JP2003077836A - 化合物半導体の結晶成長方法及び光半導体装置 - Google Patents
化合物半導体の結晶成長方法及び光半導体装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高濃度のｎ型やｐ型のＺｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy
Ｔｅ1-y ４元混晶を成長させ、ＺｎＴｅ系物質の素子を
容易に形成することができる化合物半導体の結晶成長方
法及び光半導体装置を提供する。 【解決手段】 基板上に結晶成長法として分子線エピタ
キシーを用い、不純物としてＡｌやＮを用い、前記成長
条件で最適化を行うことによって、高濃度のＺｎ1-x Ｍ
ｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y の成長を行うｐ型、ｎ型伝導性層を
形成する。
Ｔｅ1-y ４元混晶を成長させ、ＺｎＴｅ系物質の素子を
容易に形成することができる化合物半導体の結晶成長方
法及び光半導体装置を提供する。 【解決手段】 基板上に結晶成長法として分子線エピタ
キシーを用い、不純物としてＡｌやＮを用い、前記成長
条件で最適化を行うことによって、高濃度のＺｎ1-x Ｍ
ｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y の成長を行うｐ型、ｎ型伝導性層を
形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は化合物半導体の結晶
成長方法及び光半導体装置に関するものである。
成長方法及び光半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y は組成に
よって格子定数を０．５６７ｎｍから０．６３７ｎｍ、
エネルギーギャップを２．１ｅＶから３．６ｅＶまで変
えることが可能な半導体であり、赤色から青色にわたる
発光素子、光検出素子、光変調素子などの光素子を作製
するのに好適な物質である。
よって格子定数を０．５６７ｎｍから０．６３７ｎｍ、
エネルギーギャップを２．１ｅＶから３．６ｅＶまで変
えることが可能な半導体であり、赤色から青色にわたる
発光素子、光検出素子、光変調素子などの光素子を作製
するのに好適な物質である。
【０００３】従来の技術としては、以下に開示されるも
のがあった。
のがあった。
【０００４】（１）Ｄ．Ｊ．Ｃｈａｄｉ，Ｐｈｙｓ．Ｒ
ｅｖ．Ｌｅｔｔ．７２（４）５３４（１９９４） （２）Ｗ．Ｆａｓｃｈｉｎｇｅｒ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇ
ｒｏｗｔｈ １４６，８０，（１９９５）
ｅｖ．Ｌｅｔｔ．７２（４）５３４（１９９４） （２）Ｗ．Ｆａｓｃｈｉｎｇｅｒ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇ
ｒｏｗｔｈ １４６，８０，（１９９５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】（Ａ）上記文献（１）
によれば、Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y は材料の伝導
性に関する理論的な予測結果からｎ型およびｐ型の結晶
が得られる材料として紹介されているが、実際の具現例
はない。 （Ｂ）上記文献（２）によれば、ｘ＜０．２と（１−
ｙ）＞０．２５の範囲でＧａＡｓ基板上に、Ｚｎ1-x Ｍ
ｇx Ｓｅ／Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｔｅ超格子構造を作製し、窒
素ドーピングを行って、１０18〜１０20ｃｍ-3のｐ型濃
度を得たと報告している。ｎ型のドーピングについて
は、Ｔｅが１０％以下含まれている場合のみについて試
されたが、その結果は報告されていない。ただ、Ｔｅが
０％の場合のみ、ある程度のドーピング濃度が得られた
ことが示されている。
によれば、Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y は材料の伝導
性に関する理論的な予測結果からｎ型およびｐ型の結晶
が得られる材料として紹介されているが、実際の具現例
はない。 （Ｂ）上記文献（２）によれば、ｘ＜０．２と（１−
ｙ）＞０．２５の範囲でＧａＡｓ基板上に、Ｚｎ1-x Ｍ
ｇx Ｓｅ／Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｔｅ超格子構造を作製し、窒
素ドーピングを行って、１０18〜１０20ｃｍ-3のｐ型濃
度を得たと報告している。ｎ型のドーピングについて
は、Ｔｅが１０％以下含まれている場合のみについて試
されたが、その結果は報告されていない。ただ、Ｔｅが
０％の場合のみ、ある程度のドーピング濃度が得られた
ことが示されている。
【０００６】この結果は全て疑似混晶を使用し得られた
結果であり、Ｚｎ1-x Ｍｇx ＳｅyＴｅ1-y ４元混晶の
ドーピング結果ではない。
結果であり、Ｚｎ1-x Ｍｇx ＳｅyＴｅ1-y ４元混晶の
ドーピング結果ではない。
【０００７】以上、述べたように、これまでに報告され
ている結果は、ドーピングしたＺｎ 1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔ
ｅ1-y 混晶が高濃度のキャリア濃度をもつことが期待で
きる報告ではあるが、実際混晶を成長し、ｐ型やｎ型の
不純物のドーピングによるキャリア数の変化を測定した
例は報告されていない。
ている結果は、ドーピングしたＺｎ 1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔ
ｅ1-y 混晶が高濃度のキャリア濃度をもつことが期待で
きる報告ではあるが、実際混晶を成長し、ｐ型やｎ型の
不純物のドーピングによるキャリア数の変化を測定した
例は報告されていない。
【０００８】本発明は、上記状況に鑑みて、高濃度のｎ
型やｐ型のＺｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y ４元混晶を成
長させ、ＺｎＴｅ系物質の素子を容易に形成することが
できる化合物半導体の結晶成長方法及び光半導体装置を
提供することを目的とする。
型やｐ型のＺｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y ４元混晶を成
長させ、ＺｎＴｅ系物質の素子を容易に形成することが
できる化合物半導体の結晶成長方法及び光半導体装置を
提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 中にｎ型不純物を
ドーピングして高濃度低抵抗ｎ型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy
Ｔｅ1-y 結晶を成長させる化合物半導体の成長方法にお
いて、分子線エピタキシーを用いて結晶を成長させ、不
純物としてＡｌを用い、１×１０16ｃｍ-3以上の高濃度
ｎ型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y の成長を行うことを
特徴とする。
成するために、 〔１〕Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 中にｎ型不純物を
ドーピングして高濃度低抵抗ｎ型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy
Ｔｅ1-y 結晶を成長させる化合物半導体の成長方法にお
いて、分子線エピタキシーを用いて結晶を成長させ、不
純物としてＡｌを用い、１×１０16ｃｍ-3以上の高濃度
ｎ型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y の成長を行うことを
特徴とする。
【００１０】〔２〕Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 中に
ｐ型不純物をドーピングして高濃度低抵抗ｐ型Ｚｎ1-x
Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 結晶を成長させる化合物半導体の
成長方法において、分子線エピタキシーを用いて結晶を
成長させ、不純物としてＮを用い、１×１０18ｃｍ-3以
上の高濃度ｐ型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y の成長を
行うことを特徴とする。
ｐ型不純物をドーピングして高濃度低抵抗ｐ型Ｚｎ1-x
Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 結晶を成長させる化合物半導体の
成長方法において、分子線エピタキシーを用いて結晶を
成長させ、不純物としてＮを用い、１×１０18ｃｍ-3以
上の高濃度ｐ型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y の成長を
行うことを特徴とする。
【００１１】〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の化合物
半導体の結晶成長方法において、ＺｎＴｅ基板を用いる
ことを特徴とする。
半導体の結晶成長方法において、ＺｎＴｅ基板を用いる
ことを特徴とする。
【００１２】〔４〕上記〔１〕又は〔２〕記載の化合物
半導体の結晶成長方法において、成長原料としてＺｎ，
Ｍｇ，Ｓｅ，Ｔｅを用いることを特徴とする。
半導体の結晶成長方法において、成長原料としてＺｎ，
Ｍｇ，Ｓｅ，Ｔｅを用いることを特徴とする。
【００１３】〔５〕上記〔１〕又は〔２〕記載の化合物
半導体の結晶成長方法において、成長原料としてＺｎＴ
ｅ，Ｍｇ，Ｓｅ，Ｔｅを用いることを特徴とする。
半導体の結晶成長方法において、成長原料としてＺｎＴ
ｅ，Ｍｇ，Ｓｅ，Ｔｅを用いることを特徴とする。
【００１４】〔６〕上記〔１〕又は〔２〕記載の化合物
半導体の結晶成長方法において、成長原料としてＺｎＴ
ｅ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｓｅを用いることを特徴とする。
半導体の結晶成長方法において、成長原料としてＺｎＴ
ｅ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｓｅを用いることを特徴とする。
【００１５】〔７〕上記〔１〕又は〔２〕記載の化合物
半導体の結晶成長方法において、成長原料としてＺｎＳ
ｅ，Ｍｇ，Ｓｅ，Ｔｅを用いることを特徴とする。
半導体の結晶成長方法において、成長原料としてＺｎＳ
ｅ，Ｍｇ，Ｓｅ，Ｔｅを用いることを特徴とする。
【００１６】〔８〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕、
〔４〕、〔５〕、〔６〕又は〔７〕記載の化合物半導体
の結晶成長方法において、成長温度を２２０℃〜３５０
℃の範囲とすることを特徴とする。
〔４〕、〔５〕、〔６〕又は〔７〕記載の化合物半導体
の結晶成長方法において、成長温度を２２０℃〜３５０
℃の範囲とすることを特徴とする。
【００１７】
〔９〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕、
〔４〕、〔５〕、〔６〕又は〔７〕記載の化合物半導体
の結晶成長方法において、II族とVI族の分子線強度比を
１：１．２〜１：５．０の範囲とすることを特徴とす
る。
〔４〕、〔５〕、〔６〕又は〔７〕記載の化合物半導体
の結晶成長方法において、II族とVI族の分子線強度比を
１：１．２〜１：５．０の範囲とすることを特徴とす
る。
【００１８】〔１０〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕、
〔４〕、〔５〕、〔６〕又は〔７〕記載の化合物半導体
の結晶成長方法において、各原料の分子線強度比をＰＳ
ｅ＜（ＰＺｎ＋ＰＭｇ）＜ＰＴｅとすることを特徴とす
る。
〔４〕、〔５〕、〔６〕又は〔７〕記載の化合物半導体
の結晶成長方法において、各原料の分子線強度比をＰＳ
ｅ＜（ＰＺｎ＋ＰＭｇ）＜ＰＴｅとすることを特徴とす
る。
【００１９】〔１１〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕、
〔４〕、〔５〕、〔６〕又は〔７〕記載の化合物半導体
の結晶成長方法において、成長速度を毎時０．２〜２．
０μｍの範囲とすることを特徴とする。
〔４〕、〔５〕、〔６〕又は〔７〕記載の化合物半導体
の結晶成長方法において、成長速度を毎時０．２〜２．
０μｍの範囲とすることを特徴とする。
【００２０】〔１２〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕、
〔４〕、〔５〕、〔６〕、〔７〕記載の化合物半導体の
結晶成長方法において、Ａｌの温度を７００〜９００℃
とすることを特徴とする。
〔４〕、〔５〕、〔６〕、〔７〕記載の化合物半導体の
結晶成長方法において、Ａｌの温度を７００〜９００℃
とすることを特徴とする。
【００２１】〔１３〕光半導体装置において、基板と、
この基板上に分子線エピタキシー法により形成したＡｌ
をドーピングしたｎ型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 層
を具備することを特徴とする。
この基板上に分子線エピタキシー法により形成したＡｌ
をドーピングしたｎ型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 層
を具備することを特徴とする。
【００２２】〔１４〕光半導体装置において、基板と、
この基板上に形成されるバッファー層と、このバッファ
ー層上に分子線エピタキシー法により形成したＡｌをド
ーピングしたｎ型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 層を具
備することを特徴とする。
この基板上に形成されるバッファー層と、このバッファ
ー層上に分子線エピタキシー法により形成したＡｌをド
ーピングしたｎ型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 層を具
備することを特徴とする。
【００２３】〔１５〕光半導体装置において、基板と、
この基板上に分子線エピタキシー法により形成したＮを
ドーピングしたｐ型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 層を
具備することを特徴とする。
この基板上に分子線エピタキシー法により形成したＮを
ドーピングしたｐ型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 層を
具備することを特徴とする。
【００２４】〔１６〕光半導体装置において、基板と、
その基板上に形成されるバッファー層と、そのバッファ
ー層上に分子線エピタキシー法により形成したＮをドー
ピングしたｐ型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 層を具備
することを特徴とする。
その基板上に形成されるバッファー層と、そのバッファ
ー層上に分子線エピタキシー法により形成したＮをドー
ピングしたｐ型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 層を具備
することを特徴とする。
【００２５】〔１７〕請求項１３、１４、１５又は１６
記載の光半導体装置において、前記基板は、ＧａＳｂ基
板、ＩｎＡｓ基板、ＧａＡｓ基板等の半導体基板、サフ
ァイヤ、ＭｇＯ等の絶縁性基板又はＺｎＴｅ基板である
ことを特徴とする。
記載の光半導体装置において、前記基板は、ＧａＳｂ基
板、ＩｎＡｓ基板、ＧａＡｓ基板等の半導体基板、サフ
ァイヤ、ＭｇＯ等の絶縁性基板又はＺｎＴｅ基板である
ことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【００２７】図１は本発明の第１実施例を示す化合物半
導体装置の模式図である。
導体装置の模式図である。
【００２８】この図１において、１は基板、２はこの基
板１上に分子線エピタキシー法により形成した、ドーピ
ングしたＺｎＭｇＳｅＴｅ層を含むヘテロ構造で、例え
ば、ＺｎＴｅ／ＺｎＭｇＳｅＴｅ／ＺｎＴｅ／ＺｎＣｄ
Ｔｅ／ＺｎＴｅ／ＺｎＭｇＳｅＴｅヘテロ量子井戸構造
である。なお、３はオーミック電極（Ｉｎなど）、４は
オーミック電極（Ａｕなど）、５は配線である。
板１上に分子線エピタキシー法により形成した、ドーピ
ングしたＺｎＭｇＳｅＴｅ層を含むヘテロ構造で、例え
ば、ＺｎＴｅ／ＺｎＭｇＳｅＴｅ／ＺｎＴｅ／ＺｎＣｄ
Ｔｅ／ＺｎＴｅ／ＺｎＭｇＳｅＴｅヘテロ量子井戸構造
である。なお、３はオーミック電極（Ｉｎなど）、４は
オーミック電極（Ａｕなど）、５は配線である。
【００２９】この構造のヘテロバンド構造を模式的に示
すと、図２に示すようになり、電子をＺｎＴｅ／ＺｎＣ
ｄＴｅヘテロ界面で閉じ込め、ホールをＺｎＭｇＳｅＴ
ｅ／ＺｎＴｅ界面で閉じ込めることができる。また、こ
こで、ＺｎＴｅ／ＺｎＣｄＴｅ／ＺｎＴｅの代わりに、
ＺｎＳｅＴｅ層あるいはＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＴｅ／Ｚｎ
Ｔｅヘテロ層を用いることも可能である。
すと、図２に示すようになり、電子をＺｎＴｅ／ＺｎＣ
ｄＴｅヘテロ界面で閉じ込め、ホールをＺｎＭｇＳｅＴ
ｅ／ＺｎＴｅ界面で閉じ込めることができる。また、こ
こで、ＺｎＴｅ／ＺｎＣｄＴｅ／ＺｎＴｅの代わりに、
ＺｎＳｅＴｅ層あるいはＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＴｅ／Ｚｎ
Ｔｅヘテロ層を用いることも可能である。
【００３０】図３は本発明の実施例を示す化合物半導体
のＭｇ組成ｘに対するキャリア濃度（キャリア数）の関
係を示した図である。
のＭｇ組成ｘに対するキャリア濃度（キャリア数）の関
係を示した図である。
【００３１】ここで、成長条件は基板温度３００℃であ
り、成長原料はＺｎ，Ｍｇ，Ｓｅ，Ｔｅを用いた。な
お、基板はＺｎＴｅ基板であり、低温バッファ層を基板
上に施して、その上にドーピング層を成長させた。
り、成長原料はＺｎ，Ｍｇ，Ｓｅ，Ｔｅを用いた。な
お、基板はＺｎＴｅ基板であり、低温バッファ層を基板
上に施して、その上にドーピング層を成長させた。
【００３２】この実施例では、ｎ型ドーピングの場合、
Ａｌセル温度を８４０℃、基板温度３００℃、成長速度
毎時０．４μｍとしている。
Ａｌセル温度を８４０℃、基板温度３００℃、成長速度
毎時０．４μｍとしている。
【００３３】この実施例は、窒素プラズマパワーを３０
０Ｗ、成長中の真空度を４×１０-7Ｔｏｒｒ，基板温度
３００℃、成長速度毎時０．４μｍとしている。
０Ｗ、成長中の真空度を４×１０-7Ｔｏｒｒ，基板温度
３００℃、成長速度毎時０．４μｍとしている。
【００３４】この例では、電子の濃度が５×１０16ｃｍ
-3から１．０５×１０18ｃｍ-3まで、ホールの濃度が２
×１０19ｃｍ-3から２×１０20ｃｍ-3まで変化している
ことが示されている。 （実験例）高品質の混晶成長のためには、正確な組成の
制御が必ず必要となる。それは組成の揺らぎが格子定数
とエネルギーバンドギャップに影響を与え、混晶の特性
が劣化するからである。
-3から１．０５×１０18ｃｍ-3まで、ホールの濃度が２
×１０19ｃｍ-3から２×１０20ｃｍ-3まで変化している
ことが示されている。 （実験例）高品質の混晶成長のためには、正確な組成の
制御が必ず必要となる。それは組成の揺らぎが格子定数
とエネルギーバンドギャップに影響を与え、混晶の特性
が劣化するからである。
【００３５】本発明では、各元素の分子線圧を制御する
とき、ＰＳｅ＜（ＰＺｎ＋ＰＭｇ）＜ＰＴｅになるよう
にし、組成の制御に臨んだ。それは、ＳｅとＴｅの付着
計数比はＳｅの分子線圧と２族の分子線圧の比と比例す
ることから求められた、組成を正確に制御するための最
適成長条件である。
とき、ＰＳｅ＜（ＰＺｎ＋ＰＭｇ）＜ＰＴｅになるよう
にし、組成の制御に臨んだ。それは、ＳｅとＴｅの付着
計数比はＳｅの分子線圧と２族の分子線圧の比と比例す
ることから求められた、組成を正確に制御するための最
適成長条件である。
【００３６】その他の分子線圧制御条件として、６族の
分子線圧の合と２族の分子線圧の合の比を（ＰＳｅ＋Ｐ
Ｔｅ）／（ＰＺｎ＋ＰＭｇ）≫１に制御する必要があ
る。これは、特にＭｇ組成が４０％以上の混晶の成長の
ために重要な条件であるが、その理由は、ＭｇＳｅ，Ｍ
ｇＴｅ等の２元化合物結晶成長時に、最適化された条件
である。
分子線圧の合と２族の分子線圧の合の比を（ＰＳｅ＋Ｐ
Ｔｅ）／（ＰＺｎ＋ＰＭｇ）≫１に制御する必要があ
る。これは、特にＭｇ組成が４０％以上の混晶の成長の
ために重要な条件であるが、その理由は、ＭｇＳｅ，Ｍ
ｇＴｅ等の２元化合物結晶成長時に、最適化された条件
である。
【００３７】成長中の表面を高エネルギー電子ビーム回
折パターン〔ＲＨＥＥＤ（Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｈ
ｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒ
ａｃｔｉｏｎ）−ｐａｔｔｅｒｎ〕で観察したものが図
４であり、図４（ａ）は〔１１０〕面、〔１００〕面及
び〔１−１０〕面のそれぞれの面におけるＰＳｅ＜ＰＺ
ｎ＋ＰＭｇ＜ＰＴｅ（ＰＳｅ＋ＰＴｅ）／ＰＺｎ＋ＰＭ
ｇ≫１の場合であり、図４（ｂ）から〔１１０〕面、
〔１００〕面及び〔１−１０〕面のそれぞれの面におけ
るVI／II比が極めて低い状態を示している。
折パターン〔ＲＨＥＥＤ（Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｈ
ｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒ
ａｃｔｉｏｎ）−ｐａｔｔｅｒｎ〕で観察したものが図
４であり、図４（ａ）は〔１１０〕面、〔１００〕面及
び〔１−１０〕面のそれぞれの面におけるＰＳｅ＜ＰＺ
ｎ＋ＰＭｇ＜ＰＴｅ（ＰＳｅ＋ＰＴｅ）／ＰＺｎ＋ＰＭ
ｇ≫１の場合であり、図４（ｂ）から〔１１０〕面、
〔１００〕面及び〔１−１０〕面のそれぞれの面におけ
るVI／II比が極めて低い状態を示している。
【００３８】これらの図から明らかなように、最適成長
条件で成長した結晶の表面は原子レベルの平さを示して
いることに対して、その条件からずれた成長条件で成長
された結晶は表面が荒く３次元成長していることが分か
る。
条件で成長した結晶の表面は原子レベルの平さを示して
いることに対して、その条件からずれた成長条件で成長
された結晶は表面が荒く３次元成長していることが分か
る。
【００３９】上記の条件で成長した混晶の成長は、２次
元モードで行われて、成長の最中に高エネルギー電子ビ
ーム回折パターンの鏡面反射点の強度振動を観察するこ
とが可能だった。
元モードで行われて、成長の最中に高エネルギー電子ビ
ーム回折パターンの鏡面反射点の強度振動を観察するこ
とが可能だった。
【００４０】図５は本発明にかかるＺｎＴｅ，ＺｎＭｇ
Ｔｅ，ＺｎＭｇＳｅＴｅ成長中のＲＨＥＥＤ強度振動
（ＲＨＥＥＤ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｏｓｃｉｌｌａｔ
ｉｏｎ）を示す図であり、横軸に成長時間（秒）、縦軸
にＲＨＥＥＤ強度（相対単位）を示している。
Ｔｅ，ＺｎＭｇＳｅＴｅ成長中のＲＨＥＥＤ強度振動
（ＲＨＥＥＤ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｏｓｃｉｌｌａｔ
ｉｏｎ）を示す図であり、横軸に成長時間（秒）、縦軸
にＲＨＥＥＤ強度（相対単位）を示している。
【００４１】この図ではＺｎＴｅ，ＺｎＭｇＴｅ，Ｚｎ
ＭｇＳｅＴｅを連続で成長しながら観察した鏡面反射点
の強度変化を示しており、本発明での成長は６族の過剰
条件だったので成長速度は２族の分子線強度の変化のみ
に影響を与えるため、Ｍｇの分子線圧の変化は成長速度
の変化として表れる。その成長速度の変化を観察すると
Ｍｇの組成は次の式によって計算できる。
ＭｇＳｅＴｅを連続で成長しながら観察した鏡面反射点
の強度変化を示しており、本発明での成長は６族の過剰
条件だったので成長速度は２族の分子線強度の変化のみ
に影響を与えるため、Ｍｇの分子線圧の変化は成長速度
の変化として表れる。その成長速度の変化を観察すると
Ｍｇの組成は次の式によって計算できる。
【００４２】Ｍｇ組成＝｛Ｆ（ＺｎＭｇＴｅ）−Ｆ（Ｚ
ｎＴｅ）｝／Ｆ（ＺｎＭｇＴｅ） ここで、Ｆは周波数＝１／振動周期である。
ｎＴｅ）｝／Ｆ（ＺｎＭｇＴｅ） ここで、Ｆは周波数＝１／振動周期である。
【００４３】これを検証するために、鏡面反射点の強度
振動で決めたＭｇの組成とその条件で成長した薄膜のＸ
線回折法による組成の分析結果を図６に示した。
振動で決めたＭｇの組成とその条件で成長した薄膜のＸ
線回折法による組成の分析結果を図６に示した。
【００４４】図６は本発明にかかる鏡面反射点の強度振
動で決めたＭｇの組成とその条件で成長した薄膜のＸ線
回折法による組成の分析結果を示す図であり、横軸にＭ
ｇセル温度（℃）、縦軸はＭｇ組成ｘを示している。
動で決めたＭｇの組成とその条件で成長した薄膜のＸ線
回折法による組成の分析結果を示す図であり、横軸にＭ
ｇセル温度（℃）、縦軸はＭｇ組成ｘを示している。
【００４５】この図から明らかなように、二つの方法で
決めたＭｇの組成ｘは、それぞれの方法の誤差の限界を
越えず、良い一致を示していることから、組成を成長中
に、しかも、正確に制御することが可能であることがわ
かる。 （成長温度の最適化）ＺｎＭｇＳｅＴｅ４元混晶の成長
温度は、フォトルミネセンス（ＰＬ）とＸ線回折法によ
り評価し最適化した。
決めたＭｇの組成ｘは、それぞれの方法の誤差の限界を
越えず、良い一致を示していることから、組成を成長中
に、しかも、正確に制御することが可能であることがわ
かる。 （成長温度の最適化）ＺｎＭｇＳｅＴｅ４元混晶の成長
温度は、フォトルミネセンス（ＰＬ）とＸ線回折法によ
り評価し最適化した。
【００４６】成長温度は２６０℃から３３０℃の範囲で
変えながら、Ｚｎ0.8 Ｍｇ0.2 Ｓｅ 0.12Ｔｅ0.88の混晶
を成長させ、Ｘ線のピークの半値幅〔ＸＲＤ 半値幅
（ＦＷＨＭ）〕やＰＬの半値幅（ＰＬ ＦＷＨＭ）の変
化を観察した。その結果をまとめたのが図７である。こ
の図において、横軸に成長温度（℃）、縦左軸にＸＲＤ
半値幅（ｓｅｃ-1）、右縦軸にＰＬ 半値幅（ｍｅＶ）
をそれぞれ示している。
変えながら、Ｚｎ0.8 Ｍｇ0.2 Ｓｅ 0.12Ｔｅ0.88の混晶
を成長させ、Ｘ線のピークの半値幅〔ＸＲＤ 半値幅
（ＦＷＨＭ）〕やＰＬの半値幅（ＰＬ ＦＷＨＭ）の変
化を観察した。その結果をまとめたのが図７である。こ
の図において、横軸に成長温度（℃）、縦左軸にＸＲＤ
半値幅（ｓｅｃ-1）、右縦軸にＰＬ 半値幅（ｍｅＶ）
をそれぞれ示している。
【００４７】その結果、３００℃から３２０℃にわたる
温度帯に最適の成長条件があるのが分かった。しかも、
最適条件での４元混晶のＰＬ半値幅が５ｍｅＶであるこ
とから、組成の揺らぎが抑制された、高品質の結晶成長
が可能であることがわかる。
温度帯に最適の成長条件があるのが分かった。しかも、
最適条件での４元混晶のＰＬ半値幅が５ｍｅＶであるこ
とから、組成の揺らぎが抑制された、高品質の結晶成長
が可能であることがわかる。
【００４８】図８は本発明にかかるＺｎＭｇＳｅＴｅ４
元混晶の低温ＰＬ結果を示す図である。この図におい
て、横軸にはフォトンエネルギー（ｅＶ）、縦軸にはＰ
Ｌ強度（相対単位）を示している。
元混晶の低温ＰＬ結果を示す図である。この図におい
て、横軸にはフォトンエネルギー（ｅＶ）、縦軸にはＰ
Ｌ強度（相対単位）を示している。
【００４９】この図は、ＺｎＭｇＳｅＴｅの低温でのＰ
Ｌ結果を示している。本実験で用いられた全ての成長条
件で深い準位からの発光が少なく、バンド端付近の発光
が強い特徴がみられる。その半値幅は、図７に示すよう
に、基板温度３１０℃で５ｍｅＶと最低値を示してい
る。このような混晶の場合、そのＰＬの半値幅は組成の
揺らぎに大きな影響を受け、組成の揺らぎが大きければ
ＰＬの半値幅も広くなり、揺らぎが抑制されている場合
はＰＬの半値幅も狭くなる。
Ｌ結果を示している。本実験で用いられた全ての成長条
件で深い準位からの発光が少なく、バンド端付近の発光
が強い特徴がみられる。その半値幅は、図７に示すよう
に、基板温度３１０℃で５ｍｅＶと最低値を示してい
る。このような混晶の場合、そのＰＬの半値幅は組成の
揺らぎに大きな影響を受け、組成の揺らぎが大きければ
ＰＬの半値幅も広くなり、揺らぎが抑制されている場合
はＰＬの半値幅も狭くなる。
【００５０】このように、本発明で得られた結果は、混
晶化によるＰＬの半値幅の広がりを考慮した計算結果と
比べても、その差が少ないことが図９から分かる。な
お、この図において、横軸にＭｇ組成ｘ、縦軸にＰＬ半
値幅（ｍｅＶ）を示している。
晶化によるＰＬの半値幅の広がりを考慮した計算結果と
比べても、その差が少ないことが図９から分かる。な
お、この図において、横軸にＭｇ組成ｘ、縦軸にＰＬ半
値幅（ｍｅＶ）を示している。
【００５１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００５２】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、高品質Ｚｎ1-x Ｍｇx ＳｅyＴｅ1-y の成長を
行うことによって、ｘ＜０．２，ｙ＜０．１２の条件
で、５×１０16ｃｍ-3以上の電子濃度や２×１０19ｃｍ
-3以上のホール濃度をもつ４元混晶の成長を可能にした
ものであり、実用レベルでの発光素子、光検知素子、光
変調素子などの光素子への応用が可能になる。
よれば、高品質Ｚｎ1-x Ｍｇx ＳｅyＴｅ1-y の成長を
行うことによって、ｘ＜０．２，ｙ＜０．１２の条件
で、５×１０16ｃｍ-3以上の電子濃度や２×１０19ｃｍ
-3以上のホール濃度をもつ４元混晶の成長を可能にした
ものであり、実用レベルでの発光素子、光検知素子、光
変調素子などの光素子への応用が可能になる。
【図１】本発明の第１実施例を示す化合物半導体装置の
模式図である。
模式図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す化合物半導体装置の
ヘテロバンド構造を示す図である。
ヘテロバンド構造を示す図である。
【図３】本発明にかかるＺｎＭｇＳｅＴｅ化合物半導体
のＭｇ組成に対するキャリア数の関係を示す図である。
のＭｇ組成に対するキャリア数の関係を示す図である。
【図４】本発明にかかるＺｎＭｇＳｅＴｅ成長中のＲＨ
ＥＥＤパターンを示す図である。
ＥＥＤパターンを示す図である。
【図５】本発明にかかるＺｎＴｅ，ＺｎＭｇＴｅ，Ｚｎ
ＭｇＳｅＴｅ成長中のＲＨＥＥＤ強度振動（ＲＨＥＥＤ
Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）を示
す図である。
ＭｇＳｅＴｅ成長中のＲＨＥＥＤ強度振動（ＲＨＥＥＤ
Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）を示
す図である。
【図６】本発明にかかる鏡面反射点の強度振動で決めた
Ｍｇの組成とその条件で成長した薄膜のＸ線回折法によ
る組成の分析結果を示す図である。
Ｍｇの組成とその条件で成長した薄膜のＸ線回折法によ
る組成の分析結果を示す図である。
【図７】本発明にかかるＺｎ0.8 Ｍｇ0.2 Ｓｅ0.12Ｔｅ
0.88の混晶の基板温度の変化に対する、Ｘ線のピークの
半値幅やＰＬの半値幅の変化を示す図である。
0.88の混晶の基板温度の変化に対する、Ｘ線のピークの
半値幅やＰＬの半値幅の変化を示す図である。
【図８】本発明にかかるＺｎＭｇＳｅＴｅ４元混晶の低
温ＰＬ結果を示す図である。
温ＰＬ結果を示す図である。
【図９】本発明の実験結果と混晶化によるＰＬの半値幅
の広がりを考慮した計算結果の比較を示す図である。
の広がりを考慮した計算結果の比較を示す図である。
１ 基板
２ ドーピングしたＺｎＭｇＳｅＴｅ層を含むヘテロ
構造 ３，４ オーミック電極 ５ 配線
構造 ３，４ オーミック電極 ５ 配線
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F041 CA03 CA41 CA46 CA49 CA55
CA57 CA66
5F049 MA03 NA12 PA01 PA18 SS01
SS03 SS04 WA03
5F103 AA04 DD23 DD30 JJ01 JJ03
KK10 LL02 NN01
Claims (17)
- 【請求項１】 Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 中にｎ型
不純物をドーピングして高濃度低抵抗ｎ型ＺｎＴｅ結晶
を成長させる化合物半導体の成長方法において、 分子線エピタキシーを用いて結晶を成長させ、不純物と
してＡｌを用い、１×１０16ｃｍ-3以上の高濃度ｎ型Ｚ
ｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y の成長を行うことを特徴と
する化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項２】 Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 中にｐ型
不純物をドーピングして高濃度低抵抗ｐ型ＺｎＴｅ結晶
を成長させる化合物半導体の成長方法において、 分子線エピタキシーを用いて結晶を成長させ、不純物と
してＮを用い、１×１０18ｃｍ-3以上の高濃度ｐ型Ｚｎ
1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y の成長を行うことを特徴とす
る化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の化合物半導体の結
晶成長方法において、ＺｎＴｅ基板を用いることを特徴
とする化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項４】 請求項１又は２記載の化合物半導体の結
晶成長方法において、成長原料としてＺｎ，Ｍｇ，Ｓ
ｅ，Ｔｅを用いることを特徴とする化合物半導体の結晶
成長方法。 - 【請求項５】 請求項１又は２記載の化合物半導体の結
晶成長方法において、成長原料としてＺｎＴｅ，Ｍｇ，
Ｓｅ，Ｔｅを用いることを特徴とする化合物半導体の結
晶成長方法。 - 【請求項６】 請求項１又は２記載の化合物半導体の結
晶成長方法において、成長原料としてＺｎＴｅ，Ｚｎ，
Ｍｇ，Ｓｅを用いることを特徴とする化合物半導体の結
晶成長方法。 - 【請求項７】 請求項１又は２記載の化合物半導体の結
晶成長方法において、成長原料としてＺｎＳｅ，Ｍｇ，
Ｓｅ，Ｔｅを用いることを特徴とする化合物半導体の結
晶成長方法。 - 【請求項８】 請求項１、２、３、４、５、６又は７記
載の化合物半導体の結晶成長方法において、成長温度を
２２０℃〜３５０℃の範囲とすることを特徴とする化合
物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項９】 請求項１、２、３、４、５、６又は７記
載の化合物半導体の結晶成長方法において、II族とVI族
の分子線強度比を１：１．２〜１：５．０の範囲とする
ことを特徴とする化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項１０】 請求項１、２、３、４、５、６又は７
記載の化合物半導体の結晶成長方法において、各原料の
分子線強度比をＰＳｅ＜（ＰＺｎ＋ＰＭｇ）＜ＰＴｅと
することを特徴とする化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項１１】 請求項１、２、３、４、５、６又は７
記載の化合物半導体の結晶成長方法において、成長速度
を毎時０．２〜２．０ミクロンの範囲とすることを特徴
とする化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項１２】 請求項１、２、３、４、５、６又は７
記載の化合物半導体の結晶成長方法において、Ａｌの温
度を７００〜９００℃とすることを特徴とする化合物半
導体の結晶成長方法。 - 【請求項１３】（ａ）基板と、（ｂ）該基板上に分子線
エピタキシー法により形成したＡｌをドーピングしたｎ
型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 層を具備することを特
徴とする光半導体装置。 - 【請求項１４】（ａ）基板と、（ｂ）該基板上に形成さ
れるバッファー層と、（ｃ）該バッファー層上に分子線
エピタキシー法により形成したＡｌをドーピングしたｎ
型Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 層を具備することを特
徴とする光半導体装置。 - 【請求項１５】（ａ）基板と、（ｂ）該基板上に分子線
エピタキシー法により形成したＮをドーピングしたｐ型
Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 層を具備することを特徴
とする光半導体装置。 - 【請求項１６】（ａ）基板と、（ｂ）該基板上に形成さ
れるバッファー層と、（ｃ）該バッファー層上に分子線
エピタキシー法により形成したＮをドーピングしたｐ型
Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓｅy Ｔｅ1-y 層を具備することを特徴
とする光半導体装置。 - 【請求項１７】 請求項１３、１４、１５又は１６記載
の光半導体装置において、前記基板は、ＧａＳｂ基板、
ＩｎＡｓ基板、ＧａＡｓ基板等の半導体基板、サファイ
ヤ、ＭｇＯ等の絶縁性基板又はＺｎＴｅ基板であること
を特徴とする光半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001269847A JP2003077836A (ja) | 2001-09-06 | 2001-09-06 | 化合物半導体の結晶成長方法及び光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001269847A JP2003077836A (ja) | 2001-09-06 | 2001-09-06 | 化合物半導体の結晶成長方法及び光半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003077836A true JP2003077836A (ja) | 2003-03-14 |
Family
ID=19095590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001269847A Withdrawn JP2003077836A (ja) | 2001-09-06 | 2001-09-06 | 化合物半導体の結晶成長方法及び光半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003077836A (ja) |
-
2001
- 2001-09-06 JP JP2001269847A patent/JP2003077836A/ja not_active Withdrawn
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| A711 | Notification of change in applicant |
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| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
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|
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