JPH05291619A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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-
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ｐ型カルコゲナイド結晶への良好なオーム性
電極を実現しさらに高効率、高性能半導体素子を提供す
ることを目的とする。 【構成】 亜鉛またはカドミウムを含むカルコゲナイド
半導体層と、該半導体層上に形成されたII−VI族化合物
とIII −Ｖ族化合物からなる混晶層或いはII−Ｖ族化合
物半導体層と、該混晶層上に形成され前記混晶層とオー
ミック接続する部材とを具備することを特徴とする半導
体素子。
電極を実現しさらに高効率、高性能半導体素子を提供す
ることを目的とする。 【構成】 亜鉛またはカドミウムを含むカルコゲナイド
半導体層と、該半導体層上に形成されたII−VI族化合物
とIII −Ｖ族化合物からなる混晶層或いはII−Ｖ族化合
物半導体層と、該混晶層上に形成され前記混晶層とオー
ミック接続する部材とを具備することを特徴とする半導
体素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は亜鉛またはカドミウムを
含むカルコゲナイドを用いた半導体素子に関する。
含むカルコゲナイドを用いた半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】亜鉛またはカドミウムを含むカルコゲナ
イド半導体はその禁止帯幅が可視領域に相当するため、
可視半導体発光素子として期待されている。特に亜鉛化
合物を主体とする材料では青色領域まで発光が確認され
ており、短波長発光素子材料として開発が進められてい
る。
イド半導体はその禁止帯幅が可視領域に相当するため、
可視半導体発光素子として期待されている。特に亜鉛化
合物を主体とする材料では青色領域まで発光が確認され
ており、短波長発光素子材料として開発が進められてい
る。
【０００３】しかしながら、従来上記の材料においてｐ
型電極に対するオーム性電極の不完全性が大きな問題と
なっていた。即ち、これまで広く用いられているＡｕや
Ｐｔでは良好なオーム性電極が形成できないため金属／
半導体界面における接触抵抗が著しく大きくなり、この
部分にかかる電圧が大きくなる。このため多量の熱を発
生し、結晶中に欠陥を生ずる原因となるとともに、素子
の劣化を引き起こす。この様な問題点を解決するものに
特開平１−１８７８８５号公報に示される素子がある。
図１２にその素子構造を示す。
型電極に対するオーム性電極の不完全性が大きな問題と
なっていた。即ち、これまで広く用いられているＡｕや
Ｐｔでは良好なオーム性電極が形成できないため金属／
半導体界面における接触抵抗が著しく大きくなり、この
部分にかかる電圧が大きくなる。このため多量の熱を発
生し、結晶中に欠陥を生ずる原因となるとともに、素子
の劣化を引き起こす。この様な問題点を解決するものに
特開平１−１８７８８５号公報に示される素子がある。
図１２にその素子構造を示す。
【０００４】ｎ型ＧａＡｓ基板１２１上に、ｎ型ＺｎＳ
Ｓｅ結晶層１２２、ｐ型ＺｎＳＳｅ結晶層１２３、ｐ型
ＧａＡｓ結晶層１２４が順次形成されている。１２５、
１２６は電極である。
Ｓｅ結晶層１２２、ｐ型ＺｎＳＳｅ結晶層１２３、ｐ型
ＧａＡｓ結晶層１２４が順次形成されている。１２５、
１２６は電極である。
【０００５】この様な発光素子においてはｐ型II−VI族
半導体結晶層上にIII −Ｖ族半導体結晶層を積層し、こ
のIII −Ｖ族半導体結晶層上にオーム性電極を形成する
ことによって接触抵抗を下げることができる。
半導体結晶層上にIII −Ｖ族半導体結晶層を積層し、こ
のIII −Ｖ族半導体結晶層上にオーム性電極を形成する
ことによって接触抵抗を下げることができる。
【０００６】しかしながらこの素子では、III −Ｖ族化
合物とII−VI族化合物の間に価電子帯のバンド不連続が
大きいためホールが流れにくくなり発光効率が悪いとい
う問題点がある。また、ＧａＡｓ結晶層１２４がｐ型の
II−VI族半導体結晶層であるｐ型ＺｎＳＳｅ結晶層１２
３表面に直接成長しているのでＧａＡｓ結晶層１２４の
Ｇａ原子がｐ型ＺｎＳＳｅ結晶層１２３中に拡散するた
めにｐ型ＺｎＳＳｅ結晶層１２３がｎ型にシフトしてし
まうという問題点がある。さらに、ＧａＡｓ等のIII −
Ｖ族化合物はII−VI族化合物よりも成長温度が高いため
II−VI族半導体結晶層間のｐｎ結合で熱による相互拡散
が生じるためｐｎジャンクションが崩れ良好なデバイス
特性が得られないという問題点がある。
合物とII−VI族化合物の間に価電子帯のバンド不連続が
大きいためホールが流れにくくなり発光効率が悪いとい
う問題点がある。また、ＧａＡｓ結晶層１２４がｐ型の
II−VI族半導体結晶層であるｐ型ＺｎＳＳｅ結晶層１２
３表面に直接成長しているのでＧａＡｓ結晶層１２４の
Ｇａ原子がｐ型ＺｎＳＳｅ結晶層１２３中に拡散するた
めにｐ型ＺｎＳＳｅ結晶層１２３がｎ型にシフトしてし
まうという問題点がある。さらに、ＧａＡｓ等のIII −
Ｖ族化合物はII−VI族化合物よりも成長温度が高いため
II−VI族半導体結晶層間のｐｎ結合で熱による相互拡散
が生じるためｐｎジャンクションが崩れ良好なデバイス
特性が得られないという問題点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上詳述してきたよう
に従来の素子構造では発光効率の低下、ｐ型からｎ型へ
のシフト、ｐｎジャンクションが崩れる等の素子劣化と
いう問題点がある。本発明は、上記した問題を解決して
ｐ型カルコゲナイド結晶への良好なオーム性電極を実現
しさらに高効率、高性能半導体素子を提供することを目
的とする。
に従来の素子構造では発光効率の低下、ｐ型からｎ型へ
のシフト、ｐｎジャンクションが崩れる等の素子劣化と
いう問題点がある。本発明は、上記した問題を解決して
ｐ型カルコゲナイド結晶への良好なオーム性電極を実現
しさらに高効率、高性能半導体素子を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の半導体素子は、亜鉛またはカドミウムを含む
カルコゲナイド半導体層と、該半導体層上に形成された
II−VI族化合物半導体及びIII −Ｖ族化合物半導体から
なる混晶層、或いはII−Ｖ族化合物半導体層と、該混晶
層上に形成され前記混晶層とオーミック接続する部材と
を具備している。
に本発明の半導体素子は、亜鉛またはカドミウムを含む
カルコゲナイド半導体層と、該半導体層上に形成された
II−VI族化合物半導体及びIII −Ｖ族化合物半導体から
なる混晶層、或いはII−Ｖ族化合物半導体層と、該混晶
層上に形成され前記混晶層とオーミック接続する部材と
を具備している。
【０００９】ここで混晶層とは、バルクとして作用する
には１０００オングストローム以上が望ましく、バンド
ギャップを考えるとII−VI族化合物が数％（３％程度）
は必要である。
には１０００オングストローム以上が望ましく、バンド
ギャップを考えるとII−VI族化合物が数％（３％程度）
は必要である。
【００１０】
【作用】亜鉛またはカドミウムを含むカルコゲナイド半
導体層であるｐ型II−VI族半導体層上に、II−VI族化合
物半導体とIII −Ｖ族化合物半導体の混晶層を積層する
事によって、ｐ型II−VI族半導体層と混晶層との界面で
の格子整合が格段に向上し、価電子帯のバンド不連続が
なくなる。このためホールは流れ易くなり発光効率も向
上する。また前記混晶層はｎ型不純物であるIII 族原子
のｐ型II−VI族半導体層への拡散を防止する効果があり
ｎ型へのシフトを抑制する効果がある。さらに、低温で
成長形成できるので素子のｐｎジャンクションの破壊を
防ぐことができる。
導体層であるｐ型II−VI族半導体層上に、II−VI族化合
物半導体とIII −Ｖ族化合物半導体の混晶層を積層する
事によって、ｐ型II−VI族半導体層と混晶層との界面で
の格子整合が格段に向上し、価電子帯のバンド不連続が
なくなる。このためホールは流れ易くなり発光効率も向
上する。また前記混晶層はｎ型不純物であるIII 族原子
のｐ型II−VI族半導体層への拡散を防止する効果があり
ｎ型へのシフトを抑制する効果がある。さらに、低温で
成長形成できるので素子のｐｎジャンクションの破壊を
防ぐことができる。
【００１１】また、混晶層をII−VI族化合物からIII −
Ｖ族化合物まで組成変化させながら積層する事によって
界面付近ではIII 族原子の濃度が低いのでIII 族原子の
拡散はより効果的に制御できる。またこの様にすること
によりオーミック接続する部材例えば金属電極とのオー
ミック性も向上する。
Ｖ族化合物まで組成変化させながら積層する事によって
界面付近ではIII 族原子の濃度が低いのでIII 族原子の
拡散はより効果的に制御できる。またこの様にすること
によりオーミック接続する部材例えば金属電極とのオー
ミック性も向上する。
【００１２】次に、II−Ｖ族化合物半導体層をII−VI族
化合物半導体層上に積層する事により価電子帯のバンド
不連続は十分に抑えられホールはスムーズに流れる。ま
た、ｐ型II−VI族半導体層とII−Ｖ族化合物半導体層界
面付近にはＧａ等のIII 族原子が存在しない。従ってII
I 族原子の拡散はまったく無くｐ型II−VI族半導体のｎ
型へのシフトはない。最後に、前記混晶層、II−Ｖ族化
合物半導体層の成長温度はII−VI族化合物半導体層の成
長温度と同程度なので熱による素子の劣化を防ぐことが
できる。
化合物半導体層上に積層する事により価電子帯のバンド
不連続は十分に抑えられホールはスムーズに流れる。ま
た、ｐ型II−VI族半導体層とII−Ｖ族化合物半導体層界
面付近にはＧａ等のIII 族原子が存在しない。従ってII
I 族原子の拡散はまったく無くｐ型II−VI族半導体のｎ
型へのシフトはない。最後に、前記混晶層、II−Ｖ族化
合物半導体層の成長温度はII−VI族化合物半導体層の成
長温度と同程度なので熱による素子の劣化を防ぐことが
できる。
【００１３】
【実施例】以下図を用いて本発明の実施例について詳細
に説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る発光ダ
イオードの断面図である。
に説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る発光ダ
イオードの断面図である。
【００１４】Ｓｉを３×１０18ｃｍ-3添加したｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１１上にＣｌを１×１０18ｃｍ-3添加したｎ型
ＺｎＳｅ結晶層１２、亜鉛を含むカルコゲナイド半導体
層であるＮを５×１０18ｃｍ-3添加したｐ型ＺｎＳｅ結
晶層１３、II−VI族化合物とIII −Ｖ族化合物からなる
混晶層である（ＺｎＳｅ）x （ＧａＡｓ）(1-x) 混晶層
１４をＭＢＥ法によって順次積層する。このときの各層
の成長条件は、ｎ型ＺｎＳｅ（ジメチルセレン）結晶層
１２はＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛）供給量１０μｍｏｌ／
ｍｉｎ、ＤＭＳｅ供給量２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｌ−Ｃ
ｌ−ｐｅｎｔａｎｅ供給量２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型
ＺｎＳｅ結晶層１３はＤＭＺｎ供給量１０μｍｏｌ／ｍ
ｉｎ、ＤＭＳｅ供給量２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 供
給量２００μｍｏｌ／ｍｉｎである。（ＺｎＳｅ）
x （ＧａＡｓ）(1-x) 混晶層１４の組成Ｘは１．０から
０までほぼ連続的に変化させる。各層ともに成長圧力は
１ａｔｍ、成長温度は５００℃、キャリアガス流量は２
ＳＬＭ（Standerd Litter perMinute）とした。基板１
１裏面にはＡｕ−Ｇｅ電極１６を蒸着し、混結層１４表
面にはオーミック接続する部材であるＡｕ−Ｚｎ電極１
５を蒸着形成する。その後、５００℃で１０秒のフラッ
シュアニールを行った。
Ａｓ基板１１上にＣｌを１×１０18ｃｍ-3添加したｎ型
ＺｎＳｅ結晶層１２、亜鉛を含むカルコゲナイド半導体
層であるＮを５×１０18ｃｍ-3添加したｐ型ＺｎＳｅ結
晶層１３、II−VI族化合物とIII −Ｖ族化合物からなる
混晶層である（ＺｎＳｅ）x （ＧａＡｓ）(1-x) 混晶層
１４をＭＢＥ法によって順次積層する。このときの各層
の成長条件は、ｎ型ＺｎＳｅ（ジメチルセレン）結晶層
１２はＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛）供給量１０μｍｏｌ／
ｍｉｎ、ＤＭＳｅ供給量２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｌ−Ｃ
ｌ−ｐｅｎｔａｎｅ供給量２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型
ＺｎＳｅ結晶層１３はＤＭＺｎ供給量１０μｍｏｌ／ｍ
ｉｎ、ＤＭＳｅ供給量２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 供
給量２００μｍｏｌ／ｍｉｎである。（ＺｎＳｅ）
x （ＧａＡｓ）(1-x) 混晶層１４の組成Ｘは１．０から
０までほぼ連続的に変化させる。各層ともに成長圧力は
１ａｔｍ、成長温度は５００℃、キャリアガス流量は２
ＳＬＭ（Standerd Litter perMinute）とした。基板１
１裏面にはＡｕ−Ｇｅ電極１６を蒸着し、混結層１４表
面にはオーミック接続する部材であるＡｕ−Ｚｎ電極１
５を蒸着形成する。その後、５００℃で１０秒のフラッ
シュアニールを行った。
【００１５】この様に作成した発光ダイオードの電流電
圧特性を図２の実線で示す。順方向立ち上がり電圧は
２．５Ｖと低く、順方向電圧電流から求めた直列抵抗
（グラフの傾き）は０．４Ωであった。一方、比較のた
めに混晶層１４を除去して作成した素子の特性を波線で
示す。順方向立ち上がり電圧は７Ｖと高い上に、直列抵
抗も５Ωと大きな値を示した。
圧特性を図２の実線で示す。順方向立ち上がり電圧は
２．５Ｖと低く、順方向電圧電流から求めた直列抵抗
（グラフの傾き）は０．４Ωであった。一方、比較のた
めに混晶層１４を除去して作成した素子の特性を波線で
示す。順方向立ち上がり電圧は７Ｖと高い上に、直列抵
抗も５Ωと大きな値を示した。
【００１６】本発明による素子の立ち上がり電圧と抵抗
の低い理由は以下のように説明できる。即ち、電極とｐ
型半導体層の間で、通電が容易となるためには、価電子
帯が連続的にポテンシャル変化することが必要である。
本実施例では混晶層１４の混晶組成をＺｎＳｅからＧａ
Ａｓまで連続的に変化させることによって価電子帯バン
ド不連続無しに金属電極１５まで接続することが可能と
なっている。そのため、立ち上がり電圧はｐｎ接合部の
特性を直接反映していると共に、金属と半導体界面での
接触抵抗を低減できるため、直列抵抗も低くなる。一方
比較例（ｎ型ＺｎＳｅ結晶層表面に直接電極を形成した
素子）の立ち上がり電圧が高く、直列電流も大きな値を
示したのは、表面の電極と半導体層の間に電流のバリア
が存在することに起因している。
の低い理由は以下のように説明できる。即ち、電極とｐ
型半導体層の間で、通電が容易となるためには、価電子
帯が連続的にポテンシャル変化することが必要である。
本実施例では混晶層１４の混晶組成をＺｎＳｅからＧａ
Ａｓまで連続的に変化させることによって価電子帯バン
ド不連続無しに金属電極１５まで接続することが可能と
なっている。そのため、立ち上がり電圧はｐｎ接合部の
特性を直接反映していると共に、金属と半導体界面での
接触抵抗を低減できるため、直列抵抗も低くなる。一方
比較例（ｎ型ＺｎＳｅ結晶層表面に直接電極を形成した
素子）の立ち上がり電圧が高く、直列電流も大きな値を
示したのは、表面の電極と半導体層の間に電流のバリア
が存在することに起因している。
【００１７】また５００℃と比較的低い温度で成長して
いるのでＺｎＳｅ結晶層１３、１４の結晶性は良く、ｐ
ｎジャンクションも良好に形成されている。さらに混結
層１４のｐ型ＺｎＳｅ結晶層１３付近にはＧａ原子が少
ないのでｐ型ＺｎＳｅ結晶層１３にＧａ原子の拡散はみ
られずｐ型ＺｎＳｅ結晶層は良質なｐ型を呈する。図３
は本発明の第２の実施例に係る発光ダイオードの断面図
である。
いるのでＺｎＳｅ結晶層１３、１４の結晶性は良く、ｐ
ｎジャンクションも良好に形成されている。さらに混結
層１４のｐ型ＺｎＳｅ結晶層１３付近にはＧａ原子が少
ないのでｐ型ＺｎＳｅ結晶層１３にＧａ原子の拡散はみ
られずｐ型ＺｎＳｅ結晶層は良質なｐ型を呈する。図３
は本発明の第２の実施例に係る発光ダイオードの断面図
である。
【００１８】Ｉを３×１０18ｃｍ-3添加したｎ型ＺｎＳ
ｅ基板３１上にｎ型ＺｎＳｅ結晶層３２、Ｃｄx Ｚｎ
(1-x) Ｓｅ結晶層３３、ｐ型ＺｎＳｅ結晶層３４を順次
積層した構造の素子上にｘの値を０．２刻みでｘ＝１か
らｘ＝０．２まで変化させた（ＺｎＳｅ）x （ＧａＡ
ｓ）(1-x) 混晶層３５を積層した。ｎ型ＺｎＳｅ基板３
１の裏面にＩｎ−Ｇａ電極３７を付着させ、混晶層３５
表面にはＡｕ−Ｚｎ電極３７を付着した。その後、５０
０℃で１０秒のアニールを行った。
ｅ基板３１上にｎ型ＺｎＳｅ結晶層３２、Ｃｄx Ｚｎ
(1-x) Ｓｅ結晶層３３、ｐ型ＺｎＳｅ結晶層３４を順次
積層した構造の素子上にｘの値を０．２刻みでｘ＝１か
らｘ＝０．２まで変化させた（ＺｎＳｅ）x （ＧａＡ
ｓ）(1-x) 混晶層３５を積層した。ｎ型ＺｎＳｅ基板３
１の裏面にＩｎ−Ｇａ電極３７を付着させ、混晶層３５
表面にはＡｕ−Ｚｎ電極３７を付着した。その後、５０
０℃で１０秒のアニールを行った。
【００１９】次にこの発光ダイオードの発光スペクトル
強度の電流出力特性を図４の実線で示す。縦軸の出力に
ついては単位は任意である。本実施例による発光ダイオ
ードでは電流に対して比例した青色発光強度が得られ
る。一方、比較のために混晶層１４を除去して作成した
素子の特性を波線で示す。比較例の場合には低電流レベ
ルで出力の飽和がみられ全体に出力レベルが低いことが
わかる。
強度の電流出力特性を図４の実線で示す。縦軸の出力に
ついては単位は任意である。本実施例による発光ダイオ
ードでは電流に対して比例した青色発光強度が得られ
る。一方、比較のために混晶層１４を除去して作成した
素子の特性を波線で示す。比較例の場合には低電流レベ
ルで出力の飽和がみられ全体に出力レベルが低いことが
わかる。
【００２０】本実施例による発光ダイオードは比較的低
い温度で成長しているので各層の結晶性は良く、混晶層
３５のｐ型ＺｎＳｅ結晶層３４付近にはＧａ原子が少な
いのでｐ型ＺｎＳｅ結晶層３４にＧａ原子の拡散はみら
れない。また、（ＺｎＳｅ）x （ＧａＡｓ）(1-x) 混晶
層のｘを０．２刻みでｘ＝１からｘ＝０．２まで変化さ
せているのでＺｎＳｅ結晶層１３と混晶層３５の界面で
のバンドギャップはなく電流はスムーズに流れる。以上
の理由により本実施例による発光ダイオードの素子特性
は格段に向上している。図５は本発明の第３の実施例に
係る半導体レーザの断面図である。
い温度で成長しているので各層の結晶性は良く、混晶層
３５のｐ型ＺｎＳｅ結晶層３４付近にはＧａ原子が少な
いのでｐ型ＺｎＳｅ結晶層３４にＧａ原子の拡散はみら
れない。また、（ＺｎＳｅ）x （ＧａＡｓ）(1-x) 混晶
層のｘを０．２刻みでｘ＝１からｘ＝０．２まで変化さ
せているのでＺｎＳｅ結晶層１３と混晶層３５の界面で
のバンドギャップはなく電流はスムーズに流れる。以上
の理由により本実施例による発光ダイオードの素子特性
は格段に向上している。図５は本発明の第３の実施例に
係る半導体レーザの断面図である。
【００２１】（１００）方向のｎ型ＧａＡｓ基板５１に
格子整合したｎ型ＺｎＳx Ｓｅ(1-x) クラッド層５２、
アンドープＣｄy Ｚｎ(1-y) 活性層５３、ｐ型ＺｎＳx
Ｓｅ(1-x) クラッド層５４を順次積層し、（ＺｎＳｅ）
1 （ＧａＡｓ）1 混晶層５５を積層形成する。
格子整合したｎ型ＺｎＳx Ｓｅ(1-x) クラッド層５２、
アンドープＣｄy Ｚｎ(1-y) 活性層５３、ｐ型ＺｎＳx
Ｓｅ(1-x) クラッド層５４を順次積層し、（ＺｎＳｅ）
1 （ＧａＡｓ）1 混晶層５５を積層形成する。
【００２２】次にｎ型ＧａＡｓ基板５１裏面にＩｎ−Ｇ
ａ電極５７を付着させ、混晶層３５表面にはＡｕ−Ｚｎ
電極５６を付着した。その後、５００℃で１０秒のフラ
ッシュアニールを行った。この様に構成された素子に、
順方向の電圧を印加すると室温でレーザ発振を確認し
た。
ａ電極５７を付着させ、混晶層３５表面にはＡｕ−Ｚｎ
電極５６を付着した。その後、５００℃で１０秒のフラ
ッシュアニールを行った。この様に構成された素子に、
順方向の電圧を印加すると室温でレーザ発振を確認し
た。
【００２３】本実施例による素子の電流出力特性を図６
に示す。縦軸の出力に関しては単位は任意である。実線
は本実施例によるもので、波線に示した比較例はｐ型Ｚ
ｎＳx Ｓｅ(1-x) クラッド層５４上に直接Ａｕ電極を被
着させたものである。本実施例によると、しきい値電流
密度は１００Ａ／ｃｍ2 を示し、比較例ではしきい値電
流密度は８００Ａ／ｃｍ2 を示した。このことはオーム
性電極が著しく改善されたことを示している。
に示す。縦軸の出力に関しては単位は任意である。実線
は本実施例によるもので、波線に示した比較例はｐ型Ｚ
ｎＳx Ｓｅ(1-x) クラッド層５４上に直接Ａｕ電極を被
着させたものである。本実施例によると、しきい値電流
密度は１００Ａ／ｃｍ2 を示し、比較例ではしきい値電
流密度は８００Ａ／ｃｍ2 を示した。このことはオーム
性電極が著しく改善されたことを示している。
【００２４】また、比較例に比べ、本実施例の場合には
高電流密度まで出力が増加している。この様に低電流密
度で発振し、高電流密度まで出力の増大が観測されるこ
とはオーム性電極が改善され、接触抵抗が格段に低減し
たことによる。
高電流密度まで出力が増加している。この様に低電流密
度で発振し、高電流密度まで出力の増大が観測されるこ
とはオーム性電極が改善され、接触抵抗が格段に低減し
たことによる。
【００２５】本実施例による半導体レーザは比較的低い
温度で成長しているので各層の結晶性は良く、混晶層５
５のｐ型ＺｎＳx Ｓｅ(1-x) クラッド層５４付近にはＧ
ａ原子が少ないのでｐ型ＺｎＳx Ｓｅ(1-x) クラッド層
５４にＧａ原子の拡散はほとんどみられない。この様な
素子によっても本発明の効果は十分に達成できる。図７
は本発明の第４の実施例に係る発光ダイオードの断面図
である。
温度で成長しているので各層の結晶性は良く、混晶層５
５のｐ型ＺｎＳx Ｓｅ(1-x) クラッド層５４付近にはＧ
ａ原子が少ないのでｐ型ＺｎＳx Ｓｅ(1-x) クラッド層
５４にＧａ原子の拡散はほとんどみられない。この様な
素子によっても本発明の効果は十分に達成できる。図７
は本発明の第４の実施例に係る発光ダイオードの断面図
である。
【００２６】Ｓｉを３×１０18ｃｍ-3添加したｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１１上にＣｌを１×１０18ｃｍ-3添加したｎ型
ＺｎＳｅ結晶層１２、Ｎを５×１０18ｃｍ-3添加したｐ
型ＺｎＳｅ結晶層１３、II−Ｖ族化合物であるＺｎＡｓ
層７４をＭＯＣＶＤ法によって順次積層する。このとき
の各層の成長条件は、ｎ型ＺｎＳｅ結晶層１２はＤＭＺ
ｎ供給量１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＤＭＳｅ供給量２０μ
ｍｏｌ／ｍｉｎ、１−Ｃｌ−ｐｅｎｔａｎｅ供給量２０
μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型ＺｎＳｅ結晶層１３はＤＭＺｎ
供給量１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＤＭＳｅ供給量２０μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 供給量２００μｍｏｌ／ｍｉｎ、
ＺｎＡｓ層７４はＤＭＺｎ供給量１０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、ＡｓＨ3 供給量４００μｍｏｌ／ｍｉｎ、厚さ２０
０ｎｍである。各層ともに成長圧力は１ａｔｍ、成長温
度は５００℃て、キャリアガス流量は２ＳＬＭとした。
基板１１裏面にはＡｕ−Ｇｅ電極１６を蒸着し、ＺｎＡ
ｓ層７４の表面にはＡｕ−Ｚｎ電極１５を蒸着形成す
る。その後、５００℃で３ｍｉｎの熱処理を水素雰囲気
中で行った。
Ａｓ基板１１上にＣｌを１×１０18ｃｍ-3添加したｎ型
ＺｎＳｅ結晶層１２、Ｎを５×１０18ｃｍ-3添加したｐ
型ＺｎＳｅ結晶層１３、II−Ｖ族化合物であるＺｎＡｓ
層７４をＭＯＣＶＤ法によって順次積層する。このとき
の各層の成長条件は、ｎ型ＺｎＳｅ結晶層１２はＤＭＺ
ｎ供給量１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＤＭＳｅ供給量２０μ
ｍｏｌ／ｍｉｎ、１−Ｃｌ−ｐｅｎｔａｎｅ供給量２０
μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型ＺｎＳｅ結晶層１３はＤＭＺｎ
供給量１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＤＭＳｅ供給量２０μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 供給量２００μｍｏｌ／ｍｉｎ、
ＺｎＡｓ層７４はＤＭＺｎ供給量１０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、ＡｓＨ3 供給量４００μｍｏｌ／ｍｉｎ、厚さ２０
０ｎｍである。各層ともに成長圧力は１ａｔｍ、成長温
度は５００℃て、キャリアガス流量は２ＳＬＭとした。
基板１１裏面にはＡｕ−Ｇｅ電極１６を蒸着し、ＺｎＡ
ｓ層７４の表面にはＡｕ−Ｚｎ電極１５を蒸着形成す
る。その後、５００℃で３ｍｉｎの熱処理を水素雰囲気
中で行った。
【００２７】この様にして得られた発光ダイオードの電
流電圧特性を図８の実線に示す。波線は比較のためにＺ
ｎＡｓ層を形成しないでｐ型ＺｎＳｅ結晶層１３上に直
接Ａｕ電極を形成した場合の例である。本実施例による
発光ダイオードは比較例と比べて良好なダイオード特性
を示している。比較例による発光ダイオードは順方向立
ち上がり電圧が高い上に、電流電圧特性から得られる素
子の直列抵抗の値（グラフの傾きから得られる。）が非
常に大きい。これはｐ型の電極部における接触抵抗が高
いからである。本実施例による発光ダイオードのように
ｐ型ＺｎＳｅ結晶層１３とｐ型電極であるＡｕ−Ｚｎ電
極１５の間にＺｎＡｓ層７４を挟むことによりｐ型電極
部における接触抵抗を低減できるために素子の抵抗を低
減でき動作電圧を抑えることができる。
流電圧特性を図８の実線に示す。波線は比較のためにＺ
ｎＡｓ層を形成しないでｐ型ＺｎＳｅ結晶層１３上に直
接Ａｕ電極を形成した場合の例である。本実施例による
発光ダイオードは比較例と比べて良好なダイオード特性
を示している。比較例による発光ダイオードは順方向立
ち上がり電圧が高い上に、電流電圧特性から得られる素
子の直列抵抗の値（グラフの傾きから得られる。）が非
常に大きい。これはｐ型の電極部における接触抵抗が高
いからである。本実施例による発光ダイオードのように
ｐ型ＺｎＳｅ結晶層１３とｐ型電極であるＡｕ−Ｚｎ電
極１５の間にＺｎＡｓ層７４を挟むことによりｐ型電極
部における接触抵抗を低減できるために素子の抵抗を低
減でき動作電圧を抑えることができる。
【００２８】また、本実施例による発光ダイオードと比
較例によるものの発光出力特性を図９に示す。縦軸の発
光出力の単位は任意である。本実施例における素子は高
出力レベルまで比例して発光出力が増大しているのに対
し、比較例の場合には低電流レベルで飽和する傾向がみ
られた。これは、素子の抵抗が高いために生じる発熱の
影響によるものである。
較例によるものの発光出力特性を図９に示す。縦軸の発
光出力の単位は任意である。本実施例における素子は高
出力レベルまで比例して発光出力が増大しているのに対
し、比較例の場合には低電流レベルで飽和する傾向がみ
られた。これは、素子の抵抗が高いために生じる発熱の
影響によるものである。
【００２９】また、II−Ｖ族化合物であるＺｎＡｓ層１
４はｐ型ＺｎＳｅ結晶層１３中に拡散してｐ型をｎ型に
シフトしてしまうようなII−VI族化合物半導体に対して
ｎ型不純物となるIII 族原子は存在しない。さらに、Ｚ
ｎＡｓは成長温度がＺｎＳｅと同程度であるため熱によ
る素子の劣化を防ぐことができる。さらに、ＺｎＡｓは
正方晶系でありＣ軸の長さがＺｎＳｅの２倍とほぼ等し
いため格子の連続性にも優れ、ＺｎＳｅとの界面に欠陥
を発生しないため電流が容易に流れる。図１０は本発明
の第５の実施例に係る半導体レーザの断面図である。
４はｐ型ＺｎＳｅ結晶層１３中に拡散してｐ型をｎ型に
シフトしてしまうようなII−VI族化合物半導体に対して
ｎ型不純物となるIII 族原子は存在しない。さらに、Ｚ
ｎＡｓは成長温度がＺｎＳｅと同程度であるため熱によ
る素子の劣化を防ぐことができる。さらに、ＺｎＡｓは
正方晶系でありＣ軸の長さがＺｎＳｅの２倍とほぼ等し
いため格子の連続性にも優れ、ＺｎＳｅとの界面に欠陥
を発生しないため電流が容易に流れる。図１０は本発明
の第５の実施例に係る半導体レーザの断面図である。
【００３０】ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型ＺｎＳＳ
ｅ結晶層１０２、アンドープＣｄＺｎＳｅ結晶層１０
３、ｐ型ＺｎＣｄＳＳｅ結晶層１０４、II−Ｖ族化合物
であるＣｄx Ｚｎ(1-x) Ａｓ層１０５を積層成形する。
次にＧａＡｓ基板１０１裏面にはＡｕ−Ｇｅ電極１０７
を蒸着し、Ｃｄx Ｚｎ(1-x) Ａｓ層１０５表面にはＡｕ
電極１０６を蒸着形成する。
ｅ結晶層１０２、アンドープＣｄＺｎＳｅ結晶層１０
３、ｐ型ＺｎＣｄＳＳｅ結晶層１０４、II−Ｖ族化合物
であるＣｄx Ｚｎ(1-x) Ａｓ層１０５を積層成形する。
次にＧａＡｓ基板１０１裏面にはＡｕ−Ｇｅ電極１０７
を蒸着し、Ｃｄx Ｚｎ(1-x) Ａｓ層１０５表面にはＡｕ
電極１０６を蒸着形成する。
【００３１】この様にして得られた半導体レーザの発光
出力特性を図１１の実線で示す。縦軸の発光出力の単位
は任意である。本実施例における素子はしきい値電流密
度１５０Ａ／ｃｍ2 と、波線で示したＣｄＺｎＡｓ層を
積層せずにＡｕ電極を形成した比較例の場合に比べ格段
に低い。この様にＣｄが入った材料系においても本発明
の効果は十分にある。
出力特性を図１１の実線で示す。縦軸の発光出力の単位
は任意である。本実施例における素子はしきい値電流密
度１５０Ａ／ｃｍ2 と、波線で示したＣｄＺｎＡｓ層を
積層せずにＡｕ電極を形成した比較例の場合に比べ格段
に低い。この様にＣｄが入った材料系においても本発明
の効果は十分にある。
【００３２】以上実施例においては発光ダイオード及び
半導体レーザについて述べてきたが、本発明は亜鉛また
はカドミウムを含むカルコゲナイド半導体層とｐ型側電
極との間の接触抵抗の改善、成長過程における熱による
素子劣化の防止、III 族原子の拡散によるｎ型へのシフ
トの防止を目的とするものであって種々の半導体に広く
適用できるものである。また、成長方法はＭＢＥ或いは
ＭＯＣＶＤを用いたがこの方法ではカルコゲナイド結晶
層を成長した後に引き続いてII−VI族化合物とIII −Ｖ
族化合物からなる混晶層或いはII−Ｖ族化合物半導体層
を積層することが可能であるためカルコゲナイド結晶層
と、II−VI族化合物とIII −Ｖ族化合物からなる混晶層
或いはII−Ｖ族化合物半導体層との界面の劣化を防止す
ることが可能である。また、成長装置からいったん取り
だした後に、II−VI族化合物とIII −Ｖ族化合物からな
る混晶層或いはII−Ｖ族化合物半導体層を積層する事も
可能でありその際にはＭＢＥやＭＯＣＶＤだけでなくス
パッターや蒸着といった方法も用いることが可能であ
る。また、本発明の主旨を逸脱することなく種々変形す
ることも可能である。
半導体レーザについて述べてきたが、本発明は亜鉛また
はカドミウムを含むカルコゲナイド半導体層とｐ型側電
極との間の接触抵抗の改善、成長過程における熱による
素子劣化の防止、III 族原子の拡散によるｎ型へのシフ
トの防止を目的とするものであって種々の半導体に広く
適用できるものである。また、成長方法はＭＢＥ或いは
ＭＯＣＶＤを用いたがこの方法ではカルコゲナイド結晶
層を成長した後に引き続いてII−VI族化合物とIII −Ｖ
族化合物からなる混晶層或いはII−Ｖ族化合物半導体層
を積層することが可能であるためカルコゲナイド結晶層
と、II−VI族化合物とIII −Ｖ族化合物からなる混晶層
或いはII−Ｖ族化合物半導体層との界面の劣化を防止す
ることが可能である。また、成長装置からいったん取り
だした後に、II−VI族化合物とIII −Ｖ族化合物からな
る混晶層或いはII−Ｖ族化合物半導体層を積層する事も
可能でありその際にはＭＢＥやＭＯＣＶＤだけでなくス
パッターや蒸着といった方法も用いることが可能であ
る。また、本発明の主旨を逸脱することなく種々変形す
ることも可能である。
【００３３】
【発明の効果】本発明によりこれまで困難とされてきた
亜鉛もしくはカドミウムを含むｐ型カルコゲナイド結晶
に対する良好なオーム性電極の形成が可能となり動作電
圧の低い半導体素子の作製が可能となる。さらに、価電
子帯でのバンドギャップの低減、成長温度の低減、III
族原子の拡散による素子の劣化を図ることができるため
素子の信頼性及び特性の大幅な向上が図られる。
亜鉛もしくはカドミウムを含むｐ型カルコゲナイド結晶
に対する良好なオーム性電極の形成が可能となり動作電
圧の低い半導体素子の作製が可能となる。さらに、価電
子帯でのバンドギャップの低減、成長温度の低減、III
族原子の拡散による素子の劣化を図ることができるため
素子の信頼性及び特性の大幅な向上が図られる。
【図１】 本発明の第１の実施例に係る発光ダイオード
の断面図。
の断面図。
【図２】 本発明の第１の実施例に係る発光ダイオード
と比較例の発光ダイオードの電流電圧特性を示すグラ
フ。
と比較例の発光ダイオードの電流電圧特性を示すグラ
フ。
【図３】 本発明の第２の実施例に係る発光ダイオード
の断面図。
の断面図。
【図４】 本発明の第２の実施例に係る発光ダイオード
と比較例の発光ダイオードの電流出力特性を示すグラ
フ。
と比較例の発光ダイオードの電流出力特性を示すグラ
フ。
【図５】 本発明の第３の実施例に係る半導体レーザの
断面図。
断面図。
【図６】 本発明の第３の実施例に係る半導体レーザと
比較例の半導体レーザの電流出力特性を示すグラフ。
比較例の半導体レーザの電流出力特性を示すグラフ。
【図７】 本発明の第４の実施例に係る発光ダイオード
の断面図。
の断面図。
【図８】 本発明の第４の実施例に係る発光ダイオード
と比較例の発光ダイオードの電流電圧特性を示すグラ
フ。
と比較例の発光ダイオードの電流電圧特性を示すグラ
フ。
【図９】 本発明の第４の実施例に係る発光ダイオード
と比較例の発光ダイオードの電流出力特性を示すグラ
フ。
と比較例の発光ダイオードの電流出力特性を示すグラ
フ。
【図１０】 本発明の第５の実施例に係る半導体レーザ
の断面図。
の断面図。
【図１１】 本発明の第５の実施例に係る半導体レーザ
と比較例の半導体レーザの電流出力特性を示すグラフ。
と比較例の半導体レーザの電流出力特性を示すグラフ。
【図１２】 従来の発光ダイオードの断面図。
１１…ｎ型ＧａＡｓ基板 １２…ｎ型ＺｎＳｅ結晶層 １３…ｐ型ＺｎＳｅ結晶層 １４…混晶層（ＺｎＳｅ）x （ＧａＡｓ）(1-x) １５…Ａｕ−Ｚｎ電極 １６…Ａｕ−Ｇｅ電極
Claims (1)
- 【請求項１】 亜鉛またはカドミウムを含むカルコゲナ
イド半導体層と、 該半導体層上に形成され、II−VI族化合物半導体及びII
I −Ｖ族化合物半導体からなる混晶層、或いはII−Ｖ族
化合物半導体層と、 前記混晶層上に形成され前記混晶層とオーミック接続す
る部材とを具備することを特徴とする半導体素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9140092A JPH05291619A (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | 半導体素子 |
| US08/030,870 US5324963A (en) | 1992-04-13 | 1993-03-12 | Electroluminescent semiconductor device having chalcogenide layer and mixed crystal layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9140092A JPH05291619A (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | 半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05291619A true JPH05291619A (ja) | 1993-11-05 |
Family
ID=14025335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9140092A Pending JPH05291619A (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | 半導体素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5324963A (ja) |
| JP (1) | JPH05291619A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5459337A (en) * | 1993-02-19 | 1995-10-17 | Sony Corporation | Semiconductor display device with red, green and blue emission |
| EP0619602A3 (en) * | 1993-04-07 | 1995-01-25 | Sony Corp | Semiconductor device and manufacturing method. |
| JPH077183A (ja) * | 1993-06-17 | 1995-01-10 | Rohm Co Ltd | 半導体発光装置及びその製造方法 |
| KR100474820B1 (ko) * | 1997-08-04 | 2005-05-18 | 삼성전기주식회사 | 오믹층 일부를 식각한 발광 다이오드 제조방법 |
| TW406442B (en) * | 1998-07-09 | 2000-09-21 | Sumitomo Electric Industries | White colored LED and intermediate colored LED |
| US6921912B2 (en) | 2003-06-03 | 2005-07-26 | Micron Technology, Inc. | Diode/superionic conductor/polymer memory structure |
| KR100808802B1 (ko) * | 2007-04-23 | 2008-02-29 | 경북대학교 산학협력단 | 희토류 원소가 첨가된 무기 전계 발광 레이저 소자 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5326280A (en) * | 1976-08-24 | 1978-03-10 | Handotai Kenkyu Shinkokai | Crystal growth for mixed crystals of compund semiconductor |
| JPS6074483A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-26 | Toshiba Corp | 発光ダイオ−ド |
| JP2723227B2 (ja) * | 1986-09-26 | 1998-03-09 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子の製造方法 |
| JPS63185077A (ja) * | 1987-01-27 | 1988-07-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 青色発光ダイオ−ド |
| US4992837A (en) * | 1988-11-15 | 1991-02-12 | Kokusai Denshin Denwa Co., Ltd. | Light emitting semiconductor device |
| JPH0387073A (ja) * | 1989-06-27 | 1991-04-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光素子 |
| JPH03161982A (ja) * | 1989-11-20 | 1991-07-11 | Sanyo Electric Co Ltd | 発光素子 |
| JPH03235378A (ja) * | 1990-02-13 | 1991-10-21 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| JP2593960B2 (ja) * | 1990-11-29 | 1997-03-26 | シャープ株式会社 | 化合物半導体発光素子とその製造方法 |
-
1992
- 1992-04-13 JP JP9140092A patent/JPH05291619A/ja active Pending
-
1993
- 1993-03-12 US US08/030,870 patent/US5324963A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5324963A (en) | 1994-06-28 |
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