JPH01286372A - Semiconductor epitaxial wafer and light emitting diode - Google Patents
Semiconductor epitaxial wafer and light emitting diodeInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、エピタキシャル成長によって形成したｍ−ｖ
族化合物半導体ＧａＡｓ＋−ｘＰｘにおいて、間接遷移
型のバンドギャップを持ち、窒素をドーピングしたエピ
タキシャル層を有する発光ダイオードおよび発光ダイオ
ード用エピタキシャルウェハーに関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides an m-v formed by epitaxial growth.
The present invention relates to a light emitting diode having an epitaxial layer doped with nitrogen and having an indirect transition type bandgap in the group compound semiconductor GaAs+-xPx, and an epitaxial wafer for the light emitting diode.
従来、この種の発光ダイオードとしては、窒素をドーピ
ングしたＧａＰからなる緑色の発光素子が知られている
。ＧａＡ！＋−ｘ ＰＸから成る窒素をドーピングした
ものは、黄色から赤色の発光素子になることが知られて
いる。しかし、ＧａＡｓ１−Ｘ ＰＸ中の窒素は複雑に
含まれるため、発光に関与するアイソエレクトリックト
ラップとなる窒素はその一部であると考えられる。発光
は窒素トラップによって非常に輝度、波長などに影響を
及ぼすにもかかわらず、従来、結晶中の有効な窒素濃度
は経験的に成長条件によって決定され、相対的に類推し
ていた。そのため、成長条件のふれのため高輝度が得ら
れなかったり、また有効な窒素濃度のふれを抑えていな
いため、輝度不良などの低歩留まりを生じさせていた。Conventionally, as this type of light emitting diode, a green light emitting element made of nitrogen-doped GaP is known. GaA! It is known that a nitrogen-doped material consisting of +-x PX becomes a yellow to red light emitting device. However, since nitrogen in GaAs1-X PX is contained in a complex manner, it is thought that nitrogen that becomes an isoelectric trap involved in light emission is a part of it. Conventionally, the effective nitrogen concentration in a crystal has been determined empirically by the growth conditions and has been relatively analogous, although the luminance, wavelength, etc. of luminescence are greatly influenced by nitrogen traps. As a result, high brightness cannot be obtained due to fluctuations in growth conditions, and fluctuations in nitrogen concentration are not effectively suppressed, resulting in low yields such as poor brightness.
このアイソエレクトリックな不純物である窒素はＧａＰ
や、ＧａＡｓ＋−ｘ ｐＨ（０，４５＜Ｘ＜１．０）に
ドーピングすると非常に有効な発光センターとなり、外
部量子効率を著しく向上させるが、アイソエレクトリッ
クであるため通常のドナーやアクセプタなどのような電
気的特性を示すものとしては振る舞わないため、電気的
には測定できず、ＧａＰでは光吸収測定や放射線化学的
な方法で定量化測定を行っていた。しかし、光吸収測定
はＧａＡｓ、−ｘＰＸではすべてのＸに対して測定でき
なかったり、サンプル作りが非常に難しいなどの問題が
あり、また、放射線化学的測定は高価であり、発光セン
ターとなる窒素以外の全ての窒素を測定してしまうとい
う問題があった。窒素原子に関係するエキシトンはフォ
トルミネッセンススペクトルで観測できるが、定量性に
欠けるものであり、Ｇ ａ Ａ Ｓ ＋−ｘ Ｐｘの発
光ダイオード特性への関連は不明な点が多い。This isoelectric impurity nitrogen is GaP
When doped at GaAs + -x pH (0.45< Because GaP does not behave as something that exhibits specific electrical properties, it cannot be measured electrically, and quantitative measurements have been performed using light absorption measurements or radiochemical methods for GaP. However, there are problems with light absorption measurement, such as not being able to measure all the There was a problem in that all nitrogen other than nitrogen was measured. Although excitons related to nitrogen atoms can be observed in photoluminescence spectra, they lack quantitative properties, and the relationship of Ga AS +-x Px to light-emitting diode characteristics remains unclear.
また、一般にＧａＡｓＰ結晶はＧａＡｓ、、ＧａＰ基板
上にグレード層すなわち混晶比を徐々に変化させる層を
介して成長させるが、結晶性はホモエピタキシャル成長
のものより著しく悪くしていると考えられる。代表的な
ものとしてはクロスハツチと呼ばれる格子欠陥をエピタ
キシャル層全体に生じている。たとえホモエピタキシャ
ル成長ができたとしても、エピタキシャル層／基板界面
に生じる転位、基板からの伝播転位などがあり、またエ
ピタキシャル層中への不純物の混入も原料ガス、反応容
器などから生じている。In addition, GaAsP crystals are generally grown on a GaAs or GaP substrate through a grade layer, that is, a layer that gradually changes the mixed crystal ratio, but the crystallinity is considered to be significantly worse than that grown by homoepitaxial growth. A typical example is lattice defects called crosshatches that occur throughout the epitaxial layer. Even if homoepitaxial growth is possible, dislocations occur at the epitaxial layer/substrate interface, dislocations propagate from the substrate, and impurities enter the epitaxial layer from source gases, reaction vessels, etc.
このようにエピタキシャル層には非常に多くの結晶欠陥
や不純物の混入が生じていることは周知のことである。It is well known that an extremely large number of crystal defects and impurities are mixed into the epitaxial layer.
結晶欠陥や不純物は大きく電気的特性を変化させること
はもちろんであり、かつ何らかの非発光センターを生じ
させ、小数キャリアのライフタイムを短くさせるものと
考えられる。Crystal defects and impurities not only significantly change the electrical characteristics, but also cause some kind of non-luminescent center to be generated, which is thought to shorten the lifetime of minority carriers.
その中でＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒ誌（第３８巻、１４７頁、１９８１年）に記載されて
いるＨ、Ａｉｂｒｅｃｈ Ｌの論文の内容によればＧａ
Ａｓ＋−ｘＰｘ中の窒素原子の中で有効窒素濃度と呼ば
れる量を発光ダイオードを使ったフォトカレント測定で
測定できることが明かとなった。Among them, Applied Physics Lette
Ga
It has become clear that the amount called effective nitrogen concentration among nitrogen atoms in As+-xPx can be measured by photocurrent measurement using a light-emitting diode.
Ｈ，Ａｉｂｒｅｃｈｔによれば有効窒素濃度は発光ダイ
オードの発光出力に密接であることが示されている。H. Aibrecht has shown that the effective nitrogen concentration is closely related to the light output of a light emitting diode.
フォトカレントスペクトルとは、一定量のフォトンの単
色光の波長（またはエネルギー）と電流との関係を示す
もので、例えばＮ型のエピタキシャル層にＺｎ拡散して
ＰＮ接合を形成することにより作成した発光ダイオード
の表面に垂直に単色光を照射し、それによって生じる発
光ダイオードに流れる電流を測定することにより得られ
る。第６図にＨ、Ａ １ｂｒｅｃｈ ｔの示したフォト
カレントスペクトルを示す、第６図から分かるように、
バンド間遷移ピークＰｂｂとその低エネルギー側に窒素
トラップ遷移ビークＰＮｔとが見られる。このピーク比
ＰＭｕ／Ｐｂｂと組成Ｘと有効窒素濃度の関係をＨ，Ａ
ｉｂｒｅｃｈｔらは第７図のように示した。第７図は組
成ＸをパラメータとしたときのＰ Ｈ＊／ Ｐ ｂｂと
有効窒素濃度との関係を示し、従来ＧａＡｓ１−ウＰＸ
に対して簡単に求めることができなかった窒素濃度を有
効窒素濃度として簡単に測定できるようになった。なお
、組成比と発光ピークエネルギーとの関係は第８図に示
すようになることが知られている。The photocurrent spectrum indicates the relationship between the wavelength (or energy) of monochromatic light of a certain amount of photons and the electric current. It is obtained by irradiating monochromatic light perpendicularly to the surface of the diode and measuring the resulting current flowing through the light emitting diode. Figure 6 shows the photocurrent spectrum shown by H and A 1brech t.As can be seen from Figure 6,
An interband transition peak Pbb and a nitrogen trap transition peak PNt are seen on the lower energy side thereof. The relationship between this peak ratio PMu/Pbb, composition X, and effective nitrogen concentration is expressed as H and A.
Ibrecht et al. showed this as shown in FIG. Figure 7 shows the relationship between P H*/P bb and effective nitrogen concentration when composition X is used as a parameter.
Nitrogen concentration, which could not be determined easily, can now be easily measured as effective nitrogen concentration. It is known that the relationship between the composition ratio and the emission peak energy is as shown in FIG.
ところで、小数キャリアのライフタイムが短く、有効窒
素濃度が少なすぎれば、外部量子効率を向上させる発光
センターである窒素トラップが少なくなり、発光ダイオ
ード出力が得られなくなることは明かであるが、Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒで述べられて
いることは、高発光出力を得るためには不明な点が多く
、また、発光層となるエピタキシャル層のキャリア濃度
が発光出力に密接であることもよく知られている。そし
て発光現象は、例えばＧａＡｓｌ−ｘＰｘエピタキシャ
ルウェハーならＺｎを拡散し、ＰＮ接合を形成し、外部
電圧を印加することにより、ＰＮ接合部分で電子と正孔
を注入し再結合することによって生じる。キャリア濃度
が高すぎれば光吸収や格子欠陥を生じ発光を減少させ、
低すぎれば電子と正孔の再結合が少なくなり発光出力を
低下させる。このように、アイソエレクトリックトラッ
プである窒素濃度とキャリア濃度は光出力と相互に関係
をもっていること、そして小数キャリアのライフタイム
とも関係をもつことは明かであるが、この関係はまだ明
らかになっていなかった。By the way, it is clear that if the lifetime of minority carriers is short and the effective nitrogen concentration is too low, there will be fewer nitrogen traps, which are luminescence centers that improve external quantum efficiency, and the light emitting diode output will not be obtained.
What is stated in the Lied Physics Letter is that there are many unknown points in order to obtain high light emitting output, and it is also well known that the carrier concentration of the epitaxial layer that becomes the light emitting layer is closely related to the light emitting output. . The light emission phenomenon occurs, for example, in the case of a GaAsl-xPx epitaxial wafer, by diffusing Zn, forming a PN junction, and applying an external voltage to inject and recombine electrons and holes at the PN junction. If the carrier concentration is too high, it will cause light absorption and lattice defects, reducing light emission.
If it is too low, recombination of electrons and holes will decrease, resulting in a decrease in light emission output. In this way, it is clear that the isoelectric trap nitrogen concentration and carrier concentration have a mutual relationship with the optical output and also have a relationship with the lifetime of minority carriers, but this relationship has not yet been clarified. There wasn't.
本発明は上記問題点を解決するためのもので、窒素をド
ーピングしたＧａＡ３１−ｘＰｘエピタキシャルウェハ
ーにおいて、有効窒素濃度とキャリア濃度とを所定範囲
とすることにより高発光出力化を図り、高出力の発光ダ
イオードを提供することを目的とする。The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and aims to increase the light emission output by setting the effective nitrogen concentration and carrier concentration within a predetermined range in a GaA31-xPx epitaxial wafer doped with nitrogen. The purpose is to provide diodes.
そのために本発明は、半導体結晶基板上にＧａＡｓｌ−
にＰＸをエピタキシャル成長させたエピタキシャルウェ
ハーにおいて、組成Ｘが０．４５＜ｘ＜ｌ、Ｑである間
接遷移型バンド構造を有する窒素をドーピングしたＮ型
エピタキシャル層を有し、該エピタキシャル層に形成し
たＰ−Ｎ接合によるフォトカレントスペクトルのバンド
間遷移ピーク強度Ｐ。と窒素トラップ遷移ピーク強度Ｐ
。To this end, the present invention provides GaAsl-
In an epitaxial wafer in which PX is epitaxially grown in Interband transition peak intensity P of photocurrent spectrum due to -N junction. and nitrogen trap transition peak intensity P
.
の強度比Ｐ Ｎｔ／ Ｐ ｂｂが、発光ピークエネルギ
ーＥｐに対して、
上限： ＰＮｔ／Ｐｂｂ−１，６００Ｅｐ−２，６２５
下限： ＰＮｔ／Ｐｂｂ＝０． ７００Ｅｐ １．
１３０の範囲であり、かつエピタキシャル層のキャリア
濃度が（１〜５０）×１０ＩＳｃｌｌ弓の範囲であるこ
とを特徴とする。The intensity ratio P Nt/P bb is, with respect to the emission peak energy Ep, upper limit: PNt/Pbb-1,600Ep-2,625
Lower limit: PNt/Pbb=0. 700Ep 1.
130, and the carrier concentration of the epitaxial layer is in the range of (1 to 50)×10 IScll arch.
本発明は、ＧａＡｓｌ−ｘ Ｐｘ中に含まれる窒素濃度
の測定をフォトカレント測定によって有効窒素濃度を測
定し、実際には種々の形で結晶中に取り込まれるものの
中で、発光出力に影響するものと考えられる前記有効窒
素濃度を最適なものとし、かつキャリア濃度を最適化す
ることによって高出力の発光ダイオードを得ることがで
きる。The present invention measures the effective nitrogen concentration by photocurrent measurement to measure the nitrogen concentration contained in GaAsl-x Px. Among the nitrogen that is actually incorporated into the crystal in various forms, it is possible to measure the effective nitrogen concentration by photocurrent measurement. A high-output light emitting diode can be obtained by optimizing the effective nitrogen concentration, which is considered to be the same, and optimizing the carrier concentration.
第１図は本発明の半導体エピタキシャルウェハー及び発
光ダイオードを得るためのエピタキシャル成長装置の概
略図で、１はリアクタ、２はＧａＰ基板、３はサセプタ
、４はヒータである。FIG. 1 is a schematic diagram of an epitaxial growth apparatus for obtaining a semiconductor epitaxial wafer and a light emitting diode of the present invention, in which 1 is a reactor, 2 is a GaP substrate, 3 is a susceptor, and 4 is a heater.
図において、エピタキシャル成長はハロゲン輸送法によ
っており、窒素のドーピングガスはアンモニア（ＮＨｆ
ｆ ）ガスを、ドーパントガスはＮ型の水素化イオウ（
Ｈｆｆｉ Ｓ）を用い、ヒーター４でリアクタ内を所定
の温度に維持しながらサセプタ３に載置したＧａＰ基板
２上にＧａＡｓｔ−ｘＰｘを組成Ｘを０から徐々に大き
くして成長させてグレード層を形成し、その後一定の組
成Ｘであり、間接バンド型のバンド構造を持ち、後に発
光層となるＮ型で窒素をドーピングしたＧａＡｓ、−１
ｌＰ８を成長させた。そして一定の組成Ｘとなる層のＸ
を０．４５＜ｘ＜１．０の間で変化させた多くのエピタ
キシャルウェハーを作成した。それにより、赤色から黄
緑色の発光をする発光ダイオードを得た。そして、フォ
トカレント測定を行うに際して測定誤差を生じないよう
に注意し、第２図に示すような発光ダイオードを作成し
た。In the figure, epitaxial growth is performed by the halogen transport method, and the nitrogen doping gas is ammonia (NHf).
f) gas, and the dopant gas is N-type sulfur hydride (
A grade layer is formed by growing GaAst-xPx on the GaP substrate 2 placed on the susceptor 3 by gradually increasing the composition N-type nitrogen-doped GaAs, -1, is formed and then has a constant composition X, has an indirect band type band structure, and later becomes a light emitting layer.
lP8 was grown. Then, X of the layer with a constant composition X
A number of epitaxial wafers were fabricated in which the x was varied between 0.45<x<1.0. As a result, a light-emitting diode that emits light from red to yellow-green was obtained. A light emitting diode as shown in FIG. 2 was fabricated by taking care not to cause measurement errors when performing photocurrent measurements.
第２図は本発明による発光ダイオードの構造を示す図で
、１１は表面電極、１２はＰ層、１３はＮ層、１４はグ
レード層、１５はＧａＰ基板、１６は電極である。FIG. 2 is a diagram showing the structure of a light emitting diode according to the present invention, in which 11 is a surface electrode, 12 is a P layer, 13 is an N layer, 14 is a grade layer, 15 is a GaP substrate, and 16 is an electrode.
エピタキシャル成長後封管法によってＺｎを拡散し、Ｐ
層が約４〜５μｍの厚さであるＰＮ接合を形成した０石
英アンプルにエピタキシャルウェハーとドーパント源を
封入してＺｎを拡散し、裏面（ＧａＰ基板側）のＰ層は
、ランピングによって除去した。After epitaxial growth, Zn is diffused by the sealed tube method, and P
An epitaxial wafer and a dopant source were enclosed in a zero quartz ampoule in which a PN junction was formed with a layer thickness of about 4-5 μm, Zn was diffused, and the P layer on the back side (GaP substrate side) was removed by ramping.
Ｐ層のキャリア濃度は（１〜５） ｘ １０”ｃｍ−’
であった。この測定は英国のポーラロン社のセミコンダ
クタプロファイルプロッタまたはホール電圧測定によっ
た。Ｐ層表面にあるＺｎ拡散によって生じた結晶の乱れ
ている層を、約０．１〜０゜３μｍ程度ウェットエツチ
ングによって除去した。The carrier concentration of the P layer is (1 to 5) x 10"cm-'
Met. This measurement was performed using a semiconductor profile plotter manufactured by Polaron Ltd. in the UK or by Hall voltage measurement. A layer with disordered crystals caused by Zn diffusion on the surface of the P layer was removed by wet etching to a depth of about 0.1 to 0.3 μm.
電極を蒸着し高温で合金化することでオーミック電極を
形成した。この場合、Ｐ層側の電極１１はフォトカレン
ト測定の特売を照射するためできるだけ面積を小さくし
たが、発光ダイオードのＰ層（光照射面）に対し１０％
以下とすることが好ましい。素子分離はスクライビング
で臂関し、５００μｍＸ５００μｍに分離して発光ダイ
オードを作成した。メサエッチングによる素子分離また
は素子分離後のエツチングは、ＬＥＤ形状が変化するた
め測定の原理上誤差をまねくので行っていない。また、
Ｐ層表面に故意に凹凸を形成しても、Ｐ層上にＳｉＯ□
などの膜を形成しても誤差を招くことになる。Ohmic electrodes were formed by vapor depositing the electrodes and alloying them at high temperatures. In this case, the area of the electrode 11 on the P layer side was made as small as possible to irradiate the photocurrent measurement, but the area was 10% smaller than the P layer (light irradiation surface) of the light emitting diode.
The following is preferable. Element separation was performed by scribing, and light emitting diodes were created by separating the elements into 500 μm x 500 μm pieces. Element isolation by mesa etching or etching after element isolation is not performed because it changes the shape of the LED and leads to errors in measurement principles. Also,
Even if irregularities are intentionally formed on the P layer surface, SiO□
Even if a film such as the above is formed, errors will occur.
このように形成したＰＮ接合をもつ発光ダイオードを用
い、このチップのＰ層表面に垂直に単色光を入射させる
ことによってフォトカレント測定を行った。Using the light emitting diode having the PN junction formed in this way, photocurrent measurement was performed by making monochromatic light incident perpendicularly to the surface of the P layer of this chip.
Ｎ層のキャリア濃度の測定はショットキー電極を蒸着し
てＣＶ測定法により測定するか、または前記のセミコン
ダクタプロファイルプロッタによった・
フォトカレントスペクトルの測定は、室温において光源
からの光を分光器を通して単色化し、ＴＯ−１８へンダ
ーにマウントし、金線でボンディングした発光ダイオー
ドのＰ層の表面に垂直入射させた。発光ダイオードに生
じた電流すなわちフォトカレントと入射光強度を同時に
測定しながら計算機により信号処理を行い、単色光の各
波長に対し一定の光強度に対するフォトカレントになる
ようにフォトカレントスペクトルを較正した。The carrier concentration in the N layer can be measured by CV measurement by depositing a Schottky electrode, or by using the semiconductor profile plotter described above.To measure the photocurrent spectrum, light from a light source is passed through a spectrometer at room temperature. The light was made monochromatic, mounted on a TO-18 hender, and made normal incident on the surface of the P layer of a light emitting diode bonded with a gold wire. While simultaneously measuring the current generated in the light emitting diode, that is, the photocurrent, and the intensity of the incident light, signal processing was performed using a computer, and the photocurrent spectrum was calibrated so that the photocurrent for each wavelength of monochromatic light was constant for a constant light intensity.
発光層の組成Ｘは発光ピークエネルギーを求めることに
より第８図に示した関係によりＸ線マイクロアナライザ
装置によって測定した。そして、Ｈ，Ａｉｂｒｅｃｈｔ
の示した第７図を用いて、数学的処理を計算機で行わせ
ることで、強度比Ｐ＋Ｌ／Ｐいと組成Ｘから有効窒素濃
度Ｎｔを正確に算出することができる。逆にいえば発光
ピーク波長（エネルギー）が決まれば強度比Ｐ ＭＬ／
Ｐ ｂｂ を求めることは有効窒素を決定すること
にほかならない。１つの例としてＰＮ接合をもつＬＥＤ
の発光スペクトルのピーク波長が５８５０Ａ’である黄
色発光用のＧａＡ３＋−ｘＰｘエピタキシャルウェハー
について、ＧａＡｓ＋−にＰ、エピタキシャル層のＰＮ
接合の一定の組成のＮ層のキャリア濃度が（１〜５０）
Ｘ １０１５ｃｍ弓であるものにＰＮ接合を形成して
作成したＬＥＤの発光輝度と有効窒素濃度の関係を第３
図に示す。Ｐ ｓｃｌ Ｐ ｂｂ 比が０．３５４〜
０．７６６のとき（有効窒素濃度として約（１，７〜４
． ６） ×ｌＱＩ？ｃｌ！ｌ−ｆｆに相当）４０００
ｆｔＬ以上の最も高輝度のＬＥＤが安定に得られた。Ｐ
Ｎｔ／Ｐい 比が０．３５４以下になると発光センター
となるアイソエレクトリックトラップの窒素が少なくな
りすぎるため輝度の低下が見られる。また、Ｐ Ｎｔｌ
Ｐ ｂｂ 比が０．７以上になると窒素濃度が高く
なりすぎるため、結晶性が悪くなり、非発光センターを
生じ、小数キャリアのライフタイムが短くなるため発光
輝度が急激に低下する。The composition X of the light-emitting layer was determined by determining the emission peak energy using an X-ray microanalyzer according to the relationship shown in FIG. and H, Aibrecht.
The effective nitrogen concentration Nt can be accurately calculated from the intensity ratio P+L/P and the composition X by performing mathematical processing on a computer using FIG. 7 shown in FIG. Conversely, once the emission peak wavelength (energy) is determined, the intensity ratio PML/
Determining P bb is nothing but determining available nitrogen. One example is an LED with a PN junction.
Regarding a GaA3+-xPx epitaxial wafer for yellow light emission whose peak wavelength of the emission spectrum is 5850 A', P in GaAs+- and PN in the epitaxial layer.
The carrier concentration of the N layer with a constant composition of the junction is (1 to 50)
The relationship between the luminance of the LED and the effective nitrogen concentration of an LED made by forming a PN junction on a 1015 cm bow
As shown in the figure. P scl P bb ratio is 0.354 ~
When 0.766 (approximately (1,7 to 4) as effective nitrogen concentration)
．． 6) ×lQI? cl! (equivalent to l-ff) 4000
The highest luminance LED of ftL or higher was stably obtained. P
When the Nt/P ratio is less than 0.354, there is too little nitrogen in the isoelectric trap, which serves as a luminescence center, resulting in a decrease in brightness. Also, P Ntl
When the P bb ratio is 0.7 or more, the nitrogen concentration becomes too high, resulting in poor crystallinity, the formation of non-luminous centers, and the shortening of the lifetime of minority carriers, resulting in a sharp drop in luminance.
次に、キャリア濃度と発光輝度との関係を第４図に示す
。有効窒素濃度を示すＰやｔｌＰｂｂ 比が０．４〜
０．７であってキャリア濃度が（１〜５０）ＸＩＯ”ロ
ー３の範囲にあるとき４０００ｆｔＬ以上の高輝度が得
られた。Next, FIG. 4 shows the relationship between carrier concentration and luminance. P and tlPbb ratio indicating effective nitrogen concentration is 0.4~
0.7 and the carrier concentration was in the range of (1 to 50)
キャリア濃度が低すぎれば、発光のために必要なキャリ
アが少なくなりすぎるため発光輝度の低下を生じる。ま
た高すぎれば結晶性の悪化により非発光センターが増加
し、小数キャリアのライフタイムを短くするため発光輝
度の低下を生じると考えられる。If the carrier concentration is too low, too few carriers are required for light emission, resulting in a decrease in luminance. If it is too high, the number of non-luminescent centers increases due to deterioration of crystallinity, which shortens the lifetime of minority carriers, resulting in a decrease in luminance.
窒素ドープしたＧａＡ！ｚ−ｘＰｘエピタキシャル層の
組成Ｘが０．４５＜ｘ＜１．０の範囲にあるいろいろな
組成をもつ前記エピタキシャルウェハーを成長させ同様
にＰＮ接合を有するＬＥＤチップを作成し、赤色から黄
緑色の発光の発光ダイオードを得た。黄色発光の発光ダ
イオードと同様に検討した結果、第５図に示すＰ Ｎｔ
ｌ Ｐ ｂｂ 比の範囲内に各発光色用のエピタキシ
ャルウェハーを制御することで、最も高輝度が得ること
ができた。Nitrogen-doped GaA! The epitaxial wafers having various compositions in which the composition X of the z-xPx epitaxial layer is in the range of 0.45<x<1.0 were grown, and LED chips having PN junctions were similarly produced. A light emitting diode was obtained. As a result of the same study as the yellow light emitting diode, the P Nt shown in Fig. 5 was obtained.
The highest luminance could be obtained by controlling the epitaxial wafers for each emission color within the l P bb ratio range.
窒素をドーピングしたＧａＡｓｌ−ｘ Ｐｘの間接バン
ドを有するＸの範囲０．４５＜ｘ＜１．０のすべての組
成をもつＬＥＤを作成し、黄緑から赤色の発光ダイオー
ドを得た。黄色のＬＥＤと同様な検討をした結果、最も
高輝度が得られるＰ。ＺＰｂｂ比範囲は発光ピーク波長
に対して連続的に存在する事実が判明した。その範囲は
０．４５＜ｘく１．０の領域で、
上限： Ｐ Ｎｔ／ Ｐ口＝１．６００２．−２．６２
５下限： ＰＮｔ／Ｐｂｂ＝０．７００Ｅｐ １．１
３の上限と下限の間の領域であった。但し、Ｅｐはダイ
オードの発光ピークエネルギー（ｅ Ｖ）である。キャ
リア濃度は０．４５＜ｘ＜１．０の範囲で５ ｘ ｌ
Ｑ ”ｃａ＋−”以下とすることで同様な結果を得るこ
とができた。最も高輝度を安定に得るためには、実用上
は前記の範囲でもよいが、上限：Ｐｓｃ／Ｐｂｂ＝１．
６４Ｅｐ ２．７５０下＠： Ｐ、ｌｔ／Ｐｂｂ＝０
．９９Ｅｐ １．６７５とすることが好ましい。LEDs with all compositions in the range of 0.45<x<1.0 for X with indirect bands of nitrogen-doped GaAsl-xPx were fabricated to obtain yellow-green to red light-emitting diodes. As a result of the same study as for yellow LEDs, P provides the highest brightness. It has been found that the ZPbb ratio range exists continuously with respect to the emission peak wavelength. The range is 0.45<x1.0, upper limit: P Nt/P mouth=1.6002. -2.62
5 lower limit: PNt/Pbb=0.700Ep 1.1
The range was between the upper and lower limits of 3. However, Ep is the emission peak energy (eV) of the diode. The carrier concentration is 5 x l in the range 0.45<x<1.0
Similar results could be obtained by setting Q to "ca+-" or less. In order to stably obtain the highest luminance, the above range may be used in practice, but the upper limit: Psc/Pbb=1.
64Ep 2.750 lower @: P, lt/Pbb=0
．． 99Ep 1.675 is preferable.
以上のように、今まではキャリア濃度のみでエピタキシ
ャル成長条件を決定していたため、結晶中の有効窒素濃
度を見ていないため、工程のふれによる著しく低輝度な
ＬＥＤＬか得られないことがしばしばあったが、本発明
により有効窒素濃度をキャリア濃度とともにＰ ＭＬ／
Ｐ ｂｂ比という量で決定することで工程の安定化が
実現でき、工程歩留まりも大幅に向上した。As mentioned above, until now, epitaxial growth conditions were determined only by carrier concentration, and the effective nitrogen concentration in the crystal was not considered, so it was often impossible to obtain LEDLs with extremely low brightness due to fluctuations in the process. However, according to the present invention, the effective nitrogen concentration can be changed along with the carrier concentration by P ML/
By determining the amount based on the P bb ratio, it was possible to stabilize the process and significantly improve the process yield.
本発明によれば、窒素をドーピングしたＧａＡｓｌ−ｘ
Ｐｘエピタキシャル層の窒素濃度を実際に結晶中に含ま
れている量ではなく、フォトカレント測定によって得ら
れる発光に有効な窒素の濃度によって制御することがで
きたが、有効窒素濃度のみの制御では高輝度の発光ダイ
オードを得るエピタキシャルウェハーを安定して得られ
ず、発光ダイオードの光出力はＮｉｌキャリア濃度にも
密接な関係があるため、キャリア濃度と有効窒素濃度を
制御することで安定に高輝度なＬＥＤを得るエピタキシ
ャルウェハーを成長させることができるようになった。According to the invention, nitrogen-doped GaAsl-x
The nitrogen concentration in the Px epitaxial layer could be controlled not by the amount actually contained in the crystal, but by the concentration of nitrogen effective for light emission obtained by photocurrent measurement, but controlling only the effective nitrogen concentration would result in high It is not possible to stably obtain epitaxial wafers to obtain high-brightness light-emitting diodes, and since the light output of light-emitting diodes is closely related to the Nil carrier concentration, it is possible to stably obtain high-brightness by controlling the carrier concentration and effective nitrogen concentration. It is now possible to grow epitaxial wafers from which LEDs are obtained.
このため工程の歩留まりの向上が図られ、より安価なエ
ピタキシャルウェハーを提供できるようになった。For this reason, it has become possible to improve the yield of the process and provide cheaper epitaxial wafers.
また、エピタキシャル層のＧａＡｓ、ＸＰ）、は他の例
えばＩｎやｓｂなどの■族、Ｖ族をドーピングした系で
あってもＧａＡｓｌ−ｘ Ｐｘの性質はほとんど変化せ
ず、同様な結果が得られることは言うまでもない。Furthermore, even if the epitaxial layer (GaAs, Needless to say.
第１図は本発明の半導体エピタキシャルウェハー及び発
光ダイオードを得るためのエピタキシャル成長装置の概
略図、第２図は本発明による発光ダイオードの構造を示
す図、第３図は発光輝度と有効窒素濃度の関係を示す図
、第４図はキャリア濃度と発光輝度との関係を示す図、
第５図は発光ピークエネルギーと有効窒素濃度との関係
を示す図、第６図はフォトンエネルギーとフォトカレン
トとの関係を示す図、第７図はＰ ＭＬ／ Ｐ ｂｂ比
と有効窒素濃度との関係を示す図、第８図は組成比と発
光ピークエネルギーとの関係を示す図である。
■・・・リアクタ、２・・・ＧａＰ基板、３・・・サセ
プタ、４・・・ヒータ、１１・・・表面電極、１２・・
・Ｐ層、１３・・・Ｎ層、１４・・・グレード層、１５
・・・ＧａＰ基板、１６・・・電極。
出 願 人 三菱モンサンド化成株式会社（外１名）
代理人弁理士 蛭 川 昌 信（外４名）第１図
第２図
第５図
屓邑光、光蓼月（（ｆ＋Ｌ）Fig. 1 is a schematic diagram of an epitaxial growth apparatus for obtaining a semiconductor epitaxial wafer and a light emitting diode of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing the structure of a light emitting diode according to the present invention, and Fig. 3 is a relationship between luminance of light emission and effective nitrogen concentration. Figure 4 is a diagram showing the relationship between carrier concentration and luminance.
Figure 5 is a diagram showing the relationship between emission peak energy and effective nitrogen concentration, Figure 6 is a diagram showing the relationship between photon energy and photocurrent, and Figure 7 is a diagram showing the relationship between PML/Pbb ratio and effective nitrogen concentration. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between composition ratio and emission peak energy. ■...Reactor, 2...GaP substrate, 3...Susceptor, 4...Heater, 11...Surface electrode, 12...
・P layer, 13...N layer, 14...Grade layer, 15
...GaP substrate, 16...electrode. Applicant: Mitsubishi Monsando Kasei Co., Ltd. (1 other person) Representative Patent Attorney: Masanobu Hirukawa (4 other people) Figure 1 Figure 2 Figure 5 Mitsubishi Mitsubishi, Koreigetsu ((f+L)
Claims (4)
バンド構造を有し、且つ窒素をドーピングしたＮ型エピ
タキシャル層を有するＧａＡｓ＿１＿−＿ｘＰ＿ｘエピ
タキシャルウェハーにおいて、該エピタキシャル層に形
成したＰ−Ｎ接合によるフォトカレントスペクトルのバ
ンド間遷移ピーク強度Ｐ＿ｂ＿ｂと窒素トラップ遷移ピ
ーク強度Ｐ＿Ｎ＿ｔの強度比Ｐ＿Ｎ＿ｔ／Ｐ＿ｂ＿ｂが
、発光ピークエネルギーＥ＿ｐに対して、上限：Ｐ＿Ｎ
＿ｔ／Ｐ＿ｂ＿ｂ＝１．６００Ｅ＿ｐ−２．６２５下限
：Ｐ＿Ｎ＿ｔ／Ｐ＿ｂ＿ｂ＝０．７００Ｅ＿ｐ−１．１
３０の範囲であり、かつエピタキシャル層のキャリア濃
度が（１〜５０）×１０＾１＾５ｃｍ＾−＾３の範囲で
あることを特徴とする半導体エピタキシャルウェハー。(1) In a GaAs_1_-_xP_x epitaxial wafer having an indirect transition type band structure with a composition x of 0.45<x<1.0 and an N-type epitaxial layer doped with nitrogen, The intensity ratio P_N_t/P_b_b of the interband transition peak intensity P_b_b of the photocurrent spectrum due to the P-N junction and the nitrogen trap transition peak intensity P_N_t is set to the upper limit: P_N with respect to the emission peak energy E_p.
_t/P_b_b=1.600E_p-2.625 Lower limit: P_N_t/P_b_b=0.700E_p-1.1
30, and the carrier concentration of the epitaxial layer is in the range of (1 to 50) x 10^1^5 cm^-^3.
晶基板である請求項１記載の半導体エピタキシャルウェ
ハー。(2) The semiconductor epitaxial wafer according to claim 1, wherein the semiconductor single crystal substrate is a III-V group compound semiconductor single crystal substrate.
ある請求項１記載の半導体エピタキシャルウェハー。(3) The semiconductor epitaxial wafer according to claim 1, wherein the semiconductor single crystal substrate is a group IV element semiconductor single crystal substrate.
エピタキシャルウェハーにより作成した発光ダイオード
。(4) A light emitting diode manufactured using the semiconductor epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11745188A JPH06101589B2 (en) | 1988-05-12 | 1988-05-12 | Semiconductor epitaxial wafer and light emitting diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11745188A JPH06101589B2 (en) | 1988-05-12 | 1988-05-12 | Semiconductor epitaxial wafer and light emitting diode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01286372A true JPH01286372A (en) | 1989-11-17 |
| JPH06101589B2 JPH06101589B2 (en) | 1994-12-12 |
Family
ID=14711980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11745188A Expired - Fee Related JPH06101589B2 (en) | 1988-05-12 | 1988-05-12 | Semiconductor epitaxial wafer and light emitting diode |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06101589B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751026A (en) * | 1992-07-28 | 1998-05-12 | Mitsubishi Kasei Corporation | Epitaxial wafer of gallium arsenide phosphide |
-
1988
- 1988-05-12 JP JP11745188A patent/JPH06101589B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751026A (en) * | 1992-07-28 | 1998-05-12 | Mitsubishi Kasei Corporation | Epitaxial wafer of gallium arsenide phosphide |
Also Published As
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| JPH06101589B2 (en) | 1994-12-12 |
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