JP5236847B2 - Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体結晶および光電変換機能素子 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体層とコンタクト層を有するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶およびそれを基体として用いた光電変換機能素子に関する。
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、化合物半導体の中でも特にワイドバンドギャップを有する半導体であるため、黄色発光、緑色発光、青色発光などが可能である。そこで近年、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を基体として用いて、高効率、長寿命の光電変換機能素子の開発が試みられている。
高効率の光電変換機能素子を作製するためには、半導体の伝導型をｐ型にもｎ型にも制御可能であることで必要あるが、一般にＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は伝導型の制御が困難であった。例えば、ＺｎＳｅ系化合物半導体は、低抵抗のｎ型に制御するのは比較的容易であるが、ｐ型に制御するのは困難である。逆に、ＺｎＴｅ系化合物半導体は、ｐ型に制御するのは容易であるが、ｎ型に制御するのは困難である。
ここで、ＺｎＳｅ系化合物半導体とはＺｎＳｅと実質的に格子整合する化合物半導体を包含した半導体のことを意味し、同様にＺｎＴｅ系化合物半導体とはＺｎＴｅと実質的に格子整合する化合物を包含した半導体のことを意味する。
一般に、光電変換機能素子に用いられるＺｎＳｅ系化合物半導体結晶は、分子線エピタキシャル成長法を用いて窒素をプラズマ励起させることにより得られる反応性に富んだ活性窒素をＺｎＳｅ中に高濃度で照射する方法により形成されたｐ型ＺｎＳｅ層を有し、このｐ型ＺｎＳｅ層を電極とのコンタクト層として用いる。
しかし、ＺｎＳｅはｐ型の高いキャリア濃度を得るのは困難であるため、ｐ型電極とｐ型ＺｎＳｅコンタクト層との接触抵抗を充分に小さくすることはできなかった。そのため、ｐｎ接合を有するＺｎＳｅ系化合物半導体結晶を用いた光電変換機能素子は、その動作電圧が高くなり、消費電力が多くなるという問題や発熱により素子の劣化が早くなるという問題がある。
そこで、ＺｎＳｅ系化合物半導体のｐｎ接合の上に、ｐ型不純物を高濃度で添加できるＺｎＴｅ層を積層し、このＺｎＴｅ層をｐ型電極とのコンタクト層とした光電変換機能素子が提案された。しかし、ＺｎＳｅ層上にＺｎＴｅ層を直接積層したのでは、界面におけるバンドギャップが大きいために抵抗が大きくなり、低電圧化を実現することはできなかった。
また、ＺｎＳｅ層の上にＳｅとＴｅの組成比を徐々に変化させたＺｎＳｅＴｅ組成勾配層を形成し、その上にｐ型ＺｎＴｅコンタクト層を形成した積層構造を有する結晶を用いた光電変換機能素子や、ＺｎＳｅ層の上にＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層を形成し、その上にｐ型ＺｎＴｅコンタクト層を形成した積層構造を有する結晶を用いた光電変換機能素子が開発され低電圧化が図られた。
しかし、上述したように組成比を変化させたＺｎＳｅＴｅ層やＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層を含む積層構造を有する結晶は、ＺｎＴｅとＺｎＳｅの格子定数が大きく異なるために高い結晶性で作製することが困難であり、光電変換素子の特性に悪影響を与えるという欠点がある。すなわち、上述した積層構造を有するＺｎＳｅ系化合物半導体結晶を用いた光電変換素子は実用化されているものの、動作電圧を充分に低電圧とすることはできず、消費電力および素子劣化の問題は充分に改善されていない。
一方、ＺｎＴｅ系化合物半導体を用いた光電変換機能素子は、これまでＺｎＴｅ単結晶を容易に育成することができなかったために開発はあまり進められていなかった。しかし近年、本発明者等はｐ型ＺｎＴｅ単結晶の育成に成功し、これによって安定的にｐ型ＺｎＴｅ単結晶基板を入手できるようになった。そして、これに伴いＺｎＴｅ系化合物半導体を用いた光電変換機能素子の開発も広く行われるようになった。
一般に、光電変換機能素子用の基体として用いられるＺｎＴｅ系化合物半導体結晶は以下に示す積層構造を有している。
例えば、ｐ型ＺｎＴｅ単結晶基板表面にＩＩＩ族元素を配置し、熱処理を施して前記ＩＩＩ族元素をｎ型不純物として基板中に拡散させｎ型ＺｎＴｅ層を形成して得られる積層構造を有している。
例えば、ｐ型ＺｎＴｅ単結晶基板表面にＩＩＩ族元素を配置し、熱処理を施して前記ＩＩＩ族元素をｎ型不純物として基板中に拡散させｎ型ＺｎＴｅ層を形成して得られる積層構造を有している。
または、ｐ型ＺｎＴｅ単結晶基板上にエピタキシャル成長法でｎ型ＺｎＴｅ薄膜を形成して得られる積層構造を有している。
または、ｐ型ＺｎＴｅ単結晶基板上にｐ型ＺｎＴｅバッファ層と、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｓｅなどを含むＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の四元混晶のｐ型クラッド層と、ＺｎＴｅ活性層と、四元混晶のｎ型クラッド層とをエピタキシャル成長により順次形成して得られる積層構造を有している。
または、ｐ型ＺｎＴｅ単結晶基板上にｐ型ＺｎＴｅバッファ層と、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｓｅなどを含むＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の四元混晶のｐ型クラッド層と、ＺｎＴｅ活性層と、四元混晶のｎ型クラッド層とをエピタキシャル成長により順次形成して得られる積層構造を有している。
しかしながら、ＺｎＴｅ系化合物半導体は、ｎ型の高いキャリア濃度を得ることが困難であるため、ｎ型電極とｎ型ＺｎＴｅ層との接触抵抗を充分に小さくすることができなかった。このため、ＺｎＴｅ系化合物半導体を用いた光電変換機能素子は、動作電圧が高くなり消費電力が高くなるという問題や発熱により素子の劣化が早くなるという問題を抱えていた。
すなわち、上述した積層構造におけるｎ型半導体層（ｎ型ＺｎＴｅ層、四元混晶のｎ型クラッド層）のキャリア濃度は１０１７／ｃｍ−３が限界であり、このレベルのキャリア濃度では電極とオーミック接触を得ることはできないため、接触抵抗を低くすることは困難であった。したがって、現在のところｐｎ接合を有するＺｎＴｅ系化合物半導体結晶を基体として用いた光電変換機能素子は実使用レベルには至っておらず、効果的に低電圧化できたという報告例もない。
本発明は、上記問題点を解決するためなされたもので、所望の伝導型に制御可能なコンタクト層を有するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶およびそれを基体として用いた光電変換機能素子を提供することを目的とする。
本発明者等は、前述したＺｎＳｅ系化合物半導体で用いられている技術、すなわちＺｎＳｅ系化合物半導体においてＺｎＴｅ層をｐ型コンタクト層として利用する技術を、ＺｎＴｅ系化合物半導体結晶を基体として用いた光電変換機能素子に応用できないか検討した。つまり、ＺｎＴｅ系化合物半導体において伝導型をｎ型に制御しやすいＳｅ系化合物半導体をｎ型コンタクト層として利用することを検討した。その結果、ＣｄＳｅはＣｌ（塩素）等のＶＩＩ族元素やＡｌ等のＩＩＩ族元素を添加することによりキャリア濃度を１０１９ｃｍ−３まで容易にあげられるだけでなく、格子定数が６．０５ÅでありＺｎＴｅの格子定数（６．１０Å）と比較的近いので結晶性の面からもＺｎＴｅ系化合物半導体のｎ型コンタクト層として最適であるという結論を得た。
また、ＺｎＴｅ層の上にＣｄＳｅ層を直接積層したのでは、界面におけるバンドギャップが大きいために抵抗が大きくなるが、ｎ型ＺｎＴｅ層とｎ型ＣｄＳｅコンタクト層の間にＺｎＴｅ／ＣｄＳｅ超格子層またはＺｎＣｄＳｅＴｅの組成勾配層を形成することにより、バンドギャップの傾斜を緩やかにして抵抗が大きくなるという問題を回避できることを見出した。
また、ＺｎＳｅ系化合物半導体において、ＺｎＳｅ層とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層の間にＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層またはＺｎＳｅＴｅの組成勾配層を形成するようにした場合は、ＺｎＴｅとＺｎＳｅの格子定数の差が大きいために結晶性に悪影響を与える可能性が高かったが、ＺｎＴｅ／ＣｄＳｅ超格子またはＺｎＣｄＳｅＴｅの組成勾配層の場合はＺｎＴｅとＣｄＳｅの格子定数が比較的近いために結晶性に与える影響も比較的小さいことを見出した。
なお、半導体層とコンタクト層との間にＣｄＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層またはＺｎＣｄＳｅＴｅの組成勾配層を形成してコンタクト層の伝導型を制御するという考えは、ＺｎＴｅ系化合物半導体結晶のｎ型制御に関して有効なだけでなく、ＣｄＳｅ系化合物半導体結晶のｐ型制御についても有効であると考えられる。
本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、ＺｎＴｅ系化合物半導体層の上にｎ型ＣｄＳｅとｎ型ＺｎＴｅとが積層されてなる超格子層またはＺｎＣｄＳｅＴｅの組成勾配層を含むｎ型コンタクト層を有するようにしたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶である。また、ＣｄＳｅ系化合物半導体層の上にｐ型ＣｄＳｅとｐ型ＺｎＴｅとが積層されてなる超格子層またはＺｎＣｄＳｅＴｅの組成勾配層を含むｐ型コンタクト層を有するようにしたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶である。
これにより、伝導型の制御が困難なＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であっても、コンタクト層の伝導型を比較的容易に制御することができるようになる。つまり、コンタクト層のキャリア濃度を容易に大きくすることができる。したがって、このような半導体結晶を基体として用いた半導体素子は、コンタクト層と電極との接触がオーミック接触となるので、半導体素子の低電圧化を図ることができる。
例えば、ｐｎ接合を有するＺｎＴｅ系化合物半導体結晶の表面及び裏面にそれぞれ電極を設けてなり、ｎ型半導体層とｎ型電極との間にｎ型コンタクト層を有するとともに、前記ｎ型コンタクト層の少なくとも一部はｎ型ＣｄＳｅとｎ型ＺｎＴｅとが積層されてなる超格子層で構成されるようにした光電変換機能素子がある。
具体的には、ＺｎＴｅ系化合物半導体のｎ型半導体層の上にｎ型ＣｄＳｅ／ｎ型ＺｎＴｅ超格子層を形成し、ｎ型電極と接触する層がｎ型ＣｄＳｅ層となるようにしている。このとき、ｎ型電極と接触するｎ型ＣｄＳｅ層はＣｌ等のＶＩＩ族元素やＡｌ等のＩＩＩ族元素を添加することによりキャリア濃度を１０１８ｃｍ−３以上、さらに好ましくは１０１９ｃｍ−３以上とするのが望ましい。
この光電変換機能素子によれば、ｎ型コンタクト層のキャリア濃度が大きいのでｎ型電極とｎ型コンタクト層との接触をオーミック接触とすることができるとともに、ＺｎＴｅ／ＣｄＳｅ超格子層またはＺｎＣｄＳｅＴｅの組成勾配層を形成することによりバンドギャップが緩やかに傾斜するようにしているのでバンドギャップ差により抵抗が大きくなるのを回避できる。また、この光電変換機能素子の動作電圧は４Ｖ以下になるので、ＺｎＴｅ系化合物半導体結晶を基体として用いた光電変換機能素子の実用化が期待される。
具体的には、バンドギャップ差のないコンタクト層は、ＺｎＴｅとＣｄＳｅの膜厚比を段階的に変えて形成した超格子構造により達成できる。例えば、ＺｎＴｅ系化合物半導体層上に形成される超格子層は、ほぼ一定の膜厚を有するＺｎＴｅ層と、膜厚を段階的に増加させたＣｄＳｅ層とが交互に積層されて形成される。このとき、ＺｎＴｅ層の膜厚は１ｎｍ〜５０ｎｍの間で固定し、ＣｄＳｅ層の膜厚は０．２ｎｍ〜２０ｎｍ程度からはじめてＺｎＴｅ層の膜厚程度まで数段階で増加させるようにするとよい。このような超格子構造によりバンドギャップ差の影響の少ないコンタクト層を形成することができる。
また、超格子層またはＺｎＣｄＳｅＴｅの組成勾配層を構成するＣｄＳｅとＺｎＴｅの格子定数は比較的近いので、ＣｄＳｅ／ＺｎＴｅ超格子がＺｎＴｅ系化合物半導体結晶の結晶性に悪影響を与える可能性は小さい。したがって、優れた発光特性を有する光電変換機能素子を得ることができる。
また、ｐｎ接合を少なくとも有するＣｄＳｅ系化合物半導体結晶の表面及び裏面にそれぞれ電極を設けてなる光電変換機能素子の場合は、ｐ型半導体層とｐ型電極との間にｐ型コンタクト層を有するとともに、前記ｐ型コンタクト層の少なくとも一部はｐ型ＣｄＳｅとｐ型ＺｎＴｅの超格子から構成されるようにするとよい。
例えば、伝導型をｐ型に制御するのが困難なＣｄＳｅ系化合物半導体に本発明を適用することにより、高キャリア濃度のｐ型コンタクト層を形成することができるので、ｐ型電極とｐ型コンタクト層との接触がオーミック接触となるので、光電変換機能素子の動作電圧の低電圧化を図ることができる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る光電変換機能素子としての発光ダイオード（ＬＥＤ）の構成を表す説明図である。
本実施形態の発光ダイオードは、ＺｎＴｅ基板１１上にＺｎＴｅバッファ層１２を介して、ｐ型ＺｎＴｅクラッド層１３と、ＺｎＴｅ中間層１４と、ＺｎＣｄＴｅ活性層１５と、ＺｎＴｅ中間層１６と、ｎ型ＺｎＴｅクラッド層１７と、ｎ型ＣｄＳｅ／ｎ型ＺｎＴｅ超格子層（ＭＱＷ：Multiple-quantum-well）と、ｎ型ＣｄＳｅコンタクト層と、が順次積層されてなる半導体素子の表面および裏面にＡｕ電極１０、２０を形成して構成される。
図１は、本発明に係る光電変換機能素子としての発光ダイオード（ＬＥＤ）の構成を表す説明図である。
本実施形態の発光ダイオードは、ＺｎＴｅ基板１１上にＺｎＴｅバッファ層１２を介して、ｐ型ＺｎＴｅクラッド層１３と、ＺｎＴｅ中間層１４と、ＺｎＣｄＴｅ活性層１５と、ＺｎＴｅ中間層１６と、ｎ型ＺｎＴｅクラッド層１７と、ｎ型ＣｄＳｅ／ｎ型ＺｎＴｅ超格子層（ＭＱＷ：Multiple-quantum-well）と、ｎ型ＣｄＳｅコンタクト層と、が順次積層されてなる半導体素子の表面および裏面にＡｕ電極１０、２０を形成して構成される。
以下、本発明者等が実施した上記のような構造を有する発光ダイオードの製造手順の一例について説明する。
まず、ＺｎＴｅ単結晶基板１１をブロム−メタノール溶液でエッチングした後、分子線エピタキシャル装置へ導入した。３５０℃で１分間の熱処理を施して基板表面を洗浄し、次いで、ＺｎＴｅ単結晶基板１１上にＺｎＴｅバッファ層１２を２４０℃の低温で５ｎｍの厚さで形成した。
まず、ＺｎＴｅ単結晶基板１１をブロム−メタノール溶液でエッチングした後、分子線エピタキシャル装置へ導入した。３５０℃で１分間の熱処理を施して基板表面を洗浄し、次いで、ＺｎＴｅ単結晶基板１１上にＺｎＴｅバッファ層１２を２４０℃の低温で５ｎｍの厚さで形成した。
次に、ｐ型ＺｎＴｅクラッド層１３を５００ｎｍの厚さで形成した。なお、ｐ型ＺｎＴｅクラッド層１３は、不純物としてプラズマ励起により活性化したＮ（窒素）をドーピングしてｐ型に制御した。
次に、ｐ型ＺｎＴｅクラッド層１３上にアンドープＺｎＴｅ中間層１４を５０ｎｍの厚さで形成し、その上にアンドープＺｎＣｄＴｅ活性層１５を１０ｎｍの厚さで形成し、さらにその上にアンドープＺｎＴｅ中間層１６を５０ｎｍの厚さで形成し、さらにｎ型ＺｎＴｅクラッド層１７を２００ｎｍの厚さで形成した。なお、ｎ型ＺｎＴｅクラッド層１７は、不純物としてＣｌをドーピングしてｎ型に制御した。
次に、ｎ型ＺｎＴｅクラッド層１９上にＣｄＳｅとＺｎＴｅを交互に７層（計１４層）積み重ねたＣｄＳｅ／ＺｎＴｅの超格子層（ＭＱＷ）１８を形成した。このとき、ＣｄＳｅ層は０．３ｎｍ（ｎ型ＺｎＴｅクラッド層１７側）から１．７ｎｍ（ｎ型ＣｄＳｅ層１９側）まで徐々に厚くなるように形成し、ＺｎＴｅ層は２ｎｍの厚さで形成した。
次に、ＣｄＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層１８の上にｎ型ＣｄＳｅ層１９を５０ｎｍの厚さで形成して、発光ダイオードの基体となるＺｎＴｅ化合物半導体結晶を作製した。ここで、ｎ型ＣｄＳｅ層１９は、不純物としてＣｌをドーピングしてｎ型に制御しており、そのキャリア濃度は９×１０１８〜ｃｍ−３とした。
なお、図１の構成では、ＣｄＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層１８とｎ型ＣｄＳｅコンタクト層１９を区別して示しているが、ｎ型ＣｄＳｅ層１９もＣｄＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層１８の一部と見ることができるので、ＣｄＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層はｎ型コンタクト層の一部を構成しているということができる。
図２は、本実施形態に係るＺｎＴｅ化合物半導体結晶をフォトルミネッセンス（ＰＬ：Photoluminescence）法により評価して得られたエネルギースペクトル図である。具体的には、上述のようにして作製したＺｎＴｅ化合物半導体結晶に１５Ｋの温度下で光を入射したときにＺｎＣｄＴｅ活性層１５から放射された光のエネルギースペクトル図である。
図２に示すように、２．２２ｅＶ付近に鮮明なピークが観測され、その半値幅は５．９ｍｅＶであった。これより、本実施形態にかかるＺｎＴｅ化合物半導体結晶は、結晶欠陥のない高品質な結晶であり発光ダイオードの基体として適していることが確認できた。
さらに、上記ＺｎＴｅ化合物半導体結晶を基体として、ｎ型ＣｄＳｅ層１９の表面およびｐ型ＺｎＴｅ単結晶基板の裏面に蒸着法によりＡｕ電極を形成し、図１に示す構造を有する発光ダイオードを作製した。なお、ｎ型電極にはＡｕの他にＡｌやＩｎを用いてもよい。
図３は、本実施形態の発光ダイオードをエレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Electroluminescence）法により評価して得られたエネルギースペクトル図である。具体的には、本実施形態の発光ダイオードに２０ｍＡ、４０ｍＡ、６０ｍＡ（電流密度で１２Ａ／ｃｍ２、２３Ａ／ｃｍ２、３５Ａ／ｃｍ２）のパルス電流を流したときに放射される光のエネルギースペクトル図である。なお、本実験に用いた電流のパルス波形は、繰り返し周波数が１ｋＨｚでデューティ比（電流をＯＮする割合）が１０％の方形波とした。
図３より、パルス電流値が大きくなるにつれてＥＬ強度は大きくなることがわかる。また、パルス電流値の大きさに関わらず２．１１ｅＶ付近に鮮明なピークが観測され、ピークの半値幅は２５．９ｍｅＶであった。また、得られた発光は波長が５８７ｎｍの明るい黄色光であり、室温下でも肉眼で視認することができた。
図４は、本実施形態の発光ダイオードの電流−電圧特性を示す図である。これより、本実施形態の発光ダイオードは、立ち上がり電圧（電流が流れ始める電圧）が４Ｖ付近であることが分かる。従来、ＺｎＴｅ系化合物半導体を基体として用いた発光ダイオードは立ち上がり電圧が７Ｖ程度であったために実用化するのが困難であったが、本実施形態の発光ダイオードでは立ち上がり電圧が４Ｖと改善されたために実用化できるレベルとなった。
なお、発光ダイオードの立ち上がり電圧としては４Ｖでもまだ高いと考えられるが、本実施形態で適用したＣｄＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層の構成（各層の厚さや積層数）を最適化することにより、より低電圧化を図ることが期待できる。
以上、本発明者等によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態では、発光ダイオードの基体としてＺｎＴｅ化合物半導体結晶を用いたが、ＺｎＴｅ化合物半導体以外でも実質的にＺｎＴｅと格子整合する化合物半導体であれば同様の効果を得られると考えられる。
例えば、本実施形態では、発光ダイオードの基体としてＺｎＴｅ化合物半導体結晶を用いたが、ＺｎＴｅ化合物半導体以外でも実質的にＺｎＴｅと格子整合する化合物半導体であれば同様の効果を得られると考えられる。
また、本実施形態では、ＺｎＴｅ化合物半導体層のｎ型コンタクト層の一部をＣｄＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層で構成することによりｎ型コンタクト層を改良した例について説明したが、ＣｄＳｅと実質的に格子整合する化合物半導体のｐ型コンタクト層の一部をＣｄＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層で構成することによりｐ型コンタクト層を改良したＣｄＳｅ系化合物半導体結晶を作製することも可能であり、このＣｄＳｅ系化合物半導体結晶を基体として用いた光電変換機能素子は本実施形態の発光ダイオードと同等の特性を期待できる。
また、本実施形態ではＺｎＴｅ化合物半導体層のｎ型コンタクト層の一部をＣｄＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層で構成するようにしているが、前記超格子層のかわりにＺｎＣｄＳｅＴｅの組成勾配層を形成するようにしてもバンドギャップを緩やかに傾斜させることができるので同様の効果を期待できる。
また、半導体層をエピタキシャル成長させるときのｐ型不純物としては、窒素、燐、砒素が適当であり、ｎ型不純物としてはＡｌ等のＩＩＩ族元素あるいはＣｌ等のＶＩＩ族元素が適当である。
また、エピタキシャル成長法は、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）に限らず有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）でもよい。
本発明によれば、ＺｎＴｅ系化合物半導体結晶において、ＺｎＴｅ系化合物半導体層の上にｎ型ＣｄＳｅとｎ型ＺｎＴｅとが積層されてなる超格子層またはＺｎＣｄＳｅＴｅの組成勾配層を含むｎ型コンタクト層を有するようにしたので、伝導型をｎ型に制御するのが困難なＺｎＴｅ系化合物半導体であってもそのｎ型コンタクト層のキャリア濃度を大きくして伝導型を比較的容易に制御することができるという効果を奏する。
また、コンタクト層と電極との間にＣｄＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層またはＺｎＣｄＳｅＴｅの組成勾配層を形成するようにしているので、バンドギャップにより抵抗が増大するのを抑えることができる。さらに、超格子層またはＺｎＣｄＳｅＴｅの組成勾配層を構成するＣｄＳｅとＺｎＴｅの格子定数は比較的近いので半導体結晶の結晶性に悪影響を与える可能性は低く、高品質の半導体結晶を得ることができる。
したがって、このような半導体結晶を基体として用いた半導体素子は、コンタクト層と電極との接触がオーミック接触となるので半導体素子の低電圧化を図ることができるとともに、半導体結晶の品質が優れているので例えば光電変換機能素子においては優れた発光特性を得ることができるという効果を奏する。
１０ Ａｕ電極
１１ ＺｎＴｅ基板
１２ ＺｎＴｅバッファ層
１３ ｐ型ＺｎＴｅクラッド層
１４ ＺｎＴｅ中間層
１５ ＺｎＣｄＴｅ活性層
１６ ＺｎＴｅ中間層
１７ ｎ型ＺｎＴｅクラッド層
１８ ＣｄＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層
１９ ｎ型ＣｄＳｅコンタクト層
２０ Ａｕ電極
１１ ＺｎＴｅ基板
１２ ＺｎＴｅバッファ層
１３ ｐ型ＺｎＴｅクラッド層
１４ ＺｎＴｅ中間層
１５ ＺｎＣｄＴｅ活性層
１６ ＺｎＴｅ中間層
１７ ｎ型ＺｎＴｅクラッド層
１８ ＣｄＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層
１９ ｎ型ＣｄＳｅコンタクト層
２０ Ａｕ電極
Claims (7)
-
ＺｎＴｅ基板上にＺｎＴｅバッファ層と、プラズマ励起により活性化した窒素をドーピングしてｐ型に制御したｐ型ＺｎＴｅクラッド層と、アンドープＺｎＴｅ中間層と、アンドープＺｎＣｄＴｅ活性層と、アンドープＺｎＴｅ中間層と、Ｃｌをドーピングしてｎ型に制御したｎ型ＺｎＴｅクラッド層とを順に形成してなるＺｎＴｅ系化合物半導体層の上に、Ｃｌをドーピングしてｎ型に制御したｎ型ＣｄＳｅとｎ型ＺｎＴｅとが膜厚比を段階的に変えて積層されてなる超格子層を含むｎ型コンタクト層を有し、その上にＣｌをドーピングしてｎ型に制御したｎ型ＣｄＳｅ層を形成して発光ダイオードの基体とすることを特徴とするＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶。
- 前記超格子層は、一定の膜厚を有する前記ＺｎＴｅ層と、膜厚を段階的に変化させた前記ＣｄＳｅ層とを交互に複数層ずつ積み重ねて形成されるものであることを特徴とする請求項１に記載したＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶。
- 前記ＺｎＴｅ層の一定の膜厚は１〜５０ｎｍの間で固定するものであり、
前記ＣｄＳｅ層の膜厚は前記ＺｎＴｅ層の膜厚よりも薄い膜厚から前記ＺｎＴｅの膜厚に段階的に近づくように形成したものであることを特徴とする請求項２に記載したＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶。
- 前記ＺｎＴｅ層の一定の膜厚は２ｎｍで固定し、
前記ＣｄＳｅ層の膜厚は０．３ｎｍから１．７ｎｍまで段階的に変化させて、
前記積み重ねる層の数は、交互に７層（計１４層）であることを特徴とする請求項３に記載したＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶。
- ＣｄＳｅ基板上にＣｄＳｅバッファ層と、Ｃｌをドーピングしてｎ型に制御したｎ型ＣｄＳｅクラッド層と、アンドープＣｄＳｅ中間層と、アンドープＣｄＺｎＳｅ活性層と、アンドープＣｄＳｅ中間層と、ｐ型ＣｄＳｅクラッド層とを順に形成してなるＣｄＳｅ系化合物半導体層の上に、ｐ型ＣｄＳｅとプラズマ励起により活性化した窒素をドーピングしてｐ型に制御したｐ型ＺｎＴｅとが膜厚比を段階的に変えて積層されてなる超格子層を含むｐ型コンタクト層を有し、その上にプラズマ励起により活性化した窒素をドーピングしてｐ型に制御したｐ型ＺｎＴｅ層を形成して発光ダイオードの基体とすることを特徴とするＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶。
-
ｐｎ接合を有するＺｎＴｅ系化合物半導体結晶の表面及び裏面にそれぞれ電極を設けてなる光電変換機能素子において、ＺｎＴｅ基板上にＺｎＴｅバッファ層と、ｐ型ＺｎＴｅクラッド層と、アンドープＺｎＴｅ中間層と、アンドープＺｎＣｄＴｅ活性層と、アンドープＺｎＴｅ中間層と、ｎ型ＺｎＴｅクラッド層とを順に形成してなるｎ型半導体層とｎ型電極との間にｎ型コンタクト層を有し、その上にＣｌをドーピングしてｎ型に制御したｎ型ＣｄＳｅ層を形成して発光ダイオードの基体とするとともに、前記ｎ型コンタクト層の少なくとも一部はｎ型ＣｄＳｅとｎ型ＺｎＴｅとが積層されてなる超格子層で構成されていることを特徴とする光電変換機能素子。
-
ｐｎ接合を少なくとも有するＣｄＳｅ系化合物半導体結晶の表面及び裏面にそれぞれ電極を設けてなる光電変換機能素子において、ＣｄＳｅ基板上にＣｄＳｅバッファ層と、Ｃｌをドーピングしてｎ型に制御したｎ型ＣｄＳｅクラッド層と、アンドープＣｄＳｅ中間層と、アンドープＣｄＺｎＳｅ活性層と、アンドープＣｄＳｅ中間層と、ｐ型ＣｄＳｅクラッド層とを順に形成してなるｐ型半導体層とｐ型電極との間にｐ型コンタクト層を有し、その上にプラズマ励起により活性化した窒素をドーピングしてｐ型に制御したｐ型ＺｎＴｅ層を形成して発光ダイオードの基体とするとともに、前記ｐ型コンタクト層の少なくとも一部はｐ型ＣｄＳｅとプラズマ励起により活性化した窒素をドーピングしてｐ型に制御したｐ型ＺｎＴｅとが積層されてなる超格子層で構成されていることを特徴とする光電変換機能素子。
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