JP2011146573A - Epitaxial wafer for infrared led and infrared led - Google Patents

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聡 田中
Tomonori Morishita
知典 森下
Kenichi Miyahara
賢一 宮原
Hideki Matsubara
秀樹 松原
Hiroyuki Kitabayashi
弘之 北林
Yoshizumi Kawabata
吉純 川端
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an epitaxial wafer for an infrared LED and an infrared LED, capable of improving reliability. <P>SOLUTION: An epitaxial wafer 20b for an infrared LED includes: an Al<SB>y</SB>Ga<SB>(1-y)</SB>As substrate (0≤y≤1) 10 including an Al<SB>x</SB>Ga<SB>(1-x)</SB>As layer 11 (0≤x≤1) having a major surface 11a and a rear face 11b on the reverse side of the major surface 11a; and an epitaxial layer 21 formed on the major surface 11a of the Al<SB>x</SB>Ga<SB>(1-x)</SB>As layer 11 and including an active layer. In the Al<SB>x</SB>Ga<SB>(1-x)</SB>As layer 11, a composition ratio x of Al of the rear face 11b is greater than a composition ratio x of Al of the major surface 11a, and a carrier concentration changes from the rear face 11b side toward the major surface 11a side. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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.

AlGa(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).

特開2002−335008号公報JP 2002-335008 A 特開2002−335007号公報JP 2002-335007 A

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 Patent Documents 1 and 2, the Al composition ratio of the AlGaAs support substrate is made substantially uniform. As a result of intensive studies, the present inventor has found that when the Al composition ratio is high, defects are generated in the epitaxial layer when an epitaxial layer is formed on the AlGaAs support substrate. Further, as a result of intensive studies, the present inventor has found that when the Al composition ratio is low, there is a problem that the transmission characteristics of the AlGaAs support substrate are poor. Due to this, the present inventors have found that there is a problem that the reliability of the semiconductor light emitting devices of Patent Documents 1 and 2 is not sufficient.

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.

本発明の実施の形態1における赤外LED用のエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the epitaxial wafer for infrared LED in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるAlGaAs層のAlの組成比xを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the Al composition ratio x of the AlGaAs layer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるAlGaAs層のAlの組成比xを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the Al composition ratio x of the AlGaAs layer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるAlGaAs層のAlの組成比xを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the Al composition ratio x of the AlGaAs layer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるAlGaAs層のキャリア濃度を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the carrier concentration of the AlGaAs layer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるAlGaAs層のキャリア濃度を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the carrier concentration of the AlGaAs layer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるAlGaAs層のキャリア濃度を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the carrier concentration of the AlGaAs layer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における赤外LED用のエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the epitaxial wafer for infrared LED in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における赤外LEDを概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly infrared LED in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4における赤外LEDを概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the infrared LED in Embodiment 4 of this invention. 本発明例1におけるAlGaAs層のキャリア濃度を示す図である。It is a figure which shows the carrier concentration of the AlGaAs layer in the example 1 of this invention. 本発明例1におけるAlGaAs層のキャリア濃度の勾配を示す図である。It is a figure which shows the gradient of the carrier concentration of the AlGaAs layer in the example 1 of this invention. 本発明例2におけるAlGaAs層のキャリア濃度を示す図である。It is a figure which shows the carrier concentration of the AlGaAs layer in the example 2 of this invention. 本発明例2におけるAlGaAs層のキャリア濃度の勾配を示す図である。It is a figure which shows the gradient of the carrier concentration of the AlGaAs layer in the example 2 of this invention. 本発明例3におけるAlGaAs層のキャリア濃度を示す図である。It is a figure which shows the carrier concentration of the AlGaAs layer in the example 3 of this invention. 本発明例3におけるAlGaAs層のキャリア濃度の勾配を示す図である。It is a figure which shows the gradient of the carrier concentration of the AlGaAs layer in the example 3 of this invention. 本発明例1の赤外LEDの信頼性を示す図である。It is a figure which shows the reliability of infrared LED of the example 1 of this invention. 本発明例2の赤外LEDの信頼性を示す図である。It is a figure which shows the reliability of infrared LED of the example 2 of this invention. 本発明例3の赤外LEDの信頼性を示す図である。It is a figure which shows the reliability of infrared LED of the example 3 of this invention.

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, epitaxial wafer 20a in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the epitaxial wafer 20a includes the AlGaAs substrate (Al y Ga (1-y ) As substrate (0 ≦ y ≦ 1)) 10, an epitaxial layer 21 formed on the AlGaAs substrate 10, an epitaxial And a transparent conductive film 26 formed on the layer 21.

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 substrate 10 includes a GaAs substrate 13 and an AlGaAs layer 11 formed on the GaAs substrate 13.

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 GaAs substrate 13 may or may not have an off angle. For example, the GaAs substrate 13 has a {100} plane or a main surface inclined from 0 ° to 2 ° or less from {100}. It is preferable. The surface of the GaAs substrate 13 may be a mirror surface or a rough surface. In addition, {} indicates a collective surface.

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 layer 11 has a main surface 11a and a back surface 11b opposite to the main surface 11a. The main surface 11 a is a surface opposite to the surface in contact with the GaAs substrate 13. The back surface 11 b is a surface in contact with the GaAs substrate 13.

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 layer 11 is represented by Al x Ga (1-x) As (0 ≦ x ≦ 1). In the AlGaAs layer 11, the Al composition ratio x of the back surface 11b is higher than the Al composition ratio x of the main surface 11a. The composition ratio x is the molar ratio of Al. The composition ratio (1-x) is a molar ratio of Ga.

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 AlGaAs layer 11 will be described with reference to FIGS. 2 to 4, the vertical axis indicates the position in the thickness direction from the back surface to the main surface of the AlGaAs layer 11, and the horizontal axis indicates the Al composition ratio x at each position.

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 AlGaAs layer 11, the Al composition ratio x of the back surface 11b is higher than the Al composition ratio x of the main surface 11a. As shown in FIG. 2, in the AlGaAs layer 11, the Al composition ratio x preferably monotonously decreases from the back surface 11b to the main surface 11a. The monotonic decrease means that the composition ratio x is always the same or decreasing from the back surface 11b of the AlGaAs layer 11 toward the main surface 11a (in the growth direction), and the main surface 11a is more composing than the back surface 11b. It means that the ratio x is low. That is, the monotonic decrease does not include a portion where the composition ratio x increases toward this growth direction.

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 AlGaAs layer 11 may include a plurality of layers (two layers in FIGS. 3 and 4). In this case, as shown in FIG. 3, the AlGaAs layer 11 preferably includes a layer in which the Al composition ratio x monotonously decreases from the back surface 11b toward the main surface 11a. Thereby, the curvature which arises in the AlGaAs substrate 10 can be relieved.

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 layer 11 is not limited to the above. For example, as shown in FIG. 4, the Al composition ratio x of each layer of the AlGaAs layer 11 may be uniform, and the layer on the back surface 11b side may be higher than the Al composition ratio x on the main surface 11a side.

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 AlGaAs layer 11, the Al composition ratio x is preferably 0 or more and 0.45 or less. In this case, formation of an oxide layer on the AlGaAs layer 11 can be effectively suppressed and high transmission characteristics can be maintained.

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 AlGaAs layer 11 will be described with reference to FIGS. 5 to 7, the vertical axis indicates the position in the thickness direction from the back surface 11b to the main surface 11a of the AlGaAs layer 11, and the horizontal axis indicates the carrier concentration at each position.

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 AlGaAs layer 11, the carrier concentration changes from the back surface 11 b side to the main surface 11 a side.

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 AlGaAs layer 11, the carrier concentration changes from the back surface 11 b side to the main surface 11 a side” means a layer in which the carrier concentration changes from the back surface 11 b side to the main surface 11 a side. This means that the carrier concentration on the main surface 11a and the back surface 11b is not particularly limited.

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 back surface 11b side to the main surface 11a side. The layer in which the carrier concentration is monotonously increased is that the carrier concentration is always the same or increased from the back surface 11b side of the AlGaAs layer 11 to the main surface 11a side (in the growth direction). This means that the surface of the main surface 11a has a higher carrier concentration than the surface on the back surface 11b side. That is, the layer in which the carrier concentration monotonously increases does not include a portion in which the carrier concentration decreases in the growth direction. The layer in which the carrier concentration is monotonously decreased is that the carrier concentration is always the same or decreased from the back surface 11b side of the AlGaAs layer 11 to the main surface 11a side (in the growth direction). This means that the main surface 11a side surface has a lower carrier concentration than the back surface 11b side surface. That is, the layer in which the carrier concentration monotonously decreases does not include a portion in which the carrier concentration increases in the growth direction in this layer.

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 AlGaAs layer 11 may include a plurality of layers (two layers in FIGS. 6 and 7). In this case, the AlGaAs layer 11 may include a layer that does not monotonously increase (or a layer that does not monotonously decrease), as shown in FIG.

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 AlGaAs layer 11 includes a layer in which the carrier concentration monotonously increases from the back surface 11b side to the main surface 11a side, and a layer in which the carrier concentration monotonously decreases from the back surface 11b side to the main surface 11a side. It is preferable not to include both. That is, the AlGaAs layer 11 includes only a layer whose carrier concentration monotonously increases from the back surface 11b side to the main surface 11a side, or the carrier concentration monotonously increases from the back surface 11b side to the main surface 11a side. Or a layer having a uniform carrier concentration, or a layer in which the carrier concentration monotonously decreases from the back surface 11b toward the main surface 11a, or a carrier concentration monotonously decreases from the back surface 11b toward the main surface 11a. And a layer having a uniform carrier concentration. In this case, since the AlGaAs layer 11 can be easily manufactured, the cost can be reduced.

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 layer 11 includes a layer whose carrier concentration is monotonously increasing or monotonically decreasing from the back surface 11b toward the main surface 11a” means that at least a part of the AlGaAs layer 11 is on the back surface 11b side. Means that the carrier concentration is monotonously increased or monotonously decreased from the main surface 11a toward the main surface 11a, and the carrier concentration on the main surface 11a and the back surface 11b is not particularly limited.

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 layer 11 is preferably 3 × 10 15 cm −3 / μm or more and 5 × 10 17 cm −3 / μm or less, and preferably 5 × 10 15 cm −3 / μm or more. × and more preferably 10 17 cm -3 / μm or less. In other words, it is preferable that the absolute value of the gradient of the carrier concentration of at least a partial region of the AlGaAs layer 11 is not more than 3 × 10 15 cm -3 / μm or more 5 × 10 17 cm -3 / μm , 5 × 10 15 More preferably, it is not less than cm −3 / μm and not more than 5 × 10 17 cm −3 / μm. The carrier concentration gradient is a value obtained by measuring Δcc / Δd by measuring a carrier concentration difference Δcc at an arbitrary thickness Δd of the AlGaAs layer 11.

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 layer 11, it is preferably, 1 × 10 17 cm -3 or more 2 × 10 18 cm -3 or less than 1 × 10 17 cm -3 3 × 10 18 cm -3 or less It is more preferable.

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 AlGaAs layer 11 is not particularly limited. For example, p-type dopants such as zinc, magnesium (Mg), and carbon (C), and n-type dopants such as selenium, sulfur (S), and tellurium can be used. The dopant of the AlGaAs layer 11 is preferably at least one substance selected from the group consisting of silicon, zinc, selenium, and tellurium. However, when the AlGaAs layer 11 has a plurality of layers, it may be changed for each layer.

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。   Epitaxial layer 21 includes an active layer. The active layer desirably has a smaller band gap than the AlGaAs layer 11. However, since the Al composition ratio has a gradient, the magnitude relationship may be partially reversed.

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 AlGaAs layer 11. However, even if the lattice matching is deviated, it is sufficient that the distortion is not relaxed completely or partially.

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 AlGaAs layer 11. Further, as in the case of the well layer, even if the lattice matching is deviated, it is sufficient that the strain is not relaxed completely or partially.

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 epitaxial layer 21 contained the active layer was demonstrated in this Embodiment, the epitaxial layer 21 may contain another layer. The epitaxial layer 21 including other layers includes, for example, an n-type buffer layer, an n-type cladding layer formed on the n-type buffer layer, an active layer formed on the n-type cladding layer, and an active layer. A p-type cladding layer formed, a p-type window layer formed on the p-type cladding layer, and a p-type contact layer formed on the p-type window layer are included. In the above configuration, at least one of the other layers may be omitted, and the p-type and n-type may be reversed.

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 epitaxial layer 21 includes a p-type cladding layer formed on the active layer, and the p-type cladding layer has a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less. Is preferred. The epitaxial layer 21 includes a p-type cladding layer formed on the active layer and a p-type window layer formed on the p-type cladding layer, and at least one of the p-type cladding layer and the p-type window layer is More preferably, it has a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less.

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 conductive film 26 has an effect of spreading the current over the entire surface (lateral direction in FIG. 1) on the top surface of the chip when an infrared LED is manufactured using the epitaxial wafer 20a. As a result, current is injected into the active layer over the entire surface of the chip, light emission occurs, and high output can be achieved. Further, when there is no transparent conductive film 26, the series resistance on the upper surface of the chip becomes high, which causes the high-speed response to deteriorate.

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 conductive film 26 has high permeability and low resistivity. Such a transparent conductive film 26 has a transmittance of 85% or more at a wavelength of 850 nm or more and 1000 nm or less, for example, and a resistivity of 5 mΩcm or less at a thickness of 300 nm, for example.

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(In23)であるITO、酸化インジウム(In23)、フッ素(F)がドープされたIn23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 conductive film 26 is ITO because transparency and conductivity can be maintained in a well-balanced manner.

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 conductive film 26 may be omitted. Moreover, when the epitaxial wafer 20a is provided with the transparent conductive film 26, the transparent conductive film 26 is not specifically limited to said material, For example, the metal film which made thickness 50 nm or less so that light may permeate | transmit is used. May be. As such a metal film, for example, gold (Au) or Al having a thickness of 15 nm or less can be used.

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 epitaxial layer 21 is preferably 50 μm or more and 300 μm or less. In the case of 50 μm or more, handling can be improved. In the case of 300 μm or less, the output can be improved and the cost can be reduced.

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 epitaxial wafer 20a in this Embodiment is demonstrated.

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 GaAs substrate 13 is prepared. Next, the AlGaAs layer 11 having the main surface 11a is grown on the GaAs substrate 13 by, for example, an LPE (Liquid Phase Epitaxy) method. In the step of growing the AlGaAs layer 11, the Al composition ratio x at the interface (back surface 11b) with the GaAs substrate 13 is higher than the Al composition ratio x of the main surface 11a, and the main surface 11a from the back surface 11b side. The AlGaAs layer 11 whose carrier concentration is changed toward the side is grown.

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 AlGaAs layer 11, it is preferable to use a temperature difference method or a slow cooling method. When growing a layer in which the Al composition ratio x decreases upward (growth direction) and / or when growing a layer whose carrier concentration changes in the growth direction, it is preferable to use a slow cooling method. In particular, since it is excellent in mass productivity and low cost, it is preferable to use a slow cooling method. Moreover, you may combine them.

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 back surface 11b side to the main surface 11a side. In this case, it is preferable to grow the AlGaAs layer 11 so that the absolute value of the gradient of the carrier concentration is 3 × 10 15 cm −3 / μm to 5 × 10 17 cm −3 / μm. Further, it is preferable to grow the AlGaAs layer 11 so that the carrier concentration is 1 × 10 17 cm −3 or more and 3 × 10 18 cm −3 or less.

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 main surface 11a of the AlGaAs layer 11 is polished. When the AlGaAs layer 11 is grown by the LPE method, the main surface 11a is uneven, but the main surface 11a can be flattened by this process.

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 AlGaAs substrate 10 including the AlGaAs layer 11 and the GaAs substrate 13 can be manufactured.

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 main surface 11a of the AlGaAs layer 11 of the AlGaAs substrate 10 by an OMVPE (Organo Metallic Vapor Phase Epitaxy) method or an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method. Epitaxial layer 21 is formed. In this step, an epitaxial layer including the active layer as described above is grown on the AlGaAs layer 11.

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 AlGaAs layer 11, and in the MBE method, the active layer is grown by a method that does not involve a chemical reaction process in a non-equilibrium system. Can easily control the thickness of the active layer. Therefore, an active layer having a plurality of well layers of two or more layers can be easily grown.

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 main surface 11a of the AlGaAs layer 11 of the AlGaAs substrate 10 is flat, the abnormal growth of the epitaxial layer 21 can be suppressed when the epitaxial layer 21 including the active layer is formed on the main surface 11a of the AlGaAs layer 11. it can.

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 conductive film 26 is formed on the epitaxial layer 21. A method for forming the transparent conductive film 26 is not particularly limited, and for example, an electron beam evaporation method, a sputtering method, or the like can be employed.

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 epitaxial wafer 20a shown in FIG. 1 can be manufactured. A step of removing a part of the GaAs substrate 13 may be further performed. In this case, an epitaxial wafer 20a having a GaAs substrate having a smaller thickness than the prepared GaAs substrate is manufactured.

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, epitaxial wafer 20a in the present embodiment is formed of GaAs substrate 13, AlGaAs layer 11 formed on GaAs substrate 13 and having main surface 11a and back surface 11b opposite to main surface 11a. And an epitaxial layer 21 formed on the main surface 11a of the AlGaAs layer 11 and including an active layer. In the AlGaAs layer 11, the Al composition ratio x of the back surface 11b is equal to that of the main surface 11a. It is higher than the Al composition ratio x, and in the AlGaAs layer 11, the carrier concentration changes from the back surface 11b side to the main surface 11a side.

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 epitaxial wafer 20a in the present embodiment, Al composition ratio x of back surface 11b is higher than Al composition ratio x of main surface 11a. For this reason, it can suppress that Al which has the property which is easy to be oxidized exists in the main surface 11a. Thus, it is possible to suppress the formation of an insulating oxide layer on the surface of the AlGaAs substrate 10 (in this embodiment, the main surface 11a of the AlGaAs layer 11). For this reason, it is possible to suppress the introduction of defects into the epitaxial layer formed on the AlGaAs substrate 10.

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 main surface 11a is lower than the Al composition ratio x of the back surface 11b. As a result of diligent research, the present inventor has found that the higher the Al composition ratio x, the better the transmission characteristics of the AlGaAs substrate 10. Even if a large amount of Al is contained on the back surface 11b side, since the time exposed on the surface is short, the formation of an oxide layer on the main surface 11a can be reduced. For this reason, the transmission characteristics can be improved by growing an AlGaAs crystal having a high Al composition ratio x in a portion where the formation of the oxide layer can be suppressed.

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 AlGaAs layer 11, the Al composition ratio x is lowered so as to suppress the introduction of defects on the main surface 11a side, and the Al composition ratio x is improved so as to improve the transmission characteristics on the back surface 11b side. Is high. Therefore, when an infrared LED is manufactured using epitaxial wafer 20a in the present embodiment, heat generation due to defects can be suppressed, and heat generation due to light absorption due to improved transmission characteristics can be suppressed.

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 AlGaAs layer 11, the carrier concentration changes from the back surface 11b side to the main surface 11a side. In a region where the carrier concentration is high, heat generation can be suppressed by improving the conductivity. In a region where the carrier concentration is low, the conductivity is low but the transmittance can be improved, so that heat generation due to light absorption can be suppressed. For this reason, the carrier concentration can be controlled in the entire AlGaAs layer 11 by changing the carrier concentration from the back surface 11b toward the main surface 11a so that the balance between conductivity and transmittance is good. Therefore, the influence of heat generation due to conductivity and transmittance can be reduced.

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 epitaxial wafer 20a, the reliability can be improved.

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 entire AlGaAs layer 11, the epitaxial wafer 20a can reduce the cost and improve the reliability.

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 epitaxial wafer 20a of the present embodiment, the AlGaAs substrate 10 includes a GaAs substrate 13 in contact with the back surface 11b of the AlGaAs layer 11.

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 AlGaAs substrate 10 includes the GaAs substrate 13, not only the AlGaAs layer 11 but also the entire epitaxial wafer 20a can be designed with the GaAs substrate 13 to suppress the occurrence of wafer cracking in the chip manufacturing process. be able to.

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 GaAs substrate 13 in the present embodiment, it is possible to shorten the time for the process of removing the GaAs substrate 13 as compared with the second embodiment in which the GaAs substrate 13 described later is removed. For this reason, cost can be reduced more.

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 GaAs substrate 13 in order to fabricate an infrared LED using the epitaxial wafer 20a in the present embodiment, a contact electrode having a lower resistance than the case where an electrode is formed on the AlGaAs layer 11. Can be produced. For this reason, an infrared LED having higher reliability and lower operating temperature can be manufactured.

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 epitaxial wafer 20a, the AlGaAs layer 11 includes a layer whose carrier concentration monotonously increases or decreases monotonously from the back surface 11b side toward the main surface 11a side.

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 entire AlGaAs layer 11, so that an epitaxial wafer 20a with improved reliability by suppressing an increase in cost is realized. can do.

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 epitaxial wafer 20a, the carrier concentration of the AlGaAs layer 11 is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more and 3 × 10 18 cm −3 or less. Thereby, since high conductivity and high transmittance can be compatible in the AlGaAs layer 11, the reliability can be further improved.

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 epitaxial wafer 20a, the absolute value of the carrier concentration gradient of the AlGaAs layer 11 is preferably 3 × 10 15 cm −3 / μm or more and 5 × 10 17 cm −3 / μm or less. As a result, the high conductivity and high transmittance of the AlGaAs layer 11 can be compatible, and the reliability can be further improved.

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 epitaxial wafer 20a, the dopant of the AlGaAs layer 11 is at least one substance selected from the group consisting of silicon, zinc, selenium, and tellurium. Thereby, since the carrier concentration can be controlled well, the reliability can be further improved.

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 epitaxial wafer 20 a preferably further includes a transparent conductive film 26 formed on the epitaxial layer 21.

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 conductive film 26 can promote current diffusion even when the epitaxial layer 21 is thin. Also, the lateral resistance can be reduced. For this reason, the high output and high-speed responsiveness of infrared LED produced using this epitaxial wafer 20a are realizable.

(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 LED epitaxial wafer 20b in the present embodiment will be described.

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, epitaxial wafer 20b in the present embodiment basically has the same configuration as epitaxial wafer 20a in the first embodiment, but differs in that GaAs substrate 13 is not provided.

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 AlGaAs layer 11 in the present embodiment is preferably so thick that the AlGaAs substrate 10 becomes a free-standing substrate. Such a thickness is, for example, 70 μm or more.

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 epitaxial wafer 20b in this Embodiment is demonstrated. The method for manufacturing epitaxial wafer 20b in the present embodiment has basically the same configuration as the method for manufacturing epitaxial wafer 20a in the first embodiment, but further includes a step of removing GaAs substrate 13. It is different in point.

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 GaAs substrate 13 is not particularly limited, and for example, a method such as polishing or etching can be used. Polishing refers to mechanically scraping off the GaAs substrate 13 using a polishing agent such as alumina, colloidal silica, diamond, or the like in a grinding facility having a diamond grindstone. Etching means that the GaAs substrate 13 is removed using a selective etching solution having a slow etching rate with AlGaAs and a fast etching rate with GaAs by optimally preparing ammonia, hydrogen peroxide, or the like.

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, epitaxial wafer 20b in the present embodiment includes AlGaAs substrate 10 including AlGaAs layer 11 having main surface 11a and back surface 11b opposite to main surface 11a, and main surface 11a of AlGaAs layer 11. And an epitaxial layer 21 including an active layer formed thereon. In the AlGaAs layer 11, the Al composition ratio x of the back surface 11b is higher than the Al composition ratio x of the main surface 11a, and the AlGaAs layer 11 The carrier concentration changes from the back surface 11b side to the main surface 11a side.

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 epitaxial wafer 20b according to the present embodiment includes the AlGaAs substrate 10 having only the AlGaAs layer 11 without including the GaAs substrate 13. Since the GaAs substrate 13 absorbs light having a wavelength of 870 nm or less, if an infrared LED is manufactured using the epitaxial wafer 20b including the AlGaAs substrate 10 from which the GaAs substrate 13 has been removed, the transmittance can be further improved. For this reason, since heat_generation | fever of the infrared LED produced using this epitaxial wafer 20b can be suppressed more, reliability can be improved more.

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 epitaxial wafer 20b, the absolute value of the carrier concentration gradient of the AlGaAs layer 11 is preferably 3 × 10 15 cm −3 / μm or more and 5 × 10 17 cm −3 / μm or less. Thereby, the reliability can be further improved and the connection with the electrode when the electrode is formed on the AlGaAs layer 11 can be maintained well.

(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 infrared LED 30a in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 9, infrared LED 30a in the present embodiment is formed on epitaxial wafer 20a for infrared LED shown in FIG. 1 in the first embodiment, and on the main surface and the back surface of this epitaxial wafer 20a. Electrodes 31 and 32. In order to extract light, the electrode 31 covers only a part of the surface of the epitaxial wafer 20a and exposes the remaining part. The electrode 32 covers the back surface of the epitaxial wafer 20a. The electrode 32 may cover the entire back surface of the epitaxial wafer 20a or a part thereof. When a part is covered, it can be formed in a dot shape or a lattice shape, for example.

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 conductive film 26 in the epitaxial layer 21 is p-type, the electrode 31 is an alloy of, for example, Au (gold) and Zn (zinc) when the transparent conductive film 26 is present. If there is no p-type electrode, for example, it is a p-type electrode made of Au. The electrode 32 formed under the AlGaAs substrate 10 is an n-type electrode made of an alloy of, for example, Au and Ge (germanium).

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 infrared LED 30a is, for example, not less than 850 nm and not more than 1 μm. In the infrared LED 30a, the relative output with respect to the initial output when 1000 hours have passed with 100 mA energization at 85 ° C. or lower is 70% or more, preferably 90% or more. Moreover, it is more preferable that the relative output with respect to the initial output when lapse of 3000 hours with 100 mA energization at 85 ° C. or less is 70% or more. Thus, the reliability of the infrared LED 30a is very high.

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 Patent Document 1, it is described that an InAlGaAs layer is used as a material of the buffer layer. When this layer is not used, the problem that the light output decreases with the energization time is described as a comparative example. Specifically, there is a problem that the current is reduced to about 71% of the initial output by energization at 100 mA for 1000 hours.

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 Patent Document 1, there are four constituent elements, which makes controllability more difficult and causes an increase in cost. In addition, since there is no lattice matching, if there is a deviation between the lattice constant and the thickness, crystal dislocation occurs easily, which causes a decrease in reliability. Further, due to lattice mismatch, the wafer is warped and not only causes wafer breakage, but also causes a decrease in reliability and a decrease in yield.

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 epitaxial wafer 20a is manufactured by the manufacturing method of the infrared LED epitaxial wafer 20a in the first embodiment.

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 electrodes 31 and 32 are formed on the main surface and the back surface of the infrared-LED epitaxial wafer 20a. Specifically, for example, by vapor deposition, Au and Zn are vapor-deposited on the main surface, and Au and Ge are vapor-deposited on the back surface, and then alloyed to form the electrodes 31 and 32. .

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 infrared LED 30a shown in FIG. 9 can be manufactured.

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 infrared LED 30 a in the present embodiment includes the epitaxial wafer 20 a in the first embodiment and the electrodes 31 and 32 formed on the epitaxial layer 21.

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 infrared LED 30a in the present embodiment, since the AlGaAs substrate 10 in which the Al composition ratio x and the carrier concentration of the AlGaAs layer 11 are controlled is used, the infrared LED 30a with improved reliability can be realized.

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 infrared LED 30a, the relative output with respect to the initial output when 1000 hours have passed with 100 mA energization at 85 ° C. or less is preferably 70% or more. More preferably, the infrared LED 30a has a relative output of 70% or more with respect to the initial output when 3000 hours have passed with 100 mA energization at 85 ° C. or lower. By using the epitaxial wafer 20a of the first embodiment, the infrared LED 30a having improved reliability can be realized.

(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, infrared LED 30b in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 10, the infrared LED 30 b in the present embodiment basically has the same configuration as the infrared LED 30 a in the third embodiment, but differs in that the GaAs substrate 13 is not provided.

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 infrared LED 30b of the present embodiment includes the epitaxial wafer 20b of the second embodiment. The electrode 31 is provided in contact with the surface of the epitaxial wafer 20b, and the electrode 32 is provided in contact with the back surface (in this embodiment, the back surface 11b of the AlGaAs layer 11).

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 infrared LED 30b in the present embodiment basically has the same configuration as the manufacturing method of the infrared LED 30a in the third embodiment, but is implemented instead of the epitaxial wafer 20a in the first embodiment. This is different in that the epitaxial wafer 20b of the form is manufactured.

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 infrared LED 30 b in the present embodiment includes the epitaxial wafer 20 b in the second embodiment and the electrodes 31 and 32 formed on the epitaxial layer 21.

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 infrared LED 30b in the present embodiment, the AlGaAs substrate 10 including only the AlGaAs layer 11 without including the GaAs substrate 13 is provided. Since the GaAs substrate 13 absorbs light having a wavelength of 870 nm or less, the infrared LED 30b including the AlGaAs substrate 10 from which the GaAs substrate 13 has been removed can further improve the transmittance. Therefore, since heat generation can be further suppressed, the reliability of the infrared LED 30b can be further improved.

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 AlGaAs layer 11, the Al composition ratio x of the back surface 11b is higher than the Al composition ratio x of the main surface 11a, and the carrier concentration changes from the back surface 11b side to the main surface 11a side. We investigated the effect of being.

(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 infrared LED 30b in the fourth embodiment. Specifically, first, a GaAs substrate 13 manufactured by the VB method and having a diameter of 2 inches and a thickness of 270 μm was prepared.

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 AlGaAs layers 11 were grown on the GaAs substrate 13 by a slow cooling method under a temperature condition between 920 ° C. and room temperature. In each layer, the Al composition ratio on the back surface 11b side is 0.3, the Al composition ratio on the main surface 11a side is 0.1, and the Al composition ratio always decreases from the back surface 11b side to the main surface 11a side. Was. Further, as shown in FIG. 11, in each layer, the back surface 11b has a carrier concentration of 1.0 × 10 17 cm −3 and the main surface 11a has a carrier concentration of 2.0 × 10 18 cm −3 . The carrier concentration always increased from the 11b side toward the main surface 11a side. The position on the horizontal axis in FIG. 11 means that the position of the back surface 11b of the AlGaAs layer 11 is 0, and the position from the back surface 11b to the main surface 11a (the thickness direction from the back surface 11b of the AlGaAs layer 11 to the main surface 11a Position) (the same applies to FIGS. 12 to 16). The thickness of each layer was 50 μm, and the thickness of the AlGaAs layer was 150 μm. Further, tellurium was doped as a dopant.

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 AlGaAs layer 11 was not less than 5 × 10 15 cm −3 / μm and not more than 5 × 10 17 cm −3 / μm, as shown in FIG. As the gradient of the carrier concentration shown in FIG. 12, the gradient at each position shown in FIG. 11 (carrier concentration difference Δcc / position difference Δd) was calculated. In this embodiment, the gradient of the tangent line at each position is defined as a gradient.

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 main surface 11a of the AlGaAs layer 11. The growth temperature of each layer was 760 ° C. The n-type buffer layer had a thickness of 0.5 μm, was made of Al 0.15 Ga 0.85 As doped with Si, and had a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 . The n-type cladding layer had a thickness of 1.0 μm, and was made of Al 0.35 Ga 0.65 As doped with Si, and had a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 . The p-type cladding layer had a thickness of 1.0 μm, was made of Zn-doped Al 0.35 Ga 0.65 As, and had a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 . The p-type window layer had a thickness of 3.5 μm, was made of Zn-doped Al 0.20 Ga 0.80 As, and had a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 . The p-type contact layer had a thickness of 0.2 μm, was made of Zn-doped GaAs, and had a carrier concentration of 4 × 10 19 cm −3 . The active layer has an emission wavelength of 940 nm, a thickness of 5 nm, a well layer made of In 0.25 Ga 0.75 As, and a barrier layer made of Al 0.30 Ga 0.70 As, each having a thickness of 15 nm. The layer had a multiple quantum well structure (MQW). The thickness of the active layer was 897 nm.

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 electrode 31 on the transparent conductive film 26. The pad diameter of the electrode 31 was 120 μm, the electrode material was Au, and the total thickness was 1 μm.

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 GaAs substrate 13 was removed, and an n-type electrode was formed as the electrode 32 on the back surface 11 b of the AlGaAs layer 11. The electrode 32 was in the form of dots, the material was an AuGe alloy, and the thickness was 1 μm.

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 infrared LED 30b of Example 1 of the present invention was manufactured.
(Invention Example 2)
Infrared LED 30b of Invention Example 2 was basically manufactured in the same manner as Infrared LED 30b of Invention Example 1, but provided with a thickness of the AlGaAs layer, an Al composition ratio and a carrier concentration gradient, and a transparent conductive film. It was different in that it was not. The emission wavelength of Example 2 of the present invention was 850 nm.

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 AlGaAs layer 11 includes three layers, each having a thickness of 60 μm to 70 μm, and the entire thickness of the AlGaAs layer 11 is 200 μm.

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 back surface 11b side is 0.45, the Al composition ratio on the main surface 11a side is 0.2, and the Al composition ratio from the back surface 11b side to the main surface 11a side is It was constantly decreasing.

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 AlGaAs layer 11 and the gradient of the carrier concentration were as shown in FIGS. That is, as shown in FIG. 13, in each layer, the back surface 11b has a carrier concentration of 1.0 × 10 17 cm −3 and the main surface 11a has a carrier concentration of 2.0 × 10 18 cm −3 . The carrier concentration always increased from the 11b side toward the main surface 11a side. As shown in FIG. 14, in each layer, the absolute value of the gradient of the carrier concentration was 3.0 × 10 15 cm −3 / μm or more and 2.5 × 10 17 cm −3 / μm or less.

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 electrode 31 so as to be in contact with the contact layer of the epitaxial layer 21. The pad diameter of the electrode 31 was 120 μm, and the electrode material was an alloy of Au and Zn. The total thickness of the electrodes 31 was 1 μm.

(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)
Infrared LED 30a of Invention Example 3 followed the manufacturing method of infrared LED 30a of Embodiment 3. Specifically, the infrared LED 30b according to Invention Example 3 is basically manufactured in the same manner as the infrared LED 30b according to Invention Example 1, but after the epitaxial layer 21 is grown on the GaAs substrate 13, GaAs is polished. The substrate 13 is partly removed from the back side, and the thickness of the GaAs substrate 13 is 195 μm, the AlGaAs layer is only one layer having a thickness of 25 μm, and the transparent conductive film is not formed. It was. The emission wavelength of Invention Example 3 was 940 nm.

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 layer 11, the Al composition ratio of the back surface 11 b is 0.25, the Al composition ratio of the main surface 11 a is 0.05, and Al is formed from the back surface 11 b side to the main surface 11 a side. The composition ratio was constantly increasing.

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 AlGaAs layer 11 and the gradient of the carrier concentration are as shown in FIGS. That is, as shown in FIG. 15, in the AlGaAs layer 11, the carrier concentration on the back surface 11b side is 3.0 × 10 17 cm −3 and the carrier concentration on the main surface 11a side is 1.1 × 10 18 cm −3 . The carrier concentration always increased from the back surface 11b side to the main surface 11a side. Further, as shown in FIG. 16, in the AlGaAs layer 11, the absolute value of the gradient of the carrier concentration was 1.0 × 10 16 cm −3 / μm or more and 7.0 × 10 16 cm −3 / μm or less. .

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 electrode 31 so as to be in contact with the contact layer of the epitaxial layer 21. The method and material for forming the p-type electrode were the same as those of Example 2 of the present invention.

(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 back surface 11b is higher than the Al composition ratio x of the main surface 11a, and the carrier concentration changes from the back surface 11b side to the main surface 11a side. In the infrared LEDs of Invention Examples 1 to 3 having the AlGaAs layer, the time during which the relative output with respect to the initial output can be maintained at 70% or more under the condition of the forward current of 100 mA at 85 ° C. or lower is 3000%. It was over time.

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 AlGaAs layer 11, the Al composition ratio x of the back surface 11b is higher than the Al composition ratio x of the main surface 11a, and the carrier is directed from the back surface 11b side to the main surface 11a side. It was confirmed that an infrared LED having a relative output of 70% or more with respect to the initial output when 1000 hours passed with a forward current of 100 mA energized at 85 ° C. or lower can be realized by changing the concentration.

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)

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)を含むAlyGa(1-y)As基板(0≦y≦1)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、
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AlxGa(1-x)As層は、前記裏面側から前記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、請求項1に記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハ。 2. The infrared LED according to claim 1, wherein the Al x Ga (1-x) As layer includes a layer in which a carrier concentration monotonously increases or monotonously decreases from the back surface side toward the main surface side. Epitaxial wafer. 前記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、請求項1または2に記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハ。 3. The infrared-LED epitaxial wafer according to claim 1, wherein a carrier concentration of the Al x Ga (1-x) As layer is 1 × 10 17 cm −3 or more and 3 × 10 18 cm −3 or less. . 前記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、請求項1〜3のいずれか1項に記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハ。 The absolute value of the gradient of the carrier concentration of the Al x Ga (1-x) As layer is 3 × 10 15 cm −3 / μm or more and 5 × 10 17 cm −3 / μm or less. The epitaxial wafer for infrared LEDs of any one of Claims 1. 前記AlxGa(1-x)As層のドーパントは、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、請求項1〜4のいずれか1項に記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハ。 5. The red according to claim 1, wherein a dopant of the Al x Ga (1-x) As layer is at least one substance selected from the group consisting of silicon, zinc, selenium, and tellurium. Epitaxial wafer for outer LED. 前記AlyGa(1-y)As基板は、前記AlxGa(1-x)As層の前記裏面に接するGaAs基板を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハ。 6. The infrared LED according to claim 1, wherein the Al y Ga (1-y) As substrate includes a GaAs substrate in contact with the back surface of the Al x Ga (1-x) As layer. Epitaxial wafer. 前記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た、請求項1〜6のいずれか1項に記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハ。   The infrared-LED epitaxial wafer according to claim 1, further comprising a transparent conductive film formed on the epitaxial layer. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の赤外LED用のエピタキシャルウエハと、
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.
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、請求項8に記載の赤外LED。   The infrared LED according to claim 8, wherein a relative output with respect to an initial output when 1000 hours have passed with a current of 100 mA at 85 ° C. or less is 70% or more. 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、請求項9に記載の赤外LED。   The infrared LED according to claim 9, wherein a relative output with respect to an initial output when lapse of 3000 hours with 100 mA energization at 85 ° C. or less is 70% or more.
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