JPS59214277A - リン化ガリウム純緑色発光素子 - Google Patents

リン化ガリウム純緑色発光素子

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JPS59214277A
JPS59214277A JP58087728A JP8772883A JPS59214277A JP S59214277 A JPS59214277 A JP S59214277A JP 58087728 A JP58087728 A JP 58087728A JP 8772883 A JP8772883 A JP 8772883A JP S59214277 A JPS59214277 A JP S59214277A
Authority
JP
Japan
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green light
gallium phosphide
light emitting
emitting device
Prior art date
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Pending
Application number
JP58087728A
Other languages
English (en)
Inventor
Susumu Doi
進 土井
Yukio Kaneko
由基夫 金子
Junichi Uejima
淳一 上島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS59214277A publication Critical patent/JPS59214277A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10HINORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80Constructional details
    • H10H20/81Bodies
    • H10H20/822Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/824Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP

Landscapes

  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Led Devices (AREA)

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V化合物半導体素子に係り、特に発光波長が5
600′A以下のリン化ガリウム(GaP)純緑色発光
素子に関する。
GaP結晶を用いた発光素子は、赤色から緑色までの発
光色を得ることができるため、広く使用されている。G
aP緑色発光素子は、添加する窒素原子の量によって発
光波長が5550人から5700′Aまで変化する。G
aP結晶中の窒素は、発光中心として作用する為、窒素
濃度を増すにつれて発光効率も向上するので、通常のG
aP緑色発光素子は、発光領域に窒素を高濃度に添加し
ている。しかし窒素を高濃度に添加したGaP緑色発光
素子の発光波長は5650人〜5700人で緑色発光と
は云うものの、実際には黄緑色ないし黄色発光となる不
都合がある。一方、窒素を故意に添加していないGaP
純緑色発光素子は、発光波長が5550X〜5570人
と視感度ピークとほぼ一致し、鮮明な純緑色発光が得ら
れる。
しかし発光中心となる窒素を高濃度に添加していない為
、残留不純物や各種の結晶欠陥の影響を受は易く、発光
効率が極めて低いと云う欠点がある。
これらの欠点を解決する方法として、例えば、特公昭5
G−32779がありこれによれば、蒸気圧制御温度差
法と呼ぶ特殊な方法により、実用的な明るさを有するG
aP純緑色発光素子が得られている。この中で適正なリ
ンの蒸気圧下で温度差による成長を行うことにより、ま
たドナー濃度を低て高い発光効率を得られるとしている
。しかしながらこれらの方法は、蒸気圧制御温度差法と
呼ぶ複雑な装置を用いており、量産性に乏しいと云う欠
点がある。
本発明は、一般的に用いられる徐冷性液相エピタキシャ
ルによりn型GaP基板上にn型GaP層を成長し、該
層上にP型GaP層を成長して、P−n接合を形成した
GaP発光素子において、前記n型GaP層の成長層厚
を70μm以上とし、かつP−n接合近傍のn層側の正
味のドナー濃度(Nd)を07〜3X1017.z7と
したことにより、実用的な明るさを有するGaP純緑色
発光素子を提供することを目的としたものである。
GaP緑色発光素子の発光はP−n接合近傍のn層側で
主に起り、その発光効率は、電子濃度n1発光中心濃度
Nt及びn層に注入された正孔のライフタイムτhの積
に比例することが知られている。たとえば、発光中心で
ある窒素を高濃度に添加したGaP緑色発光素子におい
ては、特公昭57754951によれば発光領域のND
を1〜5×1016/cmにすることにより、発光中心
である窒素濃度(Nt )が増加すると共にライフタイ
ムτhが長くなり、結果と発光効率の向上が計られると
している。
本発明者等は、発光波長5600Å以下のGaP純緑色
発光素子では、発光中心濃度Ntが極めて少ないため、
nXrhの最適化により、発光効率の向上が計られると
云う観点で、種々の実験及び検討を行った。
第2図は、本発明者等の実験結果であり、NDを1、 
= 2 X 1017/iとした時のn型GaP層の成
長層厚と発光効率ηex及び正孔の拡散長Lhの関係を
示しである。(拡散長とライフタイムの関係は次式で表
わされる。Lh押IW品ここでDhは拡散定数)図から
明らかなように成長層厚を厚くするにつれてLhが長く
なりηexも向上している。特に成長層厚を70μm以
上とした時平均発光−効率0.06%(モールドなし8
A/cりが得られる。発光効率の向上の理由としては基
板として用いたLEC法(Liguid Encaps
ulated Czochralski)によるn型G
aP基板からn型GaP層に引き継がれる転位、点欠陥
等の非発光中心となる各種結晶欠陥がn型GaP層を厚
くすることにより減少し、Lhすなわちτhが長くなっ
た為と考えられる。
第3図には、n型GaP層の成長層厚を70〜90μm
とした時のP−n接合近傍のn層側の正味ドナー濃度N
D と発光効率がeX及び正孔の拡散長Lh の関係を
示す。先に述べたごと〈従来技術ではND の最適値は
、1〜5×1016/dあるいはlXl016/c+1
f以下とされていたが、図から明らかなように、ND=
07〜3×10177dとしnXrhの最適化を計るこ
とにより、平均発光効率0.06%(モールドなし8 
A ;’ crl )が得られる。NDが0、7 X 
1017/ari以下の場合、Lh がほぼ一定である
にもかかわらず発光効率が低下する理由は、電子濃度n
が低下した結果n×τhが減少したことによると考えら
れる。また、NDが3 X 10’7/ cr&以上の
発光効率の低下の理由は、Lh  の急激な減少による
と推定される。
以下、本発明の一実施例を説明する。
成長用治具には、III−V族化合物半導体の液相エピ
タキシャル成長に一般に用いられる黒鉛製スライドボー
トを用いた。該治具中に金属ガリウム(Ga)30gと
GaP多結晶2g及び硫黄(S)をドープしたl〕型G
aP基板を配置する。成長装置は成長炉本体と亜鉛(Z
n)添加用のZnn気化上から構成され、内径100朋
の石英管が貫通している。
第1図に成長炉とZnn気化上温度プログラムを示す。
まず上記黒鉛製スライドボートを成長炉の均熱部に設置
し、Znn気化上はZn3.9を装入し、真空置換後水
素(H2)ガス2000CC7分を流入しながら105
0℃まで昇温する。1050℃で120分保持し、Ga
中にGaP多結晶を飽和させる。この時)■2ガスで希
釈した硫化水素(H2S )ガスを所望の量流入し、S
添加を行う。120分経過後Ga溶液と基板とを接触さ
せ、成長炉を一定の冷却速度(例えば、0.5〜2°C
/分)で所定の温度(例えば、920°C)迄冷却する
。この温度で冷却を1時停止し、あらかじめ720℃に
保持されたZn気化炉にZnを入れたるつぼを挿入しZ
nを気化する。30分間保持した後、再び成長炉の冷却
を開始し、750℃まで冷却し成長炉の電源を切り自然
放冷させる。この工程で、n型GaP基板上に70〜9
0μmのn型GaP層と20〜30μmのP型GaP層
が順次成長する。
P−n接合近傍のn層側のドナー濃度NDは0.7〜3
 X 1017/弓(クセブタ−濃度NAは3〜15×
1017/ cy&であった。n型GaP層の成長層厚
は、成長開始温度を変えることにより、NDはHSガス
の流入量及び時間により、またNAはZn気化炉の温度
により種々変えることができる。
以上のようにして得られたGaP@g色発光素子は、発
光波長5550X〜5570人の鮮明な純緑色発光を有
し、平均発光効率0.06%(モールドなし8A/c+
+f)と実用的に十分な明るさを持っていた。
以下本発明の作用効果について述べる。
n型GaP基板上に成長させたn型GaP層の成長層厚
を70μ祇上とすることにより、n型GaP基板から導
入される非発光中心となる各種結晶欠陥の影響を少なく
したこと。また、P−n接合近傍の11層側の正味ドナ
ー濃度を07〜3 X l 017/cr&と最適化を
計ったことにより、通常の徐冷性液相エピタキシャル成
長により、実用的に十分な明るさを有するGaP純緑色
発光素子が歩留りよく得られるようになった。また装置
的に単純な徐冷法を用いている為量産性も極めて良いと
云う効果もある。上記実施例では、窒素は無添加であっ
たが、nq GaP Nを成長させる時にアンモニア(
NI(3)を微量(例えば、i9〜2X10−3 %)
添加しても良い。これにより、発光波長5570〜56
00人のGaP緑色発光素子を得ることができる。
n型GaP層を1回で成長させたが、n型GaP基板」
二にn型GaP層を成長させたものを基板として用いn
型GaP層を2層構造としても良い。
また、液相エピクキシャル成長をH2雰囲気中で行った
が、例えば、アルゴン(Ar )またはヘリウム(He
)雰囲気中で行っても良く、またn型GaP基板及びn
型GaP層のドナー不純物として硫黄を用イタカf /
l/ル(Te)あるいはセレン(Se)テあっても良い
。上記で示したNDとは正味のドナー濃度即ちND−N
Aであり、NAとは正味のアクセプタ濃度即ちNA−N
Dであり、ショットキー接合を形成しいわゆるC−V法
で測定した値である。成長層厚は、ヘキ開面をHF−H
202系液でエツチングした後、光学顕微鏡を用いて測
定した値である。
また拡散長は1972年6月発行のJ、Appl。
Phys、  Vow、 43 No、 6の第285
7頁〜第2869頁に示す方法で走査電子顕微鏡(S□
)を用い電子線誘起電流(E、BIC)の測定から求め
た値である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例における成長工程の温度プ
ログラム図で、曲線1は成長炉の温度プログラムを、曲
線2はZn気化炉の温度プログラムを示す。 第2図は、n型GaP層の成長層厚と発光効率及び正孔
の拡散長の関係を示した図である。 第3図は、P−n接合近傍のn層側の正味ドナー濃度と
発光効率及び正孔の拡散長の関係を示した図である。 符軒幼曵丸 11(釦電又銖へ会ネ工 代理友 を工!士!l吃$1−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. n型リン化ガリウム基板上に液相エピタキシャル成長に
    より、n型リン化ガリウム層を成長し、該層上にP型リ
    ン化ガリウム層を成長してP−n接合を形成したリン化
    ガリウム発光素子において、前記n型リン化ガリウム層
    の成長層厚が70μm以上であり、かつP−n接合近傍
    のn層側の正味ドf  ’a 度カ0.7〜3 X 1
     o17/ailであることを特徴とするリン化ガリウ
    ム純緑色発光素子。
JP58087728A 1983-05-20 1983-05-20 リン化ガリウム純緑色発光素子 Pending JPS59214277A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6285480A (ja) * 1985-10-09 1987-04-18 Shin Etsu Handotai Co Ltd リン化ガリウム緑色発光素子の製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55108785A (en) * 1979-02-15 1980-08-21 Toshiba Corp Galium phosphide green luminous element
JPS5694678A (en) * 1979-12-27 1981-07-31 Sanyo Electric Co Ltd Manufacture of lightemitting diode

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