JP2000183396A - Epitaxial wafer and led manufactured using the wafer - Google Patents

Epitaxial wafer and led manufactured using the wafer

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the light output of a LED by allowing the carrier density of a graded composition layer in an epitaxial layer to have such a carrier density profile that may have the maximum value at a place within the graded composition layer a specified distance away from the termination point within the graded composition layer. SOLUTION: This epitaxial wafer has an n-type GaAsP epitaxial layer 16 on an n-type single crystalline substrate 20. The epitaxial layer 16 at least comprises a graded composition layer 21 and fixed composition layers 22 and 23. The carrier density of the graded composition layer 21 has such a carrier density profile that may have the maximum value at a place within the graded composition layer (including the termination point) 2 μm or more away from the termination point within the graded composition layer. The start point and the termination point of an epitaxial layer such as the graded composition layer mean a start point and a finish point of growth of the layer respectively. For example, the maximum value of the n-type carrier density is 2-30×1017 cm-3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燐化砒化ガリウム
等からなるエピタキシャルウエハ及び、これを用いて製
造される発光ダイオード(LED)に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an epitaxial wafer made of gallium arsenide phosphide or the like, and a light emitting diode (LED) manufactured using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体結晶を構成材料とする発光ダイオ
ードは、表示用素子として現在幅広く用いられている。
特に、III−V族化合物半導体は、ほとんどの発光ダイオ
ードの材料として用いられている。
2. Description of the Related Art Light emitting diodes using a semiconductor crystal as a constituent material are currently widely used as display elements.
In particular, III-V compound semiconductors are used as materials for most light emitting diodes.

【0003】すなわち、III−V族化合物半導体は、可視
光、赤外光の波長に相当するバンドギャップを有するた
め、発光素子への応用がなされてきた。その中でも燐化
砒化ガリウム(GaAsP)は、発光ダイオード用材料
として需要は大きい。
That is, since III-V compound semiconductors have a band gap corresponding to the wavelength of visible light and infrared light, they have been applied to light emitting devices. Among them, gallium arsenide arsenide (GaAsP) is in great demand as a material for light emitting diodes.

【0004】発光ダイオードの特性は、発光出力が最も
重要である。したがって、燐化砒化ガリウム(GaAs
P)に対する発光特性の向上が要求されてきた。燐化砒
化ガリウム(GaAs1-xx)0.45<x<1を発光
層とする発光ダイオードは、発光効率を上げるためにア
イソエレクトロニック・トラップとして窒素(N)をド
ープして光出力を10倍程度向上させている。
The most important characteristic of a light emitting diode is a light emitting output. Therefore, gallium arsenide phosphide (GaAs)
There has been a demand for an improvement in the light emission characteristics with respect to P). A light-emitting diode having gallium arsenide arsenide (GaAs 1-x P x ) having a light-emitting layer of 0.45 <x <1 has a light output by doping nitrogen (N) as an isoelectronic trap to increase luminous efficiency. It is improved about 10 times.

【0005】一般には石英製のリアクタを用いた気相成
長法により、単結晶基板にn型のエピタキシャル層を成
長した後に、発光層表面に亜鉛(Zn)を拡散してp型
の層を形成してpn接合が形成されるエピタキシャルウ
エハを用い、安定な発光ダイオードを得るようにしてい
る。
In general, an n-type epitaxial layer is grown on a single crystal substrate by a vapor phase growth method using a quartz reactor, and then zinc (Zn) is diffused on the surface of the light emitting layer to form a p-type layer. Then, a stable light emitting diode is obtained by using an epitaxial wafer on which a pn junction is formed.

【0006】図4に発光ダイオードの製造に用いられる
燐化砒化ガリウム(GaAsP)エピタキシャルウエハ
の一般的な層構造を示す。かかる層構造は、例えば、特
開平9−186361号公報に記載されているものと同
様である。
FIG. 4 shows a general layer structure of a gallium arsenide arsenide (GaAsP) epitaxial wafer used for manufacturing a light emitting diode. Such a layer structure is the same as that described in, for example, JP-A-9-186361.

【0007】なお、特開平9−186361号公報に記
載されている技術は、n型キャリア濃度の膜厚方向プロ
ファイルと、n型キャリア濃度と窒素濃度の組み合わせ
の一提案である。
The technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-186361 is one proposal of a combination of an n-type carrier concentration profile in the thickness direction and an n-type carrier concentration and a nitrogen concentration.

【0008】図4において、例として、単結晶基板20
が燐化ガリウム(GaP)である場合を説明する。n型
の燐化ガリウム(GaP)の単結晶基板20上に、当該
基板20と同一組成のホモ層24がエピタキシャル成長
されている。
In FIG. 4, as an example, a single crystal substrate 20
Is gallium phosphide (GaP). On a single crystal substrate 20 of n-type gallium phosphide (GaP), a homo layer 24 having the same composition as the substrate 20 is epitaxially grown.

【0009】さらに、ホモ層24上に、単結晶基板20
と最上層の格子定数の差を緩和するための混晶比xが層
厚方向に連続的に1.0〜x0まで変化された燐化砒化
ガリウム(GaAs1-xx)グレード組成層21、混晶
比を一定とする燐化砒化ガリウム(GaAs1-x0x0
一定組成層22、更にこの燐化砒化ガリウム(GaAs
1-x0x0)一定組成層22の上に窒素(N)がドープさ
れた燐化砒化ガリウム(GaAs1-x0x0)低キャリア
濃度一定組成層23が順次エピタキシャル成長により形
成されている。
Further, on the homo layer 24, a single crystal substrate 20
Gallium arsenide phosphide (GaAs 1-x P x) grade composition layer 21 in which the mixed crystal ratio x for reducing the difference between the lattice constants of the upper layer and the uppermost layer is continuously changed in the layer thickness direction from 1.0 to x0. Gallium arsenide phosphide (GaAs 1-x0 P x0 ) with constant mixed crystal ratio
The constant composition layer 22 and the gallium arsenide phosphide (GaAs)
A gallium arsenide phosphide (GaAs 1-x0 P x0 ) low carrier concentration constant composition layer 23 doped with nitrogen (N) is sequentially formed on the ( 1-x0 P x0 ) constant composition layer 22 by epitaxial growth.

【0010】エピタキシャルウエハの最上層である低キ
ャリア濃度一定組成層23が発光層となり、発光ダイオ
ードの発光波長を得るための一定組成x0を持ち、窒素
Nと、n型のドーパントであるテルル(Te)又は、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。
The low carrier concentration constant composition layer 23, which is the uppermost layer of the epitaxial wafer, becomes a light emitting layer, has a constant composition x0 for obtaining an emission wavelength of a light emitting diode, and contains nitrogen N and n-type dopant tellurium (Te). ) Or sulfur (S) is doped to a predetermined carrier concentration.

【0011】通常は赤色発光(波長640nm)用とし
ては、x0=約0.60である。窒素(N)は燐化砒化
ガリウム(GaAsP)中にドープされると発光センタ
ーとなるアイソエレクトロニック・トラップとなる。
Normally, x0 = 0.60 for red emission (wavelength 640 nm). When nitrogen (N) is doped into gallium arsenide arsenide (GaAsP), it becomes an isoelectronic trap serving as a light emission center.

【0012】アイソエレクトロニック・トラップは電気
的には不活性でキャリア濃度には寄与しない。発光層2
3に窒素(N)をドープすることで発光効率を約10倍
高めている。
The isoelectronic trap is electrically inactive and does not contribute to the carrier concentration. Light emitting layer 2
By doping 3 with nitrogen (N), the luminous efficiency is increased about 10 times.

【0013】この様に、n型の単結晶基板20上にn型
のエピタキシャル層16を形成してなる燐化砒化ガリウ
ム(GaAsP)エピタキシャルウエハを発光ダイオー
ドとするためには、pn接合を形成することが必要であ
る。
As described above, in order to form a gallium arsenide phosphide (GaAsP) epitaxial wafer having the n-type epitaxial layer 16 formed on the n-type single crystal substrate 20 as a light emitting diode, a pn junction is formed. It is necessary.

【0014】通常、n型のエピタキシャル層表面に亜鉛
Znを熱拡散してpn接合を形成するが、p型のドーパ
ントを導入しながら、p型の燐化砒化ガリウム(GaA
sP)エピタキシャル層を表面に新たに形成することも
可能である。
Normally, zinc Zn is thermally diffused on the surface of an n-type epitaxial layer to form a pn junction. While introducing a p-type dopant, a p-type gallium arsenide phosphide (GaAs) is formed.
sP) It is also possible to newly form an epitaxial layer on the surface.

【0015】ここで、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
くして高光出力の発光ダイオードを得るためには、キャ
リア濃度を3.5〜8.8×1015cm-3の範囲に収め
れば良いことが開示されている(特公昭58−1539
号公報)。
Here, in order to minimize the destruction of the crystal integrity of the light emitting layer, prolong the life of the injected carriers, and obtain a light emitting diode with a high light output, the carrier concentration is set to 3. It is disclosed that it is better to be within the range of 5 to 8.8 × 10 15 cm -3 (Japanese Patent Publication No. 58-1539).
No.).

【0016】さらにキャリア濃度を3×1015cm-3
下にすれば、光出力の向上と長寿命化が同時に実現でき
る(特開平6−196756号公報)。ただし、その後
の検討の結果、0.5×1015cm-3以下となると、発
光ダイオードの順方向電圧が増加し、不良を生じる場合
があることが判明しており、これ以上のキャリア濃度で
あることが好ましい。
Further, when the carrier concentration is set to 3 × 10 15 cm −3 or less, it is possible to simultaneously improve the light output and extend the life (Japanese Patent Laid-Open No. 6-196756). However, as a result of subsequent studies, it has been found that when the density is 0.5 × 10 15 cm −3 or less, the forward voltage of the light emitting diode increases, which may cause a defect. Preferably, there is.

【0017】発光層23以外のエピタキシャル層は発光
ダイオード化したときの抵抗を低減するために、0.5
〜5×1017cm-3程度のキャリア濃度とすることが一
般的である。これ以下では発光ダイオードの順方向電圧
の増加を招き、これ以上であれば、キャリア濃度の増加
に従い結晶欠陥が増加して発光した光が吸収され、発光
ダイオードの光出力の低下を招く。
The epitaxial layers other than the light emitting layer 23 have a thickness of 0.5 to reduce the resistance when the light emitting diode is used.
Generally, the carrier concentration is about 5 × 10 17 cm −3 . Below this, the forward voltage of the light emitting diode increases, and above this, the crystal defects increase as the carrier concentration increases, and the emitted light is absorbed, leading to a decrease in the light output of the light emitting diode.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】これまでは概ね上記図
4の層構造において、発光層23のキャリア濃度を最適
化することで高光出力化を実現してきた。しかし、需要
の多様化により、さらに一層の高光出力化が要求されて
いる。すなわち、これまでの技術の進歩により高光出力
が得られているが、更なる発光ダイオードの光出力の向
上が必要となった。
Hitherto, high light output has been realized by optimizing the carrier concentration of the light emitting layer 23 in the layer structure of FIG. However, with the diversification of demand, further higher light output is required. That is, a high light output has been obtained by the progress of the technology so far, but a further improvement in the light output of the light emitting diode is required.

【0019】したがって、本発明の目的は、一層の高光
出力を実現し得る発光ダイオード及びその材料となる燐
化砒化ガリウムエピタキシャルウエハ及び、これを用い
て製造される発光ダイオードを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a light emitting diode capable of realizing a higher light output, a gallium arsenide phosphide epitaxial wafer as a material thereof, and a light emitting diode manufactured using the same.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる課題
を解決すべく鋭意検討の結果、発光ダイオードの光出力
を向上させるには、通電電流がpn接合部分に効率的に
拡がることで、発熱を効果的に押さえながら、pn接合
全体で効率よく発光させ、かつエピタキシャル層による
光吸収を抑えれば良いと考えた。そして、そのためのキ
ャリア濃度プロファイルをより理想的な形に求めること
を考えた。
Means for Solving the Problems The present inventor has made intensive studies to solve the above problems, and as a result, in order to improve the light output of the light emitting diode, the energizing current is efficiently spread to the pn junction portion. We thought that it would be sufficient to efficiently emit light over the entire pn junction and suppress light absorption by the epitaxial layer while effectively suppressing heat generation. Then, it was conceived to obtain a more ideal carrier concentration profile for that purpose.

【0021】すなわち、図4の例で考えれば、pn接合
17での電流拡がりを良くして発熱を抑制するために
は、発光ダイオードの直列抵抗分による発熱を抑えるこ
とである。
That is, considering the example of FIG. 4, in order to improve the current spread in the pn junction 17 and suppress heat generation, it is necessary to suppress heat generation due to the series resistance of the light emitting diode.

【0022】発光ダイオード化するためにp型ドーパン
トであるZnを発光層である低キャリア濃度一定組成層
23内に拡散したとき、キャリア濃度が1×1019cm
-3以上となるようにドープされるので、p型の層の比抵
抗は問題にならない。
When Zn, which is a p-type dopant, is diffused into the low carrier concentration constant composition layer 23, which is a light emitting layer, to form a light emitting diode, the carrier concentration becomes 1 × 10 19 cm.
Since the impurity is doped so as to be −3 or more, the resistivity of the p-type layer does not matter.

【0023】発光層は前述の通り、高い光出力を得るた
めには9×1015cm-3以下の範囲以外の濃度にドープ
することは困難である。本発明者の検討の結果、燐化砒
化ガリウム(GaAsP)結晶は混晶であるため、同じ
キャリア濃度であれば、燐化ガリウム(GaP)や砒化
ガリウム(GaAs)の単結晶基板よりも数倍比抵抗が
高いことが明らかになった。特にグレード組成層21は
結晶欠陥密度が高くなるため、比抵抗がさらに高くな
る。
As described above, it is difficult to dope the light emitting layer to a concentration outside the range of 9 × 10 15 cm -3 or less in order to obtain a high light output. As a result of the study by the present inventors, gallium arsenide arsenide (GaAsP) crystal is a mixed crystal, so that the same carrier concentration is several times larger than that of a single crystal substrate of gallium phosphide (GaP) or gallium arsenide (GaAs). It became clear that the specific resistance was high. In particular, since the crystal defect density of the grade composition layer 21 increases, the specific resistance further increases.

【0024】pn接合17の発熱による温度上昇を効率
的に抑え、直列抵抗を低下させるためには、発光層以外
の層のキャリア濃度を高めれば良いが、キャリア濃度が
高いと発光した光を吸収しやすくなるという問題があっ
た。
In order to efficiently suppress the temperature rise due to the heat generated by the pn junction 17 and reduce the series resistance, it is sufficient to increase the carrier concentration of the layers other than the light emitting layer, but if the carrier concentration is high, the emitted light is absorbed. There was a problem that it became easy to do.

【0025】したがって、同じキャリア濃度では比抵抗
が高くなるグレード組成層21内でキャリア濃度を効果
的に高めて、さらにキャリア濃度が高い領域はできるだ
けpn接合から離すようにすれば良いとの考えに至っ
た。
Therefore, it is considered that the carrier concentration should be effectively increased in the grade composition layer 21 in which the specific resistance becomes higher at the same carrier concentration, and the region having a higher carrier concentration should be separated from the pn junction as much as possible. Reached.

【0026】すなわち、本発明に従うエピタキシャルウ
エハの要旨は、n型の単結晶基板20上に、n型の燐化
砒素ガリウム(GaAs1-xx)エピタキシャル層を有
してなる燐化砒素ガリウムエピタキシャルウエハにおい
て、当該エピタキシャル層16は、少なくともグレード
組成層21及び一定組成層22及び23からなる。
That is, the gist of the epitaxial wafer according to the present invention is that an n-type single crystal substrate 20 is provided with an n-type gallium arsenide phosphide (GaAs 1-x P x ) epitaxial layer. In the epitaxial wafer, the epitaxial layer 16 includes at least a grade composition layer 21 and constant composition layers 22 and 23.

【0027】グレード組成層21のキャリア濃度20
は、グレード組成層内の終点から2μm以上離れたグレ
ード組成層内(始点を含む)で最大値を有するキャリア
濃度プロファイルを有することを特徴とする。なお、本
願明細書において、グレード組成層等のエピタキシャル
層の始点と終点とは、それぞれ層の成長開始点及び成長
終了点を意味する。
The carrier concentration 20 of the grade composition layer 21
Is characterized by having a carrier concentration profile having a maximum value in a grade composition layer (including a start point) distant from the end point in the grade composition layer by 2 μm or more. In the specification of the present application, the start point and the end point of an epitaxial layer such as a grade composition layer mean a growth start point and a growth end point of the layer, respectively.

【0028】一の態様として、前記n型のキャリア濃度
の最大値は、2〜30×1017cm -3であり、かつ前記
一定組成層内には、キャリア濃度が少なくとも9×10
15cm-3以下の低キャリア濃度領域を有することを特徴
とする。また別の態様として、前記一定組成層内に有す
る低キャリア濃度領域は2μm以上を有することを特徴
とする。
In one embodiment, the n-type carrier concentration is
Is 2 to 30 × 1017cm -3And said
In the constant composition layer, the carrier concentration is at least 9 × 10
15cm-3Features the following low carrier concentration region
And As still another embodiment, the material having
The low carrier concentration region has a thickness of 2 μm or more.
And

【0029】さらに、好ましい態様として、前記n型の
キャリア濃度が最大値をとる位置は、前記低キャリア濃
度領域より5μm以上離れていることを特徴とする。ま
た、好ましい態様として、前記グレード組成層の層厚が
5〜120μmであり、前記低キャリア濃度領域は層厚
が2〜60μmであることを特徴とする。
Further, as a preferred embodiment, the position where the n-type carrier concentration has the maximum value is at least 5 μm away from the low carrier concentration region. In a preferred embodiment, the grade composition layer has a thickness of 5 to 120 μm, and the low carrier concentration region has a thickness of 2 to 60 μm.

【0030】また、前記低キャリア濃度領域はGaAs
1-xx(0.45<x<1)からなり、少なくとも窒素
がドープされていること特徴とすることがこのましい。
The low carrier concentration region is made of GaAs.
It is preferable that the material is composed of 1-x P x (0.45 <x <1) and is characterized by being doped with at least nitrogen.

【0031】さらに、好ましくは、前記エピタキシャル
層はGaAs1-xx(0<x<1)であることを特徴と
する。
Preferably, the epitaxial layer is made of GaAs 1-x P x (0 <x <1).

【0032】一の態様として、前記単結晶基板が、Ga
As基板又は、GaP基板からなることを特徴とする。
In one embodiment, the single crystal substrate is Ga
It is made of an As substrate or a GaP substrate.

【0033】さらに、発光ダイオード材料として、前記
n型の化合物半導体エピタキシャル層上に、更にp型の
化合物半導体エピタキシャル層を形成してpn接合を有
してなることを特徴とする。
Further, as a light emitting diode material, a p-type compound semiconductor epitaxial layer is further formed on the n-type compound semiconductor epitaxial layer to have a pn junction.

【0034】好ましくは、前記p型の化合物半導体エピ
タキシャル層は、n型の化合物半導体エピタキシャル層
にZnを拡散して形成されることを特徴とする。
Preferably, the p-type compound semiconductor epitaxial layer is formed by diffusing Zn into the n-type compound semiconductor epitaxial layer.

【0035】さらに、本発明に従う発光ダイオードは、
前記特徴を有するエピタキシャルウエハであって、前記
単結晶基板の裏面及び、前記p型の化合物半導体エピタ
キシャル層表面に電極を形成してなるエピタキシャルウ
エハから切り出され、作成されることを特徴とする。
Further, the light emitting diode according to the present invention comprises:
An epitaxial wafer having the characteristics described above, wherein the epitaxial wafer is cut from an epitaxial wafer having electrodes formed on the back surface of the single crystal substrate and the surface of the p-type compound semiconductor epitaxial layer, and is formed.

【0036】本発明の更なる特徴は、以下の本発明の実
施の形態の説明から明らかになる。
Further features of the present invention will become apparent from the following description of embodiments of the present invention.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明に従うエピタキシャ
ルウエハ及び、これを用いた発光ダイオードの実施の態
様を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of an epitaxial wafer according to the present invention and a light emitting diode using the same will be described.

【0038】図1は、本発明のエピタキシャルウエハの
燐化砒化ガリウムエピタキシャルウェハの層構成の断面
説明図である。図1において、単結晶基板10として、
燐化ガリウムGaP又は、砒化ガリウムGaAsの何れ
かが選択される。
FIG. 1 is an explanatory sectional view of the layer structure of a gallium arsenide phosphide epitaxial wafer of the epitaxial wafer of the present invention. In FIG. 1, as a single crystal substrate 10,
Either gallium phosphide GaP or gallium arsenide GaAs is selected.

【0039】但し、発光層となる低キャリア濃度領域1
3が燐化砒化ガリウム(GaAs1- xx)0.45<x
<1からなる場合は、単結晶基板10は燐化(GaP)
であることが、発光ダイオードの発光色に対して透明で
あり、発光ダイオードとして高い光出力を得るために好
ましい。
However, the low carrier concentration region 1 serving as the light emitting layer
3 is gallium arsenide phosphide (GaAs 1- x P x) 0.45 <x
In the case of <1, the single crystal substrate 10 is made of phosphide (GaP).
Is preferable for obtaining a high light output as a light-emitting diode, because the light-emitting diode is transparent to the emission color of the light-emitting diode.

【0040】単結晶基板10上に、エピタキシャル層が
成長される。このエピタキシャル層は、構成元素として
ガリウム(Ga)、砒素(As)及び、燐(P)を構成
元素とする化合物半導体から選択される。燐化砒化ガリ
ウム(GaAs1-xx)0<x<1が、発光ダイオード
用途としてもっとも一般的である。
On the single crystal substrate 10, an epitaxial layer is grown. The epitaxial layer is selected from compound semiconductors containing gallium (Ga), arsenic (As), and phosphorus (P) as constituent elements. Gallium arsenide arsenide (GaAs 1-x P x ) 0 <x <1 is most common for light emitting diode applications.

【0041】前記エピタキシャル層は、少なくともグレ
ード組成層11及び、一定組成層12からなる。本発明
において、グレード組成層11は、基板10または、基
板10と同じ組成のエピタキシャル成長で形成したホモ
層14上に形成され、直下の基板10又は、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していく層のことである。
The epitaxial layer comprises at least a grade composition layer 11 and a constant composition layer 12. In the present invention, the grade composition layer 11 is formed on the substrate 10 or the homo layer 14 formed by epitaxial growth having the same composition as the substrate 10, and the substrate 10 or the homo layer 14 immediately below the same.
From the above composition to the composition at the starting point of the constant composition layer 12.

【0042】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
一定組成層を得ようとするものである。
The grade composition layer 11 suppresses misfit dislocations generated in the constant composition layer due to a difference in lattice constant between the substrate 10 and the constant composition layer 12 to obtain a good quality constant composition layer with few crystal defects. Things.

【0043】一方、一定組成層12は組成が一定である
層のことで、組成はできる限り一定であることが好まし
い。
On the other hand, the constant composition layer 12 is a layer having a constant composition, and the composition is preferably as constant as possible.

【0044】一定組成層12の燐化砒化ガリウム(Ga
As1-xx)に関して、連続的或いは階段上であって
も、その変化は一定組成層12の平均に対し±0.05
以内の変化であることが、ミスフィット転位等の結晶欠
陥を抑制出来るので好ましい。±0.02以内の変化で
あれば、高光出力の発光ダイオードが安定に得られるの
で、更に好ましい。
Gallium arsenide phosphide (Ga) of constant composition layer 12
Regarding As 1−x P x ), even if the change is continuous or on a step, the change is ± 0.05 with respect to the average of the constant composition layer 12.
It is preferable that the change is within the range, since crystal defects such as misfit dislocations can be suppressed. If the change is within ± 0.02, a light emitting diode with a high light output can be obtained stably, which is more preferable.

【0045】一方、燐化砒化ガリウム(GaAs
1-xx)0<x<1エピタキシャル層を、キャリア濃度
でなく、組成の観点から見た場合、図1において、グレ
ード組成層11及び一定組成層12を有する。
On the other hand, gallium arsenide arsenide (GaAs)
1-x P x ) 0 <x <1 When the epitaxial layer is viewed not from the carrier concentration but from the viewpoint of the composition, it has a grade composition layer 11 and a constant composition layer 12 in FIG.

【0046】単結晶基板10と同じ結晶であるホモ層1
4は特に形成しなくとも可能である。しかし、ミスフィ
ット転位の発生を抑制するためにホモ層14を0.1〜
100μm、好ましくは0.5〜15μm形成した方
が、安定に高輝度が得られ好ましい。ホモ層14のキャ
リア濃度は、概ねグレード組成層11の成長開始点のキ
ャリア濃度と概ね同じかまたはそれ以上であることが好
ましく、その範囲は2〜50×1017cm-3である。
Homolayer 1 of the same crystal as single crystal substrate 10
4 is possible even if it is not particularly formed. However, in order to suppress the occurrence of misfit dislocation, the homo layer
A thickness of 100 μm, preferably 0.5 to 15 μm is preferable because high brightness can be stably obtained. The carrier concentration of the homo layer 14 is preferably substantially the same as or higher than the carrier concentration at the growth start point of the grade composition layer 11, and the range is 2 to 50 × 10 17 cm −3 .

【0047】グレード組成層11の層厚は、好ましくは
5〜120μmであるが、高出力を安定に得るためには
より好ましくは10〜70μmである。グレード組成層
11のキャリア濃度は、前記のように、終点から2μm
以上離れたグレード組成層内のいずれかの位置で最大と
なって、次にグレード組成層11の終点に向かって減少
する。
The layer thickness of the grade composition layer 11 is preferably 5 to 120 μm, but is more preferably 10 to 70 μm in order to stably obtain a high output. As described above, the carrier concentration of the grade composition layer 11 is 2 μm from the end point.
It becomes maximum at any position in the grade composition layer separated as described above, and then decreases toward the end point of the grade composition layer 11.

【0048】本発明の特徴として、前記グレード組成層
11のキャリア濃度は、グレード組成層内のいずれかの
位置で最大となって、次にグレード組成層の終点に向か
って減少する。キャリア濃度が最大となる点は、グレー
ド組成層の始点から厚み方向に80%以内の地点が好ま
しく、高光出力を得るためには60%以内の地点であれ
ば更に好ましい。なお、最大キャリア濃度を示す位置は
必ずしも一定である必要はなく、厚みにして1〜10μ
m程度、最大のキャリア濃度が保持されていてもよい。
そして、隣接する一定組成層12の任意の位置における
キャリア濃度は、グレード組成層内のキャリア濃度の最
大値より低くなるキャリア濃度プロファイルである。
As a feature of the present invention, the carrier concentration of the grade composition layer 11 becomes maximum at any position in the grade composition layer, and then decreases toward the end point of the grade composition layer. The point at which the carrier concentration becomes maximum is preferably a point within 80% in the thickness direction from the starting point of the grade composition layer, and more preferably a point within 60% in order to obtain a high light output. The position showing the maximum carrier concentration is not necessarily required to be constant, but is 1 to 10 μm in thickness.
A maximum carrier concentration of about m may be maintained.
The carrier concentration at an arbitrary position in the adjacent constant composition layer 12 has a carrier concentration profile lower than the maximum value of the carrier concentration in the grade composition layer.

【0049】隣接する一定組成層12の任意の位置にお
けるキャリア濃度はグレード組成層内のキャリア濃度の
最大値より低くなるキャリア濃度プロファイルとする。
The carrier concentration at an arbitrary position in the adjacent constant composition layer 12 has a carrier concentration profile lower than the maximum value of the carrier concentration in the grade composition layer.

【0050】前記グレード組成層11のキャリア濃度
は、概ね0.5×1017cm-3以上、好ましくは1×1
17cm-3以上であり、最大値は2〜30×1017cm
-3であることが好ましい。そして、グレード組成層11
のキャリア濃度の最大値は、グレード組成層11の始点
から概ねグレード組成層中央であることが最も好まし
い。
The carrier concentration of the grade composition layer 11 is about 0.5 × 10 17 cm -3 or more, preferably 1 × 1 17 cm -3.
0 17 cm -3 or more, and the maximum value is 2 to 30 × 10 17 cm
It is preferably -3 . And the grade composition layer 11
Is most preferably about the center of the grade composition layer from the starting point of the grade composition layer 11.

【0051】発光ダイオードを形成したときの順方向電
圧を低く、均一にするためには上記グレード組成層11
のキャリア濃度の最大値を5〜20×1017cm-3であ
れば、更に好ましい。しかし、キャリア濃度の最大値
が、30×1017cm-3以上であると、結晶性が悪化し
てエピタキシャル層表面に結晶欠陥が発生したり、発光
ダイオードの光出力の低下を生じる等の問題が生じ、好
ましくない。
In order to make the forward voltage low and uniform when the light emitting diode is formed, the above grade composition layer 11 is used.
It is more preferable that the maximum value of the carrier concentration is 5 to 20 × 10 17 cm −3 . However, when the maximum value of the carrier concentration is 30 × 10 17 cm −3 or more, problems such as deterioration of crystallinity and generation of crystal defects on the surface of the epitaxial layer and reduction in light output of the light emitting diode occur. Is not preferred.

【0052】pn接合との距離は、上記キャリア濃度の
最大となる位置から5μm以上あれば良いが12μm以
上離れていることが、光出力を高くでき好ましい。
The distance from the pn junction may be at least 5 μm from the position where the carrier concentration is maximum, but is preferably at least 12 μm because the light output can be increased.

【0053】さらに、図1において、高キャリア濃度領
域15と低キャリア濃度領域13からエピタキシャル層
が形成されると見た場合、低キャリア濃度領域13とグ
レード組成層11の間の一定組成層12内のキャリア濃
度は、グレード組成層11の最大値よりも低く、好まし
くはグレード組成層11の終点でのキャリア濃度とほぼ
同じか、それ以下であり、低キャリア濃度領域13以上
であることが好ましい。
Further, in FIG. 1, when it is considered that an epitaxial layer is formed from the high carrier concentration region 15 and the low carrier concentration region 13, the constant composition layer 12 between the low carrier concentration region 13 and the grade composition layer 11 is formed. Is preferably lower than the maximum value of the grade composition layer 11, preferably substantially equal to or lower than the carrier concentration at the end point of the grade composition layer 11, and is preferably equal to or higher than the low carrier concentration region 13.

【0054】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するためには、図
1の様に、高キャリア濃度領域15と低キャリア濃度領
域13の境界が一定組成層12内にあることが好まし
く、特に、高キャリア濃度領域15の表面側2〜40μ
m程度が一定組成であることが好ましい。
In order to reduce the influence of crystal defects such as misfit dislocations generated in the grade composition layer 11, the boundary between the high carrier concentration region 15 and the low carrier concentration region 13 is fixed as shown in FIG. 12, especially 2 to 40 μm on the surface side of the high carrier concentration region 15.
Preferably, m is a constant composition.

【0055】ここで、任意の位置でのキャリア濃度は、
少なくともグレード組成層11内のキャリア濃度の最大
値より低いことが好ましい。そうでないと、pn接合が
形成される低キャリア濃度領域13の近くに光吸収が大
きい領域を設けることになり、光出力が低下しやすいた
めである。
Here, the carrier concentration at an arbitrary position is
It is preferable that the carrier concentration is at least lower than the maximum value of the carrier concentration in the grade composition layer 11. Otherwise, a region having a large light absorption is provided near the low carrier concentration region 13 where the pn junction is formed, and the light output is likely to decrease.

【0056】低キャリア濃度領域13は、平均キャリア
濃度が9×1015cm-3以下が好ましいが、0.5×1
15cm-3以下になるとキャリア濃度の制御が困難とな
ったり、比抵抗が高くなって発光ダイオードの順方向電
圧の増加を招くことがある。したがって、好ましい平均
キャリア濃度は0.5〜9×1015cm-3である。
The low carrier concentration region 13 preferably has an average carrier concentration of 9 × 10 15 cm −3 or less,
If it is less than 0 15 cm -3 , it may be difficult to control the carrier concentration or the specific resistance may be increased to cause an increase in the forward voltage of the light emitting diode. Therefore, a preferable average carrier concentration is 0.5 to 9 × 10 15 cm −3 .

【0057】また、層厚は2μm以上である。ただし、
この層厚は、その上にp型のエピタキシャル層を更に成
長して形成する場合、或いは既にかかるp型層が形成さ
れている場合における必要最小限の厚さであって、p型
ドーパントの拡散によりpn接合を低キャリア濃度領域
13内に形成する場合は、拡散深さが通常4〜15μm
なので、低キャリア濃度領域13の層厚は5μm以上必
要で、好ましくは8〜60μmである。
The layer thickness is 2 μm or more. However,
This layer thickness is the minimum necessary thickness when a p-type epitaxial layer is further grown thereon or formed, or when such a p-type layer is already formed, and is the diffusion of the p-type dopant. When the pn junction is formed in the low carrier concentration region 13 by the following method, the diffusion depth is usually 4 to 15 μm.
Therefore, the layer thickness of the low carrier concentration region 13 needs to be 5 μm or more, preferably 8 to 60 μm.

【0058】60μmを超えると高キャリア濃度領域1
5から離れすぎるので好ましくない。即ち、pn接合
は、低キャリア濃度領域13を2〜45μm程度残す様
に形成するのが好ましい。
If it exceeds 60 μm, high carrier concentration region 1
It is not preferable because it is too far from 5. That is, the pn junction is preferably formed so as to leave the low carrier concentration region 13 of about 2 to 45 μm.

【0059】低キャリア農度領域13を有する一定組成
層12の組成が燐化砒化ガリウム(GaAs1-xx
0.45<x<1の場合、間接遷移型バンド構造を持つ
ので、発光効率を高めるため、例えば、特開平9−18
6361号公報に記載されるように、少なくとも低キャ
リア濃度の一定組成層内には、窒素をドープすることが
一般的である。
The composition of the constant composition layer 12 having the low carrier fertility region 13 is gallium arsenide phosphide (GaAs 1-x P x )
In the case of 0.45 <x <1, it has an indirect transition type band structure.
As described in US Pat. No. 6,361, it is common to dope nitrogen at least in a constant composition layer having a low carrier concentration.

【0060】低キャリア濃度領域13内の一定組成層は
エピタキシャル層表面に隣接させてエピタキシャル成長
した後、前記表面からp型の導電型のドーパント、通常
はZnを低キャリア濃度領域13内の一定組成層に拡散
させることにより、pn接合を形成する。
The constant composition layer in the low carrier concentration region 13 is epitaxially grown adjacent to the surface of the epitaxial layer, and then a p-type dopant, usually Zn, is added from the surface to the constant composition layer in the low carrier concentration region 13. To form a pn junction.

【0061】燐化砒化ガリウム(GaAsP)エピタキ
シャルウエハは、通常は気相成長法により製造される
が、前述した様に、低キャリア濃度の一定組成層13を
成長して、その成長途中から、成長ガス中にp型ドーピ
ングガスとしての有機金属ガス、例えばZnをジエチル
亜鉛((C252Zn)を導入することで、Znをド
ープしてpn接合を形成してもよい。
The gallium arsenide phosphide (GaAsP) epitaxial wafer is usually manufactured by a vapor phase growth method. As described above, the constant composition layer 13 having a low carrier concentration is grown, and the growth is performed during the growth. An pn junction may be formed by introducing an organometallic gas as a p-type doping gas, for example, Zn into diethyl zinc ((C 2 H 5 ) 2 Zn).

【0062】グレード組成層11は、連続的な組成変化
を有する場合だけではなく、複数の階段状の組成変化を
有する場合であっても、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。
The specific resistance of the epitaxial layer is not limited to the case where the grade composition layer 11 has not only a continuous composition change but also a plurality of stepwise composition changes.
The effect is the same because it is mainly determined by the carrier concentration.

【0063】エピタキシャル層内のキャリア濃度プロフ
ァイルの測定方法は、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、C−V法によって測定できる。
The method for measuring the carrier concentration profile in the epitaxial layer can be measured by a CV method after the epitaxial layer is polished obliquely and a Schottky barrier diode is formed on the surface thereof.

【0064】また日本バイオ・ラッドラボラトリーズ社
のセミコンダクタ・プロファイル・プロッタPN430
0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できる。
A semiconductor profile plotter PN430 manufactured by Nippon Bio-Rad Laboratories, Inc.
As in the case of 0, the measurement can be similarly performed by a method of directly measuring the epitaxial layer while etching it with an electrolytic solution.

【0065】製造手法はハイドライド法が量産性、実用
化の面で最も有効である。クロライド法や有機金属気相
法(MOCVD)でも効果は同じである。
As the manufacturing method, the hydride method is most effective in terms of mass productivity and practical application. The effect is the same in the chloride method and the metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).

【0066】[0066]

【実施例】以下、本発明を実施例により、更に詳細に説
明するが、本発明はその要旨を超えない限り、下記実施
例により限定されるものではない。 (実施例1及び比較例1、2)本発明の実施例1を説明
すると、先ず燐化ガリウム(GaP)基板及び、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。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist thereof. (Example 1 and Comparative Examples 1 and 2) To explain Example 1 of the present invention, first, a gallium phosphide (GaP) substrate and a high-purity gallium (Ga) were prepared by epitaxial growth with a quartz boat for a Ga reservoir. Each was installed at a predetermined location in the reactor.

【0067】燐化ガリウム(GaP)基板として、硫黄
(S)が2〜10×1017原子個/cm3添加され、直
径約50mmの円形で、(100)面から[001]方
向に10゜偏位した面を有するものを用いた。
As a gallium phosphide (GaP) substrate, sulfur (S) is added in an amount of 2 to 10 × 10 17 atoms / cm 3 , is a circle having a diameter of about 50 mm, and is 10 ° from the (100) plane in the [001] direction. One having a deviated surface was used.

【0068】これらを、同時に回転するホルダー上に配
置した。次に窒素(N2)ガスを該リアクタ−内に15
分間導入し、空気を充分置換除去した後、キャリヤ・ガ
スとして高純度水素(H2)を毎分9600cc導入
し、窒素(N2)の流れを止め、昇温工程に入った。
These were placed on a holder that rotates simultaneously. Next, nitrogen (N 2 ) gas is introduced into the reactor for 15 minutes.
After the air was sufficiently displaced and removed, 9600 cc of high-purity hydrogen (H 2 ) was introduced as a carrier gas per minute, the flow of nitrogen (N 2 ) was stopped, and the temperature was raised.

【0069】上記ガリウム(Ga)入り石英ボ−ト設置
部分及び、燐化ガリウム(GaP)単結晶基板設置部分
の温度が、それぞれ800℃及び850℃に一定に保持
されていることを確認した後、ピーク発光波長588±
3nm(黄色)のGaAs1- xxエピタキシャル膜の気
相成長を開始した。
After confirming that the temperatures of the gallium (Ga) -containing quartz boat installation portion and the gallium phosphide (GaP) single crystal substrate installation portion were kept constant at 800 ° C. and 850 ° C., respectively. , Peak emission wavelength 588 ±
3nm started the vapor phase growth of GaAs 1- x P x epitaxial film of (yellow).

【0070】まず、水素ガスで100ppmに希釈した
n型不純物であるジエチルテルル((C252Te)
を毎分30cc導入し、周期律表第III族元素成分とし
ての塩化ガリウム(GaCl)を、毎分369cc生成
させるため高純度塩化水素ガス(HCl)を上記石英ボ
−ト中のGa溜に吹き込み、Ga溜上表面より吹き出さ
せた。
First, diethyl tellurium ((C 2 H 5 ) 2 Te) which is an n-type impurity diluted to 100 ppm with hydrogen gas
At a rate of 30 cc / min, and high-purity hydrogen chloride gas (HCl) is blown into the Ga reservoir in the quartz boat to generate 369 cc / min of gallium chloride (GaCl) as a Group III element of the periodic table. From the Ga reservoir top surface.

【0071】他方、周期律表第V族元素成分として、H2
で濃度10%に希釈した燐化水素(PH3)を毎分11
20cc導入しつつ、20分間にわたり、第1の層(図
1におけるホモ層14)であるGaPエピタキシャル層
をGaP単結晶基板上に成長させた。
On the other hand, H 2 as a group V element in the periodic table
Hydrogen phosphide (PH 3 ) diluted to a concentration of 10% with
While introducing 20 cc, a GaP epitaxial layer as the first layer (homolayer 14 in FIG. 1) was grown on a GaP single crystal substrate for 20 minutes.

【0072】次に、HCl、PH3の各ガスの導入量を
変えることなく、90分間にわたり、H2で濃度10%
に希釈した砒化水素(AsH3)の導入量を毎分0cc
から毎分110ccまで徐々に増加させて、同時に(C
252Teの最初の20分で一旦75ccに徐々に増
加させた後で、30毎分30ccまで徐々に減少させ
て、図1のグレード層11に対応する第2のGaAs
1-xxエピタキシャル層を第1のGaPエピタキシャル
層上に成長させた。
Next, HCl, without changing the introduction amount of the gas of PH 3, for 90 minutes, a concentration of 10% with H2
Of hydrogen arsenide (AsH 3 ) diluted to 0 cc / min
To 110 cc per minute, and at the same time (C
The second GaAs corresponding to the grade layer 11 of FIG. 1 is gradually increased to 75 cc in the first 20 minutes of 2 H 5 ) 2 Te, and then gradually reduced to 30 cc per 30 minutes.
The 1-x P x epitaxial layer grown on the first GaP epitaxial layer.

【0073】次の20分間は、(C252Te、HC
l、PH3、AsH3の導入量を変えることなく、保持し
つつ、図1の一定組成層12に対応する第3のGaAs
0.40.6エピタキシャル層を、第2のGaAs1-xx
ピタキシャル層上に成長させた。
For the next 20 minutes, (C 2 H 5 ) 2 Te, HC
1, the third GaAs corresponding to the constant composition layer 12 of FIG. 1 while maintaining the introduced amount of PH 3 and AsH 3 without changing.
A 0.4 P 0.6 epitaxial layer was grown on the second GaAs 1-x P x epitaxial layer.

【0074】最終の50分間は(C252Teを毎分
0.5cc導入することで、第4の層(図1におけるG
aAs1-x0Px0Nドープ一定組成層13)である低ド
ープ層のキャリア濃度になるようにして、HCl、PH
3、AsH3の導入量を変えることなく導入しながら、こ
れに窒素アイソエレクトロニック・トラップ添加用とし
て従来用いられている高純度アンモニア・ガス(N
3)を毎分420cc導入することで添加した。これ
により、第4のGaAs1-xxエピタキシャル層を第3
のGaAs1-xxエピタキシャル層上に成長させ、成長
を終了した。
In the final 50 minutes, (C 2 H 5 ) 2 Te was introduced at a rate of 0.5 cc / min to thereby form the fourth layer (G in FIG. 1).
HCl, PH is adjusted so that the carrier concentration of the low-doped layer which is the aAs 1-x 0P x0 N-doped constant composition layer 13) is obtained.
3. While introducing AsH 3 without changing the introduction amount, a high-purity ammonia gas (N) conventionally used for adding a nitrogen isoelectronic trap is added thereto.
H 3 ) was introduced by introducing 420 cc per minute. As a result, the fourth GaAs 1-x P x epitaxial layer becomes the third GaAs 1-x P x epitaxial layer.
Was grown on the GaAs 1-x P x epitaxial layer.

【0075】エピタキシャル膜の上記第1、第2、第
3、第4のエピタキシャル層の膜厚はおおよそ、それぞ
れ5μm、28μm、7μm、20μmであった。
The thicknesses of the first, second, third, and fourth epitaxial layers of the epitaxial film were approximately 5 μm, 28 μm, 7 μm, and 20 μm, respectively.

【0076】第4のエピタキシャル層のキャリア濃度
は、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、キャリア濃度は3×1015cm-3であった。
The carrier concentration of the fourth epitaxial layer was measured by a CV method after forming a Schottky barrier diode on the surface of the epitaxial wafer before diffusion, and the carrier concentration was 3 × 10 15 cm −3 . .

【0077】高ドープ層である第1、第2、第3のエピ
タキシャル層のキャリア濃度はエピタキシャル層をラッ
ピングとエッチングによって約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、C−V法によって測定した。
The carrier concentration of the highly doped first, second and third epitaxial layers is determined by removing the epitaxial layer obliquely at an angle of about 1 ° by lapping and etching to form a Schottky barrier diode on the surface. It was prepared and measured by the CV method.

【0078】図2は、本発明と後に説明する比較例のキ
ャリア濃度プロファイルである。横軸に基板とエピタキ
シャル層境界からの距離を示し、縦軸にキャリア濃度を
示している。図2において、◆は実施例1、□は比較例
1、△は比較例2を示す。
FIG. 2 shows carrier concentration profiles of the present invention and a comparative example described later. The horizontal axis shows the distance from the boundary between the substrate and the epitaxial layer, and the vertical axis shows the carrier concentration. In FIG. 2, Δ indicates Example 1, □ indicates Comparative Example 1, and Δ indicates Comparative Example 2.

【0079】上記実施例1を測定したところ、図2に示
す通り、第2、第3の層はキャリア濃度は第1の層から
6μmの、第2の層内のところで最大値のキャリア濃度
4×1017cm-3となり、徐々に減少して第3の層で
1.5×1017cm-3で概ね一定になっていた。
When the above Example 1 was measured, as shown in FIG. 2, the carrier concentration of the second and third layers was 6 μm from the first layer, and the carrier concentration of the maximum value was 4 μm in the second layer. It became × 10 17 cm −3 , gradually decreased, and was almost constant at 1.5 × 10 17 cm −3 in the third layer.

【0080】成長したエピタキシャルウエハを拡散源で
あるZnAs2ととも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て、760℃の温度でp型不
純物であるZnを表面から4μmの深さまで拡散した。
光出力は図3に示す形態の発光ダイオード化して測定
し、光出力は24であった。
The grown epitaxial wafer was vacuum-sealed in a quartz ampoule without coating anything with ZnAs 2 as a diffusion source, and Zn as a p-type impurity was diffused from the surface to a depth of 4 μm at a temperature of 760 ° C.
The light output was measured using a light emitting diode of the form shown in FIG. 3, and the light output was 24.

【0081】比較例1は従来の方法、比較例2は発光層
の近くでキャリア濃度を高めた場合の例として示す。比
較例1、2において、第2の層から第3の層のエピタキ
シャル成長における(C252Teの導入量を、毎分
30cc一定とした(比較例1)。さらに、第2の層の
成長の間に毎分30ccから75ccに徐々に増加さ
せ、第3の層では毎分90cc一定とした(比較例
2)。これ以外の処理は、実施例1と同様にして、更に
追加して合計2回エピタキシャル成長を繰り返した。
Comparative Example 1 shows a conventional method, and Comparative Example 2 shows an example in which the carrier concentration is increased near the light emitting layer. In Comparative Examples 1 and 2, the amount of (C 2 H 5 ) 2 Te introduced during the epitaxial growth of the second to third layers was constant at 30 cc / min (Comparative Example 1). Furthermore, during the growth of the second layer, it was gradually increased from 30 cc / min to 75 cc / min, and was constant at 90 cc / min in the third layer (Comparative Example 2). Other processes were the same as in Example 1, and the epitaxial growth was further repeated twice in total.

【0082】すべてエピタキシャル層の膜厚および第4
の層のキャリア濃度は実施例1とほぼ同じであった。測
定の結果、比較例1では、第2の層と第3の層でキャリ
ア濃度は1.5×1017cm-3で概ね一定になってい
た。
The thickness of the epitaxial layer and the fourth
The carrier concentration of this layer was almost the same as in Example 1. As a result of the measurement, in Comparative Example 1, the carrier concentration in the second layer and the third layer was approximately constant at 1.5 × 10 17 cm −3 .

【0083】また、比較例2では、図2に示す通り、第
2の層内でキャリア濃度は1.5×1017cm-3からで
8×1017cm-3まで徐々に増加して第3の層でも8×
10 17cm-3で概ね一定になっていた。
In Comparative Example 2, as shown in FIG.
2 has a carrier concentration of 1.5 × 1017cm-3From
8 × 1017cm-3Gradually increase to 8x in the third layer
10 17cm-3Was almost constant.

【0084】これら比較例1,2を発光ダイオード化し
て光出力を測定したところ、比較例1で20、比較例2
では17あった。この比較により本発明では、従来の手
法の比較例1に対して20%光出力が高くなった。ま
た、比較例2のように発光層の近くのキャリア濃度を高
めた場合は、従来手法より逆に15%輝度が低下した。
したがって、実施例1は比較例2の40%も光出力が高
くなる。
The light output of each of the comparative examples 1 and 2 was measured, and the light output was measured.
Then there were 17. By this comparison, in the present invention, the light output was increased by 20% compared to Comparative Example 1 of the conventional method. Also, when the carrier concentration near the light emitting layer was increased as in Comparative Example 2, the luminance was reduced by 15%, contrary to the conventional method.
Therefore, the light output of Example 1 is 40% higher than that of Comparative Example 2.

【0085】図4は、上記のように製造された燐化砒化
エピタキシャルウエハの実施例を用いて作製された発光
ダイオードの断面形状である。図4に示す様に、基板1
0上に形成されたエピタキシャル層16中にpn接合1
7を形成したエピタキシャル層表面Aと、燐化ガリウム
(GaP)基板10裏面Bにそれぞれオーミック電極1
8、19が形成される。さらに、これを素子分離して発
光ダイオードが製造される。
FIG. 4 is a sectional view of a light emitting diode manufactured by using the embodiment of the arsenic arsenide epitaxial wafer manufactured as described above. As shown in FIG.
Pn junction 1 in epitaxial layer 16 formed on
7 are formed on the surface A of the epitaxial layer on which the first electrode 7 is formed and the back surface B of the gallium phosphide (GaP) substrate 10, respectively.
8, 19 are formed. Further, the light emitting diode is manufactured by separating the elements.

【0086】[0086]

【発明の効果】上記に詳細に説明した様に、本発明によ
れば、燐化砒化ガリウム(GaAsP)エピタキシャル
ウエハが作製され、特に高い光出力をもつ発光ダイオー
ドを実現できる。本発明は、単結晶基板として、燐化ガ
リウム(GaP)を例にとったが、砒化ガリウム(Ga
As)でも効果は同じである。
As described in detail above, according to the present invention, a gallium arsenide arsenide (GaAsP) epitaxial wafer is manufactured, and a light emitting diode having a particularly high light output can be realized. In the present invention, gallium phosphide (GaP) is taken as an example of a single crystal substrate, but gallium arsenide (GaP) is used.
The effect is the same in As).

【0087】これにより、燐化砒化ガリウム(GaAs
P)の発光ダイオード需要の増加が期待される。
Thus, gallium arsenide arsenide (GaAs)
The demand for light emitting diodes in P) is expected to increase.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の燐化砒化ガリウムエピタキシャルウェ
ハの層構成の断面説明図である。
FIG. 1 is an explanatory sectional view of a layer structure of a gallium arsenide phosphide epitaxial wafer of the present invention.

【図2】本発明の実施例と比較例のエピタキシャル層の
キャリア濃度プロファイルである。
FIG. 2 is a graph showing carrier concentration profiles of epitaxial layers according to an example of the present invention and a comparative example.

【図3】燐化砒化ガリウム(GaAsP)エピタキシャ
ルウエハから作製される発光ダイオードの構成の断面説
明図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light emitting diode manufactured from a gallium arsenide phosphide (GaAsP) epitaxial wafer.

【図4】発光ダイオードの製造に用いられる燐化砒化ガ
リウム(GaAsP)エピタキシャルウエハの一般的な
層構造を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a general layer structure of a gallium arsenide phosphide (GaAsP) epitaxial wafer used for manufacturing a light emitting diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:単結晶基板、11:グレード組成層、12:一定組
成層、13:低キャリア濃度領域、14:ホモ層、15:
高キャリア濃度領域、16:エピタキシャル層、17:p
n接合、18、19:電極、20:GaP単結晶基板、
21:GaAs1-xxグレード組成層、22:GaAs
1-x0x0一定組成層、23:窒素ドープGaAs1-x0
x0低キャリア濃度一定組成層、24:GaPホモ層
10: single crystal substrate, 11: grade composition layer, 12: constant composition layer, 13: low carrier concentration region, 14: homo layer, 15:
High carrier concentration region, 16: epitaxial layer, 17: p
n junction, 18, 19: electrode, 20: GaP single crystal substrate,
21: GaAs 1-x P x grade composition layer, 22: GaAs
1-x0 P x0 constant composition layer, 23: nitrogen-doped GaAs 1-x0 P
x0 Low carrier concentration constant composition layer, 24: GaP homo layer

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Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】n型の単結晶基板上に、Ga、As及び、
Pを構成元素とするn型化合物半導体エピタキシャル層
を有してなるエピタキシャルウエハにおいて、 該n型化合物半導体エピタキシャル層は、少なくともグ
レード組成層及び、一定組成層からなり、該エピタキシ
ャル層のn型のキャリア濃度は、該グレード組成層内で
最大値となり、該グレード組成層の終点に向かって減少
するプロファイルであることを特徴とするエピタキシャ
ルウエハ。
1. A method according to claim 1, wherein Ga, As, and
An epitaxial wafer having an n-type compound semiconductor epitaxial layer containing P as a constituent element, wherein the n-type compound semiconductor epitaxial layer comprises at least a grade composition layer and a constant composition layer, and the n-type carrier of the epitaxial layer An epitaxial wafer having a profile in which the concentration has a maximum value in the grade composition layer and decreases toward an end point of the grade composition layer.
【請求項2】前記n型のキャリア濃度の最大値は、前記
グレード組成層内の終点から2μm以上離れたグレード
組成層内に存在することを特徴とする請求項1に記載の
エピタキシャルウエハ。
2. The epitaxial wafer according to claim 1, wherein the maximum value of the n-type carrier concentration exists in the grade composition layer separated from the end point in the grade composition layer by 2 μm or more.
【請求項3】前記n型のキャリア濃度の最大値は、2〜
30×1017cm-3であり、かつ前記一定組成層内に
は、キャリア濃度が少なくとも9×1015cm -3以下の
低キャリア濃度領域を有することを特徴とする請求項1
又は、2に記載のエピタキシャルウエハ。
3. The maximum value of the n-type carrier concentration is 2 to 3.
30 × 1017cm-3And within the constant composition layer
Means that the carrier concentration is at least 9 × 1015cm -3below
2. A low carrier concentration region.
Or, the epitaxial wafer according to 2.
【請求項4】前記一定組成層内に有する低キャリア濃度
領域は2μm以上を有することを特徴とする請求項3に
記載のエピタキシャルウエハ。
4. The epitaxial wafer according to claim 3, wherein the low carrier concentration region in the constant composition layer has a thickness of 2 μm or more.
【請求項5】前記n型のキャリア濃度が最大値をとる位
置は、前記低キャリア濃度領域より5μm以上離れてい
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。
5. The epitaxial wafer according to claim 1, wherein a position where the n-type carrier concentration takes a maximum value is at least 5 μm away from the low carrier concentration region.
【請求項6】前記グレード組成層の層厚が5〜120μ
mであり、前記低キャリア濃度領域は層厚が2〜60μ
m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。
6. The grade composition layer has a thickness of 5 to 120 μm.
m, and the low carrier concentration region has a layer thickness of 2 to 60 μm.
The epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 5, wherein m is m.
【請求項7】前記低キャリア濃度領域はGaAs1-xx
(0.45<x<1)からなり、少なくとも窒素がドー
プされていること特徴とする請求項1〜6のいずれかに
記載のエピタキシャルウエハ。
7. The low carrier concentration region includes GaAs 1-x P x
The epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 6, comprising (0.45 <x <1) and being doped with at least nitrogen.
【請求項8】前記エピタキシャル層はGaAs1-x
x(0<x<1)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。
8. The method of claim 1, wherein the epitaxial layer is GaAs 1-x P
x (0 <x <1).
The epitaxial wafer according to any one of the above.
【請求項9】前記単結晶基板が、GaAs基板又は、G
aP基板からなることを特徴とする請求項1〜8のいず
れかに記載のエピタキシャルウエハ。
9. The method according to claim 1, wherein the single crystal substrate is a GaAs substrate or a G substrate.
The epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 8, comprising an aP substrate.
【請求項10】前記n型の化合物半導体エピタキシャル
層上に、更にp型の化合物半導体エピタキシャル層を形
成してpn接合を有してなることを特徴とする請求項1
〜9のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ。
10. The semiconductor device according to claim 1, wherein a p-type compound semiconductor epitaxial layer is further formed on said n-type compound semiconductor epitaxial layer to have a pn junction.
10. The epitaxial wafer according to any one of claims 9 to 9.
【請求項11】前記p型の化合物半導体エピタキシャル
層は、気相成長によって形成してなるものであることを
特徴とする請求項10に記載のエピタキシャルウエハ。
11. The epitaxial wafer according to claim 10, wherein said p-type compound semiconductor epitaxial layer is formed by vapor phase growth.
【請求項12】前記p型の化合物半導体エピタキシャル
層は、n型の化合物半導体エピタキシャル層に亜鉛を拡
散して形成されることを特徴とする請求項10に記載の
エピタキシャルウエハ。
12. The epitaxial wafer according to claim 10, wherein said p-type compound semiconductor epitaxial layer is formed by diffusing zinc into an n-type compound semiconductor epitaxial layer.
【請求項13】請求項10〜12のいずれかに記載のエ
ピタキシャルウエハであって、前記単結晶基板の裏面及
び、前記p型の化合物半導体エピタキシャル層表面に電
極を形成してなるエピタキシャルウエハから切り出さ
れ、作成されることを特徴とする発光ダイオード。
13. An epitaxial wafer according to claim 10, wherein said epitaxial wafer is formed by forming electrodes on a back surface of said single crystal substrate and on a surface of said p-type compound semiconductor epitaxial layer. A light emitting diode characterized by being made.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009206283A (en) * 2008-02-27 2009-09-10 Shin Etsu Handotai Co Ltd Epitaxial-wafer manufacturing method and epitaxial wafer
JP2021141104A (en) * 2020-03-02 2021-09-16 信越半導体株式会社 Compound semiconductor epitaxial wafer and manufacturing method for the same
CN114079226A (en) * 2020-08-21 2022-02-22 山东华光光电子股份有限公司 High-uniformity high-power laser epitaxial wafer and preparation method thereof

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009206283A (en) * 2008-02-27 2009-09-10 Shin Etsu Handotai Co Ltd Epitaxial-wafer manufacturing method and epitaxial wafer
JP4572942B2 (en) * 2008-02-27 2010-11-04 信越半導体株式会社 Epitaxial wafer manufacturing method and epitaxial wafer
JP2021141104A (en) * 2020-03-02 2021-09-16 信越半導体株式会社 Compound semiconductor epitaxial wafer and manufacturing method for the same
JP7351241B2 (en) 2020-03-02 2023-09-27 信越半導体株式会社 Compound semiconductor epitaxial wafer and its manufacturing method
CN114079226A (en) * 2020-08-21 2022-02-22 山东华光光电子股份有限公司 High-uniformity high-power laser epitaxial wafer and preparation method thereof
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