JPH04221862A - リン化ガリウム赤色発光ダイオードの製造方法 - Google Patents
リン化ガリウム赤色発光ダイオードの製造方法Info
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- JPH04221862A JPH04221862A JP2404992A JP40499290A JPH04221862A JP H04221862 A JPH04221862 A JP H04221862A JP 2404992 A JP2404992 A JP 2404992A JP 40499290 A JP40499290 A JP 40499290A JP H04221862 A JPH04221862 A JP H04221862A
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Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ディスプレイ装置な
どを構成するのに用いられるリン化ガリウム（ＧａＰ）
赤色発光ダイオードの製造方法に関する。
どを構成するのに用いられるリン化ガリウム（ＧａＰ）
赤色発光ダイオードの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のＧａＰ赤色発光ダイオードとし
ては図３に示すように、ＧａＰ基板１上に、ｎ型ＧａＰ
単結晶層２とｐ型ＧａＰ単結晶層３とを積層して構成さ
れるものがある。このＧａＰ赤色発光ダイオードは、従
来、次のようにして作製されている。まず、不純物とし
て濃度４×１０１７／ｃｍ３以下のシリコン（Ｓｉ）を
含むｎ型ＧａＰ基板１上に、液相エピタキシャル成長法
により、ｎ型ＧａＰ単結晶層２が成長される。この後、
図４に示すように、温度が１０００℃程度に保持された
液相エピタキシャル成長炉内で、Ａｒガス雰囲気中でこ
の基板１上のｎ型ＧａＰ単結晶層２に金属亜鉛（Ｚｎ）
と酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）とを添加したＧａＰ融液
（メルト）が接触される。同時に、上記成長炉の温度が
上昇される。これにより、上記ＧａＰ融液中にｎ型Ｇａ
Ｐ単結晶層２の一部が溶け込んで、ｎ型ＧａＰ単結晶層
２の熱ダメージが取り除かれる（メルトバック）。続い
て、上記成長炉の温度が１０００〜１０５０℃の所定温
度に到達した時点で昇温が停止され、この状態が所定時
間だけ保持される。上記所定時間経過後、上記成長炉の
温度が下降されて、溶融せずに残ったｎ型ＧａＰ単結晶
層２上にｐ型ＧａＰ単結晶層３が成長される。成長炉の
温度が８５０〜９５０℃になった時点で上記ＧａＰ融液
が基板１から分離され、成長が終了する。最後に、電極
４，５が形成される。このように作製されたＧａＰ赤色
発光ダイオードでは、上記ＧａＰ融液に添加されたＺｎ
とＯ（Ｇａ２Ｏ３が分解して生じたもの）とがｐ型Ｇａ
Ｐ単結晶層２内でＺｎ−Ｏ最近接対を形成する。 このＺｎ−Ｏ最近接対が発光中心となってダイオードの
赤色発光が生じる。
ては図３に示すように、ＧａＰ基板１上に、ｎ型ＧａＰ
単結晶層２とｐ型ＧａＰ単結晶層３とを積層して構成さ
れるものがある。このＧａＰ赤色発光ダイオードは、従
来、次のようにして作製されている。まず、不純物とし
て濃度４×１０１７／ｃｍ３以下のシリコン（Ｓｉ）を
含むｎ型ＧａＰ基板１上に、液相エピタキシャル成長法
により、ｎ型ＧａＰ単結晶層２が成長される。この後、
図４に示すように、温度が１０００℃程度に保持された
液相エピタキシャル成長炉内で、Ａｒガス雰囲気中でこ
の基板１上のｎ型ＧａＰ単結晶層２に金属亜鉛（Ｚｎ）
と酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）とを添加したＧａＰ融液
（メルト）が接触される。同時に、上記成長炉の温度が
上昇される。これにより、上記ＧａＰ融液中にｎ型Ｇａ
Ｐ単結晶層２の一部が溶け込んで、ｎ型ＧａＰ単結晶層
２の熱ダメージが取り除かれる（メルトバック）。続い
て、上記成長炉の温度が１０００〜１０５０℃の所定温
度に到達した時点で昇温が停止され、この状態が所定時
間だけ保持される。上記所定時間経過後、上記成長炉の
温度が下降されて、溶融せずに残ったｎ型ＧａＰ単結晶
層２上にｐ型ＧａＰ単結晶層３が成長される。成長炉の
温度が８５０〜９５０℃になった時点で上記ＧａＰ融液
が基板１から分離され、成長が終了する。最後に、電極
４，５が形成される。このように作製されたＧａＰ赤色
発光ダイオードでは、上記ＧａＰ融液に添加されたＺｎ
とＯ（Ｇａ２Ｏ３が分解して生じたもの）とがｐ型Ｇａ
Ｐ単結晶層２内でＺｎ−Ｏ最近接対を形成する。 このＺｎ−Ｏ最近接対が発光中心となってダイオードの
赤色発光が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上に述べた
作製方法では、ｎ型ＧａＰ単結晶層２の一部をメルトバ
ックする際に、ＧａＰ基板１に不純物として含まれてい
るＳｉが上記ＧａＰ融液中に溶け込む。溶け込んだＳｉ
は上記ＧａＰ融液中のＯ（Ｇａ２Ｏ３が分解して生じた
もの）と結合して、非発光中心となるＳｉ−Ｏ対を形成
する。このため、非発光再結合が起こり、作製されたＧ
ａＰ赤色発光ダイオードの発光効率が低いという問題が
ある。
作製方法では、ｎ型ＧａＰ単結晶層２の一部をメルトバ
ックする際に、ＧａＰ基板１に不純物として含まれてい
るＳｉが上記ＧａＰ融液中に溶け込む。溶け込んだＳｉ
は上記ＧａＰ融液中のＯ（Ｇａ２Ｏ３が分解して生じた
もの）と結合して、非発光中心となるＳｉ−Ｏ対を形成
する。このため、非発光再結合が起こり、作製されたＧ
ａＰ赤色発光ダイオードの発光効率が低いという問題が
ある。
【０００４】そこで、この発明の目的は、発光効率が高
い素子を作製できるＧａＰ赤色発光ダイオードの製造方
法を提供することにある。
い素子を作製できるＧａＰ赤色発光ダイオードの製造方
法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、不純物としてシリコンを含むリン化ガ
リウム基板上にｎ型リン化ガリウム単結晶層を形成した
後、成長炉内でこのｎ型リン化ガリウム単結晶層にドー
パントとして亜鉛と酸素とを含むリン化ガリウム融液を
接触させた状態で、上記成長炉の温度を上昇させて上記
ｎ型リン化ガリウム単結晶層の一部をメルトバックし、
続いて上記成長炉の温度を下降させて、溶融せずに残っ
た上記ｎ型リン化ガリウム単結晶層上にｐ型リン化ガリ
ウム単結晶層を成長させるリン化ガリウム赤色発光ダイ
オードの製造方法において、上記ｎ型リン化ガリウム単
結晶層の一部をメルトバックする際に、上記成長炉内の
上記リン化ガリウム基板の周囲にアンモニアガスを供給
することを特徴としている。
に、この発明は、不純物としてシリコンを含むリン化ガ
リウム基板上にｎ型リン化ガリウム単結晶層を形成した
後、成長炉内でこのｎ型リン化ガリウム単結晶層にドー
パントとして亜鉛と酸素とを含むリン化ガリウム融液を
接触させた状態で、上記成長炉の温度を上昇させて上記
ｎ型リン化ガリウム単結晶層の一部をメルトバックし、
続いて上記成長炉の温度を下降させて、溶融せずに残っ
た上記ｎ型リン化ガリウム単結晶層上にｐ型リン化ガリ
ウム単結晶層を成長させるリン化ガリウム赤色発光ダイ
オードの製造方法において、上記ｎ型リン化ガリウム単
結晶層の一部をメルトバックする際に、上記成長炉内の
上記リン化ガリウム基板の周囲にアンモニアガスを供給
することを特徴としている。
【０００６】
【作用】ＧａＰ融液を接触させてｎ型ＧａＰ単結晶層の
一部をメルトバックする際に、ＧａＰ基板の周囲にアン
モニア（ＮＨ３）ガスが供給された場合、上記基板から
上記ＧａＰ融液中に溶け込んだＳｉと上記ＮＨ３が直接
または間接に反応して窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を生
成する。直接反応は、次式（１）に従って直接にＳｉ３
Ｎ４を生じ、 ３Ｓｉ（ｌ）＋４ＮＨ３（ｇ）
→ Ｓｉ３Ｎ４（ｓ）＋６Ｈ２
… （１） （ただし、ｌは液体、ｇは気体、ｓは固体の状態を表わ
している。）間接反応は、次式（２）に従って一旦窒化
ガリウム（ＧａＮ）を生じた後、次式（３）に従ってＳ
ｉ３Ｎ４を生じる。 Ｇａ（ｌ）＋ＮＨ３（ｇ） → ＧａＮ（
ｌ）＋（３／２）Ｈ２（ｇ） …
（２） ４ＧａＮ（ｌ）＋３Ｓｉ（ｌ）
→ Ｓｉ３Ｎ４（ｓ）＋４Ｇａ
… （３）
一部をメルトバックする際に、ＧａＰ基板の周囲にアン
モニア（ＮＨ３）ガスが供給された場合、上記基板から
上記ＧａＰ融液中に溶け込んだＳｉと上記ＮＨ３が直接
または間接に反応して窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を生
成する。直接反応は、次式（１）に従って直接にＳｉ３
Ｎ４を生じ、 ３Ｓｉ（ｌ）＋４ＮＨ３（ｇ）
→ Ｓｉ３Ｎ４（ｓ）＋６Ｈ２
… （１） （ただし、ｌは液体、ｇは気体、ｓは固体の状態を表わ
している。）間接反応は、次式（２）に従って一旦窒化
ガリウム（ＧａＮ）を生じた後、次式（３）に従ってＳ
ｉ３Ｎ４を生じる。 Ｇａ（ｌ）＋ＮＨ３（ｇ） → ＧａＮ（
ｌ）＋（３／２）Ｈ２（ｇ） …
（２） ４ＧａＮ（ｌ）＋３Ｓｉ（ｌ）
→ Ｓｉ３Ｎ４（ｓ）＋４Ｇａ
… （３）
【０００７】このように、供給されたＮＨ３がＳｉと反
応して上記ＧａＰ融液中のＳｉ濃度を減少させるので、
この融液を用いて成長されるｐ型ＧａＰ単結晶層内のＳ
ｉ−Ｏ対の濃度が低くなる。したがって、非発光再結合
が少なくなり、作製された素子の発光効率が向上する。 なお、上記式（１），（２），（３）の反応により生じ
たＳｉ３Ｎ４は上記ＧａＰ融液の外へ排出されるので、
トラップ中心とはならず、発光効率を低下させることは
ない。
応して上記ＧａＰ融液中のＳｉ濃度を減少させるので、
この融液を用いて成長されるｐ型ＧａＰ単結晶層内のＳ
ｉ−Ｏ対の濃度が低くなる。したがって、非発光再結合
が少なくなり、作製された素子の発光効率が向上する。 なお、上記式（１），（２），（３）の反応により生じ
たＳｉ３Ｎ４は上記ＧａＰ融液の外へ排出されるので、
トラップ中心とはならず、発光効率を低下させることは
ない。
【０００８】
【実施例】以下、この発明のＧａＰ赤色発光ダイオード
の製造方法を実施例により詳細に説明する。なお、図３
に示したＧａＰ赤色発光ダイオードと同一構造の素子を
作製する方法について説明する。
の製造方法を実施例により詳細に説明する。なお、図３
に示したＧａＰ赤色発光ダイオードと同一構造の素子を
作製する方法について説明する。
【０００９】■まず、不純物として濃度４×１０１７／
ｃｍ３以下のＳｉを含むｎ型ＧａＰ基板１上に、液相エ
ピタキシャル成長法により、厚さ３０〜６０μｍのｎ型
ＧａＰ単結晶層２を成長させる。
ｃｍ３以下のＳｉを含むｎ型ＧａＰ基板１上に、液相エ
ピタキシャル成長法により、厚さ３０〜６０μｍのｎ型
ＧａＰ単結晶層２を成長させる。
【００１０】■次に、図１に示すように温度が１０００
℃程度に保持された液相エピタキシャル成長炉内で、上
記基板１上のｎ型ＧａＰ単結晶層２に金属ＺｎとＧａ２
Ｏ３とを添加したＧａＰ融液（メルト）を接触させる。 同時に、上記成長炉の温度を上昇させると共に、上記成
長炉内にキャリアガス（Ｈ２ガス）とＮＨ３ガスを流す
。成長炉の温度上昇により、上記ＧａＰ融液中にｎ型Ｇ
ａＰ単結晶層２の一部が溶け込んで、従来と同様に、ｎ
型ＧａＰ単結晶層２の熱ダメージが取り除かれる（メル
トバック）。上記成長炉の温度が１０００〜１０５０℃
の所定温度に到達した時点で昇温を停止し、この状態を
所定時間保持する。
℃程度に保持された液相エピタキシャル成長炉内で、上
記基板１上のｎ型ＧａＰ単結晶層２に金属ＺｎとＧａ２
Ｏ３とを添加したＧａＰ融液（メルト）を接触させる。 同時に、上記成長炉の温度を上昇させると共に、上記成
長炉内にキャリアガス（Ｈ２ガス）とＮＨ３ガスを流す
。成長炉の温度上昇により、上記ＧａＰ融液中にｎ型Ｇ
ａＰ単結晶層２の一部が溶け込んで、従来と同様に、ｎ
型ＧａＰ単結晶層２の熱ダメージが取り除かれる（メル
トバック）。上記成長炉の温度が１０００〜１０５０℃
の所定温度に到達した時点で昇温を停止し、この状態を
所定時間保持する。
【００１１】■上記所定時間経過後、上記ＮＨ３ガスの
供給を停止する。同時に、上記成長炉の温度を下降して
、溶融せずに残ったｎ型ＧａＰ単結晶層２上に厚さ２０
〜５０μｍのｐ型ＧａＰ単結晶層３を成長させる。そし
て、上記成長炉の温度が８５０〜９５０℃になった時点
で上記ＧａＰ融液を基板１から分離して、成長を終了さ
せる。
供給を停止する。同時に、上記成長炉の温度を下降して
、溶融せずに残ったｎ型ＧａＰ単結晶層２上に厚さ２０
〜５０μｍのｐ型ＧａＰ単結晶層３を成長させる。そし
て、上記成長炉の温度が８５０〜９５０℃になった時点
で上記ＧａＰ融液を基板１から分離して、成長を終了さ
せる。
【００１２】■次に、温度４００〜５００℃で熱処理を
行った後、電極４，５を形成し、個々の素子をチップ化
してＧａＰ赤色発光ダイオードの作製を完了する。
行った後、電極４，５を形成し、個々の素子をチップ化
してＧａＰ赤色発光ダイオードの作製を完了する。
【００１３】このようにした場合、工程■においてｎ型
ＧａＰ単結晶層の一部をメルトバックする際に、既に述
べた直接反応（式（１））または間接反応（式（２），
（３））により、基板１の周囲に供給されたＮＨ３が、
基板１から上記ＧａＰ融液中に溶け込んだＳｉと反応し
てＳｉ３Ｎ４を生成する。この結果、上記ＧａＰ融液中
のＳｉ濃度が減少した状態となり、この融液を用いて工
程■で成長されるｐ型ＧａＰ単結晶層２内のＳｉ−Ｏ対
の濃度が低くなる。 したがって、非発光再結合が少なくなり、素子の発光効
率を向上させることができる。
ＧａＰ単結晶層の一部をメルトバックする際に、既に述
べた直接反応（式（１））または間接反応（式（２），
（３））により、基板１の周囲に供給されたＮＨ３が、
基板１から上記ＧａＰ融液中に溶け込んだＳｉと反応し
てＳｉ３Ｎ４を生成する。この結果、上記ＧａＰ融液中
のＳｉ濃度が減少した状態となり、この融液を用いて工
程■で成長されるｐ型ＧａＰ単結晶層２内のＳｉ−Ｏ対
の濃度が低くなる。 したがって、非発光再結合が少なくなり、素子の発光効
率を向上させることができる。
【００１４】実際に、従来の作製方法と本発明の作製方
法とによって、サンプル数ｎ＝４５０個ずつＧａＰ赤色
発光ダイオードを作製して発光輝度を測定したところ、
第２図に示すように、通電電流Ｉ＝５ｍＡのとき相対値
で０．６７から０．７２へ７％だけ輝度を向上させるこ
とができた。標準偏差はそれぞれ０．２５８，０．２６
３であり、実験誤差を超える効果を確認することができ
た。なお、この実験では、ＧａＰ基板１のＳｉ濃度とｎ
型ＧａＰ単結晶層２、ｐ型ＧａＰ単結晶層３の厚さとを
従来、本発明で同レベルに設定して比較した。
法とによって、サンプル数ｎ＝４５０個ずつＧａＰ赤色
発光ダイオードを作製して発光輝度を測定したところ、
第２図に示すように、通電電流Ｉ＝５ｍＡのとき相対値
で０．６７から０．７２へ７％だけ輝度を向上させるこ
とができた。標準偏差はそれぞれ０．２５８，０．２６
３であり、実験誤差を超える効果を確認することができ
た。なお、この実験では、ＧａＰ基板１のＳｉ濃度とｎ
型ＧａＰ単結晶層２、ｐ型ＧａＰ単結晶層３の厚さとを
従来、本発明で同レベルに設定して比較した。
【００１５】また、成長炉にＮＨ３ガスを流すのはｎ型
ＧａＰ単結晶層２をメルトバックするときだけであるた
め、ｎ型ＧａＰ単結晶層２には窒素（Ｎ）は取り込まれ
ることがない。またｐ型ＧａＰ単結晶３にも窒素はほと
んど取り込まれない。したがって、作製された素子は、
窒素を発光中心とする緑色発光を起こさずに、色純度を
上げつつ高輝度の赤色発光を行うことができる。
ＧａＰ単結晶層２をメルトバックするときだけであるた
め、ｎ型ＧａＰ単結晶層２には窒素（Ｎ）は取り込まれ
ることがない。またｐ型ＧａＰ単結晶３にも窒素はほと
んど取り込まれない。したがって、作製された素子は、
窒素を発光中心とする緑色発光を起こさずに、色純度を
上げつつ高輝度の赤色発光を行うことができる。
【００１６】なお、高輝度の赤色発光ダイオードとして
は、ＧａＡｓＰを構成材料とするものがあるが、砒素（
Ａｓ）の気相成長を行って作製されるため、高価格とな
る。 本発明によれば、高輝度でかつ低価格の赤色発光ダイオ
ードを提供することができる。
は、ＧａＡｓＰを構成材料とするものがあるが、砒素（
Ａｓ）の気相成長を行って作製されるため、高価格とな
る。 本発明によれば、高輝度でかつ低価格の赤色発光ダイオ
ードを提供することができる。
【００１７】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明のＧ
ａＰ赤色発光ダイオードの製造方法は、不純物としてＳ
ｉを含むＧａＰ基板上にｎ型ＧａＰ単結晶層を形成した
後、このｎ型ＧａＰ単結晶層の一部をメルトバックする
際に、成長炉内の上記ＧａＰ基板の周囲にＮＨ３ガスを
供給し、続いて上記ｎ型リン化ガリウム単結晶層上にｐ
型ＧａＰ単結晶層を成長させているので、成長した上記
ｐ型ＧａＰ単結晶層内のＳｉ−Ｏ対の濃度を減少させて
非発光再結合を少なくすることができる。したがって、
作製した素子の発光効率を高くすることができる。
ａＰ赤色発光ダイオードの製造方法は、不純物としてＳ
ｉを含むＧａＰ基板上にｎ型ＧａＰ単結晶層を形成した
後、このｎ型ＧａＰ単結晶層の一部をメルトバックする
際に、成長炉内の上記ＧａＰ基板の周囲にＮＨ３ガスを
供給し、続いて上記ｎ型リン化ガリウム単結晶層上にｐ
型ＧａＰ単結晶層を成長させているので、成長した上記
ｐ型ＧａＰ単結晶層内のＳｉ−Ｏ対の濃度を減少させて
非発光再結合を少なくすることができる。したがって、
作製した素子の発光効率を高くすることができる。
【図１】 この発明の一実施例のＧａＰ赤色発光ダイ
オードの作製方法のタイムチャートを示す図である。
オードの作製方法のタイムチャートを示す図である。
【図２】 上記作製方法と従来の作製方法により作製
したＧａＰ赤色発光ダイオードの発光輝度を比較する図
である。
したＧａＰ赤色発光ダイオードの発光輝度を比較する図
である。
【図３】 作製すべきＧａＰ赤色発光ダイオードの構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
【図４】 従来のＧａＰ赤色発光ダイオードの作製方
法のタイムチャートを示す図である。
法のタイムチャートを示す図である。
１ ＧａＰ基板
２ ｎ型ＧａＰ単結晶層
３ ｐ型ＧａＰ単結晶層
４，５ 電極
Claims (1)
- 【請求項１】 不純物としてシリコンを含むリン化ガ
リウム基板上にｎ型リン化ガリウム単結晶層を形成した
後、成長炉内でこのｎ型リン化ガリウム単結晶層にドー
パントとして亜鉛と酸素とを含むリン化ガリウム融液を
接触させた状態で、上記成長炉の温度を上昇させて上記
ｎ型リン化ガリウム単結晶層の一部をメルトバックし、
続いて上記成長炉の温度を下降させて、溶融せずに残っ
た上記ｎ型リン化ガリウム単結晶層上にｐ型リン化ガリ
ウム単結晶層を成長させるリン化ガリウム赤色発光ダイ
オードの製造方法において、上記ｎ型リン化ガリウム単
結晶層の一部をメルトバックする際に、上記成長炉内の
上記リン化ガリウム基板の周囲にアンモニアガスを供給
することを特徴とするリン化ガリウム赤色発光ダイオー
ドの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2404992A JPH04221862A (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | リン化ガリウム赤色発光ダイオードの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2404992A JPH04221862A (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | リン化ガリウム赤色発光ダイオードの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04221862A true JPH04221862A (ja) | 1992-08-12 |
Family
ID=18514632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2404992A Pending JPH04221862A (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | リン化ガリウム赤色発光ダイオードの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04221862A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5349208A (en) * | 1992-11-07 | 1994-09-20 | Shin Etsu Handotai Kabushiki Kaisha | GaP light emitting element substrate with oxygen doped buffer |
-
1990
- 1990-12-21 JP JP2404992A patent/JPH04221862A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5349208A (en) * | 1992-11-07 | 1994-09-20 | Shin Etsu Handotai Kabushiki Kaisha | GaP light emitting element substrate with oxygen doped buffer |
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