JP2000312026A - 赤外発光素子用エピタキシャル基板およびこれを用いた発光素子 - Google Patents
赤外発光素子用エピタキシャル基板およびこれを用いた発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＤＤＨ構造の高出力ＧａＡｌＡｓ赤外発光ダ
イオードを作製するためのエピタキシャル基板を提供す
る。 【解決手段】 ｐ型クラッド層の成長開始部分の珪素濃
度最大値を１×１０18ｃｍ-3未満、第１のｐ型ＧａＡｌ
Ａｓ層中の炭素、硫黄および酸素の濃度を１×１０17ｃ
ｍ-3未満、ｐ型クラッド層の厚さを５０μｍ以上８０μ
ｍ以下、第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層のキャリヤ濃度を３
×１０17ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3の範囲とする。
イオードを作製するためのエピタキシャル基板を提供す
る。 【解決手段】 ｐ型クラッド層の成長開始部分の珪素濃
度最大値を１×１０18ｃｍ-3未満、第１のｐ型ＧａＡｌ
Ａｓ層中の炭素、硫黄および酸素の濃度を１×１０17ｃ
ｍ-3未満、ｐ型クラッド層の厚さを５０μｍ以上８０μ
ｍ以下、第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層のキャリヤ濃度を３
×１０17ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3の範囲とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線を利用した光通
信や空間伝送用に使用される高速・高出力赤外発光ダイ
オードを作製するためのエピタキシャル基板及び、この
エピタキシャル基板から作製された赤外発光ダイオード
素子に関する。
信や空間伝送用に使用される高速・高出力赤外発光ダイ
オードを作製するためのエピタキシャル基板及び、この
エピタキシャル基板から作製された赤外発光ダイオード
素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｌＡｓ系化合物半導体を利用した
発光ダイオード（以下ＬＥＤ）は赤外から赤色用の光源
として広く用いられている。赤外ＬＥＤは光通信や空間
伝送用に使用されているが、伝送するデータの大容量
化、伝送距離の長距離化に伴い、高出力・高速の赤外Ｌ
ＥＤへの要求が高くなっている。
発光ダイオード（以下ＬＥＤ）は赤外から赤色用の光源
として広く用いられている。赤外ＬＥＤは光通信や空間
伝送用に使用されているが、伝送するデータの大容量
化、伝送距離の長距離化に伴い、高出力・高速の赤外Ｌ
ＥＤへの要求が高くなっている。
【０００３】従来よりＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤは、例えば
ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長法により膜を成長
させ製造されるが、膜の構造がシングルへテロ構造より
もダブルヘテロ構造（以下ＤＨ構造）の方が出力が高
く、また基板を除去することでさらなる高出力化が図ら
れている。
ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長法により膜を成長
させ製造されるが、膜の構造がシングルへテロ構造より
もダブルヘテロ構造（以下ＤＨ構造）の方が出力が高
く、また基板を除去することでさらなる高出力化が図ら
れている。
【０００４】基板を除去するタイプのエピタキシャル構
造（以下ＤＤＨ構造）を作製する際、通常のＤＨ構造、
即ちｐ型クラッド層、活性層、ｎ型クラッド層の３層構
造のみをエピタキシャル成長して基板を除去する構造で
は製品の厚さが薄くなり、素子化工程でのハンドリング
が困難になると同時に、素子を導体に接着するとき用い
られるペーストが素子側面を這い上がり、ｐｎ接合を短
絡するという問題が発生する。これを防ぐために、基板
除去後の仕上がりの全厚と素子底面から接合までの距離
を稼ぐための第４のエピタキシャル層をＤＨ構造に付加
することがＤＤＨ構造では標準的な構成になっている。
第４のエピタキシャル層はバンドギャップが活性層より
も広く、活性層の発光光を吸収しないように設計され
る。また、この第４のエピタキシャル層は前記ＤＨ構造
のｎクラッド層側に付加しても、ｐクラッド層側に付加
しても良く、さらに、この第４のエピタキシャル層は単
層である必要はなく、複数のエピタキシャル層を組み合
わせても良い。
造（以下ＤＤＨ構造）を作製する際、通常のＤＨ構造、
即ちｐ型クラッド層、活性層、ｎ型クラッド層の３層構
造のみをエピタキシャル成長して基板を除去する構造で
は製品の厚さが薄くなり、素子化工程でのハンドリング
が困難になると同時に、素子を導体に接着するとき用い
られるペーストが素子側面を這い上がり、ｐｎ接合を短
絡するという問題が発生する。これを防ぐために、基板
除去後の仕上がりの全厚と素子底面から接合までの距離
を稼ぐための第４のエピタキシャル層をＤＨ構造に付加
することがＤＤＨ構造では標準的な構成になっている。
第４のエピタキシャル層はバンドギャップが活性層より
も広く、活性層の発光光を吸収しないように設計され
る。また、この第４のエピタキシャル層は前記ＤＨ構造
のｎクラッド層側に付加しても、ｐクラッド層側に付加
しても良く、さらに、この第４のエピタキシャル層は単
層である必要はなく、複数のエピタキシャル層を組み合
わせても良い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＤＨ構造からＤＤＨ構
造にすることにより、ＤＨ構造では基板に吸収されてい
た発光成分も素子外部に取り出せるようになり発光出力
は向上したが、必ずしも十分な出力が得られず、また発
光出力のばらつきが大きく、安定した特性を得られるも
のではなかった。
造にすることにより、ＤＨ構造では基板に吸収されてい
た発光成分も素子外部に取り出せるようになり発光出力
は向上したが、必ずしも十分な出力が得られず、また発
光出力のばらつきが大きく、安定した特性を得られるも
のではなかった。
【０００６】本発明の目的は、ＤＤＨ構造の高出力でば
らつきの少ない赤外発光ダイオードを作製するためのエ
ピタキシャル基板を提供することである。
らつきの少ない赤外発光ダイオードを作製するためのエ
ピタキシャル基板を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本願発明者はＤＤＨ構造
の上記赤外ＬＥＤ用エピタキシャル基板、及びこのエピ
タキシャル基板から作製された赤外発光ダイオードの高
出力化と出力の安定化について鋭意研究を重ねた結果、
第１のｐ型層、ｐ型クラッド層、ｐ型活性層、及びｎ型
クラッド層からなるエピタキシャル基板の積層工程にお
いて、ｐ型クラッド層の成長開始部分は降温速度が一定
であってもメルトの過飽和度の不安定性から成長速度が
不安定となり、界面部分に不純物が高濃度で偏析する場
合があり、これがＬＥＤの発光出力を低下させ更に出力
をばらつかせていることを見出した。本発明者はこれら
の不純物についてさらに調査を行った結果、特に珪素の
悪影響が大きく、この界面部分における珪素濃度の最大
値を１×１０18ｃｍ-3未満とすることでＬＥＤ出力が著
しく向上し、また発光出力のばらつきの低減がはかられ
ることを発見した。
の上記赤外ＬＥＤ用エピタキシャル基板、及びこのエピ
タキシャル基板から作製された赤外発光ダイオードの高
出力化と出力の安定化について鋭意研究を重ねた結果、
第１のｐ型層、ｐ型クラッド層、ｐ型活性層、及びｎ型
クラッド層からなるエピタキシャル基板の積層工程にお
いて、ｐ型クラッド層の成長開始部分は降温速度が一定
であってもメルトの過飽和度の不安定性から成長速度が
不安定となり、界面部分に不純物が高濃度で偏析する場
合があり、これがＬＥＤの発光出力を低下させ更に出力
をばらつかせていることを見出した。本発明者はこれら
の不純物についてさらに調査を行った結果、特に珪素の
悪影響が大きく、この界面部分における珪素濃度の最大
値を１×１０18ｃｍ-3未満とすることでＬＥＤ出力が著
しく向上し、また発光出力のばらつきの低減がはかられ
ることを発見した。
【０００８】また本発明者はＬＥＤの高出力化には第１
のｐ型層中の不純物およびキャリヤ濃度が密接に関連し
ていることを見出し、不純物としては炭素、硫黄および
酸素の悪影響が大きいことを発見した。さらに本発明者
は前述したＤＤＨ構造の赤外発光素子ではｐ型クラッド
層厚に最適範囲があり、これを５０μｍ以上８０μｍ以
下とすることでＬＥＤの高出力化がはかられること、ま
た第１のｐ型層のキャリヤ濃度は、１×１０18ｃｍ-3未
満が好ましく、さらに３５０μｍ角のＬＥＤの２００ｍ
Ａ時の順方向電圧（ＶＦ）を２．１Ｖ未満とするために
３×１０17ｃｍ -3以上とすることが好ましいことを見出
し本発明を完成した。
のｐ型層中の不純物およびキャリヤ濃度が密接に関連し
ていることを見出し、不純物としては炭素、硫黄および
酸素の悪影響が大きいことを発見した。さらに本発明者
は前述したＤＤＨ構造の赤外発光素子ではｐ型クラッド
層厚に最適範囲があり、これを５０μｍ以上８０μｍ以
下とすることでＬＥＤの高出力化がはかられること、ま
た第１のｐ型層のキャリヤ濃度は、１×１０18ｃｍ-3未
満が好ましく、さらに３５０μｍ角のＬＥＤの２００ｍ
Ａ時の順方向電圧（ＶＦ）を２．１Ｖ未満とするために
３×１０17ｃｍ -3以上とすることが好ましいことを見出
し本発明を完成した。
【０００９】すなわち本発明の請求項１記載のＤＤＨ構
造の赤外発光素子用エピタキシャル基板は、ｐ型ＧａＡ
ｓ単結晶基板上へ第１のｐ型Ｇａ1-x1Ａｌx1Ａｓ層、第
２のｐ型Ｇａ1-x2Ａｌx2Ａｓクラッド層、発光波長が８
５０〜９００ｎｍになるように調整した第３のｐ型Ｇａ
1-x3Ａｌx3Ａｓ活性層、ｎ型Ｇａ1-x4Ａｌx4Ａｓクラッ
ド層を順次エピタキシャル成長させたもので、第１のｐ
型層と第２のｐ型クラッド層界面から第２のｐ型クラッ
ド層側へ２μｍ以内の領域における珪素濃度の最大値を
１×１０18ｃｍ-3未満とすることでＬＥＤの高出力化と
発光出力のばらつきの低下をはかったものである。
造の赤外発光素子用エピタキシャル基板は、ｐ型ＧａＡ
ｓ単結晶基板上へ第１のｐ型Ｇａ1-x1Ａｌx1Ａｓ層、第
２のｐ型Ｇａ1-x2Ａｌx2Ａｓクラッド層、発光波長が８
５０〜９００ｎｍになるように調整した第３のｐ型Ｇａ
1-x3Ａｌx3Ａｓ活性層、ｎ型Ｇａ1-x4Ａｌx4Ａｓクラッ
ド層を順次エピタキシャル成長させたもので、第１のｐ
型層と第２のｐ型クラッド層界面から第２のｐ型クラッ
ド層側へ２μｍ以内の領域における珪素濃度の最大値を
１×１０18ｃｍ-3未満とすることでＬＥＤの高出力化と
発光出力のばらつきの低下をはかったものである。
【００１０】請求項２記載のＤＤＨ構造の赤外発光素子
用エピタキシャル基板は、請求項１記載の積層基板で第
１のｐ型層の炭素、硫黄および酸素の濃度を１×１０17
ｃｍ -3未満とすることでＬＥＤの高出力化をはかったも
のである。
用エピタキシャル基板は、請求項１記載の積層基板で第
１のｐ型層の炭素、硫黄および酸素の濃度を１×１０17
ｃｍ -3未満とすることでＬＥＤの高出力化をはかったも
のである。
【００１１】請求項３は請求項１または２に記載した赤
外発光素子用エピタキシャル基板において、第２のｐ型
クラッド層の厚さを５０μｍ以上８０μｍ以下とするこ
とでＬＥＤの高出力化をはかったものである。
外発光素子用エピタキシャル基板において、第２のｐ型
クラッド層の厚さを５０μｍ以上８０μｍ以下とするこ
とでＬＥＤの高出力化をはかったものである。
【００１２】請求項４は請求項１〜３のいずれかに記載
した赤外発光素子用エピタキシャル基板において、第１
のｐ型混晶のキャリヤ濃度を１×１０18ｃｍ-3〜３×１
０17ｃｍ-3の範囲とすることでＬＥＤの高出力化をはか
ると共にＶＦ（２００ｍＡ時）を２．１Ｖ未満としてい
る。
した赤外発光素子用エピタキシャル基板において、第１
のｐ型混晶のキャリヤ濃度を１×１０18ｃｍ-3〜３×１
０17ｃｍ-3の範囲とすることでＬＥＤの高出力化をはか
ると共にＶＦ（２００ｍＡ時）を２．１Ｖ未満としてい
る。
【００１３】請求項５は請求項１〜４のいずれかに記載
した赤外発光素子用エピタキシャル基板を用いて作製さ
れた発光素子に関するものである。
した赤外発光素子用エピタキシャル基板を用いて作製さ
れた発光素子に関するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。図１に本願記載のエピタキシャル基板から
作製された赤外発光用ＬＥＤの構造を模式的に示す。各
エピタキシャル層は第１のｐ型層Ｇａ1-x1Ａｌx1Ａｓ
（ｘ１は０＜ｘ１＜１なる数）、ｐ型クラッド層Ｇａ
1-x2Ａｌx2Ａｓ（ｘ２は０＜ｘ２＜１なる数）、ｐ型活
性層Ｇａ1- x3Ａｌx3Ａｓ（ｘ３は０＜ｘ３＜１なる
数）、ｎ型クラッド層Ｇａ1-x4Ａｌx4Ａｓ（ｘ４は０＜
ｘ４＜１なる数）の順でｐ型ＧａＡｓ単結晶基板上に積
層される。それぞれの層の混晶比については、活性層は
発光波長が８５０〜９００ｎｍになるように選択され、
第１のｐ型層、ｐ型クラッド層、ｎ型クラッド層は活性
層の発光光を吸収しないようバンドギャップが活性層よ
り広くなるよう選択される。ドーパントにはｐ型はＺ
ｎ、Ｇｅ等、ｎ型はＴｅ、Ｓ等を用いることができる。
活性層のドープ量については発光強度と応答速度が最適
になるよう選択される。
て説明する。図１に本願記載のエピタキシャル基板から
作製された赤外発光用ＬＥＤの構造を模式的に示す。各
エピタキシャル層は第１のｐ型層Ｇａ1-x1Ａｌx1Ａｓ
（ｘ１は０＜ｘ１＜１なる数）、ｐ型クラッド層Ｇａ
1-x2Ａｌx2Ａｓ（ｘ２は０＜ｘ２＜１なる数）、ｐ型活
性層Ｇａ1- x3Ａｌx3Ａｓ（ｘ３は０＜ｘ３＜１なる
数）、ｎ型クラッド層Ｇａ1-x4Ａｌx4Ａｓ（ｘ４は０＜
ｘ４＜１なる数）の順でｐ型ＧａＡｓ単結晶基板上に積
層される。それぞれの層の混晶比については、活性層は
発光波長が８５０〜９００ｎｍになるように選択され、
第１のｐ型層、ｐ型クラッド層、ｎ型クラッド層は活性
層の発光光を吸収しないようバンドギャップが活性層よ
り広くなるよう選択される。ドーパントにはｐ型はＺ
ｎ、Ｇｅ等、ｎ型はＴｅ、Ｓ等を用いることができる。
活性層のドープ量については発光強度と応答速度が最適
になるよう選択される。
【００１５】上記のエピタキシャル基板の成長方法とし
ては液相成長法や気相成長法を用いることが出来るが、
ここでは最も一般的なスライドボートを用いた徐冷降温
による液相成長法について説明する。
ては液相成長法や気相成長法を用いることが出来るが、
ここでは最も一般的なスライドボートを用いた徐冷降温
による液相成長法について説明する。
【００１６】図２はスライドボート法装置を模式的に示
したものである。スライダー８の基板収納溝７にｐ型Ｇ
ａＡｓ基板６をセットする。スライドボート本体９には
図１の４つのエピタキシャル層を成長するために好適な
配合のＧａメタル、金属Ａｌ、ＧａＡｓ多結晶とそれぞ
れのエピタキシャル層の導電型とキャリヤ濃度を実現す
るのに好適なドーパントを配合する４つのルツボ１０〜
１３が設置されている。
したものである。スライダー８の基板収納溝７にｐ型Ｇ
ａＡｓ基板６をセットする。スライドボート本体９には
図１の４つのエピタキシャル層を成長するために好適な
配合のＧａメタル、金属Ａｌ、ＧａＡｓ多結晶とそれぞ
れのエピタキシャル層の導電型とキャリヤ濃度を実現す
るのに好適なドーパントを配合する４つのルツボ１０〜
１３が設置されている。
【００１７】この方法は、例えば図２の構造のスライド
ボートを石英反応管内にセットし、水素気流中で加温
し、原料を溶解する。続いてスライダー８を右側に押
し、ｐ型ＧａＡｓ基板６をルツボ１０の下まで移動して
メルトに接触させる。次に雰囲気温度を降温しｐ型Ｇａ
Ａｓ基板上に図１に示した第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層を
成長させる。以下、同様にスライダーの移動と降温を繰
り返すことにより図１に対応する４層のエピタキシャル
層を成長させる。
ボートを石英反応管内にセットし、水素気流中で加温
し、原料を溶解する。続いてスライダー８を右側に押
し、ｐ型ＧａＡｓ基板６をルツボ１０の下まで移動して
メルトに接触させる。次に雰囲気温度を降温しｐ型Ｇａ
Ａｓ基板上に図１に示した第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層を
成長させる。以下、同様にスライダーの移動と降温を繰
り返すことにより図１に対応する４層のエピタキシャル
層を成長させる。
【００１８】この成膜方法において請求項１に示した第
１のｐ型層とｐ型クラッド層界面からｐ型クラッド層側
へ２μｍ以内の領域における珪素濃度の最大値を１×１
０18ｃｍ-3未満に制御するためには、該部分のエピタキ
シャル成長時の降温速度を下げることによりメルトの過
飽和度の不安定性を低減させ珪素の偏析を少なくするこ
とにより可能となる。また図２のるつぼ蓋１４を開口率
の低いグラッシーカーボン製とすることも有効である。
これは成膜中に石英製反応管が水素で還元されて亜酸化
珪素や珪素が発生するが、るつぼ蓋の開口率を下げるこ
とによりこれらの珪素源がメルト中へ混入することを低
減させることが可能となるためである。
１のｐ型層とｐ型クラッド層界面からｐ型クラッド層側
へ２μｍ以内の領域における珪素濃度の最大値を１×１
０18ｃｍ-3未満に制御するためには、該部分のエピタキ
シャル成長時の降温速度を下げることによりメルトの過
飽和度の不安定性を低減させ珪素の偏析を少なくするこ
とにより可能となる。また図２のるつぼ蓋１４を開口率
の低いグラッシーカーボン製とすることも有効である。
これは成膜中に石英製反応管が水素で還元されて亜酸化
珪素や珪素が発生するが、るつぼ蓋の開口率を下げるこ
とによりこれらの珪素源がメルト中へ混入することを低
減させることが可能となるためである。
【００１９】また本願請求項２に示した第１のｐ型層に
含まれる炭素、硫黄、および酸素の濃度を１×１０17ｃ
ｍ-3以下に制御するためには、基板、原材料をセットす
る際に硫黄酸化物、炭酸ガスがスライドボート部材に吸
着するのを防ぐため装置の空焼きを実施すること、また
スライドボート治具のうち、基板収納溝７の内側及びル
ツボ１０〜１３の内側をグラッシーカーボンでコートす
ることが有効である。
含まれる炭素、硫黄、および酸素の濃度を１×１０17ｃ
ｍ-3以下に制御するためには、基板、原材料をセットす
る際に硫黄酸化物、炭酸ガスがスライドボート部材に吸
着するのを防ぐため装置の空焼きを実施すること、また
スライドボート治具のうち、基板収納溝７の内側及びル
ツボ１０〜１３の内側をグラッシーカーボンでコートす
ることが有効である。
【００２０】以上のエピタキシャル成長終了後、エピタ
キシャル基板を取り出し素子化を行う。素子化は図１の
ｎ型ＧａＡｌＡｓ層５の表面を耐酸シートで保護してア
ンモニア−過酸化水素系エッチャントでＧａＡｓ基板を
選択的に除去する。その後、エピタキシャル基板の両面
に金電極を形成し、ダイシングにより素子を分離する。
キシャル基板を取り出し素子化を行う。素子化は図１の
ｎ型ＧａＡｌＡｓ層５の表面を耐酸シートで保護してア
ンモニア−過酸化水素系エッチャントでＧａＡｓ基板を
選択的に除去する。その後、エピタキシャル基板の両面
に金電極を形成し、ダイシングにより素子を分離する。
【００２１】
【実施例】以下、実施例と比較例により本発明を更に詳
細に説明する。 実施例１ 成長は図２に示したスライドボートによる液相成長法で
行った。るつぼ１〜４には各層のエピタキシャル成長に
好適な配合のＧａメタル、金属Ａｌ、ＧａＡｓ多結晶と
それぞれのエピタキシャル層の導電型とキャリヤ濃度を
実現するのに好適なドーパントとして、第１のｐ型層成
長用るつぼ１とｐ型クラッド層成長用るつぼ２にはＺｎ
を、ｐ型活性層成長用るつぼ３にはＧｅを、ｎ型クラッ
ド層成長用るつぼ４にはＴｅを添加した。
細に説明する。 実施例１ 成長は図２に示したスライドボートによる液相成長法で
行った。るつぼ１〜４には各層のエピタキシャル成長に
好適な配合のＧａメタル、金属Ａｌ、ＧａＡｓ多結晶と
それぞれのエピタキシャル層の導電型とキャリヤ濃度を
実現するのに好適なドーパントとして、第１のｐ型層成
長用るつぼ１とｐ型クラッド層成長用るつぼ２にはＺｎ
を、ｐ型活性層成長用るつぼ３にはＧｅを、ｎ型クラッ
ド層成長用るつぼ４にはＴｅを添加した。
【００２２】スライドボート治具のうち、基板収納溝７
の内側及びルツボ１０〜１３の内側はエピタキシャル層
に取り込まれる炭素、硫黄および酸素の不純物を減少さ
せるためグラッシーカーボンでコートした。また、るつ
ぼ蓋１４は石英反応管の珪素等が混入しないよう開口率
の低いグラッシーカーボン製とした。
の内側及びルツボ１０〜１３の内側はエピタキシャル層
に取り込まれる炭素、硫黄および酸素の不純物を減少さ
せるためグラッシーカーボンでコートした。また、るつ
ぼ蓋１４は石英反応管の珪素等が混入しないよう開口率
の低いグラッシーカーボン製とした。
【００２３】実際の成長は以下のようにして行った。図
２のスライドボートを石英反応管内にセットし、水素気
流中で９５０℃まで加温し原料を溶解した。続いて雰囲
気温度を９２０℃まで降温し、スライダー８を右側に押
し、ｐ型ＧａＡｓ基板６をルツボ１０の下まで移動して
メルトに接触させた。次に雰囲気温度を最初の１０分は
０．２℃／分の速度、その後は０．５℃／分の速度で降
温しｐ型ＧａＡｓ基板上に図１に示した第１のｐ型Ｇａ
ＡｌＡｓ層を成長させた。以下、同様にスライダーの移
動と降温を繰り返すことにより図１に対応する４層の混
晶比の異なるエピタキシャル層を成長させた。このと
き、ｐ型活性層以外のエピタキシャル層を成長する場合
は第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層を積層する場合と同様に、
初期の１０分は０．２℃／分、その後は０．５℃／分の
速度で降温した。
２のスライドボートを石英反応管内にセットし、水素気
流中で９５０℃まで加温し原料を溶解した。続いて雰囲
気温度を９２０℃まで降温し、スライダー８を右側に押
し、ｐ型ＧａＡｓ基板６をルツボ１０の下まで移動して
メルトに接触させた。次に雰囲気温度を最初の１０分は
０．２℃／分の速度、その後は０．５℃／分の速度で降
温しｐ型ＧａＡｓ基板上に図１に示した第１のｐ型Ｇａ
ＡｌＡｓ層を成長させた。以下、同様にスライダーの移
動と降温を繰り返すことにより図１に対応する４層の混
晶比の異なるエピタキシャル層を成長させた。このと
き、ｐ型活性層以外のエピタキシャル層を成長する場合
は第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層を積層する場合と同様に、
初期の１０分は０．２℃／分、その後は０．５℃／分の
速度で降温した。
【００２４】このような降温パターンを採用することに
より、エピタキシャル層界面付近の急析出を緩和し、高
濃度の珪素の析出を回避した。ｐ型活性層については成
長温度幅を２℃として全域０．２℃／分で降温した。
より、エピタキシャル層界面付近の急析出を緩和し、高
濃度の珪素の析出を回避した。ｐ型活性層については成
長温度幅を２℃として全域０．２℃／分で降温した。
【００２５】エピタキシャル成長終了後、各層の混晶
比、キャリヤ濃度および厚さを測定した。その結果混晶
比は、第１のｐ型層がＧａ1-x1Ａｌx1Ａｓ（０．１３≦
ｘ１≦０．４０）、ｐ型クラッド層がＧａ1-x2Ａｌx2Ａ
ｓ（０．２３≦ｘ２≦０．４５）、ｐ型活性層はＧａ
1-x3Ａｌx3Ａｓ（ｘ３＝０．０１）、ｎ型クラッド層は
Ｇａ1-x4Ａｌx4Ａｓ（０．１４≦ｘ４≦０．４０）とな
った。各層の混晶比に範囲があるのは、各層が徐冷法に
より成長されるためｐ型活性層以外のエピタキシャル層
のＡｌ組成比率は素子表面側に向かって減少するためで
ある。またキャリヤ濃度は各層の平均値で第１のｐ型層
が２×１０18ｃｍ-3、ｐ型クラッド層が５×１０17ｃｍ
-3、ｐ型活性層は２×１０18ｃｍ-3、ｎ型クラッド層は
４×１０17ｃｍ-3、各層の厚さは第１のｐ型層が８０μ
ｍ、ｐ型クラッド層が７０μｍ、ｐ型活性層は０．５μ
ｍ、ｎ型クラッド層は４０μｍであった。
比、キャリヤ濃度および厚さを測定した。その結果混晶
比は、第１のｐ型層がＧａ1-x1Ａｌx1Ａｓ（０．１３≦
ｘ１≦０．４０）、ｐ型クラッド層がＧａ1-x2Ａｌx2Ａ
ｓ（０．２３≦ｘ２≦０．４５）、ｐ型活性層はＧａ
1-x3Ａｌx3Ａｓ（ｘ３＝０．０１）、ｎ型クラッド層は
Ｇａ1-x4Ａｌx4Ａｓ（０．１４≦ｘ４≦０．４０）とな
った。各層の混晶比に範囲があるのは、各層が徐冷法に
より成長されるためｐ型活性層以外のエピタキシャル層
のＡｌ組成比率は素子表面側に向かって減少するためで
ある。またキャリヤ濃度は各層の平均値で第１のｐ型層
が２×１０18ｃｍ-3、ｐ型クラッド層が５×１０17ｃｍ
-3、ｐ型活性層は２×１０18ｃｍ-3、ｎ型クラッド層は
４×１０17ｃｍ-3、各層の厚さは第１のｐ型層が８０μ
ｍ、ｐ型クラッド層が７０μｍ、ｐ型活性層は０．５μ
ｍ、ｎ型クラッド層は４０μｍであった。
【００２６】このエピタキシャル基板を用いて素子を作
製した。まず図１のｎ型ＧａＡｌＡｓ層５の表面を耐酸
シートで保護してアンモニア−過酸化水素系エッチャン
トでＧａＡｓ基板を選択的に除去した。その後、耐酸シ
ートを剥離後エピタキシャル基板の両面に金電極を形成
し、ダイシングにより素子を分離することにより赤外Ｌ
ＥＤを作製した。
製した。まず図１のｎ型ＧａＡｌＡｓ層５の表面を耐酸
シートで保護してアンモニア−過酸化水素系エッチャン
トでＧａＡｓ基板を選択的に除去した。その後、耐酸シ
ートを剥離後エピタキシャル基板の両面に金電極を形成
し、ダイシングにより素子を分離することにより赤外Ｌ
ＥＤを作製した。
【００２７】実施例２ 各エピタキシャル層の成長速度をエピタキシャル層の成
長開始から終了まで１．０℃／分に設定し、他の条件は
実施例１と同一にしてエピタキシャル成長を実施しＬＥ
Ｄを作製した。 実施例３ 各エピタキシャル層の成長速度をエピタキシャル層の成
長開始から終了まで０．６℃／分に設定し、他の条件は
実施例１と同一にしてエピタキシャル成長を実施しＬＥ
Ｄを作製した。
長開始から終了まで１．０℃／分に設定し、他の条件は
実施例１と同一にしてエピタキシャル成長を実施しＬＥ
Ｄを作製した。 実施例３ 各エピタキシャル層の成長速度をエピタキシャル層の成
長開始から終了まで０．６℃／分に設定し、他の条件は
実施例１と同一にしてエピタキシャル成長を実施しＬＥ
Ｄを作製した。
【００２８】比較例１ 各エピタキシャル層の成長速度を実施例３と同様に１．
０℃／分とし、さらに前記図１のるつぼ蓋１４の材質を
グラッシーカーボンから通常の黒鉛に変更し、他の条件
は実施例３と同一にしてＬＥＤを作製した。
０℃／分とし、さらに前記図１のるつぼ蓋１４の材質を
グラッシーカーボンから通常の黒鉛に変更し、他の条件
は実施例３と同一にしてＬＥＤを作製した。
【００２９】比較例２ 図２の基板収納溝７、及びるつぼ１０〜１３をグラッシ
ーカーボンコートを施していない治具を使用する以外は
実施例１と同一条件でエピタキシャル成長を実施しＬＥ
Ｄを作製した。
ーカーボンコートを施していない治具を使用する以外は
実施例１と同一条件でエピタキシャル成長を実施しＬＥ
Ｄを作製した。
【００３０】比較例３ 実施例１と同一の治具を用いて、ｐ型クラッド層厚を変
更してエピタキシャル成膜を実施した。他の成膜条件は
実施例１と同一となるようにした。
更してエピタキシャル成膜を実施した。他の成膜条件は
実施例１と同一となるようにした。
【００３１】図３は第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層とｐ型ク
ラッド層界面付近の珪素濃度を実施例１〜３と比較例１
のサンプルについて測定した結果である。この図より第
１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層とｐ型クラッド層界面から２μ
ｍだけｐ型クラッド層に入った領域内に珪素濃度のピー
クがあることが分かる。実施例１と実施例２の結果から
エピタキシャル成長開始部分の成長速度が０．５℃／分
の場合は、０．２℃／分とした場合よりも珪素ピーク濃
度が高くなり、成長速度を１．０℃／分とすると珪素ピ
ーク濃度はさらに高まる。また実施例３と比較例１の結
果から同一の成長速度であっても前記ルツボ蓋１４の材
質をグラッシーカーボンから通常の黒鉛にすると珪素ピ
ーク濃度が高くなった。
ラッド層界面付近の珪素濃度を実施例１〜３と比較例１
のサンプルについて測定した結果である。この図より第
１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層とｐ型クラッド層界面から２μ
ｍだけｐ型クラッド層に入った領域内に珪素濃度のピー
クがあることが分かる。実施例１と実施例２の結果から
エピタキシャル成長開始部分の成長速度が０．５℃／分
の場合は、０．２℃／分とした場合よりも珪素ピーク濃
度が高くなり、成長速度を１．０℃／分とすると珪素ピ
ーク濃度はさらに高まる。また実施例３と比較例１の結
果から同一の成長速度であっても前記ルツボ蓋１４の材
質をグラッシーカーボンから通常の黒鉛にすると珪素ピ
ーク濃度が高くなった。
【００３２】また図４は上記の界面付近での珪素のピー
ク濃度とＬＥＤ出力の関係を示したものである。この図
より界面付近での珪素濃度ピークが１×１０18ｃｍ-3を
越えるとＬＥＤ出力が低下すると共に出力のばらつきが
増加することが明らかになった。
ク濃度とＬＥＤ出力の関係を示したものである。この図
より界面付近での珪素濃度ピークが１×１０18ｃｍ-3を
越えるとＬＥＤ出力が低下すると共に出力のばらつきが
増加することが明らかになった。
【００３３】以上の結果から界面付近での珪素濃度を下
げるためには成長速度を下げること、ルツボ蓋をグラッ
シーカーボンとすることが有効である。しかし成長速度
を下げた場合にはエピタキシャル工程にかかる時間が延
びて生産性が低下するという問題点があるため界面付近
でのみ成長速度を下げることが有効である。
げるためには成長速度を下げること、ルツボ蓋をグラッ
シーカーボンとすることが有効である。しかし成長速度
を下げた場合にはエピタキシャル工程にかかる時間が延
びて生産性が低下するという問題点があるため界面付近
でのみ成長速度を下げることが有効である。
【００３４】図５、６、７はそれぞれ実施例１および比
較例１について第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層中の炭素、硫
黄および酸素濃度とＬＥＤ出力の関係を示す。図５よ
り、該第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層中の炭素濃度を１×１
０17ｃｍ-3未満とすることで実用レベルである相対強度
１５のＬＥＤ出力が得られることが明らかになった。ま
た図６、７から硫黄、酸素濃度についても第１のｐ型Ｇ
ａＡｌＡｓ層中の濃度を１×１０17ｃｍ-3未満とするこ
とで相対強度１５のＬＥＤ出力が得られた。以上のよう
に図２の基板収納溝７、及びるつぼ１０〜１３をグラッ
シーカーボンでコートすることによりエピタキシャル層
中の炭素、硫黄および酸素濃度を低減させＬＥＤ出力を
向上させることが可能であった。
較例１について第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層中の炭素、硫
黄および酸素濃度とＬＥＤ出力の関係を示す。図５よ
り、該第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層中の炭素濃度を１×１
０17ｃｍ-3未満とすることで実用レベルである相対強度
１５のＬＥＤ出力が得られることが明らかになった。ま
た図６、７から硫黄、酸素濃度についても第１のｐ型Ｇ
ａＡｌＡｓ層中の濃度を１×１０17ｃｍ-3未満とするこ
とで相対強度１５のＬＥＤ出力が得られた。以上のよう
に図２の基板収納溝７、及びるつぼ１０〜１３をグラッ
シーカーボンでコートすることによりエピタキシャル層
中の炭素、硫黄および酸素濃度を低減させＬＥＤ出力を
向上させることが可能であった。
【００３５】図８にｐ型クラッド層厚とＬＥＤ出力の関
係を示す。この結果から、ｐ型クラッド層厚が５０μｍ
以下になるとＬＥＤ出力が低下する事がわかる。また８
０μｍより厚くなった場合もＬＥＤ出力は減少する。
係を示す。この結果から、ｐ型クラッド層厚が５０μｍ
以下になるとＬＥＤ出力が低下する事がわかる。また８
０μｍより厚くなった場合もＬＥＤ出力は減少する。
【００３６】図９に第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層のキャリ
ヤ濃度とＬＥＤ出力の関係を実施例１について示す。こ
の図から前記第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層のキャリヤ濃度
が１×１０18ｃｍ-3以下の場合実用上好ましいレベルで
ある相対強度１５のＬＥＤ出力が得られた。一方で前記
第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層のキャリヤ濃度が下がるとＬ
ＥＤのＶＦが上昇する。図１０は図９と同一チップにつ
いて第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層のキャリヤ濃度と３５０
μｍ角ＬＥＤのＶＦ（２００ｍＡ）との関係を示してい
る。標準的なサイズである３５０μｍ角ＬＥＤでの実用
性を勘案するとＶＦ（２００ｍＡ）≦２．１Ｖとするこ
とが好ましく、図９、１０より前記キャリヤ濃度の好ま
しい範囲は３×１０17〜１×１０18ｃｍ-3となった。
ヤ濃度とＬＥＤ出力の関係を実施例１について示す。こ
の図から前記第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層のキャリヤ濃度
が１×１０18ｃｍ-3以下の場合実用上好ましいレベルで
ある相対強度１５のＬＥＤ出力が得られた。一方で前記
第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層のキャリヤ濃度が下がるとＬ
ＥＤのＶＦが上昇する。図１０は図９と同一チップにつ
いて第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層のキャリヤ濃度と３５０
μｍ角ＬＥＤのＶＦ（２００ｍＡ）との関係を示してい
る。標準的なサイズである３５０μｍ角ＬＥＤでの実用
性を勘案するとＶＦ（２００ｍＡ）≦２．１Ｖとするこ
とが好ましく、図９、１０より前記キャリヤ濃度の好ま
しい範囲は３×１０17〜１×１０18ｃｍ-3となった。
【００３７】
【発明の効果】以上のように本発明は上述のＤＤＨ構造
のＧａＡｌＡｓ赤外発光ダイオードにおいてｐ型クラッ
ド層の成長開始部分の珪素濃度最大値を１×１０18ｃｍ
-3未満、第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層中の炭素、硫黄およ
び酸素の濃度を１×１０17ｃｍ -3未満、ｐ型クラッド層
の厚さを５０μｍ以上８０μｍ以下、第１のｐ型ＧａＡ
ｌＡｓ層のキャリヤ濃度を３×１０17ｃｍ-3〜１×１０
18ｃｍ-3の範囲とすることで高出力でばらつきの少ない
赤外ＬＥＤを提供することができる。
のＧａＡｌＡｓ赤外発光ダイオードにおいてｐ型クラッ
ド層の成長開始部分の珪素濃度最大値を１×１０18ｃｍ
-3未満、第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層中の炭素、硫黄およ
び酸素の濃度を１×１０17ｃｍ -3未満、ｐ型クラッド層
の厚さを５０μｍ以上８０μｍ以下、第１のｐ型ＧａＡ
ｌＡｓ層のキャリヤ濃度を３×１０17ｃｍ-3〜１×１０
18ｃｍ-3の範囲とすることで高出力でばらつきの少ない
赤外ＬＥＤを提供することができる。
【図１】本発明による実施例１で作製されたＬＥＤの構
造を示す。
造を示す。
【図２】本発明を実施するに当たり使用したスライドボ
ート法成膜装置の概略図である。
ート法成膜装置の概略図である。
【図３】第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層とｐクラッド層界面
付近の珪素濃度プロファイルを示す
付近の珪素濃度プロファイルを示す
【図４】珪素のピーク濃度とＬＥＤ出力の関係を示す。
【図５】第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層中の炭素濃度とＬＥ
Ｄ出力の関係を示す。
Ｄ出力の関係を示す。
【図６】第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層中の硫黄濃度とＬＥ
Ｄ出力の関係を示す。
Ｄ出力の関係を示す。
【図７】第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層中の酸素濃度とＬＥ
Ｄ出力の関係を示す。
Ｄ出力の関係を示す。
【図８】ｐ型クラッド層厚とＬＥＤ出力の関係を示す。
【図９】第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層中のキャリア濃度と
ＬＥＤ出力の関係を示す。
ＬＥＤ出力の関係を示す。
【図１０】第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層中のキャリア濃度
とＬＥＤのＶＦの関係を示す。
とＬＥＤのＶＦの関係を示す。
１ ｐ型ＧａＡｓ基板 ２ 第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層 ３ ｐ型クラッド層 ４ 活性層 ５ ｎ型クラッド層 ６ ｐ型ＧａＡｓ基板 ７ 基板収納溝 ８ スライダー ９ スライドボード本体 １０ るつぼ１（第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層成長用） １１ るつぼ２（ｐ型クラッド層成長用） １２ るつぼ３（ｐ型活性層成長用） １３ るつぼ４（ｎ型クラッド層成長用） １４ るつぼ蓋 １５ グラッシーカーボンコートされた部分、あるいは
グラッシーカーボン製
グラッシーカーボン製
Claims (5)
- 【請求項１】ｐ型ＧａＡｓ単結晶基板上に第１のｐ型Ｇ
ａ1-x1Ａｌx1Ａｓ層、ｐ型Ｇａ1-x2Ａｌx2Ａｓクラッド
層、発光波長が８５０〜９００ｎｍになるように調整し
たｐ型Ｇａ1-x3Ａｌx3Ａｓ活性層、及びｎ型Ｇａ1-x4Ａ
ｌx4Ａｓクラッド層を順次エピタキシャル成長させた
後、該ｐ型ＧａＡｓ単結晶基板を除去することからなる
エピタキシャル基板において、第１のｐ型層とｐ型クラ
ッド層との界面からｐ型クラッド層側へ２μｍ以内の領
域における珪素濃度の最大値が１×１０18ｃｍ-3未満で
あることを特徴とする赤外発光素子用エピタキシャル基
板。 - 【請求項２】第１のｐ型層中の炭素、硫黄および酸素の
濃度が１×１０17ｃｍ-3未満であることを特徴とする請
求項１記載の赤外発光素子用エピタキシャル基板。 - 【請求項３】ｐ型クラッド層の厚さが５０μｍ以上８０
μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記
載した赤外発光素子用エピタキシャル基板。 - 【請求項４】第１のｐ型層のキャリヤ濃度が３×１０17
ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ -3の範囲であることを特徴とす
る請求項１〜３のいずれかに記載した赤外発光素子用エ
ピタキシャル基板。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載した赤外発
光素子用エピタキシャル基板を用いて作製した発光素
子。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11968999A JP2000312026A (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 赤外発光素子用エピタキシャル基板およびこれを用いた発光素子 |
| TW89106462A TW459401B (en) | 1999-04-27 | 2000-04-07 | Epitaxial wafer for infrared light-emitting element |
| KR10-2000-0020973A KR100430615B1 (ko) | 1999-04-27 | 2000-04-20 | 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼 |
| TW89107735A TW498560B (en) | 1999-04-27 | 2000-04-25 | Epitaxial wafer for infrared light-emitting device and light-emitting device using the same |
| DE2000120501 DE10020501B4 (de) | 1999-04-27 | 2000-04-26 | Verfahren zum Herstellen eines Epitaxiewafers für eine infrarotes Licht emittierende Diode und Verfahren zur Herstellung einer Infrarot-LED aus dem Epitaxiewafer |
| CNB001182943A CN1160803C (zh) | 1999-04-27 | 2000-04-27 | 用于红外发光二极管的外延生长晶片和红外发光二极管 |
| US09/559,263 US6348703B1 (en) | 1999-04-27 | 2000-04-27 | Epitaxial wafer for infrared light-emitting device and light-emitting device using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11968999A JP2000312026A (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 赤外発光素子用エピタキシャル基板およびこれを用いた発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000312026A true JP2000312026A (ja) | 2000-11-07 |
Family
ID=14767629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11968999A Pending JP2000312026A (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 赤外発光素子用エピタキシャル基板およびこれを用いた発光素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000312026A (ja) |
| KR (1) | KR100430615B1 (ja) |
| TW (1) | TW459401B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017511975A (ja) * | 2014-02-25 | 2017-04-27 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | ゲッター層を有する発光半導体デバイス |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04263478A (ja) * | 1991-02-18 | 1992-09-18 | Toshiba Corp | 発光ダイオード用エピタキシャルウェーハ及びその製造方法 |
| US5708674A (en) * | 1995-01-03 | 1998-01-13 | Xerox Corporation | Semiconductor laser or array formed by layer intermixing |
| DE19537544A1 (de) * | 1995-10-09 | 1997-04-10 | Telefunken Microelectron | Lumineszenzdiode mit verbesserter Lichtausbeute |
| JPH1012922A (ja) * | 1996-06-19 | 1998-01-16 | Toyoda Gosei Co Ltd | ３族窒化物半導体発光素子 |
| KR19990051970A (ko) * | 1997-12-20 | 1999-07-05 | 이구택 | 실리콘 발광소자의 적외선 발광층 형성방법 |
| JPH11312692A (ja) * | 1998-04-30 | 1999-11-09 | Nippon Steel Corp | 半導体エピタキシャル基板 |
-
1999
- 1999-04-27 JP JP11968999A patent/JP2000312026A/ja active Pending
-
2000
- 2000-04-07 TW TW89106462A patent/TW459401B/zh not_active IP Right Cessation
- 2000-04-20 KR KR10-2000-0020973A patent/KR100430615B1/ko active IP Right Grant
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017511975A (ja) * | 2014-02-25 | 2017-04-27 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | ゲッター層を有する発光半導体デバイス |
| US10361531B2 (en) | 2014-02-25 | 2019-07-23 | Philips Photonics Gmbh | Light emitting semiconductor devices with getter layer |
| JP2020150275A (ja) * | 2014-02-25 | 2020-09-17 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | ゲッター層を有する発光半導体デバイス |
| JP7069248B2 (ja) | 2014-02-25 | 2022-05-17 | トルンプフ フォトニック コンポーネンツ ゲー・エム・ベー・ハー | ゲッター層を有する発光半導体デバイスを製造する方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100430615B1 (ko) | 2004-05-10 |
| TW459401B (en) | 2001-10-11 |
| KR20000071754A (ko) | 2000-11-25 |
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