(57)【要約】【課題】高輝度、高信頼性、良好な表面状態を有する発光ダイオード用エピタキシャルウェハを提供する。【解決手段】ｎ型基板２上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層４、活性層５、ｐ型クラッド層６、及びｐ型ｐ型電流分散層７を有する発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１であって、ｐ型ｐ型電流分散層７中の水素濃度の平均値を１．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びｐ型電流分散層を有する発光ダイオード用エピタキシャルウェハであって、
前記ｐ型電流分散層中の水素濃度の平均値を１．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にし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】
前記ｐ型電流分散層のｐ型不純物が、Ｍｇである請求項１に記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
前記ｐ型電流分散層は、ＧａＰからなる請求項１又は２に記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
加熱されたｎ型基板上に、必要とするＩＩＩ族原料ガス、Ｖ族原料ガス、キャリアガス及びドーパント原料ガスを供給し、前記ｎ型基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びｐ型電流分散層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法において、
前記ｐ型電流分散層中の水素濃度の平均値を１．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にして成長させ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の製造方法。
【請求項５】
前記ｐ型電流分散層中の水素濃度の調整は、前記ｐ型電流分散層の成長中或いは成長直後に、前記ＩＩＩ族原料ガス、前記Ｖ族原料ガスの供給を停止して、水素雰囲気で加熱状態を維持することにより行う請求項４に記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ及びその製造方法に係り、特に、ｐ型ＧａＰからなるｐ型電流分散層の成長を改良した発光ダイオード用エピタキシャルウェハ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）用エピタキシャルウェハは、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いて作製されることが多い。
【０００３】
ＭＯＶＰＥ法とは、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ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）など、Ｖ族原料となるＡｓＨ3（アルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）などを供給し、熱分解反応により結晶基板上へ配列よく結晶を成長させる方法である。
【０００４】
ＭＯＶＰＥ法を用いて、ＡｌＧａＩｎＰ系のダブルヘテロ構造の発光ダイオードを作成する従来方法では、６５０℃に加熱したｎ型ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、アンドープＡｌＧａＩｎＰからなり発光部となる活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層、及びｐ型電流分散層を積層させる。
【０００５】
こうして成長させたエピタキシャルウェハをチップ形成プロセスにかけ、ｎ型基板側にｎ型電極、ｐ型電流分散層上にｐ型電極を形成した後、その電極を形成したエピタキシャルウェハを切断して、ＬＥＤチップを作製している。このプロセスの中で、光の取出効率を高めるために表面を粗面化するという方法がとられている。
【０００６】
上述のエピタキシャルウェハにおいて、電極から注入されたキャリアは活性層に注入され発光する。その際に、ｐ型電流分散層上に形成したｐ型電極と活性層との間のエピタキシャル層（すなわち、ｐ型電流分散層）の抵抗が高い場合には、キャリアがｐ型電極直下の部分の活性層のみに注入されるようになり、ｐ型クラッド層での電流の広がりが小さく、ｐ型電極直下の部分のみが発光領域となる。
【０００７】
そのような場合、その部分で発光した光はｐ型電極にさえぎられ、チップから取り出すことができず、結果として発光効率を高めることができない。
【０００８】
そこで、従来の発光ダイオードでは、活性層又はｐ型クラッド層よりもバンドギャップの大きいｐ型電流分散層を設け、電流がｐ型クラッド層に到達する前に、ｐ型電流分散層で分散されるようにし、活性層又はｐ型クラッド層全体に電流が流れるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−４７７６０号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のｐ型電流分散層は、電流を分散させる役割を担うと同時に、窓層としての役割も持つ。つまりｐ型電流分散層は、発光した光に対して透明であることが要求される。これらを満たすｐ型電流分散層としては、現状では、ＧａＰ、ＧａＡｓＰやＡｌＧａＡｓが用いられている。この中で最も透明度があり、低抵抗化が可能な材料としてはＧａＰが挙げられる。このため、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いた発光ダイオードでは、ｐ型電流分散層としてＧａＰが最も多く用いられている。低抵抗化のためにはキャリア濃度を高くするために、多量のドーピングを行う必要があり、ｐ型電流分散層のｐ型不純物（ドーパント）しては専らＺｎやＭｇが用いられる。
【００１１】
多量のドーピングを行った場合、問題となるのがドーパントの拡散と表面状態の悪化である。ドーパントがｐ型クラッド層や発光部である活性層にまで拡散すると、長期信頼性における逆耐圧特性の変動や発光輝度が低下するという問題があり、高信頼性、高輝度ＬＥＤの生産には一般的にＺｎに比べて拡散の少ないＭｇが用いられる。しかし、拡散の少ないＭｇでも、やはり多量にドーピングすると拡散による特性の劣化があるため、少量のドーパントで高いキャリア濃度を得る、つまりドーパントの活性化率を高める必要がある。
【００１２】
また、ＧａＰからなるｐ型電流分散層に多量のドーピングを行うと、ｐ型電流分散層の表面状態（表面平坦性）が悪化し、その後のプロセスで電極はがれ等の不具合が生じる可能性があり、やはりドーパントの活性化率を高めるのが有効である。
【００１３】
ドーパントが不活性化される要因の一つにエピタキシャル層中の水素の存在がある。エピタキシャル層中に多量の水素が存在すると添加したドーパントの一部が不活性化されるため、狙いのキャリア濃度を得るために、より多量のドーパントを添加しなくてはならない。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高輝度、高信頼性、良好な表面状態を有する発光ダイオード用エピタキシャルウェハ及びそ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】
【００１５】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、ｎ型基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びｐ型電流分散層を有する発光ダイオード用エピタキシャルウェハであって、前記ｐ型電流分散層中の水素濃度の平均値を１．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にした発光ダイオード用エピタキシャルウェハである。
【００１６】
請求項２の発明は、前記ｐ型電流分散層のｐ型不純物が、Ｍｇである請求項１に記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハである。
【００１７】
請求項３の発明は、前記ｐ型電流分散層は、ＧａＰからなる請求項１又は２に記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハである。
【００１８】
請求項４の発明は、加熱されたｎ型基板上に、必要とするＩＩＩ族原料ガス、Ｖ族原料ガス、キャリアガス及びドーパント原料ガスを供給し、前記ｎ型基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びｐ型電流分散層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法において、前記ｐ型電流分散層中の水素濃度の平均値を１．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にして成長させ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の製造方法である。
【００１９】
請求項５の発明は、前記ｐ型電流分散層中の水素濃度の調整は、前記ｐ型電流分散層の成長中或いは成長直後に、前記ＩＩＩ族原料ガス、前記Ｖ族原料ガスの供給を停止して、水素雰囲気で加熱状態を維持することにより行う請求項４に記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、高輝度、高信頼性、良好な表面状態を有する発光ダイオード用エピタキシャルウェハを得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る発光ダイオード用エピタキシャルウェハを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態に係る発光ダイオード用エピタキシャルウェハを示す断面図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態に係る発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１は、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型基板２上に、バッファ層３、ｎ型クラッド層４、活性層５、ｐ型クラッド層６、ｐ型電流分散層７を順次積層したものである。
【００２５】
ｎ型基板２は化合物半導体層（バッファ層３〜ｐ型電流分散層７）の下地であり、導電性ＧａＡｓ基板からなる。バッファ層３はｎ型基板２とｎ型クラッド層４の格子不整合を緩和するための層であり、ＳｅをドープしたＧａＡｓからなる。
【００２６】
ｎ型クラッド層４はＳｅをドープしたｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなり、ｐ型クラッド層６はＭｇをドープしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる。これらは活性層５に隣接あるいは近接して形成されるバンドギャップエネルギーが高い半導体層である。
【００２７】
活性層５は発光部であり、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ系材料からなり、ｐ型電流分散層７は、電流をチップの面方向に分散させて、広い発光面積を得るための低抵抗な層であり、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＰからなる。
【００２８】
なお、図示していないがｐ型クラッド層６とｐ型電流分散層７との間には中間層が形成される。この中間層は、ｐ型クラッド層６とｐ型電流分散層７の格子不整合を緩和するための層であり、Ｍｇをドープしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる。
【００２９】
さて、本発明の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１は、ｐ型電流分散層７中の水素濃度の平均値を１．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にしたものである。
【００３０】
すなわち、ｐ型電流分散層７中のドーパントの活性化率を高め、少量のドーパントで高いキャリア濃度を得るため、ドーパントを不活性化させる一要因である水素の濃度を低く抑えたものである。
【００３１】
ｐ型電流分散層７中の水素濃度の平均値を１．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下とするのは、ｐ型電流分散層７中の水素濃度の平均値が１．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3を超えると、ｐ型電流分散層７にドーピングしたＭｇが不活性化してしまい、ｐ型電流分散層７を良好な電流分散を有する層とするために多量のドーパントを添加しなければならず、特性の劣化や表面状態の悪化が起こるためである。
【００３２】
この発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１の製造方法を説明する。
【００３３】
先ず、ＭＯＶＰＥ装置などの半導体製造装置の反応炉内にｎ型基板２を搬入する。半導体製造装置には、ＩＩＩ族原料ガス、Ｖ族原料ガス、キャリアガス及びドーパント原料ガスを反応炉内に供給するための手段を接続する。
【００３４】
この状態で、ｎ型基板２を６５０℃に加熱し、加熱したｎ型基板２上に、必要とするＩＩＩ族原料ガス、Ｖ族原料ガス、キャリアガス及びドーパント原料ガスを供給し、バッファ層３、ｎ型クラッド層４、活性層５、ｐ型クラッド層６、ｐ型電流分散層７を順次成長させる。
【００３５】
このとき、ｐ型電流分散層７中の水素濃度の平均値を１．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下とするため、ｐ型電流分散層７の成長中或いは成長直後に、ＩＩＩ族原料ガス、Ｖ族原料ガスの供給を停止して、水素雰囲気で加熱状態を維持し、ｐ型電流分散層７中の水素濃度を調整する。
【００３６】
なお、このように発明者は、本発明の検討途上において、原料ガスの供給をストップし、水素ガスのみの雰囲気中で加熱状態を維持すると、その維持時間と共に半導体中の水素濃度も変化することを見出したが、その詳細なメカニズムは現在検討中である。おそらく、Ｍｇと水素の結合力が関係しているものと考えられる。
【００３７】
以上の工程により、発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１を得られる。
【００３８】
次に、発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１の作用を説明する。
【００３９】
発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１では、ｐ型電流分散層７中の水素濃度の平均値を１．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下としているため、ｐ型電流分散層７に添加したドーパントが水素によって不活性化されるのを抑制でき、少量のドーパントで高いキャリア濃度を得ることができる。これにより、ｐ型電流分散層７を低抵抗化でき、発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１を用いて作製された発光ダイオードにおいて、注入された電流が活性層５又はｐ型クラッド層６全体に流れるようになり、結果として発光効率を向上できる。さらに、ｐ型電流分散層７の表面状態を良好に保つことができ、ｐ型電流分散層７上に形成するｐ型電極の電極はがれ等の不具合が生じにくく、発光ダイオードの製造歩留を向上させることができる。また、表面状態を良好に保てるため、発光効率の高い発光ダイオードを得られる。
【００４０】
また、発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１では、ｐ型電流分散層７のｐ型不純物が拡散の少ないＭｇであるため、ドーパントがｐ型クラッド層６や発光部である活性層５にまで拡散せず、長期信頼性における逆耐圧特性の変動が無く、発光輝度が高い発光ダイオードを得られる。
【００４１】
さらに、発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１では、ｐ型電流分散層７が発光した光に対して透明度の高いＧａＰからなるため、発光効率の高い発光ダイオードを得ることができる。
【００４２】
以上要するに、本発明によれば、過剰なドーパントの添加をすることなく十分な電流分散を有するｐ型電流分散層７が形成でき、高輝度、高信頼性、表面状態の良好な発光ダイオード用エピタキシャルウェハ１を得ることができる。
【実施例】
【００４３】
以下に示す、実施例１，２及び比較例１で作製した発光ダイオード用エピタキシャルウェハの表面平坦性と、これらの発光ダイオード用エピタキシャルウェハを用いて作製した発光ダイオードの長期信頼性における逆方向電圧Ｖｒの変動を測定した。
【００４４】
（実施例１）
ＭＯＶＰＥ法を用いて、６５０℃に加熱したｎ型基板２上に、ＳｅをドープしたＧａＡｓからなるバッファ層３、Ｓｅをドープしたｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層４、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ系材料からなり発光部となる活性層５、Ｍｇをドープしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｐ型クラッド層６、及びＭｇをドープしたＧａＰからなるｐ型電流分散層７を順次積層し、図１のＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオード用エピタキシャルウェハを成長させた。
【００４５】
このとき、ｐ型電流分散層７のキャリア濃度は、十分な電流分散を得るために２×１０18／ｃｍ3とし、水素濃度の平均値を８．８×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3とした。
【００４６】
（実施例２）
実施例２として、ｐ型電流分散層７のキャリア濃度は２×１０18／ｃｍ3とし、水素濃度の平均値を５．２×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3とした発光ダイオード用エピタキシャルウェハを成長させた。
【００４７】
このとき、２×１０18／ｃｍ3のキャリア濃度を得るために供給するＣｐ2Ｍｇの流量は、実施例１に比べて少なかった。
【００４８】
（比較例１）
比較例１として、ｐ型電流分散層のキャリア濃度は２×１０18／ｃｍ3とし、水素濃度の平均値を２．８×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3とした発光ダイオード用エピタキシャルウェハを成長させた。
【００４９】
このとき、２×１０18／ｃｍ3のキャリア濃度を得るために供給するＣｐ2Ｍｇの流量は、実施例１に比べて多かった。
【００５０】
（結果）
実施例１の発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、比較例１の発光ダイオード用エピタキシャルウェハに比べて表面平坦性が高く（Ｈａｚｅ  Ａｖｅｒａｇｅ  ８０００ｐｐｍ）、長期信頼性におけるＶｒの変動が無かった。
【００５１】
実施例２の発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、比較例１の発光ダイオード用エピタキシャルウェハに比べて表面平坦性が高く（Ｈａｚｅ  Ａｖｅｒａｇｅ  ６６００ｐｐｍ）、長期信頼性におけるＶｒの変動が無かった。
【００５２】
比較例１の発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、実施例１の発光ダイオード用エピタキシャルウェハに比べて表面平坦性が悪く（Ｈａｚｅ  Ａｖｅｒａｇｅ  測定限界１４０００ｐｐｍ以上）、長期信頼性におけるＶｒの変動があり、１２８時間で１５％変化した。
【００５３】
以上の結果より、本発明によれば、過剰なドーパントの添加をすることなく十分な電流分散を有するｐ型電流分散層７が形成でき、高信頼性、表面状態の良好な発光ダイオード用エピタキシャルウェハを得ることができることが分かる。
【符号の説明】
【００５４】
１  発光ダイオード用エピタキシャルウェハ
２  ｎ型基板
４  ｎ型クラッド層
５  活性層
６  ｐ型クラッド層
７  ｐ型電流分散層
【図１】
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