ＡｌＧａＡｓ基板、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤ
【課題】高い特性を維持するとともに、コストを低減できるＡｌＧａＡｓ基板、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】本発明のＡｌＧａＡｓ基板１０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）と、裏面１１ｂに形成されたＧａＡｓ基板１３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。ＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する。
【解決手段】本発明のＡｌＧａＡｓ基板１０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）と、裏面１１ｂに形成されたＧａＡｓ基板１３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。ＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌＧａＡｓ基板、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。）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を利用した赤外ＬＥＤは、たとえば特開２００２−２６３８０号公報（特許文献１）、特開平８−２９３６２２号公報（特許文献２）、特開平５−１７５５４９号公報（特許文献３）などに開示されている。
【０００４】
特許文献１には、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板上に、第１のＧａＡｌＡｓ層、第２のＧａＡｌＡｓ層、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層およびｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層を順次成長させた後に、ＧａＡｓ基板を選択的に除去する赤外発光素子用のエピタキシャルウエハおよび赤外発光素子が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、ＧａＡｓ基板が除去されており、ｐ型のＡｌbＧａ(1-b)Ａｓ（０．１５≦ｂ≦０．３５）クラッド層、ｐ型ＡｌbＧａ(1-b)Ａｓ（０≦ｂ≦０．１）活性層およびｎ型ＡｌａＧａ(1-a)Ａｓ（０．１５≦ｂ≦０．３５）クラッド層の少なくとも３層からなる赤外ＬＥＤが開示されている。
【０００６】
特許文献３には、ＧａＡｓ基板上にｎ型ＡｌＧａＡｓエピタキシャル層およびｐ型ＡｌＧａＡｓエピタキシャル層を連続的に成長させた後、ＧａＡｓ基板を除去したＬＥＤの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２６３８０号公報
【特許文献２】特開平８−２９３６２２号公報
【特許文献３】特開平５−１７５５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＧａＡｓ基板は波長が８７０ｎｍ以下の光を吸収することが知られている。このため、特性を向上した赤外ＬＥＤを作製する場合には、上記特許文献１〜３に開示のように、ＧａＡｓ基板を除去することが技術常識であった。しかし、ＧａＡｓ基板を除去するので、コストが増加するという問題があった。ここで、上記波長での光吸収の影響は、急峻なものではない点に注意が必要である。これは、上記波長以長であっても、ＧａＡｓ基板内部では不純物による吸収等がおき、吸収係数が上記波長の前後でなだらかに変化をするためである。また、ＬＥＤの発光ピーク自体が上記波長以長にあっても、発光スペクトル成分のうち、上記波長以下の部分が、光吸収としてロスが発生するためである。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、高い特性を維持するとともに、コストを低減できるＡｌＧａＡｓ基板、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】
【００１０】
本発明者は、ＡｌＧａＡｓ層を備えた赤外ＬＥＤを作製する際にＧａＡｓ基板を除去するという技術常識に反して、ＧａＡｓ基板を除去せずに高い特性を維持できる技術について鋭意研究した結果、本発明の完成に至った。
【００１１】
すなわち、本発明のＡｌＧａＡｓ基板は、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）と、裏面に形成されたＧａＡｓ基板とを備える。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。ＧａＡｓ基板は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する。
【００１２】
上記ＡｌＧａＡｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の厚みが全体の厚みに対して０％を超えて３０％未満である。
【００１３】
上記ＡｌＧａＡｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は、１層からなる。
上記ＡｌＧａＡｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘの最小値が０以上である。
【００１４】
上記ＡｌＧａＡｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘの最大値が０．５以下である。
【００１５】
上記ＡｌＧａＡｓ基板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。
【００１６】
本発明の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハは、上記いずれかに記載のＡｌＧａＡｓ基板と、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ている。
【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、エピタキシャル層上に形成された透明導電膜をさらに備えている。
【００１８】
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形成された第１および第２の電極とを備えている。
【００１９】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の厚みがＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して４％以上である。
【００２０】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、第１の電極は、エピタキシャル層上に形成され、第２の電極は、ＧａＡｓ基板上に形成されている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のＡｌＧａＡｓ基板、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、高い特性を維持するとともに、コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓ基板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Ａｌの組成比ｘを説明するための図である。
【図４】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５】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６】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓ基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１におけるＧａＡｓ基板を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓ層を成長させた状態を概略的に示す断面図である。
【図９】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１０】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の製造方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態３における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における赤外ＬＥＤの製造方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態４における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図１４】本発明例１におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成比を示す図である。
【図１５】本発明例１におけるＡｌＧａＡｓ層の△Ａｌ／△ｔを示す図である。
【図１６】本発明例５におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成比を示す図である。
【図１７】本発明例５におけるＡｌＧａＡｓ層の△Ａｌ／△ｔを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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、その説明は繰り返さない。
【００２４】
（実施の形態１）
まず、図１を参照して、本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０について説明する。図１に示すように、ＡｌＧａＡｓ基板１０は、ＧａＡｓ基板１３と、ＧａＡｓ基板１３上に形成されたＡｌＧａＡｓ層（ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）１１とを備えている。
【００２５】
ＧａＡｓ基板１３は、主表面１３ａと、この主表面１３ａと反対側の裏面１３ｂとを有している。ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａは、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂと接している。
【００２６】
ＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する。ＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度を有することが好ましい。
【００２７】
ＧａＡｓ基板１３の導電型はｐ型であってもｎ型であっても半絶縁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。
【００２８】
ここで、キャリア濃度とは、導電性不純物（ドーパント）の濃度であり、たとえばＳＩＭＳ(２次イオン質量分析)法により測定される。ＧａＡｓ基板１３の導電性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。
【００２９】
ＧａＡｓ基板１３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１３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１３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。
【００３０】
ＧａＡｓ基板１３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。ＧａＡｓ基板１３は、たとえば２００μｍ以上５００μｍ以下の厚みＨ１３を有する。より好ましくは、ＧａＡｓ基板１３は、２００μｍ以上３５０μｍ以下の厚みＨ１３を有する。
【００３１】
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１３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１３と接触している面である。
【００３２】
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。
【００３３】
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。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。
【００３４】
ここで、ＡｌＧａＡｓ層１１のモル比について図２〜図５を参照して説明する。図２〜図５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。
【００３５】
図２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１は、裏面１１ｂから主表面１１ａにかけて、Ａｌの組成比ｘが単調減少している。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。
【００３６】
図３〜図５に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１は、複数の層（図３〜５では２層）を含んでいてもよい。図３に示すＡｌＧａＡｓ層１１は、それぞれの層において裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側にかけて、Ａｌの組成比ｘが単調減少している。また、図４に示すＡｌＧａＡｓ層１１のそれぞれの層のＡｌの組成比ｘは均一で、かつ裏面１１ｂ側の層は主表面１１ａ側のＡｌの組成比ｘよりも高い。また、図５に示すＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂ側の層のＡｌの組成比ｘは均一で、かつ主表面１１ａ側の層のＡｌの組成比ｘは単調減少し、かつ裏面１１ｂ側の層は主表面１１ａ側のＡｌの組成比ｘよりも高い。つまり、図４および図５に示すＡｌＧａＡｓ層１１は、全体としてＡｌの組成比ｘが単調減少している。
【００３７】
なお、ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘは、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘが裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘよりも低ければ、上述した１層または２層を含む場合に限定されず、３層以上の層を含んでいてもよい。コスト低減の観点から、ＡｌＧａＡｓ層１１は１層であることが好ましい。
【００３８】
ここで、ＡｌＧａＡｓ層１１が複数の層を有している場合の各層の界面は、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。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、膜厚方向に変わる場合、１層が形成されたと定義できる。
【００３９】
ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物は、特に限定されないが、たとえばＺｎ、Ｍｇ、Ｃなどのｐ型ドーパント、Ｓｅ、Ｓ、Ｔｅ、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。
【００４０】
ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘの最小値が０以上であることが好ましい。ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂの組成比ｘが０以上であることがより好ましい。
【００４１】
ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘの最大値が０．５以下であることが好ましい。ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａの組成比ｘが０．５以下であることが好ましい。
【００４２】
また、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（２点の厚み方向の距離）（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く、１×１０-3／μｍ以上６×１０-3／μｍ以下であることがより好ましい。
【００４３】
△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。
【００４４】
ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１が全体の厚みＨ１０に対して（Ｈ１１／Ｈ１０が）０％を超えて３０％未満であることが好ましく、０％を超えて９％以下であることがより好ましい。
【００４５】
ここで、全体の厚みＨ１０は、ＧａＡｓ基板１３上にＡｌＧａＡｓ層１１を成長した後のＧａＡｓ基板１３とＡｌＧａＡｓ層１１との合計の厚みを意味する。ただし、ＡｌＧａＡｓ層１１の前後の工程で付加的に成長したエピ層、あるいは、後工程での除去（エッチング、研磨等）等の途中工程、最終工程での形態を含む。
【００４６】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１が複数の層を有している場合のＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１は、複数の層を合計したＡｌＧａＡｓ層の厚みを意味する。また、反り防止の観点から、ＡｌＧａＡｓ基板１０がＧａＡｓ基板１３の裏面１１ｂに形成されたＡｌＧａＡｓ層をさらに含む場合には、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１は、ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａ側（エピタキシャル層をその上に形成する側）のＡｌＧａＡｓ層の厚みを意味し、全体の厚みＨ１０は、ＧａＡｓ基板１３と、ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａ側のＡｌＧａＡｓ層１１と、ＧａＡｓ基板１３の裏面１１ｂ側のＡｌＧａＡｓ層との合計の厚みを意味する。
【００４７】
ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１は１００μｍ未満であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。この場合、コストを低減することができる。
【００４８】
なお、上記ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１およびＧａＡｓ基板１３の厚みＨ１３とは、厚み方向において平均的な厚みである。
【００４９】
続いて、図１〜図８を参照して、本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０の製造方法について説明する。
【００５０】
図６および図７に示すように、まず、ＧａＡｓ基板１３を準備する（ステップＳ１）。準備するＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する。このようなＧａＡｓ基板１３は、たとえばキャリア濃度を制御したＶＢ（Vertical Boat：垂直ボート）法、ＶＧＦ法（Vertical Gradient Freeze：垂直温度傾斜凝固）法などの垂直ボート法、ＨＢ法（Horizontal bridgeman）などの水平ブリッジマン法により、実現できる。
【００５１】
図６および図８に示すように、次に、ＧａＡｓ基板１３上に、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（ステップＳ２）。このＡｌＧａＡｓ層１１を成長させるステップＳ２では、ＧａＡｓ基板１３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よりも高いＡｌＧａＡｓ層１１を成長させる。
【００５２】
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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（０≦ｘ≦１）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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ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。
【００５３】
ＡｌＧａＡｓ層１１においてＡｌの組成比ｘが一定の層を成長させる場合には温度差法および徐冷法を用い、Ａｌの組成比ｘが上方（成長方向）に向けて減少している層を成長させる場合には徐冷法を用いることが好ましい。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特に好ましい。またそれらを組み合わせてもよい。
【００５４】
また、ステップＳ２では、たとえばＺｎ（亜鉛）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃ（炭素）などのｐ型ドーパントＳｅ(セレン)、Ｓ(硫黄)、Ｔｅ(テルル)、Ｓｉ（シリコン）などのｎ型ドーパントを含むようにＡｌＧａＡｓ層１１を成長させてもよい。
【００５５】
このようにＬＰＥ法でＡｌＧａＡｓ層１１を成長させると、図８に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａには凹凸が生じる。
【００５６】
次に、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを洗浄する（ステップＳ３）。このステップＳ３では、アルカリ系溶液を用いて洗浄することが好ましい。なお、リン酸や硫酸などの酸化溶液などを用いてもよい。アルカリ系溶液は、アンモニアと過酸化水素とを含むことが好ましい。アンモニアと過酸化水素とを含むアルカリ系溶液で洗浄すると、主表面１１ａがエッチングされるので、空気に触れることにより主表面１１ａに付着した不純物を除去できる。なお、この主表面１１ａを洗浄するステップＳ３は省略されてもよい。
【００５７】
次に、アルコールでＧａＡｓ基板１３およびＡｌＧａＡｓ層１１を乾燥する。なお、この乾燥するステップは省略されてもよい。
【００５８】
次に、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを研磨する（ステップＳ４）。研磨する方法は、特に限定されず、機械的研磨、化学機械研磨法、電界研磨法、化学研磨法などを用いることができ、研磨の容易性から機械的研磨または化学的研磨が好ましい。
【００５９】
次に、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを洗浄する（ステップＳ５）。この主表面１１ａを洗浄するステップＳ５は、研磨するステップＳ４前の主表面１１ａを洗浄するステップＳ３と同様であるので、その説明を繰り返さない。なお、この洗浄するステップＳ５は省略されてもよい。
【００６０】
上記ステップＳ１〜Ｓ５を実施することにより、図１に示す本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０を製造することができる。
【００６１】
続いて、本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０の効果を、第１〜第３の比較例と対比して説明する。
【００６２】
まず、第１の比較例としてのＧａＡｓ基板において、その上に活性層を含むエピタキシャル層を形成することで、赤外ＬＥＤが作製される。この場合、ＧａＡｓ基板には光吸収があるので、出力が低くなる。
【００６３】
第２の比較例としてのＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に形成されたＡｌＧａＡｓ層とを備えたＡｌＧａＡｓ基板において、ＡｌＧａＡｓ層上にエピタキシャル層を形成する前または後にＧａＡｓ基板を除去することで、赤外ＬＥＤが作製される。この場合、第１の従来例に比べて出力を向上することができる。しかし、Ａｌ組成比が高いＡｌＧａＡｓ層の裏面側に電極を形成すると、動作電圧（ＶＦ）が高くなる。この第２の比較例は、上記特許文献１〜３に開示のＧａＡｓ基板を除去した構造に類似する。
【００６４】
光吸収があるＧａＡｓ基板がある場合、ＡｌＧａＡｓ層の厚みを大きくすること、すなわち、ＡｌＧａＡｓ層の厚み比率を高くすると、光吸収があるＧａＡｓ基板の比率が下がり、ＧａＡｓ基板の除去と同等の効果を奏すると推定できる。このため、第３の比較例として、ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に形成された厚みの大きいＡｌＧａＡｓ層とを備えたＡｌＧａＡｓ基板において、ＡｌＧａＡｓ層上にエピタキシャル層を形成することで、赤外ＬＥＤが作製される。この場合、ＡｌＧａＡｓ層を厚く形成する必要があるので、コストが増加する。
【００６５】
一方、本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０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と、裏面１１ｂに形成されたＧａＡｓ基板１３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、ＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する。本発明者は、上記キャリア濃度のＧａＡｓ基板１３および上記Ａｌ組成比ｘのＡｌＧａＡｓ層を有するＡｌＧａＡｓ基板１０を用いることにより、このＡｌＧａＡｓ基板１０上にエピタキシャル層を形成して赤外ＬＥＤを作製すると、ＧａＡｓ基板上に直接エピタキシャル層を形成する第１の比較例と比較して、３倍以上と、飛躍的に高い出力が得られることを見い出した。特に、本実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ層１１が非常に薄い場合でも、ＡｌＧａＡｓ層１１の層数が少ない場合でも、ＧａＡｓ基板１３を除去する第２の比較例およびＡｌＧａＡｓ層の厚みが大きい第３の比較例と同等の効果を奏し、低コスト化と高い特性とが実現できることを新たに見出した。
【００６６】
さらに、本実施の形態では、電極の形成が容易なＧａＡｓ基板１３に接するように電極の形成ができるため、直列抵抗を低く抑えることができる。このように本実施の形態では良好な接触抵抗が得られるため、本実施の形態のＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤの動作電圧を低くすることができる。動作電圧の点からも、本実施の形態では、高い特性を実現できる。
【００６７】
以上より、本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０によれば、高出力、低動作電圧などの高特性を維持するとともに、コストを低減することができる。
【００６８】
さらに、本実施の形態のＡｌＧａＡｓ基板１０は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有するＧａＡｓ基板１３を備えている。２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度のような高濃度のキャリア濃度をＧａＡｓ基板１３が有していても、ＡｌＧａＡｓ層１１により、高い出力を維持できる。５×１０16ｃｍ-3以上のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上のｐ型キャリア濃度を有していても、ＧａＡｓ基板１３に電極を形成することで良好な動作電圧を維持できる。
【００６９】
また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、かつ、主表面１１ａ以外の部分ではＡｌ組成比ｘを高くできるため、ＡｌＧａＡｓ基板１０全体での透過率を高く保つことができる。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上にエピタキシャル層を形成すると、この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。このエピタキシャル層を用いて赤外ＬＥＤを作製すると、動作電圧が高くなることを抑制できる。一方で、ＡｌＧａＡｓ基板１０の透過性が高いため、光出力を高くすることができる。
【００７０】
さらに、本実施の形態では液相法でＡｌＧａＡｓ層１１を形成している。液相法では、エピ成長直前に液体ガリウム中で、ＧａＡｓ基板表面を部分的に溶解することができる。この部分溶解の工程（メルトバック工程）の後、ＡｌＧａＡｓ層を成長することができるため、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ基板との界面の酸化層を低減できる。これにより、動作電圧（ＶＦ）が高くなることを抑制できる。
【００７１】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１は厚みが小さくても高い出力が得られる。この点について、ＡｌＧａＡｓ基板１０はＧａＡｓ基板１３を含んでいるので、ＡｌＧａＡｓ層１１だけでなく、ＧａＡｓ基板１３によりＡｌＧａＡｓ基板１０全体の厚みを厚く設計できるので、チップ作製工程での割れ発生を抑制することができる。
【００７２】
本実施の形態のＡｌＧａＡｓ基板１０において好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１がＡｌＧａＡｓ基板１０の全体の厚みＨ１０（＝Ｈ１１＋Ｈ１３）に対して０％を超えて３０％未満である。ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１が全体の厚みＨ１０に対して３０％未満の場合であっても、このＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤの高い特性を維持できることを本発明者は鋭意研究の結果見い出した。このため、ＡｌＧａＡｓ層１１を上記範囲まで薄くすることによって、コストをより低減することができる。それに加えて、一般にチップ形状の点から、チップ上面、下面での縦方向、横方向の寸法に対する、厚み方向の関係の制約がある。そのため、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚み比率を上記範囲内にすることにより、ＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤは、チップでの特性とともに、ＬＥＤランプ作製時、および、ＬＥＤランプでの優れた特性をあわせて持たせることができる。つまり、作成した赤外ＬＥＤから、ＬＥＤランプを作成する場合には、厚み方向の寸法が縦方向、横方向の寸法に対し薄すぎる場合、われ、かけ等の問題がおきる。また、厚すぎる場合には、ハンドリングの問題がおきる。さらに、ＬＥＤランプ作製時にチップの周囲を樹脂で覆い封止するが、厚み方向の寸法が厚すぎる場合には、縦方向、横方向の応力をうけ、信頼性の問題が発生する。これらによりチップ形状の点から、チップ上面、下面での縦方向、横方向の寸法に対する、厚み方向の寸法に制約があり、このなかでのＡｌＧａＡｓ層１１の厚み比率を上記範囲内にすることにより、高信頼性のＬＥＤランプが実現できる。
【００７３】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０において好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１は１層からなる。ＡｌＧａＡｓ層１１が１層であっても、このＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤの高い特性を維持できることを本発明者は鋭意研究の結果見い出した。このため、ＡｌＧａＡｓ基板１０を容易に製造できるので、コストをより低減することができる。
【００７４】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０において好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘの最小値が０以上である。これにより、動作電圧をより安定化できるので、赤外ＬＥＤを作製すると特性をより向上できる。
【００７５】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０において好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘの最大値が０．５以下である。これにより、光出力をより向上できるので、赤外ＬＥＤを作製すると特性をより向上できる。
【００７６】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０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。
【００７７】
これにより、ＡｌＧａＡｓ層１１において、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、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。
【００７８】
（実施の形態２）
図９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２０を説明する。図９に示すように、エピタキシャルウエハ２０は、実施の形態１のＡｌＧａＡｓ基板１０と、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に形成されたエピタキシャル層２１と、エピタキシャル層２１上に形成された透明導電膜２６とを備えている。
【００７９】
エピタキシャル層２１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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
また、本実施の形態ではエピタキシャル層２１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２１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２１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。
【００８３】
エピタキシャル層の厚みＨ２１は、たとえば１μｍ以上１０μｍ以下である。
透明導電膜２６は、エピタキシャルウエハ２０を用いて赤外ＬＥＤを作製したときに、チップ上面において、全面（図９において横方向）に電流を広がらせる効果を有する。これにより、チップ全面に渡り活性層に電流が注入され、発光が起き、高出力化が可能となる。
【００８４】
透明導電膜２６は、高い透過性と低い抵抗率とを有する。このような透明導電膜２６は、たとえば波長が８５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下での透過率は８５％以上であり、たとえば厚みＨ２６が３００ｎｍのときの抵抗率が５ｍΩｃｍ以下である。
【００８５】
このような透明導電膜２６として、たとえばスズ（Ｓｎ）がドープされた酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）であるＩＴＯ、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、フッ素（Ｆ）がドープされたＩｎ2Ｏ3であるＩＦＯ、酸化スズ（ＳｎＯ2）、アンチモン（Ｓｂ）がドープされたＳｎＯ2であるＡＴＯ、ＦがドープされたＳｎＯ2であるＦＴＯ、カドミウム（Ｃｄ）がドープされたＳｎＯ2であるＣＴＯ、アルミニウム（Ａｌ）がドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）であるＡＺＯ、ＩｎがドープされたＺｎＯであるＩＺＯ、ＧａがドープされたＺｎＯであるＧＺＯなどが挙げられる。特に、透明性と導電性とをバランスよく保持できるため、透明導電膜２６はＩＴＯであることが好ましい。
【００８６】
また透明導電膜２６の厚みＨ２６は、たとえば０．１μｍ以上１μｍ以下である。この場合、電流の拡散を促進することができる。
【００８７】
なお、透明導電膜２６は、上記の材料に特に限定されず、たとえば、光が透過するように厚みＨ２６を５０ｎｍ以下にした金属膜を用いてもよい。このような金属膜としては、たとえば、厚みが１５ｎｍ以下の金（Ａｕ）、Ａｌなどを用いることができる。また、透明導電膜２６は省略されてもよい。
【００８８】
続いて、図９および図１０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２０の製造方法について説明する。
【００８９】
まず、図１０に示すように、実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓ基板１０の製造方法にしたがって、ＡｌＧａＡｓ基板１０を製造する（ステップＳ１〜Ｓ５）。
【００９０】
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２１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２１を成長させる。
【００９１】
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。
【００９２】
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２１を形成する際に、エピタキシャル層２１の異常成長を抑制することができる。
【００９３】
次に、エピタキシャル層２１上に、透明導電膜２６を形成する。透明導電膜２６の形成方法は特に限定されないが、たとえば電子ビーム蒸着法、スパッタ法などを採用できる。
【００９４】
以上の工程（ステップＳ１〜Ｓ６）を実施することにより、図９に示すエピタキシャルウエハ２０を製造できる。
【００９５】
以上説明したように、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２０は、実施の形態１の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２１とを備えている。
【００９６】
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２０によれば、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、ＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有するＡｌＧａＡｓ基板１０上にエピタキシャル層２１を形成している。このため、このエピタキシャルウエハ２０を用いて赤外ＬＥＤを作製したときに高い特性を維持するとともに、コストを低減することができる。
【００９７】
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２０において好ましくは、エピタキシャル層２１上に形成された透明導電膜２６をさらに備えている。
【００９８】
透明導電膜２６により、エピタキシャル層２１の厚みが小さい場合でも、電流の拡散を促進することができるので、光をチップ全面に広げることができる。したがって、このエピタキシャルウエハ２０を用いて作製した赤外ＬＥＤの出力をより向上することができる。
【００９９】
（実施の形態３）
図１１を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａを説明する。図１１に示すように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａは、エピタキシャルウエハ２０と、このエピタキシャルウエハ２０にそれぞれ形成された第１および第２の電極３１、３２とを備えている。本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａは、第１および第２の電極３１、３２の、一方から他方へと電流が流れる、縦型構造を有している。
【０１００】
赤外ＬＥＤ３０ａを構成するエピタキシャルウエハ２０は、基本的には実施の形態２と同様である。しかし、ＡｌＧａＡｓ基板１０を構成するＧａＡｓ基板１３の厚みは、実施の形態１および２のＧａＡｓ基板よりも薄くてもよい。この場合、たとえばＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１がＡｌＧａＡｓ基板１０とエピタキシャル層２１との合計の厚み（Ｈ１１＋Ｈ１３＋Ｈ２１）に対して４％以上であることが好ましく、５％以上８５％以下であることがより好ましい。なお、チップ状態（赤外ＬＥＤ３０ａ）でのＡｌＧａＡｓ基板１０とエピタキシャル層２１との合計の厚み（Ｈ１１＋Ｈ１３＋Ｈ２１）は、ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂでの研磨除去後等の厚みを意味する。
【０１０１】
第１の電極３１は、エピタキシャル層２１上に形成されている。本実施の形態では、第１の電極３１は、透明導電膜２６に接するように形成され、かつ光を取り出すために、エピタキシャルウエハ２０の表面の一部のみを覆い、残部を露出させている。
【０１０２】
第２の電極３２は、エピタキシャルウエハ２０の裏面であるＧａＡｓ基板１３上に形成されている。第２の電極３２は、エピタキシャルウエハ２０の裏面の全面を覆ってもよく、一部を覆ってもよい。一部を覆う場合には、たとえばドット状、格子状またはストライプ状に形成できる。
【０１０３】
エピタキシャル層２１において透明導電膜２６と接する層がｐ型の場合、第１の電極３１は、たとえばＡｕ（金）とＺｎ（亜鉛）との合金よりなるｐ型電極であり、ＡｌＧａＡｓ基板１０下に形成された第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ｎ型電極である。
【０１０４】
続いて、図１１および図１２を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａの製造方法について説明する。まず、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２０の製造方法により、エピタキシャルウエハ２０を製造する（ステップＳ１〜Ｓ６）。
【０１０５】
次に、エピタキシャルウエハ２０のＧａＡｓ基板１３の一部を除去する。たとえば、ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂ側を研磨する。研磨は、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１３の一部を機械的に削り取ることをいう。なお、この工程は、省略されてもよい。
【０１０６】
次に、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０の主表面および裏面に第１および第２の電極３１、３２を形成する（ステップＳ７）。具体的には、たとえば蒸着法により、主表面上にＡｕとＺｎとを蒸着して、また、裏面上にＡｕとＧｅとを蒸着した後、合金化を施して、第１および第２の電極３１、３２を形成する。
【０１０７】
上記工程（ステップＳ１〜Ｓ７）を実施することにより、図１１に示す赤外ＬＥＤ３０ａを製造することができる。
【０１０８】
以上説明したように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａは、実施の形態１におけるエピタキシャルウエハ２０と、エピタキシャルウエハ２０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。
【０１０９】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａによれば、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２０を用いているので、高い特性を維持するとともに、コストを低減することができる。
【０１１０】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１がＡｌＧａＡｓ基板１０とエピタキシャル層２１との合計の厚み（Ｈ１１＋Ｈ１３＋Ｈ２１）に対して４％以上である。これにより、基板を除去したもの（第２の比較例）と同様の高い出力特性、基板を残したもの（第１および第３の比較例）と同様の高い動作電圧特性を維持できるとともに、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みを低減できるのでコストを低減できる。それに加えて、一般にチップ形状の点から、チップ上面、下面での縦方向、横方向の寸法に対する、厚み方向の関係の制約がある。そのため、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚み比率を上記範囲内にすることにより、ＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤは、チップでの特性とともに、ＬＥＤランプ作製時、および、ＬＥＤランプでの優れた特性をあわせて持たせることができる。つまり、作成した赤外ＬＥＤから、ＬＥＤランプを作成する場合には、厚み方向の寸法が縦方向、横方向の寸法に対し薄すぎる場合、われ、かけ等の問題がおきる。また、厚すぎる場合には、ハンドリングの問題がおきる。さらに、ＬＥＤランプ作製時にチップの周囲を樹脂で覆い封止するが、厚み方向の寸法が厚すぎる場合には、縦方向、横方向の応力をうけ、信頼性の問題が発生する。これらによりチップ形状の点から、チップ上面、下面での縦方向、横方向の寸法に対する、厚み方向の寸法に制約があり、このなかでのＡｌＧａＡｓ層１１の厚み比率を上記範囲内にすることにより、高信頼性のＬＥＤランプが実現できる。
【０１１１】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａにおいて好ましくは、第１の電極３１はエピタキシャル層２１上に形成され、第２の電極３２はＧａＡｓ基板１３上に形成されている。これにより、第２の電極３２の接触面はＧａＡｓ基板１３となる。ＧａＡｓ基板１３を完全に除去した場合と比較して、第２の電極３２の接触面がＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとの違いから接触抵抗が半減以下になり、赤外ＬＥＤ３０ａの動作時の発熱、長期通電後の劣化が抑制され、高信頼性のＬＥＤランプが実現できる。また、同一出力を得るためには、低ＩＦ電流ですむため、より発熱が抑えられ、信頼性が高くなるという利点がある。このように、ＧａＡｓ基板１３のキャリア濃度を制御することにより、高い特性を維持するとともにコストを低減した縦型の赤外ＬＥＤ３０ａを実現できる。
【０１１２】
（実施の形態４）
図１３を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂについて説明する。本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂは、基本的には実施の形態３の赤外ＬＥＤ３０ａと同様の構成を備えているが、エピタキシャル層２１がエッチングストップ層２８を有する点および第１および第２の電極３１、３２の配置において異なる。
【０１１３】
具体的には、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂは、実施の形態１のＡｌＧａＡｓ基板１０と、ＡｌＧａＡｓ基板１０上に形成されたエピタキシャル層２１と、エピタキシャル層２１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。本実施の形態では、エピタキシャル層２１は、エッチングストップ層２８と、このエッチングストップ層２８上に形成され、かつ活性層を含む層２２とを含む。この活性層を含む層２２上に透明導電膜２６が形成されている。透明導電膜２６上に第１の電極３１が形成されている。
【０１１４】
エピタキシャル層２１を貫通し、かつＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ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ている。この露出面に接するように、第２の電極３２が形成されている。つまり、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂ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。言い換えると、赤外ＬＥＤ３０ｂは、エピタキシャルウエハの上面に第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】
ここで、赤外ＬＥＤ３０ｂの材料の一例を挙げる。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２８は、たとえばＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰであることが好ましい。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２８は、たとえばＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓであることが好ましい。
【０１１６】
エピタキシャル層２１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】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂの製造方法は、基本的には実施の形態３における赤外ＬＥＤ３０ａの製造方法と同様であるが、エピタキシャル層２１を形成する工程がエッチングストップ層２８を形成する工程と開口部を形成する工程とを含む点、および第２の電極３２を形成する位置において異なる。
【０１１８】
具体的には、実施の形態１と同様に、ＡｌＧａＡｓ基板１０を製造する。次に、ＡｌＧａＡｓ基板１０上にエッチングストップ層２８を形成し、その後エッチングストップ層２８上に活性層を含む層２２を形成する。これにより、エピタキシャル層２１を形成できる。次いで、この活性層を含む層２２上に、透明導電膜２６を形成する。これにより、エピタキシャルウエハを製造できる。
【０１１９】
次に、エピタキシャルウエハ上に、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。この時、エッチングストップ層２８を利用して、エッチングストップ層２８上の活性層を含む層２２および透明導電膜２６に開口部を形成できる。その後、露出しているエッチングストップ層２８を除去する。これにより、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを露出させたエピタキシャルウエハを製造できる。
【０１２０】
次に、透明導電膜２６上に第１の電極３１を形成し、露出させたＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに第２の電極３２を形成する。これにより、図２１に示す赤外ＬＥＤ３０ｂを製造できる。
【０１２１】
ここで、本実施の形態では、第２の電極３２をＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに形成したが、第２の電極３２の配置は特に限定されない。たとえばＡｌＧａＡｓ層１１の一部にまで貫通する開口部を形成することで露出した露出面に第２の電極３２を配置してもよい。また、エッチングストップ層２８を除去せずに、エッチングストップ層２８上に第２の電極３２を形成してもよい。またエッチングストップ層２８を形成せずに、エピタキシャル層２１、または、ＡｌＧａＡｓ層１１の一部にまで貫通する開口部を形成することで露出した露出面（主表面１１ａを含む）に、第２の電極３２を形成してもよい。
【０１２２】
以上説明したように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂは、エピタキシャルウエハの一方側の面に第１および第２の電極３１、３２を形成している。
【０１２３】
エピタキシャル層２１側の面に、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３１、３２を形成した横型の赤外ＬＥＤを作製した場合であっても、ＧａＡｓ基板１３は光吸収を抑制できる条件を満たしているので、高い特性を維持することができるとともに、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みを小さくできるので、コストを低減できる。
【０１２４】
また本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂにおいて好ましくは、第２の電極３２と接するＡｌＧａＡｓ層１１の露出面（本実施の形態ではＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ）のキャリア濃度は１×１０17ｃｍ-3以上である。これにより、赤外ＬＥＤ３０ｂの動作電圧を低減できる。一例を挙げると、電流（ＩＦ）を２０ｍＡ流すと、第２の電極３２と接続されるコンタクト面の不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3の動作電圧は２．０Ｖであり、５×１０16ｃｍ-3の動作電圧は１．９Ｖであり、１×１０17ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖであり、５×１０17ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖであり、１×１０1８ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖである。
【実施例】
【０１２５】
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は裏面のＡｌの組成比ｘよりも低く、かつＧａＡｓ基板は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有することによる効果について調べた。
【０１２６】
（本発明例１）
本発明例１は、実施の形態１にしたがってＡｌＧａＡｓ基板を製造し、次に実施の形態２にしたがってエピタキシャルウエハを製造し、次に実施の形態３にしたがって赤外ＬＥＤを製造した。
【０１２７】
具体的には、まず、５０ｍｍの直径と２６０μｍの厚みとを有するＧａＡｓ基板１３を準備した。このＧａＡｓ基板１３はＳｉがドープされ、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度を有していた。
【０１２８】
次に、このＧａＡｓ基板１３上に、９２０℃〜室温間の温度条件による徐冷法で１層からなるＡｌＧａＡｓ層１１を成長させた。ＡｌＧａＡｓ層１１は５０μｍ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、ＡｌＧａＡｓ層１１において裏面１１ｂ側のキャリア濃度は１×１０17ｃｍ-3で、主表面１１ａ側のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に増加していた。
【０１２９】
ＡｌＧａＡｓ層１１は、図１４に示すＡｌの組成比ｘを有していた。具体的には、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側のＡｌ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の組成比は常に減少していた。
【０１３０】
図１４に示すＡｌの組成比ｘを測定した本発明例１のＡｌＧａＡｓ層について、Ａｌの組成比の傾き（図１４における縦軸で示されるＡｌ組成比の勾配）である△Ａｌ／△ｔ（単位：組成差／μｍ）を求めた。その結果を図１５に示す。図１５に示すように、本発明例１の△Ａｌ／△ｔは、１×１０-3／μｍ以上６×１０-3／μｍ以下であった。なお、図１４および図１５において、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに位置する主表面を深さ０としている。
【０１３１】
また本発明例１のＡｌＧａＡｓ基板において、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは全体の厚みに対して１６．１％（＝５０／３１０×１００）であった。
【０１３２】
以上の工程により、本発明例１のＡｌＧａＡｓ基板１０を製造した。次に、ＯＭＶＰＥ法により、ＡｌＧａＡｓ基板１０上に、活性層を含むエピタキシャル層２１を形成した。
【０１３３】
具体的には、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に、ｎ型バッファ層、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。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９４０ｎｍとし、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。上記エピタキシャル層の厚みは６．７μｍであった。
【０１３４】
次に、エピタキシャル層２１において、ＡｌＧａＡｓ基板１０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２６を形成した。透明導電膜２６は、３００ｎｍの厚みを有するＩＴＯとした。
【０１３５】
以上の工程により、本発明例１のエピタキシャルウエハ２０を製造した。このエピタキシャルウエハ２０において、ＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みは３１６．７μｍであり、ＡｌＧａＡｓ層は５０μｍであった。
【０１３６】
次に、ＧａＡｓ基板１３の一部を、ラップにより裏面１３ｂ側から除去した。これにより、ＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みを２２５μｍにした。つまり、赤外ＬＥＤにおけるＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して２２．２％（＝５０／２２５×１００）とした。
【０１３７】
次に、ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂ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。次に、透明導電膜２６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、合計の厚みを１μｍとした。その後、チップ寸法が２２０μｍ角または３５０μｍ角となるようにスクライブを行なった。以上の工程により、本発明例１の赤外ＬＥＤを製造した。
【０１３８】
（本発明例２）
本発明例２のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ基板１０を構成するＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比が異なっていた。具体的には、本発明例２のＡｌＧａＡｓ層１１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０．０５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。
【０１３９】
（本発明例３）
本発明例３のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ基板１０を構成するＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比および厚みが異なっていた。具体的には、本発明例３のＡｌＧａＡｓ層１１において、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．１５で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．１０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。またＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは１０μｍであり、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは全体の厚みに対して３．７％（＝１０／２７０×１００）であった。
【０１４０】
また赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して４．４％（＝１０／２２５×１００）であった。
【０１４１】
（本発明例４）
本発明例４のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ基板１０が異なっていた。
【０１４２】
具体的には、本発明例４のＧａＡｓ基板１３は、７６ｍｍの直径と２３０μｍの厚みとを有していた。このＧａＡｓ基板１３はＳｉがドープされ、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度を有していた。
【０１４３】
ＡｌＧａＡｓ層１１は、４９μｍの厚みを有する２層からなっており、全体として９８μｍの厚みを有していた。ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは全体の厚みに対して２９．８％（＝９８／３２８×１００）であった。
【０１４４】
またＡｌＧａＡｓ層１１の各層において、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。
【０１４５】
また赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みの厚みに対して４３．６％（＝９８／２２５×１００）であった。
【０１４６】
（本発明例５）
本発明例５のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤ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基板において異なっていた。
【０１４７】
具体的には、本発明例５のＡｌＧａＡｓ基板は、ＧａＡｓ基板１３と、ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａに形成されたＡｌＧａＡｓ層１１と、ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂに形成された裏面ＡｌＧａＡｓ層とを備えていた。
【０１４８】
ＧａＡｓ基板１３は、本発明例４のＧａＡｓ基板１３と同様であった。ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａに形成されたＡｌＧａＡｓ層１１は、３６μｍの厚みを有する１層構造であった。図１６に示すように、このＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側のＡｌ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の組成比は常に減少していた。
【０１４９】
図１６に示すＡｌの組成比ｘを測定した本発明例５のＡｌＧａＡｓ層について、Ａｌの組成比の傾き（図１６における縦軸で示されるＡｌ組成比の勾配）である△Ａｌ／△ｔ（単位：組成差／μｍ）を求めた。その結果を図１７に示す。図１７に示すように、本発明例５の△Ａｌ／△ｔは、４×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下であった。なお、図１６および図１７において、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに位置する主表面を深さ０としている。
【０１５０】
ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂに形成された裏面ＡｌＧａＡｓ層は、３６μｍの厚みを有していた。この裏面ＡｌＧａＡｓ層は、ＧａＡｓ基板１３との界面のＡｌの組成比が０．４９で、界面と反対側の面のＡｌの組成比が０．０２であり、界面から反対側の面に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。
【０１５１】
ＡｌＧａＡｓ層１１および裏面ＡｌＧａＡｓ層の厚みは、鏡面研磨後の厚みであり、ＡｌＧａＡｓ基板におけるＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは全体の厚みに対して１１．９％（＝３６／３０２×１００）であった。
【０１５２】
また赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して１６．０％（＝３６／２２５×１００）であった。
【０１５３】
（本発明例６〜１０）
本発明例６〜１０の各々は、基本的には本発明例１〜５と同様の構成を備えていたが、エピタキシャルウエハを製造した後にＧａＡｓ基板１３の一部を除去して、ＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みを１２０μｍにした点において異なっていた。つまり、本発明例６および７の赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して４１．７％（＝５０／１２０×１００）であった。本発明例８の赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して８．３％（＝１０／１２０×１００）であった。本発明例９の赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して８１．７％（＝９８／１２０×１００）であった。本発明例１０の赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して３０．０％（＝３６／１２０×１００）であった。
【０１５４】
（比較例１）
比較例１のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ層を備えていない点において異なっていた。つまり、比較例１のＡｌＧａＡｓ基板はＧａＡｓ基板からなり、比較例１のエピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤはＧａＡｓ基板上にエピタキシャル層が形成されていた。
【０１５５】
（比較例２）
比較例２のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ層の厚みを１５０μｍとした点およびエピタキシャル層形成後に、ＧａＡｓ基板全体を除去する工程をさらに実施した点において異なっていた。つまり、比較例２のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、ＧａＡｓ基板を備えていなかった。また比較例２の赤外ＬＥＤにおいてＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板１０とエピタキシャル層２１との合計の厚み（Ｈ１１（＝０）＋Ｈ１３＋Ｈ２１）に対して９６％（＝１５０／１５６．７×１００）であった。なお、比較例２のエピタキシャル層の厚みは６．７μｍであった。
【０１５６】
（比較例３）
比較例３のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ層においてＡｌの組成比が０．３５で一定であった点において異なっていた。
【０１５７】
（比較例４）
比較例４のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＧａＡｓ基板のｎ型キャリア濃度が５×１０16ｃｍ-3未満であった点において異なっていた。
【０１５８】
（比較例５）
比較例５のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＧａＡｓ基板のｎ型キャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3を超えていた点において異なっていた。
【０１５９】
（評価結果）
本発明例１〜１０および比較例１〜５の赤外ＬＥＤについて、光出力および動作電圧をそれぞれ測定した。この場合のチップ寸法は、２２０μｍ角であった。光出力は、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９４０ｎｍの出力を測定した。動作電圧は、パラメータアナライザを用い、赤外ＬＥＤの２電極を介した２端子で測定した。これらの結果を下記の表１に示す。
【０１６０】
【表１】
【０１６１】
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ＧａＡｓ基板が５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度を有する本発明例１〜１０は、ＧａＡｓ基板を完全に除去した比較例２の赤外ＬＥＤと同程度の光出力を維持できるとともに、低い動作電圧を維持できた。このように、ＧａＡｓ基板を残していても、本発明例１〜１０のＡｌＧａＡｓ基板およびエピタキシャルウエハを用いて形成した赤外ＬＥＤの高い特性を維持できた。それに加えて、本発明例１〜１０ではＡｌＧａＡｓ層の厚みおよびその比率を小さくすることができるので、コストを低減することができることがわかった。
【０１６２】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１を備えていなかった比較例１は、本発明例１〜１０よりも出力が大幅に低かった。ＧａＡｓ基板１３を備えていなかった比較例２は、ＡｌＧａＡｓ層に電極を形成したので、本発明例１〜１０よりも動作電圧が高かった。Ａｌ組成比が一定であったＡｌＧａＡｓ層を備えていた比較例３は、本発明例１〜１０よりも動作電圧が大幅に高かった。ｎ型キャリア濃度が５×１０16ｃｍ-3未満であった比較例４は、本発明例１〜１０よりも動作電圧が高かった。ｎ型キャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3を超えていた比較例５は、本発明例１〜１０よりも出力が低かった。
【０１６３】
ここで、本実施例では、ｎ型キャリア濃度を有するＧａＡｓ基板について記載したが、ｐ型キャリア濃度を５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下にすることで同様の効果を有するという知見を本発明者は得ている。また、活性層の構造のみをかえて、波長８５０ｎｍとした場合でも、本発明例と比較例の出力の大小関係は波長９４０ｎｍの場合と変わらないという結果が確認され、また、チップ寸法が３５０μｍの場合でも、２２０μｍと同様の傾向が確認され、本構造の設計の差異の効果が確認された。
【０１６４】
以上より、本実施例によれば、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よりも低く、かつＧａＡｓ基板は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有することにより、高い特性を維持できるとともに、コストを低減できることが確認できた。
【０１６５】
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】
【０１６６】
１０ ＡｌＧａＡｓ基板、１１ ＡｌＧａＡｓ層、１１ａ，１３ａ 主表面、１１ｂ，１３ｂ 裏面、１３ ＧａＡｓ基板、２０ エピタキシャルウエハ、２０ エピタキシャル層、２２ 活性層を含む層、２６ 透明導電膜、２８ エッチングストップ層、３０ａ，３０ｂ 赤外ＬＥＤ、３１ 第１の電極、３２ 第２の電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌＧａＡｓ基板、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。）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を利用した赤外ＬＥＤは、たとえば特開２００２−２６３８０号公報（特許文献１）、特開平８−２９３６２２号公報（特許文献２）、特開平５−１７５５４９号公報（特許文献３）などに開示されている。
【０００４】
特許文献１には、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板上に、第１のＧａＡｌＡｓ層、第２のＧａＡｌＡｓ層、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層およびｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層を順次成長させた後に、ＧａＡｓ基板を選択的に除去する赤外発光素子用のエピタキシャルウエハおよび赤外発光素子が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、ＧａＡｓ基板が除去されており、ｐ型のＡｌbＧａ(1-b)Ａｓ（０．１５≦ｂ≦０．３５）クラッド層、ｐ型ＡｌbＧａ(1-b)Ａｓ（０≦ｂ≦０．１）活性層およびｎ型ＡｌａＧａ(1-a)Ａｓ（０．１５≦ｂ≦０．３５）クラッド層の少なくとも３層からなる赤外ＬＥＤが開示されている。
【０００６】
特許文献３には、ＧａＡｓ基板上にｎ型ＡｌＧａＡｓエピタキシャル層およびｐ型ＡｌＧａＡｓエピタキシャル層を連続的に成長させた後、ＧａＡｓ基板を除去したＬＥＤの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２６３８０号公報
【特許文献２】特開平８−２９３６２２号公報
【特許文献３】特開平５−１７５５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＧａＡｓ基板は波長が８７０ｎｍ以下の光を吸収することが知られている。このため、特性を向上した赤外ＬＥＤを作製する場合には、上記特許文献１〜３に開示のように、ＧａＡｓ基板を除去することが技術常識であった。しかし、ＧａＡｓ基板を除去するので、コストが増加するという問題があった。ここで、上記波長での光吸収の影響は、急峻なものではない点に注意が必要である。これは、上記波長以長であっても、ＧａＡｓ基板内部では不純物による吸収等がおき、吸収係数が上記波長の前後でなだらかに変化をするためである。また、ＬＥＤの発光ピーク自体が上記波長以長にあっても、発光スペクトル成分のうち、上記波長以下の部分が、光吸収としてロスが発生するためである。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、高い特性を維持するとともに、コストを低減できるＡｌＧａＡｓ基板、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】
【００１０】
本発明者は、ＡｌＧａＡｓ層を備えた赤外ＬＥＤを作製する際にＧａＡｓ基板を除去するという技術常識に反して、ＧａＡｓ基板を除去せずに高い特性を維持できる技術について鋭意研究した結果、本発明の完成に至った。
【００１１】
すなわち、本発明のＡｌＧａＡｓ基板は、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）と、裏面に形成されたＧａＡｓ基板とを備える。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。ＧａＡｓ基板は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する。
【００１２】
上記ＡｌＧａＡｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の厚みが全体の厚みに対して０％を超えて３０％未満である。
【００１３】
上記ＡｌＧａＡｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は、１層からなる。
上記ＡｌＧａＡｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘの最小値が０以上である。
【００１４】
上記ＡｌＧａＡｓ基板において好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘの最大値が０．５以下である。
【００１５】
上記ＡｌＧａＡｓ基板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。
【００１６】
本発明の赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハは、上記いずれかに記載のＡｌＧａＡｓ基板と、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ている。
【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、エピタキシャル層上に形成された透明導電膜をさらに備えている。
【００１８】
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形成された第１および第２の電極とを備えている。
【００１９】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の厚みがＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して４％以上である。
【００２０】
上記赤外ＬＥＤにおいて好ましくは、第１の電極は、エピタキシャル層上に形成され、第２の電極は、ＧａＡｓ基板上に形成されている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のＡｌＧａＡｓ基板、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、高い特性を維持するとともに、コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓ基板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Ａｌの組成比ｘを説明するための図である。
【図４】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５】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６】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓ基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１におけるＧａＡｓ基板を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓ層を成長させた状態を概略的に示す断面図である。
【図９】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１０】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の製造方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態３における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における赤外ＬＥＤの製造方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態４における赤外ＬＥＤを概略的に示す断面図である。
【図１４】本発明例１におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成比を示す図である。
【図１５】本発明例１におけるＡｌＧａＡｓ層の△Ａｌ／△ｔを示す図である。
【図１６】本発明例５におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成比を示す図である。
【図１７】本発明例５におけるＡｌＧａＡｓ層の△Ａｌ／△ｔを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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、その説明は繰り返さない。
【００２４】
（実施の形態１）
まず、図１を参照して、本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０について説明する。図１に示すように、ＡｌＧａＡｓ基板１０は、ＧａＡｓ基板１３と、ＧａＡｓ基板１３上に形成されたＡｌＧａＡｓ層（ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（０≦ｘ≦１）１１とを備えている。
【００２５】
ＧａＡｓ基板１３は、主表面１３ａと、この主表面１３ａと反対側の裏面１３ｂとを有している。ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａは、ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂと接している。
【００２６】
ＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する。ＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度を有することが好ましい。
【００２７】
ＧａＡｓ基板１３の導電型はｐ型であってもｎ型であっても半絶縁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。
【００２８】
ここで、キャリア濃度とは、導電性不純物（ドーパント）の濃度であり、たとえばＳＩＭＳ(２次イオン質量分析)法により測定される。ＧａＡｓ基板１３の導電性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。
【００２９】
ＧａＡｓ基板１３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１３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１３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。
【００３０】
ＧａＡｓ基板１３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。ＧａＡｓ基板１３は、たとえば２００μｍ以上５００μｍ以下の厚みＨ１３を有する。より好ましくは、ＧａＡｓ基板１３は、２００μｍ以上３５０μｍ以下の厚みＨ１３を有する。
【００３１】
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１３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１３と接触している面である。
【００３２】
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。
【００３３】
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。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。
【００３４】
ここで、ＡｌＧａＡｓ層１１のモル比について図２〜図５を参照して説明する。図２〜図５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。
【００３５】
図２に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１は、裏面１１ｂから主表面１１ａにかけて、Ａｌの組成比ｘが単調減少している。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。
【００３６】
図３〜図５に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１は、複数の層（図３〜５では２層）を含んでいてもよい。図３に示すＡｌＧａＡｓ層１１は、それぞれの層において裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側にかけて、Ａｌの組成比ｘが単調減少している。また、図４に示すＡｌＧａＡｓ層１１のそれぞれの層のＡｌの組成比ｘは均一で、かつ裏面１１ｂ側の層は主表面１１ａ側のＡｌの組成比ｘよりも高い。また、図５に示すＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂ側の層のＡｌの組成比ｘは均一で、かつ主表面１１ａ側の層のＡｌの組成比ｘは単調減少し、かつ裏面１１ｂ側の層は主表面１１ａ側のＡｌの組成比ｘよりも高い。つまり、図４および図５に示すＡｌＧａＡｓ層１１は、全体としてＡｌの組成比ｘが単調減少している。
【００３７】
なお、ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘは、主表面１１ａのＡｌの組成比ｘが裏面１１ｂのＡｌの組成比ｘよりも低ければ、上述した１層または２層を含む場合に限定されず、３層以上の層を含んでいてもよい。コスト低減の観点から、ＡｌＧａＡｓ層１１は１層であることが好ましい。
【００３８】
ここで、ＡｌＧａＡｓ層１１が複数の層を有している場合の各層の界面は、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。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、膜厚方向に変わる場合、１層が形成されたと定義できる。
【００３９】
ＡｌＧａＡｓ層１１の不純物は、特に限定されないが、たとえばＺｎ、Ｍｇ、Ｃなどのｐ型ドーパント、Ｓｅ、Ｓ、Ｔｅ、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。
【００４０】
ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘの最小値が０以上であることが好ましい。ＡｌＧａＡｓ層１１の裏面１１ｂの組成比ｘが０以上であることがより好ましい。
【００４１】
ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘの最大値が０．５以下であることが好ましい。ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａの組成比ｘが０．５以下であることが好ましい。
【００４２】
また、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（２点の厚み方向の距離）（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く、１×１０-3／μｍ以上６×１０-3／μｍ以下であることがより好ましい。
【００４３】
△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。
【００４４】
ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１が全体の厚みＨ１０に対して（Ｈ１１／Ｈ１０が）０％を超えて３０％未満であることが好ましく、０％を超えて９％以下であることがより好ましい。
【００４５】
ここで、全体の厚みＨ１０は、ＧａＡｓ基板１３上にＡｌＧａＡｓ層１１を成長した後のＧａＡｓ基板１３とＡｌＧａＡｓ層１１との合計の厚みを意味する。ただし、ＡｌＧａＡｓ層１１の前後の工程で付加的に成長したエピ層、あるいは、後工程での除去（エッチング、研磨等）等の途中工程、最終工程での形態を含む。
【００４６】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１が複数の層を有している場合のＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１は、複数の層を合計したＡｌＧａＡｓ層の厚みを意味する。また、反り防止の観点から、ＡｌＧａＡｓ基板１０がＧａＡｓ基板１３の裏面１１ｂに形成されたＡｌＧａＡｓ層をさらに含む場合には、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１は、ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａ側（エピタキシャル層をその上に形成する側）のＡｌＧａＡｓ層の厚みを意味し、全体の厚みＨ１０は、ＧａＡｓ基板１３と、ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａ側のＡｌＧａＡｓ層１１と、ＧａＡｓ基板１３の裏面１１ｂ側のＡｌＧａＡｓ層との合計の厚みを意味する。
【００４７】
ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１は１００μｍ未満であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。この場合、コストを低減することができる。
【００４８】
なお、上記ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１およびＧａＡｓ基板１３の厚みＨ１３とは、厚み方向において平均的な厚みである。
【００４９】
続いて、図１〜図８を参照して、本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０の製造方法について説明する。
【００５０】
図６および図７に示すように、まず、ＧａＡｓ基板１３を準備する（ステップＳ１）。準備するＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する。このようなＧａＡｓ基板１３は、たとえばキャリア濃度を制御したＶＢ（Vertical Boat：垂直ボート）法、ＶＧＦ法（Vertical Gradient Freeze：垂直温度傾斜凝固）法などの垂直ボート法、ＨＢ法（Horizontal bridgeman）などの水平ブリッジマン法により、実現できる。
【００５１】
図６および図８に示すように、次に、ＧａＡｓ基板１３上に、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（ステップＳ２）。このＡｌＧａＡｓ層１１を成長させるステップＳ２では、ＧａＡｓ基板１３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よりも高いＡｌＧａＡｓ層１１を成長させる。
【００５２】
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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（０≦ｘ≦１）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ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ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、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ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。
【００５３】
ＡｌＧａＡｓ層１１においてＡｌの組成比ｘが一定の層を成長させる場合には温度差法および徐冷法を用い、Ａｌの組成比ｘが上方（成長方向）に向けて減少している層を成長させる場合には徐冷法を用いることが好ましい。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特に好ましい。またそれらを組み合わせてもよい。
【００５４】
また、ステップＳ２では、たとえばＺｎ（亜鉛）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃ（炭素）などのｐ型ドーパントＳｅ(セレン)、Ｓ(硫黄)、Ｔｅ(テルル)、Ｓｉ（シリコン）などのｎ型ドーパントを含むようにＡｌＧａＡｓ層１１を成長させてもよい。
【００５５】
このようにＬＰＥ法でＡｌＧａＡｓ層１１を成長させると、図８に示すように、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａには凹凸が生じる。
【００５６】
次に、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを洗浄する（ステップＳ３）。このステップＳ３では、アルカリ系溶液を用いて洗浄することが好ましい。なお、リン酸や硫酸などの酸化溶液などを用いてもよい。アルカリ系溶液は、アンモニアと過酸化水素とを含むことが好ましい。アンモニアと過酸化水素とを含むアルカリ系溶液で洗浄すると、主表面１１ａがエッチングされるので、空気に触れることにより主表面１１ａに付着した不純物を除去できる。なお、この主表面１１ａを洗浄するステップＳ３は省略されてもよい。
【００５７】
次に、アルコールでＧａＡｓ基板１３およびＡｌＧａＡｓ層１１を乾燥する。なお、この乾燥するステップは省略されてもよい。
【００５８】
次に、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを研磨する（ステップＳ４）。研磨する方法は、特に限定されず、機械的研磨、化学機械研磨法、電界研磨法、化学研磨法などを用いることができ、研磨の容易性から機械的研磨または化学的研磨が好ましい。
【００５９】
次に、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを洗浄する（ステップＳ５）。この主表面１１ａを洗浄するステップＳ５は、研磨するステップＳ４前の主表面１１ａを洗浄するステップＳ３と同様であるので、その説明を繰り返さない。なお、この洗浄するステップＳ５は省略されてもよい。
【００６０】
上記ステップＳ１〜Ｓ５を実施することにより、図１に示す本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０を製造することができる。
【００６１】
続いて、本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０の効果を、第１〜第３の比較例と対比して説明する。
【００６２】
まず、第１の比較例としてのＧａＡｓ基板において、その上に活性層を含むエピタキシャル層を形成することで、赤外ＬＥＤが作製される。この場合、ＧａＡｓ基板には光吸収があるので、出力が低くなる。
【００６３】
第２の比較例としてのＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に形成されたＡｌＧａＡｓ層とを備えたＡｌＧａＡｓ基板において、ＡｌＧａＡｓ層上にエピタキシャル層を形成する前または後にＧａＡｓ基板を除去することで、赤外ＬＥＤが作製される。この場合、第１の従来例に比べて出力を向上することができる。しかし、Ａｌ組成比が高いＡｌＧａＡｓ層の裏面側に電極を形成すると、動作電圧（ＶＦ）が高くなる。この第２の比較例は、上記特許文献１〜３に開示のＧａＡｓ基板を除去した構造に類似する。
【００６４】
光吸収があるＧａＡｓ基板がある場合、ＡｌＧａＡｓ層の厚みを大きくすること、すなわち、ＡｌＧａＡｓ層の厚み比率を高くすると、光吸収があるＧａＡｓ基板の比率が下がり、ＧａＡｓ基板の除去と同等の効果を奏すると推定できる。このため、第３の比較例として、ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に形成された厚みの大きいＡｌＧａＡｓ層とを備えたＡｌＧａＡｓ基板において、ＡｌＧａＡｓ層上にエピタキシャル層を形成することで、赤外ＬＥＤが作製される。この場合、ＡｌＧａＡｓ層を厚く形成する必要があるので、コストが増加する。
【００６５】
一方、本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０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と、裏面１１ｂに形成されたＧａＡｓ基板１３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、ＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する。本発明者は、上記キャリア濃度のＧａＡｓ基板１３および上記Ａｌ組成比ｘのＡｌＧａＡｓ層を有するＡｌＧａＡｓ基板１０を用いることにより、このＡｌＧａＡｓ基板１０上にエピタキシャル層を形成して赤外ＬＥＤを作製すると、ＧａＡｓ基板上に直接エピタキシャル層を形成する第１の比較例と比較して、３倍以上と、飛躍的に高い出力が得られることを見い出した。特に、本実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ層１１が非常に薄い場合でも、ＡｌＧａＡｓ層１１の層数が少ない場合でも、ＧａＡｓ基板１３を除去する第２の比較例およびＡｌＧａＡｓ層の厚みが大きい第３の比較例と同等の効果を奏し、低コスト化と高い特性とが実現できることを新たに見出した。
【００６６】
さらに、本実施の形態では、電極の形成が容易なＧａＡｓ基板１３に接するように電極の形成ができるため、直列抵抗を低く抑えることができる。このように本実施の形態では良好な接触抵抗が得られるため、本実施の形態のＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤの動作電圧を低くすることができる。動作電圧の点からも、本実施の形態では、高い特性を実現できる。
【００６７】
以上より、本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０によれば、高出力、低動作電圧などの高特性を維持するとともに、コストを低減することができる。
【００６８】
さらに、本実施の形態のＡｌＧａＡｓ基板１０は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有するＧａＡｓ基板１３を備えている。２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度のような高濃度のキャリア濃度をＧａＡｓ基板１３が有していても、ＡｌＧａＡｓ層１１により、高い出力を維持できる。５×１０16ｃｍ-3以上のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上のｐ型キャリア濃度を有していても、ＧａＡｓ基板１３に電極を形成することで良好な動作電圧を維持できる。
【００６９】
また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、かつ、主表面１１ａ以外の部分ではＡｌ組成比ｘを高くできるため、ＡｌＧａＡｓ基板１０全体での透過率を高く保つことができる。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上にエピタキシャル層を形成すると、この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。このエピタキシャル層を用いて赤外ＬＥＤを作製すると、動作電圧が高くなることを抑制できる。一方で、ＡｌＧａＡｓ基板１０の透過性が高いため、光出力を高くすることができる。
【００７０】
さらに、本実施の形態では液相法でＡｌＧａＡｓ層１１を形成している。液相法では、エピ成長直前に液体ガリウム中で、ＧａＡｓ基板表面を部分的に溶解することができる。この部分溶解の工程（メルトバック工程）の後、ＡｌＧａＡｓ層を成長することができるため、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ基板との界面の酸化層を低減できる。これにより、動作電圧（ＶＦ）が高くなることを抑制できる。
【００７１】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１は厚みが小さくても高い出力が得られる。この点について、ＡｌＧａＡｓ基板１０はＧａＡｓ基板１３を含んでいるので、ＡｌＧａＡｓ層１１だけでなく、ＧａＡｓ基板１３によりＡｌＧａＡｓ基板１０全体の厚みを厚く設計できるので、チップ作製工程での割れ発生を抑制することができる。
【００７２】
本実施の形態のＡｌＧａＡｓ基板１０において好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１がＡｌＧａＡｓ基板１０の全体の厚みＨ１０（＝Ｈ１１＋Ｈ１３）に対して０％を超えて３０％未満である。ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１が全体の厚みＨ１０に対して３０％未満の場合であっても、このＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤの高い特性を維持できることを本発明者は鋭意研究の結果見い出した。このため、ＡｌＧａＡｓ層１１を上記範囲まで薄くすることによって、コストをより低減することができる。それに加えて、一般にチップ形状の点から、チップ上面、下面での縦方向、横方向の寸法に対する、厚み方向の関係の制約がある。そのため、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚み比率を上記範囲内にすることにより、ＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤは、チップでの特性とともに、ＬＥＤランプ作製時、および、ＬＥＤランプでの優れた特性をあわせて持たせることができる。つまり、作成した赤外ＬＥＤから、ＬＥＤランプを作成する場合には、厚み方向の寸法が縦方向、横方向の寸法に対し薄すぎる場合、われ、かけ等の問題がおきる。また、厚すぎる場合には、ハンドリングの問題がおきる。さらに、ＬＥＤランプ作製時にチップの周囲を樹脂で覆い封止するが、厚み方向の寸法が厚すぎる場合には、縦方向、横方向の応力をうけ、信頼性の問題が発生する。これらによりチップ形状の点から、チップ上面、下面での縦方向、横方向の寸法に対する、厚み方向の寸法に制約があり、このなかでのＡｌＧａＡｓ層１１の厚み比率を上記範囲内にすることにより、高信頼性のＬＥＤランプが実現できる。
【００７３】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０において好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１は１層からなる。ＡｌＧａＡｓ層１１が１層であっても、このＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤの高い特性を維持できることを本発明者は鋭意研究の結果見い出した。このため、ＡｌＧａＡｓ基板１０を容易に製造できるので、コストをより低減することができる。
【００７４】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０において好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘの最小値が０以上である。これにより、動作電圧をより安定化できるので、赤外ＬＥＤを作製すると特性をより向上できる。
【００７５】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０において好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比ｘの最大値が０．５以下である。これにより、光出力をより向上できるので、赤外ＬＥＤを作製すると特性をより向上できる。
【００７６】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ基板１０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。
【００７７】
これにより、ＡｌＧａＡｓ層１１において、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、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。
【００７８】
（実施の形態２）
図９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２０を説明する。図９に示すように、エピタキシャルウエハ２０は、実施の形態１のＡｌＧａＡｓ基板１０と、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に形成されたエピタキシャル層２１と、エピタキシャル層２１上に形成された透明導電膜２６とを備えている。
【００７９】
エピタキシャル層２１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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
また、本実施の形態ではエピタキシャル層２１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２１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２１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。
【００８３】
エピタキシャル層の厚みＨ２１は、たとえば１μｍ以上１０μｍ以下である。
透明導電膜２６は、エピタキシャルウエハ２０を用いて赤外ＬＥＤを作製したときに、チップ上面において、全面（図９において横方向）に電流を広がらせる効果を有する。これにより、チップ全面に渡り活性層に電流が注入され、発光が起き、高出力化が可能となる。
【００８４】
透明導電膜２６は、高い透過性と低い抵抗率とを有する。このような透明導電膜２６は、たとえば波長が８５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下での透過率は８５％以上であり、たとえば厚みＨ２６が３００ｎｍのときの抵抗率が５ｍΩｃｍ以下である。
【００８５】
このような透明導電膜２６として、たとえばスズ（Ｓｎ）がドープされた酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）であるＩＴＯ、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、フッ素（Ｆ）がドープされたＩｎ2Ｏ3であるＩＦＯ、酸化スズ（ＳｎＯ2）、アンチモン（Ｓｂ）がドープされたＳｎＯ2であるＡＴＯ、ＦがドープされたＳｎＯ2であるＦＴＯ、カドミウム（Ｃｄ）がドープされたＳｎＯ2であるＣＴＯ、アルミニウム（Ａｌ）がドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）であるＡＺＯ、ＩｎがドープされたＺｎＯであるＩＺＯ、ＧａがドープされたＺｎＯであるＧＺＯなどが挙げられる。特に、透明性と導電性とをバランスよく保持できるため、透明導電膜２６はＩＴＯであることが好ましい。
【００８６】
また透明導電膜２６の厚みＨ２６は、たとえば０．１μｍ以上１μｍ以下である。この場合、電流の拡散を促進することができる。
【００８７】
なお、透明導電膜２６は、上記の材料に特に限定されず、たとえば、光が透過するように厚みＨ２６を５０ｎｍ以下にした金属膜を用いてもよい。このような金属膜としては、たとえば、厚みが１５ｎｍ以下の金（Ａｕ）、Ａｌなどを用いることができる。また、透明導電膜２６は省略されてもよい。
【００８８】
続いて、図９および図１０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２０の製造方法について説明する。
【００８９】
まず、図１０に示すように、実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓ基板１０の製造方法にしたがって、ＡｌＧａＡｓ基板１０を製造する（ステップＳ１〜Ｓ５）。
【００９０】
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２１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２１を成長させる。
【００９１】
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。
【００９２】
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２１を形成する際に、エピタキシャル層２１の異常成長を抑制することができる。
【００９３】
次に、エピタキシャル層２１上に、透明導電膜２６を形成する。透明導電膜２６の形成方法は特に限定されないが、たとえば電子ビーム蒸着法、スパッタ法などを採用できる。
【００９４】
以上の工程（ステップＳ１〜Ｓ６）を実施することにより、図９に示すエピタキシャルウエハ２０を製造できる。
【００９５】
以上説明したように、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２０は、実施の形態１の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２１とを備えている。
【００９６】
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２０によれば、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、ＧａＡｓ基板１３は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有するＡｌＧａＡｓ基板１０上にエピタキシャル層２１を形成している。このため、このエピタキシャルウエハ２０を用いて赤外ＬＥＤを作製したときに高い特性を維持するとともに、コストを低減することができる。
【００９７】
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２０において好ましくは、エピタキシャル層２１上に形成された透明導電膜２６をさらに備えている。
【００９８】
透明導電膜２６により、エピタキシャル層２１の厚みが小さい場合でも、電流の拡散を促進することができるので、光をチップ全面に広げることができる。したがって、このエピタキシャルウエハ２０を用いて作製した赤外ＬＥＤの出力をより向上することができる。
【００９９】
（実施の形態３）
図１１を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａを説明する。図１１に示すように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａは、エピタキシャルウエハ２０と、このエピタキシャルウエハ２０にそれぞれ形成された第１および第２の電極３１、３２とを備えている。本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａは、第１および第２の電極３１、３２の、一方から他方へと電流が流れる、縦型構造を有している。
【０１００】
赤外ＬＥＤ３０ａを構成するエピタキシャルウエハ２０は、基本的には実施の形態２と同様である。しかし、ＡｌＧａＡｓ基板１０を構成するＧａＡｓ基板１３の厚みは、実施の形態１および２のＧａＡｓ基板よりも薄くてもよい。この場合、たとえばＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１がＡｌＧａＡｓ基板１０とエピタキシャル層２１との合計の厚み（Ｈ１１＋Ｈ１３＋Ｈ２１）に対して４％以上であることが好ましく、５％以上８５％以下であることがより好ましい。なお、チップ状態（赤外ＬＥＤ３０ａ）でのＡｌＧａＡｓ基板１０とエピタキシャル層２１との合計の厚み（Ｈ１１＋Ｈ１３＋Ｈ２１）は、ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂでの研磨除去後等の厚みを意味する。
【０１０１】
第１の電極３１は、エピタキシャル層２１上に形成されている。本実施の形態では、第１の電極３１は、透明導電膜２６に接するように形成され、かつ光を取り出すために、エピタキシャルウエハ２０の表面の一部のみを覆い、残部を露出させている。
【０１０２】
第２の電極３２は、エピタキシャルウエハ２０の裏面であるＧａＡｓ基板１３上に形成されている。第２の電極３２は、エピタキシャルウエハ２０の裏面の全面を覆ってもよく、一部を覆ってもよい。一部を覆う場合には、たとえばドット状、格子状またはストライプ状に形成できる。
【０１０３】
エピタキシャル層２１において透明導電膜２６と接する層がｐ型の場合、第１の電極３１は、たとえばＡｕ（金）とＺｎ（亜鉛）との合金よりなるｐ型電極であり、ＡｌＧａＡｓ基板１０下に形成された第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ｎ型電極である。
【０１０４】
続いて、図１１および図１２を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａの製造方法について説明する。まず、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２０の製造方法により、エピタキシャルウエハ２０を製造する（ステップＳ１〜Ｓ６）。
【０１０５】
次に、エピタキシャルウエハ２０のＧａＡｓ基板１３の一部を除去する。たとえば、ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂ側を研磨する。研磨は、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１３の一部を機械的に削り取ることをいう。なお、この工程は、省略されてもよい。
【０１０６】
次に、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２０の主表面および裏面に第１および第２の電極３１、３２を形成する（ステップＳ７）。具体的には、たとえば蒸着法により、主表面上にＡｕとＺｎとを蒸着して、また、裏面上にＡｕとＧｅとを蒸着した後、合金化を施して、第１および第２の電極３１、３２を形成する。
【０１０７】
上記工程（ステップＳ１〜Ｓ７）を実施することにより、図１１に示す赤外ＬＥＤ３０ａを製造することができる。
【０１０８】
以上説明したように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａは、実施の形態１におけるエピタキシャルウエハ２０と、エピタキシャルウエハ２０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。
【０１０９】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａによれば、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２０を用いているので、高い特性を維持するとともに、コストを低減することができる。
【０１１０】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａにおいて好ましくは、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みＨ１１がＡｌＧａＡｓ基板１０とエピタキシャル層２１との合計の厚み（Ｈ１１＋Ｈ１３＋Ｈ２１）に対して４％以上である。これにより、基板を除去したもの（第２の比較例）と同様の高い出力特性、基板を残したもの（第１および第３の比較例）と同様の高い動作電圧特性を維持できるとともに、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みを低減できるのでコストを低減できる。それに加えて、一般にチップ形状の点から、チップ上面、下面での縦方向、横方向の寸法に対する、厚み方向の関係の制約がある。そのため、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚み比率を上記範囲内にすることにより、ＡｌＧａＡｓ基板１０を用いて作製した赤外ＬＥＤは、チップでの特性とともに、ＬＥＤランプ作製時、および、ＬＥＤランプでの優れた特性をあわせて持たせることができる。つまり、作成した赤外ＬＥＤから、ＬＥＤランプを作成する場合には、厚み方向の寸法が縦方向、横方向の寸法に対し薄すぎる場合、われ、かけ等の問題がおきる。また、厚すぎる場合には、ハンドリングの問題がおきる。さらに、ＬＥＤランプ作製時にチップの周囲を樹脂で覆い封止するが、厚み方向の寸法が厚すぎる場合には、縦方向、横方向の応力をうけ、信頼性の問題が発生する。これらによりチップ形状の点から、チップ上面、下面での縦方向、横方向の寸法に対する、厚み方向の寸法に制約があり、このなかでのＡｌＧａＡｓ層１１の厚み比率を上記範囲内にすることにより、高信頼性のＬＥＤランプが実現できる。
【０１１１】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ａにおいて好ましくは、第１の電極３１はエピタキシャル層２１上に形成され、第２の電極３２はＧａＡｓ基板１３上に形成されている。これにより、第２の電極３２の接触面はＧａＡｓ基板１３となる。ＧａＡｓ基板１３を完全に除去した場合と比較して、第２の電極３２の接触面がＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとの違いから接触抵抗が半減以下になり、赤外ＬＥＤ３０ａの動作時の発熱、長期通電後の劣化が抑制され、高信頼性のＬＥＤランプが実現できる。また、同一出力を得るためには、低ＩＦ電流ですむため、より発熱が抑えられ、信頼性が高くなるという利点がある。このように、ＧａＡｓ基板１３のキャリア濃度を制御することにより、高い特性を維持するとともにコストを低減した縦型の赤外ＬＥＤ３０ａを実現できる。
【０１１２】
（実施の形態４）
図１３を参照して、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂについて説明する。本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂは、基本的には実施の形態３の赤外ＬＥＤ３０ａと同様の構成を備えているが、エピタキシャル層２１がエッチングストップ層２８を有する点および第１および第２の電極３１、３２の配置において異なる。
【０１１３】
具体的には、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂは、実施の形態１のＡｌＧａＡｓ基板１０と、ＡｌＧａＡｓ基板１０上に形成されたエピタキシャル層２１と、エピタキシャル層２１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。本実施の形態では、エピタキシャル層２１は、エッチングストップ層２８と、このエッチングストップ層２８上に形成され、かつ活性層を含む層２２とを含む。この活性層を含む層２２上に透明導電膜２６が形成されている。透明導電膜２６上に第１の電極３１が形成されている。
【０１１４】
エピタキシャル層２１を貫通し、かつＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ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ている。この露出面に接するように、第２の電極３２が形成されている。つまり、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂ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。言い換えると、赤外ＬＥＤ３０ｂは、エピタキシャルウエハの上面に第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】
ここで、赤外ＬＥＤ３０ｂの材料の一例を挙げる。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２８は、たとえばＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰであることが好ましい。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２８は、たとえばＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓであることが好ましい。
【０１１６】
エピタキシャル層２１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】
本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂの製造方法は、基本的には実施の形態３における赤外ＬＥＤ３０ａの製造方法と同様であるが、エピタキシャル層２１を形成する工程がエッチングストップ層２８を形成する工程と開口部を形成する工程とを含む点、および第２の電極３２を形成する位置において異なる。
【０１１８】
具体的には、実施の形態１と同様に、ＡｌＧａＡｓ基板１０を製造する。次に、ＡｌＧａＡｓ基板１０上にエッチングストップ層２８を形成し、その後エッチングストップ層２８上に活性層を含む層２２を形成する。これにより、エピタキシャル層２１を形成できる。次いで、この活性層を含む層２２上に、透明導電膜２６を形成する。これにより、エピタキシャルウエハを製造できる。
【０１１９】
次に、エピタキシャルウエハ上に、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。この時、エッチングストップ層２８を利用して、エッチングストップ層２８上の活性層を含む層２２および透明導電膜２６に開口部を形成できる。その後、露出しているエッチングストップ層２８を除去する。これにより、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａを露出させたエピタキシャルウエハを製造できる。
【０１２０】
次に、透明導電膜２６上に第１の電極３１を形成し、露出させたＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに第２の電極３２を形成する。これにより、図２１に示す赤外ＬＥＤ３０ｂを製造できる。
【０１２１】
ここで、本実施の形態では、第２の電極３２をＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに形成したが、第２の電極３２の配置は特に限定されない。たとえばＡｌＧａＡｓ層１１の一部にまで貫通する開口部を形成することで露出した露出面に第２の電極３２を配置してもよい。また、エッチングストップ層２８を除去せずに、エッチングストップ層２８上に第２の電極３２を形成してもよい。またエッチングストップ層２８を形成せずに、エピタキシャル層２１、または、ＡｌＧａＡｓ層１１の一部にまで貫通する開口部を形成することで露出した露出面（主表面１１ａを含む）に、第２の電極３２を形成してもよい。
【０１２２】
以上説明したように、本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂは、エピタキシャルウエハの一方側の面に第１および第２の電極３１、３２を形成している。
【０１２３】
エピタキシャル層２１側の面に、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３１、３２を形成した横型の赤外ＬＥＤを作製した場合であっても、ＧａＡｓ基板１３は光吸収を抑制できる条件を満たしているので、高い特性を維持することができるとともに、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みを小さくできるので、コストを低減できる。
【０１２４】
また本実施の形態における赤外ＬＥＤ３０ｂにおいて好ましくは、第２の電極３２と接するＡｌＧａＡｓ層１１の露出面（本実施の形態ではＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ）のキャリア濃度は１×１０17ｃｍ-3以上である。これにより、赤外ＬＥＤ３０ｂの動作電圧を低減できる。一例を挙げると、電流（ＩＦ）を２０ｍＡ流すと、第２の電極３２と接続されるコンタクト面の不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3の動作電圧は２．０Ｖであり、５×１０16ｃｍ-3の動作電圧は１．９Ｖであり、１×１０17ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖであり、５×１０17ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖであり、１×１０1８ｃｍ-3の動作電圧は１．４Ｖである。
【実施例】
【０１２５】
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は裏面のＡｌの組成比ｘよりも低く、かつＧａＡｓ基板は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有することによる効果について調べた。
【０１２６】
（本発明例１）
本発明例１は、実施の形態１にしたがってＡｌＧａＡｓ基板を製造し、次に実施の形態２にしたがってエピタキシャルウエハを製造し、次に実施の形態３にしたがって赤外ＬＥＤを製造した。
【０１２７】
具体的には、まず、５０ｍｍの直径と２６０μｍの厚みとを有するＧａＡｓ基板１３を準備した。このＧａＡｓ基板１３はＳｉがドープされ、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度を有していた。
【０１２８】
次に、このＧａＡｓ基板１３上に、９２０℃〜室温間の温度条件による徐冷法で１層からなるＡｌＧａＡｓ層１１を成長させた。ＡｌＧａＡｓ層１１は５０μｍ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、ＡｌＧａＡｓ層１１において裏面１１ｂ側のキャリア濃度は１×１０17ｃｍ-3で、主表面１１ａ側のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3で、裏面１１ｂ側から主表面１１ａ側に向けてＡｌの組成比は常に増加していた。
【０１２９】
ＡｌＧａＡｓ層１１は、図１４に示すＡｌの組成比ｘを有していた。具体的には、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側のＡｌ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の組成比は常に減少していた。
【０１３０】
図１４に示すＡｌの組成比ｘを測定した本発明例１のＡｌＧａＡｓ層について、Ａｌの組成比の傾き（図１４における縦軸で示されるＡｌ組成比の勾配）である△Ａｌ／△ｔ（単位：組成差／μｍ）を求めた。その結果を図１５に示す。図１５に示すように、本発明例１の△Ａｌ／△ｔは、１×１０-3／μｍ以上６×１０-3／μｍ以下であった。なお、図１４および図１５において、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに位置する主表面を深さ０としている。
【０１３１】
また本発明例１のＡｌＧａＡｓ基板において、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは全体の厚みに対して１６．１％（＝５０／３１０×１００）であった。
【０１３２】
以上の工程により、本発明例１のＡｌＧａＡｓ基板１０を製造した。次に、ＯＭＶＰＥ法により、ＡｌＧａＡｓ基板１０上に、活性層を含むエピタキシャル層２１を形成した。
【０１３３】
具体的には、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａ上に、ｎ型バッファ層、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。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９４０ｎｍとし、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。上記エピタキシャル層の厚みは６．７μｍであった。
【０１３４】
次に、エピタキシャル層２１において、ＡｌＧａＡｓ基板１０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２６を形成した。透明導電膜２６は、３００ｎｍの厚みを有するＩＴＯとした。
【０１３５】
以上の工程により、本発明例１のエピタキシャルウエハ２０を製造した。このエピタキシャルウエハ２０において、ＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みは３１６．７μｍであり、ＡｌＧａＡｓ層は５０μｍであった。
【０１３６】
次に、ＧａＡｓ基板１３の一部を、ラップにより裏面１３ｂ側から除去した。これにより、ＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みを２２５μｍにした。つまり、赤外ＬＥＤにおけるＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して２２．２％（＝５０／２２５×１００）とした。
【０１３７】
次に、ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂ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。次に、透明導電膜２６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、合計の厚みを１μｍとした。その後、チップ寸法が２２０μｍ角または３５０μｍ角となるようにスクライブを行なった。以上の工程により、本発明例１の赤外ＬＥＤを製造した。
【０１３８】
（本発明例２）
本発明例２のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ基板１０を構成するＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比が異なっていた。具体的には、本発明例２のＡｌＧａＡｓ層１１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０．０５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。
【０１３９】
（本発明例３）
本発明例３のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ基板１０を構成するＡｌＧａＡｓ層１１のＡｌの組成比および厚みが異なっていた。具体的には、本発明例３のＡｌＧａＡｓ層１１において、ＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側のＡｌの組成比が０．１５で、主表面１１ａ側のＡｌの組成比が０．１０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。またＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは１０μｍであり、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは全体の厚みに対して３．７％（＝１０／２７０×１００）であった。
【０１４０】
また赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して４．４％（＝１０／２２５×１００）であった。
【０１４１】
（本発明例４）
本発明例４のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ基板１０が異なっていた。
【０１４２】
具体的には、本発明例４のＧａＡｓ基板１３は、７６ｍｍの直径と２３０μｍの厚みとを有していた。このＧａＡｓ基板１３はＳｉがドープされ、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度を有していた。
【０１４３】
ＡｌＧａＡｓ層１１は、４９μｍの厚みを有する２層からなっており、全体として９８μｍの厚みを有していた。ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは全体の厚みに対して２９．８％（＝９８／３２８×１００）であった。
【０１４４】
またＡｌＧａＡｓ層１１の各層において、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。
【０１４５】
また赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みの厚みに対して４３．６％（＝９８／２２５×１００）であった。
【０１４６】
（本発明例５）
本発明例５のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤ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基板において異なっていた。
【０１４７】
具体的には、本発明例５のＡｌＧａＡｓ基板は、ＧａＡｓ基板１３と、ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａに形成されたＡｌＧａＡｓ層１１と、ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂに形成された裏面ＡｌＧａＡｓ層とを備えていた。
【０１４８】
ＧａＡｓ基板１３は、本発明例４のＧａＡｓ基板１３と同様であった。ＧａＡｓ基板１３の主表面１３ａに形成されたＡｌＧａＡｓ層１１は、３６μｍの厚みを有する１層構造であった。図１６に示すように、このＡｌＧａＡｓ層１１において、裏面１１ｂ側のＡｌ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の組成比は常に減少していた。
【０１４９】
図１６に示すＡｌの組成比ｘを測定した本発明例５のＡｌＧａＡｓ層について、Ａｌの組成比の傾き（図１６における縦軸で示されるＡｌ組成比の勾配）である△Ａｌ／△ｔ（単位：組成差／μｍ）を求めた。その結果を図１７に示す。図１７に示すように、本発明例５の△Ａｌ／△ｔは、４×１０-3／μｍ以上２×１０-2／μｍ以下であった。なお、図１６および図１７において、ＡｌＧａＡｓ層１１の主表面１１ａに位置する主表面を深さ０としている。
【０１５０】
ＧａＡｓ基板１３の裏面１３ｂに形成された裏面ＡｌＧａＡｓ層は、３６μｍの厚みを有していた。この裏面ＡｌＧａＡｓ層は、ＧａＡｓ基板１３との界面のＡｌの組成比が０．４９で、界面と反対側の面のＡｌの組成比が０．０２であり、界面から反対側の面に向けてＡｌの組成比は常に減少していた。
【０１５１】
ＡｌＧａＡｓ層１１および裏面ＡｌＧａＡｓ層の厚みは、鏡面研磨後の厚みであり、ＡｌＧａＡｓ基板におけるＡｌＧａＡｓ層１１の厚みは全体の厚みに対して１１．９％（＝３６／３０２×１００）であった。
【０１５２】
また赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して１６．０％（＝３６／２２５×１００）であった。
【０１５３】
（本発明例６〜１０）
本発明例６〜１０の各々は、基本的には本発明例１〜５と同様の構成を備えていたが、エピタキシャルウエハを製造した後にＧａＡｓ基板１３の一部を除去して、ＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みを１２０μｍにした点において異なっていた。つまり、本発明例６および７の赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して４１．７％（＝５０／１２０×１００）であった。本発明例８の赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して８．３％（＝１０／１２０×１００）であった。本発明例９の赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して８１．７％（＝９８／１２０×１００）であった。本発明例１０の赤外ＬＥＤにおいて、ＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板とエピタキシャル層との合計の厚みに対して３０．０％（＝３６／１２０×１００）であった。
【０１５４】
（比較例１）
比較例１のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ層を備えていない点において異なっていた。つまり、比較例１のＡｌＧａＡｓ基板はＧａＡｓ基板からなり、比較例１のエピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤはＧａＡｓ基板上にエピタキシャル層が形成されていた。
【０１５５】
（比較例２）
比較例２のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ層の厚みを１５０μｍとした点およびエピタキシャル層形成後に、ＧａＡｓ基板全体を除去する工程をさらに実施した点において異なっていた。つまり、比較例２のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、ＧａＡｓ基板を備えていなかった。また比較例２の赤外ＬＥＤにおいてＡｌＧａＡｓ層１１の厚みはＡｌＧａＡｓ基板１０とエピタキシャル層２１との合計の厚み（Ｈ１１（＝０）＋Ｈ１３＋Ｈ２１）に対して９６％（＝１５０／１５６．７×１００）であった。なお、比較例２のエピタキシャル層の厚みは６．７μｍであった。
【０１５６】
（比較例３）
比較例３のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＡｌＧａＡｓ層においてＡｌの組成比が０．３５で一定であった点において異なっていた。
【０１５７】
（比較例４）
比較例４のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＧａＡｓ基板のｎ型キャリア濃度が５×１０16ｃｍ-3未満であった点において異なっていた。
【０１５８】
（比較例５）
比較例５のＡｌＧａＡｓ基板、エピタキシャルウエハおよび赤外ＬＥＤは、基本的には本発明例１と同様であったが、ＧａＡｓ基板のｎ型キャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3を超えていた点において異なっていた。
【０１５９】
（評価結果）
本発明例１〜１０および比較例１〜５の赤外ＬＥＤについて、光出力および動作電圧をそれぞれ測定した。この場合のチップ寸法は、２２０μｍ角であった。光出力は、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９４０ｎｍの出力を測定した。動作電圧は、パラメータアナライザを用い、赤外ＬＥＤの２電極を介した２端子で測定した。これらの結果を下記の表１に示す。
【０１６０】
【表１】
【０１６１】
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ＧａＡｓ基板が５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度を有する本発明例１〜１０は、ＧａＡｓ基板を完全に除去した比較例２の赤外ＬＥＤと同程度の光出力を維持できるとともに、低い動作電圧を維持できた。このように、ＧａＡｓ基板を残していても、本発明例１〜１０のＡｌＧａＡｓ基板およびエピタキシャルウエハを用いて形成した赤外ＬＥＤの高い特性を維持できた。それに加えて、本発明例１〜１０ではＡｌＧａＡｓ層の厚みおよびその比率を小さくすることができるので、コストを低減することができることがわかった。
【０１６２】
また、ＡｌＧａＡｓ層１１を備えていなかった比較例１は、本発明例１〜１０よりも出力が大幅に低かった。ＧａＡｓ基板１３を備えていなかった比較例２は、ＡｌＧａＡｓ層に電極を形成したので、本発明例１〜１０よりも動作電圧が高かった。Ａｌ組成比が一定であったＡｌＧａＡｓ層を備えていた比較例３は、本発明例１〜１０よりも動作電圧が大幅に高かった。ｎ型キャリア濃度が５×１０16ｃｍ-3未満であった比較例４は、本発明例１〜１０よりも動作電圧が高かった。ｎ型キャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3を超えていた比較例５は、本発明例１〜１０よりも出力が低かった。
【０１６３】
ここで、本実施例では、ｎ型キャリア濃度を有するＧａＡｓ基板について記載したが、ｐ型キャリア濃度を５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下にすることで同様の効果を有するという知見を本発明者は得ている。また、活性層の構造のみをかえて、波長８５０ｎｍとした場合でも、本発明例と比較例の出力の大小関係は波長９４０ｎｍの場合と変わらないという結果が確認され、また、チップ寸法が３５０μｍの場合でも、２２０μｍと同様の傾向が確認され、本構造の設計の差異の効果が確認された。
【０１６４】
以上より、本実施例によれば、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よりも低く、かつＧａＡｓ基板は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有することにより、高い特性を維持できるとともに、コストを低減できることが確認できた。
【０１６５】
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】
【０１６６】
１０ ＡｌＧａＡｓ基板、１１ ＡｌＧａＡｓ層、１１ａ，１３ａ 主表面、１１ｂ，１３ｂ 裏面、１３ ＧａＡｓ基板、２０ エピタキシャルウエハ、２０ エピタキシャル層、２２ 活性層を含む層、２６ 透明導電膜、２８ エッチングストップ層、３０ａ，３０ｂ 赤外ＬＥＤ、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）と、
前記裏面に形成されたＧａＡｓ基板とを備え、
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、
前記ＧａＡｓ基板は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する、ＡｌＧａＡｓ基板。
【請求項２】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の厚みが全体の厚みに対して０％を超えて３０％未満である、請求項１に記載のＡｌＧａＡｓ基板。
【請求項３】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は、１層からなる、請求項１または２に記載のＡｌＧａＡｓ基板。
【請求項４】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘの最小値が０以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＡｌＧａＡｓ基板。
【請求項５】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘの最大値が０．５以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＡｌＧａＡｓ基板。
【請求項６】
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１〜５のいずれか１項に記載のＡｌＧａＡｓ基板。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のＡｌＧａＡｓ基板と、
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た、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項８】
前記エピタキシャル層上に形成された透明導電膜をさらに備えた、請求項７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７または８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層の厚みが前記ＡｌＧａＡｓ基板と前記エピタキシャル層との合計の厚みに対して４％以上である、請求項９に記載の赤外ＬＥＤ。
【請求項１１】
前記第１の電極は、前記エピタキシャル層上に形成され、
前記第２の電極は、前記ＧａＡｓ基板上に形成された、請求項９または１０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）と、
前記裏面に形成されたＧａＡｓ基板とを備え、
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、
前記ＧａＡｓ基板は、５×１０16ｃｍ-3以上２×１０18ｃｍ-3以下のｎ型キャリア濃度または５×１０18ｃｍ-3以上３×１０19ｃｍ-3以下のｐ型キャリア濃度を有する、ＡｌＧａＡｓ基板。
【請求項２】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の厚みが全体の厚みに対して０％を超えて３０％未満である、請求項１に記載のＡｌＧａＡｓ基板。
【請求項３】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層は、１層からなる、請求項１または２に記載のＡｌＧａＡｓ基板。
【請求項４】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘの最小値が０以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＡｌＧａＡｓ基板。
【請求項５】
前記ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層のＡｌの組成比ｘの最大値が０．５以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＡｌＧａＡｓ基板。
【請求項６】
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１〜５のいずれか１項に記載のＡｌＧａＡｓ基板。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のＡｌＧａＡｓ基板と、
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た、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ。
【請求項８】
前記エピタキシャル層上に形成された透明導電膜をさらに備えた、請求項７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７または８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層の厚みが前記ＡｌＧａＡｓ基板と前記エピタキシャル層との合計の厚みに対して４％以上である、請求項９に記載の赤外ＬＥＤ。
【請求項１１】
前記第１の電極は、前記エピタキシャル層上に形成され、
前記第２の電極は、前記ＧａＡｓ基板上に形成された、請求項９または１０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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１５３９４（Ｐ２０１２−１５３９４Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５１８６２（Ｐ２０１０−１５１８６２）
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【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１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【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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