(57)【要約】【課題】ＩＶ族元素半導体、III−Ｖ族化合物半導体、II−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ族化合物半導体、有機化合物半導体、金属結晶もしくはそれらの誘導体又はガラスから成る基板上に作製された短波長の光を放出又は吸収するよう機能する半導体光デバイスを提供する。【解決手段】本発明においては、半導体光デバイスが、既存の半導体デバイスに用いられている材料から成る基板上に形成された高純度の酸化モリブデンを含む。これにより、深紫外波長領域から可視波長領域までの光を放射又は吸収できる安価な光デバイスが実現される。【選択図】図１
2006202826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光デバイスであって、
該光デバイスが、ＩＶ族元素半導体、III−Ｖ族化合物半導体、II−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ族化合物半導体、有機化合物半導体、金属結晶もしくはそれらの誘導体又はガラスから成る基板上に形成された酸化モリブデンから成る層を有することを特徴とする半導体光デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体光デバイスにおいて、
前記光デバイスが、光導電デバイス、ホトダイオード、ホトトランジスタ、発光ダイオード、半導体レーザ、太陽電池又はＣＣＤである半導体光デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体光デバイスにおいて、
前記半導体光デバイスが発光ダイオードであり、前記酸化モリブデンの層上に、さらにｎ形酸化モリブデンの層およびその上のｐ形酸化モリブデンの層を含むものである半導体光デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体光デバイスにおいて、
前記酸化モリブデンの層と前記ｎ形酸化モリブデンの層の間に、さらに酸化モリブデンのバッファ層がはさみ込まれている半導体光デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体光デバイスにおいて、
前記半導体光デバイスがレーザダイオードであり、前記酸化モリブデンの層上に形成される積層をさらに含み、この積層が、酸化モリブデンより禁制帯幅が大きいｎ形の半導体の第１のクラッド層と、その上のｐ形酸化モリブデンの活性層と、さらにその上の酸化モリブデンより禁制帯幅が大きくｐ形の半導体の第２のクラッド層と、を含むものである半導体光デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体光デバイスにおいて、
前記酸化モリブデンの層と前記第１のクラッド層の間に、酸化モリブデンのバッファ層がはさみ込まれている半導体光デバイス。
【請求項７】
請求項３ないし６のいずれかに記載の半導体光デバイスにおいて、
前記基板がシリコンから成るものである半導体光デバイス。
【請求項８】
請求項５−７のいずれかに記載の半導体光デバイスにおいて、
前記第１および第２のクラッド層が、クロム・モリブデン酸化物の層である半導体光デバイス。
【請求項９】
半導体光デバイスを作製する方法であって、
ＩＶ族元素半導体、III−Ｖ族化合物半導体、II−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ族化合物半導体、有機化合物半導体、金属結晶もしくはそれらの誘導体又はガラスから成るターゲット基板およびソース金属板を準備する工程と、
該ターゲット基板およびソース金属板を洗浄する工程と、
該ターゲット基板およびソース金属板を堆積装置に設置する工程と、
不活性ガス雰囲気下で、該ターゲット基板を３５０℃以上６５０℃未満の所定の温度に、該ソース金属板を５００℃以上８５０℃未満の所望の温度に、それぞれ加熱する工程と、
堆積装置内を酸化雰囲気に置換し、堆積装置内の状態を所望の膜厚を形成するように所定の時間維持することによって金属酸化物を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体光デバイスを作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短波長の光を放射又は吸収するよう機能する、既存の半導体光デバイスに用いられている材料から成る基板上に作製された酸化モリブデンを用いた半導体光デバイスに関する。
より具体的には、本発明は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン・カーバイド（ＳｉＣ）等の既知の半導体を用いて青色発光デバイスを実現しようとすることに伴う諸問題が解決できる可能性をもつ既存の半導体光デバイスに用いられている材料から成る基板上に作製された新しい半導体を用いた青色発光デバイスの実現に関する。また、既知の半導体で発光可能なＧａＮの３６１ｎｍより短い波長の光を放射できる既存の半導体光デバイスに用いられている材料から成る基板上に作製された新しい半導体を用いた短波長発光デバイスの実現に関する。さらには、短波長の光を選択的に吸収し、光−電変換効果を発現する光吸収デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード、レーザダイオードに代表される発光デバイスの分野において、光の三原色を実現すること及びディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）用に短波長の光を実現することの２つの目的のために、青色発光デバイスの開発が進められ、ようやく実用化に至った。これまでに実用化された青色発光デバイスは、発光の原理の上で重要な活性層に窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いたもので、ＧａＮの禁制帯幅は約３．４３ｅＶ、発光波長は３６１ｎｍである。
【０００３】
ＧａＮを用いると青色の光が得られるが、いくつかの重要な欠点がある。まず第１に、窒素の平衡蒸気圧が高いために、実用にかなうバルク結晶の成長が今だ実現しておらず、このため基板としては、サファイア又はシリコンカーバイド（ＳｉＣ）が用いられていることである。サファイヤとＧａＮの間には約１６％の格子不整があり、ＧａＮを直接サファイヤ上に形成することはできない。そのため、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）をバッファ層として、まずサファイヤ基板上に形成した後、ＧａＮを形成する方法がとられている。しかし、ＡｌＮはドーピングが困難であり、絶縁体である。このため、ＡｌＮ層は極めて薄くして、トンネル現象による伝導を利用するなど、デバイスの設計及び作製上、きわめて大きな制約が生じている。一方、ＳｉＣもバルク結晶は２２００〜２４００℃の高温でなければ成長できず、それから作られる基板はきわめて高価格になっている。
【０００４】
ＧａＮ以外に青色発光デバイスとしての可能性がある材料としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）があるが、その禁制帯は３．２ｅＶで発光波長は３８７ｎｍとＧａＮより長波長である上、実用化に対しては多くの難問がある。
【０００５】
現在実用化されている最も短波長の半導体発光デバイスは、上述のＧａＮを用いたもので、この波長によりＤＶＤの最大記録密度が決まる。従って、ＤＶＤの高密度化や気体レーザであるＨｅ−Ｃｄレーザに代る固体レーザ実現等のために、より短波長の発光デバイスが期待されている。また、上述のように、すでに実用化された青色発光デバイスにも多くの問題があることから、他の材料を用いた青色発光デバイスを実現することに、多くの期待が寄せられている。
【０００６】
上述の問題を解決するために、本件出願人は、先に、酸化モリブデンを用いた光デバイスを発明し、特許出願（下記特許文献）を行なった。
【特許文献１】特願２００３−１５４１０７号  特許文献１において説明されているように、現在実用化されている最も短波長の半導体発光デバイスは、ＧａＮを用いたもので、この波長によりＤＶＤの最大記録密度が決まる。従って、ＤＶＤの高密度化や気体レーザであるＨｅ−Ｃｄレーザに代る固体レーザ実現等のために、より短波長の発光デバイスが期待されている。より高密度のＤＶＤを実現したり、Ｈｅ−Ｃｄレーザに代わる固体レーザを実現したり、あるいは水銀ランプの代替光源や生体との相互作用が大きい光源を実現するために、ＧａＮで得られる３６１ｎｍより短波長の光、特に深紫外と呼ばれる波長２００〜３５０ｎｍの光を放射できる発光デバイスの開発が必要である。
【０００７】
そのような開発に際しての第１の課題は、発光デバイスを形成するために、サファイヤやシリコンカーバイドのような高価な基板を必要としないことである。第２の課題は、発光デバイスを構成する半導体の層を形成するために、高温を必要としないことである。高温で半導体層を形成するには大きなエネルギーを必要とする上、層と層の間で原子の移動が起こり、層界面で組成の乱れが生じたり、各層に添加されたドーパントが移動するという問題が発生する可能性がある。現在実現されている最も短波長の光を放射できるＧａＮ系の材料を用いたレーザダイオードの作製には、１０００℃以上の高温を必要とする。ＳｉＣを用いた発光デバイスを作製するのにも、１０００℃以上の高温で結晶層を形成する必要がある。
【０００８】
上述の技術課題は光デバイスの発光層に、高純度の酸化モリブデンを用いることにより解決される、ということが、本願の発明者によりはじめて見出されたのである。酸化モリブデンは、従来触媒用材料としては研究されているが、発光ダイオードやレーザダイオードのような光デバイスへの応用については、全く提案されていない。
一般に、光デバイスに用いられる半導体材料は、高純度で結晶性の材料をさし、そのような材料について禁制帯幅等の物性値を測定するが、従来の研究においては、触媒を用途としているため、真空蒸着で作製した試料についての測定結果が示されていると考えられる。真空蒸着で作製した材料は通常非晶質で、構造的に乱れていることは、当業者には良く知られている。更に、真空蒸着で作製される薄膜の厚さは、一般に１００ｎｍ程度以下と薄く、１μｍの厚さの薄膜を形成することは通常ない。そのような薄い材料の場合は、基板の影響を受け、禁制帯幅のような物性値も、薄膜の厚さや基板によって変化することとなる。上述の禁制帯幅の値は、そのような薄い材料を測定して得られたもので、酸化モリブデンの本質的な物性値とは限らない。１００ｎｍ以上に厚く、かつ高純度の酸化モリブデンについて検討が行なわれなかったのは、酸化モリブデンを発光ダイオードやレーザダイオードのような光デバイスに用いる意図が全くなかったためと考えられる。
【０００９】
先の出願（特許文献１）の明細書には、本願発明者によりなされた実験および分析により得られた知見が詳述されているが、それをまとめると次のようになる。
（ｉ）純度９９．９９％のモリブデン板を、純度９９．９９９５％の酸素中で酸化し、その物性を評価するために、５５０℃で１２０分間酸化することにより作製された酸化モリブデンの光反射特性を実測した。この試料の酸化形成された酸化モリブデン層の厚さは１０．２μｍである。結果として、光の吸収は３３８ｎｍ以下の波長で起り、３．６６ｅＶという大きな禁制帯幅の値を得た。試料の厚さが１０．２μｍと厚いことから、基板の影響はなく、この禁制帯幅は酸化モリブデン固有の値と考えられる。
【００１０】
（ii）酸化温度を４５０〜６５０℃と変化させて、酸化モリブデンを作製し、光反射特性から禁制帯幅を求めると、３．４５〜３．８５ｅＶの実測値を得た。一般的に、禁制帯幅特性は、材料の化学組成（酸化モリブデン）のみならず、その結晶構造に依存して決まるものであり、この測定結果は、用いた材料が比較的純粋な結晶であったことを示している。なお、より結晶性を高めることにより、さらに大きな禁制帯幅が実現される可能性がある。
【００１１】
（iii）上記光反射特性を示す酸化モリブデンの温度に対する電気抵抗を実測した。それによると、温度上昇とともに抵抗が減少することが示され、これは温度上昇とともにキャリヤが増加したことを意味し、そのような現象は半導体のみで起こることである（すなわち、電気抵抗の逆数である導電率を決めるキャリヤ密度以外の要因であるキャリヤ移動度は、格子振動によるキャリヤの散乱が温度上昇とともに激しくなるため減少し、金属や絶縁体のようにキャリヤの増加がなければ、導電率は減少し、抵抗は温度上昇とともに増加するため）ことから、試験に供された酸化モリブデンが明らかに半導体であることが判明した。
【００１２】
（iv）酸化モリブデンの結晶は、６５０℃以下の温度でモリブデン板を酸化することにより得られる。さらに、この層の上にたとえば気相成長法により、酸化モリブデンのバッファ層を形成すれば、それより上には良質の酸化モリブデンの結晶層が気相成長法にて形成できる。従って、酸化モリブデンを用いた発光デバイスは、基本的にモリブデンを基板とし、６５０℃以下の温度で作製することが可能である。
【００１３】
上述のように、本件出願人による先の特許出願(特許文献１)に係る発明の酸化モリブデンを用いることにより、ＧａＮで得られる３６１ｎｍより短波長の光、特に深紫外と呼ばれる２００〜３５０ｎｍの光を放射できる発光デバイスが実現される。
【００１４】
先の出願においては、上述したように、デバイスの基板として、モリブデンが用いられた。モリブデンは金属であり、導電性であることから、発光ダイオードやレーザダイオードの下部電極を形成する上では有利である。しかし、一般に入手できるモリブデンは結晶ではないため、レーザダイオードの作製に必要なへき開技術が使えず、また他のデバイス作製には用いられていないため、他のデバイス作製プロセスとの互換性が無い。更に、集積回路などシリコン（Ｓｉ）を用いたデバイスとの集積化が困難であるといった問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
既存のデバイス作製プロセスとの互換性があり、シリコンを用いたデバイスとの集積化が可能な既存の半導体光デバイスに用いられている材料から成るできるだけ結晶の基板上に形成され、ＧａＮで得られる３６１ｎｍより短波長の光、特に深紫外と呼ばれる波長２００〜３５０ｎｍの光を放射できる発光デバイスの開発が必要である。また、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ等の材料が持つ困難な問題を解決するために、導電性結晶の基板上に形成された新しい材料を用いた青色発光デバイスの開発が必要である。
【００１６】
そのような開発に際しての第１の課題は、発光デバイスを形成するために、サファイヤやシリコンカーバイドのような高価な基板を必要としないことである。第２の課題は、発光デバイスを構成する半導体の層を形成するために、高温を必要としないことである。高温で半導体層を形成するには大きなエネルギーを必要とする上、層と層の間で原子の移動が起こり、層界面で組成の乱れが生じたり、各層に添加されたドーパントが移動するという問題が発生する可能性がある。現在実現されている最も短波長の光を放射できるＧａＮ系の材料を用いたレーザダイオードの作製には、１０００℃以上の高温を必要とする。ＳｉＣを用いた発光デバイスを作製するのにも、１０００℃以上の高温で結晶層を形成する必要がある。
【００１７】
上述の課題は光デバイスの発光層に、既存の半導体光デバイスに用いられている材料から成る基板上に作製した高純度の酸化モリブデンを用いることにより、基本的に解決されるものである。
【００１８】
上述したように、本願発明者は、高純度でかつ良質の結晶を作製することにより、従来の報告とは異なり、酸化モリブデンが３．４５〜３．８５ｅＶの禁制帯を有することをはじめて発見し、その発見に基いた新しいデバイスを開示するために、先の出願（特許文献１）がなされた。
しかしながら、先の出願に係る発明のみでは解決できない上記の課題が残存することから、本願発明者は、さらに酸化モリブデンを既存の材料基板上に比較的低温で作製する技術の開発をおし進め、今回これに成功したものである。
【００１９】
本発明の目的は、比較的低価格の基板を用いて、かつ比較的低温度の処理にて基板上に半導体層を形成することにより作製される、優れた光学特性を有する半導体光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の技術的アイデアの中核は、シリコン等の材料から成る既存の基板上に、酸化モリブデンから成る層を形成することにある。
本発明の目的を達成するために、本発明に係る半導体光デバイスは、基本的に、該光デバイスが、ＩＶ族元素半導体、III−Ｖ族化合物半導体、II−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ族化合物半導体、有機化合物半導体、金属結晶もしくはそれらの誘導体又はガラスから成る基板上に形成された酸化モリブデンから成る層を有する。
前記光デバイスは、具体的には、光導電デバイス、ホトダイオード、ホトトランジスタ、発光ダイオード、半導体レーザ、太陽電池又はＣＣＤである。
【００２１】
本発明のある実施態様においては、前記半導体光デバイスは、発光ダイオードであり、前記酸化モリブデンの層上に、さらにｎ形酸化モリブデンの層およびその上のｐ形酸化モリブデンの層を含むものである。
そして、好適には、本発明の発光ダイオードにおいては、前記酸化モリブデンの層と前記ｎ形酸化モリブデンの層の間に、さらに酸化モリブデンのバッファ層がはさみ込まれている。
【００２２】
また、本発明の別の実施態様によれば、半導体光デバイスは、レーザダイオードであり、前記酸化モリブデンの層上に形成される積層をさらに含み、この積層が、酸化モリブデンより禁制帯幅が大きいｎ形の半導体の第１のクラッド層と、その上のｐ形酸化モリブデンの活性層と、さらにその上の酸化モリブデンより禁制帯幅が大きくｐ形の半導体の第２のクラッド層と、から成るものである。
そして、好適には、前記レーザダイオードにおいて、前記酸化モリブデンの層と前記第１のクラッド層の間に、酸化モリブデンのバッファ層がはさみ込まれている。
さらに、好適には、本発明の半導体光デバイスにおいては、前記基板がシリコンから成り、前記第１および第２のクラッド層は、クロム・モリブデン酸化物の層である。
【００２３】
本発明は、別の観点において、上述の半導体デバイスを作製する方法としても把握できる。その場合、本発明においては、光デバイスを構成する半導体材料層のうち、少なくとも基板上に直接形成する第１層を、新しく開発された方法により形成する。第１の材料層を形成する方法は、基本的に以下の工程からなる。
【００２４】
（半導体もしくはガラス等から成る）ターゲット基板およびソース金属板を準備する工程と、前記ターゲット基板およびソース金属板を洗浄する工程と、前記ターゲット基板およびソース金属板を堆積装置に設置する工程と、不活性ガス雰囲気下で、前記ターゲット基板を３５０℃以上６５０℃未満の所定の温度に、前記ソース金属板を５００℃以上８５０℃未満の所定の温度に、それぞれ加熱する工程と、堆積装置内を酸化雰囲気に置換し、堆積装置内の状態を、所望の膜厚を形成するように所定の時間維持することによって金属酸化物を形成する工程とから成る。
【００２５】
本発明により光デバイスは、上記の方法によりターゲット基板上に作製した酸化モリブデンの第１の層の上に、具体的な光デバイスを構成するのに必要な数の半導体層を、それぞれの層が有するべき特性を持つように形成することにより、実現される。
第２層以後の酸化モリブデンの層は、上述の第１層を形成するのと同様に、気相成長により形成することができる。その際、各層の厚さは堆積速度やターゲット基板およびソース金属板の温度、酸素流量等によって制御できる。また、各層の電気的特性はドーピングを行なったり、ターゲット基板またはソース金属板の温度を変えることにより、制御することができる。更に、ソース金属板の種類を増すことにより、三元以上の混晶半導体層を形成することも可能である。酸化モリブデン又は酸化モリブデンを含む混晶半導体の層は、上述の気相成長の方法により、基板温度７００℃以下、多くの場合６５０℃以下で作成することができる。
【００２６】
ターゲット基板が結晶の材料から成れば、へき開など従来レーザダイオードの作製に用いられてきた技術が適用でき、有用である。ターゲット基板はシリコン、ゲルマニウム等のＩＶ族元素半導体、ガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐、ガリウム窒化物等のIII−Ｖ族化合物半導体、酸化亜鉛、硫化カドミウム、セレン化亜鉛、セレン化テルル等のII−ＶＩ族化合物半導体、炭化ケイ素等のＩＶ族化合物半導体、有機化合物半導体、金属結晶もしくはそれらの誘導体又はガラスから成るものでよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の発光ダイオード及びレーザダイオードによれば、深紫外とよばれる短波長ないし青色の光を放射することができ、またサファイヤ、シリコンカーバイド等の高価な基板を必要とせず、既存の半導体光デバイス作製技術が適用でき、しかも８５０℃以下の低温での作製が可能であるため、安価な青色又は白色発光デバイスや水銀ランプの固体代替光源やシリコンデバイスと光デバイスの集積化が実現でき、ひいては、より高密度のディジタルビデオディスクや新しい機能をもった携帯電話端末の実現の可能性が高まるなど、産業上の利点は計り知れないものといえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施例について具体的に説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は、第１の実施例である発光ダイオード（１）の構造を、概念的に示す図である。この図において、基板（２）はこの実施例では、シリコンから成り、導電性を示すものであれば、その材料はシリコンには限定されない。基板（２）は導電性であることが望ましい。層（３）はシリコン基板（２）上に形成された酸化モリブデンから成る。層（３）は以下のような工程で形成した。先ず、ターゲット基板（２）としてシリコン基板を、またソース金属板としてモリブデン板を準備した。次に、ターゲット基板（２）とソース金属板を洗浄し、乾燥させた後、堆積装置内に設置した。次に、窒素ガス雰囲気下で、前記ターゲット基板（２）が５５０℃に、またソース金属板が６５０℃となるように、堆積装置内を加熱した。次の工程では、前記ターゲット基板（２）およびソース金属板が所定の温度に達した後、堆積装置内に高純度酸素を流し、６時間保った。層（３）の厚さは６．０μｍである。層（３）には意図的にはドーピングを行なっていないが、ｎ形を示す。酸素空孔がドナとして働くためと考えられる。層（３）の上にはバッファ層（４）があり、この層は、層（３）が基板（２）と異なる化学組成を持つことから生じる層（３）内の構造的乱れを、後に形成する上の層に受け継がないよう機能するものである。層（４）はたとえばターゲット基板温度６３０℃、ソース温度７００℃において気相成長法で形成した酸化モリブデンであり、電子密度３×１０17ｃｍ-3のｎ形を示す。層（４）の厚さは４．０μｍである。層（４）の上にはｎ形を示す酸化モリブデンの層（５）が形成されている。層（５）はたとえばターゲット基板温度６００℃、ソース温度６７０℃において気相成長法で形成され、電子密度６×１０16ｃｍ-3で層（４）より更に良質の結晶から成る。発光ダイオード（１）の発光効率を極限まで高める必要がない場合には、層（４）は省いてよい。層（５）の上にはたとえば亜鉛をドープし、１．０×１０17ｃｍ-3の正孔密度を有するｐ形の酸化モリブデン層（６）が形成されている。層（６）はターゲット基板温度を５５０℃とし、ソース金属板の温度を６５０℃とし、ソースと基板間の６３０℃の位置にドーパント源の酸化亜鉛（ＺｎＯ）の粉末を置いて形成した。層（６）の厚さは２．０ミクロンである。層（６）の上には電極（７）がある。電極（７）は光の放射を妨げないように、ドーナツ状になっており、本実施例では金薄膜から成る。ただし、電極（７）は他の金属で形成してもよい。電極（７）は発光ダイオードのいわゆる上部電極であり、下部電極（８）は導電性のシリコン基板上に金を蒸着して形成した。発光ダイオード（１）の発光特性をシミュレーションした結果、順方向電圧は２０ｍＡの時１０Ｖ、発光出力は２０ｍＡの時６０μＷであり、ピーク波長は３３０ｎｍであった。
【実施例２】
【００３０】
図２は、第２の実施例であるレーザダイオード（１００）の構造を概念的に示す図である。この図において、基板（１０１）は、この実施例では、シリコン板であり、導電性を示すものであれば、その材料はシリコンに限定されない。基板（１０１）は導電性であることが望ましい。層（１０２）はシリコン基板（１０１）上に形成された酸化モリブデンから成る。層（１０２）は以下のような工程で形成した。先ず、ターゲット基板（１０１）としてシリコン基板を、またソース金属板としてモリブデン板を準備した。次に、ターゲット基板（１０１）とソース金属板を洗浄し、乾燥させた後、堆積装置内に設置した。次に、窒素ガス雰囲気下で、前記ターゲット基板（１０１）が５５０℃に、またソース金属板が６５０℃となるように、堆積装置内を加熱した。次の工程では、前記ターゲット基板（１０１）およびソース金属板が所定の温度に達した後、堆積装置内に高純度酸素を流し、４時間保った。
【００３１】
層（１０２）の厚さは４．０μｍである。層（１０２）には意図的にドーピングを行っていないが、ｎ形を示す。第１の実施例に関して述べたように、酸素空孔がドナとして働くためと考えられる。層（１０２）の上にはバッファ層（１０３）があり、これは、層（１０２）が基板（１０１）と異なる化学組成をもつことから生じる層（１０２）内の構造的乱れを、後に形成する上の層に受け継がないようにするための層である。層（１０３）はたとえばターゲット基板温度６３０℃、ソース温度７００℃において気相成長法で形成した酸化モリブデンであり、電子密度３×１０１７ｃｍ−３のｎ形を示す。層（１０３）の厚さは３．０μｍであり、この層（１０３）の上にはクロム・モリブデン酸化物（Ｃｒ０．１ Ｍｏ０．９ Ｏ３）の層（１０４）が形成されている。クロム・モリブデン酸化物層（１０４）は禁制帯幅が酸化モリブデンより大きく、レーザダイオードにおいて、キャリヤ及び光を活性層内に閉じ込めるいわゆるクラッド層として働く。層（１０４）は意図的にはドーピングしていないが電子密度６×１０１６ｃｍ−３のｎ形で、ターゲット基板温度を６００℃とし、ソースとしてモリブデン金属板と酸化クロムの粉末を用い、それらを６７０℃に保って気相成長法により形成した。堆積時間は３時間で、層（１０４）の厚さは３．０μｍである。層（１０４）の上にはレーザダイオードの活性層となるｐ形酸化モリブデンの層（１０５）が形成されている。層（１０５）はたとえば気相成長法で形成され、亜鉛がドープされて、１×１０１７ｃｍ−３の正孔密度を有する。層（１０５）のドーピングは、モリブデンソース板の温度を６５０℃、層（１０２）、（１０３）及び（１０４）が先に形成されているシリコン基板を５５０℃に設定し、ソースと基板間の６３０℃の位置にドーパント源の酸化亜鉛（ＺｎＯ）の粉末を置いて行った。層（１０５）の厚さは０．５μｍであり、層（１０５）の上にはクロム・モリブデン酸化物（Ｃｒ０．１ Ｍｏ０．９ Ｏ３）の層（１０６）が形成されている。層（１０６）の禁制帯幅は酸化モリブデンの活性層（１０５）の禁制帯幅より大きく、レーザダイオードのクラッド層として働く。層（１０６）は層（１０４）と同様に形成したが、モリブデン及び酸化クロムのソース温度を６７０℃、層（１０２）、（１０３）、（１０４）及び（１０５）が先に形成されているシリコン基板を５７０℃に設定し、ソースと基板の間の６５０℃の位置にドーパント源の酸化亜鉛（ＺｎＯ）の粉末を置いて、亜鉛のドーピングを行なった。層（１０６）の厚さは３．０μｍで、ｐ形、正孔密度は４．０×１０17ｃｍ-3となっている。層（１０６）の上には、中央部分のストライプ（１０８）を除いて、二酸化シリコン層（１０７）が形成されている。二酸化シリコン層（１０７）は、絶縁性であるため、電流はストライプ（１０８）中を流れるよう限定される。二酸化シリコン層（１０７）はたとえばスパッタリング法により形成され、厚さは１００ｎｍである。層（１０７）上及びストライプ（１０８）中には電極層（１０９）が形成されている。一実施例において、電極層（１０９）は金を真空蒸着して形成されるが、他の材料及び他の形成方法を用いることもできる。電極層（１０９���はレーザダイオード（１００）の上部電極であるが、もう一方の下部電極（１１０）については、シリコン基板（１０１）上に金を蒸着して形成した。ストライプ（１０８）の幅は、この実施例においては、２０μｍである。また、紙面と垂直方向のストライプの長さは、この実施例において、５００μｍとなっている。
【００３２】
図２はレーザダイオード（１００）の１つの端面を示し、この面と平行にストライプの長さだけ隔ててもう１つの端面がある。これら一対の平行平面は、レーザダイオードのファブリ・ペロー光学共振器を構成する。レーザダイオードにおけるファブリ・ペロー共振器の機能については、当業者には周知である。ファブリ・ペロー共振器を構成するために、２つの端面はハーフミラーになっている。本実施例においては、基板（１０１）が結晶のシリコンから成っているため、ファブリ・ペロー共振器は通常良く用いられるへき開により作製した。へき開技術は当業者には周知である。
【００３３】
図２に示されたレーザダイオード（１００）の発光特性をシミュレーションした結果、５μｓ／１ｋＨｚのパルス発振において、閾値電流密度５．０５ｋＡ／ｃｍ２、閾値電圧１６．２Ｖの特性が得られ、また、主ピークの発振波長は３３０ｎｍであった。
【００３４】
図２はレーザダイオードの本質的な要素を示したもので、特性向上のためには、別の要素をつけ加えてもよい。たとえば、一方のクラッド層である層（１０６）の上に、電極の形成を容易にするために、低抵抗のｐ形層を形成してもよい。
【００３５】
また、図２に示した実施例において、クラッド層（１０４）及び（１０６）はクロム・モリブデン酸化物（Ｃｒ０．１ Ｍｏ０．９ Ｏ３）としたが、これらの層の禁制帯幅が酸化モリブデンの禁制帯幅より大きい限り、クロムとモリブデンの比率がこれと異なるクロム・モリブデン酸化物（Ｃｒｘ Ｍｏ１−ｘ Ｏ３，ｘ＞０．１）又は他の材料を用いて形成してもよい。
【００３６】
以上のように、発光デバイスである発光ダイオードおよびレーザダイオードを例にあげて本発明を説明してきたが、高純度の酸化モリブデンが大きな禁制帯幅をもつという半導体としての大きな利点は、本発明の原理に基づいて、他の半導体光デバイスに対しても有効に利用できる。本発明のこのような応用可能性は、当業者には明白であり、また本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３７】
応用可能な半導体光デバイスの他の例としては、酸化モリブデンを吸収層に用いた光導電デバイス、ホトダイオード、ホトトランジスタ、ＣＣＤや太陽電池などの受光デバイス、また酸化モリブデンを発光層として用いた発光ダイオードや半導体レーザなどの発光デバイスが挙げられるが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されるものではない。特に、本発明においては、従来各種の半導体光デバイスに用いられている材料から成る基板上に作製された酸化モリブデンを用いることから、従来用いられてきた半導体光デバイスの作製技術が適用でき、応用可能性は著しく拡大した。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第一の実施例の発光ダイオードの構造を概念的に示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例のレーザダイオードの構造を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  発光ダイオード
２  基板
３  層
４  バッファ層
５  層
６  酸化モリブデン層
７  電極
８  電極
１００  レーザダイオード
１０１  基板
１０２  層
１０３  バッファ層
１０４  クロム・モリブデン酸化物層
１０５  層
１０６  クロム・モリブデン酸化物層
１０７  二酸化シリコン層
１０８  ストライプ
１０９  電極層
１１０  電極
【図１】
2006202826.tif 000003
【図２】
2006202826.tif 000004