專利名稱：發(fā)光二極管用外延晶片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管用外延晶片，尤其涉及高輸出功率發(fā)光二極管用外延晶片。本申請(qǐng)基于在2010年7月6日在日本提出的專利申請(qǐng)2010-154202號(hào)要求優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援引于本申請(qǐng)中。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，一直在研究采用人工光源進(jìn)行的植物培養(yǎng)。特別是使用采用單色性優(yōu)異，能夠節(jié)能、長(zhǎng)壽命和小型化的發(fā)光二極管(英文簡(jiǎn)稱LED)進(jìn)行的照明的栽培方法受到關(guān)注。另外，從迄今為止的研究結(jié)果來(lái)看，作為適合于植物培養(yǎng)(光合作用)用的光源的發(fā)光波長(zhǎng)之一，波長(zhǎng)為60(T700nm區(qū)域的紅色光的效果得到確認(rèn)。對(duì)于該范圍的波長(zhǎng)，在以往的紅色發(fā)光二極管中，曾研討了由AlGaAs和InGaNP等構(gòu)成的發(fā)光層的應(yīng)用(例如，專利文獻(xiàn)廣4)。另一方面，已知具備由磷化鋁鎵銦(組成式(AlxGa1-X)Yln1-YP ；0 ^ X ^ 1,0 < Y ^ I)構(gòu)成的發(fā)光層的化合物半導(dǎo)體LED。在該LED中，具有Gaa5Ina5P的組成的發(fā)光層的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，在該發(fā)光層中獲得的峰發(fā)光波長(zhǎng)為650nm附近。因此，在比655nm長(zhǎng)的波長(zhǎng)的區(qū)域，實(shí)用化和高輝度化較困難。另外，當(dāng)在砷化鎵(GaAs)單晶基板上形成了具備由(AlxGag)YIrvYP (0 < X彡1， 0< Y < I)構(gòu)成的發(fā)光層的發(fā)光部的情況下，發(fā)光部的組成被選擇以使得與GaAs單晶基板的晶格常數(shù)匹配。另一方面，在發(fā)光機(jī)理不同的激光元件中，對(duì)于具有應(yīng)變的發(fā)光層進(jìn)行了研討，但現(xiàn)狀是在發(fā)光二極管中，對(duì)于具有應(yīng)變的發(fā)光層尚未實(shí)用化(例如，參照專利文獻(xiàn)5)。另外，研討了發(fā)光二極管的發(fā)光部應(yīng)用量子阱結(jié)構(gòu)的情形(例如，參照專利文獻(xiàn)6)。但是，通過(guò)應(yīng)用量子阱結(jié)構(gòu)獲得的量子效應(yīng)，由于使發(fā)光波長(zhǎng)短波長(zhǎng)化，因此存在不能夠適用于長(zhǎng)波長(zhǎng)化的技術(shù)的問(wèn)題?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)平9-37648號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2002-27831號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2004-221042號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 :日本特開(kāi)2001-274454號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 :日本特開(kāi)2000-151024號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6 :日本專利第3373561號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
然而，作為適用于植物培養(yǎng)用的照明的660nm的波長(zhǎng)帶的LED，在使用以往的由AlGaAs構(gòu)成的發(fā)光層的情況下，由于發(fā)光輸出功率不足，因此不能夠?qū)崿F(xiàn)高發(fā)光效率化的LED。另一方面，在對(duì)LED應(yīng)用由發(fā)光效率高的(AlxGa^AlrvYPCO彡X彡1，0〈Y彡I)構(gòu)成的發(fā)光層的情況下，在650nm以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)化中，存在LED用的應(yīng)變發(fā)光層所特有的技術(shù)課題，因此實(shí)現(xiàn)可靠性高的LED較困難。特別是在為655nm以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)時(shí)，制造控制了應(yīng)變發(fā)光層的應(yīng)變的可靠性高的LED較困難。本發(fā)明是鑒于上述情況完成的，其目的在于提供一種能夠制造特別是在發(fā)光波長(zhǎng)為655nm以上時(shí)可靠性高的LED的發(fā)光二極管用外延晶片。(I) 一種發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，具備GaAs基板和設(shè)置在上述GaAs 基板上的Pn結(jié)型的發(fā)光部，上述發(fā)光部被設(shè)為應(yīng)變發(fā)光層與勢(shì)壘層交替地層疊而成的疊層結(jié)構(gòu)，上述勢(shì)壘層的組成式為(AlxGaH) yIivyP (0. 3彡X彡0. 7，0. 51彡Y彡0. 54)。(2)根據(jù)前項(xiàng)(I)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，上述勢(shì)壘層的厚度為 35 50nm。(3)根據(jù)前項(xiàng)(I)或(2)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，上述應(yīng)變發(fā)光層的組成式為(AlxGa1-X)Yln1-YP (0 彡 X 彡 0. I，0. 35 彡 Y 彡 0. 46)。(4)根據(jù)前項(xiàng)(I) (3)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，上述應(yīng)變發(fā)光層的厚度在8 38nm的范圍。(5)根據(jù)前項(xiàng)(I) (4)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，在上述發(fā)光部上設(shè)置有應(yīng)變調(diào)整層，上述應(yīng)變調(diào)整層對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)是透明的，并且具有比上述GaAs基板的晶格常數(shù)小的晶格常數(shù)。(6)根據(jù)前項(xiàng)(5)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，上述應(yīng)變調(diào)整層的組成式為(AlxGa1-X)Yln1-YP (0 彡X彡 1，0.6 彡 Y彡 I)。(7)根據(jù)前項(xiàng)(5)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，上述應(yīng)變調(diào)整層的組成式為 AlxGai_xASl_YPY (0 彡 X彡 1，0.6 彡 Y彡 I)。(8)根據(jù)前項(xiàng)(5)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，上述應(yīng)變調(diào)整層為GaP 層。(9)根據(jù)前項(xiàng)(5) (8)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，上述應(yīng)變調(diào)整層的厚度在0. 5^20 y m的范圍。(10)根據(jù)前項(xiàng)(I) (9)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，上述發(fā)光部含有8 40層上述應(yīng)變發(fā)光層。(11)根據(jù)前項(xiàng)(I廣(9)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，在上述發(fā)光部的上表面和下表面的一方或兩方具備覆蓋層，上述覆蓋層的組成式為(AlxGag)ylrVyP (0. 5 彡 X 彡 1,0. 48 彡 Y 彡 0. 52)。(12)根據(jù)前項(xiàng)(I) (11)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，上述GaAs基板的面取向的范圍，是從(100)方向向(0-1-1)方向偏離(傾斜)15° ±5°。(13)根據(jù)前項(xiàng)(I) (12)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，上述GaAs基板的直徑為75mm以上。(14)根據(jù)前項(xiàng)(12)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，翹曲量為200 U m以下。(15)根據(jù)前項(xiàng)(2) (14)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，是用于促進(jìn)植物培養(yǎng)的光合作用的發(fā)光二極管用外延晶片，上述應(yīng)變發(fā)光層的峰發(fā)光波長(zhǎng)在655 685nm的范圍。(16)根據(jù)前項(xiàng)(15)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，上述應(yīng)變發(fā)光層在發(fā)光波長(zhǎng)700nm下的發(fā)光強(qiáng)度,低于在上述峰發(fā)光波長(zhǎng)下的發(fā)光強(qiáng)度的10%。根據(jù)本發(fā)明的一觀點(diǎn)，通過(guò)將設(shè)置在GaAs基板上的pn結(jié)型的發(fā)光部設(shè)為應(yīng)變發(fā)光層與勢(shì)壘層交替地層疊而成的疊層結(jié)構(gòu)，并且將勢(shì)壘層的組成式設(shè)定為(AlxGag) yIivyP (0. 3 ^ X ^ 0. 7,0. 51 < Y ^ 0. 54)，可以在勢(shì)壘層中形成與應(yīng)變發(fā)光層相反的應(yīng)變(拉伸應(yīng)變)。由此，能夠?qū)?yīng)變發(fā)光層的Y組成減小到0. 37附近，因此可以使應(yīng)變發(fā)光層的峰發(fā)光波長(zhǎng)為655nm以上。另外，通過(guò)在勢(shì)壘層中形成與應(yīng)變發(fā)光層相反的應(yīng)變(拉伸應(yīng)變)，可以利用該勢(shì)壘層緩和應(yīng)變發(fā)光層的應(yīng)變。由此，可抑制在應(yīng)變發(fā)光層的內(nèi)部的晶體缺陷的產(chǎn)生，因此可以提高發(fā)光二極管用外延晶片所制造的LED的可靠性。


圖I是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管用外延晶片的截面模式圖。圖2是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管用外延晶片的發(fā)光部的截面模式圖。圖3是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的俯視圖。圖4是沿著圖3所示的發(fā)光二極管的A-A’線的截面模式圖。圖5是表不作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的發(fā)光光譜的圖。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)于作為應(yīng)用了本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管用外延晶片，與使用了該外延晶片的發(fā)光二極管芯片一起使用附圖詳細(xì)地說(shuō)明。再者，本實(shí)施方式設(shè)為上下流通電流的一般的元件結(jié)構(gòu)。另外，為易于明白其特征，在以下的說(shuō)明中使用的附圖有時(shí)為方便起見(jiàn)將成為特征的部分放大地表示，各構(gòu)成要素的尺寸比率等未必與實(shí)際相同。<發(fā)光二極管用外延晶片>圖I是用于說(shuō)明作為應(yīng)用了本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管用外延晶片的結(jié)構(gòu)的截面模式圖。如圖I所示，本實(shí)施方式的發(fā)光二極管用外延晶片10(以下，稱為「外延晶片10」)，至少具備GaAs基板I、設(shè)置在GaAs基板I上的pn結(jié)型的發(fā)光部2、和設(shè)置在發(fā)光部2上的應(yīng)變調(diào)整層3而概略構(gòu)成。具體地講，外延晶片10具有在GaAs基板I的表面上，依次層置有由GaAs構(gòu)成的緩沖層4、下部覆蓋層5、發(fā)光部2、上部覆蓋層6和應(yīng)變調(diào)整層3的元件結(jié)構(gòu)。
再者，在本實(shí)施方式中，在以下的說(shuō)明中，有時(shí)將層疊有緩沖層4、下部覆蓋層5、發(fā)光部2、上部覆蓋層6、和應(yīng)變調(diào)整層3的元件結(jié)構(gòu)稱為外延生長(zhǎng)層?？梢詫?duì)上述元件結(jié)構(gòu)適當(dāng)施加公知的功能層。例如，可以設(shè)置用于降低歐姆(Ohmic)電極的接觸電阻的接觸層、用于使元件驅(qū)動(dòng)電流在整個(gè)發(fā)光部平面性地?cái)U(kuò)散的電流擴(kuò)散層、相反地用于限制元件驅(qū)動(dòng)電流流通的區(qū)域的電流阻止層和電流狹窄層等公知的層結(jié)構(gòu)。另外，在GaAs基板I的上方也可以設(shè)置反射層(DBR層)等公知的層結(jié)構(gòu)。GaAs基板1，可以使用由公知的制法制成的市售品的單晶基板。GaAs基板I的進(jìn)行外延生長(zhǎng)的表面優(yōu)選為平滑的。從品質(zhì)的穩(wěn)定性方面來(lái)看，優(yōu)選GaAs基板I的表面的面取向?yàn)槿菀淄庋由L(zhǎng)的(100)面以及從(100)在±20°以內(nèi)偏離的范圍。進(jìn)而，更優(yōu)選GaAs基板I的面取向的范圍為從(100)方向向(0-1-1)方向偏離15° ±5° (15° off±5° )。為了使外延生長(zhǎng)層的結(jié)晶性良好，優(yōu)選GaAs基板I的位錯(cuò)密度低。具體地講，例如，希望為10000個(gè)Cm—2以下，優(yōu)選為1000個(gè)Cm—2以下。 GaAs基板I的導(dǎo)電類型可以是n型也可以是p型。GaAs基板I的載流子濃度可以基于所希望的電導(dǎo)率和元件結(jié)構(gòu)適當(dāng)選擇。例如，在GaAs基板I為硅摻雜的n型的情況下，優(yōu)選載流子濃度為IX IO17 5X IO18CnT3的范圍。與此相對(duì)，在GaAs基板I為摻雜鋅的P型的情況下，優(yōu)選載流子濃度為2 X IO18 5 X IO19CnT3的范圍。GaAs基板I的厚度根據(jù)基板的尺寸有適當(dāng)?shù)姆秶Ｈ绻鸊aAs基板I的厚度比適當(dāng)?shù)姆秶?，則在外延晶片10的制造工藝中開(kāi)裂，有收率降低之虞。另一方面，如果GaAs基板I的厚度比適當(dāng)?shù)姆秶?，則材料成本增加。因此，在GaAs基板I的基板尺寸大的情況下，例如，直徑為75mm的情況下，為了防止操作時(shí)的開(kāi)裂，優(yōu)選25(T500iim的厚度。同樣地,在GaAs基板I的基板尺寸為直徑50mm的情況下,優(yōu)選200 400 U m的厚度，在直徑為IOOmm的情況下,優(yōu)選350 600 u m的厚度。再者,在本實(shí)施方式中，從生產(chǎn)率方面出發(fā)優(yōu)選GaAs基板I的直徑為75mm以上。這樣，通過(guò)根據(jù)GaAs基板I的基板尺寸來(lái)增厚基板的厚度，可以降低后述的起因于應(yīng)變發(fā)光層7的外延晶片10的翹曲。由此，外延生長(zhǎng)中的溫度分布變得均勻，因此可以減小外延晶片10面內(nèi)的波長(zhǎng)分布。再者，GaAs基板I的形狀并不特別限定于圓形，為矩形等也沒(méi)有問(wèn)題。發(fā)光部2如圖I所不，與下部覆蓋層5和上部覆蓋層6 —同構(gòu)成雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)。另夕卜，為了在使用外延晶片10制作發(fā)光二極管(LED)時(shí)控制發(fā)光波長(zhǎng)，優(yōu)選發(fā)光部2構(gòu)成阱結(jié)構(gòu)。圖2是表不作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管用外延晶片的發(fā)光部的截面模式圖。參照?qǐng)D2，發(fā)光部2被設(shè)為應(yīng)變發(fā)光層7 (也稱為「阱層」、或「well層」)與勢(shì)壘層8 (也稱為「壘層」)交替地層疊而成的疊層結(jié)構(gòu)體，在其兩端配置有應(yīng)變發(fā)光層7。發(fā)光層2的層厚優(yōu)選為0. OSliim的范圍。另外，發(fā)光層2的導(dǎo)電類型沒(méi)有特別限定，無(wú)摻雜、P型和n型的任一種都可以選擇。為了提高發(fā)光效率，優(yōu)選設(shè)為結(jié)晶性良好的無(wú)摻雜或低于3X IO17CnT3的載流子濃度。應(yīng)變發(fā)光層7的組成式被設(shè)定為(AlxGa1-X)YIni_YP( 0彡X彡0. I，0. 35彡Y彡0. 46 )。
在應(yīng)變發(fā)光層7為層厚(單層的厚度)低于約8nm的薄膜的情況下，發(fā)光波長(zhǎng)由于阱層的量子效應(yīng)而變短，變得得不到所希望的655nm以上的波長(zhǎng)。因此，應(yīng)變發(fā)光層7的層厚優(yōu)選為加上層厚的變動(dòng)而不體現(xiàn)量子效應(yīng)的8nm以上。另外，若考慮容易控制應(yīng)變發(fā)光層7的層厚，則優(yōu)選為IOnm以上的厚度。勢(shì)壘層8的組成式被設(shè)定為(AlxGa1-X)YIrvYP(0. 3彡X彡0. 7，0. 51彡Y彡0. 54)。上述X雖然也取決于外延晶片10的元件結(jié)構(gòu)，但可以為例如0.5 < X < 0.6或0. 50 ^ X ^ 0. 55 的范圍。這樣，通過(guò)將發(fā)光部2的構(gòu)成設(shè)為交替地層疊了應(yīng)變發(fā)光層7和勢(shì)壘層8的疊層結(jié)構(gòu)，并且將勢(shì)壘層8的組成式設(shè)定為(AlxGa1^x)YIni_YP(0. 3彡X彡0. 7，0. 51彡Y彡0. 54)，可以在勢(shì)壘層8中形成與應(yīng)變發(fā)光層7相反的應(yīng)變(拉伸應(yīng)變)。 由此，能夠?qū)?yīng)變發(fā)光層7的Y組成減小到0. 37附近，因此可以使應(yīng)變發(fā)光層7的峰發(fā)光波長(zhǎng)為655nm以上。另外，通過(guò)在勢(shì)壘層8中形成與應(yīng)變發(fā)光層7相反的應(yīng)變(拉伸應(yīng)變)，可以利用該勢(shì)壘層8緩和應(yīng)變發(fā)光層7的應(yīng)變。由此，可抑制在應(yīng)變發(fā)光層7的內(nèi)部的晶體缺陷的產(chǎn)生，因此可以提高外延晶片10 (發(fā)光二極管用外延晶片)所制造的LED的可靠性。優(yōu)選勢(shì)壘層8的層厚(單層的厚度)比應(yīng)變發(fā)光層7的層厚(單層的厚度)厚。由此，可以提高應(yīng)變發(fā)光層7的發(fā)光效率。另外，勢(shì)壘層8的厚度在35飛Onm的范圍內(nèi)被設(shè)定。也就是說(shuō)，勢(shì)壘層8相比于一般的勢(shì)壘層的厚度較厚地構(gòu)成。這樣，另外通過(guò)將發(fā)光部2的構(gòu)成設(shè)為交替地層疊了應(yīng)變發(fā)光層7和勢(shì)壘層8的疊層結(jié)構(gòu)，并且將勢(shì)壘層8的組成式設(shè)定為(AlxGag) YIni_YP (0.3 ^ X^O. 7，
0.51彡Y彡0. 54)，同時(shí)在35飛Onm的范圍內(nèi)設(shè)定勢(shì)壘層8的厚度，可以利用勢(shì)壘層8進(jìn)一步緩和應(yīng)變發(fā)光層7的應(yīng)變，因此能夠?qū)?yīng)變發(fā)光層7的Y組成的值減小到0. 35附近。由此，可以將應(yīng)變發(fā)光層7的峰發(fā)光波長(zhǎng)設(shè)定為655飛85nm，并且可進(jìn)一步抑制在應(yīng)變發(fā)光層7的內(nèi)部的晶體缺陷的產(chǎn)生，因此可以進(jìn)一步提高外延晶片10 (發(fā)光二極管用外延晶片)所制造的LED的可靠性。另外，如果勢(shì)壘層8的層厚超過(guò)50nm，則變得接近于發(fā)光波長(zhǎng)的波長(zhǎng)，出現(xiàn)光的干涉、布拉格反射等光學(xué)的影響。因此，勢(shì)壘層8優(yōu)選設(shè)為50nm以下的層厚，更優(yōu)選40nm以下的層厚。如上述那樣，應(yīng)變發(fā)光層7的層厚較薄、勢(shì)壘層8的層厚較厚時(shí)，可得到通過(guò)勢(shì)壘層8吸收應(yīng)變發(fā)光層7的應(yīng)變的效果，并且可得到在應(yīng)變發(fā)光層7上難以產(chǎn)生晶體缺陷的效果。再者，一般如果應(yīng)變發(fā)光層7的層厚超過(guò)30nm，則應(yīng)變量變得過(guò)大，因此容易產(chǎn)生晶體缺陷和表面的異常，但在本實(shí)施方式中，由于在勢(shì)壘層8中形成與應(yīng)變發(fā)光層7相反的應(yīng)變(拉伸應(yīng)變)，并且增厚了勢(shì)壘層8的厚度(在35飛Onm的范圍內(nèi)設(shè)定)，因此可以將應(yīng)變發(fā)光層7的層厚設(shè)定在8 38nm的范圍。在應(yīng)變發(fā)光層7與勢(shì)壘層8的多層結(jié)構(gòu)中，將應(yīng)變發(fā)光層7與勢(shì)壘層8交替地層疊的對(duì)數(shù)沒(méi)有特別的限定，但優(yōu)選為8對(duì) 40對(duì)。S卩，優(yōu)選發(fā)光部2包含8 40層應(yīng)變發(fā)光層7。
在此，作為發(fā)光部2的發(fā)光效率優(yōu)選的范圍，優(yōu)選應(yīng)變發(fā)光層7為8層以上。另一方面，應(yīng)變發(fā)光層7和勢(shì)壘層8由于載流子濃度低，如果形成為較多的對(duì)，則正向電壓(VF)增大。因此，優(yōu)選為40對(duì)以下，更優(yōu)選為30對(duì)以下。另外，應(yīng)變發(fā)光層7具有的應(yīng)變是由于外延生長(zhǎng)基板和發(fā)光部2的晶格常數(shù)不同因而在發(fā)光部2中產(chǎn)生的應(yīng)力(stress)。因此，將應(yīng)變發(fā)光層7與勢(shì)壘層8交替地層疊的對(duì)數(shù)，即，發(fā)光部2中所含有的應(yīng)變發(fā)光層7的層數(shù)如果超過(guò)上述范圍，則發(fā)光部2不耐受應(yīng)變而產(chǎn)生晶體缺陷，產(chǎn)生表面狀態(tài)的惡化和發(fā)光效率降低等的問(wèn)題。圖3是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的俯視圖，圖4是圖3所示的發(fā)光二極管的沿著A-A’線的截面模式圖。參照?qǐng)D3和圖4，應(yīng)變發(fā)光層7在形成為上下流通電流的元件結(jié)構(gòu)(發(fā)光二極管20)的情況下，其峰發(fā)光波長(zhǎng)優(yōu)選為655 685nm的范圍，更優(yōu)選為66(T670nm的范圍。上述范圍的發(fā)光波長(zhǎng)是適合于植物培養(yǎng)(光合作用)用的光源的發(fā)光波長(zhǎng)之一，對(duì)于光合作用反應(yīng)效率高，因此優(yōu)選。 另一方面，如果利用700nm以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域的光，則發(fā)生抑制植物的培養(yǎng)的反應(yīng)，因此希望長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域的光量少。因此，為了高效地培養(yǎng)植物，最優(yōu)選的是對(duì)于光合作用反應(yīng)最佳的655飛75nm的波長(zhǎng)區(qū)域的光較強(qiáng)、且不含有700nm以上的超波長(zhǎng)區(qū)域的光的紅色光源。另外，優(yōu)選的是應(yīng)變發(fā)光層7在發(fā)光波長(zhǎng)700nm下的發(fā)光強(qiáng)度,低于在上述峰發(fā)光波長(zhǎng)下的發(fā)光強(qiáng)度的10%。使用具有這樣的特性的應(yīng)變發(fā)光層7的外延晶片10制成的發(fā)光二極管，可以很好地作為用于促進(jìn)植物培養(yǎng)的光合作用的照明使用。另外，應(yīng)變發(fā)光層7的構(gòu)成可以選擇組成、層厚、層數(shù)以使得充分滿足上述特性。應(yīng)變調(diào)整層3，如圖I所示，隔著上部覆蓋層6設(shè)置在發(fā)光部2上。另外，應(yīng)變調(diào)整層3對(duì)于來(lái)自發(fā)光部2 (應(yīng)變發(fā)光層7)的發(fā)光波長(zhǎng)是透明的。進(jìn)而，應(yīng)變調(diào)整層3具有比上述GaAs基板I的晶格常數(shù)小的晶格常數(shù)。作為應(yīng)變調(diào)整層3，可以應(yīng)用具有(AlxGag)YlrvYP (0彡X彡1，0. 6彡Y彡I)的組成的材料。上述X，雖然也取決于外延晶片10的元件結(jié)構(gòu)，但從Al濃度低的材料在化學(xué)上穩(wěn)定考慮，優(yōu)選為0. 5以下，更優(yōu)選為O。另外，上述Y的下限值優(yōu)選為0. 6以上。在此，如果比較發(fā)光部2 (應(yīng)變發(fā)光層7)具有的應(yīng)變相同的情況，則上述Y的值小時(shí)應(yīng)變調(diào)整層3的應(yīng)變調(diào)整效果變小。因此，產(chǎn)生增厚應(yīng)變調(diào)整層3的層厚的必要，應(yīng)變調(diào)整層3的成膜時(shí)的生長(zhǎng)時(shí)間和成本上升，因此上述Y的值優(yōu)選為0. 6以上，更優(yōu)選為0. 8以上。另外，作為應(yīng)變調(diào)整層3，也可以優(yōu)選地使用對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)是透明的、且具有AlxGai_xASl_YPY (0彡X彡1，0. 6彡Y彡I)的組成的III - V族半導(dǎo)體材料。在具有上述組成的應(yīng)變調(diào)整層3中，晶格常數(shù)根據(jù)Y的值而變化。上述Y的值大時(shí)晶格常數(shù)變小。另外，相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)的透明度，與上述X和Y的值雙方相關(guān)聯(lián)，因此選擇X和Y的值使得成為透明的材料即可。此外，作為應(yīng)變調(diào)整層3，可以使用GaP層。該GaP不需要調(diào)整組成，并且應(yīng)變調(diào)整效果大，因此從生產(chǎn)率和穩(wěn)定性的方面來(lái)看最適合作為應(yīng)變調(diào)整層3的材料。應(yīng)變調(diào)整層3具有比作為外延生長(zhǎng)基板的GaAs基板I的晶格常數(shù)小的晶格常數(shù)，因此具備緩和應(yīng)變發(fā)光層7包含的應(yīng)變量的偏差的功能。因此，通過(guò)設(shè)置應(yīng)變調(diào)整層3，有發(fā)光波長(zhǎng)等的特性均勻化、防止裂紋產(chǎn)生等的防止晶體缺陷產(chǎn)生的效果。在此，應(yīng)變調(diào)整層3的層厚優(yōu)選為0. 5 20i!m的范圍，更優(yōu)選為3 15iim的范圍。如果應(yīng)變調(diào)整層3的層厚低于0. 5 y m，則對(duì)緩和應(yīng)變發(fā)光層7的應(yīng)變量的偏差不充分，如果層厚超過(guò)20 u m,則生長(zhǎng)時(shí)間變長(zhǎng)，成本增大，因此不優(yōu)選。另外，通過(guò)控制應(yīng)變調(diào)整層3的組成，在使用薄的GaAs基板I的情況下也可以降低外延晶片10的翹曲，因此能夠制作面內(nèi)波長(zhǎng)分布小的外延晶片10。另外，相同厚度的基板，GaAs基板I的尺寸越大則外延晶片10的翅曲越大。但是，通過(guò)控制應(yīng)變調(diào)整層3的組成，即使在例如使用直徑為75mm以上的大口徑的GaAs基板I 的情況下，也可以使外延晶片10的翹曲降低。此外，例如，在為了實(shí)現(xiàn)高輝度化而進(jìn)行功能性基板和外延晶片10的接合的元件結(jié)構(gòu)情況下，外延晶片10的翹曲大時(shí)產(chǎn)生開(kāi)裂等的問(wèn)題，因此優(yōu)選減小外延晶片10的翹曲。外延晶片10的翹曲量，例如使用直徑為75mm以上的GaAs基板I的情況下，優(yōu)選為200 ii m以下，更優(yōu)選為150 u m以下。再者，有基板尺寸越大，翹曲就變得越大的傾向。例如，在基板尺寸為75mm的情況下，雖然根據(jù)應(yīng)變調(diào)整層和應(yīng)變發(fā)光層的組成、基板的厚度而變動(dòng)，但翹曲成為約5(Tl50iim的范圍。另外，在基板尺寸為IOOmm的情況下，雖然根據(jù)應(yīng)變調(diào)整層和應(yīng)變發(fā)光層的組成、基板的厚度而變動(dòng)，但翹曲成為約SOlOOil m的范圍。緩沖層4，如圖I所示，被設(shè)置在GaAs基板I上。緩沖層4具有緩和用于外延生長(zhǎng)的基板的晶體缺陷和晶格崎變的傳播的功能。因此，如果選擇基板的品質(zhì)和外延生長(zhǎng)條件，則緩沖層4未必需要。另外，緩沖層4的材質(zhì)優(yōu)選設(shè)為與用于外延生長(zhǎng)的基板相同的材質(zhì)。因此，在本實(shí)施方式中，作為緩沖層4的材質(zhì)，優(yōu)選與GaAs基板I同樣地使用GaAs0另外，為了降低缺陷的傳播，緩沖層4也可以使用由不同于GaAs基板I的材質(zhì)構(gòu)成的多層膜。緩沖層4的厚度優(yōu)選為0. I ii m以上，更優(yōu)選為0. 2 ii m以上。下部覆蓋層5和上部覆蓋層6如圖I所示，分別設(shè)置在發(fā)光部2的下表面和上表面。具體地講，在發(fā)光部2的下表面?zhèn)?GaAs基板I側(cè))設(shè)置下部覆蓋層5,在發(fā)光部2的上表面?zhèn)?應(yīng)變調(diào)整層3側(cè))設(shè)置上部覆蓋層6。于是，成為通過(guò)下部覆蓋層5和上部覆蓋層6,從下表面和上表面夾持發(fā)光部2的結(jié)構(gòu)。作為下部覆蓋層5和上部覆蓋層6的材質(zhì)，優(yōu)選與緩沖層4晶格匹配、且?guī)侗葢?yīng)變發(fā)光層7大的材質(zhì)，更優(yōu)選帶隙比勢(shì)壘層8大的材質(zhì)。作為上述材質(zhì)，例如可舉出具有AlxGagAs的組成的化合物、具有(AlxGag)YIni_YP(0彡X彡1，0<Y< I)的組成的化合物。在具有AlxGagAs的組成的情況下，上述X的值，下限值優(yōu)選為0.5以上，更優(yōu)選為0.6以上。另外，在具有(AlxGa1-X)Yln1-YP (0彡X彡1，0 < Y彡I)的組成的情況下，上述X的值，下限值優(yōu)選為0. 3以上，更優(yōu)選為0. 5以上。另外，上述Y的值優(yōu)選為0. 49、. 52的范圍，更優(yōu)選為0. 49、. 51的范圍。下部覆蓋層5和上部覆蓋層6極性不同。另外，下部覆蓋層5和上部覆蓋層6的載流子濃度以及厚度可以使用公知的優(yōu)選范圍，優(yōu)選將條件最佳化，以使得發(fā)光部2的發(fā)光效率提高。另外，通過(guò)控制下部覆蓋層5和上部覆蓋層6的組成，可以使外延晶片10的翹曲降低。 具體地講，作為下部覆蓋層5，優(yōu)選使用例如具有由摻雜Si的n型的(AlxGag)yIiVyP (0. 3≤X≤1，0. 48 < Y≤ 0.52)構(gòu)成的半導(dǎo)體材料。另外，載流子濃度優(yōu)選為
IX IO17 I X IO18CnT3的范圍，厚度優(yōu)選為0. 5 2 y m的范圍。再者，下部覆蓋層5的極性是與GaAs基板I相同的極性(n型)，但在將外延晶片10應(yīng)用于除去GaAs基板I的結(jié)構(gòu)的LED的情況下，沒(méi)有該限定。另一方面，作為上部覆蓋層6，優(yōu)選使用例如具有由摻雜Mg的p型的(AlxGag)YIrVYP (0. 3 ^ X ^ 1,0. 48 < Y ^ 0. 52)構(gòu)成的半導(dǎo)體材料。另外，載流子濃度優(yōu)選為2X IO1Ix IO18CnT3的范圍，上部覆蓋層6的厚度優(yōu)選為
0.5 5i!m的范圍。再者，上部覆蓋層6 (和應(yīng)變調(diào)整層3)的極性，可以考慮元件結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇。例如，如圖3和圖4所示，在將外延晶片10適用于上下流通電流的元件結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管20的情況下，上部覆蓋層6 (和應(yīng)變調(diào)整層3)的極性設(shè)定為與GaAs基板I不同的極性(P型)。另外，在下部覆蓋層5和發(fā)光部2之間、發(fā)光部2和上部覆蓋層6之間以及上部覆蓋層6和應(yīng)變調(diào)整層3之間，也可以設(shè)置用于使兩層間的帶(band)不連續(xù)性平緩地變化的中間層。該情況下，優(yōu)選各中間層分別由具有上述兩層的中間的禁帶寬度的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。另外，構(gòu)成為外延晶片的各層的上述組成式中，各層之間，X或Y是獨(dú)立的，可以相同也可以不同。<外延晶片的制造方法>接著，對(duì)于本實(shí)施方式的發(fā)光二極管用外延晶片10 (外延晶片10)的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式的外延晶片10，在GaAs基板上，使包含緩沖層4、下部覆蓋層5、發(fā)光部
2、上部覆蓋層6和應(yīng)變調(diào)整層3的外延生長(zhǎng)層依次進(jìn)行外延生長(zhǎng)來(lái)層疊。在本實(shí)施方式中，可以應(yīng)用分子束外延法(MBE)和減壓有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(M0CVD法)等的公知的生長(zhǎng)方法。其中，優(yōu)選應(yīng)用量產(chǎn)性優(yōu)異的MOCVD法。具體地講，在生長(zhǎng)中使用的GaAs基板1，優(yōu)選在生長(zhǎng)前實(shí)施洗滌工序和熱處理等的預(yù)處理，來(lái)除去表面的污染和自然氧化膜。構(gòu)成上述外延生長(zhǎng)層的各層，可以在MOCVD裝置內(nèi)安置8枚以上的直徑為5(Tl50mm的GaAs基板1，同時(shí)地進(jìn)行外延生長(zhǎng)來(lái)層疊。另外，作為MOCVD裝置，可以應(yīng)用自公轉(zhuǎn)型、高速旋轉(zhuǎn)型等的市售的大型裝置。使上述外延生長(zhǎng)層的各層外延生長(zhǎng)時(shí)，作為V族構(gòu)成元素的原料，可以使用膦(PH3)、胂(AsH3)等。另外，作為各層的生長(zhǎng)溫度，在使用p型GaP層作為應(yīng)變調(diào)整層3的情況下，可以采用72(T770°C，其他的各層，可以采用60(T70(TC。此外，各層的載流子濃度和層厚、溫度條件可以適當(dāng)選擇。另外，作為Mg的摻雜原料，例如可以使用雙環(huán)戊二烯基鎂(bis-(C5H5)2Mg)等。另夕卜，作為Si的摻雜原料，例如可以使用乙硅烷(Si2H6)等。這樣制造的外延晶片10，盡管具有應(yīng)變發(fā)光層7也可得到晶體缺陷少的良好的表面狀態(tài)。另外，外延晶片10也可以對(duì)應(yīng)于元件結(jié)構(gòu)實(shí)施研磨等的表面加工。另外，也可以磨削GaAs基板I的背面，調(diào)整厚度。<植物培養(yǎng)用的發(fā)光二極管>對(duì)于以本實(shí)施方式的發(fā)光二極管用外延晶片10 (外延晶片10)作為元件的情況進(jìn)行說(shuō)明。 如圖3和圖4所不,發(fā)光_■極管20具有使用外延晶片10上下流通電流的兀件結(jié)構(gòu)。具體地講，發(fā)光二極管20，在應(yīng)變調(diào)整層3的上表面和GaAs基板I的下表面，設(shè)置有被加工為所希望的形狀的歐姆電極9A、9B。作為該歐姆電極9A、9B，可以使用公知的電極材料。例如，在歐姆電極9A、9B為n型電極的情況下，可以使用AuGe等，p型電極時(shí)可以使用AuBe等。發(fā)光二極管20，可以通過(guò)在外延晶片10的上表面和下表面形成歐姆電極9A、9B，采用切片法切斷為所希望的尺寸的芯片后，將破碎層蝕刻除去，由此制造。圖5是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的發(fā)光光譜的圖。如圖5所不,發(fā)光二極管20的發(fā)光光譜,峰發(fā)光波長(zhǎng)為655 675nm的范圍。另外，在發(fā)光波長(zhǎng)700nm下的發(fā)光強(qiáng)度,低于在峰發(fā)光波長(zhǎng)下的發(fā)光強(qiáng)度的10%。因此,使用外延晶片10制成的發(fā)光二極管20，可以很好地作為用于促進(jìn)植物培養(yǎng)的光合作用的照明使用。根據(jù)本實(shí)施方式的外延晶片10，通過(guò)將發(fā)光部2的構(gòu)成設(shè)為交替地層疊了應(yīng)變發(fā)光層7和勢(shì)壘層8的疊層結(jié)構(gòu)，并且將勢(shì)壘層8的組成式設(shè)定為(AlxGag) yI^VyP(0.3^X^0.7,0.51^Y^0. 54)，可以在勢(shì)壘層8中形成與應(yīng)變發(fā)光層7相反的應(yīng)變(拉伸應(yīng)變)。由此，能夠?qū)?yīng)變發(fā)光層7的Y組成減小到0. 37附近，因此可以使應(yīng)變發(fā)光層7的峰發(fā)光波長(zhǎng)為655nm以上。另外，通過(guò)在勢(shì)壘層8中形成與應(yīng)變發(fā)光層7相反的應(yīng)變(拉伸應(yīng)變)，可以利用該勢(shì)壘層8緩和應(yīng)變發(fā)光層7的應(yīng)變。由此，可抑制在應(yīng)變發(fā)光層7的內(nèi)部的晶體缺陷的產(chǎn)生，因此可以提高外延晶片10 (發(fā)光二極管用外延晶片)所制造的LED的可靠性。另外，通過(guò)將發(fā)光部2的構(gòu)成設(shè)為交替地層疊了應(yīng)變發(fā)光層7與勢(shì)壘層8的疊層結(jié)構(gòu)，并且將勢(shì)壘層8的組成式設(shè)定為(AlxGa1^x)YIni_YP(0. 3彡X彡0. 7，0. 51彡Y彡0. 54)，同時(shí)在35飛Onm的范圍內(nèi)設(shè)定勢(shì)壘層8的厚度，可以利用勢(shì)壘層8進(jìn)一步緩和應(yīng)變發(fā)光層7的應(yīng)變，因此能夠?qū)?yīng)變發(fā)光層7的Y組成的值減小到0. 35。由此，能夠使應(yīng)變發(fā)光層7的峰發(fā)光波長(zhǎng)為655飛85nm，并且可進(jìn)一步抑制在應(yīng)變發(fā)光層7的內(nèi)部的晶體缺陷的產(chǎn)生，因此可以提高外延晶片10 (發(fā)光二極管用外延晶片)所制造的LED的可靠性。
此外，在本實(shí)施方式的外延晶片10中，在發(fā)光部2上設(shè)置有應(yīng)變調(diào)整層3。該應(yīng)變調(diào)整層3相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)是透明的，因此使用該外延晶片10制成發(fā)光二極管20時(shí)，不會(huì)吸收來(lái)自發(fā)光部2的發(fā)光。此外，由于該應(yīng)變調(diào)整層3具有比GaAs基板I的晶格常數(shù)小的晶格常數(shù)，因此能夠降低該外延晶片10整體的翹曲的產(chǎn)生。由此，可以抑制對(duì)于應(yīng)變發(fā)光層7的缺陷的產(chǎn)生。實(shí)施例以下，使用實(shí)施例具體地說(shuō)明本發(fā)明的效果。再者，本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施例。在本實(shí)施例中，具體地說(shuō)明使用本發(fā)明涉及的發(fā)光二極管用外延晶片制成發(fā)光二極管的例子。另外，在本實(shí)施例中制成的發(fā)光二極管是具有AlGaInP發(fā)光部的紅色發(fā)光二極管。在本實(shí)施例中，制成在GaAs基板上生長(zhǎng)了外延生長(zhǎng)層的外延晶片，上述外延生長(zhǎng)層含有由GaP構(gòu)成的應(yīng)變調(diào)整層。并且，為了評(píng)價(jià)特性，制作發(fā)光二極管芯片，評(píng)價(jià)了晶片面 內(nèi)和晶片間的偏差。(實(shí)施例I)實(shí)施例I的發(fā)光二極管，首先，在由摻雜Si的n型的GaAs單晶構(gòu)成的半導(dǎo)體基板上依次層疊外延生長(zhǎng)層，制成外延晶片。n型的GaAs基板以從(100)面向(0_1_1)方向傾斜15°的面作為生長(zhǎng)面，將載流子濃度設(shè)為2X 1018cm_3。作為外延生長(zhǎng)層，在n型的GaAs基板上,依次形成了 由摻雜Si的n型的GaAs構(gòu)成的緩沖層、由摻雜Si的n型的(Alci 5Gatl 5) 0.5In0.5P構(gòu)成的低電阻層、由摻雜Si的n型的Ala5Ina5P構(gòu)成的下部覆蓋層、作為應(yīng)變發(fā)光層的無(wú)摻雜的Gaa42Ina58P以及作為勢(shì)壘層的無(wú)摻雜的(Ala53Gaa47) 0.5iIno.49 交替地層疊而成的發(fā)光部、由摻雜Mg的p型的Ala5Ina5P構(gòu)成的上部覆蓋層、作為薄膜的中間層的(Ala 6Ga0.4) a 5I% 5P、和作為應(yīng)變調(diào)整層的摻雜Mg的P型GaP。另外，應(yīng)變發(fā)光層的單層的厚度為10nm、應(yīng)變發(fā)光層的層數(shù)為21層、勢(shì)壘層的厚度為45nm、勢(shì)壘層的層數(shù)為20層。在實(shí)施例I中，采用減壓有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積裝置法(MOCVD裝置)，使18枚直徑為76mm、厚度為350 y m的GaAs基板同時(shí)地生長(zhǎng),形成了外延晶片。作為Mg的摻雜原料，使用了雙環(huán)戊二烯基鎂(bis_(C5H5)2Mg)。另外，作為Si的摻雜原料，使用了乙硅烷(Si2H6)。另外，作為V族構(gòu)成元素的原料，使用了膦(PH3)、胂(AsH3)。另外，作為各層的生長(zhǎng)溫度，由P型GaP構(gòu)成的應(yīng)變調(diào)整層在770°C下生長(zhǎng)，其他的各層在680°C下生長(zhǎng)。由GaAs構(gòu)成的緩沖層,載流子濃度設(shè)為約2 X 1018cm_3、層厚設(shè)為約0. 5 ii m。低電阻層，載流子濃度設(shè)為約3\1018__3、層厚設(shè)為約311111。下部覆蓋層，載流子濃度設(shè)為約
2X IO18CnT'層厚設(shè)為約0. 5 ii m。應(yīng)變發(fā)光層是無(wú)摻雜且層厚約為IOnm的Gaa42Ina 58P,勢(shì)壘層是無(wú)摻雜且層厚約為45nm的(Ala 53Gaa47) Cl51Ina4i^另外，將應(yīng)變發(fā)光層與勢(shì)壘層交替地層疊了 20對(duì)。上部覆蓋層，載流子濃度設(shè)為約8X1017cm_3、層厚設(shè)為約0.5pm。中間層，載流子濃度設(shè)為約8X 1017cm_3、層厚設(shè)為約0. 05 ii m。由GaP構(gòu)成的應(yīng)變調(diào)整層，載流子濃度設(shè)為約3 X 1018cnT3、層厚設(shè)為約9 ii m。接著，為了使外延晶片的厚度為250 u m,磨削GaAs基板來(lái)調(diào)整厚度。
接著，采用真空蒸鍍法，在構(gòu)成外延生長(zhǎng)層的由GaP構(gòu)成的應(yīng)變調(diào)整層的表面，依次形成厚度為0. 2 ii m的AuBe膜和厚度為I U m的Au膜。其后，通過(guò)借助于采用一般的光刻技術(shù)形成的掩模進(jìn)行蝕刻，將AuBe膜和Au膜圖案化，由此形成了直徑為100 u m的圓形的P型歐姆電極。其后，除去了上述掩模。接著,采用真空蒸鍍法，在GaAs基板的背面,依次層疊0. 5 ii m的AuGe/Ni合金疊層膜和I U m的Au膜，其后，將AuGe/Ni合金疊層膜和Au膜圖案化，由此形成了 n型歐姆電極。其后，通過(guò)在450°C下進(jìn)行10分鐘熱處理來(lái)合金化，將p型和n型歐姆電極低電阻化。接著，使用切片機(jī)，以350 ii m間隔切斷GaAs基板來(lái)進(jìn)行芯片化。利用硫酸-過(guò)氧化氫混合液將由切片引起的破碎層和污物蝕刻除去，由此制作了實(shí)施例I的發(fā)光二極管。將上述制成的實(shí)施例I的發(fā)光二極管芯片均等地取樣，將在裝配基板上安裝的發(fā) 光二極管燈，組裝各晶片17個(gè)X 18枚=306個(gè)。對(duì)于實(shí)施例I的發(fā)光二極管，對(duì)于表面缺陷的有無(wú)、平均波長(zhǎng)的數(shù)值、峰發(fā)光波長(zhǎng)的基板面內(nèi)的偏差和通電試驗(yàn)前后的輸出功率比進(jìn)行評(píng)價(jià)。將這些結(jié)果示于表I。再者，表I中也顯示了后述的實(shí)施例2 16和比較例f 6的評(píng)價(jià)結(jié)果。對(duì)于表面缺陷的有無(wú)，在切斷GaAs基板之前進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外，表面缺陷利用聚光燈下的目視和光學(xué)顯微鏡進(jìn)行檢查。通電試驗(yàn)在對(duì)發(fā)光二極管流通IOOmA的電流20小時(shí)前后，分別測(cè)定輝度。其后，將通電后的輝度除以通電前的輝度，除算所得的值乘以100的值(這是通電試驗(yàn)前后的輸出功率比(％))進(jìn)行數(shù)值化。另外，上述峰發(fā)光波長(zhǎng)的基板面內(nèi)的偏差為3nm以內(nèi)即可，另外，通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為90%以上即可。另外，峰發(fā)光波長(zhǎng)的基板面內(nèi)的偏差為3nm以下即可，輸出功率為3mW以上即可。如表I所示，在實(shí)施例I的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為660. 8nm,沒(méi)有表面缺陷,基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差(最大_最小)較小為2. 4nm,輸出功率為3. 9mW，并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為100%。(實(shí)施例2)實(shí)施例2的發(fā)光二極管，替代設(shè)置在實(shí)施例I的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層，形成了無(wú)摻雜的Gaa36Ina64P作為應(yīng)變發(fā)光層，除此以外與實(shí)施例I的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例I的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為681. 5nm,沒(méi)有表面缺陷,基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2. 6nm,輸出功率為3. 5mff,并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為98%。(實(shí)施例3)實(shí)施例3的發(fā)光二極管，替代設(shè)置在實(shí)施例I的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層，形成了無(wú)摻雜的Gaa35Ina65P作為應(yīng)變發(fā)光層，并且替代設(shè)置在實(shí)施例I的發(fā)光二極管中的勢(shì)壘層，形成了無(wú)摻雜的(Ala53Gaa47)a54Ina46P,除此以外與實(shí)施例I的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例3的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為685. 3nm，沒(méi)有表面缺陷，基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2. 5nm，輸出功率為3. lmW，并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為98%。
(實(shí)施例4)實(shí)施例4的發(fā)光二極管，替代設(shè)置在實(shí)施例I的發(fā)光二極管中的勢(shì)壘層，形成了厚度為30nm的無(wú)摻雜的Gaa51Ina49P,除此以外與實(shí)施例I的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例4的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為660. 7nm，沒(méi)有表面缺陷，基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2. 2nm，輸出功率為3. 6mff,并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為92%。(實(shí)施例5)實(shí)施例5的發(fā)光二極管,替代設(shè)置在實(shí)施例4的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層,形成了無(wú)摻雜的Gaa39Ina61P作為應(yīng)變發(fā)光層，除此以外與實(shí)施例4的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例5的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光 波長(zhǎng)為670. lnm，沒(méi)有表面缺陷，基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2. 7nm，輸出功率為3. 8mff,并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為91%。(實(shí)施例6)實(shí)施例6的發(fā)光二極管，替代設(shè)置在實(shí)施例4的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層，形成了無(wú)摻雜的Gaa37Ina63P作為應(yīng)變發(fā)光層，并且替代設(shè)置在實(shí)施例4的發(fā)光二極管中的勢(shì)壘層，形成了無(wú)摻雜的(Ala53Gaa47)a54Ina46P,除此以外與實(shí)施例4的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例6的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為678. Onm，沒(méi)有表面缺陷，基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2. 7nm，輸出功率為3. 3mff,并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為98%。(實(shí)施例7)實(shí)施例7的發(fā)光二極管，替代設(shè)置在實(shí)施例I的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層，形成23層的厚度為17nm的無(wú)摻雜的Gaa44Ina56P作為應(yīng)變發(fā)光層，并且將設(shè)置在實(shí)施例I的發(fā)光二極管中的勢(shì)壘層的厚度設(shè)定為38nm、勢(shì)壘層的疊層數(shù)設(shè)定為22，除此以外與實(shí)施例I的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例7的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為661. Onm,沒(méi)有表面缺陷,基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2nm,輸出功率為4mW，并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為98%。(實(shí)施例8)實(shí)施例8的發(fā)光二極管，替代設(shè)置在實(shí)施例7的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層，形成了無(wú)摻雜的Gaa4Ina6P作為應(yīng)變發(fā)光層，除此以外與實(shí)施例7的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例8的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為673. 5nm，沒(méi)有表面缺陷，基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2. lnm，輸出功率為3. 8mff,并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為97%。(實(shí)施例9)實(shí)施例9的發(fā)光二極管，替代設(shè)置在實(shí)施例8的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層，形成了無(wú)摻雜的Gaa38Ina62P作為應(yīng)變發(fā)光層，并且將設(shè)置在實(shí)施例8的發(fā)光二極管中的勢(shì)壘層的厚度(單層的厚度)形成為50nm，除此以外與實(shí)施例8的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例9的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為680. 3nm,沒(méi)有表面缺陷,基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2. 3nm,輸出功率為3. 4mff,并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為97%。(實(shí)施例10)實(shí)施例10的發(fā)光二極管，將設(shè)置在實(shí)施例7的發(fā)光二極管中的勢(shì)壘層的厚度(單層的厚度)形成為35nm，除此以外與實(shí)施例7的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例10的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為661. 2nm,沒(méi)有表面缺陷,基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2nm,輸出功率為3. 9mff,并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為98%。(實(shí)施例11)實(shí)施例11的發(fā)光二極管，將設(shè)置在實(shí)施例10的發(fā)光二極管中的勢(shì)壘層的厚度(單 層的厚度)形成為19nm，除此以外與實(shí)施例10的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例11的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為660. 7nm,沒(méi)有表面缺陷,基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2. Inm,輸出功率為3. 9mff,并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為90%。(實(shí)施例12)實(shí)施例12的發(fā)光二極管，替代設(shè)置在實(shí)施例11的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層，形成了無(wú)摻雜的Gaa42Ina58P,除此以外與實(shí)施例11的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例12的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為666. 3nm,沒(méi)有表面缺陷,基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2. Inm,輸出功率為3. 8mff,并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為90%。(實(shí)施例13)實(shí)施例13的發(fā)光二極管，替代設(shè)置在實(shí)施例4的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層，形成了厚度為25nm的無(wú)摻雜的Gaa45Ina55P,除此以外與實(shí)施例4的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例13的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為655. 8nm，沒(méi)有表面缺陷，基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2. 2nm，輸出功率為3. 9mff,并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為98%。(實(shí)施例14)實(shí)施例14的發(fā)光二極管，將設(shè)置在實(shí)施例13的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層的厚度設(shè)定為30nm,并且將勢(shì)魚(yú)層的厚度設(shè)定為50nm,除此以外與實(shí)施例13的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例14的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為665. Onm,沒(méi)有表面缺陷,基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2. 2nm,輸出功率為3. 9mff,并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為97%。(實(shí)施例I5)實(shí)施例15的發(fā)光二極管,將設(shè)置在實(shí)施例14的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層的厚度設(shè)定為38nm，除此以外與實(shí)施例14的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例15的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為671. 5nm，沒(méi)有表面缺陷，基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2nm，輸出功率為3. 8mff,并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為97%。(實(shí)施例16)
實(shí)施例16的發(fā)光二極管，替代設(shè)置在實(shí)施例9的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層，形成了(AlaiGaa9) Cl38Ina62P,除此以外與實(shí)施例9的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在實(shí)施例16的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述的良好結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為660. 5nm,沒(méi)有表面缺陷,基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2. 4nm,輸出功率為
3.6mff,并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為97%。(比較例I)比較例I的發(fā)光二極管，將設(shè)置在實(shí)施例9的發(fā)光二極管中的勢(shì)壘層的厚度設(shè)定為55nm，除此以外與實(shí)施例9的發(fā)光二極管同樣地形成。 如表I所示，在比較例I的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為679. 8nm，沒(méi)有表面缺陷，基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較小為2. 4nm，并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比為95%。但是，輸出功率是低于3. OmW的2. 2mW。認(rèn)為這是由于勢(shì)壘層的厚度超過(guò)了35^50nm的范圍的緣故(換句話說(shuō)，是由于勢(shì)壘層的厚度過(guò)厚的緣故)。(比較例2)比較例2的發(fā)光二極管，替代設(shè)置在實(shí)施例3的發(fā)光二極管中的勢(shì)壘層，形成了無(wú)摻雜的(Ala53Gaa47)a5Ina5P (為在勢(shì)壘層中基本上不產(chǎn)生應(yīng)變的組成)，除此以外與實(shí)施例3的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在比較例2的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為685nm，存在表面缺陷，基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較大、為3. 6nm,輸出功率較低、為I. 5mW，并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比較低、為78%。換句話說(shuō)，在表面缺陷檢查、基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差、輸出功率和通電試驗(yàn)前后的輸出功率比方面得到了差的結(jié)果。認(rèn)為這是由于勢(shì)壘層的組成式(AlxGag)YlrvYP中的Y在0. 51 SYS 0. 54的范圍外的緣故(具體地講，是由于在勢(shì)壘層中基本上沒(méi)有產(chǎn)生應(yīng)變的緣故)。(比較例3)比較例3的發(fā)光二極管，替代設(shè)置在比較例2的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層，形成了無(wú)摻雜的Gaa34Ina66P,并且替代設(shè)置在比較例2的發(fā)光二極管中的勢(shì)壘層，形成了無(wú)摻雜的(Ala53Gaa47) a55Ina45P，除此以外與比較例2的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在比較例3的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為688. 5nm,存在表面缺陷，基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較大、為3. 8nm，輸出功率較低、為I. 4mW，并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比較低、為81%。換句話說(shuō)，在表面缺陷檢查、基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差、輸出功率和通電試驗(yàn)前后的輸出功率比方面得到了差的結(jié)果。認(rèn)為這是由于勢(shì)壘層的組成式(AlxGag)YlrvYP中的Y在0. 51彡Y彡0. 54的范圍外的緣故。(比較例4)比較例4的發(fā)光二極管，替代設(shè)置在實(shí)施例6的發(fā)光二極管中的勢(shì)壘層，形成了無(wú)摻雜的(Ala53Gaa47)a5Ina5P (為在勢(shì)壘層中基本上沒(méi)有產(chǎn)生應(yīng)變的組成)，除此以外與實(shí)施例6的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在比較例4的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為677. 7nm,存在表面缺陷，基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較大、為3. 9nm，輸出功率較低、為I. 3mW，并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比較低、為75%。換句話說(shuō)，在表面缺陷檢查、基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差、輸出功率和通電試驗(yàn)前后的輸出功率比方面得到了差的結(jié)果。認(rèn)為這是由于勢(shì)壘層的組成式(AlxGag)YlrvYP中的Y在0. 51彡Y彡0. 54的范圍外的緣故。
(比較例5)比較例5的發(fā)光二極管，替代設(shè)置在實(shí)施例16的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層，形成無(wú)摻雜的Gaa41Ina59P,并且替代設(shè)置在實(shí)施例16的發(fā)光二極管中的勢(shì)壘層，形成了厚度為19nm的無(wú)摻雜的(Ala53Gaa47)a5Ina5P,除此以外與實(shí)施例16的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在比較例5的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為669. 8nm,存在表面缺陷，基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較大、為3. 3nm，輸出功率較低、為I. 3mW，并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比較低、為70%。換句話說(shuō)，在表面缺陷檢查、基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差、輸出功率和通電試驗(yàn)前后的輸出功率比方面得到了差的結(jié)果。認(rèn)為這是由于勢(shì)壘層的組成式(AlxGag)YlrvYP中的Y在0. 51彡Y彡0. 54的范圍外的緣故。(比較例6)比較例6的發(fā)光二極管，將設(shè)置在實(shí)施例15的發(fā)光二極管中的應(yīng)變發(fā)光層的厚度設(shè)定為40nm，并且替代設(shè)置在實(shí)施例15的發(fā)光二極管中的勢(shì)壘層，形成了無(wú)摻雜的(Ala53Gaa47)a5Ina5P,除此以外與實(shí)施例15的發(fā)光二極管同樣地形成。如表I所示，在比較例6的發(fā)光二極管的情況下，得到了下述結(jié)果峰發(fā)光波長(zhǎng)為672. 2nm，存在表面缺陷，基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差較大、為3. lnm，輸出功率較低、為
I.lmW，并且通電試驗(yàn)前后的輸出功率比較低、為72%。換句話說(shuō)，在表面缺陷檢查、基板面內(nèi)的峰發(fā)光波長(zhǎng)的偏差、輸出功率和通電試驗(yàn)前后的輸出功率比方面得到了差的結(jié)果。認(rèn)為這是由于勢(shì)壘層的組成式(AlxGag)YlrvYP中的Y在0. 51彡Y彡0. 54的范圍外的緣故。以上，從上述實(shí)施例廣16和比較例1飛的評(píng)價(jià)結(jié)果，可以確認(rèn)出通過(guò)將發(fā)光部的構(gòu)成設(shè)為交替地層疊了應(yīng)變發(fā)光層和勢(shì)壘層的疊層結(jié)構(gòu)，并且將勢(shì)壘層的組成式設(shè)定為(Al0.53Ga0.47) YIrvYP (0. 51 彡 Y 彡 0. 54)，可以實(shí)現(xiàn) 655. 8 685. 3nm 的峰發(fā)光波長(zhǎng)。另外，可以確認(rèn)出通過(guò)將發(fā)光部的構(gòu)成設(shè)為交替地層疊了應(yīng)變發(fā)光層和勢(shì)壘層的疊層結(jié)構(gòu)，并且將勢(shì)壘層的組成式設(shè)定為(Ala53Gaa47)YlrvYP (0. 51彡Y彡0. 54)，同時(shí)在35 50nm的范圍內(nèi)設(shè)定勢(shì)壘層8的厚度，能夠使應(yīng)變發(fā)光層的峰發(fā)光波長(zhǎng)為660. 5飛85. 3nm,并且提高外延晶片(發(fā)光二極管用外延晶片)所制造的LED的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，具備GaAs基板和設(shè)置在所述GaAs基板上的pn結(jié)型的發(fā)光部， 所述發(fā)光部被設(shè)為應(yīng)變發(fā)光層與勢(shì)壘層交替地層疊而成的疊層結(jié)構(gòu)， 所述勢(shì)壘層的組成式為(AlxGa1^x) YIni_YP，其中，0. 3彡X彡0. 7，0. 51彡Y彡0. 54。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，所述勢(shì)壘層的厚度為35 50nmo
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，所述應(yīng)變發(fā)光層的組成式為(AlxGa1-X)Yln1-YP,其中，0 彡 X 彡 0. 1,0. 35 彡 Y 彡 0. 46。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，所述應(yīng)變發(fā)光層的厚度在8 38nm的范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，在所述發(fā)光部上設(shè)置有應(yīng)變調(diào)整層，所述應(yīng)變調(diào)整層對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)是透明的，并且具有比所述GaAs基板的晶格常數(shù)小的晶格常數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，所述應(yīng)變調(diào)整層的組成式為(AlxGag) YIni_YP，其中，0≤X≤1，0.6≤Y≤I。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，所述應(yīng)變調(diào)整層的組成式為AlxGa1-XAs1-YPY,其中，0≤X≤I，0.6≤Y≤I。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，所述應(yīng)變調(diào)整層為GaP層。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，所述應(yīng)變調(diào)整層的厚度在0. 5 20iim的范圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，所述發(fā)光部含有8 40層所述應(yīng)變發(fā)光層。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，在所述發(fā)光部的上表面和下表面的一方或兩方具備覆蓋層， 所述覆蓋層的組成式為(AlxGag) yIivyP，其中，0. 5彡X彡1，0. 48彡Y彡0. 52。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，所述GaAs基板的面取向的范圍，是從(100)方向向(0-1-1)方向偏離15° ±5°。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，所述GaAs基板的直徑為75謹(jǐn)以上。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，翹曲量為200i!m以下。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，是用于促進(jìn)植物培養(yǎng)的光合作用的發(fā)光二極管用外延晶片， 所述應(yīng)變發(fā)光層的峰發(fā)光波長(zhǎng)在655 685nm的范圍。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其特征在于，所述應(yīng)變發(fā)光層在發(fā)光波長(zhǎng)700nm下的發(fā)光強(qiáng)度,低于在所述峰發(fā)光波長(zhǎng)下的發(fā)光強(qiáng)度的10%。
全文摘要
提供一種峰發(fā)光波長(zhǎng)為655nm以上，并且可提高可靠性的發(fā)光二極管用外延晶片。所述發(fā)光二極管用外延晶片具備GaAs基板(1)和設(shè)置在GaAs基板(1)上的pn結(jié)型的發(fā)光部(2)，發(fā)光部(2)被設(shè)為應(yīng)變發(fā)光層與勢(shì)壘層交替地層疊而成的疊層結(jié)構(gòu)，勢(shì)壘層的組成式為(AlXGa1-X)YIn1-YP(0.3≤X≤0.7，0.51≤Y≤0.54)。
文檔編號(hào)H01L33/30GK102971871SQ201180033098
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者瀨尾則善, 松村篤, 竹內(nèi)良一 申請(qǐng)人:昭和電工株式會(huì)社