JPH07193331A - 発光素子用GaAs基板 - Google Patents

発光素子用GaAs基板

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JPH07193331A
JPH07193331A JP33245393A JP33245393A JPH07193331A JP H07193331 A JPH07193331 A JP H07193331A JP 33245393 A JP33245393 A JP 33245393A JP 33245393 A JP33245393 A JP 33245393A JP H07193331 A JPH07193331 A JP H07193331A
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JP
Japan
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light emitting
defect density
surface defect
emitting device
light
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JP33245393A
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English (en)
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Takanobu Kamakura
倉 孝 信 鎌
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 活性層の表面欠陥密度の低い発光素子すなわ
ち発光効率が高く且つ劣化が生じにくい発光素子を安価
に得ることができる発光素子用GaAs基板を提供す
る。 【構成】 基板上にエピタキシャル成長させた四元混晶
または三元混晶を活性層として用いる発光素子の前記基
板として使用される発光素子用GaAs基板において、
キャリア濃度を1×1017〜3×1018cm-3とする。 【効果】 発光素子用GaAs基板の上に四元混晶また
は三元混晶をエピタキシャル成長させることによって活
性層を形成した場合に、この活性層の表面欠陥密度を低
下させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザ・ダイオ
ードや発光ダイオード等の発光素子に使用する発光素子
用GaAs基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、GaAsで形成した導電性のウエ
ハが知られてる。GaAsウエハは、通常Siをドーパ
ントとして使用し、水平ブリッジマン(Horizonial Brid
geman)法等を用いて育成される。また、かかるGaAs
ウエハのキャリア濃度は、通常、7×1017〜5×10
18cm-3程度である。
【0003】また、このような導電性GaAsウエハを
基板として用いた発光素子(レーザ・ダイオードや発光
ダイオード)が、検討されている。かかる発光素子で
は、導電性GaAs基板上にGaAsバッファ層を形成
し、さらに、このGaAsバッファ層上にヘテロ・エピ
タキシャル成長によって四元混晶または三元混晶の活性
層を形成する。ここで、四元混晶としてはInGaAl
PやInGaAsP等が、三元混晶としてはGaAlA
sやGaAlP等が、それぞれ使用される。
【0004】このような構成の発光素子においては、活
性層の表面欠陥密度を1×105 cm-2未満にする必要
がある。これは、活性層の表面欠陥密度が1×105
-2以上となると、発光効率が悪くなってしまい、ま
た、劣化が生じやすくなるからである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成の発光素子には、製造工程中に、活性層の表面
欠陥密度が高い発光素子(1×105 〜1×106 cm
-2)が突然連続して製造され始め、そして、原因不明の
まま再び表面欠陥密度の低い発光素子が突然製造され始
めるという問題があった。
【0006】図3は、エピタキシャル成長によって活性
層を形成する際の表面欠陥密度の変化をバッチごとに示
すグラフである。同図において、縦軸は表面欠陥密度
(単位cm-2)であり、横軸はバッチ番号である。同図
からわかるように、活性層の表面欠陥密度はバッチ番号
が#4のあたりから突然増加し、バッチ番号が#6〜#
7のあたりから突然減少する。そして、バッチ番号が#
10〜#11のあたりから、再度、突然増加する。
【0007】これに対して、本願発明者は、活性層をエ
ピタキシャル成長させる際の成長温度、キャリアガス流
量等の成長条件を適当に設定することにより、表面欠陥
密度の低下および安定化を図ることを試みたが、これら
の設定条件の変更によっては表面欠陥密度の低下や安定
化を図ることはできなかった。
【0008】また、本願発明者は、表面欠陥密度が突然
増加する原因が導電性GaAs基板にあるのではないか
と考え、この導電性GaAs基板の作製に使用するGa
Asウエハとしてエッチピット濃度(Etch Pits Densit
y) の低いものを使用したり、研磨加工を再度行ったも
のを使用したりすることを試みたが、いずれも表面欠陥
密度の低下や安定化を図ることはできなかった。
【0009】このため、従来は、発光効率が高く且つ劣
化が生じにくい発光素子を得ようとすると、製造歩留ま
りが非常に悪くなり、製造コストが上昇する原因となっ
ていた。
【0010】本発明は、このような従来技術の欠点に鑑
みてなされたものであり、活性層の表面欠陥密度の低い
発光素子、すなわち発光効率が高く且つ劣化が生じにく
い発光素子を安価に得ることができる発光素子用GaA
s基板を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる発光素子
用GaAs基板は、基板上にエピタキシャル成長させた
四元混晶または三元混晶を活性層として用いる発光素子
の前記基板として使用される発光素子用GaAs基板に
おいて、キャリア濃度を1×1017〜3×1018cm-3
としたことを特徴とする。
【0012】
【作用】本発明者が検討した結果によれば、発光素子用
GaAs基板のキャリア濃度を3×1018cm-3以下と
することにより、この発光素子用GaAs基板の上に四
元混晶または三元混晶をエピタキシャル成長させること
によって形成された活性層の表面欠陥密度を低下させる
ことができる。
【0013】また、活性層の電気抵抗を十分に低く抑え
るためには、発光素子用GaAs基板のキャリア濃度は
1×1017cm-3以上であることが望ましい。
【0014】したがって、発光効率が高く且つ劣化が生
じにくい発光素子を提供するためには、発光素子用Ga
As基板のキャリア濃度は1×1017〜3×1018cm
-3とするのが最適である。
【0015】
【実施例】以下、本発明の一実施例に係わる発光素子に
ついて、従来の発光素子と比較しつつ説明する。
【0016】最初に、以下のようにして、本実施例に係
わる発光素子および従来の発光素子に相当するサンプル
を作製した。 まず、インゴットヘッドのn型キャリア濃度が7×1
17cm-3となるようにSiドーパントを調合し、水平
ブリッジマン法を用いて単結晶インゴットを作製した。
このとき、GaAs単結晶のn型キャリア濃度は、イン
ゴットヘッド部に近い部分ほど低くなり、テイル部に近
い部分ほど高くなる。 そして、この単結晶インゴットの固化率が0.1〜
0.8までの部位からウエハを切り出し、複数枚の導電
性GaAsウエハを得た。このようにして得られた導電
性GaAsウエハのキャリア濃度をVDP法により測定
したところ、キャリア濃度のばらつきは7×1017〜5
×1018cm-3であった。また、このときのエッチピッ
ト濃度は、平均で1×104 cm-2以下とした。 次に、これらの導電性GaAsウエハ上に、それぞ
れ、GaAsバッファ層をエピタキシャル成長させた。
このときの成長条件は、温度650℃、ガス圧100To
rr、V族/III 族比100とした。 その後、InGaAlP層およびGaAlAs層(発
光素子の活性層に相当する)を、それぞれMOCVD法
を用いてエピタキシャル成長させた。このとき、これら
の層の厚さは、ともに3μmとした。 続いて、インゴットヘッドのn型キャリア濃度が1×
1018cm-3となるようにSiドーパントを調合した場
合について、〜と同様の工程を行った。
【0017】そして、各ウエハの表面を200倍の微分
干渉顕微鏡で観察し、表面欠陥密度を調べた。
【0018】図1は、導電性GaAsウエハのキャリア
濃度と表面欠陥密度との関係を示すグラフである。図1
からわかるように、活性層の表面欠陥密度は、キャリア
濃度3×1018cm-3を境にして大きく変化した。すな
わち、表面欠陥密度は、キャリア濃度が3×1018cm
-3以下の場合は1×103 〜1×104 個/cm2 程度
であるが、キャリア濃度が3×1018cm-3を越えると
急激に増加して、1×105 〜1×106 個/cm2
なった。
【0019】また、同図において、白丸で示した測定点
はインゴットヘッドのn型キャリア濃度が1×1018
-3となるようにSiドーパントを調合した単結晶イン
ゴットのものであり、黒丸で示した測定点はインゴット
ヘッドのn型キャリア濃度が7×1017cm-3となるよ
うにSiドーパントを調合した単結晶インゴットのもの
である。両者の比較により、表面欠陥の異常発生(表面
欠陥密度が1×105〜1×106 個/cm2 の場合)
がインゴットヘッドのキャリア濃度ではなく、ウエハ自
身のキャリア濃度によるものであることが明らかになっ
た。
【0020】図2は、本実施例に係わるウエハを用いた
発光素子(すなわち、キャリア濃度が3×1018cm-3
以下の導電性GaAsウエハを基板として用いた発光素
子)の表面欠陥密度の変化をバッチごとに示すグラフで
あり、従来例の図3に対応するものである。同図からわ
かるように、本実施例によれば、表面欠陥密度のバッチ
ごとの変動を非常に小さくすることができた。
【0021】また、本願発明者が行った実験によれば、
この表面欠陥密度は、エッチピット濃度には依存しない
ことが判明した。さらに、上述したような水平ブリッジ
マン法を用いて作製した導電性GaAsウエハを複数の
ウエハメーカーから購入して工程,を施し、キャリ
ア濃度と表面欠陥密度との関係を調べたところ、図1と
同様の結果を得た。ただし、キャリア濃度が3×1018
cm-3を越える場合については、各メーカーによってキ
ャリア濃度の表面欠陥密度との関係に差異があった。
【0022】これにより、表面欠陥密度は導電性GaA
sウエハのキャリア濃度のみに依存し、ウエハ製造時の
他の条件には依存しないことが確認された。
【0023】続いて、他の三元混晶および四元混晶を用
いて活性層を形成する場合について、これと同様の実験
を行った。その結果、導電性GaAsウエハのキャリア
濃度と表面欠陥密度との関係は、図1と同様であった。
また、インゴットヘッドのキャリア濃度、エッチピット
濃度には依存せず、いずれのウエハメーカーから購入し
たものも同じ結果が得られた。
【0024】加えて、ドーパントとしてTeやZnを使
用した場合についても同様の実験を行ったが、導電性G
aAsウエハのキャリア濃度と表面欠陥密度との関係は
図1と同様であり、インゴットヘッドのキャリア濃度、
エッチピット濃度には依存せず、また、いずれのウエハ
メーカーから購入したものも同じ結果が得られた。
【0025】さらに、導電性GaAsウエハを液体封止
(Liquid Encapsulation)法を用いて作製した場合につい
て、同様の実験を行った。その結果、導電性GaAsウ
エハのキャリア濃度と表面欠陥密度との関係は、図1に
しめした水平ブリッジマン法の場合と同様であった。ま
た、インゴットヘッドのキャリア濃度には依存せず、い
ずれのウエハメーカーから購入したものも同し結果が得
られた。さらに、この場合には、ウエハ間のエッチピッ
ト濃度のばらつきが1×103 〜5×104 であった
が、表面欠陥密度の依存性はなかった。
【0026】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、活性層の表面欠陥密度の低い発光素子、すなわち
発光効率が高く且つ劣化が生じにくい発光素子を安価に
得ることができる発光素子用GaAs基板を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】発光素子用GaAsウエハのキャリア濃度と表
面欠陥密度との関係を示すグラフである。
【図2】本実施例に係わるGaAs基板を用いた発光素
子の表面欠陥密度の変化をバッチごとに示すグラフであ
る。
【図3】従来のGaAs基板を用いた発光素子の表面欠
陥密度の変化をバッチごとに示すグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上にエピタキシャル成長させた四元混
    晶または三元混晶を活性層として用いる発光素子の前記
    基板として使用される発光素子用GaAs基板におい
    て、 キャリア濃度を1×1017〜3×1018cm-3としたこ
    とを特徴とする発光素子用GaAs基板。
  2. 【請求項2】Siをドーパントとしたn型導電性GaA
    s基板であることを特徴とする請求項1記載の発光素子
    用GaAs基板。
JP33245393A 1993-12-27 1993-12-27 発光素子用GaAs基板 Pending JPH07193331A (ja)

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JP33245393A JPH07193331A (ja) 1993-12-27 1993-12-27 発光素子用GaAs基板

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JP33245393A JPH07193331A (ja) 1993-12-27 1993-12-27 発光素子用GaAs基板

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JP (1) JPH07193331A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7492803B2 (en) 2005-06-10 2009-02-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fiber-coupled single photon source
US8552533B2 (en) 2007-09-12 2013-10-08 Asahi Kasei Emd Corporation Compound semiconductor substrate and method for manufacturing the same

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EP3029716A1 (en) 2007-09-12 2016-06-08 Asahi Kasei EMD Corporation Process for producing compound semiconductor substrate and semiconductor device

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