JPH0463040B2 - - Google Patents

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JPH0463040B2
JPH0463040B2 JP22495684A JP22495684A JPH0463040B2 JP H0463040 B2 JPH0463040 B2 JP H0463040B2 JP 22495684 A JP22495684 A JP 22495684A JP 22495684 A JP22495684 A JP 22495684A JP H0463040 B2 JPH0463040 B2 JP H0463040B2
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JP
Japan
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layer
gaas
epitaxial
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mixed crystal
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JP22495684A
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Masahisa Endo
Nobuhiko Noto
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野 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(GaAs1-xPx)エピ
タキシヤル膜の気相成長方法に関するものであ
る。 従来の技術 従来、黄色発光ダイオード(中心発光波長5850
Å)、橙色発光ダイオード(中心発光波長6300Å)
等のためのエピタキシヤルウエーハは、GaP単結
晶基板上にGaP層、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GaAs1-xPx混晶率x変化層(以下x変化層とい
う)をエピタキシヤル成長させ、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
タキシヤル成長を継続し、同時に一定濃度の窒素
原子を添加する。そして混晶率x一定層が所望の
厚さに到達したらエピタキシヤル成長を停止して
つくるという方法がとられる。かかる方法による
ウエ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つた。 この従来法によるGaAs1-xPx膜のエピタキシヤ
ル成長方法について以下に図面で説明する。第2
図aは黄色発光ダイオード用GaAs1-xPxエピタキ
シヤルウエーハの断面を、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300μのGaP単結晶基板、12
は厚さ約5μのGaPエピタキシヤル層、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35μのx変化層、14
および15はxが約0.85を保つx一定層である。
ただし14は厚さ約10μ、15は窒素原子が添加
された厚さ約25μのx一定層である。 発明が解決しようとする問題点 しかしこの方法では、GaAs1-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
きものではなかつた。 問題点を解決するための手段 本発明はかかる欠点を解消すべく、下記の事実 (1) GaAs1-xPx結晶中に窒素原子を添加する場
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つてすなわちエピタキ
シヤル層が厚くなるに従つて減少する。 (2) GaAs1-xPxエピタキシヤル層が厚くなると、
GaP基板とSaAs1-xPx結晶との格子定数の相異
によりエピタキシヤルウエーハの反りが大きく
なり、同時にエピタキシヤル膜の結晶品質が悪
化するので、エピタキシヤ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
単結晶基板面上に、燐化砒化ガリウム(GaAs1-x
Px)よりなるエピタキシヤル膜を気相成長させ
る方法において、該エピタキシヤル膜を基板と同
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ツク・トラツプとな
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ヤル膜の成長方法である。 以下にこれを図面によつて詳しく説明する。第
1図aは本発明による黄色発光ダイオード用
GaAs1-xPxエピタキシヤルウエーハの断面を、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。1は厚さ約300μのGaP単
結晶基板、2は厚さ約5μのGaPエピタキシヤル
層、3は結晶率xを1から約0.9まで変化させた
厚さ約18μのx変化層、4は混晶率xを約0.9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17μ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30μ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つてもよい。 これによりx一定層を厚くすることなく結晶品
質が改善され、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ツク・トラツ
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つ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つて本発明が限
定されるものではない。 実施例 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GaAs1-xPxエピ
タキシヤルウエーハを製造した。テルル(Te)
を2.5x1017原子/cm3添加した結晶方位<100>の
GaP単結晶棒を、(100)より<110>の方向に5゜
偏位させて厚さ約350μ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
300μのGaP鏡面ウエーハを得、これを基板とし
て用いた。 また、反応ガスとしては、水素(H2)、H2
釈した濃度50ppmの硫化水素(H2S n型不純
物)、H2希釈の1%砒化水素(AsH3)、H2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(NH3)を
使用した(以後上記ガスを各々H2、H2S/H2、A
sH/H、PH3/H2、HCl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
た石英容器とをセツトした。 反応機内に高純度窒素ガス(N2)、つづいてキ
ヤリアガスとしての高純度水素ガス(H2)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10分間保持した後、黄色発光ダ
イオード用GaAs1-xPxエピタキシヤル膜の気相成
長を以下の手順により開始した。 まず始めに、H2S/H2を毎分10c.c.の流量で導入
し、他方HClを毎分58c.c.の流量で導入して石英容
器内のGaと反応させGaClを形成し、同時に導入
した流量が毎分250c.c.のPH3/H2とによりGaP単
結晶基板1上に厚さ約5μのGaPエピタキシヤル
層2を成長させた。 次に上記層2上に、x変化層を次の方法により
エピタキシヤル成長させた。 最初に前記H2S/H2、HClおよびPH3/H2の毎
分の流量を各々10c.c.、58c.c.および250c.c.に保ちな
がら、、AsH3/H2の流量を毎分0c.c.から170c.c.ま
で徐々に変化させて、混晶率xが1から約0.9ま
で変化する厚さ約18μのx変化層3を形成した。
AsH/Hの流量が毎分0c.c.から170c.c.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
シヤル膜成長終了まで820℃に固定した。つぎに
S/H、HClおよびPH3/H2の流量を各々毎分
10c.c.、58c.c.および250c.c.に保ちながら、AsH3/H2
の流量を毎分170c.c.から260c.c.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0c.c.から400c.c.まで徐々に増加
させ、窒素添加量を増しながら厚さ約17μの変化
層4を形成した。 最後にH2S/H2、HCl、PH3/H2、AsH3/H2
よびNH3の流量を各々毎分10c.c.、58c.c.、250c.c.、
260c.c.および400c.c.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30μのx一定層
5を形成し、黄色発光ダイオード用間接遷移型
GaAs1-xPxエピタキシヤル膜、すなわちGaAs0.15
P0.85エピタキシヤル膜の成長を終了した。 比較例 下記の方法により、第2図aおよび第2図bに
示す構造の従来技術による黄色発光ダイオード用
GaAs1-xPxエピタキシヤルウエーハを製造した。 実施例と同じ方法で、GaP単結晶基板11上
に、GaPエピタキシヤル層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、H2S/H2
HCl、PH3/H2、およびAsH3/H2の流量を各々毎
分10c.c.、58c.c.、250c.c.および260c.c.に固定し、厚

約10μのx一定層14を成長させた。最後にH2S/
、HCl、PH3/H2、およびAsH3/H2の流量を
各々毎分10c.c.、58c.c.、250c.c.および260c.c.に保ち

がらNH3の流量を毎分0c.c.から400c.c.に増加し、
ついでH2S/H2、HCl、PH3/H2、AsH3/H2およ
びNH3の流量を各々毎分10c.c.、58c.c.、250c.c.、
260c.c.および400c.c.に固定して、所望の濃度N2
窒素原子を添加し厚さ約25μの窒素添加x一定層
15を形成し、黄色発光ダイオード用間接遷移型
GaAs0.15P0.85エピタキシヤルウエーハを製造し
た。 つぎに、前記実施例および比較例に示す方法に
よつて得た黄色発光ダイオード用エピタキシヤル
ウエーハにZn拡散を行つてP−N接合を形成し、
黄色発光ダイオードを製作した。こうして得た実
施例、比較例による黄色発光ダイオード(樹脂コ
ートなし)の発光輝度(ミリカンデラmcd)は次
表の如くであつた。
【表】 平均値である。
以上は基板として燐化ガリウム(GaP)を使つ
た場合について述べたが、砒化ガリウム
(GaAs)を使つてもよい。 発明の効果 表に示す如く、本発明の方法により得られる
GaAs1-xPxエピタキシヤル膜を用いた発光ダイオ
ードは、従来の方法よるものに比べ約30%の輝度
向上が達成された。したがつて本発明により製造
したGaAs1-xPxエピタキシヤル膜を有するウエー
ハは、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ード用
GaAs1-xPxエピタキシヤルウエーハを例示した断
面図、第1図bはそのウエーハの窒素濃度分布を
示す説明図を示し、第2図aは従来法による黄色
発光ダイオード用GaAs1-xPxエピタキシヤルウエ
ーハの断面図、第2図bはそのウエーハの窒素濃
度分布を示す説明図である。 1,11…GaP単結晶基板、2,12…GaPエ
ピタキシヤル層、3,13…x変化層、4…窒素
添加x変化層、14…x一定層、5,15…窒素
添加x一定層、N1,N2…所望の窒素濃度値。

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
    (GaAs1-xPx)よりなるエピタキシヤル膜を気相
    成長させる方法において、該エピタキシヤル膜を
    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ツク・トラ
    ツ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ヤル膜の成長方
    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
    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。
JP22495684A 1984-10-25 1984-10-25 燐化砒化ガリウムエピタキシヤル膜の成長方法 Granted JPS61106497A (ja)

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US10483306B2 (en) * 2016-03-30 2019-11-19 Sony Corporation Photoelectric conversion element and photoelectric conversion device

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