JPH0770755B2 - 高輝度ｌｅｄ用エピタキシャル基板及びその製造方法 - Google Patents

高輝度ｌｅｄ用エピタキシャル基板及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は気相成長法（MOCVD法、MBE法）、及び液相成長
法（LPE）の併用により製作されるダブルヘテロ構造を
有する高輝度LED用エピタキシャル基板及びその製造方
法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、例えば赤色発光高輝度LED用基板をエピタキシャ
ル成長させるのに、まずＰ型GaAs基板〔（100）面〕上
にＰクラッド層として、LPE法によりAl0.75Ga0.25As層
を200μｍ（ｐ型）形成した後、Ｐアクティブ層としてA
l0.35Ga0.65As層を２〜３μｍ（ｐ型）形成し、次いで
ｎクラッド層としてTeドープAl0.75Ga0.25As層を50μｍ
（ｎ型）を形成する。続いてGaAs基板選択性エッチャン
ト（例えば、NH4OH:H2O2:＝1:7）を用いて光吸収性GaAs
基板を除去して高輝度LEDチップを得ていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながらLPE法は成長速度が大きいため厚い層を形
成するのに適しているが、厚みやキャリア濃度の制御が
難しく、そのためLPE法のみでダブルヘテロ構造のエピ
タキシャル基板を製作するとアクティブ層形成時にウェ
ハー面内で厚みやキャリア濃度のバラツキが発生しやす
く、安定した輝度を得ることができなかった。
また、MOCVD法やMBE法のみで機械的な強度もある厚い混
晶基板（約200μｍ程度）を成長させようとするのは長
時間かかり、しかもそのコストが高くなるため現実的で
はない。
本発明はMOCVD法又はMBE法のエピタキシャル成長層の層
厚及びキャリア濃度の制御性の良い点とLPE法の成長速
度が大きい点の２つの利点を組み合わせることにより、
低コストでしかも高品質・高均一なエピタキシャル基板
を短時間に製造することのできる高輝度LED用エピタキ
シャル基板及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
〔課題を解決するための手段〕
現在、高輝度LED基板のエピタキシャル成長は、主にAlG
aAs系のものが広く行なわれているが、そのほとんどの
ものは、LPE法によっている。このLPE法は成長速度が大
きいので、厚い層の形成には有利である。高輝度化する
ためには、、ダブルヘテロ構造をとることが効果的であ
るが、LPE法では層厚をコントロールするのがかなり困
難である。
一方、MOCVD法またはMBE法はエピタキシャル層厚をウェ
ハー面内で均一に正確にコントロールすること、及びキ
ャリア濃度をコントロールすることは容易なため高輝度
LED基板のエピタキシャル成長方法としては有利であ
る。
しかし多くの場合、エピタキシャル成長用の基板として
はGaAs基板が使われることから、さらに高輝度なものを
得ようとする場合は、可視光を吸収する性質のある基板
（GaAs）は、除去する必要がある。したがって機械的な
強度を持たせるために、MOCVD法またはMBE法のみで厚い
混晶基板（約200μｍ程度）を成長させようとするの
は、長時間かかり、そのコストが高くなるため現実的で
はない。
本発明においては、MOCVD法又はMBE法のエピタキシャル
成長層の層厚およびキャリア濃度の制御性の良い点とLP
E法の成長速度が大きい点の２つの利点を組み合わせた
ものであり、第１図（イ）に示すように化合物半導体基
板１上に気相成長法により、n+コンタクト層２、ｎクラ
ッド層３、ｐアクティブ層４、ｐクラッド層５、酸化防
止層６を形成してダブルヘテロ構造を形成し、次に第１
図（ロ）に示すように酸化防止層（メルトバックにより
除去される）上に液相成長法により厚いエピタキシャル
層７を形成し、その後発光波長に対して吸収の大きい化
合物半導体基板を除去することにより、大幅に低コスト
化を可能としたものである。
〔作用〕
MOCVD法またはMBE法は、混晶比および膜厚の制御性がよ
いので化合物半導体基板上にダブルヘテロ構造のエピタ
キシャル層を形成する際の再現性、均一性が高く、ま
た、成長過程が非熱平衡状態の下で行なわれるため不純
物のドーピング量も1019cm3以上と高くとれるため電極
のコンタクト層を形成する上で有利である。一方、LPE
法は、徐冷法にてメルト中に溶解していたものが基板上
にエピタキシャル成長し、その成長速度が大きいので、
一層高輝度化を図るために化合物半導体基板を除去した
場合の基板形成に適している。この液層成長により酸化
膜防止層はメルトの不飽和度を高めることによって除去
され、短時間にエピタキシャル層を成長させ、高品質高
均一なエピタキシャル基板を短時間に製造することがで
き、低コスト化を図ることが可能となる。
〔実施例〕
以下、実施例を図面に基づき説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す図で、図中、１はGaAs
基板、２はn+Al0.75Ga0.25As層、３はｎ型Al0.75Ga0.25
Asクラッド層、４はｐ型Al0.35Ga0.65Asアクティブ層、
５はｐ型Al0.6Ga0.4Asクラッド層、６はｐ型GaAs層であ
る。
まず第１の工程として気相成長法（MOCVD法、MBE法等）
により、（100）面より２゜OFFした厚さ300μｍ程度のG
aAs基板上に、基板温度750℃、使用ガスとしてトリメチ
ルガリウム（Ga（CH3）３）、トリメチルアルミニウム
（Al（CH3）３）、セレン化水素（H2Se）、ジ・エチル
・ジンク（Zn（C2H5）２）を用い、キャリア濃度３×10
19cm-3、厚さ５μｍのn+Al0.75Ga0.25As層２、キャリア
濃度２×1017cm-3、厚さ５μｍのｎ型Al0.75Ga0.25Asク
ラッド層３、キャリア濃度５×1016cm-3、厚さ１μｍの
ｐ型Al0.35Ga0.65Asアクティブ層４、キャリア濃度１×
1018cm-3、厚さ10μｍのｐ型Al0.75Ga0.25Asクラッド層
５、キャリア濃度１×1018cm-3、厚さ１μｍのｐ型GaAs
層を形成した（第１図（イ））。
次に、この基板上にZnドープ、キャリア濃度１×1018cm
-3、厚さ120μｍのｐ−Al0.6Ga0.4As層をLPE法にて形成
した。このときのエピタキシャル条件は、室温875℃、
メルトは、Ga1g中にGaAs:32.0mg、Zn:1.7mg、Al:6.3mg
である。この時、MOCVDにて形成したＰ−GaAs層６（１
μｍ）はメルトバックして完全に除去され、新たにｐ−
Al0.60Ga0.40As層が形成されている（第１図（ロ））。
なお、上記実施例ではLPE法にてＰ−Al0.6Ga0.4As層を
形成する例について述べたが、必ずしもこれに限定する
必要ななく、LPE法で成長させるエピタキシャル層は、
オーミックコンタクトを容易にすると共に、発光光の吸
収を生じないようにダブルヘテロ構造エピタキシャル層
のクラッド層のバンドギャップ以下で、かつダブルヘテ
ロ構造のアクティブ層のバンドギャップより大きいバン
ドギャップを有する材料により形成するようにすればよ
い。
〔比較例〕
本発明によって製作されたLEDチップ輝度と従来のLEDチ
ップ輝度をウェハー面内で比較すると第２図に示すよう
になる。
第２図（ロ）は、第２図（イ）のチップの矢印方向にお
ける輝度（単位は任意）を表しており、本発明において
は、アクティブ層が均一に形成されることによって面内
での均一性（特にウェハー周辺部）が向上し、輝度レベ
ルも向上したことが分かる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、MOCVD法またはMBE法を用
いることによりダブルヘテロ構造部分の均一性が高ま
り、ウェハー面内での輝度のバラツキを低減することが
できる。またLPE法を用いることにより短時間にエピタ
キシャル基板を形成することができ、従来のLPE法に比
べてLPE成長層が一層だけなのでメルトが一種類で多数
枚チャージが可能となり、トータルのコストを低減する
ことができる。またGaAs基板を除去し、ｎ層が上層とな
るので、メサエッチングが必要なのは11μｍ程度と薄く
することができ、チップ化する際の歩留りを向上させる
ことができる。
さらに、GaAs基板面は磨いて鏡面状態にあり、その上に
気相成長させているので、n+AlGaAs面はGaAsを除去した
際に鏡面として得られ、パターン形成時などの取扱いが
比較的簡単となり、ポリッシング等によって平坦化する
必要がない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のエピタキシャル成長層の構造を示す
図、第２図は本発明と比較例の輝度を示す図である。 １……化合物半導体基板、２……n+コンタクト層、３…
…ｎクラッド層、４……ｐアクティブ層、５……ｐクラ
ッド層、６……酸化防止層、７……エピタキシャル層。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−135170（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−114885（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−198789（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−153186（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−166586（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】化合物半導体基板上に気相成長法により最
    上層が酸化膜防止層となるダブルヘテロ構造エピタキシ
    ャル層を形成し、そのダブルヘテロ構造エピタキシャル
    層上に液相成長法により前記酸化膜防止層を除去してダ
    ブルヘテロ構造エピタキシャル層のクラッド層のバンド
    ギャップ以下で、かつダブルヘテロ構造のアクティブ層
    のバンドギャップより大きいバンドギャップを有する材
    料からなるエピタキシャル層を形成し、化合物半導体基
    板を除去することにより製作された高輝度LED用エピタ
    キシャル基板。
  2. 【請求項２】ダブルヘテロ構造エピタキシャル層は、n+
    コンタクト層、ｎクラッド層、Ｐ−アクティブ層、Ｐ−
    クラッド層、酸化膜防止層の順で形成されている請求項
    １記載の高輝度LED用エピタキシャル基板。
  3. 【請求項３】n+コンタクト層は基板を除去したとき、電
    極を形成する面となる請求項１記載の高輝度LED用エピ
    タキシャル基板。
  4. 【請求項４】化合物半導体基板上に気相成長法により最
    上層が酸化膜防止層となるダブルヘテロ構造をエピタキ
    シャル成長させる第１の工程と、ダブルヘテロ構造エピ
    タキシャル層上に液相成長法により前記酸化膜防止層を
    除去してダブルヘテロ構造エピタキシャル層のクラッド
    層のバンドギャップ以下で、かつダブルヘテロ構造のア
    クティブ層のバンドギャップより大きいバンドギャップ
    を有する材料からなるエピタキシャル層を形成する第２
    の工程と、化合物半導体基板を除去する第３の工程とか
    らなる高輝度LED用エピタキシャル基板の製造方法。
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