JPH0448661A - ＧａＡ１Ａｓ発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はＧ　ａ　Ａ　Ｉ　Ａ　ｓ発光ダイオード、特に
高出力のＧａＡｌＡｓ発光ダイオード及びその製造方法
に間するものである。

［従来の技術］ 発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）は、表示用素子
や通信用素子としてあらゆる分野の機器に使用されてい
る。その中でも、特に、リモートコントローラ（リモコ
ン）に使用されるものは、赤外発光用のＬＥＤであり、
より短波長で高出力のものが要求されるようになってき
ている。

このリモコン用の赤外光高出力ＬＥＤとしては、通常Ｓ
ｉドープＧａＡｓが広く用いられている。

二〇ＧａＡｓ−ＬＥＤの発光波長は９３０ｎｍから９６
０ｎｍにあり、それより短波長のＬＥＤを用いるために
は、ＳｉドープＧａＡｌＡｓが用いられている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記したＳｉドープＧａＡｌＡｓでは、ｐｎ界面のＡｌ
Ａｓ混晶比をＡ１添加量により変えて発光波長を制御し
ている。ところが、ＡｌＡｓ混晶比により発光波長を制
御するＬＥＤでは、８層のＡｌＡｓ混晶比はｐｎ界面の
ＡｌＡｓ混晶比に比べて高いが、ｐ層のＡｌＡｓ混晶比
はｐｎ界面のＡｌＡｓ混晶比に比べて低くなっている。

ＡｌＡｓ混晶比を変えて発光波長を制御しているため、
いずれか一方の混晶比を低くせざるを得ないからである
。

また、従来のＳｉドープＧａＡｌＡｓでは、ｐｎ界面で
急峻なヘテロ接合が形成される。これは、製造法から来
る制約でその様になる。即ち、ｐｎ界面を持つＬＥＤ用
エピタキシャルウェハにおける従来の液相エピタキシャ
ル製造方法は、基板にＡｌＡｓ混晶比の異なる第１層成
長用の成長溶液と、第２層成長用の成長溶液の２種類の
溶液を別個に用意しておき、第１層の成長を待ってから
、第２層目を成長させるというものである。このため、
ｐｎ界面近傍では急峻なヘテロ接合が形成されることに
なる。

このように、ｐ層のＡｌＡｓ混晶比がｐｎ界面のＡｌＡ
ｓ混晶比に比べて低くなっていると、ｐ層のエネルギャ
ップが最も小さいため、８層やｐｎ界面に比して短波長
の光が吸収されることになる。従ってｐｎ界面で発した
光は、ｎＭを通して取り出されるが、９層側へ向かった
光は吸収されてしまい、高い発光出力が得られないとい
う欠点があフた。

また、ｐｎ界面近傍で急峻なヘテロ接合が形成されてい
ると、ヘテロ界面特有の格子不整合による欠陥が発生し
、その存在により高い発光出力が得られず、寿命も短い
という欠点もあった。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、発
光出力を大幅に増加させることができる新規なＧａＡｌ
Ａｓ−ＬＥＤを提供することにある。

また、本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消
し、急峻なヘテロ接合を持たず、ｐ層。

８層のいずれのＡｌＡｓ混晶比の高い新規なＧａＡｆＡ
ｓ−ＬＥＤ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］ 本発明の要旨は、ｐｎ界面近傍でＡｌＡｓ混晶比が最も
低くかつ急峻なヘテロ接合を有しないしＥＤ槽構造用い
たことにあり、それによって発光出力を大幅に向上させ
たものであ３゜ 即ち、本発明のＧａＡｌＡｓ−ＬＥＤは、ｐｎ界面近傍
で最もＡｌＡｓ混晶比が低い構造にしたものである。

また、より高出力で高寿命を得るためには、上記ＬＥＤ
のｐｎ界面近傍で急峻なヘテロ接合を有しないことが望
ましい。

そして、上記ＬＥＤのドーパントとしては、Ｃ。

Ｚ　ｎ　＋　Ｔ　ｅ　＋　Ｓ　ｉ＋　Ｇ　ｅ　ｖ　Ｍ　
ｇ　ｒ　Ｓｎの１種又は、数種を用いることができる。

一方、本発明のＬＥＤの製造方法は、基板を保持する基
板ホルダ上に、所定のＡｌＡｓ混晶比となる第１Ｐｉ成
長用のＧ　ａ　Ａ　Ｉ　Ａ　ｓ成長溶液を収納した成長
溶液ホルダと、この第１層成長用のＧａＡｌＡｓ成長溶
液に添加して伝導型の異なる第２層のＧａＡｌＡｓエピ
タキシャル層を成長するための添加溶液を収納した添加
溶液ホルダとを備え、成長溶液ホルダに収納した高温の
成長溶液を基板に接触させて、ｐｎ反転温度まで冷却し
、ｐｎ反転温度まで来たら添加溶液ホルダに収納した添
加溶液を成長溶液に接触させて所定時間保持し、その後
、成長溶液から添加溶液を分離して徐冷することにより
、第１Ｆ’及び第２Ｎのエピタキシャル層を成長させ、
これによりＧａＡｌＡｓ−ＬＥＤを得るようにしたもの
である。

［作用コ ｐｎ界面近傍で最もＡｌＡｓ混晶比が低くなっていると
、発光部となるｐｎ界面に比してｎ層及び９層のエネル
ギャップが共に大きいため、ｎ層または９層のいずれか
一方の層の混晶比が小さい場合と異なり、ｐｎ界面で発
した短波長の光がいずれか一方の層で特に吸収され易い
ということはない。従ってｐｎ界面で発した光は、ｎ層
と９層の両層を通して外部に取り出されるため、高い発
光出力が得られる。

また、ｐｎ界面近傍で急峻ではなく、緩慢なヘテロ接合
が形成されていると、ヘテロ界面特有の格子不整合によ
る欠陥が発生しないため、より高い発光出力が得ら、ま
た寿命も長くなる。

一方、本発明のＧａＡｌＡｓ−ＬＥＤの製造方法は、第
１層目の成長を待ってから第２層目の成長を行なわせる
と、第１層目と第２層目の成長が不連続に行なわれるこ
とから、急峻なヘテロ接合が生じるという点に着目し、
第１層目の成長を待つことなく第２層目の成長条件を整
え、その後連続して第１層目と第２層目を成長させるよ
うにしたものである。

成長溶液ホルダに収納した高温の成長溶液を基板に接触
させて、徐々に冷却していくと、相対的に高い成長温度
ではｐ型の伝導型が、低い温度ではＤ型伝導型のエピタ
キシャル層が得られることから、ｐ型からｎ型へ転換す
るｐｎ反転温度に至る。ｐｎ反転温度に至ったとき、添
加溶液ホルダに収納した添加溶液を成長溶液に接触させ
である時間保持すると、添加溶液が成長溶液中に拡散し
て第１層成長用の成長溶液の上層に第２層目となるの成
長溶液層が形成される。成長溶液中の拡散は緩慢である
ため、層の境目も緩慢な変化で構成される。

その後、成長溶液から添加溶液を分離して徐冷すると、
第１層及び第２層のエピタキシ計ル層が連続的に成長し
ていき、ｐｎ界面近傍が最もＡｌＡｓ混晶比が低くなり
、界面近傍で緩やかなヘテロ接合が形成される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図〜第３図を用いて説明す
る。

本実施例によるＧ　ａ　Ａ　Ｉ　Ａ　ｓ　−Ｌ　Ｅ　Ｄ
構造を第２図に示す。

ＬＥＤは、図示しないｎ型ＧａＡｓ基板上に、後述する
ＡｌＡｓ混晶比プロファイルを持った、１００μｍのｎ
型ＧａＡｌＡｓ層２と１００μｍのｎ型ＧａＡｌＡｓ層
３とを順次ピタキシャル成長したヘテロ構造を有し、後
にｎ型ＧａＡｓ基板を取り除いである。基板の取除かれ
たエピタキシャルウェハのｎ型ＧａＡｌＡｓ層２の表面
に、直径１５０μｍの円形のｎ側電極１を形成し、ｎ型
ＧａＡｌＡｓ層３の裏面にはφ３０μｍのｐ側部分電極
が形成されている。

このＬＥＤに電流を流すとｐｎ界面５で発光再結合する
。ｐｎ界面５からｎ型ＧａＡｌＡｓ層２を通って表面に
向った光はそのまま外部に取り出され、ｎ型ＧａＡｌＡ
ｓ層３を通って裏面に向った光は吸収されることなく裏
面で反射し、表面から外部に取り出すことができる。

このＬＥＤのＡｌＡｓ混晶比プロファイルを第１図に示
す、ｎ層では表面混晶比が０．３０でｐｎ界面に向って
ほぼ直線状に下って行き、ｐｎ界面のＡｌＡｓ混晶比は
０．０７である。ｐｎ界面から９層に向っ−てＡｌＡｓ
混晶比は徐々に高くなって行き、約２０μｍでＡｌＡｓ
混晶比は極大の０．４８となり、その後混晶比は裏面に
向って直線状に低下し、裏面のＡｌＡｓ混晶比は０．１
９となる。

このようにＧａＡｌＡｓ−ＬＥＤは、ｐｎ界面近傍が最
もＡｌＡｓ混晶比が低く、しかもｐｎ界面近傍で急峻な
ヘテロ接合を有しないようなプロファイルとなフている
。

次に、上述したようなＡｌＡｓ混晶比プロファイルを有
するＧａＡｌＡｓ−ＬＥＤの製造方法について説明する
。ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを製作するためのスラ
イド式液相エピタキシャル成長治具と、その成長治具に
原料をセットしてから、エピタキシャルウェハを製作す
るまでの一連の工程を第３図に示す。

成長治具は、ＧａＡｓ基板１１をセットするための基板
ホルダ８、Ｇａ、ＧａＡｓ多結晶、ＡＩ。

Ｓｉから成る第１層成長のための成長用溶液１０を収納
するための成長溶液ホルダ７、第２層成長のために成長
用溶液１０に添加するＧ　ａ　、　Ａ　ｌ　ｙＧａＡｓ
多結晶、Ｚｎからなる添加溶液９を収納するための添加
溶液ホルダ６０３つのホルダから構成されている。なお
、１２は添加溶液９の収納されている溶液溜め６ａの蓋
である。

第３図（ａ）に示すように、基板ホルダ８にＳｉをドー
プしたｎ型ＧａＡｓ基板１１をセットする。

成長溶液ホルダ７の溶液溜め７ａにはＧ　ａ　５０　ｇ
。

Ａｌ　１１７ｍｇ、ＧａＡｓ７．Ｏｇそしてｎ型ドーパ
ントとしての５１９０ｍｇをセットする。添加溶液ホル
ダ６の溶液溜め６ａには、Ｇａ１．Ｏｇ。

Ａ１１６０ｍｇ、ＧａＡｓ０．０５ｇそしてｎ型ドーパ
ントとしてのＺｎ１００ｍｇをセットする。

この状態で図示しない反応管内に本成長治具をセットし
水素ガスと置換する。十分に置換が済んだら反応管内を
９５０℃に昇温し、Ｇａ中に溶質が溶けるまで待つ。

第３図（ｂ）に示すように、溶質が溶けたら成長溶液ホ
ルダ７を押し、成長溶液１０をＧ　ａ　Ａ　ｓ基板１１
に接触させ、接触後冷却速度０．２℃／讃ｎで徐冷を開
始する。

第３図（Ｃ）に示すように、ｐｎ反転温度まで来たら、
添加溶液ホルダ６を引き、成長溶液１０と添加溶液９と
を接触させる。約４０分間その状態を保持する。

第３図（ｄ）に示すように、成長溶液１０と添加溶液９
との接触後、添加溶液ホルダ６を押して元の位置に復帰
させ、成長溶液１０と添加溶液９とを分離する。そのま
ま状態で徐冷を続けｐｎ界面を有する２層構造のエピタ
キシャルウェハを得る。

得られたエピタキシャルウェハを取り出したら、ＧａＡ
ｓ基板１１を研磨して取り除き、更にｐＮど０層がそれ
ぞれ１００μｍになるように研磨する。研磨後、エピタ
キシャルウェハの混晶比プロファイルを測定してみたと
ころ、第１図に示すようなプロファイルを示していた。

もつとも、第３図（Ｃ）の工程において添加溶液９と接
触した成長溶液１０が均一になるのに時閉がかかるため
、ｐｎ界面での混晶比プロファイルの立ち上がり方は場
所により異なっていた。

このエピタキシャルウェハに電極を取り付け、ペアチッ
プの状態で発光出力を測定してみたところ、順方向電流
５０ｍＡで６．５ｍＷ以上の値を得ることができた。こ
の発光出力は従来のＳｉドープＧａＡｌＡｓ−ＬＥＤに
比べ約１，９倍の値であった。なお、発光波長は８８０
　ｎｍであった。

以上述べたように本実施例によれば、ｐｎ界面近傍力Ｓ
′最もＡｌＡｓの混晶比が低く、しかもｐｎ界面近傍で
急峻なヘテロ接合を有しないので、ｐｎ界面で発生した
光が９層に入っても吸収されることはなく、従って、ｐ
層側へ向った光も裏面で反射されｎＮ表面から外部に有
効に取り出すことができる。

また、本実施例のＡｌＡｓ混晶比プロファイルは、ｐｎ
界面で急峻に変化していないため、ヘテロ界面特有の格
子不整合による欠陥が無く、このため高い発光出力が得
られる。さらに、発光部となるｐｎ界面のＡｌＡｓ混晶
比が最も低く、格子定数が小さいため、活性層部に引張
り応力が働き、その結果寿命も長い。

一方、本実施例の製造方法によれば、既存のスライド式
液相エピタキシャル装置をそままま用いて、第１Ｎの成
長開始する前に、この第１Ｎの成長溶液と第２Ｎ成長の
ための添加溶液とを接触させ、成長溶液が均一になるま
で待った後、第１層と第２層を連続して成長させること
によって、望むＡｌＡｓ混晶比プロファイルを持つエピ
タキシャルウェハを得るようにしたので、従来の操作手
１１１ｉを変更するだけ実現することができ、製造も容
易である。

特に、製造コストにおいては第１Ｐ！成長用溶液に添加
する第２層成長用添加液は少量で良く、実際的には第１
層成長用溶液分の原料費がほとんどである。このためエ
ピタキシャルウェハを成長させるための原料費が、第２
層成長溶液を別個に必要とする従来の製造方法と比べて
少なくて済む。

なお、上記実施例では、ｎ型ドーパントにＳｉ、ｐ型ド
ーパントにＺｎを用いたが、ｎ型ドーパントとしてはＴ
ｅ、Ｓｎ、ｐ型ドーパントとしてはＣ，Ｇｅ、Ｍｇを用
いてもかまわない。

またｎＦＩを成長させてからｐ層を成長させたが、上記
ドーパントを用いてｐ層を先に成長させてからｎ層を成
長させることも可能である。

ざらに、上記実施例では８８０　ｎｍの赤外光用ＬＥＤ
を得ているが、ＡｌＡｓ混晶比を変えることにより６０
０ｎｍから９４０ｎｍまでの発光波長制御が可能であり
、赤色の可視ＬＥＤを製作することも可能である。従っ
て、リモコン用の赤外光高出力ＬＥＤに限定されず、広
く表示用または通信用等に幅広く利用できる。

〔発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、次のような効果を発
揮する。

（１）Ｍ求項１に記載の発光ダイオードによれば、ｐｎ
界面から発してｐ層、ｎ層のいずれの層に向った光も、
共に吸収されることなく、外部に取り出すことができる
ので、従来に比して高い発光出力が得られる。

（２）！！ｉ求項２に記載の発光ダイオードによれば、
混晶比プロファイルがｐｎ界面で急峻に変化していない
ため、ヘテロ界面特有の格子不整合による欠陥が無く、
より高い発光出力が得られる。

（３）ＩＩ請求項に記載の発光ダイオードの製造方法に
よれば、操作手順を変更するだけで、既存の成長治具が
そのまま使え、しかも添加溶液ではなく、第２層成長溶
液を別個に必要とする従来のものに比して、第１Ｎ成長
溶液に添加する第２層成長用添加液は少量で良いため、
安価かつ容易に製造できる。

（４）請求項４に記載の発光ダイオードによれば、任意
のドーパントが使用できるので、より安価に製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例によるＧａＡｌＡｓ−ＬＥＤのＡｌＡ
ｓ混晶比プロファイルを示す説明図、第２図は本発明の
実施例によるＧａＡｌＡｓ−ＬＥＤ構造の断面図、第３
図は本実施例によるスライド式液相エピタキシャルウェ
ハの製造ブコセスを示す説明図であり、（ａ）は原料セ
ット時の説明図、（ｂ）は第１Ｎ成長中の説明図、（ｃ
）は添加溶液追加中の説明図、（ｄ）は第２層成長中の
説明図である。 １はｎ側電極、２はｎ型ＧａＡｌＡｓＦ’、３はｐ型Ｇ
ａＡｌＡｓ層、４はｐ側電極、５はｐｎ界面、６は添加
溶液ホルダ、７は成長溶液ホルダ、８は基板ホルダ、９
は添加溶液、１０は成長溶液、１１はｎ型ＧａＡｓ基板
、１２は蓋である。 ｎ層 ｐ層 本実施例によるへ〇＾ｓ混晶比 第１図 本実施例による断面図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ｐｎ界面近傍が最もＡｌＡｓ混晶比が低いことを特
   徴とするＧａＡｌＡｓ発光ダイオード。 ２、上記ｐｎ界面近傍で急峻なヘテロ接合を有しないこ
   とを特徴とする請求項１に記載のＧａＡｌＡｓ発光ダイ
   オード。 ３、基板を保持する基板ホルダ上に、所定のＡｌＡｓ混
   晶比となる第１層成長用のＧａＡｌＡｓ成長溶液を収納
   した成長溶液ホルダと、この第１層成長用のＧａＡｌＡ
   ｓ成長溶液に添加して伝導型の異なる第２層のＧａＡｌ
   Ａｓエピタキシャル層を成長するための添加溶液を収納
   した添加溶液ホルダとを備え、 成長溶液ホルダに収納した高温の成長溶液を基板に接触
   させて、ｐｎ反転温度まで徐冷し、ｐｎ反転温度まで来
   たら添加溶液ホルダに収納した添加溶液を成長溶液に接
   触させて、これを所定時間保持し、 その後、成長溶液から添加溶液を分離して徐冷すること
   により、第１層及び第２層のエピタキシャル層を成長さ
   せ、 これより発光ダイオードを得るようにしたことを特徴と
   するＧａＡｌＡｓ発光ダイオードの製造方法。 ４、上記伝導型を決定するドーパントとして、Ｃ、Ｚｎ
   、Ｔｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｓｎの１種又は、数種を用
   いることを特徴とする請求項３に記載のＧａＡｌＡｓ発
   光ダイオードの製造方法。