JP2885198B2 - ｐ型電極構造およびそれを有する半導体発光素子 - Google Patents
ｐ型電極構造およびそれを有する半導体発光素子Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ｐ型電極構造また
は半導体発光素子に関する。さらに詳しくは、ワイドギ
ャップ半導体におけるｐ型電極構造または半導体発光素
子に関する。
は半導体発光素子に関する。さらに詳しくは、ワイドギ
ャップ半導体におけるｐ型電極構造または半導体発光素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にｐ型半導体の電極には、Ａｕ、Ａ
ｌなどの金属が用いられ、アロイ化などによりオーミッ
ク性の電極を形成している。ワイドギャップ半導体で
は、オーミック性のｐ型電極が得ることが困難である。
ｐ型ＧａＮでは電極材料にＮｉＡｕを用い抵抗の低減を
図っている。ｐ型ＺｎＳｅでは、図９に示すように、Ａ
ｕ電極９１とｐ型ＺｎＳｅ層９３の間にＺｎＳｅ／Ｚｎ
Ｔｅ超格子層９２が挿入された構造が用いられ（アプラ
イド・フィジックス・レターズ、第６１巻、１９９２
年、頁５１６０〜頁５１６２）、半導体レーザの動作電
圧が大幅に低減された（エレクトロニクス・レターズ、
第３６巻、１９９６年、頁５５２）。
ｌなどの金属が用いられ、アロイ化などによりオーミッ
ク性の電極を形成している。ワイドギャップ半導体で
は、オーミック性のｐ型電極が得ることが困難である。
ｐ型ＧａＮでは電極材料にＮｉＡｕを用い抵抗の低減を
図っている。ｐ型ＺｎＳｅでは、図９に示すように、Ａ
ｕ電極９１とｐ型ＺｎＳｅ層９３の間にＺｎＳｅ／Ｚｎ
Ｔｅ超格子層９２が挿入された構造が用いられ（アプラ
イド・フィジックス・レターズ、第６１巻、１９９２
年、頁５１６０〜頁５１６２）、半導体レーザの動作電
圧が大幅に低減された（エレクトロニクス・レターズ、
第３６巻、１９９６年、頁５５２）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のＺｎＳ
ｅやＧａＮのようなワイドギャップ半導体の場合には、
ｐ型半導体上に金属電極を設けた構造ではショットキー
性の電極になってしまい、電極での抵抗が高くなってし
まうという問題があった。また、上述の超格子を金属電
極とｐ型半導体層との間に挿入した構造では、超格子の
僅かな層厚の変化によって抵抗が大きく変わるため再現
性に問題があった。また、上述の半導体レーザでは、ｐ
側のクラッド層にｐ−ＺｎＳＳｅ、ｐ−ＭｇＺｎＳＳｅ
が用いられているが、これらのワイドギャップ材料の抵
抗が高いために、半導体レーザの動作電圧が高くなって
しまうという問題があった。
ｅやＧａＮのようなワイドギャップ半導体の場合には、
ｐ型半導体上に金属電極を設けた構造ではショットキー
性の電極になってしまい、電極での抵抗が高くなってし
まうという問題があった。また、上述の超格子を金属電
極とｐ型半導体層との間に挿入した構造では、超格子の
僅かな層厚の変化によって抵抗が大きく変わるため再現
性に問題があった。また、上述の半導体レーザでは、ｐ
側のクラッド層にｐ−ＺｎＳＳｅ、ｐ−ＭｇＺｎＳＳｅ
が用いられているが、これらのワイドギャップ材料の抵
抗が高いために、半導体レーザの動作電圧が高くなって
しまうという問題があった。
【０００４】本発明は、上述の問題に鑑みなされたもの
であり、抵抗の小さいｐ型電極構造を提供し、かつ、動
作電圧の低い半導体発光素子を提供することを目的とす
る。
であり、抵抗の小さいｐ型電極構造を提供し、かつ、動
作電圧の低い半導体発光素子を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、ｐ型半導体層を有するｐ型電極構
造において、ｐ型半導体層上にｎ型半導体層と金属層と
を有するとともに、そのｎ型半導体層の伝導帯端がｐ型
半導体層の価電子帯端よりもエネルギー位置が深いもの
であり、金属層に正の電位を掛け、金属層からｎ型半導
体層を介してｐ型半導体層に電流を注入して動作させる
ことを特徴とするｐ型電極構造が提供される。
め、本発明によれば、ｐ型半導体層を有するｐ型電極構
造において、ｐ型半導体層上にｎ型半導体層と金属層と
を有するとともに、そのｎ型半導体層の伝導帯端がｐ型
半導体層の価電子帯端よりもエネルギー位置が深いもの
であり、金属層に正の電位を掛け、金属層からｎ型半導
体層を介してｐ型半導体層に電流を注入して動作させる
ことを特徴とするｐ型電極構造が提供される。
【０００６】また、その好ましい態様としてｐ型電極構
造を有することを特徴とする半導体発光素子が提供され
る。
造を有することを特徴とする半導体発光素子が提供され
る。
【０００７】また、その好ましい態様として前記半導体
発光素子が、ｐ−ｎ接合を有する半導体レーザまたは発
光ダイオードであることを特徴とする半導体発光素子が
提供される。
発光素子が、ｐ−ｎ接合を有する半導体レーザまたは発
光ダイオードであることを特徴とする半導体発光素子が
提供される。
【０００８】また、その好ましい態様として前記半導体
レーザまたは発光ダイオードが、活性層およびｎ型クラ
ッド層を有し、かつその活性層に隣接して、ｐ型半導体
層、ｎ型半導体層、および金属層を有するものであり、
前記ｐ型半導体層のバンドギャップが、活性層のバンド
ギャップよりも大きく、ｐ型半導体層の厚さが発光波長
に比べて薄く、ｎ型半導体層の伝導帯端がｐ型半導体層
の価電子帯端よりもエネルギー位置が深く、ｎ型半導体
層の屈折率が活性層の屈折率よりも小さいものであり、
ｎ型クラッド層とｎ型半導体層とにより光が活性層に閉
じ込められ、金属層に正の電位を掛け、金属層からｎ型
半導体層、ｐ型半導体層を介して活性層に正孔を注入し
て動作させることを特徴とする半導体発光素子が提供さ
れる。
レーザまたは発光ダイオードが、活性層およびｎ型クラ
ッド層を有し、かつその活性層に隣接して、ｐ型半導体
層、ｎ型半導体層、および金属層を有するものであり、
前記ｐ型半導体層のバンドギャップが、活性層のバンド
ギャップよりも大きく、ｐ型半導体層の厚さが発光波長
に比べて薄く、ｎ型半導体層の伝導帯端がｐ型半導体層
の価電子帯端よりもエネルギー位置が深く、ｎ型半導体
層の屈折率が活性層の屈折率よりも小さいものであり、
ｎ型クラッド層とｎ型半導体層とにより光が活性層に閉
じ込められ、金属層に正の電位を掛け、金属層からｎ型
半導体層、ｐ型半導体層を介して活性層に正孔を注入し
て動作させることを特徴とする半導体発光素子が提供さ
れる。
【０００９】また、その好ましい態様として前記ｎ型半
導体層が金属酸化物からなるものであることを特徴とす
るｐ型電極構造または半導体発光素子が提供される。
導体層が金属酸化物からなるものであることを特徴とす
るｐ型電極構造または半導体発光素子が提供される。
【００１０】また、その好ましい態様として前記金属酸
化物が、ＺｎＯまたはＢｅＯであることを特徴とするｐ
型電極構造または半導体発光素子が提供される。
化物が、ＺｎＯまたはＢｅＯであることを特徴とするｐ
型電極構造または半導体発光素子が提供される。
【００１１】また、その好ましい態様として前記ｐ型半
導体層が、ワイドギャップ２−６族化合物半導体、ワイ
ドギャップ３−５族化合物半導体または４族ワイドギャ
ップ半導体からなるものであることを特徴とするｐ型電
極構造または半導体発光素子が提供される。
導体層が、ワイドギャップ２−６族化合物半導体、ワイ
ドギャップ３−５族化合物半導体または４族ワイドギャ
ップ半導体からなるものであることを特徴とするｐ型電
極構造または半導体発光素子が提供される。
【００１２】さらに、その好ましい態様として前記ワイ
ドギャップ２−６族化合物半導体が、ＺｎＳｅ，ＺｎＳ
ＳｅまたはＭｇＺｎＳＳｅであり、前記ワイドギャップ
３−５族化合物半導体が、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧ
ａＮ，ＩｎＧａＰまたはＩｎＡｌＰであり、前記４族ワ
イドギャップ半導体が、ＳｉＣまたはＣであることを特
徴とするｐ型電極構造または半導体発光素子が提供され
る。
ドギャップ２−６族化合物半導体が、ＺｎＳｅ，ＺｎＳ
ＳｅまたはＭｇＺｎＳＳｅであり、前記ワイドギャップ
３−５族化合物半導体が、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧ
ａＮ，ＩｎＧａＰまたはＩｎＡｌＰであり、前記４族ワ
イドギャップ半導体が、ＳｉＣまたはＣであることを特
徴とするｐ型電極構造または半導体発光素子が提供され
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】一般に、ＺｎＳｅやＧａＮのワイ
ドギャップ半導体では、金属のフェルミレベルに比べて
価電子帯端のエネルギー位置が深い。そのため、これら
のｐ型半導体層上に金属電極を形成するとショットキー
性のコンタクトとなってしまう。フェルミレベルがｐ型
半導体の価電子帯端より深い材料であれば、オーミック
性のコンタクトが得られるが、そのような金属は存在し
ない。これに対し、ＺｎＯなどの半導体の伝導帯端は金
属のフェルミレベルよりも深く、ｎ型の高濃度ドーピン
グも可能である。本発明では、このｎ型半導体層を、ｐ
型半導体層と金属電極との間に挿入した構造となってい
る。このｎ型半導体層の導入により形成されるｐ−ｎ接
合は通常のｐ−ｎ接合とは異なっている。ｎ型半導体層
の伝導帯端がｐ型半導体層の価電子帯端よりもエネルギ
ー位置が深いため、接合部では空乏層は形成されず、ダ
イオード特性を持たない。ｎ型半導体層の印加電圧が正
負いずれの場合も電流は容易に接合部を流れる。一方、
金属電極のフェルミレベルはこのｎ型半導体層の伝導帯
端よりエネルギー位置が浅いため、金属電極とｎ型半導
体層との接合はオーミック性となる。その結果、本発明
のｐ型電極構造は抵抗が低いオーミックのものとなる。
ドギャップ半導体では、金属のフェルミレベルに比べて
価電子帯端のエネルギー位置が深い。そのため、これら
のｐ型半導体層上に金属電極を形成するとショットキー
性のコンタクトとなってしまう。フェルミレベルがｐ型
半導体の価電子帯端より深い材料であれば、オーミック
性のコンタクトが得られるが、そのような金属は存在し
ない。これに対し、ＺｎＯなどの半導体の伝導帯端は金
属のフェルミレベルよりも深く、ｎ型の高濃度ドーピン
グも可能である。本発明では、このｎ型半導体層を、ｐ
型半導体層と金属電極との間に挿入した構造となってい
る。このｎ型半導体層の導入により形成されるｐ−ｎ接
合は通常のｐ−ｎ接合とは異なっている。ｎ型半導体層
の伝導帯端がｐ型半導体層の価電子帯端よりもエネルギ
ー位置が深いため、接合部では空乏層は形成されず、ダ
イオード特性を持たない。ｎ型半導体層の印加電圧が正
負いずれの場合も電流は容易に接合部を流れる。一方、
金属電極のフェルミレベルはこのｎ型半導体層の伝導帯
端よりエネルギー位置が浅いため、金属電極とｎ型半導
体層との接合はオーミック性となる。その結果、本発明
のｐ型電極構造は抵抗が低いオーミックのものとなる。
【００１４】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照して具体的に説明する。図１は、第１の実施の形態
を示す模式図であり、図２は、そのバンド図である。こ
の半導体発光素子は、ＧａＡｓ半導体からなるバイポー
ラトランジスタである。ｎ型ＧａＡｓからなるコレクタ
１２とエミッタ１６、ｐ型ＧａＡｓ（層厚０．２μｍ、
ドーピング濃度１×１０18cm-3）からなるベース１３、
ＡｕＧｅＮｉからなるコレクタ電極１１とエミッタ電極
１７とを有する。ベース電極は、ｎ型ＣｄＯ（層厚１０
０nm、ドーピング濃度１×１０20cm-3）からなるｎ型半
導体層１４とＡｕ電極１５とからなる構造となってい
る。半導体膜は有機金属気相成長法によって、金属電極
は高周波スパッタリングによって形成した。コレクタ電
極１１とエミッタ電極１７とは成膜後４００℃に加熱
し、アロイ化を行った。
参照して具体的に説明する。図１は、第１の実施の形態
を示す模式図であり、図２は、そのバンド図である。こ
の半導体発光素子は、ＧａＡｓ半導体からなるバイポー
ラトランジスタである。ｎ型ＧａＡｓからなるコレクタ
１２とエミッタ１６、ｐ型ＧａＡｓ（層厚０．２μｍ、
ドーピング濃度１×１０18cm-3）からなるベース１３、
ＡｕＧｅＮｉからなるコレクタ電極１１とエミッタ電極
１７とを有する。ベース電極は、ｎ型ＣｄＯ（層厚１０
０nm、ドーピング濃度１×１０20cm-3）からなるｎ型半
導体層１４とＡｕ電極１５とからなる構造となってい
る。半導体膜は有機金属気相成長法によって、金属電極
は高周波スパッタリングによって形成した。コレクタ電
極１１とエミッタ電極１７とは成膜後４００℃に加熱
し、アロイ化を行った。
【００１５】図２は、ベース１３とｎ型半導体層１４と
における価電子帯端２１と、伝導帯端２２の位置、およ
びＡｕ電極１５のフェルミレベル２３の位置を示したも
のである。ｎ型半導体層１４に用いたＣｄＯの伝導帯端
２２は、ベース１３に用いたＧａＡｓの価電子帯端２１
よりもエネルギー位置が深い。そのため、ベース１３と
ｎ型半導体層１４との界面では、通常のｐ−ｎ接合とは
違って空乏層はできず、ダイオード特性を持たない。電
流は容易にｎ型半導体層１４からベース１３へと流れ込
む。また、Ａｕ電極１５のフェルミレベル２３はｎ型半
導体層１４の伝導帯端２２よりエネルギー位置が浅いた
め、その接合はオーミック性となった。この電極構造
は、電極抵抗が小さく、加熱によるアロイ化も必要とし
ないため、信頼性が大幅に改善された。
における価電子帯端２１と、伝導帯端２２の位置、およ
びＡｕ電極１５のフェルミレベル２３の位置を示したも
のである。ｎ型半導体層１４に用いたＣｄＯの伝導帯端
２２は、ベース１３に用いたＧａＡｓの価電子帯端２１
よりもエネルギー位置が深い。そのため、ベース１３と
ｎ型半導体層１４との界面では、通常のｐ−ｎ接合とは
違って空乏層はできず、ダイオード特性を持たない。電
流は容易にｎ型半導体層１４からベース１３へと流れ込
む。また、Ａｕ電極１５のフェルミレベル２３はｎ型半
導体層１４の伝導帯端２２よりエネルギー位置が浅いた
め、その接合はオーミック性となった。この電極構造
は、電極抵抗が小さく、加熱によるアロイ化も必要とし
ないため、信頼性が大幅に改善された。
【００１６】この実施形態では、ｎ型半導体層にｎ型Ｃ
ｄＯを用いたが、これに限らずｎ型ＺｎＯやｎ型ＢｅＯ
など、他の半導体を用いても良い。また、ｐ型半導体に
ｐ型ＧａＡｓを用いたがこれに限らず、ｐ型ＺｎＳｅや
ｐ型ＳｉＣやｐ型ＧａＮなど、他の半導体を用いても良
い。上述の実施形態では半導体素子をバイポーラトラン
ジスタとしたが、これに限らずＦＥＴやフォトダイオー
ドなどの他の半導体素子に用いても良い。
ｄＯを用いたが、これに限らずｎ型ＺｎＯやｎ型ＢｅＯ
など、他の半導体を用いても良い。また、ｐ型半導体に
ｐ型ＧａＡｓを用いたがこれに限らず、ｐ型ＺｎＳｅや
ｐ型ＳｉＣやｐ型ＧａＮなど、他の半導体を用いても良
い。上述の実施形態では半導体素子をバイポーラトラン
ジスタとしたが、これに限らずＦＥＴやフォトダイオー
ドなどの他の半導体素子に用いても良い。
【００１７】図３は、第２の実施の形態を示す模式図、
図４は、そのバンド図である。この半導体発光素子は、
赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、ｎ型ＧａＡｓか
らなる基板３２上に、ｎ型Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ
0.7 ）0.5 Ｐ（ドーピング濃度ｎ＝５×１０17cm-3、厚
さ０．５μｍ）からなるｎクラッド層３３、Ｉｎ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ｐ（厚さ０．２μｍ）からなる活性層３４、ｐ型
Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0. 7 ）0.5 Ｐ（ドーピング濃度
ｐ＝３×１０17cm-3、厚さ０．５μｍ）からなるｐクラ
ッド層３５をＭＯＣＶＤ法により結晶成長した後、多結
晶のｎ型ＺｎＯ（ドーピング濃度ｎ＝１×１０20cm-3、
厚さ１μｍ）からなるｎ型半導体層３６をＭＯＣＶＤ法
で作製し、Ａｕからなる金属層３７とＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ
とからなるｎ電極３１を蒸着により作製した。
図４は、そのバンド図である。この半導体発光素子は、
赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、ｎ型ＧａＡｓか
らなる基板３２上に、ｎ型Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ
0.7 ）0.5 Ｐ（ドーピング濃度ｎ＝５×１０17cm-3、厚
さ０．５μｍ）からなるｎクラッド層３３、Ｉｎ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ｐ（厚さ０．２μｍ）からなる活性層３４、ｐ型
Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0. 7 ）0.5 Ｐ（ドーピング濃度
ｐ＝３×１０17cm-3、厚さ０．５μｍ）からなるｐクラ
ッド層３５をＭＯＣＶＤ法により結晶成長した後、多結
晶のｎ型ＺｎＯ（ドーピング濃度ｎ＝１×１０20cm-3、
厚さ１μｍ）からなるｎ型半導体層３６をＭＯＣＶＤ法
で作製し、Ａｕからなる金属層３７とＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ
とからなるｎ電極３１を蒸着により作製した。
【００１８】ｎクラッド層３３とｐクラッド層３５とか
ら活性層３４へ電子と正孔が注入され、波長６７０nmの
発光が得られた。ｐクラッド層３５を構成するＩｎ0.5
（Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐのドーピング濃度が低いた
め、金属のみによる電極では電極抵抗が大きくなってし
まう。ｎ型半導体層３６と金属層３７とからなる電極構
造を用いることにより、電極抵抗を大幅に減らすことが
できた。
ら活性層３４へ電子と正孔が注入され、波長６７０nmの
発光が得られた。ｐクラッド層３５を構成するＩｎ0.5
（Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐのドーピング濃度が低いた
め、金属のみによる電極では電極抵抗が大きくなってし
まう。ｎ型半導体層３６と金属層３７とからなる電極構
造を用いることにより、電極抵抗を大幅に減らすことが
できた。
【００１９】図４に示すように、ｎ型半導体層３６に用
いたＺｎＯの伝導帯端２２は、ｐクラッド層３５に用い
たＩｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐの価電子帯端２
１よりもエネルギー位置が深い。そのため、ｐクラッド
層３５とｎ型半導体層３６の界面では、通常のｐ−ｎ接
合とは違って空乏層はできず、ダイオード特性を持たな
い。電流は容易にｎ型半導体層３６からｐクラッド層３
５へと流れ込む。また、金属層３７のフェルミレベル２
３はｎ型半導体層３６の伝導帯端２２よりエネルギー位
置が浅いため、その接合はオーミック性となった。その
結果、ｐクラッド層３５に対する電極抵抗は小さなもの
となった。
いたＺｎＯの伝導帯端２２は、ｐクラッド層３５に用い
たＩｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐの価電子帯端２
１よりもエネルギー位置が深い。そのため、ｐクラッド
層３５とｎ型半導体層３６の界面では、通常のｐ−ｎ接
合とは違って空乏層はできず、ダイオード特性を持たな
い。電流は容易にｎ型半導体層３６からｐクラッド層３
５へと流れ込む。また、金属層３７のフェルミレベル２
３はｎ型半導体層３６の伝導帯端２２よりエネルギー位
置が浅いため、その接合はオーミック性となった。その
結果、ｐクラッド層３５に対する電極抵抗は小さなもの
となった。
【００２０】また、ｎ型半導体層３６に用いたＺｎＯ
は、電気抵抗が低く、発光波長に対して透明であるた
め、電流を活性層全体に注入することができ、光も効率
よく外部に取り出すことができた。ｎ型半導体層３６は
多結晶であり製作が容易なため、製造コストを低減する
ことができた。
は、電気抵抗が低く、発光波長に対して透明であるた
め、電流を活性層全体に注入することができ、光も効率
よく外部に取り出すことができた。ｎ型半導体層３６は
多結晶であり製作が容易なため、製造コストを低減する
ことができた。
【００２１】この実施の形態では、ｎ型半導体層にｎ型
ＺｎＯを用いたが、これに限らずｎ型ＢｅＯなど、他の
半導体を用いても良い。また、発光素子として、ＩｎＧ
ａＡｌＰ系ＬＥＤを用いたが、これに限らず、ＺｎＳｅ
系やＧａＮ系などの、他の半導体材料のＬＥＤや半導体
レーザ（ＬＤ）を用いても良い。
ＺｎＯを用いたが、これに限らずｎ型ＢｅＯなど、他の
半導体を用いても良い。また、発光素子として、ＩｎＧ
ａＡｌＰ系ＬＥＤを用いたが、これに限らず、ＺｎＳｅ
系やＧａＮ系などの、他の半導体材料のＬＥＤや半導体
レーザ（ＬＤ）を用いても良い。
【００２２】図５は、第３の実施の形態を示す模式図、
図６は、そのバンド図である。この半導体発光素子は、
ＺｎＳｅ系緑青色ＬＤである。ｎ型ＧａＡｓからなる基
板５２上に、ｎ型Ｍｇ0.1 Ｚｎ0.9 Ｓ0.15Ｓｅ0.85（ド
ーピング濃度ｎ＝５×１０17cm-3、厚さ１μｍ）からな
るｎクラッド層５３、ＺｎＳｅ（厚さ１００nm）からな
る活性層５４、ｐ型Ｍｇ0.1 Ｚｎ0.9 Ｓ0.15Ｓｅ
0.85（ドーピング濃度ｐ＝１×１０17cm-3、厚さ１μ
ｍ）からなるｐクラッド層５５、ｐ型ＺｎＳｅ（ドーピ
ング濃度ｐ＝１×１０18cm-3、厚さ０．１μｍ）からな
るｐ型半導体層５６をＭＢＥ法により結晶成長した後、
ＳｉＯ2 からなる電流狭窄層５７をＣＶＤ法で形成し、
これをストライプ状にエッチングし、その上に多結晶の
ｎ型ＺｎＯ（ドーピング濃度ｎ＝１×１０20cm-3、厚さ
０．２μｍ）からなるｎ型半導体層５８をＭＢＥ法で作
製し、Ａｕからなる金属層５９とＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉとか
らなるｎ電極５１を蒸着により作製した。最後にへき開
により反射面を形成した。
図６は、そのバンド図である。この半導体発光素子は、
ＺｎＳｅ系緑青色ＬＤである。ｎ型ＧａＡｓからなる基
板５２上に、ｎ型Ｍｇ0.1 Ｚｎ0.9 Ｓ0.15Ｓｅ0.85（ド
ーピング濃度ｎ＝５×１０17cm-3、厚さ１μｍ）からな
るｎクラッド層５３、ＺｎＳｅ（厚さ１００nm）からな
る活性層５４、ｐ型Ｍｇ0.1 Ｚｎ0.9 Ｓ0.15Ｓｅ
0.85（ドーピング濃度ｐ＝１×１０17cm-3、厚さ１μ
ｍ）からなるｐクラッド層５５、ｐ型ＺｎＳｅ（ドーピ
ング濃度ｐ＝１×１０18cm-3、厚さ０．１μｍ）からな
るｐ型半導体層５６をＭＢＥ法により結晶成長した後、
ＳｉＯ2 からなる電流狭窄層５７をＣＶＤ法で形成し、
これをストライプ状にエッチングし、その上に多結晶の
ｎ型ＺｎＯ（ドーピング濃度ｎ＝１×１０20cm-3、厚さ
０．２μｍ）からなるｎ型半導体層５８をＭＢＥ法で作
製し、Ａｕからなる金属層５９とＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉとか
らなるｎ電極５１を蒸着により作製した。最後にへき開
により反射面を形成した。
【００２３】ｎクラッド層５３とｐクラッド層５５とか
ら活性層５４へ電子と正孔が注入され、波長４６０nmの
レーザ発光が得られた。ｐクラッド層５５を構成するＭ
ｇ0. 1 Ｚｎ0.9 Ｓ0.15Ｓｅ0.85のドーピング濃度を高く
することができないため、高濃度ドーピング層としてｐ
型半導体層５６を挿入した。その上にｎ型半導体層５８
と金属層５９からなる電極構造を作製して、電極抵抗を
大幅に低減した。
ら活性層５４へ電子と正孔が注入され、波長４６０nmの
レーザ発光が得られた。ｐクラッド層５５を構成するＭ
ｇ0. 1 Ｚｎ0.9 Ｓ0.15Ｓｅ0.85のドーピング濃度を高く
することができないため、高濃度ドーピング層としてｐ
型半導体層５６を挿入した。その上にｎ型半導体層５８
と金属層５９からなる電極構造を作製して、電極抵抗を
大幅に低減した。
【００２４】電極部でのバンド構造は図６に示すように
なっている。ｎ型半導体層５８に用いたＺｎＯの伝導帯
端２２は、ｐ型半導体層５６に用いたＺｎＳｅの価電子
帯端２１よりもエネルギー位置が深い。ｐクラッド層５
５の価電子帯端２１はｐ型半導体層５６に比べてややエ
ネルギー位置が深いが、その差は小さく、両者のヘテロ
界面での抵抗は小さい。ｐ型半導体層５６とｎ型半導体
層５８の界面では、通常のｐ−ｎ接合とは違って空乏層
はできず、ダイオード特性を持たない。電流は容易にｎ
型半導体層５８からｐ型半導体層５６へと流れ込む。ま
た、金属層５９のフェルミレベル２３はｎ型半導体層５
８の伝導帯端２２よりエネルギー位置が浅いため、その
接合はオーミック性となった。その結果、ｐ型半導体層
５６と金属層５９間の抵抗は小さくなった。レーザ発振
時の動作電圧は５Ｖと良好な特性を示した。ｎ型半導体
層５８は多結晶であり製作が容易なため、素子の歩留ま
りを大幅に改善できた。
なっている。ｎ型半導体層５８に用いたＺｎＯの伝導帯
端２２は、ｐ型半導体層５６に用いたＺｎＳｅの価電子
帯端２１よりもエネルギー位置が深い。ｐクラッド層５
５の価電子帯端２１はｐ型半導体層５６に比べてややエ
ネルギー位置が深いが、その差は小さく、両者のヘテロ
界面での抵抗は小さい。ｐ型半導体層５６とｎ型半導体
層５８の界面では、通常のｐ−ｎ接合とは違って空乏層
はできず、ダイオード特性を持たない。電流は容易にｎ
型半導体層５８からｐ型半導体層５６へと流れ込む。ま
た、金属層５９のフェルミレベル２３はｎ型半導体層５
８の伝導帯端２２よりエネルギー位置が浅いため、その
接合はオーミック性となった。その結果、ｐ型半導体層
５６と金属層５９間の抵抗は小さくなった。レーザ発振
時の動作電圧は５Ｖと良好な特性を示した。ｎ型半導体
層５８は多結晶であり製作が容易なため、素子の歩留ま
りを大幅に改善できた。
【００２５】この実施の形態では、ｎ型半導体層にｎ型
ＺｎＯを用いたが、これに限らずｎ型ＢｅＯなど、他の
半導体を用いても良い。また、発光素子として、ＺｎＳ
ｅ系ＬＤを用いたが、これに限らず、ＺｎＣｄＳｅ系や
ＧａＮ系などの、他の半導体材料のＬＥＤやＬＤを用い
ても良い。
ＺｎＯを用いたが、これに限らずｎ型ＢｅＯなど、他の
半導体を用いても良い。また、発光素子として、ＺｎＳ
ｅ系ＬＤを用いたが、これに限らず、ＺｎＣｄＳｅ系や
ＧａＮ系などの、他の半導体材料のＬＥＤやＬＤを用い
ても良い。
【００２６】図７は、第４の実施の形態を示す模式図、
図８は、そのバンド図である。この半導体発光素子は、
ＧａＮ系青色ＬＤである。ｎ型ＳｉＣからなる基板７２
上に、ｎ型ＧａＮ（ドーピング濃度ｎ＝５×１０17c
m-3、厚さ１μｍ）からなるｎクラッド層７３、Ｉｎ0.1
Ｇａ0.9 Ｎ（厚さ３nm）／ＧａＮ（厚さ３nm）５層の
多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層７４、ｐ型Ｇａ
Ｎ（ドーピング濃度ｐ＝２×１０17cm-3、厚さ５０nm）
からなるｐ型半導体層７５をＭＯＣＶＤ法により結晶成
長した後、ＳｉＯ2 からなる電流狭窄層７６をＣＶＤ法
で形成し、これをストライプ状にエッチングし、その上
にｎ型ＢｅＯ（ドーピング濃度ｎ＝１×１０20cm-3、厚
さ１μｍ）からなるｎ型半導体層７７をスパッタ法で作
製し、ドライエッチングにより反射面を形成し、最後に
Ａｕからなる金属層７８とｎ電極７１を蒸着により作製
した。得られたレーザは、波長４２０nm、閾値電流密度
２kA/cm2、動作電圧１０Ｖという良好な特性が得られ
た。
図８は、そのバンド図である。この半導体発光素子は、
ＧａＮ系青色ＬＤである。ｎ型ＳｉＣからなる基板７２
上に、ｎ型ＧａＮ（ドーピング濃度ｎ＝５×１０17c
m-3、厚さ１μｍ）からなるｎクラッド層７３、Ｉｎ0.1
Ｇａ0.9 Ｎ（厚さ３nm）／ＧａＮ（厚さ３nm）５層の
多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層７４、ｐ型Ｇａ
Ｎ（ドーピング濃度ｐ＝２×１０17cm-3、厚さ５０nm）
からなるｐ型半導体層７５をＭＯＣＶＤ法により結晶成
長した後、ＳｉＯ2 からなる電流狭窄層７６をＣＶＤ法
で形成し、これをストライプ状にエッチングし、その上
にｎ型ＢｅＯ（ドーピング濃度ｎ＝１×１０20cm-3、厚
さ１μｍ）からなるｎ型半導体層７７をスパッタ法で作
製し、ドライエッチングにより反射面を形成し、最後に
Ａｕからなる金属層７８とｎ電極７１を蒸着により作製
した。得られたレーザは、波長４２０nm、閾値電流密度
２kA/cm2、動作電圧１０Ｖという良好な特性が得られ
た。
【００２７】このＬＤのバンド構造は図８に示すように
なっている。ｐ型半導体層７５は層厚が５０nmと薄いた
めクラッドとしては機能しない。ｎ型半導体層７７は１
μｍと厚く、屈折率が活性層７４の屈折率より小さいた
め、クラッド層として機能する。ｎクラッド層７３とｎ
型半導体層７７に挟まれて、光は活性層７４に閉じ込め
られる。
なっている。ｐ型半導体層７５は層厚が５０nmと薄いた
めクラッドとしては機能しない。ｎ型半導体層７７は１
μｍと厚く、屈折率が活性層７４の屈折率より小さいた
め、クラッド層として機能する。ｎクラッド層７３とｎ
型半導体層７７に挟まれて、光は活性層７４に閉じ込め
られる。
【００２８】ｎ型半導体層７７に用いたＢｅＯの伝導帯
端２２は、ｐ型半導体層７５に用いたＧａＮの価電子帯
端２１よりもエネルギー位置が深い。ｐ型半導体層７５
とｎ型半導体層７７の界面では、通常のｐ−ｎ接合とは
違って空乏層はできず、ダイオード特性を持たない。ｎ
型半導体層７７からｐ型半導体層７５へと電流が流れ込
み、ｐ型半導体層７５から活性層７４へ正孔が注入され
る。電子はｎクラッド層７３から活性層７４へ注入され
る。ｐ型半導体層７５は正孔の注入層として機能してい
る。一方、金属層７８のフェルミレベル２３はｎ型半導
体層７７の伝導帯端２２よりエネルギー位置が浅いた
め、その接合はオーミック性となった。この結果、金属
層７８に正の電位をかけることにより、活性層７４へ正
孔と電子を注入できた。
端２２は、ｐ型半導体層７５に用いたＧａＮの価電子帯
端２１よりもエネルギー位置が深い。ｐ型半導体層７５
とｎ型半導体層７７の界面では、通常のｐ−ｎ接合とは
違って空乏層はできず、ダイオード特性を持たない。ｎ
型半導体層７７からｐ型半導体層７５へと電流が流れ込
み、ｐ型半導体層７５から活性層７４へ正孔が注入され
る。電子はｎクラッド層７３から活性層７４へ注入され
る。ｐ型半導体層７５は正孔の注入層として機能してい
る。一方、金属層７８のフェルミレベル２３はｎ型半導
体層７７の伝導帯端２２よりエネルギー位置が浅いた
め、その接合はオーミック性となった。この結果、金属
層７８に正の電位をかけることにより、活性層７４へ正
孔と電子を注入できた。
【００２９】この構造では、ｐクラッド層が無いため素
子の抵抗を低くすることができた。ｐ側電極部での抵抗
も小さく、動作電圧も低くなった。ｎ型半導体層７７は
多結晶であっても良いため、素子の歩留まりを大幅に改
善できた。この実施の形態では、ｎ型半導体層にｎ型Ｂ
ｅＯを用いたが、これに限らずｎ型ＺｎＯなど、他の半
導体を用いても良い。また、ＬＤ材料として、ＧａＮ系
を用いたが、これに限らず、ＺｎＳｅ系やＩｎＧａＡｌ
Ｐ系などの、他の材料系を用いても良い。
子の抵抗を低くすることができた。ｐ側電極部での抵抗
も小さく、動作電圧も低くなった。ｎ型半導体層７７は
多結晶であっても良いため、素子の歩留まりを大幅に改
善できた。この実施の形態では、ｎ型半導体層にｎ型Ｂ
ｅＯを用いたが、これに限らずｎ型ＺｎＯなど、他の半
導体を用いても良い。また、ＬＤ材料として、ＧａＮ系
を用いたが、これに限らず、ＺｎＳｅ系やＩｎＧａＡｌ
Ｐ系などの、他の材料系を用いても良い。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、
抵抗が低く信頼性の高いｐ型電極を、また動作電圧が低
く、歩留まりの高い半導体発光素子を得ることができ
る。
抵抗が低く信頼性の高いｐ型電極を、また動作電圧が低
く、歩留まりの高い半導体発光素子を得ることができ
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態を模式的に示す断面
図である。
図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のバンド図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を模式的に示す断面
図である。
図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態のバンド図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態を模式的に示す断面
図である。
図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態のバンド図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を模式的に示す断面
図である。
図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態のバンド図である。
【図９】従来例を模式的に示す断面図である。
１１ コレクタ電極 １２ コレクタ １３ ベース １４ ｎ型半導体層 １５ Ａｕ電極 １６ エミッタ １７ エミッタ電極 ２１ 価電子帯端 ２２ 伝導帯端 ２３ フェルミレベル ３１ ｎ電極 ３２ 基板 ３３ ｎクラッド層 ３４ 活性層 ３５ ｐクラッド層 ３６ ｎ型半導体層 ３７ 金属層 ５１ ｎ電極 ５２ 基板 ５３ ｎクラッド層 ５４ 活性層 ５５ ｐクラッド層 ５６ ｐ型半導体層 ５７ 電流狭窄層 ５８ ｎ型半導体層 ５９ 金属層 ７１ ｎ電極 ７２ 基板 ７３ ｎクラッド層 ７４ 活性層 ７５ ｐ型半導体層 ７６ 電流狭窄層 ７７ ｎ型半導体層 ７８ 金属層 ９１ Ａｕ電極 ９２ ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層 ９３ ｐ型ＺｎＳｅ層
Claims (8)
- 【請求項１】 ｐ型半導体層を有するｐ型電極構造にお
いて、ｐ型半導体層上にｎ型半導体層と金属層とを有す
るとともに、そのｎ型半導体層の伝導帯端がｐ型半導体
層の価電子帯端よりもエネルギー位置が深いものであ
り、金属層に正の電位を掛け、金属層からｎ型半導体層
を介してｐ型半導体層に電流を注入して動作させること
を特徴とするｐ型電極構造。 - 【請求項２】 請求項１記載のｐ型電極構造を有するこ
とを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記半導体発光素子が、ｐ−ｎ接合を有
する半導体レーザまたは発光ダイオードであることを特
徴とする請求項２記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記半導体レーザまたは発光ダイオード
が、活性層およびｎ型クラッド層を有し、かつその活性
層に隣接して、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、および金
属層を有するものであり、前記ｐ型半導体層のバンドギ
ャップが、活性層のバンドギャップよりも大きく、ｐ型
半導体層の厚さが発光波長に比べて薄く、ｎ型半導体層
の伝導帯端がｐ型半導体層の価電子帯端よりもエネルギ
ー位置が深く、ｎ型半導体層の屈折率が活性層の屈折率
よりも小さいものであり、ｎ型クラッド層とｎ型半導体
層とにより光が活性層に閉じ込められ、金属層に正の電
位を掛け、金属層からｎ型半導体層、ｐ型半導体層を介
して活性層に正孔を注入して動作させることを特徴とす
る請求項２または３記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記ｎ型半導体層が金属酸化物からなる
ものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
項記載のｐ型電極構造または半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記金属酸化物が、ＺｎＯまたはＢｅＯ
であることを特徴とする請求項５記載のｐ型電極構造ま
たは半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記ｐ型半導体層が、ワイドギャップ２
−６族化合物半導体、ワイドギャップ３−５族化合物半
導体または４族ワイドギャップ半導体からなるものであ
ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の
ｐ型電極構造または半導体発光素子。 - 【請求項８】 前記ワイドギャップ２−６族化合物半導
体が、ＺｎＳｅ，ＺｎＳＳｅまたはＭｇＺｎＳＳｅであ
り、前記ワイドギャップ３−５族化合物半導体が、Ｇａ
Ｎ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＰまたはＩｎＡ
ｌＰであり、前記４族ワイドギャップ半導体が、ＳｉＣ
またはＣであることを特徴とする請求項７記載のｐ型電
極構造または半導体発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24662696A JP2885198B2 (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | ｐ型電極構造およびそれを有する半導体発光素子 |
| US08/933,031 US5898190A (en) | 1996-09-18 | 1997-09-18 | P-type electrode structure and a semiconductor light emitting element using the same structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24662696A JP2885198B2 (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | ｐ型電極構造およびそれを有する半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1093134A JPH1093134A (ja) | 1998-04-10 |
| JP2885198B2 true JP2885198B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=17151207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24662696A Expired - Fee Related JP2885198B2 (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | ｐ型電極構造およびそれを有する半導体発光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5898190A (ja) |
| JP (1) | JP2885198B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| TW418547B (en) * | 1998-12-23 | 2001-01-11 | Ind Tech Res Inst | Manufacturing method of ridge waveguide semiconductor light emitting device |
| US7586115B2 (en) * | 2000-12-28 | 2009-09-08 | Epir Technologies, Inc. | Light emission from semiconductor integrated circuits |
| JP2002246641A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-30 | Seiwa Electric Mfg Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及び窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
| JP4817350B2 (ja) * | 2001-07-19 | 2011-11-16 | 株式会社 東北テクノアーチ | 酸化亜鉛半導体部材の製造方法 |
| US6990132B2 (en) * | 2003-03-20 | 2006-01-24 | Xerox Corporation | Laser diode with metal-oxide upper cladding layer |
| CN100508238C (zh) * | 2004-05-11 | 2009-07-01 | Lg化学株式会社 | 有机电子器件 |
| JP4909533B2 (ja) * | 2004-06-21 | 2012-04-04 | パナソニック株式会社 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| WO2007067166A1 (en) * | 2005-12-06 | 2007-06-14 | Moxtronics, Inc. | Metal oxide semiconductor devices and film structures and methods |
| US20070126021A1 (en) * | 2005-12-06 | 2007-06-07 | Yungryel Ryu | Metal oxide semiconductor film structures and methods |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5286306A (en) * | 1992-02-07 | 1994-02-15 | Shalini Menezes | Thin film photovoltaic cells from I-III-VI-VII compounds |
-
1996
- 1996-09-18 JP JP24662696A patent/JP2885198B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-09-18 US US08/933,031 patent/US5898190A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5898190A (en) | 1999-04-27 |
| JPH1093134A (ja) | 1998-04-10 |
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