JPH07106249A - 半導体エピタキシャル成長装置および成長方法 - Google Patents
半導体エピタキシャル成長装置および成長方法Info
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- JPH07106249A JPH07106249A JP5247999A JP24799993A JPH07106249A JP H07106249 A JPH07106249 A JP H07106249A JP 5247999 A JP5247999 A JP 5247999A JP 24799993 A JP24799993 A JP 24799993A JP H07106249 A JPH07106249 A JP H07106249A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 キャリア濃度の高いｐ型ＺｎＳｅ系化合物半
導体を高いドーピング効率でエピタキシャル成長させ
る。 【構成】 分子線エピタキシャル成長装置１０におい
て、基板２上に窒素がドープされたｐ型ＺｎＳｅエピタ
キシャル成長層を堆積させるに際し、窒素ガスを励起し
て活性種を発生させるＥＣＲラジカルビームガン４から
の活性種ビームに、電子線発生装置３より電子線を照射
しながらドーピングを行なう。
導体を高いドーピング効率でエピタキシャル成長させ
る。 【構成】 分子線エピタキシャル成長装置１０におい
て、基板２上に窒素がドープされたｐ型ＺｎＳｅエピタ
キシャル成長層を堆積させるに際し、窒素ガスを励起し
て活性種を発生させるＥＣＲラジカルビームガン４から
の活性種ビームに、電子線発生装置３より電子線を照射
しながらドーピングを行なう。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、青色発色素子等に使用
される導電性ＺｎＳｅ系ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体をエ
ピタキシャル成長させるための装置および方法に関す
る。
される導電性ＺｎＳｅ系ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体をエ
ピタキシャル成長させるための装置および方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】分子線エピタキシ法（以下ＭＢＥ法と略
記）を用いたＺｎＳｅのエピタキシャル成長において、
ｐ型導電性ＺｎＳｅを得るため、窒素がドーパントとし
て好ましく用いられる。
記）を用いたＺｎＳｅのエピタキシャル成長において、
ｐ型導電性ＺｎＳｅを得るため、窒素がドーパントとし
て好ましく用いられる。
【０００３】この窒素のドーピングに際しては、高周波
（ＲＦ）の印加、マイクロ波の印加、または電子サイク
ロトロン共鳴（ＥＣＲ）により、電気的に中性で活性な
励起種である窒素ラジカルを発生させ、これをドーパン
トとしてエピタキシャル成長するＺｎＳｅ層に導入す
る。
（ＲＦ）の印加、マイクロ波の印加、または電子サイク
ロトロン共鳴（ＥＣＲ）により、電気的に中性で活性な
励起種である窒素ラジカルを発生させ、これをドーパン
トとしてエピタキシャル成長するＺｎＳｅ層に導入す
る。
【０００４】また、マスセパレータを用いたイオンガン
システムにより、イオン化された窒素Ｎ+ 、Ｎ2 + をド
ーピングに用いる試みも報告されている（K. Ohkawa e
t. al., Journal of Crystal Growth ８６（１９８
８）３２９−３３４参照）。この文献では、イオン化さ
れた窒素をＺｎＳｅにドープすることにより、低温での
ホトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルが向上されるこ
とについて報告されているが、得られる層の抵抗値は高
く、キャリアの発生は確認されていない。
システムにより、イオン化された窒素Ｎ+ 、Ｎ2 + をド
ーピングに用いる試みも報告されている（K. Ohkawa e
t. al., Journal of Crystal Growth ８６（１９８
８）３２９−３３４参照）。この文献では、イオン化さ
れた窒素をＺｎＳｅにドープすることにより、低温での
ホトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルが向上されるこ
とについて報告されているが、得られる層の抵抗値は高
く、キャリアの発生は確認されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＲＦ、マイクロ波また
はＥＣＲによる励起において、窒素ラジカルのほかに窒
素イオンも発生する。たとえば、ＥＣＲ励起による窒素
ガスの励起光スペクトルを分光分析すると、図３に示す
ようにＮ2 + で示される窒素イオンの発光強度とＮ2 ＊
で示される窒素ラジカルの発光強度は、それほど差がな
い。このスペクトルから判断すると、かなりの量の窒素
イオンが発生していることがわかる。
はＥＣＲによる励起において、窒素ラジカルのほかに窒
素イオンも発生する。たとえば、ＥＣＲ励起による窒素
ガスの励起光スペクトルを分光分析すると、図３に示す
ようにＮ2 + で示される窒素イオンの発光強度とＮ2 ＊
で示される窒素ラジカルの発光強度は、それほど差がな
い。このスペクトルから判断すると、かなりの量の窒素
イオンが発生していることがわかる。
【０００６】上述した文献の報告がある一方で、この窒
素イオンが成長中のエピタキシャル層に照射されること
により、結晶性が悪化してドーピング効率が低下し、ｐ
型で高いキャリア濃度を有するエピタキシャル層が得ら
れないという問題があった。
素イオンが成長中のエピタキシャル層に照射されること
により、結晶性が悪化してドーピング効率が低下し、ｐ
型で高いキャリア濃度を有するエピタキシャル層が得ら
れないという問題があった。
【０００７】本発明の目的は、キャリア濃度の高いｐ型
Ｚｎ−Ｓｅ系ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を、高いドーピ
ング効率でエピタキシャル成長させることのできる方法
および装置を提供することにある。
Ｚｎ−Ｓｅ系ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を、高いドーピ
ング効率でエピタキシャル成長させることのできる方法
および装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ＭＢＥ法
によるＺｎＳｅ層のエピタキシャル成長の際、窒素ドー
ピングを行なうためのラジカルビームガンから放射され
た窒素活性種ビームに電子線を照射した後ドープすれ
ば、ドーピング効率を高められることを見出し本発明に
至った。
によるＺｎＳｅ層のエピタキシャル成長の際、窒素ドー
ピングを行なうためのラジカルビームガンから放射され
た窒素活性種ビームに電子線を照射した後ドープすれ
ば、ドーピング効率を高められることを見出し本発明に
至った。
【０００９】本発明に従う半導体エピタキシャル成長方
法は、窒素がドープされたＺｎＳｅ系ＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体からなる層を分子線エピタキシにより成長させ
るための方法において、エピタキシャル層を成長させる
に際し、窒素を含む物質を励起して得られた活性種に電
子線を照射したものを、ドーピングに用いることを特徴
とする。
法は、窒素がドープされたＺｎＳｅ系ＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体からなる層を分子線エピタキシにより成長させ
るための方法において、エピタキシャル層を成長させる
に際し、窒素を含む物質を励起して得られた活性種に電
子線を照射したものを、ドーピングに用いることを特徴
とする。
【００１０】また、上記方法に用いる本発明の装置は、
エピタキシャル層を成長させるべき基板の方向に窒素を
含む物質を励起して得られる活性種を放射する窒素ビー
ムガンと、窒素ビームガンから放射される活性種ビーム
に電子線を照射する手段とを備えることを特徴とする。
エピタキシャル層を成長させるべき基板の方向に窒素を
含む物質を励起して得られる活性種を放射する窒素ビー
ムガンと、窒素ビームガンから放射される活性種ビーム
に電子線を照射する手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】本発明において、ドーピングのための活性
種は、高周波（ＲＦ）の印加により発生させることがで
きる。この場合、高周波の周波数は、たとえば１３．５
６ＭＨｚである。
種は、高周波（ＲＦ）の印加により発生させることがで
きる。この場合、高周波の周波数は、たとえば１３．５
６ＭＨｚである。
【００１２】また、本発明において、ドーピングのため
の活性種は、マイクロ波の印加により発生させることが
できる。マイクロ波の周波数は、たとえば２．４５ＧＨ
ｚである。
の活性種は、マイクロ波の印加により発生させることが
できる。マイクロ波の周波数は、たとえば２．４５ＧＨ
ｚである。
【００１３】さらに、ドーピング効率を向上させるた
め、活性種の発生にあたって、磁界中にマイクロ波を導
入することによって生じる電子サイクロトロン共鳴（Ｅ
ＣＲ）を用いることもできる。この場合、たとえば、磁
界の強さは８７５ガウス、マイクロ波の周波数は２．４
５ＧＨｚに設定される。
め、活性種の発生にあたって、磁界中にマイクロ波を導
入することによって生じる電子サイクロトロン共鳴（Ｅ
ＣＲ）を用いることもできる。この場合、たとえば、磁
界の強さは８７５ガウス、マイクロ波の周波数は２．４
５ＧＨｚに設定される。
【００１４】ドーピングのため活性種を生成させる原料
物質として、たとえば、窒素ガスが好ましく用いられ
る。
物質として、たとえば、窒素ガスが好ましく用いられ
る。
【００１５】上述した方法により、原料物質を励起して
得られる活性種ビームは、エピタキシャル成長させるべ
き基板の方向に放射されるが、基板に到達する前に活性
種ビームには電子線が照射される。電子線は、たとえ
ば、熱陰極、強電界電子放出（フィールドエミッショ
ン）またはプラズマ電子銃により照射される。
得られる活性種ビームは、エピタキシャル成長させるべ
き基板の方向に放射されるが、基板に到達する前に活性
種ビームには電子線が照射される。電子線は、たとえ
ば、熱陰極、強電界電子放出（フィールドエミッショ
ン）またはプラズマ電子銃により照射される。
【００１６】本発明は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＭ
ｇＳＳｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ等のＺｎＳｅ系ＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体のエピタキシャル成長に適用される。
ｇＳＳｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ等のＺｎＳｅ系ＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体のエピタキシャル成長に適用される。
【００１７】
【作用】上述したようにドーピングのため窒素を含む物
質を励起したとき、窒素ラジカルと同時に窒素イオンも
発生する。本発明では、窒素イオンを除くために窒素活
性種ビームに対して電子線を照射する。正に帯電してい
る窒素イオンは、電子線によって中性化され窒素原子ま
たは分子になる。こうして電気的に中性な窒素ラジカル
と窒素原子または分子だけをエピタキシャル成長層の表
面に放射することにより、結晶性を悪化させることな
く、高い効率で窒素ドーピングを行なうことができる。
質を励起したとき、窒素ラジカルと同時に窒素イオンも
発生する。本発明では、窒素イオンを除くために窒素活
性種ビームに対して電子線を照射する。正に帯電してい
る窒素イオンは、電子線によって中性化され窒素原子ま
たは分子になる。こうして電気的に中性な窒素ラジカル
と窒素原子または分子だけをエピタキシャル成長層の表
面に放射することにより、結晶性を悪化させることな
く、高い効率で窒素ドーピングを行なうことができる。
【００１８】
【実施例】実施例として、窒素ラジカル発生源にＥＣＲ
ラジカルビームガンを使用して窒素ドープＺｎＳｅエピ
タキシャル層を成長した場合を以下に示す。
ラジカルビームガンを使用して窒素ドープＺｎＳｅエピ
タキシャル層を成長した場合を以下に示す。
【００１９】図１は、実施例において分子線エピタキシ
に用いられた装置の概要を示す模式図である。エピタキ
シャル成長装置１０において、真空チャンバ１内には、
ホルダ８上に基板２が設けられる。真空チャンバ１内に
は、ＺｎおよびＳｅの分子線をそれぞれ噴出させるた
め、分子線セル７ａおよび７ｂが設けられ、それぞれの
セルについてセルシャッタ６ａおよび６ｂが設けられて
いる。各セルからの分子線は基板２上に放射される。ま
た、各セルは、液体窒素シュラウド５により囲まれる。
に用いられた装置の概要を示す模式図である。エピタキ
シャル成長装置１０において、真空チャンバ１内には、
ホルダ８上に基板２が設けられる。真空チャンバ１内に
は、ＺｎおよびＳｅの分子線をそれぞれ噴出させるた
め、分子線セル７ａおよび７ｂが設けられ、それぞれの
セルについてセルシャッタ６ａおよび６ｂが設けられて
いる。各セルからの分子線は基板２上に放射される。ま
た、各セルは、液体窒素シュラウド５により囲まれる。
【００２０】さらに、真空チャンバ１内には、ＥＣＲラ
ジカルビームガン４が設けられる。ＥＣＲラジカルビー
ムガン４は、窒素を含む原料物質をＥＣＲにより励起
し、窒素ラジカルを含む活性種ビームを基板２の方向に
放射する。このガン４から発射される活性種ビームに電
子線を照射するため、真空チャンバ１には電子線発生装
置３が設けられる。電子線発生装置３は、上述したとお
り種々の方式のものを用いることができるが、本実施例
では、タングステンフィラメントから熱電子を発生させ
る方式のものを用いている。ＥＣＲラジカルビームガン
４から放射された活性種ビームは、電子を照射された
後、基板２上に到達し、ＺｎＳｅエピタキシャル成長層
にドーパントをもたらす。
ジカルビームガン４が設けられる。ＥＣＲラジカルビー
ムガン４は、窒素を含む原料物質をＥＣＲにより励起
し、窒素ラジカルを含む活性種ビームを基板２の方向に
放射する。このガン４から発射される活性種ビームに電
子線を照射するため、真空チャンバ１には電子線発生装
置３が設けられる。電子線発生装置３は、上述したとお
り種々の方式のものを用いることができるが、本実施例
では、タングステンフィラメントから熱電子を発生させ
る方式のものを用いている。ＥＣＲラジカルビームガン
４から放射された活性種ビームは、電子を照射された
後、基板２上に到達し、ＺｎＳｅエピタキシャル成長層
にドーパントをもたらす。
【００２１】上記装置において、基板として（１００）
アンドープＧａＡｓを用い、ソース原料として純度６ナ
インのＺｎおよび純度６ナインのＳｅを用いた。また、
ＥＣＲラジカルビームガンには純度６ナインの窒素ガス
を使用した。
アンドープＧａＡｓを用い、ソース原料として純度６ナ
インのＺｎおよび純度６ナインのＳｅを用いた。また、
ＥＣＲラジカルビームガンには純度６ナインの窒素ガス
を使用した。
【００２２】ＭＢＥ成長条件は以下に示すとおりであ
る。 基板温度：３２０℃ 基板サーマルクリーニング温度：５７０℃ ビームフラックス強度：Ｚｎ ８×１０-7Ｔｏｒｒ，Ｓ
ｅ １．５×１０-6Ｔｏｒｒ ＺｎＳｅ層成長速度：０．７μｍ／時間 窒素ガス供給量：０．０５ｓｃｃｍ マイクロ波入射電力：５０Ｗ 以上の条件下、ＧａＡｓ基板上に約１．４μｍの厚みの
窒素ドープＺｎＳｅエピタキシャル層を形成した。エピ
タキシャル層の形成は、タングステンフィラメントに通
電して熱電子を発生させ電子線照射を行なった場合と、
通電せず電子線照射を行なわない場合の２通りで実施し
た。得られたエピタキシャル層のそれぞれに、金電極を
形成し、室温においてＣ−Ｖ測定を行ない、そのキャリ
ア濃度を求めた結果を表１に示す。
る。 基板温度：３２０℃ 基板サーマルクリーニング温度：５７０℃ ビームフラックス強度：Ｚｎ ８×１０-7Ｔｏｒｒ，Ｓ
ｅ １．５×１０-6Ｔｏｒｒ ＺｎＳｅ層成長速度：０．７μｍ／時間 窒素ガス供給量：０．０５ｓｃｃｍ マイクロ波入射電力：５０Ｗ 以上の条件下、ＧａＡｓ基板上に約１．４μｍの厚みの
窒素ドープＺｎＳｅエピタキシャル層を形成した。エピ
タキシャル層の形成は、タングステンフィラメントに通
電して熱電子を発生させ電子線照射を行なった場合と、
通電せず電子線照射を行なわない場合の２通りで実施し
た。得られたエピタキシャル層のそれぞれに、金電極を
形成し、室温においてＣ−Ｖ測定を行ない、そのキャリ
ア濃度を求めた結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】また、図２に液体ヘリウム温度において測
定したホトルミネッセンススペクトルを示す。（ａ）は
電子線照射を行なって成長したエピタキシャル層のスペ
クトル、（ｂ）は電子線照射なしで成長したエピタキシ
ャル層のスペクトルである。（ａ）ではドナー・アクセ
プタ対による発光とそのフォノンレプリカによるピーク
が分離して現われているのに対し、（ｂ）ではブロード
なピークが１つ存在するだけである。（ｂ）のスペクト
ルは、一般にエピタキシャル層中に窒素原子が過剰にド
ーピングされたときのパターンである。そこで、二次イ
オン質量分析法により窒素原子濃度を求めた。その結果
を表２に示す。
定したホトルミネッセンススペクトルを示す。（ａ）は
電子線照射を行なって成長したエピタキシャル層のスペ
クトル、（ｂ）は電子線照射なしで成長したエピタキシ
ャル層のスペクトルである。（ａ）ではドナー・アクセ
プタ対による発光とそのフォノンレプリカによるピーク
が分離して現われているのに対し、（ｂ）ではブロード
なピークが１つ存在するだけである。（ｂ）のスペクト
ルは、一般にエピタキシャル層中に窒素原子が過剰にド
ーピングされたときのパターンである。そこで、二次イ
オン質量分析法により窒素原子濃度を求めた。その結果
を表２に示す。
【００２５】
【表２】
【００２６】表２において、窒素原子濃度は電子線照射
なしの方が多くなっており、ホトルミネッセンスの結果
と一致している。上記測定結果より、キャリア濃度は電
子線を照射することによって増加し、またドーピング効
率（キャリア濃度／窒素原子濃度）も１０％から４０％
に改善されたことが明らかになった。
なしの方が多くなっており、ホトルミネッセンスの結果
と一致している。上記測定結果より、キャリア濃度は電
子線を照射することによって増加し、またドーピング効
率（キャリア濃度／窒素原子濃度）も１０％から４０％
に改善されたことが明らかになった。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば窒素
ドープＺｎＳｅ系ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体エピタキシ
ャル層の成長において窒素ラジカルビームガンから放射
された活性種ビームに対して電子線を照射しながらドー
ピングを行なうことにより、キャリア濃度の向上および
ドーピング効率の著しい改善が可能となる。
ドープＺｎＳｅ系ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体エピタキシ
ャル層の成長において窒素ラジカルビームガンから放射
された活性種ビームに対して電子線を照射しながらドー
ピングを行なうことにより、キャリア濃度の向上および
ドーピング効率の著しい改善が可能となる。
【図１】本発明の一例であるＥＣＲラジカルビームガン
を装着したＭＢＥ成長装置の模式図である。
を装着したＭＢＥ成長装置の模式図である。
【図２】窒素ドープＺｎＳｅエピタキシャル層の液体ヘ
リウム温度でのホトルミネッセンススペクトルを示す図
であり、（ａ）は窒素活性種ビームに電子線照射を行な
って成長したエピタキシャル層のスペクトル、（ｂ）は
電子線照射を行なわずに成長したエピタキシャル層のス
ペクトルを示す。
リウム温度でのホトルミネッセンススペクトルを示す図
であり、（ａ）は窒素活性種ビームに電子線照射を行な
って成長したエピタキシャル層のスペクトル、（ｂ）は
電子線照射を行なわずに成長したエピタキシャル層のス
ペクトルを示す。
【図３】ＥＣＲ印加による窒素プラズマの発光分光スペ
クトルを示す図である。
クトルを示す図である。
１ 真空チャンバ ２ 基板 ３ 電子線発生装置 ４ ＥＣＲラジカルビームガン ５ 液体窒素シュラウド ６ａ、６ｂ 分子線セルシャッタ ７ａ、７ｂ 分子線セル
Claims (8)
- 【請求項１】 窒素がドープされたＺｎＳｅ系ＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体からなる層を分子線エピタキシにより
成長させるための装置において、 前記層を成長させるべき基板の方向に、窒素を含む物質
を励起して得られる活性種を放射する窒素ビームガン
と、 前記窒素ビームガンから放射される活性種ビームに電子
線を照射する手段とを備えることを特徴とする、半導体
エピタキシャル成長装置。 - 【請求項２】 前記活性種が、窒素を含む物質に高周波
を印加することにより発生させられることを特徴とす
る、請求項１記載の半導体エピタキシャル成長装置。 - 【請求項３】 前記活性種が、窒素を含む物質にマイク
ロ波を印加することにより発生させられることを特徴と
する、請求項１記載の半導体エピタキシャル成長装置。 - 【請求項４】 前記活性種が、磁場中にマイクロ波を導
入することによって生じる電子サイクロトロン共鳴を用
いて発生させられることを特徴とする、請求項１記載の
半導体エピタキシャル成長装置。 - 【請求項５】 前記電子線を照射する手段が、熱陰極に
より電子線を発生させることを特徴とする、請求項１記
載の半導体エピタキシャル成長装置。 - 【請求項６】 前記電子線を照射する手段が、強電界電
子放出により電子線を発生させることを特徴とする、請
求項１記載の半導体エピタキシャル成長装置。 - 【請求項７】 前記電子線を照射する手段が、プラズマ
電子銃からなることを特徴とする、請求項１記載の半導
体エピタキシャル成長装置。 - 【請求項８】 窒素がドープされたＺｎＳｅ系ＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体からなる層を分子線エピタキシにより
成長させるための方法において、 前記層を成長させるに際し、窒素を含む物質を励起して
得られた活性種に電子線を照射したものを、ドーピング
に用いることを特徴とする、半導体エピタキシャル成長
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5247999A JPH07106249A (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 半導体エピタキシャル成長装置および成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5247999A JPH07106249A (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 半導体エピタキシャル成長装置および成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07106249A true JPH07106249A (ja) | 1995-04-21 |
Family
ID=17171690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5247999A Withdrawn JPH07106249A (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 半導体エピタキシャル成長装置および成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07106249A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115807263A (zh) * | 2021-09-11 | 2023-03-17 | 广东众元半导体科技有限公司 | 一种分子束外延生长异质界面的方法与装置 |
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1993
- 1993-10-04 JP JP5247999A patent/JPH07106249A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115807263A (zh) * | 2021-09-11 | 2023-03-17 | 广东众元半导体科技有限公司 | 一种分子束外延生长异质界面的方法与装置 |
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