JPS61291491A - りん化ひ化ガリウム混晶エピタキシヤルウエハ - Google Patents

りん化ひ化ガリウム混晶エピタキシヤルウエハ

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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】 「産業上の利用分野」 本発明は、輝度の均一性に優れた発光ダイオードアレー
の製造に適した、りん化ひ化〃リウム混晶エピタキシャ
ルウェハに関する。
「従来の技術」 静電感光材料からなる層を形成した感光面に、文字、又
は、図形を光学的に結像させて、静電潜像を作り、これ
にトナーを振りかけて紙等に転写する方式のプリンター
（以下「静電プリンター」という、）は、低騒音、かつ
、高速であるので、コンピューター、ワードプロセッサ
等のプリンターとして、使用されている。
従来、静電プリンターの光源として、ヘリウム−ネオン
レーザ−等のガスレーザー、又は半導体レーザーが用い
られていたが、前者は大型であり、また、後者は小型で
あるが、連続発振半導体装置ザーとして、現在実用化さ
れている、ひ化ガリウム・アルミニウム混晶を用いた半
導体レーザーは、発振波長が７８０ｎｍ以上の長波長領
域であり、一方静電プリンターに用いられる静電感光材
料、例えば、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン（Ｓｅ
）等は、最大感度が７００ｎｍより短波長側の領域にあ
る。
したがって、静電プリンター用の光源としで、半導体レ
ーザーを用いた場合、該レーザーの発振波長と静電感光
材料が最大感度を示す波長が一致せず、高い効率が得ら
れないこと、その他、半導体レーザーの寿命が短いこと
、構造が複雑であるので製造が容易でなく、したがって
、高価であること等の問題点があった［電子写真学会誌
第２３巻第２号第４７〜５５頁（１９８４）］。
一方、発光ダイオードは、発光波長が赤外領域から可視
領域まで、自由に選択できるので、静電感光材料の最大
感度を示す波長と発光波長の整合が容易であること、構
造が簡単であって、かつ、長寿命であること等の特長を
有するので、最近、静電プリンター用の光源として注目
されていた。
レーザーを光源として用いる場合は、輝度が十分である
ので、１個、または、小数個のレーザーを用いて、静電
感光面を走査して潜像を形成させる方式が採用されてい
るが、発光ダイオードは、一般に半導体レーザーに比較
して、輝度が小さいので、静電プリンターの光源として
使用する場合は、１１当り１６〜３２個の割合で発光ダ
イオードを一列に形成した、長さ数ａｍの発光ダイオー
ドアレーを静電感光面に沿って多数個配列し、各アレー
を構成する発光ダイオードを独立して制御して、潜像を
形成する方式が採用されている。
かかる発光ダイオードアレーは、セラミック板上に、単
体の発光ダイオードを必要数装着配線した、いわゆる、
厚膜構造ではなく、一枚のひ化がリウム、りん化〃リウ
ム、その他の単結晶基板上に選択拡散法により、微少な
発光ダイオードを必要な数だけ形成した、モノリシック
構造を採用するのが一般的である。
これは、モノリシック構造は、゛発光ダイオードの集積
度が高く、小型化が容易であり、かつ、量産性も優れで
いるからである。
静電プリンターの光源用の発光ダイオードアレーの製造
に用いられる半導体材料としては、静電感光材料が最大
感度を示す７００〜６００ｎｍの領域の光を発光に適し
たりん化ひ化〃リウム（ＧａＡｓ、４ｔＰ、、Ｏ≦工≦
１、以下、本明細書において、７を「混晶率」、また、
りん化ひ化がリツムをＪＧａＡｓＰＪという、、）混晶
エピタキシャルウェハを用いて製造される。
従来のＧａＡ　ｓＰエピタキシャルウェハは、単結晶基
板として、ひ化〃リウム（Ｇ　ａＡ　ｓ）又は、りん化
〃リウム（ＧａＰ）単結晶基板を用い、該基板上に、基
板と後記混晶率−泥層の開の格子定数の相違に基づく転
位等の結晶欠陥の発生を防止するために混晶率、工が、
０（すなわち、Ｇ　ａＡ　ｓ）、または、１（すなわち
、ＧａＰ）から、所望の値まで連続的に変化する混晶事
変化層を形成し、さらに、上記混晶率変化層上に所望の
混晶率を有する混晶率−泥層を形成した構造を有してい
た。発光ダイオードの製造の°際には、上記混晶率−泥
層内にｐｎ接合が形成されるので、得られた発光ダイオ
ードは、この層のバンドギャップに相当する波長の光を
放射する。
［発明が解決しようとする問題７り］ 静電プリンターの光源としで用いられる発光ダイオード
アレーは、アレーを構成する各発光ダイオードの輝度が
、そのアレーに含まれる全発光ダイオードの輝度の平均
値の±２０％以内であることが必要とされていた。これ
は、輝度のバラツキが大きいと、プリントの濃度ムラが
生じるからであった。
しかしながら、従来のＧａＡｓＰエピタキシャルウェハ
を用いて、発光ダイオードアレーを製造した場合、輝度
のバラツキが平均値の±２０％以内である発光ダイオー
ドアレーの歩留りは、非常に低く、問題となっていた。
「問題点を解決するための手段」 本発明者等は、輝度のバラツキが小さく静電プリンター
の光源として使用できる発光ダイオードアレーを高歩留
りで製造できるＧａＡｓＰ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、単結晶基板、該基板上に形成さ
れたＧａＡｓＰ混晶率変混晶及変化混晶事変化層上に形
成されたＧａＡｓＰ混晶率−泥層からなるＧ　ａＡ　ｓ
Ｐ混晶エピタキシャルウェハにおいて、上記混晶事変化
層に、混晶率が不連続的に変化する領域が少なくとも１
層形成されていることを特徴とするエピタキシャルウェ
ハによって達せられる。単結晶基板は、Ｇ　ａＡ　ｓＰ
混晶率変化層及び、同−泥層を成長させる基礎として、
また、所定の結晶学的面方位に単結晶成長させるために
必要である。単結晶基板の材料は、特に制限されないが
、ＧａＡｓＰ混晶率−泥層と格子定数の差が少ないもの
が望ましい。好ましい、単結晶基板としては、シリコン
、ゲルマニウム、または、サファイア等の単結晶から切
り出したものがあるが、Ｇ　ａＡ　ｓ。
または、ＧａＰの単結晶から切り出した基板が、混晶率
−泥層との格子定数の差を小さくできるのでより好まし
い。
単結晶基板は、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ等相当する材料の棒状単
結晶、いわゆる、インゴットから、スライシング装置を
用いて、切り出される。
ＧａＡｓ又は、ＧａＰ単結晶を用いる場合、基板表面の
結晶学的面方位は、（ｉｏｏ１面、または、１１００１
面から０．５°〜１０°程度傾いた面が、良好なエピタ
キシャル層が得られるので好ましい。
単結晶基板は、機械的及び／又は化学的に表面を研摩し
て、スライシングの際に生じた表面の損傷を除去し、か
つ、鏡面に仕上げる。
基板の厚さは、０．１〜０．５論鰺が通常である。
ＧａＡｓＰ混晶率変混晶及変化層基板表面上に形成され
る。
本発明のエピタキシャルウェハでは、混晶事変化層に、
混晶率が不連続的に変化する領域が少なくとも１層形成
される。混晶率が不連続的に変化する領域とは、混晶事
変化層の厚さ１μｍ当り、混晶率が、５×１０−コ〜５
Ｘ１０−２、好ましくは、２Ｘ１０”’〜４Ｘ１０−”
の範囲で変化する領域をいう。混晶率の変化が５Ｘ１０
−’未満では、本発明の効果がなく、５Ｘ１０”２を超
えると発光ダイオードの輝度が低下するので好ましくな
い。このような領域が混晶事変化層に、少なくとも１層
形成されていることが必要である。
混晶率が不連続的に変化する領域が、混晶事変化層に形
成されていないと本発明の効果は発揮されない。また、
上記領域は、３層以内であることが好ましい。
混晶率が不連続的に変化する領域は、混晶事変化層の内
部に設けてもよく、混晶事変化層と単結晶基板、または
、混晶率−泥層の界面に接して設けてもよい。
混晶事変化層の厚さは、単結晶基板と混晶率−泥層の間
の格子定数の差にもよるが、通常は、５〜２００μｍ、
好ましくは、２０〜１００μｍの範囲である。
混晶率の厚み方向の変化は、Ｘ線マイクロアナライザー
によって、エピタキシャルウェハ断面を測定することに
よって得られる。
上記混晶事変化層上に形成されたＧａＡｓＰ混晶率−泥
層は発光ダイオードの製造の際には、ｐｎ接合を形成す
る層である。既に説明した通り、発　　′光ダイオード
の発光波長は、この層の混晶率により決定される。した
がって、この層の混晶率は必要とする発光波長によって
適宜選択される。
プリンターの光源として使用する場合、使用する静電感
光材料が最大感度を示す波長と発光ダイオードのピーク
波長が一致する組成を選択するのが好ましい。通常は、
混晶率が、０．３５〜０．４５の範囲が選択される。特
に、静電感光材料として、硫化カドミウムを用いる場合
は、混晶率えが０．４であるりん化ひ化がリウム、すな
わち、Ｇ　ａ　Ａ　Ｓ　Ｏ＠　Ｉ　Ｐ　ｏ　１１４が、
ピーク発光波長が、約６６０ｎｍであって、硫化カドミ
ウムの最大感度を示す波長と、はぼ一致するので好まし
い。
混晶率−泥層の厚さは、１０〜２００μｍ、より好まし
くは、２０〜１５０μｍの範囲が好ましい。
ＧａＡｓＰ混晶率変混晶及変化層−泥層の伝導型は、ｎ
ｓ　０％いずれでもよいが、通常はｎ型である。キャリ
ア濃度は、両層ともｌＸｌ０”〜１×１０Ｉ９Ｃ論−３
の範囲が好ましい。
ｎ型の伝導型とするために加える不純物は、硫黄、テル
ル等が好ましい。
混晶率変化層及び同−泥層は、ともに液相エピタキシャ
ル成長ではなく、気相エピタキシャル成長法によるのが
好ましい。これは、混晶率の調節が容易であるからであ
る。
気相成長用がスとしては、Ｇａ　　ＨＣＩ　　ＡＳＨ２
ＰＨｓ　　Ｈ２系（この場合、ＨＣＩとＧａは７００〜
９００℃で反応して、ガス状のＧａＣ１を生成する。）
、Ｇａ（ＣＨ，）、−ＡＳＨ，１−ＰＨ１−Ｈ２系、Ｇ
ａ（Ｃ２Ｈ，）、−ＡＳＨ，−ＰＨ３−８２系等が用い
られる［青木昌治ｍ着、「エレクトロニクス技術全集（
６）発光ダイオード」（株）工業調査会１９７７年発行
、第１１３〜１１７頁］。
気相エピタキシャル成長法による場合、気相成長用ガス
の組成を変化させて、混晶率を調整する。
例えば、気相成長用ガス組成として、Ｇａ−ＨＣＩ　　
Ａ　ｓ　Ｈ＊　　Ｐ　Ｈ−８２系を用いる場合、ＡｓＨ
＝とＰＨ，の供給量を調節して、混晶率を調節する。
混晶率が不連続的に変化する領域は、気相成長用ガスの
組成を、混晶率が、１μｍ当り、５×１０−３〜５Ｘ１
０’″２変化するように、ひ素成分及びりん成分の供給
量を変化させて形成する。
発光ダイオードアレーは、通常の方法、例えば本発明の
エピタキシャルウェハ上に、上記アレーのパターンに従
って、レジスト膜を形成し、亜鉛等の不純物を拡散して
ｐｎ接合を形成し、続いて、電極を形成して製造される
。
「発明の効果」 本発明のエピタキシャルウェハを用いて、発光ダイオー
ドアレーを製造すると同一アレーに含まれる微少ダイオ
ードの輝度のバラツキは、当該アレーにおける平均値の
±２０％以内である、発光ダイオードアレー、すなわち
、静電プリンターの光源として使用可能な発光ダイオー
ドアレーの歩留りが、従来のエピタキシャルウェハを用
いる場合に比較して、飛躍的に向上する。
「実施例」 本発明を、実施例、及び比較例に基づいて、具体的に説
明する。
実施例 単結晶基板として、直径５０ｍｍの円形で、厚さが３５
０μｍのＧ　ａ　Ａ　ｓ単結晶基板を用いた。この基板
の表面は、鏡面に研摩されており、その面方位は、（ｏ
　ｏ　ｉ　）面から＜１１０＞方向へ２．０°傾いた面
であった。このＧａＡｓ単結晶基板は、シリコンがドー
プされており、ｎ型キャリア濃度が ７　、ＯＸ　１０　”ｃａ＋−’のものであった。
上記単結晶基板を、内径７０ａｌ１１１長さ１０００＋
ｎｍの石英製水平型エピタキシャルリアクター内に設置
した。続いて、金属ガリウムを収容した石英製ボートを
上記リアクター内に設置した。
リアクターにアルゴンを流して、空気を置換した後、ア
ルゴンの供給を停止して、高純度の水素がスを２５００
ｍ１／分の流量で上記リアクターに流しながら昇温した
。
上記ガリウム入り石英ボート設置部の温度が８３０℃、
また、基板設置部の温度が７５０℃に達した後、その温
度を保ちながら、塩化水素ガスを９０ｍ１／分の流量で
２分間、上記ガリウム入り石英ボートよりも下流側から
、リアクターに供給して、ＧａＡｓ単結晶基板の表面を
エツチングした。
上記塩化水素ガスの供給を停止した後、ノエチルテルル
を１０体積ｐｐａ＋含有する水素ガスを１０ｍ１／分の
流量でリアクターに供給した。
続いて、塩化水素ガスを、１８ｍ１／分の流量で、リア
クター内の上記ガリウム入り石英ボート内のガリウムの
表面に触れるように、リアクター内に吹き出させた。続
いて、アルシン（Ａ　ｓＨ、）及び、ホスフィン（ＰＨ
，）を、以下の通り、供給して、混晶率変化層を形成し
た。すなわち、アルシンを１０体積％含有する水素ガス
を、３３６ｍｌ／分の流量でリアクターに供給し、６０
分間に、２５２ｍｌ／分まで流量を徐々に減少させた。
同時に、ホスフィンを１０体積％含有する水素ガスを、
６　ｍ１７分の流量で供給し、６０分間に、８０ｍ１／
分まで流量を徐々に増加させた。
混晶事変化層の形成を開始した時点から、６０分経過後
、アルシンを含有する水素〃スの流量を２５２ｍ１／分
、ホスフィンを含有する水素が大の流量を８０ｍ１／分
、及び、ジエチルテルルを含有する水素がスの流量を１
０＋ｎｌ／分に保っで、６０分間混晶率−窓層を形成し
た。続いて、リアクターの温度を降下させて、エピタキ
シャルウェハの製造を終了した。その結果、ＧａＡｓ単
結晶基板上に、混晶率が０．０３から０．４＊で連続的
に変化する混晶事変化層が１９μ曽、該変化層上に混晶
率が０．４であって、ｎ型キャリア濃度が８．０×１０
　”ｅ＋ｅ−’である混晶率−窓層が２２μ糟が形成さ
れたエピタキシャルウェハが得られた。
このエピタキシャルウェハでは、混晶率が、１μｌ当り
Ｏから０．０３　＊で変化する領域が基板に接した混晶
率変化層内に形成されていることを、Ｘ線マイクロアナ
ライザーによって確認した。
得られたエピタキシャルウェハを用いて、選択拡散法に
よって、−辺４０μ鑓の正方形の発光ダイオード、ｔ１
１１ＩｌｌＩｌ当り１６個、−列に形成された長さ４Ｉ
６Ｉｎの発光ダイオードアレーを製造した。
得られた発光ダイオ−ｒアレーの、平均ピーク波長は、
６６０ｎＩ１１であった。
また、発光ダイオードアレーを構成する発光ダイオード
の輝度のバラツキが、そのアレーにおける平均値の±２
０％以内であるアレーの歩留りは、６３％であった。
比較例 混晶事変化層を成長させる際に、ホスフィンの流量を、
０１／分から８０ｍ１／分まで、６０分間の間に徐々に
増加させたこと以外は、実施例と同様にして、エピタキ
シャルウェハを製造した。
得られたエピタキシャルウェハは、ＧａＡｓ単結晶基板
上に、混晶が０から０．４まで連続的に変化する混晶事
変化層が２２μｍ形成され、さらに、上記変化層上に、
混晶率が０．４で一定である混晶率−窓層が２１μ輪形
成されたものであった。
混晶事変化層及び同−窓層のｎ型キャリア濃度８　、２
　Ｘ　１０　”ｃｍ−”であった・このエピタキシャル
ウェハを用いて選択拡散法により、４０μ論四方の発光
ダイオードを１ｍｍ当り１６個を一列に形成した長さ４
ｍｍの発光ダイオードアレーを製造した。
得られた全発光ダイオードアレーの平均ピーク発光波長
は６６１ｎｍであった。
また、同一アレー内での、各発光ダイオードの輝度のバ
ラツキが、平均値の±２０％以内である発光ダイオード
アレーの歩留りは１３％であった。
以上の実施例及び比較例から、明らかな通り、本発明の
エピタキシャルウェハを用いると、従来のエピタキシャ
ルウェハを用いた場合に、比較して、プリンターの光源
として使用できる発光ダイオードアレー（輝度のバラツ
キが±２０％以内）の歩留りが大幅に向上する。
特許出願人　三菱モンサント化成株式会社三菱化成工業
株式会社

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）単結晶基板、該単結晶基板上に形成されたりん化
    ひ化ガリウム混晶率変化層、及び、該混晶率変化層上に
    形成されたりん化ひ化ガリウム混晶率一定層からなるり
    ん化ひ化ガリウム混晶エピタキシャルウェハにおいて、
    上記混晶率変化層に、混晶率が不連続的に変化する領域
    が少なくとも１層形成されていることを特徴とするエピ
    タキシャルウェハ。
  2. （２）単結晶基板が、ひ化ガリウムである特許請求の範
    囲第１項記載のエピタキシャルウェハ。
  3. （３）単結晶基板が、りん化ガリウムである特許請求の
    範囲第１項記載のエピタキシャルウェハ。
  4. （４）混晶率一定層の混晶率が０．３５〜０．４５の範
    囲である特許請求の範囲第１項、または、第２項記載の
    エピタキシャルウェハ。
  5. （５）混晶率一定層の混晶率が０．４である特許請求の
    範囲第１項、または、第２項記載のエピタキシャルウェ
    ハ。
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