JP2012015394A - AlGaAs SUBSTRATE, EPITAXIAL WAFER FOR INFRARED LED, AND INFRARED LED - Google Patents

AlGaAs SUBSTRATE, EPITAXIAL WAFER FOR INFRARED LED, AND INFRARED LED Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an AlGaAs substrate, an epitaxial wafer for an infrared LED and an infrared LED, capable of reducing cost while maintaining high characteristics.SOLUTION: An AlGaAs substrate 10 according to the present invention includes: an AlGaAs layer (0≤x≤1) having a main surface 11a and a rear face 11b on the opposite side of the main surface 11a; and a GaAs substrate 13 formed on the rear face 11b. In the AlGaAs layer, an Al composition ratio x in the main surface 11a is lower than an Al composition ratio x in the rear face 11b. The GaAs substrate 13 has an n-type carrier concentration of 5×10cmor higher and 2×10cmor lower, or a p-type carrier concentration of 5×10cmor higher and 3×10cmor lower.

Description

本発明は、ＡｌＧａＡｓ基板、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 AlGaAs substrate, an epitaxial 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。）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。 An LED (Light Emitting Diode) using Al a Ga (1-a) As (0 ≦ a ≦ 1) (hereinafter also referred to as AlGaAs (aluminum gallium arsenide)) is widely used as an infrared light source. It has been. 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を利用した赤外ＬＥＤは、たとえば特開２００２−２６３８０号公報（特許文献１）、特開平８−２９３６２２号公報（特許文献２）、特開平５−１７５５４９号公報（特許文献３）などに開示されている。   Such infrared LEDs using AlGaAs are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-263380 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-293622 (Patent Document 2), Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-175549 (Patent Document 3). ) And the like.

特許文献１には、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板上に、第１のＧａＡｌＡｓ層、第２のＧａＡｌＡｓ層、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層およびｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層を順次成長させた後に、ＧａＡｓ基板を選択的に除去する赤外発光素子用のエピタキシャルウエハおよび赤外発光素子が開示されている。   In Patent Document 1, a first GaAlAs layer, a second GaAlAs layer, an n-type GaAlAs cladding layer, a p-type GaAlAs active layer, and a p-type GaAlAs cladding layer are sequentially grown on a GaAs (gallium arsenide) substrate. An infrared wafer for infrared light emitting devices and an infrared light emitting device for selectively removing a GaAs substrate are disclosed.

特許文献２には、ＧａＡｓ基板が除去されており、ｐ型のＡｌbＧａ(1-b)Ａｓ（０．１５≦ｂ≦０．３５）クラッド層、ｐ型ＡｌbＧａ(1-b)Ａｓ（０≦ｂ≦０．１）活性層およびｎ型ＡｌａＧａ(1-a)Ａｓ（０．１５≦ｂ≦０．３５）クラッド層の少なくとも３層からなる赤外ＬＥＤが開示されている。 In Patent Document 2, the GaAs substrate is removed, and a p-type Al b Ga (1-b) As (0.15 ≦ b ≦ 0.35) cladding layer, p-type Al b Ga (1-b) is used. An infrared LED comprising at least three layers of an As (0 ≦ b ≦ 0.1) active layer and an n-type Al a Ga (1-a) As (0.15 ≦ b ≦ 0.35) cladding layer is disclosed. Yes.

特許文献３には、ＧａＡｓ基板上にｎ型ＡｌＧａＡｓエピタキシャル層およびｐ型ＡｌＧａＡｓエピタキシャル層を連続的に成長させた後、ＧａＡｓ基板を除去したＬＥＤの製造方法が開示されている。   Patent Document 3 discloses a method for manufacturing an LED in which an n-type AlGaAs epitaxial layer and a p-type AlGaAs epitaxial layer are continuously grown on a GaAs substrate and then the GaAs substrate is removed.

特開２００２−２６３８０号公報JP 2002-26380 A 特開平８−２９３６２２号公報JP-A-8-293622 特開平５−１７５５４９号公報JP-A-5-175549

ＧａＡｓ基板は波長が８７０ｎｍ以下の光を吸収することが知られている。このため、特性を向上した赤外ＬＥＤを作製する場合には、上記特許文献１〜３に開示のように、ＧａＡｓ基板を除去することが技術常識であった。しかし、ＧａＡｓ基板を除去するので、コストが増加するという問題があった。ここで、上記波長での光吸収の影響は、急峻なものではない点に注意が必要である。これは、上記波長以長であっても、ＧａＡｓ基板内部では不純物による吸収等がおき、吸収係数が上記波長の前後でなだらかに変化をするためである。また、ＬＥＤの発光ピーク自体が上記波長以長にあっても、発光スペクトル成分のうち、上記波長以下の部分が、光吸収としてロスが発生するためである。   It is known that a GaAs substrate absorbs light having a wavelength of 870 nm or less. For this reason, when producing an infrared LED with improved characteristics, it has been common technical knowledge to remove the GaAs substrate as disclosed in Patent Documents 1 to 3 above. However, since the GaAs substrate is removed, there is a problem that the cost increases. Here, it should be noted that the influence of light absorption at the above wavelength is not steep. This is because even if the wavelength is longer than the above wavelength, absorption due to impurities occurs inside the GaAs substrate, and the absorption coefficient changes gently before and after the above wavelength. Further, even if the emission peak of the LED itself is longer than the above wavelength, a portion of the emission spectrum component below the above wavelength causes a loss as light absorption.

そこで、本発明の目的は、高い特性を維持するとともに、コストを低減できるＡｌＧａＡｓ基板、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。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an AlGaAs substrate, an infrared LED epitaxial wafer, and an infrared LED that can maintain high characteristics and reduce costs.

本発明者は、ＡｌＧａＡｓ層を備えた赤外ＬＥＤを作製する際にＧａＡｓ基板を除去するという技術常識に反して、ＧａＡｓ基板を除去せずに高い特性を維持できる技術について鋭意研究した結果、本発明の完成に至った。   The present inventor conducted intensive research on a technique capable of maintaining high characteristics without removing the GaAs substrate, contrary to the common technical knowledge of removing the GaAs substrate when manufacturing an infrared LED having an AlGaAs layer. The invention has been completed.

すなわち、本発明のＡｌＧａＡｓ基板は、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）と、裏面に形成されたＧａＡｓ基板とを備える。ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面のＡｌの組成比ｘは、裏面のＡｌの組成比ｘよりも低い。ＧａＡｓ基板は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する。 That is, the AlGaAs substrate of the present invention includes an Al x Ga (1-x) As layer (0 ≦ x ≦ 1) having a main surface and a back surface opposite to the main surface, and a GaAs substrate formed on the back surface. Is provided. In the Al x Ga (1-x) As layer, the Al composition ratio x of the main surface is lower than the Al composition ratio x of the back surface. The GaAs substrate has an n-type carrier concentration of 5 × 10 16 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less, or a p-type carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more and 3 × 10 19 cm −3 or less.

上記ＡｌＧａＡｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の厚みが全体の厚みに対して０％を超えて３０％未満である。 In the AlGaAs substrate, the thickness of the Al x Ga (1-x) As layer is preferably more than 0% and less than 30% with respect to the total thickness.

上記ＡｌＧａＡｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は、１層からなる。
上記ＡｌＧａＡｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘの最小値が０以上である。 In the AlGaAs substrate, the Al x Ga (1-x) As layer is preferably composed of one layer.
In the AlGaAs substrate, preferably, the minimum value of the Al composition ratio x of the Al x Ga (1-x) As layer is 0 or more.

上記ＡｌＧａＡｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘの最大値が０．５以下である。 In the AlGaAs substrate, the maximum value of the Al composition ratio x of the Al x Ga (1-x) As layer is preferably 0.5 or less.

上記ＡｌＧａＡｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の厚み方向の異なる２点のＡｌの組成比ｘの差を△Ａｌとし、２点の厚みの差（μｍ）を△ｔとした場合に、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下である。 In the AlGaAs substrate, preferably, the difference in the Al composition ratio x between two points in the thickness direction of the Al x Ga (1-x) As layer is ΔAl, and the difference in thickness (μm) between the two points is Δt. In this case, ΔAl / Δt is 1 × 10 −3 / μm or more and 2 × 10 −2 / μm or less.

本発明の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハは、上記いずれかに記載のＡｌＧａＡｓ基板と、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ている。 An epitaxial wafer for an infrared LED of the present invention comprises any of the AlGaAs substrates described above and an epitaxial layer formed on the main surface of the Al x Ga (1-x) As layer and including an active layer. ing.

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、上記いずれかに記載の赤外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第１および第２の電極とを備えている。   An infrared LED of the present invention includes any one of the infrared LED epitaxial wafers described above and first and second electrodes formed on the epitaxial wafer.

上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の厚みがＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して４％以上である。 In the infrared LED, the thickness of the Al x Ga (1-x) As layer is preferably 4% or more with respect to the total thickness of the AlGaAs substrate and the epitaxial layer.

上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、第１の電極は、エピタキシャル層上に形成され、第２の電極は、ＧａＡｓ基板上に形成されている。   In the infrared LED, preferably, the first electrode is formed on the epitaxial layer, and the second electrode is formed on the GaAs substrate.

本発明のＡｌＧａＡｓ基板、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、高い特性を維持するとともに、コストを低減できる。   According to the AlGaAs substrate, infrared LED epitaxial wafer, and infrared LED of the present invention, high characteristics can be maintained and costs can be reduced.

本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓ基板を概略的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing an AlGaAs substrate in Embodiment 1 of the present 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基板の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the AlGaAs substrate in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１におけるＧａＡｓ基板を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the GaAs substrate in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓ層を成長させた状態を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the state which grew 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２における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of 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３における赤外ＬＥＤの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of 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Ａｌの組成比を示す図である。It is a figure which shows the Al composition ratio of the AlGaAs layer in the example 1 of this invention. 本発明例１におけるＡｌＧａＡｓ層の△Ａｌ／△ｔを示す図である。It is a figure which shows (DELTA) Al / (DELTA) t of the AlGaAs layer in the example 1 of this invention. 本発明例５におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成比を示す図である。It is a figure which shows the Al composition ratio of the AlGaAs layer in the example 5 of this invention. 本発明例５におけるＡｌＧａＡｓ層の△Ａｌ／△ｔを示す図である。It is a figure which shows (DELTA) Al / (DELTA) t of the AlGaAs layer in Example 5 of this invention.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

（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ＡｌＧａＡｓ基板１０について説明する。図１に示すように、ＡｌＧａＡｓ基板１０は、ＧａＡｓ基板１３と、ＧａＡｓ基板１３上に形成されたＡｌＧａＡｓ層（ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）１１とを備えている。 (Embodiment 1)
First, an AlGaAs substrate 10 in the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the AlGaAs substrate 10 includes a GaAs substrate 13 and an AlGaAs layer (Al x Ga (1-x) As layer (0 ≦ x ≦ 1) 11) formed on the GaAs substrate 13. Yes.

ＧａＡｓ基板１３は、主表面１３ａと、この主表面１３ａと反対側の裏面１３ｂとを有している。ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａは、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂと接している。   The GaAs substrate 13 has a main surface 13a and a back surface 13b opposite to the main surface 13a. The main surface 13 a of the GaAs substrate 13 is in contact with the back surface 11 b of the AlGaAs layer 11.

ＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する。ＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度を有することが好ましい。 The GaAs substrate 13 has an n-type carrier concentration of 5 × 10 16 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less, or a p-type carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more and 3 × 10 19 cm −3 or less. . The GaAs substrate 13 preferably has an n-type carrier concentration of 5 × 10 16 cm −3 or more and 1 × 10 18 cm −3 or less.

ＧａＡｓ基板１３の導電型はｐ型であってもｎ型であっても半絶縁型であってもよいが、ＡｌＧａＡｓ層１１と同じ導電型であることが好ましい。   The conductivity type of the GaAs substrate 13 may be p-type, n-type, or semi-insulating type, but is preferably the same conductivity type as the AlGaAs layer 11.

ここで、キャリア濃度とは、導電性不純物（ドーパント）の濃度であり、たとえばＳＩＭＳ(２次イオン質量分析)法により測定される。ＧａＡｓ基板１３の導電性不純物は特に限定されないが、たとえば亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、炭素（Ｃ）などのｐ型ドーパント、セレン（Ｓｅ）、硫黄（Ｓ)、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）などのｎ型ドーパントなどを用いることができる。   Here, the carrier concentration is a concentration of a conductive impurity (dopant), and is measured by, for example, SIMS (secondary ion mass spectrometry). The conductive impurities of the GaAs substrate 13 are not particularly limited. For example, p-type dopants such as zinc (Zn), magnesium (Mg), and carbon (C), selenium (Se), sulfur (S), tellurium (Te), silicon An n-type dopant such as (Si) can be used.

ＧａＡｓ基板１３は、オフ角を有していても、有していなくてもよく、たとえば｛１００｝面、または、｛１００｝から０°を超え１５．８°以下傾斜した主表面を有している。ＧａＡｓ基板１３は、｛１００｝面、または、｛１００｝から０°を超え２°以下傾斜した主表面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 15.8 ° from 0 °. ing. It is preferable that the GaAs substrate 13 has a {100} plane or a main surface inclined from 0 ° to 2 ° or less from {100}. The surface of the GaAs substrate 13 may be a mirror surface or a rough surface. In addition, {} indicates a collective surface.

ＧａＡｓ基板１３はたとえば平面形状が円形であり、その直径は１インチ以上６インチ以下であることが好ましい。ＧａＡｓ基板１３は、たとえば２００μｍ以上５００μｍ以下の厚みＨ１３を有する。より好ましくは、ＧａＡｓ基板１３は、２００μｍ以上３５０μｍ以下の厚みＨ１３を有する。   The GaAs substrate 13 has a circular planar shape, for example, and preferably has a diameter of 1 inch to 6 inches. The GaAs substrate 13 has a thickness H13 of, for example, 200 μm or more and 500 μm or less. More preferably, the GaAs substrate 13 has a thickness H13 of 200 μm or more and 350 μm or less.

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.

ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘは、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘよりも低い。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。   In the AlGaAs layer 11, the Al composition ratio x of the main surface 11a is lower than the Al composition ratio x of the back surface 11b. 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５を参照して説明する。図２〜図５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 5, 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 Al composition ratio x at each position.

図２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１は、裏面１１ｂから主表面１１ａにかけて、Ａｌの組成比ｘが単調減少している。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の組成比ｘよりも主表面１１ａの組成比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。   As shown in FIG. 2, in the AlGaAs layer 11, the Al composition ratio x monotonously decreases from the back surface 11b to the main surface 11a. Monotonically decreasing 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 smaller than the composition ratio x of the back surface 11b. This means that the composition 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〜図５に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１は、複数の層（図３〜５では２層）を含んでいてもよい。図３に示すＡｌＧａＡｓ層１１は、それぞれの層において裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側にかけて、Ａｌの組成比ｘが単調減少している。また、図４に示す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よりも高い。また、図５に示すＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂ側の層のＡｌの組成比ｘは均一で、かつ主表面１１ａ側の層のＡｌの組成比ｘは単調減少し、かつ裏面１１ｂ側の層は主表面１１ａ側のＡｌの組成比ｘよりも高い。つまり、図４および図５に示すＡｌＧａＡｓ層１１は、全体としてＡｌの組成比ｘが単調減少している。   As shown in FIGS. 3 to 5, the AlGaAs layer 11 may include a plurality of layers (two layers in FIGS. 3 to 5). In the AlGaAs layer 11 shown in FIG. 3, the Al composition ratio x monotonously decreases from the back surface 11b side to the main surface 11a side in each layer. Also, the Al composition ratio x of each layer of the AlGaAs layer 11 shown in FIG. 4 is uniform, and the layer on the back surface 11b side is higher than the Al composition ratio x on the main surface 11a side. Further, the Al composition ratio x of the layer on the back surface 11b side of the AlGaAs layer 11 shown in FIG. 5 is uniform, the Al composition ratio x of the layer on the main surface 11a side monotonously decreases, and the layer on the back surface 11b side is It is higher than the Al composition ratio x on the main surface 11a side. That is, in the AlGaAs layer 11 shown in FIGS. 4 and 5, the Al composition ratio x decreases monotonously as a whole.

なお、ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘは、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘが裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘよりも低ければ、上述した１層または２層を含む場合に限定されず、３層以上の層を含んでいてもよい。コスト低減の観点から、ＡｌＧａＡｓ層１１は１層であることが好ましい。   The Al composition ratio x of the AlGaAs layer 11 is not limited to the case of including one or two layers as long as the Al composition ratio x of the main surface 11a is lower than the Al composition ratio x of the back surface 11b. Three or more layers may be included. From the viewpoint of cost reduction, the AlGaAs layer 11 is preferably a single layer.

ここで、ＡｌＧａＡｓ層１１が複数の層を有している場合の各層の界面は、Ａｌの組成比および不純物濃度の少なくとも一方が不連続に変わる界面を意味する。ＡｌＧａＡｓ層１１が徐冷法や温度差法などのＬＰＥ法で形成される場合、各々の方法で、温度条件や成長槽が変わる場合に、Ａｌの組成比および不純物濃度の少なくとも一方が不連続に変わる。この界面で区切られる層を１層と定義する。ただし、ＬＰＥ法では、界面が急峻ではないため、たとえば、Ａｌ組成比ｘが０．１以上、膜厚方向に変わる場合、１層が形成されたと定義できる。   Here, the interface of each layer when the AlGaAs layer 11 has a plurality of layers means an interface where at least one of the Al composition ratio and the impurity concentration changes discontinuously. When the AlGaAs layer 11 is formed by an LPE method such as a slow cooling method or a temperature difference method, when the temperature condition or the growth tank changes in each method, at least one of the Al composition ratio and the impurity concentration changes discontinuously. A layer separated by this interface is defined as one layer. However, in the LPE method, since the interface is not steep, for example, when the Al composition ratio x is 0.1 or more and changes in the film thickness direction, it can be defined that one layer is formed.

ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物は、特に限定されないが、たとえばＺｎ、Ｍｇ、Ｃなどのｐ型ドーパント、Ｓｅ、Ｓ、Ｔｅ、Ｓｉ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。   The impurity of the AlGaAs layer 11 is not particularly limited, but p-type dopants such as Zn, Mg, and C, and n-type dopants such as Se, S, Te, and Si 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.

ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘの最小値が０以上であることが好ましい。ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂの組成比ｘが０以上であることがより好ましい。   The minimum value of the Al composition ratio x of the AlGaAs layer 11 is preferably 0 or more. More preferably, the composition ratio x of the back surface 11b of the AlGaAs layer 11 is 0 or more.

ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘの最大値が０．５以下であることが好ましい。ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａの組成比ｘが０．５以下であることが好ましい。   The maximum value of the Al composition ratio x of the AlGaAs layer 11 is preferably 0.5 or less. The composition ratio x of the main surface 11a of the AlGaAs layer 11 is preferably 0.5 or less.

また、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚み方向の異なる２点のＡｌの組成比ｘの差を△Ａｌとし、２点の厚みの差（２点の厚み方向の距離）（μｍ）を△ｔとした場合に、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下であることが好ましく、１×１０-3／μｍ以上６×１０-3／μｍ以下であることがより好ましい。 Further, when the difference in Al composition ratio x between two different points in the thickness direction of the AlGaAs layer 11 is ΔAl, and the difference in thickness between two points (distance in the thickness direction of two points) (μm) is Δt. , △ Al / △ preferably t is 1 × 10 -3 / μm or more 2 × 10 -2 / μm or less, more not more 1 × 10 -3 / μm or more 6 × 10 -3 / μm or less preferable.

△Ａｌ／△ｔは、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａから裏面１１ｂにかけてたとえば１μｍごとにＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）およびＳＩＭＳで△Ａｌを測定することにより得られる。△Ａｌ／△ｔは、ＡｌＧａＡｓ層１１の任意の位置で測定され得る。   ΔAl / Δt can be obtained by measuring ΔAl with EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) and SIMS, for example, every 1 μm from the main surface 11 a to the back surface 11 b of the AlGaAs layer 11. ΔAl / Δt can be measured at an arbitrary position of the AlGaAs layer 11.

ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１が全体の厚みＨ１０に対して（Ｈ１１／Ｈ１０が）０％を超えて３０％未満であることが好ましく、０％を超えて９％以下であることがより好ましい。   The thickness H11 of the AlGaAs layer 11 is preferably more than 0% and less than 30% (H11 / H10) with respect to the total thickness H10, and more preferably more than 0% and 9% or less.

ここで、全体の厚みＨ１０は、ＧａＡｓ基板１３上にＡｌＧａＡｓ層１１を成長した後のＧａＡｓ基板１３とＡｌＧａＡｓ層１１との合計の厚みを意味する。ただし、ＡｌＧａＡｓ層１１の前後の工程で付加的に成長したエピ層、あるいは、後工程での除去（エッチング、研磨等）等の途中工程、最終工程での形態を含む。   Here, the total thickness H10 means the total thickness of the GaAs substrate 13 and the AlGaAs layer 11 after the AlGaAs layer 11 is grown on the GaAs substrate 13. However, it includes an epi layer additionally grown in the steps before and after the AlGaAs layer 11, an intermediate step such as removal (etching, polishing, etc.) in a subsequent step, and a form in the final step.

また、ＡｌＧａＡｓ層１１が複数の層を有している場合のＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１は、複数の層を合計したＡｌＧａＡｓ層の厚みを意味する。また、反り防止の観点から、ＡｌＧａＡｓ基板１０がＧａＡｓ基板１３の裏面１１ｂに形成されたＡｌＧａＡｓ層をさらに含む場合には、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１は、ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａ側（エピタキシャル層をその上に形成する側）のＡｌＧａＡｓ層の厚みを意味し、全体の厚みＨ１０は、ＧａＡｓ基板１３と、ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａ側のＡｌＧａＡｓ層１１と、ＧａＡｓ基板１３の裏面１１ｂ側のＡｌＧａＡｓ層との合計の厚みを意味する。   Further, when the AlGaAs layer 11 has a plurality of layers, the thickness H11 of the AlGaAs layer 11 means the thickness of the AlGaAs layer that is the sum of the plurality of layers. From the viewpoint of preventing warpage, when the AlGaAs substrate 10 further includes an AlGaAs layer formed on the back surface 11b of the GaAs substrate 13, the thickness H11 of the AlGaAs layer 11 is set to the main surface 13a side of the GaAs substrate 13 (epitaxial layer). Is the thickness of the AlGaAs layer on the side of the GaAs substrate 13, the AlGaAs layer 11 on the main surface 13a side of the GaAs substrate 13, and the back surface 11b side of the GaAs substrate 13. This means the total thickness with the AlGaAs layer.

ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１は１００μｍ未満であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。この場合、コストを低減することができる。   The thickness H11 of the AlGaAs layer 11 is preferably less than 100 μm, and more preferably 50 μm or less. In this case, the cost can be reduced.

なお、上記ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１およびＧａＡｓ基板１３の厚みＨ１３とは、厚み方向において平均的な厚みである。   The thickness H11 of the AlGaAs layer 11 and the thickness H13 of the GaAs substrate 13 are average thicknesses in the thickness direction.

続いて、図１〜図８を参照して、本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０の製造方法について説明する。   Then, with reference to FIGS. 1-8, the manufacturing method of the AlGaAs substrate 10 in this Embodiment is demonstrated.

図６および図７に示すように、まず、ＧａＡｓ基板１３を準備する（ステップＳ１）。準備するＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する。このようなＧａＡｓ基板１３は、たとえばキャリア濃度を制御したＶＢ（Vertical Boat：垂直ボート）法、ＶＧＦ法（Vertical Gradient Freeze：垂直温度傾斜凝固）法などの垂直ボート法、ＨＢ法（Horizontal bridgeman）などの水平ブリッジマン法により、実現できる。 As shown in FIGS. 6 and 7, first, a GaAs substrate 13 is prepared (step S1). The prepared GaAs substrate 13 has an n-type carrier concentration of 5 × 10 16 cm −3 to 2 × 10 18 cm −3 or a p-type carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 to 3 × 10 19 cm −3. Have Such a GaAs substrate 13 is, for example, a VB (Vertical Boat) method in which the carrier concentration is controlled, a vertical boat method such as a VGF method (Vertical Gradient Freeze) method, an HB method (Horizontal bridgeman), or the like. This can be realized by the horizontal Bridgman method.

図６および図８に示すように、次に、ＧａＡｓ基板１３上に、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（ステップＳ２）。このＡｌＧａＡｓ層１１を成長させるステップＳ２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よりも高いＡｌＧａＡｓ層１１を成長させる。   As shown in FIGS. 6 and 8, next, the AlGaAs layer 11 having the main surface 11a is grown on the GaAs substrate 13 by the LPE (Liquid Phase Epitaxy) method (step S2). In step S2 for growing the AlGaAs layer 11, the AlGaAs layer 11 is grown such that 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.

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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（０≦ｘ≦１）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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ結晶を成長させる方法をいう。ＡｌＧａＡｓ層１１をＬＰＥ法で形成することにより、安価に厚みの大きいＡｌＧａＡｓ層１１を形成することができる。このため、製造コストを低減することができる。 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 refers to a method of growing Al x Ga (1-x) As (0 ≦ x ≦ 1) crystals from a liquid phase. The slow cooling method is a method for growing Al x Ga (1-x) As 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 Al x Ga (1-x) As crystals. By forming the AlGaAs layer 11 by the LPE method, the thick AlGaAs layer 11 can be formed at low cost. For this reason, manufacturing cost can be reduced.

ＡｌＧａＡｓ層１１においてＡｌの組成比ｘが一定の層を成長させる場合には温度差法および徐冷法を用い、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には徐冷法を用いることが好ましい。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特に好ましい。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 in the AlGaAs layer 11, a temperature difference method and a slow cooling method are used to grow a layer in which the Al composition ratio x decreases upward (growth direction). It is preferable to use a slow cooling method. It is particularly preferable to use the slow cooling method because of its excellent mass productivity and low cost. Moreover, you may combine them.

また、ステップＳ２では、たとえばＺｎ（亜鉛）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃ（炭素）などのｐ型ドーパントＳｅ(セレン)、Ｓ(硫黄)、Ｔｅ(テルル)、Ｓｉ（シリコン）などのｎ型ドーパントを含むようにＡｌＧａＡｓ層１１を成長させてもよい。   In step S2, for example, p-type dopants such as Zn (zinc), Mg (magnesium), and C (carbon) such as Se (selenium), S (sulfur), Te (tellurium), and n-type dopants such as Si (silicon). The AlGaAs layer 11 may be grown so as to contain.

このようにＬＰＥ法でＡｌＧａＡｓ層１１を成長させると、図８に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａには凹凸が生じる。   When the AlGaAs layer 11 is grown by the LPE method in this way, the main surface 11a of the AlGaAs layer 11 is uneven as shown in FIG.

次に、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを洗浄する（ステップＳ３）。このステップＳ３では、アルカリ系溶液を用いて洗浄することが好ましい。なお、リン酸や硫酸などの酸化溶液などを用いてもよい。アルカリ系溶液は、アンモニアと過酸化水素とを含むことが好ましい。アンモニアと過酸化水素とを含むアルカリ系溶液で洗浄すると、主表面１１ａがエッチングされるので、空気に触れることにより主表面１１ａに付着した不純物を除去できる。なお、この主表面１１ａを洗浄するステップＳ３は省略されてもよい。   Next, the main surface 11a of the AlGaAs layer 11 is cleaned (step S3). In this step S3, it is preferable to wash using an alkaline solution. An oxidizing solution such as phosphoric acid or sulfuric acid may be used. The alkaline solution preferably contains ammonia and hydrogen peroxide. When the main surface 11a is etched by washing with an alkaline solution containing ammonia and hydrogen peroxide, impurities adhering to the main surface 11a can be removed by exposure to air. Note that step S3 for cleaning the main surface 11a may be omitted.

次に、アルコールでＧａＡｓ基板１３およびＡｌＧａＡｓ層１１を乾燥する。なお、この乾燥するステップは省略されてもよい。   Next, the GaAs substrate 13 and the AlGaAs layer 11 are dried with alcohol. This drying step may be omitted.

次に、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを研磨する（ステップＳ４）。研磨する方法は、特に限定されず、機械的研磨、化学機械研磨法、電界研磨法、化学研磨法などを用いることができ、研磨の容易性から機械的研磨または化学的研磨が好ましい。   Next, the main surface 11a of the AlGaAs layer 11 is polished (step S4). The method for polishing is not particularly limited, and mechanical polishing, chemical mechanical polishing, electropolishing, chemical polishing, and the like can be used, and mechanical polishing or chemical polishing is preferable from the viewpoint of ease of polishing.

次に、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを洗浄する（ステップＳ５）。この主表面１１ａを洗浄するステップＳ５は、研磨するステップＳ４前の主表面１１ａを洗浄するステップＳ３と同様であるので、その説明を繰り返さない。なお、この洗浄するステップＳ５は省略されてもよい。   Next, the main surface 11a of the AlGaAs layer 11 is cleaned (step S5). The step S5 for cleaning the main surface 11a is the same as the step S3 for cleaning the main surface 11a before the step S4 for polishing, and therefore description thereof will not be repeated. This washing step S5 may be omitted.

上記ステップＳ１〜Ｓ５を実施することにより、図１に示す本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０を製造することができる。   By performing the above steps S1 to S5, the AlGaAs substrate 10 in the present embodiment shown in FIG. 1 can be manufactured.

続いて、本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０の効果を、第１〜第３の比較例と対比して説明する。   Next, the effect of the AlGaAs substrate 10 in the present embodiment will be described in comparison with the first to third comparative examples.

まず、第１の比較例としてのＧａＡｓ基板において、その上に活性層を含むエピタキシャル層を形成することで、赤外ＬＥＤが作製される。この場合、ＧａＡｓ基板には光吸収があるので、出力が低くなる。   First, an infrared LED is manufactured by forming an epitaxial layer including an active layer on a GaAs substrate as a first comparative example. In this case, since the GaAs substrate has light absorption, the output becomes low.

第２の比較例としてのＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に形成されたＡｌＧａＡｓ層とを備えたＡｌＧａＡｓ基板において、ＡｌＧａＡｓ層上にエピタキシャル層を形成する前または後にＧａＡｓ基板を除去することで、赤外ＬＥＤが作製される。この場合、第１の従来例に比べて出力を向上することができる。しかし、Ａｌ組成比が高いＡｌＧａＡｓ層の裏面側に電極を形成すると、動作電圧（ＶＦ）が高くなる。この第２の比較例は、上記特許文献１〜３に開示のＧａＡｓ基板を除去した構造に類似する。   In an AlGaAs substrate including a GaAs substrate as a second comparative example and an AlGaAs layer formed on the GaAs substrate, the GaAs substrate is removed before or after the epitaxial layer is formed on the AlGaAs layer. An outer LED is fabricated. In this case, the output can be improved as compared with the first conventional example. However, when an electrode is formed on the back side of the AlGaAs layer having a high Al composition ratio, the operating voltage (VF) increases. The second comparative example is similar to the structure in which the GaAs substrate disclosed in Patent Documents 1 to 3 is removed.

光吸収があるＧａＡｓ基板がある場合、ＡｌＧａＡｓ層の厚みを大きくすること、すなわち、ＡｌＧａＡｓ層の厚み比率を高くすると、光吸収があるＧａＡｓ基板の比率が下がり、ＧａＡｓ基板の除去と同等の効果を奏すると推定できる。このため、第３の比較例として、ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に形成された厚みの大きいＡｌＧａＡｓ層とを備えたＡｌＧａＡｓ基板において、ＡｌＧａＡｓ層上にエピタキシャル層を形成することで、赤外ＬＥＤが作製される。この場合、ＡｌＧａＡｓ層を厚く形成する必要があるので、コストが増加する。   When there is a light-absorbing GaAs substrate, increasing the thickness of the AlGaAs layer, that is, increasing the thickness ratio of the AlGaAs layer decreases the ratio of the light-absorbing GaAs substrate, and has the same effect as removing the GaAs substrate. It can be estimated to play. Therefore, as a third comparative example, in an AlGaAs substrate including a GaAs substrate and a thick AlGaAs layer formed on the GaAs substrate, an epitaxial layer is formed on the AlGaAs layer, so that an infrared LED is formed. Is produced. In this case, since the AlGaAs layer needs to be formed thick, the cost increases.

一方、本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０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と、裏面１１ｂに形成されたＧａＡｓ基板１３とを備え、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘは、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘよりも低く、ＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する。本発明者は、上記キャリア濃度のＧａＡｓ基板１３および上記Ａｌ組成比ｘのＡｌＧａＡｓ層を有するＡｌＧａＡｓ基板１０を用いることにより、このＡｌＧａＡｓ基板１０上にエピタキシャル層を形成して赤外ＬＥＤを作製すると、ＧａＡｓ基板上に直接エピタキシャル層を形成する第１の比較例と比較して、３倍以上と、飛躍的に高い出力が得られることを見い出した。特に、本実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ層１１が非常に薄い場合でも、ＡｌＧａＡｓ層１１の層数が少ない場合でも、ＧａＡｓ基板１３を除去する第２の比較例およびＡｌＧａＡｓ層の厚みが大きい第３の比較例と同等の効果を奏し、低コスト化と高い特性とが実現できることを新たに見出した。 On the other hand, the AlGaAs substrate 10 in the present embodiment includes an AlGaAs layer 11 having a main surface 11a, a back surface 11b opposite to the main surface 11a, and a GaAs substrate 13 formed on the back surface 11b. , The Al composition ratio x of the main surface 11a is lower than the Al composition ratio x of the back surface 11b, and the GaAs substrate 13 has an n-type carrier of 5 × 10 16 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less. The concentration or the p-type carrier concentration is 5 × 10 18 cm −3 or more and 3 × 10 19 cm −3 or less. When the inventor forms an infrared LED by forming an epitaxial layer on the AlGaAs substrate 10 by using the AlGaAs substrate 10 having the GaAs substrate 13 having the carrier concentration and the AlGaAs layer having the Al composition ratio x, As compared with the first comparative example in which the epitaxial layer is directly formed on the GaAs substrate, it has been found that a remarkably high output of 3 times or more can be obtained. In particular, in the present embodiment, even when the AlGaAs layer 11 is very thin or the number of layers of the AlGaAs layer 11 is small, the second comparative example for removing the GaAs substrate 13 and the third AlGaAs layer having a large thickness are used. It has been newly found that the same effects as the comparative example can be achieved, and cost reduction and high characteristics can be realized.

さらに、本実施の形態では、電極の形成が容易なＧａＡｓ基板１３に接するように電極の形成ができるため、直列抵抗を低く抑えることができる。このように本実施の形態では良好な接触抵抗が得られるため、本実施の形態のＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤの動作電圧を低くすることができる。動作電圧の点からも、本実施の形態では、高い特性を実現できる。   Furthermore, in this embodiment, since the electrode can be formed so as to be in contact with the GaAs substrate 13 on which the electrode can be easily formed, the series resistance can be kept low. As described above, since a good contact resistance is obtained in this embodiment, the operating voltage of an infrared LED manufactured using the AlGaAs substrate 10 of this embodiment can be lowered. From the viewpoint of operating voltage, the present embodiment can realize high characteristics.

以上より、本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０によれば、高出力、低動作電圧などの高特性を維持するとともに、コストを低減することができる。   As described above, according to the AlGaAs substrate 10 in the present embodiment, it is possible to maintain high characteristics such as high output and low operating voltage and to reduce the cost.

さらに、本実施の形態のＡｌＧａＡｓ基板１０は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有するＧａＡｓ基板１３を備えている。２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度のような高濃度のキャリア濃度をＧａＡｓ基板１３が有していても、ＡｌＧａＡｓ層１１により、高い出力を維持できる。５×１０16ｃｍ-3以上のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上のｐ型キャリア濃度を有していても、ＧａＡｓ基板１３に電極を形成することで良好な動作電圧を維持できる。 Furthermore, the AlGaAs substrate 10 of the present embodiment has an n-type carrier concentration of 5 × 10 16 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less, or 5 × 10 18 cm −3 or more and 3 × 10 19 cm −3 or less. GaAs substrate 13 having a p-type carrier concentration of Even if the GaAs substrate 13 has a high carrier concentration such as an n-type carrier concentration of 2 × 10 18 cm −3 or less or a p-type carrier concentration of 3 × 10 19 cm −3 or less, the AlGaAs layer 11 Can maintain high output. Even if it has an n-type carrier concentration of 5 × 10 16 cm −3 or more or a p-type carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more, a good operating voltage is maintained by forming an electrode on the GaAs substrate 13. it can.

またＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａのＡｌ組成比ｘは、裏面１１ｂのＡｌ組成比ｘよりも低い。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、かつ、主表面１１ａ以外の部分ではＡｌ組成比ｘを高くできるため、ＡｌＧａＡｓ基板１０全体での透過率を高く保つことができる。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上にエピタキシャル層を形成すると、この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。このエピタキシャル層を用いて赤外ＬＥＤを作製すると、動作電圧が高くなることを抑制できる。一方で、ＡｌＧａＡｓ基板１０の透過性が高いため、光出力を高くすることができる。   In the AlGaAs layer 11, the Al composition ratio x of the main surface 11a is lower than the Al composition ratio x of the back surface 11b. For this reason, it is possible to suppress the presence of Al having the property of being easily oxidized on the main surface 11a, and the Al composition ratio x can be increased at portions other than the main surface 11a, so that the transmittance of the entire AlGaAs substrate 10 is increased. Can keep. 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, when an epitaxial layer is formed on the AlGaAs substrate 10, it is possible to suppress the introduction of defects into the epitaxial layer. When an infrared LED is manufactured using this epitaxial layer, an increase in operating voltage can be suppressed. On the other hand, since the AlGaAs substrate 10 has high transparency, the light output can be increased.

さらに、本実施の形態では液相法でＡｌＧａＡｓ層１１を形成している。液相法では、エピ成長直前に液体ガリウム中で、ＧａＡｓ基板表面を部分的に溶解することができる。この部分溶解の工程（メルトバック工程）の後、ＡｌＧａＡｓ層を成長することができるため、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ基板との界面の酸化層を低減できる。これにより、動作電圧（ＶＦ）が高くなることを抑制できる。   Further, in the present embodiment, the AlGaAs layer 11 is formed by a liquid phase method. In the liquid phase method, the surface of the GaAs substrate can be partially dissolved in liquid gallium immediately before epi growth. Since the AlGaAs layer can be grown after this partial dissolution step (meltback step), the oxide layer at the interface between the AlGaAs layer and the GaAs substrate can be reduced. Thereby, it can suppress that operating voltage (VF) becomes high.

また、ＡｌＧａＡｓ層１１は厚みが小さくても高い出力が得られる。この点について、ＡｌＧａＡｓ基板１０はＧａＡｓ基板１３を含んでいるので、ＡｌＧａＡｓ層１１だけでなく、ＧａＡｓ基板１３によりＡｌＧａＡｓ基板１０全体の厚みを厚く設計できるので、チップ作製工程での割れ発生を抑制することができる。   Further, even if the AlGaAs layer 11 is thin, a high output can be obtained. In this regard, since the AlGaAs substrate 10 includes the GaAs substrate 13, not only the AlGaAs layer 11 but also the entire thickness of the AlGaAs substrate 10 can be designed by the GaAs substrate 13, so that generation of cracks in the chip manufacturing process is suppressed. be able to.

本実施の形態のＡｌＧａＡｓ基板１０において好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１がＡｌＧａＡｓ基板１０の全体の厚みＨ１０（＝Ｈ１１＋Ｈ１３）に対して０％を超えて３０％未満である。ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１が全体の厚みＨ１０に対して３０％未満の場合であっても、このＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤの高い特性を維持できることを本発明者は鋭意研究の結果見い出した。このため、ＡｌＧａＡｓ層１１を上記範囲まで薄くすることによって、コストをより低減することができる。それに加えて、一般にチップ形状の点から、チップ上面、下面での縦方向、横方向の寸法に対する、厚み方向の関係の制約がある。そのため、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚み比率を上記範囲内にすることにより、ＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤは、チップでの特性とともに、ＬＥＤランプ作製時、および、ＬＥＤランプでの優れた特性をあわせて持たせることができる。つまり、作成した赤外ＬＥＤから、ＬＥＤランプを作成する場合には、厚み方向の寸法が縦方向、横方向の寸法に対し薄すぎる場合、われ、かけ等の問題がおきる。また、厚すぎる場合には、ハンドリングの問題がおきる。さらに、ＬＥＤランプ作製時にチップの周囲を樹脂で覆い封止するが、厚み方向の寸法が厚すぎる場合には、縦方向、横方向の応力をうけ、信頼性の問題が発生する。これらによりチップ形状の点から、チップ上面、下面での縦方向、横方向の寸法に対する、厚み方向の寸法に制約があり、このなかでのＡｌＧａＡｓ層１１の厚み比率を上記範囲内にすることにより、高信頼性のＬＥＤランプが実現できる。   In the AlGaAs substrate 10 of the present embodiment, the thickness H11 of the AlGaAs layer 11 is preferably more than 0% and less than 30% with respect to the total thickness H10 (= H11 + H13) of the AlGaAs substrate 10. The present inventor has earnestly studied that even if the thickness H11 of the AlGaAs layer 11 is less than 30% with respect to the total thickness H10, it is possible to maintain high characteristics of an infrared LED manufactured using the AlGaAs substrate 10. I found the result. For this reason, by reducing the thickness of the AlGaAs layer 11 to the above range, the cost can be further reduced. In addition, in general, there are restrictions on the relationship in the thickness direction with respect to the vertical and horizontal dimensions on the upper and lower surfaces of the chip in terms of chip shape. Therefore, by setting the thickness ratio of the AlGaAs layer 11 within the above range, the infrared LED manufactured using the AlGaAs substrate 10 has excellent characteristics at the time of manufacturing the LED lamp as well as characteristics at the chip. Can be held together. That is, when an LED lamp is created from the created infrared LED, problems such as cracking and hooking occur if the thickness direction dimension is too thin relative to the longitudinal and lateral dimensions. If it is too thick, a handling problem occurs. Furthermore, when the LED lamp is manufactured, the periphery of the chip is covered and sealed with a resin. If the dimension in the thickness direction is too thick, stress in the vertical and horizontal directions is applied, causing a problem of reliability. As a result, there are restrictions on the dimension in the thickness direction with respect to the vertical and horizontal dimensions on the upper and lower surfaces of the chip from the point of the chip shape, and by making the thickness ratio of the AlGaAs layer 11 within this range within the above range A highly reliable LED lamp can be realized.

本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０において好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１は１層からなる。ＡｌＧａＡｓ層１１が１層であっても、このＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤの高い特性を維持できることを本発明者は鋭意研究の結果見い出した。このため、ＡｌＧａＡｓ基板１０を容易に製造できるので、コストをより低減することができる。   In the AlGaAs substrate 10 in the present embodiment, the AlGaAs layer 11 is preferably composed of one layer. As a result of earnest research, the present inventor has found that even if the AlGaAs layer 11 is a single layer, the high characteristics of an infrared LED manufactured using the AlGaAs substrate 10 can be maintained. For this reason, since the AlGaAs substrate 10 can be manufactured easily, the cost can be further reduced.

本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０において好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘの最小値が０以上である。これにより、動作電圧をより安定化できるので、赤外ＬＥＤを作製すると特性をより向上できる。   In the AlGaAs substrate 10 in the present embodiment, the minimum value of the Al composition ratio x of the AlGaAs layer 11 is preferably 0 or more. Thereby, since an operating voltage can be stabilized more, when infrared LED is produced, a characteristic can be improved more.

本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０において好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘの最大値が０．５以下である。これにより、光出力をより向上できるので、赤外ＬＥＤを作製すると特性をより向上できる。   In the AlGaAs substrate 10 in the present embodiment, the maximum value of the Al composition ratio x of the AlGaAs layer 11 is preferably 0.5 or less. Thereby, since an optical output can be improved more, if infrared LED is produced, a characteristic can be improved more.

本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０において好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚み方向の異なる２点のＡｌの組成比ｘの差を△Ａｌとし、２点の厚みの差（μｍ）を△ｔとした場合に、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下である。 In the AlGaAs substrate 10 in the present embodiment, preferably, the difference in the Al composition ratio x between two points in the thickness direction of the AlGaAs layer 11 is ΔAl, and the difference in thickness (μm) between the two points is Δt. ΔAl / Δt is 1 × 10 −3 / μm or more and 2 × 10 −2 / μm or less.

これにより、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を高くすることができる。したがって、赤外ＬＥＤを作製した場合、特性をより向上することができる。   Thereby, 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 set so as to improve the transmission characteristics on the back surface 11b side. Can be high. Therefore, when an infrared LED is manufactured, the characteristics can be further improved.

（実施の形態２）
図９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２０を説明する。図９に示すように、エピタキシャルウエハ２０は、実施の形態１のＡｌＧａＡｓ基板１０と、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ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。 (Embodiment 2)
With reference to FIG. 9, epitaxial wafer 20 in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 9, the epitaxial wafer 20 includes an AlGaAs substrate 10 according to the first embodiment, an epitaxial layer 21 formed on the main surface 11a of the AlGaAs layer 11, and a transparent conductive film formed on the epitaxial layer 21. 26.

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。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。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（インジウムガリウムリン）、ＡｌＩｎＧａＰ（アルミニウムインジウムガリウムリン）、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 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. 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. The material of the barrier layer is not particularly limited as long as the band gap is larger than that of the well layer. Phosphorus), 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.

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は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。   In the present embodiment, the case where the epitaxial layer 21 includes an active layer has been described. However, the epitaxial layer 21 may include other layers. 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.

エピタキシャル層の厚みＨ２１は、たとえば１μｍ以上１０μｍ以下である。
透明導電膜２６は、エピタキシャルウエハ２０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９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。 The thickness H21 of the epitaxial layer is, for example, not less than 1 μm and not more than 10 μm.
The transparent conductive film 26 has an effect of spreading the current over the entire surface (lateral direction in FIG. 9) on the upper surface of the chip when an infrared LED is manufactured using the epitaxial wafer 20. 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.

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Ｈ２６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 when the wavelength is 850 nm or more and 1000 nm or less, for example, and has a resistivity of 5 mΩcm or less when the thickness H26 is 300 nm.

このような透明導電膜２６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 such a transparent conductive film 26, for example, ITO, tin (Sn) is doped indium oxide (In 2 O 3), indium oxide (In 2 O 3), fluorine (F) is doped In 2 O 3 IFO, tin oxide (SnO 2 ), antimony (Sb) doped SnO 2 ATO, F doped SnO 2 FTO, cadmium (Cd) doped SnO 2 CTO AZO that is zinc oxide (ZnO) doped with aluminum (Al), IZO that is ZnO doped with In, GZO that is 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.

また透明導電膜２６の厚みＨ２６は、たとえば０．１μｍ以上１μｍ以下である。この場合、電流の拡散を促進することができる。   The thickness H26 of the transparent conductive film 26 is, for example, not less than 0.1 μm and not more than 1 μm. In this case, current diffusion can be promoted.

なお、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Ｈ２６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。また、透明導電膜２６は省略されてもよい。   The transparent conductive film 26 is not particularly limited to the above material, and for example, a metal film having a thickness H26 of 50 nm or less so that light can be transmitted may be used. As such a metal film, for example, gold (Au) or Al having a thickness of 15 nm or less can be used. Further, the transparent conductive film 26 may be omitted.

続いて、図９および図１０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２０の製造方法について説明する。   Next, with reference to FIGS. 9 and 10, a method for manufacturing epitaxial wafer 20 in the present embodiment will be described.

まず、図１０に示すように、実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓ基板１０の製造方法にしたがって、ＡｌＧａＡｓ基板１０を製造する（ステップＳ１〜Ｓ５）。   First, as shown in FIG. 10, the AlGaAs substrate 10 is manufactured according to the method of manufacturing the AlGaAs substrate 10 in the first embodiment (steps S1 to S5).

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２１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, the epitaxial layer 21 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, so the OMVPE method and the MBE method. 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（ステップＳ１〜Ｓ６）を実施することにより、図９に示すエピタキシャルウエハ２０を製造できる。   By performing the above steps (steps S1 to S6), the epitaxial wafer 20 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ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０は、実施の形態１の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とを備えている。   As described above, infrared LED epitaxial wafer 20 in the present embodiment is formed on AlGaAs substrate 10 in Embodiment 1 and main surface 11a of AlGaAs layer 11 and includes an active layer. 21.

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２０によれば、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘは、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘよりも低く、ＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有するＡｌＧａＡｓ基板１０上にエピタキシャル層２１を形成している。このため、このエピタキシャルウエハ２０を用いて赤外ＬＥＤを作製したときに高い特性を維持するとともに、コストを低減することができる。 According to the epitaxial wafer 20 for infrared LED in the present embodiment, in the AlGaAs layer 11, the Al composition ratio x of the main surface 11a is lower than the Al composition ratio x of the back surface 11b. On an AlGaAs substrate 10 having an n-type carrier concentration of 5 × 10 16 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less or a p-type carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more and 3 × 10 19 cm −3 or less. An epitaxial layer 21 is formed. For this reason, when producing infrared LED using this epitaxial wafer 20, while maintaining a high characteristic, cost can be reduced.

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２０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 infrared LED epitaxial wafer 20 in the present embodiment 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ので、光をチップ全面に広げることができる。したがって、このエピタキシャルウエハ２０を用いて作製した赤外ＬＥＤの出力をより向上することができる。   Even when the thickness of the epitaxial layer 21 is small, the transparent conductive film 26 can promote current diffusion, so that light can be spread over the entire surface of the chip. Therefore, the output of an infrared LED manufactured using this epitaxial wafer 20 can be further improved.

（実施の形態３）
図１１を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａを説明する。図１１に示すように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａは、エピタキシャルウエハ２０と、このエピタキシャルウエハ２０にそれぞれ形成された第１および第２の電極３１、３２とを備えている。本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａは、第１および第２の電極３１、３２の、一方から他方へと電流が流れる、縦型構造を有している。 (Embodiment 3)
With reference to FIG. 11, the infrared LED 30a in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 11, the infrared LED 30 a in the present embodiment includes an epitaxial wafer 20 and first and second electrodes 31 and 32 formed on the epitaxial wafer 20, respectively. Infrared LED 30a in the present embodiment has a vertical structure in which current flows from one to the other of first and second electrodes 31 and 32.

赤外ＬＥＤ３０ａを構成するエピタキシャルウエハ２０は、基本的には実施の形態２と同様である。しかし、ＡｌＧａＡｓ基板１０を構成するＧａＡｓ基板１３の厚みは、実施の形態１および２のＧａＡｓ基板よりも薄くてもよい。この場合、たとえばＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１がＡｌＧａＡｓ基板１０とエピタキシャル層２１との合計の厚み（Ｈ１１＋Ｈ１３＋Ｈ２１）に対して４％以上であることが好ましく、５％以上８５％以下であることがより好ましい。なお、チップ状態（赤外ＬＥＤ３０ａ）でのＡｌＧａＡｓ基板１０とエピタキシャル層２１との合計の厚み（Ｈ１１＋Ｈ１３＋Ｈ２１）は、ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂでの研磨除去後等の厚みを意味する。   The epitaxial wafer 20 constituting the infrared LED 30a is basically the same as that of the second embodiment. However, the thickness of the GaAs substrate 13 constituting the AlGaAs substrate 10 may be smaller than that of the GaAs substrates of the first and second embodiments. In this case, for example, the thickness H11 of the AlGaAs layer 11 is preferably 4% or more and more preferably 5% or more and 85% or less with respect to the total thickness (H11 + H13 + H21) of the AlGaAs substrate 10 and the epitaxial layer 21. . The total thickness (H11 + H13 + H21) of the AlGaAs substrate 10 and the epitaxial layer 21 in the chip state (infrared LED 30a) means a thickness after polishing removal on the back surface 13b of the GaAs substrate 13.

第１の電極３１は、エピタキシャル層２１上に形成されている。本実施の形態では、第１の電極３１は、透明導電膜２６に接するように形成され、かつ光を取り出すために、エピタキシャルウエハ２０の表面の一部のみを覆い、残部を露出させている。   The first electrode 31 is formed on the epitaxial layer 21. In the present embodiment, the first electrode 31 is formed so as to be in contact with the transparent conductive film 26 and covers only a part of the surface of the epitaxial wafer 20 and exposes the remaining part in order to extract light.

第２の電極３２は、エピタキシャルウエハ２０の裏面であるＧａＡｓ基板１３上に形成されている。第２の電極３２は、エピタキシャルウエハ２０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、格子状またはストライプ状に形成できる。   The second electrode 32 is formed on the GaAs substrate 13 that is the back surface of the epitaxial wafer 20. The second electrode 32 may cover the entire back surface of the epitaxial wafer 20 or a part thereof. When a part is covered, it can be formed in, for example, a dot shape, a lattice shape, or a stripe shape.

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、第１の電極３１は、たとえばＡｕ（金）とＺｎ（亜鉛）との合金よりなるｐ型電極であり、ＡｌＧａＡｓ基板１０下に形成された第２の電極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 first electrode 31 is a p-type electrode made of, for example, an alloy of Au (gold) and Zn (zinc), and is formed under the AlGaAs substrate 10. The formed second electrode 32 is an n-type electrode made of an alloy of Au and Ge (germanium), for example.

続いて、図１１および図１２を参照して、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２における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０の製造方法により、エピタキシャルウエハ２０を製造する（ステップＳ１〜Ｓ６）。   Next, with reference to FIG. 11 and FIG. 12, a method for manufacturing the infrared LED 30a in the present embodiment will be described. First, the epitaxial wafer 20 is manufactured by the infrared LED epitaxial wafer 20 manufacturing method in the second embodiment (steps S1 to S6).

次に、エピタキシャルウエハ２０のＧａＡｓ基板１３の一部を除去する。たとえば、ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂ側を研磨する。研磨は、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の一部を機械的に削り取ることをいう。なお、この工程は、省略されてもよい。   Next, a part of the GaAs substrate 13 of the epitaxial wafer 20 is removed. For example, the back surface 13b side of the GaAs substrate 13 is polished. Polishing means that a part of the GaAs substrate 13 is mechanically scraped off using a polishing agent such as alumina, colloidal silica, or diamond with a grinding facility having a diamond grindstone. Note that this step may be omitted.

次に、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０の主表面および裏面に第１および第２の電極３１、３２を形成する（ステップＳ７）。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、第１および第２の電極３１、３２を形成する。   Next, the 1st and 2nd electrodes 31 and 32 are formed in the main surface and back surface of the epitaxial wafer 20 for infrared LEDs (step S7). 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 first and second electrodes. 31 and 32 are formed.

上記工程（ステップＳ１〜Ｓ７）を実施することにより、図１１に示す赤外ＬＥＤ３０ａを製造することができる。   The infrared LED 30a shown in FIG. 11 can be manufactured by performing the above steps (steps S1 to S7).

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２０と、エピタキシャルウエハ２０に形成された第１および第２の電極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 in the first embodiment and the first and second electrodes 31 and 32 formed on the epitaxial wafer 20.

本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａによれば、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２０を用いているので、高い特性を維持するとともに、コストを低減することができる。   According to the infrared LED 30a in the present embodiment, since the infrared LED epitaxial wafer 20 in the second embodiment is used, high characteristics can be maintained and the cost can be reduced.

本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１がＡｌＧａＡｓ基板１０とエピタキシャル層２１との合計の厚み（Ｈ１１＋Ｈ１３＋Ｈ２１）に対して４％以上である。これにより、基板を除去したもの（第２の比較例）と同様の高い出力特性、基板を残したもの（第１および第３の比較例）と同様の高い動作電圧特性を維持できるとともに、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みを低減できるのでコストを低減できる。それに加えて、一般にチップ形状の点から、チップ上面、下面での縦方向、横方向の寸法に対する、厚み方向の関係の制約がある。そのため、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚み比率を上記範囲内にすることにより、ＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤは、チップでの特性とともに、ＬＥＤランプ作製時、および、ＬＥＤランプでの優れた特性をあわせて持たせることができる。つまり、作成した赤外ＬＥＤから、ＬＥＤランプを作成する場合には、厚み方向の寸法が縦方向、横方向の寸法に対し薄すぎる場合、われ、かけ等の問題がおきる。また、厚すぎる場合には、ハンドリングの問題がおきる。さらに、ＬＥＤランプ作製時にチップの周囲を樹脂で覆い封止するが、厚み方向の寸法が厚すぎる場合には、縦方向、横方向の応力をうけ、信頼性の問題が発生する。これらによりチップ形状の点から、チップ上面、下面での縦方向、横方向の寸法に対する、厚み方向の寸法に制約があり、このなかでのＡｌＧａＡｓ層１１の厚み比率を上記範囲内にすることにより、高信頼性のＬＥＤランプが実現できる。   In the infrared LED 30a in the present embodiment, the thickness H11 of the AlGaAs layer 11 is preferably 4% or more with respect to the total thickness (H11 + H13 + H21) of the AlGaAs substrate 10 and the epitaxial layer 21. As a result, the same high output characteristics as those obtained by removing the substrate (second comparative example) and the same high operating voltage characteristics as those obtained by leaving the substrate (first and third comparative examples) can be maintained. Since the thickness of the layer 11 can be reduced, cost can be reduced. In addition, in general, there are restrictions on the relationship in the thickness direction with respect to the vertical and horizontal dimensions on the upper and lower surfaces of the chip in terms of chip shape. Therefore, by setting the thickness ratio of the AlGaAs layer 11 within the above range, the infrared LED manufactured using the AlGaAs substrate 10 has excellent characteristics at the time of manufacturing the LED lamp as well as characteristics at the chip. Can be held together. That is, when an LED lamp is created from the created infrared LED, problems such as cracking and hooking occur if the thickness direction dimension is too thin relative to the longitudinal and lateral dimensions. If it is too thick, a handling problem occurs. Furthermore, when the LED lamp is manufactured, the periphery of the chip is covered and sealed with a resin. If the dimension in the thickness direction is too thick, stress in the vertical and horizontal directions is applied, causing a problem of reliability. As a result, there are restrictions on the dimension in the thickness direction with respect to the vertical and horizontal dimensions on the upper and lower surfaces of the chip from the point of the chip shape, and by making the thickness ratio of the AlGaAs layer 11 within this range within the above range A highly reliable LED lamp can be realized.

本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａにおいて好ましくは、第１の電極３１はエピタキシャル層２１上に形成され、第２の電極３２はＧａＡｓ基板１３上に形成されている。これにより、第２の電極３２の接触面はＧａＡｓ基板１３となる。ＧａＡｓ基板１３を完全に除去した場合と比較して、第２の電極３２の接触面がＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとの違いから接触抵抗が半減以下になり、赤外ＬＥＤ３０ａの動作時の発熱、長期通電後の劣化が抑制され、高信頼性のＬＥＤランプが実現できる。また、同一出力を得るためには、低ＩＦ電流ですむため、より発熱が抑えられ、信頼性が高くなるという利点がある。このように、ＧａＡｓ基板１３のキャリア濃度を制御することにより、高い特性を維持するとともにコストを低減した縦型の赤外ＬＥＤ３０ａを実現できる。   In the infrared LED 30a in the present embodiment, preferably, the first electrode 31 is formed on the epitaxial layer 21 and the second electrode 32 is formed on the GaAs substrate 13. As a result, the contact surface of the second electrode 32 becomes the GaAs substrate 13. Compared with the case where the GaAs substrate 13 is completely removed, the contact surface of the second electrode 32 has a contact resistance of less than half due to the difference between GaAs and AlGaAs, heat generation during operation of the infrared LED 30a, after long-term energization Deterioration of the LED is suppressed, and a highly reliable LED lamp can be realized. Further, in order to obtain the same output, a low IF current is required. Therefore, there is an advantage that heat generation is further suppressed and reliability is improved. In this way, by controlling the carrier concentration of the GaAs substrate 13, it is possible to realize a vertical infrared LED 30a that maintains high characteristics and reduces costs.

（実施の形態４）
図１３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。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の赤外ＬＥＤ３０ａと同様の構成を備えているが、エピタキシャル層２１がエッチングストップ層２８を有する点および第１および第２の電極３１、３２の配置において異なる。 (Embodiment 4)
With reference to FIG. 13, the infrared LED 30b in the present embodiment will be described. The infrared LED 30b in the present embodiment basically has the same configuration as the infrared LED 30a in the third embodiment, except that the epitaxial layer 21 has an etching stop layer 28 and the first and second features. The arrangement of the electrodes 31 and 32 is different.

具体的には、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂは、実施の形態１のＡｌＧａＡｓ基板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側に形成された第１および第２の電極３１、３２とを備えている。本実施の形態では、エピタキシャル層２１は、エッチングストップ層２８と、このエッチングストップ層２８上に形成され、かつ活性層を含む層２２とを含む。この活性層を含む層２２上に透明導電膜２６が形成されている。透明導電膜２６上に第１の電極３１が形成されている。   Specifically, the infrared LED 30b in the present embodiment includes the AlGaAs substrate 10 of the first embodiment, the epitaxial layer 21 formed on the AlGaAs substrate 10, and the first and first layers formed on the epitaxial layer 21 side. 2 electrodes 31 and 32. In the present embodiment, epitaxial layer 21 includes an etching stop layer 28 and a layer 22 formed on this etching stop layer 28 and including an active layer. A transparent conductive film 26 is formed on the layer 22 including the active layer. A first electrode 31 is formed on the transparent conductive film 26.

エピタキシャル層２１を貫通し、かつＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａまで達する開口部が形成されている。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１が露出するように開口部が形成されている。この露出面に接するように、第２の電極３２が形成されている。つまり、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂは、第１の電極３１および第２の電極３２の、一方から他方へと電流が流れる、横型構造を有する。言い換えると、赤外ＬＥＤ３０ｂは、エピタキシャルウエハの上面に第１および第２の電極３１、３２が形成された上面２電極（上部２端子）構造を有する。   An opening that penetrates the epitaxial layer 21 and reaches the main surface 11a of the AlGaAs layer 11 is formed. That is, the opening is formed so that the AlGaAs layer 11 is exposed. A second electrode 32 is formed in contact with the exposed surface. That is, the infrared LED 30b in the present embodiment has a horizontal structure in which current flows from one of the first electrode 31 and the second electrode 32 to the other. In other words, the infrared LED 30b has an upper surface two-electrode (upper two terminals) structure in which the first and second electrodes 31 and 32 are formed on the upper surface of the epitaxial wafer.

ここで、赤外ＬＥＤ３０ｂの材料の一例を挙げる。活性層を含む層２２がＡｌＧａＡｓ系の活性層を含む場合のエッチングストップ層２８は、たとえばＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰであることが好ましい。活性層を含む層２２がＡｌＧａＩｎＰ系の活性層を含む場合のエッチングストップ層２８は、たとえばＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓであることが好ましい。   Here, an example of the material of the infrared LED 30b is given. The etching stop layer 28 when the layer 22 including the active layer includes an AlGaAs-based active layer is preferably, for example, AlGaInP, InGaP, or InAlP. When the layer 22 including the active layer includes an AlGaInP-based active layer, the etching stop layer 28 is preferably, for example, AlGaAs or GaAs.

エピタキシャル層２１においてＡｌＧａＡｓ層１１と接する面と反対側の表面に位置する層がｐ型で、かつ露出したＡｌＧａＡｓ層１１において第２の電極と接する露出面に位置する層がｎ型である場合、第１の電極３１がｐ型電極で、第２の電極３２がｎ型電極である。この場合、第１の電極３１は、ｐ型透明電極であることが好ましい。透明電極は、酸化インジウムと酸化スズとの混合物、アルミニウム原子を含む酸化亜鉛、フッ素原子を含む酸化スズ、酸化亜鉛、セレン化亜鉛および酸化ガリウムからなる群から選択される少なくとも１種を含む材質から構成されることが好ましい。第２の電極３２は、たとえばＡｕとＧｅ（ゲルマニウム）との合金よりなる。   When the layer located on the surface opposite to the surface in contact with the AlGaAs layer 11 in the epitaxial layer 21 is p-type, and the layer located on the exposed surface in contact with the second electrode in the exposed AlGaAs layer 11 is n-type, The first electrode 31 is a p-type electrode, and the second electrode 32 is an n-type electrode. In this case, the first electrode 31 is preferably a p-type transparent electrode. The transparent electrode is made of a material containing at least one selected from the group consisting of a mixture of indium oxide and tin oxide, zinc oxide containing aluminum atoms, tin oxide containing fluorine atoms, zinc oxide, zinc selenide and gallium oxide. Preferably, it is configured. The second electrode 32 is made of, for example, an alloy of Au and Ge (germanium).

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の製造方法と同様であるが、エピタキシャル層２１を形成する工程がエッチングストップ層２８を形成する工程と開口部を形成する工程とを含む点、および第２の電極３２を形成する位置において異なる。   The manufacturing method of the infrared LED 30b in the present embodiment is basically the same as the manufacturing method of the infrared LED 30a in the third embodiment, but the step of forming the epitaxial layer 21 is the step of forming the etching stop layer 28. And the step of forming the opening, and the position where the second electrode 32 is formed is different.

具体的には、実施の形態１と同様に、ＡｌＧａＡｓ基板１０を製造する。次に、ＡｌＧａＡｓ基板１０上にエッチングストップ層２８を形成し、その後エッチングストップ層２８上に活性層を含む層２２を形成する。これにより、エピタキシャル層２１を形成できる。次いで、この活性層を含む層２２上に、透明導電膜２６を形成する。これにより、エピタキシャルウエハを製造できる。   Specifically, the AlGaAs substrate 10 is manufactured as in the first embodiment. Next, an etching stop layer 28 is formed on the AlGaAs substrate 10, and then a layer 22 including an active layer is formed on the etching stop layer 28. Thereby, the epitaxial layer 21 can be formed. Next, a transparent conductive film 26 is formed on the layer 22 including the active layer. Thereby, an epitaxial wafer can be manufactured.

次に、エピタキシャルウエハ上に、開口部を形成するべき領域以外の領域にマスク層を形成した状態で、ドライエッチングやウエットエッチングにより開口部を形成する。この時、エッチングストップ層２８を利用して、エッチングストップ層２８上の活性層を含む層２２および透明導電膜２６に開口部を形成できる。その後、露出しているエッチングストップ層２８を除去する。これにより、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを露出させたエピタキシャルウエハを製造できる。   Next, an opening is formed by dry etching or wet etching in a state where a mask layer is formed in a region other than a region where the opening is to be formed on the epitaxial wafer. At this time, an opening can be formed in the layer 22 including the active layer on the etching stop layer 28 and the transparent conductive film 26 using the etching stop layer 28. Thereafter, the exposed etching stop layer 28 is removed. Thereby, an epitaxial wafer in which the main surface 11a of the AlGaAs layer 11 is exposed can be manufactured.

次に、透明導電膜２６上に第１の電極３１を形成し、露出させたＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに第２の電極３２を形成する。これにより、図２１に示す赤外ＬＥＤ３０ｂを製造できる。   Next, the first electrode 31 is formed on the transparent conductive film 26, and the second electrode 32 is formed on the exposed main surface 11 a of the AlGaAs layer 11. Thereby, the infrared LED 30b shown in FIG. 21 can be manufactured.

ここで、本実施の形態では、第２の電極３２をＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに形成したが、第２の電極３２の配置は特に限定されない。たとえばＡｌＧａＡｓ層１１の一部にまで貫通する開口部を形成することで露出した露出面に第２の電極３２を配置してもよい。また、エッチングストップ層２８を除去せずに、エッチングストップ層２８上に第２の電極３２を形成してもよい。またエッチングストップ層２８を形成せずに、エピタキシャル層２１、または、ＡｌＧａＡｓ層１１の一部にまで貫通する開口部を形成することで露出した露出面（主表面１１ａを含む）に、第２の電極３２を形成してもよい。   Here, in the present embodiment, the second electrode 32 is formed on the main surface 11a of the AlGaAs layer 11, but the arrangement of the second electrode 32 is not particularly limited. For example, the second electrode 32 may be disposed on the exposed surface that is exposed by forming an opening that penetrates part of the AlGaAs layer 11. Alternatively, the second electrode 32 may be formed on the etching stop layer 28 without removing the etching stop layer 28. Further, without forming the etching stop layer 28, the second exposed surface (including the main surface 11a) is formed on the exposed surface (including the main surface 11a) formed by forming an opening that penetrates to a part of the epitaxial layer 21 or the AlGaAs layer 11. The electrode 32 may be formed.

以上説明したように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂは、エピタキシャルウエハの一方側の面に第１および第２の電極３１、３２を形成している。   As described above, the infrared LED 30b in the present embodiment has the first and second electrodes 31 and 32 formed on one surface of the epitaxial wafer.

エピタキシャル層２１側の面に、一方側から他方側へ電流が流れる第１および第２の電極３１、３２を形成した横型の赤外ＬＥＤを作製した場合であっても、ＧａＡｓ基板１３は光吸収を抑制できる条件を満たしているので、高い特性を維持することができるとともに、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みを小さくできるので、コストを低減できる。   Even when a lateral infrared LED having the first and second electrodes 31 and 32 in which current flows from one side to the other side is formed on the surface on the epitaxial layer 21 side, the GaAs substrate 13 absorbs light. Since the condition that can be suppressed is satisfied, high characteristics can be maintained, and the thickness of the AlGaAs layer 11 can be reduced, so that the cost can be reduced.

また本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂにおいて好ましくは、第２の電極３２と接するＡｌＧａＡｓ層１１の露出面（本実施の形態ではＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ）のキャリア濃度は１×１０17ｃｍ-3以上である。これにより、赤外ＬＥＤ３０ｂの動作電圧を低減できる。一例を挙げると、電流（ＩＦ）を２０ｍＡ流すと、第２の電極３２と接続されるコンタクト面の不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3の動作電圧は２．０Ｖであり、５×１０16ｃｍ-3の動作電圧は１．９Ｖであり、１×１０17ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖであり、５×１０17ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖであり、１×１０1８ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖである。 In the infrared LED 30b in the present embodiment, the carrier concentration of the exposed surface of the AlGaAs layer 11 in contact with the second electrode 32 (in this embodiment, the main surface 11a of the AlGaAs layer 11) is preferably 1 × 10 17 cm −. 3 or more. Thereby, the operating voltage of the infrared LED 30b can be reduced. As an example, when a current (IF) of 20 mA is passed, the operating voltage with an impurity concentration of 1 × 10 16 cm −3 on the contact surface connected to the second electrode 32 is 2.0 V, and 5 × 10 16 The operating voltage of cm −3 is 1.9 V, the operating voltage of 1 × 10 17 cm −3 is 1.4 V, the operating voltage of 5 × 10 17 cm −3 is 1.4 V, and 1 × 10 The operating voltage at 18 cm −3 is 1.4V.

本実施例では、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面のＡｌの組成比ｘは裏面のＡｌの組成比ｘよりも低く、かつＧａＡｓ基板は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有することによる効果について調べた。 In the present example, in the Al x Ga (1-x) As layer, the Al composition ratio x on the main surface is lower than the Al composition ratio x on the back surface, and the GaAs substrate has 5 × 10 16 cm −3 or more. The effect of having an n-type carrier concentration of 2 × 10 18 cm −3 or less or a p-type carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more and 3 × 10 19 cm −3 or less was examined.

（本発明例１）
本発明例１は、実施の形態１にしたがってＡｌＧａＡｓ基板を製造し、次に実施の形態２にしたがってエピタキシャルウエハを製造し、次に実施の形態３にしたがって赤外ＬＥＤを製造した。 (Invention Example 1)
In Example 1 of the present invention, an AlGaAs substrate was manufactured according to the first embodiment, then an epitaxial wafer was manufactured according to the second embodiment, and then an infrared LED was manufactured according to the third embodiment.

具体的には、まず、５０ｍｍの直径と２６０μｍの厚みとを有するＧａＡｓ基板１３を準備した。このＧａＡｓ基板１３はＳｉがドープされ、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度を有していた。 Specifically, first, a GaAs substrate 13 having a diameter of 50 mm and a thickness of 260 μm was prepared. This GaAs substrate 13 was doped with Si and had an n-type carrier concentration of 5 × 10 16 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less.

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１層からなるＡｌＧａＡｓ層１１を成長させた。ＡｌＧａＡｓ層１１は５０μｍの厚みを有していた。ドーパントとしてテルルをドーピングし、ＡｌＧａＡｓ層１１において裏面１１ｂ側のキャリア濃度は１×１０17ｃｍ-3で、主表面１１ａ側のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3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。 Next, an AlGaAs layer 11 composed of one layer was grown on the GaAs substrate 13 by a slow cooling method under a temperature condition between 920 ° C. and room temperature. The AlGaAs layer 11 had a thickness of 50 μm. In the AlGaAs layer 11, the carrier concentration on the back surface 11b side is 1 × 10 17 cm −3 , the carrier concentration on the main surface 11a side is 1 × 10 18 cm −3 , and the main surface from the back surface 11b side is doped with tellurium as a dopant. The composition ratio of Al was constantly increasing toward the 11a side.

ＡｌＧａＡｓ層１１は、図１４に示すＡｌの組成比ｘを有していた。具体的には、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．２０で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．０２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。   The AlGaAs layer 11 had an Al composition ratio x shown in FIG. Specifically, in the AlGaAs layer 11, the Al composition ratio on the back surface 11b side is 0.20, the Al composition ratio on the main surface 11a side is 0.02, and from the back surface 11b side to the main surface 11a side. The composition ratio of Al was always decreasing.

図１４に示すＡｌの組成比ｘを測定した本発明例１のＡｌＧａＡｓ層について、Ａｌの組成比の傾き（図１４における縦軸で示されるＡｌ組成比の勾配）である△Ａｌ／△ｔ（単位：組成差／μｍ）を求めた。その結果を図１５に示す。図１５に示すように、本発明例１の△Ａｌ／△ｔは、１×１０-3／μｍ以上６×１０-3／μｍ以下であった。なお、図１４および図１５において、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに位置する主表面を深さ０としている。 For the AlGaAs layer of Inventive Example 1 in which the Al composition ratio x shown in FIG. 14 was measured, ΔAl / Δt (inclination of the Al composition ratio indicated by the vertical axis in FIG. 14) Unit: compositional difference / μm) was determined. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 15, ΔAl / Δt of Example 1 of the present invention was 1 × 10 −3 / μm or more and 6 × 10 −3 / μm or less. 14 and 15, the main surface located on the main surface 11 a of the AlGaAs layer 11 is set to a depth of zero.

また本発明例１のＡｌＧａＡｓ基板において、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは全体の厚みに対して１６．１％（＝５０／３１０×１００）であった。   In the AlGaAs substrate of Example 1 of the present invention, the thickness of the AlGaAs layer 11 was 16.1% (= 50/310 × 100) with respect to the total thickness.

以上の工程により、本発明例１のＡｌＧａＡｓ基板１０を製造した。次に、ＯＭＶＰＥ法により、ＡｌＧａＡｓ基板１０上に、活性層を含むエピタキシャル層２１を形成した。   Through the above steps, the AlGaAs substrate 10 of Example 1 of the present invention was manufactured. Next, an epitaxial layer 21 including an active layer was formed on the AlGaAs substrate 10 by OMVPE.

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。上記エピタキシャル層の厚みは６．７μｍであった。 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 epitaxial layer had a thickness of 6.7 μm.

次に、エピタキシャル層２１において、ＡｌＧａＡｓ基板１０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２６を形成した。透明導電膜２６は、３００ｎｍの厚みを有するＩＴＯとした。   Next, the transparent conductive film 26 is formed on the surface of the epitaxial layer 21 opposite to the surface in contact with the AlGaAs substrate 10 by an electron beam evaporation method in a vacuum furnace in an oxygen atmosphere at a temperature of 300 ° C. did. The transparent conductive film 26 was made of ITO having a thickness of 300 nm.

以上の工程により、本発明例１のエピタキシャルウエハ２０を製造した。このエピタキシャルウエハ２０において、ＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みは３１６．７μｍであり、ＡｌＧａＡｓ層は５０μｍであった。   Through the above steps, the epitaxial wafer 20 of Example 1 of the present invention was manufactured. In this epitaxial wafer 20, the total thickness of the AlGaAs substrate and the epitaxial layer was 316.7 μm, and the AlGaAs layer was 50 μm.

次に、ＧａＡｓ基板１３の一部を、ラップにより裏面１３ｂ側から除去した。これにより、ＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みを２２５μｍにした。つまり、赤外ＬＥＤにおけるＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して２２．２％（＝５０／２２５×１００）とした。   Next, a part of the GaAs substrate 13 was removed from the back surface 13b side by lapping. As a result, the total thickness of the AlGaAs substrate and the epitaxial layer was 225 μm. That is, the thickness of the AlGaAs layer 11 in the infrared LED is 22.2% (= 50/225 × 100) with respect to the total thickness of the AlGaAs substrate and the epitaxial layer.

次に、ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂ上に、第２の電極３２として、ｎ型電極を形成した。第２の電極３２は、ドット状とし、材料をＡｕＧｅ合金とし、厚みを１μｍとした。次に、透明導電膜２６上に、第１の電極３１として、ｐ型電極を形成した。第１の電極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。その後、チップ寸法が２２０μｍ角または３５０μｍ角となるようにスクライブを行なった。以上の工程により、本発明例１の赤外ＬＥＤを製造した。   Next, an n-type electrode was formed as the second electrode 32 on the back surface 13 b of the GaAs substrate 13. The second electrode 32 was in the form of dots, the material was an AuGe alloy, and the thickness was 1 μm. Next, a p-type electrode was formed as the first electrode 31 on the transparent conductive film 26. The pad diameter of the first electrode 31 was 120 μm, the electrode material was Au, and the total thickness was 1 μm. Thereafter, scribing was performed so that the chip size was 220 μm square or 350 μm square. The infrared LED of Example 1 of the present invention was manufactured through the above steps.

（本発明例２）
本発明例２のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ基板１０を構成するＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比が異なっていた。具体的には、本発明例２のＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．３５で、主表面１１ａ側の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の組成比は常に減少していた。 (Invention Example 2)
The AlGaAs substrate, epitaxial wafer, and infrared LED of Invention Example 2 were basically the same as Example 1, but the Al composition ratio of the AlGaAs layer 11 constituting the AlGaAs substrate 10 was different. Specifically, in the AlGaAs layer 11 of Example 2 of the present invention, the Al composition ratio on the back surface 11b side is 0.35, the Al composition ratio on the main surface 11a side is 0.05, and the main surface from the back surface 11b side. The composition ratio of Al was constantly decreasing toward the 11a side.

（本発明例３）
本発明例３のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ基板１０を構成するＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比および厚みが異なっていた。具体的には、本発明例３のＡｌＧａＡｓ層１１において、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．１５で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．１０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ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは１０μｍであり、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは全体の厚みに対して３．７％（＝１０／２７０×１００）であった。 (Invention Example 3)
The AlGaAs substrate, epitaxial wafer and infrared LED of Example 3 of the present invention were basically the same as Example 1 of the present invention, but the Al composition ratio and thickness of the AlGaAs layer 11 constituting the AlGaAs substrate 10 were different. It was. Specifically, in the AlGaAs layer 11 of Example 3 of the present invention, in the AlGaAs layer 11, the Al composition ratio on the back surface 11b side is 0.15, the Al composition ratio on the main surface 11a side is 0.10, and the back surface The Al composition ratio always decreased from the 11b side toward the main surface 11a side. The thickness of the AlGaAs layer 11 was 10 μm, and the thickness of the AlGaAs layer 11 was 3.7% (= 10/270 × 100) with respect to the total thickness.

また赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して４．４％（＝１０／２２５×１００）であった。   In the infrared LED, the thickness of the AlGaAs layer 11 was 4.4% (= 10/225 × 100) with respect to the total thickness of the AlGaAs substrate and the epitaxial layer.

（本発明例４）
本発明例４のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ基板１０が異なっていた。 (Invention Example 4)
The AlGaAs substrate, epitaxial wafer, and infrared LED of Example 4 of the present invention were basically the same as Example 1 of the present invention, but the AlGaAs substrate 10 was different.

具体的には、本発明例４のＧａＡｓ基板１３は、７６ｍｍの直径と２３０μｍの厚みとを有していた。このＧａＡｓ基板１３はＳｉがドープされ、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度を有していた。 Specifically, the GaAs substrate 13 of Example 4 of the present invention had a diameter of 76 mm and a thickness of 230 μm. This GaAs substrate 13 was doped with Si and had an n-type carrier concentration of 5 × 10 16 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less.

ＡｌＧａＡｓ層１１は、４９μｍの厚みを有する２層からなっており、全体として９８μｍの厚みを有していた。ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは全体の厚みに対して２９．８％（＝９８／３２８×１００）であった。   The AlGaAs layer 11 was composed of two layers having a thickness of 49 μm, and had a thickness of 98 μm as a whole. The thickness of the AlGaAs layer 11 was 29.8% (= 98/328 × 100) with respect to the total thickness.

またＡｌＧａＡｓ層１１の各層において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．４０で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．１５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。   Further, in each layer of the AlGaAs layer 11, the Al composition ratio on the back surface 11b side is 0.40, the Al composition ratio on the main surface 11a side is 0.15, and the Al composition ratio increases from the back surface 11b side to the main surface 11a side. The composition ratio was constantly decreasing.

また赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みの厚みに対して４３．６％（＝９８／２２５×１００）であった。   In the infrared LED, the thickness of the AlGaAs layer 11 was 43.6% (= 98/225 × 100) with respect to the total thickness of the AlGaAs substrate and the epitaxial layer.

（本発明例５）
本発明例５のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様の構成を備えていたが、ＡｌＧａＡｓ基板において異なっていた。 (Invention Example 5)
The AlGaAs substrate, epitaxial wafer, and infrared LED of Invention Example 5 basically had the same configuration as that of Invention Example 1, but differed in the AlGaAs substrate.

具体的には、本発明例５のＡｌＧａＡｓ基板は、ＧａＡｓ基板１３と、ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａに形成されたＡｌＧａＡｓ層１１と、ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂに形成された裏面ＡｌＧａＡｓ層とを備えていた。   Specifically, the AlGaAs substrate of Example 5 of the present invention comprises a GaAs substrate 13, an AlGaAs layer 11 formed on the main surface 13a of the GaAs substrate 13, and a back surface AlGaAs layer formed on the back surface 13b of the GaAs substrate 13. I was prepared.

ＧａＡｓ基板１３は、本発明例４のＧａＡｓ基板１３と同様であった。ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａに形成されたＡｌＧａＡｓ層１１は、３６μｍの厚みを有する１層構造であった。図１６に示すように、このＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．４９で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．０２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。   The GaAs substrate 13 was the same as the GaAs substrate 13 of Example 4 of the present invention. The AlGaAs layer 11 formed on the main surface 13a of the GaAs substrate 13 has a single-layer structure having a thickness of 36 μm. As shown in FIG. 16, in this AlGaAs layer 11, the Al composition ratio on the back surface 11b side is 0.49, the Al composition ratio on the main surface 11a side is 0.02, and the back surface 11b side to the main surface 11a side Toward, the composition ratio of Al was constantly decreasing.

図１６に示すＡｌの組成比ｘを測定した本発明例５のＡｌＧａＡｓ層について、Ａｌの組成比の傾き（図１６における縦軸で示されるＡｌ組成比の勾配）である△Ａｌ／△ｔ（単位：組成差／μｍ）を求めた。その結果を図１７に示す。図１７に示すように、本発明例５の△Ａｌ／△ｔは、４×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下であった。なお、図１６および図１７において、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに位置する主表面を深さ０としている。 With respect to the AlGaAs layer of Inventive Example 5 in which the Al composition ratio x shown in FIG. 16 was measured, ΔAl / Δt (inclination of the Al composition ratio indicated by the vertical axis in FIG. 16) Unit: compositional difference / μm) was determined. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 17, ΔAl / Δt of Invention Example 5 was 4 × 10 −3 / μm or more and 2 × 10 −2 / μm or less. 16 and 17, the main surface located at the main surface 11a of the AlGaAs layer 11 has a depth of zero.

ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂに形成された裏面ＡｌＧａＡｓ層は、３６μｍの厚みを有していた。この裏面ＡｌＧａＡｓ層は、ＧａＡｓ基板１３との界面のＡｌの組成比が０．４９で、界面と反対側の面のＡｌの組成比が０．０２であり、界面から反対側の面に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。   The back surface AlGaAs layer formed on the back surface 13b of the GaAs substrate 13 had a thickness of 36 μm. This back AlGaAs layer has an Al composition ratio of 0.49 at the interface with the GaAs substrate 13 and an Al composition ratio of 0.02 on the surface opposite to the interface, and is directed from the interface toward the opposite surface. The composition ratio of Al was always decreasing.

ＡｌＧａＡｓ層１１および裏面ＡｌＧａＡｓ層の厚みは、鏡面研磨後の厚みであり、ＡｌＧａＡｓ基板におけるＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは全体の厚みに対して１１．９％（＝３６／３０２×１００）であった。   The thickness of the AlGaAs layer 11 and the back surface AlGaAs layer was the thickness after mirror polishing, and the thickness of the AlGaAs layer 11 in the AlGaAs substrate was 11.9% (= 36/302 × 100) with respect to the total thickness.

また赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して１６．０％（＝３６／２２５×１００）であった。   In the infrared LED, the thickness of the AlGaAs layer 11 was 16.0% (= 36/225 × 100) with respect to the total thickness of the AlGaAs substrate and the epitaxial layer.

（本発明例６〜１０）
本発明例６〜１０の各々は、基本的には本発明例１〜５と同様の構成を備えていたが、エピタキシャルウエハを製造した後にＧａＡｓ基板１３の一部を除去して、ＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みを１２０μｍにした点において異なっていた。つまり、本発明例６および７の赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して４１．７％（＝５０／１２０×１００）であった。本発明例８の赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して８．３％（＝１０／１２０×１００）であった。本発明例９の赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して８１．７％（＝９８／１２０×１００）であった。本発明例１０の赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して３０．０％（＝３６／１２０×１００）であった。 (Invention Examples 6 to 10)
Each of the inventive examples 6 to 10 basically had the same configuration as that of the inventive examples 1 to 5, but after the epitaxial wafer was manufactured, a part of the GaAs substrate 13 was removed, and the AlGaAs substrate and The difference was that the total thickness with the epitaxial layer was 120 μm. That is, in the infrared LEDs of Invention Examples 6 and 7, the thickness of the AlGaAs layer 11 was 41.7% (= 50/120 × 100) with respect to the total thickness of the AlGaAs substrate and the epitaxial layer. In the infrared LED of Inventive Example 8, the thickness of the AlGaAs layer 11 was 8.3% (= 10/120 × 100) with respect to the total thickness of the AlGaAs substrate and the epitaxial layer. In the infrared LED of Inventive Example 9, the thickness of the AlGaAs layer 11 was 81.7% (= 98/120 × 100) with respect to the total thickness of the AlGaAs substrate and the epitaxial layer. In the infrared LED of Inventive Example 10, the thickness of the AlGaAs layer 11 was 30.0% (= 36/120 × 100) with respect to the total thickness of the AlGaAs substrate and the epitaxial layer.

（比較例１）
比較例１のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ層を備えていない点において異なっていた。つまり、比較例１のＡｌＧａＡｓ基板はＧａＡｓ基板からなり、比較例１のエピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤはＧａＡｓ基板上にエピタキシャル層が形成されていた。 (Comparative Example 1)
The AlGaAs substrate, epitaxial wafer, and infrared LED of Comparative Example 1 were basically the same as Example 1 of the present invention, but differed in that they did not have an AlGaAs layer. That is, the AlGaAs substrate of Comparative Example 1 was made of a GaAs substrate, and the epitaxial wafer and the infrared LED of Comparative Example 1 had an epitaxial layer formed on the GaAs substrate.

（比較例２）
比較例２のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ層の厚みを１５０μｍとした点およびエピタキシャル層形成後に、ＧａＡｓ基板全体を除去する工程をさらに実施した点において異なっていた。つまり、比較例２のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、ＧａＡｓ基板を備えていなかった。また比較例２の赤外ＬＥＤにおいてＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板１０とエピタキシャル層２１との合計の厚み（Ｈ１１（＝０）＋Ｈ１３＋Ｈ２１）に対して９６％（＝１５０／１５６．７×１００）であった。なお、比較例２のエピタキシャル層の厚みは６．７μｍであった。 (Comparative Example 2)
The AlGaAs substrate, epitaxial wafer, and infrared LED of Comparative Example 2 were basically the same as Example 1 of the present invention, except that the thickness of the AlGaAs layer was 150 μm and the entire GaAs substrate was removed after the epitaxial layer was formed. It was different in that the step of performing was further performed. That is, the AlGaAs substrate, epitaxial wafer, and infrared LED of Comparative Example 2 did not include a GaAs substrate. In the infrared LED of Comparative Example 2, the thickness of the AlGaAs layer 11 is 96% (= 150 / 156.7 × 100) with respect to the total thickness of the AlGaAs substrate 10 and the epitaxial layer 21 (H11 (= 0) + H13 + H21). Met. In addition, the thickness of the epitaxial layer of the comparative example 2 was 6.7 micrometers.

（比較例３）
比較例３のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ層においてＡｌの組成比が０．３５で一定であった点において異なっていた。 (Comparative Example 3)
The AlGaAs substrate, epitaxial wafer, and infrared LED of Comparative Example 3 were basically the same as Example 1 of the present invention, but differed in that the Al composition ratio in the AlGaAs layer was constant at 0.35. It was.

（比較例４）
比較例４のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＧａＡｓ基板のｎ型キャリア濃度が５×１０16ｃｍ-3未満であった点において異なっていた。 (Comparative Example 4)
The AlGaAs substrate, epitaxial wafer, and infrared LED of Comparative Example 4 were basically the same as Example 1 of the present invention, but the n-type carrier concentration of the GaAs substrate was less than 5 × 10 16 cm −3. Was different.

（比較例５）
比較例５のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＧａＡｓ基板のｎ型キャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3を超えていた点において異なっていた。 (Comparative Example 5)
The AlGaAs substrate, epitaxial wafer and infrared LED of Comparative Example 5 were basically the same as Example 1 of the present invention, but the n-type carrier concentration of the GaAs substrate exceeded 2 × 10 18 cm −3. Was different.

（評価結果）
本発明例１〜１０および比較例１〜５の赤外ＬＥＤについて、光出力および動作電圧をそれぞれ測定した。この場合のチップ寸法は、２２０μｍ角であった。光出力は、定電流源と光出力測定器（積分球）とにより、電流（ＩＦ）を２０ｍＡ流した時の波長が９４０ｎｍの出力を測定した。動作電圧は、パラメータアナライザを用い、赤外ＬＥＤの２電極を介した２端子で測定した。これらの結果を下記の表１に示す。 (Evaluation results)
For the infrared LEDs of Invention Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 5, light output and operating voltage were measured, respectively. The chip size in this case was 220 μm square. The output of light having a wavelength of 940 nm when a current (IF) of 20 mA was passed was measured with a constant current source and a light output measuring instrument (integrating sphere). The operating voltage was measured at two terminals via two electrodes of an infrared LED using a parameter analyzer. These results are shown in Table 1 below.

Figure 2012015394
Figure 2012015394

表１に示すように、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において主表面のＡｌの組成比ｘが裏面のＡｌの組成比ｘよりも低く、かつＧａＡｓ基板が５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度を有する本発明例１〜１０は、ＧａＡｓ基板を完全に除去した比較例２の赤外ＬＥＤと同程度の光出力を維持できるとともに、低い動作電圧を維持できた。このように、ＧａＡｓ基板を残していても、本発明例１〜１０のＡｌＧａＡｓ基板およびエピタキシャルウエハを用いて形成した赤外ＬＥＤの高い特性を維持できた。それに加えて、本発明例１〜１０ではＡｌＧａＡｓ層の厚みおよびその比率を小さくすることができるので、コストを低減することができることがわかった。 As shown in Table 1, in the Al x Ga (1-x) As layer, the Al composition ratio x of the main surface is lower than the Al composition ratio x of the back surface, and the GaAs substrate is 5 × 10 16 cm −3 or more. Inventive Examples 1 to 10 having an n-type carrier concentration of 2 × 10 18 cm −3 or less can maintain the same light output as that of the infrared LED of Comparative Example 2 in which the GaAs substrate is completely removed, and have low operation. The voltage could be maintained. Thus, even if the GaAs substrate was left, the high characteristics of the infrared LED formed using the AlGaAs substrate and the epitaxial wafer of Invention Examples 1 to 10 could be maintained. In addition, it has been found that in Examples 1 to 10 of the present invention, the thickness of the AlGaAs layer and the ratio thereof can be reduced, so that the cost can be reduced.

また、ＡｌＧａＡｓ層１１を備えていなかった比較例１は、本発明例１〜１０よりも出力が大幅に低かった。ＧａＡｓ基板１３を備えていなかった比較例２は、ＡｌＧａＡｓ層に電極を形成したので、本発明例１〜１０よりも動作電圧が高かった。Ａｌ組成比が一定であったＡｌＧａＡｓ層を備えていた比較例３は、本発明例１〜１０よりも動作電圧が大幅に高かった。ｎ型キャリア濃度が５×１０16ｃｍ-3未満であった比較例４は、本発明例１〜１０よりも動作電圧が高かった。ｎ型キャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3を超えていた比較例５は、本発明例１〜１０よりも出力が低かった。 The output of Comparative Example 1 that did not include the AlGaAs layer 11 was significantly lower than that of Examples 1 to 10 of the present invention. In Comparative Example 2, which did not include the GaAs substrate 13, the operating voltage was higher than that of Examples 1 to 10 of the present invention because the electrodes were formed on the AlGaAs layer. Comparative Example 3, which had an AlGaAs layer with a constant Al composition ratio, had a significantly higher operating voltage than Invention Examples 1-10. In Comparative Example 4 where the n-type carrier concentration was less than 5 × 10 16 cm −3 , the operating voltage was higher than that of Examples 1 to 10 of the present invention. The output of Comparative Example 5 in which the n-type carrier concentration exceeded 2 × 10 18 cm −3 was lower than that of Examples 1 to 10 of the present invention.

ここで、本実施例では、ｎ型キャリア濃度を有するＧａＡｓ基板について記載したが、ｐ型キャリア濃度を５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下にすることで同様の効果を有するという知見を本発明者は得ている。また、活性層の構造のみをかえて、波長８５０ｎｍとした場合でも、本発明例と比較例の出力の大小関係は波長９４０ｎｍの場合と変わらないという結果が確認され、また、チップ寸法が３５０μｍの場合でも、２２０μｍと同様の傾向が確認され、本構造の設計の差異の効果が確認された。 Here, in this example, a GaAs substrate having an n-type carrier concentration was described, but the same effect can be obtained by setting the p-type carrier concentration to 5 × 10 18 cm −3 or more and 3 × 10 19 cm −3 or less. The present inventor has obtained the knowledge of having this. In addition, even when only the structure of the active layer was changed and the wavelength was set to 850 nm, it was confirmed that the magnitude relationship between the outputs of the present invention and the comparative example was not different from the case of the wavelength of 940 nm, and the chip size was 350 μm. Even in the case, the same tendency as 220 μm was confirmed, and the effect of the difference in design of this structure was confirmed.

以上より、本実施例によれば、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面のＡｌの組成比ｘは、裏面のＡｌの組成比ｘよりも低く、かつＧａＡｓ基板は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有することにより、高い特性を維持できるとともに、コストを低減できることが確認できた。 As described above, according to this example, in the Al x Ga (1-x) As layer, the Al composition ratio x of the main surface is lower than the Al composition ratio x of the back surface, and the GaAs substrate is 5 × High characteristics are maintained by having an n-type carrier concentration of 10 16 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less or a p-type carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more and 3 × 10 19 cm −3 or less. We were able to confirm that the cost could be reduced.

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，１３ａ 主表面、１１ｂ，１３ｂ 裏面、１３ ＧａＡｓ基板、２０ エピタキシャルウエハ、２０ エピタキシャル層、２２ 活性層を含む層、２６ 透明導電膜、２８ エッチングストップ層、３０ａ，３０ｂ 赤外ＬＥＤ、３１ 第１の電極、３２ 第２の電極。   10 AlGaAs substrate, 11 AlGaAs layer, 11a, 13a main surface, 11b, 13b back surface, 13 GaAs substrate, 20 epitaxial wafer, 20 epitaxial layer, 22 layer including active layer, 26 transparent conductive film, 28 etching stop layer, 30a, 30b Infrared LED, 31 first electrode, 32 second electrode.

Claims (11)

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）と、
前記裏面に形成されたＧａＡｓ基板とを備え、
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、前記主表面のＡｌの組成比ｘは、前記裏面のＡｌの組成比ｘよりも低く、
前記ＧａＡｓ基板は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する、ＡｌＧａＡｓ基板。 An Al x Ga (1-x) As layer (0 ≦ x ≦ 1) having a main surface and a back surface opposite to the main surface;
A GaAs substrate formed on the back surface,
In the Al x Ga (1-x) As layer, the Al composition ratio x of the main surface is lower than the Al composition ratio x of the back surface,
The GaAs substrate has an n-type carrier concentration of 5 × 10 16 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less, or a p-type carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more and 3 × 10 19 cm −3 or less. AlGaAs substrate. 前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の厚みが全体の厚みに対して０％を超えて３０％未満である、請求項１に記載のＡｌＧａＡｓ基板。 The AlGaAs substrate according to claim 1, wherein the thickness of the Al x Ga (1-x) As layer is more than 0% and less than 30% with respect to the total thickness. 前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は、１層からなる、請求項１または２に記載のＡｌＧａＡｓ基板。 The AlGaAs substrate according to claim 1, wherein the Al x Ga (1-x) As layer is composed of one layer. 前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘの最小値が０以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＡｌＧａＡｓ基板。 The AlGaAs substrate according to claim 1, wherein a minimum value of an Al composition ratio x of the Al x Ga (1-x) As layer is 0 or more. 前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘの最大値が０．５以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＡｌＧａＡｓ基板。 The AlGaAs substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein a maximum value of an Al composition ratio x of the Al x Ga (1-x) As layer is 0.5 or less. 前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の厚み方向の異なる２点のＡｌの組成比ｘの差を△Ａｌとし、前記２点の厚みの差（μｍ）を△ｔとした場合に、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＡｌＧａＡｓ基板。 When the difference in Al composition ratio x between two different points in the thickness direction of the Al x Ga (1-x) As layer is ΔAl and the difference in thickness (μm) between the two points is Δt, 6. The AlGaAs substrate according to claim 1, wherein Al / Δt is 1 × 10 −3 / μm or more and 2 × 10 −2 / μm or less. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のＡｌＧａＡｓ基板と、
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の前記主表面上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層とを備えた、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。 The AlGaAs substrate according to any one of claims 1 to 6,
An infrared wafer for an infrared LED, comprising: an epitaxial layer formed on the main surface of the Al x Ga (1-x) As layer and including an active layer. 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７に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。   The epitaxial wafer for infrared LEDs according to claim 7, further comprising a transparent conductive film formed on the epitaxial layer. 請求項７または８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第１および第２の電極とを備えた、赤外ＬＥＤ。 An epitaxial wafer for infrared LEDs according to claim 7 or 8,
An infrared LED comprising first and second electrodes formed on the epitaxial wafer. 前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の厚みが前記ＡｌＧａＡｓ基板と前記エピタキシャル層との合計の厚みに対して４％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 thickness of the Al x Ga (1-x) As layer is 4% or more with respect to a total thickness of the AlGaAs substrate and the epitaxial layer. 前記第１の電極は、前記エピタキシャル層上に形成され、
前記第２の電極は、前記ＧａＡｓ基板上に形成された、請求項９または１０に記載の赤外ＬＥＤ。 The first electrode is formed on the epitaxial layer;
The infrared LED according to claim 9 or 10, wherein the second electrode is formed on the GaAs substrate.
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