JPS5922377A - 発光半導体デバイスの接触層における局所化オ−ム接触 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発光半導体デバイスの電気接触構造座に関する
ものであり、該構造は接触の局所化を、従って半導体デ
バイスによる電流注入と発光の局所化を改良する。

本発明は特に発光ダイオードとレーザダイオードに適用
され、レーザウエーノ・の横裂面を介して活性層と呼ば
れる材料層の平面において、或いはウェーハの他の透明
成分層を介して、従ってダイオードの自由な上面を介し
てこの活性層に垂直に光が放出されるときに適合してい
る。

本発明の説明をより明確にするため本発明をレーザの」
懸合に関して説明する。

半導体レーザは１つまたは２つの限定層間で規定された
少くとも１つのいわゆる活性発光層を含んでいる。限定
層に隣接する接触層から別の限定層に隣接する基板の方
へ注入された電流は活性層による発光を創出する。発光
半導体デバイスの問題点の一つは発光を局所化するため
の電流注入の局所化である。

１つの公知の解決方法は、オーム接触の周りに伸びてこ
れを限定し電流通過に対向する逆バイアス接合によジオ
ーム接触を局所的に規定することである。しかし接合の
作製は製作中オーム接触が支持する注入層のデポジショ
ンと反対の導電型の追加層のデポジションを生起する。

次にオーム接触の内部にダイオードを構成する接合を抑
制するのに十分な深さの適当な拡散により追加層を介し
てオーム接触が再構成されねばならない。

更に注入及び追加層は常にヘテロ構造を構成しており、
すなわちこれらの層は２つの異なる材料で構成されてい
る。この理由は秀れた光学特性を有する限定層材料で秀
れた電気接触を得ることが困難であるということである
。これらの２層の材料間の性質の相異はこれらの２層を
介する拡散特性に差異を生起し、この結果注入電流の局
所化の規定を弱化する。

本発明は、同一材料から成るが、逆型の導電性を有する
２層を介する拡散を付与することにより電流の局所化の
規定を改良する。

材料が同一であるため、拡散の特性は同一であり、拡散
は均等である。

本発明によると注入層は２つの追加層を支持しており、
注入層に隣接する層は注入層と同型の導電性を有する。

より正確には本発明は、第１の接触を形成するメタライ
ゼーションを担持する基板上にデポジットされた活性層
と第１型導電性を有する限定層とを含む発光半導体デバ
イスの接、融層における局所化オーム接触に関するもの
であシ、この局所化オーム接触は接触層を構成する同一
材料から成る２層における第１型導電性を有する不純物
の拡散によシ構成されており、限定層に隣接するこれら
の層の中の第１層は第１型導電性を有しており、第２接
触を形成するメタライゼーションを有する第２層は逆型
の導電性を有する。

本発明及びその利点は添付図面に関する３つの本出願具
体例の次の説明からより良く理解されるであろう。

第１図は先行技術による発光半導体デバイスの断面図で
ある。本発明は本質的Ｋｔａｔ流注入の局所化に関する
ものであり、前記のようにフォトダイオード或いはレー
ザであり得る放出デバイスの構造に関するものでないた
め放出構造それ自体と同様この第１図も単純化されてい
る。この場合第１図はいわゆるリボン形のレーザを示し
ており、すなわちそれは半導体ウェーハの横裂面を介し
て光を放出する。

発光構造は本質的に２重のへテロ構造により、２つの限
定層２及び３により限界が定められた活性層１を含む。

下部限定層３は基板４により支持されている。電流注入
を規定し、従ってこの場合リボン形レーザである発光リ
ボンの巾りを規定するのは半導体デバイスの自由な表面
にデポジットされた第１電極５と基板下にデポジットさ
れた第２を極６間に注入された電流である。

活性層１に注入された電流は注入層とも呼ばれる上部限
定層２に隣接する局所化オーム接触７により限界が定め
られる。

実際注入リボンの寸法、すなわち巾Ｌ１はたとえば３ミ
クロンのように非常に小さいため、注入層２の表面に巾
が僅かに３ミクロンの金属リボン全デポジットすること
は極度に微妙な問題であり、結晶の自由表面に局所化オ
ーム接触が規定されるより大きな巾の金属処理層５をデ
ポジットするのが好ましい。

前記の一般に用いられる技術は注入または限定層２上に
接触層と呼ばれる追加層８をデ、１５ジットすることで
ある。接触層８及び限定層２は逆型即ち片方はｎ型であ
り、他方はｐ型である導電性を有しており、次にこれら
の２層間に、接合が発光ボデバイスの動作条件に対し逆
にバイアスされるように構成された接合が形成される。

たとえば止の供給電圧は接触層８に印加され、負の供給
電圧はデノ々イスの基板４に印加され、限定層２はｐ型
であり、接触層８はｎ型である。極性が逆転すればこれ
らの２層の導電性の型も逆転することが明白である。

局所化オーム接触７は、メタライゼーション５と限定層
２間にｐｎまたはｎｐ型の接合がもはや存在しないよう
に接触層８を介して再構成されねばならない。局所化オ
ーム接触の再構成は、性質が所望の型の導電性を得るよ
うに選択される不純物の接触層を介する拡散により与え
られる。たとえば限定層２がｐ型ＧａＡノＡ８から、接
触層８がｎ型ＧａＡｓから作製されている場合、ｎ型接
触層８を介してｐ型領域７を再構成するためには亜鉛が
適しているであろう。

接触層８の薄いフィルムが局所化オーム接触７と限定層
２間に残らないようにするため、従ってこれはダイオー
ド効果を提供するが、或いはエピタキシ成長によりデポ
ジットされた層の厚みでの起り得る不規則性のため、局
所化接触７が限定層２に僅か浸入するように十分深く拡
散を続行することが常に好ましい。

事実第１図の局所化オーム接触７の図は理悲的な場合に
対応し、ここでは拡散は均等に進行し、電流注入領域が
正確に規定されるのを可能にする。

しかし実際には限定層２と接触層８の材料が異なる性質
を有しているため、オーム接触はｔＡ１図に示されたほ
どには局所化されない。　　・第１図の局所化接触に関
する部分だけを取上げ、深い層と、基板とが関係してい
る範囲内で単純化されている第２図は接触層８と限定層
２を介する実際の拡散プロフィルを示す。

限定層２と接触層８が半導体デバイスにエピタキシ成長
されるとき局所化オーム接触を構成するためたとえば酸
化物マスク９が接触層８の自由な表面にデポジットされ
、構成される接触に対応する開口部がこの酸化物マスク
に作られる。局所化接触７に限定層２と同一型の導電性
を与えるためのドープの拡散はたとえばＧａ　Ａｓであ
る接触層の性質に関連した一定の特性に依存しながら接
触層で進行する。拡散前面がたとえばＧａＡＡＡｓであ
る限定層２に達すると、拡散前面は異なる特性を有する
異なる性質のこの層に浸入し、その結果１０に示された
ように拡散前面の不規則性、特に横方向拡散が生じ、こ
の横方向拡散は、局所化オーム接触が酸化物層９を介し
ての開口部を有するマスクよりも上手く規定されないと
いう欠点を有する。

限定層２と接触層８の２つの材料が異っているため、及
びこれらの祠料の拡散特性が異っているタメ局所化接触
は予定よシも上手く規定されない。

構成を可能にするが、これらの２層はたとえばＧａ　Ａ
ｓのような同一材料から作製される。

これは本発明によシ局所化された接触構造を有する発光
半導体デバイスの断面図である第３図に示されている。

先行技術と本発明間の比較を容易にするため同・−エレ
メントには同一符号が用いられている。第３図には２つ
の限定層２及び３間に構成され基板４によシ支持された
活性層１を有する発光半導体デバイスの基本形が示され
ている。半導体の結晶の２つの主要面上の２つの電極５
及び６間に電圧が付与される。

しかし先行技術では１個の層である接触層８はここでは
２重の接触層１１及び１２によシ置換されている。２つ
の接触層１１及び１２はたとえばＧａＡｓまたはＩｎＰ
のような同−材料から構成されているが、それらは異な
る方法でドープされておシ、限定層２に隣接する下層１
１は限定層と同−型の導電性を有している。第１図の具
体例では導電ノ厘の型は任意的にたとえば限定層に対し
ｐとして接触層に対し’ｎとして選択されたため、比較
を続行するためには第３図の限定ノ＠２はｐ型であり、
第１接触層１１もｐ型であシ、従って第２接触層１２は
ｎ型である。

更に第１接触層１１は第２接触層１２の厚み句よシもは
るかに大きい厚みｅｌでエピタキシ成長によ）デポジッ
トされる。従って発光素子の製造中ウェーハの異なる点
での層１２の厚みｅ２に不均一が存在する場合、局所化
接触が構成される拡散は全ての場合第２接触層１２を透
過し、第１接触層１１に達する。第２接触層１２が厚す
ぎる場合、製造中にいくつかの拡散７がこのｊ繭１２を
透過せず、層１１に到達しない危険性がある。

接触層を構成する２層１１及び１２が同一材料で作製さ
れているため、局所化接触７を構成するだめのドーピン
グ剤の拡散速度は両方の鳩で同一であシ、従って第２図
に示されたような横方向拡散１０はなく、拡散の伝搬Ｏ
ｉ１面ははるかに均等である。

更にメタライゼーション５、該具体例ではｐ型であるオ
ーム接触７、またｐ型である第１接触層１１、及び常に
ｐ型である限定層２間には連続性があり、メタライゼー
ション５と活性層１間にはダイオード効果を構成する接
合はない。

更に第１接触層１１は低いレベルにドープされておシ、
これは厚みの方向で重槻性のない一定の抵抗率を与える
が、横方向での電流ラインの拡が９に対抗するという利
点を有しておシ、従って接触の局所化に寄与する。

！！４図は本出願の第２具体例における本発明による局
所化オーム接融の断面図を示す。

本図では以下の図面と同様発光半導体デノ悩スの上部分
だけが示されている。構造が示されている層は前面では
注入または限定層である層２である。

第４図では限定層２にデポジットされた本発明による局
所化オーム接触は以前と同様たとえばｐ型の第１盤導電
性を有する材料から成る層１１とたとえばｎ型の別型の
導電性を有する同一材料から成る層１２から構成されて
いる。局所化オーム接触７は層１２を介して層１１にま
で拡散され或いは打込まれ、電極メタライゼーション５
がデノ々イスの界面にデポジットされる。

この局所化接触形での新規な面は、下層、すなわちこの
具体例ではｐ型層１１がそれ自体局所化され、これによ
りこの層がよシ強くドープされることが可能となり、そ
の結果よシ小さな連続抵抗と発光デバイスのよシ秀れた
作動とが得られるということである。従って下／１ｉｌ
ｉｌｌは「メサＪ（ｍｅ−ｓａ）と呼ばれる局所化形状
を有する。

このような局所化接触を得るための方法は第５図乃至第
８図に示されている。

第５図には発光構造の限定層である上層２だけが前記の
ように示されている。この層２にはたとえばｐ型の第１
型導電性を有する材料から成る第１層１１がエピタキシ
成長にょシブポジットされておシ、次にこの層１１は第
６図に示されたようにメサを構成するため化学的に或い
はイオン加工によシエッチングされる。同一材料から成
るが別型たとえばｎ型の導電性を有する第２層１２がメ
サの外側にメサ１１と限定層２の表面にデポジットされ
（第７図）、第２層１２の表面が樹脂または誘電層１３
（酸化物）でマスクされ、メサ１１の上部分にマスクの
開口部が与えられ、メサ１１及び限定層２と同−型の導
電性を有する局所化接触７を与えるため層１２を介して
メサ１１の深さまでの拡散がおこなわれる。

接触メタライゼーション５に関する限シ２つの場合が可
能である。最も簡単な方法はメサのプラト一部に、すな
わち局所化接触上の真直ぐな７１１２の自由面にメタラ
イ仁゛−沿ンをデポジットすることである。しかし導電
性は具体例として層１１に対しｐ型、層１２に対しｎ型
であるが、メサの上部分上の層１２を包むか或いは除去
し、当麻この局所化接触領域の外側にこの層を維持し、
層１１に直接接触メタライゼーション５をデポジットす
るとよシ有利となる。

第９図は、ウェーハの上面を介して光が放出される本出
願の第３具体例における本発明によるめ肥倣尋半導体デ
バイスの断面図である。

半導体構造はこの場合活性層１を介して放出された光が
たとえば光学ファイバにより外部で収集されるように透
明であシ、上層、すなわち光放出と同一側に位置する層
を含んでいなければならない。更にデバイスの外側層で
の接触メタライゼーション５が光を通過させるための窓
を有することが必要であシ、これは局所化オーム接触７
がこの場合放出された光ビームの寸法よシも備かに大き
い寸法を有していることを意味し、何故ならオーム接触
がそのエツジでメタライゼーション５との電気接触を有
することが必要だからである。

Ｇａ　Ａｓ及びＧａＡＪＡｓのような拐料が用いられ、
理念を定着させるため及び図や説明を簡単にするためｐ
型及びｎ型の導電性が与えられた場合に関して本発明を
説明した。しかし明らかにこれらの詳細は本質的に局所
化オーム接触及びこの接触の構成方法に適用される本発
明を決して制限しない。

本発明は、発光構造及び受光構造の構成で単独で或いは
・合金で用いられるため公知のゲルマニウム、ガリウム
２、ヒ累、アルきニウム、インジウム、リン、アンチモ
ン晦のような拐料から作製された全ての半導体デバイス
に適用される。

更にたとえば限定層に対するｐ型、２つの接触層に対す
るｐ型及びｎ型のような前記型の導電性は特許請求の範
囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく可逆的で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術による発光中導体デバイスの断面図、
第２図は第１図のデバイスの局所化オーム接触の断面図
、第３図は結晶の袋面を介して光を放出する本発明によ
る第１具体例における発光半導体デバイスの断面図、第
４図は本発明による第２具体例における局所化オーム接
触の断面図、第５図乃至第８図は第４図のオーム接触を
構成するための主要段階の説明図、第９図は結晶ウエー
ノ・の上面を介して光が放出される本出願の第３具体例
における本発明による発光半導体デバイスの断面図であ
る。 １・・・活性層、２．３・・・限定層、４・・・基　板
、　５，６・・・電　極、７・・・局所化オーム接触、
８・・・接触層、９・・・酸化物マスク。 −（ ０く ＬＬ　　　　　　　　　　１ Ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｖ）Ｄ　　　　
　　　　　　　Ｏ ｉ　　　　　　　　　　　　　ＬＬ ３０− ＬＬ　　　　　　　　ＬＬ　　　　　　ＬＬト　　　　
　■ Ｌ　　　　　　Ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１発光半導体デバイスの接触層における局所化オー
   ム接触であり、第１の接触を形成するメタライゼーショ
   ンを担持する基板上にデポジットされた活性層と第１型
   の導電性を有する限定層とを含んでおり、この局所化オ
   ーム接触は接触層を構成する同−月料から成る２層への
   第１型導電性を有する不純物の拡散により構成されてお
   り、限定層に隣接するこれらの層の第１層は第１型の導
   電性を有しており、第２の接触を形成するメタライゼー
   ションを支持する第２層は逆型の導電性を有することを
   特徴とするオーム、接触。 （２）接触層を構成する前記第１層の厚みは前記第２層
   の厚みよりもはるかに大きいことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載のオーム接触。 （３）　　前記第１層のドーピングレベルは低く、前記
   第１層は電流ラインをほとんど分散させないことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のオーム接触。 （４）前記第１層及び第２層の拐料は前記限定層の、Ｑ
   ラメータと両立し得る結晶網パラメータを有するように
   選択されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のオーム接触。 （５）前記第１層は前記第２層がデポジットされる前に
   メサの形状でエツチングされることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のオーム接触。 （６）前記第１層は接触位置で局所化され、強くドープ
   され、抵抗率が低いことを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項に記載のオーム接触。 （７）前記限定層は単独或いは三元合金で得られるＧｅ
   、　Ｇａ、　ＡＵ、　Ａｓ、　Ｉｎ、　Ｐ、　Ｓｂを含
   む第１材料から構成されており、前記第１接触層及び第
   ２接触層は単独で或いは二元合金で得られるＧｅ、　Ｇ
   ａ、　Ａノル　Ａｓ４　Ｉｎ、Ｐ、Ｓｂを含む第２材料
   から構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第６項のいずれかに記載のオーム接触。