(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上面にＩＩ−ＶＩ族化合物からなる第１の半導体膜を形成し、ＩＩ−ＶＩ族化合物からなり上記第１の半導体膜よりもキャリア濃度の高い第２の半導体膜を上記第１の半導体膜の上面に形成した半導体装置において、
上記第１の半導体膜と上記第２の半導体膜との間に、ＩＩＩ  −ＶＩ族の層状半導体からなる第３の半導体膜を介在させたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記第１、第２の半導体膜がｐ型であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
上記第１又は上記第２の半導体膜が、マグネシウム、水銀、亜鉛、カドミウムから選択した１又は２以上の元素と、硫黄、セレン、テルルから選択した１又は２以上の元素とを化合させた２元以上の混晶化合物からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
上記第３の半導体膜が、インジウム、ガリウム、アルミニウムから選ばれた１又は２以上の元素と、セレン、テルル、硫黄から選ばれた１又は２以上の元素からなり、ＩＩＩ  族元素の原子数とＶＩ族元素の原子数がほぼ１：１である半導体膜であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、異なる種類のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体膜を積層した半導体装置に係り、特に異なる該両ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体膜のヘテロ界面に起因する問題を解決した半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、短波長（青色）発光ダイオードやレーザダイオードなどの発光素子を構成する材料として有望である。このＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のうち、例えばｐ型のセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）化合物半導体膜２は、素子の一部を構成するように砒化ガリウム（ＧａＡｓ）からなる基板１の上面に形成されるが、このｐ型のセレン化亜鉛化合物半導体膜２に電極を被着させる必要のあるとき、図５に示すように、そこに直接的に金（Ａｕ）３を被着させると、そのｐ型のセレン化亜鉛化合物半導体膜のキャリア濃度を高くすることが困難（最大濃度は１×１０１７ｃｍ−３程度）であるに起因して、ｐ型のセレン化亜鉛化合物半導体膜２と金３との界面がオーミック接触とならず、素子特性が低下する。
【０００３】
そこで、図６に示すように、金属電極とオーミック接触できる半導体であるｐ型のテルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）化合物半導体膜（最大濃度は１×１０１８ｃｍ−３程度）４をｐ型のセレン化亜鉛化合物半導体膜２の上面に形成し、そのｐ型のテルル化亜鉛化合物半導体膜４の上面に金３を被着させることが検討された。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記構造では、ｐ型のセレン化亜鉛化合物半導体膜２とｐ型のテルル化亜鉛化合物半導体膜４とのヘテロ界面において、両者の格子定数の差、つまり結晶構造の違いによって、格子不整（結晶歪）が発生してこれが上層のｐ型のテルル化亜鉛化合物半導体膜４の結晶成長に悪影響を与えて、キャリア濃度の高い半導体膜を形成することができなくなり、金３に対して所望のオーミック接触を得ることが困難となる。また、下部のｐ形セレン化亜鉛化合物半導体膜２も欠陥が生じ、素子特性に悪影響を与える。さらに、接合界面（ヘテロ界面）にその接合に伴うバンド不連続による電位障壁が発生するので、この点からも素子特性の向上が困難となる。
【０００５】
以上のことは、ｐ型のセレン化亜鉛化合物半導体膜２とｐ型のテルル化亜鉛化合物半導体膜４のヘテロ界面のみでなく、結晶構造の異なった種類のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を接合させた場合のヘテロ界面に同様に発生する問題である。
【０００６】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的は、以上のような格子不整による格子欠陥の問題点、およびバンド不連続による電位障壁発生の問題を解決した半導体装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このために本発明は、基板の上面にＩＩ−ＶＩ族化合物からなる第１の半導体膜を形成し、ＩＩ−ＶＩ族化合物からなり上記第１の半導体膜よりもキャリア濃度の高い第２の半導体膜を上記第１の半導体膜の上面に形成した半導体装置において、上記第１の半導体膜と上記第２の半導体膜との間に、ＩＩＩ  −ＶＩ族の層状半導体からなる第３の半導体膜を介在させて構成した。
【０００８】
本発明では、上記第１、第２の半導体膜がｐ型であることが望ましい。
【０００９】
また本発明では、上記第１又は上記第２の半導体膜が、マグネシウム、水銀、亜鉛、カドミウムから選択した１又は２以上の元素と、硫黄、セレン、テルルから選択した１又は２以上の元素とを化合させた２元以上の混晶化合物からなることが望ましい。
【００１０】
さらに本発明では、上記第３の半導体膜が、インジウム、ガリウム、アルミニウムから選ばれた１又は２以上の元素と、セレン、テルル、硫黄から選ばれた１又は２以上の元素からなり、ＩＩＩ  族元素の原子数とＶＩ族元素の原子数がほぼ１：１である半導体膜であることが望ましい。
【００１１】
【作用】
本発明では、層状半導体からなる第３の半導体膜が、その膜自体がファンデルワース力で結合しており、第１、第２の半導体膜に対してもファンデルワース力で結合するので、第１、第２の半導体膜の結晶歪が緩和されて格子欠陥が抑制される。また、バンド不連続に起因する電気的障壁も低減され素子特性が改善される。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。図１はその一実施例の半導体装置の断面を示す図である。前述の図３〜４に示したものと同一のものには同一の符号を付した。本実施例では、図１に示すように、ｐ型のセレン化亜鉛化合物半導体膜２（第１の半導体膜）とｐ型のテルル化亜鉛化合物半導体膜４（第２の半導体膜）との間に、層状半導体膜５（第３の半導体膜）を設けている。この層状半導体膜５は、セレン化ガリウム（ＧａＳｅ）からなるものであって、内部構造が層状構造でなり、原子結合が通常の単結晶構造である共有結合やイオン結合とは異なって、ファンデルワース力による結合となっているものである。
【００１３】
したがって、この層状半導体膜５とｐ型のセレン化亜鉛化合物半導体膜２との間、およびｐ型のテルル化亜鉛化合物半導体膜４との間の結合も、ファンデルワース力による結合となる。このため、ｐ型のセレン化亜鉛化合物半導体膜２とｐ型のテルル化亜鉛化合物半導体膜４との間の結晶構造の違いに基づく格子不整の問題が緩和され、ｐ型のテルル化亜鉛化合物半導体膜４の結晶性に与える悪影響が緩和される。また、バンド不連続による電位障壁も低減され、素子特性が改善される。
【００１４】
図２は図１に示す半導体装置の成長方法の説明図である。ここでは分子線エピタキシャル装置を使用する場合について説明する。１１はチャンバ（成長室）、１２は超高真空排気ポンプ、１３は基板ホルダ、１４は基板（図１の符号１で示す基板）、１５は成長を行なう材料の構成原子数（ここでは、Ｚｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇａの４つを使用するが、図１では２個のみを示した。）だけ設けられる分子線源、１６は各分子線源１５のシャッタ、１７は高周波ラジカルビーム源、１８はドーパント用ボンベ、１９はマスフローコントローラである。
【００１５】
成長は次の手順で行なう。
（１）．まず、化合物であるＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＧａＳｅの原料となる亜鉛（Ｚｎ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、ガリウム（Ｇａ）を個別に分子線源１５に充填する。
【００１６】
（２）．基板１４を洗浄した後、基板ホルダ１３に装着し、チャンバ１１内を超高真空（１０−９Ｔｏｒｒ程度）まで排気ポンプ１２で排気してから、各分子線源１５を適当な分子線強度が得られるように加熱する。この間、シャッタ１６は全部を閉じておき、分子線が基板１４に到達しないようにする。
【００１７】
（３）．次に、基板１４の表面酸化膜（保護膜として使用したもの）が除去できる温度（６００℃程度）まで基板１４を加熱し、その表面酸化膜を蒸発排気して表面［１００］を清浄化する。この後、基板１４の温度を適切な成長温度まで低下させる。ここでは、２５０℃程度とする。
【００１８】
（４）．次にドーピング行なうときは、ドーパント用ボンベ１８からドーパントガス（窒素Ｎ２  ）を、適当な流量が得られるよう、マスフローコントローラ１９により調整し、高周波ラジカルビーム源１７に導入する。そして、ラジカルビームを適当な出力（３００Ｗ程度）で照射する。
【００１９】
（５）．この後、図１に示す成長構造が得られるように、シャッタ１６を順次開閉して成長を行なう。ここでは、まずＺｎとＳｅの分子線源１５のシャッタ１６を同時に開きＺｎＳｅ膜を成長させる。ここで窒素をドーピングさせるので、窒素のラジカルビームをラジカルビーム源１７から照射する。必要な膜厚が得られる時間の経過後、開けたシャッタ１６を閉じる。
【００２０】
（６）．次に、ＧａとＳｅの分子線源１５のシャッタ１６を同時に開きＧａＳｅ膜を成長させる。ここではドーピングさせないので、ラジカルビームをラジカルビーム源１７から照射しない。必要な膜厚が得られる時間の経過後、開けたシャッタ１６を閉じる。
【００２１】
（７）．最後に、ＺｎとＴｅの分子線源１５のシャッタ１６を同時に開きＺｎＴｅ膜を成長させる。ここでも窒素をドーピングさせるので、ラジカルビームをラジカルビーム源１７から照射する。必要な膜厚が得られる時間の経過後、開けたシャッタ１６を閉じる。
【００２２】
以上の実施例によって成長させた資料のＸ線回折結果は、従来の技術で成長させたものに比べて、図３に示すように、良好な結晶性が得られた。本実施例によったものの方が強度が鋭くなっている。また、Ｉ−Ｖ（電流電圧）特性測定においても、図４に示すように、本実施例によるものの方が立ち上がり電圧が低くなり、損失が少なくなっている。
【００２３】
なお、以上の実施例において、基板１、１４はＧａＡｓに限られるものではなく、ＺｎＳｅ基板、またはそれと格子定数の近い基板、その他が使用できる。
【００２４】
また、層状半導体膜５（第３の半導体膜）としては、ＧａＳｅに限られるものではなく、ＩＩＩ  族原子の原子数とＶＩ族原子（カルコゲン原子）の原子数がほぼ１：１の割合で含まれるものであれば良い。例えば、ＶＩ族原子であるセレン（Ｓｅ）、硫黄（Ｓ）、テルル（Ｔｅ）等のうちから選択した１種又は２種以上と、ＩＩＩ  族原子であるインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）から選択した１又は２種以上とを、ＩＩＩ  族原子の原子数の割合が１、ＶＩ族原子の原子数の割合も１とした層状半導体膜であれば良い。
【００２５】
更に、基板の上面に成長されるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体膜（第１、第２の半導体膜）としては、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅに限られるものではない。ＩＩ族元素であるマグネシウム（Ｍｇ）、水銀（Ｈｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）から選択した１又は２以上と、ＶＩ族元素である硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）から選択した１又は２以上とを化合させた２元混晶、あるいは３元以上の混晶、例えばＺｎＳＳｅ（３元混晶）、ＺｎＣｄＳＳｅ（４元混晶）であっても適用できる。ただし、層状半導体膜（第３の半導体膜）の上層を構成するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体膜（第２の半導体膜）はＺｎＴｅのようにキャリア濃度を高くすることができる化合物半導体である必要がある。Ｔｅを含ませるとキャリア濃度を高くすることができる。
【００２６】
なお、本発明を実施する成長方法は、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法に限られるものではなく、気相成長（ＶＰＥ）法、液相成長（ＬＰＥ）法でも適用できるものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上から本発明によれば、基板上に形成したキャリア濃度の低いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる第１の半導体膜の上層に層状半導体からなる第３の半導体膜、キャリア濃度の高いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる第２の半導体膜を順次形成した構造であるので、第３の半導体膜と第１、第２の半導体膜との界面がファンデルワース力で結合され、格子欠陥やバンド不連続による素子特性劣化を改善することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】図２に示す半導体装置の製造装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】本実施例による資料と従来の資料のＸ線回折特性図である。
【図４】本実施例による資料と従来の資料のＩ−Ｖ特性図である。
【図５】ｐ型ＺｎＳｅ化合物半導体膜に電極を被着した半導体装置の構造を示す断面図である。
【図６】ｐ型ＺｎＳｅ化合物半導体膜にｐ型ＺｎＴｅ化合物半導体膜を介して電極を被着した半導体装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基板、２：ｐ型のセレン化亜鉛化合物半導体膜（第１の半導体膜）、３：ｐ型のテルル化亜鉛化合物半導体膜（第２の半導体膜）、４：電極金属、５：ＧａＳｅの層状半導体膜（第３の半導体膜）、
１１：チャンバ、１２：排気ポンプ、１３：基板ホルダ、１４：基板、１５：分子線源、１６：シャッタ、１７：高周波ラジカルビーム源、１８：ドーパント用ボンベ、１９：マスフローコントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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