JPH06314652A - 結晶成長方法及びその装置 - Google Patents
結晶成長方法及びその装置Info
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- JPH06314652A JPH06314652A JP12515393A JP12515393A JPH06314652A JP H06314652 A JPH06314652 A JP H06314652A JP 12515393 A JP12515393 A JP 12515393A JP 12515393 A JP12515393 A JP 12515393A JP H06314652 A JPH06314652 A JP H06314652A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 導入ガスをプラズマ分解し、発生したラジカ
ルを利用して、エピタキシャル成長させる方法（装置）
の改良である。プラズマ分解によりラジカルと同時に発
生したイオン及び電子を結晶成長から排除して、高品質
なＰ型II−VI族化合物半導体結晶（例えば、ZnSe結晶）
が得られるようにする。 【構成】 導入ガス（窒素ガス）をラジカルガン２５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Ｋの表面へ照射して成長を行なう。ラジカルの照射経
路内に電場を発生させる装置（基板Ｋの基板支持台２６
にバイアス電源３７でバイアス電圧をかけた構成）を設
けて、プラズマ分解により生じたイオン（高い励起状態
にあり、反応性が強く、電気的に中性でない原子・分
子）及び電子を、チャンバ２１内の基板Ｋの表面外へ誘
導排除する。
ルを利用して、エピタキシャル成長させる方法（装置）
の改良である。プラズマ分解によりラジカルと同時に発
生したイオン及び電子を結晶成長から排除して、高品質
なＰ型II−VI族化合物半導体結晶（例えば、ZnSe結晶）
が得られるようにする。 【構成】 導入ガス（窒素ガス）をラジカルガン２５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Ｋの表面へ照射して成長を行なう。ラジカルの照射経
路内に電場を発生させる装置（基板Ｋの基板支持台２６
にバイアス電源３７でバイアス電圧をかけた構成）を設
けて、プラズマ分解により生じたイオン（高い励起状態
にあり、反応性が強く、電気的に中性でない原子・分
子）及び電子を、チャンバ２１内の基板Ｋの表面外へ誘
導排除する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物薄膜の結晶成長
方法及びその装置に係り、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に使用して好適な結晶成
長方法及びその装置に関するものである。
方法及びその装置に係り、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に使用して好適な結晶成
長方法及びその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（13.56MHz) 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.Phy
s 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（13.56MHz) 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.Phy
s 30(1991)L152参照)
【０００４】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、高密度なプラズ
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。
わち無電極放電管を利用した方法では、高密度なプラズ
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。
【０００５】そこで、本出願人は、新たな結晶成長方法
を発明し出願している（特願平３−３６０６１５号）。
これは、導入ガス（例えば、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
して成長を行なうものである。
を発明し出願している（特願平３−３６０６１５号）。
これは、導入ガス（例えば、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
して成長を行なうものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなプラズマ分解を利用した結晶成長方法（それを実施
する装置）では、例えばマイクロ波放電により導入ガス
をプラズマ分解した時、ラジカル（励起状態にある電気
的に中性な原子・分子）が発生すると共に、イオン（高
い励起状態にあり、反応性が強く、電気的に中性でない
原子・分子）及び電子が発生する。そして、発生したイ
オンが結晶成長させる基板に照射供給されて、結晶品質
が悪化する問題があった。
うなプラズマ分解を利用した結晶成長方法（それを実施
する装置）では、例えばマイクロ波放電により導入ガス
をプラズマ分解した時、ラジカル（励起状態にある電気
的に中性な原子・分子）が発生すると共に、イオン（高
い励起状態にあり、反応性が強く、電気的に中性でない
原子・分子）及び電子が発生する。そして、発生したイ
オンが結晶成長させる基板に照射供給されて、結晶品質
が悪化する問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題を解決するために、例えば、図１に示すように、導入
ガス（例えば、窒素ガス）をプラズマ分解してラジカル
を発生させ、このラジカルを原料分子線（例えば、Ｚ
ｎ，Ｓｅ）が供給されたチャンバ２１内の基板Ｋの表面
へ照射して、結晶成長を行なう結晶成長装置２０であっ
て、（例えば、マイクロ波放電により）導入ガスをプラ
ズマ分解してラジカルを発生させるプラズマ分解手段
（例えば、ラジカルガン２５）と、前記プラズマ分解に
より生じたイオンをチャンバ２１内の基板Ｋの表面外へ
誘導するイオン排除手段（例えば、ラジカルの照射経路
内に電場（または磁場）を発生させる装置として、基板
Ｋの基板支持台２６にバイアス電源３７でバイアス電圧
をかけた構成）とを有することを特徴とする結晶成長装
置を提供するものである。
題を解決するために、例えば、図１に示すように、導入
ガス（例えば、窒素ガス）をプラズマ分解してラジカル
を発生させ、このラジカルを原料分子線（例えば、Ｚ
ｎ，Ｓｅ）が供給されたチャンバ２１内の基板Ｋの表面
へ照射して、結晶成長を行なう結晶成長装置２０であっ
て、（例えば、マイクロ波放電により）導入ガスをプラ
ズマ分解してラジカルを発生させるプラズマ分解手段
（例えば、ラジカルガン２５）と、前記プラズマ分解に
より生じたイオンをチャンバ２１内の基板Ｋの表面外へ
誘導するイオン排除手段（例えば、ラジカルの照射経路
内に電場（または磁場）を発生させる装置として、基板
Ｋの基板支持台２６にバイアス電源３７でバイアス電圧
をかけた構成）とを有することを特徴とする結晶成長装
置を提供するものである。
【０００８】
【作用】上記のような結晶成長装置２０によれば、高密
度なプラズマ状態が生じて、ラジカル（励起状態にある
電気的に中性な原子・分子）、イオン（高い励起状態に
あり、反応性が強く、電気的に中性でない原子・分子）
及び電子が発生する。電気的に中性なラジカルはチャン
バ２１内の基板Ｋに導入照射されて、基板Ｋ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。一方、正
（プラス）または負（マイナス）に帯電したイオン及び
電子は、イオン排除手段によるラジカルの照射経路内に
発生した電場（または磁場）により、基板Ｋの表面外へ
誘導され排除される。
度なプラズマ状態が生じて、ラジカル（励起状態にある
電気的に中性な原子・分子）、イオン（高い励起状態に
あり、反応性が強く、電気的に中性でない原子・分子）
及び電子が発生する。電気的に中性なラジカルはチャン
バ２１内の基板Ｋに導入照射されて、基板Ｋ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。一方、正
（プラス）または負（マイナス）に帯電したイオン及び
電子は、イオン排除手段によるラジカルの照射経路内に
発生した電場（または磁場）により、基板Ｋの表面外へ
誘導され排除される。
【０００９】
【実施例】本発明なる結晶成長装置の一実施例を以下図
面と共に詳細に説明する。図１は、結晶成長装置の一例
であるＭＢＥ（ Moleculer Beam Epitaxy ）装置（２
０）を示すもので、図２はプラズマを発生させる結晶成
長装置のラジカルガンを示す図である。
面と共に詳細に説明する。図１は、結晶成長装置の一例
であるＭＢＥ（ Moleculer Beam Epitaxy ）装置（２
０）を示すもので、図２はプラズマを発生させる結晶成
長装置のラジカルガンを示す図である。
【００１０】（実施例１）図１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。ＭＢ
Ｅ装置２０には、チャンバ２１の中心部に基板支持台２
６が配置され、基板支持台２６上に基板（半導体の基板
結晶）Ｋが支持されるようになっている。この基板支持
台２６は、チャンバ２１などのグランドレベル（アー
ス）から電気的に絶縁されたものである。基板支持台２
６には、バイアス電源３７の一端が接続され、バイアス
電源３７の他端はグランドレベル（アース）に接地され
ている。この基板支持台２６とバイアス電源３７とで、
後述するように、電場（電界）発生装置を構成して、イ
オン排除手段としている。また、２７は各分子線セル２
２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は基板Ｋを加熱する加熱用ヒータである。
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。ＭＢ
Ｅ装置２０には、チャンバ２１の中心部に基板支持台２
６が配置され、基板支持台２６上に基板（半導体の基板
結晶）Ｋが支持されるようになっている。この基板支持
台２６は、チャンバ２１などのグランドレベル（アー
ス）から電気的に絶縁されたものである。基板支持台２
６には、バイアス電源３７の一端が接続され、バイアス
電源３７の他端はグランドレベル（アース）に接地され
ている。この基板支持台２６とバイアス電源３７とで、
後述するように、電場（電界）発生装置を構成して、イ
オン排除手段としている。また、２７は各分子線セル２
２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は基板Ｋを加熱する加熱用ヒータである。
【００１１】また、２５は導入ガス（例えば窒素ガス）
を、マイクロ波放電によりプラズマ分解し、窒素プラズ
マを基板Ｋの表面へ照射するラジカルガンである。ラジ
カルガン２５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。円筒
状のラジカルガン２５は、図２に示すように、放電室２
５Ａ、マグネット３２、アンテナ３３、ガス導入管３
４、アパーチャ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）。ラジカルガン２５の
放電室２５Ａと、チャンバ２１（内の基板支持台２６の
基板Ｋ）とは、アパーチャ３５で仕切られ、孔３５ａを
介して連結されている。なお、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。
を、マイクロ波放電によりプラズマ分解し、窒素プラズ
マを基板Ｋの表面へ照射するラジカルガンである。ラジ
カルガン２５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。円筒
状のラジカルガン２５は、図２に示すように、放電室２
５Ａ、マグネット３２、アンテナ３３、ガス導入管３
４、アパーチャ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）。ラジカルガン２５の
放電室２５Ａと、チャンバ２１（内の基板支持台２６の
基板Ｋ）とは、アパーチャ３５で仕切られ、孔３５ａを
介して連結されている。なお、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。
【００１２】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族の例えば窒素ガス
が封入される。
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族の例えば窒素ガス
が封入される。
【００１３】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２３よりＳ
ｅ分子を蒸発させる。ボンベ２９より窒素ガスをＭＦＣ
（Mass flow Controller）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
よりマイクロ波を印加する。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（励起状態にあ
る電気的に中性な窒素原子・分子）、イオン（高い励起
状態にあり、反応性が強く、電気的に中性でない窒素原
子・分子）及び電子が放電室２５Ａに発生する。
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２３よりＳ
ｅ分子を蒸発させる。ボンベ２９より窒素ガスをＭＦＣ
（Mass flow Controller）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
よりマイクロ波を印加する。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（励起状態にあ
る電気的に中性な窒素原子・分子）、イオン（高い励起
状態にあり、反応性が強く、電気的に中性でない窒素原
子・分子）及び電子が放電室２５Ａに発生する。
【００１４】さらに、バイアス電源３７により、基板支
持台２６にバイアス電圧が印加される。すると、基板支
持台２６のバイアス電圧により、基板Ｋを支持した基板
支持台２６の周辺部（ラジカルの照射経路内）にプラス
の電場が生じ、これがイオン排除手段として機能する。
持台２６にバイアス電圧が印加される。すると、基板支
持台２６のバイアス電圧により、基板Ｋを支持した基板
支持台２６の周辺部（ラジカルの照射経路内）にプラス
の電場が生じ、これがイオン排除手段として機能する。
【００１５】そして、放電室２５Ａ内で発生した窒素ラ
ジカル，イオン及び電子は、アパーチャ３５の孔３５ａ
から差圧によりチャンバ２１内に導入される。この時、
電気的に中性なラジカルは、チャンバ２１内の基板Ｋに
照射されて、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、Ｐ型ZnSe結晶が得られる。一方、正
（プラス）に帯電した（窒素）イオンは、基板支持台２
６によりラジカル照射経路内に発生した電場で反発し、
基板Ｋの表面外へ誘導され排除される。したがって、
（窒素）イオンが基板Ｋに照射供給されて、結晶品質が
悪化することがない。
ジカル，イオン及び電子は、アパーチャ３５の孔３５ａ
から差圧によりチャンバ２１内に導入される。この時、
電気的に中性なラジカルは、チャンバ２１内の基板Ｋに
照射されて、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、Ｐ型ZnSe結晶が得られる。一方、正
（プラス）に帯電した（窒素）イオンは、基板支持台２
６によりラジカル照射経路内に発生した電場で反発し、
基板Ｋの表面外へ誘導され排除される。したがって、
（窒素）イオンが基板Ｋに照射供給されて、結晶品質が
悪化することがない。
【００１６】（具体的な比較実験例）前述した図１及び
図２に示したＭＢＥ装置２０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。
バイアス電源３７による基板支持台２６へのバイアス電
圧は、＋２０Ｖ（直流）である。
図２に示したＭＢＥ装置２０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。
バイアス電源３７による基板支持台２６へのバイアス電
圧は、＋２０Ｖ（直流）である。
【００１７】発生したラジカルは、アパーチャ３５の孔
３５ａより、予め真空排気された１０-10 Torrの（ＭＢ
Ｅ装置２０の）成長室（チャンバ２１）に導入した。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１０-8Torrであった。
３５ａより、予め真空排気された１０-10 Torrの（ＭＢ
Ｅ装置２０の）成長室（チャンバ２１）に導入した。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１０-8Torrであった。
【００１８】図３に、ＰＬ（Photoluminescence)による
光学的特性を示す。同図から明らかなように、基板支持
台２６へバイアス電圧をかけて（窒素）イオンを基板Ｋ
外に誘導排除した場合では、結晶成長した基板のＤＡＰ
（ドナーとアクセプタによる発光）が、バイアス電圧を
かけないときの４倍以上に増大した。すなわち、（窒
素）イオンを排除除去したことにより、（窒素）イオン
照射のダメージが抑制されて、結晶が高品質化し、光学
的特性が向上したといえる。つづいて、イオン排除手段
を電場（電界）発生装置や磁場（磁界）発生装置で、異
なる構成とした実施例を説明する。
光学的特性を示す。同図から明らかなように、基板支持
台２６へバイアス電圧をかけて（窒素）イオンを基板Ｋ
外に誘導排除した場合では、結晶成長した基板のＤＡＰ
（ドナーとアクセプタによる発光）が、バイアス電圧を
かけないときの４倍以上に増大した。すなわち、（窒
素）イオンを排除除去したことにより、（窒素）イオン
照射のダメージが抑制されて、結晶が高品質化し、光学
的特性が向上したといえる。つづいて、イオン排除手段
を電場（電界）発生装置や磁場（磁界）発生装置で、異
なる構成とした実施例を説明する。
【００１９】（実施例２）図４に示す例は、ラジカルガ
ン２５のアパーチャ３５の孔３５ａ（チャンバ２１の出
射口）の前面に電場（電界）発生装置を設けて、イオン
排除手段としたものである。この電場発生装置（イオン
排除手段）は、円筒状の金属体３８で構成された電極と
して構成され、ラジカルガン２５と（基板支持台２６
の）基板Ｋとの間、すなわちラジカルの照射経路に設け
られている。そして、バイアス電源３７により、この円
筒状の金属体にバイアス電圧（負（マイナス）の電圧）
が印加され、ラジカルの照射経路内に電場が発生するよ
うに構成されている。
ン２５のアパーチャ３５の孔３５ａ（チャンバ２１の出
射口）の前面に電場（電界）発生装置を設けて、イオン
排除手段としたものである。この電場発生装置（イオン
排除手段）は、円筒状の金属体３８で構成された電極と
して構成され、ラジカルガン２５と（基板支持台２６
の）基板Ｋとの間、すなわちラジカルの照射経路に設け
られている。そして、バイアス電源３７により、この円
筒状の金属体にバイアス電圧（負（マイナス）の電圧）
が印加され、ラジカルの照射経路内に電場が発生するよ
うに構成されている。
【００２０】このような構成でも、前記した実施例１と
同様に、正（プラス）に帯電した（窒素）イオンは、電
場発生装置の負（マイナス）の電極に引き寄せられて、
ラジカルの照射経路外に誘導され、基板Ｋの表面外へ排
除される。したがって、（窒素）イオンが基板Ｋに照射
供給されて、結晶品質が悪化することはがない。
同様に、正（プラス）に帯電した（窒素）イオンは、電
場発生装置の負（マイナス）の電極に引き寄せられて、
ラジカルの照射経路外に誘導され、基板Ｋの表面外へ排
除される。したがって、（窒素）イオンが基板Ｋに照射
供給されて、結晶品質が悪化することはがない。
【００２１】（実施例３）図５に示す例も、ラジカルガ
ン２５のアパーチャ３５の孔３５ａ（チャンバ２１の出
射口）の前面に電場（電界）発生装置を設けて、イオン
排除手段としたものである。この電場発生装置（イオン
排除手段）は、一対の金属体３９ａ，３９ｂで構成され
た一対の電極として構成され、やはり、ラジカルガン２
５と（基板支持台２６の）基板結晶Ｋとの間、すなわち
ラジカルの照射経路に設けられている。そして、バイア
ス電源３７により、この一対の金属体３９ａ，３９ｂに
正負のバイアス電圧が印加され、ラジカルの照射経路内
に電場が発生するように構成されている。
ン２５のアパーチャ３５の孔３５ａ（チャンバ２１の出
射口）の前面に電場（電界）発生装置を設けて、イオン
排除手段としたものである。この電場発生装置（イオン
排除手段）は、一対の金属体３９ａ，３９ｂで構成され
た一対の電極として構成され、やはり、ラジカルガン２
５と（基板支持台２６の）基板結晶Ｋとの間、すなわち
ラジカルの照射経路に設けられている。そして、バイア
ス電源３７により、この一対の金属体３９ａ，３９ｂに
正負のバイアス電圧が印加され、ラジカルの照射経路内
に電場が発生するように構成されている。
【００２２】このような構成によると、前記した実施例
１と同様に、正（プラス）に帯電した（窒素）イオン
は、電場発生装置の負（マイナス）の電極に引き寄せら
れて、ラジカルの照射経路外に誘導され、基板Ｋの表面
外へ排除される。さらに、負（マイナス）に帯電したイ
オン（例えば、導入ガスに含まれている不純物などのマ
イナスイオン）及び電子も、電場発生装置の正（プラ
ス）の電極に引き寄せられて、ラジカルの照射経路外に
誘導され、これもまた基板Ｋの表面外へ排除される。し
たがって、窒素イオンだけでなく、マイナスイオンや電
子も、基板Ｋに照射供給されることがなく、結晶品質が
悪化することがより一層少ない。
１と同様に、正（プラス）に帯電した（窒素）イオン
は、電場発生装置の負（マイナス）の電極に引き寄せら
れて、ラジカルの照射経路外に誘導され、基板Ｋの表面
外へ排除される。さらに、負（マイナス）に帯電したイ
オン（例えば、導入ガスに含まれている不純物などのマ
イナスイオン）及び電子も、電場発生装置の正（プラ
ス）の電極に引き寄せられて、ラジカルの照射経路外に
誘導され、これもまた基板Ｋの表面外へ排除される。し
たがって、窒素イオンだけでなく、マイナスイオンや電
子も、基板Ｋに照射供給されることがなく、結晶品質が
悪化することがより一層少ない。
【００２３】（実施例４）図６に示す例も、ラジカルガ
ン２５のアパーチャ３５の孔３５ａ（チャンバ２１の出
射口）の前面に電場（電界）発生装置を設けて、イオン
排除手段としたものである。この電場発生装置（イオン
排除手段）は、２枚の金属製の網体４０ａ，４０ｂで、
ダブルメッシュ状の電極として構成され、ラジカルガン
２５と（基板支持台２６の）基板Ｋとの間、すなわちラ
ジカルの照射経路に立設されている。そして、バイアス
電源３７により、この一対のメッシュ状の網体（電極）
４０ａ，４０ｂに正負のバイアス電圧が印加され、ラジ
カルの照射経路内に電場が発生するように構成されてい
る。
ン２５のアパーチャ３５の孔３５ａ（チャンバ２１の出
射口）の前面に電場（電界）発生装置を設けて、イオン
排除手段としたものである。この電場発生装置（イオン
排除手段）は、２枚の金属製の網体４０ａ，４０ｂで、
ダブルメッシュ状の電極として構成され、ラジカルガン
２５と（基板支持台２６の）基板Ｋとの間、すなわちラ
ジカルの照射経路に立設されている。そして、バイアス
電源３７により、この一対のメッシュ状の網体（電極）
４０ａ，４０ｂに正負のバイアス電圧が印加され、ラジ
カルの照射経路内に電場が発生するように構成されてい
る。
【００２４】このような構成によると、前記した実施例
３と同様に、正（プラス）に帯電した（窒素）イオン
は、電場発生装置の負（マイナス）の電極に引き寄せら
れて、メッシュ状の電極に吸着したり、ラジカルの照射
経路外に誘導されて、基板Ｋの表面外へ排除される。さ
らに、マイナスイオンや電子も、電場発生装置の正（プ
ラス）の電極に引き寄せられて、メッシュ状の電極に吸
着したり、基板Ｋの表面外へ排除される。したがって、
（窒素）イオンだけでなく、マイナスイオンや電子も、
基板Ｋに照射供給されることがなく、結晶品質が悪化す
ることがより一層少ない。
３と同様に、正（プラス）に帯電した（窒素）イオン
は、電場発生装置の負（マイナス）の電極に引き寄せら
れて、メッシュ状の電極に吸着したり、ラジカルの照射
経路外に誘導されて、基板Ｋの表面外へ排除される。さ
らに、マイナスイオンや電子も、電場発生装置の正（プ
ラス）の電極に引き寄せられて、メッシュ状の電極に吸
着したり、基板Ｋの表面外へ排除される。したがって、
（窒素）イオンだけでなく、マイナスイオンや電子も、
基板Ｋに照射供給されることがなく、結晶品質が悪化す
ることがより一層少ない。
【００２５】（実施例５）図７に示す例は、磁場（磁
界）発生装置を設けて、イオン排除手段としたものであ
る。ラジカルガン２５のアパーチャ３５の孔３５ａ（チ
ャンバ２１の出射口）の前面には、磁場（磁界）発生装
置を設けられている。磁場発生装置（イオン排除手段）
は、Ｎ極とＳ極とからなる一対の磁極（例えば、バルク
状の磁石，コイル状の電磁石）４１ａ，４１ｂなり、ラ
ジカルガン２５と（基板支持台２６の）基板結晶Ｋとの
間、すなわちラジカルの照射経路内で、ラジカルの進行
方向に対して垂直の方向に磁場が発生するように構成さ
れている。
界）発生装置を設けて、イオン排除手段としたものであ
る。ラジカルガン２５のアパーチャ３５の孔３５ａ（チ
ャンバ２１の出射口）の前面には、磁場（磁界）発生装
置を設けられている。磁場発生装置（イオン排除手段）
は、Ｎ極とＳ極とからなる一対の磁極（例えば、バルク
状の磁石，コイル状の電磁石）４１ａ，４１ｂなり、ラ
ジカルガン２５と（基板支持台２６の）基板結晶Ｋとの
間、すなわちラジカルの照射経路内で、ラジカルの進行
方向に対して垂直の方向に磁場が発生するように構成さ
れている。
【００２６】このような構成では、発生した磁場からの
ローレンツ力により、正（プラス）に帯電した（窒素）
イオン，マイナスイオン及び電子は、それぞれ磁極の一
方側に引き寄せられ、ラジカルの照射経路外に誘導され
て、基板Ｋの表面外へ排除される。したがって、（窒
素）イオンなどが基板Ｋに照射供給されることがなく、
結晶品質が悪化することがない。
ローレンツ力により、正（プラス）に帯電した（窒素）
イオン，マイナスイオン及び電子は、それぞれ磁極の一
方側に引き寄せられ、ラジカルの照射経路外に誘導され
て、基板Ｋの表面外へ排除される。したがって、（窒
素）イオンなどが基板Ｋに照射供給されることがなく、
結晶品質が悪化することがない。
【００２７】これらの実施例１〜５で詳述したように、
原料ガスをプラズマ分解し、これを原料分子線が供給さ
れた基板の表面へ照射して結晶成長させる場合には、す
なわち、プラズマで作製したラジカルによりドーピング
する場合には、ラジカルの照射経路内に、電場（または
磁場）を発生させる装置などのイオン排除手段を設け
て、プラズマ分解により生じたイオン（原料ガスのイオ
ン，不純物のイオン）及び電子を基板の表面外へ誘導排
除すれば、結晶にダメージを与えるイオン（及び電子）
が除去されて、高品質で光学的特性が良い化合物半導体
薄膜（例えば、Ｐ型ZnSe結晶）が得られることになる。
原料ガスをプラズマ分解し、これを原料分子線が供給さ
れた基板の表面へ照射して結晶成長させる場合には、す
なわち、プラズマで作製したラジカルによりドーピング
する場合には、ラジカルの照射経路内に、電場（または
磁場）を発生させる装置などのイオン排除手段を設け
て、プラズマ分解により生じたイオン（原料ガスのイオ
ン，不純物のイオン）及び電子を基板の表面外へ誘導排
除すれば、結晶にダメージを与えるイオン（及び電子）
が除去されて、高品質で光学的特性が良い化合物半導体
薄膜（例えば、Ｐ型ZnSe結晶）が得られることになる。
【００２８】また、上記実施例では、イオン排除手段を
構成する電場発生装置に直流のバイアス電圧が印加さ
れ、電界の向きが固定されていたが、交流のバイアス電
圧を印加してもよい。要するに、プラズマ分解により生
じたイオンが基板の方向に導入される動きを、電場発生
装置の電場によって乱して、基板に付着するのを阻止で
きれば良い。
構成する電場発生装置に直流のバイアス電圧が印加さ
れ、電界の向きが固定されていたが、交流のバイアス電
圧を印加してもよい。要するに、プラズマ分解により生
じたイオンが基板の方向に導入される動きを、電場発生
装置の電場によって乱して、基板に付着するのを阻止で
きれば良い。
【００２９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明になる結晶
成長方法及びその装置によれば、プラズマ分解により高
密度なプラズマ状態が生じて、ラジカル（励起状態にあ
る電気的に中性な原子・分子）が基板に照射される。そ
して、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
込まれので、高品質な結晶が得られる。さらに、プラズ
マ分解により同時に生じたイオン（及び電子）は、イオ
ン排除手段により、基板の表面外へ誘導され排除される
ので、発生したイオンによって基板結晶の品質が悪くな
ることがない。
成長方法及びその装置によれば、プラズマ分解により高
密度なプラズマ状態が生じて、ラジカル（励起状態にあ
る電気的に中性な原子・分子）が基板に照射される。そ
して、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
込まれので、高品質な結晶が得られる。さらに、プラズ
マ分解により同時に生じたイオン（及び電子）は、イオ
ン排除手段により、基板の表面外へ誘導され排除される
ので、発生したイオンによって基板結晶の品質が悪くな
ることがない。
【図１】本発明になる結晶成長装置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】本装置（方法）による結晶成長と従来の装置
（方法）による結晶成長とを比較する図で、ＰＬ（Phot
oluminescence)による光学的特性の測定結果を示す図で
ある。
（方法）による結晶成長とを比較する図で、ＰＬ（Phot
oluminescence)による光学的特性の測定結果を示す図で
ある。
【図４】第２の実施例を示す図で、結晶成長装置のイオ
ン排除手段（電場発生装置）の概略図である。
ン排除手段（電場発生装置）の概略図である。
【図５】第３の実施例を示す図で、結晶成長装置のイオ
ン排除手段（電場発生装置）の概略図である。
ン排除手段（電場発生装置）の概略図である。
【図６】第４の実施例を示す図で、結晶成長装置のイオ
ン排除手段（電場発生装置）の概略図である。
ン排除手段（電場発生装置）の概略図である。
【図７】第５の実施例を示す図で、結晶成長装置のイオ
ン排除手段（磁場発生装置）の概略図である。
ン排除手段（磁場発生装置）の概略図である。
Ｋ…基板（結晶基板）、２０…ＭＢＥ装置、２１…チャ
ンバ、２２…分子線蒸発源セル、２２ａ…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、２６…基板
支持台、２７…セルシャッタ、２８…メインシャッタ、
２９…ボンベ、３０…ＭＦＣ、３１…加熱用ヒータ３２
…マグネット、３３…アンテナ、３４…ガス導入管、３
５…アパーチャ、３５ａ…アパーチャの孔、３６…マイ
クロ波電源、３７…バイアス電源、３８…円筒状の金属
体（電極）、３９ａ，３９ｂ…一対の金属体（一対の電
極）、４０ａ，４０ｂ…２枚の金属製の網体（ダブルメ
ッシュ状の電極）、４１ａ，４１ｂ…一対の磁極（バル
ク状の磁石，コイル状の電磁石）。
ンバ、２２…分子線蒸発源セル、２２ａ…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、２６…基板
支持台、２７…セルシャッタ、２８…メインシャッタ、
２９…ボンベ、３０…ＭＦＣ、３１…加熱用ヒータ３２
…マグネット、３３…アンテナ、３４…ガス導入管、３
５…アパーチャ、３５ａ…アパーチャの孔、３６…マイ
クロ波電源、３７…バイアス電源、３８…円筒状の金属
体（電極）、３９ａ，３９ｂ…一対の金属体（一対の電
極）、４０ａ，４０ｂ…２枚の金属製の網体（ダブルメ
ッシュ状の電極）、４１ａ，４１ｂ…一対の磁極（バル
ク状の磁石，コイル状の電磁石）。
Claims (3)
- 【請求項１】化合物半導体薄膜の分子線エピタキシャル
成長方法であって、 導入ガスをプラズマ分解してラジカルを発生させて、こ
のラジカルを原料分子線が供給されたチャンバ内の基板
表面へ照射すると共に、 前記プラズマ分解により生じたイオンを、前記チャンバ
内の基板表面外に排除して、結晶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】導入ガスをプラズマ分解してラジカルを発
生させ、このラジカルを原料分子線が供給されたチャン
バ内の基板表面へ照射して、結晶成長を行なう結晶成長
装置であって、 導入ガスをプラズマ分解してラジカルを発生させるプラ
ズマ分解手段と、前記プラズマ分解により生じたイオン
を前記チャンバ内の基板表面外へ誘導するイオン排除手
段とを有することを特徴とする結晶成長装置。 - 【請求項３】イオン排除手段は、ラジカルの照射経路内
に電場または磁場を発生させる装置であることを特徴と
する請求項２に記載の結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12515393A JPH06314652A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 結晶成長方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12515393A JPH06314652A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 結晶成長方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06314652A true JPH06314652A (ja) | 1994-11-08 |
Family
ID=14903189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12515393A Pending JPH06314652A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 結晶成長方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06314652A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995034093A1 (fr) * | 1994-06-09 | 1995-12-14 | Sony Corporation | Procede de formation d'un film semi-conducteur fait d'un compose des groupes ii et vi dope a l'azote |
| WO2000016411A1 (fr) * | 1998-09-10 | 2000-03-23 | Rohm Co., Ltd. | Del a semi-conducteur et son procede de fabrication |
| KR100381742B1 (ko) * | 1999-06-30 | 2003-04-26 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | Ⅲ-ⅴ족 질화물반도체의 성장방법 및 기상성장장치 |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP12515393A patent/JPH06314652A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995034093A1 (fr) * | 1994-06-09 | 1995-12-14 | Sony Corporation | Procede de formation d'un film semi-conducteur fait d'un compose des groupes ii et vi dope a l'azote |
| US5865897A (en) * | 1994-06-09 | 1999-02-02 | Sony Corporation | Method of producing film of nitrogen-doped II-VI group compound semiconductor |
| WO2000016411A1 (fr) * | 1998-09-10 | 2000-03-23 | Rohm Co., Ltd. | Del a semi-conducteur et son procede de fabrication |
| KR100381742B1 (ko) * | 1999-06-30 | 2003-04-26 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | Ⅲ-ⅴ족 질화물반도체의 성장방법 및 기상성장장치 |
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