JP2883504B2 - 積層半導体 - Google Patents
積層半導体Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体薄
膜を備え、発光ダイオードやレーザダイオード等の半導
体発光素子を構成する積層半導体に関する。
膜を備え、発光ダイオードやレーザダイオード等の半導
体発光素子を構成する積層半導体に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒素ＮをＶ族元素とするＩＩＩ−Ｖ族半
導体は、エネルギーギャップＥｇが広い（例えば、Ａｌ
ＮはＥｇ＝６．２８ｅＶ，ＧａＮはＥｇ＝３．３９ｅ
Ｖ，ＩｎＮはＥｇ＝１．９５ｅＶである。）ことから、
可視および紫外域の発光材料として早期実用化が望まれ
ている。
導体は、エネルギーギャップＥｇが広い（例えば、Ａｌ
ＮはＥｇ＝６．２８ｅＶ，ＧａＮはＥｇ＝３．３９ｅ
Ｖ，ＩｎＮはＥｇ＝１．９５ｅＶである。）ことから、
可視および紫外域の発光材料として早期実用化が望まれ
ている。
【０００３】現在、上記実用化に向けて、ＧａＮを中心
として精力的に研究が進められている。ＧａＮは窒素の
解離圧が極めて高く基板となる大型単結晶の作製が困難
であるため、異種基板上へのエピタキシャル成長により
ＧａＮ薄膜が形成される。ＧａＮは通常はウルツ鉱型結
晶構造をとるため、六方晶系であるサファイアが基板と
してよく用いられている。しかし、ウルツ鉱型結晶はＶ
族元素が正常な格子位置に入りにくいため、不純物を添
加しない結晶においても、Ｖ族空格子点による高い自由
電子濃度により通常ｎ型伝導性を示す。従って、ウルツ
鉱型結晶は、ｐ型半導体を得ることが非常に困難で、添
加したｐ型不純物も容易に活性化せず高抵抗化する。そ
のため、ウルツ鉱型結晶は、半導体発光素子に不可欠な
ｐｎ接合の形成が非常に困難である。
として精力的に研究が進められている。ＧａＮは窒素の
解離圧が極めて高く基板となる大型単結晶の作製が困難
であるため、異種基板上へのエピタキシャル成長により
ＧａＮ薄膜が形成される。ＧａＮは通常はウルツ鉱型結
晶構造をとるため、六方晶系であるサファイアが基板と
してよく用いられている。しかし、ウルツ鉱型結晶はＶ
族元素が正常な格子位置に入りにくいため、不純物を添
加しない結晶においても、Ｖ族空格子点による高い自由
電子濃度により通常ｎ型伝導性を示す。従って、ウルツ
鉱型結晶は、ｐ型半導体を得ることが非常に困難で、添
加したｐ型不純物も容易に活性化せず高抵抗化する。そ
のため、ウルツ鉱型結晶は、半導体発光素子に不可欠な
ｐｎ接合の形成が非常に困難である。
【０００４】これに対し、閃亜鉛鉱型結晶構造を持つＧ
ａＡｓ、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体においては、不
純物添加により容易にｎ型，ｐ型半導体が得られてい
る。したがって、ＧａＮにおいても閃亜鉛鉱型結晶とす
ればｐ型半導体が容易に得られる。ＧａＮの結晶構造は
ウルツ鉱型が最も安定であるが、閃亜鉛鉱型も準安定相
として存在する。次の表１に窒素ＮをＶ族元素とするＩ
ＩＩ−Ｖ族半導体の格子定数ａ，ｃ及びエネルギーギャ
ップＥｇを示す。また、図７に閃亜鉛鉱型上記窒素化物
を混晶とした場合の格子定数ａ及びエネルギーギャップ
Ｅｇの値を図示する。
ａＡｓ、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体においては、不
純物添加により容易にｎ型，ｐ型半導体が得られてい
る。したがって、ＧａＮにおいても閃亜鉛鉱型結晶とす
ればｐ型半導体が容易に得られる。ＧａＮの結晶構造は
ウルツ鉱型が最も安定であるが、閃亜鉛鉱型も準安定相
として存在する。次の表１に窒素ＮをＶ族元素とするＩ
ＩＩ−Ｖ族半導体の格子定数ａ，ｃ及びエネルギーギャ
ップＥｇを示す。また、図７に閃亜鉛鉱型上記窒素化物
を混晶とした場合の格子定数ａ及びエネルギーギャップ
Ｅｇの値を図示する。
【０００５】
【表１】
【０００６】現在、閃亜鉛鉱型結晶構造のＧａＮ半導体
薄膜を、同じく立方晶系であるＳｉ結晶基板やＧａＡｓ
結晶基板、もしくはβ−ＳｉＣ結晶基板上に、分子線エ
ピタキシャル成長によって積層した積層半導体が開発さ
れている。
薄膜を、同じく立方晶系であるＳｉ結晶基板やＧａＡｓ
結晶基板、もしくはβ−ＳｉＣ結晶基板上に、分子線エ
ピタキシャル成長によって積層した積層半導体が開発さ
れている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記積層半
導体では、結晶基板として用いられているＳｉやＧａＡ
ｓは、半導体薄膜であるＧａＮとの格子不整合が極めて
大きく、格子不整合率が２０％以上にも達するので、Ｇ
ａＮ結晶中に多くの格子欠陥が存在するという問題があ
る。
導体では、結晶基板として用いられているＳｉやＧａＡ
ｓは、半導体薄膜であるＧａＮとの格子不整合が極めて
大きく、格子不整合率が２０％以上にも達するので、Ｇ
ａＮ結晶中に多くの格子欠陥が存在するという問題があ
る。
【０００８】また、上記積層半導体で、結晶基板として
用いられているβ−ＳｉＣは、ＳｉやＧａＡｓに比べ
て、上記格子不整合は小さいものの、結晶基板の作製が
困難である上に、結晶基板が硬いため加工が困難である
ので、汎用性が悪いという問題がある。さらに、立方晶
系のＳｉ，ＧａＡｓ結晶基板と立方晶系のＧａＮ半導体
薄膜との間の格子不整合を緩和するための立方晶系のバ
ッファ層としては、上述の作製が難しいβ−ＳｉＣ結晶
基板以外には存在しない。
用いられているβ−ＳｉＣは、ＳｉやＧａＡｓに比べ
て、上記格子不整合は小さいものの、結晶基板の作製が
困難である上に、結晶基板が硬いため加工が困難である
ので、汎用性が悪いという問題がある。さらに、立方晶
系のＳｉ，ＧａＡｓ結晶基板と立方晶系のＧａＮ半導体
薄膜との間の格子不整合を緩和するための立方晶系のバ
ッファ層としては、上述の作製が難しいβ−ＳｉＣ結晶
基板以外には存在しない。
【０００９】上述の問題点があるので、現時点では、発
光ダイオード、レーザダイオード等の半導体発光素子の
作製はおろか、閃亜鉛鉱型結晶構造のＧａＮのドーピン
グ特性を云々する段階まで開発が進んでいない。
光ダイオード、レーザダイオード等の半導体発光素子の
作製はおろか、閃亜鉛鉱型結晶構造のＧａＮのドーピン
グ特性を云々する段階まで開発が進んでいない。
【００１０】そこで、本発明の目的は、格子欠陥が少な
くて、ｎ型、ｐ型の不純物ドーピングが容易で良質な半
導体薄膜を備え、発光ダイオードやレーザダイオード等
の半導体発光素子の作製に適した積層半導体を提供する
ことにある。
くて、ｎ型、ｐ型の不純物ドーピングが容易で良質な半
導体薄膜を備え、発光ダイオードやレーザダイオード等
の半導体発光素子の作製に適した積層半導体を提供する
ことにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の積層半導体は、基板と、窒化物αＮ（α
は、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎのうちのいずれか１つ、もしくは
Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎのうちの少なくとも２つの混合物）か
らなる閃亜鉛鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜と
の間に、ルチル型結晶構造を有する結晶薄膜をバッファ
層として形成したことを特徴としている。
め、請求項１の積層半導体は、基板と、窒化物αＮ（α
は、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎのうちのいずれか１つ、もしくは
Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎのうちの少なくとも２つの混合物）か
らなる閃亜鉛鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜と
の間に、ルチル型結晶構造を有する結晶薄膜をバッファ
層として形成したことを特徴としている。
【００１２】また、結晶薄膜として、金属酸化物ＭＯ2
（Ｍは、Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｏｓ，Ｐｂのう
ちのいずれか１つ、またはＴｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｒｕ，Ｓ
ｎ，Ｏｓ，Ｐｂのうちの少なくとも２つの混合物）を用
いたことが望ましい。
（Ｍは、Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｏｓ，Ｐｂのう
ちのいずれか１つ、またはＴｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｒｕ，Ｓ
ｎ，Ｏｓ，Ｐｂのうちの少なくとも２つの混合物）を用
いたことが望ましい。
【００１３】また、上記結晶薄膜として、金属弗化物Ｍ
Ｆ2（Ｍは、Ｍｇ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ
のうちのいずれか１つ、またはＭｇ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，
Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎのうちの少なくとも２つの混合物）を
用いたことが望ましい。
Ｆ2（Ｍは、Ｍｇ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ
のうちのいずれか１つ、またはＭｇ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，
Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎのうちの少なくとも２つの混合物）を
用いたことが望ましい。
【００１４】
【作用】本発明によれば、上記基板としてＳｉやＧａＡ
ｓを用いた場合でも、上記窒化物αＮとの格子不整合率
がＳｉ、ＧａＡｓ結晶基板に比べて小さいバッファ層と
してのルチル型結晶構造を有する結晶薄膜によって、上
記窒化物αＮからなる閃亜鉛鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ
族半導体薄膜の格子欠陥が従来例に比べて少なくなる。
ｓを用いた場合でも、上記窒化物αＮとの格子不整合率
がＳｉ、ＧａＡｓ結晶基板に比べて小さいバッファ層と
してのルチル型結晶構造を有する結晶薄膜によって、上
記窒化物αＮからなる閃亜鉛鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ
族半導体薄膜の格子欠陥が従来例に比べて少なくなる。
【００１５】したがって、請求項１に記載の発明によれ
ば、ｎ型、ｐ型不純物ドーピングが容易な閃亜鉛鉱型結
晶構造の上記半導体薄膜の品質が向上し、高品質な発光
ダイオードやレーザダイオード等の半導体発光素子の作
製に適した積層半導体が実現される。
ば、ｎ型、ｐ型不純物ドーピングが容易な閃亜鉛鉱型結
晶構造の上記半導体薄膜の品質が向上し、高品質な発光
ダイオードやレーザダイオード等の半導体発光素子の作
製に適した積層半導体が実現される。
【００１６】尚、閃亜鉛鉱型結晶が立方晶系であるのに
対し、ルチル型結晶は、正方晶系である。立方晶系の結
晶は、その結晶自体が規定する結晶軸ａの長さと結晶軸
ｂの長さと結晶軸ｃの長さが等しいのに対し、正方晶系
の結晶は、その結晶軸ａの長さと結晶軸ｂの長さが等し
いが、結晶軸ｃの長さは、結晶軸ａおよび結晶軸ｂの長
さと等しくない。しかし、上記結晶軸ｃに垂直な結晶面
（００１）においては、立方晶および正方晶の両方とも
結晶軸ａ＝結晶軸ｂの正方形格子を組む。したがって、
正方晶系であるルチル型結晶構造を有する結晶薄膜の結
晶面（００１）上に、上記面（００１）と垂直方向に上
記閃亜鉛鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜を結晶
成長させることで、上記ルチル型結晶構造の結晶薄膜と
上記閃亜鉛鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜との
間の結晶構造の相違が両者間の積層構造に何等悪影響を
及ぼさないようにできる。
対し、ルチル型結晶は、正方晶系である。立方晶系の結
晶は、その結晶自体が規定する結晶軸ａの長さと結晶軸
ｂの長さと結晶軸ｃの長さが等しいのに対し、正方晶系
の結晶は、その結晶軸ａの長さと結晶軸ｂの長さが等し
いが、結晶軸ｃの長さは、結晶軸ａおよび結晶軸ｂの長
さと等しくない。しかし、上記結晶軸ｃに垂直な結晶面
（００１）においては、立方晶および正方晶の両方とも
結晶軸ａ＝結晶軸ｂの正方形格子を組む。したがって、
正方晶系であるルチル型結晶構造を有する結晶薄膜の結
晶面（００１）上に、上記面（００１）と垂直方向に上
記閃亜鉛鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜を結晶
成長させることで、上記ルチル型結晶構造の結晶薄膜と
上記閃亜鉛鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜との
間の結晶構造の相違が両者間の積層構造に何等悪影響を
及ぼさないようにできる。
【００１７】また、上記請求項１に記載の発明におい
て、ルチル型結晶構造を有する結晶薄膜として、金属酸
化物ＭＯ2（Ｍは、Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｏ
ｓ，Ｐｂのうちのいずれか１つ、またはＴｉ，Ｖ，Ｍ
ｎ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｏｓ，Ｐｂのうちの少なくとも２つの
混合物）や金属弗化物ＭＦ2（Ｍは、Ｍｇ，Ｖ，Ｍｎ，
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎのうちのいずれか１つ、または
Ｍｇ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎのうちの少な
くとも２つの混合物）を用いた場合には、上記積層半導
体は、上記窒化物αＮとの格子不整合率が特に小さくな
り、上記窒化物αＮからなる閃亜鉛鉱型結晶構造のＩＩ
Ｉ−Ｖ族半導体薄膜の格子欠陥が従来例に比べて特に少
なくなる。したがって、ｎ型，ｐ型不純物ドーピングが
容易な閃亜鉛鉱型結晶構造の上記半導体薄膜の品質が特
に向上し、高品質な発光ダイオードやレーザダイオード
等の半導体発光素子の作製に特に適した積層半導体が実
現される。
て、ルチル型結晶構造を有する結晶薄膜として、金属酸
化物ＭＯ2（Ｍは、Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｏ
ｓ，Ｐｂのうちのいずれか１つ、またはＴｉ，Ｖ，Ｍ
ｎ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｏｓ，Ｐｂのうちの少なくとも２つの
混合物）や金属弗化物ＭＦ2（Ｍは、Ｍｇ，Ｖ，Ｍｎ，
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎのうちのいずれか１つ、または
Ｍｇ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎのうちの少な
くとも２つの混合物）を用いた場合には、上記積層半導
体は、上記窒化物αＮとの格子不整合率が特に小さくな
り、上記窒化物αＮからなる閃亜鉛鉱型結晶構造のＩＩ
Ｉ−Ｖ族半導体薄膜の格子欠陥が従来例に比べて特に少
なくなる。したがって、ｎ型，ｐ型不純物ドーピングが
容易な閃亜鉛鉱型結晶構造の上記半導体薄膜の品質が特
に向上し、高品質な発光ダイオードやレーザダイオード
等の半導体発光素子の作製に特に適した積層半導体が実
現される。
【００１８】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例により詳細に説
明する。図１に参考例としてのルチル型結晶構造を有し
た結晶基板を用いた場合の実施例を示す。この実施例
は、ルチル型結晶構造を有するＴｉＯ2の結晶基板１の
結晶面（００１）上に、窒化物ＣａＮからなる閃亜鉛鉱
型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜２を積層したもの
である。上記ＧａＮの積層の方法としては、ガリウム源
としてトリメチルガリウム（ＣＨ3）3Ｇａを使用し、窒
素源としてアンモニアＮＨ3を使用した有機金属気相エ
ピタキシャル法（ＭＯＶＰＥ）を用いた。次の表２に示
すように、上記結晶面（００１）におけるＴｉＯ2とＧ
ａＮとの格子不整合率Δａは約２％であり、従来例に比
べて、格子欠陥が非常に少ない良好な積層半導体が得ら
れた。
明する。図１に参考例としてのルチル型結晶構造を有し
た結晶基板を用いた場合の実施例を示す。この実施例
は、ルチル型結晶構造を有するＴｉＯ2の結晶基板１の
結晶面（００１）上に、窒化物ＣａＮからなる閃亜鉛鉱
型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜２を積層したもの
である。上記ＧａＮの積層の方法としては、ガリウム源
としてトリメチルガリウム（ＣＨ3）3Ｇａを使用し、窒
素源としてアンモニアＮＨ3を使用した有機金属気相エ
ピタキシャル法（ＭＯＶＰＥ）を用いた。次の表２に示
すように、上記結晶面（００１）におけるＴｉＯ2とＧ
ａＮとの格子不整合率Δａは約２％であり、従来例に比
べて、格子欠陥が非常に少ない良好な積層半導体が得ら
れた。
【００１９】
【表２】
【００２０】つまり、この実施例によれば、ｎ型および
ｐ型不純物ドーピングが容易な閃亜鉛鉱型結晶構造のＩ
ＩＩ−Ｖ族半導体薄膜２の品質を従来例に比べて大巾に
向上でき、高性能な発光ダイオードやレーザダイオード
等の半導体発光素子の作製に適した積層半導体を実現で
きる。
ｐ型不純物ドーピングが容易な閃亜鉛鉱型結晶構造のＩ
ＩＩ−Ｖ族半導体薄膜２の品質を従来例に比べて大巾に
向上でき、高性能な発光ダイオードやレーザダイオード
等の半導体発光素子の作製に適した積層半導体を実現で
きる。
【００２１】上記積層半導体のＸ線回折分析を行なった
所、ＧａＮの結晶面（００２）の鋭い回折ピークが観察
され閃亜鉛鉱型ＧａＮ単結晶の成長が確認された。ま
た、上記Ｘ線回折の回折角より計算したＧａＮの格子定
数は４．４９Åであり、従来報告されている値と一致し
ていた。
所、ＧａＮの結晶面（００２）の鋭い回折ピークが観察
され閃亜鉛鉱型ＧａＮ単結晶の成長が確認された。ま
た、上記Ｘ線回折の回折角より計算したＧａＮの格子定
数は４．４９Åであり、従来報告されている値と一致し
ていた。
【００２２】上記実施例のＧａＮ半導体薄膜２の電気的
性質は、ノンドープでは高抵抗であるが、Ｚｎドープ，
Ｓｅドープにより、それぞれキャリア濃度１０16〜１０
19ｃｍ-3の範囲で低抵抗のＰ型半導体，Ｎ型半導体を実
現できる。そして、上記ＴｉＯ2結晶基板１は、酸素の
解離によりｎ型の伝導性を示すので、ＴｉＯ2結晶基板
１上にｎ型ＧａＮ半導体薄膜、ｐ型ＧａＮ半導体薄膜を
順に積層することによって、高性能な紫外光ＬＥＤを作
製できる。
性質は、ノンドープでは高抵抗であるが、Ｚｎドープ，
Ｓｅドープにより、それぞれキャリア濃度１０16〜１０
19ｃｍ-3の範囲で低抵抗のＰ型半導体，Ｎ型半導体を実
現できる。そして、上記ＴｉＯ2結晶基板１は、酸素の
解離によりｎ型の伝導性を示すので、ＴｉＯ2結晶基板
１上にｎ型ＧａＮ半導体薄膜、ｐ型ＧａＮ半導体薄膜を
順に積層することによって、高性能な紫外光ＬＥＤを作
製できる。
【００２３】この具体的実施例を図４に示す。本実施例
は、ルチル型結晶構造を有するＴｉＯ2結晶基板１の結
晶面（００１）上に、窒化物ＧａＮからなる閃亜鉛鉱型
結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜を、ｎ型ＧａＮ半導
体薄膜３１，ｐ型ＧａＮ半導体薄膜３２の順に積層して
発光層としたものである。また、ドーピング原料として
は、ｎ型にはセレンＳｅ、ｐ型には亜鉛Ｚｎを用い、さ
らに、前記ｎ型ＧａＮ半導体薄膜３１及びｐ型ＧａＮ半
導体薄膜３２のキャリア濃度はともに１×１０18ｃｍ-3
になるように調整した。
は、ルチル型結晶構造を有するＴｉＯ2結晶基板１の結
晶面（００１）上に、窒化物ＧａＮからなる閃亜鉛鉱型
結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜を、ｎ型ＧａＮ半導
体薄膜３１，ｐ型ＧａＮ半導体薄膜３２の順に積層して
発光層としたものである。また、ドーピング原料として
は、ｎ型にはセレンＳｅ、ｐ型には亜鉛Ｚｎを用い、さ
らに、前記ｎ型ＧａＮ半導体薄膜３１及びｐ型ＧａＮ半
導体薄膜３２のキャリア濃度はともに１×１０18ｃｍ-3
になるように調整した。
【００２４】前記ＴｉＯ2結晶基板１は、酸素の解離に
よりｎ型の伝導性を示すので、前記ＴｉＯ2基板１側に
ｎ型オーム性電極３３、前記ｐ型ＧａＮ半導体薄膜３２
側にｐ型オーム性電極３４を形成することにより電流注
入が可能となる。注入された電子及び正孔は、前記ｎ型
ＧａＮ半導体薄膜３１とｐ型ＧａＮ半導体薄膜３２の界
面に存在するｐｎ接合において再結合し発光する。閃亜
鉛鉱型結晶構造のＧａＮの禁制帯幅は、表１に示すよう
に３．４５ｅＶであるので、本実施例の積層構造は３６
０ｎｍの紫外光を発する発光ダイオードとして機能する
ことが確認された。以上を参考例する。
よりｎ型の伝導性を示すので、前記ＴｉＯ2基板１側に
ｎ型オーム性電極３３、前記ｐ型ＧａＮ半導体薄膜３２
側にｐ型オーム性電極３４を形成することにより電流注
入が可能となる。注入された電子及び正孔は、前記ｎ型
ＧａＮ半導体薄膜３１とｐ型ＧａＮ半導体薄膜３２の界
面に存在するｐｎ接合において再結合し発光する。閃亜
鉛鉱型結晶構造のＧａＮの禁制帯幅は、表１に示すよう
に３．４５ｅＶであるので、本実施例の積層構造は３６
０ｎｍの紫外光を発する発光ダイオードとして機能する
ことが確認された。以上を参考例する。
【００２５】図２に請求項２の発明の第一の実施例を示
す。この実施例は、Ｓｉ半導体基板１１の結晶面（００
１）上に、ルチル型結晶構造を有するＺｎＦ2結晶薄膜
１２をバッファ層として積層し、上記ＺｎＦ2結晶薄膜
１２の結晶面（００１）上に、ＧａとＩｎの混合物の窒
化物Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ＝０．４）からなる閃亜鉛鉱型
結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜１３を積層したもの
である。上記ＺｎＦ2結晶薄膜１２の積層方法として、
ＺｎＦ2固体ソースを使用した分子線エピタキシャル法
（ＭＢＥ）を用い、上記Ｇａ1-xＩｎxＮ薄膜１３の積層
方法として、Ｇａ，Ｉｎそれぞれの固体ソースと、プラ
ズマ分解させた窒素ガスソースを使用した分子線エピタ
キシャル法（ＭＢＥ）を用いた。
す。この実施例は、Ｓｉ半導体基板１１の結晶面（００
１）上に、ルチル型結晶構造を有するＺｎＦ2結晶薄膜
１２をバッファ層として積層し、上記ＺｎＦ2結晶薄膜
１２の結晶面（００１）上に、ＧａとＩｎの混合物の窒
化物Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ＝０．４）からなる閃亜鉛鉱型
結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜１３を積層したもの
である。上記ＺｎＦ2結晶薄膜１２の積層方法として、
ＺｎＦ2固体ソースを使用した分子線エピタキシャル法
（ＭＢＥ）を用い、上記Ｇａ1-xＩｎxＮ薄膜１３の積層
方法として、Ｇａ，Ｉｎそれぞれの固体ソースと、プラ
ズマ分解させた窒素ガスソースを使用した分子線エピタ
キシャル法（ＭＢＥ）を用いた。
【００２６】上記ルチル型結晶構造のＺｎＦ2結晶薄膜
１２は、表１に示す閃亜鉛鉱型結晶構造のＧａＮの格子
定数ａ＝４．４９ÅとＩｎＮの格子定数ａ＝５．０１Å
の中間の格子定数ａ＝４．７０３４Åを持つ（表２参
照）。したがって、上記Ｇａ1-xＩｎxＮ薄膜１３のＩｎ
混晶比ｘを０．４にすることによって、上記Ｇａ1-xＩ
ｎxＮ薄膜１３を上記ＺｎＦ2結晶薄膜１２に格子整合さ
せることができ、格子不整合率を約０％にすることがで
きる。したがって、上記Ｇａ1-xＩｎxＮ薄膜１３の格子
欠陥を実質的になくすことができる。
１２は、表１に示す閃亜鉛鉱型結晶構造のＧａＮの格子
定数ａ＝４．４９ÅとＩｎＮの格子定数ａ＝５．０１Å
の中間の格子定数ａ＝４．７０３４Åを持つ（表２参
照）。したがって、上記Ｇａ1-xＩｎxＮ薄膜１３のＩｎ
混晶比ｘを０．４にすることによって、上記Ｇａ1-xＩ
ｎxＮ薄膜１３を上記ＺｎＦ2結晶薄膜１２に格子整合さ
せることができ、格子不整合率を約０％にすることがで
きる。したがって、上記Ｇａ1-xＩｎxＮ薄膜１３の格子
欠陥を実質的になくすことができる。
【００２７】したがって、この実施例によれば、従来例
と同じＳｉ半導体基板１１を使用したにもかかわらず、
ｎ型およびｐ型不純物ドーピングが容易な閃亜鉛鉱型結
晶構造のＧａ1-xＩｎxＮ薄膜１３の品質を従来例に比べ
て大巾に向上でき、高性能な発光ダイオードやレーザダ
イオード等の半導体発光素子の作製に適した積層半導体
を実現できる。
と同じＳｉ半導体基板１１を使用したにもかかわらず、
ｎ型およびｐ型不純物ドーピングが容易な閃亜鉛鉱型結
晶構造のＧａ1-xＩｎxＮ薄膜１３の品質を従来例に比べ
て大巾に向上でき、高性能な発光ダイオードやレーザダ
イオード等の半導体発光素子の作製に適した積層半導体
を実現できる。
【００２８】上記Ｇａ1-xＩｎxＮ薄膜１３は、ＧａＮと
ＩｎＮとの混晶であるので、紫外発光用のＧａＮよりも
エネルギーギャップが下がる。したがって、上記実施例
を用いれば、可視発光素子が作製可能となる。上記Ｓｉ
半導体基板１１の上に上記ＺｎＦ2結晶薄膜１２に替え
て、上記ＺｎＦ2結晶薄膜１２よりも格子定数の大きな
バッファ層を積層すれば、格子不整合率を増加させるこ
となく、上記Ｇａ1-xＩｎxＮ薄膜１３のＩｎ混晶比を
０．４より大きくできるので、上記発光素子の発光を長
波長化できる。
ＩｎＮとの混晶であるので、紫外発光用のＧａＮよりも
エネルギーギャップが下がる。したがって、上記実施例
を用いれば、可視発光素子が作製可能となる。上記Ｓｉ
半導体基板１１の上に上記ＺｎＦ2結晶薄膜１２に替え
て、上記ＺｎＦ2結晶薄膜１２よりも格子定数の大きな
バッファ層を積層すれば、格子不整合率を増加させるこ
となく、上記Ｇａ1-xＩｎxＮ薄膜１３のＩｎ混晶比を
０．４より大きくできるので、上記発光素子の発光を長
波長化できる。
【００２９】上記実施例のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜を発
光層とした半導体発光素子の具体例を図５に従って説明
する。本実施例は、Ｓｉ半導体基板１１の結晶面（００
１）上に、ルチル型結晶構造を有するＺｎＦ2結晶薄膜
１２をバッファ層として積層し、前記ＺｎＦ2結晶薄膜
１２の結晶面（００１）上に、ＧａとＩｎの混合物の窒
化物Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ＝０．４）からなる閃亜鉛鉱型
結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜をｎ型Ｇａ1-xＩｎx
Ｎ半導体薄膜４１、ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮ半導体薄膜４２
の順に積層し、前記ｎ型Ｇａ1-xＩｎxＮ半導体薄膜４１
にｎ型オーム性電極４３を、前記ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮ半
導体薄膜４２にｐ型オーム性電極４４を形成したもので
ある。また、ドーピングの原料としては、ｎ型にはＳ
ｉ、ｐ型にはＢｅを用いた。
光層とした半導体発光素子の具体例を図５に従って説明
する。本実施例は、Ｓｉ半導体基板１１の結晶面（００
１）上に、ルチル型結晶構造を有するＺｎＦ2結晶薄膜
１２をバッファ層として積層し、前記ＺｎＦ2結晶薄膜
１２の結晶面（００１）上に、ＧａとＩｎの混合物の窒
化物Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ＝０．４）からなる閃亜鉛鉱型
結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜をｎ型Ｇａ1-xＩｎx
Ｎ半導体薄膜４１、ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮ半導体薄膜４２
の順に積層し、前記ｎ型Ｇａ1-xＩｎxＮ半導体薄膜４１
にｎ型オーム性電極４３を、前記ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮ半
導体薄膜４２にｐ型オーム性電極４４を形成したもので
ある。また、ドーピングの原料としては、ｎ型にはＳ
ｉ、ｐ型にはＢｅを用いた。
【００３０】前記両Ｇａ1-xＩｎxＮ半導体薄膜４１，４
２においても図４に示す実施例の両ＧａＮ半導体薄膜３
１，３２と同等の電気的性質を示すことから、前記両オ
ーム電極４３，４４からの電流注入が可能であった。前
記両Ｇａ1-xＩｎxＮ半導体薄膜４１，４２は、ＧａＮと
ＩｎＮとの混晶であるので、紫外発光用のＧａＮよりも
エネルギーギャップが下がり、可視発光素子が作製可能
となる。また、前記両Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ＝０．４）半
導体薄膜４１，４２の界面に存在するｐｎ接合からは４
４０ｎｍの青色発光が観測され、発光ダイオードとして
機能することが確認された。
２においても図４に示す実施例の両ＧａＮ半導体薄膜３
１，３２と同等の電気的性質を示すことから、前記両オ
ーム電極４３，４４からの電流注入が可能であった。前
記両Ｇａ1-xＩｎxＮ半導体薄膜４１，４２は、ＧａＮと
ＩｎＮとの混晶であるので、紫外発光用のＧａＮよりも
エネルギーギャップが下がり、可視発光素子が作製可能
となる。また、前記両Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ＝０．４）半
導体薄膜４１，４２の界面に存在するｐｎ接合からは４
４０ｎｍの青色発光が観測され、発光ダイオードとして
機能することが確認された。
【００３１】また、前記Ｓｉ半導体基板１１の上に前記
ＺｎＦ2結晶薄膜１２に替えて、該ＺｎＦ2結晶薄膜１２
よりも格子定数の大きなバッファ層を積層すれば、上記
実施例と同様に、前記発光素子の発光波長を長波長化す
ることができ、青色から赤色までの全可視領域の発光が
可能である。例えば、ｘ＝０．８において５５０ｎｍの
緑色発光が、ｘ＝１において６５０ｎｍの赤色発光が得
られる。
ＺｎＦ2結晶薄膜１２に替えて、該ＺｎＦ2結晶薄膜１２
よりも格子定数の大きなバッファ層を積層すれば、上記
実施例と同様に、前記発光素子の発光波長を長波長化す
ることができ、青色から赤色までの全可視領域の発光が
可能である。例えば、ｘ＝０．８において５５０ｎｍの
緑色発光が、ｘ＝１において６５０ｎｍの赤色発光が得
られる。
【００３２】図３に請求項２の第二の実施例を示す。こ
の実施例は、ＧａＡｓ半導体基板２１の結晶面（００
１）上に、ルチル型結晶構造を有するバッファ層として
のＳｎ1-zＭｎzＯ2（ｚ＝０．１）結晶薄膜２２を積層
し、上記Ｓｎ1-zＭｎzＯ2（ｚ＝０．１）結晶薄膜２２
の結晶面（００１）上に、Ａｌ1-yＩｎyＮ（ｙ＝０．
５），Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ＝０．４），Ａｌ1-yＩｎyＮ
（ｙ＝０．５）夫々からなる閃亜鉛鉱型結晶構造のＩＩ
Ｉ−Ｖ族半導体薄膜２３，２４，２５を順に積層したも
のである。上記各薄膜２２，２３，２４，２５は、夫々
分子線エピタキシャル法で積層され、この積層時の上記
Ｓｎ1-zＭｎ1-zＯ2結晶薄膜２２の結晶成長にはＳｎお
よびＭｎの固体ソースと酸素のガスソースを用いた。ま
た、上記Ａｌ1-yＩｎyＮ（ｙ＝０．５）の成長原料とし
ては、トリメチルアルミニウム（ＣＨ3）3Ａｌとトリエ
チルインジウム（ＣＨ3ＣＨ2）3ＩｎとＮＮジメチルヒ
ドラジン（ＣＨ3）2Ｎ2Ｈ2を用い、Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ
＝０．４）の成長原料としては、トリメチルガリウム
（ＣＨ3）3Ｇａとトリメチルインジウム（ＣＨ3ＣＨ2）
3ＩｎとＮＮジメチルヒドラジン（ＣＨ3）2Ｎ2Ｈ2を用
いた。
の実施例は、ＧａＡｓ半導体基板２１の結晶面（００
１）上に、ルチル型結晶構造を有するバッファ層として
のＳｎ1-zＭｎzＯ2（ｚ＝０．１）結晶薄膜２２を積層
し、上記Ｓｎ1-zＭｎzＯ2（ｚ＝０．１）結晶薄膜２２
の結晶面（００１）上に、Ａｌ1-yＩｎyＮ（ｙ＝０．
５），Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ＝０．４），Ａｌ1-yＩｎyＮ
（ｙ＝０．５）夫々からなる閃亜鉛鉱型結晶構造のＩＩ
Ｉ−Ｖ族半導体薄膜２３，２４，２５を順に積層したも
のである。上記各薄膜２２，２３，２４，２５は、夫々
分子線エピタキシャル法で積層され、この積層時の上記
Ｓｎ1-zＭｎ1-zＯ2結晶薄膜２２の結晶成長にはＳｎお
よびＭｎの固体ソースと酸素のガスソースを用いた。ま
た、上記Ａｌ1-yＩｎyＮ（ｙ＝０．５）の成長原料とし
ては、トリメチルアルミニウム（ＣＨ3）3Ａｌとトリエ
チルインジウム（ＣＨ3ＣＨ2）3ＩｎとＮＮジメチルヒ
ドラジン（ＣＨ3）2Ｎ2Ｈ2を用い、Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ
＝０．４）の成長原料としては、トリメチルガリウム
（ＣＨ3）3Ｇａとトリメチルインジウム（ＣＨ3ＣＨ2）
3ＩｎとＮＮジメチルヒドラジン（ＣＨ3）2Ｎ2Ｈ2を用
いた。
【００３３】上記実施例において、上記Ａｌ1-yＩｎyＮ
（ｙ＝０．５）からなる薄膜２３との格子不整合率がＳ
ｉやＧａＡｓ結晶基板に比べて非常に小さいバッファ層
としてのルチル型結晶構造を有するＳｎ1-zＭｎzＯ
2（ｚ＝０．１）結晶薄膜２２をＧａＡｓ半導体基板２
１上に形成したので、半導体基板として従来と同じＧａ
Ａｓ半導体基板２１を用いたにもかかわらず、上記Ａｌ
1-yＩｎyＮ（ｙ＝０．５）からなる閃亜鉛鉱型結晶構造
のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜２３の格子欠陥をほとんどな
くすることができる。
（ｙ＝０．５）からなる薄膜２３との格子不整合率がＳ
ｉやＧａＡｓ結晶基板に比べて非常に小さいバッファ層
としてのルチル型結晶構造を有するＳｎ1-zＭｎzＯ
2（ｚ＝０．１）結晶薄膜２２をＧａＡｓ半導体基板２
１上に形成したので、半導体基板として従来と同じＧａ
Ａｓ半導体基板２１を用いたにもかかわらず、上記Ａｌ
1-yＩｎyＮ（ｙ＝０．５）からなる閃亜鉛鉱型結晶構造
のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜２３の格子欠陥をほとんどな
くすることができる。
【００３４】また、薄膜２３，２４，２５は、同じ閃亜
鉛鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜であり、格子
不整合は存在しないので、薄膜２３の上の薄膜２４，２
５には、当然、格子欠陥がほとんど生じない。
鉛鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜であり、格子
不整合は存在しないので、薄膜２３の上の薄膜２４，２
５には、当然、格子欠陥がほとんど生じない。
【００３５】つまり、この実施例によれば、半導体基板
として従来と同じＧａＡｓ半導体基板を用いても、ｎ型
およびｐ型不純物ドーピングが容易な閃亜鉛鉱型結晶構
造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜２３，２４，２５の格子欠
陥がほとんどない積層半導体を実現でき、高性能な発光
ダイオードやレーザダイオード等の半導体発光素子の作
製に適した積層半導体を実現できる。
として従来と同じＧａＡｓ半導体基板を用いても、ｎ型
およびｐ型不純物ドーピングが容易な閃亜鉛鉱型結晶構
造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜２３，２４，２５の格子欠
陥がほとんどない積層半導体を実現でき、高性能な発光
ダイオードやレーザダイオード等の半導体発光素子の作
製に適した積層半導体を実現できる。
【００３６】また、この実施例は、ＡｌＩｎＮ／ＧａＩ
ｎＮ／ＡｌＩｎＮダブルヘテロ構造をとっているので、
適当なドーピングを行えば電流注入による可視光レーザ
発振が可能なレーザダイオードを実現できる。
ｎＮ／ＡｌＩｎＮダブルヘテロ構造をとっているので、
適当なドーピングを行えば電流注入による可視光レーザ
発振が可能なレーザダイオードを実現できる。
【００３７】上記実施例のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜を発
光層とした半導体発光素子の具体例を図６に従って説明
する。本実施例は、ｎ型ＧａＡｓ半導体基板５１の結晶
面（００１）上に、ルチル型結晶構造を有するバッファ
層としてのＳｎ1-zＭｎzＯ2（ｚ＝０．１）結晶薄膜２
２の結晶面（００１）上に、ｎ型Ａｌ1-yＩｎy（ｙ＝
０．５）５２、ノンドープＧａ1-xＩｎxＮ（ｘ＝０．
４）５３、ｐ型Ａｌ1-yＩｎyＮ（ｙ＝０．５）５４夫々
からなる閃亜鉛鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜
５２，５３，５４を順に積層したものである。さらに、
前記ｎ型ＧａＡｓ半導体基板５１側にｎ型オーム性電極
５５、前記ｐ型Ａｌ1-yＩｎyＮ半導体薄膜５４側にＳｉ
Ｎ等からなる絶縁膜５６を介してｐ型オーム性電極５７
が形成されている。尚、前記絶縁膜５６には電流注入の
ためのストライプ５８が形成されている。また、ドーピ
ング原料としては、Ｎ型にはＳｉ，Ｐ型にはＢｅを用い
た。本実施例は、Ａｌ1-yＩｎyＮ／Ｇａ1-xＩｎxＮ／Ａ
ｌ1-yＩｎyＮダブルヘテロ構造をとっており、前記ｎ型
オーム性電極５５及びｐ型オーム電極５７から電流注入
を行えば、レーザ発振が可能となる。この場合、図５に
示す実施例と同様４４０ｎｍの青色レーザ光が得られ、
より高効率の発光ダイオードの構造として利用できる。
光層とした半導体発光素子の具体例を図６に従って説明
する。本実施例は、ｎ型ＧａＡｓ半導体基板５１の結晶
面（００１）上に、ルチル型結晶構造を有するバッファ
層としてのＳｎ1-zＭｎzＯ2（ｚ＝０．１）結晶薄膜２
２の結晶面（００１）上に、ｎ型Ａｌ1-yＩｎy（ｙ＝
０．５）５２、ノンドープＧａ1-xＩｎxＮ（ｘ＝０．
４）５３、ｐ型Ａｌ1-yＩｎyＮ（ｙ＝０．５）５４夫々
からなる閃亜鉛鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜
５２，５３，５４を順に積層したものである。さらに、
前記ｎ型ＧａＡｓ半導体基板５１側にｎ型オーム性電極
５５、前記ｐ型Ａｌ1-yＩｎyＮ半導体薄膜５４側にＳｉ
Ｎ等からなる絶縁膜５６を介してｐ型オーム性電極５７
が形成されている。尚、前記絶縁膜５６には電流注入の
ためのストライプ５８が形成されている。また、ドーピ
ング原料としては、Ｎ型にはＳｉ，Ｐ型にはＢｅを用い
た。本実施例は、Ａｌ1-yＩｎyＮ／Ｇａ1-xＩｎxＮ／Ａ
ｌ1-yＩｎyＮダブルヘテロ構造をとっており、前記ｎ型
オーム性電極５５及びｐ型オーム電極５７から電流注入
を行えば、レーザ発振が可能となる。この場合、図５に
示す実施例と同様４４０ｎｍの青色レーザ光が得られ、
より高効率の発光ダイオードの構造として利用できる。
【００３８】また、活性層となるノンドープＧａ1-xＩ
ｎxＮ半導体薄膜５３のＩｎ混晶比ｘを大きくできる適
当なルチル型結晶構造を有するバッファ層を用いれば、
発振波長の長波長化が可能となる。
ｎxＮ半導体薄膜５３のＩｎ混晶比ｘを大きくできる適
当なルチル型結晶構造を有するバッファ層を用いれば、
発振波長の長波長化が可能となる。
【００３９】尚、上記請求項２に記載の発明の第一およ
び第二の実施例において、半導体基板としてＳｉ半導体
基板およびＧａＡｓ半導体基板を用いたが、上記半導体
基板としてルチル型結晶基板（例えばＳｎＯ2基板）を
用い、このルチル型結晶基板上にバッファ層としてルチ
ル型結晶薄膜（例えばＲｕＯ2薄膜）を形成し、このル
チル型結晶薄膜上に、窒素ＮをＶ族元素とする閃亜鉛鉱
型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜（例えばＧａＮ薄
膜）を積層してもよい。尚、このＧａＮ薄膜にｐｎ接合
を形成し、電流注入による発光を行えば、図４に示す実
施例と同様に紫外光発光ダイオードとして使用できる。
び第二の実施例において、半導体基板としてＳｉ半導体
基板およびＧａＡｓ半導体基板を用いたが、上記半導体
基板としてルチル型結晶基板（例えばＳｎＯ2基板）を
用い、このルチル型結晶基板上にバッファ層としてルチ
ル型結晶薄膜（例えばＲｕＯ2薄膜）を形成し、このル
チル型結晶薄膜上に、窒素ＮをＶ族元素とする閃亜鉛鉱
型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜（例えばＧａＮ薄
膜）を積層してもよい。尚、このＧａＮ薄膜にｐｎ接合
を形成し、電流注入による発光を行えば、図４に示す実
施例と同様に紫外光発光ダイオードとして使用できる。
【００４０】また、上記バッファ層としてルチル型結晶
の多層構造およびルチル型結晶の組成傾斜型構造を採用
することが、高性能な半導体発光素子の作製に有効であ
ることは言うまでもない。
の多層構造およびルチル型結晶の組成傾斜型構造を採用
することが、高性能な半導体発光素子の作製に有効であ
ることは言うまでもない。
【００４１】バッファ層としてルチル型結晶の多層構造
を採用した請求項２に記載の発明の積層半導体の構造例
として、ＡｌＮ／ＭｎＯ2／ＰｂＯ2／Ｓｉ基板があげら
れる。この場合、発光層がＡｌＮであるので２００ｎｍ
の紫外光が得られる。
を採用した請求項２に記載の発明の積層半導体の構造例
として、ＡｌＮ／ＭｎＯ2／ＰｂＯ2／Ｓｉ基板があげら
れる。この場合、発光層がＡｌＮであるので２００ｎｍ
の紫外光が得られる。
【００４２】また、バッファ層としてルチル型結晶の組
成傾斜型構造を採用した請求項２の積層半導体の構造例
として、Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ＝０．２５）／Ｍｎ1-wＭ
ｇwＦ2（ｗ＝０→１）／ＧａＰ基板があげられる。この
場合、４００ｎｍの紫外光が得られる。
成傾斜型構造を採用した請求項２の積層半導体の構造例
として、Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ＝０．２５）／Ｍｎ1-wＭ
ｇwＦ2（ｗ＝０→１）／ＧａＰ基板があげられる。この
場合、４００ｎｍの紫外光が得られる。
【００４３】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１に記載の発明の積層半導体は、基板と、窒化物αＮ
（αは、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎのうちのいずれか１つ、もし
くはＡｌ，Ｇａ，Ｉｎのうちの少なくとも２つの混合
物）からなる閃亜鉛鉱型結晶構造の ＩＩＩ−Ｖ族半導体
薄膜との間に、ルチル型結晶構造を有する結晶薄膜をバ
ッファ層として形成したものである。したがって、請求
項１に記載の発明によれば、上記基板として、従来と同
じＳｉやＧａＡｓを用いた場合でも、上記窒化物αＮと
の格子不整合率がＳｉ，ＧａＡｓ結晶基板に比べて小さ
いバッファ層としてのルチル型結晶構造を有する結晶薄
膜によって、上記窒化物αＮからなる閃亜鉛鉱型結晶構
造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜の格子欠陥を従来例に比べ
て少なくすることができる。したがって、請求項１の発
明によれば、従来例と同じ基板を用いても、ｎ型，ｐ型
不純物ドーピングが容易な閃亜鉛鉱型結晶構造の上記半
導体薄膜の品質を従来例に比べて向上でき、高品質な半
導体発光素子の作製に適した積層半導体を実現できる。
１に記載の発明の積層半導体は、基板と、窒化物αＮ
（αは、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎのうちのいずれか１つ、もし
くはＡｌ，Ｇａ，Ｉｎのうちの少なくとも２つの混合
物）からなる閃亜鉛鉱型結晶構造の ＩＩＩ−Ｖ族半導体
薄膜との間に、ルチル型結晶構造を有する結晶薄膜をバ
ッファ層として形成したものである。したがって、請求
項１に記載の発明によれば、上記基板として、従来と同
じＳｉやＧａＡｓを用いた場合でも、上記窒化物αＮと
の格子不整合率がＳｉ，ＧａＡｓ結晶基板に比べて小さ
いバッファ層としてのルチル型結晶構造を有する結晶薄
膜によって、上記窒化物αＮからなる閃亜鉛鉱型結晶構
造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜の格子欠陥を従来例に比べ
て少なくすることができる。したがって、請求項１の発
明によれば、従来例と同じ基板を用いても、ｎ型，ｐ型
不純物ドーピングが容易な閃亜鉛鉱型結晶構造の上記半
導体薄膜の品質を従来例に比べて向上でき、高品質な半
導体発光素子の作製に適した積層半導体を実現できる。
【００４４】また、上記請求項１に記載の発明におい
て、ルチル型結晶構造を有する結晶薄膜として、金属酸
化物ＭＯ2（Ｍは、Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｏ
ｓ，Ｐｂのうちのいずれか１つ、またはＴｉ，Ｖ，Ｍ
ｎ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｏｓ，Ｐｂのうちの少なくとも２つの
混合物）や金属弗化物ＭＦ2（ＭはＭｇ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆ
ｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎのうちのいずれか１つ、またはＭ
ｇ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎのうちの少なく
とも２つの混合物）を用いた場合には、上記ルチル型結
晶構造を有する結晶薄膜は、上記窒化物αＮとの格子不
整合率が特に小さくなり、上記窒化物αＮからなる閃亜
鉛鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜の格子欠陥を
従来例に比べて特に少なくすることができる。したがっ
て、ｎ型，ｐ型不純物ドーピングが容易な閃亜鉛鉱型結
晶構造の上記半導体薄膜の品質を特に向上でき、高品質
な発光ダイオードやレーザダイオード等の半導体発光素
子の作製に特に適した積層半導体を実現できる。
て、ルチル型結晶構造を有する結晶薄膜として、金属酸
化物ＭＯ2（Ｍは、Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｏ
ｓ，Ｐｂのうちのいずれか１つ、またはＴｉ，Ｖ，Ｍ
ｎ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｏｓ，Ｐｂのうちの少なくとも２つの
混合物）や金属弗化物ＭＦ2（ＭはＭｇ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆ
ｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎのうちのいずれか１つ、またはＭ
ｇ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎのうちの少なく
とも２つの混合物）を用いた場合には、上記ルチル型結
晶構造を有する結晶薄膜は、上記窒化物αＮとの格子不
整合率が特に小さくなり、上記窒化物αＮからなる閃亜
鉛鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜の格子欠陥を
従来例に比べて特に少なくすることができる。したがっ
て、ｎ型，ｐ型不純物ドーピングが容易な閃亜鉛鉱型結
晶構造の上記半導体薄膜の品質を特に向上でき、高品質
な発光ダイオードやレーザダイオード等の半導体発光素
子の作製に特に適した積層半導体を実現できる。
【図１】請求項１に記載の発明の実施例の積層構造を表
わす模式図である。（参考図）
わす模式図である。（参考図）
【図２】請求項２に記載の発明の第一の実施例の積層構
造を表わす模式図である。
造を表わす模式図である。
【図３】請求項２に記載の発明の第二の実施例の積層構
造を表わす模式図である。
造を表わす模式図である。
【図４】図１に示す半導体薄膜を発光層とした実施例を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図５】図２に示す半導体薄膜を発光層とした実施例を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図６】図３に示す半導体薄膜を発光層とした実施例を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図７】閃亜鉛鉱型窒化物混晶の格子定数と禁制帯幅を
表わす図である。
表わす図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲吉▼田 智彦 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 須山 尚宏 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 幡 俊雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 大林 健 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−283744（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−211888（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 基板と、窒化物αＮ（αは、Ａｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎのうちのいずれか１つ、もしくはＡｌ，Ｇａ，
Ｉｎのうちの少なくとも２つの混合物）からなる閃亜鉛
鉱型結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜との間に、ルチ
ル型結晶構造を有する結晶薄膜をバッファ層として形成
したことを特徴とする積層半導体。 - 【請求項２】 上記結晶薄膜として、金属酸化物ＭＯ 2
（Ｍは、Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｏｓ，Ｐｂのう
ちのいずれか１つ、またはＴｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｒｕ，Ｓ
ｎ，Ｏｓ，Ｐｂのうちの少なくとも２つの混合物）を用
いたことを特徴とする請求項１に記載の積層半導体。 - 【請求項３】 上記結晶薄膜として、金属弗化物ＭＦ 2
（Ｍは、Ｍｇ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎのう
ちのいずれか１つ、またはＭｇ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｎｉ，Ｚｎのうちの少なくとも２つの混合物）を用
いたことを特徴とする請求項１に記載の積層半導体。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1992
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