JPH0722343A - 気相成長装置 - Google Patents
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- JPH0722343A JPH0722343A JP19071193A JP19071193A JPH0722343A JP H0722343 A JPH0722343 A JP H0722343A JP 19071193 A JP19071193 A JP 19071193A JP 19071193 A JP19071193 A JP 19071193A JP H0722343 A JPH0722343 A JP H0722343A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 窒素窒素をド−プしたＺｎＳｅなどII−VI族
化合物半導体結晶薄膜を気相成長装置によって生成する
こと。 【構成】 気相成長装置に、窒素をラジカルにして導入
する機構を設ける。これは、窒素をプラズマ発生室８に
導きこれを高周波またはマイクロ波によって励起してプ
ラズマにするものである。ラジカルが薄膜の中に入り有
効なド−パントとなる。プラズマ発生室と基板の間に金
属製メッシュ１０とベロ−ズ９を介在させる。メッシュ
にバイアス電圧を加えると窒素のイオンが高速で基板５
に衝突するのを防ぐことができる。結晶性の良い薄膜結
晶を生成できる。
化合物半導体結晶薄膜を気相成長装置によって生成する
こと。 【構成】 気相成長装置に、窒素をラジカルにして導入
する機構を設ける。これは、窒素をプラズマ発生室８に
導きこれを高周波またはマイクロ波によって励起してプ
ラズマにするものである。ラジカルが薄膜の中に入り有
効なド−パントとなる。プラズマ発生室と基板の間に金
属製メッシュ１０とベロ−ズ９を介在させる。メッシュ
にバイアス電圧を加えると窒素のイオンが高速で基板５
に衝突するのを防ぐことができる。結晶性の良い薄膜結
晶を生成できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はＺｎＳｅのエピタキシ
ャル成長膜に窒素をド−プすることができるようにした
化学的気相成長装置に関する。赤色発光素子や緑色発光
素子が既に存在し大いに利用されている。青色を発生す
る素子への要求が古くからあるが、未だ充分な性能のも
のが得られていない。青色発光素子はバンドギャップの
広い半導体結晶を用いてｐｎ接合を形成することによっ
てできる筈である。
ャル成長膜に窒素をド−プすることができるようにした
化学的気相成長装置に関する。赤色発光素子や緑色発光
素子が既に存在し大いに利用されている。青色を発生す
る素子への要求が古くからあるが、未だ充分な性能のも
のが得られていない。青色発光素子はバンドギャップの
広い半導体結晶を用いてｐｎ接合を形成することによっ
てできる筈である。
【０００２】
【従来の技術】発光素子の材料としては、バンドギャッ
プが広いことの他に、直接遷移型である、ｐｎ接合が容
易にできる、大型の基板が得易いこと、デバイスプロセ
スが容易であることなどが要求される。このような条件
を全て満足する材料は今のところ存在しない。いずれか
の条件を満たすものとして、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＳ
ｅ、ＺｎＳ、ＧａＡｌＮ、ＺｎＳＳｅなどがある。
プが広いことの他に、直接遷移型である、ｐｎ接合が容
易にできる、大型の基板が得易いこと、デバイスプロセ
スが容易であることなどが要求される。このような条件
を全て満足する材料は今のところ存在しない。いずれか
の条件を満たすものとして、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＳ
ｅ、ＺｎＳ、ＧａＡｌＮ、ＺｎＳＳｅなどがある。
【０００３】本発明で対象にするのはII−VI族化合物半
導体である。例えばＺｎＳｅであるがこれはバンドギャ
ップが２．７ｅＶであり直接遷移型の半導体である。し
かしこれは大きい単結晶基板ができない、ｐ型ができな
いなどの困難があった。ＺｎＳｅ単結晶基板の作成は、
高圧ブリッジマン、昇華法、ヨウ素輸送法、溶液成長
法、パイパ−法、など多くの方法が試みられている。Ｚ
ｎＳｅは高圧を掛けなければ高温で昇華してしまうの
で、融液とするのが難しく、単結晶基板の形成は未だ成
功を納めていない。
導体である。例えばＺｎＳｅであるがこれはバンドギャ
ップが２．７ｅＶであり直接遷移型の半導体である。し
かしこれは大きい単結晶基板ができない、ｐ型ができな
いなどの困難があった。ＺｎＳｅ単結晶基板の作成は、
高圧ブリッジマン、昇華法、ヨウ素輸送法、溶液成長
法、パイパ−法、など多くの方法が試みられている。Ｚ
ｎＳｅは高圧を掛けなければ高温で昇華してしまうの
で、融液とするのが難しく、単結晶基板の形成は未だ成
功を納めていない。
【０００４】そこで、ＧａＡｓを基板に用いて、ＺｎＳ
ｅ薄膜をこの上にヘテロエピタキシャル成長させること
が試みられる。発光素子とするにはｐｎ接合を作る必要
がある。このためにはｎ型の結晶と、ｐ型の結晶を作ら
なければならない。ところが伝導型の制御が難しい。
ｅ薄膜をこの上にヘテロエピタキシャル成長させること
が試みられる。発光素子とするにはｐｎ接合を作る必要
がある。このためにはｎ型の結晶と、ｐ型の結晶を作ら
なければならない。ところが伝導型の制御が難しい。
【０００５】ｐ型、ｎ型いずれの伝導型の結晶を作るの
も難しい。ノンド−プの場合ｎ型になる。しかしキャリ
ヤ密度が極めて小さい。従来ＺｎＳｅのｎ型不純物とし
ては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎなどが知られていた。しかしこ
れらはド−プ量を上げると却ってｎ型キャリヤ密度が低
下し、１０17ｃｍ-3が最大のｎ型キャリヤ密度であっ
た。このように低濃度であると、発光素子のｐｎ接合と
しては不十分である。
も難しい。ノンド−プの場合ｎ型になる。しかしキャリ
ヤ密度が極めて小さい。従来ＺｎＳｅのｎ型不純物とし
ては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎなどが知られていた。しかしこ
れらはド−プ量を上げると却ってｎ型キャリヤ密度が低
下し、１０17ｃｍ-3が最大のｎ型キャリヤ密度であっ
た。このように低濃度であると、発光素子のｐｎ接合と
しては不十分である。
【０００６】しかしもっと難しいのはｐ型のＺｎＳｅ結
晶を作ることである。まず何がｐ型ド−パントになるの
かということについて疑問があった。Ｎａ、Ｌｉなどが
ｐ型のド−パントになるという説もありその試みもあ
る。ＭＢＥ（分子線エピタキシ−）によってＺｎＳｅを
成長させる試みもある。ｐ型のド−パントとして様々な
ものが試みられるがｐ型のものは得られなかった。
晶を作ることである。まず何がｐ型ド−パントになるの
かということについて疑問があった。Ｎａ、Ｌｉなどが
ｐ型のド−パントになるという説もありその試みもあ
る。ＭＢＥ（分子線エピタキシ−）によってＺｎＳｅを
成長させる試みもある。ｐ型のド−パントとして様々な
ものが試みられるがｐ型のものは得られなかった。
【０００７】西澤らはＬｉをド−プしたｐ型のＺｎＳｅ
結晶を蒸気圧制御温度差法で製作したと発表した。これ
は薄膜ではなくて、バルク結晶である。 J.Nishizawa, K.Itoh, Y.Okuno and F.Sakurai: J.App
l.Phys.57,2210(1985) しかしＬｉド−プのＺｎＳｅの製作は難しく再現性に乏
しい。またｐ型不純物のキャリヤ密度が低い。８×１０
16ｃｍ-3以上にはならない。それにＬｉはＺｎＳｅ中で
拡散しやすく、ｐｎ接合の特性が一定しない。
結晶を蒸気圧制御温度差法で製作したと発表した。これ
は薄膜ではなくて、バルク結晶である。 J.Nishizawa, K.Itoh, Y.Okuno and F.Sakurai: J.App
l.Phys.57,2210(1985) しかしＬｉド−プのＺｎＳｅの製作は難しく再現性に乏
しい。またｐ型不純物のキャリヤ密度が低い。８×１０
16ｃｍ-3以上にはならない。それにＬｉはＺｎＳｅ中で
拡散しやすく、ｐｎ接合の特性が一定しない。
【０００８】ＭＩＧＩＴＡ等は、分子線エピタキシ−法
で、ＧａＡｓ基板の上に、窒素をド−パントとしてｐ型
のＺｎＳｅ薄膜を成長させたと言っている。 M.MIGITA, A.TAIKE, M.SHIIKI & H.YAMAMOTO; "p-type
conduction of ZnSe Highly Doped With Nitrogen by M
etalorganic Molecular Beam Epitaxy", J.Crystal Gro
wth 101(1990) 835-840
で、ＧａＡｓ基板の上に、窒素をド−パントとしてｐ型
のＺｎＳｅ薄膜を成長させたと言っている。 M.MIGITA, A.TAIKE, M.SHIIKI & H.YAMAMOTO; "p-type
conduction of ZnSe Highly Doped With Nitrogen by M
etalorganic Molecular Beam Epitaxy", J.Crystal Gro
wth 101(1990) 835-840
【０００９】これは分子線エピタキシャル成長法であ
る。Ｚｎの原料としては、ジメチルＺｎ（ＤＭＺ）、セ
レンの原料としては水素化セレンＨ2 Ｓｅを使う。これ
らは通常の分子線セルに入れるのではなく、ガスソ−ス
セルから分子線エピタキシャル装置の内部へ導入する。
窒素はＮＨ3 ガスの形でやはりガスソ−スセルから導入
する。基板はＧａＡｓである。これをサセプタにおい
て、２５０℃〜４５０℃に加熱し、１〜４×１０-5Ｔｏ
ｒｒで気相成長させたとある。これはｐ型のＺｎＳｅで
あって、温度が４５０℃程度でキャリヤ密度が１０18ｃ
ｍ-3であると言っている。しかしながら、３００℃では
１０13ｃｍ-3である。これによりｐ型のＺｎＳｅが得ら
れたとしている。しかしながらこの方法は再現性が良く
なくて追試によってそれだけの特性がでない。またｐ型
といってもキャリヤ密度が小さすぎるという難点があ
る。窒素がｐ型のド−パントとして機能するとしても、
ＺｎＳｅ薄膜の内部にまで充分に入らないのであろう。
このためにｐ型キャリヤの密度が小さ過ぎるのであろ
う。
る。Ｚｎの原料としては、ジメチルＺｎ（ＤＭＺ）、セ
レンの原料としては水素化セレンＨ2 Ｓｅを使う。これ
らは通常の分子線セルに入れるのではなく、ガスソ−ス
セルから分子線エピタキシャル装置の内部へ導入する。
窒素はＮＨ3 ガスの形でやはりガスソ−スセルから導入
する。基板はＧａＡｓである。これをサセプタにおい
て、２５０℃〜４５０℃に加熱し、１〜４×１０-5Ｔｏ
ｒｒで気相成長させたとある。これはｐ型のＺｎＳｅで
あって、温度が４５０℃程度でキャリヤ密度が１０18ｃ
ｍ-3であると言っている。しかしながら、３００℃では
１０13ｃｍ-3である。これによりｐ型のＺｎＳｅが得ら
れたとしている。しかしながらこの方法は再現性が良く
なくて追試によってそれだけの特性がでない。またｐ型
といってもキャリヤ密度が小さすぎるという難点があ
る。窒素がｐ型のド−パントとして機能するとしても、
ＺｎＳｅ薄膜の内部にまで充分に入らないのであろう。
このためにｐ型キャリヤの密度が小さ過ぎるのであろ
う。
【００１０】その後ｎ型の不純物として塩素が有効であ
ることが見い出された。この発見の後、塩素がｎ型不純
物として用いられるようになった。これは塩化亜鉛（Ｚ
ｎＣｌ2 ）を原料とする。塩素ド−プＺｎＳｅは分子線
エピタキシ−法で作ることもできる。ＧａＡｓ基板に、
Ｚｎ、Ｓｅ、ＺｎＣｌ2 の分子線セルを同時に照射する
のである。 K.Ohkawa, T.Mitsuyu and O.Yamazaki: Ext.Abstr.18th
Conf. Solid State Devices and Materials,Tokyo,198
6,p635 塩素をｎ型不純物として用いると１０19ｃｍ-3程度のキ
ャリヤ密度を実現できる。Ｇａド−プの場合よりもキャ
リヤ密度が１桁近く改善される。
ることが見い出された。この発見の後、塩素がｎ型不純
物として用いられるようになった。これは塩化亜鉛（Ｚ
ｎＣｌ2 ）を原料とする。塩素ド−プＺｎＳｅは分子線
エピタキシ−法で作ることもできる。ＧａＡｓ基板に、
Ｚｎ、Ｓｅ、ＺｎＣｌ2 の分子線セルを同時に照射する
のである。 K.Ohkawa, T.Mitsuyu and O.Yamazaki: Ext.Abstr.18th
Conf. Solid State Devices and Materials,Tokyo,198
6,p635 塩素をｎ型不純物として用いると１０19ｃｍ-3程度のキ
ャリヤ密度を実現できる。Ｇａド−プの場合よりもキャ
リヤ密度が１桁近く改善される。
【００１１】先述のように、ｐ型の不純物としては窒素
が検討されてきた。しかし窒素はＺｎＳｅ結晶の中へ入
って行き難い。液相エピタキシ−、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢ
Ｅ法などによる、窒素のＺｎＳｅへのド−プがいろいろ
と試みられていたが、いずれも窒素をＺｎＳｅ中へ導入
することが出来なかった。窒素はＺｎＳｅの中に入らず
ｐ型の不純物とならなかったのである。
が検討されてきた。しかし窒素はＺｎＳｅ結晶の中へ入
って行き難い。液相エピタキシ−、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢ
Ｅ法などによる、窒素のＺｎＳｅへのド−プがいろいろ
と試みられていたが、いずれも窒素をＺｎＳｅ中へ導入
することが出来なかった。窒素はＺｎＳｅの中に入らず
ｐ型の不純物とならなかったのである。
【００１２】ところが、大川等は、窒素をラジカルとし
てＺｎＳｅにド−プするラジカルド−ピング法を提案し
た。これは窒素ガスを放電により活性窒素とし、分子線
として、Ｚｎの分子線や、Ｓｅの分子線とともに基板に
当てる方法である。 K.Ohkawa, T.Karasawa and T.Mitsuyu: 6th Int.Conf.M
olecular Beam Epitaxy,San Diego, 1990,PIII-21,J.Cr
yst.Growth 117,375(1991) K.Ohkawa, A.Tsujimura, S.Hayashi, S.Yoshii and T.M
itsuyu: Ext.Abstr.1992Int. Conf. Solid State Devic
es and Materials,Tsukuba, 1992 p.330 こうして塩素をｎ型、窒素をｐ型として、分子線エピタ
キシ−法でＺｎＳｅのｐｎ接合ができるようになった。
てＺｎＳｅにド−プするラジカルド−ピング法を提案し
た。これは窒素ガスを放電により活性窒素とし、分子線
として、Ｚｎの分子線や、Ｓｅの分子線とともに基板に
当てる方法である。 K.Ohkawa, T.Karasawa and T.Mitsuyu: 6th Int.Conf.M
olecular Beam Epitaxy,San Diego, 1990,PIII-21,J.Cr
yst.Growth 117,375(1991) K.Ohkawa, A.Tsujimura, S.Hayashi, S.Yoshii and T.M
itsuyu: Ext.Abstr.1992Int. Conf. Solid State Devic
es and Materials,Tsukuba, 1992 p.330 こうして塩素をｎ型、窒素をｐ型として、分子線エピタ
キシ−法でＺｎＳｅのｐｎ接合ができるようになった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしこれらの成功は
分子線エピタキシ−法を用いるものであり、より低真空
度で薄膜成長を行う気相成長法において、ｐ型不純物と
して窒素をド−ピングすることには成功していない。本
発明は原料を気体の状態で導入でき、より低真空度で薄
膜成長できる気相成長法においてII−VI族化合物半導体
結晶に窒素ド−プできる方法を提案する。
分子線エピタキシ−法を用いるものであり、より低真空
度で薄膜成長を行う気相成長法において、ｐ型不純物と
して窒素をド−ピングすることには成功していない。本
発明は原料を気体の状態で導入でき、より低真空度で薄
膜成長できる気相成長法においてII−VI族化合物半導体
結晶に窒素ド−プできる方法を提案する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、II族元素原
料、VI族原料原料を導入する導入口を設けた反応炉に、
窒素をラジカルとして導入する機構を設ける。この機構
はプラズマ発生室を含み、ここへ導かれた気体窒素を、
マイクロ波または高周波により励起してラジカルを形成
する。窒素ラジカルを反応炉の内部に導入する。反応炉
にはII族元素、VI族原料ガス、窒素ラジカルが導入され
るので、化学反応して基板の上に窒素ド−プのII−VI族
化合物半導体薄膜が成長する。
料、VI族原料原料を導入する導入口を設けた反応炉に、
窒素をラジカルとして導入する機構を設ける。この機構
はプラズマ発生室を含み、ここへ導かれた気体窒素を、
マイクロ波または高周波により励起してラジカルを形成
する。窒素ラジカルを反応炉の内部に導入する。反応炉
にはII族元素、VI族原料ガス、窒素ラジカルが導入され
るので、化学反応して基板の上に窒素ド−プのII−VI族
化合物半導体薄膜が成長する。
【００１５】またさらに、プラズマ発生室の出口に金属
製メッシュを設けることにより、イオンのエネルギ−を
制御することができるようになる。また、ラジカルの導
入管の途中にベロ−ズを設けて、金属製メッシュと基板
の距離を可変にすることができる。
製メッシュを設けることにより、イオンのエネルギ−を
制御することができるようになる。また、ラジカルの導
入管の途中にベロ−ズを設けて、金属製メッシュと基板
の距離を可変にすることができる。
【００１６】
【作用】プラズマ発生室を含む窒素ラジカルの導入機構
を反応炉に設けているので、気相成長装置の内部に窒素
ラジカルを供給することができる。VI族原料、II族原料
を共に反応炉に導入しているので、適当な温度に保持さ
れている基板の上に、窒素を含むII−VI族化合物半導体
薄膜を成長させることができる。
を反応炉に設けているので、気相成長装置の内部に窒素
ラジカルを供給することができる。VI族原料、II族原料
を共に反応炉に導入しているので、適当な温度に保持さ
れている基板の上に、窒素を含むII−VI族化合物半導体
薄膜を成長させることができる。
【００１７】金属製メッシュを設けると、これに適当な
バイアスを掛けて、窒素イオンの運動エネルギ−を変え
ることができる。例えば正電圧を印加すると、これを越
えようとする正イオンエネルギ−を失う。一部は推し戻
されることもある。高速の窒素イオンが基板に直接に当
たらないようになる。高速のイオンが結晶成長中の薄膜
に当たると結晶構造を乱す可能性があるが、金属製メッ
シュの電界の作用でこれを防ぐことができるのである。
結晶性の良い窒素ド−プのＺｎＳｅ結晶を成長させるこ
とができる。
バイアスを掛けて、窒素イオンの運動エネルギ−を変え
ることができる。例えば正電圧を印加すると、これを越
えようとする正イオンエネルギ−を失う。一部は推し戻
されることもある。高速の窒素イオンが基板に直接に当
たらないようになる。高速のイオンが結晶成長中の薄膜
に当たると結晶構造を乱す可能性があるが、金属製メッ
シュの電界の作用でこれを防ぐことができるのである。
結晶性の良い窒素ド−プのＺｎＳｅ結晶を成長させるこ
とができる。
【００１８】またベロ−ズにより、金属製メッシュとプ
ラズマ発生室のある部分と、基板の距離を可変にするこ
とができる。中性活性種やイオンには平均寿命があり、
距離を変えることにより基板の到達できる中性活性種の
種類を選択できる。これにより最適の条件を設定でき
る。
ラズマ発生室のある部分と、基板の距離を可変にするこ
とができる。中性活性種やイオンには平均寿命があり、
距離を変えることにより基板の到達できる中性活性種の
種類を選択できる。これにより最適の条件を設定でき
る。
【００１９】
【実施例】図１によって本発明の実施例を説明する。反
応炉１は真空に引くことのできる空間であり、原料ガス
が上から下に向かって流れる。上頂部にはVI族原料の導
入口２がある。これはＳｅ、Ｓなどを含む気体の原料を
反応炉に導くものである。Ｈ2 Ｓｅ、Ｈ2 Ｓなどであ
る。反応炉１の上側方にはII族元素の導入口３がある。
これはII族元素を含む原料を気体の状態で導入するもの
である。有機金属化合物を例えば用いることができる。
この他に窒素を不純物として導入するために反応炉１の
上方には、ラジカル導入口４が設けられる。気相成長装
置においてラジカルを導入する管部を設けたところに本
発明の特徴がある。この例では、３つの原料を導入する
管部を反応炉１の上方に別々に設けている。いずれを真
上に設けても良い。VI族原料とII族元素とは反応炉へ入
る前に合体しても良い。
応炉１は真空に引くことのできる空間であり、原料ガス
が上から下に向かって流れる。上頂部にはVI族原料の導
入口２がある。これはＳｅ、Ｓなどを含む気体の原料を
反応炉に導くものである。Ｈ2 Ｓｅ、Ｈ2 Ｓなどであ
る。反応炉１の上側方にはII族元素の導入口３がある。
これはII族元素を含む原料を気体の状態で導入するもの
である。有機金属化合物を例えば用いることができる。
この他に窒素を不純物として導入するために反応炉１の
上方には、ラジカル導入口４が設けられる。気相成長装
置においてラジカルを導入する管部を設けたところに本
発明の特徴がある。この例では、３つの原料を導入する
管部を反応炉１の上方に別々に設けている。いずれを真
上に設けても良い。VI族原料とII族元素とは反応炉へ入
る前に合体しても良い。
【００２０】反応炉の中央下方には、基板５を保持する
サセプタ６を設ける。サセプタ６の内部または外部には
ヒ−タがある。この例では内蔵ヒ−タを用いてサセプタ
を加熱する。外部ヒ−タの場合は、ランプによる加熱
や、高周波コイルによる誘導加熱を用いることもでき
る。反応炉１の下端には排気口７がある。これは真空排
気装置につながっている。
サセプタ６を設ける。サセプタ６の内部または外部には
ヒ−タがある。この例では内蔵ヒ−タを用いてサセプタ
を加熱する。外部ヒ−タの場合は、ランプによる加熱
や、高周波コイルによる誘導加熱を用いることもでき
る。反応炉１の下端には排気口７がある。これは真空排
気装置につながっている。
【００２１】窒素ガスは、プラズマ発生室８に導かれ、
ここで窒素のラジカルになる。窒素を励起するために、
ここには高周波コイル３０があってこれに高周波電流を
流すことにより高周波電界をプラズマ発生室８内に発生
させる。或いはマイクロ波発振器を設けて、マイクロ波
を導波管によりプラズマ発生室８に導くようにすること
もできる。窒素分子のラジカルが生成される。この中に
は励起状態にある中性分子、中性原子の他に正イオンの
窒素も存在する。エネルギ−についても多様である。活
性種の内どの状態のものが窒素のド−パントとして有効
かということも不明である。しかしイオンの場合は電界
の差があるために、基板に到達するまでに加速されて、
過大のエネルギ−をもつことがある。
ここで窒素のラジカルになる。窒素を励起するために、
ここには高周波コイル３０があってこれに高周波電流を
流すことにより高周波電界をプラズマ発生室８内に発生
させる。或いはマイクロ波発振器を設けて、マイクロ波
を導波管によりプラズマ発生室８に導くようにすること
もできる。窒素分子のラジカルが生成される。この中に
は励起状態にある中性分子、中性原子の他に正イオンの
窒素も存在する。エネルギ−についても多様である。活
性種の内どの状態のものが窒素のド−パントとして有効
かということも不明である。しかしイオンの場合は電界
の差があるために、基板に到達するまでに加速されて、
過大のエネルギ−をもつことがある。
【００２２】高速のイオンが直接に基板に衝突しないよ
うに、プラズマ発生室８の前には、金属製メッシュ１０
を設ける。金属製メッシュ１０のさらに前方には、ベロ
−ズ９を設ける。これは真空状態を保持しながら、伸縮
できる部材である。ベロ−ズ９の前端が先述のラジカル
導入口４につながる。金属製メッシュ１０とプラズマ発
生室８の間には、絶縁カラ−１１をはさんである。これ
はプラズマ発生室８を反応炉１から電気的に絶縁するた
めである。
うに、プラズマ発生室８の前には、金属製メッシュ１０
を設ける。金属製メッシュ１０のさらに前方には、ベロ
−ズ９を設ける。これは真空状態を保持しながら、伸縮
できる部材である。ベロ−ズ９の前端が先述のラジカル
導入口４につながる。金属製メッシュ１０とプラズマ発
生室８の間には、絶縁カラ−１１をはさんである。これ
はプラズマ発生室８を反応炉１から電気的に絶縁するた
めである。
【００２３】金属製メッシュ１０には外部のバイアス電
源２０が接続されており正負の任意の電圧を金属製メッ
シュ１０に印加できるようになっている。窒素ラジカル
の中にイオンが含まれるが、イオンのエネルギ−を適当
に制御するために、金属製メッシュ１０のバイアスを調
節する。さらに、ベロ−ズを伸縮させ、プラズマ発生室
と基板の距離を任意に設定することができる。イオンや
中性活性種の寿命はその電子状態により異なる。窒素ド
−パントとして好ましい活性種だけが基板に到達し、ド
−パントにならないものは基板に当たらないようにする
のが望ましい。気相成長法は、真空度が低いので、ガス
分子やラジカルの平均自由行程が短い。ために、ベロ−
ズを変位させて、基板に到達する活性種やイオンの種類
の分布を制御することができる。本発明は、ベロ−ズを
適当に変位させ、基板とプラズマ発生室の距離を変え、
経験的に最適の条件を捜すことを可能にする。
源２０が接続されており正負の任意の電圧を金属製メッ
シュ１０に印加できるようになっている。窒素ラジカル
の中にイオンが含まれるが、イオンのエネルギ−を適当
に制御するために、金属製メッシュ１０のバイアスを調
節する。さらに、ベロ−ズを伸縮させ、プラズマ発生室
と基板の距離を任意に設定することができる。イオンや
中性活性種の寿命はその電子状態により異なる。窒素ド
−パントとして好ましい活性種だけが基板に到達し、ド
−パントにならないものは基板に当たらないようにする
のが望ましい。気相成長法は、真空度が低いので、ガス
分子やラジカルの平均自由行程が短い。ために、ベロ−
ズを変位させて、基板に到達する活性種やイオンの種類
の分布を制御することができる。本発明は、ベロ−ズを
適当に変位させ、基板とプラズマ発生室の距離を変え、
経験的に最適の条件を捜すことを可能にする。
【００２４】金属製メッシュに与えるバイアスと、ベロ
−ズの変位により結晶構造に悪影響を及ぼす高速イオン
を除き、ド−パントになる中性活性種のみを基板まで到
達できるようにする。こうして高品質のｐ型のＺｎＳｅ
など、II−VI族化合物半導体薄膜結晶を得ることができ
る。
−ズの変位により結晶構造に悪影響を及ぼす高速イオン
を除き、ド−パントになる中性活性種のみを基板まで到
達できるようにする。こうして高品質のｐ型のＺｎＳｅ
など、II−VI族化合物半導体薄膜結晶を得ることができ
る。
【００２５】図２により図１の反応炉の原料ガスの供給
系を説明する。VI族原料ガスボンベ１２は、例えばＳｅ
や、Ｓの水素化物、或いはＳｅやＳの有機金属のガスで
を収容したものである。VI族原料ガスはバルブ１３、流
量コントロ−ラ１４を経て、VI族導入口２から反応炉１
の中へ入る。
系を説明する。VI族原料ガスボンベ１２は、例えばＳｅ
や、Ｓの水素化物、或いはＳｅやＳの有機金属のガスで
を収容したものである。VI族原料ガスはバルブ１３、流
量コントロ−ラ１４を経て、VI族導入口２から反応炉１
の中へ入る。
【００２６】II族元素の原料は、バブラ１５の収容さ
れ、一定の温度に保持されている。高純度の水素ガスを
用いて、II族元素をバブリングする。水素ガスがキャリ
ヤとなってII族元素をガス状態にして輸送できる。水素
ガス、バルブ１７、流量コントロ−ラ１８を経て、バル
ブ１９から、バブラ１５に入りこれをバブリングする。
II族元素を含む水素ガスはバルブ２１、バルブ２３を通
り、II族導入口３から、反応炉１の内部に導入される。
キャリヤガスとしての水素の割合は、バルブ２２、バル
ブ１９、２１などの開度を調整することにより任意に決
めることができる。ド−パントである窒素は、高純度の
窒素ガスボンベから、バルブ２４、流量コントロ−ラ２
５を通り、プラズマ発生室８に導かれる。このような原
料の供給系はよく知られたものである。原料の性質によ
り、バブラを必要としたり、不要であったりする。原料
により供給系の構造は適当に変更される。
れ、一定の温度に保持されている。高純度の水素ガスを
用いて、II族元素をバブリングする。水素ガスがキャリ
ヤとなってII族元素をガス状態にして輸送できる。水素
ガス、バルブ１７、流量コントロ−ラ１８を経て、バル
ブ１９から、バブラ１５に入りこれをバブリングする。
II族元素を含む水素ガスはバルブ２１、バルブ２３を通
り、II族導入口３から、反応炉１の内部に導入される。
キャリヤガスとしての水素の割合は、バルブ２２、バル
ブ１９、２１などの開度を調整することにより任意に決
めることができる。ド−パントである窒素は、高純度の
窒素ガスボンベから、バルブ２４、流量コントロ−ラ２
５を通り、プラズマ発生室８に導かれる。このような原
料の供給系はよく知られたものである。原料の性質によ
り、バブラを必要としたり、不要であったりする。原料
により供給系の構造は適当に変更される。
【００２７】
【発明の効果】本発明により縦型の気相成長装置によっ
て、窒素ド−プのＺｎＳｅ薄膜を成長させることができ
る。ＭＢＥ法ではなくて、ＭＯＣＶＤ法を用いてＮド−
プＺｎＳｅ薄膜を形成することができる。気相成長装置
によるので、VI族原料は単体元素ではなくて、より扱い
易い気体の化合物原料を用いることができる。同様にII
族元素についても気体の化合物を原料として用いること
ができる。圧力も分子線エピタキシ−法よりも高い圧力
で薄膜形成できる。
て、窒素ド−プのＺｎＳｅ薄膜を成長させることができ
る。ＭＢＥ法ではなくて、ＭＯＣＶＤ法を用いてＮド−
プＺｎＳｅ薄膜を形成することができる。気相成長装置
によるので、VI族原料は単体元素ではなくて、より扱い
易い気体の化合物原料を用いることができる。同様にII
族元素についても気体の化合物を原料として用いること
ができる。圧力も分子線エピタキシ−法よりも高い圧力
で薄膜形成できる。
【００２８】従来窒素をＺｎＳｅにド−プするのは分子
線エピタキシ−においてラジカルセルを用いる他に手段
がなかった。本発明は、縦型の気相成長装置において窒
素ラジカルを生成する導入管を設けて窒素をラジカルと
して反応炉に導入するので、気相成長法により窒素ド−
プＺｎＳｅ薄膜を成長させることができる。従来ｐ型Ｚ
ｎＳｅは気相成長装置ではできないとされていたが本発
明によりこれが可能になる。
線エピタキシ−においてラジカルセルを用いる他に手段
がなかった。本発明は、縦型の気相成長装置において窒
素ラジカルを生成する導入管を設けて窒素をラジカルと
して反応炉に導入するので、気相成長法により窒素ド−
プＺｎＳｅ薄膜を成長させることができる。従来ｐ型Ｚ
ｎＳｅは気相成長装置ではできないとされていたが本発
明によりこれが可能になる。
【００２９】また、ラジカルの生成空間と基板の距離を
可変にすれば、最適のビ−ム広がり最適の運動エネルギ
−を持つ窒素ラジカルを基板に当てることができる。ま
た、金属製メッシュをラジカル導入管に設けると、ラジ
カル中のイオンのエネルギ−を調整できる。高速のイオ
ンが基板に衝突して、薄膜の結晶構造を乱す惧れがな
い。薄膜の損傷を防ぎ高品質のｐ型ＺｎＳｅ薄膜を成長
させることができる。塩素ド−プと組み合わせれば、Ｚ
ｎＳｅ結晶のｐｎ接合を作製することができる。ＺｎＳ
ｅ青色発光素子を製造する上で極めて有効である。
可変にすれば、最適のビ−ム広がり最適の運動エネルギ
−を持つ窒素ラジカルを基板に当てることができる。ま
た、金属製メッシュをラジカル導入管に設けると、ラジ
カル中のイオンのエネルギ−を調整できる。高速のイオ
ンが基板に衝突して、薄膜の結晶構造を乱す惧れがな
い。薄膜の損傷を防ぎ高品質のｐ型ＺｎＳｅ薄膜を成長
させることができる。塩素ド−プと組み合わせれば、Ｚ
ｎＳｅ結晶のｐｎ接合を作製することができる。ＺｎＳ
ｅ青色発光素子を製造する上で極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る気相成長装置の概略構成
図。
図。
【図２】図１の気相成長装置の周辺の原料ガス供給系の
構成図。
構成図。
１ 反応炉 ２ VI族導入口 ３ II族導入口 ４ ラジカル導入口 ５ 基板 ６ サセプタ ７ 排気口 ８ プラズマ発生室 ９ ベロ−ズ １０ 金属製メッシュ １１ 絶縁カラ− １２ VI族原料ガスボンベ １３ バルブ １４ 流量コントロ−ラ １５ バブラ １６ ポンプ ２０ バイアス電源
Claims (3)
- 【請求項１】 真空に引くことのできる反応炉と、反応
炉の内部に設けられ基板を支持するサセプタと、サセプ
タを加熱するヒ−タと、II族元素を含み気体状態である
II族原料ガスを反応炉に導入するII族原料導入管と、VI
族元素を含み気体状態であるVI族原料ガスを反応炉に導
入するVI族原料導入管と、窒素をド−パントとして導入
するための窒素ラジカル導入装置とを含み、窒素ラジカ
ル導入装置は、窒素ガスを保持しこれをプラズマにする
プラズマ発生室と、プラズマ発生室に設けた窒素ガスの
励起装置と、プラズマ発生室の先端に設けたラジカル導
入口と、プラズマ導入口の間に設けた金属製メッシュと
よりなることを特徴とする気相成長装置。 - 【請求項２】 真空に引くことのできる反応炉と、反応
炉の内部に設けられ基板を支持するサセプタと、サセプ
タを加熱するヒ−タと、II族元素を含み気体状態である
II族原料ガスを反応炉に導入するII族原料導入管と、VI
族元素を含み気体状態であるVI族原料ガスを反応炉に導
入するVI族原料導入管と、窒素をド−パントとして導入
するための窒素ラジカル導入装置とを含み、窒素ラジカ
ル導入装置は、窒素ガスを保持しこれをプラズマにする
プラズマ発生室と、プラズマ発生室に設けた窒素ガスの
励起装置と、プラズマ発生室とプラズマ発生室に繋がる
ベロ−ズと、ベロ−ズの先端に設けたラジカル導入口
と、プラズマ導入口の間に設けた金属製メッシュとより
なり、プラズマ発生室とプラズマ導入口の距離を可変に
したことを特徴とする気相成長装置。 - 【請求項３】 真空に引くことのできる反応炉と、反応
炉の内部に設けられ基板を支持するサセプタと、サセプ
タを加熱するヒ−タと、II族元素を含み気体状態である
II族原料ガスを反応炉に導入するII族原料導入管と、VI
族元素を含み気体状態であるVI族原料ガスを反応炉に導
入するVI族原料導入管と、窒素をド−パントとして導入
するための窒素ラジカル導入装置とを含み、窒素ラジカ
ル導入装置は、窒素ガスを保持しこれをプラズマにする
プラズマ発生室と、プラズマ発生室に設けた窒素ガスの
励起装置と、プラズマ発生室に繋がるベロ−ズと、ベロ
−ズの先端に設けたラジカル導入口と、プラズマ発生室
と、プラズマ導入口の間に設けた金属製メッシュと、金
属製メッシュに電圧を印加するための電源とよりなり、
メッシュに任意の電圧を印加できるようにしたことを特
徴とする気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19071193A JPH0722343A (ja) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | 気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19071193A JPH0722343A (ja) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | 気相成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722343A true JPH0722343A (ja) | 1995-01-24 |
Family
ID=16262565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19071193A Pending JPH0722343A (ja) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | 気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0722343A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5865897A (en) * | 1994-06-09 | 1999-02-02 | Sony Corporation | Method of producing film of nitrogen-doped II-VI group compound semiconductor |
| JP2003068656A (ja) * | 2001-08-27 | 2003-03-07 | Ulvac Japan Ltd | プラズマ源、薄膜形成装置及び薄膜形成方法 |
| JP2007165805A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | National Univ Corp Shizuoka Univ | 結晶成長方法及び結晶成長装置 |
| JP2010114271A (ja) * | 2008-11-06 | 2010-05-20 | Tokyo Electron Ltd | 可動ガス導入構造物及び基板処理装置 |
| JP2017045856A (ja) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | 国立大学法人名古屋大学 | Ｉｉｉ族窒化物半導体装置の製造装置および製造方法ならびに半導体ウエハの製造方法 |
-
1993
- 1993-07-01 JP JP19071193A patent/JPH0722343A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5865897A (en) * | 1994-06-09 | 1999-02-02 | Sony Corporation | Method of producing film of nitrogen-doped II-VI group compound semiconductor |
| JP2003068656A (ja) * | 2001-08-27 | 2003-03-07 | Ulvac Japan Ltd | プラズマ源、薄膜形成装置及び薄膜形成方法 |
| JP2007165805A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | National Univ Corp Shizuoka Univ | 結晶成長方法及び結晶成長装置 |
| JP2010114271A (ja) * | 2008-11-06 | 2010-05-20 | Tokyo Electron Ltd | 可動ガス導入構造物及び基板処理装置 |
| JP2017045856A (ja) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | 国立大学法人名古屋大学 | Ｉｉｉ族窒化物半導体装置の製造装置および製造方法ならびに半導体ウエハの製造方法 |
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