JPS60214524A - 燐化砒化ガリウムエピタキシヤル膜の成長方法 - Google Patents

燐化砒化ガリウムエピタキシヤル膜の成長方法

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JPS60214524A
JPS60214524A JP59071356A JP7135684A JPS60214524A JP S60214524 A JPS60214524 A JP S60214524A JP 59071356 A JP59071356 A JP 59071356A JP 7135684 A JP7135684 A JP 7135684A JP S60214524 A JPS60214524 A JP S60214524A
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JP
Japan
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mixed crystal
layer
temperature
substrate
grown
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JP59071356A
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English (en)
Inventor
Masahisa Endo
遠藤 正久
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は発光ダイオード用GaAs□−xP工(0〈1
−2≦05)エピタキシャルワエーハの気相成長方法に
関する。
従来の技術 一般にエピタキシャルウェーハを製造する場合、エピタ
キシャル膜の成長方法及び成長させる材料に従い、適当
な成長温度範囲が存在する。成長温度が低過ぎる場合、
基板上での原子又は分子の吸着及び離脱に必要なエネル
ギーが充分に与えられないため結晶性が悪化し、品質の
良いエピタキシャル膜が得られない。逆ζ二成長温度が
高過ぎる場合、エピタキシャル膜中の原子突孔の増1、
反応器から入り込む不純物濃度の増大、成長速度の低下
といった問題が生じる。適当な温度の例をあげると、塩
化水素を用いたハロゲン輸送性気相成長にてGaP単結
晶基板上にGaPエピタキシャル層を成長させる場合は
基板温度を780〜900℃、GaAs単結晶基板上に
GaAsエピタキシャル胸を成長させる場合は基板温度
を700〜780 ℃に取ることが一般的である。
また黄色、橙色及び赤色発光ダイオード用層−V族化合
物半導体の気相エピタキシャルウェーハとして、()a
P もしくはGaAs単結晶基板にGaAs 1−XP
Xエピタキシャル膜を設けたものが知られている。これ
らは単結晶基板と()aAsl −XPXエピタキシャ
ル膜の格子定数が異なるため、砒素成分もしくは燐成分
を徐々に変化させた混晶事変化層を設け、結晶不整合の
緩和をはかつている。
発明が解決しよ、つとする問題点 この混晶事変化層を成長させる際、単結晶基板の温度を
一定に保持して成長させる方法が従来とられている。し
かし混晶率の変化を考慮せずに成長温度いいかえると基
板温度を一定に保持して混晶事変化層を成長させた場合
、以下に記す欠点が生じ易い。すなわち混晶率の変化に
ともなって最適成長温度も変化するので、基板温tJE
が低すぎるとエピタキシャル膜の表面にピラミッドまた
はヒルロックと呼ばれる突起が発生し、かかる結晶性低
下の結果として発光強度が低下する。また基板温度が高
すぎるとエピタキシャル膜の表面は比較的良好となるが
、前記理由により全光強jfが低下する。
問題点を解決するための手段 これらの欠点を改善し発光ダイオード用に発光強度が大
きく、かつ表面の良好なGaAs r −xP x(0
<I−X≦05)エピタキシャルウェー八を再現性良く
製造する方法として、本発明者は混晶事変化層を成長さ
せる際混晶率に比例させて基板温度も変化させれば良い
ことに到達した。
本発明を第1図及び第2図を用いてさらに詳しく説明す
る。
GaP単結晶基板1の温度を)100〜900”Cの範
囲内の温度T11に保持したまま反応ガスを反応器に導
入してGaPエピタキシャル層2を約5μ成長させ、次
に上記基板の温度を76()〜840℃の範囲内の温度
T12まで徐々に低下させつつ反応ガスを反応器に導入
して砒素混晶率1−XをOから所望の値まで変化させた
GaAs 、 、−XPX混晶混晶化変化層8下(+−
x)変化層という)を約35μ成長させる。引続き同一
温度T12.同一反応ガス、同一混晶率1−XでoaA
S 1−x Px混混晶−電層4(以下(l−x)−電
層という)を約10μ成長させた後、アンモニアを流す
ことにより窒素が添加された混晶率−電層5(以下N添
加(l−x)−電層という)すなわち発光1−を約25
μ成長させる。
次に、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する
実施例1 ′@1図C二示す構成の黄色発光ダイオード用GaAa
□−xPXエピタキシャルウェーハ?次ノようg二して
製造した。
Tey2 x 1017cm−”〜4 x 10 ”c
m−”Q加し2M晶方位< 100 )cy) GaP
単結晶棒Y(100)より<110>方位に5°偏位を
もって厚さ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9
aP鏡面ウェー八をつくり、これYGaP単結晶基板1
として用いた。
また反応ガスとして、水素(H2)、H3希釈された濃
度50ppmの流化水素(H,8)、H8希釈され定濃
度1%(7) 7 /I/シン(A、H,)、H3希釈
された濃度10%のホスフィン(PH,)、高純度塩化
水素ガス(、HOl)および高純度アンモニアガス(N
Hs)3用いた。以後上記反応nス’jt各々H,,H
,a/H,、A、H,/H,。
PH,/H,、HOllよびNH,と略記する。
上記()aP単結晶基板1を洗浄した後、これと高純度
Ga入り石英容器とを縦型石英製反応器内の所定の場所
にセットした。
反応器内に高純度窒素ガス(N2 ) 、次いでキャリ
アガスとしての高純度水素ガス(H2)を導入して反応
器内を充分5二置換した後、昇温を開始した。
上記基板の温度が860℃に達したことを確認した後、
黄色発光用GaAs P エピタキシャル0.15 0
.115 膜の気相成長を開始した。
まず始めにH2B/H2を毎分】Occの流量で導入し
、他方HOI を毎分45ccの流量で導入して、石英
容器内のGaと反応させてGaolを形成させ、同時に
導入した流儀が毎分2511coのPHs/H。
とにより基板上に厚さ5μのGaPエピタキシャル層2
を成長させた。
次に以下の方法で厚さ35μの(l−x)変化層8を成
長させた。すなわち、H,8/H,、HOI及びPH8
/H2の流量を各々毎分1(lQc、45cc及び25
0 ccに保ちなからAsH3/H2を流量毎分()閃
より260ccまで徐々に増加させて導入し、砒素混晶
率t−zを0から0.15まで変化させた。
同時に基板温度をT1.=860℃からT11I=83
0℃まで第2図に示す如く低下させた。こうして(l−
x)変化層3を成長させた後、基板温度はエピタキシャ
ル膜の成長の終了まで830℃に保持した。
次いでH2S/H2、HOI、 PH3/H2及びAS
HII/H2の流量を各々毎分10cc、 45cc、
25(le及び260 ccに保ちながら厚さ10μの
GaAs olsPo、saの(>−x)−重層4を成
長させた。
最後にH2B/H2,HOI、PH8/Ht 及びA 
s HB / H2の流量を各々毎分10cc、45c
c、250cO及び260ccに保ちなからNH,の流
量を毎分Qccから400eCまで増加させ、次いでH
2/B、 HOI、 PH8/H2,A8HB/H2お
よびNH。
の流量を各々毎分10cc、 45cc、 250CQ
、260ee及び400cc(二保ち、厚さ25μのN
添加(s−x)−重層5すなわち発光層を成長させGa
A8o1B ”0.115エピタキシヤルウエーハの成
長を終了した。
この方法により得られたエピタキシャルウェーへの表面
には突起がほとんど見られなかった。
比較例IA エピタキシャル膜成長の開始から終了までの間、基板温
度な8fi(1℃に保持したこと以外実施例1と同様な
方法で黄色発光ダイオード用Ga、As 1−xP エ
ピタキシャルウェー八を製造した。
比較例IB 厚さHOIのGaPエピタキシャル層2の成長後半で、
基板温度を860℃から830℃に低下させ、以後+1
3.4.5の成長を830℃に保持して行ったこと以外
、実施例1と同じ方法で黄色発光ダイオード用GaAs
、 −xPxエピタキシャルウェーハを製造した。
比較例10 エピタキシャル膜の成長の開始から終了までの間、基板
温度を830℃に保持したこと以外、実施例1と同じ方
法で黄色発光ダイオード用GaAsl−2Pxエピタキ
シヤルウエーハを製造した。
以上I施例1及び比較例IA、IB、10で得たエビタ
キシャルウェーッX1=亜鉛拡散し、P−N接合を形成
させた。次いで電極形成後300μ角のチップに切出し
て、黄4色発光ダイオードを製作し、樹脂コートなしの
状態で発光層pt(lカンデラ。
nnod )突起密度を比較したところ第1表の結果が
得られた。
第1表 ※ 順方向電流積度 10A/mで測定し、測定値は5
ランの平均である。
実施例2 (l−x)変化1−8の成長の間、H2希釈の濃度lO
%のAsH,/H2の流量を毎分Occから120cc
まで増加させ、かつGaP 単結晶基板の温度をTIX
=:+86 (1℃から’I’1.=79(1℃まで実
施例]と類似の方法で低下させたこと及びPHB/H,
の流量を毎分150ccとすること以外は実施例1と同
じ方法で橙色発光ダイオード用GaASO,85Po、
615エピタキシヤルウエー八を製造した。
比較例2人 エピタキシャル膜の成長の開始から終了までの間、基板
温度を840 ℃に保持したこと以外実施例2と同じ方
法で橙色発光ダイオード用GaAs□−アPXエピタキ
シャルウェーハを製造した。
比較例2B 厚さ10μのGaPエピタキシャル層2の成長後半で、
基板温度を860℃から790 ”Cに低下させ、以後
790℃に保持して1m3.4.5を成長させたこと以
外、実施例2と同じ方法で橙色発光ダイオード用GaA
s、 −x pXエピタキシャルウェー八を製造した。
比較例20 エピタキシャル膜の成長の開始から終了までの間、基板
温度を790℃に保持したこと以外、実施例2と同じ方
法で橙色発光ダイオード用GaAS1−’XPxエピタ
キシャルウェーハを製造した。
以上の実施例2及び比較例2A、2B、20で得たエピ
タキシャルウェーハに亜鉛拡散し、橙色発光ダイオード
(樹脂コートなし)ン製作し1発光強度(ミリカンデラ
、mad)、突起密度を比較したところ′@2表の結果
が得られた。
@2表 峯順方向゛電流密度 10A/cIlで測定し測定値は
5ランの平均である。
発明の効果 上記第1表及び第2表に示した如く、本発明の方法区二
より、発光強度が大きく、かつエビタキVエピタキシャ
ルウェーハを製造することができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は発光ダイオード用GaAs 1−xPXエピタ
キシャルウェーハの断面図であり、第2図はこのエピタ
キシャルウェーハを製造する際に用いられた、本発明に
係る基板温度と砒累混晶率の変化を示す説明図である。 1・・・GaP単結晶基板 2・・・GaPエピタキシャル層 3・・・(s−x)変化層 4・・・(z−x)一定層 5・・・N添加(1−X)一定層 T□1・・・い−X)変化層成長開始時温度T□・・・
(1−X)変化層成長終了時温度特許出願人 信越半導
体株式会社 第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、燐化ガリウム(GaP)単結晶基板上に、窒素を添
    加した間接遷移型三元系化合物半導体燐化砒化ガリウム
    (GaAs1−zPz 、 0 < s −x≦0.5
    )エピタキシャル膜を気相成長させるにあたり、上記基
    板の温度を800℃から900℃の範囲に保持して G
    aP エピタキシャル層を成長させ、次に上記基板温度
    を760℃から840℃の範囲まで徐々に低下させなが
    ら、砒素混晶率1−zが0から所望の値まで変化する混
    晶率変化層を成長させた後、上記基板温度を760℃か
    ら840℃の範囲に保持して所望の砒素混晶率1−Xを
    有する混晶率一定層及び窒素を添加した混晶率一定層を
    成長させることを特徴とする燐化砒化ガリウムエピタキ
    シャル膜の成長方法。
JP59071356A 1984-04-10 1984-04-10 燐化砒化ガリウムエピタキシヤル膜の成長方法 Pending JPS60214524A (ja)

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