JPH06224230A - ２−６族化合物半導体ｐ形電極構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオウ（Ｓ）またはセレン（Ｓｅ）を含むｐ
形２−６族化合物半導体へのホールの注入を容易にし、
ｐ電極の抵抗を小さくする。 【構成】 イオウ（Ｓ）またはセレン（Ｓｅ）を含むｐ
形２−６族化合物半導体からなるｐ形２−６半導体層１
２に隣接して、ＡｌＧａＡｓからなるｐ形３−５半導体
層１３を有している。ＡｌＧａＡｓ混晶の価電子帯端の
エネルギー位置は２−６半導体と金属のフェルミレベル
の中間にあり、ｐ形３−５半導体層１３中ではｐ形２−
６半導体層１２界面で低く、ｐ電極１４界面で高くなっ
ている。ｐ形３−５半導体層１３の導入により各界面で
の障壁が小さくなり、ホールの注入が容易になり、ｐ電
極の抵抗が大幅に減少する。このため発光ダイオードの
印加電圧は低くなり、強い青色発光が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ｐ形２−６族化合物半
導体層を有する半導体装置、特に青色発光素子、発光ダ
イオード、半導体レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】イオウ（Ｓ）またはセレン（Ｓｅ）を含
む２−６族化合物半導体材料（ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、Ｚｎ
ＳＳｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ等）は、禁制帯幅が大きく青色
発光素子の材料として用いられている。ホールを注入す
るためのｐ電極は、ｐ形ＺｎＳｅ上にＡｕを蒸着した構
造である。アプライド フィジックス レターズ（Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第５９
巻１２７２頁 １９９１年参照。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、イオウ
またはセレンを含む２−６族化合物半導体材料の価電子
帯端のエネルギー位置が金属のフェルミレベルよりかな
り低いため、このような構造ではショットキー性の電極
になってしまい、抵抗が大きく立ち上がり電圧が高いと
いう問題を有していた。

【０００４】本発明の目的は、ｐ形２−６族化合物半導
体の電極の抵抗の小さくすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の２−６族化合物
半導体ｐ形電極構造は、イオウ（Ｓ）またはセレン（Ｓ
ｅ）を含むｐ形２−６族化合物半導体材料からなるｐ形
２−６半導体層を有する半導体装置において、前記ｐ形
２−６半導体層に隣接して、これと格子長が等しいかま
たは格子長が異なる臨界膜厚以下のｐ形Ａｌ_x Ｇａ
_{1 - x} Ａｓ（０≦ｘ＜１）半導体または超格子からなる
ｐ形３−５半導体層を有し、前記ｐ形３−５半導体層上
に直接または第二ｐ形３−５半導体層を介してｐ電極を
有し、前記ｐ形３−５半導体層の価電子帯端のエネルギ
ー位置が前記ｐ電極部で高く、前記ｐ形２−６半導体層
に近着くにつれ連続的にまたは階段状に低くなってお
り、前記第二ｐ形３−５半導体層が前記ｐ形３−５半導
体層の価電子帯端のエネルギー位置よりも価電子帯端が
高い事を特徴とする。

【０００６】

【作用】イオウまたはセレンを含む２−６族化合物半導
体材料の価電子帯端のエネルギー位置は金属のフェルミ
レベルより１ｅＶ以上低い。このため、２−６半導体に
ホールを注入しようとすると、そのヘテロ界面に１ｅＶ
以上の障壁が存在し、抵抗が大きく、立ち上がり電圧は
２０Ｖ以上である。また、半導体基板として広く用いら
れているｐ形ＧａＡｓ上にｐ形２−６半導体層を形成
し、ＧａＡｓ層よりホールを注入しようとすると、やは
り２−６半導体とＧａＡｓの価電子帯端のエネルギー位
置の違いにより１ｅＶ程度の障壁が存在し、抵抗が大き
く、立ち上がり電圧が２０Ｖ以上となる。

【０００７】ＡｌＧａＡｓ混晶半導体の価電子帯端のエ
ネルギー位置は金属のフェルミレベルとイオウまたはセ
レンを含む２−６族化合物半導体の価電子帯端の中間に
ある。ＡｌＧａＡｓ半導体の組成を制御して、価電子帯
端の位置を金属との界面では金属のフェルミレベルにほ
ぼ等しくし、２−６半導体層に近着くにつれ低くしてい
くことができる。２−６半導体との界面での障壁は大幅
に低減され、ホールの注入は容易となる。また、ＡｌＧ
ａＡｓ混晶では、ＧａとＡｌの組成を変えることによ
り、格子長を変えず価電子帯端の位置を変化させること
ができ、作製上も容易である。

【０００８】

【実施例】本発明について図面を参照して説明する。図
１は、第１の発明の一実施例を示す断面図である。

【０００９】ｎ形ＧａＡｓからなる基板１０上にＣｌ添
加したＺｎＳ_{0 . 0 7} Ｓｅ_{0 . 9 3}からなるｎ形２−６
半導体層１１（厚さ１μｍ、ｎ＝１×１０^{1 8} ｃ
ｍ^{- 3} ）とＮ添加したＺｎＳ_{0 . 0 7} Ｓｅ_{0 . 9 3} から
なるｐ形２−６半導体層１２（厚さ１μｍ、ｐ＝５×１
０^{1 7} ｃｍ^{- 3} ）を分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法に
より成長し、Ｂｅを添加したＡｌ_z Ｇａ_{1 - z} Ａｓから
なるｐ形３−５半導体層１３（厚さ２００ｎｍ、ｐ＝１
×１０^{1 9} ｃｍ^{- 3} ）をＭＢＥ法により成長し、ＡｕＺ
ｎからなるｐ電極１４（厚さ３００ｎｍ）、ＡｕＧｅＮ
ｉからなるｎ電極１５（厚さ３００ｎｍ）を真空蒸着法
により形成したのち、３００゜Ｃで１０分加熱して発光
ダイオードを作製した。

【００１０】Ａｌ_z Ｇａ_{1 - z} Ａｓ層のＡｌ組成z をｐ
形２−６半導体層１２との界面で０．７であり、ｐ電極
に近づくにつれ連続的に小さくし、ｐ電極１４との界面
において零とする。この構造では価電子帯端は連続的に
変化しｐ形２−６半導体層１２界面で低く、ｐ電極１４
界面で高くなっていてホールは容易にｐ形２−６半導体
層１２へ注入される。ｐ形２−６半導体層１２とｐ形３
−５半導体層１３の格子長は等しく、格子欠陥の無い良
好な半導体層が形成された。ｐ形３−５半導体層１３の
導入によりｐ−ｎ接合順方向に電流を流すために必要な
印加電圧は５Ｖと低くなり、良好な発光特性が得られ
た。これは、ｐ形２−６半導体層１２とｐ形３−５半導
体層１３との界面、ｐ形３−５半導体層１３とｐ電極１
４との界面での障壁が小さくなったためである。

【００１１】上述の実施例ではＧａＡｓ基板を用い、こ
れと格子整合した２−６半導体材料に用いたが、これに
限らず、ＩｎＰ基板上に格子整合したＺｎＣｄＳＳｅ系
において、ＡｌＧａＡｓ混晶を臨界膜厚以下で用いるな
ど、ＡｌＧａＡｓとは格子長の異なる半導体基板上に格
子整合した２−６半導体層上に臨界膜厚以下のＡｌＧａ
Ａｓ混晶を用いてもよい。

【００１２】図２は、第２の発明の一実施例を示す断面
図である。

【００１３】ｎ形Ａｌ_{0 . 5} Ｇａ_{0 . 5} Ａｓからなる基
板２０上に、Ｃｌ添加したＺｎＳ_{0. 0 7} Ｓｅ_{0 . 9 3}
からなるｎ形２−６半導体層２１（厚さ１μｍ、ｎ＝１
×１０^{1 8} ｃｍ^{- 3} ）とＺｎ_{0 . 8} Ｃｄ_{0 . 2} Ｓｅから
なる活性層２２（厚さ１０ｎｍ）、Ｎ添加したＺｎＳ
_{0 . 0 7} Ｓｅ_{0 . 9 3} からなるｐ形２−６半導体層２３
（厚さ１μｍ、ｐ＝５×１０^{1 7} ｃｍ^{- 3} ）、Ｂｅを添
加したＡｌＡｓ／ＧａＡｓ超格子からなるｐ形３−５半
導体層２４（ｐ＝１×１０^{1 9} ｃｍ^{- 3} ）をＭＢＥ法に
より成長し、ＡｕＺｎからなるｐ電極２５（厚さ３００
ｎｍ）、ＡｕＧｅＮｉからなるｎ電極２６（厚さ３００
ｎｍ）を真空蒸着法により形成して発光ダイオードを作
製した。ｐ形３−５半導体層２４の超格子構造は、Ａｌ
Ａｓ層の厚さが３ｎｍと一定で、ＧａＡｓ層の厚さがｐ
形２−６半導体層２３との界面で０．５ｎｍであり、ｐ
電極２５に近着くにつれ一周期毎に０．５ｎｍづつ広く
なっており、ｐ電極２５との界面で２０ｎｍである。
ｐ−ｎ接合順方向に電流を流すために必要な印加電圧は
４Ｖと低くなり、強い青色発光が得られた。これは、ｐ
形３−５半導体層２４の価電子帯端が連続的に変化し
て、ｐ形２−６半導体層２３に近着くにつれ低くなって
いて、ホールが容易に注入されるためである。

【００１４】上述の実施例ではＧａＡｓ基板を用い、こ
れと格子整合した２−６半導体材料にＡｌＡｓ／ＧａＡ
ｓ超格子を用いたが、これに限らず、ＩｎＰ基板上に格
子整合したＺｎＣｄＳＳｅ系において、Ａｌ_{x 1} Ｇａ
_{1 - x} 1 Ａｓ／Ａｌ_{x 2} Ｇａ_{1- x 2} Ａｓ超格子を臨界
膜厚以下で用いるなど、ＡｌＧａＡｓとは格子長の異な
る半導体基板上に格子整合した２−６半導体層上に臨界
膜厚以下のＡｌ^{x 1} Ｇａ_{1 - x} 1 Ａｓ／Ａｌ_{x 2} Ｇａ
_{1 - x 2} Ａｓ超格子を用いてもよい。

【００１５】図３は、第３の発明の一実施例を示す断面
図である。

【００１６】ｐ形ＧａＡｓ基板からなる第二ｐ形３−５
半導体層３０（厚さ３５０μｍ）上に、Ｂｅを添加した
Ａｌ_{0 . 3} Ｇａ_{0 . 7} Ａｓ（厚さ１００ｎｍ、ｐ＝１×
１０^{1 9} ｃｍ^{- 3} ）、Ａｌ_{0 . 6} Ｇａ_{0 . 4} Ａｓ（厚さ
１００ｎｍ、ｐ＝１×１０¹⁸ ｃｍ^{- 3} ）、ＡｌＡｓ
（厚さ１０ｎｍ、ｐ＝１ｘ１０^{1 8} ｃｍ^{- 3} ）からなる
ｐ形３−５半導体層３１をＭＢＥ法により成長したの
ち、Ｎ添加したＺｎＳ_{0 .0 7} Ｓｅ_{0 . 9 3} からなるｐ
形２−６半導体層３２（厚さ２μｍ、ｐ＝５×１０^{1 7}
ｃｍ^{- 3} ）、Ｚｎ_{0 . 8} Ｃｄ_{0 . 2} Ｓｅからなる活性層
３３（厚さ１０ｎｍ）、Ｃｌ添加したＺｎＳ_{0 . 0 7} Ｓ
ｅ_{0 . 9 3} からなるｎ形２−６半導体層３４（厚さ２μ
ｍ、ｎ＝１×１０^{1 8} ｃｍ^{- 3} ）とをＭＢＥ法により成
長し、Ｉｎからなるｎ電極３５（厚さ３００ｎｍ）、Ａ
ｕＺｎからなるｐ電極３６（厚さ３００ｎｍ）を真空蒸
着法により形成し、へき開により反射面を形成して青色
発光半導体レーザを作製した。

【００１７】ｐ電極３６より注入されたホールは、第二
ｐ形３−５半導体層３０からｐ形３−５半導体層３１を
介しｐ形２−６半導体層３２に注入される。第二ｐ形３
−５半導体層３０の価電子帯端はｐ形２−６半導体層３
２に比べて高く、ｐ形電極３６よりホールは容易に注入
される。立ち上がり電圧は４Ｖと低く、室温でのレーザ
発振が得られた。

【００１８】上述の実施例では、第二ｐ形３−５半導体
層としてｐ形ＧａＡｓ層一層を用いたが、これに限ら
ず、一部にＧａＡｓ／ＡｌＡｓ超格子バッファー層など
含んでいてもよい。

【００１９】図４は、第３の発明の別の実施例を示す断
面図である。

【００２０】ｐ形ＧａＡｓ基板からなる第二ｐ形３−５
半導体層４０（厚さ３５０μｍ）上に、Ｂｅを添加した
ＡｌＡｓ／Ａｌ_z Ｇａ_{1 - z} Ａｓ超格子からなるｐ形３
−５半導体層４１（ｐ＝１×１０^{1 9} ｃｍ^{- 3} ）をＭＢ
Ｅ法により成長したのち、Ｎ添加したＺｎＳ_{0 . 0 7} Ｓ
ｅ_{0 . 9 3} からなるｐ形２−６半導体層４２（厚さ１μ
ｍ、ｐ＝５×１０^{1 7} ｃｍ^{- 3} ）、Ｃｌ添加したＺｎＳ
ｅからなるｎ形２−６半導体層４３（厚さ１μｍ、ｎ＝
１×１０^{1 8} ｃｍ^{- 3} ）とをＭＢＥ法により成長し、Ｉ
ｎからなるｎ電極４４（厚さ３００ｎｍ）、ＡｕＺｎか
らなるｐ電極４５（厚さ３００ｎｍ）を真空蒸着法によ
り形成し、青色発光ダイオードを作製した。ｐ形３−５
半導体層４１の超格子構造は、各層の厚さが１ｎｍと一
定で、Ａｌ_z Ｇａ_{1 - z} Ａｓ層のＡｌ組成ｚがｐ形２−
６半導体層４２との界面で１であり、一周期毎に０．０
２づつ減少して、第二ｐ形３−５半導体層４０との界面
で零となっている。この構造では価電子帯端は連続的に
変化し、ｐ形２−６半導体層４２界面で低く、第二ｐ形
３−５半導体層４０界面で高くなっていて、ホールは容
易にｐ形２−６半導体層４２へ注入される。

【００２１】作製した発光ダイオードの立ち上がり電圧
は５Ｖと低く、強い青色発光がえられた。

【００２２】上述の実施例では、第二ｐ形３−５半導体
層としてｐ形ＧａＡｓ層一層を用いたが、これに限ら
ず、一部にＧａＡｓ／ＡｌＡｓ超格子バッファー層など
を含んでいてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によりｐ形
２−６半導体層へのホールの注入が容易になり、ｐ電極
での抵抗がさがり、発光素子に適用した場合良好な青色
発光素子が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の実施例を示す断面図である。

【図２】第２の発明の実施例を示す断面図である。

【図３】第３の発明の実施例を示す断面図である。

【図４】第３の発明の別の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 基板 １１ ｎ形２−６半導体層 １２ ｐ形２−６半導体層 １３ ｐ形３−５半導体層 １４ ｐ電極 １５ ｎ電極 ２０ 基板 ２１ ｎ形２−６半導体層 ２２ 活性層 ２３ ｐ形２−６半導体層 ２４ ｐ形３−５半導体層 ２５ ｐ電極 ２６ ｎ電極 ３０ 第二ｐ形３−５半導体層 ３１ ｐ形３−５半導体層 ３２ ｐ形２−６半導体層 ３３ 活性層 ３４ ｎ形２−６半導体層 ３５ ｎ電極 ３６ ｐ電極 ４０ 第二ｐ形３−５半導体層 ４１ ｐ形３−５半導体層 ４２ ｐ形２−６半導体層 ４３ ｎ形２−６半導体層 ４４ ｎ電極 ４５ ｐ電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオウ（Ｓ）またはセレン（Ｓｅ）を含
   むｐ形２−６族化合物半導体材料からなるｐ形２−６半
   導体層を有する半導体装置において、前記ｐ形２−６半
   導体層に隣接して、これと格子長が等しいか、または格
   子長が異なる臨界膜厚以下の、ｐ形Ａｌ_x Ｇａ_{1 - x} Ａ
   ｓ（０≦ｘ＜１）半導体からなるｐ形３−５半導体層を
   有し、前記ｐ形３−５半導体層上にｐ電極を有し、前記
   ｐ形３−５半導体層のＡｌ組成が前記ｐ電極部で零また
   は特定の値であり、前記ｐ形２−６半導体層に近着くに
   つれ連続的にまたは階段状に増加していることを特徴と
   する２−６族化合物半導体ｐ形電極構造。
2. 【請求項２】 イオウ（Ｓ）またはセレン（Ｓｅ）を含
   むｐ形２−６族化合物半導体材料からなるｐ形２−６半
   導体層を有する半導体装置において、前記ｐ形２−６半
   導体層に隣接して、これと格子長が等しいかまたは格子
   長が異なる臨界膜厚以下のｐ形Ａｌ_{x 1} Ｇａ_{1 - x 1} Ａ
   ｓ／Ａｌ_{x 2} Ｇａ_{1 - x 2} Ａｓ超格子（０≦ｘ１＜１、
   ０≦ｘ２＜１）からなるｐ形３−５半導体層を有し、前
   記ｐ形３−５半導体層上にｐ電極を有し、前記ｐ形３−
   ５半導体層の価電子帯端のエネルギー位置が前記ｐ電極
   部で高く、前記ｐ形２−６半導体層に近着くにつれ連続
   的にまたは階段状に低くなっていることを特徴とする２
   −６族化合物半導体ｐ形電極構造。
3. 【請求項３】 ｐ形３−５半導体層とｐ電極との間に、
   前記ｐ形３−５半導体層の価電子帯端のエネルギー位置
   よりも価電子帯端が高いｐ形ＧａＡｓ一層以上からなる
   第二ｐ形３−５半導体層を有することを特徴とする請求
   項１または請求項２記載の２−６族化合物半導体ｐ形電
   極構造。