JPH06101431B2 - Semiconductor thin film manufacturing method - Google Patents

Semiconductor thin film manufacturing method

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JPH06101431B2
JPH06101431B2 JP6475585A JP6475585A JPH06101431B2 JP H06101431 B2 JPH06101431 B2 JP H06101431B2 JP 6475585 A JP6475585 A JP 6475585A JP 6475585 A JP6475585 A JP 6475585A JP H06101431 B2 JPH06101431 B2 JP H06101431B2
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adduct
reaction
zns
semiconductor thin
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Description

【発明の詳細な説明】 <発明の技術分野> 本発明は短波長可視発光ダイオード、半導体レーザー及
び薄膜EL素子等の構成要素であるところの、亜鉛を含む
II−VI族化合物半導体及びその混晶薄膜の製造法に関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention includes zinc, which is a component of a short-wavelength visible light emitting diode, a semiconductor laser, a thin film EL element, and the like.
The present invention relates to a method for manufacturing a II-VI group compound semiconductor and a mixed crystal thin film thereof.

<発明の概要> 本発明は一般式R2Zn−SR2(RはCnH2n+1を表す)で表さ
れるジアルキル亜鉛とジアルキル硫黄の付加体を亜鉛ソ
ースとする有機金属気相熱分解法により、II−VI族化合
物半導体薄膜を形成することにより、高品質な薄膜を再
現性よく得ることを目的としている。
<Outline of the Invention> The present invention is a metal-organic vapor phase thermal decomposition using an adduct of a dialkylzinc and a dialkylsulfur represented by the general formula R 2 Zn-SR 2 (R represents CnH 2 n +1 ) as a zinc source. The purpose of the present invention is to obtain a high quality thin film with good reproducibility by forming a II-VI group compound semiconductor thin film by the method.

<従来の技術> 従来、亜鉛を構成元素に含むII−VI族化合物半導体及び
その混晶薄膜のMOCVD法による製造においては、原料と
して亜鉛ソースにはジメチル亜鉛:(CH32Zn、ジエチ
ル亜鉛:(C2H52Zn等のジアルキル亜鉛を用い、硫化
水素:H2S及びセレン化水素:H2SeなどのVI族水素化物と
反応させるが通例であつた。これらの原料を用いた場合
の化学反応は次式で表わされる。
<Prior Art> Conventionally, in the production of a II-VI group compound semiconductor containing zinc as a constituent element and its mixed crystal thin film by a MOCVD method, dimethylzinc: (CH 3 ) 2 Zn, diethylzinc as a source of zinc was used as a raw material. It is customary to use a dialkylzinc such as (C 2 H 5 ) 2 Zn and react with a group VI hydride such as hydrogen sulfide: H 2 S and hydrogen selenide: H 2 Se. The chemical reaction when these raw materials are used is represented by the following formula.

R2Zn+H2S→ZnS+R−R ……… R2Zn+H2S→ZnSe+R−R ……… しかしこれらの反応はR2Znが活性であるためVI族水素化
物との混合と同時に室温近傍でも気相中で反応が進行
し、基板表面に原料が到達する以前に微粒子状の反応生
成物が形成されてしまう。この微粒子が基板表面に付着
し、基板表面で進行する薄膜成長プロセスに悪影響を及
ぼすために、得られる結晶の質はあまり良くなく、半導
体装置の製造に用いることは不可能であつた。
R 2 Zn + H 2 S → ZnS + RR ……… R 2 Zn + H 2 S → ZnSe + RR ……… However, since R 2 Zn is active, these reactions are mixed with Group VI hydrides and at room temperature near room temperature. The reaction progresses in the phase, and a fine-particle reaction product is formed before the raw material reaches the substrate surface. Since the fine particles adhere to the surface of the substrate and adversely affect the thin film growth process that proceeds on the surface of the substrate, the quality of the obtained crystal is not very good, and it cannot be used for manufacturing a semiconductor device.

従来これらの問題を解決する方法として、次の様な対策
がとられていた。
Conventionally, the following measures have been taken as a method for solving these problems.

1) 基板のごく近傍において原料ガスの混合を行な
う。(例えばJ.Crystal Gvowth 59(1982)P.1参照) 2) 減圧にしてガスの線速度を大きくする。(例えば
Japan J.A.P22(1983)L583参照) しかしながら上述の様な手段を施しても良質な結晶は得
られていない。例えば、Extended Abstracts of the
15th Conference on Solid State Devices and
Materials,Tokyo,1983,PP.349−352に記載されている
様に、上述の対策の半導体装置作製への応用としてZnS
の単結晶薄膜を発光層とする素子の試作が検討されてい
る。上記引用例においては、n−型Gap基板上にAlを添
加したZnS単結晶膜を形成し、これを発光層に用いよう
としているが、ZnS:Al′薄膜の比抵抗が10KΩ・cmと高
いために電流注入ができず、青色発光を得るには至つて
いない。ZnS:Al薄膜が高抵抗であるのは、MOCVDにおけ
るZnソースにジメチル亜鉛を用いているために、得られ
たZnS:Al薄膜の結晶品位が低いことに起因しているもの
と思われる。
1) Mix the source gases in the immediate vicinity of the substrate. (For example, refer to J. Crystal Gvowth 59 (1982) P.1) 2) Reduce the pressure to increase the linear velocity of gas. (For example
Japan JAP 22 (1983) L583) However, good quality crystals have not been obtained even with the above-mentioned means. For example, Extended Abstracts of the
15th Conference on Solid State Devices and
As described in Materials, Tokyo, 1983, PP.349-352, ZnS is applied as an application of the above-mentioned countermeasures to semiconductor device fabrication.
A trial production of an element using the single crystal thin film as a light emitting layer is under study. In the above cited example, a ZnS single crystal film with Al added is formed on an n-type Gap substrate, and the ZnS: Al ′ thin film has a high specific resistance of 10 KΩ · cm. Therefore, current injection cannot be performed, and blue light emission has not been obtained yet. The high resistance of the ZnS: Al thin film is considered to be due to the low crystal quality of the obtained ZnS: Al thin film because dimethylzinc is used as the Zn source in MOCVD.

R2Znを亜鉛ソースとする上述のMOCVD法の欠点を改良
し、良質の単結晶薄膜を得る方法として、第45回応用物
理学会講演予稿集PP.633講演暗号12P−S−4に記載さ
れるごとく、R2ZnとR2Sの等モル混合によつて得られる
付加体をZnソースとして用いる方法が提案されている。
これはR2ZnをR2Sとの間で付加体形成を行なわせる事に
より、R2ZnのVI族水素化物に対する反応性を低下させる
ことを目的としている。R2ZnとR2Sの結合はさほど強固
でないため、基板近傍の加熱帯において付加体は容易に
解離し、生じたR2ZnがVI族水素化物と反応することによ
り基板上での薄膜成長がおこる。R2Sは熱分解しにくい
ため薄膜成長に関与せず、単にR2Znの反応抑制剤として
使用するだけである。
As a method for improving the above-mentioned drawbacks of the MOCVD method using R 2 Zn as a zinc source to obtain a high quality single crystal thin film, it is described in the 45th JSAP Proceedings of the Applied Physics Society PP.633 lecture code 12P-S-4. As described above, a method has been proposed in which an adduct obtained by mixing equimolar amounts of R 2 Zn and R 2 S is used as a Zn source.
This aims to reduce the reactivity of R 2 Zn with respect to Group VI hydrides by forming an adduct with R 2 Zn and R 2 S. Since the bond between R 2 Zn and R 2 S is not so strong, the adduct is easily dissociated in the heating zone near the substrate, and the resulting R 2 Zn reacts with the Group VI hydride to grow a thin film on the substrate. Happens. Since R 2 S does not easily decompose thermally, it does not participate in thin film growth and is merely used as a reaction inhibitor for R 2 Zn.

付加体をZnソースとするMOCVD法においては、Alをドー
ピングすることにより、as−grownで数Ω・cm以下の比
抵抗を呈する低抵抗ZnS:Al単結晶薄膜が得られている。
さらにこの低抵抗ZnS:Al上に絶縁膜、電極を積層しMIS
型構造を作製することにより、順方向バイアス時に発光
スペクトルピーク470nmを呈する青色発光が確認されて
いる。この様にMOCVD法において付加体をZnソースとす
ることによりR2ZnをZnソースとするMOCVD法では得られ
なかつたas−grownで低抵抗のZnS:Al単結晶薄膜の作製
及びそれを発光層とする半導体装置の製造が実現したの
は、付加体を用いることによつてR2ZnとVI族水素化合物
の室温における気相中での反応が抑制でき、得られる単
結晶薄膜の結晶品位が著しく向上したためであると考え
られる。
In the MOCVD method using an adduct as a Zn source, a low resistance ZnS: Al single crystal thin film exhibiting a specific resistance of several Ω · cm or less in as-grown has been obtained by doping Al.
Furthermore, an insulating film and an electrode are laminated on this low resistance ZnS: Al to form a MIS.
By forming the mold structure, blue light emission having an emission spectrum peak of 470 nm was confirmed when forward biased. Low resistance such as an adduct in the MOCVD method in as-grown and R 2 Zn who has failed obtained by the MOCVD method to Zn source by a Zn source ZnS: Preparation and light-emitting layer its Al single crystal film The realization of the production of a semiconductor device is that the use of the adduct can suppress the reaction between R 2 Zn and the Group VI hydrogen compound in the gas phase at room temperature, and the crystal quality of the obtained single crystal thin film can be suppressed. It is considered that this is due to the remarkable improvement.

<発明が解決しようとする問題点及び目的> しかし、前述の従来技術においては、R2ZnとR2Sの等モ
ル量を混合しただけであるために、付加体形成反応が完
結しておらず、次の様な問題点を生じていた。
<Problems and Objectives to be Solved by the Invention> However, in the above-mentioned prior art, since only equimolar amounts of R 2 Zn and R 2 S are mixed, the adduct formation reaction must be completed. However, the following problems occurred.

1. 末反応のまま混在しているR2ZnがVI族水素化物との
混合により反応し、反応生成物の微粒子を生じるため、
成長膜の結晶性を低下させる。
1. R 2 Zn, which remains mixed as an unreacted product, reacts when mixed with Group VI hydride to produce fine particles of the reaction product.
It reduces the crystallinity of the grown film.

2. 末反応のまま混在しているR2Sがドーパントして導
入した有機金属化合物と安定な付加体を形成するため
に、ドーピング量の制御性が悪い。
2. The controllability of the doping amount is poor because the mixed R 2 S as an end reaction forms a stable adduct with the organometallic compound introduced as a dopant.

3. 付加体形成の程度がロツト間で異なるため、ロツト
の異なる付加体をソースとして成長を行なうと、同じ条
件で成長を行なつても薄膜の成長速度や結晶品位が異な
つてしまう。
3. Since the degree of formation of the adduct varies from lot to lot, the growth rate and crystal quality of the thin film will differ even if growth is performed under the same conditions if the growth is performed using the adduct having different lots as the source.

そこで、本発明はこのような問題点を解決するもので、
その目的とするところは、特性のバラツキが少なく、か
つ再現性にすぐれた半導体薄膜の製造法を提供すること
にある。
Therefore, the present invention solves such problems,
It is an object of the invention to provide a method for producing a semiconductor thin film, which has less variation in characteristics and is excellent in reproducibility.

<問題点を解決するための手段> 本発明に係る半導体薄膜の製造法は、一般式R2Zn−SR2
(RはCnH2n+1を表す)で表されるジアルキル亜鉛とジ
アルキル硫黄の付加体を亜鉛ソースとする有機金属気相
熱分解法により、II−VI族化合物半導体薄膜を形成する
ことを特徴とする。
<Means for Solving Problems> The method for producing a semiconductor thin film according to the present invention is carried out according to the general formula R 2 Zn—SR 2
(R represents CnH 2 n +1 ) A II-VI group compound semiconductor thin film is formed by a metalorganic vapor phase thermal decomposition method using an adduct of dialkylzinc and dialkylsulfur represented by the formula (Z) as a zinc source. And

さらに、前記付加体として、ジアルキル亜鉛及びジアル
キル硫黄を両者のうち低沸点成分の量を過剰に混合し、
反応及び熟成を行った後、前記過剰に混合した成分を留
出除去して得られるジアルキル亜鉛とジアルキル硫黄の
付加体を用いることを特徴とする。
Further, as the adduct, dialkylzinc and dialkylsulfur are excessively mixed in an amount of a low boiling point component of both,
The reaction product is characterized by using an adduct of dialkylzinc and dialkylsulfur which is obtained by distilling off the excessively mixed components after the reaction and aging.

さらに、前記反応及び熟成が、0℃〜40℃に保持する工
程、徐々に昇温する工程、しかる後に30℃〜80℃に保持
する工程を含む加熱処理による反応及び熟成であること
を特徴とする。
Further, the reaction and aging are characterized by being a reaction and aging by heat treatment including a step of holding at 0 ° C to 40 ° C, a step of gradually raising the temperature, and then a step of holding at 30 ° C to 80 ° C. To do.

<実施例> 本発明において用いる付加体からなる有機亜鉛化合物の
製法について説明する。
<Example> A method for producing an organozinc compound comprising an adduct used in the present invention will be described.

R2ZnとR2Sの付加体形成の反応は、電子受容体としてのR
2Znと電子供与体としてのR2SとがR2Zn−SR2型の付加体
を形成するものである。付加体の製造にあたつては以下
の工程が必要である。
The reaction of adduct formation between R 2 Zn and R 2 S depends on R 2 as an electron acceptor.
2 Zn and R 2 S as an electron donor form an R 2 Zn-SR 2 type adduct. The following steps are required to manufacture the adduct.

R2ZnとR2Sとを、両者のうち低沸点成分を概ね過剰に、
好ましくは、低沸点成分対高沸点成分の比率を1.1〜1.2
当量比として混合し、両者を低沸点成分の沸点以下で、
概そ0℃〜40℃で10分〜3時間、好ましくは10〜35℃で
1〜2時間、充分に反応させる。
R 2 Zn and R 2 S are mixed with each other, and the low-boiling components of both are almost in excess.
Preferably, the ratio of low boiling point component to high boiling point component is 1.1 to 1.2.
Mix as an equivalence ratio, and both are below the boiling point of the low boiling point component,
The reaction is sufficiently performed at about 0 ° C to 40 ° C for 10 minutes to 3 hours, preferably at 10 to 35 ° C for 1 to 2 hours.

その後反応を完結するために、徐々に昇温し、30〜80℃
で10分〜2時間、好ましくは10〜15℃/時間の割で昇温
し、30〜70℃で30分〜1時間熟成させる。
After that, to complete the reaction, gradually raise the temperature to 30-80 ° C.
The temperature is raised for 10 minutes to 2 hours, preferably 10 to 15 ° C./hour, and aged at 30 to 70 ° C. for 30 minutes to 1 hour.

最後に過剰成分を蒸留により除去する。Finally, excess components are removed by distillation.

付加体の生成は以下の事実により確認できる。The formation of the adduct can be confirmed by the following facts.

(1) 両者の混合により発熱する。(1) Heat is generated by mixing the two.

(2) 生成した付加体の蒸気圧−温度曲線は、出発原
料のR2Zn及びR2Sのいずれとも異なる。
(2) The vapor pressure-temperature curve of the produced adduct is different from that of R 2 Zn and R 2 S as starting materials.

(3) 原料の仕込み量から留出過剰成分を差し引いた
残量はR2ZnとR2Sが1:1で付加体を形成していると仮定し
た重量に一致する。
(3) the remaining amount obtained by subtracting the distillate excess component from the charged amounts of the raw materials is R 2 Zn and R 2 S 1: match the weight was assumed to form the adduct with 1.

具体的な製造例として(CH32Znと(C2H52Sからなる
付加体(CH32Zn−S(C2H5について述べる。
As a specific production example, an adduct (CH 3 ) 2 Zn-S (C 2 H 5 ) 2 composed of (CH 3 ) 2 Zn and (C 2 H 5 ) 2 S will be described.

300ml丸底フラスコにS(C2H52109.5g(1.2166モル)
を仕込み、撹拌しながら(CH32Zn122.0g(1.279モ
ル)を滴下ロートにより滴下して反応させた。反応は発
熱反応で発熱量は大であつた。
S (C 2 H 5 ) 2 109.5 g (1.2166 mol) in a 300 ml round bottom flask
Was charged, and 122.0 g (1.279 mol) of (CH 3 ) 2 Zn was added dropwise with a dropping funnel and reacted with stirring. The reaction was exothermic and the amount of heat generated was large.

反応温度を10〜15℃に制御し、1時間反応を行つた。そ
の後10℃/時間の割で徐々に昇温し、38℃で30分熟成し
た。その後蒸留により不要な過剰分を留出した。生成物
は227gであつた。
The reaction temperature was controlled at 10 to 15 ° C and the reaction was carried out for 1 hour. Thereafter, the temperature was gradually raised at a rate of 10 ° C./hour and aged at 38 ° C. for 30 minutes. After that, unnecessary excess was distilled off by distillation. The product weighed 227 g.

第1図は得られた付加体の蒸気圧−温度特性を示す。横
軸が温度、縦軸が蒸気圧である。
FIG. 1 shows the vapor pressure-temperature characteristics of the obtained adduct. The horizontal axis is temperature and the vertical axis is vapor pressure.

実線が付加体の、又実線が各々、原料であるS
(C2H5及び(CH32Znの蒸気圧特性を示す。
The solid lines are the adducts, and the solid lines are the raw materials S, respectively.
2 shows vapor pressure characteristics of (C 2 H 5 ) 2 and (CH 3 ) 2 Zn.

上記の製造例と同様にして表Iに示す様なR2Zn及びR2S
の組合せに対し付加体の製造が可能である。
R 2 Zn and R 2 S as shown in Table I were prepared in the same manner as in the above Production Example.
It is possible to manufacture an adduct for the combination of.

表2にR2ZnとR2Sの付加体からなる有機亜鉛化合物の蒸
気圧を代表的温度に対し例示する。
Table 2 exemplifies the vapor pressures of organozinc compounds consisting of an adduct of R 2 Zn and R 2 S with respect to typical temperatures.

上述の製造法によつて形成される付加体は表1に示すも
ののみならず、他のR2Zn,R2Sの組み合せにおいても付加
体の製造が可能なことは明らかである。
It is apparent that the adducts formed by the above-mentioned production method are not limited to those shown in Table 1 but can be produced by using other combinations of R 2 Zn and R 2 S.

<実施例1> 上記実施例によつて得られた付加体を亜鉛ソースとする
MOCVD法によつて半導体薄膜を製造する実施例としてZnS
をとりあげ、本発明の内容を詳細に説明する。
<Example 1> The adduct obtained in the above example is used as a zinc source.
ZnS as an example of manufacturing a semiconductor thin film by the MOCVD method.
Now, the contents of the present invention will be described in detail.

第2図には本発明において用いるMOCVD装置の概略図で
ある。
FIG. 2 is a schematic diagram of the MOCVD apparatus used in the present invention.

石英ガラス製の横型反応管の内部にはSiCコーテイン
グを施したグラフアイト製サセプターが置かれ、さら
にその上には基板が置かれている。
Inside a horizontal quartz glass reaction tube, a SiC coated grafitite susceptor is placed, and on top of that a substrate is placed.

反応炉の側面から高周波加熱炉、赤外線炉、または抵抗
加熱炉などにより基板加熱を行なう。
The substrate is heated from the side of the reaction furnace by using a high-frequency heating furnace, an infrared furnace, a resistance heating furnace, or the like.

基板温度はグラフアイト製サセプターの中に埋め込ん
だ熱電対によりモニターする。反応管は排気系及び
廃ガス処理系とバルブ.を介して接続されてい
る。Znソースである付加体はバブラーに封入されてい
る。またAlのソースとなるトリエチルアルミニウム(TE
Al)はバブラーに封入されている。キヤリアーガス及
び硫化水素はそれぞれボンベ.に充填されている。
純化装置によつて精製されたキヤリアーガス及び硫化
水素はマスフローコントローラにより流量制御され
る。バブラー.に封入された付加体及び、TEAlは恒
温槽により所定温度に維持されている。バブラーの中
に適当量のキヤリアーガスを導入しバブリングを行なう
ことにより所望の量の付加体及びTEAlが供給される。バ
ブラー.及びボンベより供給された付加体、TEA
l、硫化水素はそれぞれキヤリアーガスによつて希釈さ
れた後に合流し三方バルブを経て反応管へ導入され
る。三方バルブは原料ガスの反応管への導入及び廃
ガス処理系への廃棄の切り換えを行なう。第2図には
横型反応炉を示したが縦型反応炉においても基本的構成
は同じである。但し基板の回転機構を設けることにより
得られる膜の均一性を確得する必要がある。
The substrate temperature is monitored by a thermocouple embedded in the Graphite susceptor. The reaction tube consists of an exhaust system, a waste gas treatment system, and a valve. Connected through. The Zn source adduct is enclosed in a bubbler. In addition, triethylaluminum (TE
Al) is enclosed in a bubbler. Carrier gas and hydrogen sulfide are cylinders. Is filled in.
The carrier gas and hydrogen sulfide purified by the purifier are flow-controlled by a mass flow controller. Bubbler. The additional body and TEAl sealed in are kept at a predetermined temperature in a constant temperature bath. By introducing an appropriate amount of carrier gas into the bubbler and performing bubbling, a desired amount of the adduct and TEAl can be supplied. Bubbler. And the adduct supplied from the cylinder, TEA
The hydrogen sulfide and the hydrogen sulfide are diluted with the carrier gas, respectively, and then combined and introduced into the reaction tube through the three-way valve. The three-way valve switches between introduction of raw material gas into the reaction tube and disposal to the waste gas treatment system. Although a horizontal reactor is shown in FIG. 2, the basic structure is the same in a vertical reactor. However, it is necessary to ensure the uniformity of the film obtained by providing the rotation mechanism of the substrate.

基板としては、(100)面、(100)面から(110)面の
方向に5゜あるいは2゜のずれを有する面においてスラ
イスし、表面研磨した低抵抗n−型のヒ化ガリウム(Ga
As)、リン化ガリウム(GaP)及びシリコン(Si)をト
リクロルエチレン、アセトン、メタノールによる超音波
洗浄後にエッチングを施したものを用いた。エツチング
条件は、以下の通りである。
As the substrate, low resistance n-type gallium arsenide (Ga) is sliced on the (100) plane and a plane having a deviation of 5 ° or 2 ° from the (100) plane to the (110) plane and polished.
As), gallium phosphide (GaP) and silicon (Si) were used after ultrasonic cleaning with trichloroethylene, acetone and methanol and then etching. The etching conditions are as follows.

GaAs基板、H2SO4:H2O2:H2O=3:1:1(体積比) 室温で2min GaP基板 Hcl:HNO3=3:1(体積比)室温で30sec Si基板 HF:H2O=1:1(体積比)室温で2min 純水を用いてエツチングを停止し、純水、メタノールに
て洗浄した後、ダイフロン中に保存した。基板は反応管
へのセツトを行なう直前にダイフロンより取り出し、乾
燥窒素ブローによりダイフロンを乾燥除去する。基板セ
ツトの後反応炉内を10-5Torr程度まで真空引きし、系内
に残留するガスを除く。キヤリアーガスを導入して系内
を常圧に戻した後1〜2/min程度のキヤリアーガスを
流しつつ昇温を開始する。加熱には赤外線加熱炉を用い
た。キヤリアーガスとしては、純度99.9999%のHeまた
は純化装置を通過させたH2を用いた。基板温度が所定温
度に到達し、安定した後原料ガスの供給を開始し、低抵
抗ZnS膜の成長を行なう。但しSi基板の場合には、水素
気流中900℃、10分間程度の熱処理による基板表面の清
浄化を行なう必要がある。用いた付加体はジメチル亜鉛
とジエチル硫黄によつて形成される付加体(CH32Zn−
S(C2H5である。下記に示す成長条件により約3μ
mのZnS:Al単結晶膜が形成される。
GaAs substrate, H 2 SO 4 : H 2 O 2 : H 2 O = 3: 1: 1 (volume ratio) 2min at room temperature GaP substrate Hcl: HNO 3 = 3: 1 (volume ratio) 30sec at room temperature Si substrate HF: H 2 O = 1: 1 (volume ratio) At room temperature, the etching was stopped with pure water for 2 min, washed with pure water and methanol, and then stored in Daiflon. The substrate is taken out of the diflon immediately before the reaction tube is set, and the diflon is dried and removed by dry nitrogen blowing. After the substrate is set, the inside of the reaction furnace is evacuated to about 10 -5 Torr to remove the gas remaining in the system. After introducing the carrier gas and returning the system to normal pressure, the temperature rise is started while flowing the carrier gas at about 1 to 2 / min. An infrared heating furnace was used for heating. As carrier gas, He with a purity of 99.9999% or H 2 passed through a purifier was used. After the substrate temperature reaches a predetermined temperature and becomes stable, the supply of the raw material gas is started and the low resistance ZnS film is grown. However, in the case of a Si substrate, it is necessary to clean the substrate surface by heat treatment in a hydrogen stream at 900 ° C for about 10 minutes. The adduct used is an adduct (CH 3 ) 2 Zn- formed by dimethylzinc and diethylsulfur.
S (C 2 H 5 ) 2 . Approximately 3μ under the growth conditions shown below
A ZnS: Al single crystal film of m is formed.

基板温度300〜350℃、原料導入口から基板までの距離20
cm、付加体バブリング量−15℃において30ml/min、TEAl
バブリング量−10℃において20ml/min、Heで希釈した2
%のH2Sの供給量200ml/min、キヤリアーガスを含む全ガ
ス流量4.5/min、成長時間190min。
Substrate temperature 300-350 ℃, distance from raw material inlet to substrate 20
cm, bubbling amount of adduct 30 ml / min at -15 ℃, TEAl
Bubbling amount-20 ml / min at -10 ℃, diluted with He 2
% H 2 S supply rate 200 ml / min, total gas flow rate including carrier gas 4.5 / min, growth time 190 min.

以上のプロセスにより製造したZnS:Al単結晶薄膜は室温
において比抵抗は約0.1〜10Ω・cm程度の値を再現性よ
く示した。
The ZnS: Al single crystal thin film produced by the above process showed a reproducibility of about 0.1 to 10 Ω · cm at room temperature with good reproducibility.

得られた低抵抗ZnS膜をHe−Cdレーザー(発振波長3250
Å)で励起した時に、室温において強い青色発光(発光
波長460〜470nm)を示した。
The obtained low resistance ZnS film was applied to He-Cd laser (oscillation wavelength 3250
When it was excited by Å), it showed strong blue emission at room temperature (emission wavelength 460-470 nm).

低抵抗ZnS膜の室温におけるフオトルミネツセンススペ
クトルの1例を第3図に示す。キセノンランプを用いて
励起波長を250nmから400nmまで変化させても460〜470nm
付近の発光以外は観測されなかつた。以上の事実は本発
明で作製されるZnS:Alが極めて高品位であることを示し
ている。
An example of the photoluminescence spectrum of the low resistance ZnS film at room temperature is shown in FIG. 460-470 nm even when the excitation wavelength is changed from 250 nm to 400 nm using a xenon lamp
Nothing was observed except for the light emission in the vicinity. The above facts show that the ZnS: Al produced in the present invention has an extremely high quality.

上述の実施例に示した様な工程を経て製造された付加体
を亜鉛ソースとすることにより、次の様な効果が得られ
た。
The following effects were obtained by using the zinc source as the adduct produced through the steps as shown in the above-mentioned examples.

1. 同一バブラー内に封入した付加体を用いて薄膜製造
を続けた場合同一製造条件で得られたZnS:Alの比抵抗、
フオトルミネツセンスのピーク波長及び強度、結晶品
位、薄膜の成長速度については、製造回数によつて変化
することなく同一の特性を示し、再現性は極めてよかつ
た。このとき、比抵抗、フオトルミネツセンス強度、成
長速度のバラツキは従来技術の数分の1以下であつた。
1. Specific resistance of ZnS: Al obtained under the same production conditions when thin film production is continued using the adduct enclosed in the same bubbler,
The peak wavelength and intensity of photoluminescence, the crystal quality, and the growth rate of the thin film showed the same characteristics without change depending on the number of productions, and the reproducibility was extremely good. At this time, variations in specific resistance, photoluminescence intensity, and growth rate were less than a fraction of those of the prior art.

2. ロツトの異なる付加体をソースとしてZnS:Alの製造
を行なつた時、特性のバラツキは全くなかつた。
2. When ZnS: Al was manufactured using adducts with different lots as sources, there was no variation in properties.

以上の説明から容易に類推できる如く、ZnSへのAlの添
加と同様にして、Ga,Inの添加も、対応する有機金属化
合物、例えばトリエチルガリウム(沸点=143℃)、ト
リエチルインジウム(沸点=184℃)を用いることによ
り可能である。バブリング温度における蒸気圧とバブリ
ングガスの流量から計算される供給量がトリエチルアル
ミニウムのそれと等しいとき、得られたZnS:Ga,ZnS:In
は、ZnS:Alと同様な電気的特性を示した。
As can be easily inferred from the above description, similarly to the addition of Al to ZnS, the addition of Ga and In also corresponds to the corresponding organometallic compounds such as triethylgallium (boiling point = 143 ° C.) and triethylindium (boiling point = 184 ° C.). C.) is possible. The ZnS: Ga, ZnS: In obtained when the supply amount calculated from the vapor pressure at the bubbling temperature and the flow rate of the bubbling gas was equal to that of triethylaluminum.
Showed similar electrical characteristics to ZnS: Al.

以下、本発明で製造された低抵抗ZnSのデバイス応用例
として、青色発光素子の作製について述べる。
Hereinafter, as a device application example of the low resistance ZnS manufactured by the present invention, manufacturing of a blue light emitting element will be described.

1. (100)面でスライズしたn−型GaAs基板上に、上
述のMOCVDプロセスに従つてAlドープの低抵抗ZnS層を約
3μm成長させる。
1. An Al-doped low-resistance ZnS layer is grown to a thickness of about 3 μm on the (100) -plane sliced n-type GaAs substrate according to the MOCVD process described above.

2. 基板裏面にAu−Ge(Ge=12wt−%)を約2000Å程度
蒸着後、不活性雰囲気中350℃において5〜10minの熱処
理を施して、GaAs基板へのオーム性接触を形成する。
2. After depositing Au-Ge (Ge = 12wt-%) for about 2000Å on the back surface of the substrate, heat treatment is performed at 350 ° C for 5-10 min in an inert atmosphere to form an ohmic contact with the GaAs substrate.

3. スパツタにより約100ÅのSiO2をZnS上に積層する。3. Lay about 100Å SiO 2 on ZnS with a sputter.

4. SiO2上に厚さ300〜500Å程度のAu半透明電極を積層
する。
4. A semi-transparent Au electrode having a thickness of about 300 to 500 Å is laminated on SiO 2 .

以上の様にして作製されたMIS構造を有する素子の表面A
u電極と、GaAs基板に設けたオーム性接触の間に順方向
のバイアス電圧を印加すると、1〜2V付近から発光が観
測された。発光スペクトルは室温において460〜470nm付
近にピークを有し、発光強度は素子を流れる電流に比例
して増大した。量子効率は約10-3であつた。
Surface A of the device having the MIS structure manufactured as described above
When a forward bias voltage was applied between the u electrode and the ohmic contact provided on the GaAs substrate, light emission was observed from around 1 to 2V. The emission spectrum had a peak at around 460-470 nm at room temperature, and the emission intensity increased in proportion to the current flowing through the device. The quantum efficiency was about 10 -3 .

薄膜の特性に対する効果と同様に、<実施例1>に示し
た付加体を亜鉛ソースとすることにより、発光素子の閾
値電圧、電流及び量子効率等の特性のバラツキが大幅に
低減でき、従来技術の数分の1以下になつた。
Similar to the effect on the characteristics of the thin film, by using the zinc oxide source as the adduct described in <Example 1>, it is possible to greatly reduce the variations in characteristics such as the threshold voltage, the current and the quantum efficiency of the light emitting device. It is less than a fraction of the above.

m族元素の有機金属化合物の代りに、塩素、塩化水素あ
るいはハロゲン元素を含む有機化合物を上述の実施例に
おけるZnS成長時に導入することにより、ZnS:Alと同様
の電気的特性を呈するZnS:X(X=Cl,Br,I)なる単結晶
薄膜が製造できる。これを発光層とするMIS型青色発光
素子が作製できた。得られた素子の特性はZnS:Alを発光
層とする素子と同様であつた。
By introducing an organic compound containing chlorine, hydrogen chloride or a halogen element in place of the organometallic compound of the m-group element during the ZnS growth in the above-mentioned embodiment, ZnS: X exhibiting the same electrical characteristics as ZnS: Al. A single crystal thin film of (X = Cl, Br, I) can be manufactured. A MIS type blue light emitting device using this as a light emitting layer could be manufactured. The characteristics of the obtained device were similar to those of the device using ZnS: Al as the light emitting layer.

本実施例においては(CH32Znと(C2H52Sから得られ
る付加体を用いたが、表−2に示す付加体及び同様にし
て形成される他の付加体をZnソースとしても供給量や製
造条件が本実施例と同じであれば(CH32Zn−S(C
2H5を用いて得られる薄膜と同様の特性を有するも
のが得られた。また上記薄膜を用いて製造した素子の特
性もDMZ−DESを用いて製造した薄膜からなる素子と同様
であつた。
In this example, an adduct obtained from (CH 3 ) 2 Zn and (C 2 H 5 ) 2 S was used. However, the adducts shown in Table 2 and other adducts formed in the same manner as Zn were used. As the source, if the supply amount and manufacturing conditions are the same as in this example, (CH 3 ) 2 Zn-S (C
A thin film having the same characteristics as the thin film obtained by using 2 H 5 ) 2 was obtained. The characteristics of the device manufactured using the above-mentioned thin film were similar to those of the device composed of the thin film manufactured using DMZ-DES.

<実施例2> <実施例1>において、硫化水素の代りにセレン化水素
又は、ジアルキルテルル(以下R2Teと略す)を導入する
ことによりZnSe,ZnTe単結晶薄膜がGaAs,Geなどの単結晶
基板上に形成できる。
<Example 2> In <Example 1>, by introducing hydrogen selenide or dialkyl tellurium (hereinafter abbreviated as R 2 Te) in place of hydrogen sulfide, a ZnSe, ZnTe single crystal thin film is formed of GaAs, Ge or the like. It can be formed on a crystal substrate.

さらに、複数のVI族元素ソースを同時に供給することに
より、ZnSxSe1−x、ZnSxTe1−x、ZnSexTe1−x(0<
x<1)などの混晶の単結晶薄膜の成長も可能である。
Further, by simultaneously supplying a plurality of VI group element sources, ZnSxSe1-x, ZnSxTe1-x, ZnSexTe1-x (0 <
It is also possible to grow a mixed crystal single crystal thin film such as x <1).

これらの単結晶薄膜にIII族元素又はハロゲン元素をド
ーピングして得られる発光層の上にアンドープの絶縁性
ZnS及び電極層を積層してMIS構造とすることにより、発
光層のバンドギヤツプで決まる発光を呈するMIS型LEDの
製作が可能である。
The undoped insulating property on the light emitting layer obtained by doping these single crystal thin films with group III elements or halogen elements
By stacking ZnS and electrode layers to form an MIS structure, it is possible to manufacture an MIS type LED that emits light determined by the band gap of the light emitting layer.

また、GaAs上に形成したn−型ZnSe又はn−型ZnSxSe1
−x上にP−型ZnSe又はP−型ZnSxSe1−xを積層する
ことにより、P−n接合型の発光ダイオードへの応用も
可能である。
In addition, n-type ZnSe or n-type ZnSxSe1 formed on GaAs
By stacking P-type ZnSe or P-type ZnSxSe1-x on -x, application to a Pn junction type light emitting diode is also possible.

さらに、上述の混晶薄膜を積層することによりGaAs、G
e、InAsなどの単結晶基板上に次の様な材料系からなる
ダブル・ヘテロ構造又は超格子構造を有する発光素子へ
の応用も可能である。
Furthermore, by stacking the above mixed crystal thin films, GaAs, G
It is also applicable to a light emitting device having a double hetero structure or a superlattice structure made of the following material systems on a single crystal substrate such as e or InAs.

Zn(STe)/Zn(SSeTe)/GaAs,Ge. ZnS0.6Te0.4/ZnSe/GaAs ZnSeTe/Zn(SSeTe)/GaAs,Ge,InAs 以上の説明から明らかな様に、本発明に係る半導体薄膜
の製造法は、Znを構成元素とするII−VI族化合物半導体
及びその混晶薄膜の製造に上述の実施例で示した効果と
同等の効果を発揮するものである。容易に類推できる様
に、成長基板の選択により、本発明は多結晶薄膜への応
用も可能である。
Zn (STe) / Zn (SSeTe) / GaAs, Ge. ZnS0.6Te0.4 / ZnSe / GaAs ZnSeTe / Zn (SSeTe) / GaAs, Ge, InAs As is apparent from the above description, the semiconductor thin film according to the present invention The manufacturing method of (1) exhibits the same effects as those shown in the above-described embodiments for manufacturing II-VI group compound semiconductors having Zn as a constituent element and mixed crystal thin films thereof. As can be easily analogized, the present invention can be applied to a polycrystalline thin film by selecting a growth substrate.

<発明の効果> 以上説明した様に、一般式R2Zn−SR2(RはCnH2n+1を表
す)で表されるジアルキル亜鉛とジアルキル硫黄の付加
体を亜鉛ソースとする有機金属気相熱分解法により、II
−VI族化合物半導体薄膜を形成することにより、高品質
な薄膜を、きわめて優れた再現性で製造できる様になつ
た。
<Effects of the Invention> As described above, an organometallic gas containing an adduct of a dialkylzinc and a dialkylsulfur represented by the general formula R 2 Zn-SR 2 (R represents CnH 2 n +1 ) as a zinc source is used. II by the phase pyrolysis method
By forming a group VI compound semiconductor thin film, a high quality thin film can be manufactured with extremely excellent reproducibility.

本発明が可視発光ダイオード、半導体レーザー、及び薄
膜EL素子等の製造に対して寄与するところ極めて大きい
と確信する。
We believe that the present invention makes a great contribution to the production of visible light emitting diodes, semiconductor lasers, thin film EL devices and the like.

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

第1図は(CH32Zn−S(C2H5の蒸気圧−温度特性
図。 1……温度、2……蒸気圧、3……付加体、4……(C2
H52S、5……(CH32Zn 第2図は本発明において用いるMOCVD装置の概略図。 6……石英ガラス製反応管、7……SiCコーテイングを
施したグラフアイト製サセプター、8……基板、9……
高周波加熱炉又は赤外線炉又は抵抗加熱炉、10……熱電
対、11……排気系、12……廃ガス処理系、13,14……バ
ルブ、15……付加体の入つたバブラー、16……トリエチ
ルアルミニウムなどのIII族元素の有機金属化合物の入
つたバブラー、17……キヤリアーガスの入つたボンベ、
18……硫化水素の入つたボンベ、19……ガス純化装置、
20……マスプロコントローラ、21……恒温槽、22……三
方バルブ、23……バルブ 第3図は本発明において作製された低抵抗ZnS:Alのフオ
トルミネツセンススペクトル。
Figure 1 is (CH 3) 2 Zn-S (C 2 H 5) 2 vapor pressure - temperature characteristic diagram. 1 ... Temperature, 2 ... Vapor pressure, 3 ... Additional body, 4 ... (C 2
H 5 ) 2 S, 5 ... (CH 3 ) 2 Zn FIG. 2 is a schematic view of the MOCVD apparatus used in the present invention. 6 ... Quartz glass reaction tube, 7 ... SiC coated graphite susceptor, 8 ... Substrate, 9 ...
High frequency heating furnace or infrared furnace or resistance heating furnace, 10 …… thermocouple, 11 …… exhaust system, 12 …… waste gas treatment system, 13,14 …… valve, 15 …… bubbler with additional body, 16… … Bubblers containing organometallic compounds of Group III elements such as triethylaluminum, 17… Cylinders containing carrier gas,
18 …… Cylinder containing hydrogen sulfide, 19 …… Gas purifier,
20 ... Mass controller, 21 ... Constant temperature bath, 22 ... Three-way valve, 23 ... Valve FIG. 3 is a photoluminescence spectrum of low resistance ZnS: Al produced in the present invention.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一般式R2Zn−SR2(RはCnH2n+1を表す)で
表されるジアルキル亜鉛とジアルキル硫黄の付加体を亜
鉛ソースとする有機金属気相熱分解法により、II−VI族
化合物半導体薄膜を形成することを特徴とする半導体薄
膜の製造法。
1. A metal-organic vapor phase pyrolysis method using a zinc source of an adduct of a dialkylzinc represented by the general formula R 2 Zn-SR 2 (R represents CnH 2 n +1 ) as a zinc source. A method for producing a semiconductor thin film, which comprises forming a II-VI group compound semiconductor thin film.
【請求項2】前記付加体として、ジアルキル亜鉛及びジ
アルキル硫黄を両者のうち低沸点成分の量を過剰に混合
し、反応及び熟成を行った後、前記過剰に混合した成分
を留出除去して得られるジアルキル亜鉛とジアルキル硫
黄の付加体を用いることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の半導体薄膜の製造法。
2. As the adduct, dialkylzinc and dialkylsulfur are mixed in excess with an amount of a low boiling point component of both, and after reaction and aging, the excess mixed component is distilled off. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the resulting adduct of dialkylzinc and dialkylsulfur is used.
【請求項3】前記反応及び熟成が、0℃〜40℃に保持す
る工程、徐々に昇温する工程、しかる後に30℃〜80℃に
保持する工程を含む加熱処理による反応及び熟成である
ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導体薄
膜の製造法。
3. The reaction and aging are the reaction and aging by heat treatment including a step of holding at 0 ° C. to 40 ° C., a step of gradually raising the temperature, and then a step of holding at 30 ° C. to 80 ° C. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 2, wherein:
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