JPH0531316B2 - - Google Patents
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- JPH0531316B2 JPH0531316B2 JP17025388A JP17025388A JPH0531316B2 JP H0531316 B2 JPH0531316 B2 JP H0531316B2 JP 17025388 A JP17025388 A JP 17025388A JP 17025388 A JP17025388 A JP 17025388A JP H0531316 B2 JPH0531316 B2 JP H0531316B2
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- H—ELECTRICITY
- 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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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、緑色発光ダイオード（Light
Emitting Diode、以下単に緑色LEDと呼ぶこと
もある）の製造方法に関するもので、特に高い外
部発光効率を得るために使用されるGaP単結晶基
板（ウエーハ）の選別方法に関するものである。
Emitting Diode、以下単に緑色LEDと呼ぶこと
もある）の製造方法に関するもので、特に高い外
部発光効率を得るために使用されるGaP単結晶基
板（ウエーハ）の選別方法に関するものである。
（従来の技術）
緑色LEDはGaP単結晶基板上に、液相成長法
（LPE、Liquid Phase Epitaxy）によつてPN接
合層をエピタキシヤル成長させて作る。第３図は
緑色LEDの模式的断面図の一例である。基板１
はＳ（硫黄）又はTe（テルル）等をドープしたＮ
型導電性結晶で、該基板の（111）Ｐ主面上に例
えばSiをドナーとするＮ層２、続いてZnをアク
セプタとするＰ層３を形成させる。高い発光効率
を得るためＮ（窒素）をドープして、エキシトン
（exciton）の再結合発光に必要な窒素アイソエレ
クトロニツクトラツプ（Ｎ isoelectronic trap）
を形成させる。アノード４とカソード５との間に
電流を流すと、発光中心のＮアイソエレクトロニ
ツクトラツプに捕えられたエキシトンの再結合に
より発光する。
（LPE、Liquid Phase Epitaxy）によつてPN接
合層をエピタキシヤル成長させて作る。第３図は
緑色LEDの模式的断面図の一例である。基板１
はＳ（硫黄）又はTe（テルル）等をドープしたＮ
型導電性結晶で、該基板の（111）Ｐ主面上に例
えばSiをドナーとするＮ層２、続いてZnをアク
セプタとするＰ層３を形成させる。高い発光効率
を得るためＮ（窒素）をドープして、エキシトン
（exciton）の再結合発光に必要な窒素アイソエレ
クトロニツクトラツプ（Ｎ isoelectronic trap）
を形成させる。アノード４とカソード５との間に
電流を流すと、発光中心のＮアイソエレクトロニ
ツクトラツプに捕えられたエキシトンの再結合に
より発光する。
発光波長は約565nｍとなり、Ｎ層及びＰ層の
厚さは25μｍないし50μｍである。
厚さは25μｍないし50μｍである。
発光効率に影響するのはドープする窒素濃度、
PN接合近傍のキヤリア濃度分布、及び接合に注
入する少数キヤリアのライフタイムである。この
うち少数キヤリアのライフタイムに関しては、エ
ピタキシヤル層のエツチピツト密度（以下EPD
と略称する）との強い相関が知られており、
EPD1×105個／cm2以上でライフタイムは急激に短
くなり、これに伴つて発光効率も低下する。GaP
結晶は禁止帯幅が広く非発光再結合中心となる不
純物準位が形成され易い。更に緑色LEDの場合
は発光準位が浅いためＮアイソエレクトロニツク
トラツプに捕えられたエキシトンは熱的に解離
し、その後非発光再結合する可能性が強い。この
ため非発光再結合中心となるエピタキシヤル層の
EPDを１×105個／cm2に抑えることが重要になつ
ている。
PN接合近傍のキヤリア濃度分布、及び接合に注
入する少数キヤリアのライフタイムである。この
うち少数キヤリアのライフタイムに関しては、エ
ピタキシヤル層のエツチピツト密度（以下EPD
と略称する）との強い相関が知られており、
EPD1×105個／cm2以上でライフタイムは急激に短
くなり、これに伴つて発光効率も低下する。GaP
結晶は禁止帯幅が広く非発光再結合中心となる不
純物準位が形成され易い。更に緑色LEDの場合
は発光準位が浅いためＮアイソエレクトロニツク
トラツプに捕えられたエキシトンは熱的に解離
し、その後非発光再結合する可能性が強い。この
ため非発光再結合中心となるエピタキシヤル層の
EPDを１×105個／cm2に抑えることが重要になつ
ている。
ところでエピタキシヤル層のEPDは、基板の
EPDがそのまま引継がれることが多いため、緑
色LEDでは低EPD基板を使用することが重要に
なつている。ところが、基板となるGaP単結晶の
製造は、液体カプセル引上げ法（Liquid
Encapsulated Czochralski、LEC法）により高
温高圧（1467℃以上、50気圧以上）の厳しい熱環
境下で行なわれるために、EPDが１×105個／cm2
以下の単結晶を工業的に歩留りよく生産すること
が困難であり、安定供給及び低価格化に十分対応
できていない。
EPDがそのまま引継がれることが多いため、緑
色LEDでは低EPD基板を使用することが重要に
なつている。ところが、基板となるGaP単結晶の
製造は、液体カプセル引上げ法（Liquid
Encapsulated Czochralski、LEC法）により高
温高圧（1467℃以上、50気圧以上）の厳しい熱環
境下で行なわれるために、EPDが１×105個／cm2
以下の単結晶を工業的に歩留りよく生産すること
が困難であり、安定供給及び低価格化に十分対応
できていない。
（発明が解決しようとする課題）
前述のように、GaP緑色LEDでは発光効率を
高めるために、使用するGaP基板に含まれる
EPDを低い値に抑えることが極めて重要である。
しかしながらGaP結晶の育成は、厳しい高温高圧
の環境下で行なわれるため、従来技術では、十分
満足できる低EPDのインゴツトを安定に且つ安
価に製造することが困難である。他方緑色LED
の応用範囲の増大と高い外部発光効率に対する市
場のニーズは強い。
高めるために、使用するGaP基板に含まれる
EPDを低い値に抑えることが極めて重要である。
しかしながらGaP結晶の育成は、厳しい高温高圧
の環境下で行なわれるため、従来技術では、十分
満足できる低EPDのインゴツトを安定に且つ安
価に製造することが困難である。他方緑色LED
の応用範囲の増大と高い外部発光効率に対する市
場のニーズは強い。
本発明の目的は、市販レベルのGaP基板を用い
ても、外部発光効率の高い緑色LEDを、安価に
再現性良く製造できる緑色発光ダイオードの製造
方法を提供することである。
ても、外部発光効率の高い緑色LEDを、安価に
再現性良く製造できる緑色発光ダイオードの製造
方法を提供することである。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明は、GaP単結晶ウエーハの（111）面上
に液相成長法によつてPN結合層を形成して565n
ｍ付近の発光波長を持つ緑色LEDを作成する場
合に、該ウエーハの（110）へき開面を例えばほ
ぼ１規定のKOH水溶液中で陽極酸化して得られ
る酸化膜のすじ状濃淡縞の長手方向の直線と、該
へき開面が前記ウエーハの（111）面と交わる直
線との挟む角が５度を越えないGaP単結晶ウエー
ハを用いることを特徴とする緑色LEDの製造方
法である。
に液相成長法によつてPN結合層を形成して565n
ｍ付近の発光波長を持つ緑色LEDを作成する場
合に、該ウエーハの（110）へき開面を例えばほ
ぼ１規定のKOH水溶液中で陽極酸化して得られ
る酸化膜のすじ状濃淡縞の長手方向の直線と、該
へき開面が前記ウエーハの（111）面と交わる直
線との挟む角が５度を越えないGaP単結晶ウエー
ハを用いることを特徴とする緑色LEDの製造方
法である。
（作用）
本発明は、液相成長工程の改善によつて該成長
層（エピタキシヤル層）のEPD（エツチピツト密
度）を低減することを目途として種々試行を繰返
す過程で完成されたものである。即ち該過程で、
GaP基板（ウエーハ）のEPDが同じでも該基板
ロツト（インゴツト単位）によつて積層される液
相成長層のEPDがばらつくことを体験し、この
ばらつきについて詳細に解析をしたところ次の知
見が得られた。
層（エピタキシヤル層）のEPD（エツチピツト密
度）を低減することを目途として種々試行を繰返
す過程で完成されたものである。即ち該過程で、
GaP基板（ウエーハ）のEPDが同じでも該基板
ロツト（インゴツト単位）によつて積層される液
相成長層のEPDがばらつくことを体験し、この
ばらつきについて詳細に解析をしたところ次の知
見が得られた。
基板の（110）へき開面をほぼ１規定のKOH水
溶液で陽極酸化して得られる酸化膜のすじ状濃淡
縞（例えば第１図参照）のすじ方向と、該へき開
面と（111）Ｐ面との交線とによる挟角θが種々
の値の挟角を取り、且つこの挟角と液相成長層の
EPDとは相関があることを見出だした。例えば
第２図の曲線ａに示すように挟角が10度以上大き
い場合には、基板のEPDと液相成長層のEPDと
はほぼ１：１に対応するが、挟角が小さくなるに
従つて液相成長層のEPDは基板のEPDよりも減
少する。挟角が５度では約1/2に、又挟角が０即
ち酸化膜の濃淡縞が基板面に平行な場合には液相
成長層のEPDは基板のEPDのほぼ1/3に減少す
る。
溶液で陽極酸化して得られる酸化膜のすじ状濃淡
縞（例えば第１図参照）のすじ方向と、該へき開
面と（111）Ｐ面との交線とによる挟角θが種々
の値の挟角を取り、且つこの挟角と液相成長層の
EPDとは相関があることを見出だした。例えば
第２図の曲線ａに示すように挟角が10度以上大き
い場合には、基板のEPDと液相成長層のEPDと
はほぼ１：１に対応するが、挟角が小さくなるに
従つて液相成長層のEPDは基板のEPDよりも減
少する。挟角が５度では約1/2に、又挟角が０即
ち酸化膜の濃淡縞が基板面に平行な場合には液相
成長層のEPDは基板のEPDのほぼ1/3に減少す
る。
本発明はこの知見に基づいてなされたものであ
る。即ちあらかじめ前記方法により、挟角５度以
下の基板ロツトを選別して使用すれば、たとえ基
板上のEPDが２×105個／cm2程度であつても、液
相成長層のEPDは半減し、所望の高い外部発光
効率が得られる。一般に前記挟角５度以下の基板
では、該基板上に積層する液相成長層のEPDは、
該基板のEPDよりも低減しこの結果高い発光効
率が得られる。
る。即ちあらかじめ前記方法により、挟角５度以
下の基板ロツトを選別して使用すれば、たとえ基
板上のEPDが２×105個／cm2程度であつても、液
相成長層のEPDは半減し、所望の高い外部発光
効率が得られる。一般に前記挟角５度以下の基板
では、該基板上に積層する液相成長層のEPDは、
該基板のEPDよりも低減しこの結果高い発光効
率が得られる。
（実施例）
まず本発明の基礎となつた試行結果の一例につ
いて説明する。第２図は、LEC法により形成し
たロツトの異なるＮ型GaP単結晶ウエーハで、
（111）主面上のEPDが２×105個／cm2及び１×105
個／cm2のそれぞれ複数枚のウエーハについて結果
を示すものである。横軸は、ウエーハの（110）
へき開面を前述の陽極酸化して得られたすじ状濃
淡縞の長手方向の直線と、該へき開面と（111）
面との交線との挟角θを示す。縦軸は、前記ウエ
ーハ上に液相成長法によりＮ層及びＰ層を積層し
たのち、積層面上のEPDを示す。直線ａ及びｂ
は、ウエーハのEPDがそれぞれ２×105個／cm2及
び１×105個／cm2のウエーハ群についての挟角と
液相成長層のEPDとの関係を示すものである。
いて説明する。第２図は、LEC法により形成し
たロツトの異なるＮ型GaP単結晶ウエーハで、
（111）主面上のEPDが２×105個／cm2及び１×105
個／cm2のそれぞれ複数枚のウエーハについて結果
を示すものである。横軸は、ウエーハの（110）
へき開面を前述の陽極酸化して得られたすじ状濃
淡縞の長手方向の直線と、該へき開面と（111）
面との交線との挟角θを示す。縦軸は、前記ウエ
ーハ上に液相成長法によりＮ層及びＰ層を積層し
たのち、積層面上のEPDを示す。直線ａ及びｂ
は、ウエーハのEPDがそれぞれ２×105個／cm2及
び１×105個／cm2のウエーハ群についての挟角と
液相成長層のEPDとの関係を示すものである。
同図よりEPDが１×105個／cm2の低EPD基板に
対しては勿論、EPDが２×105個／cm2の市販レベ
ルの基板に対して、挟角の減少に伴い液相成長層
のEPDは減少し、５度以内のものであれば所望
の低EPD成長層が得られる。
対しては勿論、EPDが２×105個／cm2の市販レベ
ルの基板に対して、挟角の減少に伴い液相成長層
のEPDは減少し、５度以内のものであれば所望
の低EPD成長層が得られる。
次に実施例について説明する。LEC法により
＜111＞軸方位に引上げ育成された直径50mmのＳ
（硫黄）ドープのＮ型GaP単結晶インゴツトから
得られたウエーハ50枚を用意する。ウエーハの
EPDは２×105個／cm2、電子濃度（Ｓ濃度にほぼ
等しい）は２×1017atoms／cm3である。又このロ
ツトのウエーハの（110）へき開面を１規定の
KOH水溶液中で陽極酸化して酸化膜の濃淡縞を
形成する。なおKOH水溶液の濃度は１規定に限
定されないし、陽極酸化条件も例えば数ｍＡ、数
分間程度の通電で識別できる酸化膜が形成されれ
ばよい。第１図は、この濃淡縞の概要を示す模式
図である。同図においては、前記Ｎ型GaP単結晶
フエーハ１の（110）へき開面６上に前記すじ状
濃淡縞７が形成されている。濃淡縞７の長手方向
即ちすじ方向の直線Ａ−A′と、この（110）へき
開面とウエーハの（111）Ｐ面８と交わる直線Ｂ
−B′との挟む角θを検査したところ、一様に５
度以内であつた。次に酸化膜を除去した後液相成
長法により、前記ウエーハ主面の（111）Ｐ面に
スライドボード法により、Siを例えば平均１×
1016atoms／cm3程度ドープしたＮ層２、及びZnを
例えば１×1017atoms／cm3程度ドープしたＰ層３
を形成する（第３図参照）。この時得られた液相
成長層のEPDは、第２図のEPD2×105個／cm2の
曲線ａに示したように1.0×105個／cm2以下と半減
していた。
＜111＞軸方位に引上げ育成された直径50mmのＳ
（硫黄）ドープのＮ型GaP単結晶インゴツトから
得られたウエーハ50枚を用意する。ウエーハの
EPDは２×105個／cm2、電子濃度（Ｓ濃度にほぼ
等しい）は２×1017atoms／cm3である。又このロ
ツトのウエーハの（110）へき開面を１規定の
KOH水溶液中で陽極酸化して酸化膜の濃淡縞を
形成する。なおKOH水溶液の濃度は１規定に限
定されないし、陽極酸化条件も例えば数ｍＡ、数
分間程度の通電で識別できる酸化膜が形成されれ
ばよい。第１図は、この濃淡縞の概要を示す模式
図である。同図においては、前記Ｎ型GaP単結晶
フエーハ１の（110）へき開面６上に前記すじ状
濃淡縞７が形成されている。濃淡縞７の長手方向
即ちすじ方向の直線Ａ−A′と、この（110）へき
開面とウエーハの（111）Ｐ面８と交わる直線Ｂ
−B′との挟む角θを検査したところ、一様に５
度以内であつた。次に酸化膜を除去した後液相成
長法により、前記ウエーハ主面の（111）Ｐ面に
スライドボード法により、Siを例えば平均１×
1016atoms／cm3程度ドープしたＮ層２、及びZnを
例えば１×1017atoms／cm3程度ドープしたＰ層３
を形成する（第３図参照）。この時得られた液相
成長層のEPDは、第２図のEPD2×105個／cm2の
曲線ａに示したように1.0×105個／cm2以下と半減
していた。
又、得られた緑色LEDの外部発光効率は平均
0.5％で標準偏差σは10％以内であつた。従来技
術で得られる外部発光効率は平均0.35％でしかも
0.20〜0.50％の大きなばらつきがある。本実施例
のごとく陽極酸化膜の濃淡縞の（111）面と
（110）面との交線に対する挟角をウエーハのロツ
ト毎に抜取りで調べ、5゜以内のロツトを高輝度用
として流すことにより大幅に緑色LEDの製品歩
留りが向上した。
0.5％で標準偏差σは10％以内であつた。従来技
術で得られる外部発光効率は平均0.35％でしかも
0.20〜0.50％の大きなばらつきがある。本実施例
のごとく陽極酸化膜の濃淡縞の（111）面と
（110）面との交線に対する挟角をウエーハのロツ
ト毎に抜取りで調べ、5゜以内のロツトを高輝度用
として流すことにより大幅に緑色LEDの製品歩
留りが向上した。
以上の実施例ではＳドープＮ型GaP結晶につい
て説明したが、他のTe、SiをドープしたＮ型結
晶についても同様の効果が得られる。
て説明したが、他のTe、SiをドープしたＮ型結
晶についても同様の効果が得られる。
［発明の効果］
以上述べたように、本発明の緑色発光ダイオー
ドの製造方法によれば、EPD2×105個／cm2の市販
レベルのGaP基板を用いても、高輝度用の高い外
部発光効率の緑色LEDが安価に再現性良く製造
でき、その製品歩留りも向上する。更に低EPD
の基板を用いれば、より高い外部発光効率を持つ
緑色LEDが得られる。従つて本発明による工業
的効果は大きい。
ドの製造方法によれば、EPD2×105個／cm2の市販
レベルのGaP基板を用いても、高輝度用の高い外
部発光効率の緑色LEDが安価に再現性良く製造
でき、その製品歩留りも向上する。更に低EPD
の基板を用いれば、より高い外部発光効率を持つ
緑色LEDが得られる。従つて本発明による工業
的効果は大きい。
第１図は本発明の製造方法におけるGaP（110）
へき開面とすじ状濃淡縞及び挟角θを示す斜視
図、第２図は前記挟角と液相成長層のEPDとの
相関を示す図、第３図は緑色LEDチツプの断面
図である。 １……Ｎ型GaP単結晶ウエーハ、２……Ｎ型液
相成長層、３……Ｐ型液相成長層、６……（110）
へき開面、７……陽極酸化膜の濃淡縞、８……
（111）面、Ａ−A′……酸化膜のすじ状濃淡縞の
長手方向の直線、Ｂ−B′……（111）面と（110）
面と交わる直線、θ……挟角。
へき開面とすじ状濃淡縞及び挟角θを示す斜視
図、第２図は前記挟角と液相成長層のEPDとの
相関を示す図、第３図は緑色LEDチツプの断面
図である。 １……Ｎ型GaP単結晶ウエーハ、２……Ｎ型液
相成長層、３……Ｐ型液相成長層、６……（110）
へき開面、７……陽極酸化膜の濃淡縞、８……
（111）面、Ａ−A′……酸化膜のすじ状濃淡縞の
長手方向の直線、Ｂ−B′……（111）面と（110）
面と交わる直線、θ……挟角。
Claims (1)
- １ GaP単結晶ウエーハの（111）面上にPN接
合を有する液相成長層を形成して565nｍ付近の
発光波長を持つ緑色発光ダイオードを作成する場
合に、該ウエーハの（110）へき開面を陽極酸化
して得られる酸化膜のすじ状濃淡縞の長手方向の
直線と該へき開面が前記ウエーハの（111）面と
交わる直線との間の挟角が５度を越さないGaP単
結晶ウエーハを用いることを特徴とする緑色発光
ダイオードの製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63170253A JPH0220077A (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 緑色発光ダイオードの製造方法 |
| US07/375,961 US5032539A (en) | 1988-07-08 | 1989-07-06 | Method of manufacturing green light emitting diode |
| EP89112469A EP0350058B1 (en) | 1988-07-08 | 1989-07-07 | Method of manufacturing green light emitting diode |
| KR1019890009713A KR920005131B1 (ko) | 1988-07-08 | 1989-07-07 | 녹색발광다이오드의 제조방법 |
| DE68919551T DE68919551T2 (de) | 1988-07-08 | 1989-07-07 | Herstellungsverfahren einer grünes Licht emittierenden Diode. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63170253A JPH0220077A (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 緑色発光ダイオードの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0220077A JPH0220077A (ja) | 1990-01-23 |
| JPH0531316B2 true JPH0531316B2 (ja) | 1993-05-12 |
Family
ID=15901513
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| DE (1) | DE68919551T2 (ja) |
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| JPS5923579A (ja) * | 1982-07-29 | 1984-02-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 緑色系発光ダイオ−ドおよびその製造方法 |
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-
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- 1989-07-06 US US07/375,961 patent/US5032539A/en not_active Expired - Lifetime
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- 1989-07-07 DE DE68919551T patent/DE68919551T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-07-07 KR KR1019890009713A patent/KR920005131B1/ko not_active IP Right Cessation
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| DE68919551T2 (de) | 1995-05-04 |
| US5032539A (en) | 1991-07-16 |
| EP0350058A2 (en) | 1990-01-10 |
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| KR900002474A (ko) | 1990-02-28 |
| EP0350058A3 (en) | 1990-05-30 |
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| EP0350058B1 (en) | 1994-11-30 |
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