(57)【要約】【課題】出力を向上できる赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤを提供する。【解決手段】赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ｂ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（０≦ｘ≦１）を含むＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ基板（０≦ｙ≦１）１０と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層１１の主表面１１ａ上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層２１と、エピタキシャル層２１上に形成された透明導電膜２６とを備え、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。【選択図】図８
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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）を含むＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ基板（０≦ｙ≦１）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上に形成された透明導電膜とを備え、
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、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項２】
前記透明導電膜が、ＩＴＯである、請求項１に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項３】
前記エピタキシャル層において前記透明導電膜と接する層はｐ型である、請求項１または２に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項４】
前記エピタキシャル層は、前記活性層上に形成された他の層を含み、
前記他の層は、１×１０17ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のキャリア濃度を有する層を有し、
前記層は、前記活性層上に形成されたｐ型クラッド層、または、前記活性層上に形成されたｐ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層上に形成されたｐ型窓層とである、請求項３に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項５】
前記活性層は、１．５μｍ以下の厚みを有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項６】
前記活性層は、３層以上２０層以下の井戸層を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項７】
前記ＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ基板は、前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の前記裏面に接するＧａＡｓ基板を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハと、
前記エピタキシャルウエハに形成された電極とを備えた、赤外ＬＥＤ。
【請求項９】
パルス印加における立ち上がり時間および立ち下がり時間が５ｎｓｅｃ以上１００ｎｓｅｃ以下である、請求項８に記載の赤外ＬＥＤ。
【請求項１０】
パルス印加における遮断周波数が１０ＭＨｚ以上である、請求項８または９に記載の赤外ＬＥＤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌａＧａ(1-a)Ａｓ（０≦ａ≦１）（以下、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）とも言う。）およびＧａＡｓ（ガリウム砒素）化合物半導体材料を利用した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、投光機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、照明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ＡｌＧａＡｓ化合物半導体を利用した半導体発光装置が、たとえば特開２００２−３３５００８号公報（特許文献１）、特開２００２−３３５００７号公報（特許文献２）になどに開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３５００８号公報
【特許文献２】特開２００２−３３５００７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および２では、ＡｌＧａＡｓ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ＡｌＧａＡｓ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、ＡｌＧａＡｓ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。このため、上記特許文献１および２の半導体発光装置の出力が十分でないという問題があることを本発明者は見い出した。また、この出力の問題を解決するため、上記特許文献１および２では、ＧａＡｓ基板をすべて除去することが必要であった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、出力を向上できる赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハは、主表面と、主表面と反対側の裏面とを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）を含むＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ基板（０≦ｙ≦１）と、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、エピタキシャル層上に形成された透明導電膜とを備え、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。
【０００８】
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、透明導電膜が、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）である。
【０００９】
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、エピタキシャル層において透明導電膜と接する層はｐ型である。
【００１０】
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、エピタキシャル層は、活性層上に形成された他の層を含み、他の層は、１×１０17ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のキャリア濃度を有する層を有し、層は、活性層上に形成されたｐ型クラッド層、または、活性層上に形成されたｐ型クラッド層とｐ型クラッド層上に形成されたｐ型窓層とである。
【００１１】
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、活性層は、１．５μｍ以下の厚みを有する。
【００１２】
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、活性層は、３層以上２０層以下の井戸層（量子井戸層）を有する。
【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、ＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ基板は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の裏面に接するＧａＡｓ基板を含む。
【００１４】
本発明の赤外ＬＥＤは、上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハと、エピタキシャルウエハに形成された電極とを備えている。
【００１５】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、パルス印加における立ち上がり時間および立ち下がり時間が５ｎｓｅｃ以上１００ｎｓｅｃ以下である。
【００１６】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、パルス印加における遮断周波数が１０ＭＨｚ以上である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤによれば、出力を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１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２】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓ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ＡｌＧａＡｓ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ＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成比ｘを説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓ層のキャリア濃度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ＡｌＧａＡｓ層のキャリア濃度を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓ層のキャリア濃度を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態２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９】本発明の実施の形態３における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図１１】実施例１における各試料の出力を示す図である。
【図１２】実施例１における各試料の立ち上がり時間および立ち下がり時間を示す図である。
【図１３】実施例２における各試料の遮断周波数を示す図である。
【図１４】実施例５におけるＭＱＷ層数と、立ち上がり時間との関係を示す図である。
【図１５】実施例５におけるＭＱＷ層数と、立ち下り時間との関係を示す図である。
【図１６】実施例６における活性層の厚みと、立ち上がり時間との関係を示す図である。
【図１７】実施例６における活性層の厚みと立ち下がり時間との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａについて説明する。
【００２０】
図１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。図１に示すように、エピタキシャルウエハ２０ａは、ＡｌＧａＡｓ基板（ＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ基板（０≦ｙ≦１））１０と、ＡｌＧａＡｓ基板１０上に形成されたエピタキシャル層２１と、エピタキシャル層２１上に形成された透明導電膜２６とを備えている。
【００２１】
ＡｌＧａＡｓ基板１０は、ＧａＡｓ基板１３と、ＧａＡｓ基板１３上に形成されたＡｌＧａＡｓ層１１とを含んでいる。
【００２２】
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２°以下傾斜した主表面を有していることが好ましい。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。
【００２３】
ＡｌＧａＡｓ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。
【００２４】
ＡｌＧａＡｓ層１１は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（０≦ｘ≦１）で表される。このＡｌＧａＡｓ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。
【００２５】
ここで、ＡｌＧａＡｓ層１１のモル比について図２〜図４を参照して説明する。図２〜図４中、縦軸は、ＡｌＧａＡｓ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。
【００２６】
図２〜図４に示すように、ＡｌＧａＡｓ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。また、図２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂから主表面１１ａにかけて、Ａｌの組成比ｘは単調減少していることが好ましい。単調減少とは、ＡｌＧａＡｓ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。
【００２７】
図３または図４に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１は、複数の層（図３および図４では２層）を含んでいてもよい。この場合、図３に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１は、裏面１１ｂから主表面１１ａに向けてＡｌの組成比ｘが単調減少している層を含むことが好ましい。これにより、ＡｌＧａＡｓ基板１０に生じる反りを緩和することができる。
【００２８】
なお、ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘは、上記に限定されない。たとえば、図４に示すように、ＡｌＧａＡｓ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よりも高くてもよい。
【００２９】
ＡｌＧａＡｓ層１１において、Ａｌの組成比ｘは、０以上０．４５以下であることが好ましい。この場合、ＡｌＧａＡｓ層１１上に酸化層が形成されることを効果的に抑制できるとともに、高い透過特性を維持できる。
【００３０】
次に、ＡｌＧａＡｓ層１１のキャリア濃度について図５〜図７を参照して説明する。図５〜図７中、縦軸は、ＡｌＧａＡｓ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、各位置でのキャリア濃度を示す。
【００３１】
図５〜図７に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１は、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度が変化していることが好ましい。
【００３２】
また、図５および図６に示すように、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度が単調増加または単調減少している層を含むことが好ましい。キャリア濃度が単調増加している層とは、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて（成長方向に向けて）、キャリア濃度が常に同じまたは増加しており、かつこの層において裏面１１ｂ側の面よりも主表面１１ａの面の方がキャリア濃度が高いことを意味する。つまり、キャリア濃度が単調増加している層とは、この層において成長方向に向けてキャリア濃度が減少している部分が含まれていない。キャリア濃度が単調減少している層とは、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて（成長方向に向けて）、キャリア濃度が常に同じまたは減少しており、かつこの層において裏面１１ｂ側の面よりも主表面１１ａ側の面の方がキャリア濃度が低いことを意味する。つまり、キャリア濃度が単調減少している層とは、この層において成長方向に向けてキャリア濃度が増加している部分が含まれていない。
【００３３】
また、図６および図７に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１は、複数の層（図６および図７では２層）を含んでいてもよい。この場合、ＡｌＧａＡｓ層１１は、図７に示すように、単調増加も単調減少もしない層を含んでいてもよい。
【００３４】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１は、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度が単調増加している層と、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度が単調減少している層とを合わせて含まないことが好ましい。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１は、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度が単調増加している層のみからなる、または裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度が単調増加している層および均一なキャリア濃度の層からなる、または裏面１１ｂから主表面１１ａに向けてキャリア濃度が単調減少している層のみからなる、または裏面１１ｂから主表面１１ａに向けてキャリア濃度が単調減少している層および均一なキャリア濃度の層からなる。この場合、容易に製造できるため、コストを低減できる。
【００３５】
なお、「ＡｌＧａＡｓ層１１は、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度が単調増加または単調減少している層を含む」とは、ＡｌＧａＡｓ層１１の少なくとも一部の層で裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度が単調増加または単調減少している層を含むことを意味し、主表面１１ａおよび裏面１１ｂでのキャリア濃度の高低については特に限定されない。
【００３６】
このように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度が変化していると、このＡｌＧａＡｓ層１１を用いて作製された赤外ＬＥＤの信頼性を高めることができる。その理由について以下に説明する。キャリア濃度が高いと、導電率が高くなるが、透過率が悪くなる。透過率が悪くなると、光の吸収により、発熱する。このため、信頼性が低下する。一方、キャリア濃度が低いと、透過率は向上するが、導電率が悪くなる。導電率が悪くなると、抵抗が高いため、発熱する。このため、信頼性が低下する。本実施の形態では、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度が変化しているので、導電率と透過率とのバランスを良好にするために、ＡｌＧａＡｓ層１１全体でキャリア濃度を制御することができる。これにより、導電率と透過率とによる影響を低減することで、発熱を抑制することにより、赤外ＬＥＤを形成したときに信頼性を向上することができる。特に、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度が単調増加または単調減少している層を含むことで、導電率と透過率とのバランスを良好にするために、ＡｌＧａＡｓ層１１全体でキャリア濃度を制御できるので、コストの増加を抑制してエピタキシャルウエハ２０ａを実現することができる。
【００３７】
ＡｌＧａＡｓ層１１のキャリア濃度の勾配の絶対値は、３×１０15ｃｍ-3／μｍ以上５×１０17ｃｍ-3／μｍ以下であることが好ましい。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１の少なくとも一部の領域のキャリア濃度の勾配の絶対値が３×１０15ｃｍ-3／μｍ以上５×１０17ｃｍ-3／μｍ以下であることが好ましい。なお、キャリア濃度の勾配とは、ＡｌＧａＡｓ層１１の任意の厚み△ｄにおけるキャリア濃度の差△ｃｃを測定し、△ｃｃ／△ｄを算出した値である。この場合、ＡｌＧａＡｓ層１１の導電率と透過率とによる影響の低減を両立できるので、信頼性をさらに向上することができる。
【００３８】
ＡｌＧａＡｓ層１１のキャリア濃度の範囲は、１×１０17ｃｍ-3以上３×１０18ｃｍ-3以下であることが好ましい。この場合、ＡｌＧａＡｓ層１１において導電率による影響の低減と透過率による影響の低減とを両立できるので、信頼性を向上することができる。
【００３９】
ＡｌＧａＡｓ層１１のドーパントは、特に限定されないが、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型ドーパントなどを用いることができる。ＡｌＧａＡｓ層１１のドーパントは、シリコン、亜鉛、セレン、テルルからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質であることが好ましい。ただし、ＡｌＧａＡｓ層１１が複数層の場合、層毎に変更してもよい。
【００４０】
エピタキシャル層２１は、活性層を含む。活性層は、ＡｌＧａＡｓ層１１よりもバンドギャップが小さいことが望ましい。ただし、Ａｌ組成比が勾配を有するため、一部で大小関係が逆転する場合もある。
【００４１】
活性層は、井戸層と、井戸層よりもバンドギャップの大きなバリア層とが交互に積層された多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有していることが好ましい。活性層が多重量子井戸構造を有している場合には、活性層は３層以上２０層以下の井戸層を有することが好ましい。この場合、赤外ＬＥＤを作製したときに、パルス印加における立ち上がり時間および立ち下がり時間を短くすることができる。
【００４２】
井戸層の材料は、バリア層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、たとえば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）、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウム砒素リン）などを用いることができる。これらの材料は、ＡｌＧａＡｓ層１１との格子整合度が適合する赤外発光の材料である。ただし、格子整合がずれている場合でも、完全に、あるいは、一部で歪が緩和していなければよい。
【００４３】
バリア層の材料は、井戸層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、たとえばＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ（ガリウム砒素リン）、ＡｌＧａＡｓＰ（アルミニウムガリウム砒素リン）、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰなどを用いることできる。これらの材料は、ＡｌＧａＡｓ層１１との格子整合度が適合する材料である。また、井戸層と同じく、格子整合がずれている場合でも、完全に、あるいは、一部で歪が緩和していなければよい。
【００４４】
また、活性層は、１．５μｍ以下の厚みを有することが好ましく、３００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の厚みを有することがより好ましい。この場合、赤外ＬＥＤを作製したときに、パルス印加における立ち上がり時間および立ち下がり時間を短くすることができる。
【００４５】
なお、活性層は、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、ダブルへテロ構造を有していてもよい。
【００４６】
また、本実施の形態ではエピタキシャル層２１が活性層を含んでいる場合について説明したが、エピタキシャル層２１は他の層を含んでいてもよい。他の層を含むエピタキシャル層２１は、たとえば、ｎ型バッファ層と、ｎ型バッファ層上に形成されたｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成されたｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層上に形成されたｐ型窓層と、ｐ型窓層上に形成されたｐ型コンタクト層とを含む。なお、上記構成において、他の層の少なくとも１層は省略されてもよいし、ｐ型とｎ型とが反対であってもよい。
【００４７】
エピタキシャル層２１の最上層（透明導電膜２６と接する層）はｐ型であることが好ましい。この場合、エピタキシャル層２１は、活性層上に形成されたｐ型クラッド層を含み、ｐ型クラッド層は、１×１０17ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のキャリア濃度を有することが好ましい。また、エピタキシャル層２１は、活性層上に形成されたｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層上に形成されたｐ型窓層とを含み、ｐ型クラッド層およびｐ型窓層の少なくとも一方は、１×１０17ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のキャリア濃度を有することがより好ましい。
【００４８】
透明導電膜２６は、エピタキシャルウエハ２０ａを用いて赤外ＬＥＤを作製したときに、チップ上面において、全面（図１において横方向）に電流を広がらせる効果を有する。これにより、チップ全面に渡り活性層に電流が注入され、発光が起き、高出力化が可能となる。また、透明導電膜２６がない場合、チップ上面の直列抵抗が高くなり、高速応答性が劣化する原因となる。
【００４９】
透明導電膜２６は、高い透過性と低い抵抗率とを有する。このような透明導電膜２６は、たとえば波長が８５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下での透過率は８５％以上であり、たとえば厚みが３００ｎｍのときの抵抗率が５ｍΩｃｍ以下である。
【００５０】
透明導電膜として、たとえばスズ（Ｓｎ）がドープされた酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）であるＩＴＯ、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、フッ素（Ｆ）がドープされたＩｎ2Ｏ3であるＩＦＯ、酸化スズ（ＳｎＯ2）、アンチモン（Ｓｂ）がドープされたＳｎＯ2であるＡＴＯ、ＦがドープされたＳｎＯ2であるＦＴＯ、カドミウム（Ｃｄ）がドープされたＳｎＯ2であるＣＴＯ、アルミニウム（Ａｌ）がドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）であるＡＺＯ、ＩｎがドープされたＺｎＯであるＩＺＯ、ＧａがドープされたＺｎＯであるＧＺＯなどが挙げられる。特に、透明性と導電性とをバランスよく保持できるため、透明導電膜２６はＩＴＯであることが好ましい。
【００５１】
なお、透明導電膜２６は、上記の材料に特に限定されず、たとえば、光が透過するように厚みを５０ｎｍ以下にした金属膜を用いてもよい。このような金属膜としては、たとえば、厚みが１５ｎｍ以下の金（Ａｕ）、Ａｌなどを用いることができる。
【００５２】
エピタキシャル層２１の厚みは、５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。５０μｍ以上の場合、ハンドリングを向上できる。３００μｍ以下の場合、出力を向上できるとともに、コストを低減することができる。
【００５３】
続いて、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ２０ａの製造方法について説明する。
【００５４】
まず、ＧａＡｓ基板１３を準備する。次に、ＧａＡｓ基板１３上に、たとえばＬＰＥ（液相成長法：Liquid Phase Epitaxy）法により主表面１１ａを有するＡｌＧａＡｓ層１１を成長させる。このＡｌＧａＡｓ層１１を成長させる工程では、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ＡｌＧａＡｓ層１１を成長させる。
【００５５】
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ＡｌＧａＡｓ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ＡｌＧａＡｓ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、ＡｌＧａＡｓ結晶を成長させる方法をいう。
【００５６】
ＡｌＧａＡｓ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。
【００５７】
また、この工程では、裏面１１ｂから主表面１１ａに向けてキャリア濃度が単調増加または単調減少している層を含むＡｌＧａＡｓ層を成長することが好ましい。この場合、キャリア濃度の勾配の絶対値が３×１０15ｃｍ-3／μｍ以上５×１０17ｃｍ-3／μｍ以下になるように、ＡｌＧａＡｓ層１１を成長することが好ましい。また、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上３×１０18ｃｍ-3以下になるようにＡｌＧａＡｓ層１１を成長することが好ましい。
【００５８】
次に、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを研磨する。ＬＰＥ法でＡｌＧａＡｓ層１１を成長させると主表面１１ａには凹凸が生じるが、この工程により主表面１１ａを平坦にすることができる。
【００５９】
これにより、ＡｌＧａＡｓ層１１およびＧａＡｓ基板１３を含むＡｌＧａＡｓ基板１０を製造することができる。
【００６０】
次に、このＡｌＧａＡｓ基板１０のＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に、ＯＭＶＰＥ（Organo Metallic Vapor Phase Epitaxy：有機金属気相成長）法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法により活性層を含むエピタキシャル層２１を形成する。この工程では、ＡｌＧａＡｓ層１１上に、上述したような活性層を含むエピタキシャル層を成長させる。
【００６１】
ＯＭＶＰＥ法は原料ガスがＡｌＧａＡｓ層１１上で熱分解反応することにより活性層を成長させ、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を成長させるので、ＯＭＶＰＥ法およびＭＢＥ法は活性層の厚みを容易に制御できる。このため、２層以上の井戸層を複数有する活性層を容易に成長できる。
【００６２】
また、ＡｌＧａＡｓ基板１０のＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａが平坦なので、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に活性層を含むエピタキシャル層２１を形成する際に、エピタキシャル層２１の異常成長を抑制することができる。
【００６３】
次に、エピタキシャル層２１上に、透明導電膜２６を形成する。透明導電膜２６の形成方法は特に限定されないが、たとえば電子ビーム蒸着法、スパッタ法などを採用できる。
【００６４】
以上の工程を実施することにより、図１に示すエピタキシャルウエハ２０ａを製造できる。なお、ＧａＡｓ基板１３の一部を除去する工程をさらに実施してもよい。この場合は、準備したＧａＡｓ基板よりも厚みの小さなＧａＡｓ基板を備えたエピタキシャルウエハ２０ａを製造することになる。
【００６５】
以上説明したように、本実施の形態における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、かつ主表面１１ａと、主表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有するＡｌＧａＡｓ層１１を含むＡｌＧａＡｓ基板１０と、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層２１と、エピタキシャル層２１上に形成された透明導電膜２６とを備え、ＡｌＧａＡｓ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。
【００６６】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ２０ａ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。これにより、ＡｌＧａＡｓ基板１０の表面（本実施の形態ではＡｌＧａＡｓ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。このため、このＡｌＧａＡｓ基板１０上に形成される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。
【００６７】
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、ＡｌＧａＡｓ基板１０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、主表面１１ａに酸化層が形成されることを低減できる。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ＡｌＧａＡｓ結晶を成長させることにより、透過特性を向上できる。
【００６８】
このように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａ側で欠陥が導入されることを抑制するように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。
【００６９】
さらに、エピタキシャル層上に透明導電膜２６を形成している。透明導電膜２６により、エピタキシャル層２１の厚みが小さい場合でも、電流の拡散を促進することができる。
【００７０】
したがって、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ２０ａを用いて赤外ＬＥＤを作製した場合、欠陥による発光特性の低下を抑制し、かつ透過特性の向上により光吸収を低減でき、かつ透明導電膜２６の電流の拡散により光をチップ全面に広げることができる。よって、このエピタキシャルウエハ２０ａを用いて作製した赤外ＬＥＤの出力を向上することができる。
【００７１】
また、透明導電膜２６により、横方向の抵抗を低減できる。このため、このエピタキシャルウエハ２０ａを用いて作製した赤外ＬＥＤの高速応答性を実現することができる。
【００７２】
また、本実施の形態のエピタキシャルウエハ２０ａにおいて、ＡｌＧａＡｓ基板１０は、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂに接するＧａＡｓ基板１３を含んでいる。
【００７３】
ＡｌＧａＡｓ基板１０がＧａＡｓ基板１３を含んでいる場合には、ＡｌＧａＡｓ層１１だけでなく、ＧａＡｓ基板１３によりエピタキシャルウエハ２０ａ全体の厚みを厚く設計できるので、チップ作製工程でのウエハの割れ発生を抑制することができる。
【００７４】
また、本実施の形態ではＧａＡｓ基板１３を除去する必要がないので、後述するＧａＡｓ基板１３を除去している実施の形態２と比べて、ＧａＡｓ基板１３を除去する工程の時間を短縮できる。このため、コストを低減することができる。
【００７５】
さらに、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ２０ａを用いて赤外ＬＥＤを作製するために、ＧａＡｓ基板１３に電極を形成すると、ＡｌＧａＡｓ層１１に電極を形成する場合と比べて、より低抵抗なコンタクト電極を作製することができる。このため、より高信頼性、低動作温度の赤外ＬＥＤを作製することができる。
【００７６】
上記エピタキシャルウエハ２０ａにおいて好ましくは、透明導電膜２６が、ＩＴＯである。ＩＴＯは、高い透過性と高い導電率とを両立する。高い透過性により、出力をさらに向上できる。高い導電性により、抵抗を低減できる。
【００７７】
上記エピタキシャルウエハ２０ａにおいて好ましくは、エピタキシャル層２１において透明導電膜２６と接する層はｐ型である。
【００７８】
ｐ型の層と透明導電膜２６とのコンタクト抵抗は、ｎ型の層と透明導電膜２６とのコンタクト抵抗に比べて、低減できる。このため、赤外ＬＥＤを作製したときに、赤外ＬＥＤの高速化を図ることができる。
【００７９】
上記エピタキシャルウエハ２０ａにおいて好ましくは、エピタキシャル層２１は、活性層上に形成されたｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層上に形成されたｐ型窓層とを含み、ｐ型クラッド層およびｐ型窓層の少なくとも一方は、１×１０17ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のキャリア濃度を有する。
【００８０】
１×１０17ｃｍ-3以上の場合、抵抗を低下できるので、高速応答性を向上できる。２×１０18ｃｍ-3以下の場合、光の吸収を抑制することで高い出力を維持できるとともに、高い信頼性を維持できる。
【００８１】
上記エピタキシャルウエハ２０ａにおいて好ましくは、活性層は、１．５μｍ以下の厚みを有する。
【００８２】
これにより、ｐｎ接合の空乏層容量を低減でき、赤外ＬＥＤを作製したときに、パルス印加における立ち上がり時間および立ち下がり時間を短くすることができる。このため、高速応答性を向上できる。
【００８３】
上記エピタキシャルウエハ２０ａにおいて好ましくは、活性層は、３層以上２０層以下の井戸層を有する。
【００８４】
これにより、赤外ＬＥＤを作製したときに、パルス印加における立ち上がり時間および立ち下がり時間を短くすることができる。このため、高速応答性を向上できる。
【００８５】
（実施の形態２）
図８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。
【００８６】
図８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は、基本的には実施の形態１におけるエピタキシャルウエハ２０ａと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。
【００８７】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは、ＡｌＧａＡｓ基板１０が自立基板となる程度に厚いことが好ましい。このような厚みは、たとえば７０μｍ以上である。
【００８８】
続いて、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。本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ２０ｂの製造方法は、基本的には実施の形態１におけるエピタキシャルウエハ２０ａの製造方法と同様の構成を備えているが、ＧａＡｓ基板１３を除去する工程をさらに備えている点において異なる。
【００８９】
ＧａＡｓ基板１３を除去する方法は、特に限定されないが、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ＡｌＧａＡｓ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。
【００９０】
以上説明したように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ２０ｂは、主表面１１ａと、主表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有するＡｌＧａＡｓ層１１を含むＡｌＧａＡｓ基板１０と、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層２１と、エピタキシャル層２１上に形成された透明導電膜２６とを備え、ＡｌＧａＡｓ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。
【００９１】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ２０ｂによれば、ＧａＡｓ基板１３を含まずにＡｌＧａＡｓ層１１のみを備えたＡｌＧａＡｓ基板１０を備えている。ＧａＡｓ基板１３は波長が８７０ｎｍ以下の光を吸収するので、ＧａＡｓ基板１３が除去されたＡｌＧａＡｓ基板１０を備えたエピタキシャルウエハ２０ｂを用いて赤外ＬＥＤを製造すると、透過率をより向上できる。このため、このエピタキシャルウエハ２０ｂを用いて作製した赤外ＬＥＤの出力をより向上することができる。
【００９２】
（実施の形態３）
図９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９に示すように、本実施の形態にける赤外ＬＥＤ３０ａは、実施の形態１における図１に示す赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａと、このエピタキシャルウエハ２０ａの主表面および裏面にそれぞれ形成された電極３１、３２とを備えている。電極３１は、光を取り出すために、エピタキシャルウエハ２０ａの表面の一部のみを覆い、残部を露出させている。電極３２は、エピタキシャルウエハ２０ａの裏面を覆う。電極３２は、エピタキシャルウエハ２０ａの裏面の全面を覆ってもよく、一部を覆ってもよい。一部を覆う場合には、たとえばドット状または格子状に形成できる。
【００９３】
エピタキシャル層２１において透明導電膜２６と接する層がｐ型の場合、電極３１は、たとえばＡｕ（金）とＺｎ（亜鉛）との合金よりなるｐ型電極であり、ＡｌＧａＡｓ基板１０下に形成された電極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。
【００９４】
赤外ＬＥＤ３０ａの発光波長は、たとえば８５０ｎｍ以上１μｍ以下である。赤外ＬＥＤ３０ａにおいて、２０ｍＡの動作電流を流したときの発光出力は、たとえば３ｍＷ以上６ｍＷ以下である。
【００９５】
赤外ＬＥＤ３０ａにおいて、パルス印加における立ち上がり時間および立ち下がり時間は、たとえば５ｎｓｅｃ以上１００ｎｓｅｃ以下であり、好ましくは５ｎｓｅｃ以上２７ｎｓｅｃ以下である。この場合、高速応答性を備えた赤外ＬＥＤ３０ａを実現できる。
【００９６】
なお、上記「パルス印加における立ち上がり時間および立ち下り時間」は、パルスジェネレータにより矩形パルスを発生させ、出力がオン／オフしたときの出力電圧の過渡的変化時間を元に、出力波形が１０％から９０％に至るまでの時間を立ち上がり時間とし、出力波形が９０％から１０％に至るまでの時間を立ち下がり時間としている。
【００９７】
また、赤外ＬＥＤ３０ａにおいて、パルス印加における遮断周波数は、たとえば１０ＭＨｚ以上であり、１６ＭＨｚ以上４３ＭＨ以下であることが好ましい。この場合、赤外ＬＥＤ３０ａの性能を向上することができる。
【００９８】
なお、上記「遮断周波数」は、出力電力（Ｐｏｕｔ）／入力電力（Ｐｉｎ）の比において、１／２となる周波数である。たとえば図１３に示す実際の測定では、出力電力（Ｐｏｕｔ）／入力電力（Ｐｉｎ）の比が−３ｄＢ減衰した点の値である。
【００９９】
続いて、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。まず、実施の形態１における赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａの製造方法により、エピタキシャルウエハ２０ａを製造する。
【０１００】
次に、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０ａの主表面および裏面に電極３１、３２を形成する。具体的には、たとえば蒸着法により、主表面上にＡｕとＺｎとを蒸着して、また、裏面上に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。
【０１０１】
上記工程を実施することにより、図９に示す赤外ＬＥＤ３０ａを製造することができる。
【０１０２】
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１におけるエピタキシャルウエハ２０ａと、エピタキシャル層２１に形成された電極３１、３２とを備えている。
【０１０３】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａによれば、ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘを制御したＡｌＧａＡｓ基板１０を用い、かつ透明導電膜２６により電流を拡散しているので、出力を向上した赤外ＬＥＤ３０ａを実現できる。
【０１０４】
上記赤外ＬＥＤ３０ａにおいて好ましくは、パルス印加における立ち上がり時間および立ち下がり時間が５ｎｓｅｃ以上１００ｎｓｅｃ以下である。実施の形態１のエピタキシャルウエハ２０ａを用いることにより、このように立ち上がり時間および立ち下り時間の短い赤外ＬＥＤ３０ａを実現することができる。これにより、応答速度を向上できる。
【０１０５】
上記赤外ＬＥＤ３０ａにおいて好ましくは、パルス印加における遮断周波数が１０ＭＨｚ以上である。実施の形態１のエピタキシャルウエハ２０ａを用いることにより、このように遮断周波数の大きな赤外ＬＥＤ３０ａを実現することができる。これにより、応答速度を向上できる。これにより、赤外ＬＥＤ３０ａの性能を向上できる。
【０１０６】
（実施の形態４）
図１０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１０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３における赤外ＬＥＤ３０ａと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。
【０１０７】
具体的には、本実施の形態の赤外ＬＥＤ３０ｂは、実施の形態２のエピタキシャルウエハ２０ｂを備えている。エピタキシャルウエハ２０ｂの表面に電極３１が接して設けられており、裏面（本実施の形態ではＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂ）に電極３２が接して設けられている。
【０１０８】
赤外ＬＥＤ３０ｂの発光波長は、たとえば８５０ｎｍ以上１μｍ以下である。赤外ＬＥＤ３０ｂにおいて、２０ｍＡの動作電流を流したときの発光出力は、たとえば４．５ｍＷ以上６ｍＷ以下である。
【０１０９】
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３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、実施の形態１のエピタキシャルウエハ２０ａの代わりに実施の形態のエピタキシャルウエハ２０ｂを製造している点において異なる。
【０１１０】
以上説明したように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂは、実施の形態２におけるエピタキシャルウエハ２０ｂと、エピタキシャル層２１に形成された電極３１、３２とを備えている。
【０１１１】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂによれば、ＧａＡｓ基板１３を含まずにＡｌＧａＡｓ層１１のみを含むＡｌＧａＡｓ基板１０を備えている。ＧａＡｓ基板１３は波長が８７０ｎｍ以下の光を吸収するので、ＧａＡｓ基板１３が除去されたＡｌＧａＡｓ基板１０を備えた赤外ＬＥＤ３０ｂは、透過率をより向上できる。このため、赤外ＬＥＤ３０ｂの出力をより向上することができる。
【実施例１】
【０１１２】
本実施例では、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ＡｌＧａＡｓ層１１と、透明導電膜とを備えることによる効果について調べた。
【０１１３】
（本発明例１）
本発明例１は、実施の形態４における赤外ＬＥＤ３０ｂの製造方法にしたがった。具体的には、まず、ＶＢ法により製造され、２インチの直径と２７０μｍの厚みとを有するＧａＡｓ基板１３を準備した。
【０１１４】
次に、このＧａＡｓ基板１３上に、９２０℃〜室温間の温度条件による徐冷法でＡｌＧａＡｓ層１１を成長させた。この工程では、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．３で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．１の単調減少する層を３層含むようにＡｌＧａＡｓ層を成長させた。各層の厚みを５０μｍとし、ＡｌＧａＡｓ層の厚みを１５０μｍとした。また、ドーパントとしてテルルをドーピングし、裏面１１ｂのキャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3で、主表面１１ａのキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3になるようにＡｌＧａＡｓ層を成長させた。
【０１１５】
次に、ＯＭＶＰＥ法により、活性層を含むエピタキシャル層を形成した。具体的には、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に、ｎ型バッファ層、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型窓層およびｐ型コンタクト層をこの順で成長した。各層の成長温度は、７６０℃であった。ｎ型バッファ層は０．５μｍの厚みを有し、ＳｉがドープされたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓよりなり、５×１０17ｃｍ-3のキャリア濃度を有していた。ｎ型クラッド層は１．０μｍの厚みを有し、ＳｉがドープされたＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓよりなり、５×１０17ｃｍ-3のキャリア濃度を有していた。ｐ型クラッド層は１．０μｍの厚みを有し、ＺｎがドープされたＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓよりなり５×１０17ｃｍ-3のキャリア濃度を有していた。ｐ型窓層は３．５μｍの厚みを有し、ＺｎがドープされたＡｌ0.20Ｇａ0.80Ａｓよりなり、５×１０17ｃｍ-3のキャリア濃度を有していた。ｐ型コンタクト層は０．２μｍの厚みを有し、ＺｎがドープされたＧａＡｓよりなり、４×１０19ｃｍ-3のキャリア濃度を有していた。また、活性層は、発光波長９４０ｎｍとし、５ｎｍの厚みを有し、Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ａｓよりなる井戸層と、１５ｎｍの厚みを有し、Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓよりなるバリア層とを、それぞれ３層有している多重量子井戸構造（ＭＱＷ）であった。活性層の厚みは、８９７ｎｍであった。
【０１１６】
次に、エピタキシャル層において、ＡｌＧａＡｓ基板と接する面と反対側の面上に、電子ビーム蒸着法により、真空炉内で酸素雰囲気中で、３００℃の温度で、透明導電膜を形成した。透明導電膜は、３００ｎｍの厚みを有するＩＴＯとした。
【０１１７】
次に、透明導電膜２６上に、電極３１として、ｐ型電極を形成した。電極３１のパッド径は１２０μｍとし、電極材料をＡｕとし、合計の厚みを１μｍとした。
【０１１８】
次に、ＧａＡｓ基板１３を除去し、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂ上に、電極３２として、ｎ型電極を形成した。電極３２は、ドット状とし、材料をＡｕＧｅ合金とし、厚みを１μｍとした。
【０１１９】
以上の工程を実施することにより、本発明例１の赤外ＬＥＤ３０ｂを製造した。
（本発明例２）
本発明例２の赤外ＬＥＤ３０ｂは、基本的には本発明例１の赤外ＬＥＤ３０ｂと同様に製造したが、井戸層およびバリア層が交互にそれぞれ２０層積層された活性層を形成した点においてのみ異なっていた。ただし、井戸層、バリア層に各々逆方向の歪を導入し、エピタキシャル層全体で歪補償を行なっている。
【０１２０】
（本発明例３）
本発明例３の赤外ＬＥＤ３０ａは、実施の形態３の赤外ＬＥＤ３０ａの製造方法にしたがった。具体的には、本発明例３の赤外ＬＥＤ３０ａは、基本的には本発明例１の赤外ＬＥＤと同様に製造したが、ＧａＡｓ基板１３上にエピタキシャル層２１を成長した後に、研磨によりＧａＡｓ基板１３を裏面側より一部除去して、ＧａＡｓ基板１３の厚みを１４０μｍとした点、およびＡｌＧａＡｓ層の厚みを８０μｍにした点において異なっていた。本発明例３の赤外ＬＥＤの発光波長は、９３６ｎｍであった。
【０１２１】
（本発明例４）
本発明例４の赤外ＬＥＤ３０ｂは、基本的には本発明例３の赤外ＬＥＤ３０ｂと同様に製造したが、井戸層およびバリア層が交互にそれぞれ２０層積層された活性層を形成した点においてのみ異なっていた。ただし、井戸層、バリア層に各々逆方向の歪を導入し、エピタキシャル層全体で歪補償を行なっている。
【０１２２】
（比較例１）
比較例１の赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様に製造したが、透明導電膜を形成しなかった点において異なっていた。
【０１２３】
（評価方法）
本発明例１〜４および比較例１の赤外ＬＥＤについて、ＴＯキャンにＡｇペーストにより実装し、直径が３０μｍの金線をｐ側の電極である電極３１にボンディングした。そして、動作電流ＩＦを２０ｍＡとしたときの出力を測定した。その結果を図１１に示す。
【０１２４】
また、パルスジェネレータにより矩形パルスを発生させ、光出力の応答速度を測定した。発光側にパルスで順電流（ＩＦ）を流した際に、出力がオン／オフしたときの出力電圧の過渡的変化時間を元に、立ち上がり時間Ｔｒおよび立ち下がり時間Ｔｆを定義した。すなわち、立ち上がり時間Ｔｒは、出力波形が１０％から９０％に至るまでの時間とした。また、立ち下がり時間Ｔｆは、出力波形が９０％から１０％に至るまでの時間とした。その結果を図１２に示す。
【０１２５】
（評価結果）
図１１に示すように、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ＡｌＧａＡｓ層を備え、かつ透明導電膜を備えていた本発明例１〜４は、透明導電膜を備えていなかった比較例１と比較して、出力を向上できることがわかった。特に、ＧａＡｓ基板を除去した本発明例１および２は、ＧａＡｓ基板を備えていた本発明例３および４よりもさらに出力を向上することができた。
【０１２６】
ここで、比較例１は、ＡｌＧａＡｓ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よりも高かったので、比較例１の赤外ＬＥＤの出力は、Ａｌの組成が均一のＡｌＧａＡｓ層を備えた従来の赤外ＬＥＤの出力よりも高いという知見を本発明者は得ている。
【０１２７】
また、図１２に示すように、３層以上２０層以下の井戸層を有する本発明例１〜４の赤外ＬＥＤは、パルス印加における立ち上がり時間および立ち下がり時間が５ｎｓｅｃ以上１００ｎｓｅｃ以下であった。特に、３層の井戸層を有する本発明例１および３の赤外ＬＥＤは、２０層の井戸層を有する本発明例２および４の赤外ＬＥＤよりもさらに応答速度を向上できた。
【０１２８】
以上より、本実施例によれば、ＡｌＧａＡｓ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よりも高く、かつ透明導電膜を備えることにより、出力を向上できることが確認できた。
【実施例２】
【０１２９】
本実施例では、ＡｌＧａＡｓ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よりも高く、かつ透明導電膜を備えることの効果をさらに調べた。
【０１３０】
（本発明例５）
本発明例５は、基本的には本発明例２と同様に製造したが、ＡｌＧａＡｓ層の厚みを８０μｍにした点において異なっていた。本発明例５の赤外ＬＥＤの発光波長は９４５ｎｍであった。
【０１３１】
（本発明例６）
本発明例６は、基本的には本発明例１と同様に製造したが、ＡｌＧａＡｓ層の厚みを１８０μｍにした点において異なっていた。本発明例６の赤外ＬＥＤの発光波長は９４０ｎｍであった。
【０１３２】
（評価方法）
本発明例３、５、６および比較例１の赤外ＬＥＤについて、実施例１と同様に出力を測定した。その結果を下記の表１に示す。
【０１３３】
また、本発明例５、６および比較例１の赤外ＬＥＤについて、遮断周波数ｆｃを測定した。その結果を図１３に示す。遮断周波数ｆｃは、出力電力（Ｐｏｕｔ）／入力電力（Ｐｉｎ）の比において、−３ｄＢ減衰した点とした。その結果を下記の表１に示す。
【０１３４】
【表１】
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【０１３５】
表１に示すように、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ＡｌＧａＡｓ層を備え、かつ透明導電膜を備えていた本発明例３、５、および６は、透明導電膜を備えていなかった比較例１と比較して、出力を向上できることがわかった。特に、ＧａＡｓ基板を除去した本発明例５および６は、ＧａＡｓ基板を備えていた本発明例３よりもさらに出力を向上することができた。
【０１３６】
また、表１および図１３に示すように、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ＡｌＧａＡｓ層を備え、かつ透明導電膜を備え、かつＧａＡｓ基板が除去され、活性層が３層の本発明例６は、本発明例５および比較例１に比べて、遮断周波数を向上できた。
【実施例３】
【０１３７】
本実施例では、活性層上に形成されたｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層上に形成されたｐ型窓層とを含み、ｐ型クラッド層およびｐ型窓層の少なくとも一方は、１×１０17ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のキャリア濃度を有することの効果について調べた。
【０１３８】
具体的には、本発明例１では、ｐ型クラッド層およびｐ型窓層のキャリア濃度を５×１０17ｃｍ-3としたが、本実施例では、ｐ型クラッド層およびｐ型窓層のキャリア濃度を下記の表２に記載にした点において異なる５種類の赤外ＬＥＤをさらに製造した。
【０１３９】
各赤外ＬＥＤについて、実施例１と同様に、出力、立ち上がり時間および立下り時間を測定した。その結果を下記の表２に示す。表２において、出力の○は、２．５ｍＷ以上を意味し、△は、１ｍＷ以上２．５ｍＷ未満を意味する。また、高速応答性の○は、立ち上がり時間および立ち下がり時間が１００ｎｓｅｃ以下を意味し、×とは、立ち上がり時間および立ち下がり時間が１００ｎｓｅｃ超えを意味する。
【０１４０】
【表２】
2011146572.tif 000004
【０１４１】
表２に示すように、ｐ型クラッド層およびｐ型窓層が、１×１０17ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のキャリア濃度を有する赤外ＬＥＤは、出力が高く、かつ応答性を向上できることがわかった。
【０１４２】
ｐ型クラッド層およびｐ型窓層が７×１０16ｃｍ-3のキャリア濃度を有していた赤外ＬＥＤでは、立ち上がり時間および立ち下がり時間が大きくなった。２．５×１０18ｃｍ-3のキャリア濃度を有していた赤外ＬＥＤでは、立ち上がり時間および立ち下がり時間が大きくなり、かつ、出力がやや低下した。
【０１４３】
以上より、本実施例によれば、活性層上に形成されたｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層上に形成されたｐ型窓層とを含み、ｐ型クラッド層およびｐ型窓層の少なくとも一方は、１×１０17ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のキャリア濃度を有することにより、出力を向上できるとともに、高速応答性を維持できることが確認できた。なお、ｐ型窓層が省略された場合であっても、出力を同様に向上できるとともに、高速応答性を維持できることは、本発明者は知見として得ている。
【実施例４】
【０１４４】
本実施例では、ＡｌＧａＡｓ基板の厚みが５０μｍ以上３００μｍ以下であることの効果について調べた。
【０１４５】
具体的には、本実施例では、基本的には本発明例１と同様に製造したが、ＡｌＧａＡｓ基板の厚みを下記の表３に記載にした点において異なる６種類の赤外ＬＥＤをさらに製造した。
【０１４６】
各赤外ＬＥＤについて、実施例１と同様に、出力、立ち上がり時間および立下り時間を測定した。その結果を下記の表３に示す。表３において、出力の△、○および高速答性の×、○は、実施例３と同様に評価した。
【０１４７】
【表３】
2011146572.tif 000005
【０１４８】
表３に示すようにＡｌＧａＡｓ基板の厚みが５０μｍ以上３００μｍ以下の赤外ＬＥＤは、出力が高く、かつ応答性を向上できることがわかった。
【０１４９】
ＡｌＧａＡｓ基板の厚みが３０μｍの赤外ＬＥＤは、厚みが薄いためハンドリングが難しく、出力がやや低下し、高速応答性が低下した。ＡｌＧａＡｓ基板の厚みが５００μｍの赤外ＬＥＤは、表面が粗くなり、出力がやや低下した。また、直列抵抗が増加したので、高速応答性が低下した。
【０１５０】
以上より、本実施例によれば、ＡｌＧａＡｓ基板の厚みが５０μｍ以上３００μｍ以下であることにより、出力を向上できるとともに、高速応答性を維持できることが確認できた。
【実施例５】
【０１５１】
本実施例では、３層以上２０層以下の井戸層を有することの効果について調べた。
具体的には、本発明例１と同様の井戸層およびバリア層が３層ずつ交互に積層されたＭＱＷを有する赤外ＬＥＤをさらに製造した。
【０１５２】
また、本発明例２と同様の井戸層およびバリア層が２０層ずつ交互に積層されたＭＱＷを有する１種類の赤外ＬＥＤをさらに製造した。
【０１５３】
これらの赤外ＬＥＤについて、実施例１と同様に、立ち上がり時間Ｔｒおよび立ち下がり時間Ｔｆを測定した。その結果をそれぞれ図１４および図１５に示す。
【０１５４】
図１４および図１５に示すように、３層以上２０層以下の井戸層を有する活性層を含む赤外ＬＥＤは、高速応答性を維持できることが確認できた。
【実施例６】
【０１５５】
本実施例では、活性層が１．５μｍ以下の厚みを有することの効果について調べた。
具体的には、本発明例１では活性層の厚みを８９７ｎｍとしたが、本実施例では、本発明例１と同様の製造方法において、活性層の厚みを図１６および図１７に記載の７種類の赤外ＬＥＤをさらに製造した。
【０１５６】
なお、活性層の厚みは、意図的に不純物を添加していないアンドープ層、あるいは、注入電子の閉じ込めを効率化するため、バンドギャップ、屈折率が異なるクラッド層で挟まれた層の厚みを測定した。
【０１５７】
これらの赤外ＬＥＤについて、実施例１と同様に、立ち上がり時間Ｔｒおよび立ち下がり時間Ｔｆを測定した。その結果をそれぞれ図１６および図１７に示す。
【０１５８】
図１６および図１７に示すように、活性層が１．５μｍの厚みを有する赤外ＬＥＤは、高速応答性を維持できることが確認できた。
【実施例７】
【０１５９】
本実施例では、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘが、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高く、かつ透明導電膜を備えることにより、赤外ＬＥＤの発光波長がどの程度まで実現可能かについて調べた。
【０１６０】
本実施例では、基本的には、本発明例１と同様に製造したが、活性層の厚み、井戸層の層数が下記の表４である点、および、活性層の井戸層の幅およびＩｎＧａＡｓのＩｎ組成比が異なる赤外ＬＥＤをさらに製造した。
【０１６１】
それぞれの赤外ＬＥＤについて、立ち上がり時間、立ち下がり時間を実施例１と同様にそれぞれ測定し、遮断周波数を実施例２と同様に測定し、発光波長もそれぞれ測定した。その結果を下記の表４に示す。
【０１６２】
【表４】
2011146572.tif 000006
【０１６３】
表４に示すように、８５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長の光を発光できる赤外ＬＥＤを実現できることがわかった。
【０１６４】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、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および実施例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】
【０１６５】
１０  ＡｌＧａＡｓ基板、１１  ＡｌＧａＡｓ層、１１ａ  主表面、１１ｂ  裏面、１３  ＧａＡｓ基板、２０ａ，２０ｂ  エピタキシャルウエハ、２１  エピタキシャル層、２６  透明導電膜、３０ａ，３０ｂ  ＬＥＤ、３１，３２  電極。
【図１】
2011146572.tif 000007
【図２】
2011146572.tif 000008
【図３】
2011146572.tif 000009
【図４】
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【図５】
2011146572.tif 000011
【図６】
2011146572.tif 000012
【図７】
2011146572.tif 000013
【図８】
2011146572.tif 000014
【図９】
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【図１０】
2011146572.tif 000016
【図１１】
2011146572.tif 000017
【図１２】
2011146572.tif 000018
【図１３】
2011146572.tif 000019
【図１４】
2011146572.tif 000020
【図１５】
2011146572.tif 000021
【図１６】
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【図１７】
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