JPH079883B2 - エピタキシヤルウエーハの製造方法 - Google Patents

エピタキシヤルウエーハの製造方法

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JPH079883B2
JPH079883B2 JP5973884A JP5973884A JPH079883B2 JP H079883 B2 JPH079883 B2 JP H079883B2 JP 5973884 A JP5973884 A JP 5973884A JP 5973884 A JP5973884 A JP 5973884A JP H079883 B2 JPH079883 B2 JP H079883B2
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10HINORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80Constructional details
    • H10H20/81Bodies
    • H10H20/822Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/824Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高輝度の発光ダイオード用間接遷移型燐化砒化
ガリウム(GaAs1-XPX,0<1-X≦0.5)エピタキシヤルウ
エーハに関する。
黄色から赤色発光ダイオード用III−V族化合物半導体
の気相エピタキシヤルウエーハとして、燐化ガリウム
(GaP)等の単結晶基板上に砒素成分組成率1-Xが0<1-
X≦0.5の範囲である間接遷移型燐化砒化ガリウム(GaAs
1-XPX)エピタキシヤル膜を設けたものが従来から用い
られている。
本発明者等はこのエピタキシヤルウエーハを用いて発光
ダイオードを製造する場合、実用的な発光効率を得るた
めに、アイソエレクトロニツク・トラツプとしての窒素
を添加する方法を提案したが(昭和59年3月6日特許出
願)この窒素の添加時、キヤリアの注入効率をあげるた
め、すなわち、高輝度化するため、GaAs1-XPXエピタキ
シヤル膜中のn型不純物濃度(以下NDという)を高濃度
(約1×1017原子/cm3)から低濃度(約1×1016原子
/cm3)に低下させることが行われている(図1−1お
よび図1−2参照)。キヤリアの注入効率をあげるだけ
のためなら、エピタキシヤル膜全体にわたりNDを約1×
1016原子/cm3にすればよいが、この低NDでは発光ダイ
オード順方向立上り電圧VFが高すぎて実用上問題をきた
すため、前述のようなND分布をとつている。
この従来法によるGaAs1-xPx(0<1-X≦0.5)エピタキ
シヤル膜の成長について図面で説明すると、図1−1は
黄色発光ダイオード用GaAs1-XPXエピタキシヤルウエー
ハの断面図の1例を、図1−2はそのND分布及び窒素濃
度(以下NNという)分布の1例を示したものである。図
1−1及び図1−2において1′は厚さ約300ミクロン
(μ)のGaP単結晶基板、2′は厚さ5μのGaPエピタキ
シヤル層、3′は結晶不整歪緩和技術を用いて、砒素成
分組成率1-Xを0から約0.15まで増加させた厚さ35μのG
aAs1-XPX砒素成分組成率増加層、4′は1-Xが約0.15と
一定な厚さ15μのGaAs1-XPX組成一定層、5′および
6′は窒素原子の添加されたGaAs1-XPX組成一定層(た
だし結晶組成は層4′と同じ)であつて、5′は図1−
2に示す如くNNを0から所望の値まで徐々に増加させた
厚さ5μのNN徐増加層、6′はNNを所望の値に固定した
厚さ20μのNN一定層である。ただしこの方法において
は、図1−2示す如く、層5′の形成開始と同時にND
高濃度から低濃度へ急峻に変化させている。
本発明者らは少なくとも窒素原子が添加されたGaAs1-XP
Xの組成一定層において、層中のNDを低くすることはキ
ヤリアの注入効率を高めるという効果ばかりでなく、こ
れを急峻に減じなければGaAs1-XPX層の結晶品質を良く
するという効果があることに着目して、高結晶品質の発
光ダイオード用間接遷移型GaAs1-XPXエピタキシヤル膜
を得べく研究を重ねた結果、本発明に到達したものであ
る。
本発明の要旨は、燐化ガリウム単結晶基板と該基板と同
一成分からなるエピタキシャル層、三元系化合物半導体
GaAs1-XPXの砒素成分組成率増加層(ただし0<1−X
≦0.5),GaAs1-XPXの組成率一定層(ただし0<1−X
≦0.5)及びキヤリアの発光再結合領域に窒素原子の添
加されたGaAs1-XPXの組成一定層(ただし0<1−X≦
0.5)を有する積層構造のエピタキシヤルウエーハを製
造するに当たり、少なくとも、窒素原子が添加されたGa
As1-XPXの組成一定層において、エピタキシヤル膜中の
n型不純物濃度を高濃度から所望の低濃度にする際、そ
の初期段階において、n型不純物濃度を徐々に減ずる厚
さが5μ以上のn型不純物濃度徐減少層を形成させるこ
とを特徴とするエピタキシアルウエーハの製造方法にあ
る。
以下本発明を詳しく説明すると、通常、アイソエレクト
ロニツク・トラツプとしての窒素原子およびn型不純物
(硫黄S、テルルTe等)は共に三元系化合物半導体GaAs
1-XPX結晶のV族原子の位置に置換されるので、この結
晶中に窒素原子が添加される時、NDは可能なかぎり低濃
度(発光再結合に支障をきたさない範囲内で)にした方
が高品質の結晶が得られるが、このNDの減少を急峻に行
うと、結晶性改善の効果が薄い、ということが研究の結
果判明した。前記n型不純物の低濃度効果を有効に発揮
させるため、下記の方法、すなわち、NDを高濃度(約1
×1017原子/cm3)から低濃度(約1×1016原子/cm3
にする初期段階において、その濃度を徐々に減少させた
ND徐減少層もしくは前記ND徐減少層中に少なくとも一層
以上NDが一定である層を有するND徐減少層を設けること
により、高結晶品質のGaAs1-XPXエピタキシヤル膜を有
するウエーハを得ることができ、これにより発光ダイオ
ードの輝度向上が達せられる。
窒素原子の添加に関しても、急峻に添加すると結晶欠陥
等が急増して結晶品質を悪くするので、これを防止する
ため窒素原子添加の初期段階において、NNを所望の値ま
で徐々に増加させたNN徐増加層を設けることが必要であ
る。
以下これを図面をもつて詳しく説明する。本発明におけ
る単結晶基板はGaP単独を使用すればよいがGaPのエピタ
キシヤル層を有するGaP単結晶基板であつてもよい。
図2−1は本発明による黄色発光ダイオード用GaAs1-XP
Xエピタキシヤルウエーハの断面図の1例を、図2−2
はそのND分布およびNN分布の1例を示したものである。
図2−1および図2−2において層1〜4はそれぞれ従
来法による図1−1、図1−2の各層1′〜4′と同じ
組成および厚さのものであるからこの説明は省略する。
層5はNDを高濃度Aから所望の低濃度Bまで徐々に減少
させた厚さ5μのND徐減少層(この層の形成時、図2−
2に示す如く、NNは0から所望の値まで徐々に増加させ
る)、層6はNDを所望の低濃度Bに固定した厚さ20μの
ND一定層(窒素濃度も所望の値Cに一定とする)であ
る、 次に実施例および比較例に基づいて本発明を説明する
が、こゝにあげた実施例によつて本発明が限定されない
ことは勿論である。
〔実施例1〕 下記の方法によつて黄色発光ダイオード用GaAs1-XPX
ピタキシヤルウエーハを製造した。テルル(Te)を2.3
×1017原子/cm3添加した結晶方位<100>のGaP単結晶
を(100)より<110>の方向に5゜偏位をもつように厚
さ350μにスライスした後、通常の化学エツチングと機
械化学研摩をほどこした厚さ約300μのGaP鏡面ウエーハ
をエピタキシヤル基板として用いた。
また反応ガスとして水素(H2)、水素希釈の濃度50ppm
の硫化水素(H2S,n型不純物)、H2希釈の1%の砒化水
素(AsH3)、H2希釈の10%の燐化水素(PH3)、高純度
塩化水素ガス(HCl)および高純度アンモニアガス(N
H3)を用いた。以後上記反応ガスを各々H2,H2S/H2,A
sH3/H2,PH3/H2,HClおよびNH3と略記する。
上記GaP単結晶基板を洗浄した後、気相エピタキシヤル
反応機内の所定の場所に前記GaP単結晶基板と高純度Ga
入り石英容器をセツトする。
反応機内に高純度窒素ガス(N2)、ついでキヤリアガス
としての高純度水素ガス(H2)を導入して反応機内を充
分に置換した後、昇温を開始した。上記GaP単結晶基板
セツト領域の温度が880℃に達したことを確認した後、
黄色発光ダイオード用GaAs0.15P0.85エピタキシヤル膜
の気相成長を開始した。
まず初めにH2S/H2を50cc/分の流量で導入し、他方HCl
を45cc/分の流量で導入して石英容器中のGaと反応させ
てGaClを形成させ、同時に導入した流量250cc/分のPH3
/H2とによりGaP単結晶基板上にGaPエピタキシヤル層2
を成長させた。
つぎに、上記GaPエピタキシヤル層2上に砒素成分組成
率増加層3を成長させた。最初に前記H2S/H2,HClおよ
びPH3/H2の流量を各々50cc/分、45cc/分および250cc/
分に保ちながらAsH3/H2の流量を0cc/分より260cc/分ま
で徐々に増加させて、1-Xが0から約0.15まで変化する
砒素成分組成率増加量3を形成した。AsH3/H2の流量が
0cc/分から170cc/分に変化する間、基板セツト領域の温
度を880℃より820℃に徐々に、かつ連続的に低下させ
た。以後、この基板セツト領域の温度はエピタキシヤル
成長終了まで820℃に固定した。
ついで、上記H2S/H2,HCl,PH3/H2およびAsH3/H2の流
量を各々50cc/分、45cc/分、250cc/分および260cc/分に
固定しGaAs1-XPX組成一定層4すなわちGaAs0.15P0.85
を成長させた。
つぎにHCl,PH3/H2およびAsH3/H2の流量を各々45cc/
分、250cc/分および260cc/分に保ちながら図3に示す如
くH2S/H2の流量を50cc/分から10cc/分まで徐々に減少
させ、またこの間、NH3は流量を0cc/分から400cc/分ま
で図3に示すような変化をとつて徐々に増加させて、本
発明に基づくND徐減少層5を形成させた。最後にH2S/H
2,HCl,PH3/H2,AsH3/H2およびNH3の流量を各々10cc/
分、45cc/分、250cc/分、260cc/分および400cc/分に固
定して所望の濃度にn型不純物および窒素原子が添加さ
れたND一定GaAs1-XPX組成一定層6を形成し、黄色発光
ダイオード用間接遷移型GaAs1-XPXエピタキシヤル膜の
成長を終了させ、エピタキシヤルウエーハを得た。
〔実施例2〕 H2S/H2の導入方法を図4に示す如く変えた以外は実施
例1と同一の条件でGaAs0.15P0.85エピタキシヤルウエ
ーハを試作した。
〔実施例3〕 H2S/H2の導入方法を図5に示す如く変えたこと以外は
実施例1と同一の条件でGaAs0.15P0.85エピタキシヤル
ウエーハを試作した。図より明らかなように層4の初め
の10μはH2S/H2の流量が50cc/分と一定であるが、次の
5μは徐々に変化させた。
〔実施例4〕 H2S/H2の導入方法を図6に示す如く変えたこと以外は
実施例1と同一条件でGaAs0.15P0.85エピタキシヤルウ
エーハを試作した。図より明らかなように層4の初めの
10μはH2S/H2の流量が50cc/分と一定であるが、次の5
μは図のように変化させて導入した。
〔比較例〕
図7に示す如く、H2S/H2の減少を急峻に行なつたこと
以外は実施例1と同一の条件でGaAs0.15P0.85エピタキ
シヤルウエーハを試作した。
次に、上記ウエーハにZn拡散を行なつてP−N接合を形
成し黄色発光ダイオードを製作したところ、この黄色発
光ダイオード(樹脂コートなし)の輝度(ミリカンデ
ラ、mcd)は第1表に示す如くであつた。
上記第1表に示した如く、本発明のND徐減少法(実施例
1〜4)は急峻な減少法(比較例)に比べ、約20%の輝
度向上が達成され、本発明の方法による効果が確認され
た。
【図面の簡単な説明】
図1−1は従来法による黄色発光ダイオード用GaAs1-XP
Xエピタキシヤルウエーハの断面図、図1−2はそのウ
エーハのND分布およびNN分布を示す説明図、図2−1は
本発明に係る黄色発光ダイオード用GaAs1-XPXエピタキ
シヤルウエーハの断面図、図2−2はそのウエーハのND
分布およびNN分布を示す説明図である。また、図3、
4、5、6および7は各々実施例1、2、3、4および
比較例に係るn型不純物(H2S/H2)およびアンモニア
ガス(NH3)の導入方法を示す説明図である。 1,1′……GaP単結晶基板 2,2′……GaPエピタキシヤル層 3,3′……GaAs1-XPXの砒素成分組成率増加層 4,4′……GaAs1-XPX組成一定層(ただし、図5および6
における最終5μはND徐減少層) 5,5′……NN徐増加GaAs1-XPX組成一定層(ただし、図
3、4の場合ND徐減少層、図7の場合ND急減少層) 6,6′……NDが低濃度で一定なNN一定GaAs1-XPX組成一定
層 A,A′……所望のn型不純物高濃度値 B,B′……所望のn型不純物低濃度値 C,C′……所望のNN

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燐化ガリウム単結晶基板と該基板と同一成
    分からなるエピタキシャル層、三元系化合物半導体GaAs
    1-XPXの砒素成分組成率増加層(ただし0<1−X≦0.
    5),GaAs1-XPXの組成率一定層(ただし0<1−X≦0.
    5)及びキヤリアの発光再結合領域に窒素原子の添加さ
    れたGaAs1-XPXの組成一定層(ただし0<1−X≦0.5)
    を有する積層構造のエピタキシヤルウエーハを製造する
    に当たり、少なくとも、窒素原子が添加されたGaAs1-XP
    Xの組成一定層において、エピタキシヤル膜中のn型不
    純物濃度を高濃度から所望の低濃度にする際、その初期
    段階において、n型不純物濃度を徐々に減ずる厚さが5
    μ以上のn型不純物濃度徐減少層を形成させることを特
    徴とするエピタキシアルウエーハの製造方法。
  2. 【請求項2】前記n型不純物濃度徐減少層中に少なくと
    も一層以上n型不純物濃度が一定であるエピタキシヤル
    層を有するn型不純物濃度徐減少層を設けることを特徴
    とする請求項1に記載のエピタキシヤルウエーハの製造
    方法。
JP5973884A 1984-03-28 1984-03-28 エピタキシヤルウエーハの製造方法 Expired - Lifetime JPH079883B2 (ja)

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