JPS6013317B2 - 発光ダイオ−ドの製造方法 - Google Patents

発光ダイオ−ドの製造方法

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JPS6013317B2
JPS6013317B2 JP54032792A JP3279279A JPS6013317B2 JP S6013317 B2 JPS6013317 B2 JP S6013317B2 JP 54032792 A JP54032792 A JP 54032792A JP 3279279 A JP3279279 A JP 3279279A JP S6013317 B2 JPS6013317 B2 JP S6013317B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は「高輝度でかつ順方向特性の良好な発光ダイオ
ード、特に燐化ガリウム赤色発光ダイオード（以下Ｇａ
Ｐ夏Ｅ色ＬＥＤと記す）の製造方法に関するものである
。
Ｇａｐ赤色ＬＥＤはｐ形ェピタキシャル層中に形成され
た最近薮対としての亜鉛（以下Ｚｎと記す）−酸素（以
下０と記す）ベアの励起子が再結合して消滅する際に生
じるェキシトン発光を利用したものである。
通常、このＺｎ−○ベアの形成は、多結晶ＧａＰを含む
ガリウム（以下Ｇａと記す）溶液中に、Ｚｎをドープす
るとともにさらに０を酸化ガリウム（Ｇａ２０３）の形
でドープし、この溶液を１０００〜１０６００Ｃ程度の
温度で加熱して十分に溶融させたのち、この溶液をｎ型
燐化ガリウム（Ｇａｐ）基板の表面と接触させ、この状
態を所定の時間にわたって維持させたのち、３〜１０ｑ
０／分の速度で冷却することにより「Ｚｎと○を含むｐ
型ェピタキシャル層を前記ｎ型ＧａＰ基板上に成長させ
、しかる後に６００ｏｏ前後の低温で長時間熱処理する
ことによってなされる。
第１図は上記の工程を示すプログラム図であり、縦軸に
温度、機軸に時刻をとって示している。
時刻ｔｏからしの間は溶液溶融工程、時刻ｔ，かららの
間は、前記溶融工程において十分に溶融された溶液を、
ｎ型ＧａＰ基板表面に接触させる接触工程、時刻らから
らの間は所定の冷却速度で冷却してＺｎ〇を含むｐ型ェ
ピタキシャル層を成長させるェピタキシャル成長工程、
そして時刻ｔ４からちの間は約６００００程度の温度に
保持しＺｎ−○ベアを形成するための熱処理工程である
。ところで、ＧａＰ赤色ＬＥＤの高輝度化を図るために
は、ｐ型ェピタキシャル層中の発光中心となるＺｎ−○
ベア濃度の増加、非発光中心となる自由正孔の減少およ
びｐ領域への電子の注入効率の増大が必要である。
一方、アクセプタであるＺｎと、ドナーである０とより
なるＺｎ−○ベアは中性となる。従って、高輝度化を目
榛とすると、ｐ型ェピタキシャル層中のキャリア濃度は
減少し、第２図で示すように表面へ向うに従って漸減す
るところとなる。かかるキャリア濃度の低下は、ｐ型ェ
ピタキシャル層に対して付設される電極のオ−ミック接
触性の箸るしい低下を招き、電極の形成が困難になるば
かりでなく、この電極の拡がり抵抗およびｐ型ェピタキ
シャル層の直列抵抗の増大をもたらし、ＬＥＤとしての
重要な特性の１つである打頂方向特性を損う原因になる
。そこで、この点を解決するために、ｎ型ＧａＰ基板上
に形成されたｐ型ヱピタキシャル層へｐ型不純物を追加
拡散する方法や「Ｚｎを不純物とするェピタキシャル法
等によりキャリア濃度の大なるｐ＋領域を形成し「 こ
こに電極を形成してなるＧａＰ赤色↓ＥＤが考えられる
。
しかし、前者の方法においては、Ｚｎ−０ベアを形成す
る熱処理が、前述したように６００午０前後で行なわれ
るのに対して、ｐ型不純物の追加拡散温度がＺｎ−○ベ
アを形成する熱処理温度よりもはるかに高いためにＺｎ
−○ベアの解離がおこり、発光出力が追加拡散によって
極端に減少してしまうという問題点が派生する。後者の
方法によると、二種類の溶液を用いたェピタキシャル成
長工程が必要となり作業性が著るしく低下する。そこで
本発明者らは、ェピタキシャル層中に含有されるＺｎと
○との混入率が、ヱピタキシャル成長時の冷却速度に対
してそれぞれ異なる額向を有していることに着目し、こ
のような事実を発光ダイオードの製造に利用することに
より「低濃度および高濃度のェピタキシャル層を巧みに
形成し、高輝度でかつ順方向特性の良好なＧａＰ赤色Ｌ
ＥＤを得たものである。
次に、本発明を実施例にもとづいて図面を参照しつつ説
明する。
第３図は、本発明の方法を用いてＧａＰ赤色ＬＥＤを製
造するときの工程を示すプログラム図、第亀図はェピタ
キシャル成長用ボードである。
まず、Ｇａ溶液に対して、０．０２ｈｏｌ％のＺｎと、
０．１ｍｏｌ％のＧａ２０８および過飽和の多結晶Ｇａ
ｐをェピタキシャル用ボートの溶液溜１に入れる。
一方、ｎ型Ｇａｐ基板２は前記溶液溜１の夫面に設けら
れた保持装置３に固定される。この溶液をＴ，ｉｌ０４
ぴ○で時刻ら〜ら（３０〜９０分間）にわたり加熱した
のち、ボートを回転させ基板表面上に溶液を接触させ、
時刻ｔ，〜ｔ２（２０〜６ぴ分間）にわたってこの状態
に保つ。次いで時刻ｔ２から３〜１ぴ０／分の冷却速度
で冷却を開始し、ｐ型ェピタキシャル層の厚さとＺｎ濃
度が所定値となる温度Ｔ２（＝総ｏｏ）に達した時刻ｔ
３でボートを回転させ溶液とＧａｐ基板の接触を断つ第
１のェピタキシャル成長処理を施す。次に、時刻ら〜し
の期間にわたって再度溶液を加熱して所定の温度Ｔ３（
＝１０６０ｑｏ）まで液温を上昇させ時刻Ｌ〜Ｗこわた
る６０分間の加熱保持ののち、再度ボートを回転させか
つ、Ｔ３の温度に保ちつつ、時刻ｔ５〜ｋ（２０〜６ひ
げ）の期間にわたりＧａＧ基板表面上に溶液を接触させ
こののち時刻らから０．５〜１．５００／分の冷却速度
で再び冷却を開始し、温度がＬ（＝９８０℃）に達した
時亥比７でボートを回転させＧａｇ基板と溶液との接触
第２のヱピタキシャル成長処理を施す。
次いで時刻ｔ８〜ｔ９で示す長時間にわたりＺｎ−○ベ
アを形成しうる温度Ｔ５（＝６００ｑｏ）の加熱処理を
施す。第５図は以上の過程を経て形成されたｐ型ェピタ
キシャル層中のキャリア濃度を示す図であり、出発温度
１０４０ｑｏ、冷却速度３〜１０ｑ○ノ分である第１の
工程で成長した第１のｐ型ェピタキシャル層の厚さｄ，
は４５ｒの、０濃度は３×１び７伽‐３、Ｚｎ濃度は表
面で４×１び７伽‐３もｐｎ接合境界面で７×１び肌‐
３と両者共多量に混入され、キャリア濃度は曲線Ａで示
すように１〜４×１び７肌‐３と低濃度である。一方、
出発温度１０６０ｏｏ冷却速度０．５〜１．５午０ノ分
である、第２の工程で成長する第２のｐ型ェピタキシャ
ル層のキャリア濃度であるが、温度が１０４０００より
も大きくなると０のＧａＰへの分配係数が小さくなり、
かつ冷却速度が遅いため○がＧａＰに混入しにくく○濃
度は３×１び７伽‐３以下となる。また、Ｚｎ濃度は７
〜８×１び７節‐８であるため、０によるＺｎの補償は
すこぶる小さくなり、曲線Ｂで示すように第１のェピタ
キシヤル層のキャリア濃度よりも十分に高くなる。した
がって「上述したような○の性質を利用して形成した第
２のｐ型ヱピタキシヤル層に付設される電極のオーミツ
ク性は良好となり「 また、電極の拡り抵抗、ｐ層の抵
抗成分も減少するため順方向電圧の増大を防ぐことがで
きる。一方、発光は第１のＯ型ェピタキシャル層で行わ
れ、この部分は多量のＺｎ−０ベアを有する低キャリア
濃度層であり、高輝度を保つことができる。次に、本発
明の他の実施例について、第６図を参照しつつ説明する
。
この方法は、前述の実施例と同一組成の溶液を用いてな
されるもので、時刻ら′〜ら′（３０〜９０分間）にわ
たり溶融温度Ｔ，′（＝１０４０００）に保ち溶液を十
分に溶融したのち、時刻ち′〜ｔ２′（３０〜６０分間
）の時間設定がなされた接触工程で、基板表面に溶液を
接触させたのち、ら′〜ら′にわたり５．５ｏｏ／分の
冷却速度で所定の温度Ｔ２′（＝９２０３０）まで冷却
し、続いて時刻ｔ３′から冷却速度を０．守０／分にか
えて冷却を行い、所定の温度Ｔ４′（＝８８０００）に
達する時刻ｔ４′まで冷却を続行する。しかる後ｔｙ〜
【６′に示すように、５００〜６００００で長時間熱処
理を行い、、第１のｐ型ェピタキシャル層および、第２
のｐ型ェピタキシャル層の形成ならびにＺｎ−○ベアの
形成がなされる。本実施例は先の実施例とは異なり、第
２の工程の出発温度が９２０ｑｏと低いが、冷却速度が
０．チ０／分と低いためｐ型ェピタキシャル層への○の
混入は少なく１び７肌‐３以下となる。
従って、第２のｐ型ェピタキシャル層のキャリア濃度は
、第１のｐ型ェピタキシャル層のキャリア濃度よりも十
分に高い値となり、前述の実施例と同様の効果を得るこ
とができる。上述してきた各実施例は、既に述べたよう
に、Ｚｎと０とのェピタキシヤル層中への混入率が、成
長時の冷却速度に対してそれぞれ異なる煩向を有するこ
とに着目してなされたものであって、この相異は、冷却
速度が３００／分以上では○を十分に混入させることが
でき、１．ｙｏ／分以上３℃／分以下では０の混入量が
徐々に減少し、１．５００／分以下では○の混入量が非
常に減少し、０．３０／分以下では０の混入量がほとん
ど無視できるというものである。
本発明の各実施例は、このような○のヱピタキシャル層
への混入量の相異を発光ダィオ−ドの製造に際して十分
利用できたことを示すものである。以上説明してきたよ
うに、本発明の発光ダイオードの製造方法は、同一の成
長溶液から、温度条件あるいは冷却速度のみを変化させ
ることによりキャリア濃度の異なるェピタキシャル層を
形成させ得、高輝度で、順方向特性の良好な発光ダイオ
ードを提供できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従釆の発光ダィオ−ドの製造工程を示すプログ
ラム図、第２図は従来の発光ダイオードのキャリア濃度
とｐ形ェピタキシヤル層の表面からの深さとの関係を示
す図、第３図は本発明実施例の発光ダイオードの製造工
程を示すプログラム図、第４図は同工程で用いられるェ
ピタキシャル用ボートの断面図、第５図は同キャリア濃
度と基板表面からの深さとの関係を示す図、第６図は本
発明の他の実施例の工程を示すプログラム図である。 １・・・…滋液溜、２…・・・基板、３・・・・・・保
持具、４…．・・蓋。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ｎ形燐化ガリウム基体上に形成された、ｎ形のエピ
    タキシヤル層上に、亜鉛、酸化ガリウムおよび多結晶燐
    化ガリウムの添加されたガリウム溶液を接触させ、３℃
    ／分以上の冷却速度で前記ｎ形のエピタキシヤル層上に
    第１のｐ形エピタキシヤル層を成長させる第１の工程と
    、同工程で形成した前記第１のｐ形エピタキシヤル層に
    前記ガリウム溶液を接触させ、１．５℃／分以下の冷却
    速度で、前記第１のｐ形エピタキシヤル層上に第２のｐ
    形エピタキシヤル層を成長させる第２の工程を有するこ
    とを特徴とする発光ダイオードの製造方法。 ２ 第１および第２の工程が連続的であることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の発光ダイオードの製造
    方法。 ３ 第１および第２の工程の間に、溶液除去・溶液の再
    加熱および溶液の再接触工程が設けられていることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の発光ダイオードの
    製造方法。
JP54032792A 1979-03-19 1979-03-19 発光ダイオ−ドの製造方法 Expired JPS6013317B2 (ja)

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