(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面に電極を有するｎ型導電性のＧａＡｓウェハからなる基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層と、該ｎ型クラッド層よりバンドギャップエネルギーが小さいＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる活性層と、該活性層よりバンドギャップエネルギーが大きいｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｐ型クラッド層と、ｐ型電流拡散層とが順次積層され、該ｐ型電流拡散層の表面の一部に電極が設けられたＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいて、上記ｐ型電流拡散層の上面、及び側面の一部からなる逆凹形状部分におけるキャリア濃度が、該ｐ型電流拡散層の逆凹形状部分以外の部分におけるキャリア濃度よりも高いことを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード。
【請求項２】
上記ｐ型電流拡散層がＧａＰか、あるいはＡｌＧａＡｓからなる請求項１に記載のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード。
【請求項３】
上記ｐ型電流拡散層の上面及び側面の高キャリア濃度化が、Ｚｎ添加で行われた請求項１に記載のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード。
【請求項４】
上記ｐ型電流拡散層の上面及び側面のキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上１×１０21ｃｍ-3以下である請求項１に記載のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード。
【請求項５】
裏面に電極を有するｎ型導電性のＧａＡｓウェハからなる基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層と、該ｎ型クラッド層よりバンドギャップエネルギーが小さいＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる活性層と、該活性層よりバンドギャップエネルギーが大きいｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｐ型クラッド層と、ｐ型電流拡散層とを順次積層し、該ｐ型電流拡散層の表面の一部に電極を設けるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法において、上記ｐ型電流拡散層の上面、及び側面の一部からなる逆凹形状部分におけるキャリア濃度を、該ｐ型電流拡散層の逆凹形状部分以外の部分におけるキャリア濃度よりも高くするため、上記ｐ型電流拡散層を積層した後に上記ｐ型電流拡散層の半ばまで切り込みを入れた状態でＺｎを含むガス中で熱処理するか、あるいはＺｎを含有するものを塗布して熱処理した後にＧａＡｓウェハをフルカットすることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャルウェハを用いた高輝度の赤色及び黄色の発光ダイオードの需要が大幅に伸びている。主な用途は、交通用信号、自動車のブレーキランプ、フォグランプ等である。
【０００３】
図３は従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードに用いられるエピタキシャルウェハの断面図である。
【０００４】
同図に示すエピタキシャルウェハは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２と、Ｓｅ（またはＳｉ）をドープしたｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３と、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４と、Ｚｎをドープしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５と、Ｚｎをドープしたｐ型ＧａＰ電流拡散層（ウィンドウ層ともいう。）６とを順次積層した構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図３に示した従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードについては、電流拡散層のｐ型ドーパントとして用いられているＺｎがヘテロ界面や隣接層に異常拡散するという問題がある。これは、
(1) 電流拡散層は電極からの電流をチップ横方向へ広げるには、高いｐ型キャリア濃度（約１×１０18ｃｍ-3以上）が必要となるため、高濃度のＺｎをドーピングしている。
【０００６】
(2) 電流拡散層は前述した電流の拡散性を向上させるため、５μｍ以上の厚膜成長が必要となり成長時間が長くなる。
【０００７】
(3) ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子用エピタキシャルウェハは、不純物となる酸素濃度を低減させるために一般的に６５０℃以上の高温で成長させる。
【０００８】
という上記(1) 〜(3) の三つのことが原因となって、エピタキシャルウェハ中では成長中に受ける熱をドライビングフォースとした、Ｚｎの拡散が非常に起こりやすくなる。
【０００９】
また、Ｚｎは高濃度にドープされた電流拡散層から、発光領域であるＡｌＧａＩｎＰクラッド層や活性層へと拡散する。このＺｎの拡散が起こると、拡散したＺｎが非発光再結合中心をつくり、発光ダイオードの発光出力を劣化させることが知られている。
【００１０】
さらに、Ｚｎによる非発光再結合中心の影響は、連続通電することによりさらに顕著になり発光ダイオードの信頼性を著しく悪化させるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高い出力が得られるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、裏面に電極を有するｎ型導電性のＧａＡｓウェハからなる基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層よりバンドギャップエネルギーが小さいＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる活性層と、活性層よりバンドギャップエネルギーが大きいｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｐ型クラッド層と、ｐ型電流拡散層とが順次積層され、ｐ型電流拡散層の表面の一部に電極が設けられたＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいて、ｐ型電流拡散層の上面、及び側面の一部からなる逆凹形状部分におけるキャリア濃度が、該ｐ型電流拡散層の逆凹形状部分以外の部分におけるキャリア濃度よりも高いものである。
【００１３】
上記構成に加え本発明のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、ｐ型電流拡散層がＧａＰか、あるいはＡｌＧａＡｓからなるのが好ましい。
【００１４】
上記構成に加え本発明のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、ｐ型電流拡散層の上面及び側面の高キャリア濃度化が、Ｚｎ添加で行われてもよい。
【００１５】
上記構成に加え本発明のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、ｐ型電流拡散層の上面及び側面のキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上１×１０21ｃｍ-3以下であるのが好ましい。
【００１６】
本発明のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法は、裏面に電極を有するｎ型導電性のＧａＡｓウェハからなる基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層よりバンドギャップエネルギーが小さいＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる活性層と、活性層よりバンドギャップエネルギーが大きいｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｐ型クラッド層と、ｐ型電流拡散層とを順次積層し、ｐ型電流拡散層の表面の一部に電極を設けるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型電流拡散層の上面、及び側面の一部からなる逆凹形状部分におけるキャリア濃度を、該ｐ型電流拡散層の逆凹形状部分以外の部分におけるキャリア濃度よりも高くするため、ｐ型電流拡散層を積層した後にｐ型電流拡散層の半ばまで切り込みを入れた状態でＺｎを含むガス中で熱処理するか、あるいはＺｎを含有するものを塗布して熱処理した後にチップをフルカットするものである。
【００１７】
本発明によれば、電流拡散層のドープ量を減少させ、ＧａＡｓウェハをハーフカットした状態で例えばＺｎ等のｐ型ドーパントを拡散することにより、電流拡散層の上面及び側面のみを高キャリア濃度にすることができる。この結果、活性層側へのドーパントの拡散が生じることなく電流拡散層を低抵抗化でき、薄い電流拡散層でも十分な電流拡散と高光出力化とを実現することができる。
【００１８】
すなわち、本発明は、上部電極をｐ型電極として用いる標準的なＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードであって、電流拡散層の上面及び側面のみを内部に比べて高キャリア濃度とし、電流拡散層の内部を低キャリア濃度とすることにより、効果的な電流拡散を図ると同時にＺｎ等のｐ型ドーパントの電流拡散層から活性層への拡散を抑え、高出力化を達成するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は本発明のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードに用いられるエピタキシャルウェハの一実施の形態を示す断面図である。なお、従来例と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００２１】
同図に示すエピタキシャルウェハは、ｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、ＭＯＶＰＥ法によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２と、Ｓｅ（またはＳｉ）をドープしたｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（以下「ｎ型クラッド層」という。）３と、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層（以下「活性層」という。）４と、Ｚｎをドープしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（以下「ｐ型クラッド層」という。）５と、Ｚｎをドープしたｐ型ＧａＰ電流拡散層（ウィンドウ層）６とを順次積層した構造を有しており、ｐ型電流拡散層６の上面６ａ及び側面６ｂのキャリア濃度をｐ型電流拡散層６の内部６ｃよりも高くしたものである。
【００２２】
本ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、上部電極をｐ型電極として用いる標準的なＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードであって、ｐ型電流拡散層６の上面６ａ及び側面６ｂのみをｐ型電流拡散層６の内部６ｃに比べて高キャリア濃度とし、内部６ｃを低キャリア濃度とすることにより、効果的な電流拡散を図ることができると共に、Ｚｎ等のｐ型ドーパントがｐ型電流拡散層６から活性層４へ拡散するのを抑え、高出力化を達成することができる。
【００２３】
このようなＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、裏面に電極を有するｎ型導電性のＧａＡｓウェハからなる基板１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２と、ｎ型クラッド層３と、活性層４と、ｐ型クラッド層５と、ｐ型電流拡散層６とを順次積層し、ｐ型電流拡散層６を積層した後にｐ型電流拡散層６の半ばまで切り込みを入れた状態でＺｎを含むガス中で熱処理するか、あるいはＺｎを含有するものを塗布して熱処理した後にＧａＡｓウェハをフルカットし、ｐ型電流拡散層６の表面の一部に電極を形成することにより得られる。
【００２４】
【実施例】
（実施例）
図１に示すような構造の発光波長６２０ｎｍ付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。エピタキシャル構造や成長方法等は、ｐ型電流拡散層６のＺｎ濃度以外は基本的に後述する比較例と同様であり、成長したエピタキシャルウェハのｐ型電流拡散層（厚さ約４μｍ）６の半ばまで切り込みを入れた状態でＤＥＺ雰囲気中、６５０℃で熱処理し、ｐ型電流拡散層６の上面６ａ及び側面６ｂを内部６ｃに比べて高キャリア濃度とした。
【００２５】
図２は成長したエピタキシャル層中の深さ方向のＺｎの濃度分布をＳＩＭＳで測定した結果を示す図である。同図において横軸は深さ軸であり、縦軸はＺｎ濃度軸である。
【００２６】
同図より成長したエピタキシャル層中の、深さ方向のＺｎ濃度が低いため、従来例で見られたようなＺｎの異常な拡散は見られなかった。
【００２７】
さらに、このエピタキシャルウェハをフルカットした後で、従来例と同様に発光ダイオードチップを作製し、発光特性を調べた結果、発光出力は１．４ｍＷであり、順方向動作電圧（２０ｍＡ通電時）は１．８Ｖであった。
【００２８】
（比較例）
図３に示した従来構造の発光波長６２０ｎｍ付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。
【００２９】
ｎ型ＧａＡｓ基板１上にＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層２と、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層３と、アンドープ（Ａｌ0.15Ｇａ0.85）0.5 Ｐ活性層４と、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 ＩｎＰクラッド層５とを順次成長させ、そのｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 ＩｎＰクラッド層５の上に厚さ１０μｍのｐ型電流拡散層６をＭＯＶＰＥ法で成長させた。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５までのＭＯＶＰＥ成長は、成長温度７００℃、成長圧力５０ｔｏｒｒ、各層２〜５の成長速度は０．３〜１．０ｎｍ／ｓｅｃ、Ｖ／III 比は２００〜４００で行った。
【００３０】
ｐ型電流拡散層６は、Ｖ／III 比５０、成長速度１ｎｍ／ｓｅｃで成長させた。ｐ型クラッド層５のＺｎ濃度は５×１０17ｃｍ-3、ｐ型電流層６のＺｎ濃度は１×１０18ｃｍ-3である。
【００３１】
図４は成長したエピタキシャル層中の深さ方向のＺｎの濃度分布を２次イオン分析（ＳＩＭＳ）で測定した結果を示す図であり、横軸が深さ軸であり、縦軸がＺｎ濃度軸である。
【００３２】
同図より、ｐ型電流拡散層６のＺｎがｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、活性層４の発光領域に大量に拡散していることが分る。また、このエピタキシャルウェハを加工して、発光ダイオードチップを作製した。チップの大きさは３００μｍ角で、チップ下面全体にｎ型電極を形成し、チップ上面に直径約１５０μｍの円形のｐ型電極を形成した。ｎ型電極は、金ゲルマニウム、ニッケル、金をそれぞれ厚さ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着させたものである。ｐ型電極は、金亜鉛、ニッケル、金をそれぞれ厚さ６０ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの順に蒸着させたものである。このチップを図示しないステム上に載せ、発光ダイオードの発光特性を調べた結果、発光出力は０．６ｍＷであり、順方向動作電圧（２０ｍＷ通電時）は１．９Ｖであった。
【００３３】
ここで、ｐ型電流拡散層６の上面６ａ及び側面６ｂを高キャリア濃度にする他の方法として、Ｚｎを含むものを塗布する方法や、直接イオン注入する等の方法を用いてもよい。また、ｐ型電流拡散層６の半ばまでエピタキシャルウェハをハーフカットする工程は、ダイシングで行う代わりにエッチングによって行ってもよい。
【００３４】
従来、電流を十分に拡散させ、高い発光効率を達成するためには、ｐ型電流拡散層６はかなりの厚さが必要であった。例えば、下記の論文にはＧａＰ層を数十μｍの堆積させて電流拡散を図っていることが記載されている。
【００３５】
“Ｔｗｏｆｏｌｄ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  ｉｎ  ｈｉｇｈ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ＡｌＧａＩｎＰ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ５５５−６２０  ｎｍ  ｓｐｅｃｔｒａｌｒｅｇｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｔｈｉｃｋ  ＧａＰ”
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６１（９），３１  Ａｕｇｕｓｔ  １９９２
ｐｐ．１０４５−１０４７
しかし、ＭＯＶＰＥ法でｐ型電流拡散層６を厚く成長させるためには、多大な成長時間と原料とを消費することになる。このような消費を避けるために、上述の論文で述べられているように、ＧａＰ層だけを別の成長速度の速い成長法で積層するのは二度手間になるという問題がある。
【００３６】
そこで本発明を用いれば、従来より薄い電流拡散層でも十分な電流拡散効果が得られるため、素子の製造にかかる時間や費用を格段に減少させることができる。また、電流拡散層内部のＺｎ濃度を低くすることができるので、電流拡散層から活性層へのＺｎの拡散を抑えることができ、結果的に従来に比べて発光出力や信頼性の高い発光ダイオードを得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００３８】
高い出力が得られるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード及びその製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードに用いられるエピタキシャルウェハの一実施の形態を示す断面図である。
【図２】成長したエピタキシャル層中の深さ方向のＺｎの濃度分布をＳＩＭＳで測定した結果を示す図である。
【図３】従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードに用いられるエピタキシャルウェハの断面図である。
【図４】成長したエピタキシャル層中の深さ方向のＺｎの濃度分布を２次イオン分析で測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
３  Ｓｅドープｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（ｎ型クラッド層）
４  アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層（活性層）
５  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（ｐ型クラッド層）
６  ｐ型ＧａＰ電流拡散層（ｐ型電流拡散層）
【図１】
0003674412.tif 000002
【図２】
0003674412.tif 000003
【図３】
0003674412.tif 000004
【図４】
0003674412.tif 000005