JPH098344A - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents
発光ダイオード及びその製造方法Info
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- JPH098344A JPH098344A JP14757995A JP14757995A JPH098344A JP H098344 A JPH098344 A JP H098344A JP 14757995 A JP14757995 A JP 14757995A JP 14757995 A JP14757995 A JP 14757995A JP H098344 A JPH098344 A JP H098344A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
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- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】基板上にヘテロ接合を形成するエピタキシャル
層を４層構造とすることにより、高出力の発光特性を維
持しながら耐湿性の改善を図り、しかも４層を２つの成
長溶液のみで製造することによって、低コスト化を図
る。 【構成】ｐ型ＧａＡｓ基板１上にｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａ
ｓクラッド層３、ｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ活性層４、ｎ
型Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓウィンドウ層５を順次設けた発光
ダイオードにおいて、基板１とクラッド層３との間にｐ
型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ介在層２を設ける。各層のＡｌＡ
ｓ混晶比の大小関係は、ｘ2 ≧ｘ4 ＞ｘ1≧ｘ3 （０≦
ｘ1-4 ≦１）とする。クラッド層３の厚さは０．０５〜
１０μｍとすることが好ましい。製造法は、ｐ型ドーパ
ントを添加した第１成長溶液、アンドープの第２成長溶
液を用いて、基板１上に第１層を第１成長溶液、第２層
を第２成長溶液、第３層を第１成長溶液、そして第４層
をｎ型ドーパントを追加して作製した第２成長溶液によ
りそれぞれエピタキシャル成長する。
層を４層構造とすることにより、高出力の発光特性を維
持しながら耐湿性の改善を図り、しかも４層を２つの成
長溶液のみで製造することによって、低コスト化を図
る。 【構成】ｐ型ＧａＡｓ基板１上にｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａ
ｓクラッド層３、ｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ活性層４、ｎ
型Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓウィンドウ層５を順次設けた発光
ダイオードにおいて、基板１とクラッド層３との間にｐ
型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ介在層２を設ける。各層のＡｌＡ
ｓ混晶比の大小関係は、ｘ2 ≧ｘ4 ＞ｘ1≧ｘ3 （０≦
ｘ1-4 ≦１）とする。クラッド層３の厚さは０．０５〜
１０μｍとすることが好ましい。製造法は、ｐ型ドーパ
ントを添加した第１成長溶液、アンドープの第２成長溶
液を用いて、基板１上に第１層を第１成長溶液、第２層
を第２成長溶液、第３層を第１成長溶液、そして第４層
をｎ型ドーパントを追加して作製した第２成長溶液によ
りそれぞれエピタキシャル成長する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＡｌx Ｇａ1-x Ａｓのヘ
テロ接合からなる発光ダイオードおよびその製造方法に
関するものである。
テロ接合からなる発光ダイオードおよびその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｓ、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ等の化合
物半導体材料は、その発光機能を生かし、発光ダイオー
ド等の発光素子として広く用いられる。例えば発光ダイ
オードはＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy）法、ＭＯＶＰ
Ｅ（Metal Organic Vaper Phase Epitaxy ）法などのエ
ピタキシャル成長により単結晶基板上に成長させたエピ
タキシャル膜にｐｎ接合を形成することにより作製され
る。
物半導体材料は、その発光機能を生かし、発光ダイオー
ド等の発光素子として広く用いられる。例えば発光ダイ
オードはＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy）法、ＭＯＶＰ
Ｅ（Metal Organic Vaper Phase Epitaxy ）法などのエ
ピタキシャル成長により単結晶基板上に成長させたエピ
タキシャル膜にｐｎ接合を形成することにより作製され
る。
【０００３】従来、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０≦ｘ≦）の
ダブルヘテロ構造発光ダイオードは、図５に示すよう
に、ｐ型ＧａＡｓ基板１１上に３つの成長溶液を用いて
３層のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓエピタキシャル層、すなわち
ｐ型Ａｌx11 Ｇａ1-x11 Ａｓクラッド層１２、ｐ型Ａｌ
x22 Ｇａ1-x22 Ａｓ活性層１３、およびｎ型Ａｌx33 Ｇ
ａ1-x33 Ａｓウインドウ層１４を形成したものであり、
各々のＡｌＡｓ混晶比は、 ｘ11＞ｘ22,ｘ33＞ｘ22 （１） の大小関係にある。また、ｘ22は所望する発光波長によ
り決定するが、ｘ11、ｘ33についてはヘテロ接合による
小数キャリア注入の高効率化、ならびに注入されたキャ
リアの閉じ込めによる再結合の促進という点から、より
高い発光光率を得るためにＡｌＡｓ混晶比差ｘ11−ｘ22
およびｘ33−ｘ22が極力大きくなるように設定すること
が望ましい。
ダブルヘテロ構造発光ダイオードは、図５に示すよう
に、ｐ型ＧａＡｓ基板１１上に３つの成長溶液を用いて
３層のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓエピタキシャル層、すなわち
ｐ型Ａｌx11 Ｇａ1-x11 Ａｓクラッド層１２、ｐ型Ａｌ
x22 Ｇａ1-x22 Ａｓ活性層１３、およびｎ型Ａｌx33 Ｇ
ａ1-x33 Ａｓウインドウ層１４を形成したものであり、
各々のＡｌＡｓ混晶比は、 ｘ11＞ｘ22,ｘ33＞ｘ22 （１） の大小関係にある。また、ｘ22は所望する発光波長によ
り決定するが、ｘ11、ｘ33についてはヘテロ接合による
小数キャリア注入の高効率化、ならびに注入されたキャ
リアの閉じ込めによる再結合の促進という点から、より
高い発光光率を得るためにＡｌＡｓ混晶比差ｘ11−ｘ22
およびｘ33−ｘ22が極力大きくなるように設定すること
が望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】発光ダイオード、特に
発光ダイオードランプの光出力はより高いことが望まれ
ており、そのためには前述のＡｌＡｓ混晶比Ｘ11、Ｘ33
は高いものとしなければならない。しかし、発光ダイオ
ードランプが使用される環境は様々であり、高いＡｌＡ
ｓ混晶比層をもつ発光ダイオードランプは、高湿の環境
下では劣化しやすく信頼性の点が問題となる。
発光ダイオードランプの光出力はより高いことが望まれ
ており、そのためには前述のＡｌＡｓ混晶比Ｘ11、Ｘ33
は高いものとしなければならない。しかし、発光ダイオ
ードランプが使用される環境は様々であり、高いＡｌＡ
ｓ混晶比層をもつ発光ダイオードランプは、高湿の環境
下では劣化しやすく信頼性の点が問題となる。
【０００５】この対策として発光ダイオードチップをモ
ールドする樹脂の材質を吸湿性の低いものとするなどの
方法もとられているが完全ではなく、特にモールドする
樹脂層が薄いことが要求される薄型タイプの場合など
は、使用できる環境がより狭いものとなる。
ールドする樹脂の材質を吸湿性の低いものとするなどの
方法もとられているが完全ではなく、特にモールドする
樹脂層が薄いことが要求される薄型タイプの場合など
は、使用できる環境がより狭いものとなる。
【０００６】本発明の目的は、エピタキシャル層を４層
構造とすることによって、前記した従来技術の問題点を
解消し、高出力の発光特性を維持しながら、耐湿性の改
善を図った発光ダイオードを提供することにある。
構造とすることによって、前記した従来技術の問題点を
解消し、高出力の発光特性を維持しながら、耐湿性の改
善を図った発光ダイオードを提供することにある。
【０００７】しかしながら４層構造のエピタキシャルウ
ェハを製造しようとした場合、４つのエピタキシャル層
に適した成長溶液が個々に必要となり、成長溶液の種類
が多い分原材料費が高くなってしまうという実用化上の
問題がある。そこで本発明の他の目的は、成長溶液を共
用することにより上述した問題点を解消し、上記した４
層構造の発光ダイオードを低コストで製造することが可
能な発光ダイオードの製造方法を提供することにある。
ェハを製造しようとした場合、４つのエピタキシャル層
に適した成長溶液が個々に必要となり、成長溶液の種類
が多い分原材料費が高くなってしまうという実用化上の
問題がある。そこで本発明の他の目的は、成長溶液を共
用することにより上述した問題点を解消し、上記した４
層構造の発光ダイオードを低コストで製造することが可
能な発光ダイオードの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の発光ダイオード
は、ｐ型ＧａＡｓ基板上にｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓクラ
ッド層、ｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ活性層、ｎ型Ａｌx4Ｇ
ａ1-x4Ａｓウィンドウ層を順次設けたヘテロ構造の発光
ダイオードにおいて、上記ｐ型ＧａＡｓ基板と上記ｐ型
Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓクラッド層との間にｐ型Ａｌx1Ｇａ
1-x1Ａｓ介在層を設け、各層のＡｌＡｓ混晶比の大小関
係をｘ2 ≧ｘ4 ＞ｘ1 ≧ｘ3 （０≦ｘ1-4 ≦１）とした
ものである。上記ｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓクラッド層の
厚さは０．０５〜１０μｍであることが好ましい。
は、ｐ型ＧａＡｓ基板上にｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓクラ
ッド層、ｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ活性層、ｎ型Ａｌx4Ｇ
ａ1-x4Ａｓウィンドウ層を順次設けたヘテロ構造の発光
ダイオードにおいて、上記ｐ型ＧａＡｓ基板と上記ｐ型
Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓクラッド層との間にｐ型Ａｌx1Ｇａ
1-x1Ａｓ介在層を設け、各層のＡｌＡｓ混晶比の大小関
係をｘ2 ≧ｘ4 ＞ｘ1 ≧ｘ3 （０≦ｘ1-4 ≦１）とした
ものである。上記ｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓクラッド層の
厚さは０．０５〜１０μｍであることが好ましい。
【０００９】また、本発明の発光ダイオードの製造方法
は、ｐ型ＧａＡｓ基板上に４層構造のＡｌx Ｇａ1-x Ａ
ｓ（０≦ｘ≦１）層をヘテロ接合として形成する工程を
有し、上記４層構造のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層の形成時、
ｐ型ＧａＡｓ基板上に介在層となる第１層をｐ型ドーパ
ントを添加した第１成長溶液から、クラッド層となる第
２層をアンドープの第２成長溶液からそれぞれエピタキ
シャル成長し、さらに活性層となる第３層を上記第１成
長溶液から、ウィンドウ層となる第４層を上記第２成長
溶液にｎ型ドーパントを追加して作製した溶液からそれ
ぞれエピタキシャル成長すると共に、第３層及び第４層
成長中に第１層からｐ型ドーパントを第２層へ熱拡散さ
せて第２層の導電型をｐ型に反転させるものである。
は、ｐ型ＧａＡｓ基板上に４層構造のＡｌx Ｇａ1-x Ａ
ｓ（０≦ｘ≦１）層をヘテロ接合として形成する工程を
有し、上記４層構造のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層の形成時、
ｐ型ＧａＡｓ基板上に介在層となる第１層をｐ型ドーパ
ントを添加した第１成長溶液から、クラッド層となる第
２層をアンドープの第２成長溶液からそれぞれエピタキ
シャル成長し、さらに活性層となる第３層を上記第１成
長溶液から、ウィンドウ層となる第４層を上記第２成長
溶液にｎ型ドーパントを追加して作製した溶液からそれ
ぞれエピタキシャル成長すると共に、第３層及び第４層
成長中に第１層からｐ型ドーパントを第２層へ熱拡散さ
せて第２層の導電型をｐ型に反転させるものである。
【００１０】また、本発明の発光ダイオードの製造方法
は、ｐ型ＧａＡｓ基板上に４層構造のＡｌx Ｇａ1-x Ａ
ｓ（０≦ｘ≦１）層をヘテロ接合として形成する工程を
有し、上記４層構造のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層の形成時、
ｐ型ＧａＡｓ基板上に介在層となる第１層をｐ型キャリ
ア濃度》ｎ型キャリア濃度となるように過剰にｐ型ドー
パントを添加した第１成長溶液から、クラッド層となる
第２層をｎ型ドーパントを添加した第２成長溶液からそ
れぞれエピタキシャル成長し、さらに活性層となる第３
層を上記第１成長溶液から、ウィンドウ層となる第４層
を上記第２成長溶液からそれぞれエピタキシャル成長す
ると共に、第３層及び第４層成長中に第１層のｐ型ドー
パントを第２層へ熱拡散させて第２層の導電型をｐ型に
反転させるものである。
は、ｐ型ＧａＡｓ基板上に４層構造のＡｌx Ｇａ1-x Ａ
ｓ（０≦ｘ≦１）層をヘテロ接合として形成する工程を
有し、上記４層構造のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層の形成時、
ｐ型ＧａＡｓ基板上に介在層となる第１層をｐ型キャリ
ア濃度》ｎ型キャリア濃度となるように過剰にｐ型ドー
パントを添加した第１成長溶液から、クラッド層となる
第２層をｎ型ドーパントを添加した第２成長溶液からそ
れぞれエピタキシャル成長し、さらに活性層となる第３
層を上記第１成長溶液から、ウィンドウ層となる第４層
を上記第２成長溶液からそれぞれエピタキシャル成長す
ると共に、第３層及び第４層成長中に第１層のｐ型ドー
パントを第２層へ熱拡散させて第２層の導電型をｐ型に
反転させるものである。
【００１１】これらの製造方法において、クラッド層と
なる第２層の厚さは０．０５〜１０μｍであることが好
ましい。また、ｐ型ドーパントとしてＺｎまたはＧｅ、
ｎ型ドーパントとしてＴｅまたはＳｉなどがある。
なる第２層の厚さは０．０５〜１０μｍであることが好
ましい。また、ｐ型ドーパントとしてＺｎまたはＧｅ、
ｎ型ドーパントとしてＴｅまたはＳｉなどがある。
【００１２】
【作用】クラッド層とウインドウ層を高混晶比にすると
発光出力を高くすることができるが、高湿の環境下では
劣化しやすく信頼性の点で問題となる。本発明の発光ダ
イオードのように、ｐ型ＧａＡｓ基板とｐ型Ａｌx2Ｇａ
1-x2Ａｓクラッド層との間に低混晶比ｘ1 の介在層を設
けて４層構造にすると、低混晶比層は高湿の環境下でも
酸化しにくいため、耐湿性が改善される。しかし、介在
層の混晶比ｘ1 を高混晶比すると高湿の環境下で酸化し
やくすなるため耐湿性改善の効果が得られない。
発光出力を高くすることができるが、高湿の環境下では
劣化しやすく信頼性の点で問題となる。本発明の発光ダ
イオードのように、ｐ型ＧａＡｓ基板とｐ型Ａｌx2Ｇａ
1-x2Ａｓクラッド層との間に低混晶比ｘ1 の介在層を設
けて４層構造にすると、低混晶比層は高湿の環境下でも
酸化しにくいため、耐湿性が改善される。しかし、介在
層の混晶比ｘ1 を高混晶比すると高湿の環境下で酸化し
やくすなるため耐湿性改善の効果が得られない。
【００１３】また、本発明の発光ダイオードの製造方法
では、クラッド層となる第２層の成長溶液としてアンド
ープまたはｎ型ドーパントを添加した成長溶液を用いる
が、活性層となる第３層およびウィンドウ層となる第４
層とを成長している間に、第１層から第２層へのｐ型ド
ーパントの拡散が生じるため、第２層の成長溶液にアン
ドープ溶液を用いる場合には介在層となる第１層がｐ型
であれば、クラッド層となる第２層は当初の導電型がア
ンドープであってもｐ型に反転する。また第２層の成長
溶液にｎ型ドーパントを添加した溶液を用いる場合に
は、介在層となる第１層のｐ型ドーパントのキャリア濃
度を十分高くすることにより、クラッド層となる第２層
は当初の導電型がｎ型であってもｐ型に反転する。
では、クラッド層となる第２層の成長溶液としてアンド
ープまたはｎ型ドーパントを添加した成長溶液を用いる
が、活性層となる第３層およびウィンドウ層となる第４
層とを成長している間に、第１層から第２層へのｐ型ド
ーパントの拡散が生じるため、第２層の成長溶液にアン
ドープ溶液を用いる場合には介在層となる第１層がｐ型
であれば、クラッド層となる第２層は当初の導電型がア
ンドープであってもｐ型に反転する。また第２層の成長
溶液にｎ型ドーパントを添加した溶液を用いる場合に
は、介在層となる第１層のｐ型ドーパントのキャリア濃
度を十分高くすることにより、クラッド層となる第２層
は当初の導電型がｎ型であってもｐ型に反転する。
【００１４】このように第２層をｐ型に反転させるため
には、第２層の厚さが１０μｍ以下と薄いことが好まし
い。１０μｍより厚いと正常な特性の発光ダイオードが
得られ難いからである。また、第２層と第３層との間の
ヘテロ接合の小数キャリアの閉じ込め効果をより有効に
得るためには、第２層の厚さとして０．０５μｍ以上が
好ましい。第２層の厚さが０．０５μｍより薄いと十分
な発光光度が得られないことが経験的にわかっているか
らである。
には、第２層の厚さが１０μｍ以下と薄いことが好まし
い。１０μｍより厚いと正常な特性の発光ダイオードが
得られ難いからである。また、第２層と第３層との間の
ヘテロ接合の小数キャリアの閉じ込め効果をより有効に
得るためには、第２層の厚さとして０．０５μｍ以上が
好ましい。第２層の厚さが０．０５μｍより薄いと十分
な発光光度が得られないことが経験的にわかっているか
らである。
【００１５】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１は本
発明の発光ダイオード用のエピタキシャルウェハの断面
図を示す。
発明の発光ダイオード用のエピタキシャルウェハの断面
図を示す。
【００１６】このエピタキシャルウェハは、ｐ型ＧａＡ
ｓ基板１と第２層となるｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓクラッ
ド層３との間に、第１層となるｐ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ
介在層２を設け、クラッド層３上に第３層となるｐ型Ａ
ｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ活性層４、第４層となるｎ型Ａｌx4Ｇ
ａ1-x4Ａｓウィンドウ層５が順次設けられてヘテロ構造
となっている。
ｓ基板１と第２層となるｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓクラッ
ド層３との間に、第１層となるｐ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ
介在層２を設け、クラッド層３上に第３層となるｐ型Ａ
ｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ活性層４、第４層となるｎ型Ａｌx4Ｇ
ａ1-x4Ａｓウィンドウ層５が順次設けられてヘテロ構造
となっている。
【００１７】各層のＡｌＡｓ混晶比の大小関係は、 ｘ2 ≧ｘ4 ＞ｘ1 ≧ｘ3 （０≦ｘ1-4 ≦１） （２） である。
【００１８】上記エピタキシャルウェハから製造した発
光ダイオードのバンド構造は図２のようになる。ここ
で、バンドギャップが低い混晶比ｘ3 （バンドギャップ
は混晶比が低いほど小さい）の部分（活性層）に、注入
したキャリアが閉じ込められるため、この部分でのキャ
リアの再結合確率が高まり、より高い効率での発光が可
能となる。
光ダイオードのバンド構造は図２のようになる。ここ
で、バンドギャップが低い混晶比ｘ3 （バンドギャップ
は混晶比が低いほど小さい）の部分（活性層）に、注入
したキャリアが閉じ込められるため、この部分でのキャ
リアの再結合確率が高まり、より高い効率での発光が可
能となる。
【００１９】この閉じ込め効果は、ｘ3 とｘ2 およびｘ
4 との差が大きいほど、つまりｘ2およびｘ4 が高い混
晶比であるほと高くなる。しかし、高い混晶比の層は酸
化しやすく、耐湿性の低下、電極形成の難しさなどが問
題となるため、これを考慮して上限は０．６程度とす
る。また、ｘ3 は所望する発光波長により決定される。
例えば、発光波長６６０nmの場合、混晶比は０．３５と
なる。
4 との差が大きいほど、つまりｘ2およびｘ4 が高い混
晶比であるほと高くなる。しかし、高い混晶比の層は酸
化しやすく、耐湿性の低下、電極形成の難しさなどが問
題となるため、これを考慮して上限は０．６程度とす
る。また、ｘ3 は所望する発光波長により決定される。
例えば、発光波長６６０nmの場合、混晶比は０．３５と
なる。
【００２０】また、発光ダイオード用エピタキシャルウ
ェハ構造に、第１層である介在層２を新たに設け、その
ＡｌＡｓ混晶比ｘ1 を、第３層である活性層の混晶比ｘ
3 と等しいか、あるいはこれよりは高いが、第２層であ
るクラッド層の混晶比ｘ2 よりも低くしたので、高湿の
環境下で酸化しにくくり、また第３〜第５層では閉じ込
め効果が得られるバンド構造となる。
ェハ構造に、第１層である介在層２を新たに設け、その
ＡｌＡｓ混晶比ｘ1 を、第３層である活性層の混晶比ｘ
3 と等しいか、あるいはこれよりは高いが、第２層であ
るクラッド層の混晶比ｘ2 よりも低くしたので、高湿の
環境下で酸化しにくくり、また第３〜第５層では閉じ込
め効果が得られるバンド構造となる。
【００２１】このようにウェハの構造上から耐湿性が改
善されるので、モールド樹脂に吸湿性の低いものを使用
する必要がなく、また薄型タイプの場合であっても使用
環境を広くすることができる。また、発光部近傍では効
果的なダブルヘテロ構造となるので、高出力の発光特性
が維持できる。
善されるので、モールド樹脂に吸湿性の低いものを使用
する必要がなく、また薄型タイプの場合であっても使用
環境を広くすることができる。また、発光部近傍では効
果的なダブルヘテロ構造となるので、高出力の発光特性
が維持できる。
【００２２】なお、本発明は、上記実施例で例示した発
光波長６６０nmの発光ダイオードの場合に限らず、Ａｌ
Ａｓ混晶比を変更することにより製造される他の発光波
長をもつ発光ダイオードに対しても有効である。また、
上記した４層構造のエピタキシャル層を形成した後、ｐ
型ＧａＡｓ基板を除去して裏面反射型発光ダイオードと
した場合でも、同様の耐湿性改善の効果が得られる。
光波長６６０nmの発光ダイオードの場合に限らず、Ａｌ
Ａｓ混晶比を変更することにより製造される他の発光波
長をもつ発光ダイオードに対しても有効である。また、
上記した４層構造のエピタキシャル層を形成した後、ｐ
型ＧａＡｓ基板を除去して裏面反射型発光ダイオードと
した場合でも、同様の耐湿性改善の効果が得られる。
【００２３】さて、上記した４層構造のエピタキシャル
層をもつ発光ダイオードを製造するには、４種類の成長
溶液を用いることもできるが、２種類の成長溶液から製
造できるようにした実施例を、次に説明する。これによ
れば４種類の成長溶液を２種類の成長溶液で済ますこと
ができるので、コストアップを伴わずに発光ダイオード
の耐湿性を向上させることができる。
層をもつ発光ダイオードを製造するには、４種類の成長
溶液を用いることもできるが、２種類の成長溶液から製
造できるようにした実施例を、次に説明する。これによ
れば４種類の成長溶液を２種類の成長溶液で済ますこと
ができるので、コストアップを伴わずに発光ダイオード
の耐湿性を向上させることができる。
【００２４】（実施例１）図３に示すエピタキシャルウ
ェハ製造用治具を用いる。これは高純度グラファイト製
のスライドボートから構成され、第１成長溶液３６を収
納する第１成長溶液溜３２と、第２成長溶液３７を収納
する第２成長溶液溜３３と、基板３５をセットする基板
ホルダ３１と、エピタキシャル層成長過程で第２成長溶
液３７に追加原料３４を追加するために設けられた追加
原料ホルダ３０とを備える。
ェハ製造用治具を用いる。これは高純度グラファイト製
のスライドボートから構成され、第１成長溶液３６を収
納する第１成長溶液溜３２と、第２成長溶液３７を収納
する第２成長溶液溜３３と、基板３５をセットする基板
ホルダ３１と、エピタキシャル層成長過程で第２成長溶
液３７に追加原料３４を追加するために設けられた追加
原料ホルダ３０とを備える。
【００２５】第１成長溶液３６として砒化ガリウム（Ｇ
ａＡｓ）多結晶：６６mg／ｇＧａ、アルミニウム（Ａ
ｌ）：２mg／ｇＧａ、ｐ型ドーパントである亜鉛（Ｚ
ｎ）：１ｇ／ｇＧａを添加したガリウム（Ｇａ）溶液
を、第２成長溶液３７としてＧａＡｓ多結晶：２８mg／
ｇＧａ、Ａｌ：５mg／ｇＧａを添加したＧａ溶液をスラ
イドボート内にセットし、第２成長溶液３７への追加原
料としてｎ型ドーパントであるテルル（Ｔｅ）：０．０
０１mg／ｇＧａをセットした。
ａＡｓ）多結晶：６６mg／ｇＧａ、アルミニウム（Ａ
ｌ）：２mg／ｇＧａ、ｐ型ドーパントである亜鉛（Ｚ
ｎ）：１ｇ／ｇＧａを添加したガリウム（Ｇａ）溶液
を、第２成長溶液３７としてＧａＡｓ多結晶：２８mg／
ｇＧａ、Ａｌ：５mg／ｇＧａを添加したＧａ溶液をスラ
イドボート内にセットし、第２成長溶液３７への追加原
料としてｎ型ドーパントであるテルル（Ｔｅ）：０．０
０１mg／ｇＧａをセットした。
【００２６】ここで、第１層の成長溶液３６は第３層の
成長にも使われるが、キャリア濃度を高くしてしまう
と、活性層である第３層の結晶欠陥が増加し、発光光度
が低下するという問題が生じてしまう。したがって、第
１層のキャリア濃度としては、０．８〜２×１０18／cm
3 とすることが望ましく、この範囲のキャリア濃度であ
れば、厚さが１０μｍ程度の第２層を十分にｐ型にする
ことができる。また、基板３５としてはＺｎドープのｐ
型ＧａＡｓ単結晶基板を用いた。
成長にも使われるが、キャリア濃度を高くしてしまう
と、活性層である第３層の結晶欠陥が増加し、発光光度
が低下するという問題が生じてしまう。したがって、第
１層のキャリア濃度としては、０．８〜２×１０18／cm
3 とすることが望ましく、この範囲のキャリア濃度であ
れば、厚さが１０μｍ程度の第２層を十分にｐ型にする
ことができる。また、基板３５としてはＺｎドープのｐ
型ＧａＡｓ単結晶基板を用いた。
【００２７】このスライドボートを図示しない石英製反
応管の中にセットする。反応管内の空気を排気後、水素
ガスを導入する。その状態で電気炉の温度を９００℃ま
で昇温する。昇温後その温度に保持し、Ｇａ溶液中にＧ
ａＡｓ多結晶、Ａｌ、ドーパントのＺｎを溶かして原料
溶液を作る。組成が均一になったら所定の冷却速度で徐
冷を開始する（図３（ａ））。
応管の中にセットする。反応管内の空気を排気後、水素
ガスを導入する。その状態で電気炉の温度を９００℃ま
で昇温する。昇温後その温度に保持し、Ｇａ溶液中にＧ
ａＡｓ多結晶、Ａｌ、ドーパントのＺｎを溶かして原料
溶液を作る。組成が均一になったら所定の冷却速度で徐
冷を開始する（図３（ａ））。
【００２８】その間に基板ホルダ３１を移動してｐ型Ｇ
ａＡｓ基板３５と第１成長溶液３６を接触させて厚さ約
２０μｍの第１層となるｐ型ＡｌＧａＡｓ介在層を成長
し（図３（ｂ））、次に基板ホルダ３１を移動して第２
成長溶液３７と接触させて厚さ約２μｍの第２層となる
アンドープＡｌＧａＡｓクラッド層を成長する（図３
（ｃ））。
ａＡｓ基板３５と第１成長溶液３６を接触させて厚さ約
２０μｍの第１層となるｐ型ＡｌＧａＡｓ介在層を成長
し（図３（ｂ））、次に基板ホルダ３１を移動して第２
成長溶液３７と接触させて厚さ約２μｍの第２層となる
アンドープＡｌＧａＡｓクラッド層を成長する（図３
（ｃ））。
【００２９】次に基板ホルダ３１を移動して第１成長溶
液３６と再度接触させて厚さ約１μｍの第３層となるｐ
型ＡｌＧａＡｓ活性層を成長する（図３（ｄ））。第２
層成長終了後に追加原料ホルダ３０を移動して追加原料
３４であるＴｅを第２成長溶液３７中に追加して第４層
目用溶液を作成する。第３層目の成長終了後に基板ホル
ダ３１を移動してＴｅを追加した第２成長溶液３７と接
触させて厚さ約４０μｍの第４層となるｎ型ＡｌＧａＡ
ｓウインドウ層を成長する（図３（ｅ））。これにより
４層構造の発光波長６６０nmの赤色発光ダイオード用エ
ピタキシャルウェハを得た。
液３６と再度接触させて厚さ約１μｍの第３層となるｐ
型ＡｌＧａＡｓ活性層を成長する（図３（ｄ））。第２
層成長終了後に追加原料ホルダ３０を移動して追加原料
３４であるＴｅを第２成長溶液３７中に追加して第４層
目用溶液を作成する。第３層目の成長終了後に基板ホル
ダ３１を移動してＴｅを追加した第２成長溶液３７と接
触させて厚さ約４０μｍの第４層となるｎ型ＡｌＧａＡ
ｓウインドウ層を成長する（図３（ｅ））。これにより
４層構造の発光波長６６０nmの赤色発光ダイオード用エ
ピタキシャルウェハを得た。
【００３０】アンドープ層である第２層の導電型につい
ては、第３層以降の成長中に第１層からＺｎが拡散した
ことによりｐ型となっていることを確認した。第１層の
ｐ型キャリア濃度は約１×１０18cm-3であった。第２層
のｎ型キャリア濃度は約１×１０17cm-3であり、これは
第４層の第３層側界面付近の値である。
ては、第３層以降の成長中に第１層からＺｎが拡散した
ことによりｐ型となっていることを確認した。第１層の
ｐ型キャリア濃度は約１×１０18cm-3であった。第２層
のｎ型キャリア濃度は約１×１０17cm-3であり、これは
第４層の第３層側界面付近の値である。
【００３１】図４に、製造したエピタキシャルウェハの
ＡｌＡｓ混晶比のプロファイルを示す。図中ｘ1 は０．
３７、ｘ2 は０．５９、ｘ3 は０．３５、ｘ4 は０．５
５であった。なお、第１層と第４層のＡｌＡｓ混晶比ｘ
1 とｘ4 は徐冷法による成長のため、成長初期と終了時
で約０．０３程度の勾配をもつ。
ＡｌＡｓ混晶比のプロファイルを示す。図中ｘ1 は０．
３７、ｘ2 は０．５９、ｘ3 は０．３５、ｘ4 は０．５
５であった。なお、第１層と第４層のＡｌＡｓ混晶比ｘ
1 とｘ4 は徐冷法による成長のため、成長初期と終了時
で約０．０３程度の勾配をもつ。
【００３２】このエピタキシャルウェハから製造した発
光ダイオードの発光輝度は約２０００mcd （ＩF ＝２０
ｍＡ）（初期特性）であり、従来の３層構造のダブルヘ
テロ構造発光ダイオードと比較して遜色のないものであ
った。また、耐湿信頼性試験として温度：８５℃、湿度
８５％、ＩF ＝３０ｍＡでの１，０００時間の通電試験
を行った結果、初期特性に対する１，０００時間後の相
対発光光度は約９８％であった。同一モールド条件で作
製した従来の３層構造のダブルヘテロ構造発光ダイオー
ドについての試験は相対発光光度が約７０％であり、こ
れに比べて大幅に低下率が改善されることが確認でき
た。
光ダイオードの発光輝度は約２０００mcd （ＩF ＝２０
ｍＡ）（初期特性）であり、従来の３層構造のダブルヘ
テロ構造発光ダイオードと比較して遜色のないものであ
った。また、耐湿信頼性試験として温度：８５℃、湿度
８５％、ＩF ＝３０ｍＡでの１，０００時間の通電試験
を行った結果、初期特性に対する１，０００時間後の相
対発光光度は約９８％であった。同一モールド条件で作
製した従来の３層構造のダブルヘテロ構造発光ダイオー
ドについての試験は相対発光光度が約７０％であり、こ
れに比べて大幅に低下率が改善されることが確認でき
た。
【００３３】（実施例２）実施例１と同様の原料条件で
第２成長溶液に始めからｎ型ドーパントであるＴｅを添
加して同一構造のエピタキシャルウェハを製造した。こ
の場合でも第１層からのＺｎの拡散により第２層の導電
型がｎ型からｐ型に反転することが確認できた。また、
発光ダイオードの特性としても実施例１と同様の結果が
得られた。第１層のｐ型キャリア濃度は約１×１０18cm
-3であった。第２層のｎ型キャリア濃度は約１×１０17
cm-3であり、これは第２層及び第４層のそれぞれの第３
層側界面付近の値である。
第２成長溶液に始めからｎ型ドーパントであるＴｅを添
加して同一構造のエピタキシャルウェハを製造した。こ
の場合でも第１層からのＺｎの拡散により第２層の導電
型がｎ型からｐ型に反転することが確認できた。また、
発光ダイオードの特性としても実施例１と同様の結果が
得られた。第１層のｐ型キャリア濃度は約１×１０18cm
-3であった。第２層のｎ型キャリア濃度は約１×１０17
cm-3であり、これは第２層及び第４層のそれぞれの第３
層側界面付近の値である。
【００３４】（比較例１）第２層の厚さを１１μｍとし
たことを除いて、その他は実施例１および実施例２と同
様の条件でエピタキシャルウェハを製造した。この場
合、第２層の第３層側近傍にｎ型の導電型部分が発生し
てしまい、正常な特性の発光ダイオードを得ることがで
きなかった。
たことを除いて、その他は実施例１および実施例２と同
様の条件でエピタキシャルウェハを製造した。この場
合、第２層の第３層側近傍にｎ型の導電型部分が発生し
てしまい、正常な特性の発光ダイオードを得ることがで
きなかった。
【００３５】（比較例２）第２層の厚さを０．０４μｍ
としたことを除いて、その他は実施例１および実施例２
と同様の条件でエピタキシャルウェハを製造した。この
場合、製造した発光ダイオードの発光光度は、実施例１
および実施例２の約１／２となってしまい、必要とする
特性を得ることができなかった。
としたことを除いて、その他は実施例１および実施例２
と同様の条件でエピタキシャルウェハを製造した。この
場合、製造した発光ダイオードの発光光度は、実施例１
および実施例２の約１／２となってしまい、必要とする
特性を得ることができなかった。
【００３６】（比較例３）ＡｌＡｓ混晶比の大小関係が
ｘ4 ＞ｘ3 ≧ｘ2 の場合、閉じ込め効果が有効に得られ
ず、発光光度が低下する。例えば、ｘ2 ＝０．０３、ｘ
3 ＝０．３５、ｘ4 ＝０．５５とした場合、このエピタ
キシャルウェハから製造した発光ダイオードの発光光度
は約１，０００mcd （ＩF ＝２０ｍＡ）となる。
ｘ4 ＞ｘ3 ≧ｘ2 の場合、閉じ込め効果が有効に得られ
ず、発光光度が低下する。例えば、ｘ2 ＝０．０３、ｘ
3 ＝０．３５、ｘ4 ＝０．５５とした場合、このエピタ
キシャルウェハから製造した発光ダイオードの発光光度
は約１，０００mcd （ＩF ＝２０ｍＡ）となる。
【００３７】（比較例４）ＡｌＡｓ混晶比の大小関係が
ｘ2 ≧ｘ3 ＞ｘ4 、またはｘ3 ＞ｘ4 ≧ｘ2 というよう
にｘ4 がｘ3 より小さい場合、例えばｘ2 ＝０．５５、
ｘ3 ＝０．３５、ｘ4 ＝０．３０、またはｘ2 ＝０．３
０、ｘ3 ＝０．３５、ｘ4 ＝０．３０とした場合、ｘ4
の層で光が吸収されてしまうため、発光しない。
ｘ2 ≧ｘ3 ＞ｘ4 、またはｘ3 ＞ｘ4 ≧ｘ2 というよう
にｘ4 がｘ3 より小さい場合、例えばｘ2 ＝０．５５、
ｘ3 ＝０．３５、ｘ4 ＝０．３０、またはｘ2 ＝０．３
０、ｘ3 ＝０．３５、ｘ4 ＝０．３０とした場合、ｘ4
の層で光が吸収されてしまうため、発光しない。
【００３８】（比較例５）ＡｌＡｓ混晶比の大小関係が
ｘ2 ＝ｘ3 ＝ｘ4 の場合、閉じ込め効果が有効に得られ
ず、発光光度が低下する。例えば、ｘ2 ＝ｘ3 ＝ｘ4 ＝
０．３５とした場合、このエピタキシャルウェハから製
造した発光ダイオードの発光光度は約５００mcd （ＩF
＝２０ｍＡ）となる。
ｘ2 ＝ｘ3 ＝ｘ4 の場合、閉じ込め効果が有効に得られ
ず、発光光度が低下する。例えば、ｘ2 ＝ｘ3 ＝ｘ4 ＝
０．３５とした場合、このエピタキシャルウェハから製
造した発光ダイオードの発光光度は約５００mcd （ＩF
＝２０ｍＡ）となる。
【００３９】（比較例６）ＡｌＡｓ混晶比の大小関係が
ｘ1 ≧ｘ2 の場合、例えばｘ1 ＝０．６５とした以外
は、実施例１の混晶比と同じにした場合、このエピタキ
シャルウェハから製造した発光ダイオードの発光光度初
期特性は約２０００mcd （ＩF ＝２０ｍＡ）と高いが、
耐湿通電試験１，０００時間後の相対発光光度は７０％
以下に低下する。
ｘ1 ≧ｘ2 の場合、例えばｘ1 ＝０．６５とした以外
は、実施例１の混晶比と同じにした場合、このエピタキ
シャルウェハから製造した発光ダイオードの発光光度初
期特性は約２０００mcd （ＩF ＝２０ｍＡ）と高いが、
耐湿通電試験１，０００時間後の相対発光光度は７０％
以下に低下する。
【００４０】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、活性層
と等しいか、あるいはこれよりは高いが、クラッド層よ
りも低い混晶比の介在層をクラッド層と基板との間に設
けたので、高出力の発光特性を維持しながら耐湿性を改
善できる。
と等しいか、あるいはこれよりは高いが、クラッド層よ
りも低い混晶比の介在層をクラッド層と基板との間に設
けたので、高出力の発光特性を維持しながら耐湿性を改
善できる。
【００４１】請求項２に記載の発明によれば、クラッド
層の厚さを０．０５〜１０μｍとしたので、高出力の発
光特性を維持しながら、耐湿性に優れた発光ダイオード
を２つの成長溶液のみで製造することができる。
層の厚さを０．０５〜１０μｍとしたので、高出力の発
光特性を維持しながら、耐湿性に優れた発光ダイオード
を２つの成長溶液のみで製造することができる。
【００４２】請求項３または４に記載の発明によれば、
耐湿性に優れた高光度の発光ダイオードを２つの成長溶
液のみで製造するため、極めて低コストで発光ダイオー
ドを製造することができる。
耐湿性に優れた高光度の発光ダイオードを２つの成長溶
液のみで製造するため、極めて低コストで発光ダイオー
ドを製造することができる。
【００４３】請求項５に記載の発明によれば、より高光
度でより正常な特性をもつ発光ダイオードを製造でき
る。
度でより正常な特性をもつ発光ダイオードを製造でき
る。
【図１】本発明の発光ダイオードの実施例に係る発光ダ
イオード用エピタキシャルウェハの構造を示す断面図で
ある。
イオード用エピタキシャルウェハの構造を示す断面図で
ある。
【図２】本実施例による発光ダイオードのバンド構造
図。
図。
【図３】本発明の発光ダイオードの製造方法の実施例を
説明するための工程図である。
説明するための工程図である。
【図４】本発明の実施例により製造されたエピタキシャ
ルウェハのＡｌＡｓ混晶比プロファイルを示す図であ
る。
ルウェハのＡｌＡｓ混晶比プロファイルを示す図であ
る。
【図５】従来例の発光ダイオード用エピタキシャルウェ
ハの構造を示す断面図である。
ハの構造を示す断面図である。
１ ｐ型ＧａＡｓ基板 ２ ｐ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ介在層 ３ ｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓクラッド層 ４ ｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ活性層 ５ ｐ型Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓウィンドウ層 ３０ 追加原料ホルダ ３１ 基板ホルダ ３２ 第１成長溶液溜 ３３ 第２成長溶液溜 ３４ 追加原料 ３５ 基板 ３６ 第１成長溶液 ３７ 第２成長溶液
フロントページの続き (72)発明者 野口 雅弘 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 (5)
- 【請求項１】ｐ型ＧａＡｓ基板上にｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2
Ａｓクラッド層、ｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ活性層、ｎ型
Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓウィンドウ層を順次設けたヘテロ構
造の発光ダイオードにおいて、上記ｐ型ＧａＡｓ基板と
上記ｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓクラッド層との間にｐ型Ａ
ｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ介在層を設け、各層のＡｌＡｓ混晶比
の大小関係を ｘ2 ≧ｘ4 ＞ｘ1 ≧ｘ3 （０≦ｘ1-4 ≦１） としたことを特徴とする発光ダイオード。 - 【請求項２】上記ｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓクラッド層の
厚さが０．０５〜１０μｍである請求項１に記載の発光
ダイオード。 - 【請求項３】ｐ型ＧａＡｓ基板上に４層構造のＡｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓ（０≦ｘ≦１）層をヘテロ接合として形成す
る工程を有し、上記４層構造のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層の
形成時、ｐ型ＧａＡｓ基板上に介在層となる第１層をｐ
型ドーパントを添加した第１成長溶液から、クラッド層
となる第２層をアンドープの第２成長溶液からそれぞれ
エピタキシャル成長し、さらに活性層となる第３層を上
記第１成長溶液から、ウィンドウ層となる第４層を上記
第２成長溶液にｎ型ドーパントを追加して作製した溶液
からそれぞれエピタキシャル成長すると共に、第３層及
び第４層成長中に第１層からｐ型ドーパントを第２層へ
熱拡散させて第２層の導電型をｐ型に反転させることを
特徴とする発光ダイオードの製造方法。 - 【請求項４】ｐ型ＧａＡｓ基板上に４層構造のＡｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓ（０≦ｘ≦１）層をヘテロ接合として形成す
る工程を有し、上記４層構造のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層の
形成時、ｐ型ＧａＡｓ基板上に介在層となる第１層を第
１層のｐ型キャリア濃度》第２層のｎ型キャリア濃度と
なるようにｐ型ドーパントを添加した第１成長溶液か
ら、クラッド層となる第２層をｎ型ドーパントを添加し
た第２成長溶液からそれぞれエピタキシャル成長し、さ
らに活性層となる第３層を上記第１成長溶液から、ウィ
ンドウ層となる第４層を上記第２成長溶液からそれぞれ
エピタキシャル成長すると共に、第３層及び第４層成長
中に第１層のｐ型ドーパントを第２層へ熱拡散させて第
２層の導電型をｐ型に反転させることを特徴とする発光
ダイオードの製造方法。 - 【請求項５】上記クラッド層となる第２層の厚さが０．
０５〜１０μｍである請求項３または４に記載の発光ダ
イオードの製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14757995A JPH098344A (ja) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | 発光ダイオード及びその製造方法 |
| US08/766,867 US5888843A (en) | 1995-06-14 | 1996-12-13 | Method for making light-emitting diode having improved moisture resistance characteristics |
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