JP4123236B2

JP4123236B2 - 半導体発光素子の製造方法

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Publication number: JP4123236B2
Application number: JP2005026825A
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Inventors: 泰一郎今野; 優洋新井
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Publication date: 2008-07-23
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Description

本発明は、低順方向電圧、高輝度の半導体発光素子を得る製造方法に関するものである。

最近、ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャルウェハを用いて製造する高輝度の赤色および黄色発光ダイオードの需要が大幅に伸びている。主な需要は、交通用信号、自動車のブレーキランプ、フォグランプなどである。

図４に赤色帯のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの典型的な構造を示す。全てのエピタキシャル層は有機金属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥ法という）によって成長している。

図４に示すように、従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、ｎ型（第一導電型）ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型光反射層３、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層５、ｐ型（第二導電型）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６、ｐ型ＧａＰ電流分散層７を順次積層し、ｐ型電流分散層７の表面の一部に第一電極たる表面電極（ｐ側オーミック接触電極）８を、そしてｎ型基板１の裏面全面に第二電極たる裏面電極（ｎ側共通電極）９を設けた構造となっている。４、５、６がＡｌＧａＩｎＰ４元ダブルヘテロ構造部分（発光部）をなす。

発光ダイオードの高輝度化のためには、第二導電型クラッド層の上に電流を分散させるための層、つまり電流分散層が設けられるのが一般的である。また、前記電流分散層は、電流を分散させる役割を担うと同時に、窓層としての役割も持つ。つまり電流分散層は、発光した光に対して透明であることが要求される。これらを満たす電流分散層としては、現状では、ＧａＰ、ＧａＡｓＰやＡｌＧａＡｓが用いられている。この中で、最も透明度があり、低抵抗化が可能な材料としてはＧａＰが挙げられる。このためＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いた発光ダイオードでは、電流分散層としてＧａＰが最も多く用いられている。

電流分散層としてＧａＰを用いると、前記ＧａＰ電流分散層と前記第二導電型クラッド層との間のバンド不連続により、発光ダイオードの順方向電圧が高くなるという問題がある。

この問題を解決するために、図４中に示す如く、ＧａＰ電流分散層７と第二導電型クラッド層６との間に、該第二導電型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さい介在層としての順方向電圧低減層１０を設ける方法が開示されている（特許文献１：特開２０００−３１２０３０号公報参照）。

しかし、上記した特許文献１の方法では、ある程度、順方向電圧を低減することができるが、所望の順方向電圧（例えば、２Ｖ以下の順方向電圧）にするまでには至らない。また、前記介在層のバンドギャップが小さいことから、若干の光吸収が起こり、発光出力の低下も起こる。

また、ＧａＰ電流分散層は、発光部と同じ成長温度で成長すると、表面に凸状の欠陥が多数出て、プロセス上の問題となる。

更に、発光ダイオードの逆方向電圧が低くなったり、リーク電流が発生する等の問題もあった。
特開２０００−３１２０３０号公報（図１）

上記したように、特許文献１に開示された発光ダイオードの構造では、まだ所望の順方向電圧（例えば２Ｖ以下の順方向電圧）までには至らず、順方向電圧が高いという問題があった。

また、電流分散層を発光部と同じ成長温度６５０℃で成長することから、電流分散層の表面に凸状の欠陥が多数出て、プロセス上でも問題となることが分かった。更には、逆方向電圧の低下やリーク電流等が発生するという問題もあった。

従って、本発明の目的は、順方向電圧が２Ｖ以下と低く、且つ電流分散層表面の凸状欠陥を低減して、逆方向電圧やリーク電流等による不良を低減し、またプロセス上での問題も解決し得る半導体発光素子の製造方法を提供することにある。

つまり、本発明の目的は、順方向電圧を低くでき、且つ歩留り良く製造することのできる半導体発光素子の製造方法を提供することにあり、これにより低順方向電圧、高輝度、高信頼性の半導体発光素子を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。

請求項１の発明は、気相成長法を用いて、第一導電型基板上に、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で構成される発光部を形成し、その上に第二導電型のＧａＰ若しくはＧａＡｓＰからなる電流分散層を形成するIII−Ｖ族半導体発光素子の製造方法において、前記第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層側の部分の成長温度を前記発光部の成長温度よりも低い５７０℃〜６３０℃に設定し、且つ前記第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層側に接していない部分の途中から該第二導電型電流分散層の成長温度を前記発光部の成長温度よりも高い６５５℃〜６６５℃に設定して、前記第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層側の部分の膜厚を３００ｎｍ〜１０００ｎｍで成長することを特徴とする。

請求項２の発明は、気相成長法を用いて、第一導電型基板上に、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で構成される発光部を形成し、その上に第二導電型のＧａＰ若しくはＧａＡｓＰからなる電流分散層を形成するIII−Ｖ族半導体発光素子の製造方法において、前記第二導電型クラッド層の途中（例えば末期成長部分）から前記第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層に接する側の部分（例えば初期成長部分）までの成長温度を、前記活性層の成長温度よりも低い５７０℃〜６３０℃に設定し、その後の残りの第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層側に接していない部分（例えば本領域部分）の成長温度を前記活性層の成長温度よりも高い６５５℃〜６６５℃に設定して、前記第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層側の部分の膜厚を３００ｎｍ〜１０００ｎｍで成長することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の半導体発光素子の製造方法において、前記活性層と前記第二導電型クラッド層の間に、該活性層以上のバンドギャップを有するアンドープ層若しくは低不純物濃度の第二導電型層を形成することを特徴とする。

請求項４の発明は、気相成長法を用いて、第一導電型の半導体基板上に、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で構成される発光部を形成し、その上に第二導電型のＧａＰ若しくはＧａＡｓＰからなる電流分散層を形成するIII−Ｖ族半導体発光素子の製造方法において、前記活性層と前記第二導電型クラッド層の間に、該活性層以上のバンドギャップを有するアンドープ層若しくは低不純物濃度の第二導電型層を形成し、前記活性層と前記第二導電型クラッド層の間に設けられた層の成長開始時か若しくは成長途中から、前記第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層に接する側の部分（例えば初期成長部分）までの成長温度を、前記活性層の成長温度よりも低い５７０℃〜６３０℃に設定し、その後の残りの第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層側に接していない部分（例えば本領域部分）の成長温度を前記活性層の成長温度よりも高い６５５℃〜６６５℃に設定して、前記第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層側の部分の膜厚を３００ｎｍ〜１０００ｎｍで成長することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、温度変更時には一旦成長を中止してＶ族原料と不純物原料を流し、温度が安定してから再度成長を始めることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、前記第一導電型クラッド層、前記活性層、第二導電型クラッド層又は更に前記アンドープ層若しくは低不純物濃度の第二導電型層を形成する主たる材料が（Ａｌ_XＧａ_1-X）_YＩｎ_1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、前記第二導電型決定不純物にＺｎを用いることを特徴とする。

本発明に含まれる更に特徴ある形態を列挙すれば、次の通りである。

（１）上記請求項１から７の半導体発光素子の製造方法において、温度変更時も成長を続けることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。

（２）上記請求項１から７の半導体発光素子の製造方法において、前記第二導電型電流分散層の一部がアンドープ層であることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。

（３）上記請求項１から７の半導体発光素子の製造方法において、半導体層成長後の最上層上にＩＴＯ膜が形成されることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。

（４）上記請求項１〜７の半導体発光素子の製造方法において、活性層として多重量子井戸を用いることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。

（５）上記請求項１〜７の半導体発光素子の製造方法において、第一導電型クラッド層と第一導電型基板の間に、光反射層としてＤＢＲ層を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。

（６）上記請求項１〜７の半導体発光素子の製造方法において、基板にＧａＡｓを用いることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。

＜発明の要点＞
上記目的を達するために、発明者等は上記課題を解決するべく鋭意努力し研究を行った結果、本発明に到達した。

即ち、本発明者等は、第二導電型クラッド層の一部からＧａＰ電流分散層の該第二導電型クラッド層側の一部までを、前記発光部よりも低い成長温度で成長し、更には、その後、該ＧａＰ電流分散層の途中から成長温度を前記活性層よりも高温で成長することにより、発光出力の低下を招くことなく、順方向電圧を低くできることを見出した。

この理由は、次の如く考えられる。

低温成長にすることでドーピング効率が高くなる。このため、該ＧａＰ電流分散層と該第二導電型クラッド層間のバンド障壁であるノッチの幅が狭くなる。よって、トンネル効果がよく出るので、順方向電圧が低くなる。また、低温成長の方が結晶性がある程度悪くなる。このため、欠陥を介して電流が流れ易くなる。よって、順方向電圧は低くなる。因みに、発光層の上部であり、欠陥があっても出力低下は招かない。

また、ＧａＰ電流分散層の最終的な成長温度を該発光部よりも高くすることにより、該ＧａＰ電流分散層表面の凸状欠陥の低減ができることを見出した。更には、逆方向電圧やリーク電流等の不良も、同時に低減できることを見出した。

この理由は、次の如く考えられる。

高温成長することで、原料の分解が良くなる。このため、不純物の混入が少ない。また、マイグレーションがよく起きるので、結晶性は良くなる。よって、欠陥や不純物起因で起こる凸状欠陥が減少する。逆方向電圧の低下などは、不純物である炭素（Ｃ）によるものと考えている。よって、Ｃのオートドーピングが減少することにより、逆方向耐圧不良が少なくなった。

要するに、前記してきた製造方法を見出したことにより、プロセスが容易であり、且つ順方向電圧が低く、高輝度、高信頼性の発光ダイオード用エピタキシャルウェハを、歩留り良く製造できるようになった。このため低順方向電圧、高輝度、高信頼性の発光ダイオードを作製できるようになった。

本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。

本発明の製造方法を用いることにより、第一導電型基板上に第一導電型クラッド層、アンドープ活性層、第二導電型クラッド層、更に第二導電型電流分散層が積層された半導体発光素子において、第二導電型クラッド層の一部からＧａＰ電流分散層の一部の成長温度を最も低くし、または第二導電型クラッド層に接するＧａＰ電流分散層の初期成長部分を、最も低い温度で成長し、更に第二導電型クラッド層に接しないＧａＰ電流分散層の本領域部分の成長温度を最も高くすることにより、高輝度、高信頼性、低順方向電圧、且つ表面状態が良好であり、逆方向電圧及びリーク電流不良の少ないＬＥＤ及びＬＥＤ用エピタキシャルウェハを製作することができる。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

［実施例１］
本発明の一実施例にかかる、図２のような構造の発光波長６３０nm付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。

ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層（膜厚４００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）２、ｎ型光反射層３、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）４、アンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（膜厚６００nm）５、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０¹⁷cm^-3）６、ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＰ電流分散層（厚さ１４０００nm、キャリア濃度３×１０¹⁸cm^-3）７を、ＭＯＶＰＥ法で、順次積層成長させた。因みに、前記ｎ型光反射層３としては、ＡｌＡｓとＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓを一対とし、１５ペア設けることにより作製した。

図１に成長温度プロファイルに示す。図示するように、ＭＯＶＰＥ成長での成長温度は、前記ｎ型ＧａＡｓバッファ層２から前記ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層６まで（図１の区間Ａ）の成長温度Ｔ１を６５０℃とした。次に、前記ｐ型ＧａＰ電流分散層７の成長については、その初期成長部分、つまりｐ型ＧａＰ電流分散層７のｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層６側の１０００nm（区間Ｂ１）を、６００℃の成長温度Ｔ２に落として成長した。その後、ＧａＰ電流分散層７の残りの部分である本領域部分（区間Ｂ２）を、上記初期成長部分の成長温度Ｔ１より高い６６０℃（成長温度Ｔ３）で成長した。

その他の成長条件は、成長圧力５０Ｔｏｒｒ、各層の成長速度は０．３〜１．０nm／ｓ、Ｖ／III比は２００で行った。但し、該ｐ型ＧａＰ電流分散層７のＶ／III比のみ、１０とした。

ＭＯＶＰＥ成長において用いる原料としては、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリエチルガリウム（ＴＥＧ）トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等の有機金属や、アルシン（ＡｓＨ₃）、ホスフィン（ＰＨ₃）等の水素化物ガスを用いた。

例えば、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２の様なｎ型層の不純物原料としては、セレン化水素（Ｈ₂Ｓｅ）を用いた。該ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層６の様なｐ型層の不純物原料としては、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いた。その他にｎ型層の不純物原料として、シラン（ＳｉＨ₄）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）を用いることもできる。その他にｐ型層の不純物原料として、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いることもできる。

上記のような成長条件で製造されたエピタキシャルウェハの表面は、凸状の欠陥がなく、鏡面であった。

このエピタキシャルウェハの上面には、第一電極である直径１１０μｍの円形電極（表面電極）８を、マトリックス状に蒸着で形成した。この表面電極８としては、金・ベリリウム、ニッケル、金を、それぞれ５０nm、１０nm、１０００nmの順に蒸着した。更にエピタキシャルウェハ底面には、全面に裏面電極９を形成した。この裏面電極９としては、金・ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞれ６０nm、１０nm、５００nmの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイを、窒素ガス雰囲気中４００℃で５分行った。

その後、上記の様にして構成された電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウェハを、上記円形の第一電極８が中心になる様に切断し、チップサイズ３００μｍ角の発光ダイオードベアチップを作製した。更にこの発光ダイオードベアチップをＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディング）し、その後更にマウントされた該発光ダイオードベアチップに、ワイヤボンディングを行い、ＬＥＤ素子（発光ダイオード）を作製した。

ＬＥＤ素子の２０ｍＡ通電時の発光出力は、１．９６ｍＷ、２０ｍＡ時の順方向電圧は、１．９３Ｖであった。また試験条件：２５℃、５０ｍＡ通電の信頼性試験を実施したところ、１６８ｈｒ通電試験後の相対出力（相対出力：１６８ｈｒ通電試験後の発光出力／初期発光出力）は、９８％であった。

因みに信頼性評価時の電流値は２０ｍＡである。更に逆方向電圧及びリーク電流による不良も、無くすことができた。

［実施例２］
実施例２として、図２に示した構造の発光波長６３０nm付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。

エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル構造や電極形成方法及びＬＥＤ素子製作方法は、基本的に上記実施例と同じにした。

但し、成長温度については、図３に示すように、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２からｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層６の２００nmまで（区間Ａ１）の成長温度Ｔ１を６５０℃とし、その後のｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層６の残りの部分（区間Ａ２）の成長温度Ｔ２を６００℃として、１００nm成長した。つまりｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層６の成長途中（成長温度Ｔ１＝６５０℃）から成長温度をＴ２＝６００℃へと低くした。これ以外は、上記実施例１と同じである。

このエピタキシャルウェハに電極を付けて製作されたＬＥＤ素子の特性を評価した結果、当該ＬＥＤ素子の２０ｍＡ通電時の発光出力は、１．９５ｍＷ、２０ｍＡ時の順方向電圧は、１．９２Ｖであり、２Ｖ以下の順方向電圧を達成できた。また試験条件：２５℃、５０ｍＡ通電の信頼性試験を実施したところ、１６８ｈｒ通電試験後の相対出力（相対出力：１６８ｈｒ通電試験後の発光出力／初期発光出力）は、９７％であった。

［比較例１］
比較例１として、図４に示した構造の発光波長６３０nm付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。

比較例１におけるエピタキシャル成長方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル構造や電極形成方法及びＬＥＤ素子製作方法は、基本的に上記実施例と同じにした。但し、全てのエピタキシャル層の成長温度は、図５に示すように、バッファ層２からｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６までの区間Ａ及びＧａＰ電流分散層７の区間Ｂについて、全て同じ成長温度Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３として６５０℃に固定されている。

また前記ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層６と前記ｐ型ＧａＰ電流分散層７の間に、ｐ型順方向電圧低減層１０（第二導電型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さい介在層）を７５nm挿入している。

上記のような成長条件で製造されたエピタキシャルウェハの表面は、凸状の欠陥が多数あった。

このエピタキシャルウェハを用いて、ＬＥＤ素子を製作したところ、プロセス工程での該エピタキシャルウェハの割れ等が発生し、該ＬＥＤ素子の取得個数が減少してしまった。

また該エピタキシャルウェハに電極を付けて製作されたＬＥＤ素子の特性を評価した結果、発光出力は、２０ｍＡ通電時で１．７５ｍＷであり、出力が低下した。また順方向電圧は２．０２Ｖであり、２Ｖ以下の順方向電圧を達成できなかった。更には、逆方向電圧及びリーク電流不良が多発した。このため、高輝度、低順方向電圧のＬＥＤ素子を、歩留り良く製作することができなかった。

［比較例２］
比較例２として、図２に示した構造の発光波長６３０nm付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。

比較例２のエピタキシャル成長方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル構造や電極形成方法及びＬＥＤ素子製作方法は、基本的に上記実施例と同じにした。但し、成長温度は、図６に示すように、前記ｎ型ＧａＡｓバッファ層２から前記ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層６まで（区間Ａ）の成長温度をＴ１＝Ｔ２＝６５０℃とし、前記ｐ型ＧａＰ電流分散層７の区間Ｂは成長温度Ｔ３＝６６０℃とした。また比較例２では、構造として前記ｐ型順方向電圧低減層１０は挿入しなかった。因みにｐ型ＧａＰ電流分散層７の成長温度Ｔ３である６６０℃に温度が上がるまでの区間Ｃ２については、該ｐ型ＧａＰ電流分散層７の成長は行わず、温度が６６０℃に安定してから、ｐ型ＧａＰ電流分散層７の成長を行った（図６の区間Ｃ）。

このエピタキシャルウェハを用い、電極を付けて製作されたＬＥＤ素子の特性を評価した。その結果、発光出力は、２０ｍＡ通電時で１．９０ｍＷであった。また順方向電圧は２．２５Ｖであり、２Ｖ以下の順方向電圧を達成できなかった。このため、高輝度、低順方向電圧のＬＥＤ素子を、製作することができなかった。因みに、逆方向電圧及びリーク電流不良はなかった。

［比較例３］
比較例３として、図２に示した構造の発光波長６３０nm付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。

比較例３のエピタキシャル成長方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル構造や電極形成方法及びＬＥＤ素子製作方法は、基本的に上記実施例と同じにした。但し、成長温度は、図７に示すように、前記ｎ型ＧａＡｓバッファ層２から前記ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層６まで（区間Ａ）の成長温度Ｔ１＝Ｔ２を６５０℃とし、前記ｐ型ＧａＰ電流分散層７（区間Ｂ）の成長温度Ｔ３は６００℃とした。また前記ｐ型順方向電圧低減層１０は、挿入しなかった。因みにｐ型ＧａＰ電流分散層７の成長温度Ｔ３である６００℃に温度が下がるまでの区間Ｃ１については、ｐ型ＧａＰ電流分散層７の成長は行わず、温度が６００℃に安定してから、ｐ型ＧａＰ電流分散層７の成長を行った（図７の区間Ｂ）。

このエピタキシャルウェハを用いて、前記ＬＥＤ素子を製作したところ、プロセス工程での該エピタキシャルウェハの割れ等が発生し、該ＬＥＤ素子の取得個数が減少してしまった。

また上記エピタキシャルウェハに電極を付けて製作されたＬＥＤ素子の特性を評価した結果、発光出力は２０ｍＡ通電時で１．９３ｍＷであり、出力は若干低くなった。また順方向電圧は１．９２Ｖであり、２Ｖ以下の順方向電圧を達成できた。更には、逆方向電圧及びリーク電流不良が多発した。このため、高輝度、低順方向電圧のＬＥＤ素子を、歩留り良く製作することができなかった。

＜最適条件について＞
第１に、前記ｐ型クラッド層に接していない側のＧａＰ電流分散層７の本領域部分（区間Ｂ２）の成長温度Ｔ３が６５０℃以下であると、該ＧａＰ電流分散層７の表面に前記凸状の欠陥が多数出る。このため、プロセス工程でのエピタキシャルウェハ割れ等の問題が出る。また、この凸状欠陥があると、理由は定かではないが、逆方向電圧不良やリーク電流不良が多発する。現状では恐らくＧａＰ電流分散層７の成長温度が低いことで炭素（Ｃ）の量、つまりオートドーピングされたＣの影響により、逆方向電圧不良やリーク電流不良が起こるのではないかと考えている。

また上記ＧａＰ電流分散層７の本領域部分（区間Ｂ２）の成長温度Ｔ３が６７０℃以上になると、当該ＧａＰ電流分散層７の表面には凸状欠陥がなくなり、鏡面になる。しかし不純物であるＺｎのドーピング効率が低下するために電流分散が悪くなり、発光出力が低くなる。更にまた成長温度Ｔ３が高くなると、前記Ｚｎの拡散が多くなり、信頼性が低下する。よってＧａＰ電流分散層７の本領域部分（区間Ｂ２）の成長温度Ｔ３は、６５５℃から６６５℃が好ましく、より好ましくは６６０℃である。

第２に、前記ｐ型クラッド層６に接している側の前記ＧａＰ電流分散層７の初期成長部分（区間Ｂ１）の成長温度Ｔ２は、低くすれば低くするほど順方向電圧が低くなる。しかし低くしすぎると結晶性が悪くなり、Ｚｎの拡散が多くなる。このため、信頼性が悪くなる。またＧａＰ電流分散層７の成長温度Ｔ２を高くすると順方向電圧が高くなる。このためｐ型クラッド層６に接している側の前記ＧａＰ電流分散層７の初期成長部分（区間Ｂ１）の成長温度Ｔ２には、最適値がある。よって、ＧａＰ電流分散層７の初期成長部分（区間Ｂ１）の成長温度Ｔ２として好ましいのは、５７０℃〜６３０℃であり、より好ましいのは５８０℃〜６１０℃である。

第３に、ＧａＰ電流分散層７のｐ型クラッド層６に接している側の初期成長部分（区間Ｂ１）の膜厚は、厚くなり過ぎると表面欠陥が多くなる。しかし薄すぎると、順方向電圧が高くなる。このためＧａＰ電流分散層７の初期成長部分（区間Ｂ１）の膜厚は、３００から１０００nmが好ましい。より好ましくは、５００から８００nmである。

本発明では、成長温度を規定したが、成長温度は、各装置により適正値が異なる。このため一概に規定することは難しい。このためｐ型クラッド層６の一部（末期成長部分）から該ＧａＰ電流分散層７の一部（初期成長部分）までの成長温度Ｔ２を、活性層に接している側の該ｐ型クラッド層６の部分（本領域部分）の成長温度Ｔ１よりも低くし、且つ該ｐ型クラッド層６側に接していないＧａＰ電流分散層７の部分（本領域部分）の成長温度Ｔ３を、活性層に接している側のｐ型クラッド層６の部分（本領域部分）の成長温度Ｔ１よりも高くする、ということが、本発明の意図するところである。このため、各層の絶対的な温度よりも、前記したような温度履歴をとることが重要となる。

＜他の実施例、変形例＞
［変形例１］
上記実施例では、成長温度変更時には温度が安定してから成長を開始しているが、本発明においては、温度変更時において温度の安定を待たずに成長を開始することもでき、この場合にも同様な効果が得られる。

［変形例２］
上記実施例の場合、拡散抑止層を特には設けていないが、前記活性層５と前記第二導電型クラッド層６の間に、Ｚｎの拡散を抑止する拡散抑止層を設ける構造とすることもでき、この構造の下でも同様に本発明の効果を得ることができる。

この拡散抑止層は、アンドープ層若しくは低不純物濃度第一導電型、低不純物濃度第二導電型としても良い。しかし該拡散抑止層をあまり厚くすると、直列抵抗が増加して順方向電圧が高くなる。また製造コストが高くなる。よって該拡散抑止層を設ける場合は、１５００nm以下の厚さとすることが望ましい。

いずれにしろ該拡散抑止層の有無に関わりなく本発明の製造方法を適用することができる。

［変形例３］
上記実施例では、発光波長６３０nm帯の赤色ＬＥＤを製造例としたが、同じＡｌＧａＩｎＰ系の材料で製作される発光波長５６０〜６５０nmｍのＬＥＤに対して本発明を適しても同様な効果を得ることができる。

［変形例４］
前記バッファ層２及び光反射層である前記ＤＢＲ層３がない構造でも、本発明と同様の効果が得られる。

［変形例５］
上記実施例では第二導電型決定不純物をＺｎとしたが、Ｍｇにしても同様の効果が得られる。

［変形例６］
上記実施例では、表面電極と金属層の形状は、円形であるが、異形状、例えば四角、菱形、多角形等でも同様の効果が得られる。

本発明の一実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの成長温度プログラムを示した図である。本発明の一実施例及び比較例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面構造を示した図である。本発明の他の実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの成長温度プログラムを示した図である。比較例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面構造を示した図である。比較例１にかかる成長温度プログラムを示した図である。比較例２にかかる成長温度プログラムを示した図である。比較例３にかかる成長温度プログラムを示した図である。

符号の説明

１ｎ型ＧａＡｓ基板（第一導電型基板）
２ｎ型ＧａＡｓバッファ層（第一導電型バッファ層）
３ｎ型光反射層（ＤＢＲ層）
４ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第一導電型クラッド層）
５アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層
６ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第二導電型クラッド層）
７ｐ型ＧａＰ電流分散層（第二導電型電流分散層）
８表面電極（ｐ側オーミック接触電極）
９裏面電極（ｎ側共通電極）
１０ｐ型順方向電圧低減層

Claims

気相成長法を用いて、第一導電型基板上に、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で構成される発光部を形成し、その上に第二導電型のＧａＰ若しくはＧａＡｓＰからなる電流分散層を形成するIII−Ｖ族半導体発光素子の製造方法において、
前記第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層側の部分の成長温度を前記発光部の成長温度よりも低い５７０℃〜６３０℃に設定し、且つ前記第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層側に接していない部分の途中から該第二導電型電流分散層の成長温度を前記発光部の成長温度よりも高い６５５℃〜６６５℃に設定して、前記第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層側の部分の膜厚を３００ｎｍ〜１０００ｎｍで成長することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
気相成長法を用いて、第一導電型基板上に、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で構成される発光部を形成し、その上に第二導電型のＧａＰ若しくはＧａＡｓＰからなる電流分散層を形成するIII−Ｖ族半導体発光素子の製造方法において、
前記第二導電型クラッド層の途中から前記第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層に接する側の部分までの成長温度を、前記活性層の成長温度よりも低い５７０℃〜６３０℃に設定し、その後の残りの第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層側に接していない部分の成長温度を前記活性層の成長温度よりも高い６５５℃〜６６５℃に設定して、前記第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層側の部分の膜厚を３００ｎｍ〜１０００ｎｍで成長することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
請求項１又は２記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記活性層と前記第二導電型クラッド層の間に、該活性層以上のバンドギャップを有するアンドープ層若しくは低不純物濃度の第二導電型層を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
気相成長法を用いて、第一導電型の半導体基板上に、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で構成される発光部を形成し、その上に第二導電型のＧａＰ若しくはＧａＡｓＰからなる電流分散層を形成するIII−Ｖ族半導体発光素子の製造方法において、
前記活性層と前記第二導電型クラッド層の間に、該活性層以上のバンドギャップを有するアンドープ層若しくは低不純物濃度の第二導電型層を形成し、
前記活性層と前記第二導電型クラッド層の間に設けられた層の成長開始時か若しくは成長途中から、前記第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層に接する側の部分までの成長温度を、前記活性層の成長温度よりも低い５７０℃〜６３０℃に設定し、その後の残りの第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層側に接していない部分の成長温度を前記活性層の成長温度よりも高い６５５℃〜６６５℃に設定して、前記第二導電型電流分散層の第二導電型クラッド層側の部分の膜厚を３００ｎｍ〜１０００ｎｍで成長することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
請求項１から４のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、
温度変更時には一旦成長を中止してＶ族原料と不純物原料を流し、温度が安定してから再度成長を始めることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
請求項１から５のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記第一導電型クラッド層、前記活性層、第二導電型クラッド層又は更に前記アンドープ層若しくは低不純物濃度の第二導電型層を形成する主たる材料が（Ａｌ_XＧａ_1-X）_YＩｎ_1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）であることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
請求項１から６のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記第二導電型決定不純物にＺｎを用いることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。