(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉがドープされたＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓ（０＜ｘ＜０．０２、０≦ｙ＜０．２、０＜ｘ＋ｙ＜０．２２）エピタキシャル層とＳｉがドープされたＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓ（０＜ｘ＜０．０２、０≦ｙ＜０．２、０＜ｘ＋ｙ＜０．２２）エピタキシャル層によりＰＮ接合が形成され、該ＰＮ接合界面におけるＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層のＩｎ組成ｘがともに０．００５≦ｘ≦０．０１０の範囲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】
ＰＮ接合界面におけるＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層のＩｎ組成ｘがともに０．００８であることを特徴とする請求項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】
ＰＮ接合界面におけるＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層のＳｉ濃度がともに２×１０19〜６×１０19ｃｍ-3の範囲にあることを特徴とする請求項１または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】
ＰＮ接合界面におけるＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層のＡｌ組成ｙがともに０．０２≦ｙ≦０．１０の範囲にあることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項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５】
ＧａＡｓ基板上にＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層が順次積層されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項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６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載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。
【請求項７】
発光のピーク波長が９５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
Ｓｉが高温で成長したエピタキシャル層内ではドナー不純物となり、低温で成長したエピタキシャル層内ではアクセプター不純物となることを利用して、Ｓｉ、Ｇａ、Ｉｎ、ＡｓまたはこれらにさらにＡｌを含む成長溶液から徐冷反転法の液相エピタキシャル成長によって、ＳｉがドープされたＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＳｉがドープされたＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層をＧａＡｓ基板上に連続して成長することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項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。
【請求項９】
液相エピタキシャル成長開始時の成長溶液中のＩｎ濃度が７質量％〜３５質量％、Ｓi濃度が０．２〜０．５７質量％、Ａｌ濃度が０．０２質量％〜０．１３質量％であり、成長溶液の残部がＡｓ及びＧａであり、Ａｓは前記溶液中で成長開始時に飽和濃度以上となることを特徴とする請求項８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。
【請求項１０】
エピタキシャル成長の開始温度が８３０℃〜９３０℃の範囲にあることを特徴とする請求項８または９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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓ（０＜ｘ＜０．０２、０≦ｙ＜０．２、０＜ｘ＋ｙ＜０．２２）（以下、ＧａＩｎＡｌＡｓと略記する）を用いた発光ダイオード用エピタキシャルウェハ、該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、および発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン（Ｓｉ）ドープのＮ型ＧａＡｓまたはＧａＡｌＡｓエピタキシャル層とＳｉドープのＰ型ＧａＡｓまたはＧａＡｌＡｓエピタキシャル層によりＰＮ接合を形成した赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）は、フォトカプラや各種の光センサー、リモートコントローラーの光源等に用いられている。これらの赤外ＬＥＤは動作時の通電電流により、リモートコントローラーなどの高電流通電条件で用いられるものと、フォトカプラなどの低電流通電条件で用いられるものとに大別される。
【０００３】
一般にこれらの赤外ＬＥＤのＰＮ接合は、両性不純物であるＳｉのＮＰ自然反転を利用して、徐冷法の液相エピタキシャル成長法により製造されている。この製造方法では、ＧａＡｓあるいはＧａＡｌＡｓの液相エピタキシャル成長においてＳｉをドーパントとして用いると、高温ではＮ型エピタキシャル層が成長し、低温ではＰ型エピタキシャル層が成長することを利用し、ＮＰ自然反転温度よりも高い温度でＧａＡｓ層あるいはＧａＡｌＡｓ層のエピタキシャル成長を開始し、ＮＰ反転温度よりも低い温度まで成長を行うことにより、一つの成長溶液からＮ型エピタキシャル層とＰ型エピタキシャル層を連続的に成長させている。この成長方法を用いると高品質の発光ダイオード用エピタキシャルウェハが容易に製造でき、生産性も高いという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このＮＰ自然反転を利用して形成したＧａＡｓ層またはＧａＡｌＡｓ層のＰＮ接合を用いた赤外ＬＥＤは、低電流通電条件で用いる場合に高電流通電条件に比べ発光出力が低下するという問題があった。
【０００５】
この問題に対し、例えば特願２０００−５１６３３号ではＰＮ接合部のＳｉ濃度、ＰＮ接合部のＡｌ組成を適正化することにより、０．１ｍＡ〜１ｍＡ程度の低電流駆動時の出力を改善している。しかし、この方法ではＡｌを添加する為にＬＥＤの発光波長が短波長化してしまうという問題が生じていた。
【０００６】
またＧａＡｓ層にＩｎを添加し、ＳｉのＮＰ反転を利用して液相エピタキシャル成長法により、ＧａＩｎＡｓからなる発光ダイオードを作製した例としては、例えばＲ．Ｉ．Ｂｏｌｋｈｏｖｉｔｙａｎｏｖａ  ａｎｄ  Ｙｕ．Ｂ．Ｂｏｌｋｈｏｖｉｔｙａｎｏｖ，ｐｈｙｓ．ｓｔａｔ．ｓｏｌ．（ａ）３７，１９３（１９７６）に報告されている。この例では成長溶液中のＳｉの添加量が０．１質量％と少ない為、作製されたＬＥＤの発光波長は９４０ｎｍ程度となっている。また発光出力も１〜１．５％と低くなっている。この原因はＩｎＡｓの格子定数６．０５８ÅがＧａＡｓの格子定数５．６５３Åに比べ格段に大きい為、ＧａＡｓ基板上にＧａＩｎＡｓ層をエピタキシャル成長する際に、ＧａＡｓ基板とＧａＩｎＡｓ層の格子定数の違いによりＧａＩｎＡｓ層の結晶性が低下し、ＬＥＤの発光出力の低下を招く為であると考えられていた。
【０００７】
本発明は、０．１〜１ｍＡの低電流通電条件での発光出力が高く、従来のＧａＡｓからなるＬＥＤと同等の９４０ｎｍ又はそれより長い発光波長を有する赤外発光ダイオードを作ることが課題である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意努力検討した結果、ＧａＡｓ層またはＧａＡｌＡｓ層からなる発光層にＩｎを添加することにより、ＬＥＤの低電流通電条件における発光出力が増加し、また発光波長が大幅に長波長化することができることを見出した。更に、ＧａＡｓ層またはＧａＡｌＡｓ層からなる発光層へのＳｉの添加量を従来よりも高い範囲で調整し、またＡｌを少量添加することにより、低電流通電条件でのＬＥＤの発光出力をさらに高めることに成功した。
【０００９】
すなわち本発明は、
（１）ＳｉがドープされたＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓ（０＜ｘ＜０．０２、０≦ｙ＜０．２、０＜ｘ＋ｙ＜０．２２）エピタキシャル層とＳｉがドープされたＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓ（０＜ｘ＜０．０２、０≦ｙ＜０．２、０＜ｘ＋ｙ＜０．２２）エピタキシャル層によりＰＮ接合が形成され、該ＰＮ接合界面におけるＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層のＩｎ組成ｘがともに０．００５≦ｘ≦０．０１０の範囲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。
（２）ＰＮ接合界面におけるＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層のＩｎ組成ｘがともに０．００８であることを特徴とする（１）に記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ。
（３）ＰＮ接合界面におけるＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層のＳｉ濃度がともに２×１０19〜６×１０19ｃｍ-3の範囲にあることを特徴とする（１）または（２）に記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ。
（４）ＰＮ接合界面におけるＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層のＡｌ組成ｙがともに０．０２≦ｙ≦０．１０の範囲にあることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれか１に記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ。
（５）ＧａＡｓ基板上にＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層が順次積層されていることを特徴とする（１）ないし（４）のいずれか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。
【００１０】
また本発明は、
（６）（１）ないし（５）のいずれか１に記載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。
（７）発光のピーク波長が９５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする（６）に記載の発光ダイオード。
である。
【００１１】
また本発明は、
（８）Ｓｉが高温で成長したエピタキシャル層内ではドナー不純物となり、低温で成長したエピタキシャル層内ではアクセプター不純物となることを利用して、Ｓｉ、Ｇａ、Ｉｎ、ＡｓまたはこれらにさらにＡｌを含む成長溶液から液相エピタキシャル成長によって、ＳｉがドープされたＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＳｉがドープされたＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層をＧａＡｓ基板上に連続して成長することを特徴とする（１）ないし（５）のいずれか１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。
（９）液相エピタキシャル成長開始時の成長溶液中のＩｎ濃度が７質量％〜３５質量％、Ｓi濃度が０．２〜０．５７質量％、Ａｌ濃度が０．０２質量％〜０．１３質量％であり、成長溶液の残部がＡｓ及びＧａであり、Ａｓは前記溶液中で成長開始時に飽和濃度以上となることを特徴とする（８）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。
（１０）エピタキシャル成長の開始温度が８３０℃〜９３０℃の範囲にあることを特徴とする（８）または（９）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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者は、結晶性の低下により発光出力が低下するに至らない低いＩｎ組成のＳｉがドープされたＧａＩｎＡｓ混晶を用いて発光層を作製したＬＥＤの特性を詳細に調査した。その結果、Ｉｎを添加したＬＥＤでは低電流通電条件での発光出力が、Ｉｎを添加しない場合と比較して大幅に上昇していることを見出した。また、Ｉｎ組成ｘが０．０１５程度では、バンドギャップの変化からはＬＥＤの発光のピーク波長は高々５ｎｍ程度しか長波長化しないことが予想される。しかし実際に作製したＬＥＤでは、Ｉｎ組成ｘが０．０１４の場合でも発光のピーク波長が５０ｎｍ以上長波長化することも明らかとなった。
【００１３】
また本発明者は、更に低電流通電条件におけるＬＥＤの発光出力を高めるべく、Ｉｎを添加した上でさらにＳｉ及びＡｌの添加量を調整したＬＥＤ用エピタキシャルウェハを試作し、それらから得られたＬＥＤの特性を評価した。その結果、発光波長を従来のＳｉがドープされたＧａＡｓからなるＬＥＤに比べて短波長化させること無く、Ｉｎのみを添加する場合よりも更に低電流通電条件でのＬＥＤの発光出力を高めることに成功した。
【００１４】
本発明の赤外ＬＥＤ用エピタキシャルウェハは、ＳｉドープのＮ型Ｇａ1-x-yＡｌxＩｎyＡｓ（０≦ｘ＜０．０２、０＜ｙ＜０．２、０＜ｘ＋ｙ＜０．２２）エピタキシャル層とＳｉドープのＰ型Ｇａ1-x-yＡｌxＩｎyＡｓ（０≦ｘ＜０．０２、０＜ｙ＜０．２、０＜ｘ＋ｙ＜０．２２）エピタキシャル層がＰＮ接合を形成する構造を持ち、ＰＮ接合界面におけるＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層のＩｎ組成ｘを０．００２≦ｘ≦０．０１２、更に好ましくは０．００３≦ｘ≦０．０１０の範囲、例えば０．００５≦ｘ≦０．０１０、あるいは０．００８とすることにより低電流通電条件での発光出力を高め、同時に発光波長を長波長化している。
【００１５】
また本発明では、ＰＮ接合界面におけるＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層のＳｉ濃度をともに２×１０19〜６×１０19ｃｍ-3の範囲とすることにより低電流通電条件における発光出力を更に高めている。なおここで言うＳｉ濃度とは、ＧａＩｎＡｌＡｓエピタキシャル層のキャリア濃度ではなく、ＧａＩｎＡｌＡｓエピタキシャル層に含まれるＳｉそのものの濃度である。ＧａＩｎＡｌＡｓ層中では、Ｓｉはドナー及びアクセプターの両方の状態で存在し、電気的には補償関係にある。従って、Ｓｉを含むドナー不純物の濃度とＳｉを含むアクセプタ不純物の濃度の差がキャリア濃度となる。このＳｉ濃度は、例えばＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）などにより測定することができる。
【００１６】
また本発明では、ＰＮ接合界面におけるＮ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層とＰ型Ｇａ1-x-yＩｎxＡｌyＡｓエピタキシャル層のＡｌ組成ｙをともに０．０２≦ｙ≦０．１０とすることにより、低電流通電条件におけるＬＥＤの発光出力を更に高めている。
【００１７】
本発明の発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、Ｎ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層の厚さを５０〜８０μｍ程度、Ｐ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層の厚さを４０〜７０μｍとするのが好ましい。また、Ｐ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層の表面キャリア濃度は、２〜４×１０18ｃｍ-3の範囲とするのが好ましい。Ｎ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層およびＰ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層の層厚およびキャリア濃度をこれらの値に制御することにより、発光出力、順方向電圧（ＶＦ）、信頼性等の特性の優れたＬＥＤを作製することができる。
【００１８】
本発明の発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、両性不純物であるＳｉのＮＰ自然反転を利用して、徐冷法の液相エピタキシャル成長法により製造するのが好ましい。Ｎ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層およびＰ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層の層厚およびキャリア濃度の値は、液相エピタキシャル成長のためのＳｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ａｓを含む成長溶液の組成（原料仕込み量）に応じて、エピタキシャル層の成長開始温度、成長終了温度、ウェハ間の溶液の厚さ等を調整することにより制御することが出来る。例えば、成長溶液のＩｎ濃度を上昇させた場合はＮＰ反転温度が下がる為、成長開始温度、成長終了温度を下げる必要がある。また、成長溶液にＡｌを添加する場合は、Ａｓの溶解度が減少する為成長溶液の厚みを増やす必要がある。また、Ｓｉ添加量を減少させた場合には、表面キャリア濃度を高める為に成長終了温度を下げる必要がある。
【００１９】
本発明の発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、ＧａＡｓ基板上にＳｉドープのＮ型ＧａＩｎＡｌＡｓエピタキシャル層及びＰ型ＧａＩｎＡｌＡｓエピタキシャル層を順次積層して作製することができる。このエピタキシャルウェハは、構造が最も単純であるため作製が容易であると言う利点がある。また本発明の発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、ＧａＡｓ基板上にＳｉドープのＮ型ＧａＩｎＡｌＡｓエピタキシャル層及び薄いＰ型ＧａＩｎＡｌＡｓエピタキシャル層を順次積層し、さらにＰ型ＧａＩｎＡｌＡｓエピタキシャル層の上にＬＥＤの発光に対して透明な例えばＰ型ＧａＡｌＡｓからなる窓層を積んだ構造とすることができ、このエピタキシャルウェハに対しても本発明の効果が得られる。特にＬＥＤのＰＮ接合の界面でＡｌが添加されている場合には、上記の窓層を有する構造は、Ｐ型ＧａＩｎＡｌＡｓエピタキシャル層によるＬＥＤの発光の吸収を押さえることができるため、ＬＥＤの発光出力を高めることができる。
【００２０】
本発明の発光ダイオードは、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル層を成長させて発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した後、そのままＬＥＤの作製に用いても良いし、エッチング等により基板を除去した後ＬＥＤの作製に用いても良い。特にＬＥＤのＰＮ接合の界面でＡｌが添加されている場合には、基板を除去したＬＥＤは基板によるＬＥＤの発光の吸収を押さえることができるため、ＬＥＤの発光出力を高めることができる。
【００２１】
【実施例】
次に本発明を実験例を用いて詳細に説明する。
【００２２】
（実験例１）
本実験例１で作製した発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、図１に示すようにＧａＡｓ基板１上にＮ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層２、Ｐ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層３を積層した構造とした。また、Ｎ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層２とＰ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層３はドーパントであるＳｉが自然反転することを利用し、徐冷法の液相エピタキシャル成長法により連続した成長で形成した。
【００２３】
ＧａＡｓ基板１としては、Ｎ型のＳｉドープのＧａＡｓ単結晶基板を用いた。基板のキャリア濃度は、２〜８×１０17ｃｍ-3であった。形状は直径２インチのＤ型で、ＨＢ法（水平ブリッジマン法）により成長したものを用いた。また面方位が（１００）面のものを用いた。基板の前処理として、表面ポリッシュ後の基板を硫酸（９８質量％）：過酸化水素（３５質量％）：水＝３：１：１の体積比で混合した溶液中で５０℃で２分間揺動した。その後水洗および乾燥を行った。基板のエッチング量は両面で２０μｍ程度であった。
【００２４】
Ｎ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層２、Ｐ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層３の成長は縦型環状炉を用い、ウェハを縦に置くディッピング法によって以下の手順で実施した。先ず、所定の量のＧａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｉ及びＡｓからなるエピタキシャル成長用の成長溶液を準備した。本実験例１では、ＩｎとＧａの量を変化させた計９水準の原料仕込み量の成長溶液について、エピタキシャル成長を実施した。９水準（水準１−１〜１−９）の原料仕込み量を表１の原料仕込み量の欄に示す。また、Ｓｉの添加量は成長溶液に占める割合が約０．３質量％となるよう調整した。ＡｓはＧａＡｓ多結晶の形で３００ｇを成長溶液に加えた。Ａｓは成長溶液中で成長開始時に飽和濃度以上となる。
【００２５】
【表１】
0004865149.tif 000002
【００２６】
上記の成長溶液の原料を成長用坩堝内に準備し、縦型環状炉内に載置した。次に、前処理により表面を清浄化した基板を基板ホルダーにセットし、昇降可能な石英棒の先端に基板ホルダーを固定した。基板に対する成長溶液の厚さは２〜４ｍｍ程度となるよう基板ホルダーの間隔を調整した。基板ホルダーを坩堝の上方にセットした後、炉を密閉し、炉内の雰囲気をＡｒガスに置換した。
【００２７】
炉内の雰囲気をＡｒガスに置換した後、減圧下で１時間原料を５００℃に保持した。その後、炉内に水素ガスを大気圧で毎分５リットルの流量で流しながら表１の成長開始温度まで昇温した。さらに成長開始温度で２時間保持し、成長溶液の原料を均一に溶解した。続いて基板を原料直上で原料融液とほぼ等温になるまで保持した後、基板を坩堝内の成長溶液に浸漬させた。
【００２８】
基板を浸漬させた成長溶液の温度を１０分間で５℃上げて、基板の表面を１０μｍ程度溶解した後、成長溶液の温度を１℃／ｍｉｎの冷却速度で６５０℃まで冷却してＧａＡｓ基板上にＮ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層とＰ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層を連続的にエピタキシャル成長させた。その後エピタキシャルウェハを成長溶液から分離し、炉内の雰囲気を水素からＡｒに切り替えて室温まで放冷した。
【００２９】
本実験例１では、９水準の原料仕込み量の成長溶液について、それぞれ上記の方法でエピタキシャルウェハを作製した。
【００３０】
水準１−６で得られたエピタキシャルウェハのＩｎ組成及びＳｉ濃度をＳＩＭＳにより測定した所、ＰＮ接合界面でのＩｎ組成はｘ＝０．００８であり、Ｓｉ濃度は３．２×１０19ｃｍ-3であった。なお、エピタキシャルウェハの表面からのＰＮ接合界面の位置は、エピタキシャルウェハの劈開面をフッ酸系のエッチャントでエッチングした後、光学顕微鏡で観察して求めた。また他の水準のエピタキシャルウェハの特性も同様にして測定した。
【００３１】
上記のようにして作製した９水準のエピタキシャルウェハは、ＧａＡｓ基板の裏面およびＰ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層の表面にそれぞれＮ型およびＰ型の電極を形成した後、０．３ｍｍ角のチップに分離して発光ダイオードとなした。さらに作製した発光ダイオードはＴＯ−１８ステム上にマウントして、発光出力および発光ピーク波長を測定した。測定したＬＥＤの発光出力および発光ピーク波長を表１に示す。ただし、発光出力は水準１−１のＬＥＤを基準とした時の相対値で示した。
【００３２】
（実験例２）
本実験例２では、所定量のＩｎを添加した上でさらにＳｉの添加量を変化させた計８水準の原料仕込み量の成長溶液を用いて、実験例１と同様にしてエピタキシャルウェハを作製した。８水準（水準２−１〜２−８）の原料仕込み量を表２の原料仕込み量の欄に示す。
【００３３】
【表２】
0004865149.tif 000003
【００３４】
本実験例２により作製した８水準のＳｉ濃度を有する発光ダイオード用エピタキシャルウェハを、実験例１と同じ方法でＬＥＤとなし、発光出力および発光ピーク波長を測定した。測定したＬＥＤの発光出力および発光ピーク波長を表２に示す。ただし、発光出力は水準２−１のＬＥＤを基準とした時の相対値で示した。
【００３５】
（実験例３）
本実験例３では、所定量のＩｎとＳｉを添加した上でさらにＡｌの添加量を変化させた計８水準の原料仕込み量の成長溶液を用いて、実験例１と同様にしてエピタキシャルウェハを作製した。８水準（水準３−１〜３−８）の原料仕込み量を表３の原料仕込み量の欄に示す。
【００３６】
【表３】
0004865149.tif 000004
【００３７】
本実験例３により作製した８水準のＡｌ組成を有する発光ダイオード用エピタキシャルウェハを、実験例１と同じ方法でＬＥＤとなし、発光出力および発光ピーク波長を測定した。測定したＬＥＤの発光出力および発光ピーク波長を表３に示す。ただし、発光出力は水準３−１のＬＥＤを基準とした時の相対値で示した。
【００３８】
実験例１で得られたエピタキシャルウェハを用いて作製したＬＥＤの発光出力とＰＮ接合界面におけるＩｎ組成ｘとの関係を調査した結果を図２に示す。図２から、ＰＮ接合部にＩｎを添加することにより低電流通電条件（ＬＥＤに流す電流を０．１ｍＡまたは１ｍＡとする）における発光出力が増加することが判る。またＩｎの添加量が増えると出力は上昇するが、一定量以上のＩｎを添加すると出力は低下し始める。これは結晶性の低下による出力の低下がＩｎの添加による出力の上昇効果を上回る為であると考えられる。
【００３９】
図２からＰＮ接合部のＩｎ組成ｘを０．００２≦ｘ≦０．０１２の範囲、より好ましくは０．００３≦ｘ≦０．０１０の範囲とすることにより、低電流通電条件における発光出力をＩｎ組成ｘが０の場合と比較して、大幅に向上させることができることが明らかとなった。
【００４０】
また実験例２で得られたエピタキシャルウェハを用いて作製したＬＥＤの発光出力とＰＮ接合界面におけるＳｉ濃度との関係を調査した結果を図３に示す。ここで言うＳｉ濃度とは、ＧａＩｎＡｌＡｓ層にドナーまたはアクセプターとして取りこまれているＳｉ濃度の総和を表す。図３からＰＮ接合界面におけるＳｉ濃度は低すぎても高すぎても発光出力は低下し、ＰＮ接合界面のＳｉ濃度を２．０×１０19〜６×１０19ｃｍ-3の範囲とすることにより、低電流通電条件での発光出力を高めることが可能であることが明らかとなった。
【００４１】
また実験例３で得られたエピタキシャルウェハを用いて作製したＬＥＤの発光出力とＰＮ接合界面におけるＡｌ組成との関係を調査した結果を図４に示す。図４からＰＮ接合界面のＡｌ組成を０．０２≦ｙ≦０．１０の範囲とすることにより低電流通電条件での発光出力を高めることが可能であることが明らかとなった。
【００４２】
さらに実験例１で得られたエピタキシャルウェハを用いて作製したＬＥＤの発光波長とＰＮ接合界面でのＩｎ組成ｘの関係を調査した結果を図５に示す。図５から発光のピーク波長はＰＮ接合部のＩｎ組成ｘが増加するに従い長波長化することが判る。図２に示した発光出力のＩｎ組成依存性の結果を考慮すると、ＰＮ接合部のＩｎ組成ｘを０．０１２まで増加させることにより低電流通電条件での発光出力が低下することなく、従来のＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤでは得られなかった発光ピーク波長が１０００ｎｍの長波長のＬＥＤを得ることが可能であることが明らかとなった。
【００４３】
また、実験例２で得られたエピタキシャルウェハを用いて作製したＬＥＤの発光波長とＰＮ接合部のＳｉ濃度の関係を調査した結果を図６に示す。図６から発光ピーク波長はＰＮ接合部のＳｉ濃度が増加するに従い長波長化することが判る。
実験例２で得られたＰＮ接合部のＩｎ組成がｘ＝０．００８の場合には、ＰＮ接合部のＳｉ濃度を低電流での発光出力が高い２．０×１０19〜６×１０19ｃｍ-3の範囲で変化させることにより、発光ピーク波長を９７５ｎｍ〜９９５ｎｍの範囲で変化させることができることが明らかとなった。
【００４４】
また、実験例３で得られたエピタキシャルウェハを用いて作製したＬＥＤの発光波長とＰＮ接合部のＡｌ組成ｙの関係を調査した結果を図７に示す。この図から発光ピーク波長はＰＮ接合部のＡｌ組成ｙが増加するに従い短波長化することが判る。この際、ＰＮ接合部のＩｎ組成がｘ＝０．００８の場合には、Ａｌ組成ｙを低電流の出力が高いｙ＝０．０２〜０．１０の範囲で変化させることにより発光ピーク波長を９８３ｎｍから９６５ｎｍの範囲で変化させられることが明らかとなった。
【００４５】
上記の結果のように本発明の発光ダイオードは、Ｎ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層とＰ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層とのＰＮ接合界面におけるＩｎ組成ｘを０．００２≦ｘ≦０．０１２、より好ましくは０．００３≦ｘ≦０．０１０の範囲で制御し、さらに加えて好ましくはＳｉ濃度を２．０×１０19〜６×１０19ｃｍ-3の範囲、Ａｌ組成ｙを０．０２≦ｙ≦０．１０の範囲でそれぞれ最適に制御することにより、低電流通電条件で発光出力が高く、かく９５０ｎｍ〜１０００ｎｍの間の所望の発光ピーク波長を有するＬＥＤを作製することが可能となった。
【００４６】
本発明の発光ダイオードの発光ピーク波長を調整する手順としては、発光ピーク波長に１番大きく影響するのはＩｎ組成である為、先ず例えば図５から望ましい波長となるＩｎ組成を求め、次いでＳｉ濃度やＡｌ添加量で調整すると良い。例えば実験例１で作製したＬＥＤではＰＮ接合界面におけるＳｉ濃度が３．２×１０19ｃｍ-3であるから、Ｉｎ組成を決めた後にＳｉ濃度を本発明の２〜６×１０19ｃｍ-3の範囲で増減すれば、図６から分かるように発光ピーク波長は±１０ｎｍの範囲で調整できる。さらに、ＰＮ接合界面におけるＡｌ組成ｙを０．０２≦ｙ≦０．１０の範囲で添加することにより、発光ピーク波長を更に２０ｎｍの範囲で短波長化することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の発光ダイオード用エピタキシャルウェハからは、発光ピーク波長が９５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲で、従来にない低電流通電条件における発光出力の高い発光ダイオードが得られるようになった。また、本発明の発光ダイオードは、従来の９４０ｎｍ付近に発光ピーク波長を持つＳｉドープのＧａＡｓからなる赤外ＬＥＤよりも長波長の発光が要求される用途や、低電流通電条件で用いられるフォトカプラ、フォトインタラプタ等に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実験例１、２、３で作製した発光ダイオード用エピタキシャルウェハの積層構造を示す図
【図２】ＰＮ接合界面のＩｎ組成ｘと発光出力との関係を示す図
【図３】ＰＮ接合界面のＳｉ濃度と発光出力との関係を示す図
【図４】ＰＮ接合界面のＡｌ組成ｙと発光出力との関係を示す図
【図５】ＰＮ接合界面のＩｎ組成ｘと発光ピーク波長との関係を示す図
【図６】ＰＮ接合界面のＳｉ濃度と発光ピーク波長との関係を示す図
【図７】ＰＮ接合界面のＡｌ組成ｙと発光ピーク波長との関係を示す図
【符号の説明】
１  ＧａＡｓ基板
２  Ｎ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層
３  Ｐ型ＧａＩｎＡｌＡｓ層
【図１】
0004865149.tif 000005
【図２】
0004865149.tif 000006
【図３】
0004865149.tif 000007
【図４】
0004865149.tif 000008
【図５】
0004865149.tif 000009
【図６】
0004865149.tif 000010
【図７】
0004865149.tif 000011