JPH06163985A - Iii −v族化合物を用いた発光及び受光素子 - Google Patents
Iii −v族化合物を用いた発光及び受光素子Info
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- JPH06163985A JPH06163985A JP31365092A JP31365092A JPH06163985A JP H06163985 A JPH06163985 A JP H06163985A JP 31365092 A JP31365092 A JP 31365092A JP 31365092 A JP31365092 A JP 31365092A JP H06163985 A JPH06163985 A JP H06163985A
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- iii
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 エピタキシャル成長法によるIII −V族化合
物半導体の発光素子又は受光素子において、半導体接合
界面における、p型層側のp型の添加不純物として炭素
を、n型層側のn型の添加不純物としてシリコンを用い
ることを特徴とするIII −V族化合物半導体の発光素子
又は受光素子 【効果】 本発明により、明確な半導体接合面が得ら
れ、この結果設計通りの性能を持つIII −V族化合物半
導体の発光素子または受光素子を提供することができ、
またドーパントの拡散に起因する素子の劣化が生じにく
いIII −V族化合物半導体の発光素子または受光素子を
提供することである。
物半導体の発光素子又は受光素子において、半導体接合
界面における、p型層側のp型の添加不純物として炭素
を、n型層側のn型の添加不純物としてシリコンを用い
ることを特徴とするIII −V族化合物半導体の発光素子
又は受光素子 【効果】 本発明により、明確な半導体接合面が得ら
れ、この結果設計通りの性能を持つIII −V族化合物半
導体の発光素子または受光素子を提供することができ、
またドーパントの拡散に起因する素子の劣化が生じにく
いIII −V族化合物半導体の発光素子または受光素子を
提供することである。
Description
【0001】
【発明の利用分野】本発明は、III −V族化合物半導体
に関し、より詳しくは、III −V族化合物半導体の発光
素子又は受光素子に関する。
に関し、より詳しくは、III −V族化合物半導体の発光
素子又は受光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】III −V族化合物の発光素子は半導体接
合を設け赤外から緑色領域にかけての発光を得るもので
あり、その用途は多岐にわたっている。また太陽光の波
長に合致した波長吸収特性を持つために太陽電池に代表
される受光素子としても用いられている。従来このよう
な構造を得るためにn型の不純物としてはセレン(S
e)をキャリア濃度としておよそ1017−1019cm-3
添加し、p型の不純物としては亜鉛(Zn)をキャリア
濃度としておよそ1017−1020cm-3添加し用いてい
た。このような不純物を用いる理由は構造中に取り込む
場合に比較的制御性よく取り扱えることと、高濃度のキ
ャリア濃度が得られるという利点があったためである。
合を設け赤外から緑色領域にかけての発光を得るもので
あり、その用途は多岐にわたっている。また太陽光の波
長に合致した波長吸収特性を持つために太陽電池に代表
される受光素子としても用いられている。従来このよう
な構造を得るためにn型の不純物としてはセレン(S
e)をキャリア濃度としておよそ1017−1019cm-3
添加し、p型の不純物としては亜鉛(Zn)をキャリア
濃度としておよそ1017−1020cm-3添加し用いてい
た。このような不純物を用いる理由は構造中に取り込む
場合に比較的制御性よく取り扱えることと、高濃度のキ
ャリア濃度が得られるという利点があったためである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらかかる従
来のセレンと亜鉛をドープして得たIII −V族化合物半
導体の発光素子及び受光素子では、ドーパントであるセ
レンや亜鉛の拡散速度が早いため、半導体接合面が不明
確になり、設計した構造が得られなかったり、発光素子
の場合、活性層のバンドギャップが変化し、発光波長が
ずれてしまうことがあった。さらに素子劣化に関して
も、拡散速度の早さによる劣化が問題となっている。特
にこの問題は、素子構造が微細化した場合に顕著であっ
た。
来のセレンと亜鉛をドープして得たIII −V族化合物半
導体の発光素子及び受光素子では、ドーパントであるセ
レンや亜鉛の拡散速度が早いため、半導体接合面が不明
確になり、設計した構造が得られなかったり、発光素子
の場合、活性層のバンドギャップが変化し、発光波長が
ずれてしまうことがあった。さらに素子劣化に関して
も、拡散速度の早さによる劣化が問題となっている。特
にこの問題は、素子構造が微細化した場合に顕著であっ
た。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは鋭意
検討の結果、かかる課題がエピタキシャル成長法による
III −V族化合物半導体の発光素子又は受光素子におい
て、半導体接合界面における、p型層側のp型の添加不
純物として炭素を、n型層側のn型の添加不純物として
シリコンを組み合わせたときに最も優れたIII −V族化
合物半導体の半導体接合面が得られることを見いだし、
本発明に到達した。すなわち本発明の第1の目的は、明
確な半導体接合面が得られ、この結果設計通りの性能を
持つIII−V族化合物半導体の発光素子または受光素子
を提供することであり、また本発明の他の目的は、ドー
パントの拡散に起因する素子の劣化の生じにくいIII −
V族化合物半導体の発光素子または受光素子を提供する
ことであり、そして本発明のその他の目的は、本明細書
中の記載により、当業者には明らかなものとなろう。そ
してかかる本発明の目的は、エピタキシャル成長法によ
るIII −V族化合物半導体の発光素子又は受光素子にお
いて、半導体接合界面における、p型層側のp型の添加
不純物として炭素を、n型層側のn型の添加不純物とし
てシリコンを用いることを特徴とするIII −V族化合物
半導体の発光素子又は受光素子により、容易に達成され
る。
検討の結果、かかる課題がエピタキシャル成長法による
III −V族化合物半導体の発光素子又は受光素子におい
て、半導体接合界面における、p型層側のp型の添加不
純物として炭素を、n型層側のn型の添加不純物として
シリコンを組み合わせたときに最も優れたIII −V族化
合物半導体の半導体接合面が得られることを見いだし、
本発明に到達した。すなわち本発明の第1の目的は、明
確な半導体接合面が得られ、この結果設計通りの性能を
持つIII−V族化合物半導体の発光素子または受光素子
を提供することであり、また本発明の他の目的は、ドー
パントの拡散に起因する素子の劣化の生じにくいIII −
V族化合物半導体の発光素子または受光素子を提供する
ことであり、そして本発明のその他の目的は、本明細書
中の記載により、当業者には明らかなものとなろう。そ
してかかる本発明の目的は、エピタキシャル成長法によ
るIII −V族化合物半導体の発光素子又は受光素子にお
いて、半導体接合界面における、p型層側のp型の添加
不純物として炭素を、n型層側のn型の添加不純物とし
てシリコンを用いることを特徴とするIII −V族化合物
半導体の発光素子又は受光素子により、容易に達成され
る。
【0005】以下本発明をより詳細に説明する。本発明
のIII −V族化合物半導体のマトリクス元素としては、
n型層、p型層共に特に限定されないが、p型層はイン
ジウム含有率が低いことが好ましい。インジウム化合物
の場合炭素はn型の不純物となってくるため、インジウ
ム含有率が高くなってくると有効ではなくなってしま
う。具体的にはX1-Y InY Z(XはIII 族のInを除
く元素、ZはV族元素)の形であれば組成比Yが0.7
以下、より好ましくは0.6以下であり、Yが低いほう
が好ましい。
のIII −V族化合物半導体のマトリクス元素としては、
n型層、p型層共に特に限定されないが、p型層はイン
ジウム含有率が低いことが好ましい。インジウム化合物
の場合炭素はn型の不純物となってくるため、インジウ
ム含有率が高くなってくると有効ではなくなってしま
う。具体的にはX1-Y InY Z(XはIII 族のInを除
く元素、ZはV族元素)の形であれば組成比Yが0.7
以下、より好ましくは0.6以下であり、Yが低いほう
が好ましい。
【0006】本発明のIII −V族化合物半導体の製造方
法としては、公知の種々の方法が用いられ、好ましく
は、各種CVD法や分子線エピタキシー法等の気相成長
法であり、特に好ましくはMOCVD法である。そして
その際に用いられるマトリクスの原料ガスとしては、V
族の水素化物もしくは有機金属とIII 族の有機金属であ
る。具体的なV族の水素化物としてはアルシン(AsH
3 )、ホスフィン(PH 3 )、ターシャルブチルヒ素、
ターシャルブチルリン等が挙げられ、III 族の有機金属
としては、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、
トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ト
リメチルインジウム、トリエチルインジウム等が挙げら
れる。
法としては、公知の種々の方法が用いられ、好ましく
は、各種CVD法や分子線エピタキシー法等の気相成長
法であり、特に好ましくはMOCVD法である。そして
その際に用いられるマトリクスの原料ガスとしては、V
族の水素化物もしくは有機金属とIII 族の有機金属であ
る。具体的なV族の水素化物としてはアルシン(AsH
3 )、ホスフィン(PH 3 )、ターシャルブチルヒ素、
ターシャルブチルリン等が挙げられ、III 族の有機金属
としては、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、
トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ト
リメチルインジウム、トリエチルインジウム等が挙げら
れる。
【0007】本発明のp型層へのドーパントである炭素
のドーピング方法は特に限定されず、またそのソースも
公知の種々のものが使用できるが、CCl4 気体もしく
は有機金属に含まれた炭素として供給され、ドープされ
るかあるいはイオン打ちこみにてドープされるのが好ま
しい。同様にn型層へのシリコンのドープも特に限定さ
れる条件を持たないが、ソースとしてモノシラン、ジシ
ランがコスト等の点から好ましい。
のドーピング方法は特に限定されず、またそのソースも
公知の種々のものが使用できるが、CCl4 気体もしく
は有機金属に含まれた炭素として供給され、ドープされ
るかあるいはイオン打ちこみにてドープされるのが好ま
しい。同様にn型層へのシリコンのドープも特に限定さ
れる条件を持たないが、ソースとしてモノシラン、ジシ
ランがコスト等の点から好ましい。
【0008】各層のキャリア濃度は、所望の素子の性能
により異なるためとくに限定されないが、発光素子とし
て用いられる場合、p型層で1×1017〜1×1019c
m-3、n型層で1×1017〜3×1018cm-3程度が一
般的である。なぜエピタキシャル成長法によるIII −V
族化合物半導体の発光素子又は受光素子において、半導
体接合界面における、p型層側のp型の添加不純物とし
て炭素を、n型層側のn型の添加不純物としてシリコン
を組み合わせたときに最も優れたIII −V族化合物半導
体の半導体接合面が得られるかに関しては、炭素及びシ
リコンの半導体中の拡散速度が遅いので界面の形状が平
坦になるためと考えられる。その結果発光波長が正確で
出力(輝度)の高い、長寿命な素子が得られ、サイリス
タ現象も生じにくい。
により異なるためとくに限定されないが、発光素子とし
て用いられる場合、p型層で1×1017〜1×1019c
m-3、n型層で1×1017〜3×1018cm-3程度が一
般的である。なぜエピタキシャル成長法によるIII −V
族化合物半導体の発光素子又は受光素子において、半導
体接合界面における、p型層側のp型の添加不純物とし
て炭素を、n型層側のn型の添加不純物としてシリコン
を組み合わせたときに最も優れたIII −V族化合物半導
体の半導体接合面が得られるかに関しては、炭素及びシ
リコンの半導体中の拡散速度が遅いので界面の形状が平
坦になるためと考えられる。その結果発光波長が正確で
出力(輝度)の高い、長寿命な素子が得られ、サイリス
タ現象も生じにくい。
【0009】以下本発明を実施例を用いて説明するが、
本発明はその要旨を超えない限り、実施例に限定される
ものではない。 (実施例)図1に示すようなn型の(100)GaAs
基板上にAl0.4 Ga0.6 Asをクラッド層として、G
aAsを活性層としてMOCVDを用いて赤外発光LE
Dを作成した。この時n型クラッド層のキャリア濃度は
1.5×1018cm-3・厚みは2.0μm、活性層は不
純物を添加せず厚みを0.1μm、p型クラッド層のキ
ャリア濃度は5×1018cm-3・厚みは8.0μmとし
た。この時、n型の不純物としてSiを、p型の不純物
としてCを用いたものは発光波長が864nmとなり設
計通りの値を得たが、n型の不純物としてSeを、p型
の不純物としてZnを用いたものは発光波長が867n
mと長めとなってしまった。Si及びCを添加不純物と
して用いたものは繰り返し精度は良かったが、Se及び
Znを添加不純物として使用した場合は発光波長が行う
事に異なってしまい再現性も良くなかった。
本発明はその要旨を超えない限り、実施例に限定される
ものではない。 (実施例)図1に示すようなn型の(100)GaAs
基板上にAl0.4 Ga0.6 Asをクラッド層として、G
aAsを活性層としてMOCVDを用いて赤外発光LE
Dを作成した。この時n型クラッド層のキャリア濃度は
1.5×1018cm-3・厚みは2.0μm、活性層は不
純物を添加せず厚みを0.1μm、p型クラッド層のキ
ャリア濃度は5×1018cm-3・厚みは8.0μmとし
た。この時、n型の不純物としてSiを、p型の不純物
としてCを用いたものは発光波長が864nmとなり設
計通りの値を得たが、n型の不純物としてSeを、p型
の不純物としてZnを用いたものは発光波長が867n
mと長めとなってしまった。Si及びCを添加不純物と
して用いたものは繰り返し精度は良かったが、Se及び
Znを添加不純物として使用した場合は発光波長が行う
事に異なってしまい再現性も良くなかった。
【0010】このように添加不純物としてSi及びCを
用いることにより良い構造再現性を得ることが出来た。
また、図2に示すようなn型の(100)GaAs基板
上にAl0.5 Ga0.5Asをクラッド層として、Al
0.15Ga0.85Asを活性層としてMOCVDを用いて赤
外発光LDを作成した。この時、n型バッファー層はキ
ャリア濃度2.0×1018cm-3・厚み0.5μm、n
型クラッド層のキャリア濃度は1.0×1018cm-3・
厚みは1.5μm、活性層は不純物を添加せず厚みを
0.05μm、第一p型クラッド層のキャリア濃度は
1.0×1018cm-3・厚みは0.3μm、n型ブロッ
ク層のキャリア濃度は2.0×1018cm-3・厚みは
1.0μm、第二p型クラッド層のキャリア濃度は2.
0×1018cm-3・厚みは1.2μm、p型コンタクト
層のキャリア濃度は2.0×1019cm-3・厚みは1.
5μmとした。この時、n型の不純物としてSiを、p
型の不純物としてCを用いたものを200個チップ化し
組立を行い、スクリーニングを行わずに1000時間の
寿命試験を行った結果、16個が動作電流の許容値を越
えてしまい使用できなくなった。n型の不純物としてS
eを、p型の不純物としてZnを用いたものを同様に2
00個チップ化し組み立てた後スクリーニングを行わず
に1000時間の寿命試験を行った結果、40個が動作
電流の許容値を越えてしまい使用できなくなった。この
ように、n型の不純物としてSiを、p型の不純物とし
てCを用いることによりLDの素子寿命が長くなってい
ることが判る。また、同様の構造で活性層の周囲0.1
μmのn型クラッド層をSi、p型クラッド層をCと
し、それより離れた層のn型添加不純物をSe、p型添
加不純物をZnとした場合でも同様の結果が得られた。
さらに活性層をInGaAs/AlGaAs系の歪量子
井戸構造とした場合においても同様の結果が得られ、さ
らに量子井戸構造の不規則化が抑制されるといった効果
も得られた。この場合、活性層にはInが含まれている
が、活性層自体にはドーピングが行なわれていないため
問題ない。
用いることにより良い構造再現性を得ることが出来た。
また、図2に示すようなn型の(100)GaAs基板
上にAl0.5 Ga0.5Asをクラッド層として、Al
0.15Ga0.85Asを活性層としてMOCVDを用いて赤
外発光LDを作成した。この時、n型バッファー層はキ
ャリア濃度2.0×1018cm-3・厚み0.5μm、n
型クラッド層のキャリア濃度は1.0×1018cm-3・
厚みは1.5μm、活性層は不純物を添加せず厚みを
0.05μm、第一p型クラッド層のキャリア濃度は
1.0×1018cm-3・厚みは0.3μm、n型ブロッ
ク層のキャリア濃度は2.0×1018cm-3・厚みは
1.0μm、第二p型クラッド層のキャリア濃度は2.
0×1018cm-3・厚みは1.2μm、p型コンタクト
層のキャリア濃度は2.0×1019cm-3・厚みは1.
5μmとした。この時、n型の不純物としてSiを、p
型の不純物としてCを用いたものを200個チップ化し
組立を行い、スクリーニングを行わずに1000時間の
寿命試験を行った結果、16個が動作電流の許容値を越
えてしまい使用できなくなった。n型の不純物としてS
eを、p型の不純物としてZnを用いたものを同様に2
00個チップ化し組み立てた後スクリーニングを行わず
に1000時間の寿命試験を行った結果、40個が動作
電流の許容値を越えてしまい使用できなくなった。この
ように、n型の不純物としてSiを、p型の不純物とし
てCを用いることによりLDの素子寿命が長くなってい
ることが判る。また、同様の構造で活性層の周囲0.1
μmのn型クラッド層をSi、p型クラッド層をCと
し、それより離れた層のn型添加不純物をSe、p型添
加不純物をZnとした場合でも同様の結果が得られた。
さらに活性層をInGaAs/AlGaAs系の歪量子
井戸構造とした場合においても同様の結果が得られ、さ
らに量子井戸構造の不規則化が抑制されるといった効果
も得られた。この場合、活性層にはInが含まれている
が、活性層自体にはドーピングが行なわれていないため
問題ない。
【0011】この実施例では赤外のLED及びレーザー
について示したが他の色のLEDや太陽電池などでも同
様であり、また活性層に量子井戸構造などの微細構造を
用いた場合でも同様である。また、成長方法をMOCV
D以外のMBEなどで行っても同様である。
について示したが他の色のLEDや太陽電池などでも同
様であり、また活性層に量子井戸構造などの微細構造を
用いた場合でも同様である。また、成長方法をMOCV
D以外のMBEなどで行っても同様である。
【0012】
【発明の効果】本発明により、明確な半導体接合面が得
られ、この結果設計通りの性能を持つIII −V族化合物
半導体の発光素子または受光素子を提供することがで
き、またドーパントの拡散に起因する素子の劣化が生じ
にくいIII −V族化合物半導体の発光素子または受光素
子を提供することである。
られ、この結果設計通りの性能を持つIII −V族化合物
半導体の発光素子または受光素子を提供することがで
き、またドーパントの拡散に起因する素子の劣化が生じ
にくいIII −V族化合物半導体の発光素子または受光素
子を提供することである。
【図1】図1は本発明の実施例に使用したLEDの構造
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図2】図2は本発明の実施例に使用した赤外線LDの
構造を示す説明図である。
構造を示す説明図である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/18
Claims (1)
- 【請求項1】 エピタキシャル成長法によるIII −V族
化合物半導体の発光素子又は受光素子において、半導体
接合界面における、p型層側のp型の添加不純物として
炭素を、n型層側のn型の添加不純物としてシリコンを
用いることを特徴とするIII −V族化合物半導体の発光
素子又は受光素子
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31365092A JPH06163985A (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | Iii −v族化合物を用いた発光及び受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31365092A JPH06163985A (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | Iii −v族化合物を用いた発光及び受光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06163985A true JPH06163985A (ja) | 1994-06-10 |
Family
ID=18043865
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31365092A Pending JPH06163985A (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | Iii −v族化合物を用いた発光及び受光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06163985A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0832181A (ja) * | 1994-07-05 | 1996-02-02 | Motorola Inc | 発光デバイスをp型ドーピングする方法 |
US6262465B1 (en) * | 1998-09-25 | 2001-07-17 | Picometrix, Inc. | Highly-doped P-type contact for high-speed, front-side illuminated photodiode |
KR100616516B1 (ko) * | 2003-12-18 | 2006-08-29 | 삼성전기주식회사 | 질화갈륨계 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
-
1992
- 1992-11-24 JP JP31365092A patent/JPH06163985A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0832181A (ja) * | 1994-07-05 | 1996-02-02 | Motorola Inc | 発光デバイスをp型ドーピングする方法 |
US6262465B1 (en) * | 1998-09-25 | 2001-07-17 | Picometrix, Inc. | Highly-doped P-type contact for high-speed, front-side illuminated photodiode |
KR100616516B1 (ko) * | 2003-12-18 | 2006-08-29 | 삼성전기주식회사 | 질화갈륨계 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
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