JPH0555630A - 発光素子材料およびその製造方法 - Google Patents
発光素子材料およびその製造方法Info
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- JPH0555630A JPH0555630A JP23715791A JP23715791A JPH0555630A JP H0555630 A JPH0555630 A JP H0555630A JP 23715791 A JP23715791 A JP 23715791A JP 23715791 A JP23715791 A JP 23715791A JP H0555630 A JPH0555630 A JP H0555630A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 GaＰ基上に良質な結晶の間接遷移型GaInＰ層
を成長させて、発光輝度を向上させる。 【構成】 GaＰ基板１上にyo−yo溶質供給法により100
μｍ以上の間接遷移型GaInＰ厚膜層４を成長させ、その
層４上にＮドープ間接遷移型GaInＰ薄膜層６を成長させ
る。 【効果】 厚膜層４が、GaＰ基板１と厚膜層４との格子
不整に起因する欠陥を阻止緩和する。従って、厚膜層４
上に良質な結晶の薄膜層６を成長させることができ、純
緑色発光の高輝度化が実現する。
を成長させて、発光輝度を向上させる。 【構成】 GaＰ基板１上にyo−yo溶質供給法により100
μｍ以上の間接遷移型GaInＰ厚膜層４を成長させ、その
層４上にＮドープ間接遷移型GaInＰ薄膜層６を成長させ
る。 【効果】 厚膜層４が、GaＰ基板１と厚膜層４との格子
不整に起因する欠陥を阻止緩和する。従って、厚膜層４
上に良質な結晶の薄膜層６を成長させることができ、純
緑色発光の高輝度化が実現する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、間接遷移型半導体結晶
材料であるGaInＰ混晶を用いた、発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）や半導体レーザ（ＬＤ）などの発光素子材料、およ
びその製造方法に関する。
材料であるGaInＰ混晶を用いた、発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）や半導体レーザ（ＬＤ）などの発光素子材料、およ
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】III −Ｖ族の三元合金の化合物半導体材
料であるGaInＰ混晶は、窒化物を除くIII −Ｖ族化合物
半導体中で最大の直接遷移型バンドギャップを有し、赤
色発光はもちろんのこと緑色〜赤色の光を放射する発光
素子を構成する最も有利な材料であり、現在赤色ＬＤ用
およびＬＥＤ用材料として使用されている。
料であるGaInＰ混晶は、窒化物を除くIII −Ｖ族化合物
半導体中で最大の直接遷移型バンドギャップを有し、赤
色発光はもちろんのこと緑色〜赤色の光を放射する発光
素子を構成する最も有利な材料であり、現在赤色ＬＤ用
およびＬＥＤ用材料として使用されている。
【０００３】例えば、緑色発光素子として直接遷移型の
GaInＰ混晶の利用が有望視されており、緑色発光のＬＥ
Ｄを作製する場合、GaAs基板上に格子整合系の高AlＰ混
晶比のAlGaInＰ混晶を発光層として形成するか、あるい
はGaＰまたはGaAs基板上に格子不整緩和層を導入し、そ
の上に高GaＰ混晶比のGaInＰ発光層を形成することが必
要となる。
GaInＰ混晶の利用が有望視されており、緑色発光のＬＥ
Ｄを作製する場合、GaAs基板上に格子整合系の高AlＰ混
晶比のAlGaInＰ混晶を発光層として形成するか、あるい
はGaＰまたはGaAs基板上に格子不整緩和層を導入し、そ
の上に高GaＰ混晶比のGaInＰ発光層を形成することが必
要となる。
【０００４】しかしながら、GaAs基板結晶は1.424 eVの
バンドギャップを有し、約870 nmより短波長の光に対し
て光吸収性が著しく大きくなる為、例えば面発光型の可
視光ＬＥＤを作製する場合、高輝度化の妨げとなってい
る。また、高AlＰ混晶比のAlGaInＰ混晶は容易に酸化さ
れ、デバイスとしての特性の劣化を招き易い。加えて、
AlＰ混晶比が高くなるほど低抵抗とするのが困難とな
る。
バンドギャップを有し、約870 nmより短波長の光に対し
て光吸収性が著しく大きくなる為、例えば面発光型の可
視光ＬＥＤを作製する場合、高輝度化の妨げとなってい
る。また、高AlＰ混晶比のAlGaInＰ混晶は容易に酸化さ
れ、デバイスとしての特性の劣化を招き易い。加えて、
AlＰ混晶比が高くなるほど低抵抗とするのが困難とな
る。
【０００５】格子不整緩和層を導入する場合、組成の異
なるエピタキシャル層を何層も成長させるなど煩雑な工
程が必要となるだけでなく、若干ではあるが格子不整緩
和層自身が発光を吸収することから高輝度化の妨げとな
り、特に転位の発生源になりやすい為に素子特性の劣化
要因となるなどの問題がある。また何よりも、GaＰの混
晶比を0.7 未満に設定しなければならないため、直接遷
移／間接遷移のクロスオーバーポイントに近づくこと
や、Ｄ−Ａペア発光が起こり易いなどの理由により、緑
色の発光は得られ難いという致命的な問題がある。
なるエピタキシャル層を何層も成長させるなど煩雑な工
程が必要となるだけでなく、若干ではあるが格子不整緩
和層自身が発光を吸収することから高輝度化の妨げとな
り、特に転位の発生源になりやすい為に素子特性の劣化
要因となるなどの問題がある。また何よりも、GaＰの混
晶比を0.7 未満に設定しなければならないため、直接遷
移／間接遷移のクロスオーバーポイントに近づくこと
や、Ｄ−Ａペア発光が起こり易いなどの理由により、緑
色の発光は得られ難いという致命的な問題がある。
【０００６】他の半導体材料による緑色の領域での発光
素子材料としては、アイソエレクトロニック・センタを
形成するために窒素（Ｎ）をドーピングした間接遷移型
のGaＰが挙げられる。この間接遷移型のGaＰのバンド・
ギャップは発光波長555 nmに相当し、緑色の発光が得ら
れる。しかしながら、ＮドープGaＰの発光は主としてΧ
（カイ）バンドから窒素を介した再結合発光（間接遷移
発光）であり、直接遷移型のGaInＰのように発光遷移確
率の高いΓ（ガンマ）バンドからの再結合発光（直接遷
移発光）は少なく、従って輝度的に低いレベルにある。
素子材料としては、アイソエレクトロニック・センタを
形成するために窒素（Ｎ）をドーピングした間接遷移型
のGaＰが挙げられる。この間接遷移型のGaＰのバンド・
ギャップは発光波長555 nmに相当し、緑色の発光が得ら
れる。しかしながら、ＮドープGaＰの発光は主としてΧ
（カイ）バンドから窒素を介した再結合発光（間接遷移
発光）であり、直接遷移型のGaInＰのように発光遷移確
率の高いΓ（ガンマ）バンドからの再結合発光（直接遷
移発光）は少なく、従って輝度的に低いレベルにある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、上記の直接お
よび間接遷移発光する発光素子材料として、窒素（Ｎ）
をドーピングした間接遷移型のGaInＰ（以下「Ｎドープ
GaInＰ」ともいう。）が緑色発光素子材料として期待さ
れている。即ち、ＮドープGaInＰは間接遷移型であり、
またバンド・ギャップがGaＰに非常に近似しているた
め、アイソエレクトロニック・センタを形成するための
窒素（Ｎ）をドーピングすることにより、緑色の発光が
得られる。さらに、ＮドープGaInＰは間接遷移発光が主
であるが、GaＰよりも直接遷移発光に関与する電子が多
いため、ＮドープGaＰよりも高輝度化が期待できるので
ある。
よび間接遷移発光する発光素子材料として、窒素（Ｎ）
をドーピングした間接遷移型のGaInＰ（以下「Ｎドープ
GaInＰ」ともいう。）が緑色発光素子材料として期待さ
れている。即ち、ＮドープGaInＰは間接遷移型であり、
またバンド・ギャップがGaＰに非常に近似しているた
め、アイソエレクトロニック・センタを形成するための
窒素（Ｎ）をドーピングすることにより、緑色の発光が
得られる。さらに、ＮドープGaInＰは間接遷移発光が主
であるが、GaＰよりも直接遷移発光に関与する電子が多
いため、ＮドープGaＰよりも高輝度化が期待できるので
ある。
【０００８】ＮドープGaInＰの成長に際しては、前述の
理由により格子不整緩和層などを介在させない方が高輝
度化が期待できることから、ＮドープGaInＰに格子整合
する基板上に直接成長させるのが望ましい。しかしなが
ら、格子整合する基板は見当たらないのが現状であり、
格子定数が比較的近似するGaＰ基板を用いても、格子不
整（約２％以下）による欠陥，転位などで良質な結晶は
得られず、結果的にＮドープGaＰを超える輝度は得られ
なかった。
理由により格子不整緩和層などを介在させない方が高輝
度化が期待できることから、ＮドープGaInＰに格子整合
する基板上に直接成長させるのが望ましい。しかしなが
ら、格子整合する基板は見当たらないのが現状であり、
格子定数が比較的近似するGaＰ基板を用いても、格子不
整（約２％以下）による欠陥，転位などで良質な結晶は
得られず、結果的にＮドープGaＰを超える輝度は得られ
なかった。
【０００９】以上の実情に鑑み、本発明は、間接遷移型
半導体結晶材料であるGaInＰ混晶を用いた発光素子材料
であって、基板結晶などによる光吸収を防止して高輝度
化を図り、且つ素子特性を従来に比して向上させる発光
素子材料、特に緑色系ＬＥＤの為の発光素子材料の提
供、およびこれら材料の製造方法の提供を目的とするも
のである。
半導体結晶材料であるGaInＰ混晶を用いた発光素子材料
であって、基板結晶などによる光吸収を防止して高輝度
化を図り、且つ素子特性を従来に比して向上させる発光
素子材料、特に緑色系ＬＥＤの為の発光素子材料の提
供、およびこれら材料の製造方法の提供を目的とするも
のである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為の
研究途上に於いて、本発明者は、GaＰ基板上に厚膜の間
接遷移型GaInＰ層を成長させることにより、そのGaInＰ
厚膜層上に於いては、GaＰ基板との格子整合に起因する
欠陥などがなくなることを見出した。而して、この知見
に基づいてさらに鋭意研究を行なった結果、本発明に係
る発光素子材料およびその製造方法を開発するに到った
ものである。
研究途上に於いて、本発明者は、GaＰ基板上に厚膜の間
接遷移型GaInＰ層を成長させることにより、そのGaInＰ
厚膜層上に於いては、GaＰ基板との格子整合に起因する
欠陥などがなくなることを見出した。而して、この知見
に基づいてさらに鋭意研究を行なった結果、本発明に係
る発光素子材料およびその製造方法を開発するに到った
ものである。
【００１１】即ち、本発明の発光素子材料は、GaＰ基板
上に、膜厚100 μｍ以上の間接遷移型GaInＰ厚膜層およ
びアイソエレクトロニック・センタのためのドーパント
を含有する間接遷移型GaInＰ薄膜層が順次成長されてな
る構造を有するものである。また、本発明の製造方法
は、液相エピタキシャル成長法、特に好ましくはyo−yo
溶質供給法により、GaＰ基板上に膜厚100 μｍ以上の間
接遷移型GaInＰ厚膜層およびアイソエレクトロニック・
センタのためのドーパントを含有する間接遷移型GaInＰ
薄膜層を順次成長させることを特徴とするものである。
上に、膜厚100 μｍ以上の間接遷移型GaInＰ厚膜層およ
びアイソエレクトロニック・センタのためのドーパント
を含有する間接遷移型GaInＰ薄膜層が順次成長されてな
る構造を有するものである。また、本発明の製造方法
は、液相エピタキシャル成長法、特に好ましくはyo−yo
溶質供給法により、GaＰ基板上に膜厚100 μｍ以上の間
接遷移型GaInＰ厚膜層およびアイソエレクトロニック・
センタのためのドーパントを含有する間接遷移型GaInＰ
薄膜層を順次成長させることを特徴とするものである。
【００１２】本発明に於いてGaＰ基板とは、バルク結晶
のGaＰ基板材料を意味する。GaＰ基板上に成長させる間
接遷移型GaInＰ厚膜層（以下単に「厚膜層」ともい
う。）は、GaＰの混晶比（ｘ）が前述のクロスオーバー
ポイントとなる混晶比よりも大きな（具体的には0.7 ＜
ｘ＜１）の一定組成の混晶からなるエピタキシャル層で
あり、このエピタキシャル層の膜厚は、100 μｍ以上、
好ましくは100 〜500 μｍ、より好ましくは100 〜300
μｍとする。その理由は、100 μｍ未満では基板との格
子不整合による欠陥が生じるためであり、500 μｍ以下
が望ましいのは、余りに厚い層を成長させるのはコスト
高となるだけでなく、発光を吸収する恐れがある為であ
る。
のGaＰ基板材料を意味する。GaＰ基板上に成長させる間
接遷移型GaInＰ厚膜層（以下単に「厚膜層」ともい
う。）は、GaＰの混晶比（ｘ）が前述のクロスオーバー
ポイントとなる混晶比よりも大きな（具体的には0.7 ＜
ｘ＜１）の一定組成の混晶からなるエピタキシャル層で
あり、このエピタキシャル層の膜厚は、100 μｍ以上、
好ましくは100 〜500 μｍ、より好ましくは100 〜300
μｍとする。その理由は、100 μｍ未満では基板との格
子不整合による欠陥が生じるためであり、500 μｍ以下
が望ましいのは、余りに厚い層を成長させるのはコスト
高となるだけでなく、発光を吸収する恐れがある為であ
る。
【００１３】本発明に於いては、上記厚膜層上に間接遷
移型GaInＰ薄膜層（以下単に「薄膜層」ともいう。）を
成長させる。この薄膜層の混晶比は、厚膜層に格子整合
するように厚膜層の混晶比と同一となる。この薄膜層の
混晶は間接遷移型であるため、アイソエレクトロニック
・センタのためのドーパントを添加することが必要とな
り、このようなドーパントとしては、Ｎ，Ｏ，Zn−Ｏ，
Ｎ−Znなどが例示され、前述の厚膜層についても薄膜層
と同様に、ドーピングすることができる。
移型GaInＰ薄膜層（以下単に「薄膜層」ともいう。）を
成長させる。この薄膜層の混晶比は、厚膜層に格子整合
するように厚膜層の混晶比と同一となる。この薄膜層の
混晶は間接遷移型であるため、アイソエレクトロニック
・センタのためのドーパントを添加することが必要とな
り、このようなドーパントとしては、Ｎ，Ｏ，Zn−Ｏ，
Ｎ−Znなどが例示され、前述の厚膜層についても薄膜層
と同様に、ドーピングすることができる。
【００１４】以下、本発明に係る発光素子材料の製造法
の例として、緑色発光素子材料の製造法について説明す
る。
の例として、緑色発光素子材料の製造法について説明す
る。
【００１５】〔第一工程〕まず、yo−yo溶質供給法，温
度差法などのＬＰＥ（液相エピタキシャル成長法）に
て、GaＰ基板上に間接遷移型GaInＰ厚膜層を成長させ
る。この時の厚膜層の混晶比ｘ（Gax In1-x Ｐ）は0.7
以上、好ましくは0.9 ＜ｘ＜１とする。
度差法などのＬＰＥ（液相エピタキシャル成長法）に
て、GaＰ基板上に間接遷移型GaInＰ厚膜層を成長させ
る。この時の厚膜層の混晶比ｘ（Gax In1-x Ｐ）は0.7
以上、好ましくは0.9 ＜ｘ＜１とする。
【００１６】厚膜層の成長に際し、通常のＬＰＥ（徐冷
法など）の場合、一回の成長では30μｍ程度が限度であ
り、成長工程を何度も繰り返さなければならない。これ
に対してyo−yo溶質供給法では、一回の成長で通常のＬ
ＰＥよりも厚く成長させることができ効率的である。
法など）の場合、一回の成長では30μｍ程度が限度であ
り、成長工程を何度も繰り返さなければならない。これ
に対してyo−yo溶質供給法では、一回の成長で通常のＬ
ＰＥよりも厚く成長させることができ効率的である。
【００１７】yo−yo溶質供給法（静岡大学電子工学研究
所研究報告21,(1986),119 「yo−yo溶質供給法による半
導体結晶の成長」、特開昭63-81989号公報、特開平1-31
5174号公報、特願平2-80330 号明細書参照）とは、エピ
タキシャル層の原料であるGaInＰ系合金を下側に、GaＰ
基板の成長面を下向きにして原料のGaInＰ系合金と対向
するように基板を配置し、これらGaInＰ系合金とGaＰ基
板との間に例えばGaとGaＰとを飽和溶解したIn溶液を挿
入し、溶液の温度を上下することで、基板面にGaInＰ厚
膜層を成長させる方法である。溶液の温度とGaInＰ厚膜
層の成長の関係は次のようになる。まず、挿入した溶液
を冷却して（この時の温度をＴとする）過飽和状態とす
る。溶液からGaInＰ系結晶が析出するが、溶液より比重
が小さいため、上方に移動し、GaＰ基板面により多くの
GaInＰ系結晶が成長する。そして、所定時間温度Ｔを保
持した後、溶液をＴ′まで昇温する。溶液は次第に未飽
和状態になるが、比重差の効果で下側配置のGaInＰ系合
金からの溶解が主に起こる。所定時間温度Ｔ′で保持し
た後、温度をＴまで冷却する。以下、この温度サイクル
を数回繰り返して、基板に所望の厚さのGaInＰ厚膜層を
成長させる。本発明に於いては、Ｔは通常700 〜800
℃、好ましくは740 〜780 ℃であり、Ｔ′は通常750 〜
900 ℃、好ましくは770 〜820 ℃である。また、Ｔ′℃
に保持する時間は、通常１〜100 分、好ましくは２〜10
分である。温度サイクルは、通常２〜100 回、好ましく
は10〜30回である。
所研究報告21,(1986),119 「yo−yo溶質供給法による半
導体結晶の成長」、特開昭63-81989号公報、特開平1-31
5174号公報、特願平2-80330 号明細書参照）とは、エピ
タキシャル層の原料であるGaInＰ系合金を下側に、GaＰ
基板の成長面を下向きにして原料のGaInＰ系合金と対向
するように基板を配置し、これらGaInＰ系合金とGaＰ基
板との間に例えばGaとGaＰとを飽和溶解したIn溶液を挿
入し、溶液の温度を上下することで、基板面にGaInＰ厚
膜層を成長させる方法である。溶液の温度とGaInＰ厚膜
層の成長の関係は次のようになる。まず、挿入した溶液
を冷却して（この時の温度をＴとする）過飽和状態とす
る。溶液からGaInＰ系結晶が析出するが、溶液より比重
が小さいため、上方に移動し、GaＰ基板面により多くの
GaInＰ系結晶が成長する。そして、所定時間温度Ｔを保
持した後、溶液をＴ′まで昇温する。溶液は次第に未飽
和状態になるが、比重差の効果で下側配置のGaInＰ系合
金からの溶解が主に起こる。所定時間温度Ｔ′で保持し
た後、温度をＴまで冷却する。以下、この温度サイクル
を数回繰り返して、基板に所望の厚さのGaInＰ厚膜層を
成長させる。本発明に於いては、Ｔは通常700 〜800
℃、好ましくは740 〜780 ℃であり、Ｔ′は通常750 〜
900 ℃、好ましくは770 〜820 ℃である。また、Ｔ′℃
に保持する時間は、通常１〜100 分、好ましくは２〜10
分である。温度サイクルは、通常２〜100 回、好ましく
は10〜30回である。
【００１８】温度差法によるＬＰＥとは、飽和溶液を基
板に接触させる際に、溶液中に一定の温度差を設けるも
のであり、基板接触側を他の部位より低温に設定する
と、溶解度の差から密度勾配が発生し、密度勾配を駆動
力とした溶質の物質移動によって基板上にGaInＰ厚膜層
を成長させる方法である。本発明に於いては、上記の溶
液を用いることができ、下側にGaInＰ系合金を配置し、
該基板と該溶液の上部とに、１〜50℃好ましくは４〜25
℃の温度差を既知の方法にて形成し、該基板の温度を70
0 〜850 ℃、好ましくは750 〜820 ℃に設定することに
よりGaInＰ厚膜層を成長することができる。成長層の厚
みは、成長時間で制御される。
板に接触させる際に、溶液中に一定の温度差を設けるも
のであり、基板接触側を他の部位より低温に設定する
と、溶解度の差から密度勾配が発生し、密度勾配を駆動
力とした溶質の物質移動によって基板上にGaInＰ厚膜層
を成長させる方法である。本発明に於いては、上記の溶
液を用いることができ、下側にGaInＰ系合金を配置し、
該基板と該溶液の上部とに、１〜50℃好ましくは４〜25
℃の温度差を既知の方法にて形成し、該基板の温度を70
0 〜850 ℃、好ましくは750 〜820 ℃に設定することに
よりGaInＰ厚膜層を成長することができる。成長層の厚
みは、成長時間で制御される。
【００１９】厚膜層には導電型を調節する為のドーパン
トを混入してもよい。例えば、ｎ型とする場合Ｓ，Te，
Seなどを、ｐ型とする場合Zn，Cd，Beなどを５×1016〜
１×1019cm-3程度ドーピングすることができる。但し、
ｐｎ接合が形成されるように、即ち後述のGaInＰ薄膜層
と逆の導電型になるようにドーピングする必要がある。
トを混入してもよい。例えば、ｎ型とする場合Ｓ，Te，
Seなどを、ｐ型とする場合Zn，Cd，Beなどを５×1016〜
１×1019cm-3程度ドーピングすることができる。但し、
ｐｎ接合が形成されるように、即ち後述のGaInＰ薄膜層
と逆の導電型になるようにドーピングする必要がある。
【００２０】〔第二工程〕以上の第一工程により成長さ
せた厚膜層上に、さらに薄膜層を成長させる。薄膜層の
成長方法としては、上記と同様にＬＰＥが望ましいが、
従来既知の気相成長（クロライド法、ハライド法）、Ｍ
ＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシャル成長法）、ＭＢ
Ｅ（分子線エピタキシャル成長法）などによっても成長
させることができる。
せた厚膜層上に、さらに薄膜層を成長させる。薄膜層の
成長方法としては、上記と同様にＬＰＥが望ましいが、
従来既知の気相成長（クロライド法、ハライド法）、Ｍ
ＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシャル成長法）、ＭＢ
Ｅ（分子線エピタキシャル成長法）などによっても成長
させることができる。
【００２１】本発明に於いては、図１に示すように、薄
膜層と上記の厚膜層との界面にｐｎ接合を形成させても
よく、また図２に示すように、薄膜層中にｐｎ接合を形
成させてもよい。薄膜層中にｐｎ接合を形成させた場
合、ｐｎ接合よりもGaInＰ厚膜層側の薄膜層（以下「第
１層」ともいう。）は１〜45μｍ、好ましくは１〜10μ
ｍ程度に、ｐｎ接合を介して第１層と反対側の薄膜層
（以下「第２層」ともいう。）は５〜45μｍ、好ましく
は10〜30μｍ程度に成長させるのが適当である。
膜層と上記の厚膜層との界面にｐｎ接合を形成させても
よく、また図２に示すように、薄膜層中にｐｎ接合を形
成させてもよい。薄膜層中にｐｎ接合を形成させた場
合、ｐｎ接合よりもGaInＰ厚膜層側の薄膜層（以下「第
１層」ともいう。）は１〜45μｍ、好ましくは１〜10μ
ｍ程度に、ｐｎ接合を介して第１層と反対側の薄膜層
（以下「第２層」ともいう。）は５〜45μｍ、好ましく
は10〜30μｍ程度に成長させるのが適当である。
【００２２】〔第三工程〕かくして製造された発光素子
材料は、GaＰ基板上の厚膜層が基板になり得る程に厚く
成長されている為、GaＰ基板を除去したものを発光素子
とすることができる。GaＰ基板の除去は、研磨などの常
套手段によって行われる。
材料は、GaＰ基板上の厚膜層が基板になり得る程に厚く
成長されている為、GaＰ基板を除去したものを発光素子
とすることができる。GaＰ基板の除去は、研磨などの常
套手段によって行われる。
【００２３】
【実施例】まず、本発明に係る発光素子材料の製造方法
を図面に基づいて詳細に説明する。
を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】図３は、本発明に係る製造方法に用いられ
る結晶成長装置の概略断面図である。図中、20は適当な
材料、例えば高純度カーボンを用いたボートで、その一
部にピストン19を挿入できるようにしたシリンダを備え
ている。成長を始める前には、In−Ga−Ｐ溶液３用の材
料がこのシリンダ内に仕込まれている。
る結晶成長装置の概略断面図である。図中、20は適当な
材料、例えば高純度カーボンを用いたボートで、その一
部にピストン19を挿入できるようにしたシリンダを備え
ている。成長を始める前には、In−Ga−Ｐ溶液３用の材
料がこのシリンダ内に仕込まれている。
【００２５】14，14′は石英管16内へ高圧に加圧した雰
囲気ガスを導入するためのガス配管系である。フランジ
13′はピストン19を可動できるようにした気密シールを
当該フランジのピストン貫通部に備えている。24は基板
１のホルダー兼成長用ボートの蓋、22はガス抜兼過剰な
溶液の逃路、23は過剰となった溶液の受皿である。尚、
図示はされていないが、このカーボンボートには無機物
質の含浸ならびにＢ2 Ｏ3 による封止によって、基板，
原料合金および溶液から揮発性の高いＰ（燐）が蒸発に
よって失われないように工夫が施されてある。但し、図
中のｇは重力の方向を示す。
囲気ガスを導入するためのガス配管系である。フランジ
13′はピストン19を可動できるようにした気密シールを
当該フランジのピストン貫通部に備えている。24は基板
１のホルダー兼成長用ボートの蓋、22はガス抜兼過剰な
溶液の逃路、23は過剰となった溶液の受皿である。尚、
図示はされていないが、このカーボンボートには無機物
質の含浸ならびにＢ2 Ｏ3 による封止によって、基板，
原料合金および溶液から揮発性の高いＰ（燐）が蒸発に
よって失われないように工夫が施されてある。但し、図
中のｇは重力の方向を示す。
【００２６】エピタキシャル成長に用いる原料２は、Ga
Ｐまたは目的組成（混晶比ｙ）よりもGaＰ側のモル分率
であるGaz In1-zＰ合金（ｚ＞ｙ）でもよい。例えば、
組成がGaＰのモル分率で0.9 であるGaInＰ合金２を用い
て、GaＰ基板１を上側に、GaInＰ合金２を下側に各々配
置する。用いるGaＰ基板は、面積１×１cm2 、結晶の面
方位（111)，（111)Ｂ或いは（111)Ａ、キャリア濃度10
17〜1018cm-3である。GaInＰ合金２には、ドナー不純物
としてＳ，Si，Te，Seなど（好適にはTe）が添加されて
いる。この時、GaＰ基板１は表面研磨され、適当なエッ
チング液によって表面が充分清浄化されていることは言
うまでもない。
Ｐまたは目的組成（混晶比ｙ）よりもGaＰ側のモル分率
であるGaz In1-zＰ合金（ｚ＞ｙ）でもよい。例えば、
組成がGaＰのモル分率で0.9 であるGaInＰ合金２を用い
て、GaＰ基板１を上側に、GaInＰ合金２を下側に各々配
置する。用いるGaＰ基板は、面積１×１cm2 、結晶の面
方位（111)，（111)Ｂ或いは（111)Ａ、キャリア濃度10
17〜1018cm-3である。GaInＰ合金２には、ドナー不純物
としてＳ，Si，Te，Seなど（好適にはTe）が添加されて
いる。この時、GaＰ基板１は表面研磨され、適当なエッ
チング液によって表面が充分清浄化されていることは言
うまでもない。
【００２７】用いる溶液は800 ℃に於いて、GaＰのモル
分率で0.9 の組成のGaInＰ混晶を析出するように調製さ
れている。具体的にはIn５ｇ中にGa 42.1 mg，GaＰ 73.
1 mgを溶解した溶液を用いる。これにより、GaＰ基板
１，GaInＰ合金２および溶液３が用意される。
分率で0.9 の組成のGaInＰ混晶を析出するように調製さ
れている。具体的にはIn５ｇ中にGa 42.1 mg，GaＰ 73.
1 mgを溶解した溶液を用いる。これにより、GaＰ基板
１，GaInＰ合金２および溶液３が用意される。
【００２８】まず図３の電気炉10に通電して昇温し、80
0 ℃に達した後、そこで１〜５時間程度一定温度に保持
して、ボート20のシリンダ内に挿入してある溶液３′を
十分に均一化する。勿論、この溶液の均一化の熱処理は
800 ℃よりも高い温度で行っても差し支えない。この場
合には、均一化の熱処理後に800 ℃まで徐冷して次の操
作に備えるものとする。
0 ℃に達した後、そこで１〜５時間程度一定温度に保持
して、ボート20のシリンダ内に挿入してある溶液３′を
十分に均一化する。勿論、この溶液の均一化の熱処理は
800 ℃よりも高い温度で行っても差し支えない。この場
合には、均一化の熱処理後に800 ℃まで徐冷して次の操
作に備えるものとする。
【００２９】以上のようにして溶液の均一化処理が終了
した後、ピストン19を操作して当該溶液をGaＰ基板１と
原料GaInＰ合金２との間に注入する。その後、適当な時
間温度を保持した後、適当な徐冷速度、例えば0.1 〜２
℃／分で、770 ℃まで冷却して10分間保持する。次に、
0.5 ℃／分の速度で800 ℃まで昇温して、適当な時間温
度を保持した後、上記と同様に冷却する。この１回のサ
イクルにより、GaＰのモル分率で0.9 のGaInＰ混晶層４
が約15μｍ成長する。本実施例に於いては、20回のサイ
クルにより約300 μｍのGaInＰ混晶（厚膜）層４を成長
させる。
した後、ピストン19を操作して当該溶液をGaＰ基板１と
原料GaInＰ合金２との間に注入する。その後、適当な時
間温度を保持した後、適当な徐冷速度、例えば0.1 〜２
℃／分で、770 ℃まで冷却して10分間保持する。次に、
0.5 ℃／分の速度で800 ℃まで昇温して、適当な時間温
度を保持した後、上記と同様に冷却する。この１回のサ
イクルにより、GaＰのモル分率で0.9 のGaInＰ混晶層４
が約15μｍ成長する。本実施例に於いては、20回のサイ
クルにより約300 μｍのGaInＰ混晶（厚膜）層４を成長
させる。
【００３０】このようにしてGaＰ基板１に格子不整合の
GaInＰ混晶層４を厚膜成長させることにより、GaInＰ厚
膜層４表面はGaＰ基板１との界面の格子不整合の影響を
受けず、GaInＰ厚膜層４上に良質な発光層を成長させる
ことができる。
GaInＰ混晶層４を厚膜成長させることにより、GaInＰ厚
膜層４表面はGaＰ基板１との界面の格子不整合の影響を
受けず、GaInＰ厚膜層４上に良質な発光層を成長させる
ことができる。
【００３１】本実施例に於いては、図２に示すように、
GaInＰ厚膜層４上にＮドープGaInＰ薄膜層（第１層）５
およびＮドープGaInＰ薄膜層（第２層）６を成長させて
いる。これら第１および２層5,6 は上記のGaInＰ厚膜層
４の成長に引き続いてyo−yo溶質供給法により成長させ
ることができるが、ここではスライドボート法を適用し
た例を示す。
GaInＰ厚膜層４上にＮドープGaInＰ薄膜層（第１層）５
およびＮドープGaInＰ薄膜層（第２層）６を成長させて
いる。これら第１および２層5,6 は上記のGaInＰ厚膜層
４の成長に引き続いてyo−yo溶質供給法により成長させ
ることができるが、ここではスライドボート法を適用し
た例を示す。
【００３２】まず、図４に示す如き結晶成長装置のスラ
イダ43に、GaInＰ厚膜層４を成長させたGaＰ基板１′を
セットする。そして化学エッチングおよび洗浄によって
清浄化した所定量のIn，InＰおよびGaＰをスライドボー
ト40の溶液溜41ａおよび溶液溜41ｂに各々挿入する。な
お、溶液溜41ａ，41ｂに挿入する材料として、それぞれ
予め適当な方法を用いて充分に混合したIn-Ga-Ｐ合金を
用いても差し支えない。
イダ43に、GaInＰ厚膜層４を成長させたGaＰ基板１′を
セットする。そして化学エッチングおよび洗浄によって
清浄化した所定量のIn，InＰおよびGaＰをスライドボー
ト40の溶液溜41ａおよび溶液溜41ｂに各々挿入する。な
お、溶液溜41ａ，41ｂに挿入する材料として、それぞれ
予め適当な方法を用いて充分に混合したIn-Ga-Ｐ合金を
用いても差し支えない。
【００３３】具体的な仕込量の例を挙げれば、ｎ型Ｎド
ープGaInＰ薄膜層５に於いては、In３ｇに対してGa 25.
3 mg，GaＰ 43.8 mgを、ｐ型ＮドープGaInＰ薄膜層６に
於いては、In３ｇに対してGa 4.6 mg ，GaＰ 54.7 mgを
それぞれ仕込む。各々の溶液溜41ａ，41ｂにこれらの材
料を挿入した後、燐などの揮発を防止するためにフタ46
を各々の溶液溜41ａ，41ｂに取付ける。
ープGaInＰ薄膜層５に於いては、In３ｇに対してGa 25.
3 mg，GaＰ 43.8 mgを、ｐ型ＮドープGaInＰ薄膜層６に
於いては、In３ｇに対してGa 4.6 mg ，GaＰ 54.7 mgを
それぞれ仕込む。各々の溶液溜41ａ，41ｂにこれらの材
料を挿入した後、燐などの揮発を防止するためにフタ46
を各々の溶液溜41ａ，41ｂに取付ける。
【００３４】スライドボート40は、水素ガスの他にドー
ピングのためのアンモニアガスを通じた石英管45内に設
置されている。石英管45内に残留酸素や水蒸気が存在し
ないよう、充分水素およびアンモニアガスを通じた後、
電気炉42によってそれぞれの層の成長温度より多少高い
温度、たとえば２〜20℃程度高い温度に当該成長用材料
を加熱し、かつその温度で一定時間（例えば２〜４時
間）保つことによって、それぞれの成長用溶液の均質化
をはかる。
ピングのためのアンモニアガスを通じた石英管45内に設
置されている。石英管45内に残留酸素や水蒸気が存在し
ないよう、充分水素およびアンモニアガスを通じた後、
電気炉42によってそれぞれの層の成長温度より多少高い
温度、たとえば２〜20℃程度高い温度に当該成長用材料
を加熱し、かつその温度で一定時間（例えば２〜４時
間）保つことによって、それぞれの成長用溶液の均質化
をはかる。
【００３５】しかる後、第１層の成長開始温度たとえば
820 ℃まで適当な速度0.01〜2.0 ℃／分で徐々に冷却す
る。この際、第１層５の成長用In溶液は、GaInＰが飽和
あるいはほぼ飽和に近い過飽和の状態となるように、仕
込み組成が調製されている。その後、スライダ操作棒47
を用いてスライダ43を動かし、GaＰ基板１′を溶液溜41
ａの真下に移動させ、溶液溜41ａ内の成長溶液とGaＰ基
板１′とを接触させる。
820 ℃まで適当な速度0.01〜2.0 ℃／分で徐々に冷却す
る。この際、第１層５の成長用In溶液は、GaInＰが飽和
あるいはほぼ飽和に近い過飽和の状態となるように、仕
込み組成が調製されている。その後、スライダ操作棒47
を用いてスライダ43を動かし、GaＰ基板１′を溶液溜41
ａの真下に移動させ、溶液溜41ａ内の成長溶液とGaＰ基
板１′とを接触させる。
【００３６】溶液は適当な速度たとえば0.01〜2.0 ℃／
分で徐冷されているので、溶液中ではGaInＰが過飽和に
なり、それがGaＰ基板１′上に析出して、ｎ型Ｎドープ
GaInＰ薄膜層５が成長する。この薄膜層５が適当な厚
み、例えば15μｍ程度になった時点でスライダ43を動か
し、GaＰ基板１′を溶液溜41ｂの真下に移動させて、ｐ
型ＮドープGaInＰ薄膜層６の成長を行なう。厚みが所定
の値、例えば35μｍ程度になった時点で再びスライダ43
を動かし、溶液溜41ｂの成長溶液を薄膜層６の表面から
離れさせて、両者が接触しないようにすることによって
成長を終了させる。
分で徐冷されているので、溶液中ではGaInＰが過飽和に
なり、それがGaＰ基板１′上に析出して、ｎ型Ｎドープ
GaInＰ薄膜層５が成長する。この薄膜層５が適当な厚
み、例えば15μｍ程度になった時点でスライダ43を動か
し、GaＰ基板１′を溶液溜41ｂの真下に移動させて、ｐ
型ＮドープGaInＰ薄膜層６の成長を行なう。厚みが所定
の値、例えば35μｍ程度になった時点で再びスライダ43
を動かし、溶液溜41ｂの成長溶液を薄膜層６の表面から
離れさせて、両者が接触しないようにすることによって
成長を終了させる。
【００３７】以上の如くして成長された発光素子材料
は、GaInＰ厚膜層が基板になり得る程に充分厚膜である
為、GaＰ基板を除去したものを発光素子とすることがで
きる。
は、GaInＰ厚膜層が基板になり得る程に充分厚膜である
為、GaＰ基板を除去したものを発光素子とすることがで
きる。
【００３８】上記発光素子材料に基づいて、例えば緑色
ＬＥＤを製造する場合には、図５に示すように、ｎ型Ga
Ｐ基板31上に、200 μｍのｎ型ＮドープGa0.9 In0.1 Ｐ
厚膜層34、15μｍのｎ型ＮドープGa0.9 In0.1 Ｐ薄膜層
（第１層）35および10μｍのｐ型ＮドープGa0.9 In0.1
Ｐ薄膜層（第２層）36を順次ＬＰＥ（yo−yo溶質供給法
または他のＬＰＥ）により成長させる。次に、ｎ型GaＰ
基板31を研磨により除去して、AuZn／Auなどのｐ側電極
Ｅ31，AuGeNi／Auなどのｎ側電極Ｅ32を、真空蒸着など
の手段によって設ける。以上の操作により得られたＬＥ
Ｄの発光波長は565 nmであり、緑色の発光となることが
わかる。
ＬＥＤを製造する場合には、図５に示すように、ｎ型Ga
Ｐ基板31上に、200 μｍのｎ型ＮドープGa0.9 In0.1 Ｐ
厚膜層34、15μｍのｎ型ＮドープGa0.9 In0.1 Ｐ薄膜層
（第１層）35および10μｍのｐ型ＮドープGa0.9 In0.1
Ｐ薄膜層（第２層）36を順次ＬＰＥ（yo−yo溶質供給法
または他のＬＰＥ）により成長させる。次に、ｎ型GaＰ
基板31を研磨により除去して、AuZn／Auなどのｐ側電極
Ｅ31，AuGeNi／Auなどのｎ側電極Ｅ32を、真空蒸着など
の手段によって設ける。以上の操作により得られたＬＥ
Ｄの発光波長は565 nmであり、緑色の発光となることが
わかる。
【００３９】
【発明の効果】本発明の発光素子材料は以上説明したよ
うに構成されているので、以下のような効果を奏する。
GaAs基板や格子不整緩和層を必要とせずにGaInＰま
たはGaＰを用いている為、約870 nmより短波長の発光、
特に緑色の発光吸収を低減させ、面発光型の可視光ＬＥ
Ｄの高輝度化が期待できる。 Alを排除している為、
デバイスとしての特性が安定化し、低抵抗とするのが容
易となる。 間接遷移型GaInＰは、直接遷移型GaInＰ
とは異なり、そのバンド・ギャップが間接遷移型GaＰに
近似しており、緑色の発光が期待できる。 間接遷移
型GaInＰは、GaＰよりも直接遷移発光に関与する電子が
多いため、発光遷移確率の高いΓ（ガンマ）バンドから
の再結合発光が増加し、高輝度化が期待できる。
うに構成されているので、以下のような効果を奏する。
GaAs基板や格子不整緩和層を必要とせずにGaInＰま
たはGaＰを用いている為、約870 nmより短波長の発光、
特に緑色の発光吸収を低減させ、面発光型の可視光ＬＥ
Ｄの高輝度化が期待できる。 Alを排除している為、
デバイスとしての特性が安定化し、低抵抗とするのが容
易となる。 間接遷移型GaInＰは、直接遷移型GaInＰ
とは異なり、そのバンド・ギャップが間接遷移型GaＰに
近似しており、緑色の発光が期待できる。 間接遷移
型GaInＰは、GaＰよりも直接遷移発光に関与する電子が
多いため、発光遷移確率の高いΓ（ガンマ）バンドから
の再結合発光が増加し、高輝度化が期待できる。
【００４０】また、本発明の製造方法は以下のような効
果を奏する。 格子不整緩和層を成長させる必要がな
いから、製造の簡素化が図れる。 GaＰ基板上に100
μｍ以上の間接遷移型GaInＰ厚膜層を成長させることに
より、厚膜層上に良質な結晶の間接遷移型GaInＰ薄膜層
の成長が可能となり、発光素子、特に緑色発光素子の高
輝度化に寄与する。 エピタキシャル成長法がＬＰ
Ｅ、好ましくはyo−yo溶質供給法である為、厚膜のGaIn
Ｐ系層を容易に成長させることができる。 エピタキ
シャル成長層は同一組成（混晶比）の混晶である為、連
続的な成長が可能となる。
果を奏する。 格子不整緩和層を成長させる必要がな
いから、製造の簡素化が図れる。 GaＰ基板上に100
μｍ以上の間接遷移型GaInＰ厚膜層を成長させることに
より、厚膜層上に良質な結晶の間接遷移型GaInＰ薄膜層
の成長が可能となり、発光素子、特に緑色発光素子の高
輝度化に寄与する。 エピタキシャル成長法がＬＰ
Ｅ、好ましくはyo−yo溶質供給法である為、厚膜のGaIn
Ｐ系層を容易に成長させることができる。 エピタキ
シャル成長層は同一組成（混晶比）の混晶である為、連
続的な成長が可能となる。
【図１】本発明に係る発光素子材料の一実施例を示す断
面図である。
面図である。
【図２】本発明に係る発光素子材料の変更実施例を示す
断面図である。
断面図である。
【図３】yo−yo溶質供給法を実施する際に使用される結
晶成長装置の概略断面図である。
晶成長装置の概略断面図である。
【図４】スライドボート法を実施する際に使用される結
晶成長装置の概略断面図である。
晶成長装置の概略断面図である。
【図５】図２の構造を用いたＬＥＤの一例を示す断面図
である。
である。
１ ：ＧａＰ基板 ４ ：ＧａＩｎＰ厚膜層 ５ ：ＮドープＧａＩｎＰ薄膜層（第１層） ６ ：ＮドープＧａＩｎＰ薄膜層（第２層） ５１ ：ｎ型ＧａＰ基板 ５４ ：ｎ型ＮドープＧａＩｎＰ厚膜層 ５５ ：ｎ型ＮドープＧａＩｎＰ薄膜層（第１層） ５６ ：ｐ型ＮドープＧａＩｎＰ薄膜層（第２層） Ｅ５１ ：ｐ側電極 Ｅ５２ ：ｎ側電極
Claims (4)
- 【請求項１】 GaＰ基板上に、膜厚100 μｍ以上の間接
遷移型GaInＰ厚膜層およびアイソエレクトロニック・セ
ンタのためのドーパントを含有する間接遷移型GaInＰ薄
膜層が順次成長されてなる構造を有する発光素子材料。 - 【請求項２】 液相エピタキシャル成長法により、GaＰ
基板上に膜厚100 μｍ以上の間接遷移型GaInＰ厚膜層お
よびアイソエレクトロニック・センタのためのドーパン
トを含有する間接遷移型GaInＰ薄膜層を順次成長させる
ことを特徴とする発光素子材料の製造方法。 - 【請求項３】 該液相エピタキシャル成長法が、yo−yo
溶質供給法である請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 請求項２または３記載の方法により得ら
れた発光素子材料から該GaＰ基板を除去することを特徴
とする発光素子材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23715791A JPH0555630A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 発光素子材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23715791A JPH0555630A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 発光素子材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555630A true JPH0555630A (ja) | 1993-03-05 |
Family
ID=17011247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23715791A Pending JPH0555630A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 発光素子材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0555630A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011507262A (ja) * | 2007-12-14 | 2011-03-03 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 結合界面を有する発光デバイス |
-
1991
- 1991-08-22 JP JP23715791A patent/JPH0555630A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011507262A (ja) * | 2007-12-14 | 2011-03-03 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 結合界面を有する発光デバイス |
| US9905730B2 (en) | 2007-12-14 | 2018-02-27 | Lumileds Llc | Light emitting device with bonded interface |
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