JP3078611B2 - Ｉｉｂ−ｖｉａ族半導体層を含む発光半導体デバイス - Google Patents
Ｉｉｂ−ｖｉａ族半導体層を含む発光半導体デバイスInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、元素周期表のIIＢ−VI
Ａ族に属する半導体の分子線エピタキシャル成長時にお
けるドーピングに関し、特に、VＡ族元素に属する遊離
基又は酸素遊離基をもってIIＢ−VIＡ族に属する半導体
をドーピングすることに関する。
Ａ族に属する半導体の分子線エピタキシャル成長時にお
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基又は酸素遊離基をもってIIＢ−VIＡ族に属する半導体
をドーピングすることに関する。
【０００２】
【従来の技術】分子線配向成長、すなわち分子線エピタ
クシーは、堆積過程である。そこでは、１つの薄膜を基
板上に堆積させるのに原子線又は分子線が使用される。
かつて、この分子線エピタクシー又は他の堆積過程を利
用してIIＢ−VIＡ族に属する半導体をVＡ族元素でドー
ピングする試みがなされたが、その試みは成功しなかっ
た。一般的に、これらの過程を通して形成された構造の
正味のアクセプタ濃度が低過ぎたため、通常の使用には
向かなかったのである。
クシーは、堆積過程である。そこでは、１つの薄膜を基
板上に堆積させるのに原子線又は分子線が使用される。
かつて、この分子線エピタクシー又は他の堆積過程を利
用してIIＢ−VIＡ族に属する半導体をVＡ族元素でドー
ピングする試みがなされたが、その試みは成功しなかっ
た。一般的に、これらの過程を通して形成された構造の
正味のアクセプタ濃度が低過ぎたため、通常の使用には
向かなかったのである。
【０００３】発光ダイオードや半導体レーザは、通信装
置、記録装置、又はディスプレー装置等、種々の電子装
置又は光電子装置に使用されている。近年使用されてい
る殆どの発光ダイオード及びすべての半導体レーザは、
電磁スペクトルの赤外線領域又は赤部領域にある光線を
発する。しかし、波長の短い光線を発する発光ダイオー
ドやレーザダイオードがあればなお好ましい。ブルーや
グリーンの光線を発する発光ダイオードやレーザは、全
色ディスプレーには欠かすことのできないものである。
これらの発光ダイオードやレーザは、光記録装置におけ
る記録性能を向上させ、水面下における通信手段を改善
し、また合成樹脂ファイバーを利用した地域内通信網に
も利用されるであろう。ブルーやグリーンの光線を発す
るレーザダイオードはまだ存在していない。また、Ｓi
ＣやＧaＮ等の短波長光線を発する発光ダイオードは、
高価でありかつ不効率である。
置、記録装置、又はディスプレー装置等、種々の電子装
置又は光電子装置に使用されている。近年使用されてい
る殆どの発光ダイオード及びすべての半導体レーザは、
電磁スペクトルの赤外線領域又は赤部領域にある光線を
発する。しかし、波長の短い光線を発する発光ダイオー
ドやレーザダイオードがあればなお好ましい。ブルーや
グリーンの光線を発する発光ダイオードやレーザは、全
色ディスプレーには欠かすことのできないものである。
これらの発光ダイオードやレーザは、光記録装置におけ
る記録性能を向上させ、水面下における通信手段を改善
し、また合成樹脂ファイバーを利用した地域内通信網に
も利用されるであろう。ブルーやグリーンの光線を発す
るレーザダイオードはまだ存在していない。また、Ｓi
ＣやＧaＮ等の短波長光線を発する発光ダイオードは、
高価でありかつ不効率である。
【０００４】IIＢ−VIＡ族半導体は、可視光線を放射さ
せるのにふさわしい半導体である。なぜなら、それらの
バンドギャップ(禁止帯の幅)エネルギーは、可視スペク
トル部を包含しており、また、それらの放射効率は高い
からである。発光ダイオード及びレーザを製造するに
は、n型材料と共にp型材料も必要である。不都合なこと
に、広いバンドギャップを有するIIＢ−VIＡ族半導体を
p型ドーピングするのは大変に困難である。しかし、Ｚn
Ｔeは、p型ドーピングされることのできる例外的な化合
物として良く知られている。
せるのにふさわしい半導体である。なぜなら、それらの
バンドギャップ(禁止帯の幅)エネルギーは、可視スペク
トル部を包含しており、また、それらの放射効率は高い
からである。発光ダイオード及びレーザを製造するに
は、n型材料と共にp型材料も必要である。不都合なこと
に、広いバンドギャップを有するIIＢ−VIＡ族半導体を
p型ドーピングするのは大変に困難である。しかし、Ｚn
Ｔeは、p型ドーピングされることのできる例外的な化合
物として良く知られている。
【０００５】近年、広いバンドギャップを有するIIＢ−
VIＡ族に属する物質を分子線エピタクシーによってp型
ドーピングすることにおいて、幾らかの前進が見られる
ようになってきた[これについては、たとえば、デピュ
イット氏、ハーセ氏、チャン氏、ポッツ氏によって寄稿
された１９８９年９月１１日発行の“アプライド フィ
ジクス(１１０３〜１１０５頁)"、及び、アキモト氏、
ミヤジマ氏、モリ氏によって寄稿された１９８９年４月
４日発行の“ジャパン ジャーナル アプライド フィ
ジクス(Ｌ５３１〜５３４頁)"に記載されている(Ｊ．
Ｍ．ＤeＰuydt,Ｍ．Ａ．Ｈaase, Ｈ．Ｃheng and
Ｊ．Ｅ．Ｐotts, Ａppl． Ｐhys． Ｌett． ５５
(１１), １１ Ｓeptember １９８９, p．１１０３
〜１１０５ ;Ｋ．Ａkimoto, Ｔ．Ｍiyajima, and
Ｙ．Ｍori, Ｊpn．Ｊourn．Ａppl．Ｐhys．２８(４),
４ Ａpril １９８９, p． Ｌ５３１〜５３４)]。し
かしながら、そのようにして得られたアクセプタの純濃
度は低いため、効率の良い発光デバイスを作るには適切
ではない。さらに、その純物質に加えることによってn
型またはp型が形成されるところの微量の不純物、すな
わちドーパントを添加するのは、他の理由により好まし
いことではない。IIＢ−VIＡ族半導体をp型ドーピング
するのに好適な不純物は、VＡ族に属する元素(Ｎ, Ｐ,
Ａs, 及びＳb)である。しかし、VＡ族元素によりド
ーピングを果たそうとしたかつての試みによって、十分
に濃縮されたこれらの不純物を分子線エピタクシーにて
取り込むのが困難であること[これについては、パーク
氏、マー氏、及びサランスキー氏によって寄稿された１
９８５年７月１５日発行の“ジャーナル アプライド
フィジクス(１０４７〜１０４９頁)"に記載されている
(Ｒ．Ｍ．Ｐark, Ｈ．Ａ．Ｍar, and Ｎ．Ｍ．Ｓala
nsky, Ｊ．Ａppl．Ｐhys．５８(２), １５ Ｊuly１
９８５, p．１０４７〜１０４９)]、また、結晶成長時
にかなりの損傷が結晶に与えられること[これについて
は、ミツユ氏、オオカワ氏、及びヤマザキ氏によって寄
稿された１９８６年１１月１７日発行の“アプライド
フィジクス(１３４８〜１３５０頁)"に記載されている
(Ｔ．Ｍitsuyu, Ｋ．Ｏhkawa, andＯ．Ｙamazaki,
Ａppl．Ｐhys．Ｌett．４９(２０),１７ Ｎovember
１９８６, p．１３４８〜１３５０)]が示されている。
VIＡ族に属する物質を分子線エピタクシーによってp型
ドーピングすることにおいて、幾らかの前進が見られる
ようになってきた[これについては、たとえば、デピュ
イット氏、ハーセ氏、チャン氏、ポッツ氏によって寄稿
された１９８９年９月１１日発行の“アプライド フィ
ジクス(１１０３〜１１０５頁)"、及び、アキモト氏、
ミヤジマ氏、モリ氏によって寄稿された１９８９年４月
４日発行の“ジャパン ジャーナル アプライド フィ
ジクス(Ｌ５３１〜５３４頁)"に記載されている(Ｊ．
Ｍ．ＤeＰuydt,Ｍ．Ａ．Ｈaase, Ｈ．Ｃheng and
Ｊ．Ｅ．Ｐotts, Ａppl． Ｐhys． Ｌett． ５５
(１１), １１ Ｓeptember １９８９, p．１１０３
〜１１０５ ;Ｋ．Ａkimoto, Ｔ．Ｍiyajima, and
Ｙ．Ｍori, Ｊpn．Ｊourn．Ａppl．Ｐhys．２８(４),
４ Ａpril １９８９, p． Ｌ５３１〜５３４)]。し
かしながら、そのようにして得られたアクセプタの純濃
度は低いため、効率の良い発光デバイスを作るには適切
ではない。さらに、その純物質に加えることによってn
型またはp型が形成されるところの微量の不純物、すな
わちドーパントを添加するのは、他の理由により好まし
いことではない。IIＢ−VIＡ族半導体をp型ドーピング
するのに好適な不純物は、VＡ族に属する元素(Ｎ, Ｐ,
Ａs, 及びＳb)である。しかし、VＡ族元素によりド
ーピングを果たそうとしたかつての試みによって、十分
に濃縮されたこれらの不純物を分子線エピタクシーにて
取り込むのが困難であること[これについては、パーク
氏、マー氏、及びサランスキー氏によって寄稿された１
９８５年７月１５日発行の“ジャーナル アプライド
フィジクス(１０４７〜１０４９頁)"に記載されている
(Ｒ．Ｍ．Ｐark, Ｈ．Ａ．Ｍar, and Ｎ．Ｍ．Ｓala
nsky, Ｊ．Ａppl．Ｐhys．５８(２), １５ Ｊuly１
９８５, p．１０４７〜１０４９)]、また、結晶成長時
にかなりの損傷が結晶に与えられること[これについて
は、ミツユ氏、オオカワ氏、及びヤマザキ氏によって寄
稿された１９８６年１１月１７日発行の“アプライド
フィジクス(１３４８〜１３５０頁)"に記載されている
(Ｔ．Ｍitsuyu, Ｋ．Ｏhkawa, andＯ．Ｙamazaki,
Ａppl．Ｐhys．Ｌett．４９(２０),１７ Ｎovember
１９８６, p．１３４８〜１３５０)]が示されている。
【０００６】結晶成長時に置換アクセプタ不純物をＺn
Ｓeエピタクシー層に取り込む試みにおいては、つい最
近までに報告された成功例のほとんどが、分子線エピタ
キシャル成長時におけるリチュウム ドーピングに関す
るものであった[これについては、ハーセ氏、チャン
氏、デピュイット氏、及びポッツ氏によって寄稿された
１９９０年発行の“ジャーナル アプライド フィジク
ス"に記載されている(Ｍ．Ａ．Ｈaase, Ｈ．Ｃheng,
Ｊ．Ｍ．Ｄepuydt, and Ｊ．Ｅ．Ｐotts, Ｊ．Ａpp
l．Ｐhys．, ６７, ４４８ (１９９０))]。しかしな
がら、以下に述べる２つの主たる問題によって、リチュ
ウム(Ｌi)を、ＺnＳeエピタクシー層に取り込まれるべ
きドーパントとして実際に使用することには無理があ
る。その一つは、リチュウム ドーピングにおける正味
のアクセプタ濃度の上限は、約１×１０17／cm3である
と考えられているからである。リチュウム濃度が高い
程、強い補償が生じてＺnＳeの抵抗が高くなる[これに
ついては、ハーセ氏、チャン氏、デピュイット氏、及び
ポッツ氏によって寄稿された１９９０年発行の“アプラ
イドフィジクス"に記載されている(Ｍ．Ａ．Ｈaase,
Ｈ．Ｃheng, Ｊ．Ｍ．Ｄepuydt, and Ｊ．Ｅ．Ｐott
s, Ｊ．Ａppl．Ｐhys．, ６７, ４４８ (１９９
０))]。他の一つは、リチュウム(Ｌi)不純物は、約２７
５°Ｃ以上の温度においては、ＺnＳe内で不安定になる
からである。もしデバイスの加工工程において当該不純
物を２７５°Ｃ以上に加熱しなければならないときに
は、後者の問題が自ずと発生する。同数の電子を有する
不純物である酸素を、分子線エピタキシャル成長により
成長せしめられるＺnＳe層におけるドーパントとして使
用する場合には、p型作用が観察されることも報告され
ている[これについては、アキモト氏、ミヤジマ氏、及
びモリ氏によって寄稿された１９８９年発行の“ジャパ
ン ジャーナル アプライド フィジクス"に記載され
ている(Ｋ．Ａkimoto,Ｔ．Ｍiyajima, and Ｙ．Ｍor
i, Ｊpn．Ｊ．Ａppl．Ｐhys．,２８, Ｌ５３１(１９
８９))]。しかしながら、ＺnＳe:Ｏ層におけるアクセプ
タ純濃度は低いようである。これまでに報告された最大
アクセプタ純濃度は、１．２×１０16／cm3である[これ
については、アキモト氏、ミヤジマ氏、及びモリ氏によ
って寄稿された１９８９年発行の“ジャパン ジャーナ
ル アプライド フィジクス"に記載されている(Ｋ．Ａ
kimoto, Ｔ．Ｍiyajima, and Ｙ．Ｍori, Ｊpn．
Ｊ．Ａppl．Ｐhys．,２８, Ｌ５３１(１９８９))]。窒
素もまた、ＺnＳe層におけるp型ドーパント元素の候補
として注目されている。たとえば、(ＮＨ3を使用して)
窒素ドーピングされ、有機金属蒸気相エピタキシャル成
長により成長せしめられ、格子状に形成されたＺnＳ
0.06 Ｓe 0.94 ／ＧaＡsエピタクシー層における正孔濃度
は約７×１０15／cm3であることが、スエムネ氏その他
により[これについては、スエムネ氏、ヤマダ氏、マサ
ト氏、カンダ氏、カン氏、及びヤマニシ氏によって寄稿
された１９８８年発行の“ジャパン ジャーナル アプ
ライド フィジクス"に記載されている(Ｉ．Ｓuemune,
Ｋ．Ｙamada, Ｈ．Ｍasato, Ｔ．Ｋanda, Ｙ．Ｋa
n, and Ｍ．Ｙamanishi, Ｊpn．Ｊ．Ａppl．Ｐhy
s．,２７, Ｌ２１９５(１９８８))]、繰り返し測定さ
れている。公知技術によるＺnＳe層は、高い抵抗性を有
している。なぜなら、非補償窒素不純物が、結晶成長時
にごく低濃度でしか取り込まれないからである。
Ｓeエピタクシー層に取り込む試みにおいては、つい最
近までに報告された成功例のほとんどが、分子線エピタ
キシャル成長時におけるリチュウム ドーピングに関す
るものであった[これについては、ハーセ氏、チャン
氏、デピュイット氏、及びポッツ氏によって寄稿された
１９９０年発行の“ジャーナル アプライド フィジク
ス"に記載されている(Ｍ．Ａ．Ｈaase, Ｈ．Ｃheng,
Ｊ．Ｍ．Ｄepuydt, and Ｊ．Ｅ．Ｐotts, Ｊ．Ａpp
l．Ｐhys．, ６７, ４４８ (１９９０))]。しかしな
がら、以下に述べる２つの主たる問題によって、リチュ
ウム(Ｌi)を、ＺnＳeエピタクシー層に取り込まれるべ
きドーパントとして実際に使用することには無理があ
る。その一つは、リチュウム ドーピングにおける正味
のアクセプタ濃度の上限は、約１×１０17／cm3である
と考えられているからである。リチュウム濃度が高い
程、強い補償が生じてＺnＳeの抵抗が高くなる[これに
ついては、ハーセ氏、チャン氏、デピュイット氏、及び
ポッツ氏によって寄稿された１９９０年発行の“アプラ
イドフィジクス"に記載されている(Ｍ．Ａ．Ｈaase,
Ｈ．Ｃheng, Ｊ．Ｍ．Ｄepuydt, and Ｊ．Ｅ．Ｐott
s, Ｊ．Ａppl．Ｐhys．, ６７, ４４８ (１９９
０))]。他の一つは、リチュウム(Ｌi)不純物は、約２７
５°Ｃ以上の温度においては、ＺnＳe内で不安定になる
からである。もしデバイスの加工工程において当該不純
物を２７５°Ｃ以上に加熱しなければならないときに
は、後者の問題が自ずと発生する。同数の電子を有する
不純物である酸素を、分子線エピタキシャル成長により
成長せしめられるＺnＳe層におけるドーパントとして使
用する場合には、p型作用が観察されることも報告され
ている[これについては、アキモト氏、ミヤジマ氏、及
びモリ氏によって寄稿された１９８９年発行の“ジャパ
ン ジャーナル アプライド フィジクス"に記載され
ている(Ｋ．Ａkimoto,Ｔ．Ｍiyajima, and Ｙ．Ｍor
i, Ｊpn．Ｊ．Ａppl．Ｐhys．,２８, Ｌ５３１(１９
８９))]。しかしながら、ＺnＳe:Ｏ層におけるアクセプ
タ純濃度は低いようである。これまでに報告された最大
アクセプタ純濃度は、１．２×１０16／cm3である[これ
については、アキモト氏、ミヤジマ氏、及びモリ氏によ
って寄稿された１９８９年発行の“ジャパン ジャーナ
ル アプライド フィジクス"に記載されている(Ｋ．Ａ
kimoto, Ｔ．Ｍiyajima, and Ｙ．Ｍori, Ｊpn．
Ｊ．Ａppl．Ｐhys．,２８, Ｌ５３１(１９８９))]。窒
素もまた、ＺnＳe層におけるp型ドーパント元素の候補
として注目されている。たとえば、(ＮＨ3を使用して)
窒素ドーピングされ、有機金属蒸気相エピタキシャル成
長により成長せしめられ、格子状に形成されたＺnＳ
0.06 Ｓe 0.94 ／ＧaＡsエピタクシー層における正孔濃度
は約７×１０15／cm3であることが、スエムネ氏その他
により[これについては、スエムネ氏、ヤマダ氏、マサ
ト氏、カンダ氏、カン氏、及びヤマニシ氏によって寄稿
された１９８８年発行の“ジャパン ジャーナル アプ
ライド フィジクス"に記載されている(Ｉ．Ｓuemune,
Ｋ．Ｙamada, Ｈ．Ｍasato, Ｔ．Ｋanda, Ｙ．Ｋa
n, and Ｍ．Ｙamanishi, Ｊpn．Ｊ．Ａppl．Ｐhy
s．,２７, Ｌ２１９５(１９８８))]、繰り返し測定さ
れている。公知技術によるＺnＳe層は、高い抵抗性を有
している。なぜなら、非補償窒素不純物が、結晶成長時
にごく低濃度でしか取り込まれないからである。
【０００７】
【発明の要旨】上記課題を解決するために本発明によれ
ば、IIＢ−VIＡ族半導体をVＡ族又は酸素遊離基によっ
てドーピングする方法並びにデバイスが提供される。こ
れにより、５×１０15／cm3以上の正味のアクセプタ濃
度と、１５Ω・cm以下の固有抵抗を実現している。(IIＢ
族元素には、Ｚn,Ｃd,Ｈgが、VIＡ族元素には、Ｏ,Ｓ,
Ｓe,Ｔeが、また、VＡ族元素には、Ｎ,Ｐ,Ａs,Ｓbが含
まれる。) さらに、Ｎ D ／Ｎ A の割合は、０．８と等し
いか又はそれ以下となっている。つまり、ドーピング効
率が非常に高いのである。本発明では分子線エピタキシ
ャル成長を利用するが、そこでは遊離基の源である遊離
基源が、分子線エピタクシー室に導入される。
ば、IIＢ−VIＡ族半導体をVＡ族又は酸素遊離基によっ
てドーピングする方法並びにデバイスが提供される。こ
れにより、５×１０15／cm3以上の正味のアクセプタ濃
度と、１５Ω・cm以下の固有抵抗を実現している。(IIＢ
族元素には、Ｚn,Ｃd,Ｈgが、VIＡ族元素には、Ｏ,Ｓ,
Ｓe,Ｔeが、また、VＡ族元素には、Ｎ,Ｐ,Ａs,Ｓbが含
まれる。) さらに、Ｎ D ／Ｎ A の割合は、０．８と等し
いか又はそれ以下となっている。つまり、ドーピング効
率が非常に高いのである。本発明では分子線エピタキシ
ャル成長を利用するが、そこでは遊離基の源である遊離
基源が、分子線エピタクシー室に導入される。
【０００８】本発明は、電導性を有するp型のIIＢ−VI
Ａ族半導体薄膜を遊離基源を使用して形成することを一
つの目的としている。これらの薄膜は、発光ダイオード
や光検知器等のpn接合デバイスの製造に使用することが
できる。
Ａ族半導体薄膜を遊離基源を使用して形成することを一
つの目的としている。これらの薄膜は、発光ダイオード
や光検知器等のpn接合デバイスの製造に使用することが
できる。
【０００９】本発明は、p型のＺnＳeを形成するために
遊離基源を使用することを他の目的としている。このp
型のＺnＳeは、発光ダイオードやレーザダイオード等の
pn接合デバイスの製造に使用することができる。
遊離基源を使用することを他の目的としている。このp
型のＺnＳeは、発光ダイオードやレーザダイオード等の
pn接合デバイスの製造に使用することができる。
【００１０】本発明は、p型の２成分又は３成分IIＢ−V
IＡ族半導体を形成するために遊離基源を使用すること
をさらなる他の目的としている。この半導体の中には、
Ｚn1-XＣdXＳe、ＺnＳe1-XＴeX、ＺnＳXＳe1-X、ＺnＳ
1-XＴeX、及び、Ｚn1-XＣdXＳが含まれる。なお、Ｘの
範囲は０≦Ｘ≦１である。
IＡ族半導体を形成するために遊離基源を使用すること
をさらなる他の目的としている。この半導体の中には、
Ｚn1-XＣdXＳe、ＺnＳe1-XＴeX、ＺnＳXＳe1-X、ＺnＳ
1-XＴeX、及び、Ｚn1-XＣdXＳが含まれる。なお、Ｘの
範囲は０≦Ｘ≦１である。
【００１１】本発明により、窒素、りん、ひ素、アンチ
モン等のVＡ族に属する元素や酸素を、遊離基源を使用
してIIＢ−VIＡ族半導体に取り込む技術も提供される。
モン等のVＡ族に属する元素や酸素を、遊離基源を使用
してIIＢ−VIＡ族半導体に取り込む技術も提供される。
【００１２】本発明に係るさらなる他の目的は、ＺnＳe
をＮ−ドーピングするために、遊離基源を使用すること
である。
をＮ−ドーピングするために、遊離基源を使用すること
である。
【００１３】本発明に係るさらなる他の目的は、ＺnＳe
をＯ−ドーピングするために、遊離基源を使用すること
である。
をＯ−ドーピングするために、遊離基源を使用すること
である。
【００１４】本発明により、分子線エピタキシャル成長
技術を用いて電導性を有するp型IIＢ−VIＡ族半導体薄
膜を形成することができる。
技術を用いて電導性を有するp型IIＢ−VIＡ族半導体薄
膜を形成することができる。
【００１５】本発明により、IIＢ−VIＡ族半導体をドー
ピングする方法が提供される。その方法は、IIＢ族元素
を分子線エピタクシー室に注入するステップと、VIＡ族
元素を分子線エピタクシー室に注入するステップと、遊
離基を分子線エピタクシー室に注入するステップと、遊
離基によってドーピングすることによりIIＢ−VIＡ族半
導体層を成長させる各ステップから構成される。
ピングする方法が提供される。その方法は、IIＢ族元素
を分子線エピタクシー室に注入するステップと、VIＡ族
元素を分子線エピタクシー室に注入するステップと、遊
離基を分子線エピタクシー室に注入するステップと、遊
離基によってドーピングすることによりIIＢ−VIＡ族半
導体層を成長させる各ステップから構成される。
【００１６】本発明によって、第１接点と、約０．８と
等しいか又はそれよりも小さいＮ D ／Ｎ A を有し電気的に
第１接点に接続されたp型ＺnＳe層と、p型ＺnＳe層上に
堆積したn型層であってp型ＺnＳe層と接合することによ
りpn接合を形成するところのn型層と、電気的にn型層に
接続された第２接点とから構成される電磁放射線トラン
スデューサも提供される。
等しいか又はそれよりも小さいＮ D ／Ｎ A を有し電気的に
第１接点に接続されたp型ＺnＳe層と、p型ＺnＳe層上に
堆積したn型層であってp型ＺnＳe層と接合することによ
りpn接合を形成するところのn型層と、電気的にn型層に
接続された第２接点とから構成される電磁放射線トラン
スデューサも提供される。
【００１７】本発明によって、電磁放射線トランスデュ
ーサを製作する方法が提供される。この方法は、n型基
層を分子線エピタクシー室に配置するステップと、該n
型基層上でn型半導体層を成長させるステップと、該n型
半導体層上でIIＢ−VIＡ族に属する半導体層を成長させ
るステップと、IIＢ−VIＡ族半導体層を成長させるステ
ップにおいて遊離基源を分子線エピタクシー室内に注入
することによってそのIIＢ−VIＡ族半導体層をp型ドー
ピングする各ステップから構成される。
ーサを製作する方法が提供される。この方法は、n型基
層を分子線エピタクシー室に配置するステップと、該n
型基層上でn型半導体層を成長させるステップと、該n型
半導体層上でIIＢ−VIＡ族に属する半導体層を成長させ
るステップと、IIＢ−VIＡ族半導体層を成長させるステ
ップにおいて遊離基源を分子線エピタクシー室内に注入
することによってそのIIＢ−VIＡ族半導体層をp型ドー
ピングする各ステップから構成される。
【００１８】本発明によって、電磁放射線トランスデュ
ーサを製作する方法が提供される。その方法は、p型基
層を分子線エピタクシー室に配置するステップと、その
p型基層上でIIＢ−VIＡ族に属する半導体層を成長させ
るステップと、IIＢ−VIＡ族半導体層を成長させるステ
ップにおいて遊離基源を分子線エピタクシー室内に注入
することによってそのIIＢ−VIＡ族半導体層をp型ドー
ピングするステップと、そのIIＢ−VIＡ族半導体層上で
n型半導体層を成長させる各ステップから構成される。
ーサを製作する方法が提供される。その方法は、p型基
層を分子線エピタクシー室に配置するステップと、その
p型基層上でIIＢ−VIＡ族に属する半導体層を成長させ
るステップと、IIＢ−VIＡ族半導体層を成長させるステ
ップにおいて遊離基源を分子線エピタクシー室内に注入
することによってそのIIＢ−VIＡ族半導体層をp型ドー
ピングするステップと、そのIIＢ−VIＡ族半導体層上で
n型半導体層を成長させる各ステップから構成される。
【００１９】また、本発明によって、p型ＺnＳeを形成
する方法が提供される。その方法は、Ｚnを分子線エピ
タクシー室に注入するステップと、Ｓeを分子線エピタ
クシー室に注入するステップと、遊離基源を分子線エピ
タクシー室に注入するステップと、その分子線エピタク
シー室内でp型ＺnＳe層を成長させる各ステップから構
成される。
する方法が提供される。その方法は、Ｚnを分子線エピ
タクシー室に注入するステップと、Ｓeを分子線エピタ
クシー室に注入するステップと、遊離基源を分子線エピ
タクシー室に注入するステップと、その分子線エピタク
シー室内でp型ＺnＳe層を成長させる各ステップから構
成される。
【００２０】本発明によって、第１面と第２面とを有す
るn型ＧaＡs基層と、該n型ＧaＡs基層の第１面に電気的
に接続された第１接点と、n型ＧaＡs基層の第２面上に
堆積された第２面と第１面とを有するn型ＺnＳe層であ
って該層の第１面がn型ＧaＡs基層の第２面と接合する
ようなＺnＳe層と、n型ＺnＳe層の第２面上に約０．８
と等しいか又はそれ以下のＮD／ＮAを有して堆積された
第２面と第１面とを有するp型ＺnＳe層であって該層の
第１面がn型ＺnＳe層の第２面と接合するようなＺnＳe
層と、p型ＺnＳe層の第２面に電気的に接続された第２
接点とから構成された電磁放射線トランスデューサが提
供される。
るn型ＧaＡs基層と、該n型ＧaＡs基層の第１面に電気的
に接続された第１接点と、n型ＧaＡs基層の第２面上に
堆積された第２面と第１面とを有するn型ＺnＳe層であ
って該層の第１面がn型ＧaＡs基層の第２面と接合する
ようなＺnＳe層と、n型ＺnＳe層の第２面上に約０．８
と等しいか又はそれ以下のＮD／ＮAを有して堆積された
第２面と第１面とを有するp型ＺnＳe層であって該層の
第１面がn型ＺnＳe層の第２面と接合するようなＺnＳe
層と、p型ＺnＳe層の第２面に電気的に接続された第２
接点とから構成された電磁放射線トランスデューサが提
供される。
【００２１】また、本発明によって、第１面と第２面と
を有するp型ＧaＡs基層と、該ＧaＡs基層の第１面に電
気的に接続された第１接点と、p型ＧaＡs基層の第２面
上に約０．８と等しいか又はそれよりも低いＮD／ＮAを
有して堆積された第２面と第１面とを有するp型ＺnＳe
層であって該ＺnＳe層の第１面がp型ＧaＡs基層の第２
面と接合するようなＺnＳe層と、p型ＺnＳe層の第２面
上に堆積された第２面と第１面とを有するn型ＺnＳe層
であって該ＺnＳe層の第１面がp型ＺnＳe層の第２面と
接合するようなＺnＳe層と、n型ＺnＳe層の第２面と電
気的に接続される第２接点とから構成された電磁放射線
トランスデューサが提供される。
を有するp型ＧaＡs基層と、該ＧaＡs基層の第１面に電
気的に接続された第１接点と、p型ＧaＡs基層の第２面
上に約０．８と等しいか又はそれよりも低いＮD／ＮAを
有して堆積された第２面と第１面とを有するp型ＺnＳe
層であって該ＺnＳe層の第１面がp型ＧaＡs基層の第２
面と接合するようなＺnＳe層と、p型ＺnＳe層の第２面
上に堆積された第２面と第１面とを有するn型ＺnＳe層
であって該ＺnＳe層の第１面がp型ＺnＳe層の第２面と
接合するようなＺnＳe層と、n型ＺnＳe層の第２面と電
気的に接続される第２接点とから構成された電磁放射線
トランスデューサが提供される。
【００２２】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図１〜９に従って
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００２３】本発明においては、遊離基源によって形成
された原子状のドーパントビーム(原子状になった窒素
又は酸素)を使用して分子線エピタキシャル成長時にＺn
Ｓeをドーピングする。このエピタキシャル成長によっ
て、p型のＺnＳeの薄膜が形成される。１３．５２ＭＨz
の周波数の電磁出力が遊離基源のＲＦプラズマ放電室に
与えられると、遊離基源室内において超高純度のガス源
から原子状の添加種が発生する。直径が約０．３mmの穴
を１８個有する拡散プレートを使用し、各穴を利用し
て、遊離基源と分子エピタクシー室と分離した。原子状
の添加種の発生 量は、ＲＦプラズマ放電室に与えられる
ＲＦ出力のレベル、および同室内の圧力によって制御さ
れる。拡散プレートの開口を通して分子エピタクシー室
内に発散する原子状の添加種は、ＺnＳeの分子エピタキ
シャル成長時にドーパントとして使用される。
された原子状のドーパントビーム(原子状になった窒素
又は酸素)を使用して分子線エピタキシャル成長時にＺn
Ｓeをドーピングする。このエピタキシャル成長によっ
て、p型のＺnＳeの薄膜が形成される。１３．５２ＭＨz
の周波数の電磁出力が遊離基源のＲＦプラズマ放電室に
与えられると、遊離基源室内において超高純度のガス源
から原子状の添加種が発生する。直径が約０．３mmの穴
を１８個有する拡散プレートを使用し、各穴を利用し
て、遊離基源と分子エピタクシー室と分離した。原子状
の添加種の発生 量は、ＲＦプラズマ放電室に与えられる
ＲＦ出力のレベル、および同室内の圧力によって制御さ
れる。拡散プレートの開口を通して分子エピタクシー室
内に発散する原子状の添加種は、ＺnＳeの分子エピタキ
シャル成長時にドーパントとして使用される。
【００２４】本発明に係る一実施例において、ＺnＳeの
薄層は、実質的に[００１]結晶軸方位の面に垂直なベク
トルを有して、良く磨かれたＧaＡs表面上で成長せしめ
られる。上記目的に使用されるＧaＡs基板、又はＧaＡs
エピタクシー層は、数多くの製造業者から入手できる。
ＧaＡs基板は、たとえば、兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１
-１の住友電気工業株式会社から、また、ＧaＡs分子線
エピタクシー層は、マサチューセッツ州ベッドフォード
パトリオッツパークのスパイア コーポレーション
(Ｓpire Ｃorporation, Ｐatriots Ｐark, Ｂedfor
d, Ｍassachusetts, 01730)から入手できる。ＺnＳe
を成長させる目的でＧaＡs基板を分子線エピタクシー装
置に装荷する前に、該基板は、トリクロロエタン、アセ
トン、イソプロパノールで脱脂され、脱イオン水で洗浄
された後に高純度窒素ガスで乾燥せしめられる。脱脂さ
れた基板は、６割が硫酸であり、１割が過酸化水素であ
り、１割が脱イオン水からなる溶液中で数分間(２〜５
分間)、化学的にエッチングされる。その基板は、脱イ
オン水で洗浄され、高純度窒素ガスにより乾燥せしめら
れる。脱脂され、化学的にエッチングされたＧaＡs基板
は、その後、高純度の溶融インジュームをハンダとして
用いてモリブデンの試料塊に取り付けられる。この基板
アセンブリは、直ちに分子線エピタクシー室に装荷され
る。ＧaＡs基板は、超高真空成長装置内で約１〜５分の
間、約６１０°Ｃに加熱される。これにより、もとあっ
た酸化物を脱着せしめ、ＺnＳeがその同じ結晶構造を有
して成長せしめられるべき下層結晶構造が露呈される。
分子線エピタクシーによるＺnＳeに対する一般的な成長
条件は、Ｓeビームに対するＺnビームの圧力比率が１:
２(約１:４〜２:１が好ましい範囲である)であり、成長
温度が２７５°Ｃ(約２５０°Ｃ〜４００°Ｃが好まし
い範囲である)である。また、一般的な層厚は２μmであ
る。一方、一般的な成長速度は０．５μm／h(０．４μm
／h〜２．０μm／hが好ましい範囲である)である。遊離
基源により形成される原子状のドーパントは、遊離基源
と加熱された基層との間にある線上の覗き経路をふさぐ
機械シャッタを開くことによりＺnＳeに取り込まれる。
薄層は、実質的に[００１]結晶軸方位の面に垂直なベク
トルを有して、良く磨かれたＧaＡs表面上で成長せしめ
られる。上記目的に使用されるＧaＡs基板、又はＧaＡs
エピタクシー層は、数多くの製造業者から入手できる。
ＧaＡs基板は、たとえば、兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１
-１の住友電気工業株式会社から、また、ＧaＡs分子線
エピタクシー層は、マサチューセッツ州ベッドフォード
パトリオッツパークのスパイア コーポレーション
(Ｓpire Ｃorporation, Ｐatriots Ｐark, Ｂedfor
d, Ｍassachusetts, 01730)から入手できる。ＺnＳe
を成長させる目的でＧaＡs基板を分子線エピタクシー装
置に装荷する前に、該基板は、トリクロロエタン、アセ
トン、イソプロパノールで脱脂され、脱イオン水で洗浄
された後に高純度窒素ガスで乾燥せしめられる。脱脂さ
れた基板は、６割が硫酸であり、１割が過酸化水素であ
り、１割が脱イオン水からなる溶液中で数分間(２〜５
分間)、化学的にエッチングされる。その基板は、脱イ
オン水で洗浄され、高純度窒素ガスにより乾燥せしめら
れる。脱脂され、化学的にエッチングされたＧaＡs基板
は、その後、高純度の溶融インジュームをハンダとして
用いてモリブデンの試料塊に取り付けられる。この基板
アセンブリは、直ちに分子線エピタクシー室に装荷され
る。ＧaＡs基板は、超高真空成長装置内で約１〜５分の
間、約６１０°Ｃに加熱される。これにより、もとあっ
た酸化物を脱着せしめ、ＺnＳeがその同じ結晶構造を有
して成長せしめられるべき下層結晶構造が露呈される。
分子線エピタクシーによるＺnＳeに対する一般的な成長
条件は、Ｓeビームに対するＺnビームの圧力比率が１:
２(約１:４〜２:１が好ましい範囲である)であり、成長
温度が２７５°Ｃ(約２５０°Ｃ〜４００°Ｃが好まし
い範囲である)である。また、一般的な層厚は２μmであ
る。一方、一般的な成長速度は０．５μm／h(０．４μm
／h〜２．０μm／hが好ましい範囲である)である。遊離
基源により形成される原子状のドーパントは、遊離基源
と加熱された基層との間にある線上の覗き経路をふさぐ
機械シャッタを開くことによりＺnＳeに取り込まれる。
【００２５】広いバンドギャップを有するIIＢ−VIＡ族
化合物半導体のＺnＳe(室内温度でＥg≒２．６７eV)に
関する近年の研究において、低抵抗性のp型材料を形成
することが主たる関心事となっている。本発明により、
ＺnＳeのpn接合から構成されるエピタキシャル成長構造
物を自然位置において形成するための方法とデバイスと
が提供される。このことは、効率の良い発光デバイスを
作るのに役に立つ。そのようなデバイスは、例えば、可
視スペクトルのブルー領域で動作する発光ダイオードや
レーザダイオードである。
化合物半導体のＺnＳe(室内温度でＥg≒２．６７eV)に
関する近年の研究において、低抵抗性のp型材料を形成
することが主たる関心事となっている。本発明により、
ＺnＳeのpn接合から構成されるエピタキシャル成長構造
物を自然位置において形成するための方法とデバイスと
が提供される。このことは、効率の良い発光デバイスを
作るのに役に立つ。そのようなデバイスは、例えば、可
視スペクトルのブルー領域で動作する発光ダイオードや
レーザダイオードである。
【００２６】本発明によれば、窒素又は酸素は、ＺnＳe
における優れたp型ドーパントである。高い正味のアク
セプタ濃度(約５×１０15／cm3よりも大きく、低補償
(ＮD／ＮAは約０．８よりも小さい))を実現することが
できるのみならず、窒素と酸素とは３７５°Ｃまでの温
度においてＺnＳe内で安定である。本発明により、Ｚn
Ｓe／ＧaＡsエピタクシー層内に、高い正味の濃度の窒
素アクセプタ不純物を取り込む新規な技術が提供され
る。この技術は、分子線エピタキシャル成長時において
窒素の原子ビームをドーピングすることを含む。結果物
であるp型のＺnＳe材料において、正味のアクセプタ濃
度が４．９×１０ 17 ／cm 3 あるものまで計測された。こ
れは、分子線エピタキシャル成長により成長せしめられ
窒素ドーピングされたＺnＳeエピタクシー層であって、
約０．８以下となるＮ D ／Ｎ A を有するものについて、こ
れまでに計測された正味のアクセプタ濃度のなかで最高
値である。
における優れたp型ドーパントである。高い正味のアク
セプタ濃度(約５×１０15／cm3よりも大きく、低補償
(ＮD／ＮAは約０．８よりも小さい))を実現することが
できるのみならず、窒素と酸素とは３７５°Ｃまでの温
度においてＺnＳe内で安定である。本発明により、Ｚn
Ｓe／ＧaＡsエピタクシー層内に、高い正味の濃度の窒
素アクセプタ不純物を取り込む新規な技術が提供され
る。この技術は、分子線エピタキシャル成長時において
窒素の原子ビームをドーピングすることを含む。結果物
であるp型のＺnＳe材料において、正味のアクセプタ濃
度が４．９×１０ 17 ／cm 3 あるものまで計測された。こ
れは、分子線エピタキシャル成長により成長せしめられ
窒素ドーピングされたＺnＳeエピタクシー層であって、
約０．８以下となるＮ D ／Ｎ A を有するものについて、こ
れまでに計測された正味のアクセプタ濃度のなかで最高
値である。
【００２７】図１は、本発明に係る分子線エピタクシー
装置を示している。分子線エピタクシー装置１０には、
基板１４が入っている分子線エピタクシー室１２が備え
られている。分子線エピタクシー室１２には、電子銃１
６と、蛍光面１８と、フラックスモニタ２０とが備えら
れている。エフュージョンセル２２,２４,２６,２８
が、分子線エピタクシー室１２内に備えられている。本
発明に係るこれらのエフュージョンセル２２,２４,２
６,２８は、たとえば、Ｚn、Ｓe、及びＺnＣl2用の該セ
ルから構成されている。本発明に係る分子線エピタクシ
ー装置１０には、また、遊離基源３０が備えられてい
る。遊離基源３０は、VＡ族に属するあらゆる元素又は
酸素遊離基を源とすることができる。たとえば、遊離基
源３０により、窒素遊離基の源が供給される。ここで
は、遊離基源３０は、バルブ３３を通して超純窒素
(Ｎ2)源３２からの超純窒素(Ｎ2)が供給される。遊離基
源３０は、イギリスのオックスフォード州にあるオック
スフォード アプライド リサーチ リミテッド(Ｏxfo
rd Ａpplied Ｒesearch Ｌtd．)から入手できる。遊
離基源３０は、遊離基を作り出す他のタイプの源から構
成することもできる。たとえば、電子サイクロトロン共
鳴(ＥＣＲ)(これは、たとえばミシガン州プリマス ４
４７８０ ヘルム ストリートにあるウェイブマット
インコーポレイション(Ｗavemat, Ｉnc．,４４７８０
Ｈelm Ｓtreet, Ｐlymouth、Ｍichigan)から入手で
きる)を利用することも可能である。ガス源に取り付け
られたミクロウェーブ クラッカも遊離基を作り出すた
めに使用可能である。あるいは、ＤＣプラズマ放電室が
使用できるかもしれない。さらにまた、他のどのような
熱クラッカや分離セル(たとえば、ミネソタ州セントポ
ール、２６１ イースト 第５番ストリートにあるＥＰ
Ｉ(ＥＰＩ, ２６１ Ｅast Ｆifth Ｓtreet, Ｓt．
Ｐaul,Ｍinnesota ５５１０１)から入手できる)でも、
それらが適切なものであれば使用できる。
装置を示している。分子線エピタクシー装置１０には、
基板１４が入っている分子線エピタクシー室１２が備え
られている。分子線エピタクシー室１２には、電子銃１
６と、蛍光面１８と、フラックスモニタ２０とが備えら
れている。エフュージョンセル２２,２４,２６,２８
が、分子線エピタクシー室１２内に備えられている。本
発明に係るこれらのエフュージョンセル２２,２４,２
６,２８は、たとえば、Ｚn、Ｓe、及びＺnＣl2用の該セ
ルから構成されている。本発明に係る分子線エピタクシ
ー装置１０には、また、遊離基源３０が備えられてい
る。遊離基源３０は、VＡ族に属するあらゆる元素又は
酸素遊離基を源とすることができる。たとえば、遊離基
源３０により、窒素遊離基の源が供給される。ここで
は、遊離基源３０は、バルブ３３を通して超純窒素
(Ｎ2)源３２からの超純窒素(Ｎ2)が供給される。遊離基
源３０は、イギリスのオックスフォード州にあるオック
スフォード アプライド リサーチ リミテッド(Ｏxfo
rd Ａpplied Ｒesearch Ｌtd．)から入手できる。遊
離基源３０は、遊離基を作り出す他のタイプの源から構
成することもできる。たとえば、電子サイクロトロン共
鳴(ＥＣＲ)(これは、たとえばミシガン州プリマス ４
４７８０ ヘルム ストリートにあるウェイブマット
インコーポレイション(Ｗavemat, Ｉnc．,４４７８０
Ｈelm Ｓtreet, Ｐlymouth、Ｍichigan)から入手で
きる)を利用することも可能である。ガス源に取り付け
られたミクロウェーブ クラッカも遊離基を作り出すた
めに使用可能である。あるいは、ＤＣプラズマ放電室が
使用できるかもしれない。さらにまた、他のどのような
熱クラッカや分離セル(たとえば、ミネソタ州セントポ
ール、２６１ イースト 第５番ストリートにあるＥＰ
Ｉ(ＥＰＩ, ２６１ Ｅast Ｆifth Ｓtreet, Ｓt．
Ｐaul,Ｍinnesota ５５１０１)から入手できる)でも、
それらが適切なものであれば使用できる。
【００２８】ＺnＳe層は、本発明に係る分子線エピタク
シー装置内のＧaＡs基板上で成長せしめられた。これら
の層は、Ｓeビームに対するＺnビームの圧力比率が１:
２(一般的な層厚は２μmであり、成長速度は０．５μm
／hであった)である状態をもって、基板温度２７５°Ｃ
にて成長せしめられた。ＺnＳeのp型のドーピングは、
従来的なエフュージョン源を使用する代わりに、分子エ
ピタクシー装置に組み入れられた遊離基源により果たさ
れた。遊離基源によって、ＲＦプラズマ放電室内で形成
された原子状態の窒素(未分離の窒素Ｎ2のより大きなフ
ラックスと共に)のフラックスが供給された。１３．５
ＭＨzのＲＦ周波数が使用され、これによってガス状態
の超高純度窒素源から窒素原子が形成された。この原子
状態にある窒素フラックスのレベルは、ＲＦプラズマ放
電の強度を適当に調整することにより制御された。
シー装置内のＧaＡs基板上で成長せしめられた。これら
の層は、Ｓeビームに対するＺnビームの圧力比率が１:
２(一般的な層厚は２μmであり、成長速度は０．５μm
／hであった)である状態をもって、基板温度２７５°Ｃ
にて成長せしめられた。ＺnＳeのp型のドーピングは、
従来的なエフュージョン源を使用する代わりに、分子エ
ピタクシー装置に組み入れられた遊離基源により果たさ
れた。遊離基源によって、ＲＦプラズマ放電室内で形成
された原子状態の窒素(未分離の窒素Ｎ2のより大きなフ
ラックスと共に)のフラックスが供給された。１３．５
ＭＨzのＲＦ周波数が使用され、これによってガス状態
の超高純度窒素源から窒素原子が形成された。この原子
状態にある窒素フラックスのレベルは、ＲＦプラズマ放
電の強度を適当に調整することにより制御された。
【００２９】遊離基原子ビームを使用してＺnＳe内に活
性化された状態で取り込まれた窒素量は、分子状態にあ
る窒素のそれよりもはるかに多かった。これは、Ｎ 2 フ
ラックスだけを用いて成長せしめられたＺnＳeから記録
された１０Ｋ光ルミネッセンススペクトル(ＰＬ)や、
(Ｎ＋Ｎ 2 )フラックスを用いて成長せしめられたＺｎＳ
ｅにおけるそれと比較すれば分かることである。図２に
示すように、Ｎ2だけのフラックスを使用して成長せし
められたＺnＳe層から記録された１０Ｋ ＰＬスペクト
ル(この場合には、５×１／１０7Ｔorrの分子線エピタ
クシー室におけるＮ2の平衡背圧が維持された)は、ドー
ピングされていないＺnＳeヘテロエピタクシー層から記
録されたそれと同一である[これについては、パーク
氏、ルロー氏、トロファー氏、コヤマ氏、ヨド氏、及び
マーター氏によって寄稿された１９９０年発行の印刷物
に記載されている(Ｒ．Ｍ．Ｐark, Ｃ．Ｍ．Ｒouleau,
Ｍ．Ｂ．Ｔroffer, Ｔ．Ｋoyama, and Ｔ．Ｙodo,
Ｊ．Ｍater． Ｒes．,５,４７５ (１９９０))]。励
起子変化(excitonic regime)において優勢なピークは、
それぞれ分割された、自由励起子(Ｅx)の遷移によるも
のとドナー拘束励起子(Ｉ 2 )の遷移によるものである。
これらの分割は、ZnSeとGaAsとでは熱膨張係数が一致し
ないことに起因している。この熱膨張係数の不一致によ
り、ZnSe層は、平面内における２軸引張状態におかれる
こととなる[これについては、シャザッド氏、オレゴ
氏、及びカマック氏によって寄稿された１９８９年発行
の印刷物に記載されている(Ｋ．Ｓhazad, Ｄ．Ｊ．Ｏl
ego, Ｄ．Ａ．Ｃammack, Ｐhys．Ｒev．Ｂ ３９,
１３０１６ (１９８９))]。従って、このようなＮ2の
低背分圧においては分子状窒素は、ＺnＳe表面で全くの
不反応状態となる。しかしながら、プラズマ放電が遊離
基源内で形成されたとき、図３の１０Ｋスペクトルに示
されるように、劇的な情況変化が生じる。ここでも、成
長時における分子線エピタクシー室内のＮ 2 の背分圧は
５×１／１０ 7 Ｔorrとされ、ＲＦプラズマが放電され
た。窒素アクセプタ不純物が取り込まれたことに起因し
て、励起子変化は、分割されたアクセプタ拘束励起子
(Ｉ N 1 )の遷移によるものが優勢となっている[これに
ついては、ディーン氏、スチュティアス氏、ニューマー
ク氏、フィツパトリック氏、及びバルガバ氏によって寄
稿された１９８３年発行の文献に記載されている(Ｐ．
Ｊ．Ｄean, Ｗ．Ｓtutius, Ｇ．Ｆ．Ｎeumark, Ｂ．
Ｊ．Ｆitzpatrick, and Ｒ．Ｎ．Ｂhargava, Ｐhy
s．Ｒev．Ｂ２７, ２４１９ (１９８３))]。また、全
体的なＰＬスペクトルは、励起子遷移ではなく、ドナー
からアクセプタへの遷移(Ｑ N 0 −は、フォノンの存在
しない遷移を示す。また、Ｑ N 0 の幾つかのＬＯフォノ
ンレプリカが併せて示されている。)によるものが優勢
である。このように、原子状窒素の置換取り込み率は、
成長時におけるＺnＳe表面において分子状窒素のそれよ
りも遥かに大きい。図３に示されたＰＬスペクトルが得
られたところの試料は、その正味のアクセプタ濃度が１
×１０17／cm3であった。
性化された状態で取り込まれた窒素量は、分子状態にあ
る窒素のそれよりもはるかに多かった。これは、Ｎ 2 フ
ラックスだけを用いて成長せしめられたＺnＳeから記録
された１０Ｋ光ルミネッセンススペクトル(ＰＬ)や、
(Ｎ＋Ｎ 2 )フラックスを用いて成長せしめられたＺｎＳ
ｅにおけるそれと比較すれば分かることである。図２に
示すように、Ｎ2だけのフラックスを使用して成長せし
められたＺnＳe層から記録された１０Ｋ ＰＬスペクト
ル(この場合には、５×１／１０7Ｔorrの分子線エピタ
クシー室におけるＮ2の平衡背圧が維持された)は、ドー
ピングされていないＺnＳeヘテロエピタクシー層から記
録されたそれと同一である[これについては、パーク
氏、ルロー氏、トロファー氏、コヤマ氏、ヨド氏、及び
マーター氏によって寄稿された１９９０年発行の印刷物
に記載されている(Ｒ．Ｍ．Ｐark, Ｃ．Ｍ．Ｒouleau,
Ｍ．Ｂ．Ｔroffer, Ｔ．Ｋoyama, and Ｔ．Ｙodo,
Ｊ．Ｍater． Ｒes．,５,４７５ (１９９０))]。励
起子変化(excitonic regime)において優勢なピークは、
それぞれ分割された、自由励起子(Ｅx)の遷移によるも
のとドナー拘束励起子(Ｉ 2 )の遷移によるものである。
これらの分割は、ZnSeとGaAsとでは熱膨張係数が一致し
ないことに起因している。この熱膨張係数の不一致によ
り、ZnSe層は、平面内における２軸引張状態におかれる
こととなる[これについては、シャザッド氏、オレゴ
氏、及びカマック氏によって寄稿された１９８９年発行
の印刷物に記載されている(Ｋ．Ｓhazad, Ｄ．Ｊ．Ｏl
ego, Ｄ．Ａ．Ｃammack, Ｐhys．Ｒev．Ｂ ３９,
１３０１６ (１９８９))]。従って、このようなＮ2の
低背分圧においては分子状窒素は、ＺnＳe表面で全くの
不反応状態となる。しかしながら、プラズマ放電が遊離
基源内で形成されたとき、図３の１０Ｋスペクトルに示
されるように、劇的な情況変化が生じる。ここでも、成
長時における分子線エピタクシー室内のＮ 2 の背分圧は
５×１／１０ 7 Ｔorrとされ、ＲＦプラズマが放電され
た。窒素アクセプタ不純物が取り込まれたことに起因し
て、励起子変化は、分割されたアクセプタ拘束励起子
(Ｉ N 1 )の遷移によるものが優勢となっている[これに
ついては、ディーン氏、スチュティアス氏、ニューマー
ク氏、フィツパトリック氏、及びバルガバ氏によって寄
稿された１９８３年発行の文献に記載されている(Ｐ．
Ｊ．Ｄean, Ｗ．Ｓtutius, Ｇ．Ｆ．Ｎeumark, Ｂ．
Ｊ．Ｆitzpatrick, and Ｒ．Ｎ．Ｂhargava, Ｐhy
s．Ｒev．Ｂ２７, ２４１９ (１９８３))]。また、全
体的なＰＬスペクトルは、励起子遷移ではなく、ドナー
からアクセプタへの遷移(Ｑ N 0 −は、フォノンの存在
しない遷移を示す。また、Ｑ N 0 の幾つかのＬＯフォノ
ンレプリカが併せて示されている。)によるものが優勢
である。このように、原子状窒素の置換取り込み率は、
成長時におけるＺnＳe表面において分子状窒素のそれよ
りも遥かに大きい。図３に示されたＰＬスペクトルが得
られたところの試料は、その正味のアクセプタ濃度が１
×１０17／cm3であった。
【００３０】窒素によりドーピングされたＺnＳe／Ｇa
Ａs層における正味のアクセプタ濃度(Ｎ A −Ｎ D )は、キ
ャパシタンスーボルテージ(Ｃ−Ｖ)プロファイリングに
より測定された。ＺnＳeエピタクシー層がＧaＡs半絶縁
体上で成長せしめられたので、ＺnＳeの表面上における
２つのショットキー接点間で平面プロファイリングを行
った。その表面接点のパターンは、直径が７６２μmで
ある一連のＣr／Ａuドットを、それらを取り囲む大きな
Ｃr／Ａu電極から物理的に隔てるようにして構成されて
いる。内側のドット電極と外側の電極との間隔は、２５
μmであった。間隔を小さくすることは、低い直列抵抗
を維持するために必要である。この接点パターンは、７
５ÅのＣrを熱蒸着した後１０００ÅのＡuを熱蒸着し、
さらに、写真製版技術及び剥離工程を通して形成され
た。すべての測定において、外側の電極は接地され、内
部ショットキー接点にバイアスが加えられた。
Ａs層における正味のアクセプタ濃度(Ｎ A −Ｎ D )は、キ
ャパシタンスーボルテージ(Ｃ−Ｖ)プロファイリングに
より測定された。ＺnＳeエピタクシー層がＧaＡs半絶縁
体上で成長せしめられたので、ＺnＳeの表面上における
２つのショットキー接点間で平面プロファイリングを行
った。その表面接点のパターンは、直径が７６２μmで
ある一連のＣr／Ａuドットを、それらを取り囲む大きな
Ｃr／Ａu電極から物理的に隔てるようにして構成されて
いる。内側のドット電極と外側の電極との間隔は、２５
μmであった。間隔を小さくすることは、低い直列抵抗
を維持するために必要である。この接点パターンは、７
５ÅのＣrを熱蒸着した後１０００ÅのＡuを熱蒸着し、
さらに、写真製版技術及び剥離工程を通して形成され
た。すべての測定において、外側の電極は接地され、内
部ショットキー接点にバイアスが加えられた。
【００３１】この符号の慣例に従うと、多数キャリアタ
イプは、１／Ｃ 2 とＶとの関係から得られた傾斜の符号
で与えられる。正の傾斜は、その材料がp型であること
を示す。正味のアクセプタ濃度(Ｎ A −Ｎ D )は、Ｖに対す
る１／Ｃ 2 の傾斜に比例する。１／Ｃ 2 とＶとの関係、及
び多量にドーピングされたＺnＳe層から得られたＮ A −
Ｎ D と空乏幅分布との関係を夫々図４,５に示している。
図４,５に示されるよ うに、その材料は、p型であって、
正味のアクセプタ濃度は約３．４×１０ 17 ／cm 3 であ
る。図５に示されるように、そのドーピング分布は、ゼ
ロバイアス(０．０６８μm)から逆バイアス絶縁破壊が
生じるまで(０．１２６μm)、かなり均一である。絶縁
破壊は３．８Ｖで生じた。これは、このレベルすなわち
３．４×１０ 17 ／cm 3 にドーピングされたp型のＺnＳe材
料における電子なだれ降伏と一致している。
イプは、１／Ｃ 2 とＶとの関係から得られた傾斜の符号
で与えられる。正の傾斜は、その材料がp型であること
を示す。正味のアクセプタ濃度(Ｎ A −Ｎ D )は、Ｖに対す
る１／Ｃ 2 の傾斜に比例する。１／Ｃ 2 とＶとの関係、及
び多量にドーピングされたＺnＳe層から得られたＮ A −
Ｎ D と空乏幅分布との関係を夫々図４,５に示している。
図４,５に示されるよ うに、その材料は、p型であって、
正味のアクセプタ濃度は約３．４×１０ 17 ／cm 3 であ
る。図５に示されるように、そのドーピング分布は、ゼ
ロバイアス(０．０６８μm)から逆バイアス絶縁破壊が
生じるまで(０．１２６μm)、かなり均一である。絶縁
破壊は３．８Ｖで生じた。これは、このレベルすなわち
３．４×１０ 17 ／cm 3 にドーピングされたp型のＺnＳe材
料における電子なだれ降伏と一致している。
【００３２】さらに、エピタキシャル成長させたＺnＳ
e:Ｎ／ＺnＳe:Ｃlによるpnホモ接合に基いて青色発光ダ
イオードが作られたという事実により、窒素でドーピン
グされたＺnＳe材料の特性がｐ型であることの証拠が得
られた。これらのpn接合におけるn型ＺnＳe層は、ドー
パント元素としてＣlを使用することで成長せしめられ
た。Ｃl原子の源は、分子線エピタクシー装置に組み入
れられたＺnＣl2エフュージョンセルであった。
e:Ｎ／ＺnＳe:Ｃlによるpnホモ接合に基いて青色発光ダ
イオードが作られたという事実により、窒素でドーピン
グされたＺnＳe材料の特性がｐ型であることの証拠が得
られた。これらのpn接合におけるn型ＺnＳe層は、ドー
パント元素としてＣlを使用することで成長せしめられ
た。Ｃl原子の源は、分子線エピタクシー装置に組み入
れられたＺnＣl2エフュージョンセルであった。
【００３３】分子線エピタキシャル成長により成長せし
められた数多くのＺnＳe試料がテストされた。それらの
結果は以下の通りである。 (１)非ドーピングＺnＳe: Ｚn−Ｓeビーム相当圧力比率: １:２ 成長温度: ２７５°Ｃ 結果: 低温フォトルミネッセンススペクトルにより、
試料はp型ではないことが示された。Ｃ−Ｖ測定によ
り、試料は絶縁されていることが示された。 (２)遊離基源にＲＦ源を用いることなくＮ2を使用して
ドーピングされたＺnＳe: Ｚn−Ｓeビーム相当圧力比率: １:２ 成長温度: ２７５°Ｃ ＲＦ出力: ０ワット背圧 : ５×１／１０7Ｔorr 結果: 低温フォトルミネッセンススペクトルにより、
試料はp型ではないことが示された。Ｃ−Ｖ測定によ
り、試料は絶縁されていることが示された。 (３)遊離基源にＲＦ源を用いることにより、Ｎ2を使用
してドーピングされたＺnＳe: Ｚn−Ｓeビーム相当圧力比率: １:２ 成長温度: ２７５°Ｃ ＲＦ出力: ３２０ワット背圧 : ５×１／１０7Ｔorr 結果: 低温フォトルミネッセンススペクトルとカレン
ト−ボルテージ測定とキャパシタンス−ボルテージ測定
とにより、試料はp型であることが示された。Ｎ D ／Ｎ A
≦０．８(高ドーピング効率)であり、Ｎ A −Ｎ D ＝３．４
×１０ 17 ／cm 3 であった。 (４)遊離基源にＲＦ源を用いることにより、Ｏ2を使用
してドーピングされたＺnＳe: ＺnーＳeビーム相当圧力比率: １:２ 成長温度: ２７５°Ｃ ＲＦ出力: ３２０ワット背圧 : ５×１／１０7Ｔorr 結果: 低温フォトルミネッセンススペクトルとカレン
ト−ボルテージ測定とキャパシタンス−ボルテージ測定
とにより、試料はp型であり、Ｎ A −Ｎ D ＝３．０×１０
16 ／cm 3 であることが示された。
められた数多くのＺnＳe試料がテストされた。それらの
結果は以下の通りである。 (１)非ドーピングＺnＳe: Ｚn−Ｓeビーム相当圧力比率: １:２ 成長温度: ２７５°Ｃ 結果: 低温フォトルミネッセンススペクトルにより、
試料はp型ではないことが示された。Ｃ−Ｖ測定によ
り、試料は絶縁されていることが示された。 (２)遊離基源にＲＦ源を用いることなくＮ2を使用して
ドーピングされたＺnＳe: Ｚn−Ｓeビーム相当圧力比率: １:２ 成長温度: ２７５°Ｃ ＲＦ出力: ０ワット背圧 : ５×１／１０7Ｔorr 結果: 低温フォトルミネッセンススペクトルにより、
試料はp型ではないことが示された。Ｃ−Ｖ測定によ
り、試料は絶縁されていることが示された。 (３)遊離基源にＲＦ源を用いることにより、Ｎ2を使用
してドーピングされたＺnＳe: Ｚn−Ｓeビーム相当圧力比率: １:２ 成長温度: ２７５°Ｃ ＲＦ出力: ３２０ワット背圧 : ５×１／１０7Ｔorr 結果: 低温フォトルミネッセンススペクトルとカレン
ト−ボルテージ測定とキャパシタンス−ボルテージ測定
とにより、試料はp型であることが示された。Ｎ D ／Ｎ A
≦０．８(高ドーピング効率)であり、Ｎ A −Ｎ D ＝３．４
×１０ 17 ／cm 3 であった。 (４)遊離基源にＲＦ源を用いることにより、Ｏ2を使用
してドーピングされたＺnＳe: ＺnーＳeビーム相当圧力比率: １:２ 成長温度: ２７５°Ｃ ＲＦ出力: ３２０ワット背圧 : ５×１／１０7Ｔorr 結果: 低温フォトルミネッセンススペクトルとカレン
ト−ボルテージ測定とキャパシタンス−ボルテージ測定
とにより、試料はp型であり、Ｎ A −Ｎ D ＝３．０×１０
16 ／cm 3 であることが示された。
【００３４】本発明に係る代表的な発光ダイオードの構
成を図６に概略図的に示している。図６は、発光ダイオ
ード３４を示している。発光ダイオード３４は、p型の
ＧaＡs基板３６を有している。p型のＧaＡs基板３６
は、分子線エピタキシャル成長のためのベースを形成し
ている。p型のＺnＳe窒素ドーピング層３８が、p型のＧ
aＡs基層３６上に堆積せしめられている。p型のＺnＳe
層３８は、窒素遊離基源を使用する本発明に従って堆積
せしめられている。n型のＺnＳe塩素ドーピング層４０
は、p型のＺnＳe層３８上に堆積せしめられている。n+
ＺnＳeキャップ４２は、n型のＺnＳe層４０上に堆積せ
しめられている。層３８,４０,４２の堆積は、分子線エ
ピタキシャル成長によりなされる。オーム性接点４４,
４６は、n + ＺnＳeキャップ４２とp型のＧaＡs基層３６
とのそれぞれに対する電気接点を形成している。
成を図６に概略図的に示している。図６は、発光ダイオ
ード３４を示している。発光ダイオード３４は、p型の
ＧaＡs基板３６を有している。p型のＧaＡs基板３６
は、分子線エピタキシャル成長のためのベースを形成し
ている。p型のＺnＳe窒素ドーピング層３８が、p型のＧ
aＡs基層３６上に堆積せしめられている。p型のＺnＳe
層３８は、窒素遊離基源を使用する本発明に従って堆積
せしめられている。n型のＺnＳe塩素ドーピング層４０
は、p型のＺnＳe層３８上に堆積せしめられている。n+
ＺnＳeキャップ４２は、n型のＺnＳe層４０上に堆積せ
しめられている。層３８,４０,４２の堆積は、分子線エ
ピタキシャル成長によりなされる。オーム性接点４４,
４６は、n + ＺnＳeキャップ４２とp型のＧaＡs基層３６
とのそれぞれに対する電気接点を形成している。
【００３５】本発明の好ましい一実施例においては、p
型ＺnＳe層３８の厚さは２μmであり、正味のアクセプ
タ濃度は１×１０17／cm3である。n型のＺnＳe層４０は
０．５μmであり、正味のドナー濃度は１×１０18／cm3
である。n+ＺnＳeキャップ４２の厚さは、５００Åであ
り、正味のドナー濃度は５×１０18／cm3である。
型ＺnＳe層３８の厚さは２μmであり、正味のアクセプ
タ濃度は１×１０17／cm3である。n型のＺnＳe層４０は
０．５μmであり、正味のドナー濃度は１×１０18／cm3
である。n+ＺnＳeキャップ４２の厚さは、５００Åであ
り、正味のドナー濃度は５×１０18／cm3である。
【００３６】図６は、p型ＺnＳe層がp+型のＧaＡs基層
上に最初に成長せしめられている状態を示している。こ
のタイプの「埋込p型層」構成により、p型ＺnＳeに対する
オーム性接点の形成に関係するところの目下の大問題点
は回避されている[これについては、ハーセ氏、チャン
氏、デプュイット氏、及びポッツ氏によって寄稿された
１９９０年発行の“ジャーナル アプライド フィジク
ス"に記載されている(Ｍ．Ａ．Ｈaase, Ｈ．Ｃheng,
Ｊ．Ｍ．ＤeＰuydt, and Ｊ．Ｅ．Ｐotts,Ｊ．Ａpp
l．Ｐhys．, ６７, ４４８(１９９０))]。しかしなが
ら、このデバイスは、大きな正孔バリアがp＋型ＧaＡs
／p型ＺnＳeヘテロ境界面に存するという欠点を有する
[これについては、カッセル氏、アバッド氏、ガーラン
ド氏、ラッカー氏、ポッツ氏、ハーセ氏、及びチャン氏
によって寄稿された１９９０年発行の“アプライド フ
ィジクス"に記載されている(Ｌ．Ｋassel, Ｈ．Ａbad,
Ｊ．Ｗ．Ｇarland, Ｐ．Ｍ．Ｒaccah, Ｊ．Ｅ．Ｐo
tts, Ｍ．Ａ．Ｈaase, Ｈ．Ｃheng, Ａppl．Ｐhys．
Ｌett．,５６ ４２ (１９９０))]。このタイプのデバ
イスにおいては、p + 型ＧaＡs／p型ＺnＳeヘテロ境界面
を通過する正孔注入は、電子なだれ降伏によってのみ実
現される。従って、ＺnＳeのpn接合に関係したエレクト
ロルミネセンスを観察するためには、大きなターンオン
電圧が要求される。
上に最初に成長せしめられている状態を示している。こ
のタイプの「埋込p型層」構成により、p型ＺnＳeに対する
オーム性接点の形成に関係するところの目下の大問題点
は回避されている[これについては、ハーセ氏、チャン
氏、デプュイット氏、及びポッツ氏によって寄稿された
１９９０年発行の“ジャーナル アプライド フィジク
ス"に記載されている(Ｍ．Ａ．Ｈaase, Ｈ．Ｃheng,
Ｊ．Ｍ．ＤeＰuydt, and Ｊ．Ｅ．Ｐotts,Ｊ．Ａpp
l．Ｐhys．, ６７, ４４８(１９９０))]。しかしなが
ら、このデバイスは、大きな正孔バリアがp＋型ＧaＡs
／p型ＺnＳeヘテロ境界面に存するという欠点を有する
[これについては、カッセル氏、アバッド氏、ガーラン
ド氏、ラッカー氏、ポッツ氏、ハーセ氏、及びチャン氏
によって寄稿された１９９０年発行の“アプライド フ
ィジクス"に記載されている(Ｌ．Ｋassel, Ｈ．Ａbad,
Ｊ．Ｗ．Ｇarland, Ｐ．Ｍ．Ｒaccah, Ｊ．Ｅ．Ｐo
tts, Ｍ．Ａ．Ｈaase, Ｈ．Ｃheng, Ａppl．Ｐhys．
Ｌett．,５６ ４２ (１９９０))]。このタイプのデバ
イスにおいては、p + 型ＧaＡs／p型ＺnＳeヘテロ境界面
を通過する正孔注入は、電子なだれ降伏によってのみ実
現される。従って、ＺnＳeのpn接合に関係したエレクト
ロルミネセンスを観察するためには、大きなターンオン
電圧が要求される。
【００３７】発光ダイオードの製造は、従来の写真製版
技術を用いて行われた。このとき、 デバイスの絶縁は、
湿式化学的エッチングによって直径４００μmのメサ(頂
部が水平なテーブル形状をしているもの)を形成するこ
とで達成された。上部電極の金属処理は、リング状にな
され、真空蒸着と剥離によってパターン化された。超音
波ゴールドボール結合を使用してデバイスに接点が形成
され、エレクトロルミネセンス特徴が測定された。
技術を用いて行われた。このとき、 デバイスの絶縁は、
湿式化学的エッチングによって直径４００μmのメサ(頂
部が水平なテーブル形状をしているもの)を形成するこ
とで達成された。上部電極の金属処理は、リング状にな
され、真空蒸着と剥離によってパターン化された。超音
波ゴールドボール結合を使用してデバイスに接点が形成
され、エレクトロルミネセンス特徴が測定された。
【００３８】図６に示された発光ダイオード３４に対し
て７７Ｋで記録された代表的なエレクトロルミネセンス
スペクトルが、図７に示されている。図７に示されたス
ペクトルに対しては、デバイスの稼動ボルテージは１
３．５Vであり、稼動電流は４０mＡであった。図７に示
されるように、その可視エレクトロルミネセンスはブル
ー発光によるものが優勢である。そのスペクトルは、多
数の分解線、主として４４７．７nm、４５９．６nm、そ
して４６４．７nmのところに位置する分解線から構成さ
れている。そのスペクトルにおける２つのエネルギー最
高点は、エネルギーにおいて、アキモト等によって報告
されたような窒素イオン封入工程、及びアニーリング工
程を経て作られた青色発光ダイオード[これについて
は、アキモト氏、ミヤジマ氏、及びモリ氏によって寄稿
された１９８９年発行の“ジャパンジャーナル アプラ
イド フィジクス"に記載されている(Ｋ．Ａkimoto,
Ｔ．Ｍiyajima, and Ｙ．Ｍori, Ｊpn．Ｊ．Ａppl．
Ｐhys．, ２８, Ｌ５２８ (１９８９))]から７７Ｋ
において観察されたエレクトロルミネセンスの最大値と
ほぼ一致している。８４４nmの波長を有する赤外線放射
もまた(ブルー光線の放射と共に)これらのデバイスから
記録された。その赤外線放射は、ヘテロ接合における電
子なだれ降伏において、電子がp + 型のＧaＡs材料内に取
り込まれた結果生じたものである(図７には示されてい
ない)。
て７７Ｋで記録された代表的なエレクトロルミネセンス
スペクトルが、図７に示されている。図７に示されたス
ペクトルに対しては、デバイスの稼動ボルテージは１
３．５Vであり、稼動電流は４０mＡであった。図７に示
されるように、その可視エレクトロルミネセンスはブル
ー発光によるものが優勢である。そのスペクトルは、多
数の分解線、主として４４７．７nm、４５９．６nm、そ
して４６４．７nmのところに位置する分解線から構成さ
れている。そのスペクトルにおける２つのエネルギー最
高点は、エネルギーにおいて、アキモト等によって報告
されたような窒素イオン封入工程、及びアニーリング工
程を経て作られた青色発光ダイオード[これについて
は、アキモト氏、ミヤジマ氏、及びモリ氏によって寄稿
された１９８９年発行の“ジャパンジャーナル アプラ
イド フィジクス"に記載されている(Ｋ．Ａkimoto,
Ｔ．Ｍiyajima, and Ｙ．Ｍori, Ｊpn．Ｊ．Ａppl．
Ｐhys．, ２８, Ｌ５２８ (１９８９))]から７７Ｋ
において観察されたエレクトロルミネセンスの最大値と
ほぼ一致している。８４４nmの波長を有する赤外線放射
もまた(ブルー光線の放射と共に)これらのデバイスから
記録された。その赤外線放射は、ヘテロ接合における電
子なだれ降伏において、電子がp + 型のＧaＡs材料内に取
り込まれた結果生じたものである(図７には示されてい
ない)。
【００３９】図６に示されたデバイスから室温で記録さ
れたエレクトロルミネセンススペクトルの可視領域のみ
を図８に示している。この図に示されるように、可視ス
ペクトルのブルー領域において優勢な発光が観察されて
いる。その最大強度は、波長４６５nmにおいて生じてい
る。図８に示された特定スペクトルを発生させるのに必
要とされた電圧と電流は、夫々２２Vと２０mＡであっ
た。
れたエレクトロルミネセンススペクトルの可視領域のみ
を図８に示している。この図に示されるように、可視ス
ペクトルのブルー領域において優勢な発光が観察されて
いる。その最大強度は、波長４６５nmにおいて生じてい
る。図８に示された特定スペクトルを発生させるのに必
要とされた電圧と電流は、夫々２２Vと２０mＡであっ
た。
【００４０】図９は、本発明に従って作られた発光ダイ
オード４８を示している。この発光ダイオード４８は、
図６の発光ダイオード３４と同様に動作するｐオンｎ素
子である。発光ダイオード４８は、n＋ＧaＡs基板と、n
型のＺnＳe層５２と、p型のＺnＳe層５４とから構成さ
れている。各接点５６,５８により、夫々、p型のＺnＳe
層５４と、n+ ＧaＡs基板５０とに電気接点が提供され
ている。p型のＺnＳe層５４は、本発明に従って、分子
線エピタキシャル成長、及びVＡ族に属する遊離基源を
使用することにより堆積されている。図９に示した本実
施例に係るダイオード４８のn型ＺnＳe層５２は、約１
×１０18／cm3の正味のドナー濃度と、約２．０μmの厚
さを有する。また、p型のＺnＳe層５４は、約１×１０
17／cm3の正味のアクセプタ濃度と、０．５μmの厚を有
する。
オード４８を示している。この発光ダイオード４８は、
図６の発光ダイオード３４と同様に動作するｐオンｎ素
子である。発光ダイオード４８は、n＋ＧaＡs基板と、n
型のＺnＳe層５２と、p型のＺnＳe層５４とから構成さ
れている。各接点５６,５８により、夫々、p型のＺnＳe
層５４と、n+ ＧaＡs基板５０とに電気接点が提供され
ている。p型のＺnＳe層５４は、本発明に従って、分子
線エピタキシャル成長、及びVＡ族に属する遊離基源を
使用することにより堆積されている。図９に示した本実
施例に係るダイオード４８のn型ＺnＳe層５２は、約１
×１０18／cm3の正味のドナー濃度と、約２．０μmの厚
さを有する。また、p型のＺnＳe層５４は、約１×１０
17／cm3の正味のアクセプタ濃度と、０．５μmの厚を有
する。
【００４１】本発明によって、遊離基源を使用して、p
型電導性のIIＢ−VIＡ族半導体薄膜を作る方法とデバイ
スが提供される。本発明を利用して、IIＢ−VIＡ族に属
するn型半導体薄膜を作ることもまた可能である。そし
て、その結果形成されたIIＢ−VIＡ族半導体薄膜は、レ
ーザダイオードやトランジスタと同様に発光ダイオード
や光検知デバイス等のpn接合デバイスに使用することが
できるかも知れない。本発明を利用すれば、遊離基源は
分子線エピタクシー室に案内され、これによって分子線
エピタキシャル成長時にドーパントがIIＢ−VIＡ族半導
体に加えられる。その遊離基源は、窒素、りん、ひ素、
又はアンチモンであってよい。酸素もまた適切な遊離基
源として使用することができる。本発明は、ＺnＳeを窒
素ドーピング、又は酸素ドーピングするのに使用され
る。本発明によれば、p型の３成分IIＢ−VIＡ族半導体
には、Ｚn1-XＣdXＳe、ＺnＳe1-XＴeX、ＺnＳe1-XＳX、
ＺnＳ1-XＴeX、及びＺn1-XＣdXＳが含まれる。
型電導性のIIＢ−VIＡ族半導体薄膜を作る方法とデバイ
スが提供される。本発明を利用して、IIＢ−VIＡ族に属
するn型半導体薄膜を作ることもまた可能である。そし
て、その結果形成されたIIＢ−VIＡ族半導体薄膜は、レ
ーザダイオードやトランジスタと同様に発光ダイオード
や光検知デバイス等のpn接合デバイスに使用することが
できるかも知れない。本発明を利用すれば、遊離基源は
分子線エピタクシー室に案内され、これによって分子線
エピタキシャル成長時にドーパントがIIＢ−VIＡ族半導
体に加えられる。その遊離基源は、窒素、りん、ひ素、
又はアンチモンであってよい。酸素もまた適切な遊離基
源として使用することができる。本発明は、ＺnＳeを窒
素ドーピング、又は酸素ドーピングするのに使用され
る。本発明によれば、p型の３成分IIＢ−VIＡ族半導体
には、Ｚn1-XＣdXＳe、ＺnＳe1-XＴeX、ＺnＳe1-XＳX、
ＺnＳ1-XＴeX、及びＺn1-XＣdXＳが含まれる。
【図１】 本発明の一実施例に係る分子線エピタクシー
室の説明図である。
室の説明図である。
【図２】 ＰＬ強度とエネルギとの関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図３】 ＰＬ強度とエネルギとの関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図４】 １／Ｃ2とバイアス電圧との関係を示すグラ
フである。
フである。
【図５】 アクセプタ純濃度と空乏幅との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図６】 本発明の第１実施例に係る発光ダイオードの
説明図である。
説明図である。
【図７】 ＥＬ強度と７７Ｋにおける波長との関係をし
めすグラフである。
めすグラフである。
【図８】 ＥＬ強度と室内温度における波長との関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図９】 本発明の第２実施例に係る発光ダイオードの
説明図である。
説明図である。
１０ 分子線エピタクシー装置 １２ 分子線エピ
タクシー室 １４ ＧaＡs基層 １６ 電子銃 １８ 蛍光面 ２０ フラックス
モニタ ２２,２４,２６,２８ エフュージョンセル ３０ 遊離基源 ３２ Ｎ2源 ３３ バルブ ３４ 発光ダイオ
ード ３６ ＧaＡs基層 ３８ ＺnＳe窒素
ドーピング層 ４０ ＺnＳe塩素ドーピング層 ４２ ＺnＳeキャ
ップ ４４,４６ 接点 ４８ 発光ダイオ
ード ５０ ＧaＡs基層 ５２ n型ＺnＳe
層 ５４ p型ＺnＳe層 ５６,５８ 接点
タクシー室 １４ ＧaＡs基層 １６ 電子銃 １８ 蛍光面 ２０ フラックス
モニタ ２２,２４,２６,２８ エフュージョンセル ３０ 遊離基源 ３２ Ｎ2源 ３３ バルブ ３４ 発光ダイオ
ード ３６ ＧaＡs基層 ３８ ＺnＳe窒素
ドーピング層 ４０ ＺnＳe塩素ドーピング層 ４２ ＺnＳeキャ
ップ ４４,４６ 接点 ４８ 発光ダイオ
ード ５０ ＧaＡs基層 ５２ n型ＺnＳe
層 ５４ p型ＺnＳe層 ５６,５８ 接点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・エム・パーク アメリカ合衆国32607フロリダ州ゲイン ズビル、サウスウエスト・セブンティー フィフス・ストリート25番 アパートメ ント12ピー (72)発明者 ジェイムズ・エム・デピュイット アメリカ合衆国55104ミネソタ州セン ト・ポール、アッシュランド・アベニュ ー1918番 (72)発明者 フワ・チェン アメリカ合衆国55125ミネソタ州ウッド ベリー、ナイトン・ロード9405番 (72)発明者 マイケル・エイ・ハース アメリカ合衆国55125ミネソタ州ウッド ベリー、サマー・ウィンド・アルコーブ 8666番 (56)参考文献 特開 昭61−117199（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−165940（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−303889（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−303899（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−288088（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−248610（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−56975（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/203,21/363,33/00
Claims (4)
- 【請求項１】 ＰＮ接合を含む発光半導体デバイスであ
って、 第1接点と、 この第1接点に電気的に接続されたｐ型導電性のＩＩＢ
−ＶＩＡ族化合物半導体層であって、分子線エピタキシ
ャル成長において原子状の窒素遊離基を用いてｐ型にド
ーピングされており、ドナー準位からアクセプタ準位へ
の遷移によるものが優勢である低温フォトルミネッセン
ススペクトルを有しており、正味のアクセプタ濃度が５
×1015cm-3よりも大きく、電気的固有抵抗が15Ω・cmよ
りも小さい、ｐ型ＩＩＢ−ＶＩＡ族化合物半導体層と、 このｐ型ＩＩＢ−ＶＩＡ族化合物半導体層に機能的に連
結されたｎ型層と、 このｎ型層に電気的に接続された第２接点と、 を備える、発光半導体デバイス。 - 【請求項２】 上記ｐ型のＩＩＢ−ＶＩＡ族化合物半導
体層が亜鉛およびセレンを含む、請求項１記載の発光半
導体デバイス。 - 【請求項３】 ＰＮ接合を含む発光半導体デバイスであ
って、 第1接点と、 この第1接点に電気的に接続されたｐ型導電性のＩＩＢ
−ＶＩＡ族化合物半導体層であって、分子線エピタキシ
ャル成長において原子状の窒素遊離基を用いてｐ型にド
ーピングされており、正味のアクセプタ濃度が５×1015
cm-3よりも大きく、アクセプタに対するドナーのドーピ
ング効率(ＮD/ＮA)が約0．8以下であって、電気的固有
抵抗が15Ω・cmよりも小さい、ｐ型ＩＩＢ−ＶＩＡ族化
合物半導体層と、 このｐ型ＩＩＢ−ＶＩＡ族化合物半導体層に機能的に連
結されたｎ型層と、 このｎ型層に電気的に接続された第２接点と、 を備える、発光半導体デバイス。 - 【請求項４】 上記ｐ型のＩＩＢ−ＶＩＡ族化合物半導
体層が亜鉛およびセレンを含む、請求項３記載の発光半
導体デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/573,428 US5248631A (en) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | Doping of iib-via semiconductors during molecular beam epitaxy using neutral free radicals |
| US573428 | 1990-08-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04234136A JPH04234136A (ja) | 1992-08-21 |
| JP3078611B2 true JP3078611B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=24291956
Family Applications (1)
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