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

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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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gas
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秋夫 中村
Norio Otaki
大滝 紀夫
Toshifumi Ito
敏文 伊藤
Yuki Tamura
田村 雄輝
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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】 (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。
(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。
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。
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)。
(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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
(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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP22582985A 1985-10-09 1985-10-09 リン化ガリウム緑色発光素子の製造方法 Expired - Lifetime JPH0693522B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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