(57)【要約】      （修正有）【課題】II-VI族半導体素子において、多層コンタクト層の最表面ＢｅＴｅ層の酸化を防止する。【解決手段】II-VI族半導体素子は、半導体層１０のスタックを含む。オーミク接触３４が提供され、このスタックに電気的に結合する。このオーミック接触は、酸化性物質に暴露されるときに、ある酸化速度を有する。パッシベーションキャップ層４２は、オーミック接触の上に重なり、オーミック接触の酸化速度よりも小さい酸化速度を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層のスタックと、
前記スタックに電気的に結合するオーミック接触と、
前記オーミック接触の上に重なるパッシベーションキャップ層と、を具備し、前記オーミック接触が、Beを含有するII-VI族半導体を含み、酸化性材料に暴露するときにある酸化速度を有し、前記パッシベーションキャップ層が、前記オーミック接触の酸化速度よりも小さい酸化速度を有する、半導体素子。
【請求項２】
前記オーミック接触がBeTeを含む、請求の範囲第１項に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記パッシベーションキャップ層がZnTeを含む、請求の範囲第１項に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記パッシベーションキャップ層が導電性である、請求の範囲第１項に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記パッシベーションキャップ層がｐ型半導体である、請求の範囲第１項に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記パッシベーションキャップ層がドープされたｎ型のものである、請求の範囲第１項に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記パッシベーションキャップ層がCdSe、CdTe、HgS、HgSeおよびZnSeから成るグループから選択される、請求の範囲第１項に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記パッシベーションキャップ層が金属を含む、請求の範囲第１項に記載の半導体素子。
【請求項９】
前記スタックが発光ダイオードを形成する、請求の範囲第１項に記載の半導体素子。
【請求項１０】
前記スタックがレーザーを形成する、請求の範囲第１項に記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
政府所有権
米国政府は、Defense Advanced Research Projects Agency（国防総省）およびDepartment of the Army（陸軍省）/Army Research Office（陸軍研究機関）により承認された契約第DAAH04-94-C0049号により本発明に一定の権利を有する。
【０００２】
背景技術
本発明は、レーザーダイオードおよび発光ダイオードなどのII-VI族半導体素子に関する。厳密には、本発明は、II-VI族半導体素子へのオーミック接触のパッシベーションキャップ層に関する。
II-VI族化合物半導体素子が知られている。そのような素子は、１９９３年５月２５日に発行された米国特許第5,213,998号；１９９３年９月２８日に発行された米国特許第5,248,631号；１９９３年１２月２８日に発行された米国特許第5,274,269号；１９９４年３月１日に発行された米国特許第5,291,507号；１９９４年６月７日に発行された米国特許第5,319,219号；１９９５年３月７日に発行された米国特許第5,395,791号；１９９５年３月７日に発行された米国特許第5,396,103号；１９９５年４月４日に発行された米国特許第5,404,027号；１９９４年１１月８日に発行された米国特許第5,363,395号；１９９６年５月７日に発行された米国特許第5,515,393号；１９９５年５月３０日に発行された米国特許第5,420,446号；１９９５年６月１３日に発行された米国特許第5,423,943号；１９９６年７月２３日に発行された米国特許第5,538,918号；および１９９６年４月３０日に発行された米国特許第5,513,199号に記載のものなど発光または光検出素子、ダイオードおよびレーザーダイオードを構成するのに有用である。
【０００３】
歴史的に、ダイオードは赤色または赤外線光を発生させた。但し、より短い波長で、例えばスペクトルの青および緑の部分（すなわち、５９０nmと４３０nmの間の波長における）で、エネルギーを放出するダイオードが有用となるであろう数多くの用途がある。さらに、そのような短波長レーザーダイオードは、現在赤外線および赤色レーザーダイオードを使用する多くの既存システムの性能および能力を増大させている。
【０００４】
素子に対して良好な電気的接触を得ることは重要である。典型的に、II-VI族半導体ダイオードは、ｐ型ZnTeオーミック接触を採用してII-VI族半導体ダイオードのｐ型層への電導性を提供してきた。但し、オーミック接触とｐ型層との間の界面は、荷電子帯オフセットがほぼ１eVとなるようなものである。このオフセットは正孔注入に対する障壁を形成する。傾斜組成合金層がこの障壁を除去するための技術として使用されており、米国特許第5,396,103号に記載されている。但し、接触領域内における微細構造的欠陥密度の増大を生じさせる素子のオーミック接触と他の層との間に大きな格子不整合がある。これらの欠陥は、素子の性能低下に重大な役割を果たす。
【発明の開示】
【０００５】
発明の開示
本発明は、半導体層のスタックを有する半導体素子を含む。II-VI族半導体オーミック接触は、素子に電気的に結合し、ベリリウム(Be)を含む。このオーミック接触は、酸化性環境に暴露されるときにある酸化速度を有する。パッシベーションキャップ層は、オーミック接触の上に重なり、オーミック接触の酸化速度よりも小さい酸化速度を有する。
【０００６】
発明を実施するための最良の形態
本発明によるレーザーダイオード１０の構造は、第１図に概略的に示される。レーザーダイオード１０は、GaAs基板上に分子ビームエピタキシー（MBE）によって成長させたヘテロエピタキシー層から造られた広バンドギャップII-VI族素子である。レーザーダイオード１０は、GaAs基板１２上に造られ、CdZnSe量子井戸活性層１８によってそれぞれ分離された下側（第１）および上側（第２）ZnSSe導光層１４、１６を含む。活性層１８と反対側の導光層１４、１６の表面は、下側（第１）および上側（第２）MgZnSSeクラッド層２０、２２のそれぞれの境界となる。下側ZnSe:Clバッファ層２４は、導光層１４の反対側にある下側クラッド層２０の表面上に配置される。上側BeTe:N/ZnSeオーミック接触３４は、導光層１６の反対側にある上側クラッド層２２の表面上に配置される。
GaAsバッファ層２８は、基板１２を下側ZnSe:Clバッファ層２４を分離して続いて成長する層の高結晶化質の達成を確実にする。ｐ型接触３４は、ZnSe:N層２６、ZnSe/BeTe:N傾斜層３６、BeTe:N層３８およびZnTe:Nキャップ層４２によって形成される。電極４１は、層４２に対する電気的接触のために提供される。さらに、電極４０は、下側バッファ層２４の反対側のGaAs基板１２と接触するように提供される。層２０、２４は、全てClでドープされたｎ型のものである（すなわち、第１導電性型のものである）。さらに、層２２、２６は、Nでドープされたｐ型のものである（すなわち、第２導電性型のものである）。活性層１８は、CdZnSeまたはCdZnSSe半導体のアンドープ量子井戸層である。層１２−４０は、本発明による「半導体層のスタック」となる。
【０００７】
第２図は、ｐ型ZnSe層２６上に成膜された本発明によるｐ型接触３４の詳述である。第２図に示されるように、デジタル傾斜層３６は、１枚ずつ上に積み重ねられた複数の層から成る。ｐ型ZnTeキャップ層４２は、ｐ型BeTe層３８上に成膜される。本発明により、キャップ層４２は、BeTe層３８の酸化速度よりも小さい酸化速度を有する。キャップ層４２は、層３８を完全に覆うのに十分な厚みと堅さとを有する。故に、キャップ層４２は、層３８を空気および他の酸化剤から保護し、それによって層３８の酸化を防止する。当業者は、キャップ層４２は、任意の適切な材料のものであっても良いことが理解されよう。ZnTeは、それがII-VI族半導体素子の製造工程に容易に組み込まれるという理由で、選択される。他の適当なキャップ層材料は、CdSe、HgSe、およびほとんどの金属を含む。
【０００８】
II-VI族青-緑半導体レーザーダイオード用のp-ZnSeをベースにした層への１つの共通低抵抗ｐ型オーミック接触は、p-ZenTeである。P-ZnTe/p-ZnSe界面におけるエネルギー帯構成は、ほぼ１eVの価電子帯オフセットが正孔注入に対する障壁を形成するようなものである。この障壁を除去するために通常に使用される技術は、p-ZnSeとp-ZnTeとの間にデジタル傾斜Zn(Se、Te)層を導入することである。但し、ZnTe/ZnSe層の大きな格子不整合が、接触領域内に高微細構造欠陥密度を生じさせ、接触低下に重大な役割を果たす恐れがある。２．７eVのバンドギャップを有する、BeTeが、ZnSeおよびGaAsに密接に格子整合されるので、Bete/ZnSeデジタル傾斜層を有するBeTe層は、ｐ型ZnSeをベースにした半導体に対するオーミック接触の理想的候補となるように思われる。
【０００９】
p-ZnTexSe1-x線形傾斜オーミック接触よりも優れた電気的特性を有するべきであるp-ZnSeに対する２００Åp-BeTeおよび３００〜９００Åp-BexZn1-xTeySe1-y線形傾斜バンドギャップオーミック接触を含む接触構造が、提案されている。P-ZnSe（〜０．７％）およびGaAsに対する小さな格子不整合のため、BeTeおよびBexZn1-xTexSe1-x傾斜バンドギャップ層は、p-ZnSeをベースにした半導体に対して改善されたオーミック接触を提供する。これらの接触は、II-VI族レーザー構造体全体がGaAs基板で疑似形態的に成長させるようにできる。典型的に、BeTe層の成膜後に、その基板はMBEチャンバから取り出され、空気または他の酸化剤に暴露される。
【００１０】
本発明は、BeTeが、空気中で化学的に活性であり、酸素と反応し易くてアモルファスBeO層を形成するという発見を含む。
【００１１】
室温における空気中でのBeTeのこの酸化は、断面的透過型電子顕微鏡法(TEM)を用いて実験的に観察されている。
【００１２】
この酸化層は、レーザーデバイス処理および製造中の潜在的問題となる。この非導電性酸化層は、レーザーダイオードの効率を制限し、室温連続波動作中のレーザーの寿命をも縮め得る。故に、空気中でのBeTe表面の酸化を防止することが必要である。本発明は、BeTe表面が空気に暴露される前に続いてBeTe表面上に成膜された導電性キャップ層を備えたこの件についても注意を向ける。ある実施例では、このキャップ層はZnTe層である。
【００１３】
本発明の利点は、実験的に観察されている。ある検証では、３００Åp-BeTeおよび３００ÅZnSe/BeTeデジタル傾斜層から成る２つの接触は、p-ZnSe上にMBEによって成長させた。P-ZnTeの５０Åキャップ層は、２つの３００Åp-BeTe仕上げ表面の片面上に続いて成膜された。これらの２つのウエハは、次にデバイス処理のために空気に暴露された。２つの接触構造体は、断面的透過型電子顕微鏡法（TEM）によって特徴付けられた。
【００１４】
未キャップBeTeの頂上部において薄膜アモルファス層が観察されたが、ZnTeキャップ層とBeTe層との間にはいかなるアモルファス層も観察されなかった。故に、BeTeは、室温での空気中でも酸化を受けることが発見された。一方、ZnTeキャップ層がBeTe表面を保護し、いかなる酸化層も観察されなかった。ZnTeキャップ層を備えたそのようなBeTe接触は、２kA/cm2の電流密度での加速試験下で６００hrを超える接触寿命を有した。これは、１kA/cm2で２０hrしか動作しなかったZnTeをベースにした接触と対照する。
【００１５】
本発明は、好ましくは導電性である酸化に対して比較的高抵抗を有する他の材料を採用しても良い。例えば、p-CdSe、p-CdTe、p-HgS、p-HgSe等がBeTeのキャップ層として使用できる。さらに、ZnSeは、層がそれを通して電子のトンネル効果が起きるほど十分に薄い（約１００Åまで）場合にキャップ層として使用できる。まとまると抵抗性となる他の材料は、それらが導電性となるほど十分に薄い場合には選択されても良い。さらに、Pt、Pd、Ir、Rh、Ni、CoおよびAuなどの高仕事関数を有するインサイチュー金属接触は、製造中にBeTe表面を保護するために空気に暴露させることなくBeTe表面上に直に成膜できる。例えば、Ai、Ti、ZnおよびCdなどのより低い仕事関数の金属でも利用できる。酸化し易いII-VI族半導体内の任意の層をキャップすることは本発明の範囲内である。そのような層は、ドープされたｐ型またはｎ型のものであるBE含有化合物から成る。ドープされたｎ型のものである半導体層の場合、キャップ層も、良好な導電性を達成するためにドープされたｎ型のものであったであろう。
【００１６】
本発明は好適な実施例を参考にして説明されてきたが、当業者は、変更が本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく形式および詳細にわたって行われても良いことは理解されよう。ここで使用される場合、「II-VI族半導体層のスタック」は、光生成素子、ここで詳述されたレーザーダイオード、またはダイオード、ｎ型の素子までなどの他の構造体を含む任意の層または層群を含む。本発明は、II-VI族素子の容易に酸化される層が酸化剤に暴露されなければならないような任意の状況に巧く適合する。本発明の半導体素子は、レーザー、発光ダイオード、センサーなどとして有用である。本発明の半導体を使用する素子は、光通信素子、光蓄積装置、光読み出し/書き込み素子などを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によるII-VI族半導体レーザーダイオードの層を示す簡略化ブロック図である。
【図２】第１図に示された半導体レーザーダイオード内のｐ型接触の詳細図である。
【図１】
2007311808.tif 000003
【図２】
2007311808.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月7日(2007.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層のスタックと、
前記スタックに電気的に結合するオーミック接触とを具備し、
前記オーミック接触は２つの異なるII-VI族半導体材料の順に並んだ副層からなる１つのデジタル傾斜層を含み、前記副層の最上層はBeを含有し、酸化性材料に暴露するときにある酸化速度を有する半導体デバイスであって、
前記オーミック接触の前記Beを含有する最上層の上に重なる、Beを含有しないII-VI族半導体を含む、エピタキシャル付着された薄いパッシベーションキャップ層であって、前記オーミック接触の酸化速度よりも小さい酸化速度を有するパッシベーションキャップ層が存在し、前記パッシベーションキャップ層がZnTe、CdSe、CdTe、HgSおよびHgSeから成る群より選択されるキャッピング材料を含み、前記オーミック接触がまさに１層のキャッピング材料を有する、半導体デバイス。
【外国語明細書】
2007311808000001.pdf