(57)【要約】【課題】ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、電流分散層の表面荒れを防ぎ、かつＶｆの上昇が抑えることができ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。【解決手段】ｎ型基板１上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５、及びｐ型ＧａＰ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において、前記ｐ型クラッド層５と前記ｐ型ＧａＰ電流分散層７の間に、前記ｐ型クラッド層５と同一の温度で成長させたｐ型ＧａＰ下地層６を有し、且つ該ｐ型ＧａＰ下地層６よりも５０〜１００℃高い温度で成長させた前記ｐ型ＧａＰ電流分散層７を有するものである。【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ＧａＰ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において、前記ｐ型クラッド層と前記ｐ型ＧａＰ電流分散層の間に、前記ｐ型クラッド層と同一の温度で成長させたｐ型ＧａＰ下地層を有し、且つ該ｐ型ＧａＰ下地層よりも５０〜１００℃高い温度で成長させた前記ｐ型ＧａＰ電流分散層を有す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】
前記ｐ型クラッド層と同一の温度で成長させた前記ｐ型ＧａＰ下地層の膜厚が、２０ｎｍから５０ｎｍ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】
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て、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、ｐ型ＧａＰ層及びｐ型ＧａＰ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型クラッド層成長後に、前記ｐ型クラッド層と同一の成長温度でｐ型ＧａＰ下地層を成長させ、その後該ｐ型ＧａＰ下地層よりも５０〜１００℃高い温度で前記ｐ型ＧａＰ電流分散層を成長させて作製す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４】
前記ｐ型クラッド層と同一の温度で成長させた前記ｐ型ＧａＰ下地層を、２０ｎｍから５０ｎｍの間の膜厚で積層させる請求項３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】
発光ダイオードは、その半導体の種類を選択することで様々な色の光を発光することができることから、産業用や民生用の表示素子として広く用いられている。有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によれば、ＡｌＧａＩｎＰやＧａＮの良質な発光ダイオード用エピタキシャルウェハの作製が可能である。
【０００３】
ＭＯＶＰＥ法において、発光ダイオード用のＡｌＧａＩｎＰ系の結晶成長を行う際には、気相成長装置内に設置した基板をヒーターで加熱し、各エピタキシャル層の原料となるＩＩＩ族原料ガスとＶ族原料ガス、またキャリアガス及びドーパント原料ガスを成長炉内に導入し、炉内でガスを熱分解させ、基板上に結晶膜を堆積成長させる。
【０００４】
従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの作製方法の１つとして、まず、ＭＯＶＰＥ法によって、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、発光部となるアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、及び電流分散層を積層させ、その後、ｐ型電流分散層の表面の一部に円形の表面側電極を設け、ｎ型基板裏面全体に裏面側電極を設け、電極形成後、ウェハを切断し、発光ダイオードチップを作製する方法がある。また、このプロセスの中で、光の取り出し効率を高めるために、ｐ型電流分散層の表面を粗面化するという方法がとられている。
【０００５】
上記の作製方法中の発光ダイオード用エピタキシャルウェハの構造において、表面側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、前記円形の表面側電極と活性層の間のエピタキシャル層の抵抗が高い場合には、キャリアが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型クラッド層における電流の広がりが小さく、電極の直下のみが発光領域となる。
【０００６】
そうすると、その部分で発光した光は、電極に遮られ、チップから出てこなくなり、結果、発光効率を高めることができない。
【０００７】
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電流分散層を設け、電流がｐ型クラッド層へ到達する前に、電流分散層で拡散されるようにし、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。その結果、活性層又はクラッド層全体が発光し、発光効率が高まる。
【０００８】
この電流分散層に関する従来技術としては、特許文献１に示すものがある。
【０００９】
このような電流分散層を製作するには、従来６５０℃に加熱したｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、発光部となるアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層を成長させ、その後、成長温度を７００℃に昇温して電流分散層であるｐ型ＧａＰ層を積層させていた。これは、ｐ型ＧａＰ電流分散層を、通常の４元層の成長温度より高温で成長させなければ、多数の表面欠陥が発生し、それらがチップ化プロセスで割れや電極剥れの原因となり、歩留りを大きく低下させてしまうからである。
【００１０】
このクラッド層の成長温度より電流分散層の成長温度を高くし、半導体発光素子を作製する手法には、特許文献２に示すものがある。
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−４７７６０号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来までの手法で電流分散層を形成すると、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層形成後の昇温の過程で、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の表面が荒れてしまい、その表面を引き継いで成長したｐ型ＧａＰ電流分散層の表面が荒れることになる。換言すると、面内でウェハ表面の粗さを表す光学的な曇り度合い（ヘイズレベル）が分布を持つことにつながる。
【００１３】
このウェハの表面に粗面化処理を施すと、ウェハ面内で粗面にムラができ、輝度分布が生じるという問題があった。
【００１４】
また、別の問題として、炉内に残留したｎ型ドーパントが昇温中にウェハ周辺部のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層に混入し、周辺部のＶｆ（順方向電圧）が高くなってしまうという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明の第１の目的は、ｐ型ＧａＰ電流分散層を形成する際の昇温によるｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、電流分散層の表面荒れを防ぎ、面内のヘイズレベルの分布の低減を実現することで、粗面化後の面内の輝度分布が低減され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を提供することにある。
【００１６】
さらに、本発明第２の目的は、電流分散層であるｐ型ＧａＰ層を形成する際の昇温によるｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層へのｎ型ドーパントの混入を抑制することで、周辺部のＶｆの上昇が抑えられ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を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
【００１８】
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ＧａＰ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において、前記ｐ型クラッド層と前記ｐ型ＧａＰ電流分散層の間に、前記ｐ型クラッド層と同一の温度で成長させたｐ型ＧａＰ下地層を有し、且つ該ｐ型ＧａＰ下地層よりも５０〜１００℃高い温度で成長させた前記ｐ型ＧａＰ電流分散層を有す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である。
【００１９】
請求項２の発明は、前記ｐ型クラッド層と同一の温度で成長させた前記ｐ型ＧａＰ下地層の膜厚が、２０ｎｍから５０ｎｍである請求項１記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハである。
【００２０】
請求項３の本発明は、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て、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、ｐ型ＧａＰ層及びｐ型ＧａＰ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型クラッド層成長後に、前記ｐ型クラッド層と同一の成長温度で前記ｐ型ＧａＰ下地層を成長させ、その後該ｐ型ＧａＰ下地層よりも５０〜１００℃高い温度で前記ｐ型ＧａＰ電流分散層を成長させて作製す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。
【００２１】
請求項４の発明は、前記ｐ型クラッド層と同一の温度で成長させた前記ｐ型ＧａＰ下地層を、２０ｎｍから５０ｎｍの間の膜厚で積層させる請求項３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】
【００２２】
本発明によれば、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ＧａＰ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において、ｐ型クラッド層を積層した後、成長温度を変えずにｐ型ＧａＰ下地層を積層し、その後５０〜１００℃昇温し、ｐ型ＧａＰ電流分散層を積層することによって、ｐ型クラッド層、ｐ型ＧａＰ電流分散層の表面の荒れを防ぎ、面内のヘイズレベルの分布の低減を実現することで、粗面化後の面内の輝度分布が低減され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を提供することができる。
【００２３】
また、ｐ型クラッド層と同一の温度で成長させるｐ型ＧａＰ層の膜厚を、２０ｎｍから５０ｎｍの間の厚さにすることによって、電流分散層を形成する際の昇温によるｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層への炉内に残留していたｎ型ドーパントの混入を抑制することで、Ｖｆの上昇が抑えられ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を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２５】
本発明に係る発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、ＭＯＶＰＥ法を用いて作製し、キャリアガスとして水素、ＩＩＩ族原料ガスとして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）、Ｖ族原料ガスとして、ＡｓＨ3、ＰＨ3（ホスフイン）、ドーパント原料ガスとして、Ｈ2Ｓｅ（セレン化水素）、ＤＥＺ（ジエチル亜鉛）を必要に応じて供給して、エピタキシャル層の成長を行うものである。
【００２６】
すなわち本発明は、図３に示すように、６５０℃に加熱したｎ型ＧａＡｓ基板１上に、少なくともｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５からなる発光層を順次積層し、成長温度を変えずにｐ型ＧａＰ下地層６を成長させ、その後、成長温度を７００〜７５０℃に昇温し、ｐ型ＧａＰ電流分散層７を成長させるものである。
【００２７】
このとき、本発明を実施するための最適な条件として、前記ｐ型ＧａＰ下地層６の厚さが２０ｎｍから５０ｎｍであることが望ましい。
【００２８】
これは、前記ｐ型ＧａＰ下地層６が薄すぎると、昇温時に炉内に残留したｎ型ドーパントがｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５に混入してしまい、厚すぎると、昇温後に成長する前記ｐ型ＧａＰ電流分散層７の表面欠陥が多くなってしまうためである。
【００２９】
以下に、前記ｐ型ＧａＰ下地層６の厚さを１０ｎｍ、２０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍの４種類の厚さで、前記の発光ダイオード用エピタキシャルウェハの構造を成長させ、サーフスキャンにより５から５０μｍ径の表面欠陥を調査した。また、同時に表面に粗面化処理を施してチップ化プロセスを行い、Ｖｆ（順方向電圧）も調査した。
【００３０】
図１は、ｐ型ＧａＰ下地層６の厚さと単位面積当たりの表面欠陥（５から５０μｍ径）の数（個／ｃｍ2）を示したものである。
【００３１】
また、図２は、ｐ型ＧａＰ下地層６の厚さとＶｆ（順方向電圧）の調査結果を示したものである。
【００３２】
図１より、表面欠陥は、前記ｐ型ＧａＰ下地層の厚さを６０ｎｍまで厚くすると上昇する傾向が見られ、また図２より、Ｖｆは１０ｎｍまで薄くすると上昇する傾向が見られた。
【００３３】
この結果から、前記ｐ型ＧａＰ下地層６の厚さは２０ｎｍから５０ｎｍの厚さが望ましいと言える。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明に係る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の実施例を説明する。
【００３５】
本実施例に係るＡｌＧａＩｎＰ系ｍｐ発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、ＭＯＶＰＥ法を用いて作製し、キャリアガスとして水素、ＩＩＩ族原料ガスとして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）、Ｖ族原料ガスとして、ＡｓＨ3、ＰＨ3（ホスフイン）、ドーパント原料ガスとして、Ｈ2Ｓｅ（セレン化水素）、ＤＥＺ（ジエチル亜鉛）を必要に応じて供給し、成長を行った。
【００３６】
図３は、本実施例のＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオード用エピタキシャルウェハの概略的な層構造を示す断面図である。
【００３７】
この発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、６５０℃に加熱したＳｉドープのｎ型ＧａＡｓ基板１上に、Ｓｅドープの厚さが２００ｎｍでキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3であるｎ型ＧａＡｓバッファ層２と、Ｓｅドープの厚さが４００ｎｍでキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3であるｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３と、厚さが５００ｎｍのアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４と、Ｚｎドープの厚さが５００ｎｍでキャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５からなる発光層を積層し、成長温度を変えずにＺｎドープの厚さが２０ｎｍでキャリア濃度が５×１０18ｃｍ-3であるｐ型ＧａＰ下地層６を成長させ、その後、成長温度を７００℃に昇温し、Ｚｎドープの厚さが１０μｍでキャリア濃度が５×１０18ｃｍ-3であるｐ型ＧａＰ電流分散層７を成長させた。
【００３８】
また、比較例として、図４に示す構造の発光ダイオード用エピタキシャルウェハを製作した。
【００３９】
６５０℃に加熱したｎ型ＧａＡｓ基板８上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層９、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層１１、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２からなる発光層を積層し、その後成長温度を７００℃に昇温し、ｐ型ＧａＰ電流分散層１３を成長させた。
【００４０】
なお、ドーパント、層の厚さ、キャリア濃度などの条件は実施例と同じである。
【００４１】
成長させた発光ダイオード用エピタキシャルウェハの表面は、目視では実施例、比較例ともに鏡面であった。しかし、表面に粗面化処理を施し、チップ化プロセスを行い、ウェハ面内から１００チップを取得し、輝度分布を調査したところ、異常点を除き、実施例と比較例の輝度の最大値に対する最小値の割合（最小値／最大値×１００）を計算すると、実施例では８５％、比較例では６７％であった。また、ウェハ周辺部のチップのＶｆ（順方向電圧）を調査すると、実施例では１．９１Ｖであったのに対し、比較例では２．０５Ｖであった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】最適条件確認のため、ｐ型ＧａＰ下地層の厚さを変化させた際のエピタキシャルウェハ表面の５から５０μｍ径の表面欠陥数を示す図である。
【図２】最適条件確認のため、ｐ型ＧａＰ下地層の厚さを変化させた際のＶｆ（順方向電圧）の測定値を示す図である。
【図３】本発明の実施例で用いた発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面構造を示す図である。
【図４】本発明の比較例で用いた発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面構造を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
３  ｎ型ＡｌＧａＩｎクラッド層
４  アンドープ活性層
５  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
６  ｐ型ＧａＰ下地層
７  ｐ型ＧａＰ電流分散層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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