JPH02146779A - ダブルヘテロ型エピタキシャル・ウエハ - Google Patents
ダブルヘテロ型エピタキシャル・ウエハInfo
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-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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- H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
-
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-
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- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
本発明は、発光出力の大きい発光ダイオード（以下、ｒ
ＬＥＤＪという。）の製造に適したダブル・ヘテロ型エ
ピタキシャル・ウェハに関する。
ＬＥＤＪという。）の製造に適したダブル・ヘテロ型エ
ピタキシャル・ウェハに関する。
「従来の技術」
ダブル・ヘテロ構造を有する■−■族化合物（本明細書
では、周期律表第ｎｎ）族及び第Ｖｌ＋族元素からなる
化合物を、ｒｍ−ｖ族化合物」という。）混晶エピタキ
シャル・ウェハは、キャリアを活性層に閉込めることか
で軽、非発光再結合によるキャリアの消滅が少ないので
大出力のＬＥＤの製造に適する。特に、ひ化ガリウム・
アルミニウム混晶を用いたエピタキシャル・ウェハは、
大出力の赤色ＬＥＤを製造できるので、表示装置、カメ
ラの自動焦点測定装置等に広く用いられている。
では、周期律表第ｎｎ）族及び第Ｖｌ＋族元素からなる
化合物を、ｒｍ−ｖ族化合物」という。）混晶エピタキ
シャル・ウェハは、キャリアを活性層に閉込めることか
で軽、非発光再結合によるキャリアの消滅が少ないので
大出力のＬＥＤの製造に適する。特に、ひ化ガリウム・
アルミニウム混晶を用いたエピタキシャル・ウェハは、
大出力の赤色ＬＥＤを製造できるので、表示装置、カメ
ラの自動焦点測定装置等に広く用いられている。
これらのエピタキシャル・ウェハは、ひ化ガリウム（Ｇ
ａＡｓ）等の単結晶基板（以下、「基板」という、、）
上の液相エピタキシャル成長法、気相エピタキシャル成
長法等によって、所望の■−■族化合物混晶をエピタキ
シャル成長させることにより製造される。
ａＡｓ）等の単結晶基板（以下、「基板」という、、）
上の液相エピタキシャル成長法、気相エピタキシャル成
長法等によって、所望の■−■族化合物混晶をエピタキ
シャル成長させることにより製造される。
しかしながら、基板として用いられるひ化ガリウム等は
、光の透過性が低いのでｌ） ＩＩ接合で発生した光が
、外部に放射される前に、基板で吸収されるという問題
があった。従来、基板による光の吸収を避けるためには
、エピタキシャル成長後に、基板を研磨又はエツチング
を行って除去することが行われていた。
、光の透過性が低いのでｌ） ＩＩ接合で発生した光が
、外部に放射される前に、基板で吸収されるという問題
があった。従来、基板による光の吸収を避けるためには
、エピタキシャル成長後に、基板を研磨又はエツチング
を行って除去することが行われていた。
一般に、エピタキシャル・ウェハは、ＬＥＤの製造工程
での破損を避ける必要から、少なくとも０．２ｎＩ１６
の厚みを有することが望まれる。
での破損を避ける必要から、少なくとも０．２ｎＩ１６
の厚みを有することが望まれる。
そのため、従来は、エピタキシャル層を、０．２ｍａｎ
以」二の厚みに成長させていた。
以」二の厚みに成長させていた。
「発明が解決しようとする課題」
しかしながら、エピタキシャル層の厚みを厚くすると、
偏析係数の相違から、エピタキシャル層、特に、各クラ
ッド層中で混晶組成の不均一が生じるという問題があっ
た。
偏析係数の相違から、エピタキシャル層、特に、各クラ
ッド層中で混晶組成の不均一が生じるという問題があっ
た。
［課題を解決する手段−１
本発明者等は、基板を除去しなくても内部の光吸収の少
なく、商出力ＬＥＤの製造に適した■１■族化合物エピ
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。
なく、商出力ＬＥＤの製造に適した■１■族化合物エピ
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、基板、間接遷移型バンド構造を
有する■−■族化合物混晶からなるｎクラッド層、及び
ｎクラッド層ならびにＬ記両クラッドで挟まれた直接遷
移型バンド構造を有する■−ｖ族化合物混晶からなる活
性層を有するダブル・ヘテロ型エピタキシャル・ウェハ
において、基板側のクラッド層の屈折率が、他のクラッ
ド層の屈折率より小さいダブル・ヘテロ型エピタキシャ
ル・ウェハによって達せられる。
有する■−■族化合物混晶からなるｎクラッド層、及び
ｎクラッド層ならびにＬ記両クラッドで挟まれた直接遷
移型バンド構造を有する■−ｖ族化合物混晶からなる活
性層を有するダブル・ヘテロ型エピタキシャル・ウェハ
において、基板側のクラッド層の屈折率が、他のクラッ
ド層の屈折率より小さいダブル・ヘテロ型エピタキシャ
ル・ウェハによって達せられる。
ＩＩ［−Ｖ族化合物混晶として、ひ化ガリウム・アルミ
ニウム、りん化ガリウム・インジウム、りん化ひ化ガリ
ウム・インジウム等の混晶が用いられる。これらの混晶
は、混晶率を変化させることにより、間接遷移型及び直
接遷移型の両方のバンド構造の混晶が得られるので、ダ
ブル・ヘテロ型のエピタキシャル・ウェハの製造に適し
ている。
ニウム、りん化ガリウム・インジウム、りん化ひ化ガリ
ウム・インジウム等の混晶が用いられる。これらの混晶
は、混晶率を変化させることにより、間接遷移型及び直
接遷移型の両方のバンド構造の混晶が得られるので、ダ
ブル・ヘテロ型のエピタキシャル・ウェハの製造に適し
ている。
例えば、ひ化ガリウム・アルミニウムでは、混晶率が約
０．４５以下で直接遷移型、それ以上で間接遷移型のバ
ンド構造を有する。
０．４５以下で直接遷移型、それ以上で間接遷移型のバ
ンド構造を有する。
なお、本明細書では、「混晶率１とは、混晶を構成する
■−Ｖ族化合物の比率をいう。特に、ひ化ガリウム・ア
ルミニウムの場合ひ化ガリウム・アルミニウムを、（Ｇ
ａＡｓ）、、（ＡＩＡｓ）、ｅと表示した場合の「χ」
の値をいう（１≦χ≦１）。
■−Ｖ族化合物の比率をいう。特に、ひ化ガリウム・ア
ルミニウムの場合ひ化ガリウム・アルミニウムを、（Ｇ
ａＡｓ）、、（ＡＩＡｓ）、ｅと表示した場合の「χ」
の値をいう（１≦χ≦１）。
本発明のエピタキシャル・ウェハは、基板上に気相ある
いは液相エピタキシャル成長法又は分子線エピタキシャ
ル成長法等の方法によって、所望の■−■族化合物混晶
をエピタキシャル成長させることによって製造される。
いは液相エピタキシャル成長法又は分子線エピタキシャ
ル成長法等の方法によって、所望の■−■族化合物混晶
をエピタキシャル成長させることによって製造される。
気相エピタキシャル成長法、例えば、有機金属気相エピ
タキシャル成長法（ＭＯＣＶＤ法）、ハロゲン化物輸送
法等又は分子線エピタキシャル成長法は、成長させる単
結晶層の組成、厚み等の制御が容易であり、一方、液相
エピタキシャル成長法では、膜厚の大な単結晶層が容易
に得られるので、エピタキシャル成長の目的に応じて、
成長法を適宜選択する。
タキシャル成長法（ＭＯＣＶＤ法）、ハロゲン化物輸送
法等又は分子線エピタキシャル成長法は、成長させる単
結晶層の組成、厚み等の制御が容易であり、一方、液相
エピタキシャル成長法では、膜厚の大な単結晶層が容易
に得られるので、エピタキシャル成長の目的に応じて、
成長法を適宜選択する。
基板としては、ひ化ガリウム、りん化インジウム等が好
ましいが、けい素、ゲルマニウム等でもよい。
ましいが、けい素、ゲルマニウム等でもよい。
ひ化ガリウム・アルミニウムを成長させたエピタキシャ
ル・ウェハを成長させる場合、通常は、１）型ひ化〃リ
ウム基板上に、ｐクラッド層、活性層及びｎクラッド層
をこの順で成長させる。これは、１）型ひ化ガリウム基
板を用いると、ひ化ガリウム・アルミニウムとの格子定
数の差が小さいので、転位の発生が殆ど無いこと、また
、基板のｐ型キャリア濃度を高濃度とすることができる
ので、電極形成が容易であるからである。
ル・ウェハを成長させる場合、通常は、１）型ひ化〃リ
ウム基板上に、ｐクラッド層、活性層及びｎクラッド層
をこの順で成長させる。これは、１）型ひ化ガリウム基
板を用いると、ひ化ガリウム・アルミニウムとの格子定
数の差が小さいので、転位の発生が殆ど無いこと、また
、基板のｐ型キャリア濃度を高濃度とすることができる
ので、電極形成が容易であるからである。
本発明では、基板側のクラッド層の屈折率は、表面側の
クラッド層よりも小とする。すなわち、基板側のクラッ
ド層の混晶率を、表面側の混晶率よりも大とする。この
結果、基板とクラッド層の界面で反射した光が、乱反射
することなく該クランド層と活性層の界面を通過する。
クラッド層よりも小とする。すなわち、基板側のクラッ
ド層の混晶率を、表面側の混晶率よりも大とする。この
結果、基板とクラッド層の界面で反射した光が、乱反射
することなく該クランド層と活性層の界面を通過する。
その結果、ＬＥＤの外部量子効率が高くなり、ＬＥＤの
発光出力が増加する。
発光出力が増加する。
ひ化ガリウム・アルミニウム混晶エピタキシャル・ウェ
ハの場合、基板側の１）クラッド層の混晶率は、表面側
のｎクラッド層の混晶率よりも、少なくとも０．０２大
とする。
ハの場合、基板側の１）クラッド層の混晶率は、表面側
のｎクラッド層の混晶率よりも、少なくとも０．０２大
とする。
なお、■−■化合物混晶では、バンド幅（充満帯と伝導
帯の開のエネルギー間隔をいう。）が大となる程、屈折
率が小となる。例えば、ひ化ガリウム・アルミニウムで
は、混晶率が大となる程、バンド幅が大となり、屈折率
が小となる。
帯の開のエネルギー間隔をいう。）が大となる程、屈折
率が小となる。例えば、ひ化ガリウム・アルミニウムで
は、混晶率が大となる程、バンド幅が大となり、屈折率
が小となる。
ひ化ガリウム・アルミニウム混晶エピタキシャル・ウェ
ハの場合、各層の■層厚及び■混晶率は、次のようにす
るのがよい。
ハの場合、各層の■層厚及び■混晶率は、次のようにす
るのがよい。
（１）＋１クラッド層；
■約５＾・約４０μＷ、■約０ 、７−＝−約０．９（
２）活性層； ■約０．５−、、約７μ蹟、■約０−・７約０．４５な
お、活性層の伝導型は、１）型とするのがよい。
２）活性層； ■約０．５−、、約７μ蹟、■約０−・７約０．４５な
お、活性層の伝導型は、１）型とするのがよい。
（３）ｎクラッド層；
■約５・り約４０μｌｆｉ、■約０．５−し約０．８８
また、キャリア濃度は、通常の範囲、例えば、約１×１
０１７１Ｘ−約Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−３でよいが、活
性層のキャリア濃度をｎクラッド層のキャリア濃度より
大とするのが好ましい。
また、キャリア濃度は、通常の範囲、例えば、約１×１
０１７１Ｘ−約Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−３でよいが、活
性層のキャリア濃度をｎクラッド層のキャリア濃度より
大とするのが好ましい。
［実施例−１
実施例
液相エピタキシャル成長法により、次のようなひ化ガリ
ウム・アルミニウム混晶エピタキシャル・ウェハを成長
させた。
ウム・アルミニウム混晶エピタキシャル・ウェハを成長
させた。
（１）基板； 表面の面方位、（１００）、厚さは、０
，３ｖｌ＋ｎの亜鉛ドープ１）型ひ化ガリウム単結晶基
板。
，３ｖｌ＋ｎの亜鉛ドープ１）型ひ化ガリウム単結晶基
板。
以下、本実施例及び比較例で、■層厚、■キャリア濃度
、■混晶率の順に示す。
、■混晶率の順に示す。
（２）＋１クラッド層； ■２０μ転■３．０×３、０
”ｃｍ−”、■０．８１ 一８＝ （３）活性層； ■２．０μ鎗、■５．２Ｘ１０１７ｃ
ｖｌ−３、■０．３４ （４）ｎクラッド層； ■４０μｗ１■２．０×Ｉ Ｑ
Ｉ ７ ｃ ｃ２、■０．７２なお、キャリア濃度は
、ｌ） ｎ接合を用いたＣ−ｖ法及びｖａｎ ｄｅｒ
Ｐａｕｗ法により測定した。また、混晶率は、Ｘ＃ｉマ
イクロアナライザーにより測定し、測定結果をＺＡＦ補
正法により補正して混晶率を求めた。
”ｃｍ−”、■０．８１ 一８＝ （３）活性層； ■２．０μ鎗、■５．２Ｘ１０１７ｃ
ｖｌ−３、■０．３４ （４）ｎクラッド層； ■４０μｗ１■２．０×Ｉ Ｑ
Ｉ ７ ｃ ｃ２、■０．７２なお、キャリア濃度は
、ｌ） ｎ接合を用いたＣ−ｖ法及びｖａｎ ｄｅｒ
Ｐａｕｗ法により測定した。また、混晶率は、Ｘ＃ｉマ
イクロアナライザーにより測定し、測定結果をＺＡＦ補
正法により補正して混晶率を求めた。
得られたエピタキシャル・ウェハがら、−辺０．３ｎＩ
Ｉ＋、厚さ０．２５＋ｎｍのＬＥＤチップを作製した。
Ｉ＋、厚さ０．２５＋ｎｍのＬＥＤチップを作製した。
得られたチップをエポキシ樹脂でコートした後、電流密
度８ Ａ ／ ｃｏｏ２の条件で測定して、光出力は１
．８ｃｄ（１００個平均値）、発光波長６６ｎ津、また
、順方向電圧は、１．８５Ｖ（１００個平均値）であっ
た。
度８ Ａ ／ ｃｏｏ２の条件で測定して、光出力は１
．８ｃｄ（１００個平均値）、発光波長６６ｎ津、また
、順方向電圧は、１．８５Ｖ（１００個平均値）であっ
た。
比較例
実施例で用いたものと同様のひ化ガリウム単結晶基板上
に次のようなひ化ガリウム・アルミニウム混晶を液相エ
ピタキシャル成長法によって成長させた。
に次のようなひ化ガリウム・アルミニウム混晶を液相エ
ピタキシャル成長法によって成長させた。
（１）ｐクラッド層； ■１８μ【０、■３．５×１０
”ａｍ−’、■０．６５ （２）活性層； ０１．８μｍ、■５．２Ｘ１０１７０
Ｉｎ−３、■０．３４ （３）ｎクラッド層； ■４５μ論、■２．０Ｘ１０Ｉ
７ｃｌｎ−３、■０．７２ 得られたエピタキシャル・ウェハから実施例と同様にし
てＬＥＤチップを作製した。実施例と同様にして測定し
た光出力は、１．１ｃｄ（１００個平均値）、また、ピ
ーク発光波長は、６６３ｎｍであった。
”ａｍ−’、■０．６５ （２）活性層； ０１．８μｍ、■５．２Ｘ１０１７０
Ｉｎ−３、■０．３４ （３）ｎクラッド層； ■４５μ論、■２．０Ｘ１０Ｉ
７ｃｌｎ−３、■０．７２ 得られたエピタキシャル・ウェハから実施例と同様にし
てＬＥＤチップを作製した。実施例と同様にして測定し
た光出力は、１．１ｃｄ（１００個平均値）、また、ピ
ーク発光波長は、６６３ｎｍであった。
「発明の効果」
本発明は、下記のような顕著な効果があるので、産業上
の利用価値が大である。
の利用価値が大である。
（１）基板を除去しなくても、大きな光出力が得られる
。
。
（２）従って、基板除去にそなえて層厚の大なエピタキ
シャル層を成長させる必要がないので、エピタキシャル
層の組成の不均一が発生しない。
シャル層を成長させる必要がないので、エピタキシャル
層の組成の不均一が発生しない。
Claims (4)
- （１）単結晶基板、間接遷移型バンド構造を有するIII
−Ｖ族化合物混晶からなるｎクラッド層及びｐクラッド
層ならびに上記両クラッド層で挟まれた直接遷移型バン
ド構造を有するIII−Ｖ族化合物混晶からなる活性層を
有するダブルヘテロ型エピタキシャル・ウェハにおいて
、単結晶基板側のクラッド層の屈折率が、他のクラッド
層の屈折率よりも小さいことを特徴とするエピタキシャ
ル・ウェハ。 - （２）III−Ｖ族化合物混晶が、ひ化ガリウム・アルミ
ニウムである請求項第１項記載のエピタキシャル・ウェ
ハ。 - （３）単結晶基板が、ｐ型ひ化ガリウムであり、単結晶
基板側のクラッド層がｐ型、他のクラッド層がｎ型であ
る請求項第２項記載のエピタキシャル・ウェハ。 - （４）ｐクラッド層の混晶率が、ｎクラッド層の混晶率
よりも少なくとも０．０２大である請求項第３項記載の
ダブルヘテロ型エピタキシャル・ウェハ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30022888A JP2763008B2 (ja) | 1988-11-28 | 1988-11-28 | ダブルヘテロ型エピタキシャル・ウエハおよび発光ダイオード |
| KR1019890017249A KR0151137B1 (ko) | 1988-11-28 | 1989-11-27 | 이중 헤테로형 에픽택셜 웨이퍼 |
| DE68923765T DE68923765T2 (de) | 1988-11-28 | 1989-11-27 | Verfahren zur Herstellung einer Epitaxialscheibe vom doppelten Heteroübergangs-Typ. |
| US07/441,273 US5103270A (en) | 1988-11-28 | 1989-11-27 | Double hetero type epitaxial wafer with refractive indices |
| EP89312267A EP0371720B1 (en) | 1988-11-28 | 1989-11-27 | Method of making a double hetero type epitaxial wafer |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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