JPH07211660A - ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用エピタキシャルウェハ及びその製造方法 - Google Patents
ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用エピタキシャルウェハ及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH07211660A JPH07211660A JP611594A JP611594A JPH07211660A JP H07211660 A JPH07211660 A JP H07211660A JP 611594 A JP611594 A JP 611594A JP 611594 A JP611594 A JP 611594A JP H07211660 A JPH07211660 A JP H07211660A
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- mixed crystal
- crystal ratio
- layer
- epitaxial wafer
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ｎ型クラッド層の表面混晶比をｙ2 ≦０．５５
としても発光出力の低下がなく、高信頼性と高発光出力
を両立させる。 【構成】所望する発光波長に必要な混晶比のｐ型Ｇａ
1-x Ａｌx Ａｓ活性層とｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッ
ド層とが、ｐ型ＧａＡｓ基板上に形成されたシングルヘ
テロ構造またはダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェ
ハである。各層は徐冷法により成長するが、ｎ型クラッ
ド層を成長する時の徐冷速度は、０．１≦ＲN ≦０．５
℃/minとして従来より遅くする。そして、ｎ型Ｇａ1-y
Ａｌy Ａｓクラッド層の初期混晶比をｙ1 、表面混晶比
をｙ2 、ｐ型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層の混晶比をｘと
したとき、成長開始温度とＡｌチャージ量を調節して、
〓０．５５≦ｙ1 ＜０．７０、〓ｘ＜ｙ2 ≦０．５５、
〓０．７５＜ｙ2 ／ｙ 1＜０．９の３つの条件を同時に
満たすようにｎ型クラッド層を成長させる。
としても発光出力の低下がなく、高信頼性と高発光出力
を両立させる。 【構成】所望する発光波長に必要な混晶比のｐ型Ｇａ
1-x Ａｌx Ａｓ活性層とｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッ
ド層とが、ｐ型ＧａＡｓ基板上に形成されたシングルヘ
テロ構造またはダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェ
ハである。各層は徐冷法により成長するが、ｎ型クラッ
ド層を成長する時の徐冷速度は、０．１≦ＲN ≦０．５
℃/minとして従来より遅くする。そして、ｎ型Ｇａ1-y
Ａｌy Ａｓクラッド層の初期混晶比をｙ1 、表面混晶比
をｙ2 、ｐ型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層の混晶比をｘと
したとき、成長開始温度とＡｌチャージ量を調節して、
〓０．５５≦ｙ1 ＜０．７０、〓ｘ＜ｙ2 ≦０．５５、
〓０．７５＜ｙ2 ／ｙ 1＜０．９の３つの条件を同時に
満たすようにｎ型クラッド層を成長させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光出力を低下させる
ことなく高温高湿化での信頼性の高いＧａＡｌＡｓ系Ｌ
ＥＤ用エピタキシャルウェハに関するものである。
ことなく高温高湿化での信頼性の高いＧａＡｌＡｓ系Ｌ
ＥＤ用エピタキシャルウェハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｌＡｓ赤色ＬＥＤは輝度が高いこ
とから屋外表示用として使用されている。このＧａＡｌ
Ａｓ赤色ＬＥＤ用のエピタキシャルウェハは、液相成長
法を用いてＧａＡｓ基板上にｐｎヘテロ接合を形成する
ことで得られるが、その構造上、シングルヘテロ構造と
ダブルヘテロ構造とがある。
とから屋外表示用として使用されている。このＧａＡｌ
Ａｓ赤色ＬＥＤ用のエピタキシャルウェハは、液相成長
法を用いてＧａＡｓ基板上にｐｎヘテロ接合を形成する
ことで得られるが、その構造上、シングルヘテロ構造と
ダブルヘテロ構造とがある。
【０００３】図６に典型的なシングルヘテロ構造エピタ
キシャルウェハの構造とＡｌＡｓ混晶比を示す。所望す
る発光波長に必要な混晶比のｐ型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活
性層２とｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド層３とがｐ型
ＧａＡｓ基板１上に形成されており、ｘ＜ｙ2 ≦ｙ1 の
関係が成り立っている。ここで、ｎ型Ｇａ1-y ＡｌyＡ
ｓクラッド層の初期混晶比をｙ1 、表面混晶比をｙ2 、
ｐ型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層の混晶比をｘとしてい
る。ｎ型クラッド層の混晶比ｙはｐｎ接合部で発光した
光を透過する光透過層の役目があるため、活性層の混晶
比ｘより大きくしなければならない。
キシャルウェハの構造とＡｌＡｓ混晶比を示す。所望す
る発光波長に必要な混晶比のｐ型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活
性層２とｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド層３とがｐ型
ＧａＡｓ基板１上に形成されており、ｘ＜ｙ2 ≦ｙ1 の
関係が成り立っている。ここで、ｎ型Ｇａ1-y ＡｌyＡ
ｓクラッド層の初期混晶比をｙ1 、表面混晶比をｙ2 、
ｐ型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層の混晶比をｘとしてい
る。ｎ型クラッド層の混晶比ｙはｐｎ接合部で発光した
光を透過する光透過層の役目があるため、活性層の混晶
比ｘより大きくしなければならない。
【０００４】ところで、ＧａＡｌＡｓは混晶比が高いほ
ど酸化を受けやすい。そのため屋外等の高温高湿下では
エピタキシャルウェハ表面に酸化被膜が形成され、発光
した光を吸収して発光光度を低下させることが分かって
いる。従って、特開昭６３−３１４８７５号公報にある
ようにｎ型クラッド層の混晶比はｙ2 ≦０．７が望まし
いとされている。しかし、このように混晶比の上限を規
定しても、実際には発光出力の点で問題があるためｙ2
≧０．６５とせざるを得ず、混晶比の下限を低くできな
いため、高温高湿下での信頼性は低い。その理由を以下
に述べる。
ど酸化を受けやすい。そのため屋外等の高温高湿下では
エピタキシャルウェハ表面に酸化被膜が形成され、発光
した光を吸収して発光光度を低下させることが分かって
いる。従って、特開昭６３−３１４８７５号公報にある
ようにｎ型クラッド層の混晶比はｙ2 ≦０．７が望まし
いとされている。しかし、このように混晶比の上限を規
定しても、実際には発光出力の点で問題があるためｙ2
≧０．６５とせざるを得ず、混晶比の下限を低くできな
いため、高温高湿下での信頼性は低い。その理由を以下
に述べる。
【０００５】液相成長法には徐冷法や温度差法等がある
が、一般には徐冷法が用いられる。徐冷法によりエピタ
キシャル層を成長する場合、成長開始温度とＡｌチャー
ジ量によりＡｌの実効偏析係数が決る。このため成長開
始温度と成長時間（膜厚）を固定した場合は、目標とす
る表面混晶比ｙ2 によりＡｌチャージ量が決るため初期
混晶比ｙ1 が自ずと決定する。特に初期混晶比ｙ1 ≦
０．８では、成長するにつれて混晶比が下がっていくの
で必ずｙ1 ＞ｙ2 となる（なお、温度差法の場合はｙ1
＝ｙ2 である）。
が、一般には徐冷法が用いられる。徐冷法によりエピタ
キシャル層を成長する場合、成長開始温度とＡｌチャー
ジ量によりＡｌの実効偏析係数が決る。このため成長開
始温度と成長時間（膜厚）を固定した場合は、目標とす
る表面混晶比ｙ2 によりＡｌチャージ量が決るため初期
混晶比ｙ1 が自ずと決定する。特に初期混晶比ｙ1 ≦
０．８では、成長するにつれて混晶比が下がっていくの
で必ずｙ1 ＞ｙ2 となる（なお、温度差法の場合はｙ1
＝ｙ2 である）。
【０００６】一般的にｎ型クラッド層成長開始温度は８
５０℃〜８００℃で、膜厚は３０〜５０μm である。例
えば、この成長開始温度と膜厚で表面混晶比ｙ2 が０．
６５になるようにＡｌチャージ量を決めてｎ型クラッド
層を成長すると、初期混晶比ｙ1 は０．７０となる。ま
た表面混晶比ｙ2 が０．６０になるようにＡｌチャージ
量を決めてｎ型クラッド層を成長すると初期混晶比ｙ1
は０．６５となる。このように、高温高湿下での信頼性
を高めるために表面混晶比ｙ2 を下げると初期混晶比ｙ
1 も下がることになる。
５０℃〜８００℃で、膜厚は３０〜５０μm である。例
えば、この成長開始温度と膜厚で表面混晶比ｙ2 が０．
６５になるようにＡｌチャージ量を決めてｎ型クラッド
層を成長すると、初期混晶比ｙ1 は０．７０となる。ま
た表面混晶比ｙ2 が０．６０になるようにＡｌチャージ
量を決めてｎ型クラッド層を成長すると初期混晶比ｙ1
は０．６５となる。このように、高温高湿下での信頼性
を高めるために表面混晶比ｙ2 を下げると初期混晶比ｙ
1 も下がることになる。
【０００７】シングルヘテロ構造エピタキシャルウェハ
は活性層とクラッド層のヘテロ接合による閉じ込め効果
により正孔を閉じ込めて発光出力を高めている。従っ
て、クラッド層の初期混晶比ｙ1 が下がればヘテロ接合
による閉じ込め効果が薄れて発光出力に影響を及ぼす。
発光出力の点で問題とならない初期混晶比はｙ1 ＞０．
７０であり、これがｙ2 ≧０．６５とせざるを得ない理
由である。
は活性層とクラッド層のヘテロ接合による閉じ込め効果
により正孔を閉じ込めて発光出力を高めている。従っ
て、クラッド層の初期混晶比ｙ1 が下がればヘテロ接合
による閉じ込め効果が薄れて発光出力に影響を及ぼす。
発光出力の点で問題とならない初期混晶比はｙ1 ＞０．
７０であり、これがｙ2 ≧０．６５とせざるを得ない理
由である。
【０００８】もっとも、ｙ2 ＜０．６５とすることで信
頼性を優先することも可能であるが、ＧａＡｌＡｓ赤色
ＬＥＤの特色は、高輝度であることが最大の長所である
ため、信頼性が高くなっても発光出力が低下したら価値
がない。
頼性を優先することも可能であるが、ＧａＡｌＡｓ赤色
ＬＥＤの特色は、高輝度であることが最大の長所である
ため、信頼性が高くなっても発光出力が低下したら価値
がない。
【０００９】なお、一般的に、ｐ型活性層とｎ型クラッ
ド層の組成はシングルヘテロ構造、ダブルヘテロ構造で
共通している。ｐ型活性層の混晶比は０．３０〜０．４
０である。そしてドーパントはＺｎであり、キャリア濃
度は０．５×１０18〜２×１０18cm-3である。またｎ型
クラッド層のドーパントは一般的にＴｅであり、キャリ
ア濃度は０．１×１０18〜２×１０18cm-3である。
ド層の組成はシングルヘテロ構造、ダブルヘテロ構造で
共通している。ｐ型活性層の混晶比は０．３０〜０．４
０である。そしてドーパントはＺｎであり、キャリア濃
度は０．５×１０18〜２×１０18cm-3である。またｎ型
クラッド層のドーパントは一般的にＴｅであり、キャリ
ア濃度は０．１×１０18〜２×１０18cm-3である。
【００１０】ダブルヘテロ構造に特有なｐ型クラッド層
は、ドーパントが一般的にＺｎであり、キャリア濃度は
０．１×１０18〜０．９×１０18cm-3である。そして混
晶比は初期混晶比ｚ1 が０．６〜０．８、活性層との界
面での混晶比ｚ2 が０．５５〜０．７５で初期混晶比よ
り小さい。
は、ドーパントが一般的にＺｎであり、キャリア濃度は
０．１×１０18〜０．９×１０18cm-3である。そして混
晶比は初期混晶比ｚ1 が０．６〜０．８、活性層との界
面での混晶比ｚ2 が０．５５〜０．７５で初期混晶比よ
り小さい。
【００１１】なお、ｎ型クラッド層成長時の徐冷速度Ｒ
N は一般的に１．０〜５．０℃/minである。これに対し
て発光部である活性層の徐冷速度は遅く、一般的に０．
１〜１．０℃/minである。ｎ型クラッド層の場合は、工
業的生産性、膜厚の均一性（速い方が均一性良い）など
のため、活性層の徐冷速度より速い。
N は一般的に１．０〜５．０℃/minである。これに対し
て発光部である活性層の徐冷速度は遅く、一般的に０．
１〜１．０℃/minである。ｎ型クラッド層の場合は、工
業的生産性、膜厚の均一性（速い方が均一性良い）など
のため、活性層の徐冷速度より速い。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述した初期混晶比ｙ
1 ＝０．７０、表面混晶比ｙ2 ＝０．６５であるエピタ
キシャルウェハと、ｙ1 ＝０．６５、ｙ2 ＝０．６０で
あるエピタキシャルウェハの電流・発光出力特性を図７
に示す。ｙ2 ＝０．６０であるエピタキシャルウェハは
初期混晶比ｙ1 が下がったのが原因で、ｙ2 ＝０．６５
であるエピタキシャルウェハに比べて発光出力が低い。
1 ＝０．７０、表面混晶比ｙ2 ＝０．６５であるエピタ
キシャルウェハと、ｙ1 ＝０．６５、ｙ2 ＝０．６０で
あるエピタキシャルウェハの電流・発光出力特性を図７
に示す。ｙ2 ＝０．６０であるエピタキシャルウェハは
初期混晶比ｙ1 が下がったのが原因で、ｙ2 ＝０．６５
であるエピタキシャルウェハに比べて発光出力が低い。
【００１３】一般的にｙ1 ＜０．７０の場合、極端に発
光出力が低くなる。従って、発光出力を高くするには初
期混晶比をｙ1 ≧０．７０としなければならず、そのと
き成長開始温度８５０℃〜８００℃、膜厚は３０〜５０
μm とすると表面混晶比はｙ2 ≧０．６５となる。
光出力が低くなる。従って、発光出力を高くするには初
期混晶比をｙ1 ≧０．７０としなければならず、そのと
き成長開始温度８５０℃〜８００℃、膜厚は３０〜５０
μm とすると表面混晶比はｙ2 ≧０．６５となる。
【００１４】しかし、ｙ1 ≧０．７０、ｙ2 ≧０．６５
であるエピタキシャルウェハから作られたＬＥＤは、図
８に示すように、高温高湿下での信頼性が低い。これは
ｙ2≧０．６５では混晶比が高過ぎるためであり、また
ｙ1 の混晶比も高温高湿下での信頼性に影響を及ぼして
いると思われる。
であるエピタキシャルウェハから作られたＬＥＤは、図
８に示すように、高温高湿下での信頼性が低い。これは
ｙ2≧０．６５では混晶比が高過ぎるためであり、また
ｙ1 の混晶比も高温高湿下での信頼性に影響を及ぼして
いると思われる。
【００１５】したがって、高温高湿下での高信頼性が保
証できるｙ2 ＜０．６５という値を持ちながら、発光出
力の低下のないエピタキシャルウェハが要請されてい
る。
証できるｙ2 ＜０．６５という値を持ちながら、発光出
力の低下のないエピタキシャルウェハが要請されてい
る。
【００１６】この点で特開昭６２−６６６８７号公報に
は、基板をｎ型とし、活性層とクラッド層の導電型を上
述したものと逆にした構造とすることによって、ｐ型Ｇ
ａ1-x Ａｌx Ａｓクラッド層の表面混晶比の下限を下げ
て、ｙ2 ＞０．５５としたものが提案されている。
は、基板をｎ型とし、活性層とクラッド層の導電型を上
述したものと逆にした構造とすることによって、ｐ型Ｇ
ａ1-x Ａｌx Ａｓクラッド層の表面混晶比の下限を下げ
て、ｙ2 ＞０．５５としたものが提案されている。
【００１７】しかし、これによっても未だ高温高湿下の
信頼性を確実に保証できるまでには致っていない。しか
も、ｎ型活性層構造のものに限定され、ＬＥＤで一般的
なｐ型活性層構造のものには適用できない。
信頼性を確実に保証できるまでには致っていない。しか
も、ｎ型活性層構造のものに限定され、ＬＥＤで一般的
なｐ型活性層構造のものには適用できない。
【００１８】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、ｐ型活性層構造をもちながら、発光出力が高
く、しかも高温高湿下での信頼性が確実に保証できるＧ
ａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを提供する
ことにある。
を解消し、ｐ型活性層構造をもちながら、発光出力が高
く、しかも高温高湿下での信頼性が確実に保証できるＧ
ａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを提供する
ことにある。
【００１９】また本発明の目的は、製造工程の僅かな変
更によって、そのようなウェハを容易に製造することが
可能なＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの
製造方法を提供することにある。
更によって、そのようなウェハを容易に製造することが
可能なＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの
製造方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明はｙ2 ≦０．５５
とすることによって、高い信頼性を得ながら発光出力も
高く維持できるようにしたものである。
とすることによって、高い信頼性を得ながら発光出力も
高く維持できるようにしたものである。
【００２１】本発明のＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用エピタキ
シャルウェハは、所望する発光波長に必要な混晶比のｐ
型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層とｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓ
クラッド層とが、ｐ型ＧａＡｓ基板上に順次形成された
シングルヘテロ構造エピタキシャルウェハにおいて、ｎ
型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド層の初期混晶比をｙ1、
表面混晶比をｙ2 、ｐ型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層の混
晶比をｘとしたとき、次の条件 ０．５５≦ｙ1 ＜０．７０ ｘ＜ｙ2 ≦０．５５ ０．７５＜ｙ2 ／ｙ1 ＜０．９ を同時に満たすようにしたものである。
シャルウェハは、所望する発光波長に必要な混晶比のｐ
型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層とｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓ
クラッド層とが、ｐ型ＧａＡｓ基板上に順次形成された
シングルヘテロ構造エピタキシャルウェハにおいて、ｎ
型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド層の初期混晶比をｙ1、
表面混晶比をｙ2 、ｐ型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層の混
晶比をｘとしたとき、次の条件 ０．５５≦ｙ1 ＜０．７０ ｘ＜ｙ2 ≦０．５５ ０．７５＜ｙ2 ／ｙ1 ＜０．９ を同時に満たすようにしたものである。
【００２２】また、本発明のＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用エ
ピタキシャルウェハは、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層
と、所望する発光波長に必要な混晶比のｐ型もしくはア
ンドープＧａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層と、ｎ型Ｇａ1-y Ａ
ｌy Ａｓクラッド層とが、ｐ型ＧａＡｓ基板上に順次成
長形成されたダブルヘテロ構造エピタキシャルウェハに
おいて、上記条件を同時に満たすようにしたものであ
る。
ピタキシャルウェハは、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層
と、所望する発光波長に必要な混晶比のｐ型もしくはア
ンドープＧａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層と、ｎ型Ｇａ1-y Ａ
ｌy Ａｓクラッド層とが、ｐ型ＧａＡｓ基板上に順次成
長形成されたダブルヘテロ構造エピタキシャルウェハに
おいて、上記条件を同時に満たすようにしたものであ
る。
【００２３】また、本発明のＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用エ
ピタキシャルウェハの製造方法は、ｐ型ＧａＡｓ基板上
に、少なくとも所望する発光波長に必要な混晶比のｐ型
Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層とｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓク
ラッド層とを、徐冷法によって順次形成する工程を有
し、ｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド層の形成時、ｎ型
Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド層の初期混晶比をｙ1 、表
面混晶比をｙ2 、ｐ型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層の混晶
比をｘとしたとき、ｘ＜ｙ2 ≦０．５５で、かつ０．７
５＜ｙ2 ／ｙ1 ＜０．９となるように成長開始温度とＡ
ｌチャージ量を調節し、さらに徐冷速度ＲN を０．１≦
ＲN ≦０．５としてｎ型クラッド層を形成するようにし
たものである。
ピタキシャルウェハの製造方法は、ｐ型ＧａＡｓ基板上
に、少なくとも所望する発光波長に必要な混晶比のｐ型
Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層とｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓク
ラッド層とを、徐冷法によって順次形成する工程を有
し、ｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド層の形成時、ｎ型
Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド層の初期混晶比をｙ1 、表
面混晶比をｙ2 、ｐ型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層の混晶
比をｘとしたとき、ｘ＜ｙ2 ≦０．５５で、かつ０．７
５＜ｙ2 ／ｙ1 ＜０．９となるように成長開始温度とＡ
ｌチャージ量を調節し、さらに徐冷速度ＲN を０．１≦
ＲN ≦０．５としてｎ型クラッド層を形成するようにし
たものである。
【００２４】
【作用】本発明は、徐冷速度を従来よりも落とすことに
よってｎ型クラッド層表面混晶比をｙ2 ≦０．５５とし
ても、発光出力の低下が生じないようにしている。
よってｎ型クラッド層表面混晶比をｙ2 ≦０．５５とし
ても、発光出力の低下が生じないようにしている。
【００２５】従来と同一の徐冷速度では(1) ｙ2 ≦０．
５５を目標とすると、ｙ1 ＜０．７となってしまうこと
が避けられないため、(2) ｙ1 ＜０．７となっても発光
光度が維持されるようにしてやらなければならない。そ
のためにはＡｌの実効偏析係数を変更するしかない。
５５を目標とすると、ｙ1 ＜０．７となってしまうこと
が避けられないため、(2) ｙ1 ＜０．７となっても発光
光度が維持されるようにしてやらなければならない。そ
のためにはＡｌの実効偏析係数を変更するしかない。
【００２６】ところで、経験則によれば、初期混晶比ｙ
1 が高い場合はｙ2 ／ｙ1 ＞０．９となり、初期混晶比
ｙ1 が低くなるにつれｙ2 ／ｙ1 も低くなることが分か
っている。したがって、表面混晶比ｙ2 を低くするため
には初期混晶比ｙ1 を低くするので（ｙ2 ／ｙ1 ＜０．
９となる）、徐冷法で上記条件(1) 、(2) と設定する
と、上記経験則から条件(3) は必然的に０．７５＜ｙ2
／ｙ1 ＜０．９となる。そこで、０．７５＜ｙ2 ／ｙ1
＜０．９を満たすように成長開始温度とＡｌチャージ量
を調節してＡｌの実効偏析係数を変更し、いろいろな徐
冷速度で成長させて、徐冷速度に対する発光光度が低下
しない限界のｙ1 を調べてみた。
1 が高い場合はｙ2 ／ｙ1 ＞０．９となり、初期混晶比
ｙ1 が低くなるにつれｙ2 ／ｙ1 も低くなることが分か
っている。したがって、表面混晶比ｙ2 を低くするため
には初期混晶比ｙ1 を低くするので（ｙ2 ／ｙ1 ＜０．
９となる）、徐冷法で上記条件(1) 、(2) と設定する
と、上記経験則から条件(3) は必然的に０．７５＜ｙ2
／ｙ1 ＜０．９となる。そこで、０．７５＜ｙ2 ／ｙ1
＜０．９を満たすように成長開始温度とＡｌチャージ量
を調節してＡｌの実効偏析係数を変更し、いろいろな徐
冷速度で成長させて、徐冷速度に対する発光光度が低下
しない限界のｙ1 を調べてみた。
【００２７】すると、従来例の１．０〜５．０℃/minよ
りも徐冷速度を遅くしてＲN ≦０．８℃/minにすると、
０．５５≦ｙ1 ＜０．７０で発光光度が維持できること
がわかった。その理由は、徐冷速度ＲN を遅くしたこと
で結晶中の欠陥等が低下して結晶性が向上したためと推
測される。しかし、膜厚均一性と、工業的生産性の点か
ら０．１≦ＲN ≦０．５が好ましい。
りも徐冷速度を遅くしてＲN ≦０．８℃/minにすると、
０．５５≦ｙ1 ＜０．７０で発光光度が維持できること
がわかった。その理由は、徐冷速度ＲN を遅くしたこと
で結晶中の欠陥等が低下して結晶性が向上したためと推
測される。しかし、膜厚均一性と、工業的生産性の点か
ら０．１≦ＲN ≦０．５が好ましい。
【００２８】このようにｙ2 ≦０．５５としたためｙ1
＜０．７０とならざるを得ないが、ｙ1 ＜０．７であり
ながら高い発光出力を維持できる徐冷速度を見い出した
ので、正孔閉込め導電型をもつ構造でありながら発光出
力と信頼性とを同時に満足することができる。
＜０．７０とならざるを得ないが、ｙ1 ＜０．７であり
ながら高い発光出力を維持できる徐冷速度を見い出した
ので、正孔閉込め導電型をもつ構造でありながら発光出
力と信頼性とを同時に満足することができる。
【００２９】
【実施例】以下、本発明のＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用エピ
タキシャルウェハの実施例をシングルヘテロ構造赤色Ｌ
ＥＤ用の場合について説明する。その構造及び混晶比組
成は既に説明した図６と同じである。
タキシャルウェハの実施例をシングルヘテロ構造赤色Ｌ
ＥＤ用の場合について説明する。その構造及び混晶比組
成は既に説明した図６と同じである。
【００３０】徐冷法によりｐ型ＧａＡｓ基板１上に、厚
さ４０μm のｐ型Ｇａ0.65Ａｌ0.35Ａｓ（ｘ＝０．３５
はｐｎ接合部の値）活性層２、ｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓ
クラッド層３を順次成長した。
さ４０μm のｐ型Ｇａ0.65Ａｌ0.35Ａｓ（ｘ＝０．３５
はｐｎ接合部の値）活性層２、ｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓ
クラッド層３を順次成長した。
【００３１】その際、高い信頼性と発光出力を同時に満
足させるための混晶比条件を見出すために、次のように
混晶比の異なる８枚のエピタキシャルウェハを作った。
すなわち、ｎ型クラッド層３の表面混晶比ｙ2 が、０．
４５、０．５０、０．５５、０．５７、０．６０、０．
６５、０．７０、０．７５で、そのときの初期混晶比ｙ
1 がそれぞれ０．５０、０．５５、０．６０、０．６
２、０．６５、０．７０、０．７４、０．７９となるよ
うに、Ａｌチャージ量を決めて成長した。
足させるための混晶比条件を見出すために、次のように
混晶比の異なる８枚のエピタキシャルウェハを作った。
すなわち、ｎ型クラッド層３の表面混晶比ｙ2 が、０．
４５、０．５０、０．５５、０．５７、０．６０、０．
６５、０．７０、０．７５で、そのときの初期混晶比ｙ
1 がそれぞれ０．５０、０．５５、０．６０、０．６
２、０．６５、０．７０、０．７４、０．７９となるよ
うに、Ａｌチャージ量を決めて成長した。
【００３２】成長温度は８４０℃であり、膜厚は４０μ
m である。徐冷速度ＲN は従来例と同じ１．０℃/minと
した。
m である。徐冷速度ＲN は従来例と同じ１．０℃/minと
した。
【００３３】成長後、上記８枚のエピタキシャルウェハ
の発光光度を測定した。ｙ1 に対する発光光度（相対出
力）を図２に示す。ｙ1 ＜０．７０で発光光度が低下す
ることは前記の通りである。しかし、ｙ2 ≦０．５５の
要請に応えるためには、ｙ1＜０．７０でも高い発光出
力を維持しなければならない。
の発光光度を測定した。ｙ1 に対する発光光度（相対出
力）を図２に示す。ｙ1 ＜０．７０で発光光度が低下す
ることは前記の通りである。しかし、ｙ2 ≦０．５５の
要請に応えるためには、ｙ1＜０．７０でも高い発光出
力を維持しなければならない。
【００３４】そこで、次に上記８種類の初期混晶比の中
からｙ1 ＞０．７である０．７５と、発光光度が最も小
さい０．４５を外し、ｙ1 が０．５０、０．５５、０．
６０、０．６２、０．６５、０．７０で、その時ｙ2 が
０．７５＜ｙ2 ／ｙ1 ＜０．９を満たすように成長開始
温度とＡｌチャージ量を調節して、今度は徐冷速度ＲN
を、０．８、０．６、０．５、０．４、０．３、０．
２、０．１、０．０５というように変えてそれぞれ再度
成長してみた。
からｙ1 ＞０．７である０．７５と、発光光度が最も小
さい０．４５を外し、ｙ1 が０．５０、０．５５、０．
６０、０．６２、０．６５、０．７０で、その時ｙ2 が
０．７５＜ｙ2 ／ｙ1 ＜０．９を満たすように成長開始
温度とＡｌチャージ量を調節して、今度は徐冷速度ＲN
を、０．８、０．６、０．５、０．４、０．３、０．
２、０．１、０．０５というように変えてそれぞれ再度
成長してみた。
【００３５】成長後、上記６枚のエピタキシャルウェハ
の徐冷速度に対する発光光度が低下しない限界のｙ1 を
測定した。その結果を図３に示す。徐冷速度をＲN ≦
０．８℃/minと遅くして０．７５＜ｙ2 ／ｙ1 ＜０．９
としたことにより、それまでＲN が１．０〜５．０℃/m
inであったためにｙ1 ＞０．７を必要としていた初期混
晶比が、新たに０．５５≦ｙ1 ＜０．７０で発光光度が
維持できるようになった。
の徐冷速度に対する発光光度が低下しない限界のｙ1 を
測定した。その結果を図３に示す。徐冷速度をＲN ≦
０．８℃/minと遅くして０．７５＜ｙ2 ／ｙ1 ＜０．９
としたことにより、それまでＲN が１．０〜５．０℃/m
inであったためにｙ1 ＞０．７を必要としていた初期混
晶比が、新たに０．５５≦ｙ1 ＜０．７０で発光光度が
維持できるようになった。
【００３６】次に、上記エピタキシャルウェハの内、徐
冷速度が０．５〜０．１℃/minであり、ｙ1 が０．５
５、０．６０、０．６２、０．６５の４種類の値をもつ
計２０枚のエピタキシャルウェハをＬＥＤにして高温高
湿下で寿命通電試験を行なった。環境条件は温度８５
℃、湿度８５％であり、通電する電流値は３０ｍＡであ
る。その結果を、ｙ2 に対する１，０００時間後の発光
光度（相対出力）として図４に示す。これよりｙ2 ≦
０．５５で発光光度の低下は見られないことがわかっ
た。
冷速度が０．５〜０．１℃/minであり、ｙ1 が０．５
５、０．６０、０．６２、０．６５の４種類の値をもつ
計２０枚のエピタキシャルウェハをＬＥＤにして高温高
湿下で寿命通電試験を行なった。環境条件は温度８５
℃、湿度８５％であり、通電する電流値は３０ｍＡであ
る。その結果を、ｙ2 に対する１，０００時間後の発光
光度（相対出力）として図４に示す。これよりｙ2 ≦
０．５５で発光光度の低下は見られないことがわかっ
た。
【００３７】したがって、以上のことから徐冷速度を ０．１℃/min≦ＲN ≦０．５℃/min としてｎ型クラッド層を成長して ０．５５≦ｙ1 ＜０．７０ かつ、表面混晶比を ｘ＜ｙ2 ≦０．５５（ｘは活性層の混晶比） とし、かつ初期混晶比を ０．７５＜ｙ2 ／ｙ1 ＜０．９ とした時、発光出力が高く、高温高湿下での信頼性が高
いエピタキシャルウェハを成長できる。図１に上記のよ
うに規定したｎ型クラッド層の混晶比範囲を示す。
いエピタキシャルウェハを成長できる。図１に上記のよ
うに規定したｎ型クラッド層の混晶比範囲を示す。
【００３８】なお、前記実施例はシングルヘテロ構造で
あるが、ダブルヘテロ構造にも適用できる。すなわち、
図５に示すようなｐ型ＧａＡｓ基板４上に、ｐ型ＧａＡ
ｌＡｓクラッド層５、ｐ型もしくはアンドープＧａ1-x
Ａｌx Ａｓ活性層６、ｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド
層７を成長したダブルヘテロ構造であっても、前記実施
例と同じく０．１≦ＲN ≦０．５℃/minで成長して、
０．５５≦ｙ1 ＜０．７０、かつｘ＜ｙ2 ≦０．５５
（ｘは活性層混晶比）、かつ０．７５＜ｙ2 ／ｙ1＜
０．９のとき、高温高湿下での信頼性が高く、発光出力
が高いエピタキシャルウェハが得られる。
あるが、ダブルヘテロ構造にも適用できる。すなわち、
図５に示すようなｐ型ＧａＡｓ基板４上に、ｐ型ＧａＡ
ｌＡｓクラッド層５、ｐ型もしくはアンドープＧａ1-x
Ａｌx Ａｓ活性層６、ｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド
層７を成長したダブルヘテロ構造であっても、前記実施
例と同じく０．１≦ＲN ≦０．５℃/minで成長して、
０．５５≦ｙ1 ＜０．７０、かつｘ＜ｙ2 ≦０．５５
（ｘは活性層混晶比）、かつ０．７５＜ｙ2 ／ｙ1＜
０．９のとき、高温高湿下での信頼性が高く、発光出力
が高いエピタキシャルウェハが得られる。
【００３９】以上述べたように本実施例によれば、上記
規定の徐冷速度で上記混晶比をもつように製作すれば、
発光出力が高く、信頼性特に高温高湿下での信頼性が高
いエピタキシャルウェハを実現できる。高温高湿下での
信頼性が高くなれば、そのウェハから製作したＬＥＤを
屋外用に使用しても、その不良率を大幅に低減できる。
規定の徐冷速度で上記混晶比をもつように製作すれば、
発光出力が高く、信頼性特に高温高湿下での信頼性が高
いエピタキシャルウェハを実現できる。高温高湿下での
信頼性が高くなれば、そのウェハから製作したＬＥＤを
屋外用に使用しても、その不良率を大幅に低減できる。
【００４０】また、低温化での信頼性が高くなることが
期待できる。というのはクラッド層のＡｌ混晶比が低く
なったため、ｐｎ界面ヘテロ接合部における結晶欠陥が
少なくなり、この点が低温化での信頼性に大きく寄与す
るからである。
期待できる。というのはクラッド層のＡｌ混晶比が低く
なったため、ｐｎ界面ヘテロ接合部における結晶欠陥が
少なくなり、この点が低温化での信頼性に大きく寄与す
るからである。
【００４１】
(1) 請求項１及び２に記載の発明のウェハによれば、発
光出力の低下なしに、高温高湿下でより高い信頼性を得
ることができる。
光出力の低下なしに、高温高湿下でより高い信頼性を得
ることができる。
【００４２】(2) 請求項３に記載の発明のウェハの製造
方法によれば、徐冷速度を遅くしてｎ型クラッド層の表
面混晶比の許容値を下げるという簡単な方法によって、
発光出力が高く、高温高湿下での信頼性の高いエピタキ
シャルウェハを実現できる。
方法によれば、徐冷速度を遅くしてｎ型クラッド層の表
面混晶比の許容値を下げるという簡単な方法によって、
発光出力が高く、高温高湿下での信頼性の高いエピタキ
シャルウェハを実現できる。
【図１】本発明によるＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用エピタキ
シャルウェハを説明するためのｎ型クラッド層の混晶比
規定範囲を示す説明図。
シャルウェハを説明するためのｎ型クラッド層の混晶比
規定範囲を示す説明図。
【図２】従来のｎ型クラッド層の初期混晶比ｙ1 と発光
光度（相対出力）の関係を示した特性図。
光度（相対出力）の関係を示した特性図。
【図３】本発明のｎ型クラッド層の最適な徐冷速度を見
出すために行なった徐冷速度Ｒと発光光度が低下しない
限界の初期混晶比ｙ1 の関係を示した特性図。
出すために行なった徐冷速度Ｒと発光光度が低下しない
限界の初期混晶比ｙ1 の関係を示した特性図。
【図４】本発明のｎ型クラッド層の最適な表面混晶比ｙ
2 を見出すために行なった表面混晶比ｙ2 と高温高湿寿
命通電試験での１０００時間後の発光光度（相対出力）
の関係を示した特性図。
2 を見出すために行なった表面混晶比ｙ2 と高温高湿寿
命通電試験での１０００時間後の発光光度（相対出力）
の関係を示した特性図。
【図５】典型的なダブルヘテロ構造エピタキシャルウェ
ハの断面図と、ＡｌＡｓ混晶比の説明図。
ハの断面図と、ＡｌＡｓ混晶比の説明図。
【図６】典型的なシングルヘテロ構造エピタキシャルウ
ェハの断面図と、ＡｌＡｓ混晶比の説明図。
ェハの断面図と、ＡｌＡｓ混晶比の説明図。
【図７】従来のｎ型クラッド層の初期混晶比ｙ1 と表面
混晶比ｙ2 をパラメータとしたエピタキシャルウェハの
電流・発光出力特性図。
混晶比ｙ2 をパラメータとしたエピタキシャルウェハの
電流・発光出力特性図。
【図８】従来のエピタキシャルウェハの高温高湿通電試
験での発光光度（相対出力）を示した特性図。
験での発光光度（相対出力）を示した特性図。
１ ｐ型ＧａＡｓ基板 ２ ｐ型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層 ３ ｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド層 ４ ｐ型ＧａＡｓ基板 ５ ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層 ６ ｐ型（もしくはアンドープ）Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活
性層 ７ ｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド層
性層 ７ ｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中條 直樹 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社日高工場内
Claims (3)
- 【請求項１】所望する発光波長に必要な混晶比のｐ型Ｇ
ａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層とｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラ
ッド層とが、ｐ型ＧａＡｓ基板上に順次形成されたシン
グルヘテロ構造エピタキシャルウェハにおいて、上記ｎ
型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド層の初期混晶比をｙ1 、
表面混晶比をｙ2 、上記ｐ型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層
の混晶比をｘとしたとき、下記条件 ０．５５≦ｙ1 ＜０．７０ ｘ＜ｙ2 ≦０．５５ ０．７５＜ｙ2 ／ｙ1 ＜０．９ を同時に満たすことを特徴とするＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ
用エピタキシャルウェハ。 - 【請求項２】ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層と、所望する
発光波長に必要な混晶比のｐ型もしくはアンドープＧａ
1-x Ａｌx Ａｓ活性層と、ｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラ
ッド層とが、ｐ型ＧａＡｓ基板上に順次形成されたダブ
ルヘテロ構造エピタキシャルウェハにおいて、上記Ｇａ
1-y Ａｌy Ａｓｎ型クラッド層の初期混晶比をｙ1 、表
面混晶比をｙ2 、上記ｐ型もしくはアンドープＧａ1-x
Ａｌx Ａｓ活性層の混晶比をｘとしたとき、下記条件 ０．５５≦ｙ1 ＜０．７０ ｘ＜ｙ2 ≦０．５５ ０．７５＜ｙ2 ／ｙ1 ＜０．９ を同時に満たすことを特徴とするＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ
用エピタキシャルウェハ。 - 【請求項３】ｐ型ＧａＡｓ基板上に、少なくとも所望す
る発光波長に必要な混晶比のｐ型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活
性層とｎ型Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓクラッド層とを、徐冷法
によって順次形成する工程を有し、上記ｎ型Ｇａ1-y Ａ
ｌy Ａｓクラッド層の形成時、上記ｎ型Ｇａ1-y Ａｌy
Ａｓクラッド層の初期混晶比をｙ1 、表面混晶比を
ｙ2 、上記ｐ型Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ活性層の混晶比をｘ
としたとき、ｘ＜ｙ2 ≦０．５５で、かつ０．７５＜ｙ
2 ／ｙ1 ＜０．９となるように成長開始温度とＡｌチャ
ージ量を調節し、さらに徐冷速度ＲN を０．１≦ＲN ≦
０．５としたことを特徴とするＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用
エピタキシャルウェハの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP611594A JPH07211660A (ja) | 1994-01-25 | 1994-01-25 | ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用エピタキシャルウェハ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP611594A JPH07211660A (ja) | 1994-01-25 | 1994-01-25 | ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用エピタキシャルウェハ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07211660A true JPH07211660A (ja) | 1995-08-11 |
Family
ID=11629513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP611594A Pending JPH07211660A (ja) | 1994-01-25 | 1994-01-25 | ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ用エピタキシャルウェハ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07211660A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6468818B2 (en) * | 1999-01-25 | 2002-10-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method for producing a high-luminance semiconductor light-emitting device capable of operating at a low voltage |
-
1994
- 1994-01-25 JP JP611594A patent/JPH07211660A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6468818B2 (en) * | 1999-01-25 | 2002-10-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method for producing a high-luminance semiconductor light-emitting device capable of operating at a low voltage |
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