JPH0831740A - 結晶成長方法 - Google Patents
結晶成長方法Info
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- JPH0831740A JPH0831740A JP18774094A JP18774094A JPH0831740A JP H0831740 A JPH0831740 A JP H0831740A JP 18774094 A JP18774094 A JP 18774094A JP 18774094 A JP18774094 A JP 18774094A JP H0831740 A JPH0831740 A JP H0831740A
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- crystal growth
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- molecular
- molecular beam
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高品質なＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を得
るのに好適な結晶成長方法を提供する。 【構成】 ＭＢＥ装置１０において、成長時の基板温度
を２３０℃とし、Ｚｎ、Ｓｅ、ＺｎＣｌ2 それぞれの分
子線をＧａＡｓ基板へ同時照射してｎ型ＺｎＳｅ層を成
長させ、更にこのｎ型ＺｎＳｅ層成長基板にＳｅ分子線
とＺｎＣｌ2 分子線とを照射しながら基板温度を３００
℃まで昇温して１時間熱処理を行ってｎ型ＺｎＳｅ層を
作製した。塩素ドナーに関連した発光である４４３．７
ｎｍの発光強度が増加し光学特性が向上した。
るのに好適な結晶成長方法を提供する。 【構成】 ＭＢＥ装置１０において、成長時の基板温度
を２３０℃とし、Ｚｎ、Ｓｅ、ＺｎＣｌ2 それぞれの分
子線をＧａＡｓ基板へ同時照射してｎ型ＺｎＳｅ層を成
長させ、更にこのｎ型ＺｎＳｅ層成長基板にＳｅ分子線
とＺｎＣｌ2 分子線とを照射しながら基板温度を３００
℃まで昇温して１時間熱処理を行ってｎ型ＺｎＳｅ層を
作製した。塩素ドナーに関連した発光である４４３．７
ｎｍの発光強度が増加し光学特性が向上した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高品質なＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体結晶を得る結晶成長方法に関する。
化合物半導体結晶を得る結晶成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】信頼性の高い半導体レーザ、発光ダイオ
ード等の発光デバイスを作製するためには、欠陥密度の
少ない高品質の半導体結晶を成長する必要がある．Ｚｎ
1-X ＭｇX Ｓ1-Y ＳｅY 化合物（0 ≦X ≦1 ，0 ≦Y ≦
1 ）やＺｎ1-X ＣｄX Ｓ1-Y ＳｅY 化合物（0 ≦X ≦1
，0 ≦Y ≦1 ）は、青緑色半導体レーザや青色ＬＥＤ
用結晶として結晶成長方法の１つである、例えばＭＢＥ
（分子線エピタキシャル成長）法を用いて成長されてい
る。
ード等の発光デバイスを作製するためには、欠陥密度の
少ない高品質の半導体結晶を成長する必要がある．Ｚｎ
1-X ＭｇX Ｓ1-Y ＳｅY 化合物（0 ≦X ≦1 ，0 ≦Y ≦
1 ）やＺｎ1-X ＣｄX Ｓ1-Y ＳｅY 化合物（0 ≦X ≦1
，0 ≦Y ≦1 ）は、青緑色半導体レーザや青色ＬＥＤ
用結晶として結晶成長方法の１つである、例えばＭＢＥ
（分子線エピタキシャル成長）法を用いて成長されてい
る。
【０００３】従来のＭＢＥ法を用いたＺｎＳｅ結晶の結
晶成長方法は、以下のようにして結晶成長が行なわれ
る。ＩＩb 族原料としてＺｎ、ＶＩb 族原料としてＳｅ
を用いて、それぞれの原料を分子線蒸発源セルに充填
し、所望の分子線量になるよう加熱保持しておく。そし
て、予めそれぞれ所定の分子線量に調節されたＺｎ分子
線及びＳｅ分子線を加熱ヒーターにより設定温度にして
おいた半導体基板結晶ＧａＡｓ基板に照射することによ
りＺｎＳｅ単結晶を成長させる。通常、結晶欠陥の少な
い結晶を得るため、結晶成長温度、成長速度、Ｚｎ分子
線量とＳｅ分子線量の供給比等を変えたりして良質な結
晶を得る条件を探索していく。
晶成長方法は、以下のようにして結晶成長が行なわれ
る。ＩＩb 族原料としてＺｎ、ＶＩb 族原料としてＳｅ
を用いて、それぞれの原料を分子線蒸発源セルに充填
し、所望の分子線量になるよう加熱保持しておく。そし
て、予めそれぞれ所定の分子線量に調節されたＺｎ分子
線及びＳｅ分子線を加熱ヒーターにより設定温度にして
おいた半導体基板結晶ＧａＡｓ基板に照射することによ
りＺｎＳｅ単結晶を成長させる。通常、結晶欠陥の少な
い結晶を得るため、結晶成長温度、成長速度、Ｚｎ分子
線量とＳｅ分子線量の供給比等を変えたりして良質な結
晶を得る条件を探索していく。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この様な従
来の結晶成長方法では、ＬＰＥ（液相エピタキシャル）
法、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相エピタキシャル）法と比
べ、より低温で非平衡な成長方法であるが、ＶＩ族元素
の蒸気圧が高いため成長層からの原子の離脱があり原子
空孔のような格子欠陥の低減ができなく、これにより得
られた結晶を用いて作製した半導体デバイスの寿命は短
く、より結晶性の改善が必要であった。
来の結晶成長方法では、ＬＰＥ（液相エピタキシャル）
法、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相エピタキシャル）法と比
べ、より低温で非平衡な成長方法であるが、ＶＩ族元素
の蒸気圧が高いため成長層からの原子の離脱があり原子
空孔のような格子欠陥の低減ができなく、これにより得
られた結晶を用いて作製した半導体デバイスの寿命は短
く、より結晶性の改善が必要であった。
【０００５】そこで、本発明は、上記課題を解決し、良
好な半導体装置を提供するための結晶成長方法を提供す
ることを目的とする。
好な半導体装置を提供するための結晶成長方法を提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の結晶成長
方法において、前記半導体層の結晶成長終了後、結晶成
長温度以上で、ＶＩ族元素とドーピング元素の少なくと
も１元素以上の分子線を照射しながら熱処理を行なうこ
とを特徴とする結晶成長方法を提供する。
決するために、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の結晶成長
方法において、前記半導体層の結晶成長終了後、結晶成
長温度以上で、ＶＩ族元素とドーピング元素の少なくと
も１元素以上の分子線を照射しながら熱処理を行なうこ
とを特徴とする結晶成長方法を提供する。
【０００７】
【実施例】本発明の結晶成長方法の一実施例を以下図面
とともに詳細に説明する．図１は、本発明の結晶成長方
法を実現する結晶成長装置の一例を示す図である。同図
において、１０はＭＢＥ装置、１１は、チャンバ、１２
は固体原料（Ｓｍ）を加熱蒸発する分子線蒸発源セル、
１３は液体窒素シュラウドである。ＭＢＥ装置１０に
は、チャンバ１１の中心にＭｏ製の基板支持台１４が配
置され、この基板支持台１４上に半導体基板結晶１５を
支持するようになっている。また、１６は各分子線セル
１４の分子線の出射口１２ａに設置されたセルシャッタ
である。１７はメインシャッタであり、前記支持台１４
の全面部に設置されている、なお、１８は半導体基板結
晶１５を加熱する加熱用ヒータである。
とともに詳細に説明する．図１は、本発明の結晶成長方
法を実現する結晶成長装置の一例を示す図である。同図
において、１０はＭＢＥ装置、１１は、チャンバ、１２
は固体原料（Ｓｍ）を加熱蒸発する分子線蒸発源セル、
１３は液体窒素シュラウドである。ＭＢＥ装置１０に
は、チャンバ１１の中心にＭｏ製の基板支持台１４が配
置され、この基板支持台１４上に半導体基板結晶１５を
支持するようになっている。また、１６は各分子線セル
１４の分子線の出射口１２ａに設置されたセルシャッタ
である。１７はメインシャッタであり、前記支持台１４
の全面部に設置されている、なお、１８は半導体基板結
晶１５を加熱する加熱用ヒータである。
【０００８】この様なＭＢＥ装置１０を用いて行う結晶
成長では、まず、約１００℃でのベーキングにより、チ
ャンバ１１内の不純物を低減し、基板支持台１４に固定
された基板結晶１５を加熱用ヒータ１８で加熱保持す
る。分子線蒸発源セル１２を所望の分子線量になるよう
に加熱保持して、分子線蒸発源セル１２により分子線を
蒸発させ、セルシャッタ１６及びメインシャッタ１７が
開けられて、基板支持台１４上で所定の温度に保持され
た基板１５上に分子線が供給され、基板１５上に結晶が
成長される。
成長では、まず、約１００℃でのベーキングにより、チ
ャンバ１１内の不純物を低減し、基板支持台１４に固定
された基板結晶１５を加熱用ヒータ１８で加熱保持す
る。分子線蒸発源セル１２を所望の分子線量になるよう
に加熱保持して、分子線蒸発源セル１２により分子線を
蒸発させ、セルシャッタ１６及びメインシャッタ１７が
開けられて、基板支持台１４上で所定の温度に保持され
た基板１５上に分子線が供給され、基板１５上に結晶が
成長される。
【０００９】上記のような構成のＭＢＥ装置１０におい
て、ＧａＡｓ（１００）基板結晶面上に分子線源として
Ｚｎ、Ｃｄ、Ｓｅ、ＺｎＣｌ2 を用いｎ型ＺｎＳｅ結晶
及びＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ／ＺｎＳｅ多重量子井戸層を
作製した。
て、ＧａＡｓ（１００）基板結晶面上に分子線源として
Ｚｎ、Ｃｄ、Ｓｅ、ＺｎＣｌ2 を用いｎ型ＺｎＳｅ結晶
及びＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ／ＺｎＳｅ多重量子井戸層を
作製した。
【００１０】成長時の基板温度は２３０℃、Ｚｎ、Ｃ
ｄ、Ｓｅの分子線強度はそれぞれ８．５×１０-7Ｔｏｒ
ｒ、７．５×１０-7Ｔｏｒｒ、５．１×１０-6Ｔｏｒｒ
とした。また、ＺｎＣｌ2 の分子線強度はセル温度を１
１０℃に設定し供給した。
ｄ、Ｓｅの分子線強度はそれぞれ８．５×１０-7Ｔｏｒ
ｒ、７．５×１０-7Ｔｏｒｒ、５．１×１０-6Ｔｏｒｒ
とした。また、ＺｎＣｌ2 の分子線強度はセル温度を１
１０℃に設定し供給した。
【００１１】低抵抗ｎ型ＺｎＳｅ結晶の作製は、上記条
件のＺｎ、Ｓｅ、ＺｎＣｌ2 それぞれの分子線を半絶縁
性ＧａＡｓ（１００）基板へ同時照射してｎ型ＺｎＳｅ
層を成長させ、成長終了後、このｎ型ＺｎＳｅ結晶成長
基板に８×１０-6ＴｏｒｒのＳｅ分子線とＺｎＣｌ2 分
子線を照射しながら基板温度を３００℃まで昇温して１
時間熱処理を行って作製した。
件のＺｎ、Ｓｅ、ＺｎＣｌ2 それぞれの分子線を半絶縁
性ＧａＡｓ（１００）基板へ同時照射してｎ型ＺｎＳｅ
層を成長させ、成長終了後、このｎ型ＺｎＳｅ結晶成長
基板に８×１０-6ＴｏｒｒのＳｅ分子線とＺｎＣｌ2 分
子線を照射しながら基板温度を３００℃まで昇温して１
時間熱処理を行って作製した。
【００１２】また、Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ（厚さ６０
Ａ）とＺｎＳｅ（厚さ１００Ａ）とを６ペア積層したＺ
ｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ／ＺｎＳｅ多重量子井戸層の作製
は、上記条件のＺｎ、Ｓｅ、Ｃｄそれぞれの分子線と、
上記条件のＺｎ、Ｓｅそれぞれの分子線とを交互に同時
照射してＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ層とＺｎＳｅ層とを交互
に積層して成長させ、成長終了後、この多重量子井戸層
成長基板に８×１０-6ＴｏｒｒのＳｅ分子線とＺｎＣｌ
2 分子線を照射しながら基板温度を３００℃まで昇温し
て１時間熱処理を行って作製した。
Ａ）とＺｎＳｅ（厚さ１００Ａ）とを６ペア積層したＺ
ｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ／ＺｎＳｅ多重量子井戸層の作製
は、上記条件のＺｎ、Ｓｅ、Ｃｄそれぞれの分子線と、
上記条件のＺｎ、Ｓｅそれぞれの分子線とを交互に同時
照射してＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ層とＺｎＳｅ層とを交互
に積層して成長させ、成長終了後、この多重量子井戸層
成長基板に８×１０-6ＴｏｒｒのＳｅ分子線とＺｎＣｌ
2 分子線を照射しながら基板温度を３００℃まで昇温し
て１時間熱処理を行って作製した。
【００１３】この様な条件下で熱処理して作製した結晶
と熱処理を行なっていない結晶を７７Ｋ下でのフォトル
ミネッセンス（Ｈｅ−Ｃｄレーザ、３２５ｎｍ、２ｍＷ
励起）法により評価した結果を図２，３に示す。図２
は、本発明の結晶成長方法により作製したｎ型ＺｎＳｅ
結晶の特性を示す図で、図３は、本発明の結晶成長方法
により作製したＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ／ＺｎＳｅ多重量
子井戸層の特性を示す図である。
と熱処理を行なっていない結晶を７７Ｋ下でのフォトル
ミネッセンス（Ｈｅ−Ｃｄレーザ、３２５ｎｍ、２ｍＷ
励起）法により評価した結果を図２，３に示す。図２
は、本発明の結晶成長方法により作製したｎ型ＺｎＳｅ
結晶の特性を示す図で、図３は、本発明の結晶成長方法
により作製したＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ／ＺｎＳｅ多重量
子井戸層の特性を示す図である。
【００１４】ｎ型ＺｎＳｅ結晶については、Ｃｌのキャ
リア濃度は１×１０17ｃｍ-3であり、図２より明らかな
ように、塩素ドナーに関連した発光である４４３．７ｎ
ｍの発光強度が増加してしているが、深い準位からの発
光（４５０〜７００ｎｍ）は変化がなく、光学特性が向
上した。
リア濃度は１×１０17ｃｍ-3であり、図２より明らかな
ように、塩素ドナーに関連した発光である４４３．７ｎ
ｍの発光強度が増加してしているが、深い準位からの発
光（４５０〜７００ｎｍ）は変化がなく、光学特性が向
上した。
【００１５】多重量子井戸層については、図３より明ら
かなように、多重量子井戸層からの発光である４８９．
６ｎｍの発光強度が増加しているが、熱処理前後で半値
幅の増加がほとんど見られず（熱処理実施時の半値幅１
１．３ｍｅＶ、熱処理未実施の半値幅１０．７ｍｅ
Ｖ）、光学特性が向上している。
かなように、多重量子井戸層からの発光である４８９．
６ｎｍの発光強度が増加しているが、熱処理前後で半値
幅の増加がほとんど見られず（熱処理実施時の半値幅１
１．３ｍｅＶ、熱処理未実施の半値幅１０．７ｍｅ
Ｖ）、光学特性が向上している。
【００１６】これらは、熱処理により非発光再結合中心
等の格子欠陥がマイグレーションし、アニールアウトし
た結果である。なお、４００℃以上の温度で熱処理を行
った場合には、結晶基板からの元素蒸発を押さえきれず
発光強度が低下したことを確認した。これより４００℃
以下で熱処理を行うのが良いことが分かる。
等の格子欠陥がマイグレーションし、アニールアウトし
た結果である。なお、４００℃以上の温度で熱処理を行
った場合には、結晶基板からの元素蒸発を押さえきれず
発光強度が低下したことを確認した。これより４００℃
以下で熱処理を行うのが良いことが分かる。
【００１７】なお、結晶を成長装置から取り出した後熱
処理を行なうことも考えられる。Ｖ族雰囲気で熱処理す
るためには毒性の高いセレン化水素、硫化水素等の有毒
かつ腐食性の高い材料を用いる事が必要であり、取り扱
いの危険性、除外装置の必要性等に留意する必要があ
る。また、成長結晶を大気にさらすため表面に不純物が
堆積したり、更に成長結晶表面が汚染されたまま熱処理
をすることにより結晶性が劣化するので洗浄工程が新た
に必要である。
処理を行なうことも考えられる。Ｖ族雰囲気で熱処理す
るためには毒性の高いセレン化水素、硫化水素等の有毒
かつ腐食性の高い材料を用いる事が必要であり、取り扱
いの危険性、除外装置の必要性等に留意する必要があ
る。また、成長結晶を大気にさらすため表面に不純物が
堆積したり、更に成長結晶表面が汚染されたまま熱処理
をすることにより結晶性が劣化するので洗浄工程が新た
に必要である。
【００１８】また、本発明の結晶成長方法は、上述のＭ
ＢＥ装置に限られるものではなく、ＭＢＥ法に限られる
ものでもない。
ＢＥ装置に限られるものではなく、ＭＢＥ法に限られる
ものでもない。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の結晶成長
方法によれば、結晶成長後、半導体結晶を◆族元素やド
ーピング材料を照射しながら熱処理を行なうようにした
ものであり、熱処理により結晶材料からの元素及びドー
ピング材料の離脱なしに非発光再結合中心等の欠陥を結
晶中からアニールアウトさせることができるため、大幅
に半導体結晶の結晶性を向上させることができる。ま
た、蒸気圧の高いＶＩ族元素やドーピング元素を照射し
ながら熱処理を行うことにより、新たな空孔の発生も抑
制可能である。化合物半導体薄膜の結晶成長方法に好適
であって、得られた結晶を用いて長寿命の半導体デバイ
スを作製することができる。また、結晶成長から熱処理
まで同一結晶成長装置内で一貫して行うことができ、工
業生産上極めて有利である。
方法によれば、結晶成長後、半導体結晶を◆族元素やド
ーピング材料を照射しながら熱処理を行なうようにした
ものであり、熱処理により結晶材料からの元素及びドー
ピング材料の離脱なしに非発光再結合中心等の欠陥を結
晶中からアニールアウトさせることができるため、大幅
に半導体結晶の結晶性を向上させることができる。ま
た、蒸気圧の高いＶＩ族元素やドーピング元素を照射し
ながら熱処理を行うことにより、新たな空孔の発生も抑
制可能である。化合物半導体薄膜の結晶成長方法に好適
であって、得られた結晶を用いて長寿命の半導体デバイ
スを作製することができる。また、結晶成長から熱処理
まで同一結晶成長装置内で一貫して行うことができ、工
業生産上極めて有利である。
【図１】本発明の結晶成長方法を実現する結晶成長装置
の一例を示す図である。
の一例を示す図である。
【図２】本発明の結晶成長方法により作製したｎ型Ｚｎ
Ｓｅ結晶の特性を示す図である。
Ｓｅ結晶の特性を示す図である。
【図３】本発明の結晶成長方法により作製したＺｎ0.8
Ｃｄ0.2 Ｓｅ／ＺｎＳｅ多重量子井戸層の特性を示す図
である。
Ｃｄ0.2 Ｓｅ／ＺｎＳｅ多重量子井戸層の特性を示す図
である。
１０ ＭＢＥ装置 １２ 分子線蒸発源セル １４ 基板支持台 １５ 基板結晶 １８ ヒータ
Claims (1)
- 【請求項１】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の結晶成長方
法において、前記半導体層の結晶成長終了後、結晶成長
温度以上で、ＶＩ族元素とドーピング元素の少なくとも
１元素以上の分子線を照射しながら熱処理を行なうこと
を特徴とする結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18774094A JPH0831740A (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18774094A JPH0831740A (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0831740A true JPH0831740A (ja) | 1996-02-02 |
Family
ID=16211372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18774094A Pending JPH0831740A (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831740A (ja) |
-
1994
- 1994-07-18 JP JP18774094A patent/JPH0831740A/ja active Pending
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