JPH11233825A - 高伝導性の半導体物質及びその製造方法 - Google Patents
高伝導性の半導体物質及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH11233825A JPH11233825A JP6767698A JP6767698A JPH11233825A JP H11233825 A JPH11233825 A JP H11233825A JP 6767698 A JP6767698 A JP 6767698A JP 6767698 A JP6767698 A JP 6767698A JP H11233825 A JPH11233825 A JP H11233825A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- group
- acceptor
- coulomb
- donor
- pair
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title abstract description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229910021480 group 4 element Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 14
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 11
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910021476 group 6 element Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 80
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 61
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 60
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 31
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 25
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 23
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 15
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 14
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 10
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 9
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 9
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 9
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 6
- NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N azanylidyneindigane Chemical compound [In]#N NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 4
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 3
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- -1 selenium ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000807 Ga alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KSPMJHKUXSQDSZ-UHFFFAOYSA-N [N].[N] Chemical group [N].[N] KSPMJHKUXSQDSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910002059 quaternary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910002058 ternary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
- H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
- H01L33/325—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen characterised by the doping materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
- H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
- H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
- H01S5/3059—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping in II-VI materials
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 改良されたIII-Ｖ型窒化物半導体物質及
びその製造方法を提供する。 【解決方法】 ドーパントのペアを含む半導体デバイス
であって、１つのドーパントが電荷ｎのアクセプターＡ
であり、及び１つのドーパントＤが電荷ｍのドナーであ
り（ここでｎ≠ｍ）、前記ドーパントがクーロン引力に
より結合されて、電荷ｎ及び電荷ｍの相対的な大きさに
応じて、一価のドナー又はアクセプター（Ｄm+Ａn-）を
与える半導体デバイス。
びその製造方法を提供する。 【解決方法】 ドーパントのペアを含む半導体デバイス
であって、１つのドーパントが電荷ｎのアクセプターＡ
であり、及び１つのドーパントＤが電荷ｍのドナーであ
り（ここでｎ≠ｍ）、前記ドーパントがクーロン引力に
より結合されて、電荷ｎ及び電荷ｍの相対的な大きさに
応じて、一価のドナー又はアクセプター（Ｄm+Ａn-）を
与える半導体デバイス。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広く半導体デバイ
スの分野に関し、より特には、浅いアクセプター準位と
高いドーピング濃度、並びに量子効率の増加及び接触抵
抗の減少、そしてそれに伴う可視光発光デバイスのター
ンオン電圧の減少を達成するために、ワイドバンドギャ
ップタイプのIII-Ｖ半導体物質を、第Ｉ族と、第ＩＶ族
又は第ＶＩ族のいずれかの元素とのクーロンペアリング
を用いて製造するユニークな方法に関する。該方法は、
従来技術と比べて、顕著な利点を有する高伝導性ｐ型II
I-Ｖ窒化物物質の製造に有用であり得る。
スの分野に関し、より特には、浅いアクセプター準位と
高いドーピング濃度、並びに量子効率の増加及び接触抵
抗の減少、そしてそれに伴う可視光発光デバイスのター
ンオン電圧の減少を達成するために、ワイドバンドギャ
ップタイプのIII-Ｖ半導体物質を、第Ｉ族と、第ＩＶ族
又は第ＶＩ族のいずれかの元素とのクーロンペアリング
を用いて製造するユニークな方法に関する。該方法は、
従来技術と比べて、顕著な利点を有する高伝導性ｐ型II
I-Ｖ窒化物物質の製造に有用であり得る。
【０００２】
【従来の技術】III-Ｖ化合物半導体窒化物、例えば窒化
ガリウム(GaN) 、窒化インジウム(InN) 、及び窒化アル
ミニウム(AlN) 、ならびにこれら３種及び４種の組み合
わせの合金は、可視光発光における用途、例えば発光ダ
イオード(LED) 及びレーザーダイオード(Ld)、に対して
多大な重要性を有するワイドバンドギャップ半導体物質
の極めて重要な組を形成する。他の用途は、紫外線スペ
クトル領域及び高温エレクトロニクスでの検出を含む。
III-Ｖ窒化物の有用性は、それらの直接的エネルギーギ
ャップから生じ、これは、十分な輻射性再結合及び放出
される輻射波長、InＮの1.0 eVからAlＮの6.2 eVのバン
ドギャップに対応する紫外線から可視光までの連続的な
同調可能性を与える。
ガリウム(GaN) 、窒化インジウム(InN) 、及び窒化アル
ミニウム(AlN) 、ならびにこれら３種及び４種の組み合
わせの合金は、可視光発光における用途、例えば発光ダ
イオード(LED) 及びレーザーダイオード(Ld)、に対して
多大な重要性を有するワイドバンドギャップ半導体物質
の極めて重要な組を形成する。他の用途は、紫外線スペ
クトル領域及び高温エレクトロニクスでの検出を含む。
III-Ｖ窒化物の有用性は、それらの直接的エネルギーギ
ャップから生じ、これは、十分な輻射性再結合及び放出
される輻射波長、InＮの1.0 eVからAlＮの6.2 eVのバン
ドギャップに対応する紫外線から可視光までの連続的な
同調可能性を与える。
【０００３】長年、窒化物ベースの青いＬＥＤの実現
は、高伝導性ｐ型ＧａＮを調製することができないこと
によって、妨げられてきた。高伝導性ｐ型ＧａＮが近年
実現化され、及び高い輝度の青いＬＥＤが、ＧａＮ及び
ＧａＩｎＮ中でMgをｐ型ドーパントとして用ることによ
って製造されてきたが、そのアクセプター準位がMgのそ
れよりも浅い代替のｐ型ドーパントが必要とされてい
る。というのは、ＧａＮ中のMgのエネルギー準位は、受
入れ難く高く（価電子帯の端より１２５〜１５０ｍｅＶ
上でありＡｌＮの僅かな添加（８％）で２００ｍｅＶに
まで達する）、デバイスの高い抵抗及びそれに伴う室温
における励起発光についての受入れ難く高いレーザータ
ーンオン電圧をもたらすからである。さらに、ＧａＮ中
のMgのアクセプター効率は、たったの１０-3〜１０-2の
オーダーであり、そのため、合理的なドーピングレベル
を得るために、大量のMgの導入が必要とされる。高い濃
度の非輻射性の再結合中心も、このドーピング工程で導
入され得る。
は、高伝導性ｐ型ＧａＮを調製することができないこと
によって、妨げられてきた。高伝導性ｐ型ＧａＮが近年
実現化され、及び高い輝度の青いＬＥＤが、ＧａＮ及び
ＧａＩｎＮ中でMgをｐ型ドーパントとして用ることによ
って製造されてきたが、そのアクセプター準位がMgのそ
れよりも浅い代替のｐ型ドーパントが必要とされてい
る。というのは、ＧａＮ中のMgのエネルギー準位は、受
入れ難く高く（価電子帯の端より１２５〜１５０ｍｅＶ
上でありＡｌＮの僅かな添加（８％）で２００ｍｅＶに
まで達する）、デバイスの高い抵抗及びそれに伴う室温
における励起発光についての受入れ難く高いレーザータ
ーンオン電圧をもたらすからである。さらに、ＧａＮ中
のMgのアクセプター効率は、たったの１０-3〜１０-2の
オーダーであり、そのため、合理的なドーピングレベル
を得るために、大量のMgの導入が必要とされる。高い濃
度の非輻射性の再結合中心も、このドーピング工程で導
入され得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、III-Ｖ型窒
化物半導体物質の改良された製造方法を提供することを
第１の目的とする。
化物半導体物質の改良された製造方法を提供することを
第１の目的とする。
【０００５】また、従来の方法に比べてアクセプターエ
ネルギー準位を減じることによってホール濃度を改良す
るための、III-Ｖ型窒化物半導体物質の新しいドーピン
グ方法を提供することを目的とする。
ネルギー準位を減じることによってホール濃度を改良す
るための、III-Ｖ型窒化物半導体物質の新しいドーピン
グ方法を提供することを目的とする。
【０００６】さらに、III-Ｖ型窒化物半導体物質の新し
いドーピング方法を提供して、窒化物半導体ＬＥＤ及び
レーザーの量子効率の増加及び該レーザーの室温におけ
るより輝度の高い励起発光のためのターンオン電圧の減
少をもたらすことを目的とする。
いドーピング方法を提供して、窒化物半導体ＬＥＤ及び
レーザーの量子効率の増加及び該レーザーの室温におけ
るより輝度の高い励起発光のためのターンオン電圧の減
少をもたらすことを目的とする。
【０００７】さらに、ドーパントのクーロンペアリング
を利用して高伝導性ｐ型ＧａＮ及び関連する合金を得る
ことを目的とする。
を利用して高伝導性ｐ型ＧａＮ及び関連する合金を得る
ことを目的とする。
【０００８】さらに、ドーパントのクーロンペアリング
を利用して、非常に向上された発光デバイスを作ること
を目的とする。
を利用して、非常に向上された発光デバイスを作ること
を目的とする。
【０００９】さらに、ＭｇがドーピングされたＧａＮ及
びその合金材よりも優れた特性を達成しつつ、ＧａＮ及
びその合金材の、Ｍｇを用いないドーピング法を提供す
ることを目的とする。
びその合金材よりも優れた特性を達成しつつ、ＧａＮ及
びその合金材の、Ｍｇを用いないドーピング法を提供す
ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決する手段】本発明は、「クーロンペアリン
グ」と呼ばれる新しい概念を利用し、該概念は対（以下
「ペア」という）を作っていない状態の元のアクセプタ
ーよりも浅いエネルギー準位を持つ１価のアクセプター
として働く１つのペアを作るように、２価のアクセプタ
ーと１価のドナーのペアを作るというものである。従っ
て、例えばIII-Ｖ型窒化物が、同時に第Ｉ族の元素及び
第ＩＶ族又は第ＶＩ族の元素によりドープされ得、該ド
−プは第Ｉ族元素が金属格子部位を占有し、これにより
２価アクセプターとして働き、一方、第ＩＶ族又は第Ｖ
Ｉ族の元素は金属及び窒素格子部位をそれぞれ占有し１
価のドナーとして働く条件下で行われる。得られるペア
は、ずっと低い、すなわち、エネルギー帯の価電子帯の
端にずっと近い、エネルギー準位を有する１価アクセプ
ターとして働く。ドーパントのクーロンペアリングは、
ＧａＮにおいて、ｐ型物質を作るために応用されてき
た。ペアリング法の最適化の試みは、ＧａＮ及びその合
金の、ずっと高いホール濃度及びずっと高い伝導性をも
たらす。ＬＥＤ及びレーザーの量子効率の増加及び室温
におけるレーザーの励起発光のターンオン電圧の減少が
可能となる。青色レーザー及びＬＥＤの大変向上された
性能が予想される。ドナー及びアクセプター元素は、外
部からのドーピング、化学量論からのずれ、あるいは両
者の組み合わせによりもたらされるものであってよい。
グ」と呼ばれる新しい概念を利用し、該概念は対（以下
「ペア」という）を作っていない状態の元のアクセプタ
ーよりも浅いエネルギー準位を持つ１価のアクセプター
として働く１つのペアを作るように、２価のアクセプタ
ーと１価のドナーのペアを作るというものである。従っ
て、例えばIII-Ｖ型窒化物が、同時に第Ｉ族の元素及び
第ＩＶ族又は第ＶＩ族の元素によりドープされ得、該ド
−プは第Ｉ族元素が金属格子部位を占有し、これにより
２価アクセプターとして働き、一方、第ＩＶ族又は第Ｖ
Ｉ族の元素は金属及び窒素格子部位をそれぞれ占有し１
価のドナーとして働く条件下で行われる。得られるペア
は、ずっと低い、すなわち、エネルギー帯の価電子帯の
端にずっと近い、エネルギー準位を有する１価アクセプ
ターとして働く。ドーパントのクーロンペアリングは、
ＧａＮにおいて、ｐ型物質を作るために応用されてき
た。ペアリング法の最適化の試みは、ＧａＮ及びその合
金の、ずっと高いホール濃度及びずっと高い伝導性をも
たらす。ＬＥＤ及びレーザーの量子効率の増加及び室温
におけるレーザーの励起発光のターンオン電圧の減少が
可能となる。青色レーザー及びＬＥＤの大変向上された
性能が予想される。ドナー及びアクセプター元素は、外
部からのドーピング、化学量論からのずれ、あるいは両
者の組み合わせによりもたらされるものであってよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】まず、III-Ｖ窒化物における浅い
アクセプター準位を作るための、クーロンペアリングの
概念が記載される。次いで、クーロンペアリングの熱力
学が記載され、その次に、ＧａＮにおける浅いアクセプ
ター準位を作るための、クーロンペアリングの利用可能
性を実証する議論が続く。最も浅いアクセプター準位を
有するIII-Ｖ窒化物及び最も高いｐ型伝導性が得られる
ように、最適化パラメーター、例えばクーロンペアのた
めのドーパントの組み合わせ及び該ペアの濃度を最大に
するために必要な条件、が記載される。最後に、III-Ｖ
窒化物の価電子帯域端よりも＜５０ｍｅＶ上のアクセプ
ターの生成による青色ＬＥＤ及びレーザーにおいて見ら
れるクーロンペアリングの効果が議論される。
アクセプター準位を作るための、クーロンペアリングの
概念が記載される。次いで、クーロンペアリングの熱力
学が記載され、その次に、ＧａＮにおける浅いアクセプ
ター準位を作るための、クーロンペアリングの利用可能
性を実証する議論が続く。最も浅いアクセプター準位を
有するIII-Ｖ窒化物及び最も高いｐ型伝導性が得られる
ように、最適化パラメーター、例えばクーロンペアのた
めのドーパントの組み合わせ及び該ペアの濃度を最大に
するために必要な条件、が記載される。最後に、III-Ｖ
窒化物の価電子帯域端よりも＜５０ｍｅＶ上のアクセプ
ターの生成による青色ＬＥＤ及びレーザーにおいて見ら
れるクーロンペアリングの効果が議論される。
【００１２】クーロンペアリングの概念の説明 浅いアクセプター準位のためのクーロンペアリングは、
２価のアクセプターＡ--と１価のドナーＤ+ をペアリン
グし、得られたペア（Ａ--Ｄ+ ）- はペアを作っていな
い状態のＡ- 又はＡ--のエネルギー準位よりも浅いエネ
ルギー準位を有する１価のアクセプターとして働くとい
う概念である。詳細には、III-Ｖ窒化物が、第Ｉ族の元
素及び第ＩＶ族又は第ＶＩ族の元素により、金属格子部
位を占有する第Ｉ族元素（それは２価のアクセプターＡ
--として働く）と、金属及び窒素格子部位を占有する第
ＩＶ族又は第ＶＩ族の元素（それは、１価のドナーとし
て働く）との会合を促進する条件下で、同時にドープさ
れる。得られるペア、（Ａ--Ｄ+ ）- は、１価のアクセ
プターとして働き、予測されるエネルギー準位は、ペア
を作っていない状態のＡ- 又はＡ--のいずれの準位より
も、価電子帯域端にずっと近い（図１）。
２価のアクセプターＡ--と１価のドナーＤ+ をペアリン
グし、得られたペア（Ａ--Ｄ+ ）- はペアを作っていな
い状態のＡ- 又はＡ--のエネルギー準位よりも浅いエネ
ルギー準位を有する１価のアクセプターとして働くとい
う概念である。詳細には、III-Ｖ窒化物が、第Ｉ族の元
素及び第ＩＶ族又は第ＶＩ族の元素により、金属格子部
位を占有する第Ｉ族元素（それは２価のアクセプターＡ
--として働く）と、金属及び窒素格子部位を占有する第
ＩＶ族又は第ＶＩ族の元素（それは、１価のドナーとし
て働く）との会合を促進する条件下で、同時にドープさ
れる。得られるペア、（Ａ--Ｄ+ ）- は、１価のアクセ
プターとして働き、予測されるエネルギー準位は、ペア
を作っていない状態のＡ- 又はＡ--のいずれの準位より
も、価電子帯域端にずっと近い（図１）。
【００１３】本発明の手法は洗練されたものでもあるこ
とに注目されるべきである。なぜなら、クーロンペアリ
ングにより生成される浅いアクセプターの濃度は、結晶
中の第ＩＶ族又は第ＶＩ族元素ドナーの濃度により決定
され、且つ第Ｉ族元素アクセプターの濃度は、第ＩＶ族
又は第ＶＩ族ドナー濃度に対して過剰量である限り、詳
細に制御される必要がないからである。
とに注目されるべきである。なぜなら、クーロンペアリ
ングにより生成される浅いアクセプターの濃度は、結晶
中の第ＩＶ族又は第ＶＩ族元素ドナーの濃度により決定
され、且つ第Ｉ族元素アクセプターの濃度は、第ＩＶ族
又は第ＶＩ族ドナー濃度に対して過剰量である限り、詳
細に制御される必要がないからである。
【００１４】図２に示すように、クーロンペアリングは
２価セレンイオンのエネルギー準位を伝導帯域端０．５
ｅＶ下から、０．３ｅＶ下のセレンの第１準位よりもな
お浅い準位まで減じるために使用されてきた。この手法
は、４．１μｍ応答あるいは６．２μｍ応答のセレンド
ープされたシリコン光半導体のいずれの製造にも成功裡
に使用された（図３）。
２価セレンイオンのエネルギー準位を伝導帯域端０．５
ｅＶ下から、０．３ｅＶ下のセレンの第１準位よりもな
お浅い準位まで減じるために使用されてきた。この手法
は、４．１μｍ応答あるいは６．２μｍ応答のセレンド
ープされたシリコン光半導体のいずれの製造にも成功裡
に使用された（図３）。
【００１５】ド−パントのクーロンペアリングの概念
は、種々の元素及び化合物半導体のフェルミ準位及びそ
れに伴う電子的特性の操作に有用であると考えられる。
この手法の使用により利益を受ける種々の光子デバイス
には、光伝導体、光電池、ＬＥＤ、レーザー、及び光屈
折デバイス等が含まれる。
は、種々の元素及び化合物半導体のフェルミ準位及びそ
れに伴う電子的特性の操作に有用であると考えられる。
この手法の使用により利益を受ける種々の光子デバイス
には、光伝導体、光電池、ＬＥＤ、レーザー、及び光屈
折デバイス等が含まれる。
【００１６】本発明は、ＧａＮ及びそのＩｎＮ及び／又
はＡｌＮとの合金におけるアクセプターエネルギー準位
を、Ｍｇのそれよりも減じ、それによって、複数量子井
戸ヘテロ構造ＬＥＤのクラッド層及びレーザーのクラッ
ド層のホール濃度の大きな上昇をもたらすという課題を
達成することができる。ＬＥＤ及びレーザーの量子効率
の増加、接触抵抗の減少、及びレーザーの室温における
より輝度の高い励起発光のためのターンオン電圧の減少
を実現することができる。
はＡｌＮとの合金におけるアクセプターエネルギー準位
を、Ｍｇのそれよりも減じ、それによって、複数量子井
戸ヘテロ構造ＬＥＤのクラッド層及びレーザーのクラッ
ド層のホール濃度の大きな上昇をもたらすという課題を
達成することができる。ＬＥＤ及びレーザーの量子効率
の増加、接触抵抗の減少、及びレーザーの室温における
より輝度の高い励起発光のためのターンオン電圧の減少
を実現することができる。
【００１７】クーロンペアリングの手法はワイドバンド
ギャップＩＩ−ＶＩ半導体、例えばＺｎＳｅ及びそのＺ
ｎ、Ｍｇ、及び／又はＳとの合金（それらは、より高い
バンドギャップを有する）にも応用でき、それらについ
ては、青色レーザ−及び光発光ダイオードの動作におけ
るｐ型ドーピングの限界が未だに問題である。本発明で
は、第III 族元素と第ＩＶ族元素の組み合わせを用いて
もよい。ペアリングの手法は、Ｚｎ格子部位を置き換え
て１価ドナーとして働く第III 族元素の濃度及びＳｅ格
子部位を置き換えて２価アクセプターとして働く第ＩＶ
族の元素の濃度の増加を伴う。第III 族元素と第ＩＶ族
元素のペアリングは、Ｓｅ格子部位を置き換える第ＩＶ
族の元素のペアリングされていない状態での第１又は第
２準位より浅いアクセプター準位をもたらすと考えられ
る。
ギャップＩＩ−ＶＩ半導体、例えばＺｎＳｅ及びそのＺ
ｎ、Ｍｇ、及び／又はＳとの合金（それらは、より高い
バンドギャップを有する）にも応用でき、それらについ
ては、青色レーザ−及び光発光ダイオードの動作におけ
るｐ型ドーピングの限界が未だに問題である。本発明で
は、第III 族元素と第ＩＶ族元素の組み合わせを用いて
もよい。ペアリングの手法は、Ｚｎ格子部位を置き換え
て１価ドナーとして働く第III 族元素の濃度及びＳｅ格
子部位を置き換えて２価アクセプターとして働く第ＩＶ
族の元素の濃度の増加を伴う。第III 族元素と第ＩＶ族
元素のペアリングは、Ｓｅ格子部位を置き換える第ＩＶ
族の元素のペアリングされていない状態での第１又は第
２準位より浅いアクセプター準位をもたらすと考えられ
る。
【００１８】より広くは、クーロンペアリングの手法
は、２元、３元及び４元合金を含む種々の元素及び化合
物半導体において、より浅いアクセプターだけでなく、
より浅いドナー準位を生成するのにも用いることができ
る。
は、２元、３元及び４元合金を含む種々の元素及び化合
物半導体において、より浅いアクセプターだけでなく、
より浅いドナー準位を生成するのにも用いることができ
る。
【００１９】一般に、２つのドーパントＤm+（電荷ｍ+
のドナーを表す）及びＡn-（電荷ｎ- のアクセプターを
表す）（ｎ＝ｍ±１）がクーロン引力によりペアを組む
と、それらは核（Ｄm+Ａn-）+ （ｎ＝ｍ−１）又は（Ｄ
m+Ａn-）- （ｎ＝ｍ＋１）を与え、そのエネルギー準位
は、（Ｄm+Ａn-）+ のペアの場合にはドナーＤm+の第１
準位さえよりも、（Ｄm+Ａn-）- のペアの場合にはアク
セプターＡn-の第１準位さえよりも浅い。
のドナーを表す）及びＡn-（電荷ｎ- のアクセプターを
表す）（ｎ＝ｍ±１）がクーロン引力によりペアを組む
と、それらは核（Ｄm+Ａn-）+ （ｎ＝ｍ−１）又は（Ｄ
m+Ａn-）- （ｎ＝ｍ＋１）を与え、そのエネルギー準位
は、（Ｄm+Ａn-）+ のペアの場合にはドナーＤm+の第１
準位さえよりも、（Ｄm+Ａn-）- のペアの場合にはアク
セプターＡn-の第１準位さえよりも浅い。
【００２０】クーロンペアを成すドナー及びアクセプタ
ー種は、外部からのドーピング、化学量論量からのず
れ、あるいは両者の組み合わせによりもたらされ得るこ
とに注意されるべきである。
ー種は、外部からのドーピング、化学量論量からのず
れ、あるいは両者の組み合わせによりもたらされ得るこ
とに注意されるべきである。
【００２１】ドープされていない化合物半導体ＭＸ（こ
こでＭは金属原子を、Ｘは非金属原子を表す）は、単に
化学量論量からのずれにより、及び外部からの何等のド
ーパント無く、ｎ型又はｐ型電子活性を示す。
こでＭは金属原子を、Ｘは非金属原子を表す）は、単に
化学量論量からのずれにより、及び外部からの何等のド
ーパント無く、ｎ型又はｐ型電子活性を示す。
【００２２】そのような化学量論量からのずれは、よく
規定された金属又は非金属が豊富な条件下で、高められ
た温度においてアニーリングをすることによって意図的
に導入することができ、及び意図せずに存在する場合も
あり得る。そのような化学量論量からのずれが存在する
場合には、ドナー及びアクセプターの複数の活性が３つ
の異なる機構で生じる。
規定された金属又は非金属が豊富な条件下で、高められ
た温度においてアニーリングをすることによって意図的
に導入することができ、及び意図せずに存在する場合も
あり得る。そのような化学量論量からのずれが存在する
場合には、ドナー及びアクセプターの複数の活性が３つ
の異なる機構で生じる。
【００２３】第１は、Ｍ及びＸの原子がそれらの格子部
位から消失した金属格子部位の欠陥ＶM 、及び非金属格
子部位の欠陥ＶX 、により、第２は、これらの原子が格
子部位の間の場所、（それら自身の格子部位よりもむし
ろ）いわゆる格子間部位に存在する格子間部位の金属原
子Ｍi 、及び格子間部位の非金属原子Ｘi により、及び
第３はそれらの格子部位の入れ替え、非金属格子を占め
る金属原子ＭX 、及び金属格子を占める非金属原子ＸM
により生じる。
位から消失した金属格子部位の欠陥ＶM 、及び非金属格
子部位の欠陥ＶX 、により、第２は、これらの原子が格
子部位の間の場所、（それら自身の格子部位よりもむし
ろ）いわゆる格子間部位に存在する格子間部位の金属原
子Ｍi 、及び格子間部位の非金属原子Ｘi により、及び
第３はそれらの格子部位の入れ替え、非金属格子を占め
る金属原子ＭX 、及び金属格子を占める非金属原子ＸM
により生じる。
【００２４】例えば、ＧａＮ及びそのInＮ及びAlＮとの
合金では、空の金属格子部位は、１価、２価、又は３価
のアクセプター（ＶM - 、ＶM --、ＶM --- ）であり
得、格子間部位に位置する金属原子は、１価、２価、又
は３価のドナー（Ｍi + 、Ｍi ++、Ｍi +++ ）であり
得、窒素格子部位を占める金属原子は、１価、又は２価
のアクセプター（ＭN - 、ＭN --）であり得る。同様
に、空の窒素格子部位は、１価、２価、又は３価のドナ
ー（ＶN + 、ＶN ++、ＶN +++ ）、格子間部位に位置す
る窒素原子は、１価、２価、又は３価のアクセプター
（Ｎi - 、Ｎi --、Ｎi --- ）、及び金属格子部位を占
める窒素原子は、１価、又は２価のドナー（ＮM + 、Ｎ
M ++）であり得る。
合金では、空の金属格子部位は、１価、２価、又は３価
のアクセプター（ＶM - 、ＶM --、ＶM --- ）であり
得、格子間部位に位置する金属原子は、１価、２価、又
は３価のドナー（Ｍi + 、Ｍi ++、Ｍi +++ ）であり
得、窒素格子部位を占める金属原子は、１価、又は２価
のアクセプター（ＭN - 、ＭN --）であり得る。同様
に、空の窒素格子部位は、１価、２価、又は３価のドナ
ー（ＶN + 、ＶN ++、ＶN +++ ）、格子間部位に位置す
る窒素原子は、１価、２価、又は３価のアクセプター
（Ｎi - 、Ｎi --、Ｎi --- ）、及び金属格子部位を占
める窒素原子は、１価、又は２価のドナー（ＮM + 、Ｎ
M ++）であり得る。
【００２５】外部から導入されたドナーとアクセプター
だけでなく、それ自体の内部における天然の欠陥点のペ
アリングも、ペアの準位が、これらの任意の種のペアリ
ングされていない状態における第１準位さえよりも浅い
ところのアクセプター及びドナーの準位をもたらすと考
えるのに困難はない。
だけでなく、それ自体の内部における天然の欠陥点のペ
アリングも、ペアの準位が、これらの任意の種のペアリ
ングされていない状態における第１準位さえよりも浅い
ところのアクセプター及びドナーの準位をもたらすと考
えるのに困難はない。
【００２６】ＧａＮ及びそのInＮ及びAlＮとの合金につ
いての天然の欠陥ペアの詳細な例には、ドナーについて
（ＶM - Ｍi ++）+ 、（ＶM - ＶN ++）+ 、（ＶM - Ｎ
M ++）+ 、（ＶM --Ｍi +++ ）+ 、（ＶM --ＶN +++ ）
+ 、（Ｍi ++Ｎi - ）、（Ｍi ++ＭN - ）+ 、（Ｍi
+++ Ｎi --）+ 、（Ｍi +++ ＭN --）+ 、（ＶN ++Ｎi-
）+ 、（Ｖ N ++ＭN - ）+ 、（ＶN +++ Ｎi --）+ 、
（ＶN +++ ＭN --）+ 、（Ｎi - ＮM ++）+ 、（ＭN -
ＮM ++）+ 、及びアクセプターについて（Ｖ
M --Ｍi + ）- 、（ＶM --ＶN + ）- 、（Ｖ
M --ＮM + ）- 、（ＶM --- Ｍi ++）-、 （ＶM ---
ＶN ++）- 、（ＶM --- ＮM ++）- 、（Ｍi + Ｎi --）
- 、（Ｍi + ＭN --）- 、（Ｍi ++Ｎi --- ）- 、（Ｖ
N + Ｎi --）- 、（ＶN + ＭN --）- 、（Ｖ
N ++Ｎi - ）- 、（Ｎi --ＮM + ）- 、（Ｎi --- ＮM
++）- 、ＭN --ＮM + ）- が含まれる。理論的には、こ
れらの総てのペアが存在可能であるが、実際の数はもっ
と少ない可能性がある。
いての天然の欠陥ペアの詳細な例には、ドナーについて
（ＶM - Ｍi ++）+ 、（ＶM - ＶN ++）+ 、（ＶM - Ｎ
M ++）+ 、（ＶM --Ｍi +++ ）+ 、（ＶM --ＶN +++ ）
+ 、（Ｍi ++Ｎi - ）、（Ｍi ++ＭN - ）+ 、（Ｍi
+++ Ｎi --）+ 、（Ｍi +++ ＭN --）+ 、（ＶN ++Ｎi-
）+ 、（Ｖ N ++ＭN - ）+ 、（ＶN +++ Ｎi --）+ 、
（ＶN +++ ＭN --）+ 、（Ｎi - ＮM ++）+ 、（ＭN -
ＮM ++）+ 、及びアクセプターについて（Ｖ
M --Ｍi + ）- 、（ＶM --ＶN + ）- 、（Ｖ
M --ＮM + ）- 、（ＶM --- Ｍi ++）-、 （ＶM ---
ＶN ++）- 、（ＶM --- ＮM ++）- 、（Ｍi + Ｎi --）
- 、（Ｍi + ＭN --）- 、（Ｍi ++Ｎi --- ）- 、（Ｖ
N + Ｎi --）- 、（ＶN + ＭN --）- 、（Ｖ
N ++Ｎi - ）- 、（Ｎi --ＮM + ）- 、（Ｎi --- ＮM
++）- 、ＭN --ＮM + ）- が含まれる。理論的には、こ
れらの総てのペアが存在可能であるが、実際の数はもっ
と少ない可能性がある。
【００２７】同様に、１価及び多価の正及び負電荷の、
天然の欠陥及び外部からのドーパントは、ペアリングさ
れていない状態におけるこれらの任意の種のエネルギー
準位よりも浅いエネルギー準位の、一価ドナー及びアク
セプターのペアを形成することができる。ＧａＮ及びそ
のInＮ及びAlＮとの合金についての、そのような天然の
欠陥と外部からのドーパントとのペアの特定の１例であ
って、ここで我々が考えるものは、金属格子部位を置き
換えて２価アクセプターとして働く第Ｉ族の外部ドーパ
ント（ＤM --）と、天然の欠陥ＶN + （１価ドナーとし
て働く空の窒素格子部位）、Ｍi + （１価ドナーとして
働く格子間部位に位置する金属原子）、ＮM + （１価ド
ナーとして働く金属格子部位を占める窒素原子）、ＶN
+++ （３価ドナーとして働く空の窒素格子部位）、又は
Ｍi +++ （３価ドナーとして働く格子間部位に位置する
金属原子）、とのペアを含む。（ＤM --ＶN + ）- 、
（ＤM --Ｍi + ）- 、（ＤM --ＮM + ）- については１
価アクセプターの活性が予測され、一方、（ＤM --ＶN
+++ ）+ 、（ＤM --Ｍi +++ ）+ については１価ドナー
の活性が予測される。
天然の欠陥及び外部からのドーパントは、ペアリングさ
れていない状態におけるこれらの任意の種のエネルギー
準位よりも浅いエネルギー準位の、一価ドナー及びアク
セプターのペアを形成することができる。ＧａＮ及びそ
のInＮ及びAlＮとの合金についての、そのような天然の
欠陥と外部からのドーパントとのペアの特定の１例であ
って、ここで我々が考えるものは、金属格子部位を置き
換えて２価アクセプターとして働く第Ｉ族の外部ドーパ
ント（ＤM --）と、天然の欠陥ＶN + （１価ドナーとし
て働く空の窒素格子部位）、Ｍi + （１価ドナーとして
働く格子間部位に位置する金属原子）、ＮM + （１価ド
ナーとして働く金属格子部位を占める窒素原子）、ＶN
+++ （３価ドナーとして働く空の窒素格子部位）、又は
Ｍi +++ （３価ドナーとして働く格子間部位に位置する
金属原子）、とのペアを含む。（ＤM --ＶN + ）- 、
（ＤM --Ｍi + ）- 、（ＤM --ＮM + ）- については１
価アクセプターの活性が予測され、一方、（ＤM --ＶN
+++ ）+ 、（ＤM --Ｍi +++ ）+ については１価ドナー
の活性が予測される。
【００２８】周期律表各族の外部ドーパントの無数の組
み合わせが容易に考えられ、それらは、金属、格子間及
び窒素格子部位を占めて、それらの間で又は天然の欠陥
とペアリングをして１価ドナー又は１価アクセプターを
もたらし、それらのエネルギー準位は、これらの種の総
ての、ペアリングされていない状態におけるエネルギー
準位よりも浅い。
み合わせが容易に考えられ、それらは、金属、格子間及
び窒素格子部位を占めて、それらの間で又は天然の欠陥
とペアリングをして１価ドナー又は１価アクセプターを
もたらし、それらのエネルギー準位は、これらの種の総
ての、ペアリングされていない状態におけるエネルギー
準位よりも浅い。
【００２９】この手法を、Ｓｉ、Ｇｅの元素及びIII-
Ｖ、II−ＶＩ、及びＩＶ−ＶＩ化合物を含む種々の半導
体のフェルミ準位及びそれに伴う電子的特性の操作及び
制御に応用することを考えることに困難はない。種々の
電気光学及び光子デバイスとしてのデバイス特性を最適
化するための、この手法の適用可能性は無限である。そ
の適用性が実現される数少ない例には、光導電性及び光
電池デバイス、ＬＥＤ、レーザーダイオード及び光屈折
デバイス等が含まれる。
Ｖ、II−ＶＩ、及びＩＶ−ＶＩ化合物を含む種々の半導
体のフェルミ準位及びそれに伴う電子的特性の操作及び
制御に応用することを考えることに困難はない。種々の
電気光学及び光子デバイスとしてのデバイス特性を最適
化するための、この手法の適用可能性は無限である。そ
の適用性が実現される数少ない例には、光導電性及び光
電池デバイス、ＬＥＤ、レーザーダイオード及び光屈折
デバイス等が含まれる。
【００３０】浅いドナーを作るためのクーロンペアリン
グの１例は、２価ドナーＳｅ及び第III 族の１価アクセ
プターＢ、Ａｌ又はＩｎでドープされた外因性シリコン
光導電体において既に実証されている。ペアリングをす
ると、Ｓｅ２価ドナー準位は、伝導帯端より下0.5 ｅＶ
から0.2 ｅＶに減少され、それは伝導帯端より下0.3ｅ
ＶであるＳｉ中のＳｅの第１準位よりも浅くさえある。
グの１例は、２価ドナーＳｅ及び第III 族の１価アクセ
プターＢ、Ａｌ又はＩｎでドープされた外因性シリコン
光導電体において既に実証されている。ペアリングをす
ると、Ｓｅ２価ドナー準位は、伝導帯端より下0.5 ｅＶ
から0.2 ｅＶに減少され、それは伝導帯端より下0.3ｅ
ＶであるＳｉ中のＳｅの第１準位よりも浅くさえある。
【００３１】本クーロン的手法がｎ型物質をもたらし得
る他の場合は、ＺｎＴｅであるが、それは今日までのと
ころ総てｐ型として存在し、ｎ型のものは無い。適切な
クーロンペアリングのドーパント、例えば１価アクセプ
ターとして働く第Ｉ族の元素及び２価のドナーとして働
く第ＶＩ族の元素の選択によって、双方の元素がＺｎ部
位を置き換えると、ｎ型ＺｎＴｅをもたらし得る。
る他の場合は、ＺｎＴｅであるが、それは今日までのと
ころ総てｐ型として存在し、ｎ型のものは無い。適切な
クーロンペアリングのドーパント、例えば１価アクセプ
ターとして働く第Ｉ族の元素及び２価のドナーとして働
く第ＶＩ族の元素の選択によって、双方の元素がＺｎ部
位を置き換えると、ｎ型ＺｎＴｅをもたらし得る。
【００３２】Ｚｎ格子部位を置き換え、２価のドナーと
して働く第ＩＶ族元素とＴｅ格子部位を置き換えて１価
アクセプターとして働く第Ｖ族の元素も、ＺｎＴｅにお
いて浅いドナー準位をもたらす可能性がある。
して働く第ＩＶ族元素とＴｅ格子部位を置き換えて１価
アクセプターとして働く第Ｖ族の元素も、ＺｎＴｅにお
いて浅いドナー準位をもたらす可能性がある。
【００３３】クーロンペアリングの熱力学 クーロンペアリングの基礎は、反対の電荷を有するイオ
ンの間には引力が存在するという事実である。III-Ｖ窒
化物では、金属格子部位を置き換える第Ｉ族のドーパン
トは、原理的には２価のアクセプターとして働き、一
方、金属格子部位を置き換える第ＩＶ族のドーパント又
は窒素格子部位を置き換える第ＶＩ族のドーパントは、
１価のドナーとして働く。
ンの間には引力が存在するという事実である。III-Ｖ窒
化物では、金属格子部位を置き換える第Ｉ族のドーパン
トは、原理的には２価のアクセプターとして働き、一
方、金属格子部位を置き換える第ＩＶ族のドーパント又
は窒素格子部位を置き換える第ＶＩ族のドーパントは、
１価のドナーとして働く。
【００３４】第Ｉ族元素のアクセプター準位をＡ- 及び
Ａ--として、及び第ＩＶ族又は第ＶＩ族元素のドナーの
それをＤ+ として表すと、ペア形成について以下の可能
性が存在する： １．Ａ- ＋Ｄ+ −＞（ＡＤ）0 の場合（上付きゼロは、
ゼロ又は中性電荷を表す）。ペアリング反応１について
の質量作用定数は以下の式で与えられ：
Ａ--として、及び第ＩＶ族又は第ＶＩ族元素のドナーの
それをＤ+ として表すと、ペア形成について以下の可能
性が存在する： １．Ａ- ＋Ｄ+ −＞（ＡＤ）0 の場合（上付きゼロは、
ゼロ又は中性電荷を表す）。ペアリング反応１について
の質量作用定数は以下の式で与えられ：
【式１】ここで括弧［］は濃度を表す。 ２．Ａ--＋Ｄ+ −＞（ＡＤ）- ペアリング反応２についての質量作用定数は以下の式で
与えられる：
与えられる：
【式２】反応１及び２の双方について、質量作用定数は
温度の低下によるペアリングの増加を決定し、これは温
度の低下によりペア濃度が増加することを意味する。
温度の低下によるペアリングの増加を決定し、これは温
度の低下によりペア濃度が増加することを意味する。
【００３５】２つの反応におけるペアリングエンタルピ
ーは以下で与えられる：
ーは以下で与えられる：
【式３】ここで、ｚ1 ＝ｚ2 ＝１
【式４】ここで、ｚ1 ＝１、ｚ2 ＝２、 ｒ＝金属格子部位を置き換える第Ｉ族アクセプターと、
金属または窒素格子部位をそれぞれ置き換える第ＩＶ族
または第ＶＩ族のドナーとの間の距離、 ｑ＝電荷、 ｚ＝イオン化中心の有効電荷絶対値、 ε＝窒化物の誘電率。
金属または窒素格子部位をそれぞれ置き換える第ＩＶ族
または第ＶＩ族のドナーとの間の距離、 ｑ＝電荷、 ｚ＝イオン化中心の有効電荷絶対値、 ε＝窒化物の誘電率。
【００３６】（ＡＤ）- ペア形成についての引力は、中
性ペア（ＡＤ）0 のそれよりもずっと強いことが容易に
分かる。なぜなら、
性ペア（ＡＤ）0 のそれよりもずっと強いことが容易に
分かる。なぜなら、
【式５】であるので、ずっと高い（ＡＤ）- の濃度が予
測されるからである。
測されるからである。
【００３７】金属−金属、金属−窒素、及び窒素−窒素
原子間距離の相違により、異なるペアの組み合わせにつ
いては、ペアリングエンタルピーが異なる。
原子間距離の相違により、異なるペアの組み合わせにつ
いては、ペアリングエンタルピーが異なる。
【００３８】図１に示すように、ギャップの中心近くに
在る場合のあるアクセプターの第２準位は、基本的に
は、丁度セレンドープされたシリコンにおけるように
（図２）、ペアリングによって、伝導帯端に非常に近く
することが可能であることが分かる。
在る場合のあるアクセプターの第２準位は、基本的に
は、丁度セレンドープされたシリコンにおけるように
（図２）、ペアリングによって、伝導帯端に非常に近く
することが可能であることが分かる。
【００３９】ＧａＮにおける浅いアクセプター準位を作
るための、クーロンペアリング概念の適用可能性の実証 ＧａＮにおけるド−パントのクーロンペアリングは、イ
オン注入及び続く窒素雰囲気でのアニーリングによる、
第Ｉ族及び第ＩＶ族元素の同時ドーピングを用いて達成
されてきた。第Ｉ族から選ばれる元素には銅と銀が含ま
れた。第ＩＶ族元素としてはシリコンが、そのＧａＮに
おける確立された１価ドナーの挙動を理由として選ばれ
た。これらの元素によりドープされたＧａＮフィルム
は、ホール効果、容量対電圧（Ｃ−Ｖ）、及びフォトル
ミネッセンス（ＰＬ）測定を通じて、広い範囲にわたり
特徴づけられてきた。
るための、クーロンペアリング概念の適用可能性の実証 ＧａＮにおけるド−パントのクーロンペアリングは、イ
オン注入及び続く窒素雰囲気でのアニーリングによる、
第Ｉ族及び第ＩＶ族元素の同時ドーピングを用いて達成
されてきた。第Ｉ族から選ばれる元素には銅と銀が含ま
れた。第ＩＶ族元素としてはシリコンが、そのＧａＮに
おける確立された１価ドナーの挙動を理由として選ばれ
た。これらの元素によりドープされたＧａＮフィルム
は、ホール効果、容量対電圧（Ｃ−Ｖ）、及びフォトル
ミネッセンス（ＰＬ）測定を通じて、広い範囲にわたり
特徴づけられてきた。
【００４０】高伝導性のｐ型ＧａＮ及び関連する合金材
を作る手法としての、ド−パントのクーロンペアリング
の利用可能性の強固な証拠は、以下に基づく。 ＊Ｃｕ＋Ｓｉ及びＡｇ＋ＳｉでドープされたＧａＮにつ
いて、ＭｇドープされたＧａＮについて共通に見られる
Ｄ−Ａピークと類似した、3.27eVのドナー−アクセプタ
ー（Ｄ−Ａ）ＰＬピークが観測されること（図５）。我
々は、我々のサンプルにおけるＤ−Ａピークの源は、結
晶における、２価の銅イオン及び銀イオンアクセプター
と１価イオンのシリコンドナーとのクーロンペアリング
による浅いアクセプター準位の実現によるものと信じ
る。銅のみ、銀のみ又はシリコンのみでイオン注入され
たＧａＮにおいては、Ｄ−Ａピークは観測されなかった
（図４）。 ＊Ｃｕ＋Ｓｉ及びＡｇ＋ＳｉでドープされたＧａＮにお
いて、Ｃ−Ｖ（容量対電圧）測定によるｐ型領域が観察
されること。 ＊Ｃｕ＋ＳｉでドープされたＧａＮにおいて、Ｃｕ＋Ｓ
ｉが注入された領域と底部のｎ型領域との間に電流を通
した場合に青い発光が観察されることは、注入された領
域がｐ型であることを示す他のものである。
を作る手法としての、ド−パントのクーロンペアリング
の利用可能性の強固な証拠は、以下に基づく。 ＊Ｃｕ＋Ｓｉ及びＡｇ＋ＳｉでドープされたＧａＮにつ
いて、ＭｇドープされたＧａＮについて共通に見られる
Ｄ−Ａピークと類似した、3.27eVのドナー−アクセプタ
ー（Ｄ−Ａ）ＰＬピークが観測されること（図５）。我
々は、我々のサンプルにおけるＤ−Ａピークの源は、結
晶における、２価の銅イオン及び銀イオンアクセプター
と１価イオンのシリコンドナーとのクーロンペアリング
による浅いアクセプター準位の実現によるものと信じ
る。銅のみ、銀のみ又はシリコンのみでイオン注入され
たＧａＮにおいては、Ｄ−Ａピークは観測されなかった
（図４）。 ＊Ｃｕ＋Ｓｉ及びＡｇ＋ＳｉでドープされたＧａＮにお
いて、Ｃ−Ｖ（容量対電圧）測定によるｐ型領域が観察
されること。 ＊Ｃｕ＋ＳｉでドープされたＧａＮにおいて、Ｃｕ＋Ｓ
ｉが注入された領域と底部のｎ型領域との間に電流を通
した場合に青い発光が観察されることは、注入された領
域がｐ型であることを示す他のものである。
【００４１】クーロンペアリングパラメーターの最適化 フェルミ準位を可能な限り伝導帯に近くするために、ク
ーロンペアリング法を最適化するためには、最も浅いア
クセプター準位を与えるところの元素の最良の組み合わ
せ、及び、ペアリング濃度が最大になり、且つペアリン
グしていない第ＩＶ族又は第ＶＩ族ドナーの濃度が最小
になるような、後成長アニーリングの条件を選ぶことが
需要である。
ーロンペアリング法を最適化するためには、最も浅いア
クセプター準位を与えるところの元素の最良の組み合わ
せ、及び、ペアリング濃度が最大になり、且つペアリン
グしていない第ＩＶ族又は第ＶＩ族ドナーの濃度が最小
になるような、後成長アニーリングの条件を選ぶことが
需要である。
【００４２】最適なペアリング元素の組み合わせ 種々の元素の異なる共有結合半径に基づき、ペアのエネ
ルギー準位は、第Ｉ族−第ＩＶ族及び第Ｉ族−第ＶＩ族
元素の特定の組み合わせによって変わり得る。２価Ｓｅ
ドナー及び１価アクセプターＢ、Ｇａ、及びＡｌでドー
プされたシリコンの場合、Ｇａ−Ｓｅ、Ｂ−Ｓｅ、Ａｌ
−Ｓｅペアのドナー準位は、基本的には同じであり、こ
のことは、これらのペアのエネルギー準位の決定におい
ては、クーロン斥力よりもむしろ引力が主な役割を果た
すことを表す。しかし、III-Ｖ窒化物の場合には、そう
ではない可能性がある。
ルギー準位は、第Ｉ族−第ＩＶ族及び第Ｉ族−第ＶＩ族
元素の特定の組み合わせによって変わり得る。２価Ｓｅ
ドナー及び１価アクセプターＢ、Ｇａ、及びＡｌでドー
プされたシリコンの場合、Ｇａ−Ｓｅ、Ｂ−Ｓｅ、Ａｌ
−Ｓｅペアのドナー準位は、基本的には同じであり、こ
のことは、これらのペアのエネルギー準位の決定におい
ては、クーロン斥力よりもむしろ引力が主な役割を果た
すことを表す。しかし、III-Ｖ窒化物の場合には、そう
ではない可能性がある。
【００４３】原理的には、第Ｉ族と第ＩＶ族のペアにつ
いては２４組の組み合わせが可能であり、第Ｉ族と第Ｖ
Ｉ族の元素の組み合わせからできるペアについても同じ
数のペアの組み合わせが可能である。従って、III-Ｖ窒
化物中で浅いアクセプター準位を与え得るところの、合
計で４８組の異なる組み合わせのペアが存在する。ドー
パントの組み合わせを以下に掲げる： 第１分類 Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｕ、Ａｇ、又はＡｕ（第Ｉ族）とＰ
ｂ、Ｓｎ、Ｓｉ、又はＧｅ（第ＩＶ族） 第２分類 Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｕ、Ａｇ、又はＡｕ（第Ｉ族）と
Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、又はＴｅ（第ＶＩ族） 各組み合わせにおいて得られるペアの最大数は、ドーパ
ントの溶解度の限界に依存する。最大の伝導性を有する
ｐ型物質を得るために、フェルミ準位はクーロンペアの
準位に適合されなければならない。このことは、第Ｉ族
の２価アクセプター元素の濃度は、第ＩＶ族または第Ｖ
Ｉ族１価ドナーのそれらよりも高くなければならないこ
とを意味する。
いては２４組の組み合わせが可能であり、第Ｉ族と第Ｖ
Ｉ族の元素の組み合わせからできるペアについても同じ
数のペアの組み合わせが可能である。従って、III-Ｖ窒
化物中で浅いアクセプター準位を与え得るところの、合
計で４８組の異なる組み合わせのペアが存在する。ドー
パントの組み合わせを以下に掲げる： 第１分類 Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｕ、Ａｇ、又はＡｕ（第Ｉ族）とＰ
ｂ、Ｓｎ、Ｓｉ、又はＧｅ（第ＩＶ族） 第２分類 Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｕ、Ａｇ、又はＡｕ（第Ｉ族）と
Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、又はＴｅ（第ＶＩ族） 各組み合わせにおいて得られるペアの最大数は、ドーパ
ントの溶解度の限界に依存する。最大の伝導性を有する
ｐ型物質を得るために、フェルミ準位はクーロンペアの
準位に適合されなければならない。このことは、第Ｉ族
の２価アクセプター元素の濃度は、第ＩＶ族または第Ｖ
Ｉ族１価ドナーのそれらよりも高くなければならないこ
とを意味する。
【００４４】ペア濃度の最大化 ペアが形成される温度及び窒化物の化学量論的条件は、
形成されるペア濃度に影響し、且つ最大のｐ型伝導性を
得るためには、ペアリングしていない第ＩＶ族及び第Ｖ
Ｉ族ドナーの濃度を最小にしながら、ペア濃度は最大に
されなければならない。
形成されるペア濃度に影響し、且つ最大のｐ型伝導性を
得るためには、ペアリングしていない第ＩＶ族及び第Ｖ
Ｉ族ドナーの濃度を最小にしながら、ペア濃度は最大に
されなければならない。
【００４５】ペア形成の温度 ペアリングの平衡を決定する質量作用定数、及びペア濃
度は、温度の低下に伴い増加する。しかし、ドーパント
の拡散定数は、温度の低下に伴い指数関数的に減少す
る。最大濃度のペアが形成されるためには、ペア形成温
度は、可能な限り高い平衡ペア濃度へと促進されるため
に十分低くなければならない。同時に、該温度は、ペア
を形成するために原子が数原子距離拡散するのに十分に
高くなければならない。ここで、ペア濃度を最大にする
一方で、ＬＥＤ及びレーザーダイオードの効率に影響す
る再結合中心として働くところの、ペアリングしていな
い第ＩＶ族及び第ＶＩ族ドナーの濃度を最小にすること
に注意しなければならない。
度は、温度の低下に伴い増加する。しかし、ドーパント
の拡散定数は、温度の低下に伴い指数関数的に減少す
る。最大濃度のペアが形成されるためには、ペア形成温
度は、可能な限り高い平衡ペア濃度へと促進されるため
に十分低くなければならない。同時に、該温度は、ペア
を形成するために原子が数原子距離拡散するのに十分に
高くなければならない。ここで、ペア濃度を最大にする
一方で、ＬＥＤ及びレーザーダイオードの効率に影響す
る再結合中心として働くところの、ペアリングしていな
い第ＩＶ族及び第ＶＩ族ドナーの濃度を最小にすること
に注意しなければならない。
【００４６】窒化物の化学量論的条件 第Ｉ族元素は、金属格子部位を占有して２価アクセプタ
ーとして働き、第ＩＶ族元素は同様の格子部位上で１価
のドナーとして働き、一方第ＶＩ族元素は窒素格子部位
を占めて１価のドナーとして働くことが予測される。第
Ｉ族元素アクセプター及び第ＩＶ族元素ドナーの濃度
は、窒素が豊富な雰囲気下で増大されるが、第ＶＩ族元
素ドナーの濃度は、窒素欠乏条件下で増大される。窒素
欠乏条件下では、第Ｉ族元素の１部分は格子間部位にも
存在し、ドナーとしても働き得る。従って、飽和あるい
は欠乏窒素条件よりも、窒素が化学量論量より中程度に
多い条件下で最大のペア濃度が得られ得る。
ーとして働き、第ＩＶ族元素は同様の格子部位上で１価
のドナーとして働き、一方第ＶＩ族元素は窒素格子部位
を占めて１価のドナーとして働くことが予測される。第
Ｉ族元素アクセプター及び第ＩＶ族元素ドナーの濃度
は、窒素が豊富な雰囲気下で増大されるが、第ＶＩ族元
素ドナーの濃度は、窒素欠乏条件下で増大される。窒素
欠乏条件下では、第Ｉ族元素の１部分は格子間部位にも
存在し、ドナーとしても働き得る。従って、飽和あるい
は欠乏窒素条件よりも、窒素が化学量論量より中程度に
多い条件下で最大のペア濃度が得られ得る。
【００４７】窒化物に基づく青色レーザー及びＬＥＤに
ついてのクーロンペアリングの可能性 ドーパントのクーロンペアリングは、窒化物中のアクセ
プターエネルギー準位を、Ｍｇを含むＧａＮ及びその合
金の150meV〜200meVに対して、50meV より小さい準位に
まで減じる可能性を提供する。アクセプター準位の深さ
のそのような減少は、ホール濃度のほぼ２オーダーの大
きさの増大をもたらし、それに応じて２オーダーの大き
さのレーザーデバイスの直列抵抗及びレーザーターンオ
ン電圧の減少が達成可能である。ホール濃度のほぼ２オ
ーダーの大きさの増大は、それに応じた青色ＬＥＤの強
度の増大も達成し得る。最後に、クーロンペアについて
は、未ペアドナーに因る打ち消し(compensation)が減じ
られることから、アクセプターの活性化がＭｇを含むＧ
ａＮのそれよりもオーダー規模で大きいために、青色レ
ーザーのより高い室温励起発光及びＬＥＤのより高い量
子効率の実現が可能である。
ついてのクーロンペアリングの可能性 ドーパントのクーロンペアリングは、窒化物中のアクセ
プターエネルギー準位を、Ｍｇを含むＧａＮ及びその合
金の150meV〜200meVに対して、50meV より小さい準位に
まで減じる可能性を提供する。アクセプター準位の深さ
のそのような減少は、ホール濃度のほぼ２オーダーの大
きさの増大をもたらし、それに応じて２オーダーの大き
さのレーザーデバイスの直列抵抗及びレーザーターンオ
ン電圧の減少が達成可能である。ホール濃度のほぼ２オ
ーダーの大きさの増大は、それに応じた青色ＬＥＤの強
度の増大も達成し得る。最後に、クーロンペアについて
は、未ペアドナーに因る打ち消し(compensation)が減じ
られることから、アクセプターの活性化がＭｇを含むＧ
ａＮのそれよりもオーダー規模で大きいために、青色レ
ーザーのより高い室温励起発光及びＬＥＤのより高い量
子効率の実現が可能である。
【００４８】以下に、クーロンペアアクセプター準位＜
50meV での、アクセプターのイオン化の程度、ホール濃
度の増加、及び補償の最小化の議論を与える。以下詳細
に記載される簡単な解析により、アクセプター濃度6.5
×1019ｃｍ-3について、Ｍｇドーピングを用いる従来の
技術と比べてほぼ２００倍のホール濃度の増加となるこ
とを示す。
50meV での、アクセプターのイオン化の程度、ホール濃
度の増加、及び補償の最小化の議論を与える。以下詳細
に記載される簡単な解析により、アクセプター濃度6.5
×1019ｃｍ-3について、Ｍｇドーピングを用いる従来の
技術と比べてほぼ２００倍のホール濃度の増加となるこ
とを示す。
【００４９】エネルギー準位ＥA のアクセプターの、価
電子帯端より上へのイオン化は以下のように表せる：
電子帯端より上へのイオン化は以下のように表せる：
【式６】ここで、Ａ0 は、中性（０価）アクセプター
を、Ａ- はイオン化したアクセプターを、ｈ+ は価電子
帯中のホールを表す。上記反応の質量作用定数は、以下
で与えられる：
を、Ａ- はイオン化したアクセプターを、ｈ+ は価電子
帯中のホールを表す。上記反応の質量作用定数は、以下
で与えられる：
【式７】ここで、［ＮＡ 0 ］、［ＮＡ- ］、［ｈ+ ］は
各種の１ｃｍ−3 あたりの濃度を、ｍ0 は電子の静止質
量、ｍｈはホールの有効質量、ｈはプランク定数、ｋは
ボルツマン定数、Ｔはケルビン温度、及びＥA は価電子
帯の上端から測ったアクセプターの準位である。ｍｈ＝
0.8 ｍ0 については、以下のようになる。
各種の１ｃｍ−3 あたりの濃度を、ｍ0 は電子の静止質
量、ｍｈはホールの有効質量、ｈはプランク定数、ｋは
ボルツマン定数、Ｔはケルビン温度、及びＥA は価電子
帯の上端から測ったアクセプターの準位である。ｍｈ＝
0.8 ｍ0 については、以下のようになる。
【式８】浅いアクセプターの濃度が、残っているイオン
化されたドナーの濃度ＮD+よりもずっと高い場合には、
結晶中の電荷バランスは、［ＮＡ- ］ ［ｈ+ ］ ［Ｎ
D+］で近似される。Ｔ＝３００Ｋ、ＥA ＝５０ｍｅＶの
とき、
化されたドナーの濃度ＮD+よりもずっと高い場合には、
結晶中の電荷バランスは、［ＮＡ- ］ ［ｈ+ ］ ［Ｎ
D+］で近似される。Ｔ＝３００Ｋ、ＥA ＝５０ｍｅＶの
とき、
【式９】であり、全アクセプター濃度が［ＮA ］Tot で
あるとき、
あるとき、
【式１０】であるから、式９から
【式１１】あるいは
【式１２】となる。与えられた［ＮA ］Tot について、
２次方程式１２を解くことができ、イオン化アクセプタ
ー濃度［ＮＡ- ］が得られる。［ＮA ］Tot ＝6.5 ×10
19ｃｍ−3 のとき、［ＮＡ- ］＝［ｈ+ ］＝２×1019ｃ
ｍ−3 となる。あるいは、イオン化されたアクセプター
濃度の全アクセプター濃度に対する割合は0.31である。
この値は、従前に全Ｍｇ濃度が6.5 ×1019ｃｍ−3 の、
ＭｇドープされたＧａＮについて実験で測定されたホー
ル濃度１×1017ｃｍ−3 と比較されなければならない。
それらの結晶中における３００Ｋでのホール濃度の、全
Ｍｇ濃度に対する割合は、1.5 ×10-3である。補償が無
視できるときに、価電子帯端より上５０ｍｅＶの浅いア
クセプターについて得られた値0.31は、同じ全アクセプ
ター濃度についてほぼ２００倍のホール濃度である。
２次方程式１２を解くことができ、イオン化アクセプタ
ー濃度［ＮＡ- ］が得られる。［ＮA ］Tot ＝6.5 ×10
19ｃｍ−3 のとき、［ＮＡ- ］＝［ｈ+ ］＝２×1019ｃ
ｍ−3 となる。あるいは、イオン化されたアクセプター
濃度の全アクセプター濃度に対する割合は0.31である。
この値は、従前に全Ｍｇ濃度が6.5 ×1019ｃｍ−3 の、
ＭｇドープされたＧａＮについて実験で測定されたホー
ル濃度１×1017ｃｍ−3 と比較されなければならない。
それらの結晶中における３００Ｋでのホール濃度の、全
Ｍｇ濃度に対する割合は、1.5 ×10-3である。補償が無
視できるときに、価電子帯端より上５０ｍｅＶの浅いア
クセプターについて得られた値0.31は、同じ全アクセプ
ター濃度についてほぼ２００倍のホール濃度である。
【００５０】
【実施例】イオン注入法によるドーピング クーロンペアリングの目的で、第Ｉ族と第ＩＶ族の元素
の組み合わせを選択した。第Ｉ族から選択された元素
は、銅と銀であった。第ＩＶ族の元素としては、ＧａＮ
における１価ドナーの挙動がよく確立されているため、
シリコンを選択した。以下のイオン注入を行った。 １）Ｃｕ ２）Ｃｕ＋Ｓｉ ３）Ａｇ ４）Ａｇ＋Ｓｉ 計算されたドーパントプロフィールにおいて、表面から
ほぼ同じ距離にある濃度のピークが、ＧａＮエピタキシ
ャル層の内部に在るように、注入量及びエネルギーを各
元素ごとに変えた。ドナー元素シリコンの注入量は、第
Ｉ族元素の銅及び銀のそれらよりも低く維持して、フェ
ルミ準位を常に、ＧａＮの禁制ギャップ内において、第
Ｉ族元素のエネルギー準位と適合させた。使用した注入
量は、銅及び銀について１０19〜１０20ｃｍ-3、シリコ
ンについてはそれより３〜４乗低い量に相当した。
の組み合わせを選択した。第Ｉ族から選択された元素
は、銅と銀であった。第ＩＶ族の元素としては、ＧａＮ
における１価ドナーの挙動がよく確立されているため、
シリコンを選択した。以下のイオン注入を行った。 １）Ｃｕ ２）Ｃｕ＋Ｓｉ ３）Ａｇ ４）Ａｇ＋Ｓｉ 計算されたドーパントプロフィールにおいて、表面から
ほぼ同じ距離にある濃度のピークが、ＧａＮエピタキシ
ャル層の内部に在るように、注入量及びエネルギーを各
元素ごとに変えた。ドナー元素シリコンの注入量は、第
Ｉ族元素の銅及び銀のそれらよりも低く維持して、フェ
ルミ準位を常に、ＧａＮの禁制ギャップ内において、第
Ｉ族元素のエネルギー準位と適合させた。使用した注入
量は、銅及び銀について１０19〜１０20ｃｍ-3、シリコ
ンについてはそれより３〜４乗低い量に相当した。
【００５１】注入後のアニーリング実験 注入されたＧａＮエピタキシャル層を、300Kにおけるガ
ス圧力が１／３〜１／２気圧になるように窒素ガスを満
たした石英アンプル中に入れて密封した。試料を６００
〜１２００℃にて、１時間未満〜５００時間を越える時
間の範囲でアニールした。
ス圧力が１／３〜１／２気圧になるように窒素ガスを満
たした石英アンプル中に入れて密封した。試料を６００
〜１２００℃にて、１時間未満〜５００時間を越える時
間の範囲でアニールした。
【００５２】ＧａＮエピタキシャル層のキャラクタリゼ
ーション ＧａＮエピタキシャル層のキャラクタリゼーションを、
ホール効果、Ｃ−Ｖ、及びフォトルミネッセンス測定に
より行った。ホール効果の測定においては、オーム接触
にとしてインジウムを用いた。Ｃ−Ｖ測定においては、
アルミニウムドット(dots)を電場電極板として用いた。
総てのフォトルミネッセンス(PL)測定は、アルゴンイオ
ンレーザーからのＵＶ励起を用い、10K で行った。全レ
ーザーパワーは10mWに設定し、試料への入射パワーはこ
の値よりも低くなった。PLスペクトルを取り込み、ＳＰ
ＥＸ２光路モノクロメーターにより分光し、GaAsフォト
カソードを用いて検出した。信号をロックインアンプに
より増幅し、ＩＢＭ ＰＣ互換コンピューターに記憶さ
せた。
ーション ＧａＮエピタキシャル層のキャラクタリゼーションを、
ホール効果、Ｃ−Ｖ、及びフォトルミネッセンス測定に
より行った。ホール効果の測定においては、オーム接触
にとしてインジウムを用いた。Ｃ−Ｖ測定においては、
アルミニウムドット(dots)を電場電極板として用いた。
総てのフォトルミネッセンス(PL)測定は、アルゴンイオ
ンレーザーからのＵＶ励起を用い、10K で行った。全レ
ーザーパワーは10mWに設定し、試料への入射パワーはこ
の値よりも低くなった。PLスペクトルを取り込み、ＳＰ
ＥＸ２光路モノクロメーターにより分光し、GaAsフォト
カソードを用いて検出した。信号をロックインアンプに
より増幅し、ＩＢＭ ＰＣ互換コンピューターに記憶さ
せた。
【００５３】結果及び考察 結晶成長されたまま、Ｃｕ注入された、Ａｇ注入され
た、Ｓｉ注入された、（Ｃｕ＋Ｓｉ）注入された、及び
（Ａｇ＋Ｓｉ）注入されたＧａＮエピタキシャル層につ
いて数多くのアニールを行った。電気的測定及びPLスペ
クトルの結果を比較して、クーロンペアリング法を用い
て、高伝導性ｐ型ＧａＮの達成可能性について考察す
る。電気特性及びＣ−Ｖデータについての考察を示し、
次いでPLスペクトル結果を論じる。これら総ての結果
を、（Ｃｕ＋Ｓｉ）注入され且つアニールされた試料に
おける青色発光の観察と関連づけ、高伝導性ｐ型ＧａＮ
を作る手法としての、ドーパントのクーロンペアリング
の可能性を示す。
た、Ｓｉ注入された、（Ｃｕ＋Ｓｉ）注入された、及び
（Ａｇ＋Ｓｉ）注入されたＧａＮエピタキシャル層につ
いて数多くのアニールを行った。電気的測定及びPLスペ
クトルの結果を比較して、クーロンペアリング法を用い
て、高伝導性ｐ型ＧａＮの達成可能性について考察す
る。電気特性及びＣ−Ｖデータについての考察を示し、
次いでPLスペクトル結果を論じる。これら総ての結果
を、（Ｃｕ＋Ｓｉ）注入され且つアニールされた試料に
おける青色発光の観察と関連づけ、高伝導性ｐ型ＧａＮ
を作る手法としての、ドーパントのクーロンペアリング
の可能性を示す。
【００５４】未ドープ、未注入のＧａＮエピタキシャル
層についての電気的データー 表１にまとめた電気特性の結果から分かるように、未ド
ープの結晶成長されたままのエピタキシャル層及び700
〜1100℃にて、窒素ガス圧力１０-2〜１気圧でアニール
された未ドープ層は、300Kでの電子密度５×１０17〜1.
4 ×１０18ｃｍ-3を示した。
層についての電気的データー 表１にまとめた電気特性の結果から分かるように、未ド
ープの結晶成長されたままのエピタキシャル層及び700
〜1100℃にて、窒素ガス圧力１０-2〜１気圧でアニール
された未ドープ層は、300Kでの電子密度５×１０17〜1.
4 ×１０18ｃｍ-3を示した。
【００５５】ドープされたＧａＮエピタキシャル層の電
気特性データー（ホール効果及び容量対電圧） 注入ドープされたＧａＮエピタキシャル層の場合におい
ては、ドープされた層は非常に薄く、ｐ型であっても、
その下に在る層は〜９×１０17ｃｍ-3電子密度のｎ型で
あるので、ｎ型伝導が主体であり、ｐ型キャリアーの濃
度の評価を大変困難にしていることが考慮されねばなら
ない。アニール無しの、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｕ＋Ｓｉ
及びＡｇ＋Ｓｉをイオン注入されたＧａＮエピタキシャ
ル層は、総てキャリアー濃度１０17〜１０18ｃｍ-3のｎ
型伝導性を示した。しかし、Ｃｕ＋Ｓｉ及びＡｇ＋Ｓｉ
をイオン注入されたＧａＮ試料は、1050℃以上の温度で
アニールした後は、絶縁挙動を示し、1050℃で３０分、
1000℃で５時間アニールされたところのＣｕ＋Ｓｉ及び
Ａｇ＋Ｓｉをイオン注入されたＧａＮは、Ｃ−Ｖ測定に
おいて、ホール濃度１０16〜１０18ｃｍ-3のｐ型挙動を
示した。
気特性データー（ホール効果及び容量対電圧） 注入ドープされたＧａＮエピタキシャル層の場合におい
ては、ドープされた層は非常に薄く、ｐ型であっても、
その下に在る層は〜９×１０17ｃｍ-3電子密度のｎ型で
あるので、ｎ型伝導が主体であり、ｐ型キャリアーの濃
度の評価を大変困難にしていることが考慮されねばなら
ない。アニール無しの、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｕ＋Ｓｉ
及びＡｇ＋Ｓｉをイオン注入されたＧａＮエピタキシャ
ル層は、総てキャリアー濃度１０17〜１０18ｃｍ-3のｎ
型伝導性を示した。しかし、Ｃｕ＋Ｓｉ及びＡｇ＋Ｓｉ
をイオン注入されたＧａＮ試料は、1050℃以上の温度で
アニールした後は、絶縁挙動を示し、1050℃で３０分、
1000℃で５時間アニールされたところのＣｕ＋Ｓｉ及び
Ａｇ＋Ｓｉをイオン注入されたＧａＮは、Ｃ−Ｖ測定に
おいて、ホール濃度１０16〜１０18ｃｍ-3のｐ型挙動を
示した。
【００５６】
【表１】
【００５７】フォトルミネッセンス(PL)結果 表２に、今までに検討した総ての試料ＧａＮについて、
PLの結果をまとめた。
PLの結果をまとめた。
【表２】
【００５８】未ドープの結晶 図４は、未ドープのＧａＮエピタキシャル層のPLスペク
トルであり、２つの発光領域を示す。3.47eV付近の発光
は、励起子再結合に対応する。3.472eV の最も高いピー
クは、イオン化されたドナーとの束縛励起再結合に対応
する。不純物ドナー源は、同定できない。なぜなら、数
種のドナーが近似したイオン化エネルギーを有するから
である。2.2 〜2.5 eVの深い準位の発光は、未ドープの
ＧａＮ層の総てにおいて一般に観察される。この準位
は、おそらく、何等かの不純物欠陥複合体に関係し、及
び我々の全イオン注入試料にも存在する。バルクＧａＮ
上で成長させたＧａＮエピタキシャル層には、この準位
が無いことが文献に示されており、該準位が構造欠陥、
例えばＧａＮとその下のサファイア基材との格子の不整
合から生じる界面の結晶転位の存在にも関係することを
示唆する。3.26eV付近の領域は発光ピークを含まず、こ
のことは未ドープ層がｎ型であり、且つ未ドープＧａＮ
においては、アクセプターの存在は無視できる程少量で
あることを示す。実際、ホール測定は、未ドープ層が、
300Kのキャリアー濃度９×１０17ｃｍ-3、及び移動度48
ｃｍ-2／Ｖ・sec のｎ型であることを示す（表１）。一
般に、種々の温度及び窒素圧１気圧でアニールされた未
ドープのＧａＮ試料は総て、図４に示す未ドープ且つア
ニールされていないＧａＮ試料と、同じPL特性を示す
（詳細については表２を参照）。
トルであり、２つの発光領域を示す。3.47eV付近の発光
は、励起子再結合に対応する。3.472eV の最も高いピー
クは、イオン化されたドナーとの束縛励起再結合に対応
する。不純物ドナー源は、同定できない。なぜなら、数
種のドナーが近似したイオン化エネルギーを有するから
である。2.2 〜2.5 eVの深い準位の発光は、未ドープの
ＧａＮ層の総てにおいて一般に観察される。この準位
は、おそらく、何等かの不純物欠陥複合体に関係し、及
び我々の全イオン注入試料にも存在する。バルクＧａＮ
上で成長させたＧａＮエピタキシャル層には、この準位
が無いことが文献に示されており、該準位が構造欠陥、
例えばＧａＮとその下のサファイア基材との格子の不整
合から生じる界面の結晶転位の存在にも関係することを
示唆する。3.26eV付近の領域は発光ピークを含まず、こ
のことは未ドープ層がｎ型であり、且つ未ドープＧａＮ
においては、アクセプターの存在は無視できる程少量で
あることを示す。実際、ホール測定は、未ドープ層が、
300Kのキャリアー濃度９×１０17ｃｍ-3、及び移動度48
ｃｍ-2／Ｖ・sec のｎ型であることを示す（表１）。一
般に、種々の温度及び窒素圧１気圧でアニールされた未
ドープのＧａＮ試料は総て、図４に示す未ドープ且つア
ニールされていないＧａＮ試料と、同じPL特性を示す
（詳細については表２を参照）。
【００５９】Ｃｕ、Ａｇ、又はＳｉのみをイオン注入さ
れたＧａＮ 先に述べたように、第Ｉ族元素ＣｕとＡｇを２価アクセ
プターとして、及び第ＩＶ族Ｓｉを１価ドナーとして用
い、これらはＧａ格子部位を占める。表２中のPL結果の
まとめから分かるように、Ｃｕ、Ａｇ、又はＳｉのみを
イオン注入されたＧａＮについて得られたPLスペクトル
は、2.2 eVの欠陥バンドの弱い発光以外は何等の特徴的
な点を示さない。
れたＧａＮ 先に述べたように、第Ｉ族元素ＣｕとＡｇを２価アクセ
プターとして、及び第ＩＶ族Ｓｉを１価ドナーとして用
い、これらはＧａ格子部位を占める。表２中のPL結果の
まとめから分かるように、Ｃｕ、Ａｇ、又はＳｉのみを
イオン注入されたＧａＮについて得られたPLスペクトル
は、2.2 eVの欠陥バンドの弱い発光以外は何等の特徴的
な点を示さない。
【００６０】Ｃｕ＋Ｓｉ及びＡｇ＋Ｓｉを共イオン注入
されたＧａＮ 図５は、Ｃｕ＋Ｓｉ及びＡｇ＋Ｓｉをイオン注入され、
且つ１０５０℃を越える温度でアニールされたＧａＮの
PLスペクトルを示す。該図に示したPLスペクトルから、
試料が共イオン注入され且つＴ＞１０５０℃でアニール
された場合の顕著な相違が明らかである。これらの試料
は、ドナーアクセプター（Ｄ−Ａ）領域として同定され
た新しい発光領域を示し、一連のピークを含む。主なピ
ークは3.27eVに現れ、90MeV 離れて、LOフォノンレプリ
カピークが在る。該領域はＤ−Ａペア（ドナーに束縛さ
れた電子とアクセプターのホール）発光の特徴を示す。
共イオン注入及びアニーリング後に3.27eV帯の出現を実
証したのは本発明が初めてである。マグネシウムが、イ
オン注入及びアニーリング後に、3.27eV帯を与えるとこ
ろの唯一の他の元素である。以下の事実： １）3.27eVのＤ−Ａピーク帯は、ＧａＮ中のＭｇのもの
とほぼ同じであり、共イオン注入（Ｃｕ＋Ｓｉ及びＡｇ
＋Ｓｉ）されてＴ＞１０５０℃でアニールされたＧａＮ
試料においてのみ現れる；及び ２）該ピークは、Ｃｕ、Ａｇ、又はＳｉのみをイオン注
入された試料においては存在しない、は、ＣｕとＳｉな
らびにＡｇとＳｉはクーロンペアを作って浅い１価のア
クセプター準位を形成し（図１）、それが3.27eVにＤ−
Ａ発光ピークを生じることを明確に示す。
されたＧａＮ 図５は、Ｃｕ＋Ｓｉ及びＡｇ＋Ｓｉをイオン注入され、
且つ１０５０℃を越える温度でアニールされたＧａＮの
PLスペクトルを示す。該図に示したPLスペクトルから、
試料が共イオン注入され且つＴ＞１０５０℃でアニール
された場合の顕著な相違が明らかである。これらの試料
は、ドナーアクセプター（Ｄ−Ａ）領域として同定され
た新しい発光領域を示し、一連のピークを含む。主なピ
ークは3.27eVに現れ、90MeV 離れて、LOフォノンレプリ
カピークが在る。該領域はＤ−Ａペア（ドナーに束縛さ
れた電子とアクセプターのホール）発光の特徴を示す。
共イオン注入及びアニーリング後に3.27eV帯の出現を実
証したのは本発明が初めてである。マグネシウムが、イ
オン注入及びアニーリング後に、3.27eV帯を与えるとこ
ろの唯一の他の元素である。以下の事実： １）3.27eVのＤ−Ａピーク帯は、ＧａＮ中のＭｇのもの
とほぼ同じであり、共イオン注入（Ｃｕ＋Ｓｉ及びＡｇ
＋Ｓｉ）されてＴ＞１０５０℃でアニールされたＧａＮ
試料においてのみ現れる；及び ２）該ピークは、Ｃｕ、Ａｇ、又はＳｉのみをイオン注
入された試料においては存在しない、は、ＣｕとＳｉな
らびにＡｇとＳｉはクーロンペアを作って浅い１価のア
クセプター準位を形成し（図１）、それが3.27eVにＤ−
Ａ発光ピークを生じることを明確に示す。
【００６１】クーロンペアを有するＧａＮ試料からの青
色発光 より浅いアクセプター準位の存在の呈示（クーロンペア
リングにより）、ならびにＣ−Ｖ測定による注入層のｐ
型特性の証拠に基づき、Ｃｕ＋Ｓｉでクーロンドープさ
れ、且つＴ＞１０５０℃でアニールされたＧａＮ試料を
調べた。注入領域と底部のｎ型領域との間に電流を流す
と、青い発光が観測され、共注入／アニールされた領域
はｐ型であることを示した。これは、ＣｕとＳｉのクー
ロンペアリングの結果としてのｐ型伝導性のさらなる証
拠である。
色発光 より浅いアクセプター準位の存在の呈示（クーロンペア
リングにより）、ならびにＣ−Ｖ測定による注入層のｐ
型特性の証拠に基づき、Ｃｕ＋Ｓｉでクーロンドープさ
れ、且つＴ＞１０５０℃でアニールされたＧａＮ試料を
調べた。注入領域と底部のｎ型領域との間に電流を流す
と、青い発光が観測され、共注入／アニールされた領域
はｐ型であることを示した。これは、ＣｕとＳｉのクー
ロンペアリングの結果としてのｐ型伝導性のさらなる証
拠である。
【００６２】当業者は、この開示の結果、本発明に対す
る種々の修飾及び追加を知得するであろう。クーロンペ
アリングに必要とされる第Ｉ族と第ＩＶ族、ならびに第
Ｉ族と第ＶＩ族のドーパントの組み合わせは、金属−有
機化学蒸気蒸着(MOCVD) 又は分子ビームエピタキシー技
術(MBE) による、マルチプルヘテロ構造及び量子井戸構
造の結晶成長の間に窒化物層に導入することができる。
他の成長技術及び導入方法、例えば、本概念を実証する
ために用いられたイオン注入法も、これらのドーパント
の組み合わせの導入を容易にすることができる。本例を
経由して、他の半導体物質のドーピングのためのクーロ
ンペアリングの利用もこの開示により益する者は、想起
するであろう。さらに、アクセプター／ドナー ペアリ
ングをより促進し及び高ドーピング濃度による増大され
た利得を達成する詳細な工程は、ここで開示された工程
の、公知技術に基づく許容される修飾または改良として
与えられ得る。それら総ての修飾、付加及び改良は、請
求の範囲及びその均等物・方法によってのみ限定される
本発明の範囲に含まれる。
る種々の修飾及び追加を知得するであろう。クーロンペ
アリングに必要とされる第Ｉ族と第ＩＶ族、ならびに第
Ｉ族と第ＶＩ族のドーパントの組み合わせは、金属−有
機化学蒸気蒸着(MOCVD) 又は分子ビームエピタキシー技
術(MBE) による、マルチプルヘテロ構造及び量子井戸構
造の結晶成長の間に窒化物層に導入することができる。
他の成長技術及び導入方法、例えば、本概念を実証する
ために用いられたイオン注入法も、これらのドーパント
の組み合わせの導入を容易にすることができる。本例を
経由して、他の半導体物質のドーピングのためのクーロ
ンペアリングの利用もこの開示により益する者は、想起
するであろう。さらに、アクセプター／ドナー ペアリ
ングをより促進し及び高ドーピング濃度による増大され
た利得を達成する詳細な工程は、ここで開示された工程
の、公知技術に基づく許容される修飾または改良として
与えられ得る。それら総ての修飾、付加及び改良は、請
求の範囲及びその均等物・方法によってのみ限定される
本発明の範囲に含まれる。
【図１】本発明のクーロンペアリング法を用いるIII-Ｖ
窒化物におけるエネルギー準位の変化を説明するエネル
ギー帯ダイアグラムである。
窒化物におけるエネルギー準位の変化を説明するエネル
ギー帯ダイアグラムである。
【図２】他の物質における、クーロンペアリングにより
もたらされるエネルギー準位の変化を説明するエネルギ
ー帯ダイアグラムである。
もたらされるエネルギー準位の変化を説明するエネルギ
ー帯ダイアグラムである。
【図３】クーロンペアリングによるドーピングの、スペ
クトル応答に対する効果をグラフにより示す図である。
クトル応答に対する効果をグラフにより示す図である。
【図４】クーロンペアリング無しのＧａＮのフォトルミ
ネッセンススペクトルをグラフにより示す図である。
ネッセンススペクトルをグラフにより示す図である。
【図５】クーロンペアリングを伴うＧａＮのフォトルミ
ネッセンススペクトルをグラフにより示す図である。
ネッセンススペクトルをグラフにより示す図である。
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
Claims (10)
- 【請求項１】一対のドーパントを含む半導体デバイスで
あって、１つのドーパントが電荷ｎのアクセプターであ
り、及び１つのドーパントが電荷ｍのドナーであり（こ
こでｎ≠ｍ）、前記ドーパントがクーロン引力により結
合されて、電荷ｎ及び電荷ｍの相対的な大きさに応じ
て、一価のドナー又はアクセプター（Ｄm+Ａn-）を与え
る半導体デバイス。 - 【請求項２】第Ｉ族からのアクセプター元素と第ＩＶ族
又は第ＶＩ族からのドナー元素によりドープされたIII-
Ｖ半導体物質であって、該アクセプター元素は２価を有
し及び該ドナー元素は１価を有し、アクセプター元素と
ドナー元素とがクーロン引力によりペアを組んで、半導
体物質をドープすべき１価のアクセプターペアを与える
III-Ｖ半導体物質。 - 【請求項３】第１の元素と第２の元素のクーロンペアに
よりドープされているｐ型III-Ｖ半導体物質であって、
該第１の元素は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｕ、Ａｇ及びＡｕ
から成る群より選ばれ、該第２の元素は、Ｐｂ、Ｓｎ、
Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、及びＴｅから成る群より選
ばれるIII-Ｖ半導体物質。 - 【請求項４】半導体物質が、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ及
びそれらの合金から成る群より選ばれる請求項２記載の
ドープされたIII-Ｖ半導体物質。 - 【請求項５】半導体物質が、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ及
びそれらの合金から成る群より選ばれる請求項３記載の
ドープされたIII-Ｖ半導体物質。 - 【請求項６】III-Ｖ物質から作られ、且つ、第Ｉ族から
の元素と第ＩＶ族又は第ＶＩ族からの元素からなる元素
のクーロンペアでドープされた光発光半導体デバイス。 - 【請求項７】第Ｉ族からの元素と第ＩＶ族又は第ＶＩ族
の元素を含む元素のクーロンペアから形成されるドーパ
ントを有し、前記クーロンペアの各々がアクセプターイ
オンとして１価を示す、青色を発光するドープされたｐ
型ＧａＮ半導体デバイス。 - 【請求項８】少なくとも１つのドーパントが天然の欠陥
に基づくものである請求項１記載の半導体デバイス。 - 【請求項９】一対のドーパントを含む発光半導体デバイ
スであって、１つのドーパントが電荷ｎのアクセプター
であり、及び１つのドーパントが電荷ｍのドナーであり
（ここでｎ≠ｍ）、前記ドーパントがクーロン引力によ
り結合されて、電荷ｎ及び電荷ｍの相対的な大きさに応
じて、一価のドナー又はアクセプター（Ｄm+Ａn-）を与
える、発光半導体デバイス。 - 【請求項１０】第Ｉ族元素から元素を選択する工程；第
ＩＶ族及び第ＶＩ族元素から元素を選択する工程；該選
択された元素のクーロンペアを形成する工程、ここで該
ペアの各々は２価のアクセプターと１価のドナーを含
む；ペアを組んでいないドナーの濃度を最小にしなが
ら、前記ペアの濃度を最大化する工程；及び該クーロン
ペアを、III-Ｖ半導体物質内に導入する工程；を含むII
I-Ｖ型半導体をドーピングする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US92397197A | 1997-09-05 | 1997-09-05 | |
| US08/923,971 | 1997-09-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11233825A true JPH11233825A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=25449534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6767698A Pending JPH11233825A (ja) | 1997-09-05 | 1998-03-04 | 高伝導性の半導体物質及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0902487A3 (ja) |
| JP (1) | JPH11233825A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008117750A1 (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Tokuyama Corporation | Ｐ型iii族窒化物半導体およびiii族窒化物半導体素子 |
| JP2009088553A (ja) * | 2008-12-03 | 2009-04-23 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体層、発光層およびｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| WO2012053332A1 (ja) * | 2010-10-19 | 2012-04-26 | 昭和電工株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子及び多波長発光ｉｉｉ族窒化物半導体層 |
| WO2012053331A1 (ja) * | 2010-10-19 | 2012-04-26 | 昭和電工株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、多波長発光ｉｉｉ族窒化物半導体層及び多波長発光ｉｉｉ族窒化物半導体層の形成方法 |
| JP2017195396A (ja) * | 2005-06-01 | 2017-10-26 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 発光デバイスおよびその作製方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996011502A1 (en) * | 1994-10-11 | 1996-04-18 | International Business Machines Corporation | WAVELENGTH TUNING OF GaN-BASED LIGHT EMITTING DIODES, LIGHT EMITTING DIODE ARRAYS AND DISPLAYS BY INTRODUCTION OF DEEP DONORS |
| US5617438A (en) * | 1994-12-19 | 1997-04-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser and method for manufacturing the same |
| EP0807978A3 (en) * | 1996-05-10 | 1997-11-26 | Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik | A method of fabricating a layer of high p-type conductivity in a semiconductor component and a semiconductor component having such a layer |
-
1998
- 1998-01-15 EP EP98300278A patent/EP0902487A3/en not_active Withdrawn
- 1998-03-04 JP JP6767698A patent/JPH11233825A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017195396A (ja) * | 2005-06-01 | 2017-10-26 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 発光デバイスおよびその作製方法 |
| US10529892B2 (en) | 2005-06-01 | 2020-01-07 | The Regents Of The University Of California | Technique for the growth and fabrication of semipolar (Ga,Al,In,B)N thin films, heterostructures, and devices |
| WO2008117750A1 (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Tokuyama Corporation | Ｐ型iii族窒化物半導体およびiii族窒化物半導体素子 |
| US8238391B2 (en) | 2007-03-23 | 2012-08-07 | Tokuyama Corporation | P-type group III nitride semiconductor and group III nitride semiconductor element |
| JP2009088553A (ja) * | 2008-12-03 | 2009-04-23 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体層、発光層およびｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| WO2012053332A1 (ja) * | 2010-10-19 | 2012-04-26 | 昭和電工株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子及び多波長発光ｉｉｉ族窒化物半導体層 |
| WO2012053331A1 (ja) * | 2010-10-19 | 2012-04-26 | 昭和電工株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、多波長発光ｉｉｉ族窒化物半導体層及び多波長発光ｉｉｉ族窒化物半導体層の形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0902487A3 (en) | 2000-10-25 |
| EP0902487A2 (en) | 1999-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | ZnF2-assisted synthesis of highly luminescent InP/ZnSe/ZnS quantum dots for efficient and stable electroluminescence | |
| JP3078611B2 (ja) | Ｉｉｂ−ｖｉａ族半導体層を含む発光半導体デバイス | |
| US8148731B2 (en) | Films and structures for metal oxide semiconductor light emitting devices and methods | |
| US9985173B2 (en) | II-III-N semiconductor nanoparticles and method of making same | |
| JP2008538164A (ja) | 金属酸化物半導体膜、構造および方法 | |
| US5767533A (en) | High-conductivity semiconductor material having a dopant comprising coulombic pairs of elements | |
| US20060261350A1 (en) | Light-emitting diode | |
| US9876143B2 (en) | Ultraviolet light emitting device doped with boron | |
| JP4233570B2 (ja) | 半導体材料およびこれを用いた半導体素子 | |
| US20120025139A1 (en) | Ii-iii-v compound semiconductor | |
| JPH11233825A (ja) | 高伝導性の半導体物質及びその製造方法 | |
| KR101067474B1 (ko) | 반도체 발광소자 | |
| KR100693407B1 (ko) | ｐ형 산화아연 반도체를 이용한 산화아연 단파장 발광소자 제작방법 | |
| Wagner | Chalcopyrites | |
| TWI803556B (zh) | 半導體疊層、半導體元件及其製造方法 | |
| Fan et al. | Electrical properties of blue/green diode lasers | |
| JP2001226200A (ja) | 低抵抗ｐ型単結晶ＺｎＳおよびその製造方法 | |
| CN103518266B (zh) | Ⅲ族氮化物半导体发光元件 | |
| KR100389738B1 (ko) | 단파장 산화아연 발광소자 및 그 제조방법 | |
| JP2006261620A (ja) | 固溶半導体発光素子用材料および発光素子 | |
| Lu et al. | Principal Phosphor Materials and Their Optical Properties | |
| Gunshor et al. | The molecular beam epitaxial growth of wide gap II–VI injection lasers and light-emitting diodes | |
| JP3405552B2 (ja) | 光半導体装置 | |
| EP0807978A2 (en) | A method of fabricating a layer of high p-type conductivity in a semiconductor component and a semiconductor component having such a layer | |
| Wang | ZnO Nanowire Array-Based Optoelectronic Devices |