JP2001036133A - Epitaxial wafer and light-emitting diode - Google Patents
Epitaxial wafer and light-emitting diodeInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は化合物半導体エピタ
キシャルウエハと発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」）に
関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a compound semiconductor epitaxial wafer and a light emitting diode (hereinafter, “LED”).
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体結晶を構成材料とするＬＥＤは表
示用素子として現在幅広く用いられている。その中でも
III−V族化合物半導体は可視光、赤外光の波長に相当す
るバンドギャップを有するため、発光素子へ応用する際
の利点が大きい。このため、III−V族化合物半導体はＬ
ＥＤのほとんどに材料として利用されており、特にＧａ
ＡｓＰはＬＥＤ用としての需要が極めて大きい。これら
の材料には、ＬＥＤの特性として最も重要な発光出力を
向上させることが要求されている。2. Description of the Related Art LEDs using a semiconductor crystal as a constituent material are now widely used as display elements. Among them
III-V compound semiconductors have band gaps corresponding to the wavelengths of visible light and infrared light, and thus have great advantages when applied to light-emitting elements. Therefore, the group III-V compound semiconductor is L
It is used as a material for most EDs, especially for Ga.
AsP is in great demand for LEDs. These materials are required to improve light emission output, which is the most important characteristic of LEDs.
【０００３】図２は、ＧａＰ単結晶基板上にＧａＡｓ
1-xＰx（０．４５≦ｘ＜１）のエピタキシャル層を有す
る一般的なエピタキシャルウエハの構造を示したもので
ある。このエピタキシャルウエハは、ｎ型のＧａＰ単結
晶基板２０上に、基板と同一組成のホモ層２４、基板と
最上層の格子定数の差を緩和するために混晶比ｘを連続
的に１．０〜ｘ0まで変化させたＧａＡｓ1-xＰx組成変
化層２１、ＧａＡｓ1-x0Ｐx0一定組成層２２、窒素
（Ｎ）をドープしたＧａＡｓ1-x0Ｐx0低キャリア濃度一
定組成層２３を順次エピタキシャル成長した構造を有す
る。FIG. 2 shows that GaAs is formed on a GaP single crystal substrate.
1 shows the structure of a general epitaxial wafer having an epitaxial layer of 1-x P x (0.45 ≦ x <1). This epitaxial wafer has an n-type GaP single crystal substrate 20 and a homo layer 24 having the same composition as the substrate and a mixed crystal ratio x of 1.0 in order to alleviate the difference in lattice constant between the substrate and the uppermost layer. The GaAs 1-x P x composition change layer 21, the GaAs 1-x0 P x0 constant composition layer 22, and the GaAs 1-x0 P x0 low carrier concentration constant composition layer 23 doped with nitrogen (N) are changed to ｘ x 0. It has a structure of epitaxial growth.
【０００４】このエピタキシャルウエハでは、最上層で
ある低キャリア濃度一定組成層２３が発光層となる。一
定組成層２３の組成を変化させるとバンドギャップも変
化するため、組成に応じて赤色から緑色に発光するＬＥ
Ｄを製造することができる。このため一定組成層２３
は、通常はＬＥＤの発光波長に対応する混晶率ｘ0の組
成を有し、窒素（Ｎ）と、ｎ型のドーパントであるテル
ル（Ｔｅ）又は硫黄（Ｓ）を所定のキャリア濃度になる
ようにドープしている。例えば赤色発光（波長６３０ｎ
ｍ）用としては、ｘ0は約０．６５である。In this epitaxial wafer, the low carrier concentration constant composition layer 23, which is the uppermost layer, becomes the light emitting layer. When the composition of the constant composition layer 23 is changed, the band gap also changes. Therefore, LE that emits red to green light according to the composition.
D can be manufactured. Therefore, the constant composition layer 23
Usually has a composition of a mixed crystal ratio x 0 corresponding to the emission wavelength of the LED, and has a predetermined carrier concentration of nitrogen (N) and tellurium (Te) or sulfur (S) as an n-type dopant. Doping as follows. For example, red light emission (wavelength 630n
For m), x 0 is about 0.65.
【０００５】近年、ＬＥＤの低消費電力化、すなわちよ
り少ない消費電力で高い光出力が得られるＬＥＤを開発
することが求められるようになってきている。これらの
要求に応えるために、エピタキシャルウエハ構造を改良
することによって品質を向上させることが提案されてい
る（特開平６−１９６７５６号公報）。それによると、
発光層となるＮドープ低キャリア濃度一定組成層のキャ
リア濃度を３×１０15ｃｍ-3以下にすれば、光出力の向
上と長寿命化が同時に実現できることが明らかにされて
いる。また、発光層の結晶の完全性が破壊されるのを最
小限にとどめ、注入されたキャリアの寿命を長くして高
光出力のＬＥＤを得るためには、キャリア濃度を３．５
〜８．８×１０15ｃｍ-3にすれば良いことも明らかにさ
れている（特公昭５８−１５３９号公報）。しかしなが
ら、これらの従来技術により達成しうるＬＥＤの性能よ
りも、さらに一段と優れた性能が求められている。In recent years, it has been required to reduce the power consumption of LEDs, that is, to develop LEDs that can obtain high light output with less power consumption. To meet these demands, it has been proposed to improve the quality by improving the epitaxial wafer structure (Japanese Patent Laid-Open No. 6-196756). according to it,
It has been clarified that when the carrier concentration of the N-doped low carrier concentration constant composition layer serving as the light emitting layer is set to 3 × 10 15 cm −3 or less, it is possible to simultaneously improve the light output and extend the life. In addition, in order to minimize the destruction of the crystal integrity of the light emitting layer, prolong the life of the injected carriers, and obtain an LED with a high light output, the carrier concentration is set to 3.5.
It has also been clarified that it may be set to 8.8 × 10 15 cm -3 (Japanese Patent Publication No. 58-1539). However, there is a need for even better performance than the performance of LEDs achievable by these conventional techniques.
【０００６】一般に、気相成長により形成された上記の
エピタキシャル層はすべてｎ型であり、その後の加工工
程においてエピタキシャル層表面からＮを拡散によりド
ープした一定組成層に４〜１０μｍ程度の深さまで高濃
度にＺｎを拡散することによりｐ型層を形成している。
しかしながら、このような拡散法ではキャリア濃度の制
御が困難であるため、例えば金属亜鉛原料を用いた場合
は拡散深さを８μｍ以上にしようとすると通常は４×１
０19ｃｍ-3以上にドープしなければならない。しかも、
拡散法ではエピタキシャル層表面のキャリア濃度が特に
高くなり、層内部に向かうにしたがってキャリア濃度が
急激に減少する勾配が生じる。ｐ型層のキャリア濃度を
平均的に高めなければ、ＬＥＤ化したときに電流拡がり
が不十分となって光出力の低下を招いてしまう。このた
め、ｐ型層のほとんどは必要最低限の５〜３０×１０18
ｃｍ-3程度のキャリア濃度でかつ出来るだけ均一に分布
していることが理想とされている。In general, the above-mentioned epitaxial layers formed by vapor phase growth are all n-type, and in a subsequent processing step, a constant composition layer doped with N by diffusion from the surface of the epitaxial layer has a height of about 4 to 10 μm. A p-type layer is formed by diffusing Zn to a concentration.
However, it is difficult to control the carrier concentration by such a diffusion method. Therefore, for example, when a metal zinc raw material is used, if the diffusion depth is to be 8 μm or more, usually 4 × 1
It must be doped to at least 0 19 cm -3 . Moreover,
In the diffusion method, the carrier concentration on the surface of the epitaxial layer becomes particularly high, and a gradient occurs in which the carrier concentration decreases sharply toward the inside of the layer. If the carrier concentration of the p-type layer is not increased on average, the current spread becomes insufficient when the LED is used, and the light output is reduced. For this reason, most of the p-type layer has a required minimum of 5 to 30 × 10 18
It is ideal that the carrier concentration is about cm -3 and that the distribution is as uniform as possible.
【０００７】一方、特開平８−３３５７１５号公報に
は、気相成長法でｐ型層を成長することが記載されてい
る。この方法は、ｐ型層表面の高キャリア濃度ｐ型層を
拡散により形成するため、キャリア濃度が２×１０19ｃ
ｍ-3と高くなってしまう。しかも、約５×１０18ｃｍ-3
以上のキャリア濃度を一定のキャリア濃度分布を実現で
きる気相成長法で得ることは困難であると記載されてい
る。キャリア濃度が高いことと、拡散による結晶の欠陥
増加により、ｐ型層の光吸収量が大きくなって、光出力
の向上に限界が生じるという問題があった。On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-335715 describes that a p-type layer is grown by a vapor phase growth method. According to this method, a p-type layer having a high carrier concentration on the surface of the p-type layer is formed by diffusion, so that the carrier concentration is 2 × 10 19 c
m -3 . And about 5 × 10 18 cm -3
It is described that it is difficult to obtain the above carrier concentration by a vapor phase growth method capable of realizing a constant carrier concentration distribution. Due to the high carrier concentration and the increase in crystal defects caused by diffusion, the amount of light absorbed by the p-type layer increases, and there is a problem that the improvement in light output is limited.
【０００８】これを解決するために特開平８−３３５５
５５号公報では、大量のＺｎをガスとして供給するため
に金属Ｚｎをドーピングガスのソースとして用いること
が提案されている。しかし、具体的なキャリア濃度の分
布の様子や、エピタキシャルウエハの構造に付いては記
載されていない。この方法では、金属Ｚｎソース用の温
度制御可能な前室を設けなければならないため、装置が
複雑であるという問題がある。また、Ｚｎが前室と反応
容器の間で析出してＺｎの汚染が発生する問題が生じた
り、得られたｐ型層のエピタキシャル表面が荒れて結晶
性が悪いという問題もあった。このため、結晶欠陥が少
なくて、キャリア濃度が５×１０18ｃｍ-3以上であるｐ
型層を容易に気相成長法で形成することが求められてき
た。To solve this problem, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 8-3355
No. 55 proposes using metal Zn as a source of doping gas to supply a large amount of Zn as a gas. However, it does not describe the specific carrier concentration distribution or the structure of the epitaxial wafer. In this method, a temperature controllable front chamber for the metal Zn source must be provided, and thus there is a problem that the apparatus is complicated. Further, there is a problem that Zn precipitates between the front chamber and the reaction vessel to cause contamination of Zn, and there is a problem that an epitaxial surface of the obtained p-type layer is rough and crystallinity is poor. For this reason, p with a small crystal defect and a carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more is used.
It has been demanded that a mold layer be easily formed by a vapor deposition method.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の問題点を解決することを課題とした。すなわち本
発明は、高光出力のＬＥＤを実現しうる、構成元素とし
て少なくともＧａを含むエピタキシャルウエハを提供す
ることを解決すべき課題とした。また本発明は、該エピ
タキシャルウエハを使用した高光出力のＬＥＤを提供す
ることも解決すべき課題とした。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. That is, an object of the present invention is to provide an epitaxial wafer containing at least Ga as a constituent element, which can realize an LED with high light output. Another object of the present invention is to provide an LED having a high light output using the epitaxial wafer.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる課題
を解決すべく鋭意検討を進めた結果、結晶欠陥が少なく
て高いキャリア濃度を有するｐ型層を形成したエピタキ
シャルウエハを使用すれば、高光出力のＬＥＤを製造し
うることを見出して、本発明を提供するに至った。Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to solve the above problems, and as a result, using an epitaxial wafer formed with a p-type layer having a small crystal defect and a high carrier concentration, It has been found that an LED having a high light output can be manufactured, and the present invention has been provided.
【００１１】すなわち本発明は、構成元素として少なく
ともＧａを含む化合物半導体エピタキシャルウエハにお
いて、キャリア濃度が５．５〜３０×１０18ｃｍ-3であ
り、かつ厚さ１μｍ以上のキャリア濃度一定領域を含む
ｐ型層を有することを特徴とするエピタキシャルウエハ
を提供するものである。本発明のエピタキシャルウエハ
は、ｐｎ接合を有しており、かつ該ｐｎ接合を形成する
ｐ型層のキャリア濃度が０．０５〜４×１０18ｃｍ-3で
あることが好ましい。また、ｐｎ接合を形成するｎ型層
の低キャリア濃度領域のキャリア濃度は２０×１０15ｃ
ｍ-3以下であることが好ましい。本発明は、上記エピタ
キシャルウエハを用いて製造したＬＥＤも提供する。That is, the present invention provides a compound semiconductor epitaxial wafer containing at least Ga as a constituent element, which has a carrier concentration of 5.5 to 30 × 10 18 cm -3 and a constant carrier concentration region having a thickness of 1 μm or more. An object of the present invention is to provide an epitaxial wafer having a p-type layer. The epitaxial wafer of the present invention preferably has a pn junction, and the p-type layer forming the pn junction preferably has a carrier concentration of 0.05 to 4 × 10 18 cm −3 . The carrier concentration in the low carrier concentration region of the n-type layer forming the pn junction is 20 × 10 15 c
It is preferably at most m −3 . The present invention also provides an LED manufactured using the above epitaxial wafer.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下において、本発明のエピタキ
シャルウエハ及びＬＥＤの具体的な実施態様を、図１に
基づいて詳細に説明する。本発明のエピタキシャルウエ
ハは、構成元素として少なくともＧａを含む化合物半導
体エピタキシャルウエハである。その特徴は、キャリア
濃度が５．５〜３０×１０18ｃｍ-3であるｐ型層を有
し、かつ該ｐ型層内にキャリア濃度が一定であって厚さ
が１μｍ以上であるキャリア濃度一定領域を有する点に
ある。図１は、本発明のエピタキシャルウエハの代表的
な実施態様を示す断面図である。図１のエピタキシャル
ウエハは、単結晶基板１０の上にホモ層１４、組成変化
層１１、一定組成層１２、ｐ型層３０をこの順にエピタ
キシャル成長させたものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the epitaxial wafer and the LED of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The epitaxial wafer of the present invention is a compound semiconductor epitaxial wafer containing at least Ga as a constituent element. The feature is that the p-type layer has a carrier concentration of 5.5 to 30 × 10 18 cm −3 , and the carrier concentration in the p-type layer is constant and the thickness is 1 μm or more. It has a certain area. FIG. 1 is a sectional view showing a typical embodiment of the epitaxial wafer of the present invention. The epitaxial wafer of FIG. 1 is obtained by epitaxially growing a homo layer 14, a composition change layer 11, a constant composition layer 12, and a p-type layer 30 on a single crystal substrate 10 in this order.
【００１３】単結晶基板１０の種類は特に制限されるも
のではないが、通常はＧａＰ又はＧａＡｓの何れかが選
択される。ｐｎ接合を形成するｎ型層１３が間接遷移型
のバンドギャップをもつＧａＡｓ1-xＰx（０．４５≦ｘ
＜１）からなる場合は、ＬＥＤの発光色に対して透明で
あり、かつＬＥＤとして高い光出力を得るために、単結
晶基板１０はＧａＰであることが好ましい。単結晶基板
の厚さは好ましくは２００〜７００μｍであり、ＧａＰ
単結晶基板の場合は２２０〜３５０μｍが好ましい。The type of the single crystal substrate 10 is not particularly limited, but usually, either GaP or GaAs is selected. An n-type layer 13 forming a pn junction has a GaAs 1-x P x (0.45 ≦ x) having an indirect transition type band gap.
In the case of <1), the single crystal substrate 10 is preferably made of GaP in order to be transparent to the emission color of the LED and to obtain a high light output as the LED. The thickness of the single crystal substrate is preferably 200 to 700 μm,
In the case of a single crystal substrate, the thickness is preferably 220 to 350 μm.
【００１４】単結晶基板１０の上に形成するホモ層１４
は、単結晶基板１０と同じ結晶からなる。ホモ層１４は
特に形成しなくてもよいが、ミスフィット転位の発生を
抑制して安定な高輝度を得るためには、ホモ層１４を
０．１〜１００μｍ、好ましくは０．５〜１５μｍ形成
するのがよい。Homo layer 14 formed on single crystal substrate 10
Consists of the same crystal as the single crystal substrate 10. The homo layer 14 may not be particularly formed. However, in order to suppress the occurrence of misfit dislocation and obtain stable high luminance, the homo layer 14 is formed to have a thickness of 0.1 to 100 μm, preferably 0.5 to 15 μm. Good to do.
【００１５】その上に形成するエピタキシャル層は、単
結晶基板とは異なる組成を有し、少なくとも構成元素と
してＧａを含む。その組成として例えば、ＧａＡｓＰ、
ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ等の３元混晶
や、ＧａＰなどの２元混晶を例示することができる。中
でもＧａＡｓＰとＧａＰは需要が大きく、ＧａＡｓＰは
特にＬＥＤを製造した際の効果が大きいため好ましい。
特に、ｐｎ接合がＧａＡｓ1-xＰx（０．４５≦ｘ＜１）
である態様は好ましい。エピタキシャル層を、組成の観
点から見た場合、少なくとも組成変化層１１及び一定組
成層１２を有する図１の態様が一般的である。基板とエ
ピタキシャル層の格子定数の差が大きいため、組成変化
層を用いることでより結晶欠陥の少ない一定組成層を得
ることができる。The epitaxial layer formed thereon has a composition different from that of the single crystal substrate and contains at least Ga as a constituent element. For example, GaAsP,
A ternary mixed crystal such as AlGaAs, InGaP, and InGaAs and a binary mixed crystal such as GaP can be exemplified. Above all, GaAsP and GaP are preferable because Demand is large, and GaAsP is particularly effective because it has a large effect when an LED is manufactured.
In particular, when the pn junction is GaAs 1-x P x (0.45 ≦ x <1)
Is preferred. When the epitaxial layer is viewed from the viewpoint of composition, the embodiment shown in FIG. 1 having at least the composition change layer 11 and the constant composition layer 12 is common. Since the difference in lattice constant between the substrate and the epitaxial layer is large, a constant composition layer with less crystal defects can be obtained by using the composition change layer.
【００１６】組成変化層１１は、基板からの距離に応じ
て組成が変化する層である。例えば、単結晶基板１０が
ＧａＰであるときは、組成変化層１１をＧａＡｓ1-xＰx
として基板から遠ざかるにつれて混晶率ｘが１から低下
するように構成することができる。混晶率ｘは０≦ｘ＜
１の間で変化させることができるが、好ましくは０．４
５≦ｘ＜１の間で変化させる。また、単結晶基板１０が
ＧａＡｓであるときは、組成変化層１１をＧａＡｓ1-m
Ｐmとして基板から遠ざかるにつれて混晶率ｍが０から
増加するように構成することができる。このときの混晶
率ｍは０＜ｍ≦１の間で変化させることができるが、好
ましくは０＜ｍ≦０．４５の間で変化させる。The composition change layer 11 is a layer whose composition changes according to the distance from the substrate. For example, when the single crystal substrate 10 is GaP, the composition change layer 11 is formed of GaAs 1-x P x
It can be configured such that the mixed crystal ratio x decreases from 1 as the distance from the substrate increases. The mixed crystal ratio x is 0 ≦ x <
It can be varied between 1 but preferably 0.4
Change between 5 ≦ x <1. When the single crystal substrate 10 is made of GaAs, the composition change layer 11 is made of GaAs 1-m
Mixed crystal ratio m increasing distance from the substrate as P m can be configured to increase from zero. At this time, the mixed crystal ratio m can be changed in a range of 0 <m ≦ 1, but is preferably changed in a range of 0 <m ≦ 0.45.
【００１７】組成変化層１１の組成変化は、連続的であ
っても段階的であってもよい。また、組成変化層１１の
組成変化は、逆の組成変化部分を有しない単調増加であ
ることが好ましい。いずれの態様を採用しても、エピタ
キシャル層の比抵抗は主にキャリア濃度で決定されるた
め効果は同じである。組成変化層１１のキャリア濃度
は、０．５〜３０×１０17ｃｍ-3であることが好まし
い。特に１×１０17ｃｍ-3以上あることと、３０×１０
17ｃｍ-3以下であることが好ましい。中でも、平均で１
〜１０×１０17ｃｍ-3であることがＬＥＤ化した時の順
方向電圧を下げ、良好な結晶性が得られる点で特に好ま
しい。キャリア濃度が３０×１０17ｃｍ-3を越えると、
結晶性が悪化してエピタキシャル層表面に結晶欠陥が発
生したり、ＬＥＤの光出力の低下を生じる等の問題が生
じやすくなる傾向がある。組成変化層１１の層厚は、好
ましくは２〜１００μｍ、より好ましくは１０〜８０μ
ｍである。The composition change of the composition change layer 11 may be continuous or stepwise. Further, it is preferable that the composition change of the composition change layer 11 is a monotonous increase without an opposite composition change portion. In any case, the effect is the same because the specific resistance of the epitaxial layer is determined mainly by the carrier concentration. The carrier concentration of the composition change layer 11 is preferably 0.5 to 30 × 10 17 cm −3 . In particular, it must be 1 × 10 17 cm −3 or more, and
It is preferably 17 cm −3 or less. Above all, 1 on average
It is particularly preferable that the pressure be 10 to 10 × 10 17 cm −3 in terms of lowering the forward voltage when the LED is formed and obtaining good crystallinity. When the carrier concentration exceeds 30 × 10 17 cm -3 ,
There is a tendency that problems such as deterioration of crystallinity and generation of crystal defects on the surface of the epitaxial layer and reduction of light output of the LED occur. The layer thickness of the composition change layer 11 is preferably 2 to 100 μm, more preferably 10 to 80 μm.
m.
【００１８】組成変化層１１の上には、組成一定層１２
が形成されており、該組成一定層１２の表面がｐｎ接合
を形成していることが好ましい。ｐｎ接合を形成するｎ
型層側が間接遷移型のバンドギャップをもつＧａＡｓ
1-xＰx（０．４５＜ｘ＜１）からなる場合は、ｐｎ接合
のｎ層側は低キャリア濃度領域となる。低キャリア濃度
領域１３は、平均キャリア濃度が２０×１０15ｃｍ-3以
下が好ましく、９×１０15ｃｍ-3以下がより好ましい。
０．１×１０15ｃｍ-3以下になるとキャリア濃度の制御
が困難となったり、比抵抗が高くなってＬＥＤの順方向
電圧の増加を招くことがある。高光出力を得ることがで
き、しかも電気特性を安定化するためには、好ましい平
均キャリア濃度は０．５〜９×１０15ｃｍ-3であり、特
に好ましい平均キャリア濃度は０．５〜７×１０15ｃｍ
-3である。低キャリア濃度領域１３の厚さは通常は１〜
１００μｍであり、好ましくは１〜５０μｍ、さらに好
ましくは１〜２５μｍである。１００μｍを越えると低
キャリア濃度領域による抵抗の増大で順方向電圧の増加
を招く傾向がある。On the composition change layer 11, a constant composition layer 12
Is preferably formed, and the surface of the constant composition layer 12 preferably forms a pn junction. n to form a pn junction
GaAs having an indirect transition type band gap on the mold layer side
In the case of 1-x P x (0.45 <x <1), the n-layer side of the pn junction is a low carrier concentration region. The low carrier concentration region 13 preferably has an average carrier concentration of 20 × 10 15 cm −3 or less, more preferably 9 × 10 15 cm −3 or less.
If the density is less than 0.1 × 10 15 cm −3 , it may be difficult to control the carrier concentration or the specific resistance may be increased to cause an increase in the forward voltage of the LED. In order to obtain a high light output and to stabilize the electrical characteristics, the preferable average carrier concentration is 0.5 to 9 × 10 15 cm −3 , and the particularly preferable average carrier concentration is 0.5 to 7 ×. 10 15 cm
It is -3 . The thickness of the low carrier concentration region 13 is usually 1 to
It is 100 μm, preferably 1 to 50 μm, more preferably 1 to 25 μm. If it exceeds 100 μm, the forward voltage tends to increase due to an increase in resistance due to the low carrier concentration region.
【００１９】低キャリア濃度領域１３以外の一定組成層
１２は、組成変化層１１と同じキャリア濃度範囲内に設
定することが好ましい。また、低キャリア濃度領域１３
以外の一定組成層１２の厚さは、３〜５０μｍにするの
が好ましく、成長時間が長くなることによるコスト上昇
を避けるためには５〜２０μｍとすることがより好まし
い。The constant composition layer 12 other than the low carrier concentration region 13 is preferably set within the same carrier concentration range as the composition change layer 11. In addition, the low carrier concentration region 13
The thickness of the constant composition layer 12 other than the above is preferably 3 to 50 μm, and more preferably 5 to 20 μm in order to avoid an increase in cost due to a longer growth time.
【００２０】ｐｎ接合１７には少なくともＮがドープさ
れていると光出力が向上するので好ましい。Ｎのドープ
は、ｐｎ接合１７を形成するｐ型層とｎ型層の両側また
はいずれか一方、および低キャリア濃度領域に限定され
るものではない。これら以外のエピタキシャル層のいず
れかの部分にドープされていても、発光はｐｎ接合で生
じるため問題は生じない。一定組成層１２中の組成はミ
スフィット転位等の結晶欠陥をできるだけ抑制するた
め、できる限り一定であることが望ましい。一定組成層
１２の組成の変動は±０．０５以内、好ましくは±０．
０２以内である。It is preferable that the pn junction 17 is doped with at least N since light output is improved. N doping is not limited to the p-type layer and / or the n-type layer forming the pn junction 17 and / or the low carrier concentration region. Even if any part of the epitaxial layer other than these is doped, no problem occurs because light emission occurs at the pn junction. The composition in the constant composition layer 12 is desirably as constant as possible in order to suppress crystal defects such as misfit dislocations as much as possible. The variation of the composition of the constant composition layer 12 is within ± 0.05, preferably ± 0.
02 or less.
【００２１】本発明のエピタキシャルウエハは、層内の
キャリア濃度が５．５〜３０×１０ 18ｃｍ-3であり、か
つ厚さ１μｍ以上のキャリア濃度一定領域を含むｐ型層
を有するものでなければならない。このようなｐ型層
は、キャリア濃度が異なる複数のｐ型層の一つとしてエ
ピタキシャルウエハに含まれていることが好ましい。図
１はそのような好ましい態様を具体化したものであり、
ｐ型層３０は、ｐｎ接合に接する第１ｐ型層３１と、電
流が拡がりかつ良好なオーミック電極を得るために高キ
ャリア濃度にした第２ｐ型層３２から構成されている。
本発明は、第２ｐ型層３２のような高キャリア濃度であ
って結晶欠陥が少ない、すなわち光吸収の少ない良質の
エピタキシャル層を必要とする場合に有効に利用され
る。The epitaxial wafer of the present invention has
Carrier concentration 5.5 to 30 × 10 18cm-3Is
-Type layer including a constant carrier concentration region having a thickness of 1 μm or more
Must have Such a p-type layer
Is considered as one of a plurality of p-type layers having different carrier concentrations.
Preferably, it is contained in a epitaxial wafer. Figure
1 embodies such a preferred embodiment;
The p-type layer 30 includes a first p-type layer 31 in contact with the pn junction,
Current to spread and obtain a good ohmic electrode.
The second p-type layer 32 has a carrier concentration.
The present invention has a high carrier concentration like the second p-type layer 32.
High quality with few crystal defects,
Effectively used when an epitaxial layer is required
You.
【００２２】第２ｐ型層３２の層厚は１〜７０μｍであ
ることが好ましく、２〜３５μｍであることがより好ま
しい。層厚が１μｍ以下だと電流拡がりの効果が小さく
なり光出力が低下する傾向にあり、７０μｍを越えると
光出力の低下を生じる傾向がある。また、第２ｐ型層３
２の一部を構成するキャリア濃度一定領域の厚さは、１
μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であること
がより好ましい。なお、本明細書において「キャリア濃
度一定領域」とは、領域内におけるキャリア濃度の変動
が±１０％以内、好ましくは５％以内、さらに好ましく
は±３％以内である層状領域をいう。キャリア濃度一定
領域は、第２ｐ型層のどの部分に形成されていてもよい
が、通常は中央部近くに形成される。ｐ型層３０の全層
厚は通常２〜３００μｍあれば良いが、好ましくは２〜
２００μｍ、さらに好ましくは４〜７５μｍあればさら
に高光出力が得られるので好ましい。The thickness of the second p-type layer 32 is preferably from 1 to 70 μm, more preferably from 2 to 35 μm. When the layer thickness is 1 μm or less, the effect of current spreading is reduced and the optical output tends to decrease, and when it exceeds 70 μm, the optical output tends to decrease. Also, the second p-type layer 3
The thickness of the constant carrier concentration region forming a part of 2 is 1
It is preferably at least 3 μm, more preferably at least 3 μm. In the present specification, the “constant carrier concentration region” refers to a layered region in which the variation of the carrier concentration within the region is within ± 10%, preferably within 5%, and more preferably within ± 3%. The constant carrier concentration region may be formed in any portion of the second p-type layer, but is usually formed near the center. The total thickness of the p-type layer 30 may be usually 2 to 300 μm, but preferably 2 to 300 μm.
200 μm, more preferably 4 to 75 μm, is preferable because a higher light output can be obtained.
【００２３】第２ｐ型層３２のキャリア濃度は５．５〜
３０×１０18ｃｍ-3である。キャリア濃度は６〜１４×
１０18ｃｍ-3であることが好ましく、さらに６〜９．５
×１０18ｃｍ-3のキャリア濃度であれば、最も良好な結
晶性を維持しながら気相成長で安定なｐ型層が得られる
ので特に好ましい。一方、キャリア濃度が３０×１０ 18
ｃｍ-3以上になると結晶性が著しく悪くなり、気相成長
法により形成するときは大量のｐ型ドーピングガスが必
要となるため好ましくない。エピタキシャル層内のキャ
リア濃度プロファイルは、エピタキシャル層を斜めに研
磨した後、ショットキーバリアダイオードをその表面に
作製して、Ｃ−Ｖ法によって測定することができる。特
にｐ型層のキャリア濃度プロファイルの測定には、日本
バイオ・ラッド・ラボラトリー社のセミコンダクタ・プ
ロファイル・プロッタＰＮ４３００の様に、直接エピタ
キシャル層を電解液でエッチングしながら測定する方法
が有効である。The carrier concentration of the second p-type layer 32 is 5.5 to 5.5.
30 × 1018cm-3It is. Carrier concentration is 6-14x
1018cm-3And preferably 6 to 9.5.
× 1018cm-3If the carrier concentration is
A stable p-type layer can be obtained by vapor phase growth while maintaining crystallinity
This is particularly preferred. On the other hand, when the carrier concentration is 30 × 10 18
cm-3Above this, the crystallinity deteriorates remarkably and vapor phase growth
A large amount of p-type doping gas
It is not preferable because it becomes necessary. Capacitors in the epitaxial layer
The rear concentration profile is obtained by obliquely polishing the epitaxial layer.
After polishing, place a Schottky barrier diode on the surface
It can be prepared and measured by the CV method. Special
For the measurement of the carrier concentration profile of the p-type layer, Japan
Bio-Rad Laboratory Semiconductor P
Direct epitaxy, like profiler plotter PN4300
Method for measuring while etching the xial layer with electrolyte
Is valid.
【００２４】図１ではｐ型層３０が第１ｐ型層３１と第
２ｐ型層３２の２層からなる構造を示しているが、第１
ｐ型層３１と第２ｐ型層３２の間には任意のキャリア濃
度プロファイルのｐ型層が形成されていても構わない。
第１ｐ型層３１はｐｎ接合１７を形成するためキャリア
濃度が０．０５〜４×１０18ｃｍ-3であって、かつ第２
ｐ型層３２よりもキャリア濃度が低いことが好ましい。
この場合の第１ｐ型層３１と第２ｐ型層３２の間のキャ
リア濃度の変化は急峻で有っても階段状であってもよ
く、任意に設定することができる。FIG. 1 shows a structure in which the p-type layer 30 is composed of two layers, a first p-type layer 31 and a second p-type layer 32.
A p-type layer having an arbitrary carrier concentration profile may be formed between the p-type layer 31 and the second p-type layer 32.
The first p-type layer 31 has a carrier concentration of 0.05 to 4 × 10 18 cm −3 to form the pn junction 17,
It is preferable that the carrier concentration is lower than that of the p-type layer 32.
In this case, the change in the carrier concentration between the first p-type layer 31 and the second p-type layer 32 may be steep or step-like, and can be arbitrarily set.
【００２５】本発明のエピタキシャルウエハでは、第１
ｐ型層３１とは反対側の第２ｐ型層３２に隣接して他の
層が設けられていてもよい。また、第２ｐ型層３２がエ
ピタキシャル層表面に隣接する場合は、エピタキシャル
層表面から数μｍ、通常は１μｍ以下の部分はキャリア
濃度が粗れや酸化等で変動してしまうのが一般的であ
る。このような経時の変動を受けたエピタキシャルウエ
ハであっても、製造時ないしは出荷時に本発明の要件を
充足していれば本発明の範囲内に包含される。In the epitaxial wafer of the present invention, the first
Another layer may be provided adjacent to the second p-type layer 32 opposite to the p-type layer 31. When the second p-type layer 32 is adjacent to the surface of the epitaxial layer, the carrier concentration generally varies by several μm, usually 1 μm or less from the surface of the epitaxial layer due to roughness or oxidation. . Even an epitaxial wafer that has undergone such a change over time is included in the scope of the present invention as long as it satisfies the requirements of the present invention at the time of manufacturing or shipping.
【００２６】通常は基板はｎ型であるため、第２ｐ型層
３２は第１ｐ型層３１よりもエピタキシャル層表面側に
配置される。なお、ｐ型層３０はｐｎ接合と同じ組成を
もつ一定組成層であることが一般的であるが、ｐｎ接合
部以外の領域では違う組成になっていても構わない。Since the substrate is usually of the n-type, the second p-type layer 32 is disposed closer to the surface of the epitaxial layer than the first p-type layer 31 is. The p-type layer 30 is generally a constant composition layer having the same composition as the pn junction, but may have a different composition in a region other than the pn junction.
【００２７】本発明のエピタキシャルウエハを製造する
方法は特に制限されない。エピタキシャル成長法として
は結晶欠陥が少ない良質な結晶が得られることから気相
成長法を用いることが好ましい。中でも、ハロゲン化合
物原料を有する気相成長法を用いることが好ましい。ハ
ロゲン化合物原料としては、例えば塩酸ガス（ＨＣ
ｌ）、三塩化砒素（ＡｓＣｌ3）等のハロゲン元素を含
む任意の化合物を用いることができる。また、ハイドラ
イド気相成長法により本発明のエピタキシャルウエハを
製造するときには、Ｖ族原料としてＶ族元素の水素化合
物原料を用い、III族原料として金属ＧａとＨＣｌを用
い、金属ＧａはＨＣｌと反応させてＧａＣｌとして反応
容器内に供給する。一方、クロライド気相成長法ではII
I族原料の金属ＧａとＶ族原料の塩化物を原料として、
例えばＧａＡｓ成長の場合には、金属ＧａとＡｓＣｌ3
を反応させてＧａＣｌとＡｓ4として反応容器内に供給
する。その他、原料の組み合わせに関わらず、ハロゲン
化合物が原料に含まれていれば同様に処理することがで
きる。量産性があり、高純度の結晶が得られることか
ら、ハイドライド気相成長法を使用することが最も有利
である。The method for producing the epitaxial wafer of the present invention is not particularly limited. As the epitaxial growth method, it is preferable to use a vapor phase growth method because good quality crystals having few crystal defects can be obtained. Among them, it is preferable to use a vapor phase growth method having a halogen compound raw material. As the halogen compound raw material, for example, hydrochloric acid gas (HC
l), any compound containing a halogen element such as arsenic trichloride (AsCl 3 ) can be used. When the epitaxial wafer of the present invention is manufactured by the hydride vapor phase epitaxy method, a hydrogen compound raw material of a group V element is used as a group V raw material, metal Ga and HCl are used as a group III raw material, and the metal Ga is reacted with HCl. And supply it as GaCl into the reaction vessel. On the other hand, II
Using metal Ga of group I raw material and chloride of group V raw material as raw materials,
For example, in the case of GaAs growth, metal Ga and AsCl 3
Is reacted and supplied as GaCl and As 4 into the reaction vessel. In addition, regardless of the combination of the raw materials, the same treatment can be performed if the halogen compound is contained in the raw materials. It is most advantageous to use the hydride vapor phase epitaxy because it is mass-producible and high-purity crystals can be obtained.
【００２８】ハロゲン化合物がエピタキシャル成長の反
応に含まれると、ｐ型ドーパントがエピタキシャル層中
に高濃度にドープされにくい。ｐ型ドーパントとしては
Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｂｅ等があるが、ＺｎおよびＭｇが
比較的低毒性であるため好ましい。ドーピングガスとし
ては高純度の原料が得られることからＺｎはジメチル亜
鉛（ＣＨ3）2Ｚｎ、ジエチル亜鉛（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎなど
の有機金属化合物として使用される。When a halogen compound is included in the reaction of epitaxial growth, it is difficult for a p-type dopant to be doped at a high concentration in the epitaxial layer. As the p-type dopant, there are Zn, Mg, Cd, Be and the like, but Zn and Mg are preferable since they have relatively low toxicity. Since a high-purity raw material is obtained as a doping gas, Zn is used as an organometallic compound such as dimethylzinc (CH 3 ) 2 Zn or diethylzinc (C 2 H 5 ) 2 Zn.
【００２９】従来はキャリア濃度が５×１０18ｃｍ-3以
上にＺｎをドープすることは困難とされてきたが、ＬＥ
Ｄで高光出力が得られ、有害性も少ないことからＺｎを
選択することが特に好ましい。ドーピングガスの供給量
を非常に大きくすることで５〜３０×１０18ｃｍ-3以上
にドープすることが可能であることが、研究の結果明ら
かになっている。本発明のエピタキシャルウエハを製造
する際には、低キャリア濃度層の成長、ｐｎ接合の形
成、ｐ型層の成長工程は同じ成長工程で連続的に行うこ
とが、本発明をさらに効果的にするために好ましい。こ
の際、キャリア濃度５．５〜３０×１０18ｃｍ-3のｐ型
層の形成も前記ｐ型層の工程内に少なくとも含まれる。Conventionally, it has been difficult to dope Zn to a carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more.
It is particularly preferable to select Zn because D provides high light output and has low harmfulness. Research has shown that it is possible to dope 5 to 30 × 10 18 cm −3 or more by making the supply amount of the doping gas extremely large. When manufacturing the epitaxial wafer of the present invention, it is more effective that the steps of growing the low carrier concentration layer, forming the pn junction, and growing the p-type layer are continuously performed in the same growth step. Preferred for. At this time, formation of a p-type layer having a carrier concentration of 5.5 to 30 × 10 18 cm −3 is at least included in the step of forming the p-type layer.
【００３０】本発明のエピタキシャルウエハを用いてＬ
ＥＤを製造することができる。本発明のＬＥＤの構成や
製造方法は特に制限されるものではなく、エピタキシャ
ルウエハからＬＥＤを製造する際に用いられる通常の方
法を利用して製造することができる。本発明のＬＥＤの
好ましい一実施態様として、図３に断面図を示すＬＥＤ
を挙げることができる。図３に示すＬＥＤは、本発明の
エピタキシャルウエハのエピタキシャル層側と基板側に
それぞれ電極１８を設けることにより製造される。従来
のエピタキシャルウエハを用いて同型のＬＥＤを製造す
ると、ｐ型層のキャリア濃度が低いために電流がｐｎ接
合１７全体に拡がらず、電極１８の下で主に発光してし
まうために光出力が向上しない。第２ｐ型層３２を有す
る本発明のエピタキシャルウエハを用いればこのような
問題を解消することができ、高出力のＬＥＤを製造する
ことができる。Using the epitaxial wafer of the present invention, L
An ED can be manufactured. The configuration and manufacturing method of the LED of the present invention are not particularly limited, and the LED can be manufactured using a normal method used when manufacturing an LED from an epitaxial wafer. As a preferred embodiment of the LED of the present invention, an LED whose sectional view is shown in FIG.
Can be mentioned. The LED shown in FIG. 3 is manufactured by providing electrodes 18 on the epitaxial layer side and the substrate side of the epitaxial wafer of the present invention. When an LED of the same type is manufactured using a conventional epitaxial wafer, the current does not spread to the entire pn junction 17 due to the low carrier concentration of the p-type layer, and light is mainly emitted under the electrode 18, so that the light output Does not improve. Such a problem can be solved by using the epitaxial wafer of the present invention having the second p-type layer 32, and a high-output LED can be manufactured.
【００３１】[0031]
【実施例】以下に実施例を記載して本発明をさらに具体
的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割
合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変
更することができる。したがって、本発明の範囲は以下
に示す具体例に制限されるものではない。なお、以下の
説明では、ガス流量単位として標準状態に換算したＳＣ
ＣＭを用いた。 （実施例）ＧａＰ基板および高純度ガリウム（Ｇａ）
を、Ｇａ溜め用石英ボ−ト付きのエピタキシャル・リア
クタ−内の所定の場所に、それぞれ設置した。ＧａＰ基
板として、硫黄（Ｓ）が３〜１０×１０17原子個／ｃｍ
3添加され、直径５０ｍｍの円形で、（１００）面から
［００１］方向に１０゜偏位した面をもつＧａＰ基板を
用いた。これらを、同時にホルダー上に配置した。ホル
ダーは毎分３回転させた。The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The materials, usage amounts, ratios, operations, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the following specific examples. In the following description, SC converted to a standard state as a gas flow rate unit will be described.
CM was used. (Example) GaP substrate and high-purity gallium (Ga)
Was placed at predetermined locations in an epitaxial reactor having a quartz boat for a Ga reservoir. As a GaP substrate, sulfur (S) is 3 to 10 × 10 17 atoms / cm.
3 A GaP substrate having a circular shape with a diameter of 50 mm and a plane deviated by 10 ° in the [001] direction from the (100) plane was used. These were simultaneously placed on the holder. The holder was rotated three times per minute.
【００３２】窒素（Ｎ2）ガスを該リアクタ−内に１５
分間導入し空気を充分に置換除去した後、キャリヤガス
として高純度水素（Ｈ2）を９６００ＳＣＣＭ導入し、
Ｎ2の流れを止めて昇温工程に入った。上記Ｇａ入り石
英ボ−ト設置部分及びＧａＰ単結晶基板設置部分の温度
が、それぞれ８００℃及び９３０℃の一定温度に保持さ
れていることをリアクタ外側に配置した熱電対の測定に
より確認した後、尖頭発光波長６３０±５ｎｍのＧａＡ
ｓ1-xＰxエピタキシャル膜の気相成長を開始した。最
初、濃度５０ｐｐｍに水素ガスで希釈したｎ型不純物で
あるジエチルテルル（（Ｃ2Ｈ5）2Ｔｅ）を１５ＳＣＣ
Ｍ導入し、周期律表第III族元素成分原料としてのＧａ
Ｃｌを、３６９ＳＣＣＭ生成させるため高純度塩化水素
ガス（ＨＣｌ）を上記石英ボ−ト中のＧａ溜に毎分３６
９ｃｃ吹き込み、Ｇａ溜上表面より吹き出させた。ま
た、周期律表第Ｖ族元素成分として、Ｈ2で濃度１０％
に希釈したりん化水素（ＰＨ3）を毎分７３７ＳＣＣＭ
導入しつつ、２０分間にわたり、第１層であるＧａＰ層
をＧａＰ単結晶基板上に成長させた。Nitrogen (N 2 ) gas is introduced into the reactor for 15 minutes.
After introducing air for 9 minutes and sufficiently removing the air, 9600 SCCM of high-purity hydrogen (H 2 ) was introduced as a carrier gas,
The flow of N 2 was stopped to start the temperature raising step. After confirming that the temperatures of the Ga-containing quartz boat installation part and the GaP single crystal substrate installation part were maintained at constant temperatures of 800 ° C. and 930 ° C., respectively, by measuring a thermocouple disposed outside the reactor, GaAs with a peak emission wavelength of 630 ± 5 nm
The vapor phase growth of the s 1-x P x epitaxial film was started. First, 15 SCC of diethyl tellurium ((C 2 H 5 ) 2 Te) which is an n-type impurity diluted with hydrogen gas to a concentration of 50 ppm.
M as a raw material for the Group III element of the periodic table
To generate Cl at 369 SCCM, high-purity hydrogen chloride gas (HCl) was added to the Ga reservoir in the quartz boat at a rate of 36 / min.
9 cc was blown out and blown out from the upper surface of the Ga reservoir. In addition, as a Group V element component of the periodic table, a concentration of 10% by H 2
Phosphate (PH 3 ) diluted to 737 SCCM / min
During the introduction, a GaP layer as a first layer was grown on a GaP single crystal substrate for 20 minutes.
【００３３】次に、（Ｃ2Ｈ5）2Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ3の
各ガスの導入量を変えること無く、Ｈ2で濃度１０％に
希釈したひ化水素（ＡｓＨ3）の導入量を、０ＳＣＣＭ
から４９２ＳＣＣＭまで徐々に増加させ、同時にＧａＰ
基板の温度を９３０℃から８７０℃まで徐々に降温さ
せ、９０分間にわたり、第２層であるＧａＡｓ1-xＰxエ
ピタキシャル層を第１層上に成長させた。次の３０分間
は、（Ｃ2Ｈ5）2Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ3、ＡｓＨ3の導入
量を、それぞれ１５ＳＣＣＭ，３６９ＳＣＣＭ，８５８
ＳＣＣＭ，４９２ＳＣＣＭで一定に保持しつつ、第３層
であるＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層を第２層上に成
長させた。Next, the amount of hydrogen arsenide (AsH 3 ) diluted to a concentration of 10% with H 2 was determined without changing the amount of each of the gases (C 2 H 5 ) 2 Te, HCl and PH 3. , 0SCCM
From 492SCCM to GaP
The temperature of the substrate was gradually lowered from 930 ° C. to 870 ° C., and a GaAs 1-x P x epitaxial layer as the second layer was grown on the first layer for 90 minutes. For the next 30 minutes, the introduced amounts of (C 2 H 5 ) 2 Te, HCl, PH 3 and AsH 3 were adjusted to 15 SCCM, 369 SCCM and 858, respectively.
A third layer, a GaAs 1-x P x epitaxial layer, was grown on the second layer while keeping constant at SCCM and 492 SCCM.
【００３４】次の２０分間は（Ｃ2Ｈ5）2Ｔｅ、ＨＣ
ｌ、ＰＨ3、ＡｓＨ3の導入量を変えることなく導入しな
がらこれにＮアイソ・エレクトロニック・トラップ添加
用として２１４ＳＣＣＭの高純度アンモニア・ガス（Ｎ
Ｈ3）を添加して第４層であるＧａＡｓ1-xＰxエピタキ
シャル層を第３層上に成長させた。次の１０分間は（Ｃ
2Ｈ5）2Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ3、ＡｓＨ3、ＮＨ3の導入量
を変えることなく、ｐ型ドーパンントを供給するために
２５℃に一定に保温された（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ入りのボン
ベにＨ2ガスを１５ＳＣＣＭ導入して（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ蒸
気を含ませて、そのＨ2ガスを導入して、第５層である
ｐ型のＧａＡｓ1-xＰ xエピタキシャル層を第４層上に成
長させた。For the next 20 minutes (CTwoHFive)TwoTe, HC
l, PHThree, AsHThreeDo not introduce without changing the amount of
Add N iso-electronic trap to this
214SCCM high-purity ammonia gas (N
HThree) Is added to form the fourth layer GaAs.1-xPxEpitaki
A char layer was grown on the third layer. For the next 10 minutes (C
TwoHFive)TwoTe, HCl, PHThree, AsHThree, NHThreeAmount introduced
To supply p-type dopants without changing
The temperature was kept constant at 25 ° C (CTwoHFive)TwoBon with Zn
HTwoIntroduce 15 SCCM of gas (CTwoHFive)TwoZn steam
Be careful, HTwoIntroduce the gas and it is the fifth layer
p-type GaAs1-xP xAn epitaxial layer is formed on the fourth layer.
Lengthened.
【００３５】次の４０分間は（Ｃ2Ｈ5）2Ｔｅ、ＨＣ
ｌ、ＰＨ3の導入量を変えることなく、（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ
を１２０ＳＣＣＭまで最初に一気に増加させた後に一定
にして、第６層であるｐ型のＧａＡｓ1-xＰxエピタキシ
ャル層を第５層上に成長させて、気相成長を終了した。
第１〜６層の膜厚はそれぞれ４μｍ、３９μｍ、１３μ
ｍ、９μｍ、５μｍ、１５μｍであった。For the next 40 minutes, (C 2 H 5 ) 2 Te, HC
l, (C 2 H 5 ) 2 Zn without changing the introduction amount of PH 3
Was first increased to 120 SCCM at a stretch and then kept constant, a sixth p-type GaAs 1-x P x epitaxial layer was grown on the fifth layer, and the vapor phase growth was terminated.
The thicknesses of the first to sixth layers are 4 μm, 39 μm, and 13 μm, respectively.
m, 9 μm, 5 μm, and 15 μm.
【００３６】第１〜４層のキャリア濃度を、エピタキシ
ャル層を約１゜斜めに研磨してその表面にショットキー
バリアダイオードを作製して測定した。第１〜３層のキ
ャリア濃度は２〜３×１０17ｃｍ-3であった。第４層は
ｎ型であり、そのキャリア濃度は３×１０15ｃｍ-3であ
った。なお、第４層のキャリア濃度はＬＥＤ化した後に
直接ｐｎ接合に逆方向電圧を印可してＣＶ測定をして
も、ほぼ同じキャリア濃度が得られた。The carrier concentration of the first to fourth layers was measured by polishing the epitaxial layer obliquely by about 1 ° to produce a Schottky barrier diode on the surface. The carrier concentration of the first to third layers was 2-3 × 10 17 cm −3 . The fourth layer was n-type and had a carrier concentration of 3 × 10 15 cm −3 . The carrier concentration of the fourth layer was almost the same even when a reverse voltage was directly applied to the pn junction after the LED was formed and the CV measurement was performed.
【００３７】第５〜６層のｐ型層のキャリア濃度は、日
本バイオ・ラッド・ラボラトリー社のセミコンダクタ・
プロファイル・プロッタＰＮ４３００によって測定し
た。第５層のキャリア濃度は、ｐｎ接合面に隣接する１
μｍを含めて０．７×１０18ｃｍ-3であった。第６層の
キャリア濃度は、６×１０18ｃｍ-3で一定であった。な
お、ｐ型の第６層を構成する中央６μｍ厚領域はキャリ
ア濃度の変動幅が±３％以下であった。すなわち、第６
層の平均キャリア濃度は第５層の８．６倍であった。続
いて、真空蒸着による電極形成等を行って５００μｍ×
５００μｍ×２８０μｍ（厚さ）の角柱型ＬＥＤを形成
した。エポキシコートなしで測定したところ、５チップ
で光出力は９５で、ピーク波長は６３０±１ｎｍであっ
た。The carrier concentration of the fifth and sixth p-type layers is determined by the semiconductor concentration of Semiconductor Bio-Rad Laboratories.
It was measured by a profile plotter PN4300. The carrier concentration of the fifth layer is 1 adjacent to the pn junction surface.
It was 0.7 × 10 18 cm −3 including μm. The carrier concentration of the sixth layer was constant at 6 × 10 18 cm −3 . Note that, in the central 6 μm thick region constituting the p-type sixth layer, the variation width of the carrier concentration was ± 3% or less. That is, the sixth
The average carrier concentration of the layer was 8.6 times that of the fifth layer. Subsequently, an electrode is formed by vacuum evaporation and the like, and 500 μm ×
A prismatic LED of 500 μm × 280 μm (thickness) was formed. When measured without the epoxy coat, the light output was 95 and the peak wavelength was 630 ± 1 nm with 5 chips.
【００３８】（比較例１）第６層を成長するにあたり
（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎの導入量を６０ＳＣＣＭに固定したこ
と以外は、実施例と同一条件で気相成長を行ってエピタ
キシャルウエハを得た。第１〜５層の膜厚は、それぞれ
５μｍ、３９μｍ、１４μｍ、８μｍ、２４μｍであっ
た。第１〜４層のキャリア濃度を実施例と同様に測定し
たところ、実施例と同じ値が得られた。第５層のｐ型層
のキャリア濃度は、ｐｎ接合面に隣接する１μｍを含め
て０．７×１０18ｃｍ-3であった。第６層のｐ型層のキ
ャリア濃度は、３×１０18ｃｍ-3で一定であった。なお
ｐ型の第６層を構成する中央６μｍ厚領域のキャリア濃
度の変動幅は±３％以下であった。実施例と同様にＬＥ
Ｄを形成し、エポキシキコートなしで測定したところ、
５チップで光出力は６２で、ピーク波長は６３０±１ｎ
ｍであった。(Comparative Example 1) In growing the sixth layer, except that the amount of (C 2 H 5 ) 2 Zn introduced was fixed at 60 SCCM, vapor phase growth was carried out under the same conditions as in the example, and an epitaxial wafer was formed. Obtained. The thicknesses of the first to fifth layers were 5 μm, 39 μm, 14 μm, 8 μm, and 24 μm, respectively. When the carrier concentrations of the first to fourth layers were measured in the same manner as in the example, the same value as in the example was obtained. The carrier concentration of the fifth p-type layer was 0.7 × 10 18 cm −3 including 1 μm adjacent to the pn junction surface. The carrier concentration of the sixth p-type layer was constant at 3 × 10 18 cm −3 . Note that the fluctuation range of the carrier concentration in the central 6 μm thick region constituting the p-type sixth layer was ± 3% or less. LE as in the embodiment
When D was formed and measured without an epoxy coat,
The optical output is 62 with 5 chips and the peak wavelength is 630 ± 1n
m.
【００３９】（比較例２）第４層を７０分間成長し、第
５層と第６層を成長しないこと以外は、実施例と同一条
件で気相成長を行ってエピタキシャルウエハを得た。第
１〜４層の膜厚は、それぞれ５μｍ、３８μｍ、１２μ
ｍ、２８μｍであった。第１〜４層のキャリア濃度を実
施例と同様に測定したところ、実施例と同じ値が得られ
た。成長したエピタキシャルウエハに対してＺｎＡｓ2
を拡散源として７６０°Ｃの温度で表面から４μｍの深
さまでＺｎを拡散して、ｐ型層を形成した。拡散で形成
したｐ型層キャリア濃度は、表面で３．５×１０19ｃｍ
-3であった。なおｐ型層のキャリア濃度は表面から急に
減少する勾配であり、どの部分をとっても１μｍ幅で±
１０％を越える変動があった。実施例と同様にＬＥＤを
形成し、エポキシキコートなしで測定したところ、５チ
ップで光出力は４８で、ピーク波長は６３１±１であっ
た。(Comparative Example 2) An epitaxial wafer was obtained by performing vapor phase growth under the same conditions as in the example except that the fourth layer was grown for 70 minutes and the fifth and sixth layers were not grown. The thicknesses of the first to fourth layers are 5 μm, 38 μm, and 12 μm, respectively.
m and 28 μm. When the carrier concentrations of the first to fourth layers were measured in the same manner as in the example, the same value as in the example was obtained. ZnAs 2 is applied to the grown epitaxial wafer.
Was diffused from the surface to a depth of 4 μm at a temperature of 760 ° C. by using as a diffusion source to form a p-type layer. The carrier concentration of the p-type layer formed by diffusion is 3.5 × 10 19 cm at the surface.
Was -3 . Note that the carrier concentration of the p-type layer has a gradient that sharply decreases from the surface, and is ± 1 μm wide at any part.
There was more than 10% variation. An LED was formed in the same manner as in the example, and the light output was 48 with 5 chips and the peak wavelength was 631 ± 1 when measured without epoxy coating.
【００４０】[0040]
【発明の効果】本発明のエピタキシャルウエハを用いて
製造したＬＥＤは、特に高い光出力を示す。このため、
本発明はさまざまな分野に広範に応用することが可能で
あり、特にＬＥＤの需要増大に貢献しうるものと期待さ
れる。The LED manufactured by using the epitaxial wafer of the present invention exhibits a particularly high light output. For this reason,
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to various fields, and is expected to contribute particularly to an increase in demand for LEDs.
【図１】 本発明のエピタキシャルウェハの層構成例を
示す断面説明図である。FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing an example of a layer configuration of an epitaxial wafer of the present invention.
【図２】 従来のエピタキシャルウェハの一般的層構成
を示す断面説明図である。FIG. 2 is an explanatory sectional view showing a general layer configuration of a conventional epitaxial wafer.
【図３】 本発明のＬＥＤの構成例を示す断面説明図で
ある。FIG. 3 is an explanatory sectional view showing a configuration example of an LED of the present invention.
１０ 単結晶基板 １１ 組成変化層 １２ 一定組成層 １３ 低キャリア濃度領域 １４ ホモ層 １５ 高キャリア濃度領域 １６ エピタキシャル層 １７ ｐｎ接合 １８ 電極 ２０ ＧａＰ単結晶基板 ２１ ＧａＡｓ1-xＰx組成変化層 ２２ ＧａＡｓ1-x0Ｐx0一定組成層 ２３ ＮドープＧａＡｓ1-x0Ｐx0低キャリア濃度一定組
成層 ２４ ＧａＰホモ層 ３０ ｐ型層 ３１ 第１ｐ型層 ３２ 第２ｐ型層REFERENCE SIGNS LIST 10 single crystal substrate 11 composition change layer 12 constant composition layer 13 low carrier concentration region 14 homo layer 15 high carrier concentration region 16 epitaxial layer 17 pn junction 18 electrode 20 GaP single crystal substrate 21 GaAs 1-x P x composition change layer 22 GaAs 1-x0 P x0 constant composition layer 23 N-doped GaAs 1-x0 P x0 low carrier concentration constant composition layer 24 GaP homo layer 30 p-type layer 31 first p-type layer 32 second p-type layer
Claims (4)
合物半導体エピタキシャルウエハにおいて、キャリア濃
度が５．５〜３０×１０18ｃｍ-3であり、かつ厚さ１μ
ｍ以上のキャリア濃度一定領域を含むｐ型層を有するこ
とを特徴とするエピタキシャルウエハ。1. A compound semiconductor epitaxial wafer containing at least Ga as a constituent element, has a carrier concentration of 5.5 to 30 × 10 18 cm -3 and a thickness of 1 μm.
An epitaxial wafer having a p-type layer including a region with a constant carrier concentration of m or more.
を形成するｐ型層のキャリア濃度が０．０５〜４×１０
18ｃｍ-3であることを特徴とする請求項１のエピタキシ
ャルウエハ。2. A p-type layer having a pn junction and having a carrier concentration of 0.05 to 4 × 10 4
2. The epitaxial wafer according to claim 1, wherein the thickness is 18 cm -3 .
度が２０×１０15ｃｍ-3以下であることを特徴とする請
求項２のエピタキシャルウエハ。3. The epitaxial wafer according to claim 2, wherein the carrier concentration of the n-type layer forming the pn junction is 20 × 10 15 cm −3 or less.
ルウエハを用いて製造した発光ダイオード。4. A light emitting diode manufactured using the epitaxial wafer according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20823999A JP2001036133A (en) | 1999-07-22 | 1999-07-22 | Epitaxial wafer and light-emitting diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20823999A JP2001036133A (en) | 1999-07-22 | 1999-07-22 | Epitaxial wafer and light-emitting diode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001036133A true JP2001036133A (en) | 2001-02-09 |
Family
ID=16552970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20823999A Pending JP2001036133A (en) | 1999-07-22 | 1999-07-22 | Epitaxial wafer and light-emitting diode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001036133A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009212112A (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Epitaxial wafer |
| JP2010206220A (en) * | 2010-06-09 | 2010-09-16 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Epitaxial wafer |
-
1999
- 1999-07-22 JP JP20823999A patent/JP2001036133A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009212112A (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Epitaxial wafer |
| JP2010206220A (en) * | 2010-06-09 | 2010-09-16 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Epitaxial wafer |
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