JPS58105539A - 電気発光物質の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体物質の調製および中導体装置の製造の分
野に関する。好適な実施態様においては１本発明は電気
発光（エレクトロル建ネセンス）材料および装置の分野
に関する。

本発明に関連して、接合−量中に組込まれた場合に緑色
光の放射を増大させるための放射的再結合中心として作
用する等電トラップを形成すゐようにシん化ガリウム（
Ｇａｐ）中に窒素を導入し得るということがｍ業上知ら
れている。ＧａＰ（１１４造装置中でそれが基質として
用いられるかあるいはエピタキシャルフィルムとして用
いられるかあるいはその両方として用いられるかそのい
ずれの場合でも）中に窒素を導入するためにｌＦ！１に
配慮さ□れた上記の先行技術方法は、明らかに溶液成長
法あるいは液相エピタキシャル法に＠もれていた。これ
らの先行技術方法０典渥としては１例えば米国峙許第４
４６２，３２０号明細書中に、電気発光ＧａＰ装置が、
元素状ガリウム（Ｇａ）の融解物に一つの伝導型のドー
プ剤を含有する多結晶性ＧａＰおよび窒素ガリウム（Ｇ
ａｌｌ）を加え密封石英アンプル中で１２００’ＣＫ加
熱し。

それから約１０時間かけて８００ＣＫ冷却するととＫよ
って製造されることが記載されている。

この方法中で形成された、窒素ドープされたＧ亀Ｐの不
規則形状の単結晶は濃ＨＯＩ中での洗浄によりガリウム
から抽出され、所望の大きさおよび形状に切シそろ見ら
れ且つ研磨される。このように形成され友生成物は、そ
の上に真なる伝導型のＧａＰのエピタキシャル層がチッ
ピングとして知られている液相技術によって成長される
基質として用いられる。二端子Ｐ−Ｎ接合装置を組立て
るために接点がＰおよびＮ領域に取付けられる。

その他の先行技術力法では窒素ドープされたＧａＰエピ
タキシャルフィルムは、エビタ中シャルフイルム中のＧ
ａｐの伝導型とは反対の伝導型のＧａＰの基質上に液相
エピタキシャル沈着例えばチッピングすることによって
成長させられている。このＧａＰ基質はさらに窒素によ
ってドープされてもよいしまたはされなくてもよい。

気相法によって電気発光ＧａＰダイオードを製造するこ
ともまた知られている。しかしながら、気相法中で窒素
によシ殊更にＧａＰをドーピングして光放射ダイオード
に適轟な電気発光物質を製造することを教示している先
行技術はないようである。一つの既知方法では、硫黄ド
ープされたＧａＰが気相から三塩化シん（ｐｏ１５　）
移動法によ〕砒化ガリウム（Ｇａム−）基質上にエピタ
キシャル沈着された。この方法では、　ＰＣｌｇを運ぶ
精製された水素が、硫黄不純物を運ぶ水素流と一緒にさ
れ、そしてこの気体状混合物が石英反応管に導入されて
９３０℃で鴎と反応し且つ一基質上にエピタキシャル沈
着されたＧａＰを生成する。その４１ｋ％Ｐ盟ドープ剤
例えば亜鉛またはイリジウムがＰ−Ｎ接合を形成するた
めにＭ＠Ｇ一層中に拡散さくれた。エピタキシャルＧａ
Ｐ／Ｇ亀ムー構造から製造されたダイオードの発光スは
クトルは、と〕わけ、窒素の孤立原子が偶然に付加され
友（故意ではなしに龜加された）不純物として存在して
いることを示した。装置材料の中に音素添加の可能な源
泉またはそうした局所があるかどうか、すなわちＧａＰ
のＰあるいはＮ領域のいずれＫＴｏるかについての意見
は提示されていない。ここに言及した方法はもつと詳細
に「゛ジャーナル・オプ・アプライド・フイジクス」第
４１巻第１号第３２１〜６２８頁１９７０年１月にディ
ールシュケ氏等によって記載されている。

半導体物質中への等電不純物の混入に関しての先行技術
はガリウム砒化）ん化物すなわち職ム−１−１Ｐｘ　（
ここでＸはどんな方法で製造されてもα゛２より大きく
１よシ小さい値である）のごとき２成分系服−Ｖ族化合
物の合金（混晶または固溶体）からの電気発光（エレク
トロルミネセンス）装置の製造に関する積極的な開示を
含んではいない。

上記のディールシエケ氏等の論文中、エピタキシャルＧ
ａＰ中がＧａＡｓ基質に由来する砒素原子によって汚染
され、その結果ＧａＡｓｘＦ１−ｚ　（普通の条件で戚
黄させた結晶に対する最も代表的な曲線では、砒素のモ
ル分率はＧａＰ／Ｇａム８界面で烏の最大値をもち、そ
れからへだたるにつれて減少して１．０−の距離におい
ては１０２以下の値となる）の組成を生ずることが言及
されている。

上記のとおｐ１砒素は故意でな（ＧａＡｓ基質からエピ
タキシャルＧａＰ中へ導入されてお、６．ｏａｐ層中の
砒素の存在は発光スペクトルの解析および電子追跡測定
による証明前には著者等にとっても未知であった。さら
に上記のごとくディールシュケ氏等は、発光スペクトル
によって存在が示された窒素の孤立原子がＮ型のＧａＰ
あるいはＩ’ｍのＧａＰ中のいずれに存在する・のかも
示してはいない、いずれにしろ、砒素同様窒素も故意で
なく添加され友ものである。

アプライド・フイジクス・レタース第１４巻篤７号第２
１０〜２１２頁、１９６９年４月１日）中にディーン氏
等によシ記載された方法では、窒素によってドープされ
た、９ん含有量の高いＧａＡｊｌＸＰ１−８（ここでＩ
≦ａ２である）は約１０４０℃に加熱された開管反応炉
中へ湿った水素気流中のホスフィン（Ｐｕｓ）およびア
ルシン（ム！１１５）を導入しそこで水が焼結された窒
化硼素（ＢＭ　）と反応して結晶成長帯域上にＮＨｇを
生ずることによって蒸気から成長された。１ＪＨ３から
の窒素は成長している結晶全体にわたって大体一様にＧ
ａＡｅｘＰｌ−８をドープするのに用いられた。しかし
ながら、上記のディー７氏等による論文は主に、Ｘ≦ｃ
Ｌ２に対する光学吸収スはクトルの実験結果に基づいて
、りん含有量の高いＧａム１ｉ３ｃＰ１−３Ｃ中の等電
窒素部域におけるエクスサイトン（ｅｘａｔｔ、ｏｎ）
の局在エネルギーに関する考察に向けられている。

ディーン氏等の論文では電気発光砒化りん化ガリウムＰ
−Ｎ接合装置の製造あるいはそれらの特性に関する教示
はなされなかった。

上記の先行接衝方法では、等電不純物たる窒素は通常、
エピタキシャルフィルムおよび／またはその上に前記フ
ィルムが沈着されるような基質の中に一様に分布される
。等電窒紫部域からの電気発光はＰ−Ｎ接合空間荷電領
域付近で起るので、その物質の残りの部分にある窒素原
子は放射された放射線の一部を吸収する。所望の窒素プ
ロフィルを得るためには、液相エビタキシャルニ重チッ
ピング技術を用いるべきことが示された。かかる提案さ
れ丸刃法では、一つの伝導型の層を成長させる最初のチ
ツビ／グ操作中、エピタキシャル成長冷却サイクルは所
定の窒素損度を有する層の成長後に中断され、そしてｉ
１素含量はＧａ成長浴液中のＧａＮ　＃に度を増大させ
るようにＮｌ２１１１度を調節することによって増大さ
れた。冷却サイクルを再開した際、続いての層成長は所
望の一層高一度の窒素を有する。

次に反対の伝導型の層が所望のＧａＮレベルを含む融解
物から第２のテツビ／グ操作をなすことによって成長さ
れる。所望の成長期間の彼、冷却サイクルは中断され且
つ（）ａ）ＪはＧａ成長融解物から蒸発される。冷却サ
イクル再開と同時に、残９の層は低蟹素しはルで成長す
る。

従って、本発明の目的は窒素ドープされたＧｌ！ＬＡＳ
１−ＸＰＸ電気発光物質の製造のための気相方法を提供
することである。

本発明の別の目的はＧａＡｓ１−エＸ’ｘのエピタキシ
ャル層の特定領域に窒素を導入する簡単な方法を提供す
ることである。

本発明のさらに別の目的は電気発光装置製造の際使用す
るに特に適当な新現物を提供することである。

本発明のさらに別の目的はこζで製造された窒素ドープ
されたＧａＡａ　１−１Ｐｘから製造され九改良され良
電気発光装置を提供することである。

これらおよびその他の目的は以下の発明の詳細な記述か
ら明らかであろう。

本発明は半導体物質の接合領域のみの中へ等電不純物を
導入する気相方法およびそれから製造される半導体装置
に関する。好適な態様では。

本発明は後で電気発光装置中へ組込まれるＧａＡｓ５１
−２Ｐｘ物質の特定領域中へ窒素を導入する方法に関す
る。

Ｇａム−１−１ＰＸは水素中のノ１０ゲン化水素をＧａ
と反応させ且つその反応混合物をＰＨ３，ムｔｌＨ５お
よび一つの伝導型の不純物ドープ剤を運ぶ水素と組合せ
てＧ４Ａ１１−１’ＰＫを形成させ、このものを工ビタ
キシャルフイルムごとき適当な基質上に蒸気相から沈着
させることによって製造される。

成長したフィルムの組成は基質と接触している砒素−シ
んが制御され九比：Ｃあって、しかも所望の砒素対ルん
の比に達するまで成長層の中で変化しているよう表一連
の領域を生ずるように制御される。所望の砒素対ルんの
比になったとき窒素を反応物気流中に導入し、Ｐ−１１
接合が形成され且つ放射線が生ぜしめられるべき狭い領
域でのみその成長しつつあるエピタキシャル層中へ窒素
を混入せしめる。その後、反応物蒸気中へ前に用い九の
とは反対の伝導製の不純物を導入するかまたは成長が停
止されてからエピタキシャル層中へ反対の聾の不純物を
拡散するかのいずれかＫよってＰ−％接金が形成される
。

窒素ドープされ九〇ａムー１−１Ｐｘエピタキシャル構
造はその後慣用の方法で電気発光装置中へ組込まれる。

　ＧａＡｌ１−１Ｆｚ組成中の砒素対夛んの比率を変え
ることによって、発光ダイオードは赤から緑までの範囲
の色の改良された輝度および効率を有する光を放射する
ように構成できる。

例　　１ 好ましい態様においては、エピタキシャルフィルムの製
造および沈着のために本発明で用いた方法および装置は
一般的には木国肴許第５２１８２０５号明細書で公開さ
れているものに類似している。

この例では第１１図で断面で示された装置を製造するの
に用いられ九エピタキシャル構造の物質の製造について
言及する。

第１ム〜１０図に示されたエピタキシャル成長操作では
（１００）結晶学的面に対して５°の方向にある単結晶
ＧａＰの清浄で研磨された基質クエハーが炉中にある溶
融したシリカ反応管中におかれた０反応管は管および基
質の表面から酸素を除去するために水素で７ラツシエさ
れた０反応物蒸気は５０Ｃ１：／分の水素気流中へ五５
０ｅ／分でｍａｊ＠＠を導入し且つこの気流を元素状の
０１上を７７０℃で通過させることによって製造され喪
。

同時に、水素混合物に（Ｌ２９Ｃｅ／分ＯＡ＃］ｌＩ３
．１８８ＱＣ／分のＩ’ｌ１３および約α５ＣＣ／分の
１００ｐｐｍテルル化ジエチルが導入されている４５０
ＣＣ／９の第２の水素流が補給され、且つ９２５℃に加
熱された反応管の反応帯域中で前記の１１０７−Ｇａ反
応混合物と一緒にされた。この反応帯域からそれら蒸気
は８２５℃に加熱された管の冷却部分に移動してそこで
Ｇａム−１−ｚＰＸのエピタキシャル沈着が咬基質上で
開始され九。格子不整合によるひずみおよび結晶欠陥を
最小にするために、約１２μｍ厚さのＧａＰの最初の層
がＧ＆ア基質上にエピタキシャル沈着される８次いで、
反応物原料流中のＰＨ３およびムｍＨ！Ｉの相対割合を
調節することＫよって連続的に組成変化した層２が約８
声ｎｏ厚さまで成長され、弐〇”Ａ＃ｆｉ　、ｌ３５Ｐ
１　％７４Ｂに対応する最終組成に至る。仁の組成物Ｏ
エピタキシャル沈着は層３を約３６０μｍ厚さに成長さ
せるまで続けられる。エピタキシャル成長の最終時期中
Ｋ。

水素混合物中の３０００ｃ／分の１０　％　ＨＨ５が３
０００ｅ／分のＨ２０代ルに用いられて電率ドープされ
たエピタキシャル層４を約１８μ鳳成長させ、その後成
長紘停止され且つその系゛が周囲と同じＫなるまで冷却
される。この段階の構造は第１Ｃ図に示されている。

上記のごとく製造された物質の試料は次いで３キのＫｎ
および３岬のシんを含む真空にし且つ密封したアンプル
中で８７５℃で２０分間拡散されて第１　ＤＥＫ示され
九窒素ドープされた層の中で約６ｓｒｎ深さＫＰｉｋ域
４′ｂとＰ−Ｎ接合５を生ずる。領域ｉ＠　３．４ｍお
よび４ｂを含めて全工ピタ中シャル層は正味ドナー濃度
的５Ｘ１０　　ｗ″までテルルによってドープされた。

上記の方法で生成された物質は次いで装置に製造された
。仕上クウエノ・−は基質側から約５ミルの厚さにラッ
プされ友０層６の厚さのため、これは基質１、層２、お
よび第１Ｄ図の破線６であられされ九レベルまでの層３
の部分を除去する結果になる。第１１図に示されたウエ
ノ１−が製造される１層２から４１（第１Ｄ図）ｉでの
合計厚さが約５ミル以下であるエピタキシャル構造体に
ついてはその装置が第１Ｇ図に示される。１１１表面６
（第１１図）への抵抗接触はその表面にムｕ／Ｇｏ（１
２％）合金の層７（第１１Ｆおよび１Ｇ図）を真空蒸着
し且つその表面を負端子９（陽端子は示されていない）
をもつ適当なヘッダー８（〒０−１８ヘッダーのごとき
）に結合させることによって作られた０次いで、超音波
結合によってそこに金線１０を結合することによって装
置の２表面への抵抗接触がなされた。

本発明のこの態様に従って製造された組成の物質によっ
て作られた電気発光ダイオードは第６図（これは室温で
欄定された窒素ドープされたダイオードと窒素を含まな
いダイオードとの輝度対合金組成についての比較曲線を
示している）の上方の曲線を参照するとわかるように６
０４０１の波長において２０ム／ａｗ２の電流密度では
約８３０フィート−ランベールの平均輝度を生じた。

比較のために１上配のごとく製造された同じ物質の第２
“の試料は窒素ドープされた層（第１０図の領域４）を
除去するように処理され九後に窒素ドープされた層中へ
のＫｎ拡散のための上述と同一条件でＺｎドープ剤の拡
散を行なってＰ−薦接合を作った。窒素を含まない物質
から作られた１０個のダイオードのパッチの平均輝度は
窒素を含まないダイオードに対する第６図の実線を参照
するとわかるように５ａｏｏＺ　において電流密度２０
ム／鋼２でわずか５８フィート−シンベールであった。

例　　２ この例はＧａＡ＆基質を用い且つＰ−Ｍ接合を拡散剤と
して砒化亜鉛（ｚｎム−２）を用いることによって形成
する本発明の一態様を示す。

操作は前例に記載し九とお夛であ〕、また第１ム−１ν
図に示された段階および構造を参照されたい。反応体ガ
スは７８０℃において元素状眞上に５０ＣＣ／分のＨ２
中５．４ｅｅ／分のＨＯノを通過させ且つ得られる混合
物を２．６Ｃｔ−７分のム−１１１５およびｔ４ｃｃ／
分のｐｉｇを含む４５０ＣＣ／分のＨ２と約９２５℃の
反応温度で一緒にするととＫよって調製された。的中１
００　ｐｐｍテルル化ジエチル混合物約α４００／分を
主Ｈ２気流に加えて正味ドナー濃度的６Ｘ　１０”ａｍ
−’とした。その後、反応混合物を８４０℃の沈着温度
で（１００）面の２”以内に配位されている単結晶Ｇａ
Ａｓ基質１と接触させた。気相においてＰＨ５およびム
ＩＩＨ５の相対ａｔ：を調節することくよって徐々に組
成の変る層２を基質上に成長させて約６５μｍの厚さＫ
した。なおそのレベルでは合金組成はＧａム−ｏ、ｓｔ
ｓ　Ｐｏ、４７ｇであった０次いでこの組成のエピタキ
シャル層３は約１９２ａｍの厚さに成長させられた。成
長期間の最終の数分間、５０００ｅ／分のＨ２中１０　
％　ＭＨＩ混合物は３００Ｃｅ／分のＨ２と置換されて
約１２μｍ厚さの＊Ｘドープされ九表面相（拡散前の領
域４）を生成させた。

次いで上記の組成の物質は真空の密封アンプル中で４５
分間８００℃で８１１１１１　（Ｄ　ＺｎＡｓ２　Ｋ　
１　つ”Ｃ拡散されて表面下約５μ鳳にア領域４１１お
よびＰ−Ｍ接合５を形成することによルダイオードに製
造された。約５ンルの厚さにラップし且つ上記と同様抵
抗接触およびリードを取付けた彼では、このように構成
された一連の発光ダイオード（ＬＩＤ）は第６図の上方
の（窒素ドープされた）−線に示されているように電流
密＆２０ム１５＋２では約１１００フィート−ランベー
ルの平均輝度を示した。比較のため、窒素をドープした
層（第１０図の領域４）を除去し且つ例１に記載し丸刃
法のＺｕム−２で再拡散し友ことを除いては同じ組成の
合金から作られた別の一連のＬＩＤはゎずかに４９０フ
ィート−ランベールの平均輝度を示したにすぎなかった
。

１０ム／ａｌＫ電流密度を減、じ１．ると、本例の合金
組成物から作られ九窒素ドープされたＬＩＤは６６５０
；の波長で４７０フィート−シンベールの平均輝度を示
した。この値は２０ム／−で窒素ドープされていないＬ
ＩＤによって示された輝度と同じ程度の大きさである。

この性能はこの合金組成（これは間接エネルギー帯ギャ
ップ領域にある）に対して典型的に得られるものよ）一
層良好な＠度の大きさでＴｏｐ且つ直接エネルギー帝ギ
ャップ領域にあるＧａム−０，４４Ｐａ、！１４なる組
成の窒素ドープされていない合金からの赤色発光Ｌ１ゴ
のそれに匹適する輝度である。すなわち本発明による窒
素の付加によって一般的に同等の輝度のＬＩＤが６ｓｏ
ｏ；から５６ｏｏＸ　ｔでのスイクトル領域全般にわ九
って製造できる。これはスイクトルの黄色部分において
は％に重畳である。何故なれば高輝度の黄色発光性Ｌ］
ｌｆＤは今までのとζろ入手不可能であ、つたからであ
る。

本発明の窒素ドープされた電子放射装置の改良された効
率性能を窒素を含まない装置と比較するため第２〜４図
を示す。ここで言及されている外部量子効率はムｕ／Ｇ
・予成彫物（プレフォーム）を用いるテ０−１８ヘッダ
ー上に載置したエポキシ被包されたダイオード（エポキ
シレンズは第１図には示されていない）を用いて得られ
た。

第２図について述べるに、窒素の添加は所定ＯＧａムー
１−ｚＰｘ組成に対する。ピーク発光エネルギー（・Ｖ
）従って波長におけるシフトをひき起すことが注目され
よう。オングストローム単位（Ｚ）の波長を電子ボルト
単位（・Ｖ）のピーク発光エネルギーに換算するＫは、
波長の値で換算系数１２３９５を割れによい、すなわち
・ｖ−ロ＋１である。窒素ドープされｑ　ＬＩＤとドー
プされていないＬＩＤの発光ピーク間の差は合金組成の
函数として変化する。窒素ドープされたＬＩＤとされて
いないＬＩＤのピーク発光エネルギー間の差はＸを減少
させるにつれて増大し、α５（ｘ（（Ｌ６の領域では約
α１５・Ｖの最大差に近づく、ピークの位置およびバン
ド幅は電流密度と共に変化し且つその変化の性質および
１１度は合金組成および温度に依存する。第２図にプロ
ットされたピーク発光エネルギーは１０ム々−という比
較的低い噴射電流密度で得られた。

第３図には外部量子効率をＧａム−１−１Ｐｘ組成の函
数としてプロットした。　ＬＩＤの効率はＸが減少する
につれて大となる。効率のこの増加は主として２つの因
子に依るとζろが多いと信じられる。第１は、窒素中心
の増大していく深さがトラップされたエクスサイトンＯ
熱的安定性を増大させる結果となる。第２は（１００）
および（０００）ξニマ五関の差はＸが減少するにつれ
て減少するという事実が、ム線発光に対する遷移確率を
増大させるようになるのだろ゛うということである。

第４図には種々の合金組成について、外部効率をピーク
発光波長に対してプロットした窒素ドープされたＬＩＤ
と窒素を含まないＬＩＤとに対する曲線を示す。輩票ド
ープされたＬＩＤの効率はグラフに示されたスイクトル
の全体について窒素を含まないＬＩＤのそれよシ大きい
、これらの曲線の最大の差は、それこそが窒素ドープさ
れたＬ］ｌｆＤの外部効率が窒素を含まないＬＩＤのそ
れに優っている最も大きな改喪点であるが、一般にスイ
クトルの黄色領域にある。

第３図を参照すると、　０．５＜！＜Ｇ６の合金組成領
域では、窒素ドープされたＬｌｌｉｌ）の効率は窒素を
含まないＬＩＤのそれよ）２０倍以上も大きい。

この効率が増大するのを示す別や方法は第５図に示され
ておシ、そこでは窒素ドープされた１と窒素を含まない
ものとの効率の比セ遍シΣσと！−１ｃ を合金組成に対して目盛った第５図に示される。

窒素ドープされたダイオードの量子効率は合金組成の強
い函数ではあるけれども、その発光効率と輝度はＸ＞１
４の領域では合金組成とはほは独立している。その理由
は人間の眼の感度がＸが減少するにつれて減少し、色は
緑から黄色を経て赤に変ることである。窒素ドーピング
のある場合およびない場合で得られた典型的輝度性能は
第６図に示されてお夛、ここでは輝ｆａ合金組成の函数
としてプロットされている。。

第１Ｂ〜１］）Ｉｔを参照してみると、本発明の好まし
い態様では徐々に変る合金組成をもつ層２は１〜５００
７１１１以上であることができるが、今までのところ約
２５μｍｏ＠度の層で最もよい結果が得られている。一
定合金組成の領域５は好壕しくは約１００趨の厚さであ
るが、０〜３００μｍあるいはそれ以上の範囲の厚さで
あってもよい。

窒素ドープされた表面層のＭｒ１１領域４ａは約５鴎が
好ましいが、もつと広く０〜３００＃ｌ！ＩＴｏるいは
それ以上の範囲の厚さであってもよい。窒素ドープされ
た層のＰｆｉ領域４ｂは約５〜１０μ−の厚さであるこ
とが好ましいが、もつと広くは１から２５μｍあるいは
それよシ少々厚くてもよい。

すなわち若干の態様では、一定組成合金層３および／ｌ
たは窒素ドープされた層４＆の一方あるいは両方を本発
明のエピタキシャルＣｋ＆Ａ＃　１−ｚＰ！構造および
Ｌ罵りからはずしてしまってもよいことを注目されたい
、しかしながら、上記の例で述べたように好ましい態様
ではエピタキシャルＧ１ムー１−１Ｐｘ構造は第１ν図
に示し良ごとくであって層１および２がラッピングによ
って除去されている。

エピタキシャルフィルムをドーピングする際用いられる
伝導型を決定する不純物は始めに組成の徐々に変化する
領域２の中へ導入され且つ連続的に残シの成長期間全体
をとおして加えられてもよし、あるいはまず一定組成層
ＳＯ成長の始めに不純物を導入してもよい。好ましい態
様では、エピタキシャルフィルムはＭ＠不純物でドープ
され且つＰｉｌｌ不純物で拡散されてアーＮ接合を形成
する。適２ｊな不純物は商業技術上通例用いられている
もの、例えばＭＩＩドーピングには８、Ｓ・、τ・また
は８１およびＩ’ｌｌドービｙダにはＢｅ％Ｚｎｔ＆は
Ｏａを包含する０Ｍ型不純物濃変範囲は広く約２．ＯＸ
ｌ　０”〜１ＯＸ１０１’ａｗ−墨であル且つ好ましく
拡約スＯＸ　１０１４５−５である。Ｐ置不純物の表面
濃度は典型的には１０１９原子／ａＩｉの程度である。

上記のごとく窒素ドープ剤に関しては、好ましい具体例
で紘−素はＰ−Ｍ接合が形成されるべき領域、典型的に
は５〜２０＃鳳の上部表面領域（第１０図の層４）での
み成長中のエピタキシャルフィルム中へ選択的に導入さ
れる。この表面領域における窒素ａｍは典型的には約ｌ
Ｘ１０１ｓ〜ｌＸ１０１９原子／−である、しかしなが
ら、本発明の最も好ましいという鵬ではない具体例では
全エピタキシャルフィルム（層２〜４ｂ）は窒素でドー
プされ得るが、層４１の下ではもつとずっと低い１１１
度である０等電不純物に任意の追歯な源、例えは元素状
窒素、その気体状あるいは揮発性化合物から導入されて
もよい。

組成の変化を伴な・う合金層２は直線的に変ってもよい
しまた線非直線的に変ってもよい、しかし好ましい具体
例ではそれはＧａム−あるいはＧａＦ基質の組成から所
望の最終組成まで直線的に変化せしめられる。

本発明の電気発光装置は別々のＬＩＤとしてかまた社通
例の光リトグラフ技術によってそれらの一連のものとし
て製造され得る。

本発明の窒素ドープされたＧ＆ム−１−１Ｐ１合金履成
物はスはクトルの可視物におけるｂｍｐｏｌ！作に使用
するのに％に適当である。可視光線はα２（Ｘ（１０の
領域内の物質中で生ずるけれども、本発明のＬＩＤの好
ましい範囲はＸが約α３およびａ９の間である。赤色発
光ＬＩＤに対してはＸはα４とα６の関そして黄色発光
ＬＩＤではＸはａ６とα９の間が好ましい範囲である。

本発明のＬＩＤに関しては更に１所望の物質を製造する
のに本質的な最初の層（第１図における１および２）の
存在は最終装置の操作には本質的なものではな（，１０
０〜１５０顯の便利な値に半導体チップの厚さを減らす
九めにはそれらを除いてもよい、基質としてＧａム−を
用いる具体例では、基質１および組成変化領域２を除い
て吸収損失を最小にし且つ層７から反射される放射線を
得ることが好ましい。

本ＪＡ明の精神を逸脱することなく種々の変形が可能で
ある０例えば本発明の範囲内にある別の態様では、その
格子構造がＧ＆ム−１−１ＰＸフイルムのエピタキシャ
ル成長と融和性のある別の基質例えばＧ・、８１等の利
用も包含している。その他の合金系が電気発光装置への
製作のために本発明と同様にして窒素およびその他の等
電不純物でドーピングするのに用いられる。

上記の実施例でｊｌＫ用いたもの以外の蒸気相エピタキ
シャル沈着法も本発明に属するものである。

以下に本発明の要旨ならびに実施の態様の代表例を列記
する。

ｔ　式Ｇ＆ム５ｌ−２Ｐｘ　（ζこでＸはα２よ〕大き
くｔｏよ）小さい範囲の値である）を有し、その中Ｋｊ
１１の伝導型の不純物原子を含有し且つその表面領域に
は等電不純物原子および上記第１の型とは反対の伝導型
の不純物原子を含有してその中にＰ−１１１合を形成し
ている電気発光物質を特徴とする製造物品。

２　上記等電不純物原子が窒素原子であることを脣黴と
する前記第１項記載の物品。

五　上記物質中でＸが一定値であることを脣黴とする前
記第１項記載の物品。

本　上記の物質の底面から上面までの距離につれてＸが
連続的に変るような値であることを特徴とする前記第１
項記載の物品。

＆　基質がＧａ）であることを特徴とする第１項記載の
物品。

瓜　基質がＧａＡｓであることを特徴とする第１項記載
の物品。

２　第１の伝導蚤の不純物原子がＮ型伝導性であること
を轡微とする前記第１項記載の物品。

ａ　第１の伝導型の不純物原子がＰ型伝導性であること
を特徴とする第１項記載の物品。

ρ　（ａ）第１の伝導層のＧａム−１−ＩＰＨの形成お
よび沈着（式中Ｘの最初の値が０〜１までの範囲で最終
の値が〉α２と＜１０の範囲である）に必要な反応物質
および等電不純物を気相で一緒にし、 （１））上記反応物質および等電不純物のエピタキシャ
ルフィルムを適当な基質上に沈着させ、且つ （０）上記エピタキシャルフィルム中のそれとは反対の
伝導層の不純物原子を拡散させてＰ−Ｎ接合をその中に
形成せしめることを脣微とする電気発光物質の製造法。

１α　上記等電不純物を上記反応物蒸気中に導入し且つ
Ｐ−Ｎ接合が形成されるべき上記フィルムの領域でのみ
エピタキシャルフィルム中へそれを混入させることを特
徴とする前記第９項記載の方法。

１１　　等電不純物が窒素であ）且つ基質がＧａＰおよ
びＧ＆ム−からなる群から選ばれることを特徴とする前
記第１０項記載の方法。

１２、段階（０）におけるＰ−Ｍｍ合が前に用いたのと
反対伝導型の不純物原子および等電不純物原子を含む付
加的層を成長させることによって形成せしめられること
を特徴とする前記第９項記載の方法。

【図面の簡単な説明】

添付図面において、第１ム〜１１図は本発明による半導
体物質の製造のための一連の段階を示すものでＴｏＬ第
１１Ｆおよび１Ｇ図は本発明によシ製作された半導体装
置の典型的具体例の断面図でめシ、ま九第２〜６図は窒
素添加の場合と不添加の場合のＧａム−１−〇！′ｘ装
置の種々の性能および装置特性についての比較曲線を示
す。 １・・・基質、２・・・連続的に組成変化する層、３・
・・層、４・・・窒素ドープされ九エピタキシャル層。 ４ｍ、４ｂ・・・Ｐ−領域、５・・・Ｐ−Ｎ接合％　６
・・・Ｎ製表ａｉｉｓｙ・・・ムｕ／Ｇ・合金層、８・
・・ヘッダー、９・・・負端子、１０・・・金線。 特許出願人　モンナント・カンパニー 才１ｐロ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 単結晶基板上に混晶率Ｘが［２（ｘ（ｔｏの範囲、テす
   るＧａム−１−ｚＰｘ混晶エピタキシャル膜を気相成長
   させるＫＴｏた多ｓ　ＮＨｓガスを気相成長装置内に導
   入して上記混晶エピタキシャル膜に窒素原子を添加する
   ことを脣黴とする。電気発光“物質の製造方法。