(57)【要約】【課題】高い透過特性を維持し、かつデバイスを作製したときに高い特性を有するデバイスとなる、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（０≦ｘ≦１）基板、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ、赤外ＬＥＤ、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法および赤外ＬＥＤの製造方法を提供する。【解決手段】ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａは、主表面１１ａと、この主表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を備えたＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａであって、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１において、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘは、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高いことを特徴としている。またＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の裏面１１ｂに接するＧａＡｓ基板１３をさらに備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面と、前記主表面と反対側の裏面とを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）を備えたＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板であって、
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、前記裏面のＡｌの組成比ｘは、前記主表面のＡｌの組成比ｘよりも高いことを特徴とする、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板。
【請求項２】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は、複数の層を含み、
前記複数の層は、前記裏面側の面から前記主表面側の面に向けてＡｌの組成比ｘがそれぞれ単調減少している、請求項１に記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板。
【請求項３】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の前記裏面に接するＧａＡｓ基板をさらに備えた、請求項１または２に記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板と、
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の前記主表面上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層とを備えた、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項５】
前記エピタキシャル層において前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層と接する面のＡｌの組成比ｘは、前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において前記エピタキシャル層と接する面のＡｌの組成比ｘよりも高い、請求項４に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項６】
発光波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられるエピタキシャルウエハであって、
前記活性層内の井戸層はインジウムを含む材料を有し、前記井戸層の層数が４層以下である、請求項４または５に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項７】
前記井戸層は、インジウムの組成比が０．０５以上のＩｎＧａＡｓである、請求項６に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項８】
発光波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられるエピタキシャルウエハであって、
前記活性層内のバリア層はリンを含む材料を有し、前記バリア層の層数が３層以上である、請求項４または５に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項９】
前記バリア層は、リンの組成比が０．０５以上のＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＡｓＰである、請求項８に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項１０】
請求項１または２に記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板と、
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の前記主表面上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層の表面に形成された第１の電極と、
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の前記裏面に形成された第２の電極とを備えた、赤外ＬＥＤ。
【請求項１１】
請求項３に記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板と、
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の前記主表面上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層の表面に形成された第１の電極と、
前記ＧａＡｓ基板の前記裏面に形成された第２の電極とを備えた、赤外ＬＥＤ。
【請求項１２】
ＧａＡｓ基板を準備する工程と、
前記ＧａＡｓ基板上に、ＬＰＥ法により主表面を有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）を成長させる工程とを備え、
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を成長させる工程では、前記ＧａＡｓ基板との界面のＡｌの組成比ｘが、前記主表面のＡｌの組成比ｘよりも高い前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を成長させることを特徴とする、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法。
【請求項１３】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を成長させる工程では、前記ＧａＡｓ基板との界面側の面から、前記主表面側の面に向けてＡｌの組成比ｘが単調減少している複数の層を含む前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を成長させる、請求項１２に記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法。
【請求項１４】
前記ＧａＡｓ基板を除去する工程をさらに備えた、請求項１２または１３に記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれかに記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法によりＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板を製造する工程と、
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の前記主表面上に、ＯＭＶＰＥ法またはＭＢＥ法の少なくとも一方により活性層を含むエピタキシャル層を形成する工程とを備えた、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項１６】
前記エピタキシャル層において前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層と接する面のＡｌの組成比ｘは、前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において前記エピタキシャル層と接する面のＡｌの組成比ｘよりも高い、請求項１５に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項１７】
発光波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられるエピタキシャルウエハの製造方法であって、
前記活性層内の井戸層はインジウムを含む材料を有し、前記井戸層の層数が４層以下である、請求項１５または１６に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項１８】
前記井戸層は、インジウムの組成比が０．０５以上のＩｎＧａＡｓである、請求項１７に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項１９】
発光波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられるエピタキシャルウエハの製造方法であって、
前記活性層内のバリア層はリンを含む材料を有し、前記バリア層の層数が３層以上である、請求項１５または１６に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項２０】
前記バリア層は、リンの組成比が０．０５以上のＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＡｓＰである、請求項１９に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項２１】
請求項１２または１３に記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法によりＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板を製造する工程と、
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の前記主表面上にＯＭＶＰＥ法またはＭＢＥ法により活性層を含むエピタキシャル層を形成する工程と、
前記エピタキシャルウエハの表面に第１の電極を形成する工程と、
前記ＧａＡｓ基板の前記裏面に第２の電極を形成する工程とを備えた、赤外ＬＥＤの製造方法。
【請求項２２】
請求項１４に記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法によりＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板を製造する工程と、
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の前記主表面上にＯＭＶＰＥ法またはＭＢＥ法により活性層を含むエピタキシャル層を形成する工程と、
前記エピタキシャルウエハの表面に第１の電極を形成する工程と、
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の前記裏面に第２の電極を形成する工程とを備えた、赤外ＬＥＤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ、赤外ＬＥＤ、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法および赤外ＬＥＤの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（０≦ｘ≦１）（以下、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）とも言う。）化合物半導体を利用したＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）は、赤外の光源として広く用いられている。赤外の光源としての赤外ＬＥＤは、光通信、空間伝送などに使用されており、伝送するデ−タの大容量化、伝送距離の長距離化に伴い、出力の向上が要求されている。
【０００３】
このような赤外ＬＥＤの製造方法は、たとえば特開２００２−３３５００８号公報（特許文献１）に開示されている。この特許文献１には、以下の工程が実施されることが記載されている。具体的には、まず、ＬＰＥ（液相成長法：Liquid Phase Epitaxy）法により、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板上に、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ支持基板を形成している。このとき、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ支持基板のＡｌ（アルミニウム）組成比をほぼ均一にしている。その後、ＯＭＶＰＥ（有機金属気相成長法：OrganoMetallic Vapor Phase Epitaxy）法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy:電子ビーム蒸着）法によりエピタキシャル層を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３５００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ支持基板のＡｌ組成比をほぼ均一にしている。本発明者は鋭意研究の結果、Ａｌ組成比が高い場合には、このＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ支持基板を用いて製造する赤外ＬＥＤの特性が悪くなるという問題があることを見出した。また、本発明者は鋭意研究の結果、Ａｌ組成比が低い場合には、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ支持基板の透過特性が悪いという問題があることを見出した。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、高い透過特性を維持し、かつデバイスを作製したときに高い特性を有するデバイスとなる、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ、赤外ＬＥＤ、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法および赤外ＬＥＤの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、鋭意研究の結果、Ａｌ組成比が高い場合には、このＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ支持基板を用いて製造する赤外ＬＥＤの特性が悪くなるという問題があることおよびその要因を見出した。具体的には、Ａｌは酸化されやすい性質を有しているため、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の表面に酸化層が形成されやすい。酸化層はこのＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板上に成長させるエピタキシャル層を阻害するので、エピタキシャル層に欠陥が導入される要因となる。エピタキシャル層に欠陥が導入されると、このエピタキシャル層を備えた赤外ＬＥＤの特性が悪くなるという問題がある。
【０００８】
また、本発明者は、鋭意研究の結果、Ａｌの組成比が低い程、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の透過特性が悪くなることを見出した。
【０００９】
そこで、本発明のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板は、主表面と、この主表面と反対側の裏面とを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）を備えたＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板であって、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、裏面のＡｌの組成比ｘは、主表面のＡｌの組成比ｘよりも高いことを特徴としている。
【００１０】
上記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は、複数の層を含み、複数の層は、裏面側の面から主表面側の面に向けてＡｌの組成比ｘがそれぞれ単調減少している。
【００１１】
上記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の裏面に接するＧａＡｓ基板をさらに備えている。
【００１２】
本発明の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハは、上記いずれかに記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板と、このＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の主表面上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層とを備えている。
【００１３】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、上記エピタキシャル層においてＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層と接する面のＡｌの組成比ｘは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層においてエピタキシャル層と接する面のＡｌの組成比ｘよりも高い。
【００１４】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、発光波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられるエピタキシャルウエハであって、活性層内の井戸層はインジウム（Ｉｎ）を含む材料を有し、井戸層が４層以下である。
【００１５】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、井戸層は、インジウムの組成比が０．０５以上のＩｎＧａＡｓである。
【００１６】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、発光波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられるエピタキシャルウエハであって、活性層内のバリア層はリン（Ｐ）を含む材料を有し、バリア層の層数が３層以上である。
【００１７】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、バリア層は、リンの組成比が０．０５以上のＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＡｓＰである。
【００１８】
本発明の赤外ＬＥＤは、上記いずれかに記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板と、エピタキシャル層と、第１の電極と、第２の電極とを備えている。エピタキシャル層は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の主表面上に形成され、かつ活性層を含んでいる。第１の電極は、エピタキシャル層の表面に形成されている。第２の電極は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の裏面に形成されている。第２の電極は、ＧａＡｓ基板の裏面に形成されていてもよい。
【００１９】
本発明のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法は、ＧａＡｓ基板を準備する工程と、ＧａＡｓ基板上に、ＬＰＥ法により主表面を有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）を成長させる工程とを備えている。そして、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を成長させる工程では、ＧａＡｓ基板との界面のＡｌの組成比ｘが、主表面のＡｌの組成比ｘよりも高いＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を成長させることを特徴としている。
【００２０】
上記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を成長させる工程では、ＧａＡｓ基板との界面側の面から、主表面側の面に向けてＡｌの組成比ｘが単調減少している複数の層を含むＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を成長させる。
【００２１】
上記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法において好ましくは、ＧａＡｓ基板を除去する工程をさらに備えていてもよい。
【００２２】
本発明の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法は、上記いずれかに記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法によりＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板を製造する工程と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の主表面上に、ＯＭＶＰＥ法およびＭＢＥ法の少なくとも一方、あるいはその組み合わせにより活性層を含むエピタキシャル層を形成する工程とを備えている。
【００２３】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法において好ましくは、エピタキシャル層においてＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層と接する面のＡｌの組成比ｘは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層においてエピタキシャル層と接する面のＡｌの組成比ｘよりも高い。
【００２４】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法において好ましくは、発光波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられるエピタキシャルウエハの製造方法であって、活性層内の井戸層はインジウム（Ｉｎ）を含む材料を有し、井戸層の層数が４層以下である。
【００２５】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法において好ましくは、井戸層は、インジウムの組成比が０．０５以上のＩｎＧａＡｓである。
【００２６】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法において好ましくは、発光波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられるエピタキシャルウエハの製造方法であって、活性層内のバリア層はリン（Ｐ）を含む材料を有し、バリア層の層数が３層以上である。
【００２７】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法において好ましくは、バリア層は、リンの組成比が０．０５以上のＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＡｓＰである。
【００２８】
本発明の赤外ＬＥＤの製造方法は、上記いずれかに記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法によりＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板を製造する工程と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の主表面上にＯＭＶＰＥ法またはＭＢＥ法により活性層を含むエピタキシャル層を形成する工程と、エピタキシャルウエハの表面に第１の電極を形成する工程と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の裏面またはＧａＡｓ基板の裏面に第２の電極を形成する工程とを備えている。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ、赤外ＬＥＤ、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法および赤外ＬＥＤの製造方法によれば、高い透過特性を維持し、かつデバイスを作製したときに高い特性を有するデバイスにできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘを説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘを説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘを説明するための図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の実施の形態１におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘを説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１におけるＧａＡｓ基板を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を成長させた状態を概略的に示す断面図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施の形態１におけるＡｌの組成比ｘが単調減少する複数の層をＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層が備えた場合の効果を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態２におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板を概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態３における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。
【図１３】図１２における領域ＸＩＩＩの拡大断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態４における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態４におけるエピタキシャルウエハの製造方法を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の実施の形態５における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態６における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態６における赤外ＬＥＤの製造方法を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施の形態７における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図２１】実施例１において、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘに対する透過特性を示す図である。
【図２２】実施例１において、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘに対する表面の酸素量を示す図である。
【図２３】実施例３における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。
【図２４】実施例３における多重量子井戸構造を有する活性層を備えた赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ、および、ダブルへテロ構造の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの光出力を示す図である。
【図２５】実施例４における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。
【図２６】実施例４における窓層の厚みと光出力との関係を示す図である。
【図２７】本発明の実施の形態７の変形例における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図２８】実施例６における赤外ＬＥＤの発光波長を測定した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず、図１を参照して、本実施の形態におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板について説明する。
【００３２】
図１に示すように、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａは、ＧａＡｓ基板１３と、ＧａＡｓ基板１３上に形成されたＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１とを備えている。
【００３３】
ＧａＡｓ基板１３は、主表面１３ａと、この主表面１３ａと反対側の裏面１３ｂとを有している。ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１は、主表面１１ａと、この主表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有している。
【００３４】
ＧａＡｓ基板１３は、オフ角を有していても、有していなくてもよく、たとえば｛１００｝面、または、｛１００｝から０°を超え１５．８°以下傾斜した主表面１３ａを有する。ＧａＡｓ基板１３は、｛１００｝面、または、｛１００｝から０°を超え２°以下傾斜した主表面１３ａを有していることが好ましい。ＧａＡｓ基板１３は、｛１００｝面、または｛１００｝から０°を超え０．２°以下傾斜した表面を有していることがより好ましい。ＧａＡｓ基板１３の表面は鏡面であっても粗面であってもよい。なお、｛｝は、集合面を示す。
【００３５】
ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１は主表面１１ａと、この主表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有している。主表面１１ａとは、ＧａＡｓ基板１３と接触している面と反対側の面である。裏面１１ｂとは、ＧａＡｓ基板１３と接触している面である。
【００３６】
ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１は、ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａに接するように形成されている。つまり、ＧａＡｓ基板１３はＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の裏面１１ｂに接するように形成されている。
【００３７】
ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１において、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘは、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高い。なお、組成比ｘは、Ａｌのモル比である。組成比（１−ｘ）は、Ｇａのモル比である。
【００３８】
ここで、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１のモル比について図２〜図５を参照して説明する。図２〜図５中、縦軸は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の裏面から主表面にかけて厚み方向の位置を示し、横軸は、各位置でのＡｌの組成比ｘを示す。
【００３９】
図２に示すように、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１は、裏面１１ｂから主表面１１ａにかけて、Ａｌの組成比ｘが単調減少している。単調減少とは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の裏面１１ｂから主表面１１ａに向けて（成長方向に向けて）、組成比ｘが常に同じまたは減少しており、かつ裏面１１ｂよりも主表面１１ａの方が組成比ｘが低いことを意味する。つまり、単調減少とは、この成長方向に向けて組成比ｘが増加している部分が含まれていない。
【００４０】
図３〜図５に示すように、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１は、複数の層（図３〜５では２層）を含んでいてもよい。図３に示すＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１は、それぞれの層において裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側にかけて、Ａｌの組成比ｘが単調減少している。また、図４に示すＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１のそれぞれの層のＡｌの組成比ｘは均一で、かつ裏面１１ｂ側の層は主表面１１ａ側のＡｌの組成比ｘよりも高い。また、図５（Ａ）に示すＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の裏面１１ｂ側の層のＡｌの組成比ｘは均一で、かつ主表面１１ａ側の層のＡｌの組成比ｘは単調減少し、かつかつ裏面１１ｂ側の層は主表面１１ａ側のＡｌの組成比ｘよりも高い。つまり、図４および図５（Ａ）に示すＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１は、全体としてＡｌの組成比ｘが単調減少している。
【００４１】
なお、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１のＡｌの組成比ｘは、上記に限定されず、たとえば図５（Ｂ）〜（Ｇ）のような組成であってもよく、さらに別の例であってもよい。また、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１は、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘが主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高ければ、上述した１層または２層を含む場合に限定されず、３層以上の層を含んでいてもよい。
【００４２】
ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａがＬＥＤに用いられるときには、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１はたとえば電流を拡散し、かつ活性層からの光を透過させる窓層の役割を担う。
【００４３】
続いて、図６を参照して、本実施の形態におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法について説明する。
【００４４】
図６および図７に示すように、まず、ＧａＡｓ基板１３を準備する（ステップＳ１）。
ＧａＡｓ基板１３は、オフ角を有していても、有していなくてもよく、たとえば｛１００｝面、または、｛１００｝から０°を超え１５．８°以下傾斜した主表面１３ａを有する。ＧａＡｓ基板１３は、｛１００｝面、または、｛１００｝から０°を超え２°以下傾斜した主表面１３ａを有していることが好ましい。ＧａＡｓ基板１３は、｛１００｝面、または｛１００｝から０°を超え０．２°以下傾斜した主表面１３ａを有していることがより好ましい。
【００４５】
図６および図８に示すように、次に、ＧａＡｓ基板１３上に、ＬＰＥ法により主表面１１ａを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）１１を成長させる（ステップＳ２）。このＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させるステップＳ２では、ＧａＡｓ基板１３との界面（裏面１１ｂ）のＡｌの組成比ｘが、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高いＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させる。
【００４６】
ＬＰＥ法は特に限定されず、徐冷法、温度差法などを用いることができる。なお、ＬＰＥ法とは、液相からＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（０≦ｘ≦１）結晶を成長させる方法をいう。徐冷法とは、原料の溶液の温度を徐々に下げてＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ結晶を成長させる方法である。温度差法とは、原料の溶液に温度勾配をつくり、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ結晶を成長させる方法をいう。
【００４７】
ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１においてＡｌの組成比ｘが一定の層を成長させる場合には温度差法および徐冷法を用い、Ａｌの組成比ｘが上方（成長方向）に向けて減少している層を成長させる場合には徐冷法を用いることが好ましい。量産性および低コストに優れているため、徐冷法を用いることが特に好ましい。またそれらを組み合わせてもよい。
【００４８】
ＬＰＥ法は、液相と固相との化学平衡を利用しているので成長速度が速い。このため、厚みの大きなＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を容易に形成できる。具体的には、好ましくは１０μｍ以上１０００μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以上１４０μｍ以下の厚みＨ１１を有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させる。なお、このときの厚みＨ１１は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の厚さ方向において最も小さい厚みである。
【００４９】
また、ＧａＡｓ基板１３の厚さＨ１３に対するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の厚さＨ１１の比（Ｈ１１／Ｈ１３）は、たとえば０．１以上０．５以下が好ましく、０．３以上０．５以下がより好ましい。この場合、ＧａＡｓ基板１３上にＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させた状態で、反りが発生するのを緩和することができる。
【００５０】
また、たとえばＺｎ（亜鉛）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃ（炭素）などのｐ型ドーパントＳｅ(セレン)、Ｓ(硫黄)、Ｔｅ(テルル)などのｎ型ドーパントを含むようにＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させてもよい。
【００５１】
このようにＬＰＥ法でＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させると、図８に示すよに、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａには凹凸が生じる。
【００５２】
次に、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａを洗浄する（ステップＳ３）。このステップＳ３では、アルカリ系溶液を用いて洗浄することが好ましい。なお、リン酸や硫酸などの酸化溶液などを用いてもよい。アルカリ系溶液は、アンモニアと過酸化水素とを含むことが好ましい。アンモニアと過酸化水素とを含むアルカリ系溶液で洗浄すると、主表面１１ａがエッチングされるので、空気に触れることにより主表面１１ａに付着した不純物を除去できる。この場合、たとえば０．２μｍ／ｍｉｎ以下のエッチングレートで主表面１１ａ側から０．２μｍ以下エッチングされるように制御することにより、主表面１１ａの不純物を低減できるとともにエッチング量が少なくなる。なお、この主表面１１ａを洗浄するステップＳ３は省略されてもよい。
【００５３】
次に、アルコールでＧａＡｓ基板１３およびＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を乾燥する。なお、この乾燥するステップは省略されてもよい。
【００５４】
次に、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａを研磨する（ステップＳ４）。研磨する方法は、特に限定されず、機械的研磨、化学機械研磨法、電界研磨法、化学研磨法などを用いることができ、研磨の容易性から機械的研磨または化学的研磨が好ましい。
【００５５】
主表面１１ａの表面粗さＲｍｓがたとえば０．０５ｎｍ以下になるように、主表面１１ａを研磨する。表面粗さＲｍｓは小さい程好ましい。なお、「表面粗さＲｍｓ」とは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定する表面の二乗平均粗さ、すなわち、平均面から測定面までの距離（偏差）の二乗を平均した値の平方根を意味する。なお、この研磨するステップＳ４は省略されてもよい。
【００５６】
次に、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａを洗浄する（ステップＳ５）。この主表面１１ａを洗浄するステップＳ５は、研磨するステップＳ４実施前の主表面１１ａを洗浄するステップＳ３と同様であるので、その説明を繰り返さない。なお、この洗浄するステップＳ５は省略されてもよい。
【００５７】
次に、ＧａＡｓ基板１３およびＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａを用いてエピタキシャル成長前にＨ2（水素）、ＡｓＨ3（アルシン）を流してサーマルクリーニングする。なお、このサーマルクリーニングするステップは省略されてもよい。
【００５８】
以上のステップＳ１〜Ｓ５を実施することにより、図１に示す本実施の形態におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａを製造することができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａは、主表面１１ａと、この主表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を備えたＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａであって、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１において、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘは、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高いことを特徴としている。そして、このＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の裏面１１ｂに接するＧａＡｓ基板１３をさらに備えている。
【００６０】
また本実施の形態におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａの製造方法は、ＧａＡｓ基板１３を準備する工程（ステップＳ１）と、ＧａＡｓ基板１３上に、ＬＰＥ法により主表面１１ａを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させる工程（ステップＳ２）とを備えている。このＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させる工程（ステップＳ２）では、ＧａＡｓ基板１３との界面（裏面１１ｂ）のＡｌの組成比ｘが、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高いＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させることを特徴としている。
【００６１】
本実施の形態におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａおよびＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａの製造方法によれば、裏面１１ｂのＡｌ組成比ｘは主表面１１ａのＡｌ組成比ｘよりも高い。このため、酸化されやすい性質を有するＡｌが主表面１１ａに存在することを抑制できる。このため、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａの表面（本実施の形態ではＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａ）に絶縁性の酸化層が形成されることを抑制できる。特に、ＬＰＥ法でＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させているので、主表面１１ａに以外の内部の領域には、酸素が取り込まれにくい。したがって、このＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａ上にエピタキシャル層を成長させる際、エピタキシャル層に欠陥が導入されることを抑制することができる。その結果、このエピタキシャル層を備えた赤外ＬＥＤの特性を向上することができる。
【００６２】
また、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘは、裏面１１ｂのＡｌ組成比ｘよりも低い。本発明者は、鋭意研究の結果、Ａｌの組成比ｘが高い程、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａの透過特性が良くなることを見出した。裏面１１ｂ側にＡｌが多く含まれていても、表面に露出している時間が短いため、酸化層が形成されることは低減できる。このため、酸化層が形成されることを抑制できる部分に、Ａｌの組成比ｘの高いＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ結晶を成長させることにより、透過特性を向上できる。
【００６３】
このように、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１において、主表面１１ａ側でデバイスの特性を向上するようにＡｌの組成比ｘを低くし、裏面１１ｂ側で透過特性を向上するようにＡｌの組成比ｘを高くしている。よって、高い透過特性を維持し、かつデバイスを作製したときに高い特性を有するデバイスとなる、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａを実現することができる。
【００６４】
上記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａにおいて好ましくは、図３に示すように、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１は、複数の層を含み、この複数の層は、裏面１１ｂ側の面から主表面１１ａ側の面に向けてＡｌの組成比ｘがそれぞれ単調減少している。
【００６５】
上記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａの製造方法において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させる工程（ステップＳ２）では、ＧａＡｓ基板１３との界面側の面（裏面１１ｂ）から、主表面１１ａ側の面に向けてＡｌの組成比ｘが単調減少している複数の層を含むＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させる。
【００６６】
これにより、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａに生じる反りを緩和することができることを本発明者は見出した。以下、図９（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、その理由を説明する。図９（Ａ）は、図２に示すように、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１においてＡｌの組成比ｘが単調減少する層が１層の場合を示す。図９（Ｂ）は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１において図３に示すようにＡｌの組成比ｘが単調減少する層が２層の場合を示す。図９（Ｃ）は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１においてＡｌの組成比ｘが単調減少する層が３層の場合を示す。図９（Ａ）〜（Ｃ）において、横軸はＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の裏面１１ｂから主表面１１ａにかけての厚み方向の位置を示し、縦軸はＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の各位置でのＡｌの組成比ｘを示す。図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１は、裏面１１ｂおよび主表面１１ａのＡｌの組成比ｘは同じである。
【００６７】
図９（Ａ）〜（Ｃ）において、Ａｌの組成比ｘを示す傾斜ｙ中の最も高い位置（点Ａ）を下方向に延在し、かつ傾斜ｙ中の最も低い位置（点Ｂ）を左方向に延在したときに交わる交点（点Ｃ）とにより、仮想の三角形が形成される。この三角形の面積の合計は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１に加わる応力である。この応力により、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１に反りが生じる。
【００６８】
この三角形の重心Ｇと、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の厚みの中心との距離ｚが大きくなる程、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１に反りが発生することを本発明者は見出した。この重心Ｇは、図９（Ａ）に示す場合には、傾斜ｙに基づいて形成した三角形の重心Ｇであり、図９（Ｂ）および（Ｃ）に示す場合には、傾斜ｙに基づいて形成した三角形の重心Ｇ１〜Ｇ３を結んだときの中心である。この重心Ｇは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１内で応力を足し合わせた合力の作用点になる。
【００６９】
図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、Ａｌの組成比ｘが単調減少する層の数が多い程、厚みの中心から重心Ｇが位置する厚みまでの距離ｚが短くなるので、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１に生じる反りが小さくなる。このため、Ａｌの組成比ｘが単調減少する層を複数形成することにより、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａの反りを緩和できる。ここで図中の複数の三角形にて、Ａｌの組成比ｘの最大値および最少値と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の厚みとを同じにしているが、必ずしも同じにする必要はない。透過性、反り、界面状態などに応じて調整可能である。
【００７０】
（実施の形態２）
図１０を参照して、本実施の形態におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂについて説明する。
【００７１】
図１０に示すように、本実施の形態におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂは、実施の形態１におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａと基本的には同様の構成を備えているが、ＧａＡｓ基板１３を備えていない点において異なる。
【００７２】
具体的には、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂは、主表面１１ａと、主表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を備えている。そして、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１において、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘは、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高い。
【００７３】
本実施の形態におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の厚みは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂが自立基板となる程度に厚いことが好ましい。このような厚みＨ１１は、たとえば７０μｍ以上である。
【００７４】
続いて、図１１を参照して、本実施の形態におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂの製造方法について説明する。
【００７５】
図１１に示すように、まず、実施の形態１と同様に、ＧａＡｓ基板１３を準備するステップＳ１、ＬＰＥ法によるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させるステップＳ２、洗浄するステップＳ３および研磨するステップＳ４が実施される。これにより、図１に示すＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａが製造される。
【００７６】
次に、ＧａＡｓ基板１３を除去する（ステップＳ６）。除去する方法は、たとえば研磨、エッチングなどの方法を用いることができる。研磨とは、ダイヤモンド砥石を持つ研削設備などで、アルミナ、コロイダルシリカ、ダイヤモンドなどの研磨剤を用いてＧａＡｓ基板１３を機械的に削り取ることをいう。エッチングとは、たとえばアンモニア、過酸化水素などを最適に調合することでＡｌxＧａ(1-x)Ａｓでエッチング速度が遅く、ＧａＡｓでエッチング速度が速い選択エッチング液を用いて、ＧａＡｓ基板１３の除去を行なうことをいう。
【００７７】
次に、実施の形態１と同様に、洗浄するステップＳ５を実施する。
以上のステップＳ１〜Ｓ６を実施することにより、図１０に示すＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂを製造することができる。
【００７８】
なお、これ以外のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂおよびその製造方法は、実施の形態１におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａおよびその製造方法の構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００７９】
以上説明したように、本実施の形態におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂは、主表面１１ａと、主表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を備えたＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂであって、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１において、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘは、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高いことを特徴としている。
【００８０】
また本実施の形態におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂの製造方法は、ＧａＡｓ基板１３を除去する工程（ステップＳ６）をさらに備えている。
【００８１】
本実施の形態におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂおよびＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂの製造方法によれば、ＧａＡｓ基板１３を備えずにＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１のみを備えたＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂを実現できる。ＧａＡｓ基板１３は波長が９００ｎｍ以下の光を吸収するので、ＧａＡｓ基板１３が除去されたＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂ上にエピタキシャル層を成長させることにより、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハを製造することができる。この赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハを用いて赤外ＬＥＤを製造すると、高い透過特性を維持し、かつ高いデバイス特性を有する赤外ＬＥＤを実現することができる。
【００８２】
（実施の形態３）
図１２を参照して、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ２０ａを説明する。
【００８３】
図１２に示すように、エピタキシャルウエハ２０ａは、実施の形態１における図１に示すＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａと、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａ上に形成された活性層２１を含むエピタキシャル層とを備えている。つまり、エピタキシャルウエハ２０ａは、ＧａＡｓ基板１３と、ＧａＡｓ基板１３上に形成されたＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１上に形成された活性層２１を含むエピタキシャル層とを備えている。活性層２１は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１よりもバンドギャップが小さい。
【００８４】
活性層２１においてＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１と接する面（裏面２１ｃ）のＡｌの組成比ｘは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１において活性層２１と接する面（本実施の形態では主表面１１ａ）のＡｌの組成比ｘよりも高いことが好ましい。また、活性層２１を含むエピタキシャル層において最も厚みの大きい層のＡｌの組成比ｘは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１において活性層２１と接する面（本実施の形態では主表面１１ａ）のＡｌの組成比ｘよりも高いことが好ましい。この場合、エピタキシャルウエハ２０ａに生じる反りを緩和することができる。
【００８５】
なお、図１２に示す領域ＸＩＩＩは、活性層２１中において上部とは限られない。図１３に示すように、活性層２１は、多重量子井戸構造を有していることが好ましい。活性層２１は、２層以上の井戸層２１ａを含んでいる。この井戸層２１ａは、井戸層２１ａよりもバンドギャップの大きな層であるバリア層２１ｂでそれぞれ挟み込まれている。つまり、複数の井戸層２１ａと、井戸層２１ａよりもバンドギャップの大きい複数のバリア層２１ｂとが交互に配置されている。活性層２１は、複数の井戸層２１ａの全てがバリア層２１ｂに挟み込まれていてもよく、あるいは、活性層２１の少なくとも一方の表面に井戸層２１ａが配置され、表面に配置される井戸層２１ａは、表面側に配置されるガイド層、クラッド層（図示せず）などの他の層と、バリア層２１ｂとにより挟み込まれていてもよい。
【００８６】
活性層２１は、好ましくは２層以上１００層以下、より好ましくは１０層以上５０層以下の井戸層２１ａおよびバリア層２１ｂをそれぞれ有している。井戸層２１ａおよびバリア層２１ｂが２層以上の場合、多重量子井戸層を構成する。井戸層２１ａおよびバリア層２１ｂが１０層以上の場合、発光効率を向上することにより光出力を向上できる。１００層以下の場合、活性層２１を形成するために要するコストを低減できる。５０層以下の場合、活性層２１を形成するために要するコストをより低減できる。
【００８７】
活性層２１の厚みＨ２１は６ｎｍ以上２μｍ以下が好ましい。厚みＨ２１が６ｎｍ以上の場合、発光強度を向上できる。厚みＨ２１が２μｍ以下の場合、生産性を向上できる。
【００８８】
井戸層２１ａの厚みＨ２１ａは３ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。バリア層２１ｂの厚みＨ２１ｂは、５ｎｍ以上１μｍ以下が好ましい。
【００８９】
井戸層２１ａの材料は、バリア層２１ｂよりもバンドギャップが小さければ特に限定されないが、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）、ＡｌＩｎＧａＡｓ（アルミニウムインジウムガリウム砒素）などを用いることができる。これらの材料は、ＡｌＧａＡｓとの格子整合度が適合する赤外発光の材料である。
【００９０】
エピタキシャルウエハ２０ａが発光波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられる場合には、井戸層２１ａの材料はＩｎを含み、Ｉｎの組成比が０．０５以上のＩｎＧａＡｓであることが好ましい。また、井戸層２１ａがＩｎを含む材料を有する場合には、井戸層２１ａおよびバリア層２１ｂを、それぞれ４層以下有する活性層２１であることが好ましい。より好ましくは、それぞれ３層以下有する活性層２１であることが好ましい。
【００９１】
バリア層２１ｂの材料は、井戸層２１ａよりもバンドギャップが大きければ特に限定されないが、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰなどを用いることできる。これらの材料は、ＡｌＧａＡｓとの格子整合度が適合する材料である。
【００９２】
エピタキシャルウエハ２０ａが発光波長が９００ｎｍ以上、好ましくは９４０ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられる場合には、活性層２１内のバリア層２１ｂの材料はＰを含み、Ｐの組成比が０．０５以上のＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＡｓＰであることが好ましい。また、バリア層２１ｂがＰを含む材料を有する場合には、井戸層２１ａおよびバリア層２１ｂを、それぞれ３層以上有する活性層２１であることが好ましい。
【００９３】
活性層２１を含むエピタキシャル層中の元素以外の元素（たとえば成長させる雰囲気中の元素など）の濃度が低いことが好ましい。
【００９４】
なお、活性層２１は、多重量子井戸構造に特に限定されず、１層よりなっていてもよく、ダブルへテロ構造であってもよい。
【００９５】
また、本実施の形態ではエピタキシャル層として活性層２１のみを含んでいる場合について説明したが、クラッド層、アンドープ層などの他の層をさらに含んでいてもよい。
【００９６】
続いて、図１４を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａの製造方法について説明する。
【００９７】
図１４に示すように、まず、実施の形態１におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａの製造方法によりＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａを製造する（ステップＳ１〜Ｓ５）。
【００９８】
次に、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａ上に、ＯＭＶＰＥ法により活性層２１を含むエピタキシャル層を形成する（ステップＳ７）。
【００９９】
このステップＳ７では、エピタキシャル層（本実施の形態では活性層２１）においてＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１と接する面（裏面２１ｃ）のＡｌの組成比ｘが、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層においてエピタキシャル層と接する面（本実施の形態では主表面１１ａ）のＡｌの組成比ｘよりも高くなるように、エピタキシャル層を形成することが好ましい。また、エピタキシャル層において最も厚みの大きい層のＡｌの組成比ｘは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１においてエピタキシャル層と接する面のＡｌの組成比ｘよりも高いことが好ましい。
【０１００】
ＯＭＶＰＥ法は原料ガスがＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１上で熱分解反応することにより活性層２１を成長させ、ＭＢＥ法は非平衡系で化学反応過程を介さない方法で活性層２１を成長させるので、ＯＭＶＰＥ法およびＭＢＥ法は活性層２１の厚みを容易に制御できる。このため、２層以上の井戸層２１ａを複数有する活性層２１を成長できる。
【０１０１】
また、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の厚さＨ１１に対するエピタキシャル層（本実施の形態では活性層２１）の厚さＨ２１（Ｈ２１／Ｈ１１）は、たとえば０．０５以上０．２５以下が好ましく、０．１５以上０．２５以下がより好ましい。この場合、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１上にエピタキシャル層を成長させた状態で、反りが発生するのを緩和することができる。
【０１０２】
このステップＳ７では、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１上には、上述したような活性層２１を含むエピタキシャル層を成長させる。
【０１０３】
具体的には、好ましくは２層以上１００層以下、より好ましくは１０層以上５０層以下の井戸層２１ａおよびバリア層２１ｂをそれぞれ有する活性層２１を形成する。
【０１０４】
また、６ｎｍ以上２μｍ以下の厚みＨ１２を有するように活性層２１を成長することが好ましい。また、３ｎｍ以上２０ｎｍ以下の厚みＨ２１ａを有する井戸層２１ａ、および、５ｎｍ以上１μｍ以下の厚みＨ２１ｂを有するバリア層２１ｂを成長させることが好ましい。
【０１０５】
また、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓなどよりなる井戸層２１ａ、およびＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰなどよりなるバリア層２１ｂを成長させることが好ましい。
【０１０６】
活性層２１は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板となるＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓに対して、格子不整（格子緩和）があっても、なくてもよい。井戸層２１ａが格子不整を有する場合、バリア層２１ｂに逆方向の格子不整をもたせ、エピタキシャルウエハの構造全体としては、圧縮−伸張の結晶歪みをバランスさせてもよい。また、結晶歪量は、格子緩和する限界以下であっても、以上であってもよい。ただし、格子緩和する限界以上の場合、結晶を貫通した転位が発生しやすくなるため、限界以下の方が望ましい。
【０１０７】
一例として、井戸層２１ａにＩｎＧａＡｓを用いる場合を挙げる。ＩｎＧａＡｓは、ＧａＡｓ基板に対し、格子定数が大きいため、一定以上の厚みのエピタキシャル層を成長すると、格子緩和が発生する。そのため、格子緩和が発生する限度以下の厚みとすることで、結晶を貫通した転位の発生を抑制した良好な結晶を得ることができる。
【０１０８】
また、バリア層２１ｂにＧａＡｓＰを用いると、ＧａＡｓＰは、ＧａＡｓ基板に対して格子定数が小さいため、一定以上の厚みのエピタキシャル層を成長すると、格子緩和が発生する。そのため、格子緩和が発生する限度以下の厚みとすることで、結晶を貫通した転位の発生を抑制した良好な結晶を得ることができる。
【０１０９】
最後に、ＧａＡｓ基板に対し、ＩｎＧａＡｓは格子定数が大きく、ＧａＡｓＰが格子定数が小さいという特徴を活用し、井戸層２１ａにＩｎＧａＡｓ、バリア層２１ｂにＧａＡｓＰを用い、結晶全体の格子歪をバランスさせることにより、上記の限度以上まで、格子緩和を発生させず、結晶を貫通した転位の発生を抑制した良好な結晶を得ることができる。
【０１１０】
以上のステップＳ１〜Ｓ５およびＳ７を実施することにより、図１２に示すエピタキシャルウエハ２０ａを製造できる。
【０１１１】
なお、ＧａＡｓ基板１３を除去するステップＳ６をさらに実施してもよい。このステップＳ６は、たとえばエピタキシャル層を成長させるステップＳ７の後に実施されるが、特にこの順序に限定されない。ステップＳ６は、たとえば研磨するステップＳ４と洗浄するステップＳ５との間に実施してもよい。このステップＳ６は、実施の形態２のステップＳ６と同様であるので、その説明を繰り返さない。このステップＳ６を実施した場合には、後述する図１５のエピタキシャルウエハ２０ｂと同様の構造になる。
【０１１２】
以上説明したように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａは、実施の形態１のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａと、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａ上に形成され、かつ活性層２１を含むエピタキシャル層とを備えている。
【０１１３】
また本実施の形態における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａの製造方法は、実施の形態１のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａの製造方法によりＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａを製造する工程（ステップＳ１〜Ｓ６）と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａ上に、ＯＭＶＰＥ法またはＭＢＥ法の少なくとも一方により活性層２１を含むエピタキシャル層を形成する工程（ステップＳ７）とを備えている。
【０１１４】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａおよびその製造方法によれば、裏面１１ｂよりも主表面１１ａのＡｌの組成比ｘが低いＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を備えたＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａ上にエピタキシャル層を形成している。このため、高い透過特性を維持し、かつエピタキシャルウエハ２０ａを用いてデバイスを作製したときに高い特性を有するデバイスとなる、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａを実現することができる。
【０１１５】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａおよびその製造方法において好ましくは、エピタキシャル層においてＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１と接する面（エピタキシャル層の裏面２１ｃ）のＡｌの組成比ｘは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１においてエピタキシャル層と接する面（主表面１１ａ）のＡｌの組成比ｘよりも高い。
【０１１６】
これにより、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１とエピタキシャル層とを一体としてみると、実施の形態１で記述した理由と同様に、エピタキシャルウエハ２０ａの反りを緩和できる。
【０１１７】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａの製造方法において好ましくは、ＧａＡｓ基板１３を準備する工程（ステップＳ１）と、ＧａＡｓ基板１３上に、ＬＰＥ法により、電流を拡散し、かつ活性層からの光を透過させる窓層としてのＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させる工程（ステップＳ２）と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａを研磨する工程（ステップＳ４）と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａ上に、ＯＭＶＰＥ法およびＭＢＥ法の少なくとも一方により、多重量子井戸構造を有し、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１よりもバンドギャップが小さい活性層２１を成長する工程（ステップＳ７）とを備えている。
【０１１８】
ＬＰＥ法によりＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長している（ステップＳ２）ため、成長速度が速い。またＬＰＥ法では、高価な原料ガスおよび高価な装置を用いる必要がないので製造コストが低い。このため、ＯＭＶＰＥ法およびＭＢＥ法よりも、コストを低減して厚みの大きなＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を形成できる。このＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａを研磨することによりＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａの凹凸を低減することができる。このため、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａ上に活性層２１を含むエピタキシャル層を形成する際に、活性層２１を含むエピタキシャル層の異常成長を抑制することができる。また原料ガスの熱分解反応によるＯＭＶＰＥ法または非平衡系で化学反応過程を介さないＭＢＥ法は、膜厚を良好に制御できる。このため、主表面１１ａを研磨するステップＳ４後に、ＯＭＶＰＥ法またはＭＢＥ法により活性層２１を含むエピタキシャル層を形成することにより、異常成長が抑制され、かつ活性層２１の膜厚を良好に制御された、多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有する活性層を形成することができる。
【０１１９】
特に、ＬＥＤは、ＬＤ（レーザーダイオード：Laser Diode）よりも膜厚が小さい場合が多いので、膜厚の制御性が良好なＯＭＶＰＥ法またはＭＢＥ法を用いることにより、多重量子井戸構造を有する活性層２１を含むエピタキシャル層を形成できる。
【０１２０】
また、ＬＰＥ法でＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長するステップＳ２後にＯＭＶＰＥ法またはＭＢＥ法により活性層２１を成長させる。ＬＰＥ法の後にＯＭＶＰＥ法またはＭＢＥ法で活性層２１を成長させれば、活性層２１に長時間の高温の熱が加えられることが防止される。このため、高温の熱によって活性層２１に結晶欠陥が生じるなど結晶性が劣化することを防止でき、かつＬＰＥ法で導入するドーパントが活性層２１へ拡散することを防止できる。
【０１２１】
本実施の形態では、活性層２１を成長させるステップＳ６後に、ＬＰＥ法で用いる高温の雰囲気に活性層２１を曝さないので、たとえばＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１に導入した拡散しやすいｐ型ドーパントが活性層２１内に拡散することを防止できる。このため、活性層２１のＺｎ、Ｍｇ、Ｃなどのｐ型キャリア濃度を、たとえば１×１０18ｃｍ-3以下まで低くできる。このため、活性層２１に、不純物準位が形成されてしまうことなどを防止でき、井戸層２１ａとバリア層２１ｂとのバンドギャップの差を維持できる。
【０１２２】
したがって、性能を向上した多重量子井戸構造を有する活性層２１を形成できるので、ＧａＡｓ基板１３を除去し（ステップＳ７）、かつ電極を形成すると、活性層２１において状態密度を変化することにより、電子と正孔との再結合が効率よく行なわれる。このため、発光効率を向上した赤外ＬＥＤとなるエピタキシャルウエハ２０ａを成長することができる。
【０１２３】
なお、窓層としてのＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１および活性層２１の積層方向（図１において縦方向）と交差する方向（図１において横方向）に電流を拡散するので、光取り出し効率を向上することにより、発光効率を向上できる。
【０１２４】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａの製造方法において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させるステップＳ２と研磨するステップＳ４との間、および研磨するステップＳ４およびエピタキシャル層を成長させるステップＳ７との間の少なくとも一方に、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の表面を洗浄するステップＳ３、Ｓ５をさらに備えている。
【０１２５】
これにより、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１が大気に触れることによって、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１に不純物が付着または混入した場合であっても、その不純物を除去できる。
【０１２６】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａの製造方法において好ましくは、洗浄するステップＳ３、Ｓ５では、アルカリ系溶液を用いて主表面１１ａを洗浄する。
【０１２７】
これにより、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１に不純物が付着または混入した場合には、より効果的に不純物をＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１から除去できる。
【０１２８】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａおよびその製造方法において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の厚みＨ１１は、１０μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上１４０μｍ以下であることがより好ましい。
【０１２９】
厚みＨ１１が１０μｍ以上の場合、発光効率を向上できる。厚みＨ１１が２０μｍ以上の場合、発光効率をより向上できる。厚みＨ１１が１０００μｍ以下の場合、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を形成するために要するコストを低減できる。厚みＨ１１が１４０μｍ以下の場合、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を形成するために要するコストをより低減できる。
【０１３０】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａおよびその製造方法において好ましくは、活性層２１は、井戸層２１ａと、井戸層２１ａよりもバンドギャップの大きいバリア層２１ｂとが交互に配置され、１０層以上５０層以下の井戸層２１ａおよびバリア層２１ｂをそれぞれ有している。
【０１３１】
１０層以上の場合、発光効率をより向上できる。５０層以下の場合、活性層２１を形成するために要するコストを低減できる。
【０１３２】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａおよびその製造方法において好ましくは、発光波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられるエピタキシャルウエハおよびその製造方法であって、活性層２１内の井戸層２１ａはＩｎ含む材料を有し、井戸層２１ａの層数が４層以下である。発光波長は９４０ｎｍ以上であることがより好ましい。
【０１３３】
本発明者は、Ｉｎを含む材料を有し、４層以下の井戸層を有する活性層２１を形成することによって、格子緩和が抑制されることを見い出した。このため、波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いることができるエピタキシャルウエハを実現することができる。
【０１３４】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａおよびその製造方法において好ましくは、井戸層２１ａは、インジウムの組成比が０．０５以上のＩｎＧａＡｓである。
【０１３５】
これにより、波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられる有用なエピタキシャルウエハ２０ａを実現することができる。
【０１３６】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａおよびその製造方法において好ましくは、発光波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられるエピタキシャルウエハおよびその製造方法であって、活性層２１内のバリア層２１ｂはＰを含む材料を有し、バリア層２１ｂの層数が３層以上である。
【０１３７】
本発明者は、Ｐを含む材料を有する活性層２１を形成することによって、格子緩和が抑制されることを見い出した。このため、波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いることができるエピタキシャルウエハを実現することができる。
【０１３８】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハおよびその製造方法において好ましくは、バリア層２１ｂは、Ｐの組成比が０．０５以上のＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＡｓＰである。
【０１３９】
これにより、波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられる有用なエピタキシャルウエハ２０ａを実現することができる。
【０１４０】
（実施の形態４）
図１５を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｂについて説明する。
【０１４１】
図１５に示すように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ２０ｂは、実施の形態２における図１０に示すＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂと、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａ上に形成された活性層２１を含むエピタキシャル層とを備えている。
【０１４２】
また本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ２０ｂは、実施の形態３に示すエピタキシャルウエハ２０ａと基本的には同様の構成を備えているが、ＧａＡｓ基板１３を備えていない点において異なる。
【０１４３】
続いて、図１６を参照して、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ２０ｂの製造方法について説明する。
【０１４４】
図１６に示すように、まず、実施の形態２におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂの製造方法によりＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂを製造する（ステップＳ１〜Ｓ６）。
【０１４５】
次に、実施の形態３と同様に、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａ上に、ＯＭＶＰＥ法により活性層２１を含むエピタキシャル層を形成する（ステップＳ７）。
【０１４６】
以上のステップＳ１〜Ｓ７を実施することにより、図１５に示す赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｂを製造することができる。
【０１４７】
なお、これ以外の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハおよびその製造方法は、実施の形態３における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａおよびその製造方法の構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【０１４８】
以上説明したように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｂは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａ上に形成され、かつ活性層２１を含むエピタキシャル層とを備えている。
【０１４９】
また本実施の形態における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｂの製造方法は、ＧａＡｓ基板１３を除去する工程（ステップＳ６）をさらに備えている。
【０１５０】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｂおよびその製造方法によれば、可視光を吸収するＧａＡｓ基板が除去されたＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１３を用いている。このため、エピタキシャルウエハ２０ｂに電極をさらに形成すると、高い透過特性を維持し、かつ高いデバイス特性を維持した赤外ＬＥＤとなるエピタキシャルウエハ２０ｂを実現することができる。
【０１５１】
（実施の形態５）
図１７を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｃについて説明する。
【０１５２】
図１７に示すように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ２０ｃは、基本的には実施の形態４におけるエピタキシャルウエハ２０ｂと同様の構成を備えているが、エピタキシャル層がコンタクト層２３をさらに含んでいる点において異なる。つまり、本実施の形態では、エピタキシャル層は、活性層２１と、コンタクト層２３とを含んでいる。
【０１５３】
具体的には、エピタキシャルウエハ２０ｃは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１上に形成された活性層２１と、活性層２１上に形成されたコンタクト層２３とを備えている。
【０１５４】
コンタクト層２３は、たとえばｐ型ＧａＡｓよりなり、０．０１μｍ以上の厚みＨ２３を有している。
【０１５５】
続いて、本実施の形態における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｃの製造方法について説明する。本実施の形態における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｃの製造方法は、実施の形態４におけるエピタキシャルウエハ２０ｂの製造方法と同様の構成を備えているが、エピタキシャル層を形成するステップＳ７がコンタクト層２３を形成するステップをさらに含んでいる点において異なる。
【０１５６】
具体的には、活性層２１を成長させた後に、活性層２１の表面上にコンタクト層２３を形成する。コンタクト層２３の形成方法は特に限定されないが、厚みの薄い層を形成できるため、ＯＭＶＰＥ法およびＭＢＥ法の少なくとも一方、あるいはその組み合わせにより成長することが好ましい。活性層２１と連続して成長できるため、活性層２１と同じ方法で成長させることがより好ましい。
【０１５７】
なお、これ以外の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハおよびその製造方法は、実施の形態４における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｂおよびその製造方法の構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【０１５８】
なお、本実施の形態における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｃおよびその製造方法は実施の形態４だけでなく実施の形態３にも適用することができる。
【０１５９】
（実施の形態６）
図１８を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａについて説明する。図１８に示すように、本実施の形態にける赤外ＬＥＤ３０ａは、実施の形態５における図１７に示す赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｃと、このエピタキシャルウエハ２０ｃの表面２０ｃ１および裏面２０ｃ２にそれぞれ形成された電極３１、３２と、ステム３３とを備えている。
【０１６０】
エピタキシャルウエハ２０ｃの表面２０ｃ１（本実施の形態ではコンタクト層２３）に電極３１が接して設けられており、裏面２０ｃ２（本実施の形態ではＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１）には電極３２が接して設けられている。電極３１においてエピタキシャルウエハ２０ｃと反対側には、ステム３３が接して設けられている。
【０１６１】
具体的には、ステム３３は、たとえば鉄系材料よりなる。電極３１は、たとえばＡｕ（金）Ｚｎ（亜鉛）との合金よりなるｐ型電極である。この電極３１は、ｐ型のコンタクト層２３に対して形成されている。このコンタクト層２３は、活性層２１の上部に形成されている。この活性層２１は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の上部に形成されている。このＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１上に形成された電極３２は、たとえばＡｕとＧｅ（ゲルマニウム）との合金よりなるｎ型電極である。
【０１６２】
続いて、図１９を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａの製造方法について説明する。
【０１６３】
まず、実施の形態３における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａの製造方法（ステップＳ１〜Ｓ５、Ｓ７）により、エピタキシャルウエハ２０ａを製造する。なお、エピタキシャル層を成長させるステップＳ７では、活性層２１およびコンタクト層２３を形成する。次に、ＧａＡｓ基板を除去する（ステップＳ６）。なお、このステップＳ６を実施すると、図１７に示す赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｃを製造できる。
【０１６４】
次に、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｃの表面２０ｃ１および裏面２０ｃ２に電極３１、３２を形成する（ステップＳ１１）。具体的には、たとえば蒸着法により、表面２０ｃ１上にＡｕとＺｎとを蒸着して、また、裏面２０ｃ２上にＡｕとＧｅとを蒸着した後、合金化を施して、電極３１、３２を形成する。
【０１６５】
次に、このＬＥＤを実装する（ステップＳ１２）。具体的には、たとえば、電極３１側を下にして、ステム３３の上にＡｇペーストなどのダイボンド剤やＡｕＳｎなどの共晶合金でダイボンディングを行なう。
【０１６６】
上記ステップＳ１〜Ｓ１２を実施することにより、図１８に示す赤外ＬＥＤ３０ａを製造することができる。
【０１６７】
なお、本実施の形態では実施の形態５における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｃを用いる場合について説明したが、実施の形態３および４の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａ、２０ｂを適用することも可能である。ただし、赤外ＬＥＤ３０ａを完成する前に、ＧａＡｓ基板１３を除去するステップＳ６は実施されてもよい。また、ＧａＡｓ基板１３が除去されない場合には、ＧａＡｓ基板１３の裏面に電極が形成されてもよい。
【０１６８】
以上説明したように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａは、実施の形態２におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂと、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａ上に形成され、かつ活性層２１を含むエピタキシャル層と、エピタキシャル層の表面２０ｃ１に形成された第１の電極３１と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の裏面２０ｃ２に形成された第２の電極３２とを備えている。
【０１６９】
また本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａは、実施の形態２のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂの製造方法によりＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂを製造する工程（ステップＳ１〜Ｓ６）と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａ上にＯＭＶＰＥ法により活性層２１を含むエピタキシャル層を形成する工程（ステップＳ７）と、エピタキシャルウエハ２０ｃの表面２０ｃ１に第１の電極３１を形成する工程（ステップＳ１１）と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の裏面１１ｂに第２の電極３２を形成する工程（ステップＳ１１）とを備えている。
【０１７０】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａおよびその製造方法によれば、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１のＡｌの組成比ｘを制御したＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ｂを用いているので、高い透過特性を維持し、かつデバイスを作製したときに高い特性を有する赤外ＬＥＤ３０ａを実現できる。
【０１７１】
また活性層２１側に電極３１を形成し、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１側に電極３２を形成している。この構造によれば、電極３２からＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１によって赤外ＬＥＤ３０ａの全面に渡って電流をより拡散することができる。このため、発光効率をより向上した赤外ＬＥＤ３０ａが得られる。
【０１７２】
（実施の形態７）
図２０を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂについて説明する。図２０に示すように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂは、基本的には実施の形態６における赤外ＬＥＤ３０ａと同様の構成を備えているが、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１側がステム３３に配置されている点において異なる。
【０１７３】
具体的には、エピタキシャルウエハ２０ｃの表面２０ｃ１（本実施の形態ではコンタクト層２３）に電極３１が接して設けられており、裏面２０ｃ２（本実施の形態ではＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１）に電極３２が接して設けられている。
【０１７４】
電極３１は、光を取り出すために、エピタキシャルウエハ２０ｃの表面２０ｃ１の一部を覆っている。このため、エピタキシャルウエハ２０ｃの表面２０ｃ１の残部は露出している。電極３２は、エピタキシャルウエハ２０ｃの裏面２０ｃ２の全面を覆っている。
【０１７５】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂの製造方法は、基本的には実施の形態６における赤外ＬＥＤ３０ａの製造方法と同様の構成を備えているが、上述したような電極３１、３２を形成するステップＳ１１において異なる。
【０１７６】
なお、これ以外の赤外ＬＥＤ３０ｂおよびその製造方法は、実施の形態６における赤外ＬＥＤ３０ａおよびその製造方法の構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【０１７７】
また、ＧａＡｓ基板１３が除去されない場合には、ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂに電極が形成されてもよい。実施の形態３のエピタキシャルウエハ２０ａにおいてエピタキシャル層がコンタクト層をさらに含んでいるエピタキシャルウエハを用いて赤外ＬＥＤを形成した場合、代表例として図２７に示す赤外ＬＥＤ３０ｃのような構造になる。この場合、図２７に示すように、ＧａＡｓ基板１３側にステム３３を配置する。この変形例として、ＧａＡｓ基板１３側がステム３３と反対側に位置していてもよい。
【実施例１】
【０１７８】
本実施例では、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１において、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘは、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高いことによる効果について調べた。具体的には、実施の形態１におけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａの製造方法にしたがって、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａを製造した。
【０１７９】
より具体的には、ＧａＡｓ基板１３を準備した（ステップＳ１）。次に、このＧａＡｓ基板１３上に、ＬＰＥ法でＡｌの組成比ｘが０≦ｘ≦１の種々のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させた（ステップＳ２）。
【０１８０】
このＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１について、発光波長が８５０ｎｍ、８８０ｎｍおよび９４０ｎｍのときの透過特性および表面の酸素量について調べた。これらの特性を確認するために、図１のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１が深さ方向にＡｌの組成比が均一となるように、８０μｍ〜１００μｍの厚みで作成し、図１１のフローのようにＧａＡｓ基板１３を除去し、図１０の状態にし、透過率特性を透過率測定器にて測定した。酸素量は、同じ試料を図１４のフローに従い作成し、ＯＭＶＰＥ法でエピタキシャル層を成長し、ＧａＡｓ基板１３を除去する前に、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａについて、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析）により測定した。その結果を図２１および図２２に示す。
【０１８１】
図２１において、縦軸はＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１のＡｌの組成比ｘを示し、横軸は透過特性を示す。この透過特性は図２１において右に位置するほど良好である。また発光波長が８８０ｎｍの場合を見ると、より低Ａｌ組成でも透過特性が良好であることがわかった。また、発光波長が９４０ｎｍの場合、より低Ａｌ組成でも透過率の低下が起こりにくいことが確認できた。
【０１８２】
次に、図２２において、縦軸はＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１のＡｌの組成比ｘを示し、横軸は表面の酸素量を示す。この酸素量は図２２において左に位置するほど良好である。なお、発光波長が８５０ｎｍ、８８０ｎｍおよび９４０ｎｍのときの表面の酸素量は同じであった。
【０１８３】
ここで、本実施例では、上記のように、深さ方向にＡｌ組成比が均一となるとうにＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を作成したが、酸素量は主に、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａのＡｌ組成比で決まるため、図２〜図５で示すようにＡｌ組成比に勾配を持っている場合でも、主表面でのＡｌ組成比と相関が強いことが上記と同様の実験により確認されている。
【０１８４】
同様の傾向が透過特性についても当てはまり、透過特性は、図２〜図５で示すようにＡｌ組成比に勾配を持っている場合、最もＡｌ組成比が低い部分に影響される。具体的には、図２〜図５のような勾配を持つ場合、勾配のパタン（層数、各層の勾配、厚み）、勾配（△Ａｌ／距離）が同じ場合には、層中での平均的なＡｌ組成比の大小に透過特性との相関が強い。
【０１８５】
図２１に示すように、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１のＡｌの組成比ｘが高いほど、透過特性が向上することがわかった。また図２２に示すように、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１のＡｌの組成比ｘが低いほど、主表面に含まれるの酸素量を低減できることがわかった。
【０１８６】
以上より、本実施例によれば、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１において、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘを高くすることにより高い透過特性を維持し、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘを低くすることにより主表面の酸素量を低減できることがわかった。
【実施例２】
【０１８７】
本実施例では、裏面１１ｂ側の面から主表面１１ａ側の面に向けてＡｌの組成比ｘがそれぞれ単調減少している複数の層をＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１が備えていることの効果について調べた。具体的には、実施の形態１における図１に示すＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａの製造方法にしたがって、３２種類のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａを製造した。
【０１８８】
より具体的には、２インチおよび３インチのＧａＡｓ基板を準備した（ステップＳ１）。
【０１８９】
次に、徐冷法によりＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させた（ステップＳ２）。このステップＳ２では、図２に示すようにＡｌの組成比ｘが成長方向に向けて常に減少している層を１層以上含むように成長させた。詳細には、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａのＡｌ組成比ｘ（Ａｌ組成比ｘの最小値）、各層において裏面１１ｂ側の面のＡｌ組成比ｘと主表面１１ａ側の面のＡｌ組成比ｘとの差（Ａｌ組成比ｘの差）、裏面１１ｂ側の面から主表面１１ａ側の面に向けてＡｌの組成比ｘがそれぞれ単調減少している層の数（層数）が下記の表に示すように３２種類のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長させた。これにより、３２種類のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａを製造した。
【０１９０】
これらのＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａについて、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａに発生した反りを凸面を上面としたＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａと、平行台との隙間を、厚みゲージを用いて測定した。その結果を下記の表１に示す。表１中、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａに生じた反りが、２インチのＧａＡｓ基板を用いたときに２００μｍ以下で、かつ３インチのＧａＡｓ基板を用いたときに３００μｍ以下の場合は○、２インチのＧａＡｓ基板を用いたときに２００μｍを超え、かつ３インチのＧａＡｓ基板を用いたときに３００μｍを超えた場合は×とした。
【０１９１】
【表１】
2010016353.tif 000003
【０１９２】
表１に示すように、主表面１１ａのＡｌ組成比ｘに関わらず、単調減少している層中のＡｌ組成比ｘの差が小さいほど、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａに反りは生じにくかった。Ａｌ組成比ｘの差が０．１５以上０．３５未満の場合には、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１が単調減少している層を多く含むことにより、反りが緩和できることがわかった。このことから、Ａｌ組成比ｘの差が０．１５以下と小さい場合であって、反りをさらに低減する場合には、単調減少する層数を増やすことが有効であることが推定される。またＡｌ組成比ｘの差が０．３５以上の場合でも、単調減少する層数を５層以上に増やすことで、反りを緩和できることが推定される。なお、２インチおよび３インチのＧａＡｓ基板を用いても、特性に差はなかった。
【０１９３】
以上説明したように、本実施例によれば、裏面１１ｂ側の面から主表面１１ａ側の面に向けてＡｌの組成比ｘがそれぞれ単調減少している複数の層をＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１が含んでいることにより、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板１０ａの反りを緩和できることが確認できた。
【実施例３】
【０１９４】
本実施例では、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハが多重量子井戸構造の活性層を備えることの効果、および、バリア層および井戸層の好ましい層数について調べた。
【０１９５】
本実施例では、多重量子井戸構造の活性層２１の厚みおよび層数のみを変更した図２３に示す４種類のエピタキシャルウエハ４０を成長した。
【０１９６】
具体的には、まず、ＧａＡｓ基板１３を準備した（ステップＳ１）。次に、ＯＭＶＰＥ法により、ｎ型クラッド層４１、アンドープガイド層４２、活性層２１、アンドープガイド層４３、ｐ型クラッド層４４、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１およびコンタクト層２３をこの順で成長した。各層の成長温度は、７５０℃であった。ｎ型クラッド層４１は０．５μｍの厚みを有し、Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓよりなり、アンドープガイド層４２は０．０２μｍの厚みを有し、Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓよりなり、アンドープガイド層４３は０．０２μｍの厚みを有し、Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓよりなり、ｐ型クラッド層４４は０．５μｍの厚みを有し、Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓよりなり、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１は２μｍの厚みを有し、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓよりなり、コンタクト層２３は０．０１μｍの厚みを有し、ｐ型ＧａＡｓよりなっていた。また、活性層２１は、発光波長８４０ｎｍ〜８６０ｎｍとし、７．５ｎｍの厚みを有し、ＧａＡｓよりなる井戸層と、５ｍｍの厚みを有し、Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓよりなるバリア層とを、それぞれ２層、１０層、２０層および５０層有している多重量子井戸構造（ＭＱＷ）であった。
【０１９７】
また、本実施例では、赤外ＬＥＤ用の別のエピタキシャルウエハとして、発光波長が８７０ｎｍで、０．５μｍの厚みを有する井戸層のみからなる活性層を備えた点のみ異なるダブルへテロ構造のエピタキシャルウエハを成長した。
【０１９８】
成長したそれぞれのエピタキシャルウエハについて、ＧａＡｓ基板を除去せずに、エピタキシャルウエハをそれぞれ作製した。次に、コンタクト層２３上にＡｕＺｎよりなる電極を、ｎ型ＧａＡｓ基板１３上にＡｕＧｅよりなる電極を、それぞれ蒸着法により形成した。これにより、赤外ＬＥＤが得られた。
【０１９９】
それぞれの赤外ＬＥＤについて、定電流源と光出力測定器（積分球）とにより、電流を２０ｍＡ流した時の光出力を測定した。その結果を図２４に示す。なお、図２４の横軸において、「ＤＨ」はダブルへテロ構造を有するＬＥＤを意味し、「ＭＱＷ」とは活性層において井戸層およびバリア層を備えたＬＥＤを意味し、層数は井戸層およびバリア層のそれぞれの層数を意味する。
【０２００】
図２４に示すように、ダブルへテロ構造を有するＬＥＤに比べて多重量子井戸層を有する活性層を備えたＬＥＤは光出力を向上できることがわかった。特に、井戸層およびバリア層が１０層以上５０層以下のＬＥＤは、光出力を大幅に向上できることがわかった。
【０２０１】
ここで、本実施例では、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１をＯＭＶＰＥ法により製造したが、ＯＭＶＰＥ法は実施例１などのようにＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の厚みが大きい場合には成長させるために非常に時間を要する。この点を除けば、形成した赤外ＬＥＤの特性は本発明のＬＰＥ法およびＯＭＶＰＥ法を用いた赤外ＬＥＤと同様であるので、本発明の赤外ＬＥＤに適用できる。なお、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の厚みが大きい場合には、ＬＰＥ法を用いることで、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の成長させるために要する時間を短縮することができる効果をさらに奏する。
【０２０２】
また、本実施例では、赤外ＬＥＤ用のさらに別のエピタキシャルウエハとして、発光波長が９４０ｎｍで、井戸層にＩｎＧａＡｓを有する井戸層を含む活性層を備えた点のみ異なる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）のエピタキシャルウエハを成長した。井戸層のＩｎＧａＡｓにおいて、厚みは２ｎｍ〜１０ｎｍで、Ｉｎの組成比は０．０１〜０．０３よりなっていた。また、バリア層はＡｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓよりなっていた。
【０２０３】
このエピタキシャルウエハについても上記と同様に、電極を形成して、赤外ＬＥＤを作成した。この赤外ＬＥＤについても、上記と同様に光出力を測定した結果、発光波長が９４０ｎｍの光出力を得た。
【０２０４】
なお、バリア層については、ＧａＡｓ0.90Ｐ0.10、ないし、Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ0.90Ｐ0.10であっても、同様の結果を有することは、実験により確認されている。また、Ｉｎの組成比、Ｐの組成比についても、任意に調整可能であることも実験により確認されている。
【０２０５】
以上より、発光波長が８４０ｎｍ以上８９０ｎｍ以下の場合、ＧａＡｓを井戸層とするＭＱＷを活性層として用い、また、発光波長が８６０ｎｍ以上８９０ｎｍ以下の場合、ＧａＡｓよりなるダブルへテロ（ＤＨ）構造が適用可能であることが確認できた。さらに、発光波長が８５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の場合、ＩｎＧａＡｓよりなる井戸層により活性層が作成可能であることが確認できた。
【実施例４】
【０２０６】
本実施例では、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハにおけるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の厚みの効果的な範囲について調べた。
【０２０７】
本実施例では、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の厚みのみを変更した図２５に示す５種類のエピタキシャルウエハ５０を成長した。
【０２０８】
具体的には、まず、ＧａＡｓ基板１３を準備した（ステップＳ１）。次に、ＬＰＥ法により、２μｍ、１０μｍ、２０μｍ、１００μｍおよび１４０μｍの厚みを有し、Ｚｎをドーパントとしたｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65ＡｓよりなるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１をそれぞれ形成した（ステップＳ２）。ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長したＬＰＥ法の成長温度は７８０℃であり、成長速度は平均４μｍ／Ｈであった。次に、塩酸および硫酸を用いてＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａを洗浄した（ステップＳ３）。次に、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａを化学機械研磨によって研磨した（ステップＳ４）。次に、アンモニアと過酸化水素とを用いてＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａを洗浄した（ステップＳ５）。次に、ＯＭＶＰＥ法によりｐ型クラッド層４１、アンドープガイド層４２、活性層２１、アンドープガイド層４３、ｎ型クラッド層４４およびｎ型コンタクト層２３を順に成長した（ステップＳ６）。これらの層を成長したＯＭＶＰＥ法の成長温度は７５０℃であり、成長速度は１〜２μｍ／Ｈであった。なお、ｐ型クラッド層４１、アンドープガイド層４２、アンドープガイド層４３、ｎ型クラッド層４４およびコンタクト層２３は、実施例３と同様の厚みおよび材料（ドーパント以外）とした。また、活性層２１は、７．５ｎｍの厚みを有し、ＧａＡｓよりなる井戸層と、５ｎｍの厚みを有し、Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓよりなるバリア層とを、それぞれ２０層有する活性層２１を成長した。
【０２０９】
次に、ＧａＡｓ基板１３を除去した（ステップＳ７）。これにより、５種類の厚みを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を備えた赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハを製造した。
【０２１０】
次に、コンタクト層２３上にＡｕＧｅよりなる電極を、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の裏面１１ｂ上にＡｕＺｎよりなる電極を、それぞれ蒸着法により形成した。これにより、赤外ＬＥＤを製造した。
【０２１１】
それぞれの赤外ＬＥＤについて、実施例３と同様に光出力を測定した。その結果を図２６に示す。
【０２１２】
図２６に示すように、２０μｍ以上１４０μｍ以下の厚みを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を備えた赤外ＬＥＤは、光出力を大きく向上することができ、１００μｍ以上１４０μｍ以下の厚みを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を備えた赤外ＬＥＤは、光出力を非常に大きく向上することができた。
【０２１３】
なお２０μｍ以下でＧａＡｓ基板１３を除去した効果が見えていないのは、発光像観察より発光面積の広がりにほとんど変化がないためと考える。それはＺｎドーパントのｐ型ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１では移動度が低いため電流が拡散してないためである。それは、Ｔｅドーパントのｎ型ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１とすることで移動度が高くなり改善できる。後述の実施例５で、Ｔｅドーパントにすることで発光像が広がり出力の向上が見られた。
【実施例５】
【０２１４】
本実施例では、本発明の赤外ＬＥＤによる活性層への拡散が小さいことの効果について調べた。
【０２１５】
（試料１）
試料１の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハは、以下のように製造した。具体的には、まず、ＧａＡｓ基板１３を準備した（ステップＳ１）。次に、ＬＰＥ法により、Ｔｅがドーピングされ、２０μｍの厚みを有し、ｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65ＡｓよりなるＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長した（ステップＳ２）。次に、塩酸と硫酸とを用いて、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａを洗浄した（ステップＳ３）。次に、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａを化学機械研磨によって研磨した（ステップＳ４）。次に、アンモニアと過酸化水素とを用いて、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａを洗浄した（ステップＳ５）。次に、ＯＭＶＰＥ法により、図２５に示すように、Ｓｉがドーピングされたｎ型クラッド層４１、アンドープガイド層４２、活性層２１、アンドープガイド層４３およびＺｎがドーピングされたｐ型クラッド層４４およびｐ型コンタクト層２３を順に成長した（ステップＳ６）。なお、ｎ型クラッド層４１、アンドープガイド層４２、アンドープガイド層４３およびｐ型クラッド層４４の厚みおよびドーパント以外の材料は、実施例３と同様にした。また、活性層２１は、７．５ｎｍの厚みを有し、ＧａＡｓよりなる井戸層と、５ｎｍの厚みを有し、Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓよりなるバリア層とを、それぞれ２０層有する活性層２１を成長した。なお、ＬＰＥ法およびＯＭＶＰＥ法での成長温度および成長速度は、実施例４と同様とした。
【０２１６】
次に、ＧａＡｓ基板１３を除去した（ステップＳ７）。これにより、試料１の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハを製造した。
【０２１７】
次に、ｐコンタクト層２３上にＡｕＺｎよりなる電極を、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１下にＡｕＧｅよりなる電極を、それぞれ蒸着法により形成した（ステップＳ１１）。これにより、赤外ＬＥＤを製造した。
【０２１８】
（試料２）
試料２は、まず、ＧａＡｓ基板１３を準備した（ステップＳ１）。次に、ＯＭＶＰＥ法により、ｐ型クラッド層４４、アンドープガイド層４３、活性層２１、アンドープガイド層４２およびｎ型クラッド層４１をこの順で、試料１と同様に成長した。次に、ＬＰＥ法でＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を形成した。ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の厚みおよび材料は、試料１と同様にした。
【０２１９】
次に、試料１と同様にＧａＡｓ基板１３を除去して、試料２の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハを製造した。
【０２２０】
次に、試料１と同様にエピタキシャルウエハの表面および裏面に電極を形成して、試料２の赤外ＬＥＤを製造した。
【０２２１】
（測定方法）
試料１および試料２の赤外ＬＥＤについて、Ｚｎの拡散長および光出力を測定した。具体的には、活性層とガイド層との界面におけるＺｎの濃度をＳＩＭＳにより測定し、さらに、このＺｎの濃度が１／１０以下になる活性層内の位置をＳＩＭＳにより測定し、活性層とガイド層との界面から活性層への距離をＺｎの拡散長とした。また、光出力は実施例３と同様に測定した。その結果を下記の表２に記載する。
【０２２２】
【表２】
2010016353.tif 000004
【０２２３】
（測定結果）
表２に示すように、ＬＰＥ法によりＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を成長した後にＯＭＶＰＥ法で活性層を成長した試料１では、活性層よりも先に形成したＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１にドーピングされたＺｎが活性層内に拡散することを防止でき、かつ活性層２１中のＺｎ濃度を低減できた。この結果、試料１の赤外ＬＥＤは、試料２に比べて光出力を大幅に向上できた。
【０２２４】
以上より、本実施例によれば、ＬＰＥ法によりＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を形成した（ステップＳ２）後に、活性層を含むエピタキシャル層を形成する（ステップＳ７）ことにより、光出力を向上できることが確認できた。
【実施例６】
【０２２５】
本実施例では、９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤを作成できることの効果について調べた。
本実施例では、実施例４の赤外ＬＥＤの製造方法と同様に製造したが、活性層２１においてのみ異なっていた。具体的には、本実施例では、６ｎｍの厚みを有し、Ｉｎ0.12Ｇａ0.88Ａｓよりなる井戸層と、１２ｎｍの厚みを有し、ＧａＡｓ0.9Ｐ0.1よりなるバリア層とを、それぞれ２０層ずつ有する活性層２１を成長した。
【０２２６】
この赤外ＬＥＤについて、発光波長を測定した。その結果を図２８に示す。図２８に示すように、発光波長が９４０ｎｍの赤外ＬＥＤを製造できることが確認できた。
【実施例７】
【０２２７】
本実施例では、９００ｎｍ以上の発光波長の赤外ＬＥＤに用いられるエピタキシャルウエハの条件について調べた。
【０２２８】
（本発明例１〜４）
本発明例１〜４の赤外ＬＥＤは、実施例６の赤外ＬＥＤの製造方法と同様に製造したが、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１および活性層２１においてのみ異なっていた。具体的には、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の平均的なＡｌの組成比を下記の表３に記載の通りにした。ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面および裏面のＡｌ組成比を、一例として（裏面、主表面）の順で挙げると、０．０５の場合（０．１０、０．０１）、０．１５の場合（０．２５、０．０５）、０．２５の場合（０．３５、０．１５）、０．３５の場合（０．４０、０．３０）である。ただし、平均的Ａｌ組成比および（裏面、主表面）の組成比は任意に調整可能である。なお、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１において裏面から主表面に向けてＡｌの組成比は単調減少していた。また、活性層２１は、ＩｎＧａＡｓ層よりなる井戸層と、ＧａＡｓよりなるバリア層とを、それぞれ５層ずつ有する活性層２１を成長した。この赤外ＬＥＤは、８９０ｎｍの発光波長を有していた。
【０２２９】
（本発明例５〜８）
本発明例５〜８の赤外ＬＥＤは、本発明例１〜４の赤外ＬＥＤの製造方法と同様に製造したが、発光波長が９４０ｎｍである点において異なっていた。
【０２３０】
（比較例１、２）
比較例１、２の赤外ＬＥＤは、本発明例１〜４、本発明例５〜８の赤外ＬＥＤとそれぞれ同様に製造したが、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を備えていない点において異なっていた。つまり、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を形成せず、かつＧａＡｓ基板を除去しなかった。
【０２３１】
（測定方法）
本発明例１〜８および比較例１、２の赤外ＬＥＤについて、格子緩和を測定した。格子緩和は、ＰＬ法、Ｘ線回折法、表面の目視検査により行った。格子緩和しているエピタキシャルウエハを赤外ＬＥＤに作製すると、暗線（ダークライン）として確認された。また、本発明例１〜８および比較例１、２の赤外ＬＥＤについて、実施例３と同様に光出力を測定した。その結果を下記の表３に示す。
【０２３２】
【表３】
2010016353.tif 000005
【０２３３】
表３に示すように、発光波長が８９０ｎｍの赤外ＬＥＤでは、基板がＧａＡｓ基板であってもＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層であっても、格子緩和（格子不整）がなかった。また、ＧａＡｓ基板のみからなる比較例２の赤外ＬＥＤでは、発光波長が９４０ｎｍであっても、格子緩和がなかった。しかし、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板としてＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を備え、発光波長が９４０ｎｍの本発明例５〜８の赤外ＬＥＤでは、格子緩和があった。このように、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板としてＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１を備えた赤外ＬＥＤにおいては、格子緩和がない赤外ＬＥＤの出力が５ｍＷ〜６ｍＷに対して、格子緩和がある赤外ＬＥＤの出力は２〜３．５ｍＷと低く、同一のウエハ面内でもばらつきが大きいことがわかった。より具体的には、２〜４インチφのウエハ径を有するウエハでの測定ばらつきである。
【０２３４】
このことから、ＧａＡｓ基板上で適用できた技術は、発光波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いるエピタキシャルウエハには適用できないことがわかった。
【０２３５】
そこで、本発明者は、発光波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いるエピタキシャルウエハにおいて、格子緩和が抑制される条件を下記のように鋭意研究した。
【０２３６】
具体的には、以下のように、本発明例９〜２４および比較例３〜６の発光波長が９４０ｎｍの赤外ＬＥＤを製造した。
【０２３７】
（本発明例９〜１２）
本発明例９〜１２の赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例５〜８の赤外ＬＥＤと同様に製造したが、井戸層およびバリア層の層数をそれぞれ３層ずつにした点において異なっていた。この井戸層のＩｎの組成比は、０．１２であった。
【０２３８】
（本発明例１３〜１６）
本発明例１３〜１６の赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例５〜８の赤外ＬＥＤと同様に製造したが、バリア層をＧａＡｓＰとし、井戸層およびバリア層の層数を３層ずつにした点において異なっていた。このバリア層のＰの組成比は、０．１０であった。
【０２３９】
（本発明例１７〜２０）
本発明例１７〜２０の赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１３〜１６の赤外ＬＥＤと同様に製造したが、井戸層およびバリア層の層数を１０層ずつにした点において異なっていた。
【０２４０】
（本発明例２１〜２４）
本発明例２１〜２４の赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例５〜８の赤外ＬＥＤと同様に製造したが、バリア層をＡｌＧａＡｓＰとし、井戸層およびバリア層の層数を２０層ずつにした点において異なっていた。このバリア層のＰの組成比は、０．１０であった。
【０２４１】
（比較例３〜６）
比較例３の赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例９〜１２、本発明例１３〜１６、本発明例１７〜２０、本発明例２１〜２４の赤外ＬＥＤとそれぞれ同様に製造したが、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板としてＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を備えていないＧａＡｓ基板を用いた点において異なっていた。
【０２４２】
（測定方法）
上記方法と同様に、格子緩和および光出力を測定した。その結果を下記の表４に示す。
【０２４３】
【表４】
2010016353.tif 000006
【０２４４】
（測定結果）
表４に示すように、活性層２１内の井戸層がＩｎを含むＩｎＧａＡｓを有し、井戸層の層数が４層以下である本発明例９〜１２は、格子緩和が生じなかった。
【０２４５】
また、活性層内のバリア層がＰを含むＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＡｓＰを有し、バリア層の層数が３層以上である本発明例１３〜２４は、格子緩和が生じなかった。
【０２４６】
以上より、本実施例によれば、発光波長が９００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤに用いられるエピタキシャルウエハにおいて、活性層内の井戸層はＩｎを含む材料を有し、井戸層の層数が４層以下である場合、および、活性層内のバリア層はＰを含む材料を有し、バリア層の層数が３層以上である場合には、格子不整を抑制できることを見い出した。
【０２４７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０２４８】
１０ａ，１０ｂ  ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板、１１  ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層、１１ａ，１３ａ  主表面、１１ｂ，１３ｂ，２０ｃ２，２１ｃ  裏面、１３  ＧａＡｓ基板、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，４０，５０  エピタキシャルウエハ、２０ｃ１  表面、２１  活性層、２１ａ  井戸層、１２ｂ  バリア層、２３  コンタクト層、３０ａ，３０ｂ、３０ｃ  ＬＥＤ、３１，３２  電極、３３  ステム、４１，４４  クラッド層、４２，４３  アンドープガイド層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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