JPH04315479A - 半導体発光素子とその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子とその製造方法Info
- Publication number
- JPH04315479A JPH04315479A JP3108647A JP10864791A JPH04315479A JP H04315479 A JPH04315479 A JP H04315479A JP 3108647 A JP3108647 A JP 3108647A JP 10864791 A JP10864791 A JP 10864791A JP H04315479 A JPH04315479 A JP H04315479A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- algainp
- substrate
- gap
- semiconductor light
- 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.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 11
- 101100378851 Neurospora crassa (strain ATCC 24698 / 74-OR23-1A / CBS 708.71 / DSM 1257 / FGSC 987) alg-3 gene Proteins 0.000 claims 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 9
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101000574352 Mus musculus Protein phosphatase 1 regulatory subunit 17 Proteins 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229910000073 phosphorus hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000005469 synchrotron radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- 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】本発明は、赤から緑の波長のＡｌ
ＧａＩｎＰ 系のＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（半
導体レーザ）等の半導体発光装置を構成する半導体発光
素子とその半導体発光素子の製造方法に関するものであ
る。
ＧａＩｎＰ 系のＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（半
導体レーザ）等の半導体発光装置を構成する半導体発光
素子とその半導体発光素子の製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、赤色から緑色のＬＥＤを構成する
半導体発光素子の一例として、基板上にＡｌＧａＩｎＰ
系の薄膜を、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長法）
やＭＯＣＶＤ（有機金属気相エピタキシャル成長法）等
の方法で成長させてなるものがある。基板としては、Ｇ
ａＡｓ系，ＧａＡｓＰ系，ＧａＩｎＰ系等の基板結晶が
使用されている。しかし、これらの基板結晶の場合、放
射光に対して透明ではなく、光吸収層となるため、面発
光型ＬＥＤ等の発光装置として使用した場合に、高輝度
化が達成できないという問題があった。
半導体発光素子の一例として、基板上にＡｌＧａＩｎＰ
系の薄膜を、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長法）
やＭＯＣＶＤ（有機金属気相エピタキシャル成長法）等
の方法で成長させてなるものがある。基板としては、Ｇ
ａＡｓ系，ＧａＡｓＰ系，ＧａＩｎＰ系等の基板結晶が
使用されている。しかし、これらの基板結晶の場合、放
射光に対して透明ではなく、光吸収層となるため、面発
光型ＬＥＤ等の発光装置として使用した場合に、高輝度
化が達成できないという問題があった。
【０００３】そこで、透明のＧａＰ の基板にＡｌＧａ
ＩｎＰ 系層を形成し、光吸収による輝度低下を防止し
た半導体発光素子がある。
ＩｎＰ 系層を形成し、光吸収による輝度低下を防止し
た半導体発光素子がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＧａＰ 層と
ＡｌＧａＩｎＰ 系層との間には格子不整合が存在する
ため、ＧａＰ 基板上に直接ＡｌＧａＩｎＰ 系層を形
成することはできず、格子整合のための緩和層が必要で
あり、構造が複雑になるばかりでなく、格子不整に起因
する転位等の欠陥が増加し、しかも製造効率が悪いとい
う問題があった。
ＡｌＧａＩｎＰ 系層との間には格子不整合が存在する
ため、ＧａＰ 基板上に直接ＡｌＧａＩｎＰ 系層を形
成することはできず、格子整合のための緩和層が必要で
あり、構造が複雑になるばかりでなく、格子不整に起因
する転位等の欠陥が増加し、しかも製造効率が悪いとい
う問題があった。
【０００５】したがって、この発明の目的は、構造が簡
単でしかも高輝度化を達成できる半導体発光素子とその
製造方法を提供することである。
単でしかも高輝度化を達成できる半導体発光素子とその
製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体発光素
子は、ＧａＰ 層上にＡｌＧａＩｎＰ 系層を形成した
もの、もしくはＡｌＧａＩｎＰ 系層の両面にＧａＰ
層を形成したものである。
子は、ＧａＰ 層上にＡｌＧａＩｎＰ 系層を形成した
もの、もしくはＡｌＧａＩｎＰ 系層の両面にＧａＰ
層を形成したものである。
【０００７】この発明の半導体発光素子の製造方法は、
基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ 系層をＭＢＥまたはＭＯＣ
ＶＤにて形成し、前記ＡｌＧａＩｎＰ 系層上にｙｏ−
ｙｏ溶質供給法または温度差法によるＬＰＥにてＧａＰ
層を形成し、前記基板を除去するものである。さらに
、ＡｌＧａＩｎＰ系層の基板を除去した面に、ＧａＰ
層を形成してもよい。以下に本発明の製造方法を詳述す
る。
基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ 系層をＭＢＥまたはＭＯＣ
ＶＤにて形成し、前記ＡｌＧａＩｎＰ 系層上にｙｏ−
ｙｏ溶質供給法または温度差法によるＬＰＥにてＧａＰ
層を形成し、前記基板を除去するものである。さらに
、ＡｌＧａＩｎＰ系層の基板を除去した面に、ＧａＰ
層を形成してもよい。以下に本発明の製造方法を詳述す
る。
【０００８】（第一工程）まず、基板上にＭＢＥまたは
ＭＯＣＶＤによってＡｌＧａＩｎＰ 系層を形成する。 本発明で使用される基板は、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ 、
ＧａＩｎＰ 等で本発明の目的を達成しえるものであれ
ば特に制限はない。ＭＢＥは、次の様にして行われる。 すなわち、超高真空中で、加熱された単結晶基板に、成
長させようとする結晶の構成単体元素すなわちＡｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ｐの各種ドーパントを加熱して基板上に飛ば
して基板と同じ結晶方位の結晶をエピタキシャル成長さ
せる方法である。成長した各層の組成は分子線強度制御
できる。
ＭＯＣＶＤによってＡｌＧａＩｎＰ 系層を形成する。 本発明で使用される基板は、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ 、
ＧａＩｎＰ 等で本発明の目的を達成しえるものであれ
ば特に制限はない。ＭＢＥは、次の様にして行われる。 すなわち、超高真空中で、加熱された単結晶基板に、成
長させようとする結晶の構成単体元素すなわちＡｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ｐの各種ドーパントを加熱して基板上に飛ば
して基板と同じ結晶方位の結晶をエピタキシャル成長さ
せる方法である。成長した各層の組成は分子線強度制御
できる。
【０００９】ＭＯＣＶＤは、次の様にして行われる。す
なわち、有機金属の蒸気と水素化物を原料として用い、
水素をキャリヤーガスとしてこれら材料を成長室に導入
し、熱分解反応によって加熱した基板上に化合物半導体
結晶をエピタキシャル成長させる方法である。
なわち、有機金属の蒸気と水素化物を原料として用い、
水素をキャリヤーガスとしてこれら材料を成長室に導入
し、熱分解反応によって加熱した基板上に化合物半導体
結晶をエピタキシャル成長させる方法である。
【００１０】かくして形成されるＡｌＧａＩｎＰ 系層
は、ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層と、ＡｌＧａＩｎＰ
活性層またはＧａＩｎＰ 活性層と、ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層とからなるダブルヘテロ構造であることが好
ましい。
は、ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層と、ＡｌＧａＩｎＰ
活性層またはＧａＩｎＰ 活性層と、ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層とからなるダブルヘテロ構造であることが好
ましい。
【００１１】なお、ＡｌＧａＩｎＰ 系層は、シングル
ヘテロ構造であってもよい。ＡｌＧａＩｎＰ 層を成長
した後、引き続いて組成遷移層を介してＧａＰ 薄膜を
成長させる。この時組成遷移層のバンドギャップが活性
層のそれより常に広くなるように制御することが望まし
い。また、歪超格子構造を導入してもかまわない。
ヘテロ構造であってもよい。ＡｌＧａＩｎＰ 層を成長
した後、引き続いて組成遷移層を介してＧａＰ 薄膜を
成長させる。この時組成遷移層のバンドギャップが活性
層のそれより常に広くなるように制御することが望まし
い。また、歪超格子構造を導入してもかまわない。
【００１２】（第二工程）基板にＡｌＧａＩｎＰ 系層
を形成した上に、ｙｏ−ｙｏ溶質供給法または温度差法
によるＬＰＥにてＧａＰ 層を５０μｍ以上形成する。
を形成した上に、ｙｏ−ｙｏ溶質供給法または温度差法
によるＬＰＥにてＧａＰ 層を５０μｍ以上形成する。
【００１３】ＧａＰ 層を形成するＬＰＥ（液相エピタ
キシャル成長法）とは、エピタキシー相の原料である溶
質（Ｇａ，Ｐ）を溶媒にとかし、溶液の温度を下げ過飽
和状態とし、溶液を基板（ＡｌＧａＩｎＰ 系層を成長
させた基板）と接触させ、溶質を結晶として析出させる
方法である。溶媒は、Ｇａ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｓｎ，Ｐｂ等
が望ましい。
キシャル成長法）とは、エピタキシー相の原料である溶
質（Ｇａ，Ｐ）を溶媒にとかし、溶液の温度を下げ過飽
和状態とし、溶液を基板（ＡｌＧａＩｎＰ 系層を成長
させた基板）と接触させ、溶質を結晶として析出させる
方法である。溶媒は、Ｇａ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｓｎ，Ｐｂ等
が望ましい。
【００１４】ｙｏ−ｙｏ溶質供給法（静岡大学電子工学
研究所研究報告２１，（１９８６），１１９「ｙｏ−ｙ
ｏ溶質供給法による半導体結晶の成長」参照）によるＬ
ＰＥとは、エピタキシー層の原料であるＧａＰ を下側
に、ＡｌＧａＩｎＰ 層成長面を下向きにして原料Ｇａ
Ｐ と対向するように基板を配置し、これらＧａＰ と
基板との間に例えばＰを飽和溶解したＧａ溶液を挿入し
、溶液の温度を上下することで、基板面にＧａＰ 層の
厚膜を成長させる方法である。溶液の温度とＧａＰ 層
の成長の関係は次のようになる。まず、挿入した溶液を
冷却して（この時の温度をＴとする）過飽和状態とする
。溶液からＧａＰ 結晶が析出するが、溶液より比重が
小さいため、上方に移動しＡｌＧａＩｎＰ 成長基板面
により多くのＧａＰ 結晶が成長する。所定時間温度Ｔ
を保持した後、溶液をＴ′まで昇温する。溶液は次第に
未飽和状態になるが、比重差の効果で下側配置のＧａＰ
からの溶解が主に起こる。所定時間温度Ｔ′で保持し
た後、温度をＴまで冷却する。以下、この温度サイクル
を数回繰り返して、基板に所望の厚さのＧａＰ 層を成
長させる。本発明においては、Ｔは通常７００〜８００
℃、好ましくは７４０〜７８０℃であり、Ｔ′は通常７
５０〜９００℃、好ましくは７７０〜８２０℃である。 また、Ｔ′℃に保持する時間は、通常１〜１００分、好
ましくは２〜１０分である。温度サイクルは、通常２〜
１００回、好ましくは４〜２５回である。
研究所研究報告２１，（１９８６），１１９「ｙｏ−ｙ
ｏ溶質供給法による半導体結晶の成長」参照）によるＬ
ＰＥとは、エピタキシー層の原料であるＧａＰ を下側
に、ＡｌＧａＩｎＰ 層成長面を下向きにして原料Ｇａ
Ｐ と対向するように基板を配置し、これらＧａＰ と
基板との間に例えばＰを飽和溶解したＧａ溶液を挿入し
、溶液の温度を上下することで、基板面にＧａＰ 層の
厚膜を成長させる方法である。溶液の温度とＧａＰ 層
の成長の関係は次のようになる。まず、挿入した溶液を
冷却して（この時の温度をＴとする）過飽和状態とする
。溶液からＧａＰ 結晶が析出するが、溶液より比重が
小さいため、上方に移動しＡｌＧａＩｎＰ 成長基板面
により多くのＧａＰ 結晶が成長する。所定時間温度Ｔ
を保持した後、溶液をＴ′まで昇温する。溶液は次第に
未飽和状態になるが、比重差の効果で下側配置のＧａＰ
からの溶解が主に起こる。所定時間温度Ｔ′で保持し
た後、温度をＴまで冷却する。以下、この温度サイクル
を数回繰り返して、基板に所望の厚さのＧａＰ 層を成
長させる。本発明においては、Ｔは通常７００〜８００
℃、好ましくは７４０〜７８０℃であり、Ｔ′は通常７
５０〜９００℃、好ましくは７７０〜８２０℃である。 また、Ｔ′℃に保持する時間は、通常１〜１００分、好
ましくは２〜１０分である。温度サイクルは、通常２〜
１００回、好ましくは４〜２５回である。
【００１５】温度差法によるＬＰＥとは、飽和溶液を基
板に接触させる際に、溶液中に一定の温度差を設けるも
のであり、基板接触側を他の部位より低温に設定すると
、溶解度の差から密度勾配が発生し、密度勾配を駆動力
とした溶質の物質移動によって基板上にＧａＰ 層を成
長させる方法である。本発明においては、上記の溶液を
用いることができ、下側にＡｌＧａＩｎＰ 層を成長し
た基板を配置し、該基板と該溶液の上部とに、１〜５０
℃好ましくは４〜２５℃の温度差を既知の方法にて形成
し、該基板の温度を７００〜８５０℃、好ましくは７５
０〜８２０℃に設定することによりＧａＰ を成長する
ことができる。 成長膜厚は、成長時間で制御される。
板に接触させる際に、溶液中に一定の温度差を設けるも
のであり、基板接触側を他の部位より低温に設定すると
、溶解度の差から密度勾配が発生し、密度勾配を駆動力
とした溶質の物質移動によって基板上にＧａＰ 層を成
長させる方法である。本発明においては、上記の溶液を
用いることができ、下側にＡｌＧａＩｎＰ 層を成長し
た基板を配置し、該基板と該溶液の上部とに、１〜５０
℃好ましくは４〜２５℃の温度差を既知の方法にて形成
し、該基板の温度を７００〜８５０℃、好ましくは７５
０〜８２０℃に設定することによりＧａＰ を成長する
ことができる。 成長膜厚は、成長時間で制御される。
【００１６】（第三工程）かくして製造されたものから
、基板を除去する。当該除去は、通常エッチングによっ
て行われる。エッチングの条件は次の通りである。すな
わち、アンモニア水と過酸化水素水との混合液を既知の
分量、例えば容積比で１０：１に配合し、５０℃でエッ
チング処理を行う。このエッチャントはＡｌＧａＩｎＰ
層ならびにＧａＰ 層をエッチングしないで、ＧａＡ
ｓを選択的にエッチング除去するので都合がよい。
、基板を除去する。当該除去は、通常エッチングによっ
て行われる。エッチングの条件は次の通りである。すな
わち、アンモニア水と過酸化水素水との混合液を既知の
分量、例えば容積比で１０：１に配合し、５０℃でエッ
チング処理を行う。このエッチャントはＡｌＧａＩｎＰ
層ならびにＧａＰ 層をエッチングしないで、ＧａＡ
ｓを選択的にエッチング除去するので都合がよい。
【００１７】（第四工程）第三工程で露出した基板側の
ＡｌＧａＩｎＰ 系層上に、更にＧａＰ 層を設ける。 この工程は省略して通常のプロセスによりＬＥＤとして
もよい。当該工程は、第二工程において説明したのと同
様にして、ｙｏ−ｙｏ溶質供給法または温度差法による
ＬＰＥにて実施される。この時、ＧａＰ との格子整合
層を新たに気相成長によって形成してから該ＬＰＥ工程
に給してもよいし、直接成長しても構わない。なぜなら
ば、本発明によれば、活性層は高品質結晶基板にエピタ
キシャル成長して形成したものであり、高品質の結晶性
を保持している。しかるに、第二工程ならびに第四工程
で形成される層は、導電性、光透過性、構造的強度が得
られれば特に結晶性を問わないからである。このことは
、本発明の大きな特徴となるものである。
ＡｌＧａＩｎＰ 系層上に、更にＧａＰ 層を設ける。 この工程は省略して通常のプロセスによりＬＥＤとして
もよい。当該工程は、第二工程において説明したのと同
様にして、ｙｏ−ｙｏ溶質供給法または温度差法による
ＬＰＥにて実施される。この時、ＧａＰ との格子整合
層を新たに気相成長によって形成してから該ＬＰＥ工程
に給してもよいし、直接成長しても構わない。なぜなら
ば、本発明によれば、活性層は高品質結晶基板にエピタ
キシャル成長して形成したものであり、高品質の結晶性
を保持している。しかるに、第二工程ならびに第四工程
で形成される層は、導電性、光透過性、構造的強度が得
られれば特に結晶性を問わないからである。このことは
、本発明の大きな特徴となるものである。
【００１８】
実施例１
この発明の一実施例を図１ないし図４に基づいて説明す
る。図１の１０は基板であり、基板１０はＧａＡｓ基板
，ＧａＡｓまたはＧａＰ ベースのＧａＡｓＰ 基板，
ＧａＩｎＰ 基板を表している。
る。図１の１０は基板であり、基板１０はＧａＡｓ基板
，ＧａＡｓまたはＧａＰ ベースのＧａＡｓＰ 基板，
ＧａＩｎＰ 基板を表している。
【００１９】図２は、基板１０上にＡｌＧａＩｎＰ 系
層１１を形成した状態を示している。ＡｌＧａＩｎＰ
系層１１は、ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層１２と、Ａｌ
ＧａＩｎＰ 活性層またはＧａＩｎＰ 活性層１３と、
ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層１４とからなるダブルヘテ
ロ構造を有している。層１２は第三工程でエッチングス
トッパー層として働くのみならず、最上層になるため、
できるだけ厚く成長することが重要であり、良好なオー
ミックコンタクトを得るためには比較的ＡｌＡｓ混晶比
の低いＡｌＧａＡｓを層１２と基板１０の間に挿入する
ことが望ましい。また、層１４の最終組成をＧａＰ に
しておくことが望ましい。
層１１を形成した状態を示している。ＡｌＧａＩｎＰ
系層１１は、ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層１２と、Ａｌ
ＧａＩｎＰ 活性層またはＧａＩｎＰ 活性層１３と、
ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層１４とからなるダブルヘテ
ロ構造を有している。層１２は第三工程でエッチングス
トッパー層として働くのみならず、最上層になるため、
できるだけ厚く成長することが重要であり、良好なオー
ミックコンタクトを得るためには比較的ＡｌＡｓ混晶比
の低いＡｌＧａＡｓを層１２と基板１０の間に挿入する
ことが望ましい。また、層１４の最終組成をＧａＰ に
しておくことが望ましい。
【００２０】ＡｌＧａＩｎＰ 系層１１の各層１２，１
３，１４は、次のようにして形成される。すなわち、Ｓ
ｉドープのｎ−ＧａＡｓ基板（２インチ径〔００１〕２
度オフＥＰＤ＜３０００ｃｍ−２ｎ〜１×１０１７ｃｍ
−３）を硫酸系エッチャントでエッチングし、クリーン
ニングした後通常のＭＯＣＶＤ装置に挿入する。ＩＩＩ
族元素の原料にはエチル系の有機金属を用い、Ｖ族元
素の材料は水素化物のホスフィンを使った。ドナとして
、Ｓｉ、アックセプタとしてＺｎを使った。基板温度は
７５０℃、成長中の圧力は０．１気圧であった。層１２
はｎ−（ＡｌＸ Ｇａ１−Ｘ ）０．５１Ｉｎ０．４９
Ｐ，Ｘ＝０．８，層厚２μｍ，ｎ〜５×１０１７ｃｍ−
３、層１３はアンドープ（ＡｌＸ Ｇａ１−Ｘ ）０．
５１Ｉｎ０．４９Ｐ，Ｘ＝０．３，層厚０．８μｍ、層
１４はＰ−（ＡｌＸ Ｇａ１−Ｘ ）０．５１Ｉｎ０．
４９Ｐ，Ｘ＝０．８，層厚２μｍ，ｐ〜１×１０１８ｃ
ｍ−３を成長した後、１μｍの厚みで組成を傾斜させ、
最終的にＧａＰ とした。
３，１４は、次のようにして形成される。すなわち、Ｓ
ｉドープのｎ−ＧａＡｓ基板（２インチ径〔００１〕２
度オフＥＰＤ＜３０００ｃｍ−２ｎ〜１×１０１７ｃｍ
−３）を硫酸系エッチャントでエッチングし、クリーン
ニングした後通常のＭＯＣＶＤ装置に挿入する。ＩＩＩ
族元素の原料にはエチル系の有機金属を用い、Ｖ族元
素の材料は水素化物のホスフィンを使った。ドナとして
、Ｓｉ、アックセプタとしてＺｎを使った。基板温度は
７５０℃、成長中の圧力は０．１気圧であった。層１２
はｎ−（ＡｌＸ Ｇａ１−Ｘ ）０．５１Ｉｎ０．４９
Ｐ，Ｘ＝０．８，層厚２μｍ，ｎ〜５×１０１７ｃｍ−
３、層１３はアンドープ（ＡｌＸ Ｇａ１−Ｘ ）０．
５１Ｉｎ０．４９Ｐ，Ｘ＝０．３，層厚０．８μｍ、層
１４はＰ−（ＡｌＸ Ｇａ１−Ｘ ）０．５１Ｉｎ０．
４９Ｐ，Ｘ＝０．８，層厚２μｍ，ｐ〜１×１０１８ｃ
ｍ−３を成長した後、１μｍの厚みで組成を傾斜させ、
最終的にＧａＰ とした。
【００２１】図３は、ＡｌＧａＩｎＰ 系層１１上に透
明のＧａＰ 層１５を形成した状態を示している。Ｇａ
Ｐ 層１５は、前述したように、ｙｏ−ｙｏ溶質供給法
や温度差法によるＬＰＥにて成長させる。ｙｏ−ｙｏ溶
質供給法で使用するカーボンボードは、例えば（包袋Ｎ
ｏ．Ｐ３４７４半導体発光装置）記載の装置を使う。上
記半導体基板を上側に、多結晶ＧａＰ を下側に配置し
、ＢｉにＧａＰ を７９０℃にて十分飽和溶解させた後
該半導体基板とＧａＰ との間に該飽和溶液を注入し、
１℃／分の徐冷速度で７７０℃まで冷却する。３分間こ
の温度に保持した後、０．５℃／分で昇温する。 ３分間保持した後冷却を開始する。６６分のこの１サイ
クルで２４μｍのＧａＰ が成長する。したがって、５
回のｙｏ−ｙｏサイクルで１２０μｍのＧａＰ が成長
した。ドーパントはＺｎを使用した。多結晶ＧａＰ も
Ｚｎドープ品を使用した。
明のＧａＰ 層１５を形成した状態を示している。Ｇａ
Ｐ 層１５は、前述したように、ｙｏ−ｙｏ溶質供給法
や温度差法によるＬＰＥにて成長させる。ｙｏ−ｙｏ溶
質供給法で使用するカーボンボードは、例えば（包袋Ｎ
ｏ．Ｐ３４７４半導体発光装置）記載の装置を使う。上
記半導体基板を上側に、多結晶ＧａＰ を下側に配置し
、ＢｉにＧａＰ を７９０℃にて十分飽和溶解させた後
該半導体基板とＧａＰ との間に該飽和溶液を注入し、
１℃／分の徐冷速度で７７０℃まで冷却する。３分間こ
の温度に保持した後、０．５℃／分で昇温する。 ３分間保持した後冷却を開始する。６６分のこの１サイ
クルで２４μｍのＧａＰ が成長する。したがって、５
回のｙｏ−ｙｏサイクルで１２０μｍのＧａＰ が成長
した。ドーパントはＺｎを使用した。多結晶ＧａＰ も
Ｚｎドープ品を使用した。
【００２２】なお、基板１０の厚みは約３５０μｍであ
り、ＡｌＧａＩｎＰ 系層１１の各層１２，１３，１４
の厚みは、ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層１２，１４が約
１〜１５μｍ、ＡｌＧａＩｎＰ 活性層またはＧａＩｎ
Ｐ活性層１３が約０．５〜２．０μｍが望ましく、さら
にＧａＰ 層１５の厚みは約５０〜２００μｍが望まし
い。
り、ＡｌＧａＩｎＰ 系層１１の各層１２，１３，１４
の厚みは、ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層１２，１４が約
１〜１５μｍ、ＡｌＧａＩｎＰ 活性層またはＧａＩｎ
Ｐ活性層１３が約０．５〜２．０μｍが望ましく、さら
にＧａＰ 層１５の厚みは約５０〜２００μｍが望まし
い。
【００２３】図４は、光吸収層となる不透明の基板１０
をエッチング等により除去した状態を示しており、半導
体発光素子が形成される。代表的エッチャントは、アン
モニア水（アンモニア２８重量％）と過酸化水素水（過
酸化水素３２重量％）の混合液である。目的によって混
合比率は変わるが、容量比で１０：２〜１０：１がＧａ
Ａｓの除去に適する。このエッチャントはＡｌＧａＡｓ
およびＡｌＧａＩｎＰ ， ＧａＰ を侵さないので都
合よい。なお、４０〜６０℃で使用する。
をエッチング等により除去した状態を示しており、半導
体発光素子が形成される。代表的エッチャントは、アン
モニア水（アンモニア２８重量％）と過酸化水素水（過
酸化水素３２重量％）の混合液である。目的によって混
合比率は変わるが、容量比で１０：２〜１０：１がＧａ
Ａｓの除去に適する。このエッチャントはＡｌＧａＡｓ
およびＡｌＧａＩｎＰ ， ＧａＰ を侵さないので都
合よい。なお、４０〜６０℃で使用する。
【００２４】このように構成された半導体発光素子の製
造方法によると、図４に示すように、透明で強度の大き
いＧａＰ 層１５が、ダブルヘテロ構造のＡｌＧａＩｎ
Ｐ 系層１１の構造支持体となり、高輝度化ならびに品
質の向上が図れる。
造方法によると、図４に示すように、透明で強度の大き
いＧａＰ 層１５が、ダブルヘテロ構造のＡｌＧａＩｎ
Ｐ 系層１１の構造支持体となり、高輝度化ならびに品
質の向上が図れる。
【００２５】しかも、ＡｌＧａＩｎＰ 系層１１にＧａ
Ｐ 層１５を形成してあるが、ＡｌＧａＩｎＰ 系層１
１とＧａＰ 層１５との間の格子不整合に起因したミス
フィット転位が活性層中に導入されることはなく、従来
のような緩和層を設けることなく高品質のＬＥＤが形成
された。
Ｐ 層１５を形成してあるが、ＡｌＧａＩｎＰ 系層１
１とＧａＰ 層１５との間の格子不整合に起因したミス
フィット転位が活性層中に導入されることはなく、従来
のような緩和層を設けることなく高品質のＬＥＤが形成
された。
【００２６】実施例２
この発明の他の実施例を図５に示す。この実施例は、図
１〜図４に示した工程に加え、図５に示すように、Ａｌ
ＧａＩｎＰ 系層１１の基板１０を除去した面１７にＧ
ａＰ 層１６を形成したものである。ＧａＰ 層１６の
形成は、ＧａＰ 層１５の形成と同様、ｙｏ−ｙｏ溶質
供給法または温度差法によるＬＰＥにて形成する。
１〜図４に示した工程に加え、図５に示すように、Ａｌ
ＧａＩｎＰ 系層１１の基板１０を除去した面１７にＧ
ａＰ 層１６を形成したものである。ＧａＰ 層１６の
形成は、ＧａＰ 層１５の形成と同様、ｙｏ−ｙｏ溶質
供給法または温度差法によるＬＰＥにて形成する。
【００２７】ここでは、温度差法を適用した例を示す。
使用するカーボンボートは、通常のスライドボードでも
よく、また連続基板供給の機能を持っていてもよい。結
晶成長用溶液の上下方向で温度差をつけるために、特別
の工夫が必要である。例えば、ＬＰＥ炉のヒータが上下
独立に制御できるようになっていたり、石英製反応管の
下部に空冷が可能な気候が要求される。このような機構
を備えたシステムを使ってＧａＰ を成長する。溶液の
上部に多結晶のＧａＰ を浮かべておくことは、溶質を
連続供給する上で都合がよい。基板の温度を８００℃に
、メルト上部の温度を８１０℃に保持した。面１７をメ
ルトに接触させて１０分間保持すると、２０μｍの層１
６のＧａＰ が成長した。層１１と層１６の界面に若干
の結晶性の乱れが観測されたが、ＬＥＤ特性になんら問
題はない。層１６は５×１０１７ｃｍ−３以上のドナ濃
度に設定されていることが望ましい。これは、この層が
電流拡散層として働くから、できるだけ定抵抗にしてお
く必要からである。
よく、また連続基板供給の機能を持っていてもよい。結
晶成長用溶液の上下方向で温度差をつけるために、特別
の工夫が必要である。例えば、ＬＰＥ炉のヒータが上下
独立に制御できるようになっていたり、石英製反応管の
下部に空冷が可能な気候が要求される。このような機構
を備えたシステムを使ってＧａＰ を成長する。溶液の
上部に多結晶のＧａＰ を浮かべておくことは、溶質を
連続供給する上で都合がよい。基板の温度を８００℃に
、メルト上部の温度を８１０℃に保持した。面１７をメ
ルトに接触させて１０分間保持すると、２０μｍの層１
６のＧａＰ が成長した。層１１と層１６の界面に若干
の結晶性の乱れが観測されたが、ＬＥＤ特性になんら問
題はない。層１６は５×１０１７ｃｍ−３以上のドナ濃
度に設定されていることが望ましい。これは、この層が
電流拡散層として働くから、できるだけ定抵抗にしてお
く必要からである。
【００２８】このように、ＡｌＧａＩｎＰ 系層１１の
両面にＧａＰ 層１５，１６を形成すると、半導体発光
素子内の電流拡散がより一層良好なものとなり、かつ光
の外部放射を全く妨げず、高輝度ＬＥＤが実現される。
両面にＧａＰ 層１５，１６を形成すると、半導体発光
素子内の電流拡散がより一層良好なものとなり、かつ光
の外部放射を全く妨げず、高輝度ＬＥＤが実現される。
【００２９】
【発明の効果】この発明の半導体発光素子とその製造方
法によると、透明のＧａＰ 層にＡｌＧａＩｎＰ系層を
形成したので高輝度化を達成でき、しかも基板にＡｌＧ
ａＩｎＰ 系層を形成し、さらにＧａＰ 層を形成した
後、基板を除去するので、ＧａＰ 層に直接ＡｌＧａＩ
ｎＰ 系層を形成でき、高品質活性層を具備したＬＥＤ
を簡単に実現できるという効果が得られる。
法によると、透明のＧａＰ 層にＡｌＧａＩｎＰ系層を
形成したので高輝度化を達成でき、しかも基板にＡｌＧ
ａＩｎＰ 系層を形成し、さらにＧａＰ 層を形成した
後、基板を除去するので、ＧａＰ 層に直接ＡｌＧａＩ
ｎＰ 系層を形成でき、高品質活性層を具備したＬＥＤ
を簡単に実現できるという効果が得られる。
【図１】本発明の一実施例の基板の断面図である。
【図２】本発明の一実施例の基板にＡｌＧａＩｎＰ 系
層を形成した状態の断面図である。
層を形成した状態の断面図である。
【図３】本発明の一実施例のＡｌＧａＩｎＰ 系層にＧ
ａＰ 層を形成した状態の断面図である。
ａＰ 層を形成した状態の断面図である。
【図４】本発明の一実施例の基板を除去してなる半導体
発光素子の断面図である。
発光素子の断面図である。
【図５】本発明の他の実施例の半導体発光素子の断面図
である。
である。
１０ 基板
１１ ＡｌＧａＩｎＰ 系層
１５ ＧａＰ 層
１６ ＧａＰ 層
Claims (6)
- 【請求項１】 ＧａＰ 層と、このＧａＰ 層上に形
成したＡｌＧａＩｎＰ 系層とを備えた半導体発光素子
。 - 【請求項２】 ＡｌＧａＩｎＰ 系層と、このＡｌＧ
ａＩｎＰ 系層の両面にそれぞれ形成した一対のＧａＰ
層とを備えた半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記ＡｌＧａＩｎＰ 系層が、ＡｌＧ
ａＩｎＰ クラッド層と、ＡｌＧａＩｎＰ 活性層また
はＧａＩｎＰ 活性層と、ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層
とからなるダブルヘテロ構造を有したことを特徴とする
請求項１または２記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ 系層をＭ
ＢＥまたはＭＯＣＶＤにて形成し、前記ＡｌＧａＩｎＰ
系層上にｙｏ−ｙｏ溶質供給法または温度差法による
ＬＰＥにてＧａＰ 層を形成し、前記基板を除去するこ
とを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項５】 基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ 系層をＭ
ＢＥまたはＭＯＣＶＤにて形成し、前記ＡｌＧａＩｎＰ
系層上にｙｏ−ｙｏ溶質供給法または温度差法による
ＬＰＥにてＧａＰ 層を形成し、前記基板を除去し、前
記ＡｌＧａＩｎＰ 系層の前記基板を除去した面にｙｏ
−ｙｏ溶質供給法または温度差法によるＬＰＥにてＧａ
Ｐ 層を形成することを特徴とする半導体発光素子の製
造方法。 - 【請求項６】 前記基板がＧａＡｓまたはＧａＰ 上
に形成したＧａＡｓＰ ，またはＧａＡｓからなり、前
記ＡｌＧａＩｎＰ 系層がＡｌＧａＩｎＰ クラッド層
と、ＡｌＧａＩｎＰ 活性層またはＧａＩｎＰ 活性層
と、ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層とからなるダブルヘテ
ロ構造を有したことを特徴とする請求項４または５記載
の半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10864791A JP2714885B2 (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 半導体発光素子とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10864791A JP2714885B2 (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 半導体発光素子とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04315479A true JPH04315479A (ja) | 1992-11-06 |
| JP2714885B2 JP2714885B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=14490109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10864791A Expired - Fee Related JP2714885B2 (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 半導体発光素子とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2714885B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006129595A1 (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-07 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 発光素子の製造方法 |
| WO2009017017A1 (ja) * | 2007-07-31 | 2009-02-05 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 高輝度発光ダイオ－ド及びその製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01296678A (ja) * | 1988-05-25 | 1989-11-30 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体ヘテロ接合の製造方法 |
-
1991
- 1991-04-12 JP JP10864791A patent/JP2714885B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01296678A (ja) * | 1988-05-25 | 1989-11-30 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体ヘテロ接合の製造方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006129595A1 (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-07 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 発光素子の製造方法 |
| JP2006339294A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 発光素子の製造方法 |
| US7745246B2 (en) | 2005-05-31 | 2010-06-29 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method of fabricating light emitting device |
| WO2009017017A1 (ja) * | 2007-07-31 | 2009-02-05 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 高輝度発光ダイオ－ド及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2714885B2 (ja) | 1998-02-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0770755B2 (ja) | 高輝度ｌｅｄ用エピタキシャル基板及びその製造方法 | |
| JP4597534B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物基板の製造方法 | |
| US20050011432A1 (en) | Method of manufacturing Group III nitride crystals, method of manufacturing semiconductor substrate, Group III nitride crystals, semiconductor substrate, and electronic device | |
| JP4554287B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法、および半導体基板の製造方法 | |
| US20090114887A1 (en) | Bulk, free-standing cubic III-N substrate and a method for forming same. | |
| JPH0794494A (ja) | 化合物半導体デバイスの作製方法 | |
| JP2714885B2 (ja) | 半導体発光素子とその製造方法 | |
| JP2002093720A (ja) | 半導体層の形成方法 | |
| Mahajan et al. | Manifestations of melt‐carry‐over in InP and InGaAsP layers grown by liquid phase epitaxy | |
| JPH0575165A (ja) | ホモ接合型ＧａＩｎＰ系発光素子材料およびその製造方法 | |
| JPH08335555A (ja) | エピタキシャルウエハの製造方法 | |
| Zhang et al. | GaN Substrate Material for III–V Semiconductor Epitaxy Growth | |
| JP2735190B2 (ja) | 分子線エピタキシヤル成長方法及び成長装置 | |
| JP2946280B2 (ja) | 半導体結晶成長方法 | |
| JPH0555630A (ja) | 発光素子材料およびその製造方法 | |
| JPS5853826A (ja) | 液相エピタキシヤル成長方法 | |
| JP2732622B2 (ja) | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の気相成長方法 | |
| Park et al. | II-VI blue/green laser diodes on ZnSe substrates | |
| JPH08316571A (ja) | 半導体レーザ及びその製造方法 | |
| JP3101753B2 (ja) | 気相成長方法 | |
| JPH11238912A (ja) | 発光ダイオード | |
| JPH06305900A (ja) | 化合物半導体の熱処理方法 | |
| JPH04278522A (ja) | ＳｉドープＧａＩｎＰキャップ層を有する半導体材料 | |
| JPH04269876A (ja) | ＳｉドープＧａＩｎＰ層を有する半導体材料 | |
| JPH02254715A (ja) | 化合物半導体結晶層の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081107 Year of fee payment: 11 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |