JP3291834B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置に関し、
例えばＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた発光素子その
他の半導体装置に適用して好適なものである。
例えばＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた発光素子その
他の半導体装置に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスクの記録密度の向上やレ
ーザープリンタの解像度の向上を図るために、短波長で
の発光が可能な半導体レーザーに対する要求が高まって
きており、その実現を目指して研究が活発に行われてい
る。
ーザープリンタの解像度の向上を図るために、短波長で
の発光が可能な半導体レーザーに対する要求が高まって
きており、その実現を目指して研究が活発に行われてい
る。
【０００３】本出願人は、このような要求を満たすべく
鋭意研究を行った結果、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の一
種であるＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体をクラッド層の
材料として用いた、青色ないし緑色で発光が可能な半導
体レーザーを提案した（例えば、特願平４−２２９３５
６号）。この半導体レーザーにおいては、ｎ型ＧａＡｓ
基板上にｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、活性層および
ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層から成るレーザー構造が
形成され、さらにｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層上にｐ
型ＺｎＳｅコンタクト層が形成されている。そして、こ
のｐ型ＺｎＳｅコンタクト層上にｐ側電極が形成されて
いるとともに、ｎ型ＧａＡｓ基板の裏面にｎ側電極が形
成されている。
鋭意研究を行った結果、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の一
種であるＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体をクラッド層の
材料として用いた、青色ないし緑色で発光が可能な半導
体レーザーを提案した（例えば、特願平４−２２９３５
６号）。この半導体レーザーにおいては、ｎ型ＧａＡｓ
基板上にｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、活性層および
ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層から成るレーザー構造が
形成され、さらにｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層上にｐ
型ＺｎＳｅコンタクト層が形成されている。そして、こ
のｐ型ＺｎＳｅコンタクト層上にｐ側電極が形成されて
いるとともに、ｎ型ＧａＡｓ基板の裏面にｎ側電極が形
成されている。
【０００４】しかしながら、上述のＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体を用いた半導体レーザーにおいては、ｐ型ＺｎＳ
ｅコンタクト層に対するｐ側電極の接触抵抗が高く、良
好なオーム性接触が得られないという問題がある。これ
は、ＺｎＳｅ中にｐ型不純物をドーピングすることによ
り得られるキャリア濃度は最大でも〜１０17ｃｍ-3程度
と低いことや、ｐ型ＺｎＳｅに対して良好なオーム性接
触を得ることができる電極材料が現状では見つかってい
ないことなどの理由による。
半導体を用いた半導体レーザーにおいては、ｐ型ＺｎＳ
ｅコンタクト層に対するｐ側電極の接触抵抗が高く、良
好なオーム性接触が得られないという問題がある。これ
は、ＺｎＳｅ中にｐ型不純物をドーピングすることによ
り得られるキャリア濃度は最大でも〜１０17ｃｍ-3程度
と低いことや、ｐ型ＺｎＳｅに対して良好なオーム性接
触を得ることができる電極材料が現状では見つかってい
ないことなどの理由による。
【０００５】そこで、この問題を解決するために、上記
特願平４−２２９３５６号においては、ＺｎＴｅ中には
１０19ｃｍ-3程度の濃度までアクセプタをドーピングす
ることが可能であり、Ａｕなどの金属を用いて良好なオ
ーム性接触を得ることができることなどに着目して、ｐ
型ＺｎＳｅコンタクト層上にｐ型ＺｎＴｅコンタクト層
を形成し、このｐ型ＺｎＴｅコンタクト層上にｐ側電極
を形成することによりｐ側電極の接触抵抗の低減を図る
技術についても開示されている。
特願平４−２２９３５６号においては、ＺｎＴｅ中には
１０19ｃｍ-3程度の濃度までアクセプタをドーピングす
ることが可能であり、Ａｕなどの金属を用いて良好なオ
ーム性接触を得ることができることなどに着目して、ｐ
型ＺｎＳｅコンタクト層上にｐ型ＺｎＴｅコンタクト層
を形成し、このｐ型ＺｎＴｅコンタクト層上にｐ側電極
を形成することによりｐ側電極の接触抵抗の低減を図る
技術についても開示されている。
【０００６】しかしながら、図５に示すように、ｐ型Ｚ
ｎＳｅ（エネルギーギャップは２．８ｅＶ）とｐ型Ｚｎ
Ｔｅ（エネルギーギャップは２．３ｅＶ）との接合の界
面においては、価電子帯に約２．８−２．３＝０．５ｅ
Ｖの大きさの不連続が存在する。そして、ｐ型ＺｎＳｅ
の価電子帯はｐ型ＺｎＴｅに向かって下に曲がってお
り、この下に凸の価電子帯の変化は、ｐ側電極からこの
ｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接合に注入される正孔に対
してポテンシャル障壁として働く。このため、上述のよ
うにｐ型ＺｎＴｅコンタクト層上にｐ側電極を形成して
も良好なオーム性接触は得られず、従って良好な電圧−
電流特性は得られない。なお、図５においては、ｐ型Ｚ
ｎＳｅおよびｐ型ＺｎＴｅのフェルミ準位は価電子帯の
頂上に一致すると近似している。
ｎＳｅ（エネルギーギャップは２．８ｅＶ）とｐ型Ｚｎ
Ｔｅ（エネルギーギャップは２．３ｅＶ）との接合の界
面においては、価電子帯に約２．８−２．３＝０．５ｅ
Ｖの大きさの不連続が存在する。そして、ｐ型ＺｎＳｅ
の価電子帯はｐ型ＺｎＴｅに向かって下に曲がってお
り、この下に凸の価電子帯の変化は、ｐ側電極からこの
ｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接合に注入される正孔に対
してポテンシャル障壁として働く。このため、上述のよ
うにｐ型ＺｎＴｅコンタクト層上にｐ側電極を形成して
も良好なオーム性接触は得られず、従って良好な電圧−
電流特性は得られない。なお、図５においては、ｐ型Ｚ
ｎＳｅおよびｐ型ＺｎＴｅのフェルミ準位は価電子帯の
頂上に一致すると近似している。
【０００７】この問題を解決するため、本出願人は、特
願平４−１８５８２１号において、ｐ型ＺｎＳｅとｐ型
ＺｎＴｅとの接合部においてｐ型ＺｎＳｅ側に形成され
る空乏層内にｐ型ＺｎＴｅから成る量子井戸層およびｐ
型ＺｎＳｅから成る障壁層を有する多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）層を設け、それぞれの量子井戸層の厚さをそれぞれ
の量子井戸層の量子準位がｐ型ＺｎＳｅおよびｐ型Ｚｎ
Ｔｅの価電子帯の頂上のエネルギーとほぼ等しくなるよ
うに段階的に変化させ、これらの量子準位を介した共鳴
トンネル効果により正孔がｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ
接合を通りやすくした発光素子を提案した。
願平４−１８５８２１号において、ｐ型ＺｎＳｅとｐ型
ＺｎＴｅとの接合部においてｐ型ＺｎＳｅ側に形成され
る空乏層内にｐ型ＺｎＴｅから成る量子井戸層およびｐ
型ＺｎＳｅから成る障壁層を有する多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）層を設け、それぞれの量子井戸層の厚さをそれぞれ
の量子井戸層の量子準位がｐ型ＺｎＳｅおよびｐ型Ｚｎ
Ｔｅの価電子帯の頂上のエネルギーとほぼ等しくなるよ
うに段階的に変化させ、これらの量子準位を介した共鳴
トンネル効果により正孔がｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ
接合を通りやすくした発光素子を提案した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者によるその後の検討の結果、上記特願平４−１８５８
２１号に提案された技術は次のような問題を有すること
が見出された。
者によるその後の検討の結果、上記特願平４−１８５８
２１号に提案された技術は次のような問題を有すること
が見出された。
【０００９】すなわち、図６は上記特願平４−１８５８
２１号に提案された技術を適用した一例を示す。図６に
示すように、この例では、ｐ型ＺｎＳｅとｐ型ＺｎＴｅ
との接合部においてｐ型ＺｎＳｅ側に形成される空乏層
内に、ｐ型ＺｎＴｅから成る量子井戸層とｐ型ＺｎＳｅ
から成る障壁層とを交互に積層した構造のｐ型ＺｎＴｅ
／ＺｎＳｅＭＱＷ層が設けられている。この場合、この
ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層における量子井戸層の
数は１０個である。図６においては、それぞれの量子井
戸層および障壁層の厚さをこれらの量子井戸層および障
壁層を形成する原子層の数で示した。すなわち、図６に
示すように、それぞれの量子井戸層の厚さＬW は、ｐ型
ＺｎＳｅからｐ型ＺｎＴｅに向かって、１原子層（約
０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１原子層
（約０．３ｎｍ）、２原子層（約０．６ｎｍ）、２原子
層（約０．６ｎｍ）、３原子層（約０．９ｎｍ）、４原
子層（約１．２ｎｍ）、４原子層（約１．２ｎｍ）、６
原子層（約１．８ｎｍ）、６原子層（約１．８ｎｍ）と
変化している。一方、それぞれの障壁層の厚さＬB は、
ｐ型ＺｎＳｅからｐ型ＺｎＴｅに向かって、５原子層
（約１．５ｎｍ）、４原子層（約１．２ｎｍ）、３原子
層（約０．９ｎｍ）、３原子層（約０．９ｎｍ）、３原
子層（約０．９ｎｍ）、３原子層（約０．９ｎｍ）、３
原子層（約０．９ｎｍ）、２原子層（約０．６ｎｍ）、
２原子層（約０．６ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）
と変化している。それぞれの量子井戸層の量子準位を図
６中の量子井戸層内の横方向の実線で示す。なお、この
例では、ｐ型ＺｎＳｅとｐ型ＺｎＴｅとの接合部におい
てｐ型ＺｎＳｅ側に形成される空乏層の幅（図５のＷ）
は約３０ｎｍである。これに対応するｐ型ＺｎＳｅ中の
アクセプタ濃度は約５．７×１０17ｃｍ-3である。ただ
し、ｐ型ＺｎＴｅ中のアクセプタ濃度は１×１０19ｃｍ
-3とし、ｐ型ＺｎＳｅとｐ型ＺｎＴｅとの接合はステッ
プ接合であるとする。
２１号に提案された技術を適用した一例を示す。図６に
示すように、この例では、ｐ型ＺｎＳｅとｐ型ＺｎＴｅ
との接合部においてｐ型ＺｎＳｅ側に形成される空乏層
内に、ｐ型ＺｎＴｅから成る量子井戸層とｐ型ＺｎＳｅ
から成る障壁層とを交互に積層した構造のｐ型ＺｎＴｅ
／ＺｎＳｅＭＱＷ層が設けられている。この場合、この
ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層における量子井戸層の
数は１０個である。図６においては、それぞれの量子井
戸層および障壁層の厚さをこれらの量子井戸層および障
壁層を形成する原子層の数で示した。すなわち、図６に
示すように、それぞれの量子井戸層の厚さＬW は、ｐ型
ＺｎＳｅからｐ型ＺｎＴｅに向かって、１原子層（約
０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１原子層
（約０．３ｎｍ）、２原子層（約０．６ｎｍ）、２原子
層（約０．６ｎｍ）、３原子層（約０．９ｎｍ）、４原
子層（約１．２ｎｍ）、４原子層（約１．２ｎｍ）、６
原子層（約１．８ｎｍ）、６原子層（約１．８ｎｍ）と
変化している。一方、それぞれの障壁層の厚さＬB は、
ｐ型ＺｎＳｅからｐ型ＺｎＴｅに向かって、５原子層
（約１．５ｎｍ）、４原子層（約１．２ｎｍ）、３原子
層（約０．９ｎｍ）、３原子層（約０．９ｎｍ）、３原
子層（約０．９ｎｍ）、３原子層（約０．９ｎｍ）、３
原子層（約０．９ｎｍ）、２原子層（約０．６ｎｍ）、
２原子層（約０．６ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）
と変化している。それぞれの量子井戸層の量子準位を図
６中の量子井戸層内の横方向の実線で示す。なお、この
例では、ｐ型ＺｎＳｅとｐ型ＺｎＴｅとの接合部におい
てｐ型ＺｎＳｅ側に形成される空乏層の幅（図５のＷ）
は約３０ｎｍである。これに対応するｐ型ＺｎＳｅ中の
アクセプタ濃度は約５．７×１０17ｃｍ-3である。ただ
し、ｐ型ＺｎＴｅ中のアクセプタ濃度は１×１０19ｃｍ
-3とし、ｐ型ＺｎＳｅとｐ型ＺｎＴｅとの接合はステッ
プ接合であるとする。
【００１０】図７は、図６に示すような、接合部におい
てｐ型ＺｎＳｅ側に形成される空乏層内にｐ型ＺｎＴｅ
／ＺｎＳｅＭＱＷ層が設けられた構造のｐ型ＺｎＳｅ／
ｐ型ＺｎＴｅ接合に対する正孔の透過率のエネルギー依
存性の計算結果を示す。ただし、図７の横軸は、正孔の
エネルギーＥの原点をｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の頂上に
とり、このエネルギーＥを接合界面におけるｐ型ＺｎＳ
ｅとｐ型ＺｎＴｅとの価電子帯の不連続、すなわちΔＥ
v で規格化したもの、すなわちＥ／ΔＥv にとってあ
る。
てｐ型ＺｎＳｅ側に形成される空乏層内にｐ型ＺｎＴｅ
／ＺｎＳｅＭＱＷ層が設けられた構造のｐ型ＺｎＳｅ／
ｐ型ＺｎＴｅ接合に対する正孔の透過率のエネルギー依
存性の計算結果を示す。ただし、図７の横軸は、正孔の
エネルギーＥの原点をｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の頂上に
とり、このエネルギーＥを接合界面におけるｐ型ＺｎＳ
ｅとｐ型ＺｎＴｅとの価電子帯の不連続、すなわちΔＥ
v で規格化したもの、すなわちＥ／ΔＥv にとってあ
る。
【００１１】図７から明らかなように、この場合には、
Ｅ／ΔＥv が０の付近、すなわち接合に印加するバイア
ス電圧が０の付近では、接合に対する正孔の透過率は極
めて小さい。これは、ｐ型ＺｎＳｅとｐ型ＺｎＴｅとの
接合部においてｐ型ＺｎＳｅ側に形成される空乏層内に
おける価電子帯の曲率が小さい部分（図６においてＡで
示す）においては、それよりもｐ型ＺｎＴｅ側の部分の
量子井戸層の量子準位との間で共鳴トンネル効果による
正孔の透過が可能なように量子準位を設定するのが難し
いためである。
Ｅ／ΔＥv が０の付近、すなわち接合に印加するバイア
ス電圧が０の付近では、接合に対する正孔の透過率は極
めて小さい。これは、ｐ型ＺｎＳｅとｐ型ＺｎＴｅとの
接合部においてｐ型ＺｎＳｅ側に形成される空乏層内に
おける価電子帯の曲率が小さい部分（図６においてＡで
示す）においては、それよりもｐ型ＺｎＴｅ側の部分の
量子井戸層の量子準位との間で共鳴トンネル効果による
正孔の透過が可能なように量子準位を設定するのが難し
いためである。
【００１２】以上はｐ型ＺｎＳｅとｐ型ＺｎＴｅとの接
合についてであるが、接合界面に大きな価電子帯の不連
続が存在する他のｐ−ｐ接合の場合においても、同様な
問題が生じうる。また、ｐ−ｐ接合ばかりでなく、接合
界面に大きな伝導帯の不連続が存在するｎ−ｎ接合にお
いても、電子の透過率に関して上述と同様な問題が生じ
うる。さらには、互いに仕事関数に大きな差がある金属
と半導体との接合においても、電子または正孔の透過率
に関して上述と同様な問題が生じうる。
合についてであるが、接合界面に大きな価電子帯の不連
続が存在する他のｐ−ｐ接合の場合においても、同様な
問題が生じうる。また、ｐ−ｐ接合ばかりでなく、接合
界面に大きな伝導帯の不連続が存在するｎ−ｎ接合にお
いても、電子の透過率に関して上述と同様な問題が生じ
うる。さらには、互いに仕事関数に大きな差がある金属
と半導体との接合においても、電子または正孔の透過率
に関して上述と同様な問題が生じうる。
【００１３】従って、この発明の目的は、接合界面にお
いて価電子帯または伝導帯に大きな不連続が存在するｐ
−ｐ接合またはｎ−ｎ接合を有する場合に、接合に印加
するバイアス電圧が０付近であるときの接合に対する正
孔の透過率を大きくすることができ、これによって接合
に電流を流しやすくすることができる半導体装置を提供
することにある。
いて価電子帯または伝導帯に大きな不連続が存在するｐ
−ｐ接合またはｎ−ｎ接合を有する場合に、接合に印加
するバイアス電圧が０付近であるときの接合に対する正
孔の透過率を大きくすることができ、これによって接合
に電流を流しやすくすることができる半導体装置を提供
することにある。
【００１４】この発明の他の目的は、互いに仕事関数に
大きな差が存在する金属と半導体との接合を有する場合
に、接合に印加するバイアス電圧が０付近であるときの
接合に対する電子または正孔の透過率を大きくすること
ができ、これによって接合に電流を流しやすくすること
ができる半導体装置を提供することにある。
大きな差が存在する金属と半導体との接合を有する場合
に、接合に印加するバイアス電圧が０付近であるときの
接合に対する電子または正孔の透過率を大きくすること
ができ、これによって接合に電流を流しやすくすること
ができる半導体装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第１の発明は、互いに導電型が同一の第
１の半導体（５）と第２の半導体（６）との接合を有
し、第１の半導体（５）および第２の半導体（６）がｐ
型である場合には接合の界面において第１の半導体
（５）の価電子帯の頂上のエネルギーは第２の半導体
（６）の価電子帯の頂上のエネルギーよりも低く、第１
の半導体（５）および第２の半導体（６）がｎ型である
場合には接合の界面において第１の半導体（５）の伝導
帯の底のエネルギーは第２の半導体（６）の伝導帯の底
のエネルギーよりも高い半導体装置において、第１の半
導体（５）側に形成される接合の空乏層内に第２の半導
体（６）から成る量子井戸層および第１の半導体（５）
から成る障壁層を有する多重量子井戸層（９）が設けら
れ、多重量子井戸層（９）のうちの第２の半導体（６）
側の部分においては、第１の半導体（５）および第２の
半導体（６）がｐ型である場合にはそれぞれの量子井戸
層に第１の半導体（５）および第２の半導体（６）の価
電子帯の頂上のエネルギーとほぼ等しい離散的な量子準
位が形成され、第１の半導体（５）および第２の半導体
（６）がｎ型である場合には第１の半導体（５）および
第２の半導体（６）の伝導帯の底のエネルギーとほぼ等
しい離散的な量子準位が形成されるようにそれぞれの量
子井戸層およびそれぞれの障壁層の厚さが設定されてい
るとともに、多重量子井戸層（９）のうちの第１の半導
体（５）側の部分においては、第１の半導体（５）およ
び第２の半導体（６）がｐ型である場合には量子井戸層
に第１の半導体（５）および第２の半導体（６）の価電
子帯の頂上のエネルギーがほぼ含まれる幅のサブバンド
が形成され、第１の半導体（５）および第２の半導体
（６）がｎ型である場合には量子井戸層に第１の半導体
（５）および第２の半導体（６）の伝導帯の底のエネル
ギーがほぼ含まれる幅のサブバンドが形成されるように
それぞれの量子井戸層およびそれぞれの障壁層の厚さが
設定されていることを特徴とする半導体装置である。
に、この発明の第１の発明は、互いに導電型が同一の第
１の半導体（５）と第２の半導体（６）との接合を有
し、第１の半導体（５）および第２の半導体（６）がｐ
型である場合には接合の界面において第１の半導体
（５）の価電子帯の頂上のエネルギーは第２の半導体
（６）の価電子帯の頂上のエネルギーよりも低く、第１
の半導体（５）および第２の半導体（６）がｎ型である
場合には接合の界面において第１の半導体（５）の伝導
帯の底のエネルギーは第２の半導体（６）の伝導帯の底
のエネルギーよりも高い半導体装置において、第１の半
導体（５）側に形成される接合の空乏層内に第２の半導
体（６）から成る量子井戸層および第１の半導体（５）
から成る障壁層を有する多重量子井戸層（９）が設けら
れ、多重量子井戸層（９）のうちの第２の半導体（６）
側の部分においては、第１の半導体（５）および第２の
半導体（６）がｐ型である場合にはそれぞれの量子井戸
層に第１の半導体（５）および第２の半導体（６）の価
電子帯の頂上のエネルギーとほぼ等しい離散的な量子準
位が形成され、第１の半導体（５）および第２の半導体
（６）がｎ型である場合には第１の半導体（５）および
第２の半導体（６）の伝導帯の底のエネルギーとほぼ等
しい離散的な量子準位が形成されるようにそれぞれの量
子井戸層およびそれぞれの障壁層の厚さが設定されてい
るとともに、多重量子井戸層（９）のうちの第１の半導
体（５）側の部分においては、第１の半導体（５）およ
び第２の半導体（６）がｐ型である場合には量子井戸層
に第１の半導体（５）および第２の半導体（６）の価電
子帯の頂上のエネルギーがほぼ含まれる幅のサブバンド
が形成され、第１の半導体（５）および第２の半導体
（６）がｎ型である場合には量子井戸層に第１の半導体
（５）および第２の半導体（６）の伝導帯の底のエネル
ギーがほぼ含まれる幅のサブバンドが形成されるように
それぞれの量子井戸層およびそれぞれの障壁層の厚さが
設定されていることを特徴とする半導体装置である。
【００１６】この発明の第１の発明による半導体装置の
好適な一実施形態においては、第１の半導体（５）は第
１のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であり、第２の半
導体（６）は第２のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体で
あり、多重量子井戸層（９）のうちの第２のｐ型のＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体側の部分においてはそれぞれの量
子井戸層に第１のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体およ
び第２のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の価電子帯の
頂上のエネルギーとほぼ等しい離散的な量子準位が形成
されるようにそれぞれの量子井戸層およびそれぞれの障
壁層の厚さが設定されているとともに、多重量子井戸層
（９）のうちの第１のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
側の部分においては量子井戸層に第１のｐ型のＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体および第２のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体の価電子帯の頂上のエネルギーがほぼ含まれる
幅のサブバンドが形成されるようにそれぞれの量子井戸
層およびそれぞれの障壁層の厚さが設定されている。
好適な一実施形態においては、第１の半導体（５）は第
１のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であり、第２の半
導体（６）は第２のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体で
あり、多重量子井戸層（９）のうちの第２のｐ型のＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体側の部分においてはそれぞれの量
子井戸層に第１のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体およ
び第２のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の価電子帯の
頂上のエネルギーとほぼ等しい離散的な量子準位が形成
されるようにそれぞれの量子井戸層およびそれぞれの障
壁層の厚さが設定されているとともに、多重量子井戸層
（９）のうちの第１のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
側の部分においては量子井戸層に第１のｐ型のＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体および第２のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体の価電子帯の頂上のエネルギーがほぼ含まれる
幅のサブバンドが形成されるようにそれぞれの量子井戸
層およびそれぞれの障壁層の厚さが設定されている。
【００１７】この発明の第１の発明による半導体装置の
好適な一実施形態においては、第１のｐ型のＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体はｐ型ＺｎＳｅであり、第２のｐ型のＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体はｐ型ＺｎＴｅである。
好適な一実施形態においては、第１のｐ型のＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体はｐ型ＺｎＳｅであり、第２のｐ型のＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体はｐ型ＺｎＴｅである。
【００１８】この発明の第２の発明による半導体装置
は、金属と半導体との接合を有し、半導体がｎ型である
場合には金属の仕事関数は半導体の仕事関数よりも大き
く、半導体がｐ型である場合には金属の仕事関数は半導
体の仕事関数よりも小さい半導体装置において、半導体
側に形成される接合の空乏層内に半導体と異なる半導体
から成る量子井戸層および半導体から成る障壁層を有す
る多重量子井戸層が設けられ、多重量子井戸層のうちの
金属側の部分においては、半導体がｎ型である場合には
それぞれの量子井戸層に金属のフェルミ準位および異な
る半導体の伝導帯の底のエネルギーとほぼ等しい離散的
な量子準位が形成され、半導体がｐ型である場合にはそ
れぞれの量子井戸層に金属のフェルミ準位および異なる
半導体の価電子帯の頂上のエネルギーとほぼ等しい離散
的な量子準位が形成されるようにそれぞれの量子井戸層
およびそれぞれの障壁層の厚さが設定されているととも
に、多重量子井戸層のうちの半導体側の部分において
は、半導体がｎ型である場合には量子井戸層に金属のフ
ェルミ準位および異なる半導体の伝導帯の底のエネルギ
ーがほぼ含まれる幅のサブバンドが形成され、半導体が
ｐ型である場合には量子井戸層に金属のフェルミ準位お
よび異なる半導体の価電子帯の頂上のエネルギーがほぼ
含まれる幅のサブバンドが形成されるようにそれぞれの
量子井戸層およびそれぞれの障壁層の厚さが設定されて
いることを特徴とする半導体装置である。
は、金属と半導体との接合を有し、半導体がｎ型である
場合には金属の仕事関数は半導体の仕事関数よりも大き
く、半導体がｐ型である場合には金属の仕事関数は半導
体の仕事関数よりも小さい半導体装置において、半導体
側に形成される接合の空乏層内に半導体と異なる半導体
から成る量子井戸層および半導体から成る障壁層を有す
る多重量子井戸層が設けられ、多重量子井戸層のうちの
金属側の部分においては、半導体がｎ型である場合には
それぞれの量子井戸層に金属のフェルミ準位および異な
る半導体の伝導帯の底のエネルギーとほぼ等しい離散的
な量子準位が形成され、半導体がｐ型である場合にはそ
れぞれの量子井戸層に金属のフェルミ準位および異なる
半導体の価電子帯の頂上のエネルギーとほぼ等しい離散
的な量子準位が形成されるようにそれぞれの量子井戸層
およびそれぞれの障壁層の厚さが設定されているととも
に、多重量子井戸層のうちの半導体側の部分において
は、半導体がｎ型である場合には量子井戸層に金属のフ
ェルミ準位および異なる半導体の伝導帯の底のエネルギ
ーがほぼ含まれる幅のサブバンドが形成され、半導体が
ｐ型である場合には量子井戸層に金属のフェルミ準位お
よび異なる半導体の価電子帯の頂上のエネルギーがほぼ
含まれる幅のサブバンドが形成されるようにそれぞれの
量子井戸層およびそれぞれの障壁層の厚さが設定されて
いることを特徴とする半導体装置である。
【００１９】この発明の第１の発明による半導体装置お
よび第２の発明による半導体装置の典型的な一実施形態
においては、半導体装置は半導体レーザーや発光ダイオ
ードのような発光素子である。
よび第２の発明による半導体装置の典型的な一実施形態
においては、半導体装置は半導体レーザーや発光ダイオ
ードのような発光素子である。
【００２０】
【作用】上述のように構成されたこの発明の第１の発明
による半導体装置によれば、第１の半導体（５）側の空
乏層内に形成された多重量子井戸層（９）のうちの第２
の半導体（６）側の部分の量子井戸層に形成される離散
的な量子準位と多重量子井戸層（９）のうちの第１の半
導体（５）側の部分の量子井戸層に形成されるサブバン
ドとを介した共鳴トンネル効果により、接合に印加する
バイアス電圧が０付近であるときの接合に対する正孔ま
たは電子の透過率を大きくすることができる。従って、
接合にある一定の値の電流を流すのに必要なバイアス電
圧の低減を図ることができ、あるいは、ある一定の値の
バイアス電圧により接合に流すことができる電流の増大
を図ることができる。
による半導体装置によれば、第１の半導体（５）側の空
乏層内に形成された多重量子井戸層（９）のうちの第２
の半導体（６）側の部分の量子井戸層に形成される離散
的な量子準位と多重量子井戸層（９）のうちの第１の半
導体（５）側の部分の量子井戸層に形成されるサブバン
ドとを介した共鳴トンネル効果により、接合に印加する
バイアス電圧が０付近であるときの接合に対する正孔ま
たは電子の透過率を大きくすることができる。従って、
接合にある一定の値の電流を流すのに必要なバイアス電
圧の低減を図ることができ、あるいは、ある一定の値の
バイアス電圧により接合に流すことができる電流の増大
を図ることができる。
【００２１】この発明の第１の発明による半導体装置に
よれば、特に、接合界面において価電子帯に大きな不連
続が存在する第１のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体と
第２のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体との接合、例え
ばｐ型ＺｎＳｅとｐ型ＺｎＴｅとの接合を有する半導体
装置において、接合に流すことができる電流の増大を図
ることができる。
よれば、特に、接合界面において価電子帯に大きな不連
続が存在する第１のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体と
第２のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体との接合、例え
ばｐ型ＺｎＳｅとｐ型ＺｎＴｅとの接合を有する半導体
装置において、接合に流すことができる電流の増大を図
ることができる。
【００２２】この発明の第２の発明による半導体装置に
よれば、互いに仕事関数に大きな差が存在する金属と半
導体との接合を有し、この接合がショットキー接合であ
る場合においても、接合部において半導体側に形成され
る空乏層内に形成された多重量子井戸層のうちの金属側
の部分の量子井戸層に形成される離散的な量子準位と多
重量子井戸層のうちの半導体側の部分の量子井戸層に形
成されるサブバンドとを介した共鳴トンネル効果によ
り、接合に印加するバイアス電圧がほぼ０付近であると
きの接合に対する正孔または電子の透過率を大きくする
ことができる。従って、接合にある一定の値の電流を流
すのに必要なバイアス電圧の低減を図ることができ、あ
るいは、ある一定の値のバイアス電圧により接合に流す
ことができる電流の増大を図ることができる。
よれば、互いに仕事関数に大きな差が存在する金属と半
導体との接合を有し、この接合がショットキー接合であ
る場合においても、接合部において半導体側に形成され
る空乏層内に形成された多重量子井戸層のうちの金属側
の部分の量子井戸層に形成される離散的な量子準位と多
重量子井戸層のうちの半導体側の部分の量子井戸層に形
成されるサブバンドとを介した共鳴トンネル効果によ
り、接合に印加するバイアス電圧がほぼ０付近であると
きの接合に対する正孔または電子の透過率を大きくする
ことができる。従って、接合にある一定の値の電流を流
すのに必要なバイアス電圧の低減を図ることができ、あ
るいは、ある一定の値のバイアス電圧により接合に流す
ことができる電流の増大を図ることができる。
【００２３】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。図１はこの発明の一実施例による
半導体レーザーを示す。
照しながら説明する。図１はこの発明の一実施例による
半導体レーザーを示す。
【００２４】図１に示すように、この一実施例による半
導体レーザーにおいては、例えばｎ型不純物としてＳｉ
がドーピングされた例えば（１００）面方位のｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１上に、例えばｎ型不純物としてＣｌがドーピ
ングされたｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２、活性層
３、例えばｐ型不純物としてＮがドーピングされたｐ型
ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４、例えばｐ型不純物として
Ｎがドーピングされたｐ型ＺｎＳｅコンタクト層５およ
び例えばｐ型不純物としてＮがドーピングされたｐ型Ｚ
ｎＴｅコンタクト層６が順次積層されている。そして、
ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６上に例えばＡｕやＡｕ／Ｐ
ｄから成るｐ側電極７が形成されているとともに、ｎ型
ＧａＡｓ基板１の裏面に例えばＩｎから成るｎ側電極８
が形成されている。
導体レーザーにおいては、例えばｎ型不純物としてＳｉ
がドーピングされた例えば（１００）面方位のｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１上に、例えばｎ型不純物としてＣｌがドーピ
ングされたｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２、活性層
３、例えばｐ型不純物としてＮがドーピングされたｐ型
ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４、例えばｐ型不純物として
Ｎがドーピングされたｐ型ＺｎＳｅコンタクト層５およ
び例えばｐ型不純物としてＮがドーピングされたｐ型Ｚ
ｎＴｅコンタクト層６が順次積層されている。そして、
ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６上に例えばＡｕやＡｕ／Ｐ
ｄから成るｐ側電極７が形成されているとともに、ｎ型
ＧａＡｓ基板１の裏面に例えばＩｎから成るｎ側電極８
が形成されている。
【００２５】この一実施例においては、ｐ型ＺｎＳｅコ
ンタクト層５とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６との接合部
においてｐ型ＺｎＳｅコンタクト層５側に形成される空
乏層内に、ｐ型ＺｎＴｅから成る量子井戸層とｐ型Ｚｎ
Ｓｅから成る障壁層とを交互に積層した構造のｐ型Ｚｎ
Ｔｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９が設けられている。
ンタクト層５とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６との接合部
においてｐ型ＺｎＳｅコンタクト層５側に形成される空
乏層内に、ｐ型ＺｎＴｅから成る量子井戸層とｐ型Ｚｎ
Ｓｅから成る障壁層とを交互に積層した構造のｐ型Ｚｎ
Ｔｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９が設けられている。
【００２６】この一実施例による半導体レーザーにおけ
るｐ型ＺｎＳｅコンタクト層５からｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層６にわたる部分のエネルギーバンド図を図２に示
す。また、ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９の一設計
例についての価電子帯の詳細なエネルギーバンド図を図
３に示す。
るｐ型ＺｎＳｅコンタクト層５からｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層６にわたる部分のエネルギーバンド図を図２に示
す。また、ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９の一設計
例についての価電子帯の詳細なエネルギーバンド図を図
３に示す。
【００２７】図３に示すように、この場合、ｐ型ＺｎＴ
ｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９における量子井戸層の数は２１
個である。図３においては、それぞれの量子井戸層およ
び障壁層の厚さをこれらの量子井戸層および障壁層を形
成する原子層の数で示してある。すなわち、図３に示す
ように、それぞれの量子井戸層の厚さ（幅）ＬW は、ｐ
型ＺｎＳｅからｐ型ＺｎＴｅに向かって、１原子層（約
０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１原子層
（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１原子
層（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１原
子層（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１
原子層（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、
１原子層（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎ
ｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３
ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．
３ｎｍ）、２原子層（約０．６ｎｍ）、３原子層（約
０．９ｎｍ）、４原子層（約１．２ｎｍ）、５原子層
（約１．５ｎｍ）、７原子層（約２．１ｎｍ）と変化し
ている。一方、障壁層の厚さ（幅）ＬB は、ｐ型ＺｎＳ
ｅからｐ型ＺｎＴｅに向かって、４原子層（約１．２ｎ
ｍ）、４原子層（約１．２ｎｍ）、４原子層（約１．２
ｎｍ）、４原子層（約１．２ｎｍ）、３原子層（約０．
９ｎｍ）、３原子層（約０．９ｎｍ）、３原子層（約
０．９ｎｍ）、３原子層（約０．９ｎｍ）、２原子層
（約０．６ｎｍ）、２原子層（約０．６ｎｍ）、２原子
層（約０．６ｎｍ）、２原子層（約０．６ｎｍ）、１原
子層（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１
原子層（約０．３ｎｍ）、３原子層（約０．９ｎｍ）、
４原子層（約１．２ｎｍ）、４原子層（約１．２ｎ
ｍ）、２原子層（約０．６ｎｍ）、２原子層（約０．６
ｎｍ）と変化している。
ｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９における量子井戸層の数は２１
個である。図３においては、それぞれの量子井戸層およ
び障壁層の厚さをこれらの量子井戸層および障壁層を形
成する原子層の数で示してある。すなわち、図３に示す
ように、それぞれの量子井戸層の厚さ（幅）ＬW は、ｐ
型ＺｎＳｅからｐ型ＺｎＴｅに向かって、１原子層（約
０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１原子層
（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１原子
層（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１原
子層（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１
原子層（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、
１原子層（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎ
ｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３
ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．
３ｎｍ）、２原子層（約０．６ｎｍ）、３原子層（約
０．９ｎｍ）、４原子層（約１．２ｎｍ）、５原子層
（約１．５ｎｍ）、７原子層（約２．１ｎｍ）と変化し
ている。一方、障壁層の厚さ（幅）ＬB は、ｐ型ＺｎＳ
ｅからｐ型ＺｎＴｅに向かって、４原子層（約１．２ｎ
ｍ）、４原子層（約１．２ｎｍ）、４原子層（約１．２
ｎｍ）、４原子層（約１．２ｎｍ）、３原子層（約０．
９ｎｍ）、３原子層（約０．９ｎｍ）、３原子層（約
０．９ｎｍ）、３原子層（約０．９ｎｍ）、２原子層
（約０．６ｎｍ）、２原子層（約０．６ｎｍ）、２原子
層（約０．６ｎｍ）、２原子層（約０．６ｎｍ）、１原
子層（約０．３ｎｍ）、１原子層（約０．３ｎｍ）、１
原子層（約０．３ｎｍ）、３原子層（約０．９ｎｍ）、
４原子層（約１．２ｎｍ）、４原子層（約１．２ｎ
ｍ）、２原子層（約０．６ｎｍ）、２原子層（約０．６
ｎｍ）と変化している。
【００２８】この場合、ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ
層９のうちのｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６側の部分（図
３においてＢで示す）においては、量子井戸層の厚さＬ
W と障壁層の厚さＬB との和ＬW ＋ＬB が比較的大きく
なっていることによりそれぞれの量子井戸層の量子準位
は離散化しており、またこれらの量子準位はｐ型ＺｎＳ
ｅおよびｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の頂上とほぼ一致して
いる。このＢの部分におけるそれぞれの量子井戸層の量
子準位を図３中の横方向の実線で示す。一方、ｐ型Ｚｎ
Ｔｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９のうちのｐ型ＺｎＳｅコンタ
クト層５側の部分（図３においてＣで示す）において
は、量子井戸層の厚さＬW と障壁層の厚さＬB との和Ｌ
W ＋ＬB が隣接する量子井戸間の結合が十分に強くなる
程度に十分に小さくなっていることによりサブバンドＳ
Ｂ1 、ＳＢ2 、ＳＢ3 、ＳＢ4 が形成されている。これ
らのサブバンドＳＢ1 、ＳＢ2 、ＳＢ3 、ＳＢ4 の幅
は、ＬW ＋ＬB が最も大きい部分に形成されるサブバン
ドＳＢ1 から、ＬW ＋ＬB が最も小さい部分に形成され
るサブバンドＳＢ4 へと順に大きくなっている。また、
これらのサブバンドＳＢ1 、ＳＢ2 、ＳＢ3 、ＳＢ4 に
は、ｐ型ＺｎＳｅおよびｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の頂上
のエネルギーが含まれている。
層９のうちのｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６側の部分（図
３においてＢで示す）においては、量子井戸層の厚さＬ
W と障壁層の厚さＬB との和ＬW ＋ＬB が比較的大きく
なっていることによりそれぞれの量子井戸層の量子準位
は離散化しており、またこれらの量子準位はｐ型ＺｎＳ
ｅおよびｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の頂上とほぼ一致して
いる。このＢの部分におけるそれぞれの量子井戸層の量
子準位を図３中の横方向の実線で示す。一方、ｐ型Ｚｎ
Ｔｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９のうちのｐ型ＺｎＳｅコンタ
クト層５側の部分（図３においてＣで示す）において
は、量子井戸層の厚さＬW と障壁層の厚さＬB との和Ｌ
W ＋ＬB が隣接する量子井戸間の結合が十分に強くなる
程度に十分に小さくなっていることによりサブバンドＳ
Ｂ1 、ＳＢ2 、ＳＢ3 、ＳＢ4 が形成されている。これ
らのサブバンドＳＢ1 、ＳＢ2 、ＳＢ3 、ＳＢ4 の幅
は、ＬW ＋ＬB が最も大きい部分に形成されるサブバン
ドＳＢ1 から、ＬW ＋ＬB が最も小さい部分に形成され
るサブバンドＳＢ4 へと順に大きくなっている。また、
これらのサブバンドＳＢ1 、ＳＢ2 、ＳＢ3 、ＳＢ4 に
は、ｐ型ＺｎＳｅおよびｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の頂上
のエネルギーが含まれている。
【００２９】なお、この例では、ｐ型ＺｎＳｅコンタク
ト層５とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６との接合部におい
てｐ型ＺｎＳｅコンタクト層５側に形成される空乏層の
幅は約３０ｎｍである。これに対応するｐ型ＺｎＳｅコ
ンタクト層５中のアクセプタ濃度は約５．７×１０17ｃ
ｍ-3である。ただし、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６中の
アクセプタ濃度は１×１０19ｃｍ-3とし、ｐ型ＺｎＳｅ
コンタクト層５とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６との接合
はステップ接合であるとする。
ト層５とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６との接合部におい
てｐ型ＺｎＳｅコンタクト層５側に形成される空乏層の
幅は約３０ｎｍである。これに対応するｐ型ＺｎＳｅコ
ンタクト層５中のアクセプタ濃度は約５．７×１０17ｃ
ｍ-3である。ただし、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６中の
アクセプタ濃度は１×１０19ｃｍ-3とし、ｐ型ＺｎＳｅ
コンタクト層５とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６との接合
はステップ接合であるとする。
【００３０】図４は、図３に示すような、接合部におい
てｐ型ＺｎＳｅコンタクト層５側に形成される空乏層内
にｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９が設けられた構造
のｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接合に対する正孔の透過
率のエネルギー依存性の計算結果を示す。ただし、図７
と同様に、図３の横軸は、正孔のエネルギーＥの原点を
ｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の頂上にとり、このエネルギー
Ｅを接合界面におけるｐ型ＺｎＳｅとｐ型ＺｎＴｅとの
価電子帯の不連続、すなわちΔＥv で規格化したもの、
すなわちＥ／ΔＥv にとってある。
てｐ型ＺｎＳｅコンタクト層５側に形成される空乏層内
にｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９が設けられた構造
のｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接合に対する正孔の透過
率のエネルギー依存性の計算結果を示す。ただし、図７
と同様に、図３の横軸は、正孔のエネルギーＥの原点を
ｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の頂上にとり、このエネルギー
Ｅを接合界面におけるｐ型ＺｎＳｅとｐ型ＺｎＴｅとの
価電子帯の不連続、すなわちΔＥv で規格化したもの、
すなわちＥ／ΔＥv にとってある。
【００３１】図４から明らかなように、この場合には、
Ｅ／ΔＥv が０の付近、すなわち接合に印加するバイア
ス電圧が０付近であるときの接合に対する正孔の透過率
は図７の場合と比較してかなり大きくなっており、この
ように高い透過率が得られるエネルギー幅もかなり大き
くなっている。これは次のような理由によるものであ
る。すなわち、この場合には、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト
層５とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６との接合部において
ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層５側に形成される空乏層内に
おける価電子帯の曲率が小さい部分、すなわち図３にお
いてＢで示す部分に、ｐ型ＺｎＳｅおよびｐ型ＺｎＴｅ
の価電子帯の頂上のエネルギーが含まれる幅のサブバン
ドＳＢ1 、ＳＢ2 、ＳＢ3 、ＳＢ4 が形成されているた
め、これらのサブバンドＳＢ1 、ＳＢ2 、ＳＢ3 、ＳＢ
4 と、Ｂで示す部分よりもｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６
側の部分、すなわちＣで示す部分におけるそれぞれの量
子井戸層に形成される離散的な量子準位とを介した共鳴
トンネル効果により、正孔が接合を透過しやすくなった
ためである。
Ｅ／ΔＥv が０の付近、すなわち接合に印加するバイア
ス電圧が０付近であるときの接合に対する正孔の透過率
は図７の場合と比較してかなり大きくなっており、この
ように高い透過率が得られるエネルギー幅もかなり大き
くなっている。これは次のような理由によるものであ
る。すなわち、この場合には、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト
層５とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６との接合部において
ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層５側に形成される空乏層内に
おける価電子帯の曲率が小さい部分、すなわち図３にお
いてＢで示す部分に、ｐ型ＺｎＳｅおよびｐ型ＺｎＴｅ
の価電子帯の頂上のエネルギーが含まれる幅のサブバン
ドＳＢ1 、ＳＢ2 、ＳＢ3 、ＳＢ4 が形成されているた
め、これらのサブバンドＳＢ1 、ＳＢ2 、ＳＢ3 、ＳＢ
4 と、Ｂで示す部分よりもｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６
側の部分、すなわちＣで示す部分におけるそれぞれの量
子井戸層に形成される離散的な量子準位とを介した共鳴
トンネル効果により、正孔が接合を透過しやすくなった
ためである。
【００３２】次に、上述のように構成されたこの一実施
例による半導体レーザーの製造方法について説明する。
例による半導体レーザーの製造方法について説明する。
【００３３】図１に示すように、まず、ｎ型ＧａＡｓ基
板１上に、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法によ
り、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２、活性層３、ｐ型
ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト
層５、ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９およびｐ型Ｚ
ｎＴｅコンタクト層６を順次エピタキシャル成長させ
る。ここで、ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９の形成
は、ＭＢＥ装置における分子線のシャッターの開閉だけ
で容易に行うことが可能である。
板１上に、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法によ
り、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２、活性層３、ｐ型
ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト
層５、ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９およびｐ型Ｚ
ｎＴｅコンタクト層６を順次エピタキシャル成長させ
る。ここで、ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９の形成
は、ＭＢＥ装置における分子線のシャッターの開閉だけ
で容易に行うことが可能である。
【００３４】このＭＢＥ法によるエピタキシャル成長に
おいては、例えば、Ｚｎ原料としては純度９９．９９９
９％のＺｎを用い、Ｍｇ原料としては純度９９．９％の
Ｍｇを用い、Ｓ原料としては９９．９９９９％のＺｎＳ
を用い、Ｓｅ原料としては純度９９．９９９９％のＳｅ
を用いる。また、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２のｎ
型不純物としてのＣｌのドーピングは例えば純度９９．
９９９９％のＺｎＣｌ2 をドーパントとして用いて行
い、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４、ｐ型ＺｎＳｅコ
ンタクト層５、ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９およ
びｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６のｐ型不純物としてのＮ
のドーピングは例えば電子サイクロトロン共鳴（ＥＣ
Ｒ）を用いたプラズマガンにより発生されたＮ2 プラズ
マを照射することにより行う。
おいては、例えば、Ｚｎ原料としては純度９９．９９９
９％のＺｎを用い、Ｍｇ原料としては純度９９．９％の
Ｍｇを用い、Ｓ原料としては９９．９９９９％のＺｎＳ
を用い、Ｓｅ原料としては純度９９．９９９９％のＳｅ
を用いる。また、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２のｎ
型不純物としてのＣｌのドーピングは例えば純度９９．
９９９９％のＺｎＣｌ2 をドーパントとして用いて行
い、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４、ｐ型ＺｎＳｅコ
ンタクト層５、ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９およ
びｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６のｐ型不純物としてのＮ
のドーピングは例えば電子サイクロトロン共鳴（ＥＣ
Ｒ）を用いたプラズマガンにより発生されたＮ2 プラズ
マを照射することにより行う。
【００３５】この後、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６上に
ｐ側電極７を形成するとともに、ｎ型ＧａＡｓ基板１の
裏面にｎ側電極８を形成して、目的とする半導体レーザ
ーを完成させる。
ｐ側電極７を形成するとともに、ｎ型ＧａＡｓ基板１の
裏面にｎ側電極８を形成して、目的とする半導体レーザ
ーを完成させる。
【００３６】以上のように、この一実施例による半導体
レーザーによれば、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層５とｐ型
ＺｎＴｅコンタクト層６との接合部においてｐ型ＺｎＳ
ｅコンタクト層５側に形成される空乏層内にｐ型ＺｎＴ
ｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９が形成され、このｐ型ＺｎＴｅ
／ＺｎＳｅＭＱＷ層９のうちのｐ型ＺｎＳｅコンタクト
層５側の部分におけるそれぞれの量子井戸層にはｐ型Ｚ
ｎＳｅおよびｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の頂上のエネルギ
ーとほぼ等しい離散的な量子準位が形成され、このｐ型
ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９のうちのｐ型ＺｎＴｅコ
ンタクト層６側の部分における量子井戸層にはｐ型Ｚｎ
Ｓｅおよびｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の頂上のエネルギー
が含まれる幅のサブバンドＳＢ1 、ＳＢ2 、ＳＢ3 、Ｓ
Ｂ4 が形成されていることにより、ｐ型ＺｎＳｅコンタ
クト層５とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６との接合に印加
するバイアス電圧が０付近であるときのこの接合に対す
る正孔の透過率を大きくすることができ、従ってこの接
合に流すことができる電流の増大を図ることができる。
あるいは、この接合に一定の電流を流すのに必要なバイ
アス電圧の低減を図ることができる。また、これによっ
て半導体レーザーの動作条件が緩やかになるため、半導
体レーザーの動作の安定化、寿命の向上、信頼性の向上
などを図ることができる。
レーザーによれば、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層５とｐ型
ＺｎＴｅコンタクト層６との接合部においてｐ型ＺｎＳ
ｅコンタクト層５側に形成される空乏層内にｐ型ＺｎＴ
ｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９が形成され、このｐ型ＺｎＴｅ
／ＺｎＳｅＭＱＷ層９のうちのｐ型ＺｎＳｅコンタクト
層５側の部分におけるそれぞれの量子井戸層にはｐ型Ｚ
ｎＳｅおよびｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の頂上のエネルギ
ーとほぼ等しい離散的な量子準位が形成され、このｐ型
ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層９のうちのｐ型ＺｎＴｅコ
ンタクト層６側の部分における量子井戸層にはｐ型Ｚｎ
Ｓｅおよびｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の頂上のエネルギー
が含まれる幅のサブバンドＳＢ1 、ＳＢ2 、ＳＢ3 、Ｓ
Ｂ4 が形成されていることにより、ｐ型ＺｎＳｅコンタ
クト層５とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層６との接合に印加
するバイアス電圧が０付近であるときのこの接合に対す
る正孔の透過率を大きくすることができ、従ってこの接
合に流すことができる電流の増大を図ることができる。
あるいは、この接合に一定の電流を流すのに必要なバイ
アス電圧の低減を図ることができる。また、これによっ
て半導体レーザーの動作条件が緩やかになるため、半導
体レーザーの動作の安定化、寿命の向上、信頼性の向上
などを図ることができる。
【００３７】以上により、電圧−電流特性が良好な青色
ないし緑色で発光が可能な半導体レーザーを実現するこ
とができる。
ないし緑色で発光が可能な半導体レーザーを実現するこ
とができる。
【００３８】以上、この発明の一実施例につき具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
のではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
のではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。
【００３９】例えば、上述の一実施例においては、この
発明を半導体レーザーに適用した場合について説明した
が、この発明は、例えばｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接
合を有する発光ダイオードに適用することも可能であ
り。より一般的には、この発明は、接合界面において価
電子帯または伝導帯に不連続が存在するｐ−ｐ接合また
はｎ−ｎ接合を有する各種の半導体装置に適用すること
が可能である。さらにまた、この発明は、互いに仕事関
数の差が大きい金属と半導体との接合を有する半導体装
置に適用することも可能である。
発明を半導体レーザーに適用した場合について説明した
が、この発明は、例えばｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接
合を有する発光ダイオードに適用することも可能であ
り。より一般的には、この発明は、接合界面において価
電子帯または伝導帯に不連続が存在するｐ−ｐ接合また
はｎ−ｎ接合を有する各種の半導体装置に適用すること
が可能である。さらにまた、この発明は、互いに仕事関
数の差が大きい金属と半導体との接合を有する半導体装
置に適用することも可能である。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による半
導体装置によれば、接合界面において価電子帯または伝
導帯に大きな不連続が存在するｐ−ｐ接合またはｎ−ｎ
接合を有する場合に、接合に印加するバイアス電圧が０
付近であるときの接合に対する正孔または電子の透過率
を大きくすることができ、これによって接合に電流を流
しやすくすることができる。また、この発明による半導
体装置によれば、互いに仕事関数に大きな差がある金属
と半導体との接合を有する場合に、接合に印加するバイ
アス電圧が０付近であるときの接合に対する正孔または
電子の透過率を大きくすることができ、これによって接
合に電流を流しやすくすることができる。
導体装置によれば、接合界面において価電子帯または伝
導帯に大きな不連続が存在するｐ−ｐ接合またはｎ−ｎ
接合を有する場合に、接合に印加するバイアス電圧が０
付近であるときの接合に対する正孔または電子の透過率
を大きくすることができ、これによって接合に電流を流
しやすくすることができる。また、この発明による半導
体装置によれば、互いに仕事関数に大きな差がある金属
と半導体との接合を有する場合に、接合に印加するバイ
アス電圧が０付近であるときの接合に対する正孔または
電子の透過率を大きくすることができ、これによって接
合に電流を流しやすくすることができる。
【図１】この発明の一実施例による半導体レーザーを示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】この発明の一実施例による半導体レーザーにお
けるｐ型ＺｎＳｅコンタクト層からｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層にわたる部分のエネルギーバンド図である。
けるｐ型ＺｎＳｅコンタクト層からｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層にわたる部分のエネルギーバンド図である。
【図３】この発明の一実施例による半導体レーザーにお
けるｐ型ＺｎＳｅコンタクト層からｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層にわたる部分の価電子帯を詳細に示すエネルギー
バンド図である。
けるｐ型ＺｎＳｅコンタクト層からｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層にわたる部分の価電子帯を詳細に示すエネルギー
バンド図である。
【図４】この発明の一実施例による半導体レーザーにお
けるｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接合に対する正孔の透
過率のエネルギー依存性の計算結果の一例を示すグラフ
である。
けるｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接合に対する正孔の透
過率のエネルギー依存性の計算結果の一例を示すグラフ
である。
【図５】ｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接合のエネルギー
バンド図である。
バンド図である。
【図６】特願平４−１８５８２１号において本出願人に
より提案されたｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層を用い
たｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接合の一例を示すエネル
ギーバンド図である。
より提案されたｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層を用い
たｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接合の一例を示すエネル
ギーバンド図である。
【図７】図６に示すｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接合に
対する正孔の透過率のエネルギー依存性の計算結果の一
例を示すグラフである。
対する正孔の透過率のエネルギー依存性の計算結果の一
例を示すグラフである。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層 ３ 活性層 ４ ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層 ５ ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層 ６ ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層 ７ ｐ側電極 ８ ｎ側電極 ９ ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ層
フロントページの続き (56)参考文献 ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑ ｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓ，Ｖｏｌ．25 Ｎｏ．１，ｐ．12−19 Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ ｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．58 Ｎｏ．17, ｐ．1822−1824 Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ ｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．60 Ｎｏ．17, ｐ．2045−2047 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00
Claims (5)
- 【請求項１】 互いに導電型が同一の第１の半導体と第
２の半導体との接合を有し、上記第１の半導体および上
記第２の半導体がｐ型である場合には上記接合の界面に
おいて上記第１の半導体の価電子帯の頂上のエネルギー
は上記第２の半導体の価電子帯の頂上のエネルギーより
も低く、上記第１の半導体および上記第２の半導体がｎ
型である場合には上記接合の界面において上記第１の半
導体の伝導帯の底のエネルギーは上記第２の半導体の伝
導帯の底のエネルギーよりも高い半導体装置において、 上記第１の半導体側に形成される上記接合の空乏層内に
上記第２の半導体から成る量子井戸層および上記第１の
半導体から成る障壁層を有する多重量子井戸層が設けら
れ、 上記多重量子井戸層のうちの上記第２の半導体側の部分
においては、上記第１の半導体および上記第２の半導体
がｐ型である場合にはそれぞれの上記量子井戸層に上記
第１の半導体および上記第２の半導体の価電子帯の頂上
のエネルギーとほぼ等しい離散的な量子準位が形成さ
れ、上記第１の半導体および上記第２の半導体がｎ型で
ある場合にはそれぞれの上記量子井戸層に上記第１の半
導体および上記第２の半導体の伝導帯の底のエネルギー
とほぼ等しい離散的な量子準位が形成されるようにそれ
ぞれの上記量子井戸層およびそれぞれの上記障壁層の厚
さが設定されているとともに、上記多重量子井戸層のう
ちの上記第１の半導体側の部分においては、上記第１の
半導体および上記第２の半導体がｐ型である場合には上
記量子井戸層に上記第１の半導体および上記第２の半導
体の価電子帯の頂上のエネルギーがほぼ含まれる幅のサ
ブバンドが形成され、上記第１の半導体および上記第２
の半導体がｎ型である場合には上記量子井戸層に上記第
１の半導体および上記第２の半導体の伝導帯の底のエネ
ルギーがほぼ含まれる幅のサブバンドが形成されるよう
にそれぞれの上記量子井戸層およびそれぞれの上記障壁
層の厚さが設定されていることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項２】 上記第１の半導体は第１のｐ型のＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体であり、上記第２の半導体は第２の
ｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であり、 上記多重量子井戸層のうちの上記第２のｐ型のＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体側の部分においてはそれぞれの上記量
子井戸層に上記第１のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
および上記第２のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の価
電子帯の頂上のエネルギーとほぼ等しい離散的な量子準
位が形成されるようにそれぞれの上記量子井戸層および
それぞれの上記障壁層の厚さが設定されているととも
に、上記多重量子井戸層のうちの上記第１のｐ型のＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体側の部分においては上記量子井戸
層に上記第１のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体および
上記第２のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の価電子帯
の頂上のエネルギーがほぼ含まれる幅のサブバンドが形
成されるようにそれぞれの上記量子井戸層およびそれぞ
れの上記障壁層の厚さが設定されていることを特徴とす
る請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項３】 上記第１のｐ型のＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体はｐ型ＺｎＳｅであり、上記第２のｐ型のＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体はｐ型ＺｎＴｅであることを特徴とす
る請求項２記載の半導体装置。 - 【請求項４】 金属と半導体との接合を有し、上記半導
体がｎ型である場合には上記金属の仕事関数は上記半導
体の仕事関数よりも大きく、上記半導体がｐ型である場
合には上記金属の仕事関数は上記半導体の仕事関数より
も小さい半導体装置において、 上記半導体側に形成される上記接合の空乏層内に上記半
導体と異なる半導体から成る量子井戸層および上記半導
体から成る障壁層を有する多重量子井戸層が設けられ、 上記多重量子井戸層のうちの上記金属側の部分において
は、上記半導体がｎ型である場合にはそれぞれの上記量
子井戸層に上記金属のフェルミ準位および上記異なる半
導体の伝導帯の底のエネルギーとほぼ等しい離散的な量
子準位が形成され、上記半導体がｐ型である場合にはそ
れぞれの上記量子井戸層に上記金属のフェルミ準位およ
び上記異なる半導体の価電子帯の頂上のエネルギーとほ
ぼ等しい離散的な量子準位が形成されるようにそれぞれ
の上記量子井戸層およびそれぞれの上記障壁層の厚さが
設定されているとともに、上記多重量子井戸層のうちの
上記半導体側の部分においては、上記半導体がｎ型であ
る場合には上記量子井戸層に上記金属のフェルミ準位お
よび上記異なる半導体の伝導帯の底のエネルギーがほぼ
含まれる幅のサブバンドが形成され、上記半導体がｐ型
である場合には上記量子井戸層に上記金属のフェルミ準
位および上記異なる半導体の価電子帯の頂上のエネルギ
ーがほぼ含まれる幅のサブバンドが形成されるようにそ
れぞれの上記量子井戸層およびそれぞれの上記障壁層の
厚さが設定されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項５】 上記半導体装置は発光素子であることを
特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の半導体装
置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12552193A JP3291834B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 半導体装置 |
| KR1019930010375A KR100292308B1 (ko) | 1992-06-19 | 1993-06-09 | 반도체장치 |
| TW082104836A TW230850B (ja) | 1992-06-19 | 1993-06-17 | |
| DE69313033T DE69313033T2 (de) | 1992-06-19 | 1993-06-18 | Lichtemittierende Vorrichtung |
| EP93109802A EP0574947B1 (en) | 1992-06-19 | 1993-06-18 | Light emitting device |
| US08/078,037 US5471067A (en) | 1992-06-19 | 1993-06-18 | Semiconductor metal contacting structure and a light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12552193A JP3291834B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06314848A JPH06314848A (ja) | 1994-11-08 |
| JP3291834B2 true JP3291834B2 (ja) | 2002-06-17 |
Family
ID=14912222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12552193A Expired - Fee Related JP3291834B2 (ja) | 1992-06-19 | 1993-04-28 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3291834B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4888206A (en) * | 1988-05-25 | 1989-12-19 | Hope Henry F | Method and apparatus for coating a substrate with alkaline or alkaline earth metals |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP12552193A patent/JP3291834B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．５８ Ｎｏ．１７，ｐ．１８２２−１８２４ |
| Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６０ Ｎｏ．１７，ｐ．２０４５−２０４７ |
| ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．１，ｐ．１２−１９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06314848A (ja) | 1994-11-08 |
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Legal Events
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