(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧されたチャンバ内で半導体膜の母相となる亜鉛を含むＩＩ−ＶＩ族化合物からなる第１の固体ソースを熱分解して成膜用基板に化合物半導体膜を形成する方法において、
前記チャンバ内にＺｎ３Ｎ２を含む第２の固体ソースを配置して、前記第１の固体ソースと共に第２の固体ソースを熱分解し、生成されたＮをアクセプタ不純物として添加した化合物半導体膜を形成する
ことを特徴とする亜鉛を含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体膜の製造方法。
【請求項２】
前記第２の固体ソースを収容した第２の固体ソース容器は、前記第１の固体ソースを収容した第１の固体ソース容器と同軸的に第１の固体ソース容器の下方に配置し、前記成膜用基板は前記第１の固体ソース容器の上方に配置し、かつ前記第１の固体ソース容器と成膜用基板の間には各固体ソースからの蒸発気体を熱分解するガス案内管を配置する
ことを特徴とする請求項１記載の亜鉛を含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、亜鉛（Ｚｎ）を含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体膜の製造方法に係り、特に結晶性に優れたｐ型化合物半導体膜を得るための不純物添加法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＺｎＳｅやＺｎＳ等のＺｎを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、青色発光素子用の半導体材料として従来より注目されている。しかしこれらの化合物半導体では、ｎ型は得られるが、自己補償効果によってｐ型半導体が簡単には得られず、従ってｐｎ接合形成が容易ではない。
【０００３】
例えば、良質の化合物半導体膜を得る方法として、ＨＷＥ（Ｈｏｔ  Ｗａｌｌ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法が知られている。ＨＷＥ装置を用いてｐ型のＺｎＳｅ膜を得るには、半導体膜の母相となる固体ソース（ＺｎＳｅ）を減圧チャンバ内に配置してこれを加熱蒸発させてホットウォール部で熱分解させる。これと同時に、チャンバ外部に不純物源として配置した気体ソース（ＮＨ３）をガス導入管によりチャンバ内のホットウォール部に供給して熱分解させる。そして分解生成されたＮやＮ２を更に高周波やＥＣＲにより活性化してＮラジカルを生成する。これにより、ホットウォール部の上に配置された成膜用基板にアクセプタ不純物であるＮを添加したｐ型ＺｎＳｅ膜を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したＺｎＳｅへのアクセプタ不純物Ｎの添加法では、ＶＩ族サイトへの添加のみを考えており、ＶＩ族過剰の状態での結晶成長となるため、結果的に得られるＺｎＳｅ結晶は原子空孔（ＩＩ族原子Ｚｎの空孔）が多いものとなる。そしてこのＺｎ空孔により、結晶性が劣化し、良質のｐ型半導体膜が得られない。
【０００５】
この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、良質のｐ型半導体膜を得ることを可能としたＺｎを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体膜の製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、減圧されたチャンバ内で半導体膜の母相となる亜鉛を含むＩＩ−ＶＩ族化合物からなる第１の固体ソースを熱分解して成膜用基板に化合物半導体膜を形成する方法において、前記チャンバ内にＺｎ３Ｎ２を含む第２の固体ソースを配置して、前記第１の固体ソースと共に第２の固体ソースを熱分解し、生成されたＮをアクセプタ不純物として添加した化合物半導体膜を形成することを特徴とする。
この発明において好ましくは、前記第２の固体ソースを収容した第２の固体ソース容器は、前記第１の固体ソースを収容した第１の固体ソース容器と同軸的に第１の固体ソース容器の下方に配置し、前記成膜用基板は前記第１の固体ソース容器の上方に配置し、かつ前記第１の固体ソース容器と成膜用基板の間には各固体ソースからの蒸発気体を熱分解するガス案内管を配置する。
【０００７】
この発明によると、ＺｎＳｅ等への不純物ソースとして固体ソースである窒化亜鉛（Ｚｎ３Ｎ２）を用いることにより、熱分解により生成されるＮがアクセプタ不純物としてＺｎＳｅに添加されると同時に、ＺｎがＺｎ空孔を補償する働きをする。これにより、原子空孔の少ない良質の結晶性を有し、かつＺｎ過剰な状態で結晶成長するため、ＳｅサイトにＮが入り易くなり、高い正孔濃度を持つｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体膜を得ることができる。
また、一般に固体の窒化物はＢＮに代表されるように蒸気圧が低く、石英容器等に入れて加熱蒸発させることは難しいが、Ｚｎ３Ｎ２は超高真空下でなくても数１００℃程度の加熱で蒸発させることができる。従って、半導体膜の母相となるＺｎＳｅ等を第１の固体ソースとし、不純物源となるＺｎ３Ｎ２を含む第２の固体ソースを用意したＨＷＥ装置を用いて、容易にｐ型ＺｎＳｅ膜を形成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。
図１は、この発明の一実施例に用いたＨＷＥ装置の構成を示す。チャンバ１１はＨＷＥ装置本体であり、内部は真空ポンプ１２により減圧される。チャンバ１１内部には、半導体膜の母相形成用の第１の固定ソース（この実施例の場合ＺｎＳｅ）を収容する筒状の第１の固体ソース容器１３と、不純物源となる第２の固体ソース（この実施例の場合Ｚｎ３Ｎ２）を収容する筒状の第２の固体ソース容器１４が同軸的に、かつ第２の固体ソース容器１４が第１の固体ソース容器１３の下方に位置するように配置されている。即ち第２の固体ソース容器１４は、その上端を第１の固体ソース容器１３の底部を貫通させて、第２の固体ソース容器１４内部に開口するように配置される。
【０００９】
これら二つの固体ソースの上方には、ホルダー１９により保持されヒータ２０により加熱される成膜用基板１８が配置される。また、固体ソースと基板保持部の間には、各固体ソースからの蒸発気体を熱分解して基板１８の面に案内するガス案内管１６が、図の例では第１の固体ソース容器１３と一体に形成されている。これら固体ソース容器１３，１４及びガス案内管１５は全て石英管であり、これらの周囲には、加熱ヒータ１６ａ，１６ｂが配設される。加熱ヒータ１６ａ，１６ｂは熱遮蔽体１７ａ，１７ｂにより囲まれている。
即ちこの実施例の装置は、母相形成用の固体ソース部Ｂの下に、不純物源の固体ソース部Ａ（通常、リザーバと呼ばれる）が配置され、固体ソース部Ｂの上のガス案内管１５の部分が各固体ソースからの蒸発気体を熱分解させるホットウォール部Ｃとなっている。
【００１０】
半導体膜に気体ソースを用いて不純物を添加するためには、チャンバ１１の外部にはＮＨ３ガスを収容する気体ソースボンベ２１が設けられる。ボンベ２１からの不純物ガスＮＨ３は、バルブ２２及びマスフローコントローラ２３を介し、チャンバ１１を貫通するガス導入管２４を介して、ガス案内管１５の底部に供給されるようになっている。即ち外部から不純物ガスを供給した場合も、その不純物ガスはガス案内管１５において熱分解されることになる。
【００１１】
次に具体的に、図１のＨＷＥ装置を用いてｐ型ＺｎＳｅ膜を成膜する場合を説明すると、前述のように第１の固体ソース容器１３にはＺｎＳｅを、第２の固体ソース容器１４にはＺｎ３Ｎ２を入れる。成膜用基板１８には、（１００）面を主面とするＧａＡｓ基板を用いる。チャンバ１１内を１０−６Ｔｏｒｒ程度まで減圧した状態で、第１の固体ソース容器１３を６１０〜６９０℃に、第２の固体ソース容器１４を３５０〜４６０℃にそれぞれ加熱し、またガス案内管１５を５６０〜６００℃に加熱する。これにより各固体ソースは蒸発し、その蒸発気体はガス案内管１４、即ちホットウォール部Ｃで熱分解されて基板１８に供給され、基板１８にＺｎＳｅ膜が成膜される。
【００１２】
この実施例においては、不純物源であるＺｎ３Ｎ２が熱分解されて、ＺｎとＮが生成され、Ｎがアクセプタ不純物となり、ＺｎはＺｎＳｅのＺｎ空孔を補償する働きをする。またガス案内管１５に導入されたＮＨ３も熱分解されて、Ｎがアクセプタ不純物としてＺｎＳｅ中に導入される。即ち、ＮＨ３のみを不純物源として用いる方法と異なり、ＩＩ族サイトのＺｎ不足を補いながら、ＶＩ族サイトへのＮ添加が可能となる。従って、得られるＺｎＳｅ膜はＺｎ空孔の少ない良質の結晶膜となり、高い正孔濃度のｐ型ＺｎＳｅ層が得られる。
【００１３】
この発明は、上記実施例に限られない。例えば実施例では、ＺｎＳｅ膜を形成したが、ＺｎＳやＺｎＴｅ等、Ｚｎを含む他のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体膜を成膜する場合に同様にこの発明を適用することができる。
またアクセプタ不純物源として、固体ソースＺｎ３Ｎ２を用いると同時に、気体ソースＮＨ３を補助的に用いることは有効である。
【００１４】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、Ｚｎを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体膜への不純物ソースとして固体ソースＺｎ３Ｎ２を用いることにより、熱分解により生成されるＮがアクセプタ不純物としてＺｎＳｅに添加されると同時に、ＺｎがＺｎ空孔を補償する作用をし、良質の結晶性を有しかつ高い正孔濃度を持つｐ型の化合物半導体膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に用いたＨＷＥ装置の構成を示す。
【符号の説明】
１１…チャンバ、１２…真空ポンプ、１３…第１の固体ソース容器、１４…第２の固体ソース容器、１５…ガス案内管（ホットウォール部）、１６ａ，１６ｂ…ヒータ、１７ａ，１７ｂ…熱遮蔽体、１８…成膜用基板、１９…ホルダー、２０…ヒータ、２１…ガスボンベ、２２…バルブ、２３…マスフローコントローラ、２４…ガス導入管、ＺｎＳｅ…第１の固体ソース、Ｚｎ３Ｎ２…第２の固体ソース。
【図１】
0003633186.tif 000002