(57)【要約】【課題】発光素子の放射角制御に必要な各エピ層の屈折率を設定した発光素子用エピタキシャルウエハを提供する。【解決手段】基板２上に、ｎ型クラッド層６、活性層８、ｐ型クラッド層１０，１２を含む複数層のエピタキシャル層３を積層した発光素子用エピタキシャルウエハ１において、少なくともｎ型クラッド層６、活性層８、ｐ型クラッド１０，１２層の屈折率プロファイルＸを設定したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を含む複数層からなるエピタキシャル層を積層した発光素子用エピタキシャルウエハにおいて、少なくとも前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の屈折率プロファイルを設定したことを特徴とする発光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項２】
予め試料基板上に、前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の単一層をそれぞれ個別に形成して複数枚の試料ウエハを作製し、各試料ウエハについて、エリプソメトリを用いて前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の屈折率をそれぞれ直接測定し、これら測定値から前記屈折率プロファイルを求めて設定し、設定した屈折率プロファイルを基に、前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の各屈折率を調整して前記エピタキシャル層を積層した請求項１記載の発光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項３】
前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＡｓＰ系からなり、前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の各屈折率の調整をＡｌ組成比の調整で行った請求項１または２記載の発光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項４】
前記発光素子用エピタキシャルウエハは半導体レーザー用エピタキシャルウエハであり、前記ｎ型クラッド層と前記活性層は、上記半導体レーザー発振波長における屈折率差が０．２３〜０．２８である請求項１〜３いずれかに記載の発光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項５】
前記発光素子用エピタキシャルウエハは半導体レーザー用エピタキシャルウエハであり、前記ｐ型クラッド層と前記活性層は、上記半導体レーザー発振波長における屈折率差が０．２３〜０．２８である請求項１〜４いずれかに記載の発光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項６】
前記発光素子用エピタキシャルウエハは半導体レーザー用エピタキシャルウエハであり、前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層は、上記半導体レーザー発振波長における屈折率差が０．０１以下である請求項１〜５いずれかに記載の発光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項７】
基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を含む複数層からなるエピタキシャル層を積層する発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法において、
予め試料基板上に、前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の単一層をそれぞれ個別に形成して複数枚の試料ウエハを作製し、各試料ウエハについて、エリプソメトリを用いて前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の屈折率をそれぞれ直接測定し、これら測定値から前記屈折率プロファイルを求めて設定し、設定した屈折率プロファイルを基に、前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の各屈折率を調整して前記エピタキシャル層を積層することを特徴とする発光素子用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、主にＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：半導体レーザー）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｅｄ  Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）などの発光素子用のエピタキシャルウエハ及びその製造方法に関する（以下、エピタキシャルをエピと記す）。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰなどIII／Ｖ族化合物半導体結晶を用いたＬＤは、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）やコンパクトディスク（ＣＤ）などの光ディスクシステムにおいて、読み取り用光源や書き込み用光源として広く用いられている。また、ＬＥＤはディスプレイ、リモコン、センサー、車載用ランプ等、様々な用途に用いられている。
【０００３】
化合物半導体結晶を成長する方法の一つに有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ、以下ＭＯＶＰＥ法）がある。ＭＯＶＰＥ法では、III族有機金属原料ガスとＶ族原料ガスを、高純度水素キャリアガスとの混合ガスとして成長炉内に導入し、成長炉内で加熱された基板付近で原料が熱分解して、基板上に化合物半導体結晶がエピ成長する。
【０００４】
ＬＤ構造エピウエハは、一般に基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を含む複数層のエピタキシャル層（半導体結晶）を積層したものである。
【０００５】
活性層内で発光した光は、活性層／クラッド層の界面で全反射を繰り返して活性層内を導波し、結晶端面から外部に出射する。全反射条件は、屈折率が大きな層（屈折率ｎ１）から屈折率が小さな層（屈折率ｎ０）に光が入射するときの全反射臨界角θ（ｓｉｎθ＝ｎ０／ｎ１）で表される。ＬＤ構造エピウエハでは、屈折率が大きな活性層を屈折率が小さいクラッド層で挟む構造とすることで、全反射による光導波とウエハ端面からレーザー光の出射を実現することができる。活性層とクラッド層の屈折率差は、ＬＤを作製したときのレーザー放射角の制御に重要なパラメータである。
【０００６】
従来はエピ層の屈折率を直接計測することが困難であった。そのため、エピ層の屈折率を設定することができず、屈折率に代わる特性を設定することによってエピ層を作製していた。例えば、ＡｌＧａＡｓエピ層の場合、図３および図４に示すＡｌ組成と屈折率の関係がある（図３の出典：Ａ．Ｎ．Ｐｉｋｈｔｉｎ，Ａ．Ｄ．Ｙａｓ’ｋｏｖ，Ｓｏｖ．Ｐｈｙｓ．Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．，１４，ｎｏ．４，ｐｐ．３８９−３９２（１９８０））。
【０００７】
そこで、化合物の組成比をフォトルミネッセンス（ＰＬ）の発光波長から計算して設計値とした。４元系ＡｌＧａＩｎＰエピ層の場合にはＰＬ波長に加えて、Ｘ線回折（ＸＲＤ）による基板との格子整合度もエピウエハの設計値とした。
【０００８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００９】
【特許文献１】特開平６−３４５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来技術では、エピ層の屈折率を直接測定して設定しなかったために、ＬＤの放射角を設計どおりに制御することができないという問題があった。ここで一例として、ＡｌＧａＩｎＰエピウエハについて説明する。
【００１１】
（Ａｌx Ｇａ1-x）y Ｉｎ1-yＰをクラッド層に有するエピウエハでは、ＸＲＤとＰＬの２項目について、それぞれ次の通り設定される。
【００１２】
ＸＲＤ格子整合度：−１００±５０ａｒｃｓｅｃ
ＰＬ波長：５３０ｎｍ±１ｎｍ
組成比ｙはＸＲＤの格子整合度から、組成比ｘはＰＬ波長から算出した。ところが、このようにして求めた組成ｘと組成ｙを基に屈折率を計算してＬＤ設計すると、実際に作製したＬＤの放射角は設計値と乖離することが多かった。
【００１３】
この理由を解析した結果、次のことがわかった。
【００１４】
１）ＰＬ波長から一義的に組成比ｘを決定できない。III族元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎが原子配列する際に、規則的に整列する自然超格子（オーダーリング）と呼ばれる整列具合によってＰＬ波長が変化するからである。
【００１５】
２）ドーパントおよびドーピング濃度によって屈折率が変化する。したがって、ＬＤ放射角を制御するためには、各エピ層の屈折率を直接測定する必要があった。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、発光素子の放射角制御に必要な各エピ層の屈折率を設定した発光素子用エピタキシャルウエハ及びそ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】
【００１７】
本発明は前記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を含む複数層のエピタキシャル層を積層した発光素子用エピタキシャルウエハにおいて、少なくとも前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の屈折率プロファイルを設定した発光素子用エピタキシャルウエハである。
【００１８】
請求項２の発明は、予め試料基板上に、前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の単一層をそれぞれ個別に形成して複数枚の試料ウエハを作製し、各試料ウエハについて、エリプソメトリを用いて前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の屈折率をそれぞれ直接測定し、これら測定値から前記屈折率プロファイルを求めて設定し、設定した屈折率プロファイルを基に、前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の各屈折率を調整して前記エピタキシャル層を積層した請求項１記載の発光素子用エピタキシャルウエハである。
【００１９】
請求項３の発明は、前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＡｓＰ系からなり、前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の各屈折率の調整をＡｌ組成比の調整で行った請求項１または２記載の発光素子用エピタキシャルウエハである。
【００２０】
請求項４の発明は、前記発光素子用エピタキシャルウエハは半導体レーザー用エピタキシャルウエハであり、前記ｎ型クラッド層と前記活性層は、上記半導体レーザー発振波長における屈折率差が０．２３〜０．２８である請求項１〜３いずれかに記載の発光素子用エピタキシャルウエハである。
【００２１】
請求項５の発明は、前記発光素子用エピタキシャルウエハは半導体レーザー用エピタキシャルウエハであり、前記ｐ型クラッド層と前記活性層は、上記半導体レーザー発振波長における屈折率差が０．２３〜０．２８である請求項１〜４いずれかに記載の発光素子用エピタキシャルウエハである。
【００２２】
請求項６の発明は、前記発光素子用エピタキシャルウエハは半導体レーザー用エピタキシャルウエハであり、前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層は、上記半導体レーザー発振波長における屈折率差が０．０１以下である請求項１〜５いずれかに記載の発光素子用エピタキシャルウエハである。
【００２３】
請求項７の発明は、基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を含む複数層のエピタキシャル層を積層する発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法において、
予め試料基板上に、前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の単一層をそれぞれ個別に形成して複数枚の試料ウエハを作製し、各試料ウエハについて、エリプソメトリを用いて前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の屈折率をそれぞれ直接測定し、これら測定値から前記屈折率プロファイルを求めて設定し、設定した屈折率プロファイルを基に、前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の各屈折率を調整して前記エピタキシャル層を積層する発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、エピ層の屈折率を正確に設定したエピウエハを作製することができるようになり、発光素子の放射角のばらつきを抑え、設計値どおりに作製することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２６】
図１は、本発明の好適な実施形態を示す発光素子用エピタキシャルウエハの構造図とその屈折率プロファイル（屈折率分布）を示す図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態に係る発光素子用エピタキシャルウエハ（エピウエハ）１は、ｎ型導電性ＧａＡｓ基板などの基板２上に、複数層からなるエピタキシャル層３を積層形成したＬＤ用エピタキシャルウエハである。
【００２８】
複数層からなるエピタキシャル層３の各層は、化合物半導体結晶であり、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐの組成比を適宜異なるように調整したＡｌＧａＩｎＰ系、Ａｌ、Ｇａ、Ａｓ、Ｐの組成比を適宜異なるように調整したＡｌＧａＡｓＰ系などの４元層、あるいはＡｌ、Ｇａ、Ａｓの組成比を適宜異なるように調整したＡｌＧａＡｓ系の３元層のエピタキシャル層で構成される。
【００２９】
４元層を含むエピウエハ１は、高出力の赤色光を発するＬＤを作製する場合に用いられ、３元層を含むエピウエハ１は、高出力の赤外光を発するＬＤを作製する場合に用いられる。エピウエハ１から得られるＬＤは、例えば、ＤＶＤやＣＤの書き込み用あるいは読み込み用として使用される。
【００３０】
複数層のエピタキシャル層３は、第１バッファ層４、第２バッファ層５、ｎ型クラッド層６、アンドープガイド層７、活性層８、アンドープ第２ガイド層９、ｐ型第１クラッド層１０、エッチングストップ層１１、ｐ型第２クラッド層１２、中間層１３、コンタクト層１４を、ＭＯＶＰＥ法により基板２側から順次エピタキシャル成長させて形成したものである。
【００３１】
活性層８は、所望するＬＤの発光波長に必要なＡｌ混晶比にする。Ａｌ混晶比は、複数層のエピタキシャル層３の各層に含まれるＧａに対するＡｌ組成、あるいは単にＡｌ組成、あるいはＡｌ組成比ともいう。
【００３２】
本実施形態では、活性層８として、量子効果を示す量子井戸構造を多層にしたもの（多重量子井戸構造：ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ））を用いた。すなわち、活性層８は、ウエル層８ｗとバリア層８ｂとからなる量子井戸構造を３層積層してなる。バリア層８ｂには、アンドープガイド層７，９と同じ組成のものを用いた。
【００３３】
第１バッファ層４と第２バッファ層５は、基板２とｎ型クラッド層６の格子不整を緩和するために形成する。ｎ型クラッド層６、ｐ型第１クラッド層１０、ｐ型第２クラッド層１２は、活性層８に隣接あるいは近接して形成され、屈折率が低く、バンドギャップエネルギーが高い半導体層である。これらクラッド層６，１０，１２は、ｐ型クラッド層から注入されたホールとｎ型クラッド層から注入された電子を活性層８中に閉じこめ、誘導放出によって活性層８で発生する光を層方向（厚さ方向）に導波させる働きがある。ｐ型の不純物としては、例えばＺｎを使用し、ｎ型の不純物としては、例えばＳｉを使用する。
【００３４】
アンドープガイド層７は活性層８を成長させる際の、アンドープ第２ガイド層９はｐ型第１クラッド層１０を成長させる際のバッファ層として働く。中間層１３は、ｐ型第２クラッド層１２とコンタクト層１４の格子不整を緩和するために形成する。コンタクト層１４は、キャリア密度が高く、電極とオーミック接触を得るために形成する。図１では示していないが、このコンタクト層１４上に、さらにこれを保護するキャップ層を形成してもよい。
【００３５】
さて、本実施形態に係るエピウエハ１は、試料ウエハについて、少なくともｎ型クラッド層６、活性層８、ｐ型クラッド層１０，１２の各屈折率を直接測定して、ＬＤの放射角制御に必要な屈折率プロファイルＸを求め、求めた屈折率プロファイルＸを実際のｎ型クラッド層６、活性層８、ｐ型クラッド層１０，１２の成長条件として設定したものである。
【００３６】
本実施形態では、屈折率プロファイルＸとして、さらにアンドープガイド層７、アンドープ第２ガイド層９の各屈折率を直接測定して求めたものも含む。
【００３７】
屈折率プロファイルＸは、活性層８の屈折率を最も大きく（高く）し、以下順次ｎ型クラッド層６、ｐ型第１クラッド層１０およびｐ型第２クラッド層１２の屈折率を小さく（低く）し、アンドープガイド層７およびアンドープ第２ガイド層９の屈折率を最も小さくしてある。
【００３８】
ＬＤのターゲット波長により、まず、活性層８の組成、厚さを調整するため、活性層８以外の各層については、活性層８を調整した後に、適宜決定する。
【００３９】
ｎ型クラッド層６と活性層８は、ＬＤ発振波長における屈折率差を０．２３〜０．２８にするとよい。ｎ型クラッド層６と活性層８の屈折率差が０．２３よりも小さい場合、全反射臨界角が大きくなり、光の閉じこめが悪化する。一方、ｎ型クラッド層６と活性層８の屈折率差が０．２８を超えると、全反射臨界角が小さくなって出射角が広がりすぎる。また、活性層８中に閉じこめられた光は、その屈折率差が大きい場合に高次モードが発生する。これを防止し、基本モードとするためには、最適な屈折率差と活性層８の厚さが存在する。
【００４０】
同様の理由で、ｐ型第１クラッド層１０およびｐ型第２クラッド層１２と活性層８とは、ＬＤ発振波長における屈折率差を０．２３〜０．２８にするとよい。
【００４１】
ｎ型クラッド層６とｐ型第１クラッド層１０およびｐ型第２クラッド層１２とは、ＬＤ発振波長における屈折率差を０．０１以下にするとよい。ｎ型クラッド層６とｐ型第１クラッド層１０およびｐ型第２クラッド層１２の屈折率差が０．０１を超えると、光が屈折率の大きな層を導波するようになり、出射位置がずれる問題が発生する。
【００４２】
次に、屈折率プロファイルＸを求める方法を、エピウエハ１の製造方法と共に説明する。
【００４３】
まず、予め試料基板上に、ｎ型クラッド層６、アンドープガイド層７、活性層８、アンドープ第２ガイド層９、ｐ型第１クラッド層１０、ｐ型第２クラッド層１２の単一層をそれぞれ個別に形成して複数枚の試料ウエハを個別に作製する。
【００４４】
これら各試料ウエハについて、エリプソメトリ（分光エリプソ法）を用いて、ｎ型クラッド層６、アンドープガイド層７、活性層８、アンドープ第２ガイド層９、ｐ型第１クラッド層１０、ｐ型第２クラッド層１２の屈折率をそれぞれ直接測定し、その測定値から屈折率プロファイルＸを求める。
【００４５】
その後、求めた屈折率プロファイルＸをエピタキシャル層３の成長条件として設定し、設定した屈折率プロファイルＸを基に、実際に基板２上に成長させるｎ型クラッド層６、活性層８、ｐ型第１クラッド層１０、ｐ型第２クラッド層１２の各屈折率を調整し、エピタキシャル層３を成長させて積層する。
【００４６】
エピタキシャル層３の各層は、前述したＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓＰ系などの４元層、あるいはＡｌＧａＡｓ系の３元層なので、ｎ型クラッド層６、活性層８、ｐ型第１クラッド層１０、ｐ型第２クラッド層１２の各屈折率の調整をＡｌ組成比の調整（Ａｌ原料量の調整）で行う。
【００４７】
ここで、エリプソメトリとは、試料に直線偏光を入射し、試料の屈折率、膜厚などの状態に応じて反射した楕円偏光を解析することで、試料の屈折率、膜厚などを測定することをいう。このエリプソメトリは、例えばエリプソメータを用いて行う。
【００４８】
エリプソメータでは、まず、ＬＤから出射したレーザー光Ｌ１は、偏光子により精度の良好な直線偏光にされる。その直線偏光状態の光Ｌ２は、試料に入射されると、試料で反射されて入射時の偏光状態とは異なる偏光状態に変換され、出射光Ｌ３となる。一般に、この出射光Ｌ３は楕円偏光となる。この出射光Ｌ３は検光部に入射され、検光部を通過（透過）した光Ｌ４がＣＣＤカメラで受光される。エリプソメータでは、検光部を通過した光Ｌ４をＣＣＤカメラで受光することで、ＣＣＤアレイ上に像ができるため、この像により試料の膜厚、屈折率を精度良く、しかも非破壊で測定できる。
【００４９】
本実施形態の作用を説明する。
【００５０】
これまで分光エリプソ法によるエピ層の屈折率測定を試みた例はあったが、解析が難しい、測定精度が悪く小数点以下３桁目がばらつくという理由で、化合物半導体エピウエハには適用されなかった。
【００５１】
本発明者が分光エリプソ法による測定方法を検討した結果、化合物半導体の組成別に材料パラメータを設定した試料（前述した複数枚の試料ウエハ）を作製し、光学系の光軸調整、検出器の感度を高めることで、エピ成長の制御に必要な精度で屈折率を測定することが可能になった。
【００５２】
さらに、単一層ウエハの各層の屈折率測定において、エピ層の厚さによって屈折率精度が異なることがわかった。層が厚くなるに従い干渉によるピークが多数発生し、波長３００〜１８０ｎｍの範囲で分光データを取得すると、波長が長くなる程、屈折率プロファイルのピーク間が密となり、フィティングし易いことが判った。
【００５３】
フィティングによる計算値との誤差が最小となる最適な条件を調べた結果、エピ層の厚さは２００〜１０００ｎｍ、望ましくは５００〜８００ｎｍ、フィッティングの対象とする波長範囲は４００〜１７００ｎｍ、望ましくは５００〜１６００ｎｍであった。
【００５４】
本実施形態に係る発光素子用エピタキシャルウエハ１は、分光エリプソ法によって少なくともｎ型クラッド層６、活性層８、ｐ型第１クラッド層１０、ｐ型第２クラッド層１２の各屈折率を含む屈折率プロファイルＸを設定している。
【００５５】
屈折率プロファイルＸは、予め複数枚の試料基板上に、複数層からなるエピ層３のうち、屈折率を正確に設定したい各層の単一層をそれぞれ個別に形成して複数枚の試料ウエハを作製し、各試料ウエハについて、例えばエリプソメータを用いて各層の屈折率を直接測定して求める。
【００５６】
そして、屈折率プロファイルＸを基に、Ａｌ組成比を調整することで各層の屈折率を調整して複数層のエピ層３を積層すると、エピウエハ１が得られる。
【００５７】
屈折率の繰り返し測定再現性は、３σ（３シグマ限界法）で１０-3まで高精度に実現することができた。これは、（Ａｌx Ｇａ1-x）y Ｉｎ1-yＰの組成ｘで０．００３、ＰＬ波長では不可能であった０．５ｎｍの精度に相当し、エピ層３の規格として屈折率（屈折率プロファイルＸ）を適用するに十分な測定再現性であることが確認できた。
【００５８】
また、分光エリプソ法によれば、複数のエピ層３を一度に、かつ実構造のまま非破壊で各層の屈折率を測定することもできる。このため、従来の破壊検査によるＸＲＤ、ＰＬでは困難であったエピウエハ１の全層検査が可能になった。
【００５９】
したがって、エピウエハ１では、エピ層３に高精度に測定して求めた屈折率プロファイルＸ設定することで、従来は行われていなかったエピ層３を屈折率で設定（規格）することができ、設定した屈折率プロファイルＸと実際に作製したエピ層３の屈折率との誤差を極力なくすことができる。つまり、エピウエハ１では、高精度な構造設計と、その成長条件への正確なフィードバックが可能となり、従来のＰＬ波長からＡｌ組成を計算する場合に問題であった測定誤差を排除できる。
【００６０】
その結果、エピウエハ１によれば、エピ層３の屈折率を正確に設定したエピウエハを作製することができるようになり、ＬＤの放射角のばらつきを抑え、設計値どおりに作製することが可能になる。
【００６１】
前記実施の形態では、ｎ／ｐ構造のエピウエハ１の例で説明したが、ｐ型基板上に、ｐ型のクラッド層、ｐ型活性層、ｎ型クラッド層などを含む複数層のエピタキシャル層を順次形成したｐ／ｎ構造のエピウエハでもよい。
【００６２】
前記実施形態では、発光素子用エピタキシャルウエハの一例として、発光素子としてのＬＤ用のエピタキシャルウエハの例で説明したが、ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハについても本発明を応用できる。
【実施例】
【００６３】
III族有機金属原料ガスとＶ族原料ガスを、高純度水素キャリアガスとの混合ガスとして反応炉（成長炉）内に導入し、反応炉内で加熱された基板付近で原料が熱分解され、基板上にエピ成長するＭＯＶＰＥ法において、図２に示すＬＤエピ構造を成長させ、図１のエピウエハ１を作製した。ここではｎ型、ｐ型をそれぞれｎ−，ｐ−で示す。また、不純物を添加しないものはアンドープと呼び、ｕｎ−で示した。
【００６４】
複数層のエピ層３の原料には、Ｇａ原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、Ａｌ原料としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｉｎ原料としてＴＭＩ（トリメチルインジウム）、Ａｓ原料としてＡｓＨ3 （アルシン）、Ｐ原料としてＰＨ3 （ホスフィン）、ｎ型不純物であるＳｉ原料としてＳｉ2 Ｈ6 （ジシラン）、ｐ型不純物であるＺｎ原料としてＤＥＺ（ジエチル亜鉛）を用いた。
【００６５】
分光エリプソ測定に必要な材料パラメータを取得すべく、ｐ型第１クラッド層１０、ｐ型第１クラッド層１２、アンドープガイド層７、アンドープ第２ガイド層９、活性層８、ｎ型クラッド層６の単一層をそれぞれ個別にＧａＡｓ試料基板に成長させ、複数枚の試料ウエハを作製した。各試料ウエハに関して、入射角は７０°、測定波長範囲を４００〜１８００ｎｍとして、分光エリプソ分析を行った。各エピ層別に振動子モデルを用いて光学定数の波長分散モデルを作製して、屈折率をそれぞれ求めた。
【００６６】
実際のＬＤエピ構造は次のように作製した。ｎ型導電性ＧａＡｓ基板２上に、第１バッファ層４として２００ｎｍのｎ型ＧａＡｓ（キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、さらに第２バッファ層５として２００ｎｍのｎ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ（キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）を成長させた。その上にｎ型クラッド層６として２０００ｎｍのｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（キャリア濃度８×１０17ｃｍ-3）、アンドープガイド層７として３０ｎｍの不純物を添加しない（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐを成長させた。
【００６７】
活性層８はＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐをウェル、（Ａｌ0.4Ｇａ0.6）0.51Ｉｎ0.49Ｐをバリアとした多重カンタムウェル（ＭＱＷ）構造とし、不純物は添加しない。アンドープガイド層７と同様の結晶７０ｎｍを活性層８上にアンドープ第２ガイド層９として成長させた。
【００６８】
そして、ｐ型第１クラッド層１０として３００ｎｍの（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、エッチングストップ層１１は不純物を添加しないＧａ0.55Ｉｎ0.45Ｐ、エッチングストップ層の上に、ｐ型第１クラッド層と同一の結晶を１５００ｎｍ、ｐ型第２クラッド層１２として成長させた。さらにその上にはｐ型第２クラッド層１２とコンタクト層１４の格子不整を緩和する中間層１３（ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ（キャリア濃度２×１０18ｃｍ-3））を成長させた。最上層にはコンタクト層１４として３００ｎｍのｐ型高純度のＧａＡｓ（キャリア濃度５×１０18ｃｍ-3）を成長させた。
【００６９】
前述した分光エリプソの材料パラメータを用いて、各層を積層した構造モデルを解析することにより、実構造エピウエハのまま各層の屈折率を測定した。屈折率の測定結果を図２に示す。このようにして作製したエピウエハ１を使って、ＬＤを作製してその放射角を評価した結果、屈折率の設計値どおりの特性を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の好適な実施形態を示す発光素子用エピタキシャルウエハの構造図とその屈折率プロファイルを示す図である。
【図２】実施例における発光素子用エピタキシャルウエハのエピウエハ構造図である。
【図３】Ａｌx ＧａＡｓのＡｌ組成をパラメータとした屈折率の波長分散を示す図である。
【図４】図３から求めたＡｌＧａＡｓのＡｌ組成と波長７８０ｎｍにおける屈折率の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  発光素子用エピタキシャルウエハ
２  基板
３  エピタキシャル層
６  ｎ型クラッド層
８  活性層
１０  ｐ型第１クラッド層
１２  ｐ型第２クラッド層
Ｘ  屈折率プロファイル
【図１】
2008192810.tif 000003
【図２】
2008192810.tif 000004
【図３】
2008192810.tif 000005
【図４】
2008192810.tif 000006