JPS6019676B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
- Publication number
- JPS6019676B2 JPS6019676B2 JP53149999A JP14999978A JPS6019676B2 JP S6019676 B2 JPS6019676 B2 JP S6019676B2 JP 53149999 A JP53149999 A JP 53149999A JP 14999978 A JP14999978 A JP 14999978A JP S6019676 B2 JPS6019676 B2 JP S6019676B2
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- JP
- Japan
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- layer
- light emitting
- emitting device
- semiconductor light
- substrate
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- Expired
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は半導体発光装置に関し、特にＧａｐを材料と
した緑色発光素子の構造を改良して高効率の半導体発光
装置を得ることを目的とする。
した緑色発光素子の構造を改良して高効率の半導体発光
装置を得ることを目的とする。
Ｇａｐは禁制帯幅が広いため、発光中心として亜鉛、酸
素をドープして赤色の発光が得られ、窒素をドープして
緑色の発色が得られる。最近は緑色発光素子の需要が多
く、かつ高性能の緑色発光素子の要望が強くなっている
。従釆Ｇａｐを材料とした緑色発光素子の製造方法とし
ては次のようなものがある。
素をドープして赤色の発光が得られ、窒素をドープして
緑色の発色が得られる。最近は緑色発光素子の需要が多
く、かつ高性能の緑色発光素子の要望が強くなっている
。従釆Ｇａｐを材料とした緑色発光素子の製造方法とし
ては次のようなものがある。
すなわちＧａｐ基板上に気相成長によって窒素をドープ
してｎ型成長層を作り、亜鉛拡散によってｐｎ接合を作
る方法、Ｇａｐ基板を用いて液相成長によってｐ層とｎ
層との別々に成長させてｐｎ接合を作る方法、Ｇａｐ基
板上にｐｎ接合を一度の工程によって形成させる方法な
どがある。いずれにしても半導体発光装置としての発光
効率をあげるためには発光領域への少数キャリアの注入
率をあげ、少数キャリアの寿命をできるだけ長くし、発
光中心となる窒素原子をできるだけ多量に結晶中へ導入
することが必要である。しかし従来の方法で形成された
緑色発光素子は発光効率が前記の要望に達せず、また再
現性、量産性の点でいまだ十分と言えないものであった
。この発明はこれらの点にかんがみなされたものであっ
て、高性能にして再現性よく量産できる緑色発光素子を
用いてなる半導体発光装置を提供するものである。
してｎ型成長層を作り、亜鉛拡散によってｐｎ接合を作
る方法、Ｇａｐ基板を用いて液相成長によってｐ層とｎ
層との別々に成長させてｐｎ接合を作る方法、Ｇａｐ基
板上にｐｎ接合を一度の工程によって形成させる方法な
どがある。いずれにしても半導体発光装置としての発光
効率をあげるためには発光領域への少数キャリアの注入
率をあげ、少数キャリアの寿命をできるだけ長くし、発
光中心となる窒素原子をできるだけ多量に結晶中へ導入
することが必要である。しかし従来の方法で形成された
緑色発光素子は発光効率が前記の要望に達せず、また再
現性、量産性の点でいまだ十分と言えないものであった
。この発明はこれらの点にかんがみなされたものであっ
て、高性能にして再現性よく量産できる緑色発光素子を
用いてなる半導体発光装置を提供するものである。
すなわちいずれも液相成長法によってｎ型Ｇａｐ基板上
に先ずｎ層を成長させ、その上に発光中心たる窒素をド
ープした第１のｐ層を成長させ、さらにその上に第２の
ｐ層を成長させて緑色発光素子を得るものであって、第
１のｐ層を発光領域とすることを特徴とするものである
。このような素子においては、不純物のプロフアィルは
ｎ層のドナー濃度をＮｏ、第１および第２のｐ層のアク
セプタ濃度をそれぞれＮ＾，，Ｎ＾２とするとき、Ｎｏ
／Ｎ＾，＞１，Ｎ＾２／Ｎ＾，〉１となるように制御す
る。好ましくはＮ。／Ｎ＾，＞１０にしたものがよい。
したがってキャリアの注入はｎ層から第１のｐ層へおこ
り、第１のｐ層が発光領域となるものである。発光効率
は発光中心濃度が一定であれば、注入効率によってさま
るので、前記ＮＤ／Ｎ＾，の比は大きくされたものがよ
い。また前記の工程において用いられるｎ層のドナーは
シリコンであり、第１のｐ層および第２のｐ層のアクセ
プタは夫々炭素、亜鉛である。以下図面を参照してこの
発明の実施例について説明する。
に先ずｎ層を成長させ、その上に発光中心たる窒素をド
ープした第１のｐ層を成長させ、さらにその上に第２の
ｐ層を成長させて緑色発光素子を得るものであって、第
１のｐ層を発光領域とすることを特徴とするものである
。このような素子においては、不純物のプロフアィルは
ｎ層のドナー濃度をＮｏ、第１および第２のｐ層のアク
セプタ濃度をそれぞれＮ＾，，Ｎ＾２とするとき、Ｎｏ
／Ｎ＾，＞１，Ｎ＾２／Ｎ＾，〉１となるように制御す
る。好ましくはＮ。／Ｎ＾，＞１０にしたものがよい。
したがってキャリアの注入はｎ層から第１のｐ層へおこ
り、第１のｐ層が発光領域となるものである。発光効率
は発光中心濃度が一定であれば、注入効率によってさま
るので、前記ＮＤ／Ｎ＾，の比は大きくされたものがよ
い。また前記の工程において用いられるｎ層のドナーは
シリコンであり、第１のｐ層および第２のｐ層のアクセ
プタは夫々炭素、亜鉛である。以下図面を参照してこの
発明の実施例について説明する。
第１図に示すようにボート本体１に凹部２が形成されて
いて、この凹部２の上を図の左から右へ摺鰯する溶液溜
３が前記ボート本体１上に戦遣されて液相成長装置が形
成されている。これは作業時は反応管（図示せず）中に
挿入されるものである。緑色発光素子を製作するときは
、前記凹部２に石英板４を入れ、その上にｎ型Ｃａｐ基
板５を戦鷹する。
いて、この凹部２の上を図の左から右へ摺鰯する溶液溜
３が前記ボート本体１上に戦遣されて液相成長装置が形
成されている。これは作業時は反応管（図示せず）中に
挿入されるものである。緑色発光素子を製作するときは
、前記凹部２に石英板４を入れ、その上にｎ型Ｃａｐ基
板５を戦鷹する。
前記溶液溜３は本体はカーボンで形成され、内部は石英
６でライニングが施されていて、この中にＧａ溶液７が
入れられている。この装置を反応管内に入れ、雰囲気ガ
スとして水素を５０そ／Ｈｒの割合で流し、所定温度た
とえば１０００℃に達したら、炉外から操作して港液溜
を基板上に摺動させ、基板上に溶液８をたとえば厚さ２
脚に均一に付け、さらに溶液溜３をボート本体１上を摺
動させて第２図に示すように基板にかからない状態にお
く。この状態で３０分保持し、基板の一部を溶解させる
。次いで９７０℃まで徐々に冷却させて行き、石英が水
素と反応して遊離したシリコンが主要なドナーとなって
基板上にｎ層を成長させる。シリコンがドナ−であるの
でブロフアイルはきわめて平坦となる。ｎ層の成長が終
了したところで、雰囲気ガスをアルゴンに切りかえて、
１０夕／Ｈｒの割合で流すと同時に、窒素をドープさせ
るためＮＨ３ガスを０．５夕／ｍｉｎの割合で流すよう
にする。
６でライニングが施されていて、この中にＧａ溶液７が
入れられている。この装置を反応管内に入れ、雰囲気ガ
スとして水素を５０そ／Ｈｒの割合で流し、所定温度た
とえば１０００℃に達したら、炉外から操作して港液溜
を基板上に摺動させ、基板上に溶液８をたとえば厚さ２
脚に均一に付け、さらに溶液溜３をボート本体１上を摺
動させて第２図に示すように基板にかからない状態にお
く。この状態で３０分保持し、基板の一部を溶解させる
。次いで９７０℃まで徐々に冷却させて行き、石英が水
素と反応して遊離したシリコンが主要なドナーとなって
基板上にｎ層を成長させる。シリコンがドナ−であるの
でブロフアイルはきわめて平坦となる。ｎ層の成長が終
了したところで、雰囲気ガスをアルゴンに切りかえて、
１０夕／Ｈｒの割合で流すと同時に、窒素をドープさせ
るためＮＨ３ガスを０．５夕／ｍｉｎの割合で流すよう
にする。
このＮＨ３ガスの濃度は０．５％でアルゴンでうすめて
ある。このまま６雌ふ間保持して後、再び徐々に冷却し
窒素がドープされて第１のｐ層を成長させる。このとき
の主要なアクセプ外ま炭素である。つまりドナーのＳｉ
はＮＨ３の一部と反応して窒化物となるためにドナー濃
度がＮ馬導入によって低下し、それまで残留アクセプタ
となっていた炭素がァクセプタとなってｐ層が形成され
るのである。９３０ｑｏになったら再び降温を止め、６
船ふ間保持し、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層を成長させる。
ある。このまま６雌ふ間保持して後、再び徐々に冷却し
窒素がドープされて第１のｐ層を成長させる。このとき
の主要なアクセプ外ま炭素である。つまりドナーのＳｉ
はＮＨ３の一部と反応して窒化物となるためにドナー濃
度がＮ馬導入によって低下し、それまで残留アクセプタ
となっていた炭素がァクセプタとなってｐ層が形成され
るのである。９３０ｑｏになったら再び降温を止め、６
船ふ間保持し、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層を成長させる。
このときの主要なアクセプタは亜鉛である。９００ｑｏ
にまでなったら、アルゴンのみを流し他は止めて、室温
まで冷却し、基板をとり出す。
にまでなったら、アルゴンのみを流し他は止めて、室温
まで冷却し、基板をとり出す。
このようにしてｎ層、第１および第２のｐ層を成長させ
た基体の一部をへき関して、へき開面を周知の方法でエ
ッチングし成長層の厚さを測定した。
た基体の一部をへき関して、へき開面を周知の方法でエ
ッチングし成長層の厚さを測定した。
第３図に示すようにｎ層は２５仏、第１のｐ層は２０＃
、第２のｐ層は３０山であり、またこれを約５“音‘こ
角度研摩して、ショットキ法により不純物濃度を測定し
た結果は第３図に示すとおりであった。第３図の縦軸は
不純物濃度をあらわし、機軸は各層の厚さ寸法を示す。
さらにこの基体にｐ型電極およびｎ型電極を形成して後
、０．３仰角のべレットにして発光効率を測定した、ベ
レット２０ケの平均で０．２５％（ｌｆ＝２仇Ａ）とな
り、従来の各種の方法で作られるものの０．０５〜０．
１％に比で、格段に高い発光効率を示した、またばらつ
きも±２０％以内と少なかった。
、第２のｐ層は３０山であり、またこれを約５“音‘こ
角度研摩して、ショットキ法により不純物濃度を測定し
た結果は第３図に示すとおりであった。第３図の縦軸は
不純物濃度をあらわし、機軸は各層の厚さ寸法を示す。
さらにこの基体にｐ型電極およびｎ型電極を形成して後
、０．３仰角のべレットにして発光効率を測定した、ベ
レット２０ケの平均で０．２５％（ｌｆ＝２仇Ａ）とな
り、従来の各種の方法で作られるものの０．０５〜０．
１％に比で、格段に高い発光効率を示した、またばらつ
きも±２０％以内と少なかった。
このように特性の格段の向上がはかられた。また量産性
についても、ボートを大型化して、基板をｌｑ交戦直し
て行なったところ、発光効率は０．２２〜０．３５％と
高く、しかもばらつきは±３０％以内であり、従釆の緑
色発光素子と比較して格段に特性の向上したものが量産
できることが分った。前記ｎ層ならびに第１および第２
のｐ層の成長に用いたドナーならびにアクセプタはシリ
コンならびに炭素、亜鉛であるが、この発明の要旨に従
って、前記したように制御できれば他の元素を、すなわ
ちドナーとしていおう、テルル、セレンを用いてよいこ
と勿論である。また上記は発光中心を第１のｐ層のみに
添加した例であるが、ＳｉとＮ＆との反応によりドナー
レベルが低下し、第１のｐ層が生成される直前一部のｎ
層中に窒素が導入される場合も考えられるが、このよう
な構造においても、主要な発光領域は第１のｐ層であり
、この発明の趣旨に反しないことは当然である。このよ
うにこの発明のものは従来のものの不具合を除去して、
発光効率が高く再現性よくかつ量産可能な緑色発光素子
を用いてなる特性のよい半導体発光装置であって、工業
的に有用なものである。
についても、ボートを大型化して、基板をｌｑ交戦直し
て行なったところ、発光効率は０．２２〜０．３５％と
高く、しかもばらつきは±３０％以内であり、従釆の緑
色発光素子と比較して格段に特性の向上したものが量産
できることが分った。前記ｎ層ならびに第１および第２
のｐ層の成長に用いたドナーならびにアクセプタはシリ
コンならびに炭素、亜鉛であるが、この発明の要旨に従
って、前記したように制御できれば他の元素を、すなわ
ちドナーとしていおう、テルル、セレンを用いてよいこ
と勿論である。また上記は発光中心を第１のｐ層のみに
添加した例であるが、ＳｉとＮ＆との反応によりドナー
レベルが低下し、第１のｐ層が生成される直前一部のｎ
層中に窒素が導入される場合も考えられるが、このよう
な構造においても、主要な発光領域は第１のｐ層であり
、この発明の趣旨に反しないことは当然である。このよ
うにこの発明のものは従来のものの不具合を除去して、
発光効率が高く再現性よくかつ量産可能な緑色発光素子
を用いてなる特性のよい半導体発光装置であって、工業
的に有用なものである。
【図面の簡単な説明】
第１図と第２図はこの発明のＧａｐ基板を用いて緑色発
光素子を形成するときの昇温時と降温時との状態を示す
断面図、第３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・・・・・・ボート本体、２・・・・・・ボート本体
の凹部、３・・・・・・溶液溜、５・・・・・・Ｇａｐ
基板、６・・・・・・溶液溜の石英管、７・・・・・・
溶液、８・・・・・・基板上の溶液。 籍１図第２図 纂８四
光素子を形成するときの昇温時と降温時との状態を示す
断面図、第３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・・・・・・ボート本体、２・・・・・・ボート本体
の凹部、３・・・・・・溶液溜、５・・・・・・Ｇａｐ
基板、６・・・・・・溶液溜の石英管、７・・・・・・
溶液、８・・・・・・基板上の溶液。 籍１図第２図 纂８四
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ｎ型ＧａＰ基板上に発光中心を添加せずに成長され
、厚さ方向に均一なドナー濃度分布を有するｎ層と、こ
のｎ層に隣接して炭素をドープしながら成長され、厚さ
方向に均一なアクセプタ濃度分布を有し発光中心が添加
された第１のｐ層と、この第１のｐ層上に成長され、厚
さ方向に均一なアクセプタ濃度分布を有する第２のｐ層
とを具備し、ｎ層のドナー濃度をＮ＿Ｄ、第１のｐ層の
アクセプタ濃度をＮ＿Ａ＿１、第２のｐ層のアクセプタ
濃度をＮ＿Ａ＿２としたとき、Ｎ＿Ｄ／Ｎ＿Ａ＿１＞１
、Ｎ＿Ａ＿２／Ｎ＿Ａ＿１＞１となるように制御された
階段状不純物濃度分布を有するこを特徴とする半導体発
光装置。 ２ ｎ層のドナーはシリコンであ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53149999A JPS6019676B2 (ja) | 1978-12-06 | 1978-12-06 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53149999A JPS6019676B2 (ja) | 1978-12-06 | 1978-12-06 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5577184A JPS5577184A (en) | 1980-06-10 |
| JPS6019676B2 true JPS6019676B2 (ja) | 1985-05-17 |
Family
ID=15487246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53149999A Expired JPS6019676B2 (ja) | 1978-12-06 | 1978-12-06 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6019676B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4946247B2 (ja) * | 2006-08-04 | 2012-06-06 | 信越半導体株式会社 | エピタキシャル基板および液相エピタキシャル成長方法 |
-
1978
- 1978-12-06 JP JP53149999A patent/JPS6019676B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5577184A (en) | 1980-06-10 |
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