JP2010219320A - 発光素子の製造方法及び発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウェーハ面内での特性分布の変動が低減可能な発光素子の製造方法及び発光素子を提供する。
【解決手段】第１の面方位に対し傾斜した方向を引き上げ方向として引き上げた単結晶インゴットを前記引き上げ方向に対して略垂直な方向にスライスし切り出された第１の傾斜基板を準備する工程と、前記第１の傾斜基板の主面と略平行な面方位の主面を有する第２の傾斜基板を準備する工程と、前記第２の傾斜基板上に発光層を有する積層体を成長する工程と、前記積層体と前記第１の傾斜基板を重ね合わせ加熱接着後、前記第２の傾斜基板を除去する工程とを備え、前記第１の傾斜基板の面方位は（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面及び（−１００）から［０−１−１］方向に傾斜した面のいずれか一方であり、前記第２の傾斜基板の面方位は（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面及び（−１００）から［０−１−１］方向に傾斜した面のいずれか他方である。
【選択図】図２
【解決手段】第１の面方位に対し傾斜した方向を引き上げ方向として引き上げた単結晶インゴットを前記引き上げ方向に対して略垂直な方向にスライスし切り出された第１の傾斜基板を準備する工程と、前記第１の傾斜基板の主面と略平行な面方位の主面を有する第２の傾斜基板を準備する工程と、前記第２の傾斜基板上に発光層を有する積層体を成長する工程と、前記積層体と前記第１の傾斜基板を重ね合わせ加熱接着後、前記第２の傾斜基板を除去する工程とを備え、前記第１の傾斜基板の面方位は（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面及び（−１００）から［０−１−１］方向に傾斜した面のいずれか一方であり、前記第２の傾斜基板の面方位は（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面及び（−１００）から［０−１−１］方向に傾斜した面のいずれか他方である。
【選択図】図２
Description
本発明は、発光素子の製造方法及び発光素子に関する。
ＧａＡｓ基板上に発光層を有する積層体を結晶成長し、ＧａＰなどからなる透明基板と接着したのちにＧａＡｓ基板を除去すると、基板における光吸収が低減された高輝度発光素子を得ることができる。
ＩｎＧａＡｌＰ系半導体をＧａＡｓ基板上に積層する場合、例えば（１００）面から［０１１］方向、あるいは［０１−１］方向へ傾斜した基板を用いると、ｐ型層へのドーピング効率を高め、且つ自然超格子を抑制することが容易となる。
さらに、接着されるＧａＰ基板の傾斜をＧａＡｓ基板の傾斜に合わせると、均一な接着界面となり電気的特性を改善することが容易となる。ＧａＰ基板は、（１００）あるいは（１１１）の面方位にＬＥＣ（Liquid Encapsulated Czochralski: 液体封止チョクラルスキー）法を用いて結晶成長し、スライスの工程で所望の角度方向に傾斜させるのが一般的である。この場合、ドープした不純物がインゴットのシード側からテイル側にかけて偏析するために、傾斜してスライスしたウェーハにおいてシード部及びテイル部を含む領域近傍で特性不良が増加する問題がある。
基板上に形成されたエピタキシャル成長層に安定的に密着される接着型基板及び発光素子に関する技術開示例がある（特許文献１）。この例では、第１の基板上に活性層を含む第１のエピタキシャル層を形成する。また、第２の基板上に第２のエピタキシャル層を形成し、第１のエピタキシャル層と一体的に接合する。この接合工程では、第１の基板の主面のうち、（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのうちいずれか一方が優先的に出現した面に対して、第２の基板の主面のうち、（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面のうちいずれか他方が優先的に出現した面を接合する。
しかしながら、このようにしても接合後のウェーハ面内の特性分布の変動（バラツキ）を低減するのに十分とは言えない。
しかしながら、このようにしても接合後のウェーハ面内の特性分布の変動（バラツキ）を低減するのに十分とは言えない。
ウェーハ面内での特性分布の変動が低減可能な発光素子の製造方法及び発光素子を提供する。
本発明の一態様によれば、第１の面方位に対して傾斜した方向を引き上げ方向として引き上げた単結晶インゴットを前記引き上げ方向に対して略垂直な方向にスライスして切り出された第１の傾斜基板を準備する工程と、前記第１の傾斜基板の主面と略平行な面方位の主面を有する第２の傾斜基板を準備する工程と、前記第２の傾斜基板の前記主面上に発光層を有する積層体を結晶成長する工程と、前記積層体と前記第１の傾斜基板の前記主面側とを重ね合わせ加熱接着したのち、前記第２の傾斜基板を除去する工程と、を備え、前記第１の傾斜基板の前記主面の面方位は、（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面及び（−１００）から［０−１−１］方向に傾斜した面のいずれか一方であり、前記第２の傾斜基板の前記主面の面方位は、（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面及び（−１００）から［０−１−１］方向に傾斜した面のいずれか他方であることを特徴とする発光素子の製造方法が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、第１の面方位に対して傾斜した方向を引き上げ方向として引き上げられた単結晶インゴットから、前記引き上げ方向に対して略垂直な方向にスライスして切り出され、Ｚｎと、前記Ｚｎ濃度よりも低い濃度を有するＳｉと、がドープされた傾斜基板と、前記傾斜基板の主面と略平行な面方位を有する主面が前記傾斜基板の前記主面側と接着され、且つ発光層を有する積層体と、を備え、前記積層体の前記主面の面方位は、（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面及び（−１００）から［０−１−１］方向に傾斜した面のいずれか一方とされ、前記傾斜基板の前記主面の面方位は、（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面及び（−１００）から［０−１−１］方向に傾斜した面のいずれか他方とされ、前記傾斜基板は、前記発光層からの放出光を透過可能であることを特徴とする発光素子が提供される。
ウェーハ面内での特性分布の変動が低減可能な発光素子の製造方法及び発光素子が提供される。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる発光素子の模式断面図である。
ｐ型ＧａＰなどからなる（第１の）傾斜基板１０の上に、ｐ型ＧａＰなどからなる接着層１２が結晶成長されている。他方、ｎ型ＧａＡｓなどからなるコンタクト層２０、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰからなる電流拡散層２２、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰからなるクラッド層２４、ＩｎＧａＡｌＰからなる発光層２６、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰからなるクラッド層２８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＰからなる接着層３０が、積層体３２を構成している。なお、導電型はこれに限定されず、例えば、ｎ型ＧａＰ基板とし、積層体の導電型を反対としても良い。
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる発光素子の模式断面図である。
ｐ型ＧａＰなどからなる（第１の）傾斜基板１０の上に、ｐ型ＧａＰなどからなる接着層１２が結晶成長されている。他方、ｎ型ＧａＡｓなどからなるコンタクト層２０、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰからなる電流拡散層２２、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰからなるクラッド層２４、ＩｎＧａＡｌＰからなる発光層２６、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰからなるクラッド層２８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＰからなる接着層３０が、積層体３２を構成している。なお、導電型はこれに限定されず、例えば、ｎ型ＧａＰ基板とし、積層体の導電型を反対としても良い。
なお、本明細書において「傾斜基板」とは、基板の主面の面方位が（１００）、（１１０）及び（１１１）のような低次の結晶面からずれた基板を表すものとする。
また、本明細書において、「ＩｎＧａＡｌＰ」とは、 Ｉｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）１−ｘＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる組成式で表される化合物半導体材料を意味し、導電性を制御するための不純物元素がドープされたものも包含されるものとする。
積層体３２の接着層３０と、傾斜基板１０に設けられた接着層１２と、が接着界面４６において接着されている。ＡｕＧｅなどからなるｎ側電極４０は、略同一サイズのコンタクト層２０の上に設けられる。また、ＡｕＺｎなどからなるｐ側電極４４は、傾斜基板１０の裏面側に設けられる。このようにして、縦方向へ注入された電流により、発光層２６は、緑〜赤色波長範囲の可視光を放出可能である。なお、傾斜基板１０は透光性と限定されるわけではないが、透光性とすると発光層２６からの放出光に対して、基板における光吸収を低減し外部へ高出力を放出できるのでより好ましい。
透光性を有し、III−Ｖ族からなる傾斜基板１０としては、発光波長にも依存するがＡｌＧａＡｓやＡｌＡｓなどを用いることもできる。また、積層体３２としては、ＡｌＧａＡｓやＧａＡｓを用いることもできる。
積層体３２は、例えば（１００）面方位から［０１１］の方向に、第１の傾斜角を有する（第２の）傾斜基板の上に結晶成長される。傾斜基板の上に結晶成長を行うと、不純物の取り込まれ率が高まり高濃度とできるなど不純物制御が容易となり、且つ発光波長の制御が容易となるので好ましい。ＩｎＧａＡｌＰ系材料をＧａＡｓ基板などに結晶成長する場合、傾斜角度は、数度以上が好ましく１５度近傍がより好ましい。傾斜角度が大きくなりすぎると、結晶成長が困難となる。
他方、傾斜基板１０は、例えば（−１００）の面方位から［０−１−１］の方向に、第２の傾斜角を有している。傾斜基板１０の上に結晶成長された接着層１２も略同一の傾斜角とできる。第１の傾斜角と、第２の傾斜角と、のずれが大きくなると、界面における結晶性が乱れ界面抵抗が増大するので好ましくない。すなわち、傾斜角のずれは小さことが好ましく、１度よりも小とすることがより好ましい。なお、傾斜角のずれは面方位のずれを表している。本明細書において、「略平行な面方位」とは、面方位のずれが１度よりも小であることを意味するものとする。
また、傾斜基板１０と積層体３２とをウェーハ状態で接着を行う場合、接着層を介することなく接着することもできる。しかし、接着層１２を介すると、異種材料との間でより確実に接着することができる。
図２は、本実施形態にかかる発光素子の製造方法の工程断面図である。
Ｓｉなどがドープされたｎ型ＧａＡｓなどからなる（第２の）傾斜基板３４は、ジャストシードを用いて引き上げられた単結晶インゴットからスライスされたものとするが、オフシードを用いた単結晶インゴットからスライスされたものであってもよい。
Ｓｉなどがドープされたｎ型ＧａＡｓなどからなる（第２の）傾斜基板３４は、ジャストシードを用いて引き上げられた単結晶インゴットからスライスされたものとするが、オフシードを用いた単結晶インゴットからスライスされたものであってもよい。
傾斜基板３４は、例えば（１００）面方位から［０１１］の方向に略１５度傾斜した主面を有しており、この面に接着層３６、コンタクト層２０から始まる積層体３２が結晶成長される。結晶成長は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy)法を用いることができる。ＭＯＣＶＤ法の場合、装置内のサセプタに傾斜基板３４を載置しＡｓＨ３雰囲気中で略７３０℃まで昇温する。
ＡｓＨ３（アルシン）をＰＨ３（フォスフィン）に切り替え、直後にＴＭＧ（Trimethyl Gallium)、ＴＭＩ（Trimethyl Indium)、及びＳｉＨ４（モノシラン）を供給すると、ＳｉドープＩｎＧａＰからなる接着層３６が形成される。
続いて、ＰＨ３をＡｓＨ３に切り替え、その直後にＴＭＧ及びＳｉＨ４を供給すると、ＳｉドープＧａＡｓからなるコンタクト層２０が形成される。
続いて、ＡＳＨ３をＰＨ３に切り替え、その直後にＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、及びＳｉＨ４を供給すると、ＳｉドープＩｎＧａＡｌＰからなる電流拡散層２２が形成される。
続いて、ＤＭＺ（Dimethyl Zinc)を用いてＺｎをドープすることにより、発光層２６、クラッド層２８、及び接着層３０をｐ型とすることができる。このようにして積層体３２を形成したのち、ＰＨ３雰囲気において降温し、室温まで低下したらＰＨ３の供給を停止し窒素ガスに置換して結晶成長工程を完了する（図２（ａ））。
このように、ＭＯＣＶＤ法を用いると、発光層２６をＭＱＷ構造とすることが容易である。ＭＱＷ（Multiple Quantum Well)構造とすることにより、発光波長の制御及び動作電流の低減などが容易となる。
他方、ＬＥＣ法を用いて、例えばｐ型ＧａＰ単結晶インゴットを（−１００）面から［０−１−１］方向に略１５度傾斜した面方位で引き上げる。すなわち、単結晶インゴットの引き上げ方向を、（−１００）面から［０−１−１］方向に略１５度傾斜した方向とする。これは、単結晶インゴットの結晶方位を決定する種結晶（ＳＥＥＤ）の面方位によって制御できる。つまり、種結晶の（−１００）面から［０−１−１］方向に１５度だけ傾斜した方向を引き上げ方向とすることにより、このような結晶方位の単結晶インゴットを成長させることができる。
なお、この場合、Ｚｎ及びＳｉのドーピング量を制御すると、所望のキャリア濃度とすることができる。
なお、この場合、Ｚｎ及びＳｉのドーピング量を制御すると、所望のキャリア濃度とすることができる。
単結晶インゴットを、その引き上げ方向と略直交する方向に薄切り（スライス）することにより、（−１００）面から［０−１−１］方向に略１５度傾斜した面方位を主面とする傾斜基板１０を得ることができる。なお、この傾斜基板１０は、基板（大きさ５ｍｍ×５ｍｍ）の中心において、例えばＺｎ濃度は略８．０×１０１７ｃｍ−３、Ｓｉ濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３であった。また、渦電流法により測定した所、ｐ型キャリア濃度は略７．５×１０１７ｃｍ−３であった。
傾斜基板１０をＭＯＣＶＤ装置内のサセプタに載置し、ＰＨ３雰囲気中で７３０℃まで昇温し、ＴＭＧ及びＤＭＺを供給するとｐ型ＧａＰからなる接着層１２を形成することできる（図２（ｂ））。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に表す積層構造を超音波洗浄装置などを用いて洗浄したのち、略２００℃においてウェーハ状態で重ねあわせて加熱接着を行う（図２（ｃ））。この場合、傾斜基板１０側の接着層１２の主面１２ａと、積層体３２の主面３２ａと、が接着される。こののち、水素雰囲気中にて、略４００℃で６０分の熱処理工程を行うと接着工程が完了する。
続いて、接着した構造を、アンモニア水：過酸化水素水が１：１５となる混合溶液（２５℃）に浸すと、例えば６０分でＧａＡｓからなる基板３４が除去できる。こののち、水素雰囲気中で７００℃、６０分間の熱処理を行うと、積層体との接着強度をさらに高めることができる。さらに、塩酸に浸すと接着層３６を除去することができる。
傾斜基板１０を研磨して、その厚さを、破線で表すように、例えば２００μｍなどとする（図２（ｄ））。さらにｐ側電極４４及びｎ側電極４０を形成し、熱処理工程を行いオーミックコンタクトを形成する。ダイシングにより図１の発光素子を得ることができる。
図３は、傾斜基板を説明する模式図である。すなわち、図３（ａ）は本実施形態の断面図、図３（ｂ）は比較例の断面図、図３（ｃ）は単結晶を説明する概念図、図３（ｄ）は接着面を説明する断面図、である。
図３（ａ）の本実施形態の発光素子では、オフシードを用いて引き上げた単結晶インゴットから得られた基板１０が用いられている。
他方、図３（ｂ）の比較例の発光素子では、例えば（１００）面や（１１１）面のジャスト面をシードとして引き上げた単結晶インゴットを、（−１００）から［０−１−１］の方向に所望の角度だけ傾けてスライスした傾斜基板１１０が用いられている（図３（ｃ））。傾斜基板１１０の上には接着層１２が設けられており、積層体１３２と、接着界面１４６において接着されている。
ＧａＰ単結晶インゴットを引き上げる場合、インゴット８のシード側、テイル側、及び外縁近傍の領域ではエッチピット密度（ＥＰＤ）が高くなりやすい。このため、エッチピット密度が相対的に低い単結晶インゴット８の中間部の領域Ｌ１を用いるとウェーハ内のチップ良品率を高めることが容易となる。斜めにスライスする場合、チップ良品率を高く保つため、シード側及びテイル側を避けると使用する領域Ｌ２が減少する。また、テイル領域ではＺｎ濃度が高くなりやすい。
本実施形態では、傾斜基板１０は、オフシードを用いて引き上げられた単結晶インゴットを用いる。図３（ｄ）のように、傾斜基板１０に設けられた接着層１２の主面１２ａの面方位は、傾斜基板１０の主面１０ａの面方位と略一致する。また、積層体３２の主面３２ａの面方位は、傾斜基板３４の面方位３４ａと略一致する。
接着層１２の主面１２ａの面方位は、（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面方位及び（−１００）から［０−１−１］方向に傾斜した面方位のいずれか一方であることが好ましい。また、積層体３２の主面の面方位は、（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面方位及び（−１００）から［０−１−１］方向に傾斜した面方位のいずれか他方であることが好ましい。このような組み合わせにより、ドーピング制御性と発光特性との両方を改善することが容易となる。
一般に、ＧａＰやＧａＡｓのようなIII−Ｖ族化合物半導体において、単結晶インゴットから基板をスライスする角度によっては、シード側の面とテイル側の面とで表面に表れる元素が異なることがある。また、異なった基板またはその上に成長された層の表面にも基板と略同一の面方位が表れる。すなわち、いずれか一方が「III族面に傾く面」であれば、いずれか他方は「Ｖ族面に傾く面」となる。例えば、図３（ｄ）において、傾斜基板１０の主面１０ａと他方の面１０ｂとでは互いに異なる「面」が現れる。また傾斜基板３４においても、主面３４ａと他方の面３４ｂとでは異なる「面」が現れる。
このような異なる「面」を互いに重ね合わせて接着すると、III族とＶ族との比が略一定に保たれ、ダングリングボンドを低減し、基板の全面において均一に接着可能となり、界面抵抗の変動（バラツキ）を低減できる。
また、エッチピットを以下の方法で観察した。まずオリエンテーションフラットに対して平行にウェーハをへきかいすると、その断面は（０１−１）面となる。次に、フッ酸、硫酸、及び過酸化水素水の混合液に浸し、その主面及び（０１−１）面とを微分干渉顕微鏡により観察した。図３（ａ）の傾斜基板１０と図３（ｂ）の傾斜基板１１０とにおいて、その主面におけるエッチピット密度に有意差が観察されなかった。他方、（０１−１）面において、本実施形態では図３（ａ）のように三角錘状のエッチピット１１は傾斜基板１０の主面１０ａに対して略垂直方向に、比較例ではエッチピット１１１は傾斜基板１１０の主面１１０ａに対して傾いた方向に沿って配列されやすいことが観察された。このように、エッチピットの配列方向を観察することにより傾斜基板の単結晶引き上げ方法を知ることが可能であることが判明した。
図４は、光出力のウェーハ面内分布を表す。すなわち、図４（ａ）は本実施形態、図４（ｂ）は比較例である。Ｘ及びＹは、ウェーハ面において、互いに直交する相対位置座標を表す。また、本実施形態及び比較例とも、「III族面に傾く面」と「Ｖ族面に傾く面」とを接着している。
本実施形態に用いたインゴットからスライスしたウェーハにおいて、５ｍｍ×５ｍｍの領域の略中心のＺｎ濃度は、ＳＩＭＳ（Secondary Ionization Mass Spectroneter)分析によれば８．０×１０１７ｃｍ−３であった。なお、また、渦電流法を用いて測定したところ、ｐ型キャリア濃度は略７．５×１０１７ｃｍ−３であった。図４（ａ）に表すように、この基板を用いた本実施形態の発光素子の光出力Ｐｏは、最大値が３．４１ｍＷ、最小値が３．１５ｍＷ、平均値が３．３ｍＷ、及び標準偏差が０．０６ｍＷであった。
他方、比較例に用いた基板は、引き上げ方位を［−１００］として引き上げたジャストシードを用いたインゴットを、（−１００）から［０−１−１］の方向に１５度傾けてスライスしたものである。このインゴットからスライスした５ｍｍ×５ｍｍの領域の略中心のＺｎ濃度は、７．８×１０１７ｃｍ−３、Ｓｉ濃度は１．０×１０１６ｃｍ−３であった。本比較例において、ＳｉをドープしていないにもかかわらずＳｉが検出されたのは引き上げ工程に用いた石英部品からの混入のためと考えられる（基板はシード側近い領域からスライスされている）。また、渦電流法を用いて測定したところ、ｐ型キャリア濃度は７．５×１０１７ｃｍ−３であった。
図４（ｂ）に表すようにこの基板を用いた比較例の発光素子の光出力Ｐｏは、最大値が３．５１ｍＷ、最小値が２．８８ｍＷ、平均値が３．２２ｍＷ、及び標準偏差が０．１５であった。すなわち、比較例において光出力Ｐｏの変動（バラツキ）が大きく、その標準偏差は本実施形態の略２．５倍であった。
図５は、一定動作電流における動作電圧のウェーハ面内分布を表す。すなわち、図５（ａ）は本実施形態、図５（ｂ）は比較例である。Ｘ及びＹは、ウェーハ面において、互いに直交する相対位置座標を表す。
図５（ａ）に表すように、本実施形態の動作電圧ＶＦの最大値は２．３０６Ｖ，最小値は２．２３９Ｖ、平均値は２．２７３Ｖ、及び標準偏差は０．０１９Ｖであった。他方、図５（ｂ）の比較例の動作電圧ＶＦの最大値は２．３７５Ｖ、最小値は２．１８９Ｖ、平均値は２．２７０ｖ、及び標準偏差は０．０４９Ｖであった。すなわち、比較例において動作電圧の変動が大きくその標準偏差は本実施形態の略２．６倍であった。
図５（ａ）に表すように、本実施形態の動作電圧ＶＦの最大値は２．３０６Ｖ，最小値は２．２３９Ｖ、平均値は２．２７３Ｖ、及び標準偏差は０．０１９Ｖであった。他方、図５（ｂ）の比較例の動作電圧ＶＦの最大値は２．３７５Ｖ、最小値は２．１８９Ｖ、平均値は２．２７０ｖ、及び標準偏差は０．０４９Ｖであった。すなわち、比較例において動作電圧の変動が大きくその標準偏差は本実施形態の略２．６倍であった。
本実施形態において基板１０と積層体３２との接着界面４６において界面抵抗のバラツキは、比較例における界面抵抗のバラツキよりも小さい。このために、本実施形態では、ウェーハ全面において動作電圧ＶＦをより均一にでき、光出力Ｐｏの変動（バラツキ）も低減できる。
なお、オフシード引き上げによる単結晶インゴットがｎ型ＧａＰであっても、III族に傾く面とＶ族に傾く面とを接着すると動作電圧及び光出力の変動低減が可能であった。
すなわち、図２に表す製造方法により、図４及び図５のように特性変動が低減され、チップ良品率が改善され量産性が高められ、結果として価格低減が容易となる。
図６は、第２の実施形態にかかる発光素子の光出力変動を表すグラフ図である。すなわち、図６（ａ）は比較例、図６（ｂ）は本実施形態である。本図において、縦軸は相対光出力（％）、横軸は通電時間（ｈ）である。
なお、本実施形態において、積層体は図１に表す第１の実施形態と同じ形状とするが、基板１０のドーピングが異なる。
なお、本実施形態において、積層体は図１に表す第１の実施形態と同じ形状とするが、基板１０のドーピングが異なる。
図６（ａ）の比較例において、用いた傾斜基板はジャストシードを用いて引き上げられた単結晶インゴットのテイル側（図３（ｃ）の領域Ｔ近傍）からスライスされている。通常、テイル側では結晶欠陥が多くＺｎの拡散が促進されやすい。なお、Ｚｎ濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３及び２．０×１０１８ｃｍ−３の２つに設定されている。
テイル近傍からスライスされた基板では、引き上げ工程で使用される石英部品からのＳｉのオートドープは少なく、実際ＳＩＭＳの検出限界以下であった。比較例の場合、１０００時間経過時の光出力は、初期値の７５〜８１％の範囲内に低下する。なお、２つのＺｎ濃度の間の差異に有意差は見られなかった。
これに対して、発明者は、図３（ｃ）の領域Ｓで表すシード側からの傾斜基板を用いた発光素子において、エッチピット密度が高くても光出力の低下が少ないとの知見を得た。シード側では、Ｓｉをドープしないにもかかわらず、略１×１０１６ｃｍ−３のＳｉ濃度が検出されていることから、ＳｉがＺｎの拡散に対して抑制効果があると考えることができる。
これに対して、発明者は、図３（ｃ）の領域Ｓで表すシード側からの傾斜基板を用いた発光素子において、エッチピット密度が高くても光出力の低下が少ないとの知見を得た。シード側では、Ｓｉをドープしないにもかかわらず、略１×１０１６ｃｍ−３のＳｉ濃度が検出されていることから、ＳｉがＺｎの拡散に対して抑制効果があると考えることができる。
この知見に基づいて、第２の実施形態において、傾斜基板１０にはＺｎと、Ｚｎ濃度よりも低濃度のＳｉと、をドープした。すなわち、Ｚｎ設定濃度が１．５×１０１８ｃｍ−３且つＳｉ設定濃度が１．２×１０１６ｃｍ−３の基板と、Ｚｎ設定濃度が２．０×１０１８ｃｍ−３且つＳｉ設定濃度が１．４×１０１６ｃｍ−３の基板と、をそれぞれ用いている。この結果、図６（ｂ）のように、１０００時間経過時において光出力Ｐｏの変動は初期値の±２％以下と小さくできた。なお、２つの設定濃度の間の差異に有意差は見られなかった。
図７は、光出力ＰｏのＳｉ濃度に対する依存性を表すグラフ図である。縦軸は初期相対輝度、横軸はＳｉ濃度（ｃｍ−３）である。
Ｚｎ濃度は７．０×１０１７ｃｍ−３とし、Ｓｉ濃度は、５．０×１０１６ｃｍ−３、１．０×１０１７ｃｍ−３、１．５×１０１７ｃｍ−３、及び２．０×１０１７ｃｍ−３とした。光出力Ｐｏ（輝度）は、Ｓｉ濃度が低い程高く、１．５×１０１７ｃｍ−３と２．０×１０１７ｃｍ−３の間で急峻に低下する。すなわち、Ｓｉ濃度は、略１．５×１０１７ｃｍ−３以下であることが好ましい。なお、いずれのＳｉ濃度においても、１０００時間経過時における光出力Ｐｏの変動は±２％以下と小さかった。すなわち、Ｓｉ濃度を、単結晶インゴット引き上げにおけるオートドーピングよりも高く、且つ１．５×１０１７ｃｍ−３以下とすると、光出力Ｐｏを保ちつつ光出力低下が抑制され、ウェーハ面内特性変動（バラツキ）が抑制された発光素子とすることが容易となる。
Ｚｎ濃度は７．０×１０１７ｃｍ−３とし、Ｓｉ濃度は、５．０×１０１６ｃｍ−３、１．０×１０１７ｃｍ−３、１．５×１０１７ｃｍ−３、及び２．０×１０１７ｃｍ−３とした。光出力Ｐｏ（輝度）は、Ｓｉ濃度が低い程高く、１．５×１０１７ｃｍ−３と２．０×１０１７ｃｍ−３の間で急峻に低下する。すなわち、Ｓｉ濃度は、略１．５×１０１７ｃｍ−３以下であることが好ましい。なお、いずれのＳｉ濃度においても、１０００時間経過時における光出力Ｐｏの変動は±２％以下と小さかった。すなわち、Ｓｉ濃度を、単結晶インゴット引き上げにおけるオートドーピングよりも高く、且つ１．５×１０１７ｃｍ−３以下とすると、光出力Ｐｏを保ちつつ光出力低下が抑制され、ウェーハ面内特性変動（バラツキ）が抑制された発光素子とすることが容易となる。
第１及び第２の実施形態によれば、界面抵抗値の変動が低減され、ウェーハ面内での動作電圧ＶＦ及び光出力Ｐｏなどの変動が改善された発光素子が提供される。これらの発光素子は、照明装置、表示装置、信号機などに広く応用可能である。
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれら実施形態に限定されない。本発明を構成する単結晶インゴット、基板、積層体、アクセプタ及びドナーなどの不純物などの材質、サイズ、形状、配置などに関して当業者は各種設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。
８ 単結晶インゴット、１０，１０ａ （第１の）傾斜基板、１２ 接着層、２６ 発光層、３２ 積層体、３４、３４ａ（第２の）傾斜基板
Claims (5)
- 第１の面方位に対して傾斜した方向を引き上げ方向として引き上げた単結晶インゴットを前記引き上げ方向に対して略垂直な方向にスライスして切り出された第１の傾斜基板を準備する工程と、
前記第１の傾斜基板の主面と略平行な面方位の主面を有する第２の傾斜基板を準備する工程と、
前記第２の傾斜基板の前記主面上に発光層を有する積層体を結晶成長する工程と、
前記積層体と前記第１の傾斜基板の前記主面側とを重ね合わせ加熱接着したのち、前記第２の傾斜基板を除去する工程と、
を備え、
前記第１の傾斜基板の前記主面の面方位は、（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面及び（−１００）から［０−１−１］方向に傾斜した面のいずれか一方であり、
前記第２の傾斜基板の前記主面の面方位は、（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面及び（−１００）から［０−１−１］方向に傾斜した面のいずれか他方であることを特徴とする発光素子の製造方法。 - 前記第１の傾斜基板の前記主面上に接着層を結晶成長する工程をさらに備え、
前記積層体と前記第１の傾斜基板とは、前記接着層を介して接着されることを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。 - 前記第１の傾斜基板は、ＧａＰからなり、
前記第２の傾斜基板は、ＧａＡｓからなり、
前記積層体は、Ｉｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）１−ｘＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子の製造方法。 - 第１の面方位に対して傾斜した方向を引き上げ方向として引き上げられた単結晶インゴットから、前記引き上げ方向に対して略垂直な方向にスライスして切り出され、Ｚｎと、前記Ｚｎ濃度よりも低い濃度を有するＳｉと、がドープされた傾斜基板と、
前記傾斜基板の主面と略平行な面方位を有する主面が前記傾斜基板の前記主面側と接着され、且つ発光層を有する積層体と、
を備え、
前記積層体の前記主面の面方位は、（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面及び（−１００）から［０−１−１］方向に傾斜した面のいずれか一方とされ、
前記傾斜基板の前記主面の面方位は、（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面及び（−１００）から［０−１−１］方向に傾斜した面のいずれか他方とされ、
前記傾斜基板は、前記発光層からの放出光を透過可能であることを特徴とする発光素子。 - 前記傾斜基板は、ＧａＰからなり、
前記積層体は、Ｉｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）１−ｘＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を含むことを特徴とする請求項４記載の発光素子。
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