JPH0477713B2 - - Google Patents
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- JPH0477713B2 JPH0477713B2 JP14988A JP14988A JPH0477713B2 JP H0477713 B2 JPH0477713 B2 JP H0477713B2 JP 14988 A JP14988 A JP 14988A JP 14988 A JP14988 A JP 14988A JP H0477713 B2 JPH0477713 B2 JP H0477713B2
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明はGaAlAsの液相結晶成長に関し、特に
溶質を溶解したメルト内に一定の温度差を設け、
高温部より低温部に連続的に溶質を搬送して低温
部で多数枚の基板上に順次結晶を成長させる温度
差法によるGaAlAsの液相結晶成長に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to liquid phase crystal growth of GaAlAs, in particular, by providing a certain temperature difference in a melt containing a solute,
This paper relates to the liquid phase crystal growth of GaAlAs using the temperature difference method, in which solute is continuously transported from a high temperature section to a low temperature section, and crystals are sequentially grown on a large number of substrates in the low temperature section.
[従来の技術]
Ga1-xAlxAsは結晶中の組成(AlAsの割合)x
を変えることにより、そのバンドギヤツプエネル
ギを1.43eVから2.16eVまで変えることができる
混晶半導体である。そのためGa1-xAlxAsは赤外
光から可視光までの発光ダイオード(LED)の
材料として広く用いられている。例えば、波長
660nmの赤色光LEDを得るには、発光層のp−
Ga1-xAlxAsのxを約0.35、波長780nmのLEDを
得るにはxを約0.15、波長850nmの赤外光LEDを
得るにはxを約0.01とすればよい。したがつて、
GaAlAsのLEDにおいては、目的とする発光波長
に応じてp−Ga1-xAlxAsのxが決められる。n
−Ga1-XAlXAsのxも一定でなく、目的とする発
光波長に応じて決められる。p−Ga1-xAlxAsの
xに対してn−Ga1-xAlxAsのxは、p−Ga1-x
AlxAs発光層に電子や正孔を閉じ込めておくた
め、あるいは、p−Ga1-xAlxAsでの発光を吸収
せず有効に結晶外まで導くために必要な値が選ば
れる。たとえば、p−Ga1-xAlxAsのxが0.35の
場合、n−Ga1-xAlxAsのxは0.6−0.85に選ばれ
る。[Prior art] Ga 1-x Al x As is the composition in the crystal (proportion of AlAs) x
It is a mixed crystal semiconductor whose bandgap energy can be changed from 1.43eV to 2.16eV by changing the . Therefore, Ga 1-x Al x As is widely used as a material for light emitting diodes (LEDs) that emit light from infrared to visible light. For example, the wavelength
To obtain a 660nm red light LED, the p-
For Ga 1-x Al x As, x should be about 0.35, x should be about 0.15 to obtain an LED with a wavelength of 780 nm, and x should be about 0.01 to obtain an infrared light LED with a wavelength of 850 nm. Therefore,
In a GaAlAs LED, x in p-Ga 1-x Al x As is determined depending on the target emission wavelength. n
-Ga 1-X Al x of p-Ga 1-x Al x As is n-Ga 1- x x of Al x As is p-Ga 1-x
A value is selected that is necessary to confine electrons and holes in the Al x As light-emitting layer, or to effectively guide light emitted from p-Ga 1-x Al x As to the outside of the crystal without absorbing it. For example, if x in p-Ga 1-x Al x As is 0.35, x in n-Ga 1-x Al x As is chosen to be 0.6-0.85.
LEDの活性領域は通常基板結晶上にエピタキ
シヤル成長を行うことによつて作られる。基板結
晶としては、高価でなく大口径で結晶性の良いも
のが得られることが望ましい。Ga1-xAlxAs混晶
は組成xの全域にわたり、GaAs結晶との格子不
整合が少ない、そこで、大口径で良質の結晶が得
られるGaAsの基板上に良質のGa1-xAlxAsをエピ
タキシヤル成長することができる。これらの理由
によりGaAlAsは現在赤外光から赤色光までの高
輝度高出力の発光ダイオードとして多く用いられ
ている。 The active region of an LED is usually produced by epitaxial growth on a substrate crystal. As the substrate crystal, it is desirable to obtain one that is not expensive, has a large diameter, and has good crystallinity. The Ga 1-x Al x As mixed crystal has little lattice mismatch with the GaAs crystal over the entire range of composition x. Therefore, a high-quality Ga 1-x Al x As can be grown epitaxially. For these reasons, GaAlAs is currently widely used as a high-brightness, high-output light emitting diode that emits light ranging from infrared light to red light.
液相結晶成長は特に化合物半導体の結晶成長技
術として広く用いられている。液相結晶成長法と
して徐冷法や温度差法等が知られている。 Liquid phase crystal growth is widely used as a crystal growth technique, especially for compound semiconductors. A slow cooling method, a temperature difference method, and the like are known as liquid phase crystal growth methods.
徐冷法は、たとえば、結晶材料をルツボ内で加
熱して溶融し、徐々に冷却して結晶化させる方法
である。冷却方法、ルツボ形状等によりストツク
バーガ法、ブリツジマン法等に分かれる。 The slow cooling method is, for example, a method in which a crystalline material is heated and melted in a crucible, and then gradually cooled and crystallized. It is divided into the Stockburger method, Bridgeman method, etc. depending on the cooling method, crucible shape, etc.
温度差法は一定の温度差(ないし温度勾配)を
持つ高温部低温部を形成し、高温部から原料を供
給して低温部で結晶を析出させる方法であり、広
義にはフローテイングゾーン法等も含むが、狭義
には溶液(メルト)内に温度差を設け、高温部で
溶質を溶解(供給)すると共に低温部で過飽和溶
液から溶質を析出させる方法とさす。すなわち、
温度差法液相結晶成長法は、成長用材料(溶質)
を溶解した溶液(メルト)に温度差をつけ、温度
勾配と拡散によつて溶質を基板方向に輸送し、基
板上に結晶を成長させる方法で、一定温度で成長
できるため均一な不純物濃度や組成をもつ結晶性
の良い結晶が多数枚連続して得られる方法であ
る。例えば、GaAlAs系結晶の場合、グラフアイ
トからなるメルト槽にGa溶液からなるメルトを
入れ、800℃−1000℃で10℃−200℃の温度差を設
けて結晶成長を行う。この方法により、特性の優
れた発光ダイオードやレーザー等が製作されてい
る。 The temperature difference method is a method in which a high-temperature zone and a low-temperature zone are formed with a certain temperature difference (or temperature gradient), and raw materials are supplied from the high-temperature zone and crystals are precipitated in the low-temperature zone. However, in a narrow sense, it refers to a method in which a temperature difference is provided within a solution (melt), and the solute is dissolved (supplied) in the high temperature part, and the solute is precipitated from the supersaturated solution in the low temperature part. That is,
In the temperature difference method liquid phase crystal growth method, the growth material (solute)
This method creates a temperature difference in a solution (melt) in which the solute is dissolved, transports the solute toward the substrate by temperature gradient and diffusion, and grows crystals on the substrate. Because it can grow at a constant temperature, it can achieve a uniform impurity concentration and composition. This method allows a large number of crystals with good crystallinity to be obtained in succession. For example, in the case of a GaAlAs-based crystal, a melt made of a Ga solution is placed in a melt bath made of graphite, and crystal growth is performed at 800°C-1000°C with a temperature difference of 10°C-200°C. Using this method, light emitting diodes, lasers, etc. with excellent characteristics are manufactured.
第15図に温度差法液相成長装置の例を概略的
に示す。入口側予備室51内には半導体基板を載
せたスライダ53が収められており、スライダ押
圧機構55により順次ゲートバルブ62を通つて
押し上げられる。入口側予備室51は予備加熱炉
59で予熱されているのが好ましい。押し上げら
れたスライダはスライダ駆動機構61により成長
室57内にゲートバルブ63を通つて送られる。
成長室57内にはメルト槽64が設けられ、主ヒ
ータ67がメルト槽64を加熱している。スライ
ダ53上の基板69はメルト層64の下部でメル
トと接触し結晶成長を行う。結晶成長の終わつた
基板を載せたスライダはゲートバルブ73を介し
て成長室57の外に送られ、スライダ受取機構7
7によつてゲートバルブ74を介して出口側予備
室79に収められる。 FIG. 15 schematically shows an example of a temperature difference method liquid phase growth apparatus. A slider 53 carrying a semiconductor substrate is housed in the entrance side preliminary chamber 51, and is successively pushed up through the gate valve 62 by the slider pressing mechanism 55. Preferably, the inlet side preliminary chamber 51 is preheated in a preliminary heating furnace 59. The pushed-up slider is sent into the growth chamber 57 through the gate valve 63 by the slider drive mechanism 61.
A melt tank 64 is provided in the growth chamber 57, and the main heater 67 heats the melt tank 64. The substrate 69 on the slider 53 contacts the melt at the bottom of the melt layer 64 to cause crystal growth. The slider carrying the substrate on which crystal growth has been completed is sent to the outside of the growth chamber 57 via the gate valve 73, and is sent to the slider receiving mechanism 7.
7 and is stored in the outlet side preliminary chamber 79 via the gate valve 74.
第16図はメルト槽64部分の1例の拡大説明
図である。溶媒であるGaの中に溶質のAl,
GaAsが溶解されて、pメルト槽65とnメルト
槽66に収容されている。さらに不純物としてp
メルト槽65にはZnがnメルト槽にはTeが溶解
されている。後から成長するn型領域のバンドギ
ヤツプをp型領域のバンドギヤツプより大きくす
るためnメルト槽66中のAlの量はpメルト槽
65中のAlの量より大きくするのがよい。たと
えば、赤色発光Ga1-xAlxAs発光ダイオードを得
るには、AlAsの組成割合xをp型領域で約0.35、
n型領で約0.6−0.85となるようにAlとGaAsの量
を決める。両メルト槽65,66内には図中右に
示すような垂直方向の温度差が設定される。たと
えば、800℃−1000℃の温度で温度差を10℃−200
℃設ける。溶質を連続的に供給するには高温部で
あるメルト上部に溶質を浮かせておくか溶質収容
部を作つてメルトと接触させる。溶質は高温部で
飽和溶解度まで溶解し、拡散で低温部に輸送され
る。通常溶解度は温度と共に増加するので、低温
部では過飽和溶液となつて析出できる状態とな
る。このようなメルト低温部へ基板を順次触させ
る。たとえば、成長時間約60分で55−60μmの成
長層が得られる。 FIG. 16 is an enlarged explanatory view of an example of the melt tank 64 portion. Solute Al in the solvent Ga,
GaAs is melted and stored in a p-melt tank 65 and an n-melt tank 66. In addition, p as an impurity
Zn is dissolved in the melt tank 65, and Te is dissolved in the n melt tank. The amount of Al in the n-melt tank 66 is preferably greater than the amount of Al in the p-melt tank 65 in order to make the bandgap of the n-type region that will grow later larger than that of the p-type region. For example, to obtain a red-emitting Ga 1-x Al x As light-emitting diode, the AlAs composition ratio x should be approximately 0.35 in the p-type region,
The amounts of Al and GaAs are determined to be about 0.6-0.85 in the n-type region. A vertical temperature difference is set in both melt tanks 65 and 66 as shown on the right side of the figure. For example, at a temperature of 800℃−1000℃, the temperature difference is 10℃−200℃.
℃ set. To continuously supply the solute, the solute is floated above the melt, which is a high-temperature part, or a solute storage part is created and brought into contact with the melt. The solute dissolves to saturation solubility in the high temperature section and is transported to the low temperature section by diffusion. Since the solubility usually increases with temperature, it becomes a supersaturated solution in a low temperature region and is in a state where it can precipitate. The substrates are sequentially brought into contact with such melt low temperature parts. For example, a growth time of about 60 minutes yields a growth layer of 55-60 μm.
第17図は温度と時間との関係を示す。図から
判るように温度分布は一定に保たれる。初め1番
目の基盤がpメルトの下に接し、p型層を成長さ
せる。次にスライダを移動させて1番目の基板が
nメルトの下に接し、2番目の基板がpメルトの
下に接するようにする。そこで、それぞれの成長
層を形成する。これで1番目の基板上には下にp
型層、上にn型層が成長され、ダイオードが形成
される。このようにして多数枚の基板上にエピタ
キシヤル成長を行う。 FIG. 17 shows the relationship between temperature and time. As can be seen from the figure, the temperature distribution remains constant. Initially, the first substrate contacts the bottom of the p-melt and grows a p-type layer. Next, move the slider so that the first substrate is in contact with the bottom of the n-melt, and the second substrate is in contact with the bottom of the p-melt. Therefore, respective growth layers are formed. Now on the first board there is a p
An n-type layer is grown on the type layer to form a diode. In this way, epitaxial growth is performed on a large number of substrates.
次に、p側n側にそれぞれ電極を付け、分離裁
断し、高輝度GaAlAs発光ダイオードが得られ
る。この様にして作られた高輝度Ga1−xAlxAs
発光ダイオードは、通常第18図に示すように、
p型GaAs基板81上にp型Ga1-xAlxAs層82と
n型Ga1-xAlxAs層83をエピタキシヤル成長さ
せ、p型GaAs基板81上にアノード電極85、
n型Ga1-xAlxAs層83上にカソード電極84を
形成した構成を有している。 Next, electrodes are attached to the p-side and n-side, respectively, and separated and cut to obtain a high-brightness GaAlAs light-emitting diode. High brightness Ga1−xAlxAs made in this way
As shown in FIG. 18, a light emitting diode is usually
A p-type Ga 1-x Al x As layer 82 and an n-type Ga 1-x Al x As layer 83 are epitaxially grown on a p-type GaAs substrate 81 , and an anode electrode 85 is formed on the p-type GaAs substrate 81 .
It has a structure in which a cathode electrode 84 is formed on an n-type Ga 1-x Al x As layer 83.
特開昭61−39514号公報等によれば、高輝度
Ga1-xAlxAs発光ダイオードを得るための要件と
して以下のようなものが挙げられている:
(a) 発光効率が大なるp−Ga1-xAlxAsと、p−
Ga1-xAlxAsよりもAlAsの割合xが大きな(す
なわちバンドギヤツプエネルギが大きくp−
Ga1-xAlxAsからの発光が吸収されない)n−
Ga1-xAlxAsとで第19図に示すようなヘテロ
構造のpn接合を形成すること、
(b) 第20図のバンド模型に示すように、p−
Ga1-xAlxAs発光層への電子の注入を効率よく
行うため、ヘテロ接合とpn−接合とを一致さ
せておくこと、
(c) 第21図に示すように、p−Ga1-xAlxAs発
光層のキヤリア濃度(アクセプタ濃度)Naお
よびn−Ga1-xAlxAs層のドナ濃度Ndを最適な
値とすること(たとえば、特開昭61−111276号
公報及び特開昭61−111277号公報)、
(d) p,n各層の成長厚を光学的および電気的に
最適なものとすること、
(e) 結晶欠陥の少ない高品質結晶を用いること。 According to Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-39514, etc., high brightness
The following requirements are listed for obtaining a Ga 1-x Al x As light emitting diode: (a) p-Ga 1-x Al x As with high luminous efficiency, and p-Ga 1-x Al x As with high luminous efficiency;
Ga 1-x Al x The proportion x of AlAs is larger than that of As (that is, the band gap energy is large and p
Ga 1-x Al x Emission from As is not absorbed)n-
(b) Forming a heterostructure p-n junction with Ga 1-x Al x As as shown in Figure 19; (b) As shown in the band model of Figure 20, p-
In order to efficiently inject electrons into the Ga 1-x Al x As light-emitting layer, the heterojunction and the pn-junction must be aligned. (c) As shown in Figure 21, the p-Ga 1- The carrier concentration (acceptor concentration) Na of the x Al x As luminescent layer and the donor concentration Nd of the n-Ga 1- x Al (d) Optimize the growth thickness of each p and n layer optically and electrically; (e) Use high quality crystals with few crystal defects.
[発明が解決しようとする問題点]
以上のように高輝度Ga1-xAlxAs発光ダイオー
ドにおいて、発光ダイオードの明るさがp−型
層、n−型層の厚さに関係のあることは指摘され
ていたが、厳密にどの様な関係が支配しているの
か不明で、製造条件の決定が困難であつた。[Problems to be solved by the invention] As described above, in a high-brightness Ga 1-x Al x As light-emitting diode, the brightness of the light-emitting diode is related to the thickness of the p-type layer and the n-type layer. However, it was unclear exactly what kind of relationship was governing, and it was difficult to determine the manufacturing conditions.
本発明はZnドープのp−型Ga1-xAlxAs層の上
にn−型Ga1-xAlxAs層を温度差法液相成長で形
成する場合、発光ダイオードとして最大の明るさ
を得るにはどのような条件が望ましいかを解明し
ようとするものである。 The present invention provides maximum brightness as a light emitting diode when an n-type Ga 1-x Al x As layer is formed on a Zn-doped p-type Ga 1-x Al x As layer by temperature difference liquid phase growth. The purpose of this study is to find out what conditions are desirable to obtain this.
[問題点を解決するために行つた検討]
まず、n−Ga1-xAlxAs層の厚さdnが発光ダイ
オードの明るさとどんな関係を持つか調べた。[Study conducted to solve the problem] First, we investigated what relationship the thickness dn of the n-Ga 1-x Al x As layer had with the brightness of the light-emitting diode.
第9図は発光ダイオード(LED)の明るさ対
n層の厚さdoの測定データを示す。明るさはn層
の厚さdoと共に初めはほぼリニアに増加し、やが
て飽和する。このLEDの明るさのn−Ga1-xAlx
As層厚依存性は次のように理解される。 FIG. 9 shows measurement data of light emitting diode (LED) brightness versus n-layer thickness do . The brightness initially increases almost linearly with the n-layer thickness do and then saturates. The brightness of this LED n-Ga 1-x Al x
The As layer thickness dependence can be understood as follows.
(a) LEDのpn−接合近傍で発生した光は、pn接
合面に平行な表面からだけでなく、垂直な側面
からも取り出される。また、LEDの結晶の屈
折率は外部周囲(空気、封止材料)の屈折率よ
りも大きいので、臨界角(Θc)を生じる。入
射角が臨界角を越えると全反射が起き、光をそ
の面から取り出すことは出来ない。すなわち、
結晶表面の1点から出射できる光は、結晶内部
でその点を頂点とし、臨界角を半頂角とする円
錐形に含まれる方向から頂点に向かう光のみで
ある。(a) Light generated near the pn-junction of an LED is extracted not only from the surface parallel to the pn-junction plane but also from the perpendicular sides. Also, the refractive index of the LED crystal is greater than the refractive index of the external surroundings (air, sealing material), resulting in a critical angle (Θc). When the angle of incidence exceeds the critical angle, total internal reflection occurs and no light can be extracted from that surface. That is,
The only light that can be emitted from one point on the crystal surface is the light that travels toward the apex from a direction included in a conical shape with that point as the apex inside the crystal and the critical angle as the half-apex angle.
第10図は、1点から発しpn−接合と平行
な面から出射する光を示す図である。斜線部が
臨界角(Θc)以内の円錐である。この円錐の
立体角をωとし、円錐内の光は全て外部に取り
出せるとする。発光は全立体角について、均一
とすると、外部に取り出せる光の割合はω/
4πとなり、
ω/4π=2π(1−cosΘc)、
と表せる。すなわち、n−層の厚さdoによらず
一定となろう。 FIG. 10 is a diagram showing light emitted from one point and emitted from a plane parallel to the pn-junction. The shaded area is a cone within the critical angle (Θc). Assume that the solid angle of this cone is ω, and that all the light within the cone can be extracted to the outside. If the light emission is uniform over the entire solid angle, the proportion of light that can be extracted to the outside is ω/
4π, which can be expressed as ω/4π=2π(1−cosΘ c ). That is, it will be constant regardless of the thickness d o of the n-layer.
次に、pn−接合に垂直な面(側面)から出
射する光について、第11A図、第11B図を
参照して説明する。 Next, light emitted from a surface (side surface) perpendicular to the pn-junction will be explained with reference to FIGS. 11A and 11B.
第11A図はn−層83が薄い場合を示す。
側面に対しては臨界角Θc以内の光であつても、
n−層が薄いので、途中でpn−接合と平行な
表面に衝突してしまう光が多く、直接側面から
取り出せる光は一部である。第11B図のよう
に、n−層83が厚くなるにしたがつて、側面
から直接取り出せる光は増す。ところで、
LEDの明るさは表面から出る光と側面から出
る光の和によつて定まる。すなわち、LEDの
表面および側面から出る光の全体は、n層の厚
さdoが大きくなるにしたがつて、doのある値ま
では増加する。しかし、その値以上では臨界角
以内で側面に向かう光はほぼ全て外部に取り出
されるようになろう。(ただし、p−Ga1-xAlx
Asはn−Ga1-xAlxAsと比較して、吸収係数が
大きいため、n−Ga1-xAlxAs層の厚さの影響
のみ考慮した。)
(b) 一般にLEDは第12図に示すように、その
表面の中心に有限の大きさの電極があり、相対
する裏面にはほぼ全面を覆う電極が形成されて
いる。このような電極の形状配置と、表面電極
がオーミツク接触しているn−Ga1-xAlxAs層
の有限な電気抵抗のため、LEDを流れる電流
は第12図に示すように中心から周囲に向かつ
て拡がり、かつpn接合面における電流密度は、
表面電極直下で高く、周囲に向かつて小さくな
る。この傾向はn−Ga1-xAlxAs層の厚さが小
さくなるにしたがつて、さらに激しくなる。
pn−接合面の単位面積当たりに発生する光の
量は、電流密度に比例するから、電流密度の分
布はpn接合面での発光分布と考えてよい。す
なわち、n−層の厚さdoが小さくなるにしたが
い、表面電極直下のpn−接合面の発光の割合
は大きくなる。しかし、表面電極直下のpn−
接合面の発光は、表面電極のため、結晶外に取
り出すことができないから、結局、doがちいさ
くなるにしたがい、表面から取り出される光も
少なくなる。したがつて、LEDの明るさはn
層の厚さがある程度以下の間は、n層の厚さと
しても増すこととなろう。n層がある程度以上
厚くなると、n層上の電極で遮蔽される光の割
合が小さくなり、外部に取り出せる光の量はn
層の厚さとあまり関係なくなろう。 FIG. 11A shows the case where the n-layer 83 is thin.
Even if the light is within the critical angle Θ c toward the side,
Since the n-layer is thin, much of the light impinges on the surface parallel to the pn-junction, and only a portion of the light can be extracted directly from the side surfaces. As shown in FIG. 11B, as the n-layer 83 becomes thicker, the amount of light that can be extracted directly from the side increases. by the way,
The brightness of an LED is determined by the sum of the light emitted from the surface and the light emitted from the sides. That is, the total light emitted from the front and side surfaces of the LED increases as the n-layer thickness d o increases up to a certain value of d o . However, above that value, almost all of the light directed toward the sides within the critical angle will be extracted to the outside. (However, p-Ga 1-x Al x
Since As has a larger absorption coefficient than n-Ga 1-x Al x As, only the influence of the thickness of the n-Ga 1-x Al x As layer was considered. ) (b) Generally, as shown in Figure 12, an LED has an electrode of a finite size at the center of its front surface, and an electrode covering almost the entire surface is formed on the opposing back surface. Due to this shape arrangement of the electrodes and the finite electrical resistance of the n-Ga 1-x Al x As layer with which the surface electrodes are in ohmic contact, the current flowing through the LED is distributed from the center to the periphery as shown in Figure 12. The current density at the p-n junction surface is
It is high just below the surface electrode and becomes smaller towards the periphery. This tendency becomes more severe as the thickness of the n-Ga 1-x Al x As layer becomes smaller.
Since the amount of light generated per unit area of the pn-junction surface is proportional to the current density, the current density distribution can be considered to be the light emission distribution at the pn junction surface. That is, as the thickness do of the n-layer decreases, the proportion of light emitted from the pn-junction directly under the surface electrode increases. However, pn− directly below the surface electrode
Since the light emitted from the bonded surface cannot be extracted outside the crystal due to the surface electrode, as the d o becomes smaller, the amount of light extracted from the surface also decreases. Therefore, the brightness of the LED is n
As long as the thickness of the layer is below a certain level, the thickness of the n layer will also increase. When the n-layer becomes thicker than a certain level, the proportion of light that is blocked by the electrodes on the n-layer decreases, and the amount of light that can be taken out to the outside becomes n
It probably has nothing to do with the thickness of the layer.
以上の(a)(b)より、LEDの明るさはn−Ga1-x
AlxAs層の厚さdoに依存しており、doのある値ま
では明るさは増加する。しかし、doが十分厚けれ
ば(a)(b)ともその影響は少なくなり、LEDの明る
さはn層の厚さに依存しなくなるであろう。すな
わち、第9図に示すように、n層の厚さが増すと
ともに、次第にLEDの明るさは飽和するであろ
う。 From (a) and (b) above, the brightness of the LED is n-Ga 1-x
It depends on the thickness d o of the Al x As layer, and the brightness increases up to a certain value of d o . However, if d o is sufficiently thick, the influence of both (a) and (b) will be reduced, and the brightness of the LED will no longer depend on the thickness of the n-layer. That is, as shown in FIG. 9, as the thickness of the n-layer increases, the brightness of the LED will gradually become saturated.
ところで、温度差法においては、温度差
(ΔT)を付けられたメルト内の濃度勾配によつ
て生ずる濃度拡散によつて、溶質が輸送され、成
長が行われる。一定の条件下では一定の成長速度
で結晶が成長する。したがつて、結晶層(n層)
の厚さは成長時の温度差と成長時間とによつて定
まる。成長速度は温度差(ΔT)に比例する。す
なわち、第13図に示すように温度差法における
成長層の厚さdoは成長時間t1に比例して増加し、
その勾配(成長速度)は温度差(ΔT)によつて
決まるであろう。従つて、その他の条件が一定で
あれば第9図のLEDの明るさのn−Ga1-xAlxAs
層厚依存性および、第13図のn−Ga1-xAlxAs
成長層厚do対成長時間t1の関係より、LEDの明る
さはn−Ga1-xAlxAs層の成長時間t1に対して第
14図のように表されることになろう。すなわ
ち、第14図に従えば、LEDの明るさは必要十
分なn−Ga1-xAlxAs層の厚さが得られれば、そ
れ以上の時間にはほとんど影響されないし、また
n−Ga1-xAlxAs層の組成xにも依存しなはずで
ある。 By the way, in the temperature difference method, solutes are transported and grown by concentration diffusion caused by a concentration gradient in the melt subjected to a temperature difference (ΔT). Crystals grow at a constant growth rate under certain conditions. Therefore, the crystal layer (n layer)
The thickness of the film is determined by the temperature difference during growth and the growth time. The growth rate is proportional to the temperature difference (ΔT). That is, as shown in FIG. 13, the thickness d o of the growth layer in the temperature difference method increases in proportion to the growth time t 1 ,
Its slope (growth rate) will be determined by the temperature difference (ΔT). Therefore, if other conditions are constant, the brightness of the LED in Figure 9 is n-Ga 1-x Al x As
Layer thickness dependence and n-Ga 1-x Al x As in Figure 13
From the relationship between the growth layer thickness d o and the growth time t 1 , the brightness of the LED will be expressed as shown in Figure 14 for the growth time t 1 of the n-Ga 1-x Al x As layer. . In other words, according to Fig. 14, the brightness of the LED is hardly affected by the time beyond that if the necessary and sufficient thickness of the n-Ga 1-x Al x As layer is obtained; It should also not depend on the composition x of the 1-x Al x As layer.
ところが、実際にはn−層の成長時間t1を長く
取りすぎると、LEDの明るさは減少する。第1
5−17図で示すような成長装置を用い、最も簡
単な製造工程をとれば、p−層の成長時間とn−
層の成長時間とは等しく、結晶はn−層成長後も
n−層成長時間と同じ時間、またはその整数倍の
時間高温に保持される。そこでn層の成長時間t1
とそれに続く同一成長雰囲気内で高温に保持され
る時間t2との合計時間tとLEDの明るさとの関係
を調べた。測定結果を第2図に示す。さらに、
Ga1-xAlxAs発光ダイオードを温度差法液相成長
法で得ようとする場合、結晶成長条件が成長する
Ga1-xAlxAs結晶のAlAsの割合xと密接に関係し
ていることは十分考えられる。ところで、組成x
は成長温度が一定であればメルトに溶解したAl
とGaAsの重量比[Al]/[GaAs]=yにより決
まることが判明した。そこでyをパラメータとし
てデータを整理した。第2図から明らかなように
yの各値について、LEDの明るさは合計時間t
が増すにつれ、増加し、やがて減少する。飽和し
ている領域はyによつて異なり、yが増すに従つ
て合計時間tの小さな領域で飽和する。この関係
を整理して、最適の合計時間t0とGa溶液中のAl
とGaAsとの重量比[Al]/[GaAs]の関係で
示すと第1図のようになる。 However, in reality, if the growth time t1 of the n-layer is taken too long, the brightness of the LED decreases. 1st
If you use the growth apparatus shown in Figure 5-17 and follow the simplest manufacturing process, the growth time of the p- layer and the n-
The crystal is kept at a high temperature for the same time as the n-layer growth time or an integral multiple thereof after the n-layer growth. Therefore, the growth time of the n layer is t 1
The relationship between the total time t, which is the subsequent time t 2 of holding at a high temperature in the same growth atmosphere, and the brightness of the LED was investigated. The measurement results are shown in Figure 2. moreover,
When trying to obtain a Ga 1-x Al x As light-emitting diode by temperature difference liquid phase growth, the crystal growth conditions are
It is highly conceivable that this is closely related to the proportion x of AlAs in the Ga 1-x Al x As crystal. By the way, composition x
If the growth temperature is constant, Al dissolved in the melt
It was found that it is determined by the weight ratio of [Al]/[GaAs]=y. Therefore, the data was organized using y as a parameter. As is clear from Figure 2, for each value of y, the brightness of the LED changes over the total time t
increases as the number increases, and then decreases. The saturated region varies depending on y, and as y increases, the region becomes saturated in a smaller region of total time t. By rearranging this relationship, we can calculate the optimal total time t 0 and Al in Ga solution.
The weight ratio [Al]/[GaAs] between Al and GaAs is shown in Figure 1.
[問題点を解決するための手段]
温度差法液相エピタキシヤル成長法におけるn
−層の成長時間t1とその後同一成長雰囲気内で高
温におかれる時間t2との合計tを、メルトに溶解
したAlとGaAsの重量比[Al]/[GaAs]=yに
より決められる値にする。[Means for solving the problem] n in temperature difference liquid phase epitaxial growth method
- The sum of the layer growth time t 1 and the subsequent exposure time t 2 to high temperature in the same growth atmosphere is determined by the weight ratio of Al and GaAs dissolved in the melt [Al]/[GaAs] = y Make it.
より詳細に述べると、
温度差法液相エピタキシヤル成長によりZnド
ープp型Ga1-xAlxAs層に続いてn型Ga1-xAlxAs
層を成長させ、Ga1-xAlxAsへヘテロ接合発光ダ
イオードを得る際、p−Ga1-xAlxAs層成長後の
n−Ga1-xAlxAs層の成長時間t1と、n−Ga1-x
AlxAs層の成長後に同一成長雰囲気内で高温に保
持される時間t2との合計時間t(分)がnメルト
に溶解したAlとGaAsの量比[Al]/[GaAs]=
yと
t=α・exp(−β・y)±33% (1)
α=193,β=3.6、
とから定まる時間とする。 In more detail, a Zn-doped p-type Ga 1-x Al x As layer is followed by an n-type Ga 1-x Al x As layer by temperature difference liquid phase epitaxial growth.
When growing a Ga 1-x Al x As layer to obtain a heterojunction light emitting diode, the growth time t 1 of the n-Ga 1-x Al x As layer after the growth of the p-Ga 1-x Al x As layer is , n-Ga 1-x
The total time t (minutes) including the time t 2 during which the Al x As layer is kept at high temperature in the same growth atmosphere after growth is the ratio of Al and GaAs dissolved in the melt [Al]/[GaAs] =
Let the time be determined from y and t=α・exp(−β・y)±33% (1) α=193, β=3.6.
[作用]
n層の成長時間t1とその後同一成長雰囲気内で
高温に保持される時間t2との合計時間tを上述の
ように選ぶことにより、成長したGa1-xAlxAs結
晶の組成xにおいて、最高の光出力を歩留まり良
く、再現性良く得ることができる。この理由は以
下のように考えられる。[Operation] By selecting the total time t of the n-layer growth time t 1 and the subsequent time t 2 held at high temperature in the same growth atmosphere as described above, the grown Ga 1-x Al x As crystal is At composition x, the highest optical output can be obtained with good yield and good reproducibility. The reason for this is thought to be as follows.
温度差法液相エピタキシヤル成長法において
は、メルトに一定の温度差をつけ、一定の温度に
保持されるから、成長中は勿論成長後もある時間
は成長中とほぼ同じ温度(約800−1000℃)にさ
らされる。そしてこの成長中および成長後の高温
に保持されている合計時間tの間、p−Ga1-x
AlxAs中のアクセプタ不純物である拡散係数の大
きなZnが、n−Ga1-xAlxAs層に拡散し、n−
Ga1-xAlxAs層のドナを補償し、実効がドナ不純
物密度を下げ、やがてはp−型への反転を起こ
す。この現象はp型領域に隣接する部分ほど強く
起こり、pn接合からの距離が増すにつれ、程度
は低くなる。 In the temperature difference liquid phase epitaxial growth method, a certain temperature difference is applied to the melt and the temperature is maintained at a constant temperature. 1000℃). And during this growth and during the total time t held at the high temperature after the growth, p-Ga 1-x
Zn, which is an acceptor impurity in Al x As and has a large diffusion coefficient, diffuses into the n-Ga 1-x Al x As layer, and
It compensates for the donor in the Ga 1-x Al x As layer, effectively lowering the donor impurity density and eventually causing an inversion to p-type. This phenomenon occurs more strongly in areas adjacent to the p-type region, and becomes less severe as the distance from the p-n junction increases.
n型領域のpn接合に隣接する部分がp型に反
転すると、p型領域が広くなりpn接合の位置が
移動する。一方、結晶の構成元素であるGa,Al
は不純物元素と比べ拡散速度が遅く、ヘテロ接合
の位置はほとんど動かない。 When the portion of the n-type region adjacent to the pn junction is inverted to p-type, the p-type region becomes wider and the position of the pn junction moves. On the other hand, Ga and Al, which are the constituent elements of the crystal,
The diffusion rate of these elements is slower than that of impurity elements, and the position of the heterojunction hardly moves.
この変化を第3A図、第3B図を参照して説明
する。第3A図は縦軸が不純物密度N、横軸が基
板の深さ方向の距離を表す。第3B図はバンド模
型を示し、縦軸がエネルギ、横軸が深さ方向の距
離を表す。第3A図と第3B図において、横軸の
位置は対応している。 This change will be explained with reference to FIGS. 3A and 3B. In FIG. 3A, the vertical axis represents the impurity density N, and the horizontal axis represents the distance in the depth direction of the substrate. FIG. 3B shows a band model, where the vertical axis represents energy and the horizontal axis represents distance in the depth direction. In FIGS. 3A and 3B, the positions of the horizontal axes correspond.
まず、p型層を形成し、その上にn型層を形成
し始める。これを破線で示す。不純物がp型から
n型に代わり、ヘテロ接合の形成によつて、バン
ドギヤツプもひろくなり、ヘテロpn接合が形成
される。n型層の形成が続くと、p型層からn型
層内へZnが拡散してくる。このZn濃度分布を第
3A図中一点鎖線で示す。p型不純物とn型不純
物との補償により、n型層であつたところでZn
不純物の濃度がn型不純物の濃度よりも高くなつ
てしまつた部分はp型に反転する。n型不純物濃
度が拡散してきたZn濃度より高い部分でも、実
効ドナ濃度は減少する。結果として得られる実効
不純物濃度は第3A図中実線で示す。pn接合は
n型層であつた部分に移動してしまう。ところ
で、この新たにp型となつたp−Ga1-xAlxAs領
域p2は比較的ひろいバンドギヤツプをもつ半導
体の領域である。すなわち、第3B図に示すよう
に、p型領域内にヘテロ接合が作られ、比較的ひ
ろいバンドギヤツプの領域中にホモpn接合が形
成される。 First, a p-type layer is formed, and an n-type layer begins to be formed thereon. This is shown by the dashed line. As the impurity changes from p-type to n-type and a heterojunction is formed, the band gap also widens, forming a heteropn junction. As the formation of the n-type layer continues, Zn diffuses from the p-type layer into the n-type layer. This Zn concentration distribution is shown by the dashed line in FIG. 3A. Due to compensation between p-type impurity and n-type impurity, Zn
The portion where the impurity concentration becomes higher than the n-type impurity concentration is reversed to p-type. Even in areas where the n-type impurity concentration is higher than the diffused Zn concentration, the effective donor concentration decreases. The resulting effective impurity concentration is shown by the solid line in Figure 3A. The pn junction moves to the part that was the n-type layer. By the way, this p-Ga 1-x Al x As region p2, which has newly become p-type, is a semiconductor region with a relatively wide band gap. That is, as shown in FIG. 3B, a heterojunction is created in the p-type region and a homopn junction is created in the relatively wide bandgap region.
このp−Ga1-xAlxAs拡張領域p2の幅が大き
くなるとn−Ga1-xAlxAs層から注入された電子
の一部は、発光層であるp−Ga1-xAlxAs層に到
達する前にZn拡散により新たに作られた領域p
2の正孔と再結合して消滅し、p−Ga1-xAlxAs
層での発光に寄与しない。すなわち、上述の高輝
度Ga1-xAlxAs発光ダイオードを得るための要件
(a)、(b)を満足しなくなる。このpn接合の移動距
離と発光ダイオードの明るさの関係の実験データ
を第4図に示す。 When the width of this p-Ga 1-x Al x As expansion region p2 increases, some of the electrons injected from the n-Ga 1-x Al x As layer are transferred to the p-Ga 1-x Al x As layer, which is the light emitting layer. A new region p created by Zn diffusion before reaching the As layer
It recombines with the hole of 2 and disappears, p-Ga 1-x Al x As
Does not contribute to light emission in the layer. Namely, the requirements for obtaining the high brightness Ga 1-x Al x As light emitting diode mentioned above
(a) and (b) will no longer be satisfied. Figure 4 shows experimental data on the relationship between the moving distance of this pn junction and the brightness of the light emitting diode.
第4図は縦軸に発光ダイオードの相対発光出
力、横軸にヘテロ接合からのpn接合の移動距慮
を表す。データに幾分のばらつきは見られるが、
pn接合が移動するに従つて、発光出力がほぼリ
ニアに減少していることが明らかである。 In FIG. 4, the vertical axis represents the relative light emitting output of the light emitting diode, and the horizontal axis represents the moving distance of the pn junction from the heterojunction. Although there is some variation in the data,
It is clear that the luminous output decreases almost linearly as the p-n junction moves.
すなわち、n−Ga1-xAlxAs層を厚くすると、
ある厚さまでは第9図に示すように発光ダイオー
ドの明るさを増す効果がある。同時にn−Ga1-x
AlxAs層の成長時間とその後の成長雰囲気中で高
温に保持される時間との合計時間tが増加するに
したがい、不純物補償によりpn接合が移動し、
発光出力が第7図のように減少する効果がある。
両効果を併せると第8図で示すように、合計時間
tについて最適の範囲が存在することになる。 That is, when the n-Ga 1-x Al x As layer is thickened,
Up to a certain thickness, it has the effect of increasing the brightness of the light emitting diode, as shown in FIG. At the same time n-Ga 1-x
As the total time t between the growth time of the Al x As layer and the subsequent time held at high temperature in the growth atmosphere increases, the p-n junction moves due to impurity compensation,
This has the effect of reducing the light emission output as shown in FIG.
When both effects are combined, an optimal range exists for the total time t, as shown in FIG.
問題となる拡散の速い不純物Znの拡散速度は、
母体物質すなわちGa1-xAlxAsの組成xによつて
変化すると考えられる。結晶中の組成xは成長温
度が一定であればメルト中の溶質の重量比
[Al]/[GaAs]により定まる。そこで組成x
の変化に対するZnの拡散係数を900℃で測定し
た。結果を第5図に示す。組成xの増加に対して
Znの拡散係数はほぼ指数関数的に増加している。 The diffusion rate of the fast-diffusing impurity Zn is
It is thought that it changes depending on the composition x of the base material, that is, Ga 1-x Al x As. If the growth temperature is constant, the composition x in the crystal is determined by the weight ratio [Al]/[GaAs] of the solute in the melt. So the composition x
The diffusion coefficient of Zn with respect to the change in was measured at 900℃. The results are shown in Figure 5. For increasing composition x
The diffusion coefficient of Zn increases almost exponentially.
従つてn−メルトの重量比[Al]/[GaAs]
=yが大きくなるとGa1-xAlxAs結晶の組成xが
大きくなり、Znの拡散がより進行し、pn接合が
より速くn−GaAlAs層に移動する。pn−接合の
移動距離(第3B図のp−GaAlAs領域p2の厚
み)は重量比[Al]/[GaAs]=yをパラメー
タとしてn−GaAlAs層成長開始後の時間の経過
とともに第6図のように変化する。従つてZnの
拡散による影響のみを考慮すると発光出力と成長
時間との関係は第4図と第6図を併せたものとな
り、第7図のごとくになるであろう。最も明かる
いLEDが得られる合計時間tの最大値は、n−
メルトの重量比[Al]/[GaAs]=yが大きく
なると、短くなる。 Therefore, the weight ratio of n-melt [Al]/[GaAs]
As =y increases, the composition x of the Ga 1-x Al x As crystal increases, Zn diffusion progresses more, and the pn junction moves more quickly to the n-GaAlAs layer. The moving distance of the p-n junction (thickness of the p-GaAlAs region p2 in Figure 3B) changes as time passes after the start of the n-GaAlAs layer growth using the weight ratio [Al]/[GaAs] = y as shown in Figure 6. It changes like this. Therefore, if only the influence of Zn diffusion is taken into consideration, the relationship between the luminescence output and the growth time will be the same as that shown in FIG. 7, which is a combination of FIGS. 4 and 6. The maximum value of the total time t for which the brightest LED is obtained is n-
As the melt weight ratio [Al]/[GaAs]=y increases, the length becomes shorter.
実際の発光ダイオードにおいてはn層の厚さに
依存する第9図のような関係と、p層形成後のn
層成長時間とその後の高温保持時間の合計時間t
に対する第7図のように関係が並存する。両者を
併せると第8図のような特性が期待される。すな
わち縦軸で示す発光ダイオードの明かるさは横軸
で示す合計時間tの増加に対して初め増大し、飽
和し、やがて減少する。このようにして合計時間
tについて最適範囲にあることが説明できる。ま
た、拡散係数が組成xないしメルト中の重量比y
に対して依存することを取り入れると、nメルト
の重量比[Al]/[GaAs]=yにより最適時間
が代わることが理解される。このnメルトの重量
比[Al]/[GaAs]=yの影響を実験的に求め
たのが第1図であり、定量的に表したのが式(1)で
ある。従つて、式(1)に従つて求められる時間tを
用いることにより、nメルト中の重量比
[Al]/[GaAs]=yが変えられても最も良い条
件で成長でき、そのnメルトの重量比[Al]/
[GaAs]=yにおいて最高の光出力あるいは明か
るさの発光ダイオードを歩留まり良く再現性良く
得られる。 In an actual light emitting diode, the relationship shown in Figure 9 depends on the thickness of the n layer, and the relationship between the n
Total time t of layer growth time and subsequent high temperature holding time
As shown in Figure 7, there are relationships between the two. When both are combined, characteristics as shown in FIG. 8 are expected. That is, the brightness of the light emitting diode shown on the vertical axis increases at first, saturates, and then decreases as the total time t increases, shown on the horizontal axis. In this way, it can be explained that the total time t is in the optimum range. Also, if the diffusion coefficient is the composition x or the weight ratio y in the melt,
It is understood that the optimum time changes depending on the weight ratio of n melts [Al]/[GaAs]=y. The influence of the weight ratio [Al]/[GaAs]=y of this n melt is experimentally determined in FIG. 1, and expressed quantitatively by equation (1). Therefore, by using the time t determined according to equation (1), even if the weight ratio [Al]/[GaAs] = y in the n melt is changed, growth can be achieved under the best conditions, and the n melt can be grown under the best conditions. Weight ratio [Al]/
When [GaAs]=y, a light emitting diode with the highest optical output or brightness can be obtained with high yield and high reproducibility.
[実施例]
所望の組成xを有するn−Ga1-xAlxAs層をも
つヘテロ接合GaAlAs発光ダイオードを製造す
る。EXAMPLE A heterojunction GaAlAs light emitting diode with an n-Ga 1-x Al x As layer having a desired composition x is manufactured.
第15図に示すような成長装置を用いる。成長
素材としてのAlおよびGaAsとp型不純物として
のZnとを溶解したGa溶液(pメルト)と、n型
不純物となるTeと成長素材としてのAlおよび
GaAsを溶解したGa溶液(nメルト)とをグラフ
アイトからなる容器にいれ、800℃−1000℃に保
ち、かつ10℃−200℃の温度差をつける。ヘテロ
構造とするため、nメルトの溶質の重量比
[Al]/[GaAs]=yはpメルトの溶質の重量比
yより大きく選んである。 A growth apparatus as shown in FIG. 15 is used. A Ga solution (p-melt) in which Al and GaAs as growth materials and Zn as a p-type impurity are dissolved, Te as an n-type impurity, Al and as a growth material
A Ga solution in which GaAs is dissolved (n-melt) is placed in a container made of graphite, maintained at 800°C to 1000°C, and with a temperature difference of 10°C to 200°C. In order to obtain a heterostructure, the solute weight ratio [Al]/[GaAs]=y of the n-melt is selected to be larger than the solute weight ratio y of the p-melt.
基板を載せたスライダはスライダ駆動機構5
5,61,77等により個々にまた集団的に駆動
制御される。これらの制御は手動でも制御装置5
0による自動でも行える。 The slider on which the board is mounted is the slider drive mechanism 5.
5, 61, 77, etc., individually and collectively. These controls can be performed manually or by using the control device 5.
It can also be done automatically by setting 0.
まず、pメルトの低温側に基板結晶を接触させ
一定時間(成長時間)保持する。基板はグラフア
イトからなるスライダに保持されている。pメル
トに保持することによりZnがアクセプタとなる
p−GaAlAs層が成長する。成長速度は約60分の
成長で30−60μmの成長層厚である。 First, a substrate crystal is brought into contact with the low temperature side of the p-melt and held for a certain period of time (growth time). The substrate is held by a slider made of graphite. By maintaining the p-melt, a p-GaAlAs layer with Zn as an acceptor grows. The growth rate is about 60 minutes and the growth layer thickness is 30-60 μm.
次にnメルトの低温側に基板結晶を接触させ、
成長時間t1を保持してTeがドナとなるn−
GaAlAs層を成長する。これによりヘテロpn接合
が形成できる。さらに成長雰囲気内の高温領域に
時間t2保持する。同様にして、多数枚の基板上
にGaAlAsヘテロpn層を成長する。 Next, bring the substrate crystal into contact with the low temperature side of the n-melt,
Holding the growth time t1, Te becomes the donor n-
Grow GaAlAs layer. This allows a heteropn junction to be formed. Further, the growth atmosphere is kept in a high temperature region for a time t2. Similarly, GaAlAs heteropn layers are grown on multiple substrates.
なお、高温領域とは成長温度+10℃ないし−30
℃の温度範囲にある領域である。 Note that the high temperature region is the growth temperature +10°C to -30°C.
It is an area in the temperature range of ℃.
ここで合計時間t=t1+t2は nメルト中の重量比[Al]/[GaAs]=yと t=α・exp(−β・y)±33% (1) α=193,β=3.6 を満足するように選ぶ。 Here, the total time t=t1+t2 is Weight ratio [Al]/[GaAs] in n melt = y t=α・exp(−β・y)±33% (1) α=193, β=3.6 choose to satisfy.
また、制御装置50によつてyを入力すると(1)
式にしたがい、自動的にtが設定されるようにし
ても良い。 Also, when y is input using the control device 50, (1)
t may be automatically set according to the formula.
つぎに、p側、n側にそれぞれ電極を付け、分
離裁断して高輝度GaAlAs発光ダイオード
(LEP)を得る。 Next, electrodes are attached to the p-side and n-side, respectively, and separated and cut to obtain a high-brightness GaAlAs light emitting diode (LEP).
[発明の効果]
以上のように、p−GaAlAs層成長後のn−
GaAlAs層の成長時間とn−GaAlAs層の成長後
に成長雰囲気内で高温に保持される時間との合計
時間tをnメルトに溶解したAl区GaAsの重量比
[Al]/[GaAs]=yと式(1)によつて決められる
時間内とすることにより、
(1) 高輝度高効率LEDが時間を調整するという
簡単な工程で得られる。[Effect of the invention] As described above, the n-
The total time t of the growth time of the GaAlAs layer and the time held at high temperature in the growth atmosphere after the growth of the n-GaAlAs layer is defined as the weight ratio of Al-group GaAs dissolved in the n-melt [Al]/[GaAs] = y. By setting the time within the time determined by Equation (1), (1) A high-brightness, high-efficiency LED can be obtained by a simple process of adjusting the time.
(2) 簡単な工程であるため高輝度高効率LEDが
効率良く再現性良く得られる。(2) Because the process is simple, high-brightness, high-efficiency LEDs can be obtained efficiently and with good reproducibility.
(3) 高輝度高効率LEDが結晶成長工程の終了後
直ちに得られる。(3) High-brightness, high-efficiency LEDs can be obtained immediately after the completion of the crystal growth process.
第1図は本発明の実施例により最大光出力を得
るためのn層成長とその後の高温工程の合計時間
tの最適時間をGaメルト中にAl,GaAsの重量
比[Al]/[GaAs]=yの関数として示すグラ
フ、第2図はyをパラメータとした合計時間tに
対する明かるさの変化を示すデータプロツト、第
3A図、第3B図は不純物分布とバンド構造の変
化を示す線図、第4図はpn接合の移動距離に対
する光出力の変化を示すデータプロツト、第5図
はZnの拡散係数の測定結果を示すデータプロツ
ト、第6図、第7図、第8図は現象を解析するた
めの概念図、第9図はn層の厚さに対する光出力
の変化を示すデータプロツト、第10図、第11
A図、第11B図、第12図、第13図、第14
図は現象を解析するための概念図、第15図は液
相結晶成長装置の概略図、第16図は第15図の
部分拡大図、第17図は成長操作を説明する温度
対時間のグラフ、第18図はLEDを説明する概
略断面図、第19図と第20図は、エネルギギヤ
ツプの分布を示すバンド構造図、第21図は不純
物濃度の分布を示す線図である。
符号の説明、64,65,66……メルト槽、
53……スライダ、1P……1枚目基板上のp型
層、1N……1枚目基板上のn型層、2P……2
枚目基板上のp型層、2N……2枚目基板上のn
型層、81……基板、82……p層、83……n
層、84……アノード電極、85……カソード電
極。
Figure 1 shows the optimum time for the total time t of n-layer growth and subsequent high-temperature process to obtain the maximum optical output according to an embodiment of the present invention.The weight ratio of Al and GaAs in Ga melt [Al]/[GaAs] = graph shown as a function of y, Figure 2 is a data plot showing changes in brightness versus total time t with y as a parameter, Figures 3A and 3B are lines showing changes in impurity distribution and band structure. Figure 4 is a data plot showing the change in optical output with respect to the moving distance of the pn junction, Figure 5 is a data plot showing the measurement results of the diffusion coefficient of Zn, and Figures 6, 7, and 8. is a conceptual diagram for analyzing the phenomenon, Figure 9 is a data plot showing changes in optical output with respect to the thickness of the n-layer, Figures 10 and 11 are
Figure A, Figure 11B, Figure 12, Figure 13, Figure 14
The figure is a conceptual diagram for analyzing the phenomenon, Figure 15 is a schematic diagram of the liquid phase crystal growth apparatus, Figure 16 is a partially enlarged view of Figure 15, and Figure 17 is a graph of temperature versus time to explain the growth operation. , FIG. 18 is a schematic sectional view illustrating an LED, FIGS. 19 and 20 are band structure diagrams showing the energy gap distribution, and FIG. 21 is a line diagram showing the impurity concentration distribution. Explanation of symbols, 64, 65, 66...melt tank,
53...Slider, 1P...p-type layer on the first substrate, 1N...n-type layer on the first substrate, 2P...2
p-type layer on the second substrate, 2N...n on the second substrate
mold layer, 81...substrate, 82...p layer, 83...n
Layer, 84... anode electrode, 85... cathode electrode.
Claims (1)
AlおよびGaAsを溶解したpメルトと、n型不純
物となる金属と成長素材としてのAlおよびGaAs
を溶解したnメルトとに、温度差をつけ、これら
のメルトの低温側に基板結晶を接触させ一定時間
保持し、基板上にp−Ga1-xAlxAs層およびn−
Ga1-xAlxAsを成長させる温度差法による結晶成
長方法において、 p−Ga1-xAlxAs層成長後のn−Ga1-xAlxAs層
の成長時間と、n−Ga1-xAlxAs層の成長後に同
一成長雰囲気内で高温に保持される時間との合計
時間t(分)が、 nメルトに溶解したAlとGaAsの重量比 [Al]/[GaAs]yと、 t=α・exp(−β・y)±33% α=193およびβ=3.6と から決定されることを特徴とするGa1-xAlxAs結
晶成長方法。[Claims] 1. Zn as a p-type impurity and as a growth material
P-melt containing Al and GaAs, metal as n-type impurity, and Al and GaAs as growth materials
A temperature difference is created between the n-melt and the n-melt in which the p-Ga 1-x Al x As layer and the n-
In the crystal growth method using the temperature difference method for growing Ga 1-x Al x As, the growth time of the n-Ga 1-x Al x As layer after the growth of the p-Ga 1-x Al x As layer and the n-Ga 1-x Al x After the growth of the As layer, the total time t (minutes) including the time held at high temperature in the same growth atmosphere is n Weight ratio of Al and GaAs dissolved in the melt [Al]/[GaAs]y and t=α·exp(−β·y)±33% α=193 and β=3.6. A Ga 1-x Al x As crystal growth method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14988A JPH01176298A (en) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | Method for growing crystal of ga1-xalxas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14988A JPH01176298A (en) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | Method for growing crystal of ga1-xalxas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01176298A JPH01176298A (en) | 1989-07-12 |
| JPH0477713B2 true JPH0477713B2 (en) | 1992-12-09 |
Family
ID=11465979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14988A Granted JPH01176298A (en) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | Method for growing crystal of ga1-xalxas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01176298A (en) |
-
1988
- 1988-01-05 JP JP14988A patent/JPH01176298A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01176298A (en) | 1989-07-12 |
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