(57)【要約】【課題】電極との接触抵抗が小さく、熱処理を不要とし得るｐ型コンタクト層を有する発光素子用エピタキシャルウエハ及び発光素子を提供する。【解決手段】発光素子用エピタキシャルウエハは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３、活性層４及びｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５からなる発光部を有し、ｐ型ＡｌＧａＡｓ型クラッド層５の上に、電極形成層として、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６が形成されている。発光素子は、この発光素子用エピタキシャルウェハを用いて作製され、ｎ型ＧａＡｓ基板１側にｎ電極７が、またｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６側にノンアロイ系のｐ電極８が形成されている。【選択図】図１
2007288068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、活性層及びｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層からなる発光部を有し、
前記ｐ型ＡｌＧａＡｓ型クラッド層の上に、電極形成層として、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層が形成されていることを特徴とする発光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項２】
前記ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層の厚さが、１０ｎｍ〜０．２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の発光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項３】
前記ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層のｐ型ドーパントが、Ｚｎ又はＭｇであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の発光素子用エピタキシャルウェハを用いて作製され、前記ｎ型ＧａＡｓ基板側にｎ電極が、また前記ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層側にノンアロイ系のｐ電極が形成されていることを特徴とする発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＤ（Laser Diode）、ＬＥＤ（Light Emitted Diode）などの発光素子用エピタキシャルウエハ及び発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰなどのIII／Ｖ族化合物半導体結晶を用いた半導体レーザーダイオード（ＬＤ）は、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）やコンパクトディスク（ＣＤ）などの光ディスクシステムにおいて、読み取り用光源や書き込み用光源として広く用いられている。また発光ダイオード（ＬＥＤ）はディスプレイ、リモコン、センサー、車載用ランプ等、様々な用途に用いられている。
【０００３】
化合物半導体結晶を成長する方法の一つに有機金属気相成長法（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy、以下ＭＯＶＰＥ法と言う）がある。ＭＯＶＰＥ法では、III族有機金属原料ガスとＶ族原料ガスを、高純度水素キャリアガスとの混合ガスとして成長炉内に導入し、成長炉内で加熱された基板付近で原料を熱分解して、基板上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる。
【０００４】
従来のＡｌＧａＡｓ系のレーザーダイオード用エピタキシャルウエハには、図４に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板４１上に、ｎ型バッファ層４２、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４３、活性層４４、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４５およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層４６を順次積層した構造を有するものがある。ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４３、活性層４４、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４５からダブルヘテロ構造の発光部が形成されている。活性層４４で発光した光は、活性層４４とＡｌＧａＡｓクラッド層４３，４５との界面で全反射を繰り返し、活性層４４内を導波されて、結晶端面から外部に出射する。
【０００５】
レーザーダイオードは、このレーザーダイオード用エピタキシャルウエハに対し、発光部に順方向電流を注入するため、ｎ型ＧａＡｓ基板４１にｎ電極４７を、またｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４５にｐ電極４８を形成する。このとき、ｐ電極４８と半導体との間でオーミック接触を実現するために、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４５とｐ電極４８との間に、ｐ型不純物を高濃度でドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層４６を介在させている。ｐ型層では、不純物として亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）が、また、ｎ型層では、不純物としてシリコン（Ｓｉ）が用いられる。
【０００６】
しかし、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４６では、良好なオーミック特性を得ることが困難であった。すなわち、ｐ電極４８とｐ型ＧａＡｓコンタクト層４６との間で接触（コンタクト）抵抗が大きく、また、レーザーダイオードの電圧−電流特性が異常になることがあった。
【０００７】
そこで、ｐ電極４８とｐ型ＧａＡｓコンタクト層４６との間の接触抵抗を低減する方法として、ｐ電極４８の金属材料を選定したり、さらにｐ電極形成後の熱処理（アロイ）工程の最適化を図ったり、また、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４６のドーピング濃度を高めて表面空乏層幅を狭くする方法が提案されている。
【０００８】
なお、ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の技術分野において、ｐ型ＩｎＧａＡｓのベース層上に形成するオーミック電極をＰｄ／Ｚｎ／Ｐｔ／Ａｕ層とすること（例えば、特許文献１参照）が知られている。
【特許文献１】特開平６−３１０７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したｐ電極材料の選定や、ｐ電極形成後の熱処理（アロイ）工程の最適化を図る方法では、安定して低い抵抗値を得ることが困難であった。また、オーミック接触に必要な熱処理条件が制限されることも障害となった。つまり、熱処理を進めてしまうと、電極金属と半導体が合金化することにより変質して接触抵抗が大きくなったり、半導体内のドーパント不純物が熱拡散するためにエピタキシャル成長層の不純物濃度分布が変化してしまい、所望のＬＤ特性を得ることができなかった。
【００１０】
また、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４６中へのドーピング濃度を高めて表面空乏層幅を狭くする方法では、ＧａＡｓコンタクト層４６にＺｎを高濃度ドーピングしてエピタキシャル成長しても、ある濃度以上ではＺｎが活性化しないために、得られるキャリア濃度は高々５×１０１８ｃｍ−３に留まってしまう。また、この高濃度ドープのＧａＡｓコンタクト層４６にｐ電極４８を形成して活性化熱処理すると、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４５のＺｎが活性層４４中に拡散してしまい、所望の発光特性を得ることができないという問題もあった。
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、電極との接触抵抗が小さく、熱処理を不要とし得るｐ型コンタクト層を有する発光素子用エピタキシャルウエハ及び発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、活性層及びｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層からなる発光部を有し、前記ｐ型ＡｌＧａＡｓ型クラッド層の上に、電極形成層として、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層が形成されている発光素子用エピタキシャルウエハである。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、前記ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層の厚さが、１０ｎｍ〜０．２μｍである発光素子用エピタキシャルウエハである。
【００１４】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層のｐ型ドーパントが、Ｚｎ又はＭｇである発光素子用エピタキシャルウエハである。
【００１５】
第４の発明は、第１〜第３のいずれかの発明の発光素子用エピタキシャルウェハを用いて作製され、前記ｎ型ＧａＡｓ基板側にｎ電極が、また前記ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層側にノンアロイ系のｐ電極が形成されている発光素子である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の発光素子用エピタキシャルウエハ及びこれを用いた発光素子では、電極形成層としてのｐ型コンタクト層にＩｎＧａＡｓを採用することにより、電極との接触抵抗を低減することができ、オーミック特性が得やすい。また、本発明の発光素子では、ｐ電極活性化のための熱処理を不要とすることが可能であり、発光特性の劣化の原因となる活性層中への不純物拡散を防止・軽減でき、良好な発光特性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
この実施形態のレーザーダイオード用エピタキシャルウエハは、図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓクラッド層３（０＜ｙ＜０．６）、量子井戸構造からなる活性層４、ｐ型ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓクラッド層５（０＜ｙ＜０．６）、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６を順次エピタキシャル成長させた構造を有する。ｐ型不純物として、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）が、ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）が用いられる。
【００１８】
レーザーダイオードの作製にあっては、上記エピタキシャルウエハに対して、図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１裏面に、金（Ａｕ）／金−ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）／金（Ａｕ）からなるｎ電極７を形成すると共に、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６上に、チタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）からなるノンアロイ系のｐ電極８を形成した。電極形成後、ウエハから切り出したチップをステムに実装してレーザーダイオードを作製した。
【００１９】
本実施形態においては、ｐ電極８を形成する電極形成層であるｐ型コンタクト層を、従来のｐ型ＧａＡｓコンタクト層からｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６に変更している。このため、ＧａＡｓで問題とされた高密度の表面準位によるフェルミ準位のピン止め効果（表面ピンニング）がなくなり、ショットキー障壁高さが下がるので、オーミック特性が改善される。さらに、電極形成後に、活性化のための熱処理が不要となるために、発光特性の劣化の原因となる活性層４中への不純物拡散がなくなり、発光特性が向上する。
【００２０】
ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６の厚さは、１０ｎｍ〜０．２μｍとするのが好ましい。その理由は、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６の厚さが０．２μｍを超えると、接触抵抗が大きくなる現象が見られたからである。接触抵抗が大きくなる原因は、ｐ型ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓクラッド層５との格子不整合によって、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６内に発生する転位によるものと推定される。また、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６の好ましい厚さの最小値としては、１０ｎｍあれば、十分な低抵抗を得ることができるからである。
【００２１】
なお、上記実施形態においては、ＡｌＧａＡｓ系のレーザーダイオード用エピタキシャルウエハとこれを用いたレーザーダイオードについて述べたが、本発明は、ＡｌＧａＡｓ系の発光ダイオード用エピタキシャルウエハ及び発光ダイオードにも適用できる。また、本発明は、ＡｌＧａＡｓ系のみならず、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光素子用エピタキシャルウエハ及び発光素子にも応用できる。
【実施例】
【００２２】
次に、本発明の具体的な実施例を説明する。
本実施例のレーザーダイオード（ＬＤ）用エピタキシャルウエハ及びレーザーダイオード（ＬＤ）は、図１に示す上記実施形態と同様な構造を有する。
【００２３】
ＬＤ用エピタキシャルウエハのエピタキシャル成長は、ＭＯＶＰＥ法により行った。ＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長では、Ｇａ原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、Ａｌ原料としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ａｓ原料としてＡｓＨ３（アルシン）を用いた。また、ドーパントには、ｎ型不純物であるＳｉの原料としてＳｉ２Ｈ６（ジシラン）を、ｐ型不純物であるＺｎの原料としてＤＥＺ（ジエチル亜鉛）を用いた。
【００２４】
ＡｌＧａＡｓ系のＬＤ用エピタキシャルウエハは、導電性のｎ型ＧａＡｓ基板１上に、２００ｎｍ、ＳｉドープＧａＡｓ（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）のｎ型ＧａＡｓバッファ層２、その上に２０００ｎｍ、ＳｉドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ（キャリア濃度８．５×１０１７ｃｍ−３）からなるｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３を成長し、その上に活性層４を成長した。この活性層４は、ＧａＡｓをウェル層、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをバリア層とした量子井戸構造とし、不純物は添加していない。そして、この上に、２０００ｎｍのＺｎドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）からなるｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５を成長した。最上層には、５０ｎｍのＺｎドープＩｎ０．５Ｇａ０．５Ａｓ（キャリア濃度１×１０１９ｃｍ−３）からなるｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６を成長した。なお、図１には示していないが、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５とｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６との間には、Ｉｎ組成が傾斜型に変化するｐ型Ｉｎ０→０．５Ｇａ１→０．５Ａｓ層を介在させて格子不整合を緩和させた。この傾斜型のｐ型Ｉｎ０→０．５Ｇａ１→０．５Ａｓ層の厚さは５０ｎｍとした。
【００２５】
次に、上記エピタキシャル成長により得られたＡｌＧａＡｓ系のＬＤ用エピタキシャルウエハに対して、そのｎ型ＧａＡｓ基板１にｎ電極７を、またｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６にｐ電極８を形成する電極形成プロセスを実施した。ｎ型ＧａＡｓ基板１には、ｎ電極７として金（Ａｕ）／金−ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）／金（Ａｕ）を順次蒸着し、またｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６には、ｐ電極８としてチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）を順次蒸着した。
【００２６】
この電極形成プロセス後に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ電極８とｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６との接触抵抗をＴＬＭ（Transmission Length Model）法により評価した。その結果、この実施例における接触抵抗値は、５×１０−７（Ωｃｍ２）であり、従来構造のｐ型ＧａＡｓコンタクト層を用いた場合の接触抵抗値（１×１０−５（Ωｃｍ２）以上）に比べ、大幅に小さくなることがわかった。
【００２７】
またＬＤ特性を測定した結果、従来よりも安定した電流−電圧特性が得られた。更にまた、ＬＤの寿命試験を実施した結果、従来、問題となっていた通電を続けることによるＬＤ特性の劣化は、本実施例のＬＤでは観察されなかった。従来のＬＤでは、電極の活性化熱処理によってｐ型クラッド層の不純物が活性層内に拡散することで、電流−電圧特性に異常が見られたり、結晶欠陥が発生してＬＤ特性の劣化を引き起こしていたが、本実施例では、ｐ電極形成後に活性化熱処理が不要となったために、これらを防止することが可能となった。
【００２８】
図２及び図３には、ｐ型コンタクト層とｐ電極との接触抵抗を実測したデータを示す。
図２は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓからなるｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６のＩｎ組成ｘを０（従来）〜０．７まで変えた場合に、接触抵抗がどのように変化するかを示すグラフである。このグラフから、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓのＩｎ組成ｘが０．１≦ｘ≦０．６の範囲で、接触抵抗の値が１×１０−５（Ωｃｍ２）以下となり、ｘ＝０．５の時に、最小値５×１０−７（Ωｃｍ２）となった。
【００２９】
図３は、Ｉｎ組成０．５のｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６中のキャリア濃度を１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３まで変えた場合に、接触抵抗がどのような値になるかを示すグラフである。このグラフから分かるように、Ｚｎドーピング濃度については、キャリア濃度が５×１０１８ｃｍ−３〜５×１０１９ｃｍ−３の範囲で、接触抵抗値が１×１０−６（Ωｃｍ２）以下となった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態及び実施例におけるレーザーダイオード用エピタキシャルウエハとこれに電極が形成された構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例におけるＩｎＧａＡｓコンタクト層のＩｎ組成と接触抵抗との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例におけるＩｎＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃度と接触抵抗との関係を示すグラフである。
【図４】従来のレーザーダイオードの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    ｎ型ＧａＡｓ基板
２    ｎ型ＧａＡｓバッファ層
３    ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４    活性層
５    ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
６    ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
７    ｎ電極
８    ｐ電極
【図１】
2007288068.tif 000003
【図２】
2007288068.tif 000004
【図３】
2007288068.tif 000005
【図４】
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