JPH037139B2 - - Google Patents

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JPH037139B2
JPH037139B2 JP58159813A JP15981383A JPH037139B2 JP H037139 B2 JPH037139 B2 JP H037139B2 JP 58159813 A JP58159813 A JP 58159813A JP 15981383 A JP15981383 A JP 15981383A JP H037139 B2 JPH037139 B2 JP H037139B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は禁止帯幅が大きなＰ型半導体を実現で
きる超格子の構造に関する。
従来の化合物半導体への不純物のドーピング方
法は、SiやGeの単元素からなる元素半導体への
ドーピングと同様に、一様に化合物半導体中に不
純物を含有させるものである。GaAs、InPのよ
うな禁止帯幅が2.0eV以下の化合物半導体では、
このようなＰ型不純物を一様に分布させた構造に
よつても容易にＰ型半導体を得ることができる
が、ZnSe、CdSeといつた−半導体に代表さ
れる禁止帯幅が2.0eV以上のワイドギヤツプ化合
物半導体では、従来構造ではＰ型半導体が得られ
ないものが多い。
従来のＰ型不純物をドーピングした化合物半導
体の構造について図面を用いて説明する。
第１図は従来のＰ型不純物をドーピングした化
合物半導体の概略断面図である。１は半導体基
板、２はＰ型不純物、３はＰ型不純物２を均一に
含有し半導体基板１の上に形成した化合物半導体
層である。
従来構造ではＰ型が得られない禁止帯幅の大き
な半導体の例としてZnSeがあり、このZnSe中へ
のAuのドーピングを説明すると次のようになる。
分子線エピタキシ（MBE）法により基板温度400
℃とし、Zn位置に置換すればＰ型不純物として
働くと考えられるAuを１×1018cm-3含有する
ZnSeを成長させても、ｎ型のZnSeしか得られな
い。この理由は、添加不純物に応じてZnSe内に
固有欠陥が生じ、自己補償がなされるためであ
る。したがつて、自己補償効果のあるZnSeでは
他の成長方法や他のＰ型不純物を用いても同様に
Ｐ型半導体は得られない。
この解決手段としては従来構造とは異なり、Ｐ
型不純物と自己補償効果のある半導体とを空間的
に分離する新しい構造が必要である。
本発明の目的は、かかる従来構造の持つ欠点を
除去し、禁止帯幅が大きなＰ型半導体が実現でき
る超格子の構造を提供することにある。
本発明の超格子の構造は、正孔波長以下の厚さ
を有する第１の固体層と、該第１の固体層より電
子親和力と禁止帯幅との和が大きく第１の固体層
中の正孔がトンネル可能な厚さを有する第２の固
体層の少なくとも２種類の固体層を交互に積層し
た積層構造を持ち、Ｐ型不純物が第１の固体層だ
けに含有されていることを特徴とする。
一般に電子親和力と禁止帯幅との和が異なる半
導体の積層構造において、電子親和力と禁止帯幅
との和が小さな半導体の厚さが正孔波長以下にな
ると量子効果が顕著になり、この半導体内には新
たなエネルギ準位（量子化準位）が形成される。
さらに、電子親和力と禁止帯幅との和が大きな半
導体の厚さがこの半導体中を量子化準位の正孔が
トンネルできるほどに薄くなると、正孔は量子化
準位において積層構造の膜中を自由に運動できる
ようになる。本発明の構造はこの条件を満たして
いるため、第１の固体層から発生する正孔は量子
化準位において積層構造全体に広がる。したがつ
て、第１の固体層がＰ型半導体であれば、積層構
造全体もＰ型半導体とすることが可能となる。
以下、本発明について実施例を示す図面を参照
して詳細に説明する。
第２図は本発明の第１の実施例を示した模式的
断面図である。第２図において第１図と同じ番号
のものは第１図と同等物で同一機能を果すもので
あり。４はＰ型不純物２を含有し正孔波長以下の
厚さを有する第１の固体層、５は該第１の固体層
４より電子親和力と禁止帯幅との和が大きく、第
１の固体層４中の正孔がトンネル可能な厚さを有
する第２の固体層である。第１の固体層４と第２
の固体層５とが交互に積層し、積層構造を形成し
ている。
本実施例を、半導体基板１としてGaAs、不純
物２としてBe、第１の固体層４として厚さ５Å
のGaAs、第２の固体層５として厚さ15ÅのZnSe
を用いて説明すると次のようになる。
GaAs中での室温におけるBeの活性率はほぼ
100％であるので、５ÅのGaAs中にはドープし
たBeのほとんどが活性化してBe量とほぼ同量の
正孔はGaAsの充満帯端よる0.7eV低い量子化準
位においてこの膜全体に広がる。GaAsとZnSeの
電子親和力はほとんど等しいため、電子の量子化
準位はほとんど現われない。したがつて、この膜
の等価的な禁止帯幅は2.1eVとなる。
結晶成長方法としてMBEを用い、膜全体の平
均的Be濃度として１×1018cm-3をドーピングした
結果、室温での正孔濃度して１×1018cm-3が得ら
れた。この結果より、禁止帯幅が2.1eVと大きな
半導体であるのにかかわらず、高い正孔濃度を有
するＰ型半導体が得られることがわかる。
第３図は本発明の第２の実施例を示した模式的
断面図である。第３図において第１、第２図と同
じ番号のものは第１、第２図と同等物で同一機能
を果すものであり、６は不純物２を含有し正孔波
長以下の厚さを有する半導体層、７は該半導体層
６より電子親和力と禁止帯幅との和が大きく半導
体層６中の正孔がトンネル可能に厚さを有する絶
縁体層である。
不純物としてＢ、半導体層６として厚さ５Åの
Si、絶縁体層７として厚さ15ÅのCaF2を用い、
MBE法により本構造を構成した結果、新しい正
孔の量子化準位はSiの充満帯端より0.7eV低くな
り、さらに新しい電子の量子化準位がSiの伝導帯
端より1eV高くなるため、禁止帯幅として2.8eV
が得られた、そして膜全体の平均のＢ濃度として
１×1018cm-3ドープしたのに対し、１×1018cm-3
の正孔濃度が得られた。
上記の本発明の２つの実施例については、Ｐ型
不純物が第１の固体層全体に含有されているとし
たが、Ｐ型不純物のドーピングを第１を固体層全
体ではなく、第１の固体層のうち第２の固体層と
の界面近傍を除く領域だけとしてもよく、またＰ
型不純物を含有しない第１の固体層がデバイ長以
上の厚さに積層していなければ積層構造の中に存
在しても良い。すなわち積層構造中のすべての第
１の固体層中に不純物が含まれている必要は必ず
しもない。また、積層構造としては２種類の固体
層を交互に積層したものだけしか示さなかつた
が、３種類以上の固体層を積層したものであつて
も、正孔が量子化準位で膜全体に広がる構造であ
れば良く、この構造でもＰ型半導体が得られるこ
とは明らかである。３種類の固体層を積層したも
のの例としては、GaAs／AlAs／ZnSeがあり、
GaAs／ZnSe系よりもさらに禁止帯幅の広いもの
が容易に実現できる。
第１の固体層中に含有するＰ型不純物として
は、第１の固体層がSi、Ge等の元素半導体では
Ｂ、Al、Ga、In、Tl等、GaAs、IsP等の−
化合物半導体では、Be、Mg、Zn、Cd、Ｃ等、
ZnTe、CdTeの−化合物半導体ではAu、
Ag、Cu等であつても良い。
本発明の実施例では積層する固体層として格子
整合のとれた半導体または絶縁体について述べた
が、一般に積層構造においては各層の界面におい
て格子不整合によるストレスが緩和されるため、
格子整合のとれてない半導体または絶縁体の積層
構造でも本発明を実現することは可能である。さ
らに、Miscibility Gapに相当する組成
（InGaAsSb、InAsPSb等）で予想される光学的
および電気的特性を有するＰ型半導体も本発明に
より実現することができる。
本発明の構造は実施例で示した材料以外のあら
ゆる半導体および絶縁体の組合せに対し適用可能
である。例えば、−化合物半導体間の組合せ
ではZnTe／CdSe、−と−の化合物半導
体の組合せではGaP／ZnS、InP／CdS、その他
の半導体の組合せとしてはCuGaSe2／ZnSe、半
導体と絶縁体の組合せではSi／MgO−Al2O3スピ
ネル化合物、GaP／CaF2などがある。
本発名の構造を得る方法としては、原理にはど
んな結晶成長方法であつても良いが、数Åの膜厚
制御性が必要となるため、MBE法やMOCVD
（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）
法が適している。中でもMBE法は原料の入つた
炉から出る分子線をシヤツタの開閉だけで制御で
きるため、遷移層が数Åの急峻な界面を容易に実
現することができ、さらにコンピユータによる自
動制御が容易であるため最も適した方法である。
本発明により禁止帯幅が広いＰ型半導体を実現
できるので本発明を用いたＰ型半導体により青色
発行の光デバイスや高温での使用な可能なトラン
スポートデバイスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来構造のＰ型不純物をドープした半
導体の模式的断面図、第２、第３図は本発明の第
１、第２の実施例を示した模式的断面図である。 １……半導体基板、２……Ｐ型不純物、３……
化合物半導体層、４……第１の半導体層、５……
第２の半導体層、６……半導体層、７……絶縁体
層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 正孔波長以下の厚さを有する半導体層からな
    る第１の固体層と、該第１の固体層より電子親和
    力と禁止帯幅との和が大きく第１の固体層中の正
    孔がトンネル可能な厚さを有する第２の固体層の
    少なくとも２種類の固体層を交互に積層した積層
    構造を持ち、Ｐ型不純物が第１の固体層だけに含
    有されていることを特徴とする超格子の構造。
JP58159813A 1983-06-24 1983-08-31 超格子の構造 Granted JPS6052067A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58159813A JPS6052067A (ja) 1983-08-31 1983-08-31 超格子の構造
US06/624,333 US4695857A (en) 1983-06-24 1984-06-25 Superlattice semiconductor having high carrier density
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