JPH04263478A - 発光ダイオード用エピタキシャルウェーハ及びその製造方法 - Google Patents

発光ダイオード用エピタキシャルウェーハ及びその製造方法

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JPH04263478A
JPH04263478A JP3023434A JP2343491A JPH04263478A JP H04263478 A JPH04263478 A JP H04263478A JP 3023434 A JP3023434 A JP 3023434A JP 2343491 A JP2343491 A JP 2343491A JP H04263478 A JPH04263478 A JP H04263478A
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JP
Japan
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epitaxial layer
type epitaxial
light emitting
solution
carrier concentration
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JP3023434A
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Shoichi Washitsuka
鷲 塚 章 一
Shinzaburo Iwabuchi
岩 渕 真三郎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • H01L33/005Processes
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    • HELECTRICITY
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード用エピ
タキシャルウェーハ及びその製造方法に関し、特に、G
aP単結晶基板上に液相成長法によりPN接合を形成す
るようにした発光ダイオード用エピタキシャルウェーハ
及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】GaP単結晶基板上に液相成長法により
N型エピタキシャル層とP型エピタキシヤル層とを順次
形成し、発光素子を製造することは知られている。この
方法は、Ga溶液中にGaPと、N型又はP型不純物を
溶解させた後、Ga溶液にGaP基板を浸漬し、この後
温度を徐々に下げて、N型又はP型エピタキシャル層を
形成するものである。ここで、N型エピタキシャル層及
びP型エピタキシャル層のキャリア濃度は、例えば、N
型では1016〜1017cm−3程度であり、P型で
は1〜5X1018cm−3程度となっている。
【0003】近年、高効率な緑色発光素子を得るために
、N型エピタキシャル層のキャリア濃度をできるだけ低
くし、キャリアのライフタイムの向上を計ることが、発
光中心となる窒素濃度の増加以上に、重要になってきて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、低キャリア濃度のN型エピタキシャル層が再
現性良く得られないという問題があった。例えば、キャ
リア濃度を5X1015cm−3以下にしようとすると
、炉部材のベーキングを行ない、Ga溶液を毎回新液と
し、アンドープで行なわねばならない。しかし、液相成
長の反応管の多くが石英管である。このため、Ga蒸気
と石英とが反応して、SiがGa溶液中に混入する。ま
たGaP基板をメルトバックさせるときに、基板の不純
物であるSiやS等が、Ga溶液中に混入する。あるい
は、ボート等のカーボン製部材に吸着していた不純物が
揮発して、やはりGa溶液中に混入する。これらの混入
により、汚染レベルが高まり、濃度のばらつきが大きく
、再現性が低くなる。さらに、Ga溶液を再使用するこ
とができず、コスト高になる。
【0005】そこで、P型不純物をGa溶液に少量ドー
プし、不純物補償によりキャリア濃度を下げようとする
等の方法が考えられる。しかし、この場合には、キャリ
ア濃度は下がっても、同時に移動度も低下してしまう。 これにより、抵抗が高くなり過ぎて、発光素子としての
順方向電圧が増大したり、P型反転層ができてしまい導
通不良が発生する等の欠点がある。併せて、P型不純物
としては、Cd、BeあるいはZn等があるが、Cdや
Beは毒性が強く安全上の問題があり、Znは揮発性で
且つ拡散も早いためドープ量の管理が難しいという欠点
がある。
【0006】以上説明したように、従来の発光ダイオー
ド用エピタキシャルウェーハの製造方法では、低キャリ
ア濃度のコントロールが困難で、高効率な緑色の発光素
子を安定して歩留り良く製造することが実際上著しく困
難であった。
【0007】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的は、低キャリア濃度のN型エピタキシャル層を
再現性よく成長可能とし、高効率な緑色発光素子を得る
ことにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の発光ダイオード
用エピタキシャルウェーハは、GaP基板と、前記Ga
P基板上に、形成されたN型エピタキシャル層とP型エ
ピタキシャル層とを備え、前記N型エピタキシャル層は
、キャリア濃度が1X1016cm−3以下で且つ周期
律表の第4周期〜第6周期の第 IIIa族〜第VIa
族に属する元素のうちの少なくとも1種類を、1014
cm−3以上、1016cm−3以下含んでいるものと
して構成される。
【0009】本発明の発光ダイオード用エピタキシャル
ウェーハの第1の製造方法は、GaP基板上にGa溶液
を用いてN型エピタキシャル層とP型エピタキシャル層
とを成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウェー
ハ製造方法において、前記Ga溶液中に、GaPエピタ
キシャル層への偏析係数が小さく且つGa溶液中のシャ
ロードナー不純物と反応して化合物を形成する元素を添
加して前記N型エピタキシャル層をそのキャリア濃度が
1X1016cm−3以下となるように成長させるもの
として構成される。
【0010】本発明の第2の製造方法は、前記第1の方
法において、前記添加する元素は、周期律表の第4周期
〜第6周期の第 IIIa族〜第VIa族に属する元素
のうちの少なくとも1種であるものとして構成される。
【0011】本発明の第3の製造方法は、前記第1又は
第2の方法において、前記Ga溶液中の前記シャロード
ナー不純物はSi又はSであるものとして構成される。
【0012】
【作用】GaP基板上に液相成長法によりN型エピタキ
シャル層を形成するに際して、Ga溶液中にGaPエピ
タキシャル層への偏析係数が小さく且つGa溶液中のシ
ャロードナー不純物(例えばSi、S等と反応して化合
物を形成する元素、例えばV、Yb等)をゲッター剤と
してドープしておく。これにより、低キャリア濃度化を
妨げているシャロードナー不純物がGa溶液より除去さ
れる。これにより、低キャリア濃度のN型エピタキシャ
ル層が成長させられる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
【0014】図1は、本発明の一実施例に係る発光ダイ
オード用エピタキシャルウェーハの製造方法の説明図で
あり、特に液相成長装置の断面を示すものである。
【0015】図1に示すように、低キャリア濃度のN型
エピタキシャル成長をさせるに当たっては、先ず開管式
の成長炉1内の成長ボート2に、例えば、2X1017
cm−3のキャリア濃度のN型GaP基板3を挿入する
。また、第1の原料溶液溜め4内に、Ga溶液5と原料
となるGaP多結晶6及びゲッター剤7を入れ、溶解さ
せておく。第2の原料溶液溜め8内にも、Ga溶液9と
図示しないGaP多結晶及びP型ドーパントであるZn
を入れて溶解させておく。
【0016】次に、図2のプログラム図に示す温度プロ
グラムに従って、ヒータ10によって成長炉1の温度T
1 を、例えば、1000℃に保ち、水素ガスと窒素ド
ープ用のNH3 ガスを成長炉1の中に流す。この後、
スライド棒11により成長ボート2を移動させて、Ga
P基板3をGa溶液5に浸漬させ、N型エピタキシャル
層12(図3参照)を成長させる。その結果、図3の断
面図に示すように、GaP基板3の上にN型エピタキシ
ャル層12が成長し、更にその上に、P型エピタキシャ
ル層13が成長した、発光ダイオード用エピタキシャル
ウェーハが得られる。以上のようにして得られたウェー
ハにおいては、例えば、図4に示すように、N型エピタ
キシャル層12の不純物濃度は〜2X1015cm−3
となり、P型エピタキシャル層13の不純物濃度は1X
1018cm−3となる。つまり、従来に比べて急峻な
濃度勾配が得られる。
【0017】以上のようにして形成された発光ダイオー
ド用エピタキシャルウェーハを用いて実際に、発光ダイ
オードを作製した。得られた発光ダイオードは、従来の
ものに比べて、1.5倍程度効率のよい緑色発光ダイオ
ードを得ることができた。ちなみに、得られた発光ダイ
オードの少数キャリアのライフタイムを調べた。その結
果は、従来の装置は200〜300nsであるのに対し
、本発明に係る装置では350〜450nsであった。 このことから、発光効率の向上は主としてライフタイム
の増加に依存するものであることが理解できた。
【0018】なお、液相成長法自体は知られているとし
ても、Ga溶液5にゲッター剤7を入れることが本実施
例の製造方法の特徴である。このため、従来の製造方法
をほとんど変更することなく、容易に実現可能な方法と
いえる。また、本発明を適用すれば、工業的な生産性を
大幅に向上し得る。
【0019】さて、Ga溶液5にゲッター剤7として、
例えばバナジウムVをドープして得られたN型エピタキ
シャル層における、キャリア濃度と移動度との関係を調
べた。その結果は、図5に示される。この図5から、ド
ープ量の増加によりキャリア濃度が減少し、移動度が増
加することから判断するに、不純物補償ではなく、混入
不純物の減少により低キャリア濃度化していることが判
る。ドープ量としては1016〜1020cm−3が適
している。実際には、〜1018cm−3程度が望まし
い。これは、キャリア濃度の低下に伴い、少数キャリア
のライフタイムが飽和するためである。
【0020】一方、ゲッター剤としては、他に周期律表
の第4周期〜第6周期の第 IIIa族〜第VIa族に
属する元素の中でイッテルビウムYb等の稀土類元素や
、Nb、Ta、Mo、W等の高融点元素等を使用しても
良い。重要なことは、GaPエピタキシャル層への偏析
係数が約〜1X10−4以下と小さく、SiやS等と化
合物を構成する元素が適しているということである。
【0021】以上のような製造方法を用いても、得られ
る発光ダイオード用エピタキシャルウェーハのGaPエ
ピタキシャル層にゲッター剤が微量混入するのは避けら
れない。しかし、その量は1014〜1015cm−3
程度である。この量は、高感度SIMS分析の検出限界
レベル以下ではあるが、フォトルミネッセンス測定等に
よればその存在を確認することができる程度の低いレベ
ルである。
【0022】なお、本発明の製造方法は、他の液相成長
法やハイライド法、あるいはクロライド法によりGaを
輸送する気相成長法にも適用可能であり、種々のバリエ
ーションが考えられることは言うまでもない。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、N
型キャリア濃度を基板よりも2桁程度低くでき、従来方
法による場合の1016〜1017cm−3よりも大幅
に改善でき、このため、PN接合の濃度勾配よりも急峻
で理想的な階段接合が得られ、これにより少数キャリア
の注入効率及びライフタイムを向上でき、またN型エピ
タキシャル層のキャリア濃度の低減と且つ移動度が増加
することにより発光素子としての順方向電圧の増大やP
型反転層による導通不良をなくすことができ、またその
結果として発光効率が向上し、劣化の少ない緑色発光素
子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る発光ダイオード用エピ
タキシャルウェーハの製造方法の説明図である。
【図2】成長過程における温度プログラム図である。
【図3】製造された発光ダイオード用エピタキシャルウ
ェーハの断面図である。
【図4】得られたウェーハのキャリア濃度の特性図であ
る。
【図5】パナジウムVをドープして得られたN型エピタ
キシャル層における、キャリア濃度と移動度との関係を
示す特性図である。
【符号の説明】
1  成長炉 2  成長ボート 3  GaP基板 4  第1の原料溶液溜め 5  Ga溶液 6  GaP多結晶 7  ゲッター剤 8  第2の原料溶液溜め 9  Ga溶液 10  ヒータ 11  スライド棒 12  N型エピタキシャル層 13  P型エピタキシャル層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】GaP基板と、前記GaP基板上に、形成
    されたN型エピタキシャル層とP型エピタキシャル層と
    を備え、前記N型エピタキシャル層は、キャリア濃度が
    1X1016cm−3以下で且つ周期律表の第4周期〜
    第6周期の第 IIIa族〜第VIa族に属する元素の
    うちの少なくとも1種類を、1014cm−3以上、1
    016cm−3以下含んでいる、発光ダイオード用エピ
    タキシャルウェーハ。
  2. 【請求項2】GaP基板上にGa溶液を用いてN型エピ
    タキシャル層とP型エピタキシャル層とを成長させる発
    光ダイオード用エピタキシャルウェーハ製造方法におい
    て、前記Ga溶液中に、GaPエピタキシャル層への偏
    析係数が小さく且つGa溶液中のシャロードナー不純物
    と反応して化合物を形成する元素を添加して前記N型エ
    ピタキシャル層をそのキャリア濃度が1X1016cm
    −3以下となるように成長させることを特徴とする発光
    ダイオード用エピタキシャルウェーハの製造方法。
  3. 【請求項3】前記添加する元素は、周期律表の第4周期
    〜第6周期の第 IIIa族〜第VIa族に属する元素
    のうちの少なくとも1種である、請求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】前記Ga溶液中の前記シャロードナー不純
    物はSi又はSである、請求項2又は3記載の方法。
JP3023434A 1991-02-18 1991-02-18 発光ダイオード用エピタキシャルウェーハ及びその製造方法 Pending JPH04263478A (ja)

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EP1156534A1 (en) * 1999-10-29 2001-11-21 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd Gallium phosphide luminescent device

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