JP2003051644A

JP2003051644A - 半導体装置、半導体受光装置、半導体発光装置、半導体レーザ装置および面発光型半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2003051644A
Application number: JP2001235480A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Iwai; 則広岩井; Hitoshi Shimizu; 均清水; Akihiko Kasukawa; 秋彦粕川
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2003-02-21

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体装置の特性および信頼性を向上するこ
と。【解決手段】この半導体装置は、ｎ−ＧａＡｓ基板１
の上面に、下部ＤＢＲミラー２および量子井戸活性層３
を形成する。また、量子井戸活性層３の上面には、上部
ＤＢＲミラー４、ｐ−ＡｌＡｓ層６、Ａｌ酸化層１０、
ＧａＩｎＮＡｓからなるコンタクト層５および電極８か
らなるメサポストを形成する。さらに、メサポストの周
囲にポリイミド７を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板１の下面
に、電極９を形成する。コンタクト層５は、ＧａＩｎＮ
Ａｓの組成を調整して、ｎ−ＧａＡｓ基板１に格子整合
し、かつバンドギャップエネルギーを小さくしてコンタ
クト層と電極との接触抵抗を低減している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置、半
導体受光装置、半導体発光装置、半導体レーザ装置およ
び面発光型半導体レーザ装置に関し、特にコンタクト層
に４種以上の元素を含む多元化合物半導体を用いること
で電極との接触抵抗を低減した半導体装置、半導体受光
装置、半導体発光装置、半導体レーザ装置および面発光
型半導体レーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置において、その内部
抵抗や半導体装置と電極との接触抵抗が高い場合、半導
体装置の出力特性および機能が低下し、また、発熱によ
って半導体装置の劣化を招く。例えば、半導体レーザ装
置においてその内部抵抗や接触抵抗が高い場合、光出力
の低下や動作速度の低下を招くことになる。特に、半導
体装置と電極との接触面積が小さい場合、半導体装置と
電極との接触抵抗の低減が重要になる。このため、半導
体装置では、半導体多層膜上にコンタクト層を設け、半
導体装置と電極との接触抵抗を低減している。

【０００３】一方、金属と半導体との接触抵抗は、半導
体のバンドギャップエネルギーが小さい方ほど小さくな
る。このため、コンタクト層は、バンドギャップエネル
ギーが小さい材質を用いることが求められる。また、半
導体基板上に形成する膜の材質は、その格子定数によっ
て制限をうける。半導体基板と格子定数が大きく異なる
材料は、半導体基板上に成膜した場合に格子不整合を生
じ、半導体装置の特性の劣化を招くことになる。この格
子不整合による特性の劣化は、成膜した膜の厚さが大き
い場合に顕著である。

【０００４】したがって、半導体装置のコンタクト層
は、半導体基板と格子整合可能で、かつバンドギャップ
エネルギーの小さい材質であることが求められる。

【０００５】図７は、従来の半導体装置の構成を示す断
面図である。この半導体装置は、面発光レーザ装置であ
り、ｎ−ＧａＡｓ基板４１の上面に、下部ＤＢＲミラー
４２および量子井戸活性層４３を備えている。また、量
子井戸活性層４３の上面には、上部ＤＢＲミラー４４、
ＡｌＡｓ層４６、Ａｌ酸化層５０、コンタクト層４５お
よび電極４８からなるメサポストを備える。さらに、メ
サポストの周囲にポリイミド４７を備え、ｎ−ＧａＡｓ
基板４１の下面に、電極４９を備えている。

【０００６】つぎに、この面発光レーザ装置の製造方法
について説明する。まず、ｎ−ＧａＡｓ基板４１の上
に、例えばＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ−Ａｌ_0.9Ｇａ
_0.1Ａｓとｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓとの二つの半導体層
を交互に３５ペア積層し、下部ＤＢＲミラー４２を形成
する。ここで、下部ＤＢＲミラー４２の各半導体層の厚
さｈは、発振波長をλ、屈折率をｎとして、ｈ＝λ／４
ｎとする。つぎに、両側をクラッド層で挟まれた量子井
戸活性層４３を形成する。さらに、ｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1
Ａｓとｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓとの二つの半導体層を交
互に２５ペア積層し、上部ＤＢＲミラー４４を形成す
る。また、上部ＤＢＲミラー４４の各半導体層の厚さｈ
は、発振波長をλ、屈折率をｎとして、ｈ＝λ／４ｎと
する。さらに、上部ＤＢＲミラー４４の内部に、ｐ−Ａ
ｌＡｓ層４６を形成しておく。また、上部ＤＢＲミラー
４４の上面にｐ−ＧａＡｓをコンタクト層４５として積
層する。

【０００７】つぎに、フォトリソグラフィーおよびエッ
チングを用いて、メサポストを形成する。エッチング
は、ＡｌＡｓ層４６よりも深く、量子井戸活性層４３の
近傍まで行う。つづいて、水蒸気雰囲気中で、約４００
℃に加熱して酸化処理を行い、ＡｌＡｓ層４６をメサポ
ストの外側から選択的に酸化し、Ａｌ酸化層５０を形成
する。Ａｌ酸化層５０は、リング形状となり、電流狭窄
層として機能する。また、酸化せずに残したＡｌＡｓ層
４６は、電流注入領域として機能する。

【０００８】つぎに、メサポストの周辺をポリイミド４
７で埋め込み、メサポストの上部に外周５〜１０μｍ程
度の幅で接触するようなリング状の電極４８を形成す
る。また、ｎ−ＧａＡｓ基板４１の裏面を２００μｍま
で研磨し、電極４９を形成する。

【０００９】この面発光レーザ装置では、電極４８の接
触面積が非常に小さいため、接触抵抗の低減が重要とな
る。この面発光レーザ装置では、ＧａＡｓ基板と格子整
合し、かつバンドギャップエネルギーが最も小さい材料
はＧａＡｓであるので、コンタクト層４５はＧａＡｓを
材料として形成される。図８は、コンタクト層４５をＧ
ａＡｓで形成した場合におけるバンドギャップエネルギ
ーを示す図である。コンタクト層４５のバンドギャップ
エネルギーＥ４５は、上部ＤＢＲミラー４４のバンドギ
ャップエネルギーＥ４４に比して小さくなっている。

【００１０】また、ＩｎＰ基板上に形成した半導体装置
では、ＩｎＰ基板に格子整合し、かつ最もバンドギャッ
プエネルギーが小さいＧａＩｎＡｓがコンタクト層の成
膜材料として用いられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
装置の微細化に伴い、半導体装置のコンタクト層と電極
との接触面積も小さくなり、接触抵抗の更なる低下が求
められている。また、半導体装置の性能や寿命を向上す
るためには、接触抵抗の低減が有効な手段の一つであ
る。一方で、使用する半導体基板の格子定数によって、
使用できる材質に制限があった。すなわち、上述した半
導体装置では、接触抵抗を十分に低減することができ
ず、半導体装置の特性が低下し、また信頼性が低くなる
という問題点があった。例えば、半導体レーザ装置で
は、光出力が低下し、動作速度が遅くなるという問題点
があった。

【００１２】この発明は上記に鑑みてなされたものであ
って、半導体装置の接触抵抗を低減し、特性が良好で、
信頼性の高い半導体装置、半導体受光装置、半導体発光
装置、半導体レーザ装置および面発光型半導体レーザ装
置を提供することを目的とする。

【００１３】

【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にかかる半導体装置は、所定の化合物半導
体基板上に形成された半導体多層膜と、電極と、前記半
導体多層膜と前記電極とを接合するコンタクト層と、を
有する半導体装置において、前記コンタクト層は、４種
以上の元素からなる多元化合物半導体で形成され、前記
所定の化合物半導体基板と格子整合する格子定数と、前
記所定の化合物半導体基板に比して小さいバンドギャッ
プエネルギーと、を有することを特徴とする。

【００１４】この請求項１の発明によれば、半導体装置
のコンタクト層は、半導体基板に格子整合し、かつバン
ドギャップエネルギーの小さい多元化合物半導体で形成
され、コンタクト層と電極との接触抵抗を低減してい
る。

【００１５】また、請求項２にかかる半導体装置は、上
記の発明において、前記コンタクト層と前記半導体多層
膜との間に、バンドギャップ調整層をさらに備え、前記
バンドギャップ調整層は、当該バンドギャップ調整層に
接する前記半導体多層膜のバンドギャップエネルギーに
比して小さく、前記コンタクト層のバンドギャップエネ
ルギーに比して大きいバンドギャップエネルギーを有す
ることを特徴とする。

【００１６】この請求項２の発明によれば、半導体装置
は、コンタクト層のバンドギャップエネルギーと半導体
多層膜のバンドギャップエネルギーとの中間のバンドギ
ャップエネルギーを有するバンドギャップ調整層を、コ
ンタクト層と半導体多層膜との間に備えて、コンタクト
層と半導体多層膜との間の抵抗を低減している。

【００１７】また、請求項３にかかる半導体装置は、上
記の発明において、前記バンドギャップ調整層は、前記
半導体多層膜側から前記コンタクト層側に向かって、連
続的にバンドギャップエネルギーが小さくなる半導体材
料によって形成されたことを特徴とする。

【００１８】この請求項３の発明によれば、バンドギャ
ップ調整層のバンドギャップエネルギーが半導体多層膜
側からコンタクト層側に向かって、連続的に小さくなる
ようにしている。

【００１９】また、請求項４にかかる半導体装置は、上
記の発明において、前記バンドギャップ調整層は、積層
された複数のバンドギャップ調整膜によって形成され、
前記複数のバンドギャップ調整膜は、前記半導体多層膜
側から前記コンタクト層側に向かって、段階的にバンド
ギャップエネルギーが小さくなることを特徴とする。

【００２０】この請求項４の発明によれば、バンドギャ
ップ調整層のバンドギャップエネルギーが半導体多層膜
側からコンタクト層側に向かって、段階的に小さくなる
ようにしている。

【００２１】また、請求項５にかかる半導体装置は、上
記の発明において、前記コンタクト層および前記バンド
ギャップ調整層は、ＧａＩｎＮＡｓで形成され、当該Ｇ
ａＩｎＮＡｓの組成の設定によって前記所定の化合物半
導体基板に格子整合する格子定数と、前記所定の化合物
半導体基板に比して小さいバンドギャップエネルギー
と、を有することを特徴とする。

【００２２】この請求項５の発明によれば、半導体装置
は、コンタクト層をＧａＩｎＮＡｓで形成し、ＧａＩｎ
ＮＡｓの組成を設定して、半導体基板と格子整合させ、
かつバンドギャップエネルギーを小さくし、コンタクト
層と電極との接触抵抗を低減している。

【００２３】また、請求項６にかかる半導体装置は、上
記の発明において、前記コンタクト層および前記バンド
ギャップ調整層は、ＧａＩｎＮＡｓＳｂで形成され、当
該ＧａＩｎＮＡｓＳｂの組成の設定によって、前記所定
の化合物半導体基板と格子整合する格子定数と、前記所
定の化合物半導体基板に比して小さいバンドギャップエ
ネルギーと、を有することを特徴とする。

【００２４】この請求項６の発明によれば、半導体装置
は、コンタクト層をＧａＩｎＮＡｓＳｂで形成し、Ｇａ
ＩｎＮＡｓＳｂの組成を設定して、半導体基板と格子整
合させ、かつバンドギャップエネルギーを小さくし、コ
ンタクト層と電極との接触抵抗を低減している。

【００２５】また、請求項７にかかる半導体受光装置
は、請求項１〜６に記載の半導体装置の前記コンタクト
層と前記電極とを少なくとも前記半導体多層膜の上面の
一部に形成したことを特徴とする。

【００２６】この請求項７の発明によれば、半導体多層
膜中の吸収層で受光した光を電流に変換し、コンタクト
層を介して出力する受光素子として機能する半導体受光
装置において、そのコンタクト層を半導体基板に格子整
合し、かつバンドギャップエネルギーの小さい多元化合
物半導体で形成し、コンタクト層と電極との接触抵抗を
低減している。

【００２７】また、請求項８にかかる半導体発光装置
は、請求項１〜６に記載の半導体装置の前記コンタクト
層と前記電極とを少なくとも前記半導体多層膜の上面の
一部に形成したことを特徴とする。

【００２８】この請求項８の発明によれば、コンタクト
層を介して注入された電流を光に変換し、半導体多層膜
から出力する発光素子として機能する半導体発光装置に
おいて、そのコンタクト層を半導体基板に格子整合し、
かつバンドギャップエネルギーの小さい多元化合物半導
体で形成し、コンタクト層と電極との接触抵抗を低減し
ている。

【００２９】また、請求項９にかかる半導体レーザ装置
は、請求項１〜６に記載の半導体装置の前記半導体多層
膜に、少なくとも前記コンタクト層を介して注入された
電流を光に変換する活性層を形成し、該活性層内の光を
共振器構造によってレーザ発振出力することを特徴とす
る。

【００３０】この請求項９の発明によれば、半導体多層
膜内部に形成した活性層で電流を光に変換し、レーザ発
振出力を行うレーザ素子として機能する半導体レーザ装
置において、そのコンタクト層を半導体基板に格子整合
し、かつバンドギャップエネルギーの小さい多元化合物
半導体で形成し、コンタクト層と電極との接触抵抗を低
減している。

【００３１】また、請求項１０にかかる面発光型半導体
レーザ装置は、請求項１〜６に記載の半導体装置の前記
半導体多層膜に、少なくとも下部多層膜反射鏡、活性層
および上部多層膜反射鏡を形成し、前記下部多層膜反射
鏡および前記上部多層膜反射鏡によって共振器構造を形
成することを特徴とする。

【００３２】この請求項１０の発明によれば、活性層を
下部多層膜反射鏡および上部多層膜反射鏡で挟みこんで
共振器を形成し、半導体基板に対して垂直方向にレーザ
光を出射する面発光レーザ素子として機能する面発光型
半導体レーザ装置において、そのコンタクト層を半導体
基板に格子整合し、かつバンドギャップエネルギーの小
さい多元化合物半導体で形成し、コンタクト層と電極と
の接触抵抗を低減している。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明に係る半導体装置、半導体受光装置、半導体発光装
置、半導体レーザ装置および面発光型半導体レーザ装置
の好適な実施の形態を詳細に説明する。

【００３４】（実施の形態１）図１は、この発明の実施
の形態１である半導体装置の構成を示す断面図である。
この半導体装置は、面発光レーザ装置であり、ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板１の上面に、下部ＤＢＲミラー２および量子井
戸活性層３を備えている。また、量子井戸活性層３の上
面には、上部ＤＢＲミラー４、ＡｌＡｓ層６、Ａｌ酸化
層１０、コンタクト層５および電極８からなるメサポス
トを備える。さらに、メサポストの周囲にポリイミド７
を備え、ｎ−ＧａＡｓ基板１の下面に、電極９を備えて
いる。コンタクト層５は、ＧａＩｎＮＡｓで形成され
る。

【００３５】ＧａＩｎＮＡｓは、Ｇａ，Ｉｎ，Ｎ，Ａｓ
の４種の元素を含む多元化合物半導体である。多元化合
物半導体では、その組成、すなわちIII族とＶ族の化学
量論比を調整することで、その格子定数およびバンドギ
ャップエネルギーを変化させることができる。図２は、
格子定数とバンドギャップエネルギーの相関関係を示す
図である。コンタクト層５は、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に
形成されるため、ＧａＩｎＮＡｓの組成を、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板１と格子整合し、かつバンドギャップが最も小さ
くなる値に調整する。ＧａＩｎＮＡｓは、ＧａＡｓとほ
ぼ同一の格子定数「５．６５」を保持してバンドギャッ
プエネルギーを変化させることができる。ここで、バン
ドギャップエネルギーが小さい組成を選択することで、
コンタクト層５の接触抵抗を小さくすることができる。
図３は、コンタクト層５をＧａＩｎＮＡｓで形成した場
合におけるバンドギャップエネルギーを示す図である。
コンタクト層５のバンドギャップエネルギーＥ５は、上
部ＤＢＲミラー４のバンドギャップエネルギーＥ４に比
して小さくなっている。

【００３６】つぎに、この面発光レーザ装置の製造方法
について説明する。まず、ｎ−ＧａＡｓ基板１の上に、
例えばＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａ
ｓとｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓとの二つの半導体層を交互
に３５ペア積層し、下部ＤＢＲミラー２を形成する。こ
こで、下部ＤＢＲミラー２の各半導体層の厚さｈは、発
振波長をλ、屈折率をｎとして、ｈ＝λ／４ｎとする。
つぎに、両側をクラッド層で挟まれた量子井戸活性層３
を形成する。さらに、ｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓとｐ−Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓとの二つの半導体層を交互に２５ペア
積層し、上部ＤＢＲミラー４を形成する。また、上部Ｄ
ＢＲミラー４の各半導体層の厚さｈは、発振波長をλ、
屈折率をｎとして、ｈ＝λ／４ｎとする。さらに、上部
ＤＢＲミラー４の内部に、ｐ−ＡｌＡｓ層６を形成して
おく。また、上部ＤＢＲミラー４の上面にｐ−ＧａＩｎ
ＮＡｓを成膜し、コンタクト層５を形成する。なお、結
晶成長には、ＭＯＣＶＤや分子線エピタキシャル装置な
どを用いればよい。

【００３７】つぎに、フォトリソグラフィーおよびエッ
チングを用いて、メサポストを形成する。エッチング
は、ＡｌＡｓ層６よりも深く、量子井戸活性層３の近傍
まで行う。つづいて、水蒸気雰囲気中で、約４００℃に
加熱して酸化処理を行い、ＡｌＡｓ層６をメサポストの
外側から選択的に酸化し、Ａｌ酸化層１０を形成する。
Ａｌ酸化層１０は、リング形状となり、電流狭窄層とし
て機能する。また、酸化せずに残したＡｌＡｓ層６は、
電流注入領域として機能する。

【００３８】つぎに、メサポストの周辺をポリイミド７
で埋め込み、メサポストの上部に外周５〜１０μｍ程度
の幅で接触するようなリング状の電極８を形成する。ま
た、ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面を２００μｍまで研磨
し、電極９を形成する。

【００３９】この実施の形態１における半導体装置は、
コンタクト層にＧａＩｎＮＡｓを用い、ＧａＩｎＮＡｓ
の組成を調整することで、ＧａＡｓ基板に格子整合さ
せ、かつバンドギャップエネルギーを小さくすることで
接触抵抗を低減することができる。

【００４０】なお、本実施の形態では、ＧａＡｓ基板に
積層された面発光レーザ装置のコンタクト層をＧａＩｎ
ＮＡｓで形成したが、半導体基板上に積層され、コンタ
クト層を介して電極と接続される半導体装置であれば、
半導体基板と格子整合し、バンドギャップエネルギーの
小さいコンタクト層を形成することで同様の効果を得る
ことができる。

【００４１】たとえば、半導体受光素子に本発明を適用
する場合、少なくともｎ型半導体基板上にｎ型半導体
膜、吸収層およびｐ型半導体膜を順次形成し、ｐ型半導
体膜の表面の一部にコンタクト層およびｐ型電極を形成
する。さらに、ｎ型半導体基板の裏面にｎ型電極を形成
する。この半導体装置では、ｎ型半導体膜とｐ型半導体
膜との接合面でｐｎダブルへテロ接合領域が形成され
る。このｐｎダブルへテロ接合領域に光が入力される
と、半導体装置内に光起電流が発生する。したがって、
この半導体装置は、受光した光によって電流を生じる半
導体受光素子として機能する。この半導体受光素子にお
いても、半導体基板と格子整合し、バンドギャップエネ
ルギーの小さいコンタクト層を形成することで、接触抵
抗を低減することができる。

【００４２】また、半導体発光素子に本発明を適用して
もよい。半導体発光素子に本発明を適用する場合、少な
くともｎ型半導体基板上にｎ型半導体膜およびｐ型半導
体膜を順次形成し、ｐ型半導体膜の表面の一部にコンタ
クト層およびｐ型電極を形成する。さらに、ｎ型半導体
基板の裏面にｎ型電極を形成する。この半導体装置に電
流を注入すると、ｎ型半導体膜とｐ型半導体膜との接合
面に形成されたｐｎダブルへテロ接合領域で、電子と正
孔との結合が生じる。この電子と正孔との結合の際に、
光が発生し、発生した光は、ｐ型半導体膜表面から出力
される。したがって、この半導体装置は、注入した電流
によって発光する半導体発光素子として機能する。さら
に、共振器構造を付加することで、半導体レーザ素子と
して機能させることができる。この半導体発光素子にお
いても、半導体基板と格子整合し、バンドギャップエネ
ルギーの小さいコンタクト層を形成することで、接触抵
抗を低減することができる。

【００４３】さらに、ＤＦＢ型レーザ素子やＤＢＲ型レ
ーザ素子に本発明を適用してもよい。ＤＦＢ型レーザ素
子やＤＢＲ型レーザ素子に本発明を適用する場合、半導
体基板上に少なくとも下部クラッド層、活性層、上部ク
ラッド層を順次成膜した半導体多層膜を形成し、この半
導体多層膜の上面にコンタクト層を形成する。また、半
導体基板の裏面およびコンタクト層上面に電極を形成す
る。なお、ＤＦＢ型レーザを形成する場合、半導体多層
膜内部に回折格子を形成する。また、ＤＢＲ型レーザを
形成する場合、活性層の近傍に回折格子を形成する。こ
の半導体装置に電流を注入すると、活性層で光を生じ、
この光は回折格子によってレーザ発振する。したがっ
て、この半導体装置は、ＤＦＢ型またはＤＢＲ型の半導
体レーザ素子として機能する。この半導体レーザ素子に
おいても、半導体基板と格子整合し、バンドギャップエ
ネルギーの小さいコンタクト層を形成することで、接触
抵抗を低減することができる。

【００４４】また、本実施の形態では、ＧａＡｓ基板の
半導体装置においてコンタクト層をＧａＩｎＮＡｓで形
成したが、ＩｎＰ基板上に半導体装置を形成する場合に
おいても、コンタクト層をＧａＩｎＮＡｓで形成し、組
成を調整することで、同様の効果を得ることができる。

【００４５】なお、コンタクト層をＧａＩｎＮＡｓで形
成するかわりに、ＧａＩｎＮＡｓＳｂで形成してもよ
い。Ｓｂを添加することで、半導体基板に格子整合し、
かつバンドギャップエネルギーの小さいコンタクト層を
容易に成膜することができる。

【００４６】また、Ｓｂをサーファクタントとし、Ｇａ
ＩｎＮＡｓを成膜してもよい。Ｓｂをサーファクタント
として利用することで半導体表面の未結合手が終端化さ
れて不活性となり、ＧａＩｎＮＡｓを容易に成膜するこ
とができる。

【００４７】（実施の形態２）図４は、この発明の実施
の形態２である半導体装置の構成を示す断面図である。
この実施の形態２では、半導体装置は、コンタクト層５
と上部ＤＢＲミラー４との間にバンドギャップ調整層２
１を有している。その他の構成は実施の形態１と同様で
あり、同一の構成要素には同一の符号を付している。

【００４８】この半導体装置は、面発光レーザ装置であ
り、ｎ−ＧａＡｓ基板１の上面に、下部ＤＢＲミラー２
および量子井戸活性層３を備えている。また、量子井戸
活性層３の上面には、上部ＤＢＲミラー４、ＡｌＡｓ層
６、Ａｌ酸化層１０、バンドギャップ調整層２１、コン
タクト層５および電極８からなるメサポストを備える。
さらに、メサポストの周囲にポリイミド７を備え、ｎ−
ＧａＡｓ基板１の下面に、電極９を備えている。コンタ
クト層５は、ＧａＩｎＮＡｓで形成される。

【００４９】また、バンドギャップ調整層２１は、コン
タクト層５と上部ＤＢＲミラー４との中間のバンドギャ
ップエネルギーを有する半導体層で形成する。材質とし
ては、ＧａＩｎＮＡｓの組成を適宜調整することで中間
のバンドギャップを有する半導体層を実現することがで
きる。

【００５０】図５は、コンタクト層５、バンドギャップ
調整層２１および上部ＤＢＲミラー４のバンドギャップ
エネルギーを示す図である。バンドギャップ調整層２１
のバンドギャップエネルギーＥ２１は、上部ＤＢＲミラ
ー４のバンドギャップエネルギーＥ４よりも小さく、コ
ンタクト層５のバンドギャップエネルギーＥ５よりも大
きい。したがって、バンドギャップの差によって生じる
ヘテロ障壁が小さくなり、上部ＤＢＲミラー４とコンタ
クト層５との間で生じる抵抗を低減することができる。

【００５１】また、バンドギャップ調整層２１のバンド
ギャップが、徐々に変化するようにしてもよい。図６
は、バンドギャップが徐々に変化する場合のバンドギャ
ップエネルギーを示す図である。この場合、バンドギャ
ップ調整層２１は、ＧａＩｎＮＡｓの組成を順次調整し
て成膜することで形成すれば良い。バンドギャップを徐
々に変化させることで、ヘテロ障壁が小さくなり、上部
ＤＢＲミラー４とコンタクト層５との間で生じる抵抗を
低減することができる。

【００５２】なお、本実施の形態では、ＧａＡｓ基板に
積層された面発光レーザ装置のコンタクト層およびバン
ドギャップ調整層をＧａＩｎＮＡｓで形成したが、半導
体基板上に積層され、コンタクト層を介して電極と接続
される半導体装置であれば、半導体基板と格子整合し、
バンドギャップエネルギーの小さいコンタクト層および
バンドギャップ調整層を形成することで同様の効果を得
ることができる。たとえば、実施の形態１と同様に、半
導体受光素子、半導体発光素子、ＤＦＢ型レーザ素子、
ＤＢＲ型レーザ素子などに、本発明を適用することがで
きる。

【００５３】また、本実施の形態では、ＧａＡｓ基板の
半導体装置においてコンタクト層およびバンドギャップ
調整層をＧａＩｎＮＡｓで形成したが、ＩｎＰ基板上に
半導体装置を形成する場合においても、コンタクト層お
よびバンドギャップ調整層をＧａＩｎＮＡｓで形成し、
組成を調整することで、同様の効果を得ることができ
る。

【００５４】なお、コンタクト層およびバンドギャップ
調整層をＧａＩｎＮＡｓで形成するかわりに、ＧａＩｎ
ＮＡｓＳｂで形成してもよい。Ｓｂを添加することで、
半導体基板に格子整合し、かつバンドギャップエネルギ
ーの小さいコンタクト層およびバンドギャップ調整層を
容易に成膜することができる。

【００５５】また、Ｓｂをサーファクタントとし、Ｇａ
ＩｎＮＡｓを成膜してもよい。Ｓｂをサーファクタント
として利用することで半導体表面の未結合手が終端化さ
れて不活性となり、ＧａＩｎＮＡｓを容易に成膜するこ
とができる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、半導体装置のコンタクト層は、半導体基板に格
子整合し、かつバンドギャップエネルギーの小さい多元
化合物半導体で形成され、コンタクト層と電極との接触
抵抗を低減しているので、機能および特性を向上し、発
熱による劣化を防止し、信頼性を高めた半導体装置を得
ることができるという効果を奏する。

【００５７】また、請求項２の発明によれば、半導体装
置は、コンタクト層のバンドギャップエネルギーと半導
体多層膜のバンドギャップエネルギーとの中間のバンド
ギャップエネルギーを有するバンドギャップ調整層を、
コンタクト層と半導体多層膜との間に備えて、コンタク
ト層と半導体多層膜とのヘテロ障壁を小さくし、コンタ
クト層と半導体多層膜との間の抵抗を低減しているの
で、機能および特性を向上し、発熱による劣化を防止
し、信頼性を高めた半導体装置を得ることができるとい
う効果を奏する。

【００５８】また、請求項３の発明によれば、バンドギ
ャップ調整層のバンドギャップエネルギーが半導体多層
膜側からコンタクト層側に向かって、連続的に小さくな
るようにしているので、コンタクト層と半導体多層膜と
の間でヘテロ障壁の発生を抑制し、コンタクト層と半導
体多層膜との間の抵抗を低減することで、機能および特
性を向上し、発熱による劣化を防止し、信頼性を高めた
半導体装置を得ることができるという効果を奏する。

【００５９】また、請求項４の発明によれば、バンドギ
ャップ調整層のバンドギャップエネルギーが半導体多層
膜側からコンタクト層側に向かって、段階的に小さくな
るようにしているので、コンタクト層と半導体多層膜と
の間でバンドギャップ差を分散してヘテロ障壁を小さく
し、コンタクト層と半導体多層膜との間の抵抗を低減す
ることで、機能および特性を向上し、発熱による劣化を
防止し、信頼性を高めた半導体装置を得ることができる
という効果を奏する。

【００６０】また、請求項５の発明によれば、半導体装
置は、コンタクト層をＧａＩｎＮＡｓで形成し、ＧａＩ
ｎＮＡｓの組成を設定して、半導体基板と格子整合さ
せ、かつバンドギャップエネルギーを小さくし、コンタ
クト層と電極との接触抵抗を低減しているので、機能お
よび特性を向上し、発熱による劣化を防止し、信頼性を
高めた半導体装置を得ることができるという効果を奏す
る。

【００６１】また、請求項６の発明によれば、半導体装
置は、コンタクト層をＧａＩｎＮＡｓＳｂで形成し、Ｇ
ａＩｎＮＡｓＳｂの組成を設定して、半導体基板と格子
整合させ、かつバンドギャップエネルギーを小さくし、
コンタクト層と電極との接触抵抗を低減しているので、
特性および信頼性の高い半導体装置を簡易な構成で得る
ことができるという効果を奏する。

【００６２】また、請求項７の発明によれば、半導体多
層膜中の吸収層で受光した光を電流に変換し、コンタク
ト層を介して出力する受光素子として機能する半導体受
光装置において、そのコンタクト層を半導体基板に格子
整合し、かつバンドギャップエネルギーの小さい多元化
合物半導体で形成し、コンタクト層と電極との接触抵抗
を低減しているので、半導体受光装置の機能および特性
を向上し、発熱による劣化を防止し、信頼性を高めるこ
とができるという効果を奏する。

【００６３】また、請求項８の発明によれば、コンタク
ト層を介して注入された電流を光に変換し、半導体多層
膜から出力する発光素子として機能する半導体発光装置
において、そのコンタクト層を半導体基板に格子整合
し、かつバンドギャップエネルギーの小さい多元化合物
半導体で形成し、コンタクト層と電極との接触抵抗を低
減しているので、半導体発光装置の機能および特性を向
上し、発熱による劣化を防止し、信頼性を高めることが
できるという効果を奏する。

【００６４】また、請求項９の発明によれば、半導体多
層膜内部に形成した活性層で電流を光に変換し、レーザ
発振出力を行うレーザ素子として機能する半導体レーザ
装置において、そのコンタクト層を半導体基板に格子整
合し、かつバンドギャップエネルギーの小さい多元化合
物半導体で形成し、コンタクト層と電極との接触抵抗を
低減しているので、半導体レーザ装置の機能および特性
を向上し、発熱による劣化を防止し、信頼性を高めるこ
とができるという効果を奏する。

【００６５】また、請求項１０の発明によれば、活性層
を下部多層膜反射鏡および上部多層膜反射鏡で挟みこん
で共振器を形成し、半導体基板に対して垂直方向にレー
ザ光を出射する面発光レーザ素子として機能する面発光
型半導体レーザ装置において、そのコンタクト層を半導
体基板に格子整合し、かつバンドギャップエネルギーの
小さい多元化合物半導体で形成し、コンタクト層と電極
との接触抵抗を低減しているので、面発光型半導体レー
ザ装置の機能および特性を向上し、発熱による劣化を防
止し、信頼性の高めることができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１である半導体装置の構
成を示す断面図である。

【図２】格子定数とバンドギャップエネルギーの相関関
係を示す図である。

【図３】コンタクト層をＧａＩｎＮＡｓで形成した場合
におけるバンドギャップエネルギーを示す図である。

【図４】この発明の実施の形態２である半導体装置の構
成を示す断面図である。

【図５】コンタクト層、バンドギャップ調整層および上
部ＤＢＲミラーのバンドギャップエネルギーを示す図で
ある。

【図６】バンドギャップが徐々に変化する場合のバンド
ギャップエネルギーを示す図である。

【図７】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。

【図８】コンタクト層をＧａＡｓで形成した場合におけ
るバンドギャップエネルギーを示す図である。

【符号の説明】

１ｎ−ＧａＡｓ基板２下部ＤＢＲミラー３量子井戸活性層４上部ＤＢＲミラー５コンタクト層６ｐ−ＡｌＡｓ層７ポリイミド８，９電極１０Ａｌ酸化層２１バンドギャップ調整層Ｅ４，Ｅ５，Ｅ２１バンドギャップエネルギー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者粕川秋彦東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内Ｆターム(参考） 5F041 AA40 AA43 AA44 CA04 CA12 CA35 CA60 CA65 5F049 MA03 MB07 NA11 NA13 PA04 SS04 5F073 AA03 AA55 AA74 AB19 CA01 CB02 CB08 DA05 DA27 EA28 5F088 AA02 AB07 BA10 BA13 CB04 DA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の化合物半導体基板上に形成された
半導体多層膜と、電極と、前記半導体多層膜と前記電極
とを接合するコンタクト層と、を有する半導体装置にお
いて、前記コンタクト層は、４種以上の元素からなる多元化合
物半導体で形成され、前記所定の化合物半導体基板と格
子整合する格子定数と、前記所定の化合物半導体基板に
比して小さいバンドギャップエネルギーと、を有するこ
とを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記コンタクト層と前記半導体多層膜と
の間に、バンドギャップ調整層をさらに備え、前記バンドギャップ調整層は、当該バンドギャップ調整
層に接する前記半導体多層膜のバンドギャップエネルギ
ーに比して小さく、前記コンタクト層のバンドギャップ
エネルギーに比して大きいバンドギャップエネルギーを
有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】前記バンドギャップ調整層は、前記半導
体多層膜側から前記コンタクト層側に向かって、連続的
にバンドギャップエネルギーが小さくなる半導体材料に
よって形成されたことを特徴とする請求項２に記載の半
導体装置。
【請求項４】前記バンドギャップ調整層は、積層され
た複数のバンドギャップ調整膜によって形成され、前記複数のバンドギャップ調整膜は、前記半導体多層膜
側から前記コンタクト層側に向かって、段階的にバンド
ギャップエネルギーが小さくなることを特徴とする請求
項２に記載の半導体装置。
【請求項５】前記コンタクト層および前記バンドギャ
ップ調整層は、ＧａＩｎＮＡｓで形成され、当該ＧａＩ
ｎＮＡｓの組成の設定によって前記所定の化合物半導体
基板に格子整合する格子定数と、前記所定の化合物半導
体基板に比して小さいバンドギャップエネルギーと、を
有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに
記載の半導体装置。
【請求項６】前記コンタクト層および前記バンドギャ
ップ調整層は、ＧａＩｎＮＡｓＳｂで形成され、当該Ｇ
ａＩｎＮＡｓＳｂの組成の設定によって、前記所定の化
合物半導体基板と格子整合する格子定数と、前記所定の
化合物半導体基板に比して小さいバンドギャップエネル
ギーと、を有することを特徴とする請求項１〜４のいず
れか一つに記載の半導体装置。
【請求項７】請求項１〜６に記載の半導体装置の前記
コンタクト層と前記電極とを少なくとも前記半導体多層
膜の上面の一部に形成したことを特徴とする半導体受光
装置。
【請求項８】請求項１〜６に記載の半導体装置の前記
コンタクト層と前記電極とを少なくとも前記半導体多層
膜の上面の一部に形成したことを特徴とする半導体発光
装置。
【請求項９】請求項１〜６に記載の半導体装置の前記
半導体多層膜に、少なくとも前記コンタクト層を介して
注入された電流を光に変換する活性層を形成し、該活性
層内の光を共振器構造によってレーザ発振出力すること
を特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１０】請求項１〜６に記載の半導体装置の前
記半導体多層膜に、少なくとも下部多層膜反射鏡、活性
層および上部多層膜反射鏡を形成し、前記下部多層膜反
射鏡および前記上部多層膜反射鏡によって共振器構造を
形成することを特徴とする面発光型半導体レーザ装置。