JPH0430583A

JPH0430583A - 炭化ケイ素発光ダイオードの製造方法

Info

Publication number: JPH0430583A
Application number: JP2138755A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Matsushita; 保彦松下; Takahiro Kamiya; 上谷　高弘; Yasuhiro Ueda; 康博上田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1990-05-28
Filing date: 1990-05-28
Publication date: 1992-02-03

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】（イ）産業上の利用分野本発明は、炭化ケイ素発光ダイオードの製造方法に関す
る。

（ロ）従来の技術一般に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、耐熱性及び機械的強
度に優れ、放射線に対して強１１などの物理的、化学的
性質から耐環境性半導体材料として注目されている。

更に、ＳｉＣ結晶は間接遷移型のＩＶ−■化合物である
ものの、ＳｉＣ結晶には同一の化学組成に対して立方晶
、大方晶などの種々の結晶構造が存在し、その禁制帯幅
は２．３９〜３．３３ｅＶと広範囲にわたるとともに、
ｐｎ接合の形成が可能であることから、赤色から青色ま
での全ての波長範囲の可視光を発する発光ダイオード材
料として有望視されている。なかでも室温において約３
ｅＶの禁制帯幅を有する大方晶の一種である６Ｈタイプ
のＳｉＣ結晶は、青色発光ダイオードの材料として用い
られている。

そして、斯るＳｉＣ結晶の成長は、通常液相エピタキシ
ャル成長法（ＬＰＥ法）あるいは化学気相堆積法（ＣＶ
Ｄ法）により行われており、前者のＬＰＥ法の具体例と
して、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ、５０（１２）、Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　１９７９
，８２１５−８２２５、後者のＣＶＤ法による具体例と
して、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ、１９（７）、Ｊｕｌｙ　１９８０．Ｌ３５３
−Ｌ３５６の両輪文に夫々報告されている。斯る先行技
術のいずれの場合も、エピタキシャル成長に使用する６
ＨタイプのＳｉＣ単結晶基板の結晶成長面として、（０
００１）面を用いている。

ここで、６ＨタイプのＳｉＣ単結晶においては、（００
０１）面と結晶学上等価な面として（０００丁）がある
が、これらはその表面の原子がケイ素（Ｓｉ）であるか
、炭素（Ｃ）であるかで、夫々（０００１）面、（ＯＯ
ＯＴ）面に区別される。また、これら２つの面を合わせ
て、以下（０００１）面と表す。

また、斯るＳｉＣを用いた従来の青色発光ダイオードは
、例えば雑誌「電子技術」第２６巻、第１４号、１２８
−１２９頁に記載されている。

斯る従来のＳｉＣ発光ダイオードは、第３図に示す如く
、ｎ型ＳｉＣからなる基板（１１）の−主面上に発光層
となるｎ型ＳｉＣ層（１２）、ｐ型ＳｉＣ層（１３）が
順次エピタキシャル成長され、上記ｐ型ＳｉＣ層（１３
）上にｐ側電極（１４）、上記基板（１１）の他主面上
にｎ側電極（１５）が夫々形成されたものである。

（ハ）発明が解決しようとする課題本出願人は、六方晶のＳｉＣ基板に上に大方晶のＳｉＣ
単結晶をエピタキシャル成長する際に、基板の結晶成長
面に（０００１４面から傾斜した面を用いることによっ
て、エピタキシャル成長の基板依存性が強まり、結晶性
の良いＳｉＣ単結晶が得られ、更に製造されるＳｉＣ発
光ダイオードの動作初期における長波長シフトが抑制で
きることを見出し、特開昭６３−１７９５１６号公報及
び特願平１−５２３０２号の発明において提案した。

しかし乍ら、斯る方法では、ｎ型ＳｉＣ層の上にエピタ
キシャル成長されるｐ型ＳｉＣ層のキャリア濃度が十分
に大きくならず、低抵抗のｐ型ＳｉＣ層が得られなかっ
た。このため、ｐ型ＳｉＣ層とｐ側電極との接触抵抗が
大きく、発光ダイオードの順方向電圧（２０ｍＡ通電時
の素子電圧）及び駆動電力が大きくなるという問題があ
った。更に、ｐ型ＳｉＣ層のキャリア濃度が小さいため
、発光層であるｎ型ＳｉＣ層への正孔の注入効率が低く
、高輝度のＳｉＣ発光ダイオードが得られない原因とな
っていた。

従って、本発明は、各成長層の結晶性を保持しつつ、ｐ
型ＳｉＣ層のキャリア濃度を大きくすることを技術的課
題とする。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は、六方晶炭化ケイ素単結晶基板上に、ｎ型炭化
ケイ素層、ｐ型炭化ケイ素層を順次エピタキシャル成長
する炭化ケイ素発光ダイオードの製造方法であって、上
記課題を解決するため、上記ｎ型炭化ケイ素層がエピタ
キシャル成長される上記基板の結晶成長面を（０００１
）面から傾斜した面とすると共に、上記ｐ型炭化ケイ素
層がエピタキシャル成長される上記ｎ型炭化ケイ素層の
結晶成長面を（０００１１面とすることを特徴とする。

（ホ）作用本発明は、発光層となるｎ型ＳｉＣ層を成長する際の基
板の結晶成長面を（０００１）面から傾斜した面とし、
ｐ型ＳｉＣ層を成長する際のｎ型ＳｉＣ層の結晶成長面
を（０００１）面とすることによって、発光層の結晶性
を高く保持しつつ、ｐ型ＳｉＣ層のキャリア濃度を大き
くできる。

（へ）実施例先ず、本発明の原理を第２図を参照し乍ら説明する。

第２図は、（０００１）面を主面に有するＳｉＣ基板（
以下正基板と称す）上及び（０００１１面から５°傾斜
した面を主面に有するＳｉＣ基板（以下傾斜基板と称す
）上に、夫々ｐ型不純物としてＡｔを添加したｐ型Ｓｉ
Ｃ層をエピタキシャル成長した場合、Ａ１添加量に対し
て得られるｐ型ＳｉＣ層のキャリア濃度を夫々破線（正
基板）、実線（傾斜基板）にて示している。

図から明らかなように、ｐ型ＳｉＣ層は、正基板上に成
長させた方が、傾斜基板上に成長させるよりも、同一の
Ａ１添加量に対して相対的に高いキャリア濃度を得るこ
とができる。これは明らかではないが、傾斜基板表面で
は多数の原子ステップが存在し、これによって成長結晶
中へのＡｔ原子の取り込みが抑制されたものと考えられ
る。

従って、基板の結晶成長面を（０００１１面がら傾斜し
た面とすることは、成長する層の結晶性を向上させるの
に効果的である（詳しくは特開昭６３−１．７９５１６
号公報を参照されたい）が、反面、成長層へのＡ１の取
り込みを抑制するものでもある。

本発明は以上のことを考慮して、結晶性の高いことが要
求される発光層、即ちｎ型ＳｉＣ層を成長する際の基板
の結晶成長面を（０００１１面とすると共に、成長した
ｎ型ＳｉＣ層の表面を研摩加工することによって、大き
なキャリア濃度が必要とされるｐ型ＳｉＣ層を成長する
際のｎ型ＳｉＣ層の結晶成長面を（０００１）面とする
ものである。

次に、第１図を参照して本発明方法の一実施例を説明す
る。

第１図（ａ）は第１の工程を示し、１０００１）面を主
面に有する６Ｈタイプのｎ型ＳｉＣ基板（１）を準備し
、一方の主面（１ａ）、例えば（０００１）面を一方向
に沿って機械的に研摩し、一定角度（図中θ）、例えば
５度傾斜させた傾斜面（ｌａ’）を形成し、これを結晶
成長面とする。

第１図（ｂ）は第２の工程を示し、上記基板（１）の傾
斜面（ｌａ’）をエツチングにより清浄化した後、周知
の液相エピタキシャル法を用１）、成長温度を１７００
℃として、上記ｎ型ＳｉＣ基板（１）の傾斜面（ｌａ’
）上にｎ型ＳｉＣ層（２）をエピタキシャル成長する。

この時、ｎ型ＳｉＣ層（２）には、ｎ型不純物の原料で
あるＳ　ｉ、Ｎ　４を１．３Ｘ１０−　”ｗｔ、％添加
すると共に、ｐ型不純物の原料であるＡ１が１．１ａｔ
１％添加される。

第１図（Ｃ）は第３の工程を示し、成長されたｎ型Ｓｉ
Ｃ層（２）を機械的に研摩し、（０００１）面を表面（
２′）に露出させる（即ち表面（２″）は（０００１）
面である）。

第１図（ｄ）は第４の工程を示し、研摩されたｎ型Ｓｉ
Ｃ層（２）の表面（２゛）をエツチングにより清浄化し
た後、ｎ型ＳｉＣ層（２）と同様に液相エピタキシャル
法を用い、成長温度を１７００℃として、上記ｎ型Ｓｉ
Ｃ層（２）の表面（２′）上にｐ型ＳｉＣ層（３）をエ
ピタキシャル成長する。この時、ｐ型ＳｉＣ層（３）に
は、ｐ型不純物の原料であるＡ１が１゜５６ａｔ、％添
加される。

第１図（ｅ）は第５の工程を示し、ｐ型ＳｉＣ層（３）
上及びｎ型ＳｉＣ基板（１）の他方の主面（１ｂ）上に
、夫々ｐ側電極（４）、ｎ側電極（５）を形成する。

以上の方法に従って製造した本実施例装置と、本実施例
における第３の工程を省略した以外は本実施例と同様に
して製造した比較装置（即ちｐ型ＳｉＣ層の成長時のｎ
型ＳｉＣ層の結晶成長面を（０００Ｔ）面から傾斜した
面としたもの）とを比較したところ、本実施例装置は比
較装置に比べて、順方向電圧が約１５％低下し、光度が
約２０％増加した。これは、本実施例装置のｐ型ＳｉＣ
層（３）のキャリア濃度が比較装置のものに比べて大き
くなったからである。

また、エージング試験等による装置の信頼性の試験を行
ったところ、本実施例装置と比較装置とでは、劣化特性
の差が現れなかった。これは、本実施例装置の発光層で
あるｎ型ＳｉＣ層（２）が結晶性良く成長されたからで
ある。

以上、本実施例装置では、基板（１）の結晶成長面を（
ＯＯＯＴ）面から５度傾斜させた面としたが、斯る結晶
成長面が（０００１１面から３度以上傾斜した面であれ
ば本実施例装置と同様な効果が得られる。

但し、傾斜角度が大きくなると、基板（１）及びｎ型Ｓ
ｉＣ層（２）の研摩の作業時間が増え、製造コストが上
がるので、傾斜角度は２０度以下が好ましい。

（ト）発明の効果本発明方法によれば、発光層となるｎ型ＳｉＣ層を成長
する際の基板の結晶成長面を（０００１１面から傾斜し
た面とし、ｐ型ＳｉＣ層を成長する際のｎ型ＳｉＣ層の
結晶成長面を（０００１１面とすることによって、発光
層の結晶性を高く保持しつつ、ｐ型ＳｉＣ層のキャリア
濃度を大きくすることができ、その結果、信頼性が高く
、且つ順方向電圧が低く、高輝度のＳｉＣ発光ダイオー
ドを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための工程別断面
図、第２図は本発明の詳細な説明するための特性図、第３図は従来装置を示す断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）六方晶炭化ケイ素単結晶基板上に、ｎ型炭化ケイ
素層、ｐ型炭化ケイ素層を順次エピタキシャル成長する
炭化ケイ素発光ダイオードの製造方法において、上記ｎ
型炭化ケイ素層がエピタキシャル成長される上記基板の
結晶成長面を｛０００１｝面から傾斜した面とすると共
に、上記ｐ型炭化ケイ素層がエピタキシャル成長される
上記ｎ型炭化ケイ素層の結晶成長面を｛０００１｝面と
することを特徴とする炭化ケイ素発光ダイオードの製造
方法。