JPS63243000A - ２−６族化合物薄膜の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は■−■族化合物薄膜の製造方法に関し、特に、
Ｚ　ｎＳ　ｅ基板上に欠陥が少なく高品質なＺｎ５ｅ薄
膜を製造する方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、Ｚ　ｎＳ　ｅ薄膜を気相エピタキシャル成長させ
る方法として、■基板としてガリウムヒ素基板を用いる
方法（例えばＪ、　　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇ　ｒｏｗｔｈ
　　５９゜１４８、　　（１９８２）　）および■基板
としてＺ　ｎＳ　ｅ基板を用いる方法（例えばＪ、　　
ＡｐＰｌ、　Ｐｈｙｓ、　５２．６８９５（１９８１）
　）が知られている。

上記従来のＺｎ５ｅ薄膜の気相エピタキシャル成長方法
としては、■のＺｎ５ｅ基板を用いる方法が、基板の格
子定数と成長膜の格子定数との差が少なく、又熱膨張係
数の差も少ない等の理由から良質なＺｎ５ｅｉ膜が得ら
れることが知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記Ｚｎ５ｅ基板上にＺ　ｎＳ　ｅ薄膜
を気相エピタキシャル成長させる方法は、ガリウムヒ素
基板上にＺｎ５ｅＦｉ膜を気相エビタキシャル成長させ
る方法と比べれば良質な皮膜が得られるものの、得られ
るＺ　ｎＳ　ｅ薄膜の結晶性は完全に基板の結晶性を反
映したものではなく、欠陥等の多い皮膜であり、特性等
のあまりよくないものであった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記問題を解決するためになされたものであっ
て、■族元素を含む、水素化物もしくは有機金属化合物
、および■族元素を含む有機金属化合物からなる原料気
体をキャリアーガスとともに加熱された■−■族基板の
入ったチャンバー内に輸送し、該基板上にＩＩ−ＶＩ族
化合物薄膜を製造する方法において、原料気体を輸送す
る前に該基板を基板中の■族元素と同じ元素を含む、水
素化物もしくは有機金属化合物、および水素ガスの雰囲
気下で加熱し、該基板を活性化させている。

本発明は、通常のジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛。

Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ等の気体原料を用いた通常の気相エピ
タキシャル成長方法において実施されるが、Ｚｎ５ｅ’
；ｉｉ膜を生成させる場合、該成長用原料とじては、セ
レン化水素およびジメチル亜鉛の混合ガスが好ましい。

又、該セレン化水素およびジメチル亜鉛の混合ガスとし
ては、セレン化水素のジメチル亜鉛に対するモル数を０
．５ないし２ｏとすることが好ましく、ｌないし１５と
することが望ましい、該セレン化水素のジメチル亜鉛に
対するモル数が０．５より小さいか２０よりも大きいと
Ｚｎ５ｅ基板上にＺ　ｎＳ　ｅ薄膜が生成しにくい。又
、該セレン化水素およびジメチル亜鉛の混合ガスは、水
素、ヘリウム、チッ素ガス等の両ガスと反応を起こさな
いキャリアーガスで希釈して使用する必要がある。

また、該セレン化水素とジメチル亜鉛の混合ガスは、Ｚ
　ｎＳ　ｅ基板に供給される直前に（例えば該気相エピ
タキシャルが行われる反応室内で）混合されることが好
ましい。セレン化水素とジメチル亜鉛の混合が早期に行
われたり、不活性のガスで希釈されていなかったりする
と、完全に鏡面を有するＺｎ５ｅ薄膜は得られにくい。

又、該不活性のガスで希釈されたセレン化水素とジメチ
ル亜鉛の混合ガスは、１ないし８臀／分でＺ　ｎＳ　ｅ
基板上に供給されることが好ましい。該流量が、１ＭＫ
／分よりもおそいと、Ｚｎ５ｅ薄膜が成長しにくく、又
該流量が８？ｌ／分よりもはやいと、鏡面を有するＺｎ
５ｅ薄膜が得られにくい。

又、Ｚ　ｎＳ　ｅ薄膜の成長は、大気圧下で行なっても
かまわないし、５ｏないし７６ｏトールの減圧条件で成
長さでもかまわない。該減圧下で成長させることは、得
られる皮膜の均一性を高められるので好ましい。

又、使用されるＩＩ−ＶＩ族結晶質基板は、その上に成
長させる化合物薄膜とおなしものを使用することが好ま
しく、Ｚｎ５ｅ薄膜を作成する場合、使用するＺ　ｎＳ
　ｅ結晶基板は、面方位（１００）、及び（１００）か
ら（０１１）方向に２６傾いた単結晶基板を用いること
が好ましい。

Ｚｎ５ｅｉ膜の成長時の基板温度は、２００ないし４５
０°Ｃとすることが好ましい。該基板温度が２００℃よ
り低いと原料の分解反応等がおこりにくく、又４５０℃
より高いと皮膜の再蒸発等が起きて皮膜中に空孔等が生
じやすい。

本発明においては、原料気体を輸送する前の■−ＶＩ族
基板が■族元素を含む、水素化物もしくは有機金属化合
物、および水素ガスの雰囲気下で加熱処理されるが、該
雰囲気下で加熱しないとＩｆ−ＶＩ族基板の表面の酸化
物が除去出来ないため、本発明の効果が得られない。

加熱処理中の■族元素を含む、水素化物もしくは有機金
属化合物、および水素ガスの雰囲気は、任意の濃度でか
まわないが、Ｚｎ５ｅ薄膜をＺｎ５ｅ基板上に成長させ
る場合には、セレン化水素を　４ＸＩＯ−６モル／分な
いし０．０４モル／分の絶対量を水素ガスと混合して流
した雰囲気が好ましい。

又、水素ガスおよび■族元素を含む水素化物もしくは有
機金属化合物の雰囲気下での加熱は、高い温度のほうが
酸化物除去の速度が早いので好ましく、Ｚｎ５ｅ基板の
場合５５０ないし７００℃、ＺｎＳ基板の場合５００な
いし７００℃であることが望ましい。

［作用］ 本発明によると、原料気体を輸送する時の■−■族基板
基板板中の■族元素と同じ元素を含む、水素化物もしく
は有機金属化合物、および水素ガスの雰囲気下で加熱し
、該基板を活性化させているため、該基板の最上部に形
成されている■−■族の酸化物の薄膜が除去され、基板
の結晶性を正確に反映したＩＩ−ＶＩ族化合物薄膜を製
造することが出来る。

該加熱処理中に、ＩＩ−ＶＩ族基板の表面からは、■族
元素および■族元素が昇華するが、蒸気圧の違いから特
に■族元素が昇華しやすい。そのため加熱処理中核基板
を■族元素雰囲気下に保持することは、ＩＩ−ＶＩ族基
板の表面を改善するために有効である。

以下に、本発明を実施例に基すいてさらに詳細に説明す
る。

［実施例コ 実施例−１ 第１図は本発明の実施例において使用した気相成長装置
の概略断面図である。気相成長装置ｌは内径５０ｍ＋ｗ
の円筒状反応室２、該反応室の一端下方に設けられた排
気口３、排気口３の反対側端部から反応室２と同心軸を
有する様に、反応室２のかなりの距離まで挿入された内
径１０ｍｍ、外径３０間の円筒状の■属元素原料ガス導
入口４、排気口３の反対側端部に設けられ■属元素原料
ガス導入口４と反応室２との間の空間へ気体を導入する
■属元素原料ガス導入口５、排気口３１１１１の反応室
端部に設けられた基板６を保持する支持体７、および該
基板６を加熱するために反応室２の外周部に設けられた
ヒーター８からなる。

上記気相成長装置１を用い、以下の条件によりセレン化
亜鉛単結晶（１００）基板上にセレン化亜鉛の単結晶膜
を成長させることを試みた。

まず、セレン化亜鉛単結晶（１００）基板６を支持体７
に取り付けた後、■属元素原料ガス導入口５から水素ガ
スおよびセレン化水素ガスを各々２０００　ｃｃ　７分
および１００ｃｃ／分の流量、■属元紫原料ガス導入口
４から水素ガスを２０００ｃｃ／分の流量流した。その
後基板６をヒーター８を用いて６００℃に加熱し、２０
分保持した。該保持時間は５分以上であれば効果がある
ものとおもわれる。

該水素ガスおよびセレン化水素ガスの雰囲気で加熱処理
された基板Ｇ上に、セレン化水素とジメチル亜鉛を用い
てＺ　ｎＳ　ｅＮ膜を成長させた。

該Ｚｎ５ｅ薄膜の成長条件は、基板の温度２５０℃、■
属元素原料ガス導入口５から水素ガスおよびセレン化水
素ガスを各々３０９ｃｃ／分およびｌｃｃ　７分の流量
、■属元素原料ガス導入口４から水素ガスを３０００　
ｃｃ　７分の流量および−２０”Ｃに保持されたジメチ
ル亜鉛の入ったバブラーに６．５ｃｃ　７分の水素ガス
を流してジメチル亜鉛を飽和したジメチル亜鉛飽和水素
ガスを６．５ｃｃ／分の流量流した。このとき、該基板
に供給される■属元素および■属元素モル比は、３：１
であった。

上記条件下に基板を保持しておくことによって、基板上
に鏡面状のＺｎＳｅＭ膜が得られた。

こうして得られたＺｎ５ｅｉＷ＋膜の結晶性を調べるた
めに該薄膜のＸ線回折測定を行なった。その測定結果を
第２図に示す。Ｚｎ５ｅ結晶の（４００）回折ピークの
半値幅は約７７秒であった。該水素ガスおよびセレン化
水素ガスの雰囲気で加熱処理を行なわなかった以外は実
施例と同様にして作成したＺｎ５ｅ結晶上のＺｎ５ｅ薄
膜の（４００）回折ピークの半値幅を比較のために測定
すると、約６４０秒であり、本実施例のＺｎ５ｅ薄膜の
結晶性がよかった事がわかった。

上記実施例は、Ｚｎ５ｅ薄膜をＺｎ５ｅ基板上に成長さ
せる場合について本発明を実施した場合であるが、セレ
ン化亜鉛および硫化亜鉛および硫化亜鉛とセレン化亜鉛
の混晶等の■−■−■合物においても同様に実施できる
。例えば硫化亜鉛の場合、基板は５００ないし７００”
Ｃで加熱されることが好ましく、硫化水素ガス等の■族
元素の原料は１ｃｃ　７分ないし１′Ｉ！ｌ／分の流量
で流すことが好ましい。

実施例−２ 実施例−１と同様な基板の前処理を行なったＺｎ５ｅ基
板上に、実施例−１とほぼ同様な条件で、基板に供給さ
れる■属元素および■属元素モル比が各々、１：１．２
．８：　　１，６：　　１，１２：　　１．６０：　１
となる様各原料を供給し、該基板上にＺｎ５ｅ薄膜を作
成した。

作成された各Ｚ　ｎＳ　ｅ薄膜の性質を調べるため、該
皮膜のフォトルミネッセンスによる発光光線の波長分析
を行なった。結果を第３図に示す。第３図から基板に供
給される■属元素および■属元素モル比が１２：　ｌよ
りも小さい時に、波長４６゜ｎｍ付近の青色帯の発光が
強く生じ、良好なＺｎ５ｅＮ膜が得られていたことがわ
かる。

［発明の効果］ 本発明によれば、実施例からも明らかなとうり、従来の
方法とくらへて、結晶性の良い■−■族化合物薄膜をＩ
Ｉ−ＶＩ族慕板上に成長させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例−１において使用した気相成長装置の
概略断面図であり、第２図は、実施例−１において作成
したＺｎ５ｅ薄膜の結晶性を示すＸ線回折図であり、第
３図は実施例−２において作成したＺ　ｎＳ　ｅ薄膜の
発光光線の波長分析の図である。 第１図 口前角 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）VI族元素を含む、水素化物もしくは有機金属化合
   物、およびII族元素を含む有機金属化合物からなる原料
   気体をキャリアーガスとともに加熱されたII−VI族基板
   の入ったチャンバー内に輸送し、該基板上にII−VI族化
   合物薄膜を製造する方法において、原料気体を輸送する
   前に該基板を基板中のVI族元素と同じ元素を含む、水素
   化物もしくは有機金属化合物、および水素ガスの雰囲気
   下で加熱し、該基板を活性化させておくことを特徴とす
   るII−VI族化合物薄膜の製造方法。
2. （２）該VI族元素を含む、水素化物もしくは有機金属化
   合物、および水素ガスの雰囲気下での加熱が、５００な
   いし７００℃である特許請求の範囲第１項記載のII−V
   I族化合物薄膜の製造方法。