JPH065917A - 発光ダイオード用エピタキシャルウエハ及びその製造方法 - Google Patents
発光ダイオード用エピタキシャルウエハ及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH065917A JPH065917A JP18475092A JP18475092A JPH065917A JP H065917 A JPH065917 A JP H065917A JP 18475092 A JP18475092 A JP 18475092A JP 18475092 A JP18475092 A JP 18475092A JP H065917 A JPH065917 A JP H065917A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- type
- gaas
- epitaxial growth
- epitaxial
- 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.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/50—Bond wires
Landscapes
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 各層の厚みが高精度で制御され、エネルギー
禁制帯幅が広く、発光効率及びピーク波長制御性に優れ
た発光ダイオードを得る。 【構成】 Siを除くTe,Sn,S,Se等のドーパ
ント及び混晶成分としてのAlを含むGa融液を850
℃以下の温度でGaAs基板結晶1に接触させ、GaA
s基板結晶1上にn型Ga1 − x Alx Asエピタキシ
ャル成長層2を設ける。Ga融液を成長面から除去した
後、0.5原子%以上のSiを含む融液を850℃以下
の温度でn型Ga1 - x Alx Asエピタキシャル成長層
2に接触させ、p型GaAsエピタキシャル成長層3を
成長させる。 【効果】 発光再結合領域がp−n接合に近いp型領域
に限られ、このp型層からの発光をエネルギー禁制帯幅
の広いn型層を反射面として利用することができるた
め、発光効率が大きく向上する。また、n型層及びp型
層をそれぞれ別個の融液を使用して850℃以下の比較
的低温で成長させているため、ドーピングレベルが高い
自由度で調整され、高精度で各層の厚みが制御される。
禁制帯幅が広く、発光効率及びピーク波長制御性に優れ
た発光ダイオードを得る。 【構成】 Siを除くTe,Sn,S,Se等のドーパ
ント及び混晶成分としてのAlを含むGa融液を850
℃以下の温度でGaAs基板結晶1に接触させ、GaA
s基板結晶1上にn型Ga1 − x Alx Asエピタキシ
ャル成長層2を設ける。Ga融液を成長面から除去した
後、0.5原子%以上のSiを含む融液を850℃以下
の温度でn型Ga1 - x Alx Asエピタキシャル成長層
2に接触させ、p型GaAsエピタキシャル成長層3を
成長させる。 【効果】 発光再結合領域がp−n接合に近いp型領域
に限られ、このp型層からの発光をエネルギー禁制帯幅
の広いn型層を反射面として利用することができるた
め、発光効率が大きく向上する。また、n型層及びp型
層をそれぞれ別個の融液を使用して850℃以下の比較
的低温で成長させているため、ドーピングレベルが高い
自由度で調整され、高精度で各層の厚みが制御される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、GaAs基板結晶の上
にn型層及びp型層を積層した発光ダイオード用エピタ
キシャルウエハ及びその製造方法に関する。
にn型層及びp型層を積層した発光ダイオード用エピタ
キシャルウエハ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】赤外線を用いた遠隔操作や警戒システ
ム,距離測定装置,自動焦点装置,フォトカプラー,フ
ォトインタラプター等の光源として、高い光出力をもつ
発光ダイオードが使用されている。発光ダイオードは、
たとえばGaAs基板に液相エピタキシャル成長させた
ものを使用し、低電圧及び低電流で駆動することがで
き、小型で実装密度が高く、寿命が長い等の長所をもっ
ている。また、GaAs中で二つのアクセプターレベル
と一つのドナーレベルを示すSiの両性不純物特性を利
用し、内部にp−n接合を含むエピタキシャル成長層を
形成することも知られている。不純物としてSiをヘビ
ードープしたGaAsをn型GaAs基板結晶の上に融
液からエピタキシャル成長させると、GaAs結晶格子
に導入されるSiの位置が融液の温度によって異なる。
たとえば、0.5〜7.0原子%程度でSiをヘビード
ープしたGaAs飽和Ga融液をGaAs基板結晶に接
触させて850〜950℃の高温域から徐冷するとき、
高温で最初に晶出した層がn型になり、引き続き比較的
低温で晶出した層がp型になり、n型層とp型層との間
にp−n接合が形成される。その結果1回の操作で同一
溶液から晶出させたエピタキシャル成長層の内部にp−
n接合が自然に形成される。
ム,距離測定装置,自動焦点装置,フォトカプラー,フ
ォトインタラプター等の光源として、高い光出力をもつ
発光ダイオードが使用されている。発光ダイオードは、
たとえばGaAs基板に液相エピタキシャル成長させた
ものを使用し、低電圧及び低電流で駆動することがで
き、小型で実装密度が高く、寿命が長い等の長所をもっ
ている。また、GaAs中で二つのアクセプターレベル
と一つのドナーレベルを示すSiの両性不純物特性を利
用し、内部にp−n接合を含むエピタキシャル成長層を
形成することも知られている。不純物としてSiをヘビ
ードープしたGaAsをn型GaAs基板結晶の上に融
液からエピタキシャル成長させると、GaAs結晶格子
に導入されるSiの位置が融液の温度によって異なる。
たとえば、0.5〜7.0原子%程度でSiをヘビード
ープしたGaAs飽和Ga融液をGaAs基板結晶に接
触させて850〜950℃の高温域から徐冷するとき、
高温で最初に晶出した層がn型になり、引き続き比較的
低温で晶出した層がp型になり、n型層とp型層との間
にp−n接合が形成される。その結果1回の操作で同一
溶液から晶出させたエピタキシャル成長層の内部にp−
n接合が自然に形成される。
【0003】p−n接合を形成するSiの両性不純物特
性は、次のように説明されている。GaAsで飽和した
Ga融液が徐冷されてGaAs結晶が晶出するとき、A
sの活量が高い高温状態ではAs格子点をSiが置換す
ることはなく、Ga格子点をSiが置換する。その結
果、浅いドナー準位のn型層が形成される。融液が85
0℃を下回る比較的低温になると、Asの活量が低下
し、As格子点もSiで置換され、浅いアクセプター準
位となる。このとき、Ga融液中に高い濃度でSiが含
まれていると、Ga格子点を置換したSi(以下、Si
Gaという)及びAs格子点を置換したSi(以下、Si
Asという)とが最近接格子点を占めるようになり、Si
GaとSiAsとのペアリングによって深いアクセプター準
位となる。その結果、Siをヘビードープした融液を使
用した液相エピタキシャル成長では、先にn型GaAs
基板結晶上に成長してくるのがSiGaを含むn型層とな
り、続いて比較的低温になってから成長した表面に近い
部分がSiGaーSiAsのペアを含むp型層となる。Si
のヘビードープによってn型GaAs層及びp型GaA
s層を液相からGaAs基板結晶上に連続成長させたp
−n接合を利用して、発光ダイオードが製造される。得
られた発光ダイオードは、放射される光の波長がGaA
s基板結晶を良く透過し、しかも接合界面近傍に結晶欠
陥が発生する機会が少ないことから、内部発光効率及び
外部発光効率共に高い値を示す。この特性を活用し、比
較的高い光出力が要求されるオプトエレクトロニクス分
野の光源として使用されている。
性は、次のように説明されている。GaAsで飽和した
Ga融液が徐冷されてGaAs結晶が晶出するとき、A
sの活量が高い高温状態ではAs格子点をSiが置換す
ることはなく、Ga格子点をSiが置換する。その結
果、浅いドナー準位のn型層が形成される。融液が85
0℃を下回る比較的低温になると、Asの活量が低下
し、As格子点もSiで置換され、浅いアクセプター準
位となる。このとき、Ga融液中に高い濃度でSiが含
まれていると、Ga格子点を置換したSi(以下、Si
Gaという)及びAs格子点を置換したSi(以下、Si
Asという)とが最近接格子点を占めるようになり、Si
GaとSiAsとのペアリングによって深いアクセプター準
位となる。その結果、Siをヘビードープした融液を使
用した液相エピタキシャル成長では、先にn型GaAs
基板結晶上に成長してくるのがSiGaを含むn型層とな
り、続いて比較的低温になってから成長した表面に近い
部分がSiGaーSiAsのペアを含むp型層となる。Si
のヘビードープによってn型GaAs層及びp型GaA
s層を液相からGaAs基板結晶上に連続成長させたp
−n接合を利用して、発光ダイオードが製造される。得
られた発光ダイオードは、放射される光の波長がGaA
s基板結晶を良く透過し、しかも接合界面近傍に結晶欠
陥が発生する機会が少ないことから、内部発光効率及び
外部発光効率共に高い値を示す。この特性を活用し、比
較的高い光出力が要求されるオプトエレクトロニクス分
野の光源として使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】Siをヘビードープし
たGaAs発光ダイオードは、Siの両性不純物特性を
利用してp−n接合を容易に形成できるものの、次に掲
げる問題がある。 n型領域及びp型領域共にGaAsであることか
ら、p−n接合は、ホモジャンクションとなる。そのた
め、n型領域及びp型領域共にほぼ等しい光屈折率をも
ち、両者の界面を光の反射面として光のコンファインメ
ント等に利用することが困難である。 浅いアクセプター及び深いアクセプターの双方が存
在するp型領域だけでなく、浅いドナーが存在するn型
領域に向かっても少数キャリアーの注入が生じる。その
ため、発光スペクトルの半値幅が著しく広がり、単色光
性が少ない。その結果、発光ダイオードの応用分野が制
約され、また有効波長成分が減少されることになる。 多数キャリアーとして浅いドナーが存在するn型領
域に注入されたホールの再結合による短波長発光は、深
いアクセプター及び浅いアクセプターの両方が多数キャ
リアーであるp型領域に注入された電子の再結合による
短波長発光及び長波長発光と同時に起こる。しかも、S
iのドープ量と晶出温度との関係は、ドーパント以外の
残留不純物濃度と複雑に関わり合っている。そのため、
発光のピーク波長を正確に設定することが困難である。
その結果、発光ダイオードは、液相エピタキシャル成長
に溶媒として使用するGaの純度や融液の繰返し使用回
数等に応じて異なった発光ピーク波長を示し、安定した
品質をもつ製品が得られない。 p−n接合が形成される位置は、液相エピタキシー
の成長条件や原料純度等の微妙な変化を受けて変動し易
い。そして、成長層内部の所定位置にp−n接合が形成
されるように操作条件を制御することが困難であるた
め、最表面部にあるp型層の厚みを制御することができ
ない。その結果、発光ダイオードのチップ構造によって
は必要となるフォトエッチング工程におけるエッチング
深さ等をエピタキシャルウエハごとに調整することが要
求され、生産性が著しく阻害される。 駆動電流によって発光を変調させるときの応答速度
が極めて遅く、通常−3dBで示す遮断周波数が数百キ
ロHz以下である。これは、SiGa−SiAsのペアによ
る深いアクセプター準位の他に、SiAsによる浅いアク
セプター準位,SiGaによる浅いドナー準位等、種々の
不純物準位での再結合が伴われることに起因するものと
考えられている。 n型層の形成を促進させる上で、850℃以上の高
い温度、通常は900〜950℃の高い温度で結晶成長
を行わせる。そのため、基板結晶の表面や成長層に欠陥
が生じ易く、また有害不純物も混入し易くなる。 本発明は、このような問題を解消すべく案出されたもの
であり、p−n接合をヘテロ化することにより、n型領
域とp型領域との界面を光反射面として使用することが
でき、且つ有効波長成分を減少させることなく発光のピ
ーク波長が正確に制御され、しかもp型領域の厚みを高
精度で調整することができる発光ダイオードを提供する
ことを目的とする。
たGaAs発光ダイオードは、Siの両性不純物特性を
利用してp−n接合を容易に形成できるものの、次に掲
げる問題がある。 n型領域及びp型領域共にGaAsであることか
ら、p−n接合は、ホモジャンクションとなる。そのた
め、n型領域及びp型領域共にほぼ等しい光屈折率をも
ち、両者の界面を光の反射面として光のコンファインメ
ント等に利用することが困難である。 浅いアクセプター及び深いアクセプターの双方が存
在するp型領域だけでなく、浅いドナーが存在するn型
領域に向かっても少数キャリアーの注入が生じる。その
ため、発光スペクトルの半値幅が著しく広がり、単色光
性が少ない。その結果、発光ダイオードの応用分野が制
約され、また有効波長成分が減少されることになる。 多数キャリアーとして浅いドナーが存在するn型領
域に注入されたホールの再結合による短波長発光は、深
いアクセプター及び浅いアクセプターの両方が多数キャ
リアーであるp型領域に注入された電子の再結合による
短波長発光及び長波長発光と同時に起こる。しかも、S
iのドープ量と晶出温度との関係は、ドーパント以外の
残留不純物濃度と複雑に関わり合っている。そのため、
発光のピーク波長を正確に設定することが困難である。
その結果、発光ダイオードは、液相エピタキシャル成長
に溶媒として使用するGaの純度や融液の繰返し使用回
数等に応じて異なった発光ピーク波長を示し、安定した
品質をもつ製品が得られない。 p−n接合が形成される位置は、液相エピタキシー
の成長条件や原料純度等の微妙な変化を受けて変動し易
い。そして、成長層内部の所定位置にp−n接合が形成
されるように操作条件を制御することが困難であるた
め、最表面部にあるp型層の厚みを制御することができ
ない。その結果、発光ダイオードのチップ構造によって
は必要となるフォトエッチング工程におけるエッチング
深さ等をエピタキシャルウエハごとに調整することが要
求され、生産性が著しく阻害される。 駆動電流によって発光を変調させるときの応答速度
が極めて遅く、通常−3dBで示す遮断周波数が数百キ
ロHz以下である。これは、SiGa−SiAsのペアによ
る深いアクセプター準位の他に、SiAsによる浅いアク
セプター準位,SiGaによる浅いドナー準位等、種々の
不純物準位での再結合が伴われることに起因するものと
考えられている。 n型層の形成を促進させる上で、850℃以上の高
い温度、通常は900〜950℃の高い温度で結晶成長
を行わせる。そのため、基板結晶の表面や成長層に欠陥
が生じ易く、また有害不純物も混入し易くなる。 本発明は、このような問題を解消すべく案出されたもの
であり、p−n接合をヘテロ化することにより、n型領
域とp型領域との界面を光反射面として使用することが
でき、且つ有効波長成分を減少させることなく発光のピ
ーク波長が正確に制御され、しかもp型領域の厚みを高
精度で調整することができる発光ダイオードを提供する
ことを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の発光ダイオード
用エピタキシャルウエハは、その目的を達成するため、
GaAs基板結晶と、該GaAs基板結晶の上に晶出さ
れ、Siを除くTe,Zn,Sn,S,Se等のドーパ
ントをドナー不純物としてドープさせたn型Ga1-x A
lx Asエピタキシャル成長層と、該n型Ga1-x Al
x Asエピタキシャル成長層の上に重畳され、Siをヘ
ビードープしたp型GaAsエピタキシャル成長層とを
備え、前記n型Ga1-x Alx Asエピタキシャル成長
層と前記p型GaAsエピタキシャル成長層との間にp
−n接合が形成されていることを特徴とする。この発光
ダイオード用エピタキシャルウエハは、Siを除くT
e,Sn,S,Se等のドーパント及び混晶成分として
のAlを含むGa融液を850℃以下の温度でGaAs
基板結晶に接触させ、前記GaAs基板結晶上にn型G
a1-x Alx Asエピタキシャル成長層を設けた後、前
記Ga融液を成長面から除去し、次いで0.5原子%以
上のSiを含む融液を850℃以下の温度で前記n型G
a1-x Alx Asエピタキシャル成長層に接触させ、前
記n型Ga1-x Alx Asエピタキシャル成長層の上に
p型GaAsエピタキシャル成長層を成長させることに
より製造される。
用エピタキシャルウエハは、その目的を達成するため、
GaAs基板結晶と、該GaAs基板結晶の上に晶出さ
れ、Siを除くTe,Zn,Sn,S,Se等のドーパ
ントをドナー不純物としてドープさせたn型Ga1-x A
lx Asエピタキシャル成長層と、該n型Ga1-x Al
x Asエピタキシャル成長層の上に重畳され、Siをヘ
ビードープしたp型GaAsエピタキシャル成長層とを
備え、前記n型Ga1-x Alx Asエピタキシャル成長
層と前記p型GaAsエピタキシャル成長層との間にp
−n接合が形成されていることを特徴とする。この発光
ダイオード用エピタキシャルウエハは、Siを除くT
e,Sn,S,Se等のドーパント及び混晶成分として
のAlを含むGa融液を850℃以下の温度でGaAs
基板結晶に接触させ、前記GaAs基板結晶上にn型G
a1-x Alx Asエピタキシャル成長層を設けた後、前
記Ga融液を成長面から除去し、次いで0.5原子%以
上のSiを含む融液を850℃以下の温度で前記n型G
a1-x Alx Asエピタキシャル成長層に接触させ、前
記n型Ga1-x Alx Asエピタキシャル成長層の上に
p型GaAsエピタキシャル成長層を成長させることに
より製造される。
【0006】
【作 用】本発明においては、GaAs基板結晶の上に
形成されるn型の第1層を、GaAsからGa1-x Al
x Asに代えている。Ga1-x Alx Asをn型層とす
るとき、GaAsに比較して光屈折率が小さくなると共
に、エネルギー禁制帯幅が広くなる。すなわち、エネル
ギー禁制帯幅が約1.4eVのGaAsに、これより大
きなエネルギー禁制帯幅をもつAlAs(ガンマ谷では
約2.8eV,エックス谷でも約2.2eV)が混合さ
れるため、GaAsに対するAlAsの混合割合を示す
混晶比xに比例的に禁制帯幅が増加する。また、同様な
誘電率の変化から、光の屈折率も低下する。n型Ga
1-x Alx As層は、p型GaAs層よりもエネルギー
禁制帯が広幅となっているので、ホールよりも電子の方
が圧倒的に高い少数キャリアの注入効率を示す。また、
ホールは、p型層内に閉じ込められ、n型層内に注入さ
れることがない。そのため、p型のGaAs層内部にお
いて、高い内部量子効率で注入発光が生起される。しか
も、発生した光の大部分がn型層との界面で全反射され
上方に向かうため、従来の発光ダイオードにみられたよ
うに厚いGaAs基板結晶内部を透過して金属膜電極で
吸収されることがない。したがって、発光の外部量子効
率も高くなる。
形成されるn型の第1層を、GaAsからGa1-x Al
x Asに代えている。Ga1-x Alx Asをn型層とす
るとき、GaAsに比較して光屈折率が小さくなると共
に、エネルギー禁制帯幅が広くなる。すなわち、エネル
ギー禁制帯幅が約1.4eVのGaAsに、これより大
きなエネルギー禁制帯幅をもつAlAs(ガンマ谷では
約2.8eV,エックス谷でも約2.2eV)が混合さ
れるため、GaAsに対するAlAsの混合割合を示す
混晶比xに比例的に禁制帯幅が増加する。また、同様な
誘電率の変化から、光の屈折率も低下する。n型Ga
1-x Alx As層は、p型GaAs層よりもエネルギー
禁制帯が広幅となっているので、ホールよりも電子の方
が圧倒的に高い少数キャリアの注入効率を示す。また、
ホールは、p型層内に閉じ込められ、n型層内に注入さ
れることがない。そのため、p型のGaAs層内部にお
いて、高い内部量子効率で注入発光が生起される。しか
も、発生した光の大部分がn型層との界面で全反射され
上方に向かうため、従来の発光ダイオードにみられたよ
うに厚いGaAs基板結晶内部を透過して金属膜電極で
吸収されることがない。したがって、発光の外部量子効
率も高くなる。
【0007】注入発光における発光再結合領域は、エネ
ルギー禁制帯幅の広いn型Ga1-xAlx As層によっ
てp型層内のホールが閉じ込められた狭い領域、すなわ
ちp−nヘテロ接合に近いp型領域に限られる。そのた
め、電流変調に対する発光の応答速度が高く、たとえば
少数キャリアの注入がp型領域及びn型領域の双方に生
じ且つ電子やホールが長く拡散する従来の発光ダイオー
ドに比較して、変調の遮断周波数が約1.5〜2倍まで
向上する。従来の方法で作られたn型層では、SiGaに
よる浅いドナー準位が存在し、ここでの発光が随伴す
る。しかし、本発明に従った素子では、n型層内にキャ
リアが注入されず、n型層における再結合が生じないた
め、それに相当する分だけ発光のスペクトル半値幅が狭
くなり、発光のピーク波長が極めて高い精度で制御され
る。
ルギー禁制帯幅の広いn型Ga1-xAlx As層によっ
てp型層内のホールが閉じ込められた狭い領域、すなわ
ちp−nヘテロ接合に近いp型領域に限られる。そのた
め、電流変調に対する発光の応答速度が高く、たとえば
少数キャリアの注入がp型領域及びn型領域の双方に生
じ且つ電子やホールが長く拡散する従来の発光ダイオー
ドに比較して、変調の遮断周波数が約1.5〜2倍まで
向上する。従来の方法で作られたn型層では、SiGaに
よる浅いドナー準位が存在し、ここでの発光が随伴す
る。しかし、本発明に従った素子では、n型層内にキャ
リアが注入されず、n型層における再結合が生じないた
め、それに相当する分だけ発光のスペクトル半値幅が狭
くなり、発光のピーク波長が極めて高い精度で制御され
る。
【0008】Ga1-x Alx Asに対するドーパントと
しては、Siでない限り特に限定されるものではない
が、Te,Sn,S,Se等のドナー不純物を単独で或
いは複合させて使用することができる。これらドナー不
純物は、その溶解度もエピタキシャル成長が行われる温
度範囲では十分に大きいことから、ドーピングレベルの
調整に対する自由度が向上する。しかも、これらドナー
不純物は、Siと異なり低温でもアクセプターにならな
いため、850℃以下の比較的低温でn型層をエピタキ
シャル成長させることができる。Siの両性不純物特性
を利用してn型層を晶出させる従来の方法では、晶出温
度を850〜950℃,実際的には900℃以上に維持
している。このような高温の融液がGaAs基板結晶に
接触すると、基板表面からAsが解離し易く、結晶欠陥
が発生する傾向が大きくなる。また、反応管,治具類等
からの不純物汚染も顕著になる。この点、本発明におい
ては、p型層は勿論、n型層を晶出させる温度を850
℃以下に抑えているため、結晶欠陥の発生や不純物汚染
等が著しく少なくなる。
しては、Siでない限り特に限定されるものではない
が、Te,Sn,S,Se等のドナー不純物を単独で或
いは複合させて使用することができる。これらドナー不
純物は、その溶解度もエピタキシャル成長が行われる温
度範囲では十分に大きいことから、ドーピングレベルの
調整に対する自由度が向上する。しかも、これらドナー
不純物は、Siと異なり低温でもアクセプターにならな
いため、850℃以下の比較的低温でn型層をエピタキ
シャル成長させることができる。Siの両性不純物特性
を利用してn型層を晶出させる従来の方法では、晶出温
度を850〜950℃,実際的には900℃以上に維持
している。このような高温の融液がGaAs基板結晶に
接触すると、基板表面からAsが解離し易く、結晶欠陥
が発生する傾向が大きくなる。また、反応管,治具類等
からの不純物汚染も顕著になる。この点、本発明におい
ては、p型層は勿論、n型層を晶出させる温度を850
℃以下に抑えているため、結晶欠陥の発生や不純物汚染
等が著しく少なくなる。
【0009】更に、n型層及びp型層を形成するための
融液として、それぞれ別個の融液を使用している。その
ため、各層の厚み制御を高い自由度で行えると共に、両
層の光屈折率が異なることから界面を光反射率が高い反
射面として利用することも可能となる。このようにして
得られたエピタキシャルウエハから作製された発光ダイ
オードは、そのp−n接合においてp型層にSiによる
深いアクセプター準位をもつため、GaAs基板結晶の
吸収端波長よりも長い波長の注入発光を生じる。Siを
ヘビードープしたp型GaAs層の上に、更にZnをド
ープしたp型層を成長させることもできる。Znドープ
したp型層は、オーミック電極に対する接触抵抗を減少
させる上で有効である。また、エピタキシャルウエハか
ら切り出されたチップは、各層の厚みが高精度で制御さ
れているので、メサエッチング等によってp−n接合が
分離された構造にするメサエッチング等の加工も容易に
なる。
融液として、それぞれ別個の融液を使用している。その
ため、各層の厚み制御を高い自由度で行えると共に、両
層の光屈折率が異なることから界面を光反射率が高い反
射面として利用することも可能となる。このようにして
得られたエピタキシャルウエハから作製された発光ダイ
オードは、そのp−n接合においてp型層にSiによる
深いアクセプター準位をもつため、GaAs基板結晶の
吸収端波長よりも長い波長の注入発光を生じる。Siを
ヘビードープしたp型GaAs層の上に、更にZnをド
ープしたp型層を成長させることもできる。Znドープ
したp型層は、オーミック電極に対する接触抵抗を減少
させる上で有効である。また、エピタキシャルウエハか
ら切り出されたチップは、各層の厚みが高精度で制御さ
れているので、メサエッチング等によってp−n接合が
分離された構造にするメサエッチング等の加工も容易に
なる。
【0010】
【実施例】本実施例では、n型の〔100〕面ウエハを
GaAs基板結晶として使用した。GaAs基板結晶1
の上に、図1に示すようにTeをドープしたn型Ga
1-xAlx As層2を第1層として成長させている。A
lを添加した850℃のGa−GaAs系飽和溶液を、
GaAs基板結晶1と接触させた状態で1.2℃/分の
冷却速度で徐冷し、約0.8μm/分の成長速度でGa
1-x Alx As層2をGaAs基板結晶1の上に晶出さ
せた。形成されたGa1-x Alx As層2は、混晶比x
が約0.3,キャリアー濃度が約5×1018個/cm
3 ,層厚が約4μmであった。融液は、Ga1-x Alx
As層2の成長が終了した時点で温度が約844℃であ
った。この成長用融液をGaAs基板結晶1の成長面か
ら除去した。
GaAs基板結晶として使用した。GaAs基板結晶1
の上に、図1に示すようにTeをドープしたn型Ga
1-xAlx As層2を第1層として成長させている。A
lを添加した850℃のGa−GaAs系飽和溶液を、
GaAs基板結晶1と接触させた状態で1.2℃/分の
冷却速度で徐冷し、約0.8μm/分の成長速度でGa
1-x Alx As層2をGaAs基板結晶1の上に晶出さ
せた。形成されたGa1-x Alx As層2は、混晶比x
が約0.3,キャリアー濃度が約5×1018個/cm
3 ,層厚が約4μmであった。融液は、Ga1-x Alx
As層2の成長が終了した時点で温度が約844℃であ
った。この成長用融液をGaAs基板結晶1の成長面か
ら除去した。
【0011】次いで、Alを含まずGaAsを845℃
で飽和させた融液をGaAs基板結晶の成長面に接触さ
せた。このGa−GaAs系飽和融液には、Gaに対し
て2.5原子%のSiを添加したものを使用した。この
条件下で、引き続き同じ1.2℃/分の冷却速度で徐冷
を継続した。これにより、n型Ga1-x Alx As層2
の上に、Siがヘビードープされたp型GaAs層3が
重畳して成長した。p型GaAs層3は、成長速度1.
0μm/分で融液から晶出し、838℃までの徐冷によ
り約5.5μmの層厚まで成長した。このとき、p型G
aAs層3の層厚は、融液の温度及び冷却速度によって
高精度に調整することができた。p型GaAs層3が目
標層厚5.5μmまで成長したとき、成長面から融液を
除去し、150℃以下の温度まで放冷した。そして、作
製されたエピタキシャルウエハを、成長炉から取り出し
た。
で飽和させた融液をGaAs基板結晶の成長面に接触さ
せた。このGa−GaAs系飽和融液には、Gaに対し
て2.5原子%のSiを添加したものを使用した。この
条件下で、引き続き同じ1.2℃/分の冷却速度で徐冷
を継続した。これにより、n型Ga1-x Alx As層2
の上に、Siがヘビードープされたp型GaAs層3が
重畳して成長した。p型GaAs層3は、成長速度1.
0μm/分で融液から晶出し、838℃までの徐冷によ
り約5.5μmの層厚まで成長した。このとき、p型G
aAs層3の層厚は、融液の温度及び冷却速度によって
高精度に調整することができた。p型GaAs層3が目
標層厚5.5μmまで成長したとき、成長面から融液を
除去し、150℃以下の温度まで放冷した。そして、作
製されたエピタキシャルウエハを、成長炉から取り出し
た。
【0012】フォトルミネッセンス,接合容量の温度依
存性を求めるスペクトル測定DLTS等の評価手段によ
って作製されたエピタキシャルウエハーを調査したとこ
ろ、GaAs結晶格子中のAs原子位置もSiで置換さ
れ、p型GaAs層3の内部におけるアクセプター準位
としてSiAsとSiGaとのペアリングによる深いアクセ
プターが多数を占めていることが確認された。作製され
たエピタキシャルウエハーから赤外線発光ダイオードの
チップを切り出した。チップのp型GaAs層3の表面
に、Au−Sb系共晶組成の合金に5原子%のZnをド
ープした合金を厚さ約0.3μmで蒸着し、次いで厚さ
約2μmのAuを重畳的に蒸着することにより金属膜を
形成した。フォトリソグラフィーによって金属膜を直径
が約90μmの円形に成形し、図2に示すようにオーミ
ック電極4とした。オーミック電極4の表面に、プラス
側電流リードとしてAuワイヤ5をボンディングした。
存性を求めるスペクトル測定DLTS等の評価手段によ
って作製されたエピタキシャルウエハーを調査したとこ
ろ、GaAs結晶格子中のAs原子位置もSiで置換さ
れ、p型GaAs層3の内部におけるアクセプター準位
としてSiAsとSiGaとのペアリングによる深いアクセ
プターが多数を占めていることが確認された。作製され
たエピタキシャルウエハーから赤外線発光ダイオードの
チップを切り出した。チップのp型GaAs層3の表面
に、Au−Sb系共晶組成の合金に5原子%のZnをド
ープした合金を厚さ約0.3μmで蒸着し、次いで厚さ
約2μmのAuを重畳的に蒸着することにより金属膜を
形成した。フォトリソグラフィーによって金属膜を直径
が約90μmの円形に成形し、図2に示すようにオーミ
ック電極4とした。オーミック電極4の表面に、プラス
側電流リードとしてAuワイヤ5をボンディングした。
【0013】GaAs基板結晶の裏面には、n型層に対
応するオーミック電極6を設けた。オーミック電極6
は、Au−Ge系の共晶組成をもつ合金を第1層として
層厚0.3μmで蒸着し、その上にNi層及びAu層を
それぞれ0.5μm及び2μmの層厚で順次重畳的に蒸
着した後、400℃に3分間加熱することにより、n型
GaAsに対して十分低い接触抵抗を示す電極として形
成した。そして、オーミック電極6を介し、マイナスに
バイアスされたステム7上にチップをダイボンディング
した。組み立てられたチップに順方向電流を供給し、外
部発光効率を測定したところ8%であった。すなわち、
Siの両性不純物特性を利用してp−n接合を形成した
従来の発光ダイオードの外部発光効率が4%であるのに
比較して、優れた発光効率が得られている。また、遮断
周波数が2.5メガヘルツと大きく、電流変調に対する
発光の応答速度も高いものであった。更に、発光のピー
ク波長930nmに対し変動幅が±5nmと、ピーク波
長の制御性も著しく向上していた。
応するオーミック電極6を設けた。オーミック電極6
は、Au−Ge系の共晶組成をもつ合金を第1層として
層厚0.3μmで蒸着し、その上にNi層及びAu層を
それぞれ0.5μm及び2μmの層厚で順次重畳的に蒸
着した後、400℃に3分間加熱することにより、n型
GaAsに対して十分低い接触抵抗を示す電極として形
成した。そして、オーミック電極6を介し、マイナスに
バイアスされたステム7上にチップをダイボンディング
した。組み立てられたチップに順方向電流を供給し、外
部発光効率を測定したところ8%であった。すなわち、
Siの両性不純物特性を利用してp−n接合を形成した
従来の発光ダイオードの外部発光効率が4%であるのに
比較して、優れた発光効率が得られている。また、遮断
周波数が2.5メガヘルツと大きく、電流変調に対する
発光の応答速度も高いものであった。更に、発光のピー
ク波長930nmに対し変動幅が±5nmと、ピーク波
長の制御性も著しく向上していた。
【0014】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、Si以外のドナー不純物をドーピングしたn型Ga
1-x Alx As層を第1層とし、この上にSiをヘビー
ドープしたp型GaAs層を形成している。この層構造
によるとき、発光再結合領域がp−n接合に近いp型領
域に限られ、エネルギー禁制帯幅が広くなり、しかもn
型層とp型層との界面を反射面として利用することがで
きるため、発光効率が大きく向上した発光ダイオードが
得られる。また、n型層及びp型層をそれぞれ別個の融
液を使用して850℃以下の比較的低温で成長させてい
るため、ドーピングレベルの調整を高い自由度で行うこ
とができると共に、高精度で各層の厚みが制御される。
このエピタキシャルウエハから切り出されたチップで作
製された発光ダイオードは、優れた発光効率及び単色光
性を呈し、発光の応答速度も高いものとなる。また、各
層の厚みが高精度で制御されているので、後続する工程
でp−n接合を分離するエッチング等の作業も容易にな
る。
は、Si以外のドナー不純物をドーピングしたn型Ga
1-x Alx As層を第1層とし、この上にSiをヘビー
ドープしたp型GaAs層を形成している。この層構造
によるとき、発光再結合領域がp−n接合に近いp型領
域に限られ、エネルギー禁制帯幅が広くなり、しかもn
型層とp型層との界面を反射面として利用することがで
きるため、発光効率が大きく向上した発光ダイオードが
得られる。また、n型層及びp型層をそれぞれ別個の融
液を使用して850℃以下の比較的低温で成長させてい
るため、ドーピングレベルの調整を高い自由度で行うこ
とができると共に、高精度で各層の厚みが制御される。
このエピタキシャルウエハから切り出されたチップで作
製された発光ダイオードは、優れた発光効率及び単色光
性を呈し、発光の応答速度も高いものとなる。また、各
層の厚みが高精度で制御されているので、後続する工程
でp−n接合を分離するエッチング等の作業も容易にな
る。
【図1】 本発明実施例で作製したエピタキシャルウエ
ハ
ハ
【図2】 同エピタキシャルウエハから切り出されたチ
ップを使用した発光ダイオード
ップを使用した発光ダイオード
1 GaAs基板結晶 2 n型Ga1-x Alx As
層 3 p型GaAs層 4 オーミック電極
5 Auワイヤ 6 オーミック電極 7 ステム
層 3 p型GaAs層 4 オーミック電極
5 Auワイヤ 6 オーミック電極 7 ステム
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年8月18日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の発光ダイオード
用エピタキシャルウエハは、その目的を達成するため、
GaAs基板結晶と、該GaAs基板結晶の上に晶出さ
れ、Siを除くTe,Sn,S,Se等のドーパントを
ドナー不純物としてドープさせたn型Ga1 - xAlx A
sエピタキシャル成長層と、該n型Ga1 - x Alx As
エピタキシャル成長層の上に重畳され、Siをヘビード
ープしたp型GaAsエピタキシャル成長層とを備え、
前記n型Ga1 - x Alx Asエピタキシャル成長層と前
記p型GaAsエピタキシャル成長層との間にp−n接
合が形成されていることを特徴とする。この発光ダイオ
ード用エピタキシャルウエハは、Siを除くTe,S
n,S,Se等のドーパント及び混晶成分としてのAl
を含むGa融液を850℃以下の温度でGaAs基板結
晶に接触させ、前記GaAs基板結晶上にn型Ga1 - x
Alx Asエピタキシャル成長層を設けた後、前記Ga
融液を成長面から除去し、次いで0.5原子%以上のS
iを含む融液を850℃以下の温度で前記n型Ga1 - x
Alx Asエピタキシャル成長層に接触させ、前記n型
Ga1 - x Alx Asエピタキシャル成長層の上にp型G
aAsエピタキシャル成長層を成長させることにより製
造される。
用エピタキシャルウエハは、その目的を達成するため、
GaAs基板結晶と、該GaAs基板結晶の上に晶出さ
れ、Siを除くTe,Sn,S,Se等のドーパントを
ドナー不純物としてドープさせたn型Ga1 - xAlx A
sエピタキシャル成長層と、該n型Ga1 - x Alx As
エピタキシャル成長層の上に重畳され、Siをヘビード
ープしたp型GaAsエピタキシャル成長層とを備え、
前記n型Ga1 - x Alx Asエピタキシャル成長層と前
記p型GaAsエピタキシャル成長層との間にp−n接
合が形成されていることを特徴とする。この発光ダイオ
ード用エピタキシャルウエハは、Siを除くTe,S
n,S,Se等のドーパント及び混晶成分としてのAl
を含むGa融液を850℃以下の温度でGaAs基板結
晶に接触させ、前記GaAs基板結晶上にn型Ga1 - x
Alx Asエピタキシャル成長層を設けた後、前記Ga
融液を成長面から除去し、次いで0.5原子%以上のS
iを含む融液を850℃以下の温度で前記n型Ga1 - x
Alx Asエピタキシャル成長層に接触させ、前記n型
Ga1 - x Alx Asエピタキシャル成長層の上にp型G
aAsエピタキシャル成長層を成長させることにより製
造される。
Claims (2)
- 【請求項1】 GaAs基板結晶と、該GaAs基板結
晶の上に晶出され、Siを除くTe,Zn,Sn,S,
Se等のドーパントをドナー不純物としてドープさせた
n型Ga1-x Alx Asエピタキシャル成長層と、該n
型Ga1-x Alx Asエピタキシャル成長層の上に重畳
され、Siをヘビードープしたp型GaAsエピタキシ
ャル成長層とを備え、前記n型Ga1-x Alx Asエピ
タキシャル成長層と前記p型GaAsエピタキシャル成
長層との間にp−n接合が形成されていることを特徴と
する発光ダイオード用エピタキシャルウエハ。 - 【請求項2】 Siを除くTe,Zn,Sn,S,Se
等のドーパント及び混晶成分としてのAlを含むGa融
液を850℃以下の温度でGaAs基板結晶に接触さ
せ、前記GaAs基板結晶上にn型Ga1-x Alx As
エピタキシャル成長層を設けた後、前記Ga融液を成長
面から除去し、次いで0.5原子%以上のSiを含む融
液を850℃以下の温度で前記n型Ga1-x Alx As
エピタキシャル成長層に接触させ、前記n型Ga1-x A
lx Asエピタキシャル成長層の上にp型GaAsエピ
タキシャル成長層を成長させることを特徴とする発光ダ
イオード用エピタキシャルウエハの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18475092A JPH065917A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 発光ダイオード用エピタキシャルウエハ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18475092A JPH065917A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 発光ダイオード用エピタキシャルウエハ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH065917A true JPH065917A (ja) | 1994-01-14 |
Family
ID=16158692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18475092A Withdrawn JPH065917A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 発光ダイオード用エピタキシャルウエハ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065917A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001053025A (ja) * | 1999-08-11 | 2001-02-23 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | p型化合物半導体のオーミック電極構造およびその形成方法 |
-
1992
- 1992-06-19 JP JP18475092A patent/JPH065917A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001053025A (ja) * | 1999-08-11 | 2001-02-23 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | p型化合物半導体のオーミック電極構造およびその形成方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| USRE29845E (en) | GaAs1-x Px electroluminescent device doped with isoelectronic impurities | |
| US3931631A (en) | Gallium phosphide light-emitting diodes | |
| JPH0770755B2 (ja) | 高輝度led用エピタキシャル基板及びその製造方法 | |
| US4001056A (en) | Epitaxial deposition of iii-v compounds containing isoelectronic impurities | |
| KR101317979B1 (ko) | 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼 | |
| US5856208A (en) | Epitaxial wafer and its fabrication method | |
| KR0151137B1 (ko) | 이중 헤테로형 에픽택셜 웨이퍼 | |
| US4606780A (en) | Method for the manufacture of A3 B5 light-emitting diodes | |
| JP2579326B2 (ja) | エピタキシャル・ウエハ及び発光ダイオード | |
| JPH065917A (ja) | 発光ダイオード用エピタキシャルウエハ及びその製造方法 | |
| JP2001274454A (ja) | 発光ダイオード及びその製造方法 | |
| JPH08139358A (ja) | エピタキシャルウエーハ | |
| JPH0645646A (ja) | p−nヘテロ接合を有する赤外発光ダイオード及びその製造方法 | |
| JP2666525B2 (ja) | GaA1As発光ダイオード及びその製造方法 | |
| JP3633806B2 (ja) | エピタキシャルウエハ及び、これを用いて製造される発光ダイオード | |
| USRE29648E (en) | Process for the preparation of electroluminescent III-V materials containing isoelectronic impurities | |
| US6433365B1 (en) | Epitaxial wafer and light emitting diode | |
| JP2650436B2 (ja) | 発光ダイオード及びその製造方法 | |
| JP4156873B2 (ja) | エピタキシャルウエハの製造方法 | |
| JPH0766450A (ja) | 発光ダイオード素子とその製造方法 | |
| JPH0242771A (ja) | 発光半導体素子基板及びその製造方法 | |
| JPH0351674B2 (ja) | ||
| JPH0473638B2 (ja) | ||
| JPH0658976B2 (ja) | 化合物半導体装置の製造方法 | |
| JP2001244501A (ja) | 赤外発光ダイオード用エピタキシャルウェハおよびこれを用いた発光ダイオード |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990831 |