(57)【要約】【課題】    反応室内で基板保持具の周辺に付着した反応生成物の再蒸発によるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性悪化を抑制する。【解決手段】    反応室内に原料ガスを供給して半導体層を成長させる場合、上流側に付着した反応生成物は、それ以降の成長時に基板が加熱されると再蒸発して原料ガスに混入し、結晶性に悪影響を及ぼす。再蒸発量は成長温度の上昇と共に増加するが、成長温度が低すぎるとマイグレーション不足により結晶欠陥が生じ、６３０℃で最も結晶欠陥を少なくすることができる。そこで、本発明にあっては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を所定の基板温度で結晶成長させる際に、成長開始前の昇温過程や組成切り替え等を行う成長中断過程において、基板温度６３０℃以上になると反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給し、成長を継続させる。【選択図】図４
2004214570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を所定の基板温度で結晶成長させる際に、結晶成長終了までに基板温度が、反応性生物の再蒸発による結晶欠陥とマイグレーション不足による結晶欠陥とを含めた結晶欠陥が最小になる最適温度以上になったときに、反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項２】
半導体基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を所定の基板温度で結晶成長させる際に、該所定の基板温度までの昇温過程において、該基板温度が、反応性生物の再蒸発による結晶欠陥とマイグレーション不足による結晶欠陥とを含めた結晶欠陥が最小になる最適温度以上になったときに、反応室内へのＩＩＩ族原料ガスの供給を開始するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項３】
前記所定の基板温度までの昇温過程においても、反応室内にＶ族原料ガスを供給する請求項２記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項４】
半導体基板上に少なくとも２層のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を異なる所定の基板温度で結晶成長させる際に、各結晶成長工程間での昇温過程または降温過程において、反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項５】
前記結晶成長工程間での昇温過程または降温過程においても、反応室内にＶ族原料ガスを供給する請求項４記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項６】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、その構成元素としてＩｎおよびＡｓの少なくとも一方を含む請求項１〜５の何れかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項７】
ＧａＡｓ基板上に少なくとも１層のＧａＡｓバッファ層を成長させる際に、第１番目に成長されるＧａＡｓバッファ層の結晶成長温度までの昇温過程において、基板温度が、反応性生物の再蒸発による結晶欠陥とマイグレーション不足による結晶欠陥とを含めた結晶欠陥が最小になる最適温度以上になったときに反応室内へのＩＩＩ族原料ガスの供給を開始するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項８】
前記第１番目に成長させるＧａＡｓバッファ層の結晶成長温度までの昇温過程において反応室内に供給されるＩＩＩ族原料ガスとして、ＧａＡｓバッファ層の成長に用いられるＩＩＩ族原料ガスを用いる請求項７記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項９】
ＧａＡｓ基板上に２層のＧａＡｓバッファ層をそれぞれ異なる所定の基板温度で結晶成長させる際に、結晶成長工程間での昇温過程または降温過程において、反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項１０】
前記結晶成長工程間での昇温過程または降温過程において反応室内に供給されるＩＩＩ族原料ガスとして、ＧａＡｓバッファ層の結晶成長に用いられるＩＩＩ族原料ガスを用いる請求項９記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項１１】
前記複数層からなるＧａＡｓバッファ層のうちの少なくとも一つの結晶成長温度を、該ＧａＡｓバッファ層上に結晶成長させるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶成長温度よりも高く設定する請求項７〜１０の何れかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項１２】
結晶成長過程において一時的にＩＩＩ族原料ガスの供給を停止する場合に、その停止時間を１０秒以内に設定する請求項１〜１１の何れかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項１３】
前記ＧａＡｓバッファ層上に、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる請求項７〜１２の何れかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項１４】
結晶成長工程間でＶ族原料ガスを切り替える場合に、切り替え温度を前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）の最適成長温度よりも低温に設定する請求項１３記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項１５】
有機金属気相成長法を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させる請求項１〜１４の何れかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項１６】
前記最適温度は６００℃である請求項１，２または７記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項１７】
前記最適温度は６３０℃である請求項１，２または７記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７の何れかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法により結晶成長させた半導体層を用いて半導体発光ダイオードまたは半導体レーザを作製する半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法、およびＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層を用いた半導体レーザや半導体発光ダイオードなどの半導体発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＧａＡｓ基板上に結晶欠陥が少ないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を成長させる方法として、例えば特許文献１には以下ような方法が提案されている。
【０００３】
図９は、特許文献１に開示されている従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法について、成長時の基板温度および原料ガス導入のパターンを時間に沿って示すダイアグラムである。
【０００４】
まず、ＧａＡｓ基板を反応容器（反応室）内に配置し、反応容器内を所望の圧力に減圧した後、反応容器内にＶ族原料ガスとしてＡｓＨ３（アルシン）を導入する。次に、ＧａＡｓ基板の基板温度を６５０℃に昇温し、反応容器内にＩＩＩ族原料ガスとしてＴＭＧ（トリメチルガリウム）を導入して、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓバッファ層を成長させる。その後、反応容器内へのＴＭＧの供給を止めてＧａＡｓバッファ層の成長を停止し、ＡｓＨ３の供給を止めると同時にＶ族原料ガスとしてＰＨ３（ホスフィン）の導入を開始する。所定の時間の経過後に、反応容器内にＩＩＩ族原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）およびＴＭＩ（トリメチルインジウム）を供給してＡｌＧａＩｎＰ層の成長を開始し、その成長過程でＧａＡｓ基板の基板温度を７５０℃に昇温する。ＧａＡｓ基板の基板温度を７５０℃に保った状態でＡｌＧａＩｎＰ層を所定の厚さになるまで成長させる。
【０００５】
この特許文献１に開示されている従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法によれば、ＡｓＨ３からＰＨ３への切り替えをＡｌＧａＩｎＰの最適成長温度よりも低温で行っている。その理由は、以下の通りである。
【０００６】
ＡｓＨ３からＰＨ３への切り替えを高い温度で行った場合、高温でＡｓＨ３が存在しないとＧａＡｓ結晶からＡｓが解離しやすいため、ＰＨ３へ切り替えた直後からＡｓ原子が解離し、これが結晶欠陥の原因となる。一方、Ａｓ原子の解離を抑制するために、ＰＨ３へ切り替えた後に短時間でＴＭＧ、ＴＭＡおよびＴＭＩの供給を始めてＡｌＧａＩｎＰの成長を開始すると、反応室内でＡｓＨ３からＰＨ３へのガスの入れ替わりが不十分となり、Ａｓ原子がＡｌＧａＩｎＰ内に混入し、これが結晶欠陥の原因となる。
【０００７】
そこで、特許文献１に開示されている従来技術では、低温でＡｓＨ３からＰＨ３にガスを切り替える。これにより、ＡｌＧａＩｎＰの最適成長温度にて切り替える場合よりもＰＨ３への切り替え直後におけるＡｓ抜けや、ＡｌＧａＩｎＰ内へのＡｓ原子の混入を抑制することができるため、良質な結晶を得ることが可能となる。
【０００８】
また、例えば特許文献２には、ＧａＡｓ基板上に結晶欠陥が少ないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を成長する方法として、以下ような方法が提案されている。
【０００９】
図１０は、特許文献２に開示されている従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法について、成長時の基板温度および原料ガス導入のパターンを時間に沿って示すダイアグラムである。
【００１０】
まず、ｎ−ＧａＡｓ基板を反応容器内に配置し、反応容器内を所望の圧力に減圧した後、反応容器内にＶ族原料ガスとしてＡｓＨ３を導入する。
【００１１】
次に、ＧａＡｓ基板を加熱してｎ−ＧａＡｓバッファ層を成長すべき第１温度７７０℃〜８３０まで基板温度を昇温する。
【００１２】
さらに、基板温度を第１温度に保ちつつ、反応容器内にＩＩＩ族原料ガスとしてＴＭＧを導入して、ｎ−ＧａＡｓ基板上に第１のｎ−ＧａＡｓバッファ層を所定の厚さまで成長させた後、ＴＭＧの供給を止めて第１のｎ−ＧａＡｓバッファ層の成長を停止する。
【００１３】
さらに、基板温度を第２温度６８０℃まで降温し、反応容器内にＴＭＧを供給して第２のｎ−ＧａＡｓバッファ層を成長させる。
【００１４】
その後、Ｖ族原料ガスをＡｓＨ３からＰＨ３に切り替えて１０秒後に、反応容器内にＩＩＩ族原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＡおよびＴＭＩを供給してＡｌＧａＩｎＰ層の成長を開始し、その成長過程でＧａＡｓ基板の基板温度を７６０℃に昇温する。ＧａＡｓ基板の基板温度を７６０℃に保った状態でＡｌＧａＩｎＰ層を所定の厚さになるまで成長させる。
【００１５】
この特許文献２に開示されている従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法によれば、ＡｌＧａＩｎＰの最適成長温度よりも高い温度で第１のＧａＡｓバッファ層を成長させている。その理由は、以下の通りである。
【００１６】
ＡｌＧａＩｎＰの成長に先立ち、より高い温度で第１のＧａＡｓバッファ層を成長させることにより、この第１のＧａＡｓバッファ層の成長中に、基板保持具等に付着していた酸素を蒸発させることができる。また、第２のＧａＡｓバッファ層やＡｌＧａＩｎＰ層は第１のＧａＡｓバッファ層よりも低温で成長させるため、基板保持具等から酸素が蒸発してくることはない。したがって、特許文献２に開示されている従来技術によれば、非発光再結合中心を形成するＡｌＧａＩｎＰ結晶を、酸素の混入を低減した良質なＡｌＧａＩｎＰ結晶として得ることが可能である。
【００１７】
また、例えば特許文献３には、Ｓｉ基板上にＧａＡｓバッファ層を成長させる際に、原料ガスが分解可能な温度から単結晶成長が可能な成長温度まで基板温度を昇温させる昇温過程において、原料ガスを供給し続けることによって、昇温過程においてもＧａＡｓ層を成長させる方法が開示されている。この特許文献３に開示されている従来技術によれば、Ｓｉ基板上に表面平坦性が良好なＧａＡｓ層を成長させることができる。
【００１８】
【特許文献１】
特開平０８−２０３８３７号公報
【００１９】
【特許文献２】
特開２０００−２１６４９６号公報
【００２０】
【特許文献３】
特開平６−２４４１２２号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１に開示されている従来技術は、ＧａＡｓとＡｌＧａＩｎＰとの界面において、ＡｓのＡｌＧａＩｎＰへの混入やＡｓの解離を抑制することにより良質な結晶を得ている。また、上述した特許文献２に開示されている従来技術は、ＧａＡｓとＡｌＧａＩｎＰとの界面において、ＡｌＧａＩｎＰへの酸素の混入を防止することにより良質な結晶を得ている。
【００２２】
しかしながら、本願発明者らがより詳細な検討を行ったところ、ＡｌＧａＩｎＰの結晶性を悪化させている原因として、上記従来技術には含まれない現象を見い出した。以下に、この現象について説明する。
【００２３】
図１１（ａ）は、化合物半導体の成長に用いられる気相成長装置の要部構成を示す断面図であり、（ｂ）はその上面図である。
【００２４】
この気相成長装置は、反応室（反応容器・リアクタ）１内に基板保持具（サセプタ）２が設けられており、基板保持具２にはＧａＡｓ基板が保持されている。原料ガスは反応室１に設けられたガス導入口１ａから供給されてガス排気口１ｂから排気され、ＧａＡｓ基板に対して一方側から他方側に向かって流れるようになっている。反応室１内にガスを供給して結晶成長を行うと、基板のみならず、基板保持具２や反応室１の基板と対向する面など、反応室１内の他の部分にも反応生成物が付着する。
【００２５】
反応室１内に付着した反応生成物は、条件によっては分解・解離し、再蒸発することによって、原料ガス内に再蒸発ガスが混入する。基板よりも下流（ガス排気口１ｂ）側で発生した再蒸発ガスは、そのまま反応室１から排気されるが、基板よりも上流（ガス導入口１ａ）側で発生した再蒸発ガスは、原料ガスに混入して基板上に到達する。
【００２６】
再蒸発ガスの影響が最も強くなるのは、半導体層の成長前や成長中断時など、成長が行われていない状態で基板表面に再蒸発ガスが到達した場合である。半導体層の成長中であれば、成長層内に均等に再蒸発により発生した元素（以下、再蒸発元素と称する）が混入するため、再蒸発元素の濃度は比較的低くなるが、半導体層の成長前や成長中断時には、基板表面や既に成長された結晶表面に再蒸発元素が付着し、これが次の成長過程までの間に蓄積されるため、再蒸発元素が成長界面に高濃度に蓄積されることとなる。
【００２７】
例えば、成長開始前の昇温過程でＩｎが再蒸発してＧａＡｓ基板表面に到達した場合、昇温過程ではＡｓＨ３が供給されているため、Ｉｎと反応・成長することによってＩｎＡｓがＧａＡｓ基板表面に形成される。ＧａＡｓに対してＩｎＡｓは大きな格子不整合を有するため、正常な結晶成長が行われず、その結果、結晶欠陥が発生する。このような結晶欠陥上にＧａＡｓバッファ層やＡｌＧａＩｎＰ層が成長されるため、良質な結晶を得ることができない。
【００２８】
また、例えばＡｌＧａＩｎＰの成長中に組成の変更等によって成長を中断する場合には、ＰＨ３を供給した状態でＩＩＩ族原料ガスの供給を停止して成長を中断するが、ＰＨ３を供給中に上流からＡｓが供給されると、ＡｓがＡｌＧａＩｎＰ表面に付着し、またはＡｌＧａＩｎＰ中のＰの一部がＡｓに置換されるなどの現象が起こり、成長界面に結晶欠陥が発生する。
【００２９】
また、本願発明者の詳細な検討によれば、反応室内で基板以外の部位に付着する反応生成物は、あらゆる元素で生じるが、特に、ＡｓおよびＩｎの付着および再蒸発が他の元素に比べて顕著であり、結晶の品質に大きく影響を及ぼすことが分かった。
【００３０】
なお、特許文献３に開示されている従来技術は、Ｓｉ基板上にＧａＡｓ層を成長する際に、ＧａＡｓを昇温しながら成長することによってＳｉ基板上にＧａＡｓを表面平坦性を良くするための技術であり、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層への不純物混入を抑制して結晶性を良好にするものではない。
【００３１】
本発明は、上記従来の事情に鑑みて為されたもので、反応室内で基板以外の部位に付着した反応生成物の再蒸発によるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性悪化を抑制することができるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法および半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法は、半導体基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を所定の基板温度で結晶成長させる際に、結晶成長終了までに基板温度が、反応性生物の再蒸発による結晶欠陥とマイグレーション不足による結晶欠陥とを含めた結晶欠陥が最小になる最適温度以上になったときに、反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３３】
また、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法において、半導体基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を所定の基板温度で結晶成長させる際に、所定の基板温度までの昇温過程において、基板温度が、反応性生物の再蒸発による結晶欠陥とマイグレーション不足による結晶欠陥とを含めた結晶欠陥が最小になる最適温度以上になったときに、反応室内へのＩＩＩ族原料ガスの供給を開始する。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法では、所定の基板温度までの昇温過程においても、反応室内にＶ族原料ガスを供給する。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法において、半導体基板上に少なくとも２層のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を異なる所定の基板温度で結晶成長させる際に、各結晶成長工程間での昇温過程または降温過程において、反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給する。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法において、結晶成長工程間での昇温過程または降温過程においても、反応室内にＶ族原料ガスを供給する。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法におけるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、その構成元素としてＩｎおよびＡｓの少なくとも一方を含む。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法において、ＧａＡｓ基板上に少なくとも１層のＧａＡｓバッファ層を成長させる際に、第１番目に成長されるＧａＡｓバッファ層の結晶成長温度までの昇温過程において、基板温度が、反応性生物の再蒸発による結晶欠陥とマイグレーション不足による結晶欠陥とを含めた結晶欠陥が最小になる最適温度以上になったときに反応室内へのＩＩＩ族原料ガスの供給を開始する。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法において、第１番目に成長させるＧａＡｓバッファ層の結晶成長温度までの昇温過程において反応室内に供給されるＩＩＩ族原料ガスとして、ＧａＡｓバッファ層の成長に用いられるＩＩＩ族原料ガスを用いる。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法において、ＧａＡｓ基板上に２層のＧａＡｓバッファ層をそれぞれ異なる所定の基板温度で結晶成長させる際に、結晶成長工程間での昇温過程または降温過程において、反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給する。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法における結晶成長工程間での昇温過程または降温過程において反応室内に供給されるＩＩＩ族原料ガスとして、ＧａＡｓバッファ層の結晶成長に用いられるＩＩＩ族原料ガスを用いる。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法において、複数層からなるＧａＡｓバッファ層のうちの少なくとも一つの結晶成長温度を、該ＧａＡｓバッファ層上に結晶成長させるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶成長温度よりも高く設定する。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法における結晶成長過程において一時的にＩＩＩ族原料ガスの供給を停止する場合に、その停止時間を１０秒以内に設定する。
【００４４】
さらに、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法において、ＧａＡｓバッファ層上に、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる。
【００４５】
さらに、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法において、結晶成長工程間でＶ族原料ガスを切り替える場合に、切り替え温度を前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）の最適成長温度よりも低温に設定する。
【００４６】
さらに、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法では、有機金属気相成長法を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させる。
【００４７】
さらに、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法における最適温度は６００℃である。また、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法における最適温度は６３０℃である。または、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法における最適温度は５００℃である。また、好ましくは、本発明の本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法における最適温度は５４０℃である。
【００４８】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、請求項１〜１７の何れかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法により結晶成長させた半導体層を用いて半導体発光ダイオードまたは半導体レーザを作製するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４９】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００５０】
本発明にあっては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を所定の基板温度で結晶成長させる際に、成長終了までに、ＩｎやＡｓの基板周辺部位からの再蒸発が増加し、かつ、マイグレーション不足による結晶欠陥が減少する最適基板温度６３０℃（６００℃であっても結晶欠陥の抑制効果が得られる）以上になったときに、反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給する。
【００５１】
通常、Ｖ族ガスは、Ａｓ抜けやＰ抜けなどを防ぐために、結晶成長を開始する前の昇温過程や結晶成長を中断している過程でも反応室内に供給されてるが、本発明では、さらに、ＩＩＩ族ガスも反応室内に供給することによって、結晶成長を継続させる。これによって、基板表面や成長界面で再蒸発元素が蓄積して高密度の欠陥が形成されることなく、良質な結晶を成長させることが可能となる。本発明は、例えば有機金属気相成長法に適用して、良質な結晶を得ることが可能となる。
【００５２】
特に、ＡｓおよびＩｎは、基板以外の部位への付着および再蒸発が他の元素に比べて顕著であり、結晶の品質に大きな影響を及ぼすため、構成元素としてＩｎやＡｓを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に適用することが好ましい。例えば、Ｉｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）層が挙げられる。Ａｓを含む半導体層としてはＧａＡｓバッファ層が挙げられる。
【００５３】
また、本発明にあっては、上記所定の基板温度までの昇温過程において、ＩｎやＡｓの基板周辺部位からの再蒸発が増加し、かつ、マイグレーション不足による結晶欠陥が減少する基板温度６３０℃以上になったときに、反応室内へのＩＩＩ族原料ガスの供給を開始する。ＩｎやＡｓの再蒸発が少ない低温で成長が開始されるので、結晶成長初期において基板表面にＩｎやＡｓが蓄積して高密度の欠陥が形成されることはなく、良質な結晶を成長させることが可能となる。
【００５４】
また、本発明にあっては、半導体基板上に少なくとも２層以上の半導体層を異なる所定の基板温度で結晶成長させる際に、成長層間での昇温過程または降温過程において、反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給する。成長層間にて成長が中断されないため、成長界面でＩｎやＡｓが蓄積して高密度の欠陥が形成されることなく、良質な結晶を成長させることが可能となる。
【００５５】
また、本発明にあっては、ＧａＡｓ基板上に少なくとも１層以上のＧａＡｓバッファ層を結晶成長させる際に、第１番目に成長させるＧａＡｓバッファ層の成長温度までの昇温過程において、基板温度が６３０℃以上になったときに反応室内へのＩＩＩ族原料ガスの供給を開始する。ＩｎやＡｓの再蒸発が少ない低温で成長が開始されるので、成長初期においてＧａＡｓ基板表面にＩｎが蓄積して高密度の欠陥が形成されることなく、良質な結晶を成長させることが可能となる。
【００５６】
この第１番目に成長させるＧａＡｓバッファ層の成長温度までの昇温過程において反応室内に供給されるＩＩＩ族原料ガスとしては、ＧａＡｓバッファ層の成長に用いられるＩＩＩ族原料ガスを用いることが好ましい。異なった原料ガスを用いると、ガスを切り替える時点で原料ガスの混合を防ぐために、それまでに用いられていた原料ガスが排出されるのを待ってから次の原料ガスを供給する必要があり、成長中断時間を設ける必要がある。これに対して、同一原料ガスを用いることにより、昇温過程でＩＩＩ族原料ガスを供給して成長を継続させることが可能であり、成長が中断されないため、より良質な結晶を成長させることが可能となる。
【００５７】
また、本発明にあっては、ＧａＡｓ基板上に成長温度が異なる２層のＧａＡｓバッファ層を成長させる際に、成長層間での昇温過程または降温過程において、反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給する。２層のＧａＡｓバッファ層間で成長が中断されないため、２層の界面でＩｎやＡｓが蓄積して高密度の欠陥を形成することなく、良質な結晶を形成することが可能となる。
【００５８】
この成長層間での昇温過程または降温過程において反応室内に供給されるＩＩＩ族原料ガスとしては、ＧａＡｓバッファ層の結晶成長に用いられるＩＩＩ族原料ガスを用いることが好ましい。異なった原料ガスを用いると、ガスを切り替える時点で原料ガスの混合を防ぐために、それまでに用いられていた原料ガスが排出されるのを待ってから次の原料ガスを供給する必要があり、成長中断時間を設ける必要がある。これに対して、同一原料ガスを用いることにより、昇温過程でＩＩＩ族原料ガスを供給して成長を継続させることが可能であり、成長が中断されないため、より良質な結晶を成長させることが可能である。
【００５９】
上記ＧａＡｓバッファ層のうちの少なくとも一つの成長温度を、ＧａＡｓバッファ層上に成長させるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長温度よりも高く設定することにより、特許文献２に開示されている従来技術のように、ＧａＡｓバッファ層の成長時に基板保持具などに付着していた酸素を蒸発させて、その上に成長されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に非発光再結合中心が形成されることを防ぐことができる。
【００６０】
このように、ＧａＡｓバッファ層の成長温度をその上に形成させるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる温度をよりも高く設定すると、そのＧａＡｓバッファ層の成長前後で、基板周辺の部位に堆積したＩｎやＡｓなどがより再蒸発しやすくなるが、そのような場合にも、ＩＩＩ族原料ガスを反応室内に供給することにより、ＩｎやＡｓの基板表面や成長界面での蓄積を少なくすることができるため、良質な結晶を得ることが可能となる。
【００６１】
また、原料ガスの切り替え時などにおいて、ＩＩＩ族原料ガスが反応室内で混合されることを防ぐために、全てのＩＩＩ族原料ガスの供給を停止して、一時的に成長を停止することがある。このように、一時的にＩＩＩ族原料ガスを停止するプロセスを含む場合に、その停止時間を１０秒以内と短く設定することにより、結晶成長中断中に成長界面でのＩｎやＡｓの蓄積を最小限に留めることができるため、良質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層となる。
【００６２】
半導体レーザやＨＥＭＴ、ＨＢＴなどの電子デバイスを作製するための結晶成長では、２〜３μｍ以下程度の比較的薄い膜が成長されるが、このような場合には、基板保持具周辺に付着される反応性生物が少ないため、その再蒸発元素が結晶性に与える影響は比較的少ない。一方、半導体発光ダイオードを作製するための結晶成長では、３μｍ以上の厚膜を成長させることが多いため、基板保持具周辺に付着する反応性物質が多く、その再蒸発元素が結晶性に与える影響も大きい。したがって、特に、半導体発光ダイオードを作製する場合に、本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法によって形成したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を用いることが有効である。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法を用いた半導体発光素子の製造方法の実施形態１〜５について具体的に説明するが、この前に、本発明の原理について説明する。
【００６４】
図１（ａ）は、本発明の実施形態１〜５で用いる、化合物半導体結晶層を成長させるために用いる気相成長装置の要部構成を示す断面図であり、図１（ｂ）はその上面図である。
【００６５】
図１（ａ）および図１（ｂ）において、本発明の実施形態で用いる気相成長装置は、反応室（リアクタ）１内にカーボン製の基板保持具（サセプタ）２が設置されており、基板保持具２にはＧａＡｓ基板が保持されている。また、反応室１にはガス導入口１ａとガス排気口１ｂとが設けられており、原料ガスは反応室１に設けられたガス導入口１ａから供給されてガス排気口１ｂから排気され、これによって反応室１内を所望の雰囲気とすることができる。
【００６６】
また、基板保持具２の下方には、基板加熱手段としての高周波コイル（ＲＦコイル）３が設けられており、高周波コイル３に高周波電流を流すことにより基板保持具２を誘導加熱してＧａＡｓ基板の基板温度を昇温させるようになっている。さらに、基板保持具２の下方には放射温度計（図示せず）が設けられており、基板保持具２の温度（基板温度）を測定し、温度制御することができるようになっている。
【００６７】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長は、有機金属気相成長法により行うことができる。ＩＩＩ族原料としてはメチル系有機金属であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族原料としてはアルシン（ＡｓＨ３）およびホスフィン（ＰＨ３）を用いる。また、ド−ピング材料としてはジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）およびシラン（ＳｉＨ４）などを用いることができる。また、基板表面の温度は、アルミニウムの溶融温度によって較正した放射温度計を用いて測定している。
【００６８】
このような気相成長装置や原料を用いて半導体発光素子を構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層を成長した後、各々必要なエッチングやフォトリソグラフィ−、金属蒸着、切断等の各種加工処理を施すことによって、半導体発光ダイオードや半導体レーザなど、所望の半導体発光素子を製造することができる。
【００６９】
この気相成長装置において、反応室１内に原料ガスを供給して結晶成長を行うと、基板のみならず、基板保持具２の周辺や反応室１の基板と対向する面など、反応室１内の他の部分にも反応生成物が付着する。この反応生成物は、それ以降の結晶成長過程において加熱されると再蒸発し、成長層の結晶品質に悪影響を及ぼす。本発明は、この反応生成物の再蒸発が結晶品質に与える悪影響を最小限に抑えることを目的としている。
【００７０】
本願発明者らは、実験により、反応生成物の再蒸発により生じる結晶欠陥と成長温度との関係を以下のようにして求めた。
【００７１】
結晶中に取り込まれる不純物元素（Ｉｎ）の量（Ｉｎ濃度）をＳＩＭＳ（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、２次イオン質量分析法）により測定し、成長温度（基板温度）と再蒸発元素量との関係を求めた。図２（ａ）は、その結果を示すグラフである。この図２（ａ）から、再蒸発元素の量（Ｉｎ濃度）は、成長温度が４００℃程度よりも高温の領域で増加し、成長温度の上昇と共に再蒸発元素量が増加することが判る。なお、再蒸発元素の量（Ａｓ濃度）は、成長温度が３００℃程度から再蒸発が始まる。
【００７２】
一方、４００℃では成長温度としては低すぎ、マイグレーションの不足から結晶欠陥を生じる。図２（ｂ）は、成長温度と結晶欠陥の数との関係を模式的に示すグラフである。この図２（ｂ）から、成長温度が上昇するとマイグレーション不足による結晶欠陥が減少することが分かる。
【００７３】
したがって、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性は、再蒸発量とマイグレーションとの兼ね合いによって決定され、低すぎる温度で結晶成長を開始させるとマイグレーション不足で結晶欠陥が増加し、高すぎると結晶成長前または成長中断時の反応生成物の再蒸発量が多くなって結晶欠陥が増加する。
【００７４】
図２（ｃ）は、実験にて成長温度とＩｎ結晶欠陥の数との関係を求めたグラフである。半導体層表面で観察される欠陥は、成長開始温度を６３０℃としたときに最も数が少なくなった。
【００７５】
尚、結晶成長を開始した後、結晶成長を継続しているうちに、基板保持具周辺に存在する反応生成物は、再蒸発により次第に減少する。したがって、上述した最適な成長開始温度６３０℃と、いわゆる最適成長温度とは異なるものである。
【００７６】
そこで、本実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を所定の基板温度で結晶成長させる際に、結晶成長終了までに、ＩｎやＡｓの基板周辺部位からの再蒸発が増加し、かつ、マイグレーション不足が少なくなる基板温度６３０℃（６００℃であっても結晶欠陥の抑制効果が得られる）以上になったときに、反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させる。
【００７７】
例えば、所定の基板温度までの昇温過程において、基板温度６３０℃以上になったときに、反応室内へのＩＩＩ族原料ガスの供給を開始してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させる。また、成長層間での昇温過程または降温過程において、反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長を継続させる。また、一時的にＩＩＩ族原料ガスを停止する場合に、その停止時間を１０秒以内と短く設定する。
【００７８】
結晶成長前の昇温過程や結晶成長中断時に比べて、結晶成長界面に堆積される再蒸発元素が結晶成長層に取り込まれて濃度が低くなるため、結晶成長層の結晶欠陥を少なくして良質な結晶構造とすることができる。
【００７９】
なお、Ａｓ濃度においては、基板温度３００℃程度から最蒸発が始まり、基板温度５４０℃が最適温度になる。よって、基板温度５４０℃（５００℃であっても結晶欠陥の抑制効果が得られる）以上になったときに、反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させるようにしてもよい。
【００８０】
図３（ａ）は、本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法を用いて作製される半導体発光ダイオードの積層構成例を示す断面図である。
【００８１】
図３（ａ）において、この半導体発光ダイオードは、ＧａＡｓ基板１１上に、ＧａＡｓバッファ層１２と、発光部１３と、電流拡散層１５とがこの順に積層されて設けられており、電流拡散層１５上には、幅方向中央部に電極１６が設けられている。
【００８２】
ＧａＡｓバッファ層１２は、第１ＧａＡｓバッファ１２ａおよび第２ａＡｓバッファ層１２ｂが基板側からこの順に積層されており、第１ＧａＡｓバッファ層１２ａは、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１））層よりも高い基板温度で結晶成長されている。なお、バッファ層を単層とする構成も可能である。
【００８３】
発光部１３は、活性層１３ｂの上下にＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層１３ｃおよびＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層１３ａが積層されている。
【００８４】
電流拡散層１５内には、幅方向の中央部に電流拡散層１５を介して電極１６と対向するように、発光部１３から厚み方向に所定の間隔を開けて電流阻止層１４が設けられている。電極１６から供給される電流は、電流阻止層１４よりも電流拡散層１４を流れ易いため、電流拡散層１５内で広げられて発光部１３に供給されるようになっている。
【００８５】
図３（ｂ）は、本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法を用いて作製される半導体レーザの積層構成例を示す断面図である。
【００８６】
図３（ｂ）において、この半導体レーザは、ＧａＡｓ基板１１上に、ＧａＡｓバッファ層１２と、発光部１３と、ＧａＡｓコンタクト層１８とがこの順に積層形成されて設けられている。
【００８７】
ＧａＡｓバッファ層１２は、第１ＧａＡｓバッファ１２ａおよび第２ａＡｓバッファ層１２ｂが基板側からこの順に積層されており、第１ＧａＡｓバッファ層１２ａは、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１））層よりも高い基板温度で成長されている。なお、バッファ層を単層とした構成も可能である。
【００８８】
発光部１３は、ＡｌＧａＩｎＰ活性層１３ｂの上下にＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層１３ｃおよびＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層１３ａが積層されている。
【００８９】
上クラッド層１３ｃは、端部が活性層１３ｂから所定の厚みを残して除去されて中央部が断面台形状に形成されており、その台形状部分を埋め込むようにＧａＡｓ電流ブロック層１７が積層されている。
【００９０】
ＧａＡｓコンタクト層１８は、ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層１３ｃの台形上部分およびＧａＡｓ電流ブロック層１７の上に渡って設けられている。ＧａＡｓコンタクト層１８側から供給される電流は、ＧａＡｓ電流ブロック層１７よりもＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層１３ｃを流れ易いため、ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層１３ｃの中央部に設けられた台形状部分を通って中央部に集められて、ＡｌＧａＩｎＰ活性層１３ｂに供給される。
【００９１】
以上により、本発明によれば、図３（ａ）または図３（ｂ）に示すような層構成を有する半導体発光ダイオードや半導体レーザを製造することができるが、本発明は、これらの層構成を含む全ての半導体発光素子の製造に適用することが可能である。
【００９２】
以下に、本発明の具体的構成について実施形態１〜５について説明する。
（実施形態１）
本実施形態１では、半導体発光素子の発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層を積層する前に、ＧａＡｓ基板１１上にＧａＡｓバッファ層１２を、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層の成長温度７３０℃よりも低い６５０℃で成長させる場合について説明する。
【００９３】
図４は、本実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法について、成長時の基板温度および原料ガス導入のパターンを経過時間に沿って示すダイアグラムである。
【００９４】
図４に示すように、まず、ＧａＡｓ基板１１を反応室１の基板保持具２上に配置し、反応室１内を所望の圧力に減圧した後、反応室１内にＶ族原料ガスとしてＡｓＨ３を導入する。さらに、ＧａＡｓ基板１１の基板温度をＧａＡｓバッファ層１２の成長温度６５０℃に昇温させる過程で、基板温度が６３０℃になったときに、反応室１内にＩＩＩ族原料ガスとしてＴＭＧを導入し、ＧａＡｓバッファ層１２を成長させる。この成長を継続しながら、ＧａＡｓ基板１１の基板温度を６５０℃まで昇温し、基板温度を６５０℃に保った状態でＧａＡｓバッファ層１２を所定の厚さになるまで成長させる。
【００９５】
次に、低温であるＧａＡｓバッファ層１２の成長温度６５０℃において、ＧａＡｓバッファ層１２のＶ族原料ガスＡｓＨ３およびＩＩＩ族原料ガスＴＭＧから、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層のＶ族原料ガスＰＨ３、ＩＩＩ族原料ガスＴＭＧ、ＴＭＡおよびＴＭＩへの切り替えを行い、成長を中断させずに継続してＡｌＧａＩｎＰ層を成長させながら、ＡｌＧａＩｎＰ層の最適成長温度である７３０℃まで昇温する。ＧａＡｓ基板１１の基板温度を７３０℃に保った状態で、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層を所定の厚さになるまで成長させる。
【００９６】
本実施形態１では、図４に◎印で示すように、ＧａＡｓバッファ層１２の成長前の昇温過程において、基板温度が６３０℃以上になった時点からＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧの供給を開始してＧａＡｓバッファ層１２を結晶成長させ、ＧａＡｓバッファ層１２の成長温度６５０℃まで継続して結晶成長を行っている。
【００９７】
ＧａＡｓバッファ層１２の成長前の昇温過程において、半導体層の成長を行わない場合には、基板温度が上昇したことにより基板保持具２の周辺の付着物が再蒸発して再蒸発元素がＧａＡｓ基板１１の表面に付着する。これが結晶欠陥の核となり、その後に成長される発光部１３を含む結晶の品質を著しく低下させることになる。
【００９８】
そこで、本実施形態１では、昇温過程においてＩＩＩ族原料ガスを供給して半導体層の成長を行った場合にも、再蒸発元素は発生するが、成長過程で結晶中に取り込まれるため、一つの界面に集中して蓄積されることはない。したがって、再蒸発元素が低濃度となり、結晶性に与える影響は軽微なものとなる。
【００９９】
本実施形態１で形成したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を用いて半導体発光ダイオードを作製し、性能を評価した結果、上記昇温過程でＩＩＩ族原料ガスを供給せずに結晶成長を行わなかった場合に比べて、約１割の輝度向上が確認された。なお、図２（ｂ）に示す半導体レーザを製造した場合についても、結晶性が向上して性能が向上する。
（実施形態２）
本実施形態２では、上記実施形態１と比較して、ＧａＡｓ基板１１上に半導体発光素子の発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層の成長温度７３０℃よりも低い温度６３０℃で第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂを成長させる前に、ＡｌＧａＩｎＰ層の成長温度７３０℃よりも高い温度７８０℃で第１ＧａＡｓ層１２ａを成長させる場合について説明する。本実施形態２の特徴は、第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂの形成前の降温過程において、ＩＩＩ族原料ガスを供給してＧａＡｓバッファ層の結晶成長を継続させることにより、再蒸発元素は発生するが、成長過程で結晶中に取り込まれるため、一つの界面に集中して蓄積されないため、結晶性悪化を抑制することができる。
【０１００】
図５は、本実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法について、成長時の基板温度および原料ガス導入のパターンを時間に沿って示すダイアグラムである。
【０１０１】
図５に示すように、まず、ＧａＡｓ基板１１を反応室１の基板保持具２上に配置し、反応室１内を所望の圧力に減圧した後、反応室１内にＶ族原料ガスとしてＡｓＨ３を導入する。ＧａＡｓ基板１１の基板温度を第１ＧａＡｓバッファ層１２ａの成長温度７８０℃に昇温して反応室１内にＩＩＩ族原料ガスとしてＴＭＧを導入し、基板温度を７８０℃に保った状態で第１ＧａＡｓバッファ層１２ａを所定の厚さになるまで成長させる。
【０１０２】
次に、ＧａＡｓ基板１１の基板温度を第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂの成長温度６３０℃まで降温させる過程で、反応室１内へのＴＭＧの供給を停止することなく成長を継続して、ＧａＡｓバッファ層を成長させる。結晶成長を中断させずに継続しながら、ＧａＡｓ基板１１の基板温度を６３０℃まで降温し、基板温度を６３０℃に保った状態で第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂを所定の厚さになるまで成長させる。
【０１０３】
次に、低温である第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂの成長温度６３０℃において、ＧａＡｓバッファ層１２のＶ族原料ガスＡｓＨ３から、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層のＶ族原料ガスＰＨ３への切り替えを行い、ＧａＡｓバッファ層１２のＩＩＩ族原料ガスＴＭＧの供給を停止して、ＧａＡｓ基板１１の基板温度をＡｌＧａＩｎＰ層の最適成長温度である７３０℃まで昇温する。この昇温過程において、ＡｓＨ３からＰＨ３へ切り替えて１秒後に、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層のＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧ、ＴＭＡおよびＴＭＩの供給を開始し、ＡｌＧａＩｎＰ層を成長させながら、ＡｌＧａＩｎＰ層の最適成長温度である７３０℃まで昇温する。ＧａＡｓ基板１１の基板温度を７３０℃に保った状態で、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層を所定の厚さになるまで成長させる。
【０１０４】
本実施形態２では、図５に◎印で示すように、第１ＧａＡｓバッファ層１２ａと第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂとの間の降温過程において、ＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧの供給を停止することなくＧａＡｓバッファ層の結晶成長を継続させ、第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂの成長温度６３０℃まで継続して成長を行っている。
【０１０５】
第１ＧａＡｓバッファ層１２ａと第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂとの間の降温過程において、ＩＩＩ族原料ガスの供給を停止して成長を中断させると、その成長中断中に、基板保持具２の周辺の付着物が再蒸発して再蒸発元素が第１ＧａＡｓバッファ層１２ａの表面に付着する。これが結晶欠陥の核となり、その後に成長される発光部１３を含む結晶の品質を著しく低下させることになる。
【０１０６】
そこで、本実施形態２のように、降温過程においてＩＩＩ族原料ガスを供給して半導体層の成長を行った場合にも、再蒸発元素は発生するが、成長過程で結晶中に取り込まれるため、一つの界面に集中して蓄積されることはない。したがって、再蒸発元素が低濃度となり、結晶性に与える影響は軽微なものとなる。
【０１０７】
本実施形態２で形成したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を用いて半導体発光ダイオードを作製し、性能を評価した結果、上記降温過程でＩＩＩ族原料ガスを供給せずに結晶成長を行わなかった場合に比べて、約１割の輝度向上が確認された。なお、図２（ｂ）に示す半導体レーザを製造した場合についても、上記と同様に、結晶性が向上して性能が向上する。
【０１０８】
（実施形態３）
本実施形態３では、上記実施形態２と同様に、ＧａＡｓ基板１１上に半導体発光素子の発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層の成長温度７３０℃よりも低い温度６３０℃で第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂを成長させる前に、ＡｌＧａＩｎＰ層の成長温度７３０℃よりも高い温度７８０℃で第１ＧａＡｓ層１２ａを成長させる場合について説明する。
【０１０９】
図６は、本実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法について、成長時の基板温度および原料ガス導入のパターンを経過時間に沿って示すダイアグラムである。
【０１１０】
図６に示すように、まず、ＧａＡｓ基板１１を反応室１の基板保持具２上に配置し、反応室１内を所望の圧力に減圧した後、反応室１内にＶ族原料ガスとしてＡｓＨ３を導入する。ＧａＡｓ基板１１の基板温度を第１ＧａＡｓバッファ層１２ａの成長温度７８０℃に昇温させる過程で、基板温度が６３０℃になったときに、反応室１内にＩＩＩ族原料ガスとしてＴＭＧを導入し、ＧａＡｓバッファ層を結晶成長させる。その結晶成長を継続しながら、ＧａＡｓ基板１１の基板温度を７８０℃まで昇温し、基板温度を７８０℃に保った状態で第１ＧａＡｓバッファ層１２ａを所定の厚さになるまで結晶成長させる。
【０１１１】
次に、ＧａＡｓ基板１１の基板温度を第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂの成長温度６３０℃まで降温させる過程で、反応室１内へのＴＭＧの供給を停止することなく成長を継続して、ＧａＡｓバッファ層を成長させる。結晶成長を中断させずに継続しながら、ＧａＡｓ基板１１の基板温度を６３０℃まで降温し、基板温度を６３０℃に保った状態で第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂを所定の厚さになるまで成長させる。
【０１１２】
さらに、低温である第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂの成長温度６３０℃において、ＧａＡｓバッファ層１２のＶ族原料ガスＡｓＨ３から、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層のＶ族原料ガスＰＨ３への切り替えを行い、ＧａＡｓバッファ層１２のＩＩＩ族原料ガスＴＭＧの供給を停止して、ＧａＡｓ基板１１の基板温度をＡｌＧａＩｎＰ層の最適成長温度である７３０℃まで昇温する。この昇温過程において、ＡｓＨ３からＰＨ３へ切り替えて２秒後に、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層のＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧ、ＴＭＡおよびＴＭＩの供給を開始し、ＡｌＧａＩｎＰ層を成長させながら、ＡｌＧａＩｎＰ層の最適成長温度である７３０℃まで昇温する。ＧａＡｓ基板１１の基板温度を７３０℃に保った状態で、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層を所定の厚さになるまで成長させる。
【０１１３】
本実施形態３では、図６の左側の◎印で示すように、第１ＧａＡｓバッファ層１２ａの成長前の昇温過程において、基板温度が６３０℃以上になった時点からＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧの供給を開始して第１ＧａＡｓバッファ層を結晶成長させ、第１ＧａＡｓバッファ層１２ａの成長温度７８０℃まで継続して成長を行っている。
【０１１４】
また、本実施形態３では、図６の右側の◎印で示すように、第１ＧａＡｓバッファ層１２ａと第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂとの間の降温過程において、ＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧの供給を停止することなくＧａＡｓバッファ層の結晶成長を継続させ、第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂの成長温度６３０℃まで継続して成長を行っている。
【０１１５】
上記実施形態１および実施形態２で説明したように、ＧａＡｓバッファ層１２の成長前の昇温過程や、第１ＧａＡｓバッファ層１２ａと第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂとの間の降温過程において、ＩＩＩ族原料ガスを供給せずに半導体層の成長を行わない場合には、基板保持具２の周辺の付着物が再蒸発して再蒸発元素がＧａＡｓ基板１１や第１ＧａＡｓバッファ層１２ａの表面に付着する。これが結晶欠陥の核となり、その後に成長される発光部１３を含む結晶の品質を著しく低下させることになる。
【０１１６】
そこで、本実施形態３では、昇温過程や降温過程においてＩＩＩ族原料ガスを供給して半導体層の成長を行った場合にも、再蒸発元素は発生するが、成長過程で結晶中に取り込まれるため、一つの界面に集中して蓄積されることはない。したがって、再蒸発元素が低濃度となり、層の結晶性に与える影響は軽微なものとなる。
【０１１７】
本実施形態３で形成したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を用いて半導体発光ダイオードを作製し、性能を評価した結果、上記降温過程でＩＩＩ族原料ガスを供給せずに結晶成長を行わなかった場合に比べて、約２割の輝度向上が確認された。なお、図２（ｂ）に示す半導体レーザを製造した場合についても、上記と同様に、結晶性が向上して性能が向上する。
（実施形態４）
本実施形態４では、上記実施形態１と比較して、ＧａＡｓバッファ層１２と半導体発光素子の発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層との間に、ＤＢＲ層（光反射層）を設ける場合について説明する。ＤＢＲ層は、発光部１３から発生した光のうち、基板方向へ向かう光を反射して基板と反対面である光取り出し面側に向かわせることにより、光の取り出し効率を向上させるなどの目的で設けられる。ＤＢＲ層は、ＡｌＧａＩｎＰ層の成長温度７３０℃と同じ基板温度で、ＡｌＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層とを交互に２０回繰り返して結晶成長させることにより形成することができる。
【０１１８】
図７は、本実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法について、成長時の基板温度および原料ガス導入のパターンを経過時間に沿って示すダイアグラムである。
【０１１９】
図７に示すように、まず、ＧａＡｓ基板１１を反応室１の基板保持具２上に配置し、反応室１内を所望の圧力に減圧した後、反応室１内にＶ族原料ガスとしてＡｓＨ３を導入する。ＧａＡｓ基板１１の基板温度をＧａＡｓバッファ層１２の成長温度６７０℃に昇温させる過程で、基板温度が６３０℃になったときに、反応室１内にＩＩＩ族原料ガスとしてＴＭＧを導入し、ＧａＡｓバッファ層を結晶成長させる。その結晶成長を継続しながら、ＧａＡｓ基板１１の基板温度を６７０℃まで昇温させ、基板温度を６７０℃に保った状態でＧａＡｓバッファ層１２を所定の厚さになるまで成長させる。ＧａＡｓ基板１１の基板温度をＤＢＲ層の成長温度７３０℃まで昇温させる過程で、反応室１内へのＴＭＧの供給を停止することなく結晶成長を継続させて、ＧａＡｓバッファ層を結晶成長させる。
【０１２０】
次に、ＤＢＲ層の成長温度７３０℃において、ＩＩＩ族原料ガスとしてＴＭＡを供給することにより所定の厚さのＡｌＡｓ層を成長させ、ＴＭＡおよびＴＭＧを供給することにより所定の膜厚さのＡｌＧａＡｓを成長させることを交互に繰り返して、ＤＢＲ層を形成する。ＧａＡｓ基板１１の基板温度を、一旦、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層の成長温度７３０℃よりも低い６３０℃まで降温させる過程で、ＤＢＲ層のＶ族原料ガスＡｓＨ３、ＩＩＩ族原料ガスＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止することなく結晶成長を継続させて、ＧａＡｓバッファ層を結晶成長させる。
【０１２１】
さらに、低温である基板温度６３０℃において、ＤＢＲ層のＶ族原料ガスＡｓＨ３から、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層のＶ族原料ガスＰＨ３への切り替えを行い、ＤＢＲ層のＩＩＩ族原料ガスＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止して、ＧａＡｓ基板１１の基板温度をＡｌＧａＩｎＰ層の最適成長温度である７３０℃まで昇温する。この昇温過程において、ＡｓＨ３からＰＨ３へ切り替えて５秒後に、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層のＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧ、ＴＭＡおよびＴＭＩの供給を開始し、ＡｌＧａＩｎＰ層を成長させながら、ＡｌＧａＩｎＰ層の最適成長温度である７３０℃まで昇温する。ＧａＡｓ基板１１の基板温度を７３０℃に保った状態で、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層を所定の厚さになるまで結晶成長させる。
【０１２２】
本実施形態４では、図７の左側の◎印で示すように、ＧａＡｓバッファ層１２の成長前の昇温過程において、基板温度が６３０℃以上になった時点からＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧの供給を開始してＧａＡｓバッファ層を成長させ、ＧａＡｓバッファ層１２の成長温度６７０℃まで継続して成長を行っている。
【０１２３】
また、本実施形態４では、図７の中央の◎印で示すように、ＧａＡｓバッファ層１２とＤＢＲ層との間の昇温過程において、ＧａＡｓバッファ層のＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧの供給を停止させることなく、ＧａＡｓバッファ層の結晶成長を継続させ、ＤＢＲ層の成長温度７３０℃まで継続して成長を行っている。
【０１２４】
さらに、本実施形態４では、図７の右側の◎印で示すように、ＤＢＲ層と発光部１３との間で原料ガスを切り替えるために行う降温過程において、ＤＢＲ層の最後の成長層であるＡｌＧａＡｓのＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止させることなくＡｌＧａＡｓ層の結晶成長を継続させ、基板温度６３０℃まで継続して成長を行っている。
【０１２５】
このように、昇温過程および降温過程で供給する原料ガスとして、その前に供給していた原料ガスと同じものを用いることにより、原料ガスを切り替える煩わしさやガス切り替えに伴って界面で生じる結晶の乱れを防ぐことができる。
【０１２６】
ここで、ＤＢＲ層の成長時には、ＡｌＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層との間で原料ガスを切り替えることが必要である。通常、原料ガスを切り替える際には、原料ガスが反応室１内から排出される時間を考慮して、結晶成長中断を行うが、本実施形態４では、その成長中断期間に再蒸発元素が付着することを防ぐため、結晶成長中断を行っていない。反応室１内で原料ガスの流れに乱れがなく、スムーズに原料ガスが入れ替わる場合には、結晶成長中断を行う必要はない。
【０１２７】
また、原料ガスを切り替えるために成長中断を行う場合でも、その時間が短い方が結晶性に与える影響は軽微であるため、成長中断時間を１０秒以下とすることが好ましい。
【０１２８】
本実施形態４では、ＤＢＲ層と発光部１３とで原料ガスを切り替える際に、昇温中に成長が中断されている時間を５秒と極力短くすることにより、その上に成長される発光部１３の結晶性を向上させている。
【０１２９】
本実施形態４で形成したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を用いて半導体発光ダイオードを作製し、その性能を評価した結果、上記降温過程でＩＩＩ族原料ガスを供給せずに結晶成長を行わなかった場合に比べて、約２．５割の輝度向上が確認された。なお、図２（ｂ）に示す半導体レーザを製造した場合についても、上記と同様に結晶性が向上して性能が向上する。
【０１３０】
（実施形態５）
本実施形態５では、上記実施形態２，３と比較して、第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂと半導体発光素子の発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層との間に、ＤＢＲ層（光反射層）を設ける場合について説明する。ＤＢＲ層は、発光部１３から発生した光のうち、基板方向へ向かう光を反射して基板と反対面である光取り出し面側に向かわせることにより、光の取り出し効率を向上させる等の目的で設けられる。ＤＢＲ層は、ＡｌＧａＩｎＰ層の成長温度７３０℃と同じ温度で、ＡｌＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層とを交互に２０回繰り返して成長させることにより形成することができる。
【０１３１】
図８は、本実施形態５のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法について、成長時の基板温度および原料ガス導入のパターンを経過時間に沿って示すダイアグラムである。
【０１３２】
図８に示すように、まず、ＧａＡｓ基板１１を反応室１の基板保持具２上に配置し、反応室１内を所望の圧力に減圧した後、反応室１内にＶ族原料ガスとしてＡｓＨ３を導入する。ＧａＡｓ基板１１の基板温度を第１ＧａＡｓバッファ層１２ａの成長温度７８０℃に昇温させる過程で、基板温度が６３０℃になったときに、反応室１内にＩＩＩ族原料ガスとしてＴＭＧを導入し、ＧａＡｓバッファ層を結晶成長させる。その結晶成長を継続しながら、ＧａＡｓ基板１１の基板温度を７８０℃まで昇温し、基板温度を７８０℃に保った状態で第１ＧａＡｓバッファ層１２ａを所定の厚さになるまで成長させる。
【０１３３】
次に、ＧａＡｓ基板１１の基板温度を第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂの成長温度６３０℃まで降温させる過程で、反応室１内へのＴＭＧの供給を停止することなく成長を継続して、ＧａＡｓバッファ層を結晶成長させる。その結晶成長を中断させずに継続しながら、ＧａＡｓ基板１１の基板温度を６３０℃まで降温し、基板温度を６３０℃に保った状態で第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂを所定の厚さになるまで成長させる。ＧａＡｓ基板１１の基板温度をＤＢＲ層の成長温度７３０℃まで昇温させる過程で、反応室１内へのＴＭＧの供給を停止することなく結晶成長を継続して、ＧａＡｓ層を結晶成長させる。
【０１３４】
さらに、ＤＢＲ層の成長温度７３０℃において、ＩＩＩ族原料ガスとしてＴＭＡを供給することにより所定の厚さのＡｌＡｓ層を成長させ、ＴＭＡおよびＴＭＧを供給することにより所定の厚さのＡｌＧａＡｓ層を成長することを交互に繰り返して、ＤＢＲ層を形成する。ＧａＡｓ基板１１の基板温度を、一旦、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層の成長温度７３０℃よりも低い６３０℃まで降温させる過程で、ＤＢＲ層のＶ族原料ガスＡｓＨ３、ＩＩＩ族原料ガスＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止することなく結晶成長を継続して、ＡｌＧａＡｓ層を結晶成長させる。
【０１３５】
さらに、低温である基板温度６３０℃において、ＤＢＲ層のＶ族原料ガスＡｓＨ３から、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層のＶ族原料ガスＰＨ３への切り替えを行い、ＤＢＲ層のＩＩＩ族原料ガスＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止して、ＧａＡｓ基板１１の基板温度をＡｌＧａＩｎＰ層の最適成長温度である７３０℃まで昇温する。この昇温過程において、ＡｓＨ３からＰＨ３へ切り替えて１秒後に、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層のＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧ、ＴＭＡおよびＴＭＩの供給を開始し、ＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させながら、ＡｌＧａＩｎＰ層の最適成長温度である７３０℃まで昇温する。ＧａＡｓ基板１１の基板温度を７３０℃に保った状態で、発光部１３を構成するＡｌＧａＩｎＰ層を所定の厚さになるまで結晶成長させる。
【０１３６】
本実施形態５では、図８の最も左側の◎印で示すように、第１ＧａＡｓバッファ層１２ａの成長前の昇温過程において、基板温度が６３０℃以上になった時点からＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧの供給を開始してＧａＡｓバッファ層を結晶成長させ、第１ＧａＡｓバッファ層１２ａの成長温度７８０℃まで継続して結晶成長を行っている。
【０１３７】
また、本実施形態５では、図８の左から２番目の◎で示すように、第１ＧａＡｓバッファ層１２ａと第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂとの間の降温過程において、ＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧの供給を停止することなくＧａＡｓバッファ層の結晶成長を継続させ、第２ＧａＡｓバッファ層１２ｂの成長温度６３０℃まで継続して結晶成長を行っている。
【０１３８】
また、本実施形態５では、図８の右から２番目の◎印で示すように、ＧａＡｓバッファ層１２とＤＢＲ層との間の昇温過程において、ＧａＡｓバッファ層のＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧの供給を停止することなくＧａＡｓ層の結晶成長を継続させ、ＤＢＲ層の成長温度７３０℃まで継続して結晶成長を行っている。
【０１３９】
さらに、本実施形態５では、図８の最も右側の◎印で示すように、ＤＢＲ層と発光部１３との間で原料ガスを切り替えるために行う降温過程において、ＤＢＲ層の最後の成長層であるＡｌＧａＡｓのＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止することなくＡｌＧａＡｓ層の結晶成長を継続させ、基板温度６３０℃まで継続して成長を行っている。
【０１４０】
このように、昇温過程および降温過程で供給する原料ガスとして、その前に供給していた原料ガスと同じものを用いることにより、原料ガスを切り替える煩わしさやガス切り替えに伴って界面で生じる結晶の乱れを防ぐことができる。
【０１４１】
ここで、ＤＢＲ層の成長時には、ＡｌＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層との間で原料ガスを切り替えることが必要である。通常、原料ガスを切り替える際には、原料ガスが反応室１内から排出される時間を考慮して、成長中断を行うが、本実施形態５では、その成長中断期間に再蒸発元素が付着することを防ぐため、成長中断を行っていない。反応室１内で原料ガスの流れに乱れがなく、スムーズに原料ガスが入れ替わる場合には、成長中断を行う必要はない。
【０１４２】
また、原料ガスを切り替えるために成長中断を行う場合でも、その時間が短い方が結晶性に与える影響は軽微であるため、成長中断時間を１０秒以下とすることが好ましい。
【０１４３】
本実施形態５では、ＤＢＲ層と発光部１３とで原料ガスを切り替える際に、昇温中に成長が中断されている時間を１秒と極力短くすることにより、その上に成長される発光部１３の結晶性を向上している。
【０１４４】
本実施形態５で形成したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を用いて半導体発光ダイオードを作製し、性能を評価した結果、上記降温過程でＩＩＩ族原料ガスを供給せずに結晶成長を行わなかった場合に比べて、約２．５割の輝度向上が確認された。なお、図２（ｂ）に示す半導体レーザを製造した場合についても、上記と同様に、結晶性が向上して性能が向上する。
【０１４５】
以上により、反応室１内に原料ガスを供給して半導体層を成長させる場合、上流側に付着した反応生成物は、それ以降の成長時に基板が加熱されると再蒸発して原料ガスに混入し、結晶性に悪影響を及ぼす。再蒸発量は成長温度の上昇と共に増加するが、成長温度が低すぎるとマイグレーション不足により結晶欠陥が生じ、６３０℃で最も結晶欠陥を少なくすることができる。そこで、上記実施形態１〜５によれば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を所定の基板温度で結晶成長させる際に、結晶成長開始前の昇温過程や組成切り替えなどを行う成長中断過程において、基板温度６３０℃以上になると反応室１内にＩＩＩ族原料ガスを供給し、結晶成長を継続させる。これによって、反応室１内で基板保持具の周辺に付着した反応生成物の再蒸発によるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性悪化を抑制することができる。
【０１４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を所定の基板温度で結晶成長させる際に、基板温度が６３０℃以上になったときにＩＩＩ族原料ガスを反応室内に供給することによって成長が中断されずに継続されるため、基板保持具周辺に付着した反応生成物からＡｓやＩｎ等の再蒸発元素が基板表面や成長界面に蓄積して取り込まれることを防ぐことができ、良質な結晶を得ることができる。
【０１４７】
また、本発明によれば、半導体結晶層成長前の昇温過程において、基板温度が６３０℃以上になったときに反応室内へのＩＩＩ族原料ガスの供給を開始することによって、成長初期において基板保持具周辺に付着した反応生成物からＡｓやＩｎ等の再蒸発元素が基板表面や成長界面に蓄積して取り込まれることを防ぐことができ、良質な結晶を得ることができる。
【０１４８】
また、本発明によれば、成長層間での昇温過程または降温過程において、反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給することによって、成長層間にて成長が中断されずに継続されるため、成長層間の界面でＩｎやＡｓが蓄積して高密度の欠陥が形成されることなく、良質な結晶を成長させることができる。
【０１４９】
また、本発明によれば、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓバッファ層を成長させる際に、ＧａＡｓバッファ層の成長温度までの昇温過程において、基板温度が６３０℃以上になったときに反応室内へのＩＩＩ族原料ガスの供給を開始することによって、成長初期において基板保持具周辺に付着した反応生成物からＡｓやＩｎ等の再蒸発元素が基板表面や成長界面に蓄積して取り込まれることを防ぐことができ、良質な結晶を得ることができる。
【０１５０】
また、第１番目に成長されるＧａＡｓバッファ層の成長温度までの昇温過程において反応室内に供給されるＩＩＩ族原料ガスとして、ＧａＡｓバッファ層の成長に用いられるＩＩＩ族原料ガスを用いることにより、原料ガスを切り替える煩わしさが無くなり、原料ガスの切り替えに伴って成長界面で生じる結晶の乱れを防いで、より良質な結晶を得ることができる。
【０１５１】
また、本発明によれば、ＧａＡｓ基板上に成長温度が異なる２層のＧａＡｓバッファ層を成長させる際に、成長層間での昇温過程または降温過程において、反応室内にＩＩＩ族原料ガスを供給することによって、成長層間にて成長が中断されずに継続されるため、成長層間の界面でＩｎやＡｓが蓄積して高密度の欠陥が形成されることなく、良質な結晶を成長させることができる。
【０１５２】
また、成長層間での昇温過程または降温過程において反応室内に供給されるＩＩＩ族原料ガスとして、ＧａＡｓバッファ層の成長に用いられるＩＩＩ族原料ガスを用いることにより、原料ガスを切り替える煩わしさが無くなり、原料ガスの切り替えに伴って成長界面で生じる結晶の乱れを防いで、より良質な結晶を得ることができる。
【０１５３】
また、ＧａＡｓバッファ層のうちの少なくとも一つの成長温度を、ＧａＡｓバッファ層の上に成長されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長温度よりも高く設定することにより、ＧａＡｓバッファ層の成長時に基板保持具などに付着していた酸素を蒸発させることが可能である。この場合には、成長温度が高温になるため、基板保持具周辺に付着した反応生成物の再蒸発が多くなり、その前後で成長が中断されると、結晶性に与える悪影響はより顕著になる。したがって、このようにＧａＡｓバッファ層のうちの少なくとも１つを高温で成長させる場合には、その前後の昇温過程または降温過程においてＩＩＩ族原料ガスを反応室内に供給して成長を継続させることが好ましい。
【０１５４】
また、成長層の組成を変更するために原料ガスの切り替えを行う場合などに、一時的にＩＩＩ族原料ガスの供給を停止して成長を中断することがあるが、このような場合には、その停止時間を１０秒以内と短く設定することが好ましい。半導体層の成長は中断されないことが好ましいが、成長中断時間を設ける必要がある場合には、１０秒以下に設定することにより、成長中断中に成長界面でのＩｎやＡｓの蓄積を最小限に留めることができる。
【０１５５】
本発明は、特に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体として（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）を含む場合に有効である。ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層を成長する場合には、一般に、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓバッファ層を設けてその上にＡｌＧａＩｎＰ層を成長するため、ＡｓおよびＩｎが反応生成物に含まれるからである。従って、本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法を用いることにより、結晶品質を向上させることができる。
【０１５６】
また、成長方法として有機金属気相成長法を用いる場合、供給原料がガスであるため、本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法を用いることが有効であり、これによって結晶品質を向上することができる。
【０１５７】
本発明は、基板保持具周辺への反応生成物の付着量が多い場合ほど有効であるが、特に、半導体発光ダイオードの製造では、半導体レーザなどの他の半導体発光素子の製造に比べて、１回当たりに成長される層厚が厚く、基板保持具周辺に付着される反応生成物が多くなる。従って、本発明は、半導体ダイオードの製造に適用することが特に有効であり、結晶品質の向上による輝度向上など、大きな効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、実施形態において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させるために用いられる気相成長装置の要部構成を示す断面図であり、（ｂ）はその上面図である。
【図２】（ａ）は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長について、成長温度（基板温度）と再蒸発元素量との関係を求めたグラフであり、（ｂ）は、成長温度と結晶欠陥の数との関係を模式的に示すグラフであり、（ｃ）は、実験にて成長温度とＩｎ結晶欠陥の数との関係を求めたグラフである。
【図３】（ａ）は、実施形態で作製される半導体発光ダイオードの構成例を示す断面図であり、（ｂ）は、実施形態で作製される半導体レーザの構成例を示す断面図である。
【図４】実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法について、成長時の基板温度および原料ガス導入のパターンを時間に沿って示したダイアグラムである。
【図５】実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法について、成長時の基板温度および原料ガス導入のパターンを時間に沿って示したダイアグラムである。
【図６】実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法について、成長時の基板温度および原料ガス導入のパターンを時間に沿って示したダイアグラムである。
【図７】実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法について、成長時の基板温度および原料ガス導入のパターンを時間に沿って示したダイアグラムである。
【図８】実施形態５のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法について、成長時の基板温度および原料ガス導入のパターンを時間に沿って示したダイアグラムである。
【図９】特許文献１に開示されている従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法について、成長時の基板温度および原料ガス導入のパターンを時間に沿って示したダイアグラムである。
【図１０】特許文献２に開示されている従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法について、成長時の基板温度および原料ガス導入のパターンを時間に沿って示したダイアグラムである。
【図１１】（ａ）は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させるために用いられる気相成長装置の要部構成を示す断面図であり、（ｂ）はその上面図である。
【符号の説明】
１    反応室
１ａ    ガス導入口
１ｂ    ガス排気口
２      基板保持具
３    高周波コイル
１１    ＧａＡｓ基板
１２    ＧａＡｓバッファ層  
１２ａ    第１ＧａＡｓバッファ層
１２ｂ    第２ＧａＡｓバッファ層
１３    発光部
１３ａ    ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層
１３ｂ    ＡｌＧａＩｎＰ活性層
１３ｃ    ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層
１４    電流阻止層
１５    電流拡散層
１６    電源
１７    ＧａＡｓ電流ブロック層
１８    ＧａＡｓコンタクト層
【図１】
2004214570.tif 000003
【図２】
2004214570.tif 000004
【図３】
2004214570.tif 000005
【図４】
2004214570.tif 000006
【図５】
2004214570.tif 000007
【図６】
2004214570.tif 000008
【図７】
2004214570.tif 000009
【図８】
2004214570.tif 000010
【図９】
2004214570.tif 000011
【図１０】
2004214570.tif 000012
【図１１】
2004214570.tif 000013