JPH04132698A - ＺｎＳｅ単結晶の成長方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、分子線エピタキシャル成長法を用いたＺｎＳ
ｅ単結晶の成長方法に関する。

（ロ）従来の技術 ＺｎＳｅは室温で約２，７ｅＶのバンドギャップと、直
接遷移型のバンド構造を有することから、青色発光素子
材料として注目されている。

斯るＺｎＳｅのエピタキシャル成長には、分子線エピタ
キシャル成長法（ＭＢＥ法）や有機金属化学気相成長法
（ＭＯＣＶＤ法）が用いられ、その基板として、ＺｎＳ
ｅと格子定数の近いＧａＡｓ単結晶基板が用いられてき
た。これは、従来良質なＺｎＳｅ単結晶基板の作製が困
難であったためである。

しかし、ＧａＡｓとＺｎＳｅとは格子定数が近いものの
、格子不整合が０．２％有り、また両者では熱膨張係数
が異なることから、ＧａＡｓ基板」二に成長したＺｎＳ
ｅ単結晶薄膜に残留歪みが生じ、これがＺｎＳｅ単結晶
薄膜の膜質を低下させる原因となっていた。

最近、比較的品質の良いＺｎＳｅ単結晶基板が作製可能
になってきており、ＺｎＳｅ成長用の基板としてＺｎＳ
ｅ単結晶基板が用いられるようになった（例えば、Ｊｏ
ｕｒｎａｊｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ、８６
（１９８Ｂ）。

Ｐ、　３４２−３４７）。このようにＺｎＳｅ単結晶基
板を用いることによって、格子不整合、熱膨張係数の差
等による結晶の残留歪みはなくなる。

一方、ＭＢＥ法による結晶成長においては、その成長前
に、基板表面に残留する酸化物、炭化物、あるいはその
他の付着物を蒸発除去する基板の熱処理が行われている
。例えば、ＺｎＳｅの成長の場合、上記先行技術では、
５５０℃で２〜３分の加熱を行っている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかし乍ら、ＺｎＳｅ単結晶基板の熱処理法は未だ確立
されておらず、上述の方法により熱処理した後、ＭＢＥ
法を用いて、ＺｎＳｅ単結晶基板上にＺｎＳｅを成長さ
せると、その結晶性は、ＧａＡｓ基板上に成長させたも
のに比べ劣ってしまうといった問題が生じる。

従って、本発明は、ＺｎＳｅ単結晶基板上に結晶性の良
いＺｎＳｅを成長させることを技術的課題とし、特に成
長前の基板熱処理の方法に着目するものである。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、ＺｎＳｅ基体上に、Ｚｎ分子線及びＳｅ分子
線を照射してＺｎＳｅ単結晶を成長する成長方法であっ
て、上記ＺｎＳｅ単結晶を成長するに先立ち、上記Ｚｎ
Ｓｅ基体上に、Ｚｎ分子線のみを照射し乍ら、上記Ｚｎ
Ｓｅ基体を上記ＺｎＳｅ単結晶の成長時の温度以上に昇
温することを特徴とする。

（ホ）作用 本発明方法によれば、熱処理により基板表面を清浄化し
たときの基板表面の荒れが抑えられる。

（へ）実施例 以下に本発明方法の一実施例を詳述する。

先ず、基板として面方位が（１００）のＺｎＳｅ単結晶
基板を準備し、その表面を化学的に清浄化した後、ＭＢ
Ｅ装置の成長室に搬入する。しかる後、成長室内の真空
度をＩＦ’ｔｏｒｒ以下に保持する。また、本実施例の
ＺｎＳｅ単結晶薄膜の成長に用いるＺｎ、Ｓｅの原料の
純度は夫々６　Ｎ　（９９，９９９９％）以上である。

次に、ＺｎＳｅ基板を１０℃／ｍｉｎの速度で昇温し、
基板温度が２００℃以上の温度、例えば４５０℃に達す
ると、基板に分子線強度５　Ｘ　１０−’ｔ。

ｒｒでＺｎ分子線を照射する。引き続きＺｎ分子線を照
射しながら基板の昇温を行い、基板温度が５８０℃に達
すると昇温を止め、この温度で約２０分間保持して熱処
理を行い、基板表面上に付着した酸化物、炭化物等を蒸
発させる。

しかる後、基板を１０℃／ｍｉｎの速度で降温し、４５
０℃まで下がると、Ｚｎ分子線の照射を止める。続いて
、基板温度が所定の成長温度、本実施例では３２０℃ま
で下がると、基板をこの温度に保持し、ＺｎセルからＺ
ｎ分子線をＩ　Ｘ　１０−’ｔｏｒｒ、ＳｅセルからＳ
ｅ分子線を４　Ｘ　１０−’ｔｏｒｒ、夫々基板に照射
し、ＺｎＳｅ単結晶の成長を行う。

斯る方法によって成長されたＺｎＳｅ単結晶薄膜の２１
Ｋにおけるフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを
第１図（ａ）に、その短波長領域の拡大図を同図（ｂ）
に示す。また、比較のため、成長前の熱処理時に何も照
射しないこと以外は本実施例と同じ条件で成長したＺｎ
Ｓｅ単結晶薄膜のＰＬスペクトルを第２図（ａ）、その
短波長領域の拡大図を同図（ｂ）に示す。第１図、第２
図中に記入された数値は、測定されたＰＬ強度の倍率を
示し、第１図（ａ）と第２図（ａ）、及び第１図（ｂ）
と第２図（ｂ）の縦軸の値は夫々等しくしている。

第１図（ｂ）、第２図（ｂ）において、ＦＥで示す発光
はアクセプター及びドナーに全く束縛されない励起子に
よる発光、■、で示す発光はＺｎ、Ｓｅ原料中に微量に
存在するｎ型不純物によって形成されるドナーレベルに
束縛された励起子による発光である。

第２図において、Ｔ＋’で示す４４’５．４ｎｍ付近の
発光は深いアクセプターに束縛された励起子による発光
である。斯るＩ、１発光の原因として、ＺｎＳｅ薄膜中
に取り込まれたＣｕによるものと、ＺｎＳｅ薄膜中に形
成されたＺｎ空格子によるものとが考えられている。こ
こで第２図（ａ）において、Ｃｕ−ｇｒｅｅｎで示され
、波長５３０ｎｍ付近にピークを持つ発光はＺｎＳｅ薄
膜中に取り込まれたＣｕによる発光であり、このことか
ら第２図における１１″発光はＣｕによるものと考えら
れる。また、斯るＣｕはＺｎＳｅ基板中に存在していた
ものが成長薄膜中に拡散したものである。

一方、第１図では４４５．４ｎｍ付近及び５３０ｎｍ付
近にピークを持つ発光、即ち１１″発光及び（：　Ｈ−
ｇｒｅｅｎ発光は現れていない。そこで、次に各成長薄
膜の表面から基板表面までのＣｕ濃度分布をＳＩＭＳ（
２次イオン分光）で調べた。本実施例を第３図に、比較
例を第４図に夫々示す。尚、各図の縦軸、横軸の単位は
異なっているが、夫々縦軸はＣｕの濃度に対応し、横軸
は薄膜表面からの基板表面までの位置に対応している。

先ず、第４図を見ると、基板と成長薄膜との界面付近で
Ｃｕの濃度が高くなっており、また基板内と成長薄膜内
でＣｕの濃度が同じであることが分かる。これは、成長
前の熱処理の際に、Ｚｎ、Ｓｅの蒸発によって基板表面
が荒れたため、この」二に成長されたＺｎＳｅ単結晶の
結晶性が悪くなり、基板内に存在するＣｕが成長薄膜内
に拡散しやすくなったからである。

これに対し、第３図の本実施例では、基板と成長薄膜と
の界面でＣｕの濃度の増加はみられず、また基板内に対
して成長薄膜内のＣｕ濃度が界面で急峻に変化し、且つ
低くなっていることが分かる。これは、成長前の熱処理
の際に、Ｚｎ分子線の照射により基板表面が荒れなかっ
たため、この上に結晶性の良いＺｎＳｅ単結晶が成長し
、これによって基板内のＣｕの成長薄膜内への拡散が抑
制されたからである。

以上本実施例ではＺｎＳｅ単結晶基板を用いたが、本発
明方法はＺｎＳｅ工ピタキシヤル層上に成長する場合で
も同様に適用でき、また熱処理時に照射するＺｎ分子線
の強度は５　Ｘ　１０−’ｔｏｒｒ以上とするのが好ま
しい。

（ト）発明の効果 本発明方法によれば、ＭＢＥ法によりＺｎＳｅ基体上に
ＺｎＳｅ単結晶を成長する前の熱処理時に、基板にＺｎ
分子線を照射することによって、結晶性のよいＺｎＳｅ
単結晶が成長でき、基体から成長膜へのＣｕの拡散を抑
制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明方法を用いて成長したＺｎＳｅ成
長薄膜のＰＬスペクトルを示す特性図、第１図（ｂ）は
その短波長領域の拡大図、第２図（ａ）は従来方法を用
いて成長したＺｎＳｅ成長薄膜のＰＬスペクトルを示す
特性図、第２図（ｂ）はその短波長領域の拡大図、第３
図は本発明方法を用いて成長したＺｎＳｅ成長薄膜のＣ
ｕ濃度分布図、第４図は従来方法を用いて成長したＺｎ
Ｓｅ成長薄膜のＣｕ濃度分布図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＺｎＳｅ基体上に、Ｚｎ分子線及びＳｅ分子線を
   照射してＺｎＳｅ単結晶を成長する成長方法において、
   上記ＺｎＳｅ単結晶を成長するに先立ち、上記ＺｎＳｅ
   基体上に、Ｚｎ分子線のみを照射し乍ら、上記ＺｎＳｅ
   基体を上記ＺｎＳｅ単結晶の成長時の温度以上に昇温す
   ることを特徴とするＺｎＳｅ単結晶の成長方法。