JP2712257B2 - How to grow zinc selenide - Google Patents
How to grow zinc selenideInfo
- Publication number
- JP2712257B2 JP2712257B2 JP7783988A JP7783988A JP2712257B2 JP 2712257 B2 JP2712257 B2 JP 2712257B2 JP 7783988 A JP7783988 A JP 7783988A JP 7783988 A JP7783988 A JP 7783988A JP 2712257 B2 JP2712257 B2 JP 2712257B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- znse
- zinc selenide
- epitaxial film
- type
- doped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セレン化亜鉛(ZnSe)の成長方法に関する
ものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for growing zinc selenide (ZnSe).
本発明は、ドーパントとして酸素を含有するセレン化
亜鉛を分子線エピタキシー法により成長させるようにし
たセレン化亜鉛の成長方法であって、酸素源としてZnO
の分子線を用い、その分圧をほぼ1×10-9Torrとし、こ
れによってp型のセレン化亜鉛を容易に得ることができ
る。The present invention relates to a method for growing zinc selenide in which zinc selenide containing oxygen as a dopant is grown by molecular beam epitaxy, wherein ZnO is used as an oxygen source.
And a partial pressure of about 1 × 10 −9 Torr, whereby p-type zinc selenide can be easily obtained.
ZnSeはII−VI族化合物半導体の一種であり、青色の発
光素子材料として注目されている。このZnSeは通常の結
晶成長ではn型のものしか得られず、このため従来より
p型のZnSeを得る試みが種々なされている。従来、この
p型ZnSeを得るためのp型ドーパントとして、リチウム
(Li)、ナトリウム(Na)、ヒ素(As)、リン(P)、
窒素(N)等の使用が試みられている。ZnSe is a type of II-VI compound semiconductor, and has attracted attention as a blue light emitting element material. This ZnSe can be obtained only in n-type by ordinary crystal growth. For this reason, various attempts have been made to obtain p-type ZnSe. Conventionally, as a p-type dopant for obtaining the p-type ZnSe, lithium (Li), sodium (Na), arsenic (As), phosphorus (P),
Attempts have been made to use nitrogen (N) and the like.
しかしながら、Li及びNaは結晶中で動きやすい、
結晶の格子間サイトに入りドナーとして働く等の欠点が
ある。また、As及びPはアクセプタ準位が深いため、そ
のドープ量を多くする必要があり、この結果いわゆるSA
(self−activated)欠陥(Zn空孔と不純物との複合欠
陥)が発生しやすいという欠点がある。さらに、Nはア
クセプタ準位は約110meVと比較的浅いが、このNはZnSe
の結晶成長時に結晶中に取り込まれる率が小さく、ドー
ピングしにくいという欠点がある。具体例を挙げると、
成長時のN分圧が1×10-5Torr程度でも、ZnSe中のN濃
度は10-15〜10-16cm-3程度である。However, Li and Na are mobile in the crystal,
There are drawbacks such as entry into interstitial sites of the crystal and acting as donors. Since As and P have a deep acceptor level, it is necessary to increase the doping amount.
There is a disadvantage that (self-activated) defects (combined defects of Zn vacancies and impurities) are likely to occur. Further, N has a relatively shallow acceptor level of about 110 meV.
The disadvantage is that the rate of incorporation into the crystal during crystal growth is small and doping is difficult. To give a specific example,
Even when the N partial pressure during growth is about 1 × 10 −5 Torr, the N concentration in ZnSe is about 10 −15 to 10 −16 cm −3 .
以上のように、従来使用が試みられているp型ドーパ
ントはいずれも問題があり、この結果、p型のZnSeを得
ることは困難であった。As described above, all of the p-type dopants that have been conventionally used have problems, and as a result, it has been difficult to obtain p-type ZnSe.
従って本発明の目的は、p型のZnSeを容易に得ること
にある。Accordingly, an object of the present invention is to easily obtain p-type ZnSe.
本発明は、ドーパントとして酸素(O)を含有するセ
レン化亜鉛(ZnSe)の成長方法であって、酸素源として
ZnOの分子線を用い、その分圧をほぼ1×10-9Torrとす
るようにしたことを特徴とするものである。The present invention relates to a method for growing zinc selenide (ZnSe) containing oxygen (O) as a dopant, wherein the oxygen source is
It is characterized by using a molecular beam of ZnO and making its partial pressure approximately 1 × 10 −9 Torr.
上記した手段によれば、酸素(O)はセレン(Se)と
等原子価のドーパントであることから、そのアクセプタ
準位は約90meVと浅い。このため、ドーパントとしての
酸素のドープ量を減少させることができるので、SA欠陥
が発生しにくくなる。また、この酸素は結晶中で動きに
くく、しかも結晶成長時に結晶中に取り込まれやすい。
さらに、ZnOの分圧がほぼ1×10-9Torrと低いにもかか
わらず酸素を高濃度にドーピングすることができ、従っ
てドーピングが容易である。According to the above-mentioned means, since oxygen (O) is a dopant having the same valence as selenium (Se), the acceptor level is as shallow as about 90 meV. For this reason, the doping amount of oxygen as a dopant can be reduced, so that SA defects hardly occur. In addition, this oxygen hardly moves in the crystal and is easily taken into the crystal during crystal growth.
Furthermore, oxygen can be doped at a high concentration even though the partial pressure of ZnO is as low as about 1 × 10 −9 Torr, so that doping is easy.
以上により、p型のセレン化亜鉛を容易に得ることが
できる。As described above, p-type zinc selenide can be easily obtained.
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図に示すように、本実施例においては、超高真空
状態に保たれた分子線エピタキシー(MBE)装置1内に
例えばn型のガリウムヒ素(GaAs)基板2を配置し、そ
れぞれZn、Se及びZnOの蒸発源を構成するクヌードセン
セル(Knudsen Cell)C1、C2及びC3により発生されるZ
n、Se及びZnOの分子線を上記GaAs基板2に照射する。こ
れによって、このGaAs基板2上にOドープのZnSeエピタ
キシャル膜3が成長される。なお、このMBE装置1のベ
ース圧力は例えば10-10〜10-11Torr、基板温度は例えば
250℃程度である。また、クヌードセンセルC1、C2及びC
3の標準的な温度はそれぞれ例えば250℃、130℃及び700
℃である。この場合、ZnOの分圧は例えば1×10-9Torr
程度である。また、成長時間は例えば2時間であり、こ
れによって成長されるZnSeエピタキシャル膜3の膜厚は
例えば3μm程度である。As shown in FIG. 1, in the present embodiment, for example, an n-type gallium arsenide (GaAs) substrate 2 is arranged in a molecular beam epitaxy (MBE) apparatus 1 kept in an ultra-high vacuum state, and Zn, Z generated by Knudsen Cells C 1 , C 2 and C 3 constituting the evaporation sources of Se and ZnO
The GaAs substrate 2 is irradiated with molecular beams of n, Se and ZnO. Thus, an O-doped ZnSe epitaxial film 3 is grown on the GaAs substrate 2. The base pressure of the MBE apparatus 1 is, for example, 10 -10 to 10 -11 Torr, and the substrate temperature is, for example,
It is around 250 ° C. In addition, Knudsen cells C 1 , C 2 and C
The standard temperatures of 3 , e.g., 250 ° C, 130 ° C and 700 ° C respectively
° C. In this case, the partial pressure of ZnO is, for example, 1 × 10 −9 Torr.
It is about. The growth time is, for example, 2 hours, and the film thickness of the ZnSe epitaxial film 3 grown thereby is, for example, about 3 μm.
第2図は、上述のようにして成長されたOドープZnSe
エピタキシャル膜3のフォトルミネッセンススペクトル
の一例を示す。また、第3図は、イオン注入されたNを
ドーパントとして用いたNドープZnSeエピタキシャル膜
のフォトルミネッセンススペクトルの一例を示し、第2
図との比較のために測定されたものである。これらのフ
ォトルミネッセンススペクトルは、励起光源としてHe−
Cdレーザー(波長3250Å)を用いて測定されたものであ
り、測定は4Kで行われた。これらのフォトルミネッセン
ススペクトルにおいて、ピークaは束縛励起子(エキシ
トン)による発光であり、ピークbはいわゆるドナー−
アクセプタ遷移による発光である。なお、このピークb
よりも長波長(低エネルギー)側に現れているピークc
〜eはいわゆるフォノンレプリカである。FIG. 2 shows O-doped ZnSe grown as described above.
4 shows an example of a photoluminescence spectrum of the epitaxial film 3. FIG. 3 shows an example of a photoluminescence spectrum of an N-doped ZnSe epitaxial film using ion-implanted N as a dopant.
It is measured for comparison with the figure. These photoluminescence spectra are obtained by using He-
It was measured using a Cd laser (wavelength 3250 °), and the measurement was performed at 4K. In these photoluminescence spectra, peak a is light emission by a bound exciton, and peak b is so-called donor
Light emission due to acceptor transition. Note that this peak b
Peak c that appears on the longer wavelength (lower energy) side than
-E are so-called phonon replicas.
第2図と第3図とを比較すると、ピークbは第3図で
は波長約4600Åに現れているのに対し、第2図では波長
4550Å付近に現れており、約50Å(エネルギー換算して
約27meV程度)だけ短波長(高エネルギー)側にシフト
しているのがわかる。このことは、OドープZnSeエピタ
キシャル膜3中のOのアクセプタ準位がNドープZnSeエ
ピタキシャル膜中のNのアクセプタ準位よりも約27meV
程度浅いことを示す。従って、Oのアクセプタ準位は約
90meV程度と浅い。このようにアクセプタ準位が浅いこ
とから、Oのドープ量を減少させることができ、従って
この分だけSA欠陥が発生しにくくなる。Comparing FIG. 2 with FIG. 3, the peak b appears at a wavelength of about 4600 ° in FIG. 3, whereas the peak b in FIG.
It appears at around 4550Å, and is shifted to the short wavelength (high energy) side by about 50Å (about 27meV in energy conversion). This means that the O acceptor level in the O-doped ZnSe epitaxial film 3 is about 27 meV lower than the N acceptor level in the N-doped ZnSe epitaxial film.
Indicates shallowness. Therefore, the acceptor level of O is about
About 90meV and shallow. Since the acceptor level is shallow, the doping amount of O can be reduced, and accordingly, SA defects are less likely to occur.
次に、第4図は上述のようにして成長されたOドープ
ZnSeエピタキシャル膜3中のOの分布プロファイルを二
次イオン質量分析(SIMS)により測定した結果を示す。
なお、一次イオンとしてはCs+を用いた。Next, FIG. 4 shows the O-doped layer grown as described above.
The result of measuring the distribution profile of O in the ZnSe epitaxial film 3 by secondary ion mass spectrometry (SIMS) is shown.
Note that Cs + was used as a primary ion.
この第4図より、基板温度250℃で2時間のエピタキ
シャル成長条件では、ZnSeエピタキシャル膜3中のOは
成長中にほとんど拡散していないと考えられる。すなわ
ち、ZnSeエピタキシャル膜3中のOは動きにくいことが
わかる。また、二次イオン(16O-)の強度が9.3×103c/
sであることから、このZnSeエピタキシャル膜3中のO
の濃度は約3.6×1018cm-3であることがわかる。本実施
例においては、ZnOの分圧が上述のように1×10-9Torr
程度と低いにもかかわらずこのように高濃度にOをドー
ピングすることができ、従ってドーピングが容易である
ことがわかる。From FIG. 4, it is considered that under the epitaxial growth conditions of a substrate temperature of 250 ° C. for 2 hours, O in the ZnSe epitaxial film 3 hardly diffuses during the growth. That is, it can be seen that O in the ZnSe epitaxial film 3 hardly moves. The secondary ion (16 O -) intensity of 9.3 × 10 3 c /
s, the O in the ZnSe epitaxial film 3
Is about 3.6 × 10 18 cm −3 . In this embodiment, the partial pressure of ZnO is 1 × 10 −9 Torr as described above.
It can be seen that O can be doped at such a high concentration in spite of its low degree, and thus the doping is easy.
以上より、本実施例によるZnSeエピタキシャル膜3は
p型ドーパントとしてOを含有しているので、従来得る
ことが困難であったp型のZnSeエピタキシャル膜3を得
ることができる。As described above, since the ZnSe epitaxial film 3 according to the present embodiment contains O as a p-type dopant, a p-type ZnSe epitaxial film 3 which has been difficult to obtain conventionally can be obtained.
以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本
発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発
明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.
例えば、上述の実施例においてはMBE法によりZnSeエ
ピタキシャル膜3の成長を行っているが、この成長法と
しては有機金属気相成長(MOCVD)法を用いることも可
能である。また、Oを供給するための原料としてO2を用
いることも可能である。さらに、上述の実施例で用いた
n型GaAs基板2の代わりにp型GaAs基板を用いることが
可能であることは勿論、例えばGe基板を用いることも可
能である。For example, in the above-described embodiment, the ZnSe epitaxial film 3 is grown by the MBE method. However, as this growth method, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method can be used. In addition, O 2 can be used as a raw material for supplying O. Furthermore, it goes without saying that a p-type GaAs substrate can be used instead of the n-type GaAs substrate 2 used in the above embodiment, and for example, a Ge substrate can also be used.
本発明によれば、ドーパントとして酸素を含有してい
るので、アクセプタ準位が浅く、従ってドープ量を減少
させることができることによりSA欠陥が発生しにくくな
るとともに、この酸素は結晶中で動きにくく、しかもド
ーピングを容易に行うことができる。これによって、p
型のセレン化亜鉛を容易に得ることができる。According to the present invention, since oxygen is contained as a dopant, the acceptor level is shallow, so that the SA defect is less likely to occur because the doping amount can be reduced, and this oxygen hardly moves in the crystal, Moreover, doping can be easily performed. This gives p
A type of zinc selenide can be easily obtained.
第1図は本発明の一実施例によるp型ZnSeエピタキシャ
ル膜の成長方法を説明するための断面図、第2図は第1
図に示す方法により成長されたOドープZnSeエピタキシ
ャル膜のフォトルミネッセンススペクトルの一例を示す
グラフ、第3図はNドープZnSeエピタキシャル膜のフォ
トルミネッセンススペクトルの一例を示すグラフ、第4
図は第1図に示す方法により成長されたOドープZnSeエ
ピタキシャル膜中のOの分布プロファイルをSIMSにより
測定した結果を示すグラフである。 図面における主要な符号の説明 1:MBE装置、2:GaAs基板、3:ZnSeエピタキシャル膜、C1
〜C3:クヌードセンセル。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a method of growing a p-type ZnSe epitaxial film according to one embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a graph showing an example of a photoluminescence spectrum of an O-doped ZnSe epitaxial film grown by the method shown in FIG. 3; FIG. 3 is a graph showing an example of a photoluminescence spectrum of an N-doped ZnSe epitaxial film;
The figure is a graph showing the result of measuring the distribution profile of O in the O-doped ZnSe epitaxial film grown by the method shown in FIG. 1 by SIMS. Explanation of main symbols in the drawings 1: MBE device, 2: GaAs substrate, 3: ZnSe epitaxial film, C 1
~ C 3 : Knudsencel.
フロントページの続き (56)参考文献 1988年(昭和63年)春季第35回応用物 理学関係連合講演会講演予稿集,第1分 冊,第237頁,29p−Q−10Continuation of the front page (56) References Preprints of the 35th Symposium on Applied Physics and Related Sciences, Spring, 1988, pp. 237, 29p-Q-10
Claims (1)
亜鉛を分子線エピタキシー法により成長させるようにし
たセレン化亜鉛の成長方法であって、 酸素源としてZnOの分子線を用い、その分圧をほぼ1×1
0-9Torrとするようにした ことを特徴とするセレン化亜鉛の成長方法。1. A method for growing zinc selenide, comprising growing zinc selenide containing oxygen as a dopant by a molecular beam epitaxy method, wherein a molecular beam of ZnO is used as an oxygen source and the partial pressure thereof is substantially reduced. 1 × 1
A method for growing zinc selenide, characterized in that the pressure is set to 0 -9 Torr.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7783988A JP2712257B2 (en) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | How to grow zinc selenide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7783988A JP2712257B2 (en) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | How to grow zinc selenide |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01248610A JPH01248610A (en) | 1989-10-04 |
JP2712257B2 true JP2712257B2 (en) | 1998-02-10 |
Family
ID=13645217
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7783988A Expired - Fee Related JP2712257B2 (en) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | How to grow zinc selenide |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2712257B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5248631A (en) * | 1990-08-24 | 1993-09-28 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Doping of iib-via semiconductors during molecular beam epitaxy using neutral free radicals |
-
1988
- 1988-03-30 JP JP7783988A patent/JP2712257B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1988年(昭和63年)春季第35回応用物理学関係連合講演会講演予稿集,第1分冊,第237頁,29p−Q−10 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01248610A (en) | 1989-10-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Iwata et al. | Nitrogen-induced defects in ZnO: N grown on sapphire substrate by gas source MBE | |
Cho et al. | P‐N Junction Formation during Molecular‐Beam Epitaxy of Ge‐Doped GaAs | |
US20070126021A1 (en) | Metal oxide semiconductor film structures and methods | |
US20020030196A1 (en) | Semiconductor device having ZnO based oxide semiconductor layer and method of manufacturing the same | |
US20130056691A1 (en) | Metal Oxide Semiconductor Films, Structures, and Methods | |
JP2002503394A (en) | Method for producing p-type and n-type electrically conductive semiconductor nitrogen compounds A (bottom 3) B (bottom 5) | |
US4735910A (en) | In-situ doping of MBE grown II-VI compounds on a homo- or hetero-substrate | |
US5767533A (en) | High-conductivity semiconductor material having a dopant comprising coulombic pairs of elements | |
Kolodziejski et al. | Wide-Bandgap II-VI Heterostructures for Blue/Green Optical Sources: Key Materials Issues | |
US5227328A (en) | Method of producing epitaxial layers of II-VI semiconductors with high acceptor concentrations | |
GB2107518A (en) | Semiconductor device made with group ii-vi compound semiconductor and having a p type region | |
JP2712257B2 (en) | How to grow zinc selenide | |
US4087293A (en) | Silicon as donor dopant in Hg1-x Cdx Te | |
US3735212A (en) | P-n junction semiconductor devices | |
EP0902487A2 (en) | A semiconductor device and method of fabrication thereof | |
Sivananthan et al. | Recent progress in the doping of MBE HgCdTe | |
JPH0728097B2 (en) | Semiconductor laser | |
Bhat | Recent advances in the organometallic vapor phase epitaxial growth of HgCdTe by the direct alloy growth process | |
KR20050024078A (en) | Method to Make Light Emitting Devices using p-ZnO | |
Wu | HgCdTe MBE technology: A focus on chemical doping | |
WO2007067166A1 (en) | Metal oxide semiconductor devices and film structures and methods | |
RU2031477C1 (en) | Process of manufacture of semiconductor structures based on compounds aiii bv by method of liquid-phase epitaxy | |
Fan et al. | The study of nitrogen doping in ZnSe and ZnSe: Te | |
Irvine et al. | MOVPE of II–VI materials | |
JPS6279630A (en) | Manufacture of p-type znse |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |