JP3461611B2 - Ii−vi族化合物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
Ii−vi族化合物半導体装置及びその製造方法Info
- Publication number
- JP3461611B2 JP3461611B2 JP06637395A JP6637395A JP3461611B2 JP 3461611 B2 JP3461611 B2 JP 3461611B2 JP 06637395 A JP06637395 A JP 06637395A JP 6637395 A JP6637395 A JP 6637395A JP 3461611 B2 JP3461611 B2 JP 3461611B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- additive element
- electrode
- semiconductor layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 159
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims description 45
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 56
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 56
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 44
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 43
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 33
- 239000006023 eutectic alloy Substances 0.000 claims description 30
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 21
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 19
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 15
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims 2
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 301
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 15
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 15
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 7
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 4
- 229910018219 SeTe Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 3
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- FESBVLZDDCQLFY-UHFFFAOYSA-N sete Chemical compound [Te]=[Se] FESBVLZDDCQLFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 3-azaniumyl-2-hydroxypropanoate Chemical compound NCC(O)C(O)=O BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical class [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910008348 SnCd Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- JGJLWPGRMCADHB-UHFFFAOYSA-N hypobromite Inorganic materials Br[O-] JGJLWPGRMCADHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N (2,5-dioxopyrrolidin-1-yl) 4-pyren-1-ylbutanoate Chemical compound C=1C=C(C2=C34)C=CC3=CC=CC4=CC=C2C=1CCCC(=O)ON1C(=O)CCC1=O YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020565 PbCd Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229910005728 SnZn Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- KUAZQDVKQLNFPE-UHFFFAOYSA-N thiram Chemical compound CN(C)C(=S)SSC(=S)N(C)C KUAZQDVKQLNFPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/45—Ohmic electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
-
- 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
- H01L33/02—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 characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/28—Materials of the light emitting region containing only elements of Group II and Group VI of the Periodic Table
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
- H01S2301/176—Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
- H01S5/04252—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
- H01S5/04254—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/327—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIBVI compounds, e.g. ZnCdSe-laser
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、II−VI族化合物半導体
装置及びその製造方法に関する。更に詳しくは、接触抵
抗の小さい電極構造に特徴を有するII−VI族化合物半導
体装置及びその製造方法に関し、特にオーミック接触を
可能とする電極層を有するII−VI族化合物半導体装置及
びその製造方法に関する。
装置及びその製造方法に関する。更に詳しくは、接触抵
抗の小さい電極構造に特徴を有するII−VI族化合物半導
体装置及びその製造方法に関し、特にオーミック接触を
可能とする電極層を有するII−VI族化合物半導体装置及
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】これまで、II−VI族化合物半導体装置に
用いる電極の構造として種々のものが検討されてきた。
例えば、HaaseらはLi、Na、Mg、Ti、Cr、M
n、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Hg、A
l、In、Sn、Pb、Sb、Bi及びこれらの合金の
電極材料としての可能性を調べている(“Short wavele
ngth II-VI laser diodes ”,Inst. Phys. Conf. Ser.
No.120 p.9)。しかしながら、II−VI族化合物半導体に
対してオーミック接触の得られる電極材料は見つかって
いない。
用いる電極の構造として種々のものが検討されてきた。
例えば、HaaseらはLi、Na、Mg、Ti、Cr、M
n、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Hg、A
l、In、Sn、Pb、Sb、Bi及びこれらの合金の
電極材料としての可能性を調べている(“Short wavele
ngth II-VI laser diodes ”,Inst. Phys. Conf. Ser.
No.120 p.9)。しかしながら、II−VI族化合物半導体に
対してオーミック接触の得られる電極材料は見つかって
いない。
【0003】このようなことから、一般的にAuが電極
用の金属として用いられているが、例えばAuはp型Z
nSeに対して電位障壁約1.2eVを持つショットキー接
合を形成し、オーミック接触が得られていない。そこ
で、例えばp型ZnSeに対するオーミック接触を得る
ために、電極とp型ZnSeの間にCdSe層やHgS
e層である低接触エネルギー障壁中間層をエピタキシャ
ル成長させる方法や、コンタクト層としてp型ZnTe
を用い、p型ZnSeとp型ZnTeとの間にp型Zn
SeTe傾斜組成層又はp型ZnSe/ZnTe歪超格
子層の中間層を用いる方法が考えられている。大塚ら
は、Au/p−CdSeのオーミック接触を確認し、A
u/p−CdSe/p−ZnSeのオーミック接触の可
能性について報告している("p-CdSeの作製と評価"、大
塚 他、第54回応物予稿集、p.255)。また、Lansari
らは、p型ZnSe上にMBE法により低接触エネルギ
ー障壁中間層としてHgSeを成長し、Auを電極用の
金属として用いることで良好なオーミック接触を得てい
る("Improved ohmic contact for p-type ZnSe and rel
ated p-on-n diode", Y.Lansari et.al, Appl. Phys. L
ett. 61 p.2554)。また、Fanらにより("Graded bandgap
ohc contact to p-ZnSe", Y.Fan et.al, Appl. Phys.
Lett. 61 p.3160) 、あるいはHieiらにより("Ohmic con
tact to p-type ZnSe using ZnTe/ZnSe multiquantum w
ells", F.Hiei et.al, Electronics Lett. 29 p.878)、
コンタクト層としてp型ZnTeを用い、p型ZnSe
とp型ZnTeとの間にp型ZnSeTe傾斜組成層又
はp型ZnSe/ZnTe歪超格子層の中間層を用いる
方法で、オーミック接触の実現が報告されている。
用の金属として用いられているが、例えばAuはp型Z
nSeに対して電位障壁約1.2eVを持つショットキー接
合を形成し、オーミック接触が得られていない。そこ
で、例えばp型ZnSeに対するオーミック接触を得る
ために、電極とp型ZnSeの間にCdSe層やHgS
e層である低接触エネルギー障壁中間層をエピタキシャ
ル成長させる方法や、コンタクト層としてp型ZnTe
を用い、p型ZnSeとp型ZnTeとの間にp型Zn
SeTe傾斜組成層又はp型ZnSe/ZnTe歪超格
子層の中間層を用いる方法が考えられている。大塚ら
は、Au/p−CdSeのオーミック接触を確認し、A
u/p−CdSe/p−ZnSeのオーミック接触の可
能性について報告している("p-CdSeの作製と評価"、大
塚 他、第54回応物予稿集、p.255)。また、Lansari
らは、p型ZnSe上にMBE法により低接触エネルギ
ー障壁中間層としてHgSeを成長し、Auを電極用の
金属として用いることで良好なオーミック接触を得てい
る("Improved ohmic contact for p-type ZnSe and rel
ated p-on-n diode", Y.Lansari et.al, Appl. Phys. L
ett. 61 p.2554)。また、Fanらにより("Graded bandgap
ohc contact to p-ZnSe", Y.Fan et.al, Appl. Phys.
Lett. 61 p.3160) 、あるいはHieiらにより("Ohmic con
tact to p-type ZnSe using ZnTe/ZnSe multiquantum w
ells", F.Hiei et.al, Electronics Lett. 29 p.878)、
コンタクト層としてp型ZnTeを用い、p型ZnSe
とp型ZnTeとの間にp型ZnSeTe傾斜組成層又
はp型ZnSe/ZnTe歪超格子層の中間層を用いる
方法で、オーミック接触の実現が報告されている。
【0004】更に、Lim らによりLi3Nを拡散することで
オーミック接触が得られている( “Highly conductive
p-type ZnSe formation using Li3N diffusion”,S.W.L
im et al.,Extended Abstracts of SSDM,1994 p.967 )
オーミック接触が得られている( “Highly conductive
p-type ZnSe formation using Li3N diffusion”,S.W.L
im et al.,Extended Abstracts of SSDM,1994 p.967 )
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
II−VI族化合物半導体に対するオーミック接触を得る方
法は、いずれも十分に満足できるものではなく、例え
ば、上記方法には以下のような問題がある。CdSeを
用いる方法では、CdSe自身のアクセプター濃度が1
×1017cm -3と小さいため、接触抵抗の低減が困難とな
る。HgSeを用いる方法では、素子作製工程におい
て、例えば他の層の形成に用いるMBE装置を共用した
場合、Hg原子が他の層中に混入されるため、素子特性
が劣化する。これに対し、HgSe成長のための専用M
BE装置を設けると生産性が乏しくなる。また、HgS
eは化学的・物理的安定性に乏しい。
II−VI族化合物半導体に対するオーミック接触を得る方
法は、いずれも十分に満足できるものではなく、例え
ば、上記方法には以下のような問題がある。CdSeを
用いる方法では、CdSe自身のアクセプター濃度が1
×1017cm -3と小さいため、接触抵抗の低減が困難とな
る。HgSeを用いる方法では、素子作製工程におい
て、例えば他の層の形成に用いるMBE装置を共用した
場合、Hg原子が他の層中に混入されるため、素子特性
が劣化する。これに対し、HgSe成長のための専用M
BE装置を設けると生産性が乏しくなる。また、HgS
eは化学的・物理的安定性に乏しい。
【0006】ZnTeを用いる方法では、ZnSeと大
きく格子定数が違うため膜中に残留する応力による素子
特性劣化への影響が考えられ、またZnTeのキャリア
濃度の最適化も難しい。なお、格子定数は、上記いずれ
の中間層でもZnSeと大きく異なっており、同様に歪
みの問題が生じ、さらにはエピタキシャル成長されなけ
ればならないため、生産性が低くなる。
きく格子定数が違うため膜中に残留する応力による素子
特性劣化への影響が考えられ、またZnTeのキャリア
濃度の最適化も難しい。なお、格子定数は、上記いずれ
の中間層でもZnSeと大きく異なっており、同様に歪
みの問題が生じ、さらにはエピタキシャル成長されなけ
ればならないため、生産性が低くなる。
【0007】また、Li3 Nを拡散する場合、拡散温度
が470℃と高いため、素子構造にこの方法を適用した
場合、素子特性が劣化することが考えられ、さらにLi
原子は極めて拡散しやすいことから、経時的な素子特性
の劣化を引き起こす。更に、上記方法で用いられるAu
電極は、密着性等の機械的強度に劣る。そこで、II−VI
族化合物半導体の中でも特にp型ZnXMg1-XSYSe
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体に対してオーミ
ック接触を得ることのできる新たな電極構造を創り出す
べく検討を行った。
が470℃と高いため、素子構造にこの方法を適用した
場合、素子特性が劣化することが考えられ、さらにLi
原子は極めて拡散しやすいことから、経時的な素子特性
の劣化を引き起こす。更に、上記方法で用いられるAu
電極は、密着性等の機械的強度に劣る。そこで、II−VI
族化合物半導体の中でも特にp型ZnXMg1-XSYSe
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体に対してオーミ
ック接触を得ることのできる新たな電極構造を創り出す
べく検討を行った。
【0008】さて、図8は、金属とp型ZnSeとの間
の電位障壁φBをパラメータとして、p型ZnSeと金
属によるショットキー接合の接触抵抗のイオン化不純物
濃度依存性を示す図である。図7は、金属とp型ZnS
eとの接触界面でのショットキー障壁の厚さWを説明す
るためのバンドモデル図である。なお、φBは式φB=χ
s+Eg −φM から導き出すことができる。式中χs は
半導体の電子親和力、Eg は半導体のバンドギャップ、
φM は金属の仕事関数をそれぞれ示しており、これらの
関係を図10に示す。図8は、熱放出トンネル電流を考
慮したYuのモデル( “Electron Tunneling and Contact
Resistance of Metal-Si Contact Barrier ”,A.Y.C.Y
u,Solid State Electronics Vol.13,p239(1970))を用い
て計算によって求めたものであるが、この結果から、イ
オン化不純物濃度が大きくなるにつれて接触抵抗が小さ
くなることが分かる。これは、図8に示すショットキー
障壁の厚さWがイオン化不純物濃度の増加に伴い小さく
なり、その結果トンネル電流が急激に増加することによ
る。
の電位障壁φBをパラメータとして、p型ZnSeと金
属によるショットキー接合の接触抵抗のイオン化不純物
濃度依存性を示す図である。図7は、金属とp型ZnS
eとの接触界面でのショットキー障壁の厚さWを説明す
るためのバンドモデル図である。なお、φBは式φB=χ
s+Eg −φM から導き出すことができる。式中χs は
半導体の電子親和力、Eg は半導体のバンドギャップ、
φM は金属の仕事関数をそれぞれ示しており、これらの
関係を図10に示す。図8は、熱放出トンネル電流を考
慮したYuのモデル( “Electron Tunneling and Contact
Resistance of Metal-Si Contact Barrier ”,A.Y.C.Y
u,Solid State Electronics Vol.13,p239(1970))を用い
て計算によって求めたものであるが、この結果から、イ
オン化不純物濃度が大きくなるにつれて接触抵抗が小さ
くなることが分かる。これは、図8に示すショットキー
障壁の厚さWがイオン化不純物濃度の増加に伴い小さく
なり、その結果トンネル電流が急激に増加することによ
る。
【0009】このようなことは、金属/p型ZnXMg
1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)界面、金属
/中間層界面あるいは中間層/p型ZnXMg1-XSYS
e1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)界面に関しても共通
にいえることであり、例えば、図8と同じ図を作成する
と、同一の電位障壁パラメータに対して接触抵抗が一桁
程度異なるだけであり、その傾向は同じになる。
1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)界面、金属
/中間層界面あるいは中間層/p型ZnXMg1-XSYS
e1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)界面に関しても共通
にいえることであり、例えば、図8と同じ図を作成する
と、同一の電位障壁パラメータに対して接触抵抗が一桁
程度異なるだけであり、その傾向は同じになる。
【0010】すなわち、p型ZnXMg1-XSYSe
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層表面でのイオ
ン化不純物濃度を大きくしこの上に金属電極が形成され
た構造を用いれば、オーミック接触が得られる。しかし
ながら、p型のZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、
0≦Y≦1)半導体膜はMBE法でしか形成できず、イ
オン化不純物濃度も1017cm-3台を得るのが精々である
というのが現状であり、オーミック接触が得られる程イ
オン化不純物濃度の大きい膜は形成できなかった。
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層表面でのイオ
ン化不純物濃度を大きくしこの上に金属電極が形成され
た構造を用いれば、オーミック接触が得られる。しかし
ながら、p型のZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、
0≦Y≦1)半導体膜はMBE法でしか形成できず、イ
オン化不純物濃度も1017cm-3台を得るのが精々である
というのが現状であり、オーミック接触が得られる程イ
オン化不純物濃度の大きい膜は形成できなかった。
【0011】更に、特開平5−259509号公報で
は、中間層がZnCdSe及びZnHgSeに限定され
ており、かつ中間層の製造方法がMBE法により堆積し
ているので生産性に乏しかった。以上に鑑み、本発明
は、イオン化不純物濃度の大きいp型ZnXMg1-XSY
Se1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層を直接形
成せずに接触抵抗の小さい電極がえられるII−VI族化合
物半導体装置及びその製造方法を提供することを目的と
する。
は、中間層がZnCdSe及びZnHgSeに限定され
ており、かつ中間層の製造方法がMBE法により堆積し
ているので生産性に乏しかった。以上に鑑み、本発明
は、イオン化不純物濃度の大きいp型ZnXMg1-XSY
Se1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層を直接形
成せずに接触抵抗の小さい電極がえられるII−VI族化合
物半導体装置及びその製造方法を提供することを目的と
する。
【0012】
【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、半導体基板上にZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層を有し、該半導体層上に半導
体層を構成する元素とCd又はTeからなる添加物元素
との化合物からなる中間層を有し、中間層上に添加物元
素及び添加物元素と共晶金属を形成する金属の両方を含
んでなる電極層を有することを特徴とするII−VI族化合
物半導体装置が提供される。
ば、半導体基板上にZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層を有し、該半導体層上に半導
体層を構成する元素とCd又はTeからなる添加物元素
との化合物からなる中間層を有し、中間層上に添加物元
素及び添加物元素と共晶金属を形成する金属の両方を含
んでなる電極層を有することを特徴とするII−VI族化合
物半導体装置が提供される。
【0013】
【0014】本発明に使用できる半導体基板は、特に限
定されないが、例えばGaAs等が挙げられる。また、
使用する半導体基板の導電型は、特に限定されず、n型
でもp型でもよい。本発明の半導体装置は、例えば発光
ダイオード、図5に示すような半導体レーザ等の装置と
して使用することができる。これら装置は、基板上に半
導体層が積層されて構成される装置であって、その半導
体層としてp型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、
0≦Y≦1)半導体層を有している。半導体層の最上層
には電極層が形成されており、この電極層が、 Cd又はTeからなる構成元素とこの構成元素と共晶
合金を形成しうる金属を含んでなる構造、 半導体層を構成する元素とCd又はTeからなる添加
物元素との化合物からなる中間層上に、添加物元素との
間に共晶合金を形成しうる金属を含んでなる電極層から
なる積層構造 となっているものである。
定されないが、例えばGaAs等が挙げられる。また、
使用する半導体基板の導電型は、特に限定されず、n型
でもp型でもよい。本発明の半導体装置は、例えば発光
ダイオード、図5に示すような半導体レーザ等の装置と
して使用することができる。これら装置は、基板上に半
導体層が積層されて構成される装置であって、その半導
体層としてp型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、
0≦Y≦1)半導体層を有している。半導体層の最上層
には電極層が形成されており、この電極層が、 Cd又はTeからなる構成元素とこの構成元素と共晶
合金を形成しうる金属を含んでなる構造、 半導体層を構成する元素とCd又はTeからなる添加
物元素との化合物からなる中間層上に、添加物元素との
間に共晶合金を形成しうる金属を含んでなる電極層から
なる積層構造 となっているものである。
【0015】半導体層は、1層又は複数層の積層体であ
ってもよい。例えば、半導体レーザーにおいては、Zn
SSeからなるバッファ層、ZnMgSSeからなるク
ラッド層、ZnSSeからなる光導波路層、ZnCdS
eからなる活性層、ZnSSeからなる光導波路層、Z
nMgSSeからなるクラッド層、ZnSeからなるコ
ンタクト層を有する積層体が、本発明の限定されない半
導体層の具体例として挙げられる。また、使用する半導
体層の導電型は、特に限定されず、n型でもp型でもよ
い。
ってもよい。例えば、半導体レーザーにおいては、Zn
SSeからなるバッファ層、ZnMgSSeからなるク
ラッド層、ZnSSeからなる光導波路層、ZnCdS
eからなる活性層、ZnSSeからなる光導波路層、Z
nMgSSeからなるクラッド層、ZnSeからなるコ
ンタクト層を有する積層体が、本発明の限定されない半
導体層の具体例として挙げられる。また、使用する半導
体層の導電型は、特に限定されず、n型でもp型でもよ
い。
【0016】半導体層としては、例えばZnS(X=
1、Y=1)、MgS(X=0、Y=1)、ZnSe
(X=1、Y=0)、MgSe(X=0、Y=0)、Z
nSYSe1-Y(X=1、0<Y<1)、MgSYSe1-Y
(X=0、0<Y<1)、ZnXMg1-XS(0<X<
1、Y=1)、ZnXMg1-XSe(0<X<1、Y=
0)、ZnXMg1-XSYSe1-Y(0<X<1、0<Y<
1)が挙げられる。これらの半導体層のうち好ましいの
は、コンタクト層として最もよく用いられるZnSe、
GaAsと格子整合したZnS0.07Se0.93及びGaA
sと格子整合し、かつバンドギャップエネルギーが3.
0eV以下で実効アクセプタ濃度Na−Ndが1017cm
-3以上のZnMgSSe等である。その膜厚は、特に限
定されるものではなく、半導体装置の用途などにより適
宜調整することができる。
1、Y=1)、MgS(X=0、Y=1)、ZnSe
(X=1、Y=0)、MgSe(X=0、Y=0)、Z
nSYSe1-Y(X=1、0<Y<1)、MgSYSe1-Y
(X=0、0<Y<1)、ZnXMg1-XS(0<X<
1、Y=1)、ZnXMg1-XSe(0<X<1、Y=
0)、ZnXMg1-XSYSe1-Y(0<X<1、0<Y<
1)が挙げられる。これらの半導体層のうち好ましいの
は、コンタクト層として最もよく用いられるZnSe、
GaAsと格子整合したZnS0.07Se0.93及びGaA
sと格子整合し、かつバンドギャップエネルギーが3.
0eV以下で実効アクセプタ濃度Na−Ndが1017cm
-3以上のZnMgSSe等である。その膜厚は、特に限
定されるものではなく、半導体装置の用途などにより適
宜調整することができる。
【0017】本発明の中間層は、例えば、上記半導体層
を構成する元素とCdとの化合物からなる場合、半導体
層を構成する元素とTeとの化合物からなる場合、上記
2種類の化合物からなる場合、さらには3元、4元とい
った3元系以上の化合物からなる場合等がある。具体的
には、ZnSCd、MgSeCd、ZnSSeCd、M
gSSeCd、ZnMgSCd、ZnMgSeCd、Z
nMgSSeCd、ZnSTe、MgSeTe、ZnS
SeTe、MgSSeTe、ZnMgSTe、ZnMg
SeTe、ZnMgSSeTe、等が挙げられる。
を構成する元素とCdとの化合物からなる場合、半導体
層を構成する元素とTeとの化合物からなる場合、上記
2種類の化合物からなる場合、さらには3元、4元とい
った3元系以上の化合物からなる場合等がある。具体的
には、ZnSCd、MgSeCd、ZnSSeCd、M
gSSeCd、ZnMgSCd、ZnMgSeCd、Z
nMgSSeCd、ZnSTe、MgSeTe、ZnS
SeTe、MgSSeTe、ZnMgSTe、ZnMg
SeTe、ZnMgSSeTe、等が挙げられる。
【0018】上記中間層中の添加物元素の濃度は、均一
でも分布を有していてもよい。好ましい濃度は、半導体
層側よりも電極層側の方が大きくなっている場合であ
る。更に、電極層側から連続的に減少し、半導体層側で
ゼロとなっているのがより好ましい。また、接触抵抗を
低減するために上記中間層は、p型不純物(例えば、
N,Li等)を添加し、その濃度が半導体層中のp型不
純物濃度と同程度かより大きくなっているのが好まし
い。この濃度は、p型不純物の種類によっても異なる
が、1×1018cm-3以上である。更に、中間層のp型不純
物濃度が大きくなるほど、図8に示すように接触抵抗が
小さくなり好ましい。また、中間層と半導体層とのエネ
ルギー障壁は、0.6eVよりも小さい方がよく、さらに
は、図8に示すように接触抵抗が著しく減少する0.4eV
以下となっている方が好ましい。この場合、例えば、A
u/p−ZnSeの場合は、図8でφB =1.2eVの曲線
に対応し、これとくらべると接触抵抗が、10-14倍程度
に低減することができる。
でも分布を有していてもよい。好ましい濃度は、半導体
層側よりも電極層側の方が大きくなっている場合であ
る。更に、電極層側から連続的に減少し、半導体層側で
ゼロとなっているのがより好ましい。また、接触抵抗を
低減するために上記中間層は、p型不純物(例えば、
N,Li等)を添加し、その濃度が半導体層中のp型不
純物濃度と同程度かより大きくなっているのが好まし
い。この濃度は、p型不純物の種類によっても異なる
が、1×1018cm-3以上である。更に、中間層のp型不純
物濃度が大きくなるほど、図8に示すように接触抵抗が
小さくなり好ましい。また、中間層と半導体層とのエネ
ルギー障壁は、0.6eVよりも小さい方がよく、さらに
は、図8に示すように接触抵抗が著しく減少する0.4eV
以下となっている方が好ましい。この場合、例えば、A
u/p−ZnSeの場合は、図8でφB =1.2eVの曲線
に対応し、これとくらべると接触抵抗が、10-14倍程度
に低減することができる。
【0019】本発明に使用できる電極層は、中間層に含
まれる添加物元素と、添加物元素との間に共晶合金を形
成する金属を含んでもよい。また、半導体層を構成する
元素が電極層中に含まれており、これらの元素と添加物
元素との間に共晶合金を形成する金属との金属間化合物
を含んでいてもよい。例えば、Cdと共晶合金を形成す
る金属としては、In、Bi、Sn、Pb、Zn、Tl
等が挙げられる。一方、Teと共晶合金を形成する金属
としては、Agが挙げられる。
まれる添加物元素と、添加物元素との間に共晶合金を形
成する金属を含んでもよい。また、半導体層を構成する
元素が電極層中に含まれており、これらの元素と添加物
元素との間に共晶合金を形成する金属との金属間化合物
を含んでいてもよい。例えば、Cdと共晶合金を形成す
る金属としては、In、Bi、Sn、Pb、Zn、Tl
等が挙げられる。一方、Teと共晶合金を形成する金属
としては、Agが挙げられる。
【0020】従って、電極層に含まれる共晶合金の具体
例としては、InCd、BiCd、SnCd、PbC
d、ZnCd、TlCd、InZnTe、InSe、B
iSe、SnSe、PbSe、ZnSe、InZn、B
iZn、SnZn、PbZn、AgTe、ZnAg等が
挙げられる。また、これらを組み合わせた多元系金属間
化合物も含まれる。
例としては、InCd、BiCd、SnCd、PbC
d、ZnCd、TlCd、InZnTe、InSe、B
iSe、SnSe、PbSe、ZnSe、InZn、B
iZn、SnZn、PbZn、AgTe、ZnAg等が
挙げられる。また、これらを組み合わせた多元系金属間
化合物も含まれる。
【0021】ここで、共晶合金の共晶点は、半導体装置
の特性を劣化させない温度以下であることが好ましい。
即ち、半導体層の成長温度以下であることが好ましく、
例えば半導体層をMOCVD法で成長させる場合は45
0℃程度以下、MBE法で成長させる場合は300℃程
度以下であることが特に好ましい。このような条件を満
たす特に好ましい共晶合金には、InCd(Cd組成2
6重量%、共晶点122℃)、BiCd(Cd組成40
重量%、共晶点144℃)、SnCd(Cd組成32重
量%、共晶点177℃)、PbCd(Cd組成28重量
%、共晶点248℃)、ZnCd(Cd組成73重量
%、共晶点266℃)、TlCd(Cd組成17重量
%、共晶点204℃)、AgTe(Te組成70重量
%、共晶点353℃)が挙げられる。
の特性を劣化させない温度以下であることが好ましい。
即ち、半導体層の成長温度以下であることが好ましく、
例えば半導体層をMOCVD法で成長させる場合は45
0℃程度以下、MBE法で成長させる場合は300℃程
度以下であることが特に好ましい。このような条件を満
たす特に好ましい共晶合金には、InCd(Cd組成2
6重量%、共晶点122℃)、BiCd(Cd組成40
重量%、共晶点144℃)、SnCd(Cd組成32重
量%、共晶点177℃)、PbCd(Cd組成28重量
%、共晶点248℃)、ZnCd(Cd組成73重量
%、共晶点266℃)、TlCd(Cd組成17重量
%、共晶点204℃)、AgTe(Te組成70重量
%、共晶点353℃)が挙げられる。
【0022】また、中間層と電極層とのエネルギー障壁
は、電極層と半導体層とのエネルギー障壁より小さくな
っているのが好ましく、さらには、0.4eV以下となって
いるのが好ましい。エネルギー障壁が、0.6eV程度に低
減された場合でもAu/p−ZnSeの場合と比べると
接触抵抗が、10-10倍程度に低減されるのであるが、0.4
eV 以下になると、接触抵抗が、10-14倍以下に低減され
るので特に好ましい。
は、電極層と半導体層とのエネルギー障壁より小さくな
っているのが好ましく、さらには、0.4eV以下となって
いるのが好ましい。エネルギー障壁が、0.6eV程度に低
減された場合でもAu/p−ZnSeの場合と比べると
接触抵抗が、10-10倍程度に低減されるのであるが、0.4
eV 以下になると、接触抵抗が、10-14倍以下に低減され
るので特に好ましい。
【0023】次に、本発明によれば、半導体基板上にZ
nXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導
体層を形成し、該半導体層上にCd又はTeからなる添
加物元素層を形成し、該添加物元素層上に添加物元素と
の間に共晶合金を形成する電極層を形成することからな
り、各層の堆積時の反応又は熱処理により、添加物元素
層のCd又はTeが拡散して、半導体層上に半導体層を
構成する元素とCd又はTeからなる添加物元素との化
合物からなる中間層と、中間層上に添加物元素及び添加
物元素と共晶金属を形成する金属の両方を含んでなる電
極層とが形成されることを特徴とするII−VI族化合物半
導体装置の製造方法が提供される。
nXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導
体層を形成し、該半導体層上にCd又はTeからなる添
加物元素層を形成し、該添加物元素層上に添加物元素と
の間に共晶合金を形成する電極層を形成することからな
り、各層の堆積時の反応又は熱処理により、添加物元素
層のCd又はTeが拡散して、半導体層上に半導体層を
構成する元素とCd又はTeからなる添加物元素との化
合物からなる中間層と、中間層上に添加物元素及び添加
物元素と共晶金属を形成する金属の両方を含んでなる電
極層とが形成されることを特徴とするII−VI族化合物半
導体装置の製造方法が提供される。
【0024】また、本発明によれば、半導体基板上にZ
nXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導
体層を形成し、該半導体層上にCd又はTeからなる添
加物元素との間に共晶合金を形成しうる金属からなる下
部電極層、Cd又はTeからなる添加物元素層、Cd又
はTeからなる添加物元素との間に共晶合金を形成しう
る金属からなる上部電極層を順次形成することからな
り、各層の堆積時の反応又は熱処理により、添加物元素
層のCd又はTeが拡散して、半導体層上に半導体層を
構成する元素とCd又はTeからなる添加物元素との化
合物からなる中間層と、中間層上に添加物元素及び添加
物元素と共晶金属を形成する金属の両方を含んでなる電
極層とが形成されることを特徴とするII−VI族化合物半
導体装置の製造方法が提供される。
nXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導
体層を形成し、該半導体層上にCd又はTeからなる添
加物元素との間に共晶合金を形成しうる金属からなる下
部電極層、Cd又はTeからなる添加物元素層、Cd又
はTeからなる添加物元素との間に共晶合金を形成しう
る金属からなる上部電極層を順次形成することからな
り、各層の堆積時の反応又は熱処理により、添加物元素
層のCd又はTeが拡散して、半導体層上に半導体層を
構成する元素とCd又はTeからなる添加物元素との化
合物からなる中間層と、中間層上に添加物元素及び添加
物元素と共晶金属を形成する金属の両方を含んでなる電
極層とが形成されることを特徴とするII−VI族化合物半
導体装置の製造方法が提供される。
【0025】本発明の半導体層は、所望する添加物元素
を用いて公知の方法により1ないし複数回積層して形成
される。この公知の方法としては、例えばMBE法等が
挙げられる。この半導体層は、径時的に表面に自然酸化
膜及び自然炭化膜が形成されるので、中間層及び電極層
を形成する前に除去することが望ましい。
を用いて公知の方法により1ないし複数回積層して形成
される。この公知の方法としては、例えばMBE法等が
挙げられる。この半導体層は、径時的に表面に自然酸化
膜及び自然炭化膜が形成されるので、中間層及び電極層
を形成する前に除去することが望ましい。
【0026】更に、電極層及び下部及び上部電極層は、
所望する添加物元素を用い公知の手段を利用して積層す
ることができる。公知の手段としては、電子ビーム蒸着
法、スパッタ法等が挙げられる。上記した手段により中
間層及び電極層を積層した場合、半導体層と電極層、電
極層と中間層の界面には両層を構成する元素同士の共晶
合金層が形成される。積層後に熱処理すると、元素同士
の共晶合金層が形成される領域が広がるのでより好まし
い。熱処理の温度は、使用される元素の種類によっても
相違するが、100〜300℃が好ましい。更に、熱処
理の方法としては、電気炉アニール法、RTA(Rapid T
hermal Anneal)法等が挙げられる。
所望する添加物元素を用い公知の手段を利用して積層す
ることができる。公知の手段としては、電子ビーム蒸着
法、スパッタ法等が挙げられる。上記した手段により中
間層及び電極層を積層した場合、半導体層と電極層、電
極層と中間層の界面には両層を構成する元素同士の共晶
合金層が形成される。積層後に熱処理すると、元素同士
の共晶合金層が形成される領域が広がるのでより好まし
い。熱処理の温度は、使用される元素の種類によっても
相違するが、100〜300℃が好ましい。更に、熱処
理の方法としては、電気炉アニール法、RTA(Rapid T
hermal Anneal)法等が挙げられる。
【0027】また、上記いずれの場合も、電極層又は下
部電極層を形成する前に半導体層表面の酸化物及び炭化
物を除去することが好ましい。
部電極層を形成する前に半導体層表面の酸化物及び炭化
物を除去することが好ましい。
【0028】
【作用】本発明によれば、まず中間層が設けられること
で、図9に示すようにZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X
≦1、0≦Y≦1)半導体層と電極層の間の電位障壁
は、ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦
1)半導体層と中間層、中間層と電極層との間の二ケ所
に分割される(図9(b))。そして、界面の接触抵抗
は、図8から分かるように電位障壁の減少に応じてスー
パーリニアに減少するため、電位障壁が二分されること
で、全体の接触抵抗は著しく減少し、オーミック性接触
も得やすくなる。なお、図9(a)は中間層を設けない
場合のバンド図を示している。
で、図9に示すようにZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X
≦1、0≦Y≦1)半導体層と電極層の間の電位障壁
は、ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦
1)半導体層と中間層、中間層と電極層との間の二ケ所
に分割される(図9(b))。そして、界面の接触抵抗
は、図8から分かるように電位障壁の減少に応じてスー
パーリニアに減少するため、電位障壁が二分されること
で、全体の接触抵抗は著しく減少し、オーミック性接触
も得やすくなる。なお、図9(a)は中間層を設けない
場合のバンド図を示している。
【0029】これは、接合前の各層の状態を概念的に示
す図9(d)のように、本発明にかかる中間層の価電子
帯の頂上が、ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0
≦Y≦1)半導体層のそれよりも上に位置し、ZnXM
g1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層
の価電子帯の頂上と、電極層のフェルミ準位との間に位
置するからである。
す図9(d)のように、本発明にかかる中間層の価電子
帯の頂上が、ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0
≦Y≦1)半導体層のそれよりも上に位置し、ZnXM
g1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層
の価電子帯の頂上と、電極層のフェルミ準位との間に位
置するからである。
【0030】より詳しくは、本発明にかかる半導体層、
中間層、電極層は、 φM <χi +Egi−Eai<χs +Egs−Eas の関係を満たすようになっているからである(式中、φ
Mは電極層の電位障壁、χi は中間層の電子親和力、E
giは中間層のバンドギャップ、Eaiは中間層の不純物準
位、χi は半導体層の電子親和力、Egiは半導体層のバ
ンドギャップ、E aiは半導体層の不純物準位を示
す。)。
中間層、電極層は、 φM <χi +Egi−Eai<χs +Egs−Eas の関係を満たすようになっているからである(式中、φ
Mは電極層の電位障壁、χi は中間層の電子親和力、E
giは中間層のバンドギャップ、Eaiは中間層の不純物準
位、χi は半導体層の電子親和力、Egiは半導体層のバ
ンドギャップ、E aiは半導体層の不純物準位を示
す。)。
【0031】更に、上記とも関係することであるが、化
合物ごとに格子定数とバンドギャップエネルギーとの関
係を示す図6から理解されるように、ZnXMg1-XSY
Se1 -Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層を構成す
る元素とCd又はTeとの化合物からなる中間層は、い
ずれもZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦
1)半導体層よりもバンドギャップの小さいZnaMgb
Cd1-a-bScSe1-c(0≦a,b,c≦1、a+b≦
1)半導体層,ZndMg1-dSeSefTe1-e-f(0≦
d,e,f≦1、e+f≦1)半導体層となる。
合物ごとに格子定数とバンドギャップエネルギーとの関
係を示す図6から理解されるように、ZnXMg1-XSY
Se1 -Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層を構成す
る元素とCd又はTeとの化合物からなる中間層は、い
ずれもZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦
1)半導体層よりもバンドギャップの小さいZnaMgb
Cd1-a-bScSe1-c(0≦a,b,c≦1、a+b≦
1)半導体層,ZndMg1-dSeSefTe1-e-f(0≦
d,e,f≦1、e+f≦1)半導体層となる。
【0032】バンドギャップが小さい半導体は大きいも
のに比べて、不純物準位Eaが小さくなるため、中間層
中の不純物準位はZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層のそれよりも小さくなる。す
なわち、中間層は半導体層に比べて不純物の活性化が起
こりやすくなり、中間層中のイオン化不純物濃度は容易
に増大させることができ、図8にしめすように中間層と
電極層との接触抵抗は非常に小さいものとなる。
のに比べて、不純物準位Eaが小さくなるため、中間層
中の不純物準位はZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層のそれよりも小さくなる。す
なわち、中間層は半導体層に比べて不純物の活性化が起
こりやすくなり、中間層中のイオン化不純物濃度は容易
に増大させることができ、図8にしめすように中間層と
電極層との接触抵抗は非常に小さいものとなる。
【0033】更に、中間層のバンドギャップが半導体層
よりも小さくなるため電位障壁も小さくなり、更に電極
層と中間層との接触抵抗が低減される。添加物元素とし
てCdを用いると、アニオン共通則により中間層とZn
XMg1 -XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体
層との価電子帯のバンド不連続すなわち電位障壁がほぼ
ゼロとなるので、図8からわかるように中間層と半導体
層の接触抵抗が10-6Ωcm2以下となり、接触抵抗が低減
され、オーミック接触を得る上でも好ましい。
よりも小さくなるため電位障壁も小さくなり、更に電極
層と中間層との接触抵抗が低減される。添加物元素とし
てCdを用いると、アニオン共通則により中間層とZn
XMg1 -XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体
層との価電子帯のバンド不連続すなわち電位障壁がほぼ
ゼロとなるので、図8からわかるように中間層と半導体
層の接触抵抗が10-6Ωcm2以下となり、接触抵抗が低減
され、オーミック接触を得る上でも好ましい。
【0034】添加物元素としてTeを用いると、中間層
の価電子帯の頂上がZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層のそれに対して上昇するた
め、電極層と中間層の電位障壁がより小さくなり、電極
層と中間層の接触抵抗を減らす上で有利である。上記各
添加物元素の効果は、元素が互いに混合されても減少し
ない。
の価電子帯の頂上がZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層のそれに対して上昇するた
め、電極層と中間層の電位障壁がより小さくなり、電極
層と中間層の接触抵抗を減らす上で有利である。上記各
添加物元素の効果は、元素が互いに混合されても減少し
ない。
【0035】また、中間層の方が半導体層に比べてイオ
ン化不純物濃度を大きくできるので、電極層と中間層と
の間で電位障壁を持たせたほうが有利であり、このこと
から添加物元素の濃度は、電極側で大きいほうがよい。
同様の理由で、中間層と電極層とのエネルギー障壁は、
電極層と半導体層とのエネルギー障壁より小さいのがよ
く、接触抵抗を効率的に下げることができる。
ン化不純物濃度を大きくできるので、電極層と中間層と
の間で電位障壁を持たせたほうが有利であり、このこと
から添加物元素の濃度は、電極側で大きいほうがよい。
同様の理由で、中間層と電極層とのエネルギー障壁は、
電極層と半導体層とのエネルギー障壁より小さいのがよ
く、接触抵抗を効率的に下げることができる。
【0036】更に、中間層中の添加物元素の濃度が電極
層側で高濃度となるように勾配を持たせると、中間層の
両界面の濃度差に相当する電位障壁が中間層中に吸収さ
れるとともに、中間層から半導体層への急激な組成変化
がないために、中間層/半導体層界面での電位障壁を小
さく押さえることができる。更に、この勾配を連続的な
ものとし、中間層の添加物元素の濃度が電極層側から連
続的に減少し、半導体層側でゼロにすることにより、中
間層とZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦
1)半導体層の間の電位障壁がゼロとなり、添加物元素
の濃度が中間層内で均一となっている場合よりも、更に
容易にオーミック接触が得られる。
層側で高濃度となるように勾配を持たせると、中間層の
両界面の濃度差に相当する電位障壁が中間層中に吸収さ
れるとともに、中間層から半導体層への急激な組成変化
がないために、中間層/半導体層界面での電位障壁を小
さく押さえることができる。更に、この勾配を連続的な
ものとし、中間層の添加物元素の濃度が電極層側から連
続的に減少し、半導体層側でゼロにすることにより、中
間層とZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦
1)半導体層の間の電位障壁がゼロとなり、添加物元素
の濃度が中間層内で均一となっている場合よりも、更に
容易にオーミック接触が得られる。
【0037】逆に電極層側が低くなった濃度勾配を持つ
場合は、二分された電位障壁がそれぞれ濃度の均一な場
合に比して増大し、低い接触抵抗を得るうえで好ましく
ない。また、高濃度に添加物元素が添加された場合、半
導体層との諸物性(格子定数、熱膨張係数)の差に基づ
く格子歪、さらには結晶欠陥が生じ、電極特性の劣化を
招く。しかしこの劣化は、中間層の添加物元素の濃度が
電極層側と半導体層とで異ならせ、電極層側の方を大き
くすることでこの影響を緩和することもできる。
場合は、二分された電位障壁がそれぞれ濃度の均一な場
合に比して増大し、低い接触抵抗を得るうえで好ましく
ない。また、高濃度に添加物元素が添加された場合、半
導体層との諸物性(格子定数、熱膨張係数)の差に基づ
く格子歪、さらには結晶欠陥が生じ、電極特性の劣化を
招く。しかしこの劣化は、中間層の添加物元素の濃度が
電極層側と半導体層とで異ならせ、電極層側の方を大き
くすることでこの影響を緩和することもできる。
【0038】電極層を、Cd又はTeとの間に共晶合金
を形成する金属を含んでなるようにすると、電極層と中
間層で共通の元素を含むので、例えばIn−Cd−Se
といった結合が電極層と中間層の界面で形成される。そ
のため、電極層と中間層の間に酸化物層などの電流を遮
断する絶縁層が形成されないので、オーミック接触を得
るうえで好ましい。
を形成する金属を含んでなるようにすると、電極層と中
間層で共通の元素を含むので、例えばIn−Cd−Se
といった結合が電極層と中間層の界面で形成される。そ
のため、電極層と中間層の間に酸化物層などの電流を遮
断する絶縁層が形成されないので、オーミック接触を得
るうえで好ましい。
【0039】更に、電極層と中間層で共通の元素を含む
ことで、例えばIn−Cd−SeあるいはIn−Zn−
Seといった結合が電極層と中間層の界面で形成され、
密着性等の機械的強度に優れる。また、共晶合金を形成
しうる金属が、In、Bi、Sn、Pb、Zn、Tl及
びAgから選択されることにより、更に良好なオーミッ
ク特性が得られる。
ことで、例えばIn−Cd−SeあるいはIn−Zn−
Seといった結合が電極層と中間層の界面で形成され、
密着性等の機械的強度に優れる。また、共晶合金を形成
しうる金属が、In、Bi、Sn、Pb、Zn、Tl及
びAgから選択されることにより、更に良好なオーミッ
ク特性が得られる。
【0040】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
電極層と半導体層の間にZnXMg1 -XSYSe1-Y(0≦
X≦1、0≦Y≦1)とCd又はTeとの化合物からな
る中間層が形成され、更に、電極層と中間層、中間層と
半導体層に共通の元素を含むことで、密着性等の機械的
強度に優れた電極構造が作製される。更に、Cd又はT
eとの間に共晶合金を形成する金属からなる上部・下部
電極層の間に、Cd又はTeからなる中間層を挿入する
と、これらの電極層、中間層の形成過程の反応また熱処
理した場合にはこのアニールにより、Cd又はTeがZ
nXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導
体層中に拡散し、Zn XMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体とCd又はTeとの化合物が形
成される。
電極層と半導体層の間にZnXMg1 -XSYSe1-Y(0≦
X≦1、0≦Y≦1)とCd又はTeとの化合物からな
る中間層が形成され、更に、電極層と中間層、中間層と
半導体層に共通の元素を含むことで、密着性等の機械的
強度に優れた電極構造が作製される。更に、Cd又はT
eとの間に共晶合金を形成する金属からなる上部・下部
電極層の間に、Cd又はTeからなる中間層を挿入する
と、これらの電極層、中間層の形成過程の反応また熱処
理した場合にはこのアニールにより、Cd又はTeがZ
nXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導
体層中に拡散し、Zn XMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体とCd又はTeとの化合物が形
成される。
【0041】また、ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層上にCd又はTeを含んでな
る共晶合金を形成すると、堆積時の反応また、熱処理し
た場合にはこのアニールによって前記共晶合金に含まれ
るCd又はTeがZnXMg1 -XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層中に拡散し、ZnXMg1-XS
YSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)との混晶が形成さ
れる。この際も、共晶合金の共晶点が低ければ低いほ
ど、より低いアニール温度でZnXMg1-XSYSe
1 -Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層とCd又はT
eとの混晶が形成される。
1、0≦Y≦1)半導体層上にCd又はTeを含んでな
る共晶合金を形成すると、堆積時の反応また、熱処理し
た場合にはこのアニールによって前記共晶合金に含まれ
るCd又はTeがZnXMg1 -XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層中に拡散し、ZnXMg1-XS
YSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)との混晶が形成さ
れる。この際も、共晶合金の共晶点が低ければ低いほ
ど、より低いアニール温度でZnXMg1-XSYSe
1 -Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層とCd又はT
eとの混晶が形成される。
【0042】ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0
≦Y≦1)半導体層表面の清浄化を工程中に入れると、
良好なオーミック特性を再現性よく得ることができる。
例えば、飽和臭素水系エッチング液によるケミカルエッ
チングを行うと、ZnXMg1 -XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)表面に形成される自然酸化膜・炭化膜
が除去されるので清浄な表面が形成され、本発明の特徴
である電極の構造を安定に形成することが可能となる。
なお、電極構造作製プロセスが、半導体層成長直後、一
貫して(in-situ)行うことができるなら、清浄化のプ
ロセスを省略することもできる。
≦Y≦1)半導体層表面の清浄化を工程中に入れると、
良好なオーミック特性を再現性よく得ることができる。
例えば、飽和臭素水系エッチング液によるケミカルエッ
チングを行うと、ZnXMg1 -XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)表面に形成される自然酸化膜・炭化膜
が除去されるので清浄な表面が形成され、本発明の特徴
である電極の構造を安定に形成することが可能となる。
なお、電極構造作製プロセスが、半導体層成長直後、一
貫して(in-situ)行うことができるなら、清浄化のプ
ロセスを省略することもできる。
【0043】
実施例1
図1に、本発明のオーミック接触構造を用いたII−VI族
化合物半導体装置(半導体レーザー)を示す。半導体レ
ーザの構造は、n型GaAs基板1上に、n型ZnS
0.07Se0.93バッファ層2(膜厚0.1μm、Nd-Na=1×
1018cm-3)、n型Zn0.91Mg0.9S0.12Se0.88ク
ラッド層3(膜厚1.0μm、Nd-Na=5×10 17cm-3)、
n型nS0.07Se0.93光導波路層4(膜厚0.1μm、Nd-
Na=5×101 7cm-3)、Zn0.8Cd0.2Se活性層5
(膜厚75Å)、p型ZnS0.07Se0.9 3光導波路層6
(膜厚0.1μm、Na-Nd=5×1017cm-3)、p型Zn
0.91Mg0.09S0.12Se0.8クラッド層7(膜厚1.5μ
m、Na-Nd=5×1017cm-3)、p型ZnSeコンタト層
8(膜厚0.1μm、Na-Nd=2×1018cm-3)、p型コン
タクト層側電極9、n型半導体基板側電極11及びポリ
イミド埋め込み層10からなっている。上記バッファ層
2からコンタクト層8までは、MBE法で形成した。
化合物半導体装置(半導体レーザー)を示す。半導体レ
ーザの構造は、n型GaAs基板1上に、n型ZnS
0.07Se0.93バッファ層2(膜厚0.1μm、Nd-Na=1×
1018cm-3)、n型Zn0.91Mg0.9S0.12Se0.88ク
ラッド層3(膜厚1.0μm、Nd-Na=5×10 17cm-3)、
n型nS0.07Se0.93光導波路層4(膜厚0.1μm、Nd-
Na=5×101 7cm-3)、Zn0.8Cd0.2Se活性層5
(膜厚75Å)、p型ZnS0.07Se0.9 3光導波路層6
(膜厚0.1μm、Na-Nd=5×1017cm-3)、p型Zn
0.91Mg0.09S0.12Se0.8クラッド層7(膜厚1.5μ
m、Na-Nd=5×1017cm-3)、p型ZnSeコンタト層
8(膜厚0.1μm、Na-Nd=2×1018cm-3)、p型コン
タクト層側電極9、n型半導体基板側電極11及びポリ
イミド埋め込み層10からなっている。上記バッファ層
2からコンタクト層8までは、MBE法で形成した。
【0044】図2にp型側電極9の拡大図を示す。p型
ZnSeコンタクト層8内にZnCdSe層12が形成
され、この上にCdBi(60重量%)及びWからなる
電極層14が形成されたものとなっている。上記電極9
は、p型ZnSeコンタクト層8上に室温で抵抗加熱蒸
着によってCd層15を21nm、更にBi層16を2
9nm堆積した。さらに基板温度を室温に保ち、電子ビ
ーム蒸着によってW層17を20nm堆積した(図3参
照)。この後電気炉による250℃で5分の熱処理によ
って形成した。Cd層及びBi層の形成は、共晶組成
(60重量%)となるように両者を正確に秤量し、別々
のWボートを用いて順次真空蒸着することにより行っ
た。なお、同一のWボートを使用して、同時に真空蒸着
しても特性は変わらなかった。この理由は、Cd及びB
iを同時に蒸着する場合、蒸気圧の関係からCd層及び
Bi層が順次形成されるためである。電子ビーム蒸着及
び抵抗加熱蒸着は、到達真空度3〜5×10 -7Torr以
下、蒸着中真空度5×10-6Torr以下で行われ、各層の
膜厚は、1516に対して、50nm,20nmとした。
ZnSeコンタクト層8内にZnCdSe層12が形成
され、この上にCdBi(60重量%)及びWからなる
電極層14が形成されたものとなっている。上記電極9
は、p型ZnSeコンタクト層8上に室温で抵抗加熱蒸
着によってCd層15を21nm、更にBi層16を2
9nm堆積した。さらに基板温度を室温に保ち、電子ビ
ーム蒸着によってW層17を20nm堆積した(図3参
照)。この後電気炉による250℃で5分の熱処理によ
って形成した。Cd層及びBi層の形成は、共晶組成
(60重量%)となるように両者を正確に秤量し、別々
のWボートを用いて順次真空蒸着することにより行っ
た。なお、同一のWボートを使用して、同時に真空蒸着
しても特性は変わらなかった。この理由は、Cd及びB
iを同時に蒸着する場合、蒸気圧の関係からCd層及び
Bi層が順次形成されるためである。電子ビーム蒸着及
び抵抗加熱蒸着は、到達真空度3〜5×10 -7Torr以
下、蒸着中真空度5×10-6Torr以下で行われ、各層の
膜厚は、1516に対して、50nm,20nmとした。
【0045】なお、本実施例では、共晶合金を形成する
金属としてBi、添加物元素としてCdを使用したが、
これらの材料に限定されず、Cd又はTeと共晶合金を
形成する金属あるいは金属間化合物であればよい。ま
た、金属及び金属間化合物の堆積法には、蒸着法以外に
もスパッタ法等を使用することができる。熱処理工程と
しては、本実施例で用いた電気炉アニール以外にRTA(Ra
pid Thermal Anneal)法が挙げられる。また、熱処理温
度の下限は、共晶点より高いことが好ましく、上限は半
導体装置の特性に影響を与えない温度以下にすることが
好ましい。MOCVD法で各層を成長させた場合は45
0℃以下、MBE法で成長させた場合は300℃以下に
することが特に好ましい。下限以下の温度では中間層の
形成が十分ではなく、上限以上の温度では半導体装置の
特性が劣化するので好ましくない。
金属としてBi、添加物元素としてCdを使用したが、
これらの材料に限定されず、Cd又はTeと共晶合金を
形成する金属あるいは金属間化合物であればよい。ま
た、金属及び金属間化合物の堆積法には、蒸着法以外に
もスパッタ法等を使用することができる。熱処理工程と
しては、本実施例で用いた電気炉アニール以外にRTA(Ra
pid Thermal Anneal)法が挙げられる。また、熱処理温
度の下限は、共晶点より高いことが好ましく、上限は半
導体装置の特性に影響を与えない温度以下にすることが
好ましい。MOCVD法で各層を成長させた場合は45
0℃以下、MBE法で成長させた場合は300℃以下に
することが特に好ましい。下限以下の温度では中間層の
形成が十分ではなく、上限以上の温度では半導体装置の
特性が劣化するので好ましくない。
【0046】なお、上記電極金属の堆積に先立ち、p型
ZnSeコンタクト層の表面をアセトン5分、エタノー
ル2分の超音波洗浄で洗浄した。その後エッチャントと
して飽和臭素水(SBW ):臭化水素酸(HBr ):水(H2
0 )=1:10:90を用い、室温で3分エッチングを
行った。このエッチングによりp型ZnSeコンタクト
層の表面の酸化物・炭化物などを除去した。
ZnSeコンタクト層の表面をアセトン5分、エタノー
ル2分の超音波洗浄で洗浄した。その後エッチャントと
して飽和臭素水(SBW ):臭化水素酸(HBr ):水(H2
0 )=1:10:90を用い、室温で3分エッチングを
行った。このエッチングによりp型ZnSeコンタクト
層の表面の酸化物・炭化物などを除去した。
【0047】図1のレーザ構造(ストライプ幅5μm)
からへき開によって共振器長1mmのレーザ素子を作製
し、銅のヒートシンク上にGaAs基板を下にしてレー
ザ素子を設置し、室温で、CW駆動による素子の電流−
光出力特性、電流−電圧特性を測定した。レーザ素子の
共振器端は、コーティングを施していない、へき開され
たまま(as-cleaved)の状態である。
からへき開によって共振器長1mmのレーザ素子を作製
し、銅のヒートシンク上にGaAs基板を下にしてレー
ザ素子を設置し、室温で、CW駆動による素子の電流−
光出力特性、電流−電圧特性を測定した。レーザ素子の
共振器端は、コーティングを施していない、へき開され
たまま(as-cleaved)の状態である。
【0048】図4にレーザ素子の電流−光出力特性、電
流−電圧特性を示す。図に示すように、素子の発振しき
い値電流20mA、発振しきい値電圧3.5Vが達成され
た。これに対し、p型側電極9をAu電極で形成した場
合は、10V以上となり、p型側電極9をFanらの電極の
構造("Continuous-wave, room temperature, ridgewave
guide green-blue diode laser", A.Salokatve et.al,
Electronics Lett.Vol.29 P.2192)Au/ZnTe/Z
nSe−ZnTe電極で形成した場合は、4.4Vとなっ
た。 実施例2 コンタクト層をp型ZnS0.07Se0.93(膜厚0.1μ
m、Na-Nd=1×1018cm -3)とした以外は、実施例1と同
様にして半導体層を形成した。
流−電圧特性を示す。図に示すように、素子の発振しき
い値電流20mA、発振しきい値電圧3.5Vが達成され
た。これに対し、p型側電極9をAu電極で形成した場
合は、10V以上となり、p型側電極9をFanらの電極の
構造("Continuous-wave, room temperature, ridgewave
guide green-blue diode laser", A.Salokatve et.al,
Electronics Lett.Vol.29 P.2192)Au/ZnTe/Z
nSe−ZnTe電極で形成した場合は、4.4Vとなっ
た。 実施例2 コンタクト層をp型ZnS0.07Se0.93(膜厚0.1μ
m、Na-Nd=1×1018cm -3)とした以外は、実施例1と同
様にして半導体層を形成した。
【0049】次に、実施例1と同様にして表面処理を行
い、室温で抵抗加熱蒸着によりIn層を20nm、Cd
層を20nm堆積した。更に、基板温度をそのままにし
て、電子ビーム蒸着によりW層を20nm堆積し、この
後電気炉による250℃で5分間熱処理することにより
半導体レーザーを形成した。Cd層及びIn層の形成
は、共晶組成(Cd組成26重量%)となるように両者
を正確に秤量し、別々のWボートを使用して、順次真空
蒸着することにより積層した。 実施例3 コンタクト層にp型Zn0.91Mg0.09S0.12Se0.88ク
ラッド層を使用した以外は、実施例1と同様にして半導
体層を形成した。
い、室温で抵抗加熱蒸着によりIn層を20nm、Cd
層を20nm堆積した。更に、基板温度をそのままにし
て、電子ビーム蒸着によりW層を20nm堆積し、この
後電気炉による250℃で5分間熱処理することにより
半導体レーザーを形成した。Cd層及びIn層の形成
は、共晶組成(Cd組成26重量%)となるように両者
を正確に秤量し、別々のWボートを使用して、順次真空
蒸着することにより積層した。 実施例3 コンタクト層にp型Zn0.91Mg0.09S0.12Se0.88ク
ラッド層を使用した以外は、実施例1と同様にして半導
体層を形成した。
【0050】次に、実施例1と同様にして表面処理を行
い、室温で抵抗加熱蒸着によりTeとAgを同時蒸着し
た。更に、基板温度をそのままにして、電子ビーム蒸着
によりW層を20nm堆積し、この後電気炉による25
0℃で5分間熱処理することにより半導体レーザーを形
成した。Te層及びAg層の形成は、共晶組成(Te組
成70重量%)となるように両者を正確に秤量し、別々
のWボートを使用して、順次真空蒸着することにより積
層した。
い、室温で抵抗加熱蒸着によりTeとAgを同時蒸着し
た。更に、基板温度をそのままにして、電子ビーム蒸着
によりW層を20nm堆積し、この後電気炉による25
0℃で5分間熱処理することにより半導体レーザーを形
成した。Te層及びAg層の形成は、共晶組成(Te組
成70重量%)となるように両者を正確に秤量し、別々
のWボートを使用して、順次真空蒸着することにより積
層した。
【0051】また、室温で抵抗加熱蒸着によりAg層を
11nm、Te層を55nm積層し、更に基板温度はそ
のままで電子ビーム蒸着によりW層を20nm堆積した
場合、及び、室温で抵抗加熱蒸着によりTe層を55n
m、Ag層を11nm積層し、更に基板温度はそのまま
で電子ビーム蒸着によりW層を20nm堆積した場合に
ついても検討を行った。その結果実施例1と同様の特性
を有する半導体装置が得られた。
11nm、Te層を55nm積層し、更に基板温度はそ
のままで電子ビーム蒸着によりW層を20nm堆積した
場合、及び、室温で抵抗加熱蒸着によりTe層を55n
m、Ag層を11nm積層し、更に基板温度はそのまま
で電子ビーム蒸着によりW層を20nm堆積した場合に
ついても検討を行った。その結果実施例1と同様の特性
を有する半導体装置が得られた。
【0052】
【発明の効果】本発明のII−VI族化合物半導体装置は、
半導体基板上にZnXMg1-XSYSe1 -Y(0≦X≦1、
0≦Y≦1)半導体層を有し、該半導体層上にCd又は
Teからなる添加物元素層と該添加物元素と共晶合金を
形成しうる金属とを含んでなる電極層を有することを特
徴とするので、従来の電極構造を用いた素子よりも低い
動作電圧を有する青色発光素子の実現が可能となる。
半導体基板上にZnXMg1-XSYSe1 -Y(0≦X≦1、
0≦Y≦1)半導体層を有し、該半導体層上にCd又は
Teからなる添加物元素層と該添加物元素と共晶合金を
形成しうる金属とを含んでなる電極層を有することを特
徴とするので、従来の電極構造を用いた素子よりも低い
動作電圧を有する青色発光素子の実現が可能となる。
【0053】また、上記青色発光素子は、半導体基板上
にZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)
半導体層を有し、該半導体層上に半導体層を構成する元
素とCd又はTeからなる添加物元素との化合物からな
る中間層を有し、中間層上に添加物元素と共晶合金を形
成しうる金属とを含んでなる電極層を有することを特徴
とする本発明のII−VI族化合物半導体装置でも実現する
ことができる。
にZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)
半導体層を有し、該半導体層上に半導体層を構成する元
素とCd又はTeからなる添加物元素との化合物からな
る中間層を有し、中間層上に添加物元素と共晶合金を形
成しうる金属とを含んでなる電極層を有することを特徴
とする本発明のII−VI族化合物半導体装置でも実現する
ことができる。
【0054】更に、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、電極層と半導体層の間にZn XMg1-XSYSe1-Y
(0≦X≦1、0≦Y≦1)とCd又はTeとの化合物
からなる中間層が形成され、更に、電極層と中間層、中
間層と半導体層に共通の元素を含むことで、密着性等の
機械的強度に優れた電極構造を作製することができる。
れば、電極層と半導体層の間にZn XMg1-XSYSe1-Y
(0≦X≦1、0≦Y≦1)とCd又はTeとの化合物
からなる中間層が形成され、更に、電極層と中間層、中
間層と半導体層に共通の元素を含むことで、密着性等の
機械的強度に優れた電極構造を作製することができる。
【図1】本発明における実施例のII−VI族化合物半導体
装置の概略断面図である。
装置の概略断面図である。
【図2】図1のp型電極部分の概略拡大図である。
【図3】図2の電極構造作製のための堆積シーケンス図
である。
である。
【図4】レーザ素子の電流−光出力特性、電流−電圧特
性を示すグラフである。
性を示すグラフである。
【図5】II−VI族化合物半導体装置の一例を示す概略図
である。
である。
【図6】各種II−VI 族化合物半導体の格子定数とバン
ドギャップの関係図である。
ドギャップの関係図である。
【図7】従来の金属とp型ZnSeとの接触界面でのシ
ョットキー障壁の厚さを説明するバンドモデル図であ
る。
ョットキー障壁の厚さを説明するバンドモデル図であ
る。
【図8】熱放出トンネル電流を考慮した理論計算によっ
て求めた、p型ZnSeと金属によるショットキー接合
の接触抵抗のイオン化不純物濃度依存性を示すグラフで
ある。
て求めた、p型ZnSeと金属によるショットキー接合
の接触抵抗のイオン化不純物濃度依存性を示すグラフで
ある。
【図9】中間層が形成された本発明の半導体装置のバン
ド図である。
ド図である。
【図10】φB=χs +Eg −φM の関係を示すバンド
図である。
図である。
1 n型GaAs基板
2 n型ZnS0.07Se0.93バッファ層
3 n型Zn0.91Mg0.09S0.12Se0.88クラッド層
4 n型ZnS0.07Se0.93光導波路層
5 Zn0.8Cd0.2Se活性層
6 p型ZnS0.07Se0.93光導波路層
7 p型Zn0.91Mg0.09S0.12Se0.88クラッド層
8 p型ZnSeコンタクト層
9 p型コンタクト層側電極
10 ポリイミド埋め込み層
11 n型半導体基板側電極
12 ZnCdSe層
13 共晶合金CdBi、BiSeあるいはZnBi
14 Cd、Bi、Wを含む電極層
15 Cd層
16 Bi層
17 W層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI
H01L 29/43 H01L 33/00 D
33/00 H01S 5/042 612
H01S 5/042 612 H01L 29/46 B
Z
(72)発明者 小出 康夫
京都府京都市伏見区深草西伊達町官有地
深草合同宿舎423
(72)発明者 寺口 信明
大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号
シャープ株式会社内
(56)参考文献 特開 平7−45911(JP,A)
特開 平6−181339(JP,A)
特開 平5−259509(JP,A)
特開 平4−57371(JP,A)
特開 平6−188524(JP,A)
特開 平7−58417(JP,A)
特開 平2−122565(JP,A)
特開 平5−29654(JP,A)
米国特許3780427(US,A)
Semicond.Sci.Tech
nol.,1995年,Vol.10 No.
1,p.77−86
Revue Phys.Appl.,
1988年,Vol.23 No.11,p.
1825−1835
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01S 5/00 - 5/50
H01L 21/203
H01L 21/28
H01L 21/363
H01L 29/43
H01L 33/00
Claims (13)
- 【請求項1】 半導体基板上にZnXMg1-XSYSe1-Y
(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層を有し、該半導体
層上に半導体層を構成する元素とCd又はTeからなる
添加物元素との化合物からなる中間層を有し、中間層上
に添加物元素及び添加物元素と共晶金属を形成する金属
の両方を含んでなる電極層を有することを特徴とするII
−VI族化合物半導体装置。 - 【請求項2】 中間層中の添加物元素の濃度が、半導体
層側よりも電極側の方が大きい請求項1のII−VI族化合
物半導体装置。 - 【請求項3】 電極層が、添加物元素と共晶合金を形成
する金属と半導体層を構成する元素との金属間化合物を
含んでなる請求項1又は2のII−VI族化合物半導体装
置。 - 【請求項4】 中間層の不純物濃度が、半導体層中の不
純物濃度とほぼ同じか、又はより大きい請求項1〜3い
ずれか1つのII−VI族化合物半導体装置。 - 【請求項5】 中間層と半導体層とのエネルギー障壁
が、0.4eV以下である請求項1〜4いずれか1つの
II−VI族化合物半導体装置。 - 【請求項6】 中間層と電極層とのエネルギー障壁が、
電極層と半導体層とのエネルギー障壁より小さい請求項
1〜5いずれか1つのII−VI族化合物半導体装置。 - 【請求項7】 電極層上に、更に高融点金属層が形成さ
れてなる請求項1〜6いずれか1つのII−VI族化合物半
導体装置。 - 【請求項8】 共晶合金を形成しうる金属が、In、B
i、Sn、Pb、Zn、Tl及びAgから選択される請
求項1〜7いずれか1つのII−VI族化合物半導体装置。 - 【請求項9】 半導体基板上にZnXMg1-XSYSe1-Y
(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層を形成し、該半導
体層上にCd又はTeからなる添加物元素層を形成し、
該添加物元素層上に添加物元素との間に共晶合金を形成
する電極層を形成することからなり、各層の堆積時の反
応又は熱処理により、添加物元素層のCd又はTeが拡
散して、半導体層上に半導体層を構成する元素とCd又
はTeからなる添加物元素との化合物からなる中間層
と、中間層上に添加物元素及び添 加物元素と共晶金属を
形成する金属の両方を含んでなる電極層とが形成される
ことを特徴とするII−VI族化合物半導体装置の製造方
法。 - 【請求項10】 半導体基板上にZnXMg1-XSYSe
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層を形成し、該
半導体層上にCd又はTeからなる添加物元素との間に
共晶合金を形成しうる金属からなる下部電極層、Cd又
はTeからなる添加物元素層、Cd又はTeからなる添
加物元素との間に共晶合金を形成しうる金属からなる上
部電極層を順次形成することからなり、各層の堆積時の
反応又は熱処理により、添加物元素層のCd又はTeが
拡散して、半導体層上に半導体層を構成する元素とCd
又はTeからなる添加物元素との化合物からなる中間層
と、中間層上に添加物元素及び添加物元素と共晶金属を
形成する金属の両方を含んでなる電極層とが形成される
ことを特徴とするII−VI族化合物半導体装置の製造方
法。 - 【請求項11】 添加物元素との間に共晶合金を形成す
る電極層上に、高融点金属を堆積させる請求項9又は1
0の製造方法。 - 【請求項12】 ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層表面の酸化物及び炭化物を除
去し、この後、該半導体層上に上記下部電極層、添加物
元素層、上部電極層を形成する請求項9〜11いずれか
1つの製造方法。 - 【請求項13】 電極層を形成した後、半導体層、添加
物元素層及び電極層を熱処理することからなる請求項9
〜12いずれか1つの製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06637395A JP3461611B2 (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | Ii−vi族化合物半導体装置及びその製造方法 |
EP96301445A EP0734071B1 (en) | 1995-03-24 | 1996-03-04 | II-VI group compound semiconductor device and method for manufacturing the same |
DE69613502T DE69613502T2 (de) | 1995-03-24 | 1996-03-04 | II-VI-Verbindungshalbleiterbauelement und dessen Herstellungsverfahren |
US08/620,275 US6033929A (en) | 1995-03-24 | 1996-03-22 | Method for making II-VI group compound semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06637395A JP3461611B2 (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | Ii−vi族化合物半導体装置及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08264900A JPH08264900A (ja) | 1996-10-11 |
JP3461611B2 true JP3461611B2 (ja) | 2003-10-27 |
Family
ID=13313969
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06637395A Expired - Fee Related JP3461611B2 (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | Ii−vi族化合物半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6033929A (ja) |
EP (1) | EP0734071B1 (ja) |
JP (1) | JP3461611B2 (ja) |
DE (1) | DE69613502T2 (ja) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3036404B2 (ja) * | 1995-05-25 | 2000-04-24 | 株式会社村田製作所 | 半導体装置とその製造方法 |
US6330967B1 (en) * | 1997-03-13 | 2001-12-18 | International Business Machines Corporation | Process to produce a high temperature interconnection |
US6316131B1 (en) * | 1997-09-12 | 2001-11-13 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Large magnetoresistance in non-magnetic silver chalcogenides and new class of magnetoresistive compounds |
US6301279B1 (en) * | 1999-04-16 | 2001-10-09 | Princeton Lightwave Inc. | Semiconductor diode lasers with thermal sensor control of the active region temperature |
DE10024924A1 (de) * | 2000-05-19 | 2001-11-29 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Licht emittierendes Halbleiterbauelement |
JP3867161B2 (ja) * | 2002-09-20 | 2007-01-10 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 薄膜素子 |
CN1805230B (zh) * | 2004-12-20 | 2011-06-01 | 夏普株式会社 | 氮化物半导体发光元件及其制造方法 |
US20070262341A1 (en) * | 2006-05-09 | 2007-11-15 | Wen-Huang Liu | Vertical led with eutectic layer |
KR100850780B1 (ko) * | 2007-05-22 | 2008-08-06 | 삼성전기주식회사 | 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법 |
US10199529B2 (en) * | 2008-05-28 | 2019-02-05 | Solar-Tectic, Llc | Methods of growing heteroepitaxial single crystal or large grained semiconductor films and devices thereon |
DE102019205376A1 (de) * | 2019-04-15 | 2020-10-15 | Forschungszentrum Jülich | Herstellen eines ohmschen Kontakts sowie elektronisches Bauelement mit ohmschem Kontakt |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3780427A (en) * | 1969-04-25 | 1973-12-25 | Monsanto Co | Ohmic contact to zinc sulfide devices |
JP2970813B2 (ja) * | 1989-11-20 | 1999-11-02 | 株式会社東芝 | スパッタリングターゲットおよびその製造方法,およびそのターゲットを用いて形成された記録薄膜,光ディスク |
US5396103A (en) * | 1991-05-15 | 1995-03-07 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Graded composition ohmic contact for P-type II-VI semiconductors |
EP0552023B1 (en) * | 1992-01-14 | 1997-04-02 | Mitsubishi Chemical Corporation | Electrode structure for semiconductor device |
US5363395A (en) * | 1992-12-28 | 1994-11-08 | North American Philips Corporation | Blue-green injection laser structure utilizing II-VI compounds |
US5422902A (en) * | 1993-07-02 | 1995-06-06 | Philips Electronics North America Corporation | BeTe-ZnSe graded band gap ohmic contact to p-type ZnSe semiconductors |
-
1995
- 1995-03-24 JP JP06637395A patent/JP3461611B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-03-04 DE DE69613502T patent/DE69613502T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-03-04 EP EP96301445A patent/EP0734071B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-03-22 US US08/620,275 patent/US6033929A/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Revue Phys.Appl.,1988年,Vol.23 No.11,p.1825−1835 |
Semicond.Sci.Technol.,1995年,Vol.10 No.1,p.77−86 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6033929A (en) | 2000-03-07 |
EP0734071A2 (en) | 1996-09-25 |
EP0734071B1 (en) | 2001-06-27 |
EP0734071A3 (en) | 1998-04-15 |
DE69613502D1 (de) | 2001-08-02 |
DE69613502T2 (de) | 2001-11-22 |
JPH08264900A (ja) | 1996-10-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6238945B1 (en) | Method of making P-type group III-nitride semiconductor device having improved P contact | |
US5786269A (en) | II-VI group compound semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JPH10247747A (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
JPH0832115A (ja) | 電極構造およびその製造方法 | |
JP3461611B2 (ja) | Ii−vi族化合物半導体装置及びその製造方法 | |
JP3494880B2 (ja) | 窒化物系半導体発光素子のp側電極及び窒化物系半導体発光素子 | |
US7122841B2 (en) | Bonding pad for gallium nitride-based light-emitting devices | |
JP3249189B2 (ja) | 炭素を含むiv族半導体素子 | |
JP2586349B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
US5644165A (en) | Semiconductor device having a p-type ohmic electrode structure | |
US5767536A (en) | II-VI group compound semiconductor device | |
JP3221073B2 (ja) | 発光素子 | |
JP3579294B2 (ja) | 電極の製造方法 | |
US6265731B1 (en) | Ohmic contacts for p-type wide bandgap II-VI semiconductor materials | |
JP3519950B2 (ja) | 電極構造 | |
JPH09500497A (ja) | p型GaAs基板と抵抗接触する▲II▼−▲VI▼族化合物を有する半導体ヘテロ接合構造体 | |
JP2001007446A (ja) | p型コンタクト電極装置および発光装置 | |
JP3356150B2 (ja) | 半導体光素子 | |
JPH08162481A (ja) | 結晶成長方法 | |
JP3445433B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP2001007388A (ja) | AlGaInP発光ダイオード | |
JPH11145076A (ja) | オーミック電極およびその形成方法ならびにオーミック電極のための積層体 | |
JPH07193216A (ja) | 電極構造およびその製造方法 | |
JPH07321415A (ja) | 半導体装置 | |
JPH0738203A (ja) | p形II−VI族化合物半導体用電極およびII−VI族化合物半導体発光素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |