JPH0477713B2 - - Google Patents

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。

［従来の技術］ Ga_1-xAl_xAs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Ga_1-xAl_xAs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−
Ga_1-xAl_xAs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−Ga_1-xAl_xAsのｘが決められる。ｎ
−Ga_1-XAl_XAs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−Ga_1-xAl_xAsの
ｘに対してｎ−Ga_1-xAl_xAsのｘは、ｐ−Ga_1-x
Al_xAs発光層に電子や正孔を閉じ込めておくた
め、あるいは、ｐ−Ga_1-xAl_xAs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−Ga_1-xAl_xAsのｘが0.35の
場合、ｎ−Ga_1-xAl_xAsのｘは0.6−0.85に選ばれ
る。

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。Ga_1-xAl_xAs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Ga_1-xAl_xAs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。

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。

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。

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。

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。

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Ga_1-xAl_xAs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。

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。

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Ga_1-xAl_xAs層８２と
ｎ型Ga_1-xAl_xAs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Ga_1-xAl_xAs層８３上にカソード電極８４を
形成した構成を有している。

特開昭61−39514号公報等によれば、高輝度
Ga_1-xAl_xAs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−Ga_1-xAl_xAsと、ｐ−
Ga_1-xAl_xAs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−
Ga_1-xAl_xAsからの発光が吸収されない）ｎ−
Ga_1-xAl_xAs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−
Ga_1-xAl_xAs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−Ga_1-xAl_xAs発
光層のキヤリア濃度（アクセプタ濃度）Naお
よびｎ−Ga_1-xAl_xAs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。

［発明が解決しようとする問題点］ 以上のように高輝度Ga_1-xAl_xAs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。

本発明はZnドープのｐ−型Ga_1-xAl_xAs層の上
にｎ−型Ga_1-xAl_xAs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。

［問題点を解決するために行つた検討］ まず、ｎ−Ga_1-xAl_xAs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。

第９図は発光ダイオード（LED）の明るさ対
ｎ層の厚さd_oの測定データを示す。明るさはｎ層
の厚さd_o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−Ga_1-xAl_x
As層厚依存性は次のように理解される。

(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。

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−cosΘ_c）、 と表せる。すなわち、ｎ−層の厚さd_oによらず
一定となろう。

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。

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Θ_c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d_oが大きくなるにしたがつて、d_o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−Ga_1-xAl_x
Asはｎ−Ga_1-xAl_xAsと比較して、吸収係数が
大きいため、ｎ−Ga_1-xAl_xAs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−Ga_1-xAl_xAs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−Ga_1-xAl_xAs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d_o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、d_o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。

以上の(a)(b)より、LEDの明るさはｎ−Ga_1-x
Al_xAs層の厚さd_oに依存しており、d_oのある値ま
では明るさは増加する。しかし、d_o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。

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d_o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−Ga_1-xAl_xAs
層厚依存性および、第１３図のｎ−Ga_1-xAl_xAs
成長層厚d_o対成長時間t₁の関係より、LEDの明る
さはｎ−Ga_1-xAl_xAs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−Ga_1-xAl_xAs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−Ga_1-xAl_xAs層の組成ｘにも依存しなはずで
ある。

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、
Ga_1-xAl_xAs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
Ga_1-xAl_xAs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。

［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。

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Ga_1-xAl_xAs層に続いてｎ型Ga_1-xAl_xAs
層を成長させ、Ga_1-xAl_xAsへヘテロ接合発光ダ
イオードを得る際、ｐ−Ga_1-xAl_xAs層成長後の
ｎ−Ga_1-xAl_xAs層の成長時間t₁と、ｎ−Ga_1-x
Al_xAs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。

［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Ga_1-xAl_xAs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。

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−Ga_1-x
Al_xAs中のアクセプタ不純物である拡散係数の大
きなZnが、ｎ−Ga_1-xAl_xAs層に拡散し、ｎ−
Ga_1-xAl_xAs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。

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。

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。

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−Ga_1-xAl_xAs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。

このｐ−Ga_1-xAl_xAs拡張領域ｐ２の幅が大き
くなるとｎ−Ga_1-xAl_xAs層から注入された電子
の一部は、発光層であるｐ−Ga_1-xAl_xAs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−Ga_1-xAl_xAs
層での発光に寄与しない。すなわち、上述の高輝
度Ga_1-xAl_xAs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。

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。

すなわち、ｎ−Ga_1-xAl_xAs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−Ga_1-x
Al_xAs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。

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Ga_1-xAl_xAs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。

従つてｎ−メルトの重量比［Al］／［GaAs］
＝ｙが大きくなるとGa_1-xAl_xAs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。

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。

［実施例］ 所望の組成ｘを有するｎ−Ga_1-xAl_xAs層をも
つヘテロ接合GaAlAs発光ダイオードを製造す
る。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

(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。

(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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ｐ型不純物としてのZnと成長素材としての
   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−Ga_1-xAl_xAs層およびｎ−
   Ga_1-xAl_xAsを成長させる温度差法による結晶成
   長方法において、 ｐ−Ga_1-xAl_xAs層成長後のｎ−Ga_1-xAl_xAs層
   の成長時間と、ｎ−Ga_1-xAl_xAs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Ga_1-xAl_xAs結
   晶成長方法。