JP2000269145A - 化合物半導体の結晶成長方法および半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶欠陥が少ないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
を提供すること 【解決手段】 ＩＩＩ−Ｖ族化合物を有する層７を含
む、組成が異なる複数の層を有する半導体中の、該ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物を有する層７を形成する方法であって、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体７を結晶成長させる工程を包
含し、ここで、該結晶成長初期におけるＶ族元素のモル
流量が、通常成長時のＶ族元素のモル流量よりも大き
い、方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体の結晶成長方法、特に有機金属化学気相成長法
および半導体発光素子（発光ダイオード）に関する。

【０００２】

【従来の技術】化合物半導体の結晶成長方法について
は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）法がよく知
られており、半導体素子、特に発光素子において、発光
特性を向上するため良好な結晶性を得るための研究が進
められている。

【０００３】従来、発光素子の製造のための、基板上の
活性層およびクラッド層などの発光部の成長条件につい
ては多くの研究がされていたが、発光部の上部に積層さ
れる、電流拡散層などの比較的厚膜の半導体層の結晶性
についてはあまり研究されていなかった。

【０００４】しかし、電流拡散層などの比較的厚膜の半
導体層の結晶性が原因で素子特性が低下する問題が発生
する。

【０００５】具体例として、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材
料を用いた面発光型素子の例について説明する。このよ
うな発光素子では、発光効率を増加させるために、発光
部の上に電流拡散層を設けて、電極から注入された電流
を活性層全体に広げる必要がある。例えば、図８に示す
ような面発光型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子が提案
されている。図８を参照すると、このような半導体発光
素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板８１、ｎ型バッファ層８２、
ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８３、ＡｌＧａＩｎＰ活
性層８４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８５、および
ｐ型ＧａＰ電流拡散層８７の各層ならびにｎ型電極８１
０およびｐ型電極８１１により構成されている。発光部
であるＡｌＧａＩｎＰ活性層８４で発光した光は、ｐ型
電極８１１側から取り出される。ここで、ｐ型電極８１
１から注入された電流をＡｌＧＩｎＰ活性層８４全体に
拡げる必要がある。このため、ＧａＰ電流拡散層８７と
して、約２μｍ以上、一般的には約５μｍという厚い層
を採用して電流を拡大し、ＡｌＧａＩｎＰ活性層８４全
体で発光させることにより、上面方向への光取りだし効
率を大きくしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような半導体発光
素子では、電流拡散層の層厚を厚くしていることに起因
する、ヒロックとよばれる結晶欠陥が多数発生する問題
点がある。

【０００７】この結晶欠陥は、特にＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体、例えばＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、
ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓおよびＡｌＧａＩｎＮ
系の材料で多く発生する。

【０００８】このヒロックとよばれる結晶欠陥が増加す
ることにより、電流拡散層の結晶性が低下する。このた
め、発光効率の低下という問題点が生じる。また結晶性
の低下により成長表面に凹凸が発生し、さらには、電極
形成時に電極がはがれ易くなり、歩留りが低下するとい
う問題点が生じる。

【０００９】発明者らはヒロックとよばれる結晶欠陥の
発生原因を特定するため、結晶欠陥が多く発生したこれ
らの半導体発光素子の断面を観察した。その結果、層厚
の厚い層の界面付近から結晶欠陥の発生密度が大きくな
っていた。

【００１０】結晶欠陥の発生原因については、ＧａＰ層
などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が厚膜成長すると、結
晶成長中にＩＩＩ族原子とＶ族原子との間の結合が切
れ、Ｖ族原子が解離し、この空孔がヒロックとよばれる
結晶欠陥を発生させると考えられる。

【００１１】したがって、組成の異なる複数の層を有す
る半導体では、各層間の界面付近および電流拡散層と発
光部との界面近傍などでキャリア濃度および組成が急激
に変化し、このため、特に結晶欠陥が発生しやすいと考
えられる。

【００１２】本発明はこの問題点を解決する化合物半導
体の結晶成長方法を提供し、また、結晶欠陥がなく、発
光効率および歩留りが大幅に改善された半導体発光素子
を提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の局面において、本
発明の方法は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を有する層を含む、
組成が異なる複数の層を有する半導体中の、該ＩＩＩ−
Ｖ族化合物を有する層を形成する方法であって、有機金
属化学気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結
晶成長させる工程を包含し、ここで、結晶成長初期にお
けるＶ族元素のモル流量が、通常成長時のＶ族元素のモ
ル流量よりも大きい。

【００１４】１つの実施態様では、前記結晶成長初期に
おけるＶ族元素のモル流量が、通常成長時の元素のモル
流量よりも１．２倍以上大きい。

【００１５】第２の局面において、本発明の方法は、Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物を有する層を含む、組成が異なる複数
の層を有する半導体中の、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物を有す
る層を形成する方法であって、有機金属化学気相成長法
によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる工程
を包含し、ここで、結晶成長初期におけるＩＩＩ族元素
のモル流量に対するＶ族元素のモル流量の比が、通常成
長時におけるＩＩＩ族元素のモル流量に対するＶ族元素
のモル流量の比よりも大きい。

【００１６】１つの実施態様では、前記結晶成長初期に
おけるＩＩＩ族元素のモル流量に対するＶ族元素のモル
流量の比が、通常成長時におけるＩＩＩ族元素のモル流
量に対するＶ族元素のモル流量の比よりも１．２倍以上
大きい。

【００１７】第３の局面において、本発明の方法は、Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物を有する層を含む、組成が異なる複数
の層を有する半導体中の、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物を有す
る層を形成する方法であって、有機金属化学気相成長法
によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる工程
を包含し、ここで、結晶成長初期の成長温度が、通常成
長時の成長温度よりも高い。

【００１８】１つの実施態様では、前記結晶成長初期の
成長温度が、通常成長時の成長温度よりも１０℃以上高
い。

【００１９】１つの実施態様では、前記ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体が、ＧａＰを含む。

【００２０】１つの実施態様では、前記ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体が、Ｇａ_xＩｎ_1-xＰ（０＜ｘ≦１）を含む。

【００２１】１つの実施態様では、前記ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体が、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_{1-x- y}Ｐ（０＜ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含む。

【００２２】１つの実施態様では、前記ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体が、Ａｌ_xＧａ_1-xＰ（０≦ｘ≦１）を含む。

【００２３】１つの実施態様では、前記ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体が、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_{1-x- y}Ａｓ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含む。

【００２４】１つの実施態様では、前記ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体が、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_{1-x- y}Ｎ（０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含む。

【００２５】１つの実施態様では、前記ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体が、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ_yＰ_1-y（０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１）を含む。

【００２６】１つの実施態様では、前記ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体層の厚みが２μｍ以上である。

【００２７】本発明の半導体発光素子は、基板と、基板
の上の、下部クラッド層、活性層、および上部クラッド
層を有する発光部と、該発光部の上の、厚みが２μｍ以
上のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有する半導体発光
素子であって、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、上記
本発明のいずれかの方法で形成された層である。

【００２８】１つの実施態様において、本発明の半導体
発光素子は、前記上部クラッド層と前記ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体層との間に電流阻止層を有する。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の方法の第１の局面では、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、有機金属化学気相成長法
により形成する。

【００３０】ＩＩＩ−Ｖ族化合物とは、ＩＩＩ族（周期
表１３族）のアルミニウムＡｌ、ガリウムＧａ、インジ
ウムＩｎ、またはタリウムＴｌ等と、Ｖ族（１５族）の
リンＰ、ヒ素Ａｓ、アンチモンＳｂ、または窒素Ｎ等と
の間に生ずる原子比１：１の化合物をいう。

【００３１】有機金属化学気相成長法とは、原料基体と
して有機金属を用いた化学蒸着法（ＣＶＤ）のうち、特
に気相エピタクシーをいう。

【００３２】有機金属化学気相成長法に用いる材料とし
ては、ＩＩＩ族化合物のアルミニウムＡｌの材料とし
て、トリメチルアルミニウム（ＣＨ₃）₃Ａｌおよびトリ
エチルアルミニウム（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ａｌ、ガリウムＧａの
材料としてトリメチルガリウム（ＣＨ₃）₃Ｇａおよびト
リエチルガリウム（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｇａ、インジウムＩｎの
材料としてトリメチルインジウム（ＣＨ₃）₃Ｉｎおよび
トリエチルインジウム（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｉｎ、そしてタリウ
ムＴｌの材料としてトリメチルタリウム（ＣＨ₃） ₃Ｔｌ
およびトリエチルタリウム（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｔｌなどが使用
可能である。Ｖ族化合物のリンＰの材料としてホスフィ
ンＰＨ₃およびターシャリーブチルホスフィンＴＢＰ、
ヒ素Ａｓの材料としてアルシンＡｓＨ₃およびターシャ
リーブチルアミンＴＢＡ、アンチモンＳｂの材料として
ＳｂＨ₃、窒素Ｎの材料としてＮＨ₃およびＮ₂などが使
用可能である。

【００３３】本発明の方法の第１の局面では、ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体の結晶成長初期における、Ｖ族元素の
モル流量を、通常成長時のＶ族元素のモル流量よりも大
きくする。

【００３４】１つの実施態様では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体が、少なくともＧａＰを含む。

【００３５】この実施態様によれば、ヒロックとよばれ
る結晶欠陥が低減したバンドギャップの大きいＧａＰ層
を結晶成長することができ、ＧａＰ層を有する半導体発
光素子に適用した場合、電流拡散層の結晶性の低下に起
因する発光効率の低下、および電極形成時の凹凸に起因
するはがれなどの歩留り低下などの問題点が改善され
る。

【００３６】１つの実施態様では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体が、少なくともＧａ_xＩｎ_1-xＰ（０＜ｘ≦１）を
含む。

【００３７】この実施態様によれば、Ｉｎを含むことに
よりさらにヒロックと呼ばれる結晶欠陥が低減される。
Ｉｎ原子はＰ原子との結合エネルギーが小さいため、成
長中、成長表面を拡散しやすく、結晶欠陥の発生が抑制
される。

【００３８】１つの実施態様では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体が、少なくともＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＰ（０＜ｘ
≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含む。

【００３９】この実施態様によれば、Ａｌを含むことに
よりバンドギャップが大きくでき、さらにヒロックと呼
ばれる結晶欠陥が低減される。

【００４０】１つの実施態様では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体が、少なくともＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）
を含む。

【００４１】この実施態様によれば、本発明の効果が、
ＡｌＧａＡｓ層およびＡｌＧａＡｓ系半導体発光素子に
おいて得られる。

【００４２】１つの実施態様では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体が、少なくともＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＡｓ（０≦
ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含む。

【００４３】この実施態様によれば、本発明の効果が、
ＡｌＧａＩｎＡｓ層およびＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体発
光素子において得られる。

【００４４】１つの実施態様では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体が、少なくともＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ
≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含む。

【００４５】この実施態様によれば、本発明の効果が、
ＡｌＧａＩｎＮ層およびＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体発光
素子において得られる。

【００４６】１つの実施態様では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体が、少なくともＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ_yＰ_1-y（０≦ｘ
≦１、０≦ｙ≦１）を含む。

【００４７】この実施態様によれば、本発明の効果が、
ＩｎＧａＡｓＰ層およびＩｎＧａＡｓＰ系半導体発光素
子において得られる。

【００４８】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長は、
所望の積層構造に応じて、任意の層上で行うことができ
る。１つの実施態様においては、発光部の上部クラッド
層の上で結晶成長が行われ、また１つの実施態様では、
発光部の上部クラッド層の上の電流阻止層の上で結晶成
長が行われる。

【００４９】「結晶成長初期」は、少なくとも結晶成長
の開始時点を含む、結晶成長初期の期間をいう。好まし
くは、結晶成長の開始から所望の層の厚みの４分の１の
厚みが形成されるまで、より好ましくは、結晶成長の開
始から所望の層の厚みの２分の１の厚みが形成されるま
での期間をいう。

【００５０】「通常成長時」は、結晶成長初期以後の結
晶成長期間をいう。

【００５１】「Ｖ族元素のモル流量」は、結晶成長のた
めに流入されるＶ族元素の単位時間あたりのモル数であ
り、結晶成長初期では、好ましくは１．０５×１０^-4〜
１．０５モル／分である。

【００５２】Ｖ族元素のモル流量は、通常成長時では、
好ましくは１×１０^-4〜１モル／分である。

【００５３】結晶成長初期におけるＶ族元素のモル流量
は、通常成長時よりも大きくする。好ましくは、結晶成
長初期におけるＶ族元素のモル流量は、通常成長時より
も１．０５倍以上大きくする。より好ましくは、結晶成
長初期におけるＶ族元素のモル流量は、通常成長時より
も１．１倍以上大きくする。

【００５４】１つの実施態様において、結晶成長初期に
おけるＶ族元素のモル流量は、通常成長時よりも１．２
倍以上大きくする。

【００５５】この実施態様によれば、本発明の効果がよ
り効率的に得られる。さらに、Ｖ族元素の消費量を低減
できるという利点がある。

【００５６】一方、結晶成長初期におけるＶ族元素のモ
ル流量の上限は特に規定されないが、好ましくは通常成
長時の２倍以下とする。

【００５７】ここで、結晶成長初期および通常成長時に
おける、Ｖ族元素およびＩＩＩ族元素のモル流量は、最
終的に形成されるＩＩＩ−Ｖ族化合物層が単結晶とな
り、かつその中のＩＩＩ族元素対Ｖ族元素の比率が１：
１となるように調整される。

【００５８】ここで、Ｖ族元素のモル流量を大きくして
も、ＩＩＩ族元素対Ｖ族元素の比率が１：１の単結晶が
得られるのは、Ｖ族元素のモル流量が大きくても、本明
細書中に開示されるような条件範囲では、Ｖ族元素とＩ
ＩＩ族元素との化学的相互作用のために、量論比が１：
１となるからである。

【００５９】上記の方法により提供されるＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層は、所望の半導体設計に応じて任意の厚
みとすることができる。

【００６０】１つの実施態様では、上記の方法により提
供されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の厚みは、２μｍ
以上である。

【００６１】この実施態様によれば、従来、結晶欠陥に
よる問題が特に著しかった、層厚が２μｍ以上有するＩ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体における結晶欠陥が改善され
る。

【００６２】本発明の方法を実施するための装置、材
料、製造条件などは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶
成長のための従来公知の任意の装置および製造条件が使
用され得る。好ましくは、装置として、ＭＯＣＶＤ装置
などが使用可能である。

【００６３】本発明の方法の第２の局面において、ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長初期におけるＶ族元素
のモル流量のＩＩＩ族元素のモル流量に対する比を、通
常成長時におけるＶ族元素のモル流量のＩＩＩ族元素の
モル流量に対する比よりも大きくする。

【００６４】結晶成長初期におけるＶ族元素のモル流量
の、ＩＩＩ族元素のモル流量に対する比は、好ましく
は、通常成長時よりも１．０５倍以上大きくする。より
好ましくは、１．１倍以上大きくする。

【００６５】１つの実施態様において、結晶成長初期に
おけるＶ族元素のモル流量の、ＩＩＩ族元素のモル流量
に対する比は、通常成長時におけるＶ族元素のモル流量
の、ＩＩＩ族元素のモル流量に対する比よりも１．２倍
以上大きくする。

【００６６】この実施態様によれば、全体のモル流量を
小さくできるという利点がある。

【００６７】一方、結晶成長初期におけるＶ族元素のモ
ル流量のＩＩＩ族元素のモル流量に対する比の上限は特
に規定されないが、好ましくは通常成長時の２倍以下と
する。

【００６８】なお、結晶成長初期および通常成長時にお
ける、Ｖ族元素およびＩＩＩ族元素のモル流量は、最終
的に形成されるＩＩＩ−Ｖ族化合物層中のＩＩＩ族元素
対Ｖ族元素の比率が１：１となるように調整される。

【００６９】ここで、結晶成長初期におけるＶ族元素の
モル流量のＩＩＩ族元素のモル流量に対する比を大きく
しても、ＩＩＩ族元素対Ｖ族元素の比率が１：１の単結
晶が得られるのは、Ｖ族元素のモル流量が大きくても、
本明細書中に開示されるような条件範囲では、Ｖ族元素
とＩＩＩ族元素との化学的相互作用のために、量論比が
１：１となるからである。

【００７０】結晶成長初期、および通常成長時のＶ族元
素のモル流量は、それぞれ、本発明の第１の局面につい
て上述したモル流量が適用可能である。

【００７１】「ＩＩＩ族元素のモル流量」は、結晶成長
のために流入されるＩＩＩ族元素の単位時間あたりのモ
ル数であり、結晶成長初期では、好ましくは１×１０^-5
〜１×１０^-3モル／分である。

【００７２】ＩＩＩ族元素のモル流量は、通常成長時で
は、好ましくは１×１０^-5〜１×１０^-3モル／分であ
る。

【００７３】結晶成長初期におけるＶ族元素のモル流量
のＩＩＩ族元素のモル流量に対する比は、好ましくは１
０〜１０００である。

【００７４】通常成長時におけるＶ族元素のモル流量の
ＩＩＩ族元素のモル流量に対する比は、好ましくは１０
〜１０００である。

【００７５】本発明の方法の第２の局面において、上記
以外の、用語の定義、装置、材料、製造条件などについ
ては、第１の局面について上述したものが適用可能であ
る。

【００７６】本発明の方法の第３の局面では、ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体の結晶成長初期の成長温度が、通常成
長時の成長温度よりも高い。

【００７７】ここで、成長温度とは、ＩＩＩ−Ｖ族化合
物が結晶成長する時のＩＩＩ−Ｖ族化合物の温度をい
う。

【００７８】結晶成長初期の成長温度は、通常成長時の
成長温度よりも、好ましくは、１０℃以上高い。

【００７９】１つの実施態様では、結晶成長初期の成長
温度が、通常成長時の成長温度よりも１０℃以上高い。
この実施態様によれば、上記効果に加えて、基板温度を
低くすることができ、ドーパントの拡散などを抑制でき
る。この実施態様により形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物
層を含む半導体発光素子の特性は、良好に保たれ得る。

【００８０】結晶成長初期の成長温度の上限は、特に規
定されないが、通常成長時の成長温度を１００℃以上越
えないことが好ましく、通常成長時の成長温度を８０℃
以上越えないことがより好ましい。

【００８１】したがって、結晶成長初期の成長温度は、
好ましくは、６９０〜８６０℃である。通常成長時の成
長温度は、好ましくは、６８０〜８５０℃である。

【００８２】本発明の方法の第３の局面において、上記
以外の、用語の定義、装置、材料、製造条件などについ
ては、第１の局面について上述したものが適用可能であ
る。

【００８３】次に、本発明の半導体発光素子について説
明する。

【００８４】本発明の半導体発光素子は、基板１と、基
板の上の、下部クラッド層３、活性層４、および上部ク
ラッド層５を有する発光部８と、発光部８の上の、厚み
が２μｍ以上であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層７を有
する半導体発光素子であって、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体層７が、上記本発明の方法のいずれかにより形成され
ている。

【００８５】基板１は、その上にエピタキシャル成長す
る半導体であり、従来公知の材料を使用することがで
き、例えば、ＧａＡｓなどが好ましい。また基板１は、
従来公知の方法により製造することができる。

【００８６】基板１の厚みは、所望の半導体設計に応じ
て任意の厚みが選択され得るが、好ましくは３００〜４
００μｍである。

【００８７】下部クラッド層３は、キャリアを活性層に
閉じ込める層であり、従来公知の材料を使用することが
でき、例えば、ＡｌＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＡｓなど
が好ましい。また下部クラッド層３は、従来公知の方法
により製造することができる。例えば、ＭＯＣＶＤ装置
により製造することができる。

【００８８】下部クラッド層３の厚みは、所望の半導体
設計に応じて任意の厚みが選択され得るが、好ましくは
０．５〜２μｍである。

【００８９】活性層４は、発光する層であり、従来公知
の材料を使用することができ、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ
およびＡｌＧａＡｓなどが好ましい。また活性層４は、
従来公知の方法により製造することができる。例えば、
ＭＯＣＶＤ装置により製造することができる。

【００９０】活性層４の厚みは、所望の半導体設計に応
じて任意の厚みが選択され得るが、好ましくは０．００
１〜２μｍである。

【００９１】上部クラッド層５は、キャリアを活性層に
閉じ込める層であり、従来公知の材料を使用することが
でき、例えば、ＡｌＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＡｓなど
が好ましい。また上部クラッド層５は、従来公知の方法
により製造することができる。例えば、ＭＯＣＶＤ装置
により製造することができる。

【００９２】上部クラッド層５の厚みは、所望の半導体
設計に応じて任意の厚みが選択され得るが、好ましくは
０．５〜１０μｍである。

【００９３】下部クラッド層３、活性層４、および上部
クラッド層５は、発光部８を形成する。

【００９４】本発明の半導体発光素子において、ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体層７は、厚みが２μｍ以上である。

【００９５】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層７の材料およ
び製造方法などは、本発明の方法として上述した通りで
ある。

【００９６】本発明の半導体発光素子の１つの実施態様
においては、上部クラッド層５とＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体層７との間に電流阻止層６を有する。

【００９７】この実施態様によれば、電流拡散層での電
流をさらに広げることができ、発光効率を増加すること
ができる。

【００９８】電流阻止層６は、電流を狭窄する層であ
り、従来公知の材料を使用することができ、例えば、Ａ
ｌＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＡｓなどが好ましい。また
電流阻止層６は、従来公知の方法により製造することが
できる。例えば、ＭＯＣＶＤ法により製造することがで
きる。

【００９９】電流阻止層６の厚みは、所望の半導体設計
に応じて任意の厚みが選択され得るが、好ましくは０．
１〜１μｍである。

【０１００】以下に、本発明の具体的な実施例について
説明する。以下の実施例は、すべて例示を目的とする、
非限定的なものである。

【０１０１】

【実施例】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例に
よる化合物半導体の結晶成長法を用いたＡｌＧａＩｎＰ
系化合物半導体発光素子からなる半導体発光素子の断面
図である。この図を用いて、第１の実施例を説明する。

【０１０２】まず、以下の各層を順次積層成長した。 （１）ｎ−ＧａＡｓ基板１、（２）ｎ−ＧａＡｓバッフ
ァ層２（Ｓｉ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚み０．５μ
ｍ、（３）ｎ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１）クラッド層３（ｘ＝１．０、ｙ＝０．
５、Ｓｉ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）厚み１．０μｍ、
（４）（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦１）活性層４（ｘ＝０．３、ｙ＝０．５）、厚み
０．５μｍ、（５）ｐ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）クラッド層５（ｘ＝１．
０、ｙ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚み
１．０μｍ、（６）ｐ−Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＰ（０≦
ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）中間層６、厚み
０．１μｍ、（７）ｐ−Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＰ（０≦
ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）電流拡散層７
（ｘ＝０．１０、ｙ＝０．９０、Ｚｎ濃度１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3）、厚み５μｍ。

【０１０３】上記（１）〜（７）の各層は、ＭＯＣＶＤ
法を用い、ＭＯＣＶＤ装置により、成長温度７００℃で
形成した。

【０１０４】次に、ｎ型電極１０およびｐ型電極１１を
形成して、半導体発光素子を完成した。

【０１０５】本実施例では、電流拡散層７を形成した際
に、最初の約１μｍ程度を初期成長とし、残りの約４μ
ｍを通常成長とした。

【０１０６】Ｖ族元素のモル流量は、初期成長時におい
て、１．２×１０^-3モル／分であり、通常成長時におい
て１．０×１０^-3モル／分であった。ＩＩＩ族元素のモ
ル流量は、初期成長時において、２．０×１０^-5モル／
分であり、通常成長時において２．０×１０^-5モル／分
であった。

【０１０７】また、成長温度は、初期成長時において、
７００℃であり、通常成長時において７００℃であっ
た。

【０１０８】本実施例でのｐ−Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＰ
電流拡散層７を成長した時の、ＩＩＩ族元素のモル流量
に対するＶ族元素のモル流量の比（以下Ｖ／ＩＩＩと記
す）の層厚方向での、通常成長時に対する比率を図９に
示す。（したがって、この比率は、通常成長時は、１で
ある） 本実施例では、成長初期のＶ／ＩＩＩを６０とし、その
後、徐々に減少させて通常成長時のＶ／ＩＩＩを５０と
した。したがって、通常成長時のＶ／ＩＩＩに対する成
長初期のＶ／ＩＩＩの比は１．２である。

【０１０９】本実施例により作製したＡｌＧａＩｎＰ系
半導体発光素子は、電流拡散層にｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層
を用いている。このタイプの半導体発光素子では、ヒロ
ックとよばれる結晶欠陥は従来、１０００個／ｃｍ^-2程
度発生していたが、本実施例では、５００個／ｃｍ^-2程
度に半減された。

【０１１０】この理由としては、以下のように考えられ
る。

【０１１１】従来ＡｌＧａＩｎＰ層等のＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体は結晶中で、Ｇａ原子やＩｎ原子などのＩＩ
Ｉ族元素とＶ族元素であるＰ原子の結合が強くないた
め、Ｖ族元素であるＰ原子が解離しやすく、成長中にヒ
ロックとよばれる結晶欠陥が発生しやすい原因となって
いた。そこで、この結晶成長中のＶ族元素であるＰ原子
のモル流量を増加すると、Ｖ族元素であるＰ原子の解離
が減少しヒロックとよばれる結晶欠陥の発生も抑制され
ると考えられる。

【０１１２】また、本実施例で確認された効果には、成
長初期のＶ族元素の流量が大きく寄与していると考えら
れる。なぜなら、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を含む複
数の層を有する半導体を成長した場合、成長界面で結晶
欠陥が発生しやすいと考えられるからである。

【０１１３】さらに、通常成長時のＶ／ＩＩＩに対する
成長初期のＶ／ＩＩＩの比を各種の値に変更して本実施
例を実施し、得られた各半導体発光素子のヒロック欠陥
密度を測定した。その結果を図１０に示す。本図より、
通常成長時のＶ／ＩＩＩに対する、成長初期のＶ／ＩＩ
Ｉの比が１．２以上であれば１００ｃｍ^-2以下に結晶欠
陥密度が減少することがわかる。

【０１１４】本実施例では、成長初期の１μｍ程度のみ
Ｖ族元素のモル流量を増加させることにより、ヒロック
と呼ばれる結晶欠陥が、上記のように顕著に減少する結
果が得られた。Ｖ族元素の消費量も従来よりほとんど増
加せず、発光効率および歩留りが改善された。特性では
波長５９０ｎｍの黄色半導体発光素子で従来より発光効
率が１０％上昇し、歩留りも１０％増加した。

【０１１５】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
による化合物半導体の結晶成長法を用いたＡｌＧａＩｎ
Ｐ系化合物半導体発光素子である半導体発光素子の断面
図である。この図を用いて、第２の実施例を説明する。

【０１１６】まず、以下の各層を順次積層した。 （１）ｎ−ＧａＡｓ基板２１ （２）ｎ−ＧａＡｓバッファ層２２（Ｓｉ濃度５×１０
¹⁷ｃｍ^-3）、厚み０．５μｍ、（３）ｎ−（Ａｌ_xＧａ
_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）クラッド
層２３（ｘ＝１．０、ｙ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０¹⁷
ｃｍ^-3）、厚み１．０μｍ、（４）（Ａｌ_xＧａ_1-x）_y
Ｉｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）活性層２４（ｘ
＝０．４５、ｙ＝０．５）、厚み０．５μｍ、（５）ｐ
（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１）クラッド層２５（ｘ＝１．０、ｙ＝０．５、Ｚｎ濃
度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚み１．０μｍ、（６）ｐ−Ｉ
ｎ_xＧａ_1-yＰ（０≦ｘ≦１）中間層２６（Ｚｎ濃度１×
１０¹⁸ｃｍ ^-3）、厚み０．１μｍ、（７）ｐ−（Ａｌ_x
Ｇａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）電流
拡散層２７（ｘ＝０．５０、ｙ＝０．２０、Ｚｎ濃度１
×１０¹⁸ｃｍ^-3）、厚み５μｍ。

【０１１７】次に、ｎ型電極２１０およびｐ型電極２１
１を形成して、半導体発光素子を完成した。

【０１１８】図１１に本実施例でのｐ−Ａｌ_xＧａ_yＩｎ
_1-x-yＰ電流拡散層の層厚方向での成長温度を示す。成
長初期の１μｍ程度は７５０℃で成長し、その後、７３
０℃で成長した。

【０１１９】本実施例により作製したＡｌＧａＩｎＰ系
半導体発光素子には、電流拡散層にｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
層を用いた。このタイプの半導体発光素子では、ヒロッ
クとよばれる結晶欠陥は従来、１０００個／ｃｍ^-2程度
発生していたが、本実施例では、５００個／ｃｍ^-2程度
に半減された。

【０１２０】この理由としては、従来ＡｌＧａＩｎＰ層
等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は結晶中で、Ｇａ原子や
Ｉｎ原子などのＩＩＩ族元素とＶ族元素であるＰ原子の
結合が強くないため、Ｖ族元素であるＰ原子が解離しや
すく、成長中にヒロックとよばれる結晶欠陥が発生しや
すい原因となっていた。ここで、成長温度を上昇させる
と、Ｖ族元素であるＰ原子は解離しやすくなるが、同時
に表面上でのマイグレーション（拡散）が活発となり、
ヒロックとよばれる結晶欠陥の発生も抑制される。

【０１２１】また、本実施例の効果は、成長初期の成長
温度が大きく寄与していると考えられる。なぜなら、Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を含む複数の層を有する半導
体を成長した場合、成長界面で結晶欠陥が発生しやすい
と考えられるからである。

【０１２２】さらに、成長初期の温度を各種の値に変更
して本実施例を実施し、得られた各半導体発光素子のヒ
ロック欠陥密度を測定した。その結果を図１２に示す。
本図より、成長初期の温度を通常成長時の温度よりも１
０℃以上高くすることにより、５００ｃｍ^-2以下に結晶
欠陥密度が減少することがわかる。

【０１２３】本実施例では、成長初期の０．５μｍ程度
のみ成長温度を上昇させることにより、ヒロックについ
て、実施例１とほぼ同様の結果が得られた。電流拡散層
からのドーパントの活性層への拡散も従来よりほとんど
増加せず、発光効率および歩留りが改善された。特性で
は波長５９０mmの黄色半導体発光素子で従来より発光効
率が１０％、歩留りも１０％増加した。

【０１２４】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例
による化合物半導体の結晶成長法を用いたＡｌＧａＩＡ
ｓ系化合物半導体発光素子である半導体発光素子の断面
図である。この図を用いて、第３の実施例を説明する。
本実施例では、第１、２の実施例の両方を合わせた方法
を適用した。すなわち、ＩＩＩ族およびＶ族の各元素の
モル流量の条件は、実施例１と同一とし、温度条件につ
いては、実施例２と同一とした。

【０１２５】まず、以下の各層を積層した。 （１）ｎ−ＧａＡｓ基板３１上に、ｎ−ＧａＡｓバッフ
ァ層３２（Ｓｉ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚み０．５μ
ｍ、（２）ｎ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＡｓ（０≦ｘ
≦１、０≦ｙ≦１）クラッド層３３（ｘ＝０．３、ｙ＝
０．５、Ｓｉ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚み１．０μ
ｍ、（３）（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＡｓ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１）活性層３４（ｘ＝０、ｙ＝０．５）、
厚み０．５μｍ、（４）Ｐ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-y
Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）クラッド層３５（ｘ＝
０．３、ｙ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚
み１．０μｍ、（５）ｐ−Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＡｓ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）中間層３
６（ｘ＝０．２、ｙ＝０．６、Ｚｎ濃度５×１０¹⁷ｃｍ
^-3）、厚み０．１μｍ、（６）ｐ−Ａｌ_xＧａ_yＩｎ
_1-x-yＡｓ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦
１）電流拡散層３７（ｘ＝０．６、ｙ＝０．２、Ｚｎ濃
度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）、厚み５μｍ。

【０１２６】次に、ｎ型電極３１０およびｐ型電極３１
１を形成して、半導体発光素子が完成した。

【０１２７】図１３Ａに本実施例での電流拡散層のＶ／
ＩＩＩ比の層厚方向での比率を示し、図１３Ｂに、成長
温度の差を示す。従来の発光素子では１０００個／ｃｍ
^-2程度発生したが、Ｖ／ＩＩＩ比による効果と成長温度
の両方の効果により、本実施例では、１０個／ｃｍ^-2程
度（従来の１／５０）まで大幅に低減された。

【０１２８】得られた半導体発光素子は、発光効率およ
び歩留りが改善された。特性では波長１０２０ｎｍの半
導体発光素子で従来より発光効率が３０％、歩留りも３
０％増加した。

【０１２９】（実施例４）図４は本発明の第４の実施例
によるＡｌＧａＡｓ系化合物半導体発光素子である半導
体発光素子の断面図である。この図を用いて、第４の実
施例を説明する。第１の実施例と異なる点は、材料系が
Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層で形成したことであり、電流拡散層
の下に組成の異なる中間層を設け、この層から本発明を
適用したことである。

【０１３０】まず、以下の各層を積層した。 （１）ｎ−ＧａＡｓ基板４１、（２）ｎ−ＧａＡｓバッ
ファ層４２（Ｓｉ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚み０．５
μｍ、（３）ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）クラ
ッド層４３（ｘ＝０．７、Ｓｉ濃度５×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3）、厚み１．０μｍ、（４）Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０
≦ｘ≦１）活性層４４（ｘ＝０．０５）、厚み０．５μ
ｍ、（５）ｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）クラッ
ド層４５（ｘ＝０．７、Ｚｎ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、
厚み１．０μｍ、（６）ｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ
≦１）中間層４６（ｘ＝０．１０、Ｚｎ濃度１×１０¹⁸
ｃｍ^-3）、厚み０．１μｍ、（７）ｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡ
ｓ（０≦ｘ≦１）電流拡散層４７（ｘ＝０．８０、Ｚｎ
濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3）、厚み５μｍ、（８）ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層、厚み０．１μｍ。

【０１３１】次に、ｎ型電極４１０およびｐ型電極４１
１を形成して、半導体発光素子を完成した。

【０１３２】図１４に本実施例での中間層４６および電
流拡散層４７の層厚方向でのＶ／ＩＩＩの比を示す。従
来のＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ電流拡散層を用いた発光素子では
３０００個／ｃｍ^-2程度ヒロックと呼ばれる結晶欠陥が
発生したが、本実施例では、１００個／ｃｍ^-2程度と
（従来の約１／３０）まで大幅に低減された。

【０１３３】このようにして得られた半導体発光素子で
は、発光効率および歩留りが改善され、特性では波長８
５０mmの赤外半導体発光素子で従来より発光効率が３０
％、歩留りも３０％増加した。

【０１３４】さらに、本実施例では、電流拡散層４７の
材料として、ＧａＰ層、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＡｓ（０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）層、およびＩ
ｎ_xＧａ_1-xＡｓ_yＰ_1-y（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）層の
それぞれを用いて同様に半導体発光素子を作製した。そ
の結果、同様に結晶欠陥のヒロック数を大幅に低減でき
た。

【０１３５】（実施例５）図５は本発明の第５の実施例
によるＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体発光素子である半
導体発光素子の断面図である。この図を用いて、第５の
実施例を説明する。他の実施例と異なる点は、発光部で
あるクラッド層から本発明を適用したことである。

【０１３６】まず、以下の各層を積層した。 （１）サファイア基板５１、（２）ｎ−ＡｌＩｎＮバッ
ファ層５２（Ｓｉ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚み０．５
μｍ、（３）ｎ−Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）クラッド層５３（ｘ
＝０．２、ｙ＝０．８、Ｓｉ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、
厚み１．０μｍ、（４）Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦
ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）活性層５４（ｘ
＝０、ｙ＝０．９）、厚み０．５μｍ、（５）ｐ−Ａｌ
_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ
＋ｙ≦１）クラッド層５５（ｘ＝０．２、ｙ＝０．８、
Ｚｎ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚み１．０μｍ、（６）
ｐ−Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｘ＋ｙ≦１）中間層５６（ｘ＝０．５、ｙ＝
０．５、Ｚｎ濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）厚み０．１μｍ、
（７）ｐ−Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）電流拡散層５７（ｘ＝０．
８、ｙ＝０．２、Ｚｎ濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3）、厚み５
μｍ。

【０１３７】次に、ｎ型電極５１０およびｐ型電極５１
１を形成して、半導体発光素子を完成した。

【０１３８】図１５に本実施例でのクラッド層５５、中
間層５６および電流拡散層５７の層厚方向でのＶ／ＩＩ
Ｉの比を示す。従来のＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ電流拡散
層を用いた発光素子では３０００個／ｃｍ^-2程度ヒロッ
クと呼ばれる結晶欠陥が発生したが、本実施例では、１
００個／ｃｍ^-2程度（従来の約１／３０）まで大幅に低
減された。また本実施例では成長温度を１０００℃とし
た。

【０１３９】このようにして得られた半導体発光素子
は、発光効率および歩留りが改善された。特性では波長
４６０mmの青色半導体発光素子で従来より発光効率が３
０％上昇し、そして歩留りも５０％増加した。

【０１４０】（実施例６）図６は本発明の第６の実施例
によるＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体発光素子である半
導体発光素子の断面図である。この図を用いて、第６の
実施例を説明する。第１の実施例と異なる点は、クラッ
ド層６５と電流拡散層６７の間の中央部に電流阻止層６
９を設けていることである。

【０１４１】まず、以下の各層を積層した。 （１）ｎ−ＧａＡｓ基板６１、（２）ｎＧａＡｓバッフ
ァ層６２（Ｓｉ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚み０．５μ
ｍ、（３）ｎ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１）クラッド層６３（ｘ＝１．０、ｙ＝
０．５、Ｓｉ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚み１．０μ
ｍ、（４）（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１）活性層６４（ｘ＝０．１５、ｙ＝０．
５）、厚み０．５μｍ、（５）ｐ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）_y
Ｉｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）クラッド層６５
（ｘ＝１．０、ｙ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3）、厚み１．０μｍ、（６）ｐ−Ａｌ_xＧａ_yＩｎ
_1-x-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）
中間層６６（ｘ＝０．２、ｙ＝０．７、Ｚｎ濃度１×１
０¹⁸ｃｍ^-3）厚み０．１μｍ （７）ｎ−Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）電流阻止層６９（ｘ＝０．
１、ｙ＝０．８、Ｓｉ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚み
０．５μｍ、（８）ｐ−Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＰ（０≦
ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）電流拡散層６７
（ｘ＝０．１、ｙ＝０．８、Ｚｎ濃度５×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3）、厚み５μｍ。

【０１４２】ｎ型電極６１０およびｐ型電極６１１を形
成して半導体発光素子を完成した。

【０１４３】本実施例では、クラッド層６５と電流拡散
層６７の間の中央部に電流阻止層６９を設けた。このこ
とにより、電極６１１から注入された電流は電流拡散層
６７でさらに拡がり、光取り出し効率はさらに向上し
た。

【０１４４】特性では波長６１０ｎｍの燈色半導体発光
素子で従来より発光効率が４０％に増加した。

【０１４５】（実施例７）図７は本発明の第７の実施例
によるＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体発光素子である半
導体発光素子の断面図である。この図を用いて、第７の
実施例を説明する。第６の実施例と異なる点は、クラッ
ド層７５と電流拡散層７７の間の電流阻止層７９が周辺
部に設けたことである。

【０１４６】まず、以下の各層を積層した。 （１）ｎ−ＧａＡｓ基板７１、（２）ｎ−ＧａＡｓバッ
ファ層７２（Ｓｉ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚み０．５
μｍ、（３）ｎ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ
≦１、０≦ｙ≦１）クラッド層７３（ｘ＝１．０、ｙ＝
０．５、Ｓｉ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚み１．０μ
ｍ、（４）（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１）活性層７４（ｘ＝０．１５、ｙ＝０．
５）、厚み０．５μｍ、（５）ｐ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）_y
Ｉｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）クラッド層７５
（ｘ＝１．０、ｙ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3）、厚み１．０μｍ、（６）ｐ−Ａｌ_xＧａ_yＩｎ
_1-x-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）
中間層（ｘ＝０．２、ｙ＝０．７、Ｚｎ濃度１×１０¹⁸
ｃｍ^-3）７６、厚み０．１μｍ、（７）ｎ−Ａｌ_xＧａ_y
Ｉｎ_1-x-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦
１）電流阻止層７９（ｘ＝０．１、ｙ＝０．８、Ｓｉ濃
度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、厚み０．５μｍ、（８）ｐ−Ａ
ｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦
ｘ＋ｙ≦１）電流拡散層７７（ｘ＝０．１、ｙ＝０．
８、Ｚｎ濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3）厚み５μｍ。

【０１４７】ｎ型電極７１０およびｐ型電極７１１を形
成して半導体発光素子を完成した。

【０１４８】本実施例では、クラッド層７５と電流拡散
層７７の間の電流阻止層７９が周辺部に設けられてお
り、このことにより、電極７１１から注入された電流は
電流拡散層７７で中央部に集中し、光取り出し効率がさ
らに向上する。特性では波長６１０ｎｍの燈色半導体発
光素子で従来より発光効率が４０％増加した。

【０１４９】さらに、上記実施例１〜７において各層の
組成比ｘおよびｙを適宜変更して、同様に半導体発光素
子を作製した。その結果、いずれにおいても、本発明の
効果が十分に得られた。

【０１５０】また、電流狭窄の構造が異なってもすべて
の半導体発光素子に適用可能であり、本発明の効果が得
られる。

【０１５１】また、上記実施例では、電流拡散層のドー
パントにＺｎを用いたが、Ｚｎの代わりに、Ｍｇまたは
Ｂｅなどの他のドーパントを用いても、同様の効果があ
った。さらに、ＳｉやＳｅ、Ｔｅ等のｎ型のドーパント
を用いた場合でも同様の効果があった。また、他の材料
として、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎ
Ａｓ、ＩｎＧａＡｓＰ系についても同様の実験を行った
結果、同様の本発明の効果が得られた。

【０１５２】

【発明の効果】本発明の方法によれば、結晶成長初期に
おけるＶ族元素のモル流量が、通常成長時のＶ族元素の
モル流量よりも大きいことにより、もしくは結晶成長初
期におけるＩＩＩ族元素のモル流量に対するＶ族元素の
モル流量の比が、通常成長時におけるＩＩＩ族元素のモ
ル流量に対するＶ族元素のモル流量の比よりも大きいこ
とにより、または結晶成長初期の成長温度が、通常成長
時の成長温度よりも高いことにより、ヒロックとよばれ
る結晶欠陥が低減されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結
晶成長することができる。この方法を半導体発光素子に
適用した場合、電流拡散層の結晶性の低下に起因する発
光効率の低下、および電極形成時の凹凸に起因するはが
れなどの歩留り低下などの問題点が改善される。

【０１５３】本発明の化合物半導体発光素子によれば、
結晶成長初期におけるＶ族元素のモル流量が、通常成長
時のＶ族元素のモル流量よりも大きいことにより、もし
くは結晶成長初期におけるＩＩＩ族元素のモル流量に対
するＶ族元素のモル流量の比が、通常成長時におけるＩ
ＩＩ族元素のモル流量に対するＶ族元素のモル流量の比
よりも大きいことにより、または結晶成長初期の成長温
度が、通常成長時の成長温度よりも高いことにより、ヒ
ロックとよばれる結晶欠陥が低減し、電流拡散層の結晶
性の低下に起因する発光効率が増加するとともに、電極
形成時の凹凸に起因するはがれなどが低減するために歩
留りが大幅に改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の方法を用いて形成された半導体発
光素子の断面図。

【図２】 実施例２の方法を用いて形成された半導体発
光素子の断面図。

【図３】 実施例３の方法を用いて形成された半導体発
光素子の断面図。

【図４】 実施例４の方法を用いて形成された半導体発
光素子の断面図。

【図５】 実施例５の方法を用いて形成された半導体発
光素子の断面図。

【図６】 実施例６の方法を用いて形成された半導体発
光素子の断面図。

【図７】 実施例７の方法を用いて形成された半導体発
光素子の断面図。

【図８】 従来例の半導体発光素子の断面図。

【図９】 実施例１の方法を用いて形成された電流拡散
層７の層厚方向のＶ／ＩＩ１の比を示すグラフ。

【図１０】 実施例１の方法における、電流拡散層７
の、通常成長時に対する成長初期のＶ／ＩＩＩの比と、
ヒロックと呼ばれる結晶欠陥の発生密度との関係を示す
グラフ。

【図１１】 実施例２の方法を用いて形成された電流拡
散層２７の層厚方向の成長初期とそれ以降の成長温度の
差を示すグラフ。

【図１２】 実施例２の方法における、電流拡散層２７
の層厚方向の成長初期と通常成長時との成長温度の差
と、ヒロックと呼ばれる結晶欠陥の発生密度との関係を
示すグラフ。

【図１３Ａ】 実施例３の方法を用いて形成された電流
拡散層３７の層厚方向のＶ／ＩＩＩの比を示すグラフ。

【図１３Ｂ】 実施例３の方法を用いて形成された電流
拡散層３７の成長初期と通常成長時との成長温度の差を
示すグラフ。

【図１４】 実施例４の方法を用いて形成された中間層
４６および電流拡散層４７の層厚方向のＶ／ＩＩＩの比
を示すグラフ。

【図１５】 実施例５を用いて形成されたクラッド層５
５と中間層５６と電流拡散層５７の層厚方向のＶ／ＩＩ
Ｉの比を示すグラフ。

【符号の説明】

１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１ 基板 ２、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２ バッ
ファ層 ３、２３、３３、４３、５３、６３、７３、８３ 下部
クラッド層 ４、２４、３４、４４、５４、６４、７４、８４ 活性
層 ５、２５、３５、４５、５５、６５、７５、８５ 上部
クラッド層 ６、２６、３６、４６、５６、６６、７６ 中間層 ７、２７、３７、４７、５７、６７、７７、８７ 電流
拡散層 ８ 発光部 １０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１
０、８１０ ｎ型電極 １１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１
１、８１１ ｐ型電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 淳一 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 中津 弘志 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 倉橋 孝尚 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 村上 哲朗 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA40 AA41 CA34 CA35 CA36 CA65 5F045 AA04 AB09 AB11 AB17 AB18 AC07 AC08 AC20 AD11 BB12 CA10 DA53 EE17 EK27

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＩＩＩ−Ｖ族化合物を有する層を含む、
   組成が異なる複数の層を有する半導体中の、該ＩＩＩ−
   Ｖ族化合物を有する層を形成する方法であって、 有機金属化学気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
   体を結晶成長させる工程を包含し、 ここで、結晶成長初期におけるＶ族元素のモル流量が、
   通常成長時のＶ族元素のモル流量よりも大きい、方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法であって、前記結
   晶成長初期におけるＶ族元素のモル流量が、通常成長時
   の元素のモル流量よりも１．２倍以上大きい、方法。
3. 【請求項３】 ＩＩＩ−Ｖ族化合物を有する層を含む、
   組成が異なる複数の層を有する半導体中の、該ＩＩＩ−
   Ｖ族化合物を有する層を形成する方法であって、 有機金属化学気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
   体を結晶成長させる工程を包含し、 ここで、結晶成長初期におけるＩＩＩ族元素のモル流量
   に対するＶ族元素のモル流量の比が、通常成長時におけ
   るＩＩＩ族元素のモル流量に対するＶ族元素のモル流量
   の比よりも大きい、方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の方法であって、前記結
   晶成長初期におけるＩＩＩ族元素のモル流量に対するＶ
   族元素のモル流量の比が、通常成長時におけるＩＩＩ族
   元素のモル流量に対するＶ族元素のモル流量の比よりも
   １．２倍以上大きい、方法。
5. 【請求項５】 ＩＩＩ−Ｖ族化合物を有する層を含む、
   組成が異なる複数の層を有する半導体中の、該ＩＩＩ−
   Ｖ族化合物を有する層を形成する方法であって、 有機金属化学気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
   体を結晶成長させる工程を包含し、 ここで、結晶成長初期の成長温度が、通常成長時の成長
   温度よりも高い、方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の方法であって、前記結
   晶成長初期の成長温度が、通常成長時の成長温度よりも
   １０℃以上高い、方法。
7. 【請求項７】 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、Ｇａ
   Ｐを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 【請求項８】 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、Ｇａ
   _xＩｎ_1-xＰ（０＜ｘ≦１）を含む、請求項１〜６のいず
   れか１項に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、Ａｌ
   _xＧａ_yＩｎ_1-x-yＰ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ
   ＋ｙ≦１）を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載
   の方法。
10. 【請求項１０】 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、Ａ
    ｌ_xＧａ_1-xＰ（０≦ｘ≦１）を含む、請求項１〜６のい
    ずれか１項に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、Ａ
    ｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＡｓ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０
    ≦ｘ＋ｙ≦１）を含む、請求項１〜６のいずれか１項に
    記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、Ａ
    ｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦
    ｘ＋ｙ≦１）を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記
    載の方法。
13. 【請求項１３】 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、Ｉ
    ｎ_xＧａ_1-xＡｓ_yＰ_{1 -y}（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を含
    む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１３に記載の方法であっ
    て、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の厚みが２μｍ以
    上である、方法。
15. 【請求項１５】 基板と、基板の上の、下部クラッド
    層、活性層、および上部クラッド層を有する発光部と、
    該発光部の上の、厚みが２μｍ以上のＩＩＩ−Ｖ族化合
    物半導体層とを有する半導体発光素子であって、 該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、請求項１に記載の方
    法で形成された層である、半導体発光素子。
16. 【請求項１６】 基板と、基板の上の、下部クラッド
    層、活性層、および上部クラッド層を有する発光部と、
    該発光部の上の、厚みが２μｍ以上のＩＩＩ−Ｖ族化合
    物半導体層とを有する半導体発光素子であって、 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、請求項２に記載の
    方法で形成された層である、半導体発光素子。
17. 【請求項１７】 基板と、基板の上の、下部クラッド
    層、活性層、および上部クラッド層を有する発光部と、
    該発光部の上の、厚みが２μｍ以上のＩＩＩ−Ｖ族化合
    物半導体層とを有する半導体発光素子であって、 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、請求項３に記載の
    方法で形成された層である、半導体発光素子。
18. 【請求項１８】 基板と、基板の上の、下部クラッド
    層、活性層、および上部クラッド層を有する発光部と、
    該発光部の上の、厚みが２μｍ以上のＩＩＩ−Ｖ族化合
    物半導体層とを有する半導体発光素子であって、 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、請求項４に記載の
    方法で形成された層である、半導体発光素子。
19. 【請求項１９】 基板と、基板の上の、下部クラッド
    層、活性層、および上部クラッド層を有する発光部と、
    該発光部の上の、厚みが２μｍ以上のＩＩＩ−Ｖ族化合
    物半導体層とを有する半導体発光素子であって、 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、請求項５に記載の
    方法で形成された層である、半導体発光素子。
20. 【請求項２０】 基板と、基板の上の、下部クラッド
    層、活性層、および上部クラッド層を有する発光部と、
    該発光部の上の、厚みが２μｍ以上のＩＩＩ−Ｖ族化合
    物半導体層とを有する半導体発光素子であって、 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、請求項６に記載の
    方法で形成された層である、半導体発光素子。
21. 【請求項２１】 請求項１５〜２０のうちのいずれか１
    項に記載の半導体発光素子であって、 前記上部クラッド層と前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
    との間に電流阻止層を有する、半導体発光素子。