(57)【要約】成長用単結晶基板１上に、第一のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層部２４と電流拡散層７とをこの順序でエピタキシャル成長する発光素子の製造方法において、成長用単結晶基板１上に発光層部２４を有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させる有機金属気相成長工程と、発光層部２４上に電流拡散層７をハイドライド気相成長法によりエピタキシャル成長するハイドライド気相成長工程とをこの順序で実施する。そして、電流拡散層７を発光層部２４に近い側に位置する低速成長層７ａと該低速成長層７ａに続く高速成長層７ｂとを有するものとして、ハイドライド気相成長工程において低速成長層７ａの成長速度を高速成長層７ｂの成長速度よりも小さく設定して成長する。これにより、ハイドライド気相成長法を用いて厚い電流拡散層を形成する際に、ヒロックの発生を抑制することができる発光素子の製造方法を提供する。
2007114033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長用単結晶基板上に、各々ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層部と電流拡散層とをこの順序でエピタキシャル成長する発光素子の製造方法において、
前記成長用単結晶基板上に前記発光層部を有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させる有機金属気相成長工程と、
前記発光層部上に前記電流拡散層をハイドライド気相成長法によりエピタキシャル成長するハイドライド気相成長工程と、をこの順序で実施するとともに、
前記電流拡散層を前記発光層部に近い側に位置する低速成長層と該低速成長層に続く高速成長層とを有するものとして成長することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記低速成長層の表面にピットが発生する程度の低速で、該低速成長層を形成することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記低速成長層を、前記高速成長層の１／１０以上１／２以下の成長速度で成長することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記有機金属気相成長工程で、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成される前記発光層部の上にＧａＰ接続層を形成し、該ＧａＰ接続層に接して、前記ハイドライド気相成長工程で前記低速成長層としてＧａＰ低速成長層を成長し、その後、前記高速成長層としてＧａＰ高速成長層を成長することを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記ＧａＰ低速成長層を、７００℃以上８００℃以下の温度にて成長することを特徴とする請求の範囲第４項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記ＧａＰ高速成長層を、前記ＧａＰ低速成長層よりも高温で成長することを特徴とする請求の範囲第４項または第５項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】
＜１００＞方向を基準方向として、オフアングルが１０゜以上２０゜以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板上に、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成される発光層部と、ＧａＰ接続層とを形成する有機金属気相成長工程と、
前記有機金属気相成長工程の後に、前記ＧａＰ接続層に接して、ＧａＰ低速成長層を成長するとともに、引き続きＧａＰ高速成長層を前記ＧａＰ低速成長層よりも高速で成長するハイドライド気相成長工程とを有し、
前記ＧａＰ接続層から前記ＧａＰ高速成長層までの厚さを１００μｍ以上２５０μｍ以下となすことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記ＧａＰ高速成長層を１００μｍ以上の厚さに成長することを特徴とする請求の範囲第７項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項９】
＜１００＞方向を基準方向として、オフアングルが１０゜以上２０゜以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板上に、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成された発光層部と、有機金属気相成長法によるＧａＰ接続層と、ハイドライド気相成長法による、ＧａＰ低速成長層と、該ＧａＰ低速成長層よりも高速で成長されたＧａＰ高速成長層とがこの順に積層されてなり、前記ＧａＰ接続層から前記ＧａＰ高速成長層までの厚さが１００μｍ以上２５０μｍ以下であることを特徴とする化合物半導体ウェーハ。
【請求項１０】
前記ＧａＰ低速成長層の表面にピットが形成されていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の化合物半導体ウェーハ。
【請求項１１】
前記ＧａＰ高速成長層の厚さが１００μｍ以上であることを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項に記載の化合物半導体ウェーハ。
【請求項１２】
２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成された発光層部と、有機金属気相成長法によるＧａＰ接続層と、ハイドライド気相成長法による、ＧａＰ低速成長層と、該ＧａＰ低速成長層よりも高速で成長されたＧａＰ高速成長層とがこの順に積層されてなり、前記ＧａＰ接続層から前記ＧａＰ高速成長層までの厚さが１００μｍ以上２５０μｍ以下であることを特徴とする発光素子。
【請求項１３】
前記ＧａＰ低速成長層の厚さが５μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は発光素子の製造方法、化合物半導体ウェーハ及び発光素子に関する。
【背景の技術】
【０００２】
【特許文献１】米国特許５，００８，７１８号公報
【特許文献２】特開平２００４−１２８４５２号公報
【０００３】
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ混晶（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１；以下、ＡｌＧａＩｎＰ混晶、あるいは単にＡｌＧａＩｎＰとも記載する）により発光層部が形成された発光素子は、薄いＡｌＧａＩｎＰ活性層を、それよりもバンドギャップの大きいｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、高輝度の素子を実現できる。
【０００４】
例えば、ＡｌＧａＩｎＰ発光素子を例に取れば、ｎ型ＧａＡｓ基板上にヘテロ形成させる形にて、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層をこの順序にて積層し、ダブルへテロ構造をなす発光層部を形成する。発光層部への通電は、素子表面に形成された金属電極を介して行なわれる。ここで、金属電極は遮光体として作用するため、例えば発光層部主表面の中央部のみを覆う形で形成され、その周囲の電極非形成領域から光を取り出すようにする。
【０００５】
この場合、金属電極の面積をなるべく小さくしたほうが、電極の周囲に形成される光漏出領域の面積を大きくできるので、光取出し効率を向上させる観点において有利である。従来、電極形状の工夫により、素子内に効果的に電流を拡げて光取出量を増加させる試みがなされているが、この場合も電極面積の増大はいずれにしろ避けがたく、光漏出面積の減少により却って光取出量が制限されるジレンマに陥っている。また、クラッド層のドーパントのキャリア濃度ひいては導電率は、活性層内でのキャリアの発光再結合を最適化するために多少低めに抑えられており、面内方向には電流が広がりにくい傾向がある。これは、電極被覆領域に電流密度が集中し、光漏出領域における実質的な光取出量が低下してしまうことにつながる。
【０００６】
そこで、発光層部と電極との間に、厚くて導電性の透明窓層（電流拡散層）を設けることにより、電流密度が最小限となるようにする方法が知られている（特許文献１）。
また、電流拡散層を効率よく形成するために、薄い発光層部を有機金属気相成長法（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy：以下、ＭＯＶＰＥ法ともいう）により形成する一方、厚い電流拡散層をハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth Method：以下、ＨＶＰＥ法ともいう）により形成する方法が知られている（特許文献２）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、ハイドライド気相成長法を用いて厚い電流拡散層を高速度で形成すると、電流拡散層の表面にヒロック（Hillock）と呼ばれる結晶欠陥が発生しやすい。ヒロックは凹凸形状を有するので、ホトリソグラフィー工程等の都合から、電流拡散層の表面を研磨して平坦化する必要がある。そのため、研磨代も予め見込んで電流拡散層をさらに厚く成長することになり、効率が悪い。また、電流拡散層を高速度で形成すると、得られる発光素子の順方向電圧（Ｖｆ）が高くなりやすい。【０００８】
本発明は、ハイドライド気相成長法を用いて厚い電流拡散層を形成する際に、ヒロックの発生を抑制することができる発光素子の製造方法、その発光素子の製造に用いられる化合物半導体ウェーハ、及び該発光素子の製造方法に得られ、順方向電圧を比較的低く留めることができる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及び作用・効果】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の発光素子の製造方法の第一は、
各々ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層部と電流拡散層とをこの順序でエピタキシャル成長する発光素子の製造方法において、
成長用単結晶基板上に発光層部を有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させる有機金属気相成長工程と、
発光層部上に電流拡散層をハイドライド気相成長法によりエピタキシャル成長するハイドライド気相成長工程と、をこの順序で実施するとともに、
電流拡散層を発光層部に近い側に位置する低速成長層と該低速成長層に続く高速成長層とを有するものとして成長することを特徴とする。
【００１０】
本発明の発光素子の製造方法においては、例えば２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成される発光層部を、単結晶基板上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いて成長する（有機金属気相成長工程）。一方、面内方向に電流を十分に拡げるために層厚をある程度大きく設定することが必要な電流拡散層は、ハイドライド気相成長法を用いて形成することが効率的である（ハイドライド気相成長工程）。ＨＶＰＥ法は、水素ガスで置換された石英製の反応炉内で蒸気圧の低いＧａ（ガリウム）を塩化水素との反応により気化しやすいＧａＣｌに転換し、該ＧａＣｌを媒介とする形でＶ族元素源ガスとＧａとを反応させることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の気相成長を行なう方法である。ＭＯＶＰＥ法による層成長速度が約１μｍ／時であるのに対しＨＶＰＥ法では約２０μｍ／時であり、ＨＶＰＥ法によると層成長速度をＭＯＶＰＥ法よりも大きくでき、ある程度厚さを要する電流拡散層も非常に高能率にて形成できるので、原材料費をＭＯＶＰＥ法よりもはるかに低く抑えることができる。また、ＨＶＰＥ法では、ＩＩＩ族元素源として高価な有機金属を使用せず、ＩＩＩ族元素源に対するＶ族元素源（ＡｓＨ３、ＰＨ３など）の配合比率もはるかに少なくて済む（例えば１／３倍程度）ので、コスト的に有利である。
【００１１】
ただし、電流拡散層の高速成長を達成するためにＧａＣｌを高濃度に供給すると、ヒロックが発生しやすくなる。そこで、ハイドライド気相成長工程の初期段階ではＧａＣｌの供給濃度を低く抑えて低速成長し、低速成長層をまず形成する。すると、その後に高速成長層を高速成長しても、ヒロックの発生を抑制することができる。
【００１２】
上述したように、ＧａＣｌを高濃度に供給するとヒロックが発生しやすいが、ＧａＣｌの供給濃度を低くすると、ピットが発生しやすくなる。本発明の低速成長層は、その表面にピットが発生する程度の低速で形成されることが望ましい。このピットは、低速成長層の形成終了時には光学顕微鏡等で観察可能な大きさであるが、その上に高速成長層が形成されると、該高速成長層の表面からは観察が困難になる。高速成長層の成長速度を適度に調整することにより、表面にヒロックおよびピットの発生していない電流拡散層を得ることができる。
【００１３】
低速成長層を高速成長層の１／２以下の成長速度で成長すると、高速成長層の表面へのヒロックの発生をより確実に抑制することができる。ただし、低速成長層の成長速度が高速成長層の１／５より小さい場合は、成長速度の制御が困難になりやすいので、低速成長層を高速成長層の１／５以上の成長速度で成長することが望ましい。
【００１４】
有機金属気相成長工程で、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成される前記発光層部を形成する場合、電流拡散層をＧａＰにて構成すれば、ＧａＰはＡｌＧａＩｎＰよりも広いバンドギャップを有しているので、光吸収を起しにくい。
【００１５】
ただし、電流拡散層がＧａＰにて構成され、発光層部がＡｌＧａＩｎＰにて構成される場合、ＧａＰとＡｌＧａＩｎＰの格子定数差が大きいため、発光層部上に直接ＨＶＰＥ法により電流拡散層を形成すると、電流拡散層の結晶性が低下し、発光性能の低下を招くおそれがある。そこで、発光層に続く層として該発光層部と同様に有機金属気相成長法により形成されるＧａＰ接続層を成長し、その後、ＧａＰ電流拡散層をハイドライド気相成長法により成長すれば、電流拡散層の結晶性が向上し、ひいては発光特性の良好な発光素子が得られる。この時、ＧａＰ電流拡散層をＧａＰ低速成長層とＧａＰ高速成長層として成長し、接続層も含めて成長方法の異なる３層のＧａＰ層を積層することにより、ヒロックの発生の抑制と結晶性の向上の両方を達成することができる。
【００１６】
すなわち、前記有機金属気相成長工程で、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成される前記発光層部の上にＧａＰ接続層を形成し、該ＧａＰ接続層に接して、ハイドライド気相成長工程でＧａＰ低速成長層を低速成長層として成長するとともに、ＧａＰ高速成長層を高速成長層として成長することが望ましい。
【００１７】
ＨＶＰＥ法でＧａＰ層を８００℃より高温で気層成長する場合、石英製の反応炉壁が水素あるいは塩化水素によりエッチングされてシリコンが遊離しやすくなり、その一部がＧａＰ層の成長開始領域にシリコン不純物として多量に取り込まれてしまう。また、７００℃未満の温度でＧａＰ低速成長層を気相成長すると、単結晶層が形成しづらい。そこで、ＧａＰ低速成長層をＨＶＰＥ法で形成する際には、７００℃以上８００℃以下の温度にて成長することが望ましい。
【００１８】
一方、電流拡散層の表面にヒロックが発生する場合は、ＧａＰ高速成長層を、ＧａＰ低速成長層よりも高温で成長することが望ましい。シリコン不純物の多量の取り込みは、ＨＶＰＥ法でのＧａＰ層の成長が開始される領域であるＧａＰ接続層とＧａＰ低速成長層との界面でのみ実質的に観察され、ＧａＰ低速成長層とＧａＰ高速成長層の界面ではシリコン不純物の取り込みが殆ど観察されないので、ＧａＰ高速成長層の気層成長は８００℃より高温で行ってもよい。
【００１９】
ＭＯＶＰＥ法により発光層部を成長する場合、オフアングルを有さない単結晶基板を用いると、発光層部内にてＩＩＩ族原子がランダムに分布せず、原子配列の望まざる規則化や分布の偏りを生じることがある。このような規則化や偏りの生じた領域は、本来期待されるバンドギャップエネルギーとは異なる値を有するので、結果として発光層部全体のバンドギャップエネルギーに分布を生じてしまい、発光スペクトルプロファイルや中心波長のバラツキを招く。しかしながら、適度なオフアングルを単結晶基板に付与しておくことで、上記のようなＩＩＩ族元素の規則化や偏りが大幅に軽減され、発光スペクトルプロファイルや中心波長の揃った発光素子が得られる。また、成長用単結晶基板として、オフアングルを付与した単結晶基板を用いた場合、最終的に得られる電流拡散層の表面にファセットがほとんど生じず、ひいては平滑性の良好な電流拡散層が得られる。
【００２０】
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰにて発光層部を構成する場合、成長用単結晶基板は、＜１００＞方向又は＜１１１＞方向を基準方向として、該基準方向に対するオフアングルが１０゜以上２０゜以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板とすることができる。このような高角度のオフアングルを有するＧａＡｓ単結晶を用いると、ハイドライド気相成長工程にて最終的に得られるＧａＰ電流拡散層の表面を平滑化する効果が一層高められる。オフアングルの１゜以上１０°未満の単結晶基板を用いると、ＧａＰ電流拡散層の表面においては、ファセット的な振幅の小さい一様な凹凸の形成は効果的に防止されるものの、振幅の大きな突起状の結晶欠陥が少なからず残留することがあり、ワイヤボンディング工程等における誤検出等の不具合につながる場合があった。しかし、オフアングルを１０°以上２０°以下の範囲に大きくすると、こうした突起状の結晶欠陥発生を効果的に抑制できる。
【００２１】
このように、成長用の単結晶基板のオフアングル最適化により、ＨＶＰＥ法による電流拡散層の成長温度は大幅に低減でき、また、電流拡散層の成長速度を一層大きくできる。ただし、成長速度が大きくなるとヒロックが発生しやすくなるので、ＧａＰ低速成長層を低速成長して形成した後に、ＧａＰ高速成長層を高速成長することが望ましい。その結果、ＭＯＶＰＥでは現実的な時間の範囲内で成長困難な１００μｍ以上の電流拡散層も、比較的高能率に得られる利点がある。ただし、電流拡散層の厚さが２５０μｍを超えると、得られる基板の反りが大きくなって割れやすくなるため、電流拡散層（第二の気相成長工程において形成される）の形成厚さは２５０μｍ以下とすることが望ましい。
【００２２】
すなわち、本発明の発光素子の製造方法の第二は、＜１００＞方向を基準方向として、オフアングルが１０゜以上２０゜以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板上に、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成される発光層部と、ＧａＰ接続層とを形成する有機金属気相成長工程と、
有機金属気相成長工程の後に、ＧａＰ接続層に接して、ＧａＰ低速成長層を成長するとともに、引き続きＧａＰ高速成長層をＧａＰ低速成長層よりも高速で成長するハイドライド気相成長工程とを有し、ＧａＰ接続層から前記ＧａＰ高速成長層までの厚さを１００μｍ以上２５０μｍ以下となすことを特徴とする。
【００２３】
ＧａＰ低速成長層の表面にピットが発生している場合、ＧａＰ高速成長層が薄いと該ＧａＰ高速成長層の表面にもピットが発生しやすくなるので、ＧａＰ高速成長層を１００μｍ以上の厚さに成長することが望ましい。
【００２４】
そして、上記製造方法に用いることができる本発明の化合物半導体ウェーハは、＜１００＞方向を基準方向として、オフアングルが１０゜以上２０゜以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板上に、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成された発光層部と、有機金属気相成長法によるＧａＰ接続層と、ハイドライド気相成長法による、ＧａＰ低速成長層と、該ＧａＰ低速成長層よりも高速で成長されたＧａＰ高速成長層とがこの順に積層されてなり、前記ＧａＰ接続層から前記ＧａＰ高速成長層までの厚さが１００μｍ以上２５０μｍ以下であることを特徴とする。
【００２５】
本発明の化合物半導体ウェーハは、＜１００＞方向を基準方向として、オフアングルが１０゜以上２０゜以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板上に、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成された発光層部を形成しているので、ＧａＰ電流拡散層の表面が平滑で、かつ振幅の大きな突起状の結晶欠陥発生が抑制されている上、有機金属気相成長法によるＧａＰ接続層と、ハイドライド気相成長法によるＧａＰ低速成長層とＧａＰ高速成長層とがこの順に積層されてなるので、ＧａＰ接続層から前記ＧａＰ高速成長層までの厚さが１００μｍ以上２５０μｍ以下であっても、結晶性に優れ且つヒロックの発生が抑制されたＧａＰ電流拡散層を有することができる。この場合、ＧａＰ低速成長層の表面には、ピットが形成されていることが望ましい。また、ＧａＰ高速成長層の厚さは１００μｍ以上であることが望ましい。
【００２６】
また、本発明の発光素子は、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成された発光層部と、有機金属気相成長法によるＧａＰ接続層と、ハイドライド気相成長法による、ＧａＰ低速成長層と、該ＧａＰ低速成長層よりも高速で成長されたＧａＰ高速成長層とがこの順に積層されてなり、ＧａＰ接続層からＧａＰ高速成長層までの厚さが１００μｍ以上２５０μｍ以下であることを特徴とする。ＧａＰ接続層とＧａＰ高速成長層との間にＧａＰ低速成長層を介在させることにより、ＧａＰ接続層とＧａＰ電流拡散層との界面近傍の結晶性を向上することができ、また、ＧａＰ接続層とＧａＰ電流拡散層との界面における不純物の取り込み濃度も低減できる。その結果、発光素子の順方向電圧を低減することが可能となる。
【００２７】
この場合、ＧａＰ低速成長層の厚さは５μｍ以上５０μｍ以下とすることが望ましい。ＧａＰ低速成長層の厚さが５μｍ未満では順方向電圧低減効果が十分に達成できない場合がある。他方、ＧａＰ低速成長層の厚さを、５０μｍを超えて大きくしても効果が飽和し、不要なコストアップを招く場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の発光素子の一例を積層構造にて示す模式図。
【図２】本発明の化合物半導体ウェーハの製造工程を示す説明図。
【図３】図２に続く説明図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の製造方法により製造できる発光素子１００の一例を示す概念図である。発光素子１００は、成長用単結晶基板としてのｎ型ＧａＡｓ単結晶基板（以下、単に基板ともいう）１の第一主表面上に発光層部２４が形成されている。該基板１は、＜１００＞方向を基準方向として、該基準方向に対するオフアングルが１０゜以上２０゜以下の主軸Ａを有するものである（主軸Ａは、＜１１１＞方向を基準として同様のオフアングルを有するものであってもよい）。この基板１の第一主表面と接するようにｎ型ＧａＡｓバッファ層２が形成され、該バッファ層２上に発光層部２４が形成される。そして、その発光層部２４の上に、ＧａＰ接続層７ｐと電流拡散層７とが形成され、その電流拡散層７の上に、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための第一電極９が形成されている。また、基板１の第二主表面側には、同じく第二電極２０が全面に形成されている。第一電極９は、第一主表面の略中央に形成され、該第一電極９の周囲の領域が発光層部２４からの光取出領域とされている。また、第一電極９の中央部に電極ワイヤ１７を接合するためのＡｕ等にて構成されたボンディングパッド１６が配置されている。【００３０】
発光層部２４は、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦０．５５，０．４５≦ｙ≦０．５５）混晶からなる活性層５を、ｐ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層６とｎ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｎ型クラッド層４とにより挟んだ構造を有する。図１の発光素子１００では、第一電極９側にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６が配置され、第二電極２０側にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。従って、通電極性は第一電極９側が正である。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１０１３〜１０１６／ｃｍ３程度を上限とする）をも排除するものではない。【００３１】
電流拡散層７は、ドーパントをＺｎとしたｐ型ＧａＰ層として形成されている。電流拡散層７の形成厚さは、例えば１００μｍ以上２５０μｍ以下である。電流拡散層７は、ハイドライド気相成長法による、ＧａＰ低速成長層７ａとＧａＰ高速成長層７ｂとがこの順に積層されてなる。ＧａＰ低速成長層７ａの厚さは、例えば５μｍ以上５０μｍ以下であり、ＧａＰ高速成長層７ｂの厚さは、例えば１００μｍ以上である。【００３２】
電流拡散層７の第一電極９を形成する側の主表面を含む表層部には、Ｚｎの追加拡散によりＺｎ含有濃度が電流拡散層７内の残余の部分よりも高くされた、高濃度ドーピング層８が形成されている（図３参照）。電流拡散層７のＺｎのキャリア濃度は、高濃度ドーピング層８において例えば２×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下であり、高濃度ドーピング層８以外の部分において１×１０１７／ｃｍ３以上２×１０１８／ｃｍ３以下とされている。ただし、この高濃度ドーピング層８は省略可能である。なお、各層中のドーパント含有濃度及びＨ濃度は、二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry：ＳＩＭＳ）により測定されたものをいう。また、キャリア濃度は周知の導電率測定により特定可能である。【００３３】
なお、本実施形態では、ＧａＰ接続層７ｐとＧａＰ低速成長層７ａとＧａＰ高速成長層７ｂとを同じ化合物半導体（具体的にはＧａＰ）により形成しているが、互いに異なる化合物半導体にて形成することもできる。例えば、第一層７ｐをＧａＡｓ１−ａＰａ（発光層部のピーク発光波長に対応した光エネルギーよりもバンドギャップエネルギーの大きい）とし、第二層７ａと第三層７ｂとをＧａＰとすることも可能である。また、ＧａＰ接続層７ｐと、ＧａＰ低速成長層７ａとＧａＰ高速成長層７ｂには、いずれもｐ型ドーパントが添加される。ｐ型ドーパントとして、本実施形態のように７ｐ，７ａ，７ｂの全てにＺｎを採用することもできるが、ＭＯＶＰＥにて形成される第一層７ｐのドーパントは、ｐ型クラッド層６側への拡散を生じにくいＭｇ及び／又はＣとし、ＨＶＰＥにて形成される第二層７ａと第三層７ｂのドーパントをＺｎとしてもよい。【００３４】
以下、図１の発光素子１００の製造方法について説明する。
まず、図２の工程１に示すように、＜１００＞方向を基準方向として、オフアングルが１０゜以上２０゜以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板１を用意する。そして、工程２に示すように、その基板１の第一主表面に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２を例えば０．５μｍ、次いで、発光層部２４として、各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰよりなる、１μｍのｎ型クラッド層４（ｎ型ドーパントはＳｉ）、０．６μｍの活性層（ノンドープ）５、及び１μｍのｐ型クラッド層６、ｐ型ＧａＰ接続層７ｐ（ｐ型ドーパントはＭｇ：有機金属分子からのＣもｐ型ドーパントとして寄与しうる）を、この順序にてエピタキシャル成長させる（有機金属気相成長工程）。これら各層のエピタキシャル成長は、公知のＭＯＶＰＥ法により行なわれる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ（インジウム）、Ｐ（リン）の各成分源となる原料ガスとしては以下のようなものを使用できる；
・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。【００３５】
図３の工程３に進み、ｐ型のＧａＰ低速成長層７ａとＧａＰ高速成長層７ｂとを、ｐ型ＧａＰ接続層７ｐの直上にＨＶＰＥ法により成長させる（ハイドライド気相成長工程）。ＧａＰ低速成長層７ａの成長速度は、ＧａＰ高速成長層７ｂの成長速度よりも低くする。より具体的には、ＧａＰ低速成長層７ａを、ＧａＰ高速成長層７ｂの１／１０以上１／２以下の成長速度で形成する。ＧａＰ低速成長層７ａは、これをかなり低速で形成するため原料の供給量が通常よりも大幅に抑制されており、成長後の層表面にはピットが観察される。通常、ＧａＰ低速成長層７ａとＧａＰ高速成長層７ｂとの間では基板１をハイドライド気相成長装置から取り出さないが、基板１をハイドライド気相成長装置から一旦取り出すと、このピットを観察することができる。【００３６】
ＧａＰ低速成長層７ａは、７００℃以上８００℃以下の温度にて成長する。他方、ＧａＰ高速成長層７ｂはＧａＰ低速成長層７ａよりも高温で成長することにより、より高い成長速度を確保しやすくなる。このようにして、ＧａＰ接続層７ｐからＧａＰ高速成長層７ｂまでの厚さが１００μｍ以上２５０μｍ以下、ＧａＰ低速成長層７ａの厚さが５μｍ以上５０μｍ以下、ＧａＰ高速成長層７ｂの厚さが１００μｍ以上で、かつ、ヒロックとピットの発生の抑制された面状態を有する化合物半導体ウェーハ２００を得ることができる。【００３７】
ＧａＰ高速成長層７ｂの成長が終了したら工程４に進み、化合物半導体ウェーハ２００を別の容器に移し替えて、例えば６５０〜７５０℃（例えば７００℃）で加熱しながらＶ族元素化合物（Ｚｎ３Ａｓ２、Ｚｎ３Ｐ２など）の蒸気を流通させ、真空拡散を行なう。すると、Ｚｎ成分がＧａＰ高速成長層７ｂの電極形成側部分に追加拡散され、高濃度ドーピング層８が形成される。【００３８】
以上の工程が終了すれば、真空蒸着法により第一電極９及び第二電極２０を形成し、さらに第一電極９上にボンディングパッド１６を配置して、適当な温度で電極定着用のベーキングを施す。そして、第二電極２０をＡｇペースト等の導電性ペーストを用いて支持体を兼ねた図示しない端子電極に固着する一方、ボンディングパッド１６と別の端子電極とにまたがる形態でＡｕ製のワイヤ１７をボンディングし、さらに樹脂モールドを形成することにより、発光素子１００が得られる。【００３９】
なお、ＧａＰ接続層７ｐは省略することも可能である。また、発光層部２４の第二主表面側のＧａＡｓ単結晶基板１をエッチングや研削により除去し（例えば図３の工程３の後）、ＧａＰ等の透明導電性基板を貼り合わせてもよい。また、透明導電性基板を貼り合わせる代わりに、第一主表面側と同様の電流拡散層（及び接続層）を成長してもよい。その成長工程は、前記した第一主表面側と同様の工程を採用することが可能である。
【実施例１】
【００４０】
図３に示す化合物半導体ウェーハ２００を、各層が以下の厚さとなるように形成する。なお、ＧａＡｓ単結晶基板は、＜１００＞方向を基準方向として、該基準方向に対するオフアングルが約１５°に設定されたものを用いる。ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４、ＡｌＧａＩｎＰ活性層５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６、ＧａＰ接続層７ｐはＭＯＶＰＥ装置を用いて形成し（有機金属気相成長工程）、ＧａＰ低速成長層７ａとＧａＰ高速成長層７ｂとは、ハイドライド気相成長装置を用いて約７６０℃の水素雰囲気中にて形成し（ハイドライド気相成長工程）、化合物半導体ウェーハ２００を得る。ＧａＰ低速成長層７ａは約６μｍ／時間の成長速度で形成し、ＧａＰ高速成長層７ｂは約２０μｍ／時間の成長速度で形成する。なお、各層の厚さは以下の通りである。
・ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４＝１μｍ；
・ＡｌＧａＩｎＰ活性層５＝０．６μｍ（発光波長６５０ｎｍ）；
・ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６＝１μｍ；
・ＧａＰ接続層７ｐ＝３μｍ；
・ＧａＰ低速成長層７ａ＝１０μｍ；
・ＧａＰ高速成長層７ｂ＝１５０μｍ
上記の条件で得られた化合物半導体ウェーハ２００の主表面、すなわちＧａＰ高速成長層７ｂの主表面を蛍光灯下で目視観察したところ、ヒロックは見つからなかった。
【実施例２】
【００４１】
ＧａＰ低速成長層７ａを２μｍとした以外は実施例１と同一の条件により、有機金属気相成長工程とハイドライド気相成長工程とを同様に実施して化合物半導体ウェーハを製造した。得られたＧａＰ電流拡散層の主表面を蛍光灯下で目視観察したところ、ヒロックは見つからなかった。また２０ｍＡでの順方向電圧Ｖｆは実施例１よりも約１％高かった。
【比較例１】
【００４２】
ＧａＰ低速成長層７ａを形成しない他は、実施例１と同じ条件で有機金属気相成長工程とハイドライド気相成長工程の施された化合物半導体ウェーハを製造した。得られたＧａＰ電流拡散層の主表面を蛍光灯下で目視観察したところ、ヒロックが全面に発生していた。また２０ｍＡでの順方向電圧Ｖｆは実施例１よりも約１％高かった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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