JP2010232622A - AlxGa(1−x)As基板、赤外LED用のエピタキシャルウエハ、赤外LED、AlxGa(1−x)As基板の製造方法、赤外LED用のエピタキシャルウエハの製造方法および赤外LEDの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】AlxGa(1-x)As基板10aは、主表面11aと、この主表面11aと反対側の裏面11bとを有するAlxGa(1-x)As層11を備えたAlxGa(1-x)As基板10aであって、AlxGa(1-x)As層11において、裏面11bのAlの組成比xは、主表面11aのAlの組成比xよりも高いことを特徴としている。またAlxGa(1-x)As基板10aは、AlxGa(1-x)As層11の裏面11bに接するGaAs基板13をさらに備えている。
【選択図】図1
Description
(実施の形態1)
まず、図1を参照して、本実施の形態におけるAlxGa(1-x)As基板について説明する。
GaAs基板13は、オフ角を有していても、有していなくてもよく、たとえば{100}面、または、{100}から0°を超え15.8°以下傾斜した主表面13aを有する。GaAs基板13は、{100}面、または、{100}から0°を超え2°以下傾斜した主表面13aを有していることが好ましい。GaAs基板13は、{100}面、または{100}から0°を超え0.2°以下傾斜した主表面13aを有していることがより好ましい。
図10は、本実施の形態におけるAlxGa(1-x)As基板を概略的に示す断面図である。図10を参照して、本実施の形態におけるAlxGa(1-x)As基板10bについて説明する。
以上のステップS1〜S6を実施することにより、図10に示すAlxGa(1-x)As基板10bを製造することができる。
図12を参照して、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20aを説明する。
図15を参照して、本実施の形態における赤外LED用のエピタキシャルウエハ20bについて説明する。
図27を参照して、本実施の形態の変形例における赤外LED用のエピタキシャルウエハ20dについて説明する。図27に示すように、変形例におけるエピタキシャルウエハ20dは、基本的には図15に示すエピタキシャルウエハ20bと同様の構成を備えているが、エピタキシャル層がバッファ層25をさらに含んでいる点において異なっている。バッファ層25は、AlxGa(1-x)As層11と接する面を有している。つまり、変形例のエピタキシャルウエハ20dは、AlxGa(1-x)As層11と、AlxGa(1-x)As層11上に形成されたバッファ層25と、バッファ層25上に形成された活性層21とを備えている。
図17を参照して、本実施の形態における赤外LED用のエピタキシャルウエハ20cについて説明する。
図18を参照して、本実施の形態における赤外LED30aについて説明する。図18に示すように、本実施の形態にける赤外LED30aは、実施の形態5における図17に示す赤外LED用のエピタキシャルウエハ20cと、このエピタキシャルウエハ20cの表面20c1および裏面20c2にそれぞれ形成された電極31、32と、ステム33とを備えている。
図28に示すように、変形例の赤外LED30dは、基本的には実施の形態6における赤外LED30aと同様の構成を備えているが、実施の形態4の変形例のエピタキシャルウエハ20dを用いている点において異なっている。この場合、VF特性を向上した赤外LED30aを実現することができる。
図20を参照して、本実施の形態における赤外LED30bについて説明する。図20に示すように、本実施の形態における赤外LED30bは、基本的には実施の形態6における赤外LED30aと同様の構成を備えているが、AlxGa(1-x)As層11側がステム33に配置されている点において異なる。
試料1の赤外LED用のエピタキシャルウエハは、以下のように製造した。具体的には、まず、GaAs基板13を準備した(ステップS1)。次に、LPE法により、Teがドーピングされ、20μmの厚みを有し、n型Al0.35Ga0.65AsよりなるAlxGa(1-x)As層11を成長した(ステップS2)。次に、塩酸と硫酸とを用いて、AlxGa(1-x)As層11の主表面11aを洗浄した(ステップS3)。次に、AlxGa(1-x)As層11の主表面11aを化学機械研磨によって研磨した(ステップS4)。次に、アンモニアと過酸化水素とを用いて、AlxGa(1-x)As層11の主表面11aを洗浄した(ステップS5)。次に、OMVPE法により、図25に示すように、Siがドーピングされたn型クラッド層41、アンドープガイド層42、活性層21、アンドープガイド層43およびZnがドーピングされたp型クラッド層44およびp型コンタクト層23を順に成長した(ステップS6)。なお、n型クラッド層41、アンドープガイド層42、アンドープガイド層43およびp型クラッド層44の厚みおよびドーパント以外の材料は、実施例3と同様にした。また、活性層21は、7.5nmの厚みを有し、GaAsよりなる井戸層と、5nmの厚みを有し、Al0.30Ga0.70Asよりなるバリア層とを、それぞれ20層有する活性層21を成長した。なお、LPE法およびOMVPE法での成長温度および成長速度は、実施例4と同様とした。
試料2は、まず、GaAs基板13を準備した(ステップS1)。次に、OMVPE法により、p型クラッド層44、アンドープガイド層43、活性層21、アンドープガイド層42およびn型クラッド層41をこの順で、試料1と同様に成長した。次に、LPE法でAlxGa(1-x)As層11を形成した。AlxGa(1-x)As層11の厚みおよび材料は、試料1と同様にした。
試料1および試料2の赤外LEDについて、Znの拡散長および光出力を測定した。具体的には、活性層とガイド層との界面におけるZnの濃度をSIMSにより測定し、さらに、このZnの濃度が1/10以下になる活性層内の位置をSIMSにより測定し、活性層とガイド層との界面から活性層への距離をZnの拡散長とした。また、光出力は実施例3と同様に測定した。その結果を下記の表2に記載する。
表2に示すように、LPE法によりAlxGa(1-x)As層11を成長した後にOMVPE法で活性層を成長した試料1では、活性層よりも先に形成したAlxGa(1-x)As11にドーピングされたZnが活性層内に拡散することを防止でき、かつ活性層21中のZn濃度を低減できた。この結果、試料1の赤外LEDは、試料2に比べて光出力を大幅に向上できた。
具体的には、GaAs基板を準備した(ステップS1)。次に、徐冷法により種々の厚み、Alの組成比xを有するAlxGa(1-x)As層11を成長させた(ステップS2)。このステップS2では、Alの組成比xが成長方向に向けて常に減少している層を1層以上含むように成長させた。次に、洗浄、研磨、洗浄の工程(ステップS3〜S5)に従い、GaAs基板が形成されたAlxGa(1-x)As基板を作製した。次に、AlxGa(1-x)As層11の主表面11a上に、OMVPE法により活性層21を形成した(ステップS7)。次に、GaAs基板を除去した(ステップS6)。これにより、複数のエピタキシャルウエハを製造した。
試料6では、まず、GaAs基板を準備した(ステップS1)。次に、徐冷法によりAlxGa(1-x)As層11を成長させた(ステップS2)。このステップS2では、Alの組成比xが成長方向に向けて常に減少している層を1層含むように成長させた。また、AlxGa(1-x)As層11の主表面11aのAlの組成比xは0.25であった。また、AlxGa(1-x)As層11のキャリア濃度は5×1017cm-3であった。
試料7のエピタキシャルウエハの製造方法は、基本的には試料6と同様であったが、バッファ層および活性層において異なっていた。具体的には、バッファ層25のAlの組成比xを0、つまりGaAs層とした。また、バッファ層25の厚みを10nmとした。さらに、活性層21の内、クラッド層のAlの組成比xを0.6とした。試料7では、AlxGa(1-x)As基板の主表面のAlの組成比(0.25)>バッファ層25のAlの組成比(0)<活性層21のAlの組成比(0.6)であった。
試料8のエピタキシャルウエハの製造方法は、基本的には試料6と同様であったが、バッファ層を形成しなかった点において異なっていた。
試料9のエピタキシャルウエハの製造方法は、基本的には試料7と同様であったが、バッファ層を形成しなかった点において異なっていた。
試料6〜9の20個のエピタキシャルウエハを用いて20個のLEDを作製した。そして、それぞれのLEDについて、順方向測定時のIF=20mAでの電圧値である順方向電圧VFを測定した。それらの最大値、最小値および平均値をを図40に示す。
図40に示すように、Alの組成比の低いバッファ層25を形成した試料6および7では、バッファ層を形成しなかった試料8および9と比較して、順方向電圧VFのばらつきを抑制できた。
本実施例では、実施例4の赤外LEDの製造方法と同様に製造したが、活性層21においてのみ異なっていた。具体的には、本実施例では、6nmの厚みを有し、In0.12Ga0.88Asよりなる井戸層と、12nmの厚みを有し、GaAs0.9P0.1よりなるバリア層とを、それぞれ20層ずつ有する活性層21を成長した。
本発明例1〜4の赤外LEDは、実施例10の赤外LEDの製造方法と同様に製造したが、AlxGa(1-x)As層11および活性層21においてのみ異なっていた。具体的には、AlxGa(1-x)As層11の平均的なAlの組成比を下記の表3に記載の通りにした。AlxGa(1-x)As層11の主表面および裏面のAl組成比を、一例として(裏面、主表面)の順で挙げると、0.05の場合(0.10、0.01)、0.15の場合(0.25、0.05)、0.25の場合(0.35、0.15)、0.35の場合(0.40、0.30)である。ただし、平均的Al組成比および(裏面、主表面)の組成比は任意に調整可能である。なお、AlxGa(1-x)As層11において裏面から主表面に向けてAlの組成比は単調減少していた。また、活性層21は、InGaAs層よりなる井戸層と、GaAsよりなるバリア層とを、それぞれ5層ずつ有する活性層21を成長した。この赤外LEDは、890nmの発光波長を有していた。
本発明例5〜8の赤外LEDは、本発明例1〜4の赤外LEDの製造方法と同様に製造したが、発光波長が940nmである点において異なっていた。
比較例1、2の赤外LEDは、本発明例1〜4、本発明例5〜8の赤外LEDとそれぞれ同様に製造したが、AlxGa(1-x)As層11を備えていない点において異なっていた。つまり、AlxGa(1-x)As層11を形成せず、かつGaAs基板を除去しなかった。
本発明例1〜8および比較例1、2の赤外LEDについて、格子緩和を測定した。格子緩和は、PL法、X線回折法、表面の目視検査により行った。格子緩和しているエピタキシャルウエハを赤外LEDに作製すると、暗線(ダークライン)として確認された。また、本発明例1〜8および比較例1、2の赤外LEDについて、実施例3と同様に光出力を測定した。その結果を下記の表3に示す。
本発明例9〜12の赤外LEDは、基本的には本発明例5〜8の赤外LEDと同様に製造したが、井戸層およびバリア層の層数をそれぞれ3層ずつにした点において異なっていた。この井戸層のInの組成比は、0.12であった。
本発明例13〜16の赤外LEDは、基本的には本発明例5〜8の赤外LEDと同様に製造したが、バリア層をGaAsPとし、井戸層およびバリア層の層数を3層ずつにした点において異なっていた。このバリア層のPの組成比は、0.10であった。
本発明例17〜20の赤外LEDは、基本的には本発明例13〜16の赤外LEDと同様に製造したが、井戸層およびバリア層の層数を10層ずつにした点において異なっていた。
本発明例21〜24の赤外LEDは、基本的には本発明例5〜8の赤外LEDと同様に製造したが、バリア層をAlGaAsPとし、井戸層およびバリア層の層数を20層ずつにした点において異なっていた。このバリア層のPの組成比は、0.10であった。
比較例3の赤外LEDは、基本的には本発明例9〜12、本発明例13〜16、本発明例17〜20、本発明例21〜24の赤外LEDとそれぞれ同様に製造したが、AlxGa(1-x)As基板としてAlxGa(1-x)As層を備えていないGaAs基板を用いた点において異なっていた。
上記方法と同様に、格子緩和および光出力を測定した。その結果を下記の表4に示す。
表4に示すように、活性層21内の井戸層がInを含むInGaAsを有し、井戸層の層数が4層以下である本発明例9〜12は、格子緩和が生じなかった。
Claims (28)
- 主表面と、前記主表面と反対側の裏面とを有するAlxGa(1-x)As層(0≦x≦1)を備えたAlxGa(1-x)As基板であって、
前記AlxGa(1-x)As層において、前記裏面のAlの組成比xは、前記主表面のAlの組成比xよりも高いことを特徴とする、AlxGa(1-x)As基板。 - 前記AlxGa(1-x)As層は、複数の層を含み、
前記複数の層は、前記裏面側の面から前記主表面側の面に向けてAlの組成比xがそれぞれ単調減少している、請求項1に記載のAlxGa(1-x)As基板。 - 前記AlxGa(1-x)As層の厚み方向の異なる2点のAlの組成比xの差を△Alとし、前記2点の厚みの差(μm)を△tとした場合に、△Al/△tが0/μmを超えている、請求項1または2に記載のAlxGa(1-x)As基板。
- 前記△Al/△tが6×10-2/μm以下である、請求項3に記載のAlxGa(1-x)As基板。
- 前記AlxGa(1-x)As層の前記裏面のAlの組成比xが0.12以上である、請求項1〜4のいずれかに記載のAlxGa(1-x)As基板。
- 前記AlxGa(1-x)As層の前記裏面に接するGaAs基板をさらに備えた、請求項1〜5のいずれかに記載のAlxGa(1-x)As基板。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のAlxGa(1-x)As基板と、
前記AlxGa(1-x)As層の前記主表面上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層とを備えた、赤外LED用のエピタキシャルウエハ。 - 前記エピタキシャル層において前記AlxGa(1-x)As層と接する面のAlの組成比xは、前記AlxGa(1-x)As層において前記エピタキシャル層と接する面のAlの組成比xよりも高い、請求項7に記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハ。
- 前記エピタキシャル層は、前記AlxGa(1-x)As層と接する面を有するバッファ層をさらに含み、
前記バッファ層のAlの組成比xは、前記活性層のAlの組成比xよりも低い、請求項8に記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハ。 - 前記エピタキシャル層は、前記AlxGa(1-x)As層と接する面を有するバッファ層をさらに含み、
前記バッファ層のAlの組成比xは、前記AlxGa(1-x)As層において前記エピタキシャル層と接する面のAlの組成比xよりも低く、かつ前記活性層のAlの組成比xよりも低い、請求項7に記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハ。 - 前記AlxGa(1-x)As層と前記エピタキシャル層との界面の酸素のピーク濃度は、5×1020atom/cm3以下である、請求項7〜10のいずれかに記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハ。
- 前記AlxGa(1-x)As層と前記エピタキシャル層との界面の酸素の面密度は、2.5×1015atom/cm2以下である、請求項7〜11のいずれかに記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハ。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のAlxGa(1-x)As基板と、
前記AlxGa(1-x)As層の前記主表面上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層の表面に形成された第1の電極と、
前記AlxGa(1-x)As層の前記裏面に形成された第2の電極とを備えた、赤外LED。 - 請求項6に記載のAlxGa(1-x)As基板と、
前記AlxGa(1-x)As層の前記主表面上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層の表面に形成された第1の電極と、
前記GaAs基板の前記裏面に形成された第2の電極とを備えた、赤外LED。 - GaAs基板を準備する工程と、
前記GaAs基板上に、LPE法により主表面と、前記主表面と反対側の裏面とを有するAlxGa(1-x)As層(0≦x≦1)を成長させる工程とを備え、
前記AlxGa(1-x)As層を成長させる工程では、前記裏面のAlの組成比xが、前記主表面のAlの組成比xよりも高い前記AlxGa(1-x)As層を成長させることを特徴とする、AlxGa(1-x)As基板の製造方法。 - 前記AlxGa(1-x)As層を成長させる工程では、前記裏面側の面から、前記主表面側の面に向けてAlの組成比xが単調減少している複数の層を含む前記AlxGa(1-x)As層を成長させる、請求項15に記載のAlxGa(1-x)As基板の製造方法。
- 前記AlxGa(1-x)As層の厚み方向の異なる2点のAlの組成比xの差を△Alとし、前記2点の厚みの差(μm)を△tとした場合に、△Al/△tが0/μmを超えている、請求項15または16に記載のAlxGa(1-x)As基板の製造方法。
- 前記△Al/△tが6×10-2/μm以下である、請求項17に記載のAlxGa(1-x)As基板の製造方法。
- 前記AlxGa(1-x)As層の前記裏面のAlの組成比xが0.12以上である、請求項15〜18のいずれかに記載のAlxGa(1-x)As基板の製造方法。
- 前記GaAs基板を除去する工程をさらに備えた、請求項15〜19のいずれかに記載のAlxGa(1-x)As基板の製造方法。
- 請求項15〜20のいずれかに記載のAlxGa(1-x)As基板の製造方法によりAlxGa(1-x)As基板を製造する工程と、
前記AlxGa(1-x)As層の前記主表面上に、OMVPE法またはMBE法の少なくとも一方により活性層を含むエピタキシャル層を形成する工程とを備えた、赤外LED用のエピタキシャルウエハの製造方法。 - 前記エピタキシャル層において前記AlxGa(1-x)As層と接する面のAlの組成比xは、前記AlxGa(1-x)As層において前記エピタキシャル層と接する面のAlの組成比xよりも高い、請求項21に記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハの製造方法。
- 前記エピタキシャル層を形成する工程では、前記AlxGa(1-x)As層と接する面を有するバッファ層をさらに含む前記エピタキシャル層を形成し、
前記バッファ層のAlの組成比xは、前記活性層のAlの組成比xよりも低い、請求項22に記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハの製造方法。 - 前記エピタキシャル層を形成する工程では、前記AlxGa(1-x)As層と接する面を有するバッファ層をさらに含む前記エピタキシャル層を形成し、
前記バッファ層のAlの組成比xは、前記AlxGa(1-x)As層において前記エピタキシャル層と接する面のAlの組成比xよりも低く、かつ前記活性層のAlの組成比xよりも低い、請求項21に記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハの製造方法。 - 前記AlxGa(1-x)As層と前記エピタキシャル層との界面の酸素のピーク濃度は、5×1020atom/cm3以下である、請求項21〜24のいずれかに記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハの製造方法。
- 前記前記AlxGa(1-x)As層と前記エピタキシャル層との界面の酸素の面密度は、2.5×1015atom/cm2以下である、請求項21〜25のいずれかに記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハの製造方法。
- 請求項15〜19のいずれかに記載のAlxGa(1-x)As基板の製造方法によりAlxGa(1-x)As基板を製造する工程と、
前記AlxGa(1-x)As層の前記主表面上にOMVPE法またはMBE法により活性層を含むエピタキシャル層を形成する工程と、
前記エピタキシャルウエハの表面に第1の電極を形成する工程と、
前記GaAs基板の前記裏面に第2の電極を形成する工程とを備えた、赤外LEDの製造方法。 - 請求項20に記載のAlxGa(1-x)As基板の製造方法によりAlxGa(1-x)As基板を製造する工程と、
前記AlxGa(1-x)As層の前記主表面上にOMVPE法またはMBE法により活性層を含むエピタキシャル層を形成する工程と、
前記エピタキシャルウエハの表面に第1の電極を形成する工程と、
前記AlxGa(1-x)As層の前記裏面に第2の電極を形成する工程とを備えた、赤外LEDの製造方法。
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