(57)【要約】【課題】信頼性を向上できる赤外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よりも高く、かつ裏面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。【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よりも高く、
かつ前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、前記裏面側から前記主表面側に向けてキャリア濃度が変化している、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項２】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は、前記裏面側から前記主表面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、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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のキャリア濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上３×１０18ｃｍ-3以下である、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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層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、請求項１〜３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５】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のドーパントは、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、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１〜５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】
前記エピタキシャル層上に形成された透明導電膜をさらに備えた、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】
８５℃以下における１００ｍＡ通電で１０００時間経過したときの初期出力に対する相対出力が７０％以上である、請求項８に記載の赤外ＬＥＤ。
【請求項１０】
８５℃以下における１００ｍＡ通電で３０００時間経過したときの初期出力に対する相対出力が７０％以上である、請求項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支持基板上にエピタキシャル層を形成すると、エピタキシャル層に欠陥が発生す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。このことに起因して、上記特許文献１および２の半導体発光装置の信頼性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。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、信頼性を向上できる赤外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よりも高く、かつＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、裏面側から主表面側に向けてキャリア濃度が変化している。
【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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は、裏面側から主表面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。
【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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のキャリア濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上３×１０18ｃｍ-3以下である。
【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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層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。
【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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のドーパントは、シリコン（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質である。
【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、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。
【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、エピタキシャル層上に形成された透明導電膜をさらに備えている。
【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、８５℃以下における１００ｍＡ通電で１０００時間経過したときの初期出力に対する相対出力が７０％以上である。
【００１６】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、８５℃以下における１００ｍＡ通電で３０００時間経過したときの初期出力に対する相対出力が７０％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、信頼性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】本発明例１におけるＡｌＧａＡｓ層のキャリア濃度を示す図である。
【図１２】本発明例１におけるＡｌＧａＡｓ層のキャリア濃度の勾配を示す図である。
【図１３】本発明例２におけるＡｌＧａＡｓ層のキャリア濃度を示す図である。
【図１４】本発明例２におけるＡｌＧａＡｓ層のキャリア濃度の勾配を示す図である。
【図１５】本発明例３におけるＡｌＧａＡｓ層のキャリア濃度を示す図である。
【図１６】本発明例３におけるＡｌＧａＡｓ層のキャリア濃度の勾配を示す図である。
【図１７】本発明例１の赤外ＬＥＤの信頼性を示す図である。
【図１８】本発明例２の赤外ＬＥＤの信頼性を示す図である。
【図１９】本発明例３の赤外ＬＥＤの信頼性を示す図である。
【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】
ここで、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１１ｂから主表面１１ａ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。
【００３２】
なお、「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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、単調増加しない層（または単調減少しない層）を含んでいてもよい。
【００３５】
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の両方を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、ＡｌＧａＡｓ層１１を容易に製造できるため、コストを低減できる。
【００３６】
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。
【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く、５×１０15ｃｍ-3／μｍ以上５×１０17ｃｍ-3／μｍ以下であることがより好ましい。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く、５×１０15ｃｍ-3／μｍ以上５×１０17ｃｍ-3／μｍ以下であることがより好ましい。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。
【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く、１×１０17ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下であることがより好ましい。
【００３９】
ＡｌＧａＡｓ層１１のドーパントは、特に限定されないが、たとえば亜鉛、マグネシウム（Ｍｇ）、炭素（Ｃ）などのｐ型ドーパント、セレン、硫黄（Ｓ)、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（本実施の形態では透明導電膜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、省略されてもよい。また、エピタキシャルウエハ２０ａが透明導電膜２６を備えている場合には、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よりも高く、かつ、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および／またはキャリア濃度が一定の層を成長させる場合には温度差法または徐冷法を用いることが好ましい。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および／またはキャリア濃度が成長方向において変化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。特に、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よりも高く、かつ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。
【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。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、欠陥による発熱を抑制し、かつ透過特性の向上による光吸収に伴う発熱を抑制できる。
【００６９】
さらに、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。キャリア濃度が高い領域では、導電率を向上することにより、発熱を抑制できる。キャリア濃度が低い領域では、導電率は低くなるが透過率を良好にできるので、光の吸収による発熱を抑制できる。このため、導電率と透過率とのバランスが良好になるように裏面１１ｂから主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度を変化させることによって、ＡｌＧａＡｓ層１１全体でキャリア濃度を制御することができる。したがって、導電率と透過率とによる発熱の影響を低減できる。
【００７０】
以上より、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、赤外ＬＥＤの発熱を抑制できるので、信頼性を向上することができる。
【００７１】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１全体で抵抗率および透過特性を制御しているので、エピタキシャルウエハ２０ａはコストを低減するとともに、信頼性を向上できる。
【００７２】
本実施の形態のエピタキシャルウエハ２０ａは、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、コストをより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、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。
【００７７】
これにより、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より容易に制御できるので、コストの増加を抑制して信頼性を向上したエピタキシャルウエハ２０ａを実現することができる。
【００７８】
上記エピタキシャルウエハ２０ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１のキャリア濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上３×１０18ｃｍ-3以下である。これにより、ＡｌＧａＡｓ層１１において高い導電率と高い透過率とを両立できるので、信頼性をさらに向上することができる。
【００７９】
上記エピタキシャルウエハ２０ａにおいて好ましくは、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。これにより、ＡｌＧａＡｓ層１１の高い導電率と高い透過率とを両立できるので、信頼性をさらに向上することができる。
【００８０】
上記エピタキシャルウエハ２０ａにおいて好ましくは、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。これにより、キャリア濃度を良好に制御できるので、信頼性をさらに向上することができる。
【００８１】
上記エピタキシャルウエハ２０ａにおいて好ましくは、エピタキシャル層２１上に形成された透明導電膜２６をさらに備えている。
【００８２】
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。また、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の高出力および高速応答性を実現することができる。
【００８３】
（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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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よりも高く、かつ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。
【００８９】
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のみを有する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の発熱をより抑制できるので、信頼性をより向上することができる。
【００９０】
上記エピタキシャルウエハ２０ｂにおいて好ましくは、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。これにより、信頼性をさらに向上することができるとともに、ＡｌＧａＡｓ層１１に電極を形成したときの電極との接続を良好に維持できる。
【００９１】
（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。
【００９２】
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型の場合の電極３１は、透明導電膜２６がある場合にはたとえばＡｕ（金）とＺｎ（亜鉛）との合金であり、透明導電膜２６がない場合にはたとえばＡｕよりなるｐ型電極である。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。
【００９３】
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、８５℃以下における１００ｍＡ通電で１０００時間経過したときの初期出力に対する相対出力が７０％以上であり、好ましくは９０％以上である。また、８５℃以下における１００ｍＡ通電で３０００時間経過したときの初期出力に対する相対出力が７０％以上であることがより好ましい。このように、赤外ＬＥＤ３０ａの信頼性は非常に高い。
【００９４】
なお、上記「初期出力に対する相対出力」とは、８５℃で１００ｍＡ通電し、初期出力および１０００時間経過した時の出力をたとえば積分球により測定し、初期出力を１００％としたときの１０００時間経過時の出力の割合を意味する。
【００９５】
なお、先行例（特開２００２−３３５００８号公報（特許文献１）、特開２００２−３３５００７号公報（特許文献２））には、本実施の形態とは異なりＡｌ組成に勾配がないＬＥＤについて述べられている。しかし、産業上、実用に供する場合、問題点が多い。以下に概略をまとめる。
【００９６】
特許文献１では、バッファ層の材料として、ＩｎＡｌＧａＡｓ層を用いることが述べられている。この層を用いない場合、通電時間とともに光出力が低下する問題が比較例として記載されている。具体的には、１０００時間１００ｍＡの通電により、初期出力の７１％程度にまで低下する問題を有している。
【００９７】
ここで用いられている方法は、バッファ層として、ＩｎＡｌＧａＡｓ層を用い、下地基板より格子定数を大きくし、あるいは、単層および複数層の構成としている点が特徴である。この方法の場合、３つの問題が存在し、製造コスト、歩留まり、信頼性の点で問題を有する。
【００９８】
まず、ＩｎＡｌＧａＡｓ層は、組成、厚みを十分に制御する必要がある。特に、本実施の形態では構成元素が２ないし３種類であるのに対し、特許文献１では４種類となり、より制御性が困難になり、コスト増の原因となる。また、格子整合していないため、格子定数と厚みとにずれが生じると、結晶転位が容易に発生するため、信頼性の低下の原因となる。また、格子不整合が原因で、ウエハに反りが発生し、ウエハわれの原因になるだけでなく、ここでも、信頼性の低下の原因となるとともに、歩留まりの低下の原因にもなる。
【００９９】
なお、本実施の形態ではＡｌＧａＡｓ、ないし、ＧａＡｓ等の２元ないし３元の材料を用いているため、これら製造コスト、歩留まり、および信頼性の問題が解決できる。
【０１００】
特許文献２では、活性層成長前にＡｌＧａＡｓ基板の自然酸化膜除去処理を行なった時の光出力維持率について述べられている。自然酸化膜除去処理をしない場合、１００ｍＡ１０００時間の通電により初期出力の６０％程度にまで低下し、大気中で自然酸化膜除去処理をしても、初期出力の６５％程度に低下する問題が挙げられている。
【０１０１】
ここで用いられている方法は、ＡｌＧａＡｓ基板表面の酸化を防止するため、Ｎ2雰囲気のグローブボックスを用い、この中で、ハロゲン系の溶液で洗浄し、その後水洗することなく乾燥させる。また、最終的には、大気にさらすことなく、ＯＭ設備に搬送することを行なっている。
【０１０２】
この方法の場合でも、３つの問題が存在し、製造コスト、歩留まり、信頼性の点で問題を有する。
【０１０３】
エッチング、ＯＭ炉成長という２種類の設備間すべてで、大気に曝さないことが重要となるが、一般に大気混入を防止することは、かなりの設備管理労力が必要であり、時間と費用の無駄となる。多数のウエハを用いる量産段階では、作業管理、拡張性の点で制約が多い。また、ハロゲン系の溶液でエッチングするものの、水洗ではなくアルコール洗浄としている。一般に、ハロゲン系のイオン（フッ素、塩素等）はウエハ表面に残留しやすく、残留した場合、長期信頼性劣化の原因となるとともに、歩留まりの低下の原因にもなる。
【０１０４】
なお、本実施の形態では、主表面のＡｌ組成を低くすることにより、酸化を防止するため、上記の大規模な設備化が不要であり、これら製造コスト、歩留まり、および信頼性の問題が解決できる。
【０１０５】
本実施の形態では、８５℃で１００ｍＡ通電し、初期出力および１０００時間経過した時の出力の低下率について検証しているが、ここから、室温２５℃１００ｍＡ通電の信頼性時間を算出すると、１００００時間以上まで、初期出力に対する相対出力が７０％以上であることが推定できている。これにより、ＬＥＤはランプ形状、ランプの実装形態、ランプの使用環境に影響されず、すなわち、室温から８５℃の広い範囲で産業上十分な特性が得られることを確認している。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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およびキャリア濃度を制御したＡｌＧａＡｓ基板１０を用いているので、信頼性を向上した赤外ＬＥＤ３０ａを実現できる。
【０１１１】
上記赤外ＬＥＤ３０ａにおいて好ましくは、８５℃以下における１００ｍＡ通電で１０００時間経過したときの初期出力に対する相対出力が７０％以上である。上記赤外ＬＥＤ３０ａにおいてより好ましくは、８５℃以下における１００ｍＡ通電で３０００時間経過したときの初期出力に対する相対出力が７０％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、このように信頼性を向上した赤外ＬＥＤ３０ａを実現することができる。
【０１１２】
（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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。したがって、発熱をより抑制できるので、赤外ＬＥＤ３０ｂの信頼性をより向上することができる。
【実施例】
【０１１７】
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による効果について調べた。
【０１１８】
（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。
【０１１９】
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３層のＡｌＧａＡｓ層１１を成長させた。各層において、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で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。また、図１１に示すように、各層において、裏面１１ｂ側のキャリア濃度が１．０×１０17ｃｍ-3で、主表面１１ａ側のキャリア濃度が２．０×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度は常に増加していた。なお、図１１における横軸の位置とは、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂの位置を０とし、裏面１１ｂから主表面１１ａに向けての位置（ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂから主表面１１ａにかけて厚み方向の位置）を意味する（図１２〜図１６も同様）。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た。
【０１２０】
このＡｌＧａＡｓ層１１のキャリア濃度の勾配の絶対値は、図１２に示すように、５×１０15ｃｍ-3／μｍ以上５×１０17ｃｍ-3／μｍ以下であった。図１２に示すキャリア濃度の勾配は、図１１に示す各位置での勾配（キャリア濃度の差△ｃｃ／位置の差△ｄ）を算出した。本実施例では、各位置での接線の傾きを勾配とした。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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、ＡｌＧａＡｓ層の厚み、Ａｌの組成比およびキャリア濃度の勾配、および透明導電膜を備えていなかった点において異なっていた。本発明例２の発光波長は８５０ｎｍであった。
【０１２６】
具体的には、ＡｌＧａＡｓ層１１は３層含み、この３層の厚みをそれぞれ６０μｍ〜７０μｍとし、ＡｌＧａＡｓ層１１全体の厚みを２００μｍとした。
【０１２７】
また、各層において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．４５で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．２で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。
【０１２８】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１の各位置でのキャリア濃度およびキャリア濃度の勾配は、図１３および図１４に示す通りであった。つまり、図１３に示すように、各層において、裏面１１ｂ側のキャリア濃度が１．０×１０17ｃｍ-3で、主表面１１ａ側のキャリア濃度が２．０×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度は常に増加していた。また、図１４に示すように、各層において、キャリア濃度の勾配の絶対値は、３．０×１０15ｃｍ-3／μｍ以上２．５×１０17ｃｍ-3／μｍ以下であった。
【０１２９】
また、エピタキシャル層２１のコンタクト層に接するように電極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Ｚｎとの合金を用いた。電極３１の合計の厚みを１μｍとした。
【０１３０】
（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、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１９５μｍとした点、ＡｌＧａＡｓ層を２５μｍの厚みを有する１層のみにした点、および透明導電膜を形成しなかった点において異なっていた。本発明例３の発光波長は９４０ｎｍであった。
【０１３１】
具体的には、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂのＡｌの組成比が０．２５で、主表面１１ａのＡｌの組成比が０．０５で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に増加していた。
【０１３２】
ＡｌＧａＡｓ層１１の各位置でのキャリア濃度およびキャリア濃度の勾配は、図１５および図１６に示す通りであった。つまり、図１５に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側のキャリア濃度が３．０×１０17ｃｍ-3で、主表面１１ａ側のキャリア濃度が１．１×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてキャリア濃度は常に増加していた。また、図１６に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、キャリア濃度の勾配の絶対値は、１．０×１０16ｃｍ-3／μｍ以上７．０×１０16ｃｍ-3／μｍ以下であった。
【０１３３】
また、エピタキシャル層２１のコンタクト層に接するように電極３１としてｐ型電極を形成した。ｐ型電極の形成方法および材料は、本発明例２と同様とした。
【０１３４】
（評価方法）
本発明例１の赤外ＬＥＤを１０個以上製造し、本発明例２および３の赤外ＬＥＤを２０個以上製造した。それぞれの赤外ＬＥＤについて、周辺環境温度８５℃、順方向電流１００ｍＡで高温通電した。所定時間経過後、２５℃、順方向電流２０ｍＡで直流（ＤＣ）電流を流したときの出力を積分球で測定した。そして、高温通電前の初期出力に対する相対出力を求めた。上記試験サンプルの平均値をそれぞれ図１７〜図１９に示す。なお、図１７〜図１９における縦軸は、各測定時間において、初期出力に対する相対出力の割合の平均値（単位：％）を示す。
【０１３５】
（評価結果）
図１７〜図１９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よりも高く、かつ裏面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ＡｌＧａＡｓ層を備えていた本発明例１〜３の赤外ＬＥＤでは、８５℃以下における順方向電流１００ｍＡ通電の条件において、初期出力に対する相対出力が７０％以上を維持できる時間は、いずれも３０００時間以上であった。
【０１３６】
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が主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高く、かつ裏面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により、８５℃以下における順方向電流１００ｍＡ通電で１０００時間経過したときの初期出力に対する相対出力が７０％以上の赤外ＬＥＤを実現できることが確認できた。
【０１３７】
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】
【０１３８】
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】
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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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