JPH07193335A - オーミック電極構造およびそれを用いた発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ｐ型 II-VI族化合物半導体層と金属電極との間
で（準）オーミックコンタクトが取れる発光素子を提供
すること。 【構成】 II-VI族化合物半導体系のＬＥＤにおいて、ｐ
側Ｔｉ／Ａｕ合金電極１７が、Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ
_1-x コンタクト層１６を介して、ｐ型ＺｎＳｅクラッド
層１５にコンタクトしていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ｐ型 II-VI族化合物半
導体と金属電極との間のオーミック特性を改善する技術
に係り、特に II-VI族化合物半導体系の発光素子におけ
るｐ型 II-VI族化合物半導体層と金属電極との間のオー
ミック特性の改善技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より種々の化合物半導体が半導体レ
ーザに用いられているが、近年、ＺｎＳｅなどの II-VI
族化合物半導体が注目されている。これは II-VI族化合
物半導体が可視波長領域の光の波長に相当するエネルギ
ーと同等以上の広いバンドギャップ（ワイドバンドギャ
ップ）を有し、可視発光素子材料としての利用が可能だ
からである。

【０００３】特に、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰなど
の III-V族化合物半導体による半導体レーザや発光ダイ
オードの動作波長域が緑色より長い波長域であるのに対
し、ワイドバンドギャップの II-VI族化合物半導体では
より波長の短い青色や紫外光までの動作の可能性があ
る。このため、小型，軽量，低動作電圧，高信頼性など
従来の半導体発光装置の有する利点を短波長領域に適用
できるようになり、光ディスクの高密度化が実現でき
る。更に、屋外メッセージボードなどのフルカラー化も
実現できる。

【０００４】しかしながら、ｐ型Ｃｄ_x Ｚｎ_y Ｍｇ
_1-x-y Ｓ_z Ｓｅ_1-z 層などのｐ型 II-VI族化合物半導体
層と金属電極との界面におけるショットキーバリアハイ
トが大きいためにオーミックコンタクトが取れず、実用
的な半導体レーザやＬＥＤ等の発光素子の実現が困難で
あるという問題があった。

【０００５】すなわち、ｐ型 II-VI族化合物半導体層に
対し、金属電極を介して電流注入を行なう場合、大きな
電圧降下を強いられ、発熱により素子特性が劣化した
り、ライフタイムが短いという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、 II-VI族
化合物半導体を用いれば短波長の発光素子が得られる可
能性があるが、ｐ型 II-VI族化合物半導体層と金属電極
との界面におけるショットキーバリアハイトが大きいた
めにオーミックコンタクトが取れず、発熱により素子特
性が劣化したり、ライフタイムが短くなるという問題が
あった。

【０００７】本発明は上記事情を考慮したもので、その
目的とするところは、ｐ型 II-VI族化合物半導体層と金
属電極との間のオーミック特性を改善できるオーミック
電極構造およびそれを用いた発光素子を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のオーミック電極構造（請求項１）は、ｐ
型 II-VI族化合物半導体層と、このｐ型 II-VI族化合物
半導体層表面に設けられ、Ｃｄ_z Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y-z Ｓ_x
Ｓｅ_1-x （０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１，０≦ｙ＋ｚ≦１）、Ｃ
ｕ_v Ａｌ_1-v Ｓ_w Ｓｅ_1-w （０≦ｖ，ｗ≦１）、または
Ｃｕ_2-u Ｚ（Ｚは、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、またはこれら元素
の組み合わせ，０≦ｕ≦０．２）からなるコンタクト層
と、このコンタクト層上に設けられた金属電極とを備え
ている。また、本発明の発光素子（請求項２）は、ｎ側
金属電極とｐ側金属電極とを有する発光素子において、
このｐ側金属電極が、Ｃｄ_z Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y-z Ｓ_x Ｓｅ
_1-x （０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１，０≦ｙ＋ｚ≦１）、Ｃｕ_v
Ａｌ_1-v Ｓ_w Ｓｅ_1-w （０≦ｖ，ｗ≦１）、またはＣｕ
_2-u Ｚ（Ｚは、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、またはこれら元素の組
み合わせ，０≦ｕ≦０．２）からなるコンタクト層を介
して、ｐ型 II-VI族化合物半導体層にコンタクトするこ
とを特徴とする。

【０００９】また、本発明のオーミック電極構造（請求
項３）は、ｐ型 II-VI族化合物半導体層と、このｐ型 I
I-VI族化合物半導体層表面に設けられ、横軸にイオン化
度、縦軸にショットキーバリアハイト（φ_B ）を電気陰
性度（χ_N ）で微分したもの（ｄφ_B ／ｄχ_N ）を選ん
だ場合に、前記イオン化度の増加に対して前記ｄφ_B／
ｄχ_N の増加が飽和する材料からなるコンタクト層と、
このコンタクト層表面に設けられた金属電極とを備えて
いることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の発光素子（請求項４）は、
ｎ側金属電極とｐ側金属電極とを有する発光素子におい
て、このｐ側金属電極が、横軸にイオン化度、縦軸にシ
ョットキーバリアハイト（φ_B ）を電気陰性度（χ_N ）
で微分したもの（ｄφ_B ／ｄχ_N ）を選んだ場合に、前
記イオン化度の増加に対して前記ｄφ_B ／ｄχ_N の増加
が飽和する材料からなるコンタクト層を介して、ｐ型 I
I-VI族化合物半導体層にコンタクトすることを特徴とす
る。

【００１１】

【作用】本発明（請求項１，請求項２）によれば、コン
タクト層の材料として、Ｃｄ_zＺｎ_y Ｈｇ_1-y-z Ｓ_x Ｓ
ｅ_1-x 、Ｃｕ_v Ａｌ_1-v Ｓ_w Ｓｅ_1-w 、またはＣｕ_2-u
Ｚ（Ｚは、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、またはこれら元素の組み合
わせ，０≦ｕ≦０．２）を用いているので、ｐ型 II-VI
族化合物半導体層と金属電極との間のオーミック特性が
改善される。

【００１２】これはコンタクト層の材料としてＣｄ_z Ｚ
ｎ_y Ｈｇ_1-y-z Ｓ_x Ｓｅ_1-x を用いた場合、これら材料
は半金属の性質を持っているので、コンタクト層とｐ型
II-VI族化合物半導体層との価電子帯の差、並びにコン
タクト層と金属電極との価電子帯の差がともに小さくな
るからである。

【００１３】また、コンタクト層の材料としてＣｕ_2-x
Ｚ，Ｃｕ_v Ａｌ_1-v Ｓ_w Ｓｅ_1-w を用いた場合、これら
の材料はもともとアクセプタレベルが高く、コンタクト
層中の正孔が容易にｐ型 II-VI族化合物半導体層に注入
されるからである。

【００１４】本発明（請求項３，請求項４）によれば、
コンタクト層の材料として、横軸にイオン化度、縦軸に
ショットキーバリアハイト（φ_B ）を電気陰性度
（χ_N ）で微分したもの（ｄφ_B ／ｄχ_N ）を選んだ場
合に、前記イオン化度の増加に対して前記ｄφ_B ／ｄχ
_N の増加が飽和する材料を用いている。換言すれば、コ
ンタクト層の材料として、イオン化度の極めて高い材料
を用いている。イオン化度の高い材料はショットキーバ
リアハイトの低下が大きいので、オーミック特性が改

【００１５】善される。

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。

【００１６】図１は、本発明の第１の実施例に係るワイ
ドバンドギャップ II-VI族化合物半導体レーザの構造を
示す断面図である。

【００１７】図中、８はｎ型ＧａＡｓ基板を示してお
り、このｎ型ＧａＡｓ基板８の（１００）面あるいは該
面からミラー指数［０１１］の方向に傾いた面には、ｎ
型ＺｎＳ_X Ｓｅ_X-1 クラッド層７が形成されている。

【００１８】ｎ型ＺｎＳ_X Ｓｅ_X-1 クラッド層７上に
は、ｎ型ＺｎＳｅ光ガイド層６，ＺｎＣｄＳｅ活性層
５，ｐ型ＺｎＳｅ光ガイド層４，ｐ型ＺｎＳ_X Ｓｅ_X-1
クラッド層３が順次形成されている。ｎ型ＺｎＳ_X Ｓｅ
_X-1 クラッド層７およびｐ型ＺｎＳ_X Ｓｅ_X-1 クラッド
層３の厚さは、例えば、１μｍとする。また、ここで
は、ダブルヘテロ構造の活性領域が構成されているが、
多重量子井戸構造の活性領域であっても良い。

【００１９】ｐ型ＺｎＳ_X Ｓｅ_X-1 クラッド層３上に
は、高濃度にドープされたｐ型Ｃｕ_{2- X} Ｚコンタクト層
２が設けられている。ここで、Ｚは、Ｓ，ＳｅまたはＴ
ｅ、あるいはこれら元素の組み合わせを示している。ま
た、組成比ｘは０．２未満であることが好ましい。

【００２０】ｐ型Ｃｕ_2-X Ｚコンタクト層２にはｐ型Ｉ
ｎ／Ａｇ合金電極１が設けられ、また、ｎ型ＧａＡｓ基
板８にはｎ型Ａｕ／Ｇｅ合金電極９が設けられている。

【００２１】図２は、Ｃｕ_2-X Ｚ層とＺｎＳｅ層とのバ
ンド構造を示すエネルギーバンド図である。Ｃｕ_2-X Ｚ
層のバンドギャップ（０．６ｅＶ）は、ＺｎＳｅ層のそ
れ（２．７ｅＶ）に比べて比較的小さい。しかし、価電
子帯のオフセットは十分に小さいので、低い温度（例え
ば、７７Ｋ）でも、２Ｖ未満の低い印加電圧で、Ｃｕ
_2-X Ｚ層からＺｎＳｅ層への正孔ｈの注入が起こる。

【００２２】この理由は、Ｃｕ_2-X Ｚ層のアクセプタレ
ベルは１×１０²⁰ｃｍ^-3程度というもともと高い値であ
って、強いｐ型極性を示し、Ｃｕ_2-X Ｚ層が無い従来構
造に比べて、正孔の状態密度分布ρが高エネルギー側に
広がっているからである。この状態密度分布ρの広がり
は、低エネルギーの正孔はＣｕ_2-X Ｚ層とＺｎＳｅ層と
の界面のヘテロ障壁を越えることはできないが、高い割
合で高エネルギーの正孔ｈが該ヘテロ障壁を越えられる
ことを意味している。

【００２３】このような現象は、Ｃｕ_2-X Ｚ層とＺｎＳ
ｅ層との間だけでなく、Ｃｕ_2-X Ｚ層とＺｎＣｄＳＳｅ
Ｔｅ化合物半導体等の他の II-VI族化合物半導体との間
でも成立することが本発明者等の研究によって分かっ
た。

【００２４】したがって、ｐ型ＺｎＳ_X Ｓｅ_X-1 クラッ
ド層３に対するコンタクト層として、ｐ型Ｃｕ_2-X Ｚコ
ンタクト層２を用いている本実施例によれば、低い印加
電圧でオーミックコンタクトを実現できる。このため、
発熱を小さくでき、熱発生によるデバイス特性の劣化を
防止できる。

【００２５】更に、Ｃｕ_2-X Ｚ層は、比較的低い温度
（＜３００℃）で形成できるという利点を有している。
これは II-VI族化合物半導体系の発光素子の作成におい
て重要なことである。何故なら、 II-VI族化合物半導体
中のドーパントは大きな拡散係数を持ち、比較的低い温
度（例えば４００℃）でドーパントの拡散が生じ、デバ
イス特性の劣化が生じ易いからである。なお、ｐ型Ｃｕ
_2-X Ｚコンタクト層２となるＣｕ_2-X Ｚを堆積した後、
アニールを行なうことが好ましい。このアニールの好ま
しい温度範囲は６０〜３００℃であり、より好ましくは
１００〜３００℃である。

【００２６】かくして本実施例によれば、ｐ型Ｉｎ／Ａ
ｇ合金電極１とｐ型ＺｎＳ_X Ｓｅ_{X- 1} クラッド層３との
間にｐ型Ｃｕ_2-X Ｚコンタクト層２を挿設することによ
り、低い印加電圧の範囲でｐ型ＺｎＳ_X Ｓｅ_X-1 クラッ
ド層３に対してオーミックコンタクトを取れるようにな
り、デバイス内部の発熱に起因するデバイス特性の劣化
を防止できる。したがって、信頼性を改善でき、発振波
長が緑色から青色の短波長のワイドギャップ II-VI族化
合物半導体レーザを実現できるようになる。

【００２７】なお、本実施例では、コンタクト層の材料
としてＣｕ_2-X Ｚを用いた場合について説明したが、Ｃ
ｕ_v Ａｌ_1-v Ｓ_w Ｓｅ_1-w でも１０¹⁹ｃｍ^-3程度の高ア
クセプタレベルが得られるので、この材料をコンタクト
層に用いても同様な効果が得られる。また、本実施例で
は、半導体レーザの場合について説明したが、本発明は
ＬＥＤ等の他の発光素子にも適用できる。

【００２８】図３は、本発明の第２の実施例に係るワイ
ドバンドギャップ II-VI族化合物ＬＥＤの構造を示す断
面図である。

【００２９】図中、１１はｎ型ＧａＡｓ基板を示してお
り、このｎ型ＧａＡｓ基板１１上には、厚いｎ型ＩｎＧ
ａＡｓバッファ層１２を介して、ｎ型ＺｎＳｅクラッド
層１３が設けられている。このｎ型ＩｎＧａＡｓバッフ
ァ層１２によって、ｎ型ＧａＡｓ基板１１とｎ型ＺｎＳ
ｅクラッド層１３との間の歪みが緩和されるようになっ
ている。

【００３０】ｎ型ＺｎＳｅクラッド層１３上には、Ｚｎ
ＣｄＳｅ（井戸）／ＺｎＳｅ多重量子井戸層１４、ｐ型
ＺｎＳｅクラッド層１５が順次設けられている。このｐ
型ＺｎＳｅクラッド層１５は、Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ
_1-x コンタクト層１６を介して、ｐ側Ｔｉ／Ａｕ合金電
極１７にコンタクトしている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板
１１には、ｎ側Ｔｉ／Ａｕ合金電極１８が設けられてい
る。ここで、電極材料は合金でなくともＡｕやＰｔ等の
単一単金属であっても良い。

【００３１】Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト層
１６の組成比ｘ，ｙの好ましい範囲は、０＜ｘ≦１，０
≦ｙ≦０．０７である。更に、コンタクト層の材料とし
て、Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x の代わりに、Ｃｄ_y Ｈ
ｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x 、あるいはＣｄ_z Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y-z
Ｓ_x Ｓｅ_1-x を用いても良い。また、ｎ型不純物として
は例えばＣｌを用い、ｐ型不純物として例えばＮを用い
ると良い。更に、ワイドバンドギャップ II-VI族化合物
半導体のｐ型不純物としてはＮ以外のＶ族元素，Ｉ族元
素または酸素を用いても良い。

【００３２】以上の各層は例えばＭＢＥやＭＯＶＰＥを
用いて形成すると良い。また、Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ
_1-x コンタクト層１６は低い温度（＜３００℃）で成長
させ、ｎ型層中のｎ型不純物濃度が悪影響を受けないよ
うにすることが好ましい。

【００３３】図４は、本実施例の効果を示すＩ（電流）
−Ｖ（電圧）特性図である。図中、特性曲線ａは本実施
例のＬＥＤを示し、特性曲線ｂは本実施例のＬＥＤから
Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト層１６を取り除
いた構造のＬＥＤ（比較例）を示している。

【００３４】この図２から本実施例のＬＥＤは、比較例
に比べて、ターンオン電圧が十分に低く（２Ｖ弱）、ま
た、立上がりの傾きが十分に大きいことが分かる。

【００３５】このような効果が得られたのはコンタクト
層の材料として半金属の性質を有するＺｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ
_x Ｓｅ_1-x を用いたからである。このような材料を用い
ると、ｐ型ＺｎＳｅクラッド層１５とＺｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ
_x Ｓｅ_1-x コンタクト層１６との価電子帯の差、並びに
Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト層１６とｐ側Ｔ
ｉ／Ａｕ合金電極１７との価電子帯の差がともに小さく
なるからである。

【００３６】また、Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタ
クト層１６は、ｐ型ＺｎＳｅクラッド層５上にエピタキ
シャル成長しているのを確認した。更に、Ｚｎ_y Ｈｇ
_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト層１６の厚さは、ｐ型Ｚｎ
Ｓｅクラッド層５の転位（ misfit location）を防止す
るのに十分薄いものであることを確認した。

【００３７】なお、本実施例ではクラッド層の材料とし
てＺｎＳｅを用いたが、その代わりに、ＺｎＳＳｅや、
ＺｎＭｇＳＳｅを用いても良い。この場合、ＺｎＣｄＳ
ｅ／ＺｎＳｅ多重量子井戸層は、それぞれ、ＺｎＣｄＳ
ｅ／ＺｎＳＳｅ多重量子井戸層、ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＭ
ｇＳＳｅ多重量子井戸層という変更を受ける。

【００３８】また、この場合、良好な格子整合が取れる
ように、図５に示すように、ｎ型ＺｎＳＳｅ（またはＺ
ｎＭｇＳＳｅ）クラッド層１３ａはｎ型ＧａＡｓ基板１
１に直接形成される。

【００３９】更に、本実施例の素子構造において、Ｚｎ
_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト層１６をドライエッ
チングを用いてストライプ状に加工し，このストライプ
状のＺｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト層１６上に
ｐ側Ａｕ電極をストライプ状に堆積して、半導体レーザ
を作成したところ、室温で強力なパルス動作し、そし
て、液体窒素温度ではＣＷ動作した。

【００４０】図７に、このようなＺｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓ
ｅ_1-x コンタクト層が有る半導体レーザ、並びにＺｎ_y
Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト層が無い半導体レーザ
の電流密度と印加電圧との関係を示す。これはレーザの
面積が５００μｍ×２０μｍの場合の結果である。図
中、特性曲線ａはＺｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタク
ト層が有る半導体レーザを示し、特性曲線ｂはＺｎ_y Ｈ
ｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト層が無い半導体レーザを
示している。

【００４１】Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト層
が無い半導体レーザの電圧降下は９Ｖで、この場合のレ
ーザの発熱は９００ｍＷであった。一方、Ｚｎ_y Ｈｇ
_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト層が有る半導体レーザの電
圧降下は０．２Ｖで、この場合のレーザの発熱は２０ｍ
Ｗであった。

【００４２】このようにＺｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コ
ンタクト層がある場合には、上記ＬＥＤと同様にターン
オン電圧の立ち上がりの傾きは大きく、発熱は少なく、
そして、Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト層が無
いものに比べて、ライフタイムが十分長かった。

【００４３】以下に本発明に至る動機となった考察や実
験について述べる。

【００４４】図８は、 II-VI族化合物半導体のバンドギ
ャップとＨｇＳＳｅのゼロバンドギャップとの関係を示
す図である。なお、この図８にはバンドギャップボウイ
ング（bandgap bowing）の効果は反映されていないが、
ここでの説明には何等影響はない。

【００４５】この図８からＨｇＳＳｅのバンドギャップ
の最大の深さは、ＺｎＳｅの伝導帯端の下で約３Ｖで、
また、ＺｎＳｅの価電子帯端の下で約０．３ｅＶである
ことが分かる。

【００４６】また、本発明者等は以下のような実験を行
なってみた。

【００４７】低濃度（約１×１０¹⁶ｃｍ^-3）Ｎドープの
ＺｎＳｅ層を第１のチェンバ内でＭＢＥ法により成長さ
せた後、このＺｎＳｅ層を真空状態で第２のチェンバ内
に搬送した。この第２のチェンバ内では色々の組成比の
薄いＨｇＳＳｅをＭＢＥ法により成長させた。Ｈｇおよ
びＳの蒸着源としては液体窒素で囲まれたクヌードセン
セルを用いた。Ｓ源として電気化学的セルを用いても良
い。

【００４８】以上の実験の結果、成長温度があまり高く
なければ、閃亜鉛鉱構造のＨｇＳＳｅが得られた。ま
た、多結晶となるような最低成長（堆積）温度におい
て、ＨｇＳＳｅがＨｇＳとなる程度にＨｇＳＳｅ中のＳ
ｅ濃度が低い場合には、辰朱構造（cinnabar structur
e）のＨｇＳＳｅが得られた。このような低成長温度に
おいて、半金属性の性質が保たれる程度に少量のＺｎ
（最高７％）を添加したところこの効果を低減するのに
役立ったが、ゼロバンドギャップの深さは変わらなかっ
た。

【００４９】閃亜鉛鉱構造のＨｇＳＳｅ層をｐ型ＺｎＳ
ｅ層に対するコンタクト層として用いた場合のショット
キー障壁高をＣＶ法により評価したみた。この結果、Ｓ
の割合が５０〜６０％の場合には、オーミック特性が得
られた。

【００５０】一方、ＨｇＳ層をコンタクト層として用い
た場合には、図８から期待できる結果である４００〜５
００ｍＶ程度のショットキー障壁高の増加が見られ、辰
朱構造（cinnabar structure）のＨｇＳＳｅ層はコンタ
クト層として不適当であることが明らかになった。

【００５１】図６は、本発明の第３の実施例に係るワイ
ドバンドギャップ II-VI族化合物半導体レーザの構造を
示す断面図である。

【００５２】図中、２１はｎ型ＩｎＰ基板を示してお
り、このｎ型ＩｎＰ基板２１上には、ＩｎＰｎに対して
格子整合が良い材料であるＺｎＭｇＳｅからなるｎ型Ｚ
ｎＭｇＳｅクラッド層２２が設けられている。このｎ型
ＺｎＭｇＳｅクラッド層２２上には、ＣｄＺｎＳｅ／Ｚ
ｎＭｇＳｅ多重量子井戸層２４、ｐ型ＺｎＭｇＳｅクラ
ッド層２５が順次設けられている。

【００５３】ｐ型ＺｎＭｇＳｅクラッド層２５は、極薄
のＺｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト層２６を介し
て、ｐ側Ｔｉ／Ａｕ合金電極２７にコンタクトしてい
る。良好なコンタクトが取れるように、Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y
Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト層２６中のＳｅの割合は約７％
としてある。また、ｎ側Ｔｉ／Ａｕ合金電極２８がｎ型
ＩｎＰ基板２１に設けられている。

【００５４】このような半導体レーザを調べたところ、
室温で良好なパルス動作を示し、また、ターンオン電圧
は約２Ｖで、その立ち上がりの傾きは非常に大きかっ
た。

【００５５】上記第２，第３の実施例等では II-VI族化
合物半導体としてＺｎＳｅ，ＺｎＳＳｅ，ＺｎＭｇＳＳ
ｅを例にあげたが、他の II-VI族化合物半導体を用いて
も良い。具体的には、ＺｎＳｅ，ＺｎＳＳｅ，ＺｎＭｇ
ＳＳｅを含めて一般的には表すと、Ｃｄ_x Ｚｎ_y Ｅｌ
_1-x-y ＳＳｅ_1-z （０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋
ｙ≦１，０≦ｚ≦１）となる。ここで、ＥｌはＢｅ，Ｍ
ｇまたはＣａである。

【００５６】図９は、本発明の第４の実施例に係るＬＥ
Ｄの構造を示す断面図である。これを製造工程に従って
説明すると、まず、ｎ型ＧａＡｓ基板３１上に、Ｃｌド
ープのｎ型ＺｎＳｅ層３２をＭＢＥ法により成長させ
る。

【００５７】次にｎ型ＺｎＳｅ層３２上に、ＺｎＳｅを
成長させるとともに、プラズマドーピングによりＮをド
ープし、ｐ型ＺｎＳｅ層３３を形成する。この後、成長
温度を下げ、ｐ型ＺｎＳｅ層３３上に、Ｎドープのｐ型
Ｚｎ_0.7 Ｍｇ_0.3 Ｓｅコンタクト層３４をプラズマドー
ピングを用いて形成する。このとき、成長温度を約２５
０℃より低くすることにより、ｐ型Ｚｎ_0.7 Ｍｇ_0.3 Ｓ
ｅコンタクト層３４中のｐ型不純物濃度を高くできる。

【００５８】次にＭＢＥチェンバ内のｎ型ＧａＡｓ基板
３１を蒸着チェンバ内に真空状態で移した後、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板３１の裏面にＴｉ，Ａｕを蒸着し、ｎ側Ｔｉ／
Ａｕ合金電極３７を形成する。

【００５９】次に蒸着チェンバ内のｎ型ＧａＡｓ基板３
１を昇華チェンバ内に真空状態で搬入して冷却し、Ｚｎ
_0.7 Ｍｇ_0.3 Ｓｅコンタクト層３４上にポリサルファナ
イトライド層（（ＳＮ）n 層）３５を堆積する。

【００６０】最後に、昇華チェンバ内のｎ型ＧａＡｓ基
板３１を蒸着チェンバ内に再び移して（ＳＮ）n 層３５
上にＴｉ，Ａｕを蒸着し、ｐ側Ｔｉ／Ａｕ合金電極３６
を形成する。このｐ側Ｔｉ／Ａｕ合金電極３６、並びに
上記（ＳＮ）n 層３５は、マスクを用いて表面発光が観
察される形に形成する。なお、各層や電極の形成方法
や、形成順序は上記のものに限定されない。

【００６１】図１０は、本実施例の効果を示すＩ−Ｖ特
性図である。

【００６２】図中、特性曲線ａは本実施例のＬＥＤを示
し、特性曲線ｂは本実施例のＬＥＤから（ＳＮ）n 層３
５を取り除いた構造のＬＥＤ（比較例１）を示し、そし
て、特性曲線ｃは本実施例のＬＥＤから（ＳＮ）n 層３
５およびＺｎ_0.7 Ｍｇ_0.3 Ｓｅコンタクト層３４を取り
除いた構造のＬＥＤ（比較例２）を示している。

【００６３】この図９から本実施例のＬＥＤは、（Ｓ
Ｎ）n 層が無い比較例１，２に比べて、ターンオン電圧
が十分に低いことが分かる。

【００６４】更に、比較例１は、Ｚｎ_0.7 Ｍｇ_0.3 Ｓｅ
コンタクト層が無い比較例２よりもターンオン電圧が低
いことが分かる。

【００６５】また、上記三つのＬＥＤは全て青色発光を
示したが、ターンオン電圧が低いほど明るく、そして発
光効率がより高いことが分かった。すなわち、本実施例
のＬＥＤが最も優れていた。

【００６６】上記の如きの効果が得られたのは、コンタ
クト層の材料として、イオン化度の高いＺｎ_0.7 Ｍｇ
_0.3 Ｓｅを用いているからである。イオン化度の高い材
料はショットキーバリアハイトの低下が大きいので、オ
ーミック特性が改善される。

【００６７】図１１はそのことを示す特性図であり、Ｚ
ｎ_0.7 Ｍｇ_0.3 Ｓｅ（イオン化度＝０．９５），ＺｎＳ
ｅ（イオン化度〜０．８），ＧａＡｓ（イオン化度＝
０．４）についてのショットキーバリアハイトφ_B の電
気陰性度χ_N ，イオン化度の依存性を示す特性図であ
る。この図１１から電気陰性度χ_N 、イオン化度が大き
いほど、ショットキーバリアハイトφ_B が小さいことが
分かる。

【００６８】なお、本実施例ではコンタクト層の材料と
してＺｎ_0.7 Ｍｇ_0.3 Ｓｅを用いたがイオン化度の高い
他の材料を用いても良い。具体的には図１２に示すよう
に、イオン化度の増加に対してｄφ_B ／ｄχ_N の増加が
飽和する材料、例えば、ＡｌＮ，ＳｉＯ₂ ，ＺｎＯ，Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｒＴｉＯ₃ ，ＫＴａＯ₃ 等を用いることが
できる。

【００６９】以下に本発明に至る動機となった考察や実
験について述べる。

【００７０】図１３は、本発明の実験に用いた第１の試
料の構造を示す斜視図である。図中、４１はＧａＡｓ基
板を示しており、このＧａＡｓ基板４１上には、ＭＢＥ
法により形成され、ｐ型不純物の濃度が約５×１０¹⁶ｃ
ｍ^-3のｐ型ＺｎＭｇＳｅ層４２が設けられている。この
ｐ型ＺｎＭｇＳｅ層４２にはＡｕ電極４３が設けられて
いる。Ａｕ電極４３は例えば真空蒸着により形成する。

【００７１】また、図１４は、第２の試料の構造を示す
斜視図であり、この第２の試料が第１の試料と異なる点
は、ｐ型ＺｎＭｇＳｅ層４２とＡｕ電極４３との間に
（ＳＮ）n 層４４が設けられていることにある。

【００７２】図１５は、上記試料をＣ−Ｖ法により評価
した結果を示すイオン化度とショットキーバリアハイト
との関係を示す特性図である。図中、特性曲線ａが第１
の試料を示し、特性曲線ｂが第２の試料を示している。

【００７３】第１の試料の場合、ｐ型ＺｎＭｇＳｅ層４
２として、ＺｎＭｇＳｅがＺｎ_0.5Ｍｇ_0.5 Ｓｅの組成
のものを用いれば、ＺｎＳｅの場合に比べて約６００ｍ
ｅＶ程ショットキーバリアハイトが低下（０．７ｅＶか
ら１．３ｅＶ）することが分かる。

【００７４】一方、（ＳＮ）n 層を有する第２の試料の
ショットキーバリアハイトの低下は第１の試料のそれよ
りも大きいことが分かる。（ＳＮ）n 層を用いた実施例
は後述する。また、Ｍｇの割合が２０％以上であればオ
ーミック特性が得られることをＩ−Ｖ分析により確認し
た。

【００７５】図１６は、本発明の第５の実施例に係る半
導体レーザの構造を示す断面図である。

【００７６】これを製造工程に従い説明すると、まず、
ｎ型ＧａＡｓ基板５１上に、キャリア濃度が約３×１０
¹⁸ｃｍ^-3のＣｌドープのｎ型ＺｎＳｅクラッド層５２を
成長させ、続いて、このｎ型ＺｎＳｅクラッド層５２上
に、アンドープのＺｎＳｅ／ＣｄＺｎＳｅ多重量子井戸
層５３を形成する。

【００７７】次にＺｎＳｅ／ＣｄＺｎＳｅ多重量子井戸
層５３上に、キャリア濃度が約２×１０¹⁸ｃｍ^-3のＮド
ープのｐ型ＺｎＳｅクラッド層５４を成長させ、続い
て、このｐ型ＺｎＳｅクラッド層５４上に、Ｚｎ_0.7 Ｍ
ｇ_0.3 Ｓｅコンタクト層５５を成長させる。ここで、成
長温度を２５０℃まで下げることにより、Ｚｎ_0.7 Ｍｇ
_0.3 Ｓｅコンタクト層５５の正味のアクセプタ濃度を約
２×１０¹⁸ｃｍ^-3にすることができる。

【００７８】次にｎ型ＧａＡｓ基板５１の裏面にｎ側Ｔ
ｉ／Ａｕ合金電極５９を形成した後、Ｚｎ_0.7 Ｍｇ_0.3
Ｓｅコンタクト層５５上に、ストライプ状の開口部（ス
トライプ幅２０μ）を有するポリアミド層５６を形成す
る。

【００７９】次にポリアミド層５６のストライプ状の開
口部を介してＺｎ_0.7 Ｍｇ_0.3 Ｓｅコンタクト層５５に
コンタクトする（ＳＮ）n 層５７を形成した後、この
（ＳＮ）n 層５７上に、Ｔｉ，Ａｕを蒸着し、ｐ側Ｔｉ
／Ａｕ合金電極５８を形成する。最後に、キャビティと
しての５００μｍの劈開面を形成して完成する。なお、
各層や電極の形成方法や、形成順序は上記のものに限定
されない。

【００８０】このようにして得られた半導体レーザを７
７Ｋまで冷却し、電圧を印加したところ、約２Ｖを越え
たところでＣＷ発振が得られることを確認した。

【００８１】図１７，図１８は、それぞれ、本実施例の
効果を示すＩ−Ｖ特性図、Ｌ（光強度）−Ｉ（電流）特
性図である。図中、特性曲線ａは本実施例の半導体レー
ザを示し、特性曲線ｂは本実施例の半導体レーザから
（ＳＮ）n 層５７を取り除いた構造の半導体レーザ（比
較例１）を示し、そして、特性曲線ｃは本実施例の半導
体レーザから（ＳＮ）n 層５７およびＺｎ_0.7 Ｍｇ_0.3
Ｓｅコンタクト層５５を取り除いた構造の半導体レーザ
（比較例２）を示している。

【００８２】図１７から本実施例の半導体レーザは、
（ＳＮ）n 層が無い比較例１，２に比べて、ターンオン
電圧が十分に低いことが分かる。更に、比較例１は、Ｚ
ｎ_0.7Ｍｇ_0.3 Ｓｅコンタクト層が無い比較例２よりも
ターンオン電圧が低いことが分かる。

【００８３】また、図１８から本実施例の半導体レーザ
は、比較例１，２に比べて、発光に必要な電流が十分に
小さいことが分かる。更に、比較例２の場合、エッジエ
レクトロルミネセンスは見られたが、レーザ発振は観察
されなかった。また、本実施例の場合、発振波長は約４
９０ｎｍであったが、ＺｎＳｅ／ＣｄＺｎＳｅ多重量子
井戸層５３の井戸幅，Ｃｄ組成比を制御することで、４
７０〜５５０μｍの発振波長が得られた。

【００８４】図１９は、本発明の第６の実施例に係る半
導体レーザの構造を示す断面図である。

【００８５】図中、６１はｎ型ＧａＡｓ基板を示してお
り、このｎ型ＧａＡｓ基板６１上には、先の実施例と同
様に、ｎ型ＺｎＳｅクラッド層６２，ＺｎＳｅ／ＣｄＺ
ｎＳｅ多重量子井戸層６３，ｐ型ＺｎＳｅクラッド層６
４が順次形成されている。

【００８６】このｐ型ＺｎＳｅクラッド層６４上には、
窒素ドープ（１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度）のｐ型ＺｎＴｅ／
ＺｎＳｅ超格子層６５がＭＢＥ法により形成されてい
る。このｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層６５の詳細な
構造を図２０に示す。

【００８７】図中、６５_a5は５層のｐ型ＺｎＳｅ層、６
５_b1は１層のｐ型ＺｎＴｅ層を示しており、６５_a4は４
層のｐ型ＺｎＳｅ層、６５_b2は２層のｐ型ＺｎＴｅ層を
示している。以下、ｐ型ＺｎＳｅ層は、ｐ型ＺｎＳｅ層
６５_a3，６５_a2，６５_a1の順で一層づつ薄くなり、ｐ型
ＺｎＳｅ層６５_a1で単層になる。一方、ｐ型ＺｎＴｅ層
は、ｐ型ＺｎＴｅ層６５_b3，６５_b4，６５_b5の順で一層
づつ厚くなるとともに、ｐ型ＺｎＴｅ層６５_b5は効果的
にｐ型ＺｎＳｅクラッド層６４の一部となる。

【００８８】ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層６５上に
は、厚さ約４ｎｍのＺｎ_0.55Ｍｇ_{0. 45}Ｓｅコンタクト層
６６が形成されている。このＺｎ_0.55Ｍｇ_0.45Ｓｅコン
タクト層６６の厚さは、ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子
層６５に対して半金属特性を示すのに十分な大きさであ
る。

【００８９】Ｚｎ_0.55Ｍｇ_0.45Ｓｅコンタクト層６６上
には、ストライプ状の開口部を有するポリアミド層６７
が設けられ、この開口部を介してｐ側Ａｕ／Ｔｉ合金電
極６８がＺｎ_0.55Ｍｇ_0.45Ｓｅコンタクト層６６にコン
タクトしている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板３２の裏面に
はｎ側Ａｕ／Ｔｉ合金電極６９が設けられている。

【００９０】このようにして得られた半導体レーザを７
７Ｋまで冷却し、電圧を印加したところ、約２．５Ｖを
越えたところでＣＷ発振が得られることを確認した。ま
た、劈開によるキャビティが無いので、緑色から青色に
かけて極めて明るい表面発光が室温でも得られた。

【００９１】図２１は、本実施例、並びに比較例１
（（ＳＮ）n 層有り），比較例２（Ｚｎ_0.55Ｍｇ_0.45Ｓ
ｅコンタクト層無し）についてのＩ−Ｖ特性図である。

【００９２】この図２１から本実施例の発振電圧は、
（ＳＮ）n 層がある比較例１に比べて高いが、Ｚｎ_0.55
Ｍｇ_0.45Ｓｅコンタクト層が無い比較例２よりも低いこ
とが分かる。また、図２２に示すように、Ｌ−Ｉ特性に
ついても同様な傾向が見られた。 なお、以上の実施例
では発光素子の場合について説明したが、本発明のオー
ミック電極構造は他の種類の半導体素子にも適用でき
る。更に、上記実施例を適宜組み合わせても良い。

【００９３】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施できる。

【００９４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ｐ
型 II-VI族化合物半導体層と金属電極との間のオーミッ
ク特性が改善され、緑色や青色を発光できるＬＥＤ，半
導体レーザ等の発光素子が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るワイドバンドギャ
ップ II-VI族化合物半導体レーザの構造を示す断面図

【図２】Ｃｕ_2-X Ｚ層とＺｎＳｅ層とのバンド構造を示
すエネルギーバンド図

【図３】本発明の第２の実施例に係るワイドバンドギャ
ップ II-VI族化合物半導体ＬＥＤの構造を示す断面図

【図４】図３のＬＥＤの効果を示すＩ−Ｖ特性図

【図５】図のＬＥＤの変形例を示す断面図

【図６】本発明の第３の実施例に係るワイドバンドギャ
ップ II-VI族化合物半導体レーザの構造を示す断面図

【図７】Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト層の効
果を説明するための電圧と電流密度との関係を示す特性
図

【図８】II-VI族化合物半導体のバンドギャップとＨｇ
ＳＳｅのゼロバンドギャップとの関係を示す図

【図９】本発明の第４の実施例に係るＬＥＤの構造を示
す断面図

【図１０】図９のＬＥＤの効果を示すＩ−Ｖ特性図

【図１１】イオン化度の高い材料ほどショットキーバリ
アハイトの低下が大きいことを示す特性図

【図１２】コンタクト層の材料として用いることができ
るイオン化度の高い他の材料を説明するための図

【図１３】第１の試料の構造を示す斜視図

【図１４】第２の試料の構造を示す斜視図

【図１５】図１３，図１４の試料をＣ−Ｖ法により評価
した結果を示すイオン化度とショットキーバリアハイト
との関係を示す特性図

【図１６】本発明の第５の実施例に係る半導体レーザの
構造を示す断面図

【図１７】図１６の半導体レーザの効果を示すＩ−Ｖ特
性図

【図１８】図１６の半導体レーザの効果を示すＬ−Ｉ特
性図

【図１９】本発明の第６の実施例に係る半導体レーザの
構造を示す断面図

【図２０】図１９の半導体レーザのｐ型ＺｎＴｅ／Ｚｎ
Ｓｅ超格子層の詳細な構造を示す図

【図２１】図１９の半導体レーザの効果を示すＩ−Ｖ特
性図

【図２２】図１９の半導体レーザの効果を示すＬ−Ｉ特
性図

【符号の説明】

１…ｐ型Ｉｎ／Ａｇ合金電極、２…ｐ型Ｃｕ_2-X Ｚコン
タクト層、３…ｐ型ＺｎＳ_X Ｓｅ_X-1 クラッド層、４…
ｐ型ＺｎＳｅ光ガイド層、５…ＺｎＣｄＳｅ活性層、６
…ｎ型ＺｎＳｅ光ガイド層、７…ｎ型ＺｎＳ_X Ｓｅ_X-1
クラッド層、８…ｎ型ＧａＡｓ基板、９…ｎ型Ａｕ／Ｇ
ｅ合金電極 １１…ＧａＡｓ基板、１２…ｎ型ＩｎＧａＡｓバッファ
層、１３…ｎ型ＺｎＳｅクラッド層、１４…ＺｎＣｄＳ
ｅ／ＺｎＳｅ多重量子井戸層、１５…ｐ型ＺｎＳｅクラ
ッド層、１６…Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓｅ_1-x コンタクト
層、１７…ｐ側Ｔｉ／Ａｕ合金電極、１８…ｎ側Ｔｉ／
Ａｕ合金電極、１９…ｐ型ＺｎＳｅ層、２１…ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板、２２…ｎ型ＺｎＭｇＳｅクラッド層、２４…Ｃ
ｄＺｎＳｅ／ＺｎＭｇＳｅ多重量子井戸層、２５…ｐ型
ＺｎＭｇＳｅクラッド層、２６…Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y Ｓ_x Ｓ
ｅ_1-x コンタクト層、２７…ｐ側Ｔｉ／Ａｕ合金電極、
２８…ｎ側Ｔｉ／Ａｕ合金電極 ３１…ｎ型ＧａＡｓ基板、３２…ｎ型ＺｎＳｅ層、３３
…ｐ型ＺｎＳｅ層、３４…ｐ型Ｚｎ_0.7 Ｍｇ_0.3 Ｓｅコ
ンタクト層、３５…（ＳＮ）n 層、３６…ｐ側Ｔｉ／Ａ
ｕ合金電極、３７…ｎ側Ｔｉ／Ａｕ合金電極、４１…Ｇ
ａＡｓ基板、４２…ｐ型ＺｎＭｇＳｅ層、４３…Ａｕ電
極、４４…（ＳＮ）n 層、５１…ｎ型ＧａＡｓ基板、５
２…ｎ型ＺｎＳｅクラッド層、５３…ＺｎＳｅ／ＣｄＺ
ｎＳｅ多重量子井戸層、５４…ｐ型ＺｎＳｅクラッド
層、５５…Ｚｎ_0.7 Ｍｇ_0.3 Ｓｅコンタクト層、５６…
ポリアミド層、５７…（ＳＮ）n 層、５８…ｐ側Ｔｉ／
Ａｕ合金電極、５９…ｎ側Ｔｉ／Ａｕ合金電極、６１…
ｎ型ＧａＡｓ基板、６２…ｎ型ＺｎＳｅクラッド層、６
３…ＺｎＳｅ／ＣｄＺｎＳｅ多重量子井戸層、６４…ｐ
型ＺｎＳｅクラッド層、６５…ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ
超格子層、６６…Ｚｎ_0.55Ｍｇ_0.45Ｓｅコンタクト層、
６７…ポリアミド層、６８…ｐ側Ａｕ／Ｔｉ合金電極、
６９…ｎ側Ａｕ／Ｔｉ合金電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ｐ型 II-VI族化合物半導体層と、 このｐ型 II-VI族化合物半導体層表面に設けられ、Ｃｄ
   _z Ｚｎ_y Ｈｇ_1-y-z Ｓ_x Ｓｅ_1-x （０≦ｘ，ｙ，ｚ≦
   １，０≦ｙ＋ｚ≦１）、Ｃｕ_v Ａｌ_1-v Ｓ_w Ｓｅ
   _1-w （０≦ｖ，ｗ≦１）、またはＣｕ_2-u Ｚ（Ｚは、
   Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、またはこれら元素の組み合わせ，０≦
   ｕ≦０．２）からなるコンタクト層と、 このコンタクト層上に設けられた金属電極とを具備して
   なることを特徴とするオーミック電極構造。
2. 【請求項２】ｎ側金属電極とｐ側金属電極とを有する発
   光素子において、このｐ側金属電極が、Ｃｄ_z Ｚｎ_y Ｈ
   ｇ_1-y-z Ｓ_x Ｓｅ_1-x （０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１，０≦ｙ＋
   ｚ≦１）、Ｃｕ_v Ａｌ_1-v Ｓ_w Ｓｅ_1-w （０≦ｖ，ｗ≦
   １）、またはＣｕ_2-u Ｚ（Ｚは、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、また
   はこれら元素の組み合わせ，０≦ｕ≦０．２）からなる
   コンタクト層を介して、ｐ型 II-VI族化合物半導体層に
   コンタクトすることを特徴とする発光素子。
3. 【請求項３】ｐ型 II-VI族化合物半導体層と、 このｐ型 II-VI族化合物半導体層表面に設けられ、横軸
   にイオン化度、縦軸にショットキーバリアハイト
   （φ_B ）を電気陰性度（χ_N ）で微分したもの（ｄφ_B
   ／ｄχ_N ）を選んだ場合に、前記イオン化度の増加に対
   して前記ｄφ_B ／ｄχ_N の増加が飽和する材料からなる
   コンタクト層と、 このコンタクト層表面に設けられた金属電極とを具備し
   てなることを特徴とするオーミック電極構造。
4. 【請求項４】ｎ側金属電極とｐ側金属電極とを有する発
   光素子において、このｐ側金属電極が、横軸にイオン化
   度、縦軸にショットキーバリアハイト（φ_B ）を電気陰
   性度（χ_N ）で微分したもの（ｄφ_B ／ｄχ_N ）を選ん
   だ場合に、前記イオン化度の増加に対して前記ｄφ_B ／
   ｄχ_N の増加が飽和する材料からなるコンタクト層を介
   して、ｐ型 II-VI族化合物半導体層にコンタクトするこ
   とを特徴とする発光素子。