JPH0717477B2 - 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 - Google Patents
化合物半導体のエピタキシャル成長方法Info
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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、化合物半導体単結晶のエピタキシャル成長方
法に関する。
法に関する。
＜従来の技術＞ 硫化亜鉛（ZnS）等の化合物半導体発光素子の製造方法
であって、該化合物半導体の半導体基板上へのエピタキ
シャル結晶成長と電極形成を含む製造工程における膜厚
制御性や量産性に優れた方法として、分子線エピタキシ
ャル成長法（MBE法）がある。MBE法は、例えばZnSを結
晶成長させる場合、Znの元素単体材料と、Ｓの元素単体
材料あるいはＳの水素化物（H2S）材料とを各々独立に
クヌーセンセル中で加熱、飛出させ、その分子（原子）
ビーム材料を十分に加熱された半導体基板上に照射し、
結晶成長させる技術である。
であって、該化合物半導体の半導体基板上へのエピタキ
シャル結晶成長と電極形成を含む製造工程における膜厚
制御性や量産性に優れた方法として、分子線エピタキシ
ャル成長法（MBE法）がある。MBE法は、例えばZnSを結
晶成長させる場合、Znの元素単体材料と、Ｓの元素単体
材料あるいはＳの水素化物（H2S）材料とを各々独立に
クヌーセンセル中で加熱、飛出させ、その分子（原子）
ビーム材料を十分に加熱された半導体基板上に照射し、
結晶成長させる技術である。
更に、具体的に、半導体発光素子用の多層エピタキシャ
ル成長結晶の各層にその伝導型と発光色を制御する不純
物をドービングしたい場合、例えば、ZnS等のII−VI族
化合物半導体をｎ型にしたい場合には、アルミニウム
（Al），ガリウム（Ga），インジウム（In）,VII族元素
の沃素（Ｉ），臭素（Br），塩素（Cl），フッ素（Ｆ）
などを、またｐ型にしたい場合には、Ｉ族元素のリチウ
ム（Li），ナトリウム（Na），カリウム（Ｋ）,V族元素
の窒素（Ｎ），リン（Ｐ），砒素（As），アンチモン
（Sb）等を、また半絶縁性にしたい場合には、無添加あ
るいはIV族元素のシリコン（Si），ゲルマニウム（G
e），あるいは上記のIII族あるいはVII族元素のうちい
ずれかとＩ族あるいはＶ族元素のうちいずれかを組み合
わせて同時に不純物元素として使用する。また特に発光
中心としてドービングしたい場合には、マンガン（M
n），ランタノイド（希土類元素）のランタン（La），
セリウム（Ce），プラセオジウム（Pr），プロメチウム
（Pm），サマリウム（Sm），ユーロビウム（Eu），ガド
リニウム（Gd），テルビウム（Tb），ジスプロシウム
（Dy），ホルミウム（Ho），エルビウム（Er），ツリウ
ム（Tm），イッテルビウム（Yb），ルテチウム（Lu）等
を不純物元素として使用する。従来のMBE法において
は、単結晶成長させる際に、適当な温度に加熱された基
板上に分子ビーム原料を照射し、あるいは、分子ビーム
を高温に加熱して照射することにより単結晶成長させ、
またドービング元素の分子ビーム原料を同時に照射する
ことにより不純物を添加していた。
ル成長結晶の各層にその伝導型と発光色を制御する不純
物をドービングしたい場合、例えば、ZnS等のII−VI族
化合物半導体をｎ型にしたい場合には、アルミニウム
（Al），ガリウム（Ga），インジウム（In）,VII族元素
の沃素（Ｉ），臭素（Br），塩素（Cl），フッ素（Ｆ）
などを、またｐ型にしたい場合には、Ｉ族元素のリチウ
ム（Li），ナトリウム（Na），カリウム（Ｋ）,V族元素
の窒素（Ｎ），リン（Ｐ），砒素（As），アンチモン
（Sb）等を、また半絶縁性にしたい場合には、無添加あ
るいはIV族元素のシリコン（Si），ゲルマニウム（G
e），あるいは上記のIII族あるいはVII族元素のうちい
ずれかとＩ族あるいはＶ族元素のうちいずれかを組み合
わせて同時に不純物元素として使用する。また特に発光
中心としてドービングしたい場合には、マンガン（M
n），ランタノイド（希土類元素）のランタン（La），
セリウム（Ce），プラセオジウム（Pr），プロメチウム
（Pm），サマリウム（Sm），ユーロビウム（Eu），ガド
リニウム（Gd），テルビウム（Tb），ジスプロシウム
（Dy），ホルミウム（Ho），エルビウム（Er），ツリウ
ム（Tm），イッテルビウム（Yb），ルテチウム（Lu）等
を不純物元素として使用する。従来のMBE法において
は、単結晶成長させる際に、適当な温度に加熱された基
板上に分子ビーム原料を照射し、あるいは、分子ビーム
を高温に加熱して照射することにより単結晶成長させ、
またドービング元素の分子ビーム原料を同時に照射する
ことにより不純物を添加していた。
＜発明が解決しようとする課題＞ しかし、前述の不純物元素を含む単体原料（分子ビーム
原料）の多く（例えば、亜鉛，硫黄，セレン，テルル，
窒素，リン，砒素，沃素，臭素，塩素，フッ素）は、元
素としての蒸気圧が高く、化合物半導体にとって必要と
される適当な成長温度（300℃以上）に加熱された基板
上への付着係数が小さく、従って上記の元素を成分とし
て含有する化合物半導体個々の化合物の高品質単結晶成
長させることが出来ない。また一方で化合物半導体は個
々の化合物の高品質結晶成長に必要な温度で成長すると
深い準位や複合欠陥の原因となる空孔などの点欠陥が発
生することや、好ましくない不純物が混入する等半導体
薄膜の特性上重大な不都合が生じるので、なるべく低温
で成長させることが望ましい。
原料）の多く（例えば、亜鉛，硫黄，セレン，テルル，
窒素，リン，砒素，沃素，臭素，塩素，フッ素）は、元
素としての蒸気圧が高く、化合物半導体にとって必要と
される適当な成長温度（300℃以上）に加熱された基板
上への付着係数が小さく、従って上記の元素を成分とし
て含有する化合物半導体個々の化合物の高品質単結晶成
長させることが出来ない。また一方で化合物半導体は個
々の化合物の高品質結晶成長に必要な温度で成長すると
深い準位や複合欠陥の原因となる空孔などの点欠陥が発
生することや、好ましくない不純物が混入する等半導体
薄膜の特性上重大な不都合が生じるので、なるべく低温
で成長させることが望ましい。
しかるに、不純物元素あるいは半導体構成元素のうち金
属元素（亜鉛，カドミウム，アルミニウム，ガリウム，
インジウム，ナトリウム，カリウム，シリコン，ゲルマ
ニウム，マンガン，すべてのランタノイド元素）は単原
子分子として存在するが、低温の基板上では凝集し易
く、化合物を形成しないで、あるいは不純物としては分
散しないで固体を形成し、なおかつ、不純物元素や、化
合物半導体を構成する一方の特に非金属元素は元来２分
子原子（テルル，窒素，沃素，臭素，フッ素）,4原子分
子（砒素，リン）あるいは２〜８原子を含む多原子分子
（硫黄，セレン）として存在するため、低温基板上に成
長の際、分解と結晶への組み込みがスムーズに進行しな
いことになり、構造的欠陥（微小な双晶，小傾角度結晶
粒界，微小な島状成長等）をひき起し半導体素子製作に
適用し得る高品質でしかも、ドービングが制御された単
結晶を成長させることは極めて困難であった。
属元素（亜鉛，カドミウム，アルミニウム，ガリウム，
インジウム，ナトリウム，カリウム，シリコン，ゲルマ
ニウム，マンガン，すべてのランタノイド元素）は単原
子分子として存在するが、低温の基板上では凝集し易
く、化合物を形成しないで、あるいは不純物としては分
散しないで固体を形成し、なおかつ、不純物元素や、化
合物半導体を構成する一方の特に非金属元素は元来２分
子原子（テルル，窒素，沃素，臭素，フッ素）,4原子分
子（砒素，リン）あるいは２〜８原子を含む多原子分子
（硫黄，セレン）として存在するため、低温基板上に成
長の際、分解と結晶への組み込みがスムーズに進行しな
いことになり、構造的欠陥（微小な双晶，小傾角度結晶
粒界，微小な島状成長等）をひき起し半導体素子製作に
適用し得る高品質でしかも、ドービングが制御された単
結晶を成長させることは極めて困難であった。
そのため、従来のごとき成長法にて製造された半導体多
層膜エピタキシャル結晶は不純物元素が制御された形で
ドービングされる場合でも、成長温度以上に加熱される
と変質を生じ、例えば不純物を十分に添加された低抵抗
半導体エピタキシャル膜の伝導度が加熱処理により10桁
以上も増大してしまうことは例外的なことではなく、さ
らに成長温度近くまでの再加熱によっても高抵抗化する
ため電極形成の際には加熱処理を避けるための特別な電
極形成層を必ず余分に工夫しなければならないという問
題点、発光素子の駆動後の特性変化や劣化が著しいとい
う問題点がある。特にこれらの問題は、発光ダイオー
ド，半導体レーザーの実用上の極めて大きい問題となっ
ている。
層膜エピタキシャル結晶は不純物元素が制御された形で
ドービングされる場合でも、成長温度以上に加熱される
と変質を生じ、例えば不純物を十分に添加された低抵抗
半導体エピタキシャル膜の伝導度が加熱処理により10桁
以上も増大してしまうことは例外的なことではなく、さ
らに成長温度近くまでの再加熱によっても高抵抗化する
ため電極形成の際には加熱処理を避けるための特別な電
極形成層を必ず余分に工夫しなければならないという問
題点、発光素子の駆動後の特性変化や劣化が著しいとい
う問題点がある。特にこれらの問題は、発光ダイオー
ド，半導体レーザーの実用上の極めて大きい問題となっ
ている。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明は上述する問題点を解決するためになされたもの
で、化合物半導体を構成する元素の単体材料と、前記化
合物半導体の不純物元素を含む材料の、分子或いは原子
ビーム原料を用いて、半導体基板一主面上へ所望伝導型
を有する化合物半導体の結晶を成長させる際、 前記分子或いは原子ビーム原料が入射する前記半導体基
板主面上に成長する結晶材料のバンドギャップのエネル
ギーに共鳴、吸収するように選ばれた光線を照射してな
る化合物半導体のエピタキシャル成長方法を提供するも
のである。
で、化合物半導体を構成する元素の単体材料と、前記化
合物半導体の不純物元素を含む材料の、分子或いは原子
ビーム原料を用いて、半導体基板一主面上へ所望伝導型
を有する化合物半導体の結晶を成長させる際、 前記分子或いは原子ビーム原料が入射する前記半導体基
板主面上に成長する結晶材料のバンドギャップのエネル
ギーに共鳴、吸収するように選ばれた光線を照射してな
る化合物半導体のエピタキシャル成長方法を提供するも
のである。
＜作用＞ 単体元素より成る、不純物用元素ならびに半導体構成元
素は半導体基板上で特定の光エネルギーを持つ光線を照
射すると光エネルギーを吸収して光分解，光泳動，光結
合，光解離する、即ち光エピタキシャル成長する。光に
よる分解，泳動，結合，解離の効率は光線の照射強度と
波長に依存するため、特にバンドギャップのエネルギー
に共鳴，吸収するように選ばれた光線にて、エネルギー
を与えられた基板表面上の原子，分子は熱エネルギー下
の定常状態にはなく、光線なしでは単結晶成長しない低
温においても効率良く単結晶化，不純物添加が行えるの
である。
素は半導体基板上で特定の光エネルギーを持つ光線を照
射すると光エネルギーを吸収して光分解，光泳動，光結
合，光解離する、即ち光エピタキシャル成長する。光に
よる分解，泳動，結合，解離の効率は光線の照射強度と
波長に依存するため、特にバンドギャップのエネルギー
に共鳴，吸収するように選ばれた光線にて、エネルギー
を与えられた基板表面上の原子，分子は熱エネルギー下
の定常状態にはなく、光線なしでは単結晶成長しない低
温においても効率良く単結晶化，不純物添加が行えるの
である。
＜実施例＞ （実施例１） 以下に本発明の実施例として、まずMBE法によりZnS単結
晶ホモエピタキシャル薄膜の結晶成長をする方法を説明
する。
晶ホモエピタキシャル薄膜の結晶成長をする方法を説明
する。
第１図は光線を半導体結晶基板面に垂直に照射するMBE
法結晶成長装置の概略図である。第１図において、ステ
ンレス製超高真空容器11の内部をイオンポンプ12により
10-10Torrに排気し、モリブデン製基板ホルダー８上に
（100）面方位を有するZnS単結晶基板７を設置し、基板
ヒーター13で250℃に加熱する。分子ビーム原料14（Al
源），分子ビーム原料15（Ga源），分子ビーム原料16
（In源），分子ビーム原料17（Zn源），分子ビーム原料
18（Ｐ源）ならびに分子ビーム原料19（Ｓ源）が基板７
に向けて照射されると同時に、Xeランプ（1kw）光源１
より出て分光された波長350nm（半値幅15nm）の光線２
が基板７に向けて照射される。Znのビーム５の圧力は１
×10-6Torr,Sのビーム６の圧力は５×10-6Torrである。
本実施例において照射した光線２は約２×10-5W/cm2で
あり、連続光を成長の全時間にわたって照射する。
法結晶成長装置の概略図である。第１図において、ステ
ンレス製超高真空容器11の内部をイオンポンプ12により
10-10Torrに排気し、モリブデン製基板ホルダー８上に
（100）面方位を有するZnS単結晶基板７を設置し、基板
ヒーター13で250℃に加熱する。分子ビーム原料14（Al
源），分子ビーム原料15（Ga源），分子ビーム原料16
（In源），分子ビーム原料17（Zn源），分子ビーム原料
18（Ｐ源）ならびに分子ビーム原料19（Ｓ源）が基板７
に向けて照射されると同時に、Xeランプ（1kw）光源１
より出て分光された波長350nm（半値幅15nm）の光線２
が基板７に向けて照射される。Znのビーム５の圧力は１
×10-6Torr,Sのビーム６の圧力は５×10-6Torrである。
本実施例において照射した光線２は約２×10-5W/cm2で
あり、連続光を成長の全時間にわたって照射する。
第２図は成長温度250℃にて成長させたZnSホモエピタキ
シャル単結晶膜のRHEED（反射高速電子線回折）パター
ンを光線照射下成長結晶の場合（図中(a)），ならびに
非照射結晶の場合（同図(b)）について記したものであ
る。第３図は同じく、光線照射下成長（図中(C)）なら
びに非照射成長（図中(D)のZnSホモエピタキシャル膜の
PL（フォトルミネッセンス）スペクトルを示す。PL励起
光はXeランプを分光した315nm光を用いている。
シャル単結晶膜のRHEED（反射高速電子線回折）パター
ンを光線照射下成長結晶の場合（図中(a)），ならびに
非照射結晶の場合（同図(b)）について記したものであ
る。第３図は同じく、光線照射下成長（図中(C)）なら
びに非照射成長（図中(D)のZnSホモエピタキシャル膜の
PL（フォトルミネッセンス）スペクトルを示す。PL励起
光はXeランプを分光した315nm光を用いている。
第２図(a)・(b)から明らかなように、Xeランプ350nm光
線を照射しない場合にはエピタキシャル膜は微小な双晶
を膜全体に渡って含んでおり低温成長の為に単結晶化し
ておらず、また回折点のぼけが大きいことからも、エピ
タキシャル結晶膜は極めて細かなモザイク結晶からなっ
ていることがわかる。それに比較して、光線照射結晶
は、回折点のぼけが全く無い完全な単結晶膜となってい
る。
線を照射しない場合にはエピタキシャル膜は微小な双晶
を膜全体に渡って含んでおり低温成長の為に単結晶化し
ておらず、また回折点のぼけが大きいことからも、エピ
タキシャル結晶膜は極めて細かなモザイク結晶からなっ
ていることがわかる。それに比較して、光線照射結晶
は、回折点のぼけが全く無い完全な単結晶膜となってい
る。
また、第３図中のC,Dより明らかなように、PLスペクト
ルにおける自由励起子発光（3.79eV）の発光強度におい
ても光線照射結晶では、その強度が非照射の場合に比較
して（0.5μｍの同じ膜厚に対して）３倍に増大してお
り、半値幅も小さく、光線照射による単結晶化の効果が
顕著である。
ルにおける自由励起子発光（3.79eV）の発光強度におい
ても光線照射結晶では、その強度が非照射の場合に比較
して（0.5μｍの同じ膜厚に対して）３倍に増大してお
り、半値幅も小さく、光線照射による単結晶化の効果が
顕著である。
また、例えば本実施例において説明したと同じ成長条件
下で光線非照射下でAl分子ビームの圧力を１×10-9Torr
として、Alをｎ型不純物としてドーピングすると、キャ
リヤ濃度２×1018cm-3，移動度20cm2/V・sec,抵抗率１
×10-1Ω・cmの低抵抗のｎ型ZnSエピタキシャル膜が得
られる。
下で光線非照射下でAl分子ビームの圧力を１×10-9Torr
として、Alをｎ型不純物としてドーピングすると、キャ
リヤ濃度２×1018cm-3，移動度20cm2/V・sec,抵抗率１
×10-1Ω・cmの低抵抗のｎ型ZnSエピタキシャル膜が得
られる。
これに対して光照射下成長結晶では移動度60cm2/V・se
c,キャリア濃度６×1018cm-3，抵抗率0.018Ω・cmとな
り、抵抗率が減少する。従って光照射による導電率の向
上という効果が現れている。
c,キャリア濃度６×1018cm-3，抵抗率0.018Ω・cmとな
り、抵抗率が減少する。従って光照射による導電率の向
上という効果が現れている。
更に、不純物をドービングした低抵抗ｎ型エピタキシャ
ルZnS結晶は光線照射部分と光線非照射部分ではその結
晶性の違いにより、成長後の加熱処理で、その電気的特
性が大きく変化する。
ルZnS結晶は光線照射部分と光線非照射部分ではその結
晶性の違いにより、成長後の加熱処理で、その電気的特
性が大きく変化する。
その変化を説明する例が第４図に示されている。第４図
において、60はZnS（100）単結晶基板,61はXeランプ光
線（350nm,2×10-5W/cm2）照射部分,62は光線非照射部
分,63は光調整用スリット,64はXeランプ光線である。6
1,62は、亜鉛（Zn）ビーム圧力１×10-6Torr,硫黄
（Ｓ）ビーム圧力５×10-6Torr,アルミニウム（Al）ビ
ーム圧力５×10-9Torr,基板温度260℃で成長し、成長膜
の電気的特性は62部分では抵抗率２×10-2Ω・cm,キャ
リア濃度1018cm-3,61部分は抵抗率７×10-3Ω・cmキャ
リア濃度２×1018cm-3である。
において、60はZnS（100）単結晶基板,61はXeランプ光
線（350nm,2×10-5W/cm2）照射部分,62は光線非照射部
分,63は光調整用スリット,64はXeランプ光線である。6
1,62は、亜鉛（Zn）ビーム圧力１×10-6Torr,硫黄
（Ｓ）ビーム圧力５×10-6Torr,アルミニウム（Al）ビ
ーム圧力５×10-9Torr,基板温度260℃で成長し、成長膜
の電気的特性は62部分では抵抗率２×10-2Ω・cm,キャ
リア濃度1018cm-3,61部分は抵抗率７×10-3Ω・cmキャ
リア濃度２×1018cm-3である。
第５図に、第４図に示したエピタキシャル膜を、成長後
に真空中260℃で30分間加熱した場合の、抵抗率の値を
示す。光線照射成長部分61は抵抗率が１×10-2Ω・cmで
あり、抵抗率は成長後の値がほぼ保たれるが、非照射部
分62の抵抗は成長後の値から109倍程度以上に増大し107
Ω・cm以上の高抵抗層となる。非照射部分62は結晶化が
進んでいないため加熱処理により容易に高抵抗化する。
一方光照射部分61は単結晶化が十分に進行しているため
加熱処理によっても成長時の特性が維持されている。
に真空中260℃で30分間加熱した場合の、抵抗率の値を
示す。光線照射成長部分61は抵抗率が１×10-2Ω・cmで
あり、抵抗率は成長後の値がほぼ保たれるが、非照射部
分62の抵抗は成長後の値から109倍程度以上に増大し107
Ω・cm以上の高抵抗層となる。非照射部分62は結晶化が
進んでいないため加熱処理により容易に高抵抗化する。
一方光照射部分61は単結晶化が十分に進行しているため
加熱処理によっても成長時の特性が維持されている。
光線照射が結晶の単結晶化と安定化に著しい効果を示し
ている。
ている。
従来のZnSのMBEエピタキシャル成長において報告されて
いる最適成長温度（単結晶化温度）は300℃以上、特に3
50℃〜450℃程度であり、この温度以下では単結晶化し
ていない。本実施例においては、基板温度を250℃とし
た場合の結果を記したが、基板温度100℃でも全く同様
の結果が得られる。
いる最適成長温度（単結晶化温度）は300℃以上、特に3
50℃〜450℃程度であり、この温度以下では単結晶化し
ていない。本実施例においては、基板温度を250℃とし
た場合の結果を記したが、基板温度100℃でも全く同様
の結果が得られる。
（実施例２） 本発明の第２の実施例を以下、第６図，第７図に示す。
第１の実施例に示した第１図の成長装置において、Gaの
分子ビーム圧力７×10-7Torr,Asの分子ビーム圧力１×1
0-6Torrとし、第１の実施例と同様、Xeランプ光源を用
いて、分光した830nm光（半値幅10nm,5×10-5W/cm2）を
GaAs（100）基板上に照射してGaAsエピタキシャル膜を
成長させた。
第１の実施例に示した第１図の成長装置において、Gaの
分子ビーム圧力７×10-7Torr,Asの分子ビーム圧力１×1
0-6Torrとし、第１の実施例と同様、Xeランプ光源を用
いて、分光した830nm光（半値幅10nm,5×10-5W/cm2）を
GaAs（100）基板上に照射してGaAsエピタキシャル膜を
成長させた。
第６図は成長温度400℃にて成長させたGaAs（100）ホモ
エピタキシャル単結晶膜のRHEED（反射高速電子線回
折）パターンを光線照射下成長結晶の場合（同図(a)）
ならびに非照射結晶の場合（同図(b)）について記した
ものである。第７図は同じく、光線照射下成長（図中
Ｅ）ならびに非照射成長（図中Ｆ）のGaAsホモェピタキ
シャル膜のPL（フォトルミネッセンス）スペクトルを示
す。第６図(a)(b)から明らかなように、Xeランプ830nm
光線を照射しない場合にはエピタキシャル膜は微小な双
品を膜全体に渡って含んでおり低温成長の為に単結晶化
しておらず、また回折点のぼけが大きいことからも、エ
ピタキシャル結晶膜は極めて細かなモザイク結晶からな
っていることがわかる。さらに逆Ｖ字型の回折パターン
が支配的であることは小傾角粒界結晶が多いことを示し
ている。それに比較して、光線照射結晶は、回折点のぼ
けが全く無い完全な単結晶膜となっている。また、第７
図より明らかなように、PLスペクトルにおけるバンド端
発光（1.5leV）の発光強度においても光線照射結晶で
は、その強度が非照射の場合に比較して（１μｍの同じ
膜厚に対して）２倍に増大しており、半値幅も小さく光
線照射による単結晶化の効果が顕著である。
エピタキシャル単結晶膜のRHEED（反射高速電子線回
折）パターンを光線照射下成長結晶の場合（同図(a)）
ならびに非照射結晶の場合（同図(b)）について記した
ものである。第７図は同じく、光線照射下成長（図中
Ｅ）ならびに非照射成長（図中Ｆ）のGaAsホモェピタキ
シャル膜のPL（フォトルミネッセンス）スペクトルを示
す。第６図(a)(b)から明らかなように、Xeランプ830nm
光線を照射しない場合にはエピタキシャル膜は微小な双
品を膜全体に渡って含んでおり低温成長の為に単結晶化
しておらず、また回折点のぼけが大きいことからも、エ
ピタキシャル結晶膜は極めて細かなモザイク結晶からな
っていることがわかる。さらに逆Ｖ字型の回折パターン
が支配的であることは小傾角粒界結晶が多いことを示し
ている。それに比較して、光線照射結晶は、回折点のぼ
けが全く無い完全な単結晶膜となっている。また、第７
図より明らかなように、PLスペクトルにおけるバンド端
発光（1.5leV）の発光強度においても光線照射結晶で
は、その強度が非照射の場合に比較して（１μｍの同じ
膜厚に対して）２倍に増大しており、半値幅も小さく光
線照射による単結晶化の効果が顕著である。
（実施例３） 本発明の第３の実施例を以下第８図，第９図に示す。成
長装置は、前記２実施例と同様であり、本実施例に於て
は、GaAs基板上にバッファー層を介さず、AlGaInP結晶
をヘテロエピタキシャル成長させた。基板温度は350℃,
Al分子ビーム圧力は３×10-7Torr,Ga分子ビーム圧力は
５×10-7Torr,In分子ビーム圧力は６×10-7Torr,P分子
ビーム圧力は２×10-6Torrである。GaAs（100）上に（A
l0.5Ga0.7）0.5In0.4Ｐをエピタキシャル成長させた。
照射光線は、前記２実施例と同じXeランプ光を分光した
630nm（半値幅15nm,強度10×10-5W/cm2）であり、成長
の全時間にわたって照射した。尚、本実施例では成長初
期には830nm光（半値幅10nm,強度５×10-5W/cm2）を伴
用し、特に膜厚0.3μｍ程度までは830nm光を照射した。
長装置は、前記２実施例と同様であり、本実施例に於て
は、GaAs基板上にバッファー層を介さず、AlGaInP結晶
をヘテロエピタキシャル成長させた。基板温度は350℃,
Al分子ビーム圧力は３×10-7Torr,Ga分子ビーム圧力は
５×10-7Torr,In分子ビーム圧力は６×10-7Torr,P分子
ビーム圧力は２×10-6Torrである。GaAs（100）上に（A
l0.5Ga0.7）0.5In0.4Ｐをエピタキシャル成長させた。
照射光線は、前記２実施例と同じXeランプ光を分光した
630nm（半値幅15nm,強度10×10-5W/cm2）であり、成長
の全時間にわたって照射した。尚、本実施例では成長初
期には830nm光（半値幅10nm,強度５×10-5W/cm2）を伴
用し、特に膜厚0.3μｍ程度までは830nm光を照射した。
第８図は成長温度350℃にて成長させたエピタキシャル
単結晶膜のRHEED（反射高速電子線回折）パターンを光
線照射下成長結晶の場合（同図(a)）ならびに非照射結
晶の場合（同図(b)）について記したものである。第９
図は同じく、光線照射下成長（図中Ｍ）ならびに非照射
成長（図中Ｎ）のAlGaInPエピタキシャル膜のPL（フォ
トルミネッセンス）スペクトルを示す。第８図(a)(b)か
ら明らかなように、Xeランプ630nm光線を照射しない場
合にはエピタキシャル膜は微小な双品を膜全体に渡って
含んでおり低温成長の為に単結晶化しておらず、また回
折点のぼけが大きいことからも、エピタキシャル結晶膜
は極めて細かなモザイク結晶からなっていることがわか
る。AlGaInP結晶では、特に双晶成分が著しく含まれて
いる。それに比較して、光線照射結晶は、回折点のぼけ
が全く無い完全な単結晶膜となっている。また、第９図
より明らかなように、PLスペクトルにおけるバンド端発
光（1.895cV）の発光強度においても光線照射結晶で
は、その強度が非照射の場合に比較して（２μｍの同じ
膜厚に対して）７倍に増大しており、半値幅も小さく光
線照射による単結晶化の効果が特に顕著である。
単結晶膜のRHEED（反射高速電子線回折）パターンを光
線照射下成長結晶の場合（同図(a)）ならびに非照射結
晶の場合（同図(b)）について記したものである。第９
図は同じく、光線照射下成長（図中Ｍ）ならびに非照射
成長（図中Ｎ）のAlGaInPエピタキシャル膜のPL（フォ
トルミネッセンス）スペクトルを示す。第８図(a)(b)か
ら明らかなように、Xeランプ630nm光線を照射しない場
合にはエピタキシャル膜は微小な双品を膜全体に渡って
含んでおり低温成長の為に単結晶化しておらず、また回
折点のぼけが大きいことからも、エピタキシャル結晶膜
は極めて細かなモザイク結晶からなっていることがわか
る。AlGaInP結晶では、特に双晶成分が著しく含まれて
いる。それに比較して、光線照射結晶は、回折点のぼけ
が全く無い完全な単結晶膜となっている。また、第９図
より明らかなように、PLスペクトルにおけるバンド端発
光（1.895cV）の発光強度においても光線照射結晶で
は、その強度が非照射の場合に比較して（２μｍの同じ
膜厚に対して）７倍に増大しており、半値幅も小さく光
線照射による単結晶化の効果が特に顕著である。
本発明の第2,第３の実施例より明らかなように、従来の
GaAsの適当な成長温度（600℃）を200℃以上も低下でき
AlGaInPの場合（500℃）には150℃以上も下げることが
可能であり、大幅な成長温度の低下がもたらされる。ま
た、これらの実施例は、従来の温度付近においても同様
の結果となっており、発光ダイオード，半導体レーザー
等の安定性向上に、光線照射MBEエピタキシャル成長が
有効であることを示す。
GaAsの適当な成長温度（600℃）を200℃以上も低下でき
AlGaInPの場合（500℃）には150℃以上も下げることが
可能であり、大幅な成長温度の低下がもたらされる。ま
た、これらの実施例は、従来の温度付近においても同様
の結果となっており、発光ダイオード，半導体レーザー
等の安定性向上に、光線照射MBEエピタキシャル成長が
有効であることを示す。
本発明は、以上の実施例で説明した範囲にとどまらな
い。すなわち、本発明は化合物半導体の種類として第II
族元素（Zn,Cd,Hg,Mg,Be）、第VI族元素（S,Se,Te）の
組み合わせより成る二元以上のII−VI族化合物半導体を
母体材料として、第Ｉ族元素（Li,Na,K,Cu,Ag,Au）、第
Ｖ族元素（N,P,As,Sb）、第III族元素（In,Al,Ga）、第
VII族元素（F,Cl,Br,I）、第IV族元素（Si,Ce,Sn）、及
び遷移金属元素（Cr,Fe,Ni,Mn）、あるいは希土類元素
（La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu）な
どを不純物原料とするII−VI族化合物半導体系、及び第
III族元素（In,Al,Ga）と第Ｖ族元素（N,P,As,Sb）の組
み合わせより成る２元以上のIII−Ｖ族化合物半導体を
母体材料とし、第II族元素（Zn,Cd,Hg,Mg,Be,Mn）第IV
族元素（Si,Ge,Sn）、第VI族元素（S,Se,Te）及び遷移
金属元素（Cr,Fe,Ni,V,Ti）などを不純物原料とするIII
−Ｖ族化合物半導体系、および第４族元素（C,Si,Ge）
あるいはその組み合わせよりなる化合物を母体材料と
し、第III族元素、第Ｖ族元素，第VII族元素，遷移金属
元素を不純物とする第４族元素ならびに化合物半導体
系、および第Ｉ族元素，第III族元素および第VI族元素
の組み合わせよりなるカルコバイライト系化合物を母体
材料とし、第II族元素，第IV族元素，第Ｖ族元素，およ
び第VII族元素などを不純物材料とするカルコバイライ
ト型化合物半導体系などにも適用できる。
い。すなわち、本発明は化合物半導体の種類として第II
族元素（Zn,Cd,Hg,Mg,Be）、第VI族元素（S,Se,Te）の
組み合わせより成る二元以上のII−VI族化合物半導体を
母体材料として、第Ｉ族元素（Li,Na,K,Cu,Ag,Au）、第
Ｖ族元素（N,P,As,Sb）、第III族元素（In,Al,Ga）、第
VII族元素（F,Cl,Br,I）、第IV族元素（Si,Ce,Sn）、及
び遷移金属元素（Cr,Fe,Ni,Mn）、あるいは希土類元素
（La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu）な
どを不純物原料とするII−VI族化合物半導体系、及び第
III族元素（In,Al,Ga）と第Ｖ族元素（N,P,As,Sb）の組
み合わせより成る２元以上のIII−Ｖ族化合物半導体を
母体材料とし、第II族元素（Zn,Cd,Hg,Mg,Be,Mn）第IV
族元素（Si,Ge,Sn）、第VI族元素（S,Se,Te）及び遷移
金属元素（Cr,Fe,Ni,V,Ti）などを不純物原料とするIII
−Ｖ族化合物半導体系、および第４族元素（C,Si,Ge）
あるいはその組み合わせよりなる化合物を母体材料と
し、第III族元素、第Ｖ族元素，第VII族元素，遷移金属
元素を不純物とする第４族元素ならびに化合物半導体
系、および第Ｉ族元素，第III族元素および第VI族元素
の組み合わせよりなるカルコバイライト系化合物を母体
材料とし、第II族元素，第IV族元素，第Ｖ族元素，およ
び第VII族元素などを不純物材料とするカルコバイライ
ト型化合物半導体系などにも適用できる。
本発明の分子（原子）ビーム原料としては、上記元素の
単体材料とともに、水素化物，メチル化，エチル化有機
金属化合物に適用できる。半導体基板としてはZnS基板,
CdTe基板,CdHgTe基板などのほかにGaAs基板,GaP基板,In
P基板,Ge基板,GaAsP基板等のすべての半導体基板に適用
できる。照射光線の種類としては、実施例においては、
クセノン（Xe）ランプ（1kW〜5kW）の出力光を分光して
用いたが、本発明には、半導体と共鳴，吸収する波長
（エネルギー）の光線はすべて適用でき、例えば水銀
（Hg）ランプ（高圧，低圧ランプ），ヨウ素（Ｉ）ラン
プ，炭素（Ｃ）電極ランプ，エキシマレーザー（ArF,Kr
F,XeF,XeCl,KrCl,ArCl,F），アルゴン（Ar）インレーザ
ー，ヘリウム（He）−カドミウム（Cd）金属蒸気レーザ
ー，ヘリウム（He）−亜鉛（Zn）金属蒸気レーザー，窒
素（N2）レーザー,YAGレーザー，半導体レーザーならび
にこれらのレーザーの第２次高調波レーザー光，ならび
にシンクロトロン軌道放射光（SR光）などが適用でき
る。
単体材料とともに、水素化物，メチル化，エチル化有機
金属化合物に適用できる。半導体基板としてはZnS基板,
CdTe基板,CdHgTe基板などのほかにGaAs基板,GaP基板,In
P基板,Ge基板,GaAsP基板等のすべての半導体基板に適用
できる。照射光線の種類としては、実施例においては、
クセノン（Xe）ランプ（1kW〜5kW）の出力光を分光して
用いたが、本発明には、半導体と共鳴，吸収する波長
（エネルギー）の光線はすべて適用でき、例えば水銀
（Hg）ランプ（高圧，低圧ランプ），ヨウ素（Ｉ）ラン
プ，炭素（Ｃ）電極ランプ，エキシマレーザー（ArF,Kr
F,XeF,XeCl,KrCl,ArCl,F），アルゴン（Ar）インレーザ
ー，ヘリウム（He）−カドミウム（Cd）金属蒸気レーザ
ー，ヘリウム（He）−亜鉛（Zn）金属蒸気レーザー，窒
素（N2）レーザー,YAGレーザー，半導体レーザーならび
にこれらのレーザーの第２次高調波レーザー光，ならび
にシンクロトロン軌道放射光（SR光）などが適用でき
る。
＜発明の効果＞ 本発明の如く、半導体基板と共鳴あるいは吸収する光線
を用いて、半導体基板上で化合物材料および不純物材料
の分子ビーム原料を分解，反応させることにより、低温
での単結晶化と不純物の効率的添加が行え、電気的性
質，光学的性質の制御性，安定性の良い半導体エピタキ
シャル単結晶を成長させることが可能となる。
を用いて、半導体基板上で化合物材料および不純物材料
の分子ビーム原料を分解，反応させることにより、低温
での単結晶化と不純物の効率的添加が行え、電気的性
質，光学的性質の制御性，安定性の良い半導体エピタキ
シャル単結晶を成長させることが可能となる。
第１図は半導体エピタキシャル成長装置の概略図、第２
図(a)・(b)、第６図(a)・(b)、及び第８図(a)(b)は本発
明の実施例と従来技術とを比較するための反射電子線回
折（RHEED）像を示す図、第３図，第７図，及び第９図
は本発明の実施例と従来技術とを比較するためのフォト
ルミネセンス（PL）スペクトル図、第４図は本発明の実
施例と従来技術とを比較するためのサンプル作製図、第
５図は第４図によるサンプルの特性比較図である。 1:光源、2:照射光線、3:光学窓、4:Al分子ビーム、5:Zn
分子ビーム、6:S分子ビーム、7:ZnS基、8:基板ホルダ
ー、9:ビーム制御イオンゲージ、10:組成，堆積制御膜
厚モニター、11:超高真空成長容器、12:イオンポンプ、
13:基板ヒーター、14:Al分子ビーム源、15:Ga分子ビー
ム源、16:In分子ビーム源、17:Zn分子ビーム源、18:P分
子ビーム源、19:S分子ビーム源、20:As分子ビーム源、6
0:ZnS(100)基板、61:Xeランプ光線照射部分、62:光線非
照射部分、63:光調整用スリット、64:Xeランプ光源
図(a)・(b)、第６図(a)・(b)、及び第８図(a)(b)は本発
明の実施例と従来技術とを比較するための反射電子線回
折（RHEED）像を示す図、第３図，第７図，及び第９図
は本発明の実施例と従来技術とを比較するためのフォト
ルミネセンス（PL）スペクトル図、第４図は本発明の実
施例と従来技術とを比較するためのサンプル作製図、第
５図は第４図によるサンプルの特性比較図である。 1:光源、2:照射光線、3:光学窓、4:Al分子ビーム、5:Zn
分子ビーム、6:S分子ビーム、7:ZnS基、8:基板ホルダ
ー、9:ビーム制御イオンゲージ、10:組成，堆積制御膜
厚モニター、11:超高真空成長容器、12:イオンポンプ、
13:基板ヒーター、14:Al分子ビーム源、15:Ga分子ビー
ム源、16:In分子ビーム源、17:Zn分子ビーム源、18:P分
子ビーム源、19:S分子ビーム源、20:As分子ビーム源、6
0:ZnS(100)基板、61:Xeランプ光線照射部分、62:光線非
照射部分、63:光調整用スリット、64:Xeランプ光源
Claims (1)
- 【請求項１】化合物半導体を構成する元素の単体材料
と、前記化合物半導体の不純物元素を含む材料の、分子
或は原子ビーム原料を用いて、半導体基板の一主面上へ
所望伝導型を有する化合物半導体の結晶を成長させる
際、 前記分子或は原子ビーム原料が入射する前記半導体基板
主面上に、 成長する結晶材料のバンドギャップのエネルギーに共
鳴、吸収するように選ばれた光線を照射してなることを
特徴とする化合物半導体のエピタキシャル成長方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1064271A JPH0717477B2 (ja) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
| US07/492,921 US5100832A (en) | 1989-03-15 | 1990-03-31 | Process for preparing epitaxial compound semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1064271A JPH0717477B2 (ja) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08065819A Division JP3083755B2 (ja) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02243592A JPH02243592A (ja) | 1990-09-27 |
| JPH0717477B2 true JPH0717477B2 (ja) | 1995-03-01 |
Family
ID=13253381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1064271A Expired - Fee Related JPH0717477B2 (ja) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5100832A (ja) |
| JP (1) | JPH0717477B2 (ja) |
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| JP2005524595A (ja) * | 2002-03-21 | 2005-08-18 | バークシャー ラボラトリーズ，インコーポレイティド | 物質及びシステムにおける結晶成長、結晶化、構造及び相をコントロールする方法 |
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| US5422902A (en) * | 1993-07-02 | 1995-06-06 | Philips Electronics North America Corporation | BeTe-ZnSe graded band gap ohmic contact to p-type ZnSe semiconductors |
| JPH08139416A (ja) * | 1994-11-14 | 1996-05-31 | Sony Corp | 化合物半導体層の臨界膜厚の求め方およびそれを用いた光半導体装置の製造方法 |
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| US5785756A (en) * | 1997-03-06 | 1998-07-28 | Northrop Grumman Corporation | Process for fabricating structurally robust optical coatings |
| JP3525141B2 (ja) * | 1997-08-20 | 2004-05-10 | 独立行政法人 科学技術振興機構 | 抵抗率が低いｎ型又はｐ型金属シリコンの製造方法 |
| US6524653B1 (en) * | 2000-11-01 | 2003-02-25 | Niponi, Llc | Cellulose-based fire retardant composition |
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| FR2905706B1 (fr) * | 2006-09-07 | 2009-04-17 | Commissariat Energie Atomique | Procede d'elimination par recuit des precipites dans un materiau semi conducteur ii vi |
| US11926925B2 (en) * | 2019-11-12 | 2024-03-12 | The Johns Hopkins University | Molecular-beam epitaxy system comprising an infrared radiation emitting heater and a thermally conductive backing plate including an infrared-absorbing coating thereon |
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| JPS57143820A (en) * | 1981-02-27 | 1982-09-06 | Toshiba Corp | Molecular beam epitaxy device |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH02243592A (ja) | 1990-09-27 |
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