JPH08264834A - 赤外発光ダイオードの製造方法 - Google Patents

赤外発光ダイオードの製造方法

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JPH08264834A
JPH08264834A JP6265595A JP6265595A JPH08264834A JP H08264834 A JPH08264834 A JP H08264834A JP 6265595 A JP6265595 A JP 6265595A JP 6265595 A JP6265595 A JP 6265595A JP H08264834 A JPH08264834 A JP H08264834A
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JP
Japan
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substrate
gaas
layer
gallium arsenide
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP6265595A
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English (en)
Inventor
Kazuyoshi Furukawa
川 和 由 古
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 1回エピ製法において基板転位が上層部に受
け継がれるのを防ぐ。 【構成】 GaAs基板の表面に、GaAsと固溶し、
かつGaAsとは格子定数が異なる3元系物質元素を付
着させる。その後、その3元系物質を付着させた基板上
にGaAsをエピタキシャル成長させる。例えば、基板
に付着させる当該元素としてAlを用いた場合、エピタ
キシャル成長工程では、まずGaAlAs層が形成さ
れ、次いで、温度条件の制御、例えば、高温−低温の順
に制御した場合、n型GaAs、p型GaAsの順にエ
ピ層が出来る。 【効果】 基板転位を上層部に受け継がせることのなく
1回のエピ操作での赤外発光ダイオード基板の製造が可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は赤外発光LEDを形成す
る半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】赤外発光LEDは一般に液層エピタキシ
ャルで製造されたウェーハを使って作られる。その赤外
LED用ウェーハの構造と製法を図3を用いて説明す
る。
【0003】まず、同図(a)に示すようなn型GaA
s基板301を用意し、その上に、同図(b)に示すよ
うに、GaAsエピタキシャル層302,303を液層
エピタキシャルで成長させる。この際、ドーパントにS
iを用いると、Siは高温ではGaと置換してn型Ga
As層が、低温ではAsと置換してp型GaAs層が得
られる。この構造のウェーハからチップを切り出し、電
極を設けて、縦方向に電流を流せば赤外領域の発光が得
られる。発光波長は940nm前後となる。
【0004】このような製造法によれば、Siをドーパ
ントにした液層エピタキシャルは1回のエピタキシャル
でn型層とp型層の両方を成長させることができるコス
ト的に優れた方法となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、GaA
s基板はGaAs単結晶であるが、一般に転位304が
存在する。上述したようにGaAs基板上に同じ物質の
GaAsをエピタキシャル成長させるホモエピの場合、
エピタキシャル層は基本的に基板の結晶構造を受け継ぐ
ので、基板の転位304はエピタキシャル層に伝播する
という問題がある。この転位があるとLEDの発光出力
が経時変化する、いわゆる信頼性低下の原因となる。
【0006】なお、GaAs基板の上に異なる物質のG
aAlAsを成長させるヘテロエピタキシャルによれ
ば、基板の転位をエピタキシャル層に伝播しにくくな
り、エピタキシャル層の転位が少なくなることが知られ
ている。これは、GaAlAsはGaAsと格子定数や
熱膨張係数が異なるためエピタキシャル層界面に応力や
歪が発生し、その結果、基板の構造がエピタキシャル層
に受け継がれにくくなり、結晶構造の異常部分である転
位が伝播しにくくなるためである。
【0007】そこで、赤外LEDの製造に、この現象を
応用すべく、エピタキシャル層をGaAlAsにし、転
位の伝播を減らすことが考えられる。
【0008】しかし、エピタキシャル層、すなわち、発
光層をGaAlAsにするとバンドギャップが大きいた
め発光波長が短くなってしまう。
【0009】そこでさらに、この短波長化を避けるため
に、基板上に薄いヘテロ層、例えばGaAlAs層を設
け、その上に発光層としてGaAs層を成長させる手段
がある。しかし、このためには2回以上のエピタキシャ
ル操作が必要で、上記従来のエピタキシャル方法の特徴
である簡便さが失われてしまう。
【0010】本発明は上記従来技術の有する問題点に鑑
みてなされたもので、その目的とするところは基板転位
を上層部に受け継がせることのない1回のエピタキシャ
ル操作からなる赤外発光ダイオードの製造方法を提供す
ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の赤外発光ダイオ
ードの製造方法は、ガリウムひ素からなる基板の表面
に、ガリウムひ素と固溶し、かつガリウムひ素とは格子
定数が異なる3元系物質を構成する元素を付着させる工
程と、その3元系物質を付着させた基板上にガリウムひ
素をエピタキシャル成長させる工程とを含んでいること
を特徴とする。
【0012】3元系物質元素付着工程は、基板にアルミ
ニウムイオンを付着させる。
【0013】エピタキシャル成長工程は、ドーパントと
してSiを加えたソースを用いて液相で、まず、そのド
ーパントのSiをGaと置換させる温度条件のGaAs
エピタキシャル成長を行わせてn型GaAsを成長さ
せ、次いで、ドーパントのSiをAsと置換させる温度
条件のGaAsエピタキシャル成長を行わせることによ
りp型GaAsを成長させることにより実現することが
できる。
【0014】
【作用】本発明によれば、基板上に付着したアルミニウ
ムはエピタキシャル成長の際、ガリウムひ素層に取り込
まれ、その結果、基板とエピタキシャル層との界面に薄
いガリウムアルミニウムひ素層が形成され、その上は従
来通りのn型ガリウムひ素層、p型ガリウムひ素層とな
る。
【0015】このとき、基板の転位はガリウムアルミニ
ウムひ素層に妨げられ、発光層となるガリウムひ素層へ
の伝播が防止される。発光層はガリウムひ素層なので、
発光波長は従来と変わらない。
【0016】
【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
つつ説明する。図1は本発明の第1実施例に係る半導体
装置の製造プロセスを示すものである。まず、図1
(a)に示すような液体封止チョクラルスキー法で作ら
れたSiをドーパントとしたn型のGaAs基板101
を用意した。そのキャリア濃度は約1E18/cm3 、
エッチピットから求めた転位密度は平均22000/c
m2 である。
【0017】そして、図1(b)に示すように、この基
板101を塩酸をベースとしたアルミニウム水溶液に漬
け、スピナで乾燥させて表面にアルミニウムイオン10
2を付着させた。このとき、水溶液のアルミニウム濃度
は5000ppm 、5分間浸積後100rpmの回転数で
1分間水を切り、クリンベンチ内で20分間だけ乾燥さ
せた。
【0018】次いで、図1(c)に示すように、この基
板101と、上記アルミニウムイオン102の付着を行
わなかった同じロットの比較基板を用い、ガリウム中に
GaAsとドーパントのSiとを加えたソースを用いて
液層エピタキシャル成長処理を行い、n型GaAsとp
型GaAsとを成長させる。これにより、GaAs基板
101上にはGaAlAs層103が形成され、このG
aAlAs層103上にはn型GaAs層104が形成
され、このn型GaAs層104上にp型GaAs層1
05を形成する。このとき、ソースはガリウム100g
にGaAs14.9gとSi3.2gとを溶かした組成
で、905℃でGaAs溶解量が飽和する。そして、エ
ピタキシャル処理はこの900℃でソースを基板101
に接触させた後、700℃まで行う。このエピ終了後、
研磨で表面を平坦化し、溶融KOHで選択エッチングを
行い、GaAsエピ層105のエッチピットから転位密
度を測定したら1800/cm2 と基板101の10分
の1以下であった。
【0019】このエピタキシャルウェーハの表面にドッ
ト状の電極107を、裏面に全面電極108を設け、チ
ップに切り出し赤外LEDを作った(d)。
【0020】この赤外LEDについて、50mAで16
8時間の連続発光試験を行い、その前後の発光出力を測
定した。試験後と前の出力の比、残存率は97%であっ
た。
【0021】比較のためにAl付着を省略した基板を同
様に評価した結果、この比較ウェーハのエピ層の転位密
度は12000/cm2 で、本発明の方法よりも7倍多
く、残存率は89%で本発明よりも低かった。
【0022】図2は本発明の第2実施例に係る半導体装
置の構造を示すものである。201は101と同等の基
板、202は102と同等のGaAlAs層、203は
103と同等のn型GaAs層、204は104と同等
のp型GaAs層である。本実施例の半導体装置は、こ
のp型GaAs層204上にさらにp型GaAlAs層
205を設けたものである。このGaAlAs層205
は電流を拡散して発光効率を高める働きをするものであ
る。本実施例によっても基板201にGaAlAs層2
02を付着させることにより上記の効果が得られる。
【0023】上記実施例は共に基板としてチョクラルス
キー法で作られたものを用いているが、ボート成長法で
作られた基板などを使用することもできる。
【0024】なお、基板にAlを付着させる方法に特別
な規制はない。例えばAlイオンを含む溶液に基板を浸
してたり、溶液を基板に塗布して吸着させるのは簡便な
方法である。例えば以下のように蒸着でもよい。
【0025】キャリア濃度が約1E18/cm3 のSi
ドープn型GaAs基板41を用意し、基板の表面を硫
酸と過酸化水素水と水との混合液で約3μmエッチング
した後、高真空中でアルミニウムを蒸着する。アルミニ
ウムの厚さは約100nmである。
【0026】この基板に第1実施例と同じソースを使用
して液層エピを行い、2層のGaAs層を成長させる。
【0027】ただし、900℃でソースを基板に接触さ
せた後、一旦903℃まで温度を上げて700℃までエ
ピを行った。ソース中のGaAsは基板に接触させた温
度900℃で飽和しているため、903℃に温度を上げ
ると基板がソース中に溶け出すいわゆるメルトバックが
かかる。この際、基板表面のアルミニウム層も一旦ソー
ス中に溶け出し、その後基板上にGaAsと一緒にエピ
成長し、GaAlAs層を形成する。
【0028】この基板を実施例1と同様に評価をした結
果、転位密度は1500/cm2 と少なく、残存率も9
6%と良好であった。
【0029】また、Alイオンを含む溶液中で基板を陰
極として電圧を印加して、電気泳動法により付着させて
も良い。またAlの蒸着やスパッタリングなども使え
る。
【0030】さらに、Al以外に使用可能な元素(Ga
Asと固溶し、かつGaAsとは格子定数が異なる3元
系物質を構成する元素)としてはInやBがある。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
板上にガリウムひ素と固有の関係にある元素を付着させ
た後にガリウムひ素のエピタキシャル成長処理を行うよ
うになっているので、基板転位を上層部に受け継がせる
ことのなく1回のエピ操作での赤外発光ダイオード基板
の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る製造プロセスを説明す
るための工程別素子断面図。
【図2】本発明の他の実施例に係る製造プロセスを説明
するための素子断面図。
【図3】従来の製造プロセスを説明するための工程別素
子断面図。
【符号の説明】
101,201 n型GaAs基板 102 Al 103,202 GaAlAs層 104,203 n型GaAs層 105,204 p型GaAs層 106 基板転位 107 ドット状の電極 205 p型GaAlAs層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガリウムひ素からなる基板の表面に、ガリ
    ウムひ素と固溶し、かつガリウムひ素とは格子定数が異
    なる3元系物質を構成する元素を付着させる工程と、 その3元系物質を付着させた基板上にガリウムひ素をエ
    ピタキシャル成長させる工程とを含んでいる赤外発光ダ
    イオードの製造方法。
  2. 【請求項2】3元系物質元素付着工程は、基板にアルミ
    ニウムイオンを付着させることを特徴とする請求項1記
    載の赤外発光ダイオードの製造方法。
  3. 【請求項3】エピタキシャル成長工程は、ドーパントと
    してSiを加えたソースを用いて液相で、まず、そのド
    ーパントのSiをGaと置換させる温度条件のGaAs
    エピタキシャル成長を行わせてn型GaAsを成長さ
    せ、次いで、ドーパントのSiをAsと置換させる温度
    条件のGaAsエピタキシャル成長を行わせることによ
    りp型GaAsを成長させることを特徴とする請求項
    1、2のうちいずれか1項記載の赤外発光ダイオードの
    製造方法。
JP6265595A 1995-03-22 1995-03-22 赤外発光ダイオードの製造方法 Pending JPH08264834A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002289545A (ja) * 2001-03-27 2002-10-04 New Japan Radio Co Ltd 半導体装置の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002289545A (ja) * 2001-03-27 2002-10-04 New Japan Radio Co Ltd 半導体装置の製造方法

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