JP2005217153A - Heat treatment method for group ii-vi compound semiconductor substrate and the semiconductor substrate - Google Patents

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靖生 並川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat treatment method for a group II-VI compound semiconductor substrate capable of realizing making the resistance of the substrate low without deteriorating the crystalinity, and to provide the group II-VI compound semiconductor substrate subjected to heat treatment. <P>SOLUTION: The heat treatment method of the group II-VI compound semiconductor substrate includes the steps of preparing a ZnSe substrate 10 having a front side 10a on which a semiconductor film serving as an active layer is formed, and a rear side 10b in contact with an aluminum film 9 and located opposite to the front side 10a; and applying heat treatment to the ZnSe substrate 10 in a processing chamber exposed in an atmosphere comprising Zn of a group II element configuring the ZnSe substrate 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、一般的には、II−VI族化合物半導体基板の熱処理方法およびII−VI族化合物半導体基板に関し、より特定的には、亜鉛−セレン(ZnSe)基板にドナー性不純物であるアルミニウム(Al)をドーピングするための熱処理方法およびその熱処理がされたZnSe基板に関する。   The present invention generally relates to a heat treatment method for a II-VI group compound semiconductor substrate and a II-VI group compound semiconductor substrate, and more specifically, to a zinc-selenium (ZnSe) substrate having aluminum as a donor impurity ( The present invention relates to a heat treatment method for doping Al) and a ZnSe substrate subjected to the heat treatment.

従来、青色、緑色、青緑色などの短波長のレーザまたは発光ダイオード(LED:light-emitting diode)などの発光素子として、ZnSe系発光素子が注目を集めている。これらの発光素子は、ガリウム−砒素(GaAs)などの基板上にも作製することが可能である。しかしながら、基板上に形成されるZnSeの薄膜の結晶性を向上させて素子特性を向上させるという観点からは、薄膜と同じ材料であるZnSe基板上に、ZnSe系薄膜をホモエピタキシャル成長させて作製することが望ましい。   Conventionally, ZnSe-based light-emitting elements have attracted attention as light-emitting elements such as short-wavelength lasers such as blue, green, and blue-green, or light-emitting diodes (LEDs). These light emitting elements can also be manufactured on a substrate such as gallium arsenide (GaAs). However, from the viewpoint of improving the device characteristics by improving the crystallinity of the ZnSe thin film formed on the substrate, the ZnSe thin film is formed by homoepitaxial growth on the ZnSe substrate, which is the same material as the thin film. Is desirable.

発光素子用基板としてZnSe単結晶基板を使用する場合、素子構造を簡略化し、素子特性を向上させるためには、基板の導電性を高めること、つまり基板の低抵抗化が必要不可欠である。しかし、PVT(physical vapor transport)法またはGG(grain growth)法などの製法で作製されたZnSeバルク単結晶はアンドープ、すなわち不純物がドープされておらず、このため高抵抗である。   When a ZnSe single crystal substrate is used as a substrate for a light emitting element, in order to simplify the element structure and improve the element characteristics, it is indispensable to increase the conductivity of the substrate, that is, to lower the resistance of the substrate. However, a ZnSe bulk single crystal manufactured by a manufacturing method such as a PVT (physical vapor transport) method or a GG (grain growth) method is undoped, that is, not doped with impurities, and thus has high resistance.

ZnSe単結晶を低抵抗化する方法としては、ZnSe単結晶をZn−Al融液中で加熱処理して低抵抗のZnSe単結晶を得る方法が、たとえば、G.Jones and J.Woods, 「The electrical properties of zinc selenide」, J.Phys.D:Appl.Phys., Vol.9, 1976, pp.799-810で提案されている(非特許文献1)。この方法では、AlがZnSe結晶中に拡散してドナー性不純物として働くと同時に、Znの空孔の濃度が低下する。これにより、Alの活性化率を増加させることができ、n型キャリア濃度を増加させて所望の比抵抗値を得ることができる。   As a method of reducing the resistance of a ZnSe single crystal, a method of obtaining a low-resistance ZnSe single crystal by heat-treating a ZnSe single crystal in a Zn-Al melt is described in, for example, G. Jones and J. Woods, “The electrical properties of zinc selenide ", J. Phys. D: Appl. Phys., Vol. 9, 1976, pp. 799-810 (Non-Patent Document 1). In this method, Al diffuses into the ZnSe crystal and acts as a donor impurity, and at the same time, the concentration of Zn vacancies decreases. Thereby, the activation rate of Al can be increased, and a desired specific resistance value can be obtained by increasing the n-type carrier concentration.

また、ZnSe結晶中にドープされたAlは、Znの空孔とSAセンターと呼ばれる複合欠陥を形成する。このSAセンターからは、SA発光と呼ばれる赤色から黄色におよぶ発光が生じる。この現象に注目し、近年、ZnSeを用いた新しい概念の白色LEDが開発されている。この白色LEDは、ZnSe基板上に形成した活性層から生じた短波長の光と、その短波長の光によって励起された長波長の光(SA発光)とを混色して白色光を得るというものである。この白色LEDは、基板自体を発光体として利用しているため、ZnSe基板を用いることが必須となる。   Further, Al doped in the ZnSe crystal forms complex defects called Zn vacancies and SA centers. From the SA center, light emission from red to yellow called SA light emission occurs. Focusing on this phenomenon, a new concept white LED using ZnSe has been developed in recent years. This white LED mixes the short wavelength light generated from the active layer formed on the ZnSe substrate and the long wavelength light (SA emission) excited by the short wavelength light to obtain white light. It is. Since the white LED uses the substrate itself as a light emitter, it is essential to use a ZnSe substrate.

そこで、高品質な発光素子を作製するためには、ZnSe基板の結晶性が良好であることが重要となる。しかし、非特許文献1に開示された方法では、冷却時に融液がZnSe単結晶に付着することを防止することができない。したがって、ZnSeと融液との熱膨張差による応力のためZnSe単結晶の転位密度が増大する。その結果、結晶性が著しく悪化し、発光素子として用いた場合に、寿命が低下するという問題が発生する。   Therefore, in order to produce a high-quality light-emitting element, it is important that the crystallinity of the ZnSe substrate is good. However, the method disclosed in Non-Patent Document 1 cannot prevent the melt from adhering to the ZnSe single crystal during cooling. Therefore, the dislocation density of the ZnSe single crystal increases due to the stress due to the difference in thermal expansion between ZnSe and the melt. As a result, the crystallinity is remarkably deteriorated, and there is a problem that the lifetime is reduced when used as a light emitting element.

このような問題を解決するために、Al薄膜をZnSe単結晶表面に形成し、石英容器内にこれを密閉してZn雰囲気下で熱処理する方法が、特開平10−265299号公報に開示されている(特許文献1)。この方法により、結晶性の著しい悪化は抑制できるようになり、熱処理前の転位密度が5×10cm−2以上である基板に対しては、転位密度の増加をほぼ抑制することができる。 In order to solve such problems, a method of forming an Al thin film on the surface of a ZnSe single crystal, sealing it in a quartz container and heat-treating it in a Zn atmosphere is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-265299. (Patent Document 1). This method makes it possible to suppress a significant deterioration in crystallinity, and can substantially suppress an increase in the dislocation density for a substrate having a dislocation density before heat treatment of 5 × 10 4 cm −2 or more.

しかし、さらに転位密度が低い良好な結晶性を有する基板に同様の条件で熱処理した場合、Al薄膜の厚みが厚くなると転位密度が増加するという問題が生じる。すなわち、特許文献1に開示された方法では、Al薄膜の厚みが40nm以上のとき、転位密度が5×10cm−2以下という水準で、転位密度の増加を十分に抑制することができない。 However, when a substrate having good crystallinity with a lower dislocation density is heat-treated under the same conditions, there arises a problem that the dislocation density increases as the thickness of the Al thin film increases. That is, in the method disclosed in Patent Document 1, when the thickness of the Al thin film is 40 nm or more, the increase in the dislocation density cannot be sufficiently suppressed at a level of dislocation density of 5 × 10 4 cm −2 or less.

このような結晶性の悪化が生じる原因は、基板表面に接触するAl溶液と、石英容器から放出されるSiOガスとが反応することによって、紅柱石(AlSiO)またはムライト(3Al・2SiO)などの反応生成物がZnSe基板上に形成されることによると考えられる。そこで、Al溶液とSiOガスとを極力隔離することを目的としたII−VI族化合物半導体の熱処理方法が、特開2003−124235号公報に開示されている(特許文献2)。 The cause of such deterioration in crystallinity is that the Al solution that contacts the substrate surface reacts with the SiO gas released from the quartz container, thereby causing a beryl (Al 2 SiO 5 ) or mullite (3Al 2 O). It is considered that reaction products such as 3 · 2SiO 2 ) are formed on the ZnSe substrate. Therefore, a heat treatment method for a II-VI group compound semiconductor aimed at isolating the Al solution and the SiO gas as much as possible is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-124235 (Patent Document 2).

特許文献2に開示された熱処理方法によれば、まず、石英を含まない材料からなる容器内に、Al薄膜を表面に形成したZeSe基板を収容する。そして、その容器をさらに石英容器に収容し、内部を真空排気して密封した後、ZeSe基板をZn雰囲気下で熱処理する。これにより、熱処理された後のZnSe基板の結晶性の悪化は、さらに抑制されることとなる。
特開平10−265299号公報 特開2003−124235号公報 G.Jones and J.Woods, 「The electrical properties of zinc selenide」, J.Phys.D:Appl.Phys., Vol.9, 1976, pp.799-810
According to the heat treatment method disclosed in Patent Document 2, first, a ZeSe substrate on which an Al thin film is formed is housed in a container made of a material that does not contain quartz. The container is further accommodated in a quartz container, the inside is evacuated and sealed, and then the ZeSe substrate is heat-treated in a Zn atmosphere. Thereby, the deterioration of the crystallinity of the ZnSe substrate after the heat treatment is further suppressed.
JP-A-10-265299 JP 2003-124235 A G. Jones and J. Woods, `` The electrical properties of zinc selenide '', J.Phys.D: Appl.Phys., Vol.9, 1976, pp.799-810

しかし、特許文献2に開示された熱処理方法によっても、AlとSiOとの反応を十分に抑制することはできない。具体的には、Al薄膜の厚みが100nm以上になると、ZnSe基板の結晶性にばらつきが認められるようになり、さらに、Al薄膜の厚みが200nm以上になると、ZnSe基板の転位密度の増加は、5×10cm−2以上となる。このため、良好な結晶性を備えた基板を得ることができない。 However, even with the heat treatment method disclosed in Patent Document 2, the reaction between Al and SiO cannot be sufficiently suppressed. Specifically, when the thickness of the Al thin film is 100 nm or more, variation in the crystallinity of the ZnSe substrate is recognized, and when the thickness of the Al thin film is 200 nm or more, the increase in dislocation density of the ZnSe substrate is 5 × 10 4 cm −2 or more. For this reason, a substrate having good crystallinity cannot be obtained.

一方、白色LEDの高輝度化には、基板の発光強度を増大させる必要がある。このためには、基板中に含まれるAlの濃度を増大させなければならず、熱処理前にZnSe基板に形成するAl薄膜の厚みを大きくしなければならない。しかし、上述のとおり、Al薄膜の厚みを大きくすると基板の結晶性が悪化する。このため、従来の熱処理方法によっては、良好な結晶性と、十分な発光強度とを同時に備えた基板を形成することができない。   On the other hand, to increase the brightness of the white LED, it is necessary to increase the emission intensity of the substrate. For this purpose, the concentration of Al contained in the substrate must be increased, and the thickness of the Al thin film formed on the ZnSe substrate must be increased before the heat treatment. However, as described above, when the thickness of the Al thin film is increased, the crystallinity of the substrate is deteriorated. For this reason, a substrate having both good crystallinity and sufficient emission intensity cannot be formed by a conventional heat treatment method.

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、結晶性を悪化させることなく、基板の低抵抗化を実現できるII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法およびその熱処理がされたII−VI族化合物半導体基板を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and a heat treatment method for a II-VI group compound semiconductor substrate capable of realizing low resistance of the substrate without deteriorating crystallinity, and II for which the heat treatment has been performed. -To provide a Group VI compound semiconductor substrate.

この発明に従ったII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法は、活性層となる半導体膜が形成される表面と、その表面の反対側に位置する裏面とを有し、裏面にアルミニウムを接触させたII−VI族化合物半導体基板を準備する工程と、II−VI族化合物半導体基板を構成するII族元素を含む気体雰囲気とした処理室内で、II−VI族化合物半導体基板を熱処理する工程とを備える。   A heat treatment method for a II-VI group compound semiconductor substrate according to the present invention has a surface on which a semiconductor film to be an active layer is formed and a back surface located on the opposite side of the surface, and aluminum is brought into contact with the back surface. Preparing a II-VI group compound semiconductor substrate, and heat-treating the II-VI group compound semiconductor substrate in a processing chamber having a gas atmosphere containing a Group II element constituting the II-VI group compound semiconductor substrate. Prepare.

このように構成されたII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法によれば、活性層となる半導体膜が形成される表面とは反対側の裏面にアルミニウムを接触させている。このため、熱処理工程時にアルミニウムとの反応によって生じる反応生成物が、基板の表面側に多く残留するということがない。これにより、この反応生成物に起因して発生する熱応力によって、基板の表面側の結晶性が悪化することを防止できる。一方、アルミニウムの基板内への拡散は、アルミニウムを接触させた基板の裏面のみならず、表面を含む全体から進行する。このため、基板の表面側にも十分な量のアルミニウムを拡散させることができる。したがって、本発明によれば、活性層となる半導体膜が形成される表面の結晶性を悪化させることなく、十分な量のアルミニウムを基板中に拡散させ、基板の低抵抗化を図ることができる。   According to the heat treatment method for a II-VI group compound semiconductor substrate thus configured, aluminum is brought into contact with the back surface opposite to the surface on which the semiconductor film to be the active layer is formed. For this reason, a reaction product produced by reaction with aluminum during the heat treatment process does not remain on the surface side of the substrate. Thereby, it is possible to prevent the crystallinity on the surface side of the substrate from being deteriorated due to the thermal stress generated due to the reaction product. On the other hand, the diffusion of aluminum into the substrate proceeds from not only the back surface of the substrate in contact with aluminum but also the entire surface including the front surface. For this reason, a sufficient amount of aluminum can be diffused also on the surface side of the substrate. Therefore, according to the present invention, a sufficient amount of aluminum can be diffused into the substrate without deteriorating the crystallinity of the surface on which the semiconductor film to be the active layer is formed, thereby reducing the resistance of the substrate. .

また好ましくは、熱処理する工程は、表面が気体雰囲気中に露出した状態となるように、II−VI族化合物半導体基板を処理室内に配置する工程を含む。このように構成されたII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法によれば、熱処理工程時に、基板の表面が、基板と熱膨張率が異なる部材に接触するということがない。このため、基板の表面に接触する部材との熱膨張率差に起因する熱応力によって、基板の表面側の結晶性が悪化することを防止できる。   Preferably, the heat treatment step includes a step of placing the II-VI group compound semiconductor substrate in the treatment chamber so that the surface is exposed in a gas atmosphere. According to the heat treatment method for a II-VI compound semiconductor substrate configured as described above, the surface of the substrate does not come into contact with a member having a coefficient of thermal expansion different from that of the substrate during the heat treatment step. For this reason, it can prevent that the crystallinity on the surface side of a board | substrate is deteriorated by the thermal stress resulting from a thermal expansion coefficient difference with the member which contacts the surface of a board | substrate.

また好ましくは、処理室は、II−VI族化合物半導体基板を取り囲む内表面を有する。その内表面は、パイロリテック窒化ホウ素(pBN)、六方晶窒化ホウ素(hBNおよびwBN)、サファイア、酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)および多結晶ダイヤモンドからなる群より選ばれた少なくとも1種からなる。hBNは、六方晶系グラファイト構造に類似した低圧相窒化ホウ素を示し、wBNは、六方晶系ウルツ鉱構造の窒化ホウ素を示す。 Preferably, the processing chamber has an inner surface surrounding the II-VI group compound semiconductor substrate. Its inner surface was selected from the group consisting of pyrolytic boron nitride (pBN), hexagonal boron nitride (hBN and wBN), sapphire, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), and polycrystalline diamond. It consists of at least one kind. hBN indicates low-pressure phase boron nitride similar to a hexagonal graphite structure, and wBN indicates boron nitride having a hexagonal wurtzite structure.

このように構成されたII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法によれば、処理室の内表面を構成するこれらの材料は、II−VI族化合物半導体基板と反応せず、かつII−VI族化合物半導体基板に対して不純物汚染源とならない物質である。基板は、このような内表面を有する処理室内で熱処理されるため、基板に接触するアルミニウムの量が多くなったとしても、熱処理中にII−VI族化合物半導体基板に結晶欠陥が増加しない。その結果、結晶性を低下させることなく、多くの量のアルミニウムを基板中に拡散させることができる。これにより、基板のさらなる低抵抗化を図ることができる。   According to the heat treatment method for a II-VI group compound semiconductor substrate thus configured, these materials constituting the inner surface of the processing chamber do not react with the II-VI group compound semiconductor substrate, and the II-VI group It is a substance that does not become a source of impurity contamination for compound semiconductor substrates. Since the substrate is heat-treated in a processing chamber having such an inner surface, even if the amount of aluminum in contact with the substrate increases, crystal defects do not increase in the II-VI group compound semiconductor substrate during the heat treatment. As a result, a large amount of aluminum can be diffused into the substrate without reducing crystallinity. Thereby, the resistance of the substrate can be further reduced.

また好ましくは、II−VI族化合物半導体基板の熱処理方法は、熱処理する工程の前に、処理室内をほぼ真空にする工程をさらに備える。このように構成されたII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法によれば、熱処理前に処理室内をほぼ真空にすることにより、処理室内の気体状の不純物を除去することができる。これにより、II−VI族化合物半導体基板の結晶欠陥の発生をさらに防止することができる。   Preferably, the heat treatment method for the II-VI group compound semiconductor substrate further includes a step of evacuating the processing chamber substantially before the heat treatment step. According to the heat treatment method for a II-VI group compound semiconductor substrate configured as described above, gaseous impurities in the processing chamber can be removed by evacuating the processing chamber before the heat treatment. Thereby, generation | occurrence | production of the crystal defect of a II-VI group compound semiconductor substrate can further be prevented.

また好ましくは、裏面にアルミニウム薄膜が直接、形成されている。このように構成されたII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法によれば、II−VI族化合物半導体基板の裏面とアルミニウムとの接触面積が大きくなるため、より多くの量のアルミニウムを基板に拡散させることができる。   Preferably, an aluminum thin film is directly formed on the back surface. According to the heat treatment method of the II-VI compound semiconductor substrate thus configured, the contact area between the back surface of the II-VI compound semiconductor substrate and the aluminum is increased, so that a larger amount of aluminum is diffused into the substrate. Can be made.

また好ましくは、アルミニウム薄膜の厚みが、1nm以上300nm以下である。   Preferably, the aluminum thin film has a thickness of 1 nm to 300 nm.

また好ましくは、熱処理する工程は、温度660℃以上1200℃以下で熱処理する工程を含む。   Preferably, the heat treatment step includes a heat treatment step at a temperature of 660 ° C. to 1200 ° C.

また好ましくは、熱処理する工程は、1時間以上800時間以下熱処理する工程を含む。   Preferably, the heat treatment step includes a heat treatment step of 1 hour to 800 hours.

また好ましくは、II−VI族化合物半導体基板の熱処理方法は、熱処理する工程の後、II−VI族化合物半導体基板を1℃/分以上200℃/分以下の冷却速度で冷却する工程をさらに備える。   Preferably, the II-VI group compound semiconductor substrate heat treatment method further includes a step of cooling the II-VI group compound semiconductor substrate at a cooling rate of 1 ° C./min to 200 ° C./min after the heat treatment step. .

また好ましくは、処理室内に、II−VI族化合物半導体基板が位置決めされる第1領域と、第1領域とは別に設けられた第2領域とを規定した場合に、冷却する工程は、第2領域の温度が第1領域の温度よりも1℃以上100℃以下、低くなるように、処理室内の温度を設定する工程を含む。   Preferably, when the first region in which the II-VI group compound semiconductor substrate is positioned and the second region provided separately from the first region are defined in the processing chamber, the cooling step includes the second step. Including a step of setting the temperature in the processing chamber so that the temperature of the region is lower by 1 ° C. or more and 100 ° C. or less than the temperature of the first region.

この発明に従ったII−VI族化合物半導体基板は、上述のいずれかの方法によって熱処理される。このように構成されたII−VI族化合物半導体基板は、基板の表面側において優れた結晶性を有するとともに、十分に低い比抵抗値を備える。   The II-VI group compound semiconductor substrate according to the present invention is heat-treated by any of the methods described above. The II-VI group compound semiconductor substrate configured as described above has excellent crystallinity on the surface side of the substrate and a sufficiently low specific resistance value.

以上説明したように、この発明に従えば、結晶性を悪化させることなく、基板の低抵抗化を実現できるII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法およびその熱処理がされたII−VI族化合物半導体基板を提供することができる。   As described above, according to the present invention, a heat treatment method for a II-VI compound semiconductor substrate capable of realizing low resistance of the substrate without deteriorating crystallinity, and a II-VI compound semiconductor subjected to the heat treatment. A substrate can be provided.

本発明者は、以下の知見を得ることにより、本発明を完成させるに至った。まず、その発明者が得た知見について、図面を参照しながら説明を行なう。   The inventors have completed the present invention by obtaining the following knowledge. First, the knowledge obtained by the inventor will be described with reference to the drawings.

図3は、従来の熱処理装置を示す断面図である。図3を参照して、従来の熱処理装置101は、筐体状の石英アンプル103と、石英アンプル103に嵌め込まれて所定の空間を形成する石英封入蓋102と、石英封入蓋102上に載置され、石英アンプル103に取り囲まれる石英容器104と、石英容器104上に載置される石英スペーサ105とを備える。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional heat treatment apparatus. Referring to FIG. 3, a conventional heat treatment apparatus 101 is mounted on a case-shaped quartz ampule 103, a quartz enclosure lid 102 that is fitted into the quartz ampule 103 to form a predetermined space, and the quartz enclosure lid 102. And a quartz container 104 surrounded by the quartz ampule 103 and a quartz spacer 105 placed on the quartz container 104.

石英スペーサ105上には、ZnSe基板106および109が設けられ、ZnSe基板106および109に挟まれるようにアルミニウム膜107および108が位置決めされている。石英容器104には、切欠き104hが設けられている。石英容器104内には、Zn結晶110が配置されている。   On the quartz spacer 105, ZnSe substrates 106 and 109 are provided, and aluminum films 107 and 108 are positioned so as to be sandwiched between the ZnSe substrates 106 and 109. The quartz container 104 is provided with a notch 104h. A Zn crystal 110 is arranged in the quartz container 104.

このような装置において、一旦石英アンプル103内を排気し真空とした後、石英封入蓋102を加熱する。これにより石英を軟化させて溶着させることにより石英アンプル103内を密閉して気密容器を作製する。その後、密閉された石英アンプル103を炉内に配置して高温中に保持する。これにより、Zn結晶110の一部分が昇華して石英アンプル103内はZn雰囲気となる。同時に、アルミニウム膜107および108が融解することにより、アルミニウムがZnSe基板106および109を構成するZnSe結晶内に拡散する。これにより、導電性のZnSe基板106および109を得ることができる。   In such an apparatus, the quartz ampoule 103 is once evacuated and evacuated, and then the quartz sealing lid 102 is heated. Thus, the quartz ampoule 103 is hermetically sealed by softening and welding the quartz to produce an airtight container. Thereafter, the sealed quartz ampule 103 is placed in a furnace and kept at a high temperature. As a result, a part of the Zn crystal 110 is sublimated, and the quartz ampule 103 has a Zn atmosphere. At the same time, the aluminum films 107 and 108 are melted, so that aluminum diffuses into the ZnSe crystal constituting the ZnSe substrates 106 and 109. Thereby, the conductive ZnSe substrates 106 and 109 can be obtained.

この熱処理プロセスで、ZnSe基板106および109の転位密度が増加する。そのメカニズムには、何らかの反応生成物が関与している可能性がある。そこで、ZnSe、Zn、Alおよび石英を出発成分とする系の熱力学的平衡状態を計算して反応状態を解析したところ、以下の点が明らかになった。   This heat treatment process increases the dislocation density of the ZnSe substrates 106 and 109. Some reaction product may be involved in the mechanism. Then, the following points became clear when the reaction state was analyzed by calculating the thermodynamic equilibrium state of the system starting from ZnSe, Zn, Al and quartz.

Alは、単体では安定に存在し得ず、室温から温度約990℃までの温度領域においては、紅柱石と呼ばれる酸化物(AlSiO)として存在することで安定する。温度約990℃以上の温度領域では、ムライト(3Al・2SiO)として存在することで安定する。また、気相中では、Zn蒸気が主成分であるが、SiOもかなりの分圧比で安定に存在する。その組成比は、温度1000℃で、およそZn:SiO=1:10−3である。 Al cannot exist stably by itself, and in the temperature range from room temperature to about 990 ° C., it is stabilized by being present as an oxide (Al 2 SiO 5 ) called beryl. In the temperature range of about 990 ° C. or higher, the presence of mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) stabilizes. In the gas phase, Zn vapor is the main component, but SiO is also stably present at a considerable partial pressure ratio. The composition ratio is approximately Zn: SiO = 1: 10 −3 at a temperature of 1000 ° C.

これらのことから、密閉された石英アンプル103内に、ZnSe、Al、Znをセットして高温に加熱すると、Alが揮発して石英と反応すると同時に、Alの表面では、AlとSiOの反応で紅柱石またはムライトが生成され続けることがわかる。AlはZnSe結晶中に拡散するが、紅柱石およびムライトはZnSe表面に残留すると考えられる。これらの反応生成物である紅柱石およびムライトがZnSe表面に固着し、冷却時にZnSe結晶に応力を与えることにより、ZnSe結晶の結晶性を悪化させるのではないかと考えられる。   Therefore, when ZnSe, Al and Zn are set in a sealed quartz ampoule 103 and heated to a high temperature, Al volatilizes and reacts with quartz. At the same time, Al reacts with Al on the surface of Al. It can be seen that splenite or mullite continues to be produced. Al diffuses into the ZnSe crystal, but beryl and mullite are thought to remain on the ZnSe surface. It is considered that these reaction products, beryl and mullite, adhere to the surface of ZnSe and give stress to the ZnSe crystal during cooling, thereby deteriorating the crystallinity of the ZnSe crystal.

このような仮説に基づくと、Alと石英が共存する状態であれば、確実に紅柱石またはムライトが生成する。Al拡散熱処理時のZnSeの結晶性の悪化を完全に抑制するためには、石英の存在しない雰囲気で熱処理を実施しなければならないと考えられる。   Based on such a hypothesis, if it is in a state where Al and quartz coexist, splenite or mullite is surely generated. In order to completely suppress the deterioration of the ZnSe crystallinity during the Al diffusion heat treatment, it is considered that the heat treatment must be carried out in an atmosphere free from quartz.

この場合、ZnSeを収納する容器は、石英およびシリコン(Si)を含まず、熱処理温度で安定であり、ZnSeと反応せず、高純度でZnSeに対して不純物汚染源とならず、気密性に優れた材質でなければならない。また、容器内にスペーサなどの部材を配置する場合、それらの部材も同様の性質で形成されている必要がある。このような特性を有する材料として、パイロリテック窒化ホウ素、六方晶窒化ホウ素、サファイア、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムおよび多結晶ダイヤモンドを挙げることができる。   In this case, the container containing ZnSe does not contain quartz and silicon (Si), is stable at the heat treatment temperature, does not react with ZnSe, does not react with ZnSe, is not a source of impurity contamination with respect to ZnSe, and has excellent airtightness. Must be of the same material. Moreover, when arrange | positioning members, such as a spacer, in a container, those members also need to be formed with the same property. Examples of the material having such characteristics include pyrolithic boron nitride, hexagonal boron nitride, sapphire, aluminum oxide, aluminum nitride, and polycrystalline diamond.

理想的には、これらの材料よりなる容器で真空の領域を形成し、その中にZnSe基板を封入できれば望ましい。しかしながら、容器全体を高温に保持する必要があるため、これらの材質のみで真空を保持することは難しい。そのため、外容器として、石英アンプルを用いる。ZnSeを収納した上述の材料よりなる容器を石英アンプル内にセットして、石英アンプルで真空封入を行なうという方法を採ることができる。この場合、上述の材質よりなる容器内を真空排気し、かつ高温保持時に容器の内外の圧力差をなくするための連通孔を容器に設ける必要がある。この連通孔を通じて容器内部にSiOガスが拡散することをできるだけ抑制するために、この連通孔は細管状のオリフィスとすることが望ましい。   Ideally, it is desirable to form a vacuum region with a container made of these materials and encapsulate the ZnSe substrate therein. However, since it is necessary to maintain the entire container at a high temperature, it is difficult to maintain a vacuum only with these materials. Therefore, a quartz ampule is used as the outer container. It is possible to adopt a method in which a container made of the above-described material containing ZnSe is set in a quartz ampule and vacuum sealed with the quartz ampule. In this case, it is necessary to evacuate the container made of the above-described material and to provide the container with a communication hole for eliminating a pressure difference between the inside and the outside of the container when the temperature is maintained. In order to suppress the diffusion of SiO gas into the container through the communication hole as much as possible, it is desirable that the communication hole is a narrow tubular orifice.

このような観点から、続いて説明する特許文献2に開示された熱処理方法が考案された。図4は、特許文献2に開示された熱処理装置を示す断面図である。なお、図3中に示す部材と比較して、同一またはそれに相当する部材には、同じ参照番号を付している。   From this point of view, the heat treatment method disclosed in Patent Document 2 to be subsequently described has been devised. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the heat treatment apparatus disclosed in Patent Document 2. As shown in FIG. In addition, compared with the member shown in FIG. 3, the same reference number is attached | subjected to the member which is the same or it corresponds.

図4を参照して、熱処理装置30は、石英アンプル1と、石英アンプル1に嵌め合わされる石英封入蓋2と、石英封入蓋2上に設けられた石英サポート3と、石英サポート3上に設けられたpBN容器蓋4と、pBN容器蓋4と接触するpBN容器本体7と、pBN容器蓋4およびpBN容器本体7で囲まれた空間に配置されるpBNサポート5と、pBNサポート5上に配置されるpBNカップ6と、pBNカップ6上に設けられたサファイアスペーサ8とを備える。   Referring to FIG. 4, heat treatment apparatus 30 is provided on quartz ampule 1, quartz enclosure lid 2 fitted to quartz ampule 1, quartz support 3 provided on quartz enclosure lid 2, and quartz support 3. PBN container lid 4, pBN container body 7 in contact with pBN container lid 4, pBN support 5 disposed in a space surrounded by pBN container lid 4 and pBN container body 7, and disposed on pBN support 5 And a sapphire spacer 8 provided on the pBN cup 6.

石英アンプル1は、所定の空間を形成するように設けられており、開口を有する。その開口に石英封入蓋2が嵌め合わされている。石英封入蓋2と接触するように石英サポート3が設けられている。石英サポート3内にはZn結晶22が配置される。   The quartz ampule 1 is provided so as to form a predetermined space and has an opening. A quartz sealing lid 2 is fitted into the opening. A quartz support 3 is provided in contact with the quartz sealing lid 2. A Zn crystal 22 is disposed in the quartz support 3.

石英サポート3上にはpBN容器蓋4が設けられている。pBN容器蓋4は、オリフィス4nを有し、オリフィス4nは、石英サポート3で囲まれた空間に延びてZn結晶22と向い合うように配置されている。pBN容器蓋4の内表面4iには、pBNサポート5が設けられている。pBNサポート5は、切欠き5hを有する。この切欠き5hとオリフィス4nとにより、石英サポート3内の空間と、pBN容器蓋4内の空間との圧力がほぼ等しくなる。   A pBN container lid 4 is provided on the quartz support 3. The pBN container lid 4 has an orifice 4n, and the orifice 4n extends in a space surrounded by the quartz support 3 so as to face the Zn crystal 22. A pBN support 5 is provided on the inner surface 4 i of the pBN container lid 4. The pBN support 5 has a notch 5h. By this notch 5h and the orifice 4n, the pressure in the space in the quartz support 3 and the space in the pBN container lid 4 become substantially equal.

pBN容器蓋4と接触するように、pBN容器本体7が設けられている。pBN容器蓋4と、pBN容器本体7とで囲まれた領域にpBNカップ6およびサファイアスペーサ8が設けられている。pBNカップ6内にはZn結晶21が配置される。pBNカップ6は、切欠き6hを有する。これにより、pBNカップ6およびサファイアスペーサ8で囲まれた空間と、pBN容器本体7で囲まれた空間との圧力はほぼ等しくなる。   A pBN container body 7 is provided so as to be in contact with the pBN container lid 4. A pBN cup 6 and a sapphire spacer 8 are provided in a region surrounded by the pBN container lid 4 and the pBN container body 7. A Zn crystal 21 is disposed in the pBN cup 6. The pBN cup 6 has a notch 6h. Thereby, the pressure of the space surrounded by the pBN cup 6 and the sapphire spacer 8 and the space surrounded by the pBN container main body 7 are substantially equal.

続いて、アルミニウム膜の厚みに対するZnSe基板表面の転位密度の依存性を評価するために、以下に説明する試験を行なった。   Subsequently, in order to evaluate the dependence of the dislocation density on the surface of the ZnSe substrate with respect to the thickness of the aluminum film, the test described below was performed.

熱処理装置30に、異なる厚みを有するアルミニウム膜が蒸着されたZnSe基板を図4に示す形態に配置し、そのZnSe基板に熱処理を実施した。熱処理条件は、900℃の温度で、168時間とした。次に、アルミニウム膜が形成されていた側のZnSe基板の表面を厚み100μmだけ研磨して除去した。さらに、その表面をBr−メタノール溶液を用いてエッチングし、エッチピット密度(EPD)を測定することで結晶の転位密度を評価した。熱処理は、複数のZnSe基板に実施し、それぞれの基板について転位密度の評価を行なった。   A ZnSe substrate on which aluminum films having different thicknesses were deposited was disposed in the heat treatment apparatus 30 in the form shown in FIG. 4, and the ZnSe substrate was subjected to heat treatment. The heat treatment conditions were 900 ° C. and 168 hours. Next, the surface of the ZnSe substrate on which the aluminum film was formed was removed by polishing by a thickness of 100 μm. Furthermore, the dislocation density of the crystal was evaluated by etching the surface with a Br-methanol solution and measuring the etch pit density (EPD). The heat treatment was performed on a plurality of ZnSe substrates, and the dislocation density was evaluated for each substrate.

図5は、図4に示す形態にZnSe基板を配置した場合の、アルミニウム膜の厚みとZnSe基板表面のEPDとの関係を示すグラフである。図5中の同じマークは、同一の結晶から作製されたZnSe基板の測定結果であることを示す。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the thickness of the aluminum film and the EPD on the surface of the ZnSe substrate when the ZnSe substrate is arranged in the form shown in FIG. The same mark in FIG. 5 indicates a measurement result of a ZnSe substrate manufactured from the same crystal.

図5を参照して分かるように、アルミニウム膜の厚みが増大するに従って、アルミニウム膜が蒸着された表面近傍の転位密度が急激に増加した。これは、外容器としての石英アンプル1および石英封入蓋2に石英を用いたため、AlとSiOとの反応を完全に防止することができなかったためと考えられる。このため、ZnSe基板の表面に反応生成物が形成され、冷却時の熱応力により結晶性の悪化が引き起こされたものと推定される。   As can be seen with reference to FIG. 5, the dislocation density in the vicinity of the surface on which the aluminum film was deposited rapidly increased as the thickness of the aluminum film increased. This is presumably because the reaction between Al and SiO could not be completely prevented because quartz was used for the quartz ampule 1 and the quartz enclosure lid 2 as the outer container. For this reason, a reaction product is formed on the surface of the ZnSe substrate, and it is presumed that the deterioration of crystallinity is caused by the thermal stress during cooling.

ZnSe系の白色LEDでは、基板の転位密度が5×10cm−2を超えると、結晶欠陥の増殖により、LEDの寿命が著しく短くなる。このため、転位密度が5×10cm−2以下となるようにZnSe基板の熱処理を実施する必要がある。図5に示す結果から、従来の熱処理方法では、良好な結晶性を有するZnSe基板を安定して作製できるアルミニウム膜の厚み条件が、およそ100nm以下と判断される。しかし、白色LEDの高輝度化という観点からは、アルミニウム膜の厚みが100nmでは十分と言えない。発明者は、この問題を解決するために、以下に説明する試験をさらに行なった。 In a ZnSe-based white LED, when the dislocation density of the substrate exceeds 5 × 10 4 cm −2 , the lifetime of the LED is remarkably shortened due to the growth of crystal defects. For this reason, it is necessary to heat-treat the ZnSe substrate so that the dislocation density is 5 × 10 4 cm −2 or less. From the results shown in FIG. 5, in the conventional heat treatment method, it is determined that the thickness condition of the aluminum film that can stably produce a ZnSe substrate having good crystallinity is about 100 nm or less. However, from the viewpoint of increasing the brightness of the white LED, it is not sufficient that the thickness of the aluminum film is 100 nm. In order to solve this problem, the inventor further performed a test described below.

まず、アルミニウム膜が形成された表面が下向き(後述する図1に示す状態)となるように、異なる厚みを有するアルミニウム膜が蒸着されたZnSe基板を熱処理装置30に配置し、そのZnSe基板に熱処理を実施した。熱処理条件は、上述の試験と同様とした。次に、熱処理装置30内で上向きに配置された側のZnSe基板の表面(アルミニウム膜が形成されていない側の表面)を厚み100μmだけ研磨して除去した。さらに、上述の試験と同様にして、その表面のEPDを測定し、結晶の転位密度を評価した。   First, a ZnSe substrate on which an aluminum film having a different thickness is deposited is placed in the heat treatment apparatus 30 so that the surface on which the aluminum film is formed faces downward (state shown in FIG. 1 described later), and the ZnSe substrate is subjected to heat treatment. Carried out. The heat treatment conditions were the same as in the above test. Next, the surface of the ZnSe substrate on the side arranged upward in the heat treatment apparatus 30 (the surface on the side where the aluminum film is not formed) was polished and removed by a thickness of 100 μm. Further, in the same manner as in the above test, the EPD on the surface was measured, and the dislocation density of the crystal was evaluated.

図6は、アルミニウム膜が形成された表面を下向きとした場合の、アルミニウム膜の厚みとZnSe基板表面のEPDとの関係を示すグラフである。図6中の同じマークは、同一の結晶から作製されたZnSe基板の測定結果であることを示す。図6を参照して分かるように、図5に示す結果と比較して、アルミニウム膜の厚みの増大に伴う転位密度の増加の割合がゆるやかになった。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the thickness of the aluminum film and the EPD on the surface of the ZnSe substrate when the surface on which the aluminum film is formed faces downward. The same mark in FIG. 6 indicates a measurement result of a ZnSe substrate manufactured from the same crystal. As can be seen with reference to FIG. 6, the rate of increase in dislocation density accompanying the increase in the thickness of the aluminum film is moderate as compared with the result shown in FIG. 5.

次に、ZeSe基板の転位密度が、基板の深さ方向にどのように分布しているかを調べるため、以下に説明する試験を行なった。図7は、本試験において、ZnSe基板の配置状態を示す断面図である。   Next, in order to examine how the dislocation density of the ZeSe substrate is distributed in the depth direction of the substrate, the following test was performed. FIG. 7 is a cross-sectional view showing an arrangement state of a ZnSe substrate in this test.

図7を参照して、本試験では、アルミニウム膜が形成された表面が上向きとなるように、異なる厚み(140nm、200nm、300nm)を有するアルミニウム膜が蒸着されたZnSe基板を熱処理装置30に配置し、そのZnSe基板に熱処理を実施した。次に、熱処理装置30内で上向きに配置された側のZnSe基板の表面(アルミニウム膜が形成された側の表面)を研磨して除去した。この際、研磨する厚みを変化させて、それぞれの位置でのEPDを測定することで、基板表面からの深さ方向において転位密度がどのように分布しているかを調べた。また、アルミニウム膜が形成された表面が下向き(後述する図1に示す状態)となるようにZnSe基板を熱処理装置30に配置し、この場合の転位密度の分布も同様に調べた。   Referring to FIG. 7, in this test, a ZnSe substrate on which aluminum films having different thicknesses (140 nm, 200 nm, and 300 nm) are deposited is disposed in heat treatment apparatus 30 so that the surface on which the aluminum film is formed faces upward. Then, a heat treatment was performed on the ZnSe substrate. Next, the surface of the ZnSe substrate on the side arranged upward in the heat treatment apparatus 30 (the surface on the side where the aluminum film was formed) was polished and removed. At this time, it was investigated how dislocation density was distributed in the depth direction from the substrate surface by changing the polishing thickness and measuring EPD at each position. Further, the ZnSe substrate was placed in the heat treatment apparatus 30 so that the surface on which the aluminum film was formed faced downward (state shown in FIG. 1 described later), and the dislocation density distribution in this case was also examined in the same manner.

図8は、アルミニウム膜が形成された表面を上向きとした場合の、基板表面からの距離とZnSe基板表面のEPDとの関係を示すグラフである。図9は、アルミニウム膜が形成された表面を下向きとした場合の、基板表面からの距離とZnSe基板表面のEPDとの関係を示すグラフである。図8中において、基板表面からの距離が0の位置は、熱処理装置30内で上向きに配置された側の表面、つまり、アルミニウム膜が形成された側の表面である。図9中において、基板表面からの距離が0の位置は、熱処理装置30内で上向きに配置された側の表面、つまり、アルミニウム膜が形成されていない側の表面である。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the distance from the substrate surface and the EPD on the ZnSe substrate surface when the surface on which the aluminum film is formed faces upward. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the distance from the substrate surface and the EPD on the ZnSe substrate surface when the surface on which the aluminum film is formed faces downward. In FIG. 8, the position where the distance from the substrate surface is 0 is the surface on the side arranged upward in the heat treatment apparatus 30, that is, the surface on the side where the aluminum film is formed. In FIG. 9, the position where the distance from the substrate surface is 0 is the surface on the side arranged upward in the heat treatment apparatus 30, that is, the surface on the side where the aluminum film is not formed.

図8を参照して、アルミニウム膜が蒸着された表面を上向きに配置した場合、アルミニウム膜が蒸着された表面およびその反対側の表面の両方において、アルミニウム膜の厚みが増大するに従って、転位密度が増加することが分かった。図9を参照して、アルミニウム膜が蒸着された表面を下向きに配置した場合、アルミニウム膜が蒸着された表面の近傍では、アルミニウム膜の厚みの増大とともに転位密度が急激に増大する結果となったが、その反対側の表面(アルミニウム膜が蒸着されず、上向きに配置された表面)では、転位密度の増加が非常に小さいことが分かった。   Referring to FIG. 8, when the surface on which the aluminum film is deposited is arranged upward, the dislocation density increases as the thickness of the aluminum film increases on both the surface on which the aluminum film is deposited and the opposite surface. It turned out to increase. Referring to FIG. 9, when the surface on which the aluminum film is deposited is arranged downward, the dislocation density increases rapidly with the increase in the thickness of the aluminum film in the vicinity of the surface on which the aluminum film is deposited. However, it was found that the increase in dislocation density was very small on the opposite surface (the surface on which the aluminum film was not deposited and placed upward).

以上の試験結果から、アルミニウム膜が蒸着された表面およびサファイアスペーサ8と接触する表面において、アルミニウム膜の厚みの増大に従って、転位密度が増加することが明らかとなった。アルミニウム膜が蒸着された表面では、アルミニウムの含有量が大きいため、アルミニウムと、SiまたはOとの反応生成物も多く残留する。このため、ZnSe基板との熱膨張率差に起因する熱応力が大きくなるものと考えられる。   From the above test results, it has been clarified that the dislocation density increases as the thickness of the aluminum film increases on the surface on which the aluminum film is deposited and on the surface in contact with the sapphire spacer 8. Since the aluminum content is large on the surface on which the aluminum film is deposited, a large amount of reaction products of aluminum and Si or O remain. For this reason, it is thought that the thermal stress resulting from a thermal expansion coefficient difference with a ZnSe board | substrate becomes large.

一方、サファイアスペーサ8と接触する表面では、ZnSe基板とサファイアスペーサ8とが固着し、両者の間の熱膨張率差に起因する熱応力により、転位密度が増大するのではないかと考えられる。この場合も、アルミニウム膜の厚みが増大するに従って転位密度が増大しているが、これは、ZnSe基板とサファイアスペーサ8との固着の強さに、アルミニウム量が影響を与えているのではないかと推定される。また、熱処理後の急冷工程においては、基板の温度が急激に低下するため、転位の伝搬が制限され、転位密度に深さ方向の分布が生じるのではないかと考えられる。   On the other hand, on the surface in contact with the sapphire spacer 8, the ZnSe substrate and the sapphire spacer 8 are fixed, and it is considered that the dislocation density increases due to the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between them. Also in this case, the dislocation density increases as the thickness of the aluminum film increases. This may be because the amount of aluminum has an influence on the strength of fixing between the ZnSe substrate and the sapphire spacer 8. Presumed. Further, in the rapid cooling process after the heat treatment, the temperature of the substrate is drastically lowered, so that the propagation of dislocations is limited, and the dislocation density may have a distribution in the depth direction.

図10は、基板表面からの距離とPL(フォトルミネセンス)強度との関係を示すグラフである。図10中において、基板表面からの距離が0の位置は、アルミニウム膜が形成された側の表面である。図10を参照して、アルミニウム膜が形成された表面が上向きとなるようにZnSe基板を配置した場合にも、下向きとなるように配置した場合にも、ほぼ変わらず図中に示すPL強度の分布が得られた。この結果から、アルミニウム膜が蒸着された表面とその反対側の表面との両方において、PL強度が高く、これらの表面の間の中央付近において、PL強度が低くなることが分かった。   FIG. 10 is a graph showing the relationship between the distance from the substrate surface and the PL (photoluminescence) intensity. In FIG. 10, the position where the distance from the substrate surface is 0 is the surface on the side where the aluminum film is formed. Referring to FIG. 10, when the ZnSe substrate is arranged so that the surface on which the aluminum film is formed faces upward or when it is arranged so as to face downward, the PL intensity shown in the figure remains almost unchanged. A distribution was obtained. From this result, it was found that the PL intensity was high on both the surface on which the aluminum film was deposited and the surface on the opposite side, and the PL intensity was low near the center between these surfaces.

これは、一方の表面に蒸着されたアルミニウムが高温中で溶解し、表面拡散することによって、その反対側の表面にまでアルミニウムが回り込んだためと考えられる。一般的に、表面拡散係数は、バルク拡散係数よりも数桁大きいため、アルミニウムは、蒸着された表面のみならず、その反対側の表面からも(おそらくは、側面からも)ZnSe基板内に拡散しているものと考えられる。   This is presumably because the aluminum deposited on one surface melts at a high temperature and diffuses to the surface, so that the aluminum wraps around to the opposite surface. In general, since the surface diffusion coefficient is several orders of magnitude greater than the bulk diffusion coefficient, aluminum diffuses into the ZnSe substrate not only from the deposited surface, but also from the opposite surface (possibly from the side). It is thought that.

実際のZnSe基板を用いて、LEDを作製する場合、一方の基板表面にLED構造の多層エピタキシャル膜を形成する。その後、その反対側の表面を研磨して、基板の厚みを薄くし、スクライビングまたはブレーキングなどによりチップ化する。したがって、基板の発光を利用した白色LEDを作製する場合には、LED構造を構成する多層エピタキシャル膜が形成された表面近傍で、基板が十分に発光する必要がある。図10に示す結果から、アルミニウム膜が形成されていない側の表面であっても、基板の発光強度は十分に高い。このため、アルミニウム膜が形成されていない側の表面に多層エピタキシャル膜を形成し、アルミニウム膜が形成されている側の表面を研磨するという方法で、LEDの作製が可能であることが明らかとなった。   When an LED is fabricated using an actual ZnSe substrate, a multilayer epitaxial film having an LED structure is formed on one substrate surface. Thereafter, the surface on the opposite side is polished to reduce the thickness of the substrate, and chipped by scribing or braking. Therefore, when producing a white LED using the light emission of the substrate, the substrate needs to emit light sufficiently near the surface on which the multilayer epitaxial film constituting the LED structure is formed. From the results shown in FIG. 10, the light emission intensity of the substrate is sufficiently high even on the surface on which the aluminum film is not formed. For this reason, it has become clear that an LED can be manufactured by forming a multilayer epitaxial film on the surface on which the aluminum film is not formed and polishing the surface on which the aluminum film is formed. It was.

以上に説明した知見に基づいて、発明者は、本発明によるII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法およびその方法によって熱処理されたII−VI族化合物半導体基板を完成させるに至った。以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Based on the knowledge described above, the inventor has completed the II-VI compound semiconductor substrate heat treatment method according to the present invention and the II-VI compound semiconductor substrate heat-treated by the method. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1および図2は、この発明の実施の形態における熱処理方法に用いられる熱処理装置を示す断面図である。図1を参照して、本実施の形態における熱処理方法では、図4を参照して構造を説明した熱処理装置30を使用する。   1 and 2 are sectional views showing a heat treatment apparatus used in the heat treatment method according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, in the heat treatment method in the present embodiment, heat treatment apparatus 30 whose structure has been described with reference to FIG. 4 is used.

まず、表面10aと裏面10bとを有するZnSe基板10を準備する。表面10aは、ZnSe基板10を用いてLEDなどのデバイスを作製する際に、発光素子やスイッチング素子などデバイスの主たる動作を担う半導体層が、MBE(molecular beam epitaxy:分子線エピタクシー法)またはMOCVD(metal organic chemical vapor deposition:有機金属化学気相蒸着法)などの手法を用いて形成される表面である。裏面10bは、表面10aの反対側に位置する表面である。ZnSe基板10を用いてLEDを作製する場合、一般的に、裏面10bに半導体膜が形成されることはなく、ZnSe基板10の厚みを薄くするために製造工程の途中で研磨される。   First, a ZnSe substrate 10 having a front surface 10a and a back surface 10b is prepared. When a device such as an LED is manufactured using the ZnSe substrate 10, the surface 10a is formed by MBE (molecular beam epitaxy) or MOCVD. It is a surface formed using a technique such as (metal organic chemical vapor deposition). The back surface 10b is a surface located on the opposite side of the front surface 10a. When an LED is manufactured using the ZnSe substrate 10, in general, a semiconductor film is not formed on the back surface 10 b and is polished during the manufacturing process in order to reduce the thickness of the ZnSe substrate 10.

次に、裏面10bにアルミニウム膜9を蒸着し、そのZnSe基板10を、高純度のpBNにより形成された処理室としてのpBN容器本体7およびpBN容器蓋4で囲まれた空間内に収納する。この際、アルミニウム膜9が蒸着された裏面10bがサファイアスペーサ8と向い合い、アルミニウム膜9が蒸着されていない表面10aが上向きとなるようにZnSe基板10を配置する。表面10aは、他の部材と接触しない状態、つまり収納された空間内に露出した状態に保持される。   Next, the aluminum film 9 is vapor-deposited on the back surface 10b, and the ZnSe substrate 10 is stored in a space surrounded by the pBN container body 7 and the pBN container lid 4 as a processing chamber formed of high-purity pBN. At this time, the ZnSe substrate 10 is arranged so that the back surface 10b on which the aluminum film 9 is deposited faces the sapphire spacer 8, and the front surface 10a on which the aluminum film 9 is not deposited faces upward. The surface 10a is held in a state where it does not come into contact with other members, that is, in a state where it is exposed in the accommodated space.

なお、図1では、ZnSe基板は、1枚だけ収納されているが、図2に示すように、適当な枚数のサファイアスペーサ8を間隔を隔てて配置することによって、複数枚のZnSe基板10を一度に収納しても良い。   In FIG. 1, only one ZnSe substrate is accommodated. However, as shown in FIG. 2, a plurality of ZnSe substrates 10 are formed by arranging an appropriate number of sapphire spacers 8 at intervals. You may store it at once.

処理室は、pBN容器本体7とpBN容器蓋4とに分かれており、pBN容器蓋4には、オリフィス4nが設けられている。pBN容器本体7とpBN容器蓋4とは、嵌め合わせにより気密が保たれる構造となっている。pBN容器本体7およびpBN容器蓋4と、Zn結晶21とを石英アンプル1内に収納し、石英封入蓋2をセットする。石英アンプル1内にアルミニウムの結晶を収納してもよい。石英アンプル1内を真空排気すると、オリフィス4nを通じて、pBN容器としてのpBN容器本体7およびpBN容器蓋4内も同時に真空排気される。所定の真空度まで排気した後、石英封入蓋2を加熱して封着し、石英アンプル1内を真空に密閉する。   The processing chamber is divided into a pBN container body 7 and a pBN container lid 4, and the pBN container lid 4 is provided with an orifice 4 n. The pBN container body 7 and the pBN container lid 4 have a structure in which airtightness is maintained by fitting. The pBN container body 7 and the pBN container lid 4 and the Zn crystal 21 are accommodated in the quartz ampule 1 and the quartz enclosure lid 2 is set. The quartz ampule 1 may contain aluminum crystals. When the inside of the quartz ampule 1 is evacuated, the inside of the pBN container body 7 and the pBN container lid 4 as the pBN container is simultaneously evacuated through the orifice 4n. After evacuating to a predetermined degree of vacuum, the quartz enclosure lid 2 is heated and sealed, and the inside of the quartz ampule 1 is sealed in a vacuum.

石英アンプル1を熱処理炉内にセットする。石英アンプル1内のZnの圧力を抑制し、低温の領域に固体のZnが凝結することを防ぐため、石英アンプル1内の温度分布はできるだけ均一であることが望ましい。所定の温度で所定の時間石英アンプル1を保持することにより、ZnSe基板10内にアルミニウムが拡散する。高温に保持する工程が終了した後、所定の冷却速度でZnSe基板10を冷却する。以上の工程により、導電性に優れ、かつ結晶の品質に優れたZnSe基板を作製することができる。   The quartz ampule 1 is set in a heat treatment furnace. In order to suppress the pressure of Zn in the quartz ampule 1 and prevent solid Zn from condensing in a low temperature region, it is desirable that the temperature distribution in the quartz ampule 1 be as uniform as possible. By holding the quartz ampule 1 for a predetermined time at a predetermined temperature, aluminum diffuses into the ZnSe substrate 10. After the step of maintaining the high temperature is completed, the ZnSe substrate 10 is cooled at a predetermined cooling rate. Through the above steps, a ZnSe substrate having excellent conductivity and crystal quality can be manufactured.

この発明の実施の形態におけるII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法は、活性層となる半導体膜が形成される表面10aと、表面10aの反対側に位置する裏面10bとを有し、裏面10bにアルミニウムとしてのアルミニウム膜9を接触させたII−VI族化合物半導体基板としてのZnSe基板10を準備する工程と、ZnSe基板10を構成するII族元素としてのZnを含む気体雰囲気とした処理室内で、ZnSe基板10を熱処理する工程とを備える。   The heat treatment method for a II-VI group compound semiconductor substrate according to the embodiment of the present invention includes a front surface 10a on which a semiconductor film serving as an active layer is formed, and a back surface 10b located on the opposite side of the front surface 10a. A step of preparing a ZnSe substrate 10 as a II-VI group compound semiconductor substrate in which an aluminum film 9 as aluminum is contacted, and a processing chamber in which a gas atmosphere containing Zn as a group II element constituting the ZnSe substrate 10 is used. And a step of heat-treating the ZnSe substrate 10.

アルミニウム膜9の膜厚は、1nm以上300nm以下であることが好ましい。膜厚が1nm未満であると、ZnSe中へのAlの拡散量が小さいため、十分にZnSe結晶を低抵抗化することができない。また、膜厚が300nmを超えると、拡散しきれなかったAlまたはAl−Zn合金がZnSe基板の表面に残留する。これが冷却時にZnSe結晶に応力を及ぼし、結晶性を悪化させる原因となる。   The film thickness of the aluminum film 9 is preferably 1 nm or more and 300 nm or less. If the film thickness is less than 1 nm, the amount of Al diffusion into the ZnSe is small, so that the resistance of the ZnSe crystal cannot be sufficiently reduced. On the other hand, when the film thickness exceeds 300 nm, Al or Al—Zn alloy that cannot be diffused remains on the surface of the ZnSe substrate. This exerts stress on the ZnSe crystal during cooling and causes crystallinity to deteriorate.

熱処理の温度は、660℃以上1200℃以下であることが好ましい。温度が660℃未満では、Alが固体で存在するため、ZnSe中に有効にAlを拡散させることができない。また、温度が1200℃を超えると、温度の影響でZnSeの結晶性が悪化する。   It is preferable that the temperature of heat processing is 660 degreeC or more and 1200 degrees C or less. When the temperature is lower than 660 ° C., Al exists in a solid state, and therefore Al cannot be effectively diffused in ZnSe. On the other hand, when the temperature exceeds 1200 ° C., the crystallinity of ZnSe deteriorates due to the influence of the temperature.

熱処理時間は、1時間以上800時間以下であることが好ましい。1時間未満では、AlがZnSe中に完全に拡散することができず、ZnSe基板表面に残留する。これにより、冷却時に残留したAlがZnSe結晶に応力を及ぼし、結晶性を悪化させる原因となる。また、熱処理時間が800時間を超えると、AlがZnSe基板中に完全に拡散し、逆に外方拡散が顕著となる。これにより、ZnSe中のAl濃度が時間とともに低下するため、熱処理時間の長時間化が無意味となる。   The heat treatment time is preferably 1 hour or more and 800 hours or less. If it is less than 1 hour, Al cannot completely diffuse into ZnSe and remains on the surface of the ZnSe substrate. As a result, the Al remaining during cooling exerts stress on the ZnSe crystal, causing deterioration of crystallinity. On the other hand, when the heat treatment time exceeds 800 hours, Al completely diffuses into the ZnSe substrate, and conversely, outward diffusion becomes remarkable. Thereby, since the Al concentration in ZnSe decreases with time, it is meaningless to lengthen the heat treatment time.

熱処理後の冷却速度は、1℃/分以上200℃/分以下であることが好ましい。冷却速度が200℃/分を超える急冷では、ZnSe結晶内部の温度分布が大きくなり、冷却過程において結晶性が悪化する。また、冷却速度が1℃/分未満の徐冷では、低温度領域を通過する時間が長くなるため、ZnSeの特性が低温での熱平衡状態に近づく。これにより、Alの活性化率が低下してキャリア密度が低下し、抵抗率が増大してしまう。   The cooling rate after the heat treatment is preferably 1 ° C./min or more and 200 ° C./min or less. When the cooling rate exceeds 200 ° C./min, the temperature distribution inside the ZnSe crystal increases, and the crystallinity deteriorates during the cooling process. Further, in slow cooling at a cooling rate of less than 1 ° C./min, the time for passing through the low temperature region becomes long, so that the characteristics of ZnSe approach a thermal equilibrium state at a low temperature. As a result, the Al activation rate decreases, the carrier density decreases, and the resistivity increases.

処理室内に、ZnSe基板10が位置決めされる第1領域と、その第1領域とは別に設けられた第2領域とを規定した場合に、第2領域の温度が第1領域の温度よりも1℃以上100℃以下、低くなるように、処理室内の温度を設定することが好ましい。   When the first region in which the ZnSe substrate 10 is positioned and the second region provided separately from the first region are defined in the processing chamber, the temperature of the second region is 1 than the temperature of the first region. It is preferable to set the temperature in the processing chamber so that the temperature is lower than or equal to 100 ° C. and lower than or equal to 100 ° C.

冷却時に、ZnSe結晶と、Zn、AlまたはZn−Al合金とが接触すると、熱膨張率の差により、ZnSeの結晶性が大幅に悪化する。冷却時に、ZnSe基板10をセットした位置を除く反応容器内の場所に、最も温度が低い部分が存在するように温度調整することにより、Zn、AlおよびZn−Al合金が、その最低温部に輸送されて固化するため、これらとZnSe結晶との接触を防止することができる。これにより、結晶性の悪化を防止することができる。   When the ZnSe crystal comes into contact with Zn, Al, or a Zn—Al alloy during cooling, the crystallinity of ZnSe is greatly deteriorated due to the difference in thermal expansion coefficient. During cooling, the temperature is adjusted so that the portion with the lowest temperature exists at the place in the reaction vessel excluding the position where the ZnSe substrate 10 is set, so that Zn, Al, and the Zn—Al alloy are at the lowest temperature portion. Since they are transported and solidified, they can be prevented from contacting with the ZnSe crystal. Thereby, deterioration of crystallinity can be prevented.

この際、温度差が1℃未満では、最低温部を設定する効果がない。温度差が100℃を超えると、ZnSe結晶自身が最低温部に輸送され、結晶性が悪化する影響を無視できなくなる。なお、高温保持の間は、反応容器内は完全に均熱であってもよい。また、ZnSe結晶自身の輸送が顕著にならない範囲で多層の温度分布があってもよい。   At this time, if the temperature difference is less than 1 ° C., there is no effect of setting the lowest temperature portion. When the temperature difference exceeds 100 ° C., the ZnSe crystal itself is transported to the lowest temperature portion, and the influence of deterioration of crystallinity cannot be ignored. During the high temperature holding, the inside of the reaction vessel may be completely soaked. Further, there may be a multilayer temperature distribution within a range where the transport of the ZnSe crystal itself is not significant.

以下に説明する比較例および実施例1から3を実施し、本発明による効果を確認した。   The comparative example described below and Examples 1 to 3 were carried out to confirm the effects of the present invention.

(比較例)
面方位(100)を有するZnSeの単結晶からなるZnSe基板(縦×横が20mm×20mm、厚みが700μm)に対して図1中の熱処理装置30を用いて熱処理を行なった。この結晶の熱処理前の比抵抗は、ホール測定の測定可能範囲の上限値である10Ωcm以上であり、高抵抗であった。また、基板表面をミラー研磨し、Br−メタノール溶液を用いたエッチングにより結晶の転位密度を測定した。転位密度は、5×10cm−2以上2×10cm−2以下であった。
(Comparative example)
Heat treatment was performed using a heat treatment apparatus 30 in FIG. 1 on a ZnSe substrate (vertical × horizontal 20 mm × 20 mm, thickness 700 μm) made of ZnSe single crystal having a plane orientation (100). The specific resistance of the crystal before the heat treatment was 10 5 Ωcm or more, which is the upper limit of the measurable range of hole measurement, and was high resistance. Further, the substrate surface was mirror-polished, and the dislocation density of the crystal was measured by etching using a Br-methanol solution. The dislocation density was 5 × 10 3 cm −2 or more and 2 × 10 4 cm −2 or less.

このエッチングした面上に、真空蒸着法により、厚み200nmのアルミニウム膜を形成した。本比較例では、図4に示すZnSe基板106のように、アルミニウム膜が蒸着された表面が上向きとなるように、ZnSe基板をサファイアスペーサ8上に載置した。また、各々の質量が0.1gのZn結晶21および22も石英アンプル1内に同時にセットした。真空度(圧力)が2×10−8Torr(2.7×10−6Pa)となるまで、石英アンプル1内を排気した。その後、石英アンプル1を石英封入蓋2で封止した。 On the etched surface, an aluminum film having a thickness of 200 nm was formed by vacuum deposition. In this comparative example, the ZnSe substrate was placed on the sapphire spacer 8 so that the surface on which the aluminum film was deposited faced upward like the ZnSe substrate 106 shown in FIG. Further, Zn crystals 21 and 22 each having a mass of 0.1 g were also set in the quartz ampoule 1 at the same time. The quartz ampule 1 was evacuated until the degree of vacuum (pressure) was 2 × 10 −8 Torr (2.7 × 10 −6 Pa). Thereafter, the quartz ampule 1 was sealed with a quartz sealing lid 2.

この石英アンプル1を、縦型管状炉内にセットし、ZnSe基板が均一の温度(1000℃)となり、石英アンプル1の下端が980℃となるように加熱して7日間(168時間)熱処理した後、冷却速度を60℃/分として室温まで冷却した。冷却後、Znは石英アンプル1の下端に凝結していた。ZnSe基板とサファイアスペーサ8とは互いに固着することなく、容易に分離することができた。ZnSe基板に蒸着されていたアルミニウム膜は、結晶内部への拡散と外部への散逸とにより、目視では表面上に観察されなかった。   This quartz ampoule 1 was set in a vertical tubular furnace, heated so that the ZnSe substrate had a uniform temperature (1000 ° C.) and the lower end of the quartz ampoule 1 became 980 ° C., and was heat-treated for 7 days (168 hours). Then, it cooled to room temperature with a cooling rate of 60 degreeC / min. After cooling, Zn had condensed on the lower end of the quartz ampule 1. The ZnSe substrate and the sapphire spacer 8 could be easily separated without sticking to each other. The aluminum film deposited on the ZnSe substrate was not visually observed on the surface due to diffusion into the crystal and dissipation to the outside.

熱処理済みのZnSe基板のアルミニウム膜が蒸着されていた側の表面およびその反対側の表面を、それぞれ100μmの深さだけ再研磨して評価した。アルミニウム膜が蒸着されていた側の表面では、キャリア密度が7×1017cm−3となり、転位密度が基板表面内の平均値で約1.8×10cm−2となった。一方、その反対側の表面では、キャリア密度が7×1017cm−3となり、転位密度が基板表面内の平均値で約1.6×10cm−2となった。以上の結果から、いずれの表面においても、熱処理によって低抵抗化が図られているが、その一方で結晶の転位密度が増大していることを確認できた。 The surface of the heat-treated ZnSe substrate on which the aluminum film was deposited and the surface on the opposite side were re-polished to a depth of 100 μm and evaluated. On the surface on which the aluminum film was deposited, the carrier density was 7 × 10 17 cm −3 , and the dislocation density was about 1.8 × 10 5 cm −2 on average in the substrate surface. On the other hand, on the opposite surface, the carrier density was 7 × 10 17 cm −3 , and the dislocation density was about 1.6 × 10 5 cm −2 in average on the substrate surface. From the above results, it was confirmed that on any surface, the resistance was reduced by the heat treatment, but on the other hand, the dislocation density of the crystal was increased.

(実施例1)
比較例と同様のプロセスにより、ZnSe単結晶基板の転位密度を測定後、そのZnSe単結晶基板の表面にアルミニウム膜を形成した。基板の転位密度は、5×10cm−2以上2×10cm−2以下の範囲にあった。本実施例では、図1に示すように、アルミニウム膜が蒸着された表面(図1中の裏面10b)が下向きとなり、アルミニウム膜が蒸着されていない表面(図1中の表面10a)が上向きなるように、ZnSe基板をサファイアスペーサ8上に載置した。また、各々の質量が0.1gのZn結晶21および22も石英アンプル1内に同時にセットした。真空度(圧力)が2×10−8Torr(2.7×10−6Pa)となるまで、石英アンプル1内を排気した。その後、石英アンプル1を石英封入蓋2で封止した。
(Example 1)
After measuring the dislocation density of the ZnSe single crystal substrate by the same process as in the comparative example, an aluminum film was formed on the surface of the ZnSe single crystal substrate. The dislocation density of the substrate was in the range of 5 × 10 3 cm −2 to 2 × 10 4 cm −2 . In this embodiment, as shown in FIG. 1, the surface on which the aluminum film is deposited (back surface 10b in FIG. 1) faces downward, and the surface on which the aluminum film is not deposited (surface 10a in FIG. 1) faces upward. As described above, the ZnSe substrate was placed on the sapphire spacer 8. Further, Zn crystals 21 and 22 each having a mass of 0.1 g were also set in the quartz ampoule 1 at the same time. The quartz ampule 1 was evacuated until the degree of vacuum (pressure) was 2 × 10 −8 Torr (2.7 × 10 −6 Pa). Thereafter, the quartz ampule 1 was sealed with a quartz sealing lid 2.

次に、比較例に記載の条件と同様の条件下で、ZnSe基板に対して熱処理を行なった。比較例での結果と同様に、ZnSe基板とサファイアスペーサ8とが互いに固着することはなく、また、ZnSe基板に蒸着されていたアルミニウム膜は、結晶内部への拡散と外部への散逸とにより、目視では表面上に観察されなかった。   Next, heat treatment was performed on the ZnSe substrate under the same conditions as described in the comparative example. Similar to the result in the comparative example, the ZnSe substrate and the sapphire spacer 8 are not fixed to each other, and the aluminum film deposited on the ZnSe substrate is diffused into the crystal and dissipated to the outside. It was not observed on the surface by visual observation.

熱処理済みのZnSe基板のアルミニウム膜が蒸着されていた側の表面およびその反対側の表面を、それぞれ100μmの深さだけ再研磨して評価した。アルミニウム膜が蒸着されていた側の表面(図1中の裏面10b)では、キャリア密度が7×1017cm−3となり、転位密度が基板表面内の平均値で約4.0×10cm−2となった。一方、その反対側の表面(図1中の表面10a)では、キャリア密度が7×1017cm−3となり、転位密度が基板表面内の平均値で約3.0×10cm−2となった。 The surface of the heat-treated ZnSe substrate on which the aluminum film was deposited and the surface on the opposite side were re-polished to a depth of 100 μm and evaluated. On the surface on which the aluminum film has been deposited (back surface 10b in FIG. 1), the carrier density is 7 × 10 17 cm −3 , and the dislocation density is about 4.0 × 10 5 cm as an average value in the substrate surface. -2 . On the other hand, on the opposite surface (surface 10a in FIG. 1), the carrier density is 7 × 10 17 cm −3 , and the dislocation density is about 3.0 × 10 4 cm −2 on average in the substrate surface. became.

以上の結果から、いずれの表面においても熱処理によって低抵抗化が図れていることを確認できた。また結晶性に関しては、アルミニウム膜が蒸着されていた側の表面(図1中の裏面10b)では、転位密度が大幅に増加しているのに対して、アルミニウム膜が蒸着されていない側の表面(図1中の表面10a)では、転位密度の増加は極めて小さいことを確認できた。   From the above results, it was confirmed that resistance was reduced by heat treatment on any surface. Regarding crystallinity, on the surface on the side where the aluminum film is deposited (back surface 10b in FIG. 1), the dislocation density is greatly increased, whereas the surface on the side where the aluminum film is not deposited. In (surface 10a in FIG. 1), it was confirmed that the increase in dislocation density was extremely small.

(実施例2)
ZnSe単結晶をスライス加工することにより、面方位(100)を有するZnSe基板(厚み700μm)を作製した。そのZnSe基板を有機洗浄した後、NaOH水溶液中でエッチングし、その後さらに、純水洗浄した。次に、基板の一方の表面に、真空蒸着法により、厚みが150nmのアルミニウム膜を形成した。本実施例では、図2に示す熱処理装置30を用いて、アルミニウム膜が蒸着された表面(図2中の裏面10b)が下向きとなり、アルミニウム膜が蒸着されていない表面(図2中の表面10a)が上向きとなるように、約30枚のZnSe基板をサファイアスペーサ8上に載置した。また、各々の質量が0.1gのZn結晶21および22も石英アンプル1内に同時にセットした。真空度(圧力)が2×10−8Torr(2.7×10−6Pa)となるまで、石英アンプル1内を排気した。その後、石英アンプル1を石英封入蓋2で封止した。
(Example 2)
A ZnSe substrate (thickness 700 μm) having a plane orientation (100) was produced by slicing a ZnSe single crystal. The ZnSe substrate was organically cleaned, then etched in an aqueous NaOH solution, and then further washed with pure water. Next, an aluminum film having a thickness of 150 nm was formed on one surface of the substrate by vacuum vapor deposition. In this embodiment, using the heat treatment apparatus 30 shown in FIG. 2, the surface on which the aluminum film is deposited (the back surface 10b in FIG. 2) faces downward, and the surface on which the aluminum film is not deposited (the surface 10a in FIG. 2). ) About 30 ZnSe substrates were placed on the sapphire spacer 8 so as to face upward. Further, Zn crystals 21 and 22 each having a mass of 0.1 g were also set in the quartz ampoule 1 at the same time. The quartz ampule 1 was evacuated until the degree of vacuum (pressure) was 2 × 10 −8 Torr (2.7 × 10 −6 Pa). Thereafter, the quartz ampule 1 was sealed with a quartz sealing lid 2.

次に、所定の条件によりZnSe基板に対して熱処理を行なった。その後、熱処理済みのZnSe基板のアルミニウム膜が蒸着されていなかった側の表面(図2中の表面10a)を研磨して、表面から100μmの厚みの部分を除去し、表面をミラー研磨で仕上げた。次に、ZnSe基板を重クロム酸系溶液でエッチングし、ZnSe基板の表面層を厚み3μmだけ除去した。得られた基板をMBE(分子線エピタキシー)装置内にセットし、厚みが1.5μmのZnSe薄膜を成長させた。   Next, heat treatment was performed on the ZnSe substrate under predetermined conditions. Thereafter, the surface of the heat-treated ZnSe substrate on which the aluminum film was not deposited (surface 10a in FIG. 2) was polished to remove a portion having a thickness of 100 μm from the surface, and the surface was finished by mirror polishing. . Next, the ZnSe substrate was etched with a dichromate solution, and the surface layer of the ZnSe substrate was removed by a thickness of 3 μm. The obtained substrate was set in an MBE (molecular beam epitaxy) apparatus, and a ZnSe thin film having a thickness of 1.5 μm was grown.

成長したZnSe薄膜は、良好な表面モフォロジーを有していた。Br−メタノール溶液でエッチングして、エピタキシャル膜の転位密度を測定した。エピタキシャル成長時に、新たに転位が約3×10cm−2増加していたが、ZnSe基板から引き継がれた転位と合わせた全体の転位密度は、8×10cm−2以上3.5×10cm−2の範囲にあり、良好な結晶性が維持されていた。 The grown ZnSe thin film had good surface morphology. The dislocation density of the epitaxial film was measured by etching with a Br-methanol solution. During the epitaxial growth, dislocations were newly increased by about 3 × 10 3 cm −2 , but the total dislocation density combined with dislocations inherited from the ZnSe substrate was 8 × 10 3 cm −2 or more and 3.5 × 10 It was in the range of 4 cm −2 and good crystallinity was maintained.

さらに、ZnSe基板の厚みが250μmとなるように、エピタキシャル成長させたZnSe基板の裏面を研磨した。ZnSe基板の裏面のキャリア密度をC−V(容量−電圧)測定により測定したところ、キャリア密度は約7×1017cm−3であり、n型の電極形成のために十分な高いキャリア密度を有していることを確認できた。 Further, the back surface of the epitaxially grown ZnSe substrate was polished so that the thickness of the ZnSe substrate was 250 μm. When the carrier density on the back surface of the ZnSe substrate was measured by CV (capacitance-voltage) measurement, the carrier density was about 7 × 10 17 cm −3 , which was high enough to form an n-type electrode. I have confirmed that I have it.

(実施例3)
実施例2に記載の熱処理方法によって得られた本発明によるZnSe基板と、アルミニウム膜が蒸着された表面が上向きとなるように熱処理して得られた比較のためのZnSe基板とを、MBE装置内にセットし、それぞれの基板にLED構造を構成するZnSe薄膜を成長させた。
(Example 3)
In the MBE apparatus, a ZnSe substrate according to the present invention obtained by the heat treatment method described in Example 2 and a ZnSe substrate for comparison obtained by heat treatment so that the surface on which the aluminum film was deposited faced upward are formed. The ZnSe thin film which comprises LED structure was grown on each board | substrate.

ZnSe膜を成長させたそれぞれのZnSe基板から、同一のプロセスによりLEDチップを10個ずつ作製し、同一の測定装置によってその発光強度を測定し、比較した。比較のためのZnSe基板を用いたLEDチップでは、発光強度の平均値が2.9mWであったのに対して、本発明によるZnSe基板を用いたLEDチップでは、発光強度の平均値が3.2mWとなり、比較のためのZnSe基板を用いた場合に比べて、約10%高い値となった。   Ten LED chips were produced by the same process from each ZnSe substrate on which the ZnSe film was grown, and the emission intensity was measured by the same measuring device and compared. In the LED chip using the ZnSe substrate for comparison, the average value of the emission intensity was 2.9 mW, whereas in the LED chip using the ZnSe substrate according to the present invention, the average value of the emission intensity was 3. This was 2 mW, which was about 10% higher than when a comparative ZnSe substrate was used.

また、発光の色度座標は、比較のためのZnSe基板を用いたLEDチップでは、x=0.28、y=0.31であったのに対して、本発明によるZnSe基板を用いたLEDチップでは、x=0.30、y=0.31となり、比較のためのZnSe基板を用いた場合に比べて、x値が0.2増加した。これにより、本発明によるZnSe基板を用いた場合、黄色成分、すなわち基板からの発光強度が増大していることを確認できた。   Further, the chromaticity coordinates of the light emission were x = 0.28 and y = 0.31 in the LED chip using the ZnSe substrate for comparison, whereas the LED using the ZnSe substrate according to the present invention. In the chip, x = 0.30 and y = 0.31, and the x value increased by 0.2 as compared with the case of using a ZnSe substrate for comparison. Thereby, when the ZnSe substrate by this invention was used, it has confirmed that the yellow component, ie, the emitted light intensity from a board | substrate, increased.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明の実施の形態における熱処理方法に用いられる熱処理装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heat processing apparatus used for the heat processing method in embodiment of this invention. この発明の実施の形態における熱処理方法に用いられる別の熱処理装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another heat processing apparatus used for the heat processing method in embodiment of this invention. 従来の熱処理装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional heat processing apparatus. 特許文献2に開示された熱処理装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heat processing apparatus disclosed by patent document 2. FIG. 図4に示す形態にZnSe基板を配置した場合の、アルミニウム膜の厚みとZnSe基板表面のEPDとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the thickness of an aluminum film, and the EPD of a ZnSe substrate surface at the time of arrange | positioning a ZnSe substrate to the form shown in FIG. アルミニウム膜が形成された表面を下向きとした場合の、アルミニウム膜の厚みとZnSe基板表面のEPDとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the thickness of an aluminum film, and the EPD of the surface of a ZnSe board | substrate when the surface in which the aluminum film was formed was made downward. 本試験において、ZnSe基板の配置状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the arrangement | positioning state of a ZnSe board | substrate in this test. アルミニウム膜が形成された表面を上向きとした場合の、基板表面からの距離とZnSe基板表面のEPDとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance from a substrate surface, and EPD of a ZnSe substrate surface when the surface in which the aluminum film was formed was made upward. アルミニウム膜が形成された表面を下向きとした場合の、基板表面からの距離とZnSe基板表面のEPDとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance from a substrate surface, and the EPD of a ZnSe substrate surface when the surface on which an aluminum film is formed faces downward. 基板表面からの距離とPL強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance from a substrate surface, and PL intensity.

符号の説明Explanation of symbols

4 pBN容器蓋、4i 内表面、7 pBN容器本体、9 アルミニウム膜、10 ZnSe基板、10a 表面、10b 裏面。   4 pBN container lid, 4i inner surface, 7 pBN container body, 9 aluminum film, 10 ZnSe substrate, 10a surface, 10b back surface.

Claims (11)

活性層となる半導体膜が形成される表面と、前記表面の反対側に位置する裏面とを有し、前記裏面にアルミニウムを接触させたII−VI族化合物半導体基板を準備する工程と、
前記II−VI族化合物半導体基板を構成するII族元素を含む気体雰囲気とした処理室内で、前記II−VI族化合物半導体基板を熱処理する工程とを備える、II−VI族化合物半導体基板の熱処理方法。
A step of preparing a II-VI group compound semiconductor substrate having a surface on which a semiconductor film to be an active layer is formed, and a back surface located on the opposite side of the front surface, and contacting the back surface with aluminum;
And a heat treatment method for the II-VI group compound semiconductor substrate, comprising: a step of heat-treating the II-VI group compound semiconductor substrate in a processing chamber having a gas atmosphere containing a Group II element constituting the II-VI group compound semiconductor substrate. .
前記熱処理する工程は、前記表面が前記気体雰囲気中に露出した状態となるように、前記II−VI族化合物半導体基板を前記処理室内に配置する工程を含む、請求項1に記載のII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法。   2. The II-VI according to claim 1, wherein the heat treatment includes placing the II-VI compound semiconductor substrate in the processing chamber such that the surface is exposed to the gas atmosphere. Heat treatment method for group compound semiconductor substrate. 前記処理室は、前記II−VI族化合物半導体基板を取り囲む内表面を有し、前記内表面は、パイロリテック窒化ホウ素、六方晶窒化ホウ素、サファイア、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムおよび多結晶ダイヤモンドからなる群より選ばれた少なくとも1種からなる、請求項1または2に記載のII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法。   The processing chamber has an inner surface surrounding the II-VI group compound semiconductor substrate, and the inner surface is made of pyrolithic boron nitride, hexagonal boron nitride, sapphire, aluminum oxide, aluminum nitride, and polycrystalline diamond. The heat processing method of the II-VI group compound semiconductor substrate of Claim 1 or 2 which consists of at least 1 sort (s) chosen more. 前記熱処理する工程の前に、前記処理室内をほぼ真空にする工程をさらに備える、請求項1から3のいずれか1項に記載のII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法。   The method for heat treatment of a II-VI group compound semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 3, further comprising a step of evacuating the inside of the processing chamber before the heat treatment step. 前記裏面にアルミニウム薄膜が直接、形成されている、請求項1から4のいずれか1項に記載のII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法。   The heat treatment method for a II-VI group compound semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein an aluminum thin film is directly formed on the back surface. 前記アルミニウム薄膜の厚みが、1nm以上300nm以下である、請求項5に記載のII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法。   The method for heat treatment of a II-VI group compound semiconductor substrate according to claim 5, wherein the aluminum thin film has a thickness of 1 nm to 300 nm. 前記熱処理する工程は、温度660℃以上1200℃以下で熱処理する工程を含む、請求項1から6のいずれか1項に記載のII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法。   The heat treatment method for a II-VI compound semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 6, wherein the heat treatment step includes a heat treatment step at a temperature of 660 ° C to 1200 ° C. 前記熱処理する工程は、1時間以上800時間以下熱処理する工程を含む、請求項1から7のいずれか1項に記載のII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法。   The method for heat treatment of a II-VI group compound semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 7, wherein the heat treatment step includes a heat treatment step of 1 hour to 800 hours. 前記熱処理する工程の後、前記II−VI族化合物半導体基板を1℃/分以上200℃/分以下の冷却速度で冷却する工程をさらに備える、請求項1から8のいずれか1項に記載のII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法。   9. The method according to claim 1, further comprising a step of cooling the II-VI group compound semiconductor substrate at a cooling rate of 1 ° C./min to 200 ° C./min after the heat treatment step. A heat treatment method for a II-VI group compound semiconductor substrate. 前記処理室内に、前記II−VI族化合物半導体基板が位置決めされる第1領域と、前記第1領域とは別に設けられた第2領域とを規定した場合に、
前記冷却する工程は、前記第2領域の温度が前記第1領域の温度よりも1℃以上100℃以下、低くなるように、前記処理室内の温度を設定する工程を含む、請求項9に記載のII−VI族化合物半導体基板の熱処理方法。
When the first region in which the II-VI group compound semiconductor substrate is positioned and the second region provided separately from the first region are defined in the processing chamber,
The step of cooling includes the step of setting the temperature in the processing chamber so that the temperature of the second region is lower by 1 ° C. or more and 100 ° C. or less than the temperature of the first region. The heat processing method of II-VI group compound semiconductor substrate.
請求項1から10のいずれか1項に記載の方法で熱処理された、II−VI族化合物半導体基板。   The II-VI group compound semiconductor substrate heat-processed by the method of any one of Claim 1 to 10.
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