JPH0722343A - Vapor growth device - Google Patents

Vapor growth device

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Publication number
JPH0722343A
JPH0722343A JP19071193A JP19071193A JPH0722343A JP H0722343 A JPH0722343 A JP H0722343A JP 19071193 A JP19071193 A JP 19071193A JP 19071193 A JP19071193 A JP 19071193A JP H0722343 A JPH0722343 A JP H0722343A
Authority
JP
Japan
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nitrogen
group
introducing
raw material
plasma
Prior art date
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Application number
JP19071193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshitaka Setoguchi
佳孝 瀬戸口
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To contrive to form a II-VI compound semiconductor crystal thin film, which is doped with nitrogen and consists of ZnSe or the like, by a vapor growth device. CONSTITUTION:A vapor growth device is provided with a mechanism for turning nitrogen into a radical to introduce the radical in a thin film. This is a mechanism of a structure, wherein the nitrogen is led to a plasma generating chamber 8 and this nitrogen is excited by a high frequency or a microwave and is turned into plasma. The radical is introduced in the thin film and is used as an effective dopant. A metallic mesh 10 and a bellows 9 are made to interpose between the chamber 8 and a substrate. When a bias voltage is applied to the mesh, nitrogen ions can be prevented from colliding with the substrate 5 at high speed. A thin film crystal of a good crystallinity can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明はZnSeのエピタキシ
ャル成長膜に窒素をド−プすることができるようにした
化学的気相成長装置に関する。赤色発光素子や緑色発光
素子が既に存在し大いに利用されている。青色を発生す
る素子への要求が古くからあるが、未だ充分な性能のも
のが得られていない。青色発光素子はバンドギャップの
広い半導体結晶を用いてpn接合を形成することによっ
てできる筈である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical vapor deposition apparatus capable of doping nitrogen into an epitaxial growth film of ZnSe. Red light emitting elements and green light emitting elements already exist and are widely used. Although there has been a long-standing demand for an element that emits blue color, an element having sufficient performance has not yet been obtained. The blue light emitting element should be able to be formed by forming a pn junction using a semiconductor crystal with a wide band gap.

【0002】[0002]

【従来の技術】発光素子の材料としては、バンドギャッ
プが広いことの他に、直接遷移型である、pn接合が容
易にできる、大型の基板が得易いこと、デバイスプロセ
スが容易であることなどが要求される。このような条件
を全て満足する材料は今のところ存在しない。いずれか
の条件を満たすものとして、GaN、SiC、ZnS
e、ZnS、GaAlN、ZnSSeなどがある。
2. Description of the Related Art As a material for a light emitting element, in addition to having a wide band gap, it is a direct transition type, pn junction can be easily performed, a large substrate can be easily obtained, and a device process is easy. Is required. At present, there is no material that satisfies all such conditions. GaN, SiC, ZnS that satisfy any of the conditions
e, ZnS, GaAlN, ZnSSe and the like.

【0003】本発明で対象にするのはII−VI族化合物半
導体である。例えばZnSeであるがこれはバンドギャ
ップが2.7eVであり直接遷移型の半導体である。し
かしこれは大きい単結晶基板ができない、p型ができな
いなどの困難があった。ZnSe単結晶基板の作成は、
高圧ブリッジマン、昇華法、ヨウ素輸送法、溶液成長
法、パイパ−法、など多くの方法が試みられている。Z
nSeは高圧を掛けなければ高温で昇華してしまうの
で、融液とするのが難しく、単結晶基板の形成は未だ成
功を納めていない。
The subject matter of the present invention is a II-VI group compound semiconductor. For example, ZnSe, which has a bandgap of 2.7 eV, is a direct transition type semiconductor. However, this has a difficulty in that a large single crystal substrate cannot be formed and a p-type substrate cannot be formed. The ZnSe single crystal substrate is prepared by
Many methods such as high-pressure Bridgman method, sublimation method, iodine transportation method, solution growth method, piper method and the like have been tried. Z
Since nSe sublimes at high temperature unless high pressure is applied, it is difficult to form a melt, and the formation of a single crystal substrate has not yet been successful.

【0004】そこで、GaAsを基板に用いて、ZnS
e薄膜をこの上にヘテロエピタキシャル成長させること
が試みられる。発光素子とするにはpn接合を作る必要
がある。このためにはn型の結晶と、p型の結晶を作ら
なければならない。ところが伝導型の制御が難しい。
Therefore, using GaAs as the substrate, ZnS
Attempts are made to heteroepitaxially grow an e-film on this. To make a light emitting device, it is necessary to make a pn junction. For this purpose, n-type crystals and p-type crystals must be produced. However, it is difficult to control the conduction type.

【0005】p型、n型いずれの伝導型の結晶を作るの
も難しい。ノンド−プの場合n型になる。しかしキャリ
ヤ密度が極めて小さい。従来ZnSeのn型不純物とし
ては、Al、Ga、Inなどが知られていた。しかしこ
れらはド−プ量を上げると却ってn型キャリヤ密度が低
下し、1017cm-3が最大のn型キャリヤ密度であっ
た。このように低濃度であると、発光素子のpn接合と
しては不十分である。
It is difficult to make a p-type or n-type conduction type crystal. In the case of non-dope, it becomes n type. However, the carrier density is extremely low. Conventionally, Al, Ga, In and the like have been known as n-type impurities of ZnSe. However, when the amount of doping was increased, the n-type carrier density was rather decreased, and 10 17 cm -3 was the maximum n-type carrier density. Such a low concentration is insufficient for a pn junction of a light emitting device.

【0006】しかしもっと難しいのはp型のZnSe結
晶を作ることである。まず何がp型ド−パントになるの
かということについて疑問があった。Na、Liなどが
p型のド−パントになるという説もありその試みもあ
る。MBE(分子線エピタキシ−)によってZnSeを
成長させる試みもある。p型のド−パントとして様々な
ものが試みられるがp型のものは得られなかった。
However, more difficult is to make a p-type ZnSe crystal. First of all, I wondered what would become a p-type dopant. There is also a theory that Na, Li, etc. become p-type dopants, and there are attempts to do so. There is also an attempt to grow ZnSe by MBE (Molecular Beam Epitaxy). Various p-type dopants have been tried, but no p-type dopant has been obtained.

【0007】西澤らはLiをド−プしたp型のZnSe
結晶を蒸気圧制御温度差法で製作したと発表した。これ
は薄膜ではなくて、バルク結晶である。 J.Nishizawa, K.Itoh, Y.Okuno and F.Sakurai: J.App
l.Phys.57,2210(1985) しかしLiド−プのZnSeの製作は難しく再現性に乏
しい。またp型不純物のキャリヤ密度が低い。8×10
16cm-3以上にはならない。それにLiはZnSe中で
拡散しやすく、pn接合の特性が一定しない。
Nishizawa et al., Li-doped p-type ZnSe
It was announced that the crystal was manufactured by the vapor pressure controlled temperature difference method. This is not a thin film, but a bulk crystal. J.Nishizawa, K.Itoh, Y.Okuno and F.Sakurai: J.App
L. Phys. 57, 2210 (1985) However, the production of Li-doped ZnSe is difficult and poor in reproducibility. Further, the carrier density of p-type impurities is low. 8 x 10
It does not exceed 16 cm -3 . In addition, Li easily diffuses in ZnSe, and the characteristics of the pn junction are not constant.

【0008】MIGITA等は、分子線エピタキシ−法
で、GaAs基板の上に、窒素をド−パントとしてp型
のZnSe薄膜を成長させたと言っている。 M.MIGITA, A.TAIKE, M.SHIIKI & H.YAMAMOTO; "p-type
conduction of ZnSe Highly Doped With Nitrogen by M
etalorganic Molecular Beam Epitaxy", J.Crystal Gro
wth 101(1990) 835-840
[0008] MIGITA et al. Say that a p-type ZnSe thin film was grown on a GaAs substrate using nitrogen as a dopant by a molecular beam epitaxy method. M.MIGITA, A.TAIKE, M.SHIIKI &H.YAMAMOTO;"p-type
conduction of ZnSe Highly Doped With Nitrogen by M
etalorganic Molecular Beam Epitaxy ", J. Crystal Gro
wth 101 (1990) 835-840

【0009】これは分子線エピタキシャル成長法であ
る。Znの原料としては、ジメチルZn(DMZ)、セ
レンの原料としては水素化セレンH2 Seを使う。これ
らは通常の分子線セルに入れるのではなく、ガスソ−ス
セルから分子線エピタキシャル装置の内部へ導入する。
窒素はNH3 ガスの形でやはりガスソ−スセルから導入
する。基板はGaAsである。これをサセプタにおい
て、250℃〜450℃に加熱し、1〜4×10-5To
rrで気相成長させたとある。これはp型のZnSeで
あって、温度が450℃程度でキャリヤ密度が1018
-3であると言っている。しかしながら、300℃では
1013cm-3である。これによりp型のZnSeが得ら
れたとしている。しかしながらこの方法は再現性が良く
なくて追試によってそれだけの特性がでない。またp型
といってもキャリヤ密度が小さすぎるという難点があ
る。窒素がp型のド−パントとして機能するとしても、
ZnSe薄膜の内部にまで充分に入らないのであろう。
このためにp型キャリヤの密度が小さ過ぎるのであろ
う。
This is a molecular beam epitaxial growth method. Dimethyl Zn (DMZ) is used as a Zn raw material, and hydrogenated selenium H 2 Se is used as a selenium raw material. These are not put into an ordinary molecular beam cell, but are introduced from the gas source cell into the molecular beam epitaxial device.
Nitrogen is also introduced from the gas source cell in the form of NH 3 gas. The substrate is GaAs. This is heated in a susceptor to 250 ° C. to 450 ° C., and 1 to 4 × 10 −5 To
It is said that vapor phase growth was performed with rr. This is p-type ZnSe and has a carrier density of 10 18 c at a temperature of about 450 ° C.
m -3 . However, it is 10 13 cm −3 at 300 ° C. As a result, p-type ZnSe is obtained. However, this method does not have good reproducibility and does not have such characteristics by additional tests. Further, even though it is a p-type, there is a problem that the carrier density is too low. Even if nitrogen functions as a p-type dopant,
It may not fully penetrate into the ZnSe thin film.
For this reason, the density of the p-type carrier may be too low.

【0010】その後n型の不純物として塩素が有効であ
ることが見い出された。この発見の後、塩素がn型不純
物として用いられるようになった。これは塩化亜鉛(Z
nCl2 )を原料とする。塩素ド−プZnSeは分子線
エピタキシ−法で作ることもできる。GaAs基板に、
Zn、Se、ZnCl2 の分子線セルを同時に照射する
のである。 K.Ohkawa, T.Mitsuyu and O.Yamazaki: Ext.Abstr.18th
Conf. Solid State Devices and Materials,Tokyo,198
6,p635 塩素をn型不純物として用いると1019cm-3程度のキ
ャリヤ密度を実現できる。Gaド−プの場合よりもキャ
リヤ密度が1桁近く改善される。
Subsequently, it was found that chlorine is effective as an n-type impurity. After this discovery, chlorine was used as an n-type impurity. This is zinc chloride (Z
nCl 2 ) is used as a raw material. Chlorine doped ZnSe can also be made by molecular beam epitaxy. On GaAs substrate,
The molecular beam cells of Zn, Se and ZnCl 2 are simultaneously irradiated. K. Ohkawa, T. Mitsuyu and O. Yamazaki: Ext. Abstr. 18th
Conf. Solid State Devices and Materials, Tokyo, 198
6, p635 When chlorine is used as an n-type impurity, a carrier density of about 10 19 cm -3 can be realized. The carrier density is improved by an order of magnitude as compared with the case of Ga-dope.

【0011】先述のように、p型の不純物としては窒素
が検討されてきた。しかし窒素はZnSe結晶の中へ入
って行き難い。液相エピタキシ−、MOCVD法、MB
E法などによる、窒素のZnSeへのド−プがいろいろ
と試みられていたが、いずれも窒素をZnSe中へ導入
することが出来なかった。窒素はZnSeの中に入らず
p型の不純物とならなかったのである。
As described above, nitrogen has been studied as a p-type impurity. However, it is difficult for nitrogen to enter the ZnSe crystal. Liquid phase epitaxy, MOCVD method, MB
Various attempts have been made to dope nitrogen into ZnSe by the E method or the like, but none of them could introduce nitrogen into ZnSe. Nitrogen did not enter ZnSe and did not become a p-type impurity.

【0012】ところが、大川等は、窒素をラジカルとし
てZnSeにド−プするラジカルド−ピング法を提案し
た。これは窒素ガスを放電により活性窒素とし、分子線
として、Znの分子線や、Seの分子線とともに基板に
当てる方法である。 K.Ohkawa, T.Karasawa and T.Mitsuyu: 6th Int.Conf.M
olecular Beam Epitaxy,San Diego, 1990,PIII-21,J.Cr
yst.Growth 117,375(1991) K.Ohkawa, A.Tsujimura, S.Hayashi, S.Yoshii and T.M
itsuyu: Ext.Abstr.1992Int. Conf. Solid State Devic
es and Materials,Tsukuba, 1992 p.330 こうして塩素をn型、窒素をp型として、分子線エピタ
キシ−法でZnSeのpn接合ができるようになった。
However, Okawa et al. Proposed a radical doping method in which nitrogen is used as a radical to dope ZnSe. This is a method in which nitrogen gas is turned into active nitrogen by electric discharge and is applied as a molecular beam to a substrate together with a molecular beam of Zn and a molecular beam of Se. K. Ohkawa, T. Karasawa and T. Mitsuyu: 6th Int.Conf.M
olecular Beam Epitaxy, San Diego, 1990, PIII-21, J.Cr
yst.Growth 117,375 (1991) K. Ohkawa, A. Tsujimura, S. Hayashi, S. Yoshii and TM
itsuyu: Ext.Abstr.1992Int.Conf. Solid State Devic
es and Materials, Tsukuba, 1992 p.330 In this way, ZnSe pn junction can be formed by molecular beam epitaxy using chlorine as n-type and nitrogen as p-type.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしこれらの成功は
分子線エピタキシ−法を用いるものであり、より低真空
度で薄膜成長を行う気相成長法において、p型不純物と
して窒素をド−ピングすることには成功していない。本
発明は原料を気体の状態で導入でき、より低真空度で薄
膜成長できる気相成長法においてII−VI族化合物半導体
結晶に窒素ド−プできる方法を提案する。
However, these successes use the molecular beam epitaxy method, and nitrogen is doped as a p-type impurity in the vapor phase growth method for growing a thin film at a lower vacuum degree. I haven't succeeded in that. The present invention proposes a method in which a raw material can be introduced in a gas state and nitrogen doping can be performed on a II-VI group compound semiconductor crystal in a vapor phase growth method capable of growing a thin film at a lower degree of vacuum.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、II族元素原
料、VI族原料原料を導入する導入口を設けた反応炉に、
窒素をラジカルとして導入する機構を設ける。この機構
はプラズマ発生室を含み、ここへ導かれた気体窒素を、
マイクロ波または高周波により励起してラジカルを形成
する。窒素ラジカルを反応炉の内部に導入する。反応炉
にはII族元素、VI族原料ガス、窒素ラジカルが導入され
るので、化学反応して基板の上に窒素ド−プのII−VI族
化合物半導体薄膜が成長する。
Means for Solving the Problems The present invention is directed to a reactor equipped with an inlet for introducing a group II element raw material and a group VI raw material.
A mechanism for introducing nitrogen as a radical is provided. This mechanism includes a plasma generation chamber, and the gaseous nitrogen introduced there is
Excited by microwave or high frequency to form radicals. Nitrogen radicals are introduced into the reactor. Since the group II element, the group VI source gas, and the nitrogen radical are introduced into the reaction furnace, a chemical reaction causes a nitrogen doped group II-VI compound semiconductor thin film to grow on the substrate.

【0015】またさらに、プラズマ発生室の出口に金属
製メッシュを設けることにより、イオンのエネルギ−を
制御することができるようになる。また、ラジカルの導
入管の途中にベロ−ズを設けて、金属製メッシュと基板
の距離を可変にすることができる。
Furthermore, by providing a metal mesh at the exit of the plasma generation chamber, the energy of ions can be controlled. Further, a bellows may be provided in the middle of the radical introduction tube to make the distance between the metal mesh and the substrate variable.

【0016】[0016]

【作用】プラズマ発生室を含む窒素ラジカルの導入機構
を反応炉に設けているので、気相成長装置の内部に窒素
ラジカルを供給することができる。VI族原料、II族原料
を共に反応炉に導入しているので、適当な温度に保持さ
れている基板の上に、窒素を含むII−VI族化合物半導体
薄膜を成長させることができる。
Since the mechanism for introducing the nitrogen radicals including the plasma generation chamber is provided in the reaction furnace, the nitrogen radicals can be supplied to the inside of the vapor phase growth apparatus. Since both the group VI raw material and the group II raw material are introduced into the reaction furnace, the II-VI group compound semiconductor thin film containing nitrogen can be grown on the substrate kept at an appropriate temperature.

【0017】金属製メッシュを設けると、これに適当な
バイアスを掛けて、窒素イオンの運動エネルギ−を変え
ることができる。例えば正電圧を印加すると、これを越
えようとする正イオンエネルギ−を失う。一部は推し戻
されることもある。高速の窒素イオンが基板に直接に当
たらないようになる。高速のイオンが結晶成長中の薄膜
に当たると結晶構造を乱す可能性があるが、金属製メッ
シュの電界の作用でこれを防ぐことができるのである。
結晶性の良い窒素ド−プのZnSe結晶を成長させるこ
とができる。
When a metal mesh is provided, it can be biased appropriately to change the kinetic energy of nitrogen ions. For example, when a positive voltage is applied, the positive ion energy that tries to exceed this is lost. Some may be pushed back. The fast nitrogen ions will not hit the substrate directly. When high-speed ions hit the thin film during crystal growth, the crystal structure may be disturbed, but this can be prevented by the action of the electric field of the metal mesh.
It is possible to grow a nitrogen doped ZnSe crystal having good crystallinity.

【0018】またベロ−ズにより、金属製メッシュとプ
ラズマ発生室のある部分と、基板の距離を可変にするこ
とができる。中性活性種やイオンには平均寿命があり、
距離を変えることにより基板の到達できる中性活性種の
種類を選択できる。これにより最適の条件を設定でき
る。
Further, the bellows makes it possible to make the distance between the metal mesh and the portion where the plasma generating chamber is present and the substrate variable. Neutral active species and ions have an average lifespan,
The type of neutral active species that the substrate can reach can be selected by changing the distance. This makes it possible to set optimal conditions.

【0019】[0019]

【実施例】図1によって本発明の実施例を説明する。反
応炉1は真空に引くことのできる空間であり、原料ガス
が上から下に向かって流れる。上頂部にはVI族原料の導
入口2がある。これはSe、Sなどを含む気体の原料を
反応炉に導くものである。H2 Se、H2 Sなどであ
る。反応炉1の上側方にはII族元素の導入口3がある。
これはII族元素を含む原料を気体の状態で導入するもの
である。有機金属化合物を例えば用いることができる。
この他に窒素を不純物として導入するために反応炉1の
上方には、ラジカル導入口4が設けられる。気相成長装
置においてラジカルを導入する管部を設けたところに本
発明の特徴がある。この例では、3つの原料を導入する
管部を反応炉1の上方に別々に設けている。いずれを真
上に設けても良い。VI族原料とII族元素とは反応炉へ入
る前に合体しても良い。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The reaction furnace 1 is a space that can be evacuated, and the source gas flows from top to bottom. There is an inlet 2 for Group VI raw materials at the top. This introduces a gaseous raw material containing Se, S, etc. into the reaction furnace. H 2 Se, H 2 S and the like. At the upper side of the reactor 1, there is an inlet 3 for Group II elements.
This introduces a raw material containing a Group II element in a gaseous state. Organometallic compounds can be used, for example.
In addition to this, a radical introduction port 4 is provided above the reaction furnace 1 for introducing nitrogen as an impurity. The feature of the present invention lies in that a tube portion for introducing radicals is provided in the vapor phase growth apparatus. In this example, pipes for introducing the three raw materials are separately provided above the reaction furnace 1. Either may be provided directly above. The Group VI raw material and the Group II element may be combined before entering the reactor.

【0020】反応炉の中央下方には、基板5を保持する
サセプタ6を設ける。サセプタ6の内部または外部には
ヒ−タがある。この例では内蔵ヒ−タを用いてサセプタ
を加熱する。外部ヒ−タの場合は、ランプによる加熱
や、高周波コイルによる誘導加熱を用いることもでき
る。反応炉1の下端には排気口7がある。これは真空排
気装置につながっている。
A susceptor 6 for holding the substrate 5 is provided below the center of the reaction furnace. There is a heater inside or outside the susceptor 6. In this example, the built-in heater is used to heat the susceptor. In the case of an external heater, heating by a lamp or induction heating by a high frequency coil can be used. An exhaust port 7 is provided at the lower end of the reaction furnace 1. It is connected to a vacuum pump.

【0021】窒素ガスは、プラズマ発生室8に導かれ、
ここで窒素のラジカルになる。窒素を励起するために、
ここには高周波コイル30があってこれに高周波電流を
流すことにより高周波電界をプラズマ発生室8内に発生
させる。或いはマイクロ波発振器を設けて、マイクロ波
を導波管によりプラズマ発生室8に導くようにすること
もできる。窒素分子のラジカルが生成される。この中に
は励起状態にある中性分子、中性原子の他に正イオンの
窒素も存在する。エネルギ−についても多様である。活
性種の内どの状態のものが窒素のド−パントとして有効
かということも不明である。しかしイオンの場合は電界
の差があるために、基板に到達するまでに加速されて、
過大のエネルギ−をもつことがある。
The nitrogen gas is introduced into the plasma generation chamber 8,
It becomes a radical of nitrogen here. To excite nitrogen,
A high-frequency coil 30 is provided here, and a high-frequency electric field is generated in the plasma generating chamber 8 by passing a high-frequency current through the high-frequency coil 30. Alternatively, a microwave oscillator may be provided and the microwave may be guided to the plasma generation chamber 8 by a waveguide. Radicals of nitrogen molecules are generated. In addition to neutral molecules and neutral atoms in the excited state, positive ion nitrogen is also present in this. There are various types of energy. It is also unclear which of the active species is effective as a nitrogen dopant. However, in the case of ions, due to the difference in electric field, they are accelerated by the time they reach the substrate,
It may have excessive energy.

【0022】高速のイオンが直接に基板に衝突しないよ
うに、プラズマ発生室8の前には、金属製メッシュ10
を設ける。金属製メッシュ10のさらに前方には、ベロ
−ズ9を設ける。これは真空状態を保持しながら、伸縮
できる部材である。ベロ−ズ9の前端が先述のラジカル
導入口4につながる。金属製メッシュ10とプラズマ発
生室8の間には、絶縁カラ−11をはさんである。これ
はプラズマ発生室8を反応炉1から電気的に絶縁するた
めである。
A metal mesh 10 is provided in front of the plasma generation chamber 8 so that high-speed ions do not directly collide with the substrate.
To provide. A bellows 9 is provided further in front of the metal mesh 10. This is a member that can expand and contract while maintaining a vacuum state. The front end of the bellows 9 is connected to the radical introduction port 4 described above. An insulating collar 11 is sandwiched between the metal mesh 10 and the plasma generation chamber 8. This is to electrically insulate the plasma generation chamber 8 from the reaction furnace 1.

【0023】金属製メッシュ10には外部のバイアス電
源20が接続されており正負の任意の電圧を金属製メッ
シュ10に印加できるようになっている。窒素ラジカル
の中にイオンが含まれるが、イオンのエネルギ−を適当
に制御するために、金属製メッシュ10のバイアスを調
節する。さらに、ベロ−ズを伸縮させ、プラズマ発生室
と基板の距離を任意に設定することができる。イオンや
中性活性種の寿命はその電子状態により異なる。窒素ド
−パントとして好ましい活性種だけが基板に到達し、ド
−パントにならないものは基板に当たらないようにする
のが望ましい。気相成長法は、真空度が低いので、ガス
分子やラジカルの平均自由行程が短い。ために、ベロ−
ズを変位させて、基板に到達する活性種やイオンの種類
の分布を制御することができる。本発明は、ベロ−ズを
適当に変位させ、基板とプラズマ発生室の距離を変え、
経験的に最適の条件を捜すことを可能にする。
An external bias power source 20 is connected to the metal mesh 10 so that an arbitrary positive or negative voltage can be applied to the metal mesh 10. Ions are included in the nitrogen radicals, and the bias of the metal mesh 10 is adjusted in order to appropriately control the energy of the ions. Furthermore, the bellows can be expanded and contracted to arbitrarily set the distance between the plasma generation chamber and the substrate. The lifetimes of ions and neutral active species depend on their electronic states. It is desirable that only the active species preferable as the nitrogen dopant reach the substrate, and those that do not become the dopant do not strike the substrate. Since the vapor phase growth method has a low degree of vacuum, the mean free path of gas molecules and radicals is short. In order to
It is possible to control the distribution of the active species and the types of ions that reach the substrate by displacing the defects. The present invention appropriately displaces the bellows to change the distance between the substrate and the plasma generation chamber,
Empirically allows you to search for optimal conditions.

【0024】金属製メッシュに与えるバイアスと、ベロ
−ズの変位により結晶構造に悪影響を及ぼす高速イオン
を除き、ド−パントになる中性活性種のみを基板まで到
達できるようにする。こうして高品質のp型のZnSe
など、II−VI族化合物半導体薄膜結晶を得ることができ
る。
The bias given to the metal mesh and the fast ions which adversely affect the crystal structure due to the displacement of the bellows are eliminated, and only the neutral active species which become the dopant can reach the substrate. Thus high quality p-type ZnSe
Etc., a II-VI group compound semiconductor thin film crystal can be obtained.

【0025】図2により図1の反応炉の原料ガスの供給
系を説明する。VI族原料ガスボンベ12は、例えばSe
や、Sの水素化物、或いはSeやSの有機金属のガスで
を収容したものである。VI族原料ガスはバルブ13、流
量コントロ−ラ14を経て、VI族導入口2から反応炉1
の中へ入る。
The source gas supply system of the reactor shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. The group VI raw material gas cylinder 12 is, for example, Se.
Or S hydride, or Se or S organometallic gas. The Group VI raw material gas is passed through a valve 13 and a flow rate controller 14, and is fed from the Group VI inlet 2 to the reactor 1.
Enter inside.

【0026】II族元素の原料は、バブラ15の収容さ
れ、一定の温度に保持されている。高純度の水素ガスを
用いて、II族元素をバブリングする。水素ガスがキャリ
ヤとなってII族元素をガス状態にして輸送できる。水素
ガス、バルブ17、流量コントロ−ラ18を経て、バル
ブ19から、バブラ15に入りこれをバブリングする。
II族元素を含む水素ガスはバルブ21、バルブ23を通
り、II族導入口3から、反応炉1の内部に導入される。
キャリヤガスとしての水素の割合は、バルブ22、バル
ブ19、21などの開度を調整することにより任意に決
めることができる。ド−パントである窒素は、高純度の
窒素ガスボンベから、バルブ24、流量コントロ−ラ2
5を通り、プラズマ発生室8に導かれる。このような原
料の供給系はよく知られたものである。原料の性質によ
り、バブラを必要としたり、不要であったりする。原料
により供給系の構造は適当に変更される。
The raw material of the group II element is contained in the bubbler 15 and kept at a constant temperature. Bubbling of the group II element is performed using high-purity hydrogen gas. Hydrogen gas can be used as a carrier to transport Group II elements in a gaseous state. After passing through the hydrogen gas, the valve 17 and the flow rate controller 18, the bubbler 15 is introduced into the bubbler 15 through the valve 19 and bubbled.
Hydrogen gas containing a Group II element passes through the valves 21 and 23 and is introduced into the reaction furnace 1 through the Group II inlet 3.
The proportion of hydrogen as a carrier gas can be arbitrarily determined by adjusting the opening of the valve 22, the valves 19 and 21, and the like. Nitrogen, which is a dopant, is supplied from a high-purity nitrogen gas cylinder through a valve 24 and a flow controller 2.
It is led to the plasma generation chamber 8 through 5. Such a raw material supply system is well known. Depending on the nature of the raw material, a bubbler may or may not be needed. The structure of the supply system is appropriately changed depending on the raw material.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明により縦型の気相成長装置によっ
て、窒素ド−プのZnSe薄膜を成長させることができ
る。MBE法ではなくて、MOCVD法を用いてNド−
プZnSe薄膜を形成することができる。気相成長装置
によるので、VI族原料は単体元素ではなくて、より扱い
易い気体の化合物原料を用いることができる。同様にII
族元素についても気体の化合物を原料として用いること
ができる。圧力も分子線エピタキシ−法よりも高い圧力
で薄膜形成できる。
According to the present invention, a nitrogen-doped ZnSe thin film can be grown by a vertical vapor phase growth apparatus. N-type using MOCVD method instead of MBE method
A ZnSe thin film can be formed. Since the vapor phase growth apparatus is used, the group VI raw material is not a simple element, but a gas compound raw material that is easier to handle can be used. Similarly II
For the group element, a gas compound can be used as a raw material. A thin film can be formed at a higher pressure than the molecular beam epitaxy method.

【0028】従来窒素をZnSeにド−プするのは分子
線エピタキシ−においてラジカルセルを用いる他に手段
がなかった。本発明は、縦型の気相成長装置において窒
素ラジカルを生成する導入管を設けて窒素をラジカルと
して反応炉に導入するので、気相成長法により窒素ド−
プZnSe薄膜を成長させることができる。従来p型Z
nSeは気相成長装置ではできないとされていたが本発
明によりこれが可能になる。
Conventionally, there has been no means other than using a radical cell in molecular beam epitaxy for doping nitrogen into ZnSe. According to the present invention, a vertical vapor phase growth apparatus is provided with an introduction pipe for generating nitrogen radicals, and nitrogen is introduced into the reaction furnace as radicals.
A ZnSe thin film can be grown. Conventional p-type Z
Although nSe is said to be impossible in the vapor phase growth apparatus, the present invention makes this possible.

【0029】また、ラジカルの生成空間と基板の距離を
可変にすれば、最適のビ−ム広がり最適の運動エネルギ
−を持つ窒素ラジカルを基板に当てることができる。ま
た、金属製メッシュをラジカル導入管に設けると、ラジ
カル中のイオンのエネルギ−を調整できる。高速のイオ
ンが基板に衝突して、薄膜の結晶構造を乱す惧れがな
い。薄膜の損傷を防ぎ高品質のp型ZnSe薄膜を成長
させることができる。塩素ド−プと組み合わせれば、Z
nSe結晶のpn接合を作製することができる。ZnS
e青色発光素子を製造する上で極めて有効である。
Further, if the distance between the radical generation space and the substrate is made variable, nitrogen radicals having optimum beam spread and optimum kinetic energy can be applied to the substrate. Further, when a metal mesh is provided in the radical introducing tube, the energy of ions in the radical can be adjusted. High-speed ions do not collide with the substrate and disturb the crystal structure of the thin film. It is possible to prevent damage to the thin film and grow a high quality p-type ZnSe thin film. If combined with chlorine dope, Z
A pn junction of nSe crystal can be produced. ZnS
e It is extremely effective in manufacturing a blue light emitting device.

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

【図1】本発明の実施例に係る気相成長装置の概略構成
図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vapor phase growth apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の気相成長装置の周辺の原料ガス供給系の
構成図。
FIG. 2 is a configuration diagram of a source gas supply system around the vapor phase growth apparatus of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反応炉 2 VI族導入口 3 II族導入口 4 ラジカル導入口 5 基板 6 サセプタ 7 排気口 8 プラズマ発生室 9 ベロ−ズ 10 金属製メッシュ 11 絶縁カラ− 12 VI族原料ガスボンベ 13 バルブ 14 流量コントロ−ラ 15 バブラ 16 ポンプ 20 バイアス電源 1 Reactor 2 Group VI Inlet 3 Group II Inlet 4 Radical Inlet 5 Substrate 6 Susceptor 7 Exhaust 8 Plasma Generation Chamber 9 Bellows 10 Metal Mesh 11 Insulation Color 12 Group VI Gas Cylinder 13 Valve 14 Flow Rate Control -La 15 Bubbler 16 Pump 20 Bias power supply

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空に引くことのできる反応炉と、反応
炉の内部に設けられ基板を支持するサセプタと、サセプ
タを加熱するヒ−タと、II族元素を含み気体状態である
II族原料ガスを反応炉に導入するII族原料導入管と、VI
族元素を含み気体状態であるVI族原料ガスを反応炉に導
入するVI族原料導入管と、窒素をド−パントとして導入
するための窒素ラジカル導入装置とを含み、窒素ラジカ
ル導入装置は、窒素ガスを保持しこれをプラズマにする
プラズマ発生室と、プラズマ発生室に設けた窒素ガスの
励起装置と、プラズマ発生室の先端に設けたラジカル導
入口と、プラズマ導入口の間に設けた金属製メッシュと
よりなることを特徴とする気相成長装置。
1. A reaction furnace capable of being evacuated, a susceptor provided inside the reaction furnace for supporting a substrate, a heater for heating the susceptor, and a gas state containing a group II element.
A group II raw material introducing pipe for introducing a group II raw material gas into the reaction furnace;
A group VI raw material introducing pipe for introducing a group VI raw material gas in a gaseous state containing a group element and a nitrogen radical introducing device for introducing nitrogen as a dopant, and the nitrogen radical introducing device is nitrogen. A plasma generation chamber that holds gas and turns it into plasma, a nitrogen gas excitation device provided in the plasma generation chamber, a radical introduction port provided at the tip of the plasma generation chamber, and a metal provided between the plasma introduction ports. A vapor phase growth apparatus comprising a mesh.
【請求項2】 真空に引くことのできる反応炉と、反応
炉の内部に設けられ基板を支持するサセプタと、サセプ
タを加熱するヒ−タと、II族元素を含み気体状態である
II族原料ガスを反応炉に導入するII族原料導入管と、VI
族元素を含み気体状態であるVI族原料ガスを反応炉に導
入するVI族原料導入管と、窒素をド−パントとして導入
するための窒素ラジカル導入装置とを含み、窒素ラジカ
ル導入装置は、窒素ガスを保持しこれをプラズマにする
プラズマ発生室と、プラズマ発生室に設けた窒素ガスの
励起装置と、プラズマ発生室とプラズマ発生室に繋がる
ベロ−ズと、ベロ−ズの先端に設けたラジカル導入口
と、プラズマ導入口の間に設けた金属製メッシュとより
なり、プラズマ発生室とプラズマ導入口の距離を可変に
したことを特徴とする気相成長装置。
2. A reaction furnace capable of being evacuated, a susceptor provided inside the reaction furnace for supporting a substrate, a heater for heating the susceptor, and a gas state containing a group II element.
A group II raw material introducing pipe for introducing a group II raw material gas into the reaction furnace;
A group VI raw material introducing pipe for introducing a group VI raw material gas in a gaseous state containing a group element and a nitrogen radical introducing device for introducing nitrogen as a dopant, and the nitrogen radical introducing device is nitrogen. A plasma generating chamber that holds gas and turns it into plasma, a nitrogen gas excitation device provided in the plasma generating chamber, a plasma generating chamber and a bevel connected to the plasma generating chamber, and a radical provided at the tip of the bevel. A vapor phase growth apparatus comprising an introduction port and a metal mesh provided between the plasma introduction ports, wherein a distance between the plasma generation chamber and the plasma introduction port is variable.
【請求項3】 真空に引くことのできる反応炉と、反応
炉の内部に設けられ基板を支持するサセプタと、サセプ
タを加熱するヒ−タと、II族元素を含み気体状態である
II族原料ガスを反応炉に導入するII族原料導入管と、VI
族元素を含み気体状態であるVI族原料ガスを反応炉に導
入するVI族原料導入管と、窒素をド−パントとして導入
するための窒素ラジカル導入装置とを含み、窒素ラジカ
ル導入装置は、窒素ガスを保持しこれをプラズマにする
プラズマ発生室と、プラズマ発生室に設けた窒素ガスの
励起装置と、プラズマ発生室に繋がるベロ−ズと、ベロ
−ズの先端に設けたラジカル導入口と、プラズマ発生室
と、プラズマ導入口の間に設けた金属製メッシュと、金
属製メッシュに電圧を印加するための電源とよりなり、
メッシュに任意の電圧を印加できるようにしたことを特
徴とする気相成長装置。
3. A reaction furnace capable of being evacuated to a vacuum, a susceptor provided inside the reaction furnace for supporting a substrate, a heater for heating the susceptor, and a gas state containing a group II element.
A group II raw material introducing pipe for introducing a group II raw material gas into the reaction furnace;
A group VI raw material introducing pipe for introducing a group VI raw material gas containing a group element into a reaction furnace, and a nitrogen radical introducing device for introducing nitrogen as a dopant, and the nitrogen radical introducing device is nitrogen. A plasma generation chamber that holds gas and turns it into plasma, a nitrogen gas excitation device provided in the plasma generation chamber, a bevel connected to the plasma generation chamber, and a radical introduction port provided at the tip of the bezel, The plasma generating chamber, a metal mesh provided between the plasma inlet, and a power supply for applying a voltage to the metal mesh,
A vapor phase growth apparatus characterized in that an arbitrary voltage can be applied to the mesh.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5865897A (en) * 1994-06-09 1999-02-02 Sony Corporation Method of producing film of nitrogen-doped II-VI group compound semiconductor
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JP2007165805A (en) * 2005-12-16 2007-06-28 National Univ Corp Shizuoka Univ Crystal growth method and crystal growth equipment
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