JP2004047973A

JP2004047973A - 発光素子の製造方法

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Publication number: JP2004047973A
Application number: JP2003136233A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Shinohara; 篠原　政幸; Masahito Yamada; 山田　雅人
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: JP4061497B2

Abstract

【課題】電流阻止層が埋設された電流拡散層を効率よく形成できる発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】発光素子１００の製造に際し、単結晶基板上１に、それぞれ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とを形成する。発光層部２４は有機金属気相成長法により形成する。また、発光層部２４の上に、ＩＩＩ族元素としてＧａを必須とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる電流拡散層７をハイドライド気相成長法により形成する。さらに、電流拡散層７の厚さ方向の中間位置に、該電流拡散層７とは導電型の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる電流阻止層１０を埋設形成する。そして、電流拡散層７の、電極の側において該電流阻止層を覆う部分を少なくとも、前記第二の気相成長工程により形成する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。そこで、クラッド層と電極との間に、ドーパントのキャリア濃度を高めた低抵抗率の電流拡散層を形成する方法が採用されている。他方、厚膜の電流拡散層を素子裏面側に配置し、素子基板に兼用させる構成も考えられる（この場合、該電流拡散層は導電性の素子基板とみなすこともできるが、本明細書ではこれも広義に電流拡散層の概念に属するものとみなす）。従来、このような電流拡散層は、発光層とともに、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ：以下、ＭＯＶＰＥ法ともいう）により形成されることが多かった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような発光素子における電流拡散層は、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、例えば発光層部よりは厚みを大きくして形成されるのが一般的である。しかし、ＭＯＶＰＥ法は層成長速度が小さく、十分な厚さの電流拡散層を成長させるには非常な長時間を要し、製造能率の低下とコストの増大を招く問題がある。また、ＩＩＩ族元素源としてＭＯＶＰＥ法に使用する有機金属は一般に高価である。さらに、ＭＯＶＰＥ法においては、結晶性の向上を図るために、ＩＩＩ族元素源に対してＶ族元素源（ＡｓＨ_３、ＰＨ_３など）を相当大きな比率（１０〜数百倍）にて配合しなければならないことも、コスト上は不利に作用する。さらに、発光素子においては、電極が遮光体として作用するため、この電極に素子駆動のための電圧を印加した場合、素子内の電流密度は電極直下付近で高く、光取出領域となる電極の周囲領域では低くなることより光取出効率が低下しやすくなる。そこで、電流阻止層を、例えば電極直下位置において電流拡散層中に埋設形成すれば、電流拡散層内において電流に電極領域外への迂回が生じ、光取出効率を高めることができる。しかし、このような電流阻止層を形成するには、工数の増大が不可欠であり、製造能率の低下はますます著しくなる。
【０００６】
また、電流阻止層を電流拡散層中に埋設形成する際に、電流阻止層を覆う電流拡散層部分をＭＯＶＰＥ法やＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法で形成すると、最終的に得られる電流拡散層の表面に、電流阻止層の形状がパターンダレした大きな段差が結晶欠陥を伴なって生じやすい問題がある。このような段差や結晶欠陥は、電極との導通不良を招いたり、あるいは画像処理を用いて電極にワイヤボンディングする際には、画像の誤検出要因となって、ワイヤボンディング工程での能率及び歩留まりの低下を招く場合がある。
【０００７】
本発明の課題は、電流阻止層が埋設された電流拡散層を効率よく形成できるとともに、該電流拡散層の表面の平滑性を高めることができる発光素子の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記第一の課題を解決するために、本発明の発光素子の製造方法は、
単結晶基板上に、それぞれ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形成し、発光層部に発光駆動電圧を印加するための電極を形成する発光素子の製造方法において、
単結晶基板上に、発光層部を有機金属気相成長法により形成する第一の気相成長工程と、
発光層部の形成後に実施される、電流拡散層を形成するためのハイドライド気相成長法による第二の気相成長工程と、
電流拡散層に、該電流拡散層とは導電型の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる電流阻止層を埋設形成する電流阻止層形成工程とを含み、
電流拡散層の、電極側において該電流阻止層を覆う部分を少なくとも、ハイドライド気相成長法により形成することを特徴とする。なお、本明細書において電流阻止層は、電流拡散層に属さないものとして考える。
【０００９】
本発明の発光素子の製造方法においては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる発光層部を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により成長する。そして、このようなＭＯＶＰＥ法により成長した発光層部の上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる電流拡散層を、ハイドライド気相成長法（Ｈｙｄｒｉｄｅ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ　Ｍｅｔｈｏｄ：以下、ＨＶＰＥ法という）を用いて形成する。ＨＶＰＥ法は、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４μｍ／時であるのに対しＨＶＰＥ法では約９μｍ／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（ＡｓＨ_３、ＰＨ_３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。
【００１０】
この場合、該電流阻止層を埋設形成する電流阻止層形成工程が必要となる。そして、本発明においては、電流拡散層内の、電極側において該電流阻止層を覆う部分を少なくとも、第二の気相成長工程（つまり、ＨＶＰＥ法）により形成する。電流阻止層を埋設形成する際に、電流阻止層を覆う電流拡散層部分をＭＯＶＰＥ法やＬＰＥ法で形成すると、例えば図８（ｂ）に示すように、最終的な電流拡散層の表面に、電流阻止層の形状がパターンダレした大きな段差が結晶欠陥を伴なって生じやすい問題がある。このような段差や結晶欠陥は、電極との導通不良を招いたり、あるいは前記したような画像処理を用いて電極にワイヤを自動ボンディングする際には、画像の誤検出要因となって、ワイヤボンディング工程での能率及び歩留まり低下を招く場合がある。しかし、ＨＶＰＥ法で電流阻止層を覆う電流拡散層部分を形成すると、例えば図８（ａ）に示すように、そのような段差や結晶欠陥がほとんど生じず、表面の平滑な電流拡散層が得られ、上記のような不具合が生じにくい。
【００１１】
特に電流拡散層の材質として、ＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０≦ａ≦１）を採用すると、ＨＶＰＥ法による成長が容易で、高品質の電流拡散層を得やすくなる利点がある。なお、本発明において、ＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０≦ａ≦１）は、ＧａＰ混晶比ａが１の場合を含むので、ＧａＰの概念を含んでいる。他方、ＧａＰ混晶比ａが０の場合も含むので、ＧａＡｓも概念として含むが、ＧａＡｓはＧａＰよりもバンドギャップが小さいので発光層部２４からの発光光束に対する吸収を生じやすい。従って、ＧａＰ混晶比ａは０より大きく設定することが望ましい。以下、「ＧａＡｓＰ」と記載した場合は、ＧａＰ混晶比ａが１未満であり、「ＧａＰ」と記載した場合はＧａＰ混晶比ａが１であることを意味する。
【００１２】
本発明においては、電流拡散層を成長速度の大きいＨＶＰＥ法にて成長するので、ＭＯＶＰＥでは現実的な時間の範囲内で成長困難な２０μｍ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。特に、５０μｍ以上の厚さに電流拡散層を成長させれば、該電流拡散層を素子基板に兼用させることも可能となる。この場合、該素子基板を兼用する電流拡散層は、発光層部の光取出面側に配置してもよいし（この場合、電流拡散層の主表面の一部領域のみが電極にて覆われる）、裏面側に配置してもよい。
【００１３】
電流拡散層を裏面側に配置する場合は、発光層部からの光に対し透光性を有する該電流拡散層の裏面を部分的に覆うコンタクト層を形成することができる。また、電流拡散層の裏面側にてコンタクト層を、該コンタクト層の非形成領域とともに覆う、反射層を兼ねた金属電極で覆うこともできる。この場合、コンタクト層は金属電極と電流拡散層との接合抵抗を低減する役割を果たす。他方、電流拡散層の裏面側にて該コンタクト層を、コンタクト層の非形成領域とともにＡｇペースト等の金属ペースト層で覆うこともできる。いずれの態様においても、特にコンタクト層の非形成領域において金属電極又は金属ペースト層による発光光束の反射効果を高めることができる。
【００１４】
なお、電流拡散層の厚さが２００μｍを超えると、ＨＶＰＥ法を用いているといえども成長時間が相当長くなり、製造能率の低下につながる場合がある。このような観点から、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２００μｍ以下とすることが望ましい。ただし、電流拡散層が過度に薄くなれば、電流拡散効果が十分に得られなくなって発光効率の低下につながる。従って、電流拡散層の厚さは、５μｍ以上は確保しておくことが望ましい。なお、電流拡散層を素子基板に兼用させない場合は、製造能率を優先させて、その形成厚さを５０μｍ未満に留めることが望ましい。特に、成長温度が比較的高い場合（例えば８００℃以上）は、電流拡散層の厚さを５０μｍ以上に増加させても発光強度の大幅な増加は望めないので、電流拡散層の厚さを５０μｍ未満、望ましくは２０μｍ以下に留めることが望ましいといえる。他方、後述のごとく、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るので、この場合は、電流拡散層を厚膜化することにより発光強度をさらに向上でき、５０μｍ以上の層厚設定が有効となる場合がある。
【００１５】
発光層部は、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて構成される第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層が、発光層部に発光駆動電圧を印加するための電極側からこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有するものとして形成できる。活性層の両側に形成されるクラッド層とのバンドギャップ差に起因したエネルギー障壁により、注入されたホールと電子とが狭い活性層中に閉じ込められて効率よく再結合するので、非常に高い発光効率を実現できる。さらに、活性層の組成調整により、広範囲の発光波長を実現することができる。
【００１６】
電流阻止層を電流拡散層に埋設するには、電流阻止層を形成後に所望のパターンにエッチングし、ＨＶＰＥ法により第二の気相成長工程を行なうための容器に移し替える必要がある。このとき、電流阻止層が容器外の雰囲気にさらされるので、酸化の影響が問題になる場合がある。また、後述のように電流阻止層を化学エッチングにより形成する場合、エッチング時に受ける酸化も考慮する必要がある。そこで、電流阻止層を、酸化されやすい元素であるＡｌ（アルミニウム）を含有しないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成すると、このような酸化の問題が生じにくくなり、好都合である。
【００１７】
なお、Ａｌを含有しない電流拡散層としては、例えばＧａＰを採用できる。ＧａＰは比較的広いバンドギャップを有しているので、発光層部から発光波長の短い光が放出されている場合でも光吸収を起しにくい。従って、光取出し効率を確保する上で有利であり、また、光吸収抑制を考慮したときの発光層部の材料選択幅も広げられる利点がある。
【００１８】
一方、ＧａＰにＧａＡｓを配合したＧａＡｓ_１−ａＰ_ａにより電流拡散層を構成すると、以下のような利点が生ずる。すなわち、電流拡散層の電極形成側の表層部に、ドーパントをＺｎ（亜鉛）として追加拡散処理により高濃度ドーピング層を形成する場合、Ｚｎの拡散速度は、ＧａＰ中よりもＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ中の方が大きく、必要な厚さの高濃度ドーピング層を短時間にて形成できる。この目的にてＧａＡｓ_１−ａＰ_ａを採用する場合は、ＧａＰの混晶比ａが０．５以上０．９以下となるように設定することが望ましい。ＧａＰの混晶比ａが０．５未満では、ＧａＡｓの混晶比が高くなり、バンドギャップが縮小して光吸収が生じやすくなる場合がある。他方、ＧａＰの混晶比ａが０．９を超えると、ＧａＡｓの混晶比が小さくなりすぎ、Ｚｎの拡散促進効果が十分に得られなくなる場合がある。
【００１９】
電流阻止層形成工程は、具体的には以下のような工程を含むものとして実施することができる。
▲１▼第三の気相成長工程：発光層部の上に、電流拡散層の一部をなす第一導電型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第一層と、電流阻止層をなす第二の導電型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第二層とを有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により順次形成する。
▲２▼エッチング工程：得られた第二導電型の化合物半導体層を、電流阻止層となるべき部分を残して残余の部分をエッチング除去する。
そして、第二の気相成長工程は、第一層と同一導電型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第三層を、第二層のエッチング後の残余部分をくるむようにハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）により形成する。
【００２０】
第一層は、電流拡散層の、電流阻止層に対する下地となる部分をなすものであり、第二層は電流阻止層をなす部分である。上記方法によると、第一層及び第二層を形成する第三の気相成長工程を、発光層部の形成される第一の気相成長工程に続く形で、同じＭＯＶＰＥ法により実施できるので能率的である。これら第一の気相成長工程及び第三の気相成長工程を同一の成長容器内で基板を容器外に取り出さずに連続的に行なうと、特に効果が大きい。
【００２１】
この場合、第三の気相成長工程が終了すると、基板を容器外に取り出して、ＨＶＰＥ法により第二の気相成長工程を行なうための容器に移し替える必要がある。このとき、第一層及び第二層は容器外の雰囲気にさらされるので、酸化の影響が問題になる場合がある。また、後述のように第二層を化学エッチングする場合は、そのエッチング時に受ける酸化も考慮する必要がある。この観点においては、第一層及び第二層を、いずれも、酸化されやすい元素であるＡｌ（アルミニウム）を含有しないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成するとよい。具体的には、第一層、第二層及び第三層をいずれもＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０≦ａ≦１：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が大きい）により形成することができる。これは、第三層をＨＶＰＥ法にて形成する際に、ＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０≦ａ≦１）が最も成長が容易で高品質のものが得られるためであり、ＭＯＶＰＥにより形成される第二層も、これに合わせ込む形でＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０≦ａ≦１）を採用する。また、第一層を同じＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０≦ａ≦１：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が大きい）とすることにより、第三の気相成長工程において、ＭＯＶＰＥ法により第一層を形成後、第二層の形成に移行する際に原料ガスの切り替えが不要となり、製造が容易となる。なお、各層のＧａＰ混晶比ａを同じに設定しておくと、製造がより容易となる。また、不要なバンド端不連続も生じないので、それによる発光性能の低下等も懸念する必要がなくなる。
【００２２】
なお、第二層と第一層とは、同じＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０≦ａ≦１）であっても導電型は反対とされる。例えば、第三層を、Ｚｎ及び／又はＭｇ（マグネシウム）をドーパントとしたｐ型ＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０≦ａ≦１：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が大きい）層とする場合、第二層はＳｉ（シリコン）等をドーパントとするｎ型ＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０≦ａ≦１）層とする。なお、この場合の電流拡散層は、ＭＯＶＰＥ法による第一層と、ＨＶＰＥ法による第三層とでドーパントの種別を異ならせてもよい。例えば、第三層のドーパントをＺｎとする場合、第一層のドーパントをＺｎとするほかに、Ｚｎに代えてＭｇを用いることも可能である。ＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０≦ａ≦１）よりなる第一層のドーパントをＭｇにしておくと、ＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ中のＭｇの拡散速度は小さいので、該第一層のＭｇが発光層部側に逆拡散して、発光特性を低下させたりする不具合が生じにくい。
【００２３】
次に、エッチング工程において、第二層をエッチングする方法としては、気相エッチングを行なってもよいが、エッチング液を用いた化学エッチングが簡便で、能率もよいので本発明に好適に採用できる。この化学エッチングは、第二層に対するエッチング活性が、第一層に対するエッチング活性よりも高く、第二層のみを選択的にエッチングできるものを使用することが好ましい。しかし、第一層と第二層とが同一材質の化合物半導体よりなる場合、第一層と第二層とに対して顕著なエッチング活性差を有したエッチング液を得ることは容易ではなく、例えばやむを得ずエッチング活性差の小さい液を用いてエッチングを行なうと、選択エッチング能力が不足して、第一層にまでエッチングの影響が大きく及んでしまう不具合を生ずる。
【００２４】
このような場合、第一層と第二層との間に、両層のいずれとも材質の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第四層を介挿形成し、エッチング工程において、第四層をエッチストップ層として第二層を第一のエッチング液により化学的に選択エッチングすることが有効である。つまり、第二層とは材質の相違する第四層を、該第二層の下地として形成しておけば、材質が同じである第一層と第二層とに対しては適当なエッチング液が見つからなくても、材質が相違する第二層と第四層とであれば、適当な選択エッチング性を有したエッチング液を容易に見出すことができる。そして、このようなエッチング液を第一のエッチング液として用いることにより、エッチング工程においては該第四層がエッチストップ層として作用し、第二層を容易に選択エッチングできる。また、この第四層は、第二層の電流阻止層として残る部分の直下はエッチングされずに残留するが、その残留部分は、電流阻止層により電流が遮られる部分に生ずるので、発光特性等には何ら影響しない。
【００２５】
この第四層は、Ａｌを含有しないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて形成することが望ましい。すなわち、第二層を第一のエッチング液により選択エッチングする際に、エッチストップ層となる第四層にＡｌが含有されていると、エッチング液とＡｌとが反応して絶縁性のＡｌ酸化層が形成される場合がある。後述の通り、第四層の露出部分を第二のエッチング液によりエッチング除去して第三層の形成を行なう場合は、Ａｌ酸化層はそのエッチングの妨げとなる。また、第四層を残して第三層を形成すると、Ａｌ酸化層により直列抵抗が増加する上、第三層の第四層上へのエピタキシャル成長が妨げられる場合がある。いずれも、発光特性の低下につながる。
【００２６】
例えば、第二層をＡｌ_ｄＧａ_１−ｄＰ（０＜ｄ≦１）又は（Ａｌ_ｂＧａ_１−ｂ）_ｃＩｎ_１−ｃＰ（０＜ｂ≦１；０≦ｃ≦０．５）にて形成する場合は、第一層をＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０≦ａ≦１）にて形成し、第二層に対するエッチング液として、例えば塩酸を用いる。すると、特に第四層を設けなくとも第二層を第一層に対して問題なく選択エッチングできる。しかし、第二層に含まれるＡｌの酸化が問題となる場合は、第二層もＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０≦ａ≦１）にて形成することが有効である。この場合は、第二層を化学エッチングにより選択エッチングすることが難しくなるので、例えば第二層よりもＧａＰの混晶比が大きいＧａＡｓ_１−ｂＰ_ｂ（ａ＜ｂ≦１）にて形成された第四層を介挿すると、第二層と第四層との間には選択エッチング性を付与しやすくなる。特に、第二層と第一層とがＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０．５≦ａ≦０．９）からなり、第四層がＧａＰとされている場合、第四層によるエッチストップ効果が顕著である。この場合、第一のエッチング液としては、一例として硫酸あるいは硫酸と過酸化水素水との混合液を使用することにより、第四層をエッチストップ層とした第二層の選択エッチングを効果的に行なうことができる。
【００２７】
第四層の厚みは１ｎｍ以上１００ｎｍ以下に調整することが望ましい。該厚みが１ｎｍ未満ではエッチストップ効果が十分に得られず、１００ｎｍより厚く形成することは、エッチストップ効果が飽和して不経済である。
【００２８】
例えば、第四層をエッチストップ層として第二層の外側を第一のエッチング液により化学的に選択エッチングした後、当該第二層の外側に露出している第四層を、第一層をエッチストップ層として第二のエッチング液により化学的に選択エッチングして第一層を露出させ、その後、第二の気相成長工程により第三層を第一層の外側と接するように形成することができる。このようにすると、電流阻止層として残った第二層の周囲において、電流拡散層をなす第一層と第三層との間に、不要な第四層が残留せず、該第四層による光吸収等の問題も生じにくい。なお、第四層の厚さを１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の小さな範囲に設定すれば、第四層による光吸収等の影響はほとんど生じないので、第二層の外側に露出している第四層をエッチングせずに第三層を形成することも可能である。
【００２９】
本発明の発光素子の製造方法においては、オフアングルを有する単結晶基板を用いることができる。本明細書において、「オフアングルを有する」とは、化合物半導体層が積層される単結晶基板の結晶主軸が、＜１００＞または＜１１１＞等に定められた基準方向に対し一定の角度傾けてあることをいう。ＭＯＶＰＥ法により混晶発光層部を成長する場合、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、ＭＯＶＰＥ法により成長した混晶発光層部の上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる電流拡散層を、ＨＶＰＥ法を用いて形成すると、最終的に得られる電流拡散層の表面に、単結晶基板のオフアングルに由来したファセットや面荒れがほとんど生じず、ひいては平滑性の良好な電流拡散層が得られる。そして、電流拡散層の表面が平滑化されると、電流拡散層上に形成される電極との密着性も良好となる。また、その電極にワイヤを、画像処理を用いて自動ボンディングする際に、面荒れによる画像の誤検出が軽減され、ひいてはワイヤボンディング工程での能率向上や、歩留まり改善にも寄与する。
【００３０】
（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰにて発光層部を構成する場合、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１゜以上２５゜以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板とすることができる。オフアングルが１゜未満では既に説明した発光特性（発光スペクトルプロファイルや中心波長）のバラツキ抑制効果に乏しくなり、２５゜を超えると発光層部の正常な成長が不能となる場合がある。該効果は、特に＜１００＞方向を基準方向としてオフアングルが上記の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板を用いた場合に、特に顕著である。
【００３１】
単結晶基板は、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より望ましい。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、ＨＶＰＥによる第二の気相成長工程にて最終的に得られる電流拡散層の表面を平滑化する効果が一層高められる。本発明者らが検討したところ、オフアングルの１゜以上１０°未満の単結晶基板を用いると、ＨＶＰＥにて得られる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を招くこともあった。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。
【００３２】
また、突起状の結晶欠陥発生防止も含め、平滑で良好な表面状態の電流拡散層を得るには、ＨＶＰＥ法による電流拡散層の成長温度を適正化することも、工程上考慮すべき重要なポイントである。単結晶基板のオフアングルを１０°以上２０°以下の範囲に設定すると、そのような電流拡散層の適正な成長温度範囲を低温側に引き下げることができるのも、重要な効果の一つである。電流拡散層の成長温度を低温化できれば、該電流拡散層の下地をなす発光層部に加わる、電流拡散層成長時の熱履歴を和らげることができ、発光層部のｐ−ｎ接合をなすドーパントプロファイルの拡散劣化が生じにくい。特にダブルへテロ構造の発光層部の場合は、発光再結合の効率を高めるため、活性層のドーパント濃度はなるべく低くしたい要請がある。従って、電流拡散層の成長温度の低温化により、クラッド層側から活性層側へのドーパント拡散を抑制することにより、発光素子の内部量子効率を高めることができ、発光性能を大幅に改善することができる。また、成長温度の低減により、上記ドーパントプロファイルを良好に維持したまま電流拡散層の層厚を増やすことができるので、該電流拡散層を特に５０μｍ以上に厚膜化したときの発光強度の向上効果がとりわけ著しくなる利点もある。
【００３３】
オフアングルが１０°未満となるか、又はオフアングルが２０°を超えると、突起状の結晶欠陥発生防止効果及び電流拡散層の適正成長温度の低温化効果が不十分となる場合がある。オフアングルはより望ましくは１３°以上１７°以下に設定するのがよい。
【００３４】
この場合、第二の気相成長工程において、上記の電流拡散層をハイドライド気相成長法により成長する場合、該成長温度を６４０℃以上７５０℃以下の温度に設定することが望ましい。成長温度が６４０℃未満では電流拡散層の表面の平滑化効果、特に突起状の結晶欠陥の発生抑制効果が十分に得られなくなる。また、７５０℃より高温では、発光層部のドーパントプロファイルの拡散劣化防止効果が十分に達成できなくなる。なお、上記成長温度は、より望ましくは６８０℃以上７２０℃以下（特にオフアングルが１３°以上１７°以下の場合）に設定するのがよい。また、このような温度設定により、電流拡散層を５０μｍ以上（２００μｍ以下）に厚膜化させたときの、発光強度向上効果が特に著しくなる。
【００３５】
なお、発光層部及び電流拡散層のエピタキシャル成長に使用する単結晶基板は、敢えて除去せず素子内に残した構造としてもよいし、ＧａＡｓ等の光吸収性の基板である場合は、発光層部及び電流拡散層のエピタキシャル成長後に該単結晶基板を除去した構造としてもよい。単結晶基板を除去しない場合の本発明の発光素子の製造方法は以下の通りである：
単結晶基板上に、それぞれＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層部と電流拡散層と、発光層部に発光駆動電圧を印加するための電極とをこの順序で形成した発光素子の製造方法において、
単結晶基板上に、発光層部を有機金属気相成長法により形成する第一の気相成長工程と、
発光層部の形成後に実施される、電流拡散層を形成するためのハイドライド気相成長法による第二の気相成長工程と、
電流拡散層に、該電流拡散層とは導電型の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる電流阻止層を埋設形成する電流阻止層形成工程とを含み、
電流拡散層の、電極側において該電流阻止層を覆う部分を少なくとも、ハイドライド気相成長法により形成することを特徴とする。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
図１は、本発明の適用対象となる発光素子１００を示す概念図である。発光素子１００は、ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板（以下、単に基板という）１の第一主表面上に素子本体部が形成されている。この基板１の第一主表面ＭＰ１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の上に電流拡散層７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ＭＰ２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ＰＦ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。
【００３７】
発光層部２４は、ノンドープ（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−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（Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、ｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層６とｎ型（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ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が配置されており、第二電極層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１０^１３〜１０^１６／ｃｍ^３程度を上限とする）をも排除するものではない。
【００３８】
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。また、電流拡散層７中のＨ（水素）及びＺｎの含有濃度は、それぞれｐ型クラッド層６のＨ及びＺｎの含有濃度よりも小さくされてなる。さらに、電流拡散層７には、第一電極９に対応する位置に、ｎ型Ａｌ_ｄＧａ_１−ｄＰ（例えばｄ＝０．２）よりなる電流阻止層１０が埋設形成されている。電流拡散層７の形成厚さｔ１は、例えば５μｍ以上２０μｍ以下（一例として、１０μｍ）である。また、電流阻止層１０の厚さは０．０５μｍ以上１μｍ以下（例えば０．１μｍ）である。
【００３９】
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。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２×１０^１８／ｃｍ^３以上５×１０^１９／ｃｍ^３以下（例えば、１×１０^１９／ｃｍ^３）であり、高濃度ドーピング層８以外の部分において１×１０^１７／ｃｍ^３以上２×１０^１８／ｃｍ^３以下（例えば、８×１０^１７／ｃｍ^３）とされている。
【００４０】
高濃度ドーピング層８の厚さｔ２は１μｍ以上４μｍ以下（例えば３μｍ）である。高濃度ドーピング層８の厚さｔ２は、ドーパントが最も高濃度となる電流拡散層表層部のｐ型ドーパント含有濃度（本実施形態ではＺｎ含有濃度）をＮｍａｘとし、他方、電流拡散層７の拡散の影響を受けていない部分でのｐ型ドーパント含有濃度をＮｍｉｎとしたとき、層厚方向において略（Ｎｍａｘ＋Ｎｍｉｎ）／２となる位置を、高濃度ドーピング層８と残余の部分との境界位置として定めることにより特定される。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。
【００４１】
電流拡散層７のうち、ｐ型クラッド層６と電流阻止層１０との間に位置する部分は、ＭＯＶＰＥ法により形成された第一層７ａである。また、電流阻止層１０（及び第四層１１）に関して第一層７ａの反対側には、該第一層７ａとともに電流阻止層１０をくるむように覆う形で、電流拡散層７の要部をなす第三層７ｂが形成されている。この第三層７ｂは、後述するＨＶＰＥ法により形成されたものであり、第一電極９側の表層部がＺｎの追加拡散により前述の高濃度ドーピング層８とされている。
【００４２】
電流拡散層７中のＨ濃度は、ＨＶＰＥ法の採用により、ＭＯＶＰＥ法によるｐ型クラッド層６のＨ濃度（通常、１５×１０^１７／ｃｍ^３程度）よりも小さく設定できる。本実施形態では、電流拡散層７のうち第一層７ａだけはＭＯＶＰＥ法により形成され、この部分のＨ濃度は多少高くなる。しかし、第三層７ｂのＨ濃度は７×１０^１７／ｃｍ^３以下であり、通常、２×１０^１７以下である。第一層７ａの厚さは第三層７ｂの厚さよりもはるかに小さいので、いずれにしても、電流拡散層７中のＨ濃度はｐ型クラッド層６よりも十分に低い値となる。そして、電流拡散層７の要部をなす第三層７ｂのうち、高濃度ドーピング層８を除いた部分は、Ｚｎの含有濃度をｐ型クラッド層のＺｎの含有濃度より低く設定しても、Ｈとの結合により不活性化するＺｎの量が少ないので、十分な導電性を確保することができる。その結果、素子ライフの向上を図ることができる。
【００４３】
また、電流拡散層７は、面内方向の電流拡散が主に高濃度ドーピング層８にて進む。そして、高濃度ドーピング層８以外の内層部分は、ドーパントのキャリア濃度が低く面内方向の抵抗率が高いので、電流は該内層部分に入ると面内方向への再拡散が生じにくく、電極９の外側領域に迂回しつつ流れやすくなる。その結果、光取出し効率が向上する。
【００４４】
なお、本実施形態では、第一層７ａと第三層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７ａをＧａＡｓ_１−ａＰ_ａとし、第三層７ｂをＧａＰとする）。また、第一層７ａと第三層７ｂとはいずれも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両層７ａ，７ｂともＺｎを採用することもできるが、ＭＯＶＰＥにて形成される第一層７ａ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（炭素）とし、ＨＶＰＥにて形成される第三層７ｂのドーパントをＺｎとしてもよい。
【００４５】
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、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ＭＰ１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（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−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（第一の気相成長工程）。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（ＰＨ_３）など。
【００４６】
次に、図３の工程▲３▼では、上記第一の気相成長工程の反応容器内にて引き続き、すでに形成された発光層部２４の上に、ｐ型ＧａＰからなる第一層７ａ（ＭＯ層部である）と、電流阻止層をなすｎ型Ａｌ_ｄＧａ_１−ｄＰ（例えばｄ＝０．２）からなる第二層１０’とをＭＯＶＰＥ法により順次形成する。次に、第二層１０’の、電流阻止層１０として残す部分の表面を、フォトレジスト層３０にて覆う。そして、工程▲４▼に進み、塩酸からなる第一のエッチング液によりエッチングすると、第二層１０’の、フォトレジスト層３０にて覆われなかった部分が選択的にエッチングされる。エッチングが終了したら、洗浄後、フォトレジスト層３０を除去する。
【００４７】
図４の工程▲５▼に進み、ｐ型ＧａＰよりなる第三層７ｂ（ＨＶＰＥ層部である）を、ＨＶＰＥ法により、電流阻止層１０をくるむように成長させる（第二の気相成長工程）。ＨＶＰＥ法は、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Ｈ_２ガスとともに基板上に供給する。
Ｇａ（液体）＋ＨＣｌ（気体）　→　ＧａＣｌ（気体）＋１／２Ｈ_２‥‥（１）
ＧａＰの場合、成長温度は例えば６３０℃以上８６０℃以下に設定する。また、Ｖ族元素であるＰは、ＰＨ_３をキャリアガスであるＨ_２とともに基板上に供給する。さらに、ｐ型ドーパントであるＺｎは、ＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛）等の形で供給する。ＧａＣｌはＰＨ_３との反応性に優れ、下記（２）式の反応により、Ｇａとの間で効率よく、電流拡散層７の要部をなす第三層７ｂを成長させることができる：
ＧａＣｌ（気体）＋ＰＨ_３（気体）
→ＧａＰ（固体）＋ＨＣｌ（気体）＋Ｈ_２（気体）‥‥（２）
このように電流拡散層７の要部をなす第三層７ｂをＨＶＰＥ法により形成することで、電流拡散層７の第一主表面ＰＦに、電流阻止層１０の形状がパターンダレした大きな段差や欠陥が発生することを効果的に抑制することでき、電流拡散層７の第一主表面ＰＦの平滑性を高めることができる。
【００４８】
なお、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１゜以上２５゜以下の主軸Ａを有するものとすることができる（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）。特に、オフアングルが１０°以上２０°以下（望ましくは１３°以上１７°以下）の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板を用いると、電流拡散層７の表面への振幅の大きな突起状の結晶欠陥の形成抑制に効果があり、また、平滑な表面状態を得るための、ＨＶＰＥ法による電流拡散層７の適正な成長温度を、６４０℃以上７５０℃以下（より望ましくは６８０℃以上７２０℃以下）に下げることができ、ｐ型クラッド層６及びｎ型クラッド層４から活性層５へのドーパント拡散、ひいては発光層部２４のドーパントプロファイルの拡散劣化を抑制することができる。
【００４９】
第三層７ｂの成長が終了したら工程▲６▼に進み、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（Ｚｎ_３Ａｓ_２、Ｚｎ_３Ｐ_２など）の蒸気を流通させ、真空拡散を行なう。すると、Ｚｎ成分が第三層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。拡散時間は、高濃度ドーピング層８の形成厚さｔ２をどの程度にするかに応じて調整される。なお、ｐ型クラッド層６に使用するｐ型ドーパントは、拡散係数が比較的小さいＭｇ及び／又はＣを使用することにより、ＨＶＰＥ法により電流拡散層７を形成する際に、その成長温度での加熱によるｐ型クラッド層６から活性層５へのｐ型ドーパントの拡散を抑制することができ、発光強度の向上に寄与する。
【００５０】
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。なお、ワイヤ１７のボンディングは、カメラにより素子の第一表面を画像撮影し、周知の画像処理方法によりボンディングパッド１６領域を識別して、自動ボンディング装置にて行なう。このとき、ボンディングパッド１６が配置される電流拡散層７の表面が平滑なので、ボンディングパッド１６領域を誤検出する不具合も生じにくい。
【００５１】
以下、発光素子１００の種々の変形例について説明する（図１の発光素子１００と同一構成部分には同一の符号を付与して詳細は省略し、相違点のみ説明する）。図５の発光素子２００は、電流阻止層１０を、電流拡散層７をなす第一層７ａ及び第三層７ｂと同じＧａＡｓＰ（ただし、導電型はｎ型）にて構成した例である。この場合は、図３の工程が、図６のように変更される。すなわち、工程▲７▼に示すように、ＧａＰからなる第四層１１’をエッチストップ層として形成し、工程▲８▼に示すように、電流阻止層１０となるＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０．５≦ａ≦０．９）からなる第二層１０’を、例えば硫酸−過酸化水素水混合液を用いて選択エッチングする。さらに工程▲９▼においては、電流阻止層１０の周囲に露出している第四層１１’をエッチング除去する。電流阻止層１０の下側の第四層１１は残留する。以降の工程は、図４と同じである。
【００５２】
ＨＶＰＥ法によるＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ層（第三層７ｂ）の形成は、前記（２）式においてＰＨ_３とともにＡｓＨ_３が併用され、成長温度が７７０〜８３０℃とやや低めに設定される。
【００５３】
そして、Ｚｎを気相拡散させて高濃度ドーピング層８を形成する際に、電流拡散層がＧａＡｓ_１−ａＰ_ａにて形成されていると、ＧａＰと比較して、同じ温度におけるＺｎの拡散速度が大幅に向上する。例えば、６５０〜７５０℃程度の処理温度を採用する場合は、ＧａＰの場合の拡散時間を３０〜６０％も短縮することができる。また、ＧａＡｓ_１−ａＰ_ａは、上記のようにＨＶＰＥ法により成長する際の成長温度がＭＯＶＰＥ法に比べて低い。従って、発光層部側に、ｐ型のＧａＡｓ_１−ａＰ_ａからなる電流拡散層をＨＶＰＥ法により成長する際に、そのｐ型ドーパント（例えばＺｎ）が発光層部側に過度に拡散したり、あるいは発光層２４に含まれるｐ型クラッド層６内のｐ型ドーパントが活性層５内に拡散したりして、発光性能を低下させたりする不具合が、より生じにくい。
【００５４】
なお、図７の発光素子３００のように、第四層１１の厚さが１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の小さな値とされていれば、電流阻止層（第二層）１０の外側に露出している第四層１１’をエッチングせずに第三層７ｂを形成することができる。この場合、電流阻止層１０の外側においても、第一層７ａと第三層７ｂとの間には第四層１１’が介在形成された構造となる。第四層１１’を上記のように極薄く形成することで、バンド不連続等の影響も小さくなり、発光層部２４への通電も支障なく行なうことができる。当然、第四層１１’のエッチングを省略できるので、工程も簡便である。
【００５５】
以上のすべての実施形態においては、活性層５は上記実施形態では単一層として形成していたが、これを、バンドギャップエネルギーの異なる複数の化合物半導体層が積層されたもの、具体的には、量子井戸構造を有するものとして構成することもできる。量子井戸構造を有する活性層は、混晶比の調整によりバンドギャップが互いに相違する２層、すなわちバンドギャップエネルギーの小さい井戸層と大きい障壁層とを、各々電子の平均自由工程もしくはそれ以下の厚さ（一般に、１原子層〜数ｎｍ）となるように格子整合させる形で積層したものである。上記構造では、井戸層の電子（あるいはホール）のエネルギーが量子化されるため、例えば半導体レーザー等に適用した場合に、発振波長をエネルギー井戸層の幅や深さにより自由に調整でき、また、発振波長の安定化、発光効率の向上、さらには発振しきい電流密度の低減などに効果がある。さらに、井戸層と障壁層とは厚さが非常に小さいため、２〜３％程度までであれば格子定数のずれが許容され、発振波長領域の拡大も容易である。なお、量子井戸構造は、井戸層を複数有する多重量子井戸構造としてもよいし、井戸層を１層のみ有する単一量子井戸構造としてもいずれでもよい。なお、障壁層の厚さは、例えばクラッド層と接するもののみ５０ｎｍ程度とし、他は６ｎｍ程度とすることができる。また、井戸層は５ｎｍ程度とすることができる。
【００５６】
また、基板１の上に発光層２４を、バッファ層２を介して直接形成していたが、基板１と発光層２４との間に、光取出し効率を向上させるために反射層を介挿してもよい。反射層としては、例えば、特開平７−６６４５５号公報に開示されているような、屈折率の相違する半導体膜を複数積層したものを利用することができる。
【００５７】
また、図９の発光素子４００は、図１の発光素子１００のＧａＡｓ単結晶基板１をエッチング等により除去し、代わって反射用の金属層１０２（例えばＡｕ層あるいはＡｇ層である）を介して、導電性基板であるＳｉ基板（Ａｌ等の金属板でもよい）を貼り合わせたものである。金属層１０２と発光層部２４との間には、両者の接合抵抗を低減するためのコンタクト層１０２ｃ（本実施形態ではｎ型層４と接するＡｕＢｅ層とされているが、ｐ型層と接する場合はＡｕＧｅＮｉ層を使用できる）が分散形成されている。コンタクト層１０２ｃの非形成利領域では、金属層１０２による反射効果が特に高い。また、図１０の発光素子５００は、図１の発光素子１００のＧａＡｓ単結晶基板１をエッチング等により除去し、代わって透明導電性基板であるＧａＰ基板１０３（本実施形態ではｎ型）を貼り合わせたものである。ＧａＰ基板１０３の側面１０３Ｓからの光取出が可能である。本実施形態では、ＧａＰ基板１０３の裏面にコンタクト層１２０ｃが分散形成され、該コンタクト層１２０ｃの非形成領域とともに、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための電極１２０（例えばＡｕ電極）により覆われている（電極１２０に換えてＡｇペースト層を形成してもよい）。図９及び図１０のいずれの発光素子４００，５００においても、電流拡散層７はＧａＡｓＰにて構成することもできる。
【００５８】
図１１の発光素子６００は、素子基板を兼用した厚膜のＧａＰ（ＧａＡｓＰでもよい）からなる電流拡散層９０を、発光層部２４（ｎ型クラッド層４、活性層５及びｐ型クラッド層６の積層順は、図１と逆である）の裏面側に成長させた例を示すものである。ここでは、電流拡散層９０を、ＨＶＰＥ法によるｐ型ＧａＰのエピタキシャル成長層としており、その厚さｔｂは５０μｍ以上２００μｍ以下（例えば１００μｍ）である。ＧａＰは発光層部２４からの発光光束に対して透明であり、その側面９０ｓからも光取出が可能となる。本実施形態においては、発光層部２４の該光取出面側（ｎ型クラッド層４側）に透光性を有するコンタクト用導電層９１が設けられ、電極９及びボンディングパッド１６が該コンタクト用導電層９１上に設けられている。このコンタクト用導電層９１は、例えばＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰなどで構成できるが、導電性酸化物で構成してもよい。
【００５９】
図１１の発光素子６００を製造する場合、図２の工程▲２▼を実施した後、発光層部２４のＧａＡｓ基板１と反対側（ｐ型クラッド層６側）の主表面上に、ＨＶＰＥ法により電流拡散層９０を直接厚膜成長させる。その後、ＧａＡｓ基板１を除去し、その除去された側（ｎ型クラッド層４側）の発光層部２４の主表面に、コンタクト用導電層９１を、ＨＶＰＥ法によりエピタキシャル成長することができる（例えば、コンタクト用導電層９１をＧａＰ、ＧａＡｓＰで構成する場合）。他方、コンタクト用導電層９１をＡｌＧａＡｓあるいはＡｌＧａＩｎＰ等で構成する場合のように、ＧａＡｓ基板１上にコンタクト用導電層９１をＭＯＶＰＥ法で成長しておき、さらに発光層部２４を成長した後、ＧａＡｓ基板１を除去するようにしてもよい。なお、ＡｌＧａＩｎＰにてコンタクト用導電層９１を形成する場合、発光層部側のクラッド層（図１１ではｎ型クラッド層４）をなすＡｌＧａＩｎＰと同じ混晶比としてもよいし、異なる混晶比としてもよい。同じ混晶比とする場合、クラッド層よりもドーパント濃度を高め、導電性を高めておくことが望ましい。また、異なる混晶比とする場合は、発光層部２４の活性層５よりもバンドギャップが大きくなる混晶比を採用することが、透光性を高める観点において望ましい。
【００６０】
なお、図１０の発光素子５００及び図１１の発光素子６００においては、ＧａＰ基板１０３ないし電流拡散層９０の裏面には、コンタクト層１２０ｃ（図１０では、ｎ型ＧａＰ基板１０３と接するＡｕＢｅ層であり、図１１では、ｐ型ＧａＰからなる電流拡散層９０と接するＡｕＧｅＮｉ層である）が分散形成されている。本実施形態では、このコンタクト層１２０ｃが、コンタクト層１２０ｃの非形成利領域とともに、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための電極１２０（例えばＡｕ電極）により覆われている（電極１２０に換えてＡｇペースト層を形成してもよい）。これにより、コンタクト層１２０ｃの非形成利領域では、電極１２０による反射効果を高めることができる。
【００６１】
以下、本発明の効果を確認するために行なった実験結果について説明する。
上記した製造方法に従い、図１における第一電極９、ボンディングパッド１６および電極ワイヤ１７を除いた形の発光素子の製造を行なった。また、電流拡散層７の形成厚さを１０μｍ、電流阻止層１０の厚さを０．１μｍとした。また、比較のため、電流拡散層７の全体をＭＯＶＰＥ法により形成した発光素子も製造した。
【００６２】
上記発光素子の第一主表面ＰＦにおける、電流阻止層が形成された直上近傍の表面の状態を、該表面に対し垂直方向から光学顕微鏡にて観察することにより評価した。その結果を図８に示す。図８（ａ）が実施例、図８（ｂ）が比較例の観察結果である。倍率は、いずれも２００倍であり、特に、パターンダレした領域は、明度が小さく観察される。
【００６３】
図８（ｂ）の比較例においては、電流阻止層エッジに対応した領域（図の点線で囲ったＡ領域）に、パターンダレによる大きな段差に基づく強いコントラストが観測される。また、その段差領域には、多数の結晶欠陥パターンも見られる。一方、図８（ａ）に示す実施例でも、電流阻止層エッジに対応したＡ領域のコントラストは小さく、段差の程度は小さい。また、結晶欠陥パターンもほとんどみられない。すなわち、電流拡散層をＨＶＰＥ法にて形成した場合、電流阻止層エッジに対応した表面領域が、ＭＯＶＰＥ法で形成したものに比べて格段に平滑であり、結晶欠陥も少ないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【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】図１の発光素子の製造工程を示す説明図。
【図３】図２に続く説明図。
【図４】図３に続く説明図。
【図５】図１の発光素子の、第一の変形例を示す図。
【図６】図５の発光素子の製造工程の、図３の工程との相違点を抜き出して示す説明図。
【図７】図１の発光素子の、第二の変形例を示す図。
【図８】電流阻止層エッジ付近の電流拡散層表面形態を、ＨＶＰＥ法とＭＯＶＰＥ法とで比較して示す外観写真。
【図９】図１の発光素子の、第三の変形例を示す図。
【図１０】図１の発光素子の、第四の変形例を示す図。
【図１１】図１の発光素子の、第五の変形例を示す図。
【符号の説明】
１　単結晶基板
４　ｎ型クラッド層（第二導電型クラッド層）
５　活性層
６　ｐ型クラッド層（第一導電型クラッド層）
７　電流拡散層
７ａ　第一層
７ｂ　第三層
８　高濃度ドーピング層
９　第一電極
１０　電流阻止層
１０’　第二層
１１　第四層
２４　発光層部
１００，２００，３００，４００，５００，６００　発光素子

Claims

単結晶基板上に、それぞれ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形成し、前記発光層部に発光駆動電圧を印加するための電極を形成する発光素子の製造方法において、
前記単結晶基板上に、前記発光層部を有機金属気相成長法により形成する第一の気相成長工程と、
前記発光層部の形成後に実施される、前記電流拡散層を形成するためのハイドライド気相成長法による第二の気相成長工程と、
前記電流拡散層に、該電流拡散層とは導電型の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる電流阻止層を埋設形成する電流阻止層形成工程とを含み、
前記電流拡散層の、前記電極側において該電流阻止層を覆う部分を少なくとも、前記ハイドライド気相成長法により形成することを特徴とする発光素子の製造方法。
前記電流阻止層をＡｌを含有しないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成する請求項１記載の発光素子の製造方法。
前記電流阻止層形成工程は、
前記発光層部の上に、前記電流拡散層の一部をなす第一導電型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第一層と、前記電流阻止層をなす第二の導電型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第二層とを有機金属気相成長法により順次形成する第三の気相成長工程と、
得られた第二導電型の化合物半導体層を、前記電流阻止層となるべき部分を残して残余の部分をエッチング除去するエッチング工程とを有し、
前記第二の気相成長工程は、前記第一層と同一導電型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第三層を、前記第二層のエッチング後の前記残余部分をくるむように前記ハイドライド気相成長法により形成するものである請求項１又は請求項２に記載の発光素子の製造方法。
前記第一層及び前記第二層を、いずれもＡｌを含有しないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成する請求項３記載の発光素子の製造方法。
前記第一層、前記第二層及び前記第三層をいずれもＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ（０≦ａ≦１）により形成する請求項４記載の発光素子の製造方法。
前記第一層と前記第二層との間に、両層のいずれとも材質の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第四層を介挿形成し、
前記エッチング工程において、前記第四層をエッチストップ層として前記第二層を化学的に選択エッチングする請求項５記載の発光素子の製造方法。
前記第四層の厚みを１ｎｍ以上１００ｎｍ以下に調整する請求項６記載の発光素子の製造方法。
前記発光層部は、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて構成される第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層が前記電極側からこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有する請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。