JPH0831486B2 - 非晶質化合物半導体 - Google Patents

非晶質化合物半導体

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JPH0831486B2
JPH0831486B2 JP60268226A JP26822685A JPH0831486B2 JP H0831486 B2 JPH0831486 B2 JP H0831486B2 JP 60268226 A JP60268226 A JP 60268226A JP 26822685 A JP26822685 A JP 26822685A JP H0831486 B2 JPH0831486 B2 JP H0831486B2
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明治 高林
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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は非晶質化合物半導体に関する。
〔従来の技術〕
所謂アモルフアスシリコンをはじめとする非晶質半導
体は、使用する基体の選択幅が広く、経済性に優れ、ま
た組成を連続的に変え所望する特性を選択・発現させる
ことができる、など多くの利点を有しているため、近年
例えば太陽電池、薄膜トランジスタ、感光体などに応用
され、注目を集めている。
また、一方、結晶の分野においては、III−V族、II
−VI族等の化合物半導体が、バンドギャップが多きいこ
となどから、発光素子材料等として研究・実用化が進ん
でいる。III−V族及びII−VI族等の化合物半導体は、
イオン結合性が強く非晶質化しにくく、また非晶質化し
ても構造安定性が低く結晶化し易い傾向にあるため、非
晶質半導体としての応用については、現在まだ基礎研究
の段階にある。
具体的に、例えばIII−V族の非晶質GaAsは280℃、II
−VI族の非晶質ZnSeは180℃、0.4時間、非晶質ZnTeは10
0℃、2.3時間で結晶化することが報告されている。
この様に、化合物半導体を非晶質構造として応用する
ためには、熱等に対する構造安定性の低さが実用化を阻
む大きな技術的課題となっていた。
〔発明の目的及び概要〕 本発明の目的は、従来の問題点を解決し、熱等に対す
る構造安定性の高い新規な非晶質化合物半導体を提供す
ることにある。
上記問題点は、ZnSXO1-X(式中の「X」は、0.3〜0.5
である)の組成を有し、そして400℃の温度で1時間の
熱処理を施した時、結晶を生じない組成を有することを
特徴とする本発明の非晶質化合物半導体によって達成さ
れる。
〔発明の具体的説明及び実施例〕
本発明の構成を更に詳しく説明するため、例えば、
A、Q及びA、Rをそれぞれ構成原子とする2種類の化
合物半導体AQ及びARを仮定する。今、この2種類の化合
物半導体で固溶体AQxR1-xを構成するとき、化合物半導
体AQの原子間の結合距離とARの結合距離との差がある程
度大きい場合には結晶相である混晶AQxR1-xが形成され
ない組成範囲、いわゆるミッシビリテイー・ギヤップ
(Miscibility Gap、溶解度ギヤップとも呼ばれる)が
存在する。ミッシビリテイー・ギヤップとは、2種類の
化合物(例えば化合物半導体)で結晶相を構成する場
合、1つの結晶相、即ち混晶として固溶させることので
きない組成範囲のことである。[例えば西永頌、平松和
正;「化合物半導体混晶のMiscibility」、応用物理5
0、1065(1981)に詳しく説明されている。] そこで、本発明において、このミッシビリテイー・ギ
ヤップ内又は該ギヤップ近傍の組成で、例えばプラズマ
化学気相成長法、スパッタリング法、イオンプレーテイ
ング法など公知の非晶質半導体製造方法を用いて、例え
ば基体を冷却するなどして結晶相の析出を防ぎ強制的に
2つの化合物半導体を固溶させ、非晶質固溶体を形成す
る。すると、混晶においてミッシビリテイー・ギャップ
が存在する固溶体では、2種類の化合物半導体の間の結
合距離差が大きいためにネットワークの乱れが生ずる。
第1図は、固溶体としてII−VI族化合物半導体のZnSxO
1-xを例にとった場合に、ZnOネットワーク中に1個のS
原子がO原子を置換する形で入り込んだ場合に生ずるネ
ットワークの乱れの様子を2次元的に誇張して描いたも
のである。Zn−Sの結合距離は2.33Å、Zn−Oの結合距
離は1.98Åであるために、第1図に描いた様な乱れが予
想される。そして、さらに多くのO原子でS原子を置換
していった場合には、この乱れはネットワーク全体に広
がり、固溶体ZnSxO1-xは非晶質となる。この乱れは、Zn
−S及びZn−Oの結合距離差という言わば内的な要因に
よるものであるために、熱処理等によっても原子の位置
関係を移動させない限り、換言すれば融点近くまで加熱
しない限りこのネットワークの乱れを失わせることはで
きない。即ち、この様にして構成された非晶質化合物半
導体の構造の熱的安定性は飛躍的に向上する。そして、
この非晶質相の熱的安定性が飛躍的に向上する組成範囲
が、混晶を形成することのできないミッシビリテイー・
ギヤップ内又は該ギヤップ近傍の組成である。
この様に、本発明により、例えば2種類の化合物AQ、
ARの混晶に現れるミッシビリテイー・ギヤップ内又は該
ギヤップ近傍の組成で非晶質化合物半導体を構成するこ
とにより、例えば熱的安定性の低い非晶質相を持つIII
−V族及びII−VI族化合物半導体の熱的安定性を向上さ
せることができる。
次に、本発明の具体的実施例として、非晶質化合物半
導体ZnSxO1-xについて説明する。II−VI族化合物半導体
ZnS及びZnOは共に非晶質相を形成させることが困難であ
り、今まで非晶質相を形成したという報告はない。ま
た、非晶質相を形成したとしても熱に対して非常に不安
定な構造となり、結晶化し易いと考えられる。これに対
し本発明により構成されたZnSxO1-xは組成xに依存して
非晶質となり、また非晶質ZnSxO1-xは熱処理に対しても
結晶化しにくい。第2図はZnS粉末をターゲットとし、A
r−O2混合ガス雰囲気中にて反応性高周波スパッタ法に
よりZnSxO1-x膜を水冷したガラス基板上に堆積させた場
合のX線回折像の例である。照射X線にはCuKα線を用
いている。このZnSxO1-x膜においては、x>0.5の組成
範囲では2θ=29゜にのみZnS結晶面による回折ピーク
が現れる。第2図はこの2θ=29゜に現れる回折強度の
組成依存性をプロットしたものである。第2図に示した
様にxが小さくなるにつれ回折ピークは減少し、x≦0.
5となると回折ピークは全く現れなくなっている。ま
た、x<0.3の組成を持つ膜については調べていない
が、少なくとも、0.3≦x≦0.5の組成範囲では2θ=29
゜以外の結晶回折ピークも現れず非晶質であることが分
る。なお、『X値0.3〜0.5』は、ZnSをターゲットと
し、Ar−O2混合ガス雰囲気での反応性スパッタ法におけ
るAr−O2混合ガス中のO2ガス量を調整することによっ
て、変化させることができる。第3図はこの反応性高周
波スパッタ法を用いて作製したx=0.3の非晶質ZnSxO
1-x膜に、真空中(10-6Torr)にて400℃、1時間の熱処
理を施した場合の熱処理前後のX線回折像を比較したも
のである。2つの回折像に見られる2θ=25゜付近の幅
の広い回折はガラス基板によるものである。第3図にお
いて、熱処理後においても結晶回折ピークは見られず結
晶化していないことが分る。
第4図は、x=0.3及び0.52の非晶質ZnSxO1-x膜の光
学吸収スペクトルを、第5図は超高圧水銀ランプの365n
m輝線を励起光とした場合の室温におけるフオトルミネ
ッセンススペクトルを示している。第4図及び第5図に
事した様に、非晶質ZnSxO1-x膜は、xを0.3から0.52に
変化させることにより、バンドギヤップエネルギーは3.
4eVから3.2eVに、またフオトルミネッセンスのピーク波
長は650nmから700nmに変化することが分る。即ち、xを
連続的に変えてやることにより、バンドギヤップエネル
ギー及び発光ピーク波長を連続的に制御することが可能
である。
この様に、ZnS及びZnOは、イオン結合性が強いために
非晶質相を構成することが難しく、また今までにこれら
を組合せて非晶質を作製したという報告もない。これに
対し、本発明によって、II−VI族化合物半導体ZnS及びZ
nOから構造の熱的安定性の高い非晶質半導体の構成を可
能にすることができる。また、非晶質化合物半導体ZnSx
O1-xはxを変えることによりバンドギヤップエネルギー
や発光ピーク波長を制御することができ、さらにバンド
ギヤップエネルギーは3.2〜3.4eVと大きなことから、可
視域での非晶質発光材料、透明導電膜等へ応用できる。
この様に、本発明によって隣接原子の結合距離が異な
る2種類の化合物半導体の混晶に現れるミッシビリテイ
ー・ギヤップを利用して、熱処理に対する非晶質構造の
熱的安定性を向上させるのは、III−V族及びII−VI族
化合物半導体などの様な2元系化合物半導体のみなら
ず、3元系化合物半導体、例えばI−III−VI2族などの
結合のイオン性度が高く非晶質化し難いと考えられる化
合物半導体を成分とする混晶についても非晶質化合物半
導体を構成することができる。
ZnSxO1-x以外の混晶についての実施例としては、例え
ばIII−V族化合物半導体としてはGaAsxSb1-x、InPxSb
1-xなどが考えられる。GaAsとGaSbとの結合間距離は7.5
%と大きく、その混晶では中間近傍の組成、即ち、x=
0.5付近にミッシビリテイー・ギヤップが存在する。ま
た、InPとInSbとの結合距離差も9.9%と大きくInP寄り
の組成にイッシビリテイー・ギヤップが存在する。II−
VI族化合物半導体への実施例として例えば今までに混晶
形成の報告のないZnSexO1-x、ZnTexO1-xなどが考えられ
る。ZnSeとZnOとの結合距離差は21%、またZnTeとZnOと
の結合距離差は28%と大きく、ZnSexO1-x及びZnTexO1-x
共にその全組成範囲がミッシビリテイー・ギヤップに相
当する。
〔発明の効果〕
以上説明した様に、本発明により、結合のイオン性度
が高いために熱的に不安定な非晶質構造を持つIII−V
族及びII−VI族化合物半導体等から、非晶質をミッシビ
リテイー・ギヤップ内又は該ギヤップ近傍の組成で構成
してやることにより、熱処理によっても結晶化し難い状
態とすることができ、非晶質構造の熱的安定性を向上さ
せることができ、実用に十分耐え得るIII−V族又はII
−VI族非晶質化合物半導体を構成することができる。更
に、安定な非晶質相を構成し得る組成範囲において組成
を変えることにより、バンドギヤップエネルギーや、発
光材料に応用した場合の発光ピーク波長を連続的に制御
することも可能となり、半導体装置に応用した場合に必
要な特性を自由に選択することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の非晶質化合物半導体の1例であるZn
SxO1-xの構造を説明するための模式図である。 第2図は、本発明の非晶質化合物半導体の1例であるZn
SxO1-xのX線回折図であり、横軸はX値、縦軸は膜厚の
違いによる補正を施した回折強度である。 第3図は、ZnS0.30.7の熱処理前後を比較したX線回
折図であり、as dep.は熱処理前、400℃1hr(vacuum)
は、真空中400℃で1時間熱処理後のX線回折像であ
る。 第4図は、ZnSxO1-x膜で組成xが0.3及び0.52の非晶質Z
nSxO1-x膜の室温における光学吸収特性を示した曲線図
である。横軸は光子エネルギー(eV)を、縦軸はαhυ
(α:吸収係数、hυ:光子エネルギー)を示す。 第5図は、xが0.3及び0.52である非晶質ZnSxO1-x
の、超高圧水銀ランプの365nm輝線を励起光とした場合
の室温におけるフオトルミネッセンススペクトルを示し
た曲線図である。横軸の下側は光子エネルギー(eV)、
上側は波長(nm)であり、また縦軸はフオトルミネッセ
ンス強度の相対値を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ZnSXO1-X(式中の「X」は、0.3〜0.5であ
    る)の組成を有し、そして400℃の温度で1時間の熱処
    理を施した時、結晶を生じない組成を有することを特徴
    とする非晶質化合物半導体。
JP60268226A 1985-11-27 1985-11-27 非晶質化合物半導体 Expired - Lifetime JPH0831486B2 (ja)

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JPS62126642A JPS62126642A (ja) 1987-06-08
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Title
第45回応用物理学会学術講演予稿集(1984年)P.29912P−0−12

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