JP2875782B2 - ＺｎＳｅ化合物半導体薄膜結晶の製造方法及び製造装置 - Google Patents

ＺｎＳｅ化合物半導体薄膜結晶の製造方法及び製造装置

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哲二 安田
司郎 三輪
康三 木村
隆文 八百
太宏 王
成国 金
一宜 田中
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【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａＡｓ化合物半
導体基板上に高品質のＺｎＳｅ化合物半導体薄膜結晶を
再現性よく形成させる製造方法及びその方法に用いるの
に好適な製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ装置に用いられるＺｎＳｅ
化合物半導体の薄膜結晶は、通常ＧａＡｓ化合物半導体
基板上に結晶成長させることにより製造されているが、
この際、主としてＺｎＳｅ化合物半導体とＧａＡｓ化合
物半導体とのヘテロ界面に生じる結晶欠陥がレーザ装置
の特性、特に発振寿命に悪影響を与え、問題となってい
る。
【０００３】この結晶欠陥は、主としてＧａＡｓ化合物
半導体基板の表面状態とＺｎＳｅ化合物半導体の結晶成
長条件に起因することが知られている。このような結晶
欠陥を抑制するため、これまで電子線回折法により表面
状態を確認しながら、Ｚｎ分子線とＳｅ分子線のシャッ
ターを開ける時間をずらし、ＺｎＳｅ化合物半導体結晶
を成長させる方法がとられている。
【０００４】ところで、ＺｎＳｅ化合物半導体の薄膜結
晶の製造に際し、結晶欠陥の発生を抑制するためには、
その結晶成長時の状態を評価しながら結晶欠陥が形成し
ないような条件を選ぶことが必要であるが、前記の電子
線回折法では、物質の表面の平均的情報が得られるにす
ぎない上に、感度も不十分なため局所的に別の表面構造
が存在していても、それを確認することができず、その
部分から結晶欠陥が発生するのを抑制することができな
い。
【０００５】したがって、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）を
形成させる場合に、時間や温度などの条件を変えて、試
行錯誤を重ねた末、最適条件を選びＺｎ分子線照射を行
うという煩雑な手数をかけなければならなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
実情に鑑み、ＧａＡｓ化合物半導体基板上に結晶欠陥の
ないＺｎＳｅ化合物半導体結晶を成長させ、高品質のＺ
ｎＳｅ化合物半導体薄膜結晶を製造するためになされた
ものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、分子線照
射エピタキシーにより、ＧａＡｓ化合物半導体基板上
に、ＺｎＳｅ化合物半導体結晶を成長させる際に、半導
体基板の表面を再構成するとともに、その表面組成に応
じＺｎ分子線照射を、反射率差分光法により評価しなが
ら所定の条件になるまで行ったのち、ＺｎとＳｅの分子
線照射を同時に行うことにより、結晶欠陥のない高品質
のＺｎＳｅ化合物半導体薄膜結晶が得られることを見出
し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【０００８】すなわち、本発明は、ＧａＡｓ化合物半導
体基板上に、ＺｎＳｅ化合物半導体薄膜結晶を分子線エ
ピタキシーにより形成させるに当り、あらかじめＧａＡ
ｓ半導体基板をＧａＡｓ表面再構成し、次いで反射率差
分光スペクトルの特定エネルギーの反射率差信号の強度
が一定になるまでＺｎのみを分子線照射したのち、Ｚｎ
とＳｅを同時に分子線照射し、ＺｎＳｅ化合物半導体結
晶を成長させることを特徴とするＺｎＳｅ化合物半導体
薄膜結晶の製造方法を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に本発明の好適な実施の形態
を、添付図面に従って説明する。図１は、本発明方法を
実施するのに好適な装置の１例を示す側面図である。こ
の図において、ＧａＡｓ化合物半導体基板が、基板導入
口１より装置内に装入されると、真空管２を通って、Ｇ
ａＡｓ化合物半導体結晶形成用の第一分子線エピタキシ
ー装置３の基板配置部４に送られる。ここで、ＧａＡｓ
基板にＧａＡｓのエピ層形成のための分子線エピタキシ
ーによる表面再構成が行われる。この表面再構成は、基
板表面の平坦化、清浄化のために行われるものであり、
例えばＧａＡｓ面方位（００１）基板に対して行う場合
は、約５５０℃においてＧａＡｓを厚さ５０〜１３０ｎ
ｍの薄膜に成長させ、Ａｓ安定化面である（２×４）再
構成構造とする。
【００１０】次に、このようにして表面が再構成された
ＧａＡｓ基板は、真空管２の中を通って、ＺｎＳｅ化合
物半導体結晶を形成させるための第二分子線エピタキシ
ー装置５の基板配置部６に搬送され、この第二分子線エ
ピタキシー装置５に連結して設けられた反射率差分光装
置７によりその界面における反射率差を評価しながら、
先ずＺｎ分子線のみを２４０〜２８０℃の温度で照射す
る。そして、この照射により、界面における光反射の反
射率差スペクトルの特定エネルギー（通常は約２．８ｅ
Ｖ）に現われるピークはしだいに低下するが、これが一
定になるまで、この分子線照射を継続する。この処理時
間は、例えば２６０℃、Ｚｎ蒸気圧２×１０-7Ｔｏｒｒ
の条件下で約１分間である。この際のＺｎ−Ａｓ界面層
を、透過型電子顕微鏡で観察したところセン亜鉛鉱構造
を有することが分かった。次いで、このようにＺｎ分子
線照射した基板表面に、Ｚｎ分子線とＳｅ分子線を同時
に照射し、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）結晶を成長させ
る。このようにして、結晶欠陥１０4／ｃｍ2以下という
高品質のＺｎＳｅ化合物半導体薄膜結晶を１００ｎｍ以
上の膜厚で製造することができる。なお、前記の図１で
示される半導体薄膜結晶製造装置は、ＧａＡｓ化合物半
導体基板上にＺｎＳｅ化合物半導体結晶を成長させる場
合だけでなく、他の周期表ＩＩＩ族、Ｖ族化合物半導体
基板上に、他の周期表ＩＩ族−ＶＩ族化合物半導体を成
長させる場合にも用いることができる。
【００１１】
【発明の効果】本発明によると、半導体レーザ装置用と
して好適な結晶欠陥の非常に少ないＺｎＳｅ化合物半導
体薄膜結晶を製造することができる。
【００１２】
【実施例】次に実施例により、本発明をさらに詳細に説
明する。
【００１３】実施例 図１に示す装置に、ＧａＡｓ化合物半導体基板（直径５
１ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）を装入し、第一分子線エピタ
キシー装置中、基板温度５５０℃において、ＧａとＡｓ
を分子線照射して、ＧａＡｓの面方位（００１）上に、
５０ｎｍの厚さでＧａＡｓ層を成長させることにより、
Ａｓ安定化面である（２×４）構造を再構成する。この
際、ｃ（４×４）のような他の再構成構造が存在すると
結晶欠陥の抑制ができないため、このものが混在しない
ように十分に注意することが必要である。
【００１４】次に、このようにして表面を再構成した基
板を、第二分子線エピタキシー装置に送り、ここで約２
６０℃、Ｚｎ蒸気圧２×１０-7ＴｏｒｒにおいてＺｎの
分子線照射のみ行った。この間、反射率差分光装置によ
り、２．８ｅＶのエネルギーにおける反射率差信号の強
度を観察しながら、それが一定になるまで継続した。
【００１５】Ｚｎ分子線照射後１分間で２．８ｅＶの反
射率差信号の強度が一定になったので、次いで同じ条件
下においてＺｎ分子線とＳｅ分子線を同時に照射し、セ
レン化亜鉛（ＺｎＳｅ）結晶約１００ｎｍを成長させ
た。この結晶の欠陥密度を測定したところ、１×１０4
／ｃｍ2以下であった。
【００１６】比較のために第二分子線エピタキシー装置
における、Ｚｎのみの分子線照射を行わずに直接Ｚｎと
Ｓｅの分子線の同時照射を行い、ＺｎＳｅ結晶約１００
ｎｍの薄膜を成長させたところ、得られたＺｎＳｅ結晶
の欠陥密度は１×１０6／ｃｍ2以上であった。また、基
板表面を（２×４）構造再構成する代りに（４×４）構
造再構成したものについて、同様の処理を行った場合に
得られるＺｎＳｅ結晶の欠陥密度は１×１０8／ｃｍ2以
上であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明装置の１例の側面図
【符号の説明】
１ 基板導入口 ２ 基板搬送用真空管 ３ 第一分子線エピタキシー装置 ４，６ 基板配置部 ５ 第二分子線エピタキシー装置 ７ 反射率差分光装置 ８ 基板取出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (74)上記２名の指定代理人 工業技術院産業技術融合領 域研究所長 (72)発明者 郭 立信 茨城県つくば市東１−１−４ 産業技術 融合領域研究所内 アトムテクノロジー 研究体 (72)発明者 安田 哲二 茨城県つくば市東１−１−４ 産業技術 融合領域研究所内 アトムテクノロジー 研究体 (72)発明者 三輪 司郎 茨城県つくば市東１−１−４ 産業技術 融合領域研究所内 アトムテクノロジー 研究体 (72)発明者 木村 康三 茨城県つくば市東１−１−４ 産業技術 融合領域研究所内 アトムテクノロジー 研究体 (72)発明者 八百 隆文 茨城県つくば市東１−１−４ 産業技術 融合領域研究所内 アトムテクノロジー 研究体 (72)発明者 王 太宏 茨城県つくば市東１−１−４ 産業技術 融合領域研究所内 アトムテクノロジー 研究体 (72)発明者 金 成国 茨城県つくば市東１−１−４ 産業技術 融合領域研究所内 アトムテクノロジー 研究体 (72)発明者 田中 一宜 茨城県つくば市東１−１−４ 産業技術 融合領域研究所内 アトムテクノロジー 研究体 審査官 五十棲 毅 (56)参考文献 特開 平９−312445（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−88260（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 28/00 - 35/00 C30B 23/08 H01L 21/203 H01L 21/363 H01S 3/18

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＧａＡｓ化合物半導体基板上に、ＺｎＳ
    ｅ化合物半導体薄膜結晶を分子線エピタキシーにより形
    成させるに当り、あらかじめＧａＡｓ半導体基板をＧａ
    Ａｓ表面再構成し、次いで反射率差分光スペクトルの特
    定エネルギーの反射率差信号の強度が一定になるまでＺ
    ｎのみを分子線照射したのち、ＺｎとＳｅを同時に分子
    線照射し、ＺｎＳｅ化合物半導体結晶を成長させること
    を特徴とするＺｎＳｅ化合物半導体薄膜結晶の製造方
    法。
  2. 【請求項２】 周期表ＩＩＩ族−Ｖ族化合物半導体を形
    成させるための第一分子線エピタキシー装置と、周期表
    ＩＩ族−ＶＩ族化合物半導体を形成させるための第二分
    子線エピタキシー装置とをそれぞれの基板配置部におい
    て、両端を基板導入口及び基板取出口とする基板搬送用
    真空管により連結し、かつ前記第二分子線エピタキシー
    装置に反射率差分光装置を備えたことを特徴とする半導
    体薄膜結晶製造装置。
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