JPS6026080B2 - 液相エピタキシャル成長方法 - Google Patents
液相エピタキシャル成長方法Info
- Publication number
- JPS6026080B2 JPS6026080B2 JP54151699A JP15169979A JPS6026080B2 JP S6026080 B2 JPS6026080 B2 JP S6026080B2 JP 54151699 A JP54151699 A JP 54151699A JP 15169979 A JP15169979 A JP 15169979A JP S6026080 B2 JPS6026080 B2 JP S6026080B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- melt
- growth
- substrate
- liquid phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
本発明はＧａ山Ａｓ発光ダイオードのための半導体層の
液相ェピタキシヤル成長方法に関するものである。 最近、光フアィバと結合させるための光通信用発光ダィ
オ−ドの研究が盛んに行われている。 既に開発されているこの種の発光ダイオードとしては、
第１図ａに示す如く、発光動作させるための堰層ａ，、
発光層ａ２及び窓層鷺３等の半導体成長層を作成する土
台となる基板を半導体層成長後、にエッチング除去して
比較的薄い半導体層ｌａ（ｌａ＝６０〜７０〃ｍ）を発
光素子として利用する方式、第１図ｂに示す如く、半導
体層を成長させるための基板ｂを成長後も残留させる代
りに、光の吸収を防ぐために光放射部の基板を一部除去
する方式（ｌｂ〜２００一ｍ）及び第１図ｃに示す如く
、基板ｃｏ全体を残留させて発光素子を構成する方式（
ｌｃ＝１００〜２００ムｍ）等がある。図中Ａは動作電
流を供給するための電極、Ｂは素子を取付けたヒートシ
ンクである。これら方式の内、製造方法及び特性等の面
から判断した場合、第１図ａの方式が最も優れていると
考えられている。しかし第１図ａの方式では、通常６０
〜７０〃ｍの層厚をもつ第１層を徐冷法による液相ェピ
タキシヤル成長プロセスによって製造しているため、次
の‘１１〜
液相ェピタキシヤル成長方法に関するものである。 最近、光フアィバと結合させるための光通信用発光ダィ
オ−ドの研究が盛んに行われている。 既に開発されているこの種の発光ダイオードとしては、
第１図ａに示す如く、発光動作させるための堰層ａ，、
発光層ａ２及び窓層鷺３等の半導体成長層を作成する土
台となる基板を半導体層成長後、にエッチング除去して
比較的薄い半導体層ｌａ（ｌａ＝６０〜７０〃ｍ）を発
光素子として利用する方式、第１図ｂに示す如く、半導
体層を成長させるための基板ｂを成長後も残留させる代
りに、光の吸収を防ぐために光放射部の基板を一部除去
する方式（ｌｂ〜２００一ｍ）及び第１図ｃに示す如く
、基板ｃｏ全体を残留させて発光素子を構成する方式（
ｌｃ＝１００〜２００ムｍ）等がある。図中Ａは動作電
流を供給するための電極、Ｂは素子を取付けたヒートシ
ンクである。これら方式の内、製造方法及び特性等の面
から判断した場合、第１図ａの方式が最も優れていると
考えられている。しかし第１図ａの方式では、通常６０
〜７０〃ｍの層厚をもつ第１層を徐冷法による液相ェピ
タキシヤル成長プロセスによって製造しているため、次
の‘１１〜
【３’‘こ述べるような欠点があった。○’
６０〜７０Ａｍの層厚では素子が割れ易く、取り扱いが
極めて難かしい。 層厚を大きくしようとすれば、成長期間が長くなり徐冷
法によっているため成長初期温度を９００℃以上にしな
ければならず、ＺｎやＴｅのように蒸気圧の高い不純物
を使用するプロセスではボートや炉の汚染が問題になる
と共に、析出された成長層の結晶性も悪くなる。【２１
第１層に続いて第２層以降を連続して成長させようと
すれば、第２層の成長温度までかなり降溢させる必要が
あるため、融液の囲りに過剰な偽がＧａＡＩＡｓ微結晶
となって析出し、成長層に悪影響を与える。 ‘３１ 比較的長い時間の徐冷により成長した第１層は
、成長初期と終了時とではかなりＡＩ濃度に差が生じ、
成長終了期に所定山濃度の成長層を得ようとすれば成長
初期にはかなり大きな山濃度の層が成長し、このような
高ＡＩ濃度の層へのオーミック電極の形成は非常に困難
である。 上記のような欠点のために従来の発光ダイオ・‐ドにお
いては第１層が６０〜７０仏ｍに抑えられていた。 また第１層ＧａＡＩ笛のみを温度差法によって成長させ
た後、別の炉によって第２層ら汎蜂を通常のスライド法
による液相ェピタキシャル成長法で成長させる方法も考
えられる。 しかし第１層ＣａｎＡｓの表面には酸化膜が形成され易
く、第２層以降の成長層が滑らかに成長できない欠点が
あり、製造工程も複雑になる欠点がある。 本発明は上記従来方法の欠点を除去し、上記第１図ａに
示した発光ダイオードの長所を損うことなく容易な製造
方法を提供するもので、次に実施例を挙げて詳細に説明
する。 第２図はＣａｍＡｓ発光ダイオードを製造するための装
置で、この種の従来装置と同様にＧａ瓜基板１を設置す
るための窪みが刻設されたスライダ２上に、ボート３が
摺動自在に設けられている。 該ボート３にはスラィダ２面に達する４個の融液溜め槽
４，５，６及び７が形成され、４種類の融液が槽内に保
持される。上記４個の融液槽の内第１の融液を保持する
第１槽４には、藤液に温度差をつけるためのヒータ８が
設けられて後述するように５℃／抑の温度差がつけられ
る。９は上記各融液槽４乃至７上に設けられた蓋である
。 上記製造装置において、第１融液槽４には第１融液１０
のためにＧａ５夕，ＡＩ５雌○ａＡｓソース３００の９
及びＴｅｏ．１雌を配合して充填され第２融液槽５には
Ｇａ５夕，ＡＩＭ９，Ｇａ偽ソース５００雌及びＺｎ２
０雌の配合材が、第３融液槽６にはＧａ５夕，ＡＩ５奴
ｏ，Ｇａ船ソース３００の９及びＺｎ２０の９の配合材
が、第４融液槽７には○ａ５夕，ＡＩ２の３，ＧａＡＳ
ソース５００の９及びＴｅｏ．１の９の配合材が夫々融
液１ １，１２及び１３のために充填されている。配合
された半導体材料は第３図の温度コントロール図に示す
如く、比ガス雰囲気で８００００まで昇溢されて融液状
態にもたらされ、該８００ｏｏに２時間保持された後、
スラィダ２とボート３とを相対的に移動させ、時刻ちで
ＧａＡｓ半導体基板１を第１融液１０に接触させる。基
板１との接触後ヒータ８に電線が投入されて第１融液１
０１こ５℃／弧の温度差をスラィダ側が低温になるよう
に生じさせるべくヒータが制御される。温度勾配に基づ
く濃度差により第１融液１０中のＡｓ及びＮ成分は半導
体基板１に接触した低温側が過飽和状態になり、一定温
度に保たれた基板１上に第１のＧａ．−ｙＡ】ｙＡｓ層
１０′が成長する。成長量は基板１と第１融液１０との
接触時間に比例し、本実施例では１時間に５０＆ｍの成
長層が形成された。従って２時間の等温保温により基板
１上に均一なＡＩ濃度をもった１００山ｍのＮ形Ｇａ，
一ｙＡ１ｙＡｓ層１０′が得られた。第１層の成長後上
記基板の等温保持プロセスに対して、１℃／分の冷却速
度で冷却され、２分経過後ら‘こ基板１を第２融液槽５
の直下へ移動させて第２融液１１と接触させ、１分間の
接触保持後時刻らで第３雛液１２と基板１を２分間接触
保持させて第２層Ｐ形Ｇａ．−ＸＡＩＸＡｓ（ｘ＜ｙ）
１１′に続いて第３層Ｐ形Ｇａ，一ｙＡ１ｙＡｓ１ ２
′を成長させ、更に基板１を時刻しで第４融液１３下に
移動させて１分間接触成長させる。該１分間の接触によ
って第４層Ｎ形（又はｐ形）Ｇａ，一ｚＡ１ｚＡｓ（ｘ
＜ｚ＜ｙ）が成長し、１分間の経過後第４鞄液は基板１
から取り除かれ炉の電源が切られて成長を終える。上記
工程によって製造された半導体装置は第４図の断面図に
示す如く、Ｇａふ基板１上にｌｏｏｖｍのＮ形Ｇａｏ．
餅１０．必ｓ層１ ０′、１〃ｍのＰ形Ｇａｏ．９泌１
０．０船ｓ層 １ １ ′、１ムｍのＰ形Ｇａｏ．船１
０．公ｓ層 １ ２ ′、１ 〃 ｍ の Ｎ形Ｇａｏ
．８松１０．１私ｓ層１３′が順次形成される。 該積層された半導体表面にマスクとなるＡＩ２０３とＳ
ｉ０２からなる２重の膜が形成され、該被膜に電流供〉
絵のための窓あげ処理がなされ、続いてＺｎがＰ形Ｇａ
ｏ．６ＡＩＯ．４Ａｓ層に達するまで拡散される。該Ｚ
ｎ拡散処理の後上記２重膜のエッチングに続いて基板１
がＮＨ４０Ｈ：日２０２＝１：５のエッチング液で除去
され発光ダイオードのための半導体層が作製される。上
記基板１のエッチング液はＧａＡｓ基板をエッチングす
るが、成長層はほとんど侵されることはない。上記基板
が除去された半導体層のＮ形ＧａＡＩＡｓの表面にＡｕ
戊−Ｎｊ−Ａｕを順次黍着し、光の取り出し口をホトヱ
ッチングで取り除いた後、Ｐ形ｏａＮＡｓ表面にＡ舷ｒ
−Ａｕを蒸着し、５００℃３分間の熱処理によって合金
化処理し、最後にダーィジングにより各チップに分割す
る。 ここでＧａＡＩ＊は等温成長により】００ムｍの厚さに
形成されているため、基板１を取り除いた後も割れ等の
破損を生じる操れはほとんどない。以上本発明によれば
、等温成長によって第１層のＣａＡＩふ層を作製するた
め、ＡＩ濃度やドーピング材の取り扱いに不都合を伴う
ことなく比較的厚い層を成長させることができ、素子製
造工程中にチップの割れを生じることがなく発光特性の
すぐれた素子を高い歩留で得ることができる。
６０〜７０Ａｍの層厚では素子が割れ易く、取り扱いが
極めて難かしい。 層厚を大きくしようとすれば、成長期間が長くなり徐冷
法によっているため成長初期温度を９００℃以上にしな
ければならず、ＺｎやＴｅのように蒸気圧の高い不純物
を使用するプロセスではボートや炉の汚染が問題になる
と共に、析出された成長層の結晶性も悪くなる。【２１
第１層に続いて第２層以降を連続して成長させようと
すれば、第２層の成長温度までかなり降溢させる必要が
あるため、融液の囲りに過剰な偽がＧａＡＩＡｓ微結晶
となって析出し、成長層に悪影響を与える。 ‘３１ 比較的長い時間の徐冷により成長した第１層は
、成長初期と終了時とではかなりＡＩ濃度に差が生じ、
成長終了期に所定山濃度の成長層を得ようとすれば成長
初期にはかなり大きな山濃度の層が成長し、このような
高ＡＩ濃度の層へのオーミック電極の形成は非常に困難
である。 上記のような欠点のために従来の発光ダイオ・‐ドにお
いては第１層が６０〜７０仏ｍに抑えられていた。 また第１層ＧａＡＩ笛のみを温度差法によって成長させ
た後、別の炉によって第２層ら汎蜂を通常のスライド法
による液相ェピタキシャル成長法で成長させる方法も考
えられる。 しかし第１層ＣａｎＡｓの表面には酸化膜が形成され易
く、第２層以降の成長層が滑らかに成長できない欠点が
あり、製造工程も複雑になる欠点がある。 本発明は上記従来方法の欠点を除去し、上記第１図ａに
示した発光ダイオードの長所を損うことなく容易な製造
方法を提供するもので、次に実施例を挙げて詳細に説明
する。 第２図はＣａｍＡｓ発光ダイオードを製造するための装
置で、この種の従来装置と同様にＧａ瓜基板１を設置す
るための窪みが刻設されたスライダ２上に、ボート３が
摺動自在に設けられている。 該ボート３にはスラィダ２面に達する４個の融液溜め槽
４，５，６及び７が形成され、４種類の融液が槽内に保
持される。上記４個の融液槽の内第１の融液を保持する
第１槽４には、藤液に温度差をつけるためのヒータ８が
設けられて後述するように５℃／抑の温度差がつけられ
る。９は上記各融液槽４乃至７上に設けられた蓋である
。 上記製造装置において、第１融液槽４には第１融液１０
のためにＧａ５夕，ＡＩ５雌○ａＡｓソース３００の９
及びＴｅｏ．１雌を配合して充填され第２融液槽５には
Ｇａ５夕，ＡＩＭ９，Ｇａ偽ソース５００雌及びＺｎ２
０雌の配合材が、第３融液槽６にはＧａ５夕，ＡＩ５奴
ｏ，Ｇａ船ソース３００の９及びＺｎ２０の９の配合材
が、第４融液槽７には○ａ５夕，ＡＩ２の３，ＧａＡＳ
ソース５００の９及びＴｅｏ．１の９の配合材が夫々融
液１ １，１２及び１３のために充填されている。配合
された半導体材料は第３図の温度コントロール図に示す
如く、比ガス雰囲気で８００００まで昇溢されて融液状
態にもたらされ、該８００ｏｏに２時間保持された後、
スラィダ２とボート３とを相対的に移動させ、時刻ちで
ＧａＡｓ半導体基板１を第１融液１０に接触させる。基
板１との接触後ヒータ８に電線が投入されて第１融液１
０１こ５℃／弧の温度差をスラィダ側が低温になるよう
に生じさせるべくヒータが制御される。温度勾配に基づ
く濃度差により第１融液１０中のＡｓ及びＮ成分は半導
体基板１に接触した低温側が過飽和状態になり、一定温
度に保たれた基板１上に第１のＧａ．−ｙＡ】ｙＡｓ層
１０′が成長する。成長量は基板１と第１融液１０との
接触時間に比例し、本実施例では１時間に５０＆ｍの成
長層が形成された。従って２時間の等温保温により基板
１上に均一なＡＩ濃度をもった１００山ｍのＮ形Ｇａ，
一ｙＡ１ｙＡｓ層１０′が得られた。第１層の成長後上
記基板の等温保持プロセスに対して、１℃／分の冷却速
度で冷却され、２分経過後ら‘こ基板１を第２融液槽５
の直下へ移動させて第２融液１１と接触させ、１分間の
接触保持後時刻らで第３雛液１２と基板１を２分間接触
保持させて第２層Ｐ形Ｇａ．−ＸＡＩＸＡｓ（ｘ＜ｙ）
１１′に続いて第３層Ｐ形Ｇａ，一ｙＡ１ｙＡｓ１ ２
′を成長させ、更に基板１を時刻しで第４融液１３下に
移動させて１分間接触成長させる。該１分間の接触によ
って第４層Ｎ形（又はｐ形）Ｇａ，一ｚＡ１ｚＡｓ（ｘ
＜ｚ＜ｙ）が成長し、１分間の経過後第４鞄液は基板１
から取り除かれ炉の電源が切られて成長を終える。上記
工程によって製造された半導体装置は第４図の断面図に
示す如く、Ｇａふ基板１上にｌｏｏｖｍのＮ形Ｇａｏ．
餅１０．必ｓ層１ ０′、１〃ｍのＰ形Ｇａｏ．９泌１
０．０船ｓ層 １ １ ′、１ムｍのＰ形Ｇａｏ．船１
０．公ｓ層 １ ２ ′、１ 〃 ｍ の Ｎ形Ｇａｏ
．８松１０．１私ｓ層１３′が順次形成される。 該積層された半導体表面にマスクとなるＡＩ２０３とＳ
ｉ０２からなる２重の膜が形成され、該被膜に電流供〉
絵のための窓あげ処理がなされ、続いてＺｎがＰ形Ｇａ
ｏ．６ＡＩＯ．４Ａｓ層に達するまで拡散される。該Ｚ
ｎ拡散処理の後上記２重膜のエッチングに続いて基板１
がＮＨ４０Ｈ：日２０２＝１：５のエッチング液で除去
され発光ダイオードのための半導体層が作製される。上
記基板１のエッチング液はＧａＡｓ基板をエッチングす
るが、成長層はほとんど侵されることはない。上記基板
が除去された半導体層のＮ形ＧａＡＩＡｓの表面にＡｕ
戊−Ｎｊ−Ａｕを順次黍着し、光の取り出し口をホトヱ
ッチングで取り除いた後、Ｐ形ｏａＮＡｓ表面にＡ舷ｒ
−Ａｕを蒸着し、５００℃３分間の熱処理によって合金
化処理し、最後にダーィジングにより各チップに分割す
る。 ここでＧａＡＩ＊は等温成長により】００ムｍの厚さに
形成されているため、基板１を取り除いた後も割れ等の
破損を生じる操れはほとんどない。以上本発明によれば
、等温成長によって第１層のＣａＡＩふ層を作製するた
め、ＡＩ濃度やドーピング材の取り扱いに不都合を伴う
ことなく比較的厚い層を成長させることができ、素子製
造工程中にチップの割れを生じることがなく発光特性の
すぐれた素子を高い歩留で得ることができる。
第１図ａ〜ｃは従来素子の断面図、第２図は本発明によ
る半導体層の製造装置の断面図、第３図は本発明による
成長方法を説明するための温度コントロール図、第４図
は本発明による半導体成長層の断面図である。 １：ＧａＡｓ基板、２：スライダ、３：ボート、４〜７
：融液、８：ヒータ、１０′：第ＩＧａＡＩＡｓ成長層
、１１′，１２′，１３′：第２、第３及び第４ＧａＮ
Ａｓ成長層。 為２図 第３図 第４図 弟′図
る半導体層の製造装置の断面図、第３図は本発明による
成長方法を説明するための温度コントロール図、第４図
は本発明による半導体成長層の断面図である。 １：ＧａＡｓ基板、２：スライダ、３：ボート、４〜７
：融液、８：ヒータ、１０′：第ＩＧａＡＩＡｓ成長層
、１１′，１２′，１３′：第２、第３及び第４ＧａＮ
Ａｓ成長層。 為２図 第３図 第４図 弟′図
Claims (1)
- １ ＧａＡｓ基板上に結晶成長用融液を順次接触させて
エピタキシヤル層を析出成長させる液相エピタキシヤル
成長方法に於いて、前記融液内に前記ＧａＡｓ基板との
接触面から離れるに従って漸次温度上昇する温度勾配を
付与し、該温度勾配に対応して形成される前記融液中の
成分の濃度分布に基いてＧａＡｌＡｓ系エピタキシヤル
層を厚く成長させた後、継続してエピタキシヤル層を堆
積することを特徴とする液相エピタキシヤル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54151699A JPS6026080B2 (ja) | 1979-11-21 | 1979-11-21 | 液相エピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54151699A JPS6026080B2 (ja) | 1979-11-21 | 1979-11-21 | 液相エピタキシャル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5673700A JPS5673700A (en) | 1981-06-18 |
| JPS6026080B2 true JPS6026080B2 (ja) | 1985-06-21 |
Family
ID=15524323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54151699A Expired JPS6026080B2 (ja) | 1979-11-21 | 1979-11-21 | 液相エピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6026080B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60161397A (ja) * | 1984-01-27 | 1985-08-23 | Mitsubishi Monsanto Chem Co | 液相エピタキシヤル成長方法 |
-
1979
- 1979-11-21 JP JP54151699A patent/JPS6026080B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5673700A (en) | 1981-06-18 |
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