(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にＺｎＴｅ系化合物半導体単結晶をエピタキシャル成長させる際、ＺｎＴｅ系化合物半導体単結晶の導電型をｎ型に制御する第１３（３Ｂ）族元素からなる第１のドーパントと、Ｔｅ元素との結合エネルギーが、Ｚｎ元素とＴｅ元素との結合エネルギーと同等またはそれ以上である第２（２Ａ）族元素からなる第２のドーパントとを、前記ＺｎＴｅ系化合物半導体単結晶中に同時にドーピングすることを特徴とするＺｎＴｅ系化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記第２のドーパントは、原子個数でＺｎ空孔の濃度以上（〜１０１８ｃｍ−３以上）、かつ、前記ＺｎＴｅ系化合物半導体単結晶中の濃度が１ａｔ％以下となるようにドーピングされることを特徴とする請求項１に記載のＺｎＴｅ系化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記第１３（３Ｂ）族元素はＡｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちの少なくとも一つを含み、前記第２（２Ａ）族元素はＢｅ、Ｍｇ、Ｃａのうち少なくとも一つ含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＺｎＴｅ系化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記ＺｎＴｅ系化合物半導体単結晶は、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＺｎＯＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＣｄＯＴｅ、ＣｄＺｎＯＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅのいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のＺｎＴｅ系化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載の製造方法により得られるｎ型ＺｎＴｅ系化合物半導体単結晶であって、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上で、かつキャリア移動度が１３０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上であることを特徴とするＺｎＴｅ系化合物半導体単結晶。
【請求項６】
抵抗が０．０５Ω・ｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載のＺｎＴｅ系化合物半導体単結晶。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の材料に適したＺｎＴｅ系化合物半導体の製造方法およびＺｎＴｅ系化合物半導体並びに半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＺｎＴｅ系化合物半導体は、例えば発光ダイオード等の緑色光の発光素子に利用できる材料として期待されている。しかしながら、ＩＩ-ＶＩ族化合物半導体は発光ダイオードを製造するのに必要な伝導型の制御が困難であるため、発光ダイオードに利用できる材料が限定されていた。
【０００３】
例えば、ＧａＡｓ基板上に分子線エピタキシャル成長法により何層ものＺｎＳｅ系の混晶薄膜を成長させたＺｎＳｅ系化合物半導体結晶を用いてｐｎ接合型のダイオードが作製されている。このとき、ＺｎＳｅ系化合物半導体は、熱平衡状態ではｐ型半導体の制御が困難であると考えられていたため、ラジカル粒子ビーム源とよばれる特殊な装置を用いて形成される。しかし、この方法で得られたｐ型ＺｎＳｅ系化合物半導体はドーパントの活性化率が低く低抵抗な結晶とはならなかった。
【０００４】
一方、ＺｎＴｅ系の材料においてはｐ型半導体は容易に達成できるが、ｎ型半導体はキャリア濃度が低く低抵抗にならないという問題がある。つまり、一般にＺｎＴｅ系化合物半導体においては、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）や有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等のエピタキシャル成長技術を用い、第１３（３Ｂ）族元素であるＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）をＺｎＴｅ系化合物結晶中にドーピングすることによりｎ型半導体を得られることが知られているが、従来は半導体原料の純度が悪いためにｎ型半導体を得ることができなかった。近年では原料の高純度化とエピタキシャル成長技術の向上によりｎ型半導体を達成できるようになったが、ドーパントの添加量を増加させると自己補償効果が大きくなるため、添加量を増加させてもキャリア濃度は増加しない、むしろキャリア濃度は減少してしまい、低抵抗化の問題は解決されていない。
【０００５】
例えば、ｎ型ＺｎＴｅ化合物半導体をＭＢＥ法でＣｌ（塩素）をドーピングして作製した場合のキャリア濃度は３×１０１６ｃｍ−３となり、ＭＯＣＶＤ法でＡｌをドーピングして作製した場合のキャリア濃度は４×１０１７ｃｍ−３となる。このように、結晶性に影響を与えない程度にドーピングした場合、キャリア濃度は１０１７ｃｍ−３が限界であったが、半導体装置の作製には１０１８以上のキャリア濃度が必要であり、現在得られるｎ型ＺｎＴｅ化合物半導体ではキャリア濃度が低いため、低抵抗とならず特性の良い半導体装置を得ることができなかった。
【０００６】
また、半導体装置の作製に必要なヘテロ構造を有する結晶の材料については、導電性を制御する実験はなされていない。このような現状から、現在のところＺｎＳｅ系化合物半導体以外のＩＩ-ＶＩ族化合物半導体を用いた発光ダイオードは実用化には至っていない。
【０００７】
ところで、近年、同時ドーピングにより半導体の導電性を制御する手法が提案され、ＧａＮやＺｎＯ系の材料でその効果が確かめられている（NEW DIAMOND 第60号 Vol.17 No.1 p18-23）。
【０００８】
同時ドーピング法とは、所望の導電型の半導体を得るために、ｎ型（もしくはｐ型）の導電性を得るための第１のドーパントとともにｐ型（もしくはｎ型）の導電性を得るための第２のドーパントを前記第１のドーパントの約半分の量だけ結晶中に導入する方法である。この方法によりドーパントの禁制帯中の順位が浅くなりキャリア濃度を増加させることができる。
【０００９】
また、一般に結晶中にドーパントを高濃度で添加するとドーパント同士の斥力により結晶中にとけ込むドーパントの量が制限されるが、同時ドーピング法によれば第２のドーパントとの引力により第１のドーパント同士の斥力が緩和されるので結晶中にとけ込む量を増大することができ、より低抵抗の結晶を得ることができる。
【００１０】
また、第１のドーパントはキャリアを放出してイオン化されるが、第２のドーパントにより結晶内のクーロン場がスクリーニングされるのでキャリアの散乱が抑制される。そのため、キャリアの移動度が低下することなく高濃度にドーパントを添加することが可能となり、低抵抗の半導体結晶を得ることができる。
このように、理論的には同時ドーピング法により半導体結晶の低抵抗を実現できることが期待される。
【００１１】
ここで、ＧａＮ化合物半導体について行われた同時ドーピング法の実証実験について簡単に説明する。
従来、ＧａＮ化合物のｐ型半導体を形成することは困難とされていた。つまり、一般にＧａＮ化合物半導体においてはｐ型ドーパントとしてＭｇ（マグネシウム）を導入するが、Ｍｇは禁制帯中の順位が比較的高くフェルミ−ディラック統計からわかるとおり常温で正孔が十分に活性化されないために、Ｍｇをドーピングして低抵抗のｐ型半導体を得ることが困難であった。
【００１２】
しかし、同時ドーピング法の理論に基づき計算すると、低抵抗のｐ型ＧａＮ化合物半導体を得るために、ｐ型ドーパントのＭｇとともにｎ型ドーパントとなりうるＯ（酸素）をＭｇの約半分の量ドーピングするのが有効であると予想できた。そして、ＭＯＣＶＤによりＯをＭｇと同時にドーピングした結果、キャリア濃度が約２桁増加することが観察された。また、キャリアの移動度の低下は観察されなかった。
【００１３】
このようにしてＧａＮ化合物半導体においては同時ドーピング法の理論は実証され、低抵抗の半導体を得るのに有効であることが確認された。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した同時ドーピング法は、ＺｎＴｅ系化合物半導体については理論的検討や実験的な検証が行われていないため、ＺｎＴｅ系化合物半導体の導電性を制御するのに有効であるか未だ解明されていない。
【００１５】
本発明は、特性の良い半導体装置を得るために有効な、キャリア濃度が高く、かつ低抵抗なｎ型ＺｎＴｅ系化合物半導体を製造する方法および該製造方法により製造されるＺｎＴｅ系化合物半導体並びに該ＺｎＴｅ系化合物半導体を用いた半導体装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するためになされたものであり、基板上にＺｎＴｅ系化合物半導体をエピタキシャル成長させる際、ＺｎＴｅ系化合物結晶をｎ型に制御する第１３（３Ｂ）族元素からなる第１のドーパントと、Ｔｅ元素との結合エネルギーが、Ｚｎ元素とＴｅ元素との結合エネルギーと同等またはそれ以上である第２（２Ａ）族元素からなる第２のドーパントとを、前記ＺｎＴｅ系化合物半導体中に同時にドーピングするようにしたＺｎＴｅ系化合物半導体の製造方法である。なお、ＺｎＴｅ系化合物とは第１２（２Ｂ）族元素であるＺｎか第１６（６Ｂ）族元素であるＴｅの少なくとも一方を含み、第１２（２Ｂ）族元素の空孔が第１６（６Ｂ）族元素の空孔よりもエネルギー的に安定である化合物であることを意味する。具体的には、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＺｎＯＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＣｄＯＴｅ、ＣｄＺｎＯＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅなどである。
【００１７】
上述した２つのドーパントを同時に結晶中にドーピングする方法（同時ドーピング法）により、ＺｎＴｅ系化合物半導体の導電型を比較的容易に制御することが可能となる。また、同時ドーピング法によるとドーパントの活性化率（ドーピングしたドーパントがキャリアとして有効に活性化する割合）が高くなるので、従来に比較して少量のドーピング量で所望のキャリア濃度を達成することができる。したがって、ドーピングされる不純物の量が少ないので得られる結晶の結晶性は向上する。
【００１８】
また、前記第２のドーパントを、原子個数でＺｎ空孔の濃度以上（〜１０１８ｃｍ−３以上）、かつ、前記ＺｎＴｅ系化合物結晶中の濃度が１％以下となるようにドーピングするのが望ましい。これにより、格子整合条件が取りやすくなるとともに、バンド構造に与える影響を抑えることができる。
【００１９】
また、前記第１３（３Ｂ）族元素はＡｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちの少なくとも一つを含み、前記第２（２Ａ）族元素はＢｅ、Ｍｇ、Ｃａのうち少なくとも一つを含むように同時にドーピングすればよい。
【００２０】
この方法が有効なＺｎＴｅ系化合物半導体には、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＺｎＯＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＣｄＯＴｅ、ＣｄＺｎＯＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅなどである。また、Ｍｇを含むＺｎＴｅ系化合物半導体であるＺｎＭｇＴｅ、ＺｎＭｇＳｅＴｅ等の場合は、第２（２Ａ）族元素としてＢｅを結晶中の濃度が１％以内となる量で同時ドーピングするのが望ましい。これは、Ｍｇを含むＺｎＴｅ系化合物半導体の場合はＭｇよりもＢｅの方が同時ドーピングの効果が得やすいためである。なお、前記第２のドーパントを、原子個数でＺｎ空孔の濃度以上（〜１０１８ｃｍ−３以上）、かつ、前記ＺｎＴｅ系化合物結晶中の濃度が１％以下となるようにドーピングするのが望ましいとしたが、例えば、ＺｎＴｅ基板上にＺｎＴｅをエピタキシャル成長で成膜する場合、第２（２Ａ）族元素を結晶中の濃度が原子個数でＺｎ空孔の濃度以上（〜１０１８ｃｍ−３以上）、かつ、前記ＺｎＴｅ系化合物結晶中の濃度が０．２％以内となる量でドーピングするのが、格子整合されたＺｎＴｅエピ膜を得る上で、さらに望ましい。
【００２１】
これらのＺｎＴｅ系化合物半導体は、ＺｎＴｅ基板上に分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法、または、化学気相成長法（CVD法：Chemical Vaper Deposition）、特に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Meta-organic Chemical Vaper Deposition）法により形成することができる。
【００２２】
また、上述した同時ドーピング法により製造されたＺｎＴｅ系化合物半導体は、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上で、かつキャリア移動度が１３０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上となり、抵抗が０．０５Ω・ｍ以下のｎ型半導体となる。同時ドーピング法では、ドーパントの活性化率が高くなるため従来の方法に比較してドーピング量を少量に抑えることができるので、得られるＺｎＴｅ系化合物半導体は結晶性に優れ半導体装置材料として好適である。
【００２３】
また、このｎ型ＺｎＴｅ系化合物半導体を基板として有する半導体装置によれば、ドーパントの活性化率が高いため活性化しないドーパントによる深い順位の形成がないため量子効率の高い光電変換が得られるだけでなく、ｎ型電極とのコンタクト抵抗が低減するので動作電圧を低くすることができる。これにより、半導体装置の低電力化を図ることができるとともに発熱を低減させることができるので、半導体装置の長寿命化の実現が期待できる。
【００２４】
以下に本発明の詳細について具体的に説明する。
従来はＺｎＴｅ化合物のｎ型半導体層を得るために、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ等のエピタキシャル成長技術を用いて第１３（３Ｂ）族元素であるＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ等を単独でドーピングしていた。しかし、ドーパントのドーピング量を増加させると自己補償効果が大きくなるので、ドーピング量を増加させてもキャリア濃度は増加しない、または、キャリア濃度が減少するという現象が観察された。また、結晶性に影響を与えない程度にドーピングした場合、キャリア濃度は１０１７ｃｍ−３が限界であった。
【００２５】
そこで、本発明者等はＧａＮやＺｎＯ系の材料でその効果が確かめられている同時ドーピングにより半導体の導電型を制御する手法をＺｎＴｅ系材料に応用することを考えた。
【００２６】
そして、本発明者等は、ＺｎＴｅ系の材料において、ｎ型（もしくはｐ型）を得るための第１のドーパントとともにｐ型（もしくはｎ型）を得るための第２のドーパントを結晶中に同時ドーピングするという方法を利用して、さらに前記第２のドーパントを前記第１のドーパントの約半分の量だけ結晶中に導入することにより、高キャリア濃度のＺｎＴｅ系化合物半導体を得ることに成功した。このとき、第１のドーパントとして第１３（３Ｂ）族元素を用いる場合は第２のドーパントとして第１５（５Ｂ）族元素を用いた。
【００２７】
さらに、本発明者等は同時ドーピングについて研究を進めた結果、理論計算よりＺｎＴｅ化合物結晶においてはＺｎ空孔が安定に存在することを見出した。また、ＺｎとＴｅの結合エネルギーが低いためにＺｎ空孔は格子間を比較的容易に拡散でき、空孔の拡散による複合欠陥が生成され、この複合欠陥が深い順位を形成しドーパントの活性化率を低下させるためにＺｎＴｅはｎ型に制御しにくいことを突き止めた。
【００２８】
そこで、Ｚｎ空孔が形成されるのを抑制すべく検討を重ねた結果、Ｔｅとの結合エネルギーが大きい元素をＺｎの格子位置に置くことにより、Ｚｎ格子位置をエネルギー的に安定とできることが判明した。つまり、Ｔｅとの結合エネルギーが大きい元素をＺｎの格子位置に置くことにより、Ｚｎ空孔の形成を抑制でき、Ｚｎ空孔の拡散による複合欠陥の生成を抑制することができた。また、第１３（３Ｂ）族元素がＺｎ格子位置と置換しｎ型ドーパントとして活性化する際、第一近接のＺｎ格子位置が空孔となった場合エネルギー的に安定化することが確認された。
【００２９】
前述したように、Ｔｅとの結合エネルギーが大きい元素をＺｎの格子位置に置くと、Ｚｎ格子位置がエネルギー的に安定となり、Ｚｎ空孔の形成が抑制され、Ｚｎ空孔の拡散による複合欠陥ができにくくなるので、第１３（３Ｂ）族元素がＺｎ格子位置と置換しｎ型ドーパントとして活性化する際の活性化率を充分に向上させることができた。
【００３０】
ここで、Ｔｅとの結合エネルギーが大きい元素としては、第２（２Ａ）族元素のＢｅまたはＭｇまたはＣａが適当であり、これらの元素をドーピングすることにより半導体の導電型を効果的に制御できた。特に、ＢｅとＴｅとの結合エネルギーが最も大きいので、同時ドーピングに用いる元素としてはＢｅが最適であるといえる。
【００３１】
本発明は上記知見をもとに完成されたもので、ＺｎＴｅ化合物結晶に第１３（３Ｂ）族元素であるＡｌ、Ｇａ、Ｉｎをドーピングしてｎ型半導体にする場合に、第２（２Ａ）族元素のＢｅまたはＭｇまたはＣａの少なくとも一つを前記第１３（３Ｂ）族元素と同時にドーピングするようにしたものである。これにより、キャリア濃度が高く低抵抗のｎ型半導体を得ることができる。
【００３２】
このとき、第２（２Ａ）族元素のドーピング量は、原子個数でＺｎ空孔の濃度以上（〜１０１８ｃｍ−３以上）、かつ結晶中の濃度が１％以下となる量とするのがよい。すなわち、同時ドーピングする第２（２Ａ）族元素は、ＺｎＴｅ化合物結晶中の濃度が１％以上となる量ドーピングしても同様の効果が得られるが、格子整合条件が取りにくくなったり、バンド構造に影響を与えたりするため、結晶中の濃度が１％以下となる量だけドーピングするのが実用的である。実際に、この条件で結晶を育成した結果、キャリア濃度が高く低抵抗のｎ型ＺｎＴｅ化合物半導体を得ることができた。
【００３３】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本実施例は、ｐ型ＺｎＴｅ結晶を基板としてＭＢＥによりＺｎＴｅ化合物半導体をエピタキシャル成長させるにあたり、ｎ型ドーパントとしてＡｌを用い、Ａｌと同時にドーピングする第２（２Ａ）族元素としてＢｅを用いてｎ型半導体を形成する例である。
【００３４】
まず、ｐ型ＺｎＴｅ基板上にＺｎＴｅバッファ層を形成した。このとき、半導体原料であるＺｎ源としては高純度Ｚｎメタルを用い、Ｔｅ源としては高純度Ｔｅメタルを用いた。
【００３５】
次に、ＡｌとＢｅを同時にドーピングして前記ＺｎＴｅバッファ層上にｎ型ＺｎＴｅ化合物半導体層を形成した。このとき、ｎ型ドーパント源としては高純度Ａｌメタルを用い、Ｂｅ元素源としては高純度Ｂｅメタルを用いた。なお、Ａｌのドーピング量は結晶中のキャリア濃度が〜１０１９ｃｍ−３になる量とし、Ｂｅのドーピング量は結晶中の濃度が〜１０１８ｃｍ−３となる量とした。
【００３６】
ｎ型ＺｎＴｅ化合物半導体層を厚さ１μｍまでエピタキシャル成長させた後、結晶成長装置から取り出しファンデアポー法でキャリア濃度を測定した。その結果、〜５×１０１８ｃｍ−３のｎ型のキャリア濃度が得られた。また、キャリア移動度は２００ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであり、十分に高い値であった。
【００３７】
また、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析器）で結晶中のドーパント濃度を測定した結果、Ａｌ濃度は〜１０１９ｃｍ−３であり、Ｂｅ濃度は〜１０１８ｃｍ−３であることを確認した。
【００３８】
比較のために、ｎ型ドーパントとしてＡｌを単独でドーピングして作製したＺｎＴｅ化合物半導体について同様の測定を行ったところ、ｎ型のキャリア濃度は〜１０１7ｃｍ−３であり、移動度も１０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃと低かった。
【００３９】
（実施例２）
本実施例は、ｐ型ＺｎＴｅ結晶を基板としてＭＢＥ法によりＺｎＣｄＳｅＴｅ化合物半導体をエピタキシャル成長させるにあたり、ｎ型ドーパントとしてＧａを用い、同時にドーピングする第２（２Ａ）族元素としてＢｅを用いてｎ型半導体を形成する例である。
【００４０】
まず、ｐ型ＺｎＴｅ基板上にＺｎＴｅバッファ層を形成した。このとき、半導体原料であるＺｎ源としては高純度のＺｎメタルを用い、 Ｔｅ源としては高純度Ｔｅメタルを用いた。
【００４１】
次に、ＧａとＢｅを同時にドーピングをして前記ＺｎＴｅバッファ層上にｎ型ＺｎＣｄＳｅＴｅ化合物半導体層を形成した。このとき、Ｃｄ源としては高純度のＣｄメタルを用い、Ｓｅ源としては高純度のＳｅを用い、Ｔｅ源としては高純度のＴｅメタルを用いた。また、ｎ型ドーパント源としては高純度Ｇａメタルを用い、第２（２Ａ）族元素源としては高純度Ｂｅメタルを用いた。なお、Ｇａのドーピング量は結晶中のキャリア濃度が〜１０１９ｃｍ−３になる量とし、Ｂｅのドーピング量は結晶中の濃度が〜１０２０ｃｍ−３となる量とした。
【００４２】
ＺｎＣｄＳｅＴｅ化合物半導体層を厚さ１μｍまでエピタキシャル成長させた後、結晶成長装置から取り出しファンデアポー法でキャリア濃度を測定した。その結果、〜５×１０１８ｃｍ−３のｎ型のキャリア濃度が得られた。また、キャリア移動度は２５０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであり、十分に高い値であった。
【００４３】
また、ＳＩＭＳで結晶中のドーパント濃度を測定した結果、Ｇａ濃度は〜１×１０１９ｃｍ−３で、Ｂｅ濃度は〜１０２０ｃｍ−３であることを確認した。さらに、前記半導体結晶のフォトルミネッセンス特性を評価した結果、ほとんど深い順位からの発光は確認されなかった。
【００４４】
比較のために、ｎ型ドーパントとしてＧａを単独でドーピングして作製したＺｎＣｄＳｅＴｅ化合物半導体について同様の測定を行ったところ、ｎ型のキャリア濃度は〜８×１０１６ｃｍ−３であり、移動度も１０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃと低かった。また、フォトルミネッセンス特性を評価したところ、長波長の発光が観察されたことから深い順位が幅広く形成されていることが確認された。
【００４５】
（実施例３）
本実施例は、ｐ型ＺｎＴｅ結晶を基板としてＭＢＥによりＺｎＴｅ系化合物半導体をエピタキシャル成長させるにあたり、ｎ型ドーパントとしてＡｌを用い、同時にドーピングする第２（２Ａ）族元素としてＢｅを用いてｎ型半導体を形成する例である。
【００４６】
まず、ｐ型ドーパントとしてＮをドーピングしてｐ型ＺｎＴｅ基板上にｐ型ＺｎＴｅバッファ層を形成した。さらに、ｐ型ドーパントとしてＮをドーピングしてｐ型ＺｎＴｅバッファ層上にｐ型ＺｎＭｇＳｅＴｅクラッド層を形成した。このとき、半導体原料であるＺｎ源としては高純度Ｚｎメタルを用い、Ｔｅ源としては高純度Ｔｅメタルを用いた。また、ｐ型ドーパントであるＮ源としてはラジカルビーム活性窒素を用いた。
【００４７】
その後、ｐ型ＺｎＭｇＳｅＴｅクラッド層上にアンドープのＣｄＺｎＳｅＴｅ活性層を育成した。
【００４８】
次に、ＡｌとＢｅを同時ドーピングをして前記ＣｄＺｎＳｅＴｅ活性層上にｎ型ＺｎＭｇＳｅＴｅクラッド層を形成した。さらに、ＡｌとＢｅを同時ドーピングをして前記ＺｎＭｇＳｅＴｅクラッド層上にｎ型ＺｎＴｅコンタクト層を形成してＺｎＴｅ系化合物半導体を作製した。このとき、ｎ型ドーパント源としては高純度Ａｌメタルを用い、第２（２Ａ）族元素源としては高純度Ｂｅメタルを用いた。なお、Ｂｅのドーピング量は結晶中の濃度が１％となる量とした。また、得られたＺｎＴｅ系化合物半導体におけるｎ型ＺｎＭｇＳｅＴｅクラッド層のキャリア濃度は７×１０１７ｃｍ−３であり、ｎ型ＺｎＴｅコンタクト層のキャリア濃度は５×１０１８ｃｍ−３であった。
【００４９】
その後、ＺｎＴｅ基板側に金電極を形成し、ｎ型ＺｎＴｅコンタクト層側にＷ（タングステン）電極を形成して発光ダイオードを作製した。
【００５０】
この発光ダイオードに通電して発光特性を評価した結果、２．５Ｖの動作電圧で高輝度の緑色発光を観察できた。このように、本実施例の発光ダイオードによれば、ｎ型ＺｎＴｅコンタクト層とＷ電極とのコンタクト抵抗が低減するので動作電圧を低くすることができる。これにより、発光ダイオードの低電力化を図ることができるとともに、発熱を低減させることができるので発光ダイオードの長寿命化の実現が期待できる。
【００５１】
比較のために、ｎ型ドーパントとしてＡｌを単独でドーピングしてｎ型半導体層を形成したＺｎＴｅ系化合物半導体において、ｎ型コンタクト層のキャリア濃度を測定したところ〜１０１８ｃｍ−３であった。また、このＺｎＴｅ系化合物半導体を用いて作製した発光ダイオードにおいては、動作電圧は５Ｖと高く、深い順位からの発光も観察され発光効率が低下した。また、ｎ型ＺｎＴｅコンタクト層側の電極部分で発熱による劣化が観測され寿命の長い素子が得られなかった。
【００５２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、同時ドーピングに用いられるドーパントの組み合わせは、第１３（３Ｂ）族元素であるＡｌ、Ｇａ、Ｉｎの少なくとも一つを含むｎ型ドーパントと、第２（２Ａ）族元素であるＭｇ、Ｂｅ、Ｃａの少なくとも一つを含む組み合わせであってもよい。またｎ型ドーパントとして一般的なＣｌと、第２（２Ａ）族元素であるＭｇ、Ｂｅ、Ｃａの少なくとも一つを含む組み合わせであってもよい。
【００５３】
なお、本実施例では第１３（３Ｂ）族元素と同時にドーピングされる第２（２Ａ）族元素のドーピング量を、結晶中の濃度が〜１０１８ｃｍ−３になる量としたが、Ｚｎ空孔濃度以上（〜１０１８ｃｍ−３）で、結晶中の濃度が１％以内となる範囲で調整すればよい。また、ＺｎＴｅ化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させるときの育成温度としては３５０℃以上が望ましい。
【００５４】
また、本実施例で説明したＺｎＴｅ基板上にに格子整合するＺｎＴｅ化合物半導体やＺｎＭｇＳｅＴｅ化合物半導体以外にも、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＺｎＯＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＣｄＯＴｅ、ＣｄＺｎＯＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅのｎ型半導体を形成する場合にも適用できる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、基板上にＺｎＴｅ系化合物半導体をエピタキシャル成長させる際、ＺｎＴｅ系化合物結晶をｎ型に制御する第１３（３Ｂ）族元素からなる第１のドーパントと、Ｔｅ元素との結合エネルギーがＺｎ元素と同等またはそれ以上である第２（２Ａ）族元素からなる第２のドーパントとを、前記ＺｎＴｅ系化合物結晶中に同時にドーピングするようにしたので、ＺｎＴｅ系化合物半導体の導電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。
【００５６】
また、前記第２のドーパントを、原子個数でＺｎ空孔の濃度以上（〜１０１８ｃｍ−３以上）、かつ、前記ＺｎＴｅ系化合物結晶中の濃度が1％以下となるようにドーピングすれば格子整合条件をとりやすいので、結晶性に優れたＺｎＴｅ系化合物半導体結晶を得ることができる。