JPH07147456A

JPH07147456A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH07147456A
Application number: JP31902893A
Authority: JP
Inventors: Akira Ishibashi; 晃石橋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-11-25
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 1995-06-06

Abstract

(57)【要約】【目的】仕事関数に大きな差が存在する金属と半導体
との接合や接合界面において価電子帯または伝導帯に大
きな不連続が存在する二種類のｐ型半導体同士の接合ま
たは二種類のｎ型半導体同士の接合に電流を流しやすく
する。【構成】仕事関数に大きな差が存在するｐ側電極とｐ
型半導体層との接合の界面の近傍におけるｐ型半導体層
中に形成される空乏層内に、ｐ側電極のフェルミ準位Ｅ
_Fとエネルギーがほぼ等しい深いエネルギー準位Ｄ１を
有するアクセプタをドープする。また、接合界面におい
て価電子帯に大きな不連続が存在する二種類のｐ型半導
体同士の接合の界面の近傍に形成される空乏層内に、フ
ェルミ準位Ｅ_Fとエネルギーがほぼ等しい深いエネルギ
ー準位を有するアクセプタをドープするか、あるいは、
価電子帯の頂上のエネルギーとフェルミ準位Ｅ_Fとの間
のエネルギーの深いエネルギー準位を有するアクセプタ
をドープする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置に関し、
例えばＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた発光素子その
他の半導体装置に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置においては、ｐ型半
導体とｎ型半導体との接合、金属と半導体との接合、互
いに異なる二種類のｐ型半導体同士の接合、互いに異な
る二種類のｎ型半導体同士の接合などのうちの一種以上
が用いられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属と
半導体との接合においてそれらの仕事関数に大きな差が
存在する場合や、互いに異なる二種類のｐ型半導体同士
の接合において接合界面に価電子帯の大きな不連続が存
在する場合や、互いに異なる二種類のｎ型半導体同士の
接合において接合界面に伝導帯の大きな不連続が存在す
る場合などには、接合部でオーミックコンタクトが得ら
れにくいことから、接合に電流が流れにくかったり、あ
るいは、接合にある一定の電流を流すために必要な印加
電圧が非常に高くなってしまうという問題がある。

【０００４】この問題は、接合を構成する物質を決める
とそれらの仕事関数や価電子帯または伝導帯の不連続の
大きさなどが決まってしまうため、有効な対策を講ずる
ことが本質的に難しいものである。

【０００５】従って、この発明の目的は、互いに仕事関
数に大きな差が存在する金属と半導体との接合を有する
場合に、その接合に電流を流しやすくすることができる
半導体装置を提供することにある。

【０００６】この発明の他の目的は、接合の界面におい
て価電子帯または伝導帯に大きな不連続が存在する互い
に異なる二種類のｐ型半導体同士の接合または互いに異
なる二種類のｎ型半導体同士の接合を有する場合に、そ
の接合に電流を流しやすくすることができる半導体装置
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第１の発明は、金属（３）と半導体
（１）との接合を有し、半導体（１）がｐ型である場合
には金属（３）の仕事関数は半導体（１）の仕事関数よ
りも小さく、半導体がｎ型である場合には金属の仕事関
数は半導体の仕事関数よりも大きい半導体装置におい
て、接合の界面の近傍における半導体（１）中に形成さ
れる空乏層内に、金属（３）のフェルミ準位とエネルギ
ーがほぼ等しい深いエネルギー準位を有する不純物（Ａ
１、Ａ２、Ａ３）がドープされていることを特徴とする
ものである。

【０００８】この発明の第２の発明は、互いに導電型が
同一の第１の半導体（１）と第２の半導体（５）との接
合を有し、第１の半導体（１）および第２の半導体
（５）がｐ型である場合には接合の界面において第１の
半導体（１）の価電子帯の頂上のエネルギーは第２の半
導体（５）の価電子帯の頂上のエネルギーよりも低く、
第１の半導体および第２の半導体がｎ型である場合には
接合の界面において第１の半導体の伝導帯の底のエネル
ギーは第２の半導体の伝導帯の底のエネルギーよりも高
い半導体装置において、界面の近傍における第１の半導
体（１）中に形成される空乏層内に、第２の半導体
（５）のフェルミ準位とエネルギーがほぼ等しい深いエ
ネルギー準位を有する不純物（Ａ１、Ａ２、Ａ３）がド
ープされていることを特徴とするものである。

【０００９】この発明の第３の発明は、互いに導電型が
同一の第１の半導体（１）と第２の半導体（５）との接
合を有し、第１の半導体（１）および第２の半導体
（５）がｐ型である場合には接合の界面において第１の
半導体（１）の価電子帯の頂上のエネルギーは第２の半
導体（５）の価電子帯の頂上のエネルギーよりも低く、
第１の半導体および第２の半導体がｎ型である場合には
接合の界面において第１の半導体の伝導帯の底のエネル
ギーは第２の半導体の伝導帯の底のエネルギーよりも高
い半導体装置において、界面の近傍における第１の半導
体（１）中に形成される空乏層内に、第１の半導体
（１）および第２の半導体（５）がｐ型である場合には
第１の半導体（１）の価電子帯の頂上と第２の半導体
（５）のフェルミ準位との間のエネルギーの深いエネル
ギー準位を有する不純物（Ａ１、Ａ２、Ａ３）がドープ
され、第１の半導体および第２の半導体がｎ型である場
合には第１の半導体の伝導帯の底と第２の半導体のフェ
ルミ準位との間のエネルギーの深いエネルギー準位を有
する不純物がドープされていることを特徴とするもので
ある。

【００１０】第１の発明、第２の発明および第３の発明
による半導体装置の好適な一実施形態において、深いエ
ネルギー準位は互いに深さが異なる複数の深いエネルギ
ー準位を含む。これらの複数の深いエネルギー準位は、
好適には、接合の界面に向かって深くなるようにする。

【００１１】第１の発明による半導体装置の典型的な一
実施形態においては、半導体はｐ型ＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体である。より具体的には、このｐ型ＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体は、ｐ型Ｚｎ_1-xＭｇ_xＳ_yＳｅ_1-y（０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、例えばｐ型ＺｎＳｅ、ｐ型Ｚ
ｎＳＳｅ、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅなどである。

【００１２】同様に、第２の発明および第３の発明によ
る半導体装置の典型的な一実施形態においては、第１の
半導体および第２の半導体はいずれもｐ型ＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体である。より具体的には、この第１の半導
体としてのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体はｐ型Ｚｎ_1-xＭ
ｇ_xＳ_yＳｅ_1-y（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、例えば
ｐ型ＺｎＳｅ、ｐ型ＺｎＳＳｅ、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅな
どであり、第２の半導体としてのｐ型ＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体はｐ型ＺｎＴｅである。

【００１３】第１の発明、第２の発明および第３の発明
による半導体装置の好適な一実施形態において、半導体
装置は、半導体レーザーや発光ダイオードのような発光
素子である。

【００１４】

【作用】第１の発明による半導体装置によれば、接合の
界面の近傍における半導体中に形成される空乏層内に、
金属のフェルミ準位とエネルギーがほぼ等しい深いエネ
ルギー準位を有する不純物がドープされているので、こ
の深いエネルギー準位を介して、接合を正孔または電子
が共鳴トンネリングにより伝導しやすくなる。これによ
って、互いに仕事関数に大きな差が存在する金属と半導
体との接合に電流を流しやすくすることができる。

【００１５】第２の発明による半導体装置によれば、界
面の近傍における第１の半導体中に形成される空乏層内
に、第２の半導体のフェルミ準位とエネルギーがほぼ等
しい深いエネルギー準位を有する不純物がドープされて
いるので、この深いエネルギー準位を介して、接合を正
孔または電子が共鳴トンネリングにより伝導しやすくな
る。これによって、接合の界面において価電子帯または
伝導帯に大きな不連続が存在する互いに異なる二種類の
ｐ型半導体同士の接合または互いに異なる二種類のｎ型
半導体同士の接合に電流を流しやすくすることができ
る。

【００１６】第３の発明による半導体装置によれば、界
面の近傍における第１の半導体中に形成される空乏層内
に、第１の半導体および第２の半導体がｐ型である場合
には第１の半導体の価電子帯の頂上と第２の半導体のフ
ェルミ準位との間のエネルギーの深いエネルギー準位を
有する不純物がドープされ、第１の半導体および第２の
半導体がｎ型である場合には第１の半導体の伝導帯の底
と第２の半導体のフェルミ準位との間のエネルギーの深
いエネルギー準位を有する不純物がドープされているの
で、第１の半導体および第２の半導体がｐ型である場合
には接合部において第１の半導体中の正孔が第２の半導
体側に落ち込み、第１の半導体および第２の半導体がｎ
型である場合には接合部において第１の半導体中の電子
が第２の半導体側に落ち込む。この結果、第１の半導体
および第２の半導体がｐ型である場合には第２の半導体
側に落ち込んだ正孔と第１の半導体側に残された負に帯
電した不純物イオンとにより電場が発生し、第１の半導
体および第２の半導体がｎ型である場合には第２の半導
体側に落ち込んだ電子と第１の半導体側に残された正に
帯電した不純物イオンとにより電場が発生する。これら
の電場は、接合の界面の近傍における第１の半導体中に
形成される空乏層の幅を狭くする効果を有する。このた
め、このように空乏層の幅が狭くなる分だけ、接合を正
孔または電子がトンネリングにより伝導しやすくなる。
これによって、接合の界面において価電子帯または伝導
帯に大きな不連続が存在する互いに異なる二種類のｐ型
半導体同士の接合または互いに異なる二種類のｎ型半導
体同士の接合に電流を流しやすくすることができる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。まず、この発明の第１実施例につい
て説明する。

【００１８】この第１実施例においては、図１に示すよ
うに、ｐ型半導体層１とｎ型半導体層２とのｐｎ接合か
ら成り、ｐ型半導体層１にｐ側電極３がコンタクトし、
ｎ型半導体層２にｎ側電極４がコンタクトしたｐｎ接合
ダイオードを考える。ｐ側電極３およびｎ側電極４はい
ずれも金属により形成される。ここでは、ｎ型半導体層
２にはｎ側電極４を容易にオーミックコンタクトさせる
ことができるが、ｐ型半導体層１にｐ側電極３をオーミ
ックコンタクトさせることはそれらの仕事関数に大きな
差が存在するために難しい場合を考える。ｐ型半導体層
１は具体的には例えばｐ型ＺｎＳｅ層である。

【００１９】図２はこのｐｎ接合ダイオードのｐ側電極
３とｐ型半導体層１との接合部のエネルギーバンド図を
示す。図２において、Ｅ_cおよびＥ_vはそれぞれｐ型半
導体層１の伝導帯の下端のエネルギーおよび価電子帯の
上端のエネルギー、Ｅ_Fはフェルミ準位を示す（以下同
様）。

【００２０】図２に示すように、ｐ側電極３とｐ型半導
体層１との仕事関数に大きな差があることにより、ｐ型
半導体層１の価電子帯および伝導帯はｐ側電極３に向か
って大きく低エネルギー側に曲がり、接合の界面の近傍
におけるｐ型半導体層１側に空乏層が大きく広がる。こ
の空乏層の幅の一例を挙げると次の通りである。例え
ば、ｐ型半導体層１のキャリア濃度（全てのアクセプタ
がイオン化しているとするとアクセプタ濃度と等しい）
が〜１０¹⁷ｃｍ^-3であり、バンドギャップが〜３ｅＶで
あるとすると、空乏層の幅は５０〜１００ｎｍとなる。
この場合、正孔はトンネル効果により空乏層を通ること
になるが、この空乏層の幅がこのように５０〜１００ｎ
ｍである場合には、この空乏層を正孔がトンネリングす
る確率は極めて小さく、従ってこの接合を流れる電流は
極めて少ない。

【００２１】そこで、この第１実施例においては、図１
および図２に示すように、ｐ側電極３とｐ型半導体層１
との接合の界面の近傍における空乏層内に、金属のフェ
ルミ準位Ｅ_Fとエネルギーがほぼ等しくなるように深い
エネルギー準位Ｄ１を有するアクセプタＡ１をドープす
る。なお、少なくとも、ｐ側電極３とｐ型半導体層１と
の接合の界面の近傍の部分以外の部分のｐ型半導体層１
中には、浅いエネルギー準位を有するアクセプタ（図示
せず）がドープされている。場合によっては、ｐ側電極
３とｐ型半導体層１との接合の界面の近傍の部分のｐ型
半導体層１中に浅いエネルギー準位を有するアクセプタ
を積極的にドープするようにしてもよい。

【００２２】ｐ型半導体層１が例えばｐ型ＺｎＳｅ層で
ある場合、上記のアクセプタＡ１としては、Ｏ、Ｎ、Ｌ
ｉ、Ｎａ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖなどを用いるこ
とができる。価電子帯の頂上から測ったこれらのアクセ
プタＡ１のエネルギー準位Ｄ１の深さは、Ｏは約８６ｍ
ｅＶ、Ｎ、ＬｉおよびＮａは１１０〜１３０ｍｅＶ、Ｍ
ｎおよびＣｕは２００〜３００ｍｅＶ、Ｎｉは６００〜
７００ｍｅＶ、ＴｉおよびＶは１〜１．２ｅＶである。
これらのうちから必要に応じて選んだものを上記のアク
セプタＡ１として用い、これを、その深いエネルギー準
位Ｄ１が金属のフェルミ準位Ｅ_Fとエネルギーがほぼ等
しくなるように、ｐ側電極３とｐ型半導体層１との接合
の界面の近傍における空乏層内の所定位置にドープす
る。

【００２３】この第１実施例によれば、上記の深いエネ
ルギー準位Ｄ１を介して、ｐ側電極３とｐ型半導体層１
との接合を正孔が共鳴トンネリングにより伝導しやすく
なっている。これによって、この接合により多くの電流
を流すことができ、あるいは、この接合にある一定の電
流を流すのに必要な印加電圧の低減を図ることができ
る。

【００２４】次に、この発明の第２実施例について説明
する。図３はこの第２実施例によるｐｎ接合ダイオード
を示し、図４はこのｐｎ接合ダイオードのｐ側電極３と
ｐ型半導体層１との接合部のエネルギーバンド図を示
す。

【００２５】この第２実施例においては、図３および図
４に示すように、ｐ側電極３とｐ型半導体層１との接合
の界面の近傍における空乏層内に、ｐ型半導体層１側か
らこの界面に向かって順に、いずれも金属のフェルミ準
位Ｅ_Fとエネルギーがほぼ等しい、深いエネルギー準位
Ｄ３を有するアクセプタＡ３、深いエネルギー準位Ｄ１
を有するアクセプタＡ１および深いエネルギー準位Ｄ２
を有するアクセプタＡ２をドープする。この場合、これ
らの深いエネルギー準位Ｄ３、Ｄ１およびＤ２は、接合
の界面に向かって次第に深くなっている。図５に、フラ
ットバンド条件の下におけるこれらの深いエネルギー準
位Ｄ３、Ｄ１およびＤ２を浅いエネルギー準位とともに
示す。

【００２６】深いエネルギー準位Ｄ３を有するアクセプ
タＡ３、深いエネルギー準位Ｄ１を有するアクセプタＡ
１および深いエネルギー準位Ｄ２を有するアクセプタＡ
２としては、上述のＯ、Ｎ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｎ、Ｃｕ、
Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖなどのうちから必要に応じて選ぶことが
できる。例えば、深いエネルギー準位Ｄ３を有するアク
セプタＡ３としてＬｉを用い、深いエネルギー準位Ｄ１
を有するアクセプタＡ１としてＭｎを用い、深いエネル
ギー準位Ｄ２を有するアクセプタＡ２としてＮｉを用い
る、などである。

【００２７】これらの深いエネルギー準位Ｄ３を有する
アクセプタＡ３、深いエネルギー準位Ｄ１を有するアク
セプタＡ１および深いエネルギー準位Ｄ２を有するアク
セプタＡ２としては、上述のように互いに種類が異なる
アクセプタを用いるほかに、同一の種類のアクセプタを
用いてもよい。すなわち、例えば、ＺｎＳｅ中にアクセ
プタとしてＮをドープする場合、Ｎは、そのドーピング
濃度がある値以下のときには浅いエネルギー準位を有す
るが、ドーピング濃度がその値を超えると、ドーピング
濃度の増加に伴ってそのエネルギー準位がディープ化す
る性質を有する（図２０参照）。従って、ｐ側電極３と
ｐ型半導体層１との接合の界面に向かってＮのドーピン
グ濃度が高くなるようにし、それによって上記の深いエ
ネルギー準位Ｄ３、Ｄ１およびＤ２が設けられたと実質
的に同一の状態を実現することができる。Ｎのドーピン
グ濃度は、具体的には、例えば、上記界面に向かって〜
１０¹⁷ｃｍ^-3から〜１０¹⁹ｃｍ^-3まで増加させる。

【００２８】この第２実施例によるｐｎ接合ダイオード
の上記以外の構成は第１実施例によるｐｎ接合ダイオー
ドと同様であるので、説明を省略する。

【００２９】この第２実施例によれば、上記の深いエネ
ルギー準位Ｄ３、Ｄ１およびＤ２を介して、ｐ側電極３
とｐ型半導体層１との接合を正孔が共鳴トンネリングに
より伝導しやすくなっている。これによって、この接合
により多くの電流を流すことができ、あるいは、この接
合にある一定の電流を流すのに必要な印加電圧の低減を
図ることができる。

【００３０】次に、この発明の第３実施例について説明
する。この第３実施例においては、図６に示すように、
図１に示すｐｎ接合ダイオードにおけるｐ型半導体層１
とｐ側電極３との間にこのｐ型半導体層１と異なるｐ型
半導体層５を挿入した構造のｐｎ接合ダイオードを考え
る。ここでは、ｐ型半導体層５は、ｐ側電極３との仕事
関数の差が小さく、かつそのキャリア濃度も十分に高く
することができることによりｐ側電極３をオーミックコ
ンタクトさせることができ、また、ｐ型半導体層１との
間に存在する価電子帯の不連続ΔＥ_vも比較的小さいも
のとする。ここで、ｐ型半導体層５のフェルミ準位はそ
の価電子帯の頂上のエネルギーとほぼ等しいものとす
る。一方、ｎ型半導体層２にはｎ側電極４を容易にオー
ミックコンタクトさせることができるものとする。例え
ば、ｐ型半導体層１がｐ型ＺｎＳｅ層であるとき、ｐ型
半導体層５はｐ型ＺｎＴｅ層であり、この場合、これら
のｐ型ＺｎＳｅ層およびｐ型ＺｎＴｅ層の間の価電子帯
の不連続ΔＥ_vの大きさは０．５ｅＶ程度である。

【００３１】図７はこのｐｎ接合ダイオードのｐ側電極
３、ｐ型半導体層５およびｐ型半導体層１の接合部のエ
ネルギーバンド図を示す。この場合、ｐ型半導体層１の
キャリア濃度はｐ型半導体層５のキャリア濃度に比べて
十分に小さいものとすると、ｐ型半導体層１とｐ型半導
体層５との接合部における空乏層はもっぱらｐ型半導体
層１側に広がる。

【００３２】この第３実施例においては、図６および図
７に示すように、ｐ型半導体層１とｐ型半導体層５との
接合の界面の近傍におけるｐ型半導体層５中に形成され
る空乏層内に、フェルミ準位Ｅ_Fとエネルギーがほぼ等
しい深いエネルギー準位Ｄ１を有するアクセプタＡ１を
ドープする。なお、少なくとも、ｐ型半導体層１とｐ型
半導体層５との接合の界面の近傍の部分以外の部分のｐ
型半導体層１中には、浅いエネルギー準位を有するアク
セプタ（図示せず）がドープされている。場合によって
は、ｐ型半導体層１とｐ型半導体層５との接合の界面の
近傍の部分のｐ型半導体層１中に浅いエネルギー準位を
有するアクセプタを積極的にドープするようにしてもよ
い。

【００３３】ｐ型半導体層１が例えばｐ型ＺｎＳｅ層で
ある場合、上記のアクセプタＡ１としては、第１実施例
と同様に、Ｏ、Ｎ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔ
ｉ、Ｖなどを用いることができる。

【００３４】この第３実施例によれば、上記の深いエネ
ルギー準位Ｄ１を介して、ｐ型半導体層１とｐ型半導体
層５との接合を正孔が共鳴トンネリングにより伝導しや
すくなっている。これによって、このｐ型半導体層１と
ｐ型半導体層５との接合により多くの電流を流すことが
できる。そして、ｐ側電極３はｐ型半導体層５にオーミ
ックコンタクトさせることができるから、結局、ｐ型半
導体層１とｐ型半導体層５との接合およびｐ側電極３と
ｐ型半導体層５との接合の全体により多くの電流を流す
ことができ、あるいは、これらの接合にある一定の電流
を流すのに必要な印加電圧の低減を図ることができる。

【００３５】次に、この発明の第４実施例について説明
する。図８はこの第４実施例によるｐｎ接合ダイオード
を示し、図９はこのｐｎ接合ダイオードのｐ側電極３、
ｐ型半導体層５およびｐ型半導体層１の接合部のエネル
ギーバンド図を示す。

【００３６】この第４実施例においては、図８および図
９に示すように、ｐ型半導体層１とｐ型半導体層５との
接合の界面の近傍におけるｐ型半導体層１中に形成され
る空乏層内に、ｐ型半導体層１側からこの界面に向かっ
て順に、いずれもフェルミ準位Ｅ_Fとエネルギーがほぼ
等しい、深いエネルギー準位Ｄ３を有するアクセプタＡ
３、深いエネルギー準位Ｄ１を有するアクセプタＡ１お
よび深いエネルギー準位Ｄ２を有するアクセプタＡ２を
ドープする。ここで、これらの深いエネルギー準位Ｄ
３、Ｄ１およびＤ２は、接合の界面に向かって次第に深
くなっている。

【００３７】第２実施例と同様に、深いエネルギー準位
Ｄ３を有するアクセプタＡ３、深いエネルギー準位Ｄ１
を有するアクセプタＡ１および深いエネルギー準位Ｄ２
を有するアクセプタＡ２としては、Ｏ、Ｎ、Ｌｉ、Ｎ
ａ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖなどのうちから必要に
応じて選ぶことができる。例えば、深いエネルギー準位
Ｄ３を有するアクセプタＡ３としてＬｉを用い、深いエ
ネルギー準位Ｄ１を有するアクセプタＡ１としてＭｎを
用い、深いエネルギー準位Ｄ２を有するアクセプタＡ２
としてＮｉを用いる、などである。

【００３８】これらの深いエネルギー準位Ｄ３を有する
アクセプタＡ３、深いエネルギー準位Ｄ１を有するアク
セプタＡ１および深いエネルギー準位Ｄ２を有するアク
セプタＡ２としては、上述のように互いに種類が異なる
アクセプタを用いるほかに、同一の種類のアクセプタを
用いてもよいことは、第２実施例で述べたと同様であ
る。

【００３９】この第４実施例によるｐｎ接合ダイオード
の上記以外の構成は第３実施例によるｐｎ接合ダイオー
ドと同様であるので、説明を省略する。

【００４０】この第４実施例によれば、上記の深いエネ
ルギー準位Ｄ３、Ｄ１およびＤ２を介して、ｐ型半導体
層１とｐ型半導体層５との接合を正孔が共鳴トンネリン
グにより伝導しやすくなっている。これによって、この
ｐ型半導体層１とｐ型半導体層５との接合により多くの
電流を流すことができる。そして、ｐ型半導体層１とｐ
型半導体層５との接合およびｐ側電極３とｐ型半導体層
５との接合の全体により多くの電流を流すことができ、
あるいは、これらの接合にある一定の電流を流すのに必
要な印加電圧の低減を図ることができる。

【００４１】次に、この発明の第５実施例について説明
する。上述のｐ型半導体層１とｐ側電極３との間に単に
ｐ型半導体層５を挿入しただけのｐｎ接合ダイオードに
おいては、その接合に流すことができる電流の量は非常
に少ないが、その理由は、ｐ型半導体層１とｐ型半導体
層５との間に価電子帯の不連続ΔＥ_vが存在することの
ほかに、ｐ型半導体層１のキャリア濃度が低いことであ
る。例えば、ｐ型半導体層１がｐ型ＺｎＳｅ層である場
合、そのキャリア濃度は〜１０¹⁷ｃｍ^-3に過ぎない。

【００４２】今、ｐ型半導体層５のキャリア濃度はｐ型
半導体層１のキャリア濃度に比べて十分に大きいとする
と、すでに述べたように、ｐ型半導体層１とｐ型半導体
層５との接合部における空乏層はもっぱらｐ型半導体層
１側に広がる。ここで、このｐ型半導体層１側に広がる
空乏層の幅をＷ、ｐ型半導体層１のキャリア濃度をＰと
すると、それらの間にはＷ＝（２εφ／ｑＰ）^1/2の関
係がある。ただし、εはｐ型半導体層１の誘電率、φは
ｐ型半導体層１とｐ型半導体層５との間のポテンシャル
障壁の高さ、ｑは電子電荷の絶対値である。この場合、
接合を流れる電流を多くするには、空乏層の幅Ｗを小さ
くすればよいが、このためにはｐ型半導体層１のキャリ
ア濃度Ｐを大きくしなければならない。

【００４３】しかしながら、ワイドギャップ半導体で
は、バルク半導体で得られるキャリア濃度に上限Ｐ_cが
ある。そして、ワイドギャップ半導体の一種であるＺｎ
Ｓｅの場合、これが〜１０¹⁷ｃｍ^-3となっているのであ
る。言い換えれば、ＺｎＳｅへのアクセプタのドーピン
グ濃度をＰ_c以上に高くしても、Ｐ_cを超えた分のアク
セプタからは有効キャリアが供給されないのである。一
方、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法による測定結果
によると、ＺｎＳｅに対しては、Ｐ_s＝１０¹⁸〜１０¹⁹
ｃｍ^-3の濃度にアクセプタをドープすることが可能であ
ることがわかっている（図２０参照）。このことから、
１０¹⁷ｃｍ^-3以上１０¹⁹ｃｍ^-3までの分のアクセプタは
非活性化しており、有効キャリアを供給していないこと
がわかる。このアクセプタの非活性化の理由の一つは、
そのエネルギー準位のディープ化である。この深いエネ
ルギー準位を有するアクセプタの量は、Ｐ_sのオーダー
（言うまでもないが、Ｐ_sを超えることはない）である
と言える。

【００４４】さて、この第５実施例においては、図１０
に示すように、ｐ型半導体層１とｐ側電極３との間にｐ
型半導体層５を挿入した構造を有するｐｎ接合ダイオー
ドにおいて、ｐ型半導体層１とｐ型半導体層５との接合
部においてｐ型半導体層１側に形成される空乏層内に、
ｐ型半導体層１の価電子帯の底のエネルギーＥ_vとフェ
ルミ準位Ｅ_Fとの間のエネルギーの深いエネルギー準位
を有するアクセプタを以下に述べるようにドープする。
なお、少なくとも、ｐ型半導体層１とｐ型半導体層５と
の接合の界面の近傍の部分以外の部分のｐ型半導体層１
中には、浅いエネルギー準位を有するアクセプタ（図示
せず）がドープされている。場合によっては、ｐ型半導
体層１とｐ型半導体層５との接合の界面の近傍の部分の
ｐ型半導体層１中に浅いエネルギー準位を有するアクセ
プタを積極的にドープするようにしてもよい。

【００４５】図１１はこのｐｎ接合ダイオードのｐ側電
極３、ｐ型半導体層５およびｐ型半導体層１の接合部の
エネルギーバンド図を示す。図１１に示すように、ｐ型
半導体層１とｐ型半導体層５との接合の界面において価
電子帯に大きな不連続ΔＥ_vが存在する場合には、この
界面の近傍の領域、具体的にはこの界面から、ｐ型半導
体層１のキャリア濃度の上限Ｐ_cで決まる幅Ｗ_c＝（２
ε（ΔＥ_v／ｑ）／ｑＰ_c）^1/2にわたる領域に空乏層
が広がっている。

【００４６】今、図１１に示すように、この界面からｐ
型半導体層１側にｘ軸をとり、その界面でｘ＝０とした
とき、この界面から距離ｘの位置にドープされた、深い
エネルギー準位を有するアクセプタのその深いエネルギ
ー準位（価電子帯の頂上から測るものとする）の深さＥ
_Deep（ｘ）が、ｘ軸方向の価電子帯の変化を表す関数を
Ｖ（ｘ）として、Ｅ_Deep（ｘ）＜Ｅ_F−Ｖ（ｘ）（１）が満たされるようにする。このとき、このエネルギー準
位Ｅ_Deep（ｘ）にトラップされた正孔は、ｐ型半導体層
５側に落ち込む。すなわち、変調ドープが達成される。
このｐ型半導体層５側に落ち込んだ、正の電荷を有する
正孔と、ｐ型半導体層１中に残された負に帯電した、深
いエネルギー準位を有するアクセプタイオンとにより電
場が発生し、この電場が、この深いエネルギー準位を有
するアクセプタがドープされていない場合に比べて価電
子帯の曲がりを急峻にする働きをする。その様子を図１
２に示す。このとき、空乏層の幅は、Ｗ_c＝（２ε（Δ
Ｅ_v／ｑ）／ｑＰ_c）^1/2からＷ_s＝（２ε（ΔＥ_v／
ｑ）／ｑＰ_s）^1/2に縮小する。例えば、Ｐ_c〜１０¹⁷
ｃｍ^-3とすると、Ｐ_s〜１０¹⁸ｃｍ^-3のときはＷ_s／Ｗ
_c＝（Ｐ_c／Ｐ_s）^1/2〜１／３、Ｐ_s〜１０¹⁹ｃｍ^-3
のときはＷ_s／Ｗ_c＝（Ｐ_c／Ｐ_s）^1/2〜１／１０で
ある。これによって、ｐ型半導体層１とｐ型半導体層５
との接合を流れる電流は飛躍的に増大することになる。

【００４７】式（１）を満たすようにアクセプタをドー
プするためには、接合の界面に向かって、深いエネルギ
ー準位の深さが徐々に増加するようにアクセプタをドー
プするのが最も効率的である。

【００４８】さらに望ましくは、図１１のｘ＝０からｘ
＝Ｗ_cの範囲において、価電子帯の底を示す曲線とフェ
ルミ準位Ｅ_Fを示す直線と価電子帯の不連続ΔＥ_vを示
す直線とにより囲まれたほぼ三角形状の領域内における
浅いエネルギー準位からフェルミ準位Ｅ_Fまでの間の部
分を深いエネルギー準位が埋め尽くすようにアクセプタ
をドープするのがよい。このときに、空乏層の幅を最も
小さくすることができる。

【００４９】以上のように、この第５実施例によれば、
ｐ型半導体層１とｐ型半導体層５との接合の界面の近傍
におけるｐ型半導体層１中に形成される空乏層の幅を小
さくすることができることにより、その分だけこの接合
を正孔がトンネリングにより伝導しやすくなっている。
これによって、このｐ型半導体層１とｐ型半導体層５と
の接合により多くの電流を流すことができる。そして、
ｐ型半導体層１とｐ型半導体層５との接合およびｐ側電
極３とｐ型半導体層５との接合の全体により多くの電流
を流すことができ、あるいは、これらの接合にある一定
の電流を流すのに必要な印加電圧の低減を図ることがで
きる。

【００５０】次に、この発明の第６実施例について説明
する。この第６実施例は、この発明を半導体レーザーに
適用した実施例である。図１３および図１４はこの第６
実施例による半導体レーザーを示し、図１３は共振器長
方向に垂直な断面図、図１４は共振器長方向に平行な断
面図である。この第６実施例による半導体レーザーは、
ＳＣＨ（Separated Confinement Heterostructure)構造
を有するものである。

【００５１】図１３および図１４に示すように、この第
６実施例による半導体レーザーにおいては、例えばｎ型
不純物としてＳｉがドープされた例えば（１００）面方
位のｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、例えばｎ型不純物とし
てＣｌがドープされたｎ型ＺｎＳｅバッファ層１２、例
えばｎ型不純物としてＣｌがドープされたｎ型Ｚｎ_1-p
Ｍｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層１３、例えばｎ型不純物
としてＣｌがドープされたｎ型ＺｎＳｅ光導波層１４、
例えばｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層から成る活性
層１５、例えばｐ型不純物としてＮがドープされたｐ型
ＺｎＳｅ光導波層１６、例えばｐ型不純物としてＮがド
ープされたｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層
１７、例えばｐ型不純物としてＮがドープされたｐ型Ｚ
ｎＳ_vＳｅ_1-v層１８および例えばｐ型不純物としてＮ
がドープされたｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９が順次積
層されている。ここで、ｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１８
は、その下のｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド
層１７と格子整合をとるための層として用いられるとと
もに、補助的なｐ型クラッド層として用いられる。ｐ型
Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層１７との格子整
合をとるために、このｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１８のＳ
組成比ｖは好適には０．０６に選ばれる。

【００５２】この場合、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９
およびｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１８の上層部はストライ
プ形状にパターニングされている。このストライプ部の
幅は例えば５μｍである。

【００５３】さらに、上述のストライプ部以外の部分に
おけるｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１８上には、例えば厚さ
が３００ｎｍのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）膜から成る絶縁
層２０が形成されている。そして、ストライプ形状のｐ
型ＺｎＳｅコンタクト層１９および絶縁層２０上にｐ側
電極２１が形成されている。このｐ側電極２１がｐ型Ｚ
ｎＳｅコンタクト層１９とコンタクトした部分が電流の
通路となる。ここで、このｐ側電極２１としては、例え
ば、厚さが１０ｎｍのＰｄ膜と厚さが１００ｎｍのＰｔ
膜と厚さが３００ｎｍのＡｕ膜とを順次積層したＡｕ／
Ｐｔ／Ｐｄ電極が用いられる。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２２
がコンタクトしている。

【００５４】この第６実施例による半導体レーザーにお
いては、ｐ側電極２１とｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９
との接合部が、上述の第１実施例によるｐｎ接合ダイオ
ードにおけるｐ側電極３とｐ型半導体層１との接合部と
同様な構造になっている。すなわち、図１５に示すよう
に、ｐ側電極２１とｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９との
接合の界面の近傍におけるｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１
９中に形成される空乏層内に、ｐ側電極２１のフェルミ
準位Ｅ_Fとエネルギーがほぼ等しい深いエネルギー準位
Ｄ１を有するアクセプタＡ１がドープされている。これ
によって、第１実施例と同様に、この接合を正孔が容易
にトンネリングすることができることにより、この接合
により多くの電流を流すことができ、あるいは、この接
合にある一定の電流を流すのに必要な印加電圧の低減を
図ることができる。

【００５５】この第６実施例による半導体レーザーにお
いては、いわゆる端面コーティングが施されている。す
なわち、図１４に示すように、共振器長方向に垂直な一
対の共振器端面のうちレーザー光が取り出されるフロン
ト側の共振器端面には厚さが７４ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃膜２
３と厚さが３１ｎｍのＳｉ膜２４とから成る多層膜がコ
ーティングされ、共振器長方向に垂直な一対の共振器端
面のうちレーザー光が取り出されないリア側の共振器端
面には厚さが７４ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃膜２３と厚さが３１
ｎｍのＳｉ膜２４とを２周期繰り返した多層膜がコーテ
ィングされている。ここで、Ａｌ₂Ｏ₃膜２３とＳｉ膜
２４とから成る多層膜の厚さは、それに屈折率をかけた
光学的距離が、レーザー光の発振波長の１／４に等しく
なるように選ばれている。この場合、フロント側の共振
器端面の反射率は７０％であり、リア側の共振器端面の
反射率は９５％である。

【００５６】この第６実施例において、活性層１５は、
好適には厚さが２〜２０ｎｍ、例えば厚さが９ｎｍのｉ
型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層から成る単一量子井戸
構造を有する。この場合、ｎ型ＺｎＳｅ光導波層１４お
よびｐ型ＺｎＳｅ光導波層１６が障壁層を構成する。

【００５７】また、この第６実施例において、ｎ型Ｚｎ
_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層１３およびｐ型Ｚｎ
_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層１７のＭｇ組成比ｐ
は例えば０．０９、またＳ組成比ｑは例えば０．１８で
あり、そのときのエネルギーギャップは７７Ｋで約２．
９４ｅＶである。これらのＭｇ組成比ｐ＝０．０９およ
びＳ組成比ｑ＝０．１８を有するｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ
_qＳｅ_1-qクラッド層１３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ
_qＳｅ_1-qクラッド層１７はＧａＡｓと格子整合する。
また、活性層１５を構成するｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量
子井戸層のＣｄ組成比ｚは例えば０．１９であり、その
ときのエネルギーギャップは７７Ｋで約２．５４ｅＶで
ある。この場合、活性層１５を構成するｉ型Ｚｎ_1-zＣ
ｄ_zＳｅ量子井戸層とｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-q
クラッド層１３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-q
クラッド層１７との間のエネルギーギャップの差ΔＥ_g
は０．４０ｅＶである。なお、室温でのバンドギャップ
の値は、７７Ｋでのバンドギャップの値から０．１ｅＶ
を引くことにより求めることができる。

【００５８】ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド
層１３の厚さは例えば１．５μｍであり、不純物濃度は
Ｎ_D−Ｎ_A（Ｎ_D：ドナー濃度、Ｎ_A：アクセプタ濃
度）で例えば５×１０¹⁷ｃｍ^-3である。ｎ型ＺｎＳｅ光
導波層１４の厚さは例えば８０ｎｍであり、不純物濃度
はＮ_D−Ｎ_Aで例えば５×１０¹⁷ｃｍ^-3である。また、
ｐ型ＺｎＳｅ光導波層１６の厚さは例えば８０ｎｍであ
り、不純物濃度はＮ_A−Ｎ_Dで例えば５×１０¹⁷ｃｍ^-3
である。ｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層１
７の厚さは例えば０．８μｍであり、不純物濃度はＮ_A
−Ｎ_Dで例えば２×１０¹⁷ｃｍ^-3である。ｐ型ＺｎＳ_v
Ｓｅ_1-v層１８の厚さは例えば０．８μｍであり、不純
物濃度はＮ_A−Ｎ_Dで例えば８×１０¹⁷ｃｍ^-3である。
ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９の厚さは例えば４５ｎｍ
であり、不純物濃度はＮ_A−Ｎ_Dで例えば８×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3である。

【００５９】また、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層１２の厚さ
は、ＺｎＳｅとＧａＡｓとの間にはわずかではあるが格
子不整合が存在することから、この格子不整合に起因し
てこのｎ型ＺｎＳｅバッファ層１２およびその上の各層
のエピタキシャル成長時に転位が発生するのを防止する
ために、ＺｎＳｅの臨界膜厚（〜１００ｎｍ）よりも十
分に小さく選ばれるが、この実施例においては例えば３
３ｎｍである。

【００６０】この第６実施例による半導体レーザーの共
振器長Ｌは例えば６４０μｍに選ばれ、この共振器長方
向に垂直な方向の幅は例えば４００μｍに選ばれる。

【００６１】次に、上述のように構成されたこの第６実
施例による半導体レーザーの製造方法について説明す
る。この第６実施例による半導体レーザーを製造するに
は、まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、例えば分子線エ
ピタキシー（ＭＢＥ）法により、例えば成長温度２８０
℃で、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層１２、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ
_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層１３、ｎ型ＺｎＳｅ光導波層
１４、ｉ型Ｃｄ_zＺｎ_1-zＳｅ量子井戸層から成る活性
層１５、ｐ型ＺｎＳｅ光導波層１６、ｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ
_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層１７、ｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v
層１８およびｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９を順次エピ
タキシャル成長させる。

【００６２】上述のＭＢＥ法による各層のエピタキシャ
ル成長においては、例えば、Ｚｎ原料としては純度９
９．９９９９％のＺｎを用い、Ｍｇ原料としては純度９
９．９％のＭｇを用い、Ｓ原料としては純度９９．９９
９９％のＺｎＳを用い、Ｓｅ原料としては純度９９．９
９９９％のＳｅを用いる。また、ｎ型ＺｎＳｅバッファ
層１２、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層１
３およびｎ型ＺｎＳｅ光導波層１４のｎ型不純物として
のＣｌのドーピングは、例えば純度９９．９９９９％の
ＺｎＣｌ₂をドーパントとして用いて行う。一方、ｐ型
ＺｎＳｅ光導波層１６、ｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ
_1-qクラッド層１７、ｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１８およ
びｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９のｐ型不純物としての
Ｎのドーピングは、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）
を利用して発生されたＮ₂プラズマを照射することによ
り行う。ここで、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９の成長
の途中において、深いエネルギー準位Ｄ１を有するアク
セプタＡ１をドープするか、あるいは、Ｎのドーピング
量を所要の深いエネルギー準位Ｄ１が形成されるように
増加させる。

【００６３】次に、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９上に
所定幅の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、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９およびｐ型ＺｎＳ_v
Ｓｅ_1-v層１８を、このｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１８の
厚さ方向の途中までウエットエッチング法によりエッチ
ングする。これによって、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１
９およびｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１８の上層部がストラ
イプ形状にパターニングされる。

【００６４】次に、上述のエッチングに用いたレジスト
パターンを残したまま全面にＡｌ₂Ｏ₃膜を真空蒸着し
た後、このレジストパターンを、その上に形成されたＡ
ｌ₂Ｏ₃膜とともに除去する（リフトオフ）。これによ
って、ストライプ部以外の部分におけるｐ型ＺｎＳ_vＳ
ｅ_1-v層１８上にのみＡｌ₂Ｏ₃膜から成る絶縁層２０
が形成される。

【００６５】次に、ストライプ形状のｐ型ＺｎＳｅコン
タクト層１９および絶縁層２０の全面にＰｄ膜、Ｐｔ膜
およびＡｕ膜を順次真空蒸着してＡｕ／Ｐｔ／Ｐｄ電極
から成るｐ側電極２１を形成し、その後必要に応じて熱
処理を行って、このｐ側電極２１をｐ型ＺｎＳｅコンタ
クト層１９にオーミックコンタクトさせる。一方、ｎ型
ＧａＡｓ基板１１の裏面にはＩｎ電極のようなｎ側電極
２２を形成する。

【００６６】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を例えば幅が６４０μｍ
（共振器長に等しい）のバー状に劈開して両共振器端面
を形成した後、図２に示すように、真空蒸着法により、
フロント側の共振器端面に厚さが７４ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃
膜２３と厚さが３１ｎｍのＳｉ膜２４とから成る多層膜
を形成するとともに、リア側の共振器端面に厚さが７４
ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃膜２３と厚さが３１ｎｍのＳｉ膜２４
とを２周期繰り返した多層膜を形成する。このように端
面コーティングを施した後、このバーを例えば幅４００
μｍに劈開してチップ化し、パッケージングを行う。

【００６７】この第６実施例によれば、例えば、室温に
おいて連続発振が可能な緑色発光でしかも低しきい値電
流密度のＳＣＨ構造を有する半導体レーザーを実現する
ことができる。

【００６８】次に、この発明の第７実施例について説明
する。この第７実施例による半導体レーザーにおいて
は、図１６に示すように、ｐ側電極２１とｐ型ＺｎＳｅ
コンタクト層１９との接合部が、上述の第２実施例によ
るｐｎ接合ダイオードにおけるｐ側電極３とｐ型半導体
層１との接合部と同様な構造になっている。すなわち、
図１６に示すように、ｐ側電極２１とｐ型ＺｎＳｅコン
タクト層１９との接合の界面の近傍における空乏層内
に、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９側からこの界面に向
かって順に、いずれもｐ側電極２１のフェルミ準位Ｅ_F
とエネルギーがほぼ等しい、深いエネルギー準位Ｄ３を
有するアクセプタＡ３、深いエネルギー準位Ｄ１を有す
るアクセプタＡ１および深いエネルギー準位Ｄ２を有す
るアクセプタＡ２がドープされている。これによって、
第２実施例と同様に、この接合を正孔が容易にトンネリ
ングすることができることにより、この接合により多く
の電流を流すことができ、あるいは、この接合にある一
定の電流を流すのに必要な印加電圧の低減を図ることが
できる。この第７実施例による半導体レーザーの上記以
外の構成は第６実施例による半導体レーザーと同様であ
るので、説明を省略する。

【００６９】次に、この発明の第８実施例について説明
する。この第８実施例による半導体レーザーにおいて
は、図１７に示すように、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１
９上にこれと同一形状のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２５
が積層され、このｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２５にｐ側
電極２１がコンタクトしている。そして、ｐ型ＺｎＳｅ
コンタクト層１９とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２５との
接合部が、上述の第３実施例によるｐｎ接合ダイオード
におけるｐ型半導体層１とｐ型半導体層５との接合部と
同様な構造になっている。すなわち、図１７に示すよう
に、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９とｐ型ＺｎＴｅコン
タクト層２５との接合の界面の近傍におけるｐ型ＺｎＳ
ｅコンタクト層１９中に形成される空乏層内に、フェル
ミ準位Ｅ_Fとエネルギーがほぼ等しい深いエネルギー準
位Ｄ１を有するアクセプタＡ１がドープされている。こ
れによって、第３実施例と同様に、このｐ型ＺｎＳｅコ
ンタクト層１９とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２５との接
合を正孔が容易にトンネリングすることができる。そし
て、このｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９とｐ型ＺｎＴｅ
コンタクト層２５との接合およびｐ側電極２１とｐ型Ｚ
ｎＳｅコンタクト層１９との接合の全体により多くの電
流を流すことができ、あるいは、これらの接合にある一
定の電流を流すのに必要な印加電圧の低減を図ることが
できる。この第８実施例による半導体レーザーの上記以
外の構成は第６実施例による半導体レーザーと同様であ
るので、説明を省略する。

【００７０】次に、この発明の第９実施例について説明
する。この第９実施例による半導体レーザーにおいて
は、図１８に示すように、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１
９上にこれと同一形状のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２５
が積層され、このｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２５にｐ側
電極２１がコンタクトしている。そして、ｐ型ＺｎＳｅ
コンタクト層１９とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２５との
接合部が、上述の第４実施例によるｐｎ接合ダイオード
におけるｐ型半導体層１とｐ型半導体層５との接合部と
同様な構造になっている。すなわち、図１８に示すよう
に、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９とｐ型ＺｎＴｅコン
タクト層２５との接合の界面の近傍におけるｐ型ＺｎＳ
ｅコンタクト層１９中に形成される空乏層内に、ｐ型Ｚ
ｎＳｅコンタクト層１９側からこの界面に向かって順
に、いずれもフェルミ準位Ｅ_Fとエネルギーがほぼ等し
い、深いエネルギー準位Ｄ３を有するアクセプタＡ３、
深いエネルギー準位Ｄ１を有するアクセプタＡ１および
深いエネルギー準位Ｄ２を有するアクセプタＡ２がドー
プされている。これによって、第４実施例と同様に、こ
のｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９とｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層２５との接合を正孔が容易にトンネリングするこ
とができる。そして、このｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１
９とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２５との接合およびｐ側
電極２１とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２５との接合の全
体により多くの電流を流すことができ、あるいは、これ
らの接合にある一定の電流を流すのに必要な印加電圧の
低減を図ることができる。この第９実施例による半導体
レーザーの上記以外の構成は第６実施例による半導体レ
ーザーと同様であるので、説明を省略する。

【００７１】次に、この発明の第１０実施例について説
明する。この第１０実施例による半導体レーザーにおい
ては、図１９に示すように、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層
１９上にこれと同一形状のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２
５が積層され、このｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２５にｐ
側電極２１がコンタクトしている。そして、ｐ型ＺｎＳ
ｅコンタクト層１９とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２５と
の接合部が、上述の第５実施例によるｐｎ接合ダイオー
ドにおけるｐ型半導体層１とｐ型半導体層５との接合部
と同様な構造になっている。すなわち、図１９に示すよ
うに、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９とｐ型ＺｎＴｅコ
ンタクト層２５との接合の界面の近傍におけるｐ型Ｚｎ
Ｓｅコンタクト層１９中に形成される空乏層内に、価電
子帯の底のエネルギーＥ_vとフェルミ準位Ｅ_Fとの間の
エネルギーの深いエネルギー準位を有するアクセプタが
ドープされている。これによって、第５実施例と同様
に、このｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９とｐ型ＺｎＴｅ
コンタクト層２５との接合を正孔が容易にトンネリング
することができる。そして、このｐ型ＺｎＳｅコンタク
ト層１９とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２５との接合およ
びｐ側電極２１とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２５との接
合の全体により多くの電流を流すことができ、あるい
は、これらの接合にある一定の電流を流すのに必要な印
加電圧の低減を図ることができる。この第１０実施例に
よる半導体レーザーの上記以外の構成は第６実施例によ
る半導体レーザーと同様であるので、説明を省略する。

【００７２】以上の第７実施例〜第１０実施例によれ
ば、第６実施例と同様に、例えば、室温において連続発
振が可能な緑色発光でしかも低しきい値電流密度のＳＣ
Ｈ構造を有する半導体レーザーを実現することができ
る。

【００７３】以上、この発明の実施例について具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
のではなく、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。

【００７４】例えば、上述の第６実施例〜第１０実施例
においては、この発明をＳＣＨ構造を有する半導体レー
ザーに適用した場合について説明したが、この発明は、
ＤＨ（Double Heterostructure）構造を有する半導体レ
ーザーに適用することができることは勿論、発光ダイオ
ードに適用することもできる。さらに、この発明は、発
光素子以外の各種の半導体装置に適用することもでき
る。

【００７５】また、上述の第６実施例〜第１０実施例に
おいては、クラッド層の材料としてＺｎＭｇＳＳｅ系化
合物半導体を用いているが、クラッド層の材料としては
ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体以外の各種のＺｎＭｇＣ
ｄＳＳｅＴｅ系化合物半導体を用いてもよいことは言う
までもない。

【００７６】また、例えば、上述の第６実施例〜第１０
実施例において用いられているｎ型ＺｎＳｅ光導波層１
４およびｐ型ＺｎＳｅ光導波層１６の代わりにｉ型Ｚｎ
Ｓｅ光導波層を用いてもよい。格子整合をとる見地から
は、これらのｎ型ＺｎＳｅ光導波層１４およびｐ型Ｚｎ
Ｓｅ光導波層１６の代わりに、特にｕ＝０．０６のｎ型
ＺｎＳ_uＳｅ_1-u層およびｐ型ＺｎＳ_uＳｅ_1-u層ある
いはｉ型ＺｎＳ_uＳｅ_1-u層を用いるのが望ましい。

【００７７】さらに、上述の第６実施例〜第１０実施例
においては、ｐ型ＺｎＳｅ光導波層１６、ｐ型Ｚｎ_1-p
Ｍｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層１７、ｐ型ＺｎＳ_vＳｅ
_1-v層１８およびｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１９のｐ型
不純物としてのＮのドーピングは、ＥＣＲを利用して発
生されたＮ₂プラズマを照射することにより行っている
が、このＮのドーピングは、例えば、高周波プラズマに
より発生されたＮ₂を照射することにより行うようにし
てもよい。

【００７８】また、上述の第６実施例〜第１０実施例に
おいては、基板としてＧａＡｓ基板を用いているが、こ
の基板としては、例えばＧａＰ基板などを用いてもよ
い。

【００７９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
互いに仕事関数に大きな差が存在する金属と半導体との
接合を有する場合に、その接合に電流を流しやすくする
ことができる。また、この発明によれば、接合界面にお
いて価電子帯または伝導帯に大きな不連続が存在する互
いに異なる二種類のｐ型半導体同士の接合または互いに
異なる二種類のｎ型半導体同士の接合を有する場合に、
その接合に電流を流しやすくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を説明するための断面図
である。

【図２】この発明の第１実施例を説明するためのエネル
ギーバンド図である。

【図３】この発明の第２実施例を説明するための断面図
である。

【図４】この発明の第２実施例を説明するためのエネル
ギーバンド図である。

【図５】この発明の第２実施例を説明するためのエネル
ギーバンド図である。

【図６】この発明の第３実施例を説明するための断面図
である。

【図７】この発明の第３実施例を説明するためのエネル
ギーバンド図である。

【図８】この発明の第４実施例を説明するための断面図
である。

【図９】この発明の第４実施例を説明するためのエネル
ギーバンド図である。

【図１０】この発明の第５実施例を説明するための断面
図である。

【図１１】この発明の第５実施例を説明するためのエネ
ルギーバンド図である。

【図１２】この発明の第５実施例を説明するためのエネ
ルギーバンド図である。

【図１３】この発明の第６実施例を説明するための断面
図である。

【図１４】この発明の第６実施例を説明するための断面
図である。

【図１５】この発明の第６実施例を説明するための要部
拡大断面図である。

【図１６】この発明の第７実施例を説明するための要部
拡大断面図である。

【図１７】この発明の第８実施例を説明するための要部
拡大断面図である。

【図１８】この発明の第９実施例を説明するための要部
拡大断面図である。

【図１９】この発明の第１０施例を説明するための要部
拡大断面図である。

【図２０】ＺｎＳｅ中の有効キャリア濃度とＺｎＳｅ中
へのＮのドーピング濃度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１、５ｐ型半導体層２ｎ型半導体層３、２１ｐ側電極４、２２ｎ側電極１１ｎ型ＧａＡｓ基板１２ｎ型ＺｎＳｅバッファ層１３ｎ型Ｍｇ_pＺｎ_1-pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層１４ｎ型ＺｎＳｅ光導波層１５活性層１６ｐ型ＺｎＳｅ光導波層１７ｐ型Ｍｇ_pＺｎ_1-pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層１９ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層２５ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属と半導体との接合を有し、上記半導
体がｐ型である場合には上記金属の仕事関数は上記半導
体の仕事関数よりも小さく、上記半導体がｎ型である場
合には上記金属の仕事関数は上記半導体の仕事関数より
も大きい半導体装置において、上記接合の界面の近傍における上記半導体中に形成され
る空乏層内に、上記金属のフェルミ準位とエネルギーが
ほぼ等しい深いエネルギー準位を有する不純物がドープ
されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】互いに導電型が同一の第１の半導体と第
２の半導体との接合を有し、上記第１の半導体および上
記第２の半導体がｐ型である場合には上記接合の界面に
おいて上記第１の半導体の価電子帯の頂上のエネルギー
は上記第２の半導体の価電子帯の頂上のエネルギーより
も低く、上記第１の半導体および上記第２の半導体がｎ
型である場合には上記接合の界面において上記第１の半
導体の伝導帯の底のエネルギーは上記第２の半導体の伝
導帯の底のエネルギーよりも高い半導体装置において、上記界面の近傍における上記第１の半導体中に形成され
る空乏層内に、上記第２の半導体のフェルミ準位とエネ
ルギーがほぼ等しい深いエネルギー準位を有する不純物
がドープされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】互いに導電型が同一の第１の半導体と第
２の半導体との接合を有し、上記第１の半導体および上
記第２の半導体がｐ型である場合には上記接合の界面に
おいて上記第１の半導体の価電子帯の頂上のエネルギー
は上記第２の半導体の価電子帯の頂上のエネルギーより
も低く、上記第１の半導体および上記第２の半導体がｎ
型である場合には上記接合の界面において上記第１の半
導体の伝導帯の底のエネルギーは上記第２の半導体の伝
導帯の底のエネルギーよりも高い半導体装置において、上記界面の近傍における上記第１の半導体中に形成され
る空乏層内に、上記第１の半導体および上記第２の半導
体がｐ型である場合には上記第１の半導体の価電子帯の
頂上と上記第２の半導体のフェルミ準位との間のエネル
ギーの深いエネルギー準位を有する不純物がドープさ
れ、上記第１の半導体および上記第２の半導体がｎ型で
ある場合には上記第１の半導体の伝導帯の底と上記第２
の半導体のフェルミ準位との間のエネルギーの深いエネ
ルギー準位を有する不純物がドープされていることを特
徴とする半導体装置。
【請求項４】上記深いエネルギー準位は互いに深さが
異なる複数の深いエネルギー準位を含むことを特徴とす
る請求項１、２または３記載の半導体装置。
【請求項５】上記複数の深いエネルギー準位は上記界
面に向かって深くなっていることを特徴とする請求項４
記載の半導体装置。
【請求項６】上記半導体はｐ型Ｚｎ_1-xＭｇ_xＳ_yＳ
ｅ_1-y（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）であることを特徴と
する請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】上記半導体はｐ型ＺｎＳｅであることを
特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】上記第１の半導体はｐ型Ｚｎ_1-xＭｇ_x
Ｓ_yＳｅ_1-y（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）であり、上記
第２の半導体はｐ型ＺｎＴｅであることを特徴とする請
求項２または３記載の半導体装置。
【請求項９】上記第１の半導体はｐ型ＺｎＳｅであ
り、上記第２の半導体はｐ型ＺｎＴｅであることを特徴
とする請求項２または３記載の半導体装置。
【請求項１０】上記半導体装置は発光素子であること
を特徴とする請求項１〜９のいずれか一項記載の半導体
装置。