JPH06333873A - 半導体素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体素子およびその製造方法Info
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- JPH06333873A JPH06333873A JP13895393A JP13895393A JPH06333873A JP H06333873 A JPH06333873 A JP H06333873A JP 13895393 A JP13895393 A JP 13895393A JP 13895393 A JP13895393 A JP 13895393A JP H06333873 A JPH06333873 A JP H06333873A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電極と半導体層との接触抵抗を小さくするこ
とができ、動作電圧を十分低くすることができる半導体
素子およびその製造方法を提供する。 【構成】 この発明の半導体素子は、基板２上に複数の
半導体層を積層し、該半導体層１０上に電極１８，１４
を形成し、前記半導体層１０の価電子帯端から０．２ｅ
Ｖの範囲内の禁止体中に不純物準位を形成したものであ
る。また製法は、電極を熱処理することにより、該電極
に含まれる不純物準位を形成する元素を前記半導体層１
０内へ拡散させることを特徴とする。
とができ、動作電圧を十分低くすることができる半導体
素子およびその製造方法を提供する。 【構成】 この発明の半導体素子は、基板２上に複数の
半導体層を積層し、該半導体層１０上に電極１８，１４
を形成し、前記半導体層１０の価電子帯端から０．２ｅ
Ｖの範囲内の禁止体中に不純物準位を形成したものであ
る。また製法は、電極を熱処理することにより、該電極
に含まれる不純物準位を形成する元素を前記半導体層１
０内へ拡散させることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばＺｎＳｅ、Ｚ
ｎＳ等のII−VI族化合物半導体のようなワイドギャップ
半導体を有する多層構造の半導体素子およびその製造方
法に関するものである。
ｎＳ等のII−VI族化合物半導体のようなワイドギャップ
半導体を有する多層構造の半導体素子およびその製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、例えばアプライド フィジック
ス レターズ ５９巻１１号 ｐｐ１２７２−１２７
４．１９９１年（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５９
（１１）．１２７２−１２７４．（１９９１））に示さ
れた従来の半導体素子を示す断面図であり、図におい
て、１はｎ型Ｉｎ電極、２はｎ−ＧａＡｓ結晶基板（基
板）、３はｎ−ＧａＡｓバッファ層、４は高濃度ｎ−Ｚ
ｎＳｅ層、５はｎ−ＺｎＳＳｅ（Ｓ組成７％）層、６は
ｎ−ＺｎＳｅ障壁層、７はＺｎＣｄＳｅ（Ｃｄ組成２０
％）井戸層、８はｐ−ＺｎＳｅ障壁層、９はｐ−ＺｎＳ
Ｓｅ（Ｓ組成７％）層、１０は高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層、
１３は電極ストライプ構造を形成するためのポリイミド
膜、１４はｐ−Ａｕ電極である。ここで、ｎ−ＺｎＳｅ
障壁層６、ＺｎＣｄＳｅ井戸層７、ｐ−ＺｎＳｅ障壁層
８の３層により量子井戸構造１１が形成され、この量子
井戸構造１１とｎ−ＺｎＳＳｅ層５とｐ−ＺｎＳＳｅ層
９とにより導波構造１２が形成されている。
ス レターズ ５９巻１１号 ｐｐ１２７２−１２７
４．１９９１年（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５９
（１１）．１２７２−１２７４．（１９９１））に示さ
れた従来の半導体素子を示す断面図であり、図におい
て、１はｎ型Ｉｎ電極、２はｎ−ＧａＡｓ結晶基板（基
板）、３はｎ−ＧａＡｓバッファ層、４は高濃度ｎ−Ｚ
ｎＳｅ層、５はｎ−ＺｎＳＳｅ（Ｓ組成７％）層、６は
ｎ−ＺｎＳｅ障壁層、７はＺｎＣｄＳｅ（Ｃｄ組成２０
％）井戸層、８はｐ−ＺｎＳｅ障壁層、９はｐ−ＺｎＳ
Ｓｅ（Ｓ組成７％）層、１０は高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層、
１３は電極ストライプ構造を形成するためのポリイミド
膜、１４はｐ−Ａｕ電極である。ここで、ｎ−ＺｎＳｅ
障壁層６、ＺｎＣｄＳｅ井戸層７、ｐ−ＺｎＳｅ障壁層
８の３層により量子井戸構造１１が形成され、この量子
井戸構造１１とｎ−ＺｎＳＳｅ層５とｐ−ＺｎＳＳｅ層
９とにより導波構造１２が形成されている。
【０００３】次に動作について説明する。この半導体素
子は、ｎ−ＧａＡｓ結晶基板２上にｎ−ＧａＡｓバッフ
ァ層３ないし高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０を順次エピタキ
シャル成長させ、高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０上の所定位
置にポリイミド膜１３を形成し、最後にｎ−Ｉｎ電極
１、ｐ−Ａｕ電極１４を形成することで作製される。
子は、ｎ−ＧａＡｓ結晶基板２上にｎ−ＧａＡｓバッフ
ァ層３ないし高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０を順次エピタキ
シャル成長させ、高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０上の所定位
置にポリイミド膜１３を形成し、最後にｎ−Ｉｎ電極
１、ｐ−Ａｕ電極１４を形成することで作製される。
【０００４】図６は、この半導体素子の高濃度ｐ−Ｚｎ
Ｓｅ層１０とｐ−Ａｕ電極１４との接合界面近傍のエネ
ルギーバンドを示すダイアグラムである。図において、
１５は高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０の伝導帯端、１６はそ
の高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０の価電子帯端、１７はフェ
ルミ準位（εF ）である。この半導体素子は、ｎ型Ｉｎ
電極１とｐ−Ａｕ電極１４との間に順方向バイアス（ｐ
型電極１４側が正）をかけることにより、キャリアであ
る電子と正孔がＺｎＣｄＳｅ井戸層７に注入されてこれ
らが輻射再結晶することにより発光デバイスとして動作
する。導波構造１２および図５と垂直方向に形成された
共振器における損失よりも利得が大きくなるように、十
分大きな電流を注入することによってレーザ発振が生じ
る。
Ｓｅ層１０とｐ−Ａｕ電極１４との接合界面近傍のエネ
ルギーバンドを示すダイアグラムである。図において、
１５は高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０の伝導帯端、１６はそ
の高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０の価電子帯端、１７はフェ
ルミ準位（εF ）である。この半導体素子は、ｎ型Ｉｎ
電極１とｐ−Ａｕ電極１４との間に順方向バイアス（ｐ
型電極１４側が正）をかけることにより、キャリアであ
る電子と正孔がＺｎＣｄＳｅ井戸層７に注入されてこれ
らが輻射再結晶することにより発光デバイスとして動作
する。導波構造１２および図５と垂直方向に形成された
共振器における損失よりも利得が大きくなるように、十
分大きな電流を注入することによってレーザ発振が生じ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体素子は以
上のように構成されているので、高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層
１０のキャリア濃度は１０18／cm3 以下のものしか得る
ことができず、したがって、高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０
とｐ−Ａｕ電極１４との接合界面には図６に示すような
ショットキ障壁が形成される。このショットキ障壁によ
り電流を流すための電圧が大きくなり、ｐ型Ａｕ電極１
４と高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０との接触抵抗を小さくす
ることができない。したがってレーザ発振させるための
動作電圧が２０Ｖと大きいという問題点があった。
上のように構成されているので、高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層
１０のキャリア濃度は１０18／cm3 以下のものしか得る
ことができず、したがって、高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０
とｐ−Ａｕ電極１４との接合界面には図６に示すような
ショットキ障壁が形成される。このショットキ障壁によ
り電流を流すための電圧が大きくなり、ｐ型Ａｕ電極１
４と高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０との接触抵抗を小さくす
ることができない。したがってレーザ発振させるための
動作電圧が２０Ｖと大きいという問題点があった。
【０００６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、電極と半導体層との接触抵抗を
小さくすることができ、動作電圧を十分低くすることが
できる半導体素子およびその製造方法を提供することを
目的とする。
ためになされたもので、電極と半導体層との接触抵抗を
小さくすることができ、動作電圧を十分低くすることが
できる半導体素子およびその製造方法を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る半
導体素子は、基板上に複数の半導体層を積層し、該半導
体層上に電極を形成した半導体素子において、前記電極
と接触する半導体層の価電子帯端から０．２ｅＶの範囲
内にある禁止帯中に不純物によりエネルギー準位を形成
したものである。
導体素子は、基板上に複数の半導体層を積層し、該半導
体層上に電極を形成した半導体素子において、前記電極
と接触する半導体層の価電子帯端から０．２ｅＶの範囲
内にある禁止帯中に不純物によりエネルギー準位を形成
したものである。
【０００８】また、請求項２の発明に係る半導体素子
は、前記不純物準位を遷移金属元素により形成したもの
である。
は、前記不純物準位を遷移金属元素により形成したもの
である。
【０００９】また、請求項３の発明に係る半導体素子
は、堰不純物準位を希土類元素により形成したものであ
る。
は、堰不純物準位を希土類元素により形成したものであ
る。
【００１０】また、請求項４の発明に係る半導体素子
は、複数層の導波構造を有する半導体レーザまたは発光
ダイオードのいずれかとしたものである。
は、複数層の導波構造を有する半導体レーザまたは発光
ダイオードのいずれかとしたものである。
【００１１】また、請求項５の発明に係る半導体素子
は、前記導波構造が１層以上の量子井戸構造を有するも
のである。
は、前記導波構造が１層以上の量子井戸構造を有するも
のである。
【００１２】また、請求項６の発明に係る半導体素子の
製造方法は、基板上に複数の半導体層を積層し、該半導
体層上に電極を形成する方法において、前記電極は、該
電極と接触する半導体層の価電子帯端から０．２ｅＶの
範囲内の禁止帯中に不純物準位を形成するような元素を
１つ以上含むものであり、該電極を所定の温度で所定時
間熱処理することにより、前記元素を該電極と接触する
半導体層内へ拡散させるものである。
製造方法は、基板上に複数の半導体層を積層し、該半導
体層上に電極を形成する方法において、前記電極は、該
電極と接触する半導体層の価電子帯端から０．２ｅＶの
範囲内の禁止帯中に不純物準位を形成するような元素を
１つ以上含むものであり、該電極を所定の温度で所定時
間熱処理することにより、前記元素を該電極と接触する
半導体層内へ拡散させるものである。
【００１３】また、請求項７の発明に係る半導体素子の
製造方法は、基板上に複数の半導体層を積層し、該半導
体層上に電極を形成する方法において、前記電極と接触
する半導体層を成長させる際に、該成長しつつある半導
体層に、該半導体層の価電子帯から０．２ｅＶの範囲の
禁止帯中に不純物準位を形成する元素を添加するもので
ある。
製造方法は、基板上に複数の半導体層を積層し、該半導
体層上に電極を形成する方法において、前記電極と接触
する半導体層を成長させる際に、該成長しつつある半導
体層に、該半導体層の価電子帯から０．２ｅＶの範囲の
禁止帯中に不純物準位を形成する元素を添加するもので
ある。
【００１４】また、請求項８の発明に係る半導体素子の
製造方法は、基板上に複数の半導体層を積層し、該半導
体層上に電極を形成する方法において、前記電極は、該
電極と接触する半導体層の価電子帯端から０．２ｅＶの
範囲内の禁止帯中に不純物準位を形成するような元素を
１つ以上含むものであり、該電極から半導体素子内に電
流を注入することにより、前記元素を該電極と接触する
半導体層内へ拡散させるものである。
製造方法は、基板上に複数の半導体層を積層し、該半導
体層上に電極を形成する方法において、前記電極は、該
電極と接触する半導体層の価電子帯端から０．２ｅＶの
範囲内の禁止帯中に不純物準位を形成するような元素を
１つ以上含むものであり、該電極から半導体素子内に電
流を注入することにより、前記元素を該電極と接触する
半導体層内へ拡散させるものである。
【００１５】
【作用】請求項１の発明における半導体素子は、前記電
極と接触する半導体層の価電子帯端から０．２ｅＶの範
囲内の禁止帯中に不純物準位を形成したことにより、該
半導体層と前記電極との接触抵抗が小さくなり、動作電
圧が大幅に低下する。
極と接触する半導体層の価電子帯端から０．２ｅＶの範
囲内の禁止帯中に不純物準位を形成したことにより、該
半導体層と前記電極との接触抵抗が小さくなり、動作電
圧が大幅に低下する。
【００１６】また、請求項２の発明における半導体素子
は、前記不純物準位を遷移金属元素により形成したこと
により、該遷移金属により不純物準位が形成された半導
体層と前記電極との接触抵抗が小さくなり、動作電圧が
大幅に低下する。
は、前記不純物準位を遷移金属元素により形成したこと
により、該遷移金属により不純物準位が形成された半導
体層と前記電極との接触抵抗が小さくなり、動作電圧が
大幅に低下する。
【００１７】また、請求項３の発明における半導体素子
は、前記不純物準位を希土類元素により形成したことに
より、該希土類元素により不純物準位が形成された半導
体層と前記電極との接触抵抗が小さくなり、動作電圧が
大幅に低下する。
は、前記不純物準位を希土類元素により形成したことに
より、該希土類元素により不純物準位が形成された半導
体層と前記電極との接触抵抗が小さくなり、動作電圧が
大幅に低下する。
【００１８】また、請求項４の発明における半導体素子
は、複数層の導波構造を有する半導体レーザまたは発光
ダイオードのいずれかとしたことにより、前記半導体レ
ーザまたは発光ダイオードの動作電圧を大幅に低下させ
る。
は、複数層の導波構造を有する半導体レーザまたは発光
ダイオードのいずれかとしたことにより、前記半導体レ
ーザまたは発光ダイオードの動作電圧を大幅に低下させ
る。
【００１９】また、請求項５の発明における半導体素子
は、前記導波構造が１層以上の量子井戸構造を有するこ
とにより、動作電圧をさらに大幅に低下させる。
は、前記導波構造が１層以上の量子井戸構造を有するこ
とにより、動作電圧をさらに大幅に低下させる。
【００２０】また、請求項６の発明における半導体素子
の製造方法は、電極を熱処理し前記元素を該電極と接触
する半導体層内へ拡散させることにより、該半導体層の
前記電極と接触する側に、価電子帯から０．２ｅＶの範
囲内の不純物準位を良好に形成する。
の製造方法は、電極を熱処理し前記元素を該電極と接触
する半導体層内へ拡散させることにより、該半導体層の
前記電極と接触する側に、価電子帯から０．２ｅＶの範
囲内の不純物準位を良好に形成する。
【００２１】また、請求項７の発明における半導体素子
の製造方法は、半導体層を成長させる際に、該半導体層
の価電子帯から０．２ｅＶの範囲内に不純物準位を形成
する元素を添加することにより、該半導体層内に、価電
子帯から０．２ｅＶの範囲の不純物準位を良好に形成す
る。
の製造方法は、半導体層を成長させる際に、該半導体層
の価電子帯から０．２ｅＶの範囲内に不純物準位を形成
する元素を添加することにより、該半導体層内に、価電
子帯から０．２ｅＶの範囲の不純物準位を良好に形成す
る。
【００２２】また、請求項８の発明における半導体素子
の製造方法は、電極から半導体素子内に電流を注入し、
前記元素を該電極と接触する半導体層内へ拡散させるこ
とにより、該半導体層の前記電極と接触する側に、価電
子帯から０．２ｅＶの範囲内の不純物準位を良好に形成
する。
の製造方法は、電極から半導体素子内に電流を注入し、
前記元素を該電極と接触する半導体層内へ拡散させるこ
とにより、該半導体層の前記電極と接触する側に、価電
子帯から０．２ｅＶの範囲内の不純物準位を良好に形成
する。
【００２３】
【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。なお、図１の半導体素子において、図
５に示す従来の半導体素子と同一の構成要素には同一の
符号を付し説明を省略する。図１において、１８は真空
蒸着により形成されたＴｂ金属電極（電極）であり、１
９は高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層（半導体層）１０のＴｂ金属
電極１８側に形成されたＴｂの添加されたｐ−ＺｎＳｅ
層（半導体層）である。
ついて説明する。なお、図１の半導体素子において、図
５に示す従来の半導体素子と同一の構成要素には同一の
符号を付し説明を省略する。図１において、１８は真空
蒸着により形成されたＴｂ金属電極（電極）であり、１
９は高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層（半導体層）１０のＴｂ金属
電極１８側に形成されたＴｂの添加されたｐ−ＺｎＳｅ
層（半導体層）である。
【００２４】次に動作について説明する。この半導体素
子は、ｐ−Ａｕ電極（電極）１４が形成される高濃度ｐ
−ＺｎＳｅ層１０への添加不純物の添加方法として、Ｔ
ｂ金属電極１８を高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０表面に形成
した後、熱処理により高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０内部へ
拡散させる方法を用いたものである。すなわち、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板（基板）２上にｎ−ＧａＡｓバッファ層３〜
高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０を順次エピタキシャル成長さ
せ、高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０上にポリイミド膜１３を
形成した後ｎ−Ｉｎ電極１を形成し、次いで、ポリイミ
ド膜１３上に真空蒸着によりＴｂ金属電極１８を形成
し、さらに電極１４を形成する。次いで、この素子を熱
処理することにより、Ｔｂ金属電極１８中のＴｂを高濃
度ｐ−ＺｎＳｅ層１０の内部に拡散させ該高濃度ｐ−Ｚ
ｎＳｅ層１０の表面にＴｂの添加されたｐ−ＺｎＳｅ層
１９を形成する。
子は、ｐ−Ａｕ電極（電極）１４が形成される高濃度ｐ
−ＺｎＳｅ層１０への添加不純物の添加方法として、Ｔ
ｂ金属電極１８を高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０表面に形成
した後、熱処理により高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０内部へ
拡散させる方法を用いたものである。すなわち、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板（基板）２上にｎ−ＧａＡｓバッファ層３〜
高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０を順次エピタキシャル成長さ
せ、高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０上にポリイミド膜１３を
形成した後ｎ−Ｉｎ電極１を形成し、次いで、ポリイミ
ド膜１３上に真空蒸着によりＴｂ金属電極１８を形成
し、さらに電極１４を形成する。次いで、この素子を熱
処理することにより、Ｔｂ金属電極１８中のＴｂを高濃
度ｐ−ＺｎＳｅ層１０の内部に拡散させ該高濃度ｐ−Ｚ
ｎＳｅ層１０の表面にＴｂの添加されたｐ−ＺｎＳｅ層
１９を形成する。
【００２５】図２は前記半導体素子のＴｂの添加された
ｐ−ＺｎＳｅ層１９と電極１８，１４との接合界面のエ
ネルギーダイアグラムである。１５はｐ−ＺｎＳｅ層１
９の伝導帯端、１６はｐ−ＺｎＳｅ層１９の価電子帯
端、１７はフェルミ準位、２０はｐ−ＺｎＳｅ層１９中
にＴｂにより形成される不純物準位を示す。ここでＴｂ
などの希土類元素や一部の遷移金属元素は、ＺｎＳなど
の半導体フッ化物などの絶縁体に添加されたときに、そ
の元素の基底状態と励起状態とが禁止帯中に存在して原
子の内殻遷移による発光が観測されることが知られてい
る。したがって適当な添加元素と電極が形成される半導
体材料とを選ぶことによって、添加する元素の基底状態
と半導体の価電子帯端１６とを０．２ｅＶ以内に近づけ
ることができる。
ｐ−ＺｎＳｅ層１９と電極１８，１４との接合界面のエ
ネルギーダイアグラムである。１５はｐ−ＺｎＳｅ層１
９の伝導帯端、１６はｐ−ＺｎＳｅ層１９の価電子帯
端、１７はフェルミ準位、２０はｐ−ＺｎＳｅ層１９中
にＴｂにより形成される不純物準位を示す。ここでＴｂ
などの希土類元素や一部の遷移金属元素は、ＺｎＳなど
の半導体フッ化物などの絶縁体に添加されたときに、そ
の元素の基底状態と励起状態とが禁止帯中に存在して原
子の内殻遷移による発光が観測されることが知られてい
る。したがって適当な添加元素と電極が形成される半導
体材料とを選ぶことによって、添加する元素の基底状態
と半導体の価電子帯端１６とを０．２ｅＶ以内に近づけ
ることができる。
【００２６】前記のように構成された半導体素子は、ｎ
型電極１とｐ型電極１４との間に順方向バイアス（ｐ型
電極１４側が正）をかけることにより、キャリアである
電子と正孔がＺｎＣｄＳｅ井戸層７に注入されて輻射再
結合し発光デバイスとして動作する。導波構造１２や図
と垂直方向に形成された共振器における損失よりも利得
が大きくなるように、十分大きな電流を注入することに
よってレーザ発振が生じる。ｐ−ＺｎＳｅ層１９中にＴ
ｂにより形成される不純物準位２０があるため、ｐ−Ｚ
ｎＳｅ層１９とＴｂ電極１８との間の接合界面がオーミ
ックでなくショットキ障壁となっていても、Ｔｂにより
形成される不純物準位２０を介してトンネル電流が流れ
るために、十分低い接触抵抗を有する電極を形成するこ
とができる。したがってレーザ発振させるための動作電
圧を数Ｖ以下にすることができる。
型電極１とｐ型電極１４との間に順方向バイアス（ｐ型
電極１４側が正）をかけることにより、キャリアである
電子と正孔がＺｎＣｄＳｅ井戸層７に注入されて輻射再
結合し発光デバイスとして動作する。導波構造１２や図
と垂直方向に形成された共振器における損失よりも利得
が大きくなるように、十分大きな電流を注入することに
よってレーザ発振が生じる。ｐ−ＺｎＳｅ層１９中にＴ
ｂにより形成される不純物準位２０があるため、ｐ−Ｚ
ｎＳｅ層１９とＴｂ電極１８との間の接合界面がオーミ
ックでなくショットキ障壁となっていても、Ｔｂにより
形成される不純物準位２０を介してトンネル電流が流れ
るために、十分低い接触抵抗を有する電極を形成するこ
とができる。したがってレーザ発振させるための動作電
圧を数Ｖ以下にすることができる。
【００２７】ここで、エネルギー準位の幅を価電子帯端
１６から０．２ｅＶの範囲とした理由について説明す
る。上記のように構成された半導体素子の、価電子帯端
１６から０．２ｅＶの範囲の禁止帯中にエネルギー準位
を形成する元素は、半導体層と電極金属との間にトンネ
ル電流が流れやすくし、結果として電極金属と半導体層
との接触抵抗を下げるようにはたらく。ここでは、キャ
リアの熱による活性化は、エネルギー準位の価電子帯端
１６からのエネルギーをＥ、ボルツマン定数をｋ、温度
をＴ（絶対温度）としてｅｘｐ（−Ｅ／ｋＴ）と表わす
ことができる。室温における熱エネルギー２５ｍｅＶを
考慮すると、キャリアの活性化量を浅いエネルギー準位
（たとえば準位の価電子帯端１６からのエネルギーが３
ｍｅＶ）と比較したとき、エネルギー準位の価電子帯端
１６からのエネルギーが５０ｍｅＶで１６パーセント、
１００ｍｅＶで２．４パーセント、２００ｍｅＶで０．
０５パーセントの値まで減少する。したがって、電界に
よるトンネリングを考慮してもエネルギー準位が価電子
帯端１６から２００ｍｅＶ以上ではエネルギー準位と価
電子帯端１６とのキャリアのやりとりはほとんど生じな
くなる。そこで、エネルギー準位の価電子帯端１６から
の範囲を２００ｍｅＶ（０．２ｅＶ）以下と限定した。
１６から０．２ｅＶの範囲とした理由について説明す
る。上記のように構成された半導体素子の、価電子帯端
１６から０．２ｅＶの範囲の禁止帯中にエネルギー準位
を形成する元素は、半導体層と電極金属との間にトンネ
ル電流が流れやすくし、結果として電極金属と半導体層
との接触抵抗を下げるようにはたらく。ここでは、キャ
リアの熱による活性化は、エネルギー準位の価電子帯端
１６からのエネルギーをＥ、ボルツマン定数をｋ、温度
をＴ（絶対温度）としてｅｘｐ（−Ｅ／ｋＴ）と表わす
ことができる。室温における熱エネルギー２５ｍｅＶを
考慮すると、キャリアの活性化量を浅いエネルギー準位
（たとえば準位の価電子帯端１６からのエネルギーが３
ｍｅＶ）と比較したとき、エネルギー準位の価電子帯端
１６からのエネルギーが５０ｍｅＶで１６パーセント、
１００ｍｅＶで２．４パーセント、２００ｍｅＶで０．
０５パーセントの値まで減少する。したがって、電界に
よるトンネリングを考慮してもエネルギー準位が価電子
帯端１６から２００ｍｅＶ以上ではエネルギー準位と価
電子帯端１６とのキャリアのやりとりはほとんど生じな
くなる。そこで、エネルギー準位の価電子帯端１６から
の範囲を２００ｍｅＶ（０．２ｅＶ）以下と限定した。
【００２８】実施例２．以下、この発明の他の実施例を
図について説明する。図３において、２１は高濃度ｐ−
ＺｎＳｅ層１０の電極１４側に形成されたＴｂの添加さ
れたｐ−ＺｎＳｅ層（半導体層）である。
図について説明する。図３において、２１は高濃度ｐ−
ＺｎＳｅ層１０の電極１４側に形成されたＴｂの添加さ
れたｐ−ＺｎＳｅ層（半導体層）である。
【００２９】この半導体素子は、電極１４が形成される
高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０への添加不純物の添加方法と
して、高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０をエピタキシャル成長
させる際に、Ｔｂの添加されたｐ−ＺｎＳｅ層２１を高
濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０上にエピタキシャル成長させる
方法を用いたものである。すなわち、ｎ−ＧａＡｓ基板
２上にｎ−ＧａＡｓバッファ層３〜高濃度ｐ−ＺｎＳｅ
層１０を順次エピタキシャル成長させ、高濃度ｐ−Ｚｎ
Ｓｅ層１０上にＴｂの添加されたｐ−ＺｎＳｅ層２１を
エピタキシャル成長させ、次いで、Ｔｂの添加されたｐ
−ＺｎＳｅ層２１上にポリイミド膜１３を形成し、電極
１，１４を形成する。
高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０への添加不純物の添加方法と
して、高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０をエピタキシャル成長
させる際に、Ｔｂの添加されたｐ−ＺｎＳｅ層２１を高
濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０上にエピタキシャル成長させる
方法を用いたものである。すなわち、ｎ−ＧａＡｓ基板
２上にｎ−ＧａＡｓバッファ層３〜高濃度ｐ−ＺｎＳｅ
層１０を順次エピタキシャル成長させ、高濃度ｐ−Ｚｎ
Ｓｅ層１０上にＴｂの添加されたｐ−ＺｎＳｅ層２１を
エピタキシャル成長させ、次いで、Ｔｂの添加されたｐ
−ＺｎＳｅ層２１上にポリイミド膜１３を形成し、電極
１，１４を形成する。
【００３０】本実施例の半導体素子のＴｂの添加された
ｐ−ＺｎＳｅ層２１と電極１４との接合界面のエネルギ
ーダイアグラムは、図２と同様であり、この図２におい
てＴｂの添加されたｐ−ＺｎＳｅ層１９をＴｂの添加さ
れたｐ−ＺｎＳｅ層２１とおき換えることにより説明で
きる。
ｐ−ＺｎＳｅ層２１と電極１４との接合界面のエネルギ
ーダイアグラムは、図２と同様であり、この図２におい
てＴｂの添加されたｐ−ＺｎＳｅ層１９をＴｂの添加さ
れたｐ−ＺｎＳｅ層２１とおき換えることにより説明で
きる。
【００３１】前記のように構成された半導体素子は、ｎ
型電極１とｐ型電極１４との間に順方向バイアス（ｐ型
電極１４側が正）をかけることにより、キャリアである
電子と正孔がＺｎＣｄＳｅ井戸層７に注入されて輻射再
結合し発光デバイスとして動作する。導波構造１２や図
と垂直方向に形成された共振器における損失よりも利得
が大きくなるように、十分大きな電流を注入することに
よってレーザ発振が生じる。ｐ−ＺｎＳｅ層２１中にＴ
ｂにより形成される不純物準位２０があるため、ｐ−Ｚ
ｎＳｅ層２１と電極１４との接合界面がオーミックでな
くショットキ障壁となっていても、Ｔｂにより形成され
る不純物準位２０を介してトンネル電流が流れるため
に、十分低い接触抵抗を有する電極を形成することがで
きる。したがってレーザ発振させるための動作電圧を数
Ｖ以下にすることができる。
型電極１とｐ型電極１４との間に順方向バイアス（ｐ型
電極１４側が正）をかけることにより、キャリアである
電子と正孔がＺｎＣｄＳｅ井戸層７に注入されて輻射再
結合し発光デバイスとして動作する。導波構造１２や図
と垂直方向に形成された共振器における損失よりも利得
が大きくなるように、十分大きな電流を注入することに
よってレーザ発振が生じる。ｐ−ＺｎＳｅ層２１中にＴ
ｂにより形成される不純物準位２０があるため、ｐ−Ｚ
ｎＳｅ層２１と電極１４との接合界面がオーミックでな
くショットキ障壁となっていても、Ｔｂにより形成され
る不純物準位２０を介してトンネル電流が流れるため
に、十分低い接触抵抗を有する電極を形成することがで
きる。したがってレーザ発振させるための動作電圧を数
Ｖ以下にすることができる。
【００３２】実施例３．図４は電極金属としてＴｂを用
いた他の実施例の半導体素子の断面図である。この半導
体素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板２上にｎ−ＧａＡｓバッフ
ァ層３〜高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０を順次エピタキシャ
ル成長させ、高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０上にポリイミド
膜１３を形成し、電極１及びＴｂ金属電極１８を形成す
る。この場合においても電流を素子に流すことにより、
実施例１と同じく高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０のＴｂ電極
１８側にＴｂの添加されたｐ−ＺｎＳｅ層１９が形成さ
れる。したがって本実施例のｐ−ＺｎＳｅ層１９と電極
１４との接合界面のエネルギーダイアグラムは実施例１
における図２と同じであり、１５はｐ−ＺｎＳｅ層１９
の伝導帯端、１６はｐ−ＺｎＳｅ層１９の価電子帯端、
１７はフェルミ準位、２０はｐ−ＺｎＳｅ層１９中にＴ
ｂにより形成される不純物準位を示す。
いた他の実施例の半導体素子の断面図である。この半導
体素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板２上にｎ−ＧａＡｓバッフ
ァ層３〜高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０を順次エピタキシャ
ル成長させ、高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０上にポリイミド
膜１３を形成し、電極１及びＴｂ金属電極１８を形成す
る。この場合においても電流を素子に流すことにより、
実施例１と同じく高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層１０のＴｂ電極
１８側にＴｂの添加されたｐ−ＺｎＳｅ層１９が形成さ
れる。したがって本実施例のｐ−ＺｎＳｅ層１９と電極
１４との接合界面のエネルギーダイアグラムは実施例１
における図２と同じであり、１５はｐ−ＺｎＳｅ層１９
の伝導帯端、１６はｐ−ＺｎＳｅ層１９の価電子帯端、
１７はフェルミ準位、２０はｐ−ＺｎＳｅ層１９中にＴ
ｂにより形成される不純物準位を示す。
【００３３】前記のように構成された半導体素子は、ｎ
型電極１とｐ型電極１８との間に順方向バイアス（ｐ型
電極１８側が正）をかけることにより、キャリアである
電子と正孔がＺｎＣｄＳｅ井戸層７に注入されて輻射再
結合し発光デバイスとして動作する。導波構造１２や図
と垂直方向に形成された共振器における損失よりも利得
が大きくなるように、十分大きな電流を注入することに
よってレーザ発振が生じる。ｐ−ＺｎＳｅ層１９中にＴ
ｂにより形成される不純物準位２０があるため、ｐ−Ｚ
ｎＳｅ層１９とＴｂ電極１８との接合界面がオーミック
でなくショットキ障壁となっていても、Ｔｂにより形成
される不純物準位２０を介してトンネル電流が流れるた
めに、十分低い接触抵抗を有する電極を形成することが
できる。したがってレーザ発振させるための動作電圧を
数Ｖ以下にすることができる。
型電極１とｐ型電極１８との間に順方向バイアス（ｐ型
電極１８側が正）をかけることにより、キャリアである
電子と正孔がＺｎＣｄＳｅ井戸層７に注入されて輻射再
結合し発光デバイスとして動作する。導波構造１２や図
と垂直方向に形成された共振器における損失よりも利得
が大きくなるように、十分大きな電流を注入することに
よってレーザ発振が生じる。ｐ−ＺｎＳｅ層１９中にＴ
ｂにより形成される不純物準位２０があるため、ｐ−Ｚ
ｎＳｅ層１９とＴｂ電極１８との接合界面がオーミック
でなくショットキ障壁となっていても、Ｔｂにより形成
される不純物準位２０を介してトンネル電流が流れるた
めに、十分低い接触抵抗を有する電極を形成することが
できる。したがってレーザ発振させるための動作電圧を
数Ｖ以下にすることができる。
【００３４】なお、上記各実施例では、電極が形成され
る半導体材料の価電子帯端１６から０．２ｅＶの範囲の
禁止帯中に準位を作る元素としてＴｂの場合について述
べたが、他のＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍなどの希土類元素や遷移金属のように価電子帯端１６
から０．２ｅＶの範囲の禁止帯中に準位を作る元素であ
ればよく、これらの元素を用いた場合においても発光半
導体素子の動作電圧の低減が可能である。
る半導体材料の価電子帯端１６から０．２ｅＶの範囲の
禁止帯中に準位を作る元素としてＴｂの場合について述
べたが、他のＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍなどの希土類元素や遷移金属のように価電子帯端１６
から０．２ｅＶの範囲の禁止帯中に準位を作る元素であ
ればよく、これらの元素を用いた場合においても発光半
導体素子の動作電圧の低減が可能である。
【００３５】また、上記各実施例では、ｐ−ｎ接合の順
方向に電流が流れる発光素子の場合について述べたが、
ｐ−ｎ接合の逆方向に電流が流れる発光素子や太陽電池
においてもｐ型電極の接触抵抗の低減によって素子特性
を改善することができ、受光素子では量子効率の上昇や
応答の高速化が、太陽電池では変換効率の上昇が可能と
なる。
方向に電流が流れる発光素子の場合について述べたが、
ｐ−ｎ接合の逆方向に電流が流れる発光素子や太陽電池
においてもｐ型電極の接触抵抗の低減によって素子特性
を改善することができ、受光素子では量子効率の上昇や
応答の高速化が、太陽電池では変換効率の上昇が可能と
なる。
【００３６】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、前記電極と接触する半導体層の価電子帯端から０．
２ｅＶの範囲内の禁止帯中に不純物準位を形成するよう
に構成したので、該半導体層と前記電極との接触抵抗を
小さくすることができ、動作電圧を大幅に低下させる効
果がある。
ば、前記電極と接触する半導体層の価電子帯端から０．
２ｅＶの範囲内の禁止帯中に不純物準位を形成するよう
に構成したので、該半導体層と前記電極との接触抵抗を
小さくすることができ、動作電圧を大幅に低下させる効
果がある。
【００３７】また、請求項２の発明によれば、前記不純
物準位を遷移金属元素により形成するように構成したの
で、該半導体層と前記電極との接触抵抗を小さくするこ
とができ、動作電圧を大幅に低下させる効果がある。
物準位を遷移金属元素により形成するように構成したの
で、該半導体層と前記電極との接触抵抗を小さくするこ
とができ、動作電圧を大幅に低下させる効果がある。
【００３８】また、請求項３の発明によれば、前記不純
物準位を希土類元素により形成するように構成したの
で、該半導体層と前記電極との接触抵抗を小さくするこ
とができ、動作電圧を大幅に低下させる効果がある。
物準位を希土類元素により形成するように構成したの
で、該半導体層と前記電極との接触抵抗を小さくするこ
とができ、動作電圧を大幅に低下させる効果がある。
【００３９】また、請求項４の発明によれば、前記半導
体素子を複数層の導波構造を有する半導体レーザまたは
発光ダイオードのいずれかとするように構成したので、
前記半導体レーザまたは発光ダイオードの動作電圧を大
幅に低下させる効果がある。
体素子を複数層の導波構造を有する半導体レーザまたは
発光ダイオードのいずれかとするように構成したので、
前記半導体レーザまたは発光ダイオードの動作電圧を大
幅に低下させる効果がある。
【００４０】また、請求項５の発明によれば、前記導波
構造を１層以上の量子井戸構造を有するように構成した
ので、動作電圧をさらに大幅に低下させる効果がある。
構造を１層以上の量子井戸構造を有するように構成した
ので、動作電圧をさらに大幅に低下させる効果がある。
【００４１】また、請求項６の発明によれば、電極を熱
処理することにより前記元素を該電極と接触する半導体
層内へ拡散させるように構成したので、該半導体層の前
記電極と接触する側に、価電子帯から０．２ｅＶの範囲
内の不純物準位を良好に形成できる効果がある。
処理することにより前記元素を該電極と接触する半導体
層内へ拡散させるように構成したので、該半導体層の前
記電極と接触する側に、価電子帯から０．２ｅＶの範囲
内の不純物準位を良好に形成できる効果がある。
【００４２】また、請求項７の発明によれば、半導体層
を成長させる際に、該半導体層の価電子帯から０．２ｅ
Ｖの範囲内に不純物準位を形成する元素を添加するよう
に構成したので、該半導体層内に、価電子帯から０．２
ｅＶの範囲の不純物準位を良好に形成できる効果があ
る。
を成長させる際に、該半導体層の価電子帯から０．２ｅ
Ｖの範囲内に不純物準位を形成する元素を添加するよう
に構成したので、該半導体層内に、価電子帯から０．２
ｅＶの範囲の不純物準位を良好に形成できる効果があ
る。
【００４３】また、請求項８の発明によれば、電極から
半導体素子内に電流を注入し、前記元素を該電極と接触
する半導体層内へ拡散させるように構成したので、該半
導体層の前記電極と接触する側に価電子帯から０．２ｅ
Ｖの範囲内の不純物準位を良好に形成できる効果があ
る。
半導体素子内に電流を注入し、前記元素を該電極と接触
する半導体層内へ拡散させるように構成したので、該半
導体層の前記電極と接触する側に価電子帯から０．２ｅ
Ｖの範囲内の不純物準位を良好に形成できる効果があ
る。
【図１】この発明の実施例１の半導体素子を示す断面図
である。
である。
【図２】この発明の実施例１の半導体素子のｐ−ＺｎＳ
ｅ層と電極との接合界面のエネルギーダイヤグラムを示
す図である。
ｅ層と電極との接合界面のエネルギーダイヤグラムを示
す図である。
【図３】この発明の実施例２の半導体素子を示す断面図
である。
である。
【図４】この発明の実施例３の半導体素子を示す断面図
である。
である。
【図５】従来の半導体素子を示す断面図である。
【図６】従来の半導体素子のｐ−ＺｎＳｅ層と電極との
接合界面のエネルギーダイヤグラムを示す図である。
接合界面のエネルギーダイヤグラムを示す図である。
２ ｎ−ＧａＡｓ基板（基板） １０ 高濃度ｐ−ＺｎＳｅ層（半導体層） １１ 量子井戸構造 １２ 導波構造 １４ ｐ−Ａｕ電極（電極） １８ Ｔｂ金属電極（電極） １９，２１ ｐ−ＺｎＳｅ層（半導体層） ２０ 不純物準位
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吹田 宗義 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社材料デバイス研究所内 (72)発明者 井須 俊郎 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社中央研究所内
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上に複数の半導体層を積層し、該半
導体層上に電極を形成した半導体素子において、前記電
極と接触する半導体層の価電子帯端から０．２ｅＶの範
囲内の禁止帯中に不純物準位を形成したことを特徴とす
る半導体素子。 - 【請求項２】 前記不純物準位を遷移金属元素により形
成したことを特徴とする請求項１記載の半導体素子。 - 【請求項３】 前記不純物準位を希土類元素により形成
したことを特徴とする請求項１記載の半導体素子。 - 【請求項４】 前記半導体素子は、複数層の導波構造を
有する半導体レーザまたは発光ダイオードのいずれかで
あることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項
記載の半導体素子。 - 【請求項５】 前記導波構造は、１層以上の量子井戸構
造を有することを特徴とする請求項４記載の半導体素
子。 - 【請求項６】 基板上に複数の半導体層を積層し、該半
導体層上に電極を形成する半導体素子の製造方法におい
て、前記電極は、該電極と接触する半導体層の価電子帯
から０．２ｅＶの範囲内の禁止帯中に不純物準位を形成
する元素を含み、該電極を熱処理することにより、前記
元素を該電極と接触する半導体層内へ拡散させることを
特徴とする半導体素子の製造方法。 - 【請求項７】 基板上に複数の半導体層を積層し、該半
導体層上に電極を形成する半導体素子の製造方法におい
て、前記電極と接触する半導体層を成長させる際に、該
半導体層に、該半導体層の価電子帯から０．２ｅＶの範
囲内の禁止帯中に不純物準位を形成する元素を添加する
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 【請求項８】 基板上に複数の半導体層を積層し、該半
導体層上に電極を形成する半導体素子の製造方法におい
て、前記電極は、該電極と接触する半導体層の価電子帯
から０．２ｅＶの範囲内の禁止帯中に不純物準位を形成
する元素を含み、該電極から半導体素子内に電流を注入
することにより、前記元素を該電極と接触する半導体層
内へ拡散させることを特徴とする半導体素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13895393A JPH06333873A (ja) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | 半導体素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13895393A JPH06333873A (ja) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | 半導体素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06333873A true JPH06333873A (ja) | 1994-12-02 |
Family
ID=15234024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13895393A Pending JPH06333873A (ja) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | 半導体素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06333873A (ja) |
-
1993
- 1993-05-18 JP JP13895393A patent/JPH06333873A/ja active Pending
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