JPS6070733A - ΖｎＳｅ単結晶薄膜の成長方法 - Google Patents
ΖｎＳｅ単結晶薄膜の成長方法Info
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- JPS6070733A JPS6070733A JP58178571A JP17857183A JPS6070733A JP S6070733 A JPS6070733 A JP S6070733A JP 58178571 A JP58178571 A JP 58178571A JP 17857183 A JP17857183 A JP 17857183A JP S6070733 A JPS6070733 A JP S6070733A
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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】
（イ）産業上の利用分野
本発明は分子線エピタキシャル成長方法く以下ＭＢＥ方
法と称す）を用いたＺｎ５ｅ単結晶薄膜の成長方法に関
する。
法と称す）を用いたＺｎ５ｅ単結晶薄膜の成長方法に関
する。
（ロ）従来技術
可視光発光ダイオード（以下可視ＬＥＤと称ず）として
ＧａＰ、ＧａＡｓＰを材料に用いた赤色から緑色までの
ものがすでに実用化され、パイロットランプを始めとし
て各種表示装置に応用され光産業での重要な位置を占め
ている。年々ＬＥＤの需要は増す傾向にあり、さらに最
近ではＬＥＤＱカラー化の要求かたかまってきている。
ＧａＰ、ＧａＡｓＰを材料に用いた赤色から緑色までの
ものがすでに実用化され、パイロットランプを始めとし
て各種表示装置に応用され光産業での重要な位置を占め
ている。年々ＬＥＤの需要は増す傾向にあり、さらに最
近ではＬＥＤＱカラー化の要求かたかまってきている。
然るに青色ＬＥＤは未だ実用化きれるに至っておらず、
その研究開発が急がれている。現在実用化に近いものき
してＧａＮ及びＳｉＣを材料としたＬＥＤが発表されて
いるが、これらの材料に関してもまだ未解決な問題が多
く残されている。これら２つの材料の他に青色ＬＥＤ材
料としてＺｎ５ｅ、ＺｎＳのＩ［−Ｖｌ化合物半導体が
挙げられる。これらの材料は前者のものにくらｔ〜Ｃ−
歩おく７１でいるが、最近来遊からＺｎＳを用いた青色
ＬＥＤのメ。
その研究開発が急がれている。現在実用化に近いものき
してＧａＮ及びＳｉＣを材料としたＬＥＤが発表されて
いるが、これらの材料に関してもまだ未解決な問題が多
く残されている。これら２つの材料の他に青色ＬＥＤ材
料としてＺｎ５ｅ、ＺｎＳのＩ［−Ｖｌ化合物半導体が
挙げられる。これらの材料は前者のものにくらｔ〜Ｃ−
歩おく７１でいるが、最近来遊からＺｎＳを用いた青色
ＬＥＤのメ。
角化に成功したという発表が行なわれ、一応ＧａＮ、Ｓ
ｉＣと同レベルに達したといえる。Ｚｎ５ｅについては
未だ実用化に成功したという発表がなく青色ＬＥＤ材料
の中では一番研究が遅れＣおり、今後の精力的な研究成
果に期待が寄せられている。
ｉＣと同レベルに達したといえる。Ｚｎ５ｅについては
未だ実用化に成功したという発表がなく青色ＬＥＤ材料
の中では一番研究が遅れＣおり、今後の精力的な研究成
果に期待が寄せられている。
研究が遅れている主たる原因としては、高品質の単結晶
が得難いことが挙げられる。材料の物性は室温で２．７
ｅＶのバンドギャップを持つ直接遷移型バンド構造から
十分高効率な青色発光が期待できる。
が得難いことが挙げられる。材料の物性は室温で２．７
ｅＶのバンドギャップを持つ直接遷移型バンド構造から
十分高効率な青色発光が期待できる。
最近、高品質の単結晶薄膜を作製する手法として分子線
エピタキシケル成長法（ＭＢＥ＞が注目きれている。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徴をもっている。
エピタキシケル成長法（ＭＢＥ＞が注目きれている。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徴をもっている。
従来のこの種方法を用いたＺｎ５ｅ単結晶薄膜の成長と
しては第１図に示す如く母材料のＺｎ（亜鉛）及びＳｅ
（セレン）を独立のセル（１）（２）に充填し、この各
セル（１）（２＞を夫々３００℃、２００℃に保持し、
その分子線ビーム強度比を１とすると共に例えばＧ ａ
Ａ ｓ（ガリウム砒素）からなる基板く３〉を３００℃
〜３６０℃に保持することにより基板（３）上にノンド
ープＺｎ５ｅ単結晶薄膜を成長させていた。
しては第１図に示す如く母材料のＺｎ（亜鉛）及びＳｅ
（セレン）を独立のセル（１）（２）に充填し、この各
セル（１）（２＞を夫々３００℃、２００℃に保持し、
その分子線ビーム強度比を１とすると共に例えばＧ ａ
Ａ ｓ（ガリウム砒素）からなる基板く３〉を３００℃
〜３６０℃に保持することにより基板（３）上にノンド
ープＺｎ５ｅ単結晶薄膜を成長させていた。
尚第１図中、（４）はセル加熱用ヒータである。
斯る条件により得られるノンドープＺｎ５ｅ単結晶薄膜
は高抵抗であるため、デバイスとして用いることは難し
い。そこで比抵抗を下げるために第１図の装置において
Ｇａ（ガリウム）セル（５〉を設は斯るセル〈５）より
Ｚｎ５ｅ単結晶中にＧａをドーピングしていた。
は高抵抗であるため、デバイスとして用いることは難し
い。そこで比抵抗を下げるために第１図の装置において
Ｇａ（ガリウム）セル（５〉を設は斯るセル〈５）より
Ｚｎ５ｅ単結晶中にＧａをドーピングしていた。
第２図は上記Ｇａセル（５）の温度と成長しｔ’＝Ｚｎ
Ｓｅ単結晶薄膜のキャリア濃度ｎ及び移動度μＨとの関
係を示す。
Ｓｅ単結晶薄膜のキャリア濃度ｎ及び移動度μＨとの関
係を示す。
第２図より明らかな如く、Ｇａセル（５）の温度が約４
２０℃のとき、キャリア濃度ｎは約ＩＱ１７ｃｍ−”と
なり比抵抗も小となる。
２０℃のとき、キャリア濃度ｎは約ＩＱ１７ｃｍ−”と
なり比抵抗も小となる。
また、斯るＧａセル温度４２０°Ｃの条件下て成長した
Ｚｎ５ｅ単結晶薄膜のフォトルミネッセンス特性は第３
図に示す如く、４６０ｎｍに鋭いピークをもつ青色発光
が得られる。
Ｚｎ５ｅ単結晶薄膜のフォトルミネッセンス特性は第３
図に示す如く、４６０ｎｍに鋭いピークをもつ青色発光
が得られる。
従って上記した成長方法を用いてもＺｎＳｅｍ−結晶薄
膜を用いた青色発光ダイオードは作成可能である。
膜を用いた青色発光ダイオードは作成可能である。
然るに斯る従来方法により作成さとした盾色発）’３ダ
イオードは高効率発光を得難たがった。その原因として
はＧａをドーピングするため結晶性が低減するためと推
察される。
イオードは高効率発光を得難たがった。その原因として
はＧａをドーピングするため結晶性が低減するためと推
察される。
（ハ）発明の目的
本発明は斯る点に鑑みてなされたもので、不純物をドー
ピングすることな（ＺｎＳｅ！結晶薄膜のキャリア濃度
の制御が可能でかつ高効率発光が可能な薄膜が得られる
Ｚｎ５ｅ単結晶薄膜の成長力法を提供せんとするもので
ある。
ピングすることな（ＺｎＳｅ！結晶薄膜のキャリア濃度
の制御が可能でかつ高効率発光が可能な薄膜が得られる
Ｚｎ５ｅ単結晶薄膜の成長力法を提供せんとするもので
ある。
く二〉 発明の構成
本発明はＭＢＥ方法を用いてＺｎ５ｅ単結晶薄膜を成長
させるに際してＺｎとＳｅとのビーム強度比を変化させ
ると成長したＺ ｎ Ｓ ｅ単結晶薄膜のキヘ・リア濃
度が変化するという知見に基ついてなきれたもので、そ
の特徴は分子線エビタキソヤル成長法を用いてＺ ｎ
Ｓ ｅ単結晶薄膜を成長するに際して、Ｚｎの分子線強
Ｊ、ｆＪｚｎとＳｅの分子線強度Ｊｓｅとの強度比Ｊｓ
ｅ／Ｊｚｎを１乃至１０程度としたことにある。
させるに際してＺｎとＳｅとのビーム強度比を変化させ
ると成長したＺ ｎ Ｓ ｅ単結晶薄膜のキヘ・リア濃
度が変化するという知見に基ついてなきれたもので、そ
の特徴は分子線エビタキソヤル成長法を用いてＺ ｎ
Ｓ ｅ単結晶薄膜を成長するに際して、Ｚｎの分子線強
Ｊ、ｆＪｚｎとＳｅの分子線強度Ｊｓｅとの強度比Ｊｓ
ｅ／Ｊｚｎを１乃至１０程度としたことにある。
くホ）実施例
本発明の一実施例としては例えばＺｎのビーム強＆ Ｊ
ｚｎを一定としＳｅのビーム強度Ｊｓｅを変化せし、
め、そのビーム強度比Ｊ ｓｅ／ Ｊ ｚｎの変化に伴
なう成長したノンドープＺｎ５ｅ単結晶薄膜のキャリア
濃度及びノオトルミネッセンス特性を示１゜尚、上記ビ
ーム強度はＭＢＥ方法における各ＩＵ材料の各ビーム分
圧比に対応するものであるので、以下ビーム強度比に換
えてビーム分圧比という表現を用いて説明する。
ｚｎを一定としＳｅのビーム強度Ｊｓｅを変化せし、
め、そのビーム強度比Ｊ ｓｅ／ Ｊ ｚｎの変化に伴
なう成長したノンドープＺｎ５ｅ単結晶薄膜のキャリア
濃度及びノオトルミネッセンス特性を示１゜尚、上記ビ
ーム強度はＭＢＥ方法における各ＩＵ材料の各ビーム分
圧比に対応するものであるので、以下ビーム強度比に換
えてビーム分圧比という表現を用いて説明する。
具体的実施例としては、第１図装置において、まず装置
内のハッククラランド真空度を１０””Ｔｏｒｒ以下と
し、次いで基板温度を３２０°Ｃに保持すると共にＺｎ
セル（１）から飛翔せるＺｎビームの分Ｊ工比Ｐｚｎを
１．２Ｘ １０−’ Ｔｏｒｒに固定し、Ｓｅセル（２
）がら飛翔上るＳｅビームの分圧比Ｐｓｅを種々変化さ
旦る。尚このときＧａセル（５〉からＧａｌ：ｌ飛翔さ
七ない。
内のハッククラランド真空度を１０””Ｔｏｒｒ以下と
し、次いで基板温度を３２０°Ｃに保持すると共にＺｎ
セル（１）から飛翔せるＺｎビームの分Ｊ工比Ｐｚｎを
１．２Ｘ １０−’ Ｔｏｒｒに固定し、Ｓｅセル（２
）がら飛翔上るＳｅビームの分圧比Ｐｓｅを種々変化さ
旦る。尚このときＧａセル（５〉からＧａｌ：ｌ飛翔さ
七ない。
第４図は上記Ｓｅビーム分圧比Ｐｓｅの変化に伴なうノ
ンドープＺｎ５ｅ＃−結晶薄膜のキヘ・リア濃度ｎ、移
動度μＨ及び比抵抗−の変化を月へ４６第４図より明ら
かな如く、Ｐ ｓｅ＝ １．２Ｘ １０ ’Ｔｏｒｒ以
下のとき及びＰ ｓｅ＝ １．２Ｘ １０−’ Ｔｏｒ
ｒ以１−のとき比抵抗、は３Ω−鍾以上と高抵抗となり
、がつＰ ｓｅ＝ ３ Ｘ １０−’ Ｔｏｒｒのとき
比抵抗、は１０−１Ω−ｃｍ程度と最低となる。またキ
ャリア濃度ｎはＰ ｓｅ＝ ３ Ｘ １０−’ Ｔｏｒ
ｒのときＩＱ”ｃｍ−’とピークを示し、移動度μＨは
Ｓｅビーム分圧比Ｐｓｅが１２×１０−’ Ｔｏｒｒ
〜１．２Ｘ １０−’ Ｔｏｒｒの間では約３×１０２
ｃｍ２／Ｖ−８と一定となる。
ンドープＺｎ５ｅ＃−結晶薄膜のキヘ・リア濃度ｎ、移
動度μＨ及び比抵抗−の変化を月へ４６第４図より明ら
かな如く、Ｐ ｓｅ＝ １．２Ｘ １０ ’Ｔｏｒｒ以
下のとき及びＰ ｓｅ＝ １．２Ｘ １０−’ Ｔｏｒ
ｒ以１−のとき比抵抗、は３Ω−鍾以上と高抵抗となり
、がつＰ ｓｅ＝ ３ Ｘ １０−’ Ｔｏｒｒのとき
比抵抗、は１０−１Ω−ｃｍ程度と最低となる。またキ
ャリア濃度ｎはＰ ｓｅ＝ ３ Ｘ １０−’ Ｔｏｒ
ｒのときＩＱ”ｃｍ−’とピークを示し、移動度μＨは
Ｓｅビーム分圧比Ｐｓｅが１２×１０−’ Ｔｏｒｒ
〜１．２Ｘ １０−’ Ｔｏｒｒの間では約３×１０２
ｃｍ２／Ｖ−８と一定となる。
第５図はビーム分圧比Ｐｓｅ／ＰｚｎとノンドープＺ
ｎ Ｓ ｅ単結晶薄膜のフォトルミネッセンス特性との
関係を示す。具体的には分圧比Ｐｓｅ／Ｐｚｎが５０．
１０．３．１のときのフォトルミネッセンス強度を１６
°にで測定したものである。尚、第５図中横軸には波長
を、縦軸にはフォトルミネッセンス強度をとり、また図
中の’ ×５０」’ Ｘ１００Ｊという表現はその近傍
でのフォトルミネッセンス強度の拡大倍率を示す。
ｎ Ｓ ｅ単結晶薄膜のフォトルミネッセンス特性との
関係を示す。具体的には分圧比Ｐｓｅ／Ｐｚｎが５０．
１０．３．１のときのフォトルミネッセンス強度を１６
°にで測定したものである。尚、第５図中横軸には波長
を、縦軸にはフォトルミネッセンス強度をとり、また図
中の’ ×５０」’ Ｘ１００Ｊという表現はその近傍
でのフォトルミネッセンス強度の拡大倍率を示す。
第５図より明らかな如く、分圧比Ｐｓｅ／Ｐｚｎ＝５０
のときには４４０ｎｍにピークを有する鋭い青色発光も
得られるが５００ｎｍ前後にもブロードな広がりを有し
た青色以外の発光が見られる。また分圧比ｐｓｅ／Ｐｚ
ｎが１０．３と低くなるにっれ４４０ｒ＋ｍにビーりを
有する青色光の強度は増し、逆に５００ｎｍ前後の青色
以外の発光は低減する傾向を示１゜更に分圧比Ｐｓｅ／
Ｐｚｎが１となると４４０ｎｍにピークを有する青色光
が得られるものの５００ｎｍ及び５４０ｎｍ商後の発光
も増大する。
のときには４４０ｎｍにピークを有する鋭い青色発光も
得られるが５００ｎｍ前後にもブロードな広がりを有し
た青色以外の発光が見られる。また分圧比ｐｓｅ／Ｐｚ
ｎが１０．３と低くなるにっれ４４０ｒ＋ｍにビーりを
有する青色光の強度は増し、逆に５００ｎｍ前後の青色
以外の発光は低減する傾向を示１゜更に分圧比Ｐｓｅ／
Ｐｚｎが１となると４４０ｎｍにピークを有する青色光
が得られるものの５００ｎｍ及び５４０ｎｍ商後の発光
も増大する。
このように本実施例においてビーム分肚比Ｐｓｅ／Ｐｚ
ｎが１乃至１０程度のとき成長したノンドープＺｎ５ｅ
単結晶薄膜は１０１６ｃＴｎ−１以上のキャリア濃度を
有し、比抵抗が低くなり、またそのフォトルミネッセン
ス強度も４４０ｎｍに鋭いピークを有ず６青色発光が強
く、他のピーク波長は視覚的にはほとんと感しられない
程弱く抑えることができる。
ｎが１乃至１０程度のとき成長したノンドープＺｎ５ｅ
単結晶薄膜は１０１６ｃＴｎ−１以上のキャリア濃度を
有し、比抵抗が低くなり、またそのフォトルミネッセン
ス強度も４４０ｎｍに鋭いピークを有ず６青色発光が強
く、他のピーク波長は視覚的にはほとんと感しられない
程弱く抑えることができる。
また、キャリア濃度をビーム分圧比のみで調整可能であ
るので、従来の如く不純物をドーピングしてキャリア濃
度を調整する場合に較へて結晶性が良くなり高効率発光
となることも明白である。
るので、従来の如く不純物をドーピングしてキャリア濃
度を調整する場合に較へて結晶性が良くなり高効率発光
となることも明白である。
尚、本発明は本実施例条件に限定されるものて゛はなく
、Ｚｎビーム分圧ＰｚｎとＳｅビーム分圧Ｐｓｅとの分
圧比Ｐｓｅ／Ｐｚｎが１乃至ｌＯ程度となれは上述の効
果と同し効果が得られることも確認され、また分圧比Ｐ
ｓｅ／ Ｐ ｚｎ＊ ３のときキャリア濃度ｎは最も
高くなると共に４４０ｎｍ程度の青色光強度が最大とな
ることも確認きれている。
、Ｚｎビーム分圧ＰｚｎとＳｅビーム分圧Ｐｓｅとの分
圧比Ｐｓｅ／Ｐｚｎが１乃至ｌＯ程度となれは上述の効
果と同し効果が得られることも確認され、また分圧比Ｐ
ｓｅ／ Ｐ ｚｎ＊ ３のときキャリア濃度ｎは最も
高くなると共に４４０ｎｍ程度の青色光強度が最大とな
ることも確認きれている。
くべ）効果
本発明によれば不純物をドーピングすることなくキャリ
ア濃度が高いＺｎ５ｅ単結晶薄膜が得られると共にその
薄膜は４４０ｎｍ程度に高いピークを有するフォトルミ
ネッセンス特性を示す。従って本発明を用いることによ
り高効率のＺ ｎ Ｓ ｅ青色発光素子が得られる。
ア濃度が高いＺｎ５ｅ単結晶薄膜が得られると共にその
薄膜は４４０ｎｍ程度に高いピークを有するフォトルミ
ネッセンス特性を示す。従って本発明を用いることによ
り高効率のＺ ｎ Ｓ ｅ青色発光素子が得られる。
第１図は分子線エピタキンヤル成長装置をバず概略図、
第２図及び第３図は従来の成長方法を用いて作成された
Ｚｎ５ｅ単結晶薄膜の特性を示１特性図、第４図及び第
５図は本発明により作成さｔ］。 たＺ ｎ Ｓ ｅ＊結晶薄膜の特性をボす特性図で夛）
る。 第１図 第２図 Ｇｏビル通／！（’Ｃ） 第３図 第４図
第２図及び第３図は従来の成長方法を用いて作成された
Ｚｎ５ｅ単結晶薄膜の特性を示１特性図、第４図及び第
５図は本発明により作成さｔ］。 たＺ ｎ Ｓ ｅ＊結晶薄膜の特性をボす特性図で夛）
る。 第１図 第２図 Ｇｏビル通／！（’Ｃ） 第３図 第４図
Claims (1)
- ＜１）分子線エピタキシャル成長法を用いてＺｎ５ｅ単
結晶薄膜を成長するに際して、Ｚｎの分子線強度Ｊｚｎ
とＳｅの分子線強度Ｊｓｅとの強度比Ｊｓｅ／Ｊｚｎを
１乃至１０程度としたことを特徴とするＺｎ５ｅ単結晶
薄膜の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58178571A JPS6070733A (ja) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | ΖｎＳｅ単結晶薄膜の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58178571A JPS6070733A (ja) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | ΖｎＳｅ単結晶薄膜の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6070733A true JPS6070733A (ja) | 1985-04-22 |
Family
ID=16050804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58178571A Pending JPS6070733A (ja) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | ΖｎＳｅ単結晶薄膜の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6070733A (ja) |
-
1983
- 1983-09-26 JP JP58178571A patent/JPS6070733A/ja active Pending
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