JP2000319100A

JP2000319100A - エピタキシャルウエハおよび発光ダイオード

Info

Publication number: JP2000319100A
Application number: JP12930599A
Authority: JP
Inventors: Tadashige Sato; 忠重佐藤
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2000-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】そりが小さくて、一段と高光出力のＬＥＤを
製造することができるエピタキシャルウエハを提供する
こと。【解決手段】ＧａＰ単結晶基板上に、該基板組成とは
組成が異なるエピタキシャル層を有するエピタキシャル
ウエハにおいて、前記エピタキシャルウエハの最大径Ｄ
（ｍｍ）とそりＷ（μｍ）が以下の関係式（１）：【数１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は化合物半導体エピタ
キシャルウエハおよび発光ダイオード（以下「ＬＥ
Ｄ」）に関する。

【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。その中で
も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
する際の利点が大きい。このため、III−Ｖ族化合物半
導体はＬＥＤのほとんどに材料として利用されており、
特にＧａＡｓＰはＬＥＤ用としての需要が極めて大き
い。これらの材料には、ＬＥＤの特性として最も重要な
発光出力を向上させることが要求されている。

【０００３】図２は、ＧａＰ単結晶基板上にＧａＡｓ
_1-xＰ_x（０．４５≦ｘ≦１）のエピタキシャル層を有す
る一般的なエピタキシャルウエハの構造を示したもので
ある。このエピタキシャルウエハは、ｎ型のＧａＰ単結
晶基板２０上に、基板と同一組成のホモ層２４、基板と
最上層の格子定数の差を緩和するために混晶比ｘを連続
的に１．０〜ｘ₀まで変化させたＧａＡｓ_1-xＰ_x組成変
化層２１、ＧａＡｓ_1-xoＰ_xo一定組成層２２、窒素をド
ープしたＧａＡｓ_1-xoＰ_xo低キャリア濃度一定組成層２
３を、順次エピタキシャル成長した構造を有する。

【０００４】このエピタキシャルウエハでは、最上層で
ある低キャリア濃度一定組成層２３が発光層となる。一
定組成層２３の組成を変化させるとバンドギャップも変
化するため、組成に応じて赤色から緑色に発光するＬＥ
Ｄを製造することができる。このため一定組成層２３
は、通常はＬＥＤの発光波長に対応する混晶率ｘ₀の組
成を有し、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。例えば、赤色発光（波長６３０
ｎｍ）用ＬＥＤの一定組成層のｘ₀は約０．６５であ
る。

【０００５】近年、ＬＥＤの信頼性向上がますます求め
られるようになってきている。自動車等に用いられるＬ
ＥＤのように耐久性が要求される場合には、さらにＬＥ
Ｄの長寿命化も要求されてきている。さらに、ＬＥＤの
光出力の向上も求められている。これらの要求に対応す
るために、エピタキシャルウエハ構造を改良することに
よって品質を向上させることが提案されている（特開平
６−１９６７５６号公報）。それによると、発光層とな
るＮドープ低キャリア濃度一定組成層のキャリア濃度を
３×１０¹⁵ｃｍ^-3以下にすれば、光出力の向上と長寿命
化が同時に実現できることが明らかにされている。

【０００６】また、エピタキシャル層の品質を向上させ
ることによって長寿命化を実現することを特徴とするエ
ピタキシャルウエハの製造方法も提案されている（特公
昭５５−４３８９８号公報）。ここでは、エピタキシャ
ル成長中に供給する供給比［Ｇａ原子数］／［Ａｓ原子
数＋Ｐ原子数］を２．５以上にすることによってＬＥＤ
の長寿命化が図れることが明らかにされている。しかし
ながら、これらの従来技術により達成しうるＬＥＤの性
能よりも、さらに一段と優れた性能が求められている。

【０００７】ＬＥＤのさらなる光出力の向上や長寿命化
を図るためには、ＬＥＤの内部応力に着目する必要があ
る。エピタキシャルウエハにかかる内部応力によって結
晶に歪みが生じるため、それがＬＥＤの品質低下の原因
となるものと考えられる。エピタキシャルウエハを構成
する基板とエピタキシャル層では、一般に熱膨張係数や
放熱性が異なっている。このため、エピタキシャル成長
後の降温過程でエピタキシャル層と基板の収縮の程度に
差が生じ、エピタキシャルウエハにそりが生じてしま
う。直径５２ｍｍのＧａＰ基板の上にエピタキシャル成
長させたものでは、エピタキシャル成長直後のそりは通
常−３５０〜−２５０μｍにもなる。エピタキシャルウ
エハのそりが大きいと、結晶は圧縮応力や引張応力によ
り変形し、ＬＥＤの特性に様々な悪影響を与えてしま
う。このため、そりを最小限に抑えて、ｐｎ接合部分と
なるエピタキシャル層が、エピタキシャル成長時のまま
変形しないようにすることが求められている。

【０００８】特公平７−１８０２号公報にはそりの改善
方法が記載されている。この公報には、ＧａＡｓ基板上
にＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4エピタキシャル層を形成したエピタ
キシャルウエハに関する実施例が記載されており、そり
の絶対値を小さくできることが記載されている。ただ
し、この公報には、そりの定義は明確に記載されていな
い。この公報の図１には、組成変化層の終端であり一定
組成層の開始点でもある部分に、組成変化層とは逆の組
成変化率を有する層（逆組成変化層）を厚さ２．５μｍ
で形成することが明記されている。

【０００９】しかしながら、特にＧａＰ基板を選択して
使用したＧａＡｓＰエピタキシャルウエハでは、この方
法ではそり低減効果が不十分であり、また再現性にも乏
しいという問題があった。また、エピタキシャル層の厚
さが厚くなるとそれだけそりも大きくなるという問題が
あり、特に厚さが４５μｍを越えると従来の方法ではそ
りの低減効果はほとんどなくなっていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の問題を解決することを課題とした。すなわち本発
明は、一層の寿命向上と高光出力化を実現し得るＬＥ
Ｄ、及びその材料となるガリウム（Ｇａ）およびりん
（Ｐ）を構成元素とするエピタキシャル層を有するエピ
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。特に、エピタキシャル層の組成がＧａＡｓ_1-xＰ
_x（０．４５≦ｘ≦１）で表されるエピタキシャルウエ
ハを提供することを解決すべき中心課題とした。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者はこれらの課題
を解決すべく鋭意検討を進めた結果、エピタキシャルウ
エハのそりをエピタキシャルウエハの最大径で規定され
る特定の範囲内にすることによって、光出力と寿命が改
善されたＬＥＤを実現できることを見出し、本発明を完
成した。すなわち本発明は、ＧａＰ単結晶基板上に、該
基板組成とは組成が異なるエピタキシャル層を有するエ
ピタキシャルウエハにおいて、前記エピタキシャルウエ
ハの最大径Ｄ（ｍｍ）とそりＷ（μｍ）が以下の関係式
（１）：

【数３】好ましくは以下の関係式（２）：

【数４】を満たすことを特徴とするエピタキシャルウエハを提供
する。

【００１２】本発明のエピタキシャルウエハの好ましい
態様として、前記エピタキシャル層が、組成変化層と一
定組成層を有する態様；前記エピタキシャル層の組成が
ＧａＡｓ_1-xＰ_x（０．４５≦ｘ≦１）である態様；前記
エピタキシャル層が組成変化層と一定組成層を有し、か
つ該一定組成層の少なくとも一部に窒素がドープされて
いる態様；前記一定組成層内に、ｎ型でキャリア濃度が
０．１×１０¹⁵〜２０×１０¹⁵ｃｍ^-3である層を０．５
〜１５０μｍの厚さで有する態様；前記エピタキシャル
層全体の厚さが３５〜３５０μｍである態様；前記エピ
タキシャル層内にｐｎ接合が存在し、かつｐ層の厚さが
３〜８０μｍである態様；前記ｐｎ接合がｎ型エピタキ
シャル層の表面からＺｎを拡散することにより形成され
ている態様を挙げることができる。また本発明は、上記
のエピタキシャルウエハを用いて製造した発光ダイオー
ドも提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下において、本発明のエピタキ
シャルウエハおよび発光ダイオードについて詳細に説明
する。本発明のエピタキシャルウエハは、ＧａＰ単結晶
基板上に、該基板組成とは組成が異なるエピタキシャル
層を有するエピタキシャルウエハであって、上記関係式
（１）を満たすことを特徴としている。

【００１４】関係式（１）におけるそりＷは、図４のｂ
−ａで求められる値である。すなわち、エピタキシャル
ウエハをエピタキシャル層側を上にして定盤の上に置い
たとき、最大径Ｄをむすぶ中央の高さａと、同一のエピ
タキシャルウエハを裏返した中央の高さｂとの差ｂ−ａ
をそりＷと定義する。そりＷがマイナスであるときはエ
ピタキシャル層側が凸面になっている状態を意味する。
図４において、ウエハの最大径Ｄはウエハの外周上に存
在する２点を結ぶ距離が最大になるように画定する。ウ
エハが円形であるときは最大径Ｄは直径に相当し、楕円
形の場合は長径に相当する。ウエハの形状は円形や楕円
形のみならず、角形や歪な形状であってもよいが、いず
れの場合も最大径Ｄの定義は変わらない。

【００１５】エピタキシャル層は通常は複数の層から構
成されており、その層の組成や厚さはそれぞれ異なって
いることが多い。また、エピタキシャルウエハの外周部
の裏側にエピタキシャル層が成長していることもあり、
これらの要因がそりＷの値に影響を与えることもある。
なお、本発明のエピタキシャルウエハはエピタキシャル
成長後のままであっても、成長後にウエハ周辺部のクラ
ウンを研削で除去したものであってもよい。

【００１６】本明細書でいうそりＷは、ＬＥＤにする前
に測定する。ＬＥＤを製造するときには、エピタキシャ
ルウエハの基板側を真空吸引等することによってウエハ
中央部を押し下げている。このため、ＬＥＤとして製造
した状態ではエピタキシャルウエハはそりを戻す方向の
応力を受けている。このため、そりＷが大きいとＬＥＤ
製造後にエピタキシャルウエハには大きな圧縮応力や引
張応力がかかることになる。本発明のエピタキシャルウ
エハは、関係式（１）を満たす程度にそりを小さくする
ことによって、これらの応力を小さくし、それによって
ＬＥＤの特性を改善したものである。

【００１７】そりＷが、−Ｄ²／２５０未満であるとき
やＤ²／８を越える場合は、応力が大きくなるためにＬ
ＥＤの特性改善効果は十分に得られない。特にそりＷが
Ｄ²／８を越えると、エピタキシャルウエハの内部応力
が大きくなり過ぎて割れやすくなり実用的でない。関係
式（１）で表されるそりＷ範囲は、例えば最大径Ｄが５
２ｍｍの変形円形の場合、−１１〜＋３３８μｍにな
る。また、より好ましいそりＷの範囲を規定した関係式
（２）では、最大径が５２ｍｍの変形円形の場合、そり
Ｗは０〜＋２７０μｍになる。

【００１８】エピタキシャルウエハが円形であるときに
は、球面状にそるとものと仮定できる。その曲率をＲと
したとき、下記の関係を導くことができる。

【数５】ここで、Ｄ≪Ｒなので、

【数６】となる。すなわち、そりはエピタキシャルウエハの最大
径Ｄの２乗に比例する。関係式（１）および（２）は、
この誘導式に基づいて検討した結果、得られたものであ
る。

【００１９】以下において、本発明のエピタキシャルウ
エハ及び発光ダイオードの詳細を、一実施態様である図
１を参照しながら具体的に説明する。図１のエピタキシ
ャルウエハは、単結晶基板１０の上にホモ層１４、組成
変化層１１、逆組成変化層１６、一定組成層１２をこの
順にエピタキシャル成長させたものである。

【００２０】単結晶基板１０はＧａＰで構成される。単
結晶基板がＧａＰであれば、ｐｎ接合を形成するｎ層が
間接遷移型のバンドギャップをもつＧａＡｓ_1-xＰ
_x（０．４５≦ｘ＜１）からなるときに、ＬＥＤの発光
色に対して透明であり、かつＬＥＤとして高い光出力を
得ることができるために極めて有利である。単結晶基板
の厚さは好ましくは２００〜７００μｍであり、特に好
ましくは２２０〜３５０μｍである。エピタキシャル層
の全厚は３５〜３５０μｍ、好ましくは４５〜２５０μ
ｍとすることがコストの点で好ましい。

【００２１】単結晶基板１０の上に形成するホモ層１４
は、単結晶基板１０と同じ結晶からなる。ホモ層１４は
特に形成しなくてもよいが、ミスフィット転位の発生を
抑制して安定な高輝度を得るためには、ホモ層１４を
０．１〜１００μｍ、好ましくは０．５〜１５μｍ形成
するのがよい。

【００２２】その上に形成するエピタキシャル層は、単
結晶基板とは異なる組成を有する。例えば、ＧａＡｓ
Ｐ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ等の３元
混晶から選択することが好ましい。中でもＧａＡｓＰは
最も効果が大きいためＬＥＤ用として特に好ましい。

【００２３】組成変化層１１は、基板からの距離に応じ
て組成が変化する層であり、混晶率の変化量が０．０６
以上である層である。例えば、組成変化層１１をＧａＡ
ｓ_1- _xＰ_xとして基板から遠ざかるにつれて混晶率ｘが１
から低下するように構成することができる。混晶率ｘは
０≦ｘ＜１の間で変化させることができるが、好ましく
は０．４５≦ｘ＜１の間で変化させる。

【００２４】組成変化層１１の組成変化は、連続的であ
っても段階的であってもよい。また、組成変化層１１の
組成変化は、逆の組成変化部分を有しない単調増加であ
ることが好ましい。いずれの態様を採用しても、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。組成変化層１１のキャリア濃度
は、０．５〜３０×１０¹⁷ｃｍ^-3であることが好まし
く、１〜３０×１０¹⁷ｃｍ^-3であることがより好まし
い。中でも、平均で１〜１０×１０¹⁷ｃｍ^-3であること
がＬＥＤ化した時の順方向電圧を下げ、良好な結晶性が
得られる点で特に好ましい。キャリア濃度が３０×１０
¹⁷ｃｍ^-3を越えると、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、ＬＥＤの光出力の低下
を生じる等の問題が生じやすくなる傾向がある。組成変
化層１１の層厚は、好ましくは２〜１００μｍ、より好
ましくは１０〜８０μｍである。

【００２５】図１の態様では、組成変化層１１の上に逆
組成変化層１６が形成されている。本明細書でいう「逆
組成変化層」とは、基板からの距離に応じた組成変化の
傾向が組成変化層とは逆である層をいう。例えば、組成
の混晶率に着目するならば、組成変化層の混晶率が基板
から遠ざかるにつれて下がっているときは、逆組成変化
層は混晶率が基板から遠ざかるにつれて上がっている層
を指す。逆に組成変化層の混晶率が基板から遠ざかるに
つれて上がっているときは、逆組成変化層は混晶率が基
板から遠ざかるにつれて下がっている層を指す。このと
き、逆組成変化層内において混晶率は０．０６以上変化
していなければならない。混晶率の変化が０．０６未満
であればその層は本明細書では一定組成層とみなす。

【００２６】逆組成変化層は図１のように組成変化層と
一定組成層の間に形成してもよいが、その他に２層の組
成変化層の間、２層の一定組成層の間、一定組成層の上
などに形成してもよい。逆組成変化層の数は１層であっ
ても、２層以上であってもよい。このとき、各逆組成変
化層の組成変化の態様や厚さは同一であっても異なって
いてもよい。

【００２７】逆組成変化層内および組成変化層内におけ
る組成の変化は、連続的であっても段階的であってもよ
い。また、連続的な変化と段階的な変化を組み合わせた
ものであってもよい。組成変化が連続的であるとき、そ
の変化率は層内を通して一定であってもよいし、一定で
なくてもよい。また、組成が段階的に変化するときは、
組成変化の段差はすべて同じであってもよいし異なって
いてもよい。さらに各段の長さも同じであっても異なっ
ていてもよい。

【００２８】逆組成変化層１６のキャリア濃度は、逆組
成変化層の形成位置によって適宜決定することが好まし
い。逆組成変化層１６が組成変化層１１と一定組成層１
２の間に存在する場合は、逆組成変化層１６のキャリア
濃度は、組成変化層１１の上記キャリア濃度範囲と同じ
である。逆組成変化層１６が２層の一定組成層の間に存
在する場合は、一定組成層内の低キャリア濃度層か高濃
度キャリア層のいずれかにあわせるか、あるいはその中
間のキャリア濃度にすることができる。

【００２９】一定組成層１２は、層内における混晶率の
変化量が原則として０．０６未満である層をいう。一定
組成層中の組成はミスフィット転位等の結晶欠陥をでき
るだけ抑制するため、できる限り一定であることが望ま
しい。混晶率の変化量は０．０５以内が好ましく、０．
０４以内がより好ましい。なお、一定組成層内に組成の
段差や組成変化が存在していても、その合計層厚が１０
μｍ以下なら実質的に一定組成になる。例えば、エピタ
キシャル層の組成がＧａＡｓ_1-xＰ_x（０≦ｘ＜１）であ
るエピタキシャルウエハでは、一定組成層１２の組成は
ＧａＡｓ_1-yＰ_y（０．４５≦ｙ＜１）にすることができ
る。

【００３０】気相成長法により基板上にエピタキシャル
形成させると、形成されるエピタキシャル層は一般にす
べてｎ型である。ｎ型の単結晶基板上にｎ型のエピタキ
シャル層を形成してなるＧａＡｓＰエピタキシャルウエ
ハをＬＥＤにするためには、ｐｎ接合を形成する必要が
ある。ｐｎ接合を形成するためには、例えば加工工程で
拡散によりエピタキシャル層表面から窒素をドープした
低キャリア濃度一定組成層内に４〜１０μｍ程度の深さ
まで高濃度にＺｎを拡散してｐ型の層を形成する。この
ようにしてエピタキシャル層中にｐｎ接合を形成したエ
ピタキシャルウエハのＧａＰ基板側にオーミック電極１
９を形成し、素子分離してＬＥＤを製造すれば、容易か
つ再現性よくｐｎ接合を形成することができるので、高
歩留まりでＬＥＤを製造することが可能になる。

【００３１】ｐｎ接合を形成するｎ層側が間接遷移型の
バンドギャップをもつＧａＡｓ_1-xＰ_x（０．４５≦ｘ＜
１）からなる場合は、ｐｎ接合のｎ層側は低キャリア濃
度領域となる。低キャリア濃度領域１３は、平均キャリ
ア濃度が２０×１０¹⁵ｃｍ ^-3以下が好ましい。０．１×
１０¹⁵ｃｍ^-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ＬＥＤの順方向電圧の増
加をまねくことがある。高光出力を得ることができ、し
かも電気特性が安定するため、最も好ましい平均キャリ
ア濃度は０．５〜１０×１０¹⁵ｃｍ^-3である。低キャリ
ア濃度領域の厚さは一般に０．５〜１５０μｍであり、
好ましくは１〜５０μｍである。１５０μｍを越えると
低キャリア濃度領域による抵抗の増大で順方向電圧の増
加を招く傾向がある。

【００３２】低キャリア濃度領域以外の一定組成層は組
成変化層と同じキャリア濃度範囲内に設定することが好
ましい。具体的には３〜５０μｍにするのが好ましく、
成長時間が長くなることによるコスト上昇を避けるため
には５〜２０μｍとすることがより好ましい。低キャリ
ア濃度領域１３にエピタキシャル層表面からＺｎを拡散
してもｐ層を形成することができる。その場合のｐ層の
拡散深さは２〜１８μｍ、好ましくは３〜１２μｍであ
る。気相成長でｐ層を成長した場合は、ｐ層内に組成変
化層があっても、別の組成の一定組成層があってもよ
い。

【００３３】ｐ型ドーパントとしてはＺｎ、Ｍｇ、Ｃ
ｄ、Ｂｅ等があるが、毒性からＣｄとＢｅは好ましくな
い。ドーピングガスとしては高純度の原料が得られ、使
いやすいことからＺｎはジエチル亜鉛（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚ
ｎ、Ｍｇならシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃ₅
Ｈ₅）Ｍｇ（またはＣｐ₂Ｍｇ）などの有機金属化合物が
使用される。ｐ層を気相成長中に成長した場合、低キャ
リア濃度領域１３と隣接して、ｐｎ接合部分には少なく
とも窒素がドープされている。ｐ層の層厚は２〜３００
μｍあれば良いが、好ましくは４〜１５０μｍ以上あれ
ばさらに高光出力が得られるので好ましい。特にＧａＡ
ｓ_1-xＰ_x（０．４５≦ｘ＜１）を発光層とするＬＥＤで
は、発光効率を上げるため、アイソエレクトロニックト
ラップとして窒素をドープして光出力を１０倍程度向上
させるのが好ましい。窒素は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。このとき、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。

【００３４】本発明のエピタキシャルウエハを製造する
ためのエピタキシャル成長法としては、気相法が組成変
化を詳細に実現できるために好ましい。Ｖ族原料は砒素
原料ガスとりん原料ガスであって、供給される砒素原子
供給量とりん原子供給量の比を制御することによって所
望の混晶率を有するエピタキシャル層を形成することが
できる。エピタキシャル成長法はハイドライド法または
クロライド法がであることが一般的であるが、特にハイ
ドライド法が高純度の結晶が得られ、最も量産性に優れ
ている。

【００３５】ハイドライド法では、石英製の反応容器内
にＧａＰ基板を配置して、成長温度に加熱しながら原料
ガスを流すことによって、ＧａＰ基板上にエピタキシャ
ル層を成長させるのが一般的である。キャリアガスとし
ては通常は水素（Ｈ₂）を用いる。III族原料としては金
属Ｇａを用いて、反応容器内で塩酸ガスＨＣｌと反応さ
せＧａＣｌとしてＧａＰ基板上に供給する。Ｖ族原料は
水素化物が使われ、アルシン（ＡｓＨ₃）とホスフィン
（ＰＨ₃）を用いる。ｐｎ接合が形成される一定組成層
を成長する際のＡｓＨ₃とＰＨ₃の供給比ｃ：

【００３６】

【数７】は、ほぼＧａＡｓ_1-xＰ_xの混晶率ｘに近い。通常１０％
以内でｃとｘは一致するので、所望の混晶率を有するエ
ピタキシャル層を成長させることができる。成長法とし
て有機金属気相法を用いても、精密なエピタキシャル層
構造を実現できるので有効である。

【００３７】本発明のエピタキシャルウエハの製造に当
たっては、複雑なエピタキシャル層構造を製造できる気
相エピタキシャル成長法の中から選択される。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、
エピタキシャル層表面または、斜めに研磨した後、ショ
ットキーハ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。また日本バイオ・ラッド・ラボ
ラトリー社のセミコンダクタ・プロファイル・プロッタ
ＰＮ４３００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。組成プロファイルは劈開でエピタキシャル断面を
出して、Ｘ線マイクロアナライザ（ＸＭＡ）によって分
析できる。逆組成変化層の層厚は、劈開でエピタキシャ
ル層断面を出して、エッチングして各層を見えるように
して、顕微鏡で正確に測定できる。

【００３８】

【実施例】以下に実施例を記載し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、使用量、割
合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変
更することができる。しがたって、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。

【００３９】ＧａＰ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。ＧａＰ基
板は硫黄（Ｓ）が３〜１０×１０¹⁷原子個／ｃｍ³添加
され、直径５２ｍｍの円形で、（１００）面から［００
１］方向に１０゜偏位した面をもつＧａＰ基板を用い
た。これらを、同時にホルダー上に配置し、ホルダーを
毎分３回転させた。以下に、標準状態に換算したガスの
流量単位としてＳＣＣＭを用いて説明する。

【００４０】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９６００ＳＣＣＭ導入し、
Ｎ₂の流れを止め昇温工程に入った。Ｇａ入り石英ボ−
ト設置部分及びＧａＰ単結晶基板設置部分の温度が、そ
れぞれ８００℃及び９３０℃で一定に保持されているこ
とを確認した後、尖頭発光波長６３０±５ｎｍのＧａＡ
ｓ_1-xＰ_xエピタキシャル膜の気相成長を開始した。最
初、濃度５０ｐｐｍに水素ガスで希釈したｎ型不純物で
あるジエチルテルル（（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｔｅ）を１５ＳＣＣ
Ｍ導入し、周期律表第III族元素成分原料としてのＧａ
Ｃｌを、３６９ＳＣＣＭ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溜に毎分３６
９ｃｃ吹き込み、Ｇａ溜上表面より吹き出させた。他方
周期律表第Ｖ族元素成分として、Ｈ₂で濃度１０％に希
釈したりん化水素（ＰＨ₃）を毎分８５８ＳＣＣＭ導入
しつつ、２０分間にわたり、第１層であるＧａＰ層をの
ＧａＰ単結晶基板上に成長させた。

【００４１】次に、（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ₃の
各ガスの導入量を変えること無く、Ｈ₂で濃度１０％に
希釈したひ化水素（ＡｓＨ₃）の導入量を、０ＳＣＣＭ
から４９２ＳＣＣＭ（実施例１）まで徐々に増加させ、
同時にＧａＰ基板の温度を９３０℃から８７０℃まで徐
々に降温させ、９０分間にわたり、第２のＧａＡｓ_1-x
Ｐ_x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。次に、（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｔｅ、ＨＣｌ、Ｐ
Ｈ₃の各ガスの導入量を変えること無く、ひ化水素（Ａ
ｓＨ₃）の導入量を、４９２ｓＣＣＭから４８２ＳＣＣ
Ｍまで１５分間で徐々に減少させて、第３のＧａＡｓ
_1-xＰ_xエピタキシャル層を第２のＧａＡｓ_1-xＰ_xエピタ
キシャル層上に成長させた。

【００４２】次の３０分間は、（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｔｅ、ＨＣ
ｌ、ＰＨ₃、ＡｓＨ₃の導入量を変えることなく、即ち、
それぞれ１５ＳＣＣＭ，３６９ＳＣＣＭ，８５８ＳＣＣ
Ｍ，４８２ＳＣＣＭに保持しつつ、第４のＧａＡｓ_1-x
Ｐ_xエピタキシャル層を第３のＧａＡｓ_1-xＰ_xエピタキ
シャル層上に成長させた。次の７０分間は（Ｃ₂Ｈ₅）₂
Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ₃、ＡｓＨ₃の導入量を変えることな
く導入しながらこれにＮアイソ・エレクトロニック・ト
ラップ添加用として２１４ＳＣＣＭの高純度アンモニア
・ガス（ＮＨ₃）を添加して第５のＧａＡｓ_1-xＰ_xエピ
タキシャル層を第４のＧａＡｓ_1-xＰ_xエピタキシャル層
上に成長させ、気相成長を終了した。

【００４３】第１〜５のエピタキシャル層の層厚はそれ
ぞれ４μｍ（ホモ層）、３９μｍ（組成変化層）、４．
７μｍ（逆組成変化層）、１４μｍ（組成一定層の高キ
ャリア濃度領域）、２９μｍ（組成一定層の低キャリア
濃度領域）であった。第１〜５の層のキャリア濃度は、
エピタキシャル層を約１゜斜めに研磨してその表面にシ
ョットキーバリアダイオードを作製して測定した。第１
〜４の層のキャリア濃度は２〜３×１０¹⁷ｃｍ^-3であ
り、第５層のキャリア濃度は３×１０¹⁵ｃｍ^-3であっ
た。エピタキシャル成長後のそりは−４４μｍであっ
た。

【００４４】成長したエピタキシャルウエハをＺｎＡｓ
₂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て、７
６０℃の温度で表面から４μｍの深さまで拡散した。続
いて、真空蒸着による電極形成等を行って、５００μｍ
×５００μｍ×１８０μｍ（厚さ）の角柱型発光ダイオ
ードを形成して、エポシコートなしで測定した。光出力
はＬＥＤ化して測定し、光出力は５９であった。第２の
ＧａＡｓ_1-xＰ_xエピタキシャル層の成長において、ひ化
水素（ＡｓＨ₃）の導入量を、０ＳＣＣＭから最終の流
量を４８２〜５８０ＳＣＣＭに変化させて、上記方法と
同様にしてエピタキシャル成長を繰り返した。エピタキ
シャル層厚とキャリア濃度はほぼ同じであった。また、
光出力と発光波長も、上記実施例１とほとんど同じであ
った。ＬＥＤチップを使って寿命測定をＤＣ１５０ｍ
Ａ、室温の条件で１６８時間通電した後、光出力の残存
率を測定した。

【００４５】図５にそりと光出力の関係を示す。関係式
（１）の範囲内にそりを調節することによって、従来に
比べて１０〜２０％の光出力の向上を達成できることが
明らかである。図６にそりとＬＥＤの光出力残存率の関
係を示す。関係式（１）の範囲内にそりを調節すること
によって、従来に比べて５％のＬＥＤの寿命の向上が認
められる。ＬＥＤの寿命も光出力の向上も、そりが−２
２μｍより大きいこと、さらに好ましくは０μｍより大
きいことが望ましいことが認められる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、そりが小さくて、ＬＥ
Ｄの特性を改善しうるエピタキシャルウエハを提供する
ことができる。また、このエピタキシャルウエハを利用
することによって、一段と高光出力のＬＥＤを提供する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエピタキシャルウェハの層構成の断
面説明図である。

【図２】ＧａＡｓＰエピタキシャルウェハの一般的層
構成の断面説明図である。

【図３】本発明の発光ダイオードの層構成の断面説明
図である。

【図４】そりの定義を説明する図である。

【図５】そりと光出力の関係を示したグラフである。

【図６】そりと光出力残存率の関係を示したグラフで
ある。

【符号の説明】

１０単結晶基板１１組成変化層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逆組成変化層１７エピタキシャル層１８ｐｎ接合１９電極２０ＧａＰ単結晶基板２１ＧａＡｓ_1-xＰ_x組成変化層２２ＧａＡｓ_1-x0Ｐ_x0一定組成層２３ＮドープＧａＡｓ_1-x0Ｐ_x0低キャリア濃度一定組
成層２４ＧａＰホモ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G077 AA03 BE41 DB04 DB05 DB06 EB01 EB04 ED06 EH01 HA02 HA12 5F041 AA40 CA23 CA37 CA38 CA48 CA49 CA53 CA55 CA57 CA64 CA65 CA72 5F045 AB11 AB17 AC01 AC09 AC13 AD12 AD13 AF04 AF13 BB11 CA10 DA52 DA58 DA59 DP28 DQ08 EE12 EE17 5F052 KA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＧａＰ単結晶基板上に、該基板組成とは
組成が異なるエピタキシャル層を有するエピタキシャル
ウエハにおいて、前記エピタキシャルウエハの最大径Ｄ（ｍｍ）とそりＷ
（μｍ）が以下の関係式（１）：【数１】を満たすことを特徴とするエピタキシャルウエハ。
【請求項２】前記エピタキシャルウエハの最大径Ｄ
（ｍｍ）とそりＷ（μｍ）が以下の関係式（２）：【数２】を満たす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】前記エピタキシャル層が、組成変化層と
一定組成層を有することを特徴とする請求項１または２
に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項４】前記エピタキシャル層の組成がＧａＡｓ
_1-xＰ_x（０．４５≦ｘ≦１）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】前記エピタキシャル層が組成変化層と一
定組成層を有し、かつ該一定組成層の少なくとも一部に
窒素がドープされていることを特徴とする請求項４記載
のエピタキシャルウエハ。
【請求項６】前記一定組成層内に、ｎ型でキャリア濃
度が０．１×１０¹⁵〜２０×１０¹⁵ｃｍ^-3である層を
０．５〜１５０μｍの厚さで有することを特徴とする請
求項５記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項７】前記エピタキシャル層全体の厚さが３５
〜３５０μｍであ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】前記エピタキシャル層内にｐｎ接合が存
在し、かつｐ層の厚さが３〜８０μｍ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ｐｎ接合がｎ型エピタキシャル層の
表面からＺｎを拡散することにより形成されていること
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】請求項１〜９のいずれかに記載のエピ
タキシャルウエハを用いて製造した発光ダイオード。