JP2587493B2 - GuP緑色発光ダイオードの製造方法 - Google Patents

GuP緑色発光ダイオードの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この発明は、例えば赤色発光するGaPlAs発光ダイオード
と同時に使用されるGaP緑色発光ダイオードの製造方法
に関する。
<従来の技術> p型基板を使用したGaAlAs赤色発光ダイオードは、第
5図に示すように、GaAlAsから成るp型基板3、GaAlAs
から成るp型エピタキシャル層2、およびGaAlAsから成
るn型エピタキシャル層1で構成されている。
一方、二色発光の発光ダイオード等において使用する
n型基板を使用したGaP緑色発光ダイードは、第6図に
示すように、GaPから成るn型基板4、GaPから成るn型
エピタキシャル層5、およびGaPから成るp型エピタキ
シャル層6で構成されている。
上記構造のGaP緑色発光ダイオードにおけるpn接合の
位置はGaAlAs赤色発光ダイオードのpn接合の位置より下
にある。したがって、二色発光用発光ダイオードとして
両発光ダイオードを同時に使用する場合においては、光
の取り出し効果を上げ、かつ簡単に組み立てることがで
きるように、GaP緑色発光ダイオードのpn接合の位置を
可能な限り上方(すなわち、GaAlAs赤色発光ダイオード
のpn接合位置の近く)に形成する必要がある。そのため
に、GaP緑色発光ダイオードのp型GaPエピタキシャル層
6の厚さを厚くする必要がある。
上述のように、GaP緑色発光ダイオードのp型GaPエピ
タキシャル層6の厚さを厚くするためには、液相エピタ
キシャル法においてエピタキシャル層を形成する際に
液相エピタキシャルの成長温度を上昇させる。成長溶
液の厚さを厚くする。接合形成温度を上昇させる。
冷却温度を減少する等の方法がある。
<発明が解決しようとする課題> 上述のように、GaP緑色発光ダイオードにおいて、p
型GaPエピタキシャル層6の厚さを厚くするためには、
液相エピタキシャルの成長温度を上昇させる。成長
溶液の厚さを厚くする。接合形成温度を上昇させる。
冷却温度を減少する等の方法がある。しかしながら、
従来の液相エピタキシャル法においては、液相エピタキ
シャルの成長温度を上昇させると、成長と同時に気相に
おいてドープする窒素(N)の量が変化するという問題
がある。また、成長溶液の厚さを厚くすると、エピタキ
シャル層表面のフラットネスが悪くなるという問題があ
る。さらに、接合形成温度を上昇させる、あるいは冷却
温度を減少する等の方法では輝度の点で満足できる発光
ダイオードができないという問題がある。
そこで、この発明の目的は、二色発光用発光ダイオー
ドとしてGaAlAa赤色発光ダイオードと共に使用されるGa
P緑色発光ダイオードのエピタキシャル層の厚さを厚く
してpn接合の位置を上記GaAlAs赤色発光ダイオードと略
同一にするGaP緑色発光ダイオードの製造方法を提供す
ることにある。
<課題を解決するための手段> 上記目的を達成するため、この発明は、二色発光用発
光ダイオードとしてGaAlAs赤色発光ダイオードと共に使
用されるGaP緑色発光ダイオードの製造方法であって、
高温度でp型あるいはn型の半導体基板と成長溶液とを
接触させた後、上記温度を低下させて上記半導体基板上
に上記半導体基板と同型の単結晶のエピタキシャル層を
形成させ、次に、上記温度をさらに低下させて、上記エ
ピタキシャル層上に上記エピタキシャル層と逆型の単結
晶の第1エピタキシャル層を形成させた後、上記成長溶
液を切り離してエピタキシャル・ウェハを作成し、高温
度で成長溶液と上記エピタキシャル・ウェハの第1エピ
タキシャル層とを接触させた後、温度を低下させて上記
第1エピタキシャル層上にこの第1エピタキシャル層と
同種同型の単結晶の第2エピタキシャル層を形成させ
て、pn接合面より下の厚さを上記GaAlAs赤色発光ダイオ
ードにおけるpn接合面より下の厚さと略同一に成したこ
とことを特徴としている。
<実施例> 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明す
る。
この発明は、発光ダイオードの作成に際して、発光ダ
イオードの発光に関係するpn接合近傍においては、従来
の液相エピタキシャル法によってエピタキシャル層を形
成して最適なエピタキシャル・ウェハを作成する。その
後、得られたエピタキシャル・ウェハのエピタキシャル
層の上に更に同種同型のエピタキシャル層を形成するこ
とによって、pn接合を形成するエピタキシャル層の膜厚
が厚い発光ダイオードを得るものである。
第1図はこの発明に係るGaP緑色発光ダイオードの概
略図であり、11は硫黄ドープn型(1,1,1)GaP基板、12
はn型GaPエピタキシャル層、および13は第1p型GaPエピ
タキシャル層である。上記n型GaPエピタキシャル層12
および第1p型GaPエピタキシャル層13は、従来の液相エ
ピタキシャル法によって形成される。また、第2型GaP
エピタキシャル層14は、本実施例によって第1p型GaPエ
ピタキシャル層13の上に形成される層である。
上記構成のGaP緑色発光ダイオードは次のようにして
作成される。すなわち、まず第2図に示す従来の液相エ
ピタキシャル法におけるタイムチャートに従って、後に
詳述するようにして第1図におけるn型GaP基板11上に
n型GaPエピタキシャル層12および第1p型GaPエピタキシ
ャル層13を連続して形成してGaPエピタキシャル・ウェ
ハを作成する。
上記GaPエピタキシャル・ウェハの作成は次のように
して行なわれる。すなわち、液相成長用ボートを装填し
た炉の温度をプログラムに従って1000℃に昇温し、5〜
100分間保持後、成長溶液(Ga融液)をn型GaP基板11に
接触させる。0.05〜3.0℃/分の一定の温度勾配で炉を
冷却し、その後アンモニアガス(NH3)を水素(H2)の
キャリアガスに混合して炉内に送り込み、窒素(N)の
ドーピングを行う。炉の温度が900℃に達した後、亜鉛
(Zn)蒸気を添加してP型のドーピングを行う。炉の温
度を900℃で5〜60分間保持し、その後アンモニアガス
(NH3)の供給を止める。再び炉の温度を0.1〜5.0℃/
分の一定の温度勾配で冷却し、炉の温度が830℃になっ
た時点で成長溶液の切り離しを行い、炉の温度をさらに
冷却し続ける。その際に、液相エピタキシャルの成長温
度,成長溶液の厚さ,接合形成温度および冷却温度等が
適正に制御できるので、ドープされる不純物量,GaPエピ
タキシャル層表面のフラットネスおよび輝度の点におい
て最適なGaPエピタキシャル・ウェハが作成できるので
ある。
その後、一旦GaPエピタキシャル・ウェハを取り出し
て前処理を行った後、第3図に示すタイムチャートに従
って、スライド法によって第2p型GaPエピタキシャル層1
4の成長を行う。第4図は第2p型GaPエピタキシャル層14
の形成に用いた成長用ボートの構造を示す。スライダ22
等から成る一浴槽を有するボート21の材質は高純度カー
ボンであり、浴槽23はスライダ22によってスライド可能
に構成されている。浴槽23内に入れる成長溶液は、重量
比でGaが1に対してZnを0.0006溶解したものを用いる。
第3図のタイムチャートにおける炉温度1000℃〜1020
℃のA点において、スライダ22をスライドさせてボート
21を第4図(a)の状態から第4図(b)の状態にし
て、浴槽23内の成長溶液を基板ホルダ25上のGaPエピタ
キシャル・ウェハ24に接触させる。そして、炉の温度を
所定の温度勾配で低下させて第2p型GaPエピタキシャル
層14が成長した後、B点において直ちにボート21を第4
図(a)の状態にスライドさせ、成長溶液をGaPエピタ
キシャル・ウェハ24から切り離す。
このようにして、エピタキシャル成長が終了した直後
の各層の厚みは、n型GaP基板11は250μm、n型GaPエ
ピタキシャル層12は70μm、第1p型GaPエピタキシャル
層13は30μm、第2p型GaPエピタキシャル層14は130μm
程度である。その後、ラップによってn型GaP基板11の
厚みが30μmになるまで削り、n型GaP基板11の表面にA
uSi電極を形成すると共に、第2p型GaPエピタキシャル層
14の表面にAuBe電極を形成して緑色GaP発光ダイオード
・チップを得る。
このように、本実施例における緑色GaP発光ダイオー
ドの製造方法は、まず通常の液相エピタキシャル法によ
って、高温度でn型GaP基板11と成長溶液とを接触させ
て冷却させながらn型GaPエピタキシャル層12および第1
p型GaPエピタキシャル層13を形成し、GaPエピタキシャ
ル・ウェハ24を作成する。次に、上記GaPエピタキシャ
ル・ウェハ24の第1p型GaPエピタキシャル層13の上に、
この第1p型GaPエピタキシャル層13と同型の第2p型GaPエ
ピタキシャル層14を重ねて成長させるのである。したが
って、このようにして作成された緑色GaP発光ダイオー
ドは、p型GaPエピタキシャル層の厚さを厚く作成する
ことができ、pn接合の位置を可能な限り上方に形成する
ことができる。
こうすることによって、本実施例によって得られたGa
P緑色発光ダイオードを、二色発光用発光ダイオードと
してp型基板を使用したGaAlAs赤色発光ダイオードと同
時に使用する際において、GaAlAs赤色発光ダイオードの
pn接合位置とGaP緑色発光ダイオードのpn接合位置とを
近付けることができ、光の取り出し効果を上げることが
できると共に、簡単に組み立てることができるのであ
る。
その際に、上記緑色GaP発光ダイオードのpn接合の作
成過程において、従来の液相エピタキシャル法に対し
て、液相エピタキシャルの成長温度を上昇させないの
で、成長と同時に気相においてドープする気体の量が変
化しない。また、成長溶液の厚さを厚くしないので、エ
ピタキシャル層表面のフラットネスが悪くなることがな
い。さらに、接合形成温度を変化させないので輝度の点
で満足できる発光ダイオードが得られるのである。
この発明における、従来の液相エピタキシャル法にお
けるタイムチャートおよび第2エピタキシャル層の成長
法におけるタイムチャートは、上記実施例に限るもので
はないことは言うまでもない。
<発明の効果> 以上より明らかなように、この発明のGaP緑色発光ダ
イオードの製造方法は、高温度で成長溶液と半導体基板
とを接触させた後、上記温度を低下させて上記半導体基
板上に上記半導体基板と同型の単結晶のエピタキシャル
層を形成させ、次に、上記温度をさらに低下させて、上
記エピタキシャル層上に上記エピタキシャル層と逆型の
単結晶の第1エピタキシャル層を形成させてエピタキシ
ャル・ウェハを作成し、高温度で成長溶液と上記エピタ
キシャル・ウェハの第1エピタキシャル層とを接触させ
た後、この温度を低下させて上記第1エピタキシャル層
上にこの第1エピタキシャル層と同種同型の単結晶の第
2エピタキシャル層を形成させて、pn接合面より下の厚
さを二色発光用発光ダイオードとして共に使用されるGa
AlAs赤色発光ダイオードのpn接合面より下の厚さと略同
一に成すようにしたので、二色発光用発光ダイオードと
してのGaAlAs赤色発光ダイオードとGaP緑色発光ダイオ
ードとのpn接合位置を近付けることができ、光の取り出
し効果を上げることができると共に簡単に組み立てるこ
とができるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のGaP緑色発光ダイオードにおける一
実施例の断面図、第2図はpn接合形成における液相エピ
タキシャル法におけるタイムチャートの一例を示す図、
第3図はこの発明に係るエピタキシャル層成長法におけ
るタイムチャートの一例を示す図、第4図は第3図のエ
ピタキシャル層成長法を実施する際に使用するボートの
説明図、第5図はGaAlAs赤色発光ダイオードの断面図、
第6図は従来のGaP緑色発光ダイオードの断面図であ
る。 11…n型GaP基板、12…n型GaPエピタキシャル層、13…
第1p型GaPエピタキシャル層、14…第2p型GaPエピタキシ
ャル層、15…AuSi電極、16…AuBe電極、21…ボート、22
…スライダ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二色発光用発光ダイオードとしてGaAlAs赤
    色発光ダイオードと共に使用されるGaP緑色発光ダイオ
    ードの製造方法であって、 高温度でp型あるいはn型の半導体基板と成長溶液とを
    接触させた後、上記温度を低下させて上記半導体基板上
    に上記半導体基板と同型の単結晶のエピタキシャル層を
    形成させ、 次に、上記温度をさらに低下させて、上記エピタキシャ
    ル層上に上記エピタキシャル層と逆型の単結晶の第1エ
    ピタキシャル層を形成させた後、上記成長溶液を切り離
    してエピタキシャル・ウェハを作成し、 高温度で成長溶液と上記エピタキシャル・ウェハの第1
    エピタキシャル層とを接触させた後、温度を低下させて
    上記第1エピタキシャル層上にこの第1エピタキシャル
    層と同種同型の単結晶の第2エピタキシャル層を形成さ
    せて、 pn接合面より下の厚さを上記GaAlAs赤色発光ダイオード
    におけるpn接合面より下の厚さと略同一に成したことを
    特徴とするGaP緑色発光ダイオードの製造方法。
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