(57)【要約】【課題】成長プロセスと適合する方法で表面を荒らして凹凸表面を形成することにより光取り出し効率の良い発光ダイオードを得ることのできる化合物半導体の製造方法を提供すること。【解決手段】気相成長法を用いて、基板上に発光ダイオードのダブルヘテロ構造を形成し、更に最表面に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を成長し、その際に、成長炉内に供給する原料ガスのＶ／III比を２以下にすることにより、その電流分散層５の表面に凹凸５ａを形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長法を用いてＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）又は（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる化合物半導体を成長させる際に、成長炉内に供給する原料ガスのＶ／III比を２以下にすることにより、上記化合物半導体の表面に凹凸を形成することを特徴とする化合物半導体の製造方法。
【請求項２】
気相成長法を用いて、基板上に発光ダイオードのダブルヘテロ構造を形成し、更に最表面に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を成長し、その際に、成長炉内に供給する原料ガスのＶ／III比を２以下にすることにより、その電流分散層の表面に凹凸を形成することを特徴とする化合物半導体の製造方法。
【請求項３】
気相成長法を用いて、導電性基板上に、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる下部クラッド層、発光層、上部クラッド層を成長して発光ダイオードのダブルヘテロ構造を構成し、更に最表面に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を成長し、その際に、成長炉内に供給する原料ガスのＶ／III比を２以下にすることにより、その電流分散層の表面に凹凸を形成することを特徴とする化合物半導体の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３記載の化合物半導体の製造方法において、
上記上部クラッド層を成長後、原料ガスのＶ／III比を２以下にして電流分散層を成長することにより、表面に凹凸を有する単層の電流分散層を形成することを特徴とする化合物半導体の製造方法。
【請求項５】
請求項２又は３記載の化合物半導体の製造方法において、
上記上部クラッド層を成長後、その上に多層の電流分散層を成長し、その最表面の電流分散層の成長時にのみ原料ガスのＶ／III比を２以下にすることにより表面に凹凸を形成することを特徴とする化合物半導体の製造方法。
【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凹凸に荒らした発光ダイオード用エピタキシャルウェハを得るのに適した化合物半導体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高輝度発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）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。
【０００３】
ＭＯＶＰＥ法を例にとって説明する。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、従来例として、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）の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の断面模式図を示す。６５０℃に加熱したｎ型ＧａＡｓからなる基板１上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層２、活性層３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる上部クラッド層４、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。
【０００５】
図４に、従来例として、基板７上にＧａＡｓからなるバッファ層８を成長後にｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層９、活性層１０、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる上部クラッド層１１、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１２を積層成長した発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面模式図を示す。
【０００６】
こうして成長したエピタキシャルウェハは従来鏡面であり、表面平坦性も非常に良い。このエピタキシャルウェハにチップ作製プロセスを施し、ｎ型電極、ｐ型電極を形成し、チップサイズにダイシングすると発光ダイオードチップが完成する。
【０００７】
完成した発光ダイオード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、外部に光として取り出される。
【０００８】
しかし、活性層で発光した光は、全てを外部に取り出すことは困難である。それは、結晶中を伝搬する際に吸収されたり、発光ダイオードチップの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。
【０００９】
光の取り出し効率を高くするために、ｐｎ接合を有する発光ダイオード用エピタキシャルウェハをチップ状に１つ１つ切断して得られるペレットの表面を粗面化する処理方法は、既に知られている。ペレットの表面を粗面化すると、光放出面と空気との界面で光が全反射する確率が下がるので、取り出し効率を高くすることができると考えられる。 
【００１０】
また、電流分散層を凹凸に荒らす他の手段としては、湿式のエッチングが知られている。すなわちＧａＡｓＰ混晶に対して、そのペレットをＢｒ2 又はＩ2 を水溶液中に含むエッチング液で処理して、主表面に微細な凹凸を形成した発光ダイオードを得ることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１９６１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記したように活性層で発光した光は、全てを外部に取り出すことは困難である。それは、結晶中を伝搬する際に吸収されたり、発光ダイオードチップの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、気相成長法で作製した発光ダイオードチップの表面は平坦性が良好な為、光の全反射が起こりやすく、光の取り出し効率を低下させてしまう。そのため発光ダイオードの発光強度が低下する原因となる。
【００１２】
この対策として、電流分散層に凹凸を形成することが有効であるが、特許文献１は湿式のエッチングにより表面を凹凸に荒らす技術である。湿式のエッチングを施すためにはエピタキシャルウェハを反応炉から一旦外部に取り出さなければならない。従って、気相成長法で作製したエピタキシャルウェハの表面を荒らす技術として適合性が悪い。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、成長プロセスと適合する方法で表面を荒らして凹凸表面を形成することができ、これによりエピタキシャルウェハの最表面での全反射による光取り出し効率の低下をなくし、発光強度の大きい発光ダイオードを得ることのできる化合物半導体の製造方法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の発明に係る化合物半導体の製造方法は、気相成長法を用いてＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）又は（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる化合物半導体を成長させる際に、成長炉内に供給する原料ガスのＶ／III比（Ｖ族原料とIII族原料との供給量比）を２以下にすることにより、上記化合物半導体の表面に凹凸を形成することを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明に係る化合物半導体の製造方法は、気相成長法を用いて、基板上に発光ダイオードのダブルヘテロ構造を形成し、更に最表面に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を成長し、その際に、成長炉内に供給する原料ガスのＶ／III比を２以下にすることにより、その電流分散層の表面に凹凸を形成することを特徴とする。これはダブルヘテロ構造の発光ダイオードに特定したものである。
【００１７】
請求項３の発明に係る化合物半導体の製造方法は、気相成長法を用いて、導電性基板上に、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる下部クラッド層、発光層、上部クラッド層を成長して発光ダイオードのダブルヘテロ構造を構成し、更に最表面に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を成長し、その際に、成長炉内に供給する原料ガスのＶ／III比を２以下にすることにより、その電流分散層の表面に凹凸を形成することを特徴とする。これは発光ダイオードのダブルヘテロ構造の構成材料を特定したものである。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項２又は３記載の化合物半導体の製造方法において、上記上部クラッド層を成長後、原料ガスのＶ／III比を２以下にして電流分散層を成長することにより、表面に凹凸を有する単層の電流分散層を形成することを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項２又は３記載の化合物半導体の製造方法において、上記上部クラッド層を成長後、その上に多層の電流分散層を成長し、その最表面の電流分散層の成長時にのみ原料ガスのＶ／III比を２以下にすることにより表面に凹凸を形成することを特徴とする。
【００２０】
＜発明の要点＞
本発明では、活性層で発光した光が発光ダイオードチップ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-xＡｓ（０≦ｘ＜１）又は（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる電流分散層の表面を凹凸に荒らしている。凹凸に荒らす手段としては、湿式のエッチングが知られている（特許文献１）が、本発明では、最表面層である（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を成長する際のＶ族原料とIII族原料との供給量比、いわゆるＶ／III比を２以下にすることで結晶性を悪化させ、表面を凹凸に荒らしている。
【００２１】
本発明は、Ｖ／III比を２以下とし、Ｖ族に対してIII族の供給量が不足した状態で成長することによって表面に凹凸を形成するものである。しかし、同時に電流分散効果を最大限に得るために電流分散層を多層構造とし、最表面の電流分散層のみＶ／III比を２以下で成長して表面を凹凸に荒らすことにより、電流分散効果を損なうことなく光の取り出し効率を向上させることが可能となる。
【００２２】
すなわち、本発明の化合物半導体の製造方法においては、上記電流分散層は単層もしくは多層構造として形成され、その最表面の電流分散層の成長の際に、成長炉内に供給する原料ガスのＶ／III比を２以下にすることにより表面に凹凸を形成する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００２４】
（１）本発明の化合物半導体の製造方法は、気相成長法を用いてＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）又は（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなる化合物半導体を成長させる際に、成長炉内に供給する原料ガスのＶ／III比を２以下とし、Ｖ族に対してIII族の供給量が不足した状態で成長することによって、表面に凹凸を形成するので、本発明を用いれば、反応炉から外部に取り出すことなく気相成長法により容易にウェハ最表面を凹凸に荒らすことができる。
【００２５】
（２）本発明によりウェハ最表面に形成された凹凸のため、光の取り出し効率が５〜２０％程度向上し、発光ダイオードにした時の発光強度が高くなる。
【００２６】
（３）本発明の化合物半導体の製造方法を用いたエピタキシャルウェハは、表面が凹凸しているために、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。これにより発光ダイオード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】
【００２７】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２８】
以下に述べる実施例及び比較例では、従来例で説明したように、１×１０2Ｐａの圧力下でｎ型ＧａＡｓからなる基板１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と、またＶ族原料となるＡｓＨ3、ＰＨ3を供給すると共に、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、成長を行う。
【００２９】
＜実施例１＞
図１に、電流分散層が単層である場合の、本発明の実施例にかかる発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面模式図を示す。
【００３０】
まず従来例として、有機金属気相成長法を用いて、従来技術で発光ダイオード用エピタキシャルウェハ（図３）を成長した。すなわち、図３において、１×１０2Ｐａの圧力下で６５０℃に加熱したｎ型ＧａＡｓからなる基板１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層２、アンドープＡｌＧａＩｎＰからなる活性層３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる上部クラッド層４、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を積層成長した。電流分散層６の成長終了と同時にヒータを切り、冷却した。成長したエピタキシャルウェハの表面は鏡面であり、平坦性も良好だった。
【００３１】
次に本発明の実施例として、有機金属気相成長法を用いて発光ダイオード用エピタキシャルウェハ（図１）を成長した。すなわち、６５０℃に加熱したｎ型ＧａＡｓからなる基板１上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層２、活性層３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる上部クラッド層４、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５を積層成長した。この電流分散層５を成長する際、本実施例においては、成長炉内に供給する原料ガスのＶ／III比を２以下として成長することで、単層の電流分散層５の表面に凹凸５ａを形成した。
【００３２】
これら従来技術により作製したエピタキシャルウェハ（図３）と本実施例にかかるエピタキシャルウェハ（図１）を、それぞれチップ作製プロセスにかけてｎ型電極、ｐ型電極を形成し、発光ダイオードチップを作成した。これらの発光ダイオードチップに２０ｍＡの電流を流して発光させ、その発光強度を比較したところ、本実施例によるものは従来技術によるものに較べて明らかに光の取り出し効率が向上していた。すなわち、従来技術により作製したエピタキシャルウェハ（図３）から作製された発光ダイオードチップは発光強度が１００ｍｃｄだったの対し、本実施例の製造方法で作製したエピタキシャルウェハ（図１）から作製された発光ダイオードチップは１２０ｍｃｄと２０％も輝度が向上していた。
【００３３】
＜実施例２＞
次に、電流分散層が複数層から成る場合について説明する。
【００３４】
まず従来例として、有機金属気相成長法を用いて、従来技術により作製した発光ダイオード用エピタキシャルウェハ（図４）を成長した。すなわち、従来例で説明したように、ＳｉドープＧａＡｓからなる基板７上に、Ｈ2Ｓｅ、ＴＭＧ、ＡｓＨ3を原料とするＳｅドープＧａＡｓからなるバッファ層８、Ｈ2Ｓｅ、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3を原料とするＳｅドープＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層９、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3を原料とするアンドープＡｌＧａＩｎＰからなる活性層１０、ＤＥＺｎ、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3を原料とするＺｎドープＡｌＧａＩｎＰからなる上部クラッド層１１の順に積層成長し、最後にＤＥＺｎ、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＡｓＨ3を原料とするＺｎドープＡｌＧａＡｓ電流分散層１２を成長した。
【００３５】
図２は、本発明の実施例にかかるエピタキシャルウェハを示したもので、上記従来技術により作製したエピタキシャルウェハ（図４）と同様に、ＳｉドープＧａＡｓからなる基板７上に、Ｈ2Ｓｅ、ＴＭＧ、ＡｓＨ3を原料とするＳｅドープＧａＡｓからなるバッファ層８、Ｈ2Ｓｅ、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3を原料とするＳｅドープＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層９、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3を原料とするアンドープＡｌＧａＩｎＰからなる活性層１０、ＤＥＺｎ、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3を原料とするＺｎドープＡｌＧａＩｎＰからなる上部クラッド層１１の順に積層成長し、最後にＤＥＺｎ、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＡｓＨ3を原料とするＺｎドープＡｌＧａＡｓからなる電流分散層１２を成長する。
【００３６】
次に上記ＺｎドープＡｌＧａＡｓからなる電流分散層１２の成長後に、原料ガスのＶ／III比を２以下としてＺｎドープＡｌＧａＡｓからなる電流分散層１３を成長し、成長完了と同時にヒータを切り、冷却する。電流分散層１３を成長する際、Ｖ族に対してIII族の供給量が不足するようにＶ／III比を２以下にして成長することにより、複数の電流分散層１２、１３は、その最表面層である電流分散層１３の結晶構造が不均一となる。このことで表面状態の平坦性が失われ、サイズが５μｍ以下の凹凸１３ａが表面に形成される。
【００３７】
これら従来技術により作製したエピタキシャルウェハ（図４）と本実施例にかかるエピタキシャルウェハ（図２）を、それぞれチップ作製プロセスにかけてｎ型電極、ｐ型電極を形成し、発光ダイオードチップを作成した。これらの発光ダイオードチップに、２０ｍＡの電流を流して発光させ、その発光強度を比較した。従来技術により作製したエピタキシャルウェハ（図４）から作製された発光ダイオードチップは発光強度が１００ｍｃｄであったの対し、本実施例にかかるエピタキシャルウェハ（図２）から作製された発光ダイオードチップについては１２０ｍｃｄと２０％も輝度が向上していた。
【００３８】
このように、本発明により、電流分散層を多層構造とし、その最表面層の成長時にのみＶ／III比を２以下として化合物半導体の気相成長を行うことで、電流分散効果を損なうことなく光の取り出し効率を、５〜２０％程度向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例に係る製造方法により作製した発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面模式図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る製造方法により作製した発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面模式図である。
【図３】従来技術により作製した発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面模式図である。
【図４】従来技術により作製した他の発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  基板
２  下部クラッド層
３  活性層
４  上部クラッド層
５、６  電流分散層
５ａ  凹凸
７  基板
８  バッファ層
９  下部クラッド層
１０  活性層
１１  上部クラッド層
１２、１３  電流分散層
１３ａ  凹凸
【図１】
2005347497.tif 000003
【図２】
2005347497.tif 000004
【図３】
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【図４】
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