JPS5814400B2 - 燐化ガリウム赤色発光素子の液相成長法 - Google Patents
燐化ガリウム赤色発光素子の液相成長法Info
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- JPS5814400B2 JPS5814400B2 JP52033993A JP3399377A JPS5814400B2 JP S5814400 B2 JPS5814400 B2 JP S5814400B2 JP 52033993 A JP52033993 A JP 52033993A JP 3399377 A JP3399377 A JP 3399377A JP S5814400 B2 JPS5814400 B2 JP S5814400B2
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は液相成長方法に係り、特に高効率の発光効率
を示す燐化ガリウム赤色発光素子の液相成長法に関する
。
を示す燐化ガリウム赤色発光素子の液相成長法に関する
。
燐化ガリウム（ＧａＰ）を用いた赤色発光素子の発光中
心は亜鉛（Ｚｎ）と酸素（０）の最近接対であり、発光
はＰ領域で生じることが知られている。
心は亜鉛（Ｚｎ）と酸素（０）の最近接対であり、発光
はＰ領域で生じることが知られている。
従って発光効率を高くするには第１にＰ領域への電子の
注入率を高めること、第２に発光領域でのＺｎ−Ｘｔの
濃度を上げること、第３に発光に寄与しない非発光再結
合中心を減らすことが必要である。
注入率を高めること、第２に発光領域でのＺｎ−Ｘｔの
濃度を上げること、第３に発光に寄与しない非発光再結
合中心を減らすことが必要である。
これらの条件のうち前２者は不純物濃度を最適条件に制
御する事によってある程度達成できるが、非発光中心に
関係したものは、非発光中心自体も同定されておらず具
体的施策に乏しかった。
御する事によってある程度達成できるが、非発光中心に
関係したものは、非発光中心自体も同定されておらず具
体的施策に乏しかった。
従来、ＧａＰの液相成長装置はカーボン、石英或いはボ
ロンナイトライド（ＢＮ）等で構成されている。
ロンナイトライド（ＢＮ）等で構成されている。
例えばカーボンで構成された第１図に示すような液相成
長装置で、ｎ型ＧａＰ基板にｎ型ＧａＰ層及びｐ型Ｇａ
Ｐ層を順次形成させる場合、次のようにして行う。
長装置で、ｎ型ＧａＰ基板にｎ型ＧａＰ層及びｐ型Ｇａ
Ｐ層を順次形成させる場合、次のようにして行う。
まず、カーボン本体１１に備えた溶液溜にテルル（Ｔｅ
）、ＧａＰ多結晶を含むＧａ溶液１２を収容し、ｎ型Ｇ
ａＰ基板１４を収容した摺動板１３をスライドさせ、上
記溶液とｎ型ＧａＰ基板を接触させｎ型ＧａＰ層を成長
させる。
）、ＧａＰ多結晶を含むＧａ溶液１２を収容し、ｎ型Ｇ
ａＰ基板１４を収容した摺動板１３をスライドさせ、上
記溶液とｎ型ＧａＰ基板を接触させｎ型ＧａＰ層を成長
させる。
次にこの装置で上記溶液溜にＺｎ，ＧａＰ結晶を含むＧ
ａ溶液１２を収容し、上記と同様にしてｐ型ＧａＰ層を
成長させる。
ａ溶液１２を収容し、上記と同様にしてｐ型ＧａＰ層を
成長させる。
このように、ｎ型ＧａＰ基板にｎ型ＧａＰ層及びｐ型Ｇ
ａＰ層を、同じ成長装置を用いて行っている。
ａＰ層を、同じ成長装置を用いて行っている。
ところでこのようにｎ型ＧａＰ層及びｐＷＧａＰ層と同
じ材質の成長装置で形成したＧａＰ赤色発光素子は、発
光効率が低く高々エポキシモールドなしで２係程度であ
る。
じ材質の成長装置で形成したＧａＰ赤色発光素子は、発
光効率が低く高々エポキシモールドなしで２係程度であ
る。
そこで本発明者等は、この種のＧａＰ赤色発光素子で発
光効率が低くなる原因について種々検討を行った結果、
ｎ型ＧａＰ基板上のｎ型ＧａＰ層に含む酸素濃度を低く
することにより、発光効率が向上することを見出した。
光効率が低くなる原因について種々検討を行った結果、
ｎ型ＧａＰ基板上のｎ型ＧａＰ層に含む酸素濃度を低く
することにより、発光効率が向上することを見出した。
そしてこのｎ型ＧａＰ層に酸素を少しでも少なくするた
めに、本発明者等はｎ型ＧａＰ層を液相成長する際に、
カーボンのみで構成された液相成長装置で行い、Ｐ型Ｇ
ａＰ層を液相成長する際に成長用溶液と接触する部分を
少なくとも石英ガラスで構成された液相成長装置で行っ
た。
めに、本発明者等はｎ型ＧａＰ層を液相成長する際に、
カーボンのみで構成された液相成長装置で行い、Ｐ型Ｇ
ａＰ層を液相成長する際に成長用溶液と接触する部分を
少なくとも石英ガラスで構成された液相成長装置で行っ
た。
その結果、発光効率が大幅に向上しエポキシモールドな
しで５条以上の発光素子が得られることか判明した。
しで５条以上の発光素子が得られることか判明した。
この発明は上記実験事実に対処してなされたもので、発
光効率を５係以上得ることのできるＧａＰ赤色発光素子
の液相成長法を提供するものである即ちこの発明はｎ型
ＧａＰ基板上のｎ型ＧａＰ層を形成する際にカーボンの
みで構成された液相成長装置を用い、ｐ型ＧａＰ層を形
成するに際に成長用溶液と接触する部分を少なくとも石
英ガラスで構成した液相成長装置を用いて行うＧａＰＪ
色発光素子の液相成長法である。
光効率を５係以上得ることのできるＧａＰ赤色発光素子
の液相成長法を提供するものである即ちこの発明はｎ型
ＧａＰ基板上のｎ型ＧａＰ層を形成する際にカーボンの
みで構成された液相成長装置を用い、ｐ型ＧａＰ層を形
成するに際に成長用溶液と接触する部分を少なくとも石
英ガラスで構成した液相成長装置を用いて行うＧａＰＪ
色発光素子の液相成長法である。
具体的にはｎ型ＧａＰ層と第１図に示す装置を用い、ｐ
型ＧａＰ層を第２図に示す装置を用いて行うものである
。
型ＧａＰ層を第２図に示す装置を用いて行うものである
。
なお第２図で２１はカーボン本体、２２は成長溶液、２
３．２６は石英製のライニング、２４は摺動板、２５は
基板である。
３．２６は石英製のライニング、２４は摺動板、２５は
基板である。
以下に燐化ガリウム発光素子に関する実験データを用い
て明らかにする。
て明らかにする。
実施例 １
基板１４として厚さ３００μのテルル（Ｔｅ）をドープ
したｎ型ＧａＰ単結晶（ドナー濃度ＮＤ、２Ｘ１０１７
Δｃゴ２）を用い、この単結晶の（ｉｔｉ）Ｂ面を上に
して上記第１図、全カーボン製液相成長装置の凹部に固
定する。
したｎ型ＧａＰ単結晶（ドナー濃度ＮＤ、２Ｘ１０１７
Δｃゴ２）を用い、この単結晶の（ｉｔｉ）Ｂ面を上に
して上記第１図、全カーボン製液相成長装置の凹部に固
定する。
そしてＧａＰ多結晶３７，Ｔｅ３ｍＩを含む溶液４０ｇ
を溶液溜に入れ、Ａｒ雰囲気中で１０５０℃位まで加熱
する。
を溶液溜に入れ、Ａｒ雰囲気中で１０５０℃位まで加熱
する。
酸素や水の混入を防ぐためにガス置換の際には真空引き
を行い、反応系の前後にドライアイスのトラップをつけ
る。
を行い、反応系の前後にドライアイスのトラップをつけ
る。
１０５０℃約３０分間放置してＧａ溶液を均一にしたの
ち、摺動板１３をスライドし上記基板１４を溶液１２の
下部にもち来たし対接するようにする。
ち、摺動板１３をスライドし上記基板１４を溶液１２の
下部にもち来たし対接するようにする。
次いで１℃／ｒｌｎ位の速度で冷却し上記基板１４上に
ｎ型ＧａＰ層を成長させてｎ型ＧａＰ基板を得る。
ｎ型ＧａＰ層を成長させてｎ型ＧａＰ基板を得る。
成長層の厚さは７０〜８０μｍであった。
そこでｎ型ＧａＰ層を３０μｍ程度ラツピングして除去
した後、これを５００ψμｍの金の薄膜を蒸着して、シ
ョットキーダイオードを作り、その電気容量を測定して
ｎ型ＧａＰ層の表面ドナー濃度ＮＤを導き出したところ
、ＮＤは５×１０ｌ７／Ｃｍ３であった。
した後、これを５００ψμｍの金の薄膜を蒸着して、シ
ョットキーダイオードを作り、その電気容量を測定して
ｎ型ＧａＰ層の表面ドナー濃度ＮＤを導き出したところ
、ＮＤは５×１０ｌ７／Ｃｍ３であった。
又ｎ型ＧａＰ層の残存酸素濃度はＩＸＩＯ１４／υん―
であった。
であった。
次にこの金属の薄膜を除去した後、ＧａＰ多結晶２ｇ、
亜鉛（Ｚｎ）１０ｍＩ、三酸化ガリウム（Ｇａ２０３）
Ｏ−５ｌを含むＧａ溶液２２を上記ｎ型ＧａＰ層を液相
成長させる如く溶液溜に入れて１０５０℃位まで加熱す
る。
亜鉛（Ｚｎ）１０ｍＩ、三酸化ガリウム（Ｇａ２０３）
Ｏ−５ｌを含むＧａ溶液２２を上記ｎ型ＧａＰ層を液相
成長させる如く溶液溜に入れて１０５０℃位まで加熱す
る。
１０５０℃で約３０分間放置してＧａ溶液２２を均一に
したのち、摺動板２４をスライドし上記ｎ型ＧａＰ層を
形成したＧａＰ基板２５上に成長させたｎ型ＧａＰ層を
溶液溜下部にもち来たし対接するようにする。
したのち、摺動板２４をスライドし上記ｎ型ＧａＰ層を
形成したＧａＰ基板２５上に成長させたｎ型ＧａＰ層を
溶液溜下部にもち来たし対接するようにする。
次いで２℃Ｚｍｌｎ位の速度で冷却してｎ型ＧａＰ層上
にｐ型ＧａＰ層を液相成長させ、ｐ，ｎ接合を形成する
。
にｐ型ＧａＰ層を液相成長させ、ｐ，ｎ接合を形成する
。
この場合ボートは第２図カーボン２１と石英ガラス２３
，２６とを組み合わせたものを用いた。
，２６とを組み合わせたものを用いた。
このｐ型ＧａＰ層の厚さは６０〜７０μｍであった。
そこでｐ型ＧａＰ層の表面をラツピングして３０μｍ位
残し、これにｎ型ＧａＰ層を成長させた時と同様金の薄
膜を蒸着してショットキーダイオードを作り、この電気
容量を測定したところｐ型ＧａＰ層の表面アクセプター
濃度ＮＡは２×１０１Ｉ／ｃｎ３であった。
残し、これにｎ型ＧａＰ層を成長させた時と同様金の薄
膜を蒸着してショットキーダイオードを作り、この電気
容量を測定したところｐ型ＧａＰ層の表面アクセプター
濃度ＮＡは２×１０１Ｉ／ｃｎ３であった。
その後ｎ型ＧａＰ層と同様金の薄膜を除去する。
こうして得られたウエハーからＱ，９ｌｌ角のチップを
切り出して電極付けを行い、発光素子を作りｐ型ＧａＰ
層を上に向けてＴＯ−１８ヘツダーにマウントし第３図
に示すような発光素子を得た。
切り出して電極付けを行い、発光素子を作りｐ型ＧａＰ
層を上に向けてＴＯ−１８ヘツダーにマウントし第３図
に示すような発光素子を得た。
なお第３図で３１は発光素子チップ、３２，３３はホー
ム性電極、３４はステム、３５はリード線である。
ム性電極、３４はステム、３５はリード線である。
この発光素子に順方向に２ｍＡの電流を流すことにより
、同素子は赤色発光を示し、この時のエポキシコードな
しの発光効率は平均７チを示し、今までみられない。
、同素子は赤色発光を示し、この時のエポキシコードな
しの発光効率は平均７チを示し、今までみられない。
高効率の赤色発光であった。実施例 ２
実施例１と同様な方法で発光素子を作製した。
但しｎ型ＧａＰ層成長には第２図のポー・を用いた。
するとｎ型ＧａＰ層の表面ドナー濃度ＮＤは５Ｘ１０１
，／（ゴ、ｐ型ＧａＰ層のアクセプター濃度ＮＡは２×
１０ｌ″／ｃｎｓと同一であったがｎ型ＧａＰ層の残存
酸素濃度は１ｘ１０１”／ａｍ”であった。
，／（ゴ、ｐ型ＧａＰ層のアクセプター濃度ＮＡは２×
１０ｌ″／ｃｎｓと同一であったがｎ型ＧａＰ層の残存
酸素濃度は１ｘ１０１”／ａｍ”であった。
この素子の赤色発光効率はエポキシモールドなしで平均
３．５係であった。
３．５係であった。
実施例 ３
更に実験を進めて上述した実施例と同様な方法で発光素
子を作製した。
子を作製した。
但しｎ型ＧａＰ層成長には第１図と同様な構造の石英ガ
ラス製ボートを用いた。
ラス製ボートを用いた。
ドナー、アクセプター濃度に変化は見られなかったがｎ
型ＧａＰ層の残存酸素濃度は５Ｘ１０１５／ｔ’３であ
った。
型ＧａＰ層の残存酸素濃度は５Ｘ１０１５／ｔ’３であ
った。
この素子の発光効率はエポキシコートなしで平均１係で
あった。
あった。
そこで従来知られた方法で各発光素子の発光中心濃度を
測定したところｎ層の残存酸素濃度が５×１０１４／ｃ
壇３を越えると発光中心濃度は減少することが明らかと
なった。
測定したところｎ層の残存酸素濃度が５×１０１４／ｃ
壇３を越えると発光中心濃度は減少することが明らかと
なった。
これらの素子についてｎ型の残存酸素濃度による発光効
率の変化は第４図に示したとおりである。
率の変化は第４図に示したとおりである。
このことはｎ型ＧａＰ層の残存酸素濃度の多少による影
響がｎ型ＧａＰ層の結晶性だけでなくその上に成長する
ｐ型ＧａＰ層の結晶性に大きな影響を与えることを示し
ている。
響がｎ型ＧａＰ層の結晶性だけでなくその上に成長する
ｐ型ＧａＰ層の結晶性に大きな影響を与えることを示し
ている。
即ち、ｎ型ＧａＰ層中の酸素はｎ層の少数キャリアの寿
命を下げ、発光に寄与しない電流を増加させるだけでな
くｐ型のＧａＰ層に非発光中心が形成される原因となつ
ていることが確実である。
命を下げ、発光に寄与しない電流を増加させるだけでな
くｐ型のＧａＰ層に非発光中心が形成される原因となつ
ていることが確実である。
以上の実験結果からｎ型ＧａＰ層を形成するのに全カー
ボンボートを用いるとｎ型ＧａＰ層の結晶性がよくなり
、ｎ型ＧａＰ層上の空乏層及びｐ型ＧａＰ層の結晶性も
よくなり高発光効率のダイオードを製造できることがわ
かる。
ボンボートを用いるとｎ型ＧａＰ層の結晶性がよくなり
、ｎ型ＧａＰ層上の空乏層及びｐ型ＧａＰ層の結晶性も
よくなり高発光効率のダイオードを製造できることがわ
かる。
実施例 ４
一方ｐ型ＧａＰ層を成長させる際第１図と同じ構造の石
英ガラス製ボートを用いて実施例１と同様にして発光素
子を作ったところ赤色発光効率は平均７係が得られた。
英ガラス製ボートを用いて実施例１と同様にして発光素
子を作ったところ赤色発光効率は平均７係が得られた。
このことは、Ｐ−ＬＰＥ層の成長には、石英ガラス製の
ボートも有効であることを示す。
ボートも有効であることを示す。
これら実施例の結果を第１表にまとめた。
以上のようにｐ，ｎ層の成長の際のボート材質の組み合
わせと素子の性能とは極めて顕著な相関がみられる。
わせと素子の性能とは極めて顕著な相関がみられる。
実施例 ５
実施例４で述べられたｐ型ＧａＰ層を成長させる際第１
図の全カーボン製ボートを用いて発光素子を作ったとこ
ろ赤色発光効率はエポキシコートなしで平均２係であっ
た。
図の全カーボン製ボートを用いて発光素子を作ったとこ
ろ赤色発光効率はエポキシコートなしで平均２係であっ
た。
この理由として実施例４は発光中心濃度が多く、実施例
５のそれは少ないことが確認された。
５のそれは少ないことが確認された。
このことは実施例５においては酸素とカーボンの反応が
非常に大きいことがあげられる。
非常に大きいことがあげられる。
このためＧａ中の酸素が消費され充分な発光中心濃度を
形成できず発光効率を下げたものと考えられる。
形成できず発光効率を下げたものと考えられる。
この実験結果はｎ型ＧａＰ層中の残存酸素濃度とｐ型Ｇ
ａＰ層発光中心濃度が発光効率に影響を及ぼしている。
ａＰ層発光中心濃度が発光効率に影響を及ぼしている。
即ちボート材質をカーボンのみでｎ型層を液相成長させ
ることにより残存酸素濃度を５Ｘ１０１４／一ｍ３以下
に押えることができ、ｎ層の少数キャリャの寿命が長く
ｐ型ＧａＰ層への拡散電流が増える。
ることにより残存酸素濃度を５Ｘ１０１４／一ｍ３以下
に押えることができ、ｎ層の少数キャリャの寿命が長く
ｐ型ＧａＰ層への拡散電流が増える。
又ｐ層を石英ガラスもしくはカーボンと石英との組み合
わせで液相成長させることによりｐ層の発光中心濃度が
増加し、望ましい液相成長層が得られることがわかる。
わせで液相成長させることによりｐ層の発光中心濃度が
増加し、望ましい液相成長層が得られることがわかる。
また上記実施例においてはｎ型ＧａＰ層及びｐ型ＧａＰ
層のドナーアクセプター濃度をある一定に設定したが、
より高い発光効率を再現性よく得るためにはｎ型ＧａＰ
基板のドナー濃度ＮＤを１×１０１″／ｃｒ３乃至３Ｘ
１０１”／ａｍ”，ｎ型ＧａＰ層を３×１０１”／ｃｍ
３乃至７Ｘ１０’レ／ｃ撫３又ｐ型ＧａＰ層のアクセプ
ター濃度を２Ｘ１０１’％ｃｍ’乃至５×１０ｌ７／ｃ
贋３が好ましい。
層のドナーアクセプター濃度をある一定に設定したが、
より高い発光効率を再現性よく得るためにはｎ型ＧａＰ
基板のドナー濃度ＮＤを１×１０１″／ｃｒ３乃至３Ｘ
１０１”／ａｍ”，ｎ型ＧａＰ層を３×１０１”／ｃｍ
３乃至７Ｘ１０’レ／ｃ撫３又ｐ型ＧａＰ層のアクセプ
ター濃度を２Ｘ１０１’％ｃｍ’乃至５×１０ｌ７／ｃ
贋３が好ましい。
なお、上記実施例１及び４ではカーボンポートでｎ型Ｇ
ａＰ層を成長させた場合に成長開始温度１０５０℃で行
ったが１１００℃で行った方がさらに効果が太きい。
ａＰ層を成長させた場合に成長開始温度１０５０℃で行
ったが１１００℃で行った方がさらに効果が太きい。
以上の実験事実から明らかの如く本発明は発光に寄与す
るｐ，ｎ接合を構成する際ｎ型ＧａＰ層の形成にはカー
ボンのみで構成されたボート、ｐ型ＧａＰ層を石英ガラ
スもしくはカーボンと石英ガラスとを組合わせた構成の
ボートで形成することにより、発光効率を向上せしめる
ことである。
るｐ，ｎ接合を構成する際ｎ型ＧａＰ層の形成にはカー
ボンのみで構成されたボート、ｐ型ＧａＰ層を石英ガラ
スもしくはカーボンと石英ガラスとを組合わせた構成の
ボートで形成することにより、発光効率を向上せしめる
ことである。
第１図及第２図はこの発明のＧａＰ発光素子を得るため
に用いられる液相成長装置の概略的に示す構成断面図、
第３図はこの発明に係るＧａＰ発光効率の構造を概略的
に示す断面図、第４図はこの発明のｎ型ＧａＰ層の残存
酸素濃度と発光効率（エポキシコートなし）との関係を
示した特性曲線図である。 第１図において１１．２１はカーボンボート、１２．２
２は溶液、１３，２４は摺動板、１４．２５は基板、２
３．２６は石英ガラスである。 第３図において、３１は発光素子チップ、３２，３３は
オーム性電極、３４はステム、３５はリード線である。
に用いられる液相成長装置の概略的に示す構成断面図、
第３図はこの発明に係るＧａＰ発光効率の構造を概略的
に示す断面図、第４図はこの発明のｎ型ＧａＰ層の残存
酸素濃度と発光効率（エポキシコートなし）との関係を
示した特性曲線図である。 第１図において１１．２１はカーボンボート、１２．２
２は溶液、１３，２４は摺動板、１４．２５は基板、２
３．２６は石英ガラスである。 第３図において、３１は発光素子チップ、３２，３３は
オーム性電極、３４はステム、３５はリード線である。
Claims (1)
- １ ｎ型燐化ガリウム基板上に液相成長によりｎ型燐化
ガリウム層及びｐ型燐化ガリウム層を順次形成するに際
し、前記ｎ型燐化ガリウム層をカーボンのみで構成され
たボートご行い、前記ｐ型燐化ガリウム層を少なくとも
成長用溶液と接触する部分を石英ガラスで構成したボー
トで行うことを特徴とする燐化ガリウム赤色発光素子の
液相成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52033993A JPS5814400B2 (ja) | 1977-03-29 | 1977-03-29 | 燐化ガリウム赤色発光素子の液相成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52033993A JPS5814400B2 (ja) | 1977-03-29 | 1977-03-29 | 燐化ガリウム赤色発光素子の液相成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53119297A JPS53119297A (en) | 1978-10-18 |
| JPS5814400B2 true JPS5814400B2 (ja) | 1983-03-18 |
Family
ID=12401993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52033993A Expired JPS5814400B2 (ja) | 1977-03-29 | 1977-03-29 | 燐化ガリウム赤色発光素子の液相成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5814400B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60240699A (ja) * | 1984-05-16 | 1985-11-29 | 新明和工業株式会社 | タンク車等の配管方法 |
| JPS63197900U (ja) * | 1987-06-05 | 1988-12-20 |
-
1977
- 1977-03-29 JP JP52033993A patent/JPS5814400B2/ja not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60240699A (ja) * | 1984-05-16 | 1985-11-29 | 新明和工業株式会社 | タンク車等の配管方法 |
| JPS63197900U (ja) * | 1987-06-05 | 1988-12-20 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53119297A (en) | 1978-10-18 |
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