JP2000164923A - エピタキシャルウエハおよび発光ダイオード - Google Patents
エピタキシャルウエハおよび発光ダイオードInfo
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- JP2000164923A JP2000164923A JP36628298A JP36628298A JP2000164923A JP 2000164923 A JP2000164923 A JP 2000164923A JP 36628298 A JP36628298 A JP 36628298A JP 36628298 A JP36628298 A JP 36628298A JP 2000164923 A JP2000164923 A JP 2000164923A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高出力で超長寿命のＬＥＤを実現し得るエピ
タキシャルウエハを提供すること。 【解決手段】 基板上に、Ｇａ、ＡｓおよびＰを構成元
素として含む厚さ８０μｍ以上の化合物半導体エピタキ
シャル層を有し、該エピタキシャル層中に窒素がドープ
されかつキャリア濃度が０．５〜９×１０15ｃｍ-3の低
キャリア濃度領域が形成されていることを特徴とするエ
ピタキシャルウエハ。
タキシャルウエハを提供すること。 【解決手段】 基板上に、Ｇａ、ＡｓおよびＰを構成元
素として含む厚さ８０μｍ以上の化合物半導体エピタキ
シャル層を有し、該エピタキシャル層中に窒素がドープ
されかつキャリア濃度が０．５〜９×１０15ｃｍ-3の低
キャリア濃度領域が形成されていることを特徴とするエ
ピタキシャルウエハ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、りん化ひ化ガリウ
ムエピタキシャルウエハおよびそれを用いた発光ダイオ
ード（以下「ＬＥＤ」という）に関するものである。
ムエピタキシャルウエハおよびそれを用いた発光ダイオ
ード（以下「ＬＥＤ」という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体結晶を構成材料とするＬＥＤは、
表示用素子として現在幅広く用いられている。中でもII
I−Ｖ族化合物半導体は、ほとんどのＬＥＤに構成材料
として用いられている。III−Ｖ族化合物半導体は可視
光や赤外光の波長に相当するバンドギャップを有するた
め、特に発光素子へ応用されてきた。その中でもＧａＡ
ｓＰは、ＬＥＤ用として需要が大きい。ＬＥＤにとっ
て、発光出力と寿命は最も重要な特性であり、これらの
特性をさらに向上させることが要求されている。
表示用素子として現在幅広く用いられている。中でもII
I−Ｖ族化合物半導体は、ほとんどのＬＥＤに構成材料
として用いられている。III−Ｖ族化合物半導体は可視
光や赤外光の波長に相当するバンドギャップを有するた
め、特に発光素子へ応用されてきた。その中でもＧａＡ
ｓＰは、ＬＥＤ用として需要が大きい。ＬＥＤにとっ
て、発光出力と寿命は最も重要な特性であり、これらの
特性をさらに向上させることが要求されている。
【０００３】発光効率を上げるために、これまでＧａＡ
ｓ1-xＰx（０．４５＜ｘ＜１）にアイソエレクトロニッ
クトラップとして窒素をドープすることによって、ＬＥ
Ｄの光出力を１０倍程度向上させてきた。一般には石英
製のリアクタを用いた気相成長法により、Ｎ型の層だけ
成長した後に、発光層表面に亜鉛を拡散してＰ型の層を
形成してＰＮ接合を形成し、これにより安定にＬＥＤを
得る方法が用いられている。
ｓ1-xＰx（０．４５＜ｘ＜１）にアイソエレクトロニッ
クトラップとして窒素をドープすることによって、ＬＥ
Ｄの光出力を１０倍程度向上させてきた。一般には石英
製のリアクタを用いた気相成長法により、Ｎ型の層だけ
成長した後に、発光層表面に亜鉛を拡散してＰ型の層を
形成してＰＮ接合を形成し、これにより安定にＬＥＤを
得る方法が用いられている。
【０００４】図１はＧａＡｓＰエピタキシャルウエハの
一般的な構造を示すものである。図１のエピタキシャル
ウエハは、ＧａＰ基板１上に、基板と同一組成のホモ層
２、基板と最上層の格子定数の差を緩和するために組成
を１．０〜ｘ0まで連続的に変化させたＧａＡｓ1-xＰx
グレード組成層３、ＧａＡｓ1-x0Ｐx0一定組成層４、窒
素をドープしたＧａＡｓ1-x0Ｐx0Ｎドープ層５を順次形
成した構造を有している。エピタキシャルウエハの最上
層は発光層となり、ＬＥＤの発光波長を得るために一定
のｘ0値を有し、窒素とテルル（Ｔｅ）または硫黄
（Ｓ）を所定のキャリア濃度になるようにドープしてい
る。ｘ0の値は、通常は赤色発光（波長６３０ｎｍ）用
で約０．６５である。窒素は発光センターとなるアイソ
エレクトロニックトラップとなるが、電気的には不活性
でキャリア濃度には寄与しない。
一般的な構造を示すものである。図１のエピタキシャル
ウエハは、ＧａＰ基板１上に、基板と同一組成のホモ層
２、基板と最上層の格子定数の差を緩和するために組成
を１．０〜ｘ0まで連続的に変化させたＧａＡｓ1-xＰx
グレード組成層３、ＧａＡｓ1-x0Ｐx0一定組成層４、窒
素をドープしたＧａＡｓ1-x0Ｐx0Ｎドープ層５を順次形
成した構造を有している。エピタキシャルウエハの最上
層は発光層となり、ＬＥＤの発光波長を得るために一定
のｘ0値を有し、窒素とテルル（Ｔｅ）または硫黄
（Ｓ）を所定のキャリア濃度になるようにドープしてい
る。ｘ0の値は、通常は赤色発光（波長６３０ｎｍ）用
で約０．６５である。窒素は発光センターとなるアイソ
エレクトロニックトラップとなるが、電気的には不活性
でキャリア濃度には寄与しない。
【０００５】ＬＥＤとして実用化するためには、電気特
性を改善する必要がある。特開昭５３−６４４８８号公
報には、発光層となる部分のみをキャリア濃度１〜２０
×１０16ｃｍ-3にして、他のエピタキシャル層のキャリ
ア濃度を１０×１０16ｃｍ-3以上で発光層より高い値に
設定することにより、キャリア濃度に濃淡をつける構造
が開示されている。この公報の図面には、ＧａＡｓＰエ
ピタキシャル層の厚さが、ウエハの一端で１００μｍ、
他端で２３０μｍである例が記載されている。
性を改善する必要がある。特開昭５３−６４４８８号公
報には、発光層となる部分のみをキャリア濃度１〜２０
×１０16ｃｍ-3にして、他のエピタキシャル層のキャリ
ア濃度を１０×１０16ｃｍ-3以上で発光層より高い値に
設定することにより、キャリア濃度に濃淡をつける構造
が開示されている。この公報の図面には、ＧａＡｓＰエ
ピタキシャル層の厚さが、ウエハの一端で１００μｍ、
他端で２３０μｍである例が記載されている。
【０００６】一方、発光層表面に亜鉛を拡散してＰＮ接
合を形成する時に、発光層の結晶の完全性が破壊される
のを最小限にとどめ、注入されたキャリアの寿命を長く
して高光出力のＬＥＤを得るためには、キャリア濃度を
３．５〜８．８×１０15ｃｍ -3とすべきことが知られて
いる（特開昭５５−９４６７号公報）。また、発光層の
キャリア濃度を一層低くして３×１０15ｃｍ-3以下にす
ると、光出力の向上と長寿命化が同時に実現でき、更に
ＬＥＤ化したときの電気抵抗を少なくするために、発光
層以外の層のキャリア濃度が０．５〜５×１０17ｃｍ-3
の高濃度になるようにＴｅやＳをドープすることも知ら
れている（特開平６−１９６７５６号公報）。
合を形成する時に、発光層の結晶の完全性が破壊される
のを最小限にとどめ、注入されたキャリアの寿命を長く
して高光出力のＬＥＤを得るためには、キャリア濃度を
３．５〜８．８×１０15ｃｍ -3とすべきことが知られて
いる（特開昭５５−９４６７号公報）。また、発光層の
キャリア濃度を一層低くして３×１０15ｃｍ-3以下にす
ると、光出力の向上と長寿命化が同時に実現でき、更に
ＬＥＤ化したときの電気抵抗を少なくするために、発光
層以外の層のキャリア濃度が０．５〜５×１０17ｃｍ-3
の高濃度になるようにＴｅやＳをドープすることも知ら
れている（特開平６−１９６７５６号公報）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】近年になってＬＥＤの
用途が多様化してきたことに伴い、信頼性が極めて高い
ＬＥＤが特に要求されるようになっている。エピタキシ
ャル層のキャリア濃度プロファイルを最適化することに
よって長寿命化が図れることがこれまでの研究で明らか
になってきたが、更に長寿命化を図ろうとするとキャリ
ア濃度の最適化だけでは限界がある。
用途が多様化してきたことに伴い、信頼性が極めて高い
ＬＥＤが特に要求されるようになっている。エピタキシ
ャル層のキャリア濃度プロファイルを最適化することに
よって長寿命化が図れることがこれまでの研究で明らか
になってきたが、更に長寿命化を図ろうとするとキャリ
ア濃度の最適化だけでは限界がある。
【０００８】即ち、特開昭５３−６４４８８号公報に記
載されているようにキャリア濃度を濃淡２段階とする構
造は、ＬＥＤの電気的特性の改善には有効だが、発光層
となる低キャリア濃度層のキャリア濃度が１〜２０×１
０16ｃｍ-3であるために、現在要求される程度の長寿命
化と高輝度化を実現することはできない。また、特開平
６−１９６７５６号公報に記載されている様に、キャリ
ア濃度を濃淡２段とした上で、キャリア濃度の高い層の
キャリア濃度を０．５〜５×１０17ｃｍ-3の高濃度とし
た場合も、寿命と光出力の改善はみられるが、現在要求
される様な水準には至らない。
載されているようにキャリア濃度を濃淡２段階とする構
造は、ＬＥＤの電気的特性の改善には有効だが、発光層
となる低キャリア濃度層のキャリア濃度が１〜２０×１
０16ｃｍ-3であるために、現在要求される程度の長寿命
化と高輝度化を実現することはできない。また、特開平
６−１９６７５６号公報に記載されている様に、キャリ
ア濃度を濃淡２段とした上で、キャリア濃度の高い層の
キャリア濃度を０．５〜５×１０17ｃｍ-3の高濃度とし
た場合も、寿命と光出力の改善はみられるが、現在要求
される様な水準には至らない。
【０００９】本発明はこれらの従来技術の問題点を解決
することを課題とした。すなわち本発明は、高出力で超
長寿命のＬＥＤを実現し得るエピタキシャルウエハを提
供することを解決すべき課題とした。また本発明は、高
出力で超長寿命のＬＥＤを提供することも解決すべき課
題とした。
することを課題とした。すなわち本発明は、高出力で超
長寿命のＬＥＤを実現し得るエピタキシャルウエハを提
供することを解決すべき課題とした。また本発明は、高
出力で超長寿命のＬＥＤを提供することも解決すべき課
題とした。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決すべく鋭意検討した結果、Ｇａ、ＡｓおよびＰを
構成元素として含む化合物半導体エピタキシャル層内の
特定領域のキャリア濃度を最適化するとともに、該エピ
タキシャル層全体の厚さを８０μｍ以上にすることによ
り、ＰＮ接合部分に加わる内部応力に好ましい影響が及
び、発光ダイオードの寿命が飛躍的に向上することを見
出して、本発明に到達した。
を解決すべく鋭意検討した結果、Ｇａ、ＡｓおよびＰを
構成元素として含む化合物半導体エピタキシャル層内の
特定領域のキャリア濃度を最適化するとともに、該エピ
タキシャル層全体の厚さを８０μｍ以上にすることによ
り、ＰＮ接合部分に加わる内部応力に好ましい影響が及
び、発光ダイオードの寿命が飛躍的に向上することを見
出して、本発明に到達した。
【００１１】即ち、本発明は、基板上に、Ｇａ、Ａｓお
よびＰを構成元素として含む厚さ８０μｍ以上の化合物
半導体エピタキシャル層を有し、該エピタキシャル層中
に窒素がドープされかつキャリア濃度が０．５〜９×１
０15ｃｍ-3の低キャリア濃度領域が形成されていること
を特徴とするエピタキシャルウエハを提供するものであ
る。
よびＰを構成元素として含む厚さ８０μｍ以上の化合物
半導体エピタキシャル層を有し、該エピタキシャル層中
に窒素がドープされかつキャリア濃度が０．５〜９×１
０15ｃｍ-3の低キャリア濃度領域が形成されていること
を特徴とするエピタキシャルウエハを提供するものであ
る。
【００１２】本発明のエピタキシャルウエハの化合物半
導体エピタキシャル層の厚さは２００μｍ以下であり、
低キャリア濃度領域の厚さは２〜８０μｍであるのが好
ましい。また、化合物半導体エピタキシャル層の、ウエ
ハ面内における厚さの最大値と最小値の差は１２０μｍ
以下であるのが好ましい。低キャリア濃度領域以外の部
分の平均キャリア濃度は０．５〜５×１０17ｃｍ-3であ
るのが好ましい。
導体エピタキシャル層の厚さは２００μｍ以下であり、
低キャリア濃度領域の厚さは２〜８０μｍであるのが好
ましい。また、化合物半導体エピタキシャル層の、ウエ
ハ面内における厚さの最大値と最小値の差は１２０μｍ
以下であるのが好ましい。低キャリア濃度領域以外の部
分の平均キャリア濃度は０．５〜５×１０17ｃｍ-3であ
るのが好ましい。
【００１３】また、化合物半導体エピタキシャル層はグ
レード組成層および一定組成層を含んでおり、低キャリ
ア濃度領域が該一定組成層内に存しているのが好まし
い。化合物半導体エピタキシャル層はＧａＡｓ1-xＰ
x（０＜ｘ＜１）エピタキシャル層であるのが好まし
く、ｘの範囲は０．４５＜ｘ＜１であるのがより好まし
い。また、一定組成層におけるｘの値は０．４５＜ｘ≦
０．９５であるのが好ましい。特にグレード組成層にお
けるｘが１．０からｘ0（０．４５＜ｘ0≦０．９５）ま
で連続的に変化しており、一定組成層のｘがｘ0である
場合が好ましい。
レード組成層および一定組成層を含んでおり、低キャリ
ア濃度領域が該一定組成層内に存しているのが好まし
い。化合物半導体エピタキシャル層はＧａＡｓ1-xＰ
x（０＜ｘ＜１）エピタキシャル層であるのが好まし
く、ｘの範囲は０．４５＜ｘ＜１であるのがより好まし
い。また、一定組成層におけるｘの値は０．４５＜ｘ≦
０．９５であるのが好ましい。特にグレード組成層にお
けるｘが１．０からｘ0（０．４５＜ｘ0≦０．９５）ま
で連続的に変化しており、一定組成層のｘがｘ0である
場合が好ましい。
【００１４】本発明のエピタキシャルウエハの基板は単
結晶であるのが好ましく、特にＧａＡｓ単結晶またはＧ
ａＰ単結晶であるのが好ましい。化合物半導体エピタキ
シャル層と基板との間には、該基板と同一組成のエピタ
キシャル層であるホモ層を有するのが好ましい。また、
低キャリア濃度領域内にはＰＮ接合を有するのが好まし
い。化合物半導体エピタキシャル層の導電型はＮ型であ
るのが好ましく、その場合に、かかるエピタキシャルウ
エハであって、低キャリア濃度領域の厚さが１０μｍ以
上であるエピタキシャルウエハに、エピタキシャル層表
面から該低キャリア濃度領域までＰ型ドーパントを拡散
し、該低キャリア濃度領域内にＰＮ接合を形成するこ
と、または前記低キャリア濃度領域上に、更に導電型が
Ｐ型の一定組成層を気相成長することが好ましい。本発
明は、上記エピタキシャルウエハから製造されることを
特徴とする発光ダイオードも提供する。
結晶であるのが好ましく、特にＧａＡｓ単結晶またはＧ
ａＰ単結晶であるのが好ましい。化合物半導体エピタキ
シャル層と基板との間には、該基板と同一組成のエピタ
キシャル層であるホモ層を有するのが好ましい。また、
低キャリア濃度領域内にはＰＮ接合を有するのが好まし
い。化合物半導体エピタキシャル層の導電型はＮ型であ
るのが好ましく、その場合に、かかるエピタキシャルウ
エハであって、低キャリア濃度領域の厚さが１０μｍ以
上であるエピタキシャルウエハに、エピタキシャル層表
面から該低キャリア濃度領域までＰ型ドーパントを拡散
し、該低キャリア濃度領域内にＰＮ接合を形成するこ
と、または前記低キャリア濃度領域上に、更に導電型が
Ｐ型の一定組成層を気相成長することが好ましい。本発
明は、上記エピタキシャルウエハから製造されることを
特徴とする発光ダイオードも提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明をその具体的層構成
を説明する図２に沿って、詳細に説明する。基板１０と
しては、その上にＧａ、ＡｓおよびＰを構成元素として
含む化合物半導体エピタキシャル層、即ち、通常はこれ
ら以外の元素をドーパント量を越えて含まないＧａＡｓ
1-xＰx（０＜ｘ＜１）エピタキシャル層１５を成長可能
なものであればその種類は特に制限されない。通常は単
結晶、中でもＧａＰまたはＧａＡｓの何れかの単結晶基
板を選択するのが好ましいが、格子整合およびその上に
成長させる層の結晶性を考慮するとＧａＰ単結晶基板を
選択するのがより好ましい。ＧａＰ単結晶基板は、Ｇａ
Ａｓ1-x0Ｐx0一定組成層１２からの発色光に対して透明
であり、ＬＥＤとして高い光出力を得るためにも好まし
い。キャリア濃度は、一般に０．５〜３０×１０17ｃｍ
-3、好ましくは２〜１０×１０17ｃｍ-3である。
を説明する図２に沿って、詳細に説明する。基板１０と
しては、その上にＧａ、ＡｓおよびＰを構成元素として
含む化合物半導体エピタキシャル層、即ち、通常はこれ
ら以外の元素をドーパント量を越えて含まないＧａＡｓ
1-xＰx（０＜ｘ＜１）エピタキシャル層１５を成長可能
なものであればその種類は特に制限されない。通常は単
結晶、中でもＧａＰまたはＧａＡｓの何れかの単結晶基
板を選択するのが好ましいが、格子整合およびその上に
成長させる層の結晶性を考慮するとＧａＰ単結晶基板を
選択するのがより好ましい。ＧａＰ単結晶基板は、Ｇａ
Ａｓ1-x0Ｐx0一定組成層１２からの発色光に対して透明
であり、ＬＥＤとして高い光出力を得るためにも好まし
い。キャリア濃度は、一般に０．５〜３０×１０17ｃｍ
-3、好ましくは２〜１０×１０17ｃｍ-3である。
【００１６】基板１０とＧａＡｓＰエピタキシャル層１
５との間に形成され、基板１０と同じ組成の結晶である
ホモ層１４は、必ずしも形成する必要はない。ただし、
ミスフィット転位の発生を抑制するために、通常は０．
１〜１００μｍ、より好ましくは０．５〜２０μｍ形成
した方が、安定に高輝度が得られるので明らかに好まし
い。なお、ホモ層の組成は基板と同じであるため、後述
する内部応力の問題に対する影響は殆どない。キャリア
濃度は、おおむねグレード組成層１１の成長開始時と同
じであることが好ましい。
５との間に形成され、基板１０と同じ組成の結晶である
ホモ層１４は、必ずしも形成する必要はない。ただし、
ミスフィット転位の発生を抑制するために、通常は０．
１〜１００μｍ、より好ましくは０．５〜２０μｍ形成
した方が、安定に高輝度が得られるので明らかに好まし
い。なお、ホモ層の組成は基板と同じであるため、後述
する内部応力の問題に対する影響は殆どない。キャリア
濃度は、おおむねグレード組成層１１の成長開始時と同
じであることが好ましい。
【００１７】ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層１５は、
通常、ＧａＡｓ1-xＰxグレード組成層１１とＧａＡｓ
1-x0Ｐx0一定組成層１２を含む。これらの層のｘの範囲
は０＜ｘ＜１であり、０．４５＜ｘ＜１であるのが好ま
しい。また、ｘ0の範囲は０．４５＜ｘ0≦０．９５であ
るのが好ましい。
通常、ＧａＡｓ1-xＰxグレード組成層１１とＧａＡｓ
1-x0Ｐx0一定組成層１２を含む。これらの層のｘの範囲
は０＜ｘ＜１であり、０．４５＜ｘ＜１であるのが好ま
しい。また、ｘ0の範囲は０．４５＜ｘ0≦０．９５であ
るのが好ましい。
【００１８】グレード組成層１１は、基板１０または基
板１０と同じ組成のホモ層１４上に形成され、直下の基
板１０またはホモ層１４の組成から、一定組成層１２の
開始点の組成まで、連続的或いは段階的に組成が変化す
る層である。グレード組成層１１は、基板１０と一定組
成層１２の格子定数の差によって一定組成層内に生じる
ミスフィット転位を抑制して、結晶欠陥が少ない良質の
一定組成層の形成を可能にするものである。グレード組
成層１１の厚さは、通常１５〜１５０μｍ、好ましくは
２０〜９０μｍである。グレード組成層１１は、連続的
な組成変化だけでなく、複数の段階状の組成変化であっ
ても、エピタキシャル層の比抵抗は主にキャリア濃度で
決定されるため効果は同じである。
板１０と同じ組成のホモ層１４上に形成され、直下の基
板１０またはホモ層１４の組成から、一定組成層１２の
開始点の組成まで、連続的或いは段階的に組成が変化す
る層である。グレード組成層１１は、基板１０と一定組
成層１２の格子定数の差によって一定組成層内に生じる
ミスフィット転位を抑制して、結晶欠陥が少ない良質の
一定組成層の形成を可能にするものである。グレード組
成層１１の厚さは、通常１５〜１５０μｍ、好ましくは
２０〜９０μｍである。グレード組成層１１は、連続的
な組成変化だけでなく、複数の段階状の組成変化であっ
ても、エピタキシャル層の比抵抗は主にキャリア濃度で
決定されるため効果は同じである。
【００１９】一定組成層１２は、層内の組成がほぼ一定
である層のことであり、組成はできる限り一定であるこ
とが好ましい。一定組成層ＧａＡｓ1-xoＰxoのＧａＰ混
晶比ｘoは、連続的変化であるか段階状変化であるかを
問わず、その変化は一定組成層１２全体のｘoの平均値
から±０．０５以内であることが、ミスフィット転位等
の結晶欠陥を抑制できるので好ましい。±０．０２以内
の変化であれば、高光出力のＬＥＤが安定に得られるの
で更に好ましい。
である層のことであり、組成はできる限り一定であるこ
とが好ましい。一定組成層ＧａＡｓ1-xoＰxoのＧａＰ混
晶比ｘoは、連続的変化であるか段階状変化であるかを
問わず、その変化は一定組成層１２全体のｘoの平均値
から±０．０５以内であることが、ミスフィット転位等
の結晶欠陥を抑制できるので好ましい。±０．０２以内
の変化であれば、高光出力のＬＥＤが安定に得られるの
で更に好ましい。
【００２０】通常、一定組成層１２の混晶比ｘ0は、所
望の発光波長に対応する組成（例えば、波長５９０ｎｍ
の黄色発光ならｘ0＝約０．９、波長６３０ｎｍの赤色
発光ならｘ0＝０．６５、更に長波長の６５０ｎｍの赤
色発光ならｘ0＝０．５５）とする。また、グレード組
成層１１は、ＧａＰ基板１０またはＧａＰホモ層１４と
の界面から、ＧａＡｓ1-x0Ｐxo一定組成層１２との界面
にかけて混晶比ｘが１からｘ0まで一定割合で小さくな
るような組成とするのが好ましいが、これに限定される
ものではない。
望の発光波長に対応する組成（例えば、波長５９０ｎｍ
の黄色発光ならｘ0＝約０．９、波長６３０ｎｍの赤色
発光ならｘ0＝０．６５、更に長波長の６５０ｎｍの赤
色発光ならｘ0＝０．５５）とする。また、グレード組
成層１１は、ＧａＰ基板１０またはＧａＰホモ層１４と
の界面から、ＧａＡｓ1-x0Ｐxo一定組成層１２との界面
にかけて混晶比ｘが１からｘ0まで一定割合で小さくな
るような組成とするのが好ましいが、これに限定される
ものではない。
【００２１】一定組成層１２の厚さは、グレード組成層
１１内で発生したミスフィット転位等の結晶欠陥の影響
を少なくして、より結晶性の良い低キャリア濃度領域１
３を得るために、通常１０〜１２０μｍ、好ましくは２
０〜９０μｍである。
１１内で発生したミスフィット転位等の結晶欠陥の影響
を少なくして、より結晶性の良い低キャリア濃度領域１
３を得るために、通常１０〜１２０μｍ、好ましくは２
０〜９０μｍである。
【００２２】グレード組成層１１と一定組成層１２を含
むＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さは、８０μｍ
以上、好ましくは１００μｍ以上である。実際には、Ｇ
ａＡｓＰ層の比抵抗は基板より高いため、厚さが厚いと
ＬＥＤの順方向電圧が増加してしまう。その点を考慮す
れば、ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さは、２０
０μｍ以下であるのが好ましく、１５０μｍ以下である
のがより好ましい。
むＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さは、８０μｍ
以上、好ましくは１００μｍ以上である。実際には、Ｇ
ａＡｓＰ層の比抵抗は基板より高いため、厚さが厚いと
ＬＥＤの順方向電圧が増加してしまう。その点を考慮す
れば、ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さは、２０
０μｍ以下であるのが好ましく、１５０μｍ以下である
のがより好ましい。
【００２３】低キャリア濃度領域１３は、通常、一定組
成層内に形成され、キャリア濃度は０．５〜９×１０15
ｃｍ-3である。０．５〜３×１０15ｃｍ-3とすれば更に
長寿命・高輝度が得られるため好ましい。一方、０．５
×１０15ｃｍ-3以下になるとキャリア濃度の制御が困難
になったり、比抵抗が高くなってＬＥＤの順方向電圧の
増加を招くため好ましくない。
成層内に形成され、キャリア濃度は０．５〜９×１０15
ｃｍ-3である。０．５〜３×１０15ｃｍ-3とすれば更に
長寿命・高輝度が得られるため好ましい。一方、０．５
×１０15ｃｍ-3以下になるとキャリア濃度の制御が困難
になったり、比抵抗が高くなってＬＥＤの順方向電圧の
増加を招くため好ましくない。
【００２４】発光ダイオード用として用いる場合、Ｇａ
Ａｓ1-xＰxエピタキシャル層１５は、殆どの場合導電型
をＮ型として成長させた後、亜鉛等のＰ型ドーパントを
表面から拡散させることにより低キャリア濃度領域内に
ＰＮ接合を形成するか、または低キャリア濃度領域の上
に更に導電型がＰ型の一定組成層を気相成長させること
によりＰＮ接合を形成する。前者の場合、亜鉛等Ｐ型ド
ーパントを４〜１５μｍ拡散させる必要があるため、低
キャリア濃度領域１３の厚さは１０μｍ以上であるのが
好ましい。後者の場合は、低キャリア濃度領域の厚さが
２μｍ以上あればよい。低キャリア濃度領域１３が厚す
ぎるとＬＥＤの順方向電圧の増加が生じるので８０μｍ
以下、より好ましくは５０μｍ以下であることが好まし
い。
Ａｓ1-xＰxエピタキシャル層１５は、殆どの場合導電型
をＮ型として成長させた後、亜鉛等のＰ型ドーパントを
表面から拡散させることにより低キャリア濃度領域内に
ＰＮ接合を形成するか、または低キャリア濃度領域の上
に更に導電型がＰ型の一定組成層を気相成長させること
によりＰＮ接合を形成する。前者の場合、亜鉛等Ｐ型ド
ーパントを４〜１５μｍ拡散させる必要があるため、低
キャリア濃度領域１３の厚さは１０μｍ以上であるのが
好ましい。後者の場合は、低キャリア濃度領域の厚さが
２μｍ以上あればよい。低キャリア濃度領域１３が厚す
ぎるとＬＥＤの順方向電圧の増加が生じるので８０μｍ
以下、より好ましくは５０μｍ以下であることが好まし
い。
【００２５】なお、ｐ型の層を気相成長した場合、ｐ型
の層の混晶比は一定組成層１２とおおむね同じであるこ
とが一般的である。ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層１
５中の、発光層である低キャリア濃度領域１３以外の部
分のキャリア濃度は、ＬＥＤ化したときの抵抗を低減す
るために０．５×１０17ｃｍ-3以上、好ましくは１×１
０17ｃｍ-3以上で、３０×１０17ｃｍ-3以下、好ましく
は５×１０17ｃｍ-3以下とすることが一般的である。
０．５×１０17ｃｍ-3未満ではＬＥＤの順方向電圧の増
加を招き、３０×１０17ｃｍ-3を越えるとキャリア濃度
の増加に従い結晶欠陥が増加してエピタキシャルウエハ
の品質不良とともに、光の吸収によるＬＥＤの光出力の
低下を招くことがある。
の層の混晶比は一定組成層１２とおおむね同じであるこ
とが一般的である。ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層１
５中の、発光層である低キャリア濃度領域１３以外の部
分のキャリア濃度は、ＬＥＤ化したときの抵抗を低減す
るために０．５×１０17ｃｍ-3以上、好ましくは１×１
０17ｃｍ-3以上で、３０×１０17ｃｍ-3以下、好ましく
は５×１０17ｃｍ-3以下とすることが一般的である。
０．５×１０17ｃｍ-3未満ではＬＥＤの順方向電圧の増
加を招き、３０×１０17ｃｍ-3を越えるとキャリア濃度
の増加に従い結晶欠陥が増加してエピタキシャルウエハ
の品質不良とともに、光の吸収によるＬＥＤの光出力の
低下を招くことがある。
【００２６】エピタキシャル層内のキャリア濃度分布
は、エピタキシャル層を斜めに研磨した後、ショットキ
ーバリアダイオードをその表面に作製してＣ−Ｖ法によ
って測定することができる。また、英国ポーラロン社の
シミコンダクタ・プロファイル・プロッタの様に、直接
エピタキシャル層を電解液でエッチングしながら測定す
る方法でも同様に測定することができる。
は、エピタキシャル層を斜めに研磨した後、ショットキ
ーバリアダイオードをその表面に作製してＣ−Ｖ法によ
って測定することができる。また、英国ポーラロン社の
シミコンダクタ・プロファイル・プロッタの様に、直接
エピタキシャル層を電解液でエッチングしながら測定す
る方法でも同様に測定することができる。
【００２７】製造方法は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶ
Ｄ）でも効果は同様であるが、ハロゲン輸送法、特にハ
イドライド法が量産性、実用性の面で最も有効である。
本発明では、ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層１５の層
厚を８０μｍ以上とすることにより寿命向上の効果が得
られる。いかなる理論にも拘泥するものではないが、そ
のメカニズムは以下の通りであると推定される。
Ｄ）でも効果は同様であるが、ハロゲン輸送法、特にハ
イドライド法が量産性、実用性の面で最も有効である。
本発明では、ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層１５の層
厚を８０μｍ以上とすることにより寿命向上の効果が得
られる。いかなる理論にも拘泥するものではないが、そ
のメカニズムは以下の通りであると推定される。
【００２８】ＧａＡｓＰはＧａＰ単結晶基板上にエピタ
キシャル成長するが、これらは熱膨張係数が違ってい
る。エピタキシャル成長は通常高温で行われるため、冷
却過程でエピタキシャルウエハは湾曲してしまう。エピ
タキシャル層内には当然内部応力が発生する。内部応力
は結晶を歪ませ、結晶欠陥を発生させたり、デバイス性
能に様々な悪影響を与える。特に、ＰＮ接合部の応力が
大きいとＬＥＤの劣化を生じさせる。内部応力を軽減す
るため、成長温度を室温まで下げることは不可能であ
る。また、同じ熱膨張係数になるＧａＡｓＰ基板を得る
ことは、事実上不可能といって良い。
キシャル成長するが、これらは熱膨張係数が違ってい
る。エピタキシャル成長は通常高温で行われるため、冷
却過程でエピタキシャルウエハは湾曲してしまう。エピ
タキシャル層内には当然内部応力が発生する。内部応力
は結晶を歪ませ、結晶欠陥を発生させたり、デバイス性
能に様々な悪影響を与える。特に、ＰＮ接合部の応力が
大きいとＬＥＤの劣化を生じさせる。内部応力を軽減す
るため、成長温度を室温まで下げることは不可能であ
る。また、同じ熱膨張係数になるＧａＡｓＰ基板を得る
ことは、事実上不可能といって良い。
【００２９】そこで本発明者は、エピタキシャル層の内
部応力による劣化の抑制を、理論計算から想定し、エピ
タキシャル層の厚さを最適化することで実現できること
を発見した。さらに、この発見にエピタキシャル層のキ
ャリア濃度を最適化することを組み合わせることによ
り、ＬＥＤの長寿命化を効率的に実現できることを見出
した。ＰＮ接合部分の内部応力が小さいことは重要なこ
とである。内部応力が発生した場合でも、エピタキシャ
ル層全体にわたって同じ応力が発生するのではなく、分
布が生じる。したがって、応力の分布を考慮して、エピ
タキシャルウエハの構造設計ができれば、ＰＮ接合部分
の内部応力を低減できると考えられる。
部応力による劣化の抑制を、理論計算から想定し、エピ
タキシャル層の厚さを最適化することで実現できること
を発見した。さらに、この発見にエピタキシャル層のキ
ャリア濃度を最適化することを組み合わせることによ
り、ＬＥＤの長寿命化を効率的に実現できることを見出
した。ＰＮ接合部分の内部応力が小さいことは重要なこ
とである。内部応力が発生した場合でも、エピタキシャ
ル層全体にわたって同じ応力が発生するのではなく、分
布が生じる。したがって、応力の分布を考慮して、エピ
タキシャルウエハの構造設計ができれば、ＰＮ接合部分
の内部応力を低減できると考えられる。
【００３０】下記実施例の表１に示す測定点３につき、
各エピタキシャル層の組成と厚さから、熱膨張係数、ヤ
ング率及びポアソン比を求め、これらのパラメータから
内部応力を計算した。梁の理論からエピタキシャル層が
熱膨張係数の違う複数円形の板の張り合わせと仮定した
とき、成長温度と室温の温度差と引っ張り応力と圧縮応
力のモーメントの総和が０になるとして計算される。計
算に当たっては、混晶の熱膨張係数はＧａＡｓとＧａＰ
の熱膨張係数から混晶比によって線形補間した。同様
に、層３〜５の厚さ合計が３０μｍである場合と１２０
μｍである場合のそれぞれについて内部応力を計算し
た。各エピタキシャル層の厚さとしては、その相対比が
表１に示す測定点３の場合と同様であるとして算出した
値を用いた。
各エピタキシャル層の組成と厚さから、熱膨張係数、ヤ
ング率及びポアソン比を求め、これらのパラメータから
内部応力を計算した。梁の理論からエピタキシャル層が
熱膨張係数の違う複数円形の板の張り合わせと仮定した
とき、成長温度と室温の温度差と引っ張り応力と圧縮応
力のモーメントの総和が０になるとして計算される。計
算に当たっては、混晶の熱膨張係数はＧａＡｓとＧａＰ
の熱膨張係数から混晶比によって線形補間した。同様
に、層３〜５の厚さ合計が３０μｍである場合と１２０
μｍである場合のそれぞれについて内部応力を計算し
た。各エピタキシャル層の厚さとしては、その相対比が
表１に示す測定点３の場合と同様であるとして算出した
値を用いた。
【００３１】図３に層厚の違いによる内部応力の分布を
示す。エピタキシャル層の厚さが厚ければ、普通に考え
ればエピタキシャルウエハのそりが大きくなり、内部応
力が大きくなると予想される。しかし内部応力の分布は
図３に示すとおり、エピタキシャル層内で大きくなるも
のの、逆にＰＮ接合が形成されるエピタキシャル層表面
部分ではむしろ小さくなってくる。これはグレード組成
層と一定組成層の組成分布によるためであり、これらの
層の組み合わせ構造はエピタキシャル層表面部分の応力
低減に本質的な役割を果たしている。ホモ層はＧａＰ基
板と同じになり、余り大きな効果は得られない。これに
よればむしろグレード組成層と一定組成層の合計の層厚
（ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さ）は約８０〜
１５０μｍ程度が良いことが予想される。なお、本発明
においては、Ｇａ、ＡｓおよびＰを構成元素として含む
化合物半導体層の厚さが８０μｍ以上あることが必要で
あるが、ＧａＡｓ、ＧａＰ等のホモ層は、この厚さには
算入されない。
示す。エピタキシャル層の厚さが厚ければ、普通に考え
ればエピタキシャルウエハのそりが大きくなり、内部応
力が大きくなると予想される。しかし内部応力の分布は
図３に示すとおり、エピタキシャル層内で大きくなるも
のの、逆にＰＮ接合が形成されるエピタキシャル層表面
部分ではむしろ小さくなってくる。これはグレード組成
層と一定組成層の組成分布によるためであり、これらの
層の組み合わせ構造はエピタキシャル層表面部分の応力
低減に本質的な役割を果たしている。ホモ層はＧａＰ基
板と同じになり、余り大きな効果は得られない。これに
よればむしろグレード組成層と一定組成層の合計の層厚
（ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さ）は約８０〜
１５０μｍ程度が良いことが予想される。なお、本発明
においては、Ｇａ、ＡｓおよびＰを構成元素として含む
化合物半導体層の厚さが８０μｍ以上あることが必要で
あるが、ＧａＡｓ、ＧａＰ等のホモ層は、この厚さには
算入されない。
【００３２】理論値に対して、実際にエピタキシャルウ
エハを用いてＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さと
寿命の関係を調べたところ、ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシ
ャル層の厚さが約８０μｍ以上で寿命の大きな向上が得
られた。ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の通電による
発熱は８０μｍ以上あれば大きくなるが、層厚が厚くな
ることでＧａＰ基板からの伝播転位の軽減ができ、発光
層の転位密度が低くなることによる効果が大きく、寿命
の劣化への影響は少なくなる。
エハを用いてＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さと
寿命の関係を調べたところ、ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシ
ャル層の厚さが約８０μｍ以上で寿命の大きな向上が得
られた。ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の通電による
発熱は８０μｍ以上あれば大きくなるが、層厚が厚くな
ることでＧａＰ基板からの伝播転位の軽減ができ、発光
層の転位密度が低くなることによる効果が大きく、寿命
の劣化への影響は少なくなる。
【００３３】なお、ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の
厚さは、ウエハ面内のどこかで８０μｍ以上あればよい
が、ウエハ面内の全体で８０μｍ以上であることがより
好ましい。ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さの上
限は２００μｍであるのが好ましく、１５０μｍである
のがより好ましい。これらの上限値の条件もウエハ面内
のどこかで達成されていればよいが、ウエハ面内の全体
で達成されていることが好ましい。また、ウエハ面内に
おけるＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さの最大値
と最小値の差は１２０μｍ以下であるのが好ましく、１
００μｍ以下であるのがより好ましい。
厚さは、ウエハ面内のどこかで８０μｍ以上あればよい
が、ウエハ面内の全体で８０μｍ以上であることがより
好ましい。ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さの上
限は２００μｍであるのが好ましく、１５０μｍである
のがより好ましい。これらの上限値の条件もウエハ面内
のどこかで達成されていればよいが、ウエハ面内の全体
で達成されていることが好ましい。また、ウエハ面内に
おけるＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さの最大値
と最小値の差は１２０μｍ以下であるのが好ましく、１
００μｍ以下であるのがより好ましい。
【００３４】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明する。以下の実施例に示す材料、割合、操作等
は、本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更すること
ができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体
例に制限されるものではない。
に説明する。以下の実施例に示す材料、割合、操作等
は、本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更すること
ができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体
例に制限されるものではない。
【００３５】（実施例および比較例）ＧａＰ基板１上
に、ＧａＰホモ層２、ＧａＡｓ1-xＰx（ｘ＝１→０．３
５）グレード組成層３、ＧａＡｓ0.35Ｐ0.65一定組成層
４、ＧａＡｓ0.35Ｐ0.65窒素ドープ層５を有するエピタ
キシャルウエハを、以下の方法により製造した（図１参
照）。エピタキシャル成長用ガス組成はＡｓＨ3−ＰＨ3
−ＨＣｌ−Ｇａ−Ｈ2系、いわゆる、ハイドライド輸送
法を用いた。ＧａＰ単結晶基板および高純度ガリウム
（Ｇａ）を、Ｇａ溜め用石英ボ−ト付きのエピタキシャ
ル・リアクタ−内の所定の場所にそれぞれ設置した。Ｇ
ａＰ基板として、硫黄（Ｓ）が３〜１０×１０17原子個
／ｃｍ3（キャリア濃度２〜１０×１０17ｃｍ-3）添加
され、直径約５０ｍｍの円形で、（１００）面から［０
１−１］方向に６゜偏位した面をもつＧａＰ基板を用い
た。ピーク発光波長６３０±３ｎｍ（赤色）のＧａＡｓ
1-xＰxエピタキシャル膜の気相成長を開始した。
に、ＧａＰホモ層２、ＧａＡｓ1-xＰx（ｘ＝１→０．３
５）グレード組成層３、ＧａＡｓ0.35Ｐ0.65一定組成層
４、ＧａＡｓ0.35Ｐ0.65窒素ドープ層５を有するエピタ
キシャルウエハを、以下の方法により製造した（図１参
照）。エピタキシャル成長用ガス組成はＡｓＨ3−ＰＨ3
−ＨＣｌ−Ｇａ−Ｈ2系、いわゆる、ハイドライド輸送
法を用いた。ＧａＰ単結晶基板および高純度ガリウム
（Ｇａ）を、Ｇａ溜め用石英ボ−ト付きのエピタキシャ
ル・リアクタ−内の所定の場所にそれぞれ設置した。Ｇ
ａＰ基板として、硫黄（Ｓ）が３〜１０×１０17原子個
／ｃｍ3（キャリア濃度２〜１０×１０17ｃｍ-3）添加
され、直径約５０ｍｍの円形で、（１００）面から［０
１−１］方向に６゜偏位した面をもつＧａＰ基板を用い
た。ピーク発光波長６３０±３ｎｍ（赤色）のＧａＡｓ
1-xＰxエピタキシャル膜の気相成長を開始した。
【００３６】石英製リアクタを用いて発光ピーク波長６
３０ｎｍの赤色発光ダイオード用りん化ひ化ガリウム
（ＧａＡｓ1-xＰx（ｘ＝０．６５））エピタキシャルウ
エハの気相成長を開始した。層２から層４までキャリア
濃度が１〜５×１０17ｃｍ-3になるようにｎ型ドーパン
トガス（ジエチルテルル（Ｃ2Ｈ5）2Ｔｅ））を供給
し、層５はキャリア濃度が１〜４×１０15ｃｍ-3になる
ようにアンモニア（ＮＨ3）を供給して窒素をドープし
た。
３０ｎｍの赤色発光ダイオード用りん化ひ化ガリウム
（ＧａＡｓ1-xＰx（ｘ＝０．６５））エピタキシャルウ
エハの気相成長を開始した。層２から層４までキャリア
濃度が１〜５×１０17ｃｍ-3になるようにｎ型ドーパン
トガス（ジエチルテルル（Ｃ2Ｈ5）2Ｔｅ））を供給
し、層５はキャリア濃度が１〜４×１０15ｃｍ-3になる
ようにアンモニア（ＮＨ3）を供給して窒素をドープし
た。
【００３７】エピタキシャル成長工程は、リアクタ内に
ＧａとＧａＰを配置したあと、昇温工程に入り、キャリ
アガスとして水素（Ｈ2）を導入しながらエピタキシャ
ル成長させることにより行った。ドーパントとして、ｎ
型不純物であるジエチルテルル（（Ｃ2Ｈ5）2Ｔｅ）と
窒素ドープ用としてアンモニア（ＮＨ3）を用いた。Ｇ
ａは塩酸（ＨＣｌ）ガスと反応させＧａＣｌとして供給
した。ジエチルテルルはキャリア濃度が１〜３×１０17
ｃｍ-3以上になり、平均で５×１０17ｃｍ-3になるよう
に導入した。最初はＧａＣｌガスとフォスフィン（ＰＨ
3）ガスを導入し、次いでアルシン（ＡｓＨ3）ガスの導
入量を徐々に増加させてＰＨ3とＡｓＨ3の導入量比を変
化させ、エピタキシャル層の構造を決定しながらエピタ
キシャル工程を行った。最終の５０分はキャリア濃度が
３〜５×１０15ｃｍ-3になるように導入し、同時にアン
モニアを導入して、層５に窒素をドープした。基板温度
は、ホモ層の成長開始には９４０℃とし、グレード組成
層成長時に徐々に８５０℃まで下げ、一定組成層成長時
にはそのまま８５０℃を保持した。
ＧａとＧａＰを配置したあと、昇温工程に入り、キャリ
アガスとして水素（Ｈ2）を導入しながらエピタキシャ
ル成長させることにより行った。ドーパントとして、ｎ
型不純物であるジエチルテルル（（Ｃ2Ｈ5）2Ｔｅ）と
窒素ドープ用としてアンモニア（ＮＨ3）を用いた。Ｇ
ａは塩酸（ＨＣｌ）ガスと反応させＧａＣｌとして供給
した。ジエチルテルルはキャリア濃度が１〜３×１０17
ｃｍ-3以上になり、平均で５×１０17ｃｍ-3になるよう
に導入した。最初はＧａＣｌガスとフォスフィン（ＰＨ
3）ガスを導入し、次いでアルシン（ＡｓＨ3）ガスの導
入量を徐々に増加させてＰＨ3とＡｓＨ3の導入量比を変
化させ、エピタキシャル層の構造を決定しながらエピタ
キシャル工程を行った。最終の５０分はキャリア濃度が
３〜５×１０15ｃｍ-3になるように導入し、同時にアン
モニアを導入して、層５に窒素をドープした。基板温度
は、ホモ層の成長開始には９４０℃とし、グレード組成
層成長時に徐々に８５０℃まで下げ、一定組成層成長時
にはそのまま８５０℃を保持した。
【００３８】発光層である窒素ドープ層５のキャリア濃
度を、拡散前のエピタキシャルウエハ表面にショットキ
ー・バリアダイオードを作製してＣ−Ｖ法によって測定
した。測定したキャリア濃度は３〜５×１０15ｃｍ-3で
あった。窒素ドープ層５以外の層はＧａＡｓＰ層をラッ
ピングとエッチングで約１゜の角度で斜めに除去したあ
とショットキー・バリアダイオードをその表面に作製し
てＣ−Ｖ法によって測定した。測定したグレード組成層
３と一定組成層４のキャリア濃度は、３〜４ｘ１０17ｃ
ｍ-1であった。
度を、拡散前のエピタキシャルウエハ表面にショットキ
ー・バリアダイオードを作製してＣ−Ｖ法によって測定
した。測定したキャリア濃度は３〜５×１０15ｃｍ-3で
あった。窒素ドープ層５以外の層はＧａＡｓＰ層をラッ
ピングとエッチングで約１゜の角度で斜めに除去したあ
とショットキー・バリアダイオードをその表面に作製し
てＣ−Ｖ法によって測定した。測定したグレード組成層
３と一定組成層４のキャリア濃度は、３〜４ｘ１０17ｃ
ｍ-1であった。
【００３９】次に、成長したエピタキシャルウエハをＺ
ｎＰ2を拡散源としてＰ型不純物であるＺｎと共に何も
コーティングしないで石英アンプル内に真空封入させ、
７６０℃で表面から４μｍの深さまで拡散した。光出力
をグルービング法によって測定した。続いて、真空蒸着
による電極形成等を行って直径２２０μｍ×１８０μｍ
（厚さ）のメサ型の発光ダイオードを形成して、寿命試
験を行った。寿命試験の通電条件は、ＴＯ−１８ヘッダ
ーにＬＥＤチップをマウントし、室温で２４０Ａ／ｃｍ
2で有効通電時間率＝１／２の５０Ｈｚのパルス駆動で
１６８時間行った。
ｎＰ2を拡散源としてＰ型不純物であるＺｎと共に何も
コーティングしないで石英アンプル内に真空封入させ、
７６０℃で表面から４μｍの深さまで拡散した。光出力
をグルービング法によって測定した。続いて、真空蒸着
による電極形成等を行って直径２２０μｍ×１８０μｍ
（厚さ）のメサ型の発光ダイオードを形成して、寿命試
験を行った。寿命試験の通電条件は、ＴＯ−１８ヘッダ
ーにＬＥＤチップをマウントし、室温で２４０Ａ／ｃｍ
2で有効通電時間率＝１／２の５０Ｈｚのパルス駆動で
１６８時間行った。
【００４０】９つの測定点を選択して寿命試験通電後の
光出力残存率を測定した。表１に、各測定点におけるグ
レード組成層３、一定組成層４、窒素ドープ層５の厚
さ、層３〜５の厚さの合計（ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシ
ャル層の厚さ）、窒素ドープ層５のキャリア濃度、寿命
試験通電後の光出力残存率をまとめて示す。また、図４
に、各測定点のＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さ
と光出力残存率との関係を示す。厚さが８０μｍ以上で
急激な寿命の向上が見られ、厚さが１００μｍ以上にな
ると光出力残存率は９５％程度に落ちついている。ま
た、エピタキシャルウエハ面内でのＧａＡｓ1-xＰxエピ
タキシャル層の厚さの最大値と最小値の差は７０μｍ以
内であった。
光出力残存率を測定した。表１に、各測定点におけるグ
レード組成層３、一定組成層４、窒素ドープ層５の厚
さ、層３〜５の厚さの合計（ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシ
ャル層の厚さ）、窒素ドープ層５のキャリア濃度、寿命
試験通電後の光出力残存率をまとめて示す。また、図４
に、各測定点のＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さ
と光出力残存率との関係を示す。厚さが８０μｍ以上で
急激な寿命の向上が見られ、厚さが１００μｍ以上にな
ると光出力残存率は９５％程度に落ちついている。ま
た、エピタキシャルウエハ面内でのＧａＡｓ1-xＰxエピ
タキシャル層の厚さの最大値と最小値の差は７０μｍ以
内であった。
【００４１】
【表１】
【００４２】なお、ＬＥＤの順方向電圧は、ＧａＡｓ
1-xＰxエピタキシャル層の厚さが１１２μｍでも実用上
問題はなく、良好であった。経験的には１５０μｍを越
えると順方向電圧が高くなりすぎ、一般的なＬＥＤの仕
様にはずれて使用できなくなる傾向にある。また、本実
施例では赤色発光ＬＥＤ（発光波長６３０ｎｍ、ｘ＝
０．６５）用のみを示したが、黄色発光ＬＥＤ（発光波
長５９０ｎｍ、ｘ＝０．９）から、更に長波長の赤色発
光ＬＥＤ（発光波長６５０ｎｍ、ｘ＝０．５５）用で
も、効果は同じである。
1-xＰxエピタキシャル層の厚さが１１２μｍでも実用上
問題はなく、良好であった。経験的には１５０μｍを越
えると順方向電圧が高くなりすぎ、一般的なＬＥＤの仕
様にはずれて使用できなくなる傾向にある。また、本実
施例では赤色発光ＬＥＤ（発光波長６３０ｎｍ、ｘ＝
０．６５）用のみを示したが、黄色発光ＬＥＤ（発光波
長５９０ｎｍ、ｘ＝０．９）から、更に長波長の赤色発
光ＬＥＤ（発光波長６５０ｎｍ、ｘ＝０．５５）用で
も、効果は同じである。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、表示用の素子として高
出力で超長寿命のＬＥＤと、このような優れた特徴を有
するＬＥＤを実現し得るエピタキシャルウエハを安定的
に供給することができる。また、本発明によってＬＥＤ
の信頼性が非常に高まることから、ＬＥＤの用途がさら
に拡大することが期待される。したがって、本発明は多
大な工業的利益を提供するものである。
出力で超長寿命のＬＥＤと、このような優れた特徴を有
するＬＥＤを実現し得るエピタキシャルウエハを安定的
に供給することができる。また、本発明によってＬＥＤ
の信頼性が非常に高まることから、ＬＥＤの用途がさら
に拡大することが期待される。したがって、本発明は多
大な工業的利益を提供するものである。
【図１】 一般的なりん化ひ化ガリウムエピタキシャル
ウエハの断面図
ウエハの断面図
【図２】 本発明のエピタキシャルウエハの断面図
【図３】 ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さと理
論計算によるＰＮ接合部分の内部応力との関係を示すグ
ラフ
論計算によるＰＮ接合部分の内部応力との関係を示すグ
ラフ
【図４】 ＬＥＤの寿命試験通電後の光出力残存率とＧ
ａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さとの関係を示すグ
ラフ
ａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層の厚さとの関係を示すグ
ラフ
１：ＧａＰ単結晶基板 ２：ＧａＰホモ層 ３：ＧａＡ
ｓ1-xＰxグレード組成層４：ＧａＡｓ1-xoＰxo一定組成
層 ５：ＧａＡｓ1-xoＰxoＮドープ層 １０：基板 １
１：ＧａＡｓ1-xＰxグレード組成層 １２：ＧａＡｓ
1-xoＰxo一定組成層 １３：低キャリア濃度領域 １
４：ホモ層 １５：ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層
ｓ1-xＰxグレード組成層４：ＧａＡｓ1-xoＰxo一定組成
層 ５：ＧａＡｓ1-xoＰxoＮドープ層 １０：基板 １
１：ＧａＡｓ1-xＰxグレード組成層 １２：ＧａＡｓ
1-xoＰxo一定組成層 １３：低キャリア濃度領域 １
４：ホモ層 １５：ＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層
Claims (19)
- 【請求項１】 基板上に、Ｇａ、ＡｓおよびＰを構成元
素として含む厚さ８０μｍ以上の化合物半導体エピタキ
シャル層を有し、該エピタキシャル層中に窒素がドープ
されかつキャリア濃度が０．５〜９×１０15ｃｍ-3の低
キャリア濃度領域が形成されていることを特徴とするエ
ピタキシャルウエハ。 - 【請求項２】 前記化合物半導体エピタキシャル層の厚
さが２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記
載のエピタキシャルウエハ。 - 【請求項３】 前記低キャリア濃度領域の厚さが２μｍ
以上であることを特徴とする請求項１または２記載のエ
ピタキシャルウエハ。 - 【請求項４】 前記低キャリア濃度領域の厚さが８０μ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
に記載のエピタキシャルウエハ。 - 【請求項５】 前記化合物半導体エピタキシャル層のウ
エハ面内における厚さの最大値と最小値の差が１２０μ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
に記載のエピタキシャルウエハ。 - 【請求項６】 前記化合物半導体エピタキシャル層にお
ける低キャリア濃度領域以外の部分の平均キャリア濃度
が０．５〜５×１０17ｃｍ-3であることを特徴とする請
求項１〜５のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ。 - 【請求項７】 前記化合物半導体エピタキシャル層がグ
レード組成層および一定組成層を含み、前記低キャリア
濃度領域が該一定組成層内に存することを特徴とする請
求項１〜６のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ。 - 【請求項８】 前記化合物半導体エピタキシャル層がＧ
ａＡｓ1-xＰx（０＜ｘ＜１）エピタキシャル層であるこ
とを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のエピタ
キシャルウエハ。 - 【請求項９】 前記ｘの範囲が０．４５＜ｘ＜１である
ことを特徴とする請求項８記載のエピタキシャルウエ
ハ。 - 【請求項１０】 前記化合物半導体エピタキシャル層内
の一定組成層におけるｘの値が０．４５＜ｘ≦０．９５
であることを特徴とする請求項９記載のエピタキシャル
ウエハ。 - 【請求項１１】 前記化合物半導体エピタキシャル層内
のグレード組成層におけるｘが１．０からｘ0（０．４
５＜ｘ0≦０．９５）まで連続的に変化しており、一定
組成層のｘがｘ0であることを特徴とする請求項１０記
載のエピタキシャルウエハ。 - 【請求項１２】 前記基板が単結晶であることを特徴と
する請求項１〜１１のいずれかに記載のエピタキシャル
ウエハ。 - 【請求項１３】 前記基板がＧａＡｓ単結晶またはＧａ
Ｐ単結晶であることを特徴とする請求項１２記載のエピ
タキシャルウエハ。 - 【請求項１４】 前記化合物半導体エピタキシャル層と
基板との間に、該基板と同一組成のエピタキシャル層で
あるホモ層を有することを特徴とする請求項１２または
１３記載のエピタキシャルウエハ。 - 【請求項１５】 前記低キャリア濃度領域内にＰＮ接合
を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに
記載のエピタキシャルウエハ。 - 【請求項１６】 前記化合物半導体エピタキシャル層の
導電型がＮ型であることを特徴とする請求項１〜１５の
いずれかに記載のエピタキシャルウエハ。 - 【請求項１７】 請求項１６に記載のエピタキシャルウ
エハであって、低キャリア濃度領域の厚さが１０μｍ以
上であるエピタキシャルウエハに、エピタキシャル層表
面から該低キャリア濃度領域までＰ型ドーパントを拡散
し、該低キャリア濃度領域内にＰＮ接合を形成してなる
ことを特徴とするエピタキシャルウエハ。 - 【請求項１８】 前記低キャリア濃度領域上に、更に導
電型がＰ型の一定組成層を気相成長してなることを特徴
とする請求項１６記載のエピタキシャルウエハ。 - 【請求項１９】 請求項１〜１８のいずれかに記載のエ
ピタキシャルウエハから製造されることを特徴とする発
光ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36628298A JP2000164923A (ja) | 1997-12-24 | 1998-12-24 | エピタキシャルウエハおよび発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-354774 | 1997-12-24 | ||
| JP35477497 | 1997-12-24 | ||
| JP36628298A JP2000164923A (ja) | 1997-12-24 | 1998-12-24 | エピタキシャルウエハおよび発光ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000164923A true JP2000164923A (ja) | 2000-06-16 |
Family
ID=26580137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36628298A Pending JP2000164923A (ja) | 1997-12-24 | 1998-12-24 | エピタキシャルウエハおよび発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000164923A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021141104A (ja) * | 2020-03-02 | 2021-09-16 | 信越半導体株式会社 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方法 |
-
1998
- 1998-12-24 JP JP36628298A patent/JP2000164923A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021141104A (ja) * | 2020-03-02 | 2021-09-16 | 信越半導体株式会社 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方法 |
| JP7351241B2 (ja) | 2020-03-02 | 2023-09-27 | 信越半導体株式会社 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方法 |
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