JPS6285480A - リン化ガリウム緑色発光素子の製造方法 - Google Patents
リン化ガリウム緑色発光素子の製造方法Info
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- JPS6285480A JPS6285480A JP60225829A JP22582985A JPS6285480A JP S6285480 A JPS6285480 A JP S6285480A JP 60225829 A JP60225829 A JP 60225829A JP 22582985 A JP22582985 A JP 22582985A JP S6285480 A JPS6285480 A JP S6285480A
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- gallium phosphide
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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。
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)
本発明はリン化ガリウム緑色発光素子の製造方法に関す
るもので、特にはn型リン化ガリウム層を二層構造とし
、基板側n型リン化ガリウム層の正味ドナー濃度を制御
することにより高輝度の発光素子を得る方法に係るもの
である。
るもので、特にはn型リン化ガリウム層を二層構造とし
、基板側n型リン化ガリウム層の正味ドナー濃度を制御
することにより高輝度の発光素子を得る方法に係るもの
である。
(従来の技術)
近年半導体発光素子は種々の電光表示装置に巾広く利用
され、普及率も極めて大きい。この発光素子にはリン化
ガリウム(Gap)あるいはリン化砒化ガリウム(Ga
AsP)などの化合物半導体結晶が用いられ、前者は緑
色から赤色発光素子の、後者は黄色から赤色発光素子の
素材として使用される。
され、普及率も極めて大きい。この発光素子にはリン化
ガリウム(Gap)あるいはリン化砒化ガリウム(Ga
AsP)などの化合物半導体結晶が用いられ、前者は緑
色から赤色発光素子の、後者は黄色から赤色発光素子の
素材として使用される。
しかして緑色発光素子は、n型GaP基板上に液相成長
法によってn型、P型GaP層を順次形成し、n型Ga
P層のpn接合近傍に発光中心となる窒素をドープして
得た素材からつくられる。このGaP緑色発光素子の発
光領域は前述のようにn型GaP層におけるpn接合近
傍の部分であって、発光最適条件は発光中心濃度(NT
)が結晶性に影響しない範囲でできるだけ高いこと、お
よびn型GaP層のドナー濃度(ND)が電子の注入効
率ならびにライフタイムの向上という見地からできる限
り低いことである。通常NTは2X]、018原子/c
A、NI)は1−2X10”原子/craが最適とさお
でいる。
法によってn型、P型GaP層を順次形成し、n型Ga
P層のpn接合近傍に発光中心となる窒素をドープして
得た素材からつくられる。このGaP緑色発光素子の発
光領域は前述のようにn型GaP層におけるpn接合近
傍の部分であって、発光最適条件は発光中心濃度(NT
)が結晶性に影響しない範囲でできるだけ高いこと、お
よびn型GaP層のドナー濃度(ND)が電子の注入効
率ならびにライフタイムの向上という見地からできる限
り低いことである。通常NTは2X]、018原子/c
A、NI)は1−2X10”原子/craが最適とさお
でいる。
他方、このn型GaP層を二層構造とし、各層の正味ド
ナー濃度および厚みをコントロールし、第1n層と第2
n層の階段状ドナー分布構造により基板からの結晶欠陥
を除去すると共に、第2n層における結晶性を向上させ
た発光素子が知られている(特公昭60−1.9675
号公報参照)。
ナー濃度および厚みをコントロールし、第1n層と第2
n層の階段状ドナー分布構造により基板からの結晶欠陥
を除去すると共に、第2n層における結晶性を向上させ
た発光素子が知られている(特公昭60−1.9675
号公報参照)。
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら前記公知の発光素子においては、第1n層
の成長は水素の雰囲気下において行われるため、石英反
応管の表面が水素により還元されて溶液中に多くのSi
が混入され、この際正味ドナー濃度(N]1lI)はl
Xl0”原子/d以」二になる。
の成長は水素の雰囲気下において行われるため、石英反
応管の表面が水素により還元されて溶液中に多くのSi
が混入され、この際正味ドナー濃度(N]1lI)はl
Xl0”原子/d以」二になる。
このように高濃度になるとテラス様の異常成長を起し易
くなるばかりでなく、次いで行われる第2n層の形成に
おける窒素ドープのためのNH3供給量が過剰になり、
この結果Sj、、N、の成長量が増加し、これに起因す
る異常成長が発生して好ましくないという欠点がある。
くなるばかりでなく、次いで行われる第2n層の形成に
おける窒素ドープのためのNH3供給量が過剰になり、
この結果Sj、、N、の成長量が増加し、これに起因す
る異常成長が発生して好ましくないという欠点がある。
(問題点を解決するための手段)
本発明は上述の如き欠点を除去したリン化ガリウ°ム緑
色発光素子の製造方法に関するもので、これはn型リン
化ガリウム基板」二に、ドーパント濃度を制御してn型
およびn型リン化ガリウム層を順次液相成長させる緑色
発光素子の製造方法において、n型リン化ガリウム層を
基板側からn1層、0混合の二層で構成すると共に、n
1層の形成をAr、H,混合ガスの雰囲気下で、H2ガ
スの分圧比を調整して該層の正味ドナー濃度を2〜1o
×1016Ji子/dのレベルに制御し、ついでn混合
の形成と窒素ドープを行うことを特徴とするリン化ガリ
ウム緑色発光素子の製造方法である。
色発光素子の製造方法に関するもので、これはn型リン
化ガリウム基板」二に、ドーパント濃度を制御してn型
およびn型リン化ガリウム層を順次液相成長させる緑色
発光素子の製造方法において、n型リン化ガリウム層を
基板側からn1層、0混合の二層で構成すると共に、n
1層の形成をAr、H,混合ガスの雰囲気下で、H2ガ
スの分圧比を調整して該層の正味ドナー濃度を2〜1o
×1016Ji子/dのレベルに制御し、ついでn混合
の形成と窒素ドープを行うことを特徴とするリン化ガリ
ウム緑色発光素子の製造方法である。
以下本発明をさらに詳細に説明する。
本発明者らは最適なn混合を得るための前段階として、
n□層をどのように形成させればよいかについて種々研
究の結果、n3層のドーパントとして石英容器内の反応
雰囲気から導入されるSiを利用するのが好ましいとい
うこと、およびこのn1層のドナー濃度を最適値に制御
するには、反応雰囲気ガスをArとH2の混合ガスとし
、その組成(分圧比)を変化させて還元力を適当な値に
するのがよいということを確認した。
n□層をどのように形成させればよいかについて種々研
究の結果、n3層のドーパントとして石英容器内の反応
雰囲気から導入されるSiを利用するのが好ましいとい
うこと、およびこのn1層のドナー濃度を最適値に制御
するには、反応雰囲気ガスをArとH2の混合ガスとし
、その組成(分圧比)を変化させて還元力を適当な値に
するのがよいということを確認した。
つぎに、01層のドーパントとして上述のように反応雰
囲気から導入されるSiを利用する理由についてさらに
詳述する。
囲気から導入されるSiを利用する理由についてさらに
詳述する。
ドーパントには、その分配係数の温度依存性の違いから
、Teのように成長が進むに従ってドナー濃度が大きく
」1昇するタイプと、S、Siのように成長が進んでも
あまり変化しないタイプがある。したがってTeを主た
るドーパントとして使用する場合は、n□層の初期濃度
をlXl016原子/al以下にしなくてはならないが
、少しでも反応系にp型不純物が存在すると、しばしば
、p型反転領域がn1層の形成初期に生じやすいので、
Teを主たるn1層のドーパントとして用いるのは好ま
しくない。しかしSiをTeなどと組合せて用いるなら
ば、0混合形成時に窒素をドープするためNH3を流入
させたとき、Siは5j3N4を形成して結晶に取り込
まれないようになるので、n混合のドナー濃度を低い濃
度にすることができ、Teなどのドーパントレベルをた
とえば基板の段階で適当に制御しておけば、n混合の正
味ドナーレベルを窒素ドープと同時に所期の値たとえば
1〜2×101″′原子/dに選択することができる。
、Teのように成長が進むに従ってドナー濃度が大きく
」1昇するタイプと、S、Siのように成長が進んでも
あまり変化しないタイプがある。したがってTeを主た
るドーパントとして使用する場合は、n□層の初期濃度
をlXl016原子/al以下にしなくてはならないが
、少しでも反応系にp型不純物が存在すると、しばしば
、p型反転領域がn1層の形成初期に生じやすいので、
Teを主たるn1層のドーパントとして用いるのは好ま
しくない。しかしSiをTeなどと組合せて用いるなら
ば、0混合形成時に窒素をドープするためNH3を流入
させたとき、Siは5j3N4を形成して結晶に取り込
まれないようになるので、n混合のドナー濃度を低い濃
度にすることができ、Teなどのドーパントレベルをた
とえば基板の段階で適当に制御しておけば、n混合の正
味ドナーレベルを窒素ドープと同時に所期の値たとえば
1〜2×101″′原子/dに選択することができる。
このSiは故意にドープすることも可能であるが、反応
系が還元雰囲気である場合には、故意にドープしなくて
も石英反応管などが還元されて融液中に供給され、反応
雰囲気の還元力すなわちArとH2の混合ガス中のH2
ガスの濃度のコントロールのみでn□層の適正なSi濃
度を選択することが可能である。
系が還元雰囲気である場合には、故意にドープしなくて
も石英反応管などが還元されて融液中に供給され、反応
雰囲気の還元力すなわちArとH2の混合ガス中のH2
ガスの濃度のコントロールのみでn□層の適正なSi濃
度を選択することが可能である。
本発明者らは、n1層の形成にAr、]H2混合ガ混合
用い、この分圧比を変化させて還元力を調べた結果、第
2図に示すような結果を得た。これから判るように、H
2100%の場合には前述のように正味ドナー濃度(N
))I)は1×1017原子/d以上になるが、テラス
様の異常成長や513N4の生成量が多くなり、これに
起因する異常成長が起るので好ましくない。他方A r
+00%の場合には正味ドナー濃度は】016原子/d
台となるが、このように低濃度になると単に順方向電圧
降下を増大させるばかりでなく、しばしば、n□層形成
の初期にp型反転領域を形成しやすくなって好ましくな
い。
用い、この分圧比を変化させて還元力を調べた結果、第
2図に示すような結果を得た。これから判るように、H
2100%の場合には前述のように正味ドナー濃度(N
))I)は1×1017原子/d以上になるが、テラス
様の異常成長や513N4の生成量が多くなり、これに
起因する異常成長が起るので好ましくない。他方A r
+00%の場合には正味ドナー濃度は】016原子/d
台となるが、このように低濃度になると単に順方向電圧
降下を増大させるばかりでなく、しばしば、n□層形成
の初期にp型反転領域を形成しやすくなって好ましくな
い。
これらの結果から、本発明ではH2とArの分圧比を1
0〜90%好ましくは20〜80%とすることによって
、最適なn1層を得ることができた。
0〜90%好ましくは20〜80%とすることによって
、最適なn1層を得ることができた。
次に、n混合の正味ドナー濃度は1〜2X1.O”原子
/d程度が最適値であるが、このようなドナー濃度とす
るためには、n□層は2〜l0XIO”原子/dとする
必要がある。n□層のドナー濃度がこの値より低いと順
方向の電圧降下が大きくなり、発光素子としての特性上
好ましくなく、一方】017原子/d以上になると、1
混合の正味ドナー濃度の適正値(1〜2X10”原子/
d)を得ることが難しくなる。
/d程度が最適値であるが、このようなドナー濃度とす
るためには、n□層は2〜l0XIO”原子/dとする
必要がある。n□層のドナー濃度がこの値より低いと順
方向の電圧降下が大きくなり、発光素子としての特性上
好ましくなく、一方】017原子/d以上になると、1
混合の正味ドナー濃度の適正値(1〜2X10”原子/
d)を得ることが難しくなる。
本発明では前記の如(T(2、Arの分圧比を制御する
ことにより、上述の如きn1層の正味ドナー濃度範囲を
容易にコントロールできる。
ことにより、上述の如きn1層の正味ドナー濃度範囲を
容易にコントロールできる。
なお、本発明では前記n3層のドナー濃度を前記の値と
するために、基板のTeまたはSのドーパントレベルを
およそ1〜2X10”原子/dとし、基板の正味総ドナ
ー濃度を1〜3X1017原子/dとするのがよい。こ
こにおける他のドーパントは主として反応管より由来す
るSjであり、その濃度は約LX]0”原子/a+?で
ある。このようにn□層の正味ドナー濃度を低い値にコ
ントロールするのは、基板の熱劣化層を除去するためn
、層形成前に基板の一部を溶融(メルトバック)する工
程の際に、基板に含まれているn型不純物による反応溶
液の汚染を回避するためである。
するために、基板のTeまたはSのドーパントレベルを
およそ1〜2X10”原子/dとし、基板の正味総ドナ
ー濃度を1〜3X1017原子/dとするのがよい。こ
こにおける他のドーパントは主として反応管より由来す
るSjであり、その濃度は約LX]0”原子/a+?で
ある。このようにn□層の正味ドナー濃度を低い値にコ
ントロールするのは、基板の熱劣化層を除去するためn
、層形成前に基板の一部を溶融(メルトバック)する工
程の際に、基板に含まれているn型不純物による反応溶
液の汚染を回避するためである。
つぎに図面を参照し本発明の詳細な説明する。
第1図(a)に示すように、ボー1一本体1に四部2が
形成されていて、左右に摺動する溶液溜3が前記ボート
本体1」二に載置されて本発明を行う液相成長装置が構
成される。この装置は、反応時に石英反応管中に入れら
れる。緑色発光素子を成長させるときは、前記凹部2に
、n型GaP基板4を載置し、前記溶液溜3の中にGa
溶液5を入れる。この装置を反応管に入れ、雰囲気ガス
としてH2、Arの混合ガスを2α/!l1inの割合
で流し、加熱して所定温度たとえば970℃に達したら
、溶液溜3を凹部2上に摺動させ、基板4上に溶液6を
、たとえば厚さ2mnに均一に満たした後、第1図(b
)に示すように、溶液溜3をボート本体1上を摺動させ
て元の位置に戻す。次に反応管内を1000℃まで昇温
しで30分間保持し、基板の一部を溶融する。次いで、
960℃まで徐々に冷却すると、石英反応管とH2が反
応して遊離したSiが主たるドーパントとなり、平坦な
ドナー分布のn0層が基板上に成長する。この際工1□
とArの雰囲気ガスは、H2の分圧比が20%を保つよ
う維持する。n1層が成長したところで、窒素をドープ
するために5%のAr希釈NH,ガスを50cc/mj
nの割合で流し、60分間保持した後、再び徐々に冷却
すると、窒素をドープされたn混合が成長する。基板の
一部を溶融したときに導入されるドーパントはSまたは
Teであり、正味総ドナー濃度(N、2)は2X101
″′原子/dまで低下する。そしてこの中に共存するシ
リコン濃度も0.5〜1.5 X 10”原子/dにま
で低下する。900℃になったら再び降温を止め、60
分間保持し、Znの蒸気を送り、溶液を高濃度のp型に
して再び冷却を初め、混合を成長させる。
形成されていて、左右に摺動する溶液溜3が前記ボート
本体1」二に載置されて本発明を行う液相成長装置が構
成される。この装置は、反応時に石英反応管中に入れら
れる。緑色発光素子を成長させるときは、前記凹部2に
、n型GaP基板4を載置し、前記溶液溜3の中にGa
溶液5を入れる。この装置を反応管に入れ、雰囲気ガス
としてH2、Arの混合ガスを2α/!l1inの割合
で流し、加熱して所定温度たとえば970℃に達したら
、溶液溜3を凹部2上に摺動させ、基板4上に溶液6を
、たとえば厚さ2mnに均一に満たした後、第1図(b
)に示すように、溶液溜3をボート本体1上を摺動させ
て元の位置に戻す。次に反応管内を1000℃まで昇温
しで30分間保持し、基板の一部を溶融する。次いで、
960℃まで徐々に冷却すると、石英反応管とH2が反
応して遊離したSiが主たるドーパントとなり、平坦な
ドナー分布のn0層が基板上に成長する。この際工1□
とArの雰囲気ガスは、H2の分圧比が20%を保つよ
う維持する。n1層が成長したところで、窒素をドープ
するために5%のAr希釈NH,ガスを50cc/mj
nの割合で流し、60分間保持した後、再び徐々に冷却
すると、窒素をドープされたn混合が成長する。基板の
一部を溶融したときに導入されるドーパントはSまたは
Teであり、正味総ドナー濃度(N、2)は2X101
″′原子/dまで低下する。そしてこの中に共存するシ
リコン濃度も0.5〜1.5 X 10”原子/dにま
で低下する。900℃になったら再び降温を止め、60
分間保持し、Znの蒸気を送り、溶液を高濃度のp型に
して再び冷却を初め、混合を成長させる。
このときの主たるドーパントはZnである。600℃に
なったらArのみを流し、他は止めて室温まで冷却し結
晶を取り出す。
なったらArのみを流し、他は止めて室温まで冷却し結
晶を取り出す。
このようにしてnl、n混合およびp型GaPMを成長
させた結晶の一部を襞間して、襞間面をR・C液でエツ
チングし成長層の厚さを測定した。
させた結晶の一部を襞間して、襞間面をR・C液でエツ
チングし成長層の厚さを測定した。
n、層+n混合、p型GaP層ともに約207zm+t
Fあり、またこれを約100倍に角度研磨して、ショッ
トキ法により不純物濃度を測定した結果を第3図に示す
。第3図の縦軸は不純物濃度を、横軸は各層の厚みを示
す。参考のために)5100%、Ar10O%の好まし
くない実施例も併記した。第4図は、従来法による発光
素子の輝度を1としたときの、各実施例の相対輝度であ
る(n+層のドーパントはTe)。
Fあり、またこれを約100倍に角度研磨して、ショッ
トキ法により不純物濃度を測定した結果を第3図に示す
。第3図の縦軸は不純物濃度を、横軸は各層の厚みを示
す。参考のために)5100%、Ar10O%の好まし
くない実施例も併記した。第4図は、従来法による発光
素子の輝度を1としたときの、各実施例の相対輝度であ
る(n+層のドーパントはTe)。
(発明の効果)
本発明によれば、n型GaP層における異常成長が避け
られるため結晶欠陥の発生がなく、高輝度の発光素子を
効率良く得ることができる。
られるため結晶欠陥の発生がなく、高輝度の発光素子を
効率良く得ることができる。
第1図(a)は本発明を行う装置の昇温時の断面図を、
第1図(b)は降温時の断面図を、第2図はAr、H2
の組成を変化させたときの01層のドナー濃度の変化図
を、第3図は本発明によりつくった緑色発光素子の各層
の不純物濃度図を、第4図は本発明の発光素子と従来法
によるものとの輝度比較図を示す。 1・・・ボート本体、 2・・・凹部、 3・・・溶液溜、 4・・・基板、 5・・・溶液、 6・・・溶液。 特許出願人 信越半導体株式会社 =11− 第2図
第1図(b)は降温時の断面図を、第2図はAr、H2
の組成を変化させたときの01層のドナー濃度の変化図
を、第3図は本発明によりつくった緑色発光素子の各層
の不純物濃度図を、第4図は本発明の発光素子と従来法
によるものとの輝度比較図を示す。 1・・・ボート本体、 2・・・凹部、 3・・・溶液溜、 4・・・基板、 5・・・溶液、 6・・・溶液。 特許出願人 信越半導体株式会社 =11− 第2図
Claims (1)
- n型リン化ガリウム基板上に、ドーパント濃度を制御し
てn型およびp型リン化ガリウム層を順次液相成長させ
る緑色発光素子の製造方法において、n型リン化ガリウ
ム層を基板側からn_1層、n_2層の二層で構成する
と共に、n_1層の形成をAr、H_2混合ガスの雰囲
気下で、H_2ガスの分圧比を調整して該層の正味ドナ
ー濃度を2〜10×10^1^6原子/cm^3のレベ
ルに制御し、ついでn_2層の形成と窒素ドープを行う
ことを特徴とするリン化ガリウム緑色発光素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22582985A JPH0693522B2 (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | リン化ガリウム緑色発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22582985A JPH0693522B2 (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | リン化ガリウム緑色発光素子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6285480A true JPS6285480A (ja) | 1987-04-18 |
JPH0693522B2 JPH0693522B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=16835456
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22582985A Expired - Lifetime JPH0693522B2 (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | リン化ガリウム緑色発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0693522B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0537018A (ja) * | 1991-07-29 | 1993-02-12 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 化合物半導体単結晶 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59214276A (ja) * | 1983-05-20 | 1984-12-04 | Showa Denko Kk | リン化ガリウム緑色発光素子の製造方法 |
JPS59214277A (ja) * | 1983-05-20 | 1984-12-04 | Showa Denko Kk | リン化ガリウム純緑色発光素子 |
JPS6019675A (ja) * | 1983-07-12 | 1985-01-31 | 三菱電機株式会社 | 巻胴式エレベ−タの起動装置 |
-
1985
- 1985-10-09 JP JP22582985A patent/JPH0693522B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59214276A (ja) * | 1983-05-20 | 1984-12-04 | Showa Denko Kk | リン化ガリウム緑色発光素子の製造方法 |
JPS59214277A (ja) * | 1983-05-20 | 1984-12-04 | Showa Denko Kk | リン化ガリウム純緑色発光素子 |
JPS6019675A (ja) * | 1983-07-12 | 1985-01-31 | 三菱電機株式会社 | 巻胴式エレベ−タの起動装置 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0537018A (ja) * | 1991-07-29 | 1993-02-12 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 化合物半導体単結晶 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0693522B2 (ja) | 1994-11-16 |
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