JPH0522677B2 - - Google Patents
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- JPH0522677B2 JPH0522677B2 JP20794484A JP20794484A JPH0522677B2 JP H0522677 B2 JPH0522677 B2 JP H0522677B2 JP 20794484 A JP20794484 A JP 20794484A JP 20794484 A JP20794484 A JP 20794484A JP H0522677 B2 JPH0522677 B2 JP H0522677B2
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Classifications
-
- 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
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は液相エピタキシヤル成長による
GaAlAs発光素子の製造方法の改良に関するもの
である。
GaAlAs発光素子の製造方法の改良に関するもの
である。
近年、光通信用あるいは屋外での表示用などと
して高効率の発光素子の需要が強くなつている。
高効率発光素子の半導体材料としては、GaAlAs
系の特性が最も優れていることが知られている。
Ga1-xAlxAs混晶は組成ｘ＝０からｘ＝0.4付近ま
で直接遷移型のバンド構造を有し、6500Å〜9000
Åの間で高効率の発光を得ることができる。
Ga1-xAlxAs混晶の場合バンドギヤツプ（Eg単位
eV）と組成(x)の関係は近似的に次の関係式で表
わされることが知られている。
して高効率の発光素子の需要が強くなつている。
高効率発光素子の半導体材料としては、GaAlAs
系の特性が最も優れていることが知られている。
Ga1-xAlxAs混晶は組成ｘ＝０からｘ＝0.4付近ま
で直接遷移型のバンド構造を有し、6500Å〜9000
Åの間で高効率の発光を得ることができる。
Ga1-xAlxAs混晶の場合バンドギヤツプ（Eg単位
eV）と組成(x)の関係は近似的に次の関係式で表
わされることが知られている。
Eg(x)＝1.424＋1.247x （０＜ｘ＜0.45）
一般に、GaAlAs発光素子はＰ型GaAs基板上
に液相エピタキシヤル成長により発光波長に対応
したバンドギヤツプE1 gを持つＰ型Ga1-xAlxAs層
及びこの波長に対して透明となるようなバンドギ
ヤツプE2 g（E2 g＞E1 g）の広いｎ型Ga1-yAlyAs層を
ｙ＞ｘなる関係のもとに順次成長させた構造とな
つている。
に液相エピタキシヤル成長により発光波長に対応
したバンドギヤツプE1 gを持つＰ型Ga1-xAlxAs層
及びこの波長に対して透明となるようなバンドギ
ヤツプE2 g（E2 g＞E1 g）の広いｎ型Ga1-yAlyAs層を
ｙ＞ｘなる関係のもとに順次成長させた構造とな
つている。
発光はＰ型GaAlAs層で起きる為、発光波長は
Ｐ型層の組成(x)に依存する。
Ｐ型層の組成(x)に依存する。
発光波長6600Åの典型的な赤色発光素子では組
成ｘ＝0.35のＰ型層及び組成ｙ＝0.6〜0.8のＮ型
層より構成されている。
成ｘ＝0.35のＰ型層及び組成ｙ＝0.6〜0.8のＮ型
層より構成されている。
従来技術では第１図のようなＰ型成長溶液４及
びＮ型成長溶液５の２つの溶液で構成された横型
スライドボートを用い、Ｐ型層、Ｎ型層を徐冷法
または温度差法により順次成長する方式がとられ
ている。この方式の欠点は、Ｐ型層を成長させた
後、基板結晶が一旦成長溶液から切り離されるこ
と、および基板結晶をスライドすることによるキ
ズの発生などによりＰ−Ｎ界面付近に種々の欠陥
が導入され、特性劣化及びバラツキが問題となる
ことである。一方、リン化ガリウム（GaP）緑色
発光素子の場合にもＮ層及びＰ層を各々別個の溶
液から成長させる方式よりも、１つの溶液からＮ
層及びＰ層を連続して成長させる所謂不純物補償
法による発光素子の方が発光特性が優れているこ
とが知られている。
びＮ型成長溶液５の２つの溶液で構成された横型
スライドボートを用い、Ｐ型層、Ｎ型層を徐冷法
または温度差法により順次成長する方式がとられ
ている。この方式の欠点は、Ｐ型層を成長させた
後、基板結晶が一旦成長溶液から切り離されるこ
と、および基板結晶をスライドすることによるキ
ズの発生などによりＰ−Ｎ界面付近に種々の欠陥
が導入され、特性劣化及びバラツキが問題となる
ことである。一方、リン化ガリウム（GaP）緑色
発光素子の場合にもＮ層及びＰ層を各々別個の溶
液から成長させる方式よりも、１つの溶液からＮ
層及びＰ層を連続して成長させる所謂不純物補償
法による発光素子の方が発光特性が優れているこ
とが知られている。
第１の発明は上記事実に鑑みなされたもので、
亜鉛（Zn）とテルル（Te）を同時に添加したＰ
型成長溶液からＰ型層を成長させた後、溶液中の
Znを減圧処理により除去し、さらにアルミニウ
ムを追加した後Ｎ型層を同一溶液から連続して成
長させ、Ｐ−Ｎ界面付近に種々の欠陥が導入され
ることを防ぐことにより安定した特性を持つ
GaAlAs層発光素子の製造方法を提供するもので
ある。
亜鉛（Zn）とテルル（Te）を同時に添加したＰ
型成長溶液からＰ型層を成長させた後、溶液中の
Znを減圧処理により除去し、さらにアルミニウ
ムを追加した後Ｎ型層を同一溶液から連続して成
長させ、Ｐ−Ｎ界面付近に種々の欠陥が導入され
ることを防ぐことにより安定した特性を持つ
GaAlAs層発光素子の製造方法を提供するもので
ある。
しかしながらこの場合でもＮ型層を成長した後
スライドさせることにより溶液の分離させる為
に、多結晶のまき込みによるウエハー表面のキ
ズ、及びウエハー表面に溶液が残留することによ
る表面不良などの発生が問題となる。また横型ス
ライドボート法は上述した以外に下記問題点があ
る。
スライドさせることにより溶液の分離させる為
に、多結晶のまき込みによるウエハー表面のキ
ズ、及びウエハー表面に溶液が残留することによ
る表面不良などの発生が問題となる。また横型ス
ライドボート法は上述した以外に下記問題点があ
る。
GaAlAsの液相エピタキシヤル成長の場合、
非常に酸化され易いアルミニウムを溶液に添加
している為に、成長前に十分な空焼きにより溶
液中の酸素及び成長用治具等に吸着した酸素を
十分除去しなければならない。しかしスライト
ボート法では溶液と基板結晶が常に同じ温度ゾ
ーンにある為に溶液の空焼きの時間が余り長く
なると基板結晶の熱劣化の問題が出て来る。し
たがつて、酸素の除去と云う観点だけで空焼き
時間を独立に選択することができない。
非常に酸化され易いアルミニウムを溶液に添加
している為に、成長前に十分な空焼きにより溶
液中の酸素及び成長用治具等に吸着した酸素を
十分除去しなければならない。しかしスライト
ボート法では溶液と基板結晶が常に同じ温度ゾ
ーンにある為に溶液の空焼きの時間が余り長く
なると基板結晶の熱劣化の問題が出て来る。し
たがつて、酸素の除去と云う観点だけで空焼き
時間を独立に選択することができない。
スライドボート法で基板結晶を多数枚チヤー
ジする場合構造が複雑となり、操作性が悪く量
産的な製造方法としては問題がある。
ジする場合構造が複雑となり、操作性が悪く量
産的な製造方法としては問題がある。
そこで本発明の第２の発明は、上記事実に鑑み
なされたものである。本発明者は種々の検討の結
果縦型浸漬法を採用することにより上述した問題
の解決を計つたGaAlAs発光素子の量産的な製造
方法を提供するに至つたものである。
なされたものである。本発明者は種々の検討の結
果縦型浸漬法を採用することにより上述した問題
の解決を計つたGaAlAs発光素子の量産的な製造
方法を提供するに至つたものである。
以下図を参照して実施例を説明する。
実施例 １
第２図は第１の発明の実施において用いた黒鉛
製スライトボートを模式的に示したものである。
下部スライダー１にＰ型GaAs基板３が設置さ
れ、成長溶液４は金属ガリウム50ｇ、GaAs多結
晶４ｇ、アルミニウム（Al）80mg、亜鉛50mg、
テルル２mgを配合した組成となつている。また上
部スライダー８にはAl９ 300mgが設置されてい
る。
製スライトボートを模式的に示したものである。
下部スライダー１にＰ型GaAs基板３が設置さ
れ、成長溶液４は金属ガリウム50ｇ、GaAs多結
晶４ｇ、アルミニウム（Al）80mg、亜鉛50mg、
テルル２mgを配合した組成となつている。また上
部スライダー８にはAl９ 300mgが設置されてい
る。
スライダーをこの状態で電気炉の均熱帯に設置
し真空置換した後、水素ガスを流しながら900℃
まで昇温する。900℃で１時間保持した後スライ
ダー１を移動し、基板４と成長溶液４を接触さ
せ、冷却速度0.5℃／分で860℃まで冷却しＰ型層
を成長させる。この温度で成長を一時停止し、
Arガスを流しながら約2Torrの減圧下で約２時
間保持し溶液中のZnを除去する。次に常圧に戻
し再び水素ガスを流し、上部スライダー３を移動
しAl９を溶液に追加する。追加後約10分間経た
後、10℃再昇温する。870℃で約10分間保持した
後、再び冷却速度0.5℃／分で830℃まで徐冷し、
Ｎ型層を成長させ830℃に達した時スライダー１
を移動し、成長溶液を分離する。この工程によ
り、約20μｍのＰ型層、及び約20μｍのＮ型層が
成長した。EPMAによる組成分析の結果Ｐ型層
はGa0.66Al0.34As、Ｎ層はGa0.42Al0.58Asであつ
た。得られた発光素子の発光波長は6650Å発光出
力はＰ型層及びＮ型層を別個の溶液から成長させ
たもの約1.5倍であつた。
し真空置換した後、水素ガスを流しながら900℃
まで昇温する。900℃で１時間保持した後スライ
ダー１を移動し、基板４と成長溶液４を接触さ
せ、冷却速度0.5℃／分で860℃まで冷却しＰ型層
を成長させる。この温度で成長を一時停止し、
Arガスを流しながら約2Torrの減圧下で約２時
間保持し溶液中のZnを除去する。次に常圧に戻
し再び水素ガスを流し、上部スライダー３を移動
しAl９を溶液に追加する。追加後約10分間経た
後、10℃再昇温する。870℃で約10分間保持した
後、再び冷却速度0.5℃／分で830℃まで徐冷し、
Ｎ型層を成長させ830℃に達した時スライダー１
を移動し、成長溶液を分離する。この工程によ
り、約20μｍのＰ型層、及び約20μｍのＮ型層が
成長した。EPMAによる組成分析の結果Ｐ型層
はGa0.66Al0.34As、Ｎ層はGa0.42Al0.58Asであつ
た。得られた発光素子の発光波長は6650Å発光出
力はＰ型層及びＮ型層を別個の溶液から成長させ
たもの約1.5倍であつた。
上記例では減圧処理時間を２時間としたが、１
時間の場合はZnの除去が不十分でＮ型層が得ら
れない場合があり２時間以上の場合はＮ型層が再
現良く得られた。
時間の場合はZnの除去が不十分でＮ型層が得ら
れない場合があり２時間以上の場合はＮ型層が再
現良く得られた。
実施例 ２
第３図は第２の発明の実施において用いた縦型
浸漬法の装置を模式的に示したものである。電気
炉１１及び石英反応管１２により構成される。炉
内には、金属ガリウム３Kg、GaAs多結晶240ｇ、
テルル120mgを配合した組成の成長溶液４が、炉
外の反応管上部には、Ｐ型GaAs基板３を装着し
た基板ホルダー１３が設置されている。また反応
管上部にはZn投入器６及びAl投入器７が設置さ
れている。この状態で、真空置換後水素ガスを流
しながら900℃まで昇温する。900℃で2.5時間保
持した後、Zn投入器６からZn3ｇをAl投入器７か
らAl4.8ｇを添加する。更に30分間900℃で保持し
た後、基板ホルダー１３を成長溶液の直上部で予
熱した後成長溶液に浸漬し、冷却速度0.5℃／分
で860℃まで徐冷しＰ型層を成長させる。この温
度で成長を一時停止しArガスを流しながら約
2Torrの減圧下で２時間保持し溶液中のZnを除去
した後、常圧に戻し再び水素ガスを流してAl投
入器７よりAl18ｇを追加する。追加後30分間経
た後、10℃昇温し870℃で10分間保持して再び冷
却速度0.5℃／分で830℃まで徐冷しＮ層を成長さ
せ、830℃に達した時基板ホルダー１３を成長溶
液より分離して反応管上部まで引き上げる。この
工程により約25μｍＰ型層及び約25μｍのＮ型層
が成長した。またEPMAでの組成分析の結果は
Ｐ型層はGa0.68Al0.32As、Ｎ型層はGa0.38Al0.62As
であつた。得られた発光素子の発光波長は6700
Å、発光出力は実施例１のものとほぼ同一であつ
た。
浸漬法の装置を模式的に示したものである。電気
炉１１及び石英反応管１２により構成される。炉
内には、金属ガリウム３Kg、GaAs多結晶240ｇ、
テルル120mgを配合した組成の成長溶液４が、炉
外の反応管上部には、Ｐ型GaAs基板３を装着し
た基板ホルダー１３が設置されている。また反応
管上部にはZn投入器６及びAl投入器７が設置さ
れている。この状態で、真空置換後水素ガスを流
しながら900℃まで昇温する。900℃で2.5時間保
持した後、Zn投入器６からZn3ｇをAl投入器７か
らAl4.8ｇを添加する。更に30分間900℃で保持し
た後、基板ホルダー１３を成長溶液の直上部で予
熱した後成長溶液に浸漬し、冷却速度0.5℃／分
で860℃まで徐冷しＰ型層を成長させる。この温
度で成長を一時停止しArガスを流しながら約
2Torrの減圧下で２時間保持し溶液中のZnを除去
した後、常圧に戻し再び水素ガスを流してAl投
入器７よりAl18ｇを追加する。追加後30分間経
た後、10℃昇温し870℃で10分間保持して再び冷
却速度0.5℃／分で830℃まで徐冷しＮ層を成長さ
せ、830℃に達した時基板ホルダー１３を成長溶
液より分離して反応管上部まで引き上げる。この
工程により約25μｍＰ型層及び約25μｍのＮ型層
が成長した。またEPMAでの組成分析の結果は
Ｐ型層はGa0.68Al0.32As、Ｎ型層はGa0.38Al0.62As
であつた。得られた発光素子の発光波長は6700
Å、発光出力は実施例１のものとほぼ同一であつ
た。
実施例１ではＮ型層の表面にスライダーによる
キズ溶液の残留による表面不良がみられたが実施
例２ではほぼ完全な鏡面が得られた。
キズ溶液の残留による表面不良がみられたが実施
例２ではほぼ完全な鏡面が得られた。
同一溶液から連続してＰ型層及びＮ型層を成長
させることにより安定した特性のGaAlAs発光素
子の製造が可能となりガリウムの原単位も従来の
約半分となつた。また縦型浸漬法の採用し多数枚
束ねた構造の基板ホルダーを用いることにより、
１回の成長で直径約50mmφのウエハー30枚の処理
が可能となりほぼ完全な鏡面が得られるようにな
つた。
させることにより安定した特性のGaAlAs発光素
子の製造が可能となりガリウムの原単位も従来の
約半分となつた。また縦型浸漬法の採用し多数枚
束ねた構造の基板ホルダーを用いることにより、
１回の成長で直径約50mmφのウエハー30枚の処理
が可能となりほぼ完全な鏡面が得られるようにな
つた。
上記実施例では発光波長が6600〜6700Åの赤色
発光であつたがＰ型GaAlAs層のアルミニウムの
組成を変えることにより6500〜9000Åの発光が可
能である。またＮ型添加剤としてテルル（Te）
を用いたがイオウ(S)、セレン（Se）であつても
良くＰ型添加剤としてはカドミニウム（Cd）で
あつても良い。
発光であつたがＰ型GaAlAs層のアルミニウムの
組成を変えることにより6500〜9000Åの発光が可
能である。またＮ型添加剤としてテルル（Te）
を用いたがイオウ(S)、セレン（Se）であつても
良くＰ型添加剤としてはカドミニウム（Cd）で
あつても良い。
第１図は従来技術の横型スライドボートを示す
説明図である。 １…下部スライダー、２…上部スライダー、３
…Ｐ型GaAs基板、４…Ｐ型成長溶液、５…Ｎ型
成長溶液。 第２図は本発明に使用する横型スライドボート
の一例を示す図である。 １…下部スライダー、２…中部スライダー、３
…Ｐ型GaAs基板、４…成長溶液、８…上部スラ
イダー、９…追加用アルミニウム。 第３図は本発明に使用する縦型浸漬法の装置の
一例を示す図である。 ３…Ｐ型GaAs基板、４…成長溶液、６…Zn投
入器、７…Al投入器、１１…電気炉、１２…石
英反応管、１３…基板ホルダー。
説明図である。 １…下部スライダー、２…上部スライダー、３
…Ｐ型GaAs基板、４…Ｐ型成長溶液、５…Ｎ型
成長溶液。 第２図は本発明に使用する横型スライドボート
の一例を示す図である。 １…下部スライダー、２…中部スライダー、３
…Ｐ型GaAs基板、４…成長溶液、８…上部スラ
イダー、９…追加用アルミニウム。 第３図は本発明に使用する縦型浸漬法の装置の
一例を示す図である。 ３…Ｐ型GaAs基板、４…成長溶液、６…Zn投
入器、７…Al投入器、１１…電気炉、１２…石
英反応管、１３…基板ホルダー。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ｐ型ヒ化ガリウム基板上に、Ｐ型GaAlAs層
さらに該層上にＮ型GaAlAs層を有するGaAlAs
発光素子を液相エピタキシヤル成長により製造す
るに際して、亜鉛（Zn）とテルル（Te）を添加
したアルミニウム（Al）−ガリウム（Ga）溶液よ
りまずＰ型GaAlAs層を成長させた後減圧処理に
より溶液中のZnを除去し、次いでAlを追加した
後引き続きＮ型GaAlAs層を同一溶液から連続し
て成長させることを特徴とするGaAlAs発光素子
の製造方法。 ２ 液相エピタキシヤル成長に際して、縦型浸漬
法を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のGaAlAs発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59207944A JPS6186500A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | ＧａＡｌＡｓ発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59207944A JPS6186500A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | ＧａＡｌＡｓ発光素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6186500A JPS6186500A (ja) | 1986-05-01 |
| JPH0522677B2 true JPH0522677B2 (ja) | 1993-03-30 |
Family
ID=16548119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59207944A Granted JPS6186500A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | ＧａＡｌＡｓ発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6186500A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61127699A (ja) * | 1984-11-26 | 1986-06-14 | Mitsubishi Monsanto Chem Co | ひ化ガリウム・アルミニウム混晶エピタキシヤルウエハ及びその製造方法 |
-
1984
- 1984-10-05 JP JP59207944A patent/JPS6186500A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6186500A (ja) | 1986-05-01 |
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