(57)【要約】【課題】発光特性が改善された赤外線発光素子を提供する。【解決手段】この発明の赤外線発光素子は、基板１と、基板１上に形成されたｎ型コンタクト層２と、Ａｌ、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを含む化合物半導体層を含むｎ型コンタクト層上に形成されたｎ型導電型を有する第１バリア層３と、ＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む化合物半導体層を含むｎ型バリア層３上に形成された活性層４と、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを含む化合物半導体層を含む活性層４上に形成された第２バリア層５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含むｎ型コンタクト層と、
前記ｎ型コンタクト層上に形成され、Ａｌ、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含み、ｎ型導電型を有する第１バリア層と、
前記第１バリア層上に形成され、ＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む活性層と、
前記活性層上に形成され、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含む第２バリア層と、
を備える赤外線発光素子。
【請求項２】
前記基板はＧａＡｓ基板であり、
前記ＧａＡｓ基板と前記ｎ型コンタクト層との間に、ＧａおよびＳｂを少なくとも含むバッファ層をさらに備える、請求項１に記載の赤外線発光素子。
【請求項３】
基板と、
前記基板上に形成されたｐ型コンタクト層と、
前記ｐ型コンタクト層上に形成され、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含む第２バリア層と、
前記第２バリア層上に形成され、ＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む活性層と、
前記活性層上に形成され、Ａｌ、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含み、ｎ型導電型を有する第１バリア層と、
前記第１バリア層上に形成され、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含むｎ型コンタクト層と、
を備える赤外線発光素子。
【請求項４】
前記基板はＧａＡｓ基板であり、
前記ｐ型コンタクト層は、ＧａおよびＳｂを少なくとも含む、請求項３に記載の赤外線発光素子。
【請求項５】
前記第２バリア層は、ｎ型ドーパントを含む、または、ノンドープである、請求項１から４のいずれか一項に記載の赤外線発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線発光素子（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）は、特定波長の赤外線を発光可能なバンドギャップを有する半導体中に、いわゆるｐｎ接合ダイオード構造を形成する。赤外線発光素子は、前記ｐｎ接合ダイオードに順方向電流を流して、接合部分における空乏層において、電子と正孔を再結合させることにより、赤外線の発光を行う。
【０００３】
特許文献１には、ｎ型化合物半導体層とｐ型ドーピングのπ層とにより構成された赤外線発光素子において、ｎ型化合物半導体層とπ層との間に、ｎ型化合物半導体層及びπ層よりもバンドギャップが大きいｎ型ワイドバンドギャップ層を設けることが記載されている。これにより、ｎ型化合物半導体層で室温において熱励起により発生した正孔のπ層方向への拡散を抑制し、正孔によるｐｎダイオードの暗電流を低減すると共に、π層側において熱励起によって発生した正孔のｎ型化合物半導体層への拡散も抑制する。特許文献１の技術は、ｐｎダイオードの拡散電流も低減したダイオード抵抗の高い赤外線発光素子を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００９／１１３６８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
赤外線発光素子には、発光特性の向上が求められているが、特許文献１に記載された赤外線発光素子には、この点で改善の余地がある。
【０００６】
本発明の課題は、発光特性が改善された赤外線発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の赤外線発光素子は、基板と、前記基板上に形成され、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含むｎ型コンタクト層と、前記ｎ型コンタクト層上に形成され、Ａｌ、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含み、ｎ型導電型を有する第１バリア層と、前記第１バリア層上に形成され、ＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む活性層と、前記活性層上に形成され、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含む第２バリア層と、を備える。
【０００８】
また、本発明の赤外線発光素子は、基板と、前記基板上に形成されたｐ型コンタクト層と、前記ｐ型コンタクト層上に形成され、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含む第２バリア層と、前記第２バリア層上に形成され、ＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む活性層と、前記活性層上に形成され、Ａｌ、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含み、ｎ型導電型を有する第１バリア層と、前記第１バリア層上に形成され、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含むｎ型コンタクト層と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の第一態様および第二態様の赤外線発光素子によれば、発光特性が改善された赤外線発光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一態様の赤外線発光素子の構成を示す断面図である。
【図２】第二態様の赤外線発光素子の構成を示す断面図である。
【図３】第一実施形態の赤外線発光素子の構成を示す断面図である。
【図４】第二実施形態の赤外線発光素子の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかであろう。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
【００１２】
［第一態様］
＜構成＞
図１に示すように、第一態様の赤外線発光素子は、基板１と、基板１の一方の面（基板上）に形成されたｎ型コンタクト層２と、ｎ型コンタクト層２の基板とは反対側の面（ｎ型コンタクト層上）に形成されたｎ型導電型を有する第１バリア層３と、第１バリア層３のｎ型コンタクト層２とは反対側の面（第１バリア層上）に形成された活性層４と、活性層４の第１バリア層３とは反対側の面（活性層上）に形成された第２バリア層５と、を備えている。ｎ型導電型を有する第１バリア層３は、Ａｌ、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを含む化合物半導体層を含む。活性層４は、ＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む化合物半導体層を含む。第２バリア層５は、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを含む化合物半導体層を含む。
【００１３】
なおここで、「基板上に形成され、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含むｎ型コンタクト層」という表現における「上に」という文言は、基板の上にｎ型コンタクト層が形成されていることを意味するが、基板とｎ型コンタクト層の間に別の層がさらに存在する場合もこの表現に含まれる。その他の層同士の関係においても、「上の」という文言は、同様の意味を有するものとする。
【００１４】
またここで、「ＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む活性層」という表現における「含む」という文言は、ＩｎとＡｓとＳｂを主に層内に含むことを意味するが、その他の元素を含む場合もこの表現に含まれる。具体的には、他の元素を少量（例えばＡｌ、Ｐ、Ｇａ、Ｎなどの元素を数％以下）加えるなどしてこの層の組成に軽微な変更を加える場合についてもこの表現に含まれることは当然である。その他の層の組成の表現においても、「含む」という文言は、同様の意味を有するものとする。
【００１５】
＜作用、効果＞
第一態様の赤外線発光素子によれば、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含む第２バリア層と、Ａｌ、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含み、ｎ型導電型を有する第１バリア層と、を備えることで、活性層（光吸収層）と第２バリア層との伝導体のバンドオフセット（ΔＥｃ）、および、活性層とｎ型導電型を有する第１バリア層との価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）をそれぞれ十分大きくすることができる。
【００１６】
これにより、第一態様の赤外線発光素子は、第１バリア層および第２バリア層によるバリア機能が向上している。つまり、本発明の第一態様によれば、発光特性が改善された赤外線発光素子が得られる。
【００１７】
＜好ましい形態＞
第一態様の赤外線発光素子は、基板がＧａＡｓ基板であり、ＩｎＡｓ、ＡｌＧａＳｂ、またはＧａＳｂを含む化合物半導体層からなり基板とｎ型コンタクト層との間に形成されたバッファ層をさらに備えることが好ましい。
【００１８】
第一態様の赤外線発光素子は、活性層と同じ組成のＩｎＡｓＳｂ、ＧａＳｂまたはＧａＩｎＳｂを含む化合物半導体層からなり第２バリア層上に形成されたｐ型コンタクト層を、さらに備えることが好ましい。
【００１９】
［第二態様］
＜構成＞
図２に示すように、第二態様の赤外線発光素子は、基板１と、基板１の一方の面（基板上）に形成されたｐ型コンタクト層６と、ｐ型コンタクト層６の基板とは反対側の面（ｐ型コンタクト層上）に形成された第２バリア層５と、第２バリア層５のｐ型コンタクト層６とは反対側の面（第２バリア層上）に形成された活性層４と、活性層４の第２バリア層５とは反対側の面（活性層上）に形成されたｎ型導電型を有する第１バリア層３と、を備えている。ｎ型導電型を有する第１バリア層３は、Ａｌ、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを含む化合物半導体層を含む。活性層４は、ＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む化合物半導体層を含む。第２バリア層５は、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを含む化合物半導体層を含む。
【００２０】
＜作用、効果＞
第二態様の赤外線発光素子によれば、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを含む化合物半導体層を含む第２バリア層と、Ａｌ、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを含む化合物半導体層を含むｎ型導電型を有する第１バリア層と、を備えることで、活性層と第２バリア層との伝導体のバンドオフセット（ΔＥｃ）、活性層とｎ型導電型を有する第１バリア層層との価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）を十分大きくすることができる。
【００２１】
これにより、第二態様の赤外線発光素子は、第１バリア層および第２バリア層によるバリア機能が向上している。つまり、本発明の第二態様によれば、発光特性が改善された赤外線発光素子が得られる。
【００２２】
＜好ましい形態＞
第二態様の赤外線発光素子は、基板がＧａＡｓ基板であり、ｐ型コンタクト層がＧａＳｂを含む化合物半導体層を含むことが好ましい。
【００２３】
第二態様の赤外線発光素子は、ＩｎＡｓＳｂを含む化合物半導体層からなりｎ型導電型を有する第１バリア層上に形成されたｎ型コンタクト層を、さらに備えることが好ましい。
【００２４】
［第一態様および第二態様に共通］
＜知見に至る経緯＞
良好な特性を有する赤外線発光素子を実現するためには、バリア層が重要な役割を果たす。バリア層は活性層に接して形成される層であり、拡散電流を防ぐ機能を有する。第２バリア層は、活性層との伝導帯のバンドオフセット（ΔＥｃ）が十分大きいことが好ましい。ｎ型導電型を有する第１バリア層は、活性層との価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）が十分大きいことが好ましい。電子はホールに比べ拡散長も長いことから、特に第２バリア層においては、バリア層の膜厚も十分に厚いことが好ましい。
【００２５】
バリア層の材料としては、活性層よりもバンドギャップの大きいものを選択することが考えられるが、活性層の材料にＡｌまたはＧａを一定量加えたものをバリア層の材料として、その混晶組成を大きくすることでバンドギャップ、伝導帯のバンドオフセット（ΔＥｃ）、価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）を大きく稼ぐ場合が多い。
【００２６】
しかしながら、バリア層のＡｌまたはＧａの混晶組成を大きくするほど、活性層との格子不整合は大きくなる傾向にある。その結果、バリア層の臨界膜厚は小さくなるので、十分な膜厚のバリア層を形成できなくなるという問題が生じる。すなわち、特に第２バリア層においては、活性層との格子定数も近く、且つ伝導帯のバンドオフセット（ΔＥｃ）を大きくとれる材料を選択することが重要である。
【００２７】
これに対して、第一態様および第二態様の赤外線発光素子では、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含む材料を第２バリア層の材料としたことで、活性層との伝導帯のバンドオフセット（ΔＥｃ）を大きくとることができる。また、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含む材料は、活性層の材料であるＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）との格子定数が近いため、第２バリア層の膜厚を大きくすることが可能となる。第２バリア層へは、伝導帯のバンドオフセット（ΔＥｃ）を更に大きくするためにｐ型ドープすることが多い。しかしながら、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含む材料は、活性層であるＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）に対して伝導帯のバンドオフセット（ΔＥｃ）は大きくできる反面、価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）は非常に小さいという特徴をもつ。第２バリア層にｐ型ドープした場合、価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）が小さくなりすぎて、それに起因したリーク電流を生じるおそれがある。価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）を一定量以上保つために、第２バリア層はノンドープでも良いし、ｎ型ドープしても良い。或いは、Ｉｎを一定量添加したＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含む材料を第２バリア層の材料として用いても良い。また、ｎ型導電型を有する第１バリア層の材料としてＡｌ、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含む材料を用いることで、活性層との価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）を大きくすることが可能となる。これにより、拡散電流を防ぐ機能を高め、赤外線発光素子の特性を向上させることが可能となる。
【００２８】
＜製法＞
第一態様および第二態様の赤外線発光素子は、基板上に各層を形成する工程を経て製造される。この工程は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法または有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）法などで行うことができる。
【００２９】
＜追加の構成＞
第一態様および第二態様の赤外線発光素子は、ｎ型コンタクト層およびｐ型コンタクト層上に形成される電極と、パッシベーション膜とをさらに備えることができる。
【００３０】
第一態様および第二態様の赤外線発光素子は、基板上に複数形成して、電気的に直列接続する構造としてもよい。このような構造とすることで、単一の赤外線発光素子の出力を足し合わせることが可能となり、出力を飛躍的に向上させることができる。
【００３１】
また、第一態様または第二態様の赤外線発光素子と、この赤外線発光素子から出力される電気信号を処理する集積回路部とが、同一パッケージ内にハイブリッドに形成されても良い。赤外線発光素子と集積回路部との電気的な接続法は特に限定されない。パッケージに関しても、赤外線の透過率が高い材料であれば特に制限はなく、中空パッケージなどを用いても良い。
【００３２】
＜各構成についての詳述＞
（基板）
基板は、その上に化合物半導体層を成長できるものであれば特に制限されず、ＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板などの単結晶基板などが好ましい。また、それらの単結晶基板がドナー不純物またはアクセプタ不純物によって、ｎ型またはｐ型にドーピングされていても良い。
【００３３】
単結晶基板の面方位は、特に制限されないが、（１００）、（１１１）、（１１０）等が好ましい。また、これらの面方位に対して１°から５°傾けた面方位が用いられ得る。
【００３４】
基板の表面上に形成された複数個の赤外線発光素子を、電極で直列接続して用いる場合、各赤外線発光素子は電極以外の部分では絶縁分離されていることが好ましい。従って、基板としては、半絶縁性の基板か、基板上に形成する各層の積層体と基板とを絶縁分離可能な基板を用いることが好ましい。
【００３５】
さらに、基板として、赤外線を透過する材料を用いることにより、赤外線を基板の裏面側から取り出すことが可能となる。この場合、電極により赤外光が遮られることがないため、素子の受光面積をより広く取ることができる点で好ましい。このような基板の材料としては、半絶縁性のＳｉまたはＧａＡｓ等が好ましい。
【００３６】
通常行われるように、基板の表面を平坦化させ、清浄化させる目的で、基板と同じ材質の半導体層を基板上に形成したものが、基板として使用され得る。ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓ層を形成したものを基板として使用することは、この最も代表的な例である。
【００３７】
（バッファ層）
第一態様の赤外線発光素子は、基板とｎ型コンタクト層との間にバッファ層をさらに備えることが好ましい。バッファ層は基板の表面上に形成される。バッファ層は、その上に形成される全ての結晶性を改善するための層として機能する。これにより、結晶性の良い（欠陥の少ない）活性層を得ることができる。
【００３８】
また、第二態様の赤外線発光素子において、基板とｐ型コンタクト層との間にバッファ層がさらに備えられてもよい。
【００３９】
バッファ層の材料としては、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＧａＳｂ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂなどが挙げられる。バッファ層は、これらのうちの一つの材料の単層でも良いし、複数の層が積層された多層でも良い。また、材料の組成を連続的或いは階段状に変化させながら、格子定数をその上に形成する層（ｎ型コンタクト層またはｐ型コンタクト層）の組成に近づけるように形成された、グレーデッドバッファ層が用いられても良い。
【００４０】
バッファ層の材料は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）法により確認することが可能である。他の層の材料も同様の方法で確認可能である。
【００４１】
ＩｎＡｓ単層膜、ＧａＳｂ単層膜およびＡｌＧａＳｂ単層膜は、（ａ）結晶性が良好な膜を成膜し易い、（ｂ）ＩｎＡｓＳｂを含む活性層との格子不整合をゼロに近づけることが可能、（ｃ）単層膜の方が、グレーデッド層などと比較して膜厚が薄くて済むので、形成時間が短くて済む、などの観点から、バッファ層の材料として好ましい。
【００４２】
バッファ層がＡｌＧａＳｂ単層膜の場合、ＡｌyＧａ(1-y)Ｓｂ（０≦ｙ≦１）のＡｌ組成比ｙが大きくなると電気抵抗は高くなる。しかし、結晶性は悪くなる傾向がある。そのためＡｌ組成比ｙは所望の抵抗、結晶性に応じて適宜選択する。ＡｌyＧａ(1-y)Ｓｂ（０≦ｙ≦１）のＡｌ組成比ｙが大きすぎると酸化腐食しやすくなるため、酸化、腐食のしやすさの観点からは、Ａｌ組成比ｙを０以上０．８以下とすることが好ましい。
【００４３】
また、ＧａＳｂ単層膜はＡｌＧａＳｂ単層膜よりも、結晶性が良好な膜に成膜できるため、良好な結晶性を得るという観点からは、ＧａＳｂ単層膜を用いることがより好ましい。
【００４４】
バッファ層の膜厚は、薄すぎると活性層の結晶性改善の効果がなくなり、厚すぎると形成に時間がかかるとともに素子分離のためのメサエッチング工程が困難になるため、０．３μｍ以上２μｍ以下が好ましい。
【００４５】
バッファ層の膜厚は断面ＴＥＭ（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法により測定することが可能である。具体的には、試料作成を日立製ＦＩＢ装置（ＦＢ−２１００）を用いてＦＩＢ法により行い、日立製ＳＴＥＭ装置（ＨＤ−２３００Ａ）を用いて断面観察を行い厚さを測定することができる。バッファ層以外の層の膜厚についても、同様の測定方法を用いることで測定可能である。
【００４６】
ＧａＳｂ単層膜およびＡｌＧａＳｂ単層膜をバッファ層として用いる場合、バッファ層はノンドープでも良いし、ｎ型或いはｐ型にドーピングしても良い。
【００４７】
バッファ層上にｎ型コンタクト層を形成する場合、ノンドープのＧａＳｂ、ＡｌＧａＳｂの単層膜上にｎ型コンタクト層が形成されても良い。またｎ型にドープしたＧａＳｂ、ＡｌＧａＳｂの単層膜がそのままｎ型コンタクト層として兼用されても良い。
【００４８】
一方、バッファ層上にｐ型コンタクト層を形成する場合には、ｐ型にドープしたＧａＳｂ、ＡｌＧａＳｂの単層膜をそのままｐ型コンタクト層として兼用しても良い。ＧａＳｂ、ＡｌＧａＳｂの単層膜のｐ型化に関しては、蒸気圧が低く、最も一般的に用いられるＩＶ族元素であるＳｉをドーパントとして用いることができるので好ましい。
【００４９】
（ｎ型コンタクト層）
ｎ型コンタクト層は、電極とのコンタクト層として機能する。ｎ型コンタクト層の材料としては、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＧａＳｂ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂなどが挙げられる。
【００５０】
ｎ型コンタクト層のシート抵抗は、熱ノイズであるジョンソンノイズの原因となる。そのため、シート抵抗はできるだけ小さい方が良い。ｎ型コンタクト層には、コンタクト抵抗を下げるために十分なドーピングがされることが必要である。そのため、ドーピング濃度としては、１×１０18／ｃｍ3以上が好ましい。ｎ型ドーパントとしてはＳｉ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅなどが挙げられる。
【００５１】
ｎ型コンタクト層の材料としては、（ｄ）活性層をなすＩｎＡｓＳｂと格子定数が近い、（ｅ）蒸気圧が低く、最も一般的に用いられるＩＶ族元素であるＳｉをドーパントとして用いることができる、（ｆ）シート抵抗を小さくできる、という観点から、ＩｎＡｓまたはＩｎＡｓＳｂであることが特に好ましい。活性層と同じ材料であるＩｎＡｓＳｂを用いると格子定数を完全に一致させることができるため、さらに好ましい。
【００５２】
ｎ型コンタクト層の膜厚は、シート抵抗を下げるために、なるべく厚い方が好ましい。しかし、厚すぎると形成に時間がかかるとともに素子分離のためのメサエッチング工程が困難になる。このため、ｎ型コンタクト層の膜厚としては、０．１μｍ以上１μｍ以下が好ましい範囲として挙げられる。
【００５３】
（ｎ型導電型を有する第１バリア層）
第一態様および第二態様赤外線発光素子のｎ型導電型を有する第１バリア層は、Ａｌ、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを含む化合物半導体層からなり、活性層からの拡散電流を防ぐ機能を有する。ＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む活性層に対してバンドギャップの大きいＡｌ、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを含む材料を第１バリア層として用いることで、価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）が大きくなる。
【００５４】
活性層と第１バリア層の格子定数が異なる場合、第１バリア層の膜厚が臨界膜厚を超えると、第１バリア層の結晶性が劣化するため、材料選択の際には、伝導帯或いは価電子帯のバンドオフセットおよび結晶性劣化の両方を考慮する必要がある。第１バリア層の膜厚を厚くするという観点からは、活性層と第１バリア層の格子定数の差はなるべく小さい方が好ましい。
【００５５】
また、第１バリア層は、ｎ型ドーピングにより価電子帯の上端を下げることができ、熱励起された正孔の拡散障壁としてより効果的に機能する。そのため、第１バリア層は十分なドーピングがなされている必要がある。ドーピング濃度は１×１０18／ｃｍ3以上であることが好ましい。ｎ型ドーパントとしてはＳｉ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅなどが挙げられる。
【００５６】
第１バリア層の材料をＡｌＩｎＡｓＳｂとする場合、ＡｌＩｎＡｓＳｂのＡｌ組成比が小さすぎると十分な価電子帯のバンドオフセットを確保できず、また、ＡｌＩｎＡｓＳｂのＡｌ組成比が大きすぎるとＩｎＡｓＳｂを含む活性層との格子定数の差が大きくなり、第１バリア層の臨界膜厚が小さくなるため、ｎ型バリア層として十分な膜厚を確保できなくなる。そのため、ＡｌＩｎＡｓＳｂのＡｌ組成比は０．１以上、かつ、０．５以下が好ましい。
【００５７】
第１バリア層の膜厚は、赤外線発光素子の抵抗を下げるために、なるべく薄い方が良い。しかし、電極と活性層との間にトンネルリークが発生しないだけの膜厚は必要となる。このため、第１バリア層の膜厚は０．０１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．０２μｍ以上である。なお、第１バリア層の膜厚の上限については、活性層と第１バリア層との格子定数との差によって決まる臨界膜厚によって制限される。
【００５８】
（活性層）
第一態様および第二態様の赤外線発光素子の活性層はＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む。活性層のＡｓ組成比ｘは、特に限定されないが、Ａｓ組成比ｘを所望の値に設定することで、赤外線発光のピーク波長を、３μｍから１０μｍの広範囲にわたり制御することが可能である。バッファ層としてＩｎＡｓ、ＡｌＧａＳｂ、ＧａＳｂを用いた場合には、活性層のＩｎＡｓＳｂの格子定数がバッファ層の格子定数に近い方が良好な結晶が得られるため、Ａｓ組成比ｘは０．７以上１以下が好ましい。
【００５９】
活性層の膜厚は、光吸収量を増やすためには厚い方が好ましいが、厚すぎると形成に時間がかかるとともに素子分離のためのメサエッチング工程が困難になるため、０．５μｍ以上３μｍ以下が好ましい。
【００６０】
活性層はノンドープのものでも良いし、ｎ型またはｐ型にドーピングされたものでもよい。ＩｎＡｓＳｂはバンドギャップが非常に小さいため、真性キャリア密度が非常に大きい。このことは、拡散電流の増大およびオージェ再結合過程の促進をもたらす。活性層をｐ型にドーピングすることで、これらの影響を低減することができる。ドーピング量は適宜設定される。
【００６１】
ＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む活性層のｐ型ドーパントとしては、一般的にはＢｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃ、Ｍｇ、Ｇｅなどが好ましく用いられるが、Ｚｎは活性化率が高く、毒性も低いため、より好ましく用いられる。
【００６２】
（第２バリア層）
第一態様および第二態様の赤外線発光素子の第２バリア層は、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを含む化合物半導体層からなり、活性層からの拡散電流を防ぐ機能を有する。ＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む活性層に対してバンドギャップの大きいＡｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを含む材料を第２バリア層の材料として用いることで、伝導帯のバンドオフセット（ΔＥｃ）が大きくなる。
【００６３】
また、第２バリア層は、ｐ型ドーピングにより伝導帯の下端を上げることができ、熱励起された電子の拡散障壁としてより効果的に機能する。そのため第２バリア層へは、ドーピング濃度は１×１０18／ｃｍ3以上のｐ型ドープすることが多い。しかしながら、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含む材料は、活性層であるＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）に対して伝導帯のバンドオフセット（ΔＥｃ）は大きくできる反面、価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）は非常に小さいという特徴をもつ。第２バリア層にｐ型ドープした場合、価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）が小さくなりすぎて、それに起因したリーク電流を生じるおそれがある。価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）を一定量以上保つために、第２バリア層はノンドープでも良いし、ｎ型ドープしても良い。或いは、Ｉｎを一定量添加したＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを少なくとも含む材料を第２バリア層の材料として用いても良い。
【００６４】
活性層に含まれるＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）との格子定数の差が十分小さいため、第２バリア層のＡｌ組成比は臨界膜厚によって制約されない。しかし、Ａｌ組成比が大きすぎると酸化、腐食などの懸念があるため、Ａｌ組成比は０以上、かつ、０．８以下が好ましい。また、Ａｓ組成比は小さ過ぎると、活性層ＩｎＡｓＳｂとの価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）が小さくなりすぎる懸念がある。一方、Ａｓ組成が大き過ぎると活性層ＩｎＡｓＳｂとの格子定数の差が大きくなり、臨界膜厚による制約を受けるため、Ａｓ組成は０．０１以上０．３以下が好ましい。
【００６５】
第２バリア層の膜厚は、発光素子の素子抵抗を下げるために、なるべく薄い方が良いが、電極と活性層との間にトンネルリークが発生しないだけの膜厚が必要である。このため、第２バリア層の膜厚は０．０１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．０２μｍ以上である。なお、第２バリア層の膜厚の上限については、活性層と第２バリア層との格子定数との差によって決まる臨界膜厚によって制限される。
【００６６】
（ｐ型コンタクト層）
ｐ型コンタクト層は、電極とのコンタクト層として機能する。ｐ型コンタクト層の材料としては、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＧａＳｂ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂなどが挙げられる。
【００６７】
ｐ型コンタクト層のシート抵抗は、熱ノイズであるジョンソンノイズの原因となる。そのため、シート抵抗はできるだけ小さい方が良い。ｐ型コンタクト層には、コンタクト抵抗を下げるために十分なドーピングがされることが必要である。そのため、ドーピング濃度としては、１×１０18／ｃｍ3以上が好ましい。ｐ型ドーパントとしては、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃ、Ｍｇ、Ｇｅなどが挙げられる。
【００６８】
ｐ型コンタクト層の材料としては、（ｄ）活性層に含まれるＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）と格子定数が近い、（ｅ）蒸気圧が低く、最も一般的に用いられるＩＶ族元素であるＳｉをドーパントとして用いることができる、（ｆ）シート抵抗を小さくできる、という観点から、ＡｌＧａＳｂ、ＧａＳｂが好ましい。ｐ型コンタクト層の材料がＧａＳｂであると、ＡｌＧａＳｂである場合よりもシート抵抗を小さくできるため、好ましい。
【００６９】
また、Ｉｎ組成を制御することでＩｎＡｓＳｂと格子整合が可能であるため、ＧａＩｎＳｂをｐ型コンタクト層の材料として用いることも好ましい。
【００７０】
もちろん、活性層と同じ組成のＩｎＡｓＳｂがｐ型コンタクト層として用いられても良い。この場合、ｐ型ドーパントとしては、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃ、Ｍｇ、Ｇｅなどが挙げられる。
【００７１】
ｐ型コンタクト層の膜厚は、シート抵抗を下げるために、なるべく厚い方が好ましい。しかし、厚すぎると形成に時間がかかり、かつ、素子分離のためのメサエッチング工程が困難になる。このため、ｐ型コンタクト層の膜厚は０．１μｍ以上１μｍ以下が好ましい範囲として挙げられる。
【００７２】
（パッシベーション膜）
パッシベーション膜は、絶縁性の膜であれば特に限定されない。パッシベーション膜の材料として、シリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）またはシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ）などが挙げられる。
【００７３】
（電極）
電極としては、ｐ型コンタクト層に電気的に接続するｐ型電極と、ｎ型コンタクト層に電気的に接続するｎ型電極がある。電極は、導電性の膜で構成されていれば特に限定されず、上層／下層がＡｕ／ＴｉまたはＡｕ／Ｃｒ等の積層膜が挙げられる。
【００７４】
［実施形態］
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。
【００７５】
なお、以下の説明で使用する図において、図示されている各部の寸法関係は、実際の寸法関係と異なる場合がある。
【００７６】
＜第一実施形態＞
（構成）
第一実施形態の赤外線発光素子は、図３に示すように、基板１と、バッファ層７と、ｎ型コンタクト層２と、ｎ型導電型を有する第１バリア層３と、活性層４と、第２バリア層５と、ｐ型コンタクト層６と、ｎ型電極８と、ｐ型電極９と、パッシベーション膜１０とを備えている。
【００７７】
基板１上に、バッファ層７、ｎ型コンタクト層２、ｎ型導電型を有する第１バリア層３、活性層４、第２バリア層５、およびｐ型コンタクト層６が、この順に形成されている。つまり、バッファ層７、ｎ型コンタクト層２、ｎ型導電型を有する第１バリア層３、活性層４、第２バリア層５、およびｐ型コンタクト層６を備える化合物半導体積層体が、基板１上に形成されている。
【００７８】
バッファ層７およびｎ型コンタクト層２の幅は、ｎ型導電型を有する第１バリア層３、活性層４、第２バリア層５、およびｐ型コンタクト層６の幅より大きい。つまり、ｎ型コンタクト層２とｎ型導電型を有する第１バリア層３との間に段差がある。この段差により生じたｎ型コンタクト層２の上面にｎ型電極８が形成され、ｐ型コンタクト層６の上面にｐ型電極９が形成されている。
【００７９】
パッシベーション膜１０により、基板１の上面、化合物半導体積層体の側面および上面が覆われている。ｎ型電極８とｐ型電極９の上部はパッシベーション膜１０から露出している。
【００８０】
基板１はＧａＡｓを含む。バッファ層７はＩｎＡｓ、ＡｌＧａＳｂ或いはＧａＳｂを含む。ｎ型コンタクト層２はＳｉ（ｎ型ドーパント）を含むＩｎＡｓＳｂを含む。ｎ型導電型を有する第１バリア層３はＳｉ（ｎ型ドーパント）を含むＡｌＩｎＡｓＳｂを含む。活性層４はＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む。第２バリア層５はＡｌＧａＡｓＳｂを含む。ｐ型コンタクト層６はＳｉ（ｐ型ドーパント）を含むＧａＳｂまたはＧａＩｎＳｂ、或いはＺｎ（ｐ型ドーパント）を含むＩｎＡｓＳｂを含む。ｎ型電極８はＡｕ／Ｔｉを含む。ｐ型電極９はＡｕ／Ｔｉを含む。パッシベーション膜１０はシリコン窒化物を含む。
【００８１】
（作用、効果）
第一実施形態の赤外線発光素子によれば、ＡｌＧａＡｓＳｂを含む第２バリア層５を備えることで、活性層４と第２バリア層５との伝導体のバンドオフセット（ΔＥｃ）を十分大きくすることができる。また、ＩｎＡｓ、ＡｌＧａＳｂ或いはＧａＳｂを含むバッファ層７を有することで、ＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む活性層４の結晶性が改善される。また、ｎ型コンタクト層２が活性層４と同じＩｎＡｓＳｂを含むため、ｎ型コンタクト層２と活性層４の格子定数が一致する。
【００８２】
また、ｎ型導電型を有する第１バリア層３が、活性層４をなすＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）に対するバンドギャップエネルギーが大きいＡｌＩｎＡｓＳｂを含むため、価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）が大きく取れる。また、ｐ型コンタクト層６が、活性層４をなすＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）と格子定数が近いＧａＳｂまたはＧａＩｎＳｂ或いはＩｎＡｓＳｂを含む。
【００８３】
以上のことから、第一実施形態の赤外線発光素子によれば、良好な発光特性が得られる。
【００８４】
（製造方法）
先ず、ＧａＡｓウエハ（基板１）の上面に、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法を用いて、バッファ層７、ｎ型コンタクト層２、ｎ型導電型を有する第１バリア層３、活性層４、第２バリア層５、およびｐ型コンタクト層６が形成される。次に、酸によるウェットエッチングまたはイオンミリング法などにより、素子毎に、ｎ型導電型を有する第１バリア層３、活性層４、第２バリア層５、およびｐ型コンタクト層６を、部分的に除去して、ｎ型コンタクト層２とｎ型電極８とのコンタクトを取るための段差形成が行われる。これにより、ＧａＡｓウエハ上に、段差を有する複数の化合物半導体積層体が形成される。
【００８５】
次に、段差を有する複数の化合物半導体積層体に対して、素子分離のためのメサエッチングが行われる。ここでは、段差の底部に現れているｎ型コンタクト層とバッファ層を順次、部分的に除去する。これにより、素子分離領域には基板１の上面が露出する。
【００８６】
次に、シリコン窒化物を含むパッシベーション膜１０により、基板１の上面および素子分離された化合物半導体積層体の上面および側面が覆われる。
【００８７】
次に、パッシベーション膜１０のうちｎ型電極８およびｐ型電極９を形成する部分をエッチングして貫通穴が形成される。次に、リフトオフ法などでこの貫通穴を埋めるようにＡｕ／Ｔｉ電極が形成される。
【００８８】
＜第二実施形態＞
（構成）
第二実施形態の赤外線発光素子は、図４に示すように、基板１と、ｐ型コンタクト層６と、第２バリア層５と、活性層４と、ｎ型導電型を有する第１バリア層３と、ｎ型コンタクト層２と、ｎ型電極８と、ｐ型電極９と、パッシベーション膜１０とを備えている。
【００８９】
基板１上に、ｐ型コンタクト層６と、第２バリア層５と、活性層４と、ｎ型導電型を有する第１バリア層３と、ｎ型コンタクト層２が、この順に形成されている。つまり、ｐ型コンタクト層６と、第２バリア層５と、活性層４と、ｎ型導電型を有する第１バリア層３と、およびｎ型コンタクト層２を備える化合物半導体積層体が、基板１上に形成されている。
【００９０】
ｐ型コンタクト層６の幅は、第２バリア層５と、活性層４と、ｎ型導電型を有する第１バリア層３と、ｎ型コンタクト層２の幅より大きい。つまり、ｐ型コンタクト層６と第２バリア層５との間に段差がある。この段差により生じたｐ型コンタクト層６の上面にｐ型電極９が形成され、ｎ型コンタクト層２の上面にｎ型電極８が形成されている。
【００９１】
パッシベーション膜１０により、基板１の上面、化合物半導体積層体の側面および上面が覆われている。ｎ型電極８とｐ型電極９の上部はパッシベーション膜１０から露出している。
【００９２】
基板１はＧａＡｓを含む。ｎ型コンタクト層２はＳｉ（ｎ型ドーパント）を含むＩｎＡｓＳｂを含む。ｎ型導電型を有する第１バリア層３はＳｉ（ｎ型ドーパント）を含むＡｌＩｎＡｓＳｂを含む。活性層４はＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）を含む。第２バリア層５はＡｌＧａＡｓＳｂを含む。ｐ型コンタクト層６はＳｉ（ｐ型ドーパント）を含むＧａＳｂを含む。ｎ型電極８はＡｕ／Ｔｉを含む。ｐ型電極９はＡｕ／Ｔｉを含む。パッシベーション膜１０はシリコン窒化物を含む。
【００９３】
（作用、効果）
第二実施形態の赤外線発光素子によれば、ＡｌＧａＡｓＳｂを含む第２バリア層５を備えることで、活性層４と第２バリア層５との伝導体のバンドオフセット（ΔＥｃ）を十分大きくすることができる。
【００９４】
また、ｎ型コンタクト層２が活性層４と同じＩｎＡｓＳｂを含むため、ｎ型コンタクト層２と活性層４の格子定数が一致する。また、ｎ型導電型を有する第１バリア層３が、活性層４をなすＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）に対するバンドギャップエネルギーが大きいＡｌＩｎＡｓＳｂを含むため、価電子帯のバンドオフセット（ΔＥｖ）が大きく取れる。また、ｐ型コンタクト層６が、活性層４をなすＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）と格子定数が近いＧａＳｂを含むことで、活性層４をなすＩｎＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ｘ≦１）の結晶性を良好にすることができる。
【００９５】
以上のことから、第二実施形態の赤外線発光素子によれば、良好な発光特性が得られる。
【００９６】
（製造方法）
第二実施形態の赤外線発光素子は第一実施形態の赤外線発光素子と化合物半導体積層体の構成が異なるため、各層の形成順が異なるが、基本的には第一実施形態に記載された方法で製造できる。
【実施例】
【００９７】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００９８】
［実施例１］
図３に示す構造の赤外線発光素子を以下のようにして作製した。
【００９９】
ＭＢＥ法により、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶を含む基板１上に、バッファ層７と、ｎ型コンタクト層２と、ｎ型導電型を有する第１バリア層３と、活性層４と、第２バリア層５と、ｐ型コンタクト層６を順次積層することにより、ＰＩＮ構造の化合物半導体積層体が形成された。
【０１００】
この積層工程において、バッファ層７として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＩｎＡｓ層が０．５μｍの厚さで形成された。ｎ型コンタクト層２として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．７μｍの厚さで形成された。ｎ型導電型を有する第１バリア層３として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ａｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．０２μｍの厚さで形成された。活性層４として、ノンドープのＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が２μｍの厚さで形成された。第２バリア層５として、ノンドープのＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ0.15Ｓｂ0.85層が０．０２μｍの厚さで形成された。ｐ型コンタクト層６として、Ｚｎを３×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｐ型のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．５μｍの厚さで形成された。
【０１０１】
得られた化合物半導体積層体のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13を含む活性層４について、Ｘ線回折ピークのロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ値）は、３８０ａｒｃｓｅｃであった。
【０１０２】
この化合物半導体積層体に対して以下の工程を行うことにより、実施例１の赤外線発光素子を作製した。
【０１０３】
まず、ｎ型コンタクト層２とのコンタクトをとるための段差形成が、酸によるウェットエッチングまたはイオンミリング法などにより行われた。次いで、段差形成がされた化合物半導体積層体に対して、素子分離のためのメサエッチングが行われた。その後、ＳｉＮを含むパッシベーション膜１０により、基板１の上面および素子分離された化合物半導体積層体の上面および側面が覆われた。次いで、パッシベーション膜１０の電極形成部分に貫通穴が形成された。次いで、ｎ型コンタクト層２の段差部分上およびｐ型コンタクト層６上の２箇所に、Ａｕ／ＴｉをＥＢ（電子ビーム）蒸着し、リフトオフ法により各貫通穴にｎ型電極８およびｐ型電極９がそれぞれ形成された。
【０１０４】
このようにして、図３に示す構造の赤外線発光素子を得た。
【０１０５】
［実施例２］
上記のＰＩＮ構造の積層工程において、バッファ層７として、ノンドープのＡｌ0.55Ｇａ0.45Ｓｂ層が０．５μｍの厚さで形成された。ｎ型コンタクト層２として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．７μｍの厚さで形成された。ｎ型導電型を有する第１バリア層３として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ａｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．０２μｍの厚さで形成された。活性層４として、ノンドープのＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が２μｍの厚さで形成された。第２バリア層５として、ノンドープのＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ0.15Ｓｂ0.85層が０．０２μｍの厚さで形成された。ｐ型コンタクト層６として、Ｚｎを３×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｐ型のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．５μｍの厚さで形成された。
【０１０６】
得られた化合物半導体積層体のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13を含む活性層４について、Ｘ線回折ピークのロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ値）は、３０６ａｒｃｓｅｃであった。
【０１０７】
この化合物半導体積層体に対して実施例１と同じ工程を行うことにより、実施例２の赤外線発光素子を作製した。
【０１０８】
［実施例３］
上記のＰＩＮ構造の積層工程において、バッファ層７として、ノンドープのＧａＳｂ層が０．５μｍの厚さで形成された。ｎ型コンタクト層２として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．７μｍの厚さで形成された。ｎ型導電型を有する第１バリア層３として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ａｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．０２μｍの厚さで形成された。活性層４として、ノンドープのＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が２μｍの厚さで形成された。第２バリア層５として、ノンドープのＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ0.15Ｓｂ0.85層が０．０２μｍの厚さで形成された。ｐ型コンタクト層６として、Ｚｎを３×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｐ型のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．５μｍの厚さで形成された。
【０１０９】
得られた化合物半導体積層体のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13を含む活性層４について、Ｘ線回折ピークのロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ値）は、１８５ａｒｃｓｅｃであった。
【０１１０】
この化合物半導体積層体に対して実施例１と同じ工程を行うことにより、実施例３の赤外線発光素子を作製した。
【０１１１】
［実施例４］
上記のＰＩＮ構造の積層工程において、バッファ層７として、ノンドープのＧａＳｂ層が０．５μｍの厚さで形成された。ｎ型コンタクト層２として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．７μｍの厚さで形成された。ｎ型導電型を有する第１バリア層３として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ａｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．０２μｍの厚さで形成された。活性層４として、ノンドープのＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が２μｍの厚さで形成された。第２バリア層５として、ノンドープのＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ0.15Ｓｂ0.85層が０．０２μｍの厚さで形成された。ｐ型コンタクト層６として、Ｓｉを３×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｐ型のＧａＳｂ層が０．５μｍの厚さで形成された。
【０１１２】
得られた化合物半導体積層体のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13を含む活性層４について、Ｘ線回折ピークのロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ値）は、１８５ａｒｃｓｅｃであった。
【０１１３】
この化合物半導体積層体に対して実施例１と同じ工程を行うことにより、実施例４の赤外線発光素子を作製した。
【０１１４】
［実施例５］
上記のＰＩＮ構造の積層工程において、バッファ層７として、ノンドープのＧａＳｂ層が０．５μｍの厚さで形成された。ｎ型コンタクト層２として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．７μｍの厚さで形成された。ｎ型導電型を有する第１バリア層３として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ａｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．０２μｍの厚さで形成された。活性層４として、ノンドープのＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が２μｍの厚さで形成された。第２バリア層５として、ノンドープのＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ0.15Ｓｂ0.85層が０．０２μｍの厚さで形成された。ｐ型コンタクト層６として、Ｓｉを３×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｐ型のＧａ0.96Ｉｎ0.04Ｓｂ層が０．５μｍの厚さで形成された。
【０１１５】
得られた化合物半導体積層体のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13を含む活性層４について、Ｘ線回折ピークのロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ値）は、１８５ａｒｃｓｅｃであった。
【０１１６】
この化合物半導体積層体に対して実施例１と同じ工程を行うことにより、実施例５の赤外線発光素子を作製した。
【０１１７】
［実施例６］
上記のＰＩＮ構造の積層工程において、バッファ層７として、ノンドープのＧａＳｂ層が０．５μｍの厚さで形成された。ｎ型コンタクト層２として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．７μｍの厚さで形成された。ｎ型導電型を有する第１バリア層３として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ａｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．０２μｍの厚さで形成された。活性層４として、ノンドープのＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が２μｍの厚さで形成された。第２バリア層５として、Ｓｎを１×１０17／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ0.15Ｓｂ0.85層が０．０２μｍの厚さで形成された。ｐ型コンタクト層６として、Ｚｎを３×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｐ型のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．５μｍの厚さで形成された。
【０１１８】
得られた化合物半導体積層体のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13を含む活性層４について、Ｘ線回折ピークのロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ値）は、１８５ａｒｃｓｅｃであった。
【０１１９】
この化合物半導体積層体に対して実施例１と同じ工程を行うことにより、実施例６の赤外線発光素子を作製した。
【０１２０】
表１は、実施例１から実施例６をまとめたものである。
【０１２１】
【表１】
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【０１２２】
［実施例７］
図４に示す構造の赤外線発光素子を以下のようにして作製した。
【０１２３】
ＭＢＥ法により、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶を含む基板１上に、バッファ層を兼ねたｐ型コンタクト層６と、第２バリア層５と、活性層４と、ｎ型導電型を有する第１バリア層３と、ｎ型コンタクト層２を順次積層することにより、ＰＩＮ逆構造の化合物半導体積層体が形成された。
【０１２４】
この積層工程において、バッファ層を兼ねたｐ型コンタクト層６として、Ｓｉを３×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｐ型のＧａＳｂ層が１．０μｍの厚さで形成された。また、第２バリア層５として、ノンドープのＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ0.15Ｓｂ0.85層が０．０２μｍの厚さで形成された。また、活性層４として、ノンドープのＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が２μｍの厚さで形成された。また、ｎ型導電型を有する第１バリア層３として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ａｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．０２μｍの厚さで形成された。また、ｎ型コンタクト層２として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．５μｍの厚さで形成された。
【０１２５】
この積層工程では、蒸気圧が低いため制御が簡単で、毒性もなく一般的に用いられるＳｉのみをドーパントとして用いている。つまり、この方法は、ＰＩＮ逆構造の化合物半導体積層体の作製方法として、量産性に優れた方法である。
【０１２６】
得られた化合物半導体積層体のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13を含む活性層４について、Ｘ線回折ピークのロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ値）は、１８４ａｒｃｓｅｃであった。
【０１２７】
この化合物半導体積層体に対して以下の工程を行うことにより、実施例７の赤外線発光素子を作製した。
【０１２８】
まず、ｐ型コンタクト層６とのコンタクトをとるための段差形成が、酸によるウェットエッチングまたはイオンミリング法などにより行われた。次いで、段差形成がされた化合物半導体積層体に対して、素子分離のためのメサエッチングが行われた。その後、ＳｉＮを含むパッシベーション膜１０により、基板１の上面および素子分離された化合物半導体積層体の上面および側面が覆われた。次いで、パッシベーション膜１０の電極形成部分に貫通穴が形成された。次いで、ｐ型コンタクト層６の段差部分上およびｎ型コンタクト層２上の２箇所に、Ａｕ／ＴｉをＥＢ（電子ビーム）蒸着し、リフトオフ法により各貫通穴にｐ型電極９およびｎ型電極８がそれぞれ形成された。
【０１２９】
このようにして、図４に示す構造の赤外線発光素子を得た。
【０１３０】
［実施例８］
上記のＰＩＮ逆構造の積層工程において、バッファ層を兼ねたｐ型コンタクト層６として、Ｓｉを３×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｐ型のＧａＳｂ層が１．０μｍの厚さで形成された。また、第２バリア層５として、Ｓｎを１×１０17／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ0.15Ｓｂ0.85層が０．０２μｍの厚さで形成された。また、活性層４として、ノンドープのＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が２μｍの厚さで形成された。また、ｎ型導電型を有する第１バリア層３として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ａｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．０２μｍの厚さで形成された。また、ｎ型コンタクト層２として、Ｓｉを７×１０18／ｃｍ3ドーピングしたｎ型のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13層が０．５μｍの厚さで形成された。
【０１３１】
得られた化合物半導体積層体のＩｎＡｓ0.87Ｓｂ0.13を含む活性層４について、Ｘ線回折ピークのロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ値）は、１８４ａｒｃｓｅｃであった。
【０１３２】
この化合物半導体積層体に対して実施例７と同じ工程を行うことにより、実施例８の赤外線発光素子を作製した。
【０１３３】
表２は、実施例７および実施例８をまとめたものである。
【０１３４】
【表２】
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【符号の説明】
【０１３５】
１  基板
２  ｎ型コンタクト層
３  ｎ型導電型を有する第１バリア層
４  活性層
５  第２バリア層
６  ｐ型コンタクト層
７  バッファ層
８  ｎ型電極
９  ｐ型電極
１０  パッシベーション膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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