JPH11150331A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の
半導体発光素子などの半導体装置を提供する。 【解決手段】 ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導
体発光素子のｐ側電極コンタクト部において、ｐ型Ｚｎ
Ｓｅコンタクト層１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層
２、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３および低欠陥密度ｐ型
ＺｎＴｅコンタクト層４を順次積層し、低欠陥密度ｐ型
ＺｎＴｅコンタクト層４上にｐ側電極５を設けた構造と
する。ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３の厚さは８０ｎｍ以
上、好ましくは９７ｎｍ以上とする。低欠陥密度ｐ型Ｚ
ｎＴｅコンタクト層４の厚さは３３０ｎｍ以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に関
し、特に、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導体発
光素子に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、青色ないし緑色で発光可能な発光
ダイオードや半導体レーザ（レーザダイオード）などの
短波長半導体発光素子は、高密度光記録光源、フルカラ
ー表示ディスプレー用光源、光化学反応処理用光源、医
療用光源などの各種の光エレクトロニクス機器用光源と
しての要求が高まっており、その研究が盛んに行われて
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、亜鉛（Ｚ
ｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、水
銀（Ｈｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などのＩＩ族元素とセ
レン（Ｓｅ）、イオウ（Ｓ）、テルル（Ｔｅ）、酸素
（Ｏ）などのＶＩ族元素とからなるＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体が有望である。特に、四元混晶であるＺｎＭｇＳ
Ｓｅ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（超格子層）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Ｚ
ｎＴｅコンタクト層を成長させ、その上にｐ側電極、特
にパラジウム（Ｐｄ）／白金（Ｐｔ）／金（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、ＺｎＣｄ
Ｓｅ層を活性層、ＺｎＳＳｅ層を光導波層、ＺｎＭｇＳ
Ｓｅ層をクラッド層とするＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳＳｅ／
ＺｎＭｇＳＳｅＳＣＨ（Separate Confinement Heteros
tructure) 構造の半導体レーザにおいてこのｐ側電極コ
ンタクト構造を採用したもので室温連続発振が達成され
（例えば、Jpn.J.Appl.Phys.33(1994)p.L938) 、その後
にさらなる改良が進められた結果、室温で１００時間以
上の連続発振が達成されるに至っている。

【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】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など
の半導体装置を提供することにある。

【０００８】

【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。以下にその概要について説明する。

【０００９】図８に、本発明者が、従来の半導体発光素
子のｐ型ＺｎＳｅコンタクト層２０１、ｐ型ＺｎＳｅ／
ＺｎＴｅＭＱＷ層２０２、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２
０３およびｐ側電極２０４を順次積層した部分の断面構
造の透過型電子顕微鏡観察を行い、結晶欠陥の分布を調
べた結果を示す。この観察から、ｐ側電極２０４が直接
接しているｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２０３において、
１０¹⁰／ｃｍ² 程度の高密度に転位や積層欠陥などの結
晶欠陥が発生しているが、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層２
０１中には結晶欠陥がないことがわかった。図８におい
て、符号２０５は貫通転位、２０６は積層欠陥、２０７
は転位芯を示す。さらに、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、ｐ側電極２０４を構成する金属、特にＰｄが
ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２０３中にかなり拡散してい
るが、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層２０１中にはほとんど
拡散していないことがわかった。

【００１０】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
子不整合があることによりｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱ
Ｗ層２０２の近傍から転位や積層欠陥などの結晶欠陥が
発生し、これがこのｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層２
０２上のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層２０３を貫通し、ｐ
側電極２０４との界面まで達する。このため、半導体発
光素子への通電中に、ｐ側電極２０４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２０３中に拡散し、さらにｐ型ＺｎＳｅ／Ｚ
ｎＴｅＭＱＷ層２０２中に拡散し、これが原因となって
キャリアを不活性にするとともに、キャリア捕獲中心の
増大をもたらし、ｐ側電極コンタクト構造の特性劣化な
どを引き起こすことによって破壊される。

【００１１】さて、従来の半導体発光素子におけるｐ型
ＺｎＴｅコンタクト層の厚さは、４０〜７０ｎｍ、典型
的には５０ｎｍ程度であった。本発明者は、透過型電子
顕微鏡観察などによって、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層を
少なくとも８０ｎｍ以上、好適には９０ｎｍ以上、より
好適には９７ｎｍ以上と、従来よりも厚く成長させるこ
とにより、低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層を結晶
欠陥が多い従来のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層とｐ側電極
との間に作り込むことができることを見い出した。図１
は、このようなｐ側電極コンタクト構造を形成し、その
断面構造の透過型電子顕微鏡観察を行い、結晶欠陥の分
布を調べた結果を示す。図１において、符号１はｐ型Ｚ
ｎＳｅコンタクト層、２はｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱ
Ｗ層、３はｐ型ＺｎＴｅコンタクト層、４は低欠陥密度
ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層、５はｐ側電極、６は貫通転
位、７は積層欠陥、８は転位芯を示す。この観察から、
低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層４においては、ｐ
型ＺｎＴｅコンタクト層３からの貫通転位７が若干残る
が、欠陥密度が１０⁵ 〜１０⁸ ／ｃｍ² 程度以下に激減
していた。しかしながら、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層を
４１０ｎｍ以上の厚さに成長させると、最上層の部分の
ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層に新たに双晶が発生する結
果、図２に示すように、低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層４上に双晶領域ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層９が成
長してしまうことがわかった。ただし、図２において、
符号１０が双晶を示す。これは、結晶成長が進むにつれ
て結晶層が厚くなり、実質的な結晶表面の成長温度が低
下することによる。これを防ぐためには、成長の進行に
伴い成長温度を順次高めていくことが考えられるが、こ
のようにすると基板に近い部分の結晶の質が劣化する。
したがって、低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層４の
厚さは３３０ｎｍ以下が適当である。

【００１２】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側電極とｐ型コンタクト層との間に結
晶欠陥密度が低い低欠陥密度ｐ型コンタクト層を作り込
むことで、金属拡散を促す要素をなくし、金属の拡散を
直接的に防止することが有効である。

【００１３】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、半導体
層上に金属電極を設けた場合に、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。

【００１４】この発明は、本発明者による以上の検討お
よび考察に基づいて案出されたものである。

【００１５】すなわち、上記目的を達成するために、こ
の発明は、半導体層と、半導体層上の金属電極とを有す
る半導体装置において、半導体層と金属電極との間に低
欠陥密度半導体層が設けられていることを特徴とするも
のである。

【００１６】この発明において、半導体層は、例えばＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体層である。より具体的には、こ
のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層は、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、
ＨｇおよびＢｅからなる群より選ばれた少なくとも一種
類以上のＩＩ族元素と、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅおよびＯからな
る群より選ばれた少なくとも一種類以上のＶＩ族元素と
からなるものである。

【００１７】半導体層がＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層で
ある場合、典型的には、このＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
層は、このＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層との間に格子不
整合がある異種のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層上に成長
されたものであり、具体的には、例えば、ＺｎＳｅ層上
に成長されたＺｎＴｅ層、あるいは、ＺｎＳｅ層上に順
次成長されたＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸層および
ＺｎＴｅ層である。ここで、このＺｎＴｅ層の厚さは、
少なくとも８０ｎｍ以上、好適には９０ｎｍ以上、より
好適には９７ｎｍ以上である。

【００１８】半導体層がＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層で
ある場合、このＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層と金属電極
との間に設けられる低欠陥密度半導体層は、典型的に
は、このＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層と同種のＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体層である。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
層がＺｎＴｅ層である場合、このＺｎＴｅ層と金属電極
との間には、典型的には、低欠陥密度ＺｎＴｅ層が設け
られる。この低欠陥密度ＺｎＴｅ層の厚さは、好適には
３３０ｎｍ以下である。

【００１９】この発明において、低欠陥密度半導体層の
欠陥密度は、好適には、１０⁵ ／ｃｍ² 以上１０⁸ ／ｃ
ｍ² 以下であり、より好適には、１０⁵ ／ｃｍ² 以上１
０⁷／ｃｍ² 以下であり、さらに好適には、１０⁵ ／ｃ
ｍ² 以上１０⁶ ／ｃｍ² 以下である。

【００２０】ここで、転位密度と膜厚との関係について
説明しておく。転位密度Ｎ_d （ｘ）と膜厚（ｘ）との関
係は、おおよそ以下の関係を満足する。

【００２１】 Ｎ_d （ｘ）＝ａ／（ｘ−ｂ） （１） ここで、ａ、ｂは任意の定数である。いま、ＺｎＳｅ／
ＺｎＴｅ系を考えると、ＺｎＳｅとＺｎＴｅとの格子定
数差は約７％程度あり、これより予想されるＺｎＳｅ／
ＺｎＴｅ界面での転位間隔は０．５６ｎｍである。実
際、本発明者による高分解能透過型電子顕微鏡観察から
も、この値は確認されている。したがって、ＺｎＳｅ／
ＺｎＴｅ界面での転位密度は３．１８×１０¹⁴／ｃｍ²
程度である。本発明者による高分解能透過型電子顕微鏡
観察によれば、ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ界面から約３５０ｎ
ｍ離れた部位での転位密度は６．１２５×１０¹⁰／ｃｍ
² であった。これらのことから、転位密度と膜厚との関
係は、 Ｎ_d （ｘ）＝２．０×１０^-15 ／（ｘ＋０．０６８） （２） となる。ここで、ｘの単位はｎｍであり、Ｎ_d （ｘ）の
単位は／ｃｍ² である。図３に転位密度と膜厚との関係
のグラフを示す。図３からも、従来の５０ｎｍ程度の膜
厚では、欠陥密度が多く、少なくとも８０ｎｍ以上、好
適には９７ｎｍ以上（おおよそ１００ｎｍ以上）の領域
が低欠陥密度領域であることがわかる。

【００２２】（１）および（２）の関係式は、成長温度
を２８０℃とし、かつ、成長温度が一定の場合のもので
ある。成長温度を上下させた場合には、（１）式におけ
るパラメータａのみが成長温度に依存し、 ａ＝ａ₀ ｅｘｐ（Ｕ／ｋＴ） （３） なる関係があると推定される。ここで、ａ₀ 、Ｕは任意
の定数、ｋはボルツマン定数である。ただし、関係式
（３）は、成長温度が２８０℃から大きくずれない範囲
でのみ適用することができるものである。実際は、ａは
膜厚ｘにも依存するが、その影響は小さいためにここで
は無視する。関係式（３）は、成長温度が上昇すると、
転位の移動度も減少し、それにしたがって転位同士の結
合も促進されることから推定される関係式である。成長
温度が上昇すると（１）式のａが小さくなるため、欠陥
密度が低下する。ＺｎＴｅ層を成長させる際に徐々に成
長温度を上昇させることにより、欠陥同士の結合も促進
され、ＺｎＴｅ層がより薄い領域から低欠陥密度領域が
形成されると考えられる。

【００２３】半導体装置の製造においては、その生産性
などを考慮した場合、半導体層の厚さはできる限り薄い
方がよい。したがって、半導体層の厚さが薄いうちから
低欠陥密度領域を実現するために、半導体層の成長の際
に成長温度を徐々に上昇させることは有効である。

【００２４】この発明において、半導体装置には、半導
体レーザ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。

【００２５】上述のように構成されたこの発明によれ
ば、半導体層と金属電極との間に低欠陥密度半導体層が
設けられていることにより、金属電極はこの低欠陥密度
半導体層と接することになるため、金属電極が接する層
において、この金属電極を構成する金属の拡散を促す要
素となる結晶欠陥が少なくなり、この金属が結晶欠陥を
通じて半導体層に拡散するのを抑えることができる。

【００２６】

【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。

【００２７】図４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。

【００２８】図４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１１、ｐ
型不純物として同様にＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅ／
ＺｎＴｅＭＱＷ層１２、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１３およびｐ型不
純物として同様にＮがドープされた低欠陥密度ｐ型Ｚｎ
Ｔｅコンタクト層１４が順次積層され、その上に例えば
Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極１５が設けられてい
る。ここで、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３と低欠陥密
度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１４とは本来は一体のもの
であるが、これらの層はその結晶欠陥密度が互いに大き
く異なっており、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３の欠陥
密度は例えば１０¹⁰／ｃｍ² 程度であるのに対し、低欠
陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１４の欠陥密度は例え
ば１０⁵ 〜１０⁸ ／ｃｍ² と極めて低くなっている。

【００２９】この場合、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３
の厚さは９７ｎｍ以上であり、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト
層１３の厚さと低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１
４の厚さとの合計の厚さは４２７ｎｍ以下である。

【００３０】図４に示す構造を形成するには、例えばＭ
ＢＥ法により、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１１、ｐ型Ｚ
ｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１２、ｐ型ＺｎＴｅコンタク
ト層１３および低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１
４を順次成長させる。ここで、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト
層１３の厚さと低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１
４の厚さとの合計の厚さが所要の厚さになるようにす
る。この後、低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１４
上にＰｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成してＰｄ／
Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極１５を形成する。

【００３１】以上のように、この第１の実施形態によれ
ば、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３とｐ側電極１５との
間に低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１４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かでき
る。すなわち、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１２で
発生した転位などの結晶欠陥はｐ型ＺｎＴｅコンタクト
層１３を伝播するが、このｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１
３の厚さが８０ｎｍ以上と十分に厚いことにより、これ
らの結晶欠陥はこのｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３中で
各々会合し、消滅していく。このため、このｐ型ＺｎＴ
ｅコンタクト層１３上に設けられた低欠陥密度ｐ型Ｚｎ
Ｔｅコンタクト層１４の欠陥密度はｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層１３のそれに比べて激減している。これによっ
て、ｐ側電極１５を構成するＰｄなどの金属が結晶欠陥
を通じてｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中１３に拡散するの
を効果的に抑制することができ、このｐ型ＺｎＴｅコン
タクト層１３中への金属の拡散量の大幅な低減を図るこ
とができる。このため、金属拡散に起因するｐ型ＺｎＳ
ｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１２やｐ型ＺｎＴｅコンタクト層
１３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。

【００３２】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。

【００３３】図５はこの発明の第２の実施形態による半
導体レーザを示す。この半導体レーザはＳＣＨ構造を有
するものである。

【００３４】図５に示すように、この第１の実施形態に
よる半導体レーザにおいては、ｎ型不純物として例えば
シリコン（Ｓｉ）がドープされた例えば（００１）面方
位のｎ型ＧａＡｓ基板２１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ
層２２、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２３、ｎ型ＺｎＳＳｅ
バッファ層２４、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２５、
ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層２６、例えばアンドープのＺｎ
ＣｄＳｅ層を量子井戸層とする単一量子井戸（ＳＱＷ）
構造または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層２７、
ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層２８、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラ
ッド層２９、ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層３０、ｐ型Ｚｎ
Ｓｅコンタクト層３１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ
層３２、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３３および低欠陥密
度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３４が順次積層されてい
る。ここで、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３３と低欠陥密
度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３４とは本来は一体のもの
であるが、これらの層はその結晶欠陥密度が互いに大き
く異なっており、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３３の欠陥
密度は例えば１０¹⁰／ｃｍ² 程度であるのに対し、低欠
陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３４の欠陥密度は例え
ば１０⁵ 〜１０⁸ ／ｃｍ² と極めて低くなっている。

【００３５】ここで、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２２は厚
さが例えば０．５μｍであり、ｎ型不純物として例えば
Ｓｉがドープされている。ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２３
は厚さが例えば３０ｎｍであり、ｎ型不純物として例え
ば塩素（Ｃｌ）がドープされている。ｎ型ＺｎＳＳｅバ
ッファ層２４は厚さが例えば５０ｎｍであり、ｎ型不純
物として例えばＣｌがドープされている。ｎ型ＺｎＭｇ
ＳＳｅクラッド層２５は厚さが例えば０．８μｍであ
り、ｎ型不純物として例えばＣｌがドープされている。
ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層２６は厚さが例えば４５ｎｍで
あり、ｎ型不純物として例えばＣｌがドープされてい
る。ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層２８は厚さが例えば４５ｎ
ｍであり、ｐ型不純物として例えばＮがドープされてい
る。ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２９は厚さが例えば
１μｍであり、ｐ型不純物として例えばＮがドープされ
ている。ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層３０は厚さが例えば
４００ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＮがドープ
されている。ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層３１は厚さが例
えば２００ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＮがド
ープされている。ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層３２
を構成するｐ型ＺｎＳｅ層およびｐ型ＺｎＴｅ層にはそ
れぞれｐ型不純物として例えばＮがドープされている。
ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３３の厚さは９７ｎｍ以上で
あり、このｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３３の厚さと低欠
陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３４の厚さとの合計の
厚さは４２７ｎｍ以下である。また、これらのｐ型Ｚｎ
Ｔｅコンタクト層３３および低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコ
ンタクト層３４にはｐ型不純物として例えばＮがドープ
されている。

【００３６】ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層３０の上層部、
ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層３１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴ
ｅＭＱＷ層３２、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３３および
低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３４は、例えば
〈１１０〉方向に延在するストライプ形状を有する。

【００３７】このストライプ部以外の部分におけるｐ型
ＺｎＳＳｅキャップ層３０上には、例えばＡｌ₂ Ｏ₃ 膜
からなる絶縁層３５が設けられており、これによって電
流狭窄構造が形成されている。なお、この絶縁層３５と
しては例えばポリイミドを用いてもよい。

【００３８】この絶縁層３５およびｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層３４上には、例えばＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側
電極３６が、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３４にオーミッ
クコンタクトして設けられている。一方、ｎ型ＧａＡｓ
基板２１の裏面には、例えばＩｎ電極のようなｎ側電極
３７がオーミックコンタクトして設けられている。

【００３９】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の製造方法について説明す
る。

【００４０】この半導体レーザを製造するには、まず、
図示省略したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体成長用のＭＢＥ
装置の超高真空に排気された真空容器内の基板ホルダー
にｎ型ＧａＡｓ基板２１を装着する。

【００４１】次に、このｎ型ＧａＡｓ基板２１を所定の
成長温度、例えば５６０℃に加熱した後、このｎ型Ｇａ
Ａｓ基板２１上にＭＢＥ法により、ｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層２２を成長させる。この場合、ｎ型不純物であるＳ
ｉのドーピングは、Ｓｉの分子線源（クヌーセンセル）
を用いて行う。なお、このｎ型ＧａＡｓバッファ層２２
の成長は、ｎ型ＧａＡｓ基板２１を例えば５８０℃付近
の温度に加熱してその表面をサーマルエッチングするこ
とにより表面酸化膜などを除去して表面清浄化を行った
後に行ってもよい。

【００４２】次に、このようにしてｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層２２が成長されたｎ型ＧａＡｓ基板２１を、図示省
略した真空搬送路を介して、上述のＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体成長用のＭＢＥ装置から、図６に示すＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体成長用のＭＢＥ装置に搬送する。そし
て、この図６に示すＭＢＥ装置において、レーザ構造を
形成する各ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の成長を行う。
この場合、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２２の表面は、その
成長が行われてから図６に示すＭＢＥ装置に搬送される
間に大気にさらされないので、清浄のまま保たれる。

【００４３】図６に示すように、このＭＢＥ装置におい
ては、図示省略した超高真空排気装置により超高真空に
排気された真空容器４１内に基板ホルダー４２が設けら
れ、この基板ホルダー４２に成長を行うべき基板が載置
される。この真空容器４１内には、基板ホルダー４２に
対向して複数の分子線源（クヌーセンセル）４３が取り
付けられている。この場合、分子線源４３としては、Ｚ
ｎ、Ｓｅ、Ｍｇ、ＺｎＳ、Ｃｄ、Ｔｅ、ＺｎＣｌ₂ など
の分子線源が用意されている。これらの分子線源４３の
それぞれの前方にはシャッター４４が開閉可能に設けら
れている。真空容器４１内にはさらに、電子サイクロト
ロン共鳴（ＥＣＲ）または高周波（ＲＦ）によるプラズ
マセル４５が基板ホルダー４２に対向して取り付けられ
ている。真空容器４１内にはまた、反射型高速電子回折
（ＲＨＥＥＤ）電子銃４６および蛍光スクリーン４７が
取り付けられており、基板表面のＲＨＥＥＤ像を観察す
ることができるようになっている。真空容器４１内には
さらに、四重極質量分析計４８も取り付けられている。

【００４４】さて、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２２上にレ
ーザ構造を形成する各ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を成
長させるためには、図６に示すＭＢＥ装置の真空容器４
１内の基板ホルダー４２に、このｎ型ＧａＡｓバッファ
層２２が成長されたｎ型ＧａＡｓ基板２１を装着する。
次に、このｎ型ＧａＡｓ基板２１を所定の成長温度、例
えば約２８０℃に設定してＭＢＥ法による成長を開始す
る。すなわち、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２２上に、ｎ型
ＺｎＳｅバッファ層２３、ｎ型ＺｎＳＳｅバッファ層２
４、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２５、ｎ型ＺｎＳＳ
ｅ光導波層２６、活性層２７、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層
２８、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２９、ｐ型ＺｎＳ
Ｓｅキャップ層３０、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層３１、
ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層３２、ｐ型ＺｎＴｅコ
ンタクト層３３および低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタク
ト層３４を順次成長させる。

【００４５】ここで、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層
３２の成長終了後、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３３の成
長を開始してからは、成長温度を一定の昇温速度、例え
ば５℃／時間程度の昇温速度で徐々に上昇させるように
する。このようにすることにより、より薄いｐ型ＺｎＴ
ｅコンタクト層３３を成長させるだけでその上に低欠陥
密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３４を成長させることが
できるので、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３３の厚さと低
欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３４の厚さとの合計
の厚さを少なくすることができ、その分だけ成長時間の
短縮を図ることができる。

【００４６】ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２３、ｎ型ＺｎＳ
Ｓｅバッファ層２４、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２
５およびｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層２６のｎ型不純物とし
てのＣｌのドーピングは、例えばＺｎＣｌ₂ をドーパン
トとして用いて行う。また、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層２
８、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２９、ｐ型ＺｎＳＳ
ｅキャップ層３０、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層３１、ｐ
型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層３２、ｐ型ＺｎＴｅコン
タクト層３３および低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト
層３４のｐ型不純物としてのＮのドーピングは、図６に
示すＭＢＥ装置のプラズマセル４５において、窒素ガス
導入管４５ａから導入されるＮ₂ ガスのプラズマ化を行
い、これにより発生されたＮ₂ プラズマを基板表面に照
射することにより行う。

【００４７】次に、最上層の低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコ
ンタクト層３４上にリソグラフィーにより例えば〈１１
０〉方向に延在する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例えばウエットエッチング法により
ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層３０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キャップ
層３０の上層部、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層３１、ｐ型
ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層３２、ｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層３３および低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層
３３をストライプ形状にパターニングする。このウエッ
トエッチングにおいては、例えば重クロム酸カリウム系
のエッチング液を用いる。

【００４８】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キャップ層３０の上層
部、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層３１、ｐ型ＺｎＳｅ／Ｚ
ｎＴｅＭＱＷ層３２、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３３お
よび低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３４の両側の
部分に絶縁層３５が形成される。

【００４９】次に、ストライプ形状の低欠陥密度ｐ型Ｚ
ｎＴｅコンタクト層３４およびその両側の部分の絶縁層
３５の全面に例えば真空蒸着法によりＰｄ膜、Ｐｔ膜お
よびＡｕ膜を順次形成してＰｄ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ
側電極３６を形成する。この後、必要に応じて熱処理を
行って、このｐ側電極３６を低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコ
ンタクト層３４にオーミックコンタクトさせる。一方、
ｎ型ＧａＡｓ基板２１の裏面に例えばＩｎ電極のような
ｎ側電極３７を形成する。

【００５０】次に、以上のようにしてレーザ構造が形成
されたｎ型ＧａＡｓ基板２１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。このよ
うにして得られるレーザチップはヒートシンク上にマウ
ントされ、パッケージングが行われ、目的とする半導体
レーザが製造される。

【００５１】以上のように、この第２の実施形態によれ
ば、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３３とｐ側電極３６との
間に低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３４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かでき
る。すなわち、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層３２で
発生した転位などの結晶欠陥はｐ型ＺｎＴｅコンタクト
層３３を伝播するが、このｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３
３の厚さが９７ｎｍ以上と十分に厚いことにより、これ
らの結晶欠陥はこのｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３３中で
各々会合し、消滅していく。このため、このｐ型ＺｎＴ
ｅコンタクト層３３上に設けられた低欠陥密度ｐ型Ｚｎ
Ｔｅコンタクト層３４の欠陥密度はｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層４３のそれに比べて激減している。これによっ
て、ｐ側電極３６を構成するＰｄなどの金属が結晶欠陥
を通じてｐ型ＺｎＴｅコンタクト層中３３に拡散するの
を効果的に抑制することができ、このｐ型ＺｎＴｅコン
タクト層３３中への金属の拡散量の大幅な低減を図るこ
とができる。このため、金属拡散に起因するｐ型ＺｎＳ
ｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層３２やｐ型ＺｎＴｅコンタクト層
３３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。

【００５２】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レーザを実現することができ
る。

【００５３】次に、上述の第２の実施形態による青色な
いし緑色で発光可能な半導体レーザを発光素子として用
いた光ディスク再生装置について説明する。図７にこの
光ディスク再生装置の構成を示す。

【００５４】図７に示すように、この光ディスク再生装
置は、発光素子として半導体レーザ１０１を備えてい
る。この半導体レーザ１０１としては、上述の第１また
は第２の実施形態による半導体レーザが用いられる。こ
の光ディスク再生装置はまた、半導体レーザ１０１の出
射光を光ディスクＤに導くとともに、この光ディスクＤ
による反射光（信号光）を再生するための公知の光学
系、すなわち、コリメートレンズ１０２、ビームスプリ
ッタ１０３、１／４波長板１０４、対物レンズ１０５、
検出レンズ１０６、信号光検出用受光素子１０７および
信号光再生回路１０８を備えている。

【００５５】この光ディスク再生装置においては、半導
体レーザ１０１の出射光Ｌはコリメートレンズ１０２に
よって平行光にされ、さらにビームスプリッタ１０３を
経て１／４波長板１０４により偏光の具合が調整された
後、対物レンズ１０５により集光されて光ディスクＤに
入射される。そして、この光ディスクＤで反射された信
号光Ｌ´が対物レンズ１０５および１／４波長板１０４
を経てビームスプリッタ１０３で反射された後、検出レ
ンズ１０６を経て信号光検出用受光素子１０７に入射
し、ここで電気信号に変換された後、信号光再生回路１
０８において、光ディスクＤに書き込まれた情報が再生
される。

【００５６】この光ディスク再生装置によれば、半導体
レーザ１０１として、寿命が長い第２の実施形態による
半導体レーザを用いているので、光ディスク再生装置の
寿命を長くすることができる。

【００５７】なお、ここでは、第２の実施形態による半
導体レーザを光ディスク再生装置の発光素子に適用した
場合について説明したが、光ディスク記録再生装置や光
通信装置などの各種の光装置の発光素子に適用すること
が可能であることは勿論、高温で動作させる必要のある
車載用機器、さらには映像ディスプレイなどの発光素子
に適用することも可能である。

【００５８】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。

【００５９】例えば、上述の第１または第２の実施形態
において挙げた数値、構造、材料、プロセス、エッチン
グ液などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これ
らと異なる数値、構造、材料、プロセス、エッチング液
などを用いてもよい。

【００６０】具体的には、例えば、上述の第１または第
２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−Ｖ
Ｉ族化合物半導体層の成長には、例えば有機金属化学気
相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いてもよい。

【００６１】また、上述の第２の実施形態においては、
ＳＣＨ構造を有する半導体レーザにこの発明を適用した
場合について説明したが、この発明は、ＤＨ構造（Doub
le Heterostructure）を有する半導体レーザに適用する
ことも可能である。さらに、上述の第２の実施形態にお
いては、この発明を半導体レーザに適用した場合につい
て説明したが、この発明は、発光ダイオードに適用する
ことも可能である。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、半導体層と金属電極との間に低欠陥密度半導体層が
設けられていることにより、この金属電極が接する層に
金属拡散を促す要素となる結晶欠陥が少なくなるので、
金属電極を構成する金属の半導体層への拡散を直接的に
防止することかできる。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などの半導
体装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の原理を説明するための略線図であ
る。

【図２】この発明の原理を説明するための略線図であ
る。

【図３】転位密度とＺｎＴｅ層の厚さとの関係を示すグ
ラフである。

【図４】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５】この発明の第２の実施形態による半導体レーザ
を示す断面図である。

【図６】この発明の第２の実施形態による半導体レーザ
の製造においてＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の成長に用
いられるＭＢＥ装置を示す略線図である。

【図７】この発明の第２の実施形態による半導体レーザ
を発光素子として用いた光ディスク再生装置を示す略線
図である。

【図８】従来の半導体発光素子におけるｐ側電極コンタ
クト部の結晶欠陥の分布を示す略線図である。

【符号の説明】

１、１１、３１・・・ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、２、
１２、３２・・・ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層、
３、１３、３３・・・ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層、４、
１４、３４・・・低欠陥密度ｐ型ＺｎＴｅコンタクト
層、５、１５、３６・・・ｐ側電極、６・・・貫通転
位、７・・・積層欠陥、８・・・転位芯、１０・・・双
晶、２１・・・ｎ型ＧａＡｓ基板、２５・・・ｎ型Ｚｎ
ＭｇＳＳｅクラッド層、２６・・・ｎ型ＺｎＳＳｅ光導
波層、２７・・・活性層、２８・・・ｐ型ＺｎＳＳｅ光
導波層、２９・・・ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体層と、 上記半導体層上の金属電極とを有する半導体装置におい
   て、 上記半導体層と上記金属電極との間に低欠陥密度半導体
   層が設けられていることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 上記半導体層はＩＩ−ＶＩ族化合物半導
   体層であることを特徴とする請求項１記載の半導体装
   置。
3. 【請求項３】 上記ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層は上記
   ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層との間に格子不整がある異
   種のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層上に成長されたもので
   あることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 上記ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層はＺｎ
   Ｓｅ層上に成長されたＺｎＴｅ層であることを特徴とす
   る請求項２記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 上記ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層はＺｎ
   Ｓｅ層上に順次成長されたＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子
   井戸層およびＺｎＴｅ層であることを特徴とする請求項
   ２記載の半導体装置。
6. 【請求項６】 上記ＺｎＴｅ層の厚さが８０ｎｍ以上で
   あることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
7. 【請求項７】 上記ＺｎＴｅ層の厚さが８０ｎｍ以上で
   あることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
8. 【請求項８】 上記低欠陥密度半導体層はＩＩ−ＶＩ族
   化合物半導体層であることを特徴とする請求項１記載の
   半導体装置。
9. 【請求項９】 上記低欠陥密度半導体層はＺｎＴｅ層で
   あることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
10. 【請求項１０】 上記ＺｎＴｅ層の厚さが３３０ｎｍ以
    下であることを特徴とする請求項９記載の半導体装置。
11. 【請求項１１】 上記低欠陥密度半導体層の欠陥密度は
    １０⁵ ／ｃｍ² 以上１０⁸ ／ｃｍ² 以下であることを特
    徴とする請求項１記載の半導体装置。
12. 【請求項１２】 上記半導体装置は半導体発光素子であ
    ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。