JPH0697651B2 - Method for producing low resistance n-type zinc sulfide thin film - Google Patents

Method for producing low resistance n-type zinc sulfide thin film

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JPH0697651B2
JPH0697651B2 JP5666085A JP5666085A JPH0697651B2 JP H0697651 B2 JPH0697651 B2 JP H0697651B2 JP 5666085 A JP5666085 A JP 5666085A JP 5666085 A JP5666085 A JP 5666085A JP H0697651 B2 JPH0697651 B2 JP H0697651B2
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sulfide thin
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は発光ダイオード(LED),レーザーダイオード
(LD)の活性層や閉じ込め層に用いられる低抵抗n−型
硫化亜鉛薄膜の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for producing a low resistance n-type zinc sulfide thin film used for an active layer or a confinement layer of a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD).

〈発明の概要〉 本発明の低抵抗n−型硫化亜鉛薄膜の製造方法によって
得られる硫化亜鉛薄膜は、硫化亜鉛単結晶薄膜の中にド
ナー不純物としてIII族元素を含むことを特徴とし、硫
化亜鉛を用いた発光デバイスの作製を可能とするもので
ある。
<Outline of the Invention> A zinc sulfide thin film obtained by the method for producing a low-resistance n-type zinc sulfide thin film of the present invention is characterized in that a zinc sulfide single crystal thin film contains a group III element as a donor impurity. It is possible to fabricate a light emitting device using.

さらにそ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の等モル混
合によって得られる付加体を用い、硫黄ソースとして硫
化水素を用いるMOCVD法により硫化亜鉛単結晶薄膜を形
成する際、III族元素の有機金属化合物を同時供給する
ことにより、ドナー不純物の制御を行ないつつ、低抵抗
n−型ZnS単結晶薄膜が製造できる様にしたものであ
る。
Furthermore, in the production method, an adduct obtained by equimolar mixing of dialkylzinc and dialkylsulfur or dialkylselenium as a zinc source is used, and when a zinc sulfide single crystal thin film is formed by the MOCVD method using hydrogen sulfide as a sulfur source, a group III By simultaneously supplying the organometallic compound of the element, it is possible to control the donor impurity and to manufacture a low-resistance n-type ZnS single crystal thin film.

〈従来の技術〉 直接遷移型のワイド・ギャップ化合物半導体である硫化
亜鉛(ZnS)は、室温において約3.6eVのバンドギャップ
を有し、短波長発光素子材料として注目されている。こ
れまで、種々の結晶成長法により高品位のZnS単結晶薄
膜の製造が試みられているが、今だデバイス作製の可能
なレベルの単結晶薄膜は得られていない。これは、構成
元素であるZn,Sともに蒸気圧が高いため、結晶成長過程
において格子欠陥を内包しやすいことによる。格子欠陥
を抑制するためには、成長温度を低下することが1つの
方法であるとされ、近年、低温におけるZnSの結晶成長
が可能な、有機金属気相熱分解法(MOCVD法)、分子線
エピタキシー法(MBE法)などが注目されている。
<Prior Art> Zinc sulfide (ZnS), which is a direct-transition wide-gap compound semiconductor, has a bandgap of about 3.6 eV at room temperature, and is attracting attention as a short-wavelength light emitting device material. Up to now, attempts have been made to produce high-quality ZnS single crystal thin films by various crystal growth methods, but single crystal thin films at a level at which devices can be produced have not yet been obtained. This is because the vapor pressures of the constituent elements Zn and S are both high, so that lattice defects are likely to be included in the crystal growth process. In order to suppress lattice defects, it is said that reducing the growth temperature is one of the methods. In recent years, metal-organic vapor phase pyrolysis (MOCVD), molecular beam, which enables ZnS crystal growth at low temperature, has been proposed. The epitaxy method (MBE method) and the like are drawing attention.

MOCVD法,MBE法は、液相エピタキシャル成長や、気相化
学成長法(CVD法)に比べて低い温度での結晶成長が可
能で、しかも結晶成長過程が熱力学的平衡状態から大き
くずれた状態(非平衡状態)で進行するため、格子欠陥
の発生や不純物の取り込み等を抑制することが可能であ
る。MOCVD法やMBE法による良質の単結晶薄膜が報告され
ている。(例えば Japanese J.Appl.Phys.,22(1983)L583 J.Crystal Growth,53(1981)423参照) ZnSをLEDやLDに応用するためには、導伝型や抵抗率を不
純物のドーピングにより制御する必要がある。前述の様
に格子欠陥が内包されやすいZnSでは導伝型の制御や薄
膜の低抵抗化が極めて難しく、特にP−型ZnSの作製
は、MOCVD法,MBE法を用いても今だに得られる目途すら
たっていない。
The MOCVD method and MBE method enable crystal growth at a lower temperature than liquid phase epitaxial growth or vapor phase chemical growth method (CVD method), and the crystal growth process is largely deviated from the thermodynamic equilibrium state ( Since it proceeds in a non-equilibrium state, it is possible to suppress the generation of lattice defects and the incorporation of impurities. Good quality single crystal thin films by MOCVD and MBE have been reported. (See, for example, Japanese J.Appl.Phys., 22 (1983) L583 J. Crystal Growth, 53 (1981) 423) In order to apply ZnS to LEDs and LDs, conductivity and resistivity can be determined by doping impurities. Need to control. As described above, it is extremely difficult to control the conduction type and reduce the resistance of the thin film with ZnS, which easily contains lattice defects. Especially, the P-type ZnS can still be obtained by using the MOCVD method and the MBE method. I'm not in sight.

ZnSはnativeにはn−型であるため、n−型のZnS単結晶
薄膜は比較的作製が容易であると考えられ幾つかの実験
例が報告されている。以下に概略を述べる。
Since ZnS is n-type natively, it is considered that an n-type ZnS single crystal thin film is relatively easy to prepare, and some experimental examples have been reported. The outline will be described below.

1.ジメチル亜鉛(DMZ)と硫化水素(H2S)を用いた減圧MO
CVD法により、GaAs上に成長させたZnSは、不純物の添加
を行なわないアンドープの状態で、しかもas-grownの状
態で低抵抗率を示した。例えば成長温度300℃では比抵
抗ρ≒1Ω・cmであった。(第45回応用物理学会学術講
演会1984年秋季大会講演予稿集12a-S-5 630ページ) 2.ZnSをソースとするMBE法によりGaAs上に成長させたZn
Sはアンドープ,as-grownの状態で、ρ≒103Ω・cmを呈
した。ρが最小となる成長温度は240℃付近であった。
(J.Crystal Growth 67((1984)125.) 3.DMZとH2Sを用いた減圧MOCVD法によりGaP上にZnSを成
長させる際n−型ドーパントとしてトリエチルアルミニ
ウム(TEAl)を導入し、Alを添加したZnS:Alを作製し
た。成長温度に依存して比抵抗も変化しており、400℃
において最小値を呈した。しかし400℃においてすらρ
≒104Ω・cmと大きく、デバイスに応用できるレベルで
はなかった。
1. Reduced pressure MO using dimethyl zinc (DMZ) and hydrogen sulfide (H 2 S)
ZnS grown on GaAs by the CVD method showed low resistivity in the undoped state with no added impurities and in the as-grown state. For example, at a growth temperature of 300 ° C., the specific resistance ρ≈1 Ω · cm. (Proceedings of the 45th Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics 1984 Autumn Meeting 12a-S-5 Page 630) 2. Zn grown on GaAs by MBE method with ZnS source
S was undoped and as-grown, and exhibited ρ ≈ 10 3 Ω · cm. The growth temperature at which ρ was minimum was around 240 ° C.
(J. Crystal Growth 67 ((1984) 125.) 3. When growing ZnS on GaP by the low pressure MOCVD method using DMZ and H 2 S, triethylaluminum (TEAl) was introduced as an n-type dopant, and Al ZnS: Al with the addition of was prepared.
Has the minimum value at. But even at 400 ° C ρ
It was as large as ≈ 10 4 Ω · cm, which was not a level that could be applied to devices.

(Extended Abstracts of the 15th Conference on Sol
id State Devices and Materials,Tokyo,1983,pp.349-3
52) 〈発明が解決しようとする問題点及び目的〉 ZnSは室温においてバンドギャップ3.6eVを有するため、
高品位のZnSは高抵抗を呈するはずである。従って従来
技術1,2に示したアンドープの低抵抗ZnSは、結晶品位が
低いために低抵抗になっていると考えられる。すなわち
内包されている格子欠陥あるいは、成長過程で、取り込
まれる不純物が自由電子のソースになっている可能性が
強い。従って、比抵抗の再現性に乏しいことや、比抵抗
を意図的に変化させることができないために、デバイス
作製への応用は難しい。
(Extended Abstracts of the 15th Conference on Sol
id State Devices and Materials, Tokyo, 1983, pp.349-3
52) <Problems and Objectives to be Solved by the Invention> Since ZnS has a band gap of 3.6 eV at room temperature,
High-quality ZnS should exhibit high resistance. Therefore, it is considered that the undoped low-resistance ZnS shown in the prior arts 1 and 2 has low resistance because of its low crystal quality. That is, there is a strong possibility that the lattice defects included or the impurities taken in during the growth process are the source of free electrons. Therefore, the reproducibility of the specific resistance is poor, and the specific resistance cannot be changed intentionally, which makes it difficult to apply to device fabrication.

比抵抗を意図的に変化させる目的で、不純物のドーピン
グを行なったのが、従来技術3であるが、得られたZnS
はρ=104Ω・cmと高抵抗のため、デバイスには応用で
きていない。
The prior art 3 is one in which impurities are doped for the purpose of intentionally changing the specific resistance.
Has a high resistance of ρ = 10 4 Ω · cm, so it cannot be applied to devices.

本発明の目的とするところは、これまでに実現されてい
ない不純物元素のドーピングにより技術的に制御された
低抵抗ZnS単結晶薄膜の作成にある。
The object of the present invention is to produce a low resistance ZnS single crystal thin film which has been technically controlled by doping with an impurity element, which has not been realized so far.

〈問題点を解決するための手段〉 本発明の低抵抗n−型硫化亜鉛薄膜の製造方法は、ジア
ルキル亜鉛とジアルキル硫黄との混合によって得られる
付加体、またはジアルキル亜鉛とジアルキルセレンとの
混合によって得られる付加体を亜鉛ソースとし、硫化水
素を硫黄ソースとし、有機金属気相熱分解法による硫化
亜鉛薄膜形成雰囲気へ前記亜鉛ソース及び前記硫黄ソー
ス供給時に、III族元素を含む有機金属化合物をドナー
不純物として供給することを特徴とする。
<Means for Solving the Problems> The method for producing a low-resistance n-type zinc sulfide thin film of the present invention comprises an adduct obtained by mixing dialkylzinc and dialkylsulfur or a mixture of dialkylzinc and dialkylselenium. The obtained adduct is a zinc source, hydrogen sulfide is a sulfur source, and when supplying the zinc source and the sulfur source to a zinc sulfide thin film forming atmosphere by a metalorganic vapor phase thermal decomposition method, an organometallic compound containing a Group III element is a donor. It is characterized in that it is supplied as an impurity.

さらに、本発明の低抵抗n−型硫化亜鉛薄膜の製造方法
は、前記III族元素を含む有機金属化合物が、Al、Gaま
たはInを含む有機金属化合物のうちいずれかひとつまた
はいずれか二つ以上からなることを特徴とする。
Furthermore, in the method for producing a low-resistance n-type zinc sulfide thin film of the present invention, the organometallic compound containing the Group III element is any one or more of the organometallic compounds containing Al, Ga or In. It is characterized by consisting of.

〈実施例〉 第1図は本発明において低抵抗n−型ZnS単結晶薄膜を
作製する際に用いるMOCVD装置の概略図である。
<Examples> FIG. 1 is a schematic view of a MOCVD apparatus used for producing a low resistance n-type ZnS single crystal thin film in the present invention.

石英ガラス製の横型反応管の内部にはSiCコーティン
グを施したグラファ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。反応管の側面から
高周波加熱炉,赤外線炉,または抵抗熱炉などにより
基板加熱を行なう。基板温度はグラファイト製サセプタ
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との等モル混合に
よって得られる付加体はバブラーに封入されている。
またIII族元素のソースとなる有機金属化合物,例えば
トリエチルアルミニウム(TEAl),トリメチルガリウム
(TMGa),トリエチルインジウム(TEIn)などはバブラ
ーに封入されている。
A graphite susceptor coated with SiC is placed inside a horizontal quartz glass reaction tube, and a substrate is placed on top of it. The substrate is heated from the side of the reaction tube using a high-frequency heating furnace, an infrared furnace, a resistance heating furnace, or the like. The substrate temperature is monitored by a thermocouple embedded in the graphite susceptor. The reaction tube is connected to the exhaust system and the waste gas treatment system via a valve. The adduct obtained by equimolar mixing of dialkylzinc, which is a Zn source, and dialkylsulfur or dialkylselenium is enclosed in a bubbler.
Further, an organometallic compound serving as a source of the group III element, such as triethylaluminum (TEAl), trimethylgallium (TMGa), or triethylindium (TEIn), is enclosed in a bubbler.

キャ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。純化装置によって精製されたキャリ
アーガス及び硫化水素はそれぞれ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III族有機金属化合物は恒温槽によりそ
れぞれ所定の温度に維持されている。
A carrier gas and hydrogen sulfide are filled in a cylinder, respectively. The flow rates of the carrier gas and hydrogen sulfide purified by the purifier are controlled by a mass flow controller. The adduct and the group III organometallic compound enclosed in the bubbler are maintained at a predetermined temperature by a thermostatic bath.

このバブラーの中に適当量のキャリアーガスを導入、バ
ブリングを行なうことにより、所望の量の付加体及びII
I族有機金属化合物が気化し供給される。バブラー,
及びボンベより供給された付加体,III族有機金属化
合物,硫化水素はそれぞれキャリアーガスによって希釈
され合流した後、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1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保する必要がある。
By introducing an appropriate amount of carrier gas into this bubbler and performing bubbling, a desired amount of adduct and II
The Group I organometallic compound is vaporized and supplied. Bubbler,
The adduct, the group III organometallic compound, and hydrogen sulfide supplied from the cylinder are diluted with a carrier gas, merged, and then introduced into a reaction tube through a 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. 1, the basic structure is the same in a vertical reactor. However, it is necessary to ensure the uniformity of the obtained film by providing a substrate rotating mechanism.

以下III族元素を含む低抵抗n−型ZnS単結晶薄膜の具体
的な作製プロセスを説明する。
A specific manufacturing process of a low resistance n-type ZnS single crystal thin film containing a group III element will be described below.

(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、鏡面研
磨したヒ化ガリウム(GaAs),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を施した後にエッチングを
する。エッチング条件は、以下の通りである。
Mirror-polished gallium arsenide (GaAs) and gallium phosphide (GaP) sliced on the (100) plane and the plane having a 5 ° or 2 ° shift from the (100) plane to the (110) plane
And silicon (Si) with trichloroethylene, acetone,
Etching is performed after ultrasonic cleaning with methanol. The etching conditions are as follows.

GaAs基板 H2SO4:H2O2:H2O=3:1:1(体積比)室温で2
min 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 純水を用いてエッチングを停止し、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
へのセッ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
ットの後反応管内を10-5Torr程度まで真空引きし、系内
に残留するガスを除く。キャリアーガスを導入して系内
を常圧に戻した後1〜2l/min程度のキャリアーガスを流
しつつ昇温を開始する。加熱には赤外線加熱炉を用い
た。キャ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。用いた付加体は純度99.9999%
のジメチル亜鉛とジエチル硫黄を等モル混合して得られ
る付加体である。この付加体は30℃において280mmHg程
度の蒸気圧を有する。III族元素を含む有機金属化合物
としてトリエチルアルミニウム(TEAl)を用いた。
GaAs substrate H 2 SO 4 : H 2 O 2 : H 2 O = 3: 1: 1 (volume ratio) 2 at room temperature
min GaP substrate HCl: HNO 3 = 3: 1 (volume ratio) at room temperature for 30 seconds Si substrate HF: H 2 O = 1: 1 (volume ratio) at room temperature for 2 min Etching is stopped using pure water, pure water, methanol After washing in, it was stored in Daiflon. Immediately before setting the substrate in the reaction tube, the substrate is taken out of the diflon, and the diflon is dried and removed by blowing dry nitrogen. After setting the substrate, the inside of the reaction tube 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 l / min. An infrared heating furnace was used for heating. As the 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 has a purity of 99.9999%
Is an adduct obtained by mixing equimolar amounts of dimethyl zinc and diethyl sulfur. This adduct has a vapor pressure of about 280 mmHg at 30 ° C. Triethylaluminum (TEAl) was used as an organometallic compound containing a Group III element.

成長条件は下記の通りである。The growth conditions are as follows.

基板温度350℃,原料導入口から基板までの距離20cm,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,キャリアーガスを含む全ガス流量4.
5l/min,成長時間90min 所定の時間成長を行なった後、原料の供給をストップ
し、冷却する。冷却中はHe又はH2を1〜2l/min流してお
く。基板表面の熱エッチを防ぐためにHe希釈2%のH2S
を50〜60ml/min程度流しながら冷却してもよい。基板が
室温にもどったら反応管内を排気し、系内に残留する硫
化水素を除去する。系内を大気圧に戻した後に基板をと
り出す。この時に得られたZnS:Al膜の厚さは、約1μm
であり、成長速度は約0.7μm/hrであった。
Substrate temperature 350 ° C, distance from raw material inlet to substrate 20 cm, bubbling amount of adduct 30 ml / min at -15 ° C, TEAl bubbling amount 20 ml / min at -10 ° C, 2% H 2 S diluted with He
Supply rate of 200 ml / min, total gas flow rate including carrier gas 4.
5 l / min, growth time 90 min After performing growth for a predetermined time, supply of raw materials is stopped and cooling is performed. During cooling, He or H 2 is flowed at 1 to 2 l / min. 2% He diluted H 2 S to prevent thermal etching of the substrate surface
May be cooled while flowing about 50 to 60 ml / min. When the substrate returns to room temperature, the reaction tube is evacuated to remove hydrogen sulfide remaining in the system. After returning the system to atmospheric pressure, the substrate is taken out. The thickness of the ZnS: Al film obtained at this time is about 1 μm.
And the growth rate was about 0.7 μm / hr.

以上のプロセスにより作製したZnS:Al単結晶薄膜は室温
において比抵抗は約0.1〜100Ωcm程度の値を再現性よく
示した。成長温度を300℃から400℃の間で変化させた
時、比抵抗は330〜370℃付近で極小値を呈した。比抵抗
の成長温度依存性も再現性は良好であった。成長温度35
0℃において、TEAlの−10℃におけるバブリング量を変
化させた時、15ml/minから25ml/minの範囲ではバブリン
グ量の増加に伴ない、比抵抗の減少が観測されたが、15
ml/minより少ない場合あるいは25ml/minより多い場合に
は比抵抗の急激な増加がおこった。
The ZnS: Al single crystal thin film prepared by the above process showed a reproducibility of about 0.1 to 100 Ωcm at room temperature with good reproducibility. When the growth temperature was changed from 300 ℃ to 400 ℃, the resistivity showed the minimum value around 330 to 370 ℃. The reproducibility of the dependency of the resistivity on the growth temperature was also good. Growth temperature 35
When the bubbling amount of TEAl at −10 ° C. was changed at 0 ° C., a decrease in the specific resistance was observed with an increase in the bubbling amount in the range of 15 ml / min to 25 ml / min.
When it was less than ml / min or more than 25 ml / min, the resistivity increased rapidly.

得られた低抵抗ZnS膜をHe-Cdレーザー(発振波長3250A
°)で励起した時に室温において強い青色発光(発光波
長460〜470mm)を示した。
He-Cd laser (oscillation wavelength 3250A
When it was excited at (°), it showed strong blue emission at room temperature (emission wavelength 460-470 mm).

低抵抗ZnS膜の室温におけるフオトルミネッセンススペ
クトルの1例を第2図に示す。
An example of the photoluminescence spectrum at room temperature of the low resistance ZnS film is shown in FIG.

キセノンランプを用いて、励起波長を250mmから400mmま
で変化させても、460〜470mm付近の発光以外は観測され
なかった。以上の事実は本発明で作製されるZnS:Al薄が
極めて高品位であることを示している。
Even when the excitation wavelength was changed from 250 mm to 400 mm using a xenon lamp, only the emission around 460 to 470 mm was observed. The above facts show that the ZnS: Al thin film produced by the present invention has an extremely high quality.

TEAlを導入しないで成長させたZnS薄膜では少なくとも
比抵抗105Ω・cm以上の高抵抗を示し、470mm付近のフオ
トルミネッセンスも観測されなかった。比抵抗の減少及
びフオトルミネッセンスがAlのドーピングに由来してい
ることがわかる。
The ZnS thin film grown without introducing TEAl showed a high resistivity of at least 10 5 Ω · cm, and no photoluminescence near 470 mm was observed. It can be seen that the decrease in resistivity and photoluminescence are due to Al doping.

上記の説明では付加体としてジメチル亜鉛とジエチル硫
黄の等モル混合により得られるものについて述べたが、
この他、ジメチル亜鉛とジメチル硫黄(20℃における蒸
気圧約120mmHg),ジエチル亜鉛とジメチル硫黄(30℃
における蒸気圧約88mmHg)及びジエチル亜鉛とジエチル
硫黄(20℃における蒸気圧約15mmHg)などの組み合せに
よる付加体も、ジアルキル亜鉛とジアルキル硫黄の等モ
ル混合によって得られ、ジメチル亜鉛とジエチル硫黄の
付加体と同様にして使用でき、本発明の範ちゅうに入る
ものである。また成長温度400℃以下では、ほとんど分
解しない、ジメチルセレン,ジエチルセレンと、ジメチ
ル亜鉛,ジエチル亜鉛の組み合せによって得られる4種
類の付加体も、アルキル硫黄の付加体と同じく使用が可
能であり、本発明に含まれるものである。
In the above description, an adduct obtained by mixing equimolar amounts of dimethyl zinc and diethyl sulfur was described.
In addition, dimethylzinc and dimethylsulfur (vapor pressure of about 120mmHg at 20 ℃), diethylzinc and dimethylsulfur (30 ℃
The vapor adduct of about 88 mmHg) and the combination of diethylzinc and diethylsulfur (vapor pressure of about 15 mmHg at 20 ° C) are also obtained by equimolar mixing of dialkylzinc and dialkylsulfur, and are similar to the adduct of dimethylzinc and diethylsulfur. It can be used as the above and falls within the scope of the present invention. Also, four types of adducts obtained by combining dimethylselenium and diethylselenium with dimethylzinc and diethylzinc, which hardly decompose at a growth temperature of 400 ° C or lower, can be used in the same manner as the alkylsulfur adduct. It is included in the invention.

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。本発明によ
り、ドーピングにより制御された低抵抗ZnS単結晶薄膜
の製造が付加体をZnソースとするMOCVD法により可能と
なった。
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. According to the present invention, a low resistance ZnS single crystal thin film controlled by doping can be manufactured by the MOCVD method using an adduct as a Zn source.

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)面でスライスしたn−型GaAs基板上に、上述
のMOCVDプロセスに従ってAlドープの低抵抗ZnS層を約3
μm成長させる。
1. On an n-type GaAs substrate sliced on the (100) plane, about 3 Al-doped low resistance ZnS layers were formed according to the MOCVD process described above.
Grow μm.

2.基板裏面にAu-Ge(Ge=12wt−%)を約2000A°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-%) on the back surface of the substrate at about 2000A °, heat-treat at 350 ° C for 5-10min in an inert atmosphere to form ohmic contact with the GaAs substrate.

3.スパッタにより約1000A°のSiO2をZnS上に積層する。3. Lay about 1000 A ° of SiO 2 on ZnS by sputtering.

4.SiO2上に厚さ300〜500A°程度のAu半透明電極を積層
する。
4. A semi-transparent Au electrode with a thickness of 300 to 500 A ° 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460〜470mm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10-5であった。本発明によ
り形成されたZnS:Alを発光層とするMIS型素子において
青色発光が確認されたことにより、本発明によって製造
される低抵抗ZnSがデバイス作製にかなう品位であるこ
とが実証された。
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 mm at room temperature, and the emission intensity increased in proportion to the current flowing through the device. The quantum efficiency was about 10 -5 . By confirming blue light emission in the MIS type device having ZnS: Al as the light emitting layer formed by the present invention, it was proved that the low resistance ZnS produced by the present invention was of a quality suitable for device fabrication.

本発明に基づく低抵抗n−型半導体薄膜は、上記MIS型
青色発光素子に限らず、p−型ZnSとの積層によるホモ
接合素子をはじめとして、他の化合物半導体との間に形
成されるヘテロ接合を利用したLED,LDなどへも適当する
ことは容易である。
The low-resistance n-type semiconductor thin film according to the present invention is not limited to the MIS type blue light-emitting element, but may be a heterojunction element formed with another compound semiconductor, such as a homojunction element formed by stacking with p-type ZnS. It is easy to apply it to LEDs, LDs, etc. using junctions.

〈発明の効果〉 以上述べた様に、本発明によれば、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の
等モル混合によって得られる付加体を用い硫黄ソースと
してH2Sを用いるMOCVD法によりZnS単結晶薄膜を形成す
る際、III族元素の有機金属化合物を同時供給すること
により、デバイスへの応用が可能な低抵抗n−型ZnS単
結晶薄膜の作製が実現した。しかもドナー不純物の制御
を行ないつつ該薄膜を製造することが可能となった。再
現性,量産性に優れたMOCVD法を用いた本発明が、表示
用として極めて重要な主として青色領域のLED,LD用の活
性層,とじ込め層の製造に寄与するところは非常に大き
いと確信する。
<Effects of the Invention> As described above, according to the present invention, by the MOCVD method using H 2 S as a sulfur source using an adduct obtained by equimolar mixing of dialkylzinc and dialkylsulfur or dialkylselenium as a zinc source. When a ZnS single crystal thin film was formed, by simultaneously supplying an organometallic compound of a group III element, a low resistance n-type ZnS single crystal thin film applicable to devices was realized. Moreover, it has become possible to manufacture the thin film while controlling donor impurities. It is convinced that the present invention, which uses the MOCVD method which is excellent in reproducibility and mass productivity, contributes significantly to the production of LEDs, LD active layers, and binding layers, which are extremely important for display, mainly in the blue region. To do.

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

第1図は本発明において用いるMOCVD装置の概略図 1……石英ガラス製反応管、2……SiCコーティングを
施したグラファイト製サセプター、3……基板、4……
高周波加熱炉又は赤外線炉又は抵抗加熱炉、5……熱電
対、6……排気系、7……廃ガス処理系、8,9……バル
ブ、10……付加体の入ったバブラー、11……III族元素
の有機金属化合物の入ったバブラー、12……キャリアー
ガスの入ったボンベ、13……硫化水素の入ったボンベ、
14……ガス純化装置、15……マスフロコントローラ、16
……恒温槽、17……三方バルブ、18……バルブ 第2図は本発明により製造された低抵抗ZnS:Alのフオト
ルミネッセンススペクトル
FIG. 1 is a schematic diagram of a MOCVD apparatus used in the present invention. 1 ... Quartz glass reaction tube, 2 ... SiC-coated graphite susceptor, 3 ... Substrate, 4 ...
High frequency heating furnace or infrared furnace or resistance heating furnace, 5 ... Thermocouple, 6 ... Exhaust system, 7 ... Waste gas treatment system, 8, 9 ... Valve, 10 ... Bubbler with additional body, 11 ... … Bubblers containing organometallic compounds of Group III elements, 12… Cylinders containing carrier gas, 13… Cylinders containing hydrogen sulfide,
14 …… Gas purifier, 15 …… mass flow controller, 16
…… Constant temperature chamber, 17 …… Three-way valve, 18 …… Valve Fig. 2 shows the photoluminescence spectrum of low resistance ZnS: Al manufactured by the present invention.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ジアルキル亜鉛とジアルキル硫黄との混合
によって得られる付加体、またはジアルキル亜鉛とジア
ルキルセレンとの混合によって得られる付加体を亜鉛ソ
ースとし、 硫化水素を硫黄ソースとし、 有機金属気相熱分解法による硫化亜鉛薄膜形成雰囲気へ
前記亜鉛ソース及び前記硫黄ソース供給時に、III族元
素を含む有機金属化合物をドナー不純物として供給する
ことを特徴とする低抵抗n−型硫化亜鉛薄膜の製造方
法。
1. An adduct obtained by mixing dialkylzinc and dialkylsulfur or an adduct obtained by mixing dialkylzinc and dialkylselenium as a zinc source, hydrogen sulfide as a sulfur source, and organometallic vapor phase heat. A method for producing a low-resistance n-type zinc sulfide thin film, which comprises supplying an organometallic compound containing a group III element as a donor impurity when supplying the zinc source and the sulfur source to a zinc sulfide thin film forming atmosphere by a decomposition method.
【請求項2】前記III族元素を含む有機金属化合物が、A
l、GaまたはInを含む有機金属化合物のうちいずれかひ
とつまたはいずれか二つ以上からなることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の低抵抗n−型硫化亜鉛薄膜
の製造方法。
2. The organometallic compound containing a Group III element is A
The method for producing a low-resistivity n-type zinc sulfide thin film according to claim 1, characterized in that it comprises any one or any two or more of organometallic compounds containing l, Ga or In.
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