JPH02243592A - 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 - Google Patents
化合物半導体のエピタキシャル成長方法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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は、化合物半導体単結晶のエピタキシャル成長方
法に関する。
法に関する。
〈従来の技術〉
硫化亜鉛(ZnS )等の化合物半導体発光素子の製造
方法であって、該化合物半導体の半導体基板上べのエピ
タキシャル結晶成長と電極形成を含む製造工程における
膜厚制御性や量産性に優れた方法トして1分子線エピタ
キシャル成長法(MBE法)がある。MBE法は、例え
ばZnSを結晶成長させる場合、Znの元素単体材料と
、Sの元素単体材料あるいはSの水素化物(H2S)材
料とを各々独立にクヌーセンセル中で加熱、飛出させ、
その分子(原子ンビーム材料を十分に加熱された半導体
基板上に照射し、結晶成長させる技術である。
方法であって、該化合物半導体の半導体基板上べのエピ
タキシャル結晶成長と電極形成を含む製造工程における
膜厚制御性や量産性に優れた方法トして1分子線エピタ
キシャル成長法(MBE法)がある。MBE法は、例え
ばZnSを結晶成長させる場合、Znの元素単体材料と
、Sの元素単体材料あるいはSの水素化物(H2S)材
料とを各々独立にクヌーセンセル中で加熱、飛出させ、
その分子(原子ンビーム材料を十分に加熱された半導体
基板上に照射し、結晶成長させる技術である。
更に、具体的に、半導体発光素子用の多層エビタキシャ
μ成長結晶の各層にその伝導型と発光色を制御する不純
物をドーピングしたい場合、例えば、ZnS等の■−■
族化合物半導体をn型にしたい場合には、アルミニウム
(Al)、ガリウム(Ga )、インジウム(I n
)、■族元素の沃素(1)、臭素(Br)、塩素(CI
Lフッ素CF)などを、またp型にしたい場合には、I
族元素のリチウム(Li )eナトリウム(Na)。
μ成長結晶の各層にその伝導型と発光色を制御する不純
物をドーピングしたい場合、例えば、ZnS等の■−■
族化合物半導体をn型にしたい場合には、アルミニウム
(Al)、ガリウム(Ga )、インジウム(I n
)、■族元素の沃素(1)、臭素(Br)、塩素(CI
Lフッ素CF)などを、またp型にしたい場合には、I
族元素のリチウム(Li )eナトリウム(Na)。
カリウム(K)、V族元素の窒素(N)、リンP)。
σ1(As)、アンチモン(Sb )等を、また半絶縁
性にしたい場合には、無添加あるいは■族元素のシリコ
ン(Si)、ゲルマニウム(Ge)。
性にしたい場合には、無添加あるいは■族元素のシリコ
ン(Si)、ゲルマニウム(Ge)。
あるいは上記の■族あるいは■族元素のうちいずれかと
1族あるいはV族元素のうちいずれかを組み合わせて同
時に不純物元素として使用する。また特に発光中心とし
てドーピングしたい場合には、マンガン(Mn)、
フンタノイド(希土類元素)のランタン(La)、セリ
ウム(Ce)、 プラセオジウム(Pr)、 プロメ
チウム(Pm )、サマリウム(Sm L ユーロピ
ウム(Eu)、 ガドリニウム(GdL テルビウム(
Tb)、 ジスプロシウム(Dy )、 ホルミウム
(Ho)、 エルビウム(E r L ツリウム(T
m)、イッテルビウム(Y b L ルテチウム(Lu
)等を不純物元素として使用する。従来のMBE法にお
いては、単結晶成長させる際に、適当な温度に加熱され
た基板上に分子ビーム原料を照射し、あるいは、分子ビ
ームを高温に加熱して照射することにより単結晶成長さ
せ、またドー(°ング元素の分子ビーム原料を同時に照
射することにより不純物を添加していた。
1族あるいはV族元素のうちいずれかを組み合わせて同
時に不純物元素として使用する。また特に発光中心とし
てドーピングしたい場合には、マンガン(Mn)、
フンタノイド(希土類元素)のランタン(La)、セリ
ウム(Ce)、 プラセオジウム(Pr)、 プロメ
チウム(Pm )、サマリウム(Sm L ユーロピ
ウム(Eu)、 ガドリニウム(GdL テルビウム(
Tb)、 ジスプロシウム(Dy )、 ホルミウム
(Ho)、 エルビウム(E r L ツリウム(T
m)、イッテルビウム(Y b L ルテチウム(Lu
)等を不純物元素として使用する。従来のMBE法にお
いては、単結晶成長させる際に、適当な温度に加熱され
た基板上に分子ビーム原料を照射し、あるいは、分子ビ
ームを高温に加熱して照射することにより単結晶成長さ
せ、またドー(°ング元素の分子ビーム原料を同時に照
射することにより不純物を添加していた。
〈発明が解決しようとする課題〉
しかし、前述の不純物元素を含む単体原料(分子ビーム
原料)の多く(例えば、亜鉛、硫黄、セレン、テ/v/
l/、窒素、リン、石比素、沃素、臭素。
原料)の多く(例えば、亜鉛、硫黄、セレン、テ/v/
l/、窒素、リン、石比素、沃素、臭素。
塩素、フッ素)は、元素としての蒸気圧が高く、化合物
半導体にとって必要とされる適当な成長温度(300℃
以上〕に加熱された基板上への付着係数が小さく、従っ
て上記の元素を成分として含有する化合物半導体側々の
化合物の高品質単結晶成長させることが出来ない。また
一方で化合物半導体は個々の化合物の高品質結晶成長に
必要な温度で成長すると深い準位や複合欠陥の原因とな
る空孔などの点欠陥が発生することや、好ましくない不
純物が混入する等半導体薄膜の特性上重大な不都合が生
じるので、なるべく低温で成長させることが望ましい。
半導体にとって必要とされる適当な成長温度(300℃
以上〕に加熱された基板上への付着係数が小さく、従っ
て上記の元素を成分として含有する化合物半導体側々の
化合物の高品質単結晶成長させることが出来ない。また
一方で化合物半導体は個々の化合物の高品質結晶成長に
必要な温度で成長すると深い準位や複合欠陥の原因とな
る空孔などの点欠陥が発生することや、好ましくない不
純物が混入する等半導体薄膜の特性上重大な不都合が生
じるので、なるべく低温で成長させることが望ましい。
しかるに、不純物元素あるいは半導体構成元素のうち金
属元素(亜鉛、カドミウム、アルミニウム、ガリウム、
インジウム・、ナトリウム、カリウム、シリコン、ゲル
マニウム、マンガン、スべてのフンタノイド元素)は単
原子分子として存在するが、低温の基板上では凝集し易
く、化合物を形成しないで、あるいは不純物としては分
散しないで固体を形成し、なおかつ、不純物元素や、化
合物半導体を構成する一方の特に非金属元素は元来2分
子原子(テルル 4原子分子(f#を素,リン)あるいは2〜8原子を含
む多原子分子(硫黄,セレン)として存在するため、低
温基板上に成長の際、分解と結晶への組み込みがスムー
ズに進行しないことになり、構造的欠陥(微小な双晶,
小傾角度結晶粒界,微小な島状成長等)をひき起し半導
体素子製作に適用し得る高品質でしかも、ドーピングが
制御された単結晶を成長させることは極めて困難であっ
た。
属元素(亜鉛、カドミウム、アルミニウム、ガリウム、
インジウム・、ナトリウム、カリウム、シリコン、ゲル
マニウム、マンガン、スべてのフンタノイド元素)は単
原子分子として存在するが、低温の基板上では凝集し易
く、化合物を形成しないで、あるいは不純物としては分
散しないで固体を形成し、なおかつ、不純物元素や、化
合物半導体を構成する一方の特に非金属元素は元来2分
子原子(テルル 4原子分子(f#を素,リン)あるいは2〜8原子を含
む多原子分子(硫黄,セレン)として存在するため、低
温基板上に成長の際、分解と結晶への組み込みがスムー
ズに進行しないことになり、構造的欠陥(微小な双晶,
小傾角度結晶粒界,微小な島状成長等)をひき起し半導
体素子製作に適用し得る高品質でしかも、ドーピングが
制御された単結晶を成長させることは極めて困難であっ
た。
そのため、従来のごとき成長法にて製造された半導体多
層膜エピタキシャル結晶は不純物元素が制御された形で
ドーピングされる場合でも、成長温度以上に加熱される
と変質を生じ、例えば不純物を十分に添加された低抵抗
半導体エピタキシャル膜の伝導度が加熱処理により10
桁以上も増大してしまうことは例外的なことではなく、
さらに成長温度近くまでの再加熱によっても高抵抗化す
るため電極形成の際には加熱処理を避けるための特別な
電極形成層を必ず余分に工夫しなければならないという
問題点、発光素子の駆動後の特性変化や劣化が著しいと
いう問題点がある。特にこれらの問題は,発光ダイオー
ド、半導体レーザーの実用上の極めて大きい問題となっ
ている。
層膜エピタキシャル結晶は不純物元素が制御された形で
ドーピングされる場合でも、成長温度以上に加熱される
と変質を生じ、例えば不純物を十分に添加された低抵抗
半導体エピタキシャル膜の伝導度が加熱処理により10
桁以上も増大してしまうことは例外的なことではなく、
さらに成長温度近くまでの再加熱によっても高抵抗化す
るため電極形成の際には加熱処理を避けるための特別な
電極形成層を必ず余分に工夫しなければならないという
問題点、発光素子の駆動後の特性変化や劣化が著しいと
いう問題点がある。特にこれらの問題は,発光ダイオー
ド、半導体レーザーの実用上の極めて大きい問題となっ
ている。
く課題を解決するための手段〉
本発明は上述する問題点を解決するためになされたもの
で、化合物半導体を構成する元素の単体材料と、前記化
合物半導体の不純物元素を含む材料の、分子或いは原子
ビーム原料を用いて、半導体基板一主面上へ所望伝導型
を有する化合物半導体の結晶を成長させる際、 前記分子或いは原子ビーム原料が入射する前記半導体基
板主面上に所定の光線を照射してなる化合物半導体のエ
ピタキシャル成長方法を提供するものである。
で、化合物半導体を構成する元素の単体材料と、前記化
合物半導体の不純物元素を含む材料の、分子或いは原子
ビーム原料を用いて、半導体基板一主面上へ所望伝導型
を有する化合物半導体の結晶を成長させる際、 前記分子或いは原子ビーム原料が入射する前記半導体基
板主面上に所定の光線を照射してなる化合物半導体のエ
ピタキシャル成長方法を提供するものである。
く作 用〉
単体元素より成る、不純物用元素ならびに半導体構成元
素は半導体基板上で特定の光エネルギーを持つ光線を照
射すると光エネルギーを吸収して光分解、光泳動、光結
合、光解離する。即ち光エビタキシャμ成長する。光に
よる分解、泳動、結合、解離の効率は光線の照射強度と
波長に依存するため適当に選ばれた。特にバンドギャッ
プのエネルギーに共鳴、吸収するように選ばれた光線に
て、エネルギーを与えられた基板表面上の原子。
素は半導体基板上で特定の光エネルギーを持つ光線を照
射すると光エネルギーを吸収して光分解、光泳動、光結
合、光解離する。即ち光エビタキシャμ成長する。光に
よる分解、泳動、結合、解離の効率は光線の照射強度と
波長に依存するため適当に選ばれた。特にバンドギャッ
プのエネルギーに共鳴、吸収するように選ばれた光線に
て、エネルギーを与えられた基板表面上の原子。
分子は熱エネルギー下の定常状態にはなく、光線なしで
は単結晶成長しない低温においても効率良く単結晶化、
不純物添加が行えるのである。
は単結晶成長しない低温においても効率良く単結晶化、
不純物添加が行えるのである。
〈実施例〉
(実施例1)
以下に本発明の実施例として、まずMBE法によりZn
S単結晶ホモエピタキシャル薄膜の結晶成長をする方法
を説明する。
S単結晶ホモエピタキシャル薄膜の結晶成長をする方法
を説明する。
第1図は光線を半導体結晶基板面に垂直に照射するMB
E法結高結晶成長装置略図である。
E法結高結晶成長装置略図である。
第1図において、ステンレス製超高真空容器11の内部
をイオンポンプ12により10 ”Torr に排気
し、モリブデン製基板ホルダー8上に(100)面方位
を有するZnS単結晶基板7を設置し、基板ヒーター1
3で250℃に加熱する。分子ビーム原料+4CAl源
)。
をイオンポンプ12により10 ”Torr に排気
し、モリブデン製基板ホルダー8上に(100)面方位
を有するZnS単結晶基板7を設置し、基板ヒーター1
3で250℃に加熱する。分子ビーム原料+4CAl源
)。
分子ビーム原料15 (Ga源)9分子ビーム原料16
(In源)9分子ビーム原料17(Zn源)9分子ビー
ム原料18(P源)ならびに分子ビーム原料19(S源
)が基板7に向けて照射されると同時に、Xeランプ(
lkw)光源1より出て分光された波長350nm(半
値幅15 nm )の光線2が基板7に向けて照射され
る。Znのビーム5の圧力はI X I OTorr+
Sのビーム6の圧力は5X10 Torrである。本
実施例において照射した光線2は約2×10 W/c
m であり、連続光を成長の全時間にわたって照射す
る。
(In源)9分子ビーム原料17(Zn源)9分子ビー
ム原料18(P源)ならびに分子ビーム原料19(S源
)が基板7に向けて照射されると同時に、Xeランプ(
lkw)光源1より出て分光された波長350nm(半
値幅15 nm )の光線2が基板7に向けて照射され
る。Znのビーム5の圧力はI X I OTorr+
Sのビーム6の圧力は5X10 Torrである。本
実施例において照射した光線2は約2×10 W/c
m であり、連続光を成長の全時間にわたって照射す
る。
第2図は成長温度250℃にて成長させたZnSホモエ
ピタキシャル単結晶膜のRHEED(反射高速電子線回
折)パターンを光線照射下成長結晶の場合(図中(a>
) 、ならびに非照射結晶の場合(同図(b))につ
いて記したものである。
ピタキシャル単結晶膜のRHEED(反射高速電子線回
折)パターンを光線照射下成長結晶の場合(図中(a>
) 、ならびに非照射結晶の場合(同図(b))につ
いて記したものである。
第3図は同じく、光線照射下成長(図中C)ならびに非
照射酸g(図中■)のZnSホモエピタキシャル膜のP
L(フォトルミネッセンス)スペクトルを示す。PL励
起光はXeランプを分光した315nm光を用いている
。
照射酸g(図中■)のZnSホモエピタキシャル膜のP
L(フォトルミネッセンス)スペクトルを示す。PL励
起光はXeランプを分光した315nm光を用いている
。
第2図(a)・(b)から明らかなように、Xeランプ
350 nm光線を照射しない場合にはエピタキVヤ/
l’膜は微小な双晶を膜全体に渡って含んでおり低温成
長の為に単結晶化しておらず、また回折点のぼけが大き
いことからも、エビタキシャ/I’結晶膜は極めて細か
なモザイク結晶からなっていることがわかる。それに比
較して、光線照射結晶は、回折点のぼけが全く無い完全
な単結晶膜となっている。
350 nm光線を照射しない場合にはエピタキVヤ/
l’膜は微小な双晶を膜全体に渡って含んでおり低温成
長の為に単結晶化しておらず、また回折点のぼけが大き
いことからも、エビタキシャ/I’結晶膜は極めて細か
なモザイク結晶からなっていることがわかる。それに比
較して、光線照射結晶は、回折点のぼけが全く無い完全
な単結晶膜となっている。
また、第3図中のC,Dより明らかなように。
PLスベク)/&における自由励起子発光(3,79e
V )の発光強度においても光線照射結晶では、その
強度が非照射の場合に比較して(0,5μmの同じ膜厚
に対して)3倍に増大しており、半値幅も小さく、光線
照射による単結晶化の効果が顕著である。
V )の発光強度においても光線照射結晶では、その
強度が非照射の場合に比較して(0,5μmの同じ膜厚
に対して)3倍に増大しており、半値幅も小さく、光線
照射による単結晶化の効果が顕著である。
また、例えば本実施例において説明したと同じ成長条件
下で光線非照射下でA1分子ビームの圧力をI Xi
OTorr として、AIをn型不純物としてドーピン
グすると、キャリヤ濃度2X10 cm *移動度
200m/v−3eC2抵抗率I XI OΩ・cmの
低抵抗のn型ZnSエピタキシャp膜が得られる。
下で光線非照射下でA1分子ビームの圧力をI Xi
OTorr として、AIをn型不純物としてドーピン
グすると、キャリヤ濃度2X10 cm *移動度
200m/v−3eC2抵抗率I XI OΩ・cmの
低抵抗のn型ZnSエピタキシャp膜が得られる。
これに対して光線射下成長結晶では移動度60cm
/V−sec、キャリア濃度6 X I 0180m”
、抵抗率01018Ω’cm となり、抵抗率が減少
する。従って光照射による導電率の向上という効果が現
れている。
/V−sec、キャリア濃度6 X I 0180m”
、抵抗率01018Ω’cm となり、抵抗率が減少
する。従って光照射による導電率の向上という効果が現
れている。
更に、不純物をドーピングした低抵抗n型エビタキンヤ
ルZnS結晶は光線照射部分と光線非照射部分ではその
結晶性の違いにより、成長後の加熱処理で、その電気的
特性が大きく変化する。
ルZnS結晶は光線照射部分と光線非照射部分ではその
結晶性の違いにより、成長後の加熱処理で、その電気的
特性が大きく変化する。
その変化を説明する例が第4図に示されている。第4図
において、60はZn5(100)単結晶基板、61は
Xeランプ光線(350nm+2X10 W/am
)照射部分、62は光線非照射部分、63は光調整用
スリット 64はXeランプ光線である。61.62は
、亜鉛(Zn )ビーム圧力lXl0 Torr+
硫黄(S)ビーム圧力5 X I OTo r r+ア
ルミニウム(Al)ビーム圧力5XIOTorre基板
温度260℃で成長し、成長膜の電気的特性は62部分
では抵抗率2×lOΩ・Cm+キャリア濃度10 a
m +61部分は抵抗率7X10 Ω・cm
キャリア濃度2XIO′8=3 cm である。
において、60はZn5(100)単結晶基板、61は
Xeランプ光線(350nm+2X10 W/am
)照射部分、62は光線非照射部分、63は光調整用
スリット 64はXeランプ光線である。61.62は
、亜鉛(Zn )ビーム圧力lXl0 Torr+
硫黄(S)ビーム圧力5 X I OTo r r+ア
ルミニウム(Al)ビーム圧力5XIOTorre基板
温度260℃で成長し、成長膜の電気的特性は62部分
では抵抗率2×lOΩ・Cm+キャリア濃度10 a
m +61部分は抵抗率7X10 Ω・cm
キャリア濃度2XIO′8=3 cm である。
第5図に、第4図に示したエピタキシャル膜を、成長後
に真空中260℃で30分間加熱した場合の、抵抗率の
値を示す。光線照射成長部分61は抵抗率がlXl0
Ω・Cmであり、抵抗率は成長後の値がほぼ保たれ
るが、非照射部分62の抵抗は成長後の値からIO程度
度以上に増大しlOΩ・cm以上の高抵抗層となる。非
照射部分62は結晶化が進んでいないため加熱処理によ
り容易に高抵抗化する。−力先照射部分61は単結晶化
が十分に進行しているため加熱処理によっても成長時の
特性が維持されている。
に真空中260℃で30分間加熱した場合の、抵抗率の
値を示す。光線照射成長部分61は抵抗率がlXl0
Ω・Cmであり、抵抗率は成長後の値がほぼ保たれ
るが、非照射部分62の抵抗は成長後の値からIO程度
度以上に増大しlOΩ・cm以上の高抵抗層となる。非
照射部分62は結晶化が進んでいないため加熱処理によ
り容易に高抵抗化する。−力先照射部分61は単結晶化
が十分に進行しているため加熱処理によっても成長時の
特性が維持されている。
光線照射が結晶の単結晶化と安定化に著しい効果を示し
ている。
ている。
従来のZnSのMBEエビタキンヤル成長において報告
されている最適成長温度(単結晶化温度)は300℃以
上、特に350℃〜450℃程度であり、この温度以下
では単結晶化していない。本実施例においては、基板温
度を250℃とした場合の結果を記したが、基板温度1
00℃でも全く同様の結果が得られる。
されている最適成長温度(単結晶化温度)は300℃以
上、特に350℃〜450℃程度であり、この温度以下
では単結晶化していない。本実施例においては、基板温
度を250℃とした場合の結果を記したが、基板温度1
00℃でも全く同様の結果が得られる。
(実施例2)
本発明の第2の実施例を以下、第6図、第7図に示す。
第1の実施例に示した第1図の成長装置において、Ga
の分子ビーム圧カフ×10TorrtAsの分子ビーム
圧力lXl0−’Torrとし、第1の実施例と同様、
Xeランプ光源を用いて、分光した830nm光(半値
幅10 nml 5X10 W/am )をGaA
s(+00)基板上に照射してGaAsエヒリキシャル
膜を成長させた。
の分子ビーム圧カフ×10TorrtAsの分子ビーム
圧力lXl0−’Torrとし、第1の実施例と同様、
Xeランプ光源を用いて、分光した830nm光(半値
幅10 nml 5X10 W/am )をGaA
s(+00)基板上に照射してGaAsエヒリキシャル
膜を成長させた。
第6図は成長温度400℃にて成長させたGaAs (
100)ホモエピタキシャル単結晶膜のRHEED (
反射高速電子線回折)パターンを光線照射下成長結晶の
場合(同図[株]))ならびに非照射結晶の場合(同図
(b))について記したものである。第7図は同じく、
光線照射下成長(図中E)ならびに非照射成長(図中F
)のGaAsホモエピタキシャlv膜のPL(フォトル
ミネッセンス)スペクト)v ヲ示t。第6 図(a)
(b)から明らかなように、Xeフラング30nm光線
を照射しない場合にはエピタキシャル膜は微小な双晶を
膜全体に渡って含んでおり低温成長の為に単結晶化して
おらず、また回折点のぼけが大きいことからも、エビタ
キシャρ結晶膜は極めて細かなモザイク結晶からなって
いることがわかる。さらに逆V字型の回折パターンが支
配的であることは小煩角粒界結晶が多いことを示してい
る。それに比較して、光線照射結晶は、回折点のぼけが
全く無い完全な単結晶膜となっている。また、第7図よ
り明らかなように、PLスペクトルにおけるバンド端発
光(1,51e V )の発光強度においても光線照射
結晶では、その強度が非照射の場合に比較して(1μm
の同じ膜厚に対して)2倍に増大しており、半値幅も小
さく光線照射による単結晶化の効果が顕著である。
100)ホモエピタキシャル単結晶膜のRHEED (
反射高速電子線回折)パターンを光線照射下成長結晶の
場合(同図[株]))ならびに非照射結晶の場合(同図
(b))について記したものである。第7図は同じく、
光線照射下成長(図中E)ならびに非照射成長(図中F
)のGaAsホモエピタキシャlv膜のPL(フォトル
ミネッセンス)スペクト)v ヲ示t。第6 図(a)
(b)から明らかなように、Xeフラング30nm光線
を照射しない場合にはエピタキシャル膜は微小な双晶を
膜全体に渡って含んでおり低温成長の為に単結晶化して
おらず、また回折点のぼけが大きいことからも、エビタ
キシャρ結晶膜は極めて細かなモザイク結晶からなって
いることがわかる。さらに逆V字型の回折パターンが支
配的であることは小煩角粒界結晶が多いことを示してい
る。それに比較して、光線照射結晶は、回折点のぼけが
全く無い完全な単結晶膜となっている。また、第7図よ
り明らかなように、PLスペクトルにおけるバンド端発
光(1,51e V )の発光強度においても光線照射
結晶では、その強度が非照射の場合に比較して(1μm
の同じ膜厚に対して)2倍に増大しており、半値幅も小
さく光線照射による単結晶化の効果が顕著である。
(実施例3)
本発明の第3の実施例を以下第8図、第9図に示す。成
長装置は、前記2実施例と同様であり、本実施例に於て
は、GaAs基板上にバッファー層を介さず、AIGa
InP結晶をヘテロエピタキシャル成長させた。基板温
度は350℃。
長装置は、前記2実施例と同様であり、本実施例に於て
は、GaAs基板上にバッファー層を介さず、AIGa
InP結晶をヘテロエピタキシャル成長させた。基板温
度は350℃。
A1分子ビーム圧力は3XlOTorrtGa子ビーム
圧力は6 XI OTorr+ P分子ビーム圧力は2
XIOTorrである。GaAs(100)上に(Al
o−s Gao、t)o−51no−4Pをエピタキシ
ャル成長させた。照射光線は、前記2実施例と同じXe
ランプ光を分光した630nm(半値幅15nrn+強
度1oxlOW/cm )であり、成長の全時間にわ
たって照射した。尚、本実施例では成長初期には830
nm光(半値幅10nm+強度5X10 W/am
)を伴用し、特に膜厚0.3μm程度までは830
nm光を照射した。
圧力は6 XI OTorr+ P分子ビーム圧力は2
XIOTorrである。GaAs(100)上に(Al
o−s Gao、t)o−51no−4Pをエピタキシ
ャル成長させた。照射光線は、前記2実施例と同じXe
ランプ光を分光した630nm(半値幅15nrn+強
度1oxlOW/cm )であり、成長の全時間にわ
たって照射した。尚、本実施例では成長初期には830
nm光(半値幅10nm+強度5X10 W/am
)を伴用し、特に膜厚0.3μm程度までは830
nm光を照射した。
第8図は成長温度350℃にて成長させたエピタキシャ
ル単結晶膜のRHEED(反射高速電子線回折ンパター
ンを光線照射下成長結晶の場合(同図(a))ならびに
非照射結晶の場合(同図To))について記したもので
ある。第9図は同じく、光線照射下成長(図中M)なら
びに非照射成長(図中N)のAIGaInPエビタキシ
ャ/L/膜のPL(フォトルミネッセンス)ヌペクトル
を示す。第8図(a)(b)から明らかなように、Xe
ヲンデ630nm光線を照射しない場合にはエビタキシ
ャ/l’膜は微小な双晶を層全体に渡って含んでおり低
温成長の為に単結晶化しておらず、また回折点のぼけが
大きいことからも、エピタキシャル結晶膜は極めて細か
なモザイク結晶からなっていることがわかる。AIGa
InP結晶では、特に双晶成分が著しく含まれている。
ル単結晶膜のRHEED(反射高速電子線回折ンパター
ンを光線照射下成長結晶の場合(同図(a))ならびに
非照射結晶の場合(同図To))について記したもので
ある。第9図は同じく、光線照射下成長(図中M)なら
びに非照射成長(図中N)のAIGaInPエビタキシ
ャ/L/膜のPL(フォトルミネッセンス)ヌペクトル
を示す。第8図(a)(b)から明らかなように、Xe
ヲンデ630nm光線を照射しない場合にはエビタキシ
ャ/l’膜は微小な双晶を層全体に渡って含んでおり低
温成長の為に単結晶化しておらず、また回折点のぼけが
大きいことからも、エピタキシャル結晶膜は極めて細か
なモザイク結晶からなっていることがわかる。AIGa
InP結晶では、特に双晶成分が著しく含まれている。
それに比較して、光線照射結晶は、回折点のぼけが全く
無い完全な単結晶膜となっている。また、第9図より明
らかなように、PLスペクトルにおけるバンド端発光(
1,895cV)の発光強度においても光線照射結晶で
は、その強度が非照射の場合に比較して(2μmの同じ
膜厚に対して)7倍に増大しており、半値幅も小さく光
線照射による単結晶化の効果が特に顕著である。
無い完全な単結晶膜となっている。また、第9図より明
らかなように、PLスペクトルにおけるバンド端発光(
1,895cV)の発光強度においても光線照射結晶で
は、その強度が非照射の場合に比較して(2μmの同じ
膜厚に対して)7倍に増大しており、半値幅も小さく光
線照射による単結晶化の効果が特に顕著である。
本発明の第2.第3の実施例より明らかなように、従来
のGaAsの適当な成長温度(600℃)を200℃以
上も低下できAIGaInPの場合(500℃)には1
50℃以上も下げることが可能であり、大幅な成長温度
の低下がもたらされる。また、これらの実施例は、従来
の温度付近においても同様の結果となっており、発光ダ
イオード、半導体レーザー等の安定性向上に、光線照射
MBEエピタキシャル成長が有効であることを示す。
のGaAsの適当な成長温度(600℃)を200℃以
上も低下できAIGaInPの場合(500℃)には1
50℃以上も下げることが可能であり、大幅な成長温度
の低下がもたらされる。また、これらの実施例は、従来
の温度付近においても同様の結果となっており、発光ダ
イオード、半導体レーザー等の安定性向上に、光線照射
MBEエピタキシャル成長が有効であることを示す。
本発明は、以上の実施例で説明した範囲にとどまらない
。すなわち、本発明は化合物半導体の種類として筒口族
元素(Znt CcL Hg+ MgeBe)、第V
族元素(S、Se、Te )の組み合わせより成る二元
以上のI−■族化合物半導体を母体材料として、第1族
元素(L i+ Nap KtCut A g * A
u ) 、第V族元素(N、P、As。
。すなわち、本発明は化合物半導体の種類として筒口族
元素(Znt CcL Hg+ MgeBe)、第V
族元素(S、Se、Te )の組み合わせより成る二元
以上のI−■族化合物半導体を母体材料として、第1族
元素(L i+ Nap KtCut A g * A
u ) 、第V族元素(N、P、As。
Sb L第1■族元素(I nt Alt Ga )、
第V族元素(Ft C1* Br+ I )、第■族
元素(S t+ Ce+ S n )、及び遷移金属元
素(Cr。
第V族元素(Ft C1* Br+ I )、第■族
元素(S t+ Ce+ S n )、及び遷移金属元
素(Cr。
Fe+Ni*Mn)、あるいは希土類元素(La。
Ce+ Pry Ndt Pm+ Sm+ Eut G
dtTbw Dy+ Hot Er+ Tm+ Yb+
Lu )などを不純物原料とするIf−Vl族化合物
半導体系、及び第11族元素(I nl A I +
Ga )と第V族元素(N、P、As、Sb )の組み
合わせより成る2元以上のIII−V族化合物半導体を
母体材料とし、第1族元素(Zn、Cd、Hg、Mg、
Be、Mn)第■族元素(S L Ge、Sn )、第
V族元素(S+ Se、Te )及び遷移金属元素(
Cr+ F e tNi+VtTi)などを不純物原料
とするl[I −V族化合物半導体系、および第4族元
素(CastsGe)あるいはその組み合わせよりなる
化合物を母体材料とし、第1II族元素、第V族元素、
第■元素、遷移金属元素を不純物とする第4族元素なら
びに化合物半導体系、および第工族元素、第1II族元
素および第V族元素の組み合わせよりなるカルコバイラ
イト系化合物を母体材料とし、第0族元素、第1v族元
素、第V族元素、および第V族元素などを不純物材料と
するカルコパイライト型化合物半導体系などにも適用で
きる。
dtTbw Dy+ Hot Er+ Tm+ Yb+
Lu )などを不純物原料とするIf−Vl族化合物
半導体系、及び第11族元素(I nl A I +
Ga )と第V族元素(N、P、As、Sb )の組み
合わせより成る2元以上のIII−V族化合物半導体を
母体材料とし、第1族元素(Zn、Cd、Hg、Mg、
Be、Mn)第■族元素(S L Ge、Sn )、第
V族元素(S+ Se、Te )及び遷移金属元素(
Cr+ F e tNi+VtTi)などを不純物原料
とするl[I −V族化合物半導体系、および第4族元
素(CastsGe)あるいはその組み合わせよりなる
化合物を母体材料とし、第1II族元素、第V族元素、
第■元素、遷移金属元素を不純物とする第4族元素なら
びに化合物半導体系、および第工族元素、第1II族元
素および第V族元素の組み合わせよりなるカルコバイラ
イト系化合物を母体材料とし、第0族元素、第1v族元
素、第V族元素、および第V族元素などを不純物材料と
するカルコパイライト型化合物半導体系などにも適用で
きる。
本発明の分子(原子)ビーム原料としては、上記元素の
単体材料とともに、水素化物、メチル化。
単体材料とともに、水素化物、メチル化。
ェチμ化有機金属化合物に適用できる。半導体基板とし
てはZnS基板、CdTe基板、CdHgTe基板など
のほかにGaAs基板、GaP基板。
てはZnS基板、CdTe基板、CdHgTe基板など
のほかにGaAs基板、GaP基板。
InP基板、Ge基板+ GaAsP基板等のすべての
半導体基板に適用できる。照射光線の種類としては、実
施例においては、クセノン(Xe )ランデ(1kW〜
5kW)の出力光を分光して用いたが、本発明には、半
導体と共鳴、吸収する波長(二ネμギー)の光線はすべ
て適用でき、例えば水銀(Hg )ランデ(高圧、低圧
ランプ)、ヨウ素(I)ランプ、炭素(C)電極ランプ
、エキシマレーザ−(ArF* KrF+ XeF*
XeCLK r C1+ A r Cl v F )
v アルゴン(Ar)インレーザー、ヘリ゛ウムCHe
)−カドミウム(Cd)金属蒸気レーザー、ヘリウム(
He)−亜鉛(Zn )金属蒸気レーザー、窒素(NZ
)レーザー、 YAGレーザ−、半導体レーザーなら
びにこれらのレーザーの第2次高調波レーザー光、なら
びにシンクロトロン軌道放射光(SR光)などが適用で
きる。
半導体基板に適用できる。照射光線の種類としては、実
施例においては、クセノン(Xe )ランデ(1kW〜
5kW)の出力光を分光して用いたが、本発明には、半
導体と共鳴、吸収する波長(二ネμギー)の光線はすべ
て適用でき、例えば水銀(Hg )ランデ(高圧、低圧
ランプ)、ヨウ素(I)ランプ、炭素(C)電極ランプ
、エキシマレーザ−(ArF* KrF+ XeF*
XeCLK r C1+ A r Cl v F )
v アルゴン(Ar)インレーザー、ヘリ゛ウムCHe
)−カドミウム(Cd)金属蒸気レーザー、ヘリウム(
He)−亜鉛(Zn )金属蒸気レーザー、窒素(NZ
)レーザー、 YAGレーザ−、半導体レーザーなら
びにこれらのレーザーの第2次高調波レーザー光、なら
びにシンクロトロン軌道放射光(SR光)などが適用で
きる。
〈発明の効果〉
本発明の如く、半導体基板と共鳴あるりは吸収する光線
を用いて、半導体基板上で化合物材料および不純物材料
の分子ビーム原料を分解2反応させることにより、低温
での単結晶化と不純物の効率的添加が行え、電気的性質
、光学的性質の制御性、安定性の良い半導体エビタキシ
ャρ単結晶を成長させることが可能となる。
を用いて、半導体基板上で化合物材料および不純物材料
の分子ビーム原料を分解2反応させることにより、低温
での単結晶化と不純物の効率的添加が行え、電気的性質
、光学的性質の制御性、安定性の良い半導体エビタキシ
ャρ単結晶を成長させることが可能となる。
第1図は半導体エピタキシャル成長装置の概略図、第2
図(a)・伽)、第6図(a)・缶)、及び第8図1缶
)は本発明の実施例と従来技術とを比較するだめの反射
電子線回折(RHEED)像を示す図、第3図、第7図
、及び第9図は本発明の実施例と従来技術とを比較する
ためのフォ)/レミネセンス(PL)スペクトル図、第
4図は本発明の実施例と従来技術とを比較するためのサ
ンプル作製図、第5図は第4図によるサンプルの特性比
較図である。 l:光源 2:照射光線 3:光学窓 4:A1分子ビ
ーム 5 :Znn分子ピー 6:S分子ビーム 7
:ZnS基 8:基板ホルダー9:ビーム制御イオン
ゲージ lO:組成、堆積制御膜厚モニター ll:超
高真空成長容器12:イオンポンプ 18:基板ヒータ
ー 14:A1分子ビーム源 15:Ga分子ビーム源
16:In分子ビーム源 17 :Zn分子ビーム源
18:P分子ビーム源 19:S分子ビーム源 20
:As分子ビーム源 60 : Z n 5(100)
基板 61:Xeランデ光線照射部分 62:光線非照
射部分 63:光調整用スリット 64:Xeランプ光
源 代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)第4図
図(a)・伽)、第6図(a)・缶)、及び第8図1缶
)は本発明の実施例と従来技術とを比較するだめの反射
電子線回折(RHEED)像を示す図、第3図、第7図
、及び第9図は本発明の実施例と従来技術とを比較する
ためのフォ)/レミネセンス(PL)スペクトル図、第
4図は本発明の実施例と従来技術とを比較するためのサ
ンプル作製図、第5図は第4図によるサンプルの特性比
較図である。 l:光源 2:照射光線 3:光学窓 4:A1分子ビ
ーム 5 :Znn分子ピー 6:S分子ビーム 7
:ZnS基 8:基板ホルダー9:ビーム制御イオン
ゲージ lO:組成、堆積制御膜厚モニター ll:超
高真空成長容器12:イオンポンプ 18:基板ヒータ
ー 14:A1分子ビーム源 15:Ga分子ビーム源
16:In分子ビーム源 17 :Zn分子ビーム源
18:P分子ビーム源 19:S分子ビーム源 20
:As分子ビーム源 60 : Z n 5(100)
基板 61:Xeランデ光線照射部分 62:光線非照
射部分 63:光調整用スリット 64:Xeランプ光
源 代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)第4図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、化合物半導体を構成する元素の単体材料と、前記化
合物半導体の不純物元素を含む材料の、分子或いは原子
ビーム原料を用いて、半導体基板一主面上へ所望伝導型
を有する化合物半導体の結晶を成長させる際、 前記分子或いは原子ビーム原料が入射する前記半導体基
板主面上に所定の光線を照射してなることを特徴とする
化合物半導体のエピタキシャル成長方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1064271A JPH0717477B2 (ja) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
US07/492,921 US5100832A (en) | 1989-03-15 | 1990-03-31 | Process for preparing epitaxial compound semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1064271A JPH0717477B2 (ja) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08065819A Division JP3083755B2 (ja) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02243592A true JPH02243592A (ja) | 1990-09-27 |
JPH0717477B2 JPH0717477B2 (ja) | 1995-03-01 |
Family
ID=13253381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1064271A Expired - Fee Related JPH0717477B2 (ja) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5100832A (ja) |
JP (1) | JPH0717477B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3038413B2 (ja) * | 1990-12-21 | 2000-05-08 | 大阪瓦斯株式会社 | 光cvd法による膜作成装置 |
US5366559A (en) * | 1993-05-27 | 1994-11-22 | Research Triangle Institute | Method for protecting a substrate surface from contamination using the photophoretic effect |
US5456205A (en) * | 1993-06-01 | 1995-10-10 | Midwest Research Institute | System for monitoring the growth of crystalline films on stationary substrates |
US5422902A (en) * | 1993-07-02 | 1995-06-06 | Philips Electronics North America Corporation | BeTe-ZnSe graded band gap ohmic contact to p-type ZnSe semiconductors |
JPH08139416A (ja) * | 1994-11-14 | 1996-05-31 | Sony Corp | 化合物半導体層の臨界膜厚の求め方およびそれを用いた光半導体装置の製造方法 |
EP0743686A3 (en) * | 1995-05-15 | 1998-12-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Precursor for semiconductor thin films and method for producing semiconductor thin films |
US5785756A (en) * | 1997-03-06 | 1998-07-28 | Northrop Grumman Corporation | Process for fabricating structurally robust optical coatings |
JP3525141B2 (ja) * | 1997-08-20 | 2004-05-10 | 独立行政法人 科学技術振興機構 | 抵抗率が低いn型又はp型金属シリコンの製造方法 |
US6524653B1 (en) * | 2000-11-01 | 2003-02-25 | Niponi, Llc | Cellulose-based fire retardant composition |
CA2480003A1 (en) * | 2002-03-21 | 2003-10-30 | Berkshire Laboratories, Inc. | Methods for controlling crystal growth, crystallization, structures and phases in materials and systems |
JP2004079828A (ja) * | 2002-08-20 | 2004-03-11 | Sharp Corp | Iii−v族化合物半導体レーザ素子とその製造方法 |
FR2905706B1 (fr) * | 2006-09-07 | 2009-04-17 | Commissariat Energie Atomique | Procede d'elimination par recuit des precipites dans un materiau semi conducteur ii vi |
US11926925B2 (en) * | 2019-11-12 | 2024-03-12 | The Johns Hopkins University | Molecular-beam epitaxy system comprising an infrared radiation emitting heater and a thermally conductive backing plate including an infrared-absorbing coating thereon |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS6029680A (ja) * | 1983-07-27 | 1985-02-15 | Toshiba Corp | Cmos論理回路の試験方法 |
JPS61215287A (ja) * | 1985-03-20 | 1986-09-25 | Nec Corp | 薄膜形成方法および装置 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5814644B2 (ja) * | 1975-05-14 | 1983-03-22 | 松下電器産業株式会社 | ヒカリデンソウロノセイゾウホウホウ |
JPS5372A (en) * | 1976-06-24 | 1978-01-05 | Agency Of Ind Science & Technol | Selective doping crystal growing method |
JPS57143820A (en) * | 1981-02-27 | 1982-09-06 | Toshiba Corp | Molecular beam epitaxy device |
JPS58119630A (ja) * | 1982-01-11 | 1983-07-16 | Nec Corp | 分子線結晶成長法 |
FR2542327B1 (ja) * | 1983-03-07 | 1986-03-07 | Bensoussan Marcel | |
FR2550008B1 (fr) * | 1983-07-27 | 1987-04-24 | American Telephone & Telegraph | Procede de croissance epitaxiale a selectivite spatiale utilisant des faisceaux ioniques |
JPH0669025B2 (ja) * | 1984-12-07 | 1994-08-31 | シャープ株式会社 | 半導体結晶成長装置 |
JPS61140132A (ja) * | 1984-12-12 | 1986-06-27 | Sharp Corp | 半導体結晶成長法 |
JPH07114186B2 (ja) * | 1987-03-18 | 1995-12-06 | 富士通株式会社 | ▲iii▼▲v▼族化合物半導体層の製造方法 |
US4855255A (en) * | 1988-03-23 | 1989-08-08 | Massachusetts Institute Of Technology | Tapered laser or waveguide optoelectronic method |
-
1989
- 1989-03-15 JP JP1064271A patent/JPH0717477B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-03-31 US US07/492,921 patent/US5100832A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6029680A (ja) * | 1983-07-27 | 1985-02-15 | Toshiba Corp | Cmos論理回路の試験方法 |
JPS61215287A (ja) * | 1985-03-20 | 1986-09-25 | Nec Corp | 薄膜形成方法および装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0717477B2 (ja) | 1995-03-01 |
US5100832A (en) | 1992-03-31 |
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