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JPS6244716B2 - - Google Patents
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JPS6244716B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6244716B2
JPS6244716B2 JP55004874A JP487480A JPS6244716B2 JP S6244716 B2 JPS6244716 B2 JP S6244716B2 JP 55004874 A JP55004874 A JP 55004874A JP 487480 A JP487480 A JP 487480A JP S6244716 B2 JPS6244716 B2 JP S6244716B2
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JP
Japan
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melt
epitaxial layer
type epitaxial
type
doped
Prior art date
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Application number
JP55004874A
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Japanese (ja)
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JPS56101786A (en
Inventor
Susumu Furuike
Toshio Matsuda
Hitoo Iwasa
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP487480A priority Critical patent/JPS56101786A/en
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Publication of JPS6244716B2 publication Critical patent/JPS6244716B2/ja
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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
    • H10H20/811Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高い発光効率をうることのできる半導
体発光装置とその製造方法に関するものであり、
特に発光半導体装置の2部分に発光効率を向上さ
せるための対策を施した発光半導体装置とその製
造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor light emitting device capable of achieving high luminous efficiency and a method for manufacturing the same.
In particular, the present invention relates to a light emitting semiconductor device in which two parts of the light emitting semiconductor device are provided with measures to improve luminous efficiency, and a method for manufacturing the same.

両性不純物であるシリコンSiをドーパントとし
た砒化ガリウム赤外発光ダイオード(以下、Siド
ープGaAsLEDと記す)は、p型領域で発光し、
その発光中心が深いアクセプタ準位であるためピ
ーク発光波長λpは9300〜9500Åとなる。したが
つて、結晶内部における光の再吸収が少なく、他
の発光ダイオードにくらべて高い発光効率が得ら
れ、オプトアイソレータあるいは光センサ等の分
野で広く用いられている。
Gallium arsenide infrared light-emitting diodes (hereinafter referred to as Si-doped GaAsLEDs) doped with silicon, which is an amphoteric impurity, emit light in the p-type region.
Since the emission center is at a deep acceptor level, the peak emission wavelength λ p is 9300 to 9500 Å. Therefore, there is little reabsorption of light inside the crystal, resulting in higher luminous efficiency than other light emitting diodes, and is widely used in fields such as opto-isolators and optical sensors.

かかるSiドープGaAsLEDは周知の液相エピタ
キシヤル法を駆使して製作されるが、上記のよう
にドーパントがGaAsに対して両性不純物である
族のSiであるため、液相エピタキシヤル工程で
使用する溶液槽は1つでよく、しかも連続的に異
る導電形のエピタキシヤル層を成長させてpn接
合を形成することができる。すなわち、両性不純
物であるSiは、高温下では砒素Aよりもガリウム
Gaと置換し易いため得られるエピタキシヤル層
はn形となり、一方、低温下ではAsの位置に多
く入るため得られるエピタキシヤル層はp形とな
る。なお、エピタキシヤル層の導電形がn形から
p形に反転する温度Topは、Siの仕込み濃度、冷
却速度などのエピタキシヤル成長条件に強く依存
することが知られている。
Such Si-doped GaAs LEDs are manufactured by making full use of the well-known liquid phase epitaxial method, but as mentioned above, since the dopant is Si, which is an amphoteric impurity to GaAs, it cannot be used in the liquid phase epitaxial process. Only one solution bath is required, and epitaxial layers of different conductivity types can be successively grown to form a pn junction. In other words, Si, which is an amphoteric impurity, has a higher concentration of gallium than arsenic A at high temperatures.
Since Ga is easily substituted, the resulting epitaxial layer becomes n-type, while at low temperatures, the resulting epitaxial layer becomes p-type because it enters many As positions. It is known that the temperature T op at which the conductivity type of the epitaxial layer is reversed from n-type to p-type is strongly dependent on epitaxial growth conditions such as Si concentration and cooling rate.

ところで、この方法で形成されたp形のエピタ
キシヤル層内には、Asと置換したSi、すなわち
アクセプタのみならず、Gaと置換したSi、すな
わちドナーが存在する。したがつて、Asと置換
したSiアクセプタの一部はGaと置換したSiドナ
ーと電気的に補償される。このドナーとアクセプ
タの数NDとNAがともに増加し、5×1018cm-3
超えるほどの高濃度となると、これらの準位と伝
導帯ならびに充満帯の底がつながり、第1図で示
すようにエネルギバンドにバンドテイリングと称
される変形部1および2が生じる。また、n形の
エピタキシヤル層内でも上記とは逆の補償現象が
生じており、同様にバンドテイリングが生じる。
By the way, in the p-type epitaxial layer formed by this method, there are not only Si substituted with As, ie, acceptors, but also Si substituted with Ga, ie, donors. Therefore, a portion of the Si acceptor substituted with As is electrically compensated with the Si donor substituted with Ga. When the numbers N D and N A of donors and acceptors both increase and the concentration becomes high enough to exceed 5 × 10 18 cm -3 , these levels are connected to the bottoms of the conduction band and the filling band, as shown in Figure 1. As shown in , deformed parts 1 and 2 called band tailing occur in the energy band. Further, a compensation phenomenon opposite to the above occurs also in the n-type epitaxial layer, and band tailing similarly occurs.

なお、通常のSiドープGaAsLEDでは上述した
ドナー数NDとアクセプタ数NAが、1×1019cm-3
以上であるため、n形エピタキシヤル層ならびに
p形エピタキシヤル層の双方においてバンドテイ
リングが生じており、しかも、Siアクセプタ準位
は約0.2eVと深いので、第1図で示したように充
満帯のエネルギバンドのテイリング2が強くな
る。
In addition, in a normal Si-doped GaAs LED, the above-mentioned donor number N D and acceptor number N A are 1×10 19 cm -3
As a result, band tailing occurs in both the n-type epitaxial layer and the p-type epitaxial layer, and since the Si acceptor level is as deep as approximately 0.2 eV, a filled band occurs as shown in Figure 1. Tailing 2 of the energy band becomes stronger.

SiドープGaAsLEDが、他の発光ダイオード
LEDに比べて高い発光効率を有していることは
すでに述べたところであるが、このような高い発
光効率を得、しかも、発光効率をより一層高める
ためには発光中心となるアクセプタ準位を増加さ
せる必要があり、このためにはSi濃度の増加が不
可欠である。しかしながら、Si濃度を増加させる
と、n形エピタキシヤル層ならびにp形エピタキ
シヤル層の双方においてバンドテイリングの程度
が強くなり、発光波長に対する吸収係数が増大
し、光の再吸収が無視できなくなる。このため、
発光効率が逆に低下する不都合が生じてしまう。
Si-doped GaAsLED is different from other light emitting diodes
As already mentioned, it has a higher luminous efficiency than LEDs, but in order to obtain such a high luminous efficiency and further increase the luminous efficiency, it is necessary to increase the acceptor level, which is the center of luminescence. For this purpose, it is essential to increase the Si concentration. However, when the Si concentration is increased, the degree of band tailing becomes stronger in both the n-type epitaxial layer and the p-type epitaxial layer, the absorption coefficient for the emission wavelength increases, and the reabsorption of light becomes impossible to ignore. For this reason,
On the contrary, a disadvantage arises in that the luminous efficiency decreases.

本出願人は、上記の不都合を排除し、高い発光
効率をうることのできる発光半導体装置とその製
造方法として、族元素を含み電気的に補償され
たp形エピタキシヤル層と隣接させて、族元素
を含み電気的な補償のないn形エピタキシヤル層
を形成した構造とすることにより、n形エピタキ
シヤル層内における光の再吸収を減少させ発光効
率の向上をはかつた発光半導体装置とその製造方
法、ならびに、かかる構造の発光半導体装置のp
形エピタキシヤルのpn接合近傍に位置する部分
を他部分にくらべて族元素が高濃度にドープさ
れ、バンドテイリングの程度が他部分のそれより
も強いp形エピタキシヤル層部分となし、ピーク
発光波長を前者のものよりも長波長側へ移動さ
せ、吸収効果をさらに低下させるとともに、電子
と正孔をこの層内へとじ込めて発光再結合効率を
高め、発光効率の向上をはかつた発光半導体装置
とその製造方法についてすでに提案している。
The present applicant has proposed a light-emitting semiconductor device and a method for manufacturing the same that can eliminate the above-mentioned disadvantages and obtain high luminous efficiency. A light-emitting semiconductor device and its light-emitting semiconductor device which reduces reabsorption of light in the n-type epitaxial layer and improves luminous efficiency by forming an n-type epitaxial layer containing elements and having no electrical compensation. Manufacturing method and p of a light emitting semiconductor device having such a structure
The part of the p-type epitaxial layer located near the p-n junction is doped with group elements at a higher concentration than other parts, and the degree of band tailing is stronger than that of other parts, and the peak emission wavelength is This is a light-emitting semiconductor in which the absorption effect is further reduced by moving the light to a longer wavelength side than the former, and the electrons and holes are confined within this layer to increase the luminous recombination efficiency, thereby improving the luminous efficiency. We have already proposed a device and its manufacturing method.

本発明は、これらの発光半導体装置によつて得
られる高発光効率をさらに大幅に上廻る極めて高
い発光効率をもつ発光半導体装置とその製造方法
を提供するものであつて、本出願人がすでに提案
した上記の2種類の発光半導体装置の構造を効果
的に組み合せた構造とこの構造を実現するための
製造方法を特徴とするものである。
The present invention provides a light-emitting semiconductor device and a method for manufacturing the same, which has an extremely high luminous efficiency that greatly exceeds the high luminous efficiency obtained by these light-emitting semiconductor devices. The present invention is characterized by a structure that effectively combines the structures of the above two types of light emitting semiconductor devices, and a manufacturing method for realizing this structure.

以下に図面を参照して本発明について実施例と
ともに詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below along with embodiments with reference to the drawings.

第2図は、本発明の一実施例にかかるSiドープ
GaAsLEDのエネルギバンド構造を示す図であ
り、バンドテイリングの発生していないn形
GaAs基板3に族元素、例えばテルルTeをドー
プしたn形GaAsエピタキシヤル層4が形成さ
れ、さらにこの上にSiをドープしたp形GaAsエ
ピタキシヤル層5が形成された構造を具備し、し
かもpn接合6の近傍のp形GaAsエピタキシヤル
層部分7はSiを高濃度にドープすることによつ
て、他部分よりもバンドテイリングを強めた層と
されている。なお、p形GaAsエピタキシヤル層
5の残余の部分においてもバンドテイリングは発
生しているが、その程度はp形GaAsエピタキシ
ヤル層部分7にくらべて弱いものとなつている。
FIG. 2 shows a Si-doped structure according to an embodiment of the present invention.
This is a diagram showing the energy band structure of GaAsLED, showing an n-type LED with no band tailing.
It has a structure in which an n-type GaAs epitaxial layer 4 doped with a group element such as tellurium Te is formed on a GaAs substrate 3, and a p-type GaAs epitaxial layer 5 doped with Si is further formed thereon. The p-type GaAs epitaxial layer portion 7 near the junction 6 is doped with Si at a high concentration, thereby making the layer stronger in band tailing than other portions. Although band tailing also occurs in the remaining portion of the p-type GaAs epitaxial layer 5, the degree of band tailing is weaker than that in the p-type GaAs epitaxial layer portion 7.

かかる構造とされたSiドープGaAsLEDに順方
向電流を流すと、p形GaAsエピタキシヤル層5
の伝導帯に注入された電子eはp形GaAsエピタ
キシヤル層部分7のテイリング8に蓄積される。
また、正孔hは充満帯のテイリング9に入り、テ
イリング8に蓄積された電子eと再結合する。こ
の再結合で生じる光の発光波長は、テイリング間
のエネルギEpに相当するものとなる。
When a forward current is applied to the Si-doped GaAs LED having such a structure, the p-type GaAs epitaxial layer 5
The electrons e injected into the conduction band are accumulated in the tailing 8 of the p-type GaAs epitaxial layer portion 7.
Further, the holes h enter the tailing 9 of the filled zone and recombine with the electrons e accumulated in the tailing 8. The emission wavelength of light generated by this recombination corresponds to the energy E p between tailings.

ところで、図示するエネルギバンド構造をもつ
本発明のSiドープGaAsLEDでは、p形GaAsエピ
タキシヤル層部分7以外のp形エピタキシヤル層
5のバンドテイリングが小さく、伝導帯と充満率
との間のエネルギEpはEpよりも大きくなる。一
方、nエピタキシヤル層4はTeの形成する不純
物レベルが浅く、濃度も7〜9×1017cm-3程度で
あるのでバンドテイリングは発生せず、バンド間
のエネルギENはEpよりも大きくなる。このた
め、発光した光は結晶内部では殆んど吸収されず
に外部へ効果的に取り出されるところとなり、発
光効率の低下が効果的に防止される。なお、p形
GaAsエピタキシヤル層部分7のSi濃度をより一
層高めてバンドテイリングの程度を強めると、テ
イリング間のエネルギEpが小さくなり、ピーク
発光波長は長波長側に移動するため、吸収効果は
より一層小さくなる。また、本発明の構造による
と、電子と正孔がp形GaAsエピタキシヤル層部
分7の中へとじ込められるために、発光再結合確
率も増大し、高発光効率化がはかられる。
By the way, in the Si-doped GaAs LED of the present invention having the energy band structure shown in the figure, the band tailing of the p-type epitaxial layer 5 other than the p-type GaAs epitaxial layer portion 7 is small, and the energy E between the conduction band and the filling rate is small. p becomes larger than E p . On the other hand, in the n epitaxial layer 4, the impurity level formed by Te is shallow and the concentration is about 7 to 9 x 10 17 cm -3 , so band tailing does not occur, and the interband energy E N is lower than E P growing. For this reason, the emitted light is effectively extracted to the outside without being absorbed inside the crystal, and a decrease in luminous efficiency is effectively prevented. In addition, p-type
When the Si concentration in the GaAs epitaxial layer portion 7 is further increased to strengthen the degree of band tailing, the energy E p between the tails becomes smaller and the peak emission wavelength shifts to the longer wavelength side, so the absorption effect becomes even smaller. Become. Further, according to the structure of the present invention, since electrons and holes are confined in the p-type GaAs epitaxial layer portion 7, the probability of radiative recombination is increased, and a high luminous efficiency is achieved.

ここで、本発明の発光半導体装置の構造と本出
願人がすでに提案している発光半導体装置の後者
とを比較すると、本発明ではn形GaAsエピタキ
シヤル層4内にバンドテイリングがなく、したが
つて、n形GaAsエピタキシヤル層のエネルギバ
ンドドENが大きくなり、この領域での光の再吸
収は更に減少し、また上記のように電子と正孔の
とじ込めも強くなるので発光効率は一層増大す
る。また、前者の発光半導体装置とくらべると、
本発明の構造では発光領域のバンドテイリングの
程度を他のp領域のバンドテイリングの程度より
も強くしているので、p形GaAsエピタキシヤル
層5での光の再吸収が減少し、また上述のとじ込
め作用も加わるため、発光効率は更に増大する。
本出願人がすでに提案した2種類の発光半導体装
置ならびに本発明の発光半導体装置の三者につい
て発光効率を比較したところ、本発明の発光半導
体装置は既に提案している2種類のものにくらべ
て、さらに50%の向上していることが確認され
た。
Here, when comparing the structure of the light emitting semiconductor device of the present invention and the latter of the light emitting semiconductor devices already proposed by the present applicant, it is found that in the present invention, there is no band tailing in the n-type GaAs epitaxial layer 4; As a result, the energy band E N of the n-type GaAs epitaxial layer increases, the reabsorption of light in this region further decreases, and as mentioned above, the confinement of electrons and holes also becomes stronger, so the luminous efficiency decreases. It will further increase. Also, compared to the former light emitting semiconductor device,
In the structure of the present invention, the degree of band tailing in the light emitting region is made stronger than the degree of band tailing in other p regions, so that reabsorption of light in the p-type GaAs epitaxial layer 5 is reduced, and the above-mentioned Since a confinement effect is also added, the luminous efficiency is further increased.
When comparing the luminous efficiency of two types of light emitting semiconductor devices already proposed by the present applicant and the light emitting semiconductor device of the present invention, it was found that the light emitting semiconductor device of the present invention is superior to the two types of light emitting semiconductor devices already proposed. , an additional 50% improvement was confirmed.

第3図は以上説明してきた本発明のSiドープ
GaAsLEDにおいて不可欠なGaAsエピタキシヤ
ル層をGaAs基板上に形成するための液相エピタ
キシヤル成長装置の構成を示す図であり、10は
基板支持体、11は同基板支持体の基板支持部内
へ収納されたTeドープのn形GaAs基板、12は
溶融液槽13,14を持ち、基板支持体10上で
スライドが可能な溶融液収納装置、そして15,
16は溶融液である。
Figure 3 shows the Si doping of the present invention explained above.
It is a diagram showing the configuration of a liquid phase epitaxial growth apparatus for forming a GaAs epitaxial layer on a GaAs substrate, which is essential for GaAs LEDs, in which reference numeral 10 denotes a substrate support, and 11 is housed in the substrate support part of the substrate support. a Te doped n-type GaAs substrate 12, a melt storage device having melt tanks 13 and 14 and capable of sliding on the substrate support 10, and 15,
16 is a melt.

たとえば、矢印X方向へ溶融液収納装置12を
移動させ、溶融液15,16をGaAs基板11へ
接触させることによつてエピタキシヤル層が形成
される。
For example, the epitaxial layer is formed by moving the melt storage device 12 in the direction of arrow X and bringing the melts 15 and 16 into contact with the GaAs substrate 11.

かかる液相エピタキシヤル成長装置を用いて第
2図で示したエネルギバンド構造をもつSiドープ
GaAsLEDを形成するための方法を以下に実施例
を示して具体的に説明する。
Using such a liquid phase epitaxial growth apparatus, Si-doped films having the energy band structure shown in FIG.
A method for forming a GaAs LED will be specifically described below with reference to examples.

基板支持体10の基板支持部へTeが6×1017
cm-3の濃度でドープされたn形GaAs基板を配置
するとともに、金属ガリウムGa、Teならびにノ
ンドープのGaAs多結晶で溶融液15を、また、
金属ガリウムGa、Siならびにノンドーープの
GaAs多結晶で溶融液16を形成する。なお、溶
融液中へのTeおよびSiの仕込み濃度はGaに対し
てそれぞれ0.001〜0.01、1〜2モルパーセント
である。これらを溶融液組成が均一になるよう所
定の温度、たとえば900〜950℃の温度で充分に加
熱したのち、溶融液収納装置12を矢印Xの方向
へスライドさせ、溶融液槽13の中に収納されて
いる溶融液15をn形GaAs基板11に接触させ
る。次いで、接触状態を均一にするために必要な
時間にわたつて溶融液15の温度を上記の温度で
保持したのち、冷却速度CNを1〜2℃/分に設
定して除冷を行ないn形GaAsエピタキシヤル層
を形成する。
Te to the substrate support part of the substrate support 10 is 6×10 17
An n-type GaAs substrate doped at a concentration of cm -3 is placed, and a melt 15 is made of metallic gallium Ga, Te and non-doped GaAs polycrystal.
Metallic gallium Ga, Si and non-doped
A melt 16 is formed of GaAs polycrystal. Note that the concentrations of Te and Si charged into the melt are 0.001 to 0.01 and 1 to 2 mol percent relative to Ga, respectively. After sufficiently heating these at a predetermined temperature, for example, 900 to 950°C, so that the melt composition becomes uniform, the melt storage device 12 is slid in the direction of arrow X and stored in the melt tank 13. The molten liquid 15 is brought into contact with the n-type GaAs substrate 11. Next, after maintaining the temperature of the melt 15 at the above temperature for the time necessary to make the contact state uniform, slow cooling is performed by setting the cooling rate C N to 1 to 2° C./min. Form a GaAs epitaxial layer.

なお、溶融液16にドープされているSiは両性
不純物であり、形成されるエピタキシヤル層の導
電形は所定の温度でn形からp形に反転する。こ
の温度は通常反転温度Tnpと称されている。とこ
ろで、上記の反転温度Tnpが例えば895℃である
とすると、炉の温度が895℃以下となり、明らか
にp形GaAsエピタキシヤル層の成長が開始され
るところで、溶融液収納装置をさらに矢印X方向
へスライドさせ、溶融液槽14の中に収納されて
いる溶融液16を基板11に接触させる。そし
て、冷却速度Cp1を1℃/分以上に設定してp形
GaAsエピタキシヤル層の成長を開始する。
Note that Si doped in the melt 16 is an amphoteric impurity, and the conductivity type of the epitaxial layer to be formed is reversed from n-type to p-type at a predetermined temperature. This temperature is usually called the inversion temperature Tnp. By the way, if the above-mentioned reversal temperature Tnp is, for example, 895°C, then when the temperature of the furnace becomes 895°C or lower and the growth of the p-type GaAs epitaxial layer clearly starts, the melt storage device is further moved in the direction of the arrow X. The melt 16 stored in the melt tank 14 is brought into contact with the substrate 11. Then, set the cooling rate C p1 to 1°C/min or more to
Start growing the GaAs epitaxial layer.

GaAsエピタキシヤル層中へのSiの取り込み量
は冷却速度の増大につれて増加する傾向にあり、
上記のように大きくCp1を設定すると、この時点
から成形されるp形GaAsエピタキシヤル層内の
Si濃度が高くなる。したがつて、このp形GaAs
エピタキシヤル層のドナー数NDとアクセプタ数
Aが増加してバンドテイリングの程度が強くな
る。このような条件の下で形成されるp形GaAs
エピタキシヤル層は、第2図のp形GaAsエピタ
キシヤル層部分7に相当する。このようにしてp
形GaAsエピタキシヤル層の成長が進み、溶融液
16の温度が所定の温度、例えば850℃となつた
ところで、冷却速度Cp2を1℃/分以下と上記の
冷却速度Cp1よりも小さく設定し、引き続きp形
GaAsエピタキシヤル層を成長させる。この冷却
速度の下ではp形GaAsエピタキシヤル層中への
Siの取り込み量が小さくなり、p形GaAsエピタ
キシヤル層のドナー数NDとアクセプタ数NAが上
記の条件下のそれよりも低下し、バンドテイリン
グの程度の弱いp形GaAsエピタキシヤル層、す
なわち、第2図のp形GaAsエピタキシヤル層部
分7を除くp形GaAsエピタキシヤル層が形成さ
れる。そして、炉の温度が800〜700℃まで低下し
たところでn形GaAs基板11と溶融液16との
接触を断つことによつてエピタキシヤル成長処理
が完了する。
The amount of Si incorporated into the GaAs epitaxial layer tends to increase as the cooling rate increases.
If C p1 is set large as described above, the p-type GaAs epitaxial layer formed from this point on will be
Si concentration increases. Therefore, this p-type GaAs
As the number of donors N D and the number of acceptors N A of the epitaxial layer increase, the degree of band tailing becomes stronger. p-type GaAs formed under these conditions
The epitaxial layer corresponds to the p-type GaAs epitaxial layer portion 7 in FIG. In this way p
When the growth of the GaAs epitaxial layer progresses and the temperature of the melt 16 reaches a predetermined temperature, for example 850°C, the cooling rate C p2 is set to 1°C/min or less, which is smaller than the above cooling rate C p1 . , still p-type
Grow a GaAs epitaxial layer. Under this cooling rate, the p-type GaAs epitaxial layer
The amount of Si incorporated becomes smaller, the number of donors N D and the number of acceptors N A of the p-type GaAs epitaxial layer are lower than those under the above conditions, and the p-type GaAs epitaxial layer has a weak degree of band tailing, i.e. , a p-type GaAs epitaxial layer is formed except for the p-type GaAs epitaxial layer portion 7 of FIG. Then, when the temperature of the furnace has decreased to 800 to 700 DEG C., the contact between the n-type GaAs substrate 11 and the melt 16 is cut off, thereby completing the epitaxial growth process.

以上のような成長条件の下で、n形キヤリア濃
度が1.0×1018cm-3、厚さが約50μmのn形GaAs
エピタキシヤル層とp形キヤリア濃度の平均が
0.4〜0.7×1018cm-3、厚さが約90μmのp形GaAs
エピタキシヤル層を形成し、しかも、pn接合界
面から1〜20μmの厚さにわたるp形GaAsエピ
タキシヤル層7に相当するものとして得た、本発
明のSiドープGaAsLEDのp形エピタキシヤル層
の平均ドナー濃度NDと平均アクセプタ濃度NA
は、p形GaAsエピタキシヤル層部分7でND
×1018cm-3、NA6.7×1018cm-3、また残余のp
形GaAsエピタキシヤル層部分でND1.0×1018
cm-3、NA1.7×1018cm-3であり、p形GaAsエピ
タキシヤル層部分7のテイリングが極めて強く、
かかる本発明のSiドープGaAsLEDの発光効率
は、Siを両性不純物として用いて形成した従来の
SiドープGaAsLEDにくらべて約2.3倍と飛躍的に
向上した。
Under the above growth conditions, n-type GaAs with an n-type carrier concentration of 1.0×10 18 cm -3 and a thickness of approximately 50 μm was grown.
The average of the epitaxial layer and p-type carrier concentration is
p-type GaAs with a thickness of 0.4 to 0.7×10 18 cm -3 and a thickness of about 90 μm
The average donor of the p-type epitaxial layer of the Si-doped GaAs LED of the present invention, which forms an epitaxial layer and corresponds to the p-type GaAs epitaxial layer 7 extending from the p-n junction interface to a thickness of 1 to 20 μm. Concentration N D and average acceptor concentration N A
is N D 6 in the p-type GaAs epitaxial layer portion 7.
×10 18 cm -3 , N A 6.7×10 18 cm -3 , and the residual p
N D 1.0×10 18 in GaAs epitaxial layer part
cm -3 , N A is 1.7×10 18 cm -3 , and the tailing of the p-type GaAs epitaxial layer portion 7 is extremely strong.
The luminous efficiency of the Si-doped GaAs LED of the present invention is higher than that of the conventional Si-doped GaAs LED formed using Si as an amphoteric impurity.
This is a dramatic improvement of approximately 2.3 times compared to Si-doped GaAs LEDs.

第4図は本発明の別の実施例の液相エピタキシ
ヤル成長装置の構成図である。17はTeドープ
のGaAs基板、18は溶融液槽19,20,21
をもち、基板支持体22上でスライドが可能な溶
融液収納装置、そして23,24,25は溶融液
である。
FIG. 4 is a block diagram of a liquid phase epitaxial growth apparatus according to another embodiment of the present invention. 17 is a Te-doped GaAs substrate, 18 is a melt tank 19, 20, 21
, a melt storage device that can slide on the substrate support 22, and 23, 24, and 25 are melts.

GaAs基板17と溶融液23の組成は前述の
GaAs基板11および溶融液15と同じである。
溶融液24は金属Ga、ノンドープのGaAs多結晶
およびSiで形成され、Siの仕込み濃度はGaに対
して0.2〜1モルパーセントである。一方、溶融
液25も金属Ga、SiおよびノンドープのGaAs多
結晶で形成されるが、Siの仕込み濃度は2〜3モ
ルパーセントと溶融液24と比較して高くし選定
されている。
The compositions of the GaAs substrate 17 and the melt 23 are as described above.
This is the same as the GaAs substrate 11 and the melt 15.
The melt 24 is formed of metallic Ga, non-doped GaAs polycrystal, and Si, and the concentration of Si is 0.2 to 1 mole percent relative to Ga. On the other hand, the melt 25 is also formed of metal Ga, Si, and non-doped GaAs polycrystal, but the concentration of Si is selected to be 2 to 3 mol percent, which is higher than that of the melt 24.

これらの溶融液を用いて成長は次の様に行なわ
れる。前述のnエピタキシヤル成長と同様に溶融
液23をGaAs基板17に接触させn形GaAsエピ
タキシヤル層を形成する。次に溶融液25の温度
が反転温度Tnp以下の890℃に到着したところ
で、GaAs基板17にこの溶融液25を接触させ
たのち、冷却速度を0.3〜1℃/分に設定し、p
形GaAsエピタキシヤル成長を開始する。炉温度
が850℃となつたところで、GaAs基板17から溶
融液25を除去し、次いで溶融液24を接触さ
せ、上記と同一の冷却速度で引き続きp形GaAs
エピタキシヤル層を成長させる。
Growth is carried out using these melts as follows. The melt 23 is brought into contact with the GaAs substrate 17 to form an n-type GaAs epitaxial layer in the same manner as in the n-type epitaxial growth described above. Next, when the temperature of the molten liquid 25 reaches 890°C, which is below the reversal temperature Tnp, the molten liquid 25 is brought into contact with the GaAs substrate 17, and the cooling rate is set to 0.3 to 1°C/min.
GaAs epitaxial growth begins. When the furnace temperature reaches 850°C, the molten liquid 25 is removed from the GaAs substrate 17, and then the molten liquid 24 is brought into contact with the p-type GaAs substrate at the same cooling rate as above.
Grow the epitaxial layer.

そして、炉の温度が800〜700℃まで低下したと
ころで、GaAs基板17と溶融液24との接触を
断つことによつてエピタキシヤル成長処理が完了
する。すでに説明したように溶融液25のSi仕込
み濃度は溶融液24よりも高いため、溶融液25
で形成されたp形GaAsエピタキシヤル層中のSi
濃度は溶融液24で形成されたp形GaAsエピタ
キシヤル層のSi濃度よりも高くなる。すなわち、
溶融液25を用いたエピタキシヤル成長工程で第
2図のp形GaAsエピタキシヤル層部分7が形成
される。このようにして得られたLEDは前述の
第1の実施例と同じ性能を有している。
Then, when the temperature of the furnace has decreased to 800 to 700° C., the contact between the GaAs substrate 17 and the melt 24 is cut off, thereby completing the epitaxial growth process. As already explained, the Si concentration in the melt 25 is higher than that in the melt 24, so
Si in the p-type GaAs epitaxial layer formed by
The concentration is higher than the Si concentration in the p-type GaAs epitaxial layer formed from the melt 24. That is,
The p-type GaAs epitaxial layer portion 7 shown in FIG. 2 is formed by an epitaxial growth process using the melt 25. The LED thus obtained has the same performance as the first embodiment described above.

以上説明してきたところから明らかなように本
発明によれば、従来のものにくらべてはるかに発
光効率の高い発光半導体装置が実現される。
As is clear from the above description, according to the present invention, a light emitting semiconductor device with much higher luminous efficiency than conventional devices can be realized.

なお、以上の実施例では、―族化合物半導
体としてGaAsを用いた例を示したがこの例に限
定されるものではなく、他の―族化合物半導
体を用いること、また、族元素としては、Te
にかえてセレンSe、イオウSを用いることによ
つても同様の効果を得ることができる。
In the above embodiments, GaAs is used as the - group compound semiconductor, but the invention is not limited to this example. Other - group compound semiconductors may also be used, and Te may be used as the group element.
A similar effect can be obtained by using selenium Se or sulfur S instead.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は電気的に補償されたエピタキシヤル層
のバンドモデル図、第2図は本発明のSiドープ
GaAsLEDのエネルギバンド構造を示す図、第3
図および第4図は第2図で示すエネルギバンド構
造をもつSiドープGaAsLEDの製造するために用
いる液相エピタキシヤル成長装置の構造を示す図
である。 1,2,8,9……エネルギバンドの変形部、
3,11,17……n形GaAs基板、4……n形
GaAsエピタキシヤル層、5,7……p形GaAsエ
ピタキシヤル層、6……pn接合界面、10,2
2……基板支持体、12,18……溶融液収納装
置、13,14,19,20,21……溶融液
槽、15,16,23,25,24……溶融液。
Fig. 1 is a band model diagram of an electrically compensated epitaxial layer, and Fig. 2 is a band model diagram of an electrically compensated epitaxial layer.
Diagram showing the energy band structure of GaAsLED, Part 3
4 and 4 are diagrams showing the structure of a liquid phase epitaxial growth apparatus used to manufacture a Si-doped GaAs LED having the energy band structure shown in FIG. 2. 1, 2, 8, 9... deformed part of energy band,
3, 11, 17... n-type GaAs substrate, 4... n-type
GaAs epitaxial layer, 5, 7... p-type GaAs epitaxial layer, 6... pn junction interface, 10, 2
2... Substrate support body, 12, 18... Melt liquid storage device, 13, 14, 19, 20, 21... Melt liquid tank, 15, 16, 23, 25, 24... Melt liquid.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 少なくともSiを含むp形エピタキシヤル層
と、少なくともSiを含むn形エピタキシヤル層が
―族化合物半導体基板上に積層形成され、両
エピタキシヤル層間にpn接合が形成されるとと
もに、前記p形エピタキシヤル層内の前記pn接
合近傍に前記Siが高濃度にドープされ、前記Siに
よる不純物準位と伝導帯ならびに充満帯の底との
つながりによるエネルギバンドの変形の程度が、
他の前記p形エピタキシヤル層の部分よりも強い
前記p形エピタキシヤル層部分が形成されている
ことを特徴とする発光半導体装置。 2 Siがドープされた第1の溶融液とSiがドープ
された第2の溶融液を収納する2槽型の溶融液収
納装置の下部にn形の―族化合物半導体基板
を配置し、前記―族化合物半導体基板に前記
第1の溶融液と前記第2の溶融液をこの順で接触
させ、前記第1の溶融液でn形エピタキシヤル層
を、前記第2の溶融液でp形エピタキシヤル層を
前記―族化合物半導体基板上に形成するとと
もに、pn接合近傍のp形エピタキシヤル層部分
の形成時の溶融液の冷却速度を高め、前記p形エ
ピタキシヤル層部分内の前記Si濃度を高めること
を特徴とする発光半導体装置の製造方法。 3 Siがドープされた第1の溶融液と、Siがドー
プされた第2の溶融液と、Siがドープされ、か
つ、そのドープ量が前記第2の溶融液より低く選
定された第3の溶融液とを収納する溶融液収納装
置の下部に―族化合物半導体基板を配置し、
同基板に前記第1の溶融液、前記第2の溶融液、
前記第3の溶融液をこの順序で接触させ、前記第
1の溶融液でn形エピタキシヤル層を、前記第2
の溶融液で所定の族元素濃度のp形エピタキシ
ヤル層を、前記第3の溶融液で前記p形エピタキ
シヤル層よりもSi濃度の低いp形エピタキシヤル
層を形成することを特徴とする発光半導体装置の
製造方法。
[Claims] 1. A p-type epitaxial layer containing at least Si and an n-type epitaxial layer containing at least Si are laminated on a - group compound semiconductor substrate, and a p-n junction is formed between both epitaxial layers. At the same time, the Si is doped at a high concentration near the p-n junction in the p-type epitaxial layer, and the degree of deformation of the energy band due to the connection between the impurity level due to the Si and the bottom of the conduction band and the fill band is
A light emitting semiconductor device, wherein the p-type epitaxial layer portion is stronger than other p-type epitaxial layer portions. 2. An n-type - group compound semiconductor substrate is arranged at the bottom of a two-tank type melt storage device that stores a first melt doped with Si and a second melt solution doped with Si, and The first melt and the second melt are brought into contact with the group compound semiconductor substrate in this order, and the first melt forms an n-type epitaxial layer and the second melt forms a p-type epitaxial layer. layer on the - group compound semiconductor substrate, increasing the cooling rate of the melt when forming the p-type epitaxial layer near the p-n junction, and increasing the Si concentration in the p-type epitaxial layer. A method for manufacturing a light emitting semiconductor device, characterized in that: 3 A first melt doped with Si, a second melt doped with Si, and a third melt doped with Si and whose doping amount is selected to be lower than that of the second melt. A - group compound semiconductor substrate is placed at the bottom of a melt storage device that stores the melt.
The first melt, the second melt on the same substrate,
The third melt is brought into contact with the n-type epitaxial layer in this order, and the n-type epitaxial layer is formed with the first melt, and the n-type epitaxial layer is
A p-type epitaxial layer having a predetermined group element concentration is formed using the third melt, and a p-type epitaxial layer having a lower Si concentration than the p-type epitaxial layer is formed using the third melt. A method for manufacturing a semiconductor device.
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