JP3625677B2

JP3625677B2 - Epitaxial wafer, light emitting diode, and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3625677B2
Application number: JP6016199A
Authority: JP
Inventors: 忠重佐藤
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2019-03-08
Also published as: JP2000261030A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化合物半導体エピタキシャルウエハと発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という）、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体結晶を構成材料とするＬＥＤは表示用素子として現在幅広く用いられている。ＬＥＤの材料として、特にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が多く使用されている。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は可視光、赤外光の波長に相当するバンドギャップを有するために発光素子への応用がなされてきた。
【０００３】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の中でもＧａＡｓＰはＬＥＤ用として需要は大きく、ＬＥＤの特性として発光出力が最も重要であり、その観点からのＧａＡｓＰにおける品質の向上が要求されてきた。
【０００４】
ＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘは、ｘ＝０．４５を境界として、それよりＧａＰ混晶比が小さい場合は直接遷移型の、大きい場合は間接遷移型のバンド構造を有する。直接遷移型の組成の場合、そのままでは十分な発光をしない。
【０００５】
ここで、窒素をドープすることで発光出力を向上させる構成として、ＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０．４５＜ｘ＜１）をエピタキシャル層とした場合について考察する。
【０００６】
ＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０．４５＜ｘ＜１）を発光層とするＬＥＤは、発光効率を上げるため、アイソエレクトロニックトラップとして窒素（Ｎ）をドープして光出力を１０倍程度向上させている。
【０００７】
一般には石英製のリアクタを用いた気相成長法により、ｎ型の層だけ成長した後に、発光層表面に亜鉛（Ｚｎ）を拡散してｐ型の層を形成してｐｎ接合を得る。
【０００８】
図２にＧａＡｓＰエピタキシャルウエハの一般的な構造を示す。例として単結晶基板がＧａＰである場合として説明する。
【０００９】
図２において、ｎ型のＧａＰ単結晶基板２０上に、この基板と同一組成のＧａＰホモ層２４、基板２０と最上層の格子定数の差を緩和するために混晶比ｘを連続的に１．０〜ｘ_０まで変化させたＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘグレード組成層２１、ＧａＡｓ_１−ｘ０Ｐ_ｘ０一定組成層２２及び、窒素をドープしたＧａＡｓ_１−ｘ０Ｐ_ｘ０低キャリア濃度一定組成層２３が順次エピタキシャル成長されている。
【００１０】
エピタキシャルウエハの最上層である低キャリア濃度一定組成層２３が発光層となり、ＬＥＤの発光波長を得るための一定組成ｘ_０を有する。そして、窒素とｎ型のドーパントであるテルル（Ｔｅ）又は硫黄（Ｓ）を所定のキャリア濃度になるようにドープされている。
【００１１】
通常は赤色発光（波長６４０ｎｍ）用としては、ｘ_０＝約０．６０である。窒素（Ｎ）はＧａＡｓＰ中にドープされると発光センターとなるアイソエレクトロニックトラップとなる。アイソエレクトロニックトラップは電気的には不活性でキャリア濃度には寄与しない。このように発光層に窒素をドープすることで発光効率を約１０倍に高めている。
【００１２】
一般には気相成長では上記のエピタキシャル層はすべてｎ型であり、その後の加工工程で拡散によりエピタキシャル層表面から窒素をドープした一定組成層に４〜１０μｍ程度の深さまで高濃度にＺｎを拡散してｐ型の層を形成する。
【００１３】
これによりｐ型の層のキャリア濃度が高いため、良好なオーミック接触を安定に得ることができる。拡散法は数十〜百枚程度のエピタキシャルウエハを一度に拡散でき、コスト的にはあまり大きくならない。一般には気相成長法によりｎ型の層だけ成長した後で拡散法により形成する。これにより安定にＬＥＤを得ることができる。
【００１４】
しかし、拡散の熱ダメージによりエピタキシャル層の結晶の品質の低下により、またｐ型層の光吸収の増加により、ＬＥＤの光出力の低下を招いていた。著しく拡散温度を低くすればこれらの問題は解決されるが、ｐ型層の厚さが薄くなりすぎ、表面のキャリア濃度の低下により良好なオーミック接触を得にくい。
【００１５】
上記のように気相成長したエピタキシャルウエハはエピタキシャル層、ＧａＰ基板の両方ともｎ型の電導型を持つようになっている。特開平８−３３５７１５に記載されるようにＧａＡｓＰのエピタキシャル成長ではＺｎをドーパントとして用いて気相成長中にｐ層を成長することができる。
【００１６】
このように気相成長でもｐ型ドーパントのＺｎをドープするとが知られていて、気相成長中にｐｎ接合を形成できることは、結晶欠陥の少ない良好なｐｎ接合が得られ、高い光出力のＬＥＤが得られることが期待できる。
【００１７】
しかし、近年、更に高い光出力がＬＥＤに要求されるようになり、従来の拡散や単純な気相成長法では光出力の向上では限界に達していた。
【００１８】
一方、直接遷移型の組成において、窒素ドープを必要としないで例えば、以下の様な諸構造により発光効率を上げようとすることが知られている。
【００１９】
特開昭４７−４５４８１号公報には、ｐｎ接合部を有する第１の半導体領域と、この第１の半導体領域より大きなエネルギー禁制帯幅を有する第２の半導体領域を有する半導体発光装置が記載されている。
【００２０】
その実施例（同公報第３図参照）として、ｎ型のエピタキシャルウエハの表面から、第１の半導体領域９と第２の半導体領域８の境界より下０．５μｍの深さまでＺｎを拡散させてｐ型の層とした発光ダイオードが記載されている。
【００２１】
特開昭６０−５５６７８号公報には、ＧａＡｓＰ発光層上に、それよりバンドギャップの大きいＧａＩｎＰからなる出力光取出側電極層を設けた発光ダイオードが開示されている。
【００２２】
例えば、その実施例１にはｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＧａＡｓ_０．６１Ｐ_０．３９層およびｐ型のＩｎＧａＰ層を３μｍ積層し、更にＺｎを用いてＰ^＋拡散した発光ダイオードが記載されている。しかし、そのＺｎの拡散深さは不明である。
【００２３】
特開昭６４−３５９７０号公報には、その下層よりもバンドギャップの大きい薄い表面層で被覆された発光ダイオードで、ｐ領域が当該表面層を貫通して延びている発光ダイオードが開示されている。実施例として、薄い表面層の厚みが１．２μｍ、表面から亜鉛拡散されて形成されるｐ層全体の厚さが１．３μｍである例が記載されている。
【００２４】
さらに、雑誌「ジャーナル・エレクトロケミカル・ソサエティ」（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．：Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．２，１９６９，ｐ２４８−２５３）には、ＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘダイオードであって、ｐ^＋表面層とＧａＰを多く含む窓層とを設けたダイオードが記載されている。そのＦｉｇ．１等には、ｎ^＋ＧａＡｓ基板上に２０〜４０μｍのｎ層、８μｍ以下のｐ層、８μｍ以下のｐ^＋層が積層されたダイオードが示されている。
【００２５】
これらの層は、組成としては、基板に近い側からｘ＝０→０．４５、ｘ＝０．４５、ｘ＝０．４５→０．５５と記載されている。しかしながら、ｐｎ接合から窓層までの距離は不明である。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、拡散の熱ダメージによりエピタキシャル層の結晶の品質の低下、またｐ型層の光吸収の増加により、ＬＥＤの光出力の低下の問題が生じること、更にこれを解決すべく著しく拡散温度を低くすれば、ｐ型層の厚さが薄くなりすぎ、表面のキャリア濃度の低下により良好なオーミック接触を得にくいという、上記した問題を解決するエピタキシャルウエハを提供することにある。
【００２７】
さらに、本発明の目的は、一層の高光出力を実現し得るＬＥＤ及びその材料となるガリウム（Ｇａ）およびりん（Ｐ）を構成元素とするエピタキシャル層を有するエピタキシャルウエハ、特にＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０≦ｘ≦１）エピタキシャルウエハを提供することである。
【００２８】
さらに本発明の目的は、かかるエピタキシャルウエハの製造方法及び、これ用いて製造されるＬＥＤを提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記従来のＬＥＤに存在した課題を解決すべく、ＬＥＤの光出力を向上させるために、ｐｎ接合で発光した光をより効率よく外部に取り出すことを鋭意検討した。
【００３０】
その結果、特にｐ層内での光の吸収を抑えるために、これまで組成が一定、すなわちバンドギャップがｐｎ接合部と同じであったｐ層内に、より光吸収の少ないバンドギャップが大きい層を設けることで上記従来のＬＥＤに存在した課題が解決されるという構想に到達した。
【００３１】
すなわちチップ化され、電極１８の形成されたＬＥＤの一般的構成を図３の例で考える。図３において、単結晶基板１０上にエピタキシャル層１６が形成されている。ＬＥＤをチップ化するためにエピタキシャル層１６の一定組成層２３（図２参照）にＺｎを拡散して、ｐｎ接合１７を形成する。
【００３２】
発光はエピタキシャル層１６の表面側に近いｐｎ接合１７で生じる。発光はｐ層を通過して、ＬＥＤチップの外に取り出される。したがって、特にｐ層からの光の取り出し効率を上げればよい。具体的にはｐ層の光の吸収をできるだけ抑えることである。
【００３３】
本発明ではｐｎ接合部分１７は単一組成の結晶であるホモ接合として欠陥の少ないｐｎ接合を維持して、高光出力を得る。たとえばダブルへテロ（ＤＨ）構造は３元または４元混晶をエピタキシャル層としたとき、その組成を変化させた場合に、格子定数の差（ミスフィット）の少ない混晶系のみで有効ある。
【００３４】
ヘテロ接合を形成しても、ミスフィット転位等の結晶欠陥が発生するため、良好な接合は得られ難い。ＡｌＧａＡｓなどのごく限られた混晶系のみが容易に良好なヘテロ接合を実現できる。
【００３５】
本発明では、これを避けるためにｐｎ接合はホモ接合として良質の接合とし、光を外部に取り出し易くするためにｐｎ接合部１７のバンドギャップよりも大きいエピタキシャル層を隣接させることで高光出力を得るものである。
【００３６】
また、混晶の組成が違ってくると熱膨張係数も違ってくるため、成長後にエピタキシャルウエハが曲がり、内部応力を生じ、時には応力により転位等の結晶欠陥を発生することがある。内部応力がｐｎ接合部１７にかかると、光出力が低下する。
【００３７】
そこで、ｐｎ接合部１７よりバンドギャップが大きい層を、組成の変化がグレード組成である層とすることで、ｐｎ接合にかかる応力を減少できることを認識した。これによってさらに２０〜５０％高光出力を得ることができる。
【００３８】
この構造は、予めｎ型の層のみでエピタキシャル成長した後に、エピタキシャル層表面にＺｎを拡散することでも実現できる。より安定に製造するために、ｎ層のみならず、ｐ層を気相成長中に形成することが有効である。
【００３９】
同時に気相成長中に、ｐ層内により大きなバンドギャップをもつ構造とすることで容易に製造できる。ｐ型ドーパントとしてはＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄ等があるが、その毒性からＺｎやＭｇが有用である。ドーピングガスとしては同ドーパント金属の有機金属ガスを用いることで容易にドープできる。
【００４０】
かかる本発明の内容を特徴として纏めると次のようである。
【００４１】
第１に、本発明に従うエピタキシャルウエハは、単結晶基板上に、少なくともＧａ、Ｐを構成元素として含有する化合物半導体のエピタキシャル層を有し、このエピタキシャル層中にｐｎ接合を有し、このｐｎ接合からエピタキシャル層表面側に２μｍ以上離れた領域に、バンドギャップが前記ｐｎ接合部分よりも大きいエピタキシャル層を有することを特徴とする。
【００４２】
第２に、本発明に従うエピタキシャルウエハは、第１の特徴において、前記バンドギャップがｐｎ接合部分よりも大きいエピタキシャル層の厚みが２〜２００μｍであることを特徴とする。
【００４３】
第３に、本発明に従うエピタキシャルウエハは、第１又は第２の特徴において、前記ｐｎ接合部分のエピタキシャル層組成が、間接遷移型のバンド構造を有する組成であることを特徴とする。
【００４４】
第４に、本発明に従うエピタキシャルウエハは、第１〜第３の特徴のいずれかにおいて、前記ｐｎ接合部分のＧａＰ混晶比が０．４５より大きく１以下であることを特徴とする。
【００４５】
第５に、本発明に従うエピタキシャルウエハは、第４の特徴において、更に前記ｐｎ接合部分のエピタキシャル層組成が、ＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０．４５＜ｘ≦１）であることを特徴とする。
【００４６】
第６に、本発明に従うエピタキシャルウエハは、第１〜第５の特徴のいずれかにおいて、前記ｐｎ接合部分のエピタキシャル層には、窒素がドープされていることを特徴とする。
【００４７】
第７に、本発明に従うエピタキシャルウエハは、第１〜第６の特徴のいずれかにおいて、前記ｐｎ接合は、ホモ接合であることを特徴とする。
【００４８】
第８に、本発明に従うエピタキシャルウエハは、第１〜第７の特徴のいずれかにおいて、前記バンドギャップがｐｎ接合部分よりも大きいエピタキシャル層が、厚み２〜６０μｍのグレード組成層を含むことを特徴とする。
【００４９】
第９に、本発明に従うエピタキシャルウエハは、第１〜第８の特徴のいずれかにおいて、前記バンドギャップがｐｎ接合部分よりも大きいエピタキシャル層が、一定組成の層を含むことを特徴とする。
【００５０】
第１０に、本発明に従うエピタキシャルウエハは、第１〜第９の特徴のいずれかにおいて、前記バンドギャップがｐｎ接合部分よりも大きいエピタキシャル層が、ＧａＰ混晶比がｐｎ接合部分よりも０．０２以上大きい部分を含むことを特徴とする。
【００５１】
第１１に、本発明に従うエピタキシャルウエハは、第１〜第１０の特徴のいずれかにおいて、前記ｐｎ接合のエピタキシャル層表面側がｐ層であり、このｐ層の層厚は４〜２０２μｍであることを特徴とする。
【００５２】
第１２に、本発明に従うエピタキシャルウエハは、第１〜第１１の特徴のいずれかにおいて、前記基板はＧａＰ基板であり、この基板とｐｎ接合との間にはグレード組成層を有することを特徴とする。
【００５３】
第１３に、本発明に従うエピタキシャルウエハは、第１〜第１２の特徴のいずれかにおいて、前記ｐ型の層のキャリア濃度が、０．２〜７０×１０^１８ｃｍ^−３であることを特徴とする。
【００５４】
第１４に、本発明に従うエピタキシャルウエハは、第１〜第１３の特徴のいずれかにおいて、前記ｐ型のドーパントが、亜鉛及び／又はマグネシウムであることを特徴とする。
【００５５】
さらに、本発明に従う発光ダイオードは、上記第１〜第１４のいずれかに記載のエピタキシャルウエハから製造されることを特徴とする。
【００５６】
また、本発明に従うエピタキシャルウエハの製造方法は、第１に、上記第１〜第１４のいずれかに記載のエピタキシャルウエハの製造方法であって、ｐ型のエピタキシャル層を、ｐ型ドーピングガスとして亜鉛又はマグネシウムの有機金属化合物を用いた気相成長法で成長することを特徴とする。
【００５７】
さらに、本発明に従うエピタキシャルウエハの製造方法の特徴は、第２に前記気相成長法が、ハロゲン輸送法であることを特徴とする。
【００５８】
また、本発明に従うエピタキシャルウエハの製造方法の特徴は、第３に前記気相成長法が、ハイドライド法であることを特徴とする。
【００５９】
さらにまた、本発明に従うエピタキシャルウエハの製造方法の特徴は、第４に前記気相成長法が、有機金属気相成長法であることを特徴とする。
【００６０】
本発明の更なる特徴は、以下の発明の実施の形態の説明から明らかになる。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、図において、同一又は、類似のものには同一の参照番号を付して説明する。
【００６２】
図１は、本発明に従う実施の態様であるりん化ひ化ガリウムエピタキシャルウェハの層構成の断面を説明する図である。
【００６３】
図１において、単結晶基板１０上に形成されるエピタキシャル層は、少なくともＧａとＰを構成元素とするＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０≦ｘ≦１）や、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ等の３元または４元化合物半導体から選択される。このエピタキシャル層は、７つの層Ｉ〜ＶＩＩを有している。
【００６４】
上記エピタキシャル層として選択される、少なくともＧａとＰを構成元素とする３元または４元化合物半導体が、ＬＥＤ用としての需要が大きいＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０≦ｘ≦１）であって、ｐｎ接合がＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０．４５＜ｘ＜１）である場合について、以下に説明する。
【００６５】
ただし、他のＧａとＰを構成元素とするエピタキシャル層であっても本発明としての効果は同じである。したがって、本発明の保護の範囲は、以下の説明における具体例には限定されるものではない。
【００６６】
単結晶基板１０は通常ＧａＰ又はＧａＡｓの何れかが選択されるが、ｐｎ接合を形成するｎ層の低キャリア濃度領域１３が間接遷移型のバンドギャップを持つＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０．４５＜ｘ＜１）からなる場合は、単結晶基板１０はＧａＰであることが好ましい。ＬＥＤの発光色に対して透明であり、ＬＥＤとして高い光出力を得られるからである。
【００６７】
ＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０＜ｘ＜１）エピタキシャル層を、組成の観点から見た場合、通常、少なくともグレード組成層１１及び一定組成層１２を有することが一般的である。単結晶基板１０とエピタキシャル層の格子定数の差が大きいため、グレード組成層１１を用いることでより結晶欠陥の少ない一定組成層１２を得ることができる。
【００６８】
単結晶基板１０と同じ結晶であるホモ層１４は特に形成されていなくてもよいが、ミスフィット転位の発生を抑制するために０．１〜１００μｍ、好ましくは０．５〜２０μｍのホモ層１４を形成した方が、安定に高輝度が得られるので好ましい。
【００６９】
グレード組成層１１の層厚は、好ましくは２〜１００μｍ、より好ましくは１０〜５０μｍである。前記グレード組成層のキャリア濃度は、０．５〜３０×１０^１７ｃｍ^−１３以上、好ましくは０．８×１０^１７ｃｍ^−３以上で、２５×１０^１７ｃｍ^−３以下であり、平均で１〜１０×１０^１７ｃｍ^−３であることがＬＥＤ化した時の順方向電圧を下げ、良好な結晶性が得られるので好ましい。
【００７０】
キャリア濃度は３０×１０^１７ｃｍ^−３以上であれば、結晶性が悪化してエピタキシャル層表面に結晶欠陥が発生したり、ＬＥＤの光出力の低下を生じる等の問題がなく好ましい。
【００７１】
グレード組成層１１は、連続的な組成変化を有する構造のみに限定されず、複数の階段状の組成変化を有する構造であっても、エピタキシャル層の比抵抗は主にキャリア濃度で決定されるために効果は同じである。
【００７２】
ｎ層内の一定組成層１２に隣接してｐｎ接合１７が形成される。ｐｎ接合１７を形成するｎ層側が間接遷移型のバンドギャップをもつＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０．４５＜ｘ＜１）からなる場合は、ｐｎ接合のｎ層側は低キャリア濃度領域となる。
【００７３】
低キャリア濃度領域１３は、平均キャリア濃度が２０×１０^１５ｃｍ^−３以下であることが好ましいが、０．５×１０^１５ｃｍ^−３以下になるとキャリア濃度の制御が困難となったり、比抵抗が高くなってＬＥＤの順方向電圧の増加を招くことがある。このため、好ましい平均キャリア濃度は０．５〜９×１０^１５ｃｍ^−３である。
【００７４】
低キャリア濃度層１３の層厚は１〜５０μｍ必要で、好ましくは１〜４０μｍである。５０μｍを超えると低キャリア濃度による抵抗の増大で順方向電圧の増加を招き好ましくない。
【００７５】
低キャリア濃度層１３以外のグレード組成層１１との間の一定組成層１２領域は、グレード組成層１１と同じキャリア濃度範囲となることが、グレード組成層１１と同様の理由により好ましい。
【００７６】
その層厚はグレード組成層１１の終点からｐｎ接合の距離を５μｍ以上とすることが、グレード組成層中で生じたのミスフィット転位がｐｎ接合まで伝播することを防ぐため好ましい。具体的には４．５〜５０μｍであり、成長時間が長くなるので４．５〜２５μｍとすることがさらに好ましい。
【００７７】
一定組成層１２中の組成はミスフィット転位等の結晶欠陥をできるだけ抑制するため、できる限り一定であることが望ましいが、±０．０５以内、好ましくは±０．０２以内の組成変動とする。
【００７８】
本発明は、ｐｎ接合１７のｐ層３０側とｎ層側は同じ組成をもつ、いわゆるホモ接合である。ｐｎ接合１７からエピタキシャル層表面側に少なくともバンドギャップがｐｎ接合部分よりも大きい層３１が含まれる。
【００７９】
さらに、ｐｎ接合１７はＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０．４５＜ｘ＜０．９８）であり、ｐｎ接合からエピタキシャル層表面側に２μｍ以上離れた領域に、バンドギャップが大きい組成の層３１が２〜２００μｍであればよい。バンドギャップがｐｎ接合１７より大きい層を２μｍ以上有することで、ＬＥＤ化した時の発光した光の吸収が減少して、高い光出力が得られる。
【００８０】
ただし、バンドギャップがｐｎ接合１７より大きい層３１がｐｎ接合１７から２μｍ以内に近づくと、組成変化による応力をｐｎ接合１７で受けるので好ましくない。
【００８１】
ｐ層３０の全体の層厚は４μｍ以上あればよいが、ＬＥＤ化したときの電流の広がりを良くして光出力を増加させるためには４〜２０２μｍあり、９〜６０μｍであれば成長時間が短くなりさらに好ましい。
【００８２】
ｐｎ接合１７よりバンドギャップが大きいｐ層３１はＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０．４５＜ｘ≦１）であることが、成長が容易であることから最も好ましい。
すなわち、ｐ層３０のエピタキシャル層表面側にはｐｎ接合１７より組成が０．０２以上大きい一定組成層ＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０．４７≦ｘ≦１）が１〜４５μｍあることが好ましい。階段状に急峻に組成変化をして成長して、その組成差を埋めることができる。
【００８３】
ｐｎ接合１７での応力をできるだけ小さくすること、またｐ層３０でもより良い結晶性が要求されることから、ｐ層３０内のグレード組成層３２はＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０．４７≦ｘ≦１）を２〜６０μｍの厚さでｐｎ接合１７より２μｍ以上離れたｐ層３０内に設ける必要がある。
【００８４】
これにより、結晶欠陥が逆にｐｎ接合１７に入ることを防止して、組成差によってエピタキシャル成長後に生じる応力の影響を減少できる。また、ｐ層３０の表面は一定組成層が必ずある必要はなく、グレード組成層３２がエピタキシャル表面まで達していても良い。
【００８５】
ｐ層３０内のグレード組成層３２の組成変化は、連続的な組成勾配であっても複数階段状のグレード組成であっても効果は同じである。
【００８６】
ｐ層３０のキャリア濃度は０．５〜７０×１０^１８ｃｍ^−３であれば、電流拡がりを確保し、オーミック電極が安定に得られる。さらに好ましくは、キャリア濃度が０．５〜１５×１０^１８ｃｍ^−３であれば高光出力が得られて好ましい。７０×１０^１８ｃｍ^−３越えると、結晶欠陥が生じて光の吸収が生じるので好ましくない。
【００８７】
なお、ｐｎ接合部分が、間接遷移型のバンドギャップをもつＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０．４５＜ｘ＜１）からなる場合は、ＬＥＤの発光出力を向上させるために、ｐｎ接合部分には少なくとも窒素がドープされることが一般的である。
【００８８】
ここで、上記に説明したエピタキシャルウエハの製造に当たっては、複雑なエピタキシャル層構造を製造できる気相エピタキシャル成長法の中から選択される。
【００８９】
具体的にはハロゲン輸送法または有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）のいずれかが選択される。ハロゲン輸送法は高純度のエピタキシャル層が得られ、量産性に富むことから有利であり、特にハイドライド法が一般的である。
【００９０】
ｐ層３０の形成は、気相成長中に連続で成長することが好ましい。Ｚｎを拡散してもｐ層３０は形成できるが、拡散深さがウエハ全面で一定となる等、その制御性が少ない。一方、拡散法ではキャリア濃度の制御が困難であり、１×１０^１９ｃｍ^−３以上の高キャリア濃度になり、光の吸収が生じ、ＬＥＤの光出力の向上に限界がある。
【００９１】
ｐ型ドーパントとしてはＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｂｅ等があるが、毒性からＣｄとＢｅは好ましくない。高光出力が得られ、有害性も少ないことからＺｎ又は、Ｍｇが選択される。
【００９２】
ドーパントガスとしては高純度の原料が得られ、使いやすいことから、Ｚｎはジエチル亜鉛（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｚｎ、Ｍｇならシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃ_５Ｈ_５）Ｍｇ（またはＣｐ_２Ｍｇ）などの有機金属化合物が使用される。特にドーパントをＭｇにすれば、５×１０^１８ｃｍ^−３以上の高濃度により容易にドープ可能であるので更に好ましい。
【００９３】
エピタキシャル層内のキャリア濃度プロファイルの測定方法は、エピタキシャル層を斜めに研磨した後、ショットキーバリアダイオードをその表面に作製し、Ｃ−Ｖ法によって測定できる。
【００９４】
また日本バイオ・ラッド・ラボラトリー社のセミコンダクタ・プロファイル・プロッタＰＮ４３００の様に、直接エピタキシャル層を電解液でエッチングしながら測定する方法でも同様に測定できる。
【００９５】
【実施例】
以下本発明を実施例により、更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、下記実施例により限定されるものではない。
【００９６】
（実施例１）
ＧａＰ単結晶基板および高純度ガリウム（Ｇａ）を、Ｇａ溜め用石英ボ−ト付きのエピタキシャル・リアクタ−内の所定の場所に、それぞれ設置した。
ＧａＰ単結晶基板１０として、は硫黄（Ｓ）が３〜１０×１０^１７原子個／ｃｍ^３添加され、直径５０ｍｍの円形で、（１００）面から［００１］方向に１０゜偏位した面をもつＧａＰ基板を用いた。これらを、同時にホルダー上に配置し、ホルダーを毎分３回転させた。
【００９７】
以下は標準状態に換算したガスの流量単位としてＳＣＣＭを用いて説明する。
次に窒素（Ｎ_２）ガスを前記リアクタ−内に１５分間導入し、空気を充分置換除去した後、キャリヤ・ガスとして高純度水素（Ｈ_２）を９６００ＳＣＣＭ導入し、Ｎ_２の流れを止め昇温工程に入った。
【００９８】
上記Ｇａ入り石英ボ−ト設置部分及び、ＧａＰ単結晶基板設置部分の温度が、それぞれ８００℃及び９３０℃一定に保持されていることを確認した後、尖頭発光波長６４９±１０ｎｍのＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル膜の気相成長を開始した。
【００９９】
最初、濃度５０ｐｐｍに水素ガスで希釈したｎ型不純物であるジエチルテルル（（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｔｅ）を１５ＳＣＣＭ導入し、周期律表第ＩＩＩ族元素成分原料としてのＧａＣｌを３６９ＳＣＣＭ生成させるために、高純度塩化水素ガス（ＨＣｌ）を上記石英ボ−ト中のＧａ溜に毎分３６９ｃｃ吹き込み、Ｇａ溜上表面より吹き出させた。
【０１００】
他方周期律表第Ｖ族元素成分として、Ｈ_２で濃度１０％に希釈したりん化水素（ＰＨ_３）を毎分７３７ＳＣＣＭ導入しつつ、２０分間にわたり、第１層（図１：Ｉ）であるＧａＰ層をＧａＰ単結晶基板１０上に成長させた。
【０１０１】
次に、（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ_３の各ガスの導入量を変えること無く、Ｈ_２で濃度１０％に希釈したひ化水素（ＡｓＨ_３）の導入量を、０ＳＣＣＭから毎分６０３ＳＣＣＭまで徐々に増加させ、同時にＧａＰ基板の温度を９３０゜Ｃから８７０゜Ｃまで徐々に降温させ、９０分間にわたり、第２層（図１：ＩＩ）であるＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層を、第１層のＧａＰエピタキシャル層上に成長させた。
【０１０２】
次の３０分間は、（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ_３の導入量を変えることなく、即ち、それぞれ１５ＳＣＣＭ，３６９ＳＣＣＭ，７３７ＳＣＣＭ，６０３ＳＣＣＭに保持しつつ、第３層（図１：ＩＩＩ）のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層を第２層のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層上に成長させた。
【０１０３】
次の１０分間は（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｔｅの導入量を０．２ＳＣＣＭにし、ＨＣｌ、ＰＨ_３、ＡｓＨ_３の量を変えることなく導入しながら、これに窒素アイソ・エレクトロニック・トラップ添加用として２１４ＳＣＣＭの高純度アンモニア・ガス（ＮＨ３）を添加して第４層（図１：ＩＶ）のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層を第３層のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層上に成長さた。
【０１０４】
次の２０分間は（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｔｅ、ＨＣ１、ＰＨ_３、ＡｓＨ_３、ＮＨ_３の量を変えることなく、ｐ型ドーパンントを供給するために２５℃に一定に保温された（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｚｎ入りのボンベにＨ２ガスを５０ＳＣＣＭ導入して（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｚｎ蒸気を含ませて、そのＨ_２ガスを導入して、第５層（図１：Ｖ）のｐ型のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層を第４層のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層上に成長させた。
【０１０５】
次の２０分間は（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｔｅ、ＨＣ１、ＰＨ_３、ＮＨ_３の量を変えることなく、ＡｓＨ_３を０ＳＣＣＭまで徐々に減少させて第６層（図１：ＶＩ）のｐ型のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層を第５層のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層上に成長させた。
【０１０６】
最終の２０分間は、（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｔｅ、ＨＣ１、ＰＨ_３、ＮＨ_３（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｚｎの量を変えることなく、第７層（図１：ＶＩＩ）のＧａＰエピタキシャル層を第６層のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層上に成長させて、気相成長を終了した。
【０１０７】
この時、第１層目〜第７層のエピタキシャル層の膜厚は、それぞれ４μｍ、３８μｍ、１６μｍ、７μｍ、１５μｍ、１０μｍ、６μｍであった。キャリア濃度は、エピタキシャル層を約１゜斜めに研磨して、その表面にショットキーバリアダイオードを作製して測定した。
【０１０８】
第５層〜７層を含むｐ層３０のキャリア濃度は、２〜４×１０^１８ｃｍ^−３であった。第４の層はｎ型であり、そのキャリア濃度は、３×１０^１５ｃｍ^−３であった。他の第１層〜第３層のキャリア濃度は１〜３×１０^１７ｃｍ^−３であった。
【０１０９】
ここで、各層の組成はＸ線マイクロアナライザによって測定した。組成の計算はＺＡＦ補正法を用いた。第４層と第５層の境界であるｐｎ接合部１７の組成はｘ＝０．５７であった。第７層はＧａＰ層であり、組成はｘ＝１であった。
【０１１０】
ｐｎ接合１７の組成は発光波長でほぼ決定される。エピタキシャル層の組成は、ＰＨ_３とＡｓＨ_３の導入量比率ＰＨ_３／（ＰＨ_３＋ＡｓＨ_３）に比例して決定されるため、発光波長がわかれば窓層の組成が同比率で決定できる。
【０１１１】
続いて、真空蒸着により、図３に示すように電極１８の形成等を行って３００μｍ×３００μｍ×２８０μｍ（厚さ）の角柱型発光ダイオード（ＬＥＤ）を形成して、エポシキコートなしで測定した。５チップで順方向電圧が１．９±０．１で光出力は８５でピーク波長は６５０±１ｎｍであった。
【０１１２】
（実施例２）
第６層において、ＡｓＨ_３の導入量を６０３ＳＣＣＭから４５０ＳＣＣＭまで徐々に減少させて成長させたこと、第６層の成長でＡｓＨ_３を４５０ＳＣＣＭで導入量を一定にした以外の条件はすべて実施例１に同じで、気相成長を終了した。
【０１１３】
第１層〜第７層のエピタキシャル層の膜厚はそれぞれ５μｍ、３９μｍ、１５μｍ、８μｍ、１４μｍ、１２μｍ、１０μｍであった。各層の組成は発光波長から第４層と第５層は０．５７であった。第７層は導入量のＰＨ_３とＡｓＨ_３の導入量比率と発光波長の組成からｘ＝０．６４であった。またＸ線マイクロアナライザの測定とも一致した。
【０１１４】
続いて、真空蒸着による電極形成等を行って３００μｍ×３００μｍ×２８０μｍ（厚さ）の角柱型発光ダイオードを形成して、エポキシコートなしで測定した。５チップで順方向電圧１．９±０．１Ｖで光出力は８８でピーク波長は６５０±１ｎｍであった。
【０１１５】
（比較例１）
第５層を６０分成長し、第６層を成長しないで第７層のＧａＰエピタキシャル層を直接に第５のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層上に成長させた。それ以外の条件はすべて実施例１に同じで、気相成長を終了した。
【０１１６】
エピタキシャル膜の第１層〜第７層のエピタキシャル層の膜厚は、それぞれ５μｍ、３９μｍ、１５μｍ、８μｍ、２４μｍ、０μｍ、６μｍであった。このとき、エピタキシャル層表面は荒れていた。
【０１１７】
続いて、真空蒸着による電極形成等を行って３００μｍ×３００μｍ×２８０μｍ（厚さ）の角柱型発光ダイオードを形成して、エポキシコートなしで測定した。５チップで順方向電圧１．９±０．１Ｖで光出力は５８でピーク波長は６５０±１ｎｍであった。
【０１１８】
（比較例２）
第５層を６０分成長し、第６層と第７層を成長しない以外の条件はすべて実施例１に同じで、気相成長を終了した。エピタキシャル膜の第１〜第５のエピタキシャル層の膜厚はそれぞれ５μｍ、３８μｍ、１５μｍ、８μｍ、２５μｍであった。
【０１１９】
続いて、真空蒸着による電極形成等を行って３００μｍ×３００μｍ×２８０μｍ（厚さ）の角柱型発光ダイオードを形成して、エポキシコートなしで測定した。５チップで順方向電圧１．９±０．１Ｖで光出力は６０でピーク波長は６５０±１ｎｍであった。
【０１２０】
（比較例３）
第４層を５０分成長し、第５〜７層を成長しない以外の条件はすべて実施例１に同じで、気相成長を終了した。エピタキシャル膜の第１〜第４のエピタキシャル層の膜厚はそれぞれ５μｍ、３８μｍ、１４μｍ、２０μｍであった。
【０１２１】
第４層のキャリア濃度は表面にショットキーバリアバイオードを作製してＣ−Ｖ法で測定して７×１０^１５ｃｍ^−３であった。
【０１２２】
次にｐ層を形成するためにＺｎＡｓ２を拡散源としてｐ型不純物であるＺｎと何もコーティングしないエピタキシャルウエハを石英アンプル内に封入し、７６０゜Ｃの温度で拡散させて表面から４μｍの深さまでにｐｎ接合を形成した。
【０１２３】
ｐ層のキャリア濃度は、日本バイオ・ラッド・ラボラトリー社のセミコンダクタ・プロファイル・プロッタＰＮ４３００によって測定した。ｐ層のキャリア濃度表面側は１．５×１０^１９ｃｍ^−３であった。
【０１２４】
続いて、真空蒸着による電極形成等を行って３００μｍ×３００μｍ×２８０μｍ（厚さ）の角柱型発光ダイオードを形成して、輝度値は１０Ａ／ｃｍ２エポシキコートなしで測定した。５チップで順方向電圧１．９±０．１Ｖで光出力は４８でピーク波長は６５０±１であった。
【０１２５】
【発明の効果】
上記の実施例と比較例の説明から明らかなように、本発明によれば、化合物半導体エピタキシャルウエハとして、ＧａＡｓＰエピタキシャルウエハを用いることにより特に高い光出力をもつＬＥＤを実現できる。これにより、ＧａＡｓＰのＬＥＤ需要の増加が期待される。
【０１２６】
なお、上記実施例説明において、単結晶基板はＧａＰを例にしたが、ＧａＡｓでも本発明としての効果は同じである。また、エピタキシャル層がＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰでも効果も同じである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のりん化ひ化ガリウムエピタキシャルウェハの層構成の断面を説明する図である。
【図２】りん化ひ化ガリウムエピタキシャルウェハの一般的層構成の断面を説明する図である。
【図３】本発明の対象とする発光ダイオードの一般的構成の断面を説明する図である。
【符号の説明】
１０単結晶基板、
１１グレード組成層、
１２一定組成層、
１３低キャリア濃度領域、
１４ホモ層、
１５高キャリア濃度領域、
１６エピタキシャル層、
１７ｐｎ接合、
１８電極
２０ＧａＰ単結晶基板、
２１ＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘグレード組成層、
２２ＧａＡｓ_１−ｘ０Ｐ_ｘ０一定組成層、
２３窒素ドープＧａＡｓ_１−ｘ０Ｐ_ｘ０低キャリア濃度一定組成層、
２４ＧａＰホモ層
３０ｐ層
３１ｐｎ接合よりバンドギャップが大きい層
３２ｐ層内のグレード組成層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a compound semiconductor epitaxial wafer, a light emitting diode (hereinafter referred to as “LED”), and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
LEDs having a semiconductor crystal as a constituent material are currently widely used as display elements. In particular, III-V compound semiconductors are often used as LED materials. Since III-V compound semiconductors have band gaps corresponding to wavelengths of visible light and infrared light, they have been applied to light-emitting elements.
[0003]
Among the III-V group compound semiconductors, GaAsP is in great demand for LEDs, and light output is the most important characteristic of the LED, and quality improvement in GaAsP from that viewpoint has been required.
[0004]
GaAs _1-x P _x Has a band structure of the direct transition type when the GaP mixed crystal ratio is smaller than that at the boundary of x = 0.45, and the indirect transition type when it is larger. In the case of a direct transition type composition, sufficient light emission is not achieved as it is.
[0005]
Here, as a configuration for improving the light emission output by doping nitrogen, GaAs _1-x P _x Consider the case where (0.45 <x <1) is an epitaxial layer.
[0006]
GaAs _1-x P _x In an LED having a light emitting layer of (0.45 <x <1), in order to increase luminous efficiency, nitrogen (N) is doped as an isoelectronic trap to improve the light output by about 10 times.
[0007]
In general, after growing only an n-type layer by a vapor phase growth method using a quartz reactor, zinc (Zn) is diffused on the surface of the light emitting layer to form a p-type layer to obtain a pn junction.
[0008]
FIG. 2 shows a general structure of a GaAsP epitaxial wafer. As an example, the case where the single crystal substrate is GaP will be described.
[0009]
In FIG. 2, a mixed crystal ratio x is continuously set to 1 on an n-type GaP single crystal substrate 20 in order to reduce the difference in lattice constant between the GaP homolayer 24 having the same composition as this substrate and the substrate 20 and the uppermost layer. .0 to x ₀ GaAs changed to _1-x P _x Grade composition layer 21, GaAs _1-x0 P _x0 Constant composition layer 22 and nitrogen doped GaAs _1-x0 P _x0 The low carrier concentration constant composition layer 23 is epitaxially grown sequentially.
[0010]
The low carrier concentration constant composition layer 23, which is the uppermost layer of the epitaxial wafer, becomes the light emitting layer, and the constant composition x for obtaining the light emission wavelength of the LED. ₀ Have Nitrogen and n-type dopant tellurium (Te) or sulfur (S) are doped so as to have a predetermined carrier concentration.
[0011]
Usually for red emission (wavelength 640nm) x ₀ = About 0.60. When nitrogen (N) is doped into GaAsP, it becomes an isoelectronic trap that becomes a light emission center. Isoelectronic traps are electrically inactive and do not contribute to carrier concentration. Thus, the luminous efficiency is increased about 10 times by doping the light emitting layer with nitrogen.
[0012]
In general, in the vapor phase growth, the above epitaxial layers are all n-type, and Zn is diffused at a high concentration from the surface of the epitaxial layer to a constant composition layer doped with nitrogen to a depth of about 4 to 10 μm by subsequent processing steps. To form a p-type layer.
[0013]
Thereby, since the carrier concentration of the p-type layer is high, a good ohmic contact can be stably obtained. The diffusion method can diffuse several tens to hundreds of epitaxial wafers at a time, and is not so large in cost. In general, only an n-type layer is grown by vapor deposition and then formed by diffusion. Thereby, LED can be obtained stably.
[0014]
However, due to thermal damage due to diffusion, the crystal quality of the epitaxial layer is reduced, and the light absorption of the p-type layer is increased, leading to a reduction in the light output of the LED. If the diffusion temperature is remarkably lowered, these problems are solved, but the thickness of the p-type layer becomes too thin, and it is difficult to obtain a good ohmic contact due to a decrease in the surface carrier concentration.
[0015]
The epitaxial wafer grown by vapor phase as described above has an n-type conductivity type for both the epitaxial layer and the GaP substrate. As described in JP-A-8-335715, in epitaxial growth of GaAsP, a p layer can be grown during vapor phase growth using Zn as a dopant.
[0016]
In this way, it is known that Zn of the p-type dopant is doped even in the vapor phase growth, and the fact that a pn junction can be formed during the vapor phase growth provides a good pn junction with few crystal defects and a high light output LED. Can be expected.
[0017]
However, in recent years, LEDs have been required to have higher light output, and the conventional diffusion and simple vapor phase growth methods have reached the limit in improving the light output.
[0018]
On the other hand, in a direct transition type composition, it is known to increase luminous efficiency by, for example, the following structures without requiring nitrogen doping.
[0019]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 47-45481 describes a semiconductor light emitting device having a first semiconductor region having a pn junction and a second semiconductor region having a larger energy forbidden band width than the first semiconductor region. ing.
[0020]
As an example (see FIG. 3), Zn is diffused from the surface of the n-type epitaxial wafer to a depth of 0.5 μm below the boundary between the first semiconductor region 9 and the second semiconductor region 8. A light emitting diode with a p-type layer is described.
[0021]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-55678 discloses a light emitting diode in which an output light extraction side electrode layer made of GaInP having a larger band gap is provided on a GaAsP light emitting layer.
[0022]
For example, in Example 1, n-type GaAs is formed on an n-type GaAs substrate. _0.61 P _0.39 Layer and a p-type InGaP layer are stacked by 3 μm, and further Zn is used to form P ⁺ A diffused light emitting diode is described. However, the Zn diffusion depth is unknown.
[0023]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-35970 discloses a light emitting diode covered with a thin surface layer having a band gap larger than the lower layer, and a p region extending through the surface layer. . As an example, an example is described in which the thickness of the thin surface layer is 1.2 μm and the thickness of the entire p layer formed by zinc diffusion from the surface is 1.3 μm.
[0024]
Furthermore, the journal “Journal Electrochemical Society” (J. Electrochem. Soc .: Vol. 11, No. 2, 1969, p. 248-253) includes GaAs. _1-x P _x A diode, p ⁺ A diode provided with a surface layer and a window layer containing a large amount of GaP is described. FIG. For 1st, n ⁺ N layer of 20-40 μm, p layer of 8 μm or less, p of 8 μm or less on GaAs substrate ⁺ A diode with stacked layers is shown.
[0025]
The composition of these layers is described as x = 0 → 0.45, x = 0.45, x = 0.45 → 0.55 from the side close to the substrate. However, the distance from the pn junction to the window layer is unknown.
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the problem that the light quality of the LED is lowered due to the deterioration of crystal quality of the epitaxial layer due to thermal damage of diffusion and the increase of light absorption of the p-type layer. An object of the present invention is to provide an epitaxial wafer that solves the above-described problem that if the diffusion temperature is lowered as much as possible, the thickness of the p-type layer becomes too thin and it is difficult to obtain good ohmic contact due to a decrease in surface carrier concentration. .
[0027]
Furthermore, an object of the present invention is to provide an LED capable of realizing a higher light output, and an epitaxial wafer having an epitaxial layer containing gallium (Ga) and phosphorus (P) as its constituent elements, particularly GaAs. _1-x P _x (0 ≦ x ≦ 1) To provide an epitaxial wafer.
[0028]
Furthermore, the objective of this invention is providing the manufacturing method of this epitaxial wafer, and LED manufactured using this.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the problems existing in the conventional LED, the present inventor has intensively studied to extract light emitted from the pn junction to the outside more efficiently in order to improve the light output of the LED.
[0030]
As a result, in order to suppress light absorption particularly in the p layer, a layer having a large band gap with less light absorption in the p layer, which has been constant in composition so far, that is, the band gap is the same as that of the pn junction. The idea that the problem that existed in the above-mentioned conventional LED is solved can be achieved.
[0031]
That is, a general configuration of an LED formed into a chip and having an electrode 18 is considered in the example of FIG. In FIG. 3, epitaxial layer 16 is formed on single crystal substrate 10. Zn is diffused into the constant composition layer 23 (see FIG. 2) of the epitaxial layer 16 to form an LED chip, and a pn junction 17 is formed.
[0032]
Light emission occurs at the pn junction 17 close to the surface side of the epitaxial layer 16. The emitted light passes through the p layer and is extracted out of the LED chip. Therefore, it is only necessary to increase the light extraction efficiency particularly from the p layer. Specifically, the absorption of light in the p layer is suppressed as much as possible.
[0033]
In the present invention, the pn junction portion 17 maintains a pn junction with few defects as a homojunction that is a single-composition crystal, and obtains a high light output. For example, when a ternary or quaternary mixed crystal is used as an epitaxial layer, the double hetero (DH) structure is effective only in a mixed crystal system having a small difference in lattice constant (misfit) when the composition is changed.
[0034]
Even if a heterojunction is formed, crystal defects such as misfit dislocations are generated, so that it is difficult to obtain a good junction. Only a very limited mixed crystal system such as AlGaAs can easily realize a good heterojunction.
[0035]
In the present invention, to avoid this, the pn junction is a high-quality junction as a homojunction, and an epitaxial layer larger than the band gap of the pn junction 17 is adjacent to obtain high light output in order to easily extract light to the outside. Is.
[0036]
In addition, since the thermal expansion coefficient varies with the composition of mixed crystals, the epitaxial wafer bends after growth, causing internal stress, and sometimes crystal defects such as dislocations are generated by the stress. When internal stress is applied to the pn junction 17, the light output is reduced.
[0037]
Accordingly, it has been recognized that the stress applied to the pn junction can be reduced by making the layer having a larger band gap than the pn junction portion 17 a layer whose composition change is a grade composition. As a result, a high light output of 20 to 50% can be obtained.
[0038]
This structure can also be realized by diffusing Zn on the surface of the epitaxial layer after epitaxial growth with only an n-type layer in advance. In order to manufacture more stably, it is effective to form not only the n layer but also the p layer during vapor phase growth.
[0039]
At the same time, it can be easily manufactured by forming a structure having a larger band gap in the p layer during vapor phase growth. Examples of p-type dopants include Zn, Mg, Be, and Cd. Zn and Mg are useful because of their toxicity. Doping can be easily performed by using an organometallic gas of the same dopant metal as the doping gas.
[0040]
The contents of the present invention can be summarized as features as follows.
[0041]
First, an epitaxial wafer according to the present invention has an epitaxial layer of a compound semiconductor containing at least Ga and P as constituent elements on a single crystal substrate, and has a pn junction in the epitaxial layer. An epitaxial layer having a band gap larger than that of the pn junction portion is provided in a region 2 μm or more away from the surface of the epitaxial layer.
[0042]
Second, the epitaxial wafer according to the present invention is characterized in that, in the first feature, the thickness of the epitaxial layer having the band gap larger than that of the pn junction portion is 2 to 200 μm.
[0043]
Third, the epitaxial wafer according to the present invention is characterized in that, in the first or second feature, the epitaxial layer composition of the pn junction portion is a composition having an indirect transition type band structure.
[0044]
Fourth, the epitaxial wafer according to the present invention is characterized in that, in any one of the first to third features, a GaP mixed crystal ratio of the pn junction portion is larger than 0.45 and not larger than 1.
[0045]
Fifth, the epitaxial wafer according to the present invention is characterized in that, in the fourth feature, the epitaxial layer composition of the pn junction portion is GaAs. _1-x P _x (0.45 <x ≦ 1).
[0046]
Sixth, the epitaxial wafer according to the present invention is characterized in that, in any one of the first to fifth features, the epitaxial layer of the pn junction portion is doped with nitrogen.
[0047]
Seventh, the epitaxial wafer according to the present invention is characterized in that, in any of the first to sixth features, the pn junction is a homojunction.
[0048]
Eighth, the epitaxial wafer according to the present invention is characterized in that, in any one of the first to seventh features, the epitaxial layer having the band gap larger than the pn junction portion includes a grade composition layer having a thickness of 2 to 60 μm. And
[0049]
Ninth, the epitaxial wafer according to the present invention is characterized in that, in any one of the first to eighth features, the epitaxial layer having the band gap larger than the pn junction portion includes a layer having a constant composition.
[0050]
Tenth, the epitaxial wafer according to the present invention is the epitaxial wafer according to any one of the first to ninth features, wherein the epitaxial layer having a larger band gap than the pn junction portion has a GaP mixed crystal ratio of 0.02 than that of the pn junction portion. It is characterized by including a larger part.
[0051]
Eleventh, the epitaxial wafer according to the present invention is any one of the first to tenth features, wherein the epitaxial layer surface side of the pn junction is a p layer, and the layer thickness of the p layer is 4 to 202 μm. Features.
[0052]
Twelfth, the epitaxial wafer according to the present invention is characterized in that, in any of the first to eleventh features, the substrate is a GaP substrate, and has a grade composition layer between the substrate and a pn junction. To do.
[0053]
13thly, in the epitaxial wafer according to the present invention, in any one of the 1st to 12th characteristics, the carrier concentration of the p-type layer is 0.2 to 70 × 10 6. ¹⁸ cm ^-3 It is characterized by being.
[0054]
Fourteenth, the epitaxial wafer according to the present invention is characterized in that, in any of the first to thirteenth characteristics, the p-type dopant is zinc and / or magnesium.
[0055]
Furthermore, the light emitting diode according to the present invention is manufactured from the epitaxial wafer according to any one of the first to fourteenth aspects.
[0056]
An epitaxial wafer manufacturing method according to the present invention is firstly an epitaxial wafer manufacturing method according to any one of the first to fourteenth aspects, wherein a p-type epitaxial layer is made of zinc as a p-type doping gas. Or it grows by the vapor phase growth method using the organometallic compound of magnesium, It is characterized by the above-mentioned.
[0057]
Further, the epitaxial wafer manufacturing method according to the present invention is characterized in that the vapor phase growth method is a halogen transport method.
[0058]
The epitaxial wafer manufacturing method according to the present invention is characterized in that the vapor phase growth method is a hydride method.
[0059]
Still further, the epitaxial wafer manufacturing method according to the present invention is characterized in that the vapor phase growth method is a metal organic vapor phase growth method.
[0060]
Further features of the present invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention.
[0061]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or similar elements are described with the same reference numerals.
[0062]
FIG. 1 is a view for explaining a cross section of a layer structure of a gallium arsenide arsenide epitaxial wafer according to an embodiment of the present invention.
[0063]
In FIG. 1, the epitaxial layer formed on the single crystal substrate 10 is GaAs having at least Ga and P as constituent elements. _1-x P _x (0 ≦ x ≦ 1) or a ternary or quaternary compound semiconductor such as InGaP or AlInGaP. This epitaxial layer has seven layers I to VII.
[0064]
A ternary or quaternary compound semiconductor having at least Ga and P as constituent elements, which is selected as the epitaxial layer, has a large demand for LEDs. _1-x P _x (0 ≦ x ≦ 1) and the pn junction is GaAs _1-x P _x The case where (0.45 <x <1) will be described below.
[0065]
However, the effects of the present invention are the same even if the epitaxial layer contains Ga and P as constituent elements. Therefore, the scope of protection of the present invention is not limited to the specific examples in the following description.
[0066]
The single crystal substrate 10 is usually selected from either GaP or GaAs, but the n-layer low carrier concentration region 13 forming the pn junction has GaAs having an indirect transition type band gap. _1-x P _x In the case of (0.45 <x <1), the single crystal substrate 10 is preferably GaP. This is because it is transparent to the emission color of the LED, and a high light output can be obtained as the LED.
[0067]
GaAs _1-x P _x When the (0 <x <1) epitaxial layer is viewed from the viewpoint of composition, it is general to have at least a grade composition layer 11 and a constant composition layer 12. Since the difference in lattice constant between the single crystal substrate 10 and the epitaxial layer is large, the constant composition layer 12 with fewer crystal defects can be obtained by using the grade composition layer 11.
[0068]
Although the homo layer 14 which is the same crystal as the single crystal substrate 10 may not be formed, it is 0.1 to 100 μm, preferably 0.5 to 20 μm, in order to suppress the occurrence of misfit dislocations. It is preferable to form the film because high luminance can be stably obtained.
[0069]
The layer thickness of the grade composition layer 11 is preferably 2 to 100 μm, more preferably 10 to 50 μm. The carrier concentration of the grade composition layer is 0.5-30 × 10. ¹⁷ cm ^-13 Or more, preferably 0.8 × 10 ¹⁷ cm ^-3 With the above, 25 × 10 ¹⁷ cm ^-3 1-10 × 10 on average ¹⁷ cm ^-3 It is preferable that the forward voltage when the LED is formed is lowered and good crystallinity is obtained.
[0070]
Carrier concentration is 30 × 10 ¹⁷ cm ^-3 If it is above, crystallinity will deteriorate and a crystal defect will generate | occur | produce on the surface of an epitaxial layer, or the problem of producing the fall of the light output of LED is preferable.
[0071]
The grade composition layer 11 is not limited to a structure having a continuous composition change, and the specific resistance of the epitaxial layer is mainly determined by the carrier concentration even in a structure having a plurality of stepwise composition changes. The effect is the same.
[0072]
A pn junction 17 is formed adjacent to the constant composition layer 12 in the n layer. GaAs having an indirect transition type band gap on the n layer side forming the pn junction 17 _1-x P _x In the case of (0.45 <x <1), the n layer side of the pn junction is a low carrier concentration region.
[0073]
The low carrier concentration region 13 has an average carrier concentration of 20 × 10 ¹⁵ cm ^-3 The following is preferable, but 0.5 × 10 ¹⁵ cm ^-3 If it is below, it may be difficult to control the carrier concentration, or the specific resistance may be increased to increase the forward voltage of the LED. For this reason, the preferable average carrier concentration is 0.5 to 9 × 10. ¹⁵ cm ^-3 It is.
[0074]
The layer thickness of the low carrier concentration layer 13 is required to be 1 to 50 μm, and preferably 1 to 40 μm. If it exceeds 50 μm, an increase in resistance due to a low carrier concentration causes an increase in forward voltage, which is not preferable.
[0075]
The constant composition layer 12 region between the grade composition layer 11 other than the low carrier concentration layer 13 is preferably in the same carrier concentration range as the grade composition layer 11 for the same reason as the grade composition layer 11.
[0076]
The thickness of the layer is preferably 5 μm or more from the end point of the grade composition layer 11 in order to prevent misfit dislocations generated in the grade composition layer from propagating to the pn junction. Specifically, the thickness is 4.5 to 50 μm, and since the growth time is long, the thickness is more preferably 4.5 to 25 μm.
[0077]
The composition in the constant composition layer 12 is desirably as constant as possible in order to suppress crystal defects such as misfit dislocations as much as possible, but the composition fluctuation is within ± 0.05, preferably within ± 0.02.
[0078]
The present invention is a so-called homojunction in which the p layer 30 side and the n layer side of the pn junction 17 have the same composition. A layer 31 having at least a band gap larger than that of the pn junction portion is included from the pn junction 17 to the epitaxial layer surface side.
[0079]
Furthermore, the pn junction 17 is made of GaAs. _1-x P _x (0.45 <x <0.98), and the layer 31 having a large band gap may be 2 to 200 μm in a region 2 μm or more away from the pn junction toward the surface of the epitaxial layer. By having a layer having a band gap larger than the pn junction 17 by 2 μm or more, absorption of emitted light when an LED is formed is reduced, and high light output is obtained.
[0080]
However, if the layer 31 having a band gap larger than the pn junction 17 approaches within 2 μm from the pn junction 17, stress due to the composition change is received by the pn junction 17, which is not preferable.
[0081]
The total thickness of the p layer 30 may be 4 μm or more. However, in order to increase the current output and increase the light output when the LED is formed, there is 4 to 202 μm. It is shorter and more preferable.
[0082]
The p layer 31 having a band gap larger than that of the pn junction 17 is GaAs. _1-x P _x (0.45 <x ≦ 1) is most preferable because growth is easy.
That is, a constant composition layer GaAs having a composition 0.02 or more larger than that of the pn junction 17 on the epitaxial layer surface side of the p layer 30. _1-x P _x (0.47 ≦ x ≦ 1) is preferably 1 to 45 μm. It is possible to grow by steeply changing the composition stepwise to fill the difference in composition.
[0083]
Since the stress at the pn junction 17 is made as small as possible and the crystallinity of the p layer 30 is required to be higher, the grade composition layer 32 in the p layer 30 is made of GaAs. _1-x P _x (0.47 ≦ x ≦ 1) needs to be provided in the p layer 30 with a thickness of 2 to 60 μm and 2 μm or more away from the pn junction 17.
[0084]
As a result, it is possible to prevent the crystal defects from entering the pn junction 17 on the contrary, and to reduce the influence of the stress generated after the epitaxial growth due to the composition difference. The surface of the p layer 30 does not necessarily have a constant composition layer, and the grade composition layer 32 may reach the epitaxial surface.
[0085]
The effect of the composition change of the grade composition layer 32 in the p layer 30 is the same whether it is a continuous composition gradient or a graded composition having a plurality of steps.
[0086]
The carrier concentration of the p layer 30 is 0.5 to 70 × 10. ¹⁸ cm ^-3 Then, current spreading is ensured and an ohmic electrode can be obtained stably. More preferably, the carrier concentration is 0.5 to 15 × 10. ¹⁸ cm ^-3 If so, a high light output can be obtained, which is preferable. 70 × 10 ¹⁸ cm ^-3 Exceeding this is not preferable because crystal defects occur and light absorption occurs.
[0087]
Note that the pn junction portion has GaAs with an indirect transition type band gap. _1-x P _x In the case of (0.45 <x <1), in order to improve the light emission output of the LED, it is common that the pn junction portion is doped with at least nitrogen.
[0088]
Here, when manufacturing the epitaxial wafer described above, a vapor phase epitaxial growth method capable of manufacturing a complicated epitaxial layer structure is selected.
[0089]
Specifically, either a halogen transport method or a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD) is selected. The halogen transport method is advantageous because a high-purity epitaxial layer can be obtained and mass productivity is high, and the hydride method is particularly common.
[0090]
The p layer 30 is preferably formed continuously during vapor phase growth. Even if Zn is diffused, the p layer 30 can be formed, but its controllability is small, for example, the diffusion depth is constant over the entire surface of the wafer. On the other hand, in the diffusion method, it is difficult to control the carrier concentration, and 1 × 10 ¹⁹ cm ^-3 The above high carrier concentration results in light absorption, and there is a limit in improving the light output of the LED.
[0091]
Examples of the p-type dopant include Zn, Mg, Cd, and Be, but Cd and Be are not preferable because of toxicity. Zn or Mg is selected because a high light output is obtained and there is little harmfulness.
[0092]
As a dopant gas, a high-purity raw material is obtained and is easy to use. Therefore, Zn is diethyl zinc (C ₂ H ₅ ) ₂ For Zn and Mg, cyclopentadienyl magnesium (C ₅ H ₅ ) Mg (or Cp ₂ Organometallic compounds such as Mg) are used. In particular, if the dopant is Mg, 5 × 10 ¹⁸ cm ^-3 The above high concentration is more preferable because it can be easily doped.
[0093]
The carrier concentration profile in the epitaxial layer can be measured by the CV method after the epitaxial layer is polished obliquely and then a Schottky barrier diode is formed on the surface.
[0094]
Moreover, it can measure similarly by the method of measuring while directly etching an epitaxial layer with electrolyte solution like the semiconductor profile plotter PN4300 of Nippon Bio-Rad Laboratories.
[0095]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.
[0096]
(Example 1)
A GaP single crystal substrate and high-purity gallium (Ga) were respectively installed at predetermined locations in an epitaxial reactor with a Ga reservoir quartz boat.
As the GaP single crystal substrate 10, the sulfur (S) is 3 to 10 × 10. ¹⁷ Atom / cm ³ A GaP substrate having a circular shape with a diameter of 50 mm and a surface deviated by 10 ° in the [001] direction from the (100) plane was used. These were simultaneously placed on the holder and the holder was rotated three times per minute.
[0097]
The following will be described using SCCM as a gas flow rate unit converted into the standard state.
Next, nitrogen (N ₂ ) After introducing the gas into the reactor for 15 minutes and sufficiently replacing and removing the air, high purity hydrogen (H ₂ ) Introduced 9600 SCCM, N ₂ The flow was stopped and the temperature rising process was started.
[0098]
After confirming that the temperatures of the Ga-containing quartz boat installation part and the GaP single crystal substrate installation part were kept constant at 800 ° C. and 930 ° C., respectively, GaAs having a peak emission wavelength of 649 ± 10 nm _1-x P _x The vapor phase growth of the epitaxial film was started.
[0099]
Initially, diethyl tellurium ((C ₂ H ₅ ) ₂ Te) was introduced at 15 SCCM, and 369 cc of high purity hydrogen chloride gas (HCl) was blown into the Ga reservoir in the quartz boat to generate 369 SCCM of GaCl as a Group III element component raw material of the periodic table, Blow out from the surface of the Ga reservoir.
[0100]
On the other hand, as a group V element component of the periodic table, H ₂ Diluted to a concentration of 10% with hydrogen phosphide (PH ₃ ) Was introduced at 737 SCCM per minute, and a GaP layer as the first layer (FIG. 1: I) was grown on the GaP single crystal substrate 10 for 20 minutes.
[0101]
Next, (C ₂ H ₅ ) ₂ Te, HCl, PH ₃ Without changing the amount of each gas introduced, ₂ Diluted with hydrogen arsenide (AsH) ₃ ) Is gradually increased from 0 SCCM to 603 SCCM per minute, and at the same time, the temperature of the GaP substrate is gradually decreased from 930 ° C. to 870 ° C. for 90 minutes in the second layer (FIG. 1: II). GaAs _1-x P _x An epitaxial layer was grown on the first GaP epitaxial layer.
[0102]
For the next 30 minutes, (C ₂ H ₅ ) ₂ Te, HCl, PH3, AsH ₃ GaAs in the third layer (FIG. 1: III) without changing the introduction amount of the first layer, that is, while maintaining 15 SCCM, 369 SCCM, 737 SCCM, and 603 SCCM, respectively. _1-x P _x The epitaxial layer is the second layer of GaAs. _1-x P _x Grown on the epitaxial layer.
[0103]
For the next 10 minutes (C ₂ H ₅ ) ₂ Te introduced amount is 0.2 SCCM, HCl, PH ₃ , AsH ₃ In this case, 214 SCCM of high purity ammonia gas (NH 3) was added to add nitrogen iso-electronic trap to the GaAs in the fourth layer (FIG. 1: IV). _1-x P _x Epitaxial layer is third layer GaAs _1-x P _x Grown on the epitaxial layer.
[0104]
For the next 20 minutes (C ₂ H ₅ ) ₂ Te, HC1, PH ₃ , AsH ₃ , NH ₃ In order to supply a p-type dopant without changing the amount of C, the temperature was kept constant at 25 ° C (C ₂ H ₅ ) ₂ Introduce 50SCCM of H2 gas into a cylinder containing Zn (C ₂ H ₅ ) ₂ Including Zn vapor, the H ₂ Introducing gas, p-type GaAs of the fifth layer (FIG. 1: V) _1-x P _x The epitaxial layer is the fourth layer of GaAs. _1-x P _x Grown on the epitaxial layer.
[0105]
For the next 20 minutes (C ₂ H ₅ ) ₂ Te, HC1, PH ₃ , NH ₃ AsH without changing the amount of ₃ Is gradually reduced to 0 SCCM, and p-type GaAs in the sixth layer (FIG. 1: VI) _1-x P _x Epitaxial layer is fifth layer GaAs _1-x P _x Grown on the epitaxial layer.
[0106]
For the last 20 minutes, (C ₂ H ₅ ) ₂ Te, HC1, PH ₃ , NH ₃ (C ₂ H ₅ ) ₂ Without changing the amount of Zn, the GaP epitaxial layer of the seventh layer (FIG. 1: VII) is replaced with the sixth layer of GaAs. _1-x P _x Vapor phase growth was completed by growing on the epitaxial layer.
[0107]
At this time, the film thicknesses of the first to seventh epitaxial layers were 4 μm, 38 μm, 16 μm, 7 μm, 15 μm, 10 μm, and 6 μm, respectively. The carrier concentration was measured by polishing the epitaxial layer at an angle of about 1 ° and fabricating a Schottky barrier diode on the surface.
[0108]
The carrier concentration of the p layer 30 including the fifth to seventh layers is 2 to 4 × 10. ¹⁸ cm ^-3 Met. The fourth layer is n-type and its carrier concentration is 3 × 10 ¹⁵ cm ^-3 Met. The carrier concentration of the other first to third layers is 1 to 3 × 10 ¹⁷ cm ^-3 Met.
[0109]
Here, the composition of each layer was measured by an X-ray microanalyzer. The composition was calculated using the ZAF correction method. The composition of the pn junction 17 that is the boundary between the fourth layer and the fifth layer was x = 0.57. The seventh layer was a GaP layer, and the composition was x = 1.
[0110]
The composition of the pn junction 17 is almost determined by the emission wavelength. The composition of the epitaxial layer is PH ₃ And AsH ₃ Introduction amount ratio PH ₃ / (PH ₃ + AsH ₃ ), The composition of the window layer can be determined at the same ratio if the emission wavelength is known.
[0111]
Subsequently, the electrode 18 was formed by vacuum deposition as shown in FIG. 3 to form a prismatic light emitting diode (LED) of 300 μm × 300 μm × 280 μm (thickness), and measurement was performed without epoxy coating. With 5 chips, the forward voltage was 1.9 ± 0.1, the light output was 85, and the peak wavelength was 650 ± 1 nm.
[0112]
(Example 2)
In the sixth layer, AsH ₃ The growth amount of AsH was increased by the growth of the sixth layer, by gradually reducing the introduction amount of 603 SCCM to 450 SCCM. ₃ The conditions were the same as in Example 1 except that the amount introduced was constant at 450 SCCM, and the vapor phase growth was terminated.
[0113]
The film thicknesses of the first to seventh epitaxial layers were 5 μm, 39 μm, 15 μm, 8 μm, 14 μm, 12 μm, and 10 μm, respectively. The composition of each layer was 0.57 for the fourth and fifth layers from the emission wavelength. The seventh layer is the amount of PH introduced ₃ And AsH ₃ X = 0.64 from the composition of the introduced amount ratio and the emission wavelength. It also coincided with the measurement by X-ray microanalyzer.
[0114]
Subsequently, electrodes were formed by vacuum vapor deposition, etc. to form a 300 μm × 300 μm × 280 μm (thickness) prismatic light emitting diode, and measurement was performed without an epoxy coat. With 5 chips, the forward voltage was 1.9 ± 0.1 V, the light output was 88, and the peak wavelength was 650 ± 1 nm.
[0115]
(Comparative Example 1)
The fifth layer is grown for 60 minutes, and the seventh GaP epitaxial layer is directly grown to the fifth GaAs without growing the sixth layer. _1-x P _x Grown on the epitaxial layer. All other conditions were the same as in Example 1, and the vapor phase growth was completed.
[0116]
The film thicknesses of the first to seventh epitaxial layers of the epitaxial film were 5 μm, 39 μm, 15 μm, 8 μm, 24 μm, 0 μm, and 6 μm, respectively. At this time, the surface of the epitaxial layer was rough.
[0117]
Subsequently, electrodes were formed by vacuum vapor deposition, etc. to form a 300 μm × 300 μm × 280 μm (thickness) prismatic light emitting diode, and measurement was performed without an epoxy coat. With 5 chips, the forward voltage was 1.9 ± 0.1 V, the light output was 58, and the peak wavelength was 650 ± 1 nm.
[0118]
(Comparative Example 2)
All the conditions were the same as in Example 1 except that the fifth layer was grown for 60 minutes and the sixth and seventh layers were not grown, and the vapor phase growth was completed. The film thicknesses of the first to fifth epitaxial layers of the epitaxial film were 5 μm, 38 μm, 15 μm, 8 μm, and 25 μm, respectively.
[0119]
Subsequently, electrodes were formed by vacuum vapor deposition, etc. to form a 300 μm × 300 μm × 280 μm (thickness) prismatic light emitting diode, and measurement was performed without an epoxy coat. With 5 chips, the forward voltage was 1.9 ± 0.1 V, the light output was 60, and the peak wavelength was 650 ± 1 nm.
[0120]
(Comparative Example 3)
All conditions were the same as in Example 1 except that the fourth layer was grown for 50 minutes and the fifth to seventh layers were not grown, and the vapor phase growth was completed. The film thicknesses of the first to fourth epitaxial layers of the epitaxial film were 5 μm, 38 μm, 14 μm, and 20 μm, respectively.
[0121]
The carrier concentration of the fourth layer is 7 × 10, as measured by the CV method with a Schottky barrier biode formed on the surface. ¹⁵ cm ^-3 Met.
[0122]
Next, in order to form a p-layer, an epitaxial wafer not coated with Zn as a p-type impurity and ZnAs2 as a diffusion source is enclosed in a quartz ampule and diffused at a temperature of 760 ° C. to a depth of 4 μm from the surface. A pn junction was formed.
[0123]
The carrier concentration of the p layer was measured by a semiconductor profile plotter PN4300 manufactured by Nippon Bio-Rad Laboratories. The carrier concentration surface side of the p layer is 1.5 × 10 ¹⁹ cm ^-3 Met.
[0124]
Subsequently, electrodes were formed by vacuum deposition to form a prismatic light-emitting diode of 300 μm × 300 μm × 280 μm (thickness), and the luminance value was measured without 10 A / cm 2 epoxy coating. With 5 chips, the forward voltage was 1.9 ± 0.1 V, the light output was 48, and the peak wavelength was 650 ± 1.
[0125]
【The invention's effect】
As is apparent from the description of the above examples and comparative examples, according to the present invention, an LED having a particularly high light output can be realized by using a GaAsP epitaxial wafer as the compound semiconductor epitaxial wafer. This is expected to increase the demand for GaAsP LEDs.
[0126]
In the above description of the embodiments, the single crystal substrate is GaP as an example, but GaAs has the same effect as the present invention. The effect is the same even if the epitaxial layer is InGaP, InGaAsP, or AlGaInP.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view for explaining a cross-section of a layer structure of a gallium arsenide epitaxial wafer of the present invention.
FIG. 2 illustrates a cross-section of a general layer configuration of a gallium arsenide arsenide epitaxial wafer.
FIG. 3 is a diagram illustrating a cross-section of a general configuration of a light-emitting diode that is a subject of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 single crystal substrate,
11 grade composition layer,
12 constant composition layer,
13 Low carrier concentration region,
14 Homo layer,
15 high carrier concentration region,
16 epitaxial layer,
17 pn junction,
18 electrodes
20 GaP single crystal substrate,
21 GaAs _1-x P _x Grade composition layer,
22 GaAs _1-x0 P _x0 Constant composition layer,
23 Nitrogen-doped GaAs _1-x0 P _x0 Low carrier concentration constant composition layer,
24 GaP homolayer
30 p layer
Layer with larger band gap than 31 pn junction
Grade composition layer in 32 p layer

Claims

An epitaxial wafer for a light-emitting diode having an epitaxial layer of a compound semiconductor containing at least Ga and P as constituent elements on a single crystal substrate,
Has a pn junction to the epitaxial layer, from the pn junction region apart 2μm above the epitaxial layer surface, larger than the band gap is the pn junction, having an epitaxial layer thickness of 2~200μm ,and
An epitaxial wafer, wherein the epitaxial layer having a larger band gap than the pn junction portion includes a grade composition layer having a thickness of 2 to 60 μm .

2. The epitaxial wafer according to claim 1, wherein an epitaxial layer composition of the pn junction portion is a composition having an indirect transition type band structure.

3. The epitaxial wafer according to claim 1, wherein a GaP mixed crystal ratio of the pn junction portion is greater than 0.45 and 1 or less.

The epitaxial wafer according to claim 3, wherein an epitaxial layer composition of the pn junction portion is GaAs _1-x P _x (0.45 <x ≦ 1).

The epitaxial wafer according to claim 1, wherein the epitaxial layer at the pn junction portion is doped with nitrogen.

The epitaxial wafer according to claim 1, wherein the pn junction is a homojunction.

The epitaxial band gap larger than the pn junction layer, the epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a constant composition layer composition of GaP mixed crystal ratio is larger than the pn junction .

The larger the epitaxial layer than the band gap pn junction portion, an epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 7, characterized in that GaP mixed crystal ratio with 0.02 or greater portion than the pn junction portion .

The epitaxial layer surface side of the pn junction is p layer, an epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 8, the layer thickness of the p layer is characterized by a 4～202Myuemu.

The substrate is a GaP substrate, an epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 9 between the substrate and a pn junction and having a grade composition layer.

The epitaxial wafer according to claim 9 , wherein a carrier concentration of the p layer is 0.2 to 70 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ .

The epitaxial wafer according to claim 9 , wherein the dopant of the p layer is zinc and / or magnesium.

Emitting diode characterized by being prepared from the epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 12.

The method for producing an epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 12 , wherein the p-type epitaxial layer is grown by a vapor phase growth method using an organometallic compound of zinc or magnesium as a p-type doping gas. An epitaxial wafer manufacturing method.

15. The method of manufacturing an epitaxial wafer according to claim 14 , wherein the vapor phase growth method is a halogen transport method.

15. The method of manufacturing an epitaxial wafer according to claim 14 , wherein the vapor phase growth method is a hydride method.

15. The method for producing an epitaxial wafer according to claim 14 , wherein the vapor deposition method is a metal organic chemical vapor deposition method.