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JP2000312032A - Compound semiconductor epitaxial wafer, method of manufacturing the same, and light emitting diode manufactured using the same - Google Patents

Compound semiconductor epitaxial wafer, method of manufacturing the same, and light emitting diode manufactured using the same

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Publication number
JP2000312032A
JP2000312032A JP11839499A JP11839499A JP2000312032A JP 2000312032 A JP2000312032 A JP 2000312032A JP 11839499 A JP11839499 A JP 11839499A JP 11839499 A JP11839499 A JP 11839499A JP 2000312032 A JP2000312032 A JP 2000312032A
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JP
Japan
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layer
epitaxial
concentration
junction
epitaxial wafer
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JP11839499A
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Japanese (ja)
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Inventor
Tadashige Sato
忠重 佐藤
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高光出力を実現する少なくともGaを構成元素
とするエピタキシャル層を有するエピタキシャルウエハ
及び、これを用いたLEDを提供する。 【解決手段】少なくともガリウム(Ga)を構成元素の
一つとするエピタキシャル層を有する該エピタキシャル
ウエハにおいて、pn接合部分には少なくとも窒素がド
ープされ、pn接合から少なくとも1μm以上離れたエ
ピタキシャル層表面側に、pn接合部の窒素濃度より減
少した領域を2μm以上有することを特徴とする。
(57) Abstract: Provided is an epitaxial wafer having an epitaxial layer containing at least Ga as a constituent element for realizing high light output, and an LED using the same. In an epitaxial wafer having an epitaxial layer containing at least gallium (Ga) as a constituent element, a pn junction is doped with at least nitrogen, and a surface of the epitaxial layer separated from the pn junction by at least 1 μm is provided. It is characterized by having a region of 2 μm or more in which the concentration of nitrogen is lower than that of the pn junction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体エピ
タキシャルウエハとその製造方法および、これを用いて
製造される発光ダイオード(以下「LED」)に関す
る。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a compound semiconductor epitaxial wafer, a method of manufacturing the same, and a light emitting diode (hereinafter, “LED”) manufactured using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体結晶を構成材料とするLEDは表
示用素子として現在幅広く用いられている。特にIII−V
族化合物半導体の殆どは、LEDを製造する際の材料と
して用いられている。
2. Description of the Related Art LEDs using a semiconductor crystal as a constituent material are now widely used as display elements. Especially III-V
Most of group III compound semiconductors are used as materials for manufacturing LEDs.

【0003】III−V族化合物半導体は、可視光、赤外光
の波長に相当するバンドギャップを有するために発光素
子への応用がなされてきた。その中でもGaAsPはL
ED用として需要は大きい。LEDの特性として発光出
力が最も重要であり、かかる観点からの品質の向上が要
求されてきた。
[0003] III-V group compound semiconductors have been applied to light emitting devices because of their band gaps corresponding to the wavelengths of visible light and infrared light. Among them, GaAsP is L
Demand for ED is great. The emission output is the most important characteristic of the LED, and improvement of the quality from such a viewpoint has been required.

【0004】以下にGaAs1-xx(0.45≦x<
1)をエピタキシャル層とした場合を考察する。GaA
1-xx(0.45≦x<1)を発光層とするLED
は、発光効率を上げるため、アイソエレクトロニックト
ラップとして窒素(N)をドープして光出力を10倍程
度向上させている。
In the following, GaAs 1-x P x (0.45 ≦ x <
Consider the case where 1) is an epitaxial layer. GaAs
LED with s 1-x P x (0.45 ≦ x <1) as a light emitting layer
In order to improve luminous efficiency, nitrogen (N) is doped as an isoelectronic trap to improve light output about 10 times.

【0005】一般には石英製のリアクタを用いた気相成
長法により、n型の層だけ成長した後に、発光層表面に
亜鉛(Zn)を拡散してp型の層を形成してpn接合を
形成し、これにより安定にLEDを得るようにしてい
る。
In general, after growing only an n-type layer by a vapor phase growth method using a quartz reactor, zinc (Zn) is diffused on the surface of the light emitting layer to form a p-type layer to form a pn junction. It is formed so that the LED can be stably obtained.

【0006】図2にGaAsPエピタキシャルウエハの
一般的な構造を示す。例として単結晶基板がGaPであ
る場合を説明する。図2において、n型のGaP単結晶
基板20上に、基板と同一組成のホモ層24、基板と最
上層の格子定数の差を緩和するために混晶比xを連続的
に1.0〜x0まで変化させたGaAs1-xxグレード
組成層21、GaAs1-x0x0一定組成層22、窒素
(N)をドープしたGaAs1-x0x0低キャリア濃度一
定組成層23を順次エピタキシャル成長した構造を有し
ている。
FIG. 2 shows a general structure of a GaAsP epitaxial wafer. As an example, a case where the single crystal substrate is GaP will be described. In FIG. 2, on an n-type GaP single crystal substrate 20, a homo layer 24 having the same composition as the substrate, and a mixed crystal ratio x of 1.0 to continuously reduce the difference in lattice constant between the substrate and the uppermost layer. A GaAs 1-x P x grade composition layer 21 changed to x 0 , a GaAs 1-x0 P x0 constant composition layer 22, and a GaAs 1-x0 P x0 low carrier concentration constant composition layer 23 doped with nitrogen (N) are sequentially formed. It has a structure grown epitaxially.

【0007】エピタキシャルウエハの最上層である低キ
ャリア濃度一定組成層23が発光層となり、LEDの発
光波長を得るための一定組成x0をもち、窒素(N)
と、n型のドーパントであるテルル(Te)又は硫黄
(S)を所定のキャリア濃度になるようにドープされて
いる。通常は赤色発光(波長650nm)用として、x
0=約0.55である。
[0007] is the uppermost epitaxial wafer low carrier concentration constant composition layer 23 is a light emitting layer has a constant composition x 0 to obtain an emission wavelength of LED, nitrogen (N)
And n-type dopant, tellurium (Te) or sulfur (S), is doped to a predetermined carrier concentration. Usually, x for red emission (wavelength 650 nm)
0 = about 0.55.

【0008】窒素(N)はGaAsP中にドープされる
と発光センターとなるアイソエレクトロニックトラップ
となる。アイソエレクトロニックトラップは電気的には
不活性でキャリア濃度には寄与しない。発光層に窒素
(N)をドープすることで発光効率を約10倍高めてい
る。
When nitrogen (N) is doped into GaAsP, it becomes an isoelectronic trap which becomes a light emission center. Isoelectronic traps are electrically inactive and do not contribute to carrier concentration. By doping the light emitting layer with nitrogen (N), the light emitting efficiency is increased about 10 times.

【0009】気相成長法としてはハイドライド法が一般
的である。キャリアガスとしては水素が一般的である。
III族原料としては金属Gaを用いる。塩酸ガスHCl
と反応させGaClとして供給される。
A hydride method is generally used as a vapor phase growth method. Hydrogen is generally used as a carrier gas.
Metallic Ga is used as the group III raw material. Hydrochloric acid gas HCl
And supplied as GaCl.

【0010】V族原料は水素化物が使われ、アルシンA
sH3、フォスフィンPH3が使用される。
A hydride is used as the group V raw material, and arsine A is used.
sH 3 and phosphine PH 3 are used.

【0011】一般には気相成長では上記のエピタキシャ
ル層はすべてn型であり、その後の加工工程で拡散によ
りエピタキシャル層表面から窒素(N)をドープした一
定組成層に4〜10μm程度の深さまで高濃度にZnを
拡散してp型の層を形成する。
In general, in vapor phase growth, the above-mentioned epitaxial layers are all n-type, and in a subsequent processing step, a constant composition layer doped with nitrogen (N) is diffused from the surface of the epitaxial layer to a depth of about 4 to 10 μm from the surface of the epitaxial layer. Zn is diffused to a concentration to form a p-type layer.

【0012】拡散法ではp型の層のキャリア濃度が高い
ため、良好なオーミック接触を安定に得ることができ
る。しかし、拡散の熱ダメージによりエピタキシャル層
の結晶の品質が低下し、またp層の光吸収の増加によ
り、LEDの光出力の低下を招いていた。
In the diffusion method, a good ohmic contact can be stably obtained because the p-type layer has a high carrier concentration. However, the quality of the crystal of the epitaxial layer is deteriorated due to the thermal damage of the diffusion, and the light output of the LED is lowered due to the increase in the light absorption of the p-layer.

【0013】ここで、発光層の結晶の完全性が破壊され
るのを最小限にとどめ、注入されたキャリアの寿命を長
くして高光出力のLEDを得るためには、キャリア濃度
を3.5〜8.8×1015cm-3にすれば良い(特公昭
58−1539号公報)。
Here, in order to minimize the destruction of the crystal integrity of the light-emitting layer, prolong the life of the injected carriers, and obtain an LED with a high light output, the carrier concentration must be 3.5. It may be set to 8.8 × 10 15 cm -3 (Japanese Patent Publication No. 58-1539).

【0014】さらにキャリア濃度を3×1015cm-3
下にすれば、光出力の向上と長寿命化が同時に実現でき
る(特開平6−196756号公報)。
Further, when the carrier concentration is set to 3 × 10 15 cm −3 or less, it is possible to simultaneously improve the light output and extend the life (Japanese Patent Laid-Open No. 6-196756).

【0015】発光層以外のエピタキシャル層はLED化
したときの抵抗を低減するために、0.5〜30×10
17cm-3程度のキャリア濃度とすることが一般的であ
る。
The epitaxial layers other than the light-emitting layer are 0.5 to 30 × 10
In general, the carrier concentration is about 17 cm -3 .

【0016】これ以下ではLEDの順方向電圧の増加を
招き、これ以上であれば、キャリア濃度の増加に従い結
晶欠陥が増加して発光した光が吸収され、LEDの光出
力の低下を招く。
Below this, the forward voltage of the LED increases, and above that, the crystal defects increase as the carrier concentration increases, and the emitted light is absorbed and the light output of the LED decreases.

【0017】一方、pn接合部のN濃度もLEDの光出
力に重要である。本発明者等の検討ではpn接合部のN
濃度は、通常0.6〜5×1018cm-3であることが、
LEDの高光出力に必要である(特開平8−33571
6号公報)。
On the other hand, the N concentration at the pn junction is also important for the light output of the LED. The present inventors have studied that the N
The concentration is usually 0.6 to 5 × 10 18 cm −3 ,
Necessary for high light output of LED (JP-A-8-33571)
No. 6).

【0018】上記のように通常は気相成長した直後のエ
ピタキシャルウエハはエピタキシャル層、GaP基板の
両方ともn型の電導型を持つようになっている。
As described above, usually, the epitaxial wafer immediately after the vapor phase growth has an n-type conductivity type for both the epitaxial layer and the GaP substrate.

【0019】気相成長中にpn接合を形成できること
は、結晶欠陥の少ない良好なpn接合が得られ、高い光
出力のLEDが得られることが期待できる。最近では、
さらに高い光出力がLEDに要求されるようになり、単
純な気相成長法でpn接合を形成するだけでは光出力の
向上は限界に達していた。
The fact that a pn junction can be formed during vapor phase growth can be expected to provide a good pn junction with few crystal defects and an LED with high light output. recently,
Even higher light output has been required for LEDs, and improvement of light output has reached its limit by simply forming a pn junction by a simple vapor deposition method.

【0020】発光ダイオードの断面構造を示す図3の例
で考えれば一般にLEDチップ化するために図2の一定
組成層23にZnを拡散して、pn接合17を形成して
いる。
Considering the example of FIG. 3 showing a sectional structure of a light emitting diode, in general, Zn is diffused into the constant composition layer 23 of FIG.

【0021】発光はエピタキシャル層表面側に近いpn
接合で生じ、発光した光の多くはp層を通してLEDチ
ップの外に取り出される。したがって、LEDの光出力
を高めるためには、特にp層の光の吸収をできるだけ抑
えて、p層からの光の取り出し効率を上げればよい。
Light is emitted from pn near the surface of the epitaxial layer.
Much of the emitted light generated at the junction is extracted out of the LED chip through the p-layer. Therefore, in order to increase the light output of the LED, it is only necessary to suppress the absorption of light in the p-layer as much as possible and to increase the light extraction efficiency from the p-layer.

【0022】p層を気相成長中に同時に成長させること
は前述の通り既に知られているが、従来はp層にアンモ
ニアガスを用いて窒素(N)をドープしている。p層は
キャリア濃度が高いため、光吸収量は大きい。
As described above, it is already known that the p-layer is grown simultaneously during the vapor phase growth. However, conventionally, the p-layer is doped with nitrogen (N) using ammonia gas. Since the p-layer has a high carrier concentration, the amount of light absorption is large.

【0023】さらに、窒素(N)がドープされると結晶
は窒素(N)が形成する深い順位や、窒素(N)のドー
ピングよって生じた結晶欠陥によって光吸収量が増加す
る。
Further, when nitrogen (N) is doped, the crystal has an increased light absorption due to the deep order of formation of nitrogen (N) and crystal defects caused by doping with nitrogen (N).

【0024】このため、LEDの光出力を向上させるた
めにはp層での光吸収を減少させればよく、先の出願
(特開平8−335715号)で、本発明者等は気相成
長法によってp層を形成することを提案している。そし
て、p層内にはpn接合部と同じ量のNドープ量か、全
くドープしないかのどちらでも良いことを示している。
Therefore, in order to improve the light output of the LED, the light absorption in the p-layer may be reduced. In the prior application (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-335715), the inventors of the present invention have proposed a method of vapor phase growth. It has been proposed to form a p-layer by the method. This indicates that either the same amount of N doping as that of the pn junction in the p layer or no doping may be performed.

【0025】また、特開平2−94557号公報では、
p層内での光吸収を抑えるために、pn接合から離れた
p層をNドープなしとすることで、LEDの光出力を3
〜5%向上させることが記載されている。しかし、光出
力の向上は小さく、本発明者が再現の実験をしても、そ
の効果はほとんど見られなかった。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-94557,
In order to suppress light absorption in the p-layer, the p-layer remote from the pn junction is not doped with N, so that the light output of the LED is reduced by 3%.
It is described to improve by ~ 5%. However, the improvement in the light output was small, and even if the inventor performed an experiment of reproduction, the effect was hardly seen.

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、更に高光出力を実現し得るLED及び、その材
料となる少なくともガリウム(Ga)を構成元素とする
エピタキシャル層を有するエピタキシャルウエハとその
製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an LED capable of realizing a higher light output, an epitaxial wafer having an epitaxial layer containing at least gallium (Ga) as a constituent element thereof, and a method of manufacturing the same. It is to provide a method.

【0027】また、本発明の目的は、特にGaAs1-x
x(0.45≦x<1)、またはGaPであるエピタ
キシャルウエハとその製造方法を提供することにある。
It is another object of the present invention to provide a GaAs 1-x
An object of the present invention is to provide an epitaxial wafer of P x (0.45 ≦ x <1) or GaP and a method of manufacturing the same.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意検討の結果、Si濃度を抑制したままp
層内にN濃度をpn接合部以下に減じた層を設けること
で従来の問題が解決できることを見いだした。
Means for Solving the Problems The present inventor has conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, while suppressing the Si concentration, p
It has been found that the conventional problem can be solved by providing a layer in which the N concentration is reduced below the pn junction in the layer.

【0029】より詳細には、pn接合はホモ接合として
良質の接合とし、光を外部に取り出し易くするためにp
層内のN濃度をpn接合から1μm以上離れたp層内に
N濃度を低減した部分を設けることで解決できることが
わかった。
More specifically, the pn junction is a homo-junction and is a high-quality junction.
It has been found that the problem can be solved by providing a portion in which the N concentration is reduced in the p layer which is 1 μm or more away from the pn junction.

【0030】かかる構造は、あらかじめn型の層のみ
で、エピタキシャル成長した後、エピタキシャル層表面
にZnを拡散することでも実現できる。より安定に製造
するためにn層のみならず、p層を気相成長中に形成す
ることが有効である。同時にこれにより、p層内にN濃
度を低下させた層を容易に製造可能である。
Such a structure can also be realized by epitaxially growing only the n-type layer in advance and then diffusing Zn on the surface of the epitaxial layer. For more stable production, it is effective to form not only the n-layer but also the p-layer during vapor phase growth. At the same time, a layer having a reduced N concentration in the p layer can be easily manufactured.

【0031】p型ドーパントとしてはZn、Mg、B
e、Cd等があるが、その毒性からZnやMgが有用で
ある。ドーピングガスとしては同じドーパント金属の有
機金属ガスを用いることで容易にドープできる。
As the p-type dopant, Zn, Mg, B
Although there are e, Cd, etc., Zn and Mg are useful because of their toxicity. The doping gas can be easily doped by using an organic metal gas of the same dopant metal.

【0032】上記趣旨に従う本発明のエピタキシャルウ
エハの構成は、第1に単結晶基板上に少なくともガリウ
ム(Ga)を構成元素の一つとするエピタキシャル層が
形成されたエピタキシャルウエハであって、pn接合部
分には少なくとも窒素がドープされ、前記pn接合から
少なくとも1μm以上離れたエピタキシャル層表面側に
前記pn接合部の窒素濃度より減少した領域を2μm以
上有することを特徴とする。
[0032] The structure of the epitaxial wafer of the present invention according to the above-described gist is firstly an epitaxial wafer in which an epitaxial layer containing at least gallium (Ga) as one of the constituent elements is formed on a single crystal substrate, and a pn junction portion Is doped with at least nitrogen, and has, on the surface side of the epitaxial layer at least 1 μm or more away from the pn junction, a region having a nitrogen concentration of the pn junction 2 μm or more.

【0033】好ましくは第1の特徴において、前記pn
接合部分はGaAs1-xx(0.45≦x<1)、また
はGaPであって、p層内に少なくとも窒素がドープさ
れ、かつ窒素濃度が該pn接合部の窒素濃度の90%以
下である部分を有することを第2の特徴とする。
Preferably, in the first aspect, the pn
The junction is GaAs 1-x P x (0.45 ≦ x <1) or GaP, and the p layer is doped with at least nitrogen and the nitrogen concentration is 90% or less of the nitrogen concentration of the pn junction. The second feature is to have a portion that is

【0034】さらに好ましくは、前記特徴において、前
記p層内にあって、窒素濃度が前記pn接合部のn層の
窒素濃度の50%以下である部分を有することを第3の
特徴とする。
More preferably, in the above-mentioned feature, a third feature is that a portion in the p-layer has a nitrogen concentration of 50% or less of a nitrogen concentration of the n-layer of the pn junction.

【0035】また、好ましくは前記特徴において、前記
pn接合部を形成するn層側のキャリア濃度は、0.5
〜10×1015cm-3であり、かつ前記pn接合部の窒
素濃度は0.3〜9×1018cm-3であることを第4の
特徴とする。
Preferably, in the above feature, the carrier concentration on the n-layer side forming the pn junction is 0.5
A ~10 × 10 15 cm -3, and the nitrogen concentration of the pn junction and the fourth being a 0.3~9 × 10 18 cm -3.

【0036】さらに又、前記特徴のいずれかにおいて、
前記p層のキャリア濃度は0.3〜30×1018cm-3
であり、該p層の厚さは4〜300μmであることを第
6の特徴とする。
Still further, in any of the above features,
The carrier concentration of the p-layer is 0.3 to 30 × 10 18 cm −3.
The sixth feature is that the thickness of the p-layer is 4 to 300 μm.

【0037】また、好ましくは前記特徴において、エピ
タキシャル層表面側の電導型はp型であって、キャリア
濃度は1〜30×1018cm-3であることを特徴とす
る。
Preferably, in the above feature, the conductivity type on the surface side of the epitaxial layer is a p-type, and the carrier concentration is 1 to 30 × 10 18 cm −3 .

【0038】さらに、好ましくは前記特徴において、前
記単結晶基板はGaPであることを特徴とする。
Further, preferably, in the above-mentioned feature, the single crystal substrate is GaP.

【0039】さらに又、好ましくは前記特徴において、
前記単結晶基板はGaAsであることを特徴とする。
Still preferably, in the above feature,
The single crystal substrate is made of GaAs.

【0040】さらに、本発明に従う発光ダイオードは、
前記特徴を有して構成されるエピタキシャルを用いて製
造されたことを特徴とする。
Further, the light emitting diode according to the present invention comprises:
It is characterized by being manufactured using an epitaxial having the above-mentioned features.

【0041】また、前記いずれかの特徴を有するエピタ
キシャルウエハの製造方法は、前記エピタキシャル層を
気相成長法により成長し、p型ドーパントの有機金属化
合物をドーピングガスとして前記p層を形成し、さら
に、前記p層の形成中にアンモニアガスの供給量を減少
させることで窒素濃度を減少させることを特徴とする。
Further, in the method of manufacturing an epitaxial wafer having any of the above characteristics, the epitaxial layer is grown by a vapor phase growth method, and the p-layer is formed using an organometallic compound of a p-type dopant as a doping gas. The nitrogen concentration is reduced by reducing the supply amount of ammonia gas during the formation of the p-layer.

【0042】さらに又、前記いずれかの特徴を有するエ
ピタキシャルウエハの製造方法は、前記エピタキシャル
層をハイドライド法により成長し、p型ドーパントの有
機金属化合物をドーピングガスとして前記p層を形成
し、さらに、前記p層の形成中にアンモニアガスの供給
量を減少させることで窒素濃度を減少させることを特徴
とする。
Further, in the method of manufacturing an epitaxial wafer having any of the above characteristics, the epitaxial layer is grown by a hydride method, and the p-layer is formed using an organometallic compound of a p-type dopant as a doping gas. The method is characterized in that the nitrogen concentration is reduced by reducing the supply amount of ammonia gas during the formation of the p-layer.

【0043】本発明の更なる特徴は、以下の図面を参照
して説明する発明の実施の形態の記載から明らかとな
る。
Further features of the present invention will become apparent from the description of embodiments of the present invention described with reference to the following drawings.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】以下、本発明に従うエピタキシャ
ルウエハ及び、これを用いて製造される発光ダイオード
の具体的実施の態様を図に従って詳細に説明する。な
お、図において、同一又は類似のものには、同一の参照
番号を付して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of an epitaxial wafer according to the present invention and a light emitting diode manufactured using the same will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or similar components will be described with the same reference numerals.

【0045】図1は、本発明に従うエピタキシャルウエ
ハの一構成を示す図である。図1において、単結晶基板
10に成長されるエピタキシャル層は少なくともガリウ
ム(Ga)を構成元素の一つとして成長される。
FIG. 1 is a diagram showing one configuration of an epitaxial wafer according to the present invention. In FIG. 1, the epitaxial layer grown on the single crystal substrate 10 is grown using at least gallium (Ga) as one of the constituent elements.

【0046】一般にLED用として需要が大きいのは、
エピタキシャル層がGaAs1-xx(0≦x≦1)また
はGaPであるが、代表例としてpn接合がGaAs
1-xx(0.45≦x<1)である場合について述べ
る。
In general, the demand for LEDs is large.
The epitaxial layer is GaAs 1-x P x (0 ≦ x ≦ 1) or GaP. As a typical example, the pn junction is GaAs.
The case where 1-x P x (0.45 ≦ x <1) is described.

【0047】単結晶基板10は通常GaP又はGaAs
の何れかが選択される。pn接合を形成するn層13が
間接遷移型のバンドギャップを持つGaAs1-x
x(0.45≦x<1)からなる場合は、単結晶基板1
0はGaPであることが、LEDの発光色に対して透明
であり、高い光出力を得るために好ましい。
The single crystal substrate 10 is usually made of GaP or GaAs.
Is selected. An n-layer 13 forming a pn junction has GaAs 1-x P having an indirect transition type band gap.
x (0.45 ≦ x <1), the single crystal substrate 1
0 is preferably GaP because it is transparent to the emission color of the LED and a high light output is obtained.

【0048】GaAs1-xx(0.45≦x≦1)エピ
タキシャル層を、組成の観点から見た場合、通常、少な
くともグレード組成層11及び一定組成層12を有する
ことが一般的である。
When the GaAs 1-x P x (0.45 ≦ x ≦ 1) epitaxial layer is viewed from the viewpoint of composition, it generally has at least a grade composition layer 11 and a constant composition layer 12. .

【0049】単結晶基板10とエピタキシャル層の格子
定数の差が大きいため、グレード組成層11を用いるこ
とでより結晶欠陥の少ない一定組成層12を得ることが
できる。このほか、単結晶基板10と同じ結晶であるホ
モ層14は特に形成しなくとも可能である。しかし、ミ
スフィット転位の発生を抑制するために、0.1〜10
0μm、好ましくは0.5〜15μmのホモ層14を形
成した方が安定に高輝度が得られるので好ましい。
Since the lattice constant difference between the single crystal substrate 10 and the epitaxial layer is large, the use of the grade composition layer 11 makes it possible to obtain a constant composition layer 12 with less crystal defects. In addition, the homo layer 14 made of the same crystal as that of the single crystal substrate 10 is not necessarily formed. However, in order to suppress the occurrence of misfit dislocations, 0.1-10
It is preferable to form the homo layer 14 having a thickness of 0 μm, preferably 0.5 to 15 μm, because high brightness can be stably obtained.

【0050】グレード組成層11の層厚は、好ましくは
2〜100μm、より好ましくは10〜35μmであ
る。さらに、グレード組成層11のキャリア濃度は、
0.5〜30×1017cm-3、好ましくは1×1017
-3以上で30×1017cm-3以下であり、平均で1〜
10×1017cm-3の高キャリア濃度領域であることが
LED化した時の順方向電圧を下げ、良好な結晶性が得
られるので好ましい。
The thickness of the grade composition layer 11 is preferably 2 to 100 μm, more preferably 10 to 35 μm. Further, the carrier concentration of the grade composition layer 11 is
0.5-30 × 10 17 cm -3 , preferably 1 × 10 17 c
m −3 or more and 30 × 10 17 cm −3 or less;
Lowering the forward voltage when it is turned into LED is a high carrier concentration region of 10 × 10 17 cm -3, so good crystallinity can be obtained.

【0051】キャリア濃度は30×1017cm-3以上で
あれば、結晶性が悪化してエピタキシャル層表面に結晶
欠陥が発生したり、LEDの光出力の低下等の問題が生
じ好ましくない。
If the carrier concentration is 30 × 10 17 cm −3 or more, the crystallinity is deteriorated, and crystal defects are generated on the surface of the epitaxial layer, and problems such as a decrease in the light output of the LED are not preferred.

【0052】グレード組成層11は、連続的な組成変化
だけでなく、複数の階段状の組成変化であってもエピタ
キシャル層の比抵抗は主にキャリア濃度で決定されるた
めに効果は同じである。
The effect of the grade composition layer 11 is the same even when the composition changes not only continuously but also in a plurality of steps, because the specific resistance of the epitaxial layer is determined mainly by the carrier concentration. .

【0053】n層内の一定組成層12に隣接してpn接
合17が形成される。pn接合17を形成するn層側が
間接遷移型のバンドギャップをもつGaAs1-x
x(0.45<x<1)からなる場合は、pn接合のn
層側は低キャリア濃度領域13となる。
A pn junction 17 is formed adjacent to the constant composition layer 12 in the n layer. GaAs 1-x P having an indirect transition band gap on the n-layer side forming the pn junction 17
x (0.45 <x <1), n of the pn junction
The layer side becomes the low carrier concentration region 13.

【0054】低キャリア濃度領域13は、平均キャリア
濃度が10×1015cm-3以下が好ましいが、0.5×
1015cm-3以下になるとキャリア濃度の制御が困難と
なったり、比抵抗が高くなってLEDの順方向電圧の増
加を招くことがある。したがって、高光出力を得ること
ができ、しかも電気特性が安定するために最も好ましい
低キャリア濃度領域13の平均キャリア濃度は0.5〜
10×1015cm-3である。
The low carrier concentration region 13 preferably has an average carrier concentration of 10 × 10 15 cm −3 or less,
When the density is less than 10 15 cm −3 , it may be difficult to control the carrier concentration or the specific resistance may be increased to cause an increase in the forward voltage of the LED. Accordingly, a high light output can be obtained, and the most preferable average carrier concentration in the low carrier concentration region 13 for stabilizing the electric characteristics is 0.5 to 0.5.
It is 10 × 10 15 cm −3 .

【0055】低キャリア濃度層13の層厚は1〜100
μm、好ましくは1〜50μmで、更に好ましくは1〜
25μmである。100μmを超えると低キャリア濃度
による抵抗の増大で順方向電圧の増加を招き好ましくな
い。
The thickness of the low carrier concentration layer 13 is 1 to 100.
μm, preferably 1 to 50 μm, more preferably 1 to 50 μm.
25 μm. If it exceeds 100 μm, the forward voltage is increased due to the increase in resistance due to the low carrier concentration, which is not preferable.

【0056】グレード組成層11と低キャリア濃度層1
3との間にある、低キャリア濃度層13以外の一定組成
層12の領域は、グレード濃度組成層11と同じ高キャ
リア濃度領域15の範囲であることが、グレード組成層
11に対すると同様の理由により好ましい。この領域の
層厚は3〜50μmであり、成長時間が長くなるので5
〜20μmとすることが更に好ましい。
Grade composition layer 11 and low carrier concentration layer 1
3, the region of the constant composition layer 12 other than the low carrier concentration layer 13 is within the same high carrier concentration region 15 as the grade concentration composition layer 11 for the same reason as for the grade composition layer 11. Is more preferable. The layer thickness in this region is 3 to 50 μm, and the growth time becomes longer.
More preferably, the thickness is set to 20 μm.

【0057】一定組成層12の組成はミスフィット転位
等の結晶欠陥をできるだけ抑制するため、できる限り一
定であることが望ましいが、組成±0.05以内好まし
く±0.02以内の変動とする。
The composition of the constant composition layer 12 is desirably as constant as possible in order to suppress crystal defects such as misfit dislocations as much as possible, but the composition should be varied within ± 0.05, preferably ± 0.02.

【0058】本発明は、少なくとも窒素(N)がドープ
されたpn接合から1μm以上離れたp層30内に、即
ちエピタキシャル層表面側において、pn接合部17の
窒素濃度より減少した領域を設けることを特徴とする。
According to the present invention, a region having a nitrogen concentration lower than that of the pn junction 17 is provided in the p layer 30 at least 1 μm away from the pn junction doped with nitrogen (N), that is, on the surface of the epitaxial layer. It is characterized by.

【0059】これにより、窒素(N)のアイソエレクト
ロニックトラップによる光の吸収を防ぎ、更にSi不純
物のドープを防ぐことで、Si不純物による深い順位に
よる光吸収を抑え、発光した光に対して透明度を増すこ
とが可能である。したがって、より高光出力を得ること
が可能である。
Thus, the absorption of light by the isoelectronic trap of nitrogen (N) is prevented, and the doping of the Si impurity is prevented, so that the light absorption due to the deep order by the Si impurity is suppressed, and the transparency to the emitted light is improved. It is possible to increase. Therefore, a higher light output can be obtained.

【0060】pn接合部分のN濃度は0.3〜9×10
18cm-3であることが好ましい。従来より範囲が広くな
るのはp層内での光吸収量が抑えられるためである。さ
らに、0.7〜5×1018cm-3であれば、高光出力が
得られ、一層好ましい。
The N concentration at the pn junction is 0.3 to 9 × 10
It is preferably 18 cm -3 . The reason why the range is wider than before is that the amount of light absorption in the p-layer is suppressed. Further, when the density is 0.7 to 5 × 10 18 cm −3 , a high light output is obtained, which is more preferable.

【0061】pn接合17から1μm以上、好ましくは
2μm以上離れたp層内では少なくとも窒素(N)がド
ープされたN濃度が減じられている層32が2μm以上
含まれる。
In the p layer separated from the pn junction 17 by 1 μm or more, preferably 2 μm or more, a layer 32 doped with at least nitrogen (N) and having a reduced N concentration is included in an amount of 2 μm or more.

【0062】このキャリア濃度が低減された層32のN
濃度はpn接合部分のN濃度の90%以下であれば効果
は得られるが、好ましくは50%以下、更に好ましくは
20%以下であれば、より透明度が増加して好ましい。
下限は特に限定されず、窒素ドーピングガスが供給され
ていればよいが、通常N濃度は0.1%以上、好ましく
は0.5%以上であればよい。
The N of the layer 32 in which the carrier concentration is reduced
The effect can be obtained if the concentration is 90% or less of the N concentration of the pn junction portion, but it is preferably 50% or less, and more preferably 20% or less, because transparency is further increased.
The lower limit is not particularly limited as long as a nitrogen doping gas is supplied, but the N concentration is usually 0.1% or more, preferably 0.5% or more.

【0063】N濃度が減じられた層32のSi濃度は、
0.8×1016cm-3以下であれば良く、0.4×10
16cm-3以下であれば光の透過が良くなり更に好まし
い。
The Si concentration of the layer 32 in which the N concentration has been reduced is
0.8 × 10 16 cm −3 or less, and 0.4 × 10 16
If it is 16 cm -3 or less, light transmission is improved, which is more preferable.

【0064】またN濃度が減じられた層32がp層30
内に存在すれば、窒素(N)がドープされない層あるい
は、窒素(N)が前記範囲以外にドープされている層が
p層内に含まれることが可能である。
The layer 32 in which the N concentration has been reduced is the p layer 30.
In this case, a layer not doped with nitrogen (N) or a layer doped with nitrogen (N) outside the above range can be included in the p-layer.

【0065】p層30の層厚は4〜300μmあれば良
いが、好ましくは6〜200μm以上、更に好ましくは
6〜80μmあればさらに高光出力が得られるので好ま
しい。p層30のキャリア濃度は0.1〜70×1018
cm-3、更に好ましくは0.1〜40×1018cm-3であ
ることが必要であり、特にエピタキシャル層表面のP層
のキャリア濃度は1〜40×1018cm-3であれば、オ
ーミック電極を安定に得やすいのでさらに好ましい。
The layer thickness of the p layer 30 may be 4 to 300 μm, preferably 6 to 200 μm or more, and more preferably 6 to 80 μm, because higher light output can be obtained. The carrier concentration of the p layer 30 is 0.1 to 70 × 10 18
cm −3 , more preferably 0.1 to 40 × 10 18 cm −3 . In particular, if the carrier concentration of the P layer on the surface of the epitaxial layer is 1 to 40 × 10 18 cm −3 , It is more preferable because an ohmic electrode can be obtained stably.

【0066】p層30内のキャリア濃度は70×1013
cm-3越えると結晶欠陥が生じて光の吸収が生じるので
好ましくない。
The carrier concentration in the p layer 30 is 70 × 10 13
If it exceeds cm -3 , crystal defects occur and light is absorbed, which is not preferable.

【0067】前記のエピタキシャルウエハの製造に当た
っては、複雑なエピタキシャル層構造を製造できる気相
エピタキシャル成長法の中から選択される。具体的には
ハロゲン輸送法または有機金属気相成長法(MOCV
D)のいずれかが選択される。
In the production of the above-mentioned epitaxial wafer, a method is selected from a vapor phase epitaxial growth method capable of producing a complicated epitaxial layer structure. Specifically, a halogen transport method or a metal organic chemical vapor deposition method (MOCV
D) is selected.

【0068】ハロゲン輸送法は高純度のエピタキシャル
層が得られ、量産性に富むことから有利であり、特にハ
イドライド法が一般的である。
The halogen transport method is advantageous because a high-purity epitaxial layer can be obtained and the productivity is high, and the hydride method is particularly common.

【0069】窒素(N)をドープする方法はアンモニア
ガスを用いることが一般的である。ドープされるN濃度
はアンモニア供給量に比例する。したがって、N濃度を
減じた層32を形成するためには、エピタキシャル成長
条件を適当に変化させても可能であるが、アンモニア供
給量を減ずることで容易に達成できるので好ましい。
The method of doping nitrogen (N) generally uses ammonia gas. The concentration of N to be doped is proportional to the amount of supplied ammonia. Therefore, it is possible to form the layer 32 with reduced N concentration by appropriately changing the epitaxial growth conditions, but it is preferable because it can be easily achieved by reducing the ammonia supply amount.

【0070】n型のN濃度を減じた層32を成長した後
で、Znを拡散してもp層は形成できる。その場合、拡
散深さがウエハ全面で一定となる等、その制御性が少な
いことが問題である。
After growing the n-type layer 32 with reduced N concentration, the p-layer can be formed even by diffusing Zn. In this case, there is a problem that the controllability is small, for example, the diffusion depth is constant over the entire surface of the wafer.

【0071】p型ドーパントとしてはZn、Mg、C
d、Be等があるが、毒性からCdとBeは好ましくな
い。高光出力が得られ、有害性も少ないことからZnま
たはMgが選択される。ドーパントガスとしては高純度
の原料が得られ、使いやすいことからZnはジエチル亜
鉛(C252Zn、Mgならシクロペンタジエニルマ
グネシウム(C55)Mg(またはCp2Mg)などの
有機金属化合物が使用される。
As the p-type dopant, Zn, Mg, C
Although there are d, Be, etc., Cd and Be are not preferred due to toxicity. Zn or Mg is selected because of high light output and low harmfulness. As the dopant gas, a high-purity raw material can be obtained and Zn is diethyl zinc (C 2 H 5 ) 2 Zn because it is easy to use, and Mg is cyclopentadienyl magnesium (C 5 H 5 ) Mg (or Cp 2 Mg). Are used.

【0072】特にドーパントをMgにすれば、より容易
に5×1018cm-3以上の高濃度にドープしやすいので
さらに好ましい。
In particular, it is more preferable to use Mg as a dopant because it is easier to dope a high concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more.

【0073】N濃度測定にはセカンダリー・イオン・マ
ス・スペクトロメトリー(Secondary Ion Mass Spectro
metry、以下略してSIMS)が実用的でよい。エピタ
キシャル層内のキャリア濃度プロファイルの測定方法
は、エピタキシャル層を斜めに研磨した後、ショットキ
ーハリアダイオードをその表面に作製し、C−V法によ
って測定できる。
For measuring the N concentration, secondary ion mass spectrometry (Secondary Ion Mass Spectrometry) was used.
measurement (hereinafter simply referred to as SIMS) may be practical. The method of measuring the carrier concentration profile in the epitaxial layer can be measured by a CV method after the epitaxial layer is polished obliquely and a Schottky Harrier diode is formed on the surface thereof.

【0074】また日本バイオ・ラッド・ラボラトリー社
のセミコンダクタ・プロファイル・プロッタPN430
0の様に、直接エピタキシャル層を電解液でエッチング
しながら測定する方法でも同様に測定できる。
Further, a semiconductor profile plotter PN430 manufactured by Japan Bio-Rad Laboratory Co., Ltd.
As in the case of 0, the measurement can be similarly performed by a method of directly measuring the epitaxial layer while etching it with an electrolytic solution.

【0075】[0075]

【実施例】GaP基板および高純度ガリウム(Ga)
を、Ga溜め用石英ボ−ト付きのエピタキシャル・リア
クタ−内の所定の場所に、それぞれ設置した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS GaP substrate and high-purity gallium (Ga)
Was placed at predetermined locations in an epitaxial reactor having a quartz boat for a Ga reservoir.

【0076】GaP基板は硫黄(S)が3〜10×10
17原子個/cm3添加され、直径50mmの円形で、
(100)面から[001]方向に10゜偏位した面を
もつGaP基板を用いた。
The GaP substrate contains 3 to 10 × 10 sulfur (S).
17 atoms / cm 3 are added, and the diameter is 50 mm,
A GaP substrate having a plane deviated by 10 ° in the [001] direction from the (100) plane was used.

【0077】これらを、同時にホルダー上に配置した。
ホルダーは毎分3回転させた。以下は標準状態に換算し
たガスの流量単位としてSCCMを用いて説明する。次
に窒素N(N2)ガスを前記リアクタ−内に15分間導
入し、空気を充分置換除去した後、キャリヤ・ガスとし
て高純度水素(H2)を9600SCCM導入し、N2
流れを止め昇温工程に入った。
These were simultaneously placed on the holder.
The holder was rotated three times per minute. The following description is made using SCCM as a gas flow unit converted into a standard state. Next, nitrogen N (N 2 ) gas was introduced into the reactor for 15 minutes, and air was sufficiently replaced and removed. Then, 9600 SCCM of high-purity hydrogen (H 2 ) was introduced as a carrier gas, and the flow of N 2 was stopped. The heating process was started.

【0078】上記Ga入り石英ボ−ト設置部分及び、G
aP単結晶基板設置部分の温度が、それぞれ800℃及
び930℃で一定に保持されていることを確認した後、
尖頭発光波長649±10nmのGaAs1-xxエピタ
キシャル膜の気相成長を開始した。
The above-mentioned Ga-containing quartz boat installation portion and G
After confirming that the temperature of the aP single crystal substrate installation portion is kept constant at 800 ° C. and 930 ° C., respectively,
Vapor phase growth of a GaAs 1-x P x epitaxial film with a peak emission wavelength of 649 ± 10 nm was started.

【0079】最初、濃度50ppmに水素ガスで希釈し
たn型不純物であるジエチルテルル((C252
e)を15SCCM導入し、周期律表第III族元素成分
原料としてのGaClを、369SCCM生成させるた
め高純度塩化水素ガス(HCl)を上記石英ボ−ト中の
Ga溜に毎分369cc吹き込み、Ga溜上表面より吹
き出させた。
First, diethyltellurium ((C 2 H 5 ) 2 T) which is an n-type impurity diluted with hydrogen gas to a concentration of 50 ppm
e) was introduced at 15 SCCM, and 369 cc / min of high-purity hydrogen chloride gas (HCl) was blown into the Ga reservoir in the quartz boat in order to generate 369 SCCM of GaCl as a raw material of a Group III element of the periodic table. It was blown out from the surface of the reservoir.

【0080】他方周期律表第V族元素成分として、H2
で濃度10%に希釈したりん化水素(PH3)を毎分7
37SCCM導入しつつ、20分間にわたり、ホモ層1
0としての第1層であるGaP層をGaP単結晶基板上
に成長させた。
On the other hand, H2 as a Group V element component of the periodic table
Hydrogen phosphide (PH 3 ) diluted to a concentration of 10% with
While introducing 37 SCCM, homo layer 1
A GaP layer, which is the first layer as 0, was grown on a GaP single crystal substrate.

【0081】次に、(C252Te、HCl、PH3
各ガスの導入量を変えること無く、H2で濃度10%に
希釈したひ化水素(AsH3)の導入量を、0SCCM
から毎分60SCCMまで徐々に増加させ、同時にGa
P基板の温度を930゜Cから870゜Cまで徐々に降
温させ、90分間にわたり、第2のGaAs1-xxエピ
タキシャル層を第1のGaPエピタキシャル層上にグレ
ード層11として第2層を成長させた。
Next, without changing the introduction amounts of (C 2 H 5 ) 2 Te, HCl and PH 3 , the introduction amount of hydrogen arsenide (AsH 3 ) diluted to a concentration of 10% with H 2 was 0SCCM
From 60 to 60 SCCM / min.
The temperature of the P substrate is gradually lowered from 930 ° C. to 870 ° C., and the second GaAs 1-x P x epitaxial layer is formed as a grade layer 11 on the first GaP epitaxial layer for 90 minutes. Grew.

【0082】次の30分間は、(C252Te、HC
l、PH3、AsH3の導入量を変えることなく即ち、そ
れぞれ15SCCM,369SCCM,737SCC
M,603SCCMに保持しつつ、第3のGaAs1-x
xエピタキシャル層を一定組成層12の一部として、
第2層のGaAs1-xxエピタキシャル層上に成長させ
た。
For the next 30 minutes, (C 2 H 5 ) 2 Te, HC
1, PH 3 , AsH 3 without changing the introduction amount, that is, 15 SCCM, 369 SCCM, 737 SCC, respectively.
M, 603 SCCM while maintaining the third GaAs 1-x
With the Px epitaxial layer as part of the constant composition layer 12,
The second layer was grown on the GaAs 1-x P x epitaxial layer.

【0083】次の20分間は(C252Te、HC
l、PH3、AsH3の導入量を変えることなく導入しな
がら、これにNアイソ・エレクトロニック・トラップ添
加用として214SCCMの高純度アンモニア・ガス
(NH3)を添加して第4のGaAs1-xxエピタキシ
ャル層を第3のGaAs1-xxエピタキシャル層上に一
定組成層12である低キャリア濃度層13として成長さ
せた。
In the next 20 minutes, (C 2 H 5 ) 2 Te, HC
1, PH 3 and AsH 3 were introduced without changing the introduction amount, and 214 SCCM high-purity ammonia gas (NH 3 ) was added thereto for adding an N iso-electronic trap to the fourth GaAs 1-. The x P x epitaxial layer was grown on the third GaAs 1-x P x epitaxial layer as a low carrier concentration layer 13 as a constant composition layer 12.

【0084】次の10分間は(C252Te、HC
1、PH3、AsH3、NH3の導入量を変えることな
く、p型ドーパンントを供給するために25℃に一定に
保温された(C252Zn入りのボンベにH2ガスを5
0SCCM導入して(C252Zn蒸気を含ませて、
そのH2ガスを導入して、第5のp型のGaAs1-xx
エピタキシャル層を第4のGaAs1-xxエピタキシャ
ル層上に成長させた。
For the next 10 minutes, (C 2 H 5 ) 2 Te, HC
1. In order to supply p-type dopants without changing the introduction amounts of PH 3 , AsH 3 and NH 3 , H 2 gas was supplied to a cylinder containing (C 2 H 5 ) 2 Zn which was kept at a constant temperature of 25 ° C. 5
Introduce 0SCCM and include (C 2 H 5 ) 2 Zn vapor,
By introducing the H 2 gas, the fifth p-type GaAs 1-x P x
An epitaxial layer grown on the fourth GaAs 1-x P x epitaxial layer.

【0085】次の40分間は(C252Te、HC
1、PH3、(C252Znの導入量を変えることな
く、NH3を21SCCMまで最初に一気に減少させた
後一定にして、第6のp型のGaAs1-xxエピタキシ
ャル層を第5のGaAs1-xxエピタキシャル層上に成
長させて、気相成長を終了した。
For the next 40 minutes, (C 2 H 5 ) 2 Te, HC
1. Without changing the introduction amount of PH 3 and (C 2 H 5 ) 2 Zn, NH 3 was first reduced at a stretch to 21 SCCM, and then kept constant to obtain a sixth p-type GaAs 1-x P x epitaxial. A layer was grown on the fifth GaAs 1-x P x epitaxial layer to terminate the vapor phase growth.

【0086】このように成長された第1〜6のエピタキ
シャル膜の膜厚はそれぞれ4μm、38μm、13μ
m、9μm、5μm、18μmであった。
The thicknesses of the first to sixth epitaxial films thus grown are 4 μm, 38 μm, and 13 μm, respectively.
m, 9 μm, 5 μm and 18 μm.

【0087】エピタキシャル層を約1゜斜めに研磨して
その表面にショットキーバリアダイオードを作製して測
定した。
The epitaxial layer was polished obliquely by about 1 °, and a Schottky barrier diode was formed on the surface thereof and measured.

【0088】測定した第1〜3の層のキャリア濃度は2
〜3×1017cm-3であり、第4層は低キャリア濃度層
13に対応し、そのキャリア濃度は3×1015cm-3
あった。
The measured carrier concentration of the first to third layers was 2
An ~3 × 10 17 cm -3, the fourth layer corresponds to the low carrier concentration layer 13, the carrier concentration was 3 × 10 15 cm -3.

【0089】p層のキャリア濃度は、日本バイオ・ラッ
ド・ラボラトリー社のセミコンダクタ・プロファイル・
プロッタPN4300によって測定した。第5〜6層の
p層キャリア濃度は、7×1018cm-3であった。N濃
度が減じられた第6層であって、エピタキシャル層表面
のp層のキャリア濃度は6×1018cm-3であった。
The carrier concentration in the p-layer is determined by the semiconductor profile profile of Japan Bio-Rad Laboratory.
It was measured by a plotter PN4300. The p-layer carrier concentration of the fifth to sixth layers was 7 × 10 18 cm −3 . In the sixth layer in which the N concentration was reduced, the carrier concentration of the p-layer on the surface of the epitaxial layer was 6 × 10 18 cm −3 .

【0090】続いて、図3に示したように真空蒸着によ
り電極18の形成等を行って300μm×300μm×
280μm(厚さ)の角柱型発光ダイオードを形成し、
エポキシコートなしで測定を行なった。
Subsequently, as shown in FIG. 3, the formation of the electrode 18 and the like are performed by vacuum evaporation to obtain a 300 μm × 300 μm ×
Forming a prismatic light emitting diode of 280 μm (thickness);
The measurement was performed without the epoxy coat.

【0091】5チップについて、順方向電圧が1.9±
0.1Vで光出力は89で、ピーク波長は649nmで
あった。さらに、SIMS分析をしてSi濃度とN濃度
を測定した。第6の層内のSi濃度はpn接合部分で
0.7×1015cm-3、第6の層内で0.8×1015cm-3
であり、N濃度はpn接合部分で1.6×1018cm-3
第6の層内で0.16×1018cm-3であった。
For 5 chips, the forward voltage is 1.9 ±
At 0.1 V, the light output was 89 and the peak wavelength was 649 nm. Further, SIMS analysis was performed to measure the Si concentration and the N concentration. The Si concentration in the sixth layer is 0.7 × 10 15 cm −3 at the pn junction and 0.8 × 10 15 cm −3 in the sixth layer.
And the N concentration at the pn junction is 1.6 × 10 18 cm −3 ,
It was 0.16 × 10 18 cm −3 in the sixth layer.

【0092】[0092]

【比較例1】第5の層を60分成長し、第6層を成長し
ない以外の条件はすべて実施例に同じで気相成長を終了
した。エピタキシャル膜の第1、第2、第3、第4、第
5のエピタキシャル層の膜厚はそれぞれ5μm、39μ
m、14μm、8μm、22μmであった。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 The vapor phase growth was completed in the same manner as in the example except that the fifth layer was grown for 60 minutes and the sixth layer was not grown. The thicknesses of the first, second, third, fourth, and fifth epitaxial layers of the epitaxial film are 5 μm and 39 μm, respectively.
m, 14 μm, 8 μm and 22 μm.

【0093】第6の層を除いて、第1〜5の層のキャリ
ア濃度は実施例1と同様に測定したところ同じ値であっ
た。次いで、実施例1と同様に発光ダイオードを形成し
て、エポシキコートなしで測定した。
Except for the sixth layer, the carrier concentrations of the first to fifth layers were measured in the same manner as in Example 1, and were the same. Next, a light emitting diode was formed in the same manner as in Example 1, and the measurement was performed without an epoxy coat.

【0094】5チップについて、順方向電圧1.9±
0.1Vで光出力は74で、ピーク波長は649±1n
mであった。SIMS分析をして、Si濃度とN濃度を
測定した。Si濃度はpn接合部分および第5の層内で
0.7×1015cm-3であり、pn接合部分および第5の
層内で1.6×1018cm-3であった。
For 5 chips, a forward voltage of 1.9 ±
The optical output is 74 at 0.1 V, and the peak wavelength is 649 ± 1 n.
m. SIMS analysis was performed to measure Si concentration and N concentration. The Si concentration was 0.7 × 10 15 cm −3 in the pn junction and the fifth layer, and 1.6 × 10 18 cm −3 in the pn junction and the fifth layer.

【0095】[0095]

【比較例2】第4の層を5分間成長し、第6の層でアン
モニアの供給量を0SCCMにした以外はすべて実施例
に同じで、気相成長を終了した。エピタキシャル膜の第
1〜6のエピタキシャル層の膜厚はそれぞれ5μm、3
8μm、12μm、9μm、5μm、19μmであっ
た。
COMPARATIVE EXAMPLE 2 The vapor phase growth was completed in the same manner as in the example except that the fourth layer was grown for 5 minutes and the supply amount of ammonia was set to 0 SCCM in the sixth layer. The thickness of each of the first to sixth epitaxial layers is 5 μm,
They were 8 μm, 12 μm, 9 μm, 5 μm and 19 μm.

【0096】第1〜6の層のキャリア濃度は実施例1と
同様に測定して、同じであった。実施例1と同様に発光
ダイオードを形成して、エポシキコートなしで測定し
た。5チップについて、順方向電圧1.9±0.1Vで
光出力は80で、ピーク波長は649±1nmであっ
た。
The carrier concentrations of the first to sixth layers were measured and the same as in Example 1. A light emitting diode was formed in the same manner as in Example 1, and the measurement was performed without an epoxy coat. For five chips, the light output was 80 at a forward voltage of 1.9 ± 0.1 V, and the peak wavelength was 649 ± 1 nm.

【0097】SIMS分析をして、Si濃度とN濃度を
測定した。Si濃度はpn接合部分で0.6×1015cm
-3、第6の層内では3×1016cm-3と高い濃度が検出さ
れ、N濃度はpn接合部分で1.7×1018cm-3、第6
の層内では、検出限界以下の濃度であった。
SIMS analysis was performed to measure Si concentration and N concentration. Si concentration is 0.6 × 10 15 cm at the pn junction
-3 , a high concentration of 3 × 10 16 cm -3 is detected in the sixth layer, and the N concentration is 1.7 × 10 18 cm -3 at the pn junction, and
The concentration was below the detection limit in the layer.

【0098】[0098]

【発明の効果】以上図面に従い実施の形態を説明したよ
うに、本発明によれば、GaAsPエピタキシャルウエ
ハにおいて、pn接合から少なくとも1μm以上離れた
エピタキシャル層表面側にpn接合部の窒素濃度より減
少した領域を2μm以上有するように構成している。こ
れにより発光の外部への取りだし効率が向上し、高い光
出力を持つLEDを得ることが可能である。
According to the present invention, as described above with reference to the accompanying drawings, according to the present invention, the GaAsP epitaxial wafer has a nitrogen concentration lower than the pn junction on the epitaxial layer surface side at least 1 μm away from the pn junction. It is configured to have a region of 2 μm or more. As a result, the efficiency of extracting light emission to the outside is improved, and an LED having a high light output can be obtained.

【0099】なお、本発明は実施の形態の説明におい
て、半導体基板としてGaPを例にして説明したが、本
発明はこれに限定されない。すなわち、GaAsであっ
ても本発明の効果に差異は変わりはなく、高光出力のG
aAsPを材料とするLED需要の今後の需要増加に貢
献できるものである。
In the description of the embodiments of the present invention, GaP has been described as an example of a semiconductor substrate, but the present invention is not limited to this. In other words, the effect of the present invention remains the same even with GaAs,
This can contribute to a future increase in demand for LEDs using aAsP as a material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のりん化ひ化ガリウムエピタキシャルウ
ェハの層構成の断面説明する図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a layer structure of a gallium arsenide phosphide epitaxial wafer of the present invention.

【図2】りん化ひ化ガリウムエピタキシャルウェハの一
般的層構成の断面を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a cross section of a general layer configuration of a gallium arsenide phosphide epitaxial wafer.

【図3】本発明の対象とする発光ダイオードの構成の断
面を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a cross section of a configuration of a light emitting diode to which the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 単結晶基板、 11 グレー
ド組成層、12 一定組成層、 1
3 低キャリア濃度領域、14 ホモ層、
15 高キャリア濃度領域、16 エピタ
キシャル層、 17 pn接合、18 電
極 20 GaP単結晶基
板、21 GaAs1-xxグレード組成層、 22 G
aAs1-x0x0一定組成層、23 NドープGaAs
1-x0x0低キャリア濃度一定組成層、24 GaPホモ
層 30 p層 31 pn接合よりバンドギャップが大きい層 32 p層内のN濃度を減じた層
10 single crystal substrate, 11 grade composition layer, 12 constant composition layer, 1
3 Low carrier concentration region, 14 homo layers,
Reference Signs List 15 high carrier concentration region, 16 epitaxial layer, 17 pn junction, 18 electrodes 20 GaP single crystal substrate, 21 GaAs 1-x P x grade composition layer, 22 G
aAs 1-x0 P x0 constant composition layer, 23 N doped GaAs
1-x0 Px0 Low carrier concentration constant composition layer, 24 GaP homo layer 30 p layer 31 Layer having a larger band gap than pn junction 32 Layer with reduced N concentration in p layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F041 AA03 CA35 CA37 CA38 CA48 CA49 CA53 CA55 CA57 CA60 CA65 5F045 AA04 AB10 AB11 AB17 AC01 AC09 AC12 AC13 AC19 AD12 AD13 AF04 CA10 DA58 DA59 DQ08 EE12 5F052 KA05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F041 AA03 CA35 CA37 CA38 CA48 CA49 CA53 CA55 CA57 CA60 CA65 5F045 AA04 AB10 AB11 AB17 AC01 AC09 AC12 AC13 AC19 AD12 AD13 AF04 CA10 DA58 DA59 DQ08 EE12 5F052 KA05

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】単結晶基板上に少なくともガリウム(G
a)を構成元素の一つとするエピタキシャル層が形成さ
れたエピタキシャルウエハにおいて、 pn接合部分には少なくとも窒素がドープされ、 該pn接合から少なくとも1μm以上離れたエピタキシ
ャル層表面側に該pn接合部の窒素濃度より減少した領
域を2μm以上有することを特徴とするエピタキシャル
ウエハ。
A single crystal substrate is provided with at least gallium (G).
a) an epitaxial wafer having an epitaxial layer containing one of the constituent elements, wherein the pn junction is doped with at least nitrogen, and the nitrogen of the pn junction is located at least 1 μm or more away from the pn junction on the surface of the epitaxial layer. An epitaxial wafer having a region having a concentration lower than that of 2 μm or more.
【請求項2】前記pn接合部分はGaAs1-xx(0.
45≦x<1)、またはGaPであって、p層内に少な
くとも窒素がドープされ、かつ窒素濃度が該pn接合部
の窒素濃度の90%以下である部分を有することを特徴
とする請求項1に記載のエピタキシャルウエハ。
2. The method according to claim 1, wherein the pn junction is formed of GaAs 1-x P x (0.
45 ≦ x <1) or GaP, wherein the p layer has a portion doped with at least nitrogen and having a nitrogen concentration of 90% or less of the nitrogen concentration of the pn junction. 2. The epitaxial wafer according to 1.
【請求項3】前記p層内において、窒素濃度が前記pn
接合部のn層の窒素濃度の50%以下である部分を有す
ることを特徴とする請求項1又は2に記載のエピタキシ
ャルウエハ。
3. The method according to claim 1, wherein the nitrogen concentration in said p-layer is
3. The epitaxial wafer according to claim 1, wherein the epitaxial wafer has a portion having a nitrogen concentration of 50% or less of an n-layer of a bonding portion. 4.
【請求項4】前記pn接合部を形成するn層側のキャリ
ア濃度は、0.5〜 10×1015cm-3であり、かつ該p
n接合部の窒素濃度は0.3〜9×1018cm-3である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のエ
ピタキシャルウエハ。
4. A carrier on an n-layer side forming said pn junction.
The concentration is 0.5- Ten× 1015cm-3And p
The nitrogen concentration at the n-junction is 0.3 to 9 × 1018cm-3Is
4. The method according to claim 1, wherein
Pitaxial wafer.
【請求項5】前記p層のキャリア濃度は0.1〜70×
1018cm-3であり、該p層の厚さは4〜300μmで
あることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載
のエピタキシャルウエハ。
5. The p-layer has a carrier concentration of 0.1 to 70 ×.
5. The epitaxial wafer according to claim 1, wherein the thickness is 10 18 cm −3 , and the thickness of the p-layer is 4 to 300 μm.
【請求項6】エピタキシャル層表面側の電導型はp型で
あって、キャリア濃度は1〜30×1018cm-3である
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のエ
ピタキシャルウエハ。
6. The epitaxial layer according to claim 1, wherein the conductivity type on the surface side of the epitaxial layer is p-type, and the carrier concentration is 1 to 30 × 10 18 cm -3. Wafer.
【請求項7】前記単結晶基板はGaPであることを特徴
とする請求項1乃至6のいずれかに記載されたエピタキ
シャルウエハ。
7. The epitaxial wafer according to claim 1, wherein said single crystal substrate is GaP.
【請求項8】前記単結晶基板はGaAsであることを特
徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載されたエピタ
キシャルウエハ。
8. The epitaxial wafer according to claim 1, wherein said single crystal substrate is GaAs.
【請求項9】請求項1乃至8のいずれかに記載されたエ
ピタキシャルを用いて製造されたことを特徴とする発光
ダイオード。
9. A light-emitting diode manufactured by using the epitaxial layer according to claim 1. Description:
【請求項10】請求項1乃至8のいずれかに記載された
エピタキシャルウエハの製造方法であって、 前記エピタキシャル層を気相成長法により成長し、 p型ドーパントの有機金属化合物をドーピングガスとし
て前記p層を形成し、 さらに、該p層の形成中にアンモニアガスの供給量を減
少させることで窒素濃度を減少させることを特徴とする
エピタキシャルウエハの製造方法。
10. The method for manufacturing an epitaxial wafer according to claim 1, wherein the epitaxial layer is grown by a vapor phase growth method, and the p-type dopant is an organometallic compound as a doping gas. A method for manufacturing an epitaxial wafer, comprising: forming a p-layer; and reducing the nitrogen concentration by reducing the supply of ammonia gas during the formation of the p-layer.
【請求項11】請求項1乃至8のいずれかに記載された
エピタキシャルウエハの製造方法であって、 前記エピタキシャル層をハイドライド法により成長し、 p型ドーパントの有機金属化合物をドーピングガスとし
て前記p層を形成し、 さらに、該p層の形成中にアンモニアガスの供給量を減
少させることで窒素濃度を減少させることを特徴とする
エピタキシャルウエハの製造方法。
11. The method for manufacturing an epitaxial wafer according to claim 1, wherein said epitaxial layer is grown by a hydride method, and said p-type dopant is an organometallic compound as a doping gas. Forming an epitaxial wafer, and further reducing the supply of ammonia gas during the formation of the p-layer to reduce the nitrogen concentration.
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