JPH06104484A

JPH06104484A - 半導体素子

Info

Publication number: JPH06104484A
Application number: JP5346993A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Uemoto; 勉上本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1993-03-15
Publication date: 1994-04-15
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JP3260001B2

Abstract

(57)【要約】【目的】色調の劣化、電流の大きさによる色の変化が
無く発光効率、外部量子効率の格段に向上した光半導体
素子及び低抵抗なオーミック電極を提供することを目的
とする。【構成】第１の発明による半導体素子は、炭素を構成
元素の一つとするIV族半導体層でｐｎ接合を形成し、こ
の半導体層にVIa 族元素をドーピングしたことを特徴と
するものである。また、第２の発明による半導体用電極
は、VIa 族元素がドーピングされた炭素を構成元素の一
つとするｎ型導電型のIV族半導体層とを下地としてこれ
にオーミック接合する金属層からなることを特徴とする
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は炭素を構成元素の一つと
する半導体層を用いた半導体素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素を構成元素の一つとするIV族半導
体、特に炭化珪素（ＳｉＣ）は2.2 〜3.2eV までの広い
禁制帯幅を持ち可視LED 、高電圧かつ高速用のスイッチ
ング素子に応用が期待されている。特に可視LED の分野
においては、ｐｎ接合型で青色の発光ができるため実用
レベルのLED の開発が行われている。

【０００３】ＳｉＣのバンド構造は間接遷移型であるた
め、発光にはフォノンの吸収、放出を伴わなければなら
ない。このためバンド間発光遷移確率は非常に低く、従
来LED として使用するためには、ドナー（Ｄ）、アクセ
プター（Ａ）間の遷移を使用するという方法が取られて
いた。しかしながら、この様な素子は、Ｄ、Ａが占める
格子位置の距離の差によって、発光する光の波長が異な
るといった特徴をもっている。即ち、LED に於いては発
光が広い波長領域に広がるため、色調が悪くなるといっ
た欠点がある。また、ＤＡペアー発光はLED に流す電流
の大きさにより、発光ピーク波長が異なり、電流の大き
さによって色が変化するという問題があった。このこと
はフルカラーのLED 表示素子の表示特性の劣化につなが
り大きな問題となっている。

【０００４】また、ＳｉＣは広禁制帯幅であるため、導
電型決定不純物のレベルが深く、例えばＳｉＣ中のＮは
100meV近くある。このため、ドナー不純物としてＮをド
ーピングした場合、不純物濃度に対し、キャリアの活性
化率は低く、10％程度しか活性化しない。従って、ｎ層
の高キャリア濃度の結晶を成長するには、ドーピングす
る不純物濃度をキャリア濃度よりも１桁以上高くする必
要がある。また、アクセプター不純物のＡｌはＳｉＣ中
において活性化エネルギーは200meVもある為、活性化率
は1%近くしかない。従って、ｐ層の高キャリア濃度の結
晶を成長するには、ドーピングする不純物濃度をキャリ
ア濃度よりも２桁以上高くする必要がある。このため、
高キャリア濃度のｎ層或いはｐ層の結晶を得ようとする
と、余分の欠陥が発生し、この欠陥が電気的、光学的性
質が非常に低下するという要因になっていた。このよう
な欠点を補完するドーピング法としてｐ層を得るには複
合中心を使って浅いレベルを形成しようという試みがあ
るがドーパントの選択が容易でないという問題があっ
た。

【０００５】また、従来、ジャーナル・オブ・ザ・エレ
クトロケミカル・ソサイアティー、111 、pp805(1964)
で報告されているようにＣｒを主成分とした溶媒からの
成長では、ｐ型層、ｎ型層が得られていた。しかし、結
晶中にドーピングのレベルを越える大量のＣｒが取り込
まれていると考えられ、結晶性を低下させていた。この
ため、キャリア濃度は高いのに、抵抗率は低くなく、実
用性にかけるものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の炭素を構成元素の一つとする半導体素子においては、
低抵抗で良好なｎ型層或いはｐ型層の半導体層を得るこ
とができず発熱による素子の劣化、外部量子効率の低下
を招くという問題点があった。特に従来のＳｉＣ発光素
子では、発光ピーク波長が広がることによる色調の劣
化、電流の大きさにより発光波長が変わるため、色が変
化してしまうという問題点があった。また低抵抗なｐ型
層或いはｎ型層を形成できないため、炭化珪素LED の発
光領域は電極近くに限られており、電極により光が遮断
され光の取り出し効率が悪くなるといった問題点があっ
た。

【０００７】そこで、本発明は、上記した問題点を解決
し、高キヤリア濃度で低抵抗なｎ型層或いはｐ型層を有
する炭素を構成元素の一つとする半導体素子を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明による半導体素子は、炭素を構成元素の
一つとする第１導電型の半導体層と、この第１導電型の
半導体層上に形成され炭素を構成元素の一つとする第２
導電型の半導体層とを具備し、前記第１導電型及び第２
導電型の半導体層のうち少なくとも一方の前記半導体層
にVIa 族元素がドーピングされていることを特徴とする
ものである。

【０００９】第２の発明による半導体素子は、VIa 族元
素がドーピングされ炭素を構成元素の一つとするｎ型の
半導体層と、前記ｎ型の半導体層表面に形成された金属
層とを具備することを特徴とするものである。

【００１０】第３の発明による半導体素子は、炭素を構
成元素の一つとする第１導電型の半導体層と、この第１
導電型の半導体層上に形成され炭素を構成元素の一つと
する第２導電体型の半導体層とを具備し、前記第１導電
型の半導体層はＶ族元素またはIII 族元素とVIa 族元素
とが共に添加されていることを特徴とするものである。

【００１１】第４の発明による半導体素子は、Ｖ族元素
またはIII 族元素とVIa 族元素とが共に添加され炭素を
構成元素の一つとする半導体層と、前記半導体層上に形
成された金属層とを具備することを特徴とするものであ
る。

【００１２】第３或いは第４の発明において、前記半導
体層にVIa 族元素及びIII 族元素を共に添加した場合、
該半導体層は良好なｐ型導電性を示す。また、第３或い
は第４の発明において、前記半導体層にVIa 族元素及び
Ｖ族元素を共に添加した場合、該半導体層は良好なｎ型
導電性を示す。

【００１３】本発明において、VIa 族元素としてＣｒ、
Ｍｏ、Ｗ等が挙げられる。また、III 族元素としてＢ、
Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等が挙げられる。また、Ｖ族元素とし
てＮ、Ｐ、Ａｓ等が挙げられる。

【００１４】第１或いは第３の発明において、第１導電
型及び第２導電型の半導体層の間にｉ型導電型半導体層
や絶縁層などの層を挟むことができる。第２或いは第３
の発明において、良好なショットキー特性やオーミック
特性を有する半導体素子を提供できる。

【００１５】本発明でいうVIa 元素のドーピング量とし
てはVIa 元素が格子点以外に入り込み転位、多結晶化の
発生を防ぐことを考えると５×１０¹⁹／ｃｍ³ 以下が望
ましい。

【００１６】

【作用】本発明者らは、ＳｉＣ、ダイアモンド等の炭素
を含むIV族半導体結晶成長の研究を進めた結果、Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｗ等のVIa 族元素を添加した場合に、10²⁰／cm³
のキャリア濃度であっても、結晶中の光吸収が余り増加
しない事、発光色の色調の劣化がみられない事、電流の
大きさによる波長のシフトがない事を見いだした。従
来、ＳｉではVIa 族元素は添加されても深いレベルしか
できないため、添加不純物としては適したものではなか
った。しかし、本発明者の研究から、ＳｉＣ、ダイヤモ
ンド等の炭素を構成物質の一つとする半導体では、これ
らの不純物は、浅いレベルをつくることが分かった。ま
た、ＳｉＣ、ダイアモンド膜は作成時に大気の影響を受
け易い事が分かっている。従って炭素を構成元素の一つ
とするIV族半導体層中でVIa 族元素は大気成分（窒素、
酸素）または炭素との複合中心を形成し、浅いレベルを
形成していることが推定できる。

【００１７】このことから、LED においては高いバンド
間光遷移確率を示し高い発光効率を得ることができ、ま
た、ドナーとして活性化率が格段に高いので低不純物濃
度で高キャリア濃度を実現できる。

【００１８】また、液相法において、ｐ層をＳｉ溶媒の
成長時にＣｒ、Ｍｏ、Ｗ等のVIa 族元素を添加した場合
に強いｐ型層が得られることが分かった。更に、ｎ層を
Ｓｉ溶媒の成長時にＣｒ、Ｍｏ、Ｗ等のVIa 族元素を添
加した場合に強いｎ型層が得られることも分かった。本
発明者の研究から、ＳｉＣ、ダイヤモンド等の炭素を構
成物質の一つとする半導体では、VIa 族元素とIII 族元
素或いはVIa 族元素とＶ族元素を同時に添加すると、VI
a 族元素は浅いレベルをつくることが分かった。また、
不純物分析結果からVIa 族元素は非常に局所的に取り込
まれており、このように分布した不純物が電気的特性を
よくしているとは考えにくいことから、VIa 族元素は欠
陥の中性化を行うか、成長時に触媒的な働きをしている
ことによると考えられる。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１
（ａ）〜（ｄ）において本発明の第１の実施例であるＳ
ｉＣ：Ｃｒ発光ダイオードの作成方法を説明する。成長
方法としては液相成長法（ＬＰＥ）を用いた。本実施例
では第１導電型としてｎ型、第２導電型としてｐ型を用
い、ｎ型ＳｉＣ層にドナーとしてVIa 族元素であるＣｒ
を１×１０¹⁹／ｃｍ³ ドーピングした。

【００２０】まず、（０００１）面を主面として切り出
したｎ型６ＨＳｉＣ基板１１にＬＰＥ法で、VIa 族元素
であるＣｒをドーピングし、本実施例においては青色の
発光を得るために発光中心としてＡｌをごくわずかドー
ピングした炭素を構成元素の一つとするIV族半導体であ
るｎ型ＳｉＣ層１２を１０μｍ成長する。その後、ドナ
ーとしてＡｌをドーピングした炭素を構成元素とするIV
族半導体であるｐ型ＳｉＣ層１３を１０μｍ程度成長す
る（図１ａ）。

【００２１】次に、裏面に成長したｎ型ＳｉＣ層１２、
ｐ型ＳｉＣ層１３を研磨して除去し、更にＣｒをドーピ
ングした炭素を構成元素の一つとするIV族半導体である
高濃度ｎ型ＳｉＣ層１４を２μｍ成長する（図１ｂ）。

【００２２】更に、表面に付着した高濃度ｎ型ＳｉＣ層
１４を、研磨除去し、ｐ型層を露出させる（図１ｃ）。
その後、ｐ型ＳｉＣ層１３の上には下からＴｉ／Ａｌ電
極１５を順次蒸着し、ｎ層側には、Ｎｉ１６を蒸着し、
電極パターンを形成した後、1000℃で２分熱処理を行い
オーミックコンタクトをとる（図１ｄ）。Ｃｒドープの
ｎ型ＳｉＣ層１２／ｐ型ＳｉＣ層１３が第１の発明に係
る構成で、Ｃｒドープのｎ型ＳｉＣ層１４／Ｎｉ１６が
第２の発明に係る構成である。

【００２３】図２は本実施例と、本実施例においてＣｒ
を添加せずドナーとしてＮを添加した比較例のLED の発
光スペクトルを示す。実線で表されているのが本実施例
によるもので破線が比較例のものである。

【００２４】比較例では、470nm 付近の発光とその長波
長側に幅の広い、発光が存在する。このため視覚的には
かなり白っぽい青色発光となる。しかし、本実施例のLE
D では460nm 付近の発光が強く、またそれより、短波長
側に強い発光ピーク２１が得られ比較例より視覚的に良
い青色発光を示した。また、電流の強度を変えて光の色
を見たところ、比較例のものは破線全体が電流の強度に
よって前後にシフトしその色も大きく変化したが、本実
施例によるものは電流の強度を変化させても発光ピーク
２１は前後にシフトせず、全体の色の変化もほとんど観
測されなかった。また、本実施例によるものは電流の強
さによって発光強度が制御できた。

【００２５】図３に本実施例によるLED と比較例による
LED のエピタキシャル成長層における波長と透過率の関
係を示す。実線が本実施例を表し、破線が比較例を表し
ている。共に10¹⁹／cm³ のキャリア濃度となるように本
実施例ではＣｒを、比較例にはＮをドーピングした。

【００２６】比較例によるLED は不純物濃度が高く不純
物であるＮの濃度は１×10²⁰と高いが、本実施例による
ものは不純物であるＣｒの濃度は１×10¹⁹と１桁低い。
Ｃｒはほぼ１００パーセントの活性化率を示している。

【００２７】また、比較例では膜の色が緑色がかり特に
青色領域と赤色領域において光の吸収が大きかった。一
方本実施例によるものはグラフからも分かるとおり比較
例と比べると概ね２倍の透過率を示した。このことから
も発光効率が格段に向上している事が分かる。

【００２８】図４に本発明と比較例の電圧・電流特性を
示す。実線が本実施例を表し、破線が比較例を表してい
る。比較例ではｎ型基板と電極との間の接触抵抗が高い
為、ダイオードは立ち上がり電圧が高く、また、立ち上
がり電圧以上でも、電流の増加特性が悪かった。この抵
抗はダイオード内での発熱要因となり、実用上、あまり
高い電流で使用することができない。また、比較例によ
るものは高抵抗であるため大きな電力損失要因となり、
外部量子効率を低下させる要因となっていた。一方本実
施例によるものは理想的なダイオード特性を示し、低抵
抗な電極が実現できたことを示している。本実施例によ
るものは比較例に対して１桁抵抗値が低くなった。ま
た、第２の発明に係るｎ型に対する電極に関してはＣｒ
ドープ層を用いることによってオーミック性を改良する
ことができ、熱処理を必要としないでオーミック電極を
形成することもできる。

【００２９】次に、ＬＰＥ法を用いて、Ｃｒをドーピン
グしたｎ型ＳｉＣ層を成長させ、その仕込量とキャリア
濃度の関係を測定した。図５は本実施例のドナーとして
Ｃｒを用いてｎ型ＳｉＣ層を成長させたときと、比較例
としてドーパントにＳｉ ₃Ｎ₄ を用いてＮをドーピング
したときの仕込量とキャリア濃度との関係を示したもの
である。実線が本実施例を表し、破線が比較例を表して
いる。

【００３０】比較例ではＳｉ ₃Ｎ₄ を僅か0.3wt%いれた
だけでキャリア濃度は10²⁰/cm ³ 近くまで上昇する。こ
のため、Ｓｉ ₃Ｎ₄ を添加物として用いると低いキャリ
ア濃度のエピ層を作るためには添加物の量が少なくなり
秤量が難しく10¹⁸／cm³ 〜10¹⁷／cm³ の制御を行うこと
が非常に困難であった。これに対してＣｒを用いるとＳ
ｉＣ層に取り込まれる率は低いがドナーとして活性化す
る率は高いのでキャリア濃度の制御も比較的簡単にでき
る。

【００３１】図６は本発明の第２の実施例であるLED の
断面図である。本実施例では第１導電型としてｎ型、第
２導電型としてｐ型を用い、ｎ型ＳｉＣ層はVIa 族元素
であるＣｒをドナーとしてドープした。

【００３２】ｐ型ＳｉＣ基板６１上に１×１０¹⁹／ｃｍ
³ Ｃｒドープｎ型ＳｉＣ層６２、Ｃｒドープ高濃度ｎ型
ＳｉＣ層６３を順次成長したものである。６４はＮｉ電
極、６５はＴｉ／Ａｌ電極で熱処理によってオーミック
コンタクトがとられている。ｐ型ＳｉＣ基板６１／Ｃｒ
ドープｎ型ＳｉＣ層６２が第１の発明に係る構成で、ｎ
型ＳｉＣ層６３／Ｎｉ電極６４が第２の発明に係る構成
である。本実施例においても第１の実施例と同様の効果
を奏する。

【００３３】図７は本発明の第３の実施例であるダイア
モンド発光素子である、ｐ型ダイアモンド基板７１上に
熱フィラメントＣＶＤ法によりＣｒドープｎ型ダイアモ
ンド膜７２を成長させる。Ｃｒは原料ガスの上流側にお
いた固体を加熱することによりドーピングする。ｎ側電
極として白金ペースト７３、ｐ側電極として銀ペースト
７４を使用し熱処理によってオーミックコンタクトをと
る。発光層であるｎ型ダイアモンド膜７２中にドナーと
してＣｒを導入することにより、従来困難であったｎ型
ダイアモンド層の作成が容易になり、発光効率が高くな
ることが確認された。また、本実施例においても第１の
実施例と同様の効果を示す。

【００３４】図８は本発明の第４の実施例であるＳｉＣ
を用いて作成したMOS 型のトランジスタである。図にお
いて８１はＧａを含むｐ型のＳｉＣ基板である。８２は
この基板８１にＡｓ及びＣｒをイオン注入する事により
作成したｎ型のＳｉＣ層である。このような構造にＳｉ
Ｏ₂ 膜８３を周知のＣＶＤ法を用いて積層する。８４は
Ａｌ膜で本トランジスタにおいてゲート電極となる。８
５はＣｒ膜でｎ型ＳｉＣ８２に対するオーミック電極を
形成している。このような構造のｐチャネル型トランジ
スタに対してその特性を調べたところソース電極、ドレ
イン電極における電気抵抗が低く抑えられスイッチング
スピード及び消費電力はＣｒをドープしないものと比べ
て格段に向上した。この様に本発明はLED 以外に各種半
導体装置のオーミック電極形成層としても使用する事が
できる。

【００３５】なお、本発明は、IV族半導体にドープする
不純物としてＣｒ、Ｍｏ、ＷのＶＩａ族元素と従来使用
していたＩＩＩ族元素のＮ、Ｐ、ＡｓやＶ族元素の
Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの中で自由に組み合わせて用いる
事ができるもので効率の良いLED を作製する事ができ
る。また、Ｃｒ等のVIa 族元素だけを炭素を構成元素の
１つとするIV半導体層にドープした場合は、短波長側の
発光ピークが中心となり紫色のLED が作成できる。ま
た、ｐ型層を発光層とした場合はｐ型層にアクセプター
層としてＡｌ等の不純物をドープすると同時にＣｒ等の
VIa 族元素をドープすることにより本発明の効果を十分
に発揮するものである。この場合、アクセプターの濃度
を越えない程度にVIa 族元素をドープすることが必要
で、例えばアクセプターとしてＡｌを２×１０¹⁹／ｃｍ
³ 、VIa 族元素としてＣｒを５×１０¹⁸／ｃｍ³程度を
ドープしたｐ型ＳｉＣは良好な発光層となるものであ
る。また、本発明によるオーミック電極に使用する金属
はＣｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｍｏ等が挙げられる。

【００３６】次に、図９、図１０において本発明の第５
の実施例であるＳｉＣ発光ダイオードのを説明する。図
９は本実施例のＳｉＣ発光ダイオードの断面図である。
成長方法としては図１０に示すような温度差を設けた液
相成長法（ＬＰＥ）を用いた。図中１０１はグラファイ
ト坩堝、１０２は熱シールド、１０３はＳｉ溶媒、１０
４はグラファイト支持台、１０５はホルダー、１０６は
水冷チャンバーである。

【００３７】先ず、高純度グラファイト坩堝１０１の中
に、多結晶Ｓｉとドナー不純物としてＳｉ量の0.003wt.
% の窒化珪素、発光中心として2wt.% のＡｌを入れ、１
６５０℃まで昇温する。グラフに示すように坩堝１０１
の中心部を高温、上下に向かう程低温になる様に調整し
ておき、（０００１）面に切り出したｎ型６ＨＳｉＣ結
晶基板９１を坩堝１０１の中心に置き基板表面をエッチ
ングする。その後、基板を、坩堝底部近くに置きｎ型Ｓ
ｉＣ層９２を１０μｍ成長する。

【００３８】次に、坩堝１０１を代え、Ｓｉ多結晶と、
VIa 族元素としてＳｉ量の1wt.% のＣｒ、アクセプター
不純物として2wt.% のＡｌを入れて、1650℃まで昇温す
る。ｎ型ＳｉＣ層９２を成長したときと同様に、高温
域、低温域に順次置き、ｐ型層としてＡｌとＣｒを共に
ドーピングしたｐ型ＳｉＣ層９３（キャリア濃度１×１
０¹⁹ｃｍ^-3）を１０μｍ程度成長する。本方法ではｎ型
ＳｉＣ層９２の表面とｎ型６ＨＳｉＣ結晶基板９１の裏
面にｐ型ＳｉＣ層がエピタキシャル形成されるので、ｎ
型６ＨＳｉＣ結晶基板９１裏面に成長したエピタキシャ
ル層を研磨により除去する。

【００３９】次に、ｐ型ＳｉＣ層９３の上にはＴｉ、Ａ
ｌ９４を順次蒸着し、ｎ型６ＨＳｉＣ結晶基板９１側に
は、Ｎｉ９５を蒸着し、電極パターンを形成した後、10
00℃で２分熱処理を行いオーミック接合させ電極とし
た。

【００４０】図１１は本実施例と比較例として、Ｃｒを
添加させないでＡｌのみ添加しｐ型層を形成した場合の
発光ダイオードのニア・フィールド・パターンである。
実線が本実施例を表し、破線が比較例を表している。

【００４１】比較例ではｐ型層の抵抗が高い為、ダイオ
ードは電極近傍でしか発光せず、発光した光は電極で隠
されてしまい発光強度が悪かった。一方、本実施例では
発光領域は電極から遠く横方向に広がっているため、発
光強度も強かった。

【００４２】また、比較例ではｐ型層は大変高抵抗とな
りダイオード内での発熱要因となり、実用上、余り高電
流で使用することができなかった。また、電力損失は大
きくなり、効率を低下させる要因となっていた。一方本
実施例によると、上記した諸特性は向上し、従来、困難
であった直列抵抗の低い、ダイオードを作成することが
できた。

【００４３】図１２は本発明の第６の実施例であるショ
ットキーダイオードの断面図である。成長装置は図１０
に示したものを用いた。先ず、ｎ型６ＨＳｉＣ結晶基板
１２１上にｎ型ＳｉＣ層１２２をエピタキシャル成長し
た。この場合、ドナーとしてＮ、VIa 族元素としてＣｒ
をシリコン溶媒に同時に添加した。キャリア濃度は１×
１０¹⁷／ｃｍ³ である。

【００４４】次に、ｎ型６ＨＳｉＣ結晶基板１２１裏面
にＮｉ電極１２４を蒸着し合金化を行って、オーミック
電極とし、ｎ型ＳｉＣ層１２２上にＡｕ電極１２３を蒸
着してショットキー電極とした。

【００４５】図１３は本実施例と比較例としてＣｒを添
加させないでＮのみ添加し同じキャリア濃度のｎ型層を
形成した場合のショットキーダイオードの電流・電圧特
性である。実線が本実施例を表し、破線が比較例を表し
ている。

【００４６】比較例に比べ本実施例においては、逆方向
のブレークダウン特性が優れている。これは、本実施例
ではＣｒを添加することによってＮのドナーとしての活
性化率が上がり、余分な不純物を結晶中に保持していな
いため、ｎ型ＳｉＣ層１２２の結晶欠陥が少ないためで
ある。

【００４７】図１２のショットキー接合を用いたショッ
トキーダイオードは紫外線検出器としても用いられる
が、本実施例によるものはＮ不純物は従来より１桁近く
低減でき、紫外線に対する感度も大幅に増加することが
期待できる。

【００４８】図１４は本発明の第７の実施例である（Ａ
ｌＮ）_x （ＳｉＣ）_y を用いたダブルヘテロ型発光ダイ
オードの断面図である。成長装置は図１０に示したもの
を用いた。

【００４９】先ず、ｎ型６ＨＳｉＣ結晶基板１４１上
に、ドナー不純物としてＮとVIa 族元素としてＣｒを添
加したｎ型（ＡｌＮ）_0.6 （ＳｉＣ）_0.4 層１４２（キ
ャリアー濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³ ）をエピタキシャル成
長し、次に（ＡｌＮ）_0.5 （ＳｉＣ）_0.5 活性層１４３
（キャリアー濃度１×１０¹⁶／ｃｍ³ ）をエピタキシャ
ル成長した。次に、ｐ型層として、アクセプター不純物
としてＡｌとVIa 族元素としてＣｒを添加したｐ型（Ａ
ｌＮ）_0.6 （ＳｉＣ）_0.4 層１４４（キャリアー濃度１
×１０¹⁸／ｃｍ³ ）をエピタキシャル成長した。

【００５０】次に、ｐ型（ＡｌＮ）_0.6 （ＳｉＣ）_0.4
層１４４の上にはＴｉ、Ａｌ１４５を順次蒸着し、ｎ型
６ＨＳｉＣ結晶基板１４１側には、Ｎｉ１４６を蒸着
し、電極パターンを形成した後、1000℃で２分熱処理を
行いオーミック接合させ電極とした。

【００５１】この様に、本発明を用いることにより従来
困難であった、ｎ型層及びｐ型層のキャリア濃度を高く
することができるようになり、発光効率の高いＤＨ（ダ
ブルヘテロ）構造を作れるようになった。

【００５２】図１５は本発明の第８の実施例である紫外
ＣＣＤの断面図である。先ず、ｐ型ＳｉＣ結晶基板１５
１表面にｎ型領域１５２を形成する。次に、この結晶基
板１５１上に熱酸化膜を形成する。その後、ｎ型領域１
５２の部分だけに選択的に穴をあけ、オーミック電極で
ある白金電極１５３を形成する。次に、この白金電極１
５３上にドナー不純物としてＮとVIa 族元素としてＣｒ
を添加したｎ型ＳｉＣアモルファス半導体層１５４を形
成する。その後、Ａｌで補償した高抵抗ｎ型層１５５を
成長する。更に、この高抵抗ｎ型層１５４上に、ドナー
不純物としてＮとVIa 族元素としてＣｒを添加したワイ
ドギャップのＡｌＮ及びＳｉＣ混晶アモルファス層１５
６を形成する。図中１５７は電荷転送用ゲート、１５８
はＳｉＯ絶縁膜である。

【００５３】この様にして作成した各層の内、ドナー不
純物としてＮとVIa 族元素としてＣｒを添加したｎ型Ｓ
ｉＣアモルファス半導体層１５４と、ＡｌＮ及びＳｉＣ
混晶アモルファス層１５６は低抵抗化を実現できた。

【００５４】本実施例の紫外ＣＣＤは高感度であり、ま
た可視光に対し透明であるため、可視のＣＣＤとの積層
構造で広い波長での画像をとらえることが可能になっ
た。次に、本発明の低抵抗半導体層を実現する方法とし
てＭＢＥ法によるＳｉＣ層の成長の方法を示す。図１６
はＭＢＥ法の成長装置である。図中１６１はチャンバ
ー、１６２はヒータ、１６３はＣｒ源である。

【００５５】先ず、サセプター１６４にＳｉＣ基板１６
５をセットし、このＳｉＣ基板１６５上にＣｒ層１６６
を数原子層成長する。その後、アセチレン、ジシラン、
ドーピング用のトリメチルアルミニウムのガスを流し、
ＳｉＣ層１６７を成長する。このときＣｒ層はサーフェ
イス・マイグレイション（表面拡散）現象でＳｉＣ層１
６７の成長表面に移動する。しかし一部のＣｒはＳｉＣ
層１６７の結晶中に取り残されて、アクセプター不純物
のＡｌとVIa 族元素のＣｒの両方がドーピングされた層
が成長する。このようにして成長した層は高キャリア濃
度のｐ型を呈することができる。

【００５６】本願発明は上述した各実施例に限定される
ものではない。本発明は、添加物質として、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｗ等のVIa 族元素と従来導電型決定不純物として使
用していたＶ族元素のＮ、Ｐ、ＡｓやIII 族元素のＢ、
Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの中で自由に組み合わせて用いること
ができるもので、余分な不純物を含まない効率の良い半
導体素子を作製することができる。その他本発明の趣旨
を逸脱することなく種々変形して使用することができ
る。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高キャリアー濃度、低抵抗のｐ型、ｎ型導電型の半導体
層を実現でき各種半導体素子の性能向上に貢献できる。
特に色調が格段に向上し、電流の大きさによる色の変化
がないIV族半導体素子を実現でき、特にフルカラーLED
表示素子の表示特性の向上、表示できる色の範囲を大幅
に広げることができる。また、ｎ型IV族半導体と金属の
オーミックコンタクトを非常に低抵抗で実現できるので
IV族半導体素子の特性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る発光ダイオード
の製造工程を表す断面図。

【図２】本発明の第１の実施例に係る発光ダイオード
と比較例の発光ダイオードの波長と発光強度の関係を表
す図。

【図３】本発明の第１の実施例に係る発光ダイオード
と比較例の発光ダイオードの波長と透過率の関係を表す
図。

【図４】本発明の第１の実施例に係る発光ダイオード
と比較例の発光ダイオードの電圧・電流特性を表す図。

【図５】本発明の第１の実施例に係る発光ダイオード
と比較例の発光ダイオードの添加物の仕込量とキャリア
濃度の関係を表す図。

【図６】本発明の第２の実施例に係る発光ダイオード
の断面図。

【図７】本発明の第３の実施例に係る発光ダイオード
の断面図。

【図８】本発明の第４の実施例にかかるMOS 型トラン
ジスタの断面図。

【図９】本発明の第５の実施例に係る発光ダイオード
の断面図。

【図１０】本発明に用いた結晶成長装置の説明図。

【図１１】本発明の第５の実施例に係る発光ダイオー
ドと比較例の発光ダイオードのニアフィールドパターン
を示す図。

【図１２】本発明の第６の実施例に係るショットキー
ダイオードの断面図。

【図１３】本発明の第６の実施例に係るショットキー
ダイオードと比較例のショットキーダイオードの電圧・
電流特性を表す図。

【図１４】本発明の第７の実施例に係る（ＡｌＮ）_x
（ＳｉＣ）_y を用いたダブルヘテロ型発光ダイオードの
断面図。

【図１５】本発明の第８の実施例に係る紫外線ＣＣＤ
の断面図。

【図１６】本発明の一実施例であるＭＢＥ法によるＳ
ｉＣ層の成長の方法を示す図

【符号の説明】

１１ｎ型ＳｉＣ基板１２Ｃｒ、Ａｌ添加ＳｉＣエピタキシャル層１３ｐ型ＳｉＣ層１４Ｃｒ添加ｎ型ＳｉＣ層１５Ｔｉ／Ａｌ：電極層１６Ｎｉ電極層９１ｎ型ＳｉＣ基板９２Ｃｒ、Ａｌ添加ｎ型ＳｉＣエピタキシャル層９３ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層９４Ｔｉ／Ａｌ：電極層９５Ｎｉ電極層

───────────────────────────────────────────────────── 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 27/148 31/108

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素を構成元素の一つとする第１導電型
の半導体層と、この第１導電型の半導体層上に形成され炭素を構成元素
の一つとする第２導電型の半導体層とを具備し、前記第１導電型及び第２導電型の半導体層のうち少なく
とも一方の前記半導体層にVIa 族元素がドーピングされ
ていることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】 VIa 族元素がドーピングされ炭素を構成
元素の一つとするｎ型の半導体層と、前記ｎ型の半導体層表面に形成された金属層とを具備す
ることを特徴とする半導体素子。
【請求項３】炭素を構成元素の一つとする第１導電型
の半導体層と、この第１導電型の半導体層上に形成され炭素を構成元素
の一つとする第２導電体型の半導体層とを具備し、前記第１導電型の半導体層はＶ族元素またはIII 族元素
とVIa 族元素とが共に添加されていることを特徴とする
半導体素子。
【請求項４】Ｖ族元素またはIII 族元素とVIa 族元素
とが共に添加され炭素を構成元素の一つとする半導体層
と、前記半導体層上に形成された金属層とを具備することを
特徴とする半導体素子。