(57)【要約】【課題】半導体エピタキシャルウェハの面内の白濁が少なく、表面が平坦であり、かつ廃棄系部材や除害装置のランニングコストの低減を図ったＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ及びその製造方法を提供する。【解決手段】ｎ型基板２上に、少なくとも、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層４、活性層５、ｐ型クラッド層６、及びＧａＰからなるｐ型の電流分散層７を有する発光ダイオード用エピタキシャルウェハにおいて、ＧａＰからなる電流分散層７は、ｐ型クラッド層６上にＶ／III比５０以上で成長させた下部電流分散層７ａと、その下部電流分散層７ａ上にＶ／III比３０以上５０未満で成長させた上部電流分散層７ｂとからなるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型基板上に、少なくとも、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びＧａＰからなるｐ型の電流分散層を有する発光ダイオード用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ＧａＰからなる電流分散層は、前記ｐ型クラッド層上にＶ／III比５０以上で成長させた下部電流分散層と、その下部電流分散層上にＶ／III比３０以上５０未満で成長させた上部電流分散層とからなることを特徴とする発光ダイオード用エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
前記下部電流分散層の膜厚が３０ｎｍ以上である請求項１記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
加熱されたｎ型基板上にIII族原料ガス、Ｖ族原料ガス、キャリアガス及びドーパント原料ガスを適宜供給して、前記ｎ型基板上に、少なくとも、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びＧａＰからなるｐ型の電流分散層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法において、
前記ＧａＰからなる電流分散層を、まずＶ／III比５０以上で成長させ、その後Ｖ／III比を３０以上５０未満に低減して成長させることを特徴とする発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項４】
前記ＧａＰからなる電流分散層を、まずＶ／III比５０以上で３０ｎｍ以上の厚さに成長させ、その後Ｖ／III比を３０以上５０未満に低減して成長させる請求項３記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード用エピタキシャルウェハ及びその製造方法に係り、特に、ＧａＰからなるｐ型電流分散層の成長を改良した発光ダイオード用エピタキシャルウェハ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオード（ＬＥＤ）用エピタキシャルウェハは、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いて製造されることが多い。ＭＯＶＰＥ法とは、結晶基板をヒータで加熱し、そこにキャリアガスとして水素や窒素を用いてIII族原料となるＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）など、Ｖ族原料となるＡｓＨ3（アルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）などを供給し、熱分解反応により結晶基板上へ配列よく結晶を成長させる方法である。
【０００３】
ＡｌＧａＩｎＰ系のダブルヘテロ構造の発光ダイオードを製造する従来方法では、まず、ＭＯＶＰＥ法を用いて、６５０℃に加熱したｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、発光部となるアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、およびＧａＰからなる電流分散層を積層する。
【０００４】
その後、こうして成長したエピタキシャルウェハをチップ形成プロセスにかけ、基板側にｎ型電極、電流分散層上にｐ型電極を形成した後、ウェハを切断して、ＬＥＤチップを製造している。このプロセスの中で、光の取り出し効率を高めるために、表面を粗面化するという方法がとられている。
【０００５】
上述のエピタキシャルウェハにおいて、電極から注入されたキャリアは活性層に注入され発光する。その際に、前記電流分散層上に形成した電極と活性層の間のエピタキシャル層の抵抗が高い場合には、キャリアが電極直下の部分の活性層のみに注入されるようになり、ｐ型クラッド層での電流の広がりが小さく、電極直下のみが発光領域となる。
【０００６】
そのような場合、その部分で発光した光は電極にさえぎられ、チップから取り出すことができず、結果として発光効率を高めることができない。
【０００７】
そこで、従来の発光ダイオード用エピタキシャルウェハでは、活性層またはｐ型クラッド層よりもバンドギャップの大きい電流分散層を設け、電流がｐ型クラッド層に到達する前に、電流分散層で拡散されるようにし、活性層またはｐ型クラッド層全体に電流が流れるようにしている。
【０００８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−４７７６０号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＧａＰからなる電流分散層を成長するにあたり、ある程度高いＶ／III比で結晶成長を行わないと、結晶性が悪化し、電流分散層の面内が不均一に白濁し、凹凸になってしまう。不均一に白濁したウェハ表面に粗面化処理を施すと、ウェハ面内で粗面にムラができ、輝度分布が生じてしまう問題がある。また、電流分散層の表面が凹凸であるエピタキシャルウェハの表面に電極を形成すると、電極の密着性が悪く、電極剥がれが生じるといった問題もある。
【００１１】
そのため、ある程度高いＶ／III比で成長することにより、電流分散層表面を鏡面で平坦性の高い状態にする必要がある。また、十分な電流分散の効果を得るためには、電流分散層の膜厚を厚くする必要がある。ここで、Ｖ／III比とは、Ｖ族原料ガス（アルシン）とIII族原料ガス（トリメチルガリウム）の供給量比（モル比）である。
【００１２】
しかしながら、表面平坦性が高く、十分な電流分散の効果を得るために、膜厚の厚い電流分散層を成長する場合、成長時間が長いことに加え、Ｖ／III比を高くするために多量のＶ族原料ガスを供給する必要があり、原料費のみならず、トラップ等の廃棄系部材や有毒な原料ガスを除害するための除害装置のランニングコストも大きくなる。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、半導体エピタキシャルウェハの面内の白濁が少なく、表面が平坦であり、かつ廃棄系部材や除害装置のランニングコストの低減を図ったＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、ｎ型基板上に、少なくとも、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びＧａＰからなるｐ型の電流分散層を有する発光ダイオード用エピタキシャルウェハにおいて、前記ＧａＰからなる電流分散層は、前記ｐ型クラッド層上にＶ／III比５０以上で成長させた下部電流分散層と、その下部電流分散層上にＶ／III比３０以上５０未満で成長させた上部電流分散層とからなる発光ダイオード用エピタキシャルウェハである。
【００１５】
前記下部電流分散層の膜厚が３０ｎｍ以上であるとよい。
【００１６】
また、本発明は、加熱されたｎ型基板上にIII族原料ガス、Ｖ族原料ガス、キャリアガス及びドーパント原料ガスを適宜供給して、前記ｎ型基板上に、少なくとも、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びＧａＰからなるｐ型の電流分散層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法において、前記ＧａＰからなる電流分散層を、まずＶ／III比５０以上で成長させ、その後Ｖ／III比を３０以上５０未満に低減して成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法である。
【００１７】
前記ＧａＰからなる電流分散層を、まずＶ／III比５０以上で３０ｎｍ以上の厚さに成長させ、その後Ｖ／III比を３０以上５０未満に低減して成長させてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エピタキシャルウェハの白濁や表面の凹凸を減じ、かつ原料コスト、廃棄系部材、除害装置のランニングコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面図である。
【図２】比較例１の発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面図である。
【図３】比較例２の発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面図である。
【図４】比較例３の発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面図である。
【図５】比較例４の発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面図である。
【００２２】
図１に示すように、発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１は、ＧａＡｓからなるｎ型基板２上に、ＳｅをドープしたＧａＡｓからなるバッファ層３、ＳｅをドープしたＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層４、発光部となるアンドープＡｌＧａＩｎＰからなる活性層５、ＭｇをドープしたＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層６、およびＧａＰからなるｐ型の電流分散層７を順次積層したものである。
【００２３】
ＧａＰからなる電流分散層７は、ｐ型クラッド層６上にＶ／III比５０以上で成長させた下部電流分散層７ａと、その下部電流分散層７ａ上にＶ／III比３０以上５０未満で成長させた上部電流分散層７ｂとからなる。
【００２４】
下部電流分散層７ａを５０以上のＶ／III比で成長させるのは、Ｖ／III比５０未満で成長させると、成長初期に結晶性が悪化することにより、表面が凸凹し、白濁してしまうためである。
【００２５】
上部電流分散層７ｂを３０以上５０未満のＶ／III比で成長させるのは、Ｖ／III比３０未満で成長させると、結晶性がよく平坦性の高い下部電流分散層７ａ上に成長させても、上部電流分散層７ｂの結晶性が悪化して表面が凸凹し、白濁してしまうためである。上部電流分散層を５０以上のＶ／III比で成長させてもよいが、それでは原料費および廃棄系部材や除害装置のランニングコストを低減することはできない。
【００２６】
また、下部電流分散層７ａの厚さは３０ｎｍ以上であるとよい。これは、下部電流分散層７ａの厚さが３０ｎｍ未満でｐ型クラッド層との界面に近いと、高Ｖ／III比であっても結晶性が悪く、表面平坦性の悪い領域が形成されてしまうためである。
【００２７】
この発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１を製造する際は、６５０℃に加熱されたｎ型基板２上にIII族原料ガス、Ｖ族原料ガス、キャリアガス及びドーパント原料ガスを適宜供給して、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型基板２上に、バッファ層３、ｎ型クラッド層４、活性層５、ｐ型クラッド層６、及びＧａＰからなるｐ型の電流分散層７を順次成長させる。
【００２８】
本実施形態では、キャリアガスとして水素、III族原料ガスとしてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、Ｖ族原料ガスとしてＡｓＨ3（アルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）、ドーパント原料ガスとしてＨ2Ｓｅ（セレン化水素）、Ｃｐ2Ｍｇ（ビスシクロペンタディエニルマグネシウム）を必要に応じて供給した。
【００２９】
ＧａＰからなる電流分散層７を成長させる際は、まずＶ／III比５０以上で厚さ３０ｎｍ以上の下部電流分散層７ａを成長させ、その後Ｖ族原料ガスを減少させ、Ｖ／III比を３０以上５０未満に低減して上部電流分散層７ｂを成長させる。
【００３０】
なお、Ｖ族原料ガスは、Ｖ／III比が５０以上から徐々に、または段階的に３０以上５０未満に低減するように減少させてもよい。
【００３１】
本実施形態の作用を説明する。
【００３２】
本実施形態に係る発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１では、ＧａＰからなる電流分散層７を、ｐ型クラッド層６上にＶ／III比５０以上で成長させた下部電流分散層７ａと、その下部電流分散層７ａ上にＶ／III比３０以上５０未満で成長させた上部電流分散層７ｂとで形成している。
【００３３】
５０以上の高いＶ／III比でＧａＰを成長させることにより、鏡面で、かつ表面平坦性の高い下部電流分散層７ａを形成することができる。上部電流分散層７ｂは結晶性のよい下部電流分散層７ａの結晶性を引き継ぐため、Ｖ族原料ガスの供給量を低減して低いＶ／III比としても、結晶性のよい電流分散層７を形成することが可能となる。
【００３４】
つまり、高Ｖ／III比で結晶性のよい下部電流分散層７ａを形成することにより、上部電流分散層７ｂが下部電流分散層７ａの結晶性を引き継ぎ、通常では結晶性が悪化するような低Ｖ／III比で上部電流分散層７ｂを形成しても、ウェハ面内の白濁や表面の凹凸を生じさせることなく、鏡面かつ表面平坦性の高い電流分散層７を得ることができる。
【００３５】
したがって、多量のＶ族原料ガスを使用する従来方法に比べて、Ｖ族原料ガスの使用量を少なくすることができ、原料コスト、廃棄系部材、除害装置のランニングコストを低減することが可能となる。
【００３６】
また、本実施形態では、下部電流分散層７ａの厚さを３０ｎｍ以上としている。これにより、下部電流分散層７ａの表面を結晶性のよい状態とすることができ、この結晶性を上部電流分散層７ｂに引き継がせることができる。
【実施例】
【００３７】
（実施例）
ＭＯＶＰＥ法を用いて、６５０℃に加熱したＧａＡｓからなるｎ型基板２上に、ＳｅをドープしたＧａＡｓからなるバッファ層３、ＳｅをドープしたＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層４、発光部となるアンドープＡｌＧａＩｎＰからなる活性層５、ＭｇをドープしたＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層６、およびＧａＰからなる電流分散層７を順次積層し、図１の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１を成長させた。
【００３８】
このとき、ＧａＰからなる電流分散層７は、まずＶ／III比を５０で下部電流分散層７ａを８０ｎｍ成長し、その後Ｖ族原料ガスを減少させ、Ｖ／III比４０で上部電流分散層７ｂを成長して形成した。
【００３９】
本実施例では、キャリアガスとして水素、III族原料ガスとしてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、Ｖ族原料ガスとしてＡｓＨ3（アルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）、ドーパント原料ガスとしてＨ2Ｓｅ（セレン化水素）、Ｃｐ2Ｍｇ（ビスシクロペンタディエニルマグネシウム）を必要に応じて供給した。
【００４０】
作製した発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１の表面は均一に平坦であり、表面平坦測定装置（サーフスキャン）にて曇り度合いを測定したところ、曇り度合いを表す数値（Ｈａｚｅ）は７６００ｐｐｍであった。
【００４１】
また、実施例の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１をチップ作製プロセスにかけてｎ型電極とｐ型電極を形成し、２０ｍＡの電流を流して発光させ、発光強度を測定したところ、実施例の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１は、１１４〜１２１ｍｃｄとウェハ面内で均一な発光強度を示した。
【００４２】
（比較例１）
図２に示すように、比較例１として、一貫してＶ／III比３０でＧａＰからなる電流分散層２２を形成した発光ダイオード用エピタキシャルウェハ２１を作製した。その他の条件は実施例と同じとした。
【００４３】
比較例１の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ２１の表面状態は、ウェハ全面にわたって白濁していた。この発光ダイオード用エピタキシャルウェハ２１を表面平坦測定装置で測定したところ、Ｈａｚｅは１４８００ｐｐｍであった。
【００４４】
また、発光ダイオード用エピタキシャルウェハ２１に粗面化処理を行い、その後チップ作製プロセスにかけてｎ型電極とｐ型電極を形成し、２０ｍＡの電流を流して発光させて、その発光強度をウェハ面内で比較した。その結果、比較例１の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ２１では、発光強度が面内で８５〜１１５ｍｃｄとばらつきがあった。
【００４５】
（比較例２）
図３に示すように、比較例２として、Ｖ／III比を２５で上部電流分散層３２を形成した発光ダイオード用エピタキシャルウェハ３１を作製した。その他の条件は実施例と同じとした。
【００４６】
比較例２の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ３１の表面状態は、ウェハ全面にわたって白濁していた。この発光ダイオード用エピタキシャルウェハ３１を表面平坦測定装置で測定したところ、Ｈａｚｅは１５０００ｐｐｍ（測定上限）であった。
【００４７】
また、比較例２の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ３１に粗面化処理を行い、その後チップ作製プロセスにかけてｎ型電極とｐ型電極を形成し、２０ｍＡの電流を流して発光させて、その発光強度をウェハ面内で比較した。その結果、比較例２の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ３１では、発光強度が面内で８７〜１１２ｍｃｄとばらつきがあった。
【００４８】
（比較例３）
図４に示すように、比較例３として、Ｖ／III比５０でＧａＰを成長させ、２０ｎｍの下部電流分散層４２を形成した発光ダイオード用エピタキシャルウェハ４１を作製した。その他の条件は実施例と同じとした。
【００４９】
比較例３の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ４１の表面状態は、中心付近は鏡面であったが、ウェハ外周部で白濁が見られた。この発光ダイオード用エピタキシャルウェハ４１を表面平坦測定装置で測定したところ、Ｈａｚｅは１１０００ｐｐｍであった。
【００５０】
また、比較例３の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ４１に粗面化処理を行い、その後チップ作製プロセスにかけてｎ型電極とｐ型電極を形成し、２０ｍＡの電流を流して発光させて、その発光強度をウェハ面内で比較した。その結果、比較例３の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ４１では、発光強度が面内で９５〜１１３ｍｃｄであり、比較例１、２に比べるとばらつきは小さかった。
【００５１】
（比較例４）
図５に示すように、比較例４として、一貫してＶ／III比５０でＧａＰからなる電流分散層５２を形成した発光ダイオード用エピタキシャルウェハ５１を作製した。その他の条件は実施例と同じとした。
【００５２】
比較例４の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ５１の表面状態は、均一に平坦であり、サーフスキャンにて曇り度合いを測定したところ、６６００ｐｐｍであった。
【００５３】
また、比較例４の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ５１をチップ作製プロセスにかけ、２０ｍＡの電流を流して発光させ、その発光強度をウェハ面内で比較した。その結果、比較例４の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ５１では、発光強度が面内で１１６〜１２２ｍｃｄとウェハ面内で均一な発光強度を示した。
【００５４】
以上より、本発明による実施例の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１では、鏡面かつ表面平坦性の高い良好な表面状態を得ることができ、高いＶ／III比で一貫して成長させた比較例４の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ５１と同程度の発光強度の均一性を得ることができた。さらに、途中からＶ族原料ガスの供給量を減らし、低Ｖ／III比でＧａＰからなる電流分散層７を形成しているため、原料コストおよび廃棄系部材や除害装置のランニングコストを低減することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１  発光ダイオード用エピタキシャルウェハ
２  ｎ型基板
３  バッファ層
４  ｎ型クラッド層
５  活性層
６  ｐ型クラッド層
７  電流分散層
７ａ  下部電流分散層
７ｂ  上部電流分散層
【図１】
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【図２】
2010186950.tif 000004
【図３】
2010186950.tif 000005
【図４】
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【図５】
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