JPH03235378A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はＩＩ−ＶＩ族半導体を用いた発光素子等の半導
体装置に関する。

（従来の技術） ■−■族半導体を用いた素子としてはカドミウムまたは
水銀とカルコゲン元素との化合物が受光素子として実用
化されている。近年、亜鉛とカルコゲン元素との化合物
が青色発光素子として有望視されている。例えば、溶液
成長法により成長されたＬｉ添加Ｚｎ５ｅ結晶にＧａを
拡散させて製作したρｎ接合素子、気相成長法によりＬ
ｉを添加した２層とＣＱを添加したｎ層によるｐｎ接合
素子などが提案されている。しかし、これらの試みはま
だ研究室段階のものであり、実用に耐える素子は得られ
ていない。その主たる理由は、亜鉛カルコゲナイドでは
、結晶性の良いｎ型層に効率よ〈正孔を注入する高キャ
リア濃度のｐ型層が得られないことにある。例えば、Ｚ
ｎ５ｅ結晶では浅いドナー準位は伝導帯の下約３０■ｅ
Ｖにできるのに対し、浅いアクセプター準位は価電子帯
の上約１１０ｍｅＶに形成される。

また、自己補償効果により、ＺｎとＳｅまたはＳを含む
系では、アクセプターがドナー準位によって補償され易
い。このため、この系では、ｐ型結晶層のキャリア濃度
を高めるのが、非常に難しい。

Ｚｎ５ｅを用いたホモ接合ではｐ型結晶層に注入された
電子により発光しているのが一般的である。これまでｐ
型のアクセプター不純物としては■族及び■族の添加が
試みられていたが、現在までｐ型が達成されたのはＬｉ
及びＮだけであり、不純物を高濃度に添加しても１０”
／ａＪ以下のものしかできず、また結晶性も悪い。また
、Ｌｉにおいては拡散常数が大きく、急峻な接合を形成
するのが難しかった。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように従来、ＩＩ−ＶＩ族半導体、特に亜鉛
カルコゲナイドではｐｎ接合を作ることが非常に難しく
、これを用いた高効率な発光デバイスなどを作ることは
できなかった。

本発明の目的は叙上の問題点を解決し、ＩＩ−ＶＩ族半
導体において高いキャリア濃度を示すｐ型層を達成する
ような効率のよいアクセプター不純物を提供することに
ある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明にかかる半導体装置は、少くとも■−■族半導体
層を含む半導体装置において、前記ｎ−■族半導体層中
に実質的に濃度の等しい■族元素と■族元素を添加して
なるものである。

また、上記半導体層の形成に用いられる■族元素および
■族元素は、夫々の元素間に結合を有する化合物、また
は、■族元素と■族元素間の間に生成される化学反応中
間生成物を用いることを特徴とする。さらに、上記ＩＩ
−ＶＩ族半導体層は、硫黄、セレン、テルルの少なくと
も一つを含む亜鉛カルコゲナイドであることを特徴とす
る。

即ち、本発明は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体にアクセプ
ター不純物として■族元素と■族元素を同時に概略等電
添加するものであり、次には■族不純物と■族不純物と
）化合物の形でｎ−ｖｉ族化合物半導体に添加するもの
である。

（作　用） 本発明を用いればＩＩ−ＶＩ族半導体で問題となるよう
な自己補償効果をおさえることができる。

従来は第２図に示す様に、■族同図（ａ）、もしくは■
族同図（ｂ）のいずれか一方を不純物に置換していたた
め、その不純物回りの格子歪がドナー性の欠陥の原因と
なっていることも考えられた。本発明では第１図に示す
ように■族と■族の両方の元素を置換する為、格子歪が
ドナー性の欠陥となることはない。本発明では、この様
な不純物としては■族元素と■族元素の複合体であるこ
とを見いだして用いている。

この様にＩＩ−ＶＩ族半導体に■族と■族を添加する系
としては従来、ＩＩ−ＶＩ族半導体と■−■族半導体と
■族生導体の混晶を行なった例があるが、これらの従来
例と本発明とは作用を異にするものである。前者は禁制
帯幅を制御することを目的とし、■族元素と■族元素と
は概略等濃度添加することを必要とし、さらに■族元素
との濃度比番よ任意でよい。これに対し、本発明では■
族元素と■族元素の濃度は概略等しくなければならない
。また本発明では、■族元素、■族元素は隣りあった原
子位置を占めることにより１つのアクセプター不純物と
して働く。

本発明によれば、不純物を添加しても自己補償効果が少
なく、このためアクセプターの活性化率が高い。このた
め２層のキャリア濃度を飛躍的番こ改善することができ
る。

（実施例） 以下、この発明の一実施例にかかるＺｎ５ｅを用いた発
光ダイオードにつき図面を参照して説明する。

第３図に本発明の一実施例の発光ダイオードの断面図を
示す。

まず、基板としてｐ型ＧａＡｓを用いイオン化ドーピン
グ装置を備える分子線エピタキシー装置を用いて成長を
行なった。ＺｎとＳｅは高純度原料を用いてｐ−ＧａＡ
ｓ基板１１上に成長を行う。まずＰ型不純物として、メ
タンガスとジボランガスを混合しこれをプラズマ放電に
より分解し、生成物を質量分離装置に導く、ここで■−
■族のボロン・カーボン（Ｂ−Ｃ）イオンのみをドーピ
ングするようにした。

Ｐ型層としてｐ−Ｚｎ５ｅ層１２を層厚５４＋成長形成
させたのち、今度は塩素ガスを用いＣＱイオンをドーピ
ングしてｎ型層ｎ−Ｚｎ５ｅ層１３を上記ｐ−Ｚｎ５ｅ
層と同じ厚さに成長させた。成長が終了後、ｎ−Ｚｎ５
ｅ表面しこはＩｎとＧａの合金を被着し、ｐ−ＧａＡｓ
基板側にはＡｕを蒸着し、３５０℃で熱処理してオーミ
ック接触のｎ側オーミック電極１４、およびｐ側オーミ
ック電極１５を夫々形成した。本実施例で使用した（Ｂ
−Ｃ）の化合物の中間生成物はＢ−Ｃ間の結合が安定で
壊れにくく本発明を実現するには有効であることが判っ
た・ 第４図に従来例と本実施例のダイオードの電流−電圧特
性を比較して示す。従来例では拡散電圧が高く、また順
方向の抵抗値が高かったが、本発明を用いることにより
、拡散電圧は理論的な予測値に近くなりまた順方向抵抗
も低くなった。

第５図に本実施例の発光ダイオードの発光スペクトルを
示す。これによって所望の青色部の発光強度が顕著に大
きく、かつ、深い順位からの発光も低減した良好な発光
が得られた。

第６図に本発明による不純物添加量と２層の抵抗率との
相関を示す６■族と■族の濃度が１×１０１０１７ａ’
以上で２層の抵抗値の低下が認められるから、上−記濃
度以上で本発明が有効であることが判った。

本発明は上記実施例には限らない。成長装置としてはＭ
ＢＥ以外に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて
もよい。特にＭＯＣＶＤ法では■族元素や■族元素の有
機ガスや水素化物の選択することで成長条件を大きく変
化することができ結晶性の改善に有効である。

また、上記実施例では■族としてＢ、■族としてＣを用
いたがこれ以外に種々の組合せを用いることが可能であ
る。特に■族としてＧａ、■族としてＧｅを用いると格
子歪が最も小さくなりドーピング効率が高くなる。

さらに、実施例のＺｎ５ｅの代わりにＺｎＳＳｅやＺｎ
５ＳｅＴｅを用いてＧａＡｓ基板と格子整合するか、Ｚ
ｎ５ｅ基板を用いてホモエピタキシャルを行う系に本発
明を用いることによりドーピング効率が高くなる。

また、本発明は亜鉛カルコゲナイドに限らずその他の■
−■族半導体に用いても有効であり、ＨｇＣｄＴｅの様
な半導体では従来格子欠陥を利用してｐｎ制御を行って
いたが、本発明によりｐｎ制御がより容易になった。

〔発明の効果〕

本発明を用いることにより従来困難であったｐ型伝導の
制御が非常に容易に行えるようになつた。また、アクセ
プター濃度が高くでき、２層のキャリア濃度を飛躍的に
改善することができて高効率な発光ダイオードが得られ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により不純物が添加されたときの原子配
置、第２図（ａ）、（ｂ）はいずれも夫々が従来例の不
純物添加されたときの原子配置、第３図は本発明にかか
る１実施例の発光ダイオードの断面図、第４図は実施例
と従来例のダイオードの電流−電圧特性を示す線図、第
５図は実施例と従来例の発光スペクトルを示す線図、第
６図は本発明の添加量と２層の抵抗率の相関を示す線図
である。 １１−　ｐ−ＧａＡｓ基板、　　　　１２−ｐ−Ｚｎ５
ｅ層、１３・−ｎ−ＺｎＳｅ層、　　　　１４・・・金
電極、１５・・・ＩｎＧａ合金電極。 第１ｙ！Ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少くともII−VI族半導体層を含む半導体装置において、
   前記II−VI族半導体層中に実質的に濃度の等しいIII族
   元素とIV族元素を添加してなる半導体装置。