JPS6360536A - Manufacture of semiconductor superlattice - Google Patents

Manufacture of semiconductor superlattice

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JPS6360536A
JPS6360536A JP61205685A JP20568586A JPS6360536A JP S6360536 A JPS6360536 A JP S6360536A JP 61205685 A JP61205685 A JP 61205685A JP 20568586 A JP20568586 A JP 20568586A JP S6360536 A JPS6360536 A JP S6360536A
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hydrogen
dialkyl
superlattice
thin film
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Abstract

PURPOSE:To manufacture a thin film of high quality in a mass production by using an additive combined by dialkyl zinc, dialkyl sulfur or dialkyl selenium, and forming a thin zinc sulfide film and a thin zinc selenium by an organic metal vapor thermal decomposing method using hydrogen sulfide and hydrogen selenium. CONSTITUTION:The quantity of lower boiling point of R2Zn, R2S and R2Se is excessively mixed, reacted and ripened by heating, and excessive component is then distilled to be removed to synthesize the additive. The dialkyl zinc is formed with dialkyl sulfur or dialkyl selenium to form an additive to remarkably reduce the reactivity as a Lewis acid. Thus, even if it is coexisted with hydrogen sulfide or hydrogen selenide near at room temperature, its reaction is not advanced at all. When the additive introduced into a reaction furnace 1 arrives at a heating zone near the substrate 3, it is ionized to generate dialkyl zinc, which is reacted with hydrogen sulfide or hydrogen selenide, thereby growing a thin film. Thus, the formation of fine particles of ZnS, ZnSe is suppressed and a thin film of high quality is grown.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はカラーセンサー、フルカラーディスプレイなど
の光源として実用化が望まれている可視短波長発光デバ
イスの重要な構成要素である半導体超格子の製造法に関
する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention is directed to the production of semiconductor superlattices, which are important components of visible short wavelength light emitting devices that are desired to be put to practical use as light sources for color sensors, full color displays, etc. Regarding the law.

〈従来の技術〉 化合物半導体の超格子は、光学的、電気的物性が薄膜の
積層構造により制御できるため、バルクの半導体結晶や
、エピタキシャル薄膜では得られない特性を有するデバ
イスの作製ができる。また超格子を構成する個々の薄膜
の厚さを50χ程度以下に薄くすると、個々の薄膜の格
子定数が異なる材料同志を積層した場合にも互いに面方
向の格子定数が一致する様に歪合うことによりミスフィ
ツト転位等を生ずる事なく結晶成長を行なうことができ
る。この様な超格子を歪超格子といい・従来のエピタキ
シャル成長の様に格子整合の条件を考慮しなくても良い
ため、デバイス設計にあたり、材料の組み合せや選択の
範囲が広くなるという利点を有する。歪超格子のm −
v族化合物半導体への応用例を以下に示す。
<Prior Art> Since the optical and electrical properties of a compound semiconductor superlattice can be controlled by the laminated structure of thin films, it is possible to fabricate devices with properties that cannot be obtained with bulk semiconductor crystals or epitaxial thin films. Furthermore, if the thickness of the individual thin films constituting the superlattice is reduced to about 50χ or less, even if materials with different lattice constants of the individual thin films are stacked, they will be distorted so that the lattice constants in the plane direction match each other. Therefore, crystal growth can be performed without causing misfit dislocations or the like. Such a superlattice is called a strained superlattice. Unlike conventional epitaxial growth, there is no need to consider lattice matching conditions, so it has the advantage of widening the range of material combinations and selections when designing devices. m − of strained superlattice
An example of application to a V-group compound semiconductor is shown below.

従来技術1゜ ホントウオールエピタキシー法によりGaAs基板上に
、ZnSとZn5eからなる歪超格子、ZnSθとZn
Teからなる歪超格子を形成した。(例えば、J、C!
rystal  Growthユニ(1985)299
.Appl、PhysLetto、旦(1986)23
6.など参照)従来技術2゜ 分子線エピタキシー法(MBI法)に二り工nP基板上
にZn5eとZn’I’eからなる歪超子を形成した。
Conventional technology 1゜A strained superlattice consisting of ZnS and Zn5e, ZnSθ and Zn
A strained superlattice made of Te was formed. (For example, J, C!
rystal Growth Uni (1985) 299
.. Appl, PhysLetto, Dan (1986) 23
6. (See, etc.) Conventional technology Strained supersons made of Zn5e and Zn'I'e were formed on a two-dimensional nP substrate using a 2° molecular beam epitaxy method (MBI method).

(例えば、Appl、Phys、Lett、、1i(1
986)296.など参照) 従来技術3゜ ジメチル亜鉛、硫化水素、セレン化水素を原料とした有
機金属気相熱分解法(MOOVD法)によりGaAs基
板上にZn5eとZ n so、!Se、、からなる歪
超格子を形成した。
(For example, Appl, Phys, Lett, 1i(1
986) 296. Prior art 3゜Zn5e and Znso,! A strained superlattice consisting of Se was formed.

(例えば、Appl 、Phys 、Lett、、且(
1985)955.など参照) 〈発明が解決しようとした問題点〉 前述の従来技術においては次の様な問題点を有する。
(For example, Appl, Phys, Lett, and (
1985) 955. (See, etc.) <Problems to be solved by the invention> The above-mentioned prior art has the following problems.

従来技術1゜ ホットウォールエピタキシー法は真空蒸着法を応用した
結晶成長法で、加熱、溶融した原料を真空中において蒸
発させることにより、成長基板へ原料の供給を行なう。
Prior Art 1. The hot wall epitaxy method is a crystal growth method that applies a vacuum evaporation method, and supplies raw materials to a growth substrate by evaporating heated and melted raw materials in a vacuum.

溶融した原料表面からの蒸発量が、原料の表面積や加熱
方法に依存するために、膜の成長速度の制御を行なうこ
とが難しい。また、蒸発した原料の7ラツクスが原料を
入れたリザーバーの形状に依存するために制御しに<<
、基板上に到達する原料の量が不均一になりやすい。こ
のために膜厚分布を生じやすい。従って大口径基板を処
理することができず量産能力は低い。
Since the amount of evaporation from the surface of the molten raw material depends on the surface area of the raw material and the heating method, it is difficult to control the growth rate of the film. In addition, it is difficult to control the 7 lux of evaporated raw material because it depends on the shape of the reservoir containing the raw material.
, the amount of raw material reaching the substrate tends to be non-uniform. This tends to cause film thickness distribution. Therefore, large-diameter substrates cannot be processed, and mass production capacity is low.

従来技術2゜ 分子線エピタキシー法(MBI!:法)は膜厚制御性に
優れた成長法であるが、10−1’〜10″″11To
rrという超高真空を得るための排気系及び真空チェン
バー等から成り立っているので、装置自身が高価な上、
維持費用も高い。
Conventional technology 2° Molecular Beam Epitaxy (MBI!) is a growth method with excellent film thickness controllability, but
Since it consists of an exhaust system and a vacuum chamber to obtain an ultra-high vacuum called RR, the equipment itself is expensive, and
Maintenance costs are also high.

従来技術3゜ 有機金属気相熱分解法(MoavD法)は、原料をガス
として供給するため、膜厚制御性に擾れ、大口型基板の
多数枚処理も可能で量産向けの技術である。しかし、Z
 n S e sZ n S 04 S e 0゜の成
長原料にジメチル亜鉛と、硫化水素又はセレン化水素を
使った場合、反応炉内に導入された原料同志が気相中で
反応し、Z n S −s Z n S eなどの微粒
子を生じてしまう。微粒子は基板上の薄膜成長表面に付
着し、結晶成長プロセスを■害するため、得られる膜の
特性が悪くなる。
Conventional technology 3° Metal-organic vapor phase pyrolysis (MoavD method) is a technology for mass production because the raw material is supplied as a gas, so it suffers from poor film thickness controllability and is capable of processing a large number of large-sized substrates. However, Z
When dimethyl zinc and hydrogen sulfide or hydrogen selenide are used as the growth raw materials for n S e sZ n S 04 S e 0°, the raw materials introduced into the reactor react with each other in the gas phase, and Z n -S Z n Se and other fine particles are generated. The fine particles adhere to the thin film growth surface on the substrate and impair the crystal growth process, resulting in poor properties of the resulting film.

そこで本発明はこの様な問題点を解決するもので、その
目的は、高品質なり −W族化合物半導体薄膜からなる
超格子構造を量産するための製造法を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve these problems, and its purpose is to provide a manufacturing method for mass-producing a superlattice structure made of a high-quality -W group compound semiconductor thin film.

〈作 用〉 MOOVD法においては、薄膜の成長が供給する原料の
供給量で支配される。原料供給量はマス70−コントロ
ーラにより精密に制御されるため、薄膜の成長速度、膜
厚制御性、組成制御性は極めて高い。又、成長用の反応
炉と、基板を保持するサヤブタ−の形状を最適化するこ
とにより大口径ウェハーの多数枚処理が可能である。
<Function> In the MOOVD method, the growth of a thin film is controlled by the amount of raw material supplied. Since the raw material supply amount is precisely controlled by the mass 70 controller, the growth rate, film thickness controllability, and composition controllability of the thin film are extremely high. Furthermore, by optimizing the shapes of the growth reactor and the pod that holds the substrate, it is possible to process a large number of large-diameter wafers.

ジアルキル亜鉛はジアルキル硫黄又はジアルキルセレン
と付加体を形成することにより、ルイス酸としての反応
性が著しく低下するため、室温付近において硫化水素又
はセレン化水素と供存させても反応は全く進行しない。
When dialkyl zinc forms an adduct with dialkyl sulfur or dialkyl selenium, its reactivity as a Lewis acid is significantly reduced, so the reaction does not proceed at all even if it is present with hydrogen sulfide or hydrogen selenide at around room temperature.

反応炉に導入された付加体は基板近傍の加熱帯に達する
と解離して、ジアルキル亜鉛を生じるので、硫化水素又
はセレン化水素と反応し、薄膜の成長がおこる。付加体
の解離によって生じたジアルキル硫黄又はジアルキルセ
レンは熱分解しないため、薄膜成長に関与しない。以上
のメカニズムにより、ジアルキル亜鉛を亜鉛ソースとし
た場合に問題となったZnS。
When the adduct introduced into the reactor reaches the heating zone near the substrate, it dissociates to produce dialkylzinc, which reacts with hydrogen sulfide or hydrogen selenide, resulting in the growth of a thin film. The dialkyl sulfur or dialkyl selenium produced by the dissociation of the adduct is not thermally decomposed and therefore does not participate in thin film growth. Due to the above mechanism, ZnS became a problem when dialkyl zinc was used as the zinc source.

Zn5e*粒子の形成は抑制でき高品質の薄膜の成長が
可能となる。
The formation of Zn5e* particles can be suppressed, making it possible to grow high-quality thin films.

〈実施例〉 本発明で用いる付加体を合成するにあたって使用したジ
アルキル亜鉛(R,zn)ジアルキル硫黄(R2S)、
ジアルキルセレン(R2Se)を表1にまとめて示す。
<Example> Dialkyl zinc (R, zn) dialkyl sulfur (R2S) used in synthesizing the adduct used in the present invention,
Dialkylselenium (R2Se) is summarized in Table 1.

(表 1) R2Z nとR,S又はR,Ssを両者のうち低沸点成
分の量を概ね過剰にして混合し、加熱によって反応及び
熟成を行なった後、過剰成分を留出除去することにより
付加体を合成した。付加体の一般式%式% 合成された付加体はそれぞれ固有の蒸気圧を示し蒸留を
繰り返すことにより純度の向上が可能である。表2に蒸
気圧の具体例を示す。
(Table 1) R2Zn and R,S or R,Ss are mixed with a roughly excessive amount of the low boiling point component of both, and after reaction and aging are performed by heating, the excess component is removed by distillation. The adduct was synthesized. General formula of adduct %Formula % Each synthesized adduct exhibits a unique vapor pressure, and its purity can be improved by repeating distillation. Table 2 shows specific examples of vapor pressure.

(表 2) 付加体の合成は表1に示した化合物に限らず・表1以外
のR,Zns R,Ss R,Ssにより合成が可能で
あり、いずれも本発明の範噛に含まれるものである〇 第1図には、本発明で用いるMOO’VD装置の構成概
略図を示す。
(Table 2) The synthesis of adducts is not limited to the compounds shown in Table 1. It is possible to synthesize with R, Zns R, Ss R, Ss other than those in Table 1, and all of them are included in the scope of the present invention. FIG. 1 shows a schematic diagram of the configuration of the MOO'VD device used in the present invention.

透明石英製の横型反応炉1の内部にグラファイト製サヤ
ブタ−2がセットされ基板3が置かれている。基板3は
高周波誘導加熱コイル4によって加熱される。基板温度
は先端をサヤブタ−内部に埋め込んだ熱電対5によって
モニターされる。反応炉1はパルプ6を介して高真空排
気系7に接続されている。また反応炉1を出た反応ガス
はパルプ8を介してロータリーポンプ9に接続されてお
りガス処理装置10に至る。パルプ8は反応炉1の内部
圧力を一定に保つ機能を有する。
A graphite holder 2 is set inside a horizontal reactor 1 made of transparent quartz, and a substrate 3 is placed thereon. The substrate 3 is heated by a high frequency induction heating coil 4. The substrate temperature is monitored by a thermocouple 5 whose tip is embedded inside the pod. The reactor 1 is connected to a high vacuum evacuation system 7 via a pulp 6. Further, the reaction gas leaving the reactor 1 is connected to a rotary pump 9 via a pulp 8 and reaches a gas treatment device 10. The pulp 8 has the function of keeping the internal pressure of the reactor 1 constant.

/<ルア’11〜16は三方パルプで導入されて来たガ
スをメインライン1g、18又は廃棄ライン19.20
のいずれか一方へ供給する。メインライン17.18は
合流後反応炉1へ導入される。
/<Lua'11 to 16, the gas introduced by the three-way pulp is sent to the main line 1g, 18 or the waste line 19.20
Supply to either one of the following. The main lines 17, 18 are introduced into the reactor 1 after merging.

廃棄ライン19.20はそれぞれパルプ21,22を介
してロータリーポンプ23に至り、ガス処理装置10へ
導入される◎バルブ22,21はそれぞれ廃棄ライン1
9,20の内部圧力を調節する機能を有し、廃棄ライン
19及び2oの内部圧力がそれぞれメインライン17及
び18と等しくナル様調整する。24はマスフローコン
トローラで、ガス流量を精密に制御する。ボンベ25に
はキャリアーガスである水素ガスが充填されており、精
製器26により高純度化された後、供給される。
The waste lines 19 and 20 reach the rotary pump 23 via the pulps 21 and 22, respectively, and are introduced into the gas treatment device 10. The valves 22 and 21 are connected to the waste line 1, respectively.
It has the function of adjusting the internal pressures of the waste lines 19 and 2o, so that the internal pressures of the waste lines 19 and 2o are equal to those of the main lines 17 and 18, respectively. 24 is a mass flow controller that precisely controls the gas flow rate. The cylinder 25 is filled with hydrogen gas, which is a carrier gas, and is supplied after being highly purified by a purifier 26 .

バブラー27には付加体が充填されており、恒温槽28
により所定の温度に保たれている。付加体は、−20℃
から室温付近における温度帯では液体であるため、キャ
リアーガスのパブ’)ン’y”ニょり蒸気として供給で
きる。供給量はバブリングガスの流量とバブラーの温度
により制御できる0バルブ30は圧力調整機能を有し、
バブラー内部の付加体液面を含むパルプ50より上流側
を大気圧に保持する。ボンベ31.52にはそれぞれ水
素ガスで希釈された硫化水素、セレン化水素が充填され
ており、供給量はマス70−コントローラ24により制
御される。
The bubbler 27 is filled with additives, and the thermostatic chamber 28
is maintained at a predetermined temperature. The adduct is -20℃
Since it is a liquid in the temperature range around room temperature, it can be supplied as vapor of the carrier gas.The supply amount can be controlled by the flow rate of the bubbling gas and the temperature of the bubbler.The valve 30 adjusts the pressure. Has a function,
The upstream side of the pulp 50, including the surface of the added body fluid inside the bubbler, is maintained at atmospheric pressure. The cylinders 31 and 52 are each filled with hydrogen sulfide and hydrogen selenide diluted with hydrogen gas, and the supply amount is controlled by the mass 70-controller 24.

以下に半導体超格子の製造手順をのべる。The manufacturing procedure of the semiconductor superlattice is described below.

パルプ12には付加体蒸気を含むキャリアーガスが供給
され、パルプ11には同流1のキャリアーガスが供給さ
れている。またパルプ15.15にはそれぞれセレン化
水素、硫化水素が供給されており、パルプ14,145
にはそれぞれパルプ13.15と同流量のキャリアーガ
スが供給されている。メインライン17.18と廃棄ラ
イン19.20にはそれぞれ同流量の原料希釈用キャリ
アーガスが流れている。メインライン17,18の内部
圧力は、ガス流量とパルプ8によって決まる反応炉1の
内部圧力に対応した値を示し、廃棄ライン19.20の
内部圧力はパルプ22.21により、それぞれ17.1
8の内部圧力と等しく設定されている。パルプ11と1
2.13と14.15と16はそれぞれ対をなして動作
させる。即ち、一方がメインラインに接続している時、
他方は廃棄ラインに接続されている。ガスの切り換え時
には両者を同時に切り換える。この操作により、反応炉
1、メインライン17.18及び廃棄ライン19.20
の内部圧力を一定に保ったまま・原料ガスをメインライ
ンと廃棄ラインの間で切り換えることができる。ガス切
り換えに伴なう反応炉1の内部圧力の変動は、成長速度
のゆらぎを誘発し、超格子構造を構成する簿膜の膜厚ム
ラや面内での厚さ分布をもたらすため極力押えることが
望しい。
A carrier gas containing adduct vapor is supplied to the pulp 12, and a carrier gas of the same flow 1 is supplied to the pulp 11. In addition, hydrogen selenide and hydrogen sulfide are supplied to pulps 15 and 15, respectively, and pulps 14 and 145 are supplied with hydrogen selenide and hydrogen sulfide, respectively.
A carrier gas is supplied at the same flow rate as the pulp 13.15, respectively. The same flow rate of carrier gas for diluting the raw material flows through the main line 17.18 and the waste line 19.20, respectively. The internal pressures of the main lines 17, 18 show values corresponding to the internal pressures of the reactor 1 determined by the gas flow rate and the pulp 8, and the internal pressures of the waste lines 19.20 are 17.1, respectively, determined by the pulp 22.21.
It is set equal to the internal pressure of 8. Pulp 11 and 1
2.13, 14.15 and 16 are operated in pairs, respectively. That is, when one side is connected to the main line,
The other is connected to the waste line. When switching gases, switch both at the same time. With this operation, reactor 1, main line 17.18 and waste line 19.20
The raw material gas can be switched between the main line and waste line while keeping the internal pressure constant. Fluctuations in the internal pressure of the reactor 1 due to gas switching induce fluctuations in the growth rate, resulting in uneven film thickness and in-plane thickness distribution of the film that constitutes the superlattice structure, so it should be suppressed as much as possible. is desirable.

硫化水素とセレン化水素の切り換えにより超格子を作製
する際には、次の様に行なう。硫化水素を供給する場合
には、パルプ15.j4をメインライン18へ接続し、
パルプ13.16は廃棄ライン20へ接続する。この時
硫化水素はメインライン18を経て反応炉1へ供給され
、セレン化水素は廃棄される。続いて・パルプ15.1
6を同時に切り換える。この時キャリアーガスのみが反
応炉1へ供給され成長は中断しインターバルの状態とな
る。しかる後にパルプ13.14を同時に切り換えるこ
とによりセレン化水素が反応炉1へ供給される。以下同
様にして、適肖な長さのインターバルを介してパルプの
切り換えを続行することにより硫化水素とセレン化水素
を交互に反応炉1へ供給できる。
When creating a superlattice by switching between hydrogen sulfide and hydrogen selenide, the process is as follows. When supplying hydrogen sulfide, pulp 15. Connect j4 to main line 18,
Pulp 13,16 is connected to waste line 20. At this time, hydrogen sulfide is supplied to the reactor 1 via the main line 18, and hydrogen selenide is discarded. Next: Pulp 15.1
6 at the same time. At this time, only the carrier gas is supplied to the reactor 1, and the growth is interrupted, resulting in an interval state. Hydrogen selenide is then supplied to the reactor 1 by simultaneously switching the pulps 13, 14. Thereafter, in the same manner, hydrogen sulfide and hydrogen selenide can be alternately supplied to the reactor 1 by continuing to switch the pulp at intervals of an appropriate length.

第2図には本発明における原料ガスの反応炉1への供給
シーケンスの一実施例を示す。付加体は連続供給し、硫
化水素、セレン化水素を交互に供給することで、超格子
の形成を行なう。第2図において横軸は時間軸を示して
いる。55.56 。
FIG. 2 shows an embodiment of the sequence of supplying raw material gas to the reactor 1 according to the present invention. The superlattice is formed by continuously supplying the adduct and alternately supplying hydrogen sulfide and hydrogen selenide. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the time axis. 55.56.

39はそれぞれ付加体、セレン化水素、硫化水素の供給
タイミングを示している。34,57.40は反応炉に
原料が供給されている状態を示し、35.38.41は
原料が供給されてない状態を示している。原料供給の組
み合せから明らかな様に、時間ゼロから成長を開始し・
42がZnS・44がZnSを成長上ている時間帯を示
し、43は成長を中断するインターバルを示している。
39 indicates the supply timing of the adduct, hydrogen selenide, and hydrogen sulfide, respectively. 34, 57.40 indicate a state in which raw materials are being supplied to the reactor, and 35.38.41 indicate a state in which no raw materials are supplied. As is clear from the combination of raw material supplies, growth starts from time zero.
42 indicates a time period in which ZnS 44 is growing on top of ZnS, and 43 indicates an interval at which growth is interrupted.

Zn5es ZnSの厚さは42.44の時間設定によ
り任意に変えられる。三方パルプ11〜16の駆動をシ
ーケンサ−により行なえば、上述の成長シーケンスは容
易に実施できる。
The thickness of Zn5es ZnS can be arbitrarily changed by the time setting of 42.44. If the three-way pulps 11 to 16 are driven by a sequencer, the above-described growth sequence can be easily carried out.

第3図には、本発明における原料ガスの反応炉1への供
給シーケンスの一実施例を示す。付加体とセレン化水素
及び付加体と硫化水素の同時供給を交互に繰り返すこと
で超格子の形成を行なう。
FIG. 3 shows an example of the sequence of supplying raw material gas to the reactor 1 in the present invention. A superlattice is formed by alternately repeating the simultaneous supply of the adduct and hydrogen selenide and the adduct and hydrogen sulfide.

第3図において横軸は時間軸を示している。In FIG. 3, the horizontal axis indicates the time axis.

45.48.51はそれぞれ付加体、セレン化水素、硫
化水素の供給タイミングを示しており、46.49.5
2は原料が反応炉に供給されている状態、47,50.
53は原料が供給されていない状態をそれぞれ示してい
る。時間ゼロから成長を開始し、54がZn5g、56
がZnSを成長している時間帯を示し、55は成長を中
断するインターバルを示している。
45.48.51 indicates the supply timing of adduct, hydrogen selenide, and hydrogen sulfide, respectively, and 46.49.5
2 is a state in which raw materials are being supplied to the reactor, 47, 50.
53 indicates a state in which the raw material is not supplied. Growth starts from time zero, 54 is Zn5g, 56
indicates the time period during which ZnS is grown, and 55 indicates the interval at which the growth is interrupted.

第2図又は第3図に示したシーケンスに従って具体的に
は次の様な成長条件で超格子構造の製造を行なった。
Specifically, a superlattice structure was manufactured under the following growth conditions according to the sequence shown in FIG. 2 or 3.

成長基板:ガリウムヒ素の(100)面成長温度:62
5℃ 反応炉内部圧カニ 70 Torr (OH3)2Zn  5e(CH3)、’、のバブリン
グガス流量:バプラー温度−15℃においてjoall
/ m  (−15℃における蒸気圧は21襲ar)水
素ベース10%)I2Se供給量:sov/=水素ペー
水素ペース2供H2S供給量=250 s+s17.1
8,19.20に流れる水素流量;各ライン当り2.5
込/i 以上の条件の時、Zn5e及びZnSの成長速度は、約
IX/seeであった。成長速度をもとに、硫化水素と
セレン化水素の供給時間を設定し超格子の構造を決めた
。インターバルは1〜291!lc、とじた。
Growth substrate: (100) plane of gallium arsenide Growth temperature: 62
5℃ Reactor internal pressure Crab 70 Torr (OH3)2Zn5e(CH3),' Bubbling gas flow rate: joall at bubbler temperature -15℃
/ m (vapor pressure at -15°C is 21 ar) Hydrogen base 10%) I2Se supply amount: sov / = hydrogen page hydrogen pace 2 supply H2S supply amount = 250 s + s17.1
8, 19. Hydrogen flow rate flowing to 20; 2.5 per each line
Under the above conditions, the growth rate of Zn5e and ZnS was about IX/see. Based on the growth rate, the supply times of hydrogen sulfide and hydrogen selenide were set to determine the structure of the superlattice. The interval is 1-291! lc, closed.

第4図には、znse5X、zns50XSaり返し周
期400層からなる超格子構造の回折X線チャートを示
す0超格子の長周期構造を反映した回折ピークが観測さ
れ、超格子が形成されていることを示している。
Figure 4 shows a diffraction X-ray chart of a superlattice structure consisting of znse5X, zns50XSa repeating layers with a period of 400. A diffraction peak reflecting the long period structure of a 0 superlattice is observed, indicating that a superlattice is formed. It shows.

第5図には、Zn5e 10χ、ZnS 45χ、繰り
返し周期560層からなる超格子構造の77°Kにおけ
る7オトルミネツセンススペクトルを示す0超格子構造
における量子効果により発光ピークエネルギーは、Z 
n S eのバンドギャップエネルギーに比べ高エネル
ギー側ヘシフトしている。又、発光は量子化された電子
−正孔対によるもので、長波長側に深い準位の関与した
発光が全く観測されていないことから、得られた超格子
が高純度、高品質のものであることを示している。
Figure 5 shows the 7 otoluminescence spectrum at 77°K of a superlattice structure consisting of Zn5e 10χ, ZnS 45χ, and a repeating period of 560 layers. Due to the quantum effect in the 0 superlattice structure, the emission peak energy is
The band gap energy is shifted to the higher energy side compared to the band gap energy of n S e. In addition, the light emission is due to quantized electron-hole pairs, and no light emission involving deep levels on the long wavelength side has been observed, indicating that the obtained superlattice is of high purity and quality. It shows that.

本発明に係る超格子の製造法においては、上述の(aa
、)、zn−Se (OH,)、付加体のみならず、表
1に示したR2Zn、R23% R,Seのすべての組
み合せによって得られる付加体を用いても超格子構造の
製造をすることができ、付加体の蒸気圧とバブリングガ
ス流量によって決まる供給量が同じ時には、上記実施例
と同様の特性を示す超格子構造が製造できた。
In the method for manufacturing a superlattice according to the present invention, the above-mentioned (aa
, ), zn-Se (OH,), adducts, but also adducts obtained by all combinations of R2Zn, R23% R, Se shown in Table 1 can be used to produce superlattice structures. When the supply amount determined by the vapor pressure of the adduct and the bubbling gas flow rate was the same, a superlattice structure exhibiting characteristics similar to those of the above example could be manufactured.

この他・第1図に示したMOC!VD装置の概略図にお
いて、同様の構成で、三方パルプの数とガスラインの数
を増やすことによりZnSe1aX−ZnS0.Seo
g 50 Xといった混晶層を含む超格子構造の作製も
可能である。また、ドーパントを設置することで、Zn
5e層又はZnS層へのドーピングも可能である。超格
子構造のデバイスへの応用例とルてZn5e 25 X
−ZnS 25 Xからなる超格子のZn5e層にのみ
選択的にドーピングして発光素子の作製を行なった。Z
n5e層にA2をドーピングした繰り、返し周期300
層からなる超格子をニー型ガリウムヒ素の(100)面
上に形成したのち・Zn5e層にNをドーピングした繰
り返し周期300層からなる超格子を積層した。それぞ
れの超格子層は、N−型及びP −型の導電性を示した
。ガリウムヒ素基板及びP −型超格子層にオーム性コ
ンタクトを形成し、順方向バイアスを印加したところ・
2.5v付近から発光が観測され・ピーク波長460 
nmの純粋な青色発光を呈した。長波長領域の発光が観
測されてないことは、本発明による超格子が高純度、高
品質であり・青色発光素子への応用が可能なことを示し
ている。
In addition, the MOC shown in Figure 1! In the schematic diagram of the VD device, ZnSe1aX-ZnS0. SEO
It is also possible to fabricate a superlattice structure including a mixed crystal layer such as g 50 X. In addition, by installing a dopant, Zn
Doping of the 5e layer or the ZnS layer is also possible. Example of application of superlattice structure to device Zn5e 25
A light emitting device was fabricated by selectively doping only the superlattice Zn5e layer made of -ZnS 25 X. Z
N5e layer doped with A2, repetition period 300
After a superlattice consisting of layers was formed on the (100) plane of knee-type gallium arsenide, a superlattice consisting of 300 repeating period layers of a Zn5e layer doped with N was laminated. Each superlattice layer exhibited N-type and P-type conductivity. When an ohmic contact was formed on the gallium arsenide substrate and the P − type superlattice layer, and a forward bias was applied.
Emission was observed from around 2.5V with a peak wavelength of 460V.
It exhibited a pure blue emission of nm. The fact that no emission in the long wavelength region is observed indicates that the superlattice according to the present invention is of high purity and quality and can be applied to blue light emitting devices.

本発明は上述の実施例に示したZnS層・ZnSからな
る超格子に限定されるものでなく・テルル化亜鉛(zn
Te)を含む超格子系、たとえばZnS層−Z n T
 e系、ZnS−ZnTe、%、Zn5zSe+−2(
0〈π<1)−ZnTe系にも応用が可能であり本発明
に含まれるものである。
The present invention is not limited to the ZnS layer and the superlattice made of ZnS shown in the above-mentioned embodiments.
superlattice systems containing Te), for example ZnS layers - Z n T
e series, ZnS-ZnTe, %, Zn5zSe+-2(
It is also applicable to the 0<π<1)-ZnTe system and is included in the present invention.

〈発明の効果〉 以上述べた様に本発明によれば、II −4族化合物半
導体薄膜を交互に多数積層してなる半導体超格子の製造
法において、亜鉛ソースとしてジアルキル亜鉛とジアル
キル硫黄又はジアルキルセレンから合成される付加体を
用い、硫黄ソースとして硫化水素、セレンソースとして
セレン化水素を用いる有機金属気相熱分解法により硫化
亜鉛薄膜及びセレン化亜鉛薄膜の形成を行なうことによ
り■−W族化合物半導体薄膜からなる高品質の超格子構
造を量産できる様になった。本発明が青色領域に代表さ
れる可視短波長発光デバイスに寄与するところ大である
と確信する。
<Effects of the Invention> As described above, according to the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor superlattice formed by alternately stacking a large number of II-4 group compound semiconductor thin films, dialkylzinc and dialkylsulfur or dialkylselenium are used as zinc sources. ■-W group compound by forming zinc sulfide thin film and zinc selenide thin film by organometallic vapor phase pyrolysis using hydrogen sulfide as a sulfur source and hydrogen selenide as a selenium source. It has become possible to mass-produce high-quality superlattice structures made of semiconductor thin films. We are confident that the present invention will greatly contribute to visible short wavelength light emitting devices, typically in the blue region.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係るMOf:!VD装置の構成概略図
。 1、・0反応炉、2・・・グラファイト製サヤブタ−1
3・・・基板、4・・・高周波誘導加熱コイル、5・・
・熱電対、6・・・パルプ、7・・・高真空排気系、8
・・・パルプ、9・・・ロータリーポンプ、10・・・
ガス処理装置、11〜16・・・三方パルプ、17.1
8・・・メインライン、19,20・・・廃棄ライン、
11.22・・・パルプ、23・・・ロータリーポンプ
、24・・・マス70−コントローラ、25・・・キャ
リアガスの入ったボンベ、26・・・精製器、27・・
・付加体の入ったバブラー、2B・・・恒温槽、29・
・・パルプ、5o・・・パルプ、31・・・水素で希釈
した硫化水素の入ったボンベ、32・・・水素で希釈し
たセレン化水素の入ったポンペロ 第2図は本発明における原料ガスの反応炉への供給シー
ケンス図。 33・・・付加体の供給タイミング、!+6・・・セレ
ン化水素の供給タイミング、39・・・硫化水素の供給
タイミング、34.57.40・・・反応炉に原料が供
給されている状態、35.38.41・・・反応炉に原
料が供給されていない状態、42・・・Zn5eを成長
している時間帯、43・・・インターバル、44・・・
ZnSを成長している時間帯。 第3図は本発明における原料ガスの反応炉への供給シー
ケンス図〇 45・・・付加体の供給タイミング、48・・・セレン
化水素の供給タイミング、51・・・硫化水素の供給タ
イミング、46,49.52・・・反応炉に原料が供給
されている状態、47,50.53・・・反応炉に原料
が供給されていない状態、54・・・ZnS9を成長し
ている時間帯、55・・・インターバル、56・・・Z
nSを成長している時間帯@ 第4図は本発明により作製した超格子の回折X線ヂャー
ト図。 第5図は本発明により作製した超格子の77°Kにおけ
る7オトルミネツセンススペクトル。 以  上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士最上 務 他1名 、:) (−・ソ 華 11 睦      foo       boOシ2ポ、j
;< /  rしw= 第 5′″凹
FIG. 1 shows MOf:! according to the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a VD device. 1.0 reactor, 2...Graphite Sayabuta-1
3... Board, 4... High frequency induction heating coil, 5...
・Thermocouple, 6...Pulp, 7...High vacuum exhaust system, 8
...Pulp, 9...Rotary pump, 10...
Gas treatment equipment, 11-16... three-way pulp, 17.1
8... Main line, 19, 20... Disposal line,
11.22... Pulp, 23... Rotary pump, 24... Mass 70-controller, 25... Cylinder containing carrier gas, 26... Purifier, 27...
・Bubbler containing adduct, 2B... constant temperature bath, 29・
...Pulp, 5o...Pulp, 31...Cylinder containing hydrogen sulfide diluted with hydrogen, 32...Pompero containing hydrogen selenide diluted with hydrogen. Figure 2 shows the raw material gas in the present invention. Supply sequence diagram to the reactor. 33... Adduct supply timing! +6... Timing of supplying hydrogen selenide, 39... Timing of supplying hydrogen sulfide, 34.57.40... State where raw materials are being supplied to the reactor, 35.38.41... Reactor 42... Time period during which Zn5e is growing, 43... Interval, 44...
Time period during which ZnS is grown. FIG. 3 is a sequence diagram of the supply of raw material gas to the reactor in the present invention. 45...Adduct supply timing, 48...Hydrogen selenide supply timing, 51...Hydrogen sulfide supply timing, 46 , 49.52... State where the raw material is supplied to the reactor, 47, 50.53... State where the raw material is not supplied to the reactor, 54... Time period during which ZnS9 is grown. 55...Interval, 56...Z
Time period during which nS is grown @ Figure 4 is a diffraction X-ray diagram of the superlattice fabricated according to the present invention. FIG. 5 shows the 7 otoluminescence spectrum at 77°K of the superlattice fabricated according to the present invention. Applicant: Seiko Epson Co., Ltd. Agent, Patent Attorney Tsutomu Mogami, and 1 other person:
;< / rshiw= 5′″th concave

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、II−VI族化合物半導体薄膜を交互に多数積層してな
る半導体超格子の製造法において、亜鉛ソースとしてジ
アルキル亜鉛とジアルキル硫黄又はジアルキルセレンか
ら合成される付加体を用い、硫黄ソースとして硫化水素
、セレンソースとしてセレン化水素を用いる有機金属気
相熱分解法により硫化亜鉛薄膜及びセレン化亜鉛薄膜の
形成を行なうことを特徴とした半導体超格子の製造法。 2、半導体超格子形成用反応炉に、付加体を連続して供
給し、硫化水素とセレン化水素を交互に供給することに
より硫化亜鉛薄膜とセレン化亜鉛薄膜を交互に積層する
ことを特徴とした特許請求の範囲第1項記載の半導体超
格子の製造法。 3、半導体超格子形成用反応炉に、付加体と硫化水素を
供給している状態、付加体とセレン化水素を供給してい
る状態を交互に繰り返すことにより硫化亜鉛薄膜とセレ
ン化亜鉛薄膜を交互に積層することを特徴とした特許請
求の範囲第1項記載の半導体超格子の製造法。
[Claims] 1. A method for manufacturing a semiconductor superlattice formed by alternately stacking a large number of II-VI group compound semiconductor thin films, using an adduct synthesized from dialkylzinc and dialkylsulfur or dialkylselenium as a zinc source. A method for producing a semiconductor superlattice, comprising forming a zinc sulfide thin film and a zinc selenide thin film by an organometallic vapor phase pyrolysis method using hydrogen sulfide as a sulfur source and hydrogen selenide as a selenium source. 2. It is characterized by continuously supplying adducts to a semiconductor superlattice formation reactor and alternately supplying hydrogen sulfide and hydrogen selenide to alternately stack zinc sulfide thin films and zinc selenide thin films. A method for manufacturing a semiconductor superlattice according to claim 1. 3. A zinc sulfide thin film and a zinc selenide thin film are formed by alternately repeating a state in which an adduct and hydrogen sulfide are supplied and a state in which an adduct and hydrogen selenide are supplied to a reactor for forming a semiconductor superlattice. A method for manufacturing a semiconductor superlattice according to claim 1, characterized in that the semiconductor superlattice is laminated alternately.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114016129A (en) * 2021-10-09 2022-02-08 山东有研国晶辉新材料有限公司 Novel zinc selenide growth method

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