JP2010206220A - Epitaxial wafer - Google Patents

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Masayuki Shinohara
政幸 篠原
Atsushi Ikeda
淳 池田
Shinji Orimo
伸次 織茂
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an epitaxial wafer having a structure of a p-type layer optimal for enabling a further improved light output and formation of a desirable Ohmic electrode. <P>SOLUTION: The epitaxial wafer has at least a substrate and an n-type layer and a p-type layer on the n-type layer, which are formed by epitaxial growth on the substrate. In this epitaxial wafer, the n-type layer and the p-type layer are of GaAsP or GaP, and the p-type layer has at least a first p-type layer and a second p-type layer formed above the first p-type layer, in which a carrier concentration of the first p-type layer measures 5×10<SP>16</SP>to 3×10<SP>17</SP>per cm<SP>3</SP>and a carrier concentration of the second p-type layer measures 7×10<SP>18</SP>to 3×10<SP>19</SP>per cm<SP>3</SP>, and a silicon concentration of each of the n-type and the p-type layers measures 1×10<SP>14</SP>to 1.5×10<SP>15</SP>per cm<SP>3</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はエピタキシャルウェーハに関し、具体的には、発光ダイオード(以下、LEDと言う)用の半導体エピタキシャルウェーハに関する。   The present invention relates to an epitaxial wafer, and specifically to a semiconductor epitaxial wafer for a light emitting diode (hereinafter referred to as LED).

近年、化合物半導体が光半導体素子材料として多く利用されている。そして、この半導体材料としては、単結晶基板上に所望の半導体結晶の層をエピタキシャル成長したものを用いている。これは、現在入手可能なもので基板として用いられる結晶は、欠陥が多く、純度も低いため、そのまま発光素子として使用することが困難なためであり、そのため、基板上に所望の発光波長を得るための組成の層をエピタキシャル成長させている。主としてこのエピタキシャル成長層は、3元混晶層が用いられている。そしてエピタキシャル成長は、通常、気相成長ないし液相成長法が使用されている。気相成長法では、石英製のリアクター内にグラファイト製、または石英製のホルダーを配置して基板を保持し、原料ガスを流し加熱する方法によってエピタキシャル成長を行っている。   In recent years, compound semiconductors are widely used as optical semiconductor element materials. As the semiconductor material, a material obtained by epitaxially growing a desired semiconductor crystal layer on a single crystal substrate is used. This is because a crystal that is currently available and used as a substrate has many defects and low purity, so that it is difficult to use it as a light-emitting element as it is. Therefore, a desired emission wavelength is obtained on the substrate. Therefore, the layer having the composition is epitaxially grown. As this epitaxial growth layer, a ternary mixed crystal layer is mainly used. For epitaxial growth, vapor phase growth or liquid phase growth is usually used. In the vapor phase growth method, epitaxial growth is performed by a method in which a graphite or quartz holder is placed in a quartz reactor to hold a substrate, and a raw material gas is flowed and heated.

III−V族化合物半導体は、可視光、赤外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いる。その中でも、GaAsP、GaPは特にLED材料として広く用いられている。   Since III-V compound semiconductors have band gaps corresponding to visible and infrared wavelengths, they are applied to light-emitting elements. Among them, GaAsP and GaP are particularly widely used as LED materials.

GaAs1−xを例にとって説明すると、GaAs1−x(0.45<x<1)は伝導電子を捕獲するアイソ・エレクトロニック・トラップとして窒素(N)をドープすることにより、発光ダイオードとしての光出力を10倍程度向上させることができる。そのため、通常、GaP基板上に成長したGaAs1−x(0.45<x<1)には窒素をドープする。 Taking GaAs 1-x P x as an example, GaAs 1-x P x (0.45 <x <1) emits light by doping nitrogen (N) as an iso-electronic trap that captures conduction electrons. The light output as a diode can be improved about 10 times. Therefore, GaAs 1-x P x (0.45 <x <1) grown on the GaP substrate is usually doped with nitrogen.

図5にGaAsPエピタキシャルウェーハの従来の構成例を示す。気相成長法では、反応器中に原料ガスを流し、n型のGaP基板21上にn型エピタキシャル層22を成長させる。この場合、基板とエピタキシャル層の格子定数の違いによる格子歪が発生しないように、組成を段階的に変化させた組成変化GaAsP層22aを中間層として設けて一定組成GaAsP層22b、アイソ・エレクトロニック・トラップとして窒素(N)をドープした一定組成NドープGaAsP層22cを形成する。その後の加工工程で熱拡散により高濃度に亜鉛を拡散させて、エピタキシャル層表面に4〜10μm程度のp型層23を形成する。これにより良好なオーミック接触を安定に得ることができる。   FIG. 5 shows a conventional configuration example of a GaAsP epitaxial wafer. In the vapor phase growth method, a source gas is flowed into the reactor to grow the n-type epitaxial layer 22 on the n-type GaP substrate 21. In this case, a composition-change GaAsP layer 22a whose composition is changed stepwise is provided as an intermediate layer so that lattice distortion due to the difference in lattice constant between the substrate and the epitaxial layer does not occur. A constant composition N-doped GaAsP layer 22c doped with nitrogen (N) is formed as a trap. In subsequent processing steps, high concentration of zinc is diffused by thermal diffusion to form a p-type layer 23 of about 4 to 10 μm on the surface of the epitaxial layer. Thereby, a good ohmic contact can be stably obtained.

ここで、熱拡散法は一度に数十〜百枚程度のエピタキシャルウェーハを一度に処理でき、コスト的に有利なため、一般には、気相成長法によりn型の層だけ成長したあとで熱拡散法によりp型層を形成している。
これにより安定的にLEDを得ることができるが、pn接合部のp型層のキャリア濃度が高くなりすぎて光吸収が増加し、LEDの光出力の低下をまねいてしまう。また、pn接合部が熱ダメージを受けてエピタキシャル層の結晶の品質が低下してしまう。著しく拡散温度を低くすればこれらの問題は解決するものの、p型層の厚さが薄くなりすぎ、表面のキャリア濃度の低下により良好なオーミック接触を得にくい。
Here, since the thermal diffusion method can process several tens to hundreds of epitaxial wafers at a time and is advantageous in terms of cost, in general, only the n-type layer is grown by vapor deposition and then thermal diffusion is performed. A p-type layer is formed by the method.
As a result, an LED can be stably obtained, but the carrier concentration of the p-type layer at the pn junction becomes too high, increasing the light absorption, leading to a decrease in the light output of the LED. In addition, the pn junction is damaged by heat and the crystal quality of the epitaxial layer is deteriorated. Although these problems can be solved by significantly lowering the diffusion temperature, the thickness of the p-type layer becomes too thin, and it is difficult to obtain good ohmic contact due to a decrease in the carrier concentration on the surface.

そこで、p型層を第1p型層と第2p型層の2層からなる構造とし、かつ第1p型層のキャリア濃度を5×1017〜5×1018/cm3、第2p型層のキャリア濃度を5×1018/cm以上として第2p型層の表面に電極を形成させることによって、良好なオーミック接触とLEDの光出力の向上を実現しようというエピタキシャルウェーハが開示されている(特許文献1参照)。また、第1p型層のキャリア濃度を5×1016〜2.2×1018/cm3、第2p型層のキャリア濃度を5×1017〜4.5×1018/cm、かつ(第2p型層のキャリア濃度)≧2×(第1p型層のキャリア濃度)としたエピタキシャルウェーハも開示されている(特許文献2参照)。 Therefore, the p-type layer has a structure composed of two layers, a first p-type layer and a second p-type layer, and the carrier concentration of the first p-type layer is 5 × 10 17 to 5 × 10 18 / cm 3. An epitaxial wafer is disclosed that achieves good ohmic contact and improved light output of the LED by forming an electrode on the surface of the second p-type layer with a carrier concentration of 5 × 10 18 / cm 3 or more (patent) Reference 1). Also, the carrier concentration of the first p-type layer is 5 × 10 16 to 2.2 × 10 18 / cm 3, the carrier concentration of the second p-type layer is 5 × 10 17 to 4.5 × 10 18 / cm 3 , and ( An epitaxial wafer in which the carrier concentration of the second p-type layer) ≧ 2 × (carrier concentration of the first p-type layer) is also disclosed (see Patent Document 2).

特許第3143040号公報Japanese Patent No. 3143040 特開2001−36136号公報JP 2001-36136 A

本発明は、上述のエピタキシャルウェーハに比べて、更なる光出力の向上と良好なオーミック電極の形成を可能にする最適なp型層の構造を有するエピタキシャルウェーハを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an epitaxial wafer having an optimum p-type layer structure that enables further improvement of light output and formation of a good ohmic electrode as compared with the above-described epitaxial wafer.

上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、基板と、該基板上にエピタキシャル成長によって形成されたn型層および該n型層上にp型層とを有するエピタキシャルウェーハにおいて、前記n型層および前記p型層はGaAsPまたはGaPであり、前記p型層は少なくとも第1p型層と該第1p型層より上に第2p型層とを有し、前記第1p型層のキャリア濃度は5×1016〜3×1017/cm、前記第2p型層のキャリア濃度は7×1018〜3×1019/cmであることを特徴とするエピタキシャルウェーハを提供する。 In order to solve the above problems, in the present invention, in an epitaxial wafer having at least a substrate, an n-type layer formed by epitaxial growth on the substrate, and a p-type layer on the n-type layer, the n-type layer and The p-type layer is GaAsP or GaP, and the p-type layer has at least a first p-type layer and a second p-type layer above the first p-type layer, and the carrier concentration of the first p-type layer is 5 ×. Provided is an epitaxial wafer characterized in that 10 16 to 3 × 10 17 / cm 3 and the carrier concentration of the second p-type layer is 7 × 10 18 to 3 × 10 19 / cm 3 .

このように、本発明では少なくとも第1p型層と第2p型層とからなるp型層とn型層とを有するエピタキシャルウェーハの第1p型層のキャリア濃度を5×1016〜3×1017/cm、第2p型層のキャリア濃度を7×1018〜3×1019/cmとする。
第1p型層のキャリア濃度を上述の範囲とすることによって、より高い光出力を得るのに最適なpn接合面を形成することができ、よって従来に比べて光出力を向上させることができる。
また第2p型層のキャリア濃度を上述の範囲とするによって、表面のキャリア濃度の低下を抑制することができるため、良好なオーミック電極を安定して形成することができる。よって、LEDとした時の順方向電圧のバラツキの発生や増加を抑制することができる。また光吸収が増加することを抑制することができるキャリア濃度範囲とすることができるため、光出力を向上させたエピタキシャルウェーハとすることができる。
As described above, in the present invention, the carrier concentration of the first p-type layer of the epitaxial wafer having at least the p-type layer and the n-type layer composed of the first p-type layer and the second p-type layer is set to 5 × 10 16 to 3 × 10 17. / Cm 3 , and the carrier concentration of the second p-type layer is 7 × 10 18 to 3 × 10 19 / cm 3 .
By setting the carrier concentration of the first p-type layer in the above range, an optimum pn junction surface for obtaining a higher light output can be formed, and thus the light output can be improved as compared with the conventional case.
Moreover, since the fall of the carrier concentration on the surface can be suppressed by setting the carrier concentration of the second p-type layer in the above range, a good ohmic electrode can be stably formed. Therefore, generation | occurrence | production and increase of the forward voltage variation when it is set as LED can be suppressed. Moreover, since it can be set as the carrier concentration range which can suppress that light absorption increases, it can be set as the epitaxial wafer which improved the optical output.

また、前記p型層は、前記第1p型層と前記第2p型層の間に第3p型層を有し、該第3p型層のキャリア濃度は3×1017〜1×1018/cmとすることが好ましい。
このように、第1p型層と第2p型層の間に、キャリア濃度が上述の範囲である第3p型層を設けることによって、p型層内のキャリア濃度分布を、光出力がより向上させることができる分布とすることができ、よってLEDとしたときに光出力をより向上させることができる。
The p-type layer has a third p-type layer between the first p-type layer and the second p-type layer, and the carrier concentration of the third p-type layer is 3 × 10 17 to 1 × 10 18 / cm. 3 is preferable.
As described above, by providing the third p-type layer having the carrier concentration in the above range between the first p-type layer and the second p-type layer, the carrier concentration distribution in the p-type layer is further improved in light output. Distribution can be obtained, and thus the light output can be further improved when the LED is used.

また、前記n型層および前記p型層のシリコン濃度は1×1014〜1.5×1015/cmとすることが好ましい。
このように、不純物となるシリコン濃度を上述の範囲とすることによって、キャリアのライフタイム(寿命)を向上させることができ、また発光輝度の低下を抑制することができ、よってより高品質なLEDとすることのできるエピタキシャルウェーハとすることができる。
The silicon concentration of the n-type layer and the p-type layer is preferably 1 × 10 14 to 1.5 × 10 15 / cm 3 .
Thus, by setting the silicon concentration as an impurity within the above range, the lifetime of the carrier can be improved, and the decrease in light emission luminance can be suppressed, and thus a higher quality LED. The epitaxial wafer can be made as follows.

また、前記第1p型層は、前記基板側から表面側に徐々にキャリア濃度が5×1016〜3×1017/cmの濃度範囲で上昇する濃度分布を有することが好ましい。
このように、第1p型層のキャリア濃度を急激に上昇させるのではなく、5×1016〜3×1017/cmの濃度範囲で徐々に上昇させることによって、格子定数の違いに起因する格子歪みが発生することをより抑制させることによって、第1p型層の結晶性が低下することを抑制することができ、よって製造歩留りを向上させることができる。
The first p-type layer preferably has a concentration distribution in which the carrier concentration gradually increases in the concentration range of 5 × 10 16 to 3 × 10 17 / cm 3 from the substrate side to the surface side.
As described above, the carrier concentration of the first p-type layer is not rapidly increased, but is gradually increased in the concentration range of 5 × 10 16 to 3 × 10 17 / cm 3 , thereby causing a difference in lattice constant. By further suppressing the occurrence of lattice distortion, it is possible to suppress the crystallinity of the first p-type layer from being lowered, and thus the manufacturing yield can be improved.

また、前記第1p型層の層厚が、4〜50μmであることが好ましい。
このように第1p型層の層厚を4〜50μmの範囲内とすることによって、LEDとしたときに電流拡散層を十分に確保することができ、よって、電流が十分に広がるため、光出力を更に増大させることができる。
Moreover, it is preferable that the layer thickness of the said 1st p-type layer is 4-50 micrometers.
By setting the thickness of the first p-type layer in the range of 4 to 50 μm in this way, a sufficient current diffusion layer can be secured in the case of an LED, and thus the current is sufficiently spread. Can be further increased.

また、前記n型層および前記p型層は、GaAs1−x(0.45<x<1)であり、かつ前記基板はGaPとすることができる。
このように、本発明のエピタキシャルウェーハでは、光出力を従来に比べて向上させることのできるキャリア濃度分布構造となっているため、n型層やp型層として従来から用いられている上述のような組成のGaAsPとすることができ、また基板をGaPとすることができ、利用価値が高い。
The n-type layer and the p-type layer may be GaAs 1-x P x (0.45 <x <1), and the substrate may be GaP.
As described above, since the epitaxial wafer of the present invention has a carrier concentration distribution structure that can improve the optical output as compared with the conventional one, it is conventionally used as an n-type layer or a p-type layer as described above. The composition can be made of GaAsP with a good composition, and the substrate can be made of GaP, which is highly useful.

また、前記n型層と前記p型層のうち、少なくとも一方に窒素がドープされていることが好ましい。
このように、n型層とp型層のうち少なくとも一方に、伝導電子を捕獲するアイソ・エレクトロニック・トラップとして窒素をドープすることによって、発光ダイオードとしての光出力を10倍程度向上することができるエピタキシャルウェーハとすることができる。
Further, it is preferable that at least one of the n-type layer and the p-type layer is doped with nitrogen.
Thus, by doping at least one of the n-type layer and the p-type layer with nitrogen as an iso-electronic trap that captures conduction electrons, the light output as a light-emitting diode can be improved by about 10 times. It can be an epitaxial wafer.

また、前記p型層のp型ドーパントが、亜鉛またはマグネシウム、またはその両方であることとすることができる。
p型ドーパントとして亜鉛、マグネシウム等が挙げられるが、例えばジメチル亜鉛(DMZn)などの有機金属化合物を反応器内に供給することができる。そして高濃度のキャリア濃度を得ることができ、気相成長だけで本発明のキャリア濃度と層厚の構成を実現できる。
The p-type dopant of the p-type layer may be zinc, magnesium, or both.
Examples of the p-type dopant include zinc and magnesium. An organometallic compound such as dimethylzinc (DMZn) can be supplied into the reactor. A high carrier concentration can be obtained, and the configuration of the carrier concentration and the layer thickness of the present invention can be realized only by vapor phase growth.

また、前記n型層および前記p型層が、ハイドライド法によって形成されたものとすることが好ましい。
このように、量産性に富むハイドライド法によってn型層およびp型層が形成されたエピタキシャルウェーハとすることで、高純度・高品質のn型層およびp型層を有するエピタキシャルウェーハを得ることができる。
The n-type layer and the p-type layer are preferably formed by a hydride method.
Thus, an epitaxial wafer having a high-purity and high-quality n-type layer and p-type layer can be obtained by forming an epitaxial wafer having an n-type layer and a p-type layer formed by a hydride method that is rich in mass productivity. it can.

以上説明したように、本発明のエピタキシャルウェーハは、pn接合を有するエピタキシャルウェーハのp型層を少なくとも2段階のキャリア濃度をもつ構造としたため、pn接合側のキャリア濃度を抑制することによって高い光出力を得ることができる。また、表面側(第2p型層側)のキャリア濃度を高くすることによって良好なオーミック接触を得ることができる濃度範囲とすることができ、以上のことから、LEDとしたときに光出力の強いものとすることができる。   As described above, since the epitaxial wafer of the present invention has a structure in which the p-type layer of the epitaxial wafer having a pn junction has at least two stages of carrier concentration, a high light output is achieved by suppressing the carrier concentration on the pn junction side. Can be obtained. Further, by increasing the carrier concentration on the surface side (the second p-type layer side), it is possible to obtain a concentration range in which good ohmic contact can be obtained. Can be.

本発明のエピタキシャルウェーハの構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the epitaxial wafer of this invention. 本発明の実施例と比較例のエピタキシャルウェーハをLEDにした際の第1p型層のキャリア濃度に対する光出力を評価した時の図である。It is a figure when the optical output with respect to the carrier concentration of the 1st p-type layer at the time of making the epitaxial wafer of the Example and comparative example of this invention into LED is evaluated. 本発明の実施例と比較例のエピタキシャルウェーハの表面の電極に電圧を印加した時の電流との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship with the electric current when a voltage is applied to the electrode of the surface of the epitaxial wafer of the Example of this invention, and a comparative example. 実施例におけるエピタキシャルウェーハをLEDにした際の発光時間に対する残光率の関係を示したである。It is the relationship of the afterglow rate with respect to the light emission time at the time of making the epitaxial wafer in an Example into LED. 従来のエピタキシャルウェーハの構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the conventional epitaxial wafer.

以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、従来に比べて更なる光出力の向上と良好なオーミック電極の形成を可能にする最適なp型層の構造を有するエピタキシャルウェーハの開発が待たれていた。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically.
As described above, the development of an epitaxial wafer having an optimum p-type layer structure capable of further improving the light output and forming a good ohmic electrode as compared with the prior art has been awaited.

そこで、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、LEDの特性を決定する最も大きな要因であるキャリア濃度を最適化することで、良好なオーミック接触を安定に実現でき、かつ、従来よりもLEDの光出力が30%以上向上することを発見し、本発明を完成させた。   Therefore, as a result of intensive studies, the present inventors can stably realize a good ohmic contact by optimizing the carrier concentration, which is the biggest factor that determines the characteristics of the LED, and more than ever. It was discovered that the light output of the LED was improved by 30% or more, and the present invention was completed.

以下、本発明について図1を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図1は本発明のエピタキシャルウェーハの構成の一例を示した概略図である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1, but the present invention is not limited thereto. FIG. 1 is a schematic view showing an example of the configuration of the epitaxial wafer of the present invention.

図1において、エピタキシャルウェーハ10は、少なくとも基板11と、該基板11上にエピタキシャル成長によって形成されたn型層12と、該n型層12上のp型層13とを有している。そしてn型層12とp型層13は、GaAsPまたはGaPからなっており、またp型層13は少なくとも第1p型層13aと、該第1p型層13aより上の第2p型層13bとを有している。第1p型層13aのキャリア濃度は5×1016〜3×1017/cmの範囲であり、第2p型層13bのキャリア濃度は7×1018〜3×1019/cmとなっている。
また、n型層12は、少なくとも組成変化層12a、一定組成層12b、窒素濃度増加層12c、窒素濃度一定層12dから構成されるものである。
In FIG. 1, an epitaxial wafer 10 has at least a substrate 11, an n-type layer 12 formed on the substrate 11 by epitaxial growth, and a p-type layer 13 on the n-type layer 12. The n-type layer 12 and the p-type layer 13 are made of GaAsP or GaP. The p-type layer 13 includes at least a first p-type layer 13a and a second p-type layer 13b above the first p-type layer 13a. Have. The carrier concentration of the first p-type layer 13a is in the range of 5 × 10 16 to 3 × 10 17 / cm 3 , and the carrier concentration of the second p-type layer 13b is 7 × 10 18 to 3 × 10 19 / cm 3. Yes.
The n-type layer 12 includes at least a composition change layer 12a, a constant composition layer 12b, a nitrogen concentration increasing layer 12c, and a nitrogen concentration constant layer 12d.

このように、n型層と少なくとも第1p型層と第2p型層とからなるp型層とを有するエピタキシャルウェーハにおいて、第1p型層のキャリア濃度を5×1016〜3×1017/cm、第2p型層のキャリア濃度を7×1018〜3×1019/cmとする。
第1p型層13aのキャリア濃度を5×1016〜3×1017/cmとすることによって、より高い光出力を得ることのできるpn接合面を得ることができるため、LEDとしたときの発光強度を従来に比べて強くすることができる。第1p型層13aのキャリア濃度が5×1016/cmより小さい、もしくは3×1017/cmより大きい場合は、発光強度を十分に強くすることができないため、第1p型層13aのキャリア濃度は、上述の範囲とする。
また、第2p型層13bのキャリア濃度を7×1018〜3×1019/cmとすることによって、電極を形成した際に良好なオーミック接触を得ることができる。第2p型層13bのキャリア濃度が7×1018/cmより小さい場合、良好なオーミック接触を得ることができなく、また3×1019/cmより大きい場合は、エピタキシャルウェーハの作製が困難となるため、第2p型層13bのキャリア濃度は上述の範囲とする。
Thus, in an epitaxial wafer having an n-type layer and a p-type layer composed of at least a first p-type layer and a second p-type layer, the carrier concentration of the first p-type layer is 5 × 10 16 to 3 × 10 17 / cm. 3. The carrier concentration of the second p-type layer is set to 7 × 10 18 to 3 × 10 19 / cm 3 .
By setting the carrier concentration of the first p-type layer 13a to 5 × 10 16 to 3 × 10 17 / cm 3 , a pn junction surface capable of obtaining a higher light output can be obtained. The emission intensity can be increased compared to the conventional case. When the carrier concentration of the first p-type layer 13a is smaller than 5 × 10 16 / cm 3 or larger than 3 × 10 17 / cm 3 , the emission intensity cannot be increased sufficiently. The carrier concentration is in the above range.
In addition, by setting the carrier concentration of the second p-type layer 13b to 7 × 10 18 to 3 × 10 19 / cm 3 , good ohmic contact can be obtained when the electrode is formed. When the carrier concentration of the second p-type layer 13b is smaller than 7 × 10 18 / cm 3 , good ohmic contact cannot be obtained, and when it is larger than 3 × 10 19 / cm 3, it is difficult to produce an epitaxial wafer. Therefore, the carrier concentration of the second p-type layer 13b is in the above range.

基板11は、少なくとも単結晶基板11aと基板バッファー層11bという構造とすることが望ましい。このような構造で有れば、該基板11上にn型層12をエピタキシャル成長法によって形成する際に、基板11とn型層12の組成が異なるために、格子定数の違いによる結晶欠陥が導入されることを抑制することができる。   The substrate 11 desirably has a structure of at least a single crystal substrate 11a and a substrate buffer layer 11b. With such a structure, when the n-type layer 12 is formed on the substrate 11 by the epitaxial growth method, the composition of the substrate 11 and the n-type layer 12 is different, so that crystal defects due to the difference in lattice constant are introduced. It can be suppressed.

ここで、図1(B)のようにp型層13の第1p型層13aと第2p型層13bの間に、キャリア濃度が3×1017〜1×1018/cmの第3p型層13cを有するものとすることができる。
このように、第1p型層と第2p型層の間に、キャリア濃度が3×1017〜1×1018/cmの範囲である第3p型層を設けることによって、p型層内のキャリア濃度分布を、光出力がより向上させることができる分布とすることができ、よってLEDとした時に光出力を向上させることができる。
Here, as shown in FIG. 1B, the third p-type having a carrier concentration of 3 × 10 17 to 1 × 10 18 / cm 3 between the first p-type layer 13 a and the second p-type layer 13 b of the p-type layer 13. It may have a layer 13c.
Thus, by providing the third p-type layer having a carrier concentration in the range of 3 × 10 17 to 1 × 10 18 / cm 3 between the first p-type layer and the second p-type layer, The carrier concentration distribution can be a distribution that can further improve the light output, and thus the light output can be improved when the LED is used.

また、n型層12とp型層13のシリコン濃度が1×1014〜1.5×1015/cmの範囲とすることができる。
このように、不純物となるシリコン濃度を上述の範囲とすることによって、キャリアのライフタイム(寿命)を向上させることができる。また、発光輝度の低下を抑制することができ、よってより高品質・長寿命なLEDとすることのできるエピタキシャルウェーハとすることができる。
このシリコン濃度を上記範囲のようにする方法については、例えば特開2002−255696号公報にあるように、反応容器内に導入するHClガスの水分量を導入直前段階において5ppm以下にすることなどが挙げられる。
Further, the silicon concentration of the n-type layer 12 and the p-type layer 13 can be in the range of 1 × 10 14 to 1.5 × 10 15 / cm 3 .
Thus, the carrier lifetime can be improved by setting the silicon concentration as an impurity within the above-described range. Moreover, the fall of light-emitting luminance can be suppressed, Therefore It can be set as the epitaxial wafer which can be set as LED with higher quality and long life.
With respect to the method of adjusting the silicon concentration within the above range, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-255696, the moisture content of HCl gas introduced into the reaction vessel may be 5 ppm or less immediately before the introduction. Can be mentioned.

更に、第1p型層13aは、基板11側からエピタキシャルウェーハ10の表面側に向けて徐々にキャリア濃度が5×1016〜3×1017/cmの濃度範囲で上昇する濃度分布を有することができる。
このように、第1p型層のキャリア濃度を急激に上昇させるのではなく、徐々に上昇させることによって、格子定数の違いに起因する格子歪みが発生することをより抑制させることによって、第1p型層の結晶性が低下することを抑制し、光出力を更に向上させることができる。
Furthermore, the first p-type layer 13a has a concentration distribution in which the carrier concentration gradually increases in the concentration range of 5 × 10 16 to 3 × 10 17 / cm 3 from the substrate 11 side toward the surface side of the epitaxial wafer 10. Can do.
Thus, the carrier concentration of the first p-type layer is not increased rapidly, but is gradually increased, thereby further suppressing the occurrence of lattice distortion due to the difference in lattice constant, thereby reducing the first p-type layer. It can suppress that the crystallinity of a layer falls and can further improve an optical output.

そして、第1p型層13aの層厚は、4〜50μmの範囲とすることができる。
このように第1p型層の層厚を4〜50μmの範囲内とすることによって、LEDとしたときに電流が十分に広がるため、光出力を更に増大させることができる。
And the layer thickness of the 1st p-type layer 13a can be made into the range of 4-50 micrometers.
By setting the thickness of the first p-type layer in the range of 4 to 50 μm in this way, the current can be sufficiently expanded when the LED is used, so that the light output can be further increased.

そして、n型層12とp型層13は、GaAs1−x(0.45<x<1)であり、かつ基板11はGaPからなるものとすることができる。
このように、本発明のエピタキシャルウェーハでは、光出力を従来に比べて向上させることのできるキャリア濃度分布構造となっており、その他の構成は従来と同じにすることができるため、n型層やp型層として上述のような組成のGaAsPとすることができ、また基板をGaPとすることができる。従って、簡単な構成で高品質とすることが出来る。
The n-type layer 12 and the p-type layer 13 are GaAs 1-x P x (0.45 <x <1), and the substrate 11 can be made of GaP.
Thus, the epitaxial wafer of the present invention has a carrier concentration distribution structure that can improve the optical output as compared with the conventional one, and other configurations can be the same as the conventional one. The p-type layer can be made of GaAsP having the above composition, and the substrate can be made of GaP. Therefore, high quality can be achieved with a simple configuration.

また、n型層12およびp型層13のうち、少なくとも一方に窒素がドープされていることとすることができる。
このように、n型層とp型層のうち少なくとも一方に、伝導電子を捕獲するアイソ・エレクトロニック・トラップとして窒素をドープすることによって、発光ダイオードとしての光出力を10倍程度向上することができるエピタキシャルウェーハとすることができる。
Further, at least one of the n-type layer 12 and the p-type layer 13 can be doped with nitrogen.
Thus, by doping at least one of the n-type layer and the p-type layer with nitrogen as an iso-electronic trap that captures conduction electrons, the light output as a light-emitting diode can be improved by about 10 times. It can be an epitaxial wafer.

更に、p型層13のp型ドーパントが、亜鉛又はマグネシウム、又はその両方であることとすることができる。
p型ドーパントとしては特に限定されないが、亜鉛、マグネシウム等が挙げられる。例えばジメチル亜鉛(DMZn)等の有機金属化合物を反応器内に供給することでドープすることができる。そして高濃度のキャリア濃度を得ることができ、気相成長だけで本発明のキャリア濃度と層厚の構成を実現できる。
Furthermore, the p-type dopant of the p-type layer 13 can be zinc or magnesium, or both.
Although it does not specifically limit as a p-type dopant, Zinc, magnesium, etc. are mentioned. For example, it can dope by supplying organometallic compounds, such as a dimethyl zinc (DMZn), in a reactor. A high carrier concentration can be obtained, and the configuration of the carrier concentration and the layer thickness of the present invention can be realized only by vapor phase growth.

n型層12およびp型層13は、ハイドライド法によって形成されたものとすることができる。
気相成長法は、有機金属気相法(MO−CVD)、分子線エピタキシャル法(MBE)、ハロゲン輸送法などでも有効であるが、特にハイドライド法が量産性に富み、高純度の結晶を得られることから好ましい。
The n-type layer 12 and the p-type layer 13 can be formed by a hydride method.
Vapor phase epitaxy is effective for metal organic vapor phase (MO-CVD), molecular beam epitaxy (MBE), halogen transport, etc., but the hydride method is particularly suitable for mass production and yields high purity crystals. This is preferable.

このように、本発明のエピタキシャルウェーハによれば、pn接合を有するエピタキシャルウェーハのp型層を少なくとも2段階のキャリア濃度をもつ構造としたため、pn接合側のキャリア濃度を抑制することによって高い光出力を得ることができる。また、表面側(第2p型層側)のキャリア濃度を高くすることによって良好なオーミック接触を得ることができ、以上のことから、LEDとしたときに光出力の強いものとすることができる。   Thus, according to the epitaxial wafer of the present invention, since the p-type layer of the epitaxial wafer having a pn junction has a structure having at least two stages of carrier concentrations, a high light output is achieved by suppressing the carrier concentration on the pn junction side. Can be obtained. In addition, a good ohmic contact can be obtained by increasing the carrier concentration on the surface side (second p-type layer side). From the above, when the LED is used, the light output can be strong.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、もちろん本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
GaP基板および高純度ガリウム(Ga)を、Ga溜め用石英ボート付きのエピタキシャル・リアクター内の所定の場所に、それぞれ設置した。GaP基板はテルル(Te)が3〜10×1017/cm添加され、直径50mmの円形で、(100)面から〔011〕方向に10°偏位した面をもつGaP基板を用い、これらを同時にホルダー上に配置し、ホルダーは毎分3回転させた。次に、窒素(N)ガスを該リアクター内に20分間導入し、空気を十分置換除去した後、キャリヤ・ガスとして高純度水素(H)を毎分6500sccm導入し、Nの流れを止め昇温工程に入った。上記Ga入り石英ボート設置部分およびGaP単結晶基板設置部分の温度が、それぞれ800℃および930℃一定に保持されていることを確認した後、尖頭発光波長585±10nmのGaAs1−xエピタキシャル膜の気相成長を開始した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, of course, this invention is not limited to these.
Example 1
A GaP substrate and high-purity gallium (Ga) were respectively installed at predetermined locations in an epitaxial reactor equipped with a Ga reservoir quartz boat. As the GaP substrate, tellurium (Te) is added at 3 to 10 × 10 17 / cm 3, and a GaP substrate having a diameter of 50 mm and a surface deviated by 10 ° in the [011] direction from the (100) plane is used. Were placed on the holder at the same time, and the holder was rotated three times per minute. Next, after introducing nitrogen (N 2 ) gas into the reactor for 20 minutes and sufficiently replacing and removing air, high-purity hydrogen (H 2 ) is introduced as a carrier gas at 6500 sccm / min, and the flow of N 2 is changed. Stopped temperature rising process. After confirming that the temperatures of the Ga-containing quartz boat installation part and the GaP single crystal substrate installation part were kept constant at 800 ° C. and 930 ° C., respectively, GaAs 1-x P x having a peak emission wavelength of 585 ± 10 nm The vapor phase growth of the epitaxial film was started.

最初、濃度50ppmに水素ガスで希釈したn型不純物である硫化水素ガス(HS)を毎分328sccm導入し、周期律表第III族元素成分原料としてのGaClを毎分118sccm生成させるため、高純度塩化水素ガス(HCl)を上記石英ボート中のGa溜に毎分118sccm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、高純度りん化水素ガス(PH)を毎分49sccm導入しつつ、45分間にわたり、第1層であるGaPバッファー層をGaP単結晶基板上に成長させた。 First, hydrogen sulfide gas (H 2 S), which is an n-type impurity diluted with hydrogen gas to a concentration of 50 ppm, is introduced at a rate of 328 sccm per minute to generate 118 sccm per minute as a group III element component raw material of the periodic table. High-purity hydrogen chloride gas (HCl) was blown into the Ga reservoir in the quartz boat at a rate of 118 sccm per minute and was blown out from the upper surface of the Ga reservoir. On the other hand, while introducing high-purity hydrogen phosphide gas (PH 3 ) at 49 sccm per minute as a group V element component of the periodic table, a GaP buffer layer as the first layer is grown on the GaP single crystal substrate for 45 minutes. I let you.

次に、HClの導入量を変えることなく、高純度ひ化水素ガス(AsH)の導入量を毎分0sccmから毎分4.7sccmまで徐々に増加させ、また同時にHSの導入量を毎分191sccmに、PHの導入量を毎分47sccmに減少させて、42分間にわたり第2のGaAs1−xエピタキシャル層を第1のGaPバッファー層上に成長させた(n型層−組成変化層)。 Next, without changing the introduction amount of HCl, the introduction amount of high-purity hydrogen arsenide gas (AsH 3 ) is gradually increased from 0 sccm per minute to 4.7 sccm per minute, and at the same time, the introduction amount of H 2 S is increased. A second GaAs 1-x P x epitaxial layer was grown on the first GaP buffer layer over 42 minutes (n-type layer−) at a rate of 191 sccm / min, the amount of PH 3 introduced was reduced to 47 sccm / min. Composition change layer).

次に、HCl、AsH、PHの導入量を変えることなく、HSの導入量を毎分191sccmから毎分65sccmまで徐々に減少させて、32分間にわたり第3のGaAs1−xエピタキシャル層を第2のGaAs1−xエピタキシャル層上に成長させた(n型層−組成一定層)。 Next, without changing the introduction amounts of HCl, AsH 3 , and PH 3 , the introduction amount of H 2 S is gradually decreased from 191 sccm / min to 65 sccm / min, and the third GaAs 1-x P is added over 32 minutes. An x epitaxial layer was grown on the second GaAs 1-x P x epitaxial layer (n-type layer-constant composition layer).

次の30分間は、HCl、PH、AsHの導入量を変えることなく、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毎分161sccmまで導入量を漸増させて高純度アンモニアガス(NH)を導入して、また同時にHSガスの導入をやめてから、第4のGaAs1−xエピタキシャル層を第3のGaAs1−xエピタキシャル層上に成長させた(n型層−窒素濃度増加層)。このときの窒素ドープ量は3×1018/cmであった。 For the next 30 minutes, the introduction amount of HCl, PH 3 , AsH 3 is not changed, and the introduction amount is gradually increased to 161 sccm per minute for addition of nitrogen iso-electronic trap, and high purity ammonia gas (NH 3 ) is added. And at the same time, the introduction of H 2 S gas was stopped, and then the fourth GaAs 1-x P x epitaxial layer was grown on the third GaAs 1-x P x epitaxial layer (n-type layer— Nitrogen concentration increasing layer). The nitrogen doping amount at this time was 3 × 10 18 / cm 3 .

次の30分間はHCl、PH、AsH、NHの量を変えることなく導入しながら、第5のGaAs1−xエピタキシャル層を第4のGaAs1−xエピタキシャル層上に成長させた(n型層−窒素濃度一定組成層)。 Introducing the fifth GaAs 1-x P x epitaxial layer on the fourth GaAs 1-x P x epitaxial layer while introducing the same amount of HCl, PH 3 , AsH 3 and NH 3 for the next 30 minutes. Growing (n-type layer-nitrogen concentration constant composition layer).

そして、次の40分間はHCl、PH、AsH、NHの量を変えることなく、Hガスによって0.4%に希釈したDMZnガスをp型ドーパントとして毎分1.7sccm導入して、第6のp型のGaAs1−xエピタキシャル層を第5のGaAs1−xエピタキシャル層上に成長させた(第1p型層)。 Then, for the next 40 minutes, without changing the amount of HCl, PH 3 , AsH 3 , and NH 3 , DMZn gas diluted to 0.4% with H 2 gas was introduced as a p-type dopant at 1.7 sccm per minute. A sixth p-type GaAs 1-x P x epitaxial layer was grown on the fifth GaAs 1-x P x epitaxial layer (first p-type layer).

そして、最後の30分間はHCl、PH、AsHの量を変えることなく、DMZnガスの導入量を毎分200sccmにし、かつNHの導入をやめた状態で、第7のp型のGaAs1−xエピタキシャル層を第6のGaAs1−xエピタキシャル層上に成長させ、気相成長を終了した(第2p型層)。
第1p型層、第2p型層の膜厚はそれぞれ6μm、4μmであった。
また、p型層のキャリア濃度は第1p型層は2.3×1017/cm、第2p型層は2×1019/cmであった。
Then, in the final 30 minutes, the seventh p-type GaAs 1 was introduced without changing the amount of HCl, PH 3 , AsH 3 , while the DMZn gas introduction rate was 200 sccm / min and the introduction of NH 3 was stopped. the -x P x epitaxial layer is grown to a 6 GaAs 1-x P x epitaxial layer on to complete the vapor phase growth (a 2p-type layer).
The film thicknesses of the first p-type layer and the second p-type layer were 6 μm and 4 μm, respectively.
The carrier concentration of the p-type layer was 2.3 × 10 17 / cm 3 for the first p-type layer and 2 × 10 19 / cm 3 for the second p-type layer.

作製したエピタキシャルウェーハについて、それぞれ以下のような評価を行った。
まず、作製したエピタキシャルウェーハのp型層中のキャリア濃度を評価するため、次のような評価を行った。
作製したエピタキシャルウェーハの中心部分から1cm角程度のChipを切り出し、SEMにてp型層の厚さを測定した。その後、切り出したChipの四隅に電極を取り付け、Hall測定によってキャリア濃度を測定した。また、オーミック性の評価行うため、電気的特性曲線を作成した。
次に光出力の評価のため、以下のような手順の評価を行った。
作製したエピタキシャルウェーハを取り出し、裏面ラップを行った。その後、ウェーハ裏面にn型電極を形成し、表面のエピ層にp型電極を形成した。そして、300μmピッチでChipサイズにカットした。その後、ウェーハの外周側から5mm付近(OF部及び反OF部)と、ウェーハ中心部の3箇所から2個ずつ計6個Chipを取り出した。取り出したChipからランプを作製した。その後、室温、通常湿度状態で作製したランプに直流電流20mAを流した時の全方位光出力を積分球にて測定した。また、残光率の測定は、全方位光出力の測定が終了したランプに室温、通常湿度状態にて直流電流95mAを流し、所定の時間経過後、直流電流20mAを流したときの全方位光出力を積分球にて測定し、先の作製直後の時の値と比較することによって行った。
The produced epitaxial wafer was evaluated as follows.
First, in order to evaluate the carrier concentration in the p-type layer of the produced epitaxial wafer, the following evaluation was performed.
A chip of about 1 cm square was cut out from the central portion of the produced epitaxial wafer, and the thickness of the p-type layer was measured by SEM. Thereafter, electrodes were attached to the four corners of the cut chip, and the carrier concentration was measured by Hall measurement. In addition, an electrical characteristic curve was created to evaluate ohmic properties.
Next, in order to evaluate the light output, the following procedure was evaluated.
The produced epitaxial wafer was taken out and backside lapping was performed. Thereafter, an n-type electrode was formed on the back surface of the wafer, and a p-type electrode was formed on the epilayer on the surface. And it cut | disconnected to Chip size with a 300 micrometer pitch. Thereafter, a total of 6 chips were taken out from the outer peripheral side of the wafer in the vicinity of 5 mm (OF portion and anti-OF portion) and 2 from 3 locations in the center of the wafer. A lamp was produced from the removed chip. Thereafter, the omnidirectional light output was measured with an integrating sphere when a direct current of 20 mA was passed through a lamp manufactured at room temperature and normal humidity. The afterglow ratio is measured by applying 95 mA DC current at room temperature and normal humidity to the lamp for which measurement of the omnidirectional light output has been completed. The output was measured by using an integrating sphere and compared with the value immediately after the previous production.

(実施例2−4、比較例1−3)
実施例1において、第1p型層のキャリア濃度が、各々5×1016/cm(実施例2)、1.5×1017/cm(実施例3)、3×1017/cm(実施例4)、6×1017/cm(比較例1)、3×1016/cm(比較例2)、1×1018/cm(比較例3)となるようにDMZnガスの導入量を調整して第1p型層の形成を行った以外は実施例1と同様の条件でエピタキシャルウェーハの作製を行い、同様の評価を行った。このとき各々のエピタキシャルウェーハの光出力の評価を行った結果を図2に示す。
(Example 2-4, Comparative Example 1-3)
In Example 1, the carrier concentration of the first p-type layer is 5 × 10 16 / cm 3 (Example 2), 1.5 × 10 17 / cm 3 (Example 3), and 3 × 10 17 / cm 3, respectively. (Example 4), 6 × 10 17 / cm 3 (Comparative Example 1), 3 × 10 16 / cm 3 (Comparative Example 2), DMZn gas to be 1 × 10 18 / cm 3 (Comparative Example 3) An epitaxial wafer was prepared under the same conditions as in Example 1 except that the first p-type layer was formed by adjusting the amount of introduced, and the same evaluation was performed. FIG. 2 shows the result of evaluating the optical output of each epitaxial wafer at this time.

図2に示すように、第1p型層のキャリア濃度が5×1016〜3×1017/cmの各々実施例2−4のエピタキシャルウェーハをLEDにした際の発光強度はいずれも0.04mWを超えており、従来の範囲である比較例1(0.035mW)や比較例3(0.027mW)に比べて大きな発光強度となった。また、キャリア濃度が3×1016/cmである比較例2の発光強度(0.035mW)では、該層のキャリア濃度が低いためにLEDとしたときの発光強度が弱くなることが分かった。 As shown in FIG. 2, when the first p-type layer has a carrier concentration of 5 × 10 16 to 3 × 10 17 / cm 3 and each of the epitaxial wafers of Example 2-4 is an LED, the emission intensity is 0. The emission intensity exceeded 04 mW, and the emission intensity was higher than that of Comparative Example 1 (0.035 mW) and Comparative Example 3 (0.027 mW), which are conventional ranges. In addition, it was found that the emission intensity of the LED was weakened in the emission intensity (0.035 mW) of Comparative Example 2 where the carrier concentration was 3 × 10 16 / cm 3 because the carrier concentration of the layer was low. .

(実施例5、6、7、比較例4)
実施例1において、第2p型層のキャリア濃度が、各々1×1019/cm(実施例5)、7×1018/cm(実施例6)、3×1019/cm(実施例7)、5×1018/cm(比較例4)となるようにDMZnガスの導入量を調整して第2p型層の形成を行った以外は実施例1と同様の条件でエピタキシャルウェーハの作製を行い、同様の評価を行った。このとき各々のエピタキシャルウェーハの電気的特性曲線を図3に示す。
(Examples 5, 6, 7 and Comparative Example 4)
In Example 1, the carrier concentration of the second p-type layer is 1 × 10 19 / cm 3 (Example 5), 7 × 10 18 / cm 3 (Example 6), and 3 × 10 19 / cm 3 (implementation). Example 7) Epitaxial wafer under the same conditions as in Example 1 except that the second p-type layer was formed by adjusting the amount of DMZn gas introduced so as to be 5 × 10 18 / cm 3 (Comparative Example 4). The same evaluation was performed. At this time, the electrical characteristic curve of each epitaxial wafer is shown in FIG.

このように、第2p型層のキャリア濃度を7×1018〜3×1019/cmの範囲とすることによって、LEDとした際に、良好なオーミック電極を安定して形成することができることが分かった。これに対し、上記の範囲外である比較例4では、良好なオーミック電極が作製できなかったことが分かった。 Thus, when the carrier concentration of the second p-type layer is in the range of 7 × 10 18 to 3 × 10 19 / cm 3 , a good ohmic electrode can be stably formed when an LED is formed. I understood. On the other hand, it was found that a good ohmic electrode could not be produced in Comparative Example 4 outside the above range.

(実施例8)
実施例1において、第1p型層を形成する際に導入するDMZnガスの導入量を毎分0.8sccmから毎分4sccmまで増加させて39分間エピタキシャル成長を行った。その後第2p型層を形成する前に、DMZnガスの導入量を毎分4sccmに固定した状態で、40分間エピタキシャル成長によって第3p型層を形成した。その後、導入するDMZnガスを毎分4sccmから毎分200sccmまで増加させて40分間、第2p型層を形成した以外は実施例1と同様の条件でエピタキシャルウェーハを作製し、同様の評価を行った。
(Example 8)
In Example 1, the amount of DMZn gas introduced when forming the first p-type layer was increased from 0.8 sccm / min to 4 sccm / min, and epitaxial growth was performed for 39 min. Thereafter, before forming the second p-type layer, the third p-type layer was formed by epitaxial growth for 40 minutes with the amount of DMZn gas introduced fixed at 4 sccm per minute. Thereafter, an epitaxial wafer was produced under the same conditions as in Example 1 except that the DMZn gas to be introduced was increased from 4 sccm / min to 200 sccm / min and the second p-type layer was formed for 40 minutes, and the same evaluation was performed. .

この実施例8のp型層のキャリア濃度は、第1p型層は1×1017/cm、第2p型層は2×1019/cm、第3p型層は5×1017/cmであった。また各層の厚さは、第1p型層が3μm、第2p型層が4μm、第3p型層が10μmであった。
この実施例8のエピタキシャルウェーハをLEDにした際のchip出力は0.067(mW)であり、実施例1のエピタキシャルウェーハと比べて約1.4倍、従来のエピタキシャルウェーハである比較例1とは約1.9倍になっており、第1p型層と第2p型層の間に第3p型層を設けることによってLEDにした際の光出力を更に向上させることができることが分かった。
The carrier concentration of the p-type layer of Example 8 is 1 × 10 17 / cm 3 for the first p-type layer, 2 × 10 19 / cm 3 for the second p-type layer, and 5 × 10 17 / cm for the third p-type layer. 3 . The thickness of each layer was 3 μm for the first p-type layer, 4 μm for the second p-type layer, and 10 μm for the third p-type layer.
The chip output when the epitaxial wafer of Example 8 is an LED is 0.067 (mW), about 1.4 times that of the epitaxial wafer of Example 1, and Comparative Example 1 which is a conventional epitaxial wafer. Is about 1.9 times, and it has been found that the light output when an LED is formed can be further improved by providing a third p-type layer between the first p-type layer and the second p-type layer.

また、実施例1および実施例8のエピタキシャルウェーハをLEDにした際の発光時間に対する残光率の関係を示した図を図4に示す。
このように実施例1、実施例8のエピタキシャルウェーハを用いたLEDは、共に発光時間が150時間を越えても発光強度は発光開始時とほとんど変わらずむしろ若干増加していることが分かった。よって、本発明のエピタキシャルウェーハによれば、長時間の使用にも耐えうる高品質のLEDとすることができることが分かった。
Moreover, the figure which showed the relationship of the afterglow rate with respect to the light emission time at the time of making the epitaxial wafer of Example 1 and Example 8 into LED is shown in FIG.
As described above, it was found that the LEDs using the epitaxial wafers of Example 1 and Example 8 both have a slightly increased emission intensity even when the emission time exceeds 150 hours, and slightly increase. Therefore, according to the epitaxial wafer of this invention, it turned out that it can be set as high quality LED which can endure use for a long time.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

10…エピタキシャルウェーハ、 11…基板、 11a…単結晶基板、 11b…基板バッファー層、 12…n型層、 12a…組成変化層、 12b…一定組成層、 12c…窒素濃度増加層、 12d…窒素濃度一定層、 13…p型層、 13a…第1p型層、 13b…第2p型層、 13c…第3p型層、
21…GaP基板、 22…n型層、 22a…組成変化GaAsP層、 22b…一定組成GaAsP層、 22c…一定組成NドープGaAsP層、 23…p型層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Epitaxial wafer, 11 ... Substrate, 11a ... Single crystal substrate, 11b ... Substrate buffer layer, 12 ... N-type layer, 12a ... Composition change layer, 12b ... Constant composition layer, 12c ... Nitrogen concentration increasing layer, 12d ... Nitrogen concentration Constant layer, 13 ... p-type layer, 13a ... first p-type layer, 13b ... second p-type layer, 13c ... third p-type layer,
21 ... GaP substrate, 22 ... n-type layer, 22a ... composition-change GaAsP layer, 22b ... constant composition GaAsP layer, 22c ... constant composition N-doped GaAsP layer, 23 ... p-type layer.

Claims (8)

少なくとも、基板と、該基板上にエピタキシャル成長によって形成されたn型層および該n型層上にp型層とを有するエピタキシャルウェーハにおいて、
前記n型層および前記p型層はGaAsPまたはGaPであり、前記p型層は少なくとも第1p型層と該第1p型層より上に第2p型層とを有し、
前記第1p型層のキャリア濃度は5×1016〜3×1017/cm、前記第2p型層のキャリア濃度は7×1018〜3×1019/cmであり、かつ前記n型層および前記p型層のシリコン濃度は1×1014〜1.5×1015/cmであることを特徴とするエピタキシャルウェーハ。
At least in an epitaxial wafer having a substrate, an n-type layer formed by epitaxial growth on the substrate, and a p-type layer on the n-type layer,
The n-type layer and the p-type layer are GaAsP or GaP, and the p-type layer has at least a first p-type layer and a second p-type layer above the first p-type layer,
The carrier concentration of the first p-type layer is 5 × 10 16 to 3 × 10 17 / cm 3 , the carrier concentration of the second p-type layer is 7 × 10 18 to 3 × 10 19 / cm 3 , and the n-type layer The epitaxial wafer, wherein the silicon concentration of the layer and the p-type layer is 1 × 10 14 to 1.5 × 10 15 / cm 3 .
前記p型層は、前記第1p型層と前記第2p型層の間に第3p型層を有し、該第3p型層のキャリア濃度は3×1017〜1×1018/cmであ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ェーハ。 The p-type layer has a third p-type layer between the first p-type layer and the second p-type layer, and the carrier concentration of the third p-type layer is 3 × 10 17 to 1 × 10 18 / cm 3 . The epitaxial wafer according to claim 1, wherein the epitaxial wafer is provided. 前記第1p型層は、前記基板側から表面側に徐々にキャリア濃度が5×1016〜3×1017/cmの濃度範囲で上昇する濃度分布を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のエピタキシャルウェーハ。 The first p-type layer has a concentration distribution in which a carrier concentration gradually increases in a concentration range of 5 × 10 16 to 3 × 10 17 / cm 3 from the substrate side to the surface side. The epitaxial wafer according to claim 2. 前記第1p型層の層厚が、4〜50μmであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のエピタキシャルウェーハ。   4. The epitaxial wafer according to claim 1, wherein a thickness of the first p-type layer is 4 to 50 μm. 5. 前記n型層および前記p型層は、GaAs1−x(0.45<x<1)であり、かつ前記基板はGaPであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のエピタキシャルウェーハ。 The n-type layer and the p-type layer are GaAs 1-x P x (0.45 <x <1), and the substrate is GaP. The epitaxial wafer according to claim 1. 前記n型層と前記p型層のうち、少なくとも一方に窒素がドープされていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のエピタキシャルウェーハ。   The epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of the n-type layer and the p-type layer is doped with nitrogen. 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のエピタキシャルウェーハにおいて、前記p型層のp型ドーパントが、亜鉛またはマグネシウム、またはその両方であることを特徴とするエピタキシャルウェーハ。   The epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 6, wherein the p-type dopant of the p-type layer is zinc, magnesium, or both. 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のエピタキシャルウェーハは、前記n型層および前記p型層が、ハイドライド法によって形成されたものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハ。   The epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 7, wherein the n-type layer and the p-type layer are formed by a hydride method.
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