(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型第一導電型クラッド層と活性層とｐ型第二導電型クラッド層とを有する発光層と、該発光層のｐ型第二導電型クラッド層の主表面側に形成された第一の電流拡散層と、前記発光層のもう一方の主表面側に形成された第二の電流拡散層とを有する化合物半導体基板であって、
前記発光層と前記第二の電流拡散層の間に、前記ｎ型第一導電型クラッド層よりバンドギャップの小さい（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層が形成されたものであることを特徴とする化合物半導体基板。
【請求項２】
前記第一の電流拡散層および前記第二の電流拡散層は、エピタキシャル成長により形成されたもの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基板。
【請求項３】
前記第一の電流拡散層および前記第二の電流拡散層は、ＧａＰまたはＧａＡｓＰからなるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の化合物半導体基板。
【請求項４】
前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層は、その格子定数がＧａＡｓに格子整合しているものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の化合物半導体基板。
【請求項５】
前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層は、混晶比ｘがｘ≦０．１の関係を満たすものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の化合物半導体基板。
【請求項６】
前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層は、混晶比ｘがｘ＝０の関係を満たすものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の化合物半導体基板。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の化合物半導体基板を用いて製造されたものであることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
少なくとも、ＧａＡｓ基板上に後に形成するｎ型第一導電型クラッド層よりバンドギャップの小さい（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層をエピタキシャル成長させる工程と、該（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層の主表面にＡｌＧａＩｎＰからなる前記ｎ型第一導電型クラッド層と活性層とｐ型第二導電型クラッド層をこの順序でエピタキシャル成長させて発光層を形成する工程と、該発光層の主表面に第一の電流拡散層を気相成長させる工程と、前記ＧａＡｓ基板を除去する工程と、該ＧａＡｓ基板が除去された側の前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層の主表面に第二の電流拡散層をエピタキシャル成長させる工程とを有することを特徴とする化合物半導体基板の製造方法。
【請求項９】
前記第一の電流拡散層および前記第二の電流拡散層は、ＧａＰまたはＧａＡｓＰとすることを特徴とする請求項８に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層は、前記ＧａＡｓ基板と格子整合するものとすることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項１１】
前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層の混晶比ｘがｘ≦０．１を満たすようにエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項１２】
前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層の混晶比ｘがｘ＝０を満たすようにエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化合物半導体基板とそれを用いた発光素子並びに化合物半導体基板の製造方法に関し、具体的には、高輝度でかつ電気伝導性を向上させることのできる発光素子を製造することのできる化合物半導体基板とそれを用いた発光素子並びに化合物半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ単結晶基板上に、発光層部と電流拡散層とを形成した発光素子が従来知られている。
例えばＧａＡｓ単結晶基板上に、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部とＧａＰからなる電流拡散層（以下、単にＧａＰ層ということもあり）とを形成した発光素子が知られている。このＧａＰ電流拡散層は、発光層部側が有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ法、以下単にＭＯＶＰＥ法という）により比較的薄く形成された後、ハイドライド気相成長法（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ法、以下単にＨＶＰＥ法という）により比較的厚く形成され、例えば、全体として２００μｍ程度の厚さにまでＧａＰエピタキシャル層が成長されることがある。
【０００３】
さらにＡｌＧａＩｎＰからなる発光素子の高輝度化を実現するために、光吸収性のＧａＡｓ単結晶基板を除去して光透過性のＧａＰ基板を接合する発光素子が従来知られている。
また、ＧａＡｓ単結晶基板を除去した後、ＧａＰ基板を接合する代わりにＧａＰ層をエピタキシャル成長する技術も開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，００８，７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の技術で高輝度化は達成されるが、ＧａＰ基板を接合する技術では工程の複雑化に伴なって製造コストが高くなるという問題に加えて、接合部分が剥離するという問題があった。
また、接合に代えてＧａＰ層をエピタキシャル成長する技術では、コストや剥離の問題は解消されるものの、発光素子に通電する際の電気伝導性が悪化することにより消費電力が増加するという問題があった。
【０００６】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、ＧａＡｓ基板の替わりにＧａＰ層がエピタキシャル成長されて形成された化合物半導体基板において、発光素子に通電する際の電気伝導度が良好な化合物半導体基板とそれを用いた発光素子並びに化合物半導体基板の製造方法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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型第一導電型クラッド層と活性層とｐ型第二導電型クラッド層とを有する発光層と、該発光層のｐ型第二導電型クラッド層の主表面側に形成された第一の電流拡散層と、前記発光層のもう一方の主表面側に形成された第二の電流拡散層とを有する化合物半導体基板であって、前記発光層と前記第二の電流拡散層の間に、前記ｎ型第一導電型クラッド層よりバンドギャップの小さい（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層が形成されたものであることを特徴とする化合物半導体基板を提供する（請求項１）。
【０００８】
このように、本発明の化合物半導体基板は、発光層の第一導電型クラッド層と第二の電流拡散層の間に、ＡｌＧａＩｎＰからなる第一導電型クラッド層よりバンドギャップの小さい（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層（以下ＡｌＧａＩｎＰ下部層とも記載）が形成されているものである。
発光層（第一導電型クラッド層）と第二の電流拡散層とが直接接していると、その接続界面に存在するエネルギー障壁により電気伝導度が悪化し消費電力が増加してしまうが、発光層と第二電流拡散層の間に、第一導電型クラッド層よりバンドギャップの小さいＡｌＧａＩｎＰ下部層を設けることによって、第一導電型クラッド層と第二の電流拡散層の間でのエネルギー障壁を低減させることができる。そして、発光素子に電流を通電する際の電気伝導性を良好なものとすることができ、よって高輝度化と消費電力の低減を実現した発光素子を形成することのできる化合物半導体基板となっている。
【０００９】
また、前記第一の電流拡散層および前記第二の電流拡散層は、エピタキシャル成長により形成されたものとすることが好ましい（請求項２）。
このように第一および第二の電流拡散層を、エピタキシャル成長によって形成されたものとすることによって、貼り合わせによって形成されたものに比べて剥がれにくく、また第一導電型クラッド層と第二の電流拡散層の間および第二導電型クラッド層と第一の電流拡散層の間の不純物量を減少させることができ、これによって、発光素子として電流を印加した場合に順方向電圧をより低いものとすることができる。
【００１０】
また、前記第一の電流拡散層および前記第二の電流拡散層は、ＧａＰまたはＧａＡｓＰからなるものとすることが好ましい（請求項３）。
このように第一および第二の電流拡散層を、光透過性のＧａＰまたはＧａＡｓＰからなるものとすることで発光素子の輝度をより高めることができる。
【００１１】
また、前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層は、その格子定数がＧａＡｓに格子整合していものであることが好ましい（請求項４）。
このように、ＡｌＧａＩｎＰ下部層の格子定数がＧａＡｓに格子整合しているものであれば、例えばＡｌＧａＩｎＰ下部層をエピタキシャル成長させて形成する際にＧａＡｓ基板上に安定して形成することができる。
【００１２】
また、前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層は、混晶比ｘがｘ≦０．１の関係を満たすものであることが好ましい（請求項５）。
このように、ＡｌＧａＩｎＰ下部層のＡｌの混晶比ｘを０．１以下とすることによって、更に電気伝導性が良好な化合物半導体基板とすることができ、よって消費電力をより抑えることが可能となる。
【００１３】
また、前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層は、混晶比ｘがｘ＝０の関係を満たすものであることができる（請求項６）。
さらにＡｌＧａＩｎＰ下部層のＡｌの混晶比ｘを０とすることで、極めて電気伝導性の良好な化合物半導体基板とすることができる。
【００１４】
また、本発明では、本発明に記載の化合物半導体基板を用いて製造されたものであることを特徴とする発光素子を提供する（請求項７）。
このように、前述した化合物半導体基板を用いて製造された発光素子は、高輝度でかつ電気伝導性が良好で消費電力を抑えたものとすることができる。
【００１５】
また、本発明では、少なくとも、ＧａＡｓ基板上に後に形成するｎ型第一導電型クラッド層よりバンドギャップの小さい（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層をエピタキシャル成長させる工程と、該（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層の主表面にＡｌＧａＩｎＰからなる前記ｎ型第一導電型クラッド層と活性層とｐ型第二導電型クラッド層をこの順序でエピタキシャル成長させて発光層を形成する工程と、該発光層の主表面に第一の電流拡散層を気相成長させる工程と、前記ＧａＡｓ基板を除去する工程と、該ＧａＡｓ基板が除去された側の前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層の主表面に第二の電流拡散層をエピタキシャル成長させる工程とを有することを特徴とする化合物半導体基板の製造方法を提供する（請求項８）。
【００１６】
このように、ＧａＡｓ基板上に第一導電型クラッド層よりバンドギャップの小さいＡｌＧａＩｎＰ下部層をエピタキシャル成長させ、ＧａＡｓ基板除去後に第二の電流拡散層をＡｌＧａＩｎＰ下部層の表面上に成長させる。これによって、第二の電流拡散層のエピタキシャル成長界面に発生していたエネルギー障壁を低減させることができ、よって電気伝導性が良好な発光素子用の化合物半導体基板を製造することができる。
【００１７】
また、前記第一の電流拡散層および前記第二の電流拡散層は、ＧａＰまたはＧａＡｓＰとすることが好ましい（請求項９）。
このように、ＧａＰまたはＧａＡｓＰを第一の電流拡散層および第二の電流拡散層として気相成長させることによって、該電流拡散層を光透過性のものとすることができ、よってより輝度の高い発光素子用の化合物半導体基板を製造することができる。
【００１８】
また、前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層は、前記ＧａＡｓ基板と格子整合するものとすることが好ましい（請求項１０）。
このように、ＡｌＧａＩｎＰ下部層の格子定数がＧａＡｓ基板と格子整合するものとすることによって、ＧａＡｓ基板上に安定してＡｌＧａＩｎＰ下部層をエピタキシャル成長させることができる。
【００１９】
また、前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層の混晶比ｘがｘ≦０．１を満たすようにエピタキシャル成長させることが好ましい（請求項１１）。
このように、ＡｌＧａＩｎＰ下部層をＡｌの混晶比ｘを０．１以下としてエピタキシャル成長させることによって、更に電気伝導性が良好である、つまり消費電力を抑えることのできる発光素子用の化合物半導体基板の製造方法とすることができる。
【００２０】
また、前記（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層の混晶比ｘがｘ＝０を満たすようにエピタキシャル成長させることが好ましい（請求項１２）。
さらにＡｌＧａＩｎＰ下部層を、Ａｌの混晶比を０としてエピタキシャル成長させることで、極めて電気伝導性の良好な化合物半導体基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の化合物半導体基板は、発光層（第一導電型クラッド層）と第二電流拡散層の間に、第一導電型クラッド層よりバンドギャップの小さいＡｌＧａＩｎＰ下部層が設けられていることによって、第一導電型クラッド層と第二の電流拡散層の界面に発生するエネルギー障壁を低減させることができ、よって発光素子に電流を通電する際の電気伝導性を良好にできる化合物半導体基板となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、ＧａＡｓ基板の替わりにＧａＰ層がエピタキシャル成長された化合物半導体基板において、発光素子に通電する際の電気伝導度が良好な化合物半導体基板とそれを用いた発光素子並びに化合物半導体基板の製造方法の開発が待たれていた。
【００２３】
そこで、本発明者らは、光吸収性のＧａＡｓ単結晶基板を除去して光透過性のＧａＰ層をエピタキシャル成長させた場合に、発光素子として通電する際に電気伝導性が悪化する原因について鋭意検討を重ねたところ、発光層の第一導電型クラッド層に第二の電流拡散層を直接エピタキシャル成長させた化合物半導体基板では、成長界面に発生するエネルギー障壁によって電気伝導度が悪化することを発見した。
【００２４】
このような問題の解決方法について更に本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、第二の電流拡散層をエピタキシャル成長させて形成するにあたり、第一導電型クラッド層よりバンドギャップの小さいＡｌＧａＩｎＰ下部層の上に第二電流拡散層を形成することによって、第一導電型クラッド層と第二電流拡散層の間に生じるエネルギー障壁を低減することができることを発見し、本発明を完成させた。
【００２５】
以下、本発明について図１、図２を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は、本発明の化合物半導体基板の一例を示した概略図である。
本発明の化合物半導体基板１０は、少なくとも、ｎ型の第二の電流拡散層１８、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層（ＡｌＧａＩｎＰ下部層）１４、発光層１５、ｐ型の第一の電流拡散層１７とを有する。このうち発光層１５は、少なくともＡｌＧａＩｎＰからなる第一導電型クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層）１５ａと活性層１５ｂと第二導電型クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層）１５ｃとからなる。また第一の電流拡散層１７は第二導電型クラッド層１５ｃ側にｐ型ＧａＰ接続層１６を有している。
【００２６】
そして（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層１４は、第一導電型クラッド層１５ａよりもバンドギャップが小さいものとなっている。
この（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層１４のバンドギャップを第一導電型クラッド層１５ａよりも小さいものとするには、例えば、ＡｌＧａＩｎＰからなる第一導電型クラッド層（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０≦ａ≦１、０＜ｂ≦１）のＡｌの混晶比ａ及びＩｎの混晶比ｂと、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層１４のＡｌの混晶比ｘ及びＩｎの混晶比ｙとの関係が、ａ＞ｘ、ｂ＝ｙを満たすようなものとすることによって達成することができる。ここで、Ｉｎの混晶比を変えてｂ＞ｙとする事によってもバンドギャップを小さくする事はできるが、格子定数が合わなくなるため、Ｉｎの混晶比は変えずにＡｌの混晶比を変えるのが好ましい。
【００２７】
このように、第二の電流拡散層１８と第一導電型クラッド層１５ａの間に、第一導電型クラッド層１５ａよりバンドギャップの小さいＡｌＧａＩｎＰ下部層１４を有する構造とした化合物半導体基板１０は、第二の電流拡散層と第一導電型クラッド層が直接接している基板に比べて、その接続界面に存在するエネルギー障壁を小さくすることができる。これによって、発光素子として電流を印加した場合に順方向電圧を低いものとすることができ、消費電力を低減させることのできる化合物半導体基板とすることができる。
【００２８】
ここで、第一の電流拡散層１７および第二の電流拡散層１８は、エピタキシャル成長によって形成されたものとすることができる。
このように第一および第二の電流拡散層を、エピタキシャル成長によって形成されたものとすることによって、貼り合わせによって形成された場合の化合物半導体基板に比べて該層が剥がれにくいものとすることができる。また、第一導電型クラッド層と第二の電流拡散層の間、および第二導電型クラッド層と第一の電流拡散層の間の不純物濃度を減少させることができ、これによって、発光素子として電流を印加した場合に順方向電圧が増加する事をより抑制する、つまりより電気伝導度を良好にすることができる。
【００２９】
また、第一の電流拡散層１７および第二の電流拡散層１８は、ＧａＰまたはＧａＡｓＰからなるものとすることができる。
第一の電流拡散層や第二の電流拡散層を光を透過させるＧａＰまたはＧａＡｓＰとすることによって、活性層から発せられた光を該電流拡散層にて吸収されることなく発光素子外へ放出させることができるので、発光輝度をより強いものとすることができる。
【００３０】
また、ＡｌＧａＩｎＰ下部層１４の格子定数がＧａＡｓに格子整合しているものとすることができる。
ＡｌＧａＩｎＰ下部層の格子定数がＧａＡｓと格子整合しているものであれば、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ下部層をＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長させることによって形成する場合に安定して成長させることができ、また結晶性の良好なものとすることができる。
【００３１】
そして、ＡｌＧａＩｎＰ下部層（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層）１４は、Ａｌの混晶比ｘがｘ≦０．１の関係を満たすもの、より好ましくはｘ＝０とすることができる。
上述のような混晶比のＡｌＧａＩｎＰ下部層とすることによって、第二の電流拡散層と第一導電型クラッド層の間のエネルギー障壁をより小さいものとすることができるため、電気伝導性が更に良好なものとすることができ、よって消費電力を更に低減させることのできる発光素子とすることのできる化合物半導体基板となる。
【００３２】
このような本発明の化合物半導体基板は、以下に例示するような化合物半導体基板の製造方法によって製造することができるが、もちろんこれに限定されるものではない。ここで、図２は、本発明の化合物半導体基板の製造方法の一例を示した工程フローである。
【００３３】
（工程１）
先ず、図２の工程１に示すように、成長用単結晶基板としてｎ型のＧａＡｓ基板１１を準備し、洗浄した後にＭＯＣＶＤのリアクターに入れる。
【００３４】
（工程２）
次に、工程２に示すように、先に導入したＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２、更にｎ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層１３をエピタキシャル成長させる。
【００３５】
（工程３）
次に、工程３に示すように、ｎ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層１３の表面上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層（ＡｌＧａＩｎＰ下部層）１４をエピタキシャル成長させる。このときＡｌＧａＩｎＰ下部層１４は、次の工程４で成長させる第一導電型クラッド層１５ａよりもバンドギャップが小さくなるような組成とする。バンドギャップを小さくする組成としては、第一導電型クラッド層よりもＩｎの混晶比を増やす事でも可能となるが、格子定数が合わなくなるため、Ｉｎの混晶比は変えずにＡｌの混晶比を減らす事が好ましい。
【００３６】
例えば第一導電型クラッド層１５ａの組成を（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐとした場合、ＡｌＧａＩｎＰ下部層１４は、Ｉｎの混晶比を０．５とし、Ａｌの混晶比ｘを０．７より小さく、好ましくは０．１以下とし、更に好ましくはＡｌの比率を０とすることで第一導電型クラッド層よりもバンドギャップを小さくすることができる。
【００３７】
このようにＡｌＧａＩｎＰ下部層１４は、Ａｌの混晶比ｘを０．１以下とすることができ、更に好ましくはＡｌの比率を０％とすることができる。
このような混晶比のＡｌＧａＩｎＰ下部層をＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長させることによって、後に形成する第二の電流拡散層１８と第一導電型クラッド層１５ａの間のエネルギー障壁を更に低減させることができるため、電気伝導性がより良好な化合物半導体基板とすることができる。よって消費電力を更に低減させることのできる発光素子用の化合物半導体基板を製造することができる。
【００３８】
また、ＡｌＧａＩｎＰ下部層１４の格子定数がＧａＡｓ基板１１と格子整合するものとすることができる。
ＧａＡｓ基板とＡｌＧａＩｎＰ下部層が格子整合しているものであれば、ＡｌＧａＩｎＰ下部層をエピタキシャル成長させる際に、安定して成長させることができ、また結晶性が良好なものとすることができる。
【００３９】
（工程４）
次に、工程４に示すように、ＡｌＧａＩｎＰ下部層１４の表面上に、ｎ型の第一導電型クラッド層１５ａ、活性層１５ｂ、ｐ型の第二導電型クラッド層１５ｃをこの順でＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させて発光層１５を形成する。各層の厚みは第一導電型クラッド層１５ａを０．８μｍ以上４μｍ以下（例えば１μｍ）、活性層１５ｂを０．４μｍ以上２μｍ以下（例えば０．６μｍ）、第二導電型クラッド層１５ｃを０．８μｍ以上４μｍ以下（例えば１μｍ）とすることができる。
【００４０】
このとき各層のＡｌＧａＩｎＰの組成比率は、例えば第一導電型クラッド層１５ａを（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ、活性層１５ｂを（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ、第二導電型クラッド層１５ｃを（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐとすることができる。これらの組成比率は上記の比率に限定されるものではなく適宜決定することができることはいうまでもない。
【００４１】
（工程５）
次に、工程５に示すように、厚さ０．０５〜１μｍ（例えば０．５μｍ）程度のｐ型ＧａＰ接続層１６を第二導電型クラッド層１５ｃの表面上にＭＯＣＶＤ法によりヘテロエピタキシャル成長させて、ＭＯエピタキシャル基板を得る。
上記工程２〜５で形成したこれら各層のエピタキシャル成長で使用するＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐの各成分源となる原料ガスとしては、
Ａｌ源ガス：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）など、
Ｇａ源ガス：トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）など、
Ｉｎ源ガス：トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）など、
Ｐ源ガス：トリメチルリン（ＴＭＰ）、トリエチルリン（ＴＥＰ）、ホスフィン（ＰＨ３）、などが挙げられる。
【００４２】
（工程６）
次に、工程６に示すように、ｐ型ＧａＰ接続層１６上に第一の電流拡散層１７（窓層）を形成する。
この第一の電流拡散層１７は、ＧａＰまたはＧａＡｓＰとすることが好ましい。以下、第一の電流拡散層１７としてＧａＰ層を例に挙げ説明する。
工程５で得たＭＯエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤのリアクターから取り出し、ＨＶＰＥ法のリアクター内に入れる。そして、Ｚｎをドープし、ｐ型ＧａＰ接続層１６表面上にｐ型ＧａＰの第一の電流拡散層１７を５μｍ以上２００μｍ以下（例えば４０μｍ）の厚さでホモエピタキシャル成長させる。
【００４３】
ここでＨＶＰＥ法について、具体的には、容器内にてＩＩＩ族元素であるＧａを所定の温度に加熱保持しながら、そのＧａ上に塩化水素を導入することにより、下記（１）式の反応によりＧａＣｌを生成させ、キャリアガスであるＨ２ガスとともに基板上に供給する。なお、成長温度は、例えば６００℃以上８００℃以下に設定する。
Ｇａ（ｇ）＋ＨＣｌ（ｇ）→ＧａＣｌ（ｇ）＋１／２Ｈ２（ｇ）・・・（１）
また、Ｖ族元素であるＰは、ＰＨ３をキャリアガスであるＨ２とともに基板上に供給し、ｐ型ドーパントであるＺｎは、ＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛）の形で供給する。ＧａＣｌはＰＨ３との反応性に優れ、下記（２）式の反応により、効率よく電流拡散層を成長させることができる。
ＧａＣｌ（ｇ）＋ＰＨ３（ｇ）→ＧａＰ（ｓ）＋ＨＣｌ（ｇ）＋Ｈ２（ｇ）・・・（２）
【００４４】
（工程７）
次に、工程７に示すように、ＧａＡｓ基板１１のＡｌＧａＩｎＰ下部層１４や発光層１５、第一の電流拡散層１６が形成された表面とは反対側の表面を研磨して周辺のノジュールを除去した後、ＧａＡｓ基板１１、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２、ｎ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層１３を除去する。これによりＡｌＧａＩｎＰ下部層が露出する。
この除去は、例えば、エッチングとすることができる。エッチング液として、例えば、硫酸／過酸化水素混合液を用いることができる。
【００４５】
（工程８）
次に、工程８に示すように、ＧａＡｓ基板１１を除去することで露出したＡｌＧａＩｎＰ下部層１４の表面に、第二の電流拡散層１８を前述のＨＶＰＥ法を用い、エピタキシャル成長により形成することで、化合物半導体基板１０を得ることができる。
【００４６】
なお、この第二の電流拡散層１８も、第一の電流拡散層１７と同様に、ＧａＰ又はＧａＡｓＰであることが好ましい。
第一の電流拡散層や第二の電流拡散層として、光を透過するＧａＰまたはＧａＡｓＰを気相成長させることによって、発光層での光が当該電流拡散層で吸収されることなく素子外に取り出すことができるため、発光素子とした際に高輝度化を達成することのできる化合物半導体基板を製造することができる。
【００４７】
このように、本発明の化合物半導体基板の製造方法は、第二の電流拡散層と第一導電型クラッド層を直接接するように製造するのではなく、第一導電型クラッド層よりバンドギャップの小さいＡｌＧａＩｎＰ下部層を介在させて製造する。これによって、第二の電流拡散層と第一導電型クラッド層の間に存在するエネルギー障壁を低減させることができるため、電気伝導性が良好な発光素子とすることができる化合物半導体基板の製造方法となっている。
【００４８】
なお、上記の例示ではＡｌＧａＩｎＰ下部層１４をまずＧａＡｓ基板１１上にエピタキシャル成長させて形成したが、もちろん、ＧａＡｓ基板１１を除去した後、第二の電流拡散層１８をエピタキシャル成長させる前に、第一導電型クラッド層１５ａ上にエピタキシャル成長させて形成することによっても、本発明のような化合物半導体基板１０を得ることができる。
【００４９】
以上の工程で作製された化合物半導体基板１０を切断し、チップに加工して、電極付け等行うことで高輝度且つ低消費電力を達成した発光素子が得られる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、もちろん本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１−６、比較例）
前記した本発明の化合物半導体基板の製造方法である図２の工程に従い、厚さ２８０μｍのＧａＡｓ単結晶基板上にｎ型ＧａＡｓバッファ層を０．５μｍ、更にｎ型ＡｌＩｎＰエッチングストップ層を０．５μｍエピタキシャル成長させた。
次いで、ＧａＡｓ基板に格子整合したＡｌＧａＩｎＰ下部層をエピタキシャル成長により形成した。
この時形成したＡｌＧａＩｎＰ下部層の組成は後述する表１に挙げたとおりである。
【００５１】
【表１】
0005251185.tif 000002
【００５２】
次に、発光層部として（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる厚さ１．０μｍのｎ型第一導電型クラッド層、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる厚さ０．６μｍの活性層及び（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる厚さ１．０μｍのｐ型第二導電型クラッド層を、この順序でＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
更に、ｐ型第二導電型クラッド層上に厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＰ接続層を成長させて、ＭＯエピタキシャル基板を得た。なお、上記エピタキシャル成長の原料ガスとしてはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）を使用した。
【００５３】
次に、前記ＭＯエピタキシャル基板のｐ型第二導電型クラッド層上に第一の電流拡散層としてｐ型ＧａＰエピタキシャル層を、ＨＶＰＥ法で約１５０μｍ気相成長させた。
次にＧａＡｓ基板、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ＡｌＩｎＰエッチングストップ層を硫酸・過酸化水素等の薬液によりエッチングして除去した後、ＨＶＰＥリアクターに設置した。そしてＨＶＰＥ法にてｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部層上に第二の電流拡散層として２００μｍのｎ形ＧａＰ窓層をエピタキシャル成長により形成して、化合物半導体基板を製造した。
【００５４】
以上の工程により製造した化合物半導体基板を切断し、２００μｍ角のチップに加工し電極付けを行って発光素子を作製した。このうち３個（基板中心部（１個）、周辺部（２個））の発光素子について定電流電源にて２０ｍＡを通電して順方向電圧Ｖｆを測定・評価した。
本発明の実施例と比較例において、ＡｌＧａＩｎＰ下部層のＡｌの組成比ｘと発光素子の順方向電圧Ｖｆの値の関係を示したグラフを図３に示す。
【００５５】
図３に示すように、実施例１（ｘ＝０）の化合物半導体基板を用いた発光素子は、Ｖｆ＝１．９Ｖと概ね良好であった。また実施例２（ｘ＝０．０５）ではＶｆ＝１．９３Ｖ、実施例３（ｘ＝０．１）ではＶｆ＝１．９８Ｖ、実施例４（ｘ＝０．２）ではＶｆ＝２．１Ｖ、実施例５（ｘ＝０．４）ではＶｆ＝２．２Ｖ、実施例６（ｘ＝０．６）ではＶｆ＝２．４Ｖとなり、Ａｌの混晶比ｘが増加するにつれてＶｆは漸増したが、比較的良好なＶｆ値を得られることがわかった。
これに対し、ＡｌＧａＩｎＰ下部層のＡｌの混晶比ｘが第一導電型クラッド層と同じ（Ｖ＝０．７）の比較例の化合物半導体基板を用いた発光素子の順方向電圧はＶｆ＝２．８５Ｖであり、Ａｌの混晶比ｘが第一導電型クラッド層より小さい実施例１〜６の化合物半導体基板を用いた発光素子のＶｆに比べて大きな値となっており、電気伝導性がさほど良好でないものであることがわかった。
【００５６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の化合物半導体基板の一例を示した概略図である。
【図２】本発明の化合物半導体基板の製造方法の一例を示した工程フローである。
【図３】本発明の実施例と比較例において、Ａｌの組成比ｘと発光素子の順方向電圧Ｖｆの値の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１０…化合物半導体基板、  １１…ＧａＡｓ基板、  １２…ＧａＡｓバッファ層、  １３…ＡｌＩｎＰエッチングストップ層、  １４…ＡｌＧａＩｎＰ下部層（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層）、  １５…発光層、  １５ａ…第一導電型クラッド層、  １５ｂ…活性層、  １５ｃ…第二導電型クラッド層、  １６…ｐ型ＧａＰ接続層、  １７…第一の電流拡散層、  １８…第二の電流拡散層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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