JPH088274A - 結晶成長方法及びその結晶成長方法を用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents
結晶成長方法及びその結晶成長方法を用いた半導体装置の製造方法Info
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- JPH088274A JPH088274A JP31724494A JP31724494A JPH088274A JP H088274 A JPH088274 A JP H088274A JP 31724494 A JP31724494 A JP 31724494A JP 31724494 A JP31724494 A JP 31724494A JP H088274 A JPH088274 A JP H088274A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】分子線エピタキシ法を用い、ＺｎＭｇＳＳｅ単
結晶薄膜、ＺｎＳＳｅ単結晶薄膜、ＺｎＣｄＳｅ単結晶
薄膜を高い組成再現性および高いキャリア密度再現性お
よび低コストで結晶成長し、これらの材料から構成され
るデバイスを再現性よく、低コストで供給する。 【構成】金属Ｍｇ、ＭｇＳ化合物、ＭｇＳ化合物のいず
れか一つとＺｎＳｅ化合物とＺｎＳ化合物の３種類を原
料として、または金属Ｍｇ、ＭｇＳ化合物、ＭｇＳｅ化
合物のいずれか一つとＺｎＳＳｅ混晶の２種類を原料と
して、またはＺｎＭｇＳＳｅ混晶のみを原料として用
い、各分子線強度および蒸発温度を制御し、１００℃か
ら４００℃に加熱された基板上にＺｎＳＳｅ単結晶薄膜
を成長する。金属Ｃｄ、ＣｄＳｅ化合物のいずれか一つ
とＺｎＳｅ化合物の２種類を原料として、またはＺｎＣ
ｄＳｅ混晶のみを原料として用い、各分子線強度および
蒸発温度を制御し、１００℃から４００℃に加熱された
基板上にＺｎＣｄＳｅ単結晶薄膜を成長する。
結晶薄膜、ＺｎＳＳｅ単結晶薄膜、ＺｎＣｄＳｅ単結晶
薄膜を高い組成再現性および高いキャリア密度再現性お
よび低コストで結晶成長し、これらの材料から構成され
るデバイスを再現性よく、低コストで供給する。 【構成】金属Ｍｇ、ＭｇＳ化合物、ＭｇＳ化合物のいず
れか一つとＺｎＳｅ化合物とＺｎＳ化合物の３種類を原
料として、または金属Ｍｇ、ＭｇＳ化合物、ＭｇＳｅ化
合物のいずれか一つとＺｎＳＳｅ混晶の２種類を原料と
して、またはＺｎＭｇＳＳｅ混晶のみを原料として用
い、各分子線強度および蒸発温度を制御し、１００℃か
ら４００℃に加熱された基板上にＺｎＳＳｅ単結晶薄膜
を成長する。金属Ｃｄ、ＣｄＳｅ化合物のいずれか一つ
とＺｎＳｅ化合物の２種類を原料として、またはＺｎＣ
ｄＳｅ混晶のみを原料として用い、各分子線強度および
蒸発温度を制御し、１００℃から４００℃に加熱された
基板上にＺｎＣｄＳｅ単結晶薄膜を成長する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ
1-Z（以下、「ＺｎＭｇＳＳｅ」と略す）単結晶薄膜、
ＺｎＳXＳｅ1-X（以下、「ＺｎＳＳｅ」と略す）単結晶
薄膜及びＺｎ1- WＣｄWＳｅ（以下、「ＺｎＣｄＳｅ」と
略す）単結晶薄膜の成長方法、ならびにこの成長方法を
用いた半導体装置の製造方法に関する。
1-Z（以下、「ＺｎＭｇＳＳｅ」と略す）単結晶薄膜、
ＺｎＳXＳｅ1-X（以下、「ＺｎＳＳｅ」と略す）単結晶
薄膜及びＺｎ1- WＣｄWＳｅ（以下、「ＺｎＣｄＳｅ」と
略す）単結晶薄膜の成長方法、ならびにこの成長方法を
用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＳＳｅ及びＺｎＣ
ｄＳｅは、青緑色光を放射するII-V族半導体レーザの材
料として注目されている。これらの材料からなる単結晶
半導体薄膜は、分子線エピタキシー（以下、「ＭＢＥ」
と略す）法によって形成される。図１は、ＭＢＥ装置の
概略構成を示している。このＭＢＥ装置による結晶成長
には、金属Ｚｎ、金属Ｃｄ、金属Ｍｇ、金属Ｓｅ、金属
Te、ＺｎＳ化合物、ＺｎＣｌ2化合物、Ｎ2ガスを原料と
して使用する。
ｄＳｅは、青緑色光を放射するII-V族半導体レーザの材
料として注目されている。これらの材料からなる単結晶
半導体薄膜は、分子線エピタキシー（以下、「ＭＢＥ」
と略す）法によって形成される。図１は、ＭＢＥ装置の
概略構成を示している。このＭＢＥ装置による結晶成長
には、金属Ｚｎ、金属Ｃｄ、金属Ｍｇ、金属Ｓｅ、金属
Te、ＺｎＳ化合物、ＺｎＣｌ2化合物、Ｎ2ガスを原料と
して使用する。
【０００３】ＺｎＭｇＳＳｅ単結晶薄膜をＭＢＥ法で成
長する場合、従来技術によれば、金属Ｚｎ、金属Ｍｇ、
金属Ｓｅ、及びＺｎＳ化合物（あるいはＳ単体）の４種
類の原料を独立した４個の加熱蒸発源に充填した後、各
加熱蒸発源から４種類の分子線を基板へ同時に照射す
る。図示されていないが、ＭＢＥ装置には、排気装置、
基板加熱機構、複数の加熱蒸発源及びプラズマセルが装
備してある。このような単結晶薄膜の成長法は、例え
ば、H.Okuyama et al. Journal of Crystal Growt
h Vol.１１７、 pp.１３９-１４３. そして Ｓ.Ito
et al. JapaneseJournal of Applied Ｐhysics
Vol.３２、pp.L１５３０-L１５３２、１９９３に開示さ
れている。
長する場合、従来技術によれば、金属Ｚｎ、金属Ｍｇ、
金属Ｓｅ、及びＺｎＳ化合物（あるいはＳ単体）の４種
類の原料を独立した４個の加熱蒸発源に充填した後、各
加熱蒸発源から４種類の分子線を基板へ同時に照射す
る。図示されていないが、ＭＢＥ装置には、排気装置、
基板加熱機構、複数の加熱蒸発源及びプラズマセルが装
備してある。このような単結晶薄膜の成長法は、例え
ば、H.Okuyama et al. Journal of Crystal Growt
h Vol.１１７、 pp.１３９-１４３. そして Ｓ.Ito
et al. JapaneseJournal of Applied Ｐhysics
Vol.３２、pp.L１５３０-L１５３２、１９９３に開示さ
れている。
【０００４】ＺｎＳＳｅ単結晶薄膜をＭＢＥ法で成長す
る場合は、金属Ｚｎ、金属Ｓｅ、及びＺｎＳ化合物の３
種類を独立した３個の加熱蒸発源に充填した後、各加熱
蒸発源から３種類の分子線を基板へ同時に照射する。こ
のような単結晶薄膜の成長法は、例えば、W.Xie et a
l. Applied Ｐhysics Letters Vol.６０、pp.１９９
９-２００１、１９９２に開示されている。
る場合は、金属Ｚｎ、金属Ｓｅ、及びＺｎＳ化合物の３
種類を独立した３個の加熱蒸発源に充填した後、各加熱
蒸発源から３種類の分子線を基板へ同時に照射する。こ
のような単結晶薄膜の成長法は、例えば、W.Xie et a
l. Applied Ｐhysics Letters Vol.６０、pp.１９９
９-２００１、１９９２に開示されている。
【０００５】量子井戸を形成するＺｎＣｄＳｅ単結晶薄
膜をＭＢＥ法で成長する場合は、金属Ｚｎ、金属Ｓｅ、
金属Ｃｄの３種類を独立した３個の加熱蒸発源に充填し
た後、各加熱蒸発源から３種類の分子線を基板へ同時に
照射する。このような単結晶薄膜の成長法は、例えば、
W.Xie et al. Applied Ｐhysics Letters Vol.６
０、pp.４６３-４６５、１９９２に記載されている。
膜をＭＢＥ法で成長する場合は、金属Ｚｎ、金属Ｓｅ、
金属Ｃｄの３種類を独立した３個の加熱蒸発源に充填し
た後、各加熱蒸発源から３種類の分子線を基板へ同時に
照射する。このような単結晶薄膜の成長法は、例えば、
W.Xie et al. Applied Ｐhysics Letters Vol.６
０、pp.４６３-４６５、１９９２に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のＭＢＥ法は、結
晶成長時に使用する蒸発源の個数が多い。これは、結晶
性に優れた単結晶薄膜を得るためには、その薄膜の各構
成元素の分子線強度を、他の分子線強度とは独立に制御
し、最適な強度比を決定する必要があるからである。分
子線の分子が基板に付着し結晶成長に寄与する割合は、
構成元素毎に異なるため、分子線ごとにその強度を調節
する必要がある。例えば、結晶性に優れたＧａＡｓ単結
晶薄膜をＭＢＥ法によって得ようとする場合、Ａｓ分子
線の強度とＧａ分子線の強度の比（Ｖ／III比）は、約
１０から２０の範囲内にあることが好ましいとされてい
る。従来のＭＢＥ法によれば、組成やキャリヤ密度が薄
膜の面内で及び／または深さ方向に変化したり、薄膜成
長工程毎に変化するという問題がある。このため、組成
やキャリヤ密度が均一な単結晶薄膜を高い再現性で得る
ことが困難である。これらの問題は、ＺｎＭｇＳＳｅ単
結晶薄膜、ＺｎＳＳｅ単結晶薄膜またはＺｎＣｄＳｅ単
結晶薄膜を構成要素として含むデバイスを低コストで再
現性良く製造することを阻んでいる。
晶成長時に使用する蒸発源の個数が多い。これは、結晶
性に優れた単結晶薄膜を得るためには、その薄膜の各構
成元素の分子線強度を、他の分子線強度とは独立に制御
し、最適な強度比を決定する必要があるからである。分
子線の分子が基板に付着し結晶成長に寄与する割合は、
構成元素毎に異なるため、分子線ごとにその強度を調節
する必要がある。例えば、結晶性に優れたＧａＡｓ単結
晶薄膜をＭＢＥ法によって得ようとする場合、Ａｓ分子
線の強度とＧａ分子線の強度の比（Ｖ／III比）は、約
１０から２０の範囲内にあることが好ましいとされてい
る。従来のＭＢＥ法によれば、組成やキャリヤ密度が薄
膜の面内で及び／または深さ方向に変化したり、薄膜成
長工程毎に変化するという問題がある。このため、組成
やキャリヤ密度が均一な単結晶薄膜を高い再現性で得る
ことが困難である。これらの問題は、ＺｎＭｇＳＳｅ単
結晶薄膜、ＺｎＳＳｅ単結晶薄膜またはＺｎＣｄＳｅ単
結晶薄膜を構成要素として含むデバイスを低コストで再
現性良く製造することを阻んでいる。
【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、組成やキャ
リヤ密度が均一な単結晶薄膜を高い再現性で形成できる
結晶成長方法およひその結晶成長方法を用いた半導体装
置の製造方法を提供することにある。
れたものであり、その目的とするところは、組成やキャ
リヤ密度が均一な単結晶薄膜を高い再現性で形成できる
結晶成長方法およひその結晶成長方法を用いた半導体装
置の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の結晶成長方法
は、金属Ｍｇ、ＭｇＳ化合物及びＭｇＳｅ化合物からな
る群から選択された何れか一つの材料と、ＺｎＳｅ化合
物と、ＺｎＳ化合物とを別々の加熱蒸発源にそれぞれ充
填する工程と、該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制
御することによって、加熱した基板上にＺｎ1-YＭｇYＳ
ZＳｅ1-Z（０<Y<１かつ０<Z<１）単結晶薄膜を結晶成長
させる工程と、を包含しており、そのことにより上記目
的が達成される。
は、金属Ｍｇ、ＭｇＳ化合物及びＭｇＳｅ化合物からな
る群から選択された何れか一つの材料と、ＺｎＳｅ化合
物と、ＺｎＳ化合物とを別々の加熱蒸発源にそれぞれ充
填する工程と、該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制
御することによって、加熱した基板上にＺｎ1-YＭｇYＳ
ZＳｅ1-Z（０<Y<１かつ０<Z<１）単結晶薄膜を結晶成長
させる工程と、を包含しており、そのことにより上記目
的が達成される。
【０００９】本発明の他の結晶成長方法は、金属Ｍｇ、
ＭｇＳ化合物及びＭｇＳｅ化合物からなる群から選択さ
れた何れか一つの材料と、ＺｎＳX'Ｓｅ1-X'（０<X'<
１）混晶とを別々の加熱蒸発源にそれぞれ充填する工程
と、該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制御すること
によって、加熱した基板上にＺｎ1-YＭｇYＳZＳｅ
1-Z（０<Y<１かつ０<Z<１）単結晶薄膜を結晶成長させ
る工程と、を包含しており、そのことにより上記目的が
達成される。
ＭｇＳ化合物及びＭｇＳｅ化合物からなる群から選択さ
れた何れか一つの材料と、ＺｎＳX'Ｓｅ1-X'（０<X'<
１）混晶とを別々の加熱蒸発源にそれぞれ充填する工程
と、該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制御すること
によって、加熱した基板上にＺｎ1-YＭｇYＳZＳｅ
1-Z（０<Y<１かつ０<Z<１）単結晶薄膜を結晶成長させ
る工程と、を包含しており、そのことにより上記目的が
達成される。
【００１０】本発明の他の結晶成長方法は、Ｚｎ1-Y'Ｍ
ｇY'ＳZ'Ｓｅ1-Z'（０<Y'<１かつ０<Z'<１）混晶を加熱
蒸発源に充填する工程と、該加熱蒸発源の温度及び分子
線強度を制御することによって、加熱した基板上にＺｎ
1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z（０<Y<１かつ０<Z<１）単結晶薄膜
を結晶成長させる工程と、を包含しており、そのことに
より上記目的が達成される。
ｇY'ＳZ'Ｓｅ1-Z'（０<Y'<１かつ０<Z'<１）混晶を加熱
蒸発源に充填する工程と、該加熱蒸発源の温度及び分子
線強度を制御することによって、加熱した基板上にＺｎ
1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z（０<Y<１かつ０<Z<１）単結晶薄膜
を結晶成長させる工程と、を包含しており、そのことに
より上記目的が達成される。
【００１１】好ましくは、Ｚｎ1-Y'ＭｇY'ＳZ'Ｓｅ1-Z'
（０.０２≦Y'≦０.０８かつ０.３０≦Z'≦０.６０の混
晶を前記加熱蒸発源に充填し、Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z
（０.０５≦Y≦０.１５かつ０.１０≦Z≦０.２５）単結
晶薄膜を結晶成長させる。
（０.０２≦Y'≦０.０８かつ０.３０≦Z'≦０.６０の混
晶を前記加熱蒸発源に充填し、Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z
（０.０５≦Y≦０.１５かつ０.１０≦Z≦０.２５）単結
晶薄膜を結晶成長させる。
【００１２】本発明の他の結晶成長方法は、ＺｎＳｅ化
合物およびＺｎＳ化合物を別々の加熱蒸発源に充填する
工程と、該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制御する
ことによって、加熱した基板上にＺｎＳXＳｅ1-X（０<X
<１）単結晶薄膜を結晶成長させる工程と、を包含して
おり、そのことにより上記目的が達成される。
合物およびＺｎＳ化合物を別々の加熱蒸発源に充填する
工程と、該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制御する
ことによって、加熱した基板上にＺｎＳXＳｅ1-X（０<X
<１）単結晶薄膜を結晶成長させる工程と、を包含して
おり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１３】本発明の他の結晶成長方法は、ＺｎＳX'Ｓ
ｅ1-X'（０<X'<１）混晶を加熱蒸発源に充填する工程
と、該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制御すること
によって、加熱した基板上にＺｎＳXＳｅ1-X（０<X<
１）単結晶薄膜を結晶成長させる工程と、を包含してお
り、そのことにより上記目的が達成される。
ｅ1-X'（０<X'<１）混晶を加熱蒸発源に充填する工程
と、該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制御すること
によって、加熱した基板上にＺｎＳXＳｅ1-X（０<X<
１）単結晶薄膜を結晶成長させる工程と、を包含してお
り、そのことにより上記目的が達成される。
【００１４】好ましくは、ＺｎＳX'Ｓｅ1-X'（０.０８
≦X'≦０.４０）混晶を加熱蒸発源に充填し、加熱した
基板上にＺｎＳXＳｅ1-X（０.０３≦X≦０.１０）単結
晶薄膜を結晶成長させる。
≦X'≦０.４０）混晶を加熱蒸発源に充填し、加熱した
基板上にＺｎＳXＳｅ1-X（０.０３≦X≦０.１０）単結
晶薄膜を結晶成長させる。
【００１５】本発明の他の結晶成長方法は、金属Ｃｄ、
ＣｄＳｅ化合物からなる群から選択した何れか一つの材
料と、ＺｎＳｅ化合とを別々の加熱蒸発源にそれぞれ充
填する工程と、該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制
御することによって、加熱した基板上にＺｎ1-WＣｄWＳ
ｅ（０<W<１）単結晶薄膜を結晶成長させる工程とを包
含しており、そのことにより上記目的が達成される。
ＣｄＳｅ化合物からなる群から選択した何れか一つの材
料と、ＺｎＳｅ化合とを別々の加熱蒸発源にそれぞれ充
填する工程と、該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制
御することによって、加熱した基板上にＺｎ1-WＣｄWＳ
ｅ（０<W<１）単結晶薄膜を結晶成長させる工程とを包
含しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１６】Ｚｎ1-W'ＣｄW'Ｓｅ（０<W'<１）混晶を加
熱蒸発源に充填する工程と、該加熱蒸発源の温度及び分
子線強度を制御することによって、加熱した基板上にＺ
ｎ1- WＣｄWＳｅ（０<W<１）単結晶薄膜を結晶成長させ
る工程と、を包含しており、そのことにより上記目的が
達成される。
熱蒸発源に充填する工程と、該加熱蒸発源の温度及び分
子線強度を制御することによって、加熱した基板上にＺ
ｎ1- WＣｄWＳｅ（０<W<１）単結晶薄膜を結晶成長させ
る工程と、を包含しており、そのことにより上記目的が
達成される。
【００１７】好ましくは、前記加熱した基板の温度を１
００℃から４００℃の範囲内に設定する。
００℃から４００℃の範囲内に設定する。
【００１８】本発明の半導体装置の製造方法は、前記結
晶成長方法を用いて単結晶薄膜を形成する工程を包含す
る。
晶成長方法を用いて単結晶薄膜を形成する工程を包含す
る。
【００１９】本発明の他の半導体装置の製造方法は、前
記結晶成長方法を用いて、Ｚｎ1-WＣｄWＳｅ（０<W<
１）単結晶薄膜からなる量子井戸層を形成し、前記結晶
成長方法を用いて、ＺｎＳXＳｅ1-X（０<X<１）単結晶
薄膜からなる障壁層を形成し、それによって量子井戸活
性層を形成する。
記結晶成長方法を用いて、Ｚｎ1-WＣｄWＳｅ（０<W<
１）単結晶薄膜からなる量子井戸層を形成し、前記結晶
成長方法を用いて、ＺｎＳXＳｅ1-X（０<X<１）単結晶
薄膜からなる障壁層を形成し、それによって量子井戸活
性層を形成する。
【００２０】
【作用】ＭＢＥ法によりＺｎＭｇＳＳｅ単結晶薄膜を結
晶成長するに際し、本発明では、下記(１)〜(３)に示す
原料の組み合わせの何れかを採用する。
晶成長するに際し、本発明では、下記(１)〜(３)に示す
原料の組み合わせの何れかを採用する。
【００２１】(１) 金属Ｍｇ、ＭｇＳ化合物及びＭｇＳ
ｅ化合物からなる群から選択されたいずれか一つ、Ｚｎ
Ｓｅ化合物、及びＺｎＳ化合物の３種類。
ｅ化合物からなる群から選択されたいずれか一つ、Ｚｎ
Ｓｅ化合物、及びＺｎＳ化合物の３種類。
【００２２】(２) 金属Ｍｇ、ＭｇＳ化合物及びＭｇＳ
ｅ化合物からなる群から選択されたいずれか一つ、及び
ＺｎＳＳｅ混晶の２種類。
ｅ化合物からなる群から選択されたいずれか一つ、及び
ＺｎＳＳｅ混晶の２種類。
【００２３】(３) ＺｎＭｇＳＳｅ混晶。
【００２４】従来のＭＢＥ成長法では、４種類（Ｚｎ、
Ｓｅ、Ｍｇ、ＺｎＳあるいはＳ）の原料が必要であると
考えられていたが、本発明では、１〜３種類の原料を使
用する。従来、成長させるべき単結晶薄膜に含まれる構
成元素の数に近い数の原料を別個の加熱蒸発源に充填
し、各原料の分子線強度を個別に調整する必要があると
考えられていた。しかし、本発明の結晶成長法によれ
ば、構成元素の化合物を分子線の原料として使用して
も、優れた結晶性が得られる。その理由は、ＺｎＭｇＳ
Ｓｅや、後述するＺｎＳＳｅ及びＺｎＣｄＳｅは、Ｇａ
Ａｓ等と異なり、II族元素の分子線強度とVI族元素分子
線強度との比が大きくは違わなくとも、結晶性に優れた
薄膜に成長し得る性質を持っているからである。本発明
は、本願発明者によるこのような新しい知見に基づいて
完成された。
Ｓｅ、Ｍｇ、ＺｎＳあるいはＳ）の原料が必要であると
考えられていたが、本発明では、１〜３種類の原料を使
用する。従来、成長させるべき単結晶薄膜に含まれる構
成元素の数に近い数の原料を別個の加熱蒸発源に充填
し、各原料の分子線強度を個別に調整する必要があると
考えられていた。しかし、本発明の結晶成長法によれ
ば、構成元素の化合物を分子線の原料として使用して
も、優れた結晶性が得られる。その理由は、ＺｎＭｇＳ
Ｓｅや、後述するＺｎＳＳｅ及びＺｎＣｄＳｅは、Ｇａ
Ａｓ等と異なり、II族元素の分子線強度とVI族元素分子
線強度との比が大きくは違わなくとも、結晶性に優れた
薄膜に成長し得る性質を持っているからである。本発明
は、本願発明者によるこのような新しい知見に基づいて
完成された。
【００２５】本発明によれば、ＭＢＥ装置の各加熱蒸発
源に充填される原料の数が低減される結果、得られた単
結晶組薄膜の組成再現性に優れる。すなわち、成長した
単結晶薄膜の面内均一性、膜厚方向の均一性、及びロッ
ト毎の再現性が優れている。また、原料数が少ないこと
と、原料の多くにII-VI族化合物を用いていることのた
めに、VI/II比は空間的かつ時間的に１（金属Ｍｇを用
いた場合は１よりも小さい値）に固定される。その結
果、ｎ型あるいはｐ型キャリヤ密度の再現性が向上して
いる。Ｍｇの原料として、金属Ｍｇを用いた場合には金
属Ｍｇの酸化が問題となるが、ＭｇＳ化合物またはＭｇ
Ｓｅ化合物を原料として用いることにより、そのような
酸化の問題を低減できる。
源に充填される原料の数が低減される結果、得られた単
結晶組薄膜の組成再現性に優れる。すなわち、成長した
単結晶薄膜の面内均一性、膜厚方向の均一性、及びロッ
ト毎の再現性が優れている。また、原料数が少ないこと
と、原料の多くにII-VI族化合物を用いていることのた
めに、VI/II比は空間的かつ時間的に１（金属Ｍｇを用
いた場合は１よりも小さい値）に固定される。その結
果、ｎ型あるいはｐ型キャリヤ密度の再現性が向上して
いる。Ｍｇの原料として、金属Ｍｇを用いた場合には金
属Ｍｇの酸化が問題となるが、ＭｇＳ化合物またはＭｇ
Ｓｅ化合物を原料として用いることにより、そのような
酸化の問題を低減できる。
【００２６】ＺｎＳＳｅ単結晶薄膜を結晶成長するに際
し、本発明では、下記(１)及び(２)に示す原料の組み合
わせの何れかを採用する。
し、本発明では、下記(１)及び(２)に示す原料の組み合
わせの何れかを採用する。
【００２７】(１) ＺｎＳｅ化合物とＺｎＳ化合物の２
種類。
種類。
【００２８】(２) ＺｎＳＳｅ混晶のみ 従来は３種類（Ｚｎ、Ｓｅ、ＺｎＳ）の原料が必要であ
ると考えられていたが、本発明では、１〜２種類の原料
を使用する。
ると考えられていたが、本発明では、１〜２種類の原料
を使用する。
【００２９】本発明は、原料数が従来よりも少ないた
め、組成再現性に優れている。原料数が少なく、しか
も、原料全てにII-VI族化合物を用いているため、VI/II
比は空間的時間的に１に固定され、ｎ型あるいはｐ型キ
ャリヤ密度の再現性が向上する。ＺｎＣｄＳｅ単結晶薄
膜を結晶成長するに際し、本発明では、下記(１)及び
(２)に示す原料の組み合わせの何れかを採用する。
め、組成再現性に優れている。原料数が少なく、しか
も、原料全てにII-VI族化合物を用いているため、VI/II
比は空間的時間的に１に固定され、ｎ型あるいはｐ型キ
ャリヤ密度の再現性が向上する。ＺｎＣｄＳｅ単結晶薄
膜を結晶成長するに際し、本発明では、下記(１)及び
(２)に示す原料の組み合わせの何れかを採用する。
【００３０】(１) 金属ＣｄあるいはＣｄＳｅ化合物の
いずれか一つ、ＺｎＳｅ化合物の２種類。
いずれか一つ、ＺｎＳｅ化合物の２種類。
【００３１】(２) ＺｎＣｄＳｅ混晶のみ。
【００３２】従来は３種類（Ｚｎ、Ｓｅ、ＺｎＳ）の原
料が必要であると考えられていたが、本発明では、１〜
２種類の原料を使用する。本発明は、原料数が従来より
も少ないため、組成再現性に優れている。
料が必要であると考えられていたが、本発明では、１〜
２種類の原料を使用する。本発明は、原料数が従来より
も少ないため、組成再現性に優れている。
【００３３】
【実施例】図２は、本発明による半導体薄膜の形成に使
用するＭＢＥ装置の概略構成を示している。図２のＭＢ
Ｅ装置では、原料として、ＺｎＳｅ化合物、ＣｄＳｅ化
合物、金属Ｍｇ、ＺｎTe化合物、ＺｎＳ化合物、ＺｎＣ
ｌ2化合物、Ｎ2ガスが使用される。Ｎ2ガス以外の原料
は、ＭＢＥ装置内に設けた別々の加熱蒸発源１〜６に充
填される。窒素ガスは、ボンベ８１から供給され、ｐ型
ドーピング用の活性窒素を生成するために用いられる。
活性窒素は、プラズマセル８によって窒素ガスを放電す
ることにより得られる（例えばK.Ohkawa et al. Japa
nese Journal of Applied Ｐhysics Vol.３０、p
p.L１５２-L１５５、１９９１.）。ＭＢＥ装置内には、
基板１０を所定の温度に加熱し維持するための基板加熱
機構９が設けられている。ＭＢＥ装置の背圧は、真空ポ
ンプによって、１０-8〜１０ー1 0Ｔｏｒｒ台になるが、
ｐ型ドーピングを行なっている時は、窒素ガスを導入し
ているため、ＭＢＥ装置内の真空度は、１x１０-5Ｔｏ
ｒｒから１x１０-8Ｔｏｒｒの範囲にある。
用するＭＢＥ装置の概略構成を示している。図２のＭＢ
Ｅ装置では、原料として、ＺｎＳｅ化合物、ＣｄＳｅ化
合物、金属Ｍｇ、ＺｎTe化合物、ＺｎＳ化合物、ＺｎＣ
ｌ2化合物、Ｎ2ガスが使用される。Ｎ2ガス以外の原料
は、ＭＢＥ装置内に設けた別々の加熱蒸発源１〜６に充
填される。窒素ガスは、ボンベ８１から供給され、ｐ型
ドーピング用の活性窒素を生成するために用いられる。
活性窒素は、プラズマセル８によって窒素ガスを放電す
ることにより得られる（例えばK.Ohkawa et al. Japa
nese Journal of Applied Ｐhysics Vol.３０、p
p.L１５２-L１５５、１９９１.）。ＭＢＥ装置内には、
基板１０を所定の温度に加熱し維持するための基板加熱
機構９が設けられている。ＭＢＥ装置の背圧は、真空ポ
ンプによって、１０-8〜１０ー1 0Ｔｏｒｒ台になるが、
ｐ型ドーピングを行なっている時は、窒素ガスを導入し
ているため、ＭＢＥ装置内の真空度は、１x１０-5Ｔｏ
ｒｒから１x１０-8Ｔｏｒｒの範囲にある。
【００３４】簡単化のためにＺｎＳｅ単結晶薄膜の成長
を例に取り、まず、本発明による結晶成長の基本的なメ
カニズムを説明する。
を例に取り、まず、本発明による結晶成長の基本的なメ
カニズムを説明する。
【００３５】本発明の結晶成長方法では、ＺｎＳｅ化合
物を原料としてＺｎＳｅ単結晶薄膜を成長する。このた
め、Ｚｎの分子線強度（JZn;１秒間に１cm2に飛来する
Ｚｎ原子数）とＳｅの分子線強度（JSe;１秒間に１cm2
に飛来するＳｅ原子数）の比（JSe/JZn; Flux Rati
o）は１に固定される。これに対して、金属Ｚｎ及び金
属Ｓｅを別々の加熱蒸発源に充填し、各分子線の強度を
任意に調整できるようにすれば、Ｚｎの分子線強度とＳ
ｅの分子線強度の比（JSe/JZn）は任意の値に設定され
得る。
物を原料としてＺｎＳｅ単結晶薄膜を成長する。このた
め、Ｚｎの分子線強度（JZn;１秒間に１cm2に飛来する
Ｚｎ原子数）とＳｅの分子線強度（JSe;１秒間に１cm2
に飛来するＳｅ原子数）の比（JSe/JZn; Flux Rati
o）は１に固定される。これに対して、金属Ｚｎ及び金
属Ｓｅを別々の加熱蒸発源に充填し、各分子線の強度を
任意に調整できるようにすれば、Ｚｎの分子線強度とＳ
ｅの分子線強度の比（JSe/JZn）は任意の値に設定され
得る。
【００３６】図９は、金属Ｚｎ及び金属Ｓｅを別々の加
熱蒸発源に充填した場合において、薄膜の結晶性が、比
JSe/JZn、及び基板温度に対してどのように変化するか
を示している。図９のグラフは、K.Menda et al. Jap
anese Journal of Applied Ｐhysics Vol.２６、L
１３２６、１９８７に報告されている。
熱蒸発源に充填した場合において、薄膜の結晶性が、比
JSe/JZn、及び基板温度に対してどのように変化するか
を示している。図９のグラフは、K.Menda et al. Jap
anese Journal of Applied Ｐhysics Vol.２６、L
１３２６、１９８７に報告されている。
【００３７】図９において、○印は、Reflection High
-Energy Electron Diffraction（RHEED）パターンがc
（２x２）となる条件を表し、●印はRHEEDパターンが
（１×２）となる条件を表している。領域I及びIIIで
は、RHEEDパターンはストリーク状となり、領域IIで
は、RHEEDパターンは成長初期にストリーク状となるが
成長を継続していくとスポッティとなる。スポッティあ
るいはＶ字のパターンは、成長中の表面に凹凸があるこ
とを意味している。分子線強度比が１で基板温度１５０
℃から３２０℃の領域では、c（２x２）のスポッティな
RHEEDパターンが得られることを示している。このよう
な領域では、II族安定化面で荒れた表面しか得られな
い。レーザ構造等のデバイス構造は単結晶で平坦な薄膜
を必要とする。また、P型の抵抗率を低くする観点か
ら、基板温度が相対的に低い状態での成長が好ましい
（R.Park, Jurnal of Vacuum Science and Technology
A Vol.10, pp.701-704, 1992）。
-Energy Electron Diffraction（RHEED）パターンがc
（２x２）となる条件を表し、●印はRHEEDパターンが
（１×２）となる条件を表している。領域I及びIIIで
は、RHEEDパターンはストリーク状となり、領域IIで
は、RHEEDパターンは成長初期にストリーク状となるが
成長を継続していくとスポッティとなる。スポッティあ
るいはＶ字のパターンは、成長中の表面に凹凸があるこ
とを意味している。分子線強度比が１で基板温度１５０
℃から３２０℃の領域では、c（２x２）のスポッティな
RHEEDパターンが得られることを示している。このよう
な領域では、II族安定化面で荒れた表面しか得られな
い。レーザ構造等のデバイス構造は単結晶で平坦な薄膜
を必要とする。また、P型の抵抗率を低くする観点か
ら、基板温度が相対的に低い状態での成長が好ましい
（R.Park, Jurnal of Vacuum Science and Technology
A Vol.10, pp.701-704, 1992）。
【００３８】以上のことから、領域Iの条件での成長が
好ましいことがわかる。領域Iの条件での成長を実現す
るには、比（JSe/JZn）を１よりも大きく設定し、しか
も基板温度を２００℃から４００℃までの範囲内にする
必要がある。図９のグラフに基づけば、ＺｎＳｅ化合物
を原料としてＺｎＳｅ単結晶薄膜を成長することが好ま
しくないと予測される。なぜなら、ＺｎＳｅ化合物を原
料として使用する場合、分子線強度比JSe/JZnが１に固
定されてしまうからである。従来、このような予測のも
とで、薄膜の原料を各構成元素毎に別々の加熱蒸発源に
充填し、個々の分子線強度を調整し、上記したような範
囲に強度比を設定することが行われてきた。しかしなが
ら、本発明者の実験によれば、ＺｎＳｅ化合物を用いた
場合でも、（２x１）のストリークなRHEEDパターンが観
測され、VI族安定化面で平坦な結晶成長が実現すること
がわかった。図１０は、その実験結果の概略を示してい
る。このようにＺｎＳｅ化合物を用いた場合、分子線強
度比JSe/JZnが１に固定されているにも関わらず、基板
温度１５０℃から１００℃で、（２x１）のストリーク
なRHEEDパターンが観測された。なお、実験から、本発
明の方法の成長温度は、スポッティあるいはＶ字のパタ
ーンが観測されない１００℃から４００℃の範囲が適し
ていることも判明した。
好ましいことがわかる。領域Iの条件での成長を実現す
るには、比（JSe/JZn）を１よりも大きく設定し、しか
も基板温度を２００℃から４００℃までの範囲内にする
必要がある。図９のグラフに基づけば、ＺｎＳｅ化合物
を原料としてＺｎＳｅ単結晶薄膜を成長することが好ま
しくないと予測される。なぜなら、ＺｎＳｅ化合物を原
料として使用する場合、分子線強度比JSe/JZnが１に固
定されてしまうからである。従来、このような予測のも
とで、薄膜の原料を各構成元素毎に別々の加熱蒸発源に
充填し、個々の分子線強度を調整し、上記したような範
囲に強度比を設定することが行われてきた。しかしなが
ら、本発明者の実験によれば、ＺｎＳｅ化合物を用いた
場合でも、（２x１）のストリークなRHEEDパターンが観
測され、VI族安定化面で平坦な結晶成長が実現すること
がわかった。図１０は、その実験結果の概略を示してい
る。このようにＺｎＳｅ化合物を用いた場合、分子線強
度比JSe/JZnが１に固定されているにも関わらず、基板
温度１５０℃から１００℃で、（２x１）のストリーク
なRHEEDパターンが観測された。なお、実験から、本発
明の方法の成長温度は、スポッティあるいはＶ字のパタ
ーンが観測されない１００℃から４００℃の範囲が適し
ていることも判明した。
【００３９】なぜ、従来の予測からはずれた実験結果が
得られたか、その理由は、次のように考えられる。ただ
し、本発明による成長メカニズムはまだ解明されたわけ
ではない。
得られたか、その理由は、次のように考えられる。ただ
し、本発明による成長メカニズムはまだ解明されたわけ
ではない。
【００４０】従来の方法において、通常使用される温度
付近である１９６℃では、金属Ｓｅからの分子線成分
が、Ｓｅ6:Ｓｅ5:Ｓｅ7:Ｓｅ2:Ｓｅ8=１:０.６６:０.２
８:０.１１:０.０４なる比率で構成されている。このこ
とは、例えば H.Cheng et al. Journal of Vacuu
m Ｓcience Technology B Vol.８、pp.１８１-１８
６、１９９０.に報告されている。
付近である１９６℃では、金属Ｓｅからの分子線成分
が、Ｓｅ6:Ｓｅ5:Ｓｅ7:Ｓｅ2:Ｓｅ8=１:０.６６:０.２
８:０.１１:０.０４なる比率で構成されている。このこ
とは、例えば H.Cheng et al. Journal of Vacuu
m Ｓcience Technology B Vol.８、pp.１８１-１８
６、１９９０.に報告されている。
【００４１】しかし、VI族元素Bを含有する多結晶化合
物ＡＢをＭＢＥの原料として用いた場合、この化合物
は、下式に示すように昇華し、分子線を形成する。
物ＡＢをＭＢＥの原料として用いた場合、この化合物
は、下式に示すように昇華し、分子線を形成する。
【００４２】 ＡＢ → Ａ ＋ １/２Ｂ2 (1) ここで Ａ＝Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｈｇ（II族元素）、Ｂ
＝Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ（VI族元素）である。このことは、例
えば、T. Yao, Researches of the Electrotechnical L
aboratory No. 854, 1985, p.23に報告されている。従
って、本発明の結晶成長方法によれば、VI族元素は２原
子分子となる。本発明で使用するVI族元素の分子は、従
来の分子線の分子と比較して小さい分子であるため、反
応性が高まる。そのため、分子線強度比が１でも、図１
０の如くＳｅ安定化面が観測されたものと考えられる。
＝Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ（VI族元素）である。このことは、例
えば、T. Yao, Researches of the Electrotechnical L
aboratory No. 854, 1985, p.23に報告されている。従
って、本発明の結晶成長方法によれば、VI族元素は２原
子分子となる。本発明で使用するVI族元素の分子は、従
来の分子線の分子と比較して小さい分子であるため、反
応性が高まる。そのため、分子線強度比が１でも、図１
０の如くＳｅ安定化面が観測されたものと考えられる。
【００４３】金属Ｓｅを原料に用いた場合に、金属Ｓｅ
用の加熱蒸発源の温度を６００℃まで上げると、分子線
成分は多い順に、Ｓｅ5、Ｓｅ2、Ｓｅ6、Ｓｅ7、及びＳ
ｅ3となる（例えば H.Cheng et al. Journal of
Vacuum Ｓcience Technology B Vol.８、pp.１８１
-１８６、１９９０）。しかし、ＺｎＳｅ化合物を原料
に用いた場合のようにＳｅ2が主成分になるまでには至
らない。金属Ｚｎも金属Ｓｅも加熱蒸発源を高温にして
ＺｎＳｅを成長すると、１００℃までの成長温度の低温
化が可能となるが（例えば M.Ohishi et al. Journ
al of Crystal Growth Vol.１１７、pp.１２５-１
２８、１９９２.）、化合物を原料とする本発明の方法
では５０℃程度までの更なる低温化が可能となった。化
合物多結晶の使用温度は、金属原料に比べて数百度高
く、しかも分子線に含まれるVI族元素は、２原子分子が
主成分であることが理由であると考えられる。
用の加熱蒸発源の温度を６００℃まで上げると、分子線
成分は多い順に、Ｓｅ5、Ｓｅ2、Ｓｅ6、Ｓｅ7、及びＳ
ｅ3となる（例えば H.Cheng et al. Journal of
Vacuum Ｓcience Technology B Vol.８、pp.１８１
-１８６、１９９０）。しかし、ＺｎＳｅ化合物を原料
に用いた場合のようにＳｅ2が主成分になるまでには至
らない。金属Ｚｎも金属Ｓｅも加熱蒸発源を高温にして
ＺｎＳｅを成長すると、１００℃までの成長温度の低温
化が可能となるが（例えば M.Ohishi et al. Journ
al of Crystal Growth Vol.１１７、pp.１２５-１
２８、１９９２.）、化合物を原料とする本発明の方法
では５０℃程度までの更なる低温化が可能となった。化
合物多結晶の使用温度は、金属原料に比べて数百度高
く、しかも分子線に含まれるVI族元素は、２原子分子が
主成分であることが理由であると考えられる。
【００４４】単結晶半導体薄膜の組成やキャリヤ密度は
分子線強度の変動に敏感であるため、複数の蒸発源の内
一つでも分子線強度が変動すると、その変動に対応して
組成が変化してしまう。さらにVI族元素であるＳ及びＳ
ｅの分子線強度とII族元素であるＺｎ及びＭｇの分子線
強度の比（VI/II比）の変動によって、ドナー性あるい
はアクセプタ性不純物元素の取り込みは影響を受け、キ
ャリヤ密度が変化してしまうという問題点がある。この
ため、蒸発源の数は、少ないほど組成やキャリヤ密度の
再現性が向上し、歩留まりが改善され、デバイス製造コ
ストが低減できる。
分子線強度の変動に敏感であるため、複数の蒸発源の内
一つでも分子線強度が変動すると、その変動に対応して
組成が変化してしまう。さらにVI族元素であるＳ及びＳ
ｅの分子線強度とII族元素であるＺｎ及びＭｇの分子線
強度の比（VI/II比）の変動によって、ドナー性あるい
はアクセプタ性不純物元素の取り込みは影響を受け、キ
ャリヤ密度が変化してしまうという問題点がある。この
ため、蒸発源の数は、少ないほど組成やキャリヤ密度の
再現性が向上し、歩留まりが改善され、デバイス製造コ
ストが低減できる。
【００４５】従来の方法では、多くの加熱蒸発源を要し
ていたため、ＭＢＥ装置は巨大になり、高コストになる
という問題点もあった。加熱蒸発源の数が減らせれば、
簡便かつ小型のＭＢＥ装置で対応することができ、さら
に製造コストを下げることが可能となる。
ていたため、ＭＢＥ装置は巨大になり、高コストになる
という問題点もあった。加熱蒸発源の数が減らせれば、
簡便かつ小型のＭＢＥ装置で対応することができ、さら
に製造コストを下げることが可能となる。
【００４６】以下、ＺｎＭｇＳＳｅ単結晶薄膜、ＺｎＳ
Ｓｅ単結晶薄膜およびＺｎＣｄＳｅ単結晶薄膜の結晶成
長法の実施例を詳細に述べる。以下の実施例では、図２
のＭＢＥ装置を用い、ＧａＡｓ（１００）基板上に各単
結晶薄膜を成長させた。結晶成長時の典型的な基板温度
は、２８０℃とした。
Ｓｅ単結晶薄膜およびＺｎＣｄＳｅ単結晶薄膜の結晶成
長法の実施例を詳細に述べる。以下の実施例では、図２
のＭＢＥ装置を用い、ＧａＡｓ（１００）基板上に各単
結晶薄膜を成長させた。結晶成長時の典型的な基板温度
は、２８０℃とした。
【００４７】（実施例１）ＺｎＳｅ化合物、ＺｎＳ化合
物及び金属Ｍｇを原料として、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅ単結
晶薄膜を成長した。ｎ型ドーパントは、ＺｎＣｌ2原料
からの塩素を用いた（例えば K.Ohkawa et al. Jou
rnal of Applied Ｐhysics Vol.６２、pp.３２１６
-３２２１、１９８７.）。
物及び金属Ｍｇを原料として、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅ単結
晶薄膜を成長した。ｎ型ドーパントは、ＺｎＣｌ2原料
からの塩素を用いた（例えば K.Ohkawa et al. Jou
rnal of Applied Ｐhysics Vol.６２、pp.３２１６
-３２２１、１９８７.）。
【００４８】図３は、こうして得られたｎ型ＺｎＭｇＳ
Ｓｅ単結晶薄膜から測定されたフォトルミネッセンス
（ＰＬ）スペクトルを示している。測定は、１２Kで行
われた。１２KでのＰＬ測定では、４２０nmに強いバン
ド端発光が観測された。発光の起源は、中性塩素ドナー
に束縛された励起子発光（Ｉ2）と考えられる。図３に
示されるＺｎＭｇＳＳｅ薄膜のバンドギャップエネルギ
ーは、１２Kでは２.９５eVであり、室温では約２.８５e
Vである。なお、本願明細書では、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶
のバンドギャップエネルギーを、バンド端発光の光子エ
ネルギーで定義するものとする。
Ｓｅ単結晶薄膜から測定されたフォトルミネッセンス
（ＰＬ）スペクトルを示している。測定は、１２Kで行
われた。１２KでのＰＬ測定では、４２０nmに強いバン
ド端発光が観測された。発光の起源は、中性塩素ドナー
に束縛された励起子発光（Ｉ2）と考えられる。図３に
示されるＺｎＭｇＳＳｅ薄膜のバンドギャップエネルギ
ーは、１２Kでは２.９５eVであり、室温では約２.８５e
Vである。なお、本願明細書では、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶
のバンドギャップエネルギーを、バンド端発光の光子エ
ネルギーで定義するものとする。
【００４９】Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z薄膜の格子定数
は、ＧａＡｓの格子定数に一致しており、奥山らのグラ
フ（H.Okuyama et al. Journal of Crystal Grow
th Vol.１１７、pp.１３９-１４３、（１９９２）中の
図１及び図３）から求められた組成は、Y=０.０７およ
びZ=０.１８である。この組成のＺｎ1-YＭｇYＳZＳｅ
1-Z薄膜を成長温度２８０℃で得るため、分子線強度
を、Ｐ（ＺｎＳｅ）=１.７５x１０-6Ｔｏｒｒ、Ｐ（Ｚ
ｎＳ）=９.０x１０-7Ｔｏｒｒ、Ｐ（Ｍｇ）=２.５x１０
-8Ｔｏｒｒとした。この分子線強度は、フラックス・ゲ
ージで測定された値である。ＺｎＭｇＳＳｅ薄膜の成長
の間、各分子線強度が一定になるように蒸発源の温度を
制御した。本実施例の条件では、ＺｎＭｇＳＳｅ薄膜の
成長速度は、０.６３μm/hであった。
は、ＧａＡｓの格子定数に一致しており、奥山らのグラ
フ（H.Okuyama et al. Journal of Crystal Grow
th Vol.１１７、pp.１３９-１４３、（１９９２）中の
図１及び図３）から求められた組成は、Y=０.０７およ
びZ=０.１８である。この組成のＺｎ1-YＭｇYＳZＳｅ
1-Z薄膜を成長温度２８０℃で得るため、分子線強度
を、Ｐ（ＺｎＳｅ）=１.７５x１０-6Ｔｏｒｒ、Ｐ（Ｚ
ｎＳ）=９.０x１０-7Ｔｏｒｒ、Ｐ（Ｍｇ）=２.５x１０
-8Ｔｏｒｒとした。この分子線強度は、フラックス・ゲ
ージで測定された値である。ＺｎＭｇＳＳｅ薄膜の成長
の間、各分子線強度が一定になるように蒸発源の温度を
制御した。本実施例の条件では、ＺｎＭｇＳＳｅ薄膜の
成長速度は、０.６３μm/hであった。
【００５０】成長中のRHEEDパターンは、（２x１）とｃ
（２x２）とが混在しており、成長初期より厚み１μｍ
成長の最後まできれいなストリークを呈していた。スト
リークなRHEEDは表面の平坦性を示すものであり、薄膜
が鏡面を呈していたことを裏付けるものである。単結晶
のＺｎＭｇＳＳｅ薄膜は成長温度が１００℃から４００
℃の範囲で可能であった。また低い基板では高い基板温
度の場合に比べて成長速度を下げる必要があった。
（２x２）とが混在しており、成長初期より厚み１μｍ
成長の最後まできれいなストリークを呈していた。スト
リークなRHEEDは表面の平坦性を示すものであり、薄膜
が鏡面を呈していたことを裏付けるものである。単結晶
のＺｎＭｇＳＳｅ薄膜は成長温度が１００℃から４００
℃の範囲で可能であった。また低い基板では高い基板温
度の場合に比べて成長速度を下げる必要があった。
【００５１】（実施例２）本実施例では、ＺｎＳｅ化合
物、ＺｎＳ化合物およびＭｇＳ化合物を原料として、Ｚ
ｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄膜を成長した。
物、ＺｎＳ化合物およびＭｇＳ化合物を原料として、Ｚ
ｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄膜を成長した。
【００５２】得られたＺｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄
膜の格子定数は、ＧａＡｓに対して０.１２%大きいが、
結晶性は二結晶Ｘ線回折法における半値全幅（FWHM）は
６４秒と良好なものであった。単結晶薄膜のバンドギャ
ップは、１２Kで２.９８eVであった。その組成は、Y=
０.１０およびZ=０.２０であった。成長温度２８０℃で
この組成を得るための分子線強度は、Ｐ（ＺｎＳｅ）=
１.２５x１０-6Ｔｏｒｒ、Ｐ（ＺｎＳ）=９.４x１０-7
Ｔｏｒｒ、Ｐ（ＭｇＳ）=２.８x１０-8Ｔｏｒｒであ
り、成長速度は０.４０μm/hであった。
膜の格子定数は、ＧａＡｓに対して０.１２%大きいが、
結晶性は二結晶Ｘ線回折法における半値全幅（FWHM）は
６４秒と良好なものであった。単結晶薄膜のバンドギャ
ップは、１２Kで２.９８eVであった。その組成は、Y=
０.１０およびZ=０.２０であった。成長温度２８０℃で
この組成を得るための分子線強度は、Ｐ（ＺｎＳｅ）=
１.２５x１０-6Ｔｏｒｒ、Ｐ（ＺｎＳ）=９.４x１０-7
Ｔｏｒｒ、Ｐ（ＭｇＳ）=２.８x１０-8Ｔｏｒｒであ
り、成長速度は０.４０μm/hであった。
【００５３】成長中のRHEEDパターンは、（２x１）とｃ
（２x２）とが混在したきれいなストリークパターンで
あった。薄膜表面は、鏡面を呈していた。また、上記分
子線強度を得るためのＭｇＳ原料の使用温度（１２４０
℃）は、金属Ｍｇの使用温度（２５０℃）に比べて約１
０００℃高温である。このため、加熱蒸発源の温度を変
えると、分子線強度もすばやく追随して変化する。ゆえ
にＺｎＳ及びＭｇＳの分子線強度を共に変化させること
により、ＧａＡｓに格子整合させつつバンドギャップを
徐々に変化させたGrin構造を実現することが可能とな
る。
（２x２）とが混在したきれいなストリークパターンで
あった。薄膜表面は、鏡面を呈していた。また、上記分
子線強度を得るためのＭｇＳ原料の使用温度（１２４０
℃）は、金属Ｍｇの使用温度（２５０℃）に比べて約１
０００℃高温である。このため、加熱蒸発源の温度を変
えると、分子線強度もすばやく追随して変化する。ゆえ
にＺｎＳ及びＭｇＳの分子線強度を共に変化させること
により、ＧａＡｓに格子整合させつつバンドギャップを
徐々に変化させたGrin構造を実現することが可能とな
る。
【００５４】酸化されやすい金属Ｍｇを使用する場合、
真空中でも残留した水分等で金属Ｍｇの表面酸化が起
き、分子線が得られ難くなるなどの問題が生じ得る。し
かし、本実施例の場合、金属Ｍｇの代わりにＭｇＳ化合
物を用いるため、そのような問題がない。
真空中でも残留した水分等で金属Ｍｇの表面酸化が起
き、分子線が得られ難くなるなどの問題が生じ得る。し
かし、本実施例の場合、金属Ｍｇの代わりにＭｇＳ化合
物を用いるため、そのような問題がない。
【００５５】（実施例３）本実施例では、ＺｎＳｅ化合
物、ＺｎＳ化合物及びＭｇＳｅ化合物を原料として、Ｚ
ｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄膜を成長した。
物、ＺｎＳ化合物及びＭｇＳｅ化合物を原料として、Ｚ
ｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄膜を成長した。
【００５６】得られたＺｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄
膜の格子定数は、ＧａＡｓの格子定数に一致し、結晶性
も良好なものであった。バンドギャップエネルギは、１
２Kで２.９６eVであった。薄膜の組成は、Y=０.０８お
よびZ=０.１９であった。この組成を成長温度２８０℃
で得るための分子線強度は、Ｐ（ＺｎＳｅ）=１.５５x
１０-6Ｔｏｒｒ、Ｐ（ＺｎＳ）=９.０x１０-7Ｔｏｒ
ｒ、Ｐ（ＭｇＳｅ）=２.５x１０-8Ｔｏｒｒであり、成
長速度は０.５０μm/hであった。
膜の格子定数は、ＧａＡｓの格子定数に一致し、結晶性
も良好なものであった。バンドギャップエネルギは、１
２Kで２.９６eVであった。薄膜の組成は、Y=０.０８お
よびZ=０.１９であった。この組成を成長温度２８０℃
で得るための分子線強度は、Ｐ（ＺｎＳｅ）=１.５５x
１０-6Ｔｏｒｒ、Ｐ（ＺｎＳ）=９.０x１０-7Ｔｏｒ
ｒ、Ｐ（ＭｇＳｅ）=２.５x１０-8Ｔｏｒｒであり、成
長速度は０.５０μm/hであった。
【００５７】成長中のRHEEDパターンは、（２x１）とｃ
（２x２）とが混在したきれいなストリークパターンで
あった。薄膜表面は、鏡面を呈していた。
（２x２）とが混在したきれいなストリークパターンで
あった。薄膜表面は、鏡面を呈していた。
【００５８】ＭｇＳｅ原料の使用温度（１１００℃）
は、金属Ｍｇの使用温度（２５０℃）に比べて約８５０
℃高温であるため、加熱蒸発源の温度を変えると、分子
線強度もすばやく追随して変化する。ゆえにＺｎＳとＭ
ｇＳｅの分子線強度を共に変化させることにより、Ｇａ
Ａｓに格子整合させつつ、バンドギャップエネルギが徐
々に変化するGrin構造の作製が可能となる。
は、金属Ｍｇの使用温度（２５０℃）に比べて約８５０
℃高温であるため、加熱蒸発源の温度を変えると、分子
線強度もすばやく追随して変化する。ゆえにＺｎＳとＭ
ｇＳｅの分子線強度を共に変化させることにより、Ｇａ
Ａｓに格子整合させつつ、バンドギャップエネルギが徐
々に変化するGrin構造の作製が可能となる。
【００５９】金属Ｍｇ、ＭｇＳ化合物及びＭｇＳｅ化合
物からなる群から選択されたいずれか一つの源流のＭｇ
に関する分子線強度を強くすることにより、Ｚｎ1-YＭ
ｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄膜中の組成Ｙを大きくすること
ができた。加えて、ＺｎＳの分子線強度を強くすること
により、組成Ｚを大きくすることができた。ゆえに、Ｍ
ｇとＳの組成を、０<Y<１、０<Z<１の範囲で変化させる
ことができた。
物からなる群から選択されたいずれか一つの源流のＭｇ
に関する分子線強度を強くすることにより、Ｚｎ1-YＭ
ｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄膜中の組成Ｙを大きくすること
ができた。加えて、ＺｎＳの分子線強度を強くすること
により、組成Ｚを大きくすることができた。ゆえに、Ｍ
ｇとＳの組成を、０<Y<１、０<Z<１の範囲で変化させる
ことができた。
【００６０】また、ＺｎＳ化合物、金属Ｍｇ、ＭｇＳ化
合物及びＭｇＳｅ化合物の各原料を入れたそれぞれの加
熱蒸発源の温度を固定することによって、各分子線強度
を一定にすることができた。しかし、ＺｎＳｅを入れた
加熱蒸発源の温度は一定温度では分子線強度が一定にな
らなかったため、０.０１℃／分の勾配で加熱蒸発源の
温度を上昇させることによって分子線強度を一定に保っ
た。
合物及びＭｇＳｅ化合物の各原料を入れたそれぞれの加
熱蒸発源の温度を固定することによって、各分子線強度
を一定にすることができた。しかし、ＺｎＳｅを入れた
加熱蒸発源の温度は一定温度では分子線強度が一定にな
らなかったため、０.０１℃／分の勾配で加熱蒸発源の
温度を上昇させることによって分子線強度を一定に保っ
た。
【００６１】（実施例４）本実施例では、金属Ｍｇおよ
びＺｎＳX'Ｓｅ1-X'（X'=０.５０）混晶を原料として、
Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄膜を成長した。
びＺｎＳX'Ｓｅ1-X'（X'=０.５０）混晶を原料として、
Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄膜を成長した。
【００６２】格子定数はＧａＡｓに一致し、結晶性も良
好なものであった。そしてバンドギャップは１２Kで２.
９４eVであった。その組成はY=０.０６５およびZ=０.１
７である。成長温度２８０℃でこの組成を得るための分
子線強度はＰ（ＺｎＳＳｅ）=２.５０x１０-6Ｔｏｒ
ｒ、 Ｐ（Ｍｇ）=２.３x１０-8Ｔｏｒｒであり、成長
速度は０.５５μm/hであった。成長中のRHEEDパターン
は（２x１）とｃ（２x２）の混在できれいなストリーク
であった。薄膜表面は鏡面を呈していた。得られるＺｎ
1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄膜の組成Ｙは 成長温度お
よび分子線強度比Ｐ（Ｍｇ）/（Ｐ（ＺｎＳＳｅ）＋Ｐ
（Ｍｇ））に依存する。そのため一概に規定し難いが、
組成Ｙを大きくするためには高い成長温度あるいは大き
な前記分子線強度比を採用することによって可能とな
る。組成Ｙを小さくするためには成長温度を低く設定す
るかあるいは前記分子線強度比を小さくすれば良い。さ
らに得られるＺｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄膜の組成
Ｚは 成長温度およびＺｎＳX'Ｓｅ1-X'混晶原料の組成
X'に依存する。そのため一概に規定し難いが、組成Ｚを
大きくするためには低い成長温度あるいは組成X'が大き
な混晶原料を使用することによって可能となる。組成Ｚ
を小さくするためには成長温度を高く設定するかあるい
は原料組成X'を小さくすれば良い。このように成長温度
および分子線強度比および混晶原料の組成X'を変化させ
ることにより、得られるＺｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1 -Z単結晶
薄膜の組成Ｙ、Ｚは０<Y<１、０<Z<１の範囲を制御する
ことが可能である。
好なものであった。そしてバンドギャップは１２Kで２.
９４eVであった。その組成はY=０.０６５およびZ=０.１
７である。成長温度２８０℃でこの組成を得るための分
子線強度はＰ（ＺｎＳＳｅ）=２.５０x１０-6Ｔｏｒ
ｒ、 Ｐ（Ｍｇ）=２.３x１０-8Ｔｏｒｒであり、成長
速度は０.５５μm/hであった。成長中のRHEEDパターン
は（２x１）とｃ（２x２）の混在できれいなストリーク
であった。薄膜表面は鏡面を呈していた。得られるＺｎ
1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄膜の組成Ｙは 成長温度お
よび分子線強度比Ｐ（Ｍｇ）/（Ｐ（ＺｎＳＳｅ）＋Ｐ
（Ｍｇ））に依存する。そのため一概に規定し難いが、
組成Ｙを大きくするためには高い成長温度あるいは大き
な前記分子線強度比を採用することによって可能とな
る。組成Ｙを小さくするためには成長温度を低く設定す
るかあるいは前記分子線強度比を小さくすれば良い。さ
らに得られるＺｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄膜の組成
Ｚは 成長温度およびＺｎＳX'Ｓｅ1-X'混晶原料の組成
X'に依存する。そのため一概に規定し難いが、組成Ｚを
大きくするためには低い成長温度あるいは組成X'が大き
な混晶原料を使用することによって可能となる。組成Ｚ
を小さくするためには成長温度を高く設定するかあるい
は原料組成X'を小さくすれば良い。このように成長温度
および分子線強度比および混晶原料の組成X'を変化させ
ることにより、得られるＺｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1 -Z単結晶
薄膜の組成Ｙ、Ｚは０<Y<１、０<Z<１の範囲を制御する
ことが可能である。
【００６３】また前記実施例の金属Ｍｇ原料をＭｇＳ化
合物あるいはＭｇＳｅ化合物に置き換え、ＺｎＳX'Ｓｅ
1-X'（０<X'<１）混晶原料と組み合わせることによって
Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄膜の成長が可能であ
る。組成Ｙ、Ｚは成長温度および分子線強度比および混
晶原料の組成X'を変化させることにより０<Y<１、０<Z<
１の範囲で制御することが可能である。
合物あるいはＭｇＳｅ化合物に置き換え、ＺｎＳX'Ｓｅ
1-X'（０<X'<１）混晶原料と組み合わせることによって
Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z単結晶薄膜の成長が可能であ
る。組成Ｙ、Ｚは成長温度および分子線強度比および混
晶原料の組成X'を変化させることにより０<Y<１、０<Z<
１の範囲で制御することが可能である。
【００６４】（実施例５）本実施例では、Ｚｎ1-Y'Ｍｇ
Y'ＳZ'Ｓｅ1-Z'（０<Y'<１かつ０<Z'<１）混晶を原料と
して、Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z（０<Y<１かつ０<Z<１）
単結晶薄膜を作製することができる。
Y'ＳZ'Ｓｅ1-Z'（０<Y'<１かつ０<Z'<１）混晶を原料と
して、Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z（０<Y<１かつ０<Z<１）
単結晶薄膜を作製することができる。
【００６５】組成Y、Zは基板温度に依存するため一概に
規定し難いが、Ｙ＞Ｙ’およびＺ＜Ｚ’なる関係とな
る。基板温度１００℃から４００℃の範囲ではＭｇの付
着係数はＺｎに比べて高いことおよびＳの付着係数はＳ
ｅに比べて小さいためである。Ｚｎ1-Y'ＭｇY'ＳZ'Ｓｅ
1-Z'（０.０２≦Y'≦０.０８かつ０.３０≦Z'≦０.６
０）混晶を原料として用い、かつ２００℃から３５０℃
に加熱された基板上に成長した。Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ
1-Z単結晶薄膜の組成は基板温度に依存するため一概に
規定し難いが、０.０５≦Y≦０.１５かつ０.１０≦Z≦
０.２５の範囲になる。この組成のＺｎＭｇＳＳｅ薄膜
は７７Kでのバンドギャップが２.８５eVから３.１０eV
の範囲にあり、不純物添加によって低抵抗化が可能であ
る。さらに得られた膜の格子定数はＧａＡｓやＺｎＳｅ
に近く結晶性も優れたものとなる。ゆえにこの組成のＺ
ｎＭｇＳＳｅ薄膜は、デバイス構成材料として極めて重
要である。そして本発明ではＺｎＭｇＳＳｅ混晶薄膜を
一つの原料で作製できるため、極めて再現性が高くまた
簡便な方法である。
規定し難いが、Ｙ＞Ｙ’およびＺ＜Ｚ’なる関係とな
る。基板温度１００℃から４００℃の範囲ではＭｇの付
着係数はＺｎに比べて高いことおよびＳの付着係数はＳ
ｅに比べて小さいためである。Ｚｎ1-Y'ＭｇY'ＳZ'Ｓｅ
1-Z'（０.０２≦Y'≦０.０８かつ０.３０≦Z'≦０.６
０）混晶を原料として用い、かつ２００℃から３５０℃
に加熱された基板上に成長した。Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ
1-Z単結晶薄膜の組成は基板温度に依存するため一概に
規定し難いが、０.０５≦Y≦０.１５かつ０.１０≦Z≦
０.２５の範囲になる。この組成のＺｎＭｇＳＳｅ薄膜
は７７Kでのバンドギャップが２.８５eVから３.１０eV
の範囲にあり、不純物添加によって低抵抗化が可能であ
る。さらに得られた膜の格子定数はＧａＡｓやＺｎＳｅ
に近く結晶性も優れたものとなる。ゆえにこの組成のＺ
ｎＭｇＳＳｅ薄膜は、デバイス構成材料として極めて重
要である。そして本発明ではＺｎＭｇＳＳｅ混晶薄膜を
一つの原料で作製できるため、極めて再現性が高くまた
簡便な方法である。
【００６６】（実施例６）本実施例では、ＺｎＳｅ化合
物およびＺｎＳ化合物を用いて無添加ＺｎＳＳｅ単結晶
薄膜を成長した。図４は、無添加ＺｎＳＳｅ単結晶薄膜
から測定されたフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクト
ルである。１２KでのＰＬ測定では、４３６.５nmに自由
励起子発光（ＥX）および４３７.３nmにＩ2発光が観測
される。ＥX発光が支配的であることは、得られたＺｎ
ＳＳｅ薄膜、ならびに原料であるＺｎＳｅ化合物および
ＺｎＳ化合物が高純度であることを意味している。
物およびＺｎＳ化合物を用いて無添加ＺｎＳＳｅ単結晶
薄膜を成長した。図４は、無添加ＺｎＳＳｅ単結晶薄膜
から測定されたフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクト
ルである。１２KでのＰＬ測定では、４３６.５nmに自由
励起子発光（ＥX）および４３７.３nmにＩ2発光が観測
される。ＥX発光が支配的であることは、得られたＺｎ
ＳＳｅ薄膜、ならびに原料であるＺｎＳｅ化合物および
ＺｎＳ化合物が高純度であることを意味している。
【００６７】得られたＺｎＳXＳｅ1-X薄膜の組成は、X=
０.０６５であり、この組成を得るための一つの成長条
件は、基板温度２８０℃で分子線強度がＰ（ＺｎＳｅ）
=１.７５x１０-6ＴｏｒｒかつＰ（ＺｎＳ）=３.５x１０
-7Ｔｏｒｒである。組成Ｘは、基板温度および分子線強
度比 Ｐ（ＺｎＳ）/（Ｐ（ＺｎＳｅ）＋Ｐ（Ｚｎ
Ｓ））に依存する。基板温度が高くなると組成Ｘは小さ
くなる。また前記分子線強度比が大きくなると組成Ｘは
大きくなる。すなわち２８０℃よりも低い成長温度で
は、前記分子線強度例のＰ（ＺｎＳ）をより小さくする
必要がある。塩素または窒素を成長中のＺｎＳＳｅにド
ーピングすることによって、ｎ型またはｐ型伝導を制御
することができる。
０.０６５であり、この組成を得るための一つの成長条
件は、基板温度２８０℃で分子線強度がＰ（ＺｎＳｅ）
=１.７５x１０-6ＴｏｒｒかつＰ（ＺｎＳ）=３.５x１０
-7Ｔｏｒｒである。組成Ｘは、基板温度および分子線強
度比 Ｐ（ＺｎＳ）/（Ｐ（ＺｎＳｅ）＋Ｐ（Ｚｎ
Ｓ））に依存する。基板温度が高くなると組成Ｘは小さ
くなる。また前記分子線強度比が大きくなると組成Ｘは
大きくなる。すなわち２８０℃よりも低い成長温度で
は、前記分子線強度例のＰ（ＺｎＳ）をより小さくする
必要がある。塩素または窒素を成長中のＺｎＳＳｅにド
ーピングすることによって、ｎ型またはｐ型伝導を制御
することができる。
【００６８】（実施例７）本実施例では、ＺｎＳX'Ｓｅ
1-X'（０<X'<１）混晶を原料として用いて、ＺｎＳXＳ
ｅ1-X（０<X<１）単結晶薄膜を成長した。
1-X'（０<X'<１）混晶を原料として用いて、ＺｎＳXＳ
ｅ1-X（０<X<１）単結晶薄膜を成長した。
【００６９】組成Ｘは基板温度に依存するため一概に規
定し難いが、Ｘ＜Ｘ’なる関係となる。基板温度１００
℃から４００℃の範囲ではＳの付着係数はＳｅに比べて
小さいためである。
定し難いが、Ｘ＜Ｘ’なる関係となる。基板温度１００
℃から４００℃の範囲ではＳの付着係数はＳｅに比べて
小さいためである。
【００７０】（実施例８）本実施例では、ＺｎＳX'Ｓｅ
1-X'（０.０８≦X'≦０.４０）混晶を原料として用い、
かつ分子線強度Ｐ（ＺｎＳＳｅ）=２.０x１０-6Ｔｏｒ
ｒで２００℃から３５０℃に加熱された基板上にＺｎＳ
XＳｅ1-X単結晶薄膜を成長した、得られたＺｎＳXＳｅ
1-X単結晶薄膜の組成は、基板温度に依存するため一概
に規定し難いが、本実施例では、０.０３≦X≦０.１０
の範囲になった。この組成を有するＺｎＳＳｅ薄膜の格
子定数は、ＧａＡｓの格子定数に近く、優れた結晶性を
有するため、デバイス構成材料として極めて重要であ
る。本実施例によれば、ＺｎＳＳｅ混晶薄膜を一つの原
料から作製できるため、極めて再現性が高くまた簡便で
ある。
1-X'（０.０８≦X'≦０.４０）混晶を原料として用い、
かつ分子線強度Ｐ（ＺｎＳＳｅ）=２.０x１０-6Ｔｏｒ
ｒで２００℃から３５０℃に加熱された基板上にＺｎＳ
XＳｅ1-X単結晶薄膜を成長した、得られたＺｎＳXＳｅ
1-X単結晶薄膜の組成は、基板温度に依存するため一概
に規定し難いが、本実施例では、０.０３≦X≦０.１０
の範囲になった。この組成を有するＺｎＳＳｅ薄膜の格
子定数は、ＧａＡｓの格子定数に近く、優れた結晶性を
有するため、デバイス構成材料として極めて重要であ
る。本実施例によれば、ＺｎＳＳｅ混晶薄膜を一つの原
料から作製できるため、極めて再現性が高くまた簡便で
ある。
【００７１】（実施例９）本実施例では、ＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層（厚さ：１μｍ）、ＺｎＳＳｅ光ガイド層
（厚さ：０．１μｍ）、ＺｎＣｄＳｅ活性層（厚さ：約
２０ｎｍ以下）、ＺｎＳＳｅ光ガイド層（厚さ：０．１
μｍ）、及びＺｎＭｇＳＳｅクラッド層（厚さ：１μ
ｍ）を連続的に成長させ、レーザ構造を形成した。
ｅクラッド層（厚さ：１μｍ）、ＺｎＳＳｅ光ガイド層
（厚さ：０．１μｍ）、ＺｎＣｄＳｅ活性層（厚さ：約
２０ｎｍ以下）、ＺｎＳＳｅ光ガイド層（厚さ：０．１
μｍ）、及びＺｎＭｇＳＳｅクラッド層（厚さ：１μ
ｍ）を連続的に成長させ、レーザ構造を形成した。
【００７２】得られたＺｎＳＳｅ薄膜及びＺｎＭｇＳＳ
ｅ薄膜はＧａＡｓ基板に格子整合しているが、ＺｎＣｄ
Ｓｅ活性層は、ＧａＡｓよりも格子定数が大きく、Ｇａ
Ａｓ基板に格子整合していない。欠陥がＺｎＣｄＳｅ薄
膜に導入されない程度に、ＺｎＣｄＳｅ薄膜の厚みを薄
く設定している。欠陥が入らないＺｎ1-WＣｄWＳｅ薄膜
の厚みは、組成Ｗに依存し一概に規定し難いが、およそ
２０nm以下である。
ｅ薄膜はＧａＡｓ基板に格子整合しているが、ＺｎＣｄ
Ｓｅ活性層は、ＧａＡｓよりも格子定数が大きく、Ｇａ
Ａｓ基板に格子整合していない。欠陥がＺｎＣｄＳｅ薄
膜に導入されない程度に、ＺｎＣｄＳｅ薄膜の厚みを薄
く設定している。欠陥が入らないＺｎ1-WＣｄWＳｅ薄膜
の厚みは、組成Ｗに依存し一概に規定し難いが、およそ
２０nm以下である。
【００７３】組成ＷとＺｎＣｄＳｅ薄膜の室温バンドギ
ャップ（Eg）は、下式で規定される。
ャップ（Eg）は、下式で規定される。
【００７４】 Eg（W）/[eV]＝２.６３５−１.２３５W＋０.３０W2 −（１.０７＋W）（０.０４＋W）/（７.２２−W）/（１４.８９＋W） (2) Egの値は、レーザ発振波長のエネルギーに等しくしてい
る。式(2)では、ＺｎＣｄＳｅ薄膜の厚さは５ｎｍ以上
と仮定し、量子効果によるレーザ発振のブルーシフトを
考慮していない。組成Ｗは、図５の如く、Ｃｄ関連分子
線とＺｎＳｅ化合物の分子線との強度比に依存する。本
実施例では、ＺｎＳｅの分子線強度をＰ（ＺｎＳｅ）=
１.７５x１０-6Ｔｏｒｒに、基板温度を２８０℃に、そ
れぞれ固定して成長を行った。
る。式(2)では、ＺｎＣｄＳｅ薄膜の厚さは５ｎｍ以上
と仮定し、量子効果によるレーザ発振のブルーシフトを
考慮していない。組成Ｗは、図５の如く、Ｃｄ関連分子
線とＺｎＳｅ化合物の分子線との強度比に依存する。本
実施例では、ＺｎＳｅの分子線強度をＰ（ＺｎＳｅ）=
１.７５x１０-6Ｔｏｒｒに、基板温度を２８０℃に、そ
れぞれ固定して成長を行った。
【００７５】金属ＣｄとＺｎＳｅ化合物とを用いた場
合、分子線強度比がＰ（Ｃｄ）/（Ｐ（Ｃｄ）＋Ｐ（Ｚ
ｎＳｅ））≦０.２の領域で、組成Ｗは直線的に変化す
る。しかし、分子線強度比が０.２以上の領域では、II
族サイトに位置しようとする競合がＣｄとＺｎとの間で
起こるため、組成Ｗは飽和傾向を示す。従って、W=０.
２付近の組成を有するＺｎＣｄＳｅ薄膜を得る場合、本
実施例の方法によれば、各加熱蒸発源の分子線強度が変
動しても組成再現性良いＺｎＣｄＳｅ薄膜が得られる。
合、分子線強度比がＰ（Ｃｄ）/（Ｐ（Ｃｄ）＋Ｐ（Ｚ
ｎＳｅ））≦０.２の領域で、組成Ｗは直線的に変化す
る。しかし、分子線強度比が０.２以上の領域では、II
族サイトに位置しようとする競合がＣｄとＺｎとの間で
起こるため、組成Ｗは飽和傾向を示す。従って、W=０.
２付近の組成を有するＺｎＣｄＳｅ薄膜を得る場合、本
実施例の方法によれば、各加熱蒸発源の分子線強度が変
動しても組成再現性良いＺｎＣｄＳｅ薄膜が得られる。
【００７６】ＣｄＳｅ化合物とＺｎＳｅ化合物とを用い
た場合、任意の分子線強度比Ｐ（ＣｄＳｅ）/（Ｐ（Ｃ
ｄＳｅ）＋Ｐ（ＺｎＳｅ））において、組成Ｗは直線的
に変化する。ＣｄＳｅ原料によってＳｅが十分に供給さ
れているため、ＣｄとＺｎ間との間で競合が起こらず、
組成Ｗは飽和傾向を示さない。本実施例の方法を用いる
と、前記分子線強度比でＺｎＣｄＳｅ薄膜の組成Ｗを自
由に制御することができる。またＣｄＳｅ化合物からの
分子線強度は、図６の如くセルシャッターの開閉で起こ
るバーストが安定強度に対して１％程度と小さくしかも
１分以内に安定化する。そのため同一組成のＺｎＣｄＳ
ｅ薄膜を活性層に複数導入する多重量子井戸（MQW）構
造を作製することに適している。
た場合、任意の分子線強度比Ｐ（ＣｄＳｅ）/（Ｐ（Ｃ
ｄＳｅ）＋Ｐ（ＺｎＳｅ））において、組成Ｗは直線的
に変化する。ＣｄＳｅ原料によってＳｅが十分に供給さ
れているため、ＣｄとＺｎ間との間で競合が起こらず、
組成Ｗは飽和傾向を示さない。本実施例の方法を用いる
と、前記分子線強度比でＺｎＣｄＳｅ薄膜の組成Ｗを自
由に制御することができる。またＣｄＳｅ化合物からの
分子線強度は、図６の如くセルシャッターの開閉で起こ
るバーストが安定強度に対して１％程度と小さくしかも
１分以内に安定化する。そのため同一組成のＺｎＣｄＳ
ｅ薄膜を活性層に複数導入する多重量子井戸（MQW）構
造を作製することに適している。
【００７７】さらに、Ｚｎ1-W'ＣｄW'Ｓｅ（０<W'<１）
混晶を原料として用いた場合、基板温度１００℃から４
００℃の範囲でＺｎ1-WＣｄWＳｅ（０<W<１）単結晶薄
膜を作できた。組成Ｗは組成Ｗ'の値にほぼ等しい値を
示した。
混晶を原料として用いた場合、基板温度１００℃から４
００℃の範囲でＺｎ1-WＣｄWＳｅ（０<W<１）単結晶薄
膜を作できた。組成Ｗは組成Ｗ'の値にほぼ等しい値を
示した。
【００７８】図７は、金属Ｚｎ、金属ＳｅおよびＺｎＳ
化合物を原料にして作製したｎ型ＺｎＳXＳｅ1-X（０.
０５<X<０.０８）単結晶薄膜と、金属Ｚｎ、金属Ｓｅ、
金属ＭｇおよびＺｎＳ化合物を原料にして作製したｎ型
Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z（０.０５<Y<０.０８かつ０.１
３<Z<０.２０）単結晶薄膜におけるキャリヤ密度のドー
ピング条件依存性を示している。ここで、ドーピング条
件とは、ＺｎＣｌ2が充填された蒸発源の温度（ＴCl）
を意味している。
化合物を原料にして作製したｎ型ＺｎＳXＳｅ1-X（０.
０５<X<０.０８）単結晶薄膜と、金属Ｚｎ、金属Ｓｅ、
金属ＭｇおよびＺｎＳ化合物を原料にして作製したｎ型
Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z（０.０５<Y<０.０８かつ０.１
３<Z<０.２０）単結晶薄膜におけるキャリヤ密度のドー
ピング条件依存性を示している。ここで、ドーピング条
件とは、ＺｎＣｌ2が充填された蒸発源の温度（ＴCl）
を意味している。
【００７９】一方、図８は、ＺｎＳｅ化合物およびＺｎ
Ｓ化合物を原料にして作製したｎ型ＺｎＳXＳｅ
1-X（０.０５<X<０.０８）単結晶薄膜と、ＺｎＳｅ結
晶、金属ＭｇおよびＺｎＳ結晶を原料にして作製したｎ
型Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z（０.０５<Y<０.０８かつ０.
１５<Z<０.１８）単結晶薄膜におけるキャリヤ密度のド
ーピング条件依存性を示している。
Ｓ化合物を原料にして作製したｎ型ＺｎＳXＳｅ
1-X（０.０５<X<０.０８）単結晶薄膜と、ＺｎＳｅ結
晶、金属ＭｇおよびＺｎＳ結晶を原料にして作製したｎ
型Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z（０.０５<Y<０.０８かつ０.
１５<Z<０.１８）単結晶薄膜におけるキャリヤ密度のド
ーピング条件依存性を示している。
【００８０】図７の薄膜に比べ、図８の薄膜のキャリヤ
密度のバラツキは小さく、再現性が高いことが判る。
密度のバラツキは小さく、再現性が高いことが判る。
【００８１】また、図７の薄膜の場合、格子不整が-０.
２％から＋０.２％の範囲にあったが、図８の薄膜の場
合、格子不整は-０.１２％から＋０.１２％の範囲にあ
った。格子定数のバラツキが小さいことは、組成のバラ
ツキが小さいことを示している。本発明の結晶成長方法
によれば、組成のバラツキを小さくできるため、格子定
数やキャリヤ密度の再現性が極めて高いことが判明し
た。ただし、分子線強度の変動による組成のズレの幅
は、ＭＢＥ装置によって異なる。そのため一概にその改
善の程度は特定できないが、同一装置であれば本発明の
結晶成長方法を用いることによって、従来の方法よりも
再現性が向上することが期待できる。
２％から＋０.２％の範囲にあったが、図８の薄膜の場
合、格子不整は-０.１２％から＋０.１２％の範囲にあ
った。格子定数のバラツキが小さいことは、組成のバラ
ツキが小さいことを示している。本発明の結晶成長方法
によれば、組成のバラツキを小さくできるため、格子定
数やキャリヤ密度の再現性が極めて高いことが判明し
た。ただし、分子線強度の変動による組成のズレの幅
は、ＭＢＥ装置によって異なる。そのため一概にその改
善の程度は特定できないが、同一装置であれば本発明の
結晶成長方法を用いることによって、従来の方法よりも
再現性が向上することが期待できる。
【００８２】本実施例では、Ｃｌをドーピングしたｎ型
半導体のみついて述べたが、Ｇａ、In、Ａｌ、Ｂｒ、I
等の他のドナー性不純物についてもキャリヤ密度の再現
性が向上することは明らかである。またN、Ａｓ、Ｐに
よるアクセプタ性不純物添加によるｐ型半導体において
もキャリヤ密度の再現性が向上することは明らかであ
る。
半導体のみついて述べたが、Ｇａ、In、Ａｌ、Ｂｒ、I
等の他のドナー性不純物についてもキャリヤ密度の再現
性が向上することは明らかである。またN、Ａｓ、Ｐに
よるアクセプタ性不純物添加によるｐ型半導体において
もキャリヤ密度の再現性が向上することは明らかであ
る。
【００８３】（実施例１０）次に、図１１を参照しなが
ら、本発明による結晶成長方法を用いて半導体レーザを
製造する方法を説明する。図１１は、半導体レーザ素子
のクラッド層および光ガイド層および活性層にそれぞれ
ＺｎＭｇＳＳｅ単結晶薄膜、ＺｎＳＳｅ単結晶薄膜、Ｚ
ｎＣｄＳｅ単結晶薄膜を利用している。
ら、本発明による結晶成長方法を用いて半導体レーザを
製造する方法を説明する。図１１は、半導体レーザ素子
のクラッド層および光ガイド層および活性層にそれぞれ
ＺｎＭｇＳＳｅ単結晶薄膜、ＺｎＳＳｅ単結晶薄膜、Ｚ
ｎＣｄＳｅ単結晶薄膜を利用している。
【００８４】本実施例では、図２に示すＭＢＥ装置に類
似するＭＢＥ装置を使用した。従来の方法によれば、使
用する原料は、金属Ｚｎ、金属Ｓｅ、金属Ｃｄ、金属Ｍ
ｇ、金属Te、ＺｎＳ結晶、窒素ガス、塩化亜鉛（ＺｎＣ
ｌ2）であった（例えば Ｓ.Itoh et al. Japanese
Journal of Applied Ｐhysics Vol.３２、pp.L１
５３０-L１５３２、１９９３.）。このように、従来方
法では、８種類の原料が必要である。しかし、本実施例
の方法によれば、図２から明らかなように、７種類の原
料で済む。ｎ型およびｐ型のキャリヤ密度は、それぞれ
ＺｎＣｌ2によるＣｌドーピングそして窒素プラズマに
よるＮドーピングにより制御している。
似するＭＢＥ装置を使用した。従来の方法によれば、使
用する原料は、金属Ｚｎ、金属Ｓｅ、金属Ｃｄ、金属Ｍ
ｇ、金属Te、ＺｎＳ結晶、窒素ガス、塩化亜鉛（ＺｎＣ
ｌ2）であった（例えば Ｓ.Itoh et al. Japanese
Journal of Applied Ｐhysics Vol.３２、pp.L１
５３０-L１５３２、１９９３.）。このように、従来方
法では、８種類の原料が必要である。しかし、本実施例
の方法によれば、図２から明らかなように、７種類の原
料で済む。ｎ型およびｐ型のキャリヤ密度は、それぞれ
ＺｎＣｌ2によるＣｌドーピングそして窒素プラズマに
よるＮドーピングにより制御している。
【００８５】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型Ｇ
ａＡｓ:Ｓiバッファー層（膜厚０.４５μm、Nd-Na=２x
１０18cm-3）１２、ｎ型ＺｎＳｅ:Ｃｌコンタクト層
（膜厚３０nm、Nd-Na=６x１０17cm-3）１３、ｎ型Ｚｎ
ＭｇＳＳｅ:Ｃｌクラッド層（膜厚０.８μm、Nd-Na=４x
１０17cm-3）１４、ｎ型ＺｎＳＳｅ:Ｃｌ光ガイド層
（膜厚８５nm、Nd-Na=１x１０17cm-3）１５、量子井戸
活性層（Ｚｎ0.65Ｃｄ0.35Ｓｅ量子井戸層（井戸幅２.
４nm、４層）、ＺｎＳＳｅ障壁層（幅３.４nm、３
層））１６、ｐ型ＺｎＳＳｅ:N光ガイド層（膜厚８５n
m、Na-Nd=１x１０17cm-3）１７、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ:N
クラッド層（膜厚０.８μm、Na-Nd=３x１０17cm-3）１
８、ｐ型ＺｎＳｅ:Nコンタクト層（膜厚４０nm、Na-Nd=
７x１０17cm-3）１９、ｐ型ＺｎＳｅ:N／ＺｎTe:N超格
子コンタクト層（各膜厚２nm、２０周期、Na-Nd=１x１
０18cm- 3）２０、ｐ型ＺｎTe:Nコンタクト層（膜厚３７
nm、Na-Nd=２x１０19cm-3）２１を順次エピタキシャル
成長する。好ましくは、これらのエピタキシャル成長
は、ＧａＡｓバッフィ層を成長するためのＭＢＥ装置
と、II-VI族半導体層を成長させるＭＢＥ装置とが真空
チューブで連結されたシステム内で連続して実行され
る。
ａＡｓ:Ｓiバッファー層（膜厚０.４５μm、Nd-Na=２x
１０18cm-3）１２、ｎ型ＺｎＳｅ:Ｃｌコンタクト層
（膜厚３０nm、Nd-Na=６x１０17cm-3）１３、ｎ型Ｚｎ
ＭｇＳＳｅ:Ｃｌクラッド層（膜厚０.８μm、Nd-Na=４x
１０17cm-3）１４、ｎ型ＺｎＳＳｅ:Ｃｌ光ガイド層
（膜厚８５nm、Nd-Na=１x１０17cm-3）１５、量子井戸
活性層（Ｚｎ0.65Ｃｄ0.35Ｓｅ量子井戸層（井戸幅２.
４nm、４層）、ＺｎＳＳｅ障壁層（幅３.４nm、３
層））１６、ｐ型ＺｎＳＳｅ:N光ガイド層（膜厚８５n
m、Na-Nd=１x１０17cm-3）１７、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ:N
クラッド層（膜厚０.８μm、Na-Nd=３x１０17cm-3）１
８、ｐ型ＺｎＳｅ:Nコンタクト層（膜厚４０nm、Na-Nd=
７x１０17cm-3）１９、ｐ型ＺｎＳｅ:N／ＺｎTe:N超格
子コンタクト層（各膜厚２nm、２０周期、Na-Nd=１x１
０18cm- 3）２０、ｐ型ＺｎTe:Nコンタクト層（膜厚３７
nm、Na-Nd=２x１０19cm-3）２１を順次エピタキシャル
成長する。好ましくは、これらのエピタキシャル成長
は、ＧａＡｓバッフィ層を成長するためのＭＢＥ装置
と、II-VI族半導体層を成長させるＭＢＥ装置とが真空
チューブで連結されたシステム内で連続して実行され
る。
【００８６】本実施例では、各半導体層の原料として次
のような原料を用いた。すなわち、ＺｎＳｅ層の原料
は、ＺｎＳｅ多結晶化合物である。ＺｎＭｇＳＳｅ層の
原料は、ＺｎＳｅ多結晶化合物、ＺｎＳ多結晶化合物及
び金属Ｍｇである。ＺｎＳＳｅ層の原料は、ＺｎＳｅ多
結晶化合物及びＺｎＳ多結晶化合物である。ＺｎＣｄＳ
ｅ層の原料は、ＺｎＳｅ多結晶化合物及びＣｄＳｅ多結
晶化合物である。
のような原料を用いた。すなわち、ＺｎＳｅ層の原料
は、ＺｎＳｅ多結晶化合物である。ＺｎＭｇＳＳｅ層の
原料は、ＺｎＳｅ多結晶化合物、ＺｎＳ多結晶化合物及
び金属Ｍｇである。ＺｎＳＳｅ層の原料は、ＺｎＳｅ多
結晶化合物及びＺｎＳ多結晶化合物である。ＺｎＣｄＳ
ｅ層の原料は、ＺｎＳｅ多結晶化合物及びＣｄＳｅ多結
晶化合物である。
【００８７】こうして形成したＺｎＭｇＳＳｅ薄膜およ
びＺｎＳＳｅ薄膜は、ＧａＡｓ基板１に格子整合してい
る。ＺｎＭｇＳＳｅ薄膜のバンドギャップは室温で２.
８３eVである。
びＺｎＳＳｅ薄膜は、ＧａＡｓ基板１に格子整合してい
る。ＺｎＭｇＳＳｅ薄膜のバンドギャップは室温で２.
８３eVである。
【００８８】次に、ホトリソグラフィー技術により、ｐ
型コンタクト層１９〜２１をストライプ状にエッチング
する。エッチングにより形成した凹部を絶縁体で埋めた
後。Ａｕ電極２２を蒸着する。基板２１の裏面には、Ｉ
ｎ電極２３を形成する。こうして、電極ストライプ型の
半導体レーザが得られる。半導体レーザの共振器は、へ
き開によって形成される。
型コンタクト層１９〜２１をストライプ状にエッチング
する。エッチングにより形成した凹部を絶縁体で埋めた
後。Ａｕ電極２２を蒸着する。基板２１の裏面には、Ｉ
ｎ電極２３を形成する。こうして、電極ストライプ型の
半導体レーザが得られる。半導体レーザの共振器は、へ
き開によって形成される。
【００８９】図１１に示される半導体レーザのAu電極２
２とIn電極２との間に約１３Ｖの電圧をパルス状に印加
すると、約８８ｍＡの電流が流れ、波長約５１８ｎｍの
レーザ光を得ることができた。測定温度は室温である。
光出力は図１２の如く片端面で１００ｍＷを越えた。レ
ーザ発振にはＺｎＭｇＳＳｅクラッド層およびＺｎＳＳ
ｅ光ガイド層およびＺｎＣｄＳｅ活性層の結晶性が十分
であることが要求されるが、本発明の方法において そ
の結晶性が得られていることが判る。また同様の構造を
いくつか作製したが、しきい電流はほぼ同一の値を示し
再現性が高いことを確認している。なお、活性層のＣｄ
組成は、Ｗ＝０．３５であり。式（２）より期待される
波長５５５ｎｍよりも短波長の５１８ｎｍでレーザ発振
している。その理由は、井戸層の厚さが２．４ｎｍと非
常に薄く、量子効果によるブルーシフトが生じたためで
ある。
２とIn電極２との間に約１３Ｖの電圧をパルス状に印加
すると、約８８ｍＡの電流が流れ、波長約５１８ｎｍの
レーザ光を得ることができた。測定温度は室温である。
光出力は図１２の如く片端面で１００ｍＷを越えた。レ
ーザ発振にはＺｎＭｇＳＳｅクラッド層およびＺｎＳＳ
ｅ光ガイド層およびＺｎＣｄＳｅ活性層の結晶性が十分
であることが要求されるが、本発明の方法において そ
の結晶性が得られていることが判る。また同様の構造を
いくつか作製したが、しきい電流はほぼ同一の値を示し
再現性が高いことを確認している。なお、活性層のＣｄ
組成は、Ｗ＝０．３５であり。式（２）より期待される
波長５５５ｎｍよりも短波長の５１８ｎｍでレーザ発振
している。その理由は、井戸層の厚さが２．４ｎｍと非
常に薄く、量子効果によるブルーシフトが生じたためで
ある。
【００９０】本実施例では、主原料としてＺｎＳｅ化合
物、ＺｎTe化合物、ＺｎＳ化合物、ＣｄＳｅ化合物、金
属Ｍｇを用いたが、本発明はこれらの原料に限定されな
い。すなわちＺｎＭｇＳＳｅ単結晶薄膜は、ＭｇＳ化合
物あるいはＭｇＳｅ化合物のいずれか一つとＺｎＳｅ化
合物とＺｎＳ化合物の３種類を原料として、または金属
ＭｇあるいはＭｇＳ化合物あるいはＭｇＳｅ化合物のい
ずれか一つとＺｎＳＳｅ混晶の２種類を原料として、ま
たはＺｎＭｇＳＳｅ混晶のみを原料として用いても再現
性良く成長することができる。ＺｎＳＳｅ単結晶薄膜
は、ＺｎＳＳｅ化合物を原料として用いても再現性良く
成長することができる。ＺｎＣｄＳｅ単結晶薄膜は、金
属ＣｄおよびＺｎＳｅ化合物を原料として、あるいはＺ
ｎＣｄＳｅ化合物のみを原料として用いても再現性良く
成長することができる。
物、ＺｎTe化合物、ＺｎＳ化合物、ＣｄＳｅ化合物、金
属Ｍｇを用いたが、本発明はこれらの原料に限定されな
い。すなわちＺｎＭｇＳＳｅ単結晶薄膜は、ＭｇＳ化合
物あるいはＭｇＳｅ化合物のいずれか一つとＺｎＳｅ化
合物とＺｎＳ化合物の３種類を原料として、または金属
ＭｇあるいはＭｇＳ化合物あるいはＭｇＳｅ化合物のい
ずれか一つとＺｎＳＳｅ混晶の２種類を原料として、ま
たはＺｎＭｇＳＳｅ混晶のみを原料として用いても再現
性良く成長することができる。ＺｎＳＳｅ単結晶薄膜
は、ＺｎＳＳｅ化合物を原料として用いても再現性良く
成長することができる。ＺｎＣｄＳｅ単結晶薄膜は、金
属ＣｄおよびＺｎＳｅ化合物を原料として、あるいはＺ
ｎＣｄＳｅ化合物のみを原料として用いても再現性良く
成長することができる。
【００９１】
【発明の効果】以上のように、本発明はＺｎＭｇＳＳｅ
単結晶薄膜、ＺｎＳＳｅ単結晶薄膜、ＺｎＣｄＳｅ単結
晶薄膜を高い組成再現性および高いキャリヤ密度再現性
および低コストで結晶成長を実現することを可能とする
ものであり、これらの材料から構成されるデバイスを再
現性良く、低コストに供給するものである。
単結晶薄膜、ＺｎＳＳｅ単結晶薄膜、ＺｎＣｄＳｅ単結
晶薄膜を高い組成再現性および高いキャリヤ密度再現性
および低コストで結晶成長を実現することを可能とする
ものであり、これらの材料から構成されるデバイスを再
現性良く、低コストに供給するものである。
【図１】従来のＭＢＥ装置の構造断面図模式図。
【図２】本発明で使用するＭＢＥ装置の構造断面図模式
図。
図。
【図３】１２KにおけるＣｌドープＺｎＭｇＳＳｅ薄膜
のＰＬスペクトルを示すグラフ。
のＰＬスペクトルを示すグラフ。
【図４】１２Kにおける無添加ＺｎＳＳｅ薄膜のＰＬス
ペクトルを示すグラフ。
ペクトルを示すグラフ。
【図５】Ｚｎ1-WＣｄWＳｅ薄膜の組成Ｗと分子線強度比
（Ｐ（Ｃｄ）/（Ｐ（Ｃｄ）＋Ｐ（ＺｎＳｅ））、 Ｐ
（ＣｄＳｅ）/（Ｐ（ＣｄＳｅ）＋Ｐ（ＺｎＳｅ））の
関係を示すグラフ。
（Ｐ（Ｃｄ）/（Ｐ（Ｃｄ）＋Ｐ（ＺｎＳｅ））、 Ｐ
（ＣｄＳｅ）/（Ｐ（ＣｄＳｅ）＋Ｐ（ＺｎＳｅ））の
関係を示すグラフ。
【図６】シャッター開閉によるＣｄＳｅ分子線強度の変
化を示す図。
化を示す図。
【図７】従来方法により作製したｎ型ＺｎＳＳｅ薄膜
（白丸）およびｎ型ＺｎＭｇＳＳｅ薄膜（黒丸）のキャ
リヤ密度のドーピング条件依存性を示すグラフ。
（白丸）およびｎ型ＺｎＭｇＳＳｅ薄膜（黒丸）のキャ
リヤ密度のドーピング条件依存性を示すグラフ。
【図８】本発明の方法により作製したｎ型ＺｎＳＳｅ薄
膜（白丸）およびｎ型ＺｎＭｇＳＳｅ薄膜（黒丸）のキ
ャリヤ密度のドーピング条件依存性を示すグラフ。
膜（白丸）およびｎ型ＺｎＭｇＳＳｅ薄膜（黒丸）のキ
ャリヤ密度のドーピング条件依存性を示すグラフ。
【図９】従来の方法で成長中のＺｎＳｅ薄膜表面から得
られたRHEEDパターンの分子線強度比（ＪSe／ＪZn）と
基板温度とに対する依存性を示すグラフ。
られたRHEEDパターンの分子線強度比（ＪSe／ＪZn）と
基板温度とに対する依存性を示すグラフ。
【図１０】本発明の方法で成長中のＺｎＳｅ薄膜表面か
ら得られたRHEEDパターンの基板温度依存性を示す図。
ら得られたRHEEDパターンの基板温度依存性を示す図。
【図１１】本発明の方法を用いて製造した半導体レーザ
の構造断面図。
の構造断面図。
【図１２】図１１の半導体レーザの光出力−電流特性を
示すグラフ。
示すグラフ。
１〜６ 加熱蒸発源 ８ プラズマセル ９ 基板加熱機構 １０ 基板 １１ ｎ型ＧａＡｓ基板 １２ ｎ型ＧａＡｓ:Ｓiバッファー層 １３ ｎ型ＺｎＳｅ:Ｃｌコンタクト層 １４ ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅ:Ｃｌクラッド層 １５ ｎ型ＺｎＳＳｅ:Ｃｌ光ガイド層 １６ 量子井戸活性層 １７ ｐ型ＺｎＳＳｅ:N光ガイド層 １８ ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ:Nクラッド層 １９ ｐ型ＺｎＳｅ:Nコンタクト層 ２０ ｐ型ＺｎＳｅ:N／ＺｎTe:N超格子コンタクト層 ２１ ｐ型ＺｎTe:Nコンタクト層 ８１ 窒素ガスホンベ
Claims (12)
- 【請求項１】 金属Ｍｇ、ＭｇＳ化合物及びＭｇＳｅ化
合物からなる群から選択された何れか一つの材料と、Ｚ
ｎＳｅ化合物と、ＺｎＳ化合物とを別々の加熱蒸発源に
それぞれ充填する工程と、 該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制御することによ
って、加熱した基板上にＺｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z（０<Y
<１かつ０<Z<１）単結晶薄膜を結晶成長させる工程と、
を包含する結晶成長方法。 - 【請求項２】 金属Ｍｇ、ＭｇＳ化合物及びＭｇＳｅ化
合物からなる群から選択された何れか一つの材料と、Ｚ
ｎＳX'Ｓｅ1-X'（０<X'<１）混晶とを別々の加熱蒸発源
にそれぞれ充填する工程と、 該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制御することによ
って、加熱した基板上にＺｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z（０<Y
<１かつ０<Z<１）単結晶薄膜を結晶成長させる工程と、
を包含する結晶成長方法。 - 【請求項３】 Ｚｎ1-Y'ＭｇY'ＳZ'Ｓｅ1-Z'（０<Y'<１
かつ０<Z'<１）混晶を加熱蒸発源に充填する工程と、 該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制御することによ
って、加熱した基板上にＺｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z（０<Y
<１かつ０<Z<１）単結晶薄膜を結晶成長させる工程と、
を包含する結晶成長方法。 - 【請求項４】 Ｚｎ1-Y'ＭｇY'ＳZ'Ｓｅ1-Z'（０.０２
≦Y'≦０.０８かつ０.３０≦Z'≦０.６０の混晶を前記
加熱蒸発源に充填し、Ｚｎ1-YＭｇYＳZＳｅ1-Z（０.０
５≦Y≦０.１５かつ０.１０≦Z≦０.２５）単結晶薄膜
を結晶成長させる請求項３に記載の結晶成長方法。 - 【請求項５】 ＺｎＳｅ化合物およびＺｎＳ化合物を別
々の加熱蒸発源に充填する工程と、 該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制御することによ
って、加熱した基板上にＺｎＳXＳｅ1-X（０<X<１）単
結晶薄膜を結晶成長させる工程と、を包含する結晶成長
方法。 - 【請求項６】 ＺｎＳX'Ｓｅ1-X'（０<X'<１）混晶を加
熱蒸発源に充填する工程と、 該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制御することによ
って、加熱した基板上にＺｎＳXＳｅ1-X（０<X<１）単
結晶薄膜を結晶成長させる工程と、を包含する結晶成長
方法。 - 【請求項７】 ＺｎＳX'Ｓｅ1-X'（０.０８≦X'≦０.４
０）混晶を加熱蒸発源に充填し、加熱した基板上にＺｎ
ＳXＳｅ1-X（０.０３≦X≦０.１０）単結晶薄膜を結晶
成長させる請求項６に記載の結晶成長方法。 - 【請求項８】 金属Ｃｄ、ＣｄＳｅ化合物からなる群か
ら選択した何れか一つの材料と、ＺｎＳｅ化合とを別々
の加熱蒸発源にそれぞれ充填する工程と、 該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制御することによ
って、加熱した基板上にＺｎ1-WＣｄWＳｅ（０<W<１）
単結晶薄膜を結晶成長させる結晶成長方法。 - 【請求項９】 Ｚｎ1-W'ＣｄW'Ｓｅ（０<W'<１）混晶を
加熱蒸発源に充填する工程と、 該加熱蒸発源の温度及び分子線強度を制御することによ
って、加熱した基板上にＺｎ1-WＣｄWＳｅ（０<W<１）
単結晶薄膜を結晶成長させる工程と、を包含する結晶成
長方法。 - 【請求項１０】 前記加熱した基板の温度を１００℃か
ら４００℃の範囲内に設定する請求項１から請求項９の
何れかに記載の結晶成長方法。 - 【請求項１１】 請求項１〜９に記載の結晶成長方法を
用いて単結晶薄膜を形成する工程を包含する半導体装置
の製造法。 - 【請求項１２】 請求項８または９に記載の結晶成長方
法を用いて、Ｚｎ1- WＣｄWＳｅ（０<W<１）単結晶薄膜
からなる量子井戸層を形成し、請求項５または６に記載
の結晶成長方法を用いて、ＺｎＳXＳｅ1-X（０<X<１）
単結晶薄膜からなる障壁層を形成し、それによって量子
井戸活性層を形成する半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31724494A JP3164482B2 (ja) | 1993-12-27 | 1994-12-20 | 結晶成長方法及びその結晶成長方法を用いた半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-330919 | 1993-12-27 | ||
| JP33091993 | 1993-12-27 | ||
| JP7832994 | 1994-04-18 | ||
| JP6-78329 | 1994-04-18 | ||
| JP31724494A JP3164482B2 (ja) | 1993-12-27 | 1994-12-20 | 結晶成長方法及びその結晶成長方法を用いた半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH088274A true JPH088274A (ja) | 1996-01-12 |
| JP3164482B2 JP3164482B2 (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=27302685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31724494A Expired - Fee Related JP3164482B2 (ja) | 1993-12-27 | 1994-12-20 | 結晶成長方法及びその結晶成長方法を用いた半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3164482B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080149955A1 (en) * | 1997-07-25 | 2008-06-26 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor |
-
1994
- 1994-12-20 JP JP31724494A patent/JP3164482B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080149955A1 (en) * | 1997-07-25 | 2008-06-26 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor |
| US8592841B2 (en) * | 1997-07-25 | 2013-11-26 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3164482B2 (ja) | 2001-05-08 |
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