JPH03133182A - 半導体基板及びその製造方法 - Google Patents
半導体基板及びその製造方法Info
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- JPH03133182A JPH03133182A JP1272028A JP27202889A JPH03133182A JP H03133182 A JPH03133182 A JP H03133182A JP 1272028 A JP1272028 A JP 1272028A JP 27202889 A JP27202889 A JP 27202889A JP H03133182 A JPH03133182 A JP H03133182A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野１
本発明は、化合物半導体を用いた発光素子及びその製造
方法に係り、特に高出力化を実現できる発光素子及びそ
の製造方法に関する。
方法に係り、特に高出力化を実現できる発光素子及びそ
の製造方法に関する。
〔従来の技術１
現在発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ランプ、デイスプレ
ィ、リモコン光源等に広く用いられているが、その応用
分野が拡大するに伴い、より高輝度、高出力のものが求
められている。
ィ、リモコン光源等に広く用いられているが、その応用
分野が拡大するに伴い、より高輝度、高出力のものが求
められている。
ＬＥＤについては、従来より様々な物質を用いたものが
作成されており、現在化合物半導体のＧａＰ、ＧａＡｓ
、 ＧａＡｌＡｓ等を用いた各種構造のものが市販され
ている。これらのＬＥＤは単結晶基板上に薄膜単結晶を
エピタキシャル成長させ、ＰＮ接合を形成することによ
り能動層を作成している。
作成されており、現在化合物半導体のＧａＰ、ＧａＡｓ
、 ＧａＡｌＡｓ等を用いた各種構造のものが市販され
ている。これらのＬＥＤは単結晶基板上に薄膜単結晶を
エピタキシャル成長させ、ＰＮ接合を形成することによ
り能動層を作成している。
発光効率に影響を与える要因として能動層中に存在する
転位等の各種結晶欠陥の存在があり、これらを低減化す
ることが、ＬＥＤの高効率化のキーポイントとなってい
る。
転位等の各種結晶欠陥の存在があり、これらを低減化す
ることが、ＬＥＤの高効率化のキーポイントとなってい
る。
しかし、上記工程で使用する単結晶基板は、通常ＬＥＣ
法やＨＢ法で作成されたものであり、エピタキシャル成
長に用いる湯度より高温高圧で結晶成長が行なわれるた
め結晶欠陥を多く含み、特にＬＥＣ法を用いた単結晶で
は転位密度が大きく、転位密度の低減化には限界がある
。液相エピタキシャル成長では、結晶が成長する際に基
板の転位の多くをエピタキシャル成長層に引き継ぐため
、エピタキシャル成長層内の能動層部分にも多（の転位
が存在してしまうという問題がある。これらの転位は、
非発光センターとして働くことにより輝度を低下させた
り、通電中に増殖して信頼性を低下させる等ＬＥＤ特性
に好ましくない影響を与える。
法やＨＢ法で作成されたものであり、エピタキシャル成
長に用いる湯度より高温高圧で結晶成長が行なわれるた
め結晶欠陥を多く含み、特にＬＥＣ法を用いた単結晶で
は転位密度が大きく、転位密度の低減化には限界がある
。液相エピタキシャル成長では、結晶が成長する際に基
板の転位の多くをエピタキシャル成長層に引き継ぐため
、エピタキシャル成長層内の能動層部分にも多（の転位
が存在してしまうという問題がある。これらの転位は、
非発光センターとして働くことにより輝度を低下させた
り、通電中に増殖して信頼性を低下させる等ＬＥＤ特性
に好ましくない影響を与える。
例えば間接遷移のバンド構造を持つＧａＰ緑色ＬＥＤに
おいては、発光効率が転位の存在の影響を受は易（、第
５図に示す様に転位密度と輝度とに明確な相関が見ら、
れるため、転位密度の低い基板を用いれば、輝度を向上
させることができる。しかし、現状ではＧａＰ基板はＬ
ＥＣ法で作られているので転位の低減化が困難であり、
通常用いられているものではＥＰＤが１０’ 〜２ ｘ
１０’個／ ｃ ｒｎ”であり十分な特性とは言えず
、基板の低転位化が大きな課題となっている。
おいては、発光効率が転位の存在の影響を受は易（、第
５図に示す様に転位密度と輝度とに明確な相関が見ら、
れるため、転位密度の低い基板を用いれば、輝度を向上
させることができる。しかし、現状ではＧａＰ基板はＬ
ＥＣ法で作られているので転位の低減化が困難であり、
通常用いられているものではＥＰＤが１０’ 〜２ ｘ
１０’個／ ｃ ｒｎ”であり十分な特性とは言えず
、基板の低転位化が大きな課題となっている。
またＩｎＧａＰ等の混晶を液相エピタキシャル成長させ
る際に、基板とエピタキシャル成長層の格子定数が厳密
に一致しない場合、基板とエピタキシャル成長層との界
面にミスフィツト転位が発生し、それがエピタキシャル
成長層中に伝播するため、特定の基板上に成長できる混
晶の組成に大きな制約があり、望む特性のものを作成で
きないという問題点がある。
る際に、基板とエピタキシャル成長層の格子定数が厳密
に一致しない場合、基板とエピタキシャル成長層との界
面にミスフィツト転位が発生し、それがエピタキシャル
成長層中に伝播するため、特定の基板上に成長できる混
晶の組成に大きな制約があり、望む特性のものを作成で
きないという問題点がある。
これらの課題を解決し、低転位密度の結晶基板を使用し
てＬＥＤ特性の改善を図るのが本発明の目的である。
てＬＥＤ特性の改善を図るのが本発明の目的である。
結晶の低転位化をはかる方法として、最近化合物半導体
の液相エピタキシャル成長において、いわゆる横方向成
長を用いることにより無転位結晶が作成できることが報
告された。（７，ＮｉｓｈＮ１５ｈｉｎａ、 ｏｌ、
Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉ
ｅｄ ＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ ２７． ＮＯ，６１９６
４〜９６７（１９８８） ） 、これは論文中に記述が
ある様に、単結晶基板表面に特定方向をもった絶縁物膜
を形成し、その窓部の単結晶基板上に選択的にエピタキ
シャル成長を行なう方法で、その際結晶成長速度の結晶
方位依存性を用いて単結晶を基板表面に平行な方向に成
長（以下横方向成長とよぶ）させることにより、基板か
らの転位の伝播が遮断されるという原理に基づいて無転
位結晶を作成するというものである。その原理を模式的
に結晶の断面図として示したのが第３図である。
の液相エピタキシャル成長において、いわゆる横方向成
長を用いることにより無転位結晶が作成できることが報
告された。（７，ＮｉｓｈＮ１５ｈｉｎａ、 ｏｌ、
Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉ
ｅｄ ＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ ２７． ＮＯ，６１９６
４〜９６７（１９８８） ） 、これは論文中に記述が
ある様に、単結晶基板表面に特定方向をもった絶縁物膜
を形成し、その窓部の単結晶基板上に選択的にエピタキ
シャル成長を行なう方法で、その際結晶成長速度の結晶
方位依存性を用いて単結晶を基板表面に平行な方向に成
長（以下横方向成長とよぶ）させることにより、基板か
らの転位の伝播が遮断されるという原理に基づいて無転
位結晶を作成するというものである。その原理を模式的
に結晶の断面図として示したのが第３図である。
第３図において化合物半導体基板１上に絶縁物膜２を被
覆し、その一部分を除去して窓部７を設ける。このよう
にした基板上にエピタキシャル成長を行なうと、基板に
平行な方向に成長し、この際、基板中の転位６の大部分
が絶縁Ｉｆ！ ２によって遮断され、横方向に成長した
結晶３ｂ中の転位を実質的に消滅させることができる。
覆し、その一部分を除去して窓部７を設ける。このよう
にした基板上にエピタキシャル成長を行なうと、基板に
平行な方向に成長し、この際、基板中の転位６の大部分
が絶縁Ｉｆ！ ２によって遮断され、横方向に成長した
結晶３ｂ中の転位を実質的に消滅させることができる。
転位は窓７上に成長した窓部成長層３ａにしか存在しな
いので、この方法によって得られる結晶成長層３の転位
密度は多くても２ Ｘ １０’個／ｃｒｒｒ以下となる
。
いので、この方法によって得られる結晶成長層３の転位
密度は多くても２ Ｘ １０’個／ｃｒｒｒ以下となる
。
この無転位である横方向成長部分にＬＥＤを作成するこ
とにより欠陥が少な（特性の良いＬＥＤが得られると考
えられる。しかし論文の方法では、得られた横方向成長
は幅１００μｍ程度の細長いものであり、この上に液相
エピタキシャル法でＬＥＤ用の結晶の成長を行なうこと
、及びその後のチップ化工程は著しく困難である。
とにより欠陥が少な（特性の良いＬＥＤが得られると考
えられる。しかし論文の方法では、得られた横方向成長
は幅１００μｍ程度の細長いものであり、この上に液相
エピタキシャル法でＬＥＤ用の結晶の成長を行なうこと
、及びその後のチップ化工程は著しく困難である。
〔課題を解決するための手段］
そこで我々はこの点を改善すべ（、横方向成長同志を接
続させることを試み、隣接する種部から成長した横方向
成長同志をつなぎめなく接続させることが可能であるこ
と、さらにその接続部分には転位の発生はなく結晶学的
に完全に接続することを発見した。
続させることを試み、隣接する種部から成長した横方向
成長同志をつなぎめなく接続させることが可能であるこ
と、さらにその接続部分には転位の発生はなく結晶学的
に完全に接続することを発見した。
そしてこの横方向成長を行なった基板を通常の単結晶基
板と同様に用いて通常のエピタキシャル成長方法でＰＮ
接合を形成し、ＬＥＤを形成することによりＬＥＤ特性
の大幅な改善を容易に行なうことができた。
板と同様に用いて通常のエピタキシャル成長方法でＰＮ
接合を形成し、ＬＥＤを形成することによりＬＥＤ特性
の大幅な改善を容易に行なうことができた。
先ず、本発明による半導体発光素子の製造方法について
説明する。第１図にその工程を模式的に示す。
説明する。第１図にその工程を模式的に示す。
先ず、化合物単結晶基板ｌの（１）１）面上に、スパッ
タ法等を用いて厚さ２００〜４００ ｎｍの５ｉＯａ等
膜２を作成する（工程（ｂ））。次にフォトリソ法を用
いて例えば＜２１）＞方向に幅ｄ＝２μｌ、間隔Ｄ＝ｌ
ＯＯμ国程度に窓部７をあける加工を行う（工程（ｃ）
）、加工後の基板を上から見ると第２図のとおりとなる
。
タ法等を用いて厚さ２００〜４００ ｎｍの５ｉＯａ等
膜２を作成する（工程（ｂ））。次にフォトリソ法を用
いて例えば＜２１）＞方向に幅ｄ＝２μｌ、間隔Ｄ＝ｌ
ＯＯμ国程度に窓部７をあける加工を行う（工程（ｃ）
）、加工後の基板を上から見ると第２図のとおりとなる
。
方向を＜２１）＞としたのは、この方向に窓を設けた場
合に最も横方向成長の伸びが大きくなるためであり、物
質や基板面方位が異なる場合は適宜方向を選択する。ま
た窓の幅ｄは狭いほど転位の伝播が少ないため、加工可
能な範囲でなるべく狭い方が望ましい。またＤ／ｄを大
きくすることで窓部に対する横方向成長部分の比を太き
（することにより、転位の低減効果をより太き（するこ
とができるが、Ｄをあまり太き（すると隣接横方向成長
同志が接続しなくなるため、エピタキシャル成長条件に
応じて１０〜５００μｍで適宜選択する必要がある。
合に最も横方向成長の伸びが大きくなるためであり、物
質や基板面方位が異なる場合は適宜方向を選択する。ま
た窓の幅ｄは狭いほど転位の伝播が少ないため、加工可
能な範囲でなるべく狭い方が望ましい。またＤ／ｄを大
きくすることで窓部に対する横方向成長部分の比を太き
（することにより、転位の低減効果をより太き（するこ
とができるが、Ｄをあまり太き（すると隣接横方向成長
同志が接続しなくなるため、エピタキシャル成長条件に
応じて１０〜５００μｍで適宜選択する必要がある。
次にこの窓部を持つ膜をつけた単結晶基板上に、例えば
液相エピタキシャル成長法によって横方向成長を行って
横方向成長結晶３を得る（工程（ｄ））。液相エピタキ
シャル成長は通常行われているいずれの方法でよい。
液相エピタキシャル成長法によって横方向成長を行って
横方向成長結晶３を得る（工程（ｄ））。液相エピタキ
シャル成長は通常行われているいずれの方法でよい。
この方法で作成した結晶３は、隣接する種部から伸びた
横方向成長結晶志がつなぎめなく接続する。
横方向成長結晶志がつなぎめなく接続する。
この基板上にさらに液相エピタキシャル法等を用いてＬ
ＥＤ用のＰＮ接合を形成するエピタキシャル成長を行い
（工程（ｅ））半導体エピタキシャルウェハを得る。横
方向成長部が接続した基板は、通常の単結晶基板と全（
同様に扱うことができるため、ＰＮ接合形成は従来から
一般的に行っている方法を用いればよい。
ＥＤ用のＰＮ接合を形成するエピタキシャル成長を行い
（工程（ｅ））半導体エピタキシャルウェハを得る。横
方向成長部が接続した基板は、通常の単結晶基板と全（
同様に扱うことができるため、ＰＮ接合形成は従来から
一般的に行っている方法を用いればよい。
この様にして作成したしＥＤエピタキシャルウェハは、
そのままチップ化を行ってもよ−いが、エツチングによ
り基板部及びＳｉＯ□股を除去した後に通常の方法で、
電極形成、素子分離を行い、ＬＥＤ素子を作成しても良
い（工程（ｆ））。
そのままチップ化を行ってもよ−いが、エツチングによ
り基板部及びＳｉＯ□股を除去した後に通常の方法で、
電極形成、素子分離を行い、ＬＥＤ素子を作成しても良
い（工程（ｆ））。
以上の工程で作成したＧａＰ純緑色ＬＥＤの発光効率は
、基板に直接ＬＥＤエピタキシャル成長を行ったものに
比べて例えば１．８倍にもなり明るさを大幅に向上させ
ることができる。
、基板に直接ＬＥＤエピタキシャル成長を行ったものに
比べて例えば１．８倍にもなり明るさを大幅に向上させ
ることができる。
上記の例では基板上に窓部を作成する絶縁膜として５ｉ
ｎ２を示したが、その上に横方向成長を行なおうとする
化合物半導体が成長しないものならば何でも良（、他に
５ｉｓＬやＡ１□０１等を用いることができ、またＷ、
Ｍｏ、 Ｔａ、 Ｎｂ等の高融点の金属を用いること
も可能である。また膜作成方法もスパッタ以外に、ＣＶ
Ｄ法、蒸着法などを用いても良い。
ｎ２を示したが、その上に横方向成長を行なおうとする
化合物半導体が成長しないものならば何でも良（、他に
５ｉｓＬやＡ１□０１等を用いることができ、またＷ、
Ｍｏ、 Ｔａ、 Ｎｂ等の高融点の金属を用いること
も可能である。また膜作成方法もスパッタ以外に、ＣＶ
Ｄ法、蒸着法などを用いても良い。
上記では横方向成長を１回行う例について説明したが、
横方向成長を２回（り返すことにより表面層が実質的に
無転位である半導体基板を得ることもできる。すなわち
、第６図に示すように、１回目の横方向成長によって得
られるエピタキシャル成長層３には、絶縁膜２の窓部γ
の部分に転位６が存在する場合がある。そこでこの窓部
７に有る転位６の上部にさらに絶縁膜２°を置き、無転
位部分に新たな窓部７°を設けて再度横方向成長をさせ
ると、得られるエピタキシャル成長層３゛は基板ｌから
の転位の伝播が完全に遮断され、実質的に無転位のエピ
タキシャル成長層が得られる。このような欠陥の無い結
晶表面にＰＮ接合を形成して得られた半導体ウェハは、
極めて優れた電気特性を有し、ＬＥＤとした場合は高い
発光効率が得られる。
横方向成長を２回（り返すことにより表面層が実質的に
無転位である半導体基板を得ることもできる。すなわち
、第６図に示すように、１回目の横方向成長によって得
られるエピタキシャル成長層３には、絶縁膜２の窓部γ
の部分に転位６が存在する場合がある。そこでこの窓部
７に有る転位６の上部にさらに絶縁膜２°を置き、無転
位部分に新たな窓部７°を設けて再度横方向成長をさせ
ると、得られるエピタキシャル成長層３゛は基板ｌから
の転位の伝播が完全に遮断され、実質的に無転位のエピ
タキシャル成長層が得られる。このような欠陥の無い結
晶表面にＰＮ接合を形成して得られた半導体ウェハは、
極めて優れた電気特性を有し、ＬＥＤとした場合は高い
発光効率が得られる。
本方法が適用できる化合物半導体はＧａＰ、ＩｎＰ、
ＩｎＧａＰ等があり、従来無転位の単結晶が得られな
いとされていた化合物半導体に対して特に効果を発揮す
る。
ＩｎＧａＰ等があり、従来無転位の単結晶が得られな
いとされていた化合物半導体に対して特に効果を発揮す
る。
本発明は低転位基板を用いることによりＬＥＤ特性の向
上を図るという原理に基づき、低転位基板として横方向
成長層を有する基板を用いることを要旨とし、現実にＬ
ＥＤの作成を可能とするために無転位の隣接横方向成長
部分を接合させたエピタキシャル基板を作成し、ＬＥＤ
用基扱基板て利用するということを特徴としている。
上を図るという原理に基づき、低転位基板として横方向
成長層を有する基板を用いることを要旨とし、現実にＬ
ＥＤの作成を可能とするために無転位の隣接横方向成長
部分を接合させたエピタキシャル基板を作成し、ＬＥＤ
用基扱基板て利用するということを特徴としている。
ｒ実施例］
本発明の発光素子の製造方法による実施例を、ＧａＰ純
緑色発光ダイオードの例を用いて説明する。
緑色発光ダイオードの例を用いて説明する。
先ず、ＧａＰ単結晶基板１の（１）１）面上に、スパッ
タ法を用いて厚さ ４００ｎｍのＳｉＯ□膜２を作成す
る（工程（ｂ））。フォトリソ法を用いて＜２１）＞方
向に幅ｄ＝２ｇｍ、間隔Ｄ ＝ｌ［］ＯＬ１．ｍに窓部
７をあける加工を行った（工程（Ｃ））。
タ法を用いて厚さ ４００ｎｍのＳｉＯ□膜２を作成す
る（工程（ｂ））。フォトリソ法を用いて＜２１）＞方
向に幅ｄ＝２ｇｍ、間隔Ｄ ＝ｌ［］ＯＬ１．ｍに窓部
７をあける加工を行った（工程（Ｃ））。
方向を＜２１）＞としたのはＧａＰ（ｌｉｔ）８面を用
いた場合は、この方向に窓を設けた場合に最も横方向成
長の伸びが大きくなるためである。
いた場合は、この方向に窓を設けた場合に最も横方向成
長の伸びが大きくなるためである。
次にこの窓部７を持つＳｉＯ□膜２をつけた単結晶基板
上に、液相エピタキシャル成長法によって横方向成長を
行って横方向成長結晶３を得た（工程（ｄ））。液相エ
ピタキシャル成長は通常行われているいずれの方法でも
よいが、ここでは徐冷法を用いた例を示した。成長治具
には黒鉛性スライドボートを用い、治具中に金属ガリウ
ム３０ｇ、ＧａＰ多結晶２ｇ、Ｎ型のドーパントとして
Ｓｉを０．１Ｂを入れ、上記ＳｉＯ□膜付きのＧａＰ単
結晶基板を配置した。この黒鉛性スライドボートを成長
炉の均熱部に設置し、真空置換復水素気流中で１０２０
℃まで昇温した。１０２０℃で１２０分保持し、ガリウ
ム中にＧａＰ多結晶を飽和させた後、０．５℃／分の冷
却速度で冷却を開始し、２℃冷却してガリウム溶液を過
飽和にした状態でＧａＰ基板に接触させエピタキシャル
成長を開始し、１時間経過後に再び基板とガリウム溶液
を分離してエピタキシャル成長を終了させた。温度プロ
ファイルを示せば第４図のとおりである。
上に、液相エピタキシャル成長法によって横方向成長を
行って横方向成長結晶３を得た（工程（ｄ））。液相エ
ピタキシャル成長は通常行われているいずれの方法でも
よいが、ここでは徐冷法を用いた例を示した。成長治具
には黒鉛性スライドボートを用い、治具中に金属ガリウ
ム３０ｇ、ＧａＰ多結晶２ｇ、Ｎ型のドーパントとして
Ｓｉを０．１Ｂを入れ、上記ＳｉＯ□膜付きのＧａＰ単
結晶基板を配置した。この黒鉛性スライドボートを成長
炉の均熱部に設置し、真空置換復水素気流中で１０２０
℃まで昇温した。１０２０℃で１２０分保持し、ガリウ
ム中にＧａＰ多結晶を飽和させた後、０．５℃／分の冷
却速度で冷却を開始し、２℃冷却してガリウム溶液を過
飽和にした状態でＧａＰ基板に接触させエピタキシャル
成長を開始し、１時間経過後に再び基板とガリウム溶液
を分離してエピタキシャル成長を終了させた。温度プロ
ファイルを示せば第４図のとおりである。
この方法で作成したＧａＰは、隣接する種部から伸びた
横方向成長結晶志がつなぎめなく接続していた。この結
晶表面なＲＣエツチング液（ＡｇＮＯａ（Ｉｇ） ：
ＨＮＯ３（ＣＣＩ ： ＨＦ（ｃｃｌ ： １）゜０
（ｃｃｌ＝ ４： ３ ： ２ ： ４）でエツチング
を行ない、転位の観察を行ったところ、窓部分７の直上
部３ａには基板から伝播した転位６が存在するものの、
横方向成長部３ｂ及び接続部３ｃには転位は見られず、
平均ＥＰＤは１０００個／ ｃ ｒｒ？と基板の転位密
度ｓｏ、 ｏｏｏ個／ｃｒ＋１’に比べ著しく低下して
いた。
横方向成長結晶志がつなぎめなく接続していた。この結
晶表面なＲＣエツチング液（ＡｇＮＯａ（Ｉｇ） ：
ＨＮＯ３（ＣＣＩ ： ＨＦ（ｃｃｌ ： １）゜０
（ｃｃｌ＝ ４： ３ ： ２ ： ４）でエツチング
を行ない、転位の観察を行ったところ、窓部分７の直上
部３ａには基板から伝播した転位６が存在するものの、
横方向成長部３ｂ及び接続部３ｃには転位は見られず、
平均ＥＰＤは１０００個／ ｃ ｒｒ？と基板の転位密
度ｓｏ、 ｏｏｏ個／ｃｒ＋１’に比べ著しく低下して
いた。
この基板上にさらに液相エピタキシャル法を用いて純緑
色ＬＥＤ用の成長を行った（工程（ｅ））。横方向成長
部が接続した基板は通常の単結晶基板と全く同様に扱う
ことができるため、従来から一般的に行っている方法を
用いればよい。我々の場合は、スライドボートを用いた
徐冷法を用い、Ｎ型ドーパントとして１）□Ｓを用いて
Ｓを、Ｐ型ドーパントとしてＺｎをガス状で順冷添加す
るオーバーコンベンモーション法を用いた。
色ＬＥＤ用の成長を行った（工程（ｅ））。横方向成長
部が接続した基板は通常の単結晶基板と全く同様に扱う
ことができるため、従来から一般的に行っている方法を
用いればよい。我々の場合は、スライドボートを用いた
徐冷法を用い、Ｎ型ドーパントとして１）□Ｓを用いて
Ｓを、Ｐ型ドーパントとしてＺｎをガス状で順冷添加す
るオーバーコンベンモーション法を用いた。
この様にして作成したＬＥＤエピタキシャル基板は、そ
のままチップ化を行ってもよいが、我々はエツチングに
より基板部及びＳｉＯ□膜を除却した後に通常の方法で
、電極形成、素子分離を行い、ＬＥＤ素子を作成した（
工程（ｆ））。
のままチップ化を行ってもよいが、我々はエツチングに
より基板部及びＳｉＯ□膜を除却した後に通常の方法で
、電極形成、素子分離を行い、ＬＥＤ素子を作成した（
工程（ｆ））。
以上の工程で作成したＧａＰ純緑色ＬＥＤは、発光効率
は基板に直接ＬＥＤエピタキシャル成長な行ったものに
比べて約１．８倍になり大幅に明るさが向上した。
は基板に直接ＬＥＤエピタキシャル成長な行ったものに
比べて約１．８倍になり大幅に明るさが向上した。
以上ＧａＰの例で示したが、全く同様に液相エピタキシ
ャル成長で作成する他の化合物半導体ＬＥＤにも、本発
明を適用することができる。特に、ＩｎＧａＰ等の混晶
を用いる場合、従来基板との格子定数の差が大きく、良
質な結晶成長層が得られなかった組成の混晶を、本発明
を用いることにより成長させることが可能となった。
ャル成長で作成する他の化合物半導体ＬＥＤにも、本発
明を適用することができる。特に、ＩｎＧａＰ等の混晶
を用いる場合、従来基板との格子定数の差が大きく、良
質な結晶成長層が得られなかった組成の混晶を、本発明
を用いることにより成長させることが可能となった。
［発明の効果］
以上説明した様に、本発明によれば次の様な効果が発揮
される。
される。
（１）従来の単結晶基板より大幅に欠陥の少ない結晶上
にＬＥＤを作成することにより、その特性、特に発光出
力を大幅に向上させることができる。
にＬＥＤを作成することにより、その特性、特に発光出
力を大幅に向上させることができる。
（２）従来高品質な結晶を得ることが困難であった格子
定数の異なる基板上への混晶成長が可能となり、利用で
きる混晶の範囲が広がる。
定数の異なる基板上への混晶成長が可能となり、利用で
きる混晶の範囲が広がる。
（３）横方向成長が接合した基板は、従来の単結晶基板
と全く同様に扱えるため、従来のＬＥＤ作成のエピタキ
シャル成長法やチップ化工程をそのまま適用することが
できるため応用範囲が広く、かつ経済性が高い。
と全く同様に扱えるため、従来のＬＥＤ作成のエピタキ
シャル成長法やチップ化工程をそのまま適用することが
できるため応用範囲が広く、かつ経済性が高い。
第１図は本発明の一実施例に係る発光素子形成方法を示
す工程図、第２図は第１図（Ｃ）工程で得られた基板な
上面から見た図で、皮膜の加エバターンを示し、第３図
は本発明で使用する横方向成長による基板を模式的に示
した図、第４図は、横方向成長工程の温度プログラム、
第５図は、ｎ型ＧａＰ基板のＥＰＤと発光効率の関係を
示す図、第６図は横方向成長層を２層有する基板を模式
的に示した図である。 区中、１は基板、２は皮膜、３は横方向成長結晶、４は
エピタキシャル成長層（Ｎ型）、５はエピタキシャル成
長層（Ｐ型）、６は転位を示す。
す工程図、第２図は第１図（Ｃ）工程で得られた基板な
上面から見た図で、皮膜の加エバターンを示し、第３図
は本発明で使用する横方向成長による基板を模式的に示
した図、第４図は、横方向成長工程の温度プログラム、
第５図は、ｎ型ＧａＰ基板のＥＰＤと発光効率の関係を
示す図、第６図は横方向成長層を２層有する基板を模式
的に示した図である。 区中、１は基板、２は皮膜、３は横方向成長結晶、４は
エピタキシャル成長層（Ｎ型）、５はエピタキシャル成
長層（Ｐ型）、６は転位を示す。
Claims (7)
- （１）化合物半導体基板表面に部分的に複数の窓部を設
けた絶縁物薄膜又は高融点金属薄膜を有し、該薄膜上に
上記窓部に露出した基板部分を種として、種部より基板
表面に平行な方向に連続してかつ隣接する種部より成長
したエピタキシャル成長部分と接合して一体化した化合
物半導体エピタキシャル成長層を有することを特徴とす
る半導体基板。 - （２）第１項記載の半導体基板上にＰＮ接合を有するエ
ピタキシャル成長層を具備してなることを特徴とする半
導体エピタキシャルウェハ。 - （３）化合物半導体エピタキシャル成長層が、転位密度
２×１０＾４個／ｃｍ＾２以下のリン化ガリウムである
ことを特徴とする第１項記載の半導体基板。 - （４）化合物半導体基板表面に絶縁物薄膜又は高融点金
属薄膜を形成した後、該膜を部分的に除去して複数の窓
部を設け、エピタキシャル成長により上記窓部に露出し
た基板部分を種として化合物半導体単結晶を成長させ、
種部より基板表面に平行な方向に成長した単結晶が隣接
する種部より成長した単結晶部分と接合するまで成長さ
せることを特徴とする半導体基板の成長方法。 - （５）第４項記載の方法により得られた半導体基板上に
、さらにエピタキシャル成長によりＰＮ接合を形成する
ことを特徴とする半導体エピタキシャルウェハの製造方
法。 - （６）第１項記載の半導体基板上に、さらに転位のない
部分を種として種部より基板表面に平行な方向に連続し
て、かつ隣接する種部より成長したエピタキシャル部分
と接合して一体化した化合物半導体エピタキシャル成長
層を有することを特徴とする半導体基板。 - （７）表面のエピタキシャル成長層が実質的に無転位で
あることを特徴とする第６項記載の半導体基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27202889A JPH06105797B2 (ja) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | 半導体基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27202889A JPH06105797B2 (ja) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | 半導体基板及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03133182A true JPH03133182A (ja) | 1991-06-06 |
| JPH06105797B2 JPH06105797B2 (ja) | 1994-12-21 |
Family
ID=17508121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27202889A Expired - Lifetime JPH06105797B2 (ja) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | 半導体基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06105797B2 (ja) |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5410167A (en) * | 1992-07-10 | 1995-04-25 | Fujitsu Limited | Semiconductor device with reduced side gate effect |
| JPH11163404A (ja) * | 1997-11-25 | 1999-06-18 | Toyoda Gosei Co Ltd | ＧａＮ系半導体 |
| JPH11214744A (ja) * | 1998-01-27 | 1999-08-06 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| US6368733B1 (en) | 1998-08-06 | 2002-04-09 | Showa Denko K.K. | ELO semiconductor substrate |
| US6555845B2 (en) | 1997-03-13 | 2003-04-29 | Nec Corporation | Method for manufacturing group III-V compound semiconductors |
| US6580098B1 (en) | 1999-07-27 | 2003-06-17 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor |
| US6617668B1 (en) | 1999-05-21 | 2003-09-09 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Methods and devices using group III nitride compound semiconductor |
| US6617182B2 (en) | 1998-09-14 | 2003-09-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and semiconductor substrate, and method for fabricating the same |
| US6645295B1 (en) | 1999-05-10 | 2003-11-11 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing group III nitride compound semiconductor and a light-emitting device using group III nitride compound semiconductor |
| JP2004247753A (ja) * | 2004-04-15 | 2004-09-02 | Toyoda Gosei Co Ltd | ＧａＮ系半導体 |
| US6830948B2 (en) | 1999-12-24 | 2004-12-14 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride compound semiconductor and group III nitride compound semiconductor device |
| US6844246B2 (en) | 2001-03-22 | 2005-01-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Production method of III nitride compound semiconductor, and III nitride compound semiconductor element based on it |
| US6855620B2 (en) | 2000-04-28 | 2005-02-15 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for fabricating Group III nitride compound semiconductor substrates and semiconductor devices |
| US6860943B2 (en) | 2001-10-12 | 2005-03-01 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride compound semiconductor |
| US6861305B2 (en) | 2000-03-31 | 2005-03-01 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Methods for fabricating group III nitride compound semiconductors and group III nitride compound semiconductor devices |
| WO2005093861A1 (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 半導体発光素子 |
| US6967122B2 (en) | 2000-03-14 | 2005-11-22 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor and method for manufacturing the same |
| US7052979B2 (en) | 2001-02-14 | 2006-05-30 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Production method for semiconductor crystal and semiconductor luminous element |
| US7141444B2 (en) | 2000-03-14 | 2006-11-28 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Production method of III nitride compound semiconductor and III nitride compound semiconductor element |
| JP2008034862A (ja) * | 1997-04-11 | 2008-02-14 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体の成長方法 |
| US7619261B2 (en) | 2000-08-07 | 2009-11-17 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor |
| US7754504B2 (en) | 2005-05-16 | 2010-07-13 | Sony Corporation | Light-emitting diode, method for making light-emitting diode, integrated light-emitting diode and method for making integrated light-emitting diode, method for growing a nitride-based III-V group compound semiconductor, light source cell unit, light-emitting diode |
-
1989
- 1989-10-19 JP JP27202889A patent/JPH06105797B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5410167A (en) * | 1992-07-10 | 1995-04-25 | Fujitsu Limited | Semiconductor device with reduced side gate effect |
| US5622891A (en) * | 1992-07-10 | 1997-04-22 | Fujitsu Limited | Method of manufacturing semiconductor device with reduced side gate effect |
| US6555845B2 (en) | 1997-03-13 | 2003-04-29 | Nec Corporation | Method for manufacturing group III-V compound semiconductors |
| JP2008034862A (ja) * | 1997-04-11 | 2008-02-14 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体の成長方法 |
| JPH11163404A (ja) * | 1997-11-25 | 1999-06-18 | Toyoda Gosei Co Ltd | ＧａＮ系半導体 |
| JPH11214744A (ja) * | 1998-01-27 | 1999-08-06 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| US6368733B1 (en) | 1998-08-06 | 2002-04-09 | Showa Denko K.K. | ELO semiconductor substrate |
| US6617182B2 (en) | 1998-09-14 | 2003-09-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and semiconductor substrate, and method for fabricating the same |
| US6815726B2 (en) | 1998-09-14 | 2004-11-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and semiconductor substrate, and method of fabricating the same |
| US6645295B1 (en) | 1999-05-10 | 2003-11-11 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing group III nitride compound semiconductor and a light-emitting device using group III nitride compound semiconductor |
| US6881651B2 (en) | 1999-05-21 | 2005-04-19 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Methods and devices using group III nitride compound semiconductor |
| US6617668B1 (en) | 1999-05-21 | 2003-09-09 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Methods and devices using group III nitride compound semiconductor |
| US6818926B2 (en) | 1999-07-27 | 2004-11-16 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor |
| US6835966B2 (en) | 1999-07-27 | 2004-12-28 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor |
| US6580098B1 (en) | 1999-07-27 | 2003-06-17 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor |
| US6893945B2 (en) | 1999-07-27 | 2005-05-17 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride group compound semiconductor |
| US6930329B2 (en) | 1999-07-27 | 2005-08-16 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor |
| US7176497B2 (en) | 1999-07-27 | 2007-02-13 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor |
| US6830948B2 (en) | 1999-12-24 | 2004-12-14 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride compound semiconductor and group III nitride compound semiconductor device |
| US7462867B2 (en) | 2000-03-14 | 2008-12-09 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor devices and method for fabricating the same |
| US7141444B2 (en) | 2000-03-14 | 2006-11-28 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Production method of III nitride compound semiconductor and III nitride compound semiconductor element |
| US6967122B2 (en) | 2000-03-14 | 2005-11-22 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor and method for manufacturing the same |
| US7491984B2 (en) | 2000-03-31 | 2009-02-17 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for fabricating group III nitride compound semiconductors and group III nitride compound semiconductor devices |
| US6861305B2 (en) | 2000-03-31 | 2005-03-01 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Methods for fabricating group III nitride compound semiconductors and group III nitride compound semiconductor devices |
| US6855620B2 (en) | 2000-04-28 | 2005-02-15 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for fabricating Group III nitride compound semiconductor substrates and semiconductor devices |
| US7619261B2 (en) | 2000-08-07 | 2009-11-17 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor |
| US7052979B2 (en) | 2001-02-14 | 2006-05-30 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Production method for semiconductor crystal and semiconductor luminous element |
| US6844246B2 (en) | 2001-03-22 | 2005-01-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Production method of III nitride compound semiconductor, and III nitride compound semiconductor element based on it |
| US6860943B2 (en) | 2001-10-12 | 2005-03-01 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride compound semiconductor |
| WO2005093861A1 (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 半導体発光素子 |
| JP2004247753A (ja) * | 2004-04-15 | 2004-09-02 | Toyoda Gosei Co Ltd | ＧａＮ系半導体 |
| US7754504B2 (en) | 2005-05-16 | 2010-07-13 | Sony Corporation | Light-emitting diode, method for making light-emitting diode, integrated light-emitting diode and method for making integrated light-emitting diode, method for growing a nitride-based III-V group compound semiconductor, light source cell unit, light-emitting diode |
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|---|---|
| JPH06105797B2 (ja) | 1994-12-21 |
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