JPH05175119A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH05175119A JPH05175119A JP34456091A JP34456091A JPH05175119A JP H05175119 A JPH05175119 A JP H05175119A JP 34456091 A JP34456091 A JP 34456091A JP 34456091 A JP34456091 A JP 34456091A JP H05175119 A JPH05175119 A JP H05175119A
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- semiconductor device
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】良好な結晶性のカルコパイライト型又は欠陥カ
ルコパイライト型化合物半導体膜を有し、この化合物半
導体とIII−Ｖ族化合物半導体の良質なヘテロ接合を有
する半導体装置及びその製造方法を提供すること。 【構成】III−Ｖ族化合物半導体基板１と、該基板上に
設けられた少なくとも１原子層以上の厚さを有し、カル
コゲンと上記III−Ｖ族化合物半導体基板の構成元素の
少なくとも１種とを有する変性層２と、該変性層上に形
成されたカルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト
型の結晶構造を持つ化合物半導体層３とを少なくとも有
することを特徴とする半導体装置。
ルコパイライト型化合物半導体膜を有し、この化合物半
導体とIII−Ｖ族化合物半導体の良質なヘテロ接合を有
する半導体装置及びその製造方法を提供すること。 【構成】III−Ｖ族化合物半導体基板１と、該基板上に
設けられた少なくとも１原子層以上の厚さを有し、カル
コゲンと上記III−Ｖ族化合物半導体基板の構成元素の
少なくとも１種とを有する変性層２と、該変性層上に形
成されたカルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト
型の結晶構造を持つ化合物半導体層３とを少なくとも有
することを特徴とする半導体装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法に係り、特に優れた性能及び新機能を有する半導
体装置及びその製造方法に関する。
造方法に係り、特に優れた性能及び新機能を有する半導
体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣｕＩｎＳｅ2に代表されるＩ−III−VI
2族や、ＺｎＳｎＡｓ2に代表されるII−IV−Ｖ2族のカ
ルコパイライト型化合物半導体、ＺｎＩｎ2Ｓｅ4に代表
されるII−III2−VI4族や、ＣｕＡｌＧｅＳ4に代表され
るＩ−III−IV−VI4族等の欠陥カルコパイライト型化合
物半導体は、多く物質が光を吸収、放出しやすい直接遷
移型の半導体であり、また、ｐ−ｎ制御が可能であり、
電子素子及び光素子として優れた基本特性を有している
ことが、例えば飯田他：応用物理、５７（１９８８）８
７１ によって明らかにされている。さらに、この化合
物半導体をII−VI族やIII−Ｖ族化合物半導体上に堆積
して形成するヘテロ接合は、太陽電池等の受光素子に応
用されており（例えばJ.Shay et.al.，アプライド フ
ィジクスレター 27（1975）89頁（Appl.Phys.Lett.,27
（1975）89）、また、レーザー素子等の発光素子へ応用
できることが盛田：特開平３−８７０７３に開示されて
いる。また、気相成長法等によりIII−Ｖ族単結晶基板
上にエピタキシャル成長が可能であることが、例えば
K.Hara et.al.，ジャパニーズ ジャーナル アプライ
ド フィジクス 26（1987）L1107頁（Jpn.J.Appl.Phy
s.,26（1987）L1107）によって明らかにされている。
2族や、ＺｎＳｎＡｓ2に代表されるII−IV−Ｖ2族のカ
ルコパイライト型化合物半導体、ＺｎＩｎ2Ｓｅ4に代表
されるII−III2−VI4族や、ＣｕＡｌＧｅＳ4に代表され
るＩ−III−IV−VI4族等の欠陥カルコパイライト型化合
物半導体は、多く物質が光を吸収、放出しやすい直接遷
移型の半導体であり、また、ｐ−ｎ制御が可能であり、
電子素子及び光素子として優れた基本特性を有している
ことが、例えば飯田他：応用物理、５７（１９８８）８
７１ によって明らかにされている。さらに、この化合
物半導体をII−VI族やIII−Ｖ族化合物半導体上に堆積
して形成するヘテロ接合は、太陽電池等の受光素子に応
用されており（例えばJ.Shay et.al.，アプライド フ
ィジクスレター 27（1975）89頁（Appl.Phys.Lett.,27
（1975）89）、また、レーザー素子等の発光素子へ応用
できることが盛田：特開平３−８７０７３に開示されて
いる。また、気相成長法等によりIII−Ｖ族単結晶基板
上にエピタキシャル成長が可能であることが、例えば
K.Hara et.al.，ジャパニーズ ジャーナル アプライ
ド フィジクス 26（1987）L1107頁（Jpn.J.Appl.Phy
s.,26（1987）L1107）によって明らかにされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】III−Ｖ族化合物半導
体の結晶構造は閃亜鉛鉱型又はウルツ鉱型であり、カル
コパイライト型及び欠陥カルコパイライト型化合物半導
体の結晶構造とは異なる。このため、III−Ｖ族化合物
半導体基板上に堆積したカルコパイライト型及び欠陥カ
ルコパイライト型化合物半導体には結晶欠陥の発生や結
晶方位の不一致が認められ、その結晶性は必ずしも良好
でなく、実用上耐えうる電子素子、光素子が作製できな
いという問題があった。
体の結晶構造は閃亜鉛鉱型又はウルツ鉱型であり、カル
コパイライト型及び欠陥カルコパイライト型化合物半導
体の結晶構造とは異なる。このため、III−Ｖ族化合物
半導体基板上に堆積したカルコパイライト型及び欠陥カ
ルコパイライト型化合物半導体には結晶欠陥の発生や結
晶方位の不一致が認められ、その結晶性は必ずしも良好
でなく、実用上耐えうる電子素子、光素子が作製できな
いという問題があった。
【０００４】また、III−Ｖ族化合物半導体とカルコパ
イライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体を
接合させた場合、両者の界面では相互拡散のために、良
好なヘテロ接合が得られないという問題があった。
イライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体を
接合させた場合、両者の界面では相互拡散のために、良
好なヘテロ接合が得られないという問題があった。
【０００５】本発明の目的は、良好な結晶性のカルコパ
イライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体膜
を有し、この化合物半導体とIII−Ｖ族化合物半導体の
良質なヘテロ接合を有する半導体装置を提供することに
ある。本発明の他の目的は、その半導体装置の製造方法
を提供することにある。
イライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体膜
を有し、この化合物半導体とIII−Ｖ族化合物半導体の
良質なヘテロ接合を有する半導体装置を提供することに
ある。本発明の他の目的は、その半導体装置の製造方法
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、（１）III
−Ｖ族化合物半導体基板と該基板上に設けられた少なく
とも１原子層以上の厚さを有する変性層と該変性層上に
形成されたカルコパイライト型又は欠陥カルコパイライ
ト型の結晶構造を持つ化合物半導体層とを少なくとも有
することを特徴とする半導体装置、（２）上記１記載の
半導体装置において、上記変性層は、数原子層以下の厚
さであることを特徴とする半導体装置、（３）上記１又
は２記載の半導体装置において、上記変性層は、カルコ
ゲンと上記III−Ｖ族化合物半導体基板の構成元素の少
なくとも１種とを有する層であることを特徴とする半導
体装置、（４）上記１から３のいずれか一に記載の半導
体装置において、上記化合物半導体層は、カルコパイラ
イト型の結晶構造を持ち、Ｉ族元素とIII族元素とVI族
元素とを有する化合物半導体からなることを特徴とする
半導体装置、（５）上記４記載の半導体装置において、
上記Ｉ族元素は、Ｃｕ及びＡｇからなる群から選ばれた
少なくとも１種の元素であり、上記III族元素は、Ｉ
ｎ、Ｇａ及びＡｌからなる群から選ばれた少なくとも１
種の元素であり、上記VI族元素は、Ｓｅ、Ｓ及びＴｅか
らなる群から選ばれた少なくとも１種の元素であること
を特徴とする半導体装置、（６）上記１から３のいずれ
か一に記載の半導体装置において、上記化合物半導体層
は、カルコパイライト型の結晶構造を持ち、II族元素と
IV族元素とＶ族元素とを有する化合物半導体からなるこ
とを特徴とする半導体装置、（７）上記６記載の半導体
装置において、上記II族元素は、Ｚｎ及びＣｄからなる
群から選ばれた少なくとも１種の元素であり、上記IV族
元素は、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎからなる群から選ばれた少
なくとも１種の元素であり、上記Ｖ族元素は、Ｐ、Ａｓ
及びＳｂからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素
であることを特徴とする半導体装置、（８）上記１から
７のいずれか一に記載の半導体装置において、上記III
−Ｖ族化合物半導体基板は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、
ＩｎＰ又はＡｌＧａＡｓからなることを特徴とする半導
体装置、（９）上記１から８のいずれか一に記載の半導
体装置において、上記半導体装置は発光素子を有し、該
発光素子の少なくとも一部は上記化合物半導体層に形成
されたことを特徴とする半導体装置、（１０）上記１か
ら８のいずれか一に記載の半導体装置において、上記半
導体装置は受光素子を有し、該受光素子の少なくとも一
部は上記化合物半導体層に形成されたことを特徴とする
半導体装置によって達成される。
−Ｖ族化合物半導体基板と該基板上に設けられた少なく
とも１原子層以上の厚さを有する変性層と該変性層上に
形成されたカルコパイライト型又は欠陥カルコパイライ
ト型の結晶構造を持つ化合物半導体層とを少なくとも有
することを特徴とする半導体装置、（２）上記１記載の
半導体装置において、上記変性層は、数原子層以下の厚
さであることを特徴とする半導体装置、（３）上記１又
は２記載の半導体装置において、上記変性層は、カルコ
ゲンと上記III−Ｖ族化合物半導体基板の構成元素の少
なくとも１種とを有する層であることを特徴とする半導
体装置、（４）上記１から３のいずれか一に記載の半導
体装置において、上記化合物半導体層は、カルコパイラ
イト型の結晶構造を持ち、Ｉ族元素とIII族元素とVI族
元素とを有する化合物半導体からなることを特徴とする
半導体装置、（５）上記４記載の半導体装置において、
上記Ｉ族元素は、Ｃｕ及びＡｇからなる群から選ばれた
少なくとも１種の元素であり、上記III族元素は、Ｉ
ｎ、Ｇａ及びＡｌからなる群から選ばれた少なくとも１
種の元素であり、上記VI族元素は、Ｓｅ、Ｓ及びＴｅか
らなる群から選ばれた少なくとも１種の元素であること
を特徴とする半導体装置、（６）上記１から３のいずれ
か一に記載の半導体装置において、上記化合物半導体層
は、カルコパイライト型の結晶構造を持ち、II族元素と
IV族元素とＶ族元素とを有する化合物半導体からなるこ
とを特徴とする半導体装置、（７）上記６記載の半導体
装置において、上記II族元素は、Ｚｎ及びＣｄからなる
群から選ばれた少なくとも１種の元素であり、上記IV族
元素は、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎからなる群から選ばれた少
なくとも１種の元素であり、上記Ｖ族元素は、Ｐ、Ａｓ
及びＳｂからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素
であることを特徴とする半導体装置、（８）上記１から
７のいずれか一に記載の半導体装置において、上記III
−Ｖ族化合物半導体基板は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、
ＩｎＰ又はＡｌＧａＡｓからなることを特徴とする半導
体装置、（９）上記１から８のいずれか一に記載の半導
体装置において、上記半導体装置は発光素子を有し、該
発光素子の少なくとも一部は上記化合物半導体層に形成
されたことを特徴とする半導体装置、（１０）上記１か
ら８のいずれか一に記載の半導体装置において、上記半
導体装置は受光素子を有し、該受光素子の少なくとも一
部は上記化合物半導体層に形成されたことを特徴とする
半導体装置によって達成される。
【０００７】上記他の目的は、（１１）III−Ｖ族化合
物半導体基板上に、少なくとも１原子層以上の厚さを有
する変性層を形成する工程及びカルコパイライト型又は
欠陥カルコパイライト型の結晶構造を持つ化合物半導体
層を形成する工程を少なくとも有することを特徴とする
半導体装置の製造方法、（１２）上記１１記載の半導体
装置の製造方法において、上記変性層を形成する工程
は、上記III−Ｖ族化合物半導体基板上にカルコゲン元
素を堆積して行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法、（１３）上記１１記載の半導体装置の製造方法にお
いて、上記化合物半導体層を構成する元素の少なくとも
一種は、上記変性層を構成するカルコゲン元素と同一の
カルコゲン元素であり、上記化合物半導体層を形成する
工程は、上記変性層を形成する工程に引き続いて変性層
上に、カルコゲン元素層を形成し、ついで上記化合物半
導体層を構成する他の元素の層を形成し、熱処理するこ
とによって行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法、（１４）上記１１又は１２記載の半導体装置の製造
方法において、上記変性層を形成する工程と上記化合物
半導体層を形成する工程との間に、上記変性層を大気に
接触させる工程を有することを特徴とする半導体装置の
製造方法によって達成される。
物半導体基板上に、少なくとも１原子層以上の厚さを有
する変性層を形成する工程及びカルコパイライト型又は
欠陥カルコパイライト型の結晶構造を持つ化合物半導体
層を形成する工程を少なくとも有することを特徴とする
半導体装置の製造方法、（１２）上記１１記載の半導体
装置の製造方法において、上記変性層を形成する工程
は、上記III−Ｖ族化合物半導体基板上にカルコゲン元
素を堆積して行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法、（１３）上記１１記載の半導体装置の製造方法にお
いて、上記化合物半導体層を構成する元素の少なくとも
一種は、上記変性層を構成するカルコゲン元素と同一の
カルコゲン元素であり、上記化合物半導体層を形成する
工程は、上記変性層を形成する工程に引き続いて変性層
上に、カルコゲン元素層を形成し、ついで上記化合物半
導体層を構成する他の元素の層を形成し、熱処理するこ
とによって行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法、（１４）上記１１又は１２記載の半導体装置の製造
方法において、上記変性層を形成する工程と上記化合物
半導体層を形成する工程との間に、上記変性層を大気に
接触させる工程を有することを特徴とする半導体装置の
製造方法によって達成される。
【０００８】本発明におけるIII−Ｖ族化合物半導体基
板とは、III−Ｖ族化合物半導体単結晶を用いてもよ
く、他の材質の基体上にIII−Ｖ族化合物半導体層を設
けたものであってもよい。
板とは、III−Ｖ族化合物半導体単結晶を用いてもよ
く、他の材質の基体上にIII−Ｖ族化合物半導体層を設
けたものであってもよい。
【０００９】本発明の半導体装置の基本的構成は、図１
に示したように、III−Ｖ族化合物半導体基板１と、こ
の上に形成された少なくとも１原子層以上の厚さを有す
る変性層２と、さらにこの上に形成されたカルコパイラ
イト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体層３を
少なくとも有する構造である。なお、カルコパイライト
型の結晶構造を有する化合物半導体をカルコパイライト
型化合物半導体、欠陥カルコパイライト型の結晶構造を
有する化合物半導体を欠陥カルコパイライト型化合物半
導体と呼ぶ。また、本明細書では、セレン、テルル、硫
黄をカルコゲンと称する。
に示したように、III−Ｖ族化合物半導体基板１と、こ
の上に形成された少なくとも１原子層以上の厚さを有す
る変性層２と、さらにこの上に形成されたカルコパイラ
イト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体層３を
少なくとも有する構造である。なお、カルコパイライト
型の結晶構造を有する化合物半導体をカルコパイライト
型化合物半導体、欠陥カルコパイライト型の結晶構造を
有する化合物半導体を欠陥カルコパイライト型化合物半
導体と呼ぶ。また、本明細書では、セレン、テルル、硫
黄をカルコゲンと称する。
【００１０】変性層は、１原子層以上、数原子層以下の
厚さであることが好ましい。変性層は、カルコゲンを含
む層で、III−Ｖ族化合物半導体の構成元素の少なくと
も一種とカルコゲンを含むことが好ましい。例えば、II
I族元素とカルコゲンの化合物及びＶ族元素とカルコゲ
ンの化合物の単独又は両者からなる。
厚さであることが好ましい。変性層は、カルコゲンを含
む層で、III−Ｖ族化合物半導体の構成元素の少なくと
も一種とカルコゲンを含むことが好ましい。例えば、II
I族元素とカルコゲンの化合物及びＶ族元素とカルコゲ
ンの化合物の単独又は両者からなる。
【００１１】このような変性層は、通常III−Ｖ族化合
物半導体の表面に存在する自然酸化膜が実質的に存在し
ない清浄な表面を加熱処理等により形成した後、III−
Ｖ族化合物半導体の表面を分子線蒸着法等によりカルコ
ゲンと反応させることで形成することができる。
物半導体の表面に存在する自然酸化膜が実質的に存在し
ない清浄な表面を加熱処理等により形成した後、III−
Ｖ族化合物半導体の表面を分子線蒸着法等によりカルコ
ゲンと反応させることで形成することができる。
【００１２】III−Ｖ族化合物半導体上に変性層を形成
する方法の例としては、自然酸化膜が実質的に存在しな
い表面を有するIII−Ｖ族化合物半導体とした後、カル
コゲンの蒸発温度より高温に保ち、この化合物半導体表
面に、真空中においてカルコゲンの分子線を照射するこ
とが挙げられる。
する方法の例としては、自然酸化膜が実質的に存在しな
い表面を有するIII−Ｖ族化合物半導体とした後、カル
コゲンの蒸発温度より高温に保ち、この化合物半導体表
面に、真空中においてカルコゲンの分子線を照射するこ
とが挙げられる。
【００１３】あるいは、化合物半導体の表面を、例えば
硫化アンモニウムなど、カルコゲンを含む溶液で処理し
することによっても変性層を得ることができる。このよ
うにすると、多くの場合、自然酸化膜が上記溶液によっ
て除去されるので、酸化膜除去の工程を付加する必要は
ない。
硫化アンモニウムなど、カルコゲンを含む溶液で処理し
することによっても変性層を得ることができる。このよ
うにすると、多くの場合、自然酸化膜が上記溶液によっ
て除去されるので、酸化膜除去の工程を付加する必要は
ない。
【００１４】このようにして形成された変性層上にカル
コパイライト型又は欠陥カルコパイライト化合物半導体
を堆積することにより、カルコパイライト型／III−Ｖ
族化合物半導体、又は欠陥カルコパイライト化合物半導
体／III−Ｖ族化合物半導体構造を得る。カルコパイラ
イト型又は欠陥カルコパイライト化合物半導体は、真空
中で加熱蒸着法やＣＶＤ法等の周知の製膜法により堆積
できる。
コパイライト型又は欠陥カルコパイライト化合物半導体
を堆積することにより、カルコパイライト型／III−Ｖ
族化合物半導体、又は欠陥カルコパイライト化合物半導
体／III−Ｖ族化合物半導体構造を得る。カルコパイラ
イト型又は欠陥カルコパイライト化合物半導体は、真空
中で加熱蒸着法やＣＶＤ法等の周知の製膜法により堆積
できる。
【００１５】このほか、上記III−Ｖ族化合物半導体の
酸化物が実質的に存在しない清浄な表面上に直接カルコ
ゲン又はカルコゲンを主体とする化合物層を堆積しても
よい。このようにすると、上記III−Ｖ族化合物半導体
と上記堆積層の界面に変性層が形成される。この場合、
熱処理やエッチングにより変性層を残したままカルコゲ
ン層のみを除去することができ、その上に、カルコパイ
ライト型又は欠陥カルコパイライト化合物半導体を堆積
することにより、カルコパイライト型／III−Ｖ族化合
物半導体、又は欠陥カルコパイライト化合物半導体／II
I−Ｖ族化合物半導体構造が得られる。また、上記カル
コゲン元素が、上記カルコパイライト型又は欠陥カルコ
パイライト型化合物半導体の構成元素である場合には、
上記カルコゲン層を除去することなく、上記カルコゲン
又はカルコゲンを主体とする層からの原料供給では不足
するカルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化
合物半導体の構成元素を組成に応じて堆積した後、熱処
理することによってもカルコパイライト型／III−Ｖ族
化合物半導体、又は欠陥カルコパイライト化合物半導体
／III−Ｖ族化合物半導体構造が得られる。
酸化物が実質的に存在しない清浄な表面上に直接カルコ
ゲン又はカルコゲンを主体とする化合物層を堆積しても
よい。このようにすると、上記III−Ｖ族化合物半導体
と上記堆積層の界面に変性層が形成される。この場合、
熱処理やエッチングにより変性層を残したままカルコゲ
ン層のみを除去することができ、その上に、カルコパイ
ライト型又は欠陥カルコパイライト化合物半導体を堆積
することにより、カルコパイライト型／III−Ｖ族化合
物半導体、又は欠陥カルコパイライト化合物半導体／II
I−Ｖ族化合物半導体構造が得られる。また、上記カル
コゲン元素が、上記カルコパイライト型又は欠陥カルコ
パイライト型化合物半導体の構成元素である場合には、
上記カルコゲン層を除去することなく、上記カルコゲン
又はカルコゲンを主体とする層からの原料供給では不足
するカルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化
合物半導体の構成元素を組成に応じて堆積した後、熱処
理することによってもカルコパイライト型／III−Ｖ族
化合物半導体、又は欠陥カルコパイライト化合物半導体
／III−Ｖ族化合物半導体構造が得られる。
【００１６】
【作用】カルコパイライト型化合物半導体には、Ｉ−II
I−VI2族とII−IV−Ｖ2族があり、欠陥カルコパイライ
ト型化合物半導体にはII−III2−VI4族、Ｉ−III−IV−
VI4族等がある。ここで、Ｉ族元素としてはＣｕ又はＡ
ｇ、II族元素としてはＺｎ又はＣｄ、III族元素として
はＡｌ、Ｇａ又はＩｎ、IV族元素としてはＳｉ、Ｇｅ又
はＳｎ、Ｖ族元素としてはＰ、Ａｓ又はＳｂ、VI族元素
としてはＳｅ、Ｓ又はＴｅの中のそれぞれ一個又は複数
の元素が選ばれる。これらの化合物半導体群は光を吸
収、放出しやすい直接遷移型の物質が多く、また、その
組成を変えることにより広い範囲にわたって電気特性、
光学特性、禁制帯幅、格子定数を調節することができ
る。
I−VI2族とII−IV−Ｖ2族があり、欠陥カルコパイライ
ト型化合物半導体にはII−III2−VI4族、Ｉ−III−IV−
VI4族等がある。ここで、Ｉ族元素としてはＣｕ又はＡ
ｇ、II族元素としてはＺｎ又はＣｄ、III族元素として
はＡｌ、Ｇａ又はＩｎ、IV族元素としてはＳｉ、Ｇｅ又
はＳｎ、Ｖ族元素としてはＰ、Ａｓ又はＳｂ、VI族元素
としてはＳｅ、Ｓ又はＴｅの中のそれぞれ一個又は複数
の元素が選ばれる。これらの化合物半導体群は光を吸
収、放出しやすい直接遷移型の物質が多く、また、その
組成を変えることにより広い範囲にわたって電気特性、
光学特性、禁制帯幅、格子定数を調節することができ
る。
【００１７】これらのカルコパイライト型又は欠陥カル
コパイライト型化合物半導体をIII−Ｖ族化合物半導体
上に堆積することにより、カルコパイライト型又は欠陥
カルコパイライト型化合物半導体とIII−Ｖ族化合物半
導体双方の特徴を活かした電子素子や光素子、さらには
カルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物
半導体とIII−Ｖ族化合物半導体のヘテロ接合における
電子構造の変化を利用した新しい電子素子や光素子が実
現される。
コパイライト型化合物半導体をIII−Ｖ族化合物半導体
上に堆積することにより、カルコパイライト型又は欠陥
カルコパイライト型化合物半導体とIII−Ｖ族化合物半
導体双方の特徴を活かした電子素子や光素子、さらには
カルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物
半導体とIII−Ｖ族化合物半導体のヘテロ接合における
電子構造の変化を利用した新しい電子素子や光素子が実
現される。
【００１８】また、カルコパイライト型又は欠陥カルコ
パイライト型化合物半導体層とIII−Ｖ族化合物半導体
との界面には、酸化物が実質的に存在しない清浄なIII
−Ｖ族化合物半導体表面とカルコゲンとの反応によって
形成された、厚さ１原子層以上、数原子層以下の変性層
が存在することが必要である。
パイライト型化合物半導体層とIII−Ｖ族化合物半導体
との界面には、酸化物が実質的に存在しない清浄なIII
−Ｖ族化合物半導体表面とカルコゲンとの反応によって
形成された、厚さ１原子層以上、数原子層以下の変性層
が存在することが必要である。
【００１９】以下、III−Ｖ族化合物半導体基板として
ＧａＡｓ、変性層を形成するためのカルコゲンとしてＳ
ｅ、カルコパイライト化合物半導体としてＣｕＩｎＳｅ
2とした場合について説明する。
ＧａＡｓ、変性層を形成するためのカルコゲンとしてＳ
ｅ、カルコパイライト化合物半導体としてＣｕＩｎＳｅ
2とした場合について説明する。
【００２０】自然酸化膜が実質的に存在しない清浄なＧ
ａＡｓ（１００）基板表面に、真空中、１５０℃以上の
温度で、Ｓｅ分子線を照射すると、ＳｅはＧａＡｓ基板
表面のＧａあるいはＡｓと結合して、厚さが１原子層以
上、数原子層以下の変性層がＧａＡｓ表面に形成され
る。上記温度では、変性層が形成された後、余分なＳｅ
はＧａＡｓ表面に堆積しない。これは上記温度では固体
のＳｅは蒸発するためである。さらに真空中で温度を３
００℃程度に保ちＣｕ、Ｉｎ、Ｓｅを抵抗加熱蒸着法等
により所望の量を堆積すると良好なＣｕＩｎＳｅ2／Ｇ
ａＡｓヘテロ接合が得られる。このヘテロ接合の界面に
存在する変性層は熱的、化学的に安定である。従って、
ＣｕＩｎＳｅ2層へのＧａやＡｓの混入、ＧａＡｓ基板
へのＣｕやＩｎ、Ｓｅの混入、すなわち、相互拡散現象
は抑制され、各層独立の電気的制御が可能であり、良好
なヘテロ接合が得られる。
ａＡｓ（１００）基板表面に、真空中、１５０℃以上の
温度で、Ｓｅ分子線を照射すると、ＳｅはＧａＡｓ基板
表面のＧａあるいはＡｓと結合して、厚さが１原子層以
上、数原子層以下の変性層がＧａＡｓ表面に形成され
る。上記温度では、変性層が形成された後、余分なＳｅ
はＧａＡｓ表面に堆積しない。これは上記温度では固体
のＳｅは蒸発するためである。さらに真空中で温度を３
００℃程度に保ちＣｕ、Ｉｎ、Ｓｅを抵抗加熱蒸着法等
により所望の量を堆積すると良好なＣｕＩｎＳｅ2／Ｇ
ａＡｓヘテロ接合が得られる。このヘテロ接合の界面に
存在する変性層は熱的、化学的に安定である。従って、
ＣｕＩｎＳｅ2層へのＧａやＡｓの混入、ＧａＡｓ基板
へのＣｕやＩｎ、Ｓｅの混入、すなわち、相互拡散現象
は抑制され、各層独立の電気的制御が可能であり、良好
なヘテロ接合が得られる。
【００２１】また、ＣｕＩｎＳｅ2の結晶構造はカルコ
パイライト構造であり、単位胞は正方晶であるのに対し
て、ＧａＡｓの結晶構造は閃亜鉛鉱型であり、単位胞は
立方晶である。変性層が形成されることなく、ＧａＡｓ
層にＣｕＩｎＳｅ2層を形成した場合、この結晶構造の
違いが、ＣｕＩｎＳｅ2層の結晶欠陥や結晶方向の不均
一を生じさせる原因となり、その結晶性は必ずしも良好
でなかった。しかし、変性層が形成されたＧａＡｓ（１
００）面の表面は２×１構造に再配列し、実質的に正方
晶に対応した面対称性を示す。従ってこの上に堆積した
ＣｕＩｎＳｅ2の結晶方位は均一となり、ＣｕＩｎＳｅ2
の結晶性は良好なものとなる。従って、電気的な特性の
劣化の原因となる欠陥準位の発生が抑制される。このこ
とはＧａＡｓを基板としてＣｕＩｎＳｅ2のホモ接合や
ＣｕＩｎＳｅ2上にさらに異なる半導体も積層したヘテ
ロ接合を形成した場合でも、ＣｕＩｎＳｅ2積層膜の結
晶性の向上により良好な電気的、光学的特性が得られ
る。
パイライト構造であり、単位胞は正方晶であるのに対し
て、ＧａＡｓの結晶構造は閃亜鉛鉱型であり、単位胞は
立方晶である。変性層が形成されることなく、ＧａＡｓ
層にＣｕＩｎＳｅ2層を形成した場合、この結晶構造の
違いが、ＣｕＩｎＳｅ2層の結晶欠陥や結晶方向の不均
一を生じさせる原因となり、その結晶性は必ずしも良好
でなかった。しかし、変性層が形成されたＧａＡｓ（１
００）面の表面は２×１構造に再配列し、実質的に正方
晶に対応した面対称性を示す。従ってこの上に堆積した
ＣｕＩｎＳｅ2の結晶方位は均一となり、ＣｕＩｎＳｅ2
の結晶性は良好なものとなる。従って、電気的な特性の
劣化の原因となる欠陥準位の発生が抑制される。このこ
とはＧａＡｓを基板としてＣｕＩｎＳｅ2のホモ接合や
ＣｕＩｎＳｅ2上にさらに異なる半導体も積層したヘテ
ロ接合を形成した場合でも、ＣｕＩｎＳｅ2積層膜の結
晶性の向上により良好な電気的、光学的特性が得られ
る。
【００２２】また、この例では変性層を形成しているカ
ルコゲンのＳｅが堆積するＣｕＩｎＳｅ2層の構成元素
でもある。この場合、接合界面に変性層の存在するＳｅ
／ＧａＡｓ構造を形成した後、ＣｕとＩｎとを所望の量
だけ堆積した後、熱処理することによってもＣｕＩｎＳ
ｅ2／ＧａＡｓ構造が得られる。さらに必要な場合に
は、ＣｕとＩｎの他に、Ｓｅを所望の量だけ堆積した
後、熱処理することによっても同様にＣｕＩｎＳｅ2／
ＧａＡｓ構造が得られる。接合界面に変性層の存在する
Ｓｅ／ＧａＡｓ構造は、自然酸化膜の実質的に存在しな
いＧａＡｓ基板表面上に変性層を形成した後にＳｅを堆
積することにより得られる。また、自然酸化膜の実質的
に存在しないＧａＡｓ基板上に、基板温度１５０℃以下
で、直接Ｓｅを堆積しても、カルコゲンであるＳｅによ
り接合界面に変性層が形成されるので、接合界面に変性
層の存在するＳｅ／ＧａＡｓ構造が得られる。
ルコゲンのＳｅが堆積するＣｕＩｎＳｅ2層の構成元素
でもある。この場合、接合界面に変性層の存在するＳｅ
／ＧａＡｓ構造を形成した後、ＣｕとＩｎとを所望の量
だけ堆積した後、熱処理することによってもＣｕＩｎＳ
ｅ2／ＧａＡｓ構造が得られる。さらに必要な場合に
は、ＣｕとＩｎの他に、Ｓｅを所望の量だけ堆積した
後、熱処理することによっても同様にＣｕＩｎＳｅ2／
ＧａＡｓ構造が得られる。接合界面に変性層の存在する
Ｓｅ／ＧａＡｓ構造は、自然酸化膜の実質的に存在しな
いＧａＡｓ基板表面上に変性層を形成した後にＳｅを堆
積することにより得られる。また、自然酸化膜の実質的
に存在しないＧａＡｓ基板上に、基板温度１５０℃以下
で、直接Ｓｅを堆積しても、カルコゲンであるＳｅによ
り接合界面に変性層が形成されるので、接合界面に変性
層の存在するＳｅ／ＧａＡｓ構造が得られる。
【００２３】以上、III−Ｖ族化合物半導体をＧａＡ
ｓ、変性層を形成するカルコゲンをＳｅ、カルコパイラ
イト型化合物半導体をＣｕＩｎＳｅ2とした場合につい
て説明したが、ＧａＡｓ以外のIII−Ｖ族化合物半導
体、あるいはＳｅ以外のカルコゲン、あるいはＣｕＩｎ
Ｓｅ2以外のカルコパイライト型又は欠陥カルコパイラ
イト型化合物半導体を用いた場合も同様である。カルコ
ゲンと反応して得られるIII−Ｖ族化合物半導体表面の
変性層は、有害な欠陥準位を作らない。また、この状態
はカルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化合
物半導体をその上に堆積しても保存される。さらにカル
コパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導
体層側にも欠陥準位が発生しない。このため、III−Ｖ
族化合物半導体とカルコパイライト型又は欠陥カルコパ
イライト型化合物半導体の界面には欠陥準位が発生しな
い。また、変性層は熱的、化学的に安定なので、接合部
において各半導体層の構成元素が互いに混じり合う、い
わゆる相互拡散現象は抑制される。従って、カルコパイ
ライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体とII
I−Ｖ族化合物半導体の間には極めて良好な接合が得ら
れる。
ｓ、変性層を形成するカルコゲンをＳｅ、カルコパイラ
イト型化合物半導体をＣｕＩｎＳｅ2とした場合につい
て説明したが、ＧａＡｓ以外のIII−Ｖ族化合物半導
体、あるいはＳｅ以外のカルコゲン、あるいはＣｕＩｎ
Ｓｅ2以外のカルコパイライト型又は欠陥カルコパイラ
イト型化合物半導体を用いた場合も同様である。カルコ
ゲンと反応して得られるIII−Ｖ族化合物半導体表面の
変性層は、有害な欠陥準位を作らない。また、この状態
はカルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化合
物半導体をその上に堆積しても保存される。さらにカル
コパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導
体層側にも欠陥準位が発生しない。このため、III−Ｖ
族化合物半導体とカルコパイライト型又は欠陥カルコパ
イライト型化合物半導体の界面には欠陥準位が発生しな
い。また、変性層は熱的、化学的に安定なので、接合部
において各半導体層の構成元素が互いに混じり合う、い
わゆる相互拡散現象は抑制される。従って、カルコパイ
ライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体とII
I−Ｖ族化合物半導体の間には極めて良好な接合が得ら
れる。
【００２４】上記のように、ＧａＡｓ（１００）表面が
Ｓｅと結合して得られる変性層は２×１構造になるが、
変性層の構造はIII−Ｖ族化合物半導体の結晶方位と種
類、カルコゲンの種類に依存する。変性層はＳｅを結合
して形成した場合が最も良好であるが、Ｓ、Ｔｅにより
形成しても良いことが認められた。変性層の面対称性
は、III−Ｖ族化合物半導体の面対称性より低下し、カ
ルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半
導体と類似する場合が多い。従って、III−Ｖ族化合物
半導体上に変性層を介して形成されたカルコパイライト
型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体は、結晶欠
陥が少なく、結晶方位が均一となり、結晶性が向上す
る。カルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化
合物半導体の長軸の方向が、堆積しようとするIII−Ｖ
族化合物半導体の表面と平行になる場合に、上記結晶性
が向上する効果は特に大きい。
Ｓｅと結合して得られる変性層は２×１構造になるが、
変性層の構造はIII−Ｖ族化合物半導体の結晶方位と種
類、カルコゲンの種類に依存する。変性層はＳｅを結合
して形成した場合が最も良好であるが、Ｓ、Ｔｅにより
形成しても良いことが認められた。変性層の面対称性
は、III−Ｖ族化合物半導体の面対称性より低下し、カ
ルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半
導体と類似する場合が多い。従って、III−Ｖ族化合物
半導体上に変性層を介して形成されたカルコパイライト
型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体は、結晶欠
陥が少なく、結晶方位が均一となり、結晶性が向上す
る。カルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化
合物半導体の長軸の方向が、堆積しようとするIII−Ｖ
族化合物半導体の表面と平行になる場合に、上記結晶性
が向上する効果は特に大きい。
【００２５】上記のようにIII−Ｖ族化合物半導体上に
変性層を介してカルコパイライト型又は欠陥カルコパイ
ライト型化合物半導体を積層すれば、界面準位や相互拡
散がない良好なヘテロ接合が得られるため、界面での電
気特性の変化を利用した電子素子や光素子が得られるな
ど、III−Ｖ族化合物半導体とカルコパイライト型又は
欠陥カルコパイライト型化合物半導体の特性の違いを活
かした素子が実現できる。また、III−Ｖ族化合物半導
体上に変性層を介して積層されたカルコパイライト型又
は欠陥カルコパイライト型化合物半導体積層膜は結晶方
位が均一で結晶欠陥が少なく、結晶性は良好である。従
って、上記III−Ｖ族化合物半導体上に変性層を介して
積層されたカルコパイライト型又は欠陥カルコパイライ
ト型化合物半導体上に、同種の化合物半導体を積層し
た、いわゆるホモ接合や、異種の半導体を積層した、い
わゆるヘテロ接合を形成しても良好な結晶性を有する堆
積層と良好な電気特性を有する接合部が得られる。
変性層を介してカルコパイライト型又は欠陥カルコパイ
ライト型化合物半導体を積層すれば、界面準位や相互拡
散がない良好なヘテロ接合が得られるため、界面での電
気特性の変化を利用した電子素子や光素子が得られるな
ど、III−Ｖ族化合物半導体とカルコパイライト型又は
欠陥カルコパイライト型化合物半導体の特性の違いを活
かした素子が実現できる。また、III−Ｖ族化合物半導
体上に変性層を介して積層されたカルコパイライト型又
は欠陥カルコパイライト型化合物半導体積層膜は結晶方
位が均一で結晶欠陥が少なく、結晶性は良好である。従
って、上記III−Ｖ族化合物半導体上に変性層を介して
積層されたカルコパイライト型又は欠陥カルコパイライ
ト型化合物半導体上に、同種の化合物半導体を積層し
た、いわゆるホモ接合や、異種の半導体を積層した、い
わゆるヘテロ接合を形成しても良好な結晶性を有する堆
積層と良好な電気特性を有する接合部が得られる。
【００２６】カルコパイライト型又は欠陥カルコパイラ
イト型化合物半導体層を形成するには真空中において原
料を加熱蒸発などの周知の製膜法で堆積すればよい。変
性層の形成方法としては、カルコゲンの蒸発温度より高
温に加熱された、自然酸化膜が実質的に存在しない清浄
な化合物半導体表面に、カルコゲン分子線を照射すれば
よい。また、上記のように、自然酸化膜が実質的に存在
しない清浄な化合物半導体表面に直接カルコゲン層を堆
積しても良い。この場合、化合物半導体は、表面上に堆
積されたカルコゲンと反応して、変性層が界面に形成さ
れる。ただし変性層の形成は、高温で分子線を照射した
場合よりもやや不十分である。さらにカルコゲンを含む
溶液中で処理して変性層を形成しても良い。しかし、こ
の場合酸化物の除去がやや不十分で、表面に酸化物が残
りやすく、高温で分子線を照射して形成した場合に比
べ、やはり界面の特性は劣る。
イト型化合物半導体層を形成するには真空中において原
料を加熱蒸発などの周知の製膜法で堆積すればよい。変
性層の形成方法としては、カルコゲンの蒸発温度より高
温に加熱された、自然酸化膜が実質的に存在しない清浄
な化合物半導体表面に、カルコゲン分子線を照射すれば
よい。また、上記のように、自然酸化膜が実質的に存在
しない清浄な化合物半導体表面に直接カルコゲン層を堆
積しても良い。この場合、化合物半導体は、表面上に堆
積されたカルコゲンと反応して、変性層が界面に形成さ
れる。ただし変性層の形成は、高温で分子線を照射した
場合よりもやや不十分である。さらにカルコゲンを含む
溶液中で処理して変性層を形成しても良い。しかし、こ
の場合酸化物の除去がやや不十分で、表面に酸化物が残
りやすく、高温で分子線を照射して形成した場合に比
べ、やはり界面の特性は劣る。
【００２７】従って、上記のように、自然酸化膜を実質
的に除去した後、カルコゲンの蒸発温度よりも高い温度
に化合物半導体を保持し、その表面にカルコゲンの分子
線を照射する方法を用いれば良好な変性層が得られる。
この様にして得られる変性層は熱的、化学的に極めて安
定である。そのため、変性層を形成したIII−Ｖ族化合
物半導体は、カルコパイライト型又は欠陥カルコパイラ
イト型化合物半導体層を堆積する前に、変性層を形成し
たIII−Ｖ族化合物半導体を大気中にさらしても、表面
状態は劣化しない。変性層を形成したIII−Ｖ族化合物
半導体上に、カルコゲンを堆積した構造を形成した後に
大気中にさらした場合、表面状態の劣化はさらに少な
い。従って、変性層を形成する装置とは異なる装置でカ
ルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半
導体層を形成することが可能であり、各層の形成に最適
な装置、製造方法を自由に組み合わせることができる。
的に除去した後、カルコゲンの蒸発温度よりも高い温度
に化合物半導体を保持し、その表面にカルコゲンの分子
線を照射する方法を用いれば良好な変性層が得られる。
この様にして得られる変性層は熱的、化学的に極めて安
定である。そのため、変性層を形成したIII−Ｖ族化合
物半導体は、カルコパイライト型又は欠陥カルコパイラ
イト型化合物半導体層を堆積する前に、変性層を形成し
たIII−Ｖ族化合物半導体を大気中にさらしても、表面
状態は劣化しない。変性層を形成したIII−Ｖ族化合物
半導体上に、カルコゲンを堆積した構造を形成した後に
大気中にさらした場合、表面状態の劣化はさらに少な
い。従って、変性層を形成する装置とは異なる装置でカ
ルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半
導体層を形成することが可能であり、各層の形成に最適
な装置、製造方法を自由に組み合わせることができる。
【００２８】また、変性層を形成したIII−Ｖ族化合物
半導体上に、カルコゲン又はカルコゲンを主体とする層
を堆積した構造を得た後に、カルコパイライト型又は欠
陥カルコパイライト型化合物半導体層を堆積する場合、
カルコゲン層を熱処理などにより蒸発させた後、堆積を
行なってもよい。また、カルコゲン又はカルコゲンを主
体とする層を構成する元素が、堆積するカルコパイライ
ト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体層の構成
元素に含まれる場合には、カルコゲン層を蒸発させるこ
となく、上記カルコゲン又はカルコゲンを主体とする層
からの原料供給では不足するカルコパイライト型又は欠
陥カルコパイライト型化合物半導体の構成元素を組成に
応じて堆積した後、熱処理することでもカルコパイライ
ト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体とIII−
Ｖ族化合物半導体の良好なヘテロ接合を得られる。
半導体上に、カルコゲン又はカルコゲンを主体とする層
を堆積した構造を得た後に、カルコパイライト型又は欠
陥カルコパイライト型化合物半導体層を堆積する場合、
カルコゲン層を熱処理などにより蒸発させた後、堆積を
行なってもよい。また、カルコゲン又はカルコゲンを主
体とする層を構成する元素が、堆積するカルコパイライ
ト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体層の構成
元素に含まれる場合には、カルコゲン層を蒸発させるこ
となく、上記カルコゲン又はカルコゲンを主体とする層
からの原料供給では不足するカルコパイライト型又は欠
陥カルコパイライト型化合物半導体の構成元素を組成に
応じて堆積した後、熱処理することでもカルコパイライ
ト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体とIII−
Ｖ族化合物半導体の良好なヘテロ接合を得られる。
【００２９】
【実施例】実施例１ 本発明の第１の実施例として、フォトダイオードを作製
した例を図２を用いて説明する。まず、裏面にＡｕＧｅ
／Ｎｉ／Ａｕ電極１０をマスク蒸着法により堆積したｎ
型ＩｎＰ基板１１の表面に存在する自然酸化膜を真空中
において基板を５００℃に加熱することで除去した（図
２（ａ））。次いで、真空中において加熱し、基板温度
１５０℃でＳｅ分子線を照射して、ｎ型ＩｎＰ基板１１
上に厚さ１原子層以上の変性層１２を形成した（図２
（ｂ））。次いで、厚さ１μｍのストイキオメトリより
ややＩｎの過剰なｎ型ＣｕＩｎ（Ｓｅ0.79Ｔｅ0.21）2
層１３、厚さ１μｍのストイキオメトリよりややＣｕ過
剰なｐ型ＣｕＩｎ（Ｓｅ0.79Ｔｅ0.21）2層１４を順次
堆積した（図２（ｃ））。次いでフォトレジストのパタ
ーンを形成し、エッチングした後、Ａｕ電極１５を取り
付け、フォトダイオードを形成した（図２（ｄ））。
した例を図２を用いて説明する。まず、裏面にＡｕＧｅ
／Ｎｉ／Ａｕ電極１０をマスク蒸着法により堆積したｎ
型ＩｎＰ基板１１の表面に存在する自然酸化膜を真空中
において基板を５００℃に加熱することで除去した（図
２（ａ））。次いで、真空中において加熱し、基板温度
１５０℃でＳｅ分子線を照射して、ｎ型ＩｎＰ基板１１
上に厚さ１原子層以上の変性層１２を形成した（図２
（ｂ））。次いで、厚さ１μｍのストイキオメトリより
ややＩｎの過剰なｎ型ＣｕＩｎ（Ｓｅ0.79Ｔｅ0.21）2
層１３、厚さ１μｍのストイキオメトリよりややＣｕ過
剰なｐ型ＣｕＩｎ（Ｓｅ0.79Ｔｅ0.21）2層１４を順次
堆積した（図２（ｃ））。次いでフォトレジストのパタ
ーンを形成し、エッチングした後、Ａｕ電極１５を取り
付け、フォトダイオードを形成した（図２（ｄ））。
【００３０】なお、変性層１２を形成した後、その表面
を大気に接触させ、以下上記と同様にしてフォトダイオ
ードを形成しても、得られたフォトダイオードの性能は
上記のものとほとんど同じであった。
を大気に接触させ、以下上記と同様にしてフォトダイオ
ードを形成しても、得られたフォトダイオードの性能は
上記のものとほとんど同じであった。
【００３１】実施例２ 本発明の第２の実施例として、発光素子を製作した例を
図３を用いて説明する。裏面にＩｎ電極２０を形成した
ｐ型ＧａＡｓ基板２１の表面に存在する自然酸化膜を真
空中において基板を６００℃に加熱することで除去した
（図３（ａ））。次いで真空中において加熱し、基板温
度１５０℃でＳｅ分子線を照射して、ｐ型ＧａＡｓ基板
２１上に、厚さ１原子層以上の変性層２２を形成した
（図３（ｂ））。次いで、厚さ２μｍのｐ型Ｃｕ0.89Ａ
ｇ0.11ＡｌＳ2クラッド層２３を堆積した（図３
（ｃ））。次いで、厚さ０．２μｍのＺｎＳ0.06Ｓｅ
0.94活性層２４、厚さ２μｍのｎ型Ｚｎ0.40Ｃｄ0.60Ｓ
クラッド層２５、Ａｕ電極２６を順次堆積して発光素子
を作製した（図３（ｄ））。
図３を用いて説明する。裏面にＩｎ電極２０を形成した
ｐ型ＧａＡｓ基板２１の表面に存在する自然酸化膜を真
空中において基板を６００℃に加熱することで除去した
（図３（ａ））。次いで真空中において加熱し、基板温
度１５０℃でＳｅ分子線を照射して、ｐ型ＧａＡｓ基板
２１上に、厚さ１原子層以上の変性層２２を形成した
（図３（ｂ））。次いで、厚さ２μｍのｐ型Ｃｕ0.89Ａ
ｇ0.11ＡｌＳ2クラッド層２３を堆積した（図３
（ｃ））。次いで、厚さ０．２μｍのＺｎＳ0.06Ｓｅ
0.94活性層２４、厚さ２μｍのｎ型Ｚｎ0.40Ｃｄ0.60Ｓ
クラッド層２５、Ａｕ電極２６を順次堆積して発光素子
を作製した（図３（ｄ））。
【００３２】実施例３ 本発明の第３の実施例として、太陽電池を製作した例を
図４を用いて説明する。裏面にＩｎ電極３０を形成した
ｐ型ＧａＡｓ基板３１の表面に存在する自然酸化膜を真
空中において基板を６００℃に加熱することで除去した
後、室温でＳｅ分子線を照射して厚さ１１７０ｎｍのＳ
ｅ層３３を堆積した（図４（ａ））。これにより、Ｓｅ
とＧａＡｓの界面には変性層３２が形成されている。こ
の上に、厚さ５９０ｎｍのＩｎ層３４、厚さ２４０ｎｍ
のＣｕ層３５を堆積し（図４（ｂ））、ついで４００
℃、数時間の熱処理によりｐ型ＣｕＩｎＳｅ2層３６を
得た（図４（ｃ））。さらに、この上に厚さ４００ｎｍ
のｎ型Ｚｎ0.40Ｃｄ0.60Ｓ層３７、ＺｎＯ透明電極３８
を順次堆積して、太陽電池を作製した（図４（ｄ））。
図４を用いて説明する。裏面にＩｎ電極３０を形成した
ｐ型ＧａＡｓ基板３１の表面に存在する自然酸化膜を真
空中において基板を６００℃に加熱することで除去した
後、室温でＳｅ分子線を照射して厚さ１１７０ｎｍのＳ
ｅ層３３を堆積した（図４（ａ））。これにより、Ｓｅ
とＧａＡｓの界面には変性層３２が形成されている。こ
の上に、厚さ５９０ｎｍのＩｎ層３４、厚さ２４０ｎｍ
のＣｕ層３５を堆積し（図４（ｂ））、ついで４００
℃、数時間の熱処理によりｐ型ＣｕＩｎＳｅ2層３６を
得た（図４（ｃ））。さらに、この上に厚さ４００ｎｍ
のｎ型Ｚｎ0.40Ｃｄ0.60Ｓ層３７、ＺｎＯ透明電極３８
を順次堆積して、太陽電池を作製した（図４（ｄ））。
【００３３】以上、三実施例を説明したが、本発明はこ
の他の様々な電子素子及び光素子への応用が可能なこと
はいうまでもない。また、上記実施例では、III−Ｖ族
半導体基板上に、直接変性層を形成した例のみ示したが
が、Ｓｉ等の他の材質の基体上に形成したIII−Ｖ族半
導体堆積層上に変性層を形成しても同様に良質なヘテロ
接合が形成でき、良好なデバイス特性が得られることは
言うまでもない。
の他の様々な電子素子及び光素子への応用が可能なこと
はいうまでもない。また、上記実施例では、III−Ｖ族
半導体基板上に、直接変性層を形成した例のみ示したが
が、Ｓｉ等の他の材質の基体上に形成したIII−Ｖ族半
導体堆積層上に変性層を形成しても同様に良質なヘテロ
接合が形成でき、良好なデバイス特性が得られることは
言うまでもない。
【００３４】また、上記III−Ｖ族化合物半導体として
は、ＧａＡｓ、ＩｎＰのみでなく、ＩｎＧａＡｓ、Ｇａ
Ｐ及びＡｌＧａＡｓ等の多くの種類の化合物半導体が使
用できた。変性層を形成するためのカルコゲンはＳｅの
みならずＳ、Ｔｅの単独又は複数の元素の組合せを用い
ることができた。また、カルコパイライト型又は欠陥カ
ルコパイライト型化合物半導体としては、ＣｕＩｎ（Ｓ
ｅＴｅ）2、ＣｕＡｇＡｌＳ2、ＣｕＩｎＳｅ2のみなら
ず、ＣｕＡｌＳ2、ＣｕＧａＳ2、ＡｇＧａＳ2、ＡｇＧ
ａＳｅ2、ＣｄＧｅＡｓ2、ＺｎＳｉＡｓ2、ＺｎＧｅ
Ｐ2、ＣｄＳｎＡｓ2、ＣｄＳｎＰ2、ＺｎＳｎＳｂ2やＣ
ｕＡｌＧｅＳ4やＺｎＩｎ2Ｓ4など多くの種類の化合物
半導体を上記と同様に用いることができた。
は、ＧａＡｓ、ＩｎＰのみでなく、ＩｎＧａＡｓ、Ｇａ
Ｐ及びＡｌＧａＡｓ等の多くの種類の化合物半導体が使
用できた。変性層を形成するためのカルコゲンはＳｅの
みならずＳ、Ｔｅの単独又は複数の元素の組合せを用い
ることができた。また、カルコパイライト型又は欠陥カ
ルコパイライト型化合物半導体としては、ＣｕＩｎ（Ｓ
ｅＴｅ）2、ＣｕＡｇＡｌＳ2、ＣｕＩｎＳｅ2のみなら
ず、ＣｕＡｌＳ2、ＣｕＧａＳ2、ＡｇＧａＳ2、ＡｇＧ
ａＳｅ2、ＣｄＧｅＡｓ2、ＺｎＳｉＡｓ2、ＺｎＧｅ
Ｐ2、ＣｄＳｎＡｓ2、ＣｄＳｎＰ2、ＺｎＳｎＳｂ2やＣ
ｕＡｌＧｅＳ4やＺｎＩｎ2Ｓ4など多くの種類の化合物
半導体を上記と同様に用いることができた。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、III−Ｖ族化合物半導
体上に種々の電気的、光学的特性を有するカルコパイラ
イト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体が積層
された構造が得られるので、III−Ｖ族化合物半導体と
カルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物
半導体を用いる各種電子素子や光素子の高性能化及び新
機能素子開発の可能性を著しく広げることができた。特
に、III−Ｖ族化合物半導体とカルコパイライト型又は
欠陥カルコパイライト型化合物半導体の界面における欠
陥準位密度が小さいため、電気的、光学的特性の劣化の
少ない良好なヘテロ接合が得られた。また、カルコパイ
ライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体の良
好な結晶性を有する積層膜が得られたので、該積層膜上
に良好なホモ接合やヘテロ接合を形成することができ
た。
体上に種々の電気的、光学的特性を有するカルコパイラ
イト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体が積層
された構造が得られるので、III−Ｖ族化合物半導体と
カルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物
半導体を用いる各種電子素子や光素子の高性能化及び新
機能素子開発の可能性を著しく広げることができた。特
に、III−Ｖ族化合物半導体とカルコパイライト型又は
欠陥カルコパイライト型化合物半導体の界面における欠
陥準位密度が小さいため、電気的、光学的特性の劣化の
少ない良好なヘテロ接合が得られた。また、カルコパイ
ライト型又は欠陥カルコパイライト型化合物半導体の良
好な結晶性を有する積層膜が得られたので、該積層膜上
に良好なホモ接合やヘテロ接合を形成することができ
た。
【図１】本発明を説明するためのカルコパイライト型又
は欠陥カルコパイライト型化合物半導体とIII−Ｖ族化
合物半導体との積層構造を示す模式図である。
は欠陥カルコパイライト型化合物半導体とIII−Ｖ族化
合物半導体との積層構造を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例１のＰＩＮフォトダイオードの
製造方法を示す工程図である。
製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の実施例２の発光素子の製造方法を示す
工程図である。
工程図である。
【図４】本発明の実施例３の太陽電池の製造方法を示す
工程図である。
工程図である。
１ III−Ｖ族化合物半導体基板 ２、１２、２２、３２ 変性層 ３ 化合物半導体層 １０ ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ電極 １１ ｎ型ＩｎＰ基板 １３ ｎ型ＣｕＩｎ（Ｓｅ0.79Ｔｅ0.21）2層 １４ ｐ型ＣｕＩｎ（Ｓｅ0.79Ｔｅ0.21）2層 １５、２６ Ａｕ電極 ２０、３０ Ｉｎ電極 ２１ ｐ型ＧａＡｓ基板 ２３、２５ クラッド層 ２４ 活性層 ３１ ｐ型ＧａＡｓ基板 ３３ Ｓｅ層 ３４ Ｉｎ層 ３５ Ｃｕ層 ３６ ｐ型ＣｕＩｎＳｅ2層 ３７ ｎ型Ｚｎ0.40Ｃｄ0.60Ｓ層 ３８ ＺｎＯ透明電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/363 8422−4Ｍ 31/04 31/10 33/00 Ａ 8934−4Ｍ (72)発明者 嶋田 寿一 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (14)
- 【請求項１】III−Ｖ族化合物半導体基板と該基板上に
設けられた少なくとも１原子層以上の厚さを有する変性
層と該変性層上に形成されたカルコパイライト型又は欠
陥カルコパイライト型の結晶構造を持つ化合物半導体層
とを少なくとも有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体装置において、上記
変性層は、数原子層以下の厚さであることを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項３】請求項１又は２記載の半導体装置におい
て、上記変性層は、カルコゲンと上記III−Ｖ族化合物
半導体基板の構成元素の少なくとも１種とを有する層で
あることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項４】請求項１から３のいずれか一に記載の半導
体装置において、上記化合物半導体層は、カルコパイラ
イト型の結晶構造を持ち、Ｉ族元素とIII族元素とVI族
元素とを有する化合物半導体からなることを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項５】請求項４記載の半導体装置において、上記
Ｉ族元素は、Ｃｕ及びＡｇからなる群から選ばれた少な
くとも１種の元素であり、上記III族元素は、Ｉｎ、Ｇ
ａ及びＡｌからなる群から選ばれた少なくとも１種の元
素であり、上記VI族元素は、Ｓｅ、Ｓ及びＴｅからなる
群から選ばれた少なくとも１種の元素であることを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項６】請求項１から３のいずれか一に記載の半導
体装置において、上記化合物半導体層は、カルコパイラ
イト型の結晶構造を持ち、II族元素とIV族元素とＶ族元
素とを有する化合物半導体からなることを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項７】請求項６記載の半導体装置において、上記
II族元素は、Ｚｎ及びＣｄからなる群から選ばれた少な
くとも１種の元素であり、上記IV族元素は、Ｓｉ、Ｇｅ
及びＳｎからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素
であり、上記Ｖ族元素は、Ｐ、Ａｓ及びＳｂからなる群
から選ばれた少なくとも１種の元素であることを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項８】請求項１から７のいずれか一に記載の半導
体装置において、上記III−Ｖ族化合物半導体基板は、
ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ又はＡｌＧａＡｓから
なることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項９】請求項１から８のいずれか一に記載の半導
体装置において、上記半導体装置は発光素子を有し、該
発光素子の少なくとも一部は上記化合物半導体層に形成
されたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１０】請求項１から８のいずれか一に記載の半
導体装置において、上記半導体装置は受光素子を有し、
該受光素子の少なくとも一部は上記化合物半導体層に形
成されたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１１】III−Ｖ族化合物半導体基板上に、少な
くとも１原子層以上の厚さを有する変性層を形成する工
程及びカルコパイライト型又は欠陥カルコパイライト型
の結晶構造を持つ化合物半導体層を形成する工程を少な
くとも有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】請求項１１記載の半導体装置の製造方法
において、上記変性層を形成する工程は、上記III−Ｖ
族化合物半導体基板上にカルコゲン元素を堆積して行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１３】請求項１１記載の半導体装置の製造方法
において、上記化合物半導体層を構成する元素の少なく
とも一種は、上記変性層を構成するカルコゲン元素と同
一のカルコゲン元素であり、上記化合物半導体層を形成
する工程は、上記変性層を形成する工程に引き続いて変
性層上に、カルコゲン元素層を形成し、ついで上記化合
物半導体層を構成する他の元素の層を形成し、熱処理す
ることによって行うことを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項１４】請求項１１又は１２記載の半導体装置の
製造方法において、上記変性層を形成する工程と上記化
合物半導体層を形成する工程との間に、上記変性層を大
気に接触させる工程を有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34456091A JPH05175119A (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34456091A JPH05175119A (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05175119A true JPH05175119A (ja) | 1993-07-13 |
Family
ID=18370220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34456091A Pending JPH05175119A (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05175119A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987006276A1 (en) * | 1986-04-14 | 1987-10-22 | Toray Industries, Inc. | Sulfurized acrylic fibers with high strength and high toughness, process for their preparation, and composite material comprising them |
| WO2007052667A1 (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-10 | Rohm Co., Ltd. | 光電変換装置およびその製造方法 |
| JP2008060474A (ja) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Nagaoka Univ Of Technology | 磁性半導体薄膜及び磁性半導体薄膜の製造方法 |
| JP2009277945A (ja) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Hitachi Maxell Ltd | 光発電素子および光発電素子の製造方法 |
| JP2010129608A (ja) * | 2008-11-25 | 2010-06-10 | Nagaoka Univ Of Technology | 磁性半導体素子 |
| WO2011108685A1 (ja) * | 2010-03-05 | 2011-09-09 | 株式会社 東芝 | 化合物薄膜太陽電池とその製造方法 |
| JP2013065826A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Delsolar Co Ltd | カルコゲナイド半導体膜の形成方法及び光起電力装置 |
| US8771555B2 (en) | 2011-05-06 | 2014-07-08 | Neo Solar Power Corp. | Ink composition |
-
1991
- 1991-12-26 JP JP34456091A patent/JPH05175119A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987006276A1 (en) * | 1986-04-14 | 1987-10-22 | Toray Industries, Inc. | Sulfurized acrylic fibers with high strength and high toughness, process for their preparation, and composite material comprising them |
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| CN102484164A (zh) * | 2010-03-05 | 2012-05-30 | 株式会社东芝 | 化合物薄膜太阳能电池及其制造方法 |
| JP5389253B2 (ja) * | 2010-03-05 | 2014-01-15 | 株式会社東芝 | 化合物薄膜太陽電池とその製造方法 |
| US8771555B2 (en) | 2011-05-06 | 2014-07-08 | Neo Solar Power Corp. | Ink composition |
| JP2013065826A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Delsolar Co Ltd | カルコゲナイド半導体膜の形成方法及び光起電力装置 |
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