JPS6019155B2 - 半導体発行装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体発光装置の製造方法に関し、特に発光
装置に用いられる緑色発光の発光素子を高い発光効率を
有するようにした改良された製造方法の提供を目的とす
る。

緑色発光は半導体結晶を構成するりん原子の格子位置を
置換する窒素原子を発光中心として添加したものが高い
発光効率を示すものであって、緑色発光用の半導体結晶
としてはＧａＰ基板上に液相または気相ェピタキシャル
成長法により成長したものが用いられる。

近時緑色発光素子の需要が多く、かつ素子の発光効率の
より高性能のものの要望がきわめて強いものである。Ｇ
ａｐ緑色発光素子の高効率化には、発光中心である窒素
を多量に発光領域に導入すること、発光領域への少数キ
ャリアの注入を多くすることが重要である。

従釆の緑色発光素子を得る液相成長方法では、雰囲気ガ
スとしては水素が用いられ、また発光中心としての窒素
をドープする際のドーパントとしてアンモニア（ＮＨ３
）ガスが用いられている。すなわちたとえばｎ型Ｇａｐ
基板上に水素雰囲気中で１０００００前後でＮＨ３ガス
を流しながらＧａｐ溶液と接触させてｎ層を成長させ、
次いでこの上にｐ層を成長させてｐｎ接合を形成してい
る。しかしながらこの方法では水素とＮＨ３とが反応し
て窒素が逃散してしまって、肝」０のＧａＰの結晶へは
多量に窒素が導入されないために緑色発光素子として発
光効率が低いという欠点があった。この発明はこのよう
な欠点を除去するため、ボート材質と雰囲気ガスとの組
みあわせを改良して、ｐｎ接合での不純物プロフアィル
を制御し注入効率をあげると同時に、発光中心濃度をふ
やすことによって大幅な発光効率の向上をはかる半導体
発光装置の製造方法を提供するものである。

すなわちカーボンと石英とを組み合わせた成長装置を使
用し、ｎ型Ｇａｐ基板上にｎ層を成長させるときの雰囲
気ガスとして水素を用い、ドナーとしてシリコンを導入
してプロフアィルを平坦に保ち、ｎ層成長後は雰囲気ガ
スを不活性ガスたとえばアルゴンに変え、同時にＮ広ガ
スを流して窒素が多量にドーブされた発光領域となるｐ
層を成長させて、発光効率のよい緑色発光素子を得るこ
とを特徴とする。図面を参照して以下この発明の１実施
例について説明する。

第１図〜第３図に発光素子形成工程を示す。この工程で
使用される成長装置において、１はカーボンからなるボ
ート本体にして、ＧａＰ基板を戦暦する凹部２が設けら
れている。この本体に１上におかれ摺動可能な溶液溜３
は本体はカーボンで形成され、内側は石英４でラィニン
グされている。また前記凹部２底面には石英板６がおか
れている。このような成長装置によってＧａｐ基板から
なる発光素子を製造するには、第１図に示すようにｎ型
ＧａＰ基板６をボート本体凹部の石英板の上に戦層し、
溶液溜３には溶液７を入れて、凹部の手前のボート本体
上に鼓贋し、反応炉（図示せず）内に挿入する。

雰囲気ガスとして水素を流量５０１／地で流す。温度を
上げて行き所定の温度たとえば１００ぴ０に達したら、
溶液溜を炉外から操作して矢印の方向に摺動させ第２図
に示すように基板上におき、基板上に溶液８を厚さ２柵
に均一につける。次に溶液溜を更に矢印の方向に摺動さ
せて基板にかからないように第３図に示す状態にする。
この状態で３粉ご間保持し、基板の一部を溶解させる。
次いで９７０℃まで徐々に冷却させＧａｐ基板上にｎ層
を成長させる。このときのドナーは石英が水素と反応し
て遊離されたシリコンである。このようにｎ層の成長が
終った時点で、雰囲気ガスをアルゴンに切かえて、流量
１０１／Ｈｒで流すと同時に窒素を導入するためのＮ比
ガスを流量０．９／ｍｉｎで流す。このままの状態で６
０分間保持して後、再び徐々に冷却して行き窒素ドーブ
のｐ層を成長させる。さらにくわしく説明すると、アル
ゴン雰囲気中でドーナのＳｉはＮ＆の一部と反応して窒
化物となるために、ＮＨ３導入によりドーナ濃度が低下
し、それまで残留アクセプタであった炭素がァクセプタ
となってｐ層が形成される。つまりアクセブタはアルゴ
ン雰囲気中で炭素が導入される。９３０００になったら
再び降温を止め６０分間保持し、亜鉛の蒸気を送り、溶
液を高濃度のｐ型にして、再び冷却をはじめて第２のｐ
層を第１のｐ層上に成長させる。

９００こ０になったらアルゴンのみを流して他は止め、
室温まで冷却する。このようにしてｎ層ｐ層を成長させ
たＧａＰ基板を取り出す。この基板の一部をへき開し、
へき関面をエッチングして成長層の厚さを測定したとこ
ろ、ｎ層は２５Ａ、第ｌｐ層は２０仏、第か層は３０仏
であった。

またショットキ法によって不純物濃度ブロフアィルを測
定したところ、ｎ層は１×１び７で平坦に、第ｌｐ層は
３×１ぴ６に、第か層は１×１び８となりその状態を第
４図に示す。縦軸は不純物濃度をあらわす。次にこの基
板にｐ型電極としてＡｕの合金、ｎ型電極としてＡｕの
合金を葵着し、０．３柳角のべレットにして発光効率を
測定した。

平均値として０．２５％（ｌｆ：２価Ａ）という高い効
率を示した。またばらつきも士２０％以内であった。従
来のものの効率が０．０５〜０．１％であるのに比べ、
この発明によるものは格段に高い発光効率をもち、特性
の著しい向上がはかられた。さらに成長装置に用いるボ
ートを大きくして、Ｇａｐ基板の載層数を増加して、ボ
ート本体に１０枚戦遣して行ない、前記したと同様にべ
レットにして発光効率を測定した。

この場合は発光効率が０．２２〜０．３５％と高く、し
かもばらつきは土３０％以内であり、緑色発光素子とし
て高性能のものが量産できることが分った。このように
この発明の方法は、カーボンと石英とを組みあわせて形
成した液相成長装置を用いるので、Ｇａｐ基板上にｎ層
を成長させるときには水素雰囲気中にてシリコンが効率
よく導入できてブロフアィルを平坦にし、第１のｐ層を
このｎ層の上に成長させるときには、アルゴンなどの不
活性ガス雰囲気中にてＮはガスを流すので多量の窒素の
導入がはかられ、この領域が発光領域となり、このアク
セプタ濃度は低くコントロールされ、さらにこの層の上
に高濃度のｐ層を成長させて、前記したようなすぐれた
特性をもつ緑色発光素子が得られるものである。

このような量産できて特性のよい発光素子を用いてなる
緑色発光の半導体発光装置は発光効率が高くて工業的に
有用なものである。上記は発光中心が第１のｐ層に導入
された場合についての説明であるが、ＳｉとＮＨ３との
反応でｐ型層に転換される直前、一部ｎ層中に窒素が導
入される場合も予想されるが、このような構造において
もこの発明の有効性は損なわれず、また趣旨に反しない
ことは当然である。

図面の簡単な説明第１図〜第３図はこの発明の発光素子
を得る工程の概要を示す断面図、第４図はこの発明の発
光素子の各層の不純物濃度を示す曲線図である。

１…・・・ボ−ト本体、２…・・・ボート本体の凹部、
３…・・・溶液溜、５・・・・・・凹部に萩暦された石
英板、６・・・・・・Ｇａｐ基板、４・・・・・・溶液
溜の石英管、７・・・・・・溶液溜の溶液、８・・・・
・・基板上の溶液。

第１図第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボート本体と溶液溜とを具備する液相成長装置を用
   いてｎ型ＧａＰ基板上に発光中心を添加しないｎ層と、
   このｎ層に隣接して発光中心を添加した第１のｐ層と、
   この第１のｐ層上に第２のｐ層とを順次成長させたＧａ
   Ｐの緑色発光素子を用いて半導体発光装置を製造するに
   あたり、ｎ層成長時の雰囲気ガスを水素とし、少なくと
   も第１のｐ層成長時の雰囲気ガスを不活性ガスとするこ
   とを特徴とする緑色を発光する半導体発光装置の製造方
   法。 ２ 液相成長装置を石英とカーボンとを組みあわせて形
   成し、石英で形成された面に溶液と基板を接触せしめる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体発
   光装置の製造方法。