JPH0219619B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0219619B2 JPH0219619B2 JP15108980A JP15108980A JPH0219619B2 JP H0219619 B2 JPH0219619 B2 JP H0219619B2 JP 15108980 A JP15108980 A JP 15108980A JP 15108980 A JP15108980 A JP 15108980A JP H0219619 B2 JPH0219619 B2 JP H0219619B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitrogen
- epitaxial film
- temperature
- single crystal
- vapor phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
- H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、発光ダイオード、特に緑色発光ダイ
オードの製造に適した周期律表第族及び第族
元素からなる化合物半導体エピタキシヤル膜の気
相成長方法に関する。
オードの製造に適した周期律表第族及び第族
元素からなる化合物半導体エピタキシヤル膜の気
相成長方法に関する。
緑色発光ダイオードは、リン化ガリウム
（GaP）、リン化ガリウム・アルミニウム（Gal−
ｘ AlxP、０≦ｘ≦１）等からなるエピタキシ
ヤル膜を用いて製造されるが、上記エピタキシヤ
ル膜を気相成長法により成長させた場合は、液相
成長法により成長させた場合に比較して、得られ
る発光ダイオードの輝度は低いものであつた。し
かしながら、気相成長法は液相成長法に比較し
て、エピタキシヤル膜の表面の平滑性がよく、ま
た基板面として、劈開面が直交している（100）
面が使用できるため発光ダイオードの製造に適し
た、方形のチツプが得られるという利点があるこ
とが知られている。
（GaP）、リン化ガリウム・アルミニウム（Gal−
ｘ AlxP、０≦ｘ≦１）等からなるエピタキシ
ヤル膜を用いて製造されるが、上記エピタキシヤ
ル膜を気相成長法により成長させた場合は、液相
成長法により成長させた場合に比較して、得られ
る発光ダイオードの輝度は低いものであつた。し
かしながら、気相成長法は液相成長法に比較し
て、エピタキシヤル膜の表面の平滑性がよく、ま
た基板面として、劈開面が直交している（100）
面が使用できるため発光ダイオードの製造に適し
た、方形のチツプが得られるという利点があるこ
とが知られている。
本発明者等は、上記の気相成長法の問題点を解
決して、高輝度の緑色発光ダイオードの製造に適
したリン化ガリウムまたはリン化ガリウム・アル
ミニウムからなるエピタキシヤル膜を気相成長さ
せるために鋭意研究を重さねた結果、本発明に到
達したものである。
決して、高輝度の緑色発光ダイオードの製造に適
したリン化ガリウムまたはリン化ガリウム・アル
ミニウムからなるエピタキシヤル膜を気相成長さ
せるために鋭意研究を重さねた結果、本発明に到
達したものである。
本発明の目的は、高輝度の緑色発光ダイオード
の製造に適したエピタキシヤル膜の気相成長方法
を提供することである。
の製造に適したエピタキシヤル膜の気相成長方法
を提供することである。
上記の目的は、単結晶基板上に、窒素が添加さ
れ、かつpn接合が形成された、周期律表第族
及び第族元素からなる化合物（以下、「−
族化合物」という。）半導体エピタキシヤル膜を
気相成長させる方法において、単結晶基板の温度
を連続的に降下させると同時に、窒素源の単結晶
基板への供給量を連続的に減少させて、該エピタ
キシヤル膜中の窒素濃度をほぼ一定に保つ方法に
よつて達せられる。
れ、かつpn接合が形成された、周期律表第族
及び第族元素からなる化合物（以下、「−
族化合物」という。）半導体エピタキシヤル膜を
気相成長させる方法において、単結晶基板の温度
を連続的に降下させると同時に、窒素源の単結晶
基板への供給量を連続的に減少させて、該エピタ
キシヤル膜中の窒素濃度をほぼ一定に保つ方法に
よつて達せられる。
本発明において用いられる単結晶基板としては
リン化ガリウムの（100）面または（100）面から
約5゜以内の偏位を有する面が、格子定数のずれを
補正する必要もなく、表面状態の良好なエピタキ
シヤル膜が得られるため最も適当であるが、他の
−族化合物単結晶、シリコン、ゲルマニウ
ム、サフアイア、スピネル等の単結晶から切り出
した基板も用いられる。
リン化ガリウムの（100）面または（100）面から
約5゜以内の偏位を有する面が、格子定数のずれを
補正する必要もなく、表面状態の良好なエピタキ
シヤル膜が得られるため最も適当であるが、他の
−族化合物単結晶、シリコン、ゲルマニウ
ム、サフアイア、スピネル等の単結晶から切り出
した基板も用いられる。
また、エピタキシヤル成長用ガスの組成は通常
のものでよく、例えば、Ga／HCl／PH3／H2、
Ga（CH3）3／PH3／H2、Al（C2H5）3／Ga
（CH3）3／PH3／H2等が用いられる。この場合、
ｎ型不純物としてH2S、（C2H5）2Te等、ｐ型不純
物として（C2H5）2Zn、（C2H5）2Cd等が添加され
る。
のものでよく、例えば、Ga／HCl／PH3／H2、
Ga（CH3）3／PH3／H2、Al（C2H5）3／Ga
（CH3）3／PH3／H2等が用いられる。この場合、
ｎ型不純物としてH2S、（C2H5）2Te等、ｐ型不純
物として（C2H5）2Zn、（C2H5）2Cd等が添加され
る。
リン化ガリウム等は間接遷移形であるためアイ
ソエレクトロニツクトラツプとして窒素を添加し
て輝度を向上させる。
ソエレクトロニツクトラツプとして窒素を添加し
て輝度を向上させる。
この場合窒素源としてNH3、NH2（CH3）等の
窒素化合物が用いられる。
窒素化合物が用いられる。
エピタキシヤル膜の気相成長にあたつて、基板
の温度は、最初900〜950℃程度に設定し、連続的
に、700〜770℃程度まで降下させる。上記ｐ型不
純物、例えばZnを添加してpn接合を形成する場
合、基板の温度が高いと、ｐ型不純物がｎ側に拡
散して良好なpn接合が得られないので基板の温
度を下げる必要がある。その場合、急激に該温度
を変化させるとエピタキシヤル膜の結晶性が悪化
するので、連続的に温度を低下させることが必要
である。この場合、降下温度は１℃／分〜７℃／
分程度が適当である。なお、温度の降下速度は一
定に保つ必要はなく上記の速度の範囲内で変化さ
せてもよい。
の温度は、最初900〜950℃程度に設定し、連続的
に、700〜770℃程度まで降下させる。上記ｐ型不
純物、例えばZnを添加してpn接合を形成する場
合、基板の温度が高いと、ｐ型不純物がｎ側に拡
散して良好なpn接合が得られないので基板の温
度を下げる必要がある。その場合、急激に該温度
を変化させるとエピタキシヤル膜の結晶性が悪化
するので、連続的に温度を低下させることが必要
である。この場合、降下温度は１℃／分〜７℃／
分程度が適当である。なお、温度の降下速度は一
定に保つ必要はなく上記の速度の範囲内で変化さ
せてもよい。
また、基板温度を低下させると、エピタキシヤ
ル膜中の窒素の濃度が増加するが、その場合、光
の吸収量が増加する、エピタキシヤル膜の結晶性
が悪化する等の問題が生じる。従つて、基板温度
の低下に伴つてアンモニア等の窒素源の供給量を
減少させて窒素の濃度を一定に保つ必要がある。
窒素の濃度は通常1018／cm3以上に選択される。
ル膜中の窒素の濃度が増加するが、その場合、光
の吸収量が増加する、エピタキシヤル膜の結晶性
が悪化する等の問題が生じる。従つて、基板温度
の低下に伴つてアンモニア等の窒素源の供給量を
減少させて窒素の濃度を一定に保つ必要がある。
窒素の濃度は通常1018／cm3以上に選択される。
pn接合は、エピタキシヤル成長の途中でｎ型
不純物とｐ型不純物を切り換えることにより形成
される。このpn接合を中心としてキヤリアの発
光再結合領域内に窒素濃度の低い層、例えば、
1017／cm3以下の層を１層以上形成すると輝度を低
下させることなく、尖頭発光波長を570nｍ以下
にすることができる。また、pn接合から少なく
とも少数キヤリアの拡散距離以上の厚みにエピタ
キシヤル膜を成長させた後、窒素の添加を停止す
ると、pn結合で発光した光を減衰させることな
く外部に取り出すことができる。
不純物とｐ型不純物を切り換えることにより形成
される。このpn接合を中心としてキヤリアの発
光再結合領域内に窒素濃度の低い層、例えば、
1017／cm3以下の層を１層以上形成すると輝度を低
下させることなく、尖頭発光波長を570nｍ以下
にすることができる。また、pn接合から少なく
とも少数キヤリアの拡散距離以上の厚みにエピタ
キシヤル膜を成長させた後、窒素の添加を停止す
ると、pn結合で発光した光を減衰させることな
く外部に取り出すことができる。
本発明方法においては、pn接合をエピタキシ
ヤル成長の際に形成するため、pn接合の位置深
さ）を確認することができるため上記の操作を容
易に行なうことができる。
ヤル成長の際に形成するため、pn接合の位置深
さ）を確認することができるため上記の操作を容
易に行なうことができる。
リン化ガリウム・アルミニウムを用いると、
560nｍ以近で発光するリン化ガリウムより深い
緑色の発光が得られる。
560nｍ以近で発光するリン化ガリウムより深い
緑色の発光が得られる。
本発明方法により得られたエピタキシヤル膜を
用いて製造された発光ダイオードの輝度は、液相
法と同程度またはそれ以上であり、気相成長法の
有する特徴を考慮すると本発明の産業上の利用価
値は大である。
用いて製造された発光ダイオードの輝度は、液相
法と同程度またはそれ以上であり、気相成長法の
有する特徴を考慮すると本発明の産業上の利用価
値は大である。
次に、実施例に基づいて、さらに具体的に説明
する。
する。
横型気相エピタキシヤル反応器内に金属Ga及
び表面の結晶学的面方位が（100）面に対して＜
110＞方向に4゜傾斜したｎ型GaP単結晶基板を設
置した。
び表面の結晶学的面方位が（100）面に対して＜
110＞方向に4゜傾斜したｎ型GaP単結晶基板を設
置した。
水素を２／分流しながら金属Ga設置部の温
度を770℃、基板設置部の温度を910℃に昇温し
た。
度を770℃、基板設置部の温度を910℃に昇温し
た。
反応器の温度が設定値に達した後、窒素ガスで
濃度40ppmに希釈したH2Sを35ml／分、Ga輸送
用のHClを80ml／分、及び水素ガスで濃度12％に
希釈されたPH3を320ml／分導入し、初めの10分
間ｎ型GaP単結晶領域を気相エピタキシヤル成長
させた。
濃度40ppmに希釈したH2Sを35ml／分、Ga輸送
用のHClを80ml／分、及び水素ガスで濃度12％に
希釈されたPH3を320ml／分導入し、初めの10分
間ｎ型GaP単結晶領域を気相エピタキシヤル成長
させた。
以後80分間に互り、あらかじめ、プログラムさ
れた温度降下プロフアイルに従い、910℃より750
℃まで、基板設置部の温度を下降させ、上記80分
間の初めの10分間の経過後NH3ガスの導入を開
始した。
れた温度降下プロフアイルに従い、910℃より750
℃まで、基板設置部の温度を下降させ、上記80分
間の初めの10分間の経過後NH3ガスの導入を開
始した。
NH3ガスの導入量は最初167ml／分でありこの
場合、エピタキシヤル膜中の窒素濃度は８×
1018／cm3となる。さらに40分間経過した後H2Sの
供給を停止し、水素ガスで濃度300ppmに希釈さ
れた（C2H5）2Znを32ml／分の割合で導入するこ
とを開始した。
場合、エピタキシヤル膜中の窒素濃度は８×
1018／cm3となる。さらに40分間経過した後H2Sの
供給を停止し、水素ガスで濃度300ppmに希釈さ
れた（C2H5）2Znを32ml／分の割合で導入するこ
とを開始した。
以後、残りの30分間でｐ型GaP単結晶領域を気
相成長させ全エピタキシヤル成長過程を終了し
た。エピタキシヤル成長終了時のNH3ガスの導
入流量はプログラムにしたがい31ml／分であつ
た。
相成長させ全エピタキシヤル成長過程を終了し
た。エピタキシヤル成長終了時のNH3ガスの導
入流量はプログラムにしたがい31ml／分であつ
た。
得られたGaPエピタキシヤル膜の窒素を添加し
ていないｎ型領域の厚さは12μｍ、窒素を添加し
たｎ型領域が28μｍ、ｐ型領域が23μｍであつた。
ていないｎ型領域の厚さは12μｍ、窒素を添加し
たｎ型領域が28μｍ、ｐ型領域が23μｍであつた。
キヤリー濃度に関しては、窒素が添加されたｎ
型領域で、平均１×1016cm-3、窒素が添加された
ｐ型領域で、平均５×1017cm-3であつた。
型領域で、平均１×1016cm-3、窒素が添加された
ｐ型領域で、平均５×1017cm-3であつた。
窒素濃度は、窒素が添加されたｎ型、ｐ型両領
域で均一であつて平均8.1×1018cm-3であつた。
域で均一であつて平均8.1×1018cm-3であつた。
以上の如くして、本発明に基づき製造された
GaPエピタキシヤルウエハより、切り出されたチ
ツプ・サイズが350μｍ×350μｍの緑色発光ダイ
オード（ピーク発光波長566.8nｍの輝度は、エポ
キシ樹脂コートなし、電流密度20A／cm2の条件で
平均11000Ft・Ｌであつた。
GaPエピタキシヤルウエハより、切り出されたチ
ツプ・サイズが350μｍ×350μｍの緑色発光ダイ
オード（ピーク発光波長566.8nｍの輝度は、エポ
キシ樹脂コートなし、電流密度20A／cm2の条件で
平均11000Ft・Ｌであつた。
この値は同一条件で測定した、拡散法により形
成したｐ−ｎ接合を有する従来の気相成長緑色発
光ダイオードの平均輝度値2500Ft・Ｌ気相エピ
タキシヤル成長時に形成したｐ−ｎ接合を有する
従来の気相成長緑色発光ダイオードの平均輝度値
7500Ft・Ｌ等を大巾に凌駕するものであつた。
成したｐ−ｎ接合を有する従来の気相成長緑色発
光ダイオードの平均輝度値2500Ft・Ｌ気相エピ
タキシヤル成長時に形成したｐ−ｎ接合を有する
従来の気相成長緑色発光ダイオードの平均輝度値
7500Ft・Ｌ等を大巾に凌駕するものであつた。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 単結晶基板上に、窒素が添加され、かつpn
接合が形成された、周期律表第族及び第族元
素からなる化合物半導体エピタキシヤル膜を気相
成長させる方法において、単結晶基板の温度を連
続的に降下させると同時に、窒素源の単結晶基板
への供給量を連続的に減少させて、該エピタキシ
ヤル膜中の窒素濃度をほぼ一定に保つことを特徴
とする方法。 ２ 化合物半導体がリン化ガリウムである特許請
求の範囲第１項記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15108980A JPS5775421A (en) | 1980-10-28 | 1980-10-28 | Method of vapor growth compound semiconductor epitaxial film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15108980A JPS5775421A (en) | 1980-10-28 | 1980-10-28 | Method of vapor growth compound semiconductor epitaxial film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5775421A JPS5775421A (en) | 1982-05-12 |
| JPH0219619B2 true JPH0219619B2 (ja) | 1990-05-02 |
Family
ID=15511081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15108980A Granted JPS5775421A (en) | 1980-10-28 | 1980-10-28 | Method of vapor growth compound semiconductor epitaxial film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5775421A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5079258A (ja) * | 1973-11-10 | 1975-06-27 |
-
1980
- 1980-10-28 JP JP15108980A patent/JPS5775421A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5079258A (ja) * | 1973-11-10 | 1975-06-27 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5775421A (en) | 1982-05-12 |
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