(57)【要約】【課題】  液相エピタキシー法において使用する基板の面内の転位密度の最大値を適正範囲に設定することで、安価で且つ結晶性が良い高品質なエピタキシャルウェハを提供することにある。【解決手段】  ボート法によりＧａＡｓ基板３上に液相エピタキシャル成長された積層構造（シングルヘテロ構造、ダブルヘテロ構造、ダブルヘテロ構造・基板除去タイプのいずれか）を有するＬＥＤ用エピタキシャルウェハにおいて、上記ＧａＡｓ基板３の面内の転位密度の最大値を５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2の範囲に定める。【選択図】        図１
2006216912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボート法によりｐ型ＧａＡｓ基板上にｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層、ｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層が順次液相エピタキシーされた積層構造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、
上記ｐ型ＧａＡｓ基板の面内の転位密度の最大値を５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2の範囲に定めた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】
ボート法によりｐ型のＧａＡｓ基板上にｐ型のＡｌＧａＡｓクラッド層、ｐ型のＡｌＧａＡｓ活性層、ｎ型のＡｌＧａＡｓウインドウ層が順次液相エピタキシーされた積層構造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、
上記ｐ型ＧａＡｓ基板の面内の転位密度の最大値を５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2の範囲に定めた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３】
ボート法によりｐ型のＧａＡｓ基板上にｐ型のＡｌＧａＡｓクラッド層、ｐ型のＡｌＧａＡｓ活性層、ｎ型のＡｌＧａＡｓウインドウ層が順次液相エピタキシーされた後、ｐ型のＧａＡｓ基板を選択エッチングにより除去した積層構造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、
その製造材料に使用する上記ｐ型ＧａＡｓ基板の面内の転位密度の最大値を５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2の範囲に定めた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４】
請求項１〜３のいずれかに記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハにおいて、
上記各層のｐ型とｎ型とが逆の伝導型となってい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘテロ結合を利用した発光ダイオード用エピタキシャルウェハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光素子としての発光ダイオード（ＬＥＤ）はその輝度が向上し、情報板や踏切等、視認性の良好な明示機能を持つものの材料（発光源）として数多く実用化されている。
【０００３】
廉価で汎用とされるＬＥＤには、ＧａＰ、ＡｌＧａＡｓを発光素子のｐ／ｎ  接合の主材料にして、横型ボート法（スライドボート法）による液相エピタキシー（ＬＰＥ）によって製造する方法が採られている。また構造面ではシングルヘテロ構造（ＳＨ構造）、ダブルヘテロ構造（ＤＨ構造）、裏面反射型ＤＨ構造などヘテロ構造の発光ダイオードが開発されてきた。
【０００４】
最も簡易な構造であるシングルヘテロ構造を、本発明の実施形態に係る図１を併用して説明する。このシングルヘテロ構造のエピタキシャルウェハは、ｐ型ＧａＡｓ基板３上にｐ型のＡｌＧａＡｓ活性層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層１を液相エピタキシー法により順次形成したものである。
【０００５】
また、ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェハは、本発明の実施形態に係る図３を併用して説明すると、図示するように、ｐ型ＧａＡｓ基板３上に、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層１を液相エピタキシー法により順次形成したものである。
【０００６】
このような液相エピタキシー法によるＬＥＤ用エピタキシャルウェハの製造方法としては、ｐ型ＧａＡｓ基板を用いたもの（例えば、特許文献１参照）やｎ型ＧａＡｓ基板を用いたもの（例えば、特許文献２、３参照）がある。
【特許文献１】特開平７−３０１５０号公報
【特許文献２】特開平８−４６２３８号公報
【特許文献３】特開平５−２１８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来、ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの液相エピタキシーに用いられるｐ型基板又はｎ型基板に関し、その転位密度（ＥＰＤ）の適切な数値範囲を明らかにして、これを規定したものは無かった。
【０００８】
液相エピタキシー法における成長において、エピタキシャル層自体の結晶性の質に関して、使用する基板の面内の転位密度が関係している。この基板面内の転位密度についての仕様を厳しくすれば、エピタキシャルウェハが高価になり、緩くしすぎればエピタキシャル層自体の結晶性が悪くなり当該部分を使ったＬＥＤチップの信頼性が悪くなる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、液相エピタキシー法において使用する基板の面内の転位密度の最大値を適正範囲に設定することで、安価で且つ結晶性が良い高品質なエピタキシャルウェハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１１】
請求項１の発明は、ボート法によりｐ型ＧａＡｓ基板上にｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層、ｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層が順次液相エピタキシーされた積層構造（ＳＨ：シングルヘテロ構造）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、上記ｐ型ＧａＡｓ基板の面内の転位密度（ＥＰＤ）の最大値（ｍａｘ値）を５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2の範囲に定めたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、ボート法によりｐ型のＧａＡｓ基板上にｐ型のＡｌＧａＡｓクラッド層、ｐ型のＡｌＧａＡｓ活性層、ｎ型のＡｌＧａＡｓウインドウ層が順次液相エピタキシーされた積層構造（ＤＨ：ダブルヘテロ構造）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、上記ｐ型ＧａＡｓ基板の面内の転位密度（ＥＰＤ）の最大値（ｍａｘ値）を５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2の範囲に定めたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、ボート法によりｐ型のＧａＡｓ基板上にｐ型のＡｌＧａＡｓクラッド層、ｐ型のＡｌＧａＡｓ活性層、ｎ型のＡｌＧａＡｓウインドウ層が順次液相エピタキシーされた後、ｐ型のＧａＡｓ基板を選択エッチングにより除去した積層構造（ＤＤＨ：ダブルヘテロ構造・基板除去タイプ）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、その製造材料に使用する上記ｐ型ＧａＡｓ基板の面内の転位密度（ＥＰＤ）の最大値（ｍａｘ値）を５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2の範囲に定めたことを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハにおいて、上記各層のｐ型とｎ型とが逆の伝導型となっていることを特徴とする。
【００１５】
＜発明の要点＞
本発明においては、ボート法により液相エピタキシーされた積層構造（シングルヘテロ構造、ダブルヘテロ構造、ダブルヘテロ構造・基板除去タイプのいずれか）を有する発光ダイオード用エピタキシャルウェハを対象とする。液相エピタキシー法を取り扱っている理由は、液相エピタキシー法は他の気相成長方法によるエピタキシーに比べて、転位密度（ＥＰＤ）の影響を受けにくいという特性があるためである。
【００１６】
本発明は、使用する基板に関する本発明者の次のような知見に基づく。
【００１７】
仮に、転位密度に関して仕様を厳しくして、例えば使用するｐ型基板の面内の転位密度の最大値を１０００個／ｃｍ2と規定すれば、液相エピタキシャル層自体の欠陥は発生しない。但し、ボート法の基板を対象にすることを考慮すれば、歩留が極端に悪くなり、また垂直温度勾配凝固法（ＶＧＦ法）や垂直ブリッジマン法（ＶＢ法）で得た基板を使用したとしても、何れの場合も基板の単価が極端に高くなってしまい、安価なＬＥＤ用液相エピタキシー基板（ＬＥＤ用エピタキシャルウェハ）が提供できない。
【００１８】
一方、仕様を緩くしすぎて、例えば使用するｐ型基板の面内の転位密度の最大値を３０，０００個／ｃｍ2と規定すれば、転位密度が３０，０００個／ｃｍ2の部分に液相エピタキシーを成長する際に欠陥が発生してしまい、ＬＥＤチップを形成した時に信頼性が低下してＬＥＤとしての仕様を果たさない。
【００１９】
そこで、本発明では、液相エピタキシー法において使用する基板の面内の転位密度の最大値の範囲を、５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2に規定することで、安価で且つ結晶性が良い高品質なエピタキシャルウェハを提供するものである。
【００２０】
本発明において、基板の転位密度の最大値の下限を５，０００個／ｃｍ2としたのは、ボート法で成長する基板は転位密度が高く、基板面内の転位密度の最大値を５，０００個／ｃｍ2未満とすると、殆どの基板は信頼性に関して不合格となるためである。また本発明において、基板の転位密度の最大値の上限を２２，０００個／ｃｍ2としたのは、２２，０００個／ｃｍ2を越えるとＬＥＤの相対出力が９０％を下回り、信頼性が仕様を満たさないためである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを液相で成長する場合に使用する基板に関し、その基板面内の転位密度の最大値を５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2に規定したので、安価で良質なエピタキシャルウェハを提供することができる。
【００２２】
基板面内の転位密度の最大値が５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2の範囲内にあれば、基板の面内の転位密度に影響を受けずにエピタキシーの結晶性を保つことができ、信頼性のあるＬＥＤチップを提供できる。しかし、この範囲を越えてしまうと基板の面内の転位密度の影響を受けてしまい、エピタキシャル層の結晶性に影響を及ぼし、ひいてはＬＥＤチップの信頼性を低下させ、仕様を満たさない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２４】
＜実施形態１＞
図１に第１の実施形態に係るシングルヘテロ構造（ＳＨ構造）のＬＥＤ用エピタキシャルウェハを示す。これはｐ型ＧａＡｓ基板３上に、所望する発光波長に必要なＡｌ混晶比のｐ型のＡｌＧａＡｓ活性層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層１を液相エピタキシー法により順次形成したものである。
【００２５】
まず液相エピタキシー法で図１に示すＳＨ構造のＬＥＤ用エピタキシャルウェハを成長する。そのウェハを使用して、ＬＥＤ素子を作製する。更に、このＬＥＤ素子に４５ｍＡの電流を流して、１０００時間の通電を行う。
【００２６】
上記の液相エピタキシー成長に際して、使用するｐ型ＧａＡｓ基板の面内の転位密度（ＥＰＤ）の最大値（以下「ＥＰＤ値」と略す）と、その基板を使用したエピタキシャルウェハから得られたＬＥＤチップの信頼性試験の結果を図２に示す。ここでは、横軸に通電時間（ｈｒ）、縦軸には輝度低下率（相対出力）（％）をとり、２５℃、３０ｍＡの通電条件の下で１０００時間通電した。また基板の面内のＥＰＤ値をパラメータとして１０００、２０００、１００００、２００００、２３０００、３００００個／ｃｍ2と変化させた。輝度低下率９０％の横線が信頼性の合否を分ける境界ラインであり、この輝度低下率９０％以上のものが信頼性につき合格仕様のＬＥＤである。
【００２７】
この図２の結果から判るように、ｐ型ＧａＡｓ基板のＥＰＤ値が３００００個／ｃｍ2と２３，０００個／ｃｍ2の場合は、境界ライン（９０％）を下回り、ＬＥＤの信頼性が仕様を満たさない。
【００２８】
これに対し、他のｐ型ＧａＡｓ基板であるＥＰＤ値が１０００、２０００、１００００、２００００個／ｃｍ2のものは境界ライン（９０％）を上回り、信頼性が仕様を満たす。しかし、このうちｐ型ＧａＡｓ基板のＥＰＤ値を１０００個／ｃｍ2、２０００個／ｃｍ2としたものについては、基板の単価が極端に高くなってしまい、安価なＬＥＤ用液相エピタキシー基板（ＬＥＤ用エピタキシャルウェハ）が提供できない。また液相エピタキシーで使用する基板はボート法で成長していることから、ボート法で成長する基板は転位密度が高く、基板面内の転位密度の最大値（ＥＰＤ値）を５，０００未満とすると、殆どの基板は不合格となる。従って、実質的に適用できる範囲として、基板面内の転位密度の最大値（ＥＰＤ値）は５，０００以上であることが必要である。
【００２９】
よって、使用するｐ型ＧａＡｓ基板の面内の転位密度の最大値（ＥＰＤ値）は５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2の範囲が適切となる。
【００３０】
すなわち、図１に示すＳＨ構造のＬＥＤ用エピタキシャルウェハを成長するに際し、ｐ型ＧａＡｓ基板３として、転位密度の最大値（ＥＰＤ値）が５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2のｐ型基板を使用することで、安価で且つ良質なＬＥＤ用エピタキシャルウェハを得ることができる。
【００３１】
＜実施形態２＞
第２の実施形態として、図３に示すダブルヘテロ構造（ＤＨ構造）のＬＥＤ用エピタキシャルウェハを成長した。これはボート法によりｐ型ＧａＡｓ基板３上にｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４、所望する発光波長に必要なＡｌ混晶比のｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層１が順次液相エピタキシーされた積層構造（ＤＨ、ダブルヘテロ構造）を有するＬＥＤ用エピタキシャルウェハである。
【００３２】
このＤＨ構造のＬＥＤ用エピタキシャルウェハの成長に際し、図３のｐ型ＧａＡｓ基板３として、転位密度の最大値（ＥＰＤ値）が５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2のｐ型基板を使用した。これにより、安価で且つ結晶性が良い高品質なエピタキシャルウェハを得ることができた。
【００３３】
＜実施形態３＞
第３の実施形態として、図４に示すダブルヘテロ構造・基板除去タイプ（ＤＤＨ構造）のＬＥＤ用エピタキシャルウェハを成長した。これはボート法によりｐ型ＧａＡｓ基板３（図３参照）上にｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４、所望する発光波長に必要なＡｌ混晶比のｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層１が順次液相エピタキシーされた後、ｐ型ＧａＡｓ基板を選択エッチングにより除去した積層構造（ＤＤＨ：ダブルヘテロ構造・基板除去タイプ）を有するＬＥＤ用エピタキシャルウェハである。
【００３４】
このＤＤＨ構造のＬＥＤ用エピタキシャルウェハの成長に際し、選択エッチングにより除去するｐ型ＧａＡｓ基板３（図３参照）として、転位密度の最大値（ＥＰＤ値）が５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2のｐ型基板を使用した。これにより、安価で且つ結晶性が良い高品質なＤＤＨ構造のＬＥＤ用エピタキシャルウェハを得ることができた。
【００３５】
上記図１、図３及び図４の実施形態においては、ｐ型基板上に形成したｎサイドアップの液相エピタキシーの積層構造について説明したが、本発明のＬＥＤ用エピタキシャルウェハは、ｎ型ＧａＡｓ基板上に形成したｐサイドアップ構造の発光ダイオード、すなわち上記各層のｐ型とｎ型とが逆の伝導型となっている構造の発光ダイオードに対しても適用可能である。
【００３６】
図５はこの一例を示したもので、ボート法によりｎ型ＧａＡｓ基板７上にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層２、ｐ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層５が順次液相エピタキシーされた積層構造（ＤＨ、ダブルヘテロ構造）を有するＬＥＤ用エピタキシャルウェハである。
【００３７】
このＤＨ構造のＬＥＤ用エピタキシャルウェハの成長に際しても、図５のｎ型ＧａＡｓ基板７として、転位密度の最大値（ＥＰＤ値）が５，０００〜２２，０００個／ｃｍ2のｎ型基板を使用することにより、安価で且つ結晶性が良い高品質なエピタキシャルウェハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第一の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を示す断面図である。
【図２】使用する基板のＥＰＤ値とチップ通電特性の関係を示す図である。
【図３】本発明の第二の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を示す断面図である。
【図４】本発明の第三の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を示す断面図である。
【図５】本発明の変形例を示す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。
【符号の説明】
【００３９】
１  ｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層
２  ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層
３  ｐ型ＧａＡｓ基板
４  ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
５  ｐ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層
６  ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
７  ｎ型ＧａＡｓ基板
【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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