JPH0590639A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子の製造方法Info
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- JPH0590639A JPH0590639A JP24817591A JP24817591A JPH0590639A JP H0590639 A JPH0590639 A JP H0590639A JP 24817591 A JP24817591 A JP 24817591A JP 24817591 A JP24817591 A JP 24817591A JP H0590639 A JPH0590639 A JP H0590639A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】本発明は、従来の素子より外部量子効率の高い
炭化珪素発光素子を供給することを目的とする。 【構成】ｎ型炭化珪素１１上に形成したＡｌ−Ｓｉ膜２
１を熱処理することによって、発光層であるｎ- 型炭化
珪素層１３を形成し、さらにＡｌ−Ｓｉ２１膜上に蒸着
したＡｌ膜２２を熱処理することによってｐ型炭化珪素
層１４を形成する。またｎ型炭化珪素１１上に蒸着した
Ａｌ膜２２およびＡｌよりも原子半径の大きいIII族金
属膜を熱処理することによって、発光層であるｎ- 型炭
化珪素層１３およびｐ型炭化珪素層を同時に形成する。 【効果】各導電型炭化珪素層間に絶縁層が生じないた
め、外部量子効率の高い発光素子を形成することができ
る。
炭化珪素発光素子を供給することを目的とする。 【構成】ｎ型炭化珪素１１上に形成したＡｌ−Ｓｉ膜２
１を熱処理することによって、発光層であるｎ- 型炭化
珪素層１３を形成し、さらにＡｌ−Ｓｉ２１膜上に蒸着
したＡｌ膜２２を熱処理することによってｐ型炭化珪素
層１４を形成する。またｎ型炭化珪素１１上に蒸着した
Ａｌ膜２２およびＡｌよりも原子半径の大きいIII族金
属膜を熱処理することによって、発光層であるｎ- 型炭
化珪素層１３およびｐ型炭化珪素層を同時に形成する。 【効果】各導電型炭化珪素層間に絶縁層が生じないた
め、外部量子効率の高い発光素子を形成することができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は不純物の拡散方法を改良
した半導体発光素子の製造方法に関する。
した半導体発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素は熱的にも化学的にも非常に安
定であるために、高温高圧下でも耐え得る耐環境素子用
材料として研究されている。また一方では、炭化珪素は
エネルギーギャップが２．３ｅＶ以上あるために短波長
発光素子用材料として注目を集めている。炭化珪素には
六方晶系や立方晶系、三方晶系など幾つかの結晶構造が
存在する。また、結晶の周期も３から数百、数千に至る
ものまで多岐にわたっている。その中でも特に６Ｈ型
（周期６の六方晶系）の炭化珪素はエネルギーギャップ
が２．８ｅＶ程度あるために青色発光が可能な素子の材
料として研究され、また素子の製作が行なわれている。
定であるために、高温高圧下でも耐え得る耐環境素子用
材料として研究されている。また一方では、炭化珪素は
エネルギーギャップが２．３ｅＶ以上あるために短波長
発光素子用材料として注目を集めている。炭化珪素には
六方晶系や立方晶系、三方晶系など幾つかの結晶構造が
存在する。また、結晶の周期も３から数百、数千に至る
ものまで多岐にわたっている。その中でも特に６Ｈ型
（周期６の六方晶系）の炭化珪素はエネルギーギャップ
が２．８ｅＶ程度あるために青色発光が可能な素子の材
料として研究され、また素子の製作が行なわれている。
【０００３】この炭化珪素発光素子を従来の液相成長法
を用いて作製する場合、まずグラファイトるつぼ中に珪
素を溶融させて、その珪素融液中に炭化珪素基板を浸漬
させることによって行なう。炭化珪素は珪素とその中に
溶けだしたグラファイトとの反応によって生じる。従来
のｐｎ接合発光素子の場合にはこの成長工程を２度行な
う。まずｎ型の炭化珪素基板を用意し、その一主面上に
発光中心を含んだｎ- 型の炭化珪素層をエピタキシャル
成長させ、さらにその上にｐ型の炭化珪素層を同じくエ
ピタキシャル成長させるという工程である。従来の成長
方法においては、各エピタキシャル成長の後に基板をメ
ルトから取り出す必要がある。この際におのおのの成長
層とその基板部分との間に酸化膜あるいは窒化膜などの
絶縁膜が生じる。中でも、ｐｎ接合界面に絶縁膜が存在
すると素子はｐｉｎ構造となる。このようなｐｉｎ型素
子構造では、素子にかける電圧の大部分が中間に存在す
るｉ層にかかるため、発熱が生じこの分の電力は発光に
寄与しない。すなわちこの現象は電力の損失につなが
り、発光素子においては外部量子効率の低下につなが
る。
を用いて作製する場合、まずグラファイトるつぼ中に珪
素を溶融させて、その珪素融液中に炭化珪素基板を浸漬
させることによって行なう。炭化珪素は珪素とその中に
溶けだしたグラファイトとの反応によって生じる。従来
のｐｎ接合発光素子の場合にはこの成長工程を２度行な
う。まずｎ型の炭化珪素基板を用意し、その一主面上に
発光中心を含んだｎ- 型の炭化珪素層をエピタキシャル
成長させ、さらにその上にｐ型の炭化珪素層を同じくエ
ピタキシャル成長させるという工程である。従来の成長
方法においては、各エピタキシャル成長の後に基板をメ
ルトから取り出す必要がある。この際におのおのの成長
層とその基板部分との間に酸化膜あるいは窒化膜などの
絶縁膜が生じる。中でも、ｐｎ接合界面に絶縁膜が存在
すると素子はｐｉｎ構造となる。このようなｐｉｎ型素
子構造では、素子にかける電圧の大部分が中間に存在す
るｉ層にかかるため、発熱が生じこの分の電力は発光に
寄与しない。すなわちこの現象は電力の損失につなが
り、発光素子においては外部量子効率の低下につなが
る。
【０００４】一方、同じ炭化珪素発光素子を作製する従
来方法として気相成長法がある。これは基板を材料とな
る気相中に置くことにより、基板上に炭化珪素薄膜を成
長する方法である。この成長法においては、気相中の組
成を切り換えることによって導電型の変更を行なう。し
かしながら、このような気相成長法においては、上述し
た導電型を変更するための気相の組成を変える過程にお
いて、気相の供給を止めるか、あるいは温度を下げるこ
とによって成長を停止させる必要がある。この際にも、
やはり上記の液相成長法と同様に各成長膜とその基板と
の界面に絶縁膜が生じ、上述した理由に基づいて外部量
子効率の低下につながる。
来方法として気相成長法がある。これは基板を材料とな
る気相中に置くことにより、基板上に炭化珪素薄膜を成
長する方法である。この成長法においては、気相中の組
成を切り換えることによって導電型の変更を行なう。し
かしながら、このような気相成長法においては、上述し
た導電型を変更するための気相の組成を変える過程にお
いて、気相の供給を止めるか、あるいは温度を下げるこ
とによって成長を停止させる必要がある。この際にも、
やはり上記の液相成長法と同様に各成長膜とその基板と
の界面に絶縁膜が生じ、上述した理由に基づいて外部量
子効率の低下につながる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の炭化
珪素発光素子の製造方法は、導電型を変える必要から、
一層ごとに成長を停止する必要があったため、ｐ型炭化
珪素層のエピタキシャル成長途中にこの層とｎ型炭化珪
素層との間に高比抵抗の絶縁膜が生じ、この絶縁膜に起
因する電力損失の大きな素子が形成されるという問題が
あった。このことは、発光素子においては外部量子効率
の低下を来し、輝度の高い発光素子を製造する上で大き
な障害となっていた。
珪素発光素子の製造方法は、導電型を変える必要から、
一層ごとに成長を停止する必要があったため、ｐ型炭化
珪素層のエピタキシャル成長途中にこの層とｎ型炭化珪
素層との間に高比抵抗の絶縁膜が生じ、この絶縁膜に起
因する電力損失の大きな素子が形成されるという問題が
あった。このことは、発光素子においては外部量子効率
の低下を来し、輝度の高い発光素子を製造する上で大き
な障害となっていた。
【０００６】本発明は、上記問題点に鑑み成されたもの
で、高比抵抗の絶縁膜が生じることがなく、電力損失が
低減され、外部量子効率の向上を計った半導体発光素子
の製造方法を提供することを目的とする。
で、高比抵抗の絶縁膜が生じることがなく、電力損失が
低減され、外部量子効率の向上を計った半導体発光素子
の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、第１の発明は、半導体基板表面に発光中心となる
元素を含む拡散源を形成する工程と、前記拡散源から前
記発光中心となる元素を前記半導体基板中に熱拡散させ
る工程とを備え、前記半導体基板の構成元素の少なくと
も一つで且つ前記発光中心となる元素の拡散を制御する
元素を前記拡散源に含ませることを特徴とする半導体発
光素子の製造方法を提供するものである。
めに、第１の発明は、半導体基板表面に発光中心となる
元素を含む拡散源を形成する工程と、前記拡散源から前
記発光中心となる元素を前記半導体基板中に熱拡散させ
る工程とを備え、前記半導体基板の構成元素の少なくと
も一つで且つ前記発光中心となる元素の拡散を制御する
元素を前記拡散源に含ませることを特徴とする半導体発
光素子の製造方法を提供するものである。
【０００８】また、第２の発明は、一導電型の半導体基
板表面に発光中心となる元素、及びこの元素と同族で且
つ原子半径の大きな元素とを含む拡散源を形成する工程
と、前記拡散源から前記発光中心となる元素を前記半導
体基板に熱拡散させて前記半導体基板よりも弱い導電型
を呈する一導電型の第１の半導体層を形成すると共に、
前記拡散源から前記原子半径の大きな元素を前記半導体
基板に熱拡散させて前記第一の半導体層と接合する逆導
電型の第２の半導体層を形成する工程とを具備すること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供するもの
である。
板表面に発光中心となる元素、及びこの元素と同族で且
つ原子半径の大きな元素とを含む拡散源を形成する工程
と、前記拡散源から前記発光中心となる元素を前記半導
体基板に熱拡散させて前記半導体基板よりも弱い導電型
を呈する一導電型の第１の半導体層を形成すると共に、
前記拡散源から前記原子半径の大きな元素を前記半導体
基板に熱拡散させて前記第一の半導体層と接合する逆導
電型の第２の半導体層を形成する工程とを具備すること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供するもの
である。
【０００９】
【作用】第１の発明によれば、拡散源に含有させた半導
体基板の構成元素の少なくとも一つで半導体基板表面に
熱拡散する元素の拡散を制御できるため、所望の不純物
プロファイルを形成でき、高比抵抗層の存在しないｐｎ
接合が容易に得られる。また、第２の発明によれば、原
子半径の大きな元素が発光中心となる元素よりも深く半
導体基板中に拡散するため、ｐｎ接合の間に弱い導電型
を呈するｎ- 或はｐ- 型層を形成でき、高比抵抗層の存
在しないｐｎ接合が容易に得られる。
体基板の構成元素の少なくとも一つで半導体基板表面に
熱拡散する元素の拡散を制御できるため、所望の不純物
プロファイルを形成でき、高比抵抗層の存在しないｐｎ
接合が容易に得られる。また、第２の発明によれば、原
子半径の大きな元素が発光中心となる元素よりも深く半
導体基板中に拡散するため、ｐｎ接合の間に弱い導電型
を呈するｎ- 或はｐ- 型層を形成でき、高比抵抗層の存
在しないｐｎ接合が容易に得られる。
【００１０】
【実施例】本発明の詳細を実施例によって説明する。
【００１１】本発明の第１の実施例として、図１及び図
２に炭化珪素発光素子の製造に応用した場合の工程別断
面図を示す。以下、図面を参照してこの実施例を説明す
る。図１（ａ）は第１の工程を示し、ｎ型炭化珪素基板
１１を用意する。この基板１１の一主面（１１ａ）上
に、周知の液相成長法あるいは気相成長法を用いて、窒
素（Ｎ）を１×１０17cm-3含んだｎ型炭化珪素層１２を
層厚５μｍ程度エピタキシャル成長させる。
２に炭化珪素発光素子の製造に応用した場合の工程別断
面図を示す。以下、図面を参照してこの実施例を説明す
る。図１（ａ）は第１の工程を示し、ｎ型炭化珪素基板
１１を用意する。この基板１１の一主面（１１ａ）上
に、周知の液相成長法あるいは気相成長法を用いて、窒
素（Ｎ）を１×１０17cm-3含んだｎ型炭化珪素層１２を
層厚５μｍ程度エピタキシャル成長させる。
【００１２】図１（ｂ）は第２の工程を示し、エピタキ
シャル成長したｎ型炭化珪素層１２の上に、周知の真空
蒸着法によって、層厚約１０００オングストローム（以
下Ａと省略する）のＡｌおよびＳｉの金属間化合物膜２
１を形成する。この化合物膜２１の組成比はＡｌが１に
対してＳｉが４である。ここでは、発光中心となる元素
にＡｌ、発光中心となる元素の拡散量を制御する元素に
Ｓｉを夫々選んだ。
シャル成長したｎ型炭化珪素層１２の上に、周知の真空
蒸着法によって、層厚約１０００オングストローム（以
下Ａと省略する）のＡｌおよびＳｉの金属間化合物膜２
１を形成する。この化合物膜２１の組成比はＡｌが１に
対してＳｉが４である。ここでは、発光中心となる元素
にＡｌ、発光中心となる元素の拡散量を制御する元素に
Ｓｉを夫々選んだ。
【００１３】図１（ｃ）は第３の工程である熱処理工程
を示したものである。この熱処理工程は、温度９００〜
１５００℃の不活性ガス、例えば１２００℃、１気圧の
Ａｒ雰囲気中で約３０分間行なう。この熱処理工程によ
って、厚さ約３μｍのｎ- 型炭化珪素層１３が形成され
る。二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ分析）によると、
このｎ- 型炭化珪素層１３中には、Ｎが１×１０17c
m-3、Ａｌが２×１０16cm-3程度含まれていた。
を示したものである。この熱処理工程は、温度９００〜
１５００℃の不活性ガス、例えば１２００℃、１気圧の
Ａｒ雰囲気中で約３０分間行なう。この熱処理工程によ
って、厚さ約３μｍのｎ- 型炭化珪素層１３が形成され
る。二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ分析）によると、
このｎ- 型炭化珪素層１３中には、Ｎが１×１０17c
m-3、Ａｌが２×１０16cm-3程度含まれていた。
【００１４】図１（ｄ）は第４の工程であるＡｌ膜の形
成工程を示したものである。Ａｌ膜２２は、周知の真空
蒸着法によって層厚２μｍ蒸着する。このＡｌ膜２２を
例えばリン酸系の溶液を用いて、不必要な部分を化学エ
ッチングする。
成工程を示したものである。Ａｌ膜２２は、周知の真空
蒸着法によって層厚２μｍ蒸着する。このＡｌ膜２２を
例えばリン酸系の溶液を用いて、不必要な部分を化学エ
ッチングする。
【００１５】図２（ｅ）は第５の工程を示し、第４の工
程で蒸着したＡｌ膜に対する熱処理工程である。熱処理
は、温度８００〜１２００℃の不活性ガスで行なう。例
えば、１０００℃のＡｒ雰囲気中で約１５分行なう。こ
の熱処理工程によって、Ａｌがｎ- 型炭化珪素層１３中
に拡散し、厚さ５０００Ａ程度のｐ型炭化珪素層１４が
形成される。表面に残ったＡｌ膜は、そのまま電極とし
て用いてもよいし、エッチングによって除去し、改めて
電極膜を被着して形成してもよい。図３は、Ａｌ−Ｓｉ
膜中のＡｌの組成比に対するｎ- 型層中のＡｌの濃度を
ピーク値で示したものである。この図から、Ｓｉを多く
することでＡｌの拡散を抑制できることが分かる。
程で蒸着したＡｌ膜に対する熱処理工程である。熱処理
は、温度８００〜１２００℃の不活性ガスで行なう。例
えば、１０００℃のＡｒ雰囲気中で約１５分行なう。こ
の熱処理工程によって、Ａｌがｎ- 型炭化珪素層１３中
に拡散し、厚さ５０００Ａ程度のｐ型炭化珪素層１４が
形成される。表面に残ったＡｌ膜は、そのまま電極とし
て用いてもよいし、エッチングによって除去し、改めて
電極膜を被着して形成してもよい。図３は、Ａｌ−Ｓｉ
膜中のＡｌの組成比に対するｎ- 型層中のＡｌの濃度を
ピーク値で示したものである。この図から、Ｓｉを多く
することでＡｌの拡散を抑制できることが分かる。
【００１６】図２（ｆ）は第６の工程を示し、ｎ型炭化
珪素基板１１の他主面（１１ｂ）上に層厚３０００Ａの
Ｎｉ膜２３を蒸着し、不活性ガス中で熱処理工程を施
す。この熱処理によってＮｉ膜２３は良好なオーミック
電極となる。また、本実施例においては、第４の工程で
あるＡｌ膜形成後に、他主面上のＮｉ膜２３を蒸着し、
その後両金属膜に対して同時に熱処理を施すこともでき
る。
珪素基板１１の他主面（１１ｂ）上に層厚３０００Ａの
Ｎｉ膜２３を蒸着し、不活性ガス中で熱処理工程を施
す。この熱処理によってＮｉ膜２３は良好なオーミック
電極となる。また、本実施例においては、第４の工程で
あるＡｌ膜形成後に、他主面上のＮｉ膜２３を蒸着し、
その後両金属膜に対して同時に熱処理を施すこともでき
る。
【００１７】図２（ｇ）は第７の工程であるダイシング
工程を示している。この工程は発光素子が形成されたウ
エハーから各発光素子を３００μｍ角の大きさに切り離
す工程である。
工程を示している。この工程は発光素子が形成されたウ
エハーから各発光素子を３００μｍ角の大きさに切り離
す工程である。
【００１８】これまで示してきた工程により製造された
発光素子の外部量子効率は、従来の０．０２％から０．
３％へ飛躍的に増加した。この理由は次のように考えら
れる。ｎ型炭化珪素上にＡｌとＳｉとの金属間化合物膜
の拡散源を形成し、その後熱処理を施す。この熱処理工
程により、ＡｌとＳｉとの間の結合が熱によって切断さ
れ、このうちのＡｌがｎ型炭化珪素層中に拡散し発光中
心を有したｎ- 型炭化珪素層が形成される。この時、金
属間化合物中のＡｌの組成比および膜厚を制御すること
により、ｎ- 型炭化珪素層中に含まれる発光中心である
Ａｌの量を制御することができる。この工程後、Ａｌ膜
を形成し熱処理を施す。この熱処理工程によって、Ａｌ
−Ｓｉ膜を通してＡｌがｎ- 型炭化珪素層中に拡散し、
その一部がｐ型電気伝導を示す。本発明によれば、絶縁
層のない良好なｐｎ接合を簡便な手法で形成することが
できるので、通常の工程によって作製された素子より、
低コストで外部量子効率の高い素子を作製することがで
きる。次ぎに、本発明の第２の実施例について説明す
る。以下の実施例では、同一箇所は同一番号を付し、そ
の詳しい説明を一部省略する。
発光素子の外部量子効率は、従来の０．０２％から０．
３％へ飛躍的に増加した。この理由は次のように考えら
れる。ｎ型炭化珪素上にＡｌとＳｉとの金属間化合物膜
の拡散源を形成し、その後熱処理を施す。この熱処理工
程により、ＡｌとＳｉとの間の結合が熱によって切断さ
れ、このうちのＡｌがｎ型炭化珪素層中に拡散し発光中
心を有したｎ- 型炭化珪素層が形成される。この時、金
属間化合物中のＡｌの組成比および膜厚を制御すること
により、ｎ- 型炭化珪素層中に含まれる発光中心である
Ａｌの量を制御することができる。この工程後、Ａｌ膜
を形成し熱処理を施す。この熱処理工程によって、Ａｌ
−Ｓｉ膜を通してＡｌがｎ- 型炭化珪素層中に拡散し、
その一部がｐ型電気伝導を示す。本発明によれば、絶縁
層のない良好なｐｎ接合を簡便な手法で形成することが
できるので、通常の工程によって作製された素子より、
低コストで外部量子効率の高い素子を作製することがで
きる。次ぎに、本発明の第２の実施例について説明す
る。以下の実施例では、同一箇所は同一番号を付し、そ
の詳しい説明を一部省略する。
【００１９】この実施例は、先の実施例の材料を変えて
同様の発光素子を形成したものであり、その他の形成方
法は先の実施例とほぼ同様である。図４（ａ）は、図２
の（ｅ）に対応する図であり、熱拡散によってｐｎ接合
を形成したところまでを示す。ここでは、発光中心とな
る元素にＩｎ、発光中心となる元素の拡散速度を制御す
る元素にＺｎを夫々選んだ。３１は、Ｎを１×１０18cm
-3以下例えば１×１０18cm-3ドープしたｐ型ＺｎＳｅ基
板であり、３２はｐ型ＺｎＳｅエピタキシャル層、４１
は１５００ＡのＩｎ−Ｚｎ膜、４２は２０００ＡのＩｎ
膜である。また、４４はｎ型ＺｎＳｅ層（Ｉｎドー
プ）、４３はｐ- 型ＺｎＳｅ層（Ｎ，Ｉｎドープ）であ
る。Ｉｎを熱拡散させる際の熱処理は、１回目をジメチ
ルセレン中で１０００℃、１時間の条件で行い、２回目
を同じ雰囲気中で９００℃３０分の条件で行う。以上の
ような方法によって低コストで外部量子効率の高いＺｎ
Ｓｅを用いた発光素子を作製することができる。発光中
心となる元素の拡散を制御する元素にＺｎを使用したが
ＺｎにＳｅを添加した材料を使用しても良い。本発明の
第３の実施例について説明する。これは、３元混晶への
拡散に適用したものである。
同様の発光素子を形成したものであり、その他の形成方
法は先の実施例とほぼ同様である。図４（ａ）は、図２
の（ｅ）に対応する図であり、熱拡散によってｐｎ接合
を形成したところまでを示す。ここでは、発光中心とな
る元素にＩｎ、発光中心となる元素の拡散速度を制御す
る元素にＺｎを夫々選んだ。３１は、Ｎを１×１０18cm
-3以下例えば１×１０18cm-3ドープしたｐ型ＺｎＳｅ基
板であり、３２はｐ型ＺｎＳｅエピタキシャル層、４１
は１５００ＡのＩｎ−Ｚｎ膜、４２は２０００ＡのＩｎ
膜である。また、４４はｎ型ＺｎＳｅ層（Ｉｎドー
プ）、４３はｐ- 型ＺｎＳｅ層（Ｎ，Ｉｎドープ）であ
る。Ｉｎを熱拡散させる際の熱処理は、１回目をジメチ
ルセレン中で１０００℃、１時間の条件で行い、２回目
を同じ雰囲気中で９００℃３０分の条件で行う。以上の
ような方法によって低コストで外部量子効率の高いＺｎ
Ｓｅを用いた発光素子を作製することができる。発光中
心となる元素の拡散を制御する元素にＺｎを使用したが
ＺｎにＳｅを添加した材料を使用しても良い。本発明の
第３の実施例について説明する。これは、３元混晶への
拡散に適用したものである。
【００２０】図４（ｂ）は熱拡散がすべて終了した状態
を示す。３０１はＧａＡｓ基板であり、この表面にＳｅ
ドープのｎ型ＡｌＧａＡｓ層３０２をエピタキシャル形
成した後、このｎ型ＡｌＧａＡｓ層３０２表面に形成し
たＡｌ−Ｇａ−Ｚｎの拡散源４０１からＺｎを熱拡散さ
せ、ｐ型層４０４及びｎ- 型層を形成する。この際、Ｇ
ａとＡｌがＺｎの拡散量を制御するように働いた。実際
の熱拡散は、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎの拡散源を被着後、Ａｓ
雰囲気中で７００℃、１時間の条件で行い、次いでＺｎ
を増やした拡散源を再度被着後Ａｓ雰囲気中で６００
℃、４０分の条件で行う。 以上のような方法によって
低コストで外部量子効率の高いＡｌＧａＡｓを用いた発
光素子を作製することができる。さらに、本発明の第４
の実施例として、図５及び図６に炭化珪素発光素子の製
造に応用した場合の工程別断面図を示す。
を示す。３０１はＧａＡｓ基板であり、この表面にＳｅ
ドープのｎ型ＡｌＧａＡｓ層３０２をエピタキシャル形
成した後、このｎ型ＡｌＧａＡｓ層３０２表面に形成し
たＡｌ−Ｇａ−Ｚｎの拡散源４０１からＺｎを熱拡散さ
せ、ｐ型層４０４及びｎ- 型層を形成する。この際、Ｇ
ａとＡｌがＺｎの拡散量を制御するように働いた。実際
の熱拡散は、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎの拡散源を被着後、Ａｓ
雰囲気中で７００℃、１時間の条件で行い、次いでＺｎ
を増やした拡散源を再度被着後Ａｓ雰囲気中で６００
℃、４０分の条件で行う。 以上のような方法によって
低コストで外部量子効率の高いＡｌＧａＡｓを用いた発
光素子を作製することができる。さらに、本発明の第４
の実施例として、図５及び図６に炭化珪素発光素子の製
造に応用した場合の工程別断面図を示す。
【００２１】図５（ａ）は第１の工程を示し、ｎ型炭化
珪素基板１１を用意する。この基板１１の一主面（１１
ａ）上に、周知の液相成長法あるいは気相成長法を用い
て、窒素（Ｎ）を１×１０17cm-3含んだｎ型炭化珪素層
１２を層厚５μｍ程度エピタキシャル成長させる。
珪素基板１１を用意する。この基板１１の一主面（１１
ａ）上に、周知の液相成長法あるいは気相成長法を用い
て、窒素（Ｎ）を１×１０17cm-3含んだｎ型炭化珪素層
１２を層厚５μｍ程度エピタキシャル成長させる。
【００２２】図５（ｂ）は第２の工程を示し、エピタキ
シャル成長したｎ型炭化珪素層１２の上に、周知の真空
蒸着法によって、層厚約５０００ＡのＡｌ膜５１を形成
する。この膜を例えばリン酸系の水溶液を用いて部分的
に除去する。
シャル成長したｎ型炭化珪素層１２の上に、周知の真空
蒸着法によって、層厚約５０００ＡのＡｌ膜５１を形成
する。この膜を例えばリン酸系の水溶液を用いて部分的
に除去する。
【００２３】図５（ｃ）は第３の工程を示し、第２の工
程において形成したＡｌ膜５１上にＩｎ膜５２を層厚約
２０００Ａ形成する。このＩｎ膜５２を例えば塩酸系の
水溶液を用いて部分的に除去する。図６（ｄ）は第４の
工程であり、ｎ型炭化珪素基板１１の他主面（１１ｂ）
上に、膜厚約３０００ＡのＮｉ膜２３を周知の真空蒸着
法を用いて形成する。
程において形成したＡｌ膜５１上にＩｎ膜５２を層厚約
２０００Ａ形成する。このＩｎ膜５２を例えば塩酸系の
水溶液を用いて部分的に除去する。図６（ｄ）は第４の
工程であり、ｎ型炭化珪素基板１１の他主面（１１ｂ）
上に、膜厚約３０００ＡのＮｉ膜２３を周知の真空蒸着
法を用いて形成する。
【００２４】図６（ｅ）は第５の工程である熱処理工程
を示したものである。この熱処理工程は、温度９００〜
１５００℃の不活性ガス、例えば１２００℃、１気圧の
Ａｒ雰囲気中で約１時間行なう。この熱処理工程によっ
て、厚さ約２μｍのｎ- 型炭化珪素層５３および厚さ約
２０００Ａのｐ型炭化珪素層５４が同時に形成される。
ここでｎ- 型炭化珪素層５３におけるドナー不純物は基
板中に存在していたＮであり、アクセプター不純物は拡
散してきたＡｌである。一方、ｐ型炭化珪素層５４のア
クセプター不純物は拡散してきたＩｎおよびＡｌであ
る。ｐ型炭化珪素層５４上に残ったＩｎ５２およびＡｌ
５１は、そのまま電極として用いてもよいし、除去した
後、新たに電極を形成してもよいものとする。本実施例
においては、Ｉｎ５２およびＡｌ５１をそのまま電極と
して用いる工程をとることにする。また、ｎ型炭化珪素
基板１１の他主面上に形成したＮｉ膜２３はｎ型炭化珪
素基板１１とよく反応して良好なオーミック電極とな
る。図６（ｆ）は上述した工程において形成されたウエ
ハーを３００μｍ角の大きさのチップに切り離す工程で
ある。
を示したものである。この熱処理工程は、温度９００〜
１５００℃の不活性ガス、例えば１２００℃、１気圧の
Ａｒ雰囲気中で約１時間行なう。この熱処理工程によっ
て、厚さ約２μｍのｎ- 型炭化珪素層５３および厚さ約
２０００Ａのｐ型炭化珪素層５４が同時に形成される。
ここでｎ- 型炭化珪素層５３におけるドナー不純物は基
板中に存在していたＮであり、アクセプター不純物は拡
散してきたＡｌである。一方、ｐ型炭化珪素層５４のア
クセプター不純物は拡散してきたＩｎおよびＡｌであ
る。ｐ型炭化珪素層５４上に残ったＩｎ５２およびＡｌ
５１は、そのまま電極として用いてもよいし、除去した
後、新たに電極を形成してもよいものとする。本実施例
においては、Ｉｎ５２およびＡｌ５１をそのまま電極と
して用いる工程をとることにする。また、ｎ型炭化珪素
基板１１の他主面上に形成したＮｉ膜２３はｎ型炭化珪
素基板１１とよく反応して良好なオーミック電極とな
る。図６（ｆ）は上述した工程において形成されたウエ
ハーを３００μｍ角の大きさのチップに切り離す工程で
ある。
【００２５】このようにしてできた発光素子の外部量子
効率は、従来の０．０２％から０．４％へ飛躍的に増加
した。この理由は次のように考えられる。適当な膜厚の
Ａｌ膜をｎ型炭化珪素層１２上に形成し、さらにその上
にＡｌよりも原子半径の大きい III族金属であるＩｎの
膜を形成し、適当な条件下で熱処理を施すと２種類の金
属がｎ型炭化珪素層１２中に拡散し、ｎ- 型炭化珪素層
５３およびｐ型炭化珪素層５４が形成される。この時、
原子半径の大きい金属はＡｌと比較して拡散しにくいた
めに表面近傍に残りやすく、表面近くのみをｐ層に反転
させる。一方、Ａｌはこの２種類の金属の中では拡散し
やすいため、ｎ型炭化珪素層１２中に深くまで拡散し、
ｐ型層よりも深い領域までｎ- 型層が形成される。この
ように１回の熱処理による金属の拡散によってｎ- 型層
およびｐ型層が同時に分離した形で形成される。ここで
行った不純物拡散のための熱処理は、２段階に分けて行
っても良い。例えば、ＡｌとＩｎの拡散源を形成した
後、１回目を１２００℃３０分の条件にて行い、この状
態でＡｌとＩｎをエッチングで除去した後、さらに２回
目を９００℃１時間の条件にて行うことにより、拡散の
均一化と界面の制御を同時に行う事もできる。さらに、
ＡｌとＩｎを含む膜とは、Ａｌ膜にＩｎを積層したもの
でも良いし、ＡｌとＩｎを混ぜたスパッター膜でも良
い。
効率は、従来の０．０２％から０．４％へ飛躍的に増加
した。この理由は次のように考えられる。適当な膜厚の
Ａｌ膜をｎ型炭化珪素層１２上に形成し、さらにその上
にＡｌよりも原子半径の大きい III族金属であるＩｎの
膜を形成し、適当な条件下で熱処理を施すと２種類の金
属がｎ型炭化珪素層１２中に拡散し、ｎ- 型炭化珪素層
５３およびｐ型炭化珪素層５４が形成される。この時、
原子半径の大きい金属はＡｌと比較して拡散しにくいた
めに表面近傍に残りやすく、表面近くのみをｐ層に反転
させる。一方、Ａｌはこの２種類の金属の中では拡散し
やすいため、ｎ型炭化珪素層１２中に深くまで拡散し、
ｐ型層よりも深い領域までｎ- 型層が形成される。この
ように１回の熱処理による金属の拡散によってｎ- 型層
およびｐ型層が同時に分離した形で形成される。ここで
行った不純物拡散のための熱処理は、２段階に分けて行
っても良い。例えば、ＡｌとＩｎの拡散源を形成した
後、１回目を１２００℃３０分の条件にて行い、この状
態でＡｌとＩｎをエッチングで除去した後、さらに２回
目を９００℃１時間の条件にて行うことにより、拡散の
均一化と界面の制御を同時に行う事もできる。さらに、
ＡｌとＩｎを含む膜とは、Ａｌ膜にＩｎを積層したもの
でも良いし、ＡｌとＩｎを混ぜたスパッター膜でも良
い。
【００２６】この様に、本発明によれば、良好なｐｎ接
合を簡便な手法で形成することができるので、通常の工
程によって作製された素子より、低コストで外部量子効
率の高い素子を作製することができる。図７は図６
（ｆ）に示した発光素子のＡ−Ａ´断面での濃度プロフ
ァイルを示す。ｎ型基板１１の深くまで拡散したＡｌに
よってｎ- 型層５３が形成され、また表面近傍に拡散す
るＩｎによってここではｐ型層５４が形成されているこ
とが分かる。
合を簡便な手法で形成することができるので、通常の工
程によって作製された素子より、低コストで外部量子効
率の高い素子を作製することができる。図７は図６
（ｆ）に示した発光素子のＡ−Ａ´断面での濃度プロフ
ァイルを示す。ｎ型基板１１の深くまで拡散したＡｌに
よってｎ- 型層５３が形成され、また表面近傍に拡散す
るＩｎによってここではｐ型層５４が形成されているこ
とが分かる。
【００２７】さらに、第５の実施例を説明する。この実
施例は、第４の実施例の材料を変えてＺｎＳｅで同様の
発光素子を形成したものであり、その他の形成方法は第
４の実施例とほぼ同様である。
施例は、第４の実施例の材料を変えてＺｎＳｅで同様の
発光素子を形成したものであり、その他の形成方法は第
４の実施例とほぼ同様である。
【００２８】図８は、図６の（ｅ）に対応する図であ
り、熱拡散によってｐｎ接合を形成したところまでを示
す。８１は４０００ＡのＡｌ膜、８２は３０００ＡのＩ
ｎ膜であり、これらは夫々真空蒸着法で形成され拡散源
を構成する。８３は電子ビーム蒸着法で形成した５００
０ＡのＰｔ電極である。
り、熱拡散によってｐｎ接合を形成したところまでを示
す。８１は４０００ＡのＡｌ膜、８２は３０００ＡのＩ
ｎ膜であり、これらは夫々真空蒸着法で形成され拡散源
を構成する。８３は電子ビーム蒸着法で形成した５００
０ＡのＰｔ電極である。
【００２９】熱拡散は、セレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）中で
１２００℃、３０分の条件で行う。以上のような方法に
よって低コストで外部量子効率の高いＺｎＳｅを用いた
青色発光素子を作製することができる。なお、本発明は
上記実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱し
ない範囲で、種々変形して実施することができる。
１２００℃、３０分の条件で行う。以上のような方法に
よって低コストで外部量子効率の高いＺｎＳｅを用いた
青色発光素子を作製することができる。なお、本発明は
上記実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱し
ない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００３０】
【発明の効果】上記構成によれば、高比抵抗の絶縁膜が
生じることがないため、電力損失が低減されて外部量子
効率の向上した半導体発光素子の製造方法を提供するこ
とができる。
生じることがないため、電力損失が低減されて外部量子
効率の向上した半導体発光素子の製造方法を提供するこ
とができる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す工程順の断面図
【図２】本発明の第１の実施例を示す工程順の断面図
【図３】本発明の第１の実施例を説明する図
【図４】本発明の第２、第３の実施例を示す断面図
【図５】本発明の第４の実施例を示す工程順の断面図
【図６】本発明の第４の実施例を示す工程順の断面図
【図７】本発明の第４の実施例を説明する図
【図８】本発明の第５の実施例を示す断面図
１１ ｎ型炭化珪素基板 １２ ｎ型炭化珪素層 １３ ｎ- 型炭化珪素層 １４ ｐ型炭化珪素層 ２１ Ａｌ−Ｓｉ金属間化合物膜 ２２ Ａｌ膜 ２３ Ｎｉ膜
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板表面に発光中心となる元素を
含む拡散源を形成する工程と、前記拡散源から前記発光
中心となる元素を前記半導体基板中に熱拡散させる工程
とを備え、前記半導体基板の構成元素の少なくとも一つ
で且つ前記発光中心となる元素の拡散を制御する元素を
前記拡散源に含ませることを特徴とする半導体発光素子
の製造方法。 - 【請求項２】 一導電型の半導体基板表面に発光中心と
なる元素、及びこの元素と同族で且つ原子半径の大きな
元素とを含む拡散源を形成する工程と、前記拡散源から
前記発光中心となる元素を前記半導体基板に熱拡散させ
て前記半導体基板よりも弱い導電型を呈する一導電型の
第１の半導体層を形成すると共に、前記拡散源から前記
原子半径の大きな元素を前記半導体基板に熱拡散させて
前記第一の半導体層と接合する逆導電型の第２の半導体
層を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体
発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24817591A JPH0590639A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24817591A JPH0590639A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 半導体発光素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0590639A true JPH0590639A (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=17174328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24817591A Pending JPH0590639A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 半導体発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0590639A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002503394A (ja) * | 1997-06-06 | 2002-01-29 | ツェントルム バダニ ヴィソコチシニエニオヴィフ ポルスキエイ アカデミイ ナウク | ｐ型及びｎ型電気伝導性の半導体窒素化合物Ａ▲下３▼Ｂ▲下５▼の製造方法 |
| JP2009158702A (ja) * | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Kyushu Institute Of Technology | 発光デバイス |
-
1991
- 1991-09-27 JP JP24817591A patent/JPH0590639A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002503394A (ja) * | 1997-06-06 | 2002-01-29 | ツェントルム バダニ ヴィソコチシニエニオヴィフ ポルスキエイ アカデミイ ナウク | ｐ型及びｎ型電気伝導性の半導体窒素化合物Ａ▲下３▼Ｂ▲下５▼の製造方法 |
| JP2009158702A (ja) * | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Kyushu Institute Of Technology | 発光デバイス |
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