KR100430615B1 - 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼 - Google Patents

Abstract

DDH구조의 출력이 높고 편차가 적은 GaAlAs 적외선 LED를 제작하기 위한 에피택셜 웨이퍼, 및 이 에피택셜 웨이퍼의 제조방법을 제공한다.

p형 클래드층의 성장 개시부분의 규소 농도의 최대치를 1×10¹⁸원자/㎝³미만으로 하고, 제 1의 p형 GaAlAs층 중의 탄소, 유황 및 산소의 농도를 1×10¹⁷원자/㎝³미만으로 하고, p형 클래드층의 두께를 50∼80㎛의 범위내로 하고, 제 1의 p형 GaAlAs층의 캐리어 농도를 3×10¹⁷∼1×10¹⁸㎝^-3의 범위 내로 한다. 또한, p형 클래드층의 막형성시에 있어서, 막형성 개시시의 분위기 온도의 하강 속도를, 막형성 개시 이후의 하강 속도보다 낮게 설정한다.

Description

적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼{EPITAXIAL WAFER FOR INFRARED LIGHT EMITTING DEVICE}

본 발명은, 적외선을 이용한 광통신이나 공간 전송 기기에 사용되는 고출력의 적외선 발광 다이오드를 제작하기 위한 에피택셜 웨이퍼 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Ga_1-xAl_xAs (0＜x＜1) (이하 GaAlAs로 약칭한다)계 화합물 반도체를 이용한 발광 다이오드(이하 LED로 약칭한다.)는 적외선에서 적색광까지 사용되는 광원으로서 널리 이용되고 있다. 적외선 LED는 광통신이나 공간 전송용으로 사용되고 있으나, 전송 데이터의 대용량화 및 전송 거리의 장거리화에 따라, 고출력의 적외선 LED에 대한 요구가 높아지고 있다.

종래부터 GaAlAs계 LED는, 예를 들면 GaAs기판 상에 에피택셜 성장법에 의해 막을 성장시켜 제조되는데, 막의 구조가 싱글 헤테로 구조인 것보다도 더블 헤테로 구조(이하 DH구조로 약칭한다)인 것이 출력도 높고, 기판을 제거함으로써 더욱 높은 수준의 고출력화가 도모되고 있다.

기판을 제거하는 타입의 에피택셜 구조(이하 DDH구조로 약칭한다)를 제작할 때, 통상적인 DH구조, 즉 p형 클래드층, 활성층, n형 클레드층의 3층 구조만을 에피택셜 성장시킨 후 기판을 제거하는 구조에서는 제품의 두께가 얇아져, 소자화 공정에서의 핸드링이 곤란해짐과 동시에, 소자를 도체에 접착시킬 때 이용되는 페이스트가 소자의 측면으로 올라와, pn접합을 단락시키는 문제가 발생한다. 이것을 방지하기 위해, 기판 제거 후의 완성된 전체 두께와 소자 저면으로부터 접합부까지의 거리를 길게 하기 위한 제4의 에피택셜층을 DH구조에 부가하는 것이 DDH구조에서는 표준적인 구성으로 되어 있다. 제4의 에피택셜층은 밴드갭이 활성층보다 넓고 활성층으로부터의 발광광을 흡수하지 않도록 설계된다. 또 상기 제 4의 에피택셜층은 상기 DH구조의 n형 클래드층 쪽에 부가되거나, p형 클래드층 쪽에 부가되어도 좋고, 상기 제4의 에피택셜층은 단층일 필요는 없으며, 복수의 에피택셜층을 조합하여도 좋다.

DH구조에서 DDH구조로 함으로써, DH구조에서는 기판에 흡수되었던 발광 성분도 소자의 외부로 빼낼 수 있게 되어 발광 출력은 향상되었으나, 이에 의해서도 반드시 충분한 출력이 얻어지는 것은 아니었으며, 또 발광 출력의 편차가 커서 안정된 특성이 얻어지지 않았다.

본 발명의 목적은 DDH구조를 가지며 출력이 높고 출력 편차는 적은 적외선 LED를 제작하기 위한 에피택셜 웨이퍼 및 상기 에피택셜 웨이퍼를 높은 생산성으로 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의해 제작된 LED의 구조를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 실시에 있어서 사용한 슬라이드 보트법에 의한 막형성장치의 개략도이다.

도 3은 제 1의 p형 GaAlAs층과 p클레드층의 계면 부근의 규소의 농도에 대한 프로파일을 나타낸다.

도 4는 규소의 피크 농도와 LED의 출력과의 관계를 나타낸다.

도 5는 제 1의 p형 GaAlAs층 중의 탄소 농도와 LED의 출력의 관계를 나타낸 것이다.

도 6은 제 1의 p형 GaAlAs층 중의 유황 농도와 LED의 출력의 관계를 나타낸 것이다.

도 7은 제 1의 p형 GaAlAs층 중의 산소 농도와 LED의 출력의 관계를 나타낸 것이다.

도 8은 p형 클래드층의 두께와 LED의 출력의 관계를 나타낸 것이다.

도 9는 제 1의 p형 GaAlAs층 중의 캐리어 농도와 LED의 출력의 관계를 나타낸 것이다.

도 10은 제 1의 p형 GaAlAs층 중의 캐리어 농도와 LED의 VF의 관계를 나타낸 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: p형 GaAs기판 2: 제 1의 p형 GaAlAs층

3: p형 클래드층 4: 활성층

5: n형 클래드층 6: p형 GaAs기판

7: 기판 수납홈 8: 슬라이더

9: 슬라이드 보트 본체

10: 도가니(제 1의 p형 GaAlAs층 성장용)

11: 도가니(p형 클래드층 성장용)

12: 도가니(p형 활성층 성장용)

13: 도가니(n형 클래드층 성장용)

14: 도가니의 덮개

15: 유리상 탄소로 코팅된 부분, 혹은 유리상 탄소제(製)

본 발명자는 DDH구조를 가지는 적외선 LED용 에피택셜 웨이퍼, 및 이 에피택셜 웨이퍼로 제작된 적외선 LED의 고출력화와 출력 편차의 감소에 대해 집중적으로 연구를 거듭한 결과, 제 1의 p형층, p형 클래드층, p형 활성층, 및 n형 클래드층으로 이루어진 에피택셜 웨이퍼의 적층 공정에 있어서, p형 클래드층의 성장 개시 부분은 온도의 하강 속도가 일정하더라도 멜트(melt)의 과포화도가 불안정함으로 인해 성장 속도가 불안정해지고, 계면 부분에 불순물이 고농도로 석출되는 경우가 있으며, 이것이 LED의 발광 출력을 저하시켜 출력의 편차를 더욱 증가시킨다는 것을 발견하였다.

그리고 본 발명자는 이러한 불순물에 대해 더욱 면밀히 조사한 결과, 규소의 약영향이 특히 크며, 그 계면 부분, 특히 계면에서부터 p형 클래드층 쪽으로 2㎛이내의 영역에서 규소 농도의 최대치를 1×10¹⁸원자/㎝³미만으로(4×10¹⁷원자/㎝³미만으로 하는 것이 보다 바람직하며, 1×10¹⁷원자/㎝³미만으로 하는 것이 가장 바람직하다)함으로써 LED 출력이 현저히 향상되고, 발광 출력의 편차도 감소시킬 수 있음을 발견하였다.

또 본 발명자는 LED의 고출력화는 제 1의 p형층 중의 불순물 및 캐리어 농도와 밀접한 관련이 있다는 것과, 불순물로서는 탄소, 유황 및 산소의 악영향이 크다는 것을 발견하였다.

더욱이 본 발명자는 전술한 DDH구조의 적외선 LED에서는 p형 클래드층의 두께에 가장 적합한 범위가 있으며, 이것을 50∼80㎛의 범위 내로 함으로써 LED의 출력을 높일 수 있다는 것과, 제 1의 p형층의 캐리어 농도는 1×10¹⁸㎝^-3미만인 것이 바람직하며, 350㎛의 피크치를 가지는 LED에 200㎃를 가하는 경우 순방향 전압(VF)을 2.1V 미만으로 하기 위해 3×10¹⁷㎝^-3이상으로 하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다.

또 본 발명자는 상기 구조의 적외선 LED용 에피택셜 웨이퍼를 제조하기 위해서는, p형 클래드층의 막을 형성할 때, 막형성을 개시할 때의 분위기 온도 하강 속도를 막형성 개시 이후의 하강 속도보다 낮게 설정하면 계면부의 규소 농도를 낮추는데 효과적이라는 것과, 본 발명의 에피택셜 웨이퍼로 제조한 적외선 LED를 광통신이나 공간 전송 기기에 조합시켰을 경우, 대용량 데이터 전송이나 장거리 데이터 전송이 가능해진다는 사실을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉 본 발명은,

1. p형 GaAs 단결정 기판 상에, 제 1의 p형 Ga_1-x1Al_x1As층(0＜x1＜1), p형 Ga_1-x2Al_x2As 클래드층(0＜x2＜1), 발광 파장이 850∼900㎚ 범위 내인 p형 Ga_1-x3Al_x3As 활성층(0＜x3＜1), 및 n형 Ga_1-x4Al_x4As 클레드층(0＜x4＜1)을 차례로 에피택셜 성장시킨 후, 상기 p형 GaAs 단결정 기판을 제거하는 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼로서, 제 1의 p형 Ga_1-x1Al_x1As층과 p형 Ga_1-x2Al_x2As 클래드층과의 계면에서부터 p형 Ga_1-x2Al_x2As 클래드층 쪽으로 2㎛ 이내 영역에서의 규소 농도 최대치가 1×10¹⁸원자/㎝³미만인 것을 특징으로 하는 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼,

2. 제 1의 p형 Ga_1-x1Al_x1As층의 탄소, 유황 및 산소의 농도가 각각 1×10¹⁷원자/㎝³미만인 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼,

3. p형 Ga_1-x2Al_x2As 클래드층의 두께가, 50∼80㎛ 범위 내인 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 2에 기재된 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼,

4. 제 1의 p형 Ga_1-x1Al_x1As층의 캐리어 농도가, 3×10¹⁷∼1×10¹⁸㎝^-3범위 내인 것을 특징으로 하는 상기 1∼3 중 어느 하나에 기재된 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼,

5. p형 Ga_1-x2Al_x2As 클래드층의 막형성 시에 있어서, 막형성 개시 시의 분위기 온도 하강 속도를, 막형성 개시 이후의 하강 속도보다 낮게 설정하는 것을 특징으로 하는 상기 1∼4 중 어느 한 항에 기재된 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼의 제조방법,

6. 상기 5에 기재한 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼의 제조방법을 이용하여 제작한 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼,

7. 상기 1∼4 및 6 중 어느 한 하나에 기재한 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼를 이용하여 제작한 발광 다이오드, 및

8. 상기 7에 기재한 발광 다이오드를 이용한 광통신 및 공간 전송 기기에 관한 것이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 도 1에는 본 발명에 따른 에피택셜 웨이퍼로 제작된 적외선 발광용 LED의 구조가 모식적으로 도시되어 있다. 각 에피택셜층은, p형 GaAs 단결정 기판 상에 제 1의 p형 Ga_1-x1Al_x1As층(0＜x1＜1), p형 Ga_1-x2Al_x2As 클래드층(0＜x2＜1), p형 Ga_1-x3Al_x3As 활성층(0＜x3＜1), n형 Ga_1-x4Al_x4As 클레드층(0＜x4＜1)의 순으로 적층된 구조를 가진다. 각 층의 조성비에 대해 말하자면, 활성층은 발광 파장이 850∼900㎚ 범위 내가 되도록 선택되며, 제 1의 p형층, p형 클래드층 및 n형 클래드층은 활성층의 발광광을 흡수하지 않도록 밴드 갭이 활성층보다 넓어지도록 선택된다. 도펀트(dopant)로서는 p형은 Zn, Ge 등을, 그리고 n형은 Te, S 등을 이용할 수 있다. 활성층의 도핑량은 발광 강도와 응답 속도가 최적의 상태가 되도록 선택된다.

상기 에피택셜 웨이퍼의 성장 방법으로서는 액상(液相)성장법이나 기상(氣相)성장법을 이용할 수 있으며, 특히 슬라이드 보트를 이용하여 서서히 냉각시키면서 온도를 하강시키는 액상성장법이 바람직하다.

도 2는 슬라이드 보트법에 관련된 장치를 모식적으로 도시한 것이다. 슬라이더(8)의 기판 수납홈(7)에 p형 GaAs기판(6)을 세트한다. 슬라이드 보트 본체(9)에는 도 1에 도시한 4개의 에피택셜층을 성장시키기 위해 적절한 배합의 Ga 메탈, 금속 Al, GaAs 다결정과, 각 에피택셜층의 도전형과 캐리어 농도를 실현하기에 적합한 도펀트를 배합하는 4개의 도가니(10∼13)가 설치되어 있다.

이 방법은 예를 들면 도 2의 구조를 가지는 슬라이드 보트를 석영제의 반응관 내에 세팅하고 수소기류 내에서 온도를 높여 원료를 용해시킨다. 이어서 슬라이더(8)를 우측으로 밀어, p형 GaAs기판(6)을 도가니(10)의 아래까지 이동시켜 멜트에 접촉시킨다. 그런 다음 분위기 온도를 하강시켜 p형 GaAs기판 상에 도 1에 도시한 제 1의 p형 GaAlAs층을 성장시킨다. 이하에서는, 마찬가지로 슬라이더의 이동과 온도 하강을 반복함으로써 도 1에 대응하는 4층의 에피택셜층을 성장시킨다.

이 막형성 방법에 있어서, 상기 제 1의 p형층과 p형 클래드층과의 계면으로부터 p형 클래드층 쪽으로 2㎛ 이내의 영역에서의 규소농도 최대치를 1×10¹⁸원자/㎝³미만, 보다 바람직하게는 4×10¹⁷원자/㎝³미만, 가장 바람직하게는 1×10¹⁷원자/㎝³미만으로 제어하는 것은, 해당 부분의 에피택셜 성장 시의 온도 하강 속도를 낮추어, 멜트의 과포화도의 불안정성을 저감시킴으로써 실현될 수 있다. 이로써 계면부에서의 규소의 석출을 감소시킬 수 있다. 또 도 2의 도가니 덮개(14)를 개구율이 낮은 유리상 탄소(glassy carbon)로 제작하는 것도 효과적이다. 이것은 막형성 중에 석영제의 반응관이 수소로 환원되어 아산화규소나 규소가 발생하는데, 도가니 덮개의 개구율을 낮춤으로써 이들 규소원(源)이 멜트 중으로 혼입되는 것을 낮출 수 있게 되기 때문이다.

또 상기 제 1의 p형층에 포함되는 탄소, 유황 및 산소의 농도를 1×10¹⁷원자/㎝³이하로 제어하기 위해서는 기판, 원재료를 세트할 때 유황산화물, 탄산가스가 슬라이드 보트 부재에 흡착되는 것을 방지하기 위해 장치에 베이킹(baking)을 실시하는 것과, 슬라이드 보트 지그 중, 기판 수납홈(7)의 안쪽 및 도가니(10∼13)의 안쪽을 유리상 탄소로 코팅하는 것이 효과적이다.

이상의 에피택셜 성장 종료 후, 에피택셜 웨이퍼를 꺼내어 소자화를 행한다. 소자화는 도 1의 n형 GaAlAs층(5)의 표면을 내산(耐酸)성 시트로 보호하고, 암모니아-과산화수소계 부식액(etchant)으로 GaAs 기판을 선택적으로 제거한다. 그런 다음, 에피택셜 웨이퍼의 양면에 금전극을 형성하고, 다이싱에 의해 소자를 분리한다.

본 발명에 의해 얻어지는 적외선 LED는 출력이 높기 때문에, 특히 적외선을 이용한 광통신이나 공간 전송 기기에 이용되는 송신용 발광소자에 이용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 적외선 LED를 조합시킨 광통신, 공간 전송 기기는 대용량 데이터 전송이나 장거리 데이터 전송에 적합하다.

이하 실시예와 비교예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명하겠으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

(실시예 1)

에피택셜 성장은, 도 2에 도시한 슬라이드 보트에 의한 액상성장법으로 하였다. 도가니(10∼13)에는 각 층의 에피택셜 성장에 적합한 배합의 Ga 메탈, 금속 Al, GaAs 다결정과, 각 에피택셜층의 도전형과 캐리어 농도를 실현하기에 적합한 도펀트로서, 제 1의 p형층 성장용 도가니(10)와 p형 클래드층 성장용 도가니(11)에는 Zn을, p형 활성층 성장용 도가니(12)에는 Ge를, n형 클래드층 성장용 도가니(13)에는 Te를 첨가하였다.

슬라이드 보트 지그 중, 기판 수납홈(7)의 안쪽 및 도가니(10∼13)의 안쪽은 에피택셜층에 받아들여지는 탄소, 유황 및 산소의 불순물을 감소시키기 위해 유리상 탄소로 코팅하였다. 또 도가니 덮개(14)는 석영 반응관의 규소 등이 혼입되지 않도록 개구율이 낮은 유리상 탄소로 제작하였다.

실제의 에피택셜 성장은 아래와 같이 실시하였다. 도 2의 슬라이드 보트를 석영 반응관에 세트하고, 수소 기류 내에서 950℃까지 가온하여 원료를 용해하였다. 이어서 분위기 온도를 920℃까지 하강시키고, 슬라이더(8)를 오른쪽으로 밀어, p형 GaAs기판(6)을 도가니(10)의 아래까지 이동시켜 멜트에 접촉시켰다. 그런 다음, 분위기 온도를 최초의 10분은 0.2℃/분의 속도로 하강시키고 그 후에는 0.5℃/분의 속도로 하강시켜, p형 GaAs기판상에 도 1에 도시한 제 1의 p형 GaAlAs층을 성장시켰다. 그 다음은, 마찬가지로 슬라이더의 이동과 온도의 하강을 반복함으로써 도 1에 대응하는 4층의 조성비가 다른 에피택셜층을 성장시켰다. 이 때 p형 활성층 이외의 에피택셜층을 성장시키는 경우는, 제 1의 p형 GaAlAs층을 적층하는 경우와 마찬가지로, 초기의 10분은 0.2℃/분의 속도로 온도를 하강시키고 그 후에는 0.5℃/분의 속도로 온도를 하강시켰다.

이와 같은 온도 하강 패턴을 채용함으로써, 에피택셜층의 계면 부근의 급속한 석출을 완화시키고, 고농도로 규소가 석출되는 것을 회피하였다. p형 활성층에 대해서는 성장 온도폭을 2℃로 하고 전역에 대해 0.2℃/분의 속도로 온도를 하강시켰다.

에피택셜 성장 종료 후, 각 층의 조성비, 캐리어 농도 및 두께를 측정하였다. 그 결과 조성비는 제 1의 p형층이 Ga_1-x1Al_x1As(0.13≤x1 ≤0.40), p형 클래드층이 Ga_1-x2Al_x2As(0.23≤x2 ≤0.45), p형 활성층은 Ga_1-x3Al_x3As(x3=0.01), n형 클래드층은 Ga_1-x4Al_x4As(0.14≤x4 ≤0.40)이 되었다. 각 층의 조성비에 범위가 있는 것은, 서냉에 의해 각 층이 성장되기 때문에 p형 활성층 외 에피택셜층의 Al조성비율이 소자 표면 쪽을 향해 감소되기 때문이다. 또 캐리어 농도는 각 층의 평균값으로 제 1의 p형층이 2×10¹⁸㎝^-3, p형 클래드층이 5×10¹⁷㎝^-3, p형 활성층이 2×10¹⁸㎝^-3, n형 클래드층이 4×10¹⁷㎝^-3이었고, 각 층의 두께는 제 1의 p형층이 80㎛, p형 클래드층이 70㎛, p형 활성층이 0.5㎛, n형 클래드층이 40㎛이었다.

이 에피택셜 웨이퍼를 이용하여 소자를 제작하였다. 우선, 도 1의 n형 GaAlAs층(5)의 표면을 내산성 시트로 보호하고 암모니아-과산화수소계 부식액으로 GaAs기판을 선택적으로 제거하였다. 그런 다음, 내산성 시트를 박리시킨 후 에피택셜 웨이퍼의 양면에 금전극을 형성하고, 다이싱에 의해 소자를 분리함으로써 적외선 LED를 제작하였다.

(실시예 2)

각 에피택셜층 성장시의 분위기 온도의 하강 속도를 전역에 대해 1.0℃/분으로 설정하고, 다른 조건은 실시예 1과 동일하게 하여, 슬라이드 보트를 이용한 에피택셜 성장을 실시하여 LED를 제작하였다.

(실시예 3)

각 에피택셜층 성장시의 분위기 온도의 하강 속도를 전역에 대해 0.6℃/분으로 설정하고, 다른 조건은 실시예 1과 동일하게 하여, 슬라이드 보트를 이용한 에피택셜 성장을 실시하여 LED를 제작하였다.

(비교예 1)

각 에피택셜층 성장시의 분위기 온도의 하강 속도를 실시예 2와 동일하게 1.0℃/분으로 설정하고, 또한 상기 도 1의 도가니 덮개(14)의 재질을 유리상 탄소에서 통상의 흑연으로 변경하고, 다른 조건은 실시예 3과 동일하게 하여 LED를 제작하였다.

(비교예 2)

도 2의 기판 수납홈(7), 및 도가니(10∼13)를 유리상 탄소로 코팅하지 않은 지그를 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 에피택셜 성장을 실시하여 LED를 제작하였다.

(비교예 3)

실시예 1과 동일한 지그를 이용하여, p형 클래드층의 두께를 변경하여 에피택셜막을 형성하였다. 다른 막형성 조건은 실시예 1과 동일하게 하였다.

도 3은 제 1의 p형 GaAlAs층과 p형 클래드층의 계면 부근의 규소 농도를 실시예 1∼3과 비교예 1의 샘플에 대해 측정한 결과이다. 이 도면을 통해, 제 1의 p형 GaAlAs층과 p형 클래드층과의 계면으로부터 2㎛만큼 p형 클래드층으로 들어간 영역내에 규소 농도의 피크가 있음을 알 수 있다. 실시예 1과 실시예 2의 결과를 통해, 에피택셜 성장 개시부분의 성장속도가 0.5℃/분인 경우는 0.2℃/분으로 한 경우에 비해 규소의 피크 농도가 높아지고, 성장 속도를 1.0℃/분으로 하면 규소의 피크 농도가 더욱 높아진다는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 3과 비교예 1의 결과를 통해, 동일한 성장 속도라 하더라도 상기 도가니 덮개(14)의 재질을 유리상 탄소에서 흑연으로 변경하면 규소의 피크 농도가 높아짐을 알 수 있다.

또 도 4는 상기 계면 부근에서의 규소의 피크 농도와 LED 출력의 관계를 나타낸 것이다. 이 도면으로부터 계면 부근에서의 규소 농도의 피크가 1×10¹⁸원자/㎝³을 초과하면 LED 출력이 저하됨과 동시에 출력의 편차가 증가한다는 것이 판명되었다. 또 규소 농도의 피크를 1×10¹⁸원자/㎝³미만, 보다 바람직하게는 4×10¹⁷원자/㎝³이하, 가장 바람직하게는 1×10¹⁷원자/㎝³미만으로 함으로써, 출력이 높으면서도 편차가 적은 LED 출력이 얻어졌다.

이상의 결과로부터 계면 부근에서의 규소의 농도를 낮추기 위해서는, 성장 속도를 낮추는 것과 도가니 덮개를 유리상 탄소로 하는 것이 효과적임을 알 수 있다. 그러나 성장 속도를 낮춘 경우에는 에피택셜 공정에 소요되는 시간이 길어져 생산성이 저하되는 문제가 있기 때문에, 계면 부근에서만 성장 속도를 낮추는 것이 바람직하다.

도 5, 6, 7은 각각 실시예 1 및 비교예 1에 대해 제 1의 p형 GaAlAs층 중의 탄소, 유황 및 산소 농도와 LED 출력과의 관계를 도시한 것이다. 상기 도 5를 통해, 제 1의 p형 GaAlAs층 중의 탄소 농도를 1×10¹⁷원자/㎝³미만으로 함으로써 실용적 레벨에 해당하는 상대 강도 15의 LED 출력이 얻어짐이 확인되었다. 또 도 6 및 도 7로부터 유황, 산소 농도에 대해서도 제 1의 p형 GaAlAs층 중의 농도를 1×10¹⁷원자/㎝³미만으로 함으로써 상대 강도 15의 LED 출력이 얻어짐을 알 수 있다. 이상과 같이, 도 2의 기판 수납홈(7), 및 도가니(10∼13)를 유리상 탄소로 코팅함으로써, 에피택셜층 중의 탄소, 유황 및 산소의 농도를 저감시켜 LED 출력을 향상시키는 것이 가능하였다.

도 8에는 p형 클래드층의 두께와 LED 출력과의 관계가 도시되어 있다. 그 결과로부터, p형 클래드층의 두께가 50㎛ 이하가 되면 LED의 출력이 저하됨을 알 수 있다. 또 80㎛보다 두꺼워진 경우에도 LED의 출력은 감소된다.

도 9에는 제 1의 p형 GaAlAs층의 캐리어 농도와 LED 출력과의 관계가 실시예1에 대하여 도시되어 있다. 본 도면으로부터 상기 제 1의 p형 GaAlAs층의 캐리어 농도가 1×10¹⁸㎝^-3이하인 경우, 실용적으로 바람직한 레벨에 해당하는 상대 강도 15의 LED 출력이 얻어졌다. 한편 상기 제 1의 p형 GaAlAs층의 캐리어 농도가 저하되면, LED의 VF가 상승한다. 도 10은 도 9와 동일한 칩에 대해 제 1의 p형 GaAlAs층의 캐리어 농도와 350㎛의 피크치를 가지는 LED의 VF(200㎃)와의 관계를 도시한 것이다. 표준 사이즈인 350㎛의 피크값을 가지는 LED에서의 실용성을 감안하면 VF(200㎃) 2.1V로 하는 것이 바람직하며, 도 9 및 도 10을 통해, 상기 캐리어 농도의 바람직한 범위는 3×10¹⁷∼1×10¹⁸㎝^-3임을 알 수 있다.

본 발명의 DDH구조의 GaAlAs 적외선 LED용 에피택셜 웨이퍼에 있어서, p형 클래드층의 성장 개시 부분의 규소 농도의 최대치를 1×10¹⁸원자/㎝³미만으로 하고, 제 1의 p형 GaAlAs층 중의 탄소, 유황 및 산소의 농도를 1×10¹⁷원자/㎝³미만으로 함으로써, 출력이 높고 편차가 적은 에피택셜 웨이퍼를 제조할 수 있게 되었다.

특히 본 구조의 에피택셜 웨이퍼에서는 p형 클래드층의 두께를 50∼80㎛의 범위내로 함으로써, 보다 고출력의 에피택셜 웨이퍼를 제조할 수 있게 되었다.

또 제 1의 p형 GaAlAs층의 캐리어 농도를 3×10¹⁷∼1×10¹⁸㎝^-3의 범위 내로 함으로써, VF를 저감시키고, 보다 고출력의 에피택셜 웨이퍼를 제공할 수 있게 되었다.

본 발명의 에피택셜 웨이퍼는 특히 p형 클래드층의 막형성 초기의 분위기 온도의 하강 속도를 p형 클래드층의 막형성 후기보다 낮게 설정함으로써 생산성을 높이고, p형 클래드층의 계면 부근의 규소 농도를 낮게 할 수 있게 되어, 출력이 높고 편차가 적은 적외선 LED용 에피택셜 웨이퍼를 제조할 수 있게 되었다.

또 본 발명의 적외선 LED용 에피택셜 웨이퍼에 의해, 적외선 LED의 고발광 출력이 가능해져, 대용량 데이터 전송 및 장거리 데이터 전송에 대응할 수 있는 광통신 및 공간 전송 기기를 제공할 수 있게 되었다.

Claims (8)

1. p형 GaAs 단결정 기판 상에, 제 1의 p형 Ga_1-x1Al_x1As층(0＜x1＜1), p형 Ga_1-x2Al_x2As 클래드층(0＜x2＜1), 발광 파장이 850∼900㎚ 범위 내인 p형 Ga_1-x3Al_x3As 활성층(0＜x3＜1), 및 n형 Ga_1-x4Al_x4As 클래드층(0＜x4＜1)을 차례로 슬라이드 보트를 이용한 액상성장법에 의해 에피택셜 성장시킨 후, 이 p형 GaAs 단결정 기판을 제거하는 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼로서, 제 1의 p형 Ga_1-x1Al_x1As층과 p형 Ga_1-x2Al_x2As 클래드층과의 계면으로부터 p형 Ga_1-x2Al_x2As 클래드층 쪽으로 2㎛ 이내 영역에서의 규소 농도의 최대치가 1×10¹⁸원자/㎝³미만인 것을 특징으로 하는 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼.
2. 제 1항에 있어서, 제 1의 p형 Ga_1-x1Al_x1As층 중에 있어서의 탄소, 유황 및 산소의 농도가, 각각 1×10¹⁷원자/㎝³미만인 것을 특징으로 하는 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, p형 Ga_1-x2Al_x2As 클래드층의 두께가, 50∼80㎛의 범위내인 것을 특징으로 하는 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 제 1의 p형 Ga_1-x1Al_x1As층의 캐리어 농도가, 3×10¹⁷∼1×10¹⁸㎝^-3의 범위내인 것을 특징으로 하는 적외선 발광 소자용 에피택셜 웨이퍼.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제