(57)【要約】【課題】成長後にあえて粗面化処理を行うことなく、既にウェハの段階で、凹凸に荒らされた最表面を持つ発光ダイオード用エピタキシャルウェハを提供すること。【解決手段】導電性の基板１上に、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層２、活性層３、ｐ型クラッド層４及びＡｌＧａＡｓもしくはＡｌＧａＩｎＰからなる電流分散層５を積層したダブルへ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、最表面の電流分散層５の成長中にＶ族ガスの供給を一定の間隔で入れたり、切ったりすることで、最表面の電流分散層５に故意に凸凹５ａを設ける。【選択図】      図１
2006019459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層及びＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）もしくは（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる電流分散層を積層したダブルへ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、
最表面の電流分散層の成長中にＶ族ガスの供給を一定の間隔で入れたり、切ったりすることで、最表面の電流分散層に故意に凸凹を設け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】
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において、
前記最表面の電流分散層に故意に設けられる凸凹が、当該電流分散層の成長中におけるＶ族ガス供給の入り切り間隔を５秒以上２０秒以下とすることで形成され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、光取り出し効率を高める為に最表面層を故意に凸凹に荒らした発光ダイオード（ＬＥＤ）用のエピタキシャルウェハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高輝度ＬＥＤ用エピタキシャルウェハは、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法やハイドライドＶＰＥ法といった気相成長法を用いて作製されることが多い。ＭＯＶＰＥ法を例にとって説明する。
【０００３】
成長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族原料となるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、Ｖ族原料となるアルシン（ＡｓＨ3）、ホスフィン（ＰＨ3）を供給し、熱分解反応により結晶成長させる。
【０００４】
図３に、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）系のダブルヘテロ構造を持つＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面構造を示す。
【０００５】
このＬＥＤ用エピタキシャルウェハを製造する場合、６５０℃に加熱したｎ型ＧａＡｓからなる基板１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層２、活性層３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層４を順次に積層成長し、更に最表面に（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）もしくはＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）からなる電流分散層６を積層成長する。電流分散層６の成長終了と同時にヒータを切り温度を下げて成長は完了である。
【０００６】
こうして成長したＬＥＤ用エピタキシャルウェハの表面は従来鏡面であり、表面平坦性も非常に良い。
【０００７】
このＬＥＤ用エピタキシャルウェハにチップ作製プロセスを行い、ｎ型電極、ｐ型電極を形成し、所定寸法のチップにダイシングすると、ＬＥＤチップが完成する。完成したＬＥＤチップの電極間に電流を流すことにより、活性層で発光する。発光した光はさまざまな方向に広がり、外部に光として取出される。
【０００８】
活性層で発光した光は、全てを外部に取出すことは困難である。それは、発光した光の中には、結晶中を伝搬する際に吸収されたり、ウェハ最表面と空気との界面で全反射してしまい外部に放出されないものがあるからである。特に、ＭＯＶＰＥ法等の気相成長法で作製したウェハ表面は平坦性が良好な為、光の全反射が起こりやすく、光の取出し効率を低下させてしまう。そのためＬＥＤの発光強度が低下する原因となる。
【０００９】
ＬＥＤの発光効率は、内部量子効率と光の取出しの積（外部量子効率）に比例する。内部量子効率は、ＬＥＤ構造や結晶性の向上によって７０％にまで達しており、既に飽和傾向である。一方、取出し効率は通常２０％以下に留まっている。つまり、発光効率が低いのは、取出し効率が低いことが主な原因である。
【００１０】
ＧａＡｓ系のＬＥＤにおいては、そのチップの表面全体に湿式エッチングにより凹凸を付けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この提案によれば、チップ表面に凹凸を付けることで、ミクロに見ると光の取り出し面にさまざまな角度を有する凹凸が形成され、これにより、有効立体角度が大きくなり、光の取出し効率が向上する。この表面凹凸化には、硝酸系のエッチング液や、弗化水素酸や、アンモニア−過酸化水素系のエッチング液が使用される。
【特許文献１】特開２０００−１９６１４１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記したように、ＬＥＤでは、その素子表面に微細な凹凸を形成することが、光の取出し効率を高めて発光素子の光取出し効率を改善する上で有効である。
【００１２】
しかしながら、特許文献１の如くＬＥＤ用エピタキシャルウェハからチップに切り出した後で、各ＬＥＤチップの表面全体を粗面化処理することは、工程数の増加を招き、コストを増大させる。従って、エピタキシャルウェハの成長後にあえて粗面化処理を行うことなく、既にウェハの段階で、ＬＥＤの表面に微細な凹凸を形成しておき、これにより光の取出し効率を高めてＬＥＤの発光効率を改善する簡便な手段の提供が望まれる。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、既にウェハの段階で、凹凸に荒らされた最表面を持ち、従ってエピタキシャルウェハの成長後にあえてＬＥＤチップの粗面化処理を行う必要のないＬＥＤ用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】
【００１４】
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。
【００１５】
請求項１の発明に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）用エピタキシャルウェハは、基板上に、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層及びＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）もしくは（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる電流分散層を積層したダブルへテロ構造を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）用エピタキシャルウェハにおいて、最表面の電流分散層の成長中にＶ族ガスの供給を一定の間隔で入れたり、切ったりすることで、最表面の電流分散層に故意に凸凹を設けた構造を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）用エピタキシャルウェハにおいて、前記最表面の電流分散層に故意に設けられる凸凹が、当該電流分散層の成長中におけるＶ族ガス供給の入り切り間隔を５秒以上２０秒以下とすることで形成されていることを特徴とする。
【００１７】
＜発明の要点＞
本発明のＬＥＤ用エピタキシャルウェハでは、活性層で発光した光がＬＥＤの表面から空気中へ放出するときに表面で全反射する確率を減少させる為に、表面層である（ＡｌxＧａ1-x）Ａｓ（０≦ｘ＜１）もしくは（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる電流分散層の表面を故意に凸凹に荒らしている。凸凹に荒らす手段としては、チップにした後で実施する湿式のエッチングが知られている（例えば、特許文献１参照）が、本発明では、電流分散層の成長中にＶ族原料ガスとなるＡｓＨ3やＰＨ3の供給を一定間隔で入れたり切ったりすることで、成長面を故意に凸凹に荒らしている。
【００１８】
成長中にＶ族ガスの供給を切ると、成長雰囲気中のＶ族分圧が下がる為、成長した結晶からＶ族の脱離が起こり、成長面が凸凹に荒れる。但し、供給を切っている時間が長くなると成長した表面にIII族のドロップレットが発生してしまい、著しく結晶の質が悪化してしまう。結晶の質が悪くなるとデバイスにした時に輝度が低下したり、寿命が落ちる等のデバイス特性が悪くなる。
【００１９】
供給を切る時間と表面荒れの程度について調べたところ、５秒より短いと結晶表面は荒れることなく鏡面だった。５秒を越えると表面が凸凹に荒れだし２０秒を越えると、Ｇａのドロップレットが発生してしまった。これより、供給を切る時間は５秒から２０秒の間とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００２１】
本発明のＬＥＤ用エピタキシャルウェハは、ウェハの段階で、つまり最表面の電流分散層の成長中にＶ族ガスの供給を一定の間隔で入れたり、切ったりしながら成長することで、最表面の電流分散層に故意に凸凹を形成している。従って、本発明によれば、成長後にあえて粗面化プロセスを行うことなく、Ｖ族ガスの供給を入り切りするという簡便な方法で、ウェハ最表面を凸凹に荒らし、これにより光の取出し効率を良くして、ＬＥＤにした時の発光強度を高くすることができる。
【００２２】
また本発明のＬＥＤ用エピタキシャルウェハは、表面が凸凹しているために、電極形成時の接触面積が増え、コンタクト抵抗が減少する。これによりＬＥＤ特性の一つである順方向電圧（Ｖｆ）を減少させることができる。
【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】
図１に、本実施形態に係るＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面構造を示す。
【００２５】
このＬＥＤ用エピタキシャルウェハは、ＭＯＶＰＥ法を用い、導電性を有し、且つＧａＡｓからなる基板１上に、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなるｎ型クラッド層２、活性層３、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなるｐ型クラッド層４を積層したダブルへテロ構造を有し、更にそのｐ型クラッド層４上に、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）もしくは（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる電流分散層５を積層した構造を有する。
【００２６】
このＬＥＤ用エピタキシャルウェハを製造する場合、ＭＯＶＰＥ法などの気相成長法により、６５０℃に加熱したｎ型ＧａＡｓからなる基板１上に、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層２、活性層３、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層４を順次に積層成長する。更に、最表面にＡｌＧａＩｎＰもしくはＡｌＧａＡｓからなる電流分散層５を積層成長するが、この最表面の電流分散層５の成長中に、Ｖ族ガスの供給を一定の間隔で入れたり、切ったりしながら成長することで、最表面の電流分散層５に故意に凸凹５ａを形成する。すなわちウェハ最表面を凹凸に荒らす。
【００２７】
このように、ウェハの段階で素子表面に微細な凹凸を形成したＬＥＤ用エピタキシャルウェハによれば、チップにした後に粗面化処理する場合に較べ、より簡便に、素子表面に凸凹を形成して、素子最表面での全反射による光取出し効率低下の問題を解決し、光の取出し効率を高め、発光素子の発光効率を改善することができる。
【実施例】
【００２８】
次に、実施例を従来例と対比させて、より具体的に説明する。
【００２９】
〔従来例〕
ＭＯＶＰＥ法を用い、従来技術の方法で、ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを成長した。成長の一例を示す。
【００３０】
基板をヒータにて６５０℃に加熱し、そこにキャリアガスとして水素を用いてIII族原料となるＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩ、Ｖ族原料となるＡｓＨ3、ＰＨ3ドーパントとなるセレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）を必要に応じ供給し成長を行った。
【００３１】
図４に成長したＬＥＤ用エピウェハの断面模式図を記す、ＳｉドープＧａＡｓ基板７上に、ＳｅドープＧａＡｓバッファ層８、ＳｅドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層９、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層１０、ＺｎドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１を順に積層成長し、最後にＺｎドープＡｌＧａＡｓ電流分散層１２を成長し、成長完了と同時にヒータを切り冷却した。成長したウェハ表面は鏡面であり、平坦性も良好だった。
【００３２】
〔実施例〕
次に本発明の実施例にかかるＬＥＤ用エピタキシャルウェハをＭＯＶＰＥ法で成長した例を記す。本実施例で作製したエピタキシャルウェハの断面を図２に模式的に示す。従来例の図４とは、ＺｎドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１の上に、上記ＺｎドープＡｌＧａＡｓ電流分散層１２の代わりに、凸凹１３ａを有するＺｎドープＡｌＧａＡｓ電流分散層１３が設けてある点で相違する。
【００３３】
成長方法としては、ｐ型クラッド層であるＺｎドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１までは、従来の成長方法（図４）と同じに成長した。このＺｎドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１の上に形成するＺｎドープＡｌＧａＡｓ電流分散層１３は、その成長中に、Ｖ族原料であるＡｓＨ3の供給を１０秒供給し、その後１０秒供給を切る、というＶ族ガス供給の入り切り操作を繰り返し行うことで成長した。
【００３４】
取り出したエピタキシャルウェハ表面を電子顕微鏡で観察したところ、表面が細かく凸凹に荒れていた。
【００３５】
上記した従来例と本実施例の成長方法で作成したＬＥＤ用エピタキシャルウェハを、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、ＬＥＤチップを作成し、２０ｍＡの電流を流して発光させ、その発光強度を比較した。
【００３６】
従来例の成長方法で作製したウェハ（図４）のＬＥＤの場合は、発光強度が１００ｍｃｄだったの対し、本実施例の製造方法で作製したウェハ（図２）のＬＥＤの場合は、発光強度が１２０ｍｃｄであり、本実施例のＬＥＤ用エピタキシャルウェハの方が２０％も輝度が向上していた。
【００３７】
〔他の実施例〕
上記実施例のＡｓＨ3の供給を切ったり入れたりする間隔を、４秒、５秒、２０秒、２１秒としたときの成長も行い、表面状態を確認し、その後ウェハをチップ作製プロセスにかけて得られたチップの発光強度の比較を行った。
【００３８】
表面状態については、成長材料供給の入り切り間隔が４秒のウェハ（比較例１）では表面が鏡面であったが、成長材料供給の入り切り間隔が５秒、２０秒のエピタキシャルウェハ（他の実施例）では表面に希望する凸凹が観察された。２１秒のウェハ（比較例２）の表面には金属粒のドロップレットが発生していた。
【００３９】
発光強度測定では、成長材料供給の入り切り間隔が４秒のものは１０２ｍｃｄであり、従来技術の成長方法のものと較べ、変化が無かった。これに対し、成長材料供給の入り切り間隔が５秒、２０秒のものについては、それぞれ１１５ｍｃｄ、１２２ｍｃｄと輝度が高かった。残る２１秒のものは５０ｍｃｄと輝度が大幅に低下していた。
【００４０】
本実施例によれば、成長後にあえてプロセスを行うことなく、簡便にウェハ最表面を凸凹に荒らすことができる為、これにより光の取出し効率がよくなり、ＬＥＤにした時の発光強度が高くなる。
【００４１】
また本実施例を用いたエピタキシャルウェハは、表面が凸凹しているために電極形成時の接触面積が増え、コンタクト抵抗が減少する。これによりＬＥＤ特性の一つである順方向電圧（Ｖｆ）を減少させることができる。
【００４２】
〔変形例〕
上記実施例では、電流分散層の表面を凸凹に荒らす手段として、Ｖ族の供給のみを切ったが、III族、Ｖ族ともに供給を切り、Ｖ族分圧を減らすことで成長した結晶表面を荒らしながら成長してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態にかかる発光ダイオード（ＬＥＤ）用エピタキシャルウェハの断面構造を示した模式図である。
【図２】本発明の実施例にかかる発光ダイオード（ＬＥＤ）用エピタキシャルウェハの断面構造を示した模式図である。
【図３】従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）用エピタキシャルウェハの断面構造を示した模式図である。
【図４】従来の他の発光ダイオード（ＬＥＤ）用エピタキシャルウェハの断面構造を示した模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  基板
２  ｎ型クラッド層
３  活性層
４  ｐ型クラッド層
５  電流分散層
５ａ  凸凹
６  電流分散層
７  ＳｉドープＧａＡｓ基板
８  ＳｅドープＧａＡｓバッファ層
９  ＳｅドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０  アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層
１１  ＺｎドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１２  ＺｎドープＡｌＧａＡｓ電流分散層
１３  ＺｎドープＡｌＧａＡｓ電流分散層
１３ａ  凸凹
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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