JPS59121830A - エピタキシヤルウエハ - Google Patents

エピタキシヤルウエハ

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JPS59121830A
JPS59121830A JP57232210A JP23221082A JPS59121830A JP S59121830 A JPS59121830 A JP S59121830A JP 57232210 A JP57232210 A JP 57232210A JP 23221082 A JP23221082 A JP 23221082A JP S59121830 A JPS59121830 A JP S59121830A
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JP
Japan
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epitaxial layer
type
type gaas
carrier concentration
doped
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Application number
JP57232210A
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Inventor
Koji Kobashi
小橋 康二
Yoshinobu Tsujikawa
辻川 義信
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Mitsubishi Kasei Polytec Co
Original Assignee
Mitsubishi Monsanto Chemical Co
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高い外部発光効率の赤外発光ダイオード(赤
外−LED)の製造に適したヒ化ガリウム(GaAs)
/ヒ化ガリウム・アルミニウム(Ga 1.、、xAZ
xA s) 多層エピタキシャルウェハに関する。
赤外−LEDは、通常は両性不純物であるシリコン(S
i)’tドープしたGaASエピタキシャルウェハを用
いて製造される。SlをドープしたGaA、エピタキシ
ャル層を液相エピタキシャル成長法(LPE)によって
成長させると高温ではn型のエピタキシャル層が形成さ
れ、低温ではp゛型のエピタキシャル層が形成されるの
で、これを利用してpn接合を形成することができる。
かかるoa A8エビタキシャルウエハヲ用いて製造さ
れた赤外−TJ EDは、900〜9g09mの範囲の
尖頭発光波長を有し、可視光のI、EDに比較して高い
外部発光効率を有しているので各種の用途に使用されて
いる。
しかしながら、光通信等の分野で使用するにはより高効
率、高出力の赤外−LEDを開発することが望まれてい
た。
本発明者等は、より高効率、高出力の赤外−LEDの製
造に適したGa ABエピタキシャルウェハを提供する
ことを目的として鋭意研究を重さねた結果、本発明に到
達したものである。
本発明の上記の目的は、n型oa As単結晶基板、該
単結晶基板表面上に形成された厚さが、!O〜100μ
mであってキャリア濃度が/、OX 1017〜2.O
X 1018cm ” テあルSiをドープしfc n
 型Ga Asエヒリキシャル層、該n 型Ga As
エピタキシャル層上に形成された厚さが70〜g0μm
であってキャリア濃度が/、OX10 〜3、OX /
 018cm−3であるSl をドープしたp型GaA
sエピタキシャル層及び該p型Ga Asエピタキシャ
ル層上に形成された厚さが20〜90μmであってキャ
リア濃度が/、OX 1017〜5.0×7018cm
−3であるp型Ga、−xA7xAs混晶からなり、p
型Ga Asエピタキシャル層との界面から少なくとも
2μm以内の領域において混晶率Xが0.03≦X≦0
1gであるエピタキシャル層を有するエビタキシャルウ
エノ・によって達せられる。
本発明に係るエビタキシャルウエノ・の製造に用いられ
るn型GaAe単結晶基板としては、キャリア濃度が八
〇×70〜2.0 X 10  cm  程度のものが
好ましい。ドーパントは、Si、丁e、 S、Se等、
特に限定されないが、エピタキシャル層と同じSiを用
いるのが好ましい。ウエノ・面は(10O)面が好まし
いが(///)面等でもよい。(10O)面は、臂開面
である(//θ)面が互いに直交するので正方形あるい
は長方形のLEDテップを得ることができる。
各エピタキシャル層の成長は、液相エピタキシャル成長
法(LPE )によるのが適当である。
LPE装置は特に限定されないが複数の溶液槽を有する
スライド式のボー・トを用いるのが好ましい。この場合
、一つの溶液槽にGaAsのGa溶液、他方の溶液槽に
GaxAt、−XABのGa溶液を収容する。Ga 、
−x Atx A sのGa溶液は、通常はGaに所要
量のGaAs及びAtを溶解することによって調製され
る。最初のエピタキシャル層、すなわち、Slをドープ
したn型GaAsエピタキシャル層は、n型Ga As
単結晶基板を、ドーパントであるSiを含有するGa 
AsのGa溶液と高温で接触させて所定の速度で冷却す
ることによって形成される。この場合、最初に基板を、
Sl  ドープ0aAsエピタキシヤル層がn型からp
型に変化する温度、す々わち反転温度以上で()aAs
溶液と接触させ、続いて冷却する必要がある。
上記反転温度は、該溶液の81の濃度等により変化する
が、通常はgりoC−9007:の範囲である。Gaに
溶解するGa Asの濃度は、70〜20重量係程度が
好ましく、よシ好ましくは73〜/乙重量係である。
また、Siをドープ”したn型GaAs工ビクキシャル
層のキャリア濃度は、/、OX 10”〜、2.o x
/Q  Crrl  程度が好ましい。キャリア濃度が
/、OX 10  Cm  未満であると立上り電圧(
Vf)が上昇し、コ×10 cm を超えると結晶性が
劣化する。Siドープn型C)aAsエピタキシャル層
の厚みは、20〜700μmが適当である。厚さが20
μm未満では単結晶基板の影響によってエピタキシャル
層の結晶性等が劣化しやすく、100μmを超えてもエ
ピタキシャル層の結晶性等の向上が著るしくないので、
エピタキシャル膜の生産性等の点から好ましくない。
エピタキシャル成長温度が反転温以下となると、S1ド
一プp型GaAsエピクキシヤル層が成長する。この層
のp型キャリア濃度は、7.0×10 〜3×IOon
  が適当である。/、OX101T+?+ cm−3未満であるとVfが上昇し、3×10  cm
を超えると、結晶性が劣化し、かつ、光の吸収が増加す
るので好ましくない。
また、この層の厚みは、70〜goμmが適尚であって
、λ0〜SOμmであればより好ましい。
厚みが10μm未満であると、キャリアの発光再結合が
大部分Ga、−x AZx A8層で生じるので発光波
長が短波長側に変化する。捷た、goμmを超えると、
この層における光の吸収が増加するので好ましくない。
本発明に係るエピタキシャルウェハでは、キャリアの発
光再結合が一部()a 1−xAtx A s層で生じ
る程度の厚さ、すなわち、少数キャリアの拡散距離より
も小さい厚さにp型GaAs層を形成することが好まし
い。
p型GaAsエピタキシャル層の成長が終了すると、単
結晶基板をGa t−x AtxAsのGa溶液に接S
i等をドープしてp型Ga 1−x Alx As層を
エピタキシャル成長させる。この層の厚さは2q−90
μmが適当である。厚みが20μm未満では、発光効率
の向上等に十分に寄与せず、90μmを超えても不都合
ではないが、発光効率等が特に変化しないので生産性等
の点から好ましくない。
p型GaAs層及びp型Ga 1−x Atx As層
の厚さは合計gθ〜700μmとなるのが好ましい。
この層にはp型ドーパントとしてSl を用いるのが製
造容易で好ましく、キャリア濃度が/、0×1017〜
タ×10crn  となルヨうニトーフする。/、OX
 10  Cm  未満ではV4が高くなり、!×10
  Cm  を超えると結晶性の劣化、光吸収の増加等
の面から好1しくない。
p型oa、−xAtxAs層の混晶率、すなわちA4の
含有量Xは0.03≦X≦o、gの範囲、好捷しくはθ
、OS≦χ≦O,Sの範囲が適当である。Xが0.03
未満であれば本発明の効果が発揮されず、o、gを超え
ると発光波長が変化し、p型Ga As及びp型Ga 
1−X Atx各エピタキシャル層の界面(p−p界面
)の抵抗が増加するので好ましくない。なお、本発明の
効果を発揮するには少なくとも上記p−p界面から2μ
m以内において上記混晶率の値を保持していればよい。
本発明に係るエピタキシャルウェハを用いて製造した赤
外LEDは、従来の赤外1.EDに比較して発光出力が
へグ〜3倍に増加してお−り光通信その他のオプトエレ
クトロニクスの分野における利用価値は極めて犬である
以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明をさらに具
体的に説明する。
実施例及び比較例においては、第1図に縦断面模型図を
示す二槽式スライド型ボートを用いた。第1図において
、/及びスは溶液槽であって、それぞれGaAs 、ま
たは、Ga I −X AtxA6のGa溶液を収容す
る。溶液槽/及びλは一体をなして形成される。3は基
台であって溶液槽/及び−が摺動可能となるように本基
台3上に取り付けられる。グは基台3に設けられた凹部
であって、単結晶基板を収容する。エピタキシャル層の
成長にあたっては、溶液槽を操作して、単結晶基板にG
aAs 、 Ga1−XAtxAs各溶液を順次接触さ
せる。
実施例/ 溶液槽/にGa100f?、()aAs / 5.9 
?及USi O,,3f、ならびに溶液槽、2VCGa
100グ、GaAs 3./ ?、AtO,0:23?
及びSio、、2fをそれぞれ仕込み、さらに、凹部グ
にn型Ga As(100)面基板(Siドープ、キャ
リア濃度7×10  cm  )を設置した。基板と溶
液を接触させない状態でボートを炉内に設置し、窒素置
換し、続いて、水素置換終了後、水素気流中で′?10
Cに昇温した。9/Q7:で/、20分間保持し、スラ
イドを操作して、基板と溶液槽/内の溶液とを接触させ
0.gQ1分の冷却速度で冷却し、gりo′Cに達した
時に溶液槽を移動させて基板と溶液槽λ内の溶液とを接
触させて/C/分の冷却速度でpm Ga 1−X A
lx As層をエピタキシャル成長させた。qoocま
で冷却した後溶液と基板との接角虫を断って室温まで冷
却した。
実施例ユ 溶液槽/から同ユに切換える温度をgコ。C1ならびに
溶液槽λの仕込量をGa/θOV、GaAs乙、lIr
及びAtO,0231としたこと以外は実施例/と同様
にしてエビタキシャルウエノ・を製造した。
実施例3 溶液槽/から同一に切り換える温度をgo。
C1ならびに溶液槽コの仕込量をGa100ft、Ga
As 11.2 f及びAtO,022グとしたこと以
外は実施例/と同様にしてエビタキシャルウエノ・を製
造した。
実施例ダ 溶液槽/から同一に切り換える温度を7g0C1ならび
に溶液槽2の仕込量をGa1009、GaAs 3.3
 ’l fl及びAtθ、0 / g fとしたこと以
外は実施例1と同様にしてエピタキシャルウェハを製造
した。
実施例5 溶液槽/から2へ切り換える温度をgooc、ならびに
溶液槽コの仕込量をGa100?、GaAs 3.? 
f 、 AtO,052fとしたこと以外は実施例/と
同様にしてエビタキシャルウエノ\を製造した。
各実施例により得られたエピタキシャルウェハの物性を
第1表に示す。
比較例 溶液槽/にCha100?、GaAs / k、9 ?
、Si O,3fl を仕込み、溶液槽コには、エピタ
キシャル成長用溶液を仕込まずに、実施例/2同様にし
てq/’0C−1で昇温し、o、g’Q/分の冷却速度
でqooCまで冷却し、その後スライドを操作して溶液
と基板との接触を断ち、室温まで冷却した。
n型GaAs層の厚さは、るダμm、キャリア濃度は3
.0×10  Cm  、 p型GaAs層の厚さは9
3μm、キャリア濃度は9.OX /θ 釧 であった
応用例 各実施例及び比較例によね・得られたウエノ・から−辺
が0.5岨の正方形状のチップからなる赤外LZDを製
造した。これに、/ OmAの電流を流して発光出力を
測定した。発光出力は、比較例に記載したウェハから製
造したLEDの出力を/とする相対出力で表示して第2
表に示す。
なお、第2表に示した相対出力は、各ウニ・・につき2
0個のLEDの測定値の平均値である。
また、尖頭発光波長け9’1O−9’lA;nmであっ
た。
第2表
【図面の簡単な説明】
第1図は、スライド式LPE装置の縦断面模型図である
。 /および2・・−・・・溶液槽  り・・・・・・凹部
特許出願人   三菱モンサンド化成株式会社代 理 
人  弁理士 長谷用   −(ほか7名) 第1図 / 事件の表示 昭和57年特許願第232ノIO号 λ 発明の名称 エピタキシャルウェハ 3 補正をする者 事件との関係  特許出願人 名 称  (boy)三菱モンサント化成株式会社q代
理人 〒100 東京都千代田区丸の内二丁目5番2号 6 補正の内容 (1)明細書箱g頁第7タ行目「発光波長が変化し」を
、「赤外−LEDの製造の際にエピタキシャルウエノ・
の表面に形成される電極とP Cra 1−z fiJ
−z As  層の間の接触抵抗が増加し、さらに、」
に訂正する。 (2)明細書筒g頁第76行目r G&、 −X At
X J krGal−x AZx As 」に訂正する
。 以   上

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)n型0aAs単結晶基板、該単結晶基板表面上に
    形成された厚さが20〜100μmであってキャリア濃
    度が/、0X10 〜コ、O×1018Crn−3であ
    るSiをドープしたn型GaA、  エピタキシャル層
    、該n型oa ABエピタキシャル層上に形成された厚
    さが70〜goμmであってキャリア濃度が八〇×70
    〜!;、0×1018crn−3であるslをドープし
    たp型Ga As  エピタキシャル層及び該p型Ga
     Asエピタキシャル層上に形成された厚さが20〜9
    0μmであってキャリア濃度が/、OX 10 〜汐、
    θ×7018cm=であるp型Ga1−xAtxAS 
    混晶からなシ、p 型Ga Asエピタキシャル層との
    界面から少なくとも2μm以内の領域において、混晶率
    Xが0.03≦X≦O1gであるエピタキシャル層ヲ有
    スるエピタキシャルウエノ1゜
  2. (2)混晶率Xがθ、0り≦X≦O,Sである特許請求
    の範囲第1項記載のウェハ。
  3. (3)p型GaAsエピタキシャル層の厚さが20〜ダ
    Oμmである特許請求の範囲第1項または第2項記載の
    方法。
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