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特許7648843エピタキシャル成長用基板、光半導体素子の製造方法、及び光半導体素子
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-03-10
(45)【発行日】2025-03-18
(54)【発明の名称】エピタキシャル成長用基板、光半導体素子の製造方法、及び光半導体素子
(51)【国際特許分類】
H10H 20/815 20250101AFI20250311BHJP
H10H 20/824 20250101ALI20250311BHJP
H10H 20/841 20250101ALI20250311BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20250311BHJP
H01L 21/20 20060101ALI20250311BHJP
C30B 29/40 20060101ALI20250311BHJP
【ＦＩ】
H10H20/815
H10H20/824
H10H20/841
H01L21/205
H01L21/20
C30B29/40 D
【請求項の数】
21
(21)【出願番号】P 2024186230
(22)【出願日】2024-10-22
【審査請求日】2024-10-22
(31)【優先権主張番号】P 2023187231
(32)【優先日】2023-10-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2024023237
(32)【優先日】2024-02-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】506334182
【氏名又は名称】ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】100179903
【弁理士】
【氏名又は名称】福井 敏夫
(72)【発明者】
【氏名】小鹿 優太
【審査官】右田 昌士
(56)【参考文献】
【文献】特開２００１－１０２６２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５１７５４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１５０２４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０４０１２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／０５４２８４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０２０－５３６０３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００２／０１６８８６４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０００５８７２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１３１７３０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０６－１８８４４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１２８１８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０２６５７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／０９００４０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許第０５２２５３６８（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２３／０１７８６８５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０７１３５６９９（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｈ ２０／００ － ２０／８５８
Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０
Ｈ０１Ｌ ２１／１８ － ２１／２０５
Ｃ３０Ｂ ２９／４０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
初期成長用基板と、前記初期成長用基板上のエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層上のバッファ積層体を有する、
エピタキシャル成長用基板であって、
前記バッファ積層体は、それぞれ異なる格子定数をもつＮ個のバッファ層と、Ｎ個のバッファ層上の厚さが３００ｎｍ以上の疑似基板層を有し、
前記初期成長用基板の格子定数をａｇ、前記疑似基板層の格子定数をａｐとした場合に、前記初期成長用基板に対する前記疑似基板層の不整合度Ｘｐ・ｇが０．７％以上であり、
前記Ｎは３以上９以下の自然数であり、
前記バッファ層の初期成長用基板側にミスフィット転位を有するバッファ層を３個以上有する
エピタキシャル成長用基板。
【請求項2】
前記疑似基板層の、逆格子空間マップから算出される垂直方向の格子定数をｑｚ、水平方向の格子定数をｑｘとした場合に、下記式（２）：－０．０００２≦ｑｚ－ｑｘ≦０．００１１ （２）
を満たす、請求項１記載のエピタキシャル成長用基板。
【請求項3】
前記疑似基板層の表面を金属顕微鏡により撮影した上面視において、格子状の模様が観察される、請求項１記載のエピタキシャル成長用基板。
【請求項4】
最も前記初期成長用基板側に位置するバッファ層から数えてｎ番目のバッファ層の格子定数をａｎとし、ｎ＋１番目のバッファ層の格子定数をａｎ＋１とした場合に、下記式（１）：ａｎ＜ａｎ＋１ （１）
を満たし、
上記式において、ｎは１～Ｎ－１であり、
ｎが１のときの格子定数ａ１は前記ａｇより大きく、
ｎ＋１がＮのときの格子定数ａＮは前記ａｐより小さく、
Ｎ個の各バッファ層における、初期成長用基板側に隣接する層に対する不整合度を、前記不整合度Ｘｐ・ｇをＮで割った値以下とする、請求項１記載のエピタキシャル成長用基板。
【請求項5】
前記バッファ層のそれぞれは、単層又は複数のバッファ構成層により構成され、前記バッファ層の厚さがそれぞれ１５０ｎｍ以上である、請求項１記載のエピタキシャル成長用基板。
【請求項6】
少なくとも一つのバッファ層が複数のバッファ構成層により構成され、当該バッファ層内で最も初期成長用基板側に位置するバッファ構成層Ｂよりも当該バッファ層内で最も疑似基板層側に位置するバッファ構成層Ａの方が厚く、
ここで、式（１）におけるバッファ層の格子定数にはバッファ構成層Ａの格子定数を用いるものとする、請求項４記載のエピタキシャル成長用基板。
【請求項7】
前記バッファ構成層Ａの厚さが１００ｎｍ以上であり、前記バッファ構成層Ｂの厚さが前記バッファ構成層Ａの厚さの半分以下である、請求項６記載のエピタキシャル成長用基板。
【請求項8】
前記初期成長用基板がＩｎＰ基板であり、前記エッチングストップ層がＩｎＧａＡｓ層である、請求項１記載のエピタキシャル成長用基板。
【請求項9】
前記初期成長用基板がＩｎＰ基板であり、前記バッファ積層体が複数のＩｎＡｓＰ層の積層体であり、前記バッファ積層体は前記エッチングストップ層に接するＩｎＰ窓層をさらに有する、請求項１記載のエピタキシャル成長用基板。
【請求項10】
請求項１～９のいずれか一項記載のエピタキシャル成長用基板の疑似基板層上に、活性層を含む半導体積層体を形成する工程；
前記半導体積層体上に反射層を介して支持基板を接合する工程；及び
前記エピタキシャル成長用基板の初期成長用基板を除去する工程を含む、光半導体素子の製造方法。
【請求項11】
前記半導体積層体を形成する工程によって得られた、前記疑似基板層上の前記半導体積層体の表面側のＳＯＲＩ値が３０μｍ未満である、請求項１０記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項12】
支持基板、反射層、活性層を含む半導体積層体、及びバッファ積層体をこの順に備える光半導体素子であって、前記バッファ積層体は厚さが３００ｎｍ以上である疑似基板層とＮ個のバッファ層と窓層をこの順に有し、前記窓層が光取り出し側にあり、
前記疑似基板層及び前記窓層の格子定数をそれぞれａｐ及びａｔとした場合に、前記窓層に対する前記疑似基板層の不整合度Ｘｐ・ｔが、０．７％以上であり、
前記Ｎは３以上９以下の自然数であり、
前記バッファ層の窓層側にミスフィット転位を有するバッファ層を３個以上有する
光半導体素子。
【請求項13】
最も前記窓層側に位置するバッファ層から数えてｎ番目のバッファ層の格子定数をａｎとし、ｎ＋１番目のバッファ層の格子定数をａｎ＋１とした場合に、下記式（１）：ａｎ＜ａｎ＋１ （１）
を満たし、
上記式において、ｎは１～Ｎ－１であり、
ｎが１のときの格子定数ａ１は前記ａｔより大きく、
ｎ＋１がＮのときの格子定数ａＮは前記ａｐより小さく、
Ｎ個の各バッファ層における、窓層側に隣接する層に対する不整合度を、前記不整合度Ｘｐ・ｔをＮで割った値以下とする、請求項１２記載の光半導体素子。
【請求項14】
前記疑似基板層から窓層に向けて屈折率が漸減する、請求項１２記載の光半導体素子。
【請求項15】
前記窓層がＩｎＰであり、前記バッファ積層体が複数のＩｎＡｓＰ層の積層体であり、前記疑似基板層がＩｎＡｓＰ層である、請求項１２記載の光半導体素子。
【請求項16】
前記半導体積層体における活性層の発光中心波長が２０００～３０００ｎｍである、請求項１２記載の光半導体素子。
【請求項17】
前記活性層が量子井戸構造を有し、井戸層の格子定数をａｗとしたときに、前記疑似基板層に対する前記井戸層の不整合度Ｘｗ・ｐが、０．１％以上１．２％未満である、請求項１２記載の光半導体素子。
【請求項18】
前記半導体積層体及びバッファ積層体の格子定数において、前記活性層の井戸層の格子定数ａｗが最も大きい、請求項１７記載の光半導体素子。
【請求項19】
前記バッファ層のそれぞれは、単層又は複数のバッファ構成層により構成され、前記バッファ層の厚さがそれぞれ１５０ｎｍ以上である、請求項１２記載の光半導体素子。
【請求項20】
少なくとも一つのバッファ層が複数のバッファ構成層により構成され、当該バッファ層内で最も初期成長用基板側に位置するバッファ構成層Ｂよりも当該バッファ層内で最も疑似基板層側に位置するバッファ構成層Ａの方が厚く、
ここで、式（１）におけるバッファ層の格子定数にはバッファ構成層Ａの格子定数を用いるものとする、請求項１３記載の光半導体素子。
【請求項21】
前記活性層の障壁層の格子定数をａｂとし前記疑似基板層に対する前記障壁層の不整合度をＸｂ・ｐとした場合に、前記疑似基板層に対する前記井戸層の不整合度Ｘｗ・ｐ及び前記疑似基板層に対する前記障壁層の不整合度Ｘｂ・ｐから計算される、井戸層と障壁層との厚さ平均の不整合度が、－０．０９％以上０．４６％以下の範囲内である、請求項１７記載の光半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エピタキシャル成長用基板、光半導体素子の製造方法、及び光半導体素子に関する。
【背景技術】
【0002】
光半導体素子は、初期成長用基板上に、活性層を含む半導体積層体をエピタキシャル成長させる工程を経て製造されることが多い。ここで、初期成長用基板の格子定数ａに対する、初期成長用基板とエピタキシャル成長により形成されるエピタキシャル層との格子定数の差（Δａ）の比の値Δａ／ａは格子不整合度とよばれる。格子不整合度が小さければ欠陥を生じずにエピタキシャル成長させることができ、格子不整合度が大きくてもエピタキシャル層の膜厚が十分薄ければ、エピタキシャル層の格子が歪むことによって界面での格子の連続性を保って成長（コヒーレント成長）することができる。格子不整合度が大きくてもコヒーレント成長可能な膜厚の上限は臨界膜厚と呼ばれている。
【0003】
格子整合する層を成長させるとは、一般に、格子不整合度が±０．１％以内であってゼロに近い層をエピタキシャル成長させることを指す。格子整合しない層を成長させる場合も、例えば格子不整合度が±０．３％以内となる層をコヒーレント成長する範囲内でエピタキシャル成長することが通常である。一方、初期成長用基板上に、初期成長用基板の格子定数に対する格子不整合度が０．３％よりも大きい層をエピタキシャル成長させる場合については、初期成長用基板上にバッファ層を介して成長する手法が知られている。
【0004】
例えば、特許文献１では、基板と光吸収層との間に形成されその格子定数が基板の格子定数から吸収層の格子定数まで徐々に変化するバッファ層を設けることが提案されている。具体的には、バッファ層の各層は結晶欠陥の発生を抑制するよう臨界膜厚以下になるように形成されている。
【0005】
また、特許文献２には、ＩｎＰとＧａＩｎＡｓ吸収層の格子不整合を緩和するため、格子不整合率が０．５％以上のＧａＩｎＡｓ吸収層を、ＩｎＡｓＸＰ１－Ｘ／ＩｎＡｓＹＰ１－Ｙの組み合わせの歪超格子層を多段階に挿入したバッファ上に形成することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２００１－１０２６２０号公報
【文献】特開平６－１８８４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明者は、従来はＩｎＰ基板を初期成長用基板に用いた場合には透明である初期成長用基板を除去する必要が無く、厚いＩｎＰ初期成長用基板をそのまま利用することが光取り出しの向上によいとされていた１０００ｎｍ～１７００ｎｍの波長帯（例えば１３００ｎｍ）において、あえてＩｎＰ初期成長用基板を除去して支持基板を接合することによって発光効率を向上させる技術を先駆けて開発した。そして、このような技術を、波長域が１７００ｎｍを超える光半導体素子や、その他の波長域の光半導体素子にも適用できないか、との検討を行った。波長域が１７００ｎｍを超える光半導体素子、例えば、波長域が２０００～３０００ｎｍの光半導体素子の場合、当該波長に必要な活性層を含む半導体積層体と格子定数が近い初期成長用基板を選択することができないことから、初期成長用基板に対する格子不整合度が大きい層をエピタキシャル成長することになる。
【0008】
初期成長用基板上にバッファ層を介して格子不整合度が大きい層を成長する手法において、特許文献１及び２に記載の歪超格子型のバッファ積層体や組成傾斜バッファでは結晶欠陥（転位）の発生を抑制しながら形成するため、初期成長用基板との格子不整合によって基板に反りが発生していたり、薄くして反りを発生させない場合でも内部に大きな応力を蓄積させる。そのような内部応力が溜まっている場合は、上記技術を用いて支持基板の貼り合わせを行う時や初期成長用基板の除去時において、内部応力の釣合いが急変するためにクラックが生じる恐れがあった。
【0009】
本発明は、支持基板の貼り合わせや初期成長用基板の除去を行ったとしてもクラックを生じさせないようなバッファ積層体を有するエピタキシャル成長用基板を提供し、そのようなエピタキシャル成長用基板上に活性層を含む半導体積層体を形成して支持基板の貼り合わせや初期成長用基板の除去を行った光半導体素子の製造方法及び光半導体素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者は、初期成長用基板上に複数のバッファ層を介して、初期成長用基板に対する不整合度が０．７％以上である疑似基板層を設ける場合において、疑似基板層がリラックス状態となるように、コヒーレント成長させずに特定の転位を発生させながらバッファ層を形成したエピタキシャル成長用基板とすることによって、当該エピタキシャル成長用基板における疑似基板層上に半導体積層体を形成したときの反り量を低減させ、半導体積層体上への支持基板の貼り合わせ時や初期成長用基板の除去時などにおいて、疑似基板層上に形成した半導体積層体にクラックが生じることを抑制できることを見出し、本発明を完成させた。ここで、リラックス状態とは、内部応力による結晶格子の水平方向と垂直方向の格子歪が小さくその差が特定の範囲内にある状態ということができ、その判断方法については後述する。
【0011】
具体的には、本発明におけるバッファ積層体は、３個以上であるＮ個のバッファ層を持ち、Ｎ個のバッファ層は、最も初期成長用基板に近いバッファ層から、最も疑似基板層に近いバッファ層に向けて、全体としては格子定数が漸増していき、かつＮ個あるバッファ層のうちＮ個もしくはＮ個より少ない数であって３個以上のバッファ層において、格子定数の異なる他層と接する部分がミスフィット転位を有することを特徴とする。
【0012】
本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
［１］初期成長用基板と、
前記初期成長用基板上のエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層上のバッファ積層体を有する、
エピタキシャル成長用基板であって、
前記バッファ積層体は、それぞれ異なる格子定数をもつＮ個のバッファ層と、Ｎ個のバッファ層上の厚さが３００ｎｍ以上の疑似基板層を有し、
前記初期成長用基板の格子定数をａｇ、前記疑似基板層の格子定数をａｐとした場合に、前記初期成長用基板に対する前記疑似基板層の不整合度Ｘｐ・ｇが０．７％以上であり、
前記Ｎは３以上の自然数であり、
前記バッファ層の初期成長用基板側にミスフィット転位を有するバッファ層を３個以上有する
エピタキシャル成長用基板。
［２］前記疑似基板層の、逆格子空間マップから算出される垂直方向の格子定数をｑｚ、水平方向の格子定数をｑｘとした場合に、下記式（２）：
－０．０００２≦ｑｚ－ｑｘ≦０．００１１ （２）
を満たす、［１］のエピタキシャル成長用基板。
［３］前記疑似基板層の表面を金属顕微鏡により撮影した上面視において、格子状の模様が観察される、［１］又は［２］のエピタキシャル成長用基板。
［４］最も前記初期成長用基板側に位置するバッファ層から数えてｎ番目のバッファ層の格子定数をａｎとし、ｎ＋１番目のバッファ層の格子定数をａｎ＋１とした場合に、下記式（１）：
ａｎ＜ａｎ＋１ （１）
を満たし、
上記式において、ｎは１～Ｎ－１であり、
ｎが１のときの格子定数ａ１は前記ａｇより大きく、
ｎ＋１がＮのときの格子定数ａＮは前記ａｐより小さく、
Ｎ個の各バッファ層における、初期成長用基板側に隣接する層に対する不整合度を、前記不整合度Ｘｐ・ｇをＮで割った値以下とする、［１］～［３］のいずれかのエピタキシャル成長用基板。
［５］前記バッファ層のそれぞれは、単層又は複数のバッファ構成層により構成され、前記バッファ層の厚さがそれぞれ１５０ｎｍ以上である、［１］～［４］のいずれかのエピタキシャル成長用基板。
［６］少なくとも一つのバッファ層が複数のバッファ構成層により構成され、
当該バッファ層内で最も初期成長用基板側に位置するバッファ構成層Ｂよりも当該バッファ層内で最も疑似基板層側に位置するバッファ構成層Ａの方が厚く、
ここで、式（１）におけるバッファ層の格子定数にはバッファ構成層Ａの格子定数を用いるものとする、［４］又は［５］のエピタキシャル成長用基板。
［７］前記バッファ構成層Ａの厚さが１００ｎｍ以上であり、前記バッファ構成層Ｂの厚さが前記バッファ構成層Ａの厚さの半分以下である、［６］のエピタキシャル成長用基板。
［８］前記初期成長用基板がＩｎＰ基板であり、前記エッチングストップ層がＩｎＧａＡｓ層である、［１］～［７］のいずれかのエピタキシャル成長用基板。
［９］前記初期成長用基板がＩｎＰ基板であり、前記バッファ積層体が複数のＩｎＡｓＰ層の積層体であり、前記バッファ積層体は前記エッチングストップ層に接するＩｎＰ窓層をさらに有する、［１］～［８］のいずれかのエピタキシャル成長用基板。
［１０］［１］～［９］のいずれかのエピタキシャル成長用基板の疑似基板層上に、
活性層を含む半導体積層体を形成する工程；
前記半導体積層体上に反射層を介して支持基板を接合する工程；及び
前記エピタキシャル成長用基板の初期成長用基板を除去する工程を含む、光半導体素子の製造方法。
［１１］前記半導体積層体を形成する工程によって得られた、前記疑似基板層上の前記半導体積層体の表面側のＳＯＲＩ値が３０μｍ未満である、［１０］の光半導体素子の製造方法。
［１２］支持基板、反射層、活性層を含む半導体積層体、及びバッファ積層体をこの順に備える光半導体素子であって、
前記バッファ積層体は厚さが３００ｎｍ以上である疑似基板層とＮ個のバッファ層と窓層をこの順に有し、前記窓層が光取り出し側にあり、
前記疑似基板層及び前記窓層の格子定数をそれぞれａｐ及びａｔとした場合に、前記窓層に対する前記疑似基板層の不整合度Ｘｐ・ｔが、０．７％以上であり、
前記Ｎは３以上の自然数であり、
前記バッファ層の窓層側にミスフィット転位を有するバッファ層を３個以上有する
光半導体素子。
［１３］最も前記窓層側に位置するバッファ層から数えてｎ番目のバッファ層の格子定数をａｎとし、ｎ＋１番目のバッファ層の格子定数をａｎ＋１とした場合に、下記式（１）：
ａｎ＜ａｎ＋１ （１）
を満たし、
上記式において、ｎは１～Ｎ－１であり、
ｎが１のときの格子定数ａ１は前記ａｔより大きく、
ｎ＋１がＮのときの格子定数ａＮは前記ａｐより小さく、
Ｎ個の各バッファ層における、窓層側に隣接する層に対する不整合度を、前記不整合度Ｘｐ・ｔをＮで割った値以下とする、［１２］の光半導体素子。
［１４］前記疑似基板層から窓層に向けて屈折率が漸減する、［１２］又は［１３］の光半導体素子。
［１５］前記窓層がＩｎＰであり、前記バッファ積層体が複数のＩｎＡｓＰ層の積層体であり、前記疑似基板層がＩｎＡｓＰ層である、［１２］～［１４］のいずれかの光半導体素子。
［１６］前記半導体積層体における活性層の発光中心波長が２０００～３０００ｎｍである、［１２］～［１５］のいずれかの光半導体素子。
［１７］前記活性層が量子井戸構造を有し、井戸層の格子定数をａｗとしたときに、
前記疑似基板層に対する前記井戸層の不整合度Ｘｗ・ｐが、０．１％以上１．２％未満である、［１２］～［１６］のいずれかの光半導体素子。
［１８］前記半導体積層体及びバッファ積層体の格子定数において、前記活性層の井戸層の格子定数ａｗが最も大きい、［１７］の光半導体素子。
［１９］前記バッファ層のそれぞれは、単層又は複数のバッファ構成層により構成され、前記バッファ層の厚さがそれぞれ１５０ｎｍ以上である、［１２］～［１８］のいずれか
の光半導体素子。
［２０］少なくとも一つのバッファ層が複数のバッファ構成層により構成され、
当該バッファ層内で最も初期成長用基板側に位置するバッファ構成層Ｂよりも当該バッファ層内で最も疑似基板層側に位置するバッファ構成層Ａの方が厚く、
ここで、式（１）におけるバッファ層の格子定数にはバッファ構成層Ａの格子定数を用いるものとする、［１３］～［１９］のいずれかの光半導体素子。
［２１］前記活性層の障壁層の格子定数をａｂとし前記疑似基板層に対する前記障壁層の不整合度をＸｂ・ｐとした場合に、前記疑似基板層に対する前記井戸層の不整合度Ｘｗ・ｐ及び前記疑似基板層に対する前記障壁層の不整合度Ｘｂ・ｐから計算される、井戸層と障壁層との厚さ平均の不整合度が、－０．０９％以上０．４６％以下の範囲内である、［１７］～［２０］のいずれかの光半導体素子。
［１］初期成長用基板と、
前記初期成長用基板上のエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層上のバッファ積層体を有する、
エピタキシャル成長用基板であって、
前記バッファ積層体は、それぞれ異なる格子定数をもつＮ個のバッファ層と、Ｎ個のバッファ層上の厚さが３００ｎｍ以上の疑似基板層を有し、
前記初期成長用基板の格子定数をａｇ、前記疑似基板層の格子定数をａｐとした場合に、前記初期成長用基板に対する前記疑似基板層の不整合度Ｘｐ・ｇが０．７％以上であり、
前記Ｎは３以上の自然数であり、
前記バッファ層の初期成長用基板側にミスフィット転位を有するバッファ層を３個以上有する
エピタキシャル成長用基板。
［２］前記疑似基板層の、逆格子空間マップから算出される垂直方向の格子定数をｑｚ、水平方向の格子定数をｑｘとした場合に、下記式（２）：
－０．０００２≦ｑｚ－ｑｘ≦０．００１１ （２）
を満たす、［１］のエピタキシャル成長用基板。
［３］前記疑似基板層の表面を金属顕微鏡により撮影した上面視において、格子状の模様が観察される、［１］又は［２］のエピタキシャル成長用基板。
［４］最も前記初期成長用基板側に位置するバッファ層から数えてｎ番目のバッファ層の格子定数をａｎとし、ｎ＋１番目のバッファ層の格子定数をａｎ＋１とした場合に、下記式（１）：
ａｎ＜ａｎ＋１ （１）
を満たし、
上記式において、ｎは１～Ｎ－１であり、
ｎが１のときの格子定数ａ１は前記ａｇより大きく、
ｎ＋１がＮのときの格子定数ａＮは前記ａｐより小さく、
Ｎ個の各バッファ層における、初期成長用基板側に隣接する層に対する不整合度を、前記不整合度Ｘｐ・ｇをＮで割った値以下とする、［１］～［３］のいずれかのエピタキシャル成長用基板。
［５］前記バッファ層のそれぞれは、単層又は複数のバッファ構成層により構成され、前記バッファ層の厚さがそれぞれ１５０ｎｍ以上である、［１］～［４］のいずれかのエピタキシャル成長用基板。
［６］少なくとも一つのバッファ層が複数のバッファ構成層により構成され、
当該バッファ層内で最も初期成長用基板側に位置するバッファ構成層Ｂよりも当該バッファ層内で最も疑似基板層側に位置するバッファ構成層Ａの方が厚く、
ここで、式（１）におけるバッファ層の格子定数にはバッファ構成層Ａの格子定数を用いるものとする、［４］又は［５］のエピタキシャル成長用基板。
［７］前記バッファ構成層Ａの厚さが１００ｎｍ以上であり、前記バッファ構成層Ｂの厚さが前記バッファ構成層Ａの厚さの半分以下である、［６］のエピタキシャル成長用基板。
［８］前記初期成長用基板がＩｎＰ基板であり、前記エッチングストップ層がＩｎＧａＡｓ層である、［１］～［７］のいずれかのエピタキシャル成長用基板。
［９］前記初期成長用基板がＩｎＰ基板であり、前記バッファ積層体が複数のＩｎＡｓＰ層の積層体であり、前記バッファ積層体は前記エッチングストップ層に接するＩｎＰ窓層をさらに有する、［１］～［８］のいずれかのエピタキシャル成長用基板。
［１０］［１］～［９］のいずれかのエピタキシャル成長用基板の疑似基板層上に、
活性層を含む半導体積層体を形成する工程；
前記半導体積層体上に反射層を介して支持基板を接合する工程；及び
前記エピタキシャル成長用基板の初期成長用基板を除去する工程を含む、光半導体素子の製造方法。
［１１］前記半導体積層体を形成する工程によって得られた、前記疑似基板層上の前記半導体積層体の表面側のＳＯＲＩ値が３０μｍ未満である、［１０］の光半導体素子の製造方法。
［１２］支持基板、反射層、活性層を含む半導体積層体、及びバッファ積層体をこの順に備える光半導体素子であって、
前記バッファ積層体は厚さが３００ｎｍ以上である疑似基板層とＮ個のバッファ層と窓層をこの順に有し、前記窓層が光取り出し側にあり、
前記疑似基板層及び前記窓層の格子定数をそれぞれａｐ及びａｔとした場合に、前記窓層に対する前記疑似基板層の不整合度Ｘｐ・ｔが、０．７％以上であり、
前記Ｎは３以上の自然数であり、
前記バッファ層の窓層側にミスフィット転位を有するバッファ層を３個以上有する
光半導体素子。
［１３］最も前記窓層側に位置するバッファ層から数えてｎ番目のバッファ層の格子定数をａｎとし、ｎ＋１番目のバッファ層の格子定数をａｎ＋１とした場合に、下記式（１）：
ａｎ＜ａｎ＋１ （１）
を満たし、
上記式において、ｎは１～Ｎ－１であり、
ｎが１のときの格子定数ａ１は前記ａｔより大きく、
ｎ＋１がＮのときの格子定数ａＮは前記ａｐより小さく、
Ｎ個の各バッファ層における、窓層側に隣接する層に対する不整合度を、前記不整合度Ｘｐ・ｔをＮで割った値以下とする、［１２］の光半導体素子。
［１４］前記疑似基板層から窓層に向けて屈折率が漸減する、［１２］又は［１３］の光半導体素子。
［１５］前記窓層がＩｎＰであり、前記バッファ積層体が複数のＩｎＡｓＰ層の積層体であり、前記疑似基板層がＩｎＡｓＰ層である、［１２］～［１４］のいずれかの光半導体素子。
［１６］前記半導体積層体における活性層の発光中心波長が２０００～３０００ｎｍである、［１２］～［１５］のいずれかの光半導体素子。
［１７］前記活性層が量子井戸構造を有し、井戸層の格子定数をａｗとしたときに、
前記疑似基板層に対する前記井戸層の不整合度Ｘｗ・ｐが、０．１％以上１．２％未満である、［１２］～［１６］のいずれかの光半導体素子。
［１８］前記半導体積層体及びバッファ積層体の格子定数において、前記活性層の井戸層の格子定数ａｗが最も大きい、［１７］の光半導体素子。
［１９］前記バッファ層のそれぞれは、単層又は複数のバッファ構成層により構成され、前記バッファ層の厚さがそれぞれ１５０ｎｍ以上である、［１２］～［１８］のいずれか
の光半導体素子。
［２０］少なくとも一つのバッファ層が複数のバッファ構成層により構成され、
当該バッファ層内で最も初期成長用基板側に位置するバッファ構成層Ｂよりも当該バッファ層内で最も疑似基板層側に位置するバッファ構成層Ａの方が厚く、
ここで、式（１）におけるバッファ層の格子定数にはバッファ構成層Ａの格子定数を用いるものとする、［１３］～［１９］のいずれかの光半導体素子。
［２１］前記活性層の障壁層の格子定数をａｂとし前記疑似基板層に対する前記障壁層の不整合度をＸｂ・ｐとした場合に、前記疑似基板層に対する前記井戸層の不整合度Ｘｗ・ｐ及び前記疑似基板層に対する前記障壁層の不整合度Ｘｂ・ｐから計算される、井戸層と障壁層との厚さ平均の不整合度が、－０．０９％以上０．４６％以下の範囲内である、［１７］～［２０］のいずれかの光半導体素子。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、支持基板の貼り合わせや初期成長用基板の除去を行ったとしてもクラックを生じさせないようなバッファ積層体を有するエピタキシャル成長用基板を提供することができる。そして、そのようなエピタキシャル成長用基板上に活性層を含む半導体積層体を形成して支持基板の貼り合わせや初期成長用基板の除去を行った光半導体素子の製造方法と、ＰＬ強度が大きく光の取り出しに有利な光半導体素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明のエピタキシャル成長用基板の一例の断面模式図である。この模式図は、格子定数の変化を図案化したものであり、各層の水平方向の幅の大きさは、格子定数の大きさを相対的に表す。
【図2】バッファにおける全てのバッファ層が、２つのバッファ構成層からなるバッファ層であるエピタキシャル成長用基板の一例の断面模式図である。この模式図は、図１と同様に、格子定数の変化を図案化したものである。
【図3】本発明の光半導体素子の製造方法の一例の断面模式図である。
【図4】本発明の光半導体素子の一例の断面模式図である。
【図5】反り量（ＳＯＲＩ）の定義を説明する基板の模式断面図である。
【図6】（ＢＯＷ）の定義を説明する基板の模式断面図である。
【図7】本発明の光半導体素子におけるバッファ積層体と半導体積層体に関する一例の断面模式図である。この模式図は、格子定数の変化を図案化したものであり、各半導体層の水平方向の幅の大きさは、格子定数の大きさを相対的に表す。
【図8】実施例１のエピタキシャル成長用基板の断面のＴＥＭ像である。
【図9】実施例１のエピタキシャル成長用基板の疑似基板層の上面視（３ｍｍ角）の金属顕微鏡による撮影像である。
【図10】実施例１のエピタキシャル成長用基板を用いた光半導体素子の井戸層と障壁層を合わせた厚さ平均の不整合度に対するＰＬ強度（相対強度）の変化を示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の実施形態の説明に先立ち、以下の点について予め説明する。
本明細書において、組成比（固相比）に基づきベガート則によって計算した場合の格子定数の記号をａとし、どの層の格子定数であるかをａに付随した下付きで表記する。例えば、初期成長用基板（initial growth substrate）の格子定数をａｇ、疑似基板層（pseudo substrate layer）の格子定数をａｐと記載する。そして、格子不整合度Δａ／ａは記号をＸとし、どの層に対するどの層の不整合度であるかをＸに付随した下付きで表記する。例えば、初期成長用基板に対する疑似基板層の不整合度をＸｐ・ｇのように表記し、その計算式＜１＞は
（ａｐ－ａｇ）／ａｇ×１００ ・・・＜１＞
とする。なお、後述するＸ線による逆格子空間測定で求める場合の格子定数の記号はｑとして区別する。
本明細書において、組成比（固相比）に基づきベガート則によって計算した場合の格子定数の記号をａとし、どの層の格子定数であるかをａに付随した下付きで表記する。例えば、初期成長用基板（initial growth substrate）の格子定数をａｇ、疑似基板層（pseudo substrate layer）の格子定数をａｐと記載する。そして、格子不整合度Δａ／ａは記号をＸとし、どの層に対するどの層の不整合度であるかをＸに付随した下付きで表記する。例えば、初期成長用基板に対する疑似基板層の不整合度をＸｐ・ｇのように表記し、その計算式＜１＞は
（ａｐ－ａｇ）／ａｇ×１００ ・・・＜１＞
とする。なお、後述するＸ線による逆格子空間測定で求める場合の格子定数の記号はｑとして区別する。
【0016】
本明細書における各層の組成比（固相比）については、ＳＩＭＳ分析することにより得られた値を用いることとする。本明細書におけるバッファ積層体の各層の組成比（固相比）については、エピタキシャル成長用基板では疑似基板層から厚さ方向にＳＩＭＳ分析（四重極型）を実施することにより得られた値を用いることとする。光半導体素子では窓層から厚さ方向にＳＩＭＳ分析（四重極型）を実施することにより得られた値を用いることとする。なお、ＳＩＭＳ分析結果に対して、各層の厚さ方向の中央部における各層の半分の厚さ範囲の平均元素濃度の値を使用するものとする。
製造時においては、単膜で成長したものについてＸＲＤ測定による格子定数とフォトルミネッセンス（ＰＬ）測定による発光中心波長をＥｇ（すなわちバンドギャップ）に換算した値を用いて固相比を算出することで目的の組成比となる成長条件を決め、当該成長条件を用いて目的の組成比を持つ層を積層すればよい。
製造時においては、単膜で成長したものについてＸＲＤ測定による格子定数とフォトルミネッセンス（ＰＬ）測定による発光中心波長をＥｇ（すなわちバンドギャップ）に換算した値を用いて固相比を算出することで目的の組成比となる成長条件を決め、当該成長条件を用いて目的の組成比を持つ層を積層すればよい。
【0017】
本明細書において、特段の記載がない限り、格子定数は、組成比に基づきベガート則によって計算した値とする。
まずベガート則に従い混晶の単純な格子定数を計算する。
ＩｎＧａＡｓＰ系（すなわち一般式：（ＩｎａＧａｂ）（ＰｘＡｓｙ））を例に説明すると、物性定数Ａａｂｘｙ（ベガート則による格子定数）は、各組成比（固相比）が既知である場合、擬４元混晶の基になる４つの２元混晶の物性定数Ｂａｘ，Ｂｂｘ，Ｂａｙ，Ｂｂｙ（下記表１の文献値の格子定数）をもとに下記式＜２＞により計算される。
Aabxy＝a×x×Bax+b×x×Bbx+a×y×Bay+b×y×Bby ・・・＜２＞
まずベガート則に従い混晶の単純な格子定数を計算する。
ＩｎＧａＡｓＰ系（すなわち一般式：（ＩｎａＧａｂ）（ＰｘＡｓｙ））を例に説明すると、物性定数Ａａｂｘｙ（ベガート則による格子定数）は、各組成比（固相比）が既知である場合、擬４元混晶の基になる４つの２元混晶の物性定数Ｂａｘ，Ｂｂｘ，Ｂａｙ，Ｂｂｙ（下記表１の文献値の格子定数）をもとに下記式＜２＞により計算される。
Aabxy＝a×x×Bax+b×x×Bbx+a×y×Bay+b×y×Bby ・・・＜２＞
【0018】
【表1】
【0019】
擬３元混晶の場合は、一般式：（ＩｎａＧａｂＡｌｃ）（Ａｓ））を例とすると下記式＜３＞、＜４＞からバンドギャップＥｇ及びベガート則による格子定数ａを計算することができる。
Aabcy＝a×Bay+b×Bby+c×Bcy ・・・＜４＞
【数1】
【0020】
なお、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体が３元系、５元系又は６元系の場合でも、前述と同様の考えに従って式を変形し、組成波長及び格子定数を求めることができる。また、２元系については上記文献に記載の値を用いることができる。
【0021】
本明細書において、組成比を明示せずに単に「ＩｎＧａＡｓＰ」と表記する場合は、ＩＩＩ族元素（Ｉｎ，Ｇａの合計）と、Ｖ族元素（Ａｓ，Ｐ）との化学組成比が１：１であり、かつ、ＩＩＩ族元素であるＩｎ及びＧａの比率と、Ｖ族元素であるＡｓ及びＰの比率とがそれぞれ不定の、任意の化合物を意味するものとする。この場合、ＩＩＩ族元素にＩｎ及びＧａのいずれか一方が含まれない場合を含み、また、Ｖ族元素にＡｓ及びＰのいずれか一方が含まれない場合を含むものとする。また、「ＩｎＧａＰ」と表記する場合は、上記「ＩｎＧａＡｓＰ」にＡｓが製造上不可避な混入を除いては含まれないことを意味し、「ＩｎＧａＡｓ」と表記する場合には、上記「ＩｎＧａＡｓＰ」にＰが製造上不可避な混入を除いては含まれないことを意味する。同様に、「ＩｎＡｓＰ」と表記する場合は、上記「ＩｎＧａＡｓＰ」にＧａが製造上不可避な混入を除いては含まれないことを意味し、「ＧａＡｓＰ」と表記する場合には、上記「ＩｎＧａＡｓＰ」にＩｎが製造上不可避な混入を除いては含まれないことを意味する。そして、「ＩｎＰ」と表記する場合は、上記「ＩｎＧａＡｓＰ」にＧａ及びＡｓが製造上不可避な混入を除いては含まれないことを意味する。なお、ＩｎＧａＡｓＰやＩｎＧａＡｓなどの各成分組成比は、フォトルミネッセンス測定及びＸ線回折測定などによって測定することができる。また、ここでいう「製造上不可避な混入」とは、原料ガスを用いる製造装置上の不可避な混入のほか、結晶成長時や、その後の熱処理に伴う各層界面での原子の拡散現象などを意味する。
【0022】
本明細書において、電気的にｐ型として機能する層をｐ型層と称し、電気的にｎ型として機能する層をｎ型層と称する。一方、ＺｎやＳ、Ｓｎ等の特定の不純物を意図的には添加していないことを「アンドープ」という。アンドープのＩｎＧａＡｓＰ層には、製造過程における不可避的な不純物の混入はあってよく、具体的には、キャリア密度が小さい（例えば４×１０16／ｃｍ3未満）場合、「アンドープ」であるとして、本明細書では取り扱うものとする。また、ＺｎやＳｎ等の不純物濃度の値は、ＳＩＭＳ分析によるものとする。
【0023】
本明細書において、形成される各層の厚さ全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の厚さのそれぞれは、光干渉式膜厚測定器及び透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、超格子構造のように各層の厚さが小さい場合にはＴＥＭ－ＥＤＳを用いて厚さを測定することができる。なお、断面図において、所定の層が傾斜面を有する場合、その層の厚さは、当該層の直下層の平坦面からの最大高さを用いるものとする。
【0024】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に例示説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、重複する説明を省略する。各図において、説明の便宜上、基板及び各層の縦横の比率は実際の厚さによらず誇張して示しているし、電極や中間電極部やメサ形状も簡略化している。ただし、図１、２及び７において、各層の水平方向の幅の大きさは、格子定数の大きさを相対的に表している。
【0025】
＜エピタキシャル成長用基板＞
以下、図１を参照して、本発明のエピタキシャル成長用基板を説明するが、本発明のエピタキシャル成長用基板はそれに限定されない。
ここで、図１は、本発明のエピタキシャル成長用基板の一例の模式図である。この例では、Ｎ個のバッファ層がそれぞれ単層である。この模式図は、格子定数の変化を図案化したものであり、各層の水平方向の幅の大きさは、格子定数の大きさを相対的に表す。
本発明のエピタキシャル成長用基板１は、初期成長用基板１１、エッチングストップ層１２、バッファ層１３及び厚さが３００ｎｍ以上である疑似基板層１４を、この順で有する。
以下、図１を参照して、本発明のエピタキシャル成長用基板を説明するが、本発明のエピタキシャル成長用基板はそれに限定されない。
ここで、図１は、本発明のエピタキシャル成長用基板の一例の模式図である。この例では、Ｎ個のバッファ層がそれぞれ単層である。この模式図は、格子定数の変化を図案化したものであり、各層の水平方向の幅の大きさは、格子定数の大きさを相対的に表す。
本発明のエピタキシャル成長用基板１は、初期成長用基板１１、エッチングストップ層１２、バッファ層１３及び厚さが３００ｎｍ以上である疑似基板層１４を、この順で有する。
【0026】
（初期成長用基板）
初期成長用基板１１は、特に限定されず、エピタキシャル成長用基板を用いて製造する光半導体素子の活性層の組成に応じて、ＩｎＰ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＳｂ基板、ＩｎＡｓ基板、ＩｎＳｂ基板などの化合物半導体基板を適宜選択することができ、好ましくはＩｎＰ基板である。これらの基板は、アンドープであっても、ｎ型及びｐ型のいずれであってもよい。
初期成長用基板１１は、特に限定されず、エピタキシャル成長用基板を用いて製造する光半導体素子の活性層の組成に応じて、ＩｎＰ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＳｂ基板、ＩｎＡｓ基板、ＩｎＳｂ基板などの化合物半導体基板を適宜選択することができ、好ましくはＩｎＰ基板である。これらの基板は、アンドープであっても、ｎ型及びｐ型のいずれであってもよい。
【0027】
基板直径は２インチ～６インチの間で選択可能である。初期成長用基板の厚さは、基板直径にもよるが１００μｍ以上とすることができ、３００μｍ以上とすることも好ましい。ＳＥＭＩ規格に基づく初期成長用基板を用いることが好ましい。
【0028】
（エッチングストップ層）
本発明のエピタキシャル成長用基板は、初期成長用基板１１上にエッチングストップ層１２を有する。初期成長用基板１１上に格子整合する初期層を形成してからエッチングストップ層を形成してもよい。
本発明のエピタキシャル成長用基板は、初期成長用基板１１上にエッチングストップ層１２を有する。初期成長用基板１１上に格子整合する初期層を形成してからエッチングストップ層を形成してもよい。
【0029】
本発明のエピタキシャル成長用基板は、上述の初期成長用基板１１を、後に除去することを想定している基板である。エッチングストップ層１２は、本発明のエピタキシャル成長用基板を用いた光半導体素子の製造において、初期成長用基板１１をエッチングにより除去する際に、初期成長用基板１１のみを除去したところでエッチングを止め、その先のバッファ積層体や活性層を含む半導体積層体までもがエッチング除去されてしまうのを防止する層である。エッチングストップ層１２は、初期成長用基板１１の除去に使用するエッチング液ではエッチングされ難いというエッチング選択性を有するように、初期成長用基板１１とは主なＶ族元素が異なる層とすることが好ましく、例えば初期成長用基板１１がＩｎＰ基板のときは、ＩｎＧａＡｓ層とすることが好ましい。エッチングストップ層１２は、初期成長用基板１１との間で格子整合する層であることが好ましく、例えばＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ層を形成する場合は、ＩｎＰ基板と格子定数が一致するＩｎ組成（０．５３２）とすることが好ましく、後述する厚さ範囲ではＩｎ組成を０．４７～０．６０としても欠陥なく成長することもできる。エッチングストップ層１２の材料は、使用する初期成長用基板１１の材料に応じて、上記の条件を満たすように、適宜選択することができる。
【0030】
エッチングストップ層１２の厚さは、初期成長用基板１１を除去したところでエッチングを止めることができる厚さであれば薄くてよく、１００ｎｍ以下とすることができ、好ましくは５０ｎｍ以下であり、より好ましくは３０ｎｍ以下である。また、エッチングストップ層１２の厚さは、好ましくは１ｎｍ以上であり、より好ましくは５ｎｍ以上である。エッチングストップ層１２は、単層でも複合層（例えばＳＬＳ層）でもよい。
【0031】
エッチングストップ層１２の一部は、初期成長用基板１１を除去した後において、初期成長用基板１１のエッチング液とは異なるエッチング液を用いてすべて除去してもよいし、一部を残して光半導体素子のコンタクト層として利用してもよい。
【0032】
（バッファ積層体）
本発明のエピタキシャル成長用基板は、エッチングストップ層１２上に、バッファ積層体を有する。バッファ積層体は、少なくともＮ個のバッファ層１３と疑似基板層１４を有する。さらに、バッファ積層体は、エッチングストップ層１２とＮ個のバッファ層１３の間に、初期成長用基板１１と格子整合する窓層１５を有していてもよい。
本発明のエピタキシャル成長用基板は、エッチングストップ層１２上に、バッファ積層体を有する。バッファ積層体は、少なくともＮ個のバッファ層１３と疑似基板層１４を有する。さらに、バッファ積層体は、エッチングストップ層１２とＮ個のバッファ層１３の間に、初期成長用基板１１と格子整合する窓層１５を有していてもよい。
【0033】
ここで窓層１５は、初期成長用基板１１及びエッチングストップ層１２を除去した後の光半導体素子の光の取り出し側の最上層となる層であり、粗面化を施す層とすることができる。そのため、粗面化するのに十分に厚い層とすることが好ましく、１００ｎｍ以上８００ｎｍ以下とすることができる。
【0034】
バッファ積層体は、ＩｎＰ基板を使用するときはＩｎＰ基板との格子定数差を増やしながら成長できるように複数のＩｎＡｓＰ層の積層体であることが好ましい。このとき、ＩｎＰ基板と格子整合する窓層は例えばＩｎＰ層である。
また、ＧａＳｂ基板を使用するときはＧａＳｂ基板との格子定数差を増やしながら成長できるように複数のＩｎＧａＳｂ層の積層体とすることも好ましい。このとき、ＧａＳｂ基板と格子整合する窓層は例えばＧａＳｂ層である。
また、ＧａＳｂ基板を使用するときはＧａＳｂ基板との格子定数差を増やしながら成長できるように複数のＩｎＧａＳｂ層の積層体とすることも好ましい。このとき、ＧａＳｂ基板と格子整合する窓層は例えばＧａＳｂ層である。
【0035】
Ｎ個のバッファ層１３におけるＮは３以上の自然数である。２以下では内部応力の解消効果が得られにくく、その上に形成する半導体積層体のＰＬ強度が得られにくくなるためである。Ｎの上限については、初期成長用基板１１と疑似基板層１４との格子不整合度の大きさにも拠るが、後述するミスフィット転位を発生させることができる格子不整合度とするのに適した層数とすることが好ましく、例えば９以下である。
【0036】
Ｎ個のバッファ層１３は、バッファ層の初期成長用基板側にミスフィット転位を有するバッファ層を３個以上有することを特徴としている。Ｎ個のバッファ層１３の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したときに、初期成長用基板側の界面にミスフィット転位が観察されるバッファ層の数が３個以上であれば、Ｎ個全てのバッファ層にてミスフィット転位が観察されて良いし、Ｎ個のバッファ層１３の中にミスフィット転位が観察されないバッファ層が含まれていてもよい。ここで、バッファ層の初期成長用基板側は、初期成長用基板側に隣接する層（下層ともいう）との界面であることが好ましい。
【0037】
ミスフィット転位は、基板の面内方向の格子定数差により生じる転位であり、隣接するバッファ層間の界面から発生する場合のほか、バッファ層と前記窓層との界面において発生してもよい。転位は、バッファ層を貫通して伝播することはなく、バッファ層内に留まることが好ましいものとする。
【0038】
ミスフィット転位は、本発明のエピタキシャル成長用基板について、厚さ方向の断面を露出させ、断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察することにより、確認することができる。図８に示すように、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）での観察において、転位は黒色部分として観察される。隣接するバッファ層間の界面はコントラストにより把握でき、当該界面と平行して観察される黒色部分はミスフィット転位であると判断することができ、本発明ではこのような界面と平行して観察されるミスフィット転位があることを特徴とする。当該界面に対し傾いて観察される黒色部分は、界面に発生したミスフィット転位を起点とした応力緩和成長時にみられる成長方向へ伝搬する転位であり、上述のミスフィット転位とは区別する。
【0039】
Ｎ個のバッファ層１３は、最も初期成長用基板側に位置するバッファ層を１番目のバッファ層として、最も初期成長用基板側に位置するバッファ層から数えてｎ番目のバッファ層の格子定数をａｎ、ｎ＋１番目のバッファ層の格子定数をａｎ＋１とした場合に、下記式（１）を満たす。
ａｎ＜ａｎ＋１ （１）
ａｎ＜ａｎ＋１ （１）
【0040】
上記式において、ｎは１～Ｎ―１の自然数である。ｎ＋１は２～Ｎの自然数である。
ｎが１のとき、格子定数ａ１は最も初期成長用基板側に位置するバッファ層の格子定数であり、初期成長用基板の格子定数であるａｇより大きい。窓層を有する場合、格子定数ａ１は窓層の格子定数であるａｔより大きい。
そして、ｎ＋１がＮのとき、格子定数ａＮは疑似基板層の格子定数ａｐより小さい。
ｎが１のとき、格子定数ａ１は最も初期成長用基板側に位置するバッファ層の格子定数であり、初期成長用基板の格子定数であるａｇより大きい。窓層を有する場合、格子定数ａ１は窓層の格子定数であるａｔより大きい。
そして、ｎ＋１がＮのとき、格子定数ａＮは疑似基板層の格子定数ａｐより小さい。
【0041】
各々のバッファ層の厚さは、初期成長用基板側に隣接する層（以下、「下層」ともいう。）との間の格子定数差に対して臨界膜厚を超えてミスフィット転位を生じさせながら内部応力を緩和できる厚さとすることが好ましく、例えば１５０ｎｍ以上とすることができ、２００ｎｍ以上が好ましい。また、１０００ｎｍ以下とすることができ、８００ｎｍ以下が好ましく、５００ｎｍ以下がより好ましい。
【0042】
ここで、各バッファ層は、単層であっても複数のバッファ構成層からなっていてもよい。基板の反り量の低減の点からは、各バッファ層がバッファ構成層を含むバッファ層であることが好ましい。単層のバッファ層とバッファ構成層からなるバッファ層との両方を含むようであってもよい。
バッファ積層体中のバッファ層は、単層のバッファ層と、複数のバッファ構成層からなるバッファ層とに分けられる。バッファ積層体を構成する各層について、一つの層と、それと接する初期成長用基板側の層との格子定数とを比較したときに、上記式（１）の関係にある場合は、それらは単層のバッファ層であるとする。一つの層と、それと接する初期成長用基板側の層との格子定数とを比較したときに、上記式（１）に反して、初期成長用基板側の層の方が格子定数が大きい関係にある場合には、前記一つの層とそれに接する初期成長用基板側の層を、それぞれバッファ構成層とする。そして、初期成長用基板側の層の方が格子定数が大きい関係にある複数のバッファ構成層をまとめて一つのバッファ層とする。そして、最も疑似基板側にある層をバッファ構成層Ａと呼称し、最も初期成長基板側にある層をバッファ構成層Ｂと呼称するものとする。
バッファ積層体中のバッファ層は、単層のバッファ層と、複数のバッファ構成層からなるバッファ層とに分けられる。バッファ積層体を構成する各層について、一つの層と、それと接する初期成長用基板側の層との格子定数とを比較したときに、上記式（１）の関係にある場合は、それらは単層のバッファ層であるとする。一つの層と、それと接する初期成長用基板側の層との格子定数とを比較したときに、上記式（１）に反して、初期成長用基板側の層の方が格子定数が大きい関係にある場合には、前記一つの層とそれに接する初期成長用基板側の層を、それぞれバッファ構成層とする。そして、初期成長用基板側の層の方が格子定数が大きい関係にある複数のバッファ構成層をまとめて一つのバッファ層とする。そして、最も疑似基板側にある層をバッファ構成層Ａと呼称し、最も初期成長基板側にある層をバッファ構成層Ｂと呼称するものとする。
【0043】
－バッファ層が単層の場合－
バッファ層が単層の場合、上述のｎ番目のバッファ層の格子定数ａｎは、当然ながら当該単層の格子定数である。
バッファ層が単層の場合、上述のｎ番目のバッファ層の格子定数ａｎは、当然ながら当該単層の格子定数である。
【0044】
Ｎ個のバッファ層１３における複数のバッファ層は、最も初期成長用基板に近いバッファ層から、最も疑似基板層に近いバッファ層に向けて、全体として格子定数が漸増する。
バッファが単層のバッファ層からなる場合について、図１に模式図を示す。模式図は、格子定数の変化を図案化したものであり、各層の水平方向の幅の大きさは、格子定数の大きさを相対的に表す。
バッファが単層のバッファ層からなる場合について、図１に模式図を示す。模式図は、格子定数の変化を図案化したものであり、各層の水平方向の幅の大きさは、格子定数の大きさを相対的に表す。
【0045】
単層であるバッファ層の厚さは、上述するように例えば１５０ｎｍ以上とすることができる。
【0046】
また、ミスフィット転位を形成しつつ貫通転位を生じさせないようにするために、Ｎ個の各バッファ層における各層の格子定数の、初期成長用基板側に隣接する層（下層）に対する不整合度が、不整合度Ｘｐ・ｇをＮで割った値以下とするように設定することも好ましく、不整合度Ｘｐ・ｇを４Ｎで割った値以上にできるように設定することも好ましい。例えば、各バッファ層の、下層に対する不整合度が、０．１５％～０．３５％の範囲内であることが好ましい。
【0047】
－バッファ層が複数のバッファ構成層からなる場合－
バッファ層が、複数のバッファ構成層からなる場合、互いに隣接するバッファ構成層の格子定数は異なる層であり、上述のｎ番目のバッファ層の格子定数ａｎは、当該バッファ層内で最も疑似基板層側に位置するバッファ構成層（バッファ構成層Ａ）の格子定数であることとし、その格子定数が、ｎ＋１番目のバッファ層との間で上述する式（１）や、他の格子定数との関係を満たすものとする。
バッファ層が、複数のバッファ構成層からなる場合、互いに隣接するバッファ構成層の格子定数は異なる層であり、上述のｎ番目のバッファ層の格子定数ａｎは、当該バッファ層内で最も疑似基板層側に位置するバッファ構成層（バッファ構成層Ａ）の格子定数であることとし、その格子定数が、ｎ＋１番目のバッファ層との間で上述する式（１）や、他の格子定数との関係を満たすものとする。
【0048】
バッファ構成層を含むバッファ層は、格子定数の異なる２つのバッファ構成層からなることが好ましい。バッファ層が、疑似基板層側に位置するバッファ構成層（バッファ構成層Ａ）と成長基板側に位置するバッファ構成層（バッファ構成層Ｂ）の２層からなる場合について、図２に模式図を示す。模式図は、格子定数の変化を図案化したものであり、各層の水平方向の幅の大きさは、格子定数の大きさを相対的に表す。
【0049】
図２に示すように、バッファ構成層Ａの格子定数をａとしバッファ構成層Ｂの格子定数をｂとした場合、ｎ番目のバッファ層における格子定数ｂｎは、バッファ構成層Ａの格子定数ａｎよりも大きい。そして、ｎ＋１番目のバッファ層も２つのバッファ構成層からなる場合、ｎ＋１番目のバッファ層における格子定数ｂｎ＋１は格子定数ａｎ＋１より大きく、さらに式（１）に基づき、ａｎ＋１はａｎより大きく、ｂｎ＋１はｂｎより大きい。
【0050】
そして、前記バッファ構成層Ｂよりも、前記バッファ構成層Ａの方が厚い。
【0051】
Ｎ個のバッファ層１３における全てのバッファ層が、２つのバッファ構成層からなるバッファ層であり、各バッファ層が上記関係を満たす場合、図２に示すように、バッファ構成層の格子定数ａｎとｂｎは、増減を繰り返しながら、全体としては、ｎが１からＮ－１（及びｎ＋１番目のバッファ層におけるＮ）に向けて増えると共に、漸増していることになる。これにより、図１の場合よりも、バッファ構成層Ｂでミスフィット転位を生じさせ易くなり、また、全体的に圧縮応力が係る中でバッファ構成層Ｂからバッファ構成層Ａが引張応力を受けるようになるためにバッファ構成層Ａの厚さによる内部応力の緩和効果を増すことができる。
【0052】
バッファ構成層を含むバッファ層において、最も疑似基板層側に位置するバッファ構成層Ａの厚さは、内部応力を緩和できる厚さとすることが好ましく、１００ｎｍ以上とすることができ、２００ｎｍ以上が好ましい。また、１０００ｎｍ以下とすることができ、８００ｎｍ以下が好ましく、５００ｎｍ以下がより好ましい。
【0053】
バッファ構成層を含むバッファ層において、最も初期成長用基板側に位置するバッファ構成層Ｂの厚さは、前記バッファ構成層Ａの厚さの半分以下であることが好ましく、初期成長用基板側に隣接する層（下層）に対してミスフィット転位を生じさせる厚さとすることが好ましい。例えば１０ｎｍ以上とすることができ、３０ｎｍ以上が好ましい。また、２００ｎｍ以下とすることができ、１００ｎｍ以下が好ましい。
【0054】
上記バッファ構成層Ａの厚さは、上記バッファ構成層Ｂの厚さの２倍以上が好ましく、３倍以上がより好ましい。
【0055】
ミスフィット転位を形成しつつ貫通転位を生じさせないようにするために、Ｎ個の各バッファ層における各層の格子定数（バッファ構成層を含むバッファ層の場合は最も初期成長用基板側のバッファ構成層Ｂの格子定数ｂｎ）の、初期成長用基板側に隣接する層（下層）に対する不整合度が、不整合度Ｘｐ・ｇをＮで割った値以下とするように設定することも好ましく、不整合度Ｘｐ・ｇを４Ｎで割った値以上にできるように設定することがより好ましい。例えば、バッファ構成層Ｂの下層に対する不整合度が、０．１５％～０．３５％の範囲内であることが好ましい。
【0056】
また、バッファ構成層Ｂの格子定数ｂｎは、バッファ構成層Ａの格子定数ａｎよりも大きいので、バッファ構成層Ａの、下層（バッファ構成層Ｂ）に対する不整合度はマイナスである。その絶対値は、上述するバッファ構成層Ｂｎの下層に対する不整合度の絶対値よりも小さいことが好ましい。
【0057】
（疑似基板層）
本発明のエピタキシャル成長用基板におけるバッファ積層体は、Ｎ個のバッファ層１３の最も前記初期成長用基板側に位置するバッファ層から数えてＮ番目のバッファ層上に、厚さが３００ｎｍ以上である疑似基板層１４を有する。
本発明のエピタキシャル成長用基板におけるバッファ積層体は、Ｎ個のバッファ層１３の最も前記初期成長用基板側に位置するバッファ層から数えてＮ番目のバッファ層上に、厚さが３００ｎｍ以上である疑似基板層１４を有する。
【0058】
ここで、疑似基板層１４は、光半導体素子の製造において、活性層３０を含む半導体積層体などの層をエピタキシャル成長するための基板となる層である。半導体積層体は、当該疑似基板層と格子整合するように成長することができる。
支持基板の接合時や初期成長用基板の除去時における内部応力の釣合いが急変するときの反りを抑制する点から、疑似基板層１４の厚さは３００ｎｍ以上であり、５００ｎｍ以上が好ましい。また、成長時間が長くなりすぎることを回避する点から、１０μｍ以下が好ましい。
支持基板の接合時や初期成長用基板の除去時における内部応力の釣合いが急変するときの反りを抑制する点から、疑似基板層１４の厚さは３００ｎｍ以上であり、５００ｎｍ以上が好ましい。また、成長時間が長くなりすぎることを回避する点から、１０μｍ以下が好ましい。
【0059】
疑似基板層１４の材料は、疑似基板層１４と初期成長用基板１１との不整合度Ｘｐ・ｇが、０．７％以上となるように、適宜選択することができる。
ここで、不整合度Ｘｐ・ｇは、疑似基板層及び初期成長用基板の格子定数をそれぞれａｐ及びａｇとした場合に、（ａｐ－ａｇ）／ａｇ×１００で表される。不整合度Ｘｐ・ｇは、０．７％以上であり、形成する半導体積層体にて設計可能な波長域を増やす点から、１．０％以上が好ましい。
ここで、不整合度Ｘｐ・ｇは、疑似基板層及び初期成長用基板の格子定数をそれぞれａｐ及びａｇとした場合に、（ａｐ－ａｇ）／ａｇ×１００で表される。不整合度Ｘｐ・ｇは、０．７％以上であり、形成する半導体積層体にて設計可能な波長域を増やす点から、１．０％以上が好ましい。
【0060】
疑似基板層１４の材料は、上記の条件を満たすように、適宜選択することができる。
【0061】
疑似基板層１４は、上述するＮ個のバッファ層１３上に設けられているため、疑似基板層１４はリラックス状態であることができる。ここで、リラックス状態とは、疑似基板層１４に対して、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆａｃｔｉｏｎ）を行い、逆格子マッピング測定（ＲＳＭ）によって算出される垂直方向の格子定数ｑｚ（ｎｍ）と水平方向の格子定数ｑｘ（ｎｍ）の差（ｎｍ）が、下記式（２）を満たすことをいう。
－０．０００２≦ｑｚ－ｑｘ≦０．００１１ （２）
垂直方向の格子定数ｑｚと水平方向の格子定数ｑｘの差がゼロであるときが、理論的に格子が全く歪んでいない状態である。式（２）の値がゼロに近いほど反りの低減効果が大きく、差は０．０００５ｎｍ以下とすることがより好ましい。
－０．０００２≦ｑｚ－ｑｘ≦０．００１１ （２）
垂直方向の格子定数ｑｚと水平方向の格子定数ｑｘの差がゼロであるときが、理論的に格子が全く歪んでいない状態である。式（２）の値がゼロに近いほど反りの低減効果が大きく、差は０．０００５ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【0062】
本発明のエピタキシャル成長用基板は、Ｎ個のバッファ層１３のうち３個以上Ｎ個以下のバッファ層１３の格子定数の異なる他層と接する部分にミスフィット転位を有する。あえてバッファ内にミスフィット転位を発生させて、疑似基板層１４をリラックス状態にして、基板の反り量を低減させることができる。そして、疑似基板層の表面を金属顕微鏡により撮影した上面視において、上述のＮ個のバッファ層１３のミスフィット転位に起因する格子状の模様が観察される場合がある。
【0063】
ここで、疑似基板層１４は、単層であっても複数の疑似基板構成層からなっていてもよい。複数の疑似基板構成層からなる場合については、上述したバッファ構成層と同様に、疑似基板構成層を含む疑似基板層は、格子定数の異なる２つの疑似基板構成層からなることが好ましく、成長基板側に位置する疑似基板構成層Ｂの格子定数ｂは、疑似基板構成層Ｂ上に位置する疑似基板構成層Ａの格子定数ａよりも大きい。
【0064】
そして、疑似基板構成層Ｂよりも、疑似基板構成層Ａの方が厚い。全体的に圧縮応力がかかる中で疑似基板構成層Ｂから疑似基板構成層Ａが引張応力を受けるようになるために疑似基板構成層Ａの厚さによる内部応力の緩和効果を増すことができる。
【0065】
疑似基板構成層を含む疑似基板層において、疑似基板構成層Ａの厚さは３００ｎｍ以上とすることが好ましく、４００ｎｍ以上がより好ましい。
【0066】
疑似基板構成層を含む疑似基板層において、最も初期成長用基板側に位置する疑似基板構成層Ｂの厚さは、前記疑似基板構成層Ａの厚さの半分以下であることが好ましい。例えば５０ｎｍ以上とすることが好ましく、１００ｎｍ以上がより好ましい。
【0067】
＜エピタキシャル成長用基板の製造方法＞
本発明のエピタキシャル成長用基板の製造方法は、以下の工程を含む。
初期成長用基板上に、エッチングストップ層を形成する工程
エッチングストップ層上に、バッファ積層体を形成する工程
初期成長用基板、エッチングストップ層及びバッファ積層体の好ましい形態については上記のとおりである。以下はそれらの形成方法について説明する。
本発明のエピタキシャル成長用基板の製造方法は、以下の工程を含む。
初期成長用基板上に、エッチングストップ層を形成する工程
エッチングストップ層上に、バッファ積層体を形成する工程
初期成長用基板、エッチングストップ層及びバッファ積層体の好ましい形態については上記のとおりである。以下はそれらの形成方法について説明する。
【0068】
（エッチングストップ層形成工程）
エッチングストップ層１２の形成方法は、初期成長用基板上にエピタキシャル成長できれば特に限定されない。例えば、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、スパッタ法等が挙げられる。
エッチングストップ層１２の形成方法は、初期成長用基板上にエピタキシャル成長できれば特に限定されない。例えば、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、スパッタ法等が挙げられる。
【0069】
例えば、初期成長用基板がＩｎＰ基板であってエッチングストップ層１２がＩｎＧａＡｓ層の場合、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｇａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、Ａｓ源としてアルシン（ＡｓＨ3）を、キャリアガスを用いつつ所定の混合比となるように成長炉内に供給し、基板上に気相成長させることにより形成することができる。ｎ型又はｐ型とする場合は、適宜、ドーパント源のガスをさらに用いればよい。
【0070】
エッチングストップ層１２の組成比から計算される格子定数ａは、原料ガスに含まれるＩｎ源、Ｇａ源及びＡｓ源の混合比を変更して、エッチングストップ層１２の組成比を制御することによって調整することができる。また、エッチングストップ層１２の厚さは、ＩＩＩ族原料ガス量とＶ族原料ガス量との比、成長温度、及び成長時間によって調整することができる。
【0071】
（バッファ積層体形成工程）
バッファ積層体の形成方法では、エッチングストップ層１２上に、少なくとも上述するＮ個のバッファ層１３と疑似基板層１４を形成する。Ｎ個のバッファ層１３の前にエッチングストップ層１２上に窓層１５を形成してよい。
バッファ積層体の形成方法では、エッチングストップ層１２上に、少なくとも上述するＮ個のバッファ層１３と疑似基板層１４を形成する。Ｎ個のバッファ層１３の前にエッチングストップ層１２上に窓層１５を形成してよい。
【0072】
これらの形成方法は、エッチングストップ層１２上にエピタキシャル成長できれば特に限定されず、上述する形成方法を使用することができる。
【0073】
例えば、各バッファ層及び疑似基板層がＩｎＡｓＰ層である場合、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ａｓ源としてアルシン（ＡｓＨ3）、Ｐ源としてフォスフィン（ＰＨ３）を、キャリアガスを用いつつ所定の混合比となるように成長炉内に供給し、エッチングストップ層１２上に気相成長させることにより形成することができる。ｎ型又はｐ型とする場合は、適宜、ドーパント源のガスをさらに用いればよい。
【0074】
各層の組成比から計算される格子定数ａは、原料ガスの混合比を変更して、組成比を制御することによって調整することができる。また、各層の厚さは、ＩＩＩ族原料ガス量とＶ族原料ガス量との比、成長温度、及び成長時間によって調整することができる。
【0075】
そして、上述のとおり、製造時においては、単膜で成長したものについてＸＲＤ測定による格子定数とフォトルミネッセンス（ＰＬ）測定による発光中心波長をＥｇに換算した値を用いて固相比を算出することで目的の組成比となる成長条件を決め、当該成長条件を用いて目的の組成比を持つ層を積層すればよい。得られた各層の組成比はＳＩＭＳ分析により計測されることでも求めることができ、各層の格子定数ａは組成比(ＩｎＡｓｙＰ１－ｙ層の場合はＡｓの固相比ｙ)を用いてべガード則により算出される。
【0076】
＜光半導体素子の製造方法＞
本発明のエピタキシャル成長用基板は、光半導体素子の製造に使用することができる。以下、本発明のエピタキシャル成長用基板を用いて光半導体素子を製造する方法を説明し、これを通して、本発明の光半導体素子の各構成の詳細を説明する。ただし、本発明の光半導体素子の製造方法及び光半導体素子は、それらに限定されない。
本発明のエピタキシャル成長用基板は、光半導体素子の製造に使用することができる。以下、本発明のエピタキシャル成長用基板を用いて光半導体素子を製造する方法を説明し、これを通して、本発明の光半導体素子の各構成の詳細を説明する。ただし、本発明の光半導体素子の製造方法及び光半導体素子は、それらに限定されない。
【0077】
図３は、本発明のエピタキシャル成長用基板を使用した光半導体素子の製造方法の一例の模式図であり、図４は図３の製造方法を経て得られる光半導体素子の一例である。この例では、Ｎ個のバッファ層１３の各層が単層であるバッファ層からなる例である。また、活性層３０は多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を構成している。光半導体素子は、発光素子でも受光素子でもよいが、以下では主に発光素子である場合を例として記載する。
なお、図３及び図４では、基板及び各層の縦横の比率を実際の比率から誇張して示しているが、図１及び２のように、格子定数の変化を図案化したものではない。
なお、図３及び図４では、基板及び各層の縦横の比率を実際の比率から誇張して示しているが、図１及び２のように、格子定数の変化を図案化したものではない。
【0078】
本発明の光半導体素子の製造方法は、以下の工程を含む。
本発明のエピタキシャル成長用基板の疑似基板層上に、活性層を含む半導体積層体を形成する工程（半導体積層体形成工程）；
半導体積層体上に反射層を介して支持基板を接合する工程（支持基板接合工程）；及び
エピタキシャル成長用基板の初期成長用基板を除去する工程（初期成長用基板除去工程）。
本発明のエピタキシャル成長用基板の疑似基板層上に、活性層を含む半導体積層体を形成する工程（半導体積層体形成工程）；
半導体積層体上に反射層を介して支持基板を接合する工程（支持基板接合工程）；及び
エピタキシャル成長用基板の初期成長用基板を除去する工程（初期成長用基板除去工程）。
【0079】
（半導体積層体形成工程）
この工程では、まず、図３Ａに示すように、上述したＮ個のバッファ層１３と疑似基板層１４を有するエピタキシャル成長用基板１を用意する。次いで、エピタキシャル成長用基板１の疑似基板層１４上に活性層３０を含む半導体積層体を形成する。図３Ｂは半導体積層体形成後の図である。
この工程では、まず、図３Ａに示すように、上述したＮ個のバッファ層１３と疑似基板層１４を有するエピタキシャル成長用基板１を用意する。次いで、エピタキシャル成長用基板１の疑似基板層１４上に活性層３０を含む半導体積層体を形成する。図３Ｂは半導体積層体形成後の図である。
【0080】
半導体積層体は、ｎ型層とｐ型層３７で活性層３０が挟持されるように形成することが好ましく、活性層３０は多重量子井戸（ＭＱＷ）構造で構成することが好ましい。ＭＱＷ構造は結晶欠陥抑制による光出力向上の点から有利である。図３Ｂでは、活性層３０は、井戸層３５Ｗ及び障壁層３５Ｂを交互に繰り返した構造を有するＭＱＷ構造を構成している。また、この図では、疑似基板層１４がｎ型（例えば、Ｓｉドープ）でｎ型層を兼ねており、ｐ型層３７とで活性層３０を含む半導体積層体構造を形成している。ただし、本発明の光半導体素子の製造方法は、このような実施態様に限定されず、疑似基板層１４上に他のｎ型層を形成してよく、光半導体素子に適用される公知の半導体層を追加することができる。例えば、不純物拡散抑制のためにｎ型層と活性層３０の間やｐ型層３７と活性層３０の間にアンドープのスペーサ層を設けてもよいし、コドープした層を設けてもよい。ｎ型層とｐ型層３７は、ブロック層やクラッド層やコンタクト層として機能する層を有してもよい。
【0081】
活性層３０は、発光中心波長に応じて成分組成を選択することができる。例えば、発光中心波長は２０００～３０００ｎｍとすることができる。この場合、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の井戸層３５Ｗの成分組成は、ＩＩＩ族元素（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）とＶ族元素（Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ）より選択される合計２～６元素の組み合わせのＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体により形成されることができ、例えばＩｎＧａＡｓとすることができる。ＩｎＡｓやＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰとしてもよい。
本発明によれば、ＧａＡｓ格子整合系で可能な波長範囲よりも長波長な範囲を、成長用基板をＧａＡｓとしてもバッファ積層体１３と疑似基板層１４を介すことで発光中心波長として選択することができ、ＩｎＰ格子整合系で可能な波長範囲よりも長波長な範囲を、成長用基板をＩｎＰとしてもバッファ積層体１３と疑似基板層１４を介すことで発光中心波長として選択することができる。ＩｎＡｓとＧａＳｂの格子整合系で可能な波長範囲よりも長波長な範囲を、成長用基板をＩｎＡｓ又はＧａＳｂとしてもバッファ積層体１３と疑似基板層１４を介すことで発光中心波長として選択することもできる。
本発明によれば、ＧａＡｓ格子整合系で可能な波長範囲よりも長波長な範囲を、成長用基板をＧａＡｓとしてもバッファ積層体１３と疑似基板層１４を介すことで発光中心波長として選択することができ、ＩｎＰ格子整合系で可能な波長範囲よりも長波長な範囲を、成長用基板をＩｎＰとしてもバッファ積層体１３と疑似基板層１４を介すことで発光中心波長として選択することができる。ＩｎＡｓとＧａＳｂの格子整合系で可能な波長範囲よりも長波長な範囲を、成長用基板をＩｎＡｓ又はＧａＳｂとしてもバッファ積層体１３と疑似基板層１４を介すことで発光中心波長として選択することもできる。
【0082】
障壁層３５Ｂのバンドギャップは、井戸層３５Ｗのバンドギャップよりも大きなものとする。障壁層３５Ｂの成分組成は、ＩＩＩ族元素（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）とＶ族元素（Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ）より選択される合計２～６元素の組み合わせのＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体により形成されることができ、例えば、井戸層３５ＷがＩｎＧａＡｓの場合、障壁層３５ＢはＩｎＡｓＰとすることができる。ＩｎＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓＰとしてもよい。
【0083】
井戸層３５Ｗと障壁層３５Ｂとの組成差を調整して井戸層３５Ｗに歪を加えることにより発光中心波長を調整することもできる。
【0084】
障壁層３５Ｂは、疑似基板層１４と格子整合する層であることが好ましい。例えば、疑似基板層１４がｎ型ＩｎＡｓＰ層の場合、障壁層３５ＢをＩｎＡｓＰ層とすることが好ましい。この場合、ｐ型層３７は、ｐ型ＩｎＡｓＰ層とすることがより好ましい。また、障壁層３５Ｂの格子定数（ａｂ）は、疑似基板層１４の格子定数（ａｐ）よりも小さくして、疑似基板層１４を基準に引張応力を受けるようにしてもよい。
【0085】
井戸層３５Ｗの格子定数（ａｗ）は、疑似基板層１４の格子定数（ａｐ）よりも大きいことが好ましい。これによって、井戸層３５Ｗに圧縮歪を加えることになる。井戸層３５Ｗに圧縮歪を加える方が、引張歪を加えるよりも発光効率が向上するため好ましい。
【0086】
活性層３０を含む半導体積層体の全体の厚さは、特に限定されず、例えば２～１５μｍとすることができる。活性層３０の厚さも、特に限定されず、例えば１００～１０００ｎｍとすることができる。
【0087】
活性層３０はＭＱＷ構造を有し、井戸層３５Ｗの厚さを３～１５ｎｍとすることができ、障壁層３５Ｂの厚さを５～１５ｎｍとすることができ、両者の組数を３～５０とすることができる。
【0088】
疑似基板層１４上に活性層３０を含む半導体積層体を設けた後、積層体の表面はＳＯＲＩ値が３０μｍ未満であることが好ましく、より好ましくは２４μｍ未満である。これにより、支持基板への接合が可能となり、接合不良やクラックの発生などの不具合を低減できる。ＳＯＲＩ値は、初期成長用基板が直径３インチであるときの値とする。
ここで、ＳＯＲＩ値は、ＳＥＭＩ Ｍ１－０３０２に規定されるＳＯＲＩ（μｍ）であり、ＳＯＲＩは、非強制状態で測定を行ったときの、非吸着での全測定点データの最大値と最小値との差の値である。図５に示すように、基準面を最小二乗法により求められた仮想平面とすると、ＳＯＲＩ値は最大値Ａと最小値Ｂの絶対値の和で示される。
ここで、ＳＯＲＩ値は、ＳＥＭＩ Ｍ１－０３０２に規定されるＳＯＲＩ（μｍ）であり、ＳＯＲＩは、非強制状態で測定を行ったときの、非吸着での全測定点データの最大値と最小値との差の値である。図５に示すように、基準面を最小二乗法により求められた仮想平面とすると、ＳＯＲＩ値は最大値Ａと最小値Ｂの絶対値の和で示される。
【0089】
疑似基板層１４上に活性層３０を含む半導体積層体を設けた後、積層体の表面はＢＯＷ値が４０μｍ未満であることが好ましく、より好ましくは３０μｍ未満である。これにより、支持基板への接合が可能となり、接合不良やクラックの発生などの不具合を低減できる。ＢＯＷ値は、初期成長用基板が直径３インチであるときの値とする。
ここで、ＢＯＷ値は、図６に示すように、非吸着でのワーク中心測定値（測定表面）に対し、中心以外の測定値と異符号で絶対値の最大のものを絶対値同士で和をとり中心測定値の符号を付した値である。
ここで、ＢＯＷ値は、図６に示すように、非吸着でのワーク中心測定値（測定表面）に対し、中心以外の測定値と異符号で絶対値の最大のものを絶対値同士で和をとり中心測定値の符号を付した値である。
【0090】
ｐ型層３７の厚さは、特に限定されず、１００～９０００ｎｍとすることが好ましく、４００～４０００ｎｍとすることがより好ましい。
【0091】
活性層３０と疑似基板層１４との間又は活性層３０とｐ型層３７との間に、スペーサ層を設けてもよい。スペーサ層を設けることにより、ドーパントの拡散を防止することができる。スペーサ層の厚さ、特に限定されず、例えば５０～４００ｎｍとすることができる。
疑似基板層１４がｎ型ＩｎＡｓＰ層、ｐ型層がｐ型ＩｎＡｓＰ層の場合、スペーサ層は、例えばｉ型ＩｎＡｓＰ層とすることができる。それらは、疑似基板層と格子整合することが好ましい。
疑似基板層１４がｎ型ＩｎＡｓＰ層、ｐ型層がｐ型ＩｎＡｓＰ層の場合、スペーサ層は、例えばｉ型ＩｎＡｓＰ層とすることができる。それらは、疑似基板層と格子整合することが好ましい。
【0092】
ｐ型層３７は、ｐ型コンタクト層を有していてもよい。ｐ型コンタクト層の厚さは、特に限定されず、例えば５０～４００ｎｍとすることができる。
【0093】
活性層３０を含む半導体積層体の各層は、エピタキシャル成長により形成することができる。エピタキシャル成長に関しては、上述の記載を適用することができる。これらの積層体形成工程は、本実施形態における一例であり、本発明の光半導体素子の製造方法は、このような実施態様に限定されない。
【0094】
（支持基板接合工程）
次いで、エピタキシャル成長用基板１の活性層３０を含む半導体積層体上に反射層を介して支持基板１６を接合する。活性層３０を含む半導体積層体上に、島状のコンタクト層としてエッチングストップ層の一部を残すようにしている場合は、それらの上に、反射層１７を介して支持基板１６を接合する。
次いで、エピタキシャル成長用基板１の活性層３０を含む半導体積層体上に反射層を介して支持基板１６を接合する。活性層３０を含む半導体積層体上に、島状のコンタクト層としてエッチングストップ層の一部を残すようにしている場合は、それらの上に、反射層１７を介して支持基板１６を接合する。
【0095】
反射層１７がＩＴＯなどの透明電極を備えて中間電極としての機能を兼ねる場合を除き、活性層３０を含む半導体積層体と反射層１７との間には、島状の中間電極部３８と、水平方向において中間電極部３８を包囲する誘電体層３９を備えることができる。
図３Ｃでは、エピタキシャル成長用基板１が活性層３０を含む半導体積層体上にｐ型層３７を備え、ｐ型層３７上に島状の中間電極部３８と水平方向において中間電極部３８を包囲する誘電体層３９を備え、その上に反射層１７が形成されている。
図３Ｃでは、エピタキシャル成長用基板１が活性層３０を含む半導体積層体上にｐ型層３７を備え、ｐ型層３７上に島状の中間電極部３８と水平方向において中間電極部３８を包囲する誘電体層３９を備え、その上に反射層１７が形成されている。
【0096】
反射層１７は、活性層３０を含む半導体積層体から放射される光を反射する層である。反射層１７は、特に限定されないが、金属反射層を用いることが好ましい。金属反射層に用いられる金属としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｇなどが挙げられ、特にＡｕが好ましい。反射層１７の厚さは、特に限定されず、例えば４００～２０００ｎｍとすることができる。反射層１７の形成方法は特に限定されず、例えば蒸着法、スパッタ法などが挙げられる。
【0097】
支持基板１６としては、エピタキシャル成長用基板１における初期成長用基板１１とは異種の基板であれば特に限定されず、Ｓｉ、Ｇｅなどの半導体基板、Ｍｏ、Ｃｕ－Ｗなどの金属基板、ＡｌＮなどのセラミック基板を用いたサブマウント基板が挙げられる。支持基板１６の厚さは、１００μｍ以上とすることができ、また、５００μｍ以下とすることができる。
【0098】
支持基板１６の片面に金属接合層１８を設けてもよい。金属接合層１８を備えた支持基板１６を、エピタキシャル成長用基板１の活性層３０を含む半導体積層体上に反射層１７を介して整合することで、確実な接合を行うことができる。この場合、金属反射層と金属接合層を対向配置して張り合わせ、加熱圧縮接合を行うことができる。以上の支持基板接合工程は、本実施形態における一例であり、本発明の光半導体素子の製造方法は、このような実施態様に限定されない。
【0099】
（初期成長用基板の除去工程）
次いで、図３Ｄで示すように、初期成長用基板１１を除去する。例えば、初期成長用基板１１がＩｎＰ成長基板の場合、塩酸を用いたウェットエッチングにより除去することができる。エピタキシャル成長用基板１はエッチングストップ層１２を有するため、エッチングストップ層１２でエッチングを終了させることができる。塩酸は、濃度０．１～３６％の塩酸が好ましく、エッチング選択性に影響がない範囲で他の薬品を混合してもよい。
次いで、図３Ｄで示すように、初期成長用基板１１を除去する。例えば、初期成長用基板１１がＩｎＰ成長基板の場合、塩酸を用いたウェットエッチングにより除去することができる。エピタキシャル成長用基板１はエッチングストップ層１２を有するため、エッチングストップ層１２でエッチングを終了させることができる。塩酸は、濃度０．１～３６％の塩酸が好ましく、エッチング選択性に影響がない範囲で他の薬品を混合してもよい。
【0100】
エッチングストップ層１２は、エッチングストップ層１２の成分組成に応じたエッチング液によるウェットエッチングにより除去することができる。例えば、エッチングストップ層１２がｎ型ＩｎＧａＡｓ層である場合、例えば硫酸－過酸化水素系のエッチング液を用いて除去することができる。
【0101】
図４は、エピタキシャル成長用基板１のエッチングストップ層１２の一部を残し、光半導体素子の上面電極４０に対するコンタクト層１２として利用した光半導体素子の例である。エッチングストップ層１２は残さずに除去してもよい。
【0102】
また、図４のように、光半導体素子の窓層１５の光取り出し面に対して凹凸を設ける粗面化処理を行ってもよい。
【0103】
このようにして、光半導体素子を得ることができる。図４に示すように、光半導体素子のコンタクト層１２上に上面電極４０を形成し、支持基板１６上の裏面に裏面電極５０を形成することができる。上面電極４０、裏面電極５０の形成方法は、特に限定されず、例えば、スパッタ法、蒸着用又は抵抗加熱法などを用いることができる。
【0104】
本発明の光半導体素子の製造方法では、製造に用いるエピタキシャル成長用基板において、疑似基板層がリラックス状態となるようにバッファが形成されているため、初期成長用基板の反り量が低減している。そのため、エピタキシャル成長用基板への支持基板の貼り合わせ時や、貼り合わせ後の初期成長用基板の除去時などにおいて、積層体にクラックが生じることが抑制されている。以上の初期成長用基板の除去工程は、本実施形態における一例であり、本発明の光半導体素子の製造方法は、このような実施態様に限定されない。
【0105】
＜光半導体素子＞
以下、図４及び図７を参照して、本発明の光半導体素子を説明するが、本発明の光半導体素子はそれに限定されない。
ここで、図７は、図４に示す本発明の半導体発光素子の一例において、半導体積層体とバッファ積層体の部分を抜き出した模式図である。この模式図は、半導体層に関して格子定数の変化を図案化したものであり、各半導体層の水平方向の幅の大きさは、格子定数の大きさを相対的に表す。
以下、図４及び図７を参照して、本発明の光半導体素子を説明するが、本発明の光半導体素子はそれに限定されない。
ここで、図７は、図４に示す本発明の半導体発光素子の一例において、半導体積層体とバッファ積層体の部分を抜き出した模式図である。この模式図は、半導体層に関して格子定数の変化を図案化したものであり、各半導体層の水平方向の幅の大きさは、格子定数の大きさを相対的に表す。
【0106】
図４に示される光半導体素子２は、支持基板１６、金属接合層１８、反射層１７、中間電極部３８、誘電体層３９、ｐ型層３７、活性層３０、疑似基板層１４、Ｎ個のバッファ層１３、窓層１５及びコンタクト層１２をこの順に備える。各構成要素については、エピタキシャル成長用基板及びその製造方法の説明において同一の参照番号が付された構成要素に関する記載が適用される。また、図示されていない構成要素に関しても、エピタキシャル成長用基板及びその製造方法の説明における記載が適用される。
【0107】
光半導体素子２の窓層１５と、エピタキシャル成長用基板１の初期成長用基板１１とは、格子整合しており、格子定数が一致するため、光半導体素子と他の構成要素との関係は、エピタキシャル成長用基板１における初期成長用基板１１と他の構成要素との関係と同様である。
【0108】
疑似基板層１４及び窓層１５の格子定数をそれぞれａｐ及びａｔとした場合に、（ａｐ－ａｔ）／ａｔ×１００で表される、疑似基板層１４と窓層１５との不整合度Ｘｐ・ｔが、０．７％以上である。形成する半導体積層体にて設計可能な波長域を増やす点からは、１．０％以上が好ましい。
そして、Ｎ個のバッファ層１３は、バッファ層の窓層１５側にミスフィット転位を有するバッファ層を３個以上有することを特徴とする。
そして、Ｎ個のバッファ層１３は、バッファ層の窓層１５側にミスフィット転位を有するバッファ層を３個以上有することを特徴とする。
【0109】
また、最も前記窓層１５側に位置するバッファ層から数えてｎ番目のバッファ層の格子定数をａｎ、ｎ＋１番目のバッファ層の格子定数をａｎ＋１とした場合に、下記式（１）を満たす。
ａｎ＜ａｎ＋１ （１）
を満たし、
上記式において、ｎは１～Ｎ－１であり、ｎ＋１は２～Ｎの自然数である。ｎが１のときの格子定数ａ１はａｔより大きい。ｎ＋１がＮのとき、ａｎ＋１に対応する格子定数ａＮは疑似基板層の格子定数ａｐより小さい。
ａｎ＜ａｎ＋１ （１）
を満たし、
上記式において、ｎは１～Ｎ－１であり、ｎ＋１は２～Ｎの自然数である。ｎが１のときの格子定数ａ１はａｔより大きい。ｎ＋１がＮのとき、ａｎ＋１に対応する格子定数ａＮは疑似基板層の格子定数ａｐより小さい。
【0110】
また、ミスフィット転位を形成しつつ貫通転位を生じさせないようにするために、Ｎ個の各バッファ層における各層の格子定数の、窓層１５側に隣接する層（下層）に対する不整合度が、不整合度Ｘｐ・ｔをＮで割った値以下とするように設定することも好ましく、不整合度Ｘｐ・ｔを４Ｎで割った値以上にできるように設定することがより好ましい。例えば、各バッファ層の、下層に対する不整合度が、０．１５％～０．３５％の範囲内であることが好ましい。
【0111】
本発明の光半導体素子では、上記のようなバッファ積層体を有することによって、前記疑似基板層から窓層に向けて屈折率が漸減するようにすることもできる。Ｎ個のバッファ層１３において各層の組成比によって屈折率は変化する。そこで、疑似基板層側の屈折率が大きく、光取り出し側である窓層において屈折率が最も小さくなるような半導体（例えばＩｎＡｓＰ）をＮ個のバッファ層１３に使用することで、光取り出し側に向けて屈折率を低減させて光取り出し効率を向上させることができる。
【0112】
光半導体素子における構成材料としては、前述する条件を満たす化合物半導体を選択すればよく、そのような構成の一例として、例えば、窓層がＩｎＰ、バッファ積層体がＩｎＡｓＰ層の積層体であり、疑似基板層がＩｎＡｓＰ層である構成とすることができる。
【0113】
本発明の光半導体素子において、活性層３０は井戸層３５Ｗ及び障壁層３５Ｂを交互に繰り返して積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造であり、井戸層３５Ｗの格子定数をａｗとした場合、ａｗは窓層１５の格子定数ａｔより大きいことが好ましく、半導体積層体及びバッファ積層体の全ての格子定数の中で、井戸層３５Ｗの格子定数ａｗが最も大きいことが好ましい。これにより、フォトルミネッセンス（出力）の向上を図ることができる。
【0114】
さらに、疑似基板層に対する井戸層の不整合度Ｘｗ・ｐが、０．１％以上１．２％未満であることが好ましく、１．１％以下であることがより好ましい。この範囲内とすることで、フォトルミネッセンス（出力）の向上効果を大きくすることができる。
【0115】
また、上記のようにすることで井戸層３５Ｗには圧縮歪が加わることになる。井戸層３５Ｗに圧縮歪を加える方が、引張歪を加えるよりもフォトルミネッセンス（出力）が向上し、発光効率が向上する。
【0116】
さらに、疑似基板層に対する井戸層の不整合度Ｘｗ・ｐ及び井戸層厚の各値と、疑似基板層に対する障壁層の不整合度Ｘb・ｐ及び障壁層厚の各値とを使用して、下記式（３）：
(Ｘｗ・p ×井戸層厚 ＋Ｘb・ｐ×障壁層厚)／(井戸層厚＋障壁層厚)
より計算される、疑似基板層に対する井戸層と障壁層を合わせた厚さ平均の不整合度の値が、－０．０９％以上０．４６％以下の範囲内であることが好ましく、－０．０２％以上０．３６％以下の範囲内であることがより好ましい。井戸層が疑似基板層から圧縮応力を受けるようにすると共に障壁層が疑似基板層から引張応力を受けるようにして、応力を一部相殺させることで上記の厚さ平均の不整合度を当該範囲内となるように調整することで、フォトルミネッセンス（出力）の向上効果を大きくすることができる。
(Ｘｗ・p ×井戸層厚 ＋Ｘb・ｐ×障壁層厚)／(井戸層厚＋障壁層厚)
より計算される、疑似基板層に対する井戸層と障壁層を合わせた厚さ平均の不整合度の値が、－０．０９％以上０．４６％以下の範囲内であることが好ましく、－０．０２％以上０．３６％以下の範囲内であることがより好ましい。井戸層が疑似基板層から圧縮応力を受けるようにすると共に障壁層が疑似基板層から引張応力を受けるようにして、応力を一部相殺させることで上記の厚さ平均の不整合度を当該範囲内となるように調整することで、フォトルミネッセンス（出力）の向上効果を大きくすることができる。
【実施例】
【0117】
以下実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。
【0118】
［第一の試験］
＜実施例１＞
（エピタキシャル成長用基板１の製造）
Ｓｉドープのｎ型ＩｎＰ基板（３インチ、基板厚：６２５μｍ。格子定数：０．５８６９ｎｍ）の（１００）面上に、Ｓｉ－ＩｎＰ層（初期成長層）、Ｓｉ－Ｉｎ０．５３２Ｇａ０．４６８Ａｓ層（エッチングストップ層）、Ｓｉ－ＩｎＰ層（粗化用ｎ型窓層）を、ＭＯＣＶＤ法により、表２に示す膜厚で、順次形成した。エッチングストップ層の組成はＩｎＰと格子整合する。
＜実施例１＞
（エピタキシャル成長用基板１の製造）
Ｓｉドープのｎ型ＩｎＰ基板（３インチ、基板厚：６２５μｍ。格子定数：０．５８６９ｎｍ）の（１００）面上に、Ｓｉ－ＩｎＰ層（初期成長層）、Ｓｉ－Ｉｎ０．５３２Ｇａ０．４６８Ａｓ層（エッチングストップ層）、Ｓｉ－ＩｎＰ層（粗化用ｎ型窓層）を、ＭＯＣＶＤ法により、表２に示す膜厚で、順次形成した。エッチングストップ層の組成はＩｎＰと格子整合する。
【0119】
次いで、Ｓｉ－ＩｎＡｓＰ層を、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ａｓ源としてアルシン（ＡｓＨ3）、Ｐ源としてフォスフィン（ＰＨ３）を原料ガスとして、原料ガスに含まれるＡｓ及びＰの合計に対するＰの量（Ｐ気相比）を変化させながら、表２に示す膜厚になるまで、ＭＯＣＶＤ法で気相成長させ、バッファ層１－１～１－７及び疑似基板層を形成した。バッファ層は、それぞれ、２つのバッファ構成層（バッファ構成層Ａ１～Ａ７及びバッファ構成層Ｂ１～Ｂ７）からなる。
【0120】
各バッファ構成層及び疑似基板層のＩｎＡｓｙＰ１－ｙのＡｓ固相比ｙは、バッファ積層体を形成した後、ＳＩＭＳ分析を行い求めた値であり、格子定数ａはＡｓ固相比から算出した値である。膜厚は、ＴＥＭにより確認を行った。
【0121】
得られたエピタキシャル成長用基板１について、バッファ層１－１～１－７の屈折率をコロナ社“ＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶”P88 (2.108)式に基づいて算出した。また、初期成長用基板に対する不整合度Ｘｎ・ｇ及び初期成長用基板側下層に対する不整合度を計算した。それらを表２に示す。
【0122】
【表2】
【0123】
得られたエピタキシャル成長用基板１についてＸＲＤ測定を行い、逆格子マッピング測定（ＲＳＭ）によって算出される垂直方向の格子定数ｑｚ、水平方向の格子定数ｑｘを求め、疑似基板層がリラックス状態にあることを確認した。Bruker社Ｘ線回折装置D8にて（２０６）方向を測定することでｑｚ、ｑｘを求めた。表６に結果を示す。
【0124】
また、得られたエピタキシャル成長用基板１について、厚さ方向の断面を露出させ、断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した（倍率６０ｋ倍。視野４．５μｍ× ４．５μｍ）。図８に、断面の撮影像を示す。この図では、粗化用ｎ型窓層とバッファ層１－１の界面であるバッファ層１－１の初期成長用基板側、バッファ層１－２の初期成長用基板側、バッファ層１－４の初期成長用基板側、バッファ層１－５の初期成長用基板側、バッファ層１－６の初期成長用基板側、及びバッファ層１－７の初期成長用基板側のそれぞれにおいて、格子定数の異なる他層と接する部分にミスフィット転位を示す黒い線が確認された。一方、バッファ層を貫通する転位は確認されなかった。なお、図８の視野内ではバッファ層１－３の初期成長用基板側にはミスフィット転位を示す黒い線は確認されなかった。
【0125】
さらに、エピタキシャル成長用基板１について、疑似基板層の表面を金属顕微鏡により撮影した（倍率５倍。視野３ｍｍ×３ｍｍ）。図９に、上面視にあたる撮影像を示す。この図では、ミスフィット転位による格子状の模様が確認された。
【0126】
（半導体積層体１の製造によるフォトルミネッセンス（ＰＬ）測定及び支持基板接合試験、及び光半導体素子の製造）
まず、どのようなエピタキシャル成長用基板が好ましいかを調査するために、半導体積層体１をエピタキシャル成長用基板１上に形成して、ＰＬ測定及びＳＯＲＩと支持基板接合試験の評価を行った。表２に示すエピタキシャル成長用基板１上に、そのような半導体積層体１を形成した例を、表３に示す。
まず、どのようなエピタキシャル成長用基板が好ましいかを調査するために、半導体積層体１をエピタキシャル成長用基板１上に形成して、ＰＬ測定及びＳＯＲＩと支持基板接合試験の評価を行った。表２に示すエピタキシャル成長用基板１上に、そのような半導体積層体１を形成した例を、表３に示す。
【0127】
【表3】
【0128】
そして、フォトルミネッセンス測定装置（Onto Innovation社製RPMBlue）を用いて波長９８０ｎｍ、出力１００ｍＷのレーザー光を照射して励起した光の強度と波長を測定した。また、ＳＥＭＩ Ｍ１－０３０２に規定されるＳＯＲＩ（μｍ）を求めた。その後、全面にＡｕ反射層をスパッタにて形成し、支持基板の上面に予めスパッタにて金属接合層としてＡｕ層を形成しておき、３１５℃加熱と共に圧力をかけてＡｕ－Ａｕ接合により支持基板を接合できるかの試験も行った。表６に結果を示す。
表６における支持基板接合加工の評価は、以下のとおりである。
Ａ ・・・クラックの発生なく接合できる割合９０％以上（ほぼ１００％）
Ｂ ・・・クラックの発生なく接合できる場合もあるが、その割合９０％未満
Ｃ ・・・クラックの発生なく接合することができない
表６における支持基板接合加工の評価は、以下のとおりである。
Ａ ・・・クラックの発生なく接合できる割合９０％以上（ほぼ１００％）
Ｂ ・・・クラックの発生なく接合できる場合もあるが、その割合９０％未満
Ｃ ・・・クラックの発生なく接合することができない
【0129】
（光半導体素子１の製造）
次いで、光半導体素子の製造方法を経て光半導体素子１を得る試験を行った。表２に示すエピタキシャル成長用基板上に、光半導体素子１形成のための半導体積層体１を形成した例も表３に示す。表３には、初期成長用基板の除去工程後の状態も示しており、表の下方が光取り出し方向となる。
次いで、光半導体素子の製造方法を経て光半導体素子１を得る試験を行った。表２に示すエピタキシャル成長用基板上に、光半導体素子１形成のための半導体積層体１を形成した例も表３に示す。表３には、初期成長用基板の除去工程後の状態も示しており、表の下方が光取り出し方向となる。
【0130】
具体的には、表３に記載の半導体積層体を形成後、表３に記載のｐ型第二コンタクト層上に中間電極層（ＡｕＺｎ）をスパッタ法により形成し、フォトリソによるパターン形成を行い、島状のｐ型第二コンタクト層と中間電極層からなる中間電極部とした。さらに、フォトリソによるパターン形成後にプラズマＣＶＤ法によってＳｉＯ２からなる誘電体層を形成し、中間電極部を覆う位置の誘電体層のみを除去し、その上の全面にスパッタによりＡｕ反射層を形成した。支持基板の上面に予めスパッタにより金属接合層としてＡｕ層を形成しておき、３１５℃加熱と共に圧力をかけてＡｕ－Ａｕ接合によって支持基板を接合した。その後、塩酸系のエッチング液を使用して初期成長用基板をエッチング除去した後、フォトリソによるパターン形成とリン酸-過酸化水素水系のエッチング液を用いて、上面電極を形成する領域以外のエッチングストップ層を除去し、残存した島状のエッチングストップ層をコンタクト層として利用して当該コンタクト層上に上面電極（ＡｕＧｅ）を形成した。切断予定線に沿ってバッファ積層体及び半導体積層体をエッチングすることでメサ形状を形成後、支持基板を切断することにより、実施例１の光半導体素子１を得た。
【0131】
実施例１におけるエピタキシャル成長用基板１を使用した場合、支持基板接合工程での接合不良やクラックの発生は無く、その後の初期成長用基板の除去工程でのクラックの発生も無かった。
【0132】
得られた光半導体素子１の窓層の格子定数ａｔは０．５８６９ｎｍであり、井戸層の格子定数ａｗは０．５９７７ｎｍであった。
【0133】
＜実施例２＞
実施例１において、バッファ層１－１～バッファ層１－７からなるＮ＝７個のバッファ層に代えて、単層であるバッファ層２－１～２－７からなるＮ＝７個のバッファ層とし、疑似基板層を表４に示す条件で形成したこと以外は、実施例１と同様にして、エピタキシャル成長用基板２を作成すると共に、半導体積層体１を、エピタキシャル成長用基板上に形成してＰＬ測定及びＳＯＲＩと支持基板接合試験の評価を行った。結果を表６に示す。
実施例１において、バッファ層１－１～バッファ層１－７からなるＮ＝７個のバッファ層に代えて、単層であるバッファ層２－１～２－７からなるＮ＝７個のバッファ層とし、疑似基板層を表４に示す条件で形成したこと以外は、実施例１と同様にして、エピタキシャル成長用基板２を作成すると共に、半導体積層体１を、エピタキシャル成長用基板上に形成してＰＬ測定及びＳＯＲＩと支持基板接合試験の評価を行った。結果を表６に示す。
【0134】
なお、表６では実施例１におけるＰＬの励起光強度を１．００とし、他の実施例と比較例の励起光強度を実施例１に対する相対値で記載している。
【0135】
バッファ層２－１～２－７は、実施例１で記載したＩｎ源、Ｐ源及びＡｓ源を用いて、Ｐ気相比を表４に示す値として、表４に示す膜厚になるまで、ＭＯＣＶＤ法で気相成長させたものである。
【0136】
逆格子マッピング測定（ＲＳＭ）によって算出される垂直方向の格子定数ｑｚ、水平方向の格子定数ｑｘを求め、疑似基板層がリラックス状態にあることを確認した。断面ＴＥＭ観察において、粗化用ｎ型窓層とバッファ層２－１、各バッファ層間で、ミスフィット転位を示す黒い線が確認された。すなわち、Ｎ＝７個のバッファ層の初期成長用基板側の格子定数の異なる他層と接する部分に、それぞれミスフィット転位を示す黒い線が確認された。一方、バッファ層を貫通する転位は確認されなかった。
この例では実施例１に比べるとＳＯＲＩは大きいものの、支持基板は良好に接合しており、積層体のクラック発生も抑制されていた。そのため、その後の光半導体素子の製造も行うことができた。
この例では実施例１に比べるとＳＯＲＩは大きいものの、支持基板は良好に接合しており、積層体のクラック発生も抑制されていた。そのため、その後の光半導体素子の製造も行うことができた。
【0137】
【表4】
【0138】
＜実施例３＞
実施例１において、バッファ層１－１～バッファ層１－７からなるバッファに代えて、単層であるバッファ層３－１～３－４からなるバッファとし、疑似基板層を表５に示す条件で形成したこと以外は、実施例１と同様にしてエピタキシャル成長用基板３を作成すると共に、半導体積層体１を、エピタキシャル成長用基板上に形成してＰＬ測定及びＳＯＲＩと支持基板接合試験の評価を行った。結果を表６に示す。
実施例１において、バッファ層１－１～バッファ層１－７からなるバッファに代えて、単層であるバッファ層３－１～３－４からなるバッファとし、疑似基板層を表５に示す条件で形成したこと以外は、実施例１と同様にしてエピタキシャル成長用基板３を作成すると共に、半導体積層体１を、エピタキシャル成長用基板上に形成してＰＬ測定及びＳＯＲＩと支持基板接合試験の評価を行った。結果を表６に示す。
【0139】
バッファ層３－１～３－４は、実施例１で記載したＩｎ源、Ｐ源及びＡｓ源を用いて、Ｐ気相比を表５に示す値として、表５に示す膜厚になるまで、ＭＯＣＶＤ法で気相成長させたものである。
【0140】
逆格子マッピング測定（ＲＳＭ）によって算出される垂直方向の格子定数ｑｚ、水平方向の格子定数ｑｘを求め、疑似基板層がリラックス状態にあることを確認した。断面ＴＥＭ観察において、粗化用ｎ型窓層とバッファ層３－１、各バッファ層間で、ミスフィット転位を示す黒い線が確認された。すなわち、Ｎ＝４個のバッファ層の初期成長用基板側の格子定数の異なる他層と接する部分に、それぞれミスフィット転位を示す黒い線が確認された。
この例では実施例１に比べるとＳＯＲＩは大きいものの、支持基板は良好に接合しており、積層体のクラック発生も抑制されていた。そのため、その後の光半導体素子の製造も
行うことができた。
この例では実施例１に比べるとＳＯＲＩは大きいものの、支持基板は良好に接合しており、積層体のクラック発生も抑制されていた。そのため、その後の光半導体素子の製造も
行うことができた。
【0141】
【表5】
【0142】
＜比較例１＞
Ｎ個のバッファ層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、エピタキシャル成長用基板１’を得た。疑似基板層に目視でクラックが観察されたため、逆格子マッピング測定とＴＥＭでの断面観察は行わなかった。半導体積層体１をエピタキシャル成長用基板上に形成して評価を行った。この例では、ＳＯＲＩが大きすぎて測定できず、支持基板の接合不可能であった。また、半導体積層体１にもクラックが観察されており、ＰＬは非発光であり、光半導体素子の製造は実施しなかった。結果を表６に示す。
Ｎ個のバッファ層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、エピタキシャル成長用基板１’を得た。疑似基板層に目視でクラックが観察されたため、逆格子マッピング測定とＴＥＭでの断面観察は行わなかった。半導体積層体１をエピタキシャル成長用基板上に形成して評価を行った。この例では、ＳＯＲＩが大きすぎて測定できず、支持基板の接合不可能であった。また、半導体積層体１にもクラックが観察されており、ＰＬは非発光であり、光半導体素子の製造は実施しなかった。結果を表６に示す。
【0143】
＜比較例２＞
実施例２において、バッファ層２－１～バッファ層２－７からなるバッファに代えて、Ｐ気相比が、初期成長用基板側から疑似基板層側に向けて連続的に変化するように原料ガスを供給して、膜厚１６４５ｎｍのバッファを形成し、表４と同様の条件で疑似基板層を形成したこと以外は、実施例２と同様にして、エピタキシャル成長用基板２’を得た。半導体積層体１をエピタキシャル成長用基板上に形成して実施例２と同様にしてＰＬ測定及びＳＯＲＩと支持基板接合試験の評価を行った。結果を表６に示す。
実施例２において、バッファ層２－１～バッファ層２－７からなるバッファに代えて、Ｐ気相比が、初期成長用基板側から疑似基板層側に向けて連続的に変化するように原料ガスを供給して、膜厚１６４５ｎｍのバッファを形成し、表４と同様の条件で疑似基板層を形成したこと以外は、実施例２と同様にして、エピタキシャル成長用基板２’を得た。半導体積層体１をエピタキシャル成長用基板上に形成して実施例２と同様にしてＰＬ測定及びＳＯＲＩと支持基板接合試験の評価を行った。結果を表６に示す。
【0144】
逆格子マッピング測定（ＲＳＭ）によって算出される垂直方向の格子定数ｑｚ、水平方向の格子定数ｑｘを求め、実施例１～３よりも格子定数差は大きかった。断面ＴＥＭ観察において、層の境界が無くミスフィット転位を示す黒い線は確認されなかった。一方、バッファ全体を貫通する転位は確認された。この例では、実施例１に比べるとＳＯＲＩが大きく増加しており、支持基板の接合時の約半分において接合不良がみられた。そのため、光半導体素子の製造は実施しなかった。
【0145】
【表6】
【0146】
［第二の試験］
以上の第一の試験では、支持基板の接合や基板除去が可能なエピタキシャル成長用基板を探るために、疑似基板の組成比を固定して、Ｎ個のバッファ層について変更を行った。
以下の第二の試験では、実施例１のエピタキシャル成長用基板を基準とし、表７に示す半導体積層体２をエピタキシャル成長用基板上に成長させてＰＬ強度の測定を行い、Ｎの数と疑似基板の組成比を変化させて、疑似基板と半導体積層体における井戸層との関係について調査した。Ｎの数と疑似基板の組成比の変化のさせ方を表８に例示すると共に、疑似基板と井戸層の格子定数の違いによる不整合度や井戸層が受ける応力の種類の変化が、ＳＯＲＩとＢＯＷとＰＬ強度に与える影響についての調査結果を表９に示す。表８に記載していないＮ＝３やＮ＝９のときも、表８に示すＮの数と疑似基板の組成比の変化のさせ方に合わせて変更させた。
以上の第一の試験では、支持基板の接合や基板除去が可能なエピタキシャル成長用基板を探るために、疑似基板の組成比を固定して、Ｎ個のバッファ層について変更を行った。
以下の第二の試験では、実施例１のエピタキシャル成長用基板を基準とし、表７に示す半導体積層体２をエピタキシャル成長用基板上に成長させてＰＬ強度の測定を行い、Ｎの数と疑似基板の組成比を変化させて、疑似基板と半導体積層体における井戸層との関係について調査した。Ｎの数と疑似基板の組成比の変化のさせ方を表８に例示すると共に、疑似基板と井戸層の格子定数の違いによる不整合度や井戸層が受ける応力の種類の変化が、ＳＯＲＩとＢＯＷとＰＬ強度に与える影響についての調査結果を表９に示す。表８に記載していないＮ＝３やＮ＝９のときも、表８に示すＮの数と疑似基板の組成比の変化のさせ方に合わせて変更させた。
【0147】
【表7】
【0148】
【表8】
【0149】
【表9】
【0150】
表９では、井戸層の設計波長を２１００ｎｍとした場合と、２３００ｎｍとした場合の２種類の試験結果を記載している。２種類の試験において、それぞれＮ＝７のときのＰＬの励起光強度を１．００とし、他のＮの数のときの励起光強度を相対値で記載している。表９より、いずれも半導体積層体２を形成後のエピタキシャル成長用基板のＳＯＲＩは小さく、支持基板接合加工の評価はＡ評価（クラックの発生なく接合できる割合９０％以上（ほぼ１００％））であったが、井戸層が引張応力を受けるような状態ではＰＬ強度が小さくなることが分かった。また、ＰＬ強度の大きさから、井戸層が圧縮応力を受けることが好ましく、さらに、疑似基板層に対する井戸層の不整合度Ｘｗ・ｐが、０．１％以上１．２％未満であることが好ましく、１．１％以下がより好ましいことがわかった。
【0151】
［第三の試験］
次に、実施例１のエピタキシャル成長用基板を使用し、表７に示す半導体積層体２において井戸層の組成を変えて設計波長を変えると共に、障壁層のＡｓ固相比及び格子定数を変えて井戸層と障壁層との間の応力を変化させた以外は、第二の試験と同様にして調査した。表７の半導体積層体２では、障壁層には疑似基板層と同じ組成を使用していた。第三の試験では、Ｎ＝７である表７に記載の疑似基板層上において、井戸層の組成を波長に合わせて変えて、表１０に示すように障壁層のＡｓ固相比ｙを変化させながら１０．５ペアの量子井戸構造を形成し、そのうえに表７と同様のp型層を形成して、波長が２４５０ｎｍ、２６００ｎｍ、２７００ｎｍとなる半導体積層体を形成した。波長が２４５０ｎｍでは井戸層の組成はＩｎ０．９０Ｇａ０．１０Ａｓ、２６００ｎｍでは井戸層組成はＩｎ０．９２Ｇａ０．０８Ａｓ、２７００ｎｍでは井戸層の組成はＩｎ０．９４Ｇａ０．０６Ａｓを使用した。表１０に、ＰＬ強度及びＳＯＲＩとＢＯＷを測定して、支持基板との接合性を確認した結果を、形成した井戸層及び障壁層の格子定数と、それら層の疑似基板層に対する不整合度と共に示す。なお、井戸層厚は１０ｎｍ、障壁層厚は１０ｎｍである。
次に、実施例１のエピタキシャル成長用基板を使用し、表７に示す半導体積層体２において井戸層の組成を変えて設計波長を変えると共に、障壁層のＡｓ固相比及び格子定数を変えて井戸層と障壁層との間の応力を変化させた以外は、第二の試験と同様にして調査した。表７の半導体積層体２では、障壁層には疑似基板層と同じ組成を使用していた。第三の試験では、Ｎ＝７である表７に記載の疑似基板層上において、井戸層の組成を波長に合わせて変えて、表１０に示すように障壁層のＡｓ固相比ｙを変化させながら１０．５ペアの量子井戸構造を形成し、そのうえに表７と同様のp型層を形成して、波長が２４５０ｎｍ、２６００ｎｍ、２７００ｎｍとなる半導体積層体を形成した。波長が２４５０ｎｍでは井戸層の組成はＩｎ０．９０Ｇａ０．１０Ａｓ、２６００ｎｍでは井戸層組成はＩｎ０．９２Ｇａ０．０８Ａｓ、２７００ｎｍでは井戸層の組成はＩｎ０．９４Ｇａ０．０６Ａｓを使用した。表１０に、ＰＬ強度及びＳＯＲＩとＢＯＷを測定して、支持基板との接合性を確認した結果を、形成した井戸層及び障壁層の格子定数と、それら層の疑似基板層に対する不整合度と共に示す。なお、井戸層厚は１０ｎｍ、障壁層厚は１０ｎｍである。
【0152】
【表10】
【0153】
表１０に示すように、障壁層と疑似基板層との格子定数差が無い（同じ組成とした）場合のＰＬ強度の大きさを１とした場合のＰＬ強度の相対強度に関して、疑似基板層に対する井戸層の不整合度Ｘｗ・ｐ及び井戸層厚の各値と、疑似基板層に対する障壁層の不整合度Ｘb・ｐ及び障壁層厚の各値を使用して、下記式（３）：
(Ｘｗ・p ×井戸層厚 ＋Ｘb・ｐ×障壁層厚)/(井戸層厚＋障壁層厚)
により計算される、疑似基板層に対する井戸層と障壁層を合わせた厚さ平均の不整合度の値が、－０．０９％以上０．４６％以下の範囲内であることが好ましく、－０．０２％以上０．３６％以下の範囲内であることがより好ましいことが分かった。これは、表９の結果のように疑似基板層に対する井戸層の不整合度Ｘｗ・ｐを０．１％以上１．２％未満（圧縮応力）とするとともに、障壁層の格子定数を引張応力を受けるようにして井戸層が受ける圧縮応力と相殺させることで、量子井戸構造内の結晶性が向上し、大きなＰＬ強度を得ることができたものと考えられる。
図１０に、井戸層と障壁層を合わせた厚さ平均の不整合度に対するＰＬ強度（相対強度）の変化を示す。
(Ｘｗ・p ×井戸層厚 ＋Ｘb・ｐ×障壁層厚)/(井戸層厚＋障壁層厚)
により計算される、疑似基板層に対する井戸層と障壁層を合わせた厚さ平均の不整合度の値が、－０．０９％以上０．４６％以下の範囲内であることが好ましく、－０．０２％以上０．３６％以下の範囲内であることがより好ましいことが分かった。これは、表９の結果のように疑似基板層に対する井戸層の不整合度Ｘｗ・ｐを０．１％以上１．２％未満（圧縮応力）とするとともに、障壁層の格子定数を引張応力を受けるようにして井戸層が受ける圧縮応力と相殺させることで、量子井戸構造内の結晶性が向上し、大きなＰＬ強度を得ることができたものと考えられる。
図１０に、井戸層と障壁層を合わせた厚さ平均の不整合度に対するＰＬ強度（相対強度）の変化を示す。
【符号の説明】
【0154】
１ エピタキシャル成長用基板
２ 光半導体素子
１１ 初期成長用基板
１２ エッチングストップ層（コンタクト層）
１３ Ｎ個のバッファ層
１４ 疑似基板層
１５ 別の層（窓層）
１６ 支持基板
１７ 反射層
１８ 金属接合層
３０ 活性層
３５Ｂ 障壁層
３５Ｗ 井戸層
３７ ｐ型層
３８ 中間電極部
３９ 誘電体層
４０ 上部電極
５０ 裏面電極
２ 光半導体素子
１１ 初期成長用基板
１２ エッチングストップ層（コンタクト層）
１３ Ｎ個のバッファ層
１４ 疑似基板層
１５ 別の層（窓層）
１６ 支持基板
１７ 反射層
１８ 金属接合層
３０ 活性層
３５Ｂ 障壁層
３５Ｗ 井戸層
３７ ｐ型層
３８ 中間電極部
３９ 誘電体層
４０ 上部電極
５０ 裏面電極
【要約】
【課題】支持基板の貼り合わせや初期成長用基板の除去を行ったとしてもクラックを生じさせないようなバッファ積層体を有するエピタキシャル成長用基板を提供する。
【解決手段】初期成長用基板と、前記初期成長用基板上のエッチングストップ層と、前記エッチングストップ層上のバッファ積層体を有する、エピタキシャル成長用基板であって、前記バッファ積層体は、それぞれ異なる格子定数をもつＮ個のバッファ層と、Ｎ個のバッファ層上の厚さが３００ｎｍ以上の疑似基板層を有し、前記初期成長用基板の格子定数をａｇ、前記疑似基板層の格子定数をａｐとした場合に、前記初期成長用基板に対する前記疑似基板層の不整合度Ｘｐ・ｇが０．７％以上であり、前記Ｎは３以上の自然数であり、前記バッファ層の初期成長用基板側にミスフィット転位を有するバッファ層を３個以上有するエピタキシャル成長用基板である。
【選択図】図１
【解決手段】初期成長用基板と、前記初期成長用基板上のエッチングストップ層と、前記エッチングストップ層上のバッファ積層体を有する、エピタキシャル成長用基板であって、前記バッファ積層体は、それぞれ異なる格子定数をもつＮ個のバッファ層と、Ｎ個のバッファ層上の厚さが３００ｎｍ以上の疑似基板層を有し、前記初期成長用基板の格子定数をａｇ、前記疑似基板層の格子定数をａｐとした場合に、前記初期成長用基板に対する前記疑似基板層の不整合度Ｘｐ・ｇが０．７％以上であり、前記Ｎは３以上の自然数であり、前記バッファ層の初期成長用基板側にミスフィット転位を有するバッファ層を３個以上有するエピタキシャル成長用基板である。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】