JPH1192298A - ZnSe系化合物半導体のエピタキシャル薄膜の作製方法 - Google Patents

ZnSe系化合物半導体のエピタキシャル薄膜の作製方法

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JPH1192298A
JPH1192298A JP26109897A JP26109897A JPH1192298A JP H1192298 A JPH1192298 A JP H1192298A JP 26109897 A JP26109897 A JP 26109897A JP 26109897 A JP26109897 A JP 26109897A JP H1192298 A JPH1192298 A JP H1192298A
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JP
Japan
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thin film
znse
epitaxial thin
compound semiconductor
based compound
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JP26109897A
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Takashi Yamada
隆史 山田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ZnSe単結晶基板を用いたZnSe系化合
物半導体のエピタキシャル薄膜をMBE法で作製する方
法において、表面がスムーズで表面欠陥が少なく、か
つ、結晶欠陥も少ない高品質なZnSe系化合物半導体
エピタキシャル薄膜の作製方法を提供しようとするもの
である。 【解決手段】 ZnSe単結晶基板を275〜375℃
の温度に加熱し、SeとZnの分子線強度比を2.0〜
5.0の範囲で調節してMBE法でZnSe系化合物半
導体のエピタキシャル薄膜を作製する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ZnSe単結晶基
板上にZnSe系化合物半導体のエピタキシャル薄膜を
作製する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】“Jpn. J. Appl. Phys. 28(1989)pp.156
0 〜1563”には、ZnSe単結晶基板を60℃のアンモ
ニアと過酸化水素の水溶液とカセイソーダ水溶液で化学
エッチングした後、基板を550℃に加熱し、次いで、
370〜400℃の温度でSeとZnのビーム強度比
1.1で厚さ50〜60nmのZnSeエピタキシャル
薄膜を成長し、さらに550℃で熱処理して、RHEE
D観察によるc(2×2)ストリークの清浄表面を得た
と報告されるている。
【0003】しかし、この方法では、ZnSe単結晶基
板表面の清浄化が実質的に行われておらず、基板とエピ
タキシャル薄膜との界面には多くの結晶欠陥が発生して
いるものと考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記の問題点を解消し、ZnSe単結晶基板を用いたZn
Se系化合物半導体のエピタキシャル薄膜をMBE法で
作製する方法において、表面がスムーズで表面欠陥が少
なく、かつ、結晶欠陥も少ない高品質なZnSe系化合
物半導体エピタキシャル薄膜の作製方法を提供しようと
するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記の構成を
採用することにより、上記の課題の解決に成功した。 (1) MBE法でZnSe単結晶基板上にZnSe系化合
物半導体のエピタキシャル薄膜を作製する方法におい
て、前記基板を275〜375℃の温度に加熱し、Se
とZnの分子線強度比を2.0〜5.0の範囲で調節す
ることを特徴とするZnSe系化合物半導体のエピタキ
シャル薄膜の作製方法。
【0006】(2) 前記基板を、硫酸系溶液によるエッチ
ングを行った後、前記エピタキシャル薄膜を作製するこ
とを特徴とする上記(1) 記載のZnSe系化合物半導体
のエピタキシャル薄膜の作製方法。 (3) 前記エッチングを行った後、有機洗浄を行い、次い
で、前記エピタキシャル薄膜を作製することを特徴とす
る上記(2) 記載のZnSe系化合物半導体のエピタキシ
ャル薄膜の作製方法。 (4) 前記有機洗浄を行った後、希塩酸で洗浄を行い、次
いで、前記エピタキシャル薄膜を作製することを特徴と
する上記(3) 記載のZnSe系化合物半導体のエピタキ
シャル薄膜の作製方法。
【0007】(5) 前記エピタキシャル薄膜を成長する前
に、MBE装置内で前記基板を250〜350℃の温度
に加熱し、10〜120分間水素プラズマを照射して基
板を清浄化し、次いで、前記エピタキシャル薄膜を作製
することを特徴とする上記(1) 〜(4) のいずれか1つに
記載のZnSe系化合物半導体のエピタキシャル薄膜の
作製方法。
【0008】(6) 前記水素プラズマを照射した後、Se
を照射し、次いで、前記エピタキシャル薄膜を作製する
ことを特徴とする上記(5) 記載のZnSe系化合物半導
体のエピタキシャル薄膜の作製方法。 (7) 前記Se照射を、基板付近におけるSeの分子線強
度を1×10-6〜1×10-5の範囲に調整することを特
徴とする上記(6) 記載のZnSe系化合物半導体のエピ
タキシャル薄膜の作製方法。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明は、化学洗浄により十分に
洗浄したZnSe単結晶基板をMBE装置内にセットし
て、水素プラズマを所定の条件で照射し、さらに、Se
分子線を照射して基板表面を清浄化した後、基板温度を
所定の温度に保持し、SeとZnの分子線強度比を最適
値に調整してZnSe系化合物半導体をエピタキシャル
成長することにより、表面ホモロジーが良好で結晶欠陥
の少ないエピタキシャル薄膜を得ることに成功した。
【0010】本発明では、化学洗浄として、硫酸系溶液
によるエッチング、有機洗浄、希塩酸洗浄を選択するこ
とにより、5μm以上の深くエッチングしても平坦性に
優れ、鏡面を有し、かつ、Se化合物の析出もなく、酸
化膜も薄くすることを可能にした。アンモニア系洗浄等
の他の化学洗浄では、上記の平坦性に優れた表面を得る
ことはできない。
【0011】本発明では、上記の化学洗浄を行ったZn
Se単結晶基板を250〜350℃、好ましくは250
〜300℃の温度に加熱しながら、水素プラズマを10
〜120分間、好ましくは30〜60分間照射して基板
表面を完全に清浄化した。上記の基板の加熱温度を25
0℃未満とすると、表面酸化膜の除去が不完全となり、
350℃を超えると、表面が荒れる。また、水素プラズ
マ照射時間を10分未満にすると、表面酸化膜の除去が
困難になり、120分を超えると、表面が荒れるという
不都合が生ずる。
【0012】さらに、本発明では、MBE装置内で、水
素プラズマ照射により清浄化したZnSe単結晶基板を
275〜375℃、好ましくは300〜350℃の温度
に加熱しながら、Seの分子線を10〜120分間、好
ましくは30〜60分間照射してMBE法によるエピタ
キシャル成長用基板を作製する。Se分子線照射時の基
板温度が275℃を下回ると、Seが表面に堆積する不
都合が生じ、375℃を超えると、Seが再蒸発し、表
面荒れが起こるという不都合が生ずる。また、照射時間
が10分間を下回ると、平坦性の回復が困難であり、1
20分間を超えて成長させる意味がない。
【0013】本発明のMBE法によるエピタキシャル成
長条件としては、上記のように清浄化したZnSe基板
を275〜375℃、好ましくは300〜350℃の温
度に加熱し、SeとZnの分子線強度比を2.0〜5.
0の範囲、好ましくは2.5〜5.0の範囲に調節する
のがよい。基板を温度が275℃を下回ると、原子のマ
イブレーションが低下し、375℃を超えると、Seの
再蒸発が起こり始めるという不都合がある。また、Se
とZnの分子線強度比が2.0を下回ると、Seが枯渇
し、空格子欠陥が生成し、5.0を超えると、Znマイ
ブレーションが低下するという不都合が生ずる。
【0014】
【実施例】
〔実施例1〕固相法で作製したZnSe単結晶基板を用
い、該基板の加工歪み層を除去するために、上記の基板
を硫酸、重クロム酸カリウム及び水の混合溶液でエッチ
ングし、その後、トリフロロエチレン、アセトン、イソ
プロピルアルコールを順次用いて超音波洗浄を行い、上
記エッチングで生じたSe水和物を除去した。さらに、
25℃の希塩酸(塩酸:水=1:10)で基板上の酸化
膜を薄くした。
【0015】このように化学洗浄されたZnSe単結晶
基板を分子線エピタキシャル成長装置(MBE装置)に
セットし、流量1sccm、RFパワー100Wの水素
プラズマを基板に照射し、300℃まで昇温した。約5
分でc(2×2)の再配列パターンが現れたが、その後
も30分間照射を継続した。
【0016】その後、プラズマ照射を停止し、蒸気圧の
高いSe分子線を30分間照射した状態で、基板を35
0℃に昇温し、さらに、Zn分子線を照射してZnSe
薄膜の作製を開始し、約1μmの厚さのZnSeエピタ
キシャル膜を作製した。この場合のSeとZnの分子線
強度比を2.5に維持した。なお、分子線強度はイオン
ゲージ法で測定した。
【0017】得られたエピタキシャル薄膜の表面をノマ
ルスキー顕微鏡で観察すると、その表面は図1にみるよ
うにスムーズで表面欠陥の少ないZnSeエピタキシャ
ル薄膜が得られたことが分かる。また、10℃の臭素と
メタノールの混合溶液でエッチング処理して生成するエ
ッチピットを観察して結晶欠陥を評価した結果を図2に
示した。図2から求めると、基板並みの1.2×105
cm-2という低欠陥の薄膜であった。
【0018】〔実施例2〕実施例1において、水素プラ
ズマ照射の際の基板温度を250〜380℃の範囲で変
化させ、その他の条件を実施例1と同様にしてZnSe
エピタキシャル薄膜を作製して、結晶欠陥の変化を調査
した。図3は、この調査結果を示したものであり、上記
の基板温度が350℃以上になると表面荒れが起こり、
結晶欠陥が増加することが分かる。この結果を踏まえ、
本発明では、水素プラズマ照射の際の基板温度を250
〜350℃、好ましくは250〜300℃の範囲に保持
することとした。
【0019】〔実施例3〕実施例1のように、水素プラ
ズマ照射の際の基板温度を300℃に固定し、かつ、S
eとZnの分子線強度比を2.5と一定にし、薄膜作製
の際の基板温度を250〜380℃の範囲で変化させた
以外は実施例1と同様にしてZnSeエピタキシャル薄
膜を作製して、結晶欠陥及び表面欠陥の変化を調査し
た。図4は、この調査結果を示したものであり、上記の
基板温度が300〜350℃の範囲で結晶欠陥及び表面
欠陥が最小となった。この結果を踏まえ、本発明では、
薄膜作製の際の基板温度を275〜375℃、好ましく
は300〜350℃の範囲に保持することとした。
【0020】〔実施例4〕実施例1のように、薄膜作製
の際の基板温度を350℃に固定し、SeとZnの分子
線強度比を1から5まで変化させた以外は実施例1と同
様にしてZnSeエピタキシャル薄膜を作製して、結晶
欠陥及び表面欠陥の変化を調査した。図5は、この調査
結果を示したものであり、上記の分子線強度比が2.5
以上で結晶欠陥及び表面欠陥が最小となった。この結果
を踏まえ、本発明では、薄膜作製の際の分子線強度比を
2.0〜5.0、好ましくは2.5〜5.0の範囲に保
持することとした。
【0021】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、ZnSe単結晶基板上に高品質のZnSe系化合
物半導体のエピタキシャル薄膜の作製が可能になり、高
性能の青色や緑色等のレーザやLEDの提供を可能にし
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で作製したZnSeエピタキシャル薄
膜の光学顕微鏡写真である。
【図2】実施例1で作製したZnSeエピタキシャル薄
膜を臭素系溶液でエッチングし、結晶欠陥に対応したピ
ットを現出した薄膜表面の光学顕微鏡写真である。
【図3】実施例2のZnSeエピタキシャル薄膜の作製
における、水素プラズマ照射時の基板温度に対する結晶
欠陥及び表面欠陥の密度の変化を示したグラフである。
【図4】実施例3のZnSeエピタキシャル薄膜の作製
時の基板温度に対する結晶欠陥及び表面欠陥の密度の変
化を示したグラフである。
【図5】実施例4のZnSeエピタキシャル薄膜の作製
時のSeとZnの分子線強度比に対する結晶欠陥及び表
面欠陥の密度の変化を示したグラフである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MBE法でZnSe単結晶基板上にZn
    Se系化合物半導体のエピタキシャル薄膜を作製する方
    法において、前記基板を275〜375℃の温度に加熱
    し、SeとZnの分子線強度比を2.0〜5.0の範囲
    で調節することを特徴とするZnSe系化合物半導体の
    エピタキシャル薄膜の作製方法。
  2. 【請求項2】 前記基板を、硫酸系溶液によるエッチン
    グを行った後、前記エピタキシャル薄膜を作製すること
    を特徴とする請求項1記載のZnSe系化合物半導体の
    エピタキシャル薄膜の作製方法。
  3. 【請求項3】 前記エッチングを行った後、有機洗浄を
    行い、次いで、前記エピタキシャル薄膜を作製すること
    を特徴とする請求項2記載のZnSe系化合物半導体の
    エピタキシャル薄膜の作製方法。
  4. 【請求項4】 前記有機洗浄を行った後、希塩酸で洗浄
    を行い、次いで、前記エピタキシャル薄膜を作製するこ
    とを特徴とする請求項3記載のZnSe系化合物半導体
    のエピタキシャル薄膜の作製方法。
  5. 【請求項5】 前記エピタキシャル薄膜を成長する前
    に、MBE装置内で前記基板を250〜350℃の温度
    に加熱し、10〜120分間水素プラズマを照射して基
    板を清浄化し、次いで、前記エピタキシャル薄膜を作製
    することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記
    載のZnSe系化合物半導体のエピタキシャル薄膜の作
    製方法。
  6. 【請求項6】 前記水素プラズマを照射した後、Seを
    照射し、次いで、前記エピタキシャル薄膜を作製するこ
    とを特徴とする請求項5記載のZnSe系化合物半導体
    のエピタキシャル薄膜の作製方法。
JP26109897A 1997-09-10 1997-09-10 ZnSe系化合物半導体のエピタキシャル薄膜の作製方法 Pending JPH1192298A (ja)

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