JPH0669130A - n型ZnSeの成長方法 - Google Patents
n型ZnSeの成長方法Info
- Publication number
- 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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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- molecular beam
- cell
- substrate
- type znse
- beam evaporation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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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