JPS61106497A - 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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JPS61106497A
JPS61106497A JP22495684A JP22495684A JPS61106497A JP S61106497 A JPS61106497 A JP S61106497A JP 22495684 A JP22495684 A JP 22495684A JP 22495684 A JP22495684 A JP 22495684A JP S61106497 A JPS61106497 A JP S61106497A
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mixed crystal
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crystal ratio
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Masahisa Endo
遠藤 正久
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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】 りに1匁」■公! 本発明は発光ダイオード用間接遷移型三元系化合物半導
体燐化砒化ガリウム(G a A 、s 1−x P 
X)エピタキシャル膜の気相成長方法に関するものであ
る。
従速四JL術 従来、黄色発光ダイオード(中心発光波長5850人)
、橙色発光ダイオード(中心発光波長6300λ)等の
ためのエピタキシャルウェーハは、GaP単結晶基板上
にGaP暦、格子定数の相異による格子不整歪を緩和す
るために混晶率Xを徐々に変化させたGaASl−XP
x混晶率X変化層(以下X変化層という)をエピタキシ
ャル成長させ、さらに所望の混晶率X一定層を得た後、
その混晶率Xのままエピタキシャル成長を継続し、同時
に一定濃度の窒素原子を添加する。モして混晶率X一定
層が所望の厚さに到達したらエピタキシャル成長を停止
してつくるという方法がとられる。かかる方法によるウ
ェーハよりつくられた発光ダイオードからは満足すべき
発光強度が得られなかった。
この従来法によるG aA sl−、Px膜のエピタキ
シャル成長方法について以下に図面で説明する。imZ
図(&)は貧色発光ダイオード用GaA s 1−xp
X  エピタキシャルウェーハの断面を、第2図(b)
はその窒素濃度分布をそれぞれ一例をあげて示したもの
である。11は厚さ約300牌のGaP単結晶基板、1
2は厚さ約51LのGaPエピタキシャル層、13は結
晶不整歪緩和技術を用いて混晶率Xを1から約0.85
まで変化させた厚さ約35棒のX変化層、14および1
5はXが約0.85を保つX一定暦である。ただし14
は厚さ約10g、15は窒素原子が添加された厚さ約2
5勝のX一定層である。
が      −ロ しかしこの方法では、GaASl−XPxの混晶率X一
定層に窒素原子を所望の濃度に添加させ、この結果生ず
る結晶品質劣化層から発光ダイオードを形成するため、
その発光強度は、必ずしも満足すべきものではなかうた
。  古         。
本発明はかかる欠点を解消すべく、下記の事実(1) 
 GaAs   P  結晶中に窒素原子を添加1−x
    x する場合、結晶欠陥はその添加初期において急増するが
、成長反応が進むに従ってすなわちエピタキシャル層が
厚くなるに従って減少する。
(2) GaASl−XPXエピタキシャル層が厚くな
ると、GaP基板とGaASl−xP)C結晶との格子
定数の相異によりエピタキシャルウェーハの反りが大き
くなり、同時にエピタキシャル膜の結晶品質が悪化する
ので、エピタキシャル層の厚さに限界がある。
を種々検討した結果到 達したものである。それは単結
晶基板表面上に 、燐化砒化ガリウム(GaAS、−X
PX)よりなるエピタキシャル膜を気相成長させる方法
において、該エピタキシャル膜を基板と同一成分からな
る層、混晶率X変化層、混晶率X一定層(ただし、 0
.4 ”; x< 1)の順に成長させると共に、アイ
ソエレクトロニック・トラップとなる窒素原子の添加を
基板と同一成分からなる層および混晶率X変化層の任意
の点から開始し、混晶率X変化層と混晶率X一定暦の変
換点の近傍で所望の値となるようにすることを特徴とす
る燐化砒化ガリウムエピタキシャル膜の成長方法である
以下にこれを図面によって詳しく説明する。第1図(a
)は本発明による負色発光ダイオード用GaAs1−x
Pxエピタキシャルウェーハの断面を、第1図(b)は
その窒素濃度分布をそれぞれ一例をあげて示したもので
ある。lは厚さ約300=のGaP単結晶基板、2は厚
さ約5ルのGaPエピタキシャル層、3は混晶率Xを1
から約0.9まで変化させた厚さ約18ルのX変化層、
4は混晶率Xを約0.8から約0.85まで変化させ。
同時に窒素原子を零から所望の濃度まで徐々に増加させ
た厚さ約17pのX変化層、5はXが約0.85と一定
かつ窒素原子が所望の濃度に添加された厚さ約301L
のX一定層である。前記X変化層4への窒素原子の添加
は、同層の始めから行うかまたは途中から行ってもよい
これによりX一定暦を厚くすることなく結晶品質が改善
され1発光ダイオード特性の顕著な向上をはかることが
できる。
本発明において、混晶率X一定層のXの値は0.4以上
1未満の間で選ぶことができるが、Xが0.4未満では
直接遷移型発光メカニズムによる赤色発光であり、アイ
ソエレクトロニック・トラップによるエキシトン発光は
行われないので窒素原子の添加は不要となる。
混晶率Xが0.4以上1未満の範囲では、窒素原子の添
加が必要で、これがないとこれからつくられる発光ダイ
オードの発光強度は実用的に充分なものではない、この
ように混晶率Xを0.4以上1未満の範囲で選ぶことに
よって発光スペクトルを赤色から緑色まで任意に選ぶこ
とができる。
次に実施例および比較例をあげて本発明を説明するが、
ここにあげた実施例によって本発明が限定されるもので
はない。
丈轟薯 下記の方法により、第1図(a)および第1図(b)に
示す構造の黄色発光ダイオード用GaA S ? −x
 pXエピタキシャルウェーハを製造した。テルル(T
e)を2.5x1017原子/c13添加した結晶方位
<ioo>のGaP単結晶棒を、(100)より<11
0>の方向に5偏位させて厚さ約350終にスライスし
、通常の化学エツチングと機械化学研摩を施して、厚さ
約3001LのGaP鏡面ウェつ八をへ、これを基板と
して用いた。
また、反応ガスとしては、水素(N2) 、 N2希釈
した濃度50ppmの硫化水素(N2 S  n型不純
物)、N2希釈の1%砒化水素(A s H3)、N2
希釈の10%の燐化水素(PH3)、高純度塩化水素(
HCl)および高純度アンモニアガス(NH)を使用し
た(以後上記ガスを各#H2,H2S/H,,,AsH
3/H2,PH3/H2、HCfLおよびNH3と略記
する)、まず縦型石英製反応機内の所定の場所に洗浄し
た前記GaP単結晶基板と高純度Gaを収容した石英容
器とをセットした。
反応機内に高純度窒素ガス(N2)、つづいてキャリア
ガスとしての高純度水素ガス(N2)を導入して機内を
充分に置換した後、昇温を始めた。上記GaP基板領域
の温度が880℃に達したならば、その温度をさらに1
0分間保持した後、黄色発光ダイオード用GaAs1−
xP、エピタキシャル膜の気相成長を以下の手順により
開始した。
まず始めに、HS/I(2を毎分10ccの流量で導入
し、他方HCJIを毎分58ccの流量で導入して石英
容器内のGaと反応させGa0文を形成し、同時に導入
した流量が毎分250ccのPH3/H2とによりGa
P単結晶基板1上に厚さ約5ルのGaPエピタキシャル
MI2を成長させた。
次に上記層z上に、X変化層を次の方法によりエピタキ
シャル成長させた。
最初に前記HS/N2、HClおよびPH3/H2の毎
分の流量を各々10cc、58ccおよび250ccに
保ちながら、AsH/H)流量を毎分Occから170
ccまで徐々に変化させて、混晶率Xが1から約0.8
まで変化する厚さ約18終のX変化層3を形成した− 
A s H3/H2の流量が毎分Occから170cc
に変化する間、基板領域の温度を880℃から820℃
に徐々に低下させた。以後この基板領域の温度は全エピ
タキシャルI!!1IIIt長終了まで820℃に固定
した。つぎにHS/N2.HClおよびPH37N2の
流量を各々毎分10cc、58ccおよび250ccに
保ちながら、ASH3/H2の流量を毎分170ccか
ら260ccまで徐々に増加させ(この間Xが約0.9
から約0.85まで変化)。
同時にNH3の流量も毎分Occから400ccまで徐
々に増加させ、窒素添加量を増しながら厚さ約17μの
X変化層4を形成した。
最後にN2S/H2、HCl、PH3/H,。
AsH/HおよびNH3の流量を各々毎分10cc、5
8cc、250cc、260ccおよび400ccに固
定して所望の濃度N1 を保つよう窒素原子を添加した
厚さ約301LのX一定理5を形成し、黄色発光ダイオ
ード用間接遷移盟GaAs   P  エピタキシャル
膜、すなわちGa1−x  × As   P   エピタキシャル膜の成長を終了し0
.15  0.85 た。
よ蚊1 下記の方法により、第2図(&)および第2図(b)に
示す構造の従来技術による強色発光ダイオード用GaA
S1−XPxエピタキシャルウェー八を製造した。
実施例と同じ方法で、GaP単結晶基板11上に、Ga
Pエピタキシャル層12、X変化層13(実施例の3.
4に相当する。ただし窒素原子は添加しない、)を成長
させた後、N2S/H2、HCu、PH/HおよびAS
H3/H2の3   2ゝ 流量を各々毎分10cc、58CC,250ccおよび
260ccに固定し、厚さ約101LのX−定理14を
成長させた。最後にH3/H2,HCL PH3/H2
,およびAsH3/H2の流量を各々毎分10cc、5
8CC,250ccおよび260ccに保ちなからNH
の流量を毎分0ccから400ccに増加し、ついでH
2SlH2,HCffi、PH37H2,As)I3/
H2およびNH3の流量を各々毎分10cc、580C
1250cc、260ccおよび400ccに固定して
、所望の濃度N に窒素原子を添加し厚さ約25路の窒
素添加X一定暦15を形成し、数色発光ダイオード用間
接遷移型GaAs   PO,150,85 エピタキシャルウェーハを製造した。
つぎに、前記実施例および比較例に示す方法によって得
た黄色発光ダイオード用エピタキシャルウェーハにZn
拡散を行ってP−N接合を形成し、強色発光ダイオード
を製作した。こうして得た実施例、比較例による負色発
光ダイオード(樹脂コートなし)の発光輝度(ミリカン
デラmcd)は次表の如くであった。
注:輝度は順方向電流をIOA/crn’に保ったとき
の5ランの平均値である。
以上は基板として燐化ガリウム(GaP)を使った場合
について述べたが、砒化ガリウム(GaAs)を使って
もよい。
及且n羞】 表に示す如く1本発明の方法により得られるG aA 
Sl−x pxエピタキシャル膜を用I11た発光ダイ
オードは、従来の方法によるものに比べ約30%の一度
向上が達成された。したがって本発明により製造したG
aAs、XPxエピタキシャル膜を有するウェー/−は
、発光ダイオード用材料として産業上有為なものである
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明による黄色発光ダイオ−F 用G
 a A s 1−XP xエピタキシャルウェーハ\
を例示した断面図、第1図(b)はそのウヱーノ\の窒
素濃度分布を示す説明図を示し、第2図Cりは従来法に
よる黄色発光ダイオード用Ga”1−xPxエピタキシ
ャルウェーハの断面図、第2図(b)はそのウェーハの
窒素濃度分布を示す説明図である。 1.11・・・GaP単結晶基板。 2.12・・・GaPエピタキシャル層、3.13・・
・X変化層。 4・φ・窒素添加X変化層、 14・Φ拳X一定月1゜ 5.15−争・窒素添加X一定定理 N  、N  ・・・所望の窒素濃度値。 特許出即人 信越半導体株式会社 手続補正帯 昭和60年2月8日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、単結晶基板表面上に、燐化砒化ガリウム(GaAs
    _1_−_xP_x)よりなるエピタキシャル膜を気相
    成長させる方法において、該エピタキシャル膜を基板と
    同一成分からなる層、混晶率x変化層、混晶率x一定層
    (ただし、0.4≦x<1)の順に成長させると共に、
    アイソエレクトロニック・トラップとなる窒素原子の添
    加を基板と同一成分からなる層および混晶率x変化層の
    任意の点から開始し、混晶率x変化層と混晶率x一定層
    の変換点の近傍で所望の値となるようにすることを特徴
    とする燐化砒化ガリウムエピタキシャル膜の成長方法。 2、窒素原子の添加を所望の濃度まで徐々に増加して行
    うことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
    記載の方法。 3、単結晶基板は燐化ガリウム(GaP)または砒化ガ
    リウム(GaAs)より選ばれることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項または第2項記載の方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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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