JPH02106982A - 転倒型透明基板光電子装置とその製造 - Google Patents

転倒型透明基板光電子装置とその製造

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JPH02106982A
JPH02106982A JP1218410A JP21841089A JPH02106982A JP H02106982 A JPH02106982 A JP H02106982A JP 1218410 A JP1218410 A JP 1218410A JP 21841089 A JP21841089 A JP 21841089A JP H02106982 A JPH02106982 A JP H02106982A
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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、一般に、光電子装置に関するものであり、と
りわけ、転倒型透明基板を備えた光電子装置に関するも
のである。
［従来技術とその問題点］ 発光ガイオード（ＬＥＤ）は、デイスプレィ及びインジ
ケータに加え、ファイバーオプティックスの光源にもし
ばしば用いられる。あるタイプのＬＥＤでは、ｐ−ｎ接
合半導体が用いられる。ｐタイプ（型）の領域とｎタイ
プ（型）の領域に接触した１対の電極接点によって〜、
接合に対し電位差が加えられる。この結果、電子はｎタ
イプ領域からｎタイプ領域へ接合部を通って注入され、
ｎタイプ領域からｎタイプ領域へ接合部を通ってホール
が注入される。ｎタイプ領域では、注入された電子がホ
ールと再結合されて、発光し、ｎタイプ領域では、注入
されたホールが電子と再結合されて、発光する。発光の
波長は、電子とホールの再結合によって生じるエネルギ
ーに依存し；そのエネルギーは、ｐ−ｎ接合半導体の材
料における禁止帯の幅によって決まる。
発光効率を高めるためには、当該技術の熟練者には周知
のように、２つのタイプのキャリアの一方、すなわち、
電子またはホールだけを接合部を通して注入し、両方注
入しないようにするのが望ましい。改良されたＬＥＤの
場合、ｐ−ｎ単一へテロ接合半導体が、用いられている
。ヘテロ接合は、２つの異なるタイプの材料間における
インターフェイスである；従って、ヘテロ接合は、ｎタ
イプ半導体材料とｎタイプ半導体材料の間の接合に形成
される。単一へテロ接合素子の場合、ｎタイプ領域にお
けるエネルギー禁止帯の幅が、ｎタイプ領域におけるエ
ネルギー禁止帯の幅と異なるため、電子とホールの両方
ではなく、一方が、接合に注入される。こうして、注入
された電子またはホールは再結合されて、発光を生じさ
せる。例えば、ｎタイプの領域とｎタイプの領域の材料
は、ｎタイプの領域の禁止帯の幅がｎタイプの領域に比
べて広くなるように選択すると、これによって、ｎタイ
プ領域からｎタイプ領域に注入される電子が、逆方向に
注入されるホールに比べて、ポテンシャル障壁が低くな
る。従って、はとんど電子だけが接合を通して注入され
、放射性再結合の生じるｎタイプ層については、以後、
ｐ活性層と呼ぶことにする。
二重へテロ接合ＬＥＤとして知られる素子では、ｐ活性
層と基板の間における禁止帯の幅がより広いもう１つの
ｎタイプの領域を付加することによって、単一へテロ接
合ＬＥＤより効率が改善されている。従って、第２のへ
テロ接合は、ｐ活性層と付加ｎタイプ層の間に生じる。
禁止帯の幅が広い方の付加ｎタイプ層は、禁止帯の幅が
狭い方のｐ活性層に注入された電子を閉じ込める手助け
をする。これにより、再吸収を最少限にとどめ、発光効
率の増す、はるかに薄いｐ活性層が可能になる。また、
付加ｎタイプ層によって、ｐ活性層から出る光のために
もう１つの窓が形成される。
さまざまな禁止帯の幅を備えたｎタイプの層またはｎタ
イプの層は、ＩＩＩ−Ｖ化合物の合金からエピタキシャ
ル層として成長するのが普通である。例えば、アルミニ
ウムガリウカ砒素（ＡＩＧａＡｓ）　　半導体材料から
効率的な赤のしＥＤを製造することができる。半導体材
料のエネルギー禁止帯の幅は４ガリウム原子をアルミニ
ウム原子と置換することによって増大させることができ
る。結果得られる材料においてアルミニウムの置換が増
加すると、それだけ、禁止帯の幅も広くなる。アルミニ
ウムの濃度が変動しても、格子定数は影響されることが
なく、この特性によって、格子に整合するＡｌＧａＡｓ
の順次エピタキシアル層の成長が容易に行なえるように
なる。一般に、再吸収を最少限に抑えるため、全ての層
について禁止帯の幅が、活性層の禁止帯の幅よりもａ、
くなるように選択される。こうして、これらの層は、活
性層から放出される赤い光に対し透明になる。
同じ考えによって、エピタキシアル層が成長する基板の
禁止帯の幅がもっと広くなるようにするのが理想的であ
る。しかし、ウェーハの３ｐでＡｌＧａＡｓを得るのは
不可能であり、代わりに、格子に整合するＧａＡｓが、
基板として用いられるのが普通である。
ガリウム砒素（Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　）は、禁止帯の幅が１
．４３電子ポル）（ｅｖ）であり、光スペクトルの赤外
端に相当する。従って、可視光の吸収性が極めで高く、
これに対し不透明になる。Ｇ　ａ　Ａ　Ｓ、　Ｍ板に形
成されたＬＥＤ素子は、上部表面との臨界角反射によっ
て反射される光だけでなく、不透明な基板が見込む立体
角内に放出される光も、吸着されて、失なわれるという
固有の欠点がある。この量は総光出力の８０％を超える
。
透明基板のＬＥＤを設けることが回船で序〕す、その−
例が、１９８３年１２月１日付のＡｐＰｌｌｅｄ　Ｆ’
ｈｙｓｉ−ｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ第４３巻第１１号１０
３４〜１０３６頁にｌｓｈｉｇｕｒ。
他は、効率が８％のＡｌＧａＡｓによる赤のＬＥＤを報
告している。報告されたＬＥＤには、透明基板の利点が
あるが、製造は、はるかに困難で、費用もかかる。この
プロセスには、吸収性のＱＢＡｓ基板上にＡｌＧａＡｓ
の各種透明層を成長させることが必要になる。ＧａＡｓ
基板に隣接した第１の透明層は、代替基板として働き、
後続の層は、素子を構成する。その後、不透明なＧａＡ
ｓ基板を除去し、透明な代替基板上にだけ素子が残るよ
うにする。
透明基板のＬＥＤ素子には、通常、その電気特性及び光
学特性が素子の性能にとって決定的な透明基板と素子の
層が含まれている。素子を支持するため、透明な代用基
板は、十分な厚さに成長すると同時に、素子層のエピタ
キシアル成長にも十分に適した表面を維持しなければな
らない。これは、２つの理由から高くつき、時間を浪費
することになる。第１に、基板を透明にするため、アル
ミニウムの濃度が高いＡ］ＧａＡｓ組成を用いな、けれ
ばならない。こうした地盤（ｃｏｎｓｔ　１ｔｕｅｎｃ
ｙ）からの成長表面は、酸素を吸収しやすく、その場合
、その後の成長が劣化し阻害される。
第２に、最良の条件下にあっても、厚いＡｌＧａＡｓ層
の成長には、欠陥部分が混じる。これでは、理想の基板
とはほど遠いものしか得られない。粗雑な基板上に引続
きエピタキシャル成長する。かなり薄く、決定的な（ｃ
ｒｉｔｉｃａｌ）素子層は、故障率まで高くなることが
ないにせよ、必然的にサンプル毎の変動がかなり大きく
なる。
上述のように、透明基板の発光ダイオードを成長させる
ための既存のプロセスにおいては、最初に、厚い透明基
板層を成長させ、それに続いて、透明基板層の上に薄い
クリティカルな素子層を成長させる。上述のように、こ
の透明な基板層の上部表面では、クリティカルな素子層
の成長にとって理想的な表面などとうてい得られない。
［発明の目的］ 本発明の目的は、従来のプロセスを逆にすることにより
、光電子装置の素子層の品質を改良し、上記の欠点を解
消することにある。
［発明の概要］ 従って、本発明では最初に不透明なＧａＡｓ基板の上に
厚い透明基板層を成長させ、それに続けて素子層を成長
させる代わりに最初に素子層を成長させることになる。
素子の発光特性にとってクリティカルな層が、まず成長
し、透明な基板層の成長が後続するので、本発明の上述
のプロセスによって成長する素子には利点がある。即ち
、品質の良好な表面に重要な素子層が形成されることが
確実になる。後で成長する透明基板は、ハンドルとして
用いられるだけであり、その電気的および光学的特性は
、素子層のそれに比べて重要度が低い。従って、透明基
板が、素子層の上に成長するという事実によって素子の
性能はそれほど劣化せずにすむ。
本発明のプロセスは、発光電子を作る用途に限定される
ものではない。それは、一般に、電流を光に変換し、ま
たは、光を電流に変換する素子の成長に有効なものであ
る。電流を光に、または、光を電流に変換するのに役立
つ決定的な素子層について、以下では集合的にセクショ
ンと呼ぶことにする。本発明は、半導体材料に不純物導
入したセクションを支持する透明基板を含む光電子素子
形成を目的とするものである。該セクションは、電流を
光に、または、光を電流に変換する働きをする。従来の
透明な基板素子とは対照的に、透明基板層とセクション
の形成順序が逆になっている。
最初に、不透明な基板上に、セクションがエピタキシャ
ル形成され二次に、セクション自体に、透明基板か形成
される。その後、不透明な基板が除去され、透明基板上
に光電子素子が残ることになる。このためセクションは
良好な表面上に形成できることになり、従って、透明基
板の成長に関連した問題とは無関係に、−貫した良好な
結晶の質が確保される。
望ましい実施例の場合、不透明な基板はその上に素子層
を成長させうる■−Ｖ属または■−■属の半導体材料か
ら成る。不透明基板は、１０’／ｃ＋＋ｆ未満の低転位
密度であることが望ましい。
厚い透明基板層の成長には、１日程度の長い時間期間が
必要になる。本発明のプロセスでは、セクションが成長
してから、透明基板を成長させる必要があるので、従っ
て、セクションは、厚い透明基板層が形成される間、長
い時間期間にわたって高温にさらされることになる。ｐ
タイプ装置に最もよく用いられる不純物は亜鉛である。
セクションの半導体材に対する不純物導入に亜鉛を用い
る場合、長い時間期間にわたって高温にさらすと、不純
物の許容できない拡散が生じることになる。
従って、本発明の場合、半導体材料の不純物は、十分に
低い拡散率を有し、長時間高温にさらされても、セクシ
ョンにおける材料の電気的特性に悪影響のないように選
択される。不純物は、拡散率が亜鉛より低いものを選択
する。
本発明は、また、透明な基板の電気光学素子を作る方法
をも目的としたものである。該素子のセクションは、電
流を光に、または、光を電流に変換する働きをする。最
初に、不透明な基板上にセクションがエピタキシャル成
長し、透明な基板が該セクションに引続き成長する。次
に不透明基板が、除去される。
とりわけ、本発明は、順次十分な厚さのエピタキシャル
層を形成するステップを含む、光電子素子の製造を目的
としたものである。各層のエピタキシアル成長に合わせ
て指定された１つ以上の溶融物が、オーブン内で所定の
温度まで高められる。
基板は、１度に、溶融物の１つと接触することになり、
同時に、その溶融物は、冷却されて、基板上にエピタキ
シャル層を堆積するこるとかできるようになる。さらに
、オーブンの温度が回復して高温になる間に、基板と溶
融物が分離される。とかくするうちに、基板をオーブン
内に収容しておくか、あるいは、−時的に取り出してお
くか、別のオーブンに送って、後続の層の成長に備える
ことも可能である。いずれにしても、その後、次の層の
成長に割り当てられた次の溶融物に対し、ウェーハを接
触させることになる。成長した層に酸化し得る成分が含
まれている場合には、もとの成長に続いて、耐酸化性の
、付加的で、−時的な、保護エピタキシアル層が形成さ
れる。この保護層は、次の層の成長に備えて行なう後続
の冷却前に、温度を上昇させて、溶解し、もとの溶融物
に戻すことによって除去される。
［望ましい実施例の説明］ 第２図には、従来の透明基板による光電子素子が示され
ている。例えば、基板１００として、低転位密度のガリ
ウム砒素（ＧａＡｓ）基板が用いられる。代替透明基板
として役立つアルミニウムガリウム砒素（ＡＩＧａＡｓ
）の厚い層１１０が、最初に、もとの不透明基板１００
の上に形成される。光電子素子１２０の電気光学セクシ
ョンを構成するＡｌＧａＡｓの後続層が、ＡｌＧａＡｓ
透明基板１１０の上に順次形成される。次に、もとの不
透明ＧａＡｓ基板１００が除去されて、透明ＡｌＧａＡ
ｓ基板１１０の上に、光電子素子１２０が残されること
になる。
透明基板１１０は、厚さが、はぼ１００　ミクロンない
し２００　ミクロン程度である。こうした厚さの層が成
長すると、最良の成長条件下あっても、欠陥部分が混じ
る。従って、透明基板１１０の上部表面に光電子素子１
２０の成長に望ましい表面とはほぼ遠いものが形成され
るため、光電子素子１２０には、やはり、多くの欠陥が
含まれる。こうした欠陥が光電子素子１２０の性能を劣
化させることになる。
第１図には、本発明による転倒型透明基板による光電子
層の概略断面図が示されている。複数の半導体層からな
る素子セクション２２０が、最初に、液相エピタキシャ
ル（ＬＰＥ）成長のような技法によって、低転位密度の
基板２００の上に形成される。その後、代替透明基板と
して働く十分な厚さの半導体材料のもう１つの層２１０
が、ＬＰＥ成長のような技法によって、素子セクション
２２０の上に形成される。透明基板２１０がＬＰＥプロ
セスによって成長する場合、そのアルミニウムの含有量
は、成長方向に減少することになる。素子の極限性能は
、素子セクション２２０がどれほどうまく形成されるか
に決定的に依存しており、もとの低転位密度の基板２０
０が、そのエピタキシャル成長にとってほぼ理想的な基
礎を形成する。不透明基板２００は、通常、不透明であ
るが、後で、化学エツチングによって除去され、透明基
板２１０にうまく形成された素子セクション２２０が残
るようにできる。
望ましい実施例の場合、不透明基板２００は、その上に
素子層を成長させることが可能なＩＩＩ−Ｖ族またはＩ
Ｉ−Ｖｌ族の半導体材料で構成される。半導体基板は１
０’／ｃｊ未滴の低い転移密度が望ましい。
望ましい実施例の場合、ＬＰＥプロセスが用いられるが
、本発明は、気相エピタキ−（ＶＰＥ）金属、有機化学
蒸着（ＭＯＣＶＤ）、及び分子線エピタキシー法（Ｍ　
Ｂ　Ｅ　）といった他のプロセスにも等しく適用しつる
ものであり；こうした変更は、本発明の技術範囲内にあ
る。本発明による光電子素子では、良好な表面に決定的
な（Ｃｒｉｔｉｃａｌ）素子が形成され、その結果透明
基板の成長に関連した問題とは無関係に、−貫して良好
な結晶の質が確保されるという利点がある。
ただし、亜鉛のような通常のｐ型不純物の使用は、高温
におけるＡｌＧａＡｓ内の拡散率がかなりのものである
ため、本発明のプロセスには望ましくない。これは、普
通、成長して素子を形成する各種層が比較的薄い通常の
用途においてはたいした問題にはならない。層が薄いと
、形成に要する時間が短くなるので、素子を高温にさら
′１総量は制限される（約数時間程度）からである。一
方、テルルのような通常のｎ型不純物の場合は、拡散率
が低く、従って、不純物導入を施した材料からあまり移
動しないので、時間を延長して高温にさらしても、問題
を生じない。
本発明によれば、最初に素子層を成長させてから、引続
き厚い基板層を成長させるという順番をとるため、素子
のｐｎ接合が、長時間（２（１時間程度）高温にさらさ
れる。従来の亜鉛不純物を用いると、ｐ−ｎ接合が移動
し、素子が劣化したり、動作不能になったりする。その
代わり、本発明で“は、この条件下でほとんど拡散しな
いマグネシウムを望ましいｐ型不純物として利用する。
他に句能性のある候補としては、ベリリ、ウム、カーボ
ン、マンガン、シリコン、及び、ゲルマニウムがある。
一般に、マグネシウムは、酸化親和力が高いので、不純
物として用いるには、亜鉛はど望ましくはない。しかし
ながら、反応器内の湿気と酸素を慎重に除去することに
よって、この問題を軽減できる。
またＡｌＧａＡｓにおけるアルミニウムの濃度が比較的
高くなることは、実際上、ＬＰＥ反応炉内にほとんど酸
素が残らないことに匹敵する。不純物導入を施すべき層
の成長時に所望の不純物を含む溶融物を用いるだけで、
不純物導入を行なうことができる。
一般に、上述の方法は、最初に、光吸収性基板に決定的
な素子を形成しておいて、透明基板が作られる状況に適
用し得るものであることを理解すべきである。こうした
素子の例には、基板を通って、光が素子に達したり、あ
るいは、素子から放出される、フォトダイオードや太陽
電池が含まれる。また、上述のＡｌＧａＡｓ以外に、リ
ン化アルミニウム・インジウム・カリウム（Ａ１１ｎＧ
ａＰ）　　リン化インジウム・カリウム砒素（ＩｎＧａ
ＡｓＰ＞、リン化アルミニウム・インジウム・ガ、リウ
ム砒素（Ａ　Ｉ　Ｉ　ｎＧａＡｓ　Ｐ）　　　リン化７
゛ルミニウム・インジウム（ＡＩＩｎＰ）、及び、リン
化インジウム・ガリウム（ＩｎＧａＰ）といった、その
他の■−■族合金合金材料ＧａＡｓに対し格子が整合す
る透明合金を形成することができる。従って、この方法
は、ＧａＡｓ基板上のＡｔＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰ
、ＡＩ　ＩｎＧａＡｓＰ、ＡＩＩｎＰ、及び、ＩｎＧａ
Ｐをベースにした透明基板素子の形成にも等しく適用し
得るものである。
透明基板素子でもう１つ考慮することは、素子セクショ
ンだけでなく、透明基板の厚い層も成長させる必要があ
るという点である。一般にＡ　Ｉ　ＧａＡｓの各種層を
成長させる一般的な方法は、冷却液相エピタキシャル成
長プロセスである。
第３Ａ図と第３Ｂ図には、従来の単一温度ザイクルのＬ
ＰＥ成長プロセスについての概略が示されている。もと
の基板は、種結晶の働きをする。
それは、ＬＰＥ反応器内の各種ビン３１０．３２０　。
３３０、及び３４０に入っている溶融物の下に順次押し
つけられるスライダー３００のくぼみに収容されている
。従って、必要とされる組成のＡｌＧａＡｓの最初の層
を成長させるためには、第１の温度３１２で飽和する濃
度を備えた該組成の溶融物を最初のビン３１０に入れる
。第２の層を成長させるためには、第２の温度３２２で
飽和する対応する組成の溶融物をビン３２０に入れる。
同様に、第３、第４及び、その他の層についても、対応
する３３０．３４０、及び、その他のビンに、３３２．
３４２　、及び、後続のその他の温度で飽和する溶液が
収容される。まず、基板を位置３０５につけて、ＬＰＥ
反応炉を最高温度である、第１の温度３１２まで上昇さ
せる。
次に、基板を第１のビン３１０に押しつけ、制御下の速
度で冷却させる。温度が低下すると、基板上でのエピタ
キシャル成長についれて、飽和した溶融物が減少してい
く。所定の厚さの層に成長すると、温度低下は、温度３
２２に達することになり、基板は、次のビンに押しつけ
られて、次のエピタキシャル層を成長させることになる
。全ての層の成長がすむまで、このプロセスは、各種ビ
ンに対し継続して実施される。従って、反応器の温度が
連続的に冷却される際、所定の温度において、方向３５
０に沿って、１つの溶融物の下から次の溶融物の下へ、
順次種結晶を押しつけていくことによって、順次層を形
成することができる。
従来の単一温度サイクル・プロセスの限界は、素子全体
の合計の厚さが、既存の制約のある冷却範囲によって制
限されるということである。例えば、ＡｌＧａＡｓ溶融
物の持持性は、９００℃の高温から、溶融物がもはやた
いした量の砒素を保持てきなくなる６００℃の低温まで
に、有効冷却範囲を制限することになる。この冷却範囲
は、普通、既存の基板上におけるほとんどの素子構造に
とって十分である。しかしながら、１つ以上の層を極め
て厚くしなければならない場合（例えば、透明基板の成
長の場合のように、１００　ミクロンを超える）、これ
らの層のそれぞれについて、かなりの冷却間隔が必要に
なるため、単一の連続した冷却範囲では、構造全体の成
長が不充分である。
本発明では、反復温度サイクル・プロセスを用いること
によって、厚さの限界が克服される。このプロセスでは
、全ての成長層が単一の冷却範囲を分割するのではなく
、それぞれ別個の層、または、一連の層が、全冷却範囲
を利用できることになり、従って、対応する厚さを得る
能力が得られる。ある層、または、一連の層の成長がす
むと、反応器の温度が上昇して、次の層または次の一連
の層の冷却成長に対する起点として初期温度に戻る。加
熱の間隔に、成長した層を溶融物から取りはずすように
しなければならない。さもなければ、温度上昇時に、核
層が溶解して溶融物に戻り溶解する。本発明の一実施例
では、その上に成長した層を有する基板が、ＬＰＥ反応
器内の空のビンに収容される。本発明のもう一つの実施
例では、つ工−ハが反応器から完全に取り出される。
しかしながら、水蒸気及び酸素を最小限に抑えた反応器
内であっても、次の層の成長に先立つ反応器の加熱時に
は、新たに成長したＡｌＧａＡｓ層にある程度の酸化が
生じる。表面酸化物が形成されると、次の層の核生成が
極めて困難になる。
この問題を克服するため、できれば、ＧａＡｓから成る
、厚さ約０．５〜５ミクロンの薄い保護キャンプ層を新
たに形成された層の上に堆積させて、酸化を防止する。
第４Ａ図を参照すると、本発明によるマルチビン・スラ
イダーボード構成が示されている。もとの基板は、種結
晶の働きをする。それは、ＬＰＥ反応器内の各種ビン４
１０．４１４．４２０　、及び４２４に入っている溶融
物の下に順次押しつけられるスライダー４００のくぼみ
に収容されている。望ましい実施例におけるビン構成は
、単一温度サイクル・プロセスの場合とは異なっている
。単一温度サイクル・プロセスの場合、引き続く層に対
する溶融物は、隣接したビンに収容されるが、本発明の
望ましい実施例の場合には、各層の成長に対して３つの
ビンが振り向けられる。第１のビンには、エピタキシャ
ル層を成長させるための溶融物が入っている。第２のビ
ンには、ＧａＡｓの薄いキャップ層を成長させるための
溶融物が入っている。第３のビンは、保持セルとして空
のままになっている。従って、必要な組成のＡｌＧａＡ
ｓからなる第１の層を成長させるためには、第１の温度
で飽和する濃度を備えた該組成の溶融物が、第１のビン
４１０に収容される。ここで、さらに、冷却サイクルを
示した第４Ｂ図を参照する。温度対時間曲線をたどると
、温度を、ポイン）　４１１からポイント４１５まで冷
却することにより、必要な厚さの第１の層を成長させる
ことが可能になる。ポイント４１５において、基板４０
０は、方向４５０に沿って、ＧａＡｓの入ったビン４１
４に押しつけられる。温度が、さらにポイント４１７ま
で冷却される際、第１の層の上に、０．５〜５ミクロン
程度の薄いＧａＡｓのキャップ層が形成される。次に、
基板４００は、方向４５０へ押されて、保持セルの働き
をする空のビン４１８に送られる。とかくするうちに、
反応器は、加熱されて、第１の温度（ポイント４１７か
らポイント４１９へ）戻る。次に、基板は、第２の層を
成長させるための溶融物が人、ている次のビン４２０に
押しやられる。ただし、第２の層について冷却サイクル
を繰り返す前に、ＧａＡｓの保護キャップを溶解して、
溶融物に戻すのに十分な、もとの第１の温度を少し超え
る温度４２１まで、反応器の温度を上昇させる。これに
よって、清浄な表面に、第２の成長を実施することが可
能になる。
所望の数の層について、成長サイクルを反復することが
可能である。
中間保護キャップの技法を利用した、本発明のもう１つ
の実施例の場合、一連の薄い層を成長させる単一温度サ
イクル技法（第３Ａ図、第３Ｂ図）と、１つ以上の厚い
層を成長させる反復温度サイクル技法（第４Ａ図、第４
Ｂ図）を組み合わせることによって、エピタキシャル成
長が実施される。
例えば、連続して冷却を行なうことによって、連の薄い
層を成長させた後、保護キャップをつけ、前記のように
処理することができる。その後、第４Ａ図、第４Ｂ図の
反復温度サイクル技法を用いて、さらに、厚い層を成長
させる。
エピタキシャル材料の、湿気または酸素に対する親和力
が強くなければ、保護キャップをつけるステップを省略
することができる。
本発明のもう１つの実施例では、層と、薄いＧａＡｓキ
ャップ層を成長させてから、ウェーハが反応器から除去
される。ウェーハは、次の層の成長に対する準備の整っ
たもう１つの反応器に送られる。代替案として、もとの
反応器が再構成され、次の層の成長に対する準備が整う
まで、外部に保管される。
望ましい実施例の場合、基板が線形マルチビン構成を順
次ス、ライドしていく反応器について説明を行なった。
本発明は、各種ビンが基板上を順次スライドしていく回
転マルチビン構成による反応器にも等しく適用可能であ
る。こうした反応器の例については、Ｊｏｕｒｎａｌ　
ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ　２？（１９７４
年）７０〜８５ページに記載がある。
例 第５図と第１図と組み合わせると、本発明の実施による
二重へテロ接合の赤いＬＥＤとしての光電子に関する１
例が明らかになる。まず第１図を参照すると、ｎタイプ
で、転位密度が低く、できれば厚さが１５０ミクロンを
超える単結晶ガリウム砒素（Ｇ　ａ　Ａ　ｓ）　２００
が、基板の働きをしている。
ＧａＡｓ基板２００は、後で除去され、電気的機能は果
たさないので、ｐ型かｎ型かを問わない。
ＬＥＤ素子の詳細については、第５図に示されている。
各種層は、上述の転倒方法によってエピタキシャル成長
する。ＧａＡｓ基板２００上に、できれは厚さが１０〜
３０ミクロンの範囲の第１のｐタイプＡｌＧａＡｓ層２
２２が形成される。第１の層２２２の組成は、ＡｌＧａ
ＡｓボｔＡｓであり、ここで、Ｘは、０．４０〜０．９
０の範囲内が望ましい。低濃度Ａ１組成は、冷却エピタ
キシャル成長法によってより厚い層を成長させるのに最
適である。層が厚くなると、構造的信頼性の向上が確保
され、表面接点と活性層の間の電流拡散が増加する。
第１のｐタイ１層２２２の上に、できれば厚さが２〜２
０ミクロンの範囲の第２のｐタイプＡｌＧａＡｓ層２２
４が形成される。第２の層２２４の組成は、ＡＩ＋ｔｅ
ａ、−Ａｓであり、ここで、Ｘは、０．６０〜０．９０
の範囲内が望ましい。この結果、十分な閉じ込めが確保
され、光出力性能に対し最適化される。
第２のＡｌＧａＡｓ層２２４の上に、第３のＡｌＧａＡ
ｓによる薄いｐ活性層が形成される。これは、光の発生
する層である。ｐ活性層２２６は、０．０５〜５ミクロ
ンの範囲の厚さが望ましく、組成は、Ａ　Ｉ　ＸＧ　ａ
　Ｉ−ｘＡ　ｓから成るが、Ｘは、０．３５〜０．４５
の範囲が望ましい。従って、第１のへテロ接合２２５は
、第３のｐ活性層２２６と第２のＰタイプＡ　Ｉ　Ｇａ
Ａｓ層２２４によって形成される。
ｎタイプのアルミニウムガリウム砒素（ＡＩＧａＡｓ）
からなる第４の層２２８が、第３のｐ活性層２２６に形
成される。第４の層２２８は、５〜２０ミクロンの範囲
の厚さが望ましく、組成はＡ１．ＧａＡｓから成るが、
Ｘは、０．６〜０．９の範囲が望ましい。その結果、第
２のへテロ接合２２７が、第４のｎタイプのＡｌＧａＡ
ｓ層２２８と第３のｐ活性層２２６によって形成される
。
第４のｎタイプのＡｌＧａＡｓ層２２８の上には、ｎタ
イプのＡｌＧａＡｓからなる第５の層２１０が形成され
る。その後、吸収ＧａＡｓ基板２００が除、去されると
、この層は、代替透明基板としての働きをする。第５の
層２１０は、７５〜２００　ミクロンの範囲の厚さが望
ましく、組成は、Ａ　ｌ　ｘ　Ｇ　ａ　１−ＸＡｓでＸ
は、０．５〜０．９の範囲が望ましい。考慮すべきこと
は、厚い透明層の成長である。透明な基板を形成するの
に必要なＡＩの含有量が最低の、ＡｌＧａＡｓからなる
組成を利用して、厚い層の成長を促進刷る。
最初の４層が素子セクションを構成し、合計の厚さは、
２０〜７０ミクロンの範囲になる。これらは、単一温度
サイクルで成長させることができるので、好都合である
。
第６Ａ図には、素子を成長させるためのマルチビン・ス
ライダーボード構成が示されている。例えば、ＬＰＥ反
応器の最初の４つのビン６１０．６２０．６３０、及び
、６４０には、それぞれ４つの層を成長させるための溶
融物が含まれている。第５のビン６４４には、ＧａＡｓ
キャップ層を成長させるための溶融物が含まれている；
第６の空のビン６４８は、保管領域としての働きをする
。第６Ｂ図の冷却図も参照すると、ＬＰＥ反応器は、ポ
イント６１１と６４７で決まる温度範囲内で連続的に冷
却することができる。この範囲では、８５０℃の高温に
もなる。
温度の低下につれて、基板２００が押されて順次最初の
４つのビンを通過していき、素子層を成長させる。温度
がポイント６４５まで低下すると、素子層を構成する最
初の４つの層の成長が完了する。
次に、温度が、さらに、ポイント６４７まで低下する際
、基板を第５のビンに押しやり、キャップ層を成長させ
る。
本発明の実施例の１つでは、最後の第５の代替基板層の
成長に先立って、反応器が最初の高温にまで加熱される
間、ウェーハは、第６の空のビン６４８に保管される。
反応器が、ポイント６４９で表示の所定の温度に達する
と、基板は、第６の空のビン６４８から、代替基板層を
成長させるための溶融物を含んだ第７のビン６５０に押
しやられる。反応器の温度は、さらに、保護ＧａＡｓキ
ャップ層を溶解するのに十分なポイント６５１まで上昇
し、その後、冷却して、比較的厚い透明基板層を成長さ
せることが可能になる。
本発明のもう１つの実施例では、最後の第５の代替基板
層の成長に先立って、キャップを施した層と共に、ウェ
ーハをＬＰＥ反応器から取り出して、代替基板層を成長
させるように構成されたもう１つのＬＰＥ反応器に送ら
れる。基板は、高温の適合する溶融物を入れたビンに押
し込まれ、溶融物を冷却と共に、透明基板の厚い層が成
長する。
もう１度第５図を参照すると、３つのＰ型層２２２．２
２４、及び、２２６は、できれば、立方センナメートル
当り１０１６〜１０”個の範囲内で、同様の不純物原子
濃度を有している。マグネシウムは、ｎ型不純物として
利用するのが望ましい。
すずまたはテルルは、ｎ型不純物として用いるのが望ま
しい。第４のｎ型層２２８は、できれば、立方センナメ
ートル当り１０１６の中程〜１０１７の中程の不純物原
子濃度を備えて、ｐ　％　７’ｌヘテロ接合２２７にお
ける光出力の効率に対し最適化されるようにする。第５
のｎ型基板層２１０は、立方センナメートル当り１０１
１〜１０Ｉ０の不純物原子濃度を有するのが望ましい。
結局、もとのＧａＡｓ基板２２２上には、第５の基板層
２１０を含む全ての素子層が形成され、化学エツチング
によって、吸光基板２２２が除去されると、透明基板２
１０上にＬＥＤ素子が残されることになる。化学エツチ
ングは、過酸化水素と水酸化す）　ＩＪウムの組合せ、
または、過酸化水素と水酸化アンモニウムの組合せとい
った溶液を用いて行なわれる。
次に、蒸着のような従来の技法によって、第１のＰ型層
２２２の開放表面上に、１つ以上のオーム性接点２４１
が形成される。望ましい実施例の場合、接点２４１は、
アルミニウムまたは金・亜鉛または金・ベソリウム合金
によって作られる。
また、蒸着のような従来の方法によって、ｎ型のＡｌＧ
ａＡｓ基板２１０の残留表面にも、１つ以上のオーム接
点２５１が形成される。このオーム接点２５１は、金・
ゲルマニウムまたは金・スズの合金から作るのが望まし
い。
本発明の転倒型基板構造の利点は、それによって、高効
率透明基板ＬＥＤが高信頼、高収量で製造できる点にあ
る。
本発明のもう１つの実施例は、転倒型透明基板が成長す
る素子２２０に、単一へテロ接合を用いるものである。
さらに、第５図に示す例の場合、層２２２及び２２４は
ｎ型とし、層２２８及び２１０は、その代わりにｐ型と
する構造の成長が可能になるということが分る。従って
、ｎ側を上にした構成対ｐ側を上にした構成というのは
、選択の問題であり、両方とも、本発明の範囲内にある
。
本発明は、可視領域の赤のＬＥＤを製造する用途によっ
て説明されている。しかし、Ａ　ＩＸＧ　ａｔ−ｘＡｓ
活性層の組成において、Ｘがゼロを超えるが０．３５未
満の場合には、前記発明は、さらに波長がもっと長い深
い赤や赤外波長のＬＥＤに対してさえも、等しく適用さ
れる。これらの素子の場合、材料の対応する禁止帯の幅
は、もっと狭くなる。
従って、ｎ型及びｐ型をなす層及び透明基板層の組成は
、上述の赤のＬＥＤに比べると、アルミニウムの濃度が
低くなる。しかしながら、それらのアルミニウム濃度は
、活性層よりは高くして、活性層から放出される放射線
を吸収しないようにする必要がある。さらにこれら波長
の長いＬＥＤの場合、活性層をｎ型とｐ型のいずれにす
ることも可能である。
［発明の効果コ 以上詳述してように、反復温度サイクル・プロセスを用
いて製造される転倒型透明基板ＬＥＤは、数々の効果を
もたらす。
１）不透明低欠陥密度基板上に素子セクションが成長す
るので、素子セクションの欠陥が少く、光電子特性が優
れる。
２）転倒型透明基板を有しているが、十分な厚さを持つ
ので構造的に安定で、ＬＥＤの外部への透光特性も良好
で明るいＬＥＤが得られる。
３）化学エツチング処理であり、素子への物理グラムン
ディングの影響による困難さと劣化要因がない。
４）出発不透明基板は除去されるので、その型を問わな
い。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例による転倒型基板による光電
子の概略断面図である。 第２図は従来技術の透明基板を用いた光電子素子の概略
断面図である。 第３Ａ図と第３Ｂ図は従来技術による単一温度サイクル
の多層形成ＬＰＥ成長に用いる多重スライダーボード反
応器とその冷却状況を示す図である。 第４Ａ図と第４Ｂ図は、本発明の一実施例の反復温度サ
イクルＬＰＥ多層形成に用いる。マルチビン・スライダ
ーボードの構造と温度サイクルを示す図である。 第５図は本発明の一実施例を用いて製造されるＬＥＤの
概略断面図である。 第６Ａ図と第６Ｂ図は、本発明の他の実施例の単一、反
復複合温度サイクルを用いるマルチビン・スライダーボ
ードの構造と温度サイクルを示す図である。 １００． １１０． １２０： ２２０： ２２２． ２２６： ２２８： ２２５、 ３００． ２００：不透明基板（除去される） ２１０：透明基板 光電子素子 事（光電子）素子セクション ２２４：ｐ型層 ｐ型活性層 ｎ型層 ２２７：へテロ接合 ２５１：オーム性接合接点 ４００：ウェーハ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、下記の（イ）及至（ロ）より成る光電子装置。 （イ）電流と光の相互の変換をおこなうセクション。 該セクションは亜鉛より小さな拡散率を 有する不純物を導入した半導体材料を有す る。 （ロ）前記セクションに隣接した基板。 該基板は、前記セクションで変換される 光と発生される光に対して実質的に透明で あり、前記セクションと該基板とは、前記 変換あるいは前記発生される光に対して実 質的に不透明な不透明基板からエピタキシ ャル成長する。 前記セクションは前記基板の前に成長し、 前記不透明基板は実質的に除かれる。 ２、下記の（イ）及至（ハ）より成る光電子装置の製造
    方法。 （イ）第１の基板上に光から電流へまたは電流から光へ
    の相互の変換をおこなうセクショ ンをエピタキシャル成長させること。 該第１の基板は、前記セクションで変換 あるいは発生される光に対して実質的に不 透明である。 （ロ）前記セクション上に第２の基板をエピタキシャル
    成長させること。 該第２の基板は、前記セクションで変換 あるいは発生される光に対して実質的に透 明である。 （ハ）前記第１の基板を除去すること。 ３、下記の（イ）及至（へ）より成る加熱手段と少くと
    も１つの溶融物とを用いて、半導 体層構造を成長させる方法。 （イ）前記加熱手段で所定温度まで材料を加熱し、該材
    料から少くとも第１の溶融物を形 成すること。 （ロ）前記加熱手段内で基板を前記第１の溶融物に接触
    せしめること。 （ハ）前記第１の溶融物を冷却し前記基板上に第１の層
    をエピタキシャル成長させること。 （ニ）前記基板と前記第１の層を前記加熱手段から取り
    出すことなく前記第１の溶融物か ら引き離すこと。 （ホ）前記加熱手段を昇温し、前記第１のあるいは別の
    溶融物を所定の組成にすること。 （へ）前記基板とその上の成長層をさらにもう一つの層
    を成長させるため、前記第１のあ るいは他の溶融物と接触させること。 ４、下記の（イ）及至（チ）より成る半導体構造を製造
    する方法。 （イ）材料を所定温度に加熱し、少くとも２つの溶融物
    を形成すること。 （ロ）前記加熱する加熱手段内に基板を招来して第１の
    溶融物に接触させること。 （ハ）前記溶融物を冷却し前記基板上に第１の層をエピ
    タキシャル成長させること。該第 １の層は可酸化成分を含有する。 （ニ）前記基板と前記第１の層を前記溶融物の１つから
    引き離すこと。 （ホ）前記第１の層を第２の溶融物に接触させること。 （へ）前記第２の溶融物を冷却して、前記第１の層が前
    記第１の溶融物から引き離された とき酸化されるのを防止するための酸化不 可能な第２の層を成長させること。 （ト）前記基板とその上の成長層を第３の溶融物に接触
    させること。該第３の溶融物は前 記第２の層が戻り溶解する温度とされ、該 第３の溶融物は所定の組成を有する。 （チ）第３の層を成長させるため前記第３の溶融物を冷
    却すること。 ５、次の（イ）及至（ト）から成るマルチビン配列によ
    る半導体整数ｎ層構造の製造方法。 該マルチビンの各ビンは、ｎエピタキシャ ル層の成長に用いるｎ個の溶融物を保持するに適したも
    のであり、前記各エピタキシャル層は、ラインに沿って
    基板を乗せたボードをつぎつぎと押し出して前記ｎ個の
    溶融物を各々に該基板をつぎつぎと接触させて成長させ
    られる。 （イ）前記ビンの前記溶融物を生じるため前記ｎ個の前
    記ビンを所定の材料で満すこと。 少くとも前記ラインに沿って、二つの前記 満されたビン間の少くとも１つの空ビンが 存在する。 （ロ）前記マルチビン配列と加熱して前記材料を溶融す
    ること。 （ハ）前記ボードを押出し各ビン位置で停止させて、前
    記ボードと前記基板をつぎつぎと 前記溶融物に接触させること。 （ニ）前記基板が前記ビンの前記各溶融物に接触した状
    態で、前記基板上あるいはそれ以 前に該基板上に成長した層上にエピタキシ ャル層を成長させるため、前記溶融物を冷 却すること。 （ホ）前記基板を前記空ビン位置として昇温し、前記溶
    融物を所定温度とすること。 （ハ）前記基板を押出して前記ビンの前記溶解物に接触
    させること。 （ト）前記溶解物を冷却して、以前に成長した前記基板
    上の層にさらに層を成長させるこ と。
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