JP3785660B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクや光磁気ディスクに対する記録／再生の高密度化または高解像度化などのために、青色ないし緑色で発光可能な半導体レーザーや発光ダイオードなどの半導体発光素子に対する要求が高まっており、その実現を目指して研究が活発に行われている。
【０００３】
このような青色ないし緑色で発光可能な半導体発光素子の製造に用いる材料としては、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｈｇ、ＢｅなどのＩＩ族元素とＳ、Ｓｅ、ＴｅなどのＶＩ族元素とからなるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体が最も有望である。特に、四元混晶であるＺｎＭｇＳＳｅは、結晶性に優れ、入手も容易なＧａＡｓ基板上への結晶成長が可能であり、例えば青色で発光可能な半導体レーザーをこのＧａＡｓ基板を用いて製造する際のクラッド層や光導波層などに適していることが知られている（例えば、Electronics Letters 28(1992)p.1798）。
【０００４】
従来、このＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導体発光素子、特にクラッド層にＺｎＭｇＳＳｅ層を用いた半導体発光素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板上にバッファ層を介してｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、活性層、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層などを分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により順次成長させた後、このｐ型ＺｎＳｅコンタクト層上にｐ側電極を形成するとともに、ｎ型ＧａＡｓ基板の裏面にｎ側電極を形成することにより製造するのが一般的であった。しかしながら、このような半導体発光素子においては、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層のキャリア濃度を高くすることが難しいことなどにより、このｐ型ＺｎＳｅコンタクト層にｐ側電極をオーミックコンタクトさせることは困難であった。
【０００５】
そこで、この問題を解決するために、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層上にｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸（ＭＱＷ）層を成長させ、さらにその上に高キャリア濃度のものが容易に得られるｐ型ＺｎＴｅコンタクト層を成長させ、その上にｐ側電極、特にＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極を形成することによりオーミックコンタクト特性の向上を図る技術が提案された。そして、ＺｎＣｄＳｅ層を活性層、ＺｎＳＳｅ層を光導波層、ＺｎＭｇＳＳｅ層をクラッド層とするＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳＳｅ／ＺｎＭｇＳＳｅ ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造の半導体レーザーにおいてこのｐ側電極コンタクト構造を採用したもので、すでに室温連続発振が達成されている（例えば、Jpn. J. Appl. Phys. 33(1994)p.L938）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者の知見によれば、上述のようなｐ側電極コンタクト構造を用いた従来の半導体発光素子においては、通電中にｐ側電極コンタクト構造の劣化が進行し、遂には破壊されてしまうという問題があった。このため、これまでは、特性や信頼性が悪く、寿命も短い半導体発光素子しか得られていなかった。
【０００７】
一方、一般にサファイア基板を用いて製造されるＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子においては、必ずしもｐ側電極コンタクト構造の破壊には至らないものの、やはり特性や信頼性が悪く、寿命も短いという問題があった。
【０００８】
したがって、この発明の目的は、特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の半導体発光素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来技術が有する上述の課題を解決すべく、種々の検討および考察を行った。以下その概要について説明する。
【００１０】
本発明者が半導体発光素子について行った断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察などによる結晶構造解析によれば、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層およびＰｄ層の結晶構造の変化は起こっていないこと、および、ｐ側電極が直接接しているｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中には高密度の転位などの結晶欠陥が発生しているが、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層中には結晶欠陥が発生していないことがわかった。また、次に説明するように、ｐ側電極を構成する金属、特にＰｄがｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中にかなり拡散していることもわかっている。
【００１１】
図１は、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層およびＰｄ層（ｐ側電極）を順次積層した積層構造の深さ方向におけるＰｄの分布を測定した結果を示す。このＰｄ分布は、透過型電子顕微鏡に付属したエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）測定装置による測定により得られたものである。図１より、Ｐｄ層が直接接しているｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中にはＰｄがかなり拡散しているが、結晶欠陥がなく、Ｐｄの拡散長がｐ型ＺｎＴｅコンタクト層と異なるｐ型ＺｎＳｅコンタクト層中にはＰｄはほとんど拡散していないことがわかる。このことは、結晶欠陥がなく、金属の拡散定数などが異なる異種物質は、金属の拡散を防止する効果があることを示す。
【００１２】
以上のことから、上述の従来のｐ側電極コンタクト構造を用いた半導体発光素子において通電中にｐ側電極コンタクト構造が破壊されてしまう問題は、次のような原因によるものであることが明らかになった。すなわち、上述の従来のｐ側電極コンタクト構造においては、ＺｎＳｅとＺｎＴｅとの間に約７％もの大きな格子不整があることによりｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層中に転位などの結晶欠陥が発生し、これがこのｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層に伝播し、遂にはｐ側電極との界面付近にまで達する。このため、半導体発光素子への通電中に、ｐ側電極を構成する金属、特にＰｄがこの結晶欠陥を通じて容易にｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中に拡散し、さらにｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層中に拡散し、これが原因となってこのｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層が破壊される。このようにして、ｐ側電極コンタクト構造が破壊される。また、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中に拡散した金属は、キャリア捕獲中心の増大をもたらし、半導体発光素子の特性の劣化などを引き起こす。
【００１３】
一方、上述の従来のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子の特性や信頼性が悪く、寿命も短いのは、次のような原因によるものと考えられる。すなわち、この半導体発光素子においては、サファイア基板上にＧａＮ層などが成長されるが、ＧａＮ結晶とサファイア基板との結晶構造および格子定数の相違によりＧａＮ層における転位などの結晶欠陥の発生は避けられない。実際に、本発明者が行った透過型電子顕微鏡観察によれば、サファイア基板とＧａＮ層との界面からこのＧａＮ層中をサファイア基板のｃ軸方向に走る転位が観察されている。この転位は、ｐ側電極とこれがコンタクトするｐ型ＧａＮコンタクト層との界面まで延びており、この転位を通じてｐ側電極を構成する金属がｐ型ＧａＮコンタクト層中に拡散する。このため、キャリア捕獲中心の増大、素子特性の劣化、短寿命化などが引き起こされるものと考えられる。
【００１４】
以上のことから、特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の半導体発光素子を得るためには、ｐ側電極を構成する金属が、このｐ側電極が接しているｐ型コンタクト層中に拡散するのを防止することが重要であることがわかる。そして、本発明者の検討によれば、このためには、ｐ側電極が接しているｐ型コンタクト層中にこのｐ型コンタクト層と異種の半導体層を設けてヘテロ界面を形成することにより、転位などの結晶欠陥の伝播を防止してこの結晶欠陥を通じての金属の拡散を防止し、あるいは、金属の拡散を直接的に防止することが有効である。
【００１５】
以上は半導体発光素子のｐ側電極コンタクト構造についてであるが、以上と同様なことは、金属電極を構成する金属の半導体層中への拡散に起因する特性や信頼性の劣化、短寿命化などの問題がある半導体装置全般に言えることである。
【００１６】
この発明は、本発明者の以上の検討および考察に基づいて案出されたものである。
【００１７】
すなわち、上記目的を達成するために、この発明は、
ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸層と、
ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸層上のＺｎＴｅ層と、
ＺｎＴｅ層上の金属電極とを有する半導体発光素子において、
ＺｎＴｅ層中にＺｎＴｅ層と異種の半導体であって、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．５８）またはＺｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y ／ＺｎＴｅ超格子（ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）からなる金属拡散および結晶欠陥伝播防止層が少なくとも一層設けられている
ことを特徴とするものである。
【００２１】
この発明はまた、
ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸層と、
ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸層上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層と、
ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層上の金属電極とを有する半導体発光素子において、
ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中にｐ型ＺｎＴｅコンタクト層と異種の半導体であって、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）からなる金属拡散および結晶欠陥伝播防止層が少なくとも一層設けられている
ことを特徴とするものである。
【００２３】
この発明において、半導体装置には、半導体レーザーや発光ダイオードなどの半導体発光素子のほか、電界効果トランジスタなどのトランジスタその他の各種のものが含まれる。
【００２４】
上述のように構成されたこの発明においては、ＺｎＴｅ層中にこのＺｎＴｅ層と異種の半導体であって、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．５８）またはＺｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y ／ＺｎＴｅ超格子（ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）からなる金属拡散および結晶欠陥伝播防止層が設けられているので、この金属拡散および結晶欠陥伝播防止層の下層で発生した転位などの結晶欠陥がこの金属拡散および結晶欠陥伝播防止層の上層に伝播するのを防止することができ、これによって金属電極を構成する金属がこの結晶欠陥を通じてこの金属拡散および結晶欠陥伝播防止層の下層に拡散するのを防止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図２はこの発明の第１の実施形態による半導体発光素子を示し、特にそのｐ側電極コンタクト部の構造を示す。
【００２７】
図２に示すように、この第１の実施形態による半導体発光素子においては、ｐ型不純物として例えばＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１、ｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２、ｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３、金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層であるｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４およびｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３が順次積層され、その上に例えばＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極５が設けられている。ここで、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４の上下のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３は本来一体のものであり、したがってこのｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４はその上下のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に設けられていると言うことができる。
【００２８】
この場合、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４のＺｎ組成比ｘおよびＳｅ組成比ｙは例えばそれぞれ０．５および０．４３５であり、このときこのｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４はｐ型Ｚｎ0.5 Ｃｄ0.5 Ｓｅ0.435 Ｔｅ0.565 層となり、これはｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３に対してわずかに格子不整合状態にある。
【００２９】
図２に示す構造を形成するには、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３を順次成長させる。ここで、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３については、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４の上下のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３の合計の厚さが所要の厚さとなるようにする。この後、最上層のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３上にＰｄ層、Ｐｔ層およびＡｕ層を例えば電子線蒸着法により順次形成してＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極５を形成する。
【００３０】
以上のように、この第１の実施形態によれば、ｐ側電極５が接するｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層としてｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４が設けられていることにより、次のような利点を得ることができる。すなわち、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２中で発生した転位などの結晶欠陥は、まずこのｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に伝播するが、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４により、この結晶欠陥が走る方向はこのｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４に沿う方向に曲げられる。このため、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２中で発生した結晶欠陥がｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に伝播あるいは侵入するのを防止することができる。これによって、ｐ側電極５を構成するＰｄなどの金属がこの結晶欠陥を通じてｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に拡散するのを抑えることができ、このｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中への金属の拡散量を大幅に低減することができる。このため、この金属の拡散に起因するｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２の破壊を防止することができ、したがってまたｐ側電極５のコンタクト部の破壊を防止することができる。また、金属の拡散量の大幅な低減により、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３などにおけるキャリア捕獲中心の低減を図ることもできる。
【００３１】
以上により、特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の半導体発光素子を実現することができる。
【００３２】
図３はこの発明の第２の実施形態による半導体レーザーを示す。この半導体レーザーはＳＣＨ構造を有するものである。
【００３３】
図３に示すように、この第２の実施形態による半導体レーザーにおいては、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされた例えば（００１）面方位のｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型不純物として例えばＣｌがドープされたｎ型ＺｎＳｅバッファ層１２、ｎ型不純物として同様にＣｌがドープされたｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１３、ｎ型不純物として同様にＣｌがドープされたｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層１４、例えばアンドープのＺｎＣｄＳｅ層を量子井戸層とする単一量子井戸構造または多重量子井戸構造の活性層１５、ｐ型不純物として例えばＮがドープされたｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層１６、ｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７、ｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＳＳｅ層１８、ｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９、ｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２０、ｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１、金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層としてのｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２およびｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１が順次積層されている。ここで、第１の実施形態で述べたと同様に、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２は、本来は一体であるその上下のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に設けられていると言うことができる。
【００３４】
この場合、第１の実施形態と同様に、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２のＺｎ組成比ｘおよびＳｅ組成比ｙは例えばそれぞれ０．５および０．４３５であり、このときこのｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２はｐ型Ｚｎ0.5 Ｃｄ0.5 Ｓｅ0.435 Ｔｅ0.565 層となり、これはすでに述べたようにｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１に対してわずかに格子不整合状態にある。
【００３５】
ｐ型ＺｎＳＳｅ層１８の上層部、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２０、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２およびその上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１は、例えば〈１１０〉方向に延在するストライプ形状にパターニングされている。
【００３６】
このストライプ部以外の部分におけるｐ型ＺｎＳＳｅ層１８上には、例えばＡｌ2 Ｏ3 膜からなる絶縁層２３が形成されている。なお、この絶縁層２３としては例えばポリイミドを用いてもよい。
【００３７】
この絶縁層２３およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１上には、例えばＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極２４が設けられている。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面には、例えばＩｎ電極のようなｎ側電極２５が設けられている。
【００３８】
次に、上述のように構成されたこの第２の実施形態による半導体レーザーの製造方法について説明する。
【００３９】
この半導体レーザーを製造するには、まず、図３に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、例えばＭＢＥ法により、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層１２、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１３、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層１４、活性層１５、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層１６、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７、ｐ型ＺｎＳＳｅ層１８、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２０、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１を順次成長させる。
【００４０】
次に、最上層のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１上に例えば〈１１０〉方向に延在するストライプ形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとして例えばウエットエッチング法によりｐ型ＺｎＳＳｅ層１８の厚さ方向の途中までエッチングする。これによって、ｐ型ＺｎＳＳｅ層１８の上層部、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２０、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２およびその上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１がストライプ形状にパターニングされる。
【００４１】
次に、このエッチングに用いたレジストパターンをそのまま残した状態で、真空蒸着法などにより全面に例えばＡｌ2 Ｏ3 膜を形成する。この後、このレジストパターンをその上のＡｌ2 Ｏ3 膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、ストライプ形状にパターニングされたｐ型ＺｎＳＳｅ層１８の上層部、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２０、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２およびその上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１の両側の部分に絶縁層２３が形成される。
【００４２】
次に、ストライプ形状のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１およびその両側の部分の絶縁膜２３の全面に例えば真空蒸着法によりＰｄ層、Ｐｔ層およびＡｕ層を順次形成してＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極２４を形成する。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面に例えばＩｎ電極のようなｎ側電極２５を形成する。
【００４３】
次に、以上のようにしてレーザー構造が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１１をバー状に劈開して両共振器端面を形成し、さらに必要に応じて端面コーティングを施した後、このバーを劈開してチップ化する。そして、このようにして得られるレーザーチップをヒートシンク上にマウントし、パッケージングを行う。
【００４４】
以上により、目的とする半導体レーザーが製造される。
【００４５】
この第２の実施形態によれば、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１中に金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層としてｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２が設けられていることにより、第１の実施形態と同様に、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２０中で発生した転位などの結晶欠陥がこのｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１中に伝播あるいは侵入するのを防止することができる。これによって、ｐ側電極２４を構成するＰｄなどの金属がこの結晶欠陥を通じてｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１中に拡散するのを抑えることができ、この金属の拡散に起因するｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２０の破壊やｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３などにおけるキャリア捕獲中心の増大を防止することができる。このため、ｐ側電極２５のコンタクト部の破壊や半導体レーザーの特性や信頼性の低下を防止することができる。
【００４６】
以上により、特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の青色ないし緑色で発光可能な半導体レーザーを実現することができる。
【００４７】
図４はこの発明の第３の実施形態による半導体発光素子を示し、特にそのｐ側電極コンタクト部を示す。
【００４８】
図４に示すように、この第３の実施形態による半導体発光素子においては、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２とｐ側電極５との間にあるｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に、金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層であるｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４が三層、互いに離れて設けられている。その他のことは第１の実施形態による半導体発光素子と同様である。
【００４９】
この第３の実施形態によれば、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層であるｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４が三層設けられていることにより、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２中で発生した結晶欠陥が、ｐ側電極５が接している最上層のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に伝播あるいは侵入するのをほぼ完全に防止することができる。これによって、ｐ側電極５を構成するＰｄなどの金属がこの結晶欠陥を通じてｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に拡散するのをほぼ完全に抑えることができ、この金属の拡散に起因するｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２の破壊をほぼ完全に防止することができるとともに、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３などにおけるキャリア捕獲中心の大幅な低減を図ることができる。
【００５０】
以上により、第１の実施形態による半導体発光素子に比べて、特性がより良好で、信頼性がより高く、かつより長寿命の半導体発光素子を実現することができる。
【００５１】
図５はこの発明の第４の実施形態による半導体発光素子を示し、特にそのｐ側電極コンタクト部を示す。
【００５２】
図５に示すように、この第４の実施形態による半導体発光素子においては、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２とｐ側電極５との間にあるｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に、金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層であるｐ型不純物として例えばＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅ層６が設けられている。ここで、このｐ型ＺｎＳｅ層６の厚さは必要に応じて選ばれるが、通常は例えば１〜２原子層の厚さで足り、その厚さの一例を挙げると０．５６ｎｍである。その他のことは第１の実施形態による半導体発光素子と同様である。
【００５３】
この第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００５４】
図６はこの発明の第５の実施形態による半導体発光素子を示し、特にそのｐ側電極コンタクト部を示す。
【００５５】
図６に示すように、この第５の実施形態による半導体発光素子においては、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２とｐ側電極５との間にあるｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に、金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層であるｐ型ＺｎＳｅ層６が三層互いに離れて設けられている。その他のことは第４の実施形態による半導体発光素子と同様である。
【００５６】
この第５の実施形態によれば、第３の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００５７】
図７はこの発明の第６の実施形態による半導体発光素子を示す。この第６の実施形態による半導体発光素子は、ＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用い、かつＳＣＨ構造を有するものである。
【００５８】
図７に示すように、この第６の実施形態による半導体発光素子においては、例えば（０００１）面方位の単結晶のサファイア基板３１上に、ＧａＮバッファ層３２、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮクラッド層３３、ｎ型不純物として同様にＳｉがドープされたｎ型ＡｌＧａＮ光導波層３４、例えばｎ型不純物として同様にＳｉがドープされたｎ型ＩｎＧａＮからなる活性層３５、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされたｐ型ＡｌＧａＮ光導波層３６、ｐ型不純物として同様にＭｇがドープされたｐ型ＧａＮクラッド層３７、金属拡散および結晶欠陥伝播防止層であるｐ型不純物として同様にＭｇがドープされたｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３８およびｐ型不純物として同様にＭｇがドープされたｐ型ＧａＮコンタクト層３９が順次積層されている。
【００５９】
ｎ型ＧａＮクラッド層３３の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮ光導波層３４、活性層３５、ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層３６、ｐ型ＧａＮクラッド層３７、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３８およびｐ型ＧａＮコンタクト層３９は所定形状にパターニングされている。
【００６０】
そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層３９上にｐ側電極４０が設けられているとともに、ｎ型ＧａＮクラッド層３３上にｎ側電極４１が設けられている。
【００６１】
次に、上述のように構成されたこの第６の実施形態による半導体発光素子の製造方法について説明する。
【００６２】
すなわち、図５に示すように、まず、サファイア基板３１上に、ＭＯＣＶＤ法により、低温、例えば５００〜６００℃でＧａＮバッファ層３２を成長させる。次に、このＧａＮバッファ層３２上に、ＭＯＣＶＤ法により、通常の成長温度、例えば１０００℃でｎ型ＧａＮクラッド層３３、ｎ型ＡｌＧａＮ光導波層３４、ｎ型ＩｎＧａＮからなる活性層３５、ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層３６、ｐ型ＧａＮクラッド層３７、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３８およびｐ型ＧａＮコンタクト層３９を順次成長させる。
【００６３】
次に、例えば電子線照射による熱処理または通常の熱処理炉による熱処理を行い、上述のようにして成長された各ＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を安定化させる。
【００６４】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層３９上に所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとして例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によりｎ型ＧａＮクラッド層３３の厚さ方向の途中までエッチングする。これによって、ｎ型ＧａＮクラッド層３３の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮ光導波層３４、活性層３５、ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層３６、ｐ型ＧａＮクラッド層３７、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３８およびｐ型ＧａＮコンタクト層３９が所定形状にパターニングされる。
【００６５】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層３９上にｐ側電極４０を形成するとともに、上述のエッチングにより露出したｎ型ＧａＮクラッド層３３上にｎ側電極４１を形成する。
【００６６】
この後、第２の実施形態と同様に工程を進めて、目的とする半導体発光素子を製造する。
【００６７】
以上のように、この第６の実施形態によれば、ｎ型ＧａＮクラッド層３７とｐ型ＧａＮコンタクト層３９との間に金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層としてｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３８が設けられていることにより、サファイア基板３１とＧａＮバッファ層３２との界面より成長方向（ｃ軸方向）に走る転位などの結晶欠陥が、ｎ型ＧａＮクラッド層３３、ｎ型ＡｌＧａＮ光導波層３４、活性層３５、ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層３６、ｐ型ＧａＮクラッド層３７などを通ってｐ型ＧａＮコンタクト層３９に伝播あるいは侵入するのを防止することができる。これによって、ｐ側電極４０を構成する金属がこの結晶欠陥を通じてｐ型ＧａＮコンタクト層３９中に拡散するのを抑えることができ、この金属の拡散に起因するｐ側電極４０のコンタクト部の劣化やｐ型ＧａＮコンタクト層３９などにおけるキャリア捕獲中心の増大を防止することができる。
【００６８】
以上により、特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子を実現することができる。
【００６９】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものでなく、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。
【００７０】
例えば、上述の第６の実施形態においては、金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層としてのｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３８をｎ型ＧａＮクラッド層３７とｐ型ＧａＮコンタクト層３９との間に設けているが、このｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３８はｎ側電極４１の下のｎ型ＧａＮクラッド層３３中に設けてもよく、さらには両部分に設けてもよい。
【００７１】
また、上述の第１〜第５の実施形態においては、各ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の成長にＭＢＥ法を用いているが、これらのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の成長には例えばＭＯＣＶＤ法を用いてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、その上に金属電極が設けられるＺｎＴｅ層にこのＺｎＴｅ層と異種の半導体であって、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．５８）またはＺｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y ／ＺｎＴｅ超格子（ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）からなる金属拡散および結晶欠陥伝播防止層が設けられていることにより、この金属拡散および結晶欠陥伝播防止層の下層で発生した転位などの結晶欠陥がこの金属拡散および結晶欠陥伝播防止層の上層に伝播するのを防止することができ、このため金属電極を構成する金属が結晶欠陥を通じて下層に拡散するのを間接的に防止することができる。これによって、特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の半導体発光素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層およびＰｄ層を順次積層した積層構造の深さ方向におけるＰｄの分布を測定した結果を示す略線図である。
【図２】この発明の第１の実施形態による半導体発光素子を示す断面図である。
【図３】この発明の第２の実施形態による半導体レーザーを示す断面図である。
【図４】この発明の第３の実施形態による半導体発光素子を示す断面図である。
【図５】この発明の第４の実施形態による半導体発光素子を示す断面図である。
【図６】この発明の第５の実施形態による半導体発光素子を示す断面図である。
【図７】この発明の第６の実施形態による半導体発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１９ ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層
２、２０ ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層
３、２１ ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層
４ ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層
５、２４、４０ ｐ側電極
６ ｐ型ＺｎＳｅ層
１１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１２ ｎ型ＺｎＳｅバッファ層
１３ ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
１４ ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層
１５、３５ 活性層
１６ ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層
１７ ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
１８ ｐ型ＺｎＳＳｅ層
２２ ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層
２３ 絶縁層
２５、４１ ｎ側電極
３１ サファイア基板
３２ ＧａＮバッファ層
３３ ｎ型ＧａＮクラッド層
３４ ｎ型ＡｌＧａＮ光導波層
３６ ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層
３７ ｐ型ＧａＮクラッド層
３８ ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層
３９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクや光磁気ディスクに対する記録／再生の高密度化または高解像度化などのために、青色ないし緑色で発光可能な半導体レーザーや発光ダイオードなどの半導体発光素子に対する要求が高まっており、その実現を目指して研究が活発に行われている。
【０００３】
このような青色ないし緑色で発光可能な半導体発光素子の製造に用いる材料としては、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｈｇ、ＢｅなどのＩＩ族元素とＳ、Ｓｅ、ＴｅなどのＶＩ族元素とからなるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体が最も有望である。特に、四元混晶であるＺｎＭｇＳＳｅは、結晶性に優れ、入手も容易なＧａＡｓ基板上への結晶成長が可能であり、例えば青色で発光可能な半導体レーザーをこのＧａＡｓ基板を用いて製造する際のクラッド層や光導波層などに適していることが知られている（例えば、Electronics Letters 28(1992)p.1798）。
【０００４】
従来、このＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導体発光素子、特にクラッド層にＺｎＭｇＳＳｅ層を用いた半導体発光素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板上にバッファ層を介してｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、活性層、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層などを分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により順次成長させた後、このｐ型ＺｎＳｅコンタクト層上にｐ側電極を形成するとともに、ｎ型ＧａＡｓ基板の裏面にｎ側電極を形成することにより製造するのが一般的であった。しかしながら、このような半導体発光素子においては、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層のキャリア濃度を高くすることが難しいことなどにより、このｐ型ＺｎＳｅコンタクト層にｐ側電極をオーミックコンタクトさせることは困難であった。
【０００５】
そこで、この問題を解決するために、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層上にｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸（ＭＱＷ）層を成長させ、さらにその上に高キャリア濃度のものが容易に得られるｐ型ＺｎＴｅコンタクト層を成長させ、その上にｐ側電極、特にＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極を形成することによりオーミックコンタクト特性の向上を図る技術が提案された。そして、ＺｎＣｄＳｅ層を活性層、ＺｎＳＳｅ層を光導波層、ＺｎＭｇＳＳｅ層をクラッド層とするＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳＳｅ／ＺｎＭｇＳＳｅ ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造の半導体レーザーにおいてこのｐ側電極コンタクト構造を採用したもので、すでに室温連続発振が達成されている（例えば、Jpn. J. Appl. Phys. 33(1994)p.L938）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者の知見によれば、上述のようなｐ側電極コンタクト構造を用いた従来の半導体発光素子においては、通電中にｐ側電極コンタクト構造の劣化が進行し、遂には破壊されてしまうという問題があった。このため、これまでは、特性や信頼性が悪く、寿命も短い半導体発光素子しか得られていなかった。
【０００７】
一方、一般にサファイア基板を用いて製造されるＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子においては、必ずしもｐ側電極コンタクト構造の破壊には至らないものの、やはり特性や信頼性が悪く、寿命も短いという問題があった。
【０００８】
したがって、この発明の目的は、特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の半導体発光素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来技術が有する上述の課題を解決すべく、種々の検討および考察を行った。以下その概要について説明する。
【００１０】
本発明者が半導体発光素子について行った断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察などによる結晶構造解析によれば、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層およびＰｄ層の結晶構造の変化は起こっていないこと、および、ｐ側電極が直接接しているｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中には高密度の転位などの結晶欠陥が発生しているが、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層中には結晶欠陥が発生していないことがわかった。また、次に説明するように、ｐ側電極を構成する金属、特にＰｄがｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中にかなり拡散していることもわかっている。
【００１１】
図１は、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層およびＰｄ層（ｐ側電極）を順次積層した積層構造の深さ方向におけるＰｄの分布を測定した結果を示す。このＰｄ分布は、透過型電子顕微鏡に付属したエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）測定装置による測定により得られたものである。図１より、Ｐｄ層が直接接しているｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中にはＰｄがかなり拡散しているが、結晶欠陥がなく、Ｐｄの拡散長がｐ型ＺｎＴｅコンタクト層と異なるｐ型ＺｎＳｅコンタクト層中にはＰｄはほとんど拡散していないことがわかる。このことは、結晶欠陥がなく、金属の拡散定数などが異なる異種物質は、金属の拡散を防止する効果があることを示す。
【００１２】
以上のことから、上述の従来のｐ側電極コンタクト構造を用いた半導体発光素子において通電中にｐ側電極コンタクト構造が破壊されてしまう問題は、次のような原因によるものであることが明らかになった。すなわち、上述の従来のｐ側電極コンタクト構造においては、ＺｎＳｅとＺｎＴｅとの間に約７％もの大きな格子不整があることによりｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層中に転位などの結晶欠陥が発生し、これがこのｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層に伝播し、遂にはｐ側電極との界面付近にまで達する。このため、半導体発光素子への通電中に、ｐ側電極を構成する金属、特にＰｄがこの結晶欠陥を通じて容易にｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中に拡散し、さらにｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層中に拡散し、これが原因となってこのｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層が破壊される。このようにして、ｐ側電極コンタクト構造が破壊される。また、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中に拡散した金属は、キャリア捕獲中心の増大をもたらし、半導体発光素子の特性の劣化などを引き起こす。
【００１３】
一方、上述の従来のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子の特性や信頼性が悪く、寿命も短いのは、次のような原因によるものと考えられる。すなわち、この半導体発光素子においては、サファイア基板上にＧａＮ層などが成長されるが、ＧａＮ結晶とサファイア基板との結晶構造および格子定数の相違によりＧａＮ層における転位などの結晶欠陥の発生は避けられない。実際に、本発明者が行った透過型電子顕微鏡観察によれば、サファイア基板とＧａＮ層との界面からこのＧａＮ層中をサファイア基板のｃ軸方向に走る転位が観察されている。この転位は、ｐ側電極とこれがコンタクトするｐ型ＧａＮコンタクト層との界面まで延びており、この転位を通じてｐ側電極を構成する金属がｐ型ＧａＮコンタクト層中に拡散する。このため、キャリア捕獲中心の増大、素子特性の劣化、短寿命化などが引き起こされるものと考えられる。
【００１４】
以上のことから、特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の半導体発光素子を得るためには、ｐ側電極を構成する金属が、このｐ側電極が接しているｐ型コンタクト層中に拡散するのを防止することが重要であることがわかる。そして、本発明者の検討によれば、このためには、ｐ側電極が接しているｐ型コンタクト層中にこのｐ型コンタクト層と異種の半導体層を設けてヘテロ界面を形成することにより、転位などの結晶欠陥の伝播を防止してこの結晶欠陥を通じての金属の拡散を防止し、あるいは、金属の拡散を直接的に防止することが有効である。
【００１５】
以上は半導体発光素子のｐ側電極コンタクト構造についてであるが、以上と同様なことは、金属電極を構成する金属の半導体層中への拡散に起因する特性や信頼性の劣化、短寿命化などの問題がある半導体装置全般に言えることである。
【００１６】
この発明は、本発明者の以上の検討および考察に基づいて案出されたものである。
【００１７】
すなわち、上記目的を達成するために、この発明は、
ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸層と、
ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸層上のＺｎＴｅ層と、
ＺｎＴｅ層上の金属電極とを有する半導体発光素子において、
ＺｎＴｅ層中にＺｎＴｅ層と異種の半導体であって、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．５８）またはＺｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y ／ＺｎＴｅ超格子（ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）からなる金属拡散および結晶欠陥伝播防止層が少なくとも一層設けられている
ことを特徴とするものである。
【００２１】
この発明はまた、
ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸層と、
ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸層上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層と、
ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層上の金属電極とを有する半導体発光素子において、
ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中にｐ型ＺｎＴｅコンタクト層と異種の半導体であって、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）からなる金属拡散および結晶欠陥伝播防止層が少なくとも一層設けられている
ことを特徴とするものである。
【００２３】
この発明において、半導体装置には、半導体レーザーや発光ダイオードなどの半導体発光素子のほか、電界効果トランジスタなどのトランジスタその他の各種のものが含まれる。
【００２４】
上述のように構成されたこの発明においては、ＺｎＴｅ層中にこのＺｎＴｅ層と異種の半導体であって、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．５８）またはＺｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y ／ＺｎＴｅ超格子（ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）からなる金属拡散および結晶欠陥伝播防止層が設けられているので、この金属拡散および結晶欠陥伝播防止層の下層で発生した転位などの結晶欠陥がこの金属拡散および結晶欠陥伝播防止層の上層に伝播するのを防止することができ、これによって金属電極を構成する金属がこの結晶欠陥を通じてこの金属拡散および結晶欠陥伝播防止層の下層に拡散するのを防止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図２はこの発明の第１の実施形態による半導体発光素子を示し、特にそのｐ側電極コンタクト部の構造を示す。
【００２７】
図２に示すように、この第１の実施形態による半導体発光素子においては、ｐ型不純物として例えばＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１、ｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２、ｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３、金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層であるｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４およびｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３が順次積層され、その上に例えばＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極５が設けられている。ここで、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４の上下のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３は本来一体のものであり、したがってこのｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４はその上下のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に設けられていると言うことができる。
【００２８】
この場合、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４のＺｎ組成比ｘおよびＳｅ組成比ｙは例えばそれぞれ０．５および０．４３５であり、このときこのｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４はｐ型Ｚｎ0.5 Ｃｄ0.5 Ｓｅ0.435 Ｔｅ0.565 層となり、これはｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３に対してわずかに格子不整合状態にある。
【００２９】
図２に示す構造を形成するには、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３を順次成長させる。ここで、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３については、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４の上下のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３の合計の厚さが所要の厚さとなるようにする。この後、最上層のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３上にＰｄ層、Ｐｔ層およびＡｕ層を例えば電子線蒸着法により順次形成してＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極５を形成する。
【００３０】
以上のように、この第１の実施形態によれば、ｐ側電極５が接するｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層としてｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４が設けられていることにより、次のような利点を得ることができる。すなわち、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２中で発生した転位などの結晶欠陥は、まずこのｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に伝播するが、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４により、この結晶欠陥が走る方向はこのｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４に沿う方向に曲げられる。このため、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２中で発生した結晶欠陥がｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に伝播あるいは侵入するのを防止することができる。これによって、ｐ側電極５を構成するＰｄなどの金属がこの結晶欠陥を通じてｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に拡散するのを抑えることができ、このｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中への金属の拡散量を大幅に低減することができる。このため、この金属の拡散に起因するｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２の破壊を防止することができ、したがってまたｐ側電極５のコンタクト部の破壊を防止することができる。また、金属の拡散量の大幅な低減により、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３などにおけるキャリア捕獲中心の低減を図ることもできる。
【００３１】
以上により、特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の半導体発光素子を実現することができる。
【００３２】
図３はこの発明の第２の実施形態による半導体レーザーを示す。この半導体レーザーはＳＣＨ構造を有するものである。
【００３３】
図３に示すように、この第２の実施形態による半導体レーザーにおいては、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされた例えば（００１）面方位のｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型不純物として例えばＣｌがドープされたｎ型ＺｎＳｅバッファ層１２、ｎ型不純物として同様にＣｌがドープされたｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１３、ｎ型不純物として同様にＣｌがドープされたｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層１４、例えばアンドープのＺｎＣｄＳｅ層を量子井戸層とする単一量子井戸構造または多重量子井戸構造の活性層１５、ｐ型不純物として例えばＮがドープされたｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層１６、ｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７、ｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＳＳｅ層１８、ｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９、ｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２０、ｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１、金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層としてのｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２およびｐ型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１が順次積層されている。ここで、第１の実施形態で述べたと同様に、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２は、本来は一体であるその上下のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に設けられていると言うことができる。
【００３４】
この場合、第１の実施形態と同様に、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２のＺｎ組成比ｘおよびＳｅ組成比ｙは例えばそれぞれ０．５および０．４３５であり、このときこのｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２はｐ型Ｚｎ0.5 Ｃｄ0.5 Ｓｅ0.435 Ｔｅ0.565 層となり、これはすでに述べたようにｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１に対してわずかに格子不整合状態にある。
【００３５】
ｐ型ＺｎＳＳｅ層１８の上層部、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２０、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２およびその上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１は、例えば〈１１０〉方向に延在するストライプ形状にパターニングされている。
【００３６】
このストライプ部以外の部分におけるｐ型ＺｎＳＳｅ層１８上には、例えばＡｌ2 Ｏ3 膜からなる絶縁層２３が形成されている。なお、この絶縁層２３としては例えばポリイミドを用いてもよい。
【００３７】
この絶縁層２３およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１上には、例えばＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極２４が設けられている。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面には、例えばＩｎ電極のようなｎ側電極２５が設けられている。
【００３８】
次に、上述のように構成されたこの第２の実施形態による半導体レーザーの製造方法について説明する。
【００３９】
この半導体レーザーを製造するには、まず、図３に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、例えばＭＢＥ法により、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層１２、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１３、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層１４、活性層１５、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層１６、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７、ｐ型ＺｎＳＳｅ層１８、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２０、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１を順次成長させる。
【００４０】
次に、最上層のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１上に例えば〈１１０〉方向に延在するストライプ形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとして例えばウエットエッチング法によりｐ型ＺｎＳＳｅ層１８の厚さ方向の途中までエッチングする。これによって、ｐ型ＺｎＳＳｅ層１８の上層部、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２０、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２およびその上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１がストライプ形状にパターニングされる。
【００４１】
次に、このエッチングに用いたレジストパターンをそのまま残した状態で、真空蒸着法などにより全面に例えばＡｌ2 Ｏ3 膜を形成する。この後、このレジストパターンをその上のＡｌ2 Ｏ3 膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、ストライプ形状にパターニングされたｐ型ＺｎＳＳｅ層１８の上層部、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２０、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１、ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２およびその上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１の両側の部分に絶縁層２３が形成される。
【００４２】
次に、ストライプ形状のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１およびその両側の部分の絶縁膜２３の全面に例えば真空蒸着法によりＰｄ層、Ｐｔ層およびＡｕ層を順次形成してＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極２４を形成する。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面に例えばＩｎ電極のようなｎ側電極２５を形成する。
【００４３】
次に、以上のようにしてレーザー構造が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１１をバー状に劈開して両共振器端面を形成し、さらに必要に応じて端面コーティングを施した後、このバーを劈開してチップ化する。そして、このようにして得られるレーザーチップをヒートシンク上にマウントし、パッケージングを行う。
【００４４】
以上により、目的とする半導体レーザーが製造される。
【００４５】
この第２の実施形態によれば、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１中に金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層としてｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２が設けられていることにより、第１の実施形態と同様に、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２０中で発生した転位などの結晶欠陥がこのｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層２２上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１中に伝播あるいは侵入するのを防止することができる。これによって、ｐ側電極２４を構成するＰｄなどの金属がこの結晶欠陥を通じてｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２１中に拡散するのを抑えることができ、この金属の拡散に起因するｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２０の破壊やｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３などにおけるキャリア捕獲中心の増大を防止することができる。このため、ｐ側電極２５のコンタクト部の破壊や半導体レーザーの特性や信頼性の低下を防止することができる。
【００４６】
以上により、特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の青色ないし緑色で発光可能な半導体レーザーを実現することができる。
【００４７】
図４はこの発明の第３の実施形態による半導体発光素子を示し、特にそのｐ側電極コンタクト部を示す。
【００４８】
図４に示すように、この第３の実施形態による半導体発光素子においては、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２とｐ側電極５との間にあるｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に、金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層であるｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４が三層、互いに離れて設けられている。その他のことは第１の実施形態による半導体発光素子と同様である。
【００４９】
この第３の実施形態によれば、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層であるｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層４が三層設けられていることにより、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２中で発生した結晶欠陥が、ｐ側電極５が接している最上層のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に伝播あるいは侵入するのをほぼ完全に防止することができる。これによって、ｐ側電極５を構成するＰｄなどの金属がこの結晶欠陥を通じてｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に拡散するのをほぼ完全に抑えることができ、この金属の拡散に起因するｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２の破壊をほぼ完全に防止することができるとともに、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３などにおけるキャリア捕獲中心の大幅な低減を図ることができる。
【００５０】
以上により、第１の実施形態による半導体発光素子に比べて、特性がより良好で、信頼性がより高く、かつより長寿命の半導体発光素子を実現することができる。
【００５１】
図５はこの発明の第４の実施形態による半導体発光素子を示し、特にそのｐ側電極コンタクト部を示す。
【００５２】
図５に示すように、この第４の実施形態による半導体発光素子においては、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２とｐ側電極５との間にあるｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に、金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層であるｐ型不純物として例えばＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅ層６が設けられている。ここで、このｐ型ＺｎＳｅ層６の厚さは必要に応じて選ばれるが、通常は例えば１〜２原子層の厚さで足り、その厚さの一例を挙げると０．５６ｎｍである。その他のことは第１の実施形態による半導体発光素子と同様である。
【００５３】
この第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００５４】
図６はこの発明の第５の実施形態による半導体発光素子を示し、特にそのｐ側電極コンタクト部を示す。
【００５５】
図６に示すように、この第５の実施形態による半導体発光素子においては、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２とｐ側電極５との間にあるｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３中に、金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層であるｐ型ＺｎＳｅ層６が三層互いに離れて設けられている。その他のことは第４の実施形態による半導体発光素子と同様である。
【００５６】
この第５の実施形態によれば、第３の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００５７】
図７はこの発明の第６の実施形態による半導体発光素子を示す。この第６の実施形態による半導体発光素子は、ＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用い、かつＳＣＨ構造を有するものである。
【００５８】
図７に示すように、この第６の実施形態による半導体発光素子においては、例えば（０００１）面方位の単結晶のサファイア基板３１上に、ＧａＮバッファ層３２、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮクラッド層３３、ｎ型不純物として同様にＳｉがドープされたｎ型ＡｌＧａＮ光導波層３４、例えばｎ型不純物として同様にＳｉがドープされたｎ型ＩｎＧａＮからなる活性層３５、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされたｐ型ＡｌＧａＮ光導波層３６、ｐ型不純物として同様にＭｇがドープされたｐ型ＧａＮクラッド層３７、金属拡散および結晶欠陥伝播防止層であるｐ型不純物として同様にＭｇがドープされたｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３８およびｐ型不純物として同様にＭｇがドープされたｐ型ＧａＮコンタクト層３９が順次積層されている。
【００５９】
ｎ型ＧａＮクラッド層３３の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮ光導波層３４、活性層３５、ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層３６、ｐ型ＧａＮクラッド層３７、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３８およびｐ型ＧａＮコンタクト層３９は所定形状にパターニングされている。
【００６０】
そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層３９上にｐ側電極４０が設けられているとともに、ｎ型ＧａＮクラッド層３３上にｎ側電極４１が設けられている。
【００６１】
次に、上述のように構成されたこの第６の実施形態による半導体発光素子の製造方法について説明する。
【００６２】
すなわち、図５に示すように、まず、サファイア基板３１上に、ＭＯＣＶＤ法により、低温、例えば５００〜６００℃でＧａＮバッファ層３２を成長させる。次に、このＧａＮバッファ層３２上に、ＭＯＣＶＤ法により、通常の成長温度、例えば１０００℃でｎ型ＧａＮクラッド層３３、ｎ型ＡｌＧａＮ光導波層３４、ｎ型ＩｎＧａＮからなる活性層３５、ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層３６、ｐ型ＧａＮクラッド層３７、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３８およびｐ型ＧａＮコンタクト層３９を順次成長させる。
【００６３】
次に、例えば電子線照射による熱処理または通常の熱処理炉による熱処理を行い、上述のようにして成長された各ＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を安定化させる。
【００６４】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層３９上に所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとして例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によりｎ型ＧａＮクラッド層３３の厚さ方向の途中までエッチングする。これによって、ｎ型ＧａＮクラッド層３３の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮ光導波層３４、活性層３５、ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層３６、ｐ型ＧａＮクラッド層３７、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３８およびｐ型ＧａＮコンタクト層３９が所定形状にパターニングされる。
【００６５】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層３９上にｐ側電極４０を形成するとともに、上述のエッチングにより露出したｎ型ＧａＮクラッド層３３上にｎ側電極４１を形成する。
【００６６】
この後、第２の実施形態と同様に工程を進めて、目的とする半導体発光素子を製造する。
【００６７】
以上のように、この第６の実施形態によれば、ｎ型ＧａＮクラッド層３７とｐ型ＧａＮコンタクト層３９との間に金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層としてｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３８が設けられていることにより、サファイア基板３１とＧａＮバッファ層３２との界面より成長方向（ｃ軸方向）に走る転位などの結晶欠陥が、ｎ型ＧａＮクラッド層３３、ｎ型ＡｌＧａＮ光導波層３４、活性層３５、ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層３６、ｐ型ＧａＮクラッド層３７などを通ってｐ型ＧａＮコンタクト層３９に伝播あるいは侵入するのを防止することができる。これによって、ｐ側電極４０を構成する金属がこの結晶欠陥を通じてｐ型ＧａＮコンタクト層３９中に拡散するのを抑えることができ、この金属の拡散に起因するｐ側電極４０のコンタクト部の劣化やｐ型ＧａＮコンタクト層３９などにおけるキャリア捕獲中心の増大を防止することができる。
【００６８】
以上により、特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子を実現することができる。
【００６９】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものでなく、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。
【００７０】
例えば、上述の第６の実施形態においては、金属拡散および／または結晶欠陥伝播防止層としてのｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３８をｎ型ＧａＮクラッド層３７とｐ型ＧａＮコンタクト層３９との間に設けているが、このｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３８はｎ側電極４１の下のｎ型ＧａＮクラッド層３３中に設けてもよく、さらには両部分に設けてもよい。
【００７１】
また、上述の第１〜第５の実施形態においては、各ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の成長にＭＢＥ法を用いているが、これらのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の成長には例えばＭＯＣＶＤ法を用いてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、その上に金属電極が設けられるＺｎＴｅ層にこのＺｎＴｅ層と異種の半導体であって、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．５８）またはＺｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y ／ＺｎＴｅ超格子（ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）からなる金属拡散および結晶欠陥伝播防止層が設けられていることにより、この金属拡散および結晶欠陥伝播防止層の下層で発生した転位などの結晶欠陥がこの金属拡散および結晶欠陥伝播防止層の上層に伝播するのを防止することができ、このため金属電極を構成する金属が結晶欠陥を通じて下層に拡散するのを間接的に防止することができる。これによって、特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の半導体発光素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層およびＰｄ層を順次積層した積層構造の深さ方向におけるＰｄの分布を測定した結果を示す略線図である。
【図２】この発明の第１の実施形態による半導体発光素子を示す断面図である。
【図３】この発明の第２の実施形態による半導体レーザーを示す断面図である。
【図４】この発明の第３の実施形態による半導体発光素子を示す断面図である。
【図５】この発明の第４の実施形態による半導体発光素子を示す断面図である。
【図６】この発明の第５の実施形態による半導体発光素子を示す断面図である。
【図７】この発明の第６の実施形態による半導体発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１９ ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層
２、２０ ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層
３、２１ ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層
４ ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層
５、２４、４０ ｐ側電極
６ ｐ型ＺｎＳｅ層
１１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１２ ｎ型ＺｎＳｅバッファ層
１３ ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
１４ ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層
１５、３５ 活性層
１６ ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層
１７ ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
１８ ｐ型ＺｎＳＳｅ層
２２ ｐ型Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 層
２３ 絶縁層
２５、４１ ｎ側電極
３１ サファイア基板
３２ ＧａＮバッファ層
３３ ｎ型ＧａＮクラッド層
３４ ｎ型ＡｌＧａＮ光導波層
３６ ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層
３７ ｐ型ＧａＮクラッド層
３８ ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層
３９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
Claims (4)
- ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸層と、
上記ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸層上のＺｎＴｅ層と、
上記ＺｎＴｅ層上の金属電極とを有する半導体発光素子において、
上記ＺｎＴｅ層中に上記ＺｎＴｅ層と異種の半導体であって、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓy Ｔｅ1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．５８）またはＺｎx Ｃｄ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y ／ＺｎＴｅ超格子（ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）からなる金属拡散および結晶欠陥伝播防止層が少なくとも一層設けられている
ことを特徴とする半導体発光素子。 - 上記金属電極はＰｄを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
- ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸層と、
上記ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸層上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層と、
上記ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層上の金属電極とを有する半導体発光素子において、
上記ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中に上記ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層と異種の半導体であって、ｐ型Ｚｎ x Ｃｄ 1-x Ｓｅ y Ｔｅ 1-y （ただし、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．８７５）からなる金属拡散および結晶欠陥伝播防止層が少なくとも一層設けられている
ことを特徴とする半導体発光素子。 - 上記金属電極はＰｄを含むことを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。
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