JPH10200160A - ＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハ及びその製造方法 - Google Patents
ＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハ及びその製造方法Info
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- JPH10200160A JPH10200160A JP1178297A JP1178297A JPH10200160A JP H10200160 A JPH10200160 A JP H10200160A JP 1178297 A JP1178297 A JP 1178297A JP 1178297 A JP1178297 A JP 1178297A JP H10200160 A JPH10200160 A JP H10200160A
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- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
- H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
- H10H20/8242—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP characterised by the dopants
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光ダイオードの初期光度が高く、しかも光
度劣化が少ない発光ダイオードを製造することができる
ＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハ及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】 混晶率一定層に窒素をドープすることに
より形成されたＧａＡｓ1-xＰx（０．４５＜ｘ＜１）窒
素濃度一定層６を有するＧａＡｓＰエピタキシャルウェ
ーハ１０において、窒素濃度一定層６が以下に示す上限
窒素濃度及び下限窒素濃度を有することを特徴とするＧ
ａＡｓＰエピタキシャルウェーハ。 上限窒素濃度：Ｎ＝（６．２５ｘ−１．１２５）×１０
18ｃｍ-3 下限窒素濃度：Ｎ＝（５ｘ−１．５）×１０18ｃｍ-3
度劣化が少ない発光ダイオードを製造することができる
ＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハ及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】 混晶率一定層に窒素をドープすることに
より形成されたＧａＡｓ1-xＰx（０．４５＜ｘ＜１）窒
素濃度一定層６を有するＧａＡｓＰエピタキシャルウェ
ーハ１０において、窒素濃度一定層６が以下に示す上限
窒素濃度及び下限窒素濃度を有することを特徴とするＧ
ａＡｓＰエピタキシャルウェーハ。 上限窒素濃度：Ｎ＝（６．２５ｘ−１．１２５）×１０
18ｃｍ-3 下限窒素濃度：Ｎ＝（５ｘ−１．５）×１０18ｃｍ-3
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード用
の化合物半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方
法に関し、特にＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハ及び
その製造方法に関する。
の化合物半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方
法に関し、特にＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハ及び
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオードは、ＧａＰ、ＧａＡｓ、
ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ等のIII−Ｖ族化合物半導体
を用いて製造され、該化合物半導体のｐｎ接合に順方向
の電流を流すことにより光を発生させる素子である。発
光波長は、化合物半導体の組成や添加する不純物によっ
て異なる。
ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ等のIII−Ｖ族化合物半導体
を用いて製造され、該化合物半導体のｐｎ接合に順方向
の電流を流すことにより光を発生させる素子である。発
光波長は、化合物半導体の組成や添加する不純物によっ
て異なる。
【０００３】組成がＧａＡｓ1-xＰx（０．４５＜ｘ＜
１）の発光ダイオード用ＧａＡｓＰ（燐化砒化ガリウ
ム）エピタキシャルウェーハは、混晶率ｘを変化させる
ことにより禁止帯エネルギー間隙を変化させて発光波長
を変えることができる。混晶率ｘを変化させた結果得ら
れる発光ダイオードは、ｘ＝０．５０の場合は赤色、ｘ
＝０．６５で橙色、ｘ＝０．９０で黄色に発光する。上
記組成の発光ダイオードは間接遷移型であり、放射再結
合の確率を向上させる為、発光中心となる窒素をｐｎ接
合を形成する混晶率が一定の層にドープして発光効率を
上げている。
１）の発光ダイオード用ＧａＡｓＰ（燐化砒化ガリウ
ム）エピタキシャルウェーハは、混晶率ｘを変化させる
ことにより禁止帯エネルギー間隙を変化させて発光波長
を変えることができる。混晶率ｘを変化させた結果得ら
れる発光ダイオードは、ｘ＝０．５０の場合は赤色、ｘ
＝０．６５で橙色、ｘ＝０．９０で黄色に発光する。上
記組成の発光ダイオードは間接遷移型であり、放射再結
合の確率を向上させる為、発光中心となる窒素をｐｎ接
合を形成する混晶率が一定の層にドープして発光効率を
上げている。
【０００４】従来のＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハ
は、図６に示すように、例えばＧａＰ（燐化ガリウム）
単結晶基板２１上に、混晶率を０から徐々に大きくした
ｎ型のＧａＡｓ1-xＰx混晶率変化層２３と、混晶率が一
定でｎ型のＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層２４，２５，２
６とを順次エピタキシャル成長させた後に、該混晶率一
定層２６の表面からｐ型不純物を拡散させてｐ型混晶率
一定層２６ａとｎ型混晶率一定層２６ｂとの間にｐｎ接
合を形成することにより製造される。ここで層２５は、
窒素が徐々に大きく添加された窒素濃度増加層であり、
層２６は、窒素が一定濃度に添加された窒素濃度一定層
である。
は、図６に示すように、例えばＧａＰ（燐化ガリウム）
単結晶基板２１上に、混晶率を０から徐々に大きくした
ｎ型のＧａＡｓ1-xＰx混晶率変化層２３と、混晶率が一
定でｎ型のＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層２４，２５，２
６とを順次エピタキシャル成長させた後に、該混晶率一
定層２６の表面からｐ型不純物を拡散させてｐ型混晶率
一定層２６ａとｎ型混晶率一定層２６ｂとの間にｐｎ接
合を形成することにより製造される。ここで層２５は、
窒素が徐々に大きく添加された窒素濃度増加層であり、
層２６は、窒素が一定濃度に添加された窒素濃度一定層
である。
【０００５】従来、窒素濃度一定層２６には、吸収によ
り初期光度が低下しないように、比較的低い濃度の窒素
を添加してエピタキシャル成長させていた。
り初期光度が低下しないように、比較的低い濃度の窒素
を添加してエピタキシャル成長させていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このＧａＡｓＰエピタ
キシャルウェーハを素子化して作られる発光ダイオード
は、窒素濃度一定層２６のバンドギャップに対応する波
長の光をｐｎ接合部から放射する。ところで、一般に、
発光ダイオードは使用時間の経過と共に発光ダイオード
から放射される光の強度が低下する劣化現象を示す。使
用環境にもよるが、０．３ｍｍ×０．３ｍｍ□の発光ダ
イオードにおいて、３０ｍＡの電流駆動（電流密度３３
Ａ／ｃｍ2）で１０００時間経過すると光度が通電直後
の４０〜８０％に低下してしまうことが知られている。
例えば、窒素濃度２．０×１０18ｃｍ-3の黄色発光ダイ
オードの場合、２５℃にて３３Ａ／ｃｍ2の電流密度で
通電すると、１０００時間経過後に初期光度の４０％ま
で劣化してしまう。よって、この光度劣化を抑制し、寿
命特性を改善することは、発光ダイオードの特性上非常
に重要なことである。
キシャルウェーハを素子化して作られる発光ダイオード
は、窒素濃度一定層２６のバンドギャップに対応する波
長の光をｐｎ接合部から放射する。ところで、一般に、
発光ダイオードは使用時間の経過と共に発光ダイオード
から放射される光の強度が低下する劣化現象を示す。使
用環境にもよるが、０．３ｍｍ×０．３ｍｍ□の発光ダ
イオードにおいて、３０ｍＡの電流駆動（電流密度３３
Ａ／ｃｍ2）で１０００時間経過すると光度が通電直後
の４０〜８０％に低下してしまうことが知られている。
例えば、窒素濃度２．０×１０18ｃｍ-3の黄色発光ダイ
オードの場合、２５℃にて３３Ａ／ｃｍ2の電流密度で
通電すると、１０００時間経過後に初期光度の４０％ま
で劣化してしまう。よって、この光度劣化を抑制し、寿
命特性を改善することは、発光ダイオードの特性上非常
に重要なことである。
【０００７】そこで本発明は、発光ダイオードの初期光
度が高く、しかも光度劣化が少ない発光ダイオードを製
造することができるＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハ
及びその製造方法を提供することを目的とする。
度が高く、しかも光度劣化が少ない発光ダイオードを製
造することができるＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハ
及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願の請求項１記載の発
明は、混晶率一定層に窒素をドープすることにより形成
されたＧａＡｓ1-xＰx（０．４５＜ｘ＜１）窒素濃度一
定層を有するＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハにおい
て、該窒素濃度一定層が以下に示す上限窒素濃度及び下
限窒素濃度を有することを特徴とするＧａＡｓＰエピタ
キシャルウェーハを提供する。 上限窒素濃度：Ｎ＝（６．２５ｘ−１．１２５）×１０
18ｃｍ-3 下限窒素濃度：Ｎ＝（５ｘ−１．５）×１０18ｃｍ-3
明は、混晶率一定層に窒素をドープすることにより形成
されたＧａＡｓ1-xＰx（０．４５＜ｘ＜１）窒素濃度一
定層を有するＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハにおい
て、該窒素濃度一定層が以下に示す上限窒素濃度及び下
限窒素濃度を有することを特徴とするＧａＡｓＰエピタ
キシャルウェーハを提供する。 上限窒素濃度：Ｎ＝（６．２５ｘ−１．１２５）×１０
18ｃｍ-3 下限窒素濃度：Ｎ＝（５ｘ−１．５）×１０18ｃｍ-3
【０００９】また、本願の請求項２記載の発明は、混晶
率一定層に窒素をドープすることにより形成されたＧａ
Ａｓ1-xＰx（０．４５＜ｘ＜１）窒素濃度一定層を有す
るＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハの製造方法におい
て、該ＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハから素子化し
た発光素子の初期光度が低下し始める濃度以上に該窒素
濃度一定層に窒素をドープすることを特徴とするＧａＡ
ｓＰエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
率一定層に窒素をドープすることにより形成されたＧａ
Ａｓ1-xＰx（０．４５＜ｘ＜１）窒素濃度一定層を有す
るＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハの製造方法におい
て、該ＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハから素子化し
た発光素子の初期光度が低下し始める濃度以上に該窒素
濃度一定層に窒素をドープすることを特徴とするＧａＡ
ｓＰエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【００１０】また、本願の請求項３記載の発明は、前記
窒素の濃度は、以下に示す上限窒素濃度及び下限窒素濃
度の範囲であることを特徴とする請求項２記載のＧａＡ
ｓＰエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。 上限窒素濃度：Ｎ＝（６．２５ｘ−１．１２５）×１０
18ｃｍ-3 下限窒素濃度：Ｎ＝（５ｘ−１．５）×１０18ｃｍ-3
窒素の濃度は、以下に示す上限窒素濃度及び下限窒素濃
度の範囲であることを特徴とする請求項２記載のＧａＡ
ｓＰエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。 上限窒素濃度：Ｎ＝（６．２５ｘ−１．１２５）×１０
18ｃｍ-3 下限窒素濃度：Ｎ＝（５ｘ−１．５）×１０18ｃｍ-3
【００１１】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
は、寿命特性と窒素濃度一定層にドープされた窒素濃度
の相関が大変大きく、窒素濃度一定層の窒素濃度を高く
するほど発光ダイオードの光度劣化が抑制されることを
実験の結果明らかにし、その結果に基づいてなされたも
のである。しかし、この窒素濃度一定層にドープされた
窒素は、間接遷移の発光センターであると同時に光の吸
収体でもある。よって、窒素濃度をあまりにも高くする
と、発光された光が吸収されて光度の低下を生じること
をも明らかにした。以上の結果、初期光度が高く、かつ
使用時間の経過と共に光度劣化をできるだけ抑制するた
めには、窒素濃度一定層の窒素濃度を最適な範囲に調整
しなければならない。
は、寿命特性と窒素濃度一定層にドープされた窒素濃度
の相関が大変大きく、窒素濃度一定層の窒素濃度を高く
するほど発光ダイオードの光度劣化が抑制されることを
実験の結果明らかにし、その結果に基づいてなされたも
のである。しかし、この窒素濃度一定層にドープされた
窒素は、間接遷移の発光センターであると同時に光の吸
収体でもある。よって、窒素濃度をあまりにも高くする
と、発光された光が吸収されて光度の低下を生じること
をも明らかにした。以上の結果、初期光度が高く、かつ
使用時間の経過と共に光度劣化をできるだけ抑制するた
めには、窒素濃度一定層の窒素濃度を最適な範囲に調整
しなければならない。
【００１２】また、本発明者は実験を重ねた結果、Ａｓ
とＰの混晶率ｘの値ごとにこの窒素濃度一定層の窒素濃
度の最適な範囲が異なることを明らかにした。その結
果、ＡｓとＰの混晶率ｘと最適な窒素濃度一定層の窒素
濃度の範囲を下記のごとく設定した。 上限窒素濃度 Ｎ＝（６．２５ｘ−１．１２５）×１０
18ｃｍ-3 下限窒素濃度：Ｎ＝（５ｘ−１．５）×１０18ｃｍ-3
とＰの混晶率ｘの値ごとにこの窒素濃度一定層の窒素濃
度の最適な範囲が異なることを明らかにした。その結
果、ＡｓとＰの混晶率ｘと最適な窒素濃度一定層の窒素
濃度の範囲を下記のごとく設定した。 上限窒素濃度 Ｎ＝（６．２５ｘ−１．１２５）×１０
18ｃｍ-3 下限窒素濃度：Ｎ＝（５ｘ−１．５）×１０18ｃｍ-3
【００１３】上記上限窒素濃度以上に窒素をドープする
と、窒素により発光した光が吸収され、初期光度が低く
なりすぎる。一方、上記下限窒素濃度以下に窒素ドープ
量を減らすと、光度劣化が速く、寿命が短くなりすぎ
る。
と、窒素により発光した光が吸収され、初期光度が低く
なりすぎる。一方、上記下限窒素濃度以下に窒素ドープ
量を減らすと、光度劣化が速く、寿命が短くなりすぎ
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るＧａＡｓＰエ
ピタキシャルウェーハについて、添付図面に基づいて説
明する。
ピタキシャルウェーハについて、添付図面に基づいて説
明する。
【００１５】図１は、本発明に係る発光ダイオード用Ｇ
ａＡｓ Ｐ エピタキシャルウェーハを製造した一実施形態
の構成を説明する模式断面図である。このＧａＡｓ Ｐ エ
ピタキシャルウェーハ１０は、ｎ型ＧａＰ単結晶基板１
の上にｎ型ＧａＰエピタキシャル層２が形成され、さら
にその上に混晶率ｘが層厚方向に例えば１．０から０．
９まで変化するｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率変化層３が形
成され、さらにその上に混晶率ｘが例えば０．９で一定
のｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層４〜６が形成されて
いる。ｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層５は、窒素濃度
が層厚方向に例えば０から３．９×１０18ｃｍ-3まで徐
々に増加するように窒素がドープされた窒素増加層であ
る。ｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層６は、例えば３．
９×１０18ｃｍ-3と一定濃度の窒素がドープされた窒素
濃度一定層であり、エピタキシャル成長後にエピタキシ
ャル層表面よりｐ型不純物を熱拡散することにより上層
がｐ型化され、ｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層６ａと
ｐ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層６ｂとがｐｎ接合を形
成する窒素濃度一定層６を構成する。
ａＡｓ Ｐ エピタキシャルウェーハを製造した一実施形態
の構成を説明する模式断面図である。このＧａＡｓ Ｐ エ
ピタキシャルウェーハ１０は、ｎ型ＧａＰ単結晶基板１
の上にｎ型ＧａＰエピタキシャル層２が形成され、さら
にその上に混晶率ｘが層厚方向に例えば１．０から０．
９まで変化するｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率変化層３が形
成され、さらにその上に混晶率ｘが例えば０．９で一定
のｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層４〜６が形成されて
いる。ｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層５は、窒素濃度
が層厚方向に例えば０から３．９×１０18ｃｍ-3まで徐
々に増加するように窒素がドープされた窒素増加層であ
る。ｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層６は、例えば３．
９×１０18ｃｍ-3と一定濃度の窒素がドープされた窒素
濃度一定層であり、エピタキシャル成長後にエピタキシ
ャル層表面よりｐ型不純物を熱拡散することにより上層
がｐ型化され、ｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層６ａと
ｐ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層６ｂとがｐｎ接合を形
成する窒素濃度一定層６を構成する。
【００１６】図１に示される本発明は、構造的には図６
に示される従来のＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハと
同一であるが、窒素濃度一定層に添加される窒素の濃度
が従来と全く異なるものである。
に示される従来のＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハと
同一であるが、窒素濃度一定層に添加される窒素の濃度
が従来と全く異なるものである。
【００１７】図２は、本発明に係るＧａＡｓＰエピタキ
シャルウェーハを製造する際に用いるエピタキシャル成
長装置の概略図である。この装置は、反応管１１上部よ
りキャリアガスであるＨ2とともにIII族原料であるＰＨ
3、ＡｓＨ3及びＮＨ3ガスを供給すると同時に、Ｇａ容
器１２にＨＣｌを供給してＶ族原料であるＧａＣｌを発
生させて供給することにより、ＧａＰ基板上にＧａＡｓ
1-xＰxエピタキシャル層を気相成長させる装置である。
シャルウェーハを製造する際に用いるエピタキシャル成
長装置の概略図である。この装置は、反応管１１上部よ
りキャリアガスであるＨ2とともにIII族原料であるＰＨ
3、ＡｓＨ3及びＮＨ3ガスを供給すると同時に、Ｇａ容
器１２にＨＣｌを供給してＶ族原料であるＧａＣｌを発
生させて供給することにより、ＧａＰ基板上にＧａＡｓ
1-xＰxエピタキシャル層を気相成長させる装置である。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００１９】（実施例１）混晶率ｘ＝０．９のＧａＡｓ
1-xＰx混晶率一定層を有する黄色発光ダイオード用Ｇａ
Ａｓ Ｐ エピタキシャルウェーハを、以下の方法で製造し
た。
1-xＰx混晶率一定層を有する黄色発光ダイオード用Ｇａ
Ａｓ Ｐ エピタキシャルウェーハを、以下の方法で製造し
た。
【００２０】厚さ約３００μｍ、直径５０ｍｍ、結晶軸
方位＜１００＞、オフアングル１０°で硫黄（Ｓ）をド
ープしたｎ型ＧａＰ単結晶を基板として用いた。また、
キャリアガス及び反応ガスとして、水素（Ｈ2）、水素
希釈の５０ｐｐｍ硫化水素（Ｈ2Ｓ）、水素希釈の１０
％砒化水素（ＡｓＨ3）、水素希釈１０％燐化水素（Ｐ
Ｈ3）、高純度塩化水素（ＨＣｌ）、高純度アンモニア
（ＮＨ3）を用いた。
方位＜１００＞、オフアングル１０°で硫黄（Ｓ）をド
ープしたｎ型ＧａＰ単結晶を基板として用いた。また、
キャリアガス及び反応ガスとして、水素（Ｈ2）、水素
希釈の５０ｐｐｍ硫化水素（Ｈ2Ｓ）、水素希釈の１０
％砒化水素（ＡｓＨ3）、水素希釈１０％燐化水素（Ｐ
Ｈ3）、高純度塩化水素（ＨＣｌ）、高純度アンモニア
（ＮＨ3）を用いた。
【００２１】図２に示す気相エピタキシャル成長装置に
おいて、まずサセプタ１３にｎ型ＧａＰ単結晶基板１を
載置するとともに、反応管１１上方に高純度Ｇａを入れ
たＧａ容器１２をセットする。次に、反応管１１内にキ
ャリアガスの水素Ｈ2を導入して反応管１１内を充分置
換した後、ヒータ１４により昇温を開始した。
おいて、まずサセプタ１３にｎ型ＧａＰ単結晶基板１を
載置するとともに、反応管１１上方に高純度Ｇａを入れ
たＧａ容器１２をセットする。次に、反応管１１内にキ
ャリアガスの水素Ｈ2を導入して反応管１１内を充分置
換した後、ヒータ１４により昇温を開始した。
【００２２】ｎ型ＧａＰ単結晶基板１の温度が８２０℃
に達した後に、ＨＣｌを４５ｍｌ／分の流量で導入しな
がらＧａ容器１２内のＧａと反応させてＧａＣｌを発生
させ、同時にＨ2ＳとＰＨ3をそれぞれ７０ｍｌ／分と１
８０ｍｌ／分の流量で導入し、ｎ型ＧａＰ単結晶基板１
上に硫黄（Ｓ）をドープした厚さ約３μｍのｎ型ＧａＰ
エピタキシャル層２を３０分間で成長させた。以下に成
長させるエピタキシャル層にはいずれも硫黄がドープさ
れ、全てｎ型となる。
に達した後に、ＨＣｌを４５ｍｌ／分の流量で導入しな
がらＧａ容器１２内のＧａと反応させてＧａＣｌを発生
させ、同時にＨ2ＳとＰＨ3をそれぞれ７０ｍｌ／分と１
８０ｍｌ／分の流量で導入し、ｎ型ＧａＰ単結晶基板１
上に硫黄（Ｓ）をドープした厚さ約３μｍのｎ型ＧａＰ
エピタキシャル層２を３０分間で成長させた。以下に成
長させるエピタキシャル層にはいずれも硫黄がドープさ
れ、全てｎ型となる。
【００２３】次に、前記ｎ型ＧａＰエピタキシャル層２
の上にｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率変化層３を以下のよう
に成長させた。ＰＨ3の流量を１８０ｍｌ／分から１６
２ｍｌ／分まで３５分間かけて減少させると同時に、Ａ
ｓＨ3の流量を０ｍｌ／分から１８ｍｌ／分まで３５分
間かけて増加させて、混晶率ｘを１．０から０．９まで
徐々に変化させたｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率変化層３を
４μｍ成長させた。
の上にｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率変化層３を以下のよう
に成長させた。ＰＨ3の流量を１８０ｍｌ／分から１６
２ｍｌ／分まで３５分間かけて減少させると同時に、Ａ
ｓＨ3の流量を０ｍｌ／分から１８ｍｌ／分まで３５分
間かけて増加させて、混晶率ｘを１．０から０．９まで
徐々に変化させたｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率変化層３を
４μｍ成長させた。
【００２４】次いで、混晶率ｘが０．９で一定であり厚
さ４μｍのｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層４を３５分
間で成長させた。
さ４μｍのｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層４を３５分
間で成長させた。
【００２５】さらに、混晶率ｘを０．９に保持したま
ま、発光中心として作用する窒素Ｎをドープするため
に、ＮＨ3を０ｍｌ／分から１１５ｍｌ／分まで３５分
間かけてなだらかに増加させることにより窒素濃度を０
から３．９×１０18ｃｍ-3まで徐々に増加させたｎ型Ｇ
ａＡｓ1-xＰx混晶率一定層（窒素濃度増加層）５を４μ
ｍの厚さに成長させた。
ま、発光中心として作用する窒素Ｎをドープするため
に、ＮＨ3を０ｍｌ／分から１１５ｍｌ／分まで３５分
間かけてなだらかに増加させることにより窒素濃度を０
から３．９×１０18ｃｍ-3まで徐々に増加させたｎ型Ｇ
ａＡｓ1-xＰx混晶率一定層（窒素濃度増加層）５を４μ
ｍの厚さに成長させた。
【００２６】さらに、Ｈ2Ｓを２ｍｌ／分の流量とする
と同時にＮＨ3を１１５ｍｌ／分一定として、窒素濃度
が３．９×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一
定層（窒素濃度一定層）６を１６０分間かけて２０μｍ
の厚さに成長させた。
と同時にＮＨ3を１１５ｍｌ／分一定として、窒素濃度
が３．９×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一
定層（窒素濃度一定層）６を１６０分間かけて２０μｍ
の厚さに成長させた。
【００２７】このようにしてｎ型ＧａＰ単結晶基板１上
にエピタキシャル層２〜６を成長させた後、ｎ型ＧａＡ
ｓ1-xＰx窒素濃度一定層６の表面より亜鉛（Ｚｎ）を拡
散炉にて深さ７μｍまで熱拡散することにより、ｐ型Ｇ
ａＡｓ1-xＰx混晶率一定層６ａ及びｎ型ＧａＡｓ1-xＰx
混晶率一定層６ｂからなる窒素濃度一定層６を有する発
光波長５８３ｎｍの黄色発光ダイオード用ＧａＡｓＰエ
ピタキシャルウェーハ１０を得た。
にエピタキシャル層２〜６を成長させた後、ｎ型ＧａＡ
ｓ1-xＰx窒素濃度一定層６の表面より亜鉛（Ｚｎ）を拡
散炉にて深さ７μｍまで熱拡散することにより、ｐ型Ｇ
ａＡｓ1-xＰx混晶率一定層６ａ及びｎ型ＧａＡｓ1-xＰx
混晶率一定層６ｂからなる窒素濃度一定層６を有する発
光波長５８３ｎｍの黄色発光ダイオード用ＧａＡｓＰエ
ピタキシャルウェーハ１０を得た。
【００２８】この黄色発光ダイオード用ＧａＡｓＰエピ
タキシャルウェーハ１０を０．３ｍｍ×０．３ｍｍ□の
大きさに素子化して得られた黄色発光ダイオードは、２
０ｍＡの直流電流を流した場合に初期光度５．０ｍｃｄ
と高い初期光度が得られた。ここで光度とは、点光源か
らある方向に向かう光束を、その光源を頂点とし、その
方向に向かう単位立体角あたりの光束に換算した値を言
う。また初期光度とは、発光ダイオードを製作して最初
に通電したときの光度検出器で検出した値を言う。な
お、この光度は発光ダイオードに流れる電流に比例して
増加するので、ここでは電流を直流２０ｍＡとして光度
を測定した（以下同様）。
タキシャルウェーハ１０を０．３ｍｍ×０．３ｍｍ□の
大きさに素子化して得られた黄色発光ダイオードは、２
０ｍＡの直流電流を流した場合に初期光度５．０ｍｃｄ
と高い初期光度が得られた。ここで光度とは、点光源か
らある方向に向かう光束を、その光源を頂点とし、その
方向に向かう単位立体角あたりの光束に換算した値を言
う。また初期光度とは、発光ダイオードを製作して最初
に通電したときの光度検出器で検出した値を言う。な
お、この光度は発光ダイオードに流れる電流に比例して
増加するので、ここでは電流を直流２０ｍＡとして光度
を測定した（以下同様）。
【００２９】上記発光ダイオードを、２５℃にて３３Ａ
／ｃｍ2の電流密度で１０００時間経過したときの光度
は４．４ｍｃｄと、光度の残存率が８８％の光度劣化が
少ない発光ダイオードが得られた。ここで光度の残存率
とは、２５℃で電流密度３３Ａ／ｃｍ2の直流電流を１
０００時間通電した後に発光ダイオードの光度検出器で
検出した光度の初期光度に対する割合（％）を言い（以
下同様）、光度劣化の程度を表す。 光度の残存率＝１０００時間通電後の光度÷初期光度×
１００（％）
／ｃｍ2の電流密度で１０００時間経過したときの光度
は４．４ｍｃｄと、光度の残存率が８８％の光度劣化が
少ない発光ダイオードが得られた。ここで光度の残存率
とは、２５℃で電流密度３３Ａ／ｃｍ2の直流電流を１
０００時間通電した後に発光ダイオードの光度検出器で
検出した光度の初期光度に対する割合（％）を言い（以
下同様）、光度劣化の程度を表す。 光度の残存率＝１０００時間通電後の光度÷初期光度×
１００（％）
【００３０】図３は、実施例１に示された構造のＧａＡ
ｓＰエピタキシャルウェーハ１０において、窒素濃度一
定層６の窒素濃度のみを種々の値に設定して形成した複
数のウェーハを素子化して得られたそれぞれの発光ダイ
オードについて窒素濃度一定層６の窒素濃度と初期光度
の関係を示す。図３から分るように、窒素濃度一定層６
の窒素濃度が低いと発光効率が悪く、発光ダイオードの
初期光度が低い。しかし、窒素濃度が高すぎると、結晶
性が悪化すると共に、発光した光が窒素原子により吸収
され、発光ダイオードの初期光度はやはり低下する。
ｓＰエピタキシャルウェーハ１０において、窒素濃度一
定層６の窒素濃度のみを種々の値に設定して形成した複
数のウェーハを素子化して得られたそれぞれの発光ダイ
オードについて窒素濃度一定層６の窒素濃度と初期光度
の関係を示す。図３から分るように、窒素濃度一定層６
の窒素濃度が低いと発光効率が悪く、発光ダイオードの
初期光度が低い。しかし、窒素濃度が高すぎると、結晶
性が悪化すると共に、発光した光が窒素原子により吸収
され、発光ダイオードの初期光度はやはり低下する。
【００３１】図４は、上記各発光ダイオードの窒素濃度
一定層６の窒素濃度と光度の残存率の関係を示す。図４
から分るように、窒素濃度一定層６の窒素濃度が増加す
るほど光度劣化特性が改善され、光度の残存率が高くな
る。
一定層６の窒素濃度と光度の残存率の関係を示す。図４
から分るように、窒素濃度一定層６の窒素濃度が増加す
るほど光度劣化特性が改善され、光度の残存率が高くな
る。
【００３２】図３及び図４より、発光波長５８３ｎｍの
黄色発光ダイオード用ＧａＡｓＰエピタキシャルウェー
ハの場合、窒素濃度一定層６の窒素濃度が３．０×１０
18ｃｍ-3〜４．５×１０18ｃｍ-3の時に初期光度が４．
０ｍｃｄ以上で且つ光度の残存率が７０％以上である発
光ダイオードを製造することができる。
黄色発光ダイオード用ＧａＡｓＰエピタキシャルウェー
ハの場合、窒素濃度一定層６の窒素濃度が３．０×１０
18ｃｍ-3〜４．５×１０18ｃｍ-3の時に初期光度が４．
０ｍｃｄ以上で且つ光度の残存率が７０％以上である発
光ダイオードを製造することができる。
【００３３】（実施例２）表１は、実施例１に示された
構造のＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハにおいて、窒
素濃度一定層６の混晶率ｘを０．９（黄色）、０．８
（黄褐色）、０．６５（橙色）及び０．５（赤色）に設
定し、各混晶率において窒素濃度を異なる３濃度に設定
してＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハを形成した場合
における、得られた発光ダイオードの発光色、発光波
長、窒素濃度一定層の混晶率、窒素濃度一定層の窒素濃
度、初期光度及び光度の残存率を示す。
構造のＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハにおいて、窒
素濃度一定層６の混晶率ｘを０．９（黄色）、０．８
（黄褐色）、０．６５（橙色）及び０．５（赤色）に設
定し、各混晶率において窒素濃度を異なる３濃度に設定
してＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハを形成した場合
における、得られた発光ダイオードの発光色、発光波
長、窒素濃度一定層の混晶率、窒素濃度一定層の窒素濃
度、初期光度及び光度の残存率を示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】表１から分るように、混晶率ｘがいずれの
場合も、窒素濃度一定層の窒素濃度が低い場合は初期光
度は４．０ｍｃｄ以上で高いが光度の残存率が７０％以
下で劣化が著しく、窒素濃度一定層の窒素濃度が高い場
合は光度の残存率は９０％以上で優れているものの初期
光度は４．０ｍｃｄ以下で低過ぎる。結局、中間の最適
窒素濃度において初期光度が４．０ｍｃｄ以上で高く、
光度の残存率も７０％以上で劣化も少ないので最適であ
る。
場合も、窒素濃度一定層の窒素濃度が低い場合は初期光
度は４．０ｍｃｄ以上で高いが光度の残存率が７０％以
下で劣化が著しく、窒素濃度一定層の窒素濃度が高い場
合は光度の残存率は９０％以上で優れているものの初期
光度は４．０ｍｃｄ以下で低過ぎる。結局、中間の最適
窒素濃度において初期光度が４．０ｍｃｄ以上で高く、
光度の残存率も７０％以上で劣化も少ないので最適であ
る。
【００３６】図５は、上記４つの混晶率のそれぞれにつ
いて更に細かく窒素濃度をふり、初期光度及び光度の残
存率が共に高くなる窒素濃度一定層の混晶率及び窒素濃
度の条件を調べた結果を示す。○印は初期光度が４．０
ｍｃｄ以上で光度の残存率が７０％以上であることを示
し、×印は初期光度が４．０ｍｃｄ未満または光度の残
存率が７０％未満であることを示す。図５から分るよう
に、初期光度及び光度の残存率が共に高い最適窒素濃度
領域は、混晶率ｘについての関数で表される上限窒素濃
度直線と下限窒素濃度直線の間の領域になる。 上限窒素濃度：Ｎ＝（６．２５ｘ−１．１２５）×１０
18ｃｍ-3 下限窒素濃度：Ｎ＝（５ｘ−１．５）×１０18ｃｍ-3 以上の窒素濃度では、初期光度が高くしかも発光ダイオ
ードの光度劣化が抑制され、寿命特性のよい発光ダイオ
ードが得られる。
いて更に細かく窒素濃度をふり、初期光度及び光度の残
存率が共に高くなる窒素濃度一定層の混晶率及び窒素濃
度の条件を調べた結果を示す。○印は初期光度が４．０
ｍｃｄ以上で光度の残存率が７０％以上であることを示
し、×印は初期光度が４．０ｍｃｄ未満または光度の残
存率が７０％未満であることを示す。図５から分るよう
に、初期光度及び光度の残存率が共に高い最適窒素濃度
領域は、混晶率ｘについての関数で表される上限窒素濃
度直線と下限窒素濃度直線の間の領域になる。 上限窒素濃度：Ｎ＝（６．２５ｘ−１．１２５）×１０
18ｃｍ-3 下限窒素濃度：Ｎ＝（５ｘ−１．５）×１０18ｃｍ-3 以上の窒素濃度では、初期光度が高くしかも発光ダイオ
ードの光度劣化が抑制され、寿命特性のよい発光ダイオ
ードが得られる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、窒
素濃度一定層の窒素濃度を混晶率に対応する特定の濃度
範囲に設定することにより、初期光度が高くしかも光度
劣化が少ない発光ダイオードを製造することができる。
素濃度一定層の窒素濃度を混晶率に対応する特定の濃度
範囲に設定することにより、初期光度が高くしかも光度
劣化が少ない発光ダイオードを製造することができる。
【図１】本発明にかかわるＧａＡｓＰエピタキシャルウ
ェーハの一例を示す構造図である。
ェーハの一例を示す構造図である。
【図２】本発明にかかわるＧａＡｓＰエピタキシャルウ
ェーハを製造する際に用いるエピタキシャル成長装置の
一例を示す概略断面図である。
ェーハを製造する際に用いるエピタキシャル成長装置の
一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明にかかわるＧａＡｓＰエピタキシャルウ
ェーハから素子化した発光波長５８３ｎｍの発光ダイオ
ードの窒素濃度一定層の窒素濃度と初期光度との関係を
示す図である。
ェーハから素子化した発光波長５８３ｎｍの発光ダイオ
ードの窒素濃度一定層の窒素濃度と初期光度との関係を
示す図である。
【図４】上記発光ダイオードの窒素濃度一定層の窒素濃
度と光度劣化による光度の残存率の関係を示す。
度と光度劣化による光度の残存率の関係を示す。
【図５】発光ダイオードの初期光度及び光度の残存率が
共に高くなる窒素濃度一定層の混晶率に対する最適窒素
濃度範囲を示す図である。
共に高くなる窒素濃度一定層の混晶率に対する最適窒素
濃度範囲を示す図である。
【図６】従来のＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハの一
例を示す構造図である。
例を示す構造図である。
１ ｎ型ＧａＰ単結晶基板 ２ ｎ型ＧａＰエピタキシャル層 ３ ｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率変化層 ４ ｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層 ５ ｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層（窒素濃度増加
層） ６ ｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層（窒素濃度一定
層） ６ａ ｐ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層 ６ｂ ｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層 １０ ＧａＡｓ Ｐ エピタキシャルウェーハ １１ 反応管 １２ Ｇａ容器 １３ サセプタ １４ ヒータ
層） ６ ｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層（窒素濃度一定
層） ６ａ ｐ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層 ６ｂ ｎ型ＧａＡｓ1-xＰx混晶率一定層 １０ ＧａＡｓ Ｐ エピタキシャルウェーハ １１ 反応管 １２ Ｇａ容器 １３ サセプタ １４ ヒータ
Claims (3)
- 【請求項１】 混晶率一定層に窒素をドープすることに
より形成されたＧａＡｓ1-xＰx（０．４５＜ｘ＜１）窒
素濃度一定層を有するＧａＡｓＰエピタキシャルウェー
ハにおいて、該窒素濃度一定層が以下に示す上限窒素濃
度及び下限窒素濃度を有することを特徴とするＧａＡｓ
Ｐエピタキシャルウェーハ。 上限窒素濃度：Ｎ＝（６．２５ｘ−１．１２５）×１０
18ｃｍ-3 下限窒素濃度：Ｎ＝（５ｘ−１．５）×１０18ｃｍ-3 - 【請求項２】 混晶率一定層に窒素をドープすることに
より形成されたＧａＡｓ1-xＰx（０．４５＜ｘ＜１）窒
素濃度一定層を有するＧａＡｓＰエピタキシャルウェー
ハの製造方法において、該ＧａＡｓＰエピタキシャルウ
ェーハから素子化した発光素子の初期光度が低下し始め
る濃度以上に該窒素濃度一定層に窒素をドープすること
を特徴とするＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハの製造
方法。 - 【請求項３】 前記窒素の濃度は、以下に示す上限窒素
濃度及び下限窒素濃度の範囲であることを特徴とする請
求項２記載のＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハの製造
方法。 上限窒素濃度：Ｎ＝（６．２５ｘ−１．１２５）×１０
18ｃｍ-3 下限窒素濃度：Ｎ＝（５ｘ−１．５）×１０18ｃｍ-3
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1178297A JP3792817B2 (ja) | 1997-01-06 | 1997-01-06 | ＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハ及びその製造方法 |
| TW086119035A TW390044B (en) | 1997-01-06 | 1997-12-17 | GaAsP epitaxial wafer and its manufacture |
| US08/998,835 US6048397A (en) | 1997-01-06 | 1997-12-29 | GaAsP epitaxial wafer and a method for manufacturing it |
| EP98100025A EP0852402A1 (en) | 1997-01-06 | 1998-01-02 | A GaAsP epitaxial wafer and a method for manufacturing it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1178297A JP3792817B2 (ja) | 1997-01-06 | 1997-01-06 | ＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10200160A true JPH10200160A (ja) | 1998-07-31 |
| JP3792817B2 JP3792817B2 (ja) | 2006-07-05 |
Family
ID=11787527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1178297A Expired - Lifetime JP3792817B2 (ja) | 1997-01-06 | 1997-01-06 | ＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハ及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6048397A (ja) |
| EP (1) | EP0852402A1 (ja) |
| JP (1) | JP3792817B2 (ja) |
| TW (1) | TW390044B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009206283A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | エピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハ |
| JP2021141104A (ja) * | 2020-03-02 | 2021-09-16 | 信越半導体株式会社 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7928424B2 (en) * | 2004-03-11 | 2011-04-19 | Epistar Corporation | Nitride-based light-emitting device |
| US9524869B2 (en) | 2004-03-11 | 2016-12-20 | Epistar Corporation | Nitride-based semiconductor light-emitting device |
| US8562738B2 (en) | 2004-03-11 | 2013-10-22 | Epistar Corporation | Nitride-based light-emitting device |
| DE102017104719A1 (de) * | 2017-03-07 | 2018-09-13 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Strahlungsemittierender Halbleiterkörper und Halbleiterchip |
| DE102018100598A1 (de) * | 2018-01-12 | 2019-07-18 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Verfahren zum steuern eines stromes einer leuchtdiode |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3873382A (en) * | 1971-06-30 | 1975-03-25 | Monsanto Co | Process for the preparation of semiconductor materials and devices |
| FR2373167A1 (fr) * | 1976-12-03 | 1978-06-30 | Radiotechnique Compelec | Dispositif electroluminescent a double confinement |
| JPS5843898B2 (ja) * | 1980-02-21 | 1983-09-29 | 三菱化成ポリテック株式会社 | 化合物半導体単結晶薄膜の気相成長方法 |
| US4510515A (en) * | 1981-01-28 | 1985-04-09 | Stanley Electric Co., Ltd. | Epitaxial wafer of compound semiconductor display device |
| JPS61106497A (ja) * | 1984-10-25 | 1986-05-24 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 燐化砒化ガリウムエピタキシヤル膜の成長方法 |
| JPS6392014A (ja) * | 1986-10-06 | 1988-04-22 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 化合物半導体エピタキシヤルウエ−ハの製造方法 |
| JPH0294577A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Toshiba Corp | 発光素子用気相エピタキシャルウェハ |
| US5041883A (en) * | 1990-09-28 | 1991-08-20 | Hewlett-Packard Company | Light emitting diodes with nitrogen doping |
| JP3436379B2 (ja) * | 1992-07-28 | 2003-08-11 | 三菱化学株式会社 | りん化ひ化ガリウムエピタキシャルウエハ |
| DE4311715C2 (de) * | 1993-04-08 | 1996-02-01 | Fresenius Ag | Portkanüle |
| JPH08335716A (ja) * | 1995-06-06 | 1996-12-17 | Mitsubishi Chem Corp | エピタキシャルウエハ |
-
1997
- 1997-01-06 JP JP1178297A patent/JP3792817B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1997-12-17 TW TW086119035A patent/TW390044B/zh not_active IP Right Cessation
- 1997-12-29 US US08/998,835 patent/US6048397A/en not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-01-02 EP EP98100025A patent/EP0852402A1/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009206283A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | エピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハ |
| JP2021141104A (ja) * | 2020-03-02 | 2021-09-16 | 信越半導体株式会社 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW390044B (en) | 2000-05-11 |
| EP0852402A1 (en) | 1998-07-08 |
| JP3792817B2 (ja) | 2006-07-05 |
| US6048397A (en) | 2000-04-11 |
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