(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テルル化亜鉛の室温でのバンドギャップである２．２６ｅＶよりバンドギャップが大きく、当該テルル化亜鉛の結晶構造である閃亜鉛鉱型構造と同一の結晶構造である材料のｐ型半導体からなる基板と、
前記基板上に積層したｐ型テルル化亜鉛からなるｐ型テルル化亜鉛薄膜層と、
前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層上に積層したｎ型テルル化亜鉛からなるｎ型テルル化亜鉛薄膜層と、
を備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
テルル化亜鉛の室温でのバンドギャップである２．２６ｅＶよりバンドギャップが大きく、当該テルル化亜鉛の結晶構造である閃亜鉛鉱型構造と同一の結晶構造である材料からなる基板と、
前記基板上に積層したｐ型テルル化亜鉛からなるｐ型テルル化亜鉛薄膜層と、
前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層上に積層したｎ型テルル化亜鉛からなるｎ型テルル化亜鉛薄膜層と、
を備え、
前記基板は、前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層側の表面上に前記基板と同一の材料からなる薄膜が成膜されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の半導体装置において、
前記基板は、テルル化亜鉛マグネシウムからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記請求項２に記載の半導体装置において、
前記基板は、ｐ型テルル化亜鉛マグネシウムからなり、
前記薄膜は、有機金属気相成長法による成長時に燐を構成元素として含むドーパントを供給して成膜することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置において、
前記基板は、（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置において、
前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層は、表面の二乗平均粗さが１００ｎｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体装置において、
前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層は、膜厚が１．１μｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
原料物質を亜鉛、テルル、マグネシウム及び燐として、垂直ブリッジマン法により成長したバルク結晶から基板を作製する第１の工程と、
前記第１の工程により作製した基板上に、原料物質をジメチル亜鉛、ジエチルテルル及びトリスジメチルアミノ燐として、有機金属気相成長法によりｐ型テルル化亜鉛を成長させる第２の工程と、
前記第２の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛薄膜上に、アルミニウムを真空蒸着させる第３の工程と、
前記第２の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛薄膜に対して、前記第３の工程により真空蒸着させたアルミニウムを熱拡散してｎ型テルル化亜鉛を形成する第４の工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
ｐ型テルル化亜鉛マグネシウム基板上に、原料物質をジメチル亜鉛、ジエチルテルル、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム及びトリスジメチルアミノ燐として、有機金属気相成長法によりｐ型テルル化亜鉛マグネシウムを成長させる第１の工程と、
前記第１の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛マグネシウム薄膜上に、原料物質をジメチル亜鉛、ジエチルテルル及びトリスジメチルアミノ燐として、有機金属気相成長法によりｐ型テルル化亜鉛を成長させる第２の工程と、
前記第２の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛薄膜上に、アルミニウムを真空蒸着させる第３の工程と、
前記第２の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛薄膜に対して、前記第３の工程により真空蒸着させたアルミニウムを熱拡散してｎ型テルル化亜鉛を形成する第４の工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）やレーザーダイオード（ＬＤ：laser diode）などの光電変換機能素子に使用できる半導体装置及びその製造方法に関し、特に、緑色発光の光電変換機能素子の半導体材料となるテルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）薄膜を基板上に形成した半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光ダイオードにおいては、図１８（ａ）に示すように、緑色から黄色までの波長領域（波長λ＝５００ｎｍ〜６００ｎｍ）における発光効率（パワー効率）が、他の波長領域と比較して劣っている。特に、純緑色（波長λ＝５５０ｎｍ）における発光効率は、０．１％程度と非常に低い。図１８（ａ）は各半導体材料により作製した発光ダイオードのピーク発光波長と発光効率との関係を示したグラフである。
【０００３】
このため、緑色の発光ダイオードを実現するために、赤色側の発光ダイオードの半導体材料として用いられているガリウムリン（ＧａＰ）や、青色側の発光ダイオードの半導体材料として用いられているガリウムインジウムナイトライド（ＧａＩｎＮ）を利用する試みがある。
【０００４】
しかしながら、ＧａＰは、間接遷移型半導体であるために、非常に弱い発光となり、発光効率を上げることには限界がある。
また、ＧａＩｎＮ（正確には、Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ＞０．１））を用いる場合には、ＧａＩｎＮ全体に対するインジウム（Ｉｎ）の添加量の割合を増加するほど、ＧａＩｎＮのバンドギャップが小さくなり、ピーク発光波長が純緑色の波長に近づくのであるが、以下のような問題点がある。
【０００５】
ＧａＩｎＮは窒素化合物であり、バルク結晶成長は極めて困難であるため、ガリウムインジウムナイトライド（ＧａＩｎＮ）自体の基板がないうえに、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）やインジウムナイトライド（ＩｎＮ）の基板は容易に作製できない。このため、通常は、サファイア（α−Ａｌ2Ｏ3）基板上にＧａＩｎＮの結晶を成長させるのであるが、α−Ａｌ2Ｏ3とＧａＩｎＮとは格子定数が異なり、ＧａＩｎＮ全体に対するインジウムの添加量の割合を増加するほど、格子定数の不整合率が大きくなるために、ＧａＩｎＮ成長層内に結晶欠陥が多数生じることになる。また、α−Ａｌ2Ｏ3（０００１）基板上にＧａＩｎＮ発光ダイオードを作製した場合に、基板との格子定数差による応力で生じた格子歪により、結晶内部にピエゾ電界が発生し、電子と正孔の波動関数が空間的に分離されるため発光再結合確率が低下するという問題点もある。
【０００６】
これに対して、直接遷移型半導体であり、室温でのバンドギャップが２．２６ｅＶ（波長にして約５５０ｎｍ）である、ＺｎＴｅを、緑色の発光ダイオードの半導体材料として用いる試みもある。このＺｎＴｅは、図１８（ｂ）に示すように、ＧａＰ及びＧａＩｎＮと比較して、緑色発光ダイオードの作製に用いる半導体材料として適しており、高輝度な純緑色の発光ダイオードの作製に用いる半導体材料として期待されている。図１８（ｂ）は市販の緑色発光ダイオードの作製に用いられている半導体材料（ＧａＰ，ＧａＩｎＮ）と緑色発光ダイオードの作製に用いるＺｎＴｅとを比較した表である。
【０００７】
例えば、従来のｐ型ＺｎＴｅの製造方法は、有機金属気相成長法を用い、ドーピングガスとしてフォスフィン（ＰＨ3）あるいはターシャルブチルフォスフィン（ＴＢＰ：ｔ−Ｃ4Ｈ9ＰＨ2）など、燐を構成元素として含む水素化物あるいは有機金属を用いる。反応管にＧａＡｓ基板を入れ、表面をクリーニングした後、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）とジエチルテルル（ＤＥＴｅ）のバブラーをバブリングし、ドーピングソースＰＨ3を供給して成長する（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２６７８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のｐ型ＺｎＴｅの製造方法は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板上に、ｐ型ＺｎＴｅの成長膜を得るものであり、このｐ型ＺｎＴｅを用いて発光素子を作製した場合には、ＺｎＴｅのｐｎ接合部付近で電子と正孔とが再結合して５５０ｎｍをピーク発光波長とする光を放出する。これに対し、ＧａＡｓの室温でのバンドギャップ（１．４３ｅＶ）が、ＺｎＴｅの室温でのバンドギャップ（２．２６ｅＶ）と比較して小さいために、５５０ｎｍの純緑色光に対してＧａＡｓ基板は透明な基板ではなく、ｐｎ接合部付近で放出した光の一部である５５０ｎｍの純緑色光が、ＧａＡｓ基板を通過する間に吸収され、緑色光の発光効率を低下させるという問題点があった。
【０００９】
同様に、ｐ型ＺｎＴｅ基板上にＺｎＴｅのｐｎ接合を形成し発光素子を作製した場合であっても、放出される光のエネルギーは、基板材料のバンドギャップエネルギーと等しいために、基板を通過する過程で光が吸収され、外部に放出される光が弱くなる。つまり、効率が低くなるという問題点があった。
【００１０】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、基板上にＺｎＴｅを成膜した半導体装置において、緑色光の発光効率が高い光電変換機能素子に使用できる半導体装置及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る半導体装置においては、テルル化亜鉛の室温でのバンドギャップである２．２６ｅＶよりバンドギャップが大きく、当該テルル化亜鉛の結晶構造である閃亜鉛鉱型構造と同一の結晶構造である材料のｐ型半導体からなる基板と、前記基板上に積層したｐ型テルル化亜鉛からなるｐ型テルル化亜鉛薄膜層と、前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層上に積層したｎ型テルル化亜鉛からなるｎ型テルル化亜鉛薄膜層と、を備えているものである。
【００１２】
また、この発明に係る半導体装置においては、テルル化亜鉛の室温でのバンドギャップである２．２６ｅＶよりバンドギャップが大きく、当該テルル化亜鉛の結晶構造である閃亜鉛鉱型構造と同一の結晶構造である材料からなる基板と、前記基板上に積層したｐ型テルル化亜鉛からなるｐ型テルル化亜鉛薄膜層と、前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層上に積層したｎ型テルル化亜鉛からなるｎ型テルル化亜鉛薄膜層と、備え、前記基板は、前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層側の表面上に前記基板と同一の材料からなる薄膜が成膜されているものである。
また、この発明に係る半導体装置においては、必要に応じて、前記基板は、テルル化亜鉛マグネシウムからなる。
【００１３】
さらに、この発明に係る半導体装置においては、必要に応じて、前記基板は、ｐ型テルル化亜鉛マグネシウムからなり、前記薄膜は、有機金属気相成長法による成長時に燐（Ｐ）を構成元素として含むドーパントを供給して成膜するものである。
また、この発明に係る半導体装置においては、必要に応じて、前記基板は、（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下である。
【００１４】
さらに、この発明に係る半導体装置においては、必要に応じて、前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層は、表面の二乗平均粗さが１００ｎｍ以下である。
また、この発明に係る半導体装置においては、必要に応じて、前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層は、膜厚が１．１μｍ以下である。
【００１５】
また、この発明に係る半導体装置の製造方法においては、原料物質を亜鉛、テルル、マグネシウム及び燐として、垂直ブリッジマン法により成長したバルク結晶から基板を作製する第１の工程と、前記第１の工程により作製した基板上に、原料物質をジメチル亜鉛、ジエチルテルル及びトリスジメチルアミノ燐として、有機金属気相成長法によりｐ型テルル化亜鉛を成長させる第２の工程と、前記第２の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛薄膜上に、アルミニウムを真空蒸着させる第３の工程と、前記第２の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛薄膜に対して、前記第３の工程により真空蒸着させたアルミニウムを熱拡散してｎ型テルル化亜鉛を形成する第４の工程と、を備える。
【００１６】
さらに、この発明に係る半導体装置の製造方法においては、ｐ型テルル化亜鉛マグネシウム基板上に、原料物質をジメチル亜鉛、ジエチルテルル）、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム及びトリスジメチルアミノ燐として、有機金属気相成長法によりｐ型テルル化亜鉛マグネシウムを成長させる第１の工程と、前記第１の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛マグネシウム薄膜上に、原料物質をジメチル亜鉛、ジエチルテルル及びトリスジメチルアミノ燐として、有機金属気相成長法によりｐ型テルル化亜鉛を成長させる第２の工程と、前記第２の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛薄膜上に、アルミニウムを真空蒸着させる第３の工程と、前記第２の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛薄膜に対して、前記第３の工程により真空蒸着させたアルミニウムを熱拡散してｎ型テルル化亜鉛を形成する第４の工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１７】
この発明に係る半導体装置においては、テルル化亜鉛の室温でのバンドギャップである２．２６ｅＶよりバンドギャップが大きく、当該テルル化亜鉛の結晶構造である閃亜鉛鉱型構造と同一の結晶構造である材料のｐ型半導体からなる基板と、前記基板上に積層したｐ型テルル化亜鉛からなるｐ型テルル化亜鉛薄膜層と、前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層上に積層したｎ型テルル化亜鉛からなるｎ型テルル化亜鉛薄膜層と、を備えていることにより、５５０ｎｍの純緑色光に対して基板は透明であり、ｐｎ接合部付近で放出した光の一部である５５０ｎｍの純緑色光が、基板を通過する間に吸収されることがなく、緑色光の発光効率が高い光電変換機能素子に使用できる。また、基板又は基板上に成膜された薄膜とｐ型テルル化亜鉛薄膜層との界面に形成させるポテンシャルバリアによりキャリアを閉じ込め、発光再結合の効率を向上させることができる。
【００１８】
また、この発明に係る半導体装置においては、テルル化亜鉛の室温でのバンドギャップである２．２６ｅＶよりバンドギャップが大きく、当該テルル化亜鉛の結晶構造である閃亜鉛鉱型構造と同一の結晶構造である材料からなる基板と、前記基板上に積層したｐ型テルル化亜鉛からなるｐ型テルル化亜鉛薄膜層と、前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層上に積層したｎ型テルル化亜鉛からなるｎ型テルル化亜鉛薄膜層と、備え、前記基板は、前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層側の表面上に前記基板と同一の材料からなる薄膜が成膜されていることにより、基板の表面に、機械研磨によるダメージや表面汚染物が残留している場合であっても、基板上に成膜された薄膜とｐ型テルル化亜鉛薄膜層によって、所望の界面を得ることができる。
【００１９】
また、この発明に係る半導体装置においては、必要に応じて、前記基板は、テルル化亜鉛マグネシウムからなることにより、基板を特定している。
【００２０】
また、この発明に係る半導体装置においては、必要に応じて、前記基板は、ｐ型テルル化亜鉛マグネシウムからなり、前記薄膜は、有機金属気相成長法による成長時に燐を構成元素として含むドーパントを供給して成膜することにより、所望のキャリア濃度を有するｐ型半導体を形成することができる。
【００２１】
また、この発明に係る半導体装置においては、必要に応じて、前記基板は、（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下であることにより、光電変換機能素子の発光強度を顕著に向上させることができる。
【００２２】
さらに、この発明に係る半導体装置においては、必要に応じて、前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層は、表面の二乗平均粗さが１００ｎｍ以下であることにより、光電変換機能素子の発光強度を顕著に向上させることができる。
【００２３】
また、この発明に係る半導体装置においては、必要に応じて、前記ｐ型テルル化亜鉛薄膜層は、膜厚が１．１μｍ以下であることにより、ＺｎＴｅに起因する自己吸収効果を格段に抑制させることができる。
【００２４】
また、この発明に係る半導体装置の製造方法においては、原料物質を亜鉛、テルル、マグネシウム及び燐として、垂直ブリッジマン法により成長したバルク結晶から基板を作製する第１の工程と、前記第１の工程により作製した基板上に、原料物質をジメチル亜鉛、ジエチルテルル及びトリスジメチルアミノ燐として、有機金属気相成長法によりｐ型テルル化亜鉛を成長させる第２の工程と、前記第２の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛薄膜上に、アルミニウムを真空蒸着させる第３の工程と、前記第２の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛薄膜に対して、前記第３の工程により真空蒸着させたアルミニウムを熱拡散してｎ型テルル化亜鉛を形成する第４の工程と、を備えることにより、５５０ｎｍの純緑色光に対して基板が透明であり、ｐｎ接合部付近で放出した光の一部である５５０ｎｍの純緑色光が、基板を通過する間に吸収されることがなく、緑色光の発光効率が高い光電変換機能素子に使用できる半導体装置を製造することができる。
【００２５】
また、この発明に係る半導体装置の製造方法においては、ｐ型テルル化亜鉛マグネシウム基板上に、原料物質をジメチル亜鉛、ジエチルテルル、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム及びトリスジメチルアミノ燐として、有機金属気相成長法によりｐ型テルル化亜鉛マグネシウムを成長させる第１の工程と、前記第１の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛マグネシウム薄膜上に、原料物質をジメチル亜鉛）、ジエチルテルル及びトリスジメチルアミノ燐として、有機金属気相成長法によりｐ型テルル化亜鉛を成長させる第２の工程と、前記第２の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛薄膜上に、アルミニウムを真空蒸着させる第３の工程と、前記第２の工程により成長させたｐ型テルル化亜鉛薄膜に対して、前記第３の工程により真空蒸着させたアルミニウムを熱拡散してｎ型テルル化亜鉛を形成する第４の工程と、を備えることにより、５５０ｎｍの純緑色光に対して基板が透明であり、ｐｎ接合部付近で放出した光の一部である５５０ｎｍの純緑色光が、基板を通過する間に吸収されることがなく、緑色光の発光効率が高い光電変換機能素子に使用できる半導体装置を製造することができると共に、基板の表面に、機械研磨によるダメージや表面汚染物が残留している場合であっても、ｐ型テルル化亜鉛マグネシウム薄膜とｐ型テルル化亜鉛薄膜とによって、所望の界面を有する半導体装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（本発明の第１の実施形態）
図１（ａ）はこの発明を実施するための第１の実施形態における半導体装置の断面図、図１（ｂ）はｐ−ＺｎＭｇＴｅとｐ−ＺｎＴｅとの界面に形成させるポテンシャルバリアによるキャリアの閉じ込め効果を説明するための説明図、図２は図１（ａ）に示す半導体装置の製造方法を説明するための説明図、図３（ａ）はＺｎＭｇＴｅ結晶のＳＥＭ像を示す説明図、図３（ｂ）はＺｎＭｇＴｅ結晶のＣＬ像を示す説明図、図４はＺｎＭｇＴｅ結晶の（００４）面におけるＸＲＣを示すグラフ、図５はＺｎＭｇＴｅ結晶の（００４）面におけるＸＲＣとＬＥＤの発光強度との関係を示すグラフ、図６はｐ−ＺｎＴｅ薄膜の４ＫにおけるＰＬスペクトルを示すフォトルミネッセンス特性図、図７（ａ）は基板温度とｐ−ＺｎＴｅ薄膜の成長速度との関係を示すグラフ、図７（ｂ）は基板温度とｐ−ＺｎＴｅ薄膜表面の二乗平均粗さとの関係を示すグラフ、図８はｐ−ＺｎＴｅ薄膜表面の二乗平均粗さとＬＥＤの発光強度との関係を示すグラフ、図９は熱処理前後におけるＴＤＭＡＰの供給量とＰ−ＺｎＴｅ薄膜の電気的特性との関係を示すグラフ、図１０は熱処理時間が一定の熱処理によるＺｎＴｅ薄膜の室温でのフォトルミネッセンススペクトルの変化を示す室温フォトルミネッセンス特性図、図１１は図１（ａ）に示す半導体装置の製造方法の熱拡散処理におけるＡｌ濃度−拡散深さの特性図、図１２は拡散制御層を有しない半導体装置の製造方法の熱拡散処理におけるＡｌ濃度−拡散深さの特性図、図１３はＬＥＤのＳＥＭ及びＥＢＩＣ像を示す説明図、図１４は室温におけるＬＥＤのＥＬスペクトルを示すエレクトロルミネッセンス特性図である。
【００２７】
図１及び図２において、半導体装置１０は、基板１ａ上に積層したｐ型テルル化亜鉛（ｐ−ＺｎＴｅ）からなるｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａと、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａ上に積層したｎ型テルル化亜鉛（ｎ−ＺｎＴｅ）からなるｎ−ＺｎＴｅ薄膜２ｂとを少なくとも備えている。また、半導体装置１０は、ｎ−ＺｎＴｅ薄膜２ｂ上に積層したｎ型電極４ａと、基板１ａに対してｎ型電極４ａと対向するように基板１ａに積層したｐ型電極５ａとを備えることで、光電変換機能素子を構成することができる。なお、この第１の実施形態においては、ｎ−ＺｎＴｅ薄膜２ｂ（ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２）とｎ型電極４ａ（Ａｌ薄膜４）との中間に、拡散されるＡｌ薄膜４のアルミニウム（Ａｌ）の拡散係数がＺｎＴｅ中に比べて小さい物質からなる拡散制御層３（例えば、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２のＺｎ及びＴｅ並びにＡｌ薄膜４のＡｌを酸化させた酸化膜）を積層した構造を示している。
【００２８】
基板１ａは、垂直ブリッジマン法、水平ブリッジマン法、ゾーンレベリング法、フォローティングゾーン法又は引き上げ法などにより成長させたバルク結晶から作製した基板であり、ＺｎＴｅの室温でのバンドギャップである２．２６ｅＶよりバンドギャップが大きく、このＺｎＴｅの結晶構造である閃亜鉛鉱型構造と同一の結晶構造である材料からなる。
【００２９】
この基板１ａの材料としては、例えば、テルル化亜鉛マグネシウム（Ｚｎ1-xＭｇxＴｅ（０．０５＜ｘ＜０．５））、テルル化亜鉛マンガン（Ｚｎ1-xＭｎxＴｅ（０．０５＜ｘ＜０．５））、テルル化亜鉛セレン（ＺｎＴｅ1-xＳｅx（０．１＜ｘ＜０．５））、又はテルル化亜鉛マンガンセレン（Ｚｎ1-xＭｇxＳｅ1-yＴｅy（０．０２＜ｘ＜０．８、０．０２＜ｙ＜０．８））などが挙げられる。なお、これらの基板材料にｐ型不純物を添加することにより、電気抵抗やキャリア濃度を変化させ、電気的特性などを制御することができる。特に、図１（ｂ）に示すように、ｐ−ＺｎＭｇＴｅとｐ−ＺｎＴｅとの界面に形成させるポテンシャルバリアによりキャリアを閉じ込め、発光再結合の効率を向上させることができる。
【００３０】
ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２は、分子線エピキシャル成長法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）や有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition、ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）などを用いて、基板１ａ上にｐ−ＺｎＴｅを成長させたものである。
【００３１】
なお、Ｚｎの原料ガスとしては、Ｚｎを含有し、分子線エピキシャル成長法や有機金属気相成長法などによってＺｎＴｅを成膜できるのであれば、特に限定されるものではなく、亜鉛単体、又は有機金属原料としてジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）若しくはジエチル亜鉛トリエチルアミン（ＤＭＺｎ−ＴＥＮ）などが挙げられる。
【００３２】
また、Ｔｅの原料ガスとしても、Ｔｅを含有し、分子線エピキシャル成長法や有機金属気相成長法などによってＺｎＴｅを成膜できるのであれば、特に限定されるものではなく、テルル単体、又は有機金属原料としてジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ダイアリルテルル（ＤＡＴｅ）若しくはダイイソプロピルテルル（ＤｉＰＴｅ）などが挙げられる。
【００３３】
また、ｐ型ドーパントとして、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、燐（Ｐ）、リチウム（Ｌｉ）若しくは窒素（Ｎ）又はトリスジメチルアミノ燐（ＴＤＭＡＰ）などの燐を構成元素として含むドーパントなどが挙げられる。
【００３４】
ｎ型電極４ａは、ｎ型半導体であるｎ−ＺｎＴｅに対して形成されるオーミック電極であり、真空蒸着法又はスパッタ法などの各種の薄膜作製法により、ｎ−ＺｎＴｅ薄膜２ｂ上に堆積させた金属薄膜に対して、所定の形状にエッチングしてパターン形成したものである。
ｎ−ＺｎＴｅ薄膜２ｂは、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２上に成膜したｎ型ドーパントを、窒素、水素、ヘリウム又はアルゴンなどの雰囲気中で、４００〜６００℃の温度下において、任意の時間をかけて、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の表面から熱拡散させたものである。
【００３５】
したがって、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａは、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２のうちｎ型ドーパントの熱拡散が及んでいない、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２からｎ−ＺｎＴｅ薄膜２ｂを除いた部分である。
【００３６】
ｐ型電極５ａは、ｐ型半導体であるｐ−ＺｎＴｅに対して形成されるオーミック電極であり、真空蒸着法又はスパッタ法などの各種の薄膜作製法により、基板１ａに対してｎ型電極４ａと対向するように基板１ａに金属を堆積させた薄膜に対して、所定の形状にエッチングしてパターン形成したものである。
【００３７】
つぎに、この発明の第１の実施形態における半導体装置１０の製造方法の一例について説明する。
まず、垂直ブリッジマン（ＶＢ：Vertical Bridgman）法により、基板１ａとなるｐ−ＺｎＭｇＴｅのバルク結晶を成長させる。なお、この第１の実施形態においては、基板１ａの材料として、ｐ−ＺｎＭｇＴｅを用いて説明するが、ＺｎＴｅの室温でのバンドギャップである２．２６ｅＶよりバンドギャップが大きく、ＺｎＴｅの結晶構造である閃亜鉛鉱型構造と同一の結晶構造であれば、ｐ−ＺｎＭｇＴｅに限られるものではない。また、バルク結晶の成長技術は、構造欠陥が少なく、純度の高い結晶を成長させることができるのであれば、垂直ブリッジマン法に限られるものではない。
【００３８】
ｐ−ＺｎＭｇＴｅバルク結晶は、原料物質を、亜鉛（Ｚｎ）、テルル（Ｔｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）及び燐（Ｐ）とし、Ｍｇ／（Ｚｎ＋Ｍｇ）＝０．１５の関係を満たすように秤量する。そして、これらの原料物質をＰＢＮ坩堝に入れ、さらに、この坩堝を石英アンプル内に真空封入する。なお、本願発明者らは、当初、前記原料物質を石英管内に直接封入して結晶成長実験を試みたが、Ｍｇが石英管と反応してしまい良好な結晶を得ることができなかった。そこで、この反応を防ぐために、ＰＢＮ坩堝を使用したところ、前述の反応は生じず、良好な結晶を得ることができることが分かった。このようにして作製したアンプルを所定の温度分布を有する電気炉内に投入し、結晶成長させる。なお、引き下げ速度は５〜３０ｍｍ／日であり、温度勾配は５〜１０℃／ｍｍとした。
【００３９】
そして、ｐ−ＺｎＭｇＴｅバルク結晶を、例えば、基板１ａの厚みが２００μｍとなるようにスライス及び研磨して、面方位が（００１）であるｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａを作製する（図２（ａ））。
【００４０】
ここで、作製したｐ−ＺｎＭｇＴｅバルク結晶において、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscopy）像及びカソードルミネッセンス（ＣＬ：cathodoluminescence）像を検証したところ、図３に示すように、結晶欠陥に起因するダークスポットやダークラインがほとんど観測されておらず、欠陥密度が１０4ｃｍ-2以下の高い結晶品質が得られていることがわかる。なお、ＣＬ取得条件は、パンクロモードにおいて室温で１５ｋＶの電子線を照射した。
【００４１】
また、作製したｐ−ＺｎＭｇＴｅバルク結晶において、（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブ（ＸＲＣ：X-ray Rocking Curve）を検証したところ、図４に示すように、半値幅（ＦＷＨＭ：full width at half maximum）が８８arcsecと狭く、良質の結晶が得られており、ＣＬの実験結果と十分一致している。また、（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅と後述するＬＥＤの発光特性との関係を調べたところ、図５に示すように、（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅を１００秒以下にすることで、ＬＥＤの発光強度を顕著に向上させることができることがわかる。
【００４２】
特に、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａを量産する場合には、ｐ−ＺｎＭｇＴｅの半導体ウエハを作製することになる。半導体ウエハの作製には、ｐ−ＺｎＭｇＴｅバルク結晶の両端を切断し、半導体ウエハの直径をそろえるための外周研磨を行ない、半導体ウエハとなったとき結晶の方位がわかるようにするオリエンテーションフラットをつける。そして、ｐ−ＺｎＭｇＴｅバルク結晶を円盤状に切断するスライスが行なわれる。スライスされた半導体ウエハ表面には、ソーマークと呼ばれる切断に伴う傷が存在するので、それを除去すると共に、半導体ウエハの厚さの平均一性や平行度、反りなどを修正するために、荒い研磨であるラッピングが行なわれる。ラッピングをした半導体ウエハには加工ひずみが残っているために、その除去のためのエッチングを行なう。そして、半導体ウエハ表面の凹凸を取り、歪みのない鏡面に仕上げるため、ポリシングを行なう。ポリシングの後、洗浄及びクリーニングをして、半導体ウエハの完成である。この半導体ウエハを所望の大きさに切削することで、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａを得ることができる。
【００４３】
つぎに、Ｚｎの原料ガスであるジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）と、Ｔｅの原料ガスであるジエチルテルル（ＤＥＴｅ）と、ｐ型ドーパントであるトリスジメチルアミノ燐（ＴＤＭＡＰ）のドーピングガスとを導入したチャンバー内で、有機金属気相成長法を用いて、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上にｐ−ＺｎＴｅ薄膜２を成長させる（図２（ｂ））。なお、成長温度は４２０℃とし、後述するＥＬスペクトルの検証のために、膜厚を２μｍ、４μｍ又は６μｍとするｐ−ＺｎＴｅ薄膜２を三枚のｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上にそれぞれ成長させた。また、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上にｐ−ＺｎＴｅ薄膜２が成膜できるのであれば、この原料ガス及びドーパント並びに有機金属気相成長法を用いることに限られるものではない。
【００４４】
ここで、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上に成膜したｐ−ＺｎＴｅ薄膜２において、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の４Ｋにおけるフォトルミネッセンス（ＰＬ：photoluminescence）スペクトルを検証したところ、図６に示すように、既存のｐ−ＺｎＴｅ基板上に成膜したｐ−ＺｎＴｅ薄膜とほぼ同様のＰＬスペクトルであることが確認できる。また、ＰＬスペクトルが、ＦＢ発光（アクセプタ束縛励起子発光）と共に非常に強いＩａ発光（アクセプタの発光）によって特徴付けられており、高い結晶品質の燐（Ｐ）ドープ層であることがわかる。すなわち、高品質のｐ−ＺｎＴｅ薄膜２は、既存のｐ−ＺｎＴｅ基板と同様に、本発明に係るｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上に成長させることができる。
【００４５】
なお、図６において、左側のフォトルミネッセンス特性図は、右側のフォトルミネッセンス特性図のうち波長域５２０ｎｍ〜５４０ｎｍを拡大した図である。また、図６の各フォトルミネッセンス特性図において、上側のＰＬスペクトルは既存のｐ−ＺｎＴｅ基板上に成膜したｐ−ＺｎＴｅ薄膜に対するものであり、下側のＰＬスペクトルは本発明のｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上に成膜したｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａに対するものである。
また、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上にｐ−ＺｎＴｅ薄膜２を成長させる場合における、基板温度とｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の成長速度及び表面の二乗平均粗さとの関係を検証した。
【００４６】
まず、図７（ａ）に示すように、基板温度が約３９５℃以下の範囲においては、基板温度が高いほどｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の成長速度が速いことがわかる。すなわち、基板温度が低い場合には、混合された原料ガスが熱分解反応や化学反応を起こし難いために、この範囲のｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の成長は、これらの反応の程度によって律速されている反応律速領域である。また、基板温度が約４０５℃以上の範囲においては、基板温度に関係なくｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の成長速度がほぼ一定であることがわかる。すなわち、基板温度が非常に高い場合（約４０５℃以上）には、混合された原料ガスの熱分解反応や化学反応が顕著であり、原料ガスが供給されるとすぐに反応が起こるために、この範囲のｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の成長は、原料ガスの供給量によって律速されている供給律速領域である。
【００４７】
つぎに、図７（ｂ）に示すように、基板温度の４００℃を基準にして、基板温度が低いほど、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の表面の二乗平均粗さ（ＲＭＳ）が大きいことがわかる。また、基板温度が４００℃〜４５０℃の範囲において、基板温度が高いほど、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の表面の二乗平均粗さ（ＲＭＳ）が大きく、基板温度が４５０℃以上の範囲において、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の表面の二乗平均粗さ（ＲＭＳ）がほぼ一定であることがわかる。
【００４８】
したがって、反応律速領域と供給律速領域との境界付近の基板温度の条件下で、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上にｐ−ＺｎＴｅ薄膜２を成膜することが、薄膜表面の二乗平均粗さ（ＲＭＳ）を小さくし、良質の薄膜を形成できるので好ましい。特に、基板温度が４００℃の条件下で、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上にｐ−ＺｎＴｅ薄膜２を成膜することが、薄膜表面の二乗平均粗さ（ＲＭＳ）を最小にできるのでさらに好ましい。
【００４９】
また、この表面の二乗平均粗さ（ＲＭＳ）と後述するＬＥＤの発光特性との関係を調べたところ、図８に示すように、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の表面の二乗平均粗さ（ＲＭＳ）を１００ｎｍ以下にすることで、ＬＥＤの発光強度を顕著に向上させることができることがわかる。すなわち、室温において蛍光灯の下で確認できる発光を得るためには、表面の二乗平均粗さ（ＲＭＳ）を１００ｎｍ以下にする必要がある。この原因としては、表面の二乗平均粗さ（ＲＭＳ）が大きい場合には、形成されるｐｎ接合界面が平坦にならずに凸凹となり、局所的に電界が集中することや、電流のリークパスが形成されうるために、発光強度が低くなると推測される。
【００５０】
また、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上にｐ−ＺｎＴｅ薄膜２を成長させる場合における、ＴＤＭＡＰの供給量とｐ−ＺｎＴｅ薄膜の電気的特性（キャリア濃度、移動度）との関係を検証した。図９に示すように、熱処理前のｐ−ＺｎＴｅ薄膜２においては、キャリア濃度及び移動度が、高いＴＤＭＰの供給量で飽和する傾向がある。また、４２０℃の熱処理によって、キャリア濃度が顕著に増加していることがわかる。具体的には、ＴＤＭＡＰの供給量が３５μｍｏｌ／分における、熱処理なしのｐ−ＺｎＴｅ薄膜２においては、キャリア濃度が９．４６×１０17ｃｍ-3であるに対して、４２０℃の熱処理を行なったｐ−ＺｎＴｅ薄膜２においては、キャリア濃度が５．１６×１０18ｃｍ-3となり、約５倍のキャリア濃度の向上がみられた。これは、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２中の燐（Ｐ）が活性化したためであると考えられる。なお、図９において、白丸（○）が熱処理前のキャリア濃度の値、黒丸（●）が熱処理後のキャリ濃度の値、白三角（△）が熱処理前の移動度の値、黒三角（▲）が熱処理後の移動度の値をそれぞれ示している。
【００５１】
また、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２を成長させたｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａに対して、熱処理時間を３０分として一定とし、熱処理温度を、熱処理なし、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃又は８００℃として、それぞれ熱処理を行なった場合における、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の室温で測定したフォトルミネッセンススペクトルの変化を示すグラフを図１０に示す。なお、図１０においては、各熱処理温度におけるフォトルミネッセンス強度の比較を容易にするために、各熱処理温度におけるフォトルミネッセンス強度の値を縦軸に沿って平行移動しており、フォトルミネッセンス強度は各熱処理温度における最高値から最低値までの差を比較した。
【００５２】
図１０に示すように、熱処理温度の増加に伴って、フォトルミネッセンス強度が顕著に増加し、熱処理温度が５００℃より高くなると、熱処理温度が５００℃の場合におけるフォトルミネッセンス強度に対して、フォトルミネッセンス強度が減少していることがわかる。具体的には、熱処理なしのｐ−ＺｎＴｅ薄膜２においては、室温でのフォトルミネッセンス強度が１２０であるに対して、５００℃の熱処理を行なったｐ−ＺｎＴｅ薄膜２においては、室温でのフォトルミネッセンス強度が１１３０となり、約１０倍のフォトルミネッセンス強度の向上がみられた。このように、熱処理時間が一定であれば、成膜温度を上限として、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２に対する熱処理温度を上昇させるほど、エピタキシャル膜の品質を向上させることができる。
【００５３】
なお、成膜温度より高い熱処理温度であっても、熱処理なしのｐ−ＺｎＴｅ薄膜２と比較して、フォトルミネッセンス強度を向上させることができるのであるが、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の構成元素が蒸発したり、面荒れが生じたりするのを防止するためにも、成膜温度より低い熱処理温度で熱処理を行なうことが好ましい。また、成膜温度とほぼ同一の熱処理温度で熱処理を行なうことが、熱処理時間が一定の場合に、最高値から最低値までの差が最大となるフォトルミネッセンス強度を得ることができるのでより好ましい。
【００５４】
このように、熱処理前後の室温でのフォトルミネッセンス特性を比較した結果から、熱処理を施すことにより発光強度が約１０倍に増加することが確認できた。このことから、熱処理によりキャリア濃度が増加することに加えて、非発光再結合中心として作用する欠陥準位の密度が減少していると推測される。
【００５５】
また、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２を成長させたｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａにおいて、熱処理を施した試料と、熱処理を施していない試料とを用いて、後述するＬＥＤを作製し、発光特性の比較を行ったところ、熱処理を施していない試料においては、蛍光灯下で発光を確認することができなかったが、熱処理を施した試料においては、蛍光灯下においても発光を確認することができた。
【００５６】
つぎに、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２を成膜したｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａを、図示しない真空蒸着装置内にセットし、この装置内に１×１０-8Ｔｏｒｒ以下の圧力まで真空排気する。
そして、この真空状態で、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａを水素ラジカルにより表面のクリーニング処理を実行する。なお、このクリーニング処理は反射高速電子線回折により処理状態を確認することもできる。
【００５７】
クリーニング処理されたｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａのｐ−ＺｎＴｅ薄膜２上に、酸素ラジカルを照射することにより、この表面のＺｎ及びＴｅを酸化させて、約２〜１０ｎｍの酸化膜として拡散制御層３を形成する（図２（ｃ））。
【００５８】
つぎに、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２上に、真空蒸着法により、１０ｎｍ以上の膜厚を有するＡｌ薄膜４を堆積する（図２（ｄ））。なお、薄膜堆積前の真空層内の圧力は１０-6Ｐａより小さく、蒸着温度は室温とした。
【００５９】
そして、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２及びＡｌ薄膜４を堆積したｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａを電気炉の処理室内に設置し、窒素、水素、ヘリウム又はアルゴンなどの雰囲気中で、４２０℃の温度下において、５時間をかけて熱拡散を行なう。これにより、ｎ−ＺｎＴｅ薄膜２ｂを得ると共に、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の膜厚がｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａとなる（図２（ｅ））。
【００６０】
なお、この熱拡散処理において、図１１に示すように、Ａｌ薄膜４のＡｌ１００％の濃度が酸化膜の拡散制御層３を介して段階的に熱拡散し、この拡散制御層３の膜厚及び拡散制御層３におけるＡｌの拡散係数などに応じてその濃度を減少しながらｐ−ＺｎＴｅ薄膜２のｐ−ＺｎＴｅ内へｎ型の不純物であるＡｌを熱拡散させ、その拡散深さを調整できることとなる。
【００６１】
すなわち、拡散制御層３の膜厚などにより、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２のｐ−ＺｎＴｅがｎ−ＺｎＴｅとして形成されるためのＡｌの表面濃度をＱ（％）から１００（％）の間とするのに対し、拡散制御層３を有しない半導体装置の製造方法では、図１２におけるＡｌ濃度−拡散深さの特性図に示すように、Ｒ（％）（Ｒ＞Ｑ）から１００（％）の間という狭い範囲でしか調整できないことが解る。
【００６２】
このように、酸化膜からなる拡散制御層３により、Ａｌ濃度を、広い範囲で調整できることから、この拡散制御層３の厚み、物性を任意に調整することにより、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２への拡散深さを予め特定して、ｎ−ＺｎＴｅのドーピング領域及び濃度を独立かつ高精度に正確に作製することができる。
【００６３】
すなわち、この第１の実施形態においては、Ａｌ薄膜４の堆積前に、拡散されるＡｌ濃度を制御するための非常に薄い拡散制御層３を堆積することで、熱拡散層内のＡｌ濃度が効率良く発光させうる適切な濃度範囲になるようにした。
なお、拡散制御層３は、拡散制御層におけるＡｌ薄膜４の元素の固溶限が大きくなるほど、薄膜の厚みが厚くなるように形成することもできる。
【００６４】
また、拡散制御層３を形成する酸化膜が数ｎｍから数十ｎｍと非常に薄いことから、この拡散制御層３の酸化膜中を電流がトンネル効果により流れて電気特性に影響を及ぼすことは無かったが、何等かの影響を及ぼす場合には、熱拡散後、この拡散制御層３の酸化膜を除去する構成とすることもできる。
【００６５】
また、拡散制御層３は、酸化膜に限定されるものではなく、Ａｌなどのドナー不純物に比べて半導体内における拡散速度の遅い元素で形成される膜、例えば、窒化膜で形成することもできる。また、その厚さを制御することにより、Ａｌ薄膜４中の不純物を制御する構成とすることもできる。
【００６６】
さらに、拡散源を構成する任意の導電型の元素が金属Ａｌに限定されるものではなく、Ａｌを含む合金、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ若しくはＢ、又はそれらを含む混合材料であってもよい。
【００６７】
そして、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａのうち、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａ、ｎ−ＺｎＴｅ薄膜２ｂ、拡散制御層３及びＡｌ薄膜４が積層された表面と対向する裏面に、無電解メッキ法により、ｐ−ＺｎＭｇＴｅに対するオーミック電極としてパラジウム（Ｐｄ）薄膜５を堆積する（図２（ｆ））。
【００６８】
なお、半導体装置１０を光電変換機能素子に使用する場合には、Ａｌ薄膜４及びＰｄ薄膜５を所定の形状にエッチングしてパターン形成することで、ｎ型電極４ａ及びｐ型電極５ａを得ることになる（図１（ａ））。
【００６９】
ここで、作製した半導体装置１０によるＬＥＤの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）及び電子線誘起電流（ＥＢＩＣ：Electron Bean Induced Current）像を検証したところ、図１３に示すように、ＥＢＩＣ像から、ｐｎ接合の深さが約０．９μｍであると推定される。
【００７０】
また、前述したｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の膜厚を２μｍ、４μｍ又は６μｍとして成膜して作製した半導体装置１０によるＬＥＤの室温でのフォトルミネッセンス（ＥＬ：electroluminescence）スペクトルを検証したところ、図１４に示すように、ＥＬのピーク位置は、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の膜厚を減少させることで、ＺｎＴｅのバンド端発光に一致している波長、すなわち、５５０ｎｍに近づくことがわかる。
【００７１】
これは、放出された光の大部分が、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａ及びｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａを通過してきたものであり、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２の膜厚が２μｍ、４μｍ又は６μｍである場合に、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａの膜厚が約１．１μｍ、３．１μｍ又は５．１μｍにそれぞれ対応することから、基板１ａとしてｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａを用いたうえで、膜厚が１．１μｍ以下のｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａを用いることで、ＺｎＴｅに起因する自己吸収効果が格段に抑制されたことを示している。なお、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａの膜厚を限りなく０に近づけた場合であっても、ピーク発光波長が５５０ｎｍより小さくなることはなく、膜厚が１．１μｍ以下のｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａをＬＥＤに用いることで、良好な純緑色（波長λ＝５５０ｎｍ）における発光を得ることができる。特に、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａを無くした場合には、ｎ−ＺｎＴｅ薄膜２ｂとｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａとによりｐｎ接合となる。
【００７２】
以上のように、この第１の実施形態に係る半導体装置１０においては、基板１ａとして、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）の室温でのバンドギャップである２．２６ｅＶよりバンドギャップが大きく、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）の結晶構造である閃亜鉛鉱型構造と同一の結晶構造である材料とすることで、５５０ｎｍの純緑色光に対して基板１ａが透明となり、ｐｎ接合部付近で放出した光の一部である５５０ｎｍの純緑色光が、基板１ａを通過する間に吸収されることがなく、緑色光の発光効率が高い光電変換機能素子に使用することができる。
【００７３】
また、基板１ａがｐ型半導体からなることにより、基板１ａとｐ型テルル化亜鉛（ｐ−ＺｎＴｅ）薄膜２ａとの界面に形成させるポテンシャルバリアによりキャリアを閉じ込め、発光再結合の効率を向上させることができる。
【００７４】
なお、この第１の実施形態においては、Ａｌ薄膜４の堆積前に、拡散されるＡｌ濃度を制御するための拡散制御層３を堆積することにしているが、拡散制御層３を堆積しない場合であっても、基板１ａとして、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）の室温でのバンドギャップである２．２６ｅＶよりバンドギャップが大きく、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）の結晶構造である閃亜鉛鉱型構造と同一の結晶構造である材料とすることによる、作用効果を奏することができる。
【００７５】
（本発明の第２の実施形態）
図１５はこの発明を実施するための第２の実施形態における半導体装置の断面図、図１６はこの発明を実施するための第２の実施形態において用いるＭＯＶＰＥ装置を示す概略構成図、図１７はＴＤＭＡＰの供給量とＰ−ＺｎＭｇＴｅ薄膜の電気的特性との関係を示すグラフである。図１５乃至図１７において、図１乃至図１４と同じ符号は、同一または相当部分を示し、その説明を省略する。
【００７６】
この第２の実施形態においては、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａとｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａとの間にｐ−ＺｎＭｇＴｅ薄膜１ｂが介在しているところのみが第１の実施形態と異なるところであり、後述するｐ−ＺｎＭｇＴｅ薄膜１ｂによる作用効果以外は、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００７７】
第１の実施形態においては、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上に、直接、ｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａを形成するあたり、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａの表面に、機械研磨によるダメージが生じていることや、洗浄工程で取り除くことができなかった表面汚染物が残留していることがある。このため、これらの影響を受けて、再結合中心となりうる界面準位などが形成され、所望の界面を得ることが困難となる。そこで、この第２の実施形態においては、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａとｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａとのヘテロ界面は利用せずに、エピタキシャル成長により、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上に、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ薄膜１ｂ及びｐ−ＺｎＴｅ薄膜２ａを成長させ、その界面を形成する。
【００７８】
図１５において、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ薄膜１ｂは、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition、ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）を用いて、基板１ａ上にｐ−ＺｎＭｇＴｅを成長させたものである。
【００７９】
なお、Ｚｎの原料ガスとしては、Ｚｎを含有し、有機金属気相成長法によってｐ−ＺｎＭｇＴｅを成膜できるのであれば、特に限定されるものではなく、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）又はジエチル亜鉛トリエチルアミン（ＤＭＺｎ−ＴＥＮ）などが挙げられる。
【００８０】
また、Ｔｅの原料ガスとしても、Ｔｅを含有し、有機金属気相成長法によってｐ−ＺｎＭｇＴｅを成膜できるのであれば、特に限定されるものではなく、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ダイアリルテルル（ＤＡＴｅ）又はダイイソプロピルテルル（ＤｉＰＴｅ）などが挙げられる。
【００８１】
また、Ｍｇの原料ガスとしても、Ｍｇを含有し、有機金属気相成長法によってｐ−ＺｎＭｇＴｅを成膜できるのであれば、特に限定されるものではなく、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＭｅＣｐ）2Ｍｇ）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）又はビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＥｔＣｐ）2Ｍｇ）などが挙げられる。
また、ｐ型ドーパントは、トリスジメチルアミノ燐（ＴＤＭＡＰ）などの燐を構成元素として含むドーパントを用いる。
【００８２】
つぎに、この発明の第２の実施形態における半導体装置１０の製造方法の一例について、図１６を用いて説明する。なお、この発明の第２の実施形態における半導体装置１０の製造方法は、第１の実施形態における半導体装置１０の製造方法であるｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上にｐ−ＺｎＴｅ薄膜２を成膜する工程の前に、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上にｐ−ＺｎＭｇＴｅ薄膜１ｂを成膜する工程を挿入する以外は、第１の実施形態とほぼ同一の製造方法である。このため、以下の説明においては、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上にｐ−ＺｎＭｇＴｅ薄膜１ｂを成膜する工程のみを説明する。
【００８３】
まず、基板１ａは、試料室１１からロードロック室１２に搬送される。ロードロック室１２は、成長室１３を大気中に開放しないで基板１ａの取入れ、取出しを行なうための真空室であり、成長室１３にゲートバルブ１４を介して配置され、ゲートバルブ１４とターボ分子ポンプ１５（ＴＭＰ：Turbo molecular Pump）及び回転ポンプ１６（Ｒ．Ｐ．：Rotary Pump）による真空排気系動作との組合せで成長室１３を常に真空に保持している。
そして、基板１ａは、ロードロック室１２から成長室１３に搬送され、成長台１３ａに載置される。
【００８４】
成長室１３では、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ薄膜１ｂの構成元素を含む気化された原料ガス（ＤＭＺｎ、ＤＥＴｅ、（ＭｅＣｐ）2Ｍｇ）及びドーパントガス（ＴＤＭＡＰ）を、水素（Ｈ2）及び窒素（Ｎ2）のキャリアガスと混合し、高温加熱したｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａの表面にできるだけ均一になるように送り込み、基板表面で化学反応を起こさせ、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上に膜厚が０．１μｍ以上のｐ−ＺｎＭｇＴｅ薄膜１ｂを成長させる。
【００８５】
なお、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ薄膜１ｂの成長条件としては、成長温度を４２０℃、成長圧力を大気圧とした。また、原料ガスであるＤＭＺｎの供給量を１５μｍｏｌ／分、ＤＥＴｅの供給量を１５μｍｏｌ／分、及び（ＭｅＣｐ）2Ｍｇの供給量を１０μｍｏｌ／分、並びにドーパントガスであるＴＤＭＡＰの供給量を３μｍｏｌ／分として、流量制御装置１７（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）及びバルブ１８で制御する。また、有機金属によりポンプ内が劣化することを防ぐため、液体窒素で冷却した有機金属を吸着するトラップ（ＴＲＡＰ）１９を介して、真空槽内のガスは回転ポンプ１６で吸引され、吸着筒２０を介して排気する。
【００８６】
なお、ｐ−ＺｎＭｇＴｅ基板１ａ上にｐ−ＺｎＭｇＴｅ薄膜１ｂを成長させる場合における、ＴＤＭＡＰの供給量とｐ−ＺｎＭｇＴｅ薄膜１ｂの電気的特性（キャリア濃度）との関係を検証したところ、図１７に示すように、ＴＤＭＡＰの供給量が多いほど、キャリア濃度が高いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】（ａ）はこの発明を実施するための第１の実施形態における半導体装置の断面図であり、（ｂ）はｐ−ＺｎＭｇＴｅとｐ−ＺｎＴｅとの界面に形成させるポテンシャルバリアによるキャリアの閉じ込め効果を説明するための説明図である。
【図２】図１（ａ）に示す半導体装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図３】ＺｎＭｇＴｅ結晶の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す説明図であり、（ｂ）はＺｎＭｇＴｅ結晶のカソードルミネッセンス（ＣＬ）像を示す説明図である。
【図４】ＺｎＭｇＴｅ結晶の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブ（ＸＲＣ）を示すグラフである。
【図５】ＺｎＭｇＴｅ結晶の（００４）面におけるＸＲＣとＬＥＤの発光強度との関係を示すグラフである。
【図６】ｐ−ＺｎＴｅ薄膜の４ＫにおけるＰＬスペクトルを示すフォトルミネッセンス特性図である。
【図７】（ａ）は基板温度とｐ−ＺｎＴｅ薄膜の成長速度との関係を示すグラフ、（ｂ）は基板温度とｐ−ＺｎＴｅ薄膜表面の二乗平均粗さとの関係を示すグラフである。
【図８】ｐ−ＺｎＴｅ薄膜表面の二乗平均粗さとＬＥＤの発光強度との関係を示すグラフである。
【図９】熱処理前後におけるＴＤＭＡＰの供給量とＰ−ＺｎＴｅ薄膜の電気的特性との関係を示すグラフである。
【図１０】熱処理時間が一定の熱処理によるＺｎＴｅ薄膜の室温でのフォトルミネッセンススペクトルの変化を示す室温フォトルミネッセンス特性図である。
【図１１】図１（ａ）に示す半導体装置の製造方法の熱拡散処理におけるＡｌ濃度−拡散深さの特性図である。
【図１２】拡散制御層を有しない半導体装置の製造方法の熱拡散処理におけるＡｌ濃度−拡散深さの特性図である。
【図１３】ＬＥＤの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）及び電子線誘起電流（ＥＢＩＣ）像を示す説明図である。
【図１４】室温におけるＬＥＤのＥＬスペクトルを示すエレクトロルミネッセンス特性図である。
【図１５】この発明を実施するための第２の実施形態における半導体装置の断面図である。
【図１６】この発明を実施するための第２の実施形態において用いるＭＯＶＰＥ装置を示す概略構成図である。
【図１７】ＴＤＭＡＰの供給量とＰ−ＺｎＭｇＴｅ薄膜の電気的特性との関係を示すグラフである。
【図１８】（ａ）は各半導体材料により作製した発光ダイオードのピーク発光波長と発光効率との関係を示したグラフ、（ｂ）は市販の緑色発光ダイオードの作製に用いられている半導体材料と緑色発光ダイオードの作製に用いるＺｎＴｅとを比較した表である。
【符号の説明】
【００８８】
１ａ    基板
１ｂ    ｐ−ＺｎＭｇＴｅ薄膜
２      ｐ−ＺｎＴｅ薄膜
２ａ    ｐ−ＺｎＴｅ薄膜
２ｂ    ｎ−ＺｎＴｅ薄膜
３      拡散制御層
４      Ａｌ薄膜
４ａ    ｎ型電極
５      Ｐｄ薄膜
５ａ    ｐ型電極
１０      半導体装置
１１      試料室
１２      ロードロック室
１３      成長室
１３ａ    成長台
１４      ゲートバルブ
１５      ターボ分子ポンプ
１６      回転ポンプ
１７      流量制御装置
１８      バルブ
１９      トラップ
２０      吸着筒
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図３】
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【図７】
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【図１３】
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【図１７】
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【図１８】
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