JPH0669130A - ｎ型ＺｎＳｅの成長方法 - Google Patents
ｎ型ＺｎＳｅの成長方法Info
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- JPH0669130A JPH0669130A JP22158992A JP22158992A JPH0669130A JP H0669130 A JPH0669130 A JP H0669130A JP 22158992 A JP22158992 A JP 22158992A JP 22158992 A JP22158992 A JP 22158992A JP H0669130 A JPH0669130 A JP H0669130A
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- cell
- substrate
- type znse
- beam evaporation
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 キャリア濃度の制御が容易なｎ型ＺｎＳｅ単
結晶の成長方法を提供することを目的とする。 【構成】 ＭＢＥ法によりｎ型ＺｎＳｅエピタキシャル
成長層をする際に、ドーパント分子線蒸発源セル４の原
材料としてＣｄＣｌ2を用いる。
結晶の成長方法を提供することを目的とする。 【構成】 ＭＢＥ法によりｎ型ＺｎＳｅエピタキシャル
成長層をする際に、ドーパント分子線蒸発源セル４の原
材料としてＣｄＣｌ2を用いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はｎ型ＺｎＳｅの成長方法
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）は室温で約
２．７ｅＶの禁制帯幅を有する直接遷移型半導体であ
り、発光ダイオード等の発光素子の材料として注目され
ている。
２．７ｅＶの禁制帯幅を有する直接遷移型半導体であ
り、発光ダイオード等の発光素子の材料として注目され
ている。
【０００３】斯るＺｎＳｅのエピタキシャル成長は、分
子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法等により行われてお
り、例えば応用物理学会結晶工学分科会第３回結晶工学
シンポジウム（１９８６年７月１８日）の予稿集の第４
３頁〜第４７頁に記載されている。
子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法等により行われてお
り、例えば応用物理学会結晶工学分科会第３回結晶工学
シンポジウム（１９８６年７月１８日）の予稿集の第４
３頁〜第４７頁に記載されている。
【０００４】上記予稿集に記載されているように、ＭＢ
Ｅ法によるｎ型ＺｎＳｅのエピタキシャル成長には、ド
ーパント原料としてＺｎＣｌ2が用いられ、通常必要で
あるキャリア濃度１０16〜１０18ｃｍ-3のｎ型ＺｎＳｅ
が得られている。
Ｅ法によるｎ型ＺｎＳｅのエピタキシャル成長には、ド
ーパント原料としてＺｎＣｌ2が用いられ、通常必要で
あるキャリア濃度１０16〜１０18ｃｍ-3のｎ型ＺｎＳｅ
が得られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】斯るＺｎＣｌ2は融点
が低く（大気圧において２８３℃）、且つ蒸気圧が高い
ので、ＺｎＣｌ2セル温度が室温近傍で上記所望のキャ
リア濃度が得られる。
が低く（大気圧において２８３℃）、且つ蒸気圧が高い
ので、ＺｎＣｌ2セル温度が室温近傍で上記所望のキャ
リア濃度が得られる。
【０００６】しかしながら、上述のようにＺｎＣｌ2は
蒸気圧が高いため、ＺｎＣｌ2セル温度の小さい変化で
もＺｎＣｌ2分子線量が大きく変化し、また所望のキャ
リア濃度が得られるＺｎＣｌ2セル温度が温度制御困難
な室温近傍であるので、ｎ型ＺｎＳｅのキャリア濃度の
制御が困難であるといった問題があった。また、例えば
ＺｎＳｅ発光素子を形成する場合、装置内に付着したＺ
ｎＣｌ2がｎ型ＺｎＳｅの成長工程時以外に蒸発して、
ｎ型ＺｎＳｅ以外の部分に不純物として取り込まれ、該
部分のキャリア濃度が制御できなくなるといった惧れが
あった。
蒸気圧が高いため、ＺｎＣｌ2セル温度の小さい変化で
もＺｎＣｌ2分子線量が大きく変化し、また所望のキャ
リア濃度が得られるＺｎＣｌ2セル温度が温度制御困難
な室温近傍であるので、ｎ型ＺｎＳｅのキャリア濃度の
制御が困難であるといった問題があった。また、例えば
ＺｎＳｅ発光素子を形成する場合、装置内に付着したＺ
ｎＣｌ2がｎ型ＺｎＳｅの成長工程時以外に蒸発して、
ｎ型ＺｎＳｅ以外の部分に不純物として取り込まれ、該
部分のキャリア濃度が制御できなくなるといった惧れが
あった。
【０００７】加えて、ＺｎＣｌ2は潮解性を有するの
で、ＭＢＥ装置内に水分が吸着する。この結果、ＺｎＳ
ｅ中に水分が取り込まれ結晶性の低下を招くといった問
題もあった。この問題はＺｎＣｌ2を大気に晒さないよ
うにすればよいが、このようにＺｎＣｌ2を大気に晒さ
ないようにするためには、ＭＢＥ装置が複雑になった
り、また製造工程が繁雑になるといった問題が生じてい
た。
で、ＭＢＥ装置内に水分が吸着する。この結果、ＺｎＳ
ｅ中に水分が取り込まれ結晶性の低下を招くといった問
題もあった。この問題はＺｎＣｌ2を大気に晒さないよ
うにすればよいが、このようにＺｎＣｌ2を大気に晒さ
ないようにするためには、ＭＢＥ装置が複雑になった
り、また製造工程が繁雑になるといった問題が生じてい
た。
【０００８】本発明は、上述の問題点を鑑みなされたも
のであり、良質なｎ型ＺｎＳｅ単結晶を制御性よく成長
する方法を提供することを目的とする。
のであり、良質なｎ型ＺｎＳｅ単結晶を制御性よく成長
する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ｎ型のドーパ
ント原料としてＣｄＣｌ2（塩化カドミニウム）を用い
ることを特徴とする。
ント原料としてＣｄＣｌ2（塩化カドミニウム）を用い
ることを特徴とする。
【００１０】
【作用】ＣｄＣｌ2（塩化カドミニウム）は融点が高く
（大気圧における融点は、５６８℃）、且つ蒸気圧が低
いので、ｎ型ＺｎＳｅ単結晶をＭＢＥ法で形成する場
合、ＣｄＣｌ2をドーパントとすると、キャリア濃度の
制御が十分に行える。
（大気圧における融点は、５６８℃）、且つ蒸気圧が低
いので、ｎ型ＺｎＳｅ単結晶をＭＢＥ法で形成する場
合、ＣｄＣｌ2をドーパントとすると、キャリア濃度の
制御が十分に行える。
【００１１】また、ＣｄＣｌ2は上記性質に加えて、潮
解性を持たないので、ＣｄＣｌ2が汚染源となる惧れが
なく、良質なｎ型ＺｎＳｅ単結晶や例えばＺｎＳｅ発光
素子を形成する場合、良質な単結晶からなる発光素子が
得られる。
解性を持たないので、ＣｄＣｌ2が汚染源となる惧れが
なく、良質なｎ型ＺｎＳｅ単結晶や例えばＺｎＳｅ発光
素子を形成する場合、良質な単結晶からなる発光素子が
得られる。
【００１２】
【実施例】本発明のｎ型ＺｎＳｅの成長方法に係る一実
施例について図を参照しつつ説明する。
施例について図を参照しつつ説明する。
【００１３】このｎ型ＺｎＳｅは例えば図１に示すＭＢ
Ｅ（分子線エピタキシャル）装置を用いて形成される。
Ｅ（分子線エピタキシャル）装置を用いて形成される。
【００１４】図１において、１はチャンバー、２はＺｎ
分子線蒸発源セル、３はＳｅ分子線蒸発源セル、４はド
ーパント分子線蒸発源セルである。前記Ｚｎ分子線蒸発
源セル２、Ｓｅ分子線蒸発源セル３、ドーパント分子線
蒸発源セル４には、それぞれ原料Ｚｎ（純度：９９．９
９９９％）、原料Ｓｅ（純度：９９．９９９９％）、及
び原料ＣｄＣｌ2（純度：９９．９９％）が充填されて
いる。
分子線蒸発源セル、３はＳｅ分子線蒸発源セル、４はド
ーパント分子線蒸発源セルである。前記Ｚｎ分子線蒸発
源セル２、Ｓｅ分子線蒸発源セル３、ドーパント分子線
蒸発源セル４には、それぞれ原料Ｚｎ（純度：９９．９
９９９％）、原料Ｓｅ（純度：９９．９９９９％）、及
び原料ＣｄＣｌ2（純度：９９．９９％）が充填されて
いる。
【００１５】前記各セル２、３、４の出射口の前部に
は、図示しないがそれぞれセルシャッタが設けられてい
る。
は、図示しないがそれぞれセルシャッタが設けられてい
る。
【００１６】前記チャンバー１内の中心部には例えば一
主面が（１００）面であるＧａＡｓ基板５を支持する支
持台６が配置されている。そして、前記支持台６の前部
に図示しないメインシャッタが配置されている。
主面が（１００）面であるＧａＡｓ基板５を支持する支
持台６が配置されている。そして、前記支持台６の前部
に図示しないメインシャッタが配置されている。
【００１７】以下、図１を用いてｎ型ＺｎＳｅエピタキ
シャル成長層の成長方法を説明する。
シャル成長層の成長方法を説明する。
【００１８】最初に、ＧａＡｓ基板５を化学的に表面を
洗浄した後、前記チャンバー１内に（１００）面が表に
なるように支持台６に配置する。その後、チャンバー１
内を例えば１０-9ｔｏｒｒ以下の真空に保持する。
洗浄した後、前記チャンバー１内に（１００）面が表に
なるように支持台６に配置する。その後、チャンバー１
内を例えば１０-9ｔｏｒｒ以下の真空に保持する。
【００１９】次に、前記基板５を６１５℃で２０分加熱
して、該基板５の表面の清浄化を行った後、該基板を所
定の基板温度（望ましくは２５０℃〜４５０℃）に保持
する。
して、該基板５の表面の清浄化を行った後、該基板を所
定の基板温度（望ましくは２５０℃〜４５０℃）に保持
する。
【００２０】その後、Ｚｎ分子線蒸発源セル２、Ｓｅ分
子線蒸発源セル３、及びドーパント分子線蒸発源セル４
を所望の分子線量になる様に加熱保持して、各セルより
それぞれＺｎ分子、Ｓｅ分子、及びＣｄＣｌ2分子を蒸
発させる。
子線蒸発源セル３、及びドーパント分子線蒸発源セル４
を所望の分子線量になる様に加熱保持して、各セルより
それぞれＺｎ分子、Ｓｅ分子、及びＣｄＣｌ2分子を蒸
発させる。
【００２１】そして、前記セルシャッター及びメインシ
ャッターを開いて、Ｚｎ分子線、Ｓｅ分子線、及びＣｄ
Ｃｌ2分子線を、前記基板５の（１００）面上に照射し
て、Ｃｌドープのｎ型ＺｎＳｅ層を形成する。
ャッターを開いて、Ｚｎ分子線、Ｓｅ分子線、及びＣｄ
Ｃｌ2分子線を、前記基板５の（１００）面上に照射し
て、Ｃｌドープのｎ型ＺｎＳｅ層を形成する。
【００２２】図２に斯るｎ型ＺｎＳｅエピタキシャル成
長層のキャリア濃度とドーパント分子線蒸発源セル４の
温度の関係を示す。図中、実線は上述のようにドーパン
ト原料としてＣｄＣｌ2を用いた本実施例の場合を示
し、破線はドーパント原料にＣｄＣｌ2の代わりに従来
用いられているＺｎＣｌ2を入れて同様に作成した比較
例の場合を示す。尚、基板温度は３００℃程度、Ｚｎ分
子線蒸発源セル２（加熱温度：３００℃程度）からのＺ
ｎ分子線量は１×１０-7ｔｏｒｒ程度、Ｓｅ分子線蒸発
源セル３（加熱温度：１２０℃程度）からのＳｅ分子線
量は３×１０-7ｔｏｒｒ程度である。
長層のキャリア濃度とドーパント分子線蒸発源セル４の
温度の関係を示す。図中、実線は上述のようにドーパン
ト原料としてＣｄＣｌ2を用いた本実施例の場合を示
し、破線はドーパント原料にＣｄＣｌ2の代わりに従来
用いられているＺｎＣｌ2を入れて同様に作成した比較
例の場合を示す。尚、基板温度は３００℃程度、Ｚｎ分
子線蒸発源セル２（加熱温度：３００℃程度）からのＺ
ｎ分子線量は１×１０-7ｔｏｒｒ程度、Ｓｅ分子線蒸発
源セル３（加熱温度：１２０℃程度）からのＳｅ分子線
量は３×１０-7ｔｏｒｒ程度である。
【００２３】この図２から、本実施例を示す実線は、キ
ャリア濃度が１×１０16から１×１０19ｃｍ-3の範囲で
良好な直線性をもつことが判る。更に、本実施例を示す
実線は、比較例の破線に比べて勾配が十分小さく、且つ
１×１０16から１×１０19ｃｍ-3キャリア濃度の範囲と
なるセル４温度が比較例の室温〜５０℃程度であるのに
比べて、１００〜２５０℃程度の高温であることが判
る。従って、本実施例の場合、セル４の温度制御が容易
な温度範囲における該セル４の温度に対するキャリア濃
度の変化が小さいので、１×１０16から１×１０19ｃｍ
-3の所望のキャリア濃度を制御性よく得られる。
ャリア濃度が１×１０16から１×１０19ｃｍ-3の範囲で
良好な直線性をもつことが判る。更に、本実施例を示す
実線は、比較例の破線に比べて勾配が十分小さく、且つ
１×１０16から１×１０19ｃｍ-3キャリア濃度の範囲と
なるセル４温度が比較例の室温〜５０℃程度であるのに
比べて、１００〜２５０℃程度の高温であることが判
る。従って、本実施例の場合、セル４の温度制御が容易
な温度範囲における該セル４の温度に対するキャリア濃
度の変化が小さいので、１×１０16から１×１０19ｃｍ
-3の所望のキャリア濃度を制御性よく得られる。
【００２４】また、図３は本実施例で作成したｎ型Ｚｎ
Ｓｅエピタキシャル成長層のフォトルミネッセンススペ
クトル（ＰＬスペクトル）から得たドナー不純物（ここ
では、Ｃｌ）に起因するドナー不純物束縛励起子発光の
強度（図中、黒丸で示す）、ドーピング量過多に起因す
るＳＡ発光（self activated 発光）の強度（図中、黒
三角で示す）と、ドーパント分子線蒸発源セル４のセル
温度の関係を示す。尚、ＰＬスペクトルの測定温度は１
２Ｋである。
Ｓｅエピタキシャル成長層のフォトルミネッセンススペ
クトル（ＰＬスペクトル）から得たドナー不純物（ここ
では、Ｃｌ）に起因するドナー不純物束縛励起子発光の
強度（図中、黒丸で示す）、ドーピング量過多に起因す
るＳＡ発光（self activated 発光）の強度（図中、黒
三角で示す）と、ドーパント分子線蒸発源セル４のセル
温度の関係を示す。尚、ＰＬスペクトルの測定温度は１
２Ｋである。
【００２５】この図３から、セル４の温度が２００℃程
度まで、結晶性が良好な程その発光強度が大きいドナー
不純物束縛励起子発光の強度が大きく、また結晶性が良
好なほどその発光強度が小さいＳＡ発光が殆ど現れない
ことが判る。そして、このことはセル４のセル温度が２
００℃程度までで作成したｎ型ＺｎＳｅの結晶性が非常
に良好であることを示している。
度まで、結晶性が良好な程その発光強度が大きいドナー
不純物束縛励起子発光の強度が大きく、また結晶性が良
好なほどその発光強度が小さいＳＡ発光が殆ど現れない
ことが判る。そして、このことはセル４のセル温度が２
００℃程度までで作成したｎ型ＺｎＳｅの結晶性が非常
に良好であることを示している。
【００２６】更に、図４にドーパント原料としてＣｄＣ
ｌ2を用いたｎ型ＺｎＳｅ作成後のＭＢＥ装置内の残留
ガスの質量分析の結果を示し、図５にドーパント原料と
してＺｎＣｌ2を用いたｎ型ＺｎＳｅ作成後のＭＢＥ装
置内の残留ガスの質量分析の結果を示す。
ｌ2を用いたｎ型ＺｎＳｅ作成後のＭＢＥ装置内の残留
ガスの質量分析の結果を示し、図５にドーパント原料と
してＺｎＣｌ2を用いたｎ型ＺｎＳｅ作成後のＭＢＥ装
置内の残留ガスの質量分析の結果を示す。
【００２７】図４にはＣｄＣｌ2に起因する（Ｃｌ）塩
素のピークは現れない。しかし、図５にはＺｎＣｌ2に
起因する質量３５と質量３７のＣｌ（塩素）のピークが
見られる。このことから、例えばＺｎＳｅ発光素子等を
作る際に、 ＭＢＥ装置内に残留するＺｎＣｌ2は、汚染
物となり、ＺｎＳｅ発光素子等を構成する結晶の結晶性
を劣化等を生じさせる惧れがあるが、ＣｄＣｌ2はその
惧れがないことが判る。
素のピークは現れない。しかし、図５にはＺｎＣｌ2に
起因する質量３５と質量３７のＣｌ（塩素）のピークが
見られる。このことから、例えばＺｎＳｅ発光素子等を
作る際に、 ＭＢＥ装置内に残留するＺｎＣｌ2は、汚染
物となり、ＺｎＳｅ発光素子等を構成する結晶の結晶性
を劣化等を生じさせる惧れがあるが、ＣｄＣｌ2はその
惧れがないことが判る。
【００２８】上述のようにｎ型ＺｎＳｅをＭＢＥ法によ
り作成する場合のドーパント原料にＣｄＣｌ2を用いる
と、このＣｄＣｌ2は融点が高く、且つ蒸気圧が低いの
で、所望のキャリア濃度に十分に制御でき、またＣｄＣ
ｌ2が汚染源となる惧れがないので、例えばＺｎＳｅ発
光素子を形成する場合、良質な結晶性をもつ特性のよい
発光素子が得られた。
り作成する場合のドーパント原料にＣｄＣｌ2を用いる
と、このＣｄＣｌ2は融点が高く、且つ蒸気圧が低いの
で、所望のキャリア濃度に十分に制御でき、またＣｄＣ
ｌ2が汚染源となる惧れがないので、例えばＺｎＳｅ発
光素子を形成する場合、良質な結晶性をもつ特性のよい
発光素子が得られた。
【００２９】また、ＣｄＣｌ2は上記性質に加えて、潮
解性を持たないので、水分等による汚染の惧れがないの
で、製造装置が複雑化せず、また製造工程が容易であ
る。
解性を持たないので、水分等による汚染の惧れがないの
で、製造装置が複雑化せず、また製造工程が容易であ
る。
【００３０】上記実施例では、ＧａＡｓ基板上にｎ型Ｚ
ｎＳｅ層を形成したが、ＺｎＳｅ基板の例えば（１０
０）面上にＺｎＳｅ層を形成してもよく、更にＺｅＴ
ｅ、ＺｅＳ、ＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、Ｚ
ｎＳＳｅ、ＺｎＳＴｅ、ＺｅＳｅＴｅ、ＺｅＳｅＳＴｅ
等のＺｅＳｅの格子定数に近い格子定数をもつ遷亜鉛鉱
型結晶のIII族元素とＶ族元素の化合物、またII族元素
とＶI族元素の化合物の基板でもよい。更に、ｐ型Ｚｎ
Ｓｅ層等上に形成してもよく、適宜変更可能である。
ｎＳｅ層を形成したが、ＺｎＳｅ基板の例えば（１０
０）面上にＺｎＳｅ層を形成してもよく、更にＺｅＴ
ｅ、ＺｅＳ、ＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、Ｚ
ｎＳＳｅ、ＺｎＳＴｅ、ＺｅＳｅＴｅ、ＺｅＳｅＳＴｅ
等のＺｅＳｅの格子定数に近い格子定数をもつ遷亜鉛鉱
型結晶のIII族元素とＶ族元素の化合物、またII族元素
とＶI族元素の化合物の基板でもよい。更に、ｐ型Ｚｎ
Ｓｅ層等上に形成してもよく、適宜変更可能である。
【００３１】また、ｎ型ＺｎＳｅ層を形成するためのＳ
ｅ、Ｚｎ分子線の原料は、上記例に限定されず、種々の
化合物、有機金属化合物を適宜利用できる。
ｅ、Ｚｎ分子線の原料は、上記例に限定されず、種々の
化合物、有機金属化合物を適宜利用できる。
【００３２】尚、本発明で作成するｎ型ＺｎＳｅ層は微
量のＳまたはＴｅ等が含まれたものもでも良い。
量のＳまたはＴｅ等が含まれたものもでも良い。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、ｎ型ＺｎＳｅをＭＢＥ
法で形成する際に、ドーパント原料としてＣｄＣｌ2を
用いるので、キャリア濃度の制御が十分に行え、また製
造工程が容易となると共に良好なｎ型ＺｎＳｅが得られ
る。
法で形成する際に、ドーパント原料としてＣｄＣｌ2を
用いるので、キャリア濃度の制御が十分に行え、また製
造工程が容易となると共に良好なｎ型ＺｎＳｅが得られ
る。
【図１】本発明の一実施例で用いるＭＢＥ装置の要部模
式断面図である。
式断面図である。
【図２】ｎ型ＺｎＳｅ中のキャリア濃度とドーパント分
子線蒸発源セルのセル温度の関係を示した図である。
子線蒸発源セルのセル温度の関係を示した図である。
【図３】ｎ型ＺｎＳｅの発光強度とドーパント分子線蒸
発源セルのセル温度の関係を示した図である
発源セルのセル温度の関係を示した図である
【図４】実施例に係る成長後のＭＢＥ装置内の残留ガス
の質量分析結果を示す図である。
の質量分析結果を示す図である。
【図５】比較例に係る成長後のＭＢＥ装置内の残留ガス
の質量分析結果を示す図である。
の質量分析結果を示す図である。
４ ドーパント分子線蒸発源セル
Claims (1)
- 【請求項１】 ｎ型のドーパント原料としてＣｄＣｌ2
を用いることを特徴とするＭＢＥ法を用いたｎ型ＺｎＳ
ｅの成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22158992A JPH0669130A (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | ｎ型ＺｎＳｅの成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22158992A JPH0669130A (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | ｎ型ＺｎＳｅの成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0669130A true JPH0669130A (ja) | 1994-03-11 |
Family
ID=16769124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22158992A Pending JPH0669130A (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | ｎ型ＺｎＳｅの成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0669130A (ja) |
-
1992
- 1992-08-20 JP JP22158992A patent/JPH0669130A/ja active Pending
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