(57)【要約】【課題】より高光度の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ及び発光ダイオードを安定して供給可能にする。【解決手段】発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、ｐ型ＧａＡｓ基板４上に、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層２、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１を順次形成したダブルヘテロ構造をしている。このダブルヘテロ構造をしたエピタキシャルウェハにおいて、ｐ型ＧａＡｓ基板４のキャリア濃度Ｃ２とｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３のキャリア濃度Ｃ１との比が２５≦Ｃ２／Ｃ１≦７０の関係にあるように定める。３０≦Ｃ２／Ｃ１≦５５の関係にあるように定めると、より好ましい。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型ＧａＡｓ基板上に、第一導電型ＧａＡｌＡｓクラッド層、第一導電型ＧａＡｌＡｓ活性層、第二導電型ＧａＡｌＡｓクラッド層を順次形成したダブルヘテロ構造の発光ダイオード用エピタキシャルウェハにおいて、
第一導電型ＧａＡｓ基板のキャリア濃度Ｃ２と第一導電型ＧａＡｌＡｓクラッド層のキャリア濃度Ｃ１との比が
２５≦Ｃ２／Ｃ１≦７０
の関係にあ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。
【請求項２】
第一導電型ＧａＡｓ基板上に、第一導電型ＧａＡｌＡｓクラッド層、第一導電型ＧａＡｌＡｓ活性層、第二導電型ＧａＡｌＡｓクラッド層を順次形成したダブルヘテロ構造の発光ダイオード用エピタキシャルウェハにおいて、
第一導電型ＧａＡｓ基板のキャリア濃度Ｃ２と第一導電型ＧａＡｌＡｓクラッド層のキャリア濃度Ｃ１との比が
３０≦Ｃ２／Ｃ１≦５５
の関係にあ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。
【請求項３】
請求項１又は２に記載した発光ダイオード用エピタキシャルウェハを用い、その表面及び裏面に電極を形成したことを特徴とする発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード用エピタキシャルウェハ及び発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液相エピタキシャル法を用いた赤色発光ダイオードに使用されるエピタキシャルウェハは、ＧａＡｓの基板表面上に、液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）を用いて、ｐ型、ｎ型のＧａＡｌＡｓ層を形成することにより、製造される。ＧａＡｌＡｓを用いた赤色発光ダイオードは、近年、屋外用の電光掲示板や表示パネルとして用いられる。これらの用途に用いられるためには、白昼でも視認出来るように、光度が高くなければならない。これに応えるために、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）、裏面反射型ダブルヘテロ構造（ＤＤＨ構造）の発光ダイオード（ＬＥＤ）が開発されてきた。また、成長条件では、成長速度、成長温度などについて高光度化の検討が行われている。
【０００３】
なお、関連するＡｌＧａＡｓ系技術には、基板とクラッド層との間に基板よりもキャリア濃度の低いＧａＡｓ層を形成して、サブピーク強度比を下げるようにしたもの（例えば、特許文献１参照。）、また、ＩｎＧａＡｌＰ系技術には、発光効率を向上させるための条件として、活性層やクラッド層の厚みや、ｐ型クラッド層のキャリア濃度範囲を規定したものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５８０２号公報
【特許文献２】
特許第３１２４６９４号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術により得られるＬＥＤ用エピタキシャルウェハでは、ウェハ毎の発光光度のばらつきが大きく、より高光度のＬＥＤ用エピタキシャルウェハを安定して得られるようにすることが望まれていた。
【０００６】
本発明の課題は、前記した従来技術の問題点を解決し、より高光度のＬＥＤ用エピタキシャルウェハ及びＬＥＤを安定して供給可能にすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、第一導電型ＧａＡｓ基板上に、第一導電型ＧａＡｌＡｓクラッド層、第一導電型ＧａＡｌＡｓ活性層、第二導電型ＧａＡｌＡｓクラッド層を順次形成したＤＨ構造のＬＥＤ用エピタキシャルウェハにおいて、
第一導電型ＧａＡｓ基板のキャリア濃度Ｃ２と第一導電型ＧａＡｌＡｓクラッド層のキャリア濃度Ｃ１との比が
２５≦Ｃ２／Ｃ１≦７０
の関係にあることを特徴とする。
【０００８】
ＬＥＤ用ＤＨ構造のエピタキシャルウェハにおいて、第一導電型ＧａＡｓ基板のキャリア濃度Ｃ２と第一導電型ＧａＡｌＡｓクラッド層のキャリア濃度Ｃ１の量的関係を制御して、両者が上記関係となるように定めるものであり、これにより、より高光度のＬＥＤ用エピタキシャルウェハを安定して提供することが可能となる。
【０００９】
また、第２の発明は、第一導電型ＧａＡｓ基板のキャリア濃度Ｃ２と第一導電型ＧａＡｌＡｓクラッド層のキャリア濃度Ｃ１との比が
３０≦Ｃ２／Ｃ１≦５５
であることを特徴とする。これにより、より一層高光度のＬＥＤ用エピタキシャルウェハを安定して提供することが可能となる。
【００１０】
また、第３の発明は、上記ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを用い、その表面及び裏面に電極を形成したＬＥＤであることを特徴とする。Ｃ２とＣ１の量的関係を上記範囲内に入るように制御したＬＥＤ用エピタキシャルウェハを用いてＬＥＤを作成するので、より高光度のＬＥＤを安定して提供することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を、第一導電型をｐ型、第二導電型をｎ型として説明する。
【００１２】
図１に赤色ＬＥＤ用ＧａＡｌＡｓ系ＤＨ構造エピタキシャルウェハの構造を示す。このエピタキシャルウェハは、ｐ型ＧａＡｓ基板４上に、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層２、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１をＬＰＥ法で順次成長させた構成になっている。
【００１３】
ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３は、Ａｌの混晶比０．６５、膜厚２０μｍ、ｐ型ドーパントとしてＺｎがドープされている。この層のキャリア濃度Ｃ１は１×１０１７ｃｍ−３から２×１０１８ｃｍ−３の範囲にあるので、Ｚｎのドーパント量はこの範囲に入るようにする。
【００１４】
ｐ型ＧａＡｓ基板４のキャリア濃度Ｃ２は、前記したｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３のキャリア濃度Ｃ１に対し、２５≦Ｃ２／Ｃ１≦７０の関係にあるように定める。好ましくは３０≦Ｃ２／Ｃ１≦５５の関係にあるように定めるとよい。
【００１５】
ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層２は、Ａｌの混晶比０．３、膜厚３μｍ、ｐ型ドーパントとしてＺｎがドープされている。この層の組成界面付近のキャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。
【００１６】
ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１は、Ａｌの混晶比０．６５、膜厚５０μｍ、ｎ型ドーパントとしてＴｅがドープされている。この層のｐ−ｎ界面付近のキャリア濃度は３×１０１７ｃｍ−３である。
【００１７】
赤色ＬＥＤ用ＤＨ構造ＧａＡｌＡｓ系エピタキシャルウェハにおいて、ｐ型ＧａＡｓ基板のキャリア濃度Ｃ２とｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層のキャリア濃度Ｃ１を調整し、Ｃ２／Ｃ１の比が上記の関係にあるようにする。これにより、より高光度のＬＥＤ用ＧａＡｌＡｓ系ＤＨ構造エピタキシャルウェハを安定して製造することが出来る。
【００１８】
また、ＧａＡｌＡｓ系ＤＨ構造赤色ＬＥＤは、Ｃ２／Ｃ１の比が上記の関係にあるエピタキシャルウェハの表面と裏面にそれぞれ電極を形成した構造となる。Ｃ２／Ｃ１の比が上記の関係にあるエピタキシャルウェハを用いてＬＥＤを製造すると、高光度のＬＥＤを安定して製造することが出来る。
【００１９】
なお、上述した実施の形態では、第一導電型をｐ型、第二導電型をｎ型として説明したが、第一導電型をｎ型、第二導電型をｐ型としたときも同等の結果を得ることができる。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
次に、上記の赤色ＬＥＤ用ＧａＡｌＡｓ系ＤＨ構造エピタキシャルウェハの製造方法を、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３のキャリア濃度Ｃ１が５×１０１７ｃｍ−３であるＧａＡｌＡｓ系ＤＨ構造エピタキシャルウェハでの実施例で述べる。
【００２１】
エピタキシャル層は、液相エピタキシャル法の一種であるスライドボート法により徐冷法を用いて成長させる。３つの槽を有する３層成長用スライドボートに、ＧａＡｓ基板と原料をセットする。
【００２２】
３層成長用スライドボート第１槽に入れる原料は、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３の成長溶液として、ＧａＡｓ多結晶：５０ｍｇ／ｇＧａ、Ａｌ：７ｍｇ／ｇＧａ、ｐ型ドーパントＺｎ：１．３ｍｇ／ｇＧａを添加したＧａ溶液を用いる。
【００２３】
３層成長用スライドボート第２槽に入れる原料は、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層２の成長溶液として、ＧａＡｓ多結晶：７５ｍｇ／ｇＧａ、Ａｌ：１．４ｍｇ／ｇＧａ、ｐ型ドーパントＺｎ：０．９ｍｇ／ｇＧａを添加したＧａ溶液を用いる。
【００２４】
３層成長用スライドボート第３槽に入れる原料は、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１の成長溶液として、ＧａＡｓ多結晶：３５ｍｇ／ｇＧａ、Ａｌ：５ｍｇ／ｇＧａ、ｎ型ドーパントＺｎ：０．０１ｍｇ／ｇＧａを添加したＧａ溶液を用いる。
【００２５】
また、ｐ型ＧａＡｓ基板４はキャリア濃度Ｃ２が１×１０１９ｃｍ−３から５×１０１９ｃｍ−３の範囲のものを用いた。
【００２６】
このスライドボートを液相エピタキシャル成長装置内の所定の箇所に設置した。水素気流中で上記成長装置を９００℃に加熱して、３時間保持後７００℃まで１℃／ｍｉｎ　の割合で降温させた。降温中に上記基板４を順次成長溶液に接触させ、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３を２０μｍ、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層２を３μｍ、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１を５０μｍを順次液相エピタキシャル成長させ、発光波長６５５ｎｍの赤色ＬＥＤ用ＧａＡｌＡｓ系ＤＨ構造エピタキシャルウェハを製造した。
【００２７】
このエピタキシャルウェハの発光光度をグルービング法を用いて測定した。その測定結果から得られた発光光度の関係を図２に示す。この発光光度の関係は、ｐ型ＧａＡｓ基板４のキャリア濃度Ｃ２とｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３のキャリア濃度Ｃ１の比、Ｃ２／Ｃ１に対する光度特性である。この結果から分かるように、キャリア濃度Ｃ２が１×１０１９ｃｍ−３から５×１０１９ｃｍ−３
の範囲のｐ型ＧａＡｓ基板を使用した場合、
２５≦Ｃ２／Ｃ１≦７０
を満たす範囲で、発光光度が１８ｍｃｄ以上の高光度のエピタキシャルウェハが安定して得られることを確認した。さらに、
３０≦Ｃ２／Ｃ１≦５５
を満たす範囲で、発光光度が２０ｍｃｄ以上の高光度のエピタキシャルウェハが安定して得られることを確認した。
【００２８】
（実施例２）
実施例１では、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３のキャリア濃度Ｃ１を５×１０１７ｃｍ−３とした場合についてだけ実験した。実施例２ではｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３のキャリア濃度Ｃ１を１×１０１７ｃｍ−３から２×１０１８ｃｍ−３の範囲にわたって実験した。他の条件は実施例１と同じとした。この場合も上記範囲にわたって実施例１と同等の結果を得ることができた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、第一導電型ＧａＡｓ基板のキャリア濃度Ｃ２と第一導電型ＧａＡｌＡｓクラッド層のキャリア濃度Ｃ１との比が２５≦Ｃ２／Ｃ１≦７０の関係にあるようにしたので、より高光度のＬＥＤ用エピタキシャルウェハを安定して供給することが出来る。また、より安定した高光度のＬＥＤを供給することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態による赤色ＬＥＤ用ＧａＡｌＡｓ系ＤＨ構造エピタキシャルウェハの断面図である。
【図２】実施の形態に係るｐ型ＧａＡｓ基板のキャリァ濃度Ｃ２とｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層のキャリア濃度Ｃ１の比Ｃ２／Ｃ１に対する発光光度の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１　ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層（第二導電型ＧａＡｌＡｓクラッド層）
２　ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層（第一導電型ＧａＡｌＡｓ活性層）
３　ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層（第一導電型ＧａＡｌＡｓクラッド層）
４　ｐ型ＧａＡｓ基板（第一導電型ＧａＡｓ基板）
【図１】
2004140298.tif 000003
【図２】
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