JPH06256090A - 結晶成長装置 - Google Patents
結晶成長装置Info
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- JPH06256090A JPH06256090A JP6353793A JP6353793A JPH06256090A JP H06256090 A JPH06256090 A JP H06256090A JP 6353793 A JP6353793 A JP 6353793A JP 6353793 A JP6353793 A JP 6353793A JP H06256090 A JPH06256090 A JP H06256090A
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Landscapes
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 適性キャリア濃度の高品質なＰ型II−VI族化
合物半導体結晶（例えば、ZnSe結晶）が得られるエピタ
キシャル成長用装置を提供する。 【構成】 導入ガス（窒素ガス）をＥＣＲ（電子サイク
ロトロン共鳴）のマイクロ波放電によりプラズマ分解
し、これを原料分子線が供給された基板表面へ照射して
成長を行なう。プラズマ分解させるラジカル発生装置の
ラジカルガン２５の放電室２５Ａと、結晶成長が行なわ
れるチャンバとを仕切るアパーチャー３５に、ラジカル
量制御用の孔３５ａ（３５ｂ）を設ける。このラジカル
量制御用の孔は、直径約 0.5mm以下とする。
合物半導体結晶（例えば、ZnSe結晶）が得られるエピタ
キシャル成長用装置を提供する。 【構成】 導入ガス（窒素ガス）をＥＣＲ（電子サイク
ロトロン共鳴）のマイクロ波放電によりプラズマ分解
し、これを原料分子線が供給された基板表面へ照射して
成長を行なう。プラズマ分解させるラジカル発生装置の
ラジカルガン２５の放電室２５Ａと、結晶成長が行なわ
れるチャンバとを仕切るアパーチャー３５に、ラジカル
量制御用の孔３５ａ（３５ｂ）を設ける。このラジカル
量制御用の孔は、直径約 0.5mm以下とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物薄膜の結晶成長
装置に係り、特に、青色発光ダイオードや短波長レーザ
などの発光素子に用いるII−VI族化合物半導体結晶のエ
ピタキシャル成長に使用して好適な結晶成長装置に関す
るものである。
装置に係り、特に、青色発光ダイオードや短波長レーザ
などの発光素子に用いるII−VI族化合物半導体結晶のエ
ピタキシャル成長に使用して好適な結晶成長装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】II−VI族化合物のエピタキシャル成長方
法としてＭＢＥ（Molecular BeamEpitaxy、分子線エピ
タキシャル成長）法がある。ＭＢＥ法は、超高真空蒸着
法の一種で、原料分子線を基板にあてて薄膜成長させる
方法である。また、II−VI族化合物半導体（結晶）の中
で、ZnSeは室温で2.7eV の直接遷移型のバンド構造を有
するため、青色ＬＥＤ（発光ダイオード）や青色ＬＤ
（レーザダイオード）の材料として期待されている。そ
して、これら半導体デバイスの開発をするには、できる
限り低抵抗のＰ型結晶及びＮ型結晶が必要不可欠であ
る。
法としてＭＢＥ（Molecular BeamEpitaxy、分子線エピ
タキシャル成長）法がある。ＭＢＥ法は、超高真空蒸着
法の一種で、原料分子線を基板にあてて薄膜成長させる
方法である。また、II−VI族化合物半導体（結晶）の中
で、ZnSeは室温で2.7eV の直接遷移型のバンド構造を有
するため、青色ＬＥＤ（発光ダイオード）や青色ＬＤ
（レーザダイオード）の材料として期待されている。そ
して、これら半導体デバイスの開発をするには、できる
限り低抵抗のＰ型結晶及びＮ型結晶が必要不可欠であ
る。
【０００３】従来より、Ｎ型結晶については、ドーピン
グ材料にZnCl2 を用いて分子線蒸発セルよりCl,Ze,Seビ
ームを同時に基板へ照射させてZnSeをＭＢＥ成長させ、
キャリア濃度１×１０18cm-3，比抵抗３×１０-3Ωcmの
低抵抗の比較的良好なＮ型結晶が得られている。（例え
ば、文献 J.Appl.Phys 62(1987)3216参照) 一方、Ｐ型結晶については、Ｌ−カップリング型の高周
波（13.56MHz) 無電極放電管にＮ2 ガスを導入すること
により窒素ラジカルを生成し、そのラジカルをZe,Se ビ
ームと同様に基板に照射してZnSeをＭＢＥ成長させ、キ
ャリア濃度４．４×１０15cm-3，比抵抗１６ΩcmのＰ型
結晶が得られている。（例えば、文献Japan.J.Appl.Phy
s 30(1991)L152参照)
グ材料にZnCl2 を用いて分子線蒸発セルよりCl,Ze,Seビ
ームを同時に基板へ照射させてZnSeをＭＢＥ成長させ、
キャリア濃度１×１０18cm-3，比抵抗３×１０-3Ωcmの
低抵抗の比較的良好なＮ型結晶が得られている。（例え
ば、文献 J.Appl.Phys 62(1987)3216参照) 一方、Ｐ型結晶については、Ｌ−カップリング型の高周
波（13.56MHz) 無電極放電管にＮ2 ガスを導入すること
により窒素ラジカルを生成し、そのラジカルをZe,Se ビ
ームと同様に基板に照射してZnSeをＭＢＥ成長させ、キ
ャリア濃度４．４×１０15cm-3，比抵抗１６ΩcmのＰ型
結晶が得られている。（例えば、文献Japan.J.Appl.Phy
s 30(1991)L152参照)
【０００４】しかし、従来のＰ型結晶の成長方法、すな
わち無電極放電管を利用した方法では、高密度プラズマ
が得られず、また、原子への解離が生じない。このた
め、上述したように、Ｎ型結晶と比較してキャリア濃度
が低く、比抵抗が高いＰ型結晶しか得られなかった。さ
らに、無電極放電管を利用した方法では、放電室を構成
するＳｉＯ2 などが不純物として、結晶中に混入してし
まうこともあった。
わち無電極放電管を利用した方法では、高密度プラズマ
が得られず、また、原子への解離が生じない。このた
め、上述したように、Ｎ型結晶と比較してキャリア濃度
が低く、比抵抗が高いＰ型結晶しか得られなかった。さ
らに、無電極放電管を利用した方法では、放電室を構成
するＳｉＯ2 などが不純物として、結晶中に混入してし
まうこともあった。
【０００５】そこで、本出願人は、新たな結晶成長方法
として、「結晶成長方法及び結晶成長用ラジカル発生装
置」（特願平４−７８４６９号）を発明し出願してい
る。これは、導入ガス（例えば、窒素ガス）をＥＣＲ
（電子サイクロトロン共鳴）のマイクロ波放電によりプ
ラズマ分解し、これを原料分子線が供給された基板表面
へ照射して成長を行なうものである。
として、「結晶成長方法及び結晶成長用ラジカル発生装
置」（特願平４−７８４６９号）を発明し出願してい
る。これは、導入ガス（例えば、窒素ガス）をＥＣＲ
（電子サイクロトロン共鳴）のマイクロ波放電によりプ
ラズマ分解し、これを原料分子線が供給された基板表面
へ照射して成長を行なうものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た結晶成長方法（それを実施する装置）では、結晶成長
させる基板へラジカルが過剰に供給されて、結晶品質が
悪化する場合があった。
た結晶成長方法（それを実施する装置）では、結晶成長
させる基板へラジカルが過剰に供給されて、結晶品質が
悪化する場合があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題を解決するために、例えば、図１及び図２に示すよう
に、導入ガスをマイクロ波放電によりプラズマ分解して
ラジカルを発生させ、このラジカルを原料分子線が供給
されたチャンバ２１内の基板１５の表面へ照射して、結
晶成長を行なう結晶成長装置であって、マイクロ波放電
によりラジカルを発生させる放電室２５Ａと、結晶成長
が行なわれチャンバ２１と、前記放電室と前記チャンバ
とを仕切るアパーチャー３５とからなり、前記アパーチ
ャーに、直径約 0.5mm以下であるラジカル量制御用の孔
３５ａ（３５ｂ）を設けたことを特徴とする結晶成長装
置を提供するものである。
題を解決するために、例えば、図１及び図２に示すよう
に、導入ガスをマイクロ波放電によりプラズマ分解して
ラジカルを発生させ、このラジカルを原料分子線が供給
されたチャンバ２１内の基板１５の表面へ照射して、結
晶成長を行なう結晶成長装置であって、マイクロ波放電
によりラジカルを発生させる放電室２５Ａと、結晶成長
が行なわれチャンバ２１と、前記放電室と前記チャンバ
とを仕切るアパーチャー３５とからなり、前記アパーチ
ャーに、直径約 0.5mm以下であるラジカル量制御用の孔
３５ａ（３５ｂ）を設けたことを特徴とする結晶成長装
置を提供するものである。
【０００８】
【作用】上記結晶成長装置によれば、マイクロ波放電に
より高密度プラズマ状態が生じて、ラジカル（高い励起
状態にある電気的中性の原子・分子）が放電室２５Ａに
発生する。このラジカルはチャンバ２１内の基板１５に
照射され、基板に付着したラジカルが励起エネルギー、
化学エネルギーを基板表面で解放して表面反応を高め、
導入ガスの原子及び分子が解離して原子が基板結晶中に
取り込まれる。この時、放電室２５Ａとチャンバ２１と
を仕切るアパーチャー３５のラジカル量制御用の孔３５
ａ（，３５ｂ）により、チャンバ内の基板へのラジカル
の供給が適性量に制御される。
より高密度プラズマ状態が生じて、ラジカル（高い励起
状態にある電気的中性の原子・分子）が放電室２５Ａに
発生する。このラジカルはチャンバ２１内の基板１５に
照射され、基板に付着したラジカルが励起エネルギー、
化学エネルギーを基板表面で解放して表面反応を高め、
導入ガスの原子及び分子が解離して原子が基板結晶中に
取り込まれる。この時、放電室２５Ａとチャンバ２１と
を仕切るアパーチャー３５のラジカル量制御用の孔３５
ａ（，３５ｂ）により、チャンバ内の基板へのラジカル
の供給が適性量に制御される。
【０００９】
【実施例】本発明なる結晶成長装置の一実施例を以下図
面と共に詳細に説明する。図１は、結晶成長装置の一例
であるＭＢＥ（ Moleculer Beam Epitaxy ）装置（２
０）を示すものである。同図において、２１はチャン
バ、２２，２３は固体原料（Ｓｍ）を加熱蒸発する分子
線蒸発源セル、２４は液体窒素シュラウドである。ＭＢ
Ｅ装置２０には、チャンバ２１の中心部に基板支持台２
６が配置され、この基板支持台２６上に半導体基板結晶
１５を支持するようになっている。２７は各分子線セル
２２及び２２ａの分子線の出射口２２ａ及び２３ａの前
面部に設置されたセルシャッタである。２８はメインシ
ャッタであり、前記支持台２６の前面部に設置されてい
る。なお、３１は半導体基板結晶（結晶基板）１５を加
熱する加熱用ヒータである。また、２５は導入ガス（例
えば窒素）をマイクロ波放電によりプラズマ分解し、窒
素プラズマを半導体基板結晶１５の表面へ照射するラジ
カルガンである。ラジカルガンは、例えばＥＣＲ（電子
サイクロトロン共鳴）プラズマを生成するラジカル発生
装置である。図２（Ａ）に示すように、円筒状のラジカ
ルガン２５は、放電室２５Ａ、マグネット３２、アンテ
ナ３３、ガス導入管３４、アパーチャー３５で構成され
ており、ＭＢＥ装置２０に取付けられている（図１参
照）。
面と共に詳細に説明する。図１は、結晶成長装置の一例
であるＭＢＥ（ Moleculer Beam Epitaxy ）装置（２
０）を示すものである。同図において、２１はチャン
バ、２２，２３は固体原料（Ｓｍ）を加熱蒸発する分子
線蒸発源セル、２４は液体窒素シュラウドである。ＭＢ
Ｅ装置２０には、チャンバ２１の中心部に基板支持台２
６が配置され、この基板支持台２６上に半導体基板結晶
１５を支持するようになっている。２７は各分子線セル
２２及び２２ａの分子線の出射口２２ａ及び２３ａの前
面部に設置されたセルシャッタである。２８はメインシ
ャッタであり、前記支持台２６の前面部に設置されてい
る。なお、３１は半導体基板結晶（結晶基板）１５を加
熱する加熱用ヒータである。また、２５は導入ガス（例
えば窒素）をマイクロ波放電によりプラズマ分解し、窒
素プラズマを半導体基板結晶１５の表面へ照射するラジ
カルガンである。ラジカルガンは、例えばＥＣＲ（電子
サイクロトロン共鳴）プラズマを生成するラジカル発生
装置である。図２（Ａ）に示すように、円筒状のラジカ
ルガン２５は、放電室２５Ａ、マグネット３２、アンテ
ナ３３、ガス導入管３４、アパーチャー３５で構成され
ており、ＭＢＥ装置２０に取付けられている（図１参
照）。
【００１０】そして、ラジカルガン２５の放電室２５Ａ
と、チャンバ２１（内の基板支持台２６の半導体基板結
晶１５）とは、アパーチャー３５で仕切られるように構
成されている。さらに、アパーチャー３５には、図２
（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、直径約0.5mm以下のラ
ジカル量制御用の孔３５ａ（３５ｂ）が１個または複数
個形成されている。孔３５ａ（図２（Ｂ））は、直径約
0.5mmの１個の孔である。これに対して、孔３５ｂ（図
２（Ｃ））は、直径約 0.5mm以下の複数の孔群であり、
その全体の面積が、直径約 0.5mmの１個の孔の面積に略
等しくなるように構成されている。また、後に詳述する
ように、放電室２５Ａの壁面または全体が、成長結晶さ
せる構成元素（例えば、Ｚｎ）またはその混合物で形成
されている。なお、ガス導入管３４には、ドーピング用
の窒素ガスが供給されている。
と、チャンバ２１（内の基板支持台２６の半導体基板結
晶１５）とは、アパーチャー３５で仕切られるように構
成されている。さらに、アパーチャー３５には、図２
（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、直径約0.5mm以下のラ
ジカル量制御用の孔３５ａ（３５ｂ）が１個または複数
個形成されている。孔３５ａ（図２（Ｂ））は、直径約
0.5mmの１個の孔である。これに対して、孔３５ｂ（図
２（Ｃ））は、直径約 0.5mm以下の複数の孔群であり、
その全体の面積が、直径約 0.5mmの１個の孔の面積に略
等しくなるように構成されている。また、後に詳述する
ように、放電室２５Ａの壁面または全体が、成長結晶さ
せる構成元素（例えば、Ｚｎ）またはその混合物で形成
されている。なお、ガス導入管３４には、ドーピング用
の窒素ガスが供給されている。
【００１１】上記のように構成されたＭＢＥ装置２０を
用いて以下のように結晶成長が行なわれる。ＭＢＥ装置
２０の分子線蒸発源セル２２にはIIｂ族の原料、例えば
Ｚｎが充填され、同分子線蒸発源セル２３にはVIｂ族の
原料、例えばＳｅが充填されている。さらに、ラジカル
ガン２５に接続されたボンベ２９にはVb族の例えばＮ2
が封入されている。
用いて以下のように結晶成長が行なわれる。ＭＢＥ装置
２０の分子線蒸発源セル２２にはIIｂ族の原料、例えば
Ｚｎが充填され、同分子線蒸発源セル２３にはVIｂ族の
原料、例えばＳｅが充填されている。さらに、ラジカル
ガン２５に接続されたボンベ２９にはVb族の例えばＮ2
が封入されている。
【００１２】そして、分子線蒸発源セル２２，２３を所
望の分子線量になるように加熱保持して、分子線蒸発源
セル２２よりＺｎ分子を蒸発させ、分子線蒸発源セル２
３よりＳｅ分子を蒸発させる。さらに、ボンベ２９より
Ｎ2 ガスをＭＦＣ（Massflow Controller ）３０により
流量制御し、ガス導入管３４より放電室２５Ａに導入す
る。マイクロ波電源３６からマイクロ波（電流）を供給
してアンテナ３３より2.45GHz のマイクロ波を印加する
と、放電室２５Ａ内でマイクロ波放電が発生し、窒素ラ
ジカルが生成する。発生した窒素ラジカルはアパーチャ
ー３５の孔３５ａ（または３５ｂ、いずれも図２参照）
から差圧により結晶基板１５へ照射される。ＥＣＲプラ
ズマ、すなわちマイクロ波放電を利用することにより、
高密度のプラズマ（１０12cm-3）が作成でき、窒素ラジ
カル（高い励起状態にある電気的中性の窒素原子、分
子）を発生させることができる。なお、マイクロ波放電
では導入パワーの９０パーセント以上を放電吸収するこ
とが可能である。
望の分子線量になるように加熱保持して、分子線蒸発源
セル２２よりＺｎ分子を蒸発させ、分子線蒸発源セル２
３よりＳｅ分子を蒸発させる。さらに、ボンベ２９より
Ｎ2 ガスをＭＦＣ（Massflow Controller ）３０により
流量制御し、ガス導入管３４より放電室２５Ａに導入す
る。マイクロ波電源３６からマイクロ波（電流）を供給
してアンテナ３３より2.45GHz のマイクロ波を印加する
と、放電室２５Ａ内でマイクロ波放電が発生し、窒素ラ
ジカルが生成する。発生した窒素ラジカルはアパーチャ
ー３５の孔３５ａ（または３５ｂ、いずれも図２参照）
から差圧により結晶基板１５へ照射される。ＥＣＲプラ
ズマ、すなわちマイクロ波放電を利用することにより、
高密度のプラズマ（１０12cm-3）が作成でき、窒素ラジ
カル（高い励起状態にある電気的中性の窒素原子、分
子）を発生させることができる。なお、マイクロ波放電
では導入パワーの９０パーセント以上を放電吸収するこ
とが可能である。
【００１３】このようにして、窒素ラジカルを結晶基板
１５へ照射すると、付着した窒素ラジカルが化学エネル
ギー、励起エネルギーを結晶基板１５の表面上で解放
し、表面反応が高まり結晶中へ取込まれ、Ｐ型ZnSe結晶
が得られる。この時、放電室２５Ａとチャンバ２１とを
仕切るアパーチャー３５の孔３５ａ（３５ｂ）により、
チャンバ２１内の結晶基板１５への窒素ラジカルの供給
が適性量に制御される。したがって、結晶基板１５へ窒
素ラジカルが過剰に供給されて、結晶品質が悪化するこ
とがなく、適性キャリア濃度の高品質な結晶が得られ
る。また、ＥＣＲプラズマは放電室内圧力１０-2〜１０
-5Torrで放電が発生するため、成長室内をより高真空に
維持することができＭＢＥ成長を阻害することがない。
１５へ照射すると、付着した窒素ラジカルが化学エネル
ギー、励起エネルギーを結晶基板１５の表面上で解放
し、表面反応が高まり結晶中へ取込まれ、Ｐ型ZnSe結晶
が得られる。この時、放電室２５Ａとチャンバ２１とを
仕切るアパーチャー３５の孔３５ａ（３５ｂ）により、
チャンバ２１内の結晶基板１５への窒素ラジカルの供給
が適性量に制御される。したがって、結晶基板１５へ窒
素ラジカルが過剰に供給されて、結晶品質が悪化するこ
とがなく、適性キャリア濃度の高品質な結晶が得られ
る。また、ＥＣＲプラズマは放電室内圧力１０-2〜１０
-5Torrで放電が発生するため、成長室内をより高真空に
維持することができＭＢＥ成長を阻害することがない。
【００１４】（具体例）前述した図１及び図２に示した
ラジカルガン２５を用いて、ZnSeのＰ型成長を行なっ
た。ＭＢＥ成長において、ラジカルの発生には窒素ガス
（100 パーセント）を用いてマイクロ波放電を行なわせ
た。放電室２５Ａに窒素ガスを１sccm流し、2.45GHz の
マイクロ波を100W印加してラジカルを発生させた。な
お、マグネット３２の磁束は 875Gauss である。発生し
たラジカルは、アパーチャー３５の直径 0.5mmの孔３５
ａ（または３５ｂ）より予め真空排気された１０-10 To
rrの（ＭＢＥ装置２０の）成長室（チャンバ２１）に導
入した。このラジカルと各々7.6 ×10-7Torr,1.5×10-6
Torrに蒸気圧を調整したZeとSe分子線を、予め高抵抗Zn
Se薄膜を成長させた（１００）GaAs基板へ同時照射し、
Ｐ型ZnSe結晶を成長させた。成長時、基板の温度は250
度、成長中の圧力は約１０-8Torrであった。
ラジカルガン２５を用いて、ZnSeのＰ型成長を行なっ
た。ＭＢＥ成長において、ラジカルの発生には窒素ガス
（100 パーセント）を用いてマイクロ波放電を行なわせ
た。放電室２５Ａに窒素ガスを１sccm流し、2.45GHz の
マイクロ波を100W印加してラジカルを発生させた。な
お、マグネット３２の磁束は 875Gauss である。発生し
たラジカルは、アパーチャー３５の直径 0.5mmの孔３５
ａ（または３５ｂ）より予め真空排気された１０-10 To
rrの（ＭＢＥ装置２０の）成長室（チャンバ２１）に導
入した。このラジカルと各々7.6 ×10-7Torr,1.5×10-6
Torrに蒸気圧を調整したZeとSe分子線を、予め高抵抗Zn
Se薄膜を成長させた（１００）GaAs基板へ同時照射し、
Ｐ型ZnSe結晶を成長させた。成長時、基板の温度は250
度、成長中の圧力は約１０-8Torrであった。
【００１５】アパーチャー３５の孔の直径を、 2mm，
0.5mm， 0.2mmとして、窒素ラジカルをドーピングし
て、それぞれＰ型ZnSe結晶を成長させた。なお、直径 2
mm， 0.5mm， 0.2mmの孔は、いづれも１個の孔３５ａで
ある。図３に各直径の場合の代表的なＰＬ（Photolumin
escence)を示す。直径 2mmでは、極めて弱いデイープ発
光（深い順位からの発光）しか見られないのに対して、
直径 0.5mmへ縮小することによりＤＡＰ（ドナーとアク
セプターによる発光）が見られた。さらに、直径 0.2mm
へ縮小することにより、アクセプターに束縛された励起
子の発光が見られるようになった。したがって、アパー
チャー３５の孔の直径を縮小することにより、結晶が高
品質化し、光学的特性が向上するといえる。
0.5mm， 0.2mmとして、窒素ラジカルをドーピングし
て、それぞれＰ型ZnSe結晶を成長させた。なお、直径 2
mm， 0.5mm， 0.2mmの孔は、いづれも１個の孔３５ａで
ある。図３に各直径の場合の代表的なＰＬ（Photolumin
escence)を示す。直径 2mmでは、極めて弱いデイープ発
光（深い順位からの発光）しか見られないのに対して、
直径 0.5mmへ縮小することによりＤＡＰ（ドナーとアク
セプターによる発光）が見られた。さらに、直径 0.2mm
へ縮小することにより、アクセプターに束縛された励起
子の発光が見られるようになった。したがって、アパー
チャー３５の孔の直径を縮小することにより、結晶が高
品質化し、光学的特性が向上するといえる。
【００１６】また、結晶をＳＩＭＳ測定で窒素を定量す
ると、直径 2mmでは 4×1020cm-3であり、直径 0.2mmで
は 2×1018cm-3であった。このように、直径 2mmでは、
オーバードーピングにより結晶が悪化してしまった。一
般的なデバイスに使用されるキャリア濃度は1018cm-3の
オーダなので、電気的特性からもアパーチャー３５の孔
の直径を、 0.5mm以下にすると良いといえる。
ると、直径 2mmでは 4×1020cm-3であり、直径 0.2mmで
は 2×1018cm-3であった。このように、直径 2mmでは、
オーバードーピングにより結晶が悪化してしまった。一
般的なデバイスに使用されるキャリア濃度は1018cm-3の
オーダなので、電気的特性からもアパーチャー３５の孔
の直径を、 0.5mm以下にすると良いといえる。
【００１６】このように、窒素ガスをＥＣＲ（電子サイ
クロトロン共鳴）のマイクロ波放電によりプラズマ分解
し、これを原料分子線が供給された結晶基板１５の表面
へ照射して結晶成長させるときには、すなわち、プラズ
マで作成したラジカル（例えば、窒素ラジカル）により
結晶成長させるときには、アパーチャー３５の孔の直径
を 0.5mm以下として、ラジカルの供給を適性量に制御す
ると、適性キャリア濃度の高品質なＰ型化合物薄膜（例
えば、Ｐ型ZnSe結晶）が再現性良く得られる。
クロトロン共鳴）のマイクロ波放電によりプラズマ分解
し、これを原料分子線が供給された結晶基板１５の表面
へ照射して結晶成長させるときには、すなわち、プラズ
マで作成したラジカル（例えば、窒素ラジカル）により
結晶成長させるときには、アパーチャー３５の孔の直径
を 0.5mm以下として、ラジカルの供給を適性量に制御す
ると、適性キャリア濃度の高品質なＰ型化合物薄膜（例
えば、Ｐ型ZnSe結晶）が再現性良く得られる。
【００１７】このとき、孔３５ｂ（図２（Ｃ））のよう
に、ラジカル量制御用の孔を直径約0.5mm以下の複数の
孔群で構成すると、ラジカルが均一に基板にあたるの
で、結晶にむらが生じない（キャリア濃度が均一とな
る）。例えば、複数個の直径 0.2mmの孔からなる孔群３
５ｂとする。なお、６個の直径 0.2mmの孔からなる孔群
３５ｂとして、孔群３５ｂ全体の面積が、直径約 0.5mm
の１個の孔の面積に略等しくなるように構成しておく
と、所望のキャリア濃度が得られる。
に、ラジカル量制御用の孔を直径約0.5mm以下の複数の
孔群で構成すると、ラジカルが均一に基板にあたるの
で、結晶にむらが生じない（キャリア濃度が均一とな
る）。例えば、複数個の直径 0.2mmの孔からなる孔群３
５ｂとする。なお、６個の直径 0.2mmの孔からなる孔群
３５ｂとして、孔群３５ｂ全体の面積が、直径約 0.5mm
の１個の孔の面積に略等しくなるように構成しておく
と、所望のキャリア濃度が得られる。
【００１８】（実施例２）次に、本結晶成長装置を構成
するのに好適なラジカルガンについて説明する。従来の
ラジカルガンはプラズマに接触する壁面（放電室２５Ａ
の壁面）がｓｕｓ材（ステンレス材）で構成されている
ことが多い。このため、プラズマにさらされると、ｓｕ
ｓ材がスパッタリングされ、ｓｕｓ材の構成物質（Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｎｉ）が結晶中に混入する。これらが結晶中
に混入すると、結晶中に深い不純物準位が形成されたり
格子欠陥が生じて、結晶品質が劣化することがある。結
晶品質が劣化すると、デバイスとしたときの信頼性が低
下してしまう。
するのに好適なラジカルガンについて説明する。従来の
ラジカルガンはプラズマに接触する壁面（放電室２５Ａ
の壁面）がｓｕｓ材（ステンレス材）で構成されている
ことが多い。このため、プラズマにさらされると、ｓｕ
ｓ材がスパッタリングされ、ｓｕｓ材の構成物質（Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｎｉ）が結晶中に混入する。これらが結晶中
に混入すると、結晶中に深い不純物準位が形成されたり
格子欠陥が生じて、結晶品質が劣化することがある。結
晶品質が劣化すると、デバイスとしたときの信頼性が低
下してしまう。
【００１９】そこで、図２に示すラジカルガン２５の放
電室２５Ａの壁面（図中、一点鎖線で示す壁面２５Ｂ）
または全体を、成長結晶させる構成元素（例えば、Ｚ
ｎ）またはその混合物で形成しておく。このように形成
すると、放電室２５Ａ内で生成されたプラズマによりス
パッタリングされた放電室材料が結晶中に取込まれて
も、結晶成長材料と同一材料であるため、不純物とはな
らない。
電室２５Ａの壁面（図中、一点鎖線で示す壁面２５Ｂ）
または全体を、成長結晶させる構成元素（例えば、Ｚ
ｎ）またはその混合物で形成しておく。このように形成
すると、放電室２５Ａ内で生成されたプラズマによりス
パッタリングされた放電室材料が結晶中に取込まれて
も、結晶成長材料と同一材料であるため、不純物とはな
らない。
【００２０】
【発明の効果】本発明になる結晶成長装置は、導入ガス
をマイクロ波放電によりプラズマ分解してラジカルを発
生させ、このラジカルを原料分子線が供給されたチャン
バ内の基板表面へ照射して、結晶成長を行なう結晶成長
装置であって、マイクロ波放電によりラジカルを発生さ
せる放電室と、結晶成長が行なわれるチャンバと、前記
放電室と前記チャンバとを仕切るアパーチャーとからな
り、前記アパーチャーに、直径約 0.5mm以下であるラジ
カル量制御用の孔を設けたものであるから、マイクロ波
放電で生成されたラジカルの、チャンバ内の基板への供
給が適性量に制御されて、適性キャリア濃度の高品質な
Ｐ型化合物薄膜（例えば、ZnSe結晶）が再現性良く得ら
れる。
をマイクロ波放電によりプラズマ分解してラジカルを発
生させ、このラジカルを原料分子線が供給されたチャン
バ内の基板表面へ照射して、結晶成長を行なう結晶成長
装置であって、マイクロ波放電によりラジカルを発生さ
せる放電室と、結晶成長が行なわれるチャンバと、前記
放電室と前記チャンバとを仕切るアパーチャーとからな
り、前記アパーチャーに、直径約 0.5mm以下であるラジ
カル量制御用の孔を設けたものであるから、マイクロ波
放電で生成されたラジカルの、チャンバ内の基板への供
給が適性量に制御されて、適性キャリア濃度の高品質な
Ｐ型化合物薄膜（例えば、ZnSe結晶）が再現性良く得ら
れる。
【図１】本発明になる結晶成長装置の一実施例を実現す
るＭＢＥ（ Moleculer BeamEpitaxy ）装置の概略図で
ある。
るＭＢＥ（ Moleculer BeamEpitaxy ）装置の概略図で
ある。
【図２】（Ａ）はＭＢＥ装置のＥＣＲ（電子サイクロト
ロン共鳴）ラジカルガンの断面図であり、（Ｂ）及び
（Ｃ）はラジカルガンのアパーチャに設けられたラジカ
ル量制御用の孔を示す図である。
ロン共鳴）ラジカルガンの断面図であり、（Ｂ）及び
（Ｃ）はラジカルガンのアパーチャに設けられたラジカ
ル量制御用の孔を示す図である。
【図３】ラジカル制御用の孔の口径を変えて結晶成長さ
せた結晶物のＰＬ測定結果を示す図である。
せた結晶物のＰＬ測定結果を示す図である。
１５…基板結晶、１８…加熱用ヒータ ２０…ＭＢＥ装置、２１…チャンバ、２２…分子線蒸発
源セル、２２ａ…出射口、２３…分子線蒸発源セル、２
３ａ…出射口、２４…シュラウド、２５…ラジカルガ
ン、２５Ａ…放電室、２５Ｂ…放電室の壁面、２６…基
板支持台、２７…セルシャッタ、２８…メインシャッ
タ、２９…ボンベ、３０…ＭＦＣ、３２…マグネット、
３３…アンテナ、３４…ガス導入管、３５…アパーチ
ャ、３５ａ，３５ｂ…ラジカル量制御用の孔 ３６…マイクロ波電源。
源セル、２２ａ…出射口、２３…分子線蒸発源セル、２
３ａ…出射口、２４…シュラウド、２５…ラジカルガ
ン、２５Ａ…放電室、２５Ｂ…放電室の壁面、２６…基
板支持台、２７…セルシャッタ、２８…メインシャッ
タ、２９…ボンベ、３０…ＭＦＣ、３２…マグネット、
３３…アンテナ、３４…ガス導入管、３５…アパーチ
ャ、３５ａ，３５ｂ…ラジカル量制御用の孔 ３６…マイクロ波電源。
Claims (2)
- 【請求項１】導入ガスをマイクロ波放電によりプラズマ
分解してラジカルを発生させ、このラジカルを原料分子
線が供給されたチャンバ内の基板表面へ照射して、結晶
成長を行なう結晶成長装置であって、 マイクロ波放電によりラジカルを発生させる放電室と、
結晶成長が行なわれるチャンバと、前記放電室と前記チ
ャンバとを仕切るアパーチャーとからなり、前記アパー
チャーに、直径約 0.5mm以下であるラジカル量制御用の
孔を設けたことを特徴とする結晶成長装置。 - 【請求項２】請求項１記載の結晶成長装置であって、 マイクロ波放電によりプラズマ分解してラジカルを発生
させる放電室中、プラズマが接触する部分を、原料分子
線を構成する材料で形成したことを特徴とする結晶成長
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6353793A JPH06256090A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6353793A JPH06256090A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 結晶成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06256090A true JPH06256090A (ja) | 1994-09-13 |
Family
ID=13232069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6353793A Pending JPH06256090A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06256090A (ja) |
-
1993
- 1993-02-26 JP JP6353793A patent/JPH06256090A/ja active Pending
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