JP4376373B2 - 半導体発光素子用エピタキシャルウェハ、その製造方法および半導体発光素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いた、それぞれＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる下部クラッド層、活性層および上部クラッド層からなる発光部を有する半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造方法、および該エピタキシャルウェハから製造された半導体発光素子に係わり、特に従来のものと比較して発光素子の輝度が改善される半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造方法およびそれから得られる高輝度な半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、低消費電力、長寿命、高発光効率、高信頼性等の特性を有しており、各種表示装置等の光源用発光素子として利用されている。
各種のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のうち、ＡｌＧａＩｎＰ系材料は窒化物を除いたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の中で最大の直接遷移型のエネルギーギャップを有する。そのため、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる発光部を有する半導体発光素子は、緑色から赤色の範囲にわたり高輝度の発光が得られ、その利用範囲が急速に広がっている。
なお、本明細書でＡｌＧａＩｎＰ系材料とは（Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）をいう。
【０００３】
従来のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる発光部を有するＬＥＤの構造の例として、例えば特開平４−２１２４７９に図１に示す構造が開示されている。図１において、１１はｎ型ＧａＡｓ基板、１２はｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層、１３はＡｌＧａＩｎＰ活性層、１４はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層、１５はｐ型ＡｌＧａＡｓ電流拡散層、１６はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１７はｐ電極、１８はｎ電極である。
このＬＥＤで、発光部はｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層１２、ＡｌＧａＩｎＰ活性層１３およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層１４から構成されるダブルヘテロ構造である。すなわち、活性層を下部および上部クラッド層で挟んだ上記のダブルへテロ構造では、下部および上部クラッド層により活性層内に高密度に閉じ込めた電子および正孔が発光再結合することにより、ＬＥＤからの発光が得られる。
【０００４】
高輝度なＬＥＤを得るために上記のＬＥＤにおいては、ｐ電極１７から注入された電流を拡げて発光領域を拡大するために、上部クラッド層１４とコンタクト層１６の間に電流拡散層１５を設けてある。特開平４−２１２４７９には、この他に基板側へ向かった光を有効に取り出すために基板と下部クラッド層との間に反射層及び透明バッファ層を設けた構造等も記載されている。
【０００５】
さらに、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる発光部を有する半導体発光素子において、発光部の特性は輝度を決定する重要な要因のひとつである。
そこで上記の特開平４−２１２４７９には、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層１２、ＡｌＧａＩｎＰ活性層１３およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層１４からなるダブルヘテロ構造において、活性層１３の最適なキャリア濃度の範囲や最適な厚さの範囲、あるいは下部クラッド層１２および上部クラッド層１４の最適なキャリア濃度範囲が規定されている。
【０００６】
上記のようなＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる発光部を有する半導体発光素子の製造に用いられるエピタキシャルウェハの製造方法としては、一般に有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）がある。
ＭＯＣＶＤ法は、成長装置にＩＩＩ族元素の原料を有機金属化合物の蒸気として供給し、ＩＩＩ族元素の原料ガスとＶ族元素の原料ガスを基板上で反応させることにより、基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の薄膜を成長させる気相成長法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＡｌＧａＩｎＰ系材料を発光部とするＬＥＤは、構造の改良や発光部の最適化で年々輝度が向上してきている。しかし近年、ＬＥＤは屋外での使用が増えており、更なる高輝度化が求められている。
そこで本発明は、従来のものと比較して発光素子の輝度が改善される半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造方法およびそれから得られる高輝度な半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、少なくともそれぞれＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を半導体基板上に順次エピタキシャル成長させる半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造方法において、下部クラッド層の成長と活性層の成長の間または活性層の成長と上部クラッド層の成長の間の少なくとも一方で、エピタキシャル成長を一旦中断し、ＰＨ₃を含むガス雰囲気中で１〜３０分間半導体基板を保持することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、半導体基板上に順次エピタキシャル成長させた、それぞれＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を少なくとも具備する半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、下部クラッド層と活性層の界面または活性層と上部クラッド層の界面の少なくとも一方に、格子歪み領域があることを特徴とする。
さらに本発明は、上記の半導体発光素子用エピタキシャルウェハから製造した半導体発光素子である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者は、活性層を下部および上部クラッド層で挟んだダブルへテロ構造の発光部を有する半導体発光素子では、下部クラッド層と活性層との界面または活性層と上部クラッド層との界面の特性がＬＥＤの輝度に大きく影響を与える可能性があると考え鋭意研究を行った。
従来、ヘテロ接合を形成する半導体層の成長においては、一般に組成変化が急峻で均一なヘテロ接合界面の形成が必要であると考えられていた。そのため、ＭＯＣＶＤ法による半導体層の成長では、ヘテロ接合の界面形成時に原料ガスの切り替えを瞬間的に行い成長を連続して行うことが重要とされ、原料ガスの切り替え時に半導体層の成長の中断時間を極力設けないことが一般的であった。例えばＦｒｉｊｌｉｎｋ，Ｐ．Ｍ．，Ｍａｌｕｅｎｄａ，Ｊ．：Ｊ．ｄｅ Ｐｈｙｓｉｑｕｅ，１２，Ｃ５−１８５〜１９１（１９８２）には、ヘテロ接合界面の組成変化領域を小さくする為に、ガスの切り替え時間を１原子層の成長時間に対して１／１０以下にコントロールすることが記載されている。
【００１１】
しかし本発明者は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるダブルへテロ構造の発光部を有するＬＥＤの発光強度を向上させるために、発光部のヘテロ接合の界面形成方法として、界面形成時に半導体層の成長を中断したまま半導体基板を保持をする方法を検討した。そして、半導体層の成長を中断した保持時間と得られたＬＥＤの輝度との関係を調べた。
その結果、半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造において、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層をエピタキシャル成長により順次積層させる場合に、下部クラッド層の成長と活性層の成長の間または活性層の成長と上部クラッド層の成長の間にエピタキシャル成長の中断を設けると、中断時間と得られるＬＥＤの輝度とに相関があることを見出した。
【００１２】
本発明者の実験によって得られた、下部クラッド層の成長と活性層の成長の間のエピタキシャル成長の中断時間と得られたＬＥＤの輝度の関係を図２に、また活性層の成長と上部クラッド層の成長の間のエピタキシャル成長の中断時間と得られたＬＥＤの輝度の関係を図３にそれぞれ示す。
【００１３】
なお図２、図３に示した結果は、図４に示す構造のＬＥＤをＭＯＣＶＤ法により作製して測定した。図４のＬＥＤの構造は、以下のとおりである。
４１：ｐ型ＧａＡｓ基板（キャリア濃度８×１０¹⁸ｃｍ^-3、層厚２７０μｍ）
４０：ｐ型ＧａＡｓバッファ層
（キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3、層厚０．５μｍ）
４９：ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ中間層
（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3、層厚０．１μｍ）
４２：ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ下部クラッド層
（キャリア濃度１×１０¹⁷ｃｍ^-3、層厚１μｍ）
４３：ｐ型（Ａｌ_0.17Ｇａ_0.83）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層
（キャリア濃度１×１０¹⁶ｃｍ^-3、層厚０．５μｍ）
４４：ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ上部クラッド層
（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3、層厚３μｍ）
４６：ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
（キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3、層厚０．３μｍ）
４７：ｎ電極
４８：ｐ電極
また図４に示すＬＥＤは、ＧａＡｓ基板４１上に上記のエピタキシャル層４０、４９、４２、４３、４４、４６をＭＯＣＶＤ法により形成した後、該エピタキシャルウェハのコンタクト層表面およびｐ型基板表面にそれぞれｎ電極４７およびｐ電極４８を形成し、その後素子に分離を行うことにより作製した。
【００１４】
本発明者は実験で、下部クラッド層４２と活性層４３の界面Ａを形成する際または活性層４３と上部クラッド層４４の界面Ｂを形成する際に、エピタキシャル成長を中断し、その界面の性質を変化させることを試みた。但し、エピタキシャル成長の中断の間にＡｌＧａＩｎＰ系材料からＰが乖離して界面の半導体表面が劣化することを防ぐ目的で、エピタキシャル成長の中断の間は、ＰＨ₃を含むガス雰囲気中で基板の保持を行うこととした。
具体的には本実験の場合、界面でのエピタキシャル成長の中断はＩＩＩ族原料ガスの供給の中断によって行い、エピタキシャル成長の中断の間は、エピタキシャル成長中と同じだけのＰＨ₃を継続して成長装置内に流通した。
【００１５】
図２から、下クラッド層と活性層の界面形成時のエピタキシャル成長中断時間とＬＥＤの輝度の値の関係において、成長中断を設なかった場合に比べ、中断を行った場合の方が輝度が向上することがわかる。エピタキシャル成長の中断による輝度向上の効果は、中断時間が１分程度から見られ、特に中断時間が５〜１５分程度の場合に、輝度向上が顕著である。しかし、あまり長時間の中断を行った場合、たとえば３０分以上エピタキシャル成長を中断した場合は、逆に輝度はより短時間の成長中断を行った場合に比べ低下する。
同様に図３から、活性層と上クラッド層の界面形成時のエピタキシャル成長中断時間とＬＥＤの輝度の値の関係においても、成長中断を設なかった場合に比べ、成長中断を行った場合の方がＬＥＤの輝度が向上することがわかる。特に活性層と上クラッド層の界面形成時のエピタキシャル成長中断の場合、ＬＥＤの輝度向上の効果は、下クラッド層と活性層の界面形成時よりも顕著であった。またエピタキシャル成長中断の時間とＬＥＤの輝度との関係は、下クラッド層と活性層の界面形成時の場合と同様であった。
【００１６】
上記のようにして本発明者は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、それぞれＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を、半導体基板上に順次エピタキシャル成長させる半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造方法において、下部クラッド層の成長と活性層の成長の間または活性層の成長と上部クラッド層の成長の間の少なくとも一方で、エピタキシャル成長を一旦中断し、ＰＨ₃を含むガス雰囲気中で１〜３０分間、さらに好ましくは５〜１５分間半導体基板を保持することにより、得られるＬＥＤの輝度が従来のものと比較して大きく向上することを見出した。
【００１７】
次に本発明者は、ヘテロ接合界面形成時における成長の中断によりＬＥＤの輝度が向上する理由を調べるために、下部クラッド層の成長と活性層の成長の間および活性層の成長と上部クラッド層の成長の間にエピタキシャル成長を中断したＬＥＤの下部クラッド層と活性層との界面および活性層と上部クラッド層との界面の構造を解析した。
【００１８】
本発明者は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により、上記のＬＥＤの下部クラッド層と活性層との界面および活性層と上部クラッド層との界面の構造を観察した。その結果、下部クラッド層と活性層との界面Ａおよび活性層と上部クラッド層との界面Ｂに図５に示すような結晶格子の歪んだ領域Ｃが観察された。なお図５は、図４に示すＬＥＤの活性層４３と上部クラッド層４４の界面Ｂ付近を撮影した断面ＴＥＭ写真の様子を示す模式図である。
この格子歪み領域Ｃは、幅ｗがおよそ６０ｎｍ、高さｔがおよそ３０ｎｍであり、１００ｎｍ程度の間隔ｌで主として界面から主にエピタキシャル成長する側に存在していた。尚、格子歪み領域ＣはＬＥＤ毎にまたその観察する位置によりばらつきがあり、大きさは幅ｗが３０ｎｍ乃至８０ｎｍ、高さｔが１０ｎｍ乃至４０ｎｍ、間隔ｌは５０ｎｍ乃至１０００ｎｍのものが見つかった。
さらにＴＥＭ像の倍率を上げて結晶格子の配列を観察したところ、格子歪み領域Ｃでは格子定数が周囲に比べ小さくなっていることが観察された。
【００１９】
次に上記の格子歪み領域ＣについてＥＤＸ（エネルギー分散型特性Ｘ線分析）により組成を分析したところ、格子歪み領域Ｃではその周辺のバルクの領域と半導体の組成が異なり、周辺のバルクの領域と比較してＧａが多く、ＡｌまたはＩｎが少ない組成となっていることが明らかとなった。すなわち、格子歪み領域Ｃ以外の部分ではＧａが１６．５％、Ａｌが２９．３％Ｉｎが５４．１％に対し、格子歪み領域Ｃでは測定した７点の平均組成でＧａが３０．７％、Ａｌが２０．５％、Ｉｎが４８．８％となっていた。
【００２０】
比較のため、下部クラッド層の成長と活性層の成長の間および活性層の成長と上部クラッド層の成長の間にエピタキシャル成長の中断を介在させず、エピタキシャル成長を連続して行ったＬＥＤについて、下部クラッド層と活性層との界面Ａあるいは活性層と上部クラッド層との界面ＢをＴＥＭにより観察したところ、いずれの界面にも図５に示すような格子歪み領域Ｃは見られなかった。
すなわち本発明では、下部クラッド層と活性層の界面あるいは活性層と上部クラッド層の界面に格子歪み領域Ｃが形成されることにより、下部クラッド層と活性層あるいは活性層と上部クラッド層の組成の違いによる格子不整合が緩和され、ＬＥＤの輝度が向上するものと考えられる。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
本発明の実施例をＬＥＤを作製した例を用いて具体的に説明する。本実施例１で作製したＬＥＤの構造は、図４に示すＬＥＤと同じである。
【００２２】
基板４１としては、ｐ型のＧａＡｓ単結晶基板を用いた。基板４１のキャリア濃度はおよそ８×１０¹⁸ｃｍ^-3、また厚さはおよそ２７０μｍであった。また基板４１の面方位は（１００）面のものを用いた。
基板４１の上には、基板４１からの不純物の拡散を防止し、基板４１の結晶欠陥の影響を排除するため、ｐ型のＧａＡｓからなるバッファ層４０を形成した。バッファ層４０の厚さは、０．５μｍ、キャリア濃度はおよそ２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。また、バッファ層４０の上には、キャリア濃度がおよそ１×１０¹⁸ｃｍ^-3で層厚が０．１μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓからなる中間層４９を形成した。
【００２３】
中間層４９の上には、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるダブルへテロ構造の発光部を形成した。
発光部は、ｐ型下部クラッド層４２、活性層４３およびｎ型上部クラッド層４４を順次積層した構造で構成される。またこの発光部は、活性層４３を活性層４３よりもバンドギャップエネルギーの大きな下部および上部クラッド層４２、４４で挟んだ構造となっている。
【００２４】
ダブルへテロ構造の発光部をなす下部クラッド層４２、活性層４３および上部クラッド層４４は、互いに格子整合させるのが好ましい。（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰで表されるＡｌＧａＩｎＰ系材料においては、ｙをおよそ０．５とするとＧａＡｓ基板とＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる各層とが互いに格子整合する。
本実施例１では、目標とする波長の発光を得るために、活性層の組成は（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰのｙを０．５とし、ｘを０．１７とした。その結果、活性層のバンドギャップエネルギーはおよそ２．０ｅＶとなり、６２０ｎｍの波長の発光が得られるようになった。
また、下部および上部クラッド層のバンドギャップエネルギーを活性層よりも０．１ｅＶ以上大きくするために、本実施例１では下部および上部クラッド層の組成は、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰでｘを０．７、ｙを０．５とした。
【００２５】
また発光部の各層の厚さおよびキャリア濃度は、活性層へのキャリアの閉じこめ効果が高くかつ活性層でのキャリアの発光再結合が多くなる、すなわちＬＥＤの輝度が高くなるように決定した。本実施例１では、下クラッド層の厚さを１μｍ、活性層の厚さを０．５μｍ、上クラッドの厚さを３μｍとした。ここで上部クラッド層の厚さを３μｍと厚くしたのは、電流拡散の効果を持たせ、電極直下への発光の集中を緩和することによりＬＥＤの輝度を高くするためである。また、本実施例１では、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層のキャリア濃度を、それぞれｐ型でおよそ１×１０¹⁷ｃｍ^-3、ｐ型でおよそ１×１０¹⁶ｃｍ^-3、ｎ型でおよそ１×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。
【００２６】
さらに、オーミック性接触を有する電極を形成するために、上部クラッド層４３上にｎ型のＧａＡｓからなるコンタクト層４６を設けた。コンタクト層４６については、厚さを０．３μｍとし、キャリア濃度は２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。
上記のエピタキシャル層においては、ｐ型のドーパントとしてはＺｎを用いた。また、ｎ型のドーパントとしてはＳｅを用いた。
【００２７】
またコンタクト層４６の表面および基板４１の裏側表面にそれぞれｎ電極４７とｐ電極４８を形成した。ｎ電極４７とｐ電極４８には、それぞれＡｕ／Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ／Ａｕ−Ｂｅを用いた。
【００２８】
上記のような構造のＬＥＤは、以下のような有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法で作製した。
ＩＩＩ族原料としては、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ₃）₃：ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃）₃：ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ₃）₃：ＴＭＩｎ）の有機金属を用い、原料ボトルから原料蒸気を成長装置へ運ぶ為に用いるキャリアガスとしては水素を用いた。Ｖ族原料としてはＡｓ原料としてアルシン（ＡｓＨ₃）、Ｐ原料としてホスフィン（ＰＨ₃）を用いた。
また、ドーパントとしては、Ｚｎ原料としてジエチル亜鉛（Ｚｎ（Ｃ₂Ｈ₅）₂：ＤＥＺｎ）、Ｓｅ原料としてセレン化水素（Ｈ₂Ｓｅ）を用いた。
【００２９】
まず、成長装置内に６ｓｌｍ（standard liter per minite）の流量の水素及び３０ｓｃｃｍ（standard cc per minite）の流量のアルシンを流通し、成長装置内の圧力を６０ｔｏｒｒに保ちつつ基板４１を加熱して６７０℃まで昇温させ、一定に保持した。
この状態で１．３×１０^-5ｍｏｌ／ｍｉｎの供給量のＴＭＧａおよび３．４×１０^-6ｍｏｌ／ｍｉｎの供給量のＤＥＺｎを２０分間成長装置内に供給することにより、ｐ型のＧａＡｓからなるバッファ層４０をエピタキシャル成長した。続いて、７．２×１０^-6ｍｏｌ／ｍｉｎの供給量のＴＭＧａ、１．９×１０^-6ｍｏｌ／ｍｉｎの供給量のＴＭＡｌおよび３．４×１０^-6ｍｏｌ／ｍｉｎの供給量のＤＥＺｎを３分間成長装置内に供給することにより、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる中間層４９をエピタキシャル成長した。エピタキシャル成長の開始および停止は、成長装置内へのＩＩＩ族ガスの供給の開始および停止で行った。
【００３０】
続いて基板の温度を７７０℃に昇温し、Ｖ族原料ガスをアルシンからホスフィンに切り替えた。９０ｓｃｃｍの流量のホスフィンを供給している成長装置内にＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎのＩＩＩ族原料ガスを供給することにより、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる下部クラッド層４２、活性層４３および上部クラッド層４４のエピタキシャル成長を行った。
【００３１】
下部クラッド層４２の成長では、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎの供給量をそれぞれ３．２×１０^-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、３．８×１０^-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、１．２×１０^-5ｍｏｌ／ｍｉｎとした。また、３．４×１０^-6ｍｏｌ／ｍｉｎのＤＥＺｎを同時に供給し、ｐ型の下部クラッド層４２を成長した。成長時間は３０分間とした。
活性層４３の成長では、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎの供給量をそれぞれ５．８×１０^-7ｍｏｌ／ｍｉｎ、９．０×１０^-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、１．１×１０^-5ｍｏｌ／ｍｉｎとした。成長時間は１５分間とした。
上部クラッド層４４の成長では、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎの供給量をそれぞれ３．１×１０^-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、３．２×１０^-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、１．１×１０^-5ｍｏｌ／ｍｉｎとした。また、１．９×１０^-8ｍｏｌ／ｍｉｎのＨ₂Ｓｅを同時に供給し、ｎ型の上部クラッド層４４を成長した。成長時間は９０分間とした。
上記のように下部クラッド層４２、活性層４３および上部クラッド層４４の組成は、供給するＩＩＩ族原料ガスの供給量の比率を変えることにより制御した。また、エピタキシャル層の厚さは成長時間によって制御した。エピタキシャル層の導電型は、成長中にＤＥＺｎあるいはＨ₂Ｓｅを成長装置内に供給することにより制御した。
【００３２】
本発明では、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる下部クラッド層４２、活性層４３および上部クラッド層４４を順次積層するためにＩＩＩ族原料ガスの供給量を順次切り替える際に、下部クラッド層４２の成長と活性層４３の成長の間、または活性層４３の成長と上部クラッド層４４の成長の間の少なくとも一方で、成長装置内へのＩＩＩ族原料ガスの供給を停止し、１〜３０分間のエピタキシャル成長の中断を介在させる。その間、雰囲気ガス中に成長時と同程度のＰＨ₃分圧を与えておき、ＰＨ₃を含むガス雰囲気中で基板４１を保持する。
【００３３】
本実施例１に於いては、下部クラッド層４２の成長と活性層４３の成長の間および活性層４３の成長と上部クラッド層４４の成長の間の両方で、このエピタキシャル成長の中断時間を各々１０分間設けた。この間、成長したエピタキシャル層からＰが抜けてエピタキシャル層が分解することを防ぐ為に、雰囲気ガスの水素と同時に成長中と同じ流量でＰＨ₃の供給を行い、ＰＨ₃を含むガス雰囲気中で基板４１を保持した。
【００３４】
ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる下部クラッド層４２、活性層４３および上部クラッド層４４を形成した後、基板温度を５７０℃に下げた。そして再度ホスフィンをアルシンに切り替え、アルシンを供給している成長装置内に１．３×１０^-5ｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧａおよび１．９×１０^-7ｍｏｌ／ｍｉｎのＨ₂Ｓｅを２０分間供給することにより、上部クラッド層４４上にｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層４６のエピタキシャル成長を行った。
上記のようにして半導体発光素子用エピタキシャルウェハの成長を終了した。
【００３５】
上記の要領で作製したエピタキシャルウェハの基板４１の裏側表面に、Ａｕ−Ｂｅ／Ａｕを蒸着し、ｐ電極４８を形成した。又、コンタクト層４６の表面にはＡｕ−Ｇｅ／Ａｕを蒸着し、通常のフォトリソグラフ法を用いてｎ電極４７を形成した。その後、４５０℃で１０分間Ａｒ雰囲気で保持する合金化処理を行ってｐ電極４８およびｎ電極４７のオーミック接触を形成した。その後エピタキシャルウェハを３５０μｍ間隔で切断し、ＬＥＤを作製した。
このようにして得たＬＥＤの発光特性を評価したところ、波長は６２０ｎｍで、電流２０ｍＡでの輝度は３７ｍｃｄであった。なお本明細書では、ＬＥＤの輝度は積分球を用いて測定した光度で表示した。
【００３６】
（実施例２）
実施例１と同様のＬＥＤを作製する過程で、下部クラッド層４２と活性層４３の間の成長中断時間を１０分間のままとし、活性層４３と上部クラッド層４４の間には成長中断時間を設けず連続でエピタキシャル成長を行った。
この条件で成長したエピタキシャルウェハから実施例１と同じ方法でＬＥＤを作製し、実施例１と同様に輝度を測定した所、輝度は２９ｍｃｄとなった。
【００３７】
（実施例３）
実施例１と同様のＬＥＤを作製する過程で、下部クラッド層４２と活性層４３の間には成長中断時間を設けず連続してエピタキシャル成長を行い、一方活性層４３と上部クラッド層４４の間の成長中断時間は１０分間とした。
この条件で成長したエピタキシャルウェハから実施例１と同じ方法でＬＥＤを作製し、実施例１と同様に輝度を測定した所、輝度は３４ｍｃｄとなった。
【００３８】
（比較例）
実施例１と同様のＬＥＤを作製する過程で、下部クラッド層４２と活性層４３の間及び活性層４３と上部クラッド層４４の間の両方に成長中断時間を設けず、連続してエピタキシャル成長を行った。
この条件で成長したエピタキシャルウェハから実施例１と同じ方法でＬＥＤを作製し、実施例１と同様に輝度を測定した所、輝度は２１ｍｃｄとなった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明では、発光部のへテロ接合の界面の成長条件を変更することにより、発光部の発光効率を高めることが出来、従来条件と比較した場合発光素子の輝度を３８〜７６％向上することが出来た。
なお、上記の本発明の実施例では基本的な構造のＬＥＤを作製したが、反射層や電流拡散層を有する構造のＬＥＤに本発明を用いれば、発光素子の輝度を更に向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＬＥＤの構造を示す図。
【図２】下部クラッド層の成長と活性層の成長の間のエピタキシャル成長の中断時間と得られたＬＥＤの輝度との関係を示す図。
【図３】活性層の成長と上部クラッド層の成長の間のエピタキシャル成長の中断時間と得られたＬＥＤの輝度との関係を示す図。
【図４】本発明の実施例１、２、３および比較例に係わるＬＥＤの構造を示す図。
【図５】本発明に係わるＬＥＤの活性層と上部クラッド層の界面付近を撮影した断面ＴＥＭ写真の模式図。
【符号の説明】
１１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層
１３ ＡｌＧａＩｎＰ活性層
１４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層
１５ ｐ型ＡｌＧａＡｓ電流拡散層
１６ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１７ ｐ電極
１８ ｎ電極
４１ ｐ型ＧａＡｓ基板
４０ ｐ型ＧａＡｓバッファ層
４９ ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層
４２ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層
４３ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ活性層
４４ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層
４６ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
４７ ｎ電極
４８ ｐ電極
Ａ 下部クラッド層と活性層の界面
Ｂ 活性層と上部クラッド層の界面
Ｃ 格子歪み領域

Claims (5)

1. 有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、少なくともそれぞれＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を半導体基板上に順次エピタキシャル成長させる半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造方法において、下部クラッド層の成長と活性層の成長の間または活性層の成長と上部クラッド層の成長の間の少なくとも一方で、エピタキシャル成長を一旦中断し、ＰＨ₃を含むガス雰囲気中で５〜３０分間半導体基板を保持することを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造方法。
2. 半導体基板上に順次エピタキシャル成長させた、それぞれＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を少なくとも具備する半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、下部クラッド層と活性層の界面または活性層と上部クラッド層の界面の少なくとも一方に、不連続層の格子歪み領域があることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
3. 格子歪み領域において、結晶格子定数が周囲に比べて小さくなっていることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
4. 格子歪み領域において、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎの組成比が周囲と異なっていることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
5. 請求項２ないし４のいずれか１項に記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハから製造した半導体発光素子。

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