JP3353703B2 - エピタキシャルウエーハ及び発光ダイオード - Google Patents
エピタキシャルウエーハ及び発光ダイオードInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超薄型のエピタキ
シャルウエーハ及び発光ダイオードに関する。
シャルウエーハ及び発光ダイオードに関する。
【０００２】
【関連技術】発光ダイオードは、半導体のｐ−ｎ接合に
順方向の電流を流すことにより電気エネルギーを直接光
に変換する素子である。 III−Ｖ族化合物半導体は、紫
外光ないし赤外光の波長に相当するバンドギャップを有
するため、発光ダイオードの材料としてよく用いられ
る。その中でも、赤色から緑色の光を発する燐化ガリウ
ム（ＧａＰ）系発光ダイオード素子や、赤外から黄色の
光を発する砒化ガリウム（ＧａＡｓ）系発光ダイオード
素子が広く用いられている。
順方向の電流を流すことにより電気エネルギーを直接光
に変換する素子である。 III−Ｖ族化合物半導体は、紫
外光ないし赤外光の波長に相当するバンドギャップを有
するため、発光ダイオードの材料としてよく用いられ
る。その中でも、赤色から緑色の光を発する燐化ガリウ
ム（ＧａＰ）系発光ダイオード素子や、赤外から黄色の
光を発する砒化ガリウム（ＧａＡｓ）系発光ダイオード
素子が広く用いられている。
【０００３】図１０に、従来のＧａＰ系発光ダイオード
の構造の一例を示す。この構造は、厚さ２８０μｍ、キ
ャリア濃度１×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＰ単結晶基板１
２上に、厚さ１００μｍ、キャリア濃度８×１０16ｃｍ
-3のｎ型ＧａＰエピタキシャル層（以下、単に「バッフ
ァ層」と呼ぶことがある。）１３を成長し、さらにその
上に、厚さ２０μｍでキャリア濃度６×１０16ｃｍ-3の
ｎ型ＧａＰエピタキシャル層１４、ｐ−ｎ接合部１５、
及び厚さ２０μｍ、キャリア濃度１×１０17ｃｍ-3のｐ
型ＧａＰエピタキシャル層１６からなる発光領域を順次
形成したものである。この構造にｎ電極１１とｐ電極１
７を形成すると、前記化合物半導体単結晶基板１２とエ
ピタキシャル層１３〜１６とを合わせた厚さが４２０μ
ｍのＧａＰ系発光ダイオード２０が得られる。
の構造の一例を示す。この構造は、厚さ２８０μｍ、キ
ャリア濃度１×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＰ単結晶基板１
２上に、厚さ１００μｍ、キャリア濃度８×１０16ｃｍ
-3のｎ型ＧａＰエピタキシャル層（以下、単に「バッフ
ァ層」と呼ぶことがある。）１３を成長し、さらにその
上に、厚さ２０μｍでキャリア濃度６×１０16ｃｍ-3の
ｎ型ＧａＰエピタキシャル層１４、ｐ−ｎ接合部１５、
及び厚さ２０μｍ、キャリア濃度１×１０17ｃｍ-3のｐ
型ＧａＰエピタキシャル層１６からなる発光領域を順次
形成したものである。この構造にｎ電極１１とｐ電極１
７を形成すると、前記化合物半導体単結晶基板１２とエ
ピタキシャル層１３〜１６とを合わせた厚さが４２０μ
ｍのＧａＰ系発光ダイオード２０が得られる。
【０００４】従来用いられているバッファ層１３の厚さ
は、せいぜい１００μｍまでである。これは、従来必要
とされている発光強度であれば、バッファ層１３の厚さ
が１００μｍ程度で充分な発光強度が得られたためであ
る。
は、せいぜい１００μｍまでである。これは、従来必要
とされている発光強度であれば、バッファ層１３の厚さ
が１００μｍ程度で充分な発光強度が得られたためであ
る。
【０００５】高い発光強度を得るために、このバッファ
層１３が必要な理由の一つは、現在入手可能なＧａＰ単
結晶基板１２には５×１０4 ｃｍ-2〜１×１０5 ｃｍ-2
程度に高密度の転位が発生し純度も低いため、ＧａＰ単
結晶基板１２に近い成長初期のエピタキシャル層は質の
悪いものとなり、そのままでは高い発光強度が得られな
いからである。そこで、発光領域を構成するエピタキシ
ャル層１４〜１６とＧａＰ単結晶基板１２との間に、緩
衝層としてバッファ層１３が設けられる。
層１３が必要な理由の一つは、現在入手可能なＧａＰ単
結晶基板１２には５×１０4 ｃｍ-2〜１×１０5 ｃｍ-2
程度に高密度の転位が発生し純度も低いため、ＧａＰ単
結晶基板１２に近い成長初期のエピタキシャル層は質の
悪いものとなり、そのままでは高い発光強度が得られな
いからである。そこで、発光領域を構成するエピタキシ
ャル層１４〜１６とＧａＰ単結晶基板１２との間に、緩
衝層としてバッファ層１３が設けられる。
【０００６】バッファ層１３が必要な別の理由は、Ｇａ
Ｐ単結晶基板１２の光透過率がエピタキシャル層である
バッファ層１３の光透過率と比較して劣ることにある。
ＧａＰ単結晶基板１２とバッファ層１３の入光波長に対
する光透過率を図１１に示す。例えば、ＧａＰ系発光ダ
イオードの発光として一般的な黄緑色の波長である５７
０μｍ付近においては、光透過率に約５％の差がある。
Ｐ単結晶基板１２の光透過率がエピタキシャル層である
バッファ層１３の光透過率と比較して劣ることにある。
ＧａＰ単結晶基板１２とバッファ層１３の入光波長に対
する光透過率を図１１に示す。例えば、ＧａＰ系発光ダ
イオードの発光として一般的な黄緑色の波長である５７
０μｍ付近においては、光透過率に約５％の差がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、化合物半導体
単結晶基板（以下、単に「単結晶基板」と呼ぶことがあ
る。）を薄くすることにより、光透過率の劣化を抑制す
ることが行われている。単結晶基板を薄くするには、ま
ず、薄い単結晶基板をエピタキシャル成長に用いる方法
がある。しかし、この方法によると、単結晶基板が薄け
れば薄いほどエピタキシャル成長工程で単結晶基板が多
く割れてしまうので、生産性が大幅に減少してしまう。
単結晶基板（以下、単に「単結晶基板」と呼ぶことがあ
る。）を薄くすることにより、光透過率の劣化を抑制す
ることが行われている。単結晶基板を薄くするには、ま
ず、薄い単結晶基板をエピタキシャル成長に用いる方法
がある。しかし、この方法によると、単結晶基板が薄け
れば薄いほどエピタキシャル成長工程で単結晶基板が多
く割れてしまうので、生産性が大幅に減少してしまう。
【０００８】現在の技術水準から考えると、単結晶基板
を薄くするには、エピタキシャル成長後に単結晶基板の
主裏面をラッピング等により削るのが一番良い方法であ
る。しかし、ラッピング等により単結晶基板を残り１０
μｍよりさらに薄くしていくと、ラッピング加工の精度
やエピタキシャル層の成長ムラのために、単結晶基板の
一部が欠損しエピタキシャル層が露出することがある。
を薄くするには、エピタキシャル成長後に単結晶基板の
主裏面をラッピング等により削るのが一番良い方法であ
る。しかし、ラッピング等により単結晶基板を残り１０
μｍよりさらに薄くしていくと、ラッピング加工の精度
やエピタキシャル層の成長ムラのために、単結晶基板の
一部が欠損しエピタキシャル層が露出することがある。
【０００９】従来より用いられている単結晶基板２は１
×１０17ｃｍ-3以上のキャリア濃度を有しており、電極
１とオーミックコンタクトを形成することができる。一
方、発光ダイオードを製造する際には、高輝度を実現す
るために従来より、単結晶基板の直上に位置するエピタ
キシャル層のキャリア濃度を１×１０17ｃｍ-3よりも小
さくしている。そのため、単結晶基板主裏面の一部が欠
損しエピタキシャル層が露出すると、該エピタキシャル
層の露出箇所でオーミック電極が形成できなかったり、
順方向電圧が高くなる等、光学電気特性上での問題が発
生してしまう。そこで、従来は単結晶基板を残り１０μ
ｍよりさらに薄くすることができなかった。
×１０17ｃｍ-3以上のキャリア濃度を有しており、電極
１とオーミックコンタクトを形成することができる。一
方、発光ダイオードを製造する際には、高輝度を実現す
るために従来より、単結晶基板の直上に位置するエピタ
キシャル層のキャリア濃度を１×１０17ｃｍ-3よりも小
さくしている。そのため、単結晶基板主裏面の一部が欠
損しエピタキシャル層が露出すると、該エピタキシャル
層の露出箇所でオーミック電極が形成できなかったり、
順方向電圧が高くなる等、光学電気特性上での問題が発
生してしまう。そこで、従来は単結晶基板を残り１０μ
ｍよりさらに薄くすることができなかった。
【００１０】また、近年、電気製品等の小型化及び薄型
化の要求が強まるにつれ、発光ダイオードも薄くする必
要が出てきた。従来用いられている発光ダイオードにお
いて、化合物半導体単結晶基板とエピタキシャル層とを
合わせた厚さは、典型的には２５０μｍ〜４５０μｍで
あった。
化の要求が強まるにつれ、発光ダイオードも薄くする必
要が出てきた。従来用いられている発光ダイオードにお
いて、化合物半導体単結晶基板とエピタキシャル層とを
合わせた厚さは、典型的には２５０μｍ〜４５０μｍで
あった。
【００１１】本発明は、上記した従来の問題点を鑑みて
なされたものであり、オーミック電極不良の発生が抑止
された超薄型の発光ダイオード及び該発光ダイオード用
のエピタキシャルウエーハを提供することを目的とす
る。
なされたものであり、オーミック電極不良の発生が抑止
された超薄型の発光ダイオード及び該発光ダイオード用
のエピタキシャルウエーハを提供することを目的とす
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に記載の発明は、化合物半導体単
結晶基板の主表面上にエピタキシャル層を形成した構造
を有するエピタキシャルウエーハにおいて、前記化合物
半導体単結晶基板とエピタキシャル層とを合わせた厚さ
が２００μｍ以下であり、前記化合物半導体単結晶基板
は厚さが１０μｍ以下であり、当該化合物半導体単結晶
基板の裏面側に、該化合物半導体単結晶基板の主表面直
上に厚さ１２０μｍ以上に形成されたバッファ層が露出
され、該バッファ層の露出部におけるキャリア濃度が１
×１０17ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3であることを特徴と
するエピタキシャルウエーハである。
に、本発明の請求項１に記載の発明は、化合物半導体単
結晶基板の主表面上にエピタキシャル層を形成した構造
を有するエピタキシャルウエーハにおいて、前記化合物
半導体単結晶基板とエピタキシャル層とを合わせた厚さ
が２００μｍ以下であり、前記化合物半導体単結晶基板
は厚さが１０μｍ以下であり、当該化合物半導体単結晶
基板の裏面側に、該化合物半導体単結晶基板の主表面直
上に厚さ１２０μｍ以上に形成されたバッファ層が露出
され、該バッファ層の露出部におけるキャリア濃度が１
×１０17ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3であることを特徴と
するエピタキシャルウエーハである。
【００１３】このように、化合物半導体単結晶基板の裏
面側に主表面のエピタキシャル層が露出され、該エピタ
キシャル層の露出部におけるキャリア濃度が１×１０17
ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3であるエピタキシャルウエー
ハは、化合物半導体単結晶基板の主裏面をラッピング等
で主表面のエピタキシャル層が露出するほど薄く削って
製造したとしても、該エピタキシャル層の露出箇所でオ
ーミック電極が形成できなかったり、順方向電圧が高く
なる等の問題が発生することがないので、オーミック電
極不良の発生を抑止することができる。
面側に主表面のエピタキシャル層が露出され、該エピタ
キシャル層の露出部におけるキャリア濃度が１×１０17
ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3であるエピタキシャルウエー
ハは、化合物半導体単結晶基板の主裏面をラッピング等
で主表面のエピタキシャル層が露出するほど薄く削って
製造したとしても、該エピタキシャル層の露出箇所でオ
ーミック電極が形成できなかったり、順方向電圧が高く
なる等の問題が発生することがないので、オーミック電
極不良の発生を抑止することができる。
【００１４】この場合、化合物半導体単結晶基板の裏面
側に露出したエピタキシャル層のキャリア濃度は、化合
物半導体単結晶基板の主表面からエピタキシャル層の成
長方向に少なくとも５μｍの範囲において、１×１０17
ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3であることが好ましい。
側に露出したエピタキシャル層のキャリア濃度は、化合
物半導体単結晶基板の主表面からエピタキシャル層の成
長方向に少なくとも５μｍの範囲において、１×１０17
ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3であることが好ましい。
【００１５】このように、化合物半導体単結晶基板の裏
面側に露出したエピタキシャル層のキャリア濃度が、前
記化合物半導体単結晶基板の主表面からエピタキシャル
層の成長方向に少なくとも５μｍの範囲において、１×
１０17ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3であれば、ラッピング
加工のバラツキやエピタキシャル層の成長ムラがあって
もなお、前記エピタキシャル層の露出箇所でオーミック
コンタクトを形成するのに十分なキャリア濃度を維持す
ることができる。
面側に露出したエピタキシャル層のキャリア濃度が、前
記化合物半導体単結晶基板の主表面からエピタキシャル
層の成長方向に少なくとも５μｍの範囲において、１×
１０17ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3であれば、ラッピング
加工のバラツキやエピタキシャル層の成長ムラがあって
もなお、前記エピタキシャル層の露出箇所でオーミック
コンタクトを形成するのに十分なキャリア濃度を維持す
ることができる。
【００１６】また、化合物半導体単結晶基板の裏面側に
露出したエピタキシャル層は、例えば、該エピタキシャ
ル層の成長方向の転位密度が一定となる厚さを有するバ
ッファ層であり、該バッファ層上に発光層を形成したも
のであることが好ましい。
露出したエピタキシャル層は、例えば、該エピタキシャ
ル層の成長方向の転位密度が一定となる厚さを有するバ
ッファ層であり、該バッファ層上に発光層を形成したも
のであることが好ましい。
【００１７】このように、化合物半導体単結晶基板の裏
面側に露出したエピタキシャル層が、該エピタキシャル
層の成長方向の転位密度が一定となる厚さを有するバッ
ファ層であり、該バッファ層上に発光層を形成したもの
であれば、転位密度の影響により低下する発光強度の割
合も一定となるので、発光ダイオードの発光強度の個体
差を少なくすることができる。
面側に露出したエピタキシャル層が、該エピタキシャル
層の成長方向の転位密度が一定となる厚さを有するバッ
ファ層であり、該バッファ層上に発光層を形成したもの
であれば、転位密度の影響により低下する発光強度の割
合も一定となるので、発光ダイオードの発光強度の個体
差を少なくすることができる。
【００１８】さらに、本発明においては、前記化合物半
導体単結晶基板は、厚さが１０μｍ以下であることが好
ましい。このようにすれば、化合物半導体単結晶基板に
よる光透過率の劣化を抑制することができるとともに、
発光ダイオード全体の厚さを大幅に薄くすることができ
るので、発光強度が高く、超薄型の発光ダイオードを実
現することができる。
導体単結晶基板は、厚さが１０μｍ以下であることが好
ましい。このようにすれば、化合物半導体単結晶基板に
よる光透過率の劣化を抑制することができるとともに、
発光ダイオード全体の厚さを大幅に薄くすることができ
るので、発光強度が高く、超薄型の発光ダイオードを実
現することができる。
【００１９】そして、前記バッファ層は厚さが１２０μ
ｍ〜２５０μｍ以下であることが好ましい。このように
すれば、バッファ層中において、エピタキシャル層の成
長方向の転位密度が一定となる範囲が大きくなるので、
個体差の少ない発光ダイオードを得ることができる。
ｍ〜２５０μｍ以下であることが好ましい。このように
すれば、バッファ層中において、エピタキシャル層の成
長方向の転位密度が一定となる範囲が大きくなるので、
個体差の少ない発光ダイオードを得ることができる。
【００２０】また、本発明のエピタキシャルウエーハ
は、前記化合物半導体単結晶基板とエピタキシャル層と
を合わせた厚さが２００μｍ以下であることがより好ま
しい。このような厚さのエピタキシャルウエーハを用い
て製造すれば、電気製品の小型化及び薄型化の要求にも
十分耐え得る発光ダイオードとなる。
は、前記化合物半導体単結晶基板とエピタキシャル層と
を合わせた厚さが２００μｍ以下であることがより好ま
しい。このような厚さのエピタキシャルウエーハを用い
て製造すれば、電気製品の小型化及び薄型化の要求にも
十分耐え得る発光ダイオードとなる。
【００２１】さらに、例えば、前記化合物半導体単結晶
基板は燐化ガリウムであり（請求項２）、前記化合物半
導体単結晶基板の導電型と前記バッファ層の導電型がと
もにｎ型であり（請求項３）、前記バッファ層上に発光
領域となるエピタキシャル層が形成され、該発光領域に
発光中心として窒素がドープされているものである（請
求項４）。本発明のエピタキシャルウエーハをこのよう
な構成にすれば、パイロットランプ、数字の表示素子等
の表示用発光ダイオードを製造することができ、人間の
目の視感度が最も高い、発光波長が５７０ｎｍ付近とな
る緑色の光を発光する発光ダイオードとすることができ
る。
基板は燐化ガリウムであり（請求項２）、前記化合物半
導体単結晶基板の導電型と前記バッファ層の導電型がと
もにｎ型であり（請求項３）、前記バッファ層上に発光
領域となるエピタキシャル層が形成され、該発光領域に
発光中心として窒素がドープされているものである（請
求項４）。本発明のエピタキシャルウエーハをこのよう
な構成にすれば、パイロットランプ、数字の表示素子等
の表示用発光ダイオードを製造することができ、人間の
目の視感度が最も高い、発光波長が５７０ｎｍ付近とな
る緑色の光を発光する発光ダイオードとすることができ
る。
【００２２】本発明の発光ダイオードは、請求項１ない
し請求項４のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエ
ーハに電極を形成してなるものである。そして、化合物
半導体単結晶基板側に形成された電極のうち少なくとも
一部の電極は、エピタキシャル層の露出部に亘って形成
されることを特徴とする。
し請求項４のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエ
ーハに電極を形成してなるものである。そして、化合物
半導体単結晶基板側に形成された電極のうち少なくとも
一部の電極は、エピタキシャル層の露出部に亘って形成
されることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明について、本発明の
実施の形態の一例としてＧａＰ系発光ダイオードを例示
しながらさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限
定されるものではない。
実施の形態の一例としてＧａＰ系発光ダイオードを例示
しながらさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限
定されるものではない。
【００２４】図１に、本発明に係る発光ダイオード素子
の一例を示す。図１において、化合物半導体ＧａＰ単結
晶基板２の主表面直上には、厚さ５μｍ以上、キャリア
濃度１×１０17ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3のバッファ層
３ａが形成されている。そして、ＧａＰ単結晶基板２を
ラッピング等により削って薄くした後には、該ＧａＰ単
結晶基板２の主裏面にキャリア濃度１×１０17ｃｍ-3〜
２×１０18ｃｍ-3のバッファ層３ａの露出部８が部分的
に形成される。
の一例を示す。図１において、化合物半導体ＧａＰ単結
晶基板２の主表面直上には、厚さ５μｍ以上、キャリア
濃度１×１０17ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3のバッファ層
３ａが形成されている。そして、ＧａＰ単結晶基板２を
ラッピング等により削って薄くした後には、該ＧａＰ単
結晶基板２の主裏面にキャリア濃度１×１０17ｃｍ-3〜
２×１０18ｃｍ-3のバッファ層３ａの露出部８が部分的
に形成される。
【００２５】本発明のエピタキシャルウエーハをこの構
成にすることにより、ＧａＰ単結晶基板２を１０μｍ以
下にまで薄く削り取ることができる。ただし、ＧａＰ単
結晶基板２は従来１×１０17ｃｍ-3以上のキャリア濃度
を有しており、電極１とオーミックコンタクトを形成す
ることができるので、完全に除去をしてしまわずに残し
ておく。
成にすることにより、ＧａＰ単結晶基板２を１０μｍ以
下にまで薄く削り取ることができる。ただし、ＧａＰ単
結晶基板２は従来１×１０17ｃｍ-3以上のキャリア濃度
を有しており、電極１とオーミックコンタクトを形成す
ることができるので、完全に除去をしてしまわずに残し
ておく。
【００２６】ラッピング等の加工精度やバッファ層３ａ
の成長ムラを考慮すると、ＧａＰ単結晶基板２の直上に
形成されるキャリア濃度１×１０17ｃｍ-3〜２×１０18
ｃｍ-3のバッファ層３ａは、少なくとも５μｍ以上の厚
さが必要である。バッファ層３は、上記キャリア濃度の
バッファ層３ａのみで構成することができる。ただし、
バッファ層３ａの厚さが５０μｍよりも厚くなると、キ
ャリア濃度が高いので透過度減少による発光強度の低下
が無視できなくなってしまう。そのため、このバッファ
層３ａの厚さは５μｍ〜５０μｍとすることがより好ま
しい。そして、バッファ層３ａの直上に該バッファ層３
ａよりもキャリア濃度の低い第二のバッファ層３ｂを形
成して、バッファ層３を構成する。このバッファ層３の
厚さは、１２０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好
ましい。
の成長ムラを考慮すると、ＧａＰ単結晶基板２の直上に
形成されるキャリア濃度１×１０17ｃｍ-3〜２×１０18
ｃｍ-3のバッファ層３ａは、少なくとも５μｍ以上の厚
さが必要である。バッファ層３は、上記キャリア濃度の
バッファ層３ａのみで構成することができる。ただし、
バッファ層３ａの厚さが５０μｍよりも厚くなると、キ
ャリア濃度が高いので透過度減少による発光強度の低下
が無視できなくなってしまう。そのため、このバッファ
層３ａの厚さは５μｍ〜５０μｍとすることがより好ま
しい。そして、バッファ層３ａの直上に該バッファ層３
ａよりもキャリア濃度の低い第二のバッファ層３ｂを形
成して、バッファ層３を構成する。このバッファ層３の
厚さは、１２０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好
ましい。
【００２７】その理由について以下に説明する。図２
は、ＧａＰ系半導体発光ダイオード用エピタキシャルウ
ェーハについてバッファ層３の厚さと転位密度との関係
をプロットしたものである。図２より、バッファ層３の
厚さが厚くなるに従って該バッファ層３中に発生する転
位密度が減少するが、バッファ層３の厚さが１２０μｍ
以上になったところで転位密度が１×１０4 ｃｍ-2程度
で成長方向に略一定となることが判る。
は、ＧａＰ系半導体発光ダイオード用エピタキシャルウ
ェーハについてバッファ層３の厚さと転位密度との関係
をプロットしたものである。図２より、バッファ層３の
厚さが厚くなるに従って該バッファ層３中に発生する転
位密度が減少するが、バッファ層３の厚さが１２０μｍ
以上になったところで転位密度が１×１０4 ｃｍ-2程度
で成長方向に略一定となることが判る。
【００２８】この図２から明らかなように、従来のバッ
ファ層３の厚さである１００μｍまででは、転位密度が
バッファ層３の厚さ方向に勾配を持っているので、バッ
ファ層３の厚さばらつきにより転位密度が増減するので
発光強度もばらついてしまい、発光強度の個体差が増大
する原因となるのである。
ファ層３の厚さである１００μｍまででは、転位密度が
バッファ層３の厚さ方向に勾配を持っているので、バッ
ファ層３の厚さばらつきにより転位密度が増減するので
発光強度もばらついてしまい、発光強度の個体差が増大
する原因となるのである。
【００２９】図３には、バッファ層３の厚さとＧａＰ系
半導体発光ダイオードの実際の発光強度との関係を示
す。図３に示すように、発光強度は転位密度の影響を受
けやすいので、バッファ層３の厚さが厚くなり転位密度
が減少するに反比例して発光強度が急激に上昇する。そ
して、バッファ層３の厚さが１２０μｍを超えて転位密
度が成長方向に略一定となるところで、発光強度の上昇
率が緩やかになることが判る。
半導体発光ダイオードの実際の発光強度との関係を示
す。図３に示すように、発光強度は転位密度の影響を受
けやすいので、バッファ層３の厚さが厚くなり転位密度
が減少するに反比例して発光強度が急激に上昇する。そ
して、バッファ層３の厚さが１２０μｍを超えて転位密
度が成長方向に略一定となるところで、発光強度の上昇
率が緩やかになることが判る。
【００３０】またバッファ層３の厚さが１２０μｍ以上
で発光強度が緩やかに上昇するもう一つの理由は、バッ
ファ層の厚さを増加することにより、相対的にＧａＰ単
結晶基板２の厚さが薄くなるので、該基板２による光吸
収の影響が小さくなるためである。
で発光強度が緩やかに上昇するもう一つの理由は、バッ
ファ層の厚さを増加することにより、相対的にＧａＰ単
結晶基板２の厚さが薄くなるので、該基板２による光吸
収の影響が小さくなるためである。
【００３１】図１２（ａ），（ｂ）に、バッファ層３の
厚さが異なる２枚の発光ダイオード用エピタキシャルウ
ェーハから得られた複数の発光ダイオードの発光強度ヒ
ストグラムを示す。図１２において、バッファ層３の厚
さが１７０μｍの場合（図１２（ａ））は、８０μｍの
場合（図１２（ｂ））と比較すると発光強度が高く、ま
たバラツキも小さい事が分かる。
厚さが異なる２枚の発光ダイオード用エピタキシャルウ
ェーハから得られた複数の発光ダイオードの発光強度ヒ
ストグラムを示す。図１２において、バッファ層３の厚
さが１７０μｍの場合（図１２（ａ））は、８０μｍの
場合（図１２（ｂ））と比較すると発光強度が高く、ま
たバラツキも小さい事が分かる。
【００３２】つまり、図２に示したように、ＧａＰ単結
晶基板２の表面付近で３×１０5 ｃｍ-2程度あった転位
密度は、バッファ層３の厚さを１２０μｍ以上にする
と、転位密度が従来よりも低い１×１０4 ｃｍ-2程度で
安定するので、発光強度がより高く、且つ、個体差の少
ない発光ダイオードが得られるのである。
晶基板２の表面付近で３×１０5 ｃｍ-2程度あった転位
密度は、バッファ層３の厚さを１２０μｍ以上にする
と、転位密度が従来よりも低い１×１０4 ｃｍ-2程度で
安定するので、発光強度がより高く、且つ、個体差の少
ない発光ダイオードが得られるのである。
【００３３】これについて以下にさらに詳しく説明す
る。転位は不純物との複合体を形成する等の複雑な挙動
を示し、いわゆる深い準位を形成する。例えばドナーと
の複合体を形成した場合、ＧａＰの室温でのバンドギャ
ップ２．２６ｅＶに対し０．３５ｅＶ程度の深い準位を
形成する。この準位は、ＧａＰによく用いられるｎ型ド
ーパントであるＴｅ（テルル）の準位０．０７６ｅＶと
比較すると、はるかに大きい。
る。転位は不純物との複合体を形成する等の複雑な挙動
を示し、いわゆる深い準位を形成する。例えばドナーと
の複合体を形成した場合、ＧａＰの室温でのバンドギャ
ップ２．２６ｅＶに対し０．３５ｅＶ程度の深い準位を
形成する。この準位は、ＧａＰによく用いられるｎ型ド
ーパントであるＴｅ（テルル）の準位０．０７６ｅＶと
比較すると、はるかに大きい。
【００３４】深い準位が形成されていると、発光の際に
は、深い準位における電子とホールの再結合が優先され
るために、浅い準位における再結合が抑制されるので、
内部量子効率が低下する原因となる。
は、深い準位における電子とホールの再結合が優先され
るために、浅い準位における再結合が抑制されるので、
内部量子効率が低下する原因となる。
【００３５】一般に、発光ダイオードの内部量子効率η
i と外部量子効率ηext の間には次の関係がある。 ηext ＝ηI ×ηi ×ηc （ηext ：外部量子効率 ηI ：注入効率 ηi ：内部
量子効率 ηc ：取り出し効率） ここで外部量子効率とは、発光ダイオードに流れた全電
流に対し、発光ダイオードから外部に発光された光の総
量の割合を表す。注入効率とは、発光に寄与する少数キ
ャリアが発光領域に注入される割合を表す。内部量子効
率とは、発光するために注入された少数キャリアが発光
再結合し、光を発生する割合を表す。また、取り出し効
率とは、発光された光が素子の外に取り出される効率を
表す。
i と外部量子効率ηext の間には次の関係がある。 ηext ＝ηI ×ηi ×ηc （ηext ：外部量子効率 ηI ：注入効率 ηi ：内部
量子効率 ηc ：取り出し効率） ここで外部量子効率とは、発光ダイオードに流れた全電
流に対し、発光ダイオードから外部に発光された光の総
量の割合を表す。注入効率とは、発光に寄与する少数キ
ャリアが発光領域に注入される割合を表す。内部量子効
率とは、発光するために注入された少数キャリアが発光
再結合し、光を発生する割合を表す。また、取り出し効
率とは、発光された光が素子の外に取り出される効率を
表す。
【００３６】つまり、バッファ層３の厚さを１２０μｍ
以上にすることによりバッファ層３内の転位密度が低減
されると、内部量子効率ηi が高くなるので、外部量子
効率ηext が高くなり、その結果発光強度が高くなるの
である。
以上にすることによりバッファ層３内の転位密度が低減
されると、内部量子効率ηi が高くなるので、外部量子
効率ηext が高くなり、その結果発光強度が高くなるの
である。
【００３７】ただし、図２に示されるように、バッファ
層３の厚さが２５０μｍを越えると転位密度が再び増加
する傾向が出始めるので、バッファ層３の厚さは１２０
μｍ以上であって２５０μｍ以下であることが好まし
い。
層３の厚さが２５０μｍを越えると転位密度が再び増加
する傾向が出始めるので、バッファ層３の厚さは１２０
μｍ以上であって２５０μｍ以下であることが好まし
い。
【００３８】図４に、ＧａＰ単結晶基板２に隣接するバ
ッファ層３ａのキャリア濃度と順方向電圧ＶF の関係を
示す。図４において、前記キャリア濃度が１×１０17ｃ
ｍ-3より低いと、順方向電圧ＶF は急激に高くなる事が
分かる。これは、前記キャリア濃度が低い場合、ｎ電極
１とオーミック接触しづらくなる為である。すなわち、
ＧａＰ単結晶基板２の主裏面に露出したバッファ層３ａ
とｎ電極１の間に良好なオーミック接触を実現するため
には、バッファ層３ａのキャリア濃度が１×１０17ｃｍ
-3以上であることが好ましいのである。
ッファ層３ａのキャリア濃度と順方向電圧ＶF の関係を
示す。図４において、前記キャリア濃度が１×１０17ｃ
ｍ-3より低いと、順方向電圧ＶF は急激に高くなる事が
分かる。これは、前記キャリア濃度が低い場合、ｎ電極
１とオーミック接触しづらくなる為である。すなわち、
ＧａＰ単結晶基板２の主裏面に露出したバッファ層３ａ
とｎ電極１の間に良好なオーミック接触を実現するため
には、バッファ層３ａのキャリア濃度が１×１０17ｃｍ
-3以上であることが好ましいのである。
【００３９】ただし、バッファ層３ａのキャリア濃度が
２×１０18ｃｍ-3より高くなると、該バッファ層３ａに
発生する転位の密度が２×１０5 ｃｍ-2より増加してし
まう。転位は非発光中心として働くので、高輝度の発光
ダイオードを得るためには、バッファ層３ａのキャリア
濃度を２×１０18ｃｍ-3以下に保つことが重要である。
すなわち、バッファ層３ａのキャリア濃度は１×１０17
ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3であることが好ましい。
２×１０18ｃｍ-3より高くなると、該バッファ層３ａに
発生する転位の密度が２×１０5 ｃｍ-2より増加してし
まう。転位は非発光中心として働くので、高輝度の発光
ダイオードを得るためには、バッファ層３ａのキャリア
濃度を２×１０18ｃｍ-3以下に保つことが重要である。
すなわち、バッファ層３ａのキャリア濃度は１×１０17
ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3であることが好ましい。
【００４０】
【実施例】以下に、本発明の発光ダイオード及び該発光
ダイオード用エピタキシャルウエーハについて具体的に
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。 （実施例１）図５は、本発明の発光ダイオード用エピタ
キシャルウェーハ９を製造する方法を模式的に示した図
である。図５に示すように、キャリア濃度１×１０17ｃ
ｍ-3のｎ型ＧａＰ単結晶基板２上にｎ型ＧａＰであるバ
ッファ層３をバッファ層３ａ及び３ｂとして順次成長
し、さらに、ｎ型エピタキシャル層４とｐ型エピタキシ
ャル層６を発光領域として形成する。ここで、５はｐ−
ｎ接合部である。
ダイオード用エピタキシャルウエーハについて具体的に
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。 （実施例１）図５は、本発明の発光ダイオード用エピタ
キシャルウェーハ９を製造する方法を模式的に示した図
である。図５に示すように、キャリア濃度１×１０17ｃ
ｍ-3のｎ型ＧａＰ単結晶基板２上にｎ型ＧａＰであるバ
ッファ層３をバッファ層３ａ及び３ｂとして順次成長
し、さらに、ｎ型エピタキシャル層４とｐ型エピタキシ
ャル層６を発光領域として形成する。ここで、５はｐ−
ｎ接合部である。
【００４１】この時使用されるＧａＰ単結晶基板２の厚
さは、２００μｍから３００μｍである。経験上、厚さ
が２００μｍ以下ではＧａＰ単結晶基板２は割れやすく
取り扱いが難しいため、２００μｍ以上の厚さを有する
ものを用いる。もちろん、割れの発生の少ない工程であ
ればさらに薄い基板を用いても良い。
さは、２００μｍから３００μｍである。経験上、厚さ
が２００μｍ以下ではＧａＰ単結晶基板２は割れやすく
取り扱いが難しいため、２００μｍ以上の厚さを有する
ものを用いる。もちろん、割れの発生の少ない工程であ
ればさらに薄い基板を用いても良い。
【００４２】一方、ＧａＰ単結晶基板２の厚さが３００
μｍ以上の場合は、割れの発生は減少するが最終的にラ
ッピング等により除去される量が多くなるので、コスト
アップの要因となる。しかし、工程上３００μｍ以上の
基板厚さが必要であれば、３００μｍ以上でも良いこと
は言うまでもない。本実施例では厚さ２８０μｍのｎ型
ＧａＰ単結晶基板を用いた。
μｍ以上の場合は、割れの発生は減少するが最終的にラ
ッピング等により除去される量が多くなるので、コスト
アップの要因となる。しかし、工程上３００μｍ以上の
基板厚さが必要であれば、３００μｍ以上でも良いこと
は言うまでもない。本実施例では厚さ２８０μｍのｎ型
ＧａＰ単結晶基板を用いた。
【００４３】まず、図６に模式的に示す液相エピタキシ
ャル成長装置の成長容器６１内にｎ型ＧａＰ単結晶基板
２を載置し、融液容器６３内にＧａ融液６２を満たし、
その中にＧａＰ多結晶６４及びｎ型ドーパントであるＴ
ｅ（テルル）６５を添加する。次に、Ｇａ融液６２の温
度を、この場合の熱処理グラフ図である図７に示すＴ1
まで高め、ＧａＰ多結晶６４及びＴｅ６５を溶解してＧ
ａ溶液６８を準備する。さらに、温度Ｔ1 でスライド棒
６６により融液容器６３を移動し、該融液容器６３に設
けられた穴６７を通して、ＧａＰが飽和したＧａ溶液６
８をＧａＰ単結晶基板２上に移動させる。その後、Ｇａ
溶液６８の温度を図７に示すＴ2 まで徐々に冷却して、
バッファ層３ａを得る。
ャル成長装置の成長容器６１内にｎ型ＧａＰ単結晶基板
２を載置し、融液容器６３内にＧａ融液６２を満たし、
その中にＧａＰ多結晶６４及びｎ型ドーパントであるＴ
ｅ（テルル）６５を添加する。次に、Ｇａ融液６２の温
度を、この場合の熱処理グラフ図である図７に示すＴ1
まで高め、ＧａＰ多結晶６４及びＴｅ６５を溶解してＧ
ａ溶液６８を準備する。さらに、温度Ｔ1 でスライド棒
６６により融液容器６３を移動し、該融液容器６３に設
けられた穴６７を通して、ＧａＰが飽和したＧａ溶液６
８をＧａＰ単結晶基板２上に移動させる。その後、Ｇａ
溶液６８の温度を図７に示すＴ2 まで徐々に冷却して、
バッファ層３ａを得る。
【００４４】エピタキシャル成長する際、徐冷する温度
帯Ｔ1 −Ｔ2 及びＧａ溶液６８の厚さＤを変化させる事
により、得られるエピタキシャル層の厚さが変化する。
例えば、成長温度帯を相対的に高くしたり、ＧａＰ単結
晶基板２と垂直方向のＧａ溶液６８の厚さを厚くする
と、バッファ層３の厚さがより厚くなる傾向があるの
で、必要なバッファ層３の厚さから成長温度帯Ｔ1 −Ｔ
2 及びＧａ溶液６８の厚さＤを決定する。
帯Ｔ1 −Ｔ2 及びＧａ溶液６８の厚さＤを変化させる事
により、得られるエピタキシャル層の厚さが変化する。
例えば、成長温度帯を相対的に高くしたり、ＧａＰ単結
晶基板２と垂直方向のＧａ溶液６８の厚さを厚くする
と、バッファ層３の厚さがより厚くなる傾向があるの
で、必要なバッファ層３の厚さから成長温度帯Ｔ1 −Ｔ
2 及びＧａ溶液６８の厚さＤを決定する。
【００４５】本実施例の場合、厚さ１５μｍ、キャリア
濃度１×１０17ｃｍ-3のバッファ層３ａを成長するため
に、Ｇａ溶液６８に１０５０℃でＧａＰ単結晶基板２を
接触させ、１．０℃／ｍｉｎの速度で１０１０℃まで降
温させた後に、ＧａＰ単結晶基板２をＧａ溶液６８から
切り離してバッファ層３ａのエピタキシャル成長を終了
させた。
濃度１×１０17ｃｍ-3のバッファ層３ａを成長するため
に、Ｇａ溶液６８に１０５０℃でＧａＰ単結晶基板２を
接触させ、１．０℃／ｍｉｎの速度で１０１０℃まで降
温させた後に、ＧａＰ単結晶基板２をＧａ溶液６８から
切り離してバッファ層３ａのエピタキシャル成長を終了
させた。
【００４６】次に、バッファ層３ａ上に、厚さ１４０μ
ｍ、キャリア濃度５×１０16ｃｍ-3のバッファ層３ｂ並
びに、直接発光に寄与するそれぞれの厚さが２０μｍの
ｎ型エピタキシャル層４とｐ型エピタキシャル層６を、
同様にして液相成長した。本実施例では、発光中心とし
てＮ（窒素）をドープするためにｎ型エピタキシャル層
４の成長中に成長容器６１内にＮＨ3 ガスを導入した。
さらに、ｎ型エピタキシャル層４を成長後、成長容器６
１内にｐ型ドーパントであるＺｎ（亜鉛）をガス化して
導入し、ｐ−ｎ接合部５及びｐ型エピタキシャル層６を
形成した。
ｍ、キャリア濃度５×１０16ｃｍ-3のバッファ層３ｂ並
びに、直接発光に寄与するそれぞれの厚さが２０μｍの
ｎ型エピタキシャル層４とｐ型エピタキシャル層６を、
同様にして液相成長した。本実施例では、発光中心とし
てＮ（窒素）をドープするためにｎ型エピタキシャル層
４の成長中に成長容器６１内にＮＨ3 ガスを導入した。
さらに、ｎ型エピタキシャル層４を成長後、成長容器６
１内にｐ型ドーパントであるＺｎ（亜鉛）をガス化して
導入し、ｐ−ｎ接合部５及びｐ型エピタキシャル層６を
形成した。
【００４７】なお、本実施例ではｎ型エピタキシャル層
４及びｐ型エピタキシャル層６をバッファ層３上に積み
上げる方法（積み上げ法）について説明したが、図９に
示すように、バッファ層３ｂの上部を溶かし込んで得ら
れるＧａＰを、エピタキシャル層を成長するための原料
として使用する方法（メルトバック法）で行っても良
い。その場合には、バッファ層３ｂを溶かし込む厚さ分
だけ予め厚く成長しておくように設計する必要がある。
４及びｐ型エピタキシャル層６をバッファ層３上に積み
上げる方法（積み上げ法）について説明したが、図９に
示すように、バッファ層３ｂの上部を溶かし込んで得ら
れるＧａＰを、エピタキシャル層を成長するための原料
として使用する方法（メルトバック法）で行っても良
い。その場合には、バッファ層３ｂを溶かし込む厚さ分
だけ予め厚く成長しておくように設計する必要がある。
【００４８】このようにしてＧａＰ単結晶基板２上にバ
ッファ層３と発光領域であるエピタキシャル層４，６を
液相成長した後、図５または図９に示されるように、Ｇ
ａＰ単結晶基板２の主裏面を研削機等で削り取ることに
より、トータル厚さが２００μｍ、発光波長が５７０ｎ
ｍ付近となるＧａＰ系半導体発光ダイオード用エピタキ
シャルウェーハ９を得た。この時、ＧａＰ単結晶基板２
の厚さは最厚部で５μｍであった。
ッファ層３と発光領域であるエピタキシャル層４，６を
液相成長した後、図５または図９に示されるように、Ｇ
ａＰ単結晶基板２の主裏面を研削機等で削り取ることに
より、トータル厚さが２００μｍ、発光波長が５７０ｎ
ｍ付近となるＧａＰ系半導体発光ダイオード用エピタキ
シャルウェーハ９を得た。この時、ＧａＰ単結晶基板２
の厚さは最厚部で５μｍであった。
【００４９】主裏面の加工後、エピタキシャルウェーハ
９の主裏面部には、ＧａＰ単結晶基板２が部分的に欠損
し、バッファ層３ａの露出している部分８が形成され
た。このバッファ層３ａの露出部８のキャリア濃度は、
１×１０17ｃｍ-3である。
９の主裏面部には、ＧａＰ単結晶基板２が部分的に欠損
し、バッファ層３ａの露出している部分８が形成され
た。このバッファ層３ａの露出部８のキャリア濃度は、
１×１０17ｃｍ-3である。
【００５０】最後に、ＧａＰ系半導体発光ダイオード用
エピタキシャルウェーハ９に金を蒸着して熱処理し、続
いてフォトリソグラフィで電極１、７を形成し、さらに
ダイシングブレード８１で切り離して、図１に示す各辺
約２５０μｍの立方体状のＧａＰ半導体素子１０を得た
（図８）。図１に示すように、ＧａＰ単結晶基板２側に
形成されたｎ電極は、バッファ層３ａの露出部８に亘っ
て形成されている。
エピタキシャルウェーハ９に金を蒸着して熱処理し、続
いてフォトリソグラフィで電極１、７を形成し、さらに
ダイシングブレード８１で切り離して、図１に示す各辺
約２５０μｍの立方体状のＧａＰ半導体素子１０を得た
（図８）。図１に示すように、ＧａＰ単結晶基板２側に
形成されたｎ電極は、バッファ層３ａの露出部８に亘っ
て形成されている。
【００５１】バッファ層３ａの露出部８を有するＧａＰ
半導体素子１０について順方向電圧ＶF を測定したとこ
ろ、電流２０ｍＡで２．１０Ｖであり、露出部８が全く
無いＧａＰ半導体素子のＶF 値と同等であった。また、
オーミック電極不良の発生率は０％であった。更に、温
度２５℃、湿度５０％の条件でＧａＰ半導体素子１０に
５０ｍＡの電流を流して輝度劣化試験を行ったところ、
１０００時間後の輝度は初期値の７４％以上であった。
半導体素子１０について順方向電圧ＶF を測定したとこ
ろ、電流２０ｍＡで２．１０Ｖであり、露出部８が全く
無いＧａＰ半導体素子のＶF 値と同等であった。また、
オーミック電極不良の発生率は０％であった。更に、温
度２５℃、湿度５０％の条件でＧａＰ半導体素子１０に
５０ｍＡの電流を流して輝度劣化試験を行ったところ、
１０００時間後の輝度は初期値の７４％以上であった。
【００５２】（比較例１）バッファ層３ａが無い以外は
実施例１のＧａＰ半導体素子１０と全く同じ構造でトー
タル厚さが２００μｍのＧａＰ半導体素子について、実
施例１と同様の評価を行った。ＧａＰ単結晶基板２の背
面部におけるバッファ層３ｂの露出部８のキャリア濃度
は、５×１０16ｃｍ-3であった。比較例のＧａＰ半導体
素子について順方向電圧ＶF を測定したところ、電流２
０ｍＡで２．１６Ｖであり、露出部８を持たないＧａＰ
半導体素子と比較すると、０．０６Ｖ高くなっていた。
また、オーミック電極不良の発生率は３４％であった。
更に、温度２５℃、湿度５０％の条件でＧａＰ半導体素
子１０に５０ｍＡの電流を流して輝度劣化試験を行った
ところ、１０００時間後の輝度は初期値の６２％であっ
た。
実施例１のＧａＰ半導体素子１０と全く同じ構造でトー
タル厚さが２００μｍのＧａＰ半導体素子について、実
施例１と同様の評価を行った。ＧａＰ単結晶基板２の背
面部におけるバッファ層３ｂの露出部８のキャリア濃度
は、５×１０16ｃｍ-3であった。比較例のＧａＰ半導体
素子について順方向電圧ＶF を測定したところ、電流２
０ｍＡで２．１６Ｖであり、露出部８を持たないＧａＰ
半導体素子と比較すると、０．０６Ｖ高くなっていた。
また、オーミック電極不良の発生率は３４％であった。
更に、温度２５℃、湿度５０％の条件でＧａＰ半導体素
子１０に５０ｍＡの電流を流して輝度劣化試験を行った
ところ、１０００時間後の輝度は初期値の６２％であっ
た。
【００５３】（実施例２）バッファ層３ａの厚さが５μ
ｍ、バッファ層３ｂの厚さが１１５μｍであり、バッフ
ァ層のトータル厚さが１２０μｍである以外は実施例１
のＧａＰ半導体素子１０と全く同じ構造であって、トー
タル厚さが１６５μｍのＧａＰ半導体素子について、実
施例１と同様の評価を行ったところ、２０ｍＡでの順方
向電圧、輝度、輝度劣化のレベルはいずれも実施例１と
同等であった。
ｍ、バッファ層３ｂの厚さが１１５μｍであり、バッフ
ァ層のトータル厚さが１２０μｍである以外は実施例１
のＧａＰ半導体素子１０と全く同じ構造であって、トー
タル厚さが１６５μｍのＧａＰ半導体素子について、実
施例１と同様の評価を行ったところ、２０ｍＡでの順方
向電圧、輝度、輝度劣化のレベルはいずれも実施例１と
同等であった。
【００５４】（実施例３）バッファ層３ａのキャリア濃
度が２×１０18ｃｍ-3である以外は実施例２のＧａＰ半
導体素子１０と全く同じ構造でトータル厚さが１６５μ
ｍのＧａＰ半導体素子について、実施例１と同様の評価
を行ったところ、実施例２に比べて輝度は５％劣るもの
の、２０ｍＡでの順方向電圧と輝度劣化のレベルはどち
らも実施例２と同等であった。
度が２×１０18ｃｍ-3である以外は実施例２のＧａＰ半
導体素子１０と全く同じ構造でトータル厚さが１６５μ
ｍのＧａＰ半導体素子について、実施例１と同様の評価
を行ったところ、実施例２に比べて輝度は５％劣るもの
の、２０ｍＡでの順方向電圧と輝度劣化のレベルはどち
らも実施例２と同等であった。
【００５５】（比較例２）バッファ層３ａのキャリア濃
度が５×１０18ｃｍ-3である以外は実施例２のＧａＰ半
導体素子１０と全く同じ構造でトータル厚さが１６５μ
ｍのＧａＰ半導体素子について、実施例１と同様の評価
を行ったところ、２０ｍＡでの順方向電圧と輝度劣化の
レベルはどちらも実施例２と同等であるものの、輝度は
実施例２に比べて２０％下がることがわかった。
度が５×１０18ｃｍ-3である以外は実施例２のＧａＰ半
導体素子１０と全く同じ構造でトータル厚さが１６５μ
ｍのＧａＰ半導体素子について、実施例１と同様の評価
を行ったところ、２０ｍＡでの順方向電圧と輝度劣化の
レベルはどちらも実施例２と同等であるものの、輝度は
実施例２に比べて２０％下がることがわかった。
【００５６】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５７】例えば、上記実施形態及び実施例では、Ｇ
ａＰ系発光ダイオードを例示して本発明の説明を行った
が、本発明はこれに限定されることなく、他の化合物半
導体を用いた発光ダイオードにも適用することができ、
例えばＧａＡｓ系発光ダイオードについても同様に適用
することができる。
ａＰ系発光ダイオードを例示して本発明の説明を行った
が、本発明はこれに限定されることなく、他の化合物半
導体を用いた発光ダイオードにも適用することができ、
例えばＧａＡｓ系発光ダイオードについても同様に適用
することができる。
【００５８】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、オーミ
ック電極不良の発生が抑止された超薄型の発光ダイオー
ド及び該発光ダイオード用エピタキシャルウエーハを提
供することができる。そのため、将来の発光ダイオード
に対する薄型化の要求を十分に満たすことができ、電気
製品等の小型化及び薄型化にも十分に対応することがで
きる。
ック電極不良の発生が抑止された超薄型の発光ダイオー
ド及び該発光ダイオード用エピタキシャルウエーハを提
供することができる。そのため、将来の発光ダイオード
に対する薄型化の要求を十分に満たすことができ、電気
製品等の小型化及び薄型化にも十分に対応することがで
きる。
【図１】本発明に係るＧａＰ系発光ダイオードの構造の
一例を示した図である。
一例を示した図である。
【図２】ＧａＰ系半導体発光ダイオード用エピタキシャ
ルウェーハについてバッファ層の厚さと転位密度との関
係を示した図である。
ルウェーハについてバッファ層の厚さと転位密度との関
係を示した図である。
【図３】バッファ層の厚さとＧａＰ系半導体発光ダイオ
ードの発光強度との関係を示した図である。
ードの発光強度との関係を示した図である。
【図４】単結晶基板に隣接するエピタキシャル層のキャ
リア濃度と順方向電圧ＶF の関係を示した図である。
リア濃度と順方向電圧ＶF の関係を示した図である。
【図５】実施例の発光ダイオード用エピタキシャルウエ
ーハを製造する方法を示した図である。
ーハを製造する方法を示した図である。
【図６】実施例の発光ダイオード用エピタキシャルウエ
ーハのエピタキシャル成長の工程の様子を示した図であ
る。
ーハのエピタキシャル成長の工程の様子を示した図であ
る。
【図７】実施例の発光ダイオード用エピタキシャルウエ
ーハのエピタキシャル成長の工程における熱処理を示し
た図である。
ーハのエピタキシャル成長の工程における熱処理を示し
た図である。
【図８】実施例の発光ダイオード用エピタキシャルウエ
ーハを発光ダイオードに加工する工程の様子を示した図
である。
ーハを発光ダイオードに加工する工程の様子を示した図
である。
【図９】実施例の発光ダイオード用エピタキシャルウエ
ーハをメルトバック法により製造する方法を示した図で
ある。
ーハをメルトバック法により製造する方法を示した図で
ある。
【図１０】従来のＧａＰ系発光ダイオードの構造の一例
を示した図である。
を示した図である。
【図１１】ＧａＰ単結晶基板とバッファ層の入光波長に
対する光透過率を示した比較図である。
対する光透過率を示した比較図である。
【図１２】バッファ層の厚さが異なる２枚の発光ダイオ
ード用エピタキシャルウェーハから得られた複数の発光
ダイオードの発光強度ヒストグラムを示した図であり、
（ａ）はバッファ層の厚さが１７０μｍのウエーハの場
合で、（ｂ）はバッファ層の厚さが８０μｍの場合を示
した図である。
ード用エピタキシャルウェーハから得られた複数の発光
ダイオードの発光強度ヒストグラムを示した図であり、
（ａ）はバッファ層の厚さが１７０μｍのウエーハの場
合で、（ｂ）はバッファ層の厚さが８０μｍの場合を示
した図である。
１…ｎ電極、 ２…ＧａＰ単結晶基板、３…バッファ
層、３ａ…キャリア濃度１×１０17ｃｍ-3〜２×１０18
ｃｍ-3のｎ型バッファ層、３ｂ…ｎ型バッファ層、４…
ｎ型エピタキシャル層、 ５…ｐ−ｎ接合部、 ６…ｐ
型エピタキシャル層、７…ｐ電極、 ８…露出部、 ９
…発光ダイオード用エピタキシャルウエーハ、１０…発
光ダイオード、１１…ｎ電極、 １２…ＧａＰ単結晶基
板、 １３…バッファ層、１４…ｎ型エピタキシャル
層、 １５…ｐ−ｎ接合部、１６…ｐ型エピタキシャル
層、 １７…ｐ電極、 ２０…発光ダイオード、６１…
成長容器、 ６２…Ｇａ融液、 ６３…融液容器、 ６
４…ＧａＰ多結晶、６５…Ｔｅ、 ６６…スライド棒、
６７…穴、 ６８…Ｇａの溶液、８１…ダイシングブ
レード。
層、３ａ…キャリア濃度１×１０17ｃｍ-3〜２×１０18
ｃｍ-3のｎ型バッファ層、３ｂ…ｎ型バッファ層、４…
ｎ型エピタキシャル層、 ５…ｐ−ｎ接合部、 ６…ｐ
型エピタキシャル層、７…ｐ電極、 ８…露出部、 ９
…発光ダイオード用エピタキシャルウエーハ、１０…発
光ダイオード、１１…ｎ電極、 １２…ＧａＰ単結晶基
板、 １３…バッファ層、１４…ｎ型エピタキシャル
層、 １５…ｐ−ｎ接合部、１６…ｐ型エピタキシャル
層、 １７…ｐ電極、 ２０…発光ダイオード、６１…
成長容器、 ６２…Ｇａ融液、 ６３…融液容器、 ６
４…ＧａＰ多結晶、６５…Ｔｅ、 ６６…スライド棒、
６７…穴、 ６８…Ｇａの溶液、８１…ダイシングブ
レード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−64488（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−23578（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−55630（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−228023（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (6)
- 【請求項１】 化合物半導体単結晶基板の主表面上にエ
ピタキシャル層を形成した構造を有するエピタキシャル
ウエーハにおいて、前記化合物半導体単結晶基板とエピ
タキシャル層とを合わせた厚さが２００μｍ以下であ
り、前記化合物半導体単結晶基板は厚さが１０μｍ以下
であり、当該化合物半導体単結晶基板の裏面側に、該化
合物半導体単結晶基板の主表面直上に厚さ１２０μｍ以
上に形成されたバッファ層が露出され、該バッファ層の
露出部におけるキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3〜２×
１０18ｃｍ-3であることを特徴とするエピタキシャルウ
エーハ。 - 【請求項２】 前記化合物半導体単結晶基板は、燐化ガ
リウムであることを特徴とする請求項１に記載のエピタ
キシャルウエーハ。 - 【請求項３】 前記化合物半導体単結晶基板の導電型と
前記バッファ層の導電型がともにｎ型である事を特徴と
する請求項１または請求項２に記載のエピタキシャルウ
エーハ。 - 【請求項４】 前記バッファ層上に発光領域となるエピ
タキシャル層が形成され、該発光領域に発光中心として
窒素がドープされている事を特徴とする請求項１ないし
請求項３のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエー
ハ。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
に記載のエピタキシャルウエーハに電極を形成してなる
ことを特徴とする発光ダイオード。 - 【請求項６】 化合物半導体単結晶基板側に形成された
電極のうち少なくとも一部の電極は、エピタキシャル層
の露出部に亘って形成されることを特徴とする請求項５
に記載の発光ダイオード。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13607398A JP3353703B2 (ja) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | エピタキシャルウエーハ及び発光ダイオード |
| TW088106323A TW417313B (en) | 1998-04-30 | 1999-04-20 | Epitaxial wafer and light emitting diode |
| EP99303092A EP0954035A1 (en) | 1998-04-30 | 1999-04-21 | Epitaxial wafer and light emitting diode |
| US09/298,097 US6433365B1 (en) | 1998-04-30 | 1999-04-22 | Epitaxial wafer and light emitting diode |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13607398A JP3353703B2 (ja) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | エピタキシャルウエーハ及び発光ダイオード |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11317542A JPH11317542A (ja) | 1999-11-16 |
| JP3353703B2 true JP3353703B2 (ja) | 2002-12-03 |
Family
ID=15166604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13607398A Expired - Fee Related JP3353703B2 (ja) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | エピタキシャルウエーハ及び発光ダイオード |
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| JP (1) | JP3353703B2 (ja) |
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| CN103026519A (zh) * | 2010-06-02 | 2013-04-03 | 印度科学院 | 使用基于碳纳米管(cnt)的电极的能量收集设备 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH01280368A (ja) * | 1988-05-06 | 1989-11-10 | Sharp Corp | 化合物半導体発光素子 |
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| JP3355901B2 (ja) * | 1995-12-27 | 2002-12-09 | 信越半導体株式会社 | 化合物半導体エピタキシャルウエーハ |
| JPH10173218A (ja) * | 1996-12-16 | 1998-06-26 | Showa Denko Kk | ＧａＰ純緑色発光ダイオード用エピタキシャルウェーハ |
-
1998
- 1998-04-30 JP JP13607398A patent/JP3353703B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-04-20 TW TW088106323A patent/TW417313B/zh not_active IP Right Cessation
- 1999-04-21 EP EP99303092A patent/EP0954035A1/en not_active Withdrawn
- 1999-04-22 US US09/298,097 patent/US6433365B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-04-29 KR KR1019990015358A patent/KR19990083588A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US6433365B1 (en) | 2002-08-13 |
| JPH11317542A (ja) | 1999-11-16 |
| TW417313B (en) | 2001-01-01 |
| KR19990083588A (ko) | 1999-11-25 |
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