JPS5939798A - ZnSe単結晶薄膜の製造方法 - Google Patents
ZnSe単結晶薄膜の製造方法Info
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- JPS5939798A JPS5939798A JP57148660A JP14866082A JPS5939798A JP S5939798 A JPS5939798 A JP S5939798A JP 57148660 A JP57148660 A JP 57148660A JP 14866082 A JP14866082 A JP 14866082A JP S5939798 A JPS5939798 A JP S5939798A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/46—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
- C30B29/48—AIIBVI compounds wherein A is Zn, Cd or Hg, and B is S, Se or Te
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は分子線エピタキシャル成長(以下MBEと称す
)を用いたZnSθ(亜鉛セレン)単結晶薄膜の製造方
法に関する。
)を用いたZnSθ(亜鉛セレン)単結晶薄膜の製造方
法に関する。
〈背景技術〉
現在、GaP(ガリウム燐)、GaAt3P(ガリウム
砒素燐)等を材料とした赤から緑までの可視光発光ダイ
オードが現在実用化されている。可視光発光ダイオード
は、その需要が年々増加し、応用範囲も広がり、光素子
分野での重要な素子となっている。また発光ダイオード
(以下LEDと称す)のカラー化の要求が高まるにつれ
て青色LEDの実用化が強く望まれ、実用化への研究が
急テンポで進んでいる。
砒素燐)等を材料とした赤から緑までの可視光発光ダイ
オードが現在実用化されている。可視光発光ダイオード
は、その需要が年々増加し、応用範囲も広がり、光素子
分野での重要な素子となっている。また発光ダイオード
(以下LEDと称す)のカラー化の要求が高まるにつれ
て青色LEDの実用化が強く望まれ、実用化への研究が
急テンポで進んでいる。
現在青色LEDとしてはGaN(窒化ガリウム)、5I
C(シリコンカーバイド)からなるものが実用化−小手
前まで開発が進んでいる。斯る素子が今だ実用化に到っ
ていない理由としてはGaNは単結晶作製に於いて再現
性が悪いこと及びSICは大形基板が得にくく、また素
子の劣化などられる。斯る材料は室温で2.76 Vの
バンドギャップを有する直接遷移型の高効率発光が期待
されるため純粋な青色LED材料とし古くから有望視へ されている。ところが、従来の気相、液相のような熱的
平衡状態を用いての単結晶作製方法では、得られた結晶
中に不本意な不純物が混入しやすく、斯る不純物混入に
より青色発光強度(ホトルミネッセンス測定による強度
)が低下し青色以外の長波長発光強度が増加したり、結
晶育成中に格子欠陥が発生し、この欠陥と結びついた複
合発光センタが形成され長波長発光が起るなど純粋な青
色LEDを実現することが極めてむつかしい。
C(シリコンカーバイド)からなるものが実用化−小手
前まで開発が進んでいる。斯る素子が今だ実用化に到っ
ていない理由としてはGaNは単結晶作製に於いて再現
性が悪いこと及びSICは大形基板が得にくく、また素
子の劣化などられる。斯る材料は室温で2.76 Vの
バンドギャップを有する直接遷移型の高効率発光が期待
されるため純粋な青色LED材料とし古くから有望視へ されている。ところが、従来の気相、液相のような熱的
平衡状態を用いての単結晶作製方法では、得られた結晶
中に不本意な不純物が混入しやすく、斯る不純物混入に
より青色発光強度(ホトルミネッセンス測定による強度
)が低下し青色以外の長波長発光強度が増加したり、結
晶育成中に格子欠陥が発生し、この欠陥と結びついた複
合発光センタが形成され長波長発光が起るなど純粋な青
色LEDを実現することが極めてむつかしい。
最近、高品質の単結晶薄膜を作製する手法として分子線
エピタキシャル成長法(MBE)が注目されている。こ
の方法は従来の結晶成長法とは異なる熱的非平衡状態で
の成長であるため、低温成長が可能で、熱的平衡状態で
の結晶成長で問題になる不純物の混入さらに格子欠陥の
発生を制御できる特長をもっている。
エピタキシャル成長法(MBE)が注目されている。こ
の方法は従来の結晶成長法とは異なる熱的非平衡状態で
の成長であるため、低温成長が可能で、熱的平衡状態で
の結晶成長で問題になる不純物の混入さらに格子欠陥の
発生を制御できる特長をもっている。
Zn5eの単結晶薄膜作製にMBE法を適用することに
より高品質の単結晶薄膜が得られることや、N形不純物
としてQaを成長中にドープすることにより、伝導性を
任意に制御できることが分ってきている。Gaをドープ
したZn5e薄膜をMBE法により形成する場合、高い
伝導性を得るために高濃度のGaドーピングを行なうと
、Qaのドーピングに伴い格子欠陥の発生が起り、これ
と結びついた複合欠陥が長波長発光センターを形成し、
純粋な青色以外の長波長発光が生じる。長波長発光を抑
えるためにQaドープ濃度を減らすと、比抵抗が増し、
LEDデバイス作製に適しなくなるといった問題があり
、現在MBE法を用いてZn5e薄膜を形成し、これを
用いたLEDが試作できたという作目はない。
より高品質の単結晶薄膜が得られることや、N形不純物
としてQaを成長中にドープすることにより、伝導性を
任意に制御できることが分ってきている。Gaをドープ
したZn5e薄膜をMBE法により形成する場合、高い
伝導性を得るために高濃度のGaドーピングを行なうと
、Qaのドーピングに伴い格子欠陥の発生が起り、これ
と結びついた複合欠陥が長波長発光センターを形成し、
純粋な青色以外の長波長発光が生じる。長波長発光を抑
えるためにQaドープ濃度を減らすと、比抵抗が増し、
LEDデバイス作製に適しなくなるといった問題があり
、現在MBE法を用いてZn5e薄膜を形成し、これを
用いたLEDが試作できたという作目はない。
〈発明の開示〉
に抑え、青色発光が支配的でかつ高伝導度を有するZ
n S e単結晶薄膜のMBEによる最適な成長条件を
提供せんとするものである。
n S e単結晶薄膜のMBEによる最適な成長条件を
提供せんとするものである。
〈 発明に用いる装置 〉
第1図は7.nSe単結晶薄膜を製造するためのMBE
装置を原理的に示したものである。バックグラウト真空
度10 T o r r以下に排気された真空容器
内において、加熱用ヒータを備えた基板ホルダー(1)
上にIn(インジウム)メタル(2)にて−主面が(1
00)面であるG a A s (ガリウム砒素)基板
(3)が固着されている。基板(1)と対向する位置に
は第1〜第3セル(4)〜(6)が配され、これらの間
には主シヤツタ(7)と個別シャッタ(8a)〜(8C
)が介在されている。また上記各セル(4)〜(6)に
は加熱用ヒータ(9)及び温度検出用熱電対0αが夫々
装着されている。更に上記各セル(4)〜(5)には夫
々Zn(亜鉛)、3e(セレン)及び不純物としてのG
aが収納されている。
装置を原理的に示したものである。バックグラウト真空
度10 T o r r以下に排気された真空容器
内において、加熱用ヒータを備えた基板ホルダー(1)
上にIn(インジウム)メタル(2)にて−主面が(1
00)面であるG a A s (ガリウム砒素)基板
(3)が固着されている。基板(1)と対向する位置に
は第1〜第3セル(4)〜(6)が配され、これらの間
には主シヤツタ(7)と個別シャッタ(8a)〜(8C
)が介在されている。また上記各セル(4)〜(6)に
は加熱用ヒータ(9)及び温度検出用熱電対0αが夫々
装着されている。更に上記各セル(4)〜(5)には夫
々Zn(亜鉛)、3e(セレン)及び不純物としてのG
aが収納されている。
斯る装置においてQ a A s基板(3)、第1〜第
6セル(4)〜(5)を夫々所定温度に加熱させると共
に適宜上記各シャッタを開閉することによりQ a A
8基板(3)上にZn5e単結晶薄膜が成長する。
6セル(4)〜(5)を夫々所定温度に加熱させると共
に適宜上記各シャッタを開閉することによりQ a A
8基板(3)上にZn5e単結晶薄膜が成長する。
〈 発明に至った諸実鹸 〉
第2図は本発明者が実施した一実験結果を示す。
斯る実験は第1図装置を用いて各セル温度を一定にし、
基板温度だけを変化させ、このとき成長したZn5e単
結晶薄膜の青色PL強度I及び黄色i)L強度lを夫々
測定したものである。尚このとき、Znセル温度を30
0t!、Seセル温度を200℃、Gaセル温度を42
0t″とした。また斯るGaセル温度420℃は成長し
たZ n Se単結晶薄膜のキャリア濃度が最大となる
温度である。
基板温度だけを変化させ、このとき成長したZn5e単
結晶薄膜の青色PL強度I及び黄色i)L強度lを夫々
測定したものである。尚このとき、Znセル温度を30
0t!、Seセル温度を200℃、Gaセル温度を42
0t″とした。また斯るGaセル温度420℃は成長し
たZ n Se単結晶薄膜のキャリア濃度が最大となる
温度である。
第2図から明らかな如く、青色PL強度Iは基板温度が
一660℃以下ではほとんど変化がなく、360υ〜4
00℃の範囲では温度上昇と共に徐々に増加し、400
℃以上では飽和値を示すようになる。また黄色PL強度
lは基板温度が360と ℃以下では青色PL強度の1/100程邑弱いが660
℃以上では温度上昇と共に急激に増加し、680℃以上
では青色PL強度と略同等となる。また斯る傾向はGa
セル温度に依存しないことが実験により確められている
。
一660℃以下ではほとんど変化がなく、360υ〜4
00℃の範囲では温度上昇と共に徐々に増加し、400
℃以上では飽和値を示すようになる。また黄色PL強度
lは基板温度が360と ℃以下では青色PL強度の1/100程邑弱いが660
℃以上では温度上昇と共に急激に増加し、680℃以上
では青色PL強度と略同等となる。また斯る傾向はGa
セル温度に依存しないことが実験により確められている
。
従って基板温度を360t!以下にすることにより略純
粋な青色発光を生じるZn5e単結晶薄膜を得ることが
できる。
粋な青色発光を生じるZn5e単結晶薄膜を得ることが
できる。
第3図は本発明者が行なった他の実験結果を示す。斯る
実験は第1の実験と同様に各セル温度を一定にし、基板
温度だけを変化させ、このとき成長したZn5e単結晶
薄膜の電気的特性、特に基板温度に対するキャリア濃度
とモビリ、ティ(移動度)との変化を調べたものである
。尚、図中実線Aはキャリア濃度を、実線Bはモビリテ
ィを夫々示す。またこのときの各セル温度は第1の実験
と度が320t′までは徐々番こ上昇し、320rで1
x 10 /CIRまで上昇する。これは基板温度の上
昇と共にzaSe単結晶薄膜の結晶性が良好となってい
ることを示している。
実験は第1の実験と同様に各セル温度を一定にし、基板
温度だけを変化させ、このとき成長したZn5e単結晶
薄膜の電気的特性、特に基板温度に対するキャリア濃度
とモビリ、ティ(移動度)との変化を調べたものである
。尚、図中実線Aはキャリア濃度を、実線Bはモビリテ
ィを夫々示す。またこのときの各セル温度は第1の実験
と度が320t′までは徐々番こ上昇し、320rで1
x 10 /CIRまで上昇する。これは基板温度の上
昇と共にzaSe単結晶薄膜の結晶性が良好となってい
ることを示している。
基板温度を更に320℃から380℃まで上昇させると
今度は逆にキャリア濃度が徐々に減少する傾向を示す。
今度は逆にキャリア濃度が徐々に減少する傾向を示す。
これは基板温度の上昇と共に格子欠陥が増加し電子濃度
を補償し合うためであると考えられるが、ここで発生す
る欠陥は第2図のPLスペクトルと合せて考えると長波
長(黄色)の発光センターに寄与していない欠陥と考え
られる。
を補償し合うためであると考えられるが、ここで発生す
る欠陥は第2図のPLスペクトルと合せて考えると長波
長(黄色)の発光センターに寄与していない欠陥と考え
られる。
更に基板温度を3801以上に昇温するとキャリア濃度
は急激に減少する傾向を示し、これと同時に第3図のP
Lスペクトルの黄色PL強度が急激番こ増大することか
ら、ここで発生する欠陥は長波長(黄色)の発光センタ
ーと直接結びつくと考えられる。
は急激に減少する傾向を示し、これと同時に第3図のP
Lスペクトルの黄色PL強度が急激番こ増大することか
ら、ここで発生する欠陥は長波長(黄色)の発光センタ
ーと直接結びつくと考えられる。
一方モビリティは580℃付近で急激に減少する。これ
仲、上述した如く結晶欠陥が急激に増加するためである
。
仲、上述した如く結晶欠陥が急激に増加するためである
。
尚、斯る結果の傾向も第1の実験結果と同様にQaミセ
ル度に依存しないことが実験により確認されている。
ル度に依存しないことが実験により確認されている。
従って、基板温度を約380℃以下にすることによりキ
ャリア濃度が高くかつ高モビリティのZn5e単結晶薄
膜を得ることができる。
ャリア濃度が高くかつ高モビリティのZn5e単結晶薄
膜を得ることができる。
尚、基板温度が300℃以下ではMBEよりZn5e単
結晶薄膜を得ることはできない。
結晶薄膜を得ることはできない。
〈発明の要旨〉
本発明は斯る知見に基づいてなされたもので、その要旨
はMBEを用いてZn5e単結晶薄膜を基板上に形成す
るに際して上記基板を30C1〜380℃に保持するこ
とである。
はMBEを用いてZn5e単結晶薄膜を基板上に形成す
るに際して上記基板を30C1〜380℃に保持するこ
とである。
このように300t′〜380℃に基板を保持すること
により、MBEで成長したZ rr S e単結晶薄膜
は、略純粋な青色発光を示すPL特性を有し、かつキャ
リア濃度及びモビリティが高い、即ち低抵抗となる。
により、MBEで成長したZ rr S e単結晶薄膜
は、略純粋な青色発光を示すPL特性を有し、かつキャ
リア濃度及びモビリティが高い、即ち低抵抗となる。
また、青色PL特性の鑑点から基板温度を3゜O℃〜3
60℃とすることにより更に純度の高い(黄色光が混入
しない)青色発光を得ることができる。
60℃とすることにより更に純度の高い(黄色光が混入
しない)青色発光を得ることができる。
〈実 施 例〉
次に本発明の一実施例として下表に示すMBE条件でZ
n5e単結晶薄膜を形成した。尚このときのバックグラ
ンド真空度はIQ ’[:’ o r rとした。
n5e単結晶薄膜を形成した。尚このときのバックグラ
ンド真空度はIQ ’[:’ o r rとした。
斯る成長条件で形成されたZn5e単結晶薄膜のPL特
性を第4図に示す。
性を第4図に示す。
第4図において青色発光帯(440n、m〜48日nm
)については測定感度をフルスケールで100mVとし
、d 88 nm以上では測定感度をフルスケ−!しで
1mV、即ち青色発光帯の測定に比べて100倍感度を
上げて測定した。
)については測定感度をフルスケールで100mVとし
、d 88 nm以上では測定感度をフルスケ−!しで
1mV、即ち青色発光帯の測定に比べて100倍感度を
上げて測定した。
第4図から明らかな如く、本実施例で得られた単結晶薄
膜は青色発光強度が長波長側の発光(黄色)に比べて1
00倍以上の発光強度を示す。実際の視覚試験において
も青色光しか確認されなかった。またこのときキャリア
濃度2X10/ffi、モビリティ5 X 10”d/
V・sec となり、従って比抵抗は0.050−1
となった。
膜は青色発光強度が長波長側の発光(黄色)に比べて1
00倍以上の発光強度を示す。実際の視覚試験において
も青色光しか確認されなかった。またこのときキャリア
濃度2X10/ffi、モビリティ5 X 10”d/
V・sec となり、従って比抵抗は0.050−1
となった。
このように本実施例により得られたZn5e単結晶薄膜
は、そのPL特性がほぼ純粋な青色発光を示すとともに
高伝導度を示す。
は、そのPL特性がほぼ純粋な青色発光を示すとともに
高伝導度を示す。
〈応 用 例〉
次に上記実施例より得られたZn5e単結晶薄膜を用い
たMIS(金属−絶縁膜一半導体)型Zn5e青色発光
素子を第5図に示す。
たMIS(金属−絶縁膜一半導体)型Zn5e青色発光
素子を第5図に示す。
第5図はn型GaA11I基板t21)上にn型znS
e単結晶薄膜い、絶縁膜(ハ)、金属+241を順次積
層したものである。
e単結晶薄膜い、絶縁膜(ハ)、金属+241を順次積
層したものである。
上記薄膜には上記実施例の成長条件で形成されたもので
、層厚は1011mとした。また上記絶縁膜(ハ)はス
パッタ法やプラズマCVD法で形成されたsio、(二
酸化シリコン)からなり、その層厚は60人とした。
、層厚は1011mとした。また上記絶縁膜(ハ)はス
パッタ法やプラズマCVD法で形成されたsio、(二
酸化シリコン)からなり、その層厚は60人とした。
斯る青色発光素子では立上り電圧が8v以下で高効率の
純粋な青色光が得られ、また10mA程度の電流を連続
印加してもZn5e単結晶薄膜に内部破損及び劣化は生
じなかった。
純粋な青色光が得られ、また10mA程度の電流を連続
印加してもZn5e単結晶薄膜に内部破損及び劣化は生
じなかった。
〈効 果〉
以上の説明から明らかな如く、本発明によればPL特性
において青色発光以外の長波長発光を最小限に抑え青色
発光が支配的で、かつ高伝導の2nSe単結晶薄膜を得
ることができる。
において青色発光以外の長波長発光を最小限に抑え青色
発光が支配的で、かつ高伝導の2nSe単結晶薄膜を得
ることができる。
行なった実験結果を示すグラフ、第4図は本発明の実施
例により得られたZn5e単結晶薄膜のPL特性を示す
特性図、第5図は本発明の応用例を示す断面図である。 +31 (211・・・基板、■・・・Zn5e単結晶
薄膜。 審振温IL(°C) 第3図 第5図
例により得られたZn5e単結晶薄膜のPL特性を示す
特性図、第5図は本発明の応用例を示す断面図である。 +31 (211・・・基板、■・・・Zn5e単結晶
薄膜。 審振温IL(°C) 第3図 第5図
Claims (1)
- (1)分子線エピタキシャル成長法を用いてZn5e単
結晶薄膜を基板上に形成するに際して上記基板を600
℃〜380℃に保持することを特徴とするZn5e単結
晶薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57148660A JPS5939798A (ja) | 1982-08-26 | 1982-08-26 | ZnSe単結晶薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57148660A JPS5939798A (ja) | 1982-08-26 | 1982-08-26 | ZnSe単結晶薄膜の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5939798A true JPS5939798A (ja) | 1984-03-05 |
JPS6229400B2 JPS6229400B2 (ja) | 1987-06-25 |
Family
ID=15457769
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57148660A Granted JPS5939798A (ja) | 1982-08-26 | 1982-08-26 | ZnSe単結晶薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5939798A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6278199A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-10 | Toshiba Corp | 化合物半導体結晶の製造方法 |
JPS62271438A (ja) * | 1986-05-20 | 1987-11-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 結晶成長方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62128098U (ja) * | 1986-02-01 | 1987-08-13 |
-
1982
- 1982-08-26 JP JP57148660A patent/JPS5939798A/ja active Granted
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6278199A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-10 | Toshiba Corp | 化合物半導体結晶の製造方法 |
JPS62271438A (ja) * | 1986-05-20 | 1987-11-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 結晶成長方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6229400B2 (ja) | 1987-06-25 |
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