JPH0521360A - 発光素子用半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
発光素子用半導体薄膜の製造方法Info
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- JPH0521360A JPH0521360A JP17390491A JP17390491A JPH0521360A JP H0521360 A JPH0521360 A JP H0521360A JP 17390491 A JP17390491 A JP 17390491A JP 17390491 A JP17390491 A JP 17390491A JP H0521360 A JPH0521360 A JP H0521360A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 活性層厚さを精密に制御して出力の均一な発
光素子用半導体薄膜を再現性よく製造することができ、
生産性の高い薄膜製造方法を提供しようとするものであ
る。 【構成】 GaAs単結晶基板に第1のAlGaAs系
化合物半導体単結晶薄膜からなるクラッド層を形成し、
次いで、第2のAlGaAs系化合物半導体単結晶薄膜
からなる活性層を形成し、さらに、第3のAlGaAs
系化合物半導体単結晶薄膜からなるクラッド層を形成す
る発光素子用半導体薄膜の製造方法において、上記クラ
ッド層を液相エピタキシャル成長法で形成し、上記活性
層を有機金属気相成長法又は分子線エピタキシャル成長
法で形成することを特徴とする発光素子用半導体薄膜の
製造方法である。
光素子用半導体薄膜を再現性よく製造することができ、
生産性の高い薄膜製造方法を提供しようとするものであ
る。 【構成】 GaAs単結晶基板に第1のAlGaAs系
化合物半導体単結晶薄膜からなるクラッド層を形成し、
次いで、第2のAlGaAs系化合物半導体単結晶薄膜
からなる活性層を形成し、さらに、第3のAlGaAs
系化合物半導体単結晶薄膜からなるクラッド層を形成す
る発光素子用半導体薄膜の製造方法において、上記クラ
ッド層を液相エピタキシャル成長法で形成し、上記活性
層を有機金属気相成長法又は分子線エピタキシャル成長
法で形成することを特徴とする発光素子用半導体薄膜の
製造方法である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード等の発
光素子用半導体薄膜の製造方法に関する。
光素子用半導体薄膜の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図1は、発光素子用のダブルヘテロ構造
を有するAlGaAs系薄膜の断面図である。この薄膜
は、GaAs基板の上にp型クラッド層、活性層及びn
型クラッド層を順次積層したものであり、この薄膜の製
造には、一般に、図6に示す液相エピタキシャル成長装
置が使用されてきた。この装置は、基板を装着したホル
ダーの上に3つの溶液ホルダーを設け、各ホルダーにそ
れぞれの層を成長するための原料溶液を収容し、操作棒
で原料溶液ホルダーを移動して基板と原料溶液を順次接
触することにより、基板の上にp型クラッド層、活性層
及びn型クラッド層を順次積層するものである。
を有するAlGaAs系薄膜の断面図である。この薄膜
は、GaAs基板の上にp型クラッド層、活性層及びn
型クラッド層を順次積層したものであり、この薄膜の製
造には、一般に、図6に示す液相エピタキシャル成長装
置が使用されてきた。この装置は、基板を装着したホル
ダーの上に3つの溶液ホルダーを設け、各ホルダーにそ
れぞれの層を成長するための原料溶液を収容し、操作棒
で原料溶液ホルダーを移動して基板と原料溶液を順次接
触することにより、基板の上にp型クラッド層、活性層
及びn型クラッド層を順次積層するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図1に示すような発光
素子用ダブルヘテロ構造においては、上下のクラッド層
の厚さは、通常10〜70μmの間で設計されるが、実
際の厚さが設計値に対して僅かにばらついても、そのば
らつきは、光出力や応答速度など、発光ダイオードの性
能に殆ど影響しない。一方、活性層は、通常1μm程度
の厚さに設計され、その厚さの僅かの変動が発光ダイオ
ード性能に大きく影響する。
素子用ダブルヘテロ構造においては、上下のクラッド層
の厚さは、通常10〜70μmの間で設計されるが、実
際の厚さが設計値に対して僅かにばらついても、そのば
らつきは、光出力や応答速度など、発光ダイオードの性
能に殆ど影響しない。一方、活性層は、通常1μm程度
の厚さに設計され、その厚さの僅かの変動が発光ダイオ
ード性能に大きく影響する。
【0004】しかし、液相エピタキシャル成長法で活性
層を形成するときに、発光ダイオード性能に影響しない
範囲内に、ウエハ面内や製造毎の活性層厚さのばらつき
を抑えることは困難であった。
層を形成するときに、発光ダイオード性能に影響しない
範囲内に、ウエハ面内や製造毎の活性層厚さのばらつき
を抑えることは困難であった。
【0005】そこで、本発明では、上記の問題点を解消
し、活性層厚さを精密に制御可能な成長法を採用するこ
とより、出力の均一な発光ダイオードを再現性良く製造
することができ、かつ、生産性の高い発光素子用半導体
薄膜の製造方法を提供しようとするものである。
し、活性層厚さを精密に制御可能な成長法を採用するこ
とより、出力の均一な発光ダイオードを再現性良く製造
することができ、かつ、生産性の高い発光素子用半導体
薄膜の製造方法を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するためき手段】本発明は、GaAs単結
晶基板に第1のAlGaAs系化合物半導体単結晶薄膜
からなるクラッド層を形成し、次いで、第2のAlGa
As系化合物半導体単結晶薄膜からなる活性層を形成
し、さらに、第3のAlGaAs系化合物半導体単結晶
薄膜からなるクラッド層を形成する発光素子用半導体薄
膜の製造方法において、上記クラッド層を液相エピタキ
シャル成長法で形成し、上記活性層を有機金属気相成長
法、又は、分子線エピタキシャル成長法で形成すること
を特徴とする発光素子用半導体薄膜の製造方法である。
晶基板に第1のAlGaAs系化合物半導体単結晶薄膜
からなるクラッド層を形成し、次いで、第2のAlGa
As系化合物半導体単結晶薄膜からなる活性層を形成
し、さらに、第3のAlGaAs系化合物半導体単結晶
薄膜からなるクラッド層を形成する発光素子用半導体薄
膜の製造方法において、上記クラッド層を液相エピタキ
シャル成長法で形成し、上記活性層を有機金属気相成長
法、又は、分子線エピタキシャル成長法で形成すること
を特徴とする発光素子用半導体薄膜の製造方法である。
【0007】
【作用】本発明で採用する有機金属気相成長法、並び
に、分子線エピタキシャル成長法は、成長される薄膜の
厚さ制御が容易であり、1μm程度の活性層を形成する
ときには、製造ラン間並びにウエハ面内の厚さのばらつ
きを、有機金属気相成長法で5%以下に、分子線エピタ
キシャル成長法で3%以下に抑えることができる。それ
故、ほぼ設計どおりの厚さの活性層を再現性よく形成す
ることができ、発光ダイオードの性能のばらつきも極め
て低く抑えることができる。
に、分子線エピタキシャル成長法は、成長される薄膜の
厚さ制御が容易であり、1μm程度の活性層を形成する
ときには、製造ラン間並びにウエハ面内の厚さのばらつ
きを、有機金属気相成長法で5%以下に、分子線エピタ
キシャル成長法で3%以下に抑えることができる。それ
故、ほぼ設計どおりの厚さの活性層を再現性よく形成す
ることができ、発光ダイオードの性能のばらつきも極め
て低く抑えることができる。
【0008】一方、液相エピタキシャル成長法は、膜の
成長速度が大きいので、10〜70μmという厚さを有
し、厚さのばらつきをある程度許容するクラッド層の成
長には、この液相エピタキシャル成長法が適している。
成長速度が大きいので、10〜70μmという厚さを有
し、厚さのばらつきをある程度許容するクラッド層の成
長には、この液相エピタキシャル成長法が適している。
【0009】このように、本発明では、成長速度の大き
な液相エピタキシャル成長法でクラッド層を形成し、膜
厚制御の容易な有機金属気相成長法若しくは分子線エピ
タキシャル成長法で均一な膜厚を要求される活性層を形
成することにより、均一な性能を有する発光ダイオード
を短時間で効率的に製造することができるようになっ
た。
な液相エピタキシャル成長法でクラッド層を形成し、膜
厚制御の容易な有機金属気相成長法若しくは分子線エピ
タキシャル成長法で均一な膜厚を要求される活性層を形
成することにより、均一な性能を有する発光ダイオード
を短時間で効率的に製造することができるようになっ
た。
【0010】なお、本発明は、図1に示すような発光素
子用ダブルヘテロ構造以外にも、図2に示すように、ク
ラッド層表面にさらにキャップ層を設けた構造や、図3
に示すように、GaAs基板上に厚めのクラッド層と活
性層とクラッド層を形成した後、GaAs基板を除去し
た構造、さらには、図4に示すように、GaAs基板上
に2層のクラッド層と活性層とクラッド層を形成した
後、GaAs基板を除去した構造なども、同様に製造す
ることができる。
子用ダブルヘテロ構造以外にも、図2に示すように、ク
ラッド層表面にさらにキャップ層を設けた構造や、図3
に示すように、GaAs基板上に厚めのクラッド層と活
性層とクラッド層を形成した後、GaAs基板を除去し
た構造、さらには、図4に示すように、GaAs基板上
に2層のクラッド層と活性層とクラッド層を形成した
後、GaAs基板を除去した構造なども、同様に製造す
ることができる。
【0011】
【実施例】(実施例1)直径5cmのGaAs基板の上
に図1に示す赤外発光ダイオード用薄膜を形成した。設
計値は表1の通りである。
に図1に示す赤外発光ダイオード用薄膜を形成した。設
計値は表1の通りである。
【表1】
【0012】まず、p型クラッド層は、図5の装置の基
板ホルダーに上記基板を装着して次の成長条件の下で育
成した。溶液ホルダーに金属Gaを100g、GaAs
多結晶を13g、金属Alを200mg及びドーパント
として金属Znを20mg投入し、水素ガス中で昇温し
て930℃で原料溶液を安定させてから、操作棒で溶液
ホルダーをスライドして原料溶液を基板と接触させ、冷
却速度0.5℃/分で炉の温度を低下させて870℃に
なった時点で溶液ホルダーをスライドさせて原料溶液を
分離してP型クラッド層を得た。その後、活性層は、上
記基板を有機金属気相成長炉に装着して次の成長条件の
下で育成した。炉内を真空に引いた後、水素ガスをキャ
リァガスとしてトリメチルガリウム((CH3 ) 3 G
a)を流量8sccm、トリメチルアルミニウム((C
H3 ) 3 Al)を流量0.5sccm、アルシン(As
H3 ) を流量250sccmで、ジメチル亜鉛((CH
3 ) 2 Zn)を流量30sccmで供給し、雰囲気圧力
を10〜760Torr、成長温度を730〜760℃
に調整して35分間気相成長して活性層を得た。さら
に、n型クラッド層は、別の図5の装置に上記基板を装
着して次の成長条件の下で育成した。溶液ホルダーに金
属Gaを100g、GaAs多結晶を13g、金属Al
を180mg及びドーパントとして金属Teを5mg投
入し、水素ガス中で昇温して930℃で原料溶液を安定
させてから、操作棒で溶液ホルダーをスライドして原料
溶液を基板と接触させ、冷却速度0.5℃/分で炉の温
度を低下させて870℃になった時点で溶液ホルダーを
スライドさせて原料溶液を分離してn型クラッド層を得
た。上記の方法で赤外発光ダイオード用薄膜を5回製造
した。得られた薄膜は、p型クラッド層の厚さのばらつ
きが13.5〜24.7μm、活性層の厚さのばらつき
が0.97〜1.03μm、n型クラッド層の厚さのば
らつきが25.4〜34.5μmであり、得られた薄膜
から製造したLEDの出力(相対値)は0.9〜1.1
と極めて再現性が良いことが分かった。
板ホルダーに上記基板を装着して次の成長条件の下で育
成した。溶液ホルダーに金属Gaを100g、GaAs
多結晶を13g、金属Alを200mg及びドーパント
として金属Znを20mg投入し、水素ガス中で昇温し
て930℃で原料溶液を安定させてから、操作棒で溶液
ホルダーをスライドして原料溶液を基板と接触させ、冷
却速度0.5℃/分で炉の温度を低下させて870℃に
なった時点で溶液ホルダーをスライドさせて原料溶液を
分離してP型クラッド層を得た。その後、活性層は、上
記基板を有機金属気相成長炉に装着して次の成長条件の
下で育成した。炉内を真空に引いた後、水素ガスをキャ
リァガスとしてトリメチルガリウム((CH3 ) 3 G
a)を流量8sccm、トリメチルアルミニウム((C
H3 ) 3 Al)を流量0.5sccm、アルシン(As
H3 ) を流量250sccmで、ジメチル亜鉛((CH
3 ) 2 Zn)を流量30sccmで供給し、雰囲気圧力
を10〜760Torr、成長温度を730〜760℃
に調整して35分間気相成長して活性層を得た。さら
に、n型クラッド層は、別の図5の装置に上記基板を装
着して次の成長条件の下で育成した。溶液ホルダーに金
属Gaを100g、GaAs多結晶を13g、金属Al
を180mg及びドーパントとして金属Teを5mg投
入し、水素ガス中で昇温して930℃で原料溶液を安定
させてから、操作棒で溶液ホルダーをスライドして原料
溶液を基板と接触させ、冷却速度0.5℃/分で炉の温
度を低下させて870℃になった時点で溶液ホルダーを
スライドさせて原料溶液を分離してn型クラッド層を得
た。上記の方法で赤外発光ダイオード用薄膜を5回製造
した。得られた薄膜は、p型クラッド層の厚さのばらつ
きが13.5〜24.7μm、活性層の厚さのばらつき
が0.97〜1.03μm、n型クラッド層の厚さのば
らつきが25.4〜34.5μmであり、得られた薄膜
から製造したLEDの出力(相対値)は0.9〜1.1
と極めて再現性が良いことが分かった。
【0013】(比較例1)図6の装置を用いて、実施例
1と同様な赤外発光ダイオード用薄膜を得た。先ず、上
記基板を図6の装置に装着し、原料溶液ホルダーに、第
1の原料溶液として金属Gaを100g、GaAs多結
晶を13g、金属Alを200mg及びドーパントとし
て金属Znを20mg投入し、第2の原料溶液として金
属Gaを100g、GaAs多結晶を14g、金属Al
を10mg及びドーパントとして金属Znを20mg投
入し、第3の原料溶液として金属Gaを100g、Ga
As多結晶を13g、金属Alを180mg及びドーパ
ントとして金属Teを5mg投入し、水素ガス中で昇温
して930℃で第1の原料溶液を安定させてから、操作
棒で溶液ホルダーをスライドして第1の原料溶液を基板
と接触させ、冷却速度0.5℃/分で炉の温度を低下さ
せて870℃になった時点で溶液ホルダーをスライドさ
せて第1の原料溶液を分離してP型クラッド層を得た。
次いで、900℃まで昇温して第2の原料溶液を安定さ
せてから、操作棒で溶液ホルダーをスライドして第2の
原料溶液を基板と接触させ、冷却速度0.5℃/分で炉
の温度を低下させて898℃になった時点で溶液ホルダ
ーをスライドさせて第2の原料溶液を分離して活性層を
得た。さらに、930℃まで昇温して第3の原料溶液を
安定させてから、操作棒で溶液ホルダーをスライドして
第3の原料溶液を基板と接触させ、冷却速度0.5℃/
分で炉の温度を低下させて870℃になった時点で溶液
ホルダーをスライドさせて第3の原料溶液を分離してn
型クラッド層を得た。上記の方法で赤外発光ダイオード
用薄膜を5回製造した。得られた薄膜は、p型クラッド
層の厚さのばらつきが13.2〜23.8μm、活性層
の厚さのばらつきが0〜2.2μm、n型クラッド層の
厚さのばらつきが24.8〜34.8μmであり、得ら
れた薄膜から製造したLEDの出力(相対値)は0〜
1.3と再現性が低いことが分かった。
1と同様な赤外発光ダイオード用薄膜を得た。先ず、上
記基板を図6の装置に装着し、原料溶液ホルダーに、第
1の原料溶液として金属Gaを100g、GaAs多結
晶を13g、金属Alを200mg及びドーパントとし
て金属Znを20mg投入し、第2の原料溶液として金
属Gaを100g、GaAs多結晶を14g、金属Al
を10mg及びドーパントとして金属Znを20mg投
入し、第3の原料溶液として金属Gaを100g、Ga
As多結晶を13g、金属Alを180mg及びドーパ
ントとして金属Teを5mg投入し、水素ガス中で昇温
して930℃で第1の原料溶液を安定させてから、操作
棒で溶液ホルダーをスライドして第1の原料溶液を基板
と接触させ、冷却速度0.5℃/分で炉の温度を低下さ
せて870℃になった時点で溶液ホルダーをスライドさ
せて第1の原料溶液を分離してP型クラッド層を得た。
次いで、900℃まで昇温して第2の原料溶液を安定さ
せてから、操作棒で溶液ホルダーをスライドして第2の
原料溶液を基板と接触させ、冷却速度0.5℃/分で炉
の温度を低下させて898℃になった時点で溶液ホルダ
ーをスライドさせて第2の原料溶液を分離して活性層を
得た。さらに、930℃まで昇温して第3の原料溶液を
安定させてから、操作棒で溶液ホルダーをスライドして
第3の原料溶液を基板と接触させ、冷却速度0.5℃/
分で炉の温度を低下させて870℃になった時点で溶液
ホルダーをスライドさせて第3の原料溶液を分離してn
型クラッド層を得た。上記の方法で赤外発光ダイオード
用薄膜を5回製造した。得られた薄膜は、p型クラッド
層の厚さのばらつきが13.2〜23.8μm、活性層
の厚さのばらつきが0〜2.2μm、n型クラッド層の
厚さのばらつきが24.8〜34.8μmであり、得ら
れた薄膜から製造したLEDの出力(相対値)は0〜
1.3と再現性が低いことが分かった。
【0014】(実施例2)実施例1において、活性層の
形成を分子線エピタキシャル成長法に代え、他の条件は
実施例1と同様にして図1の赤外発光ダイオード用薄膜
を製造した。p型クラッド層を形成した基板を分子線エ
ピタキシャル成長装置に装着してから、チャンバー内を
1×10-11 Torrまで真空排気し、基板を610℃
に加熱し、Gaの分子線強度を5×10-7Torr,A
sの分子線強度を1×10-5Torr,Alの分子線強
度を7.6×10-9Torrに設定し、Beセル温度を
700℃として60分間エピタキシャル成長して活性層
を得た。上記の方法で赤外発光ダイオード用薄膜を5回
製造した。得られた薄膜は、p型クラッド層の厚さのば
らつきが13.7〜25.0μm、活性層の厚さのばら
つきが0.97〜1.03μm、n型クラッド層の厚さ
のばらつきが25.0〜35.2μmであり、得られた
薄膜から製造したLEDの出力(相対値)は0.9〜
1.1と極めて再現性が良いことが分かった。
形成を分子線エピタキシャル成長法に代え、他の条件は
実施例1と同様にして図1の赤外発光ダイオード用薄膜
を製造した。p型クラッド層を形成した基板を分子線エ
ピタキシャル成長装置に装着してから、チャンバー内を
1×10-11 Torrまで真空排気し、基板を610℃
に加熱し、Gaの分子線強度を5×10-7Torr,A
sの分子線強度を1×10-5Torr,Alの分子線強
度を7.6×10-9Torrに設定し、Beセル温度を
700℃として60分間エピタキシャル成長して活性層
を得た。上記の方法で赤外発光ダイオード用薄膜を5回
製造した。得られた薄膜は、p型クラッド層の厚さのば
らつきが13.7〜25.0μm、活性層の厚さのばら
つきが0.97〜1.03μm、n型クラッド層の厚さ
のばらつきが25.0〜35.2μmであり、得られた
薄膜から製造したLEDの出力(相対値)は0.9〜
1.1と極めて再現性が良いことが分かった。
【0015】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、発光ダイオード用薄膜の活性層を均一な厚さで再
現性よく形成することができ、均一な性能の発光ダイオ
ード用薄膜を得ることができるようになった。また、ク
ラッド層を成長速度の大きな液相エピタキシャル成長法
を採用することにより、全層の成長に要する時間を短縮
することが可能となり、生産性を向上させることができ
た。
より、発光ダイオード用薄膜の活性層を均一な厚さで再
現性よく形成することができ、均一な性能の発光ダイオ
ード用薄膜を得ることができるようになった。また、ク
ラッド層を成長速度の大きな液相エピタキシャル成長法
を採用することにより、全層の成長に要する時間を短縮
することが可能となり、生産性を向上させることができ
た。
【図1】赤外発光ダイオード用薄膜の断面図である。
【図2】別の赤外発光ダイオード用薄膜の断面図であ
る。
る。
【図3】さらに別の赤外発光ダイオード用薄膜の断面図
である。
である。
【図4】さらにまた別の赤外発光ダイオード用薄膜の断
面図である。
面図である。
【図5】本発明の実施に使用する液相エピタキシャル成
長装置の概念図である。
長装置の概念図である。
【図6】従来方法の実施に使用する液相エピタキシャル
成長装置の概念図である。
成長装置の概念図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 GaAs単結晶基板に第1のAlGaA
s系化合物半導体単結晶薄膜からなるクラッド層を形成
し、次いで、第2のAlGaAs系化合物半導体単結晶
薄膜からなる活性層を形成し、さらに、第3のAlGa
As系化合物半導体単結晶薄膜からなるクラッド層を形
成する発光素子用半導体薄膜の製造方法において、上記
クラッド層を液相エピタキシャル成長法で形成し、上記
活性層を有機金属気相成長法で形成することを特徴とす
る発光素子用半導体薄膜の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の発光素子用半導体薄膜の
製造方法において、活性層を分子線エピタキシャル成長
法で形成することを特徴とする発光素子用半導体薄膜の
製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17390491A JPH0521360A (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 発光素子用半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17390491A JPH0521360A (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 発光素子用半導体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0521360A true JPH0521360A (ja) | 1993-01-29 |
Family
ID=15969240
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17390491A Pending JPH0521360A (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 発光素子用半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0521360A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003100776A (ja) * | 2001-09-21 | 2003-04-04 | Hitachi Cable Ltd | 化合物半導体ウェハ及びそれを用いた電界効果トランジスタ |
-
1991
- 1991-07-15 JP JP17390491A patent/JPH0521360A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003100776A (ja) * | 2001-09-21 | 2003-04-04 | Hitachi Cable Ltd | 化合物半導体ウェハ及びそれを用いた電界効果トランジスタ |
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