JP4565172B2

JP4565172B2 - Quantum well using BeTe / CdS heterointerface

Info

Publication number: JP4565172B2
Application number: JP2002031739A
Authority: JP
Inventors: 良一秋本; 一路秋田
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: JP2003234470A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は酸素を含む雰囲気中で用いることが出来るBeTe/CdSヘテロ界面の形成方法及びをBeTe/CdSヘテロ界面を用いた量子井戸に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術では、ポテンシャルの高い材料であるBeTe層の上に、直接CdS層を成長させる方法は、見出されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、BeTe層の上に、CdS層を成長させることを課題として、種々の手法を試みた。さらに、本発明者は、ポテンシャルの高いBeTe層とポテンシャルの低いCdS層を組み合わせて、量子井戸構造を作ることも課題であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために鋭意研究した結果、本発明者は、BeTe層の上に、CdS層を成長させる研究を続けた結果、BeTe層とCdS層の間に、ZnSe層を介在させるとCdS層がうまく二次元成長することが判明し、上記課題を解決することができた。
さらに、本発明者は、この事実に着目し、ポテンシャルの高いBeTe層とポテンシャルの低いCdS層を組み合わせて、量子井戸構造を作ることにも、成功した。
すなわち、本発明者は、CdS層に電子供給のため、ZnCl_２をドーピングして、図１に示す構造の量子井戸を作り出すことができた。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明において、BeTe層とCdS層の間に、介在させるZnSe層の厚さは、1〜２原子層が適当である。
さらに、本発明の量子井戸において、BeTe層の厚さが、4〜7原子層、CdS層の厚さが、7原子層以下、ZnSe層の厚さが、1〜２原子層、であることが望ましい。
急峻なBeTe/CdS界面を形成する目的上、その中間層として不可欠なZnSe層は極力薄い方が望ましい。実験の結果、1〜2原子層のZnSe層の厚みで、十分中間層として十分機能すことがわかった。
CdS層に電子を供給する電子供給物質としては、ZnCl_２,ZnCl_２,CdCl_２,CdI_２挙げられる。
【０００６】
本発明の実施の形態をまとめると以下の通りである。
（１） CdS層をBeTe層ではさむ構造の量子井戸であって、BeTe層とCdS層の間に、ZnSe層を介在させてなる量子井戸。
（２） CdS層に電子供給物質をドーピングしてなる上記（１）に記載した量子井戸。
（３） BeTe層の厚さが、４原子層、CdS層の厚さが、３原子層、ZnSe層の厚さが、２原子層、である上記（１）又は上記（２）に記載した量子井戸。
（４）電子供給物質が、ZnCl_２である上記（２）又は上記（３）に記載した量子井戸。
【０００７】
本発明の具体例を詳細に示す。
実施例１
（BeTe層の形成）
蒸着源であるBeとTeを背景10^-10Torrの超真空中で加熱しそれぞれ1×10^-8と２×10^-7Torrの強度の分子線を発生させる。これらの分子線を温度250℃に保持されているGaAs基板に照射し、BeTe層の形成を行う。BeTe層形成時の成長速度は約0.1原子層/秒である。BeTe層の形成終了時に、まずBe分子線を照射し終えた後、Te分子線を10秒さらに照射する。これにより成長表面をTeリッチな（２×１）構造にする。
（ZnSe層の形成）
上記の方法により成長したBeTe層上にZnSe層を形成する。まず、Zn分子線のみを10秒照射した後、Se分子線を加えて照射することによりZnSe層の形成を行う。ZnSe層形成時の成長速度は約0.2原子層/秒である。ZnSe層の形成終了は、まずSe分子線の照射を停止することにより行う。Se分子線の照射終了後、Zn分子線だけ10秒間照射しつづける。これにより成長膜表面をZnリッチなｃ（２×２）構造にする。このときにZnとSeの分子線強度は、それぞれ1.5×10^-7と4×10^-7Torrである。
（CdS層の形成）
化合物であるCｄSを加熱蒸着し、CdS分子線を発生させる。上記の方法により成長したZnSe層上に、CdS分子線を照射することによりCdS層の形成を行う。CdS層形成時の成長速度は、約0.1原子層/秒である。CdSの分子線強度は2.5×10^-7Torrである。
（BeTe/CdSヘテロ界面の特性）
BeTe→CdS→BeTe層と成長を行い、最後のBeTe層を５原子層程度形成した後、表面の平坦さを高速電子線反射回折像により観測することにより界面の特性を評価する。BeTe/CdS層の間にZnSe層があるときとないときを比べてみる。ZnSe層があるときには、電子線回折像がシャープなストリークパターンが現れるのに対して、ZnSe層がないときにはスポッティーなパターンが現れる。このことは、BeTe/CdS界面においてZnSe層を介在させると、原子レベルでの平坦さが実現されていることを示している。
【０００８】
実施例２
（BeTe層の形成）
実施例１のBeTe層の形成と同じ方法を用いた。
（ZnSe層の形成）
実施例１のZnSe層の形成と同じ方法を用いた。ただし、以下のとおりZnCl₂を分子線の照射も行った。化合物であるZnCl₂を加熱し、ZnCl₂分子線を発生させた。このときのZnCl₂分子線の強度は、1×10^-10Torrである。ZnCl₂分子線を照射するタイミングは、Se分子線の照射のタイミングにあわせて同時照射する。その後Zn分子線を照射し、ZnSe層の形成を行う。その後、Se分子線とZnCl₂分子線の照射を停止することにより、ZnSe層の形成を停止する。Zn分子線は、Se分子線とZnCl₂分子線の照射停止後も１０秒間照射した後、照射を停止させる。
（電子供給物質をドーピングしたCdS層の形成）
CdS層およびBeTe/CdS界面の介在させるZnSe層の形成を行うときに、ZnCl₂を分子線として照射し、CdSおよびZnSe層に電子供給物質であるCl原子を導入する。ZnCl₂分子線を照射するタイミングは、ZnSe層の形成においてはSe分子線の照射のタイミングにあわせて同時照射する。CdS層の形成においては、CdS分子線とZnCl₂分子線を同時に照射する。ZnCl₂分子線の強度は、1×10^-10Torrである。
（量子井戸の特性）
図２に示す結果が得られ、これは、現在知られているInGaAｓ/AlAsSb Δλ＝５００ｎｍ＠２μｍ (ＦＥＳＴＡ２０００)やGaN/AlGaNΔλ＝２３０ｎｍ＠１．５μｍ（Ｂｅｌｌｌａｂ．２０００）に比して、（CdS/ZnSeハイブリッド量子井戸構造の特性として、サブバンド間吸収スペクトルの半値幅が狭く、スペクトル特性が格段に優れていることが判る。
【０００９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、BeTe層とCdS層の間に、ZnSe層を介在させることにより、良質のBeTe/CdSヘテロ界面を形成することができ、さらに、本発明者は、ポテンシャルの高いBeTe層とポテンシャルの低いCdS層を組み合わせて、性能が高い量子井戸構造を作ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 CdS/ZnSeハイブリッド量子井戸構造の説明図
【図２】本発明のハイブリッド量子井戸のサブバンド間遷移吸収の特性図[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a quantum well using a BeTe / CdS hetero interface method and the formation of BeTe / CdS hetero interface which can be used in an atmosphere containing oxygen.
[0002]
[Prior art]
In the prior art, a method for directly growing a CdS layer on a BeTe layer , which is a high potential material, has not been found.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventor tried various methods with the object of growing a CdS layer on the BeTe layer . Furthermore, the present inventor also has a problem of combining a high potential BeTe layer and a low potential CdS layer to form a quantum well structure.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies in order to solve the above problems, the present inventor has on the BeTe layer, as a result of continued research to grow the CdS layer, between the BeTe layer and CdS layer and interposing the ZnSe layer CdS The layer was found to grow well in two dimensions, and the above problem could be solved.
Further, the present inventor has focused on this fact and succeeded in producing a quantum well structure by combining a high potential BeTe layer and a low potential CdS layer .
That is, the present inventor was able to dope ZnCl ₂ to supply electrons to the CdS layer , thereby creating a quantum well having the structure shown in FIG.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, during the BeTe layer and CdS layer, the thickness of the ZnSe layer to be interposed, 1-2 atomic layers are suitable.
Furthermore, in the quantum well of the present invention, the BeTe layer has a thickness of 4 to 7 atomic layers, the CdS layer has a thickness of 7 atomic layers or less, and the ZnSe layer has a thickness of 1 to 2 atomic layers. Is desirable.
For the purpose of forming a steep BeTe / CdS interface, the ZnSe layer, which is indispensable as an intermediate layer, is preferably as thin as possible. As a result of experiments, it was found that the thickness of the ZnSe layer of 1 to 2 atomic layers sufficiently functions as an intermediate layer.
Examples of the electron supply substance that supplies electrons to the CdS layer include ZnCl ₂ , ZnCl ₂ , CdCl ₂ , and CdI ₂ .
[0006]
The embodiments of the present invention are summarized as follows.
(1) a quantum well structure sandwiching the CdS layer by BeTe layer, a quantum well between the BeTe layer and CdS layer, with intervening ZnSe layer.
(2) The quantum well according to (1) above, wherein the CdS layer is doped with an electron supply material.
(3) The thickness of the BeTe layer is 4 atomic layers, the thickness of the CdS layer is 3 atomic layers, and the thickness of the ZnSe layer is 2 atomic layers, described in (1) or (2) above Quantum well.
(4) an electron supply substance, quantum wells described in the above is ZnCl ₂ (2) or (3) above.
[0007]
Specific examples of the present invention will be described in detail.
Example 1
( Formation of BeTe layer )
The deposition sources Be and Te are heated in an ultra-vacuum with a background of 10 ^-10 Torr to generate molecular beams with intensities of 1 × 10 ^-8 and 2 × 10 ^-7 Torr, respectively. These molecular beams are irradiated onto a GaAs substrate maintained at a temperature of 250 ° C. to form a BeTe layer . The growth rate during BeTe layer formation is about 0.1 atomic layer / second. At the end of the formation of the BeTe layer, the Be molecular beam is first irradiated, and then the Te molecular beam is further irradiated for 10 seconds. This makes the growth surface a Te-rich (2 × 1) structure.
(Formation of ZnSe layer)
A ZnSe layer is formed on the BeTe layer grown by the above method. First, after irradiating only Zn molecular beam for 10 seconds, a ZnSe layer is formed by adding and irradiating Se molecular beam. The growth rate during ZnSe layer formation is about 0.2 atomic layer / second. The formation of the ZnSe layer is completed by first stopping the irradiation of the Se molecular beam. After the completion of the Se molecular beam irradiation, only the Zn molecular beam is irradiated for 10 seconds. This makes the growth film surface a Zn-rich c (2 × 2) structure. At this time, the molecular beam intensities of Zn and Se are 1.5 × 10 ⁻⁷ and 4 × 10 ⁻⁷ Torr, respectively.
(CdS layer formation)
CdS, which is a compound, is deposited by heating to generate a CdS molecular beam. A CdS layer is formed by irradiating the ZnSe layer grown by the above method with a CdS molecular beam. The growth rate when forming the CdS layer is about 0.1 atomic layer / second. The molecular beam intensity of CdS is 2.5 × 10 ⁻⁷ Torr.
(Characteristics of BeTe / CdS heterointerface)
After the BeTe->CdS-> BeTe layer is grown and the last BeTe layer is formed in about 5 atomic layers, the surface characteristics are evaluated by observing the flatness of the surface with a high-speed electron beam reflection diffraction image. Compare with and without a ZnSe layer between BeTe / CdS layers. When there is ZnSe layer, whereas the electron beam diffraction image appears sharp streak pattern, it appears spot tee pattern when there is no ZnSe layer. This indicates that flatness at the atomic level is realized when a ZnSe layer is interposed at the BeTe / CdS interface.
[0008]
Example 2
( Formation of BeTe layer )
The same method as the formation of the BeTe layer in Example 1 was used.
( Formation of ZnSe layer )
The same method as the formation of the ZnSe layer in Example 1 was used. However, molecular beam irradiation of ZnCl ₂ was also performed as follows. The compound ZnCl ₂ was heated to generate a ZnCl ₂ molecular beam. The intensity of the ZnCl ₂ molecular beam at this time is 1 × 10 ⁻¹⁰ Torr. The irradiation timing of ZnCl ₂ molecular beam is performed simultaneously with the irradiation timing of Se molecular beam. Thereafter, a Zn molecular beam is irradiated to form a ZnSe layer . Thereafter, the formation of the ZnSe layer is stopped by stopping the irradiation of the Se molecular beam and the ZnCl ₂ molecular beam. The Zn molecular beam is irradiated for 10 seconds after the irradiation of the Se molecular beam and the ZnCl ₂ molecular beam is stopped, and then the irradiation is stopped.
( Formation of CdS layer doped with electron supply material)
When forming a ZnSe layer having a CdS layer and a BeTe / CdS interface interposed between them, ZnCl ₂ is irradiated as a molecular beam, and Cl atoms as an electron supply material are introduced into the CdS and ZnSe layers . The timing of irradiation with the ZnCl ₂ molecular beam is performed simultaneously with the timing of irradiation with the Se molecular beam in the formation of the ZnSe layer . In the formation of the CdS layer , CdS molecular beam and ZnCl ₂ molecular beam are irradiated simultaneously. The intensity of the ZnCl ₂ molecular beam is 1 × 10 ⁻¹⁰ Torr.
(Characteristics of quantum well)
The results shown in FIG. 2 are obtained, which is compared with the currently known InGaAs / AlAsSb Δλ = 500 nm @ 2 μm (FESTA 2000) and GaN / AlGaN Δλ = 230 nm@1.5 μm (Bell lab. 2000). (As a characteristic of the CdS / ZnSe hybrid quantum well structure, it can be seen that the half-value width of the intersubband absorption spectrum is narrow and the spectral characteristics are remarkably excellent.
[0009]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can form a high-quality BeTe / CdS heterointerface by interposing a ZnSe layer between a BeTe layer and a CdS layer. A high-performance quantum well structure could be fabricated by combining a high-BeTe layer and a low-potential CdS layer .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a CdS / ZnSe hybrid quantum well structure.

Claims

A quantum well structure sandwiching the CdS layer by BeTe layer, a quantum well between the BeTe layer and CdS layer, with intervening ZnSe layer.

The quantum well according to claim 1, wherein the CdS layer is doped with an electron supply material.

The quantum well according to claim 1 or 2, wherein the BeTe layer has a thickness of 4 atomic layers, the CdS layer has a thickness of 3 atomic layers, and the ZnSe layer has a thickness of 2 atomic layers.

Quantum wells described in the electron supply substance, according to claim 2 or 3 is ZnCl _2.