JPH09500497A - ｐ型ＧａＡｓ基板と抵抗接触する▲ＩＩ▼−▲ＶＩ▼族化合物を有する半導体ヘテロ接合構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 既知の青発光半導体構造体の効率には制限がある。本発明の目的は、効率を改善した特にダイオード及びダイオードレーザに適した半導体構造体を提供する。本発明によれば、半導体構造体がＱをＭｇ，Ｃｄ及びＭｎより成る群から選択した元素とし、０．５≦ｘ≦１及び０．５≦ｙ≦１とした際の式Ｚｎ_x Ｑ _1-xＳ_yＳｅ_1-y のｐ型II−VI族化合物の第１層とｐ型ＧａＡｓの基板とを有し、この第１層及び基板が、ドーピングされていない或いはｐ型ドーピングされた一連の薄肉エピタキシァル層により分離され、この一連のエピタキシァル層の全体の厚さが２μｍまでであり、各エピタキシァル層の厚さが２〜２００ｎｍであり、この一連のエピタキシァル層が前記の基板及び第１層の対向面に接触しており、一連のエピタキシァル層は前記の第１層の前記の対向表面に接触するＩｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐの層と、Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ及びｘ＝０．１〜０．３としたＡｌ_x Ｇａ_1-xＡｓより成る群から選択され、前記の基板の前記の対向表面に接触する化合物の層と、Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓの前記の層に接触するＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐの層と、Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐの前記の層及びＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐの前記の層間に設けられこれらの層に接触する表面を有するＩｎ_0.5 Ａｌ_z Ｇａ_0.5-z Ｐの少なくとも１つの層とを有し、０＜ｚ＜０．５とし、ｚの値はＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐの前記の層に向かう方向に減少しているこの構造体によれば青発光が得られ、効率が改善される。

Description

【発明の詳細な説明】 ｐ型ＧａＡｓ基板と抵抗接触するII−VI族化合物を有する 半導体ヘテロ接合構造体発明の背景 本発明は新規な半導体ヘテロ接合構造体及びその製造方法に関するものである 。 本発明は又、本発明の半導体構造体を用いる、青−緑発光領域で発光しうる新 規なレーザダイオード（ＬＤ）及び新規な発光ダイオード（ＬＥＤ）にも関する ものである。 英国特許公開第２２０４７３１号明細書には、ｎ型ドーピングされたＧａＡｓ 基板と、この基板上に堆積されたII−VI族化合物よりなるｎ型ドーピングされた 層と、この層上に堆積されたII−VI族化合物よりなるｐ型ドーピングされた層と を有する発光ダイオードが開示されている。 この英国特許公開明細書には特に、ＧａＡｓのｎ型結晶上に堆積されたｎ型の ＺｎＳ_x Ｓｅ_1-xの層と、このｎ型のＺｎＳ_x Ｓｅ_1-xの層の表面上に堆積されこ の層とでｐｎ接合を形成するｐ型のＺｎＳ_x Ｓｅ_1-xの層とが開示されている。 ｐ型の化合物の層及び構造体の表面上には電気接点層が設けられている。 得られた構造体は青発光ダイオードとして機能するということが確かめられて いるが、（発生する光量と与えられる電力との比として測定される）その効率は 極めて悪い為にこの構造体は殆ど或いは全く商業上用いられていない。効率が悪 い理由の１つは、ＧａＡｓ基板とこの基板上に堆積されたＺｎＳ_x Ｓｅ_1-xの層 との間に存在する抵抗値が比較的高いことにあると思われる。この理由は、この 英国特許公開明細書に示されている構造と相違して基板とこの上に堆積された層 とをｐ型にした場合も成立つものと思われる。 特開昭６２−８８３２９号公報には、ＧａＡｓ基板からｐ型のＺｎＳｅ化合物 へのＧａの拡散がＡｌＡｓＰ又はＡｌＩｎＰの中間層の使用により阻止される構 造体が開示されている。 この特開昭６２−８８３２９号公報に開示された構造体は比較的低い抵抗値の ｐ型導電性を呈するが、その抵抗値は商業的に有効な青発光ダイオード及びレー ザダイオードを製造しうる程度に低くはない。 特開平２−２０５３８１号公報には、ｎ型のＧａＡｓ基板上にｎ型のＧａＩｎ Ｐの第１層が設けられ、この第１層上にｎ型のＡｌＧａＩｎＰの第２層が設けら れ、この第２層上にＧａＩｎＰの第３層が設けられ、この第３層上にｐ型のＡｌ ＧａＩｎＰの第４層が設けられ、この第４層の一部を囲むようにこの第４層内に ＺｎＳｅ又はＺｎＳＳｅの層を延在させたレーザダイオード用の構造体が開示さ れている。ｐ型ＧａＡｓ層が上に設けられているｐ型のＧａＩｎＰの層が第４の 層上に設けられている。しかし、このダイオードは青発光ではなく赤発光を呈す る。 M．Onomura氏等著の Electronics Letters Online No.19931402には、ｐ型Ｇ ａＡｓ基板とｐ型ＺｎＳｅのクラッド層との間にｐ型ＩｎＡｌＧａＰのエネルギ ー帯相殺減少層が設けられているＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅＭＱＷ（多重量子井戸 ）構造を有するレーザダイオードが開示されている。 この Onomu氏等の論文は、ｐ型ＧａＡｓ基板の層とｐ型のＺｎＳｅ層との間の 大きなショットキバリア及びヘテロ接合バリアの双方又はいずれか一方の為にこ れらの層間に生じる電圧効果がｐ型のＩｎＡｌＧａＰ層の中間層の存在により可 成り減少されるということ、及びこのような構造を有するレーザダイオードは可 成り良い効率で７７Ｋの温度で動作しうるということを指摘している。しかし、 この論文には、このレーザダイオードが室温で、商業的に有効にする程度に充分 な効率で動作するということが指摘されていない。 特開平２−２０５３８１号公報にはＧａＡｓ基板を有し、ＧａＩｎＰ又はＡｌ ＧａＩｎＰの活性層がそのエネルギー帯のギャップよりも広いエネルギー帯のギ ャップを有する２つのクラッド層間に設けられ、このクラッド層がＡｌＧａＩｎ Ｐ又はＡｌＩｎＰを有し、基板から離れた側のクラッド層が、活性層又は一方の クラッド層と整合したＺｎＳＳｅ層格子内に埋込まれたストライプ形状のメサ構 造を有しているレーザダイオードが開示されている。 このレーザダイオードは青の発光ではなく、赤の発光を呈する。発明の要約 本発明の主たる目的は、青発光半導体ダイオード及びダイオードレーザに用い て有効な新規な半導体構造体を提供せんとするにある。本発明の他の目的は、効 率を改善させた青発光半導体ダイオード及びダイオードレーザを提供せんとする にある。 本発明のこれらの及び他の目的は以下の説明から明らかとなるであろう。 本発明の一例によれば、新規な半導体構造体が得られる。この構造体は式Ｚｎ_x Ｑ_1-x Ｓ_y Ｓｅ_1-y のｐ型II-VI族化合物の層をｐ型ＧａＡｓの基板と抵抗接 触して有する。ここに、ＱはＭｇ，Ｃｄ及びＭｎより成る群から選択した元素で あり、０．５≦ｘ≦１及び０≦ｙ≦１である。この層及び基板は一連の薄肉のエ ピタキシアル層により分離されており、これらのエピタキシアル層はドーピング されていない又はｐ型のドーピングが行われた化合物より成り、その各々の厚さ は２０Å〜２０００Åで全体の厚さは２μｍまでである。この一連の層は基板と ｐ型II−VI族化合物の層との対抗面に接触する。この一連の層は、ｐ型ドーピン グされたII−VI化合物の層の前期の対抗面に接触するＩｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐの層と 、基板の前記の対抗面に接触するＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐの層又はｘ＝０．１〜０． ３としたＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓの層と、Ａｌ_x Ｇａ_1-xＡｓの層が存在する場合こ の層の表面に接触するＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐの層と、Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐの層及び Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐの層の対抗面間にこれら対抗面に接触して設けられ、０＜ｚ ＜０．５とし、この値をＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐの層の方向に減少させたＩｎ_0.5 Ａ ｌ_z Ｇａ_0.5-z Ｐの少なくとも１つの層とを有する。 基板とII−VI族化合物の層との間のこれらの層はｐ型ドーピングされた層又は ドーピングされない層とすることができる。 Ｉｎ_0.5 Ａｌ_z Ｇａ_0.5-z Ｐの層は単一層の形態又は２以上の副層の形態にす ることができる。本発明のこの新規な構造体は特に、青発光半導体レーザダイオ ードに用いて有効である。本発明によれば、ｐ型ＧａＡｓ基板とｐ型II−VI族化 合物層との間に存在する大きなショットキバリア及びヘテロ接合バリアの双方又 はいずれか一方が著しく減少し、これにより電圧降下の発生を半導体ダイオード 及び半導体レーザダイオードが室温で動作するようにし、これにより効率を著し く改善するということを確かめた。 本発明の他の例によれば、新規な青発光半導体ダイオードを得る。本発明の更 に他の例によれば、新規な青発光ダイオードを得る。図面の簡単な説明 図面において、図１は本発明の半導体構造体の最初の好適実施例の断面図であ り、 図２は本発明の半導体構造体の他の好適実施例の断面図であり、 図３は本発明の半導体構造体を用いた半導体ダイオードの断面図であり、 図４は本発明の半導体構造体を用いたレーザダイオードの断面図であり、 図５は本発明の半導体構造体のエネルギー帯の線図であり、 図６は本発明の半導体構造体に対する印加電圧対電流のグラフ線図である。発明の詳細な説明 本発明を図面及び以下の実施例につき更に詳細に説明する。 本発明の第１の好適実施例及び第２の好適実施例によれば、ｐ型II−VI族化合 物をｐ型ＺｎＳＳｅとする。 II−VI族化合物にはＮをドーピングし、ＧａＡｓ基板を含む他の層にはＺｎを ドーピングする。 本発明の更に他の実施例によれば、基板を含む属のドーピング濃度を少なくと も１０¹⁶ｃｍ^-3とし、本発明の更に他の好適実施例によれば、基板を含むすべて の属のドーピング濃度を１０¹⁶ｃｍ^-3〜１０²⁰ｃｍ^-3とする。 本発明の他の好適実施例によれば、基板以外の各属の厚さを１００Å〜１０００ Åの範囲内とする。 更に、基板とII−VI族化合物との間に設けられた一連の層にドーピングが行な われていない場合の本発明の他の実施例によれば、各層の厚さは２０Å〜５００ Åとし、好ましくは１００Åよりも厚くしない。 実施例１ 図１を参照するに、１×１０¹⁸ｃｍ^-3にｐ型ドーピングされたＧａＡｓの基板 １上に、１×１０¹⁸ｃｍ^-3よりも多くｐ型ドーピングされたＡｌ_0.3 Ｇａ_0.07Ａ ｓより成る５００Åの厚さの第１層２を設ける。この層２上には、１×１８¹⁸ｃ ｍ^-3よりも多くｐ型ドーピングしたＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐより成る１０００Åの厚 さの第２層３を設ける。この層３上には、８×１０¹⁷ｃｍ^-3にｐ型ドーピングし たＩｎ_0.5 Ａｌ_0.20 Ｇａ_0.30Ｐより成る１０００Åの厚さの層４を設ける。こ の層４上には、４×１０¹⁷ｃｍ^-3にｐ型ドーピングされたＩｎ_0.5 Ａｌ_0.35 Ｇ ａ_0.15Ｐより成る層５を設ける。この層５上には、４×１０¹⁶ｃｍ^-3にｐ型ドー ピングしたＩｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐより成る２５０Åの厚さの他の層６を設ける。こ の層６上には、１×１０¹⁸ｃｍ^-3にｐ型ドーピングしたＺｎＳｅより成るある厚 さの層７を設ける。 ｐ型ドーピングされた層２，３，４，５及び６は文献Journal of Crystal Gra wth １０７（１９９１）の第４０３〜４０９頁にＡ．Valster 氏等によって記載 されている方法に応じてＭＯＶＰＥ（金属有機化合物気相エピタキシァル成長） によって設ける。金属Ｇａ，Ａｌ及びＩｎの材料源としてはトリメチルアルキル を用いる。Ａｓ及びＰの材料源はアルシン及びホスフィンである。層２，３，４ ，５及び６には亜鉛の材料源としてジメチル亜鉛を用いてＺｎでｐ型ドーピング する。 ｐ型ドーピングされたＡｎＳｅの層７には窒素をドーピングするものであり、 この層７は文献Journal of Applied Physics，Vol．５０（１９９１）、Ｌ１５ ２にＫ．Ohkawa氏等によって記載された方法に応じてＭＢＥ（分子ビームエピタ キシァル成長）により成長させる。図１の半導体構造体を形成するに当たっては 、すべての層を、基板を入れた同一の反応器の容器内で設け、この基板上に設け られたこれらの層は、ｐ型ドーピングされたＺｎＳｅの層が堆積された後までこ の反応器の容器から取出さない。 実施例２ 上述した方法と同様にして図２に示す半導体を形成する。しかしこの場合、ｐ 型ドーピングされたＺｎＳｅの層１４とｐ型ドーピングされたＧａＡｓ基板９と の間にドーピングしない層がある。図２に示すように、１×１０¹⁸ｃｍ^-3にｐ型 ドーピングするＡｌ_0.30 Ｇａ_0.70Ａｓより成る５００Åの厚さの第１層８は１ ×１０¹⁸ｃｍ^-3よりも多くｐ⁺ ドーピングしたものとして設けておく。この層８ 上には、各々が１００Åの厚さの４つの順次の層を設ける。 これらの４つの層のうちの第１の層は１×１０¹⁸ｃｍ^-3にドーピングしたＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐの層１０である。第２の層はＩｎ_0.5 Ａｌ_0.20 Ｇａ_0.30Ｐの層 １１である。第３の層はＩｎ_0.5 Ａｌ_0.35 Ｇａ_0.15Ｐの層１２であり、これら の層の最後の層は１×１０¹⁸ｃｍ^-3にドーピングしたｐ型ＺｎＳｅの層１４を調 整するＩｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐの層１３である。 実施例３ 実施例１の構造を導入するも、ｐ型ドーピングさたＺｎＳｅの層の代わりに０ ≦ｘ≦１としたＺｎＳ_x Ｓｅ_1-x のｐ型ドーピングされた層を用いる変更をほど こしたダイオードレーザを図３に示す。 この場合、実施例１の構造体の層１〜６より成る構造体２５上に設けられた、 図１の上述した変更構造体の、ＺｎＳ_x Ｓｅ_1-x より成るｐ型ドーピングされた 層２３上に、ｐ型ドーピングされたＺｎＳｅより成る第１の導波層２１が設けら れている。層２３は第１のクラッド層として機能する。層２１上には、厚さが６ ０Åの（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓｅ量子井戸のレイジング領域２７が設けられている。層 ２１側とは反対側のこのレイジング領域２７の表面上にはｎ型ドーピングされた ＺｎＳｅの第２の導波層２９が設けられ、この第２の導波層２９上にはｎ型ドー ピングさたＺｎ（Ｓ，Ｓｅ）の第２のクラッド層３１が設けられている。インジ ウム接点層３３はポイミドより成る中間絶縁層３５により第２のクラッド層３１ から部分的に分離されている。この層３５は、インジウム接点層３３を第２のク ラッド層３３に接触させるための孔３７を有する。ＧａＡｓ基板の表面上にはＡ ｕ／Ｂｅ合金より成る接点層３９が設けられている。 実施例４ 実施例１の半導体構造体を用いた半導体ダイオードの断面図を図４に示す。こ の場合、層１，２，３，４，５，６及び７は実施例１に記載された通りである。 層４１は、層７に与えられた値にｎ型ドーピングされたＺｎＳＳｅよりなる５０ ００Åの厚さの層である。層４３は基板に対する接点層であり、層４５はｎ型ド ーピングされたＺｎＳＳｅ層４１に対する接点層である。層４３及び４５は双方 共Ｉｎから形成する。 図５は実施例２の構造体に基づく計算により得られたエネルギー帯曲線を示す 。 図６は実施例２の構造体の電流対電圧の特性曲線である。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 Ｐの前記の層及びＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐの前記の層間に設 けられこれらの層に接触する表面を有するＩｎ_0.5 Ａｌ_z Ｇａ_0.5-z Ｐの少なくとも１つの層とを有し、０＜ｚ ＜０．５とし、ｚの値はＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐの前記の層 に向かう方向に減少しているこの構造体によれば青発光 が得られ、効率が改善される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ＱをＭｇ，Ｃｄ及びＭｎより成る群から選択した元素とし、０．５≦ｘ≦１ 及び０≦ｙ≦１とした際の式Ｚｎ_x Ｑ_1-x Ｓ_y Ｓｅ_1-yのｐ型II-VI族化合物の第 １層と、ｐ型ＧａＡｓ基板とを有する半導体構造体であって、前記の第１層及び 前記の基板が、ドーピングされない或いはｐ型ドーピングされた一連の薄肉エピ タキシァル層によって分離され、これら一連の薄肉エピタキシァル層は前記の基 板及び前記の第１層の対向表面に接触し、これら一連の薄肉エピタキシァル層の 全体の厚さは２μｍまでであり、各薄肉エピタキシァル層の厚さは２０Å〜２０ ００Åであり、これら一連の薄肉エピタキシァル層は、前記の第１層の前記の対 向表面に接触するＩｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐの層と、Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ及びｘ＝０． １〜０．３としたＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓより成る群から選択され、前記の基板の前 記の対向表面に接触する化合物の層と、Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓの前記の層に接触す るＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐの層と、Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐの前記の層及びＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐの前記の層間に設けられこれらの層に接触する表面を有するＩｎ_0.5 Ａｌ_z Ｇａ_0.5-z Ｐの少なくとも１つの層とを有し、０＜ｚ＜０．５とし、ｚの値は Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐの前記の層に向かう方向に減少していることを特徴とする半 導体構造体。 ２．請求の範囲１に記載の半導体構造体において、Ｉｎ_0.5 Ａｌ_z Ｇａ_0.5-zの 前記の少なくとも１つの層がドーピングされておらず、前記の一連の薄肉エピタ キシァル層の各層の厚さが２０Å〜５００Åであることを特徴とする半導体構造 体。 ３．請求の範囲１に記載の半導体構造体において、前記の一連の薄肉エピタキシ ャル層がｐ型ドーピングされた層であることを特徴とする半導体構造体。 ４．請求の範囲３に記載の半導体構造体において、ｐ型Ｉｎ_0.5 Ａｌ_z Ｇａ_{0.5- z} Ｐの前記の少なくとも１つの層がＩｎ_0.5 Ａｌ_z Ｇａ_0.5-z Ｐの少なくとも２ つの副層を有し、この少なくとも２つの副層において、ｚの値がｐ型Ｉｎ_0.5 Ｇ ａ_0.5 Ｐの前記の層に向かう方向で減少していることを特徴とする半導体構造体 。 ５．請求の範囲３に記載の半導体構造体において、ｐ型II−IV層化合物をｐ型Ｚ ｎＳＳｅとしたことを特徴とする半導体構造体。 ６．請求の範囲５に記載の半導体構造体において、ｐ型ＺｎＳＳｅ及び前記の基 板以外の前記の層の各々がＺｎにより少なくとも１０¹⁶ｃｍ^-3のドーパント濃度 にｐ型ドーピングされていることを特徴とする半導体構造体。 ７．請求の範囲６に記載の半導体構造体において、ｐ型ＺｎＳＳｅの層にＮがド ーピングされていることを特徴とする半導体構造体。 ８．請求の範囲３に記載の半導体構造体において、ｐ型II−IV族化合物の層以外 の前記の層の各々が２５０Å〜１０００Åの厚さを有していることを特徴とする 半導体構造体。 ９．請求の範囲３の半導体構造体と、ｐ型II−IV族化合物の前記の第１層の表面 上に設けられたｎ型ＺｎＳｅ又はＺｎＳＳｅの層と、前記の表面及び前記の第１ 層上に設けられた導電性接点とを有し、電気的に駆動された際に青−緑発光領域 で発光しうる半導体ダイオード。 10．レイジング領域と、このレイジング領域の対向する両面に接触する導波層と 、前記のレイジング領域側とは反対側のこれら導波層の表面に接触するクラッド 層と、前記の導波層側とは反対側の前記のクラッド層の表面上に設けられた電気 接点とを有し、前記のクラッド層の１つが請求の範囲３の半導体構造体を以って 構成され、ｐ型II−IV族化合物の前記の第１層の表面が１つの導波層の表面と接 触しており、青−緑発光領域で発光しうるダイオードレーザ。