどの素子とされる。これらの工程は第１の実施例と実質的に同一であるのでここでの説明を繰返さない。
【００６４】
（第４の実施例）
図１１は本発明の第４の実施例における化合物半導体発光素子の模式断面図である。
【００６５】
図を参照して本実施例における化合物半導体発光素子は、積層されたｎ型電極１０、ｎ型ＧａＡｓ基板１１、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２、ｎ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ下部クラッド層１３、活性層２０、ｐ型（Ｍｇドープ）Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ上部クラッド層１７、絶縁層１８、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１９およびｐ型電極９により構成される。また活性層２０は図面に対して下からノンドープＧａＡｓ層１４、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓひずみ量子井戸活性層１５およびノンドープＧａＡｓ蒸発防止層１６の順に積層された化合物半導体により構成される。
【００６６】
活性層近傍のエネルギレベルを図１２に示す。また本実施例における化合物半導体発光素子にはフォトリソグラフィーとウエットエッチングにより幅３μｍのリッジ導波構造が形成されている。
【００６７】
本実施例における化合物半導体発光素子はＭＯＣＶＤ法により形成される。本実施例においては基板としてＧａＡｓが用いられ、ＩＩＩ族ガス源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）が用いられ、Ｖ族ガス源としてアルシン（ＡｓＨ3）が用いられ、ｎ型ドーパント源としてＳ
ｅが、ｐ型ドーパント源としてＭｇおよびＺｎが、キャリアガスとしてＨ2が用いられる
。そして本実施例における化合物半導体発光素子は以下の工程により製造される。
【００６８】
（１）  ＭＯＣＶＤ装置内にｎ型（１００）ＧａＡｓ基板１１を導入し、基板温度を約８００℃まで上げＧａＡｓバッファ層１２を成長させる。ＧａＡｓバッファ層の層厚は０．５μｍである。
【００６９】
（２）  同温度にてｎ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ下部クラッド層１３を層厚約１．４μｍに成長させる。
【００７０】
（３）  ノンドープ型ＧａＡｓ層１４を約１００Å成長させる。
（４）  基板温度を約６３０℃に下げてノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓひずみ量子井戸活性層１５を約１１０Åの層厚で成長させる。
【００７１】
（５）  ノンドープ型ＧａＡｓ蒸発防止層１６を約１００Åの層厚で成長させる。なお蒸発防止層の成長における基板の温度は図１３から図１５に示されるいずれの成長温度プロファイルによっても行なうことが可能である。すなわち図１３においては蒸発防止層はひずみ量子井戸活性層の成長温度である６３０℃よりも低い約５５０℃にて形成される。また図１４においては蒸発防止層はひずみ量子井戸活性層の成長温度である約６３０℃以上かつ上部クラッド層の成長温度である約８００℃以下の温度である約７００℃で成長させることができる。また図１５においては蒸発防止層はひずみ量子井戸活性層の成長温度とほぼ同じ温度である約６３０℃で成長させることが可能である。
【００７２】
（６）  ｐ型（Ｍｇドープ）Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ上部クラッド層１７を約１．４μｍの層厚で成長させる。
【００７３】
（７）  ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＡｓキャップ層１９を約１μｍの層厚で成長させる。
以上の工程を経たウェハに対し、従来の技術であるフォトリソグラフィーとウエットエッチングの技術が用いられ、図１１に示される幅３μｍのリッジ導波構造が形成される。リッジ導波構造が形成されたウェハにはｐ型およびｎ型電極が形成され素子化が行なわれる。
【００７４】
（第５の実施例）
第５の実施例において形成される化合物半導体発光素子の積層状態は図１および図８に示される第１の実施例における化合物半導体発光素子の積層構造と同一であるのでここでの説明を繰返さない。第５の実施例においてその特徴とするところは蒸発防止層を形成する物質としてＡｌ0.4Ｇａ0.6Ｎを用いる点である。これにより蒸発防止層と上部クラッド層との間の物質の化学組成の明瞭な差を付けることができ、これにより素子製造後の蒸発防止層の検証が容易となる。
【００７５】
本実施例における化合物半導体発光素子の製造にはＭＯＣＶＤ法が用いられ、基板としてサファイア（０００１）ｃ面が用いられる。またＩＩＩ族ガス源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）が用いられ、Ｖ族ガス源としてアンモニア（ＮＨ3）が用いられる。またｎ型ドーパ
ント源としてモノシラン（ＳｉＨ4）が、ｐ型ドーパント源としてビスシクロペンタジエ
ニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）が、キャリアガスとしてＨ2が用いられる。
【００７６】
そして本実施例における化合物半導体発光素子は以下の工程を経て形成される。
（１）  ＭＯＣＶＤ装置内にサファイア基板を導入し、基板温度をＨ2中で基板温度約
１０５０℃で加熱し基板の表面処理を行なう。
【００７７】
（２）  基板温度を約５００℃まで下げＧａＮまたはＡｌＮバッファ層を成長させる。このときバッファ層の層厚はＧａＮであれば２５０Å、ＡｌＮであれば５００Åである。
【００７８】
（３）  基板温度を約１０２０℃まで上げてｎ型ＧａＮ層を層厚約４μｍ程度成長させる。
【００７９】
（４）  同じ基板温度でｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ下部クラッド層を層厚約１μｍで成長させる。
【００８０】
（５）  基板温度を約８００℃に下げてノンドープまたはＳｉドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層（または発光層ともいう。）を層厚約２００Åで成長させる。
【００８１】
（６）  薄層ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ｎ蒸発防止層を成長させる。なおこのときの基板温度は約６００℃から約９００℃の間で任意に選択可能である。たとえば約６００℃、約８００℃、約９００℃等を選択することができる。
【００８２】
（７）  基板温度を約１０２０℃まで上げ、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ上部クラッド層を層厚約１μｍの厚さに成長させる。
【００８３】
（８）  ｐ型ＧａＮキャップ層を層厚約１μｍの厚さに成長させる。薄層ｐ型Ａｌ0.4
Ｇａ0.6Ｎ蒸発防止層は、基板温度を約１０２０℃まで上げる間に良質膜となる。
【００８４】
層構造の形成されたウェハには約７００℃でＮ2中にて熱アニーリングが行なわれる。
熱アニーリングにより薄層ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ｎ蒸発防止層、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ上部クラッド層およびｐ型ＧａＮキャップ層は高濃度ｐ型層に変化する。
【００８５】
次にｎ型の電極を形成するために、ｎ型ＧａＮ層が露出するまでエッチングが行なわれ、エッチングされたウェハ上にｐ型およびｎ型電極がそれぞれ形成される。
【００８６】
なお実施例の説明中結晶の成長にＭＯＣＶＤ法を用いることとしたが、成長方法としてＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）などを用いることができる。また特許請求の範囲内において使用材料、成長条件などの変更を加えることができる。
【００８７】
さらに第１から第３および第５の実施例において基板としてサファイア（０００１）ｃ面を用いることとしたが、基板としてＳｉＣ、ＭｇＯ、ＺｎＯまたはＭｇＡｌ2Ｏ4などを用いることができる。
【００８８】
さらにバッファ層として用いられる物質は化学式ＡｌXＧａ1-XＮ（０＜Ｘ＜１）などの物質を用いることができる。
【００８９】
さらに活性層は化学式ＡｌXＧａYＩｎZＮ（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１かつ０≦Ｘ・Ｙ≦１，０＜
Ｚ≦１）により構成される物質であれば何を用いてもよい。
【００９０】
さらに下部クラッド層としてｎ型ＡｌZＧａ1-ZＮ（０≦Ｚ≦１）により構成される物質を用いることが可能であり、上部クラッド層としてｐ型ＡｌZＧａ1-ZＮ（０≦Ｚ≦１）により構成される物質を用いることができる。
【００９１】
さらに第４の実施例におけるノンドープ型ＧａＡｓ層１４を構成する物質としてノンドープＡｌXＧａ1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）により構成される物質を使用することができ、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓひずみ量子井戸活性層を構成する物質として、ノンドープＩｎyＧａ1-yＡｓ（０＜ｙ≦１）を用いることが可能である。さらに第４の実施例において蒸発防止層としてｐ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）により構成される物質を使用することができる。
【００９２】
［実施の形態における効果］
本発明の化合物半導体発光素子によると、蒸発防止層を備えるため、Ｉｎの遊離を極力抑えることができ、制御性に優れた結晶成長を可能とし、良質のＩｎを含む活性層（発光層）および活性層の界面を含む化合物半導体発光素子を提供することが可能となる。
【００９３】
また、本発明の化合物半導体発光素子の製造方法によれば、活性層中に含まれるＩｎの遊離を極力抑えることができるので、制御性に優れた結晶成長を可能とし、良質のＩｎを含む活性層および活性層の界面を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の一実施例における半導体レーザダイオードの模式断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例における化合物半導体発光素子の成長温度プロファイルを示す図である。
【図３】化合物半導体発光素子の製造工程を示す第１の図である。
【図４】化合物半導体発光素子の製造工程を示す第２の図である。
【図５】化合物半導体発光素子の製造工程を示す第３の図である。
【図６】化合物半導体発光素子の製造工程を示す第４の図である。
【図７】化合物半導体発光素子の製造工程を示す第５の図である。
【図８】本発明の一実施例における発光ダイオードの模式断面図である。
【図９】本発明の第２の実施例における化合物半導体発光素子の成長温度プロファイルを示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施例における化合物半導体発光素子の成長温度プロファイルを示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施例における半導体レーザダイオードの模式断面図である。
【図１２】図１１における活性層近傍のエネルギレベルを示す図である。
【図１３】図１１のレーザダイオードを製造する過程における温度プロファイルを示す第１の図である。
【図１４】図１１のレーザダイオードを製造する過程における温度プロファイルを示す第２の図である。
【図１５】図１１のレーザダイオードを製造する過程における温度プロファイルを示す第３の図である。
【図１６】従来の化合物半導体発光素子の製造工程における温度プロファイルを示す図である。
【図１７】従来の化合物半導体発光素子の模式断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１  サファイア（０００１）基板、２  ＧａＮまたはＡｌＮバッファ層、３  ｎ型ＧａＮ層、４  ｎ型ＡｌZＧａ1-ZＮ（０≦Ｚ≦１）下部クラッド層、５  ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄまたはＳｉドープＩｎYＧａ1-YＮ（０＜Ｙ≦１）活性層（または発光層）、６  薄層ｐ型ＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ≦１）蒸発防止層、７  ｐ型ＡｌZＧａ1-ZＮ（０≦Ｚ≦１）上部クラッド層、８  ｐ型ＧａＮキャップ層、９  ｐ型電極、１０  ｎ型電極、１１  ｎ型ＧａＡｓ基板、１２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層、１３  ｎ型ＡｌZＧａ1-ZＡｓ（０≦Ｚ≦１）下部クラッド層、１４  ノンドープＡｌXＧａ1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）層、１５  ノンドープＩｎYＧａ1-YＡｓ（０＜Ｙ≦１）ひずみ量子井戸活性層、１６  ｐ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）蒸発防止層、１７  ｐ型ＡｌZＧａ1-ZＡｓ（０≦Ｚ≦１）上部クラッド層、１８  絶縁層、１９  ｐ型ＧａＡｓキャップ層、２０  活性層。
【図１】
2008047941.tif 000003
【図２】
2008047941.tif 000004
【図３】
2008047941.tif 000005
【図４】
2008047941.tif 000006
【図５】
2008047941.tif 000007
【図６】
2008047941.tif 000008
【図７】
2008047941.tif 000009
【図８】
2008047941.tif 000010
【図９】
2008047941.tif 000011
【図１０】
2008047941.tif 000012
【図１１】
2008047941.tif 000013
【図１２】
2008047941.tif 000014
【図１３】
2008047941.tif 000015
【図１４】
2008047941.tif 000016
【図１５】
2008047941.tif 000017
【図１６】
2008047941.tif 000018
【図１７】
2008047941.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月28日(2007.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属気相成長法を用いた化合物半導体発光素子の製造方法であって、
基板上に、下部クラッド層を形成する第１のステップと、
前記下部クラッド層上に、第１の温度でＩｎを含む活性層を形成する第２のステップと、
前記活性層上に、前記第１の温度以上の第２の温度でＩｎの蒸発を抑制するための蒸発防止層であるＡｌXＧａ1-XＮ（０＜Ｘ≦１）層を形成する第３のステップと、
前記蒸発防止層上に、前記第２の温度より高い第３の温度で上部クラッド層であるＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）層を形成する第４のステップと、
前記上部クラッド層上に、キャップ層を形成する第５のステップとを備え、
前記蒸発防止層のＡｌ組成を、前記上部クラッド層のＡｌ組成より大きくすることを特徴とする、化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
基板と、ｎ型下部クラッド層と、Ｉｎを含む活性層と、ｐ型上部クラッド層とを含む化合物半導体発光素子であって、
前記ｐ型上部クラッド層は、ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）層からなり、
前記上部クラッド層上にｐ型キャップ層を有し、
前記活性層と前記ｐ型上部クラッド層の間に蒸発防止層であるｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）層を有し、
前記蒸発防止層は、前記ｐ型上部クラッド層の成長温度より低い温度、かつ、前記活性層の成長温度以上の温度で成長された層であり、
前記蒸発防止層のＡｌ組成は、前記上部クラッド層のＡｌ組成より大きいことを特徴とする、化合物半導体発光素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明のある局面に従うと、化合物半導体発光素子の製造方法は、有機金属気相成長法を用い化合物半導体発光素子の製造方法であって、基板上に、下部クラッド層を形成する第１のステップと、前記下部クラッド層上に、第１の温度でＩｎを含む活性層を形成する第２のステップと、前記活性層上に、前記第１の温度以上の第２の温度でＩｎの蒸発を抑制するための蒸発防止層であるＡｌXＧａ1-XＮ（０＜Ｘ≦１）層を形成する第３のステップと、前記蒸発防止層上に、前記第２の温度より高い第３の温度で上部クラッド層であるＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）層を形成する第４のステップと、前記上部クラッド層上に、キャップ層を形成する第５のステップとを備え、前記蒸発防止層のＡｌ組成を、前記上部クラッド層のＡｌ組成より大きくすることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の他の局面に従うと、化合物半導体発光素子は、基板と、ｎ型下部クラッド層と、Ｉｎを含む活性層と、ｐ型上部クラッド層とを含む化合物半導体発光素子であって、前記ｐ型上部クラッド層は、ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）層からなり、前記上部クラッド層上にｐ型キャップ層を有し、前記活性層と前記ｐ型上部クラッド層の間に蒸発防止層であるｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）層を有し、前記蒸発防止層は、前記ｐ型上部クラッド層の成長温度より低い温度、かつ、前記活性層の成長温度以上の温度で成長された層であり、前記蒸発防止層のＡｌ組成は、前記上部クラッド層のＡｌ組成より大きいことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】