JP2003133335A

JP2003133335A - ＺｎＴｅ系化合物半導体の製造方法およびＺｎＴｅ系化合物半導体並びに半導体装置

Info

Publication number: JP2003133335A
Application number: JP2001330194A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yamamoto; 哲也山本; Atsutoshi Arakawa; 篤俊荒川; Kenji Sato; 賢次佐藤; Toshiaki Asahi; 聰明朝日
Original assignee: Nikko Materials Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2003-05-09
Anticipated expiration: 2021-10-29
Also published as: JP3976543B2

Abstract

(57)【要約】【課題】特性の良い半導体装置を得るために有効な、
キャリア濃度が高く、かつ低抵抗なｎ型ＺｎＴｅ系化合
物半導体を製造する方法および該製造方法により製造さ
れるＺｎＴｅ系化合物半導体並びに該ＺｎＴｅ系化合物
半導体を用いた半導体装置を提供する。【解決手段】基板上にＺｎＴｅ系化合物半導体をエピ
タキシャル成長させる際、ＺｎＴｅ系化合物結晶をｎ型
に制御する第１３（３Ｂ）族元素からなる第１のドーパ
ントと、Ｔｅ元素との結合エネルギーがＺｎ元素と同等
またはそれ以上である第２（２Ａ）族元素からなる第２
のドーパントとを、前記ＺｎＴｅ系化合物結晶中に同時
にドーピングするようにした。また、前記第２のドーパ
ントを、原子個数でＺｎ空孔の濃度以上（〜１０^１８ｃ
ｍ^−３以上）、かつ、前記ＺｎＴｅ系化合物結晶中の濃
度が１％以下となるようにドーピングするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の材料
に適したＺｎＴｅ系化合物半導体の製造方法およびＺｎ
Ｔｅ系化合物半導体並びに半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＺｎＴｅ系化合物半導体は、例え
ば発光ダイオード等の緑色光の発光素子に利用できる材
料として期待されている。しかしながら、ＩＩ-ＶＩ族
化合物半導体は発光ダイオードを製造するのに必要な伝
導型の制御が困難であるため、発光ダイオードに利用で
きる材料が限定されていた。

【０００３】例えば、ＧａＡｓ基板上に分子線エピタキ
シャル成長法により何層ものＺｎＳｅ系の混晶薄膜を成
長させたＺｎＳｅ系化合物半導体結晶を用いてｐｎ接合
型のダイオードが作製されている。このとき、ＺｎＳｅ
系化合物半導体は、熱平衡状態ではｐ型半導体の制御が
困難であると考えられていたため、ラジカル粒子ビーム
源とよばれる特殊な装置を用いて形成される。しかし、
この方法で得られたｐ型ＺｎＳｅ系化合物半導体はドー
パントの活性化率が低く低抵抗な結晶とはならなかっ
た。

【０００４】一方、ＺｎＴｅ系の材料においてはｐ型半
導体は容易に達成できるが、ｎ型半導体はキャリア濃度
が低く低抵抗にならないという問題がある。つまり、一
般にＺｎＴｅ系化合物半導体においては、分子線エピタ
キシャル成長法（ＭＢＥ）や有機金属気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ）等のエピタキシャル成長技術を用い、第１３
（３Ｂ）族元素であるＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガ
リウム）、Ｉｎ（インジウム）をＺｎＴｅ系化合物結晶
中にドーピングすることによりｎ型半導体を得られるこ
とが知られているが、従来は半導体原料の純度が悪いた
めにｎ型半導体を得ることができなかった。近年では原
料の高純度化とエピタキシャル成長技術の向上によりｎ
型半導体を達成できるようになったが、ドーパントの添
加量を増加させると自己補償効果が大きくなるため、添
加量を増加させてもキャリア濃度は増加しない、むしろ
キャリア濃度は減少してしまい、低抵抗化の問題は解決
されていない。

【０００５】例えば、ｎ型ＺｎＴｅ化合物半導体をＭＢ
Ｅ法でＣｌ（塩素）をドーピングして作製した場合のキ
ャリア濃度は３×１０^１６ｃｍ^−３となり、ＭＯＣＶＤ
法でＡｌをドーピングして作製した場合のキャリア濃度
は４×１０^１７ｃｍ^−３となる。このように、結晶性に
影響を与えない程度にドーピングした場合、キャリア濃
度は１０^１７ｃｍ^−３が限界であったが、半導体装置の
作製には１０^１８以上のキャリア濃度が必要であり、現
在得られるｎ型ＺｎＴｅ化合物半導体ではキャリア濃度
が低いため、低抵抗とならず特性の良い半導体装置を得
ることができなかった。

【０００６】また、半導体装置の作製に必要なヘテロ構
造を有する結晶の材料については、導電性を制御する実
験はなされていない。このような現状から、現在のとこ
ろＺｎＳｅ系化合物半導体以外のＩＩ-ＶＩ族化合物半
導体を用いた発光ダイオードは実用化には至っていな
い。

【０００７】ところで、近年、同時ドーピングにより半
導体の導電性を制御する手法が提案され、ＧａＮやＺｎ
Ｏ系の材料でその効果が確かめられている（NEW DIAMON
D 第60号 Vol.17 No.1 p18-23）。

【０００８】同時ドーピング法とは、所望の導電型の半
導体を得るために、ｎ型（もしくはｐ型）の導電性を得
るための第１のドーパントとともにｐ型（もしくはｎ
型）の導電性を得るための第２のドーパントを前記第１
のドーパントの約半分の量だけ結晶中に導入する方法で
ある。この方法によりドーパントの禁制帯中の順位が浅
くなりキャリア濃度を増加させることができる。

【０００９】また、一般に結晶中にドーパントを高濃度
で添加するとドーパント同士の斥力により結晶中にとけ
込むドーパントの量が制限されるが、同時ドーピング法
によれば第２のドーパントとの引力により第１のドーパ
ント同士の斥力が緩和されるので結晶中にとけ込む量を
増大することができ、より低抵抗の結晶を得ることがで
きる。

【００１０】また、第１のドーパントはキャリアを放出
してイオン化されるが、第２のドーパントにより結晶内
のクーロン場がスクリーニングされるのでキャリアの散
乱が抑制される。そのため、キャリアの移動度が低下す
ることなく高濃度にドーパントを添加することが可能と
なり、低抵抗の半導体結晶を得ることができる。このよ
うに、理論的には同時ドーピング法により半導体結晶の
低抵抗を実現できることが期待される。

【００１１】ここで、ＧａＮ化合物半導体について行わ
れた同時ドーピング法の実証実験について簡単に説明す
る。従来、ＧａＮ化合物のｐ型半導体を形成することは
困難とされていた。つまり、一般にＧａＮ化合物半導体
においてはｐ型ドーパントとしてＭｇ（マグネシウム）
を導入するが、Ｍｇは禁制帯中の順位が比較的高くフェ
ルミ−ディラック統計からわかるとおり常温で正孔が十
分に活性化されないために、Ｍｇをドーピングして低抵
抗のｐ型半導体を得ることが困難であった。

【００１２】しかし、同時ドーピング法の理論に基づき
計算すると、低抵抗のｐ型ＧａＮ化合物半導体を得るた
めに、ｐ型ドーパントのＭｇとともにｎ型ドーパントと
なりうるＯ（酸素）をＭｇの約半分の量ドーピングする
のが有効であると予想できた。そして、ＭＯＣＶＤによ
りＯをＭｇと同時にドーピングした結果、キャリア濃度
が約２桁増加することが観察された。また、キャリアの
移動度の低下は観察されなかった。

【００１３】このようにしてＧａＮ化合物半導体におい
ては同時ドーピング法の理論は実証され、低抵抗の半導
体を得るのに有効であることが確認された。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た同時ドーピング法は、ＺｎＴｅ系化合物半導体につい
ては理論的検討や実験的な検証が行われていないため、
ＺｎＴｅ系化合物半導体の導電性を制御するのに有効で
あるか未だ解明されていない。

【００１５】本発明は、特性の良い半導体装置を得るた
めに有効な、キャリア濃度が高く、かつ低抵抗なｎ型Ｚ
ｎＴｅ系化合物半導体を製造する方法および該製造方法
により製造されるＺｎＴｅ系化合物半導体並びに該Ｚｎ
Ｔｅ系化合物半導体を用いた半導体装置を提供すること
を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するためになされたものであり、基板上にＺｎＴｅ系
化合物半導体をエピタキシャル成長させる際、ＺｎＴｅ
系化合物結晶をｎ型に制御する第１３（３Ｂ）族元素か
らなる第１のドーパントと、Ｔｅ元素との結合エネルギ
ーが、Ｚｎ元素とＴｅ元素との結合エネルギーと同等ま
たはそれ以上である第２（２Ａ）族元素からなる第２の
ドーパントとを、前記ＺｎＴｅ系化合物半導体中に同時
にドーピングするようにしたＺｎＴｅ系化合物半導体の
製造方法である。なお、ＺｎＴｅ系化合物とは第１２
（２Ｂ）族元素であるＺｎか第１６（６Ｂ）族元素であ
るＴｅの少なくとも一方を含み、第１２（２Ｂ）族元素
の空孔が第１６（６Ｂ）族元素の空孔よりもエネルギー
的に安定である化合物であることを意味する。具体的に
は、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＺｎＯＴｅ、
ＺｎＳＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴ
ｅ、ＣｄＯＴｅ、ＣｄＺｎＯＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、Ｃ
ｄＺｎＳｅＴｅなどである。

【００１７】上述した２つのドーパントを同時に結晶中
にドーピングする方法（同時ドーピング法）により、Ｚ
ｎＴｅ系化合物半導体の導電型を比較的容易に制御する
ことが可能となる。また、同時ドーピング法によるとド
ーパントの活性化率（ドーピングしたドーパントがキャ
リアとして有効に活性化する割合）が高くなるので、従
来に比較して少量のドーピング量で所望のキャリア濃度
を達成することができる。したがって、ドーピングされ
る不純物の量が少ないので得られる結晶の結晶性は向上
する。

【００１８】また、前記第２のドーパントを、原子個数
でＺｎ空孔の濃度以上（〜１０^１８ｃｍ^−３以上）、か
つ、前記ＺｎＴｅ系化合物結晶中の濃度が１％以下とな
るようにドーピングするのが望ましい。これにより、格
子整合条件が取りやすくなるとともに、バンド構造に与
える影響を抑えることができる。

【００１９】また、前記第１３（３Ｂ）族元素はＡｌ、
Ｇａ、Ｉｎのうちの少なくとも一つを含み、前記第２
（２Ａ）族元素はＢｅ、Ｍｇ、Ｃａのうち少なくとも一
つを含むように同時にドーピングすればよい。

【００２０】この方法が有効なＺｎＴｅ系化合物半導体
には、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＺｎＯＴ
ｅ、ＺｎＳＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳ
Ｔｅ、ＣｄＯＴｅ、ＣｄＺｎＯＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、
ＣｄＺｎＳｅＴｅなどである。また、Ｍｇを含むＺｎＴ
ｅ系化合物半導体であるＺｎＭｇＴｅ、ＺｎＭｇＳｅＴ
ｅ等の場合は、第２（２Ａ）族元素としてＢｅを結晶中
の濃度が１％以内となる量で同時ドーピングするのが望
ましい。これは、Ｍｇを含むＺｎＴｅ系化合物半導体の
場合はＭｇよりもＢｅの方が同時ドーピングの効果が得
やすいためである。なお、前記第２のドーパントを、原
子個数でＺｎ空孔の濃度以上（〜１０^１８ｃｍ^−３以
上）、かつ、前記ＺｎＴｅ系化合物結晶中の濃度が１％
以下となるようにドーピングするのが望ましいとした
が、例えば、ＺｎＴｅ基板上にＺｎＴｅをエピタキシャ
ル成長で成膜する場合、第２（２Ａ）族元素を結晶中の
濃度が原子個数でＺｎ空孔の濃度以上（〜１０^１８ｃｍ
^−３以上）、かつ、前記ＺｎＴｅ系化合物結晶中の濃度
が０．２％以内となる量でドーピングするのが、格子整
合されたＺｎＴｅエピ膜を得る上で、さらに望ましい。

【００２１】これらのＺｎＴｅ系化合物半導体は、Ｚｎ
Ｔｅ基板上に分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ：Mole
cular Beam Epitaxy）法、または、化学気相成長法（CV
D法：Chemical Vaper Deposition）、特に、有機金属気
相成長（ＭＯＣＶＤ：Meta-organic Chemical Vaper De
position）法により形成することができる。

【００２２】また、上述した同時ドーピング法により製
造されたＺｎＴｅ系化合物半導体は、キャリア濃度が１
×１０^１８ｃｍ^−３以上で、かつキャリア移動度が１３
０ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ以上となり、抵抗が０．０５Ω・
ｍ以下のｎ型半導体となる。同時ドーピング法では、ド
ーパントの活性化率が高くなるため従来の方法に比較し
てドーピング量を少量に抑えることができるので、得ら
れるＺｎＴｅ系化合物半導体は結晶性に優れ半導体装置
材料として好適である。

【００２３】また、このｎ型ＺｎＴｅ系化合物半導体を
基板として有する半導体装置によれば、ドーパントの活
性化率が高いため活性化しないドーパントによる深い順
位の形成がないため量子効率の高い光電変換が得られる
だけでなく、ｎ型電極とのコンタクト抵抗が低減するの
で動作電圧を低くすることができる。これにより、半導
体装置の低電力化を図ることができるとともに発熱を低
減させることができるので、半導体装置の長寿命化の実
現が期待できる。

【００２４】以下に本発明の詳細について具体的に説明
する。従来はＺｎＴｅ化合物のｎ型半導体層を得るため
に、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ等のエピタキシャル成長技術
を用いて第１３（３Ｂ）族元素であるＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ
等を単独でドーピングしていた。しかし、ドーパントの
ドーピング量を増加させると自己補償効果が大きくなる
ので、ドーピング量を増加させてもキャリア濃度は増加
しない、または、キャリア濃度が減少するという現象が
観察された。また、結晶性に影響を与えない程度にドー
ピングした場合、キャリア濃度は１０^１ ^７ｃｍ^−３が限
界であった。

【００２５】そこで、本発明者等はＧａＮやＺｎＯ系の
材料でその効果が確かめられている同時ドーピングによ
り半導体の導電型を制御する手法をＺｎＴｅ系材料に応
用することを考えた。

【００２６】そして、本発明者等は、ＺｎＴｅ系の材料
において、ｎ型（もしくはｐ型）を得るための第１のド
ーパントとともにｐ型（もしくはｎ型）を得るための第
２のドーパントを結晶中に同時ドーピングするという方
法を利用して、さらに前記第２のドーパントを前記第１
のドーパントの約半分の量だけ結晶中に導入することに
より、高キャリア濃度のＺｎＴｅ系化合物半導体を得る
ことに成功した。このとき、第１のドーパントとして第
１３（３Ｂ）族元素を用いる場合は第２のドーパントと
して第１５（５Ｂ）族元素を用いた。

【００２７】さらに、本発明者等は同時ドーピングにつ
いて研究を進めた結果、理論計算よりＺｎＴｅ化合物結
晶においてはＺｎ空孔が安定に存在することを見出し
た。また、ＺｎとＴｅの結合エネルギーが低いためにＺ
ｎ空孔は格子間を比較的容易に拡散でき、空孔の拡散に
よる複合欠陥が生成され、この複合欠陥が深い順位を形
成しドーパントの活性化率を低下させるためにＺｎＴｅ
はｎ型に制御しにくいことを突き止めた。

【００２８】そこで、Ｚｎ空孔が形成されるのを抑制す
べく検討を重ねた結果、Ｔｅとの結合エネルギーが大き
い元素をＺｎの格子位置に置くことにより、Ｚｎ格子位
置をエネルギー的に安定とできることが判明した。つま
り、Ｔｅとの結合エネルギーが大きい元素をＺｎの格子
位置に置くことにより、Ｚｎ空孔の形成を抑制でき、Ｚ
ｎ空孔の拡散による複合欠陥の生成を抑制することがで
きた。また、第１３（３Ｂ）族元素がＺｎ格子位置と置
換しｎ型ドーパントとして活性化する際、第一近接のＺ
ｎ格子位置が空孔となった場合エネルギー的に安定化す
ることが確認された。

【００２９】前述したように、Ｔｅとの結合エネルギー
が大きい元素をＺｎの格子位置に置くと、Ｚｎ格子位置
がエネルギー的に安定となり、Ｚｎ空孔の形成が抑制さ
れ、Ｚｎ空孔の拡散による複合欠陥ができにくくなるの
で、第１３（３Ｂ）族元素がＺｎ格子位置と置換しｎ型
ドーパントとして活性化する際の活性化率を充分に向上
させることができた。

【００３０】ここで、Ｔｅとの結合エネルギーが大きい
元素としては、第２（２Ａ）族元素のＢｅまたはＭｇま
たはＣａが適当であり、これらの元素をドーピングする
ことにより半導体の導電型を効果的に制御できた。特
に、ＢｅとＴｅとの結合エネルギーが最も大きいので、
同時ドーピングに用いる元素としてはＢｅが最適である
といえる。

【００３１】本発明は上記知見をもとに完成されたもの
で、ＺｎＴｅ化合物結晶に第１３（３Ｂ）族元素である
Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎをドーピングしてｎ型半導体にする場
合に、第２（２Ａ）族元素のＢｅまたはＭｇまたはＣａ
の少なくとも一つを前記第１３（３Ｂ）族元素と同時に
ドーピングするようにしたものである。これにより、キ
ャリア濃度が高く低抵抗のｎ型半導体を得ることができ
る。

【００３２】このとき、第２（２Ａ）族元素のドーピン
グ量は、原子個数でＺｎ空孔の濃度以上（〜１０^１８ｃ
ｍ^−３以上）、かつ結晶中の濃度が１％以下となる量と
するのがよい。すなわち、同時ドーピングする第２（２
Ａ）族元素は、ＺｎＴｅ化合物結晶中の濃度が１％以上
となる量ドーピングしても同様の効果が得られるが、格
子整合条件が取りにくくなったり、バンド構造に影響を
与えたりするため、結晶中の濃度が１％以下となる量だ
けドーピングするのが実用的である。実際に、この条件
で結晶を育成した結果、キャリア濃度が高く低抵抗のｎ
型ＺｎＴｅ化合物半導体を得ることができた。

【００３３】

【発明の実施の形態】（実施例１）本実施例は、ｐ型Ｚ
ｎＴｅ結晶を基板としてＭＢＥによりＺｎＴｅ化合物半
導体をエピタキシャル成長させるにあたり、ｎ型ドーパ
ントとしてＡｌを用い、Ａｌと同時にドーピングする第
２（２Ａ）族元素としてＢｅを用いてｎ型半導体を形成
する例である。

【００３４】まず、ｐ型ＺｎＴｅ基板上にＺｎＴｅバッ
ファ層を形成した。このとき、半導体原料であるＺｎ源
としては高純度Ｚｎメタルを用い、Ｔｅ源としては高純
度Ｔｅメタルを用いた。

【００３５】次に、ＡｌとＢｅを同時にドーピングして
前記ＺｎＴｅバッファ層上にｎ型ＺｎＴｅ化合物半導体
層を形成した。このとき、ｎ型ドーパント源としては高
純度Ａｌメタルを用い、Ｂｅ元素源としては高純度Ｂｅ
メタルを用いた。なお、Ａｌのドーピング量は結晶中の
キャリア濃度が〜１０^１９ｃｍ^−３になる量とし、Ｂｅ
のドーピング量は結晶中の濃度が〜１０^１８ｃｍ^−３と
なる量とした。

【００３６】ｎ型ＺｎＴｅ化合物半導体層を厚さ１μｍ
までエピタキシャル成長させた後、結晶成長装置から取
り出しファンデアポー法でキャリア濃度を測定した。そ
の結果、〜５×１０^１８ｃｍ^−３のｎ型のキャリア濃度
が得られた。また、キャリア移動度は２００ｃｍ^２／Ｖ
・ｓｅｃであり、十分に高い値であった。

【００３７】また、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析器）
で結晶中のドーパント濃度を測定した結果、Ａｌ濃度は
〜１０^１９ｃｍ^−３であり、Ｂｅ濃度は〜１０^１８ｃｍ
^−３であることを確認した。

【００３８】比較のために、ｎ型ドーパントとしてＡｌ
を単独でドーピングして作製したＺｎＴｅ化合物半導体
について同様の測定を行ったところ、ｎ型のキャリア濃
度は〜１０^１7ｃｍ^−３であり、移動度も１０ｃｍ^２／
Ｖ・ｓｅｃと低かった。

【００３９】（実施例２）本実施例は、ｐ型ＺｎＴｅ結
晶を基板としてＭＢＥ法によりＺｎＣｄＳｅＴｅ化合物
半導体をエピタキシャル成長させるにあたり、ｎ型ドー
パントとしてＧａを用い、同時にドーピングする第２
（２Ａ）族元素としてＢｅを用いてｎ型半導体を形成す
る例である。

【００４０】まず、ｐ型ＺｎＴｅ基板上にＺｎＴｅバッ
ファ層を形成した。このとき、半導体原料であるＺｎ源
としては高純度のＺｎメタルを用い、Ｔｅ源としては
高純度Ｔｅメタルを用いた。

【００４１】次に、ＧａとＢｅを同時にドーピングをし
て前記ＺｎＴｅバッファ層上にｎ型ＺｎＣｄＳｅＴｅ化
合物半導体層を形成した。このとき、Ｃｄ源としては高
純度のＣｄメタルを用い、Ｓｅ源としては高純度のＳｅ
を用い、Ｔｅ源としては高純度のＴｅメタルを用いた。
また、ｎ型ドーパント源としては高純度Ｇａメタルを用
い、第２（２Ａ）族元素源としては高純度Ｂｅメタルを
用いた。なお、Ｇａのドーピング量は結晶中のキャリア
濃度が〜１０^１９ｃｍ^−３になる量とし、Ｂｅのドーピ
ング量は結晶中の濃度が〜１０^２０ｃｍ^−３となる量と
した。

【００４２】ＺｎＣｄＳｅＴｅ化合物半導体層を厚さ１
μｍまでエピタキシャル成長させた後、結晶成長装置か
ら取り出しファンデアポー法でキャリア濃度を測定し
た。その結果、〜５×１０^１８ｃｍ^−３のｎ型のキャリ
ア濃度が得られた。また、キャリア移動度は２５０ｃｍ
^２／Ｖ・ｓｅｃであり、十分に高い値であった。

【００４３】また、ＳＩＭＳで結晶中のドーパント濃度
を測定した結果、Ｇａ濃度は〜１×１０^１９ｃｍ
^−３で、Ｂｅ濃度は〜１０^２０ｃｍ^−３であることを確
認した。さらに、前記半導体結晶のフォトルミネッセン
ス特性を評価した結果、ほとんど深い順位からの発光は
確認されなかった。

【００４４】比較のために、ｎ型ドーパントとしてＧａ
を単独でドーピングして作製したＺｎＣｄＳｅＴｅ化合
物半導体について同様の測定を行ったところ、ｎ型のキ
ャリア濃度は〜８×１０^１６ｃｍ^−３であり、移動度も
１０ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃと低かった。また、フォトルミ
ネッセンス特性を評価したところ、長波長の発光が観察
されたことから深い順位が幅広く形成されていることが
確認された。

【００４５】（実施例３）本実施例は、ｐ型ＺｎＴｅ結
晶を基板としてＭＢＥによりＺｎＴｅ系化合物半導体を
エピタキシャル成長させるにあたり、ｎ型ドーパントと
してＡｌを用い、同時にドーピングする第２（２Ａ）族
元素としてＢｅを用いてｎ型半導体を形成する例であ
る。

【００４６】まず、ｐ型ドーパントとしてＮをドーピン
グしてｐ型ＺｎＴｅ基板上にｐ型ＺｎＴｅバッファ層を
形成した。さらに、ｐ型ドーパントとしてＮをドーピン
グしてｐ型ＺｎＴｅバッファ層上にｐ型ＺｎＭｇＳｅＴ
ｅクラッド層を形成した。このとき、半導体原料である
Ｚｎ源としては高純度Ｚｎメタルを用い、Ｔｅ源として
は高純度Ｔｅメタルを用いた。また、ｐ型ドーパントで
あるＮ源としてはラジカルビーム活性窒素を用いた。

【００４７】その後、ｐ型ＺｎＭｇＳｅＴｅクラッド層
上にアンドープのＣｄＺｎＳｅＴｅ活性層を育成した。

【００４８】次に、ＡｌとＢｅを同時ドーピングをして
前記ＣｄＺｎＳｅＴｅ活性層上にｎ型ＺｎＭｇＳｅＴｅ
クラッド層を形成した。さらに、ＡｌとＢｅを同時ドー
ピングをして前記ＺｎＭｇＳｅＴｅクラッド層上にｎ型
ＺｎＴｅコンタクト層を形成してＺｎＴｅ系化合物半導
体を作製した。このとき、ｎ型ドーパント源としては高
純度Ａｌメタルを用い、第２（２Ａ）族元素源としては
高純度Ｂｅメタルを用いた。なお、Ｂｅのドーピング量
は結晶中の濃度が１％となる量とした。また、得られた
ＺｎＴｅ系化合物半導体におけるｎ型ＺｎＭｇＳｅＴｅ
クラッド層のキャリア濃度は７×１０^１７ｃｍ^−３であ
り、ｎ型ＺｎＴｅコンタクト層のキャリア濃度は５×１
０^１８ｃｍ^−３であった。

【００４９】その後、ＺｎＴｅ基板側に金電極を形成
し、ｎ型ＺｎＴｅコンタクト層側にＷ（タングステン）
電極を形成して発光ダイオードを作製した。

【００５０】この発光ダイオードに通電して発光特性を
評価した結果、２．５Ｖの動作電圧で高輝度の緑色発光
を観察できた。このように、本実施例の発光ダイオード
によれば、ｎ型ＺｎＴｅコンタクト層とＷ電極とのコン
タクト抵抗が低減するので動作電圧を低くすることがで
きる。これにより、発光ダイオードの低電力化を図るこ
とができるとともに、発熱を低減させることができるの
で発光ダイオードの長寿命化の実現が期待できる。

【００５１】比較のために、ｎ型ドーパントとしてＡｌ
を単独でドーピングしてｎ型半導体層を形成したＺｎＴ
ｅ系化合物半導体において、ｎ型コンタクト層のキャリ
ア濃度を測定したところ〜１０^１８ｃｍ^−３であった。
また、このＺｎＴｅ系化合物半導体を用いて作製した発
光ダイオードにおいては、動作電圧は５Ｖと高く、深い
順位からの発光も観察され発光効率が低下した。また、
ｎ型ＺｎＴｅコンタクト層側の電極部分で発熱による劣
化が観測され寿命の長い素子が得られなかった。

【００５２】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施
例に限定されるものではない。例えば、同時ドーピング
に用いられるドーパントの組み合わせは、第１３（３
Ｂ）族元素であるＡｌ、Ｇａ、Ｉｎの少なくとも一つを
含むｎ型ドーパントと、第２（２Ａ）族元素であるＭ
ｇ、Ｂｅ、Ｃａの少なくとも一つを含む組み合わせであ
ってもよい。またｎ型ドーパントとして一般的なＣｌ
と、第２（２Ａ）族元素であるＭｇ、Ｂｅ、Ｃａの少な
くとも一つを含む組み合わせであってもよい。

【００５３】なお、本実施例では第１３（３Ｂ）族元素
と同時にドーピングされる第２（２Ａ）族元素のドーピ
ング量を、結晶中の濃度が〜１０^１８ｃｍ^−３になる量
としたが、Ｚｎ空孔濃度以上（〜１０^１８ｃｍ^−３）
で、結晶中の濃度が１％以内となる範囲で調整すればよ
い。また、ＺｎＴｅ化合物半導体結晶をエピタキシャル
成長させるときの育成温度としては３５０℃以上が望ま
しい。

【００５４】また、本実施例で説明したＺｎＴｅ基板上
にに格子整合するＺｎＴｅ化合物半導体やＺｎＭｇＳｅ
Ｔｅ化合物半導体以外にも、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、
ＺｎＯＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＳｅＴ
ｅ、ＣｄＳＴｅ、ＣｄＯＴｅ、ＣｄＺｎＯＴｅ、ＣｄＺ
ｎＳＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳ
ｅＴｅのｎ型半導体を形成する場合にも適用できる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、基板上にＺｎＴｅ系化
合物半導体をエピタキシャル成長させる際、ＺｎＴｅ系
化合物結晶をｎ型に制御する第１３（３Ｂ）族元素から
なる第１のドーパントと、Ｔｅ元素との結合エネルギー
がＺｎ元素と同等またはそれ以上である第２（２Ａ）族
元素からなる第２のドーパントとを、前記ＺｎＴｅ系化
合物結晶中に同時にドーピングするようにしたので、Ｚ
ｎＴｅ系化合物半導体の導電型を比較的容易に制御する
ことができるという効果を奏する。

【００５６】また、前記第２のドーパントを、原子個数
でＺｎ空孔の濃度以上（〜１０^１８ｃｍ^−３以上）、か
つ、前記ＺｎＴｅ系化合物結晶中の濃度が1％以下とな
るようにドーピングすれば格子整合条件をとりやすいの
で、結晶性に優れたＺｎＴｅ系化合物半導体結晶を得る
ことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤賢次埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号株式会社日鉱マテリアルズ戸田工場内 (72)発明者朝日聰明埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号株式会社日鉱マテリアルズ戸田工場内Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE26 DA05 EB01 EF03 EH05 HA02 5F041 AA21 CA02 CA41 CA49 CA57 CA66 5F103 AA04 DD21 DD30 GG01 HH03 KK10 LL02 RR05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にＺｎＴｅ系化合物半導体をエピ
タキシャル成長させる際、ＺｎＴｅ系化合物結晶をｎ型
に制御する第１３（３Ｂ）族元素からなる第１のドーパ
ントと、Ｔｅ元素との結合エネルギーが、Ｚｎ元素とＴ
ｅ元素との結合エネルギーと同等またはそれ以上である
第２（２Ａ）族元素からなる第２のドーパントとを、前
記ＺｎＴｅ系化合物半導体中に同時にドーピングするこ
とを特徴とするＺｎＴｅ系化合物半導体の製造方法。
【請求項２】前記第２のドーパントは、原子個数でＺ
ｎ空孔の濃度以上（〜１０^１８ｃｍ^−３以上）、かつ、
前記ＺｎＴｅ系化合物結晶中の濃度が１％以下となるよ
うにドーピングされることを特徴とする請求項１に記載
のＺｎＴｅ系化合物半導体の製造方法。
【請求項３】前記第１３（３Ｂ）族元素はＡｌ、Ｇ
ａ、Ｉｎのうちの少なくとも一つを含み、前記第２（２
Ａ）族元素はＢｅ、Ｍｇ、Ｃａのうち少なくとも一つ含
むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＺ
ｎＴｅ系化合物半導体の製造方法。
【請求項４】前記ＺｎＴｅ系化合物半導体は、ＺｎＴ
ｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＺｎＯＴｅ、ＺｎＳＴ
ｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＣｄＯ
Ｔｅ、ＣｄＺｎＯＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＺｎＳｅ
Ｔｅのいずれかであることを特徴とする請求項１から請
求項３のいずれかに記載のＺｎＴｅ系化合物半導体の製
造方法。
【請求項５】請求項１から請求項４に記載の製造方法
により得られるｎ型ＺｎＴｅ系化合物半導体であって、
キャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３以上で、かつキャ
リア移動度が１３０ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ以上であること
を特徴とするＺｎＴｅ系化合物半導体。
【請求項６】抵抗が０．０５Ω・ｍ以下であることを
特徴とする請求項５に記載のＺｎＴｅ系化合物半導体。
【請求項７】請求項５または請求項６のいずれかに記
載のＺｎＴｅ系化合物半導体を基体として有することを
特徴とする半導体装置。