JPH01282199A - 硫化亜鉛薄膜の製造方法 - Google Patents
硫化亜鉛薄膜の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は発光ダイオード等の発光素子に用いられる半導
体薄膜材料の製造方法に関し、特に青色発光素子用材料
として良好な特性を示す硫化亜鉛薄膜の製造方法に関す
るものである。
体薄膜材料の製造方法に関し、特に青色発光素子用材料
として良好な特性を示す硫化亜鉛薄膜の製造方法に関す
るものである。
従来の技術
従来、硫化亜鉛薄膜を製造する方法として、第２図に示
すような真空蒸着装置を用い、真空容器１内でルツボ３
内に装填した硫化亜鉛原料３１ｉ加熱蒸発させ、ガリウ
ム砒素単結晶基板４の表面に硫化亜鉛薄膜６を形成する
ものが知られている〇発明が解決しようとする課題 しかしながら上述のような従来の方法では、亜鉛と硫黄
の原子または分子が同時に基板面に飛来するため、膜形
成の初期において、基板面上の結晶成長のおこりやすい
位置に集中して結晶が成長し、いわゆる島状成長の状態
となる。また、ガリラム砒素と硫化亜鉛の格子定数の差
が約５チと大きく、良好なエピタキシャル成長が得られ
ない。
すような真空蒸着装置を用い、真空容器１内でルツボ３
内に装填した硫化亜鉛原料３１ｉ加熱蒸発させ、ガリウ
ム砒素単結晶基板４の表面に硫化亜鉛薄膜６を形成する
ものが知られている〇発明が解決しようとする課題 しかしながら上述のような従来の方法では、亜鉛と硫黄
の原子または分子が同時に基板面に飛来するため、膜形
成の初期において、基板面上の結晶成長のおこりやすい
位置に集中して結晶が成長し、いわゆる島状成長の状態
となる。また、ガリラム砒素と硫化亜鉛の格子定数の差
が約５チと大きく、良好なエピタキシャル成長が得られ
ない。
このような場合、得られた膜は結晶粒の集合体となるた
め、結晶粒界に格子欠陥が多数発生し、発光素子材料と
して充分な特性が得られないという課題があった。また
この場合、膜面の凹凸や膜厚分布が大きくなるという課
題もあった。
め、結晶粒界に格子欠陥が多数発生し、発光素子材料と
して充分な特性が得られないという課題があった。また
この場合、膜面の凹凸や膜厚分布が大きくなるという課
題もあった。
課題を解決するための手段
本発明は上記課題を解決するため、ガリウム砒素単結晶
基板上にまずセレン化亜鉛の薄膜をエピタキシャル成長
させた後、金属亜鉛を加熱蒸発させて得た亜鉛分子線と
硫黄を含む化合物のガスを熱分解させて得た硫黄分子線
を交互に基板に照射するものである。
基板上にまずセレン化亜鉛の薄膜をエピタキシャル成長
させた後、金属亜鉛を加熱蒸発させて得た亜鉛分子線と
硫黄を含む化合物のガスを熱分解させて得た硫黄分子線
を交互に基板に照射するものである。
作用
本発明は上記の手段により、化学的性質の類似した基板
上に亜鉛と硫黄の原子層を一層ずつ交互に形成し、その
結果、膜形成の初期より均一な二次元的な結晶成長が生
じるという作用にもとづくものである。
上に亜鉛と硫黄の原子層を一層ずつ交互に形成し、その
結果、膜形成の初期より均一な二次元的な結晶成長が生
じるという作用にもとづくものである。
実施例
以下、本発明全実施例により詳細に説明する。
第１図は本発明の製造方法の一実施例で用いられる分子
線エピタキシー装置の構造を示す概略図である０同図に
おいて、９および１５は通常の蒸発用ルツボで、原料と
なる金属亜鉛９ａおよびセレン１５１Ｌｉそれぞれ装填
しておき、ヒーター７および１７により加熱蒸発させて
亜鉛分子線９ｂおよびセレン分子線１５ｂを得る。また
１０はガス分解セルで、硫化水素ガス容器１１から導入
されたガスをヒーター８により加熱分解させて、硫黄分
子線１０ｂを得る。ここで硫黄分子線の原料に硫化水素
ガスを用いる理由は、単体の硫黄（固体）は室温でもか
なり高い蒸気圧を有するため、高真空を得るのに不可欠
な真空容器１の加熱脱ガス処理の過程で蒸発してしまう
ので実用的でないことによる。
線エピタキシー装置の構造を示す概略図である０同図に
おいて、９および１５は通常の蒸発用ルツボで、原料と
なる金属亜鉛９ａおよびセレン１５１Ｌｉそれぞれ装填
しておき、ヒーター７および１７により加熱蒸発させて
亜鉛分子線９ｂおよびセレン分子線１５ｂを得る。また
１０はガス分解セルで、硫化水素ガス容器１１から導入
されたガスをヒーター８により加熱分解させて、硫黄分
子線１０ｂを得る。ここで硫黄分子線の原料に硫化水素
ガスを用いる理由は、単体の硫黄（固体）は室温でもか
なり高い蒸気圧を有するため、高真空を得るのに不可欠
な真空容器１の加熱脱ガス処理の過程で蒸発してしまう
ので実用的でないことによる。
実際の薄膜成長は次のような手順で行なう。まず表面を
清浄にしたガリウム砒素単結晶基板４を基板ホルダ６に
装着する。次に真空容器１を１０−９τｏｒｒ以下程度
の超高真空まで排気する０その後ルツボ９を例えば４０
０”Ｃ程度に加熱し、適切な強度の亜鉛分子線９ｂが得
られるようにする。またルツボ１６を例えば２００℃程
度に加熱し、適切な強度のセレン分子線１５１Ｌが得ら
れるようにする。またガス分解セル１０を加熱するとと
もに流量調節弁１２を開いて硫化水素ガスを流し、適切
な強度の硫黄分子線１０ｂが得られるようにする。ガス
分解セルの温度は、７００”Ｃ以上あれば硫化水素ガス
をほぼ完全に分解することができ５次に基板４を約６０
０’（：、に加熱して表面を更に清浄化する。その後、
基板を結晶成長に適切な温度まで下げる。この場合には
例えば３００’ＣとするＯ この後、シャッター１３及び１６ｔ−［、セレン化亜鉛
薄膜１８の結晶成長を行なう。ガリウム砒素とセレン化
亜鉛の格子定数の差は約０．２５ ％と小さいため、良
質のエピタキシャル成長が可能である。ただしセレン化
亜鉛の膜厚が厚くなると格子定数差による歪音緩和する
ため膜中に格子欠陥が発生する。このため、セレン化亜
鉛の膜厚は０．１μｍ以上とするのが望ましい。
清浄にしたガリウム砒素単結晶基板４を基板ホルダ６に
装着する。次に真空容器１を１０−９τｏｒｒ以下程度
の超高真空まで排気する０その後ルツボ９を例えば４０
０”Ｃ程度に加熱し、適切な強度の亜鉛分子線９ｂが得
られるようにする。またルツボ１６を例えば２００℃程
度に加熱し、適切な強度のセレン分子線１５１Ｌが得ら
れるようにする。またガス分解セル１０を加熱するとと
もに流量調節弁１２を開いて硫化水素ガスを流し、適切
な強度の硫黄分子線１０ｂが得られるようにする。ガス
分解セルの温度は、７００”Ｃ以上あれば硫化水素ガス
をほぼ完全に分解することができ５次に基板４を約６０
０’（：、に加熱して表面を更に清浄化する。その後、
基板を結晶成長に適切な温度まで下げる。この場合には
例えば３００’ＣとするＯ この後、シャッター１３及び１６ｔ−［、セレン化亜鉛
薄膜１８の結晶成長を行なう。ガリウム砒素とセレン化
亜鉛の格子定数の差は約０．２５ ％と小さいため、良
質のエピタキシャル成長が可能である。ただしセレン化
亜鉛の膜厚が厚くなると格子定数差による歪音緩和する
ため膜中に格子欠陥が発生する。このため、セレン化亜
鉛の膜厚は０．１μｍ以上とするのが望ましい。
この後、シャッター１３及び１４を交互に開き、硫化亜
鉛薄膜５の結晶成長を行う。すなわち、例えばまずシャ
ッター１３を開いて亜鉛分子線９ｂを基板に照射すると
亜鉛原子層が一層だけ形成される。その後シャッター１
３を閉じ、シャッター１４を開いて、硫黄分子線１０ｂ
を照射すると、硫黄原子層が一層だけ形成される。この
操作をくり返すと、シャッターの開閉回数に比例した膜
厚の硫化亜鉛薄膜を均一に形成することができる。
鉛薄膜５の結晶成長を行う。すなわち、例えばまずシャ
ッター１３を開いて亜鉛分子線９ｂを基板に照射すると
亜鉛原子層が一層だけ形成される。その後シャッター１
３を閉じ、シャッター１４を開いて、硫黄分子線１０ｂ
を照射すると、硫黄原子層が一層だけ形成される。この
操作をくり返すと、シャッターの開閉回数に比例した膜
厚の硫化亜鉛薄膜を均一に形成することができる。
シャッターを開いておく時間は、一原子層が形成される
のに充分な時間以上であれば特に制限はない。これは亜
鉛および硫黄の蒸気圧が上述の基板温度では充分に高い
ため、原子層が一層形成されると同種原子はそれ以上堆
積せず、再蒸発するためである。
のに充分な時間以上であれば特に制限はない。これは亜
鉛および硫黄の蒸気圧が上述の基板温度では充分に高い
ため、原子層が一層形成されると同種原子はそれ以上堆
積せず、再蒸発するためである。
以上のような方法で形成した硫化亜鉛薄膜は、基板表面
が化学的性質の類似したセレン化亜鉛で覆れており、し
かも原子層を一層ずつ成長させるので、成長初期より二
次元的で均一な結晶成長をするため、極めて格子欠陥の
少ない良質な単結晶膜となり、優れた電気的・光学的性
質を示す。
が化学的性質の類似したセレン化亜鉛で覆れており、し
かも原子層を一層ずつ成長させるので、成長初期より二
次元的で均一な結晶成長をするため、極めて格子欠陥の
少ない良質な単結晶膜となり、優れた電気的・光学的性
質を示す。
なお上述の実施例では硫黄分子線の原料として硫化水素
を用いたが、この他ジメチル硫黄やジエチル硫黄などの
硫黄を含む有機化合物ガスを用いても同様の効果が得ら
れる。
を用いたが、この他ジメチル硫黄やジエチル硫黄などの
硫黄を含む有機化合物ガスを用いても同様の効果が得ら
れる。
また、薄膜形成中の基板温度は、２００℃以上６００℃
以下が好適である。２００’Ｃ以下では各原子が正確な
格子位置に安定せず、またｓｏｏ’ｃ以上では原子の再
蒸発が過剰になり原子の空孔が生じるので、何れの場合
も完全な結晶が得られなくなるためである。
以下が好適である。２００’Ｃ以下では各原子が正確な
格子位置に安定せず、またｓｏｏ’ｃ以上では原子の再
蒸発が過剰になり原子の空孔が生じるので、何れの場合
も完全な結晶が得られなくなるためである。
発明の効果
以上述べてきたように、本発明にかれば、格子欠陥の少
ない良質な硫化亜鉛薄膜を均一に形成することができる
。その結果、高効率の青色発光素子が実現でき、実用的
に極めて有用である。
ない良質な硫化亜鉛薄膜を均一に形成することができる
。その結果、高効率の青色発光素子が実現でき、実用的
に極めて有用である。
第１図は本発明の一実施例で用いられる分子線エピタキ
シー装置の構造を示す概略図、第２図は従来例で用いら
れる蒸着装置の構造を示す概略図である。 １・・・・・・真空容器、２・・・・・・真空ポンプ、
３・・・・・・ルツボ、３１Ｌ・・・・・・硫化亜鉛原
料、４・・・・・・基板、６・・・・・・硫化亜鉛薄膜
、６・・・・・・基板ホルダ、７ 、８．１７・・・・
・・ヒーター、９．１５・・・・・・ルツボ、９ａ・・
・・・・亜鉛、９ｂ・・・・・・亜鉛分子線、１ｏ・・
・・・・ガス分解セル、１０ｂ・・・・・・硫黄分子線
、１１・・・・・・硫化水素ガス容器、１２・・・・・
・流量調節弁、１３，１４．１６・・・・・・シャッタ
ー、１６ａ・・・・・・セレン、１６ｂ・・・・・・セ
レン分子線、１８・・・・・・セレン化亜鉛薄膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名鬼
１ 図 第２図
シー装置の構造を示す概略図、第２図は従来例で用いら
れる蒸着装置の構造を示す概略図である。 １・・・・・・真空容器、２・・・・・・真空ポンプ、
３・・・・・・ルツボ、３１Ｌ・・・・・・硫化亜鉛原
料、４・・・・・・基板、６・・・・・・硫化亜鉛薄膜
、６・・・・・・基板ホルダ、７ 、８．１７・・・・
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、１１・・・・・・硫化水素ガス容器、１２・・・・・
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ー、１６ａ・・・・・・セレン、１６ｂ・・・・・・セ
レン分子線、１８・・・・・・セレン化亜鉛薄膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名鬼
１ 図 第２図
Claims (5)
- （１）真空中において、ガリウム砒素単結晶基板上にセ
レン化亜鉛薄膜をエピタキシャル成長させた後、亜鉛分
子線と、硫黄を含む化合物の気体を熱分解して得た硫黄
分子線を交互に前記セレン化亜鉛薄膜の表面に照射する
ことを特徴とする硫化亜鉛薄膜の製造方法。 - （２）硫黄を含む化合物を硫化水素またはジメチル硫黄
またはジエチル硫黄とした特許請求の範囲第１項記載の
硫化亜鉛薄膜の製造方法。 - （３）硫黄を含む化合物を硫化水素とし、熱分解温度を
７００℃以上とした特許請求の範囲第１項記載の硫化亜
鉛薄膜の製造方法。 - （４）セレン化亜鉛薄膜の膜厚を０．１μｍ以下とした
特許請求の範囲第１項から第３項までの何れかに記載の
硫化亜鉛薄膜の製造方法。 - （５）基板温度を２５０℃以上５００℃以下とした特許
請求の範囲第１項から第４項までの何れかに記載の硫化
亜鉛薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11310588A JPH01282199A (ja) | 1988-05-10 | 1988-05-10 | 硫化亜鉛薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11310588A JPH01282199A (ja) | 1988-05-10 | 1988-05-10 | 硫化亜鉛薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01282199A true JPH01282199A (ja) | 1989-11-14 |
Family
ID=14603613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11310588A Pending JPH01282199A (ja) | 1988-05-10 | 1988-05-10 | 硫化亜鉛薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01282199A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002089223A1 (fr) * | 2001-04-27 | 2002-11-07 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Procede de production d'element luminescent |
-
1988
- 1988-05-10 JP JP11310588A patent/JPH01282199A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002089223A1 (fr) * | 2001-04-27 | 2002-11-07 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Procede de production d'element luminescent |
| US6939731B2 (en) | 2001-04-27 | 2005-09-06 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Production method for light emitting element |
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