JP2001339099A - 赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハ、およびこれを用いた発光ダイオード - Google Patents
赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハ、およびこれを用いた発光ダイオードInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】発光出力の高い赤外発光ＬＥＤを作製するため
のエピタキシャルウェハを提供する。 【解決手段】ｐ型ＧａＡｓ単結晶基板上に第１のｐ型層
（Ｇａ1-X1ＡｌX1Ａｓ、０．１３≦Ｘ１≦０．４０）、
ｐ型クラッド層（Ｇａ1-X2ＡｌX2Ａｓ、０．２３≦Ｘ２
≦０．４６）、発光波長が８５０〜９００ｎｍの範囲内
であるｐ型活性層（Ｇａ1-X3ＡｌX3Ａｓ、０≦Ｘ３≦
０．０３）、及びｎ型クラッド層（Ｇａ1-X4ＡｌX4Ａ
ｓ、０．１３≦Ｘ４≦０．４０）を順次液相エピタキシ
ャル法で積層した後、該ｐ型ＧａＡｓ単結晶基板を除去
する赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハで、ｎ
型クラッド層のキャリア濃度を１×１０１７〜１×１０
１８ｃｍ -3、硫黄濃度を３×１０１６原子／ｃｍ3以
下、ｎ型クラッド層の層厚を２０〜５０μｍの範囲内と
する。
のエピタキシャルウェハを提供する。 【解決手段】ｐ型ＧａＡｓ単結晶基板上に第１のｐ型層
（Ｇａ1-X1ＡｌX1Ａｓ、０．１３≦Ｘ１≦０．４０）、
ｐ型クラッド層（Ｇａ1-X2ＡｌX2Ａｓ、０．２３≦Ｘ２
≦０．４６）、発光波長が８５０〜９００ｎｍの範囲内
であるｐ型活性層（Ｇａ1-X3ＡｌX3Ａｓ、０≦Ｘ３≦
０．０３）、及びｎ型クラッド層（Ｇａ1-X4ＡｌX4Ａ
ｓ、０．１３≦Ｘ４≦０．４０）を順次液相エピタキシ
ャル法で積層した後、該ｐ型ＧａＡｓ単結晶基板を除去
する赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハで、ｎ
型クラッド層のキャリア濃度を１×１０１７〜１×１０
１８ｃｍ -3、硫黄濃度を３×１０１６原子／ｃｍ3以
下、ｎ型クラッド層の層厚を２０〜５０μｍの範囲内と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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出力赤外発光ダイオ
−ドを作製するためのエピタキシャルウェハ、該ウェハ
の製造方法、エピタキシャルウェハから作製された赤外
発光ダイオードに関する。
光通信や空間伝送用に使用される高出力赤外発光ダイオ
−ドを作製するためのエピタキシャルウェハ、該ウェハ
の製造方法、エピタキシャルウェハから作製された赤外
発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｇａ1-XＡｌXＡｓ（以後、ＧａＡｌＡｓ
と略す。）系化合物半導体を利用した発光ダイオード
（以後、ＬＥＤと略す。）は、赤外から赤色用の光源と
して広く用いられている。特に、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−タの大容
量化、伝送距離の長距離化に伴い、高出力の赤外ＬＥＤ
への要求が高くなっている。従来から知られているよう
に、ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤにおいて、シングルへテロ構
造よりもダブルへテロ構造（以下、ＤＨ構造とする。）
の方が高出力で、また基板を除去することで更なる高出
力化が図られている。基板を除去するタイプのダブルヘ
テロ構造のエピタキシャルウェハ構造（以下、ＤＤＨ構
造とする。）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と、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、このエピタキシャルウェハから作製する素子
の底面からｐｎ接合までの高さが低くなり、素子を台座
に接着するときのペ−ストが素子側面をはい上がり、ｐ
ｎ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Ｄ
Ｈ構造に付加することがＤＤＨ構造では標準的な構造に
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、活性層からの発光を吸収しないよ
うに設計される。赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウェハ
は、液相エピタキシャル法によって製造され、ｐ型のド
−パントとしてはＺｎ、Ｍｇが、ｎ型のド−パントとし
てはＴｅが一般的に用いられる。また通常、エピタキシ
ャルウェハは液相からの徐冷法により製造されるため、
各層のＡｌ組成比は成長方向に対して一定ではなく、成
長開始部から終了部に向かって減少する。これはＡｌの
偏析係数が１よりも大きいため、成長中に溶液のＡｌ濃
度が減少するためである。従ってＡｌ濃度は各層の成長
開始部でもっとも高く、終了部でもっとも低くなる。
と略す。）系化合物半導体を利用した発光ダイオード
（以後、ＬＥＤと略す。）は、赤外から赤色用の光源と
して広く用いられている。特に、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−タの大容
量化、伝送距離の長距離化に伴い、高出力の赤外ＬＥＤ
への要求が高くなっている。従来から知られているよう
に、ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤにおいて、シングルへテロ構
造よりもダブルへテロ構造（以下、ＤＨ構造とする。）
の方が高出力で、また基板を除去することで更なる高出
力化が図られている。基板を除去するタイプのダブルヘ
テロ構造のエピタキシャルウェハ構造（以下、ＤＤＨ構
造とする。）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と、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、このエピタキシャルウェハから作製する素子
の底面からｐｎ接合までの高さが低くなり、素子を台座
に接着するときのペ−ストが素子側面をはい上がり、ｐ
ｎ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Ｄ
Ｈ構造に付加することがＤＤＨ構造では標準的な構造に
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、活性層からの発光を吸収しないよ
うに設計される。赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウェハ
は、液相エピタキシャル法によって製造され、ｐ型のド
−パントとしてはＺｎ、Ｍｇが、ｎ型のド−パントとし
てはＴｅが一般的に用いられる。また通常、エピタキシ
ャルウェハは液相からの徐冷法により製造されるため、
各層のＡｌ組成比は成長方向に対して一定ではなく、成
長開始部から終了部に向かって減少する。これはＡｌの
偏析係数が１よりも大きいため、成長中に溶液のＡｌ濃
度が減少するためである。従ってＡｌ濃度は各層の成長
開始部でもっとも高く、終了部でもっとも低くなる。
【０００３】
【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、高度化する市場要求により、更なる発光
出力の向上が望まれている。
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、高度化する市場要求により、更なる発光
出力の向上が望まれている。
【０００４】本発明は、これらの要求に応え高出力の赤
外ＬＥＤが作製可能なエピタキシャルウェハ、該ウェハ
の製造方法を提供し、これを用いた高出力赤外ＬＥＤお
よびこの高出力赤外ＬＥＤを組み込んだ、高性能の光通
信、空間伝送機器を提供することを目的としている。
外ＬＥＤが作製可能なエピタキシャルウェハ、該ウェハ
の製造方法を提供し、これを用いた高出力赤外ＬＥＤお
よびこの高出力赤外ＬＥＤを組み込んだ、高性能の光通
信、空間伝送機器を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ＤＤＨ構造
赤外ＬＥＤの、発光出力の向上について鋭意検討を重ね
た結果、上記構造のＬＥＤの発光出力の低下は、ｎ型ク
ラッド層中の不純物の影響が大きく、特に不純物として
は硫黄原子の悪影響が大きいこと、更にこの硫黄原子の
悪影響は、ｎ型クラッド層のキャリヤ濃度と相関がある
こと、またこのｎ型クラッド層の硫黄原子とキャリヤと
の相互作用が引き起こす発光出力の低下は、ｎ型クラッ
ド層の層厚とも密接に関連していることを見出し本発明
を完成させた。
赤外ＬＥＤの、発光出力の向上について鋭意検討を重ね
た結果、上記構造のＬＥＤの発光出力の低下は、ｎ型ク
ラッド層中の不純物の影響が大きく、特に不純物として
は硫黄原子の悪影響が大きいこと、更にこの硫黄原子の
悪影響は、ｎ型クラッド層のキャリヤ濃度と相関がある
こと、またこのｎ型クラッド層の硫黄原子とキャリヤと
の相互作用が引き起こす発光出力の低下は、ｎ型クラッ
ド層の層厚とも密接に関連していることを見出し本発明
を完成させた。
【０００６】即ち本発明は、［１］ｐ型ＧａＡｓ単結晶
基板上に第１のｐ型層（Ｇａ1-X1ＡｌX1Ａｓ、０．１３
≦Ｘ１≦０．４０）、ｐ型クラッド層（Ｇａ1-X2ＡｌX2
Ａｓ、０．２３≦Ｘ２≦０．４６）、発光波長が８５０
〜９００ｎｍの範囲内であるｐ型活性層（Ｇａ 1-X3Ａｌ
X3Ａｓ、０≦Ｘ３≦０．０３）、及びｎ型クラッド層
（Ｇａ1-X4ＡｌX4Ａｓ、０．１３≦Ｘ４≦０．４０）を
順次液相エピタキシャル法で積層した後、該ｐ型ＧａＡ
ｓ単結晶基板を除去した赤外発光ダイオード用エピタキ
シャルウェハで、ｎ型クラッド層のキャリア濃度が１×
１０１７〜１×１０１８ｃｍ-3の範囲内であり、かつ硫
黄濃度が３×１０１６原子／ｃｍ3以下であることを特
徴とする赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハ、
［２］ｎ型クラッド層の層厚が２０〜５０μｍの範囲内
であることを特徴とする［１］に記載の赤外発光ダイオ
ード用エピタキシャルウェハ、［３］エピタキシャル成
長装置を、エピタキシャル成長実施前に、塩化水素ガス
雰囲気中において空焼き処理を行うことを特徴とする
［１］または［２］に記載した赤外発光ダイオード用エ
ピタキシャルウェハを製造する方法、［４］［３］に記
載の赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造
方法を用いて作製した赤外発光ダイオード用エピタキシ
ャルウェハ、［５］［１］または［２］または［４］に
記載の赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハを用
いて作製した赤外発光ダイオード、［６］［５］に記載
の赤外発光ダイオードを用いた光通信、空間伝送用機器
に関する。
基板上に第１のｐ型層（Ｇａ1-X1ＡｌX1Ａｓ、０．１３
≦Ｘ１≦０．４０）、ｐ型クラッド層（Ｇａ1-X2ＡｌX2
Ａｓ、０．２３≦Ｘ２≦０．４６）、発光波長が８５０
〜９００ｎｍの範囲内であるｐ型活性層（Ｇａ 1-X3Ａｌ
X3Ａｓ、０≦Ｘ３≦０．０３）、及びｎ型クラッド層
（Ｇａ1-X4ＡｌX4Ａｓ、０．１３≦Ｘ４≦０．４０）を
順次液相エピタキシャル法で積層した後、該ｐ型ＧａＡ
ｓ単結晶基板を除去した赤外発光ダイオード用エピタキ
シャルウェハで、ｎ型クラッド層のキャリア濃度が１×
１０１７〜１×１０１８ｃｍ-3の範囲内であり、かつ硫
黄濃度が３×１０１６原子／ｃｍ3以下であることを特
徴とする赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハ、
［２］ｎ型クラッド層の層厚が２０〜５０μｍの範囲内
であることを特徴とする［１］に記載の赤外発光ダイオ
ード用エピタキシャルウェハ、［３］エピタキシャル成
長装置を、エピタキシャル成長実施前に、塩化水素ガス
雰囲気中において空焼き処理を行うことを特徴とする
［１］または［２］に記載した赤外発光ダイオード用エ
ピタキシャルウェハを製造する方法、［４］［３］に記
載の赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造
方法を用いて作製した赤外発光ダイオード用エピタキシ
ャルウェハ、［５］［１］または［２］または［４］に
記載の赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハを用
いて作製した赤外発光ダイオード、［６］［５］に記載
の赤外発光ダイオードを用いた光通信、空間伝送用機器
に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明のエピタキシャルウェハ
は、ｐ型ＧａＡｓ単結晶基板上に第１のｐ型層（Ｇａ
1-X1ＡｌX1Ａｓ、０．１３≦Ｘ１≦０．４０）、ｐ型ク
ラッド層（Ｇａ1- X2ＡｌX2Ａｓ、０．２３≦Ｘ２≦０．
４６）、発光波長が８５０〜９００ｎｍとなるようにし
たｐ型活性層（Ｇａ1-X3ＡｌX3Ａｓ、０≦Ｘ３≦０．０
３）、及びｎ型クラッド層（Ｇａ1-X4ＡｌX4Ａｓ、０．
１３≦Ｘ４≦０．４０）を順次液相エピタキシャル法で
積層した後、該ｐ型ＧａＡｓ単結晶基板を除去した４層
を基本構造として有する。本発明では、この４層からな
るエピタキシャルウェハの片側、または両側に他のエピ
タキシャル層を付加してもかまわない。
は、ｐ型ＧａＡｓ単結晶基板上に第１のｐ型層（Ｇａ
1-X1ＡｌX1Ａｓ、０．１３≦Ｘ１≦０．４０）、ｐ型ク
ラッド層（Ｇａ1- X2ＡｌX2Ａｓ、０．２３≦Ｘ２≦０．
４６）、発光波長が８５０〜９００ｎｍとなるようにし
たｐ型活性層（Ｇａ1-X3ＡｌX3Ａｓ、０≦Ｘ３≦０．０
３）、及びｎ型クラッド層（Ｇａ1-X4ＡｌX4Ａｓ、０．
１３≦Ｘ４≦０．４０）を順次液相エピタキシャル法で
積層した後、該ｐ型ＧａＡｓ単結晶基板を除去した４層
を基本構造として有する。本発明では、この４層からな
るエピタキシャルウェハの片側、または両側に他のエピ
タキシャル層を付加してもかまわない。
【０００８】本発明では、この構造の赤外ＬＥＤ用エピ
タキシャルウェハにおいて、ｎ型クラッド層のキャリア
濃度を１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ-3の範囲内、好
ましくは２×１０１７〜６×１０１７ｃｍ-3範囲内と
し、かつｎ型クラッド層中の硫黄原子濃度を３×１０１
６原子／ｃｍ3以下、好ましくは、１×１０１６原子／
ｃｍ3以下とする。
タキシャルウェハにおいて、ｎ型クラッド層のキャリア
濃度を１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ-3の範囲内、好
ましくは２×１０１７〜６×１０１７ｃｍ-3範囲内と
し、かつｎ型クラッド層中の硫黄原子濃度を３×１０１
６原子／ｃｍ3以下、好ましくは、１×１０１６原子／
ｃｍ3以下とする。
【０００９】本発明者は、ｎ型クラッド層中の硫黄濃
度、キャリヤ濃度と、発光出力との間に相関があること
を見出し、ｎ型クラッド層中の硫黄濃度、キャリヤ濃度
を上記の範囲内とすることにより発光出力の向上がはか
られることを見出した。この原因については、ｎ型クラ
ッド層中に取り込まれた硫黄がキャリヤ濃度の影響で非
発光中心の形成に関与しているものと考えられる。
度、キャリヤ濃度と、発光出力との間に相関があること
を見出し、ｎ型クラッド層中の硫黄濃度、キャリヤ濃度
を上記の範囲内とすることにより発光出力の向上がはか
られることを見出した。この原因については、ｎ型クラ
ッド層中に取り込まれた硫黄がキャリヤ濃度の影響で非
発光中心の形成に関与しているものと考えられる。
【００１０】硫黄はｎ型クラッド層中に故意には添加し
ていないが、液相エピタキシャル成長の過程で成長装置
の系内に不純物として混入しやすい。硫黄が成長装置の
系に混入する原因としては、エピタキシャル成長に用い
る原材料や雰囲気ガスの不純物、また、成長装置の付着
物等が考えられる。これらの混入を防ぐためには、エピ
タキシャル成長に用いるＧａＡｓ単結晶基板、及びＧａ
Ａｓ多結晶の前処理において、高純度のエッチャントを
用いて処理を行い、エッチング処理を行った後は超純水
により十分に洗浄し、必要に応じて超音波処理などを行
う。また、エピタキシャル成長の雰囲気を形成する水素
ないしアルゴン等の雰囲気ガスは、市販されている高純
度ガスを使用し、更に、ガスの純化装置により純度を高
める。
ていないが、液相エピタキシャル成長の過程で成長装置
の系内に不純物として混入しやすい。硫黄が成長装置の
系に混入する原因としては、エピタキシャル成長に用い
る原材料や雰囲気ガスの不純物、また、成長装置の付着
物等が考えられる。これらの混入を防ぐためには、エピ
タキシャル成長に用いるＧａＡｓ単結晶基板、及びＧａ
Ａｓ多結晶の前処理において、高純度のエッチャントを
用いて処理を行い、エッチング処理を行った後は超純水
により十分に洗浄し、必要に応じて超音波処理などを行
う。また、エピタキシャル成長の雰囲気を形成する水素
ないしアルゴン等の雰囲気ガスは、市販されている高純
度ガスを使用し、更に、ガスの純化装置により純度を高
める。
【００１１】また、ｎ型クラッド層中の硫黄濃度の低減
には、エピタキシャル成長装置を、エピタキシャル成長
実施前に、塩化水素ガス雰囲気中において約１４００℃
で１時間、空焼きを行うことにより効率良く実現でき
る。これはこの空焼き処理により、成長装置に多用され
ている黒鉛材料が純化され、付着していた硫黄等が効率
良く除去されるためと考えられる。なお、エピタキシャ
ル成長装置とは、成長時に用いられる雰囲気ガスが接す
る部分、例えば図２に示すエピタキシャル層成長装置で
は、この成長装置の全体を意味する。
には、エピタキシャル成長装置を、エピタキシャル成長
実施前に、塩化水素ガス雰囲気中において約１４００℃
で１時間、空焼きを行うことにより効率良く実現でき
る。これはこの空焼き処理により、成長装置に多用され
ている黒鉛材料が純化され、付着していた硫黄等が効率
良く除去されるためと考えられる。なお、エピタキシャ
ル成長装置とは、成長時に用いられる雰囲気ガスが接す
る部分、例えば図２に示すエピタキシャル層成長装置で
は、この成長装置の全体を意味する。
【００１２】なお、本発明のｎ型クラッド層において、
硫黄原子濃度が３×１０１６原子／ｃｍ3以下の条件下
では、ｎ型クラッド層のキャリア濃度が１×１０１８ｃ
ｍ-3より高くなるとドーパントに起因する欠陥が増加
し、発光出力の低下が発生する。また、ｎ型クラッド層
のキャリア濃度が１×１０１７ｃｍ-3より低くなると、
順方向電圧が高くなりＬＥＤの要求特性を満足しなくな
る。
硫黄原子濃度が３×１０１６原子／ｃｍ3以下の条件下
では、ｎ型クラッド層のキャリア濃度が１×１０１８ｃ
ｍ-3より高くなるとドーパントに起因する欠陥が増加
し、発光出力の低下が発生する。また、ｎ型クラッド層
のキャリア濃度が１×１０１７ｃｍ-3より低くなると、
順方向電圧が高くなりＬＥＤの要求特性を満足しなくな
る。
【００１３】また本発明では、ｎ型クラッド層の層厚を
２０〜５０μｍの範囲内とすることが好ましい。ｎ型ク
ラッド層の層厚については、薄い方が活性層からの光の
吸収が少く好ましいが、ｎ型クラッド層の層厚が２０μ
ｍより薄いと、本発明の構成の素子では、表面電極から
流れ込む電流が素子周辺まで拡がらずに中央に集中し、
発光出力が低く、通電劣化の大きい素子となる。また層
厚が５０μｍより厚くなると、発光した光の吸収が大き
くなることにより、出力の低下が見られる。そのため、
ｎ型クラッド層の層厚の範囲は、好ましくは２０〜５０
μｍの範囲内、より好ましくは３０〜４０μｍの範囲内
とすると発光出力の高い赤外ＬＥＤを作製することがで
きる。
２０〜５０μｍの範囲内とすることが好ましい。ｎ型ク
ラッド層の層厚については、薄い方が活性層からの光の
吸収が少く好ましいが、ｎ型クラッド層の層厚が２０μ
ｍより薄いと、本発明の構成の素子では、表面電極から
流れ込む電流が素子周辺まで拡がらずに中央に集中し、
発光出力が低く、通電劣化の大きい素子となる。また層
厚が５０μｍより厚くなると、発光した光の吸収が大き
くなることにより、出力の低下が見られる。そのため、
ｎ型クラッド層の層厚の範囲は、好ましくは２０〜５０
μｍの範囲内、より好ましくは３０〜４０μｍの範囲内
とすると発光出力の高い赤外ＬＥＤを作製することがで
きる。
【００１４】本発明の赤外発光ＬＥＤ用エピタキシャル
ウェハを用いることにより高発光出力のＬＥＤを製造す
ることができる。特に本発明のＬＥＤを用いることによ
り、大容量、長距離データ伝送を可能とする、光通信や
空間伝送用機器を提供することが可能となる。
ウェハを用いることにより高発光出力のＬＥＤを製造す
ることができる。特に本発明のＬＥＤを用いることによ
り、大容量、長距離データ伝送を可能とする、光通信や
空間伝送用機器を提供することが可能となる。
【００１５】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明するが、本
発明はこれに限定されない。特に本発明は、第１のｐ型
層（Ｇａ1-X1ＡｌX1Ａｓ、０．１３≦Ｘ１≦０．４
０）、ｐ型クラッド層（Ｇａ1-X2ＡｌX2Ａｓ、０．２３
≦Ｘ２≦０．４６）、発光波長が８５０〜９００ｎｍの
範囲内であるｐ型活性層（Ｇａ1-X3ＡｌX3Ａｓ、０≦Ｘ
３≦０．０３）、及びｎ型クラッド層（Ｇａ1-X4ＡｌX4
Ａｓ、０．１３≦Ｘ４≦０．４０）の４層を基本構造と
して有するが、この必須である４層の片側、または両側
に他の層を付与してもかまわない。
発明はこれに限定されない。特に本発明は、第１のｐ型
層（Ｇａ1-X1ＡｌX1Ａｓ、０．１３≦Ｘ１≦０．４
０）、ｐ型クラッド層（Ｇａ1-X2ＡｌX2Ａｓ、０．２３
≦Ｘ２≦０．４６）、発光波長が８５０〜９００ｎｍの
範囲内であるｐ型活性層（Ｇａ1-X3ＡｌX3Ａｓ、０≦Ｘ
３≦０．０３）、及びｎ型クラッド層（Ｇａ1-X4ＡｌX4
Ａｓ、０．１３≦Ｘ４≦０．４０）の４層を基本構造と
して有するが、この必須である４層の片側、または両側
に他の層を付与してもかまわない。
【００１６】（実施例１）図１は本実施例で作製したＬ
ＥＤの構成を示す。なお図１は基板を除去する前の構造
を示している。実施例では図２の液相エピタキシャル法
製造装置を用いてエピタキシャル成長を行ったが、例え
ばスライドボード法を用いた液相エピタキシャル法によ
る製造も可能である。また本実施例で作製したエピタキ
シャルウェハは基板除去後で４層構造であるが、このエ
ピタキシャルウェハの片側、または両側に他のエピタキ
シャル層を付与してもかまわない。
ＥＤの構成を示す。なお図１は基板を除去する前の構造
を示している。実施例では図２の液相エピタキシャル法
製造装置を用いてエピタキシャル成長を行ったが、例え
ばスライドボード法を用いた液相エピタキシャル法によ
る製造も可能である。また本実施例で作製したエピタキ
シャルウェハは基板除去後で４層構造であるが、このエ
ピタキシャルウェハの片側、または両側に他のエピタキ
シャル層を付与してもかまわない。
【００１７】図２においてｐ型ＧａＡｓ基板８をウェ−
ハカセット７に垂直にセットし、複数のウェ−ハカセッ
トをホルダ−６にセットした。ホルダ−は駆動機構によ
り上下方向に移動できる。ルツボ台には５つのルツボが
セットされている。ルツボ１１は原料溶解中にｐ型Ｇａ
Ａｓ基板が熱劣化するのを防ぐための退避用空ルツボで
ある。ルツボ９には第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層、ルツボ
１０にはｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層、ルツボ１２には
ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層、ルツボ１３にはｎ型ＧａＡｌ
Ａｓクラッド層を成長するためのメルトがそれぞれ仕込
まれている。
ハカセット７に垂直にセットし、複数のウェ−ハカセッ
トをホルダ−６にセットした。ホルダ−は駆動機構によ
り上下方向に移動できる。ルツボ台には５つのルツボが
セットされている。ルツボ１１は原料溶解中にｐ型Ｇａ
Ａｓ基板が熱劣化するのを防ぐための退避用空ルツボで
ある。ルツボ９には第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層、ルツボ
１０にはｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層、ルツボ１２には
ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層、ルツボ１３にはｎ型ＧａＡｌ
Ａｓクラッド層を成長するためのメルトがそれぞれ仕込
まれている。
【００１８】ｎ型クラッド層中のキャリヤ濃度は１×１
０１７〜１×１０１８ｃｍ-3の範囲内となるようにドー
パントであるＴｅを仕込み、ｐ型クラッド層のドーパン
トとしてはＺｎ、ｐ型活性層のドーパントとしてはＧｅ
を仕込んだ。また各層の組成比が、第１のｐ型Ｇａ1-X1
ＡｌX1Ａｓ層は０．１３≦Ｘ１≦０．４０、ｐ型クラッ
ドＧａ1-X2ＡｌX2Ａｓ層は０．２３≦Ｘ２≦０．４６、
ｐ型活性層Ｇａ1-X3ＡｌX3Ａｓは０≦Ｘ３≦０．０３、
ｎ型クラッドＧａ1-X4ＡｌX4Ａｓ層は０．１３≦Ｘ４≦
０．４０、となるようにＧａメタル、金属Ａｌ、ＧａＡ
ｓ多結晶を仕込んだ。メルトの入っているルツボはルツ
ボ蓋１５をメルト表面に浮かべている。
０１７〜１×１０１８ｃｍ-3の範囲内となるようにドー
パントであるＴｅを仕込み、ｐ型クラッド層のドーパン
トとしてはＺｎ、ｐ型活性層のドーパントとしてはＧｅ
を仕込んだ。また各層の組成比が、第１のｐ型Ｇａ1-X1
ＡｌX1Ａｓ層は０．１３≦Ｘ１≦０．４０、ｐ型クラッ
ドＧａ1-X2ＡｌX2Ａｓ層は０．２３≦Ｘ２≦０．４６、
ｐ型活性層Ｇａ1-X3ＡｌX3Ａｓは０≦Ｘ３≦０．０３、
ｎ型クラッドＧａ1-X4ＡｌX4Ａｓ層は０．１３≦Ｘ４≦
０．４０、となるようにＧａメタル、金属Ａｌ、ＧａＡ
ｓ多結晶を仕込んだ。メルトの入っているルツボはルツ
ボ蓋１５をメルト表面に浮かべている。
【００１９】エピタキシャル成長に際しては、前述した
ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層中の硫黄濃度を下げるため
の手段は全て実施した。即ち、ＧａＡｓ単結晶基板、及
びＧａＡｓ多結晶の使用前の前処理には高純度の硫酸系
エッチャントを使用し、エッチング処理を行った後は超
純水により十分に超音波洗浄を行った。また、エピタキ
シャル成長の雰囲気ガスは、市販されている高純度ガス
についてさらに精製装置を用いて純化処理を行い反応炉
に供給した。さらに、エピタキシャル成長装置の材料と
なる黒鉛についても、高純度のものを使用し、さらにエ
ピタキシャル成長使用前に塩化水素ガス雰囲気中で１４
００℃の空焼きを行い、黒鉛の純化を行った。
ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層中の硫黄濃度を下げるため
の手段は全て実施した。即ち、ＧａＡｓ単結晶基板、及
びＧａＡｓ多結晶の使用前の前処理には高純度の硫酸系
エッチャントを使用し、エッチング処理を行った後は超
純水により十分に超音波洗浄を行った。また、エピタキ
シャル成長の雰囲気ガスは、市販されている高純度ガス
についてさらに精製装置を用いて純化処理を行い反応炉
に供給した。さらに、エピタキシャル成長装置の材料と
なる黒鉛についても、高純度のものを使用し、さらにエ
ピタキシャル成長使用前に塩化水素ガス雰囲気中で１４
００℃の空焼きを行い、黒鉛の純化を行った。
【００２０】実際の成長は以下のようにして行った。図
２の液相エピタキシャル成長装置を石英反応管（図示は
していない。）内にセットし、水素気流中で９２０℃ま
で加熱し原料を溶解した。この間ホルダー６は空のルツ
ボ１１内で保持した。続いて雰囲気温度を８９５℃まで
降温し、ホルダー６を上昇させてからルツボ台１４を図
２の右側に押してルツボ９をホルダー６の下にセットし
た。次にホルダー６を下降してルツボ９にウェハ８を浸
漬した。続いて雰囲気温度を８２５℃まで降温して図１
の第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層を成長させた。その後、ホ
ルダー６を上昇させてからルツボ台１４を図２の左側に
押してルツボ１１をホルダー６の下にセットし、空のル
ツボ１１内で保持し、８６５℃まで昇温した。次にホル
ダー６を上昇させてからルツボ台１４を図２の右側に押
してルツボ１０をホルダー６の下にセットし、ホルダー
６を下降してルツボ１０にウェハ８を浸漬した。雰囲気
温度を７８０℃まで降温して図１のｐ型ＧａＡｌＡｓク
ラッド層を成長させた。次に雰囲気温度を７８０℃に保
持した状態で、前記と同様の操作でホルダー６をルツボ
１２に浸漬した。次に雰囲気温度を７７８℃まで降温し
て図１のｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層を成長させた。最後に
ルツボ１３に浸漬し、雰囲気温度を６３２℃まで降温し
て図１のｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層を成長させた。ｎ
型クラッド層の層厚は２０〜５０μｍの範囲内とした。
２の液相エピタキシャル成長装置を石英反応管（図示は
していない。）内にセットし、水素気流中で９２０℃ま
で加熱し原料を溶解した。この間ホルダー６は空のルツ
ボ１１内で保持した。続いて雰囲気温度を８９５℃まで
降温し、ホルダー６を上昇させてからルツボ台１４を図
２の右側に押してルツボ９をホルダー６の下にセットし
た。次にホルダー６を下降してルツボ９にウェハ８を浸
漬した。続いて雰囲気温度を８２５℃まで降温して図１
の第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層を成長させた。その後、ホ
ルダー６を上昇させてからルツボ台１４を図２の左側に
押してルツボ１１をホルダー６の下にセットし、空のル
ツボ１１内で保持し、８６５℃まで昇温した。次にホル
ダー６を上昇させてからルツボ台１４を図２の右側に押
してルツボ１０をホルダー６の下にセットし、ホルダー
６を下降してルツボ１０にウェハ８を浸漬した。雰囲気
温度を７８０℃まで降温して図１のｐ型ＧａＡｌＡｓク
ラッド層を成長させた。次に雰囲気温度を７８０℃に保
持した状態で、前記と同様の操作でホルダー６をルツボ
１２に浸漬した。次に雰囲気温度を７７８℃まで降温し
て図１のｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層を成長させた。最後に
ルツボ１３に浸漬し、雰囲気温度を６３２℃まで降温し
て図１のｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層を成長させた。ｎ
型クラッド層の層厚は２０〜５０μｍの範囲内とした。
【００２１】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、図１のｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層
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ｐ型ＧａＡｓ基板を選択的に除去し
た。その後、エピタキシャルウェハ両面に金電極を形成
し、ダイシングで分離することにより、ｎ型ＧａＡｌＡ
ｓ層が表面側となるようにした３５０μｍ角のＬＥＤを
作製した。
ル基板を取り出し、図１のｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層
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ｐ型ＧａＡｓ基板を選択的に除去し
た。その後、エピタキシャルウェハ両面に金電極を形成
し、ダイシングで分離することにより、ｎ型ＧａＡｌＡ
ｓ層が表面側となるようにした３５０μｍ角のＬＥＤを
作製した。
【００２２】（比較例１）実施例１と同様の手順でエピ
タキシャル成長とＬＥＤの作製を実施した。ただし、ｎ
型クラッド層中のキャリヤ濃度は１×１０１７〜１×１
０１８ｃｍ-3の範囲外となるようにドーパントであるＴ
ｅを仕込み、また、ｎ型クラッド層の硫黄濃度を下げる
ための手段の内、エピタキシャル成長装置の塩化水素ガ
ス雰囲気中での空焼き処理を行わなかった。
タキシャル成長とＬＥＤの作製を実施した。ただし、ｎ
型クラッド層中のキャリヤ濃度は１×１０１７〜１×１
０１８ｃｍ-3の範囲外となるようにドーパントであるＴ
ｅを仕込み、また、ｎ型クラッド層の硫黄濃度を下げる
ための手段の内、エピタキシャル成長装置の塩化水素ガ
ス雰囲気中での空焼き処理を行わなかった。
【００２３】ｐ型クラッド層のドーパントとしてはＺ
ｎ、ｐ型活性層のドーパントとしてはＧｅを用いた。ま
た各層の組成比が、第１のｐ型Ｇａ1-X1ＡｌX1Ａｓ層は
０．１３≦Ｘ１≦０．４０、ｐ型クラッドＧａ1-X2Ａｌ
X2Ａｓ層は０．２３≦Ｘ２≦０．４６、ｐ型活性層Ｇａ
1-X3ＡｌX3Ａｓは０≦Ｘ３≦０．０３、ｎ型クラッドＧ
ａ1-X4ＡｌX4Ａｓ層は０．１３≦Ｘ４≦０．４０、とし
た。
ｎ、ｐ型活性層のドーパントとしてはＧｅを用いた。ま
た各層の組成比が、第１のｐ型Ｇａ1-X1ＡｌX1Ａｓ層は
０．１３≦Ｘ１≦０．４０、ｐ型クラッドＧａ1-X2Ａｌ
X2Ａｓ層は０．２３≦Ｘ２≦０．４６、ｐ型活性層Ｇａ
1-X3ＡｌX3Ａｓは０≦Ｘ３≦０．０３、ｎ型クラッドＧ
ａ1-X4ＡｌX4Ａｓ層は０．１３≦Ｘ４≦０．４０、とし
た。
【００２４】図３は実施例１および比較例１で作製した
ＬＥＤにおいて、発光出力の相対強度とｎ型クラッド層
の硫黄濃度とを比較した結果である。図３に示すよう
に、ｎ型クラッド層の硫黄濃度を３×１０１６原子／ｃ
ｍ3以下とすることでＬＥＤの高発光出力化がはから
れ、また出力もほぼ一定となった。
ＬＥＤにおいて、発光出力の相対強度とｎ型クラッド層
の硫黄濃度とを比較した結果である。図３に示すよう
に、ｎ型クラッド層の硫黄濃度を３×１０１６原子／ｃ
ｍ3以下とすることでＬＥＤの高発光出力化がはから
れ、また出力もほぼ一定となった。
【００２５】図４は実施例１、比較例１で作製したＬＥ
Ｄにおいて、ｎ型クラッド層のキャリア濃度、ｎ型クラ
ッド層中の硫黄濃度、及び発光出力の測定結果を示した
ものである。図４中のデータ点に併記した数値は相対発
光強度を示す。ｎ型クラッド層のキャリア濃度を１×１
０１７〜１×１０１８ｃｍ-3の範囲内、好ましくは２×
１０１７〜６×１０１７ｃｍ-3範囲内とし、かつｎ型ク
ラッド層中の硫黄原子濃度を３×１０１６原子／ｃｍ3
以下、好ましくは、１×１０１６原子／ｃｍ3以下に制
御することにより発光出力が高いＬＥＤを作製できた。
Ｄにおいて、ｎ型クラッド層のキャリア濃度、ｎ型クラ
ッド層中の硫黄濃度、及び発光出力の測定結果を示した
ものである。図４中のデータ点に併記した数値は相対発
光強度を示す。ｎ型クラッド層のキャリア濃度を１×１
０１７〜１×１０１８ｃｍ-3の範囲内、好ましくは２×
１０１７〜６×１０１７ｃｍ-3範囲内とし、かつｎ型ク
ラッド層中の硫黄原子濃度を３×１０１６原子／ｃｍ3
以下、好ましくは、１×１０１６原子／ｃｍ3以下に制
御することにより発光出力が高いＬＥＤを作製できた。
【００２６】（実施例２）上記実施例１と同様の方法に
よりエピタキシャルウェハとＬＥＤを作製した。ただ
し、ｎ型クラッド層の層厚は２０〜５０μｍの範囲外と
した。ｎ型クラッド層の層厚の変更に際しては、ルツボ
５の分離温度、降温速度等を調整してＡｌ組成を実施例
１と同一となるようにした。
よりエピタキシャルウェハとＬＥＤを作製した。ただ
し、ｎ型クラッド層の層厚は２０〜５０μｍの範囲外と
した。ｎ型クラッド層の層厚の変更に際しては、ルツボ
５の分離温度、降温速度等を調整してＡｌ組成を実施例
１と同一となるようにした。
【００２７】図５に実施例１、２で作製したＬＥＤのｎ
型ＧａＡｌＡｓクラッド層の層厚と発光出力の関係を示
す。図５よりｎ型クラッド層の層厚が２０〜５０μｍの
範囲内、好ましくは３０〜４０μｍの範囲内で、より発
光出力の高いＬＥＤが作製できた。
型ＧａＡｌＡｓクラッド層の層厚と発光出力の関係を示
す。図５よりｎ型クラッド層の層厚が２０〜５０μｍの
範囲内、好ましくは３０〜４０μｍの範囲内で、より発
光出力の高いＬＥＤが作製できた。
【００２８】
【発明の効果】本発明の構造のエピタキシャルウェハに
よれば、ＤＤＨ構造のＬＥＤにおいて高出力の赤外発光
素子用エピタキシャルウェハを提供することができた。
よれば、ＤＤＨ構造のＬＥＤにおいて高出力の赤外発光
素子用エピタキシャルウェハを提供することができた。
【００２９】特に、ｎ型クラッド層の層厚を２０〜５０
μｍの範囲内とすることにより、より発光出力の高いＬ
ＥＤを提供することが可能となった。
μｍの範囲内とすることにより、より発光出力の高いＬ
ＥＤを提供することが可能となった。
【００３０】ｎ型クラッド層中の硫黄濃度を低減するた
めには、エピタキシャル成長装置を塩化水素中で空焼き
処理を施すことが特に効果的であった。
めには、エピタキシャル成長装置を塩化水素中で空焼き
処理を施すことが特に効果的であった。
【００３１】本発明のエピタキシャルウェハを用いて製
造された高出力赤外ＬＥＤは、赤外線を利用した光通信
や空間伝送用途に適しており、本発明の高出力赤外ＬＥ
Ｄを組み込んだ光通信、空間伝送機器により、大容量デ
ータ伝送、長距離データ伝送が可能となった。
造された高出力赤外ＬＥＤは、赤外線を利用した光通信
や空間伝送用途に適しており、本発明の高出力赤外ＬＥ
Ｄを組み込んだ光通信、空間伝送機器により、大容量デ
ータ伝送、長距離データ伝送が可能となった。
【図１】実施例で作製したＬＥＤの断面構造を示す。
【図２】実施例で用いた液相エピタキシャル成長装置を
示す。
示す。
【図３】ｎ型クラッド層の硫黄濃度と発光出力との関係
を示す。
を示す。
【図４】ｎ型クラッド層の硫黄濃度、ｎ型クラッド層の
キャリア濃度、および発光出力の関係を示す。
キャリア濃度、および発光出力の関係を示す。
【図５】ｎ型クラッド層の層厚と発光出力との関係を示
す。
す。
ｐ型ＧａＡｓ基板 第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層 ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層 ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層 ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層 ホルダ− ウェハカセット ｐ型ＧａＡｓ基板 第１のｐ型ＧａＡｌＡｓ層成長ルツボ ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層成長ルツボ 退避用ルツボ ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層成長ルツボ ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層成長ルツボ ルツボ台 ルツボ蓋
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 AB01 BE45 CG02 EF03 FJ03 HA02 5F041 AA03 AA04 CA04 CA35 CA36 CA53 CA57 CA63 CA74 FF14 5F053 AA01 AA03 AA07 AA15 BB04 BB26 BB34 BB44 DD05 FF02 KK02 KK04 LL02 PP02 PP05 RR11
Claims (6)
- 【請求項１】ｐ型ＧａＡｓ単結晶基板上に第１のｐ型層
（Ｇａ1-X1ＡｌX1Ａｓ、０．１３≦Ｘ１≦０．４０）、
ｐ型クラッド層（Ｇａ1-X2ＡｌX2Ａｓ、０．２３≦Ｘ２
≦０．４６）、発光波長が８５０〜９００ｎｍの範囲内
であるｐ型活性層（Ｇａ1-X3ＡｌX3Ａｓ、０≦Ｘ３≦
０．０３）、及びｎ型クラッド層（Ｇａ1-X4ＡｌX4Ａ
ｓ、０．１３≦Ｘ４≦０．４０）を順次液相エピタキシ
ャル法で積層した後、該ｐ型ＧａＡｓ単結晶基板を除去
した赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハで、ｎ
型クラッド層のキャリア濃度が１×１０１７〜１×１０
１８ｃｍ -3の範囲内であり、かつ硫黄濃度が３×１０１
６原子／ｃｍ3以下であることを特徴とする赤外発光ダ
イオード用エピタキシャルウェハ。 - 【請求項２】ｎ型クラッド層の層厚が２０〜５０μｍの
範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の赤外発
光ダイオード用エピタキシャルウェハ。 - 【請求項３】エピタキシャル成長装置を、エピタキシャ
ル成長実施前に、塩化水素ガス雰囲気中において空焼き
処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載し
た赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハを製造す
る方法。 - 【請求項４】請求項３に記載の赤外発光ダイオード用エ
ピタキシャルウェハの製造方法を用いて作製した赤外発
光ダイオード用エピタキシャルウェハ。 - 【請求項５】請求項１または２または４に記載の赤外発
光ダイオード用エピタキシャルウェハを用いて作製した
赤外発光ダイオード。 - 【請求項６】請求項５に記載の赤外発光ダイオードを用
いた光通信、空間伝送用機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000155628A JP2001339099A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハ、およびこれを用いた発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000155628A JP2001339099A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハ、およびこれを用いた発光ダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001339099A true JP2001339099A (ja) | 2001-12-07 |
| JP2001339099A5 JP2001339099A5 (ja) | 2007-06-07 |
Family
ID=18660543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000155628A Pending JP2001339099A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハ、およびこれを用いた発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001339099A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011086856A (ja) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Showa Denko Kk | 発光ダイオード素子、発光ダイオードランプおよび照明装置 |
| WO2012118528A1 (en) * | 2011-02-28 | 2012-09-07 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Infrared pass visible blocker for upconversion devices |
| 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 |
| WO2018012534A1 (ja) | 2016-07-14 | 2018-01-18 | 日本ゼオン株式会社 | 赤外発光ｌｅｄ |
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-
2000
- 2000-05-26 JP JP2000155628A patent/JP2001339099A/ja active Pending
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| WO2018012534A1 (ja) | 2016-07-14 | 2018-01-18 | 日本ゼオン株式会社 | 赤外発光ｌｅｄ |
| KR20190029533A (ko) | 2016-07-14 | 2019-03-20 | 니폰 제온 가부시키가이샤 | 적외발광 ｌｅｄ |
| US10622527B2 (en) | 2016-07-14 | 2020-04-14 | Zeon Corporation | Infrared LED |
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