JP2011146573A - Epitaxial wafer for infrared led and infrared led - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、赤外LED用のエピタキシャルウエハおよび赤外LEDに関する。 The present invention relates to an infrared wafer for an infrared LED and an infrared LED.
AlaGa(1-a)As(0≦a≦1)(以下、AlGaAs(アルミニウムガリウム砒素)とも言う。)およびGaAs(ガリウム砒素)化合物半導体材料を利用したLED(発光ダイオード:Light Emitting Diode)は、赤外の光源として広く用いられている。赤外の光源としての赤外LEDは、光通信、空間伝送、投光機などに使用されており、伝送するデ−タの大容量化、伝送距離、照明距離の長距離化に伴い、出力の向上が要求されている。 LED (Light Emitting Diode) using Al a Ga (1-a) As (0 ≦ a ≦ 1) (hereinafter also referred to as AlGaAs (aluminum gallium arsenide)) and a GaAs (gallium arsenide) compound semiconductor material Is widely used as an infrared light source. Infrared LEDs as an infrared light source are used in optical communications, spatial transmission, projectors, etc., and output increases with the increase in data transmission capacity, transmission distance, and illumination distance. Improvement is demanded.
このようなAlGaAs化合物半導体を利用した半導体発光装置が、たとえば特開2002−335008号公報(特許文献1)、特開2002−335007号公報(特許文献2)になどに開示されている。 Semiconductor light emitting devices using such AlGaAs compound semiconductors are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-335008 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-335007 (Patent Document 2).
上記特許文献1および2では、AlGaAs支持基板のAl組成比をほぼ均一にしている。本発明者は鋭意研究の結果、Al組成比が高い場合には、このAlGaAs支持基板上にエピタキシャル層を形成すると、エピタキシャル層に欠陥が発生するという問題があることを見出した。また、本発明者は鋭意研究の結果、Al組成比が低い場合には、AlGaAs支持基板の透過特性が悪いという問題があることを見出した。このことに起因して、上記特許文献1および2の半導体発光装置の信頼性が十分でないという問題があることを本発明者は見い出した。
In
そこで、本発明の目的は、信頼性を向上できる赤外LED用のエピタキシャルウエハおよび赤外LEDを提供することである。 Then, the objective of this invention is providing the epitaxial wafer and infrared LED for infrared LED which can improve reliability.
本発明の赤外LED用のエピタキシャルウエハは、主表面と、主表面と反対側の裏面とを有するAlxGa(1-x)As層(0≦x≦1)を含むAlyGa(1-y)As基板(0≦y≦1)と、AlxGa(1-x)As層の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、AlxGa(1-x)As層において、裏面のAlの組成比xは、主表面のAlの組成比xよりも高く、かつAlxGa(1-x)As層において、裏面側から主表面側に向けてキャリア濃度が変化している。 Infrared-LED epitaxial wafer of the present invention, Al y Ga (1 including a main surface, Al x Ga (1-x ) As layer having an opposed rear surface and a main surface (0 ≦ x ≦ 1) -y) an As substrate (0 ≦ y ≦ 1) and an epitaxial layer formed on the main surface of the Al x Ga (1-x) As layer and including an active layer, Al x Ga (1-x ) In the As layer, the Al composition ratio x on the back surface is higher than the Al composition ratio x on the main surface, and in the Al x Ga (1-x) As layer, the carrier concentration from the back surface side toward the main surface side. Has changed.
上記赤外LED用のエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、AlxGa(1-x)As層は、裏面側から主表面側に向けてキャリア濃度が単調増加または単調減少している層を含む。 In the infrared LED epitaxial wafer, preferably, the Al x Ga (1-x) As layer includes a layer in which the carrier concentration monotonously increases or monotonously decreases from the back surface side to the main surface side.
上記赤外LED用のエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、AlxGa(1-x)As層のキャリア濃度は、1×1017cm-3以上3×1018cm-3以下である。 In the infrared LED epitaxial wafer, the carrier concentration of the Al x Ga (1-x) As layer is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more and 3 × 10 18 cm −3 or less.
上記赤外LED用のエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、AlxGa(1-x)As層のキャリア濃度の勾配の絶対値は、3×1015cm-3/μm以上5×1017cm-3/μm以下である。 In the infrared LED epitaxial wafer, the absolute value of the carrier concentration gradient of the Al x Ga (1-x) As layer is preferably 3 × 10 15 cm −3 / μm or more and 5 × 10 17 cm −3 / It is below μm.
上記赤外LED用のエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、AlxGa(1-x)As層のドーパントは、シリコン(Si)、亜鉛(Zn)、セレン(Se)、テルル(Te)からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質である。 Preferably, in the infrared LED epitaxial wafer, the dopant of the Al x Ga (1-x) As layer is selected from the group consisting of silicon (Si), zinc (Zn), selenium (Se), and tellurium (Te). At least one kind of substance.
上記赤外LED用のエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、AlyGa(1-y)As基板は、AlxGa(1-x)As層の裏面に接するGaAs基板を含む。 In the infrared LED epitaxial wafer, the Al y Ga (1-y) As substrate preferably includes a GaAs substrate in contact with the back surface of the Al x Ga (1-x) As layer.
上記赤外LED用のエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、エピタキシャル層上に形成された透明導電膜をさらに備えている。 Preferably, the infrared LED epitaxial wafer further includes a transparent conductive film formed on the epitaxial layer.
本発明の赤外LEDは、上記赤外LED用のエピタキシャルウエハと、エピタキシャルウエハに形成された電極とを備えている。 The infrared LED of the present invention comprises the above infrared LED epitaxial wafer and an electrode formed on the epitaxial wafer.
上記赤外LEDにおいて好ましくは、85℃以下における100mA通電で1000時間経過したときの初期出力に対する相対出力が70%以上である。 The infrared LED preferably has a relative output of 70% or more with respect to the initial output when 1000 hours have passed with 100 mA energization at 85 ° C. or lower.
上記赤外LEDにおいて好ましくは、85℃以下における100mA通電で3000時間経過したときの初期出力に対する相対出力が70%以上である。 The infrared LED preferably has a relative output of 70% or more with respect to the initial output when 3000 hours elapses with 100 mA energization at 85 ° C. or lower.
本発明の赤外LED用のエピタキシャルウエハおよび赤外LEDによれば、信頼性を向上することができる。 According to the infrared-LED epitaxial wafer and the infrared LED of the present invention, the reliability can be improved.
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(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赤外LED用のエピタキシャルウエハ20aについて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
First, an infrared LED epitaxial wafer 20a in the present embodiment will be described with reference to FIG.
図1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1に示すように、エピタキシャルウエハ20aは、AlGaAs基板(AlyGa(1-y)As基板(0≦y≦1))10と、AlGaAs基板10上に形成されたエピタキシャル層21と、エピタキシャル層21上に形成された透明導電膜26とを備えている。
With reference to FIG. 1,
AlGaAs基板10は、GaAs基板13と、GaAs基板13上に形成されたAlGaAs層11とを含んでいる。
The AlGaAs
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2°以下傾斜した主表面を有していることが好ましい。GaAs基板13の表面は鏡面であっても粗面であってもよい。なお、{}は、集合面を示す。
The
AlGaAs層11は主表面11aと、この主表面11aと反対側の裏面11bとを有している。主表面11aとは、GaAs基板13と接触している面と反対側の面である。裏面11bとは、GaAs基板13と接触している面である。
The AlGaAs
AlGaAs層11は、AlxGa(1-x)As(0≦x≦1)で表される。このAlGaAs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。なお、組成比xは、Alのモル比である。組成比(1−x)は、Gaのモル比である。
The AlGaAs
ここで、AlGaAs層11のモル比について図2〜図4を参照して説明する。図2〜図4中、縦軸は、AlGaAs層11の裏面から主表面にかけて厚み方向の位置を示し、横軸は、各位置でのAlの組成比xを示す。
Here, the molar ratio of the
図2〜図4に示すように、AlGaAs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。また、図2に示すように、AlGaAs層11において、裏面11bから主表面11aにかけて、Alの組成比xは単調減少していることが好ましい。単調減少とは、AlGaAs層11の裏面11bから主表面11aに向けて(成長方向に向けて)、組成比xが常に同じまたは減少しており、かつ裏面11bよりも主表面11aの方が組成比xが低いことを意味する。つまり、単調減少とは、この成長方向に向けて組成比xが増加している部分が含まれていない。
2 to 4, in the
図3または図4に示すように、AlGaAs層11は、複数の層(図3および図4では2層)を含んでいてもよい。この場合、図3に示すように、AlGaAs層11は、裏面11bから主表面11aに向けてAlの組成比xが単調減少している層を含むことが好ましい。これにより、AlGaAs基板10に生じる反りを緩和することができる。
As shown in FIG. 3 or 4, the
なお、AlGaAs層11のAlの組成比xは、上記に限定されない。たとえば、図4に示すように、AlGaAs層11のそれぞれの層のAlの組成比xは均一で、かつ裏面11b側の層は主表面11a側のAlの組成比xよりも高くてもよい。
The Al composition ratio x of the
AlGaAs層11において、Alの組成比xは、0以上0.45以下であることが好ましい。この場合、AlGaAs層11上に酸化層が形成されることを効果的に抑制できるとともに、高い透過特性を維持できる。
In the
ここで、AlGaAs層11のキャリア濃度について図5〜図7を参照して説明する。図5〜図7中、縦軸は、AlGaAs層11の裏面11bから主表面11aにかけて厚み方向の位置を示し、横軸は、各位置でのキャリア濃度を示す。
Here, the carrier concentration of the
図5〜図7に示すように、AlGaAs層11において、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が変化している。
As shown in FIGS. 5 to 7, in the
なお、「AlGaAs層11において、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が変化している」とは、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が変化している層を含むことを意味し、主表面11aおよび裏面11bでのキャリア濃度の高低については特に限定されない。
Note that “in the
図5および図6に示すように、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が単調増加または単調減少している層を含むことが好ましい。キャリア濃度が単調増加している層とは、AlGaAs層11の裏面11b側から主表面11a側に向けて(成長方向に向けて)、キャリア濃度が常に同じまたは増加しており、かつこの層において裏面11b側の面よりも主表面11aの面の方がキャリア濃度が高いことを意味する。つまり、キャリア濃度が単調増加している層とは、この層において成長方向に向けてキャリア濃度が減少している部分が含まれていない。キャリア濃度が単調減少している層とは、AlGaAs層11の裏面11b側から主表面11a側に向けて(成長方向に向けて)、キャリア濃度が常に同じまたは減少しており、かつこの層において裏面11b側の面よりも主表面11a側の面の方がキャリア濃度が低いことを意味する。つまり、キャリア濃度が単調減少している層とは、この層において成長方向に向けてキャリア濃度が増加している部分が含まれていない。
As shown in FIGS. 5 and 6, it is preferable to include a layer in which the carrier concentration monotonously increases or monotonously decreases from the
また、図6および図7に示すように、AlGaAs層11は、複数の層(図6および図7では2層)を含んでいてもよい。この場合、AlGaAs層11は、図7に示すように、単調増加しない層(または単調減少しない層)を含んでいてもよい。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
また、AlGaAs層11は、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が単調増加している層と、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が単調減少している層との両方を含まないことが好ましい。つまり、AlGaAs層11は、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が単調増加している層のみからなる、または裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が単調増加している層および均一なキャリア濃度の層からなる、または裏面11bから主表面11aに向けてキャリア濃度が単調減少している層のみからなる、または裏面11bから主表面11aに向けてキャリア濃度が単調減少している層および均一なキャリア濃度の層からなる。この場合、AlGaAs層11を容易に製造できるため、コストを低減できる。
The
なお、「AlGaAs層11は、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が単調増加または単調減少している層を含む」とは、AlGaAs層11の少なくとも一部の層で裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が単調増加または単調減少している層を含むことを意味し、主表面11aおよび裏面11bでのキャリア濃度の高低については特に限定されない。
Note that “the
AlGaAs層11のキャリア濃度の勾配の絶対値は、3×1015cm-3/μm以上5×1017cm-3/μm以下であることが好ましく、5×1015cm-3/μm以上5×1017cm-3/μm以下であることがより好ましい。つまり、AlGaAs層11の少なくとも一部の領域のキャリア濃度の勾配の絶対値が3×1015cm-3/μm以上5×1017cm-3/μm以下であることが好ましく、5×1015cm-3/μm以上5×1017cm-3/μm以下であることがより好ましい。なお、キャリア濃度の勾配とは、AlGaAs層11の任意の厚み△dにおけるキャリア濃度の差△ccを測定し、△cc/△dを算出した値である。
The absolute value of the gradient of the carrier concentration in the
AlGaAs層11のキャリア濃度の範囲は、1×1017cm-3以上3×1018cm-3以下であることが好ましく、1×1017cm-3以上2×1018cm-3以下であることがより好ましい。
Range of the carrier concentration of the
AlGaAs層11のドーパントは、特に限定されないが、たとえば亜鉛、マグネシウム(Mg)、炭素(C)などのp型ドーパント、セレン、硫黄(S)、テルルなどのn型ドーパントなどを用いることができる。AlGaAs層11のドーパントは、シリコン、亜鉛、セレン、テルルからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質であることが好ましい。ただし、AlGaAs層11が複数層の場合、層毎に変更してもよい。
The dopant of the
エピタキシャル層21は、活性層を含む。活性層は、AlGaAs層11よりもバンドギャップが小さいことが望ましい。ただし、Al組成比が勾配を有するため、一部で大小関係が逆転する場合もある。
活性層は、井戸層と、井戸層よりもバンドギャップの大きなバリア層とが交互に積層された多重量子井戸構造(MQW構造)を有していることが好ましい。活性層が多重量子井戸構造を有している場合には、活性層は3層以上20層以下の井戸層を有することが好ましい。この場合、赤外LEDを作製したときに、パルス印加における立ち上がり時間および立ち下がり時間を短くすることができる。 The active layer preferably has a multiple quantum well structure (MQW structure) in which well layers and barrier layers having a larger band gap than the well layers are alternately stacked. In the case where the active layer has a multiple quantum well structure, the active layer preferably has 3 to 20 well layers. In this case, when an infrared LED is manufactured, the rise time and fall time in pulse application can be shortened.
井戸層の材料は、バリア層よりもバンドギャップが小さければ特に限定されないが、たとえばGaAs、AlGaAs、InGaAs(インジウムガリウム砒素)、AlInGaAs(アルミニウムインジウムガリウム砒素)、InGaAsP(インジウムガリウム砒素リン)などを用いることができる。これらの材料は、AlGaAs層11との格子整合度が適合する赤外発光の材料である。ただし、格子整合がずれている場合でも、完全に、あるいは、一部で歪が緩和していなければよい。
The material of the well layer is not particularly limited as long as the band gap is smaller than that of the barrier layer. be able to. These materials are materials that emit infrared light that are compatible with the degree of lattice matching with the
バリア層の材料は、井戸層よりもバンドギャップが大きければ特に限定されないが、たとえばAlGaAs、GaAsP(ガリウム砒素リン)、AlGaAsP(アルミニウムガリウム砒素リン)、InGaP、AlInGaP、InGaAsPなどを用いることできる。これらの材料は、AlGaAs層11との格子整合度が適合する材料である。また、井戸層と同じく、格子整合がずれている場合でも、完全に、あるいは、一部で歪が緩和していなければよい。
The material of the barrier layer is not particularly limited as long as the band gap is larger than that of the well layer. For example, AlGaAs, GaAsP (gallium arsenide phosphorus), AlGaAsP (aluminum gallium arsenide phosphorus), InGaP, AlInGaP, InGaAsP, or the like can be used. These materials are materials that are compatible with the degree of lattice matching with the
また、活性層は、1.5μm以下の厚みを有することが好ましく、300nm以上1300nm以下の厚みを有することがより好ましい。この場合、赤外LEDを作製したときに、パルス印加における立ち上がり時間および立ち下がり時間を短くすることができる。 The active layer preferably has a thickness of 1.5 μm or less, and more preferably has a thickness of 300 nm to 1300 nm. In this case, when an infrared LED is manufactured, the rise time and fall time in pulse application can be shortened.
なお、活性層は、多重量子井戸構造に特に限定されず、1層よりなっていてもよく、ダブルへテロ構造を有していてもよい。 The active layer is not particularly limited to a multiple quantum well structure, and may be composed of one layer or may have a double hetero structure.
また、本実施の形態ではエピタキシャル層21が活性層を含んでいる場合について説明したが、エピタキシャル層21は他の層を含んでいてもよい。他の層を含むエピタキシャル層21は、たとえば、n型バッファ層と、n型バッファ層上に形成されたn型クラッド層と、n型クラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成されたp型クラッド層と、p型クラッド層上に形成されたp型窓層と、p型窓層上に形成されたp型コンタクト層とを含む。なお、上記構成において、他の層の少なくとも1層は省略されてもよいし、p型とn型とが反対であってもよい。
Moreover, although the case where the
エピタキシャル層21の最上層(本実施の形態では透明導電膜26と接する層)はp型であることが好ましい。この場合、エピタキシャル層21は、活性層上に形成されたp型クラッド層を含み、p型クラッド層は、1×1017cm-3以上2×1018cm-3以下のキャリア濃度を有することが好ましい。また、エピタキシャル層21は、活性層上に形成されたp型クラッド層と、p型クラッド層上に形成されたp型窓層とを含み、p型クラッド層およびp型窓層の少なくとも一方は、1×1017cm-3以上2×1018cm-3以下のキャリア濃度を有することがより好ましい。
The uppermost layer of the epitaxial layer 21 (in this embodiment, a layer in contact with the transparent conductive film 26) is preferably p-type. In this case, the
透明導電膜26は、エピタキシャルウエハ20aを用いて赤外LEDを作製したときに、チップ上面において、全面(図1において横方向)に電流を広がらせる効果を有する。これにより、チップ全面に渡り活性層に電流が注入され、発光が起き、高出力化が可能となる。また、透明導電膜26がない場合、チップ上面の直列抵抗が高くなり、高速応答性が劣化する原因となる。
The transparent
透明導電膜26は、高い透過性と低い抵抗率とを有する。このような透明導電膜26は、たとえば波長が850nm以上1000nm以下での透過率は85%以上であり、たとえば厚みが300nmのときの抵抗率が5mΩcm以下である。
The transparent
透明導電膜として、たとえばスズ(Sn)がドープされた酸化インジウム(In2O3)であるITO、酸化インジウム(In2O3)、フッ素(F)がドープされたIn2O3であるIFO、酸化スズ(SnO2)、アンチモン(Sb)がドープされたSnO2であるATO、FがドープされたSnO2であるFTO、カドミウム(Cd)がドープされたSnO2であるCTO、アルミニウム(Al)がドープされた酸化亜鉛(ZnO)であるAZO、InがドープされたZnOであるIZO、GaがドープされたZnOであるGZOなどが挙げられる。特に、透明性と導電性とをバランスよく保持できるため、透明導電膜26はITOであることが好ましい。
As the transparent conductive film, for example, ITO which is indium oxide (In 2 O 3 ) doped with tin (Sn), indium oxide (In 2 O 3 ), IFO which is In 2 O 3 doped with fluorine (F) , Tin oxide (SnO 2 ), antimony (Sb) -doped SnO 2 ATO, F-doped SnO 2 FTO, cadmium (Cd) -doped SnO 2 CTO, aluminum (Al ) Doped with zinc oxide (ZnO), IZO as Zn doped with In, GZO as ZnO doped with Ga, and the like. In particular, it is preferable that the transparent
なお、透明導電膜26は、省略されてもよい。また、エピタキシャルウエハ20aが透明導電膜26を備えている場合には、透明導電膜26は上記の材料に特に限定されず、たとえば、光が透過するように厚みを50nm以下にした金属膜を用いてもよい。このような金属膜としては、たとえば、厚みが15nm以下の金(Au)、Alなどを用いることができる。
Note that the transparent
エピタキシャル層21の厚みは、50μm以上300μm以下であることが好ましい。50μm以上の場合、ハンドリングを向上できる。300μm以下の場合、出力を向上できるとともに、コストを低減することができる。
The thickness of the
続いて、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20aの製造方法について説明する。
Then, the manufacturing method of the
まず、GaAs基板13を準備する。次に、GaAs基板13上に、たとえばLPE(液相成長法:Liquid Phase Epitaxy)法により主表面11aを有するAlGaAs層11を成長させる。このAlGaAs層11を成長させる工程では、GaAs基板13との界面(裏面11b)のAlの組成比xが、主表面11aのAlの組成比xよりも高く、かつ、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が変化しているAlGaAs層11を成長させる。
First, a
LPE法は特に限定されず、徐冷法、温度差法などを用いることができる。なお、LPE法とは、液相からAlGaAs結晶を成長させる方法をいう。徐冷法とは、原料の溶液の温度を徐々に下げてAlGaAs結晶を成長させる方法である。温度差法とは、原料の溶液に温度勾配をつくり、AlGaAs結晶を成長させる方法をいう。 The LPE method is not particularly limited, and a slow cooling method, a temperature difference method, or the like can be used. The LPE method is a method for growing an AlGaAs crystal from a liquid phase. The slow cooling method is a method of growing AlGaAs crystals by gradually lowering the temperature of the raw material solution. The temperature difference method is a method in which a temperature gradient is created in a raw material solution to grow an AlGaAs crystal.
AlGaAs層11においてAlの組成比xおよび/またはキャリア濃度が一定の層を成長させる場合には温度差法または徐冷法を用いることが好ましい。Alの組成比xが上方(成長方向)に向けて減少している層を成長させる場合および/またはキャリア濃度が成長方向において変化している層を成長させる場合には徐冷法を用いることが好ましい。特に、量産性および低コストに優れているため、徐冷法を用いることが好ましい。またそれらを組み合わせてもよい。
When growing a layer having a constant Al composition ratio x and / or carrier concentration in the
また、この工程では、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が単調増加または単調減少している層を含むAlGaAs層を成長することが好ましい。この場合、キャリア濃度の勾配の絶対値が3×1015cm-3/μm以上5×1017cm-3/μm以下になるように、AlGaAs層11を成長することが好ましい。また、キャリア濃度が1×1017cm-3以上3×1018cm-3以下になるようにAlGaAs層11を成長することが好ましい。
In this step, it is preferable to grow an AlGaAs layer including a layer in which the carrier concentration monotonously increases or monotonously decreases from the
次に、AlGaAs層11の主表面11aを研磨する。LPE法でAlGaAs層11を成長させると主表面11aには凹凸が生じるが、この工程により主表面11aを平坦にすることができる。
Next, the
これにより、AlGaAs層11およびGaAs基板13を含むAlGaAs基板10を製造することができる。
Thereby, the
次に、このAlGaAs基板10のAlGaAs層11の主表面11a上に、OMVPE(Organo Metallic Vapor Phase Epitaxy:有機金属気相成長)法またはMBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシ)法により活性層を含むエピタキシャル層21を形成する。この工程では、AlGaAs層11上に、上述したような活性層を含むエピタキシャル層を成長させる。
Next, an active layer is included on the
OMVPE法は原料ガスがAlGaAs層11上で熱分解反応することにより活性層を成長させ、MBE法は非平衡系で化学反応過程を介さない方法で活性層を成長させるので、OMVPE法およびMBE法は活性層の厚みを容易に制御できる。このため、2層以上の井戸層を複数有する活性層を容易に成長できる。
In the OMVPE method, the active gas is grown by the thermal decomposition reaction of the source gas on the
また、AlGaAs基板10のAlGaAs層11の主表面11aが平坦なので、AlGaAs層11の主表面11a上に活性層を含むエピタキシャル層21を形成する際に、エピタキシャル層21の異常成長を抑制することができる。
Further, since the
次に、エピタキシャル層21上に、透明導電膜26を形成する。透明導電膜26の形成方法は特に限定されないが、たとえば電子ビーム蒸着法、スパッタ法などを採用できる。
Next, a transparent
以上の工程を実施することにより、図1に示すエピタキシャルウエハ20aを製造できる。なお、GaAs基板13の一部を除去する工程をさらに実施してもよい。この場合は、準備したGaAs基板よりも厚みの小さなGaAs基板を備えたエピタキシャルウエハ20aを製造することになる。
By performing the above steps, the
以上説明したように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20aは、GaAs基板13と、GaAs基板13上に形成され、かつ主表面11aと、主表面11aと反対側の裏面11bとを有するAlGaAs層11を含むAlGaAs基板10と、AlGaAs層11の主表面11a上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層21とを備え、AlGaAs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よりも高く、かつAlGaAs層11において、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が変化している。
As described above,
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20aによれば、裏面11bのAl組成比xは主表面11aのAl組成比xよりも高い。このため、酸化されやすい性質を有するAlが主表面11aに存在することを抑制できる。これにより、AlGaAs基板10の表面(本実施の形態ではAlGaAs層11の主表面11a)に絶縁性の酸化層が形成されることを抑制できる。このため、このAlGaAs基板10上に形成されるエピタキシャル層に欠陥が導入されることを抑制することができる。
According to
また、主表面11aのAlの組成比xは、裏面11bのAl組成比xよりも低い。本発明者は、鋭意研究の結果、Alの組成比xが高い程、AlGaAs基板10の透過特性が良くなることを見出した。裏面11b側にAlが多く含まれていても、表面に露出している時間が短いため、主表面11aに酸化層が形成されることを低減できる。このため、酸化層が形成されることを抑制できる部分に、Alの組成比xの高いAlGaAs結晶を成長させることにより、透過特性を向上できる。
The Al composition ratio x of the
このように、AlGaAs層11において、主表面11a側で欠陥が導入されることを抑制するようにAlの組成比xを低くし、裏面11b側で透過特性を向上するようにAlの組成比xを高くしている。したがって、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20aを用いて赤外LEDを作製した場合、欠陥による発熱を抑制し、かつ透過特性の向上による光吸収に伴う発熱を抑制できる。
In this way, in the
さらに、AlGaAs層11において、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が変化している。キャリア濃度が高い領域では、導電率を向上することにより、発熱を抑制できる。キャリア濃度が低い領域では、導電率は低くなるが透過率を良好にできるので、光の吸収による発熱を抑制できる。このため、導電率と透過率とのバランスが良好になるように裏面11bから主表面11a側に向けてキャリア濃度を変化させることによって、AlGaAs層11全体でキャリア濃度を制御することができる。したがって、導電率と透過率とによる発熱の影響を低減できる。
Further, in the
以上より、エピタキシャルウエハ20aを用いて赤外LEDを作製したときに、赤外LEDの発熱を抑制できるので、信頼性を向上することができる。
As described above, since the heat generation of the infrared LED can be suppressed when the infrared LED is manufactured using the
また、AlGaAs層11全体で抵抗率および透過特性を制御しているので、エピタキシャルウエハ20aはコストを低減するとともに、信頼性を向上できる。
In addition, since the resistivity and transmission characteristics are controlled by the
本実施の形態のエピタキシャルウエハ20aは、AlGaAs基板10は、AlGaAs層11の裏面11bに接するGaAs基板13を含んでいる。
In the
AlGaAs基板10がGaAs基板13を含んでいる場合には、AlGaAs層11だけでなく、GaAs基板13によりエピタキシャルウエハ20a全体の厚みを厚く設計できるので、チップ作製工程でのウエハの割れ発生を抑制することができる。
When the
また、本実施の形態ではGaAs基板13を除去する必要がないので、後述するGaAs基板13を除去している実施の形態2と比べて、GaAs基板13を除去する工程の時間を短縮できる。このため、コストをより低減することができる。
In addition, since it is not necessary to remove the
さらに、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20aを用いて赤外LEDを作製するために、GaAs基板13に電極を形成すると、AlGaAs層11に電極を形成する場合と比べて、より低抵抗なコンタクト電極を作製することができる。このため、より高信頼性、低動作温度の赤外LEDを作製することができる。
Further, when an electrode is formed on the
上記エピタキシャルウエハ20aにおいて好ましくは、AlGaAs層11は、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が単調増加または単調減少している層を含む。
Preferably, in the
これにより、導電率と透過率とのバランスを良好にするために、AlGaAs層11全体でキャリア濃度をより容易に制御できるので、コストの増加を抑制して信頼性を向上したエピタキシャルウエハ20aを実現することができる。
Thereby, in order to improve the balance between conductivity and transmittance, the carrier concentration can be controlled more easily in the
上記エピタキシャルウエハ20aにおいて好ましくは、AlGaAs層11のキャリア濃度は、1×1017cm-3以上3×1018cm-3以下である。これにより、AlGaAs層11において高い導電率と高い透過率とを両立できるので、信頼性をさらに向上することができる。
In the
上記エピタキシャルウエハ20aにおいて好ましくは、AlGaAs層11のキャリア濃度の勾配の絶対値は、3×1015cm-3/μm以上5×1017cm-3/μm以下である。これにより、AlGaAs層11の高い導電率と高い透過率とを両立できるので、信頼性をさらに向上することができる。
In the
上記エピタキシャルウエハ20aにおいて好ましくは、AlGaAs層11のドーパントは、シリコン、亜鉛、セレン、テルルからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質である。これにより、キャリア濃度を良好に制御できるので、信頼性をさらに向上することができる。
Preferably, in the
上記エピタキシャルウエハ20aにおいて好ましくは、エピタキシャル層21上に形成された透明導電膜26をさらに備えている。
The
透明導電膜26により、エピタキシャル層21の厚みが小さい場合でも、電流の拡散を促進することができる。また、横方向の抵抗を低減できる。このため、このエピタキシャルウエハ20aを用いて作製した赤外LEDの高出力および高速応答性を実現することができる。
The transparent
(実施の形態2)
図8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。
(Embodiment 2)
With reference to FIG. 8, infrared
図8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20bは、基本的には実施の形態1におけるエピタキシャルウエハ20aと同様の構成を備えているが、GaAs基板13を備えていない点において異なる。
Referring to FIG. 8,
本実施の形態におけるAlGaAs層11の厚みは、AlGaAs基板10が自立基板となる程度に厚いことが好ましい。このような厚みは、たとえば70μm以上である。
The thickness of the
続いて、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20bの製造方法について説明する。本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20bの製造方法は、基本的には実施の形態1におけるエピタキシャルウエハ20aの製造方法と同様の構成を備えているが、GaAs基板13を除去する工程をさらに備えている点において異なる。
Then, the manufacturing method of the
GaAs基板13を除去する方法は、特に限定されないが、たとえば研磨、エッチングなどの方法を用いることができる。研磨とは、ダイヤモンド砥石を持つ研削設備などで、アルミナ、コロイダルシリカ、ダイヤモンドなどの研磨剤を用いてGaAs基板13を機械的に削り取ることをいう。エッチングとは、たとえばアンモニア、過酸化水素などを最適に調合することでAlGaAsでエッチング速度が遅く、GaAsでエッチング速度が速い選択エッチング液を用いて、GaAs基板13の除去を行なうことをいう。
The method for removing the
以上説明したように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20bは、主表面11aと、主表面11aと反対側の裏面11bとを有するAlGaAs層11を含むAlGaAs基板10と、AlGaAs層11の主表面11a上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層21とを備え、AlGaAs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よりも高く、かつAlGaAs層11において、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が変化している。
As described above,
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20bによれば、GaAs基板13を含まずにAlGaAs層11のみを有するAlGaAs基板10を備えている。GaAs基板13は波長が870nm以下の光を吸収するので、GaAs基板13が除去されたAlGaAs基板10を備えたエピタキシャルウエハ20bを用いて赤外LEDを製造すると、透過率をより向上できる。このため、このエピタキシャルウエハ20bを用いて作製した赤外LEDの発熱をより抑制できるので、信頼性をより向上することができる。
The
上記エピタキシャルウエハ20bにおいて好ましくは、AlGaAs層11のキャリア濃度の勾配の絶対値は、3×1015cm-3/μm以上5×1017cm-3/μm以下である。これにより、信頼性をさらに向上することができるとともに、AlGaAs層11に電極を形成したときの電極との接続を良好に維持できる。
In the
(実施の形態3)
図9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9に示すように、本実施の形態にける赤外LED30aは、実施の形態1における図1に示す赤外LED用のエピタキシャルウエハ20aと、このエピタキシャルウエハ20aの主表面および裏面にそれぞれ形成された電極31、32とを備えている。電極31は、光を取り出すために、エピタキシャルウエハ20aの表面の一部のみを覆い、残部を露出させている。電極32は、エピタキシャルウエハ20aの裏面を覆う。電極32は、エピタキシャルウエハ20aの裏面の全面を覆ってもよく、一部を覆ってもよい。一部を覆う場合には、たとえばドット状または格子状に形成できる。
(Embodiment 3)
With reference to FIG. 9, the
エピタキシャル層21において透明導電膜26と接する層がp型の場合の電極31は、透明導電膜26がある場合にはたとえばAu(金)とZn(亜鉛)との合金であり、透明導電膜26がない場合にはたとえばAuよりなるp型電極である。AlGaAs基板10下に形成された電極32は、たとえばAuとGe(ゲルマニウム)との合金よりなるn型電極である。
When the layer in contact with the transparent
赤外LED30aの発光波長は、たとえば850nm以上1μm以下である。赤外LED30aにおいて、85℃以下における100mA通電で1000時間経過したときの初期出力に対する相対出力が70%以上であり、好ましくは90%以上である。また、85℃以下における100mA通電で3000時間経過したときの初期出力に対する相対出力が70%以上であることがより好ましい。このように、赤外LED30aの信頼性は非常に高い。
The emission wavelength of the
なお、上記「初期出力に対する相対出力」とは、85℃で100mA通電し、初期出力および1000時間経過した時の出力をたとえば積分球により測定し、初期出力を100%としたときの1000時間経過時の出力の割合を意味する。 The “relative output with respect to the initial output” means that the initial output and the output when 1000 hours have passed are measured with, for example, an integrating sphere at 85 ° C., and 1000 hours have elapsed when the initial output is taken as 100%. It means the output ratio of hour.
なお、先行例(特開2002−335008号公報(特許文献1)、特開2002−335007号公報(特許文献2))には、本実施の形態とは異なりAl組成に勾配がないLEDについて述べられている。しかし、産業上、実用に供する場合、問題点が多い。以下に概略をまとめる。 Unlike the present embodiment, the preceding examples (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-335008 (Patent Document 1) and Japanese Patent Laid-Open No. 2002-335007 (Patent Document 2)) describe LEDs having no gradient in Al composition. It has been. However, there are many problems in industrial use when it is put to practical use. The outline is summarized below.
特許文献1では、バッファ層の材料として、InAlGaAs層を用いることが述べられている。この層を用いない場合、通電時間とともに光出力が低下する問題が比較例として記載されている。具体的には、1000時間100mAの通電により、初期出力の71%程度にまで低下する問題を有している。
In
ここで用いられている方法は、バッファ層として、InAlGaAs層を用い、下地基板より格子定数を大きくし、あるいは、単層および複数層の構成としている点が特徴である。この方法の場合、3つの問題が存在し、製造コスト、歩留まり、信頼性の点で問題を有する。 The method used here is characterized in that an InAlGaAs layer is used as the buffer layer and the lattice constant is made larger than that of the base substrate, or a single layer and a plurality of layers are used. In the case of this method, there are three problems, which are problematic in terms of manufacturing cost, yield, and reliability.
まず、InAlGaAs層は、組成、厚みを十分に制御する必要がある。特に、本実施の形態では構成元素が2ないし3種類であるのに対し、特許文献1では4種類となり、より制御性が困難になり、コスト増の原因となる。また、格子整合していないため、格子定数と厚みとにずれが生じると、結晶転位が容易に発生するため、信頼性の低下の原因となる。また、格子不整合が原因で、ウエハに反りが発生し、ウエハわれの原因になるだけでなく、ここでも、信頼性の低下の原因となるとともに、歩留まりの低下の原因にもなる。
First, it is necessary to sufficiently control the composition and thickness of the InAlGaAs layer. In particular, in the present embodiment, there are two to three constituent elements, whereas in
なお、本実施の形態ではAlGaAs、ないし、GaAs等の2元ないし3元の材料を用いているため、これら製造コスト、歩留まり、および信頼性の問題が解決できる。 In the present embodiment, binary or ternary materials such as AlGaAs or GaAs are used, so that these manufacturing cost, yield, and reliability problems can be solved.
特許文献2では、活性層成長前にAlGaAs基板の自然酸化膜除去処理を行なった時の光出力維持率について述べられている。自然酸化膜除去処理をしない場合、100mA1000時間の通電により初期出力の60%程度にまで低下し、大気中で自然酸化膜除去処理をしても、初期出力の65%程度に低下する問題が挙げられている。 Patent Document 2 describes the light output retention rate when the natural oxide film removal process of the AlGaAs substrate is performed before the active layer growth. When the natural oxide film removal treatment is not performed, the current is reduced to about 60% of the initial output by energization at 100 mA for 1000 hours, and even if the natural oxide film removal treatment is performed in the atmosphere, the initial output is reduced to about 65%. It has been.
ここで用いられている方法は、AlGaAs基板表面の酸化を防止するため、N2雰囲気のグローブボックスを用い、この中で、ハロゲン系の溶液で洗浄し、その後水洗することなく乾燥させる。また、最終的には、大気にさらすことなく、OM設備に搬送することを行なっている。 In the method used here, in order to prevent oxidation of the AlGaAs substrate surface, a glove box in an N 2 atmosphere is used. In this method, the substrate is washed with a halogen-based solution and then dried without washing with water. Moreover, finally, it conveys to OM equipment, without exposing to air | atmosphere.
この方法の場合でも、3つの問題が存在し、製造コスト、歩留まり、信頼性の点で問題を有する。 Even in this method, there are three problems, which are problematic in terms of manufacturing cost, yield, and reliability.
エッチング、OM炉成長という2種類の設備間すべてで、大気に曝さないことが重要となるが、一般に大気混入を防止することは、かなりの設備管理労力が必要であり、時間と費用の無駄となる。多数のウエハを用いる量産段階では、作業管理、拡張性の点で制約が多い。また、ハロゲン系の溶液でエッチングするものの、水洗ではなくアルコール洗浄としている。一般に、ハロゲン系のイオン(フッ素、塩素等)はウエハ表面に残留しやすく、残留した場合、長期信頼性劣化の原因となるとともに、歩留まりの低下の原因にもなる。 It is important not to be exposed to the atmosphere between the two types of equipment, etching and OM furnace growth, but in general, preventing air contamination requires considerable equipment management labor, and wastes time and money. Become. In the mass production stage using a large number of wafers, there are many restrictions in terms of work management and expandability. Although etching is performed with a halogen-based solution, alcohol cleaning is used instead of water cleaning. In general, halogen-based ions (fluorine, chlorine, etc.) are likely to remain on the wafer surface, and if left, cause long-term reliability deterioration and also decrease yield.
なお、本実施の形態では、主表面のAl組成を低くすることにより、酸化を防止するため、上記の大規模な設備化が不要であり、これら製造コスト、歩留まり、および信頼性の問題が解決できる。 In the present embodiment, since the main surface Al composition is lowered to prevent oxidation, the above-described large-scale equipment is not necessary, and the problems of manufacturing cost, yield, and reliability are solved. it can.
本実施の形態では、85℃で100mA通電し、初期出力および1000時間経過した時の出力の低下率について検証しているが、ここから、室温25℃100mA通電の信頼性時間を算出すると、10000時間以上まで、初期出力に対する相対出力が70%以上であることが推定できている。これにより、LEDはランプ形状、ランプの実装形態、ランプの使用環境に影響されず、すなわち、室温から85℃の広い範囲で産業上十分な特性が得られることを確認している。 In this embodiment, 100 mA is energized at 85 ° C., and the initial output and the rate of decrease in output when 1000 hours have elapsed are verified. From this, when the reliability time of energization at 25 ° C. and 100 mA is calculated, 10000 It has been estimated that the relative output with respect to the initial output is 70% or more until the time or more. As a result, it has been confirmed that the LED is not affected by the lamp shape, the lamp mounting form, and the usage environment of the lamp, that is, industrially sufficient characteristics can be obtained in a wide range from room temperature to 85 ° C.
続いて、本実施の形態における赤外LED30aの製造方法について説明する。まず、実施の形態1における赤外LED用のエピタキシャルウエハ20aの製造方法により、エピタキシャルウエハ20aを製造する。
Then, the manufacturing method of infrared LED30a in this Embodiment is demonstrated. First, the
次に、赤外LED用のエピタキシャルウエハ20aの主表面および裏面に電極31、32を形成する。具体的には、たとえば蒸着法により、主表面上にAuとZnとを蒸着して、また、裏面上にAuとGeとを蒸着した後、合金化を施して、電極31、32を形成する。
Next, the
上記工程を実施することにより、図9に示す赤外LED30aを製造することができる。
By performing the above steps, the
以上説明したように、本実施の形態における赤外LED30aは、実施の形態1におけるエピタキシャルウエハ20aと、エピタキシャル層21に形成された電極31、32とを備えている。
As described above, the
本実施の形態における赤外LED30aによれば、AlGaAs層11のAlの組成比xおよびキャリア濃度を制御したAlGaAs基板10を用いているので、信頼性を向上した赤外LED30aを実現できる。
According to the
上記赤外LED30aにおいて好ましくは、85℃以下における100mA通電で1000時間経過したときの初期出力に対する相対出力が70%以上である。上記赤外LED30aにおいてより好ましくは、85℃以下における100mA通電で3000時間経過したときの初期出力に対する相対出力が70%以上である。実施の形態1のエピタキシャルウエハ20aを用いることにより、このように信頼性を向上した赤外LED30aを実現することができる。
In the
(実施の形態4)
図10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10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3における赤外LED30aと同様の構成を備えているが、GaAs基板13を備えていない点において異なる。
(Embodiment 4)
With reference to FIG. 10,
具体的には、本実施の形態の赤外LED30bは、実施の形態2のエピタキシャルウエハ20bを備えている。エピタキシャルウエハ20bの表面に電極31が接して設けられており、裏面(本実施の形態ではAlGaAs層11の裏面11b)に電極32が接して設けられている。
Specifically, the
本実施の形態における赤外LED30bの製造方法は、基本的には実施の形態3における赤外LED30aの製造方法と同様の構成を備えているが、実施の形態1のエピタキシャルウエハ20aの代わりに実施の形態のエピタキシャルウエハ20bを製造している点において異なる。
The manufacturing method of the
以上説明したように、本実施の形態における赤外LED30bは、実施の形態2におけるエピタキシャルウエハ20bと、エピタキシャル層21に形成された電極31、32とを備えている。
As described above, the
本実施の形態における赤外LED30bによれば、GaAs基板13を含まずにAlGaAs層11のみを含むAlGaAs基板10を備えている。GaAs基板13は波長が870nm以下の光を吸収するので、GaAs基板13が除去されたAlGaAs基板10を備えた赤外LED30bは、透過率をより向上できる。したがって、発熱をより抑制できるので、赤外LED30bの信頼性をより向上することができる。
According to the
本実施例では、AlGaAs層11において、裏面11bのAlの組成比xが主表面11aのAlの組成比xよりも高く、かつ裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が変化していることによる効果について調べた。
In this embodiment, in the
(本発明例1)
本発明例1は、実施の形態4における赤外LED30bの製造方法にしたがった。具体的には、まず、VB法により製造され、2インチの直径と270μmの厚みとを有するGaAs基板13を準備した。
(Invention Example 1)
Invention Example 1 followed the manufacturing method of the
次に、このGaAs基板13上に、920℃〜室温間の温度条件による徐冷法で3層のAlGaAs層11を成長させた。各層において、裏面11b側のAlの組成比が0.3で、主表面11a側のAlの組成比が0.1で、裏面11b側から主表面11a側に向けてAlの組成比は常に減少していた。また、図11に示すように、各層において、裏面11b側のキャリア濃度が1.0×1017cm-3で、主表面11a側のキャリア濃度が2.0×1018cm-3で、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度は常に増加していた。なお、図11における横軸の位置とは、AlGaAs層11の裏面11bの位置を0とし、裏面11bから主表面11aに向けての位置(AlGaAs層11の裏面11bから主表面11aにかけて厚み方向の位置)を意味する(図12〜図16も同様)。各層の厚みを50μmとし、AlGaAs層の厚みを150μmとした。また、ドーパントとしてテルルをドーピングした。
Next, three
このAlGaAs層11のキャリア濃度の勾配の絶対値は、図12に示すように、5×1015cm-3/μm以上5×1017cm-3/μm以下であった。図12に示すキャリア濃度の勾配は、図11に示す各位置での勾配(キャリア濃度の差△cc/位置の差△d)を算出した。本実施例では、各位置での接線の傾きを勾配とした。
The absolute value of the carrier concentration gradient of the
次に、OMVPE法により、活性層を含むエピタキシャル層を形成した。具体的には、AlGaAs層11の主表面11a上に、n型バッファ層、n型クラッド層、活性層、p型クラッド層、p型窓層およびp型コンタクト層をこの順で成長した。各層の成長温度は、760℃であった。n型バッファ層は0.5μmの厚みを有し、SiがドープされたAl0.15Ga0.85Asよりなり、5×1017cm-3のキャリア濃度を有していた。n型クラッド層は1.0μmの厚みを有し、SiがドープされたAl0.35Ga0.65Asよりなり、5×1017cm-3のキャリア濃度を有していた。p型クラッド層は1.0μmの厚みを有し、ZnがドープされたAl0.35Ga0.65Asよりなり5×1017cm-3のキャリア濃度を有していた。p型窓層は3.5μmの厚みを有し、ZnがドープされたAl0.20Ga0.80Asよりなり、5×1017cm-3のキャリア濃度を有していた。p型コンタクト層は0.2μmの厚みを有し、ZnがドープされたGaAsよりなり、4×1019cm-3のキャリア濃度を有していた。また、活性層は、発光波長940nmとし、5nmの厚みを有し、In0.25Ga0.75Asよりなる井戸層と、15nmの厚みを有し、Al0.30Ga0.70Asよりなるバリア層とを、それぞれ3層有している多重量子井戸構造(MQW)であった。活性層の厚みは、897nmであった。
Next, an epitaxial layer including an active layer was formed by OMVPE. Specifically, an n-type buffer layer, an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, a p-type window layer, and a p-type contact layer were grown in this order on the
次に、エピタキシャル層において、AlGaAs基板と接する面と反対側の面上に、電子ビーム蒸着法により、真空炉内で酸素雰囲気中で、300℃の温度で、透明導電膜を形成した。透明導電膜は、300nmの厚みを有するITOとした。 Next, a transparent conductive film was formed on the surface of the epitaxial layer opposite to the surface in contact with the AlGaAs substrate by electron beam evaporation at a temperature of 300 ° C. in an oxygen atmosphere in a vacuum furnace. The transparent conductive film was ITO having a thickness of 300 nm.
次に、透明導電膜26上に、電極31として、p型電極を形成した。電極31のパッド径は120μmとし、電極材料をAuとし、合計の厚みを1μmとした。
Next, a p-type electrode was formed as the
次に、GaAs基板13を除去し、AlGaAs層11の裏面11b上に、電極32として、n型電極を形成した。電極32は、ドット状とし、材料をAuGe合金とし、厚みを1μmとした。
Next, the
以上の工程を実施することにより、本発明例1の赤外LED30bを製造した。
(本発明例2)
本発明例2の赤外LED30bは、基本的には本発明例1の赤外LED30bと同様に製造したが、AlGaAs層の厚み、Alの組成比およびキャリア濃度の勾配、および透明導電膜を備えていなかった点において異なっていた。本発明例2の発光波長は850nmであった。
By carrying out the above steps, an
(Invention Example 2)
具体的には、AlGaAs層11は3層含み、この3層の厚みをそれぞれ60μm〜70μmとし、AlGaAs層11全体の厚みを200μmとした。
Specifically, the
また、各層において、裏面11b側のAlの組成比が0.45で、主表面11a側のAlの組成比が0.2で、裏面11b側から主表面11a側に向けてAlの組成比は常に減少していた。
In each layer, the Al composition ratio on the
また、AlGaAs層11の各位置でのキャリア濃度およびキャリア濃度の勾配は、図13および図14に示す通りであった。つまり、図13に示すように、各層において、裏面11b側のキャリア濃度が1.0×1017cm-3で、主表面11a側のキャリア濃度が2.0×1018cm-3で、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度は常に増加していた。また、図14に示すように、各層において、キャリア濃度の勾配の絶対値は、3.0×1015cm-3/μm以上2.5×1017cm-3/μm以下であった。
Further, the carrier concentration at each position of the
また、エピタキシャル層21のコンタクト層に接するように電極31としてp型電極を形成した。電極31のパッド径は120μmとし、電極材料をAuとZnとの合金を用いた。電極31の合計の厚みを1μmとした。
A p-type electrode was formed as the
(本発明例3)
本発明例3の赤外LED30aは、実施の形態3の赤外LED30aの製造方法にしたがった。具体的には、本発明例3の赤外LED30bは、基本的には本発明例1の赤外LED30bと同様に製造したが、GaAs基板13上にエピタキシャル層21を成長した後に、研磨によりGaAs基板13を裏面側より一部除去して、GaAs基板13の厚みを195μmとした点、AlGaAs層を25μmの厚みを有する1層のみにした点、および透明導電膜を形成しなかった点において異なっていた。本発明例3の発光波長は940nmであった。
(Invention Example 3)
具体的には、AlGaAs層11において、裏面11bのAlの組成比が0.25で、主表面11aのAlの組成比が0.05で、裏面11b側から主表面11a側に向けてAlの組成比は常に増加していた。
Specifically, in the
AlGaAs層11の各位置でのキャリア濃度およびキャリア濃度の勾配は、図15および図16に示す通りであった。つまり、図15に示すように、AlGaAs層11において、裏面11b側のキャリア濃度が3.0×1017cm-3で、主表面11a側のキャリア濃度が1.1×1018cm-3で、裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度は常に増加していた。また、図16に示すように、AlGaAs層11において、キャリア濃度の勾配の絶対値は、1.0×1016cm-3/μm以上7.0×1016cm-3/μm以下であった。
The carrier concentration at each position of the
また、エピタキシャル層21のコンタクト層に接するように電極31としてp型電極を形成した。p型電極の形成方法および材料は、本発明例2と同様とした。
A p-type electrode was formed as the
(評価方法)
本発明例1の赤外LEDを10個以上製造し、本発明例2および3の赤外LEDを20個以上製造した。それぞれの赤外LEDについて、周辺環境温度85℃、順方向電流100mAで高温通電した。所定時間経過後、25℃、順方向電流20mAで直流(DC)電流を流したときの出力を積分球で測定した。そして、高温通電前の初期出力に対する相対出力を求めた。上記試験サンプルの平均値をそれぞれ図17〜図19に示す。なお、図17〜図19における縦軸は、各測定時間において、初期出力に対する相対出力の割合の平均値(単位:%)を示す。
(Evaluation methods)
Ten or more infrared LEDs of Invention Example 1 were produced, and 20 or more infrared LEDs of Invention Examples 2 and 3 were produced. Each infrared LED was energized at a high temperature at an ambient temperature of 85 ° C. and a forward current of 100 mA. After a predetermined time, the output when a direct current (DC) current was passed at 25 ° C. and a forward current of 20 mA was measured with an integrating sphere. And the relative output with respect to the initial output before high temperature electricity supply was calculated | required. The average values of the test samples are shown in FIGS. In addition, the vertical axis | shaft in FIGS. 17-19 shows the average value (unit:%) of the ratio of the relative output with respect to an initial output in each measurement time.
(評価結果)
図17〜図19に示すように、裏面11bのAlの組成比xが主表面11aのAlの組成比xよりも高く、かつ裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が変化しているAlGaAs層を備えていた本発明例1〜3の赤外LEDでは、85℃以下における順方向電流100mA通電の条件において、初期出力に対する相対出力が70%以上を維持できる時間は、いずれも3000時間以上であった。
(Evaluation results)
As shown in FIGS. 17-19, the Al composition ratio x of the
以上より、本実施例によれば、AlGaAs層11において、裏面11bのAlの組成比xが主表面11aのAlの組成比xよりも高く、かつ裏面11b側から主表面11a側に向けてキャリア濃度が変化していることにより、85℃以下における順方向電流100mA通電で1000時間経過したときの初期出力に対する相対出力が70%以上の赤外LEDを実現できることが確認できた。
As described above, according to the present embodiment, in the
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the features of the embodiments and examples. The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the embodiments and examples described above but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
10 AlGaAs基板、11 AlGaAs層、11a 主表面、11b 裏面、13 GaAs基板、20a,20b エピタキシャルウエハ、21 エピタキシャル層、26 透明導電膜、30a,30b LED、31,32 電極。 10 AlGaAs substrate, 11 AlGaAs layer, 11a main surface, 11b back surface, 13 GaAs substrate, 20a, 20b epitaxial wafer, 21 epitaxial layer, 26 transparent conductive film, 30a, 30b LED, 31, 32 electrodes.
Claims (10)
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、
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よりも高く、
かつ前記AlxGa(1-x)As層において、前記裏面側から前記主表面側に向けてキャリア濃度が変化している、赤外LED用のエピタキシャルウエハ。 An Al y Ga (1-y) As substrate (0 ≦ y ≦ 1) including an Al x Ga (1-x) As layer (0 ≦ x ≦ 1) having a main surface and a back surface opposite to the main surface. )When,
An epitaxial layer formed on the main surface of the Al x Ga (1-x) As layer and including an active layer;
In the Al x Ga (1-x) As layer, the Al composition ratio x on the back surface is higher than the Al composition ratio x on the main surface,
In addition, an epitaxial wafer for an infrared LED, wherein in the Al x Ga (1-x) As layer, a carrier concentration changes from the back side toward the main surface side.
前記エピタキシャルウエハに形成された電極とを備えた、赤外LED。 An epitaxial wafer for infrared LEDs according to any one of claims 1 to 7,
An infrared LED comprising an electrode formed on the epitaxial wafer.
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