JPH07118453B2 - Manufacturing method of semiconductor superlattice - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor superlattice

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JPH07118453B2
JPH07118453B2 JP20568586A JP20568586A JPH07118453B2 JP H07118453 B2 JPH07118453 B2 JP H07118453B2 JP 20568586 A JP20568586 A JP 20568586A JP 20568586 A JP20568586 A JP 20568586A JP H07118453 B2 JPH07118453 B2 JP H07118453B2
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zinc
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adduct
hydrogen
superlattice
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明はカラーセンサー、フルカラーディスプレイなど
の光源として実用化が望まれている可視短波長発光デバ
イスの重要な構成要素である半導体超格子の製造法に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention relates to the production of a semiconductor superlattice, which is an important constituent element of a visible short-wavelength light emitting device, which is desired to be put into practical use as a light source for a color sensor, a full-color display or the like. Concerning the law.

<従来の技術> 化合物半導体の超格子は、光学的、電気的物性が薄膜の
積層構造により制御できるため、バルクの半導体結晶
や、エピタキシャル薄膜では得られない特性を有するデ
バイスの作製ができる。また超格子を構成する個々の薄
膜の厚さを50Å程度以下に導くとすると、個々の薄膜の
格子定数が異なる材料同志を積層した場合にも互いに面
方向の格子定数が一致する様に歪合うことによりミスフ
ィット転位等を生ずる事なく結晶成長を行なうことがで
きる。この様な超格子を歪超格子といい、従来のエピタ
キシャル成長の様に格子整合の条件を考慮しなくても良
いため、デバイス設計にあたり、材料の組み合せや選択
の範囲が広くなるという利点を有する。歪超格子のII−
VI族化合物半導体への応用例を以下に示す。
<Prior Art> Since the optical and electrical properties of a compound semiconductor superlattice can be controlled by a laminated structure of thin films, it is possible to manufacture a bulk semiconductor crystal or a device having characteristics that cannot be obtained by an epitaxial thin film. If the thickness of the individual thin films that make up the superlattice is reduced to about 50Å or less, even when materials with different thin film lattice constants are stacked, they will be distorted so that the lattice constants in the plane direction match each other. As a result, crystal growth can be performed without causing misfit dislocations and the like. Such a superlattice is referred to as a strained superlattice, and since it is not necessary to consider the lattice matching condition as in the conventional epitaxial growth, it has an advantage of widening the range of material combinations and selections in device design. II of strained superlattice
An example of application to a group VI compound semiconductor is shown below.

従来技術1. ホットウォールエピタキシ−法によりGaAs基板上に、Zn
SとZnSeからなる歪超格子、ZnSeとZnTeからなる歪超格
子を形成した。(例えば、J.Crystal Growth72(1985)
299.Appl.Phys.Lett.,48(1986)236.など参照) 従来技術2. 分子線エピタキシ−法(MBE法)によりInP基板上にZnSe
とZnTeからなる歪超子を形成した。
Prior art 1. Zn on a GaAs substrate by hot wall epitaxy
Strained superlattices composed of S and ZnSe and strained superlattices composed of ZnSe and ZnTe were formed. (For example, J. Crystal Growth 72 (1985)
299.Appl.Phys.Lett., 48 (1986) 236. etc.) Prior art 2. ZnSe on InP substrate by molecular beam epitaxy method (MBE method)
Strained superconductors composed of ZnTe and ZnTe were formed.

(例えば、Appl.Phys.Lett.,48(1986)296.など参照) 従来技術3. ジメチル亜鉛、硫化水素、セレン化水素を原料とする有
機金属気相熱分解法(MOCVD法)によりGaAs基板上にZnS
eとZnS0.1Se0.9からなる歪超格子を形成した。
(See, for example, Appl.Phys.Lett., 48 (1986) 296.) Prior art 3. GaAs substrate by metalorganic vapor phase pyrolysis (MOCVD) using dimethylzinc, hydrogen sulfide, and hydrogen selenide as raw materials ZnS on
A strained superlattice composed of e and ZnS 0.1 Se 0.9 was formed.

(例えば、Appl.Phys.Lett.,47(1985)955.など参照) <発明が解決しようとする問題点> 前述の従来技術においては次の様な問題点を有する。(See, for example, Appl. Phys. Lett., 47 (1985) 955.) <Problems to be Solved by the Invention> The above-described conventional technique has the following problems.

従来技術1. ホットウォールエピタキシ−法は真空蒸着法を応用した
結晶成長法で、加熱、溶融した原料を真空中において蒸
発させることにより、成長基板へ原料の供給を行なう。
溶融した原料表面からの蒸発量が、原料の表面積や加熱
方法に依存するために、膜の成長速度の制御を行なうこ
とが難しい。また、蒸発した原料のフラックスが原料を
入れたリザーバーの形状に依存するために制御しにく
く、基板上に到達する原料の量が不均一になりやすい。
このために膜厚分布を生じやすい。従って大口径基板を
処理することができず量産能力は低い。
Prior Art 1. The hot wall epitaxy method is a crystal growth method that applies a vacuum evaporation method, and supplies a raw material to a growth substrate by evaporating a heated and melted raw material in a vacuum.
It is difficult to control the growth rate of the film because the amount of evaporation from the surface of the melted raw material depends on the surface area of the raw material and the heating method. Further, since the flux of the evaporated raw material depends on the shape of the reservoir containing the raw material, it is difficult to control, and the amount of the raw material reaching the substrate tends to be non-uniform.
Therefore, a film thickness distribution is likely to occur. Therefore, a large-diameter substrate cannot be processed and mass production capability is low.

従来技術2. 分子線エピタキシ−法(MBE法)は膜厚制御性に優れた
成長法であるが、10-10〜10-11Torrという超高真空を得
るための排気系及び真空チェンバー等から成り立ってい
るので、装置自身が高価な上、維持費用も高い。
Prior art 2. The molecular beam epitaxy method (MBE method) is a growth method with excellent film thickness controllability, but it is used from an exhaust system and a vacuum chamber to obtain an ultra-high vacuum of 10 -10 to 10 -11 Torr. Since it is established, the device itself is expensive and the maintenance cost is high.

従来技術3. 有機金属気相熱分解法(MOCVD法)は、原料をガスとし
て供給するため、膜厚制御性に優れ、大口型基板の多数
枚処理も可能で量産向きの技術である。しかし、ZnSe、
ZnS0.1Se0.9の成長原料にジメチル亜鉛と、硫化水素又
はセレン化水素を使った場合、反応炉内に導入された原
料同志が気相中で反応し、ZnS、ZnSeなどの微粒子を生
じてしまう。微粒子は基板上の薄膜成長表面に付着し、
結晶成長プロセスを阻害するため、得られる膜の特性が
悪くなる。
Conventional technology 3. Metal-organic vapor phase pyrolysis (MOCVD) is a technology suitable for mass production because it supplies raw materials as a gas, has excellent film thickness controllability, and can process many large substrates. But ZnSe,
When dimethylzinc and hydrogen sulfide or hydrogen selenide are used as growth materials for ZnS 0.1 Se 0.9, the raw materials introduced into the reactor react with each other in the gas phase, producing fine particles such as ZnS and ZnSe. . The particles adhere to the thin film growth surface on the substrate,
Since the crystal growth process is hindered, the characteristics of the obtained film are deteriorated.

そこで本発明はこの様な問題点を解決するもので、その
目的は、高品質なII−VI族化合物半導体薄膜からなる超
格子構造を量産するための製造法を提供することにあ
る。
Therefore, the present invention solves such a problem, and an object thereof is to provide a manufacturing method for mass-producing a superlattice structure composed of a high-quality II-VI group compound semiconductor thin film.

<作 用> MOCVD法においては、薄膜の成長が供給する原料の供給
量で支配される。原料供給量はマスフローコントローラ
により精密に制御されるため、薄膜の成長速度、膜厚制
御性、組成制御性は極めて高い。又、成長用の反応炉
と、基板を保持するサセプターの形状を最適化すること
により大口径ウエハーの多数枚処理が可能である。
<Operation> In the MOCVD method, thin film growth is governed by the amount of raw material supplied. Since the raw material supply amount is precisely controlled by the mass flow controller, the thin film growth rate, film thickness controllability, and composition controllability are extremely high. Further, by optimizing the shapes of the reaction furnace for growth and the susceptor for holding the substrate, it is possible to process a large number of large-diameter wafers.

ジアルキル亜鉛はジアルキル硫黄又はジアルキルセレン
と付加体を形成することにより、ルイス酸としての反応
性が著しく低下するため、室温付近において硫化水素又
はセレン化水素と供存させても反応は全く進行しない。
反応炉に導入された付加体は基板近傍の加熱帯に達する
と解離して、ジアルキル亜鉛を生じるので、硫化水素又
はセレン化水素と反応し、薄膜の成長がおこる。付加体
の解離によって生じたジアルキル硫黄又はジアルキルセ
レンは熱分解しないため、薄膜成長に関与しない。以上
のメカニズムにより、ジアルキル亜鉛を亜鉛ソースとし
た場合に問題となったZnS、ZnSe微粒子の形成は抑制で
き高品質の薄膜の成長が可能となる。
Since dialkylzinc forms an adduct with dialkylsulfur or dialkylselenium, the reactivity as a Lewis acid is remarkably lowered, so that the reaction does not proceed at all even when it is stored with hydrogen sulfide or hydrogen selenide at around room temperature.
When the adduct introduced into the reaction furnace reaches the heating zone near the substrate, it dissociates to produce dialkylzinc, which reacts with hydrogen sulfide or hydrogen selenide to grow a thin film. The dialkylsulfur or dialkylselenium generated by the dissociation of the adduct does not thermally decompose and therefore does not participate in the thin film growth. By the mechanism described above, formation of ZnS and ZnSe fine particles, which is a problem when dialkylzinc is used as a zinc source, can be suppressed, and a high quality thin film can be grown.

<実施例> 本発明で用いる付加体を合成するにあたって使用したジ
アルキル亜鉛(R2Zn)ジアルキル硫黄(R2S)、ジアル
キルセレン(R2Se)を表1にまとめて示す。
<Example> Table 1 collectively shows dialkylzinc (R 2 Zn) dialkylsulfur (R 2 S) and dialkylselenium (R 2 Se) used in synthesizing the adduct used in the present invention.

R2ZnとR2S又はR2Seを両者のうち低沸点成分の量を概ね
過剰にして混合し、加熱によって反応及び熟成を行なっ
た後、過剰成分を留出除去することにより付加体を合成
した。付加体の一般式は次のとおりである。
Of R 2 Zn and R 2 S or R 2 Se, the amount of the low-boiling component of both is mixed in excess, and after reaction and aging by heating, the excess component is distilled off to remove the adduct. Synthesized. The general formula of the adduct is:

R2Zn−R2S R2Zn−R2Se 合成された付加体はそれぞれ固有の蒸気圧を示し蒸留を
繰り返すことにより純度の向上が可能である。表2に蒸
気圧の具体例を示す。
The R 2 Zn-R 2 SR 2 Zn-R 2 Se-synthesized adducts each show a unique vapor pressure, and the purity can be improved by repeating distillation. Table 2 shows specific examples of vapor pressure.

付加体の合成は表1に示した化合物に限らず、表1以外
のR2Zn、R2S、R2Seにより合成が可能であり、いずれも
本発明の範疇に含まれるものである。
The synthesis of the adduct is not limited to the compounds shown in Table 1, but R 2 Zn, R 2 S, and R 2 Se other than those shown in Table 1 can be synthesized, and all of them are included in the scope of the present invention.

第1図には、本発明で用いるMOCVD装置の構成概略図を
示す。
FIG. 1 shows a schematic diagram of the structure of the MOCVD apparatus used in the present invention.

透明石英製の横型反応炉1の内部にグラファイト製サセ
プター2がセットされ基板3が置かれている。基板3は
高周波誘導加熱コイル4によって加熱される。基板温度
は先端をサセプター内部に埋め込んだ熱電対5によって
モニターされる。反応炉1はバルブ6を介して高真空排
気系7に接続されている。また反応炉1を出た反応ガス
はバルブ8を介してロータリーポンプ9に接続されてお
りガス処理装置10に至る。バルブ8は反応炉1の内部圧
力を一定に保つ機能を有する。
A graphite susceptor 2 is set and a substrate 3 is placed inside a horizontal reaction furnace 1 made of transparent quartz. The substrate 3 is heated by the high frequency induction heating coil 4. The substrate temperature is monitored by a thermocouple 5 whose tip is embedded inside the susceptor. The reaction furnace 1 is connected to a high vacuum exhaust system 7 via a valve 6. The reaction gas that has left the reaction furnace 1 is connected to a rotary pump 9 via a valve 8 and reaches a gas processing device 10. The valve 8 has a function of keeping the internal pressure of the reaction furnace 1 constant.

バルブ11〜16は三方バルブで導入されて来たガスをメイ
ンライン17,18又は廃棄ライン19,20のいずれか一方へ供
給する。メインライン17,18は合流後反応炉1へ導入さ
れる。廃棄ライン19,20はそれぞれバルブ21,22を介して
ロータリーポンプ23に至り、ガス処理装置10へ導入され
る。バルブ22,21はそれぞれ廃棄ライン19,20の内部圧力
を調節する機能を有し、廃棄ライン19及び20の内部圧力
がそれぞれメインライン17及び18と等しくなる様調整す
る。24はマスフローコントローラで、ガス流量を精密に
制御する。ボンベ25にはキャリアーガスである水素ガス
が充填されており、精製器26により高純度化された後、
供給される。バブラー27には付加体が充填されており、
恒温槽28により所定の温度に保たれている。付加体は、
−20℃から室温付近における温度帯では液体であるた
め、キャリアーガスのバブリングにより蒸気として供給
できる。供給量はバブリングガスの流量とバブラーの温
度により制御できる。バルブ30は圧力調整機能を有し、
バブラー内部の付加体液面を含むバルブ30より上流側を
大気圧に保持する。ボンベ31,32にはそれぞれ水素ガス
で希釈された硫化水素、セレン化水素が充填されてお
り、供給量はマスフローコントローラ24により制御され
る。
The valves 11 to 16 supply the gas introduced by the three-way valve to either one of the main lines 17 and 18 or the waste lines 19 and 20. The main lines 17 and 18 are introduced into the reaction furnace 1 after joining. The waste lines 19 and 20 reach the rotary pump 23 via the valves 21 and 22, respectively, and are introduced into the gas treatment device 10. The valves 22 and 21 have a function of adjusting the internal pressures of the waste lines 19 and 20, respectively, and adjust the internal pressures of the waste lines 19 and 20 to be equal to the main lines 17 and 18, respectively. 24 is a mass flow controller, which precisely controls the gas flow rate. The cylinder 25 is filled with hydrogen gas which is a carrier gas, and after being highly purified by the purifier 26,
Supplied. The bubbler 27 is filled with an adduct,
It is kept at a predetermined temperature by a constant temperature bath 28. The adduct is
Since it is liquid in the temperature range from -20 ℃ to around room temperature, it can be supplied as vapor by bubbling the carrier gas. The supply amount can be controlled by the flow rate of the bubbling gas and the temperature of the bubbler. The valve 30 has a pressure adjusting function,
The upstream side of the valve 30 including the liquid surface of the additional body inside the bubbler is kept at atmospheric pressure. The cylinders 31 and 32 are filled with hydrogen sulfide and hydrogen selenide diluted with hydrogen gas, and the supply amount is controlled by the mass flow controller 24.

以下に半導体超格子の製造手順をのべる。The manufacturing procedure of the semiconductor superlattice is given below.

バルブ12には付加体蒸気を含むキャリアーガスが供給さ
れ、バルブ11には同流量のキャリアーガスが供給されて
いる。またバルブ13,15にはそれぞれセレン化水素、硫
化水素が供給されており、バルブ14,16にはそれぞれバ
ルブ13,15と同流量のキャリアーガスが供給されてい
る。メインライン17,18と廃棄ライン19,20にはそれぞれ
同流量の原料希釈用キャリアーガスが流れている。メイ
ンライン17,18の内部圧力は、ガス流量とバルブ8によ
って決まる反応炉1の内部圧力に対応した値を示し、廃
棄ライン19,20の内部圧力はバルブ22,21により、それぞ
れ17,18の内部圧力と等しく設定されている。バルブ11
と12、13と14、15と16はそれぞれ対をなして動作させ
る。即ち、一方がメインラインに接続している時、他方
は廃棄ラインに接続されている。ガスの切り換え時には
両者を同時に切り換える。この操作により、反応炉1、
メインライン17,18及び廃棄ライン19,20の内部圧力を一
定に保ったまま、原料ガスをメインラインと廃棄ライン
の間で切り換えることができる。ガス切り換えに伴なう
反応炉1の内部圧力の変動は、成長速度のゆらぎを誘発
し、超格子構造を構成する薄膜の膜厚ムラや面内での厚
さ分布をもたらすため極力押えることが望しい。
The valve 12 is supplied with the carrier gas containing the adduct vapor, and the valve 11 is supplied with the carrier gas at the same flow rate. Further, valves 13 and 15 are supplied with hydrogen selenide and hydrogen sulfide, respectively, and valves 14 and 16 are supplied with carrier gas at the same flow rates as valves 13 and 15, respectively. The carrier gas for diluting the raw material flows at the same flow rate in the main lines 17 and 18 and the waste lines 19 and 20, respectively. The internal pressure of the main lines 17 and 18 shows a value corresponding to the internal pressure of the reactor 1 determined by the gas flow rate and the valve 8, and the internal pressure of the waste lines 19 and 20 is set to 17 and 18 of the valves 22 and 21, respectively. It is set equal to the internal pressure. Valve 11
And 12, 13 and 14, and 15 and 16 operate in pairs. That is, when one is connected to the main line, the other is connected to the discard line. When switching the gas, both are switched simultaneously. By this operation, the reactor 1,
The raw material gas can be switched between the main line and the waste line while keeping the internal pressures of the main lines 17 and 18 and the waste lines 19 and 20 constant. Fluctuations in the internal pressure of the reactor 1 due to gas switching induce fluctuations in the growth rate, and cause unevenness in the film thickness of the thin film forming the superlattice structure and in-plane thickness distribution, which can be suppressed as much as possible. I want it.

硫化水素とセレン化水素の切り換えにより超格子を作製
する際には、次の様に行なう。硫化水素を供給する場合
には、バルブ15,14をメインライン18へ接続し、バルブ1
3,16は廃棄ライン20へ接続する。この時硫化水素はメイ
ンライン18を経て反応炉1へ供給され、セレン化水素は
廃棄される。続いて、バルブ15,16を同時に切り換え
る。この時キャリアーガスのみが反応炉1へ供給され成
長は中断しインターバルの状態となる。しかる後にバル
ブ13,14を同時に切り換えることによりセレン化水素が
反応炉1へ供給される。以下同様にして、適当な長さの
インターバルを介してバルブの切り換えを続行すること
により硫化水素とセレン化水素を交互に反応炉1へ供給
できる。
When manufacturing a superlattice by switching between hydrogen sulfide and hydrogen selenide, the following is performed. When supplying hydrogen sulfide, connect valves 15 and 14 to main line 18 and
3, 16 are connected to the waste line 20. At this time, hydrogen sulfide is supplied to the reaction furnace 1 through the main line 18, and hydrogen selenide is discarded. Then, the valves 15 and 16 are simultaneously switched. At this time, only the carrier gas is supplied to the reaction furnace 1 and the growth is interrupted, resulting in the interval state. Thereafter, the valves 13 and 14 are simultaneously switched to supply hydrogen selenide to the reaction furnace 1. Similarly, hydrogen sulfide and hydrogen selenide can be alternately supplied to the reaction furnace 1 by continuing the switching of the valve through an interval of an appropriate length.

第2図には本発明における原料ガスの反応炉1への供給
シーケンスの一実施例を示す。付加体は連続供給し、硫
化水素、セレン化水素を交互に供給することで、超格子
の形成を行なう。第2図において横軸は時間軸を示して
いる。33,36,39はそれぞれ付加体、セレン化水素、硫化
水素の供給タイミングを示している。34,37,40は反応炉
に原料が供給されている状態を示し、35,38,41は原料が
供給されていない状態を示している。原料供給の組み合
せから明らかな様に、時間ゼロから成長を開始し、42が
ZnSe、44がZnSを成長している時間帯を示し、43は成長
を中断するインターバルを示している。
FIG. 2 shows an example of a sequence of supplying the raw material gas to the reaction furnace 1 in the present invention. The adduct is continuously supplied, and hydrogen sulfide and hydrogen selenide are alternately supplied to form a superlattice. In FIG. 2, the horizontal axis represents the time axis. Reference numerals 33, 36, and 39 respectively indicate the supply timings of the adduct, hydrogen selenide, and hydrogen sulfide. 34, 37 and 40 show the state where the raw material is supplied to the reaction furnace, and 35, 38 and 41 show the state where the raw material is not supplied. As you can see from the combination of raw material supply, growth started from zero time and 42
ZnSe and 44 indicate the time zone during which ZnS is growing, and 43 indicates the interval at which the growth is interrupted.

ZnSe、ZnSの厚さは42,44の時間設定により任意に変えら
れる。三方バルブ11〜16の駆動をシーケンサーにより行
なえば、上述の成長シーケンスは容易に実施できる。
The thickness of ZnSe and ZnS can be arbitrarily changed by setting the time of 42 and 44. If the three-way valves 11 to 16 are driven by a sequencer, the above growth sequence can be easily carried out.

第3図には、本発明における原料ガスの反応炉1への供
給シーケンスの一実施例を示す。付加体とセレン化水素
及び付加体と硫化水素の同時供給を交互に繰り返すこと
で超格子の形成を行なう。
FIG. 3 shows an embodiment of the supply sequence of the source gas to the reaction furnace 1 in the present invention. The superlattice is formed by alternately repeating simultaneous supply of the adduct and hydrogen selenide and the adduct and hydrogen sulfide.

第3図において横軸は時間軸を示している。45,48,51は
それぞれ付加体、セレン化水素、硫化水素の供給タイミ
ングを示しており、46,49,52は原料が反応炉に供給され
ている状態、47,50,53は原料が供給されていない状態を
それぞれ示している。時間ゼロから成長を開始し、54が
ZnSe、56がZnSを成長している時間帯を示し、55は成長
を中断するインターバルを示している。
In FIG. 3, the horizontal axis represents the time axis. 45, 48, 51 show the supply timing of the adduct, hydrogen selenide, hydrogen sulfide, respectively, 46, 49, 52 are the state where the raw material is being fed to the reactor, and 47, 50, 53 are the raw material are being fed. Each of the states is not performed. Start growing from time zero, 54
ZnSe and 56 indicate the time zone during which ZnS is growing, and 55 indicates the interval at which the growth is interrupted.

第2図又は第3図に示したシーケンスに従って具体的に
は次の様な成長条件で超格子構造の製造を行なった。
Specifically, the superlattice structure was manufactured under the following growth conditions according to the sequence shown in FIG. 2 or FIG.

成長基板:ガリウムヒ素の(100)面 成長温度:325℃ 反応炉内部圧力:70Torr (CH32Zn−Se(CH3のバブリングガス流量:バブ
ラー温度−15℃において10ml/min(−15℃における蒸気
圧は21mmHg) 水素ベース10%H2Se供給量:50ml/min 水素ベース2%H2S供給量:250ml/min 17,18,19,20に流れる水素流量:各ライン当り2.5/min 以上の条件の時、ZnSe及びZnSの成長速度は、約1Å/se
cであった。成長速度をもとに、硫化水素とセレン化水
素の供給時間を設定し超格子の構造を決めた。インター
バルは1〜2sec.とした。
Growth substrate: (100) plane of gallium arsenide Growth temperature: 325 ℃ Reactor internal pressure: 70 Torr (CH 3 ) 2 Zn-Se (CH 3 ) 2 bubbling gas flow rate: Bubbler temperature -15 ℃ 10ml / min (- Vapor pressure at 15 ℃ is 21mmHg) Hydrogen-based 10% H 2 Se supply: 50ml / min Hydrogen-based 2% H 2 S supply: 250ml / min Hydrogen flow through 17,18,19,20: 2.5 per line The growth rate of ZnSe and ZnS is about 1Å / se under the condition of / min or more.
It was c. The superlattice structure was determined by setting the supply times of hydrogen sulfide and hydrogen selenide based on the growth rate. The interval was 1 to 2 seconds.

第4図には、ZnSe5Å.ZnS50Å、繰り返し周期400層から
なる超格子構造の回折x線チャートを示す。超格子の長
周期構造を反映した回折ピークが観測され、超格子が形
成されていることを示している。
FIG. 4 shows a diffraction x-ray chart of a superlattice structure consisting of ZnSe5Å.ZnS50Å and 400 repeating layers. Diffraction peaks reflecting the long-period structure of the superlattice are observed, indicating that the superlattice is formed.

第5図には、ZnSe10Å、ZnS45Å、繰り返し周期360層か
らなる超格子構造の77゜Kにおけるフォトルミネッセン
ススペクトルを示す。超格子構造における量子効果によ
り発光ピークエネルギーは、ZnSeのバンドギャップエネ
ルギーに比べ高エネルギー側へシフトしている。又、発
光は量子化された電子−正孔対によるもので、長波長側
に深い準位の関与した発光が全く観測されていないこと
から、得られた超格子が高純度、高品質のものであるこ
とを示している。
Figure 5 shows the photoluminescence spectrum at 77 ° K of a superlattice structure consisting of ZnSe10Å, ZnS45Å, and a repeating period of 360 layers. Due to the quantum effect in the superlattice structure, the emission peak energy shifts to a higher energy side than the band gap energy of ZnSe. Further, the emitted light is due to the quantized electron-hole pair, and no emission involving deep levels on the long wavelength side is observed at all, so the obtained superlattice has high purity and high quality. Is shown.

本発明に係る超格子の製造法においては、上述の(C
H32Zn−Se(CH3付加体のみならず、表1に示した
R2Zn、R2S、R2Seのすべての組み合せによって得られる
付加体を用いても超格子構造の製造をすることができ、
付加体の蒸気圧とバブリングガス流量によって決まる供
給量が同じ時には、上記実施例と同様の特性を示す超格
子構造が製造できた。
In the method for manufacturing a superlattice according to the present invention, the above (C
H 3) 2 Zn-Se ( CH 3) not only 2 adduct, shown in Table 1
A superlattice structure can be produced even by using an adduct obtained by all combinations of R 2 Zn, R 2 S, and R 2 Se,
When the supply amount determined by the vapor pressure of the adduct and the bubbling gas flow rate were the same, a superlattice structure having the same characteristics as those of the above-described examples could be manufactured.

この他、第1図に示したMOCVD装置の概略図において、
同様の構成で、三方バルブの数とガスラインの数を増や
すことによりZnSe10Å−ZnS01Se0950Åといった液晶層
を含む超格子構造の作製も可能である。また、ドーパン
トを設置することで、ZnSe層又はZnS層へのドーピング
も可能である。超格子構造のデバイスへの応用例として
ZnSe25Å−ZnS25Åからなる超格子のZnSe層にのみ選択
的にドーピングして発光素子の作製を行なった。ZnSe層
にAlをドーピングした繰り返し周期300層からなる超格
子をn−型ガリウムヒ素の(100)面上に形成したの
ち、ZnSe層にNをドーピングした繰り返し周期300層か
らなる超格子を積層した。それぞれの超格子層は、N−
型及びP−型の導電性を示した。ガリウムヒ素基板及び
P−型超格子層にオーム性コンタクトを形成し、順方向
バイアスを印加したところ、2.5V付近から発光が観測さ
れ、ピーク波長460nmの純粋な青色発光を呈した。長波
長領域の発光が観測されてないことは、本発明による超
格子が高純度、高品質であり、青色発光素子への応用が
可能なことを示している。
In addition, in the schematic diagram of the MOCVD apparatus shown in FIG.
In a similar arrangement, making it possible a superlattice structure comprising a liquid crystal layer such ZnSe10Å-ZnS 01 Se 09 50Å by increasing the number of number of three-way valves and gas lines. Further, by setting a dopant, it is possible to dope the ZnSe layer or the ZnS layer. As an example of application of superlattice structure device
A ZnSe25Å-ZnS25Å superlattice ZnSe layer was selectively doped to fabricate a light emitting device. After forming a superlattice composed of Al-doped ZnSe layers with a repetition period of 300 layers on the (100) plane of n-type gallium arsenide, a ZnSe layer was laminated with a superlattice composed of N-doped layers of 300 repetition periods. . Each superlattice layer is N-
Type and P-type conductivity was exhibited. When an ohmic contact was formed on the gallium arsenide substrate and the P-type superlattice layer and forward bias was applied, light emission was observed from around 2.5 V, and pure blue light emission with a peak wavelength of 460 nm was exhibited. The fact that light emission in the long wavelength region is not observed indicates that the superlattice according to the present invention has high purity and high quality and can be applied to a blue light emitting device.

本発明は上述の実施例に示したZnSe、ZnSからなる超格
子に限定されるものでなく、テルル化亜鉛(ZnTe)を含
む超格子系、たとえばZnSe−ZnTe系、ZnS−ZnTe系、ZnS
xSe1−x(0<x<1)−ZnTe系にも応用が可能であり
本発明に含まれるものである。
The present invention is not limited to the ZnSe and ZnS superlattices shown in the above-mentioned examples, but superlattice systems containing zinc telluride (ZnTe), for example, ZnSe-ZnTe system, ZnS-ZnTe system, ZnS.
It can be applied to the xSe1-x (0 <x <1) -ZnTe system and is included in the present invention.

<発明の効果> 以上述べた様に本発明によれば、II−VI族化合物半導体
薄膜を交互に多数積層してなる半導体超格子の製造法に
おいて、亜鉛ソースとしてジアルキル亜鉛とジアルキル
硫黄又はジアルキルセレンから合成される付加体を用
い、硫黄ソースとして硫化水素、セレンソースとしてセ
レン化水素を用いる有機金属気相熱分解法により硫化亜
鉛薄膜及びセレン化亜鉛薄膜の形成を行なうことにより
II−VI族化合物半導体薄膜からなる高品質の超格子構造
を量産できる様になった。本発明が青色領域に代表され
る可視短波長発光デバイスに寄与するところ大であると
確信する。
<Effects of the Invention> As described above, according to the present invention, in a method for producing a semiconductor superlattice in which a large number of II-VI group compound semiconductor thin films are alternately laminated, dialkylzinc and dialkylsulfur or dialkylselenium are used as zinc sources. By using an adduct synthesized from, the formation of zinc sulfide thin film and zinc selenide thin film by metalorganic vapor phase pyrolysis using hydrogen sulfide as a sulfur source and hydrogen selenide as a selenium source.
It has become possible to mass-produce high-quality superlattice structures composed of II-VI group compound semiconductor thin films. We are convinced that the present invention greatly contributes to the visible short wavelength light emitting device represented by the blue region.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係るMOCVD装置の構成概略図。 1……反応炉、2……グラファイト製サセプター、3…
…基板、4……高周波誘導加熱コイル、5……熱電対、
6……バルブ、7……高真空排気系、8……バルブ、9
……ロータリーポンプ、10……ガス処理装置、11〜16…
…三方バルブ、17,18……メインライン、19,20……廃棄
ライン、21,22……バルブ、23……ロータリーポンプ、2
4……マスフローコントローラ、25……キャリアガスの
入ったボンベ、26……精製器、27……付加体の入ったバ
ブラー、28……恒温槽、29……バルブ、30……バルブ、
31……水素で希釈した硫化水素の入ったボンベ、32……
水素で希釈したセレン化水素の入ったボンベ。 第2図は本発明における原料ガスの反応炉への供給シー
ケンス図。 33……付加体の供給タイミング、36……セレン化水素の
供給タイミング、39……硫化水素の供給タイミング、3
4,37,40……反応炉に原料が供給されている状態、35,3
8,41……反応炉に原料が供給されていない状態、42……
ZnSeを成長している時間帯、43……インターバル、44…
…ZnSを成長している時間帯。 第3図は本発明における原料ガスの反応炉への供給シー
ケンス図。 45……付加体の供給タイミング、48……セレン化水素の
供給タイミング、51……硫化水素の供給タイミング、4
6,49,52……反応炉に原料が供給されている状態、47,5
0,53……反応炉に原料が供給されていない状態、54……
ZnSeを成長している時間帯、55……インターバル、56…
…ZnSを成長している時間帯。 第4図は本発明により作製した超格子の回折X線チャー
ト図。 第5図は本発明により作製した超格子の77゜Kにおける
フォトルミネッセンススペクトル。
FIG. 1 is a schematic diagram of the structure of an MOCVD apparatus according to the present invention. 1 ... Reactor, 2 ... Graphite susceptor, 3 ...
… Substrate, 4 …… High frequency induction heating coil, 5 …… Thermocouple,
6 ... Valve, 7 ... High vacuum exhaust system, 8 ... Valve, 9
...... Rotary pump, 10 …… Gas processor, 11 to 16…
… Three-way valve, 17,18 …… Main line, 19,20 …… Disposal line, 21,22 …… Valve, 23 …… Rotary pump, 2
4 …… Mass flow controller, 25 …… Cylinder with carrier gas, 26 …… Refiner, 27 …… Bubbler with adduct, 28 …… Constant bath, 29 …… Valve, 30 …… Valve,
31 …… Cylinder containing hydrogen sulfide diluted with hydrogen, 32 ……
A cylinder containing hydrogen selenide diluted with hydrogen. FIG. 2 is a sequence diagram of the supply of the source gas to the reaction furnace in the present invention. 33 …… Adduct supply timing, 36 …… Hydrogen selenide supply timing, 39 …… Hydrogen sulfide supply timing, 3
4,37,40 …… The state that the raw material is supplied to the reactor, 35,3
8,41 …… In the state where the raw material is not supplied to the reactor, 42 ……
Time zone of growing ZnSe, 43 ... Interval, 44 ...
… The time when ZnS is growing. FIG. 3 is a supply sequence diagram of the raw material gas to the reaction furnace in the present invention. 45 …… Addition body supply timing, 48 …… Hydrogen selenide supply timing, 51 …… Hydrogen sulfide supply timing, 4
6,49,52 …… The state where the raw material is supplied to the reactor, 47,5
0,53 …… No raw material is supplied to the reactor, 54 ……
Time zone during growth of ZnSe, 55 …… interval, 56…
… The time when ZnS is growing. FIG. 4 is a diffraction X-ray chart of a superlattice produced by the present invention. FIG. 5 is a photoluminescence spectrum at 77 ° K of the superlattice produced by the present invention.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上にII−VI族化合物半導体薄膜を複数
層積層してなる半導体超格子の製造方法において、亜鉛
ソースとして、ジアルキル亜鉛とジアルキル硫黄から合
成される付加体、またはジアルキル亜鉛とジアルキルセ
レンから合成される付加体を用い、硫黄ソースとして硫
化水素を用い、セレンソースとしてセレン化水素を用い
て、有機金属気相熱分解法によって硫化亜鉛薄膜及びセ
レン化亜鉛薄膜を形成することを特徴とする半導体超格
子の製造法。
1. A method for producing a semiconductor superlattice comprising a plurality of II-VI group compound semiconductor thin films laminated on a substrate, wherein the zinc source is an adduct synthesized from dialkylzinc and dialkylsulfur, or dialkylzinc. Using an adduct synthesized from dialkyl selenium, hydrogen sulfide as a sulfur source, and hydrogen selenide as a selenium source, a zinc sulfide thin film and a zinc selenide thin film can be formed by a metalorganic vapor phase pyrolysis method. A method of manufacturing a characteristic semiconductor superlattice.
【請求項2】前記亜鉛ソースとしてのジアルキル亜鉛と
ジアルキル硫黄から合成される付加体、またはジアルキ
ル亜鉛とジアルキルセレンから合成される付加体を連続
的に供給している状態で、前記硫化水素と前記セレン化
水素とを交互に供給することにより、前記基板上に前記
硫化亜鉛薄膜と前記セレン化亜鉛薄膜を交互に積層する
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体
超格子の製造法。
2. The hydrogen sulfide and the above-mentioned hydrogen sulfide in the state where the adduct synthesized from dialkylzinc and dialkylsulfur as the zinc source or the adduct synthesized from dialkylzinc and dialkylselenium is continuously supplied. 2. The semiconductor superlattice according to claim 1, wherein the zinc sulfide thin film and the zinc selenide thin film are alternately laminated on the substrate by alternately supplying hydrogen selenide. Manufacturing method.
【請求項3】前記亜鉛ソースとしてのジアルキル亜鉛と
ジアルキル硫黄から合成される付加体、またはジアルキ
ル亜鉛とジアルキルセレンから合成される付加体と前記
硫化水素を供給している状態と、前記亜鉛ソースとして
のジアルキル亜鉛とジアルキル硫黄から合成される付加
体、またはジアルキル亜鉛とジアルキルセレンから合成
される付加体と前記セレン化水素を供給している状態と
を交互に繰り返すことにより、前記基板上に前記硫化亜
鉛薄膜と前記セレン化亜鉛薄膜を交互に積層することを
特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体超格子
の製造法。
3. An adduct synthesized from dialkylzinc and dialkylsulfur as the zinc source, or a state in which the adduct synthesized from dialkylzinc and dialkylselenium and the hydrogen sulfide are supplied, and as the zinc source. By alternately repeating the adduct synthesized from dialkylzinc and dialkylsulfur or the adduct synthesized from dialkylzinc and dialkylselenium and the state of supplying the hydrogen selenide. The method for producing a semiconductor superlattice according to claim 1, wherein zinc thin films and the zinc selenide thin films are alternately laminated.
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