赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤ
【課題】特性を向上できる赤外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１ｃは、主表面１１ａと、主表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）を含むＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ基板（０≦ｙ≦１）と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の主表面１１ａ上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層２０とを備える。ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘは、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘよりも低い。ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面１１ａの不純物濃度は、裏面１１ｂの不純物濃度よりも高い。
【解決手段】赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ１ｃは、主表面１１ａと、主表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）を含むＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ基板（０≦ｙ≦１）と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の主表面１１ａ上に形成され、かつ活性層を含むエピタキシャル層２０とを備える。ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘは、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘよりも低い。ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面１１ａの不純物濃度は、裏面１１ｂの不純物濃度よりも高い。
【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および非特許文献２などに開示されている。
【０００４】
図２６および図２７は、非特許文献１に開示のＬＥＤを示す断面図である。図２６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２７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２８は、非特許文献２に開示のＬＥＤを示す断面図である。図２８に示すＬＥＤは、サファイア基板２１０と、接着膜２４２と、エピタキシャル層２２０と、電極２３１、２３２とを備えている。サファイア基板２１０上にＧａＡｓ系のエピタキシャル層２２０を接着膜２４２で貼り付けている。このＬＥＤは、電極２３１、２３２を上面に配置した構造であり、発光した光は、サファイア基板から取り出される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】豊島敏也、他２名、”高ＡｌＡｓ混晶比ＧａＡｌＡｓエピタキシアルウエーハの開発”、日立電線Ｎｏ．７（１９８８−１）、ｐ．３７−４０
【非特許文献２】Ｔｚｅｒ−Ｐｅｒｎｇ Ｃｈｅｎ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｎｏｖｅｌ ｌａｙｅｒｓ ｅｎｈａｎｃｅ ｒｅｄ−ＬＥＤ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ” Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ．ｎｅｔ Ｍａｒｃｈ２００８ ｐ．１４−１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図２６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。光の取り出しのロスを低減するために電極１３２の面積を小さくすると、電極１３２とＧａＡｌＡｓ光透過層１１０とのコンタクト抵抗が大きくなる。このため、動作電圧が大きくなるという問題がある。
【０００９】
図２７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、活性層近傍に位置するＧａＡｌＡｓ光透過層１１０には電流が流れない。このため、動作電圧が大きくなるという問題がある。
【００１０】
図２８に示すサファイア基板２１０にエピタキシャル層２２０が貼り付けられた非特許文献２のＬＥＤでは、サファイア基板２１０、接着膜２４２およびエピタキシャル層２２０の熱膨張率がそれぞれ異なるため、動作や熱サイクルにより、接着膜２４２が劣化し、エピタキシャル層２２０が剥がれてしまう。このため、ＬＥＤが損傷するという問題があった。また、接着膜２４２は絶縁性であるので、浮遊容量が発生することで、高速動作性が悪くなるという問題や、放熱性が悪いことで、大電流動作時の出力が低下するという問題がある。
【００１１】
このように、図２６〜図２８に示すＬＥＤでは、ＬＥＤの特性が十分でないという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、特性を向上できる赤外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、主表面と反対側の裏面とを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）を含むＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ基板（０≦ｙ≦１）と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ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る。ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面のＡｌの組成比ｘは、裏面のＡｌの組成比ｘよりも低い。ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面の不純物濃度は、裏面の不純物濃度よりも高い。
【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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は複数の層を有し、複数の層のうち、主表面に位置する層の不純物濃度は、残りの層の不純物濃度よりも高い。
【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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において主表面側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値は、裏面側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値と同じまたは高い。
【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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、裏面側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値が１×１０16ｃｍ-3以下である。
【００１７】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、不純物が導入された領域が主表面側から５μｍ以上６０μｍ以下である。
【００１８】
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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は複数の層を有し、複数の層において、裏面側から主表面側に向けてＡｌの組成比ｘが単調減少している。
【００１９】
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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層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とした場合に、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下である。
【００２０】
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、上記いずれかに記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の裏面に接するＧａＡｓ基板をさらに備える。
【００２１】
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。
【００２２】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層が露出するようにエピタキシャル層に開口部が形成され、第１の電極は、エピタキシャル層においてＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層と接する面と反対側の表面に接するように形成され、第２の電極は、露出したＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層に接するように形成される。
【００２３】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、露出したＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、第２の電極と接する表面の不純物濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上である。
【００２４】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、第１の電極がｐ型透明電極であり、第２の電極がｎ型電極である。
【００２５】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、ｐ型透明電極は、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）と酸化スズ（ＳｎＯ2）との混合物、アルミニウム原子（Ａｌ）を含む酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素原子（Ｆ）を含む酸化スズ、酸化亜鉛、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）および酸化ガリウム（ＧａＯ）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。
【発明の効果】
【００２６】
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、特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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ｘ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層の不純物濃度を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２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５】本発明の実施の形態３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６】本発明の実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成比ｘを説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成比ｘを説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成比ｘを説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓ層の不純物濃度を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓ層の不純物濃度を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓ層の不純物濃度を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓ層の不純物濃度を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態４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１４】本発明の実施の形態５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１５】本発明の実施の形態６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１６】本発明の実施の形態７における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態８における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態９における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態１０における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態１０における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態１０における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図２２】本発明例７におけるＡｌＧａＡｓ層の第３の層のＡｌの組成比を示す図である。
【図２３】本発明例８におけるＡｌＧａＡｓ層の第３の層のＡｌの組成比を示す図である。
【図２４】本発明例７におけるＡｌＧａＡｓ層の第３の層の△Ａｌ／△ｔを示す図である。
【図２５】本発明例７におけるＡｌＧａＡｓ層の第３の層の△Ａｌ／△ｔを示す図である。
【図２６】非特許文献１に開示の赤外ＬＥＤを示す図である。
【図２７】非特許文献１に開示の赤外ＬＥＤを示す図である。
【図２８】非特許文献２に開示の赤外ＬＥＤを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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、その説明は繰返さない。
【００２９】
（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（ＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ基板（０≦ｙ≦１））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。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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６インチ以下であることが好ましい。
【００３３】
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。
【００３４】
ＡｌＧａＡｓ層１１は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（０≦ｘ≦１）で表される。このＡｌＧａＡｓ層１１において、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。なお、組成比ｘは、Ａｌのモル比である。組成比（１−ｘ）は、Ｇａのモル比である。
【００３５】
ここで、ＡｌＧａＡｓ層１１のモル比について図２を参照して説明する。図２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。
【００３６】
図２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘは、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘよりも低い。また、図２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂから主表面１１ａにかけて、Ａｌの組成比ｘは単調減少していることが好ましい。単調減少とは、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂから主表面１１ａに向けて（成長方向に向けて）、組成比ｘが常に同じまたは減少しており、かつ裏面１１ｂの組成比ｘよりも主表面１１ａの組成比ｘの方が低いことを意味する。つまり、単調減少とは、この成長方向に向けて組成比ｘが増加している部分が含まれていない。
【００３７】
またＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域でのＡｌ組成比ｘの最小値は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域でのＡｌ組成比ｘの最小値と同じまたは低いことが好ましい。
【００３８】
図３に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａの不純物濃度は裏面１１ｂの不純物濃度よりも高い。不純物濃度とは、導電性不純物（ドーパント）の濃度、つまりキャリア濃度である。不純物濃度は、たとえばＳIＭＳ(２次イオン質量分析)法により測定される。ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物は、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。
【００３９】
ここで、ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度について図３を参照して説明する。図３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、各位置での不純物濃度を示す。
【００４０】
図３に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度と同じまたは高いことが好ましい。
【００４１】
特に、図３に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値と同じまたは高いことが好ましく、２倍以上であることがより好ましい。言い換えると、ＡｌＧａＡｓ層１１における主表面１１ａから裏面１１ｂに向けた厚み方向において、主表面１１ａから５０％の厚みまでの領域の不純物濃度の最大値は、ＡｌＧａＡｓ層１１における残部の領域の不純物濃度の最大値と同じまたは高いことが好ましく、２倍以上であることがより好ましい。
【００４２】
また、図３に示すように、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度が単調増加していてもよい。不純物濃度が単調増加している層とは、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて（成長方向に向けて）、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を意味する。つまり、不純物濃度が単調増加している層とは、この層において成長方向に向けて不純物濃度が減少している部分が含まれていない。
【００４３】
図３に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度が変化する領域は、不純物としてテルルを含むことが好ましい。
【００４４】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値が１×１０16ｃｍ-3以下であることが好ましい。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において裏面１１ｂを含む厚さ方向半分の領域における不純物濃度の最大値が１×１０16ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００４５】
ＡｌＧａＡｓ層１１において不純物が導入された領域が主表面１１ａ側から５μｍ以上６０μｍ以下であることが好ましい。ＡｌＧａＡｓ層１１において裏面１１ｂ側は不純物が導入されていないアンドープ領域であってもよい。アンドープ領域におけるｐ型不純物およびｎ型不純物の不純物濃度は、たとえば１×１０17ｃｍ-3以下であることが好ましく、１×１０16ｃｍ-3以下であることがより好ましい。１×１０17ｃｍ-3以下の場合、光の吸収を効果的に抑制できるので、出力がより向上できる。１×１０16ｃｍ-3以上の場合、不純物による光吸収がほぼ無視できるため、出力の向上により効果的である。ただし、１×１０16ｃｍ-3以下の場合、半絶縁性になり、発光するエピ層と実装面の導通がなくなり、そのため、ＬＥＤ素子の回路への組み込み方法、実装作業、実装形態によるが、静電気放電や電源のＯＮ／ＯＦＦ時などのサージに敏感になる。この問題に対し、不純物濃度を１×１０16ｃｍ-3以上、５×１０17ｃｍ-3以下の範囲とすることで、これらの問題が抑制できる。このため、赤外ＬＥＤの損傷や信頼性低下を抑制できるので、特性を向上できる。
【００４６】
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とした場合に、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下であることが好ましい。△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。
【００４７】
エピタキシャル層２０は、活性層を含む。活性層は、ＡｌＧａＡｓ層１１よりもバンドギャップが小さいことが望ましい。ただし、Ａｌ組成比が勾配を有するため、一部で大小関係が逆転する場合もある。
【００４８】
活性層は、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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、本実施の形態ではエピタキシャル層２０は活性層を含んでいる場合について説明したが、エピタキシャル層２０は他の層を含んでいてもよい。他の層を含むエピタキシャル層２０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、ｎ型クラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成された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含む。なお、上記構成において、他の層の少なくとも１層は省略されてもよいし、ｐ型とｎ型とが反対であってもよい。
【００５１】
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。
【００５２】
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ＡｌＧａＡｓ層１１を成長させる工程では、ＧａＡｓ基板１５との界面（裏面１１ｂ）のＡｌの組成比ｘが、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高く、かつ、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ＡｌＧａＡｓ層１１を成長させる。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
次に、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを研磨する。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。
【００５６】
これにより、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。
【００５７】
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）法により活性層を含むエピタキシャル層２０を形成する。この工程では、ＡｌＧａＡｓ層１１上に、上述したような活性層を含むエピタキシャル層を成長させる。
【００５８】
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を容易に成長できる。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、かつ活性層を含むエピタキシャル層２０とを備え、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘは裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘよりも低く、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａの不純物濃度は裏面１１ｂの不純物濃度よりも高い。
【００６３】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ａによれば、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａのＡｌ組成比ｘは、裏面１１ｂのＡｌ組成比ｘよりも低い。このため、酸化されやすい性質を有するＡｌが主表面１１ａに存在することを抑制できる。これにより、ＡｌＧａＡｓ基板１０の表面（本実施の形態ではＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ）に絶縁性の酸化層が形成されることを抑制できる。このため、このＡｌＧａＡｓ基板１０上に形成されるエピタキシャル層に欠陥が導入されることを抑制することができる。
【００６４】
また、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘは、主表面１１ａのＡｌ組成比ｘよりも高い。Ａｌの組成比ｘが高い程、ＡｌＧａＡｓ基板１０の透過特性が良くなる。裏面１１ｂ側にＡｌが多く含まれていても、表面に露出している時間が短いため、主表面１１ａに酸化層が形成されることを低減できる。このため、酸化層が形成されることを抑制できる部分に、Ａｌの組成比ｘの高いＡｌＧａＡｓ結晶を成長させることにより、透過特性を向上できる。
【００６５】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ａを用いて、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、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａの不純物濃度は裏面１１ｂの不純物濃度よりも高いので、電流が流れる領域の横方向（活性層の延びる方向と平行な方向）のシート抵抗（電流経路の抵抗）を下げることができる。このため、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。
【００６６】
さらに、ＡｌＧａＡｓ層１１において裏面１１ｂの不純物濃度は主表面１１ａの不純物濃度よりも低いので、透過率を良好にできるため、光取り出し効率を向上できる。このため、出力を向上することができる。
【００６７】
このように、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａの不純物濃度を高くすることで、動作電圧を低減でき、裏面１１ｂの不純物濃度を低くし、かつＡｌの組成比ｘを高くすることで、出力を向上することができる。
【００６８】
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２の接着膜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。
【００６９】
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、非特許文献２の接着膜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、接着膜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。
【００７０】
また、ＡｌＧａＡｓ基板１０により、十分な導電率が得られるとともに、浮遊容量の問題を低減できるので、高速動作が可能となる。
【００７１】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１の熱伝導率は３００Ｋで５５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。３００Ｋにおいて、サファイアの熱伝導率は２７Ｗ／（ｍ・Ｋ）で、エポキシ樹脂（”ｂｉｓｐｈｅｎｏｌＡ”）は０．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）で、シリコーン（Ｑゴム）は０．１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。このため、ＡｌＧａＡｓ基板１０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対応できる。
【００７２】
以上より、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ａは、赤外ＬＥＤに用いた場合に、特性を向上することができる。
【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２ａ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】
上記エピタキシャルウエハ１ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値と同じまたは高い。
【００７５】
この場合、ＡｌＧａＡｓ層１１におけるエピタキシャル層２０側に位置する半分の領域は、相対的に不純物濃度が高くなる。このため、このエピタキシャルウエハ１ａを用いて作製された横型の赤外ＬＥＤの電流経路の抵抗をより低減することができる。したがって、エピタキシャルウエハ１ａを赤外ＬＥＤに用いると、動作電圧を向上することができる。
【００７６】
上記エピタキシャルウエハ１ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値が１×１０16ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００７７】
これにより、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域において透過率を高めることができる。したがって、エピタキシャルウエハ１ａを赤外ＬＥＤに用いると、出力を向上することができる。
【００７８】
上記エピタキシャルウエハ１ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１において、不純物が導入された領域が主表面１１ａ側から５μｍ以上６０μｍ以下である。
【００７９】
不純物が導入された領域が主表面１１ａ側から５μｍ以上である場合、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚み、組成および不純物濃度の制御が容易であるとともに、横方向のシート抵抗（電流経路の抵抗）を低減できるので、動作電圧を低減できる。一方、不純物が導入された領域が主表面１１ａ側から６０μｍ以下の場合、出力を向上することができる。
【００８０】
上記エピタキシャルウエハ１ａにおいて好ましくは、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とした場合に、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下である。
【００８１】
これにより、主表面１１ａ側で欠陥が導入されることを抑制するようにＡｌの組成比ｘを低くし、裏面１１ｂ側で透過特性を向上するようにＡｌの組成比ｘを高くすることができる。したがって、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ａを用いて横型の赤外ＬＥＤを作製した場合、特性をより向上することができる。
【００８２】
（実施の形態２）
図４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４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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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において、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘは、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘよりも低く、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａの不純物濃度は、裏面１１ｂの不純物濃度よりも高い。
【００８８】
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ので、特性をより向上することができる。
【００８９】
（実施の形態３）
図５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１ｃについて説明する。図５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１ｃは、基本的には図４に示す実施の形態２におけるエピタキシャルウエハ１ｂと同様の構成を備えているが、ＡｌＧａＡｓ層１１が複数の層を有する点において異なる。
【００９０】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ層１１は、第１の層１２と、第１の層１２上に形成された第２の層１３と、第２の層１３上に形成された第３の層１４とを有する。
【００９１】
図６〜図８に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａに位置する第３の層１４の表面のＡｌの組成比ｘは、裏面１１ｂに位置する第１の層の裏面のＡｌの組成比ｘよりも低い。
【００９２】
図６および図７に示すように、第１、第２および第３の層１２、１３、１４のそれぞれは、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層を含んでいてもよい。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。
【００９３】
図８に示すように、第１、第２および第３の層１２、１３、１４のそれぞれは、裏面１１ｂから主表面１１ａに向けてＡｌの組成比ｘが均一である層を含んでいてもよい。また、第１、第２および第３の層のそれぞれのＡｌの組成比ｘは均一で、かつ裏面１１ｂに位置する第１の層１２は主表面１１ａに位置する第３の層１４のＡｌの組成比ｘよりも高くてもよい（図示せず）。
【００９４】
図９〜図１２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａに位置する第３の層１４の表面の不純物濃度は、裏面１１ｂに位置する第１の層１２の裏面の不純物濃度よりも高い。
【００９５】
図９〜図１１に示すように、第１、第２および第３の層１２、１３、１４のそれぞれは、裏面１１ｂから主表面１１ａに向けて不純物濃度が単調増加している層を含んでいてもよい。
【００９６】
図１１および図１２に示すように、第１、第２および第３の層１２、１３、１４の少なくともいずれか１層は、不純物濃度が均一な層であってもよい。また、図１２に示すように、第１、第２および第３の層１２、１３、１４のそれぞれの不純物濃度が均一であり、かつ主表面１１ａに位置する第３の層１４の不純物濃度は、裏面１１ｂに位置する第１の層１２の不純物濃度よりも高くてもよい。
【００９７】
図１０〜図１２に示すように、第１、第２および第３の層１２、１３、１４のうち、主表面１１ａに位置する第３の層１４の不純物濃度は、残りの層である第１および第２の層１２、１３の不純物濃度よりも高いことが好ましい。つまり、第１、第２および第３の層１２、１３、１４のうち、主表面１１ａに位置する第３の層１４の不純物濃度の最小値は、残りの層である第１および第２の層１２、１３の不純物濃度の最大値よりも高いことが好ましい。
【００９８】
図９〜図１１に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度が変化する層は、温度などの成長条件に依存するが不純物の偏析係数が１以下のものが好ましい。代表的にはテルルを含むことが挙げられる。図１１および図１２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において不純物濃度が一定の層は、これについても温度などの成長条件に依存するが不純物の偏析係数が１近傍のものが好ましい。代表的には亜鉛を含むものが挙げられる。これらの偏析係数は、成長温度、結晶の面方位、不純物元素の種類に依存するため、これらの選択により分布の設計が可能である。
【００９９】
ここで、本実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ層１１は複数の層を有しているが、各層の界面は、Ａｌの組成比および不純物濃度の少なくとも一方が不連続に変わる界面を意味する。ＡｌＧａＡｓ層１１が徐冷法や温度差法などのＬＰＥ法で形成される場合、各々の方法で、温度条件や成長槽が変わる場合に、Ａｌの組成比および不純物濃度の少なくとも一方が不連続に変わる。この界面で区切られる層を１層と定義すると、ＡｌＧａＡｓ基板は、２層以上のＡｌＧａＡｓ層を有することが望ましい。ただし、ＬＰＥ法では、界面が急峻ではないため、たとえば、Ａｌ組成比ｘが０．１以上および／または不純物濃度が１０％以上、膜厚方向に変わる場合、１層が形成されたと定義できる。
【０１００】
なお、本実施の形態では、複数の層として、第１、第２および第３の層１２、１３、１４の３層を有する場合を例に挙げて説明したが、本発明の複数の層は、２層以上であれば特に限定されない。
【０１０１】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ｃの製造方法は、基本的には実施の形態２と同様であるが、ＡｌＧａＡｓ基板を形成する工程において、複数の層を有するＡｌＧａＡｓ層１１を形成する点において異なる。
【０１０２】
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１ｃは、ＡｌＧａＡｓ層１１は、複数の層（本実施の形態では第１〜第３の層１２〜１４）を有している。
【０１０３】
複数の層のうち、主表面１１ａに位置する層の不純物濃度が残りの層の不純物濃度よりも高い場合には、エピタキシャルウエハ１ｃを用いて横型の赤外ＬＥＤを作製すると、電流経路の抵抗をより低減できるので、動作電圧をより低減できる。このため、特性をより向上できる。
【０１０４】
複数の層において、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比ｘが単調減少している場合、各層において主表面１１ａ側で欠陥の導入を抑制し、かつ裏面１１ｂ側で透過特性を向上できる。このため、特性をより向上できる。
【０１０５】
またＡｌＧａＡｓ層１１が複数の層を有している場合であっても、図１０〜図１２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値と同じまたは高いことが好ましい。この場合、エピタキシャルウエハ１ｃを用いて作製された赤外ＬＥＤの電流経路の抵抗をより低減することができる。したがって、エピタキシャルウエハ１ｃを用いて横型の赤外ＬＥＤを作製すると、動作電圧を向上することができ、特性を向上できる。
【０１０６】
（実施の形態４）
図１３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１ｄを説明する。図１３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１ｄは、基本的には図５に示す実施の形態３におけるエピタキシャルウエハ１ｃと同様の構成を備えているが、ＡｌＧａＡｓ基板を構成するＡｌＧａＡｓ層１１およびエピタキシャル層２０に開口部が形成されている点において異なる。本実施の形態では、エピタキシャル層２０を貫通し、かつＡｌＧａＡｓ層１１の第３の層１４一部まで達する開口部が形成されている。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１が露出するように開口部が形成され、露出面１０ａが形成されている。露出面１０ａの不純物濃度は１×１０17ｃｍ-3以上であることが好ましく、５×１０17ｃｍ-3以上であることがより好ましい。
【０１０７】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ｄの製造方法は、基本的には実施の形態３におけるエピタキシャルウエハ１ｃの製造方法と同様であるが、エピタキシャル層２０およびＡｌＧａＡｓ層１１に開口部を形成する工程をさらに備える点において異なる。具体的には、実施の形態３で製造したエピタキシャルウエハ１ｃ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、エピタキシャル層での下部層（表面がｐ型である場合にはｎ型層）と接触するように、エッチングを行なうことが好ましい。これにより、図１３に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１に露出面１０ａを形成することができる。
【０１０８】
（実施の形態５）
図１４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１ｅを説明する。図１４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１ｅは、基本的には図１３に示す実施の形態４におけるエピタキシャルウエハ１ｄと同様の構成を備えているが、エピタキシャル層２０がエッチングストップ層２１をさらに含む点において異なる。
【０１０９】
本実施の形態では、エピタキシャル層２０は、エッチングストップ層２１と、このエッチングストップ層２１上に形成され、かつ活性層を含む層２２とを含む。また、本実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ層１１は露出せずに、エッチングストップ層２１の表面が露出している。
【０１１０】
活性層を含む層２２がＡｌＧａＡｓ系の活性層を含む場合のエッチングストップ層２１は、たとえばＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰが好ましい。活性層を含む層２２がＡｌＧａＩｎＰ系の活性層を含む場合のエッチングストップ層２１は、たとえばＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓが好ましい。
【０１１１】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ｅの製造方法は、基本的には実施の形態４におけるエピタキシャルウエハ１ｄの製造方法と同様であるが、エピタキシャル層２０を形成する工程がエッチングストップ層２１を形成する工程を含む点において異なる。
【０１１２】
（実施の形態６）
図１５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１ｆを説明する。図１５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１ｆは、基本的には図１４に示す実施の形態４におけるエピタキシャルウエハ１ｄと同様の構成を備えているが、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａが露出している点において異なる。
【０１１３】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ｆの製造方法は、基本的には実施の形態５におけるエピタキシャルウエハ１ｅの製造方法と同様であるが、ＡｌＧａＡｓ層の主表面１１ａを露出する工程を含む点において異なる。つまり、エッチングストップ層２１を利用してエッチングストップ層２１上の活性層を含む層２２に開口部を形成した後、露出しているエッチングストップ層２１を除去する。
【０１１４】
（実施の形態７）
図１６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１６に示すように、本実施の形態にける赤外ＬＥＤ２ａは、実施の形態４における図１３に示すエピタキシャルウエハ１ｄと、このエピタキシャルウエハ１ｄ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１ｄ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。
【０１１５】
本実施の形態では、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ＡｌＧａＡｓ層１１の露出面１０ａに接するように形成されている。露出したＡｌＧａＡｓ層１１において、第２の電極３２と接する露出面１０ａの不純物濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上であることが好ましい。
【０１１６】
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がｐ型で、かつ露出したＡｌＧａＡｓ層１１において第２の電極と接する露出面１０ａに位置する層が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、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。第２の電極３２は、たとえばＡｕとＧｅ（ゲルマニウム）との合金よりなる。
【０１１７】
第１の電極３１として透明電極を用いる場合には、エピタキシャル層において接触する面は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＰなどであることが好ましい。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。
【０１１８】
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４におけるエピタキシャルウエハ１ｄの製造方法により、エピタキシャルウエハ１ｄを製造する。
【０１１９】
次に、エピタキシャルウエハ１ｄ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１６に示す赤外ＬＥＤ２ａを製造することができる。
【０１２０】
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およびＡｌＧａＡｓ層を介して電流が流れる。この電流が流れる経路は、ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度が高い領域を含むので、横方向のシート抵抗が低減されている。このため、赤外ＬＥＤ２ａの動作電圧を低減できる。また、ＡｌＧａＡｓ層１１においてエピタキシャル層２０と接する領域と反対側の領域（裏面１１ｂ側の領域）は不純物濃度が低い。このため、ＡｌＧａＡｓ基板における裏面１１ｂ側の透過率を向上できるので、光出力を向上できる。
【０１２１】
なお、本実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａをエッチングにより除去して露出面１０ａを形成しているが、エピタキシャル層２０のみに開口部を形成して、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを露出面１０ａとし、この露出面１０ａに接するように第２の電極３２を形成してもよい（図示せず）。
【０１２２】
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４におけるエピタキシャルウエハ１ｄ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。
【０１２３】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ａによれば、ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘおよび不純物濃度を制御したＡｌＧａＡｓ基板１０を有するエピタキシャルウエハ１ｄを備えているので、特性を向上した赤外ＬＥＤ２ａを実現できる。
【０１２４】
また本実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ層１１に接するように第２の電極３２を形成している。ＡｌＧａＡｓ層１１はエピタキシャル層２０よりも厚みが大きいので、開口部の形状の制限が小さいため、開口部を形成しやすい。
【０１２５】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ａにおいて好ましくは、第２の電極３２と接続される露出面１０ａ（コンタクト面）の不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3以上である。赤外ＬＥＤにおいて、第１の電極３１がｐ型ＡｕＺｎであり、第２の電極３２がｎ型ＡｕＧｅＮｉであり、電流（ＩＦ）を２０ｍＡ流すと、露出面１０ａの不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3の動作電圧（ＶＦ）は２．０Ｖであり、露出面１０ａの不純物濃度が５×１０16ｃｍ-3の動作電圧は１．９Ｖであり、露出面１０ａの不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖであり、露出面１０ａの不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖであり、露出面１０ａの不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖである。このため、第２の電極３２と接続される露出面１０ａ（コンタクト面）の不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であると、動作電圧を１．４Ｖ以下に大幅に低減できることがわかる。
【０１２６】
また本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１において、不純物が導入された領域が主表面１１ａ側から５μｍ以上６０μｍ以下である。第２の電極３２と接続される露出面１０ａ（コンタクト面）の不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3以上であり、電流（ＩＦ）を２０ｍＡ流すと、不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3以上である領域が４μｍの動作電圧（ＶＦ）は１．９Ｖであり、５μｍの動作電圧は１．４Ｖであり、１０μｍの動作電圧は１．４Ｖであり、５０μｍの動作電圧は１．４Ｖであり、６０μｍの動作電圧が１．４Ｖである。このため、不純物が導入された領域が５μｍ以上６０μｍ以下であることにより、動作電圧を１．４Ｖ以下に大幅に低減できることがわかる。
【０１２７】
また本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂのＡｌ組成比ｘは、０．３５以上であることが好ましい。赤外ＬＥＤ２ａは横型であるので、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂのＡｌ組成比ｘを０．３５以上と高くすることができる。これにより。光出力をより向上することができる。この組成比は、通常の縦型のＬＥＤにおいて産業上適用できる組成比を超えている。
【０１２８】
（実施の形態８）
図１７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。図１７に示すように、本実施の形態にける赤外ＬＥＤ２ｂおよびその製造方法は、基本的には実施の形態７における赤外ＬＥＤ２ａおよびその製造方法と同様の構成を備えているが、実施の形態４における図１４に示すエピタキシャルウエハ１ｅを備えている点において異なる。このため、第２の電極３２は、エッチングストップ層２１に接するように設けられている。
【０１２９】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｂおよびその製造方法によれば、エピタキシャル層２０はエッチングストップ層を有しているため、第２の電極３２を形成する面を容易に形成することができる。
【０１３０】
（実施の形態９）
図１８を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｃについて説明する。図１８に示すように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｃおよびその製造方法は、基本的には実施の形態７における赤外ＬＥＤ２ａおよびその製造方法と同様の構成を備えるが、実施の形態５における図１５に示すエピタキシャルウエハ１ｆを備えている点において異なる。
【０１３１】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｃおよびその製造方法によれば、第２の電極３２は、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに接するように設けられている。ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａは不純物濃度が相対的に高いため、第２の電極３２とのコンタクト抵抗を低減することができる。このため、赤外ＬＥＤ２ｃの特性をより向上することができる。
【０１３２】
（実施の形態１０）
図１９〜図２１を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｄ〜２ｆについて説明する。図１９〜図２１に示す赤外ＬＥＤ２ｄ〜２ｆのそれぞれは、図１６〜図１８に示す赤外ＬＥＤ２ａ〜２ｃのＡｌＧａＡｓ基板１０がＧａＡｓ基板１５をさらに含んでいる点において異なる。
【０１３３】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｄ〜２ｆによれば、ＧａＡｓ基板１５を備えているので、割れにくく、ハンドリングが容易になる。
【実施例１】
【０１３４】
本実施例では、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面のＡｌの組成比ｘが裏面のＡｌの組成比ｘよりも低く、かつＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面の不純物濃度が裏面の不純物濃度よりも高いことによる効果について調べた。
【０１３５】
（本発明例１）
本発明例１は、図２１に示す実施の形態１０における赤外ＬＥＤ２ｆの製造方法にしたがった。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。
【０１３６】
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第１〜第３の層１２〜１４の３層を有するＡｌＧａＡｓ層１１を成長させた。第１〜第３の層１２〜１４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。
【０１３７】
ＡｌＧａＡｓ層１１は、図７に示すＡｌの組成比ｘを有していた。具体的には、第１および第２の層１２、１３において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．４５で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．２５で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。第３の層１４において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．３５で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．１５で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａのＡｌの組成比（０．１５）は、裏面１１ｂのＡｌの組成比（０．４５）よりも低かった。
【０１３８】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１は、図９に示す不純物濃度を有していた。具体的には、第１〜第３の層１２〜１４において、裏面１１ｂ側の不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3で、主表面１１ａ側の不純物濃度が２×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度は常に増加していた。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａの不純物濃度（２×１０18ｃｍ-3）は裏面の不純物濃度（５×１０17ｃｍ-3）よりも高かった。また、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（２×１０18ｃｍ-3）は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（２×１０18ｃｍ-3）と同じであった。
【０１３９】
以上の条件で、ＡｌＧａＡｓ基板を製造した。次に、ＯＭＶＰＥ法により、活性層を含むエピタキシャル層２０を形成した。
【０１４０】
具体的には、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に、ｎ型バッファ層、エッチングストップ層、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型窓層およびｐ型コンタクト層をこの順で成長した。各層の成長温度は、７６０℃であった。ｎ型バッファ層は０．５μｍの厚みを有し、ＳｉがドープされたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓよりなり、５×１０17ｃｍ-3のキャリア濃度を有していた。エッチングストップ層は、０．１μｍの厚みを有し、ＳｉがドープされたＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐよりなり、５×１０17ｃｍ-3のキャリア濃度を有していた。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のキャリア濃度を有していた。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のキャリア濃度を有していた。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のキャリア濃度を有していた。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のキャリア濃度を有していた。また、活性層は、発光波長８５０ｎｍ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。発光波長９４０ｎｍの場合、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。
【０１４１】
次に、エピタキシャル層において、ＡｌＧａＡｓ基板と接する面と反対側の面上に、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、透明導電膜を形成した。透明導電膜は、３００ｎｍの厚みを有するＩＴＯとした。
【０１４２】
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、ＩｎＧａＰエッチングストップ層でエッチング停止を行ない、その後、エッチングストップ層を塩酸で除去し、さらに、ＡｌＧａＡｓ基板上までバッファ層をエッチングした。
【０１４３】
次に、第２の電極３２として、露出させたＡｌＧａＡｓ基板１０の主表面１１ａに接するように、１２０μｍ径でＡｕＧｅＮｉ電極を３μｍ厚で蒸着した。
【０１４４】
次に、透明導電膜上に、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。以上の工程を実施することにより、本発明例１の赤外ＬＥＤを製造した。
【０１４５】
（本発明例２）
本発明例２は、基本的には本発明例１と同様の構成を備えていたが、ＡｌＧａＡｓ層が図１０に示す不純物濃度を有する点において異なっていた。
【０１４６】
具体的には、第１および第２の層１２、１３において、裏面１１ｂ側の不純物濃度が５×１０16ｃｍ-3で、主表面１１ａ側の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度は常に増加していた。第３の層１４において、裏面１１ｂ側の不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3で、主表面１１ａ側の不純物濃度が２×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度は常に増加していた。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａの不純物濃度（２×１０18ｃｍ-3）は裏面の不純物濃度（５×１０16ｃｍ-3）よりも高かった。また、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（２×１０18ｃｍ-3）は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（１×１０18ｃｍ-3）よりも高かった。
【０１４７】
（本発明例３）
本発明例３は、基本的には本発明例１と同様の構成を備えていたが、ＡｌＧａＡｓ層が図１２に示す不純物濃度を有する点およびドーパントとしてＺｎを用いた点、およびエピタキシャル層において異なっていた。
【０１４８】
具体的には、第１および第２の層１２、１３において、裏面１１ｂ側の不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3で、主表面１１ａ側の不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度は常に一定であった。第３の層１４において、裏面１１ｂ側の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3で、主表面１１ａ側の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度は常に一定であった。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａの不純物濃度（１×１０18ｃｍ-3）は裏面の不純物濃度（５×１０17ｃｍ-3）よりも高かった。また、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（１×１０18ｃｍ-3）は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（５×１０17ｃｍ-3）よりも高かった。また複数の層のうち、主表面１１ａに位置する第３の層１４の不純物濃度（１×１０18ｃｍ-3）は、残りの第１および第２の層１２、１３の不純物濃度（５×１０17ｃｍ-3）よりも高かった。
【０１４９】
本発明例３では、以下のように、ＯＭＶＰＥ法により活性層を含むエピタキシャル層２０を形成した。ＡｌＧａＡｓ基板がｐ型となるため、主表面１１ａ上に、ｐ型バッファ層、エッチングストップ層、ｐ型クラッド層、活性層、ｎ型クラッド層およびｎ型窓層をこの順で成長した。各層の成長温度、組成およびキャリア濃度は先の構造と同じであるが、ｎ型窓層の厚みを５μｍとしており、また、ｎ型コンタクト層は作成しなかった。また、透明電極も用いていなかった。
【０１５０】
（本発明例４）
本発明例４は、基本的には本発明例１と同様の構成を備えていたが、ＡｌＧａＡｓ層が図１１に示す不純物濃度を有する点および第１および第２の層はアンドープであった点において異なっていた。
【０１５１】
具体的には、第１および第２の層１２、１３は不純物を導入しなかった。つまり、第１および第２の層１２、１３の不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3以下で一定であった。第３の層１４において、裏面１１ｂ側の不純物濃度が５×１０16ｃｍ-3で、主表面１１ａ側の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度は常に増加していた。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａの不純物濃度（１×１０18ｃｍ-3）は裏面の不純物濃度（１×１０16ｃｍ-3以下）よりも高かった。また、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（１×１０18ｃｍ-3）は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（１×１０16ｃｍ-3以下）よりも高かった。また複数の層のうち、主表面１１ａに位置する第３の層１４の不純物濃度（１×１０18ｃｍ-3）は、残りの第１および第２の層１２、１３の不純物濃度（１×１０16ｃｍ-3以下）よりも高かった。
【０１５２】
（本発明例５）
本発明例５は、基本的には本発明例４と同様の構成を備えていたが、ＡｌＧａＡｓ層が図６に示すＡｌの組成比を有している点において異なっていた。
【０１５３】
具体的には、第１および第２の層１２、１３において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．３５で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．１５で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。第３の層１４において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．３５で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．１５で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａのＡｌの組成比（０．１５）は、裏面１１ｂのＡｌの組成比（０．３５）よりも低かった。なお、不純物濃度は、本発明例４と同様に図１１に示す分布を有しており、ドーパントはテルルを用いている。
【０１５４】
（本発明例６）
本発明例６は、基本的には本発明例４と同様の構成を備えていたが、ＡｌＧａＡｓ層が図８に示すＡｌの組成比を有している点において異なっていた。
【０１５５】
具体的には、第１および第２の層１２、１３において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．４０で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．４０で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に一定であった。第３の層１４において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．４０で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．１５で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａのＡｌの組成比（０．１５）は、裏面１１ｂのＡｌの組成比（０．４０）よりも低かった。なお、不純物濃度は、本発明例４と同様に図１１に示す分布を有しており、ドーパントはテルルを用いている。
【０１５６】
（参考例）
参考例として、エピタキシャルウエハの上面および下面に電極を形成した縦型の赤外ＬＥＤを製造した。参考例では、本発明例１のエピタキシャルウエハにおいて、ＧａＡｓ基板を除去し、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂ上に、第２の電極３２として、ｎ型電極を形成した。第２の電極３２は、ドット状とし、材料をＡｕＧｅ合金とし、厚みを１μｍとした。
【０１５７】
（測定方法）
本発明例１〜６および参考例の赤外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８５０ｎｍの光出力を測定した。その結果を下記の表１に示す。
【０１５８】
【表１】
【０１５９】
表１に示すように、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面のＡｌの組成比ｘが裏面のＡｌの組成比ｘよりも低く、かつＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面の不純物濃度が裏面の不純物濃度よりも高い本発明例１〜６のエピタキシャルウエハを用いて横型の赤外ＬＥＤを作製することにより、縦型の赤外ＬＥＤよりも出力を向上できることがわかった。これは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面の不純物濃度が裏面の不純物濃度よりも高いため、電流経路の抵抗を小さくできたとともに、裏面側の透光率を向上できたこと、および、裏面側に電極を配置しないため、電極部での吸収ロスが抑制できたためであった。
【０１６０】
また、活性層の構造のみをかえて、波長９４０ｎｍとした場合でも、本発明例１〜６の出力の大小関係は波長８５０ｎｍ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。
【実施例２】
【０１６１】
本実施例では、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ６×１０-3／μｍ以下であることの効果について調べた。
【０１６２】
（本発明例７および８）
本発明例７および８は、基本的には本発明例４と同様の構成を備えていたが、ＡｌＧａＡｓ層の第３の層において異なっていた。
【０１６３】
具体的には、本発明例７および８における第３の層のＡｌの組成比を図２２におよび図２３に示す。図２２および図２３において、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに位置する第３の層の表面を深さ０としている。つまり、図２２および図２３において、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａである第３の層１４の表面を深さ０とし、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂ側に位置する第２の層１３との界面に向けて深さを規定している。図２２に示すように、本発明例７の第３の層は、５０μｍの厚みを有し、裏面１１ｂ側の組成比が０．２０で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．０２で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比ｘは単調減少していた。図２３に示すように、本発明例８の第３の層は、３６μｍの厚みを有し、裏面１１ｂ側の組成比が０．４９で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．０２で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比ｘは単調減少していた。なお、このＡｌの組成比ｘは、ＥＰＭＡにより測定した値である。
【０１６４】
図２２および図２３に示すＡｌの組成比ｘを測定した本発明例７および本発明例８のＡｌＧａＡｓ基板について、Ａｌの組成比の傾き（図２４および２５における縦軸で示されるＡｌ組成比勾配）である△Ａｌ／△ｔ（単位：組成差／μｍ）を求めた。その結果を図２４および図２５にそれぞれ示す。なお、図２４および図２５において、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに位置する第３の層１４の表面を深さ０としている。
【０１６５】
ＡｌＧａＡｓ基板において、ＡｌＧａＡｓ層１１の第３の層１４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とした場合に、図２４に示す本発明例７の△Ａｌ／△ｔは１×１０-3／μｍ以上６×１０-3／μｍ以下であり、図２５に示す本発明例８の△Ａｌ／△ｔは５×１０-3／μｍ以上２×１０-3／μｍ以下であった。
【０１６６】
本発明例７および８のＡｌＧａＡｓ基板を備えた赤外ＬＥＤについて、実施例１と同様に出力を測定した結果、動作電流２０ｍＡで光出力１０ｍＷを確認した。したがって、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面のＡｌの組成比ｘが裏面のＡｌの組成比ｘよりも低く、かつＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面の不純物濃度が裏面の不純物濃度よりも高く、かつ、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ６×１０-3／μｍ以下であることにより、出力をより向上できることがわかった。
【０１６７】
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】
【０１６８】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，ｆ エピタキシャルウエハ、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ 赤外ＬＥＤ、１０ ＡｌＧａＡｓ基板、１０ａ 露出面、１１ ＡｌＧａＡｓ層、１１ａ 主表面、１１ｂ 裏面、１２ 第１の層、１３ 第２の層、１４ 第３の層、１５ ＧａＡｓ基板、２０ エピタキシャル層、２１ エッチングストップ層、２２ 活性層を含む層、３１ 第１の電極、３２ 第２の電極。
【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および非特許文献２などに開示されている。
【０００４】
図２６および図２７は、非特許文献１に開示のＬＥＤを示す断面図である。図２６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２７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２８は、非特許文献２に開示のＬＥＤを示す断面図である。図２８に示すＬＥＤは、サファイア基板２１０と、接着膜２４２と、エピタキシャル層２２０と、電極２３１、２３２とを備えている。サファイア基板２１０上にＧａＡｓ系のエピタキシャル層２２０を接着膜２４２で貼り付けている。このＬＥＤは、電極２３１、２３２を上面に配置した構造であり、発光した光は、サファイア基板から取り出される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】豊島敏也、他２名、”高ＡｌＡｓ混晶比ＧａＡｌＡｓエピタキシアルウエーハの開発”、日立電線Ｎｏ．７（１９８８−１）、ｐ．３７−４０
【非特許文献２】Ｔｚｅｒ−Ｐｅｒｎｇ Ｃｈｅｎ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｎｏｖｅｌ ｌａｙｅｒｓ ｅｎｈａｎｃｅ ｒｅｄ−ＬＥＤ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ” Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ．ｎｅｔ Ｍａｒｃｈ２００８ ｐ．１４−１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図２６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。光の取り出しのロスを低減するために電極１３２の面積を小さくすると、電極１３２とＧａＡｌＡｓ光透過層１１０とのコンタクト抵抗が大きくなる。このため、動作電圧が大きくなるという問題がある。
【０００９】
図２７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、活性層近傍に位置するＧａＡｌＡｓ光透過層１１０には電流が流れない。このため、動作電圧が大きくなるという問題がある。
【００１０】
図２８に示すサファイア基板２１０にエピタキシャル層２２０が貼り付けられた非特許文献２のＬＥＤでは、サファイア基板２１０、接着膜２４２およびエピタキシャル層２２０の熱膨張率がそれぞれ異なるため、動作や熱サイクルにより、接着膜２４２が劣化し、エピタキシャル層２２０が剥がれてしまう。このため、ＬＥＤが損傷するという問題があった。また、接着膜２４２は絶縁性であるので、浮遊容量が発生することで、高速動作性が悪くなるという問題や、放熱性が悪いことで、大電流動作時の出力が低下するという問題がある。
【００１１】
このように、図２６〜図２８に示すＬＥＤでは、ＬＥＤの特性が十分でないという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、特性を向上できる赤外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、主表面と反対側の裏面とを有するＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）を含むＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ基板（０≦ｙ≦１）と、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ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る。ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面のＡｌの組成比ｘは、裏面のＡｌの組成比ｘよりも低い。ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面の不純物濃度は、裏面の不純物濃度よりも高い。
【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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は複数の層を有し、複数の層のうち、主表面に位置する層の不純物濃度は、残りの層の不純物濃度よりも高い。
【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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において主表面側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値は、裏面側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値と同じまたは高い。
【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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、裏面側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値が１×１０16ｃｍ-3以下である。
【００１７】
上記赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、不純物が導入された領域が主表面側から５μｍ以上６０μｍ以下である。
【００１８】
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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は複数の層を有し、複数の層において、裏面側から主表面側に向けてＡｌの組成比ｘが単調減少している。
【００１９】
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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層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とした場合に、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下である。
【００２０】
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、上記いずれかに記載のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の裏面に接するＧａＡｓ基板をさらに備える。
【００２１】
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。
【００２２】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層が露出するようにエピタキシャル層に開口部が形成され、第１の電極は、エピタキシャル層においてＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層と接する面と反対側の表面に接するように形成され、第２の電極は、露出したＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層に接するように形成される。
【００２３】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、露出したＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、第２の電極と接する表面の不純物濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上である。
【００２４】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、第１の電極がｐ型透明電極であり、第２の電極がｎ型電極である。
【００２５】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、ｐ型透明電極は、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）と酸化スズ（ＳｎＯ2）との混合物、アルミニウム原子（Ａｌ）を含む酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素原子（Ｆ）を含む酸化スズ、酸化亜鉛、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）および酸化ガリウム（ＧａＯ）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。
【発明の効果】
【００２６】
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、特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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ｘ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層の不純物濃度を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２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５】本発明の実施の形態３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６】本発明の実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成比ｘを説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成比ｘを説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成比ｘを説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓ層の不純物濃度を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓ層の不純物濃度を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓ層の不純物濃度を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓ層の不純物濃度を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態４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１４】本発明の実施の形態５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１５】本発明の実施の形態６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１６】本発明の実施の形態７における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態８における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態９における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態１０における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態１０における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態１０における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図２２】本発明例７におけるＡｌＧａＡｓ層の第３の層のＡｌの組成比を示す図である。
【図２３】本発明例８におけるＡｌＧａＡｓ層の第３の層のＡｌの組成比を示す図である。
【図２４】本発明例７におけるＡｌＧａＡｓ層の第３の層の△Ａｌ／△ｔを示す図である。
【図２５】本発明例７におけるＡｌＧａＡｓ層の第３の層の△Ａｌ／△ｔを示す図である。
【図２６】非特許文献１に開示の赤外ＬＥＤを示す図である。
【図２７】非特許文献１に開示の赤外ＬＥＤを示す図である。
【図２８】非特許文献２に開示の赤外ＬＥＤを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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、その説明は繰返さない。
【００２９】
（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（ＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ基板（０≦ｙ≦１））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。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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６インチ以下であることが好ましい。
【００３３】
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。
【００３４】
ＡｌＧａＡｓ層１１は、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（０≦ｘ≦１）で表される。このＡｌＧａＡｓ層１１において、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。なお、組成比ｘは、Ａｌのモル比である。組成比（１−ｘ）は、Ｇａのモル比である。
【００３５】
ここで、ＡｌＧａＡｓ層１１のモル比について図２を参照して説明する。図２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。
【００３６】
図２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘは、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘよりも低い。また、図２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂから主表面１１ａにかけて、Ａｌの組成比ｘは単調減少していることが好ましい。単調減少とは、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂから主表面１１ａに向けて（成長方向に向けて）、組成比ｘが常に同じまたは減少しており、かつ裏面１１ｂの組成比ｘよりも主表面１１ａの組成比ｘの方が低いことを意味する。つまり、単調減少とは、この成長方向に向けて組成比ｘが増加している部分が含まれていない。
【００３７】
またＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域でのＡｌ組成比ｘの最小値は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域でのＡｌ組成比ｘの最小値と同じまたは低いことが好ましい。
【００３８】
図３に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａの不純物濃度は裏面１１ｂの不純物濃度よりも高い。不純物濃度とは、導電性不純物（ドーパント）の濃度、つまりキャリア濃度である。不純物濃度は、たとえばＳIＭＳ(２次イオン質量分析)法により測定される。ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物は、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。
【００３９】
ここで、ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度について図３を参照して説明する。図３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、各位置での不純物濃度を示す。
【００４０】
図３に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度と同じまたは高いことが好ましい。
【００４１】
特に、図３に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値と同じまたは高いことが好ましく、２倍以上であることがより好ましい。言い換えると、ＡｌＧａＡｓ層１１における主表面１１ａから裏面１１ｂに向けた厚み方向において、主表面１１ａから５０％の厚みまでの領域の不純物濃度の最大値は、ＡｌＧａＡｓ層１１における残部の領域の不純物濃度の最大値と同じまたは高いことが好ましく、２倍以上であることがより好ましい。
【００４２】
また、図３に示すように、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度が単調増加していてもよい。不純物濃度が単調増加している層とは、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて（成長方向に向けて）、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を意味する。つまり、不純物濃度が単調増加している層とは、この層において成長方向に向けて不純物濃度が減少している部分が含まれていない。
【００４３】
図３に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度が変化する領域は、不純物としてテルルを含むことが好ましい。
【００４４】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値が１×１０16ｃｍ-3以下であることが好ましい。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において裏面１１ｂを含む厚さ方向半分の領域における不純物濃度の最大値が１×１０16ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００４５】
ＡｌＧａＡｓ層１１において不純物が導入された領域が主表面１１ａ側から５μｍ以上６０μｍ以下であることが好ましい。ＡｌＧａＡｓ層１１において裏面１１ｂ側は不純物が導入されていないアンドープ領域であってもよい。アンドープ領域におけるｐ型不純物およびｎ型不純物の不純物濃度は、たとえば１×１０17ｃｍ-3以下であることが好ましく、１×１０16ｃｍ-3以下であることがより好ましい。１×１０17ｃｍ-3以下の場合、光の吸収を効果的に抑制できるので、出力がより向上できる。１×１０16ｃｍ-3以上の場合、不純物による光吸収がほぼ無視できるため、出力の向上により効果的である。ただし、１×１０16ｃｍ-3以下の場合、半絶縁性になり、発光するエピ層と実装面の導通がなくなり、そのため、ＬＥＤ素子の回路への組み込み方法、実装作業、実装形態によるが、静電気放電や電源のＯＮ／ＯＦＦ時などのサージに敏感になる。この問題に対し、不純物濃度を１×１０16ｃｍ-3以上、５×１０17ｃｍ-3以下の範囲とすることで、これらの問題が抑制できる。このため、赤外ＬＥＤの損傷や信頼性低下を抑制できるので、特性を向上できる。
【００４６】
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とした場合に、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下であることが好ましい。△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。
【００４７】
エピタキシャル層２０は、活性層を含む。活性層は、ＡｌＧａＡｓ層１１よりもバンドギャップが小さいことが望ましい。ただし、Ａｌ組成比が勾配を有するため、一部で大小関係が逆転する場合もある。
【００４８】
活性層は、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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、本実施の形態ではエピタキシャル層２０は活性層を含んでいる場合について説明したが、エピタキシャル層２０は他の層を含んでいてもよい。他の層を含むエピタキシャル層２０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、ｎ型クラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成された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含む。なお、上記構成において、他の層の少なくとも１層は省略されてもよいし、ｐ型とｎ型とが反対であってもよい。
【００５１】
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。
【００５２】
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ＡｌＧａＡｓ層１１を成長させる工程では、ＧａＡｓ基板１５との界面（裏面１１ｂ）のＡｌの組成比ｘが、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘよりも高く、かつ、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ＡｌＧａＡｓ層１１を成長させる。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
次に、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを研磨する。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。
【００５６】
これにより、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。
【００５７】
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）法により活性層を含むエピタキシャル層２０を形成する。この工程では、ＡｌＧａＡｓ層１１上に、上述したような活性層を含むエピタキシャル層を成長させる。
【００５８】
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を容易に成長できる。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、かつ活性層を含むエピタキシャル層２０とを備え、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘは裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘよりも低く、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａの不純物濃度は裏面１１ｂの不純物濃度よりも高い。
【００６３】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ａによれば、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａのＡｌ組成比ｘは、裏面１１ｂのＡｌ組成比ｘよりも低い。このため、酸化されやすい性質を有するＡｌが主表面１１ａに存在することを抑制できる。これにより、ＡｌＧａＡｓ基板１０の表面（本実施の形態ではＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ）に絶縁性の酸化層が形成されることを抑制できる。このため、このＡｌＧａＡｓ基板１０上に形成されるエピタキシャル層に欠陥が導入されることを抑制することができる。
【００６４】
また、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘは、主表面１１ａのＡｌ組成比ｘよりも高い。Ａｌの組成比ｘが高い程、ＡｌＧａＡｓ基板１０の透過特性が良くなる。裏面１１ｂ側にＡｌが多く含まれていても、表面に露出している時間が短いため、主表面１１ａに酸化層が形成されることを低減できる。このため、酸化層が形成されることを抑制できる部分に、Ａｌの組成比ｘの高いＡｌＧａＡｓ結晶を成長させることにより、透過特性を向上できる。
【００６５】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ａを用いて、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、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａの不純物濃度は裏面１１ｂの不純物濃度よりも高いので、電流が流れる領域の横方向（活性層の延びる方向と平行な方向）のシート抵抗（電流経路の抵抗）を下げることができる。このため、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。
【００６６】
さらに、ＡｌＧａＡｓ層１１において裏面１１ｂの不純物濃度は主表面１１ａの不純物濃度よりも低いので、透過率を良好にできるため、光取り出し効率を向上できる。このため、出力を向上することができる。
【００６７】
このように、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａの不純物濃度を高くすることで、動作電圧を低減でき、裏面１１ｂの不純物濃度を低くし、かつＡｌの組成比ｘを高くすることで、出力を向上することができる。
【００６８】
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２の接着膜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。
【００６９】
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、非特許文献２の接着膜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、接着膜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。
【００７０】
また、ＡｌＧａＡｓ基板１０により、十分な導電率が得られるとともに、浮遊容量の問題を低減できるので、高速動作が可能となる。
【００７１】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１の熱伝導率は３００Ｋで５５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。３００Ｋにおいて、サファイアの熱伝導率は２７Ｗ／（ｍ・Ｋ）で、エポキシ樹脂（”ｂｉｓｐｈｅｎｏｌＡ”）は０．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）で、シリコーン（Ｑゴム）は０．１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。このため、ＡｌＧａＡｓ基板１０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対応できる。
【００７２】
以上より、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ａは、赤外ＬＥＤに用いた場合に、特性を向上することができる。
【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２ａ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】
上記エピタキシャルウエハ１ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値と同じまたは高い。
【００７５】
この場合、ＡｌＧａＡｓ層１１におけるエピタキシャル層２０側に位置する半分の領域は、相対的に不純物濃度が高くなる。このため、このエピタキシャルウエハ１ａを用いて作製された横型の赤外ＬＥＤの電流経路の抵抗をより低減することができる。したがって、エピタキシャルウエハ１ａを赤外ＬＥＤに用いると、動作電圧を向上することができる。
【００７６】
上記エピタキシャルウエハ１ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値が１×１０16ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００７７】
これにより、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域において透過率を高めることができる。したがって、エピタキシャルウエハ１ａを赤外ＬＥＤに用いると、出力を向上することができる。
【００７８】
上記エピタキシャルウエハ１ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１において、不純物が導入された領域が主表面１１ａ側から５μｍ以上６０μｍ以下である。
【００７９】
不純物が導入された領域が主表面１１ａ側から５μｍ以上である場合、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚み、組成および不純物濃度の制御が容易であるとともに、横方向のシート抵抗（電流経路の抵抗）を低減できるので、動作電圧を低減できる。一方、不純物が導入された領域が主表面１１ａ側から６０μｍ以下の場合、出力を向上することができる。
【００８０】
上記エピタキシャルウエハ１ａにおいて好ましくは、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とした場合に、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下である。
【００８１】
これにより、主表面１１ａ側で欠陥が導入されることを抑制するようにＡｌの組成比ｘを低くし、裏面１１ｂ側で透過特性を向上するようにＡｌの組成比ｘを高くすることができる。したがって、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ａを用いて横型の赤外ＬＥＤを作製した場合、特性をより向上することができる。
【００８２】
（実施の形態２）
図４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４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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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において、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘは、裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘよりも低く、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａの不純物濃度は、裏面１１ｂの不純物濃度よりも高い。
【００８８】
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ので、特性をより向上することができる。
【００８９】
（実施の形態３）
図５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１ｃについて説明する。図５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１ｃは、基本的には図４に示す実施の形態２におけるエピタキシャルウエハ１ｂと同様の構成を備えているが、ＡｌＧａＡｓ層１１が複数の層を有する点において異なる。
【００９０】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ層１１は、第１の層１２と、第１の層１２上に形成された第２の層１３と、第２の層１３上に形成された第３の層１４とを有する。
【００９１】
図６〜図８に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａに位置する第３の層１４の表面のＡｌの組成比ｘは、裏面１１ｂに位置する第１の層の裏面のＡｌの組成比ｘよりも低い。
【００９２】
図６および図７に示すように、第１、第２および第３の層１２、１３、１４のそれぞれは、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層を含んでいてもよい。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。
【００９３】
図８に示すように、第１、第２および第３の層１２、１３、１４のそれぞれは、裏面１１ｂから主表面１１ａに向けてＡｌの組成比ｘが均一である層を含んでいてもよい。また、第１、第２および第３の層のそれぞれのＡｌの組成比ｘは均一で、かつ裏面１１ｂに位置する第１の層１２は主表面１１ａに位置する第３の層１４のＡｌの組成比ｘよりも高くてもよい（図示せず）。
【００９４】
図９〜図１２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において、主表面１１ａに位置する第３の層１４の表面の不純物濃度は、裏面１１ｂに位置する第１の層１２の裏面の不純物濃度よりも高い。
【００９５】
図９〜図１１に示すように、第１、第２および第３の層１２、１３、１４のそれぞれは、裏面１１ｂから主表面１１ａに向けて不純物濃度が単調増加している層を含んでいてもよい。
【００９６】
図１１および図１２に示すように、第１、第２および第３の層１２、１３、１４の少なくともいずれか１層は、不純物濃度が均一な層であってもよい。また、図１２に示すように、第１、第２および第３の層１２、１３、１４のそれぞれの不純物濃度が均一であり、かつ主表面１１ａに位置する第３の層１４の不純物濃度は、裏面１１ｂに位置する第１の層１２の不純物濃度よりも高くてもよい。
【００９７】
図１０〜図１２に示すように、第１、第２および第３の層１２、１３、１４のうち、主表面１１ａに位置する第３の層１４の不純物濃度は、残りの層である第１および第２の層１２、１３の不純物濃度よりも高いことが好ましい。つまり、第１、第２および第３の層１２、１３、１４のうち、主表面１１ａに位置する第３の層１４の不純物濃度の最小値は、残りの層である第１および第２の層１２、１３の不純物濃度の最大値よりも高いことが好ましい。
【００９８】
図９〜図１１に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度が変化する層は、温度などの成長条件に依存するが不純物の偏析係数が１以下のものが好ましい。代表的にはテルルを含むことが挙げられる。図１１および図１２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において不純物濃度が一定の層は、これについても温度などの成長条件に依存するが不純物の偏析係数が１近傍のものが好ましい。代表的には亜鉛を含むものが挙げられる。これらの偏析係数は、成長温度、結晶の面方位、不純物元素の種類に依存するため、これらの選択により分布の設計が可能である。
【００９９】
ここで、本実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ層１１は複数の層を有しているが、各層の界面は、Ａｌの組成比および不純物濃度の少なくとも一方が不連続に変わる界面を意味する。ＡｌＧａＡｓ層１１が徐冷法や温度差法などのＬＰＥ法で形成される場合、各々の方法で、温度条件や成長槽が変わる場合に、Ａｌの組成比および不純物濃度の少なくとも一方が不連続に変わる。この界面で区切られる層を１層と定義すると、ＡｌＧａＡｓ基板は、２層以上のＡｌＧａＡｓ層を有することが望ましい。ただし、ＬＰＥ法では、界面が急峻ではないため、たとえば、Ａｌ組成比ｘが０．１以上および／または不純物濃度が１０％以上、膜厚方向に変わる場合、１層が形成されたと定義できる。
【０１００】
なお、本実施の形態では、複数の層として、第１、第２および第３の層１２、１３、１４の３層を有する場合を例に挙げて説明したが、本発明の複数の層は、２層以上であれば特に限定されない。
【０１０１】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ｃの製造方法は、基本的には実施の形態２と同様であるが、ＡｌＧａＡｓ基板を形成する工程において、複数の層を有するＡｌＧａＡｓ層１１を形成する点において異なる。
【０１０２】
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１ｃは、ＡｌＧａＡｓ層１１は、複数の層（本実施の形態では第１〜第３の層１２〜１４）を有している。
【０１０３】
複数の層のうち、主表面１１ａに位置する層の不純物濃度が残りの層の不純物濃度よりも高い場合には、エピタキシャルウエハ１ｃを用いて横型の赤外ＬＥＤを作製すると、電流経路の抵抗をより低減できるので、動作電圧をより低減できる。このため、特性をより向上できる。
【０１０４】
複数の層において、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比ｘが単調減少している場合、各層において主表面１１ａ側で欠陥の導入を抑制し、かつ裏面１１ｂ側で透過特性を向上できる。このため、特性をより向上できる。
【０１０５】
またＡｌＧａＡｓ層１１が複数の層を有している場合であっても、図１０〜図１２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値と同じまたは高いことが好ましい。この場合、エピタキシャルウエハ１ｃを用いて作製された赤外ＬＥＤの電流経路の抵抗をより低減することができる。したがって、エピタキシャルウエハ１ｃを用いて横型の赤外ＬＥＤを作製すると、動作電圧を向上することができ、特性を向上できる。
【０１０６】
（実施の形態４）
図１３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１ｄを説明する。図１３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１ｄは、基本的には図５に示す実施の形態３におけるエピタキシャルウエハ１ｃと同様の構成を備えているが、ＡｌＧａＡｓ基板を構成するＡｌＧａＡｓ層１１およびエピタキシャル層２０に開口部が形成されている点において異なる。本実施の形態では、エピタキシャル層２０を貫通し、かつＡｌＧａＡｓ層１１の第３の層１４一部まで達する開口部が形成されている。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１が露出するように開口部が形成され、露出面１０ａが形成されている。露出面１０ａの不純物濃度は１×１０17ｃｍ-3以上であることが好ましく、５×１０17ｃｍ-3以上であることがより好ましい。
【０１０７】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ｄの製造方法は、基本的には実施の形態３におけるエピタキシャルウエハ１ｃの製造方法と同様であるが、エピタキシャル層２０およびＡｌＧａＡｓ層１１に開口部を形成する工程をさらに備える点において異なる。具体的には、実施の形態３で製造したエピタキシャルウエハ１ｃ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、エピタキシャル層での下部層（表面がｐ型である場合にはｎ型層）と接触するように、エッチングを行なうことが好ましい。これにより、図１３に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１に露出面１０ａを形成することができる。
【０１０８】
（実施の形態５）
図１４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１ｅを説明する。図１４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１ｅは、基本的には図１３に示す実施の形態４におけるエピタキシャルウエハ１ｄと同様の構成を備えているが、エピタキシャル層２０がエッチングストップ層２１をさらに含む点において異なる。
【０１０９】
本実施の形態では、エピタキシャル層２０は、エッチングストップ層２１と、このエッチングストップ層２１上に形成され、かつ活性層を含む層２２とを含む。また、本実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ層１１は露出せずに、エッチングストップ層２１の表面が露出している。
【０１１０】
活性層を含む層２２がＡｌＧａＡｓ系の活性層を含む場合のエッチングストップ層２１は、たとえばＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰが好ましい。活性層を含む層２２がＡｌＧａＩｎＰ系の活性層を含む場合のエッチングストップ層２１は、たとえばＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓが好ましい。
【０１１１】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ｅの製造方法は、基本的には実施の形態４におけるエピタキシャルウエハ１ｄの製造方法と同様であるが、エピタキシャル層２０を形成する工程がエッチングストップ層２１を形成する工程を含む点において異なる。
【０１１２】
（実施の形態６）
図１５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１ｆを説明する。図１５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１ｆは、基本的には図１４に示す実施の形態４におけるエピタキシャルウエハ１ｄと同様の構成を備えているが、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａが露出している点において異なる。
【０１１３】
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１ｆの製造方法は、基本的には実施の形態５におけるエピタキシャルウエハ１ｅの製造方法と同様であるが、ＡｌＧａＡｓ層の主表面１１ａを露出する工程を含む点において異なる。つまり、エッチングストップ層２１を利用してエッチングストップ層２１上の活性層を含む層２２に開口部を形成した後、露出しているエッチングストップ層２１を除去する。
【０１１４】
（実施の形態７）
図１６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１６に示すように、本実施の形態にける赤外ＬＥＤ２ａは、実施の形態４における図１３に示すエピタキシャルウエハ１ｄと、このエピタキシャルウエハ１ｄ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１ｄ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。
【０１１５】
本実施の形態では、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ＡｌＧａＡｓ層１１の露出面１０ａに接するように形成されている。露出したＡｌＧａＡｓ層１１において、第２の電極３２と接する露出面１０ａの不純物濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上であることが好ましい。
【０１１６】
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がｐ型で、かつ露出したＡｌＧａＡｓ層１１において第２の電極と接する露出面１０ａに位置する層が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、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。第２の電極３２は、たとえばＡｕとＧｅ（ゲルマニウム）との合金よりなる。
【０１１７】
第１の電極３１として透明電極を用いる場合には、エピタキシャル層において接触する面は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＰなどであることが好ましい。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。
【０１１８】
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４におけるエピタキシャルウエハ１ｄの製造方法により、エピタキシャルウエハ１ｄを製造する。
【０１１９】
次に、エピタキシャルウエハ１ｄ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１６に示す赤外ＬＥＤ２ａを製造することができる。
【０１２０】
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およびＡｌＧａＡｓ層を介して電流が流れる。この電流が流れる経路は、ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物濃度が高い領域を含むので、横方向のシート抵抗が低減されている。このため、赤外ＬＥＤ２ａの動作電圧を低減できる。また、ＡｌＧａＡｓ層１１においてエピタキシャル層２０と接する領域と反対側の領域（裏面１１ｂ側の領域）は不純物濃度が低い。このため、ＡｌＧａＡｓ基板における裏面１１ｂ側の透過率を向上できるので、光出力を向上できる。
【０１２１】
なお、本実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａをエッチングにより除去して露出面１０ａを形成しているが、エピタキシャル層２０のみに開口部を形成して、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを露出面１０ａとし、この露出面１０ａに接するように第２の電極３２を形成してもよい（図示せず）。
【０１２２】
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４におけるエピタキシャルウエハ１ｄ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。
【０１２３】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ａによれば、ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘおよび不純物濃度を制御したＡｌＧａＡｓ基板１０を有するエピタキシャルウエハ１ｄを備えているので、特性を向上した赤外ＬＥＤ２ａを実現できる。
【０１２４】
また本実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ層１１に接するように第２の電極３２を形成している。ＡｌＧａＡｓ層１１はエピタキシャル層２０よりも厚みが大きいので、開口部の形状の制限が小さいため、開口部を形成しやすい。
【０１２５】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ａにおいて好ましくは、第２の電極３２と接続される露出面１０ａ（コンタクト面）の不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3以上である。赤外ＬＥＤにおいて、第１の電極３１がｐ型ＡｕＺｎであり、第２の電極３２がｎ型ＡｕＧｅＮｉであり、電流（ＩＦ）を２０ｍＡ流すと、露出面１０ａの不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3の動作電圧（ＶＦ）は２．０Ｖであり、露出面１０ａの不純物濃度が５×１０16ｃｍ-3の動作電圧は１．９Ｖであり、露出面１０ａの不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖであり、露出面１０ａの不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖであり、露出面１０ａの不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖである。このため、第２の電極３２と接続される露出面１０ａ（コンタクト面）の不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であると、動作電圧を１．４Ｖ以下に大幅に低減できることがわかる。
【０１２６】
また本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１において、不純物が導入された領域が主表面１１ａ側から５μｍ以上６０μｍ以下である。第２の電極３２と接続される露出面１０ａ（コンタクト面）の不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3以上であり、電流（ＩＦ）を２０ｍＡ流すと、不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3以上である領域が４μｍの動作電圧（ＶＦ）は１．９Ｖであり、５μｍの動作電圧は１．４Ｖであり、１０μｍの動作電圧は１．４Ｖであり、５０μｍの動作電圧は１．４Ｖであり、６０μｍの動作電圧が１．４Ｖである。このため、不純物が導入された領域が５μｍ以上６０μｍ以下であることにより、動作電圧を１．４Ｖ以下に大幅に低減できることがわかる。
【０１２７】
また本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂのＡｌ組成比ｘは、０．３５以上であることが好ましい。赤外ＬＥＤ２ａは横型であるので、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂのＡｌ組成比ｘを０．３５以上と高くすることができる。これにより。光出力をより向上することができる。この組成比は、通常の縦型のＬＥＤにおいて産業上適用できる組成比を超えている。
【０１２８】
（実施の形態８）
図１７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。図１７に示すように、本実施の形態にける赤外ＬＥＤ２ｂおよびその製造方法は、基本的には実施の形態７における赤外ＬＥＤ２ａおよびその製造方法と同様の構成を備えているが、実施の形態４における図１４に示すエピタキシャルウエハ１ｅを備えている点において異なる。このため、第２の電極３２は、エッチングストップ層２１に接するように設けられている。
【０１２９】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｂおよびその製造方法によれば、エピタキシャル層２０はエッチングストップ層を有しているため、第２の電極３２を形成する面を容易に形成することができる。
【０１３０】
（実施の形態９）
図１８を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｃについて説明する。図１８に示すように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｃおよびその製造方法は、基本的には実施の形態７における赤外ＬＥＤ２ａおよびその製造方法と同様の構成を備えるが、実施の形態５における図１５に示すエピタキシャルウエハ１ｆを備えている点において異なる。
【０１３１】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｃおよびその製造方法によれば、第２の電極３２は、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに接するように設けられている。ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａは不純物濃度が相対的に高いため、第２の電極３２とのコンタクト抵抗を低減することができる。このため、赤外ＬＥＤ２ｃの特性をより向上することができる。
【０１３２】
（実施の形態１０）
図１９〜図２１を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｄ〜２ｆについて説明する。図１９〜図２１に示す赤外ＬＥＤ２ｄ〜２ｆのそれぞれは、図１６〜図１８に示す赤外ＬＥＤ２ａ〜２ｃのＡｌＧａＡｓ基板１０がＧａＡｓ基板１５をさらに含んでいる点において異なる。
【０１３３】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ２ｄ〜２ｆによれば、ＧａＡｓ基板１５を備えているので、割れにくく、ハンドリングが容易になる。
【実施例１】
【０１３４】
本実施例では、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面のＡｌの組成比ｘが裏面のＡｌの組成比ｘよりも低く、かつＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面の不純物濃度が裏面の不純物濃度よりも高いことによる効果について調べた。
【０１３５】
（本発明例１）
本発明例１は、図２１に示す実施の形態１０における赤外ＬＥＤ２ｆの製造方法にしたがった。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。
【０１３６】
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第１〜第３の層１２〜１４の３層を有するＡｌＧａＡｓ層１１を成長させた。第１〜第３の層１２〜１４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。
【０１３７】
ＡｌＧａＡｓ層１１は、図７に示すＡｌの組成比ｘを有していた。具体的には、第１および第２の層１２、１３において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．４５で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．２５で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。第３の層１４において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．３５で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．１５で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａのＡｌの組成比（０．１５）は、裏面１１ｂのＡｌの組成比（０．４５）よりも低かった。
【０１３８】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１は、図９に示す不純物濃度を有していた。具体的には、第１〜第３の層１２〜１４において、裏面１１ｂ側の不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3で、主表面１１ａ側の不純物濃度が２×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度は常に増加していた。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａの不純物濃度（２×１０18ｃｍ-3）は裏面の不純物濃度（５×１０17ｃｍ-3）よりも高かった。また、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（２×１０18ｃｍ-3）は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（２×１０18ｃｍ-3）と同じであった。
【０１３９】
以上の条件で、ＡｌＧａＡｓ基板を製造した。次に、ＯＭＶＰＥ法により、活性層を含むエピタキシャル層２０を形成した。
【０１４０】
具体的には、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に、ｎ型バッファ層、エッチングストップ層、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型窓層およびｐ型コンタクト層をこの順で成長した。各層の成長温度は、７６０℃であった。ｎ型バッファ層は０．５μｍの厚みを有し、ＳｉがドープされたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓよりなり、５×１０17ｃｍ-3のキャリア濃度を有していた。エッチングストップ層は、０．１μｍの厚みを有し、ＳｉがドープされたＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐよりなり、５×１０17ｃｍ-3のキャリア濃度を有していた。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のキャリア濃度を有していた。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のキャリア濃度を有していた。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のキャリア濃度を有していた。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のキャリア濃度を有していた。また、活性層は、発光波長８５０ｎｍ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。発光波長９４０ｎｍの場合、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。
【０１４１】
次に、エピタキシャル層において、ＡｌＧａＡｓ基板と接する面と反対側の面上に、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、透明導電膜を形成した。透明導電膜は、３００ｎｍの厚みを有するＩＴＯとした。
【０１４２】
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、ＩｎＧａＰエッチングストップ層でエッチング停止を行ない、その後、エッチングストップ層を塩酸で除去し、さらに、ＡｌＧａＡｓ基板上までバッファ層をエッチングした。
【０１４３】
次に、第２の電極３２として、露出させたＡｌＧａＡｓ基板１０の主表面１１ａに接するように、１２０μｍ径でＡｕＧｅＮｉ電極を３μｍ厚で蒸着した。
【０１４４】
次に、透明導電膜上に、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。以上の工程を実施することにより、本発明例１の赤外ＬＥＤを製造した。
【０１４５】
（本発明例２）
本発明例２は、基本的には本発明例１と同様の構成を備えていたが、ＡｌＧａＡｓ層が図１０に示す不純物濃度を有する点において異なっていた。
【０１４６】
具体的には、第１および第２の層１２、１３において、裏面１１ｂ側の不純物濃度が５×１０16ｃｍ-3で、主表面１１ａ側の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度は常に増加していた。第３の層１４において、裏面１１ｂ側の不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3で、主表面１１ａ側の不純物濃度が２×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度は常に増加していた。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａの不純物濃度（２×１０18ｃｍ-3）は裏面の不純物濃度（５×１０16ｃｍ-3）よりも高かった。また、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（２×１０18ｃｍ-3）は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（１×１０18ｃｍ-3）よりも高かった。
【０１４７】
（本発明例３）
本発明例３は、基本的には本発明例１と同様の構成を備えていたが、ＡｌＧａＡｓ層が図１２に示す不純物濃度を有する点およびドーパントとしてＺｎを用いた点、およびエピタキシャル層において異なっていた。
【０１４８】
具体的には、第１および第２の層１２、１３において、裏面１１ｂ側の不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3で、主表面１１ａ側の不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度は常に一定であった。第３の層１４において、裏面１１ｂ側の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3で、主表面１１ａ側の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度は常に一定であった。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａの不純物濃度（１×１０18ｃｍ-3）は裏面の不純物濃度（５×１０17ｃｍ-3）よりも高かった。また、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（１×１０18ｃｍ-3）は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（５×１０17ｃｍ-3）よりも高かった。また複数の層のうち、主表面１１ａに位置する第３の層１４の不純物濃度（１×１０18ｃｍ-3）は、残りの第１および第２の層１２、１３の不純物濃度（５×１０17ｃｍ-3）よりも高かった。
【０１４９】
本発明例３では、以下のように、ＯＭＶＰＥ法により活性層を含むエピタキシャル層２０を形成した。ＡｌＧａＡｓ基板がｐ型となるため、主表面１１ａ上に、ｐ型バッファ層、エッチングストップ層、ｐ型クラッド層、活性層、ｎ型クラッド層およびｎ型窓層をこの順で成長した。各層の成長温度、組成およびキャリア濃度は先の構造と同じであるが、ｎ型窓層の厚みを５μｍとしており、また、ｎ型コンタクト層は作成しなかった。また、透明電極も用いていなかった。
【０１５０】
（本発明例４）
本発明例４は、基本的には本発明例１と同様の構成を備えていたが、ＡｌＧａＡｓ層が図１１に示す不純物濃度を有する点および第１および第２の層はアンドープであった点において異なっていた。
【０１５１】
具体的には、第１および第２の層１２、１３は不純物を導入しなかった。つまり、第１および第２の層１２、１３の不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3以下で一定であった。第３の層１４において、裏面１１ｂ側の不純物濃度が５×１０16ｃｍ-3で、主表面１１ａ側の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けて不純物濃度は常に増加していた。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａの不純物濃度（１×１０18ｃｍ-3）は裏面の不純物濃度（１×１０16ｃｍ-3以下）よりも高かった。また、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（１×１０18ｃｍ-3）は、裏面１１ｂ側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値（１×１０16ｃｍ-3以下）よりも高かった。また複数の層のうち、主表面１１ａに位置する第３の層１４の不純物濃度（１×１０18ｃｍ-3）は、残りの第１および第２の層１２、１３の不純物濃度（１×１０16ｃｍ-3以下）よりも高かった。
【０１５２】
（本発明例５）
本発明例５は、基本的には本発明例４と同様の構成を備えていたが、ＡｌＧａＡｓ層が図６に示すＡｌの組成比を有している点において異なっていた。
【０１５３】
具体的には、第１および第２の層１２、１３において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．３５で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．１５で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。第３の層１４において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．３５で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．１５で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａのＡｌの組成比（０．１５）は、裏面１１ｂのＡｌの組成比（０．３５）よりも低かった。なお、不純物濃度は、本発明例４と同様に図１１に示す分布を有しており、ドーパントはテルルを用いている。
【０１５４】
（本発明例６）
本発明例６は、基本的には本発明例４と同様の構成を備えていたが、ＡｌＧａＡｓ層が図８に示すＡｌの組成比を有している点において異なっていた。
【０１５５】
具体的には、第１および第２の層１２、１３において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．４０で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．４０で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に一定であった。第３の層１４において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．４０で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．１５で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１１において主表面１１ａのＡｌの組成比（０．１５）は、裏面１１ｂのＡｌの組成比（０．４０）よりも低かった。なお、不純物濃度は、本発明例４と同様に図１１に示す分布を有しており、ドーパントはテルルを用いている。
【０１５６】
（参考例）
参考例として、エピタキシャルウエハの上面および下面に電極を形成した縦型の赤外ＬＥＤを製造した。参考例では、本発明例１のエピタキシャルウエハにおいて、ＧａＡｓ基板を除去し、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂ上に、第２の電極３２として、ｎ型電極を形成した。第２の電極３２は、ドット状とし、材料をＡｕＧｅ合金とし、厚みを１μｍとした。
【０１５７】
（測定方法）
本発明例１〜６および参考例の赤外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８５０ｎｍの光出力を測定した。その結果を下記の表１に示す。
【０１５８】
【表１】
【０１５９】
表１に示すように、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面のＡｌの組成比ｘが裏面のＡｌの組成比ｘよりも低く、かつＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面の不純物濃度が裏面の不純物濃度よりも高い本発明例１〜６のエピタキシャルウエハを用いて横型の赤外ＬＥＤを作製することにより、縦型の赤外ＬＥＤよりも出力を向上できることがわかった。これは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面の不純物濃度が裏面の不純物濃度よりも高いため、電流経路の抵抗を小さくできたとともに、裏面側の透光率を向上できたこと、および、裏面側に電極を配置しないため、電極部での吸収ロスが抑制できたためであった。
【０１６０】
また、活性層の構造のみをかえて、波長９４０ｎｍとした場合でも、本発明例１〜６の出力の大小関係は波長８５０ｎｍ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。
【実施例２】
【０１６１】
本実施例では、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ６×１０-3／μｍ以下であることの効果について調べた。
【０１６２】
（本発明例７および８）
本発明例７および８は、基本的には本発明例４と同様の構成を備えていたが、ＡｌＧａＡｓ層の第３の層において異なっていた。
【０１６３】
具体的には、本発明例７および８における第３の層のＡｌの組成比を図２２におよび図２３に示す。図２２および図２３において、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに位置する第３の層の表面を深さ０としている。つまり、図２２および図２３において、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａである第３の層１４の表面を深さ０とし、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂ側に位置する第２の層１３との界面に向けて深さを規定している。図２２に示すように、本発明例７の第３の層は、５０μｍの厚みを有し、裏面１１ｂ側の組成比が０．２０で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．０２で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比ｘは単調減少していた。図２３に示すように、本発明例８の第３の層は、３６μｍの厚みを有し、裏面１１ｂ側の組成比が０．４９で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．０２で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比ｘは単調減少していた。なお、このＡｌの組成比ｘは、ＥＰＭＡにより測定した値である。
【０１６４】
図２２および図２３に示すＡｌの組成比ｘを測定した本発明例７および本発明例８のＡｌＧａＡｓ基板について、Ａｌの組成比の傾き（図２４および２５における縦軸で示されるＡｌ組成比勾配）である△Ａｌ／△ｔ（単位：組成差／μｍ）を求めた。その結果を図２４および図２５にそれぞれ示す。なお、図２４および図２５において、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに位置する第３の層１４の表面を深さ０としている。
【０１６５】
ＡｌＧａＡｓ基板において、ＡｌＧａＡｓ層１１の第３の層１４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とした場合に、図２４に示す本発明例７の△Ａｌ／△ｔは１×１０-3／μｍ以上６×１０-3／μｍ以下であり、図２５に示す本発明例８の△Ａｌ／△ｔは５×１０-3／μｍ以上２×１０-3／μｍ以下であった。
【０１６６】
本発明例７および８のＡｌＧａＡｓ基板を備えた赤外ＬＥＤについて、実施例１と同様に出力を測定した結果、動作電流２０ｍＡで光出力１０ｍＷを確認した。したがって、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面のＡｌの組成比ｘが裏面のＡｌの組成比ｘよりも低く、かつＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、主表面の不純物濃度が裏面の不純物濃度よりも高く、かつ、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ６×１０-3／μｍ以下であることにより、出力をより向上できることがわかった。
【０１６７】
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】
【０１６８】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，ｆ エピタキシャルウエハ、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ 赤外ＬＥＤ、１０ ＡｌＧａＡｓ基板、１０ａ 露出面、１１ ＡｌＧａＡｓ層、１１ａ 主表面、１１ｂ 裏面、１２ 第１の層、１３ 第２の層、１４ 第３の層、１５ ＧａＡｓ基板、２０ エピタキシャル層、２１ エッチングストップ層、２２ 活性層を含む層、３１ 第１の電極、３２ 第２の電極。
【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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）を含むＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ基板（０≦ｙ≦１）と、
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、前記主表面のＡｌの組成比ｘは、前記裏面のＡｌの組成比ｘよりも低く、
かつ前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、前記主表面の不純物濃度は、前記裏面の不純物濃度よりも高い、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項２】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は、複数の層を有し、
前記複数の層のうち、前記主表面に位置する層の不純物濃度は、残りの層の不純物濃度よりも高い、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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において前記主表面側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値は、前記裏面側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値と同じまたは高い、請求項１または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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、前記裏面側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値が１×１０16ｃｍ-3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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、不純物が導入された領域が前記主表面側から５μｍ以上６０μｍ以下である、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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は、複数の層を有し、
前記複数の層において、前記裏面側から前記主表面側に向けてＡｌの組成比ｘが単調減少している、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】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の厚み方向の異なる２点のＡｌの組成比ｘの差を△Ａｌとし、前記２点の厚みの差（μｍ）を△ｔとした場合に、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下である、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。
【請求項８】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の前記裏面に接するＧａＡｓ基板をさらに備えた、請求項１〜７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９】
請求項１〜８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１０】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層が露出するように前記エピタキシャル層に開口部が形成され、
前記第１の電極は、前記エピタキシャル層において前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層と接する面と反対側の表面に接するように形成され、
前記第２の電極は、前記露出したＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層に接するように形成された、請求項９に記載の赤外ＬＥＤ。
【請求項１１】
前記露出したＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、前記第２の電極と接する表面の不純物濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上である、請求項１０に記載の赤外ＬＥＤ。
【請求項１２】
前記第１の電極がｐ型透明電極であり、前記第２の電極がｎ型電極である、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の赤外ＬＥＤ。
【請求項１３】
前記ｐ型透明電極は、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、請求項１２に記載の赤外ＬＥＤ。
【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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）を含むＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ基板（０≦ｙ≦１）と、
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、前記主表面のＡｌの組成比ｘは、前記裏面のＡｌの組成比ｘよりも低く、
かつ前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、前記主表面の不純物濃度は、前記裏面の不純物濃度よりも高い、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項２】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は、複数の層を有し、
前記複数の層のうち、前記主表面に位置する層の不純物濃度は、残りの層の不純物濃度よりも高い、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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において前記主表面側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値は、前記裏面側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値と同じまたは高い、請求項１または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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、前記裏面側の厚み５０％の領域での不純物濃度の最大値が１×１０16ｃｍ-3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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、不純物が導入された領域が前記主表面側から５μｍ以上６０μｍ以下である、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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は、複数の層を有し、
前記複数の層において、前記裏面側から前記主表面側に向けてＡｌの組成比ｘが単調減少している、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】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の厚み方向の異なる２点のＡｌの組成比ｘの差を△Ａｌとし、前記２点の厚みの差（μｍ）を△ｔとした場合に、△Ａｌ／△ｔが１×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下である、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。
【請求項８】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の前記裏面に接するＧａＡｓ基板をさらに備えた、請求項１〜７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９】
請求項１〜８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１０】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層が露出するように前記エピタキシャル層に開口部が形成され、
前記第１の電極は、前記エピタキシャル層において前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層と接する面と反対側の表面に接するように形成され、
前記第２の電極は、前記露出したＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層に接するように形成された、請求項９に記載の赤外ＬＥＤ。
【請求項１１】
前記露出したＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層において、前記第２の電極と接する表面の不純物濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上である、請求項１０に記載の赤外ＬＥＤ。
【請求項１２】
前記第１の電極がｐ型透明電極であり、前記第２の電極がｎ型電極である、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の赤外ＬＥＤ。
【請求項１３】
前記ｐ型透明電極は、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、請求項１２に記載の赤外ＬＥＤ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１２−９５３６（Ｐ２０１２−９５３６Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４２５９８（Ｐ２０１０−１４２５９８）
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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