JP2701113B2 - ＧａＰ系発光素子基板及びその製造方法 - Google Patents
ＧａＰ系発光素子基板及びその製造方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＧａＰ系発光素子基板及
びその製造方法に関し、さらに詳しくは赤色発光するＧ
ａＰ系発光素子を製造する際に用いる複数のＧａＰ層が
積層されたＧａＰ系発光素子基板及びその製造方法に関
する。
びその製造方法に関し、さらに詳しくは赤色発光するＧ
ａＰ系発光素子を製造する際に用いる複数のＧａＰ層が
積層されたＧａＰ系発光素子基板及びその製造方法に関
する。
【０００２】
【発明の背景技術】発光ダイオード等の発光素子は、通
常、半導体基板上に更に複数の半導体層を積層してｐｎ
接合を有する多層半導体基板を作製し、これを素子化す
ることによって得られる。このうち、ＧａＰ系の赤色発
光ダイオードはｎ型ＧａＰ単結晶基板上にｎ型及びｐ型
のＧａＰ層を順次形成してなる発光素子基板より得るこ
とができる。
常、半導体基板上に更に複数の半導体層を積層してｐｎ
接合を有する多層半導体基板を作製し、これを素子化す
ることによって得られる。このうち、ＧａＰ系の赤色発
光ダイオードはｎ型ＧａＰ単結晶基板上にｎ型及びｐ型
のＧａＰ層を順次形成してなる発光素子基板より得るこ
とができる。
【０００３】ＧａＰは、ｐｎ接合を形成してもそのまま
では赤色発光しないので、亜鉛（Ｚｎ）及び酸素（Ｏ）
をｐ型層にドープし、発光中心となるＺｎ−Ｏ対をｐ型
層内に形成する。このＧａＰ系発光素子基板から作製し
たＧａＰ系発光ダイオードは、ピーク波長が７００ｎｍ
前後の赤色の発光が得られる。
では赤色発光しないので、亜鉛（Ｚｎ）及び酸素（Ｏ）
をｐ型層にドープし、発光中心となるＺｎ−Ｏ対をｐ型
層内に形成する。このＧａＰ系発光素子基板から作製し
たＧａＰ系発光ダイオードは、ピーク波長が７００ｎｍ
前後の赤色の発光が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の方
法により製造されたＧａＰ系発光素子基板を用いた発光
素子では、十分高い輝度が得られないという問題があっ
た。
法により製造されたＧａＰ系発光素子基板を用いた発光
素子では、十分高い輝度が得られないという問題があっ
た。
【０００５】
【発明の目的】そこで本発明は、高輝度の発光素子を製
造することができるＧａＰ系発光素子基板及びその製造
方法を提供することを目的とする。
造することができるＧａＰ系発光素子基板及びその製造
方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、液体封止チョ
クラルスキ法により育成したｎ型ＧａＰ単結晶基板上に
ｎ型ＧａＰ層及びｐ型ＧａＰ層を順次形成してなるＧａ
Ｐ系発光素子基板において、前記ｎ型ＧａＰ単結晶基板
の炭素濃度が１．０×１０ １６ 個／ｃｃ以上１．０×１
０１７個／ｃｃ以下であり、前記ｐ型ＧａＰ層に亜鉛及
び酸素をドープしたことを特徴とする赤色発光用のＧａ
Ｐ系発光素子基板を提供する。
クラルスキ法により育成したｎ型ＧａＰ単結晶基板上に
ｎ型ＧａＰ層及びｐ型ＧａＰ層を順次形成してなるＧａ
Ｐ系発光素子基板において、前記ｎ型ＧａＰ単結晶基板
の炭素濃度が１．０×１０ １６ 個／ｃｃ以上１．０×１
０１７個／ｃｃ以下であり、前記ｐ型ＧａＰ層に亜鉛及
び酸素をドープしたことを特徴とする赤色発光用のＧａ
Ｐ系発光素子基板を提供する。
【０００７】また本発明は、封止用液体として２００ｐ
ｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下の水分を含有する酸化ホウ
素（Ｂ ２ Ｏ ３ ）を用いて、炭素濃度が１．０×１０ １６
個／ｃｃ以上１．０×１０ １７ 個／ｃｃ以下のｎ型Ｇａ
Ｐ単結晶を液体封止チョクラルスキ法により育成し、該
ｎ型ＧａＰ単結晶より製造されたｎ型ＧａＰ単結晶基板
上に、ｎ型ＧａＰ層と、亜鉛及び酸素をドープしたｐ型
ＧａＰ層とを順次積層することを特徴とする赤色発光用
のＧａＰ系発光素子基板の製造方法を提供する。
ｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下の水分を含有する酸化ホウ
素（Ｂ ２ Ｏ ３ ）を用いて、炭素濃度が１．０×１０ １６
個／ｃｃ以上１．０×１０ １７ 個／ｃｃ以下のｎ型Ｇａ
Ｐ単結晶を液体封止チョクラルスキ法により育成し、該
ｎ型ＧａＰ単結晶より製造されたｎ型ＧａＰ単結晶基板
上に、ｎ型ＧａＰ層と、亜鉛及び酸素をドープしたｐ型
ＧａＰ層とを順次積層することを特徴とする赤色発光用
のＧａＰ系発光素子基板の製造方法を提供する。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は本発明のＧａＰ系発光素子基板
の一実施例を示す。本実施例のＧａＰ系発光素子基板
は、ｎ型ＧａＰ単結晶基板１上に、ｎ型ＧａＰ層２及び
ｐ型ＧａＰ層３が順次形成されている。ｎ型及びｐ型と
なるドーパントは、それぞれ例えばＳ及びＺｎとする。
また、ｐ型ＧａＰ層３にはＺｎとともにＯがドープされ
ている。
ながら説明する。図１は本発明のＧａＰ系発光素子基板
の一実施例を示す。本実施例のＧａＰ系発光素子基板
は、ｎ型ＧａＰ単結晶基板１上に、ｎ型ＧａＰ層２及び
ｐ型ＧａＰ層３が順次形成されている。ｎ型及びｐ型と
なるドーパントは、それぞれ例えばＳ及びＺｎとする。
また、ｐ型ＧａＰ層３にはＺｎとともにＯがドープされ
ている。
【０００９】上記ＧａＰ系発光素子基板の形成方法は、
例えば下記に示す方法による。まず、ｎ型ＧａＰ単結晶
基板１は、例えば液体封止チョクラルスキ法（ＬＥＣ
法）を用いて育成したｎ型ＧａＰ単結晶より製造され
る。具体的に示すと、ＬＥＣ法によるＧａＰ単結晶の育
成は、図２に示す装置を用いて行う。図において、圧力
容器１０内にはサセプタ１１に支持されたルツボ１２が
配置され、その中にＧａＰ融液１３が収容されている。
例えば下記に示す方法による。まず、ｎ型ＧａＰ単結晶
基板１は、例えば液体封止チョクラルスキ法（ＬＥＣ
法）を用いて育成したｎ型ＧａＰ単結晶より製造され
る。具体的に示すと、ＬＥＣ法によるＧａＰ単結晶の育
成は、図２に示す装置を用いて行う。図において、圧力
容器１０内にはサセプタ１１に支持されたルツボ１２が
配置され、その中にＧａＰ融液１３が収容されている。
【００１０】ＧａＰ融液１３の液面上はＧａＰ融液より
軽く且つ透明なＢ2Ｏ3１７が覆っている。そして、Ｇａ
Ｐの解離を防止するために、圧力容器１０内は窒素１６
等の不活性ガスによって加圧されている。ＧａＰ単結晶
１４は、回転する支柱１５によって引上げられながら育
成する。また、ＧａＰ融液１３はヒータ１８によって加
熱され、ＧａＰ融液１３とＧａＰ単結晶１４との界面１
９はＧａＰの融点である１４７０℃に保たれる。なお、
圧力容器１０内は、窓２０を通してＴＶモニタ等で監視
されている。
軽く且つ透明なＢ2Ｏ3１７が覆っている。そして、Ｇａ
Ｐの解離を防止するために、圧力容器１０内は窒素１６
等の不活性ガスによって加圧されている。ＧａＰ単結晶
１４は、回転する支柱１５によって引上げられながら育
成する。また、ＧａＰ融液１３はヒータ１８によって加
熱され、ＧａＰ融液１３とＧａＰ単結晶１４との界面１
９はＧａＰの融点である１４７０℃に保たれる。なお、
圧力容器１０内は、窓２０を通してＴＶモニタ等で監視
されている。
【００１１】上記のようにして育成したＧａＰ単結晶は
スライスされてＧａＰ単結晶基板１となり、その上に各
層を液相エピタキシャル成長法により成長させる。具体
的には、例えば１０００℃でＧａ融液にＧａＰ多結晶を
溶解させた溶液を基板上に配置する。
スライスされてＧａＰ単結晶基板１となり、その上に各
層を液相エピタキシャル成長法により成長させる。具体
的には、例えば１０００℃でＧａ融液にＧａＰ多結晶を
溶解させた溶液を基板上に配置する。
【００１２】次に、降温してＧａ溶液中のＧａＰを基板
上に析出させてＧａＰ層を成長させる。この際、ｎ型Ｇ
ａＰ層２を成長させる時にはＳ等のｎ型ドーパントを、
ｐ型ＧａＰ層３を成長させる際にはＺｎ及びＯをそれぞ
れＧａ溶液に添加する。
上に析出させてＧａＰ層を成長させる。この際、ｎ型Ｇ
ａＰ層２を成長させる時にはＳ等のｎ型ドーパントを、
ｐ型ＧａＰ層３を成長させる際にはＺｎ及びＯをそれぞ
れＧａ溶液に添加する。
【００１３】上記のようにして、ｎ型ＧａＰ単結晶基板
上にｎ型ＧａＰ層及びｐ型ＧａＰ層が順次積層された多
層ＧａＰ基板である発光素子基板が得られる。この発光
素子基板のＧａＰ単結晶基板側にｎ電極を、ｐ型ＧａＰ
層側にｐ電極をそれぞれ形成し、ダイシング後、その半
導体チップをフレームにボンディングし、エポキシ等で
封止することにより、赤色発光する発光ダイオードが得
られる。
上にｎ型ＧａＰ層及びｐ型ＧａＰ層が順次積層された多
層ＧａＰ基板である発光素子基板が得られる。この発光
素子基板のＧａＰ単結晶基板側にｎ電極を、ｐ型ＧａＰ
層側にｐ電極をそれぞれ形成し、ダイシング後、その半
導体チップをフレームにボンディングし、エポキシ等で
封止することにより、赤色発光する発光ダイオードが得
られる。
【００１４】図３は、ｎ型ＧａＰ単結晶基板中の炭素濃
度と赤色発光素子の相対輝度との関係を示す。図から、
炭素濃度が低くなるにつれて輝度が高くなること、及び
相対輝度が４５以上の高輝度発光素子を得るには、ｎ型
ＧａＰ単結晶基板中の炭素濃度を１．０×１０17個／ｃ
ｃ以下にすることが必要となることが分る。
度と赤色発光素子の相対輝度との関係を示す。図から、
炭素濃度が低くなるにつれて輝度が高くなること、及び
相対輝度が４５以上の高輝度発光素子を得るには、ｎ型
ＧａＰ単結晶基板中の炭素濃度を１．０×１０17個／ｃ
ｃ以下にすることが必要となることが分る。
【００１５】炭素濃度が１．０×１０17個／ｃｃ以下の
ｎ型ＧａＰ単結晶基板を得るには、例えばもともと炭素
濃度の低いＧａＰ多結晶を原料として育成したｎ型Ｇａ
Ｐ単結晶を用いればよい。この場合、炭素濃度が１．０
×１０18個／ｃｃ未満のＧａＰ多結晶を用いるとＧａＰ
単結晶基板の炭素濃度が１．０×１０17個／ｃｃ以下と
なることが確認できた。
ｎ型ＧａＰ単結晶基板を得るには、例えばもともと炭素
濃度の低いＧａＰ多結晶を原料として育成したｎ型Ｇａ
Ｐ単結晶を用いればよい。この場合、炭素濃度が１．０
×１０18個／ｃｃ未満のＧａＰ多結晶を用いるとＧａＰ
単結晶基板の炭素濃度が１．０×１０17個／ｃｃ以下と
なることが確認できた。
【００１６】また、ＬＥＣ法によりｎ型ＧａＰ単結晶を
育成する場合は、封止用液体として使用するＢ2Ｏ3の水
分量をコントロールすることによっても炭素濃度を制御
することができる。図４は、ＬＥＣ法によりＧａＰ単結
晶を育成する場合の使用したＢ2Ｏ3中の水分量とＧａＰ
単結晶中の炭素濃度との関係を示す。
育成する場合は、封止用液体として使用するＢ2Ｏ3の水
分量をコントロールすることによっても炭素濃度を制御
することができる。図４は、ＬＥＣ法によりＧａＰ単結
晶を育成する場合の使用したＢ2Ｏ3中の水分量とＧａＰ
単結晶中の炭素濃度との関係を示す。
【００１７】図から、Ｂ2Ｏ3の水分量が多くなるにつれ
てｎ型ＧａＰ単結晶中の炭素濃度が低くなることが分か
る。特に、水分量が２００ｐｐｍを超えると急激に炭素
濃度が下がり、炭素濃度は１×１０17個／ｃｃ以下にな
る。従って、Ｂ2Ｏ3の水分量をコントロールすることに
よってｎ型ＧａＰ単結晶の炭素濃度を低く抑えることが
でき、ひいては発光素子の輝度向上に繋がる。しかし、
水分量が１０００ｐｐｍを超えると、不安定な化学反応
が許容できない程に激しくなり、Ｂ2Ｏ3層の不透視化や
結晶乱れの発生等があり、ＧａＰ単結晶の育成の面から
好ましくない。
てｎ型ＧａＰ単結晶中の炭素濃度が低くなることが分か
る。特に、水分量が２００ｐｐｍを超えると急激に炭素
濃度が下がり、炭素濃度は１×１０17個／ｃｃ以下にな
る。従って、Ｂ2Ｏ3の水分量をコントロールすることに
よってｎ型ＧａＰ単結晶の炭素濃度を低く抑えることが
でき、ひいては発光素子の輝度向上に繋がる。しかし、
水分量が１０００ｐｐｍを超えると、不安定な化学反応
が許容できない程に激しくなり、Ｂ2Ｏ3層の不透視化や
結晶乱れの発生等があり、ＧａＰ単結晶の育成の面から
好ましくない。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｇ
ａＰ単結晶基板中の炭素濃度を１．０×１０17個／ｃｃ
以下にすることができ、このＧａＰ単結晶基板を含む発
光素子基板から高輝度の発光素子を製造することができ
る。
ａＰ単結晶基板中の炭素濃度を１．０×１０17個／ｃｃ
以下にすることができ、このＧａＰ単結晶基板を含む発
光素子基板から高輝度の発光素子を製造することができ
る。
【図１】本発明の一実施例の発光素子基板の断面構造を
概略断面図である。
概略断面図である。
【図２】本発明の一実施例のｎ型ＧａＰ単結晶を育成す
る際に用いる装置を示す構成図である。
る際に用いる装置を示す構成図である。
【図３】ｎ型ＧａＰ単結晶基板中の炭素濃度と発光素子
の輝度との関係を示す図である。
の輝度との関係を示す図である。
【図４】ＬＥＣ法によりｎ型ＧａＰ単結晶を育成させる
場合に使用するＢ2Ｏ3中の水分量と育成したｎ型ＧａＰ
単結晶より得られたｎ型ＧａＰ単結晶基板中の炭素濃度
との関係を示す図である。
場合に使用するＢ2Ｏ3中の水分量と育成したｎ型ＧａＰ
単結晶より得られたｎ型ＧａＰ単結晶基板中の炭素濃度
との関係を示す図である。
１ ｎ型ＧａＰ単結晶基板 ２ ｎ型ＧａＰ層 ３ ｐ型ＧａＰ層 １０ 圧力容器 １１ サセプタ １２ ルツボ １３ ＧａＰ融液 １４ ＧａＰ単結晶 １５ 支柱 １６ 窒素 １７ Ｂ2Ｏ3 １８ ヒータ １９ 界面 ２０ 窓
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大滝 紀夫 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越 半導体株式会社 磯部工場内 (72)発明者 中村 秋夫 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越 半導体株式会社 磯部工場内 (56)参考文献 ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ Ｌ ＥＴＴＥＲ，58〜17！（1991）（米) Ｐ．1860−1862 ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ Ｌ ＥＴＴＥＲ，44〜１！（1984）（米) Ｐ．74−76
Claims (2)
- 【請求項１】 液体封止チョクラルスキ法により育成し
たｎ型ＧａＰ単結晶基板上にｎ型ＧａＰ層及びｐ型Ｇａ
Ｐ層を順次形成してなるＧａＰ系発光素子基板におい
て、前記ｎ型ＧａＰ単結晶基板の炭素濃度が１．０×１
０ １６ 個／ｃｃ以上１．０×１０１７個／ｃｃ以下であ
り、前記ｐ型ＧａＰ層に亜鉛及び酸素をドープしたこと
を特徴とする赤色発光用のＧａＰ系発光素子基板。 - 【請求項２】 封止用液体として２００ｐｐｍ以上１０
００ｐｐｍ以下の水分を含有する酸化ホウ素（Ｂ
２ Ｏ ３ ）を用いて、炭素濃度が１．０×１０ １６ 個／ｃ
ｃ以上１．０×１０ １７ 個／ｃｃ以下のｎ型ＧａＰ単結
晶を液体封止チョクラルスキ法により育成し、該ｎ型Ｇ
ａＰ単結晶より製造されたｎ型ＧａＰ単結晶基板上に、
ｎ型ＧａＰ層と、亜鉛及び酸素をドープしたｐ型ＧａＰ
層とを順次積層することを特徴とする赤色発光用のＧａ
Ｐ系発光素子基板の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22532492A JP2701113B2 (ja) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | ＧａＰ系発光素子基板及びその製造方法 |
| DE1993603121 DE69303121T2 (de) | 1992-07-31 | 1993-03-30 | Lichtemittierende GaP-Vorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| EP19930105260 EP0580953B1 (en) | 1992-07-31 | 1993-03-30 | GaP light emitting device and method for fabricating the same |
| US08/377,132 US5514881A (en) | 1992-07-31 | 1995-01-23 | Gap light emitting device having a low carbon content in the substrate |
| US08/516,096 US5851850A (en) | 1992-07-31 | 1995-08-17 | Method for fabricating a gap type semiconductor substrate of red light emitting devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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