ZnTe系化合物半导体单晶的制造方法和ZnTe系化合物半导体单晶及半导体器件技术

本发明专利技术是关于制造载流子浓度高、而且低电阻的ｎ型ＺｎＴｅ系化合物半导体单晶的方法和ＺｎＴｅ系化合物半导体单晶、以及使用该ＺｎＴｅ系化合物半导体作为基体而制造的半导体器件。具体地说，其特征是，将ＺｎＴｅ系化合物半导体的导电型控制成第１导电型的第１掺杂剂和将导电型控制成与上述第１导电型不同的第２导电型的第２掺杂剂，以上述第２掺杂剂的原子个数比上述第１掺杂剂的原子个数少地被同时掺杂。按照本发明专利技术，在以比以往少的掺杂量就能够达到所希望的载流子浓度同时，能够提高所得到的晶体中的结晶性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于制造载流子浓度高、而且低电阻n型ZnTe系化合物半导体单晶的方法和ZnTe系化合物半导体单晶、以及使用该ZnTe系化合物半导体作为基体制造的半导体器件。
技术介绍
现在，ZnTe系化合物半导体，例如正期待其作为能够利用于绿色光的发光二极管等发光元件的材料。但是，II-VI族化合物半导体，作为二极管必要的导电型的控制很困难，因此能够利用的材料受到限制。例如，利用借助分子束外延生长法在GaAs晶体基片上使几层的ZnSe系的混晶薄膜生长的ZnSe系化合物半导体单晶，制成pn结型二极管。考虑在热平衡状态p型半导体的控制是困难的，因此使用称为自由基粒子源的特殊装置形成该ZnSe系化合物半导体单晶。但是，用上述方法得到的p型ZnSe系化合物半导体单晶，掺杂剂的活化率(已掺杂的掺杂剂作为载流子有效地进行活化的比率)低，得到低电阻的晶体是困难的，因此还不能说，能充分作为发光元件的材料利用。另外，为了控制导电型，伴随在晶体中导入掺杂剂，阻碍掺杂剂活化的缺陷也同时导入晶体内，因此由于这些缺陷而存在结晶性降低的不良情况。由于此，利用p型ZnSe系化合物半导体单晶制作可靠性高的发光元件是困难的。另一方面，关于ZnTe系化合物半导体，能够容易作成p型半导体，但n型半导体存在提高载流子浓度困难、得不到低电阻的晶体这样的问题。也就是，一般在ZnTe系化合物半导体中，使用分子束外延生长法(MBE)或有机金属气相生长法(MOCVD)等外延生长技术，通过在ZnTe系化合物晶体中掺杂是第13(3B)族元素的Al(铝)、Ga(镓)、In(铟)，得到n型半导体是已知的，但过去因为半导体原料的纯度差，所以不能得到n型半导体。近年来，由于半导体原料的高纯度化和外延生长技术的提高，已经能够制作n型ZnTe系半导体，但一增加掺杂剂的掺杂量，自补偿效果就变大，因此即使增加添加量，载流子浓度也不能增加，倒是由于载流子浓度减少而使低电阻化的问题没有解决。例如，使用MBE法、以Cl(氯)作为掺杂剂制成n型ZnTe系半导体时的载流子浓度成为～3×1016cm-3，使用MOCVD法、以Al(铝)作为掺杂剂制成n型ZnTe系半导体时的载流子浓度成为～4×1017cm-3。像这样，在掺杂对结晶性不给予影响的量时，1017cm-3是载流子浓度的极限。也就是，为了制作特性优良的半导体器件，需要采用1018cm-3以上的载流子浓度，因此还不能说，现在得到的n型ZnTe系半导体作为材料是适合的。另外，关于具有半导体器件的制作中必要的异质(ヘテロ)结构的晶体材料，还没有完成控制导电性的实验。由于这样的现状，使用现在的ZnSe系化合物半导体以外的II-VI族化合物的发光二极管还没有达到实用化。然而，近年来，提出通过同时掺杂控制半导体的导电性的方法，在GaN或ZnO系的材料中证实其效果(NEW DIAMOND第60号vol.17No.1 p18-23)。所谓同时掺杂法是为了得到所希望的导电型的半导体，将为了得到p型(或者n型)导电型的第2掺杂剂以第1掺杂剂的约一半量和为了得到n型(或者p型)导电型的第1掺杂剂同时导入晶体中的方法。利用该方法能够使掺杂剂的禁止带中的能级浅，因此能够增加载流子浓度。另外，一般说来，如果以高浓度在晶体中添加掺杂剂，由于掺杂剂相互间的斥力，溶入晶体中的掺杂剂的量受到限制，但如果使用同时掺杂法，由于第2掺杂剂的引力，第1掺杂剂相互间的斥力就得到缓和，因此能够使溶入晶体中的量增大，能够得到更低电阻的晶体。另外，第1掺杂剂放出载流子，而离子化，但利用第2掺杂剂选择晶体内的库仑场，因此载流子的散乱被抑制。由于此，载流子的迁移率不降低，高浓度地添加掺杂剂成为可能，能够得到低电阻的半导体晶体。像这样，使用同时掺杂法，期待理论上能够实现半导体晶体的低电阻。在此，关于GaN化合物半导体，简单地说明进行同时掺杂法的证实实验。过去，认为制作GaN化合物的p型半导体是极其困难的。也就是，一般在GaN化合物半导体中，作为p型掺杂剂导入Mg(镁)，但Mg的禁止带中的能级较高，如从费密-狄拉克统计所知，在常温正孔被充分活化，因此得到低电阻的p型半导体是困难的。但是，如果基于同时掺杂法的理论进行计算，为了得到低电阻的p型GaN化合物半导体，以成为n型掺杂剂的O(氧)是Mg的约一半的量与p型掺杂剂的Mg同时进行掺杂，可以预想是有效的。而且使用MOCVD法同时掺杂O和Mg的结果，观察到载流子浓度增加约2位数。另外，伴随载流子浓度的增加，没有观察到载流子迁移率的降低。这样，在GaN化合物半导体中，同时掺杂法的理论被证实，已确认对得到低电阻的半导体是有效的。但是，上述的同时掺杂法对于ZnTe系化合物半导体，还没有完成理论的研究和实验，因此关于ZnTe系化合物半导体，对控制导电型是否有效还没有说清楚。本专利技术的目的在于提供，制造载流子浓度高、而且低电阻的n型ZnTe系化合物半导体单晶的方法和ZnTe系化合物半导体单晶，以及使用该ZnTe系化合物半导体单晶作为基体制造的、具有优良特性的半导体器件。
技术实现思路
有关权利要求1的专利技术是ZnTe系化合物半导体的制造方法，它是在使ZnTe系化合物半导体单晶在基片上进行外延生长时，将ZnTe系化合物半导体的导电型控制成第1导电型的第1掺杂剂和将导电型控制成和上述第1导电型不同的导电型的第2掺杂剂，以上述第2掺杂剂的原子个数比上述第1掺杂剂的原子个数少地被同时掺杂在ZnTe系化合物半导体单晶中。在此，所谓ZnTe系化合物意味着包含是第12(2B)族元素的Zn或是第16(6B)族元素的Te的至少一种，和ZnTe实质上晶格匹配的化合物。使用在晶体中同时掺杂上述的2种掺杂剂的方法(同时掺杂法)，能够比较容易地控制ZnTe系化合物半导体的导电型。也就是，如果使用同时掺杂法，掺杂剂的活化率(已掺杂的掺杂剂作为载流子有效地进行活化的比率)变高，因此以比过去少的掺杂量就能够达到所希望的载流子浓度，同时能够提高所得到的晶体的结晶性。有关权利要求2的专利技术特别是以n型作为上述第1导电型，以p型作为上述第2导电型，因此应用于n型ZnTe系化合物半导体单晶的制造是有效的。有关权利要求3的专利技术是以第13(3B)族元素作为上述第1掺杂剂，以第15(5B)族元素作为上述第2掺杂剂。有关权利要求4的专利技术是例如上述第13(3B)族元素包括Al、Ga、In中的至少一种，上述第15(5B)族元素包括N、P、As中的至少一种。另外，作为第13(3B)族元素，例如可以和Al、Ga同时掺杂，在此情况下，第15(5B)族元素的掺杂量可以是比掺杂的第13(3B)族的Al原子个数和Ga原子个数的合计数少的原子个数。再者，关于第15(5B)族元素，掺杂的原子个数如果比掺杂的第13(3B)族元素的原子个数少，也不限于N、P、As中的一种元素，可以同时掺杂2种元素。有关权利要求5的专利技术是以第17(7B)族元素作为上述第1掺杂剂，以第1(1A)族元素作为上述第2掺杂剂。有关权利要求6的专利技术是例如，上述第17(7B)族元素要包括Cl、Br、I中的至少一种，上述第1(1A)族元素要至少包括Li的专利技术。有关权利要求7的专利技术是第14(4B)族元素是利用占有的原子位置，既能够将ZnTe系化合物半导本文档来自技高网...

【技术保护点】
ＺｎＴｅ系化合物半导体单晶的制造方法，其特征在于，在使ＺｎＴｅ系化合物半导体单晶在基片上进行外延生长时，将ＺｎＴｅ系化合物半导体的导电型控制成第１导电型的第１掺杂剂和将导电型控制成与所述第１导电型不同的第２导电型的第２掺杂剂，以所述第２掺杂剂的原子个数比所述第１掺杂剂的原子个数少地被同时掺杂在ＺｎＴｅ系化合物半导体单晶中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山本哲也，荒川笃俊，佐藤贤次，朝日聪明，
申请(专利权)人：日矿金属株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]