JPH08335716A - エピタキシャルウエハ - Google Patents
エピタキシャルウエハInfo
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- JPH08335716A JPH08335716A JP13962495A JP13962495A JPH08335716A JP H08335716 A JPH08335716 A JP H08335716A JP 13962495 A JP13962495 A JP 13962495A JP 13962495 A JP13962495 A JP 13962495A JP H08335716 A JPH08335716 A JP H08335716A
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- JP
- Japan
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- layer
- concentration
- nitrogen
- epitaxial
- carrier concentration
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒素をドープしたＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４
５＜ｘ＜１）エピタキシャルウエハにおいて、エピタキ
シャル層の窒素濃度、キャリア濃度の最適化を図る。 【構成】 ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜１）エピ
タキシャルウエハにおいて、エピタキシャル層は、窒素
濃度が０．６〜５×１０18ｃｍ-3、好ましくは１〜４×
１０18ｃｍ-3、キャリア濃度が１０×１０15ｃｍ-3以
下、好ましくは１〜９×１０15ｃｍ-3であることを特徴
とする。
５＜ｘ＜１）エピタキシャルウエハにおいて、エピタキ
シャル層の窒素濃度、キャリア濃度の最適化を図る。 【構成】 ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜１）エピ
タキシャルウエハにおいて、エピタキシャル層は、窒素
濃度が０．６〜５×１０18ｃｍ-3、好ましくは１〜４×
１０18ｃｍ-3、キャリア濃度が１０×１０15ｃｍ-3以
下、好ましくは１〜９×１０15ｃｍ-3であることを特徴
とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード（以
下、ＬＥＤと言う）用の半導体エピタキシャルウエハに
関するものである。
下、ＬＥＤと言う）用の半導体エピタキシャルウエハに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年化合物半導体が光半導体素子材料と
して多く利用されている。そして、この半導体材料とし
ては、単結晶基板上に所望の半導体結晶の層をエピタキ
シャル成長したものを用いている。これは、現在入手可
能なもので基板として用いられる結晶は、欠陥が多く、
純度も低いため、そのまま発光素子として使用すること
が困難なためであり、そのため、基板上に所望の発光波
長を得るための組成の層をエピタキシャル成長させてい
る。主としてこのエピタキシャル成長層は、３元混晶層
が用いられている。そしてエピタキシャル成長は、通
常、気相成長ないし液相成長法が使用されている。気相
成長法では、石英製のリアクタ内にグラファイト製、ま
たは石英製のホルダーを配置し、原料ガスを流し加熱す
る方法によってエピタキシャル成長を行っている。
して多く利用されている。そして、この半導体材料とし
ては、単結晶基板上に所望の半導体結晶の層をエピタキ
シャル成長したものを用いている。これは、現在入手可
能なもので基板として用いられる結晶は、欠陥が多く、
純度も低いため、そのまま発光素子として使用すること
が困難なためであり、そのため、基板上に所望の発光波
長を得るための組成の層をエピタキシャル成長させてい
る。主としてこのエピタキシャル成長層は、３元混晶層
が用いられている。そしてエピタキシャル成長は、通
常、気相成長ないし液相成長法が使用されている。気相
成長法では、石英製のリアクタ内にグラファイト製、ま
たは石英製のホルダーを配置し、原料ガスを流し加熱す
る方法によってエピタキシャル成長を行っている。
【０００３】III −Ｖ族化合物半導体は、可視光、赤外
の波長は相当するバンドギャップを有するため、発光素
子への応用がなされている。その中でも、ＧａＡｓＰ、
ＧａＰは特にＬＥＤ材料として広く用いられている。Ｇ
ａＡｓ1-x Ｐx を例にとって説明すると、ＧａＡｓ1-x
Ｐx （０．５＜ｘ＜１）は、伝導電子を捕獲するアイソ
・エレクトロニック・トラップとして窒素（Ｎ）をドー
プすることにより発光ダイオードとしての光出力を１０
倍程度向上することができる。そのため、通常、ＧａＰ
基板上に成長したＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ≦
１．０）には窒素をドープする。
の波長は相当するバンドギャップを有するため、発光素
子への応用がなされている。その中でも、ＧａＡｓＰ、
ＧａＰは特にＬＥＤ材料として広く用いられている。Ｇ
ａＡｓ1-x Ｐx を例にとって説明すると、ＧａＡｓ1-x
Ｐx （０．５＜ｘ＜１）は、伝導電子を捕獲するアイソ
・エレクトロニック・トラップとして窒素（Ｎ）をドー
プすることにより発光ダイオードとしての光出力を１０
倍程度向上することができる。そのため、通常、ＧａＰ
基板上に成長したＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ≦
１．０）には窒素をドープする。
【０００４】気相成長法では、反応器中に原料ガスを流
し、Ｎ型のＧａＰ基板上に、基板とエピタキシャル層の
格子定数の違いによる格子歪が発生しないように、組成
を変化させた中間層を設けてＮ型のエピタキシャル層を
成長させ、その後の加工工程で熱拡散により高濃度に亜
鉛を拡散して、エピタキシャル層表面に４〜１０μｍ程
度のＰ層を形成する。これにより良好なオーミック接触
を安定に得ることができる。熱拡散法は一度に数十〜百
程度のエピタキシャルウエハを一度に処理でき、コスト
的に有利なため、一般には、気相成長法によりＮ型の層
だけ成長したあとで熱拡散法によりＰ層を形成してい
る。これにより安定的にＬＥＤを得ることができる。
し、Ｎ型のＧａＰ基板上に、基板とエピタキシャル層の
格子定数の違いによる格子歪が発生しないように、組成
を変化させた中間層を設けてＮ型のエピタキシャル層を
成長させ、その後の加工工程で熱拡散により高濃度に亜
鉛を拡散して、エピタキシャル層表面に４〜１０μｍ程
度のＰ層を形成する。これにより良好なオーミック接触
を安定に得ることができる。熱拡散法は一度に数十〜百
程度のエピタキシャルウエハを一度に処理でき、コスト
的に有利なため、一般には、気相成長法によりＮ型の層
だけ成長したあとで熱拡散法によりＰ層を形成してい
る。これにより安定的にＬＥＤを得ることができる。
【０００５】図１にＧａＡｓＰエピタキシャルウエハの
一般的な構造を示し、同図（ａ）は層構成、同図（ｂ）
は組成比を示している。図において、ＧａＰ基板１上に
組成を連続的に１．０〜ｘ0 まで変化させた組成変化層
（中間層）であるＧａＡｓ1-x Ｐx 層２を形成し、その
上に一定組成ｘ0 のＧａＡｓＰ層を成長させ、最上層部
分をＮドープしてＧａＡｓ1-x Ｐx 層３、ＮドープＧａ
ＡｓＰ層４を形成する。最上層は発光層となり、ＬＥＤ
の発光波長を得るための一定組成ｘ0 （０．４５＜ｘ0
＜１）をもち、窒素とドーパントがドープされている。
通常は黄色発光（波長５９０ｎｍ）用としては、ｘ0 ＝
約０．８５である。窒素は発光センターとなるアイソ・
エレクトロニック・トラップとなるが、電気的には不活
性でキャリア濃度には寄与しない。テルル（Ｔｅ）や硫
黄（Ｓ）は最適なキャリア濃度になるようにドープされ
ている。この層に亜鉛（Ｚｎ）を拡散してＰＮ接合を形
成している。発光はＰＮ接合のＮ層側で窒素のトラップ
を介して生じるため、発光出力を向上させるためには、
窒素濃度とキャリア濃度が最も重要であることは容易に
理解される。しかし、キャリア濃度は電気的測定で容易
に測定できるものの、窒素濃度は電気的に不活性である
ため濃度の測定が困難であった。光学的には活性である
ため、光吸収等を利用して測定されているが、定量性は
全くなかった。放射化学分析は定量性に信頼性はある
が、測定が複雑でコストがかかるため、実際には発光出
力の向上のために窒素濃度の最適化までは行われていな
かった。
一般的な構造を示し、同図（ａ）は層構成、同図（ｂ）
は組成比を示している。図において、ＧａＰ基板１上に
組成を連続的に１．０〜ｘ0 まで変化させた組成変化層
（中間層）であるＧａＡｓ1-x Ｐx 層２を形成し、その
上に一定組成ｘ0 のＧａＡｓＰ層を成長させ、最上層部
分をＮドープしてＧａＡｓ1-x Ｐx 層３、ＮドープＧａ
ＡｓＰ層４を形成する。最上層は発光層となり、ＬＥＤ
の発光波長を得るための一定組成ｘ0 （０．４５＜ｘ0
＜１）をもち、窒素とドーパントがドープされている。
通常は黄色発光（波長５９０ｎｍ）用としては、ｘ0 ＝
約０．８５である。窒素は発光センターとなるアイソ・
エレクトロニック・トラップとなるが、電気的には不活
性でキャリア濃度には寄与しない。テルル（Ｔｅ）や硫
黄（Ｓ）は最適なキャリア濃度になるようにドープされ
ている。この層に亜鉛（Ｚｎ）を拡散してＰＮ接合を形
成している。発光はＰＮ接合のＮ層側で窒素のトラップ
を介して生じるため、発光出力を向上させるためには、
窒素濃度とキャリア濃度が最も重要であることは容易に
理解される。しかし、キャリア濃度は電気的測定で容易
に測定できるものの、窒素濃度は電気的に不活性である
ため濃度の測定が困難であった。光学的には活性である
ため、光吸収等を利用して測定されているが、定量性は
全くなかった。放射化学分析は定量性に信頼性はある
が、測定が複雑でコストがかかるため、実際には発光出
力の向上のために窒素濃度の最適化までは行われていな
かった。
【０００６】窒素濃度測定に関するこれまでの文献とし
ては、Journal of Applied Physics誌の１９７４年第４
５巻１０号４５４３〜４５５３頁のキャンベル等の報告
がある。その４５４５頁の表１にはＧａＡｓ0.47Ｐ0.53
において、窒素濃度の定量測定を２次イオン質量分析法
（以下、ＳＩＭＳと言う）で求めている。それによれば
窒素濃度が０．０８２〜０．２８×１０18ｃｍ-3である
ことが示されている。しかし、この文献ではＬＥＤの発
光出力を向上させるための検討までは行われていなかっ
た。仮に上記窒素濃度が最も高いＬＥＤ出力を得る条件
としても発光出力に最も影響を与えるキャリア濃度の最
適化まで検討されていない。
ては、Journal of Applied Physics誌の１９７４年第４
５巻１０号４５４３〜４５５３頁のキャンベル等の報告
がある。その４５４５頁の表１にはＧａＡｓ0.47Ｐ0.53
において、窒素濃度の定量測定を２次イオン質量分析法
（以下、ＳＩＭＳと言う）で求めている。それによれば
窒素濃度が０．０８２〜０．２８×１０18ｃｍ-3である
ことが示されている。しかし、この文献ではＬＥＤの発
光出力を向上させるための検討までは行われていなかっ
た。仮に上記窒素濃度が最も高いＬＥＤ出力を得る条件
としても発光出力に最も影響を与えるキャリア濃度の最
適化まで検討されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情に鑑みてなされたもので、窒素をドープしたＧａＡｓ
1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜１）エピタキシャルウエハに
おいて、ＬＥＤの発光出力を向上させるために、エピタ
キシャル層の窒素濃度、キャリア濃度を最適化しようと
するものである。
情に鑑みてなされたもので、窒素をドープしたＧａＡｓ
1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜１）エピタキシャルウエハに
おいて、ＬＥＤの発光出力を向上させるために、エピタ
キシャル層の窒素濃度、キャリア濃度を最適化しようと
するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで本発明はかかる課
題を解決すべく鋭意検討の結果、結晶中の窒素濃度とキ
ャリア濃度がＬＥＤの発光出力にもっとも強く依存する
ことを見出し、これらを厳密に最適化することで、ＬＥ
Ｄの光出力の飛躍的な向上を実現したものである。前述
したように、ＧａＡｓＰ中の窒素は電気的に不活性なた
め、定量が困難であった。窒素濃度を最適化するため
に、分析法を検討した結果、最近測定技術が著しい向上
をしたＳＩＭＳ法により、窒素濃度の定量分析をより正
確に、しかも従来より安価で容易に実施できることを見
出した。ＳＩＭＳ法は、試料表面をイオンビームでスパ
ッタリングしたときに放出される二次イオンを質量分析
し、試料表面の元素分析を行う分析法である。
題を解決すべく鋭意検討の結果、結晶中の窒素濃度とキ
ャリア濃度がＬＥＤの発光出力にもっとも強く依存する
ことを見出し、これらを厳密に最適化することで、ＬＥ
Ｄの光出力の飛躍的な向上を実現したものである。前述
したように、ＧａＡｓＰ中の窒素は電気的に不活性なた
め、定量が困難であった。窒素濃度を最適化するため
に、分析法を検討した結果、最近測定技術が著しい向上
をしたＳＩＭＳ法により、窒素濃度の定量分析をより正
確に、しかも従来より安価で容易に実施できることを見
出した。ＳＩＭＳ法は、試料表面をイオンビームでスパ
ッタリングしたときに放出される二次イオンを質量分析
し、試料表面の元素分析を行う分析法である。
【０００９】その結果、本発明はＧａＡｓ1-x Ｐ
x （０．４５＜ｘ＜１）エピタキシャルウエハにおい
て、ＬＥＤの発光出力を向上させるためのエピタキシャ
ル成長実験と、ＳＩＭＳ分析を繰り返すことにより、エ
ピタキシャル層の窒素濃度とキャリア濃度を最適化する
ことを実現できた。キャリア濃度としては１０×１０15
ｃｍ-3以下、好ましくは１〜９×１０15ｃｍ-3が最適で
あり、これと共にキャンベル等の報告よりも格段に高い
窒素濃度とすることで、すなわち窒素濃度０．６〜５×
１０18ｃｍ-3、好ましくは１〜４×１０18ｃｍ-3とする
ことで、ＬＥＤの発光出力を飛躍的に２０〜３０％向上
することができる。気相成長法は有機金属気相法（ＭＯ
−ＣＶＤ）、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）、ハロ
ゲン輸送法などでも有効であるが、ハロゲン輸送法の特
にハイドライド法が量産性に富み、高純度の結晶を得ら
れることから好ましい。
x （０．４５＜ｘ＜１）エピタキシャルウエハにおい
て、ＬＥＤの発光出力を向上させるためのエピタキシャ
ル成長実験と、ＳＩＭＳ分析を繰り返すことにより、エ
ピタキシャル層の窒素濃度とキャリア濃度を最適化する
ことを実現できた。キャリア濃度としては１０×１０15
ｃｍ-3以下、好ましくは１〜９×１０15ｃｍ-3が最適で
あり、これと共にキャンベル等の報告よりも格段に高い
窒素濃度とすることで、すなわち窒素濃度０．６〜５×
１０18ｃｍ-3、好ましくは１〜４×１０18ｃｍ-3とする
ことで、ＬＥＤの発光出力を飛躍的に２０〜３０％向上
することができる。気相成長法は有機金属気相法（ＭＯ
−ＣＶＤ）、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）、ハロ
ゲン輸送法などでも有効であるが、ハロゲン輸送法の特
にハイドライド法が量産性に富み、高純度の結晶を得ら
れることから好ましい。
【００１０】
【作用】本発明は、ＬＥＤの発光出力を向上させるため
のエピタキシャル成長実験と、ＳＩＭＳ分析を繰り返す
ことにより、エピタキシャル層の窒素濃度とキャリア濃
度を最適化したものであり、キャリア濃度としては１０
×１０15ｃｍ-3以下、好ましくは１〜９×１０15ｃ
ｍ-3、窒素濃度としては０．６〜５×１０18ｃｍ-3、好
ましくは１〜４×１０18ｃｍ-3とすることで、ＬＥＤの
発光出力を２０〜３０％向上させることが可能となる。
のエピタキシャル成長実験と、ＳＩＭＳ分析を繰り返す
ことにより、エピタキシャル層の窒素濃度とキャリア濃
度を最適化したものであり、キャリア濃度としては１０
×１０15ｃｍ-3以下、好ましくは１〜９×１０15ｃ
ｍ-3、窒素濃度としては０．６〜５×１０18ｃｍ-3、好
ましくは１〜４×１０18ｃｍ-3とすることで、ＬＥＤの
発光出力を２０〜３０％向上させることが可能となる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。ＧａＰ基
板および高純度ガリウム（Ｇａ）を、Ｇａ溜め用石英ボ
ート付きのエピタキシャル・リアクター内の所定の場所
にそれぞれ設置した。ＧａＰ基板は硫黄（Ｓ）が３〜１
０×１０17原子個／ｃｍ3 添加され、直径５０ｍｍの円
形で、（１００）面から〔００１〕方向に６°偏位した
面をもつＧａＰ基板を用いた。これらを同時にホルダー
上に配置し、ホルダーは毎分３回転させた。次に窒素
（Ｎ2 ）ガスを該リアクター内に１５分間導入して空気
を十分置換除去した後、キャリア・ガスとして高純度水
素（Ｈ2 ）を毎分９６００ｃｃ導入し、Ｎ2 の流れを止
め昇温工程に入った。上記Ｇａ入り石英ボート設置部分
およびＧａＰ単結晶基板設置部分の温度が、それぞれ８
００℃および９３０℃一定に保持されていることを確認
した後、尖頭発光波長６３０±１０ｎｍのＧａＡｓ1-x
Ｐx エピタキシャル膜の気相成長を開始した。
板および高純度ガリウム（Ｇａ）を、Ｇａ溜め用石英ボ
ート付きのエピタキシャル・リアクター内の所定の場所
にそれぞれ設置した。ＧａＰ基板は硫黄（Ｓ）が３〜１
０×１０17原子個／ｃｍ3 添加され、直径５０ｍｍの円
形で、（１００）面から〔００１〕方向に６°偏位した
面をもつＧａＰ基板を用いた。これらを同時にホルダー
上に配置し、ホルダーは毎分３回転させた。次に窒素
（Ｎ2 ）ガスを該リアクター内に１５分間導入して空気
を十分置換除去した後、キャリア・ガスとして高純度水
素（Ｈ2 ）を毎分９６００ｃｃ導入し、Ｎ2 の流れを止
め昇温工程に入った。上記Ｇａ入り石英ボート設置部分
およびＧａＰ単結晶基板設置部分の温度が、それぞれ８
００℃および９３０℃一定に保持されていることを確認
した後、尖頭発光波長６３０±１０ｎｍのＧａＡｓ1-x
Ｐx エピタキシャル膜の気相成長を開始した。
【００１２】最初、濃度５０ｐｐｍに水素ガスで希釈し
たｎ型不純物であるジエチルテルル（（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔ
ｅ）を毎分２５ｃｃ導入し、周期律表第III 族元素成分
原料としてのＧａＣｌを毎分３６９ｃｃ生成させるため
高純度塩化水素ガス（ＨＣｌ）を上記石英ボート中のＧ
ａ溜に毎分３６９ｃｃ吹き込み、Ｇａ溜上表面より吹き
出させた。他方周期律表第Ｖ族元素成分として、Ｈ2 で
濃度１０％に希釈したりん化水素（ＰＨ3 ）を毎分９１
０ｃｃ導入しつつ、２０分間にわたり第１層であるＧａ
Ｐ層をＧａＰ単結晶基板上に成長させた。
たｎ型不純物であるジエチルテルル（（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔ
ｅ）を毎分２５ｃｃ導入し、周期律表第III 族元素成分
原料としてのＧａＣｌを毎分３６９ｃｃ生成させるため
高純度塩化水素ガス（ＨＣｌ）を上記石英ボート中のＧ
ａ溜に毎分３６９ｃｃ吹き込み、Ｇａ溜上表面より吹き
出させた。他方周期律表第Ｖ族元素成分として、Ｈ2 で
濃度１０％に希釈したりん化水素（ＰＨ3 ）を毎分９１
０ｃｃ導入しつつ、２０分間にわたり第１層であるＧａ
Ｐ層をＧａＰ単結晶基板上に成長させた。
【００１３】次に、（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ
3 の各ガスの導入量を変えることなく、Ｈ2 で濃度１０
％に希釈したひ化水素（ＡｓＨ3 ）の導入量を、毎分０
ｃｃから毎分９８ｃｃまで徐々に増加させ、同時にＧａ
Ｐ基板の温度を９３０℃から８５５℃まで徐々に降温さ
せ、９０分間にわたり第２のＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキ
シャル層を第１のＧａＰエピタキシャル層上に成長させ
た（組成変化層）。
3 の各ガスの導入量を変えることなく、Ｈ2 で濃度１０
％に希釈したひ化水素（ＡｓＨ3 ）の導入量を、毎分０
ｃｃから毎分９８ｃｃまで徐々に増加させ、同時にＧａ
Ｐ基板の温度を９３０℃から８５５℃まで徐々に降温さ
せ、９０分間にわたり第２のＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキ
シャル層を第１のＧａＰエピタキシャル層上に成長させ
た（組成変化層）。
【００１４】次の３０分間は、（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔｅ、Ｈ
Ｃｌ、ＰＨ3 、ＡｓＨ3 の導入量を変えることなく、す
なわち、毎分それぞれ４ｃｃ、３６９ｃｃ、９１０ｃ
ｃ、９８ｃｃに保持しつつ、第３のＧａＡｓ1-x Ｐx エ
ピタキシャル層を第２のＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャ
ル層上に成長させた（一定組成層）。
Ｃｌ、ＰＨ3 、ＡｓＨ3 の導入量を変えることなく、す
なわち、毎分それぞれ４ｃｃ、３６９ｃｃ、９１０ｃ
ｃ、９８ｃｃに保持しつつ、第３のＧａＡｓ1-x Ｐx エ
ピタキシャル層を第２のＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャ
ル層上に成長させた（一定組成層）。
【００１５】最終の５０分間は、（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔｅの
導入量を毎分２ｃｃの流量に減少させ、ＨＣｌ、Ｐ
Ｈ3 、ＡｓＨ3 の量を変えることなく導入しながらこれ
に窒素アイソ・エレクトロニック・トラップ添加用とし
て従来用いられている高純度アンモニア・ガス（Ｎ
Ｈ3 ）を毎分２１４ｃｃの流量で添加して第４のＧａＡ
ｓ1-xＰx エピタキシャル層を第３のＧａＡｓ1-x Ｐx
エピタキシャル層上に成長させ、成長を終了した。第
１、第２、第３、第４のエピタキシャル層の膜厚はそれ
ぞれ４μｍ、３７μｍ、１４μｍ、２７μｍであった。
導入量を毎分２ｃｃの流量に減少させ、ＨＣｌ、Ｐ
Ｈ3 、ＡｓＨ3 の量を変えることなく導入しながらこれ
に窒素アイソ・エレクトロニック・トラップ添加用とし
て従来用いられている高純度アンモニア・ガス（Ｎ
Ｈ3 ）を毎分２１４ｃｃの流量で添加して第４のＧａＡ
ｓ1-xＰx エピタキシャル層を第３のＧａＡｓ1-x Ｐx
エピタキシャル層上に成長させ、成長を終了した。第
１、第２、第３、第４のエピタキシャル層の膜厚はそれ
ぞれ４μｍ、３７μｍ、１４μｍ、２７μｍであった。
【００１６】窒素をドープした層のキャリア濃度は、拡
散前のエピタキシャルウエハ表面にショットキーバリア
ダイオードを作製して、Ｃ−Ｖ法によって測定した。キ
ャリア濃度は７×１０15ｃｍ-3であった。また、窒素濃
度は同様に拡散前にＳＩＭＳ分析法で表１の条件で測定
し、０．７×１０18ｃｍ-3であった。
散前のエピタキシャルウエハ表面にショットキーバリア
ダイオードを作製して、Ｃ−Ｖ法によって測定した。キ
ャリア濃度は７×１０15ｃｍ-3であった。また、窒素濃
度は同様に拡散前にＳＩＭＳ分析法で表１の条件で測定
し、０．７×１０18ｃｍ-3であった。
【００１７】 〔表１〕 ───────────────────────────── 分析法：二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ） 〔装置：ＣＡＭＥＣＡ社製 ＩＭＳ−３ｆ／４ｆ〕 ───────────────────────────── 深さ方向分析 Ｎ 一次イオン ＣS 一次イオンエネルギー １４．５ｋＶ 一次イオン電流量 ０．２μＡ ラスター面積 １００μｍ 分析領域 ３０μｍφ スパッタリングレート １３０Å／ｓｅｃ ────────────────────────────── 残留ガス成分であるＣとＯの装置バックグラウンドを低
くするため、まず、サンプル表面から吸着水を取り除く
ようにサンプルを予備室内で１００℃に加熱し、また、
十分に真空引きを行うために、ポンプダウンの時間を長
く取り、サンプルホルダー近くに設置してあるコールド
トラップを液体窒素温度に保ちながら分析した。さら
に、サンプル中に含まれている不純物強度に対し装置バ
ックグラウンドの強度をできる限り低減するために、で
きる限り高速のスパッタレートを使って分析した。スパ
ッタレート、あるいはマトリックス元素のいずれかによ
り、データが最上層で求められたことが確認できる。サ
ンプル中の窒素濃度を求めるために分子イオンである14
ＮＧａ- をモニターした。得られたデータについて、イ
オン強度から濃度への変換は、相対感度係数（ＲＳＦ’
ｓ）を使用して行い、ＲＳＦ値は、ＧａＰ中にイオン注
入された標準試料を使って求めた。スパッタ時間から深
さへの変換は、分析クレータ深さの触針段差計による測
定と全スパッタ時間から計算した。
くするため、まず、サンプル表面から吸着水を取り除く
ようにサンプルを予備室内で１００℃に加熱し、また、
十分に真空引きを行うために、ポンプダウンの時間を長
く取り、サンプルホルダー近くに設置してあるコールド
トラップを液体窒素温度に保ちながら分析した。さら
に、サンプル中に含まれている不純物強度に対し装置バ
ックグラウンドの強度をできる限り低減するために、で
きる限り高速のスパッタレートを使って分析した。スパ
ッタレート、あるいはマトリックス元素のいずれかによ
り、データが最上層で求められたことが確認できる。サ
ンプル中の窒素濃度を求めるために分子イオンである14
ＮＧａ- をモニターした。得られたデータについて、イ
オン強度から濃度への変換は、相対感度係数（ＲＳＦ’
ｓ）を使用して行い、ＲＳＦ値は、ＧａＰ中にイオン注
入された標準試料を使って求めた。スパッタ時間から深
さへの変換は、分析クレータ深さの触針段差計による測
定と全スパッタ時間から計算した。
【００１８】次に、成長したエピタキシャルウエハをＺ
ｎＡｓ2 を拡散源としてＰ型不純物であるＺｎと共に何
もコーティングしないで石英アンプル内に真空封管させ
て、７６０℃の温度で拡散させて表面から４μｍの深さ
まで拡散した。続いて、真空蒸着による電極形成等を行
って５００μｍ×５００μｍ×１８０μｍ（厚さ）の角
柱型発光ダイオードを形成し、輝度値は１０Ａ／ｃｍ2
エポキシコートなしで測定して、２．２（任意目盛）で
あった。順方向電圧は１．８Ｖで、尖頭波長は５８９±
２ｎｍであった。結晶中の窒素濃度とキャリア濃度を変
化させたエピタキシャルウエハを成長させるために、
（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔｅの流量、および第４のエピタキシャ
ル層のアンモニア・ガスの流量を従来より非常に少ない
流量から非常に多い流量まで変化させて、すべての条件
を同じにして数種類のエピタキシャル成長を行った。同
様にキャリア濃度、窒素濃度の測定、およびＬＥＤチッ
プを作製してＬＥＤの輝度、波長測定を行った。
ｎＡｓ2 を拡散源としてＰ型不純物であるＺｎと共に何
もコーティングしないで石英アンプル内に真空封管させ
て、７６０℃の温度で拡散させて表面から４μｍの深さ
まで拡散した。続いて、真空蒸着による電極形成等を行
って５００μｍ×５００μｍ×１８０μｍ（厚さ）の角
柱型発光ダイオードを形成し、輝度値は１０Ａ／ｃｍ2
エポキシコートなしで測定して、２．２（任意目盛）で
あった。順方向電圧は１．８Ｖで、尖頭波長は５８９±
２ｎｍであった。結晶中の窒素濃度とキャリア濃度を変
化させたエピタキシャルウエハを成長させるために、
（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔｅの流量、および第４のエピタキシャ
ル層のアンモニア・ガスの流量を従来より非常に少ない
流量から非常に多い流量まで変化させて、すべての条件
を同じにして数種類のエピタキシャル成長を行った。同
様にキャリア濃度、窒素濃度の測定、およびＬＥＤチッ
プを作製してＬＥＤの輝度、波長測定を行った。
【００１９】図２にキャリア濃度を３〜６×１０15ｃｍ
-3としたときの窒素濃度とＬＥＤの輝度の関係を示す。
従来の成長条件では窒素濃度は約０．４〜０．５５×１
０18ｃｍ-3であった。これに対して、図２から分かるよ
うに、窒素濃度を高めたとき、０．６〜５×１０18ｃｍ
-3、好ましくは１〜４×１０18ｃｍ-3としたときに、輝
度の著しい向上がみられる。
-3としたときの窒素濃度とＬＥＤの輝度の関係を示す。
従来の成長条件では窒素濃度は約０．４〜０．５５×１
０18ｃｍ-3であった。これに対して、図２から分かるよ
うに、窒素濃度を高めたとき、０．６〜５×１０18ｃｍ
-3、好ましくは１〜４×１０18ｃｍ-3としたときに、輝
度の著しい向上がみられる。
【００２０】また、図３に窒素濃度を１〜４×１０18ｃ
ｍ-3としたときの、キャリア濃度と輝度の関係を示す。
窒素濃度を高めることと、さらにキャリア濃度を１０×
１０15ｃｍ-3以下、好ましくは１〜９×１０15ｃｍ-3に
することで、輝度の著しい向上が得られることが判る。
これにより、ＬＥＤの輝度が従来よりも２０〜３０％向
上するエピタキシャルウエハを提供できる。なお、上記
説明では、黄色ＬＥＤ用を対象としたが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、窒素をドープしたＧａＡｓ
1-x Ｐx の０．４５＜ｘ＜１の範囲では全く同じ効果が
得られる。
ｍ-3としたときの、キャリア濃度と輝度の関係を示す。
窒素濃度を高めることと、さらにキャリア濃度を１０×
１０15ｃｍ-3以下、好ましくは１〜９×１０15ｃｍ-3に
することで、輝度の著しい向上が得られることが判る。
これにより、ＬＥＤの輝度が従来よりも２０〜３０％向
上するエピタキシャルウエハを提供できる。なお、上記
説明では、黄色ＬＥＤ用を対象としたが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、窒素をドープしたＧａＡｓ
1-x Ｐx の０．４５＜ｘ＜１の範囲では全く同じ効果が
得られる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、表示用の素子として、
ＬＥＤの光出力が高いエピタキシャルウエハを安定的に
提供できる。発光出力として最も重要な窒素濃度は、低
すぎると発光センターがなくなって光出力の低下が生
じ、高すぎると結晶性の悪化が生じて光出力が低下し、
本発明では従来よりも高濃度、すなわち０．６〜５×１
０18ｃｍ-3、好ましくは１〜４×１０18ｃｍ-3とし、ま
た、キャリア濃度は１×１０15ｃｍ-3より低くても光出
力は高いが、このような極めて低いキャリア濃度で安定
に成長させることは困難となり、本発明では、キャリア
濃度は１０×１０15ｃｍ-3以下、好ましくは１〜９×１
０15ｃｍ-3とすることで、ＬＥＤの発光出力を２０〜３
０％向上させることが可能となる。
ＬＥＤの光出力が高いエピタキシャルウエハを安定的に
提供できる。発光出力として最も重要な窒素濃度は、低
すぎると発光センターがなくなって光出力の低下が生
じ、高すぎると結晶性の悪化が生じて光出力が低下し、
本発明では従来よりも高濃度、すなわち０．６〜５×１
０18ｃｍ-3、好ましくは１〜４×１０18ｃｍ-3とし、ま
た、キャリア濃度は１×１０15ｃｍ-3より低くても光出
力は高いが、このような極めて低いキャリア濃度で安定
に成長させることは困難となり、本発明では、キャリア
濃度は１０×１０15ｃｍ-3以下、好ましくは１〜９×１
０15ｃｍ-3とすることで、ＬＥＤの発光出力を２０〜３
０％向上させることが可能となる。
【図１】 ＧａＡｓＰエピタキシャルウエハの構造を示
す図である。
す図である。
【図２】 キャリア濃度を３〜６×１０15ｃｍ-3とした
ときの窒素濃度とＬＥＤの輝度の関係を示す図である。
ときの窒素濃度とＬＥＤの輝度の関係を示す図である。
【図３】 窒素濃度を１〜４×１０18ｃｍ-3としたとき
のキャリア濃度と輝度の関係を示す図である。
のキャリア濃度と輝度の関係を示す図である。
１…ＧａＰ基板、２…ＧａＡｓ1-x Ｐx 層、３…ＧａＡ
ｓＰ層、４…ＮドープＧａＡｓＰ層。
ｓＰ層、４…ＮドープＧａＡｓＰ層。
Claims (2)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜１）
エピタキシャルウエハにおいて、エピタキシャル層は、
窒素濃度が０．６〜５×１０18ｃｍ-3、キャリア濃度が
１０×１０15ｃｍ-3以下であることを特徴とするエピタ
キシャルウエハ。 - 【請求項２】 ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜１）
エピタキシャルウエハにおいて、エピタキシャル層は、
窒素濃度が１〜４×１０18ｃｍ-3、キャリア濃度が１〜
９×１０15ｃｍ-3であることを特徴とするエピタキシャ
ルウエハ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13962495A JPH08335716A (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | エピタキシャルウエハ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13962495A JPH08335716A (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | エピタキシャルウエハ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08335716A true JPH08335716A (ja) | 1996-12-17 |
Family
ID=15249623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13962495A Pending JPH08335716A (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | エピタキシャルウエハ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08335716A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0852402A1 (en) * | 1997-01-06 | 1998-07-08 | Shin-Etsu Handotai Company Limited | A GaAsP epitaxial wafer and a method for manufacturing it |
-
1995
- 1995-06-06 JP JP13962495A patent/JPH08335716A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0852402A1 (en) * | 1997-01-06 | 1998-07-08 | Shin-Etsu Handotai Company Limited | A GaAsP epitaxial wafer and a method for manufacturing it |
| US6048397A (en) * | 1997-01-06 | 2000-04-11 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | GaAsP epitaxial wafer and a method for manufacturing it |
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