JPH05234892A - 結晶成長方法及び結晶成長用ラジカル発生装置 - Google Patents
結晶成長方法及び結晶成長用ラジカル発生装置Info
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- JPH05234892A JPH05234892A JP7846992A JP7846992A JPH05234892A JP H05234892 A JPH05234892 A JP H05234892A JP 7846992 A JP7846992 A JP 7846992A JP 7846992 A JP7846992 A JP 7846992A JP H05234892 A JPH05234892 A JP H05234892A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低抵抗、かつ、高キャリア濃度のＰ型II−VI
族化合物半導体結晶（例えば、ZnSe結晶）のエピタキシ
ャル成長方法及びその装置を提供する。 【構成】 導入ガス（窒素ガス）をＥＣＲ（電子サイク
ロトロン共鳴）のマイクロ波放電によりプラズマ分解
し、これを原料分子線が供給された基板表面へ照射し
て、成長を行なう。プラズマ分解させるラジカル発生装
置（ラジカルガン２５）の放電室（２５Ａ）の壁面（２
５Ｂ）または全体を、成長結晶させる構成元素（原料分
子線）またはその混合物で形成しておく。
族化合物半導体結晶（例えば、ZnSe結晶）のエピタキシ
ャル成長方法及びその装置を提供する。 【構成】 導入ガス（窒素ガス）をＥＣＲ（電子サイク
ロトロン共鳴）のマイクロ波放電によりプラズマ分解
し、これを原料分子線が供給された基板表面へ照射し
て、成長を行なう。プラズマ分解させるラジカル発生装
置（ラジカルガン２５）の放電室（２５Ａ）の壁面（２
５Ｂ）または全体を、成長結晶させる構成元素（原料分
子線）またはその混合物で形成しておく。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物薄膜の結晶成長
方法に係り、特に、青色発光ダイオードや短波長レーザ
などの発光素子に用いるII−VI族化合物半導体結晶のエ
ピタキシャル成長方法として好適な結晶成長方法及び結
晶成長用ラジカル発生装置に関するものである。
方法に係り、特に、青色発光ダイオードや短波長レーザ
などの発光素子に用いるII−VI族化合物半導体結晶のエ
ピタキシャル成長方法として好適な結晶成長方法及び結
晶成長用ラジカル発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】II−VI族化合物のエピタキシャル成長方
法としてＭＢＥ（Molecular BeamEpitaxy、分子線エピ
タキシャル成長）法がある。ＭＢＥ法は、超高真空蒸着
法の一種で、原料分子線を基板にあてて薄膜成長させる
方法である。また、II−VI族化合物半導体（結晶）の中
で、ZnSeは室温で2.7eV の直接遷移型のバンド構造を有
するため、青色ＬＥＤ（発光ダイオード）や青色ＬＤ
（レーザダイオード）の材料として期待されている。そ
して、これら半導体デバイスの開発をするには、できる
限り低抵抗のＰ型結晶及びＮ型結晶が必要不可欠であ
る。
法としてＭＢＥ（Molecular BeamEpitaxy、分子線エピ
タキシャル成長）法がある。ＭＢＥ法は、超高真空蒸着
法の一種で、原料分子線を基板にあてて薄膜成長させる
方法である。また、II−VI族化合物半導体（結晶）の中
で、ZnSeは室温で2.7eV の直接遷移型のバンド構造を有
するため、青色ＬＥＤ（発光ダイオード）や青色ＬＤ
（レーザダイオード）の材料として期待されている。そ
して、これら半導体デバイスの開発をするには、できる
限り低抵抗のＰ型結晶及びＮ型結晶が必要不可欠であ
る。
【０００３】従来より、Ｎ型結晶については、ドーピン
グ材料にZnCl2 を用いて分子線蒸発セルよりCl,Ze,Seビ
ームを同時に基板へ照射させてZnSeをＭＢＥ成長させ、
キャリア濃度１×１０18cm-3，比抵抗３×１０-3Ωcmの
低抵抗の比較的良好なＮ型結晶が得られている。（例え
ば、文献 J.Appl.Phys 62(1987)3216参照)一方、Ｐ型
結晶については、Ｌ−カップリング型の高周波（13.56M
Hz) 無電極放電管にＮ2 ガスを導入することにより窒素
ラジカルを生成し、そのラジカルをZe,Se ビームと同様
に基板に照射してZnSeをＭＢＥ成長させ、キャリア濃度
４．４×１０15cm-3，比抵抗１６ΩcmのＰ型結晶が得ら
れている。（例えば、文献Japan.J.Appl.Phys 30(1991)
L152参照)
グ材料にZnCl2 を用いて分子線蒸発セルよりCl,Ze,Seビ
ームを同時に基板へ照射させてZnSeをＭＢＥ成長させ、
キャリア濃度１×１０18cm-3，比抵抗３×１０-3Ωcmの
低抵抗の比較的良好なＮ型結晶が得られている。（例え
ば、文献 J.Appl.Phys 62(1987)3216参照)一方、Ｐ型
結晶については、Ｌ−カップリング型の高周波（13.56M
Hz) 無電極放電管にＮ2 ガスを導入することにより窒素
ラジカルを生成し、そのラジカルをZe,Se ビームと同様
に基板に照射してZnSeをＭＢＥ成長させ、キャリア濃度
４．４×１０15cm-3，比抵抗１６ΩcmのＰ型結晶が得ら
れている。（例えば、文献Japan.J.Appl.Phys 30(1991)
L152参照)
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＰ型結
晶の成長方法、すなわち無電極放電管を利用した方法で
は、高密度プラズマが得られず、また、原子への解離が
生じない。このため、上述したように、Ｎ型結晶と比較
してキャリア濃度が低く、比抵抗が高いＰ型結晶しか得
られなかった。また、無電極放電管を利用した方法で
は、高密度のプラズマを得るために多大な高周波出力が
必要であり、工業生産上不利である。さらに、無電極放
電管を利用した方法では低真空でないとプラズマが発生
しないので、成長室の真空度が悪化してＭＢＥ成長へ悪
影響を及ぼすなどの欠点があった。さらに、無電極放電
管を利用した方法では、放電室を構成するＳｉＯ2 など
が不純物として、結晶中に混入してしまうなどの問題点
もあった。
晶の成長方法、すなわち無電極放電管を利用した方法で
は、高密度プラズマが得られず、また、原子への解離が
生じない。このため、上述したように、Ｎ型結晶と比較
してキャリア濃度が低く、比抵抗が高いＰ型結晶しか得
られなかった。また、無電極放電管を利用した方法で
は、高密度のプラズマを得るために多大な高周波出力が
必要であり、工業生産上不利である。さらに、無電極放
電管を利用した方法では低真空でないとプラズマが発生
しないので、成長室の真空度が悪化してＭＢＥ成長へ悪
影響を及ぼすなどの欠点があった。さらに、無電極放電
管を利用した方法では、放電室を構成するＳｉＯ2 など
が不純物として、結晶中に混入してしまうなどの問題点
もあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、化合物薄膜の分子線エピタキシャル成長方
法であって、導入ガスをマイクロ波放電によりプラズマ
分解し、これを原料分子線が供給された基板表面へ照射
して成長を行なうようにした結晶成長方法を提供するも
のである。
するために、化合物薄膜の分子線エピタキシャル成長方
法であって、導入ガスをマイクロ波放電によりプラズマ
分解し、これを原料分子線が供給された基板表面へ照射
して成長を行なうようにした結晶成長方法を提供するも
のである。
【０００６】さらに、上記の結晶成長方法で使用される
ラジカル発生装置であって、マイクロ波放電によりプラ
ズマを発生させる放電室中、プラズマが接触する部分
を、原料分子線を構成する材料で形成した結晶成長用ラ
ジカル発生装置を提供するものである。
ラジカル発生装置であって、マイクロ波放電によりプラ
ズマを発生させる放電室中、プラズマが接触する部分
を、原料分子線を構成する材料で形成した結晶成長用ラ
ジカル発生装置を提供するものである。
【０００７】
【作用】上記結晶成長方法によれば、マイクロ波放電に
より高密度プラズマ状態が生じて、ラジカル（高い励起
状態にある電気的中性の原子・分子）が発生する。この
ラジカルは基板に照射され、基板に付着したラジカルが
励起エネルギー、化学エネルギーを基板表面で解放して
表面反応を高め、導入ガスの原子及び分子が解離して原
子が基板結晶中に取り込まれる。
より高密度プラズマ状態が生じて、ラジカル（高い励起
状態にある電気的中性の原子・分子）が発生する。この
ラジカルは基板に照射され、基板に付着したラジカルが
励起エネルギー、化学エネルギーを基板表面で解放して
表面反応を高め、導入ガスの原子及び分子が解離して原
子が基板結晶中に取り込まれる。
【０００８】上記結晶成長用ラジカル発生装置によれ
ば、放電室内で生成されたプラズマによりスパッタリン
グされた放電室材料が結晶中に取込まれても、結晶成長
材料（原料分子線）と同一材料であるため、不純物とは
ならない。
ば、放電室内で生成されたプラズマによりスパッタリン
グされた放電室材料が結晶中に取込まれても、結晶成長
材料（原料分子線）と同一材料であるため、不純物とは
ならない。
【０００９】
【実施例】（実施例１）本発明なる結晶成長方法の一実
施例を以下図面と共に詳細に説明する。図１は、結晶成
長方法を実現するＭＢＥ（ Moleculer Beam Epitaxy ）
装置（２０）である。同図において、２１はチャンバ、
２２，２３は固体原料（Ｓｍ）を加熱蒸発する分子線蒸
発源セル、２４は液体窒素シュラウドである。ＭＢＥ装
置２０には、チャンバ２１の中心部に基板支持台２６が
配置され、この基板支持台２６上に半導体基板結晶１５
を支持するようになっている。２７は各分子線セル２２
及び２３の分子線の出射口２２ａ及び２３ａの前面部に
設置されたセルシャッタである。２８はメインシャッタ
であり、前記支持台２６の前面部に設置されている。な
お、３１は半導体基板結晶（結晶基板）１５を加熱する
加熱用ヒータである。
施例を以下図面と共に詳細に説明する。図１は、結晶成
長方法を実現するＭＢＥ（ Moleculer Beam Epitaxy ）
装置（２０）である。同図において、２１はチャンバ、
２２，２３は固体原料（Ｓｍ）を加熱蒸発する分子線蒸
発源セル、２４は液体窒素シュラウドである。ＭＢＥ装
置２０には、チャンバ２１の中心部に基板支持台２６が
配置され、この基板支持台２６上に半導体基板結晶１５
を支持するようになっている。２７は各分子線セル２２
及び２３の分子線の出射口２２ａ及び２３ａの前面部に
設置されたセルシャッタである。２８はメインシャッタ
であり、前記支持台２６の前面部に設置されている。な
お、３１は半導体基板結晶（結晶基板）１５を加熱する
加熱用ヒータである。
【００１０】また、２５は導入ガス（例えば窒素）をマ
イクロ波放電によりプラズマ分解し、窒素プラズマを半
導体基板結晶１５の表面へ照射するラジカルガンであ
る。ラジカルガンは、例えばＥＣＲ（電子サイクロトロ
ン共鳴）プラズマを生成するラジカル発生装置である。
図２に示すように、ラジカルガン２５は、放電室２５
Ａ、マグネット３２、アンテナ３３、ガス導入管３４、
アパーチャー３５で構成されており、ＭＢＥ装置２０に
取付けられている（図１参照）。ガス導入管３４には、
ドーピング用の窒素ガスが供給されている。なお、後に
詳述するように、放電室２５Ａの壁面または全体を、成
長結晶させる構成元素（例えば、Ｚｎ）またはその混合
物で形成しておくと良い。
イクロ波放電によりプラズマ分解し、窒素プラズマを半
導体基板結晶１５の表面へ照射するラジカルガンであ
る。ラジカルガンは、例えばＥＣＲ（電子サイクロトロ
ン共鳴）プラズマを生成するラジカル発生装置である。
図２に示すように、ラジカルガン２５は、放電室２５
Ａ、マグネット３２、アンテナ３３、ガス導入管３４、
アパーチャー３５で構成されており、ＭＢＥ装置２０に
取付けられている（図１参照）。ガス導入管３４には、
ドーピング用の窒素ガスが供給されている。なお、後に
詳述するように、放電室２５Ａの壁面または全体を、成
長結晶させる構成元素（例えば、Ｚｎ）またはその混合
物で形成しておくと良い。
【００１１】上記のように構成されたＭＢＥ装置２０を
用いて以下のように結晶成長が行なわれる。ＭＢＥ装置
２０の分子線蒸発源セル２２にはIIｂ族の原料、例えば
Ｚｎが充填され、同分子線蒸発源セル２３にはVIｂ族の
原料、例えばＳｅが充填されている。さらに、ラジカル
ガン２５に接続されたボンベ２９にはVb族の例えばＮ2
が封入されている。
用いて以下のように結晶成長が行なわれる。ＭＢＥ装置
２０の分子線蒸発源セル２２にはIIｂ族の原料、例えば
Ｚｎが充填され、同分子線蒸発源セル２３にはVIｂ族の
原料、例えばＳｅが充填されている。さらに、ラジカル
ガン２５に接続されたボンベ２９にはVb族の例えばＮ2
が封入されている。
【００１２】そして、分子線蒸発源セル２２，２３を所
望の分子線量になるように加熱保持して、分子線蒸発源
セル２２よりＺｎ分子を蒸発させ、分子線蒸発源セル２
３よりＳｅ分子を蒸発させる。さらに、ボンベ２９より
Ｎ2 ガスをＭＦＣ（MassflowController ）３０により
流量制御し、ガス導入管３４より放電室２５Ａに導入す
る。マイクロ波電源３６からマイクロ波（電流）を供給
してアンテナ３３より2.45GHz のマイクロ波を印加する
と、放電室２５Ａ内でマイクロ波放電が発生し、窒素ラ
ジカルが生成する。発生した窒素ラジカルはアパーチャ
ー３５から差圧により結晶基板１５へ照射される（図２
参照）。ＥＣＲプラズマ、すなわちマイクロ波放電を利
用することにより、高密度のプラズマ（１０12cm-3）が
作成でき、窒素ラジカル（高い励起状態にある電気的中
性の窒素原子、分子）を発生させることができる。な
お、マイクロ波放電では導入パワーの９０パーセント以
上を放電吸収することが可能である。
望の分子線量になるように加熱保持して、分子線蒸発源
セル２２よりＺｎ分子を蒸発させ、分子線蒸発源セル２
３よりＳｅ分子を蒸発させる。さらに、ボンベ２９より
Ｎ2 ガスをＭＦＣ（MassflowController ）３０により
流量制御し、ガス導入管３４より放電室２５Ａに導入す
る。マイクロ波電源３６からマイクロ波（電流）を供給
してアンテナ３３より2.45GHz のマイクロ波を印加する
と、放電室２５Ａ内でマイクロ波放電が発生し、窒素ラ
ジカルが生成する。発生した窒素ラジカルはアパーチャ
ー３５から差圧により結晶基板１５へ照射される（図２
参照）。ＥＣＲプラズマ、すなわちマイクロ波放電を利
用することにより、高密度のプラズマ（１０12cm-3）が
作成でき、窒素ラジカル（高い励起状態にある電気的中
性の窒素原子、分子）を発生させることができる。な
お、マイクロ波放電では導入パワーの９０パーセント以
上を放電吸収することが可能である。
【００１３】この窒素ラジカルを結晶基板１５へ照射す
ると、付着した窒素ラジカルが化学エネルギー、励起エ
ネルギーを結晶基板１５の表面上で解放し、表面反応が
高まり結晶中へ取込まれ、Ｐ型ZnSe結晶が得られる。ま
た、ＥＣＲプラズマは放電室内圧力１０-2〜１０-5Torr
で放電が発生するため、成長室内をより高真空に維持す
ることができＭＢＥ成長を阻害することがない。
ると、付着した窒素ラジカルが化学エネルギー、励起エ
ネルギーを結晶基板１５の表面上で解放し、表面反応が
高まり結晶中へ取込まれ、Ｐ型ZnSe結晶が得られる。ま
た、ＥＣＲプラズマは放電室内圧力１０-2〜１０-5Torr
で放電が発生するため、成長室内をより高真空に維持す
ることができＭＢＥ成長を阻害することがない。
【００１４】（具体例）前述した図１及び図２に示した
ラジカルガン２５を用いて、ZnSeのＰ型成長を行なっ
た。ＭＢＥ成長において、ラジカルの発生には窒素ガス
（100 パーセント）を用いてマイクロ波放電を行なわせ
た。放電室２５Ａに窒素ガスを１sccm流し、2.45GHz の
マイクロ波を100W印加してラジカルを発生させた。な
お、マグネット３２の磁束は 875Gauss である。発生し
たラジカルは直径１mmのアパーチャー３５より予め真空
排気された１０-10 Torr の（ＭＢＥ装置２０の）成長
室に導入した。
ラジカルガン２５を用いて、ZnSeのＰ型成長を行なっ
た。ＭＢＥ成長において、ラジカルの発生には窒素ガス
（100 パーセント）を用いてマイクロ波放電を行なわせ
た。放電室２５Ａに窒素ガスを１sccm流し、2.45GHz の
マイクロ波を100W印加してラジカルを発生させた。な
お、マグネット３２の磁束は 875Gauss である。発生し
たラジカルは直径１mmのアパーチャー３５より予め真空
排気された１０-10 Torr の（ＭＢＥ装置２０の）成長
室に導入した。
【００１５】このラジカルと各々7.6 ×10-7Torr,1.5×
10-6Torrに蒸気圧を調整したZeとSe分子線を、予め高抵
抗ZnSe薄膜を成長させた（１００）GaAs基板へ同時照射
し、Ｐ型ZnSe結晶を成長させた。成長時、基板の温度は
250 度、成長中の圧力は約１０-8 Torrであった。成長
したＰ型ZnSe薄膜を室温でホール測定したところ、キャ
リア濃度5.3 ×1017cm-3, 比抵抗0.6 オームcmの特性が
再現性良く得られた。
10-6Torrに蒸気圧を調整したZeとSe分子線を、予め高抵
抗ZnSe薄膜を成長させた（１００）GaAs基板へ同時照射
し、Ｐ型ZnSe結晶を成長させた。成長時、基板の温度は
250 度、成長中の圧力は約１０-8 Torrであった。成長
したＰ型ZnSe薄膜を室温でホール測定したところ、キャ
リア濃度5.3 ×1017cm-3, 比抵抗0.6 オームcmの特性が
再現性良く得られた。
【００１６】なお、本発明において、結晶はZnSeに限っ
たものではなく他のII-VI 族化合物半導体でも同様の効
果が得られる。ＭＢＥ方法も、ＧＳＭＢＥ（ガスソース
分子線エピタキシャル成長）に限らず、ＭＯＭＢＥ（有
機金属分子線エピタキシャル成長）でも良い。
たものではなく他のII-VI 族化合物半導体でも同様の効
果が得られる。ＭＢＥ方法も、ＧＳＭＢＥ（ガスソース
分子線エピタキシャル成長）に限らず、ＭＯＭＢＥ（有
機金属分子線エピタキシャル成長）でも良い。
【００１７】以上詳述したように、窒素ガスをＥＣＲ
（電子サイクロトロン共鳴）のマイクロ波放電によりプ
ラズマ分解し、これを原料分子線が供給された結晶基板
１５の表面へ照射して、成長を行なうようにし、すなわ
ち、プラズマで作成したラジカル（例えば、窒素ラジカ
ル）を結晶成長に用いるようにしたので、低抵抗、か
つ、高キャリア濃度であるＰ型化合物薄膜（例えば、Zn
Se結晶）が再現性良く得られる。
（電子サイクロトロン共鳴）のマイクロ波放電によりプ
ラズマ分解し、これを原料分子線が供給された結晶基板
１５の表面へ照射して、成長を行なうようにし、すなわ
ち、プラズマで作成したラジカル（例えば、窒素ラジカ
ル）を結晶成長に用いるようにしたので、低抵抗、か
つ、高キャリア濃度であるＰ型化合物薄膜（例えば、Zn
Se結晶）が再現性良く得られる。
【００１８】また、マイクロ波放電では、放電圧力が低
いため成長室の圧力を低くできる。したがって、成長室
の真空度を良くでき、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成
長）に悪影響を与えることがない。さらに、マイクロ波
放電では、マイクロ波導入パワーの９０パーセント以上
を放電に利用できるため工業上有利である。
いため成長室の圧力を低くできる。したがって、成長室
の真空度を良くでき、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成
長）に悪影響を与えることがない。さらに、マイクロ波
放電では、マイクロ波導入パワーの９０パーセント以上
を放電に利用できるため工業上有利である。
【００１９】（実施例２）次に、本結晶成長法を実施す
るのに好適なラジカルガンについて説明する。従来のラ
ジカルガンはプラズマに接触する壁面（放電室２５Ａの
壁面）がｓｕｓ材（ステンレス材）で構成されているこ
とが多い。このため、プラズマにさらされると、ｓｕｓ
材がスパッタリングされ、ｓｕｓ材の構成物質（Ｃｒ，
Ｆｅ，Ｎｉ）が結晶中に混入する。これらが結晶中に混
入すると、結晶中に深い不純物準位が形成されたり格子
欠陥が生じて、結晶品質が劣化することがある（後述す
る図３（Ｂ）参照）。結晶品質が劣化すると、デバイス
としたときの信頼性が低下してしまう。
るのに好適なラジカルガンについて説明する。従来のラ
ジカルガンはプラズマに接触する壁面（放電室２５Ａの
壁面）がｓｕｓ材（ステンレス材）で構成されているこ
とが多い。このため、プラズマにさらされると、ｓｕｓ
材がスパッタリングされ、ｓｕｓ材の構成物質（Ｃｒ，
Ｆｅ，Ｎｉ）が結晶中に混入する。これらが結晶中に混
入すると、結晶中に深い不純物準位が形成されたり格子
欠陥が生じて、結晶品質が劣化することがある（後述す
る図３（Ｂ）参照）。結晶品質が劣化すると、デバイス
としたときの信頼性が低下してしまう。
【００２０】そこで、図２に示すラジカルガン２５の放
電室２５Ａの壁面（図中、一点鎖線で示す壁面２５Ｂ）
または全体を、成長結晶させる構成元素（例えば、Ｚ
ｎ）またはその混合物で形成しておく。このように形成
すると、放電室２５Ａ内で生成されたプラズマによりス
パッタリングされた放電室材料が結晶中に取込まれて
も、結晶成長材料と同一材料であるため、不純物とはな
らない。
電室２５Ａの壁面（図中、一点鎖線で示す壁面２５Ｂ）
または全体を、成長結晶させる構成元素（例えば、Ｚ
ｎ）またはその混合物で形成しておく。このように形成
すると、放電室２５Ａ内で生成されたプラズマによりス
パッタリングされた放電室材料が結晶中に取込まれて
も、結晶成長材料と同一材料であるため、不純物とはな
らない。
【００２１】（具体例）ラジカルガン２５の放電室２５
Ａの壁面を、成長結晶させる構成元素（Ｚｎ）で形成し
た装置で、ＺｎＳｅのＰ型成長を行った。ＭＢＥ成長に
おいて、ラジカルの発生には窒素ガス（100 パーセン
ト）を用いてマンクロ波放電を行なわせた。放電室２５
Ａに窒素ガスを１sccm流し、2.45GHz のマイクロ波を10
0W印加してラジカルを発生させた。なお、マグネット３
２磁束は 875Gauss である。発生したラジカルは直径１
mmのアパーチャー３５より予め真空排気された１０-10
Torrの（ＭＢＥ装置２０の）成長室に導入した。
Ａの壁面を、成長結晶させる構成元素（Ｚｎ）で形成し
た装置で、ＺｎＳｅのＰ型成長を行った。ＭＢＥ成長に
おいて、ラジカルの発生には窒素ガス（100 パーセン
ト）を用いてマンクロ波放電を行なわせた。放電室２５
Ａに窒素ガスを１sccm流し、2.45GHz のマイクロ波を10
0W印加してラジカルを発生させた。なお、マグネット３
２磁束は 875Gauss である。発生したラジカルは直径１
mmのアパーチャー３５より予め真空排気された１０-10
Torrの（ＭＢＥ装置２０の）成長室に導入した。
【００２２】このラジカルと各々7.6 ×10-7Torr,1.5×
10-6Torr に蒸気圧を調整したZeとSe分子線を、予め高
抵抗ZnSe薄膜を成長させた（１００）GaAs基板へ同時照
射し、Ｐ型ZnSe結晶を成長させた。成長時、基板の温度
は250 度、成長中は約１０-8Torrであった。成長したＰ
型ZnSeをＳＩＭＳ分析したところ、図３に示すように、
Ｚｎ，Ｓｅ，Ｎ以外の元素は認められず、不純物は混入
していなかった。なお、同図（Ａ）はラジカルガン２５
の放電室２５Ａの壁面を、成長結晶させる構成元素（Ｚ
ｎ）で形成した装置によるもの、同図（Ｂ）は従来のラ
ジカルガン装置によるものである。
10-6Torr に蒸気圧を調整したZeとSe分子線を、予め高
抵抗ZnSe薄膜を成長させた（１００）GaAs基板へ同時照
射し、Ｐ型ZnSe結晶を成長させた。成長時、基板の温度
は250 度、成長中は約１０-8Torrであった。成長したＰ
型ZnSeをＳＩＭＳ分析したところ、図３に示すように、
Ｚｎ，Ｓｅ，Ｎ以外の元素は認められず、不純物は混入
していなかった。なお、同図（Ａ）はラジカルガン２５
の放電室２５Ａの壁面を、成長結晶させる構成元素（Ｚ
ｎ）で形成した装置によるもの、同図（Ｂ）は従来のラ
ジカルガン装置によるものである。
【００２３】また、成長したＰ型ZnSeをＰＬ（Photolum
inescence)測定したところ、図４に示すように、深い準
位からの発光のない良好な発光特性を有するＺｎＳｅ結
晶が再現性よく得られた。
inescence)測定したところ、図４に示すように、深い準
位からの発光のない良好な発光特性を有するＺｎＳｅ結
晶が再現性よく得られた。
【００２４】さらに、本発明は、導入ガスをＥＣＲ（電
子サイクロトロン共鳴）によるマイクロ波放電によりプ
ラズマ分解して結晶成長するようにしたものであるか
ら、ラジカルガンの放電室（の壁面）を成長結晶させる
構成元素（その多くが金属材であり、導電体である）で
形成することができ、このように形成することにより成
長した結晶に不純物が混入することを極めて効果的に防
止できるものである。なお、無電極放電管を利用する従
来の方法では、放電室を絶縁物で構成する必要があるの
で、その放電室を成長結晶させる構成元素である金属材
で形成することはできず、不純物の混入を効果的に防止
することができなかったものである。
子サイクロトロン共鳴）によるマイクロ波放電によりプ
ラズマ分解して結晶成長するようにしたものであるか
ら、ラジカルガンの放電室（の壁面）を成長結晶させる
構成元素（その多くが金属材であり、導電体である）で
形成することができ、このように形成することにより成
長した結晶に不純物が混入することを極めて効果的に防
止できるものである。なお、無電極放電管を利用する従
来の方法では、放電室を絶縁物で構成する必要があるの
で、その放電室を成長結晶させる構成元素である金属材
で形成することはできず、不純物の混入を効果的に防止
することができなかったものである。
【００２５】
【発明の効果】本発明になる結晶成長方法は、化合物薄
膜の分子線エピタキシャル成長方法であって、導入ガス
をマイクロ波放電によりプラズマ分解し、これを原料分
子線が供給された基板表面へ照射して成長を行なうよう
にしたものであるから、マイクロ波放電で生成されたラ
ジカル（例えば、窒素ラジカル）を結晶成長に用いるこ
とで、低抵抗、かつ、高キャリア濃度のＰ型化合物薄膜
（例えば、ZnSe結晶）が再現性良く得られる。
膜の分子線エピタキシャル成長方法であって、導入ガス
をマイクロ波放電によりプラズマ分解し、これを原料分
子線が供給された基板表面へ照射して成長を行なうよう
にしたものであるから、マイクロ波放電で生成されたラ
ジカル（例えば、窒素ラジカル）を結晶成長に用いるこ
とで、低抵抗、かつ、高キャリア濃度のＰ型化合物薄膜
（例えば、ZnSe結晶）が再現性良く得られる。
【００２５】また、本発明になる結晶成長用ラジカル発
生装置は、マイクロ波放電によりプラズマを発生させる
放電室中、プラズマが接触する部分を、原料分子線を構
成する材料で形成したものであるから、放電室内で生成
されたプラズマによりスパッタリングされた放電室材料
が結晶中に取込まれても、結晶成長材料（原料分子線）
と同一材料であるため、不純物とはならない。したがっ
て、不純物が結晶中に混入して、結晶中に深い不純物準
位が形成されたり格子欠陥が生じて、結晶品質が劣化す
ることがなく、デバイスとしたときの信頼性が向上す
る。
生装置は、マイクロ波放電によりプラズマを発生させる
放電室中、プラズマが接触する部分を、原料分子線を構
成する材料で形成したものであるから、放電室内で生成
されたプラズマによりスパッタリングされた放電室材料
が結晶中に取込まれても、結晶成長材料（原料分子線）
と同一材料であるため、不純物とはならない。したがっ
て、不純物が結晶中に混入して、結晶中に深い不純物準
位が形成されたり格子欠陥が生じて、結晶品質が劣化す
ることがなく、デバイスとしたときの信頼性が向上す
る。
【図１】本発明になる結晶成長方法の一実施例を実現す
るＭＢＥ（ Moleculer BeamEpitaxy ）装置の概略図で
ある。
るＭＢＥ（ Moleculer BeamEpitaxy ）装置の概略図で
ある。
【図２】ＭＢＥ装置のＥＣＲ（電子サイクロトロン共
鳴）ラジカルガンの断面図である。
鳴）ラジカルガンの断面図である。
【図３】（Ａ）はラジカルガンの放電室の壁面を成長結
晶させる構成元素で形成した装置で結晶成長させた結晶
物のＳＩＭＳ分析結果を示す図、（Ｂ）は従来のラジカ
ルガン装置で結晶成長させた結晶物のＳＩＭＳ分析結果
を示す図である。
晶させる構成元素で形成した装置で結晶成長させた結晶
物のＳＩＭＳ分析結果を示す図、（Ｂ）は従来のラジカ
ルガン装置で結晶成長させた結晶物のＳＩＭＳ分析結果
を示す図である。
【図４】ラジカルガンの放電室の壁面を成長結晶させる
構成元素で形成した装置で結晶成長させた結晶物のＰＬ
測定結果を示す図である。
構成元素で形成した装置で結晶成長させた結晶物のＰＬ
測定結果を示す図である。
１５…基板結晶、１８…加熱用ヒータ２０…ＧＳＭＢＥ
装置、２１…チャンバ、２２…分子線蒸発源セル、２２
ａ…出射口、２３…分子線蒸発源セル、２３ａ…出射
口、２４…シュラウド、２５…ラジカルガン、２５Ａ…
放電室、２５Ｂ…放電室の壁面、２６…基板支持台、２
７…セルシャッタ、２８…メインシャッタ、２９…ボン
ベ、３０…ＭＦＣ、３２…マグネット、３３…アンテ
ナ、３４…ガス導入管、３５…アパーチャ、３６…マイ
クロ波電源。
装置、２１…チャンバ、２２…分子線蒸発源セル、２２
ａ…出射口、２３…分子線蒸発源セル、２３ａ…出射
口、２４…シュラウド、２５…ラジカルガン、２５Ａ…
放電室、２５Ｂ…放電室の壁面、２６…基板支持台、２
７…セルシャッタ、２８…メインシャッタ、２９…ボン
ベ、３０…ＭＦＣ、３２…マグネット、３３…アンテ
ナ、３４…ガス導入管、３５…アパーチャ、３６…マイ
クロ波電源。
Claims (2)
- 【請求項１】化合物薄膜の分子線エピタキシャル成長方
法であって、導入ガスをマイクロ波放電によりプラズマ
分解し、これを原料分子線が供給された基板表面へ照射
して成長を行なうようにしたことを特徴とする結晶成長
方法。 - 【請求項２】請求項１記載の結晶成長方法で使用される
ラジカル発生装置であって、マイクロ波放電によりプラ
ズマを発生させる放電室中、プラズマが接触する部分
を、原料分子線を構成する材料で形成したことを特徴と
する結晶成長用ラジカル発生装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36061591 | 1991-12-27 | ||
| JP3-360615 | 1991-12-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05234892A true JPH05234892A (ja) | 1993-09-10 |
Family
ID=18470172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7846992A Pending JPH05234892A (ja) | 1991-12-27 | 1992-02-28 | 結晶成長方法及び結晶成長用ラジカル発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05234892A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07263766A (ja) * | 1994-03-24 | 1995-10-13 | Agency Of Ind Science & Technol | 金属窒化物単結晶薄膜育成法および装置 |
| EP0714122A4 (en) * | 1994-06-09 | 1997-05-28 | Sony Corp | METHOD FOR PRODUCING A NITROGEN-Doped SEMICONDUCTIVE LAYER FROM GROUP II-IV |
| JPH11135885A (ja) * | 1997-10-30 | 1999-05-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体の製造方法及び半導体レーザ装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62229823A (ja) * | 1986-03-29 | 1987-10-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 不純物添加化合物半導体結晶の成長方法 |
| JPS63303889A (ja) * | 1987-05-30 | 1988-12-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体結晶薄膜製造装置 |
| JPH0221598A (ja) * | 1988-07-07 | 1990-01-24 | Nissin Electric Co Ltd | Ｅｃｒプラズマ源およびその内壁膜の形成方法 |
| JPH03185816A (ja) * | 1989-12-15 | 1991-08-13 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 分子線結晶成長方法 |
| JPH04338633A (ja) * | 1991-05-15 | 1992-11-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体薄膜への不純物添加方法と分子線結晶成長装置 |
-
1992
- 1992-02-28 JP JP7846992A patent/JPH05234892A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62229823A (ja) * | 1986-03-29 | 1987-10-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 不純物添加化合物半導体結晶の成長方法 |
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| JPH03185816A (ja) * | 1989-12-15 | 1991-08-13 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 分子線結晶成長方法 |
| JPH04338633A (ja) * | 1991-05-15 | 1992-11-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体薄膜への不純物添加方法と分子線結晶成長装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07263766A (ja) * | 1994-03-24 | 1995-10-13 | Agency Of Ind Science & Technol | 金属窒化物単結晶薄膜育成法および装置 |
| EP0714122A4 (en) * | 1994-06-09 | 1997-05-28 | Sony Corp | METHOD FOR PRODUCING A NITROGEN-Doped SEMICONDUCTIVE LAYER FROM GROUP II-IV |
| US5865897A (en) * | 1994-06-09 | 1999-02-02 | Sony Corporation | Method of producing film of nitrogen-doped II-VI group compound semiconductor |
| JPH11135885A (ja) * | 1997-10-30 | 1999-05-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体の製造方法及び半導体レーザ装置 |
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