JPH0715040A - 発光ダイオードの製造方法 - Google Patents
発光ダイオードの製造方法Info
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- JPH0715040A JPH0715040A JP15746393A JP15746393A JPH0715040A JP H0715040 A JPH0715040 A JP H0715040A JP 15746393 A JP15746393 A JP 15746393A JP 15746393 A JP15746393 A JP 15746393A JP H0715040 A JPH0715040 A JP H0715040A
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- silicon nitride
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Links
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Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 発光出力経時劣化の小さい発光ダイオードを
得る。 【構成】 n型半導体基板上に成長させたエピタキシャ
ル層11の表面に窒化ケイ素膜を形成する。窒化ケイ素
膜は、シランガス及び窒素ガスを原料ガスとし、流量比
SiH4 /N2 ≧0.015の条件でプラズマCVDに
より合成する。窒化ケイ素膜に拡散窓13を開けて拡散
マスク14とし、拡散窓13を介してp型不純物をエピ
タキシャル層11に選択拡散させることにより発光部と
なるp型拡散層15を形成する。 【効果】 シランガス及び窒素ガスからプラズマCVD
で合成された窒化ケイ素膜を拡散マスクとして使用する
とき、横方向及び深さ方向の双方に関しキャリア濃度分
布が同等になり、通電に伴った発光出力の劣化が抑制さ
れた発光ダイオードが得られる。
得る。 【構成】 n型半導体基板上に成長させたエピタキシャ
ル層11の表面に窒化ケイ素膜を形成する。窒化ケイ素
膜は、シランガス及び窒素ガスを原料ガスとし、流量比
SiH4 /N2 ≧0.015の条件でプラズマCVDに
より合成する。窒化ケイ素膜に拡散窓13を開けて拡散
マスク14とし、拡散窓13を介してp型不純物をエピ
タキシャル層11に選択拡散させることにより発光部と
なるp型拡散層15を形成する。 【効果】 シランガス及び窒素ガスからプラズマCVD
で合成された窒化ケイ素膜を拡散マスクとして使用する
とき、横方向及び深さ方向の双方に関しキャリア濃度分
布が同等になり、通電に伴った発光出力の劣化が抑制さ
れた発光ダイオードが得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、LEDプリンター等に
使用される高解像度発光ダイオードアレイチップ等の発
光ダイオードを製造する方法に関する。
使用される高解像度発光ダイオードアレイチップ等の発
光ダイオードを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電子写真式のプリンターには、基板に一
定のピッチで複数の発光素子を形成した発光ダイオード
アレイを光源とするものが使用されている。一つのチッ
プに通常64〜256個の発光ダイオードが集積されて
おり、長尺高密度アレイの形成の容易性,発光出力と感
光体感度との波長整合性等を考慮してGaAsx P1-x
/GaAsが発光ダイオード材料として広く使用されて
いる。発光ダイオードアレイチップは、図1に示す工程
で製造される。ウエハとしては、基板10の表面にエピ
タキシャル層11を成長させたエピタキシャルウエハが
使用される。たとえば、n型半導体基板の上にn型エピ
タキシャル層を成長させたエピタキシャルウエハがあ
る。
定のピッチで複数の発光素子を形成した発光ダイオード
アレイを光源とするものが使用されている。一つのチッ
プに通常64〜256個の発光ダイオードが集積されて
おり、長尺高密度アレイの形成の容易性,発光出力と感
光体感度との波長整合性等を考慮してGaAsx P1-x
/GaAsが発光ダイオード材料として広く使用されて
いる。発光ダイオードアレイチップは、図1に示す工程
で製造される。ウエハとしては、基板10の表面にエピ
タキシャル層11を成長させたエピタキシャルウエハが
使用される。たとえば、n型半導体基板の上にn型エピ
タキシャル層を成長させたエピタキシャルウエハがあ
る。
【0003】先ず、GaAs基板10の表面に成長した
GaAsPエピタキシャル層11に、プラズマCVD
法,熱CVD法等によってシランガス及びアンモニアガ
スから合成した窒化ケイ素膜12を堆積させる(図1
a)。窒化ケイ素膜12を所定パターンに従ってエッチ
ングすることにより拡散窓13を形成し、拡散マスク1
4とする(図1b)。エッチングには、フッ酸水溶液等
が使用される。
GaAsPエピタキシャル層11に、プラズマCVD
法,熱CVD法等によってシランガス及びアンモニアガ
スから合成した窒化ケイ素膜12を堆積させる(図1
a)。窒化ケイ素膜12を所定パターンに従ってエッチ
ングすることにより拡散窓13を形成し、拡散マスク1
4とする(図1b)。エッチングには、フッ酸水溶液等
が使用される。
【0004】拡散窓13を介して亜鉛等のp型不純物を
エピタキシャル層11に拡散させ、発光部として働くp
型拡散層15を形成する(図1c)。たとえば、ウエハ
10をZn又はZnAs化合物と共に石英アンプルに封
入し、炉内に挿入して700℃に1時間放置する。加熱
によって蒸気になったZnは、拡散窓13からエピタキ
シャル層11に拡散する。次いで、金属電極膜16をp
型拡散層15に接合し、外部に引出す(図1d)。金属
電極膜16は、絶縁層として働く拡散マスク14の上に
形成されているので、n型のエピタキシャル層11に導
通することはない。
エピタキシャル層11に拡散させ、発光部として働くp
型拡散層15を形成する(図1c)。たとえば、ウエハ
10をZn又はZnAs化合物と共に石英アンプルに封
入し、炉内に挿入して700℃に1時間放置する。加熱
によって蒸気になったZnは、拡散窓13からエピタキ
シャル層11に拡散する。次いで、金属電極膜16をp
型拡散層15に接合し、外部に引出す(図1d)。金属
電極膜16は、絶縁層として働く拡散マスク14の上に
形成されているので、n型のエピタキシャル層11に導
通することはない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】拡散マスク14として
は、通常、プラズマCVD法,熱CVD法等でシランガ
ス及びアンモニアガスから合成した窒化ケイ素膜が使用
されている。なかでも、熱CVD法で作製した窒化ケイ
素膜は、700℃以上にウエハ10を加熱することによ
って、金属電極膜16の形成に先立つ前処理等の後続工
程における酸処理に耐える耐酸性を呈する。ところが、
エピタキシャル層11を構成する成分のうち、As及び
Pは解離圧が高く、ウエハ10を700℃以上の高温に
加熱したとき部分的に解離する。この解離に起因して、
形成された窒化ケイ素膜と接するエピタキシャル層11
の表層部に欠陥が発生する。他方、p型不純物であるZ
nは、エピタキシャル層11と窒化ケイ素膜との間の界
面に広がり易い傾向を示す。界面方向に関するZnの広
がりは、エピタキシャル層11の表層部にある欠陥によ
って一層促進される。その結果、図2に示すように、拡
散窓13に臨む拡散マスク14の縁部下側でp型拡散層
15が異常に広がった現象が発生し易くなる。
は、通常、プラズマCVD法,熱CVD法等でシランガ
ス及びアンモニアガスから合成した窒化ケイ素膜が使用
されている。なかでも、熱CVD法で作製した窒化ケイ
素膜は、700℃以上にウエハ10を加熱することによ
って、金属電極膜16の形成に先立つ前処理等の後続工
程における酸処理に耐える耐酸性を呈する。ところが、
エピタキシャル層11を構成する成分のうち、As及び
Pは解離圧が高く、ウエハ10を700℃以上の高温に
加熱したとき部分的に解離する。この解離に起因して、
形成された窒化ケイ素膜と接するエピタキシャル層11
の表層部に欠陥が発生する。他方、p型不純物であるZ
nは、エピタキシャル層11と窒化ケイ素膜との間の界
面に広がり易い傾向を示す。界面方向に関するZnの広
がりは、エピタキシャル層11の表層部にある欠陥によ
って一層促進される。その結果、図2に示すように、拡
散窓13に臨む拡散マスク14の縁部下側でp型拡散層
15が異常に広がった現象が発生し易くなる。
【0006】他方、プラズマCVD法では、プラズマ反
応を利用して300℃程度の低温で窒化ケイ素膜が合成
される。そのため、図2に示すような拡散マスク14の
縁部下側でp型拡散層15が異常に広がった現象は発生
しない。しかし、従来から採用されているプラズマCV
Dの製膜条件では、形成された発光ダイオードの耐電圧
特性が低い。また、ライフテストを行うと、通電時の発
光強度は、熱CVDによる場合に比較して著しく悪い劣
化特性を示す現象がみられる。この種の問題は、発光ダ
イオードアレイチップに限らず、発光ダイオードにおい
ても同様に生じる。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、シランガス及び窒素ガスを
原料ガスとして使用し、制御された流量比で供給しなが
らプラズマCVD法で窒化ケイ素膜を合成することによ
り、発光出力の経時変化が小さい発光ダイオードアレイ
チップを製造することを目的とする。
応を利用して300℃程度の低温で窒化ケイ素膜が合成
される。そのため、図2に示すような拡散マスク14の
縁部下側でp型拡散層15が異常に広がった現象は発生
しない。しかし、従来から採用されているプラズマCV
Dの製膜条件では、形成された発光ダイオードの耐電圧
特性が低い。また、ライフテストを行うと、通電時の発
光強度は、熱CVDによる場合に比較して著しく悪い劣
化特性を示す現象がみられる。この種の問題は、発光ダ
イオードアレイチップに限らず、発光ダイオードにおい
ても同様に生じる。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、シランガス及び窒素ガスを
原料ガスとして使用し、制御された流量比で供給しなが
らプラズマCVD法で窒化ケイ素膜を合成することによ
り、発光出力の経時変化が小さい発光ダイオードアレイ
チップを製造することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、その目的を達
成するため、n型半導体基板上に成長させたエピタキシ
ャル層に堆積した拡散マスクに拡散窓を形成し、該拡散
窓を介してp型不純物を前記エピタキシャル層に選択的
に拡散させ、発光部となるp型拡散層を設けた発光ダイ
オードを製造する際、流量比SiH4 /N2 0.015
以上でシランガス及び窒素ガスを供給しながらプラズマ
CVDによって拡散マスクとなる窒化ケイ素膜を前記エ
ピタキシャル層の表面に形成することを特徴とする。
成するため、n型半導体基板上に成長させたエピタキシ
ャル層に堆積した拡散マスクに拡散窓を形成し、該拡散
窓を介してp型不純物を前記エピタキシャル層に選択的
に拡散させ、発光部となるp型拡散層を設けた発光ダイ
オードを製造する際、流量比SiH4 /N2 0.015
以上でシランガス及び窒素ガスを供給しながらプラズマ
CVDによって拡散マスクとなる窒化ケイ素膜を前記エ
ピタキシャル層の表面に形成することを特徴とする。
【0008】
【作用】シランガス及びアンモニアガスを原料ガスとす
る従来のプラズマCVDで製膜された拡散マスク14
は、図3に示す断面構造をもっている。この場合、深さ
方向に関するキャリア濃度分布は図4のようになる。同
様なキャリア濃度分布は、酸化膜を介して拡散させたと
きにも生じる。図4のキャリア濃度分布を示すp型拡散
層は、ステンエッチ法によって断面を観察すると図3に
示すように二重線がみられる。この二重線は、図4にお
いてキャリア濃度に急激な変化が2か所あることに対応
する。また、二重線は、窒化ケイ素膜との界面で一点に
集束する。これは、横方向に関してキャリア濃度がこの
点で急激に低下していることによるものと推察される。
る従来のプラズマCVDで製膜された拡散マスク14
は、図3に示す断面構造をもっている。この場合、深さ
方向に関するキャリア濃度分布は図4のようになる。同
様なキャリア濃度分布は、酸化膜を介して拡散させたと
きにも生じる。図4のキャリア濃度分布を示すp型拡散
層は、ステンエッチ法によって断面を観察すると図3に
示すように二重線がみられる。この二重線は、図4にお
いてキャリア濃度に急激な変化が2か所あることに対応
する。また、二重線は、窒化ケイ素膜との界面で一点に
集束する。これは、横方向に関してキャリア濃度がこの
点で急激に低下していることによるものと推察される。
【0009】この断面構造をもつ発光ダイオードは、図
5に示すように通電に伴って発光出力を経時変化させ
る。たとえば、通電を500時間継続した後では、発光
出力変化率が−17%と大きく劣化している。発光出力
の劣化は、窒化ケイ素膜との界面において二重線の集束
する点でキャリア濃度が急激に低下していることに起因
するものと推察される。横方向に関するキャリア濃度の
急激な低下を抑制するとき、発光出力の劣化が少ない発
光ダイオードが得られることが予想される。本発明にお
いては、窒化ケイ素膜の改良によりキャリア濃度を制御
した。また、原料ガスとして使用されるシランガスと窒
素ガスとの流量比が合成された窒化ケイ素膜に与える影
響を調査した。シランガス及び窒素ガスの流量比を変え
て窒化ケイ素膜を製膜した発光ダイオードについて、5
00時間通電後の発光出力変化率を調査した。
5に示すように通電に伴って発光出力を経時変化させ
る。たとえば、通電を500時間継続した後では、発光
出力変化率が−17%と大きく劣化している。発光出力
の劣化は、窒化ケイ素膜との界面において二重線の集束
する点でキャリア濃度が急激に低下していることに起因
するものと推察される。横方向に関するキャリア濃度の
急激な低下を抑制するとき、発光出力の劣化が少ない発
光ダイオードが得られることが予想される。本発明にお
いては、窒化ケイ素膜の改良によりキャリア濃度を制御
した。また、原料ガスとして使用されるシランガスと窒
素ガスとの流量比が合成された窒化ケイ素膜に与える影
響を調査した。シランガス及び窒素ガスの流量比を変え
て窒化ケイ素膜を製膜した発光ダイオードについて、5
00時間通電後の発光出力変化率を調査した。
【0010】調査結果を示す図6から明らかなように、
アンモニアガスを使用することなく、シランガス及び窒
素ガスのみを原料ガスとして使用するとき、流量比Si
H4/N2 の増加に応じて発光出力変化率が減少する傾
向を示した。そして、流量比SiH4 /N2 が0.01
5以上になると、発光出力変化率が−1〜0%と最も良
好な結果が得られた。また、発光ダイオードの断面構造
を観察すると、図7に示すように界面における二重線の
集束はみられなかった。このことから、横方向において
も、深さ方向と同一のキャリア濃度分布になっているこ
とが判る。拡散時に酸化膜を介した方法によらず、たと
えばZnAs2 を拡散源として使用するとき、二重線は
明確に現れない。しかし、発光出力の経時変化に対して
は同様な効果があった。このようにプラズマCVD法で
窒化ケイ素膜を成長させるとき、原料ガスであるシラン
ガスと窒素ガスとの流量比SiH4 /N2 を0.015
以上にすることによって、深さ方向及び横方向の双方に
関してp型拡散層のキャリア濃度分布が同等になる。そ
の結果、通電に伴った発光出力の劣化が抑制された発光
ダイオードが得られる。
アンモニアガスを使用することなく、シランガス及び窒
素ガスのみを原料ガスとして使用するとき、流量比Si
H4/N2 の増加に応じて発光出力変化率が減少する傾
向を示した。そして、流量比SiH4 /N2 が0.01
5以上になると、発光出力変化率が−1〜0%と最も良
好な結果が得られた。また、発光ダイオードの断面構造
を観察すると、図7に示すように界面における二重線の
集束はみられなかった。このことから、横方向において
も、深さ方向と同一のキャリア濃度分布になっているこ
とが判る。拡散時に酸化膜を介した方法によらず、たと
えばZnAs2 を拡散源として使用するとき、二重線は
明確に現れない。しかし、発光出力の経時変化に対して
は同様な効果があった。このようにプラズマCVD法で
窒化ケイ素膜を成長させるとき、原料ガスであるシラン
ガスと窒素ガスとの流量比SiH4 /N2 を0.015
以上にすることによって、深さ方向及び横方向の双方に
関してp型拡散層のキャリア濃度分布が同等になる。そ
の結果、通電に伴った発光出力の劣化が抑制された発光
ダイオードが得られる。
【0011】
【実施例】平行平板型のプラズマCVD装置を使用し
て、GaAs0.6 P0.4 の組成をもつエピタキシャル層
11を成長させたGaAsウエハ10に窒化ケイ素膜1
2を形成した。このとき、シランガス及び窒素ガスを原
料ガスとして使用し、流量比SiH4 /N2 を種々変化
させた。形成された窒化ケイ素膜12から発光部形成部
分をエッチング除去し、拡散マスク14とした。次い
で、ウエハ10をZnと共に石英アンプル中に真空封止
し、700℃に1時間加熱保持する拡散処理を施した。
比較例として、同じプラズマCVD装置においてシラン
ガス及び窒素ガスの流量比SiH4 /N2 を0.010
以下に設定した条件下で窒化ケイ素膜を形成し、同様な
条件下でZnの拡散処理を行った。
て、GaAs0.6 P0.4 の組成をもつエピタキシャル層
11を成長させたGaAsウエハ10に窒化ケイ素膜1
2を形成した。このとき、シランガス及び窒素ガスを原
料ガスとして使用し、流量比SiH4 /N2 を種々変化
させた。形成された窒化ケイ素膜12から発光部形成部
分をエッチング除去し、拡散マスク14とした。次い
で、ウエハ10をZnと共に石英アンプル中に真空封止
し、700℃に1時間加熱保持する拡散処理を施した。
比較例として、同じプラズマCVD装置においてシラン
ガス及び窒素ガスの流量比SiH4 /N2 を0.010
以下に設定した条件下で窒化ケイ素膜を形成し、同様な
条件下でZnの拡散処理を行った。
【0012】拡散処理された各ウエハに同一工程で電極
を付け、発光ダイオードアレイチップを製造した。得ら
れた発光ダイオードアレイチップは、通電前の状態で発
光出力10μWを示した。この発光ダイオードアレイチ
ップに負荷電流5mA(矩形波),周波数2kHz,負
荷率50%及び点灯率100%の条件で通電し、各通電
時間における発光出力の変化を測定した。通電が500
時間経過した後の調査結果を表1に示す。なお、表1に
おいて、発光出力変化率は初期値と通電時間500時間
後の発光出力から導いたものであり、測定電流は5mA
とした。
を付け、発光ダイオードアレイチップを製造した。得ら
れた発光ダイオードアレイチップは、通電前の状態で発
光出力10μWを示した。この発光ダイオードアレイチ
ップに負荷電流5mA(矩形波),周波数2kHz,負
荷率50%及び点灯率100%の条件で通電し、各通電
時間における発光出力の変化を測定した。通電が500
時間経過した後の調査結果を表1に示す。なお、表1に
おいて、発光出力変化率は初期値と通電時間500時間
後の発光出力から導いたものであり、測定電流は5mA
とした。
【0013】
【表1】
【0014】表1から明らかなように、500時間通電
後、実施例1〜4では発光出力変化率が何れも−1〜0
%と小さいのに対し、比較例1及び2では−7〜−22
%と大きく劣化している。このことから、シランガス及
び窒素ガスの流量比SiH4/N2 を0.015以上と
したプラズマCVD法で窒化ケイ素膜を製膜するとき、
発光出力の経時変化が抑制され、長時間にわたり高い発
光出力を示す発光ダイオードが得られることが判る。
後、実施例1〜4では発光出力変化率が何れも−1〜0
%と小さいのに対し、比較例1及び2では−7〜−22
%と大きく劣化している。このことから、シランガス及
び窒素ガスの流量比SiH4/N2 を0.015以上と
したプラズマCVD法で窒化ケイ素膜を製膜するとき、
発光出力の経時変化が抑制され、長時間にわたり高い発
光出力を示す発光ダイオードが得られることが判る。
【0015】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、シランガス及び窒素ガスを原料ガスとして使用する
プラズマCVD法で流量比SiH4 /N2 を0.015
以上に維持し、拡散マスクとなる窒化ケイ素膜をエピタ
キシャルウエハの表面に形成している。この拡散マスク
を介したZnの拡散によりp型拡散層を形成するとき、
横方向及び深さ方向の双方に関してキャリア濃度分布が
同等になり、通電に伴った発光出力の劣化が抑制された
発光ダイオードが得られる。
は、シランガス及び窒素ガスを原料ガスとして使用する
プラズマCVD法で流量比SiH4 /N2 を0.015
以上に維持し、拡散マスクとなる窒化ケイ素膜をエピタ
キシャルウエハの表面に形成している。この拡散マスク
を介したZnの拡散によりp型拡散層を形成するとき、
横方向及び深さ方向の双方に関してキャリア濃度分布が
同等になり、通電に伴った発光出力の劣化が抑制された
発光ダイオードが得られる。
【図1】 発光ダイオードの製造工程
【図2】 熱CVD法で形成した窒化ケイ素膜を拡散マ
スクとして使用した場合のp型拡散層
スクとして使用した場合のp型拡散層
【図3】 プラズマCVD法でシランガス及びアンモニ
アガスから合成した窒化ケイ素膜を拡散マスクとして使
用した場合のp型拡散層
アガスから合成した窒化ケイ素膜を拡散マスクとして使
用した場合のp型拡散層
【図4】 同拡散層の深さ方向に関するZnキャリア濃
度分布
度分布
【図5】 同拡散層をもつ発光ダイオードの通電に伴う
発光出力の経時変化
発光出力の経時変化
【図6】 シランガス及び窒素ガスの流量比が500時
間通電後の発光出力変化率に与える影響
間通電後の発光出力変化率に与える影響
【図7】 本発明に従った発光ダイオードにおける拡散
層の断面構造
層の断面構造
10:ウエハ 11:エピタキシャル層 12:窒
化ケイ素膜 13:拡散窓 14:拡散マスク
15:p型拡散層 16:金属電極膜
化ケイ素膜 13:拡散窓 14:拡散マスク
15:p型拡散層 16:金属電極膜
Claims (1)
- 【請求項1】 n型半導体基板上に成長させたエピタキ
シャル層に堆積した拡散マスクに拡散窓を形成し、該拡
散窓を介してp型不純物を前記エピタキシャル層に選択
的に拡散させ、発光部となるp型拡散層を設けた発光ダ
イオードを製造する際、流量比SiH4 /N2 0.01
5以上でシランガス及び窒素ガスを供給しながらプラズ
マCVDによって拡散マスクとなる窒化ケイ素膜を前記
エピタキシャル層の表面に形成することを特徴とする発
光ダイオードの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15746393A JPH0715040A (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | 発光ダイオードの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15746393A JPH0715040A (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | 発光ダイオードの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0715040A true JPH0715040A (ja) | 1995-01-17 |
Family
ID=15650220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15746393A Withdrawn JPH0715040A (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | 発光ダイオードの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715040A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997016709A1 (en) * | 1995-11-02 | 1997-05-09 | Mitsubishi Materials Corporation | Temperature measurement method, temperature control method and temperature measurement apparatus for high-temperature melt |
-
1993
- 1993-06-28 JP JP15746393A patent/JPH0715040A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997016709A1 (en) * | 1995-11-02 | 1997-05-09 | Mitsubishi Materials Corporation | Temperature measurement method, temperature control method and temperature measurement apparatus for high-temperature melt |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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