(57)【要約】【課題】出力を向上できるとともに、静電耐圧を向上できる赤外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１ｂは、主表面１１ａと、この主表面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２３を含むエピタキシャル層２０とを備えている。ＡｌＧａＡｓ層の不純物濃度は、１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下である。【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ＡｌＧａＡｓ層を含む、ＡｌＧａＡｓ基板と、
前記ＡｌＧａＡｓ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ＡｌＧａＡｓ層の不純物濃度は、１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下である、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項２】
前記エピタキシャル層は、導電層と、前記導電層上に形成された第１導電型の半導体層と、前記第１導電型の半導体層上に形成された第２導電型の半導体層とをさらに含み、
前記導電層のシート抵抗は、１Ω／□以上６０Ω／□以下である、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】
前記導電層のシート抵抗は、２Ω／□以上３０Ω／□以下である、請求項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ＡｌＧａＡｓ層の前記主表面の表面粗さＲｍｓは１０ｎｍ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ＡｌＧａＡｓ層において、Ａｌの組成比が０．２０以上である、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ＡｌＧａＡｓ基板は、前記ＡｌＧａＡｓ層の前記裏面に接するＧａＡｓ基板をさらに含む、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】
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と、
前記エピタキシャルウエハにおいて、前記エピタキシャル層側に形成された第１および第２の電極とを備えた、赤外ＬＥＤ。
【請求項８】
前記第１の電極は、透明電極である、請求項７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、たとえば非特許文献１および特許文献１などに開示されている。
【０００４】
図１４および図１５は、非特許文献１に開示のＬＥＤを示す断面図である。図１４に示す非特許文献１に開示のＬＥＤは、ＧａＡｌＡｓ光透過層１１０と、電極１３１、１３２とを備えている。このＬＥＤは、両面に電極１３１、１３２を付け、ＧａＡｌＡｓ光透過層１１０にも電流を流す構造である。ＧａＡｌＡｓ光透過層１１０には、ｐ型またはｎ型の導電性ＧａＡｌＡｓ層が用いられる。
【０００５】
図１５に示す非特許文献１に開示のＬＥＤは、ＧａＡｌＡｓ光透過層１１０と、電極１３１と、ＳｉＯ2膜１４１とを備えている。このＬＥＤは、電極１３１を一方の面（同一面）に配置した構造であり、発光した光はＧａＡｌＡｓ光透過層１１０を通過して外部に放出される。ＧａＡｌＡｓ光透過層１１０には電流が流れないため、アンドープのＧａＡｌＡｓ層が用いられる。
【０００６】
図１６は、特許文献１に開示の半導体発光デバイス２０１を示す断面図である。図１６に示す半導体発光デバイス２０１は、基板２１０と、接着層２１１と、第１半導体層２１２と、発光層２１３と、第２半導体層２１４と、透明酸化物導電層２１５と、第１電極２１６と、第２電極２１７とを備えている。発光層２１３を含むエピタキシャル層は、接着層２１１により基板２１０上に配置されている。この半導体発光デバイス２０１は、第１電極２１６および第２電極２１７がエピタキシャル層上に配置された構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−５８１３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】豊島敏也、他２名、”高ＡｌＡｓ混晶比ＧａＡｌＡｓエピタキシアルウェーハの開発”、日立電線Ｎｏ．７（１９８８−１）、ｐ．３７−４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１４に示す両面に電極１３１、１３２が形成された非特許文献１のＬＥＤでは、電極１３２で光が吸収されるので、光の取り出しのロスとなる。このため、出力が低下するという問題がある。
【００１０】
図１５に示す一方面に電極１３１が形成された非特許文献１のＬＥＤでは、ＧａＡｌＡｓ光透過層１１０がアンドープであるので、静電耐圧が低いという問題があることを本発明者は初めて明らかにした。
【００１１】
図１６に示す基板２１０にエピタキシャル層が貼り付けられた特許文献１の半導体発光デバイスでは、絶縁性の接着層２１１を用いているので、放熱性が悪いことによって、出力が低下するという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、出力を向上できるとともに、静電耐圧を向上できる赤外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】
【００１３】
本発明の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハは、主表面と、この主表面と反対側の裏面とを有するＡｌＧａＡｓ層を含む、ＡｌＧａＡｓ基板と、ＡｌＧａＡｓ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、ＡｌＧａＡｓ層の不純物濃度は、１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下である。
【００１４】
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、導電層と、この導電層上に形成された第１導電型の半導体層と、この第１導電型の半導体層上に形成された第２導電型の半導体層とをさらに含み、導電層のシート抵抗は、１Ω／□以上６０Ω／□以下である。上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハにおいてより好ましくは、導電層のシート抵抗は、２Ω／□以上３０Ω／□以下である。
【００１５】
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、ＡｌＧａＡｓ層の主表面の表面粗さＲｍｓは１０ｎｍ以下である。
【００１６】
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、ＡｌＧａＡｓ層において、Ａｌの組成比が０．２０以上である。
【００１７】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハにおいて、ＡｌＧａＡｓ基板は、ＡｌＧａＡｓ層の裏面に接するＧａＡｓ基板をさらに含んでいてもよい。
【００１８】
本発明の赤外ＬＥＤは、上記いずれかに記載の赤外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おいて、エピタキシャル層側に形成された第１および第２の電極とを備える。
【００１９】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、第１の電極は透明電極である。
【発明の効果】
【００２０】
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、出力を向上できるとともに、静電耐圧を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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Ａｌの組成比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△Ａｌ／△ｔを説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１における導電層のシート抵抗と、キャリア濃度と、厚みとの関係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１〜３における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図１２】８０μｍの粒径の砥粒を用いて研磨したときのＡｌＧａＡｓ層の主表面の凹凸状態を示す図である。
【図１３】１２０μｍの粒径の砥粒を用いて研磨したときのＡｌＧａＡｓ層の主表面の凹凸状態を示す図である。
【図１４】非特許文献１に開示の赤外ＬＥＤを示す図である。
【図１５】非特許文献１に開示の別の赤外ＬＥＤを示す図である。
【図１６】特許文献１に開示の半導体発光デバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２３】
（実施の形態１）
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１ａを説明する。図１に示すように、エピタキシャルウエハ１ａは、ＡｌＧａＡｓ基板１０と、ＡｌＧａＡｓ基板１０の主表面１１ａ上に形成されたエピタキシャル層２０とを備えている。
【００２４】
ＡｌＧａＡｓ基板１０は、ＧａＡｓ基板１５と、ＧａＡｓ基板１５上に形成されたＡｌＧａＡｓ層１１とを含んでいる。
【００２５】
ＧａＡｓ基板１５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１５．８°以下傾斜した主表面を有している。ＧａＡｓ基板１５は、｛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１５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。
【００２６】
ＧａＡｓ基板１５の導電型はｐ型であってもｎ型であってもよいが、ＡｌＧａＡｓ層１１と同じ導電型であることが好ましい。
【００２７】
ＧａＡｓ基板１５はたとえば平面形状が円形であり、その直径は１インチ以上８インチ以下であることが好ましく、２インチ以上６インチ以下であることがより好ましい。
【００２８】
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１５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１５と接触している面である。
【００２９】
ＡｌＧａＡｓ層１１は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（０≦ｘ≦１、好ましくは０＜ｘ＜１）で表される。なお、組成比ｘは、Ａｌのモル比であり、組成比（１−ｘ）は、Ｇａのモル比である。ＡｌＧａＡｓ層１１は、１層で構成されてもよく、複数の層で構成されてもよい。
【００３０】
ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度は、１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下であり、５×１０16ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ-3以下であることが好ましい。ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3以上の場合、静電耐圧を向上することができる。ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度が５×１０16ｃｍ-3以上の場合、ＡｌＧａＡｓ層１１の導電性をより確実に確保できるので、静電耐圧をより向上することができる。ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以下の場合、不純物による光吸収を抑制できるので、エピタキシャル層２０側に電極を形成して横型の赤外ＬＥＤを作製すると、出力を向上することができる。ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3以下の場合、エピタキシャルウエハ１ａ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。
【００３１】
ここで、上記不純物濃度とは、導電性不純物（ドーパント）の濃度である。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（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、炭素（Ｃ）などのｐ型ドーパント、セレン（Ｓｅ）、硫黄（Ｓ)、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）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。
【００３２】
上記不純物濃度は、たとえばＡｌＧａＡｓ層１１の深さ方向に３点以上測定した不純物濃度の平均値である。なお、ＡｌＧａＡｓ層１１の層数が多い場合には、深さ方向の測定点数を増やすことにより、より正確なプロファイルが測定できるため、より望ましい。深さ方向にＣＶ（Capacitance Voltage）法で測定する場合、主表面１１ａまたは裏面１１ｂから、エッチングまたは研磨によりＡｌＧａＡｓ層１１を除去し、除去後の表面に電極を作製して行なう。電極は、Ａｕ等の金属電極であっても、樹脂製のリングに水溶電解液または水銀を含ませた方法を用いても良い。
【００３３】
チップ寸法が小さくて電極が作製できない場合等には、上記不純物濃度は、ＣＶ法に代えて、ＳＩＭＳ(２次イオン質量分析)法により測定されてもよい。この場合、ＣＶ法と同じく研磨した表面上からＳＩＭＳ法により、不純物分析を行ない、意図的に混入させたドーパントの濃度により不純物濃度を特定する。
【００３４】
ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度は、エピタキシャルウエハの状態ではキャリア濃度を測定して不純物濃度に換算することが好ましく、エピタキシャルウエハを備えたチップの状態では不純物濃度自体を測定することが好ましい。ただし、不純物濃度とキャリア濃度の２つの数値は、結晶中の不純物の活性化の点で必ずしも同じにはならない。そのため、本発明者が経験的に掴んでいる活性化率６０〜１００％を用い、キャリア濃度＝不純物濃度×活性化率の式を用いることにより不純物濃度の特定が可能である。また、ＡｌＧａＡｓ層１１にｐ型およびｎ型の不純物が共存する場合は、補償することを折り込み、キャリア濃度＝（ｐ型およびｎ型の不純物濃度の差の絶対値）×活性化率の式を用いることにより不純物濃度の特定が可能である。
【００３５】
また、上記不純物濃度は、ＡｌＧａＡｓ層１１において一定であっても、変化してもよい。ＡｌＧａＡｓ層１１において不純物濃度が変化している場合には、主表面１１ａの不純物濃度が裏面１１ｂの不純物濃度よりも高いことが好ましく、単調増加している（ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて、不純物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側の面の不純物濃度よりも主表面１１ａの面の不純物濃度が高い）ことがより好ましい。このＡｌＧａＡｓ層は、キャリア濃度の点から１層であっても多層であっても良い。
【００３６】
ＡｌＧａＡｓ層１１において、Ａｌの組成比ｘは特に限定されず、一定であっても変化していてもよい。Ａｌの組成比ｘが変化している場合には、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘは、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高いことが好ましい。なお、このＡｌＧａＡｓ層は、Ａｌ組成比の点から１層であっても多層であっても良い。
【００３７】
ここで、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘが主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高い場合について、図２〜図５を参照して説明する。図２〜図５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Ａｌの組成比ｘを示す。また図２〜図５は、ＡｌＧａＡｓ層１１が３層含む場合を想定している。
【００３８】
図２〜図５に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａに位置する層の表面のＡｌの組成比ｘは、裏面１１ｂに位置する層の裏面のＡｌの組成比ｘよりも低くてもよい。
【００３９】
図２および図３に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１を構成するそれぞれは、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。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。なお、図２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１のそれぞれの層の勾配が同じである場合には、ＡｌＧａＡｓ層１１を形成するためのコストを低減できる。図３に示すようにＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａに位置する層の勾配のみが小さい場合には、研磨後のＡｌ組成比の均一性を良好にすることができる。
【００４０】
図４および図５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が均一である層を含んでいてもよい。なお、図４に示すようにＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａに位置する層の勾配のみを均一にしてもよく、図５に示すようにＡｌＧａＡｓ層１１を構成する複数の層の勾配を均一にしてもよい。
【００４１】
図２〜図４に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において勾配がある場合、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚み方向の異なる２点のＡｌの組成比ｘの差を△Ａｌとし、２点の厚みの差（μｍ）を△ｔとしたときに、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ以上６×１０-2／μｍ以下であることが好ましい。この範囲内の場合、出力をより向上することができる。
【００４２】
上記△Ａｌ／△ｔは、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａから裏面１１ｂにかけてたとえば１μｍごとにＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）およびＳＩＭＳで△Ａｌを測定することにより得られる。△Ａｌ／△ｔは、ＡｌＧａＡｓ層１１の任意の位置で測定され得る。たとえばＡｌＧａＡｓ層１１が図６に示すＡｌ組成比の勾配を有する場合、△Ａｌ／△ｔ＝（０．２５−０．２０）／５μｍ＝１×１０-2／μｍとなる。また、勾配があるＡｌＧａＡｓ層を研磨した場合、研磨後に面内でばらつきが発生し、表面でのＡｌ組成に分布が発生し、低Ａｌ組成部では低出力、高Ａｌ組成部では高出力になるという問題を確認している。新たに確認された事実から、Ａｌ組成の勾配を制御することがより望ましい。
【００４３】
ＡｌＧａＡｓ層１１において、Ａｌの組成比が一定の場合には、Ａｌの組成比は０．２０以上であることが好ましく、０．２５以上であることがより好ましい。Ａｌの組成比が０．２０以上の場合、ＡｌＧａＡｓ層１１の透明度（低光吸収）が向上するので、エピタキシャルウエハ１ａを用いて赤外ＬＥＤを作製すると出力をより向上できる。Ａｌの組成比が０．２５以上の場合、赤外ＬＥＤを作成したときに出力をより向上できる。Ａｌの組成比が高いほどＡｌＧａＡｓ層１１の透明度を高めることができるので好ましいが、所定の透明度を維持できる観点からＡｌの組成比の上限はたとえば０．６である。
【００４４】
なお、Ａｌの組成比が一定の場合には、主表面１１ａが研磨されても、面内で研磨量に分布があっても、面内でのＡｌ組成比にばらつきが発生することを抑制できる。このため、出力の観点から面内での歩留まりを向上できる。
【００４５】
ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａの表面粗さＲｍｓは１０ｎｍ以下であることが好ましく、１ｎｍ以下であることがより好ましい。表面粗さＲｍｓが１０ｎｍ以下の場合、主表面１１ａで酸化物の吸着箇所を低減できるため、エピタキシャル層２０との界面酸素濃度を低減できるとともに、エピタキシャル層２０の結晶性を向上できることを、新たに見出した。このため、このエピタキシャルウエハ１ａ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。表面粗さＲｍｓが１ｎｍ以下の場合、効果的に界面酸素を低減することができる。
【００４６】
ここで、上記表面粗さＲｍｓとは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定する表面の二乗平均粗さ、すなわち平均面から測定面までの距離（偏差）の二乗を平均した値の平方根を意味する。
【００４７】
エピタキシャル層２０は、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に形成された導電層２１と、導電層２１上に形成されたｎ型半導体層２２と、ｎ型半導体層２２上に形成された活性層２３と、活性層２３上に形成されたｐ型半導体層２４とを含む。
【００４８】
導電層２１は、電流拡散層である。導電層２１のシート抵抗は、１Ω／□以上６０Ω／□以下であることが好ましく、２Ω／□以上３０Ω／□以下であることがより好ましい。動作電流が２０ｍＡの場合、典型的には動作電圧（Ｖｆ）は１．４Ｖであるが、シート抵抗が６０Ω／□のときのＶｆの上昇は０．１Ｖ程度であり、３０Ω／□のときのＶｆの上昇は０．０５Ｖであるという知見を本発明者は得ている。またシート抵抗が１Ω／□のときには、光吸収を抑制でき、出力の低下を１０％程度に維持でき、２Ω／□のときには、出力の低下を５％程度に維持できるという知見を本発明者は得ている。
【００４９】
ここで、導電層２１のシート抵抗は、ＣＶ法またはＳＩＭＳ法により不純物濃度を測定し、J. Phys. C., 13, no.23, A.K. Saxena, pp. 4323-4334 (1980)、Solid St. Comm., 39, no.7, A. K. Saxena, pp. 839-842 (1981)、Phys. Rev., B24, no.6, A.K.Saxena, pp. 3295-3302 (1981)、Physics of Semiconductor Devices, Prentice Hall, 1990. M.Shur、 Physics of Semiconductor Devices, Wiley-Interscience; 3 edition (October 27, 2006) S.M.Sze などの文献で挙げられている移動度とＡｌ組成比、キャリア濃度との関係を勘案した値により抵抗率を求める。より具体的には、抵抗率およびシート抵抗は、以下の式で表される。抵抗率＝１／（キャリア濃度×移動度×クーロン電荷）、シート抵抗＝抵抗率／厚み。
【００５０】
このように定義された導電層２１のシート抵抗について、図７を参照して詳細に説明する。なお、図７において、横軸は  導電層２１が１Ω／□以上６０Ω／□以下のシート抵抗を有する場合、図７における範囲Ｒ内のキャリア濃度と厚みとを有する。導電層２１が２Ω／□以上３０Ω／□以下のシート抵抗を有する場合、図７における２Ω／□のラインと３０Ω／□のラインとに囲まれた範囲内のキャリア濃度と厚みとを有する。
【００５１】
ｎ型半導体層２２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型クラッド層とを有する。
【００５２】
活性層２３は、ＡｌＧａＡｓ層１１よりもバンドギャップが小さいことが好ましい。
また、活性層２３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。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。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（インジウムガリウムリン）、ＡｌＩｎＧａＰ（アルミニウムインジウムガリウムリン）、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。
【００５３】
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。
【００５４】
ｐ型半導体層２４は、たとえば、活性層２３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有する。
【００５５】
なお、第１導電型がｎ型で、第２導電型がｐ型のエピタキシャルウエハを例に挙げて説明したが、この構成に特に限定されず、ｎ型とｐ型とが反対であってもよい。
【００５６】
続いて、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ａの製造方法について説明する。
【００５７】
まず、ＧａＡｓ基板１５を準備する。次に、ＧａＡｓ基板１５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。この工程では、意図的に不純物をドーピングして、１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下の不純物濃度を有するＡｌＧａＡｓ層１１を成長させる。
【００５８】
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。ＡｌＧａＡｓ層１１をＬＰＥ法で形成することにより、安価に厚みの大きいＡｌＧａＡｓ層１１を形成することができる。このため、製造コストを低減することができる。
【００５９】
ＡｌＧａＡｓ層１１においてＡｌの組成比ｘおよび／または不純物濃度が一定の結晶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結晶を成長させる場合および／または不純物濃度が成長方向において増加している結晶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。
【００６０】
次に、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを研磨する。この工程では、主表面１１ａの表面粗さＲｍｓが１０ｎｍ以下になるように研磨する。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。
【００６１】
この工程では、研磨する方法は特に限定されないが、シリカ系の研磨剤を用いた研磨を行なう。このとき、８０μｍ以下の粒径を有するシリカ系の砥粒を用いることが好ましい。この場合、表面粗さＲｍｓをより低減することができる。それに加えて、弱アルカリ性の溶液を用いたＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）を行なうことが好ましい。この場合、表面粗さＲｍｓをさらに低減することができる。
【００６２】
上記工程を実施すると、ＡｌＧａＡｓ層１１およびＧａＡｓ基板１５を含むＡｌＧａＡｓ基板１０を製造することができる。
【００６３】
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２３を含むエピタキシャル層２０を形成する。具体的には、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に導電層２１を形成し、導電層２１上にｎ型半導体層２２を形成し、ｎ型半導体層２２上に活性層２３を形成し、活性層２３上にｐ型半導体層２４を形成する。
【００６４】
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２３を容易に成長できる。
【００６５】
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２０を形成する際に、エピタキシャル層２０の異常成長を抑制することができる。
【００６６】
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１ａを製造できる。
【００６７】
なお、ＧａＡｓ基板１５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１５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１ａを製造することになる。この場合、一部残したＧａＡｓ基板をエッチングあるいは研磨剤によるラッピングにより粗面化することが好ましい。この場合、この面での反射率を向上できる。
【００６８】
以上説明したように、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１ａは、ＧａＡｓ基板１５と、ＧａＡｓ基板１５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２３を含むエピタキシャル層２０とを備え、ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度は、１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下である。
【００６９】
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１ａによれば、ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3以上であるので、導電性を確保して、抵抗を低減することにより、静電耐圧を向上することができる。また、ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以下であるので、不純物による光吸収を抑制することにより、エピタキシャル層２０側に、一方側から他方側へ電流が流れる第１および第２の電極を形成した横型の赤外ＬＥＤを作製すると、光取り出し効率を向上することで、出力を向上することができる。
【００７０】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１の熱伝導率は３００Ｋで５５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。特許文献１の接着層の材料として開示されているポリイミドの熱伝導率は３００Ｋで０．２８〜０．３４Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。このため、接着層を有していない本実施の形態のエピタキシャルウエハ１ａの放熱性は良好である。したがって、本実施の形態のエピタキシャルウエハ１ａを用いて作製した赤外ＬＥＤにおける大電流動作時にも出力を向上できる。
【００７１】
それに加えて、エピタキシャルウエハ１ａを構成する層は、同じ材料系であるため、熱膨張率が近く、かつ全体がエピタキシャル成長により形成されているので、各層間の半導体結合が強い。このため、非特許文献１の接着層を有するエピタキシャルウエハに比べて各層間の剥がれを低減できる。したがって、本実施の形態のエピタキシャルウエハ１ａを用いて横型構造の赤外ＬＥＤを作製すると、高温動作、熱サイクルなどによる劣化を低減できるので、高信頼性の赤外ＬＥＤを実現できる。
【００７２】
また、本実施の形態のエピタキシャルウエハ１ａを用いて作製した赤外ＬＥＤを屋外で使用しても、特許文献１の接着層を有するエピタキシャルウエハを用いて作製した赤外ＬＥＤと異なり、接着層の紫外線劣化を考慮しなくてもよい。このため、使用上の制限を小さくすることもできる。
【００７３】
また、本実施の形態のエピタキシャルウエハ１ａにおいて、ＡｌＧａＡｓ基板１０は、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂに接するＧａＡｓ基板１５を含んでいる。ＡｌＧａＡｓ基板１０がＧａＡｓ基板１５を含んでいる場合には、ＡｌＧａＡｓ層１１だけでなく、ＧａＡｓ基板１５によりエピタキシャルウエハ１ａ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。また、本実施の形態ではＧａＡｓ基板１５を除去する必要がないので、後述するＧａＡｓ基板１５を除去している実施の形態２と比べて、ＧａＡｓ基板１５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。
【００７４】
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１ａにおいて好ましくは、エピタキシャル層２０は、導電層２１と、導電層２１上に形成された第１導電型の半導体層（ｎ型半導体層２２）と、第１導電型の半導体層上に形成された第２導電型の半導体層（ｐ型半導体層２４）とをさらに含み、導電層２１のシート抵抗は、１Ω／□以上６０Ω／□以下である。シート抵抗が１Ω／□以上であると、導電層２１での光吸収を抑制できるので、光取り出し効率を向上することで、出力を向上できる。導電層２１は電流が流れる領域であるので、電流経路の抵抗であるシート抵抗が６０Ω／□以下であると、横方向に電流を流しやすくなるため、動作電圧を低減することができる。
【００７５】
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１ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａの表面粗さＲｍｓは１０ｎｍ以下である。これにより、主表面１１ａで酸化物の吸着箇所を低減できるため、エピタキシャル層２０との界面酸素濃度を低減できるとともに、エピタキシャル層２０の結晶性を向上できる。このため、このエピタキシャルウエハ１ａ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。
【００７６】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ１ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層において、Ａｌの組成比が０．２０以上である。これにより、ＡｌＧａＡｓ層１１の透明度を向上できるので、エピタキシャルウエハ１ａを用いて作製した赤外ＬＥＤの出力をより向上できる。
【００７７】
（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１ｂについて説明する。図８に示すように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ｂ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１ａと同様の構成を備えているが、ＧａＡｓ基板１５を備えていない点において異なる。
【００７８】
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。
【００７９】
続いて、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ｂ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１ｂ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１ａの製造方法と同様の構成を備えているが、ＧａＡｓ基板１５を除去する工程をさらに備えている点において異なる。
【００８０】
ＧａＡｓ基板１５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１５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１５の除去を行なうことをいう。
【００８１】
ＧａＡｓ基板１５を除去したＡｌＧａＡｓ層１１をエッチングあるいは研磨剤によるラッピングにより粗面化することが好ましい。この場合、この面での反射率を向上できる。
【００８２】
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１ｂ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２０とを備え、ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度は、１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下である。
【００８３】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ｂによれば、ＧａＡｓ基板１５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１５は波長が８７０ｎｍ以下の光を吸収するので、ＧａＡｓ基板１５が除去されたＡｌＧａＡｓ基板１０を備えたエピタキシャルウエハ１ｂを用いて横型の赤外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１ｂを用いて作製した赤外ＬＥＤの出力をより向上できる。
【００８４】
（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ＬＥＤ２ａ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ＬＥＤ２ａは、実施の形態１おける図１に示すエピタキシャルウエハ１ａと、このエピタキシャルウエハ１ａにおいて、エピタキシャル層２０側に形成された第１および第２の電極３１、３２とを備えている。言い換えると、赤外ＬＥＤ２ａは、第１の電極３１および第２の電極３２の、一方から他方へと電流が流れる、横型構造を有する。さらに言い換えると、赤外ＬＥＤ２ａは、エピタキシャルウエハ１ａの上面に第１および第２の電極３１、３２が形成された上面２電極（上部２端子）構造を有する。
【００８５】
本実施の形態では、導電層２１の一部が露出するように、ｎ型半導体層２２、活性層２３およびｐ型半導体層２４を貫通する開口部が形成されている。
【００８６】
第１の電極３１は、エピタキシャル層２０においてＡｌＧａＡｓ基板１０と接する面と反対側の面に接するように形成されている。第２の電極３２は、露出した導電層２１に接するように形成されている。
【００８７】
エピタキシャル層２０においてＡｌＧａＡｓ層１１と接する面と反対側の表面に位置する層（本実施の形態ではｐ型半導体層２４）がｐ型で、かつ露出したＡｌＧａＡｓ層１１において第２の電極３２と接する面に位置する層（本実施の形態では導電層２１）がｎ型である場合、第１の電極３１がｐ型電極で、第２の電極３２がｎ型電極である。この場合、第１の電極３１は、ｐ型透明電極であることが好ましい。透明電極は、Ａｕ、酸化インジウムと酸化スズとの混合物、アルミニウム原子を含む酸化亜鉛、フッ素原子を含む酸化スズ、酸化亜鉛、セレン化亜鉛および酸化ガリウムからなる群から選択される少なくとも１種を含む材質から構成されることが好ましい。なお、第１の電極は、透明電極に特に限定されない。第２の電極３２は、たとえばＡｕ、Ｇｅ（ゲルマニウム）、およびニッケルの合金よりなる。
【００８８】
第１の電極３１として透明電極を用いる場合には、エピタキシャル層２０において接触する面は、たとえばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＰなどである。ＧａＡｓは高濃度のｐ型ドープが可能であるため、良好な動作電圧が得られる。ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰおよびＧａＰは、バンドギャップが大きいため、光吸収が小さく、光取り出し効率を高めることができる。また、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰおよびＧａＰは、粗面化することにより、光取り出し効率をさらに高めることができる。
【００８９】
続いて、本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ａの製造方法について説明する。まず、実施の形態１におけるエピタキシャルウエハ１ａの製造方法により、エピタキシャルウエハ１ａを製造する。
【００９０】
次に、エピタキシャルウエハ１ａにおいて、導電層２１の一部が露出するように、ｎ型半導体層２２、活性層２３およびｐ型半導体層２４に貫通する開口部を形成する。開口部を形成する方法は特に限定されないが、たとえばエピタキシャル層２０上に、開口部を形成するべき領域以外の領域にマスク層を形成した状態で、ドライエッチングやウエットエッチングにより開口部を形成する。このエッチングでは、エッチング深さを確認してエッチングを行なうことが好ましい。これにより、図９に示すように、エピタキシャル層２０の導電層２１に露出面を形成することができる。
【００９１】
次に、エピタキシャルウエハ１ａのエピタキシャル層２０側に第１および第２の電極３１、３２を形成する。第１および第２の電極３１、３２の形成方法は特に限定されず、たとえば蒸着法を用いることができる。これにより、図９に示す赤外ＬＥＤ２ａを製造することができる。
【００９２】
続いて、本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ａの動作について説明する。第１および第２の電極３１、３２に電圧を印加すると、第１および第２の電極３１、３２の一方から他方に向けて、エピタキシャル層２０を介して電流が流れる。この電流が流れる経路は、シート抵抗の低い導電層２１を含むため、赤外ＬＥＤ２ａの動作電圧を低減できる。またＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以下であるので、透過率を向上できることで、出力も向上できる。またＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3以上であるので、静電耐圧を向上できる。
【００９３】
なお、本実施の形態では、導電層２１の主表面が露出するようにエピタキシャルウエハ１ａの一部に開口部を形成しているが、導電層２１をさらにエッチングしてＡｌＧａＡｓ層１１を露出させ、ＡｌＧａＡｓ層１１に第２の電極３２を形成してもよい（図示せず）。
【００９４】
以上説明したように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ａは、実施の形態１におけるエピタキシャルウエハ１ａと、エピタキシャル層２０側に形成された第１および第２の電極３１、３２とを備えている。
【００９５】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ａによれば、不純物による光吸収を抑制できるＡｌＧａＡｓ基板１０を備えているので、光取り出し効率を向上することで、出力を向上した赤外ＬＥＤ２ａを実現できる。また、赤外ＬＥＤ２ａは静電耐圧を向上できるＡｌＧａＡｓ基板１０を備えているので、静電耐圧を向上できる赤外ＬＥＤを実現できる。
【００９６】
また本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ａはＧａＡｓ基板１５を含んでいるので、割れにくく、ハンドリングが容易になる。
【００９７】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ａにおいて好ましくは、第１の電極３１は、透明電極である。これにより、赤外ＬＥＤ２ａの出力をより向上することができる。
【００９８】
（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ＬＥＤ２ｂについて説明する。本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｂは、基本的には図９に示す実施の形態３にの赤外ＬＥＤ２ａと同様の構成を備えているが、ＧａＡｓ基板１５を備えていない点において異なる。
【００９９】
具体的には、本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｂは、図８に示す実施の形態２のエピタキシャルウエハ１ｂと、このエピタキシャルウエハ１ｂにおいて、エピタキシャル層２０側に形成された第１および第２の電極３１、３２とを備えている。
【０１００】
続いて、本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｂの製造方法について説明する。まず、実施の形態２におけるエピタキシャルウエハ１ｂの製造方法にしたがって、エピタキシャルウエハ１ｂを製造する。
【０１０１】
次に、エピタキシャルウエハ１ｂのエピタキシャル層２０側に、第１および第２の電極３１、３２を形成する。この工程は実施の形態３と同様であるので、その説明は繰り返さない。
【０１０２】
以上の工程を実施することによって、図１０に示す赤外ＬＥＤ２ｂを製造することができる。
【０１０３】
以上説明したように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｂは、実施の形態２におけるエピタキシャルウエハ１ｂと、エピタキシャル層２０側に形成された第１および第２の電極３１、３２とを備えている。
【０１０４】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｂによれば、ＧａＡｓ基板１５が除去されているので、ＧａＡｓ基板１５による光吸収を抑制できる。このため、出力をより向上した赤外ＬＥＤ２ｂを実現できる。
【実施例１】
【０１０５】
本実施例では、図１１に示す構造の赤外ＬＥＤを製造して、出力およびＥＳＤ（Electro-Static Discharge）不良率を測定することにより、ＡｌＧａＡｓ層の不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下であることの効果について調べた。
【０１０６】
（試料）
具体的には、まず、５０ｍｍの直径と２６０μｍの厚みとを有するＧａＡｓ基板１５を準備した。
【０１０７】
次に、このＧａＡｓ基板１５上に、９２０℃〜室温間の温度条件による徐冷法で下側（ＧａＡｓ基板１５側）から順に第１〜第３の層の３層を有するＡｌＧａＡｓ層１１を成長させた。第１〜第３の層の各層は４０μｍの厚みを有し、ＡｌＧａＡｓ層１１は１２０μｍの厚みを有していた。ドーパントとしてテルルをドーピングした。
【０１０８】
各試料のＡｌＧａＡｓ層１１は、下記の表１に示すＡｌの組成比ｘを有していた。なお、ＡｌＧａＡｓ層１１を構成する第１〜第３の層のＡｌの組成比は一定であった。
【０１０９】
次に、ＡｌＧａＡｓ層１１を機械研磨により、表面を平坦化した。この場合、８０μｍの粒径の砥粒を用い、研磨後の表面の粗さは９ｎｍであった。
【０１１０】
以上の条件で、ＡｌＧａＡｓ基板を製造した後、ＯＭＶＰＥ法により、活性層２３を含むエピタキシャル層２０を形成した。
【０１１１】
具体的には、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に、導電層２１と、ｎ型半導体層２２としてのｎ型バッファ層およびｎ型クラッド層と、活性層２３と、ｐ型半導体層２４としてのｐ型クラッド層、ｐ型窓層およびｐ型コンタクト層とをこの順で成長した。各層の成長温度は、７６０℃であった。
【０１１２】
導電層２１は、１０μｍの厚みを有し、シリコンがドープされたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓよりなり、８Ω／□のシート抵抗を有していた。ｎ型バッファ層は０．５μｍの厚みを有し、ＳｉがドープされたＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐよりなり、５×１０17ｃｍ-3の不純物濃度を有していた。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の不純物濃度を有していた。
【０１１３】
活性層２３は、発光波長８７０ｎｍとし、５ｎｍの厚みを有し、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓよりなる井戸層と、１５ｎｍの厚みを有し、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓよりなるバリア層とを、それぞれ５層有している多重量子井戸構造（ＭＱＷ）であった。
【０１１４】
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の不純物濃度を有していた。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の不純物濃度を有していた。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の不純物濃度を有していた。
【０１１５】
次に、エピタキシャル層２０において、ＡｌＧａＡｓ基板１０と接する面と反対側の面上（ｐ型半導体層２４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２５を形成した。透明導電膜２５は、３００ｎｍの厚みを有するＩＴＯとした。
【０１１６】
次に、透明導電膜２５上に、第１の電極３１として、ｐ型電極を形成した。第１の電極３１のパッド径は１２０μｍとし、電極材料をＡｕとした。
【０１１７】
このエピタキシャルウエハに、１５０μｍ径で電極パッド用接触孔を設けた。エッチング液は燐酸と過酸化水素水との混合液で、ＡｌＧａＡｓとＩｎＧａＰとの選択比は５０であり、導電層２１の直上のＩｎＧａＰ層でエッチング停止を行ない、その後、塩酸水溶液により導電層２１のＡｌＧａＡｓ層の表面を露出させた。
【０１１８】
次に、第２の電極３２として、露出させた導電層２１表面に接するように、１２０μｍ径のＡｕＧｅＮｉ電極を３μｍ厚で蒸着した。
【０１１９】
次に、裏面側のＧａＡｓ基板１５を、まず機械研磨により５０μｍ程度まで除去し、その後、アンモニア、過酸化水素水、および水の混合液を用いてエッチングにより除去した。さらに、側面と裏面とを、アンモニア、過酸化水素水、および水の混合液により粗面化を施した。以上の工程を実施することにより、各試料の赤外ＬＥＤ２ｃを製造した。
【０１２０】
なお、各試料のＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度は、下記の表１に記載の通りであった。不純物濃度は、ＡｌＧａＡｓ層１１の深さ方向に３点、つまり第１〜第３の層の３点について、裏面１１ｂからエッチングによりＡｌＧａＡｓ層１１を除去し、除去後の表面に電極を作製したＣＶ法により測定した不純物濃度の平均値とした。
【０１２１】
（測定方法）
各試料の赤外ＬＥＤについて、定電流源と光出力測定器（積分球）とにより、電流（ＩＦ）を２０ｍＡ流した時の波長が８７０ｎｍの光出力を測定した。その結果を下記の表１に示す。
【０１２２】
またＡｌの組成比が０．２５の各試料の赤外ＬＥＤについて、静電破壊試験を実施した。測定モデルとしては、公的試験規格ＪＥＩＴＡ  ＥＤ４７０１  ３００−２等に準拠し、人体モデル（１００ｐＦ、直列負荷抵抗１．５ｋΩ）を用い、＋７００Ｖ、−７００Ｖの電圧を５回ずつ印加し、逆方向耐圧Ｖｒが−４．０Ｖ以上のものを合格とし、５回のうち不合格（−４．０Ｖ未満）の回数をＥＳＤ不良率とした。その結果を下記の表１に示す。
【０１２３】
【表１】
2012146866.tif 000003
【０１２４】
（評価結果）
表１に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下である赤外ＬＥＤは、同じＡｌ組成比の２×１０18ｃｍ-3および３×１０18ｃｍ-3の赤外ＬＥＤに比べて、出力が向上していた。また、ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下である赤外ＬＥＤは、同じＡｌ組成比の１×１０15ｃｍ-3の赤外ＬＥＤに比べてＥＳＤ不良率を向上できた。
【０１２５】
また、活性層の構造のみをかえて、波長９４０ｎｍとした赤外ＬＥＤについても、上記と同様に調べた。具体的には、発光波長９４０ｎｍの場合、活性層は、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。
【０１２６】
波長が９４０ｎｍの場合でも、Ａｌ組成比、不純物濃度に対する出力の向上、および、ＥＳＤ不良率の改善が、波長８７０ｎｍの場合と変わらないという結果が確認され、本構造の設計の差異の効果が確認された。
【０１２７】
以上より、本実施例によれば、ＡｌＧａＡｓ層の不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下であることにより、出力を向上できるとともに、静電耐圧を向上できることが確認できた。
【実施例２】
【０１２８】
本実施例では、ＡｌＧａＡｓ層の主表面の表面粗さＲｍｓが１０ｎｍ以下であることの効果について調べた。
【０１２９】
（試料Ａ〜Ｄ）
試料Ａ〜Ｄは、基本的には実施例１の各試料と同様に製造したが、ＡｌＧａＡｓ層１１を形成した後に研磨を行なった点において主に異なっていた。
【０１３０】
具体的には、試料Ａ〜ＤのＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度を５×１０17ｃｍ-3とし、Ａｌの組成比を０．２５とした。
【０１３１】
ＡｌＧａＡｓ層１１を形成した後に、下記の表２に記載の砥粒粒径のシリカ系の研磨剤を用いてＡｌＧａＡｓ層１１の主表面を研磨した。また試料Ｄについては、弱アルカリ溶液を用いたＣＭＰをさらに行なった。
【０１３２】
研磨後のＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａの表面粗さＲｍｓをＪＩＳ  Ｂ０６０１に準拠して測定した。具体的には、ＡＦＭ法で測定し、測定範囲は１０μｍ角の範囲内で求め、主表面の中央、両端の３点を測定し、その平均値とした。その結果を下記の表２に記載する。
【０１３３】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａの酸素濃度をＳＩＭＳ法による測定で、界面でのピーク濃度により規定した。その結果を下記の表２の界面酸素として記載する。
【０１３４】
次に、実施例１と同様にＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に、エピタキシャル層２０と、透明導電膜２５と、第１および第２の電極３１、３２を形成した。これにより、試料Ａ〜Ｄの赤外ＬＥＤを製造した。
【０１３５】
この赤外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２に示す。
【０１３６】
【表２】
2012146866.tif 000004
【０１３７】
（評価結果）
表２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａの表面粗さＲｍｓが１０ｎｍ以下である試料Ｂ〜Ｄは、表面粗さＲｍｓが１５ｎｍの試料Ａに比べて出力を向上できることがわかった。つまり、本実施例によれば、ＡｌＧａＡｓ層の主表面の表面粗さＲｍｓが１０ｎｍ以下であることにより、出力を向上できることがわかった。
【０１３８】
また表面粗さＲｍｓを小さくすることにより、酸素の吸着箇所を低減できるため、ＡｌＧａＡｓ層１１とエピタキシャル層２０との界面の酸素濃度を低減できることがわかった。界面の酸素濃度を低減できると、エピタキシャル層の結晶性を向上することができる。
【実施例３】
【０１３９】
本実施例では、ＡｌＧａＡｓ層の主表面の平坦性を高める手段について調べた。
（試料）
本実施例の各試料のエピタキシャルウエハは、基本的には実施例１の各試料と同様に製造したが、ＡｌＧａＡｓ層１１を形成した後に研磨を行なった点において主に異なっていた。
【０１４０】
具体的には、各試料のＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度を５×１０17ｃｍ-3とし、Ａｌの組成比を０、０．０５、０．１０、０．２０、０．２５とした。
【０１４１】
ＡｌＧａＡｓ層１１を形成した後に、砥粒粒径が８０μｍまたは１２０μｍであるシリカ系の研磨剤を用いてＡｌＧａＡｓ層１１の主表面を研磨した。
【０１４２】
次に、実施例１と同様にＡｌＧａＡｓ層１１の主表面上に、エピタキシャル層を形成した。
【０１４３】
（測定方法）
研磨後のＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａにレーザ光を照射し、表面の凹凸に起因する散乱体の数を集計した。その結果を図１２および図１３に示す。ここで、図１２および図１３において、縦軸は散乱体の数を示し、横軸はＡｌ組成費を示す。また、図１２および図１３の縦軸に記載の０．２４μｍ、１．２４μｍおよび２．２４μｍとは、散乱体が擬似的に球形であるとした場合の等価的な直径を意味する。
【０１４４】
（評価結果）
図１２および図１３に示すように、直径が８０μｍの砥粒で研磨すると、直径が１２０μｍの砥粒で研磨した場合よりも、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを平坦にできることがわかった。
【０１４５】
また主表面１１ａの平坦性は、ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比に依存することもわかった。
【０１４６】
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】
【０１４７】
１ａ，１ｂ  エピタキシャルウエハ、２ａ，２ｂ，２ｃ  赤外ＬＥＤ、１０  ＡｌＧａＡｓ基板、１１  ＡｌＧａＡｓ層、１１ａ  主表面、１１ｂ  裏面、１５  ＧａＡｓ基板、２０  エピタキシャル層、２１  導電層、２２  ｎ型半導体層、２３  活性層、２４  ｐ型半導体層、２５  透明導電膜、３１  第１の電極、３２  第２の電極。
【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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