JP2647824B2 - 半導体積層構造 - Google Patents

半導体積層構造

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Description

【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は単結晶を含む半導体積層構造に関する。
（ロ） 従来技術 ZnSe単結晶は室温2.7eVのバンドギャップを有するた
め青色発光材料として有望視されているが、未だ実用化
に到っていない。この原因は第１にはZnSe単結晶が従来
法では高品質なものが得られなかったことにあり、第２
にはZnSe単結晶は自巳補償効果が強くｎ型伝導しか示さ
ないためpn接合を形成することができないことにある。
上記第１の問題は従来の液相、気相成長方法等とは全
く異なる熱的非平衡状態からの成長であるMBE（分子線
エピタキシャル）成長方法を用いることで解決される。
その具体的な成長方法は例えば特願昭57−126465号に開
示されている。
また第２の問題は接合型をMIS型とすることにより解
決される。
第３図はZnSe単結晶からなるMIS型発光ダイオードを
模式的に示し、（１）は例えばｎ型GaAs単結晶からなる
基板、（２）は該基板上にMBE成長方法により積層され
た該基盤よりも電子親和力が小さいｎ型ZnSe単結晶層、
（３）は該単結晶層上に積層された絶縁層、（４）は該
絶縁層上に積層された例えばAu（金）からなる金属層で
ある。
斯る構成では僅かにMIS型接合部に順方向バイアスを
印加することにより所望の青色発光が得られる。然るに
上記基板（１）は単にZnSe単結晶との熱膨張係数及び格
子定数等の物理的特性により選択されたものであり、電
子親和力及びバンドギャップ等の電子的特性は一斉考慮
されていない。従って、物理的特性の鑑点のみから選ば
れたGaAs、Ge等の基板とZnSeとの接合部には整流性が発
生し、このため上記基板（１）裏面からの電極取出しが
不可能となっていた。
（ハ） 発明が解決しようとする問題点 本発明は斯る点に鑑みてなされたもので、ｎ型半導体
基板上にｎ型ZnSe単結晶層のような該基板よりも電子親
和力が小さいｎ型半導体単結晶を成長させたものにおい
て、上記整流性を消滅させることが可能な半導体積層構
造を提供せんとするものである。
（ニ） 問題点を解決するための手段 本発明は、ｎ型半導体基板と、前記ｎ型半導体基板上
に積層されたｎ型バッファ層と、前記ｎ型バッファ層上
に積層され前記ｎ型半導体基板よりも電子親和力が小さ
いｎ型半導体単結晶と、前記基板の裏面に形成された電
極と、からなり、上記ｎ型バッファ層は上記基板側では
この基板の電子親和力と略同一となり、上記単結晶側で
はこの単結晶の電子親和力と略同一となるように電子親
和力が連続的に変化していることを特徴とする。
（ホ） 作 用 このように基板と単結晶との間にバッファ層を介装せ
しめると、ｎ型基板上にｎ型バッファ層を成長させるこ
とにより基板と単結晶との伝導帯の不連続を整流性が生
じないように減少できる。
（ヘ） 実施例 第１図は本発明の一実例を示し、（11）はｎ型GaAs単
結晶からなる基板、（12）は該基板上に積層されたバッ
ファ層であり、該バッファ層はｎ型Ga1-xAlxAs（ガリウ
ムアルミ砒素）単結晶からなり、そのAlモル比Ｘが基板
（11）側より表面に向かって０〜0.13まで変化する。
斯るバッファ層（12）は例えば周知のMBE（分子線エ
ピタキシャル）成長方法により形成できる。具体的な成
長条件は10-10Torr以下に排気された超高真空中におい
て基板（11）を600℃、Gaセル温度を1010℃、Asセル温
度830℃に固定すると共にAlセル温度を500℃から1100℃
まで10℃/minの速度で変化させる。
（13）は上記バッファ層（12）上に積層されたｎ型Zn
Se単結晶（半導体単結晶）であり、該単結晶もMBE成長
方法により形成でき、その成長条件は基板温度を320
℃、Znセル温度300℃、Seセル温度を420℃とする。
第２図は本実施例の半導体積層構造のバンド構造を示
し、図中（14）は真空準位、（15）は伝導バンド、（1
6）はフェルミレベル、（17）は価電子バンドである。
第２図より明らかなように、本実施例の構造では伝導
バンドの不連続性は存在しないため、整流性は生じな
い。
参考までに上記バッファ層（12）が存在しないときの
バンド構造を第４図に示すと、ｎ型GaAs単結晶のｎ型Zn
Se単結晶とのバンドギャップエネルギ差により界面に伝
導バンドの不連続性（18）が生じ整流性を生じることと
なる。
尚、本実施例ではバッファ層材料としてGa1-xAlxAsを
用いたが、Ga1-xAlxSb（ガリウムアルミアンチモン）、
Ga1-xAlxSbyAs1-y（ガリウムアルミアンチモン砒素）等
基板及びZnSeと物理的、電子的特性が近似する材料を用
いても良く、また基板材料としてGaAsを用いたがこれに
換えて少なくともZnSeと物理的特性が近似するGe等用い
ることも可能である。
（ト） 効果 本発明の半導体積層構造を用いれば、ZnSe単結晶のよ
うな半導体基板よりも電子親和力が小さい半導体結晶を
用いたデバイスにおいても基板裏面より電極を取出すこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図及び第
４図はバンド構造を示す模式図、第３図は従来例を示す
断面図である。 （11）……基板、（12）……バッファ層、（13）……Zn
Se単結晶。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ｎ型半導体基板と、前記ｎ型半導体基板上
    に積層されたｎ型バッファ層と、前記ｎ型バッファ層上
    に積層され前記ｎ型半導体基板よりも電子親和力が小さ
    いｎ型半導体単結晶と、前記基板の裏面に形成された電
    極と、からなり、上記ｎ型バッファ層は上記基板側では
    この基板の電子親和力と略同一となり、上記単結晶側で
    はこの単結晶の電子親和力と略同一となるように電子親
    和力が連続的に変化していることを特徴とする半導体積
    層構造。
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