JPH0218319B2 - - Google Patents
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- JPH0218319B2 JPH0218319B2 JP57141896A JP14189682A JPH0218319B2 JP H0218319 B2 JPH0218319 B2 JP H0218319B2 JP 57141896 A JP57141896 A JP 57141896A JP 14189682 A JP14189682 A JP 14189682A JP H0218319 B2 JPH0218319 B2 JP H0218319B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- type
- substrate
- melt
- type layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
- C30B19/06—Reaction chambers; Boats for supporting the melt; Substrate holders
- C30B19/063—Sliding boat system
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は液相エピタキシヤル成長方法に関する
もので、n型基板上にn型層すなわちn型エピタ
キシヤル成長層を形成する際に、特性上問題とな
る各種の不純物を原料溶液の偏析作用を効果的に
利用することによつて低減することを目的とす
る。
もので、n型基板上にn型層すなわちn型エピタ
キシヤル成長層を形成する際に、特性上問題とな
る各種の不純物を原料溶液の偏析作用を効果的に
利用することによつて低減することを目的とす
る。
その効果として、第1にn型層内のp型反転層
の発生を防止できること、第2にn型層の品質を
下げる重金属の汚染を低減できることがあげられ
る。
の発生を防止できること、第2にn型層の品質を
下げる重金属の汚染を低減できることがあげられ
る。
本発明は液相エピタキシヤル成長方法全般に広
く応用できるものであるが、ここではGaP緑色発
光素子の製造に適用した例に基づいて説明する。
GaP緑色発光素子の素材となるエピタキシヤルウ
エーハにおいて、発光効率を向上させるために
は、発光領域(p−n接合近傍)にある転位等の
結晶欠陥を減らすことと並んで、発光領域の非発
光不純物を減らすことが重要である。
く応用できるものであるが、ここではGaP緑色発
光素子の製造に適用した例に基づいて説明する。
GaP緑色発光素子の素材となるエピタキシヤルウ
エーハにおいて、発光効率を向上させるために
は、発光領域(p−n接合近傍)にある転位等の
結晶欠陥を減らすことと並んで、発光領域の非発
光不純物を減らすことが重要である。
さらに、最近の研究報告1981年秋季応用物理学
会発表[9a−D−1]では、n型層内のn型不
純物それ自体の濃度も低く抑えることが、少数キ
ヤリヤ(ホール)のライフタイムの向上につなが
り、その結果として高効率が得られるとしてい
る。
会発表[9a−D−1]では、n型層内のn型不
純物それ自体の濃度も低く抑えることが、少数キ
ヤリヤ(ホール)のライフタイムの向上につなが
り、その結果として高効率が得られるとしてい
る。
具体的に、この考えを応用した例として、同じ
く1981年秋季応用物理学会発表[9a−D−4]
で、n型層成長中に反応系を減圧して、n型不純
物を除去する方法が紹介されている。しかしこの
方法では、装置が複雑になり、しかも蒸気圧の低
い重金属は除去しにくい困難があると推察され
る。
く1981年秋季応用物理学会発表[9a−D−4]
で、n型層成長中に反応系を減圧して、n型不純
物を除去する方法が紹介されている。しかしこの
方法では、装置が複雑になり、しかも蒸気圧の低
い重金属は除去しにくい困難があると推察され
る。
本発明では、これらの重金属が、n型不純物に
よく使われるTeと同様に固液界面での固相への
偏析係数が小さいという特徴を利用して、この問
題を解決したのであつて、本発明は液相エピタキ
シヤル成長において、n型基板上にn型層を形成
する際に、n型不純物を添加した原料溶液を用い
て始めのn型層を形成した後、n型不純物を故意
に添加しない溶液に交換して、このn型層の一部
を溶融後、再成長させて再びn型層を形成させる
ことを特徴とする液相エピタキシヤル成長方法で
ある。
よく使われるTeと同様に固液界面での固相への
偏析係数が小さいという特徴を利用して、この問
題を解決したのであつて、本発明は液相エピタキ
シヤル成長において、n型基板上にn型層を形成
する際に、n型不純物を添加した原料溶液を用い
て始めのn型層を形成した後、n型不純物を故意
に添加しない溶液に交換して、このn型層の一部
を溶融後、再成長させて再びn型層を形成させる
ことを特徴とする液相エピタキシヤル成長方法で
ある。
すなわち本発明の方法は、GaP緑色発光素子を
得るにあたり、始めに形成したn型層(n0層)を
一部溶融後再びエピタキシヤル成長させ、順次n
型層(n1層)、窒素を含むn型層(n2層)、P型層
を形成させるものであるが、その際特にn0層を
5μm以上残すことによつて、以後のエピタキシヤ
ル層における、n型基板に含まれる重金属等の不
純物による汚染ならびに結晶欠陥の発生が低減さ
れる。さらにn型基板上にn型層を形成する際
に、特性上問題となる各種の不純物を、原料溶液
の偏析係数を効果的に利用して減少させることが
できる。この結果ウエーハ全面に高発光量で発光
量分布の均一な発光素子が形成される。
得るにあたり、始めに形成したn型層(n0層)を
一部溶融後再びエピタキシヤル成長させ、順次n
型層(n1層)、窒素を含むn型層(n2層)、P型層
を形成させるものであるが、その際特にn0層を
5μm以上残すことによつて、以後のエピタキシヤ
ル層における、n型基板に含まれる重金属等の不
純物による汚染ならびに結晶欠陥の発生が低減さ
れる。さらにn型基板上にn型層を形成する際
に、特性上問題となる各種の不純物を、原料溶液
の偏析係数を効果的に利用して減少させることが
できる。この結果ウエーハ全面に高発光量で発光
量分布の均一な発光素子が形成される。
このように本発明は、同一層を形成するのに2
種類の原料溶液を用いるという画期的な考えによ
り偏析作用を最大限に利用することに成功したも
のであり、しかも簡単な装置で工業的に実施でき
るという利点を有する。
種類の原料溶液を用いるという画期的な考えによ
り偏析作用を最大限に利用することに成功したも
のであり、しかも簡単な装置で工業的に実施でき
るという利点を有する。
次に本発明の好適な実施例を、従来の方法と比
較しながら図を用いて説明する。
較しながら図を用いて説明する。
第1図は従来のスライド式液相エピタキシヤル
成長装置を示すもので、溶媒金属、多結晶溶質材
料、n型不純物からなる原料溶液1の収容部2と
一体となつているスライド板11、原料を小分け
する孔3を有するスライド板12、および単結晶
基板4を装填する凹部5を設けたスライド板13
からなつている。この装置で形成されるn型層内
(特にp−n接合近傍)のn型不純物濃度を低減
するために、原料溶液中のn型不純物を安易に減
らすと、基板4の表面および反応系よりp型の汚
染を受けるため、n型層内にp型の反転層を生じ
やすい。
成長装置を示すもので、溶媒金属、多結晶溶質材
料、n型不純物からなる原料溶液1の収容部2と
一体となつているスライド板11、原料を小分け
する孔3を有するスライド板12、および単結晶
基板4を装填する凹部5を設けたスライド板13
からなつている。この装置で形成されるn型層内
(特にp−n接合近傍)のn型不純物濃度を低減
するために、原料溶液中のn型不純物を安易に減
らすと、基板4の表面および反応系よりp型の汚
染を受けるため、n型層内にp型の反転層を生じ
やすい。
これは不純物の偏析作用により、成長後半(p
−n接合近傍)のn型不純物濃度に比較して成長
初期の濃度が1/10程度になることに起因してい
る。この問題は多くの報告例で言われている。さ
らに、通常成長層の結晶性改善のため基板の表面
を成長前に溶かしこむ(いわゆるメルトバツク)
方法がとられているが、この際基板から溶け出し
た不純物が原料溶液を汚染するため、低濃度のn
型層が得られない不利があつた。すなわち、単一
のメルトで成長した場合、偏析作用が成長初期で
n型不純物濃度を低下させるため、p型反転層を
生じ、逆に重要な成長後半で、一挙に成長層に各
種の不純物を取り込むという、悪い効果しかもた
らさないものである。
−n接合近傍)のn型不純物濃度に比較して成長
初期の濃度が1/10程度になることに起因してい
る。この問題は多くの報告例で言われている。さ
らに、通常成長層の結晶性改善のため基板の表面
を成長前に溶かしこむ(いわゆるメルトバツク)
方法がとられているが、この際基板から溶け出し
た不純物が原料溶液を汚染するため、低濃度のn
型層が得られない不利があつた。すなわち、単一
のメルトで成長した場合、偏析作用が成長初期で
n型不純物濃度を低下させるため、p型反転層を
生じ、逆に重要な成長後半で、一挙に成長層に各
種の不純物を取り込むという、悪い効果しかもた
らさないものである。
本発明の方法によれば、n型不純物を添加した
原料溶液(以下第1メルト)と、n型不純物を故
意に添加しない原料溶液(以下第2メルト)を使
用することにより、p型反転層を生じることなし
に、所定の濃度のn型層が得られる。
原料溶液(以下第1メルト)と、n型不純物を故
意に添加しない原料溶液(以下第2メルト)を使
用することにより、p型反転層を生じることなし
に、所定の濃度のn型層が得られる。
本発明では、従来のように、基板に最初から実
際に使用するn型層を成長させる代りに、いつた
ん次のステツプで再溶融されることを目的とした
n型層(以下n0層)を第1メルトで成長させる。
この間基板表面およびメルトバツクされる部分の
不純物の大半は、偏析作用で第1メルトへ除去さ
れる。ついでメルトを交換し、n0層の一部または
全部を第2メルトで再溶融して、再びn型層を形
成させる。
際に使用するn型層を成長させる代りに、いつた
ん次のステツプで再溶融されることを目的とした
n型層(以下n0層)を第1メルトで成長させる。
この間基板表面およびメルトバツクされる部分の
不純物の大半は、偏析作用で第1メルトへ除去さ
れる。ついでメルトを交換し、n0層の一部または
全部を第2メルトで再溶融して、再びn型層を形
成させる。
この場合、第1メルトのn型不純物量を、n0層
が基板濃度の1/2〜1/3になるように選定す
ればp型反転層を生じることもなく、メルトの交
換により、基板からの直接の汚染を防ぐことがで
きる。また本発明によればn0層成長中にp型不純
物は、n型不純物の量を越えない状態を保ちなが
ら、ともに減少するので、第2メルトのn型不純
物量は、n0層を再溶融するときに、n0層から供給
される量で十分となり、故意に添加する必要がな
い。
が基板濃度の1/2〜1/3になるように選定す
ればp型反転層を生じることもなく、メルトの交
換により、基板からの直接の汚染を防ぐことがで
きる。また本発明によればn0層成長中にp型不純
物は、n型不純物の量を越えない状態を保ちなが
ら、ともに減少するので、第2メルトのn型不純
物量は、n0層を再溶融するときに、n0層から供給
される量で十分となり、故意に添加する必要がな
い。
つぎにこれを第2図に示す本発明に用いる装置
および第3図に示す本発明の成長温度プログラム
に基づいて説明する。第2図に示す装置は第1図
と同じように、3個のスライド板21,22,2
3を有しており、本発明はこの装置を使用し第3
図のプログラムにより第1〜第10ステツプで実施
される。
および第3図に示す本発明の成長温度プログラム
に基づいて説明する。第2図に示す装置は第1図
と同じように、3個のスライド板21,22,2
3を有しており、本発明はこの装置を使用し第3
図のプログラムにより第1〜第10ステツプで実施
される。
基板の方法における第1ステツプは、原料溶液
として第1メルト24と第2メルト26および単
結晶基板25を装填したエピタキシヤル成長装置
(第2図a)を、反応炉内に挿入して温度T1を
1000〜1060℃に昇温させて、原料溶液中の多結晶
材料を溶液中に溶かしこむ工程である。
として第1メルト24と第2メルト26および単
結晶基板25を装填したエピタキシヤル成長装置
(第2図a)を、反応炉内に挿入して温度T1を
1000〜1060℃に昇温させて、原料溶液中の多結晶
材料を溶液中に溶かしこむ工程である。
つぎに第2ステツプは、昇温した温度を適当時
間保持させた後、スライド板22を矢印X方向に
移動させ、第2図bに示すように、適当な厚みに
小分けされた第1メルト24を基板25上に接触
させる工程である。第3ステツプはそのまま冷却
する工程で、1〜3℃/分の割合で温度T3を700
〜800℃まで冷却し、基板25上にn0層を成長さ
せる。第4ステツプではスライド板22を矢印Y
方向へ移動させて、第2図cに示すように、第1
メルト24を基板25から切り離すとともに、第
2メルト26を適当な厚さに小分けする。第5ス
テツプで再び温度T2を800〜1000℃まで昇温し
て、その温度に適当な時間保持した後、スライド
板22を矢印Z方向に移動させて、小分けした第
2メルト26を基板25に接触させる(第2図
d)。ついで第6ステツプでT1に近い温度まで昇
温させ、この間にn0層は一部第2メルト26に再
溶融される。最後に第7〜第10ステツプで、毎分
1〜3℃の割合で装置を冷却しながら最初にn1層
を、続いて気孔部29を経てNH3を送ることに
よりNを添加しながらn2層を、最後にn型濃度以
上のZnを気孔部29を経てエピタキシヤル成長
層に添加しp型層を形成させて完了する。
間保持させた後、スライド板22を矢印X方向に
移動させ、第2図bに示すように、適当な厚みに
小分けされた第1メルト24を基板25上に接触
させる工程である。第3ステツプはそのまま冷却
する工程で、1〜3℃/分の割合で温度T3を700
〜800℃まで冷却し、基板25上にn0層を成長さ
せる。第4ステツプではスライド板22を矢印Y
方向へ移動させて、第2図cに示すように、第1
メルト24を基板25から切り離すとともに、第
2メルト26を適当な厚さに小分けする。第5ス
テツプで再び温度T2を800〜1000℃まで昇温し
て、その温度に適当な時間保持した後、スライド
板22を矢印Z方向に移動させて、小分けした第
2メルト26を基板25に接触させる(第2図
d)。ついで第6ステツプでT1に近い温度まで昇
温させ、この間にn0層は一部第2メルト26に再
溶融される。最後に第7〜第10ステツプで、毎分
1〜3℃の割合で装置を冷却しながら最初にn1層
を、続いて気孔部29を経てNH3を送ることに
よりNを添加しながらn2層を、最後にn型濃度以
上のZnを気孔部29を経てエピタキシヤル成長
層に添加しp型層を形成させて完了する。
かくして得られたp−n接合部のn型不純物濃
度と従来法によるそれとを比較すると、第4図に
示すように本発明では約50%程度に低下している
ことがわかつた。
度と従来法によるそれとを比較すると、第4図に
示すように本発明では約50%程度に低下している
ことがわかつた。
さらに本発明によつて得られた発光効率は従来
のそれと比較すると、第5図に示すように平均2
倍程度向上し、発光効率として0.4%以上のもの
が得られた。
のそれと比較すると、第5図に示すように平均2
倍程度向上し、発光効率として0.4%以上のもの
が得られた。
第6図にこの実施例の場合のエピタキシヤルウ
エーハの厚さ方向のキヤリア濃度プロフアイルを
示した。第7図は基板界面の転位密度分布を示し
たもので、基板界面より5μm程の間は、転位密度
が著しく増えている。n1層以降のエピタキシヤル
成長の下地となる、初めのエピタキシヤル層の一
部を溶融して残つたn0層は、基板界面より少なく
とも5μm隔てた部分までとするのが良い。ことを
この図は示している。すなわち第7図から、n0層
を5μm以上残すことによつて、n1層以降のエピタ
キシヤル層中の結晶欠陥が減少する事情を説明で
きる。第8図aは実施例であげた、n0層を5μm以
上残した場合のn2層のエピタキシヤルウエーハ直
径方向の転位密度分布とそれに対応する発光量分
布を示し、第8図bはn0層を残さなかつた場合の
それぞれの分布である。
エーハの厚さ方向のキヤリア濃度プロフアイルを
示した。第7図は基板界面の転位密度分布を示し
たもので、基板界面より5μm程の間は、転位密度
が著しく増えている。n1層以降のエピタキシヤル
成長の下地となる、初めのエピタキシヤル層の一
部を溶融して残つたn0層は、基板界面より少なく
とも5μm隔てた部分までとするのが良い。ことを
この図は示している。すなわち第7図から、n0層
を5μm以上残すことによつて、n1層以降のエピタ
キシヤル層中の結晶欠陥が減少する事情を説明で
きる。第8図aは実施例であげた、n0層を5μm以
上残した場合のn2層のエピタキシヤルウエーハ直
径方向の転位密度分布とそれに対応する発光量分
布を示し、第8図bはn0層を残さなかつた場合の
それぞれの分布である。
第1図は従来の液相エピタキシヤル成長装置の
概略断面図、第2図は本発明方法に使用する液相
エピタキシヤル成長装置の概略説明図でa〜dは
各工程の状態を示す。第3図は本発明方法による
成長温度プログラムの曲線図、第4図はp−n接
合部のn型不純物濃度を示す図表、第5図は発光
効率の比較図表である。第6図はエピタキシヤル
ウエーハの厚さ方向のキヤリア濃度プロフアイ
ル、第7図は基板界面の転位密度分布、第8図
a,bはそれぞれn0層を5μm以上残した場合と、
n0層なしの場合のエピタキシヤルウエーハ直径方
向の転位密度と発光量の分布を示す。 1…原料溶液、2…収容部、3…孔、4…基
板、5…凹部、11,21…スライド板、12,
22…スライド板、13,23…スライド板、2
4…第1メルト、25…基板、26…第2メル
ト、27…重し、28…孔、29…気孔部。
概略断面図、第2図は本発明方法に使用する液相
エピタキシヤル成長装置の概略説明図でa〜dは
各工程の状態を示す。第3図は本発明方法による
成長温度プログラムの曲線図、第4図はp−n接
合部のn型不純物濃度を示す図表、第5図は発光
効率の比較図表である。第6図はエピタキシヤル
ウエーハの厚さ方向のキヤリア濃度プロフアイ
ル、第7図は基板界面の転位密度分布、第8図
a,bはそれぞれn0層を5μm以上残した場合と、
n0層なしの場合のエピタキシヤルウエーハ直径方
向の転位密度と発光量の分布を示す。 1…原料溶液、2…収容部、3…孔、4…基
板、5…凹部、11,21…スライド板、12,
22…スライド板、13,23…スライド板、2
4…第1メルト、25…基板、26…第2メル
ト、27…重し、28…孔、29…気孔部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 液相エピタキシヤル成長において、n型基板
上にn型層を形成する際に、n型不純物を添加し
た原料溶液を用いて初めのn型層を形成した後、
n型不純物を故意に添加しない溶液に交換して、
このn型層の一部を溶融後、再成長させて再びn
型層を形成させることを特徴とする液相エピタキ
シヤル成長方法。 2 前記方法を複数回繰り返すことを特徴とする
請求項1に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14189682A JPS5930797A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 液相エピタキシヤル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14189682A JPS5930797A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 液相エピタキシヤル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5930797A JPS5930797A (ja) | 1984-02-18 |
| JPH0218319B2 true JPH0218319B2 (ja) | 1990-04-25 |
Family
ID=15302680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14189682A Granted JPS5930797A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 液相エピタキシヤル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5930797A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08168413A (ja) * | 1990-01-19 | 1996-07-02 | Reboul Smt | 制動装置を備えたスティック状製品用ケース |
| DE19549588C2 (de) * | 1995-03-17 | 2002-12-19 | Showa Denko Kk | Verfahren zu Herstellung einer Epitaxialstruktur für eine lichtemittierende GaP-Diode |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2833479B2 (ja) * | 1994-06-16 | 1998-12-09 | 信越半導体株式会社 | 液相エピタキシャル成長法GaP単結晶層中のSi濃度制御方法 |
| CN104328487A (zh) * | 2014-10-16 | 2015-02-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种具有纯化母液功能的双衬底槽液相外延石墨舟 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5846876B2 (ja) * | 1976-06-18 | 1983-10-19 | 三菱電機株式会社 | リン化ガリウム発光素子の製造方法 |
| JPS5437472A (en) * | 1977-08-29 | 1979-03-19 | Hitachi Ltd | Manufacture of semiconductor |
| JPS5453977A (en) * | 1977-10-07 | 1979-04-27 | Toshiba Corp | Manufacture for gallium phosphide green light emitting element |
| JPS5831739B2 (ja) * | 1978-04-07 | 1983-07-08 | 株式会社東芝 | 燐化ガリウム緑色発光素子の製造方法 |
-
1982
- 1982-08-16 JP JP14189682A patent/JPS5930797A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08168413A (ja) * | 1990-01-19 | 1996-07-02 | Reboul Smt | 制動装置を備えたスティック状製品用ケース |
| DE19549588C2 (de) * | 1995-03-17 | 2002-12-19 | Showa Denko Kk | Verfahren zu Herstellung einer Epitaxialstruktur für eine lichtemittierende GaP-Diode |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5930797A (ja) | 1984-02-18 |
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