JPH09283797A - 半導体ｂｃｎ化合物を用いた半導体デバイス - Google Patents
半導体ｂｃｎ化合物を用いた半導体デバイスInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光波長を自由に設定することができ、高い
発光効率を示す発光素子を提供する。 【解決手段】 ｐｎ接合をなすｐ型半導体ＢＣＮ化合物
（１５）およびｎ型半導体ＢＣＮ化合物（１４）からな
る発光層と、これらの発光層（１５、１４）の外側にそ
れぞれ形成されたｐ型半導体ＢＣＮ化合物（１６）およ
びｎ型半導体ＢＣＮ化合物（１３）からなるキャリヤ注
入層とを有する半導体発光ダイオード。
発光効率を示す発光素子を提供する。 【解決手段】 ｐｎ接合をなすｐ型半導体ＢＣＮ化合物
（１５）およびｎ型半導体ＢＣＮ化合物（１４）からな
る発光層と、これらの発光層（１５、１４）の外側にそ
れぞれ形成されたｐ型半導体ＢＣＮ化合物（１６）およ
びｎ型半導体ＢＣＮ化合物（１３）からなるキャリヤ注
入層とを有する半導体発光ダイオード。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ＢＣＮ化合
物を用いた発光素子、太陽電池など各種の半導体デバイ
スに関する。
物を用いた発光素子、太陽電池など各種の半導体デバイ
スに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、エレクトロニクス分野においては
半導体材料を用いた種々のデバイスが利用されている。
例えば発光素子として、半導体発光ダイオードが表示用
に、半導体レーザーが光通信や情報処理用に一般的に用
いられている。発光ダイオードおよび半導体レーザーに
おける発光の原理は類似しており、これらの素子構造は
ｐｎ接合を有するものが主流である。すなわち、ｐｎ接
合を形成する半導体層に順方向電圧の印加により電子と
ホールとを注入し、接合付近での電子とホールとの再結
合により発光を得る。発光ダイオードはこの発光を外部
へ自然放出させるものである。一方、半導体レーザーは
発光を共振面で共振させて誘導放出を起こし、位相のそ
ろった発振光を得るものである。半導体レーザーは小型
で高い効率と高速変調が可能なことが特徴である。
半導体材料を用いた種々のデバイスが利用されている。
例えば発光素子として、半導体発光ダイオードが表示用
に、半導体レーザーが光通信や情報処理用に一般的に用
いられている。発光ダイオードおよび半導体レーザーに
おける発光の原理は類似しており、これらの素子構造は
ｐｎ接合を有するものが主流である。すなわち、ｐｎ接
合を形成する半導体層に順方向電圧の印加により電子と
ホールとを注入し、接合付近での電子とホールとの再結
合により発光を得る。発光ダイオードはこの発光を外部
へ自然放出させるものである。一方、半導体レーザーは
発光を共振面で共振させて誘導放出を起こし、位相のそ
ろった発振光を得るものである。半導体レーザーは小型
で高い効率と高速変調が可能なことが特徴である。
【０００３】しかし、発光ダイオードおよび半導体レー
ザーの発光波長は発光層のバンドギャップにより制限さ
れるため、可視光の全波長をカバーできるわけではな
い。例えば、赤外レーザーではＩｎＧａＡｓＰが、赤色
レーザーではＩｎＧａＡｌＰが用いられている。一方、
青色レーザーではＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳが検討され
ているが、結晶品質に問題があり信頼性に欠ける。ま
た、従来用いられている半導体材料はＡｓ、Ｓｅなどの
有害元素やＧａのように高価な元素を含むため、環境問
題やコストの点からも好ましくない。このため、広い波
長範囲にわたる発光が得られる新規な半導体材料が要望
されている。
ザーの発光波長は発光層のバンドギャップにより制限さ
れるため、可視光の全波長をカバーできるわけではな
い。例えば、赤外レーザーではＩｎＧａＡｓＰが、赤色
レーザーではＩｎＧａＡｌＰが用いられている。一方、
青色レーザーではＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳが検討され
ているが、結晶品質に問題があり信頼性に欠ける。ま
た、従来用いられている半導体材料はＡｓ、Ｓｅなどの
有害元素やＧａのように高価な元素を含むため、環境問
題やコストの点からも好ましくない。このため、広い波
長範囲にわたる発光が得られる新規な半導体材料が要望
されている。
【０００４】また近年、石油代替エネルギーの必要性が
重要視され、地球環境問題が深刻化するのに伴い、安全
で無尽蔵なクリーンエネルギーである太陽光を利用する
太陽電池が使用されるようになってきた。現在までに単
結晶、多結晶、アモルファスのＳｉやＧａＡｓなどの半
導体を利用した太陽電池が実用化されている。太陽電池
の基本構造は、半導体ｐｎ接合形または半導体−金属の
ショットキー接合形である。光吸収層の半導体に太陽光
が照射されると、多数の電子と正孔が発生し、接合付近
で電子と正孔が加速され電流が流れる。そして、例えば
ｐｎ接合形では、電子はｎ型半導体へ正孔はｐ型半導体
へそれぞれ流れ、外部の負荷抵抗で電圧が発生する。
重要視され、地球環境問題が深刻化するのに伴い、安全
で無尽蔵なクリーンエネルギーである太陽光を利用する
太陽電池が使用されるようになってきた。現在までに単
結晶、多結晶、アモルファスのＳｉやＧａＡｓなどの半
導体を利用した太陽電池が実用化されている。太陽電池
の基本構造は、半導体ｐｎ接合形または半導体−金属の
ショットキー接合形である。光吸収層の半導体に太陽光
が照射されると、多数の電子と正孔が発生し、接合付近
で電子と正孔が加速され電流が流れる。そして、例えば
ｐｎ接合形では、電子はｎ型半導体へ正孔はｐ型半導体
へそれぞれ流れ、外部の負荷抵抗で電圧が発生する。
【０００５】太陽電池においては、要求される種々の特
性のうち特に変換効率を改善することが重要であり、変
換効率が改善されれば他の特性も向上する場合が多い。
太陽電池の変換効率は、太陽光の入力に対する、最適動
作点での出力を示す値である。現在最も多く使われてい
るシリコン太陽電池では、実験室レベルで最大２４％の
変換効率が得られているが、実用レベルではもっと低
い。変換効率がよいとされるＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓで
も２０％程度であり、さらに高い変換効率が望まれてい
る。太陽電池の変換効率の改善を妨げる原因の１つとし
て接合を形成する２層間の格子定数の違いに基づいて界
面に生成する歪や欠陥が挙げられる。これらの歪や欠陥
は、半導体中で深い準位を形成し、電子とホールの再結
合中心となるため、変換効率を低下させる原因となる。
このため、良好な接合界面を形成できる半導体材料およ
び半導体材料−金属材料の組み合わせが要望されてい
る。
性のうち特に変換効率を改善することが重要であり、変
換効率が改善されれば他の特性も向上する場合が多い。
太陽電池の変換効率は、太陽光の入力に対する、最適動
作点での出力を示す値である。現在最も多く使われてい
るシリコン太陽電池では、実験室レベルで最大２４％の
変換効率が得られているが、実用レベルではもっと低
い。変換効率がよいとされるＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓで
も２０％程度であり、さらに高い変換効率が望まれてい
る。太陽電池の変換効率の改善を妨げる原因の１つとし
て接合を形成する２層間の格子定数の違いに基づいて界
面に生成する歪や欠陥が挙げられる。これらの歪や欠陥
は、半導体中で深い準位を形成し、電子とホールの再結
合中心となるため、変換効率を低下させる原因となる。
このため、良好な接合界面を形成できる半導体材料およ
び半導体材料−金属材料の組み合わせが要望されてい
る。
【０００６】また、発光素子や太陽電池以外の各種半導
体デバイスにおいても、適切なバンドギャップを有し、
良好な接合界面を形成できる半導体材料や半導体材料−
金属材料の組み合わせを用いることができれば、素子特
性の大幅な改善が期待できるものは多い。
体デバイスにおいても、適切なバンドギャップを有し、
良好な接合界面を形成できる半導体材料や半導体材料−
金属材料の組み合わせを用いることができれば、素子特
性の大幅な改善が期待できるものは多い。
【０００７】そこで、本発明者らは、新規な半導体材料
としてＢＣＮ化合物に注目して研究を進めている。ＢＣ
Ｎ化合物は、ＢｘＣｙＮｚ（ｘ，ｙ，ｚ≧０）で表さ
れ、立方晶系と六方晶系の２種類の結晶構造を持つこと
ができる。ＢＣＮ化合物は通常、ＣＶＤ（Chemical Vap
or Deposition)法で結晶成長が行われ、高温高圧でない
一般的な条件下では六方晶系の層状化合物になる。この
ような層状ＢＣＮ化合物は、構成元素の組み合わせ、組
成比および原子配列に応じて特性が異なり、金属から種
々のバンドギャップを有する半導体、さらには絶縁体ま
での様々な特性を示す。例えば、Ｃのみからなるグラフ
ァイトは半金属、ＢＮはバンドギャップが約６ｅＶの絶
縁体であることはよく知られている。最近の研究では、
ＢＣ3 およびＣ5 Ｎは金属であることが確かめられてい
る。また、本発明者らは、ＢＣ2 Ｎが半導体であること
を報告している（J. Appl. Phys., Vol. 78, No. 4, 15
August 1995）。しかも、これらのＢＣＮ化合物は結晶
構造が同じであり、格子定数も互いに類似している。
としてＢＣＮ化合物に注目して研究を進めている。ＢＣ
Ｎ化合物は、ＢｘＣｙＮｚ（ｘ，ｙ，ｚ≧０）で表さ
れ、立方晶系と六方晶系の２種類の結晶構造を持つこと
ができる。ＢＣＮ化合物は通常、ＣＶＤ（Chemical Vap
or Deposition)法で結晶成長が行われ、高温高圧でない
一般的な条件下では六方晶系の層状化合物になる。この
ような層状ＢＣＮ化合物は、構成元素の組み合わせ、組
成比および原子配列に応じて特性が異なり、金属から種
々のバンドギャップを有する半導体、さらには絶縁体ま
での様々な特性を示す。例えば、Ｃのみからなるグラフ
ァイトは半金属、ＢＮはバンドギャップが約６ｅＶの絶
縁体であることはよく知られている。最近の研究では、
ＢＣ3 およびＣ5 Ｎは金属であることが確かめられてい
る。また、本発明者らは、ＢＣ2 Ｎが半導体であること
を報告している（J. Appl. Phys., Vol. 78, No. 4, 15
August 1995）。しかも、これらのＢＣＮ化合物は結晶
構造が同じであり、格子定数も互いに類似している。
【０００８】これまで、ＢＣＮ化合物を実際に各種の半
導体デバイスに適用した例は知られていないが、上述し
たような特性を利用することにより各種の半導体デバイ
スへの応用が期待できる。ＢＣＮ化合物を用いて所望の
特性を有する半導体デバイスを実現するには、ＢＣＮ半
導体層の組成を良好に制御できるとともに、ｐ型および
ｎ型の不純物を制御性よくドーピングでき、結晶中や接
合界面に欠陥の少ないことが必要である。
導体デバイスに適用した例は知られていないが、上述し
たような特性を利用することにより各種の半導体デバイ
スへの応用が期待できる。ＢＣＮ化合物を用いて所望の
特性を有する半導体デバイスを実現するには、ＢＣＮ半
導体層の組成を良好に制御できるとともに、ｐ型および
ｎ型の不純物を制御性よくドーピングでき、結晶中や接
合界面に欠陥の少ないことが必要である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、半導
体ＢＣＮ化合物を用いて、良好な特性を有する発光素
子、太陽電池などの半導体デバイスを提供することにあ
る。
体ＢＣＮ化合物を用いて、良好な特性を有する発光素
子、太陽電池などの半導体デバイスを提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体ＢＣＮ化
合物を用いた半導体デバイスは、半導体ＢＣＮ化合物の
層と、金属性ＢＣＮ化合物の層および／または絶縁性Ｂ
ＣＮ化合物の層と有し、これらの層が積層された構造を
有するものである。
合物を用いた半導体デバイスは、半導体ＢＣＮ化合物の
層と、金属性ＢＣＮ化合物の層および／または絶縁性Ｂ
ＣＮ化合物の層と有し、これらの層が積層された構造を
有するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。本発明の半導体ＢＣＮ化合物を用いた半導体デバ
イスは、半導体ＢＣＮ化合物の層と、金属性ＢＣＮ化合
物の層および／または絶縁性ＢＣＮ化合物の層と有し、
これらの層が積層された構造を有する。本発明の半導体
デバイスは、互いに組成が異なりヘテロ接合を形成する
２層の半導体ＢＣＮ化合物層を有していてもよい。
する。本発明の半導体ＢＣＮ化合物を用いた半導体デバ
イスは、半導体ＢＣＮ化合物の層と、金属性ＢＣＮ化合
物の層および／または絶縁性ＢＣＮ化合物の層と有し、
これらの層が積層された構造を有する。本発明の半導体
デバイスは、互いに組成が異なりヘテロ接合を形成する
２層の半導体ＢＣＮ化合物層を有していてもよい。
【００１２】本発明の半導体デバイスにおいては、以下
のような材料が用いられる。すなわち、半導体ＢＣＮ化
合物はＢＣｙＮ（１／３＜ｙ≦４）、ＢＣｙ（０≦ｙ≦
１／４）およびＣＮｚ（１／５＜ｚ≦１）から選択され
る。金属性ＢＣＮ化合物はＢＣ3 およびＣＮｚ（０≦ｚ
≦１／５）から選択される。絶縁性ＢＣＮ化合物はＢＣ
ｙＮ（０≦ｙ≦１／３）で表されるものである。
のような材料が用いられる。すなわち、半導体ＢＣＮ化
合物はＢＣｙＮ（１／３＜ｙ≦４）、ＢＣｙ（０≦ｙ≦
１／４）およびＣＮｚ（１／５＜ｚ≦１）から選択され
る。金属性ＢＣＮ化合物はＢＣ3 およびＣＮｚ（０≦ｚ
≦１／５）から選択される。絶縁性ＢＣＮ化合物はＢＣ
ｙＮ（０≦ｙ≦１／３）で表されるものである。
【００１３】本発明の半導体デバイスを構成する半導体
ＢＣＮ化合物、金属性ＢＣＮ化合物および絶縁性ＢＣＮ
化合物は、互いに格子定数が類似しているので、良好な
接合を得ることができる。
ＢＣＮ化合物、金属性ＢＣＮ化合物および絶縁性ＢＣＮ
化合物は、互いに格子定数が類似しているので、良好な
接合を得ることができる。
【００１４】本発明に係る半導体デバイスにおいて用い
られる半導体ＢｘＣｙＮｚ化合物は組成によってバンド
ギャップが変化する。例えば、図１にｘ＝ｚ＝１に固定
し、ｙの値を変化させたＢＣｙＮ化合物についてバンド
ギャップを調べた結果を示す。この図に示されるよう
に、この組成系ではｙ＝２すなわちＢＣ2 Ｎはバンドギ
ャップが約２ｅＶの半導体であり、ｙが２より小さいす
なわちＣの含有量が少ないほどバンドギャップが大きく
なり、ｙが２より大きいすなわちＣの含有量が多いほど
バンドギャップが小さくなっている。このことからわか
るように、所望の素子特性に応じて組成を変化させるこ
とにより、所望のバンドギャップを有する半導体ＢＣＮ
化合物を得ることができる。
られる半導体ＢｘＣｙＮｚ化合物は組成によってバンド
ギャップが変化する。例えば、図１にｘ＝ｚ＝１に固定
し、ｙの値を変化させたＢＣｙＮ化合物についてバンド
ギャップを調べた結果を示す。この図に示されるよう
に、この組成系ではｙ＝２すなわちＢＣ2 Ｎはバンドギ
ャップが約２ｅＶの半導体であり、ｙが２より小さいす
なわちＣの含有量が少ないほどバンドギャップが大きく
なり、ｙが２より大きいすなわちＣの含有量が多いほど
バンドギャップが小さくなっている。このことからわか
るように、所望の素子特性に応じて組成を変化させるこ
とにより、所望のバンドギャップを有する半導体ＢＣＮ
化合物を得ることができる。
【００１５】例えば半導体発光ダイオードでは、発光層
として機能する半導体ＢＣＮ化合物として所望の発光波
長に対応するバンドギャップを有するものを用いる。し
たがって、可視光、赤外光、遠赤外、紫外光のいずれの
波長領域にも対応することができる。なお、ここでの発
光層は、半導体ＢＣＮ化合物の単層構造であってもよい
し、ｐｎ接合をなすｐ型半導体ＢＣＮ化合物およびｎ型
半導体ＢＣＮ化合物であってもよい。
として機能する半導体ＢＣＮ化合物として所望の発光波
長に対応するバンドギャップを有するものを用いる。し
たがって、可視光、赤外光、遠赤外、紫外光のいずれの
波長領域にも対応することができる。なお、ここでの発
光層は、半導体ＢＣＮ化合物の単層構造であってもよい
し、ｐｎ接合をなすｐ型半導体ＢＣＮ化合物およびｎ型
半導体ＢＣＮ化合物であってもよい。
【００１６】また半導体発光ダイオードでは、発光層の
外側にそれぞれ形成され、キャリヤ注入層として機能す
るｐ型半導体およびｎ型半導体として、発光層を構成す
るＢＣＮ化合物よりもバンドギャップの大きいものを用
いることにより、発光層にキャリヤを閉じ込めることが
でき、発光効率を向上することができる。さらに良好な
接合界面を形成するうえで、これらのキャリヤ注入層に
半導体ＢＣＮ化合物を用いてもよい。
外側にそれぞれ形成され、キャリヤ注入層として機能す
るｐ型半導体およびｎ型半導体として、発光層を構成す
るＢＣＮ化合物よりもバンドギャップの大きいものを用
いることにより、発光層にキャリヤを閉じ込めることが
でき、発光効率を向上することができる。さらに良好な
接合界面を形成するうえで、これらのキャリヤ注入層に
半導体ＢＣＮ化合物を用いてもよい。
【００１７】半導体レーザーでは、発光層として機能す
る半導体ＢＣＮ化合物として所望の発光波長に対応する
バンドギャップを有するものを用いる。また、発光層の
両面にそれぞれ形成され、クラッド層として機能するｐ
型半導体およびｎ型半導体として発光層を構成するＢＣ
Ｎ化合物よりバンドギャップの大きいものを用いること
により、発光層にキャリヤを閉じ込めることができる。
そして、発光層およびクラッド層の側面すなわちこれら
の層の接合面と垂直な面を共振面とすることにより、所
望の発振波長のレーザー光を放出する半導体レーザーを
得ることができる。この場合、クラッド層にもそれぞれ
ｐ型半導体ＢＣＮ化合物およびｎ型半導体ＢＣＮ化合物
を用いることにより、良好な接合界面を形成することが
可能となり、共振面を絶縁体であるＢＮでコートするこ
とにより効率を向上できる。
る半導体ＢＣＮ化合物として所望の発光波長に対応する
バンドギャップを有するものを用いる。また、発光層の
両面にそれぞれ形成され、クラッド層として機能するｐ
型半導体およびｎ型半導体として発光層を構成するＢＣ
Ｎ化合物よりバンドギャップの大きいものを用いること
により、発光層にキャリヤを閉じ込めることができる。
そして、発光層およびクラッド層の側面すなわちこれら
の層の接合面と垂直な面を共振面とすることにより、所
望の発振波長のレーザー光を放出する半導体レーザーを
得ることができる。この場合、クラッド層にもそれぞれ
ｐ型半導体ＢＣＮ化合物およびｎ型半導体ＢＣＮ化合物
を用いることにより、良好な接合界面を形成することが
可能となり、共振面を絶縁体であるＢＮでコートするこ
とにより効率を向上できる。
【００１８】図２に、太陽光のスペクトルとＢＣ2 Ｎお
よびＳｉのバンドギャップとの関係を示す。図２に示さ
れる通りＳｉのバンドギャップに対応する波長において
太陽光のエネルギー密度は非常に小さいのに対し、ＢＣ
2 Ｎのバンドギャップに対応する波長近傍で太陽光のス
ペクトルは極大となっている。このことからわかるよう
に、半導体ＢＣＮ化合物を太陽電池の光吸収層に用いる
ことにより、太陽電池の変換効率を向上させることが可
能となる。
よびＳｉのバンドギャップとの関係を示す。図２に示さ
れる通りＳｉのバンドギャップに対応する波長において
太陽光のエネルギー密度は非常に小さいのに対し、ＢＣ
2 Ｎのバンドギャップに対応する波長近傍で太陽光のス
ペクトルは極大となっている。このことからわかるよう
に、半導体ＢＣＮ化合物を太陽電池の光吸収層に用いる
ことにより、太陽電池の変換効率を向上させることが可
能となる。
【００１９】ショットキー接合形の太陽電池では、光吸
収層として機能する半導体ＢＣＮ化合物として、ＢＣ2
Ｎのように太陽光の吸収に最も有利なバンドギャップを
有するものを用いることにより、変換効率を特に著しく
向上させることができる。また、光吸収層の外側にそれ
ぞれショットキー接合をなして形成され、光照射により
光吸収層で発生したキャリヤを外部へ取り出すための電
極を構成する材料としては、光吸収層を構成する半導体
ＢＣＮ化合物と格子定数が近いＢＣＮ化合物、例えばグ
ラファイト、ＢＣ3 、Ｃ5 Ｎなどを用いることが好まし
い。なお、半導体ＢＣＮ化合物と格子定数が近いもので
あれば、例えばＮｉのような通常の金属を用いてもよ
い。このようなショットキー電極材料を用いれば、従来
のショットキー接合で用いられている半導体材料−金属
材料の組み合わせと異なり、半導体−金属間の格子定数
が類似しており、ショットキー接合界面での歪や欠陥の
発生が少ないので、変換効率の低下を抑制することがで
きる。
収層として機能する半導体ＢＣＮ化合物として、ＢＣ2
Ｎのように太陽光の吸収に最も有利なバンドギャップを
有するものを用いることにより、変換効率を特に著しく
向上させることができる。また、光吸収層の外側にそれ
ぞれショットキー接合をなして形成され、光照射により
光吸収層で発生したキャリヤを外部へ取り出すための電
極を構成する材料としては、光吸収層を構成する半導体
ＢＣＮ化合物と格子定数が近いＢＣＮ化合物、例えばグ
ラファイト、ＢＣ3 、Ｃ5 Ｎなどを用いることが好まし
い。なお、半導体ＢＣＮ化合物と格子定数が近いもので
あれば、例えばＮｉのような通常の金属を用いてもよ
い。このようなショットキー電極材料を用いれば、従来
のショットキー接合で用いられている半導体材料−金属
材料の組み合わせと異なり、半導体−金属間の格子定数
が類似しており、ショットキー接合界面での歪や欠陥の
発生が少ないので、変換効率の低下を抑制することがで
きる。
【００２０】同様に、ｐｎ接合形の太陽電池では、光吸
収層として機能するｐｎ接合をなすｐ型半導体および／
またはｎ型半導体として、太陽光の吸収に最も有利なバ
ンドギャップを有する半導体ＢＣＮ化合物を用いること
により、変換効率を向上させることができる。
収層として機能するｐｎ接合をなすｐ型半導体および／
またはｎ型半導体として、太陽光の吸収に最も有利なバ
ンドギャップを有する半導体ＢＣＮ化合物を用いること
により、変換効率を向上させることができる。
【００２１】また、ｐｎ接合形の太陽電池では、上記の
ような光吸収層上に表面側に向かってバンドギャップが
順次大きくなるように複数層の半導体ＢＣＮ化合物層を
積層した構造を採用してもよい。このような構造では、
エネルギーの高い光は表面側のバンドギャップの大きい
半導体ＢＣＮ化合物層で吸収されるが、エネルギーの低
い光は内部まで到達して内部のバンドギャップの小さい
半導体ＢＣＮ化合物層で吸収される。したがって、極め
て広い波長領域にわたる光を吸収することができるの
で、変換効率をより向上させることができる。この場
合、ｐｎ接合を形成する光吸収層を構成する半導体ＢＣ
Ｎ化合物とその上に積層される半導体ＢＣＮ化合物とは
組成が異なるため、ｐｎ接合より表面側にヘテロ接合が
形成される。この場合にも、それぞれの半導体ＢＣＮ化
合物はいずれも層状の結晶構造を有し格子定数が類似し
ており、ヘテロ接合界面での歪や欠陥の発生が少ないの
で、変換効率の低下を抑制することができる。
ような光吸収層上に表面側に向かってバンドギャップが
順次大きくなるように複数層の半導体ＢＣＮ化合物層を
積層した構造を採用してもよい。このような構造では、
エネルギーの高い光は表面側のバンドギャップの大きい
半導体ＢＣＮ化合物層で吸収されるが、エネルギーの低
い光は内部まで到達して内部のバンドギャップの小さい
半導体ＢＣＮ化合物層で吸収される。したがって、極め
て広い波長領域にわたる光を吸収することができるの
で、変換効率をより向上させることができる。この場
合、ｐｎ接合を形成する光吸収層を構成する半導体ＢＣ
Ｎ化合物とその上に積層される半導体ＢＣＮ化合物とは
組成が異なるため、ｐｎ接合より表面側にヘテロ接合が
形成される。この場合にも、それぞれの半導体ＢＣＮ化
合物はいずれも層状の結晶構造を有し格子定数が類似し
ており、ヘテロ接合界面での歪や欠陥の発生が少ないの
で、変換効率の低下を抑制することができる。
【００２２】さらに、太陽電池では最表面に反射防止層
が設けられるが、この反射防止層としてＢＣＮ化合物で
あるＢＮ層を用いれば、最表面側の半導体ＢＣＮ化合物
とＢＮ反射防止層との格子定数が類似しているので、両
者の界面での欠陥が少なく最表面側の半導体ＢＣＮ化合
物の表面が安定化する。加えて熱膨張率に関しても、例
えばＢＣ2 Ｎでは１×１０-6、ｈ−ＢＮでは７．７×１
０-7と非常に近い値であり、温度変化に起因する歪も生
じにくい。
が設けられるが、この反射防止層としてＢＣＮ化合物で
あるＢＮ層を用いれば、最表面側の半導体ＢＣＮ化合物
とＢＮ反射防止層との格子定数が類似しているので、両
者の界面での欠陥が少なく最表面側の半導体ＢＣＮ化合
物の表面が安定化する。加えて熱膨張率に関しても、例
えばＢＣ2 Ｎでは１×１０-6、ｈ−ＢＮでは７．７×１
０-7と非常に近い値であり、温度変化に起因する歪も生
じにくい。
【００２３】以上のことからわかるように、ＢＣＮ化合
物は各種の半導体デバイスにも適用でき、上記と同様な
効果を得ることができる。例えば、ヘテロ接合電界効果
トランジスタやヘテロ接合バイポーラトランジスタで
は、ヘテロ接合を形成する半導体層に互いに組成の異な
る半導体ＢＣＮ化合物を用いれば、両者の格子定数が類
似していることから歪や欠陥の発生を抑制することがで
き、界面準位の少ない良好なヘテロ接合を得ることがで
きる。また、ＢＣＮ化合物を用いれば、半導体と金属お
よび半導体と絶縁膜との間でも良好な界面を形成するこ
とができ、各種半導体デバイスの特性を向上できる。し
たがって、上述したようなヘテロ接合電界効果トランジ
スタのソース、ドレイン電極およびショットキーゲート
電極、ＭＩＳ型電界効果トランジスタのゲート絶縁膜や
ゲート電極、電界放射素子のコレクタ電極、ゲート電
極、さらにはゲート絶縁膜やエミッタ電極、パワー素子
のエミッタ電極、ゲート絶縁膜およびゲート電極など
に、導電性ＢＣＮ化合物や絶縁性ＢＣＮ化合物を好まし
く用いることができる。
物は各種の半導体デバイスにも適用でき、上記と同様な
効果を得ることができる。例えば、ヘテロ接合電界効果
トランジスタやヘテロ接合バイポーラトランジスタで
は、ヘテロ接合を形成する半導体層に互いに組成の異な
る半導体ＢＣＮ化合物を用いれば、両者の格子定数が類
似していることから歪や欠陥の発生を抑制することがで
き、界面準位の少ない良好なヘテロ接合を得ることがで
きる。また、ＢＣＮ化合物を用いれば、半導体と金属お
よび半導体と絶縁膜との間でも良好な界面を形成するこ
とができ、各種半導体デバイスの特性を向上できる。し
たがって、上述したようなヘテロ接合電界効果トランジ
スタのソース、ドレイン電極およびショットキーゲート
電極、ＭＩＳ型電界効果トランジスタのゲート絶縁膜や
ゲート電極、電界放射素子のコレクタ電極、ゲート電
極、さらにはゲート絶縁膜やエミッタ電極、パワー素子
のエミッタ電極、ゲート絶縁膜およびゲート電極など
に、導電性ＢＣＮ化合物や絶縁性ＢＣＮ化合物を好まし
く用いることができる。
【００２４】次に、本発明のＢＣＮ化合物を用いた半導
体デバイスに製造方法について説明する。本発明では、
反応装置内にＢ，ＣおよびＮの原料ガスを導入して分解
し、基板上にＢＣＮ化合物を形成する工程を、原料ガス
の供給比を変えて繰り返し、半導体ＢＣＮ化合物の層
と、金属性ＢＣＮ化合物の層および／または絶縁性ＢＣ
Ｎ化合物の層と有し、これらの層が積層された構造を有
する半導体デバイスを製造する。
体デバイスに製造方法について説明する。本発明では、
反応装置内にＢ，ＣおよびＮの原料ガスを導入して分解
し、基板上にＢＣＮ化合物を形成する工程を、原料ガス
の供給比を変えて繰り返し、半導体ＢＣＮ化合物の層
と、金属性ＢＣＮ化合物の層および／または絶縁性ＢＣ
Ｎ化合物の層と有し、これらの層が積層された構造を有
する半導体デバイスを製造する。
【００２５】一般的に、ＢＣＮ化合物をＣＶＤ法により
形成する場合、Ｂ原料ガスとしてＢＣｌ3 、Ｃ原料ガス
としてＣＨ4 、Ｎ原料ガスとしてＮＨ3 を用いるか、ま
たはＢ原料ガスとしてＢＣｌ3 、ＣおよびＮ原料ガスと
してＣＨ3 ＣＮを用いる。この場合、基板温度を８５０
℃以上に設定して、これらの原料ガスを分解させて基板
上にＢＣＮ化合物を形成する。これは、基板温度が低す
ぎると、分解温度の高い原料が成長に寄与しなくなり、
得られるＢＣＮ化合物は所望の組成でなくなり結晶性も
著しく劣化するためである。
形成する場合、Ｂ原料ガスとしてＢＣｌ3 、Ｃ原料ガス
としてＣＨ4 、Ｎ原料ガスとしてＮＨ3 を用いるか、ま
たはＢ原料ガスとしてＢＣｌ3 、ＣおよびＮ原料ガスと
してＣＨ3 ＣＮを用いる。この場合、基板温度を８５０
℃以上に設定して、これらの原料ガスを分解させて基板
上にＢＣＮ化合物を形成する。これは、基板温度が低す
ぎると、分解温度の高い原料が成長に寄与しなくなり、
得られるＢＣＮ化合物は所望の組成でなくなり結晶性も
著しく劣化するためである。
【００２６】ただし、上記のように基板温度を高温にす
ると、ＢＣＮ化合物中でグラファイトとＢＮとの相分離
が生じて均一な組成を有するＢＣＮ層が得られなくな
る。しかも、ｎ型ドーパントであるＳは蒸気圧が高いた
め、基板が高温であるとＢＣＮ層の表面から蒸発してド
ープできなくなる。同様に、ｐ型ドーパントであるＺｎ
は、基板が高温であるとＢＣＮ層中で著しく拡散するた
め、ドーピングプロファイルが損なわれる。
ると、ＢＣＮ化合物中でグラファイトとＢＮとの相分離
が生じて均一な組成を有するＢＣＮ層が得られなくな
る。しかも、ｎ型ドーパントであるＳは蒸気圧が高いた
め、基板が高温であるとＢＣＮ層の表面から蒸発してド
ープできなくなる。同様に、ｐ型ドーパントであるＺｎ
は、基板が高温であるとＢＣＮ層中で著しく拡散するた
め、ドーピングプロファイルが損なわれる。
【００２７】以上のことからわかるように、ＣＶＤ法に
よりＢＣＮ化合物を形成する場合に、形成されるＢＣＮ
層の結晶性、組成および不純物ドープの制御性を良好に
するためには、原料ガスの分解温度に関係なく、基板温
度を６００〜８００℃に設定できることが望ましい。こ
れは、基板温度が８００℃を超えるとＢＣＮ層の組成や
不純物ドープを制御できなくなり、６００℃未満ではＢ
ＣＮ層の結晶性が劣化するためである。
よりＢＣＮ化合物を形成する場合に、形成されるＢＣＮ
層の結晶性、組成および不純物ドープの制御性を良好に
するためには、原料ガスの分解温度に関係なく、基板温
度を６００〜８００℃に設定できることが望ましい。こ
れは、基板温度が８００℃を超えるとＢＣＮ層の組成や
不純物ドープを制御できなくなり、６００℃未満ではＢ
ＣＮ層の結晶性が劣化するためである。
【００２８】この条件を満たすために、本発明ではＣの
原料ガスとして ＭＲm Ｈn （ここで、Ｍは金属元素、Ｒは有機基、ｎは０または１
以上の整数、ｍは１以上の整数である。）で表される化
合物を用いる。具体的には、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 やＧａ
（ＣＨ3 ）3を用いる。これらの原料ガスは６００〜８
００℃の低温でも分解してＣＨ3 ラジカルを発生し、Ｃ
Ｈ3 ラジカルは基板表面でＣを析出する。
原料ガスとして ＭＲm Ｈn （ここで、Ｍは金属元素、Ｒは有機基、ｎは０または１
以上の整数、ｍは１以上の整数である。）で表される化
合物を用いる。具体的には、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 やＧａ
（ＣＨ3 ）3を用いる。これらの原料ガスは６００〜８
００℃の低温でも分解してＣＨ3 ラジカルを発生し、Ｃ
Ｈ3 ラジカルは基板表面でＣを析出する。
【００２９】 Ａｌ（ＣＨ3 ）3 → Ａｌ↓＋３ＣＨ3 Ｇａ（ＣＨ3 ）3 → Ｇａ↓＋３ＣＨ3 ２ＣＨ3 → ２Ｃ↓＋３Ｈ2 一方、Ｎの原料ガスとして用いられるＮＨ3 は単独では
約１０００℃程度の高温でないと分解しない。これに対
して、本発明では、Ｃの原料ガスから生成したＣＨ3 ラ
ジカルとＮＨ3 ガスとが気相または基板表面で衝突して
反応し、ＮＨ2ラジカルを発生させる。こうして発生し
た活性なＮＨ2 ラジカルは基板表面でＮを析出する。
約１０００℃程度の高温でないと分解しない。これに対
して、本発明では、Ｃの原料ガスから生成したＣＨ3 ラ
ジカルとＮＨ3 ガスとが気相または基板表面で衝突して
反応し、ＮＨ2ラジカルを発生させる。こうして発生し
た活性なＮＨ2 ラジカルは基板表面でＮを析出する。
【００３０】ＣＨ3 ＋ＮＨ3 → ＣＨ4 ＋ＮＨ2 また、Ｂの原料ガスとしては、Ｂ（ＣＨ3 ）3 またはＢ
（Ｃ2 Ｈ5 ）3 を用いる。これらの原料ガスも６００〜
８００℃の低温でも良好に分解する。なお、Ｂの原料ガ
スとしてＢＣｌ3 を用いてもよいが、分解時に発生する
ＣｌやＨＣｌが装置を腐食させるので使用を避けること
が好ましい。
（Ｃ2 Ｈ5 ）3 を用いる。これらの原料ガスも６００〜
８００℃の低温でも良好に分解する。なお、Ｂの原料ガ
スとしてＢＣｌ3 を用いてもよいが、分解時に発生する
ＣｌやＨＣｌが装置を腐食させるので使用を避けること
が好ましい。
【００３１】ただし、Ｃの原料ガスを基板上で分解させ
るとＢＣＮ層中にＡｌやＧａが混入する。そこで、本発
明においては、Ｃの原料ガスを予備加熱して基板表面に
達する前に予め完全に分解させて、金属成分であるＡｌ
やＧａを装置壁面にトラップさせて基板まで達しないよ
うにする一方で、ＣＨ3 ラジカルのみを基板上に送る。
こうして、基板表面でＣＨ3 ラジカルからＣを析出させ
るとともに、ＣＨ3 ラジカルとＮＨ3 との反応によりＮ
を析出させる。
るとＢＣＮ層中にＡｌやＧａが混入する。そこで、本発
明においては、Ｃの原料ガスを予備加熱して基板表面に
達する前に予め完全に分解させて、金属成分であるＡｌ
やＧａを装置壁面にトラップさせて基板まで達しないよ
うにする一方で、ＣＨ3 ラジカルのみを基板上に送る。
こうして、基板表面でＣＨ3 ラジカルからＣを析出させ
るとともに、ＣＨ3 ラジカルとＮＨ3 との反応によりＮ
を析出させる。
【００３２】以上のように、本発明では基板温度を６０
０〜８００℃という低温に設定しても、全ての原料ガス
を基板表面で分解させることが可能であり、Ｂ、Ｃ、Ｎ
ともに原料供給量を調節でき、ＢＣＮ層の組成を精度よ
く制御できる。
０〜８００℃という低温に設定しても、全ての原料ガス
を基板表面で分解させることが可能であり、Ｂ、Ｃ、Ｎ
ともに原料供給量を調節でき、ＢＣＮ層の組成を精度よ
く制御できる。
【００３３】さらに、本発明においては、Ｃ−Ｎ結合を
確実に得るために、ＣＮ結合を含み、しかも６００〜８
００℃の低温で分解可能な原料ガスを用いてもよい。こ
のようなＣおよびＮの原料ガスとしては、 Ｍ［ＣＮＣＨ2 ］m Ｈn （ここで、Ｍは金属元素、ｎは０または１以上の整数、
ｍは１以上の整数である。）で表される化合物が挙げら
れる。具体的には、（ＣＮＣＨ2 ）2 ＡｌＨなどを用い
ることができる。（ＣＮＣＨ2 ）2 ＡｌＨを予め熱分解
して基板表面へ供給すると、Ｃ−Ｎ結合を有する成分を
析出させることができる。
確実に得るために、ＣＮ結合を含み、しかも６００〜８
００℃の低温で分解可能な原料ガスを用いてもよい。こ
のようなＣおよびＮの原料ガスとしては、 Ｍ［ＣＮＣＨ2 ］m Ｈn （ここで、Ｍは金属元素、ｎは０または１以上の整数、
ｍは１以上の整数である。）で表される化合物が挙げら
れる。具体的には、（ＣＮＣＨ2 ）2 ＡｌＨなどを用い
ることができる。（ＣＮＣＨ2 ）2 ＡｌＨを予め熱分解
して基板表面へ供給すると、Ｃ−Ｎ結合を有する成分を
析出させることができる。
【００３４】２（ＣＮＣＨ2 ）2 ＡｌＨ → ２Ａｌ↓
＋２Ｈ2 ＋４ＣＮＣＨ2 したがって、本発明における最も好ましい方法は以下の
ようにまとめることができる。すなわち、基板温度を６
００〜８００℃に設定し；反応装置内にＣの原料ガスと
してＭＲm Ｈn （ここで、Ｍは金属元素、Ｒは有機基、
ｎは０または１以上の整数、ｍは１以上の整数であ
る。）で表される化合物、Ｂの原料ガスとしてＢ（ＣＨ
3 ）3 、Ｂ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 からなる群より選択される化
合物、Ｎの原料ガスとしてＮＨ3 を導入し；Ｃの原料ガ
スであるＭＲm Ｈn ガスを基板に到達する前に予備加熱
して分解させ、金属成分を装置壁面に付着させた後、有
機ラジカルを基板表面に供給してＣを析出させ、Ｂの原
料ガスを基板表面で分解してＢを析出させ、Ｎの原料ガ
スであるＮＨ3 とＣの原料ガスから生成した有機ラジカ
ルとを基板表面で反応させてＮを析出させることによ
り、基板上にＢＣＮ化合物を堆積させる方法である。
＋２Ｈ2 ＋４ＣＮＣＨ2 したがって、本発明における最も好ましい方法は以下の
ようにまとめることができる。すなわち、基板温度を６
００〜８００℃に設定し；反応装置内にＣの原料ガスと
してＭＲm Ｈn （ここで、Ｍは金属元素、Ｒは有機基、
ｎは０または１以上の整数、ｍは１以上の整数であ
る。）で表される化合物、Ｂの原料ガスとしてＢ（ＣＨ
3 ）3 、Ｂ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 からなる群より選択される化
合物、Ｎの原料ガスとしてＮＨ3 を導入し；Ｃの原料ガ
スであるＭＲm Ｈn ガスを基板に到達する前に予備加熱
して分解させ、金属成分を装置壁面に付着させた後、有
機ラジカルを基板表面に供給してＣを析出させ、Ｂの原
料ガスを基板表面で分解してＢを析出させ、Ｎの原料ガ
スであるＮＨ3 とＣの原料ガスから生成した有機ラジカ
ルとを基板表面で反応させてＮを析出させることによ
り、基板上にＢＣＮ化合物を堆積させる方法である。
【００３５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 実施例１ 本実施例では図３に示す発光ダイオードを以下のように
して作製した。基板１１として大きさ１０ｍｍ×１０ｍ
ｍ、厚さ５ｍｍのグラファイト（ＨｉｇｈｌｙＯｒｉｅ
ｎｔｅｄ Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｇｒａｐｈｉｔｅ：Ｈ
ＯＰＧ）からなるものを用いた。このグラファイトはＸ
線回折により測定した面間距離が０．３３３ｎｍであ
り、配向性のよいグラファイトであることが確認されて
いる。このグラファイト基板１１をＣＶＤ装置に入れ、
１０-4Ｐａの真空中において約１０００℃で６時間加熱
して清浄化した。基板温度を９００℃に設定し、キャリ
ヤーガスであるＡｒとともにＣＨ4 （Ｃ源）を流し、厚
さ約１μｍのグラファイト層１２を成長させた。次に、
ＡｒとともにＢＣｌ3 （Ｂ源）、ＣＨ4 （Ｃ源）、ＮＨ
3 （Ｎ源）およびｎ型ドーパント源としてＨ2 Ｓを流し
て厚さ１μｍのｎ型ＢＣＮ層１３を成長させた後、ＣＨ
4 の流量を増加させて厚さ０．５μｍのｎ型ＢＣ2 Ｎ層
１４を成長させた。次いで、ドーパントガスを代え、Ａ
ｒとともにＢＣｌ、ＣＨ4 、ＮＨ3 およびｐ型ドーパン
ト源としてＺｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 を流し、厚さ０．３μｍ
のｐ型ＢＣ2 Ｎ層１５を成長させた後、ＣＨ4 の流量を
減少させて厚さ０．３μｍのｐ型ＢＣＮ層１６を成長さ
せた。ＣＶＤ装置から取り出して、ｐ型ＢＣＮ層１６上
に電極形成予定部を覆うマスクを設けた後、再びＣＶＤ
装置に入れ、ＡｒとともにＢＣｌ3 、ＮＨ3 を流し、厚
さ０．１μｍのＢＮ膜１７を成長させた。ＣＶＤ装置か
ら取り出して上記マスクを除去し、ＢＮ膜１７上に電極
形成予定部以外を覆うマスクを設けた後、再びＣＶＤ装
置に入れ、ＡｒとともにＣＨ4 を流し、厚さ０．１μｍ
のグラファイト電極１８を成長させた。ＣＶＤ装置から
取り出して、真空蒸着装置に入れ、グラファイト基板１
１の裏面にＡｕ電極１９およびグラファイト電極１８上
にＡｕ電極２０をそれぞれ蒸着した。
する。 実施例１ 本実施例では図３に示す発光ダイオードを以下のように
して作製した。基板１１として大きさ１０ｍｍ×１０ｍ
ｍ、厚さ５ｍｍのグラファイト（ＨｉｇｈｌｙＯｒｉｅ
ｎｔｅｄ Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｇｒａｐｈｉｔｅ：Ｈ
ＯＰＧ）からなるものを用いた。このグラファイトはＸ
線回折により測定した面間距離が０．３３３ｎｍであ
り、配向性のよいグラファイトであることが確認されて
いる。このグラファイト基板１１をＣＶＤ装置に入れ、
１０-4Ｐａの真空中において約１０００℃で６時間加熱
して清浄化した。基板温度を９００℃に設定し、キャリ
ヤーガスであるＡｒとともにＣＨ4 （Ｃ源）を流し、厚
さ約１μｍのグラファイト層１２を成長させた。次に、
ＡｒとともにＢＣｌ3 （Ｂ源）、ＣＨ4 （Ｃ源）、ＮＨ
3 （Ｎ源）およびｎ型ドーパント源としてＨ2 Ｓを流し
て厚さ１μｍのｎ型ＢＣＮ層１３を成長させた後、ＣＨ
4 の流量を増加させて厚さ０．５μｍのｎ型ＢＣ2 Ｎ層
１４を成長させた。次いで、ドーパントガスを代え、Ａ
ｒとともにＢＣｌ、ＣＨ4 、ＮＨ3 およびｐ型ドーパン
ト源としてＺｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 を流し、厚さ０．３μｍ
のｐ型ＢＣ2 Ｎ層１５を成長させた後、ＣＨ4 の流量を
減少させて厚さ０．３μｍのｐ型ＢＣＮ層１６を成長さ
せた。ＣＶＤ装置から取り出して、ｐ型ＢＣＮ層１６上
に電極形成予定部を覆うマスクを設けた後、再びＣＶＤ
装置に入れ、ＡｒとともにＢＣｌ3 、ＮＨ3 を流し、厚
さ０．１μｍのＢＮ膜１７を成長させた。ＣＶＤ装置か
ら取り出して上記マスクを除去し、ＢＮ膜１７上に電極
形成予定部以外を覆うマスクを設けた後、再びＣＶＤ装
置に入れ、ＡｒとともにＣＨ4 を流し、厚さ０．１μｍ
のグラファイト電極１８を成長させた。ＣＶＤ装置から
取り出して、真空蒸着装置に入れ、グラファイト基板１
１の裏面にＡｕ電極１９およびグラファイト電極１８上
にＡｕ電極２０をそれぞれ蒸着した。
【００３６】それぞれのＢＣＮ化合物の組成、キャリヤ
濃度などは、上記の成膜条件と同一の条件で基板上に単
層のＢＣＮ化合物を形成した試料について予め測定し
た。組成はＸＰＳ測定から求めた。キャリヤ濃度は室温
でのＨａｌｌ効果の測定結果から求めた。
濃度などは、上記の成膜条件と同一の条件で基板上に単
層のＢＣＮ化合物を形成した試料について予め測定し
た。組成はＸＰＳ測定から求めた。キャリヤ濃度は室温
でのＨａｌｌ効果の測定結果から求めた。
【００３７】この発光ダイオードにおいて、ｎ型ＢＣＮ
層１３の電子濃度は１×１０18ｃｍ-3、ｎ型ＢＣ2 Ｎ層
１４の電子濃度は２×１０17ｃｍ-3、ｐ型ＢＣ2 Ｎ層１
５のホール濃度は５×１０16ｃｍ-3、ｐ型ＢＣＮ層１６
のホール濃度は１×１０18ｃｍ-3である。この発光ダイ
オードでは、発光層として機能する、ｐｎ接合を形成す
るｎ型ＢＣ2 Ｎ層１４とｐ型ＢＣ2 Ｎ層１５で発光が生
じる。また、これらの発光層の両側に設けられているｎ
型ＢＣＮ層１３およびｐ型ＢＣＮ層１６は発光層よりも
バンドギャップが大きく、発光層にキャリヤ（電子およ
びホール）を閉じ込める作用を有する。
層１３の電子濃度は１×１０18ｃｍ-3、ｎ型ＢＣ2 Ｎ層
１４の電子濃度は２×１０17ｃｍ-3、ｐ型ＢＣ2 Ｎ層１
５のホール濃度は５×１０16ｃｍ-3、ｐ型ＢＣＮ層１６
のホール濃度は１×１０18ｃｍ-3である。この発光ダイ
オードでは、発光層として機能する、ｐｎ接合を形成す
るｎ型ＢＣ2 Ｎ層１４とｐ型ＢＣ2 Ｎ層１５で発光が生
じる。また、これらの発光層の両側に設けられているｎ
型ＢＣＮ層１３およびｐ型ＢＣＮ層１６は発光層よりも
バンドギャップが大きく、発光層にキャリヤ（電子およ
びホール）を閉じ込める作用を有する。
【００３８】この発光ダイオードに３Ｖの順方向電圧を
印加すると１０ｍＡの電流が流れ、波長６２０ｎｍの光
を発光し、発光効率８％が得られた。 実施例２ 本実施例では図４に示す半導体レーザーを以下のように
して作製した。なお、本実施例で用いられるＢＣ3 が金
属であることは、電気伝導度の温度依存性が負の相関を
有することから確認した。基板２１として大きさ１０ｍ
ｍ×１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのグラファイトからなるもの
を用いた。このグラファイト基板２１をＣＶＤ装置に入
れ、１０-4Ｐａの真空中において約１０００℃で６時間
加熱して清浄化した。基板温度を９００℃に設定し、実
施例１と同様に、Ｂ源としてＢＣｌ3 、Ｃ源としてＣＨ
4 、Ｎ源としてＮＨ3 、ｎ型ドーパント源としてＨ2
Ｓ、ｐ型ドーパント源としてＺｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 を適宜
選択して用い、基板２１側から順に厚さ０．３μｍのＣ
Ｎ5 層２２、厚さ０．５μｍのｎ型ＢＣ4 Ｎ層（電子濃
度約１０18ｃｍ-3）２３、厚さ２μｍのｎ型ＢＣ2 Ｎ層
（電子濃度約５×１０17ｃｍ-3）２４、厚さ０．１μｍ
のアンドープＢＣ4 Ｎ層（電子濃度約１０15ｃｍ-3）２
５、厚さ１．２μｍのｐ型ＢＣ2 Ｎ層（ホール濃度約１
０18ｃｍ-3）２６、厚さ０．３μｍのｐ型ＢＣ4 Ｎ層
（ホール濃度約５×１０18ｃｍ-3）２７を成膜した。Ｃ
ＶＤ装置から取り出し、ｐ型ＢＣ4 Ｎ層２７上にストラ
イプ状の開口を有するマスクを形成した後、再びＣＶＤ
装置に入れ、厚さ０．２μｍのＢＣ3 層２８および厚さ
０．１μｍのグラファイト層２９をストライプ状に成膜
した。ＣＶＤ装置から取り出し、上記マスクを除去した
後、スクライバーにより深さ３μｍだけメサ構造にカッ
トしてきれいな端面を出し、共振器長を２５０μｍに設
定した。再びＣＶＤ装置に入れ、ＡｒとともにＢＣｌ3
およびＮＨ3 を流し、周囲の全面にｈ−ＢＮ層３０を成
長させた。このｈ−ＢＮ層３０は電極形成予定部も覆っ
ているので、ＣＶＤ装置から取り出してグラファイト基
板２１およびグラファイト層２９の一部をへき開してき
れいなグラファイト面を出した。その後、真空蒸着装置
に入れ、グラファイト基板２１の裏面にＡｕ電極３１お
よびグラファイト層２９上にＡｕ電極３２をそれぞれ蒸
着した。
印加すると１０ｍＡの電流が流れ、波長６２０ｎｍの光
を発光し、発光効率８％が得られた。 実施例２ 本実施例では図４に示す半導体レーザーを以下のように
して作製した。なお、本実施例で用いられるＢＣ3 が金
属であることは、電気伝導度の温度依存性が負の相関を
有することから確認した。基板２１として大きさ１０ｍ
ｍ×１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのグラファイトからなるもの
を用いた。このグラファイト基板２１をＣＶＤ装置に入
れ、１０-4Ｐａの真空中において約１０００℃で６時間
加熱して清浄化した。基板温度を９００℃に設定し、実
施例１と同様に、Ｂ源としてＢＣｌ3 、Ｃ源としてＣＨ
4 、Ｎ源としてＮＨ3 、ｎ型ドーパント源としてＨ2
Ｓ、ｐ型ドーパント源としてＺｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 を適宜
選択して用い、基板２１側から順に厚さ０．３μｍのＣ
Ｎ5 層２２、厚さ０．５μｍのｎ型ＢＣ4 Ｎ層（電子濃
度約１０18ｃｍ-3）２３、厚さ２μｍのｎ型ＢＣ2 Ｎ層
（電子濃度約５×１０17ｃｍ-3）２４、厚さ０．１μｍ
のアンドープＢＣ4 Ｎ層（電子濃度約１０15ｃｍ-3）２
５、厚さ１．２μｍのｐ型ＢＣ2 Ｎ層（ホール濃度約１
０18ｃｍ-3）２６、厚さ０．３μｍのｐ型ＢＣ4 Ｎ層
（ホール濃度約５×１０18ｃｍ-3）２７を成膜した。Ｃ
ＶＤ装置から取り出し、ｐ型ＢＣ4 Ｎ層２７上にストラ
イプ状の開口を有するマスクを形成した後、再びＣＶＤ
装置に入れ、厚さ０．２μｍのＢＣ3 層２８および厚さ
０．１μｍのグラファイト層２９をストライプ状に成膜
した。ＣＶＤ装置から取り出し、上記マスクを除去した
後、スクライバーにより深さ３μｍだけメサ構造にカッ
トしてきれいな端面を出し、共振器長を２５０μｍに設
定した。再びＣＶＤ装置に入れ、ＡｒとともにＢＣｌ3
およびＮＨ3 を流し、周囲の全面にｈ−ＢＮ層３０を成
長させた。このｈ−ＢＮ層３０は電極形成予定部も覆っ
ているので、ＣＶＤ装置から取り出してグラファイト基
板２１およびグラファイト層２９の一部をへき開してき
れいなグラファイト面を出した。その後、真空蒸着装置
に入れ、グラファイト基板２１の裏面にＡｕ電極３１お
よびグラファイト層２９上にＡｕ電極３２をそれぞれ蒸
着した。
【００３９】この半導体レーザーは、アンドープＢＣ4
Ｎ層２５が発光層（活性層）として機能し、その両側の
ｎ型ＢＣ2 Ｎ層２４およびｐ型ＢＣ2 Ｎ層２６がクラッ
ド層として機能するダブルヘテロ接合レーザーであり、
これらの発光層およびクラッド層の側面が共振面となっ
ている。
Ｎ層２５が発光層（活性層）として機能し、その両側の
ｎ型ＢＣ2 Ｎ層２４およびｐ型ＢＣ2 Ｎ層２６がクラッ
ド層として機能するダブルヘテロ接合レーザーであり、
これらの発光層およびクラッド層の側面が共振面となっ
ている。
【００４０】この半導体レーザーについて、連続（Ｃ
Ｗ）発振およびパルス発振での電流−光出力特性を測定
した結果を図５に示す。この図に示されるように、キン
クのない良好な電流−光出力特性が得られた。また、発
振強度の発振波長依存性を示す発振スペクトルを図６に
示す。遠視野像、近視野像ともに単一ピークであり、良
好なモード制御が可能であった。
Ｗ）発振およびパルス発振での電流−光出力特性を測定
した結果を図５に示す。この図に示されるように、キン
クのない良好な電流−光出力特性が得られた。また、発
振強度の発振波長依存性を示す発振スペクトルを図６に
示す。遠視野像、近視野像ともに単一ピークであり、良
好なモード制御が可能であった。
【００４１】なお、量子井戸を複数重ねた構造の発光層
を形成し、ＭＱＷ型の半導体レーザーを作製することも
できる。 実施例３ 本実施例では図７に示す太陽電池を以下のようにして作
製した。大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ２ｍｍのグラ
ファイト基板４１をＣＶＤ装置に入れ、１０-1Ｐａの真
空中において約１０００℃で１時間加熱して清浄化し
た。基板温度を９００℃に設定し、キャリヤーガスであ
るＨｅとともにＣＨ4 を流し、厚さ約１μｍのグラファ
イト層４２を成長させた。次に、ＨｅとともにＢＣｌ3
およびアセトニトリルＣＨ3 ＣＮ（Ｃ、Ｎ源）をそれぞ
れ０．１ｃｃ／ｍｉｎの流量となるようにマスフローコ
ントローラーで調節しながら流し、圧力１Ｐａ、成長速
度１μｍ／ｈで厚さ０．５μｍのｐ型ＢＣ2 Ｎ層４３を
成長させた。ＣＶＤ装置から取り出して、ｐ型ＢＣ2 Ｎ
層４３上に電極形成予定部を覆うマスクを設けた後、再
びＣＶＤ装置に入れ、ＨｅとともにＢＣｌ3 、ＮＨ3 を
流し、厚さ０．１μｍのＢＮ膜４４を成長させた。ＣＶ
Ｄ装置から取り出して上記マスクを除去し、ＢＮ膜４４
上に電極形成予定部以外を覆うマスクを設けた後、再び
ＣＶＤ装置に入れ、ＨｅとともにＣＨ4 を流し、厚さ
０．２μｍのグラファイト電極４５を成長させた。ＣＶ
Ｄ装置から取り出して、真空蒸着装置に入れ、グラファ
イト基板４１の裏面にＡｕ電極４６およびグラファイト
電極４５上にＡｕ電極４７をそれぞれ蒸着した。さら
に、Ａｕ電極４６、４７にＡｇペーストでワイヤーを接
続した。
を形成し、ＭＱＷ型の半導体レーザーを作製することも
できる。 実施例３ 本実施例では図７に示す太陽電池を以下のようにして作
製した。大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ２ｍｍのグラ
ファイト基板４１をＣＶＤ装置に入れ、１０-1Ｐａの真
空中において約１０００℃で１時間加熱して清浄化し
た。基板温度を９００℃に設定し、キャリヤーガスであ
るＨｅとともにＣＨ4 を流し、厚さ約１μｍのグラファ
イト層４２を成長させた。次に、ＨｅとともにＢＣｌ3
およびアセトニトリルＣＨ3 ＣＮ（Ｃ、Ｎ源）をそれぞ
れ０．１ｃｃ／ｍｉｎの流量となるようにマスフローコ
ントローラーで調節しながら流し、圧力１Ｐａ、成長速
度１μｍ／ｈで厚さ０．５μｍのｐ型ＢＣ2 Ｎ層４３を
成長させた。ＣＶＤ装置から取り出して、ｐ型ＢＣ2 Ｎ
層４３上に電極形成予定部を覆うマスクを設けた後、再
びＣＶＤ装置に入れ、ＨｅとともにＢＣｌ3 、ＮＨ3 を
流し、厚さ０．１μｍのＢＮ膜４４を成長させた。ＣＶ
Ｄ装置から取り出して上記マスクを除去し、ＢＮ膜４４
上に電極形成予定部以外を覆うマスクを設けた後、再び
ＣＶＤ装置に入れ、ＨｅとともにＣＨ4 を流し、厚さ
０．２μｍのグラファイト電極４５を成長させた。ＣＶ
Ｄ装置から取り出して、真空蒸着装置に入れ、グラファ
イト基板４１の裏面にＡｕ電極４６およびグラファイト
電極４５上にＡｕ電極４７をそれぞれ蒸着した。さら
に、Ａｕ電極４６、４７にＡｇペーストでワイヤーを接
続した。
【００４２】この太陽電池を構成するｐ型ＢＣ2 Ｎ層４
３では、ホール濃度が５×１０18ｃｍ-3であり、その移
動度は１２０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃである。このｐ型ＢＣ
2 Ｎ層４３が光吸収層として機能し、このｐ型ＢＣ2 Ｎ
層４３とグラファイト層４２およびグラファイト電極４
５との間にショットキー接合が形成されている。
３では、ホール濃度が５×１０18ｃｍ-3であり、その移
動度は１２０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃである。このｐ型ＢＣ
2 Ｎ層４３が光吸収層として機能し、このｐ型ＢＣ2 Ｎ
層４３とグラファイト層４２およびグラファイト電極４
５との間にショットキー接合が形成されている。
【００４３】この太陽電池に太陽光を照射してその特性
を測定したところ、図８に示すような典型的な特性曲線
が得られた。また、１００ｍＷ／ｃｍ2 の光照射に対し
て５０ｍＷの出力が得られ、変換効率は１２．５％であ
った。
を測定したところ、図８に示すような典型的な特性曲線
が得られた。また、１００ｍＷ／ｃｍ2 の光照射に対し
て５０ｍＷの出力が得られ、変換効率は１２．５％であ
った。
【００４４】実施例４ 本実施例では図９に示す太陽電池を以下のようにして作
製した。大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ２ｍｍのグラ
ファイト基板５１をＣＶＤ装置に入れ、１０-4Ｐａの真
空中において約１０００℃で１時間加熱して清浄化し
た。基板温度を９００℃に設定し、キャリヤーガスであ
るＨｅとともにＢＣｌ3 （Ｂ源）およびＣ6 Ｈ6 （Ｃ
源）をそれぞれ０．１ｃｃ／ｍｉｎの流量となるように
マスフローコントローラーで調節しながら流し、厚さ約
１μｍのＢＣ3 層５２を成長させた。次に、Ｈｅととも
にＢ源としてＢＣｌ3 、Ｃ源としてＣ6 Ｈ6 、Ｎ源とし
てＮＨ3 、ｎ型ドーパントとしてＳ、ｐ型ドーパントと
してＢｅを適宜選択して用い、ＢＣ3 層５２上に順に厚
さ０．２μｍのｐ型ＢＣ4 Ｎ層５３、厚さ０．１μｍの
ｎ型ＢＣ4 Ｎ層５４、厚さ０．１μｍのｎ型ＢＣ3 Ｎ層
５５、厚さ０．１μｍのｎ型ＢＣ2.5 Ｎ層５６、厚さ
０．１μｍのｎ型ＢＣ2 Ｎ層５７、厚さ０．１μｍのｎ
型ＢＣＮ層５８を成長させた。ＣＶＤ装置から取り出し
て、ｎ型ＢＣＮ層５８上に電極形成予定部を覆うマスク
を設けた後、再びＣＶＤ装置に入れ、ＨｅとともにＢＣ
ｌ3 、ＮＨ3 を流し、厚さ０．１μｍのｈ−ＢＮ膜５９
を成長させた。ＣＶＤ装置から取り出して上記マスクを
除去し、ｈ−ＢＮ膜５９上に電極形成予定部以外を覆う
マスクを設けた後、再びＣＶＤ装置に入れ、Ｈｅととも
にＣＨ4 を流し、厚さ０．２μｍのグラファイト電極６
０を成長させた。ＣＶＤ装置から取り出して、真空蒸着
装置に入れ、グラファイト基板５１の裏面にＡｕ電極６
１およびグラファイト電極６０上にＡｕ電極６２をそれ
ぞれ蒸着した。さらに、Ａｕ電極６１、６２にＡｇペー
ストでワイヤーを接続した。
製した。大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ２ｍｍのグラ
ファイト基板５１をＣＶＤ装置に入れ、１０-4Ｐａの真
空中において約１０００℃で１時間加熱して清浄化し
た。基板温度を９００℃に設定し、キャリヤーガスであ
るＨｅとともにＢＣｌ3 （Ｂ源）およびＣ6 Ｈ6 （Ｃ
源）をそれぞれ０．１ｃｃ／ｍｉｎの流量となるように
マスフローコントローラーで調節しながら流し、厚さ約
１μｍのＢＣ3 層５２を成長させた。次に、Ｈｅととも
にＢ源としてＢＣｌ3 、Ｃ源としてＣ6 Ｈ6 、Ｎ源とし
てＮＨ3 、ｎ型ドーパントとしてＳ、ｐ型ドーパントと
してＢｅを適宜選択して用い、ＢＣ3 層５２上に順に厚
さ０．２μｍのｐ型ＢＣ4 Ｎ層５３、厚さ０．１μｍの
ｎ型ＢＣ4 Ｎ層５４、厚さ０．１μｍのｎ型ＢＣ3 Ｎ層
５５、厚さ０．１μｍのｎ型ＢＣ2.5 Ｎ層５６、厚さ
０．１μｍのｎ型ＢＣ2 Ｎ層５７、厚さ０．１μｍのｎ
型ＢＣＮ層５８を成長させた。ＣＶＤ装置から取り出し
て、ｎ型ＢＣＮ層５８上に電極形成予定部を覆うマスク
を設けた後、再びＣＶＤ装置に入れ、ＨｅとともにＢＣ
ｌ3 、ＮＨ3 を流し、厚さ０．１μｍのｈ−ＢＮ膜５９
を成長させた。ＣＶＤ装置から取り出して上記マスクを
除去し、ｈ−ＢＮ膜５９上に電極形成予定部以外を覆う
マスクを設けた後、再びＣＶＤ装置に入れ、Ｈｅととも
にＣＨ4 を流し、厚さ０．２μｍのグラファイト電極６
０を成長させた。ＣＶＤ装置から取り出して、真空蒸着
装置に入れ、グラファイト基板５１の裏面にＡｕ電極６
１およびグラファイト電極６０上にＡｕ電極６２をそれ
ぞれ蒸着した。さらに、Ａｕ電極６１、６２にＡｇペー
ストでワイヤーを接続した。
【００４５】この太陽電池に関しては、ｐ型ＢＣ4 Ｎ層
５３とｎ型ＢＣ4 Ｎ層５４との間にｐｎ接合が形成され
ており、ｐ型ＢＣ4 Ｎ層５３のホール濃度は２×１０18
ｃｍ-3、ｎ型ＢＣ4 Ｎ層５４の電子濃度は１×１０16ｃ
ｍ-3、ｎ型ＢＣ3 Ｎ層５５の電子濃度は３×１０16ｃｍ
-3、ｎ型ＢＣ2.5 Ｎ層５６の電子濃度は５×１０16ｃｍ
-3、ｎ型ＢＣ2 Ｎ層５７の電子濃度は１×１０17ｃ
ｍ-3、ｎ型ＢＣＮ層５８の電子濃度は２×１０17ｃｍ-3
である。この太陽電池のバンド構成図を図１０に示す。
この図に示されるように、この太陽電池では表面側ほど
バンドギャップが大きく内部ほどバンドギャップが小さ
くなっており、広い波長領域の光を吸収することができ
るので、変換効率を向上することができる。
５３とｎ型ＢＣ4 Ｎ層５４との間にｐｎ接合が形成され
ており、ｐ型ＢＣ4 Ｎ層５３のホール濃度は２×１０18
ｃｍ-3、ｎ型ＢＣ4 Ｎ層５４の電子濃度は１×１０16ｃ
ｍ-3、ｎ型ＢＣ3 Ｎ層５５の電子濃度は３×１０16ｃｍ
-3、ｎ型ＢＣ2.5 Ｎ層５６の電子濃度は５×１０16ｃｍ
-3、ｎ型ＢＣ2 Ｎ層５７の電子濃度は１×１０17ｃ
ｍ-3、ｎ型ＢＣＮ層５８の電子濃度は２×１０17ｃｍ-3
である。この太陽電池のバンド構成図を図１０に示す。
この図に示されるように、この太陽電池では表面側ほど
バンドギャップが大きく内部ほどバンドギャップが小さ
くなっており、広い波長領域の光を吸収することができ
るので、変換効率を向上することができる。
【００４６】この太陽電池に太陽光を照射してその特性
を測定したところ、図１１に示すような典型的な特性曲
線が得られた。また、１００ｍＷ／ｃｍ2 の光照射に対
して９０ｍＷの出力が得られ、変換効率は２３％であっ
た。
を測定したところ、図１１に示すような典型的な特性曲
線が得られた。また、１００ｍＷ／ｃｍ2 の光照射に対
して９０ｍＷの出力が得られ、変換効率は２３％であっ
た。
【００４７】実施例５ 本実施例では図１２に示すヘテロ接合電界効果トランジ
スタを以下のようにして作製した。このヘテロ接合電界
効果トランジスタは、互いに組成が異なりヘテロ接合を
形成する相対的にバンドギャップが小さく不純物濃度が
低い第１の半導体ＢＣＮ化合物層および相対的にバンド
ギャップが大きく不純物濃度が高い第２の半導体ＢＣＮ
化合物層と、第２の半導体ＢＣＮ化合物層上に形成され
たソース、ドレイン電極およびこれらの間のショットキ
ーゲート電極とを有する。このトランジスタは、いわゆ
る高電子移動度トランジスタ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＥ
ＭＴ）と呼ばれるものである。
スタを以下のようにして作製した。このヘテロ接合電界
効果トランジスタは、互いに組成が異なりヘテロ接合を
形成する相対的にバンドギャップが小さく不純物濃度が
低い第１の半導体ＢＣＮ化合物層および相対的にバンド
ギャップが大きく不純物濃度が高い第２の半導体ＢＣＮ
化合物層と、第２の半導体ＢＣＮ化合物層上に形成され
たソース、ドレイン電極およびこれらの間のショットキ
ーゲート電極とを有する。このトランジスタは、いわゆ
る高電子移動度トランジスタ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＥ
ＭＴ）と呼ばれるものである。
【００４８】大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの
ＢＮ基板７１をＣＶＤ装置に入れ、１０-4Ｐａの真空中
において約１０００℃で６時間加熱して清浄化した。基
板温度を９００℃に設定し、キャリヤーガスであるＡｒ
とともにＢＣｌ3 およびＮＨ3 を流し、厚さ約１μｍの
ＢＮ層７２を成長させた。次に、ＡｒとともにＢＣｌ
3 、ＣＨ4 およびＮＨ3 を流して厚さ０．５μｍのアン
ドープＢＣ4 Ｎ層７３を成長させ、ＣＨ4 の流量を減ら
して厚さ５ｎｍのアンドープＢＣ2 Ｎ層７４を成長さ
せ、ｎ型ドーパント源としてＨ2 Ｓを追加して流して厚
さ２０ｎｍのｎ型ＢＣ2 Ｎ層（電子濃度６×１０17ｃｍ
-3）７５を成長させた。ＣＶＤ装置から取り出して、ｎ
型ＢＣ2 Ｎ層７５上にソース・ドレイン電極形成予定部
以外を覆うマスクを設けた後、厚さ５０ｎｍのＮｉおよ
び厚さ５０ｎｍのＡｕＧｅを順次スパッタし、オーミッ
ク接触とするために４５０℃で３０分加熱してソース・
ドレイン電極７６、７７を形成した。さらに上記マスク
を除去し、ｎ型ＢＣ2 Ｎ層７５上にゲート電極形成予定
部以外を覆うマスクを設けた後、厚さ１００ｎｍのＡｌ
および厚さ１００ｎｍのＴｉを順次蒸着し、ｎ型ＢＣ2
Ｎ層７５とショットキー接合を形成するゲート電極７８
を形成した。
ＢＮ基板７１をＣＶＤ装置に入れ、１０-4Ｐａの真空中
において約１０００℃で６時間加熱して清浄化した。基
板温度を９００℃に設定し、キャリヤーガスであるＡｒ
とともにＢＣｌ3 およびＮＨ3 を流し、厚さ約１μｍの
ＢＮ層７２を成長させた。次に、ＡｒとともにＢＣｌ
3 、ＣＨ4 およびＮＨ3 を流して厚さ０．５μｍのアン
ドープＢＣ4 Ｎ層７３を成長させ、ＣＨ4 の流量を減ら
して厚さ５ｎｍのアンドープＢＣ2 Ｎ層７４を成長さ
せ、ｎ型ドーパント源としてＨ2 Ｓを追加して流して厚
さ２０ｎｍのｎ型ＢＣ2 Ｎ層（電子濃度６×１０17ｃｍ
-3）７５を成長させた。ＣＶＤ装置から取り出して、ｎ
型ＢＣ2 Ｎ層７５上にソース・ドレイン電極形成予定部
以外を覆うマスクを設けた後、厚さ５０ｎｍのＮｉおよ
び厚さ５０ｎｍのＡｕＧｅを順次スパッタし、オーミッ
ク接触とするために４５０℃で３０分加熱してソース・
ドレイン電極７６、７７を形成した。さらに上記マスク
を除去し、ｎ型ＢＣ2 Ｎ層７５上にゲート電極形成予定
部以外を覆うマスクを設けた後、厚さ１００ｎｍのＡｌ
および厚さ１００ｎｍのＴｉを順次蒸着し、ｎ型ＢＣ2
Ｎ層７５とショットキー接合を形成するゲート電極７８
を形成した。
【００４９】このＨＥＭＴでは、アンドープＢＣ4 Ｎ層
７３とアンドープＢＣ2 Ｎ層７４とがヘテロ接合を形成
しているが、ＢＣ4 ＮとＢＣ2 Ｎとは互いに格子定数が
類似しているので歪や欠陥が生じにくく、ヘテロ接合に
界面準位が形成されにくい。
７３とアンドープＢＣ2 Ｎ層７４とがヘテロ接合を形成
しているが、ＢＣ4 ＮとＢＣ2 Ｎとは互いに格子定数が
類似しているので歪や欠陥が生じにくく、ヘテロ接合に
界面準位が形成されにくい。
【００５０】このＨＥＭＴの２次元電子ガスの電子密度
と移動度を７７Ｋで測定したところ、電子密度は５×１
０11ｃｍ-3、移動度は１３０，０００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅ
ｃであった。また、このＨＥＭＴはエンハンスメント型
であり、相互コンダクタンスは３００Ｋで２００ｍＳ／
ｍｍ、７７Ｋで５５０ｍＳ／ｍｍであった。
と移動度を７７Ｋで測定したところ、電子密度は５×１
０11ｃｍ-3、移動度は１３０，０００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅ
ｃであった。また、このＨＥＭＴはエンハンスメント型
であり、相互コンダクタンスは３００Ｋで２００ｍＳ／
ｍｍ、７７Ｋで５５０ｍＳ／ｍｍであった。
【００５１】実施例６ 本実施例では図１３に示すヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタ（ＨＢＴ）を以下のようにして作製した。このヘ
テロ接合バイポーラトランジスタは、第１導電型の半導
体ＢＣＮ化合物からなるコレクタ領域と、相対的にバン
ドギャップが小さい第２導電型の半導体ＢＣＮ化合物か
らなるベース領域および相対的にバンドギャップが大き
い第１導電型の半導体ＢＣＮ化合物からなるエミッタ領
域とを有する。このＨＢＴではベース−エミッタ間にヘ
テロ接合が形成される。
ジスタ（ＨＢＴ）を以下のようにして作製した。このヘ
テロ接合バイポーラトランジスタは、第１導電型の半導
体ＢＣＮ化合物からなるコレクタ領域と、相対的にバン
ドギャップが小さい第２導電型の半導体ＢＣＮ化合物か
らなるベース領域および相対的にバンドギャップが大き
い第１導電型の半導体ＢＣＮ化合物からなるエミッタ領
域とを有する。このＨＢＴではベース−エミッタ間にヘ
テロ接合が形成される。
【００５２】グラファイト基板８１をＣＶＤ装置に入
れ、１０-4Ｐａの真空中において約１０００℃で６時間
加熱して清浄化した。基板温度を９００℃に設定し、キ
ャリヤーガスであるＡｒとともにＢＣｌ3 、ＣＨ4 、Ｎ
Ｈ3 およびｎ型ドーパント源であるＨ2 Ｓを流してコレ
クタ領域となる厚さ約２μｍのｎ型ＢＣ2 Ｎ層（電子濃
度１０17ｃｍ-3）８２を成長させ、ドーパントガスを切
り替えてｐ型ドーパント源であるＺｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 を
流してベース領域となる厚さ約５０ｎｍのｐ型ＢＣ2 Ｎ
層（ホール濃度１０19ｃｍ-3）８３を成長させ、ドーパ
ントガスを切り替えて再びＨ2 Ｓを流すとともにＣＨ4
の流量を減らしてエミッタ領域となる厚さ約０．５μｍ
のｎ型ＢＣＮ層（電子濃度１０17ｃｍ-3）８４を成長さ
せた。ＣＶＤ装置から取り出して、スクライバーでｎ型
ＢＣＮ層８４の一部をメサ構造にカットしてベース領域
であるｐ型ＢＣ2 Ｎ層８３の一部を露出させた。次い
で、ｎ型ＢＣＮ層８４およびｐ型ＢＣ2 Ｎ層８３上に電
極形成予定部以外を覆うマスクを設けた後、厚さ５０ｎ
ｍのＮｉおよび厚さ５０ｎｍのＡｕＧｅを順次スパッタ
し、オーミック接触とするために４５０℃で３０分加熱
してベース電極８５およびエミッタ電極８６を形成し
た。さらに上記マスクを除去し、グラファイト基板８１
の裏面にＡｕ蒸着してコレクタ電極８７を形成した。
れ、１０-4Ｐａの真空中において約１０００℃で６時間
加熱して清浄化した。基板温度を９００℃に設定し、キ
ャリヤーガスであるＡｒとともにＢＣｌ3 、ＣＨ4 、Ｎ
Ｈ3 およびｎ型ドーパント源であるＨ2 Ｓを流してコレ
クタ領域となる厚さ約２μｍのｎ型ＢＣ2 Ｎ層（電子濃
度１０17ｃｍ-3）８２を成長させ、ドーパントガスを切
り替えてｐ型ドーパント源であるＺｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 を
流してベース領域となる厚さ約５０ｎｍのｐ型ＢＣ2 Ｎ
層（ホール濃度１０19ｃｍ-3）８３を成長させ、ドーパ
ントガスを切り替えて再びＨ2 Ｓを流すとともにＣＨ4
の流量を減らしてエミッタ領域となる厚さ約０．５μｍ
のｎ型ＢＣＮ層（電子濃度１０17ｃｍ-3）８４を成長さ
せた。ＣＶＤ装置から取り出して、スクライバーでｎ型
ＢＣＮ層８４の一部をメサ構造にカットしてベース領域
であるｐ型ＢＣ2 Ｎ層８３の一部を露出させた。次い
で、ｎ型ＢＣＮ層８４およびｐ型ＢＣ2 Ｎ層８３上に電
極形成予定部以外を覆うマスクを設けた後、厚さ５０ｎ
ｍのＮｉおよび厚さ５０ｎｍのＡｕＧｅを順次スパッタ
し、オーミック接触とするために４５０℃で３０分加熱
してベース電極８５およびエミッタ電極８６を形成し
た。さらに上記マスクを除去し、グラファイト基板８１
の裏面にＡｕ蒸着してコレクタ電極８７を形成した。
【００５３】このＨＢＴでは、ｐ型ＢＣ2 Ｎ層８３とｎ
型ＢＣＮ層８４とがヘテロ接合を形成しているが、ＢＣ
2 ＮとＢＣＮとは互いに格子定数が類似しているので歪
や欠陥が生じにくく、ヘテロ接合に界面準位が形成され
にくい。
型ＢＣＮ層８４とがヘテロ接合を形成しているが、ＢＣ
2 ＮとＢＣＮとは互いに格子定数が類似しているので歪
や欠陥が生じにくく、ヘテロ接合に界面準位が形成され
にくい。
【００５４】このＨＢＴについてエミッタ接地増幅率を
測定したところ、１１００という高い値が得られた。 実施例７ 本実施例では図１４に示すＭＩＳ型電界効果トランジス
タ（ＭＩＳＦＥＴ）を以下のようにして作製した。この
ＭＩＳ型電界効果トランジスタは、第１導電型の半導体
ＢＣＮ化合物層と、第１導電型の半導体ＢＣＮ化合物層
の表面に互いに離間して形成された第２導電型の半導体
ＢＣＮ化合物からなるソース、ドレイン領域と、ソー
ス、ドレイン領域間のチャネル領域となる第１導電型の
半導体ＢＣＮ化合物上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲ
ート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有する。
測定したところ、１１００という高い値が得られた。 実施例７ 本実施例では図１４に示すＭＩＳ型電界効果トランジス
タ（ＭＩＳＦＥＴ）を以下のようにして作製した。この
ＭＩＳ型電界効果トランジスタは、第１導電型の半導体
ＢＣＮ化合物層と、第１導電型の半導体ＢＣＮ化合物層
の表面に互いに離間して形成された第２導電型の半導体
ＢＣＮ化合物からなるソース、ドレイン領域と、ソー
ス、ドレイン領域間のチャネル領域となる第１導電型の
半導体ＢＣＮ化合物上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲ
ート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有する。
【００５５】大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの
ＢＮ基板９１をＣＶＤ装置に入れ、１０-4Ｐａの真空中
において約１０００℃で６時間加熱して清浄化した。基
板温度を９００℃に設定し、キャリヤーガスであるＡｒ
とともにＢＣｌ3 、ＣＣｌ4およびＮＨ3 を流し、厚さ
約１μｍのｐ型ＢＣ2 Ｎ層（ホール濃度１０15ｃｍ-3）
９２を成長させた。ＣＶＤ装置から取り出して、ｐ型Ｂ
Ｃ2 Ｎ層９２上にソース・ドレイン領域形成予定部以外
を覆うマスクを設けた後、ＡｒとともにＢＣｌ3 、ＣＣ
ｌ4 、ＮＨ3 およびｎ型ドーパント源としてＨ2 Ｓを流
し、ソース・ドレイン領域となる厚さ約０．５μｍのｎ
型ＢＣ2 Ｎ層（電子濃度１０17ｃｍ-3）９３、９４を成
長させた。ＣＶＤ装置から取り出して上記マスクを除去
し、ｎ型ＢＣ2 Ｎ層９３、９４上にマスクを設けた後、
ＡｒとともにＢＣｌ3 、ＣＣｌ4およびＮＨ3 を流し、
最初に成長させたｐ型ＢＣ2 Ｎ層９２上にさらに厚さ約
０．１μｍのｐ型ＢＣ2 Ｎ層９２を成長させ、ＣＣｌ4
の供給を停止してｐ型ＢＣ2 Ｎ層９２上にゲート絶縁膜
となる厚さ５０ｎｍのＢＮ膜９５を成長させた。ＣＶＤ
装置から取り出して上記マスクを除去し、ゲート電極形
成予定部以外を覆うマスクを設けた後、ＡｒとともにＢ
Ｃｌ3 およびＣＣｌ4 を流し、ＢＮ膜９５上にゲート電
極となるＢＣ3 電極９６を成長させた。ＣＶＤ装置から
取り出して上記マスクを除去し、ソース・ドレイン電極
形成予定部以外を覆うマスクを設けた後、ＮｉおよびＡ
ｕＧｅを順次蒸着してソース・ドレイン電極９７、９８
を形成した。
ＢＮ基板９１をＣＶＤ装置に入れ、１０-4Ｐａの真空中
において約１０００℃で６時間加熱して清浄化した。基
板温度を９００℃に設定し、キャリヤーガスであるＡｒ
とともにＢＣｌ3 、ＣＣｌ4およびＮＨ3 を流し、厚さ
約１μｍのｐ型ＢＣ2 Ｎ層（ホール濃度１０15ｃｍ-3）
９２を成長させた。ＣＶＤ装置から取り出して、ｐ型Ｂ
Ｃ2 Ｎ層９２上にソース・ドレイン領域形成予定部以外
を覆うマスクを設けた後、ＡｒとともにＢＣｌ3 、ＣＣ
ｌ4 、ＮＨ3 およびｎ型ドーパント源としてＨ2 Ｓを流
し、ソース・ドレイン領域となる厚さ約０．５μｍのｎ
型ＢＣ2 Ｎ層（電子濃度１０17ｃｍ-3）９３、９４を成
長させた。ＣＶＤ装置から取り出して上記マスクを除去
し、ｎ型ＢＣ2 Ｎ層９３、９４上にマスクを設けた後、
ＡｒとともにＢＣｌ3 、ＣＣｌ4およびＮＨ3 を流し、
最初に成長させたｐ型ＢＣ2 Ｎ層９２上にさらに厚さ約
０．１μｍのｐ型ＢＣ2 Ｎ層９２を成長させ、ＣＣｌ4
の供給を停止してｐ型ＢＣ2 Ｎ層９２上にゲート絶縁膜
となる厚さ５０ｎｍのＢＮ膜９５を成長させた。ＣＶＤ
装置から取り出して上記マスクを除去し、ゲート電極形
成予定部以外を覆うマスクを設けた後、ＡｒとともにＢ
Ｃｌ3 およびＣＣｌ4 を流し、ＢＮ膜９５上にゲート電
極となるＢＣ3 電極９６を成長させた。ＣＶＤ装置から
取り出して上記マスクを除去し、ソース・ドレイン電極
形成予定部以外を覆うマスクを設けた後、ＮｉおよびＡ
ｕＧｅを順次蒸着してソース・ドレイン電極９７、９８
を形成した。
【００５６】このＭＩＳＦＥＴでは、ｐ型ＢＣ2 Ｎ層９
２とゲート絶縁膜となるＢＮ膜９５とが互いに格子定数
が類似しているので歪や欠陥が生じにくく、両者の界面
に界面準位が形成されにくい。また、ＢＮはゲート絶縁
膜として一般的に用いられているＳｉＯ2 より絶縁性に
優れており、しかも層状化合物であるため１原子層の単
位で厚さを制御することができるのでゲート絶縁膜を均
一化することができる。
２とゲート絶縁膜となるＢＮ膜９５とが互いに格子定数
が類似しているので歪や欠陥が生じにくく、両者の界面
に界面準位が形成されにくい。また、ＢＮはゲート絶縁
膜として一般的に用いられているＳｉＯ2 より絶縁性に
優れており、しかも層状化合物であるため１原子層の単
位で厚さを制御することができるのでゲート絶縁膜を均
一化することができる。
【００５７】このＭＩＳＦＥＴのゲート電極であるＢＣ
3 電極９６に電圧を印加したところ、ゲート絶縁膜であ
るＢＮ膜９５下部のチャネル領域に反転層が形成される
ことが確認された。このＭＩＳＦＥＴの相互コンダクタ
ンスは３００Ｋで７０ｍＳ／ｍｍであった。
3 電極９６に電圧を印加したところ、ゲート絶縁膜であ
るＢＮ膜９５下部のチャネル領域に反転層が形成される
ことが確認された。このＭＩＳＦＥＴの相互コンダクタ
ンスは３００Ｋで７０ｍＳ／ｍｍであった。
【００５８】実施例８ 本実施例では図１５に示す電界放射素子（フィールドエ
ミッタ、真空マイクロ素子）を以下の方法により作製し
た。この電界放射素子は、ＢＣＮ化合物からなる針状の
エミッタと、該エミッタ先端に対向して配置されたコレ
クタ電極と、前記エミッタ先端の周囲を囲むように形成
されたゲート電極とを有する。
ミッタ、真空マイクロ素子）を以下の方法により作製し
た。この電界放射素子は、ＢＣＮ化合物からなる針状の
エミッタと、該エミッタ先端に対向して配置されたコレ
クタ電極と、前記エミッタ先端の周囲を囲むように形成
されたゲート電極とを有する。
【００５９】大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの
グラファイト基板１０１をＣＶＤ装置に入れ、１０-4Ｐ
ａの真空中において約１０００℃で６時間加熱して清浄
化した。基板温度を９００℃に設定し、所定の領域を覆
うメタルマスクを設け、キャリヤーガスであるＡｒとと
もにＢＣｌ3 およびＮＨ3 を流し、厚さ０．５μｍのＢ
Ｎ層１０２を所定のパターンに形成した。ＣＶＤ装置か
ら取り出してＢＮ層１０２上にＷを蒸着してゲート電極
１０３を形成し、グラファイト基板１０１の裏面にもＷ
を蒸着してエミッタ電極１０４を形成した。このように
してゲート電極１０３が形成されていない領域に直径１
μｍの円形のスペースを５列×５行のパターンで形成し
た。次に、上記マスクを除去し、再びＣＶＤ装置に入れ
て、ＡｒとともにＣ2 Ｈ5 およびＮＨ3 を流し、ゲート
電極１０３の間のスペースに頂部が針状をなすＣ3 Ｎ4
エミッタ１０５を５列×５行のアレイをなすように形成
した。一方、ガラス板１０６の表面にコレクタ電極とな
るＩＴＯ電極１０７をコートし、さらに蛍光体としてリ
ン層１０８をコートした蛍光板１０９を用意した。グラ
ファイト基板１０１上のＣ3 Ｎ4 エミッタ１０５と蛍光
板１０９上のリン層１０８とが互いに対向するように配
置した後、内部を真空引きして１０-5Ｐａの真空とし、
電界放射素子を作製した。
グラファイト基板１０１をＣＶＤ装置に入れ、１０-4Ｐ
ａの真空中において約１０００℃で６時間加熱して清浄
化した。基板温度を９００℃に設定し、所定の領域を覆
うメタルマスクを設け、キャリヤーガスであるＡｒとと
もにＢＣｌ3 およびＮＨ3 を流し、厚さ０．５μｍのＢ
Ｎ層１０２を所定のパターンに形成した。ＣＶＤ装置か
ら取り出してＢＮ層１０２上にＷを蒸着してゲート電極
１０３を形成し、グラファイト基板１０１の裏面にもＷ
を蒸着してエミッタ電極１０４を形成した。このように
してゲート電極１０３が形成されていない領域に直径１
μｍの円形のスペースを５列×５行のパターンで形成し
た。次に、上記マスクを除去し、再びＣＶＤ装置に入れ
て、ＡｒとともにＣ2 Ｈ5 およびＮＨ3 を流し、ゲート
電極１０３の間のスペースに頂部が針状をなすＣ3 Ｎ4
エミッタ１０５を５列×５行のアレイをなすように形成
した。一方、ガラス板１０６の表面にコレクタ電極とな
るＩＴＯ電極１０７をコートし、さらに蛍光体としてリ
ン層１０８をコートした蛍光板１０９を用意した。グラ
ファイト基板１０１上のＣ3 Ｎ4 エミッタ１０５と蛍光
板１０９上のリン層１０８とが互いに対向するように配
置した後、内部を真空引きして１０-5Ｐａの真空とし、
電界放射素子を作製した。
【００６０】この電界放射素子では、Ｃ3 Ｎ4 エミッタ
１０５は高硬度で熱的に安定なため耐久性が高く、しか
も通常の半導体からなるエミッタと比較して電気伝導度
が高いため電界放射電流を高くすることができる。
１０５は高硬度で熱的に安定なため耐久性が高く、しか
も通常の半導体からなるエミッタと比較して電気伝導度
が高いため電界放射電流を高くすることができる。
【００６１】この電界放射素子について、エミッタ電極
１０４を０Ｖとし、ゲート電極１０３に２０Ｖの電圧を
印加し、エミッタ−コレクタ間に５０Ｖ以上の電圧を印
加すると、コレクタ電極（ＩＴＯ電極１０７）に電流が
流れ、蛍光板１０９からの発光が目視で確認できた。こ
のときのコレクタ電圧−エミッション電流のＦｏｗｌｅ
ｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ ｐｌｏｔを図１６に示す。この
ように直線性が良好であることから、電界放射が支配的
であることが確認できる。
１０４を０Ｖとし、ゲート電極１０３に２０Ｖの電圧を
印加し、エミッタ−コレクタ間に５０Ｖ以上の電圧を印
加すると、コレクタ電極（ＩＴＯ電極１０７）に電流が
流れ、蛍光板１０９からの発光が目視で確認できた。こ
のときのコレクタ電圧−エミッション電流のＦｏｗｌｅ
ｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ ｐｌｏｔを図１６に示す。この
ように直線性が良好であることから、電界放射が支配的
であることが確認できる。
【００６２】実施例９ 本実施例では図１７に示すＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅ
ｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏ
ｒ）型のパワートランジスタを以下のようにして作製し
た。このパワートランジスタは、第１導電型の半導体Ｂ
ＣＮ化合物からなるコレクタ領域と、第２導電型の半導
体ＢＣＮ化合物からなるベース領域と、第１導電型の半
導体ＢＣＮ化合物からなる第１エミッタ領域およびその
内部に形成された第２導電型の半導体ＢＣＮ化合物から
なる第２エミッタ領域と、第１および第２エミッタ領域
を接続するエミッタ電極と、コレクタ領域、ベース領域
および第２エミッタ領域上にゲート絶縁膜を介して形成
されたゲート電極とを有する。
ｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏ
ｒ）型のパワートランジスタを以下のようにして作製し
た。このパワートランジスタは、第１導電型の半導体Ｂ
ＣＮ化合物からなるコレクタ領域と、第２導電型の半導
体ＢＣＮ化合物からなるベース領域と、第１導電型の半
導体ＢＣＮ化合物からなる第１エミッタ領域およびその
内部に形成された第２導電型の半導体ＢＣＮ化合物から
なる第２エミッタ領域と、第１および第２エミッタ領域
を接続するエミッタ電極と、コレクタ領域、ベース領域
および第２エミッタ領域上にゲート絶縁膜を介して形成
されたゲート電極とを有する。
【００６３】大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの
グラファイト基板１１１をＣＶＤ装置に入れ、１０-4Ｐ
ａの真空中において約１０００℃で６時間加熱して清浄
化した。基板温度を９００℃に設定し、キャリヤーガス
であるＡｒとともにＢＣｌ3、ＣＨ4 、ＮＨ3 およびｐ
型ドーパント源としてＺｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 を流し、厚さ
５００μｍのｐ+ 型ＢＣＮ層（ホール濃度１０19ｃ
ｍ-3）１１２を成長させ、ドーパントガスを切り替えて
ｎ型ドーパント源としてＨ2 Ｓを流して厚さ１０μｍの
ｎ型ＢＣＮ層（電子濃度１０17ｃｍ-3）１１３を成長さ
せ、Ｈ2 Ｓの流量を減らして厚さ５０μｍのｎ- 型ＢＣ
Ｎ層（電子濃度２×１０15ｃｍ-3）１１４を成長させ、
ＮＨ3 およびＨ2 Ｓの供給を停止して厚さ２０ｎｍのＢ
Ｎ層１１５を成長させた。ｎ- 型ＢＣＮ層１１４の一部
に選択的にｐ型ドーパントであるＢｅをイオン注入し
て、外径３０μｍ、内径１０μｍの環状ｐ型拡散層１１
６を形成した。環状ｐ型拡散層１１６の一部に選択的に
Ｓｉをイオン注入して、外径２７μｍ、内径２３μｍの
環状ｎ+ 型拡散層１１７および外径１７μｍ、内径１３
μｍの環状ｎ+ 型拡散層１１８を形成した。ＢＮ層１１
５の一部を選択的にエッチングしてエミッタ電極のコン
タクトホールを開口した後、ＮｉおよびＡｕＧｅを順次
スパッタしてエミッタ電極１１９を形成した。グラファ
イト基板１１１の裏面にＡｕを蒸着してコレクタ電極１
２０を形成した。電極をオーミック接触させ、イオン注
入したドーパントを活性化するために、５００℃で５時
間加熱した。最後に、環状ｐ型拡散層１１６の中央部の
ＢＮ層１１５にＡｌおよびＴｉを順次スパッタして直径
１１μｍのゲート電極１２１を形成した。
グラファイト基板１１１をＣＶＤ装置に入れ、１０-4Ｐ
ａの真空中において約１０００℃で６時間加熱して清浄
化した。基板温度を９００℃に設定し、キャリヤーガス
であるＡｒとともにＢＣｌ3、ＣＨ4 、ＮＨ3 およびｐ
型ドーパント源としてＺｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 を流し、厚さ
５００μｍのｐ+ 型ＢＣＮ層（ホール濃度１０19ｃ
ｍ-3）１１２を成長させ、ドーパントガスを切り替えて
ｎ型ドーパント源としてＨ2 Ｓを流して厚さ１０μｍの
ｎ型ＢＣＮ層（電子濃度１０17ｃｍ-3）１１３を成長さ
せ、Ｈ2 Ｓの流量を減らして厚さ５０μｍのｎ- 型ＢＣ
Ｎ層（電子濃度２×１０15ｃｍ-3）１１４を成長させ、
ＮＨ3 およびＨ2 Ｓの供給を停止して厚さ２０ｎｍのＢ
Ｎ層１１５を成長させた。ｎ- 型ＢＣＮ層１１４の一部
に選択的にｐ型ドーパントであるＢｅをイオン注入し
て、外径３０μｍ、内径１０μｍの環状ｐ型拡散層１１
６を形成した。環状ｐ型拡散層１１６の一部に選択的に
Ｓｉをイオン注入して、外径２７μｍ、内径２３μｍの
環状ｎ+ 型拡散層１１７および外径１７μｍ、内径１３
μｍの環状ｎ+ 型拡散層１１８を形成した。ＢＮ層１１
５の一部を選択的にエッチングしてエミッタ電極のコン
タクトホールを開口した後、ＮｉおよびＡｕＧｅを順次
スパッタしてエミッタ電極１１９を形成した。グラファ
イト基板１１１の裏面にＡｕを蒸着してコレクタ電極１
２０を形成した。電極をオーミック接触させ、イオン注
入したドーパントを活性化するために、５００℃で５時
間加熱した。最後に、環状ｐ型拡散層１１６の中央部の
ＢＮ層１１５にＡｌおよびＴｉを順次スパッタして直径
１１μｍのゲート電極１２１を形成した。
【００６４】このＩＧＢＴでは、バンドギャップの大き
いＢＣＮを用いており、しかも高い絶縁性を示すＢＮを
絶縁膜として用いているので、耐圧を高くすることがで
きる。また、これらの材料は融点が高く熱的に安定なた
め、パワートランジスタとして用いても劣化が少ない。
いＢＣＮを用いており、しかも高い絶縁性を示すＢＮを
絶縁膜として用いているので、耐圧を高くすることがで
きる。また、これらの材料は融点が高く熱的に安定なた
め、パワートランジスタとして用いても劣化が少ない。
【００６５】このＩＧＢＴについて、トランジスタ特性
を測定した結果を図１８に示す。この図から、このパワ
ートランジスタは優れた性能を有することがわかる。 実施例１０ 図１９に示すＣＶＤ装置を用いた。ステンレス製のＣＶ
Ｄ装置２００は、主導入管２０１、副導入管２０２、お
よび不純物導入管２０３を有する。ＣＶＤ装置２００内
部の全ての導入管の下流側に基板２０５が設置される。
この基板２０５の温度は６００〜８００℃に設定され
る。主供給管２０１の周囲には予備加熱ヒーター２０４
が設けられている。
を測定した結果を図１８に示す。この図から、このパワ
ートランジスタは優れた性能を有することがわかる。 実施例１０ 図１９に示すＣＶＤ装置を用いた。ステンレス製のＣＶ
Ｄ装置２００は、主導入管２０１、副導入管２０２、お
よび不純物導入管２０３を有する。ＣＶＤ装置２００内
部の全ての導入管の下流側に基板２０５が設置される。
この基板２０５の温度は６００〜８００℃に設定され
る。主供給管２０１の周囲には予備加熱ヒーター２０４
が設けられている。
【００６６】主供給管２０１からは、Ｃの原料ガス例え
ばＡｌ（ＣＨ3 ）3 とＮの原料ガス例えばＮＨ3 が導入
される。このうちＡｌ（ＣＨ3 ）3 は予備加熱ヒーター
２０４により分解され、生成したＣＨ3 ラジカルが基板
２０５へ供給され、基板２０５表面でＣを析出する。一
方、Ａｌは装置の壁面にトラップされる。また、ＮＨ3
とＣＨ3 ラジカルとが反応してＮＨ2 ラジカルを発生
し、基板表面でＮを析出する。副導入管２０２からはＢ
の原料ガス例えばＢ（ＣＨ3 ）3 が導入され、基板２０
５表面で分解してＢを析出する。不純物導入管２０３か
らは必要に応じて例えばｎ型ドーパントであるＨ2 Ｓま
たはｐ型ドーパントであるＺｎ（ＣＨ3 ）2 が導入さ
れ、基板２０５表面で分解してＳまたはＺｎを析出す
る。
ばＡｌ（ＣＨ3 ）3 とＮの原料ガス例えばＮＨ3 が導入
される。このうちＡｌ（ＣＨ3 ）3 は予備加熱ヒーター
２０４により分解され、生成したＣＨ3 ラジカルが基板
２０５へ供給され、基板２０５表面でＣを析出する。一
方、Ａｌは装置の壁面にトラップされる。また、ＮＨ3
とＣＨ3 ラジカルとが反応してＮＨ2 ラジカルを発生
し、基板表面でＮを析出する。副導入管２０２からはＢ
の原料ガス例えばＢ（ＣＨ3 ）3 が導入され、基板２０
５表面で分解してＢを析出する。不純物導入管２０３か
らは必要に応じて例えばｎ型ドーパントであるＨ2 Ｓま
たはｐ型ドーパントであるＺｎ（ＣＨ3 ）2 が導入さ
れ、基板２０５表面で分解してＳまたはＺｎを析出す
る。
【００６７】本実施例では図１９のＣＶＤ装置を用い、
図２０に示す半導体発光ダイオードを作製した。基板３
０１として、大きさは１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚さ３００
μｍのＳｉを用いた。この基板３０１の表面に厚さ０．
１μｍの熱酸化膜３０２を形成した後、洗浄した。この
基板を図１９のＣＶＤ装置に装着し、基板温度を７００
℃に昇温した。主導入管２０１から、キャリアガスとし
てＡｒを用いて、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 を導入し、９００℃
に加熱された予備加熱ヒーター２０４を通過するときに
Ａｌ（ＣＨ3 ）3 を分解してＡｌを壁面にトラップさ
せ、ＣＨ3 ラジカルを基板表面に供給して、厚さ１μｍ
のグラファイト層３０３を成長させた。
図２０に示す半導体発光ダイオードを作製した。基板３
０１として、大きさは１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚さ３００
μｍのＳｉを用いた。この基板３０１の表面に厚さ０．
１μｍの熱酸化膜３０２を形成した後、洗浄した。この
基板を図１９のＣＶＤ装置に装着し、基板温度を７００
℃に昇温した。主導入管２０１から、キャリアガスとし
てＡｒを用いて、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 を導入し、９００℃
に加熱された予備加熱ヒーター２０４を通過するときに
Ａｌ（ＣＨ3 ）3 を分解してＡｌを壁面にトラップさ
せ、ＣＨ3 ラジカルを基板表面に供給して、厚さ１μｍ
のグラファイト層３０３を成長させた。
【００６８】主導入管２０１からＡｌ（ＣＨ3 ）3 およ
びＮＨ3 を導入し、副導入管２０２からＢ（ＣＨ3 ）3
を、不純物導入管２０３からｎ型ドーパントであるＨ2
Ｓをそれぞれ導入し、厚さ１μｍのｎ型ＢＣＮ層３０４
を成長させた。また、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 を流量を上記の
２倍、Ｈ2 Ｓの流量を上記の１／１０に変更して、厚さ
０．５μｍのｎ型ＢＣ2 Ｎ層３０５を成長させた。
びＮＨ3 を導入し、副導入管２０２からＢ（ＣＨ3 ）3
を、不純物導入管２０３からｎ型ドーパントであるＨ2
Ｓをそれぞれ導入し、厚さ１μｍのｎ型ＢＣＮ層３０４
を成長させた。また、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 を流量を上記の
２倍、Ｈ2 Ｓの流量を上記の１／１０に変更して、厚さ
０．５μｍのｎ型ＢＣ2 Ｎ層３０５を成長させた。
【００６９】不純物導入管２０３から、Ｈ2 Ｓの代わり
にｐ型ドーパントであるＺｎ（ＣＨ3 ）2 を導入し、厚
さ０．３μｍのｐ型ＢＣ2 Ｎ層３０６を成長させた。ま
た、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 を流量を減少させて、厚さ０．３
μｍのｐ型ＢＣＮ層３０７を成長させた。
にｐ型ドーパントであるＺｎ（ＣＨ3 ）2 を導入し、厚
さ０．３μｍのｐ型ＢＣ2 Ｎ層３０６を成長させた。ま
た、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 を流量を減少させて、厚さ０．３
μｍのｐ型ＢＣＮ層３０７を成長させた。
【００７０】ドーパントの導入を停止し、Ａｌ（ＣＨ
3 ）3 に比べて十分多量のＮＨ3 を導入して、厚さ０．
１μｍのＢＮ層３０８を成長させた。ここで、成長を止
め、基板を装置の外へ取り出した。
3 ）3 に比べて十分多量のＮＨ3 を導入して、厚さ０．
１μｍのＢＮ層３０８を成長させた。ここで、成長を止
め、基板を装置の外へ取り出した。
【００７１】次に、加速した水素イオンビームを照射し
てＢＮ層３０８の一部をエッチングし、コンタクトホー
ルを形成した。再度、基板をＣＶＤ装置に装着して、Ｂ
Ｎ層３０８の全面に厚さ１μｍのグラファイト層を成長
させた。基板を装置の外へ取り出し、表面を研磨してＢ
Ｎ層３０８を露出させることにより、グラファイト電極
３０９を形成した。
てＢＮ層３０８の一部をエッチングし、コンタクトホー
ルを形成した。再度、基板をＣＶＤ装置に装着して、Ｂ
Ｎ層３０８の全面に厚さ１μｍのグラファイト層を成長
させた。基板を装置の外へ取り出し、表面を研磨してＢ
Ｎ層３０８を露出させることにより、グラファイト電極
３０９を形成した。
【００７２】次いで、加速した水素イオンビームを照射
して表面のＢＮ層３０８からｎ型ＢＣＮ層３０４までの
５つの層の一部をエッチングした。さらに、グラファイ
ト電極３０９およびグラファイト層３０３上にＡｕを蒸
着してＡｕ電極３１０、３１１を形成した。
して表面のＢＮ層３０８からｎ型ＢＣＮ層３０４までの
５つの層の一部をエッチングした。さらに、グラファイ
ト電極３０９およびグラファイト層３０３上にＡｕを蒸
着してＡｕ電極３１０、３１１を形成した。
【００７３】この発光ダイオードにおいて、ｎ型ＢＣＮ
層３０４の電子濃度は１×１０18ｃｍ-3、ｎ型ＢＣ2 Ｎ
層３０５の電子濃度は２×１０17ｃｍ-3、ｐ型ＢＣ2 Ｎ
層３０６のホール濃度は５×１０16ｃｍ-3、ｐ型ＢＣＮ
層３０７のホール濃度は１×１０18ｃｍ-3である。この
発光ダイオードでは、発光層として機能する、ｐｎ接合
を形成するｎ型ＢＣ2 Ｎ層３０５とｐ型ＢＣ2 Ｎ層３０
６で発光が生じる。また、これらの発光層の両側に設け
られているｎ型ＢＣＮ層３０４およびｐ型ＢＣＮ層３０
７は発光層よりもバンドギャップが大きく、発光層にキ
ャリヤ（電子およびホール）を閉じ込める作用を有す
る。
層３０４の電子濃度は１×１０18ｃｍ-3、ｎ型ＢＣ2 Ｎ
層３０５の電子濃度は２×１０17ｃｍ-3、ｐ型ＢＣ2 Ｎ
層３０６のホール濃度は５×１０16ｃｍ-3、ｐ型ＢＣＮ
層３０７のホール濃度は１×１０18ｃｍ-3である。この
発光ダイオードでは、発光層として機能する、ｐｎ接合
を形成するｎ型ＢＣ2 Ｎ層３０５とｐ型ＢＣ2 Ｎ層３０
６で発光が生じる。また、これらの発光層の両側に設け
られているｎ型ＢＣＮ層３０４およびｐ型ＢＣＮ層３０
７は発光層よりもバンドギャップが大きく、発光層にキ
ャリヤ（電子およびホール）を閉じ込める作用を有す
る。
【００７４】この発光ダイオードに３Ｖの順方向電圧を
印加したところ、１０ｍＡの電流が流れ、波長６２０ｎ
ｍの光を発光し、発光効率８％が得られた。なお、ＢＣ
Ｎ層およびＢＣ2 Ｎ層の成長させる際に、上述した原料
に加えてＣおよびＮ原料ガスとして（ＣＮＣＨ2 ）2 Ａ
ｌＨを導入してもよい。
印加したところ、１０ｍＡの電流が流れ、波長６２０ｎ
ｍの光を発光し、発光効率８％が得られた。なお、ＢＣ
Ｎ層およびＢＣ2 Ｎ層の成長させる際に、上述した原料
に加えてＣおよびＮ原料ガスとして（ＣＮＣＨ2 ）2 Ａ
ｌＨを導入してもよい。
【００７５】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、半
導体ＢＣＮ化合物を用いて、良好な特性を有する発光素
子、太陽電池などの半導体デバイスを提供することがで
きる。
導体ＢＣＮ化合物を用いて、良好な特性を有する発光素
子、太陽電池などの半導体デバイスを提供することがで
きる。
【図１】ＢＣｙＮ化合物について組成ｙとバンドギャッ
プとの関係を示す図。
プとの関係を示す図。
【図２】太陽光のスペクトルとＢＣ2 ＮおよびＳｉのバ
ンドギャップとの関係を示す図。
ンドギャップとの関係を示す図。
【図３】実施例１における発光ダイオードの断面図。
【図４】実施例２における半導体レーザーの断面図。
【図５】同半導体レーザーの連続（ＣＷ）発振およびパ
ルス発振での電流−光出力特性を示す特性図。
ルス発振での電流−光出力特性を示す特性図。
【図６】同半導体レーザーの発振スペクトルを示す図。
【図７】実施例３における太陽電池の断面図。
【図８】同太陽電池のＩ−Ｖ特性を示す特性図。
【図９】実施例４における太陽電池の断面図。
【図１０】同太陽電池のバンド構造を示す図。
【図１１】同太陽電池のＩ−Ｖ特性を示す特性図。
【図１２】実施例５におけるヘテロ接合電界効果トラン
ジスタの断面図。
ジスタの断面図。
【図１３】実施例６におけるヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの断面図。
ンジスタの断面図。
【図１４】実施例７におけるＭＩＳ型電界効果トランジ
スタの断面図。
スタの断面図。
【図１５】実施例８におけるフィールドエミッタアレイ
の断面図。
の断面図。
【図１６】同フィールドエミッタアレイのＦｏｗｌｅｒ
−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ ｐｌｏｔを示す図。
−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ ｐｌｏｔを示す図。
【図１７】実施例９におけるパワートランジスタの断面
図。
図。
【図１８】同パワートランジスタのＩ−Ｖ特性を示す特
性図。
性図。
【図１９】実施例１０におけるＣＶＤ装置の構成を示す
図。
図。
【図２０】実施例１０における発光ダイオードの断面
図。
図。
１３…ｎ型ＢＣＮ層 １４…ｎ型ＢＣ2 Ｎ層 １５…ｐ型ＢＣ2 Ｎ層 １６…ｐ型ＢＣＮ層 ２４…ｎ型ＢＣ2 Ｎ層 ２５…アンドープＢＣ4 Ｎ層 ２６…ｐ型ＢＣ2 Ｎ層 ４２…グラファイト層 ４３…ｐ型ＢＣ2 Ｎ層 ４５…グラファイト電極 ５３…ｐ型ＢＣ4 Ｎ層 ５４…ｎ型ＢＣ4 Ｎ層 ５５…ｎ型ＢＣ3 Ｎ層 ５６…ｎ型ＢＣ2.5 Ｎ層 ５７…ｎ型ＢＣ2 Ｎ層 ５８…ｎ型ＢＣＮ層 ７３…アンドープＢＣ4 Ｎ層 ７４…アンドープＢＣ2 Ｎ層 ７５…ｎ型ＢＣ2 Ｎ層 ８２…ｎ型ＢＣ2 Ｎ層（コレクタ領域） ８３…ｐ型ＢＣ2 Ｎ層（ベース領域） ８４…ｎ型ＢＣＮ層（エミッタ領域） ９２…ｐ型ＢＣ2 Ｎ層 ９３、９４…ｎ型ＢＣ2 Ｎ層（ソース・ドレイン領域） ９５…ＢＮ膜（ゲート絶縁膜） ９６…ＢＣ3 電極（ゲート電極） １０３…ゲート電極 １０５…Ｃ3 Ｎ4 エミッタ １０７…ＩＴＯ電極（コレクタ電極） １１２…ｐ+ 型ＢＣＮ層 １１３…ｎ型ＢＣＮ層 １１４…ｎ- 型ＢＣＮ層 １１５…ＢＮ層 １１６…環状ｐ型拡散層 １１７、１１８…環状ｎ+ 型拡散層 １１９…エミッタ電極 １２０…コレクタ電極 １２１…ゲート電極 ２００…ＣＶＤ装置 ２０１…主導入管 ２０２…副導入管 ２０３…不純物導入管 ２０４…予備加熱ヒーター ２０５…基板 ３０１…基板 ３０２…熱酸化膜 ３０３…グラファイト層 ３０４…ｎ型ＢＣＮ層 ３０５…ｎ型ＢＣ2 Ｎ層 ３０６…ｐ型ＢＣ2 Ｎ層 ３０７…ｐ型ＢＣＮ層 ３０８…ＢＮ層 ３０９…グラファイト電極 ３１０、３１１…Ａｕ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/778 9447−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 29/80 Ｈ 21/338 31/04 Ｅ 29/812 31/04 Ｈ０１Ｓ 3/18 (72)発明者 真下 正夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内
Claims (19)
- 【請求項１】 半導体ＢＣＮ化合物層と、金属性ＢＣＮ
化合物層および／または絶縁性ＢＣＮ化合物層と有し、
これらの層が積層された構造を有することを特徴とする
半導体デバイス。 - 【請求項２】 前記半導体ＢＣＮ化合物がＢＣｙＮ（１
／３＜ｙ≦４）、ＢＣｙ（０≦ｙ≦１／４）およびＣＮ
ｚ（１／５＜ｚ≦１）から選択され、前記金属性ＢＣＮ
化合物がＢＣ3 およびＣＮｚ（０≦ｚ≦１／５）から選
択され、前記絶縁性ＢＣＮ化合物がＢＣｙＮ（０≦ｙ≦
１／３）で表されることを特徴とする請求項１記載の半
導体デバイス。 - 【請求項３】 半導体ＢＣＮ化合物の導電型がｐ型であ
ることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。 - 【請求項４】 ｐ型ドーパントがＳおよびＳｉからなる
群より選択されることを特徴とする請求項３記載の半導
体デバイス。 - 【請求項５】 半導体ＢＣＮ化合物の導電型がｎ型であ
ることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。 - 【請求項６】 ｎ型ドーパントがＺｎおよびＢｅからな
る群より選択されることを特徴とする請求項５記載の半
導体デバイス。 - 【請求項７】 ｐ型半導体ＢＣＮ化合物層とｎ型半導体
ＢＣＮ化合物層とからなるｐｎ接合が形成されているこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。 - 【請求項８】 互いに組成が異なる２層の半導体ＢＣＮ
化合物層からなるヘテロ接合が形成されていることを特
徴とする請求項１記載の半導体デバイス。 - 【請求項９】 半導体ＢＣＮ化合物からなる発光層と、
該発光層を挟んで形成された前記ＢＣＮ化合物よりバン
ドギャップが大きいｐ型半導体ＢＣＮ化合物層およびｎ
型半導体ＢＣＮ化合物層を有することを特徴とする請求
項１記載の半導体デバイス。 - 【請求項１０】 発光層を構成する半導体ＢＣＮ化合物
がＢＣ2 Ｎであることを特徴とする請求項９記載の半導
体デバイス。 - 【請求項１１】 発光層を挟む層を構成する半導体ＢＣ
Ｎ化合物がＢＣＮであることを特徴とする請求項９記載
の半導体デバイス。 - 【請求項１２】 半導体ＢＣＮ化合物からなる発光層
と、該発光層を挟んで形成された前記ＢＣＮ化合物より
バンドギャップが大きいｐ型半導体ＢＣＮ化合物および
ｎ型半導体ＢＣＮ化合物からなるクラッド層とを有し、
前記発光層およびクラッド層の側面が共振面であること
を特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。 - 【請求項１３】 発光層を構成する半導体ＢＣＮ化合物
がＢＣ4 Ｎであることを特徴とする請求項１２記載の半
導体デバイス。 - 【請求項１４】 クラッド層を構成する半導体ＢＣＮ化
合物がＢＣ2 Ｎであることを特徴とする請求項１２記載
の半導体デバイス。 - 【請求項１５】 共振面にＢＮからなるミラーが形成さ
れていることを特徴とする請求項１２記載の半導体デバ
イス。 - 【請求項１６】 光吸収層を構成する半導体ＢＣＮ化合
物と金属性ＢＣＮ化合物とからなるショットキー接合が
形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体
デバイス。 - 【請求項１７】 光吸収層を構成する半導体ＢＣＮ化合
物がＢＣ2 Ｎであり、金属性ＢＣＮ化合物がＣ、ＢＣ3
およびＣ5 Ｎからなる群より選択されることを特徴とす
る請求項１６記載の半導体デバイス。 - 【請求項１８】 ｐｎ接合を形成する２層の半導体ＢＣ
Ｎ化合物層と、一方の半導体ＢＣＮ化合物層の上に積層
された複数の半導体ＢＣＮ化合物層を有し、前記複数の
半導体ＢＣＮ化合物層のバンドギャップは表面側から内
部に向かうにつれて小さくなっていることを特徴とする
請求項１記載の半導体デバイス。 - 【請求項１９】 表面にＢＮからなる反射防止層が形成
されていることを特徴とする請求項１８記載の半導体デ
バイス。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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