JPH01128517A - エピタキシャル・ウエハ及び発光ダイオード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ｌｉ業上の利用分野］ 本発明は、高輝度発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と
いう、）の製造に適したび化ガリウム・アルミニウム（
以下ｒＧａＡＩＡｓＪと略記する。）混晶エピタキシャ
ル・ウェハに関する。

「従来の技術」 ＬＥＤは、低電圧で駆動でき、長寿命であるので各種の
発光表示装置に使用されている。特に、最近、行先表示
板、交通信号機等、屋外用発光表示装置にも使用され始
めているが、これらの装置は、日光直射下でも表示装置
としての機能を発揮できるように、光出力の大きいＬＥ
Ｄを用いる必要がある。

大出力のＬＥＤとしては、例えば、ＧａＡｌＡｓ混晶エ
ピタキシャル・ウェハを用いて製造したしＥＤが用いら
れていた。

ＧａＡｌＡｓ混晶を用いたＬＥＤとしては、従来、シン
グル・ヘテロ型及びグプル・ヘテロ型のエピタキシャル
・ウェハを用いて製造したものが知られていた。

シングル・ヘテロ型のエピタキシャル・ウェハは、単結
晶基板上に間接遷移型のｎ型ＧａＡｌＡｓ混晶層、及び
直接遷移型のｐ９０ａＡＩＡｓ混晶層を形成したもので
ある。

また、ダブル・ヘテロ型のエビタキンヤル・ウェハは、
単結晶基板上にｎ及びｐ型の間接遷移型のＧａＡｌＡｓ
混晶層ならびに該二つの層の間に挟まれた厚さ約０．５
〜５μｍ程度の直接遷移型のｐ型Ｇ　ａ　Ａ　Ｉ　Ａ　
ｓ混晶からなる活性層を形成したものである。この種の
ダブル・ヘテロ型のエピタキシャル・ウェハでは、Ｇａ
ＡｌＡｓ混晶のひ化アルミニウム（ＡＩＡｓ）混晶比（
後記する。）を、各ヘテロ接合（すなわち、各混晶層の
界面）で不連続に変化させていた。これは、キャリアの
注入及び閉込めの効率を向上させるためであった。

［発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、一般に、シングル・ヘテロ型のエピタキ
シャル・ウェハは、単に二種類の混晶層を成長させれば
よく、各混晶層の厚さの制御も精密でなくてもよいので
製造が容易であるが、光出力が低く、ダブル・ヘテロ型
は、その逆に、光出力は大きいが、三種類のＧａＡｌＡ
ｓ混晶層を成長させる必要があること、特にｐ型活性層
の膜厚を精密に制御する必要があること等成長工程が複
雑になるという問題点があった。

［問題点を解決するための手段」 本発明者等は、製造が容易で、かつ、高出力のＬＥＤの
製造に適したエピタキシャル・ウェハを開発することを
目的として、鋭意研究を重ねた結果、本発明に到達した
ものである。

本発明の上記の目的は、単結晶基板（１）、ｐ型ＧａＡ
ｌＡｓ混晶層（２）及び間接遷移型バンド構造を有する
ｎ型ＧａＡｌＡｓ混晶層（４）からなるエピタキシャル
・ウェハにおいて、上記ｐ型混晶層（２）が、ｐｎ接合
（３）から約３〜１０μｍの範囲の領域（５）が直接遷
移型のバンド構造を有するＧａＡｌＡｓ混晶層、残りの
領域（６）がｒｌＩ後遷移型のバンド構造を有するＧｍ
ＡｌＡｓ混晶層からなり、かつ、領域（５）から領域（
６）にかけてＡｌＡｓ混晶比が連続的に変化しているエ
ピタキシャル・ウェハによって達せられる。

本発明のエピタキシャル・ウェハを図面に基づいて説明
する。

第１図は、本発明のエビタキンヤル・ウニ１１の１例の
縦断面模型図である。

第１図において、１は、単結晶基板である。基板１には
、ＧａＡｌＡｓ混晶と格子定数の相違の小さい、ひ化〃
リウム（ＧａＡｓ）が適しているが、その他、りん化が
リウム（ＧａＰ）、りん化インジウム（ＩｎＰ）、シリ
コン（Ｓ　ｉ）、デルｖニウム（Ｇｅ）等も用いること
ができる。基板１の表面の方位としては、結晶性の良好
なエピタキシャル層が得られる（１００１面が、通常、
用いられる。＊た、基板１のキャリア濃度は、内部抵抗
を少なくし、かつ、良好なオーミック電極を得るために
、１×Ｉ　Ｑ　Ｉｆｃ、−３以上とするのが好ましい。

基板１の導電型は、特に制限はないが、通常は亜鉛（Ｚ
ｎ）をドープしたｐ型のＧａＡｓが用いられる。

２は、ｐ型ＧａＡｌＡｓ混晶層である０層２には、後記
する直接遷移型のバンド構造を有する領域５及び間接遷
移型のバンド構造を有する領域６が設けられる。

また、３は、層２と後記する層４の間に形成されるｐｎ
接会である。

４は、間接遷移型のバンド構造を有するｎ型ＧａＡｌＡ
ｓ混晶層である０層４の、バンド構造が間接遷移型でな
い場合は、発生した光の内部吸収が大となるので好まし
くない。

ＧａＡｌＡｓ混晶は、一般に、ＡｌＡｓ混晶比ＩＧＪＩ
ＡＩＡｓを、ＧａＡｌＡｓ、Ａｓ、すなわち、（ＡＩＡ
ｓ）、（ＧａＡｓ）よ　と表示したときのにの値をいう
。

なお、Ｋは、０＜ｘ＜１の範囲である。）が、０＜ｘ≦
約０．４５の範囲で直接遷移型、また、約０．４５＜ｘ
＜１の範囲で間接遷移型のバンド構造を有する。

従って、層４は、ＡｌＡｓｌＡｓ混晶比的０．４５　＜
ｘ＜　１、好ましくは、０．５≦Ｘ≦０．８の範囲とす
る必要がある。

また、屑４の厚さは、２０〜１００μ−とするのが好ま
しい。

なお、上記の層２と４の順序は、基板１としてｐ型のも
のを用いる場合について説明したが、ｎ型の基板を用い
る場合は、屑４を基板に接して形成し、続いて屑２を形
成する。これは、基板とＧａＡｌＡｓ混晶の界面にｐｎ
接合が形成されるのを避けるためである。

５は、層２に形成された直接遷移型バンド構造を有する
ＧａＡｌＡｓ混晶からなる領域であって、光はこの領域
で発生する。また、６は、間接遷移型のバンド構造を有
するＧａＡｌＡｓ混晶からなる領域である０Ｍ域６は、
キャリアを領域５に閉込める障壁の慟さを有する。

領域５のＡｌＡｓ混晶比は、上記の直接遷移型の範囲に
、特に赤色の光を発生させる場合は、０．３≦Ｘ≦０．
４の範囲とする。

領域６のＡｌＡｓ混晶比は、層４と同様の範囲とする。

これは、領域５で発生した光の吸収を避けるため及びキ
ャリアを領域５に閉込めて発生の効率を向上させるため
である。

領域５の厚さは、約３〜１０μｍ、好ましくは、４〜８
μｍが必要である。これは、３μ−未満であると、発光
再結合が十分に生ゼす、また、１０μ−を超えると光の
内部吸収が増加して発光効率が低下するからである。

層２全体の厚さは、約１５〜５０μｍとするのが好まし
い。

層２のＡｌＡｓ混晶比は、領域５から６にかけて連続的
に変化していることが必要である。上記変化が、不連続
的であると製造工程が複雑となるので好ましくない。

本発明のエビタキンヤル・ウェハは、液相エピタキシャ
ル成長（以下「ＬＰＥＪという、）によって製造するの
が好ましい、これは、大きい膜厚を有するＧａＡｌＡｓ
混晶層を容易に成長させることができるからである。Ｌ
ＰＥ法による場合、適当な条件さえ選べば層２及び４に
対応する二種の融液を用いるだけで製造できる。すなわ
ち、領域５及び６の間でＡｌＡｓ混晶比を連続的に変化
させるのは、層２成長用融液として、該融液中のＡ　Ｉ
Ａｓの濃度が比較的低いもの、好ましくは、ＡｌＡｓ混
晶比Ｘが、０．４５　＜ｘ≦０．６５の範囲のＧａＡｌ
Ａｓ混晶の成長に適した融液組成のものを用いるのが好
ましい、また、冷却速度は、大である方が好ましく、例
えば約り℃／分以上であると、ＡｌＡｓ混晶の厚さに対
する変化を大きくでき、発光の効率を向上できるので好
ましい。

また、ｐ型ドーパントとしてはＺｎが好ましいが、水銀
（Ｈｇ）、カドミウム（Ｃｄ）等も用いられろ。

また、ｎ型ドーパンシとしては、テルル（Ｔｅ）が好ま
しい、硫黄（Ｓ）、けい素（Ｓ　ｉ）も用いることがで
きる。

その他のＬＰＥｒ＆長条件は、通常のＬＰＥ法と同様で
よい。

「発明の効果」 本発明は、以下に説明するような顕着な効果を有するの
で、産業上の利用価値は大であある。

（１）　本発明のエピタキシャル・ウェハを用いて製造
されたＬＥＤの光出力は大さく、屋外で用いる表示装置
に使用することができる。

（２）　さらに、本発明のエピタキシャル・ウェハは、
通常のシングル・ヘテロ構造のエピタキシャル・ウェハ
と同様に製造が容易である。

「実施例」 本発明のエピタキシャル・ウェハを実施例及び比較例に
基づいて、さらに具体的に説明する。

なお、以下の実施例及び比較例において、ＬＰＥ装置と
しては、２個の融液槽を有するスライド式ＬＰＥ装置を
用いた。

実施例 基板として、キャリア濃度が１．２Ｘ１０’″ｃｍ−’
であり直径ＳｅｗのＺｎ　ドープ−型ＧａＡｓ単結晶基
板を用いた。基板表面の面方位は、１１００）面とした
。

ｐ型層、すなわち、屑２に相当するエピタキシャル層の
成長用融液として、金属Ｇａ５０ｇにＧａＡｓ多結晶３
．２ｓｒ、金属ＡＩ０．５８５．及び金属ＺｎＯ１１ｇ
を溶解したものを用いた。

また、ｎ型層、すなわも、屑４に相当するエピタキシャ
ル層成長用融液として、金属Ｇａ５０ｇに、ＧａＡｓ結
晶１．１ｇ、金属Ａｔ　Ｏ，９ｇ及びＴｅＯ，００８ｇ
を溶解したものを用いた。

基板及び各融液を所定のＬＰＥ！ｉｆｌの所定の箇所に
収容した後、上記装置を水素気流中で９００℃に加熱し
、約１時間その温度を保持した後、スライドを操作して
、基板上にｐ型層成長用の融液を被せた。ＬＰＥ装置の
温度を、４℃／分の冷却速度で８６０℃まで冷却してｐ
型層を成長させた。続いて、ｎ型層成長用融液をｐ型層
成長済みの基板に被せて、１．０℃／分の冷却速度で８
００℃まで冷却して、ｎ型層を成長させた。

ｐ型層の厚さは、２０μ輪、また、ＡｌＡｓ混晶比Ｘは
、基板との界面で、ｘ−０，６、ｐｎ接合部近傍でｘ　
＝０．３５であって、基板からｐｎ接合に向かって連続
的にＸが減少していた。＊た、直接遷移型のバンド構造
を有する領域の厚さは、ｐｎ接合から基板に向かって４
μ−であった。

ｎ型層の厚さは、４０μ鋤、またー、Ｘは、０．７でほ
ぼ一定であった。

得られたエピタキシャル・ウェハを用いて、−辺５００
μｍのＬＥＤチップを製造した。電流密度、８Ａ／ａｍ
”、エポキシ・コートなしの条件で測定した光出力は、
高出力のチップ１０００個の平均で６　、２　ｍｃｄで
あった。

発光のピーク波長は、６５５ｎ−であった。

比較例 基板には、実施例で用いた基板と同様のものを用いた。

ｐ型層成長用の融液として、金属Ｇａ５０ｇに、ＧａＡ
ｓ多結晶４．２ｇ、金属ＡＩ０．４１ｇ及び金属Ｚｎ　
０１ｌｌｙを溶解したものを用いた。

ｎ型層成長用融液には実施例と同じ組成のものを用いた
。

冷却速度をｎ及びｐ屑とともに０．５℃／分としたこと
以外は、実施例と同様にして、エピタキシャル層を成長
させた。

得られたエピタキシャル・ウェハのｐ型層の厚さは２５
μｌであった。また、混晶比Ｘは、基板との界面でｘ　
＝０．４、ｐｎ接合の付近でＸ＝０．３５であった。

また、ｎ型層の厚さは、４０μ曽、また、には、０．７
で一定であった。

実施例と同様にして製造したＬＥＤの光出力は、実施例
と同一の条件で測定して、３．５　ｍｃｄであった。得
られたＬＥＤの発光ピーク波長は６５３ｎｍであった。

実施例及び比較例で説明した通り、従来のシングル・ヘ
テロ構造のエピタキシャル・ウェハを用いて製造したＬ
ＥＤに比較して、本発明のエピタキシャル・ウェハを用
いて製造したＬＥＤは光出力が大きいという特徴を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のエピタキシャル・ウェハの１例の縦
断面挨型図である。 １・・・・・・単結晶基板　　２・・・・・・ｐ型Ｇａ
Ａ１Ａｓ混晶屑４・・・・・・ｎ型ＧａＡｌＡｓ混晶層
５・・・・・・直接遷移型のバンド構造を有する領域６
・・・・・・間接遷移型のバンド構造を有する領域特許
出願人　三更モンサント化成株式会社三菱化成工業株式
会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　単結晶基板（１）、ｐ型ひ化ガリウム・アルミニウム
   混晶層（２）及び間接遷移型バンド構造を有するｎ型ひ
   化ガリウム・アルミニウム混晶層（４）からなるエピタ
   キシャル・ウェハにおいて、上記ｐ型混晶層（２）が、
   ｐｎ接合（３）から約３〜１０μｍの範囲の領域（５）
   が直接遷移型のバンド構造を有するひ化ガリウム・アル
   ミニウム混晶層、残りの領域（６）が間接遷移型のバン
   ド構造を有するひ化ガリウム・アルミニウム混晶層から
   なり、かつ、領域（５）から領域（６）にかけてひ化ア
   ルミニウム混晶比が連続的に変化していることを特徴と
   するエピタキシャル・ウェハ。