JPH07517B2 - 半導体結晶薄膜製造装置 - Google Patents
半導体結晶薄膜製造装置Info
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- JPH07517B2 JPH07517B2 JP62136076A JP13607687A JPH07517B2 JP H07517 B2 JPH07517 B2 JP H07517B2 JP 62136076 A JP62136076 A JP 62136076A JP 13607687 A JP13607687 A JP 13607687A JP H07517 B2 JPH07517 B2 JP H07517B2
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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、II−VI族化合物半導体の製造に用いられる半
導体結晶薄膜製造装置に関するものである。
導体結晶薄膜製造装置に関するものである。
（従来の技術） 従来、高品質の半導体結晶薄膜を製造する装置として分
子線エピタキシー装置が用いられている。これは、第５
図に示すように、超高真空排気装置11を備えた真空容器
12内に複数の分子線源（蒸発用ルツボ）13,14と基板ホ
ルダ15などを設けた一種の真空蒸着装置である。本装置
を用いて、半導体結晶薄膜16、例えばセレン化亜鉛（Zn
Se）薄膜を作製する場合は、分子線源13,14にそれぞれZ
eとSeを装填し、加熱，蒸発させて基板17上に半導体結
晶薄膜16を形成する。18はシャツタ、19は流量調節弁、
20はガスボンベである。半導体結晶は通常、適切な不純
物を添加して電気的性質を制御する。本装置の場合、不
純物原料が固体であれば、上記と同様の分子線源から加
熱，蒸発により添加を行い、気体原料であれば、ガス導
入孔21から原料ガスを基板17に向けて噴出させ、添加を
行う。
子線エピタキシー装置が用いられている。これは、第５
図に示すように、超高真空排気装置11を備えた真空容器
12内に複数の分子線源（蒸発用ルツボ）13,14と基板ホ
ルダ15などを設けた一種の真空蒸着装置である。本装置
を用いて、半導体結晶薄膜16、例えばセレン化亜鉛（Zn
Se）薄膜を作製する場合は、分子線源13,14にそれぞれZ
eとSeを装填し、加熱，蒸発させて基板17上に半導体結
晶薄膜16を形成する。18はシャツタ、19は流量調節弁、
20はガスボンベである。半導体結晶は通常、適切な不純
物を添加して電気的性質を制御する。本装置の場合、不
純物原料が固体であれば、上記と同様の分子線源から加
熱，蒸発により添加を行い、気体原料であれば、ガス導
入孔21から原料ガスを基板17に向けて噴出させ、添加を
行う。
（発明が解決しようとする問題点） 上記、従来の装置では、不純物原料の半導体結晶材料に
対する反応性が低い場合、充分な量の添加が行えなかっ
たり、添加された不純物原子が結晶中の有効な原子位置
に入らないという欠点があった。特に、ZnSeやZnSのよ
うなII−VI族化合物半導体は、窒素，燐，砒素などのｐ
型不純物を有効に添加することが、上記の理由により困
難であり、従来の装置では、実際にｐ型結晶薄膜を得る
ことができなかった。
対する反応性が低い場合、充分な量の添加が行えなかっ
たり、添加された不純物原子が結晶中の有効な原子位置
に入らないという欠点があった。特に、ZnSeやZnSのよ
うなII−VI族化合物半導体は、窒素，燐，砒素などのｐ
型不純物を有効に添加することが、上記の理由により困
難であり、従来の装置では、実際にｐ型結晶薄膜を得る
ことができなかった。
本発明の目的は、従来の欠点を解消し、特に伝導型制御
の困難なｐ型のII−VI族化合物半導体の結晶薄膜を製造
する装置を提供することである。
の困難なｐ型のII−VI族化合物半導体の結晶薄膜を製造
する装置を提供することである。
（問題点を解決するための手段） 本発明の半導体結晶薄膜製造装置は、真空容器内に、少
なくとも１つのII−VI族化合物半導体の主原料蒸発源と
基板支持機構を設け、添加不純物として窒素分子の中性
励起種を発生する不純物源を、真空容器に接続して設け
たものであり、また、不純物源が放電により中性励起種
を発生するよう構成されたものであり、さらに、不純物
源が光の照射により中性励起種を発生するように構成さ
れたものである。
なくとも１つのII−VI族化合物半導体の主原料蒸発源と
基板支持機構を設け、添加不純物として窒素分子の中性
励起種を発生する不純物源を、真空容器に接続して設け
たものであり、また、不純物源が放電により中性励起種
を発生するよう構成されたものであり、さらに、不純物
源が光の照射により中性励起種を発生するように構成さ
れたものである。
（作 用） 本発明によれば、上記手段により、不純物窒素分子のII
−VI族化合物半導体材料に対する反応性を高め、その結
果、窒素が不純物として有効に添加されるものである。
−VI族化合物半導体材料に対する反応性を高め、その結
果、窒素が不純物として有効に添加されるものである。
（実施例） 本発明の実施例を第１図ないいし第４図に基づいて説明
する。第１図ないし第３図において、第５図に示した従
来例と同一部分については同一符号を付し、その説明を
省略する。
する。第１図ないし第３図において、第５図に示した従
来例と同一部分については同一符号を付し、その説明を
省略する。
第１図は本発明の半導体結晶薄膜製造装置の構造を示す
概略図である。本装置は、基本的には第５図に示した従
来の分子線エピタキシー装置と同様である。
概略図である。本装置は、基本的には第５図に示した従
来の分子線エピタキシー装置と同様である。
本装置では、不純物原料として窒素分子を励起して不純
物分子の中性励起種、すなわちラジカルビームを発生す
るラジカルビーム源22が設けられている。ラジカルビー
ム源22は放電コイル23で囲まれており、高周波電源24か
ら供給される電力により、ガスボンベ20から流量調節弁
19を通して導入された不純物原料の窒素ガスが放電励起
され、ラジカルを発生する。実際の半導体結晶薄膜16の
成長は、従来例と同様分子線源13,14から主原料のあ分
子線13a,14aを基板17に向け、照射する。それと同時
に、上記のラジカルをラジカルビーム導入孔25より導入
し、ラジカルビーム25aを基板17に照射し、不純物の添
加された半導体結晶薄膜16を成長させる。
物分子の中性励起種、すなわちラジカルビームを発生す
るラジカルビーム源22が設けられている。ラジカルビー
ム源22は放電コイル23で囲まれており、高周波電源24か
ら供給される電力により、ガスボンベ20から流量調節弁
19を通して導入された不純物原料の窒素ガスが放電励起
され、ラジカルを発生する。実際の半導体結晶薄膜16の
成長は、従来例と同様分子線源13,14から主原料のあ分
子線13a,14aを基板17に向け、照射する。それと同時
に、上記のラジカルをラジカルビーム導入孔25より導入
し、ラジカルビーム25aを基板17に照射し、不純物の添
加された半導体結晶薄膜16を成長させる。
以下ｐ型のZnSe薄膜を成長させる場合を例にとり、本発
明の製造装置を説明する。不純物原料として窒素ガスを
用い、窒素分子ラジカル（N2＊）を照射する。その結
果、窒素分子ラジカルの高い反応性により、窒素分子ラ
ジカルの形態を維持しながらZnSe半導体結晶薄膜に照射
され、ZnSe結晶中には窒素原子が有効に取り込まれ、Se
位置に置換してアクセプタが形成され、従来例の装置で
は不可能なｐ型ZnSeが得られる。
明の製造装置を説明する。不純物原料として窒素ガスを
用い、窒素分子ラジカル（N2＊）を照射する。その結
果、窒素分子ラジカルの高い反応性により、窒素分子ラ
ジカルの形態を維持しながらZnSe半導体結晶薄膜に照射
され、ZnSe結晶中には窒素原子が有効に取り込まれ、Se
位置に置換してアクセプタが形成され、従来例の装置で
は不可能なｐ型ZnSeが得られる。
実際の薄膜結晶成長の一例を述べる。
まず、原料となる高純度のZnとSeをそれぞれ個別の分子
線源に装填する。また、表面を清浄にした基板17を基板
ホルダ15に装着する。基板材料としては、ZnSeと結晶格
子安定数の近いガリウム砒素（GaAs）結晶が好適であ
る。次に、真空容器を10-9Torr以下程度の超高真空にま
で排気する。そののち、分子線源13,14を加熱し、適切
な分子線強度が得られるようにする。ZnとSeの分子線強
度比は、例えば1:1程度とする。（この間、基板17はシ
ャッタ18により分子線から遮蔽しておく。） 次に、基板17を約600℃に加熱して表面をさらに清浄化
する。そののち、基板17を結晶成長に適切な温度まで下
げる。この場合には、例えば350℃とする。こののち、
シャッタ18を開き結晶成長を開始するとともに、ラジカ
ルビーム源22により窒素分子のラジカルビーム25aを連
続的に基板に向け照射する。ここで用いるラジカルの密
度は、基板面に入射する分子線強度、すなわち蒸着原子
の密度の1/100以下の範囲で所望の窒素添加量を与える
ように選ぶとよい。ラジカルの密度が1/100を越えると
添加量が過剰となり、結晶性の劣化が生じる場合があ
る。
線源に装填する。また、表面を清浄にした基板17を基板
ホルダ15に装着する。基板材料としては、ZnSeと結晶格
子安定数の近いガリウム砒素（GaAs）結晶が好適であ
る。次に、真空容器を10-9Torr以下程度の超高真空にま
で排気する。そののち、分子線源13,14を加熱し、適切
な分子線強度が得られるようにする。ZnとSeの分子線強
度比は、例えば1:1程度とする。（この間、基板17はシ
ャッタ18により分子線から遮蔽しておく。） 次に、基板17を約600℃に加熱して表面をさらに清浄化
する。そののち、基板17を結晶成長に適切な温度まで下
げる。この場合には、例えば350℃とする。こののち、
シャッタ18を開き結晶成長を開始するとともに、ラジカ
ルビーム源22により窒素分子のラジカルビーム25aを連
続的に基板に向け照射する。ここで用いるラジカルの密
度は、基板面に入射する分子線強度、すなわち蒸着原子
の密度の1/100以下の範囲で所望の窒素添加量を与える
ように選ぶとよい。ラジカルの密度が1/100を越えると
添加量が過剰となり、結晶性の劣化が生じる場合があ
る。
以上のような方法により作製した窒素添加ZnSe薄膜結晶
16の低温（4.2゜Ｋ）におけるフォトルミネッセンス・
スペクトルを第２図に示す。同図には、比較のためにラ
ジカルビームを照射しない無添加の場合の結果も併せて
示してある。無添加の場合101は2,803eVにピークを持つ
自由励起子の発光102と、2,797eVにピークを持つドナー
束縛励起子の発光103が顕著であり、残留ドナー不純物
によるｎ型伝導が生じることがわかる。これに対し、窒
素添加の場合104には新たに2,790eVに顕著なピーク105
が現れる。これは、浅いアクセプタに束縛された励起子
の発光（105）であり、窒素がアクセプタとして有効に
導入され、ｐ型伝導が生じることがわかる。このよう
に、ラジカルビーム照射により窒素が有効にII−VI族化
合物半導体のZnSe中に導入されるのは、窒素分子が励起
状態にあるため反応性が高まり、その結果、表面に電離
吸着した窒素原子が再蒸発することなくZnSe結晶中に取
り込まれるためと考えられる。
16の低温（4.2゜Ｋ）におけるフォトルミネッセンス・
スペクトルを第２図に示す。同図には、比較のためにラ
ジカルビームを照射しない無添加の場合の結果も併せて
示してある。無添加の場合101は2,803eVにピークを持つ
自由励起子の発光102と、2,797eVにピークを持つドナー
束縛励起子の発光103が顕著であり、残留ドナー不純物
によるｎ型伝導が生じることがわかる。これに対し、窒
素添加の場合104には新たに2,790eVに顕著なピーク105
が現れる。これは、浅いアクセプタに束縛された励起子
の発光（105）であり、窒素がアクセプタとして有効に
導入され、ｐ型伝導が生じることがわかる。このよう
に、ラジカルビーム照射により窒素が有効にII−VI族化
合物半導体のZnSe中に導入されるのは、窒素分子が励起
状態にあるため反応性が高まり、その結果、表面に電離
吸着した窒素原子が再蒸発することなくZnSe結晶中に取
り込まれるためと考えられる。
なお、本発明の装置は、他のII−VI族化合物半導体につ
いても同様に適用できる。すなわち、II族元素として例
えば水銀、カドミウム、亜鉛、マグネシウム、VI族元素
として例えば硫黄、セレン、テルルの中から選ばれれた
任意の組合せのII−VI族化合物半導体（SnS,Te１−ｘの
ような三元あるいはそれ以上の多元混晶も含む）に対し
ても適用できる。特に、硫黄・セレン化亜鉛（ZnSｘSe
１−ｘ）は組成比ｘを適切に選ぶことにより、ガリウム
砒素基板に対して完全に格子定数を一致させることがで
き、良好な結果が得られる。
いても同様に適用できる。すなわち、II族元素として例
えば水銀、カドミウム、亜鉛、マグネシウム、VI族元素
として例えば硫黄、セレン、テルルの中から選ばれれた
任意の組合せのII−VI族化合物半導体（SnS,Te１−ｘの
ような三元あるいはそれ以上の多元混晶も含む）に対し
ても適用できる。特に、硫黄・セレン化亜鉛（ZnSｘSe
１−ｘ）は組成比ｘを適切に選ぶことにより、ガリウム
砒素基板に対して完全に格子定数を一致させることがで
き、良好な結果が得られる。
上記の第１図の実施例では、放電励起のために放電コイ
ル23を用いたが、他の手段、例えば第３図に示すよう
な、対向する板状の放電電極26によってもよい。また、
励起の手段は必ずしも放電による必要はなく、光による
励起を用いてもよい。この場合は、例えば第４図に示す
ように、石英窓27より水銀ランプ28の紫外光線をラジカ
ルビーム源22に入射し、原料ガスを励起すればよい。光
源としては、水銀灯以外に各種のエキシマ・レーザーな
ども使用でき、用いる原料ガスの種類により適宜波長を
選択すればよい。
ル23を用いたが、他の手段、例えば第３図に示すよう
な、対向する板状の放電電極26によってもよい。また、
励起の手段は必ずしも放電による必要はなく、光による
励起を用いてもよい。この場合は、例えば第４図に示す
ように、石英窓27より水銀ランプ28の紫外光線をラジカ
ルビーム源22に入射し、原料ガスを励起すればよい。光
源としては、水銀灯以外に各種のエキシマ・レーザーな
ども使用でき、用いる原料ガスの種類により適宜波長を
選択すればよい。
（発明の効果） 本発明は、真空容器に、少なくとも１つのII−VI族化合
物半導体の主原料蒸発源と基板支持機構を設け、添加不
純物として窒素分子の中性励起種を発生する不純物源
を、真空容器に接続して設けた半導体結晶薄膜製造装置
である。
物半導体の主原料蒸発源と基板支持機構を設け、添加不
純物として窒素分子の中性励起種を発生する不純物源
を、真空容器に接続して設けた半導体結晶薄膜製造装置
である。
すなわち、本発明の窒素分子の中性励起種は、II−VI族
化合物半導体に対する反応性が結晶欠陥を発生させない
程度に高いため、VI族元素にのみ選択的に置換され、有
効な添加が可能である。従って、II−VI族化合物半導体
に対する反応性がほぼ無いに等しい基底状態の含窒素分
子添加では有効な添加ができないという従来技術の問題
点、または、II−VI族化合物半導体に対する反応性が極
めて高い窒素イオンあるいは窒素原子添加では、逆に反
応性が高すぎるため発生する結晶欠陥が生じる点、若し
くはVI族元素のみでなくII族元素まで置換することに起
因する有効な添加ができないという従来技術の問題点が
解消できる効果がある。
化合物半導体に対する反応性が結晶欠陥を発生させない
程度に高いため、VI族元素にのみ選択的に置換され、有
効な添加が可能である。従って、II−VI族化合物半導体
に対する反応性がほぼ無いに等しい基底状態の含窒素分
子添加では有効な添加ができないという従来技術の問題
点、または、II−VI族化合物半導体に対する反応性が極
めて高い窒素イオンあるいは窒素原子添加では、逆に反
応性が高すぎるため発生する結晶欠陥が生じる点、若し
くはVI族元素のみでなくII族元素まで置換することに起
因する有効な添加ができないという従来技術の問題点が
解消できる効果がある。
その結果、従来困難であった窒素添加によるｐ型のII−
VI族化合物半導体結晶薄膜が得られ、高効率のpn接合発
光素子が実現でき、その実用上の効果は大なるものがあ
る。
VI族化合物半導体結晶薄膜が得られ、高効率のpn接合発
光素子が実現でき、その実用上の効果は大なるものがあ
る。
第１図は本発明の第１の実施例における半導体結晶薄膜
製造装置の概略図、第２図は本発明を用いたZnSeのフォ
トルミネッセンス・スペクトル図、第３図および第４図
は本発明の第2,第３の実施例に用いられるラジカルビー
ム源付近の構造を示す概略図、第５図は従来の分子線エ
ピタキシー装置の概略図である。 11……超高真空排気装置、12……真空容器、13,14……
分子線源、15……基板ホルダ、16……半導体結晶薄膜、
17……基板、18……シャッタ、19……流量調節弁、20…
…ガスボンベ、21……ガス導入孔、22……ラジカルビー
ム源、23……放電コイル、24……高周波電源、25……ラ
ジカルビーム導入孔、25a……ラジカルビーム、26……
放電電極、27……石英窓、28……水銀ランプ。
製造装置の概略図、第２図は本発明を用いたZnSeのフォ
トルミネッセンス・スペクトル図、第３図および第４図
は本発明の第2,第３の実施例に用いられるラジカルビー
ム源付近の構造を示す概略図、第５図は従来の分子線エ
ピタキシー装置の概略図である。 11……超高真空排気装置、12……真空容器、13,14……
分子線源、15……基板ホルダ、16……半導体結晶薄膜、
17……基板、18……シャッタ、19……流量調節弁、20…
…ガスボンベ、21……ガス導入孔、22……ラジカルビー
ム源、23……放電コイル、24……高周波電源、25……ラ
ジカルビーム導入孔、25a……ラジカルビーム、26……
放電電極、27……石英窓、28……水銀ランプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−117199（ＪＰ，Ａ) 第31回応用物理学関係連合講演会講演予 稿集 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ 46，６，1975，ＰＰ 2366−2374 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｓｕｐｐｌ．２，Ｐ ４．１，1974，ＰＰ761−764
Claims (3)
- 【請求項１】真空容器内に、少なくとも１つのII−VI族
化合物半導体の主原料蒸発源と基板支持機構を設け、添
加不純物として窒素分子の中性励起種を発生する不純物
源を、前記真空容器に接続して設けたことを特徴とする
半導体結晶薄膜製造装置。 - 【請求項２】不純物源が放電により中性励起種を発生す
るよう構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の半導体結晶薄膜製造装置。 - 【請求項３】不純物源が光の照射により中性励起種を発
生するよう構成されたことを特徴とする特許請求の範囲
第（１）項記載の半導体結晶薄膜製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62136076A JPH07517B2 (ja) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | 半導体結晶薄膜製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62136076A JPH07517B2 (ja) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | 半導体結晶薄膜製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63303889A JPS63303889A (ja) | 1988-12-12 |
| JPH07517B2 true JPH07517B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=15166673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62136076A Expired - Fee Related JPH07517B2 (ja) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | 半導体結晶薄膜製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07517B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5248631A (en) * | 1990-08-24 | 1993-09-28 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Doping of iib-via semiconductors during molecular beam epitaxy using neutral free radicals |
| JPH05121329A (ja) * | 1991-10-30 | 1993-05-18 | Toshiba Corp | 化合物薄膜の製造方法及び製造装置 |
| JPH05234892A (ja) * | 1991-12-27 | 1993-09-10 | Victor Co Of Japan Ltd | 結晶成長方法及び結晶成長用ラジカル発生装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0728079B2 (ja) * | 1984-07-26 | 1995-03-29 | 新技術事業団 | 半導体レ−ザの製造方法 |
| JPS61117199A (ja) * | 1984-11-08 | 1986-06-04 | Nec Corp | 結晶成長法 |
| JPS625632A (ja) * | 1985-07-02 | 1987-01-12 | Nec Corp | 半導体薄膜の製造方法 |
| JPH07105342B2 (ja) * | 1986-01-17 | 1995-11-13 | 三洋電機株式会社 | 化合物半導体の製造方法 |
| JPS62229823A (ja) * | 1986-03-29 | 1987-10-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 不純物添加化合物半導体結晶の成長方法 |
| JPS62269311A (ja) * | 1986-05-19 | 1987-11-21 | Fujitsu Ltd | 結晶へのド−ピング方法 |
-
1987
- 1987-05-30 JP JP62136076A patent/JPH07517B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ４６，６，１９７５，ＰＰ２３６６−２３７４ |
| ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＳｕｐｐｌ．２，Ｐ４．１，１９７４，ＰＰ７６１−７６４ |
| 第３１回応用物理学関係連合講演会講演予稿集 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63303889A (ja) | 1988-12-12 |
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