JPH07263372A - Ii−vi族化合物半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
Ii−vi族化合物半導体装置およびその製造方法Info
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- JPH07263372A JPH07263372A JP6053589A JP5358994A JPH07263372A JP H07263372 A JPH07263372 A JP H07263372A JP 6053589 A JP6053589 A JP 6053589A JP 5358994 A JP5358994 A JP 5358994A JP H07263372 A JPH07263372 A JP H07263372A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 接触抵抗の小さい電極構造を有するII−VI族
化合物半導体装置を得ること。 【構成】 p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、
0≦Y≦1)半導体層を有し、該半導体層上に半導体層
を構成する元素とCd、TeまたはHgである添加物元
素との化合物からなる中間層が形成され、該中間層上に
Ni、PtまたはPdを含んでなる電極層が形成されて
いることを特徴とするII−VI族化合物半導体装置及びそ
の製造方法。 【効果】 得られるII−VI族化合物半導体装置はオーミ
ック接触が可能である。
化合物半導体装置を得ること。 【構成】 p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、
0≦Y≦1)半導体層を有し、該半導体層上に半導体層
を構成する元素とCd、TeまたはHgである添加物元
素との化合物からなる中間層が形成され、該中間層上に
Ni、PtまたはPdを含んでなる電極層が形成されて
いることを特徴とするII−VI族化合物半導体装置及びそ
の製造方法。 【効果】 得られるII−VI族化合物半導体装置はオーミ
ック接触が可能である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、II−VI族化合物半導体
装置およびその製造方法に関する。更に詳しくは、接触
抵抗の小さい電極構造に特徴を有するII−VI族化合物半
導体装置およびその製造方法に関し、特にオーミック接
触を可能とするII−VI族化合物半導体装置およびその製
造方法に関する。
装置およびその製造方法に関する。更に詳しくは、接触
抵抗の小さい電極構造に特徴を有するII−VI族化合物半
導体装置およびその製造方法に関し、特にオーミック接
触を可能とするII−VI族化合物半導体装置およびその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】これまで、II−VI族化合物半導体装置に
用いる電極構造として種々のものが検討されてきた。例
えば、HaaseらはLi、Na、Mg、Ti、Cr、M
n、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Hg、A
l、In、Sn、Pb、Sb、Biおよびこれらの合金
の電極材料としての可能性を調べている(“Short wave
length II-VI laser diodes ”,Inst. Phys. Conf. Se
r. No.120 p.9)。しかしながら、II−VI族化合物半導体
に対してオーミック接触の得られる電極材料は見つかっ
ていない。
用いる電極構造として種々のものが検討されてきた。例
えば、HaaseらはLi、Na、Mg、Ti、Cr、M
n、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Hg、A
l、In、Sn、Pb、Sb、Biおよびこれらの合金
の電極材料としての可能性を調べている(“Short wave
length II-VI laser diodes ”,Inst. Phys. Conf. Se
r. No.120 p.9)。しかしながら、II−VI族化合物半導体
に対してオーミック接触の得られる電極材料は見つかっ
ていない。
【0003】このようなことから、一般的にAuが電極
金属として用いられているが、例えばAuはp型ZnS
eに対して電位障壁約1.2eVを持つショットキー接合を
形成し、オーミック接触が得られていない。そこで、例
えばp型ZnSeに対するオーミック接触を得るため
に、電極金属とp型ZnSeの間にCdSe層やHgS
e層である低接触エネルギー障壁中間層をエピタキシャ
ル成長させる方法や、コンタクト層としてp型ZnTe
を用い、p型ZnSeとp型ZnTeとの間にp型Zn
SeTe傾斜組成層またはp型ZnSe/ZnTe歪超
格子層の中間層を用いる方法が考えられている。大塚ら
は、Au/p−CdSeのオーミック接触を確認し、A
u/p−CdSe/p−ZnSeのオーミック接触の可
能性について報告している("p-CdSeの作製と評価"、大
塚 他、第54回応物予稿集、p.255)。また、Lansari
らは、p型ZnSe上にMBE法により低接触エネルギ
ー障壁中間層としてHgSeを成長し、Auを電極金属
として用いることで良好なオーミック接触を得ている("
Improvedohmic contact for p-type ZnSe and related
p-on-n diode", Y.Lansari et.al, Appl. Phys. Lett.
61 p.2554)。また、Fanらにより("Graded band gap ohm
ic contact to p-ZnSe", Y.Fan et.al, Appl. Phys. Le
tt. 61 p.3160)、あるいはHieiらにより("Ohmic contac
t to p-type ZnSe using ZnTe/ZnSe multiquantum well
s", F.Hiei et.al, Electronics Lett. 29 p.878)、コ
ンタクト層としてp型ZnTeを用い、p型ZnSeと
p型ZnTeとの間にp型ZnSeTe傾斜組成層また
はp型ZnSe/ZnTe歪超格子層の中間層を用いる
方法で、オーミック接触の実現が報告されている。
金属として用いられているが、例えばAuはp型ZnS
eに対して電位障壁約1.2eVを持つショットキー接合を
形成し、オーミック接触が得られていない。そこで、例
えばp型ZnSeに対するオーミック接触を得るため
に、電極金属とp型ZnSeの間にCdSe層やHgS
e層である低接触エネルギー障壁中間層をエピタキシャ
ル成長させる方法や、コンタクト層としてp型ZnTe
を用い、p型ZnSeとp型ZnTeとの間にp型Zn
SeTe傾斜組成層またはp型ZnSe/ZnTe歪超
格子層の中間層を用いる方法が考えられている。大塚ら
は、Au/p−CdSeのオーミック接触を確認し、A
u/p−CdSe/p−ZnSeのオーミック接触の可
能性について報告している("p-CdSeの作製と評価"、大
塚 他、第54回応物予稿集、p.255)。また、Lansari
らは、p型ZnSe上にMBE法により低接触エネルギ
ー障壁中間層としてHgSeを成長し、Auを電極金属
として用いることで良好なオーミック接触を得ている("
Improvedohmic contact for p-type ZnSe and related
p-on-n diode", Y.Lansari et.al, Appl. Phys. Lett.
61 p.2554)。また、Fanらにより("Graded band gap ohm
ic contact to p-ZnSe", Y.Fan et.al, Appl. Phys. Le
tt. 61 p.3160)、あるいはHieiらにより("Ohmic contac
t to p-type ZnSe using ZnTe/ZnSe multiquantum well
s", F.Hiei et.al, Electronics Lett. 29 p.878)、コ
ンタクト層としてp型ZnTeを用い、p型ZnSeと
p型ZnTeとの間にp型ZnSeTe傾斜組成層また
はp型ZnSe/ZnTe歪超格子層の中間層を用いる
方法で、オーミック接触の実現が報告されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
II−VI族化合物半導体に対するオーミック接触を得る方
法は、いずれも十分に満足できるものではなく、例え
ば、上記方法には以下のような問題がある。CdSeを
用いる方法では、CdSe自身のアクセプター濃度が1
×1017cm -3と小さいため、接触抵抗の低減が困難とな
る。HgSeを用いる方法では、素子作製工程におい
て、例えば他の層の形成に用いるMBE装置を共用した
場合、Hg原子が他の層中に混入されるため、素子特性
が劣化する。これに対し、HgSe成長のための専用M
BE装置を設けると生産性が乏しくなる。また、HgS
eは化学的・物理的安定性に乏しい。
II−VI族化合物半導体に対するオーミック接触を得る方
法は、いずれも十分に満足できるものではなく、例え
ば、上記方法には以下のような問題がある。CdSeを
用いる方法では、CdSe自身のアクセプター濃度が1
×1017cm -3と小さいため、接触抵抗の低減が困難とな
る。HgSeを用いる方法では、素子作製工程におい
て、例えば他の層の形成に用いるMBE装置を共用した
場合、Hg原子が他の層中に混入されるため、素子特性
が劣化する。これに対し、HgSe成長のための専用M
BE装置を設けると生産性が乏しくなる。また、HgS
eは化学的・物理的安定性に乏しい。
【0005】ZnTeを用いる方法では、ZnSeと大
きく格子定数が違うため膜中に残留する応力による素子
特性劣化への影響が考えられ、またZnTeのキャリア
濃度の最適化も難しい。なお、格子定数は、上記いずれ
の中間層でもZnSeと大きくことなっており、同様に
歪みの問題が生じ、さらにはエピタキシャル成長されな
ければならないため、生産性が低くなる。
きく格子定数が違うため膜中に残留する応力による素子
特性劣化への影響が考えられ、またZnTeのキャリア
濃度の最適化も難しい。なお、格子定数は、上記いずれ
の中間層でもZnSeと大きくことなっており、同様に
歪みの問題が生じ、さらにはエピタキシャル成長されな
ければならないため、生産性が低くなる。
【0006】さらに、上記方法で用いられるAu電極
は、密着性等の機械的強度に劣る。そこで、II−VI族化
合物半導体の中でも特にp型ZnXMg1-XSYSe
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体に対してオーミ
ック接触を得ることのできる新たな電極構造を創り出す
べく検討を行った。さて、図9は、金属とp型ZnSe
との間の電位障壁φBをパラメータとして、p型ZnS
eと金属によるショットキー接合の接触抵抗のイオン化
不純物濃度依存性を示す図であり、図8は、金属とp型
ZnSeとの接触界面でのショットキー障壁の厚さWを
説明するためのバンドモデル図である。なお、φBは式
φB=xs +Eg −φM から導き出すことができる。式
中xs は半導体の電子親和力、Eg は半導体のバンドギ
ャップ、φM は金属の仕事関数をそれぞれ示しており、
これらの関係を図11に示す。図9は、熱放出トンネル
電流を考慮したYuのモデル( “Electron Tunneling and
Contact Resistance of Metal-Si Contact Barrier
”,A.Y.C.Yu,Solid State Electronics Vol.13,p239(1
970))を用いて計算によって求めたものであるが、この
結果から、イオン化不純物濃度が大きくなるにつれて接
触抵抗が小さくなることが分かる。これは、図8に示す
ショットキー障壁の厚さWがイオン化不純物濃度の増加
に伴い小さくなり、その結果トンネル電流が急激に増加
することによる。このようなことは、金属/p型ZnX
Mg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)界面、
金属/中間層界面あるいは中間層/p型ZnXMg1-XS
YSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)界面に関しても共
通にいえることであり、例えば、図9と同じ図を作成す
ると、同一の電位障壁パラメータに対して接触抵抗が一
桁程度異なるだけであり、その傾向は同じになる。
は、密着性等の機械的強度に劣る。そこで、II−VI族化
合物半導体の中でも特にp型ZnXMg1-XSYSe
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体に対してオーミ
ック接触を得ることのできる新たな電極構造を創り出す
べく検討を行った。さて、図9は、金属とp型ZnSe
との間の電位障壁φBをパラメータとして、p型ZnS
eと金属によるショットキー接合の接触抵抗のイオン化
不純物濃度依存性を示す図であり、図8は、金属とp型
ZnSeとの接触界面でのショットキー障壁の厚さWを
説明するためのバンドモデル図である。なお、φBは式
φB=xs +Eg −φM から導き出すことができる。式
中xs は半導体の電子親和力、Eg は半導体のバンドギ
ャップ、φM は金属の仕事関数をそれぞれ示しており、
これらの関係を図11に示す。図9は、熱放出トンネル
電流を考慮したYuのモデル( “Electron Tunneling and
Contact Resistance of Metal-Si Contact Barrier
”,A.Y.C.Yu,Solid State Electronics Vol.13,p239(1
970))を用いて計算によって求めたものであるが、この
結果から、イオン化不純物濃度が大きくなるにつれて接
触抵抗が小さくなることが分かる。これは、図8に示す
ショットキー障壁の厚さWがイオン化不純物濃度の増加
に伴い小さくなり、その結果トンネル電流が急激に増加
することによる。このようなことは、金属/p型ZnX
Mg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)界面、
金属/中間層界面あるいは中間層/p型ZnXMg1-XS
YSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)界面に関しても共
通にいえることであり、例えば、図9と同じ図を作成す
ると、同一の電位障壁パラメータに対して接触抵抗が一
桁程度異なるだけであり、その傾向は同じになる。
【0007】すなわち、p型ZnXMg1-XSYSe
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層表面でのイオ
ン化不純物濃度を大きくしこの上に金属電極が形成され
た構造を用いれば、オーミック接触が得られる。しかし
ながら、p型のZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、
0≦Y≦1)半導体膜はMBE法でしか形成できず、イ
オン化不純物濃度も1017cm-3台を得るのが精々である
というのが現状であり、オーミック接触が得られる程イ
オン化不純物濃度の大きい膜は形成できなかった。
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層表面でのイオ
ン化不純物濃度を大きくしこの上に金属電極が形成され
た構造を用いれば、オーミック接触が得られる。しかし
ながら、p型のZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、
0≦Y≦1)半導体膜はMBE法でしか形成できず、イ
オン化不純物濃度も1017cm-3台を得るのが精々である
というのが現状であり、オーミック接触が得られる程イ
オン化不純物濃度の大きい膜は形成できなかった。
【0008】以上に鑑み、本発明は、イオン化不純物濃
度の大きいp型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、
0≦Y≦1)半導体層を直接形成せずに接触抵抗の小さ
い電極がえられるII−VI族化合物半導体装置およびその
製造方法を提供することを目的とする。
度の大きいp型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、
0≦Y≦1)半導体層を直接形成せずに接触抵抗の小さ
い電極がえられるII−VI族化合物半導体装置およびその
製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y
≦1)半導体層を有し、該半導体層上に半導体層を構成
する元素とCd、TeまたはHgである添加物元素との
化合物からなる中間層が形成され、該中間層上にNi、
PtまたはPdを含んでなる電極層が形成されているこ
とを特徴とするII−VI族化合物半導体装置が提供され
る。
ば、p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y
≦1)半導体層を有し、該半導体層上に半導体層を構成
する元素とCd、TeまたはHgである添加物元素との
化合物からなる中間層が形成され、該中間層上にNi、
PtまたはPdを含んでなる電極層が形成されているこ
とを特徴とするII−VI族化合物半導体装置が提供され
る。
【0010】本発明の半導体装置は、例えば発光ダイオ
ードや図6に示すような半導体レーザのようなGaAs
等の基板上に半導体層が積層されて構成される装置であ
って、その半導体層としてp型ZnXMg1-XSYSe1-Y
(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層を有しており、こ
の半導体層上に電極が形成されており、この電極部の構
成が中間層と金属層との積層構造となっているものであ
る。
ードや図6に示すような半導体レーザのようなGaAs
等の基板上に半導体層が積層されて構成される装置であ
って、その半導体層としてp型ZnXMg1-XSYSe1-Y
(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層を有しており、こ
の半導体層上に電極が形成されており、この電極部の構
成が中間層と金属層との積層構造となっているものであ
る。
【0011】半導体層としては、例えばZnS(X=
1、Y=1)、MgS(X=0、Y=1)、ZnSe
(X=1、Y=0)、MgSe(X=0、Y=0)、Z
nSYSe1-Y(X=1、0<Y<1)、MgSYSe1-Y
(X=0、0<Y<1)、ZnXMg1-XS(0<X<
1、Y=1)、ZnXMg1-XSe(0<X<1、Y=
0)、ZnXMg1-XSYSe1-Y(0<X<1、0<Y<
1)が挙げられる。これらの半導体層のうち好ましいの
は、コンタクト層として最もよく用いられるZnSeあ
るいはGaAsと格子整合したZnS0.07Se0.93、さ
らにはGaAsと格子整合し、かつバンドギャップエネ
ルギーが3.0eV以下で実効アクセプタ濃度Na−N
dが1017cm-3以上のZnMgSSe等である。その膜
厚は、特に限定されるものではなく、半導体装置の用途
などにより適宜調整することができる。
1、Y=1)、MgS(X=0、Y=1)、ZnSe
(X=1、Y=0)、MgSe(X=0、Y=0)、Z
nSYSe1-Y(X=1、0<Y<1)、MgSYSe1-Y
(X=0、0<Y<1)、ZnXMg1-XS(0<X<
1、Y=1)、ZnXMg1-XSe(0<X<1、Y=
0)、ZnXMg1-XSYSe1-Y(0<X<1、0<Y<
1)が挙げられる。これらの半導体層のうち好ましいの
は、コンタクト層として最もよく用いられるZnSeあ
るいはGaAsと格子整合したZnS0.07Se0.93、さ
らにはGaAsと格子整合し、かつバンドギャップエネ
ルギーが3.0eV以下で実効アクセプタ濃度Na−N
dが1017cm-3以上のZnMgSSe等である。その膜
厚は、特に限定されるものではなく、半導体装置の用途
などにより適宜調整することができる。
【0012】本発明の中間層は、例えば、上記半導体層
を構成する元素とCdとの化合物からなる場合、半導体
層を構成する元素とTeとの化合物からなる場合、半導
体層を構成する元素とHgとの化合物からなる場合、上
記三種類の化合物のうちの2種類または3種類の化合物
からなる場合、さらには3元、4元といった3元系以上
の化合物からなる場合等がある。具体的には、ZnSC
d、MgSeCd、ZnSSeCd、MgSSeCd、
ZnMgSCd、ZnMgSeCd、ZnMgSSeC
d、ZnSTe、MgSeTe、ZnSSeTe、Mg
SSeTe、ZnMgSTe、ZnMgSeTe、Zn
MgSSeTe、ZnSHg、MgSeHg、ZnSS
eHg、MgSSeHg、ZnMgSHg、ZnMgS
eHg、ZnMgSSeHg等が挙げられる。
を構成する元素とCdとの化合物からなる場合、半導体
層を構成する元素とTeとの化合物からなる場合、半導
体層を構成する元素とHgとの化合物からなる場合、上
記三種類の化合物のうちの2種類または3種類の化合物
からなる場合、さらには3元、4元といった3元系以上
の化合物からなる場合等がある。具体的には、ZnSC
d、MgSeCd、ZnSSeCd、MgSSeCd、
ZnMgSCd、ZnMgSeCd、ZnMgSSeC
d、ZnSTe、MgSeTe、ZnSSeTe、Mg
SSeTe、ZnMgSTe、ZnMgSeTe、Zn
MgSSeTe、ZnSHg、MgSeHg、ZnSS
eHg、MgSSeHg、ZnMgSHg、ZnMgS
eHg、ZnMgSSeHg等が挙げられる。
【0013】上記中間層中の添加物元素の濃度は、均一
でも分布を有していてもよいが、分布を有していて電極
層側と半導体層側とで異なり、電極層側の方が大きくな
っているのが好ましい。さらにこの場合、電極層側から
連続的に減少し、半導体層側でゼロとなっているのがよ
り好ましい。また、接触抵抗を低減するために上記中間
層は、p型不純物(例えば、N,Li等)を添加し、そ
の濃度が半導体層中のp型不純物濃度と同程度かより大
きくなっているのが好ましい。この濃度は、p型不純物
の種類によっても異なるが、1×1018cm-3以上である。
さらに、中間層のp型不純物濃度が大きくなるほど、図
9に示すように接触抵抗が小さくなり好ましい。また、
中間層と半導体層とのエネルギー障壁は、0.6eVよりも
小さい方がよく、さらには、図9に示すように接触抵抗
が著しく減少する0.4eV以下となっている方が好まし
い。この場合、例えば、Au/p−ZnSeの場合は、
図9でφB=1.2eVの曲線に対応し、これとくらべると
接触抵抗が、10-14倍程度に低減することができる。
でも分布を有していてもよいが、分布を有していて電極
層側と半導体層側とで異なり、電極層側の方が大きくな
っているのが好ましい。さらにこの場合、電極層側から
連続的に減少し、半導体層側でゼロとなっているのがよ
り好ましい。また、接触抵抗を低減するために上記中間
層は、p型不純物(例えば、N,Li等)を添加し、そ
の濃度が半導体層中のp型不純物濃度と同程度かより大
きくなっているのが好ましい。この濃度は、p型不純物
の種類によっても異なるが、1×1018cm-3以上である。
さらに、中間層のp型不純物濃度が大きくなるほど、図
9に示すように接触抵抗が小さくなり好ましい。また、
中間層と半導体層とのエネルギー障壁は、0.6eVよりも
小さい方がよく、さらには、図9に示すように接触抵抗
が著しく減少する0.4eV以下となっている方が好まし
い。この場合、例えば、Au/p−ZnSeの場合は、
図9でφB=1.2eVの曲線に対応し、これとくらべると
接触抵抗が、10-14倍程度に低減することができる。
【0014】本発明に使用できる電極層は、中間層を構
成する元素との金属間化合物を含んでいてもよく、ま
た、半導体層を構成する元素とNi、PtまたはPdと
の金属間化合物を含んでいてもよい。例えば、NiZ
n、NiSe、NiCd、NiHg、NiTe、PdZ
n、PdSe、PdCd、PdHg、PdTe、PtZ
n、PtSe、PtCd、PtHg、PtTe等、ある
いはこれらを組み合わせた多元系金属間化合物が挙げら
れる。前記金属間化合物は、融点600℃以上を有し、
化学的に非常に安定な化合物であるので、耐熱性・耐食
性等に優れた電極を形成することができる。
成する元素との金属間化合物を含んでいてもよく、ま
た、半導体層を構成する元素とNi、PtまたはPdと
の金属間化合物を含んでいてもよい。例えば、NiZ
n、NiSe、NiCd、NiHg、NiTe、PdZ
n、PdSe、PdCd、PdHg、PdTe、PtZ
n、PtSe、PtCd、PtHg、PtTe等、ある
いはこれらを組み合わせた多元系金属間化合物が挙げら
れる。前記金属間化合物は、融点600℃以上を有し、
化学的に非常に安定な化合物であるので、耐熱性・耐食
性等に優れた電極を形成することができる。
【0015】なお、金属層に用いられているNi、Pt
及びPdは、それぞれ仕事関数が5.15eV,5.65eV及び5.1
3eVと、電極用金属として用いられているAuの仕事関
数(5.1eV)よりも大きくなっており、中間層(p型半導
体)に対する電位障壁を小さくすることができる。ま
た、中間層と金属層とのエネルギー障壁は、金属層と半
導体層とのエネルギー障壁より小さくなっているのが好
ましく、さらには、0.4eV以下となっているのが好まし
い。エネルギー障壁が、0.6eV程度に低減された場合で
もAu/p−ZnSeの場合と比べると接触抵抗が、10
-10倍程度に低減されるのであるが、0.4eV以下になる
と、接触抵抗が、10-14倍以下に低減されるので特に好
ましい。
及びPdは、それぞれ仕事関数が5.15eV,5.65eV及び5.1
3eVと、電極用金属として用いられているAuの仕事関
数(5.1eV)よりも大きくなっており、中間層(p型半導
体)に対する電位障壁を小さくすることができる。ま
た、中間層と金属層とのエネルギー障壁は、金属層と半
導体層とのエネルギー障壁より小さくなっているのが好
ましく、さらには、0.4eV以下となっているのが好まし
い。エネルギー障壁が、0.6eV程度に低減された場合で
もAu/p−ZnSeの場合と比べると接触抵抗が、10
-10倍程度に低減されるのであるが、0.4eV以下になる
と、接触抵抗が、10-14倍以下に低減されるので特に好
ましい。
【0016】次に、本発明によれば、p型ZnXMg1-X
SYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層上にC
d、TeまたはHgの添加物元素層を形成し、該添加物
元素層上にNi、PtまたはPdからなる金属層を形成
することを特徴とするII−VI族化合物半導体装置の製造
方法を提供することができる。また、本発明によれば、
p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦
1)半導体層上にNi、PtまたはPdからなる下部金
属層を形成し、該下部金属層上にCd、TeまたはHg
の添加物元素層、Ni、PtまたはPdからなる上部金
属層を順次形成することを特徴とするII−VI族化合物半
導体装置の製造方法を提供することができる。
SYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層上にC
d、TeまたはHgの添加物元素層を形成し、該添加物
元素層上にNi、PtまたはPdからなる金属層を形成
することを特徴とするII−VI族化合物半導体装置の製造
方法を提供することができる。また、本発明によれば、
p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦
1)半導体層上にNi、PtまたはPdからなる下部金
属層を形成し、該下部金属層上にCd、TeまたはHg
の添加物元素層、Ni、PtまたはPdからなる上部金
属層を順次形成することを特徴とするII−VI族化合物半
導体装置の製造方法を提供することができる。
【0017】更に、本発明によれば、p型ZnXMg1-X
SYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層上にN
i、PtまたはPdとCd、TeまたはHgとの化合物
層を形成することを特徴とするII−VI族化合物半導体装
置の製造方法が提供される。本発明の半導体層は、所望
する構成元素を用いて公知の方法により1ないし複数回
積層して形成される。この公知の方法としては、例えば
MBE法等が挙げられる。この半導体層は、径時的に表
面に自然酸化膜及び自然炭化膜が形成されるので、中間
層を形成する前に除去することが望ましい。
SYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層上にN
i、PtまたはPdとCd、TeまたはHgとの化合物
層を形成することを特徴とするII−VI族化合物半導体装
置の製造方法が提供される。本発明の半導体層は、所望
する構成元素を用いて公知の方法により1ないし複数回
積層して形成される。この公知の方法としては、例えば
MBE法等が挙げられる。この半導体層は、径時的に表
面に自然酸化膜及び自然炭化膜が形成されるので、中間
層を形成する前に除去することが望ましい。
【0018】更に、金属層および下部及び上部金属層
は、所望する構成元素を用い公知の手段を利用して積層
することができる。公知の手段としては、電子ビーム蒸
着法、ズパッタ法等が挙げられる。上記した手段により
中間層及び金属層の積層した場合、半導体層と金属層、
金属層と中間層の界面には一般に両層を構成する元素同
士の化合物層が形成される。積層後に熱処理すると、元
素同士の化合物層が形成される領域が広がるのでより好
ましい。熱処理の温度は、使用される元素の種類によっ
ても相違するが、100〜300℃が好ましい。更に、
熱処理の方法としては、電気炉アニール法、RTA(Rap
id Thermal Anneal)法等が挙げられる。
は、所望する構成元素を用い公知の手段を利用して積層
することができる。公知の手段としては、電子ビーム蒸
着法、ズパッタ法等が挙げられる。上記した手段により
中間層及び金属層の積層した場合、半導体層と金属層、
金属層と中間層の界面には一般に両層を構成する元素同
士の化合物層が形成される。積層後に熱処理すると、元
素同士の化合物層が形成される領域が広がるのでより好
ましい。熱処理の温度は、使用される元素の種類によっ
ても相違するが、100〜300℃が好ましい。更に、
熱処理の方法としては、電気炉アニール法、RTA(Rap
id Thermal Anneal)法等が挙げられる。
【0019】また、上記いずれの場合も、金属層又は下
部金属層を形成する前に半導体層表面の酸化物及び炭化
物を除去することが好ましい。
部金属層を形成する前に半導体層表面の酸化物及び炭化
物を除去することが好ましい。
【0020】
【作用】本発明によれば、まず中間層が設けられること
で、図10に示すようにp型ZnXMg1-XSYSe
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層と金属層の間
の電位障壁は、p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層と中間層、中間層と金属層と
の間の二ケ所に分割される(図10(b))。そして、
界面の接触抵抗は、図9から分かるように電位障壁の減
少に応じてスーパーリニアに減少するため、電位障壁が
二分されることで、全体の接触抵抗は著しく減少し、オ
ーミック性接触も得やすくなる。
で、図10に示すようにp型ZnXMg1-XSYSe
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層と金属層の間
の電位障壁は、p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層と中間層、中間層と金属層と
の間の二ケ所に分割される(図10(b))。そして、
界面の接触抵抗は、図9から分かるように電位障壁の減
少に応じてスーパーリニアに減少するため、電位障壁が
二分されることで、全体の接触抵抗は著しく減少し、オ
ーミック性接触も得やすくなる。
【0021】これは、接合前の各層の状態を概念的に示
す図10(d)のように、本発明にかかる中間層の価電
子帯の頂上が、p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層のそれよりも上に位置し、p
型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)
半導体層の価電子帯の頂上と、金属層のフェルミ準位と
の間に位置するからである。
す図10(d)のように、本発明にかかる中間層の価電
子帯の頂上が、p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層のそれよりも上に位置し、p
型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)
半導体層の価電子帯の頂上と、金属層のフェルミ準位と
の間に位置するからである。
【0022】より詳しくは、本発明にかかる半導体層、
中間層、金属層は、
中間層、金属層は、
【0023】
【数1】
【0024】の関係を満たすようになっているからであ
る(式中、φMは電位障壁、Eaは不純物準位を示
す。)。さらに、上記とも関係することであるが、化合
物ごとに格子定数とバンドギャップエネルギーとの関係
を示す図7から理解されるように、p型ZnXMg1-XS
YSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層を構成す
る元素とCd、TeまたはHgとの化合物からなる中間
層は、いずれもp型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層よりもバンドギャップの小さ
いp型ZnaMgbCd1-a-bScSe1-c(0≦a,b,
c≦1、a+b≦1)半導体層,p型ZndMg1-dSeS
e1-e-f(0≦d,e,f≦1、e+f≦1)半導体層
またはp型ZngMghHg1-g-hSiSe1-i(0≦g,
h,i≦1、g+h≦1)半導体層となる。
る(式中、φMは電位障壁、Eaは不純物準位を示
す。)。さらに、上記とも関係することであるが、化合
物ごとに格子定数とバンドギャップエネルギーとの関係
を示す図7から理解されるように、p型ZnXMg1-XS
YSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層を構成す
る元素とCd、TeまたはHgとの化合物からなる中間
層は、いずれもp型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層よりもバンドギャップの小さ
いp型ZnaMgbCd1-a-bScSe1-c(0≦a,b,
c≦1、a+b≦1)半導体層,p型ZndMg1-dSeS
e1-e-f(0≦d,e,f≦1、e+f≦1)半導体層
またはp型ZngMghHg1-g-hSiSe1-i(0≦g,
h,i≦1、g+h≦1)半導体層となる。
【0025】バンドギャップが小さい半導体は大きいも
のに比べて、不純物準位Eaが小さくなるため、中間層
中の不純物準位はp型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X
≦1、0≦Y≦1)半導体層のそれよりも小さくなる。
すなわち、中間層は半導体層に比べて不純物の活性化が
起こりやすくなり、中間層中のイオン化不純物濃度は容
易に増大させることができ、図9にしめすように中間層
と金属層との接触抵抗は非常に小さいものとなる。
のに比べて、不純物準位Eaが小さくなるため、中間層
中の不純物準位はp型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X
≦1、0≦Y≦1)半導体層のそれよりも小さくなる。
すなわち、中間層は半導体層に比べて不純物の活性化が
起こりやすくなり、中間層中のイオン化不純物濃度は容
易に増大させることができ、図9にしめすように中間層
と金属層との接触抵抗は非常に小さいものとなる。
【0026】さらに、中間層のバンドギャップが半導体
層よりも小さくなるため電位障壁も小さくなり、さらに
金属層と中間層との接触抵抗が低減される。添加物元素
としてCdを用いると、アニオン共通則により中間層と
p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦
1)半導体層との価電子帯のバンド不連続すなわち電位
障壁がほぼゼロとなるので、図9からわかるように中間
層と半導体層の接触抵抗が10-6Ωcm2以下となり、接触
抵抗が低減され、オーミック接触を得る上でも好まし
い。
層よりも小さくなるため電位障壁も小さくなり、さらに
金属層と中間層との接触抵抗が低減される。添加物元素
としてCdを用いると、アニオン共通則により中間層と
p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦
1)半導体層との価電子帯のバンド不連続すなわち電位
障壁がほぼゼロとなるので、図9からわかるように中間
層と半導体層の接触抵抗が10-6Ωcm2以下となり、接触
抵抗が低減され、オーミック接触を得る上でも好まし
い。
【0027】添加物元素としてTeを用いると、中間層
の価電子帯の頂上がp型ZnXMg1 -XSYSe1-Y(0≦
X≦1、0≦Y≦1)半導体層のそれに対して上昇する
ため、金属と中間層の電位障壁がより小さくなり、金属
と中間層の接触抵抗を減らす上で有利である。添加物元
素としてHgを用いると、バンドギャップの減少率が、
同一添加量のCd、Teと比べ大きく、中間層が半金属
的となり金属に対するオーミック接触性が得られやす
く、またCdと同様アニオン共通則によって中間層と半
導体層の接触抵抗が10-6Ωcm2以下となり、オーミック
接触を得る上で好ましい。
の価電子帯の頂上がp型ZnXMg1 -XSYSe1-Y(0≦
X≦1、0≦Y≦1)半導体層のそれに対して上昇する
ため、金属と中間層の電位障壁がより小さくなり、金属
と中間層の接触抵抗を減らす上で有利である。添加物元
素としてHgを用いると、バンドギャップの減少率が、
同一添加量のCd、Teと比べ大きく、中間層が半金属
的となり金属に対するオーミック接触性が得られやす
く、またCdと同様アニオン共通則によって中間層と半
導体層の接触抵抗が10-6Ωcm2以下となり、オーミック
接触を得る上で好ましい。
【0028】上記各添加物元素の効果は、これら元素が
混合されることで重畳される。さらに金属層にNi,P
dを用いると、従来に比べて、特に密着性等の機械的強
度に優れた電極構造を作製することができる。これは、
高融点金属間化合物を構成する元素のNi、Pdが、酸
素と比べてZn、Se等との結合エネルギーの大きい元
素であり、ZnSe等上に形成された場合、形成中の反
応あるいは形成後の熱処理によって自然酸化膜を破壊
し、ZnあるいはSeと結合することで高い付着性を示
す元素であることに起因している。
混合されることで重畳される。さらに金属層にNi,P
dを用いると、従来に比べて、特に密着性等の機械的強
度に優れた電極構造を作製することができる。これは、
高融点金属間化合物を構成する元素のNi、Pdが、酸
素と比べてZn、Se等との結合エネルギーの大きい元
素であり、ZnSe等上に形成された場合、形成中の反
応あるいは形成後の熱処理によって自然酸化膜を破壊
し、ZnあるいはSeと結合することで高い付着性を示
す元素であることに起因している。
【0029】また、中間層の方が半導体層に比べてイオ
ン化不純物濃度を大きくできるので、金属と中間層との
間で電位障壁を持たせたほうが有利であり、このことか
ら添加物元素の濃度は、電極側で大きいほうがよい。同
様の理由で、中間層と電極層とのエネルギー障壁は、電
極層と半導体層とのエネルギー障壁より小さいのがよ
く、接触抵抗を効率的に下げることができる。
ン化不純物濃度を大きくできるので、金属と中間層との
間で電位障壁を持たせたほうが有利であり、このことか
ら添加物元素の濃度は、電極側で大きいほうがよい。同
様の理由で、中間層と電極層とのエネルギー障壁は、電
極層と半導体層とのエネルギー障壁より小さいのがよ
く、接触抵抗を効率的に下げることができる。
【0030】さらに、中間層中の添加物元素の濃度が電
極層側で高濃度となるように勾配を持たせると、中間層
の両界面の濃度差に相当する電位障壁が中間層中に吸収
されるとともに、中間層から半導体層への急激な組成変
化がないために、中間層/半導体層界面での電位障壁を
小さく押さえることができる。さらに、この勾配を連続
的なものとし、中間層の添加物元素の濃度が電極層側か
ら連続的に減少し、半導体層側でゼロすることにより、
中間層とp型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0
≦Y≦1)半導体層の間の電位障壁がゼロとなり、添加
物元素の濃度が中間層内で均一となっている場合より
も、さらに容易にオーミック接触が得られる。
極層側で高濃度となるように勾配を持たせると、中間層
の両界面の濃度差に相当する電位障壁が中間層中に吸収
されるとともに、中間層から半導体層への急激な組成変
化がないために、中間層/半導体層界面での電位障壁を
小さく押さえることができる。さらに、この勾配を連続
的なものとし、中間層の添加物元素の濃度が電極層側か
ら連続的に減少し、半導体層側でゼロすることにより、
中間層とp型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0
≦Y≦1)半導体層の間の電位障壁がゼロとなり、添加
物元素の濃度が中間層内で均一となっている場合より
も、さらに容易にオーミック接触が得られる。
【0031】逆に電極層側が低くなった濃度勾配を持つ
場合は、二分された電位障壁がそれぞれ濃度の均一な場
合に比して増大し、低い接触抵抗を得るうえで好ましく
ない。また、高濃度に添加物元素が添加された場合、半
導体層との諸物性(格子定数、熱膨張係数)の差に基づ
く格子歪、さらには結晶欠陥が生じ、電極特性の劣化を
招くが、中間層の添加物元素の濃度が電極層側と半導体
層とで異なっており、電極層側の方が大きくなっている
ことでこの影響を緩和することもできる。
場合は、二分された電位障壁がそれぞれ濃度の均一な場
合に比して増大し、低い接触抵抗を得るうえで好ましく
ない。また、高濃度に添加物元素が添加された場合、半
導体層との諸物性(格子定数、熱膨張係数)の差に基づ
く格子歪、さらには結晶欠陥が生じ、電極特性の劣化を
招くが、中間層の添加物元素の濃度が電極層側と半導体
層とで異なっており、電極層側の方が大きくなっている
ことでこの影響を緩和することもできる。
【0032】電極層を、Ni、PtまたはPdと中間層
に含まれる元素との金属間化合物を含んでなるようにす
ると、電極層と中間層で共通の元素を含むことで、例え
ばNi−Cd−SeあるいはNi−Zn−Seといった
結合が電極層と中間層の界面で形成され、電極層と中間
層の間に酸化物層などの電流を遮断する絶縁層が形成さ
れず、オーミック接触を得るうえで好ましい。
に含まれる元素との金属間化合物を含んでなるようにす
ると、電極層と中間層で共通の元素を含むことで、例え
ばNi−Cd−SeあるいはNi−Zn−Seといった
結合が電極層と中間層の界面で形成され、電極層と中間
層の間に酸化物層などの電流を遮断する絶縁層が形成さ
れず、オーミック接触を得るうえで好ましい。
【0033】さらに、電極層と中間層で共通の元素を含
むことで、例えばNi−Cd−SeあるいはNi−Zn
−Seといった結合が電極層と中間層の界面で形成さ
れ、密着性等の機械的強度に優れる。本発明の半導体装
置の製造方法によれば、電極層と半導体層の間にp型Z
nXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)とC
d、TeまたはHgとの化合物からなる中間層が形成さ
れ、さらに、電極層と中間層、中間層と半導体層に共通
の元素を含むことで密着性等の機械的強度に優れた電極
構造が作製される。
むことで、例えばNi−Cd−SeあるいはNi−Zn
−Seといった結合が電極層と中間層の界面で形成さ
れ、密着性等の機械的強度に優れる。本発明の半導体装
置の製造方法によれば、電極層と半導体層の間にp型Z
nXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)とC
d、TeまたはHgとの化合物からなる中間層が形成さ
れ、さらに、電極層と中間層、中間層と半導体層に共通
の元素を含むことで密着性等の機械的強度に優れた電極
構造が作製される。
【0034】さらに、Ni、PtまたはPdからなる上
部・下部金属層の間に、Cd、TeまたはHgからなる
中間層を挿入すると、これらの金属層、中間層の形成過
程の反応また熱処理した場合にはこのアニールにより、
Cd、TeまたはHgがp型ZnXMg1-XSYSe
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層中に拡散し、
p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦
1)半導体とCd、TeまたはHgとの化合物が形成さ
れる。
部・下部金属層の間に、Cd、TeまたはHgからなる
中間層を挿入すると、これらの金属層、中間層の形成過
程の反応また熱処理した場合にはこのアニールにより、
Cd、TeまたはHgがp型ZnXMg1-XSYSe
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層中に拡散し、
p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦
1)半導体とCd、TeまたはHgとの化合物が形成さ
れる。
【0035】また、p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦
X≦1、0≦Y≦1)半導体層上にNi、PtまたはP
dとCd、TeまたはHgとの化合物を形成すると、堆
積時の反応また、熱処理した場合にはこのアニールによ
って前記化合物に含まれるCd、TeまたはHgがp型
ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半
導体層中に拡散し、p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦
X≦1、0≦Y≦1)との化合物が形成される。
X≦1、0≦Y≦1)半導体層上にNi、PtまたはP
dとCd、TeまたはHgとの化合物を形成すると、堆
積時の反応また、熱処理した場合にはこのアニールによ
って前記化合物に含まれるCd、TeまたはHgがp型
ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半
導体層中に拡散し、p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦
X≦1、0≦Y≦1)との化合物が形成される。
【0036】さらにまた、p型ZnXMg1-XSYSe1-Y
(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層上にNi、Ptま
たはPdあるいはNi、PtまたはPdを含む化合物
が、堆積されることにより、金属−半導体間の高い密着
性を得ることができる。また、これらの金属は、高融点
金属であるため熱的安定性に優れている。かつ、上記金
属は化学的に非常に安定な化合物であって、耐熱性・耐
食性等に優れた電極を形成することが可能となる。
(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体層上にNi、Ptま
たはPdあるいはNi、PtまたはPdを含む化合物
が、堆積されることにより、金属−半導体間の高い密着
性を得ることができる。また、これらの金属は、高融点
金属であるため熱的安定性に優れている。かつ、上記金
属は化学的に非常に安定な化合物であって、耐熱性・耐
食性等に優れた電極を形成することが可能となる。
【0037】特に、前記三種の金属のうちNiまたはP
dを用いた場合は、これらの金属は酸素と比べてZn、
Seとの結合エネルギーの大きい元素であり、p型Zn
XMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体
層上に堆積された場合、堆積中の反応あるいは堆積後の
熱処理によって自然酸化膜を破壊し、ZnあるいはSe
と結合することで高い付着性を示す。さらに、自然酸化
膜を破壊し、みずから半導体層中に拡散しやすい性質を
持っており(Kirkendall効果)、清浄な界面を得るうえ
で好ましい。また、自然酸化膜が破壊されることによ
り、Cd、TeまたはHgの半導体層中への拡散が容易
となり、p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0
≦Y≦1)半導体層との化合物形成を形成するうえで好
ましい。一方、Ptは、その仕事関数が最も大きい金属
であることから、p型ZnXMg1 -XSYSe1-Y(0≦X
≦1、0≦Y≦1)半導体層に対しもっとも小さい電位
障壁を示し、低接触抵抗を得るうえで好ましい。
dを用いた場合は、これらの金属は酸素と比べてZn、
Seとの結合エネルギーの大きい元素であり、p型Zn
XMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)半導体
層上に堆積された場合、堆積中の反応あるいは堆積後の
熱処理によって自然酸化膜を破壊し、ZnあるいはSe
と結合することで高い付着性を示す。さらに、自然酸化
膜を破壊し、みずから半導体層中に拡散しやすい性質を
持っており(Kirkendall効果)、清浄な界面を得るうえ
で好ましい。また、自然酸化膜が破壊されることによ
り、Cd、TeまたはHgの半導体層中への拡散が容易
となり、p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦1、0
≦Y≦1)半導体層との化合物形成を形成するうえで好
ましい。一方、Ptは、その仕事関数が最も大きい金属
であることから、p型ZnXMg1 -XSYSe1-Y(0≦X
≦1、0≦Y≦1)半導体層に対しもっとも小さい電位
障壁を示し、低接触抵抗を得るうえで好ましい。
【0038】p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層表面の清浄化を工程中に入れ
ると、良好なオーミック特性を再現性よく得ることがで
きる。例えば、飽和臭素水系エッチング液によるケミカ
ルエッチングを行うと、p型ZnXMg1-XSYSe
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)表面に形成される自然
酸化膜・炭化物を除去、清浄な表面が形成され、本発明
の特徴である電極構造を安定に形成することが可能とな
る。なお、電極構造作製プロセスが、p型半導体層成長
直後、一貫して(in-situ)行うことができるなら、清
浄化のプロセスを省略することもできる。
1、0≦Y≦1)半導体層表面の清浄化を工程中に入れ
ると、良好なオーミック特性を再現性よく得ることがで
きる。例えば、飽和臭素水系エッチング液によるケミカ
ルエッチングを行うと、p型ZnXMg1-XSYSe
1-Y(0≦X≦1、0≦Y≦1)表面に形成される自然
酸化膜・炭化物を除去、清浄な表面が形成され、本発明
の特徴である電極構造を安定に形成することが可能とな
る。なお、電極構造作製プロセスが、p型半導体層成長
直後、一貫して(in-situ)行うことができるなら、清
浄化のプロセスを省略することもできる。
【0039】
【実施例】半絶縁高抵抗GaAs基板上に、窒素ラジカ
ルドーピング法を用いMBE成長した窒素添加p型Zn
Se(Na-Nd=1x1018cm-3)を準備し、該p型ZnSe層
の表面をアセトン5分、エタノール2分の超音波洗浄で
洗浄し、その後エッチャントとして飽和臭素水SBW:HBr:
H20=1:10:90を用い、室温で3分エッチングを行った。
このエッチングによりp型ZnSe層表面の酸化物及び
炭化物などを除去した。
ルドーピング法を用いMBE成長した窒素添加p型Zn
Se(Na-Nd=1x1018cm-3)を準備し、該p型ZnSe層
の表面をアセトン5分、エタノール2分の超音波洗浄で
洗浄し、その後エッチャントとして飽和臭素水SBW:HBr:
H20=1:10:90を用い、室温で3分エッチングを行った。
このエッチングによりp型ZnSe層表面の酸化物及び
炭化物などを除去した。
【0040】ついで、このp型ZnSeの形成された半
絶縁高抵抗GaAs基板を室温のままにして、該p型Z
nSe層上に電子ビーム蒸着によってNi層を5nm堆積
し、ついで基板温度はそのままで抵抗加熱蒸着によって
Cd層を5nm堆積し、さらに基板温度はそのままで電子
ビーム蒸着によってNi層を50nm堆積し、電極を形成
した。電子ビーム蒸着および抵抗加熱蒸着は、到達真空
度3〜5×10-7Torr下、蒸着中真空度5×10-6Torr以下
で行った。なお、この後いくつかの試料について熱処理
を行った。
絶縁高抵抗GaAs基板を室温のままにして、該p型Z
nSe層上に電子ビーム蒸着によってNi層を5nm堆積
し、ついで基板温度はそのままで抵抗加熱蒸着によって
Cd層を5nm堆積し、さらに基板温度はそのままで電子
ビーム蒸着によってNi層を50nm堆積し、電極を形成
した。電子ビーム蒸着および抵抗加熱蒸着は、到達真空
度3〜5×10-7Torr下、蒸着中真空度5×10-6Torr以下
で行った。なお、この後いくつかの試料について熱処理
を行った。
【0041】電極の平面形状は、直径1mmの円形とし、
その中心間距離が2mmとなるように2つ形成した。そし
て、これら二電極間の電流−電圧特性を測定した。図4
に、電流−電圧特性のアニール温度依存性を示す。比較
のためAuを電極金属として用いた場合の電流−電圧特
性を示す。アニール時間は、いずれの温度においても7
分とした。熱処理なしの試料および100℃で熱処理した
試料は、若干ショットキー接合性を有しているもののA
u電極と比較して著しい特性改善が見られ、200,2
50℃で熱処理した試料は、良好なオーミック接触性を
示した。
その中心間距離が2mmとなるように2つ形成した。そし
て、これら二電極間の電流−電圧特性を測定した。図4
に、電流−電圧特性のアニール温度依存性を示す。比較
のためAuを電極金属として用いた場合の電流−電圧特
性を示す。アニール時間は、いずれの温度においても7
分とした。熱処理なしの試料および100℃で熱処理した
試料は、若干ショットキー接合性を有しているもののA
u電極と比較して著しい特性改善が見られ、200,2
50℃で熱処理した試料は、良好なオーミック接触性を
示した。
【0042】なお、本実施例では、金属としてNi、中
間層を構成する元素としてCdを用いたが、これらの材
料に限定されず、母体元素としてZnSe等表面の自然
酸化膜等を破壊し、付着性がよく、かつ仕事関数の大き
な元素および中間層を構成する元素としては、ZnSe
に対して低接触エネルギー障壁半導体中間層を形成する
元素であればよい。特には、本実施例の材料の外に、金
属としてPtまたはPd、中間層を構成する元素として
TeまたはHgがよい。また電極金属または金属間化合
物の堆積法としては、蒸着法以外にスパッタ法等を用い
てもよい。
間層を構成する元素としてCdを用いたが、これらの材
料に限定されず、母体元素としてZnSe等表面の自然
酸化膜等を破壊し、付着性がよく、かつ仕事関数の大き
な元素および中間層を構成する元素としては、ZnSe
に対して低接触エネルギー障壁半導体中間層を形成する
元素であればよい。特には、本実施例の材料の外に、金
属としてPtまたはPd、中間層を構成する元素として
TeまたはHgがよい。また電極金属または金属間化合
物の堆積法としては、蒸着法以外にスパッタ法等を用い
てもよい。
【0043】熱処理工程としては、本実施例で用いた電
気炉アニール以外にRTA(Rapid Thermal Anneal)法が挙
げられる。また、熱処理温度は、中間層を構成する元素
にも依存するが100℃以上300℃以下にすることが
望ましい。これ以下の温度では、半導体中間層の生成に
十分でなく、これ以上の温度では素子に用いた際に素子
特性が劣化する。
気炉アニール以外にRTA(Rapid Thermal Anneal)法が挙
げられる。また、熱処理温度は、中間層を構成する元素
にも依存するが100℃以上300℃以下にすることが
望ましい。これ以下の温度では、半導体中間層の生成に
十分でなく、これ以上の温度では素子に用いた際に素子
特性が劣化する。
【0044】図1に、本発明のオーミック接触構造を用
いたII−VI族化合物半導体(レーザ)装置を示す。レー
ザ構造は、n型GaAs基板1上に、n型ZnS0.07S
e0. 93バッファ層2(膜厚0.1μm、Nd-Na=1×1018c
m-3)、n型Zn0.91Mg0.0 9S0.12Se0.88クラッド
層3(膜厚1.0μm、Nd-Na=5×1017cm-3)、n型Z
nS0.07Se0.93光導波路層4(膜厚0.1μm、Nd-Na=
5×1017cm-3)、Zn0 .8Cd0.2Se活性層5(膜厚
75Å)、p型ZnS0.07Se0.93光導波路層6(膜厚
0.1μm、Na-Nd=5×1017cm-3)、p型Zn0.91Mg
0.09S0.12Se0.8 8クラッド層7(膜厚1.5μm、Na-Nd
=5×1017cm-3)、p型ZnSeコンタクト層8(膜
厚0.1μm、Na-Nd=2×1018cm-3)、p型側電極9、
n型側電極11およびポリイミド埋め込み層10からな
っている。上記バッファ層2からコンタクト層8まで
は、MBE法で形成した。
いたII−VI族化合物半導体(レーザ)装置を示す。レー
ザ構造は、n型GaAs基板1上に、n型ZnS0.07S
e0. 93バッファ層2(膜厚0.1μm、Nd-Na=1×1018c
m-3)、n型Zn0.91Mg0.0 9S0.12Se0.88クラッド
層3(膜厚1.0μm、Nd-Na=5×1017cm-3)、n型Z
nS0.07Se0.93光導波路層4(膜厚0.1μm、Nd-Na=
5×1017cm-3)、Zn0 .8Cd0.2Se活性層5(膜厚
75Å)、p型ZnS0.07Se0.93光導波路層6(膜厚
0.1μm、Na-Nd=5×1017cm-3)、p型Zn0.91Mg
0.09S0.12Se0.8 8クラッド層7(膜厚1.5μm、Na-Nd
=5×1017cm-3)、p型ZnSeコンタクト層8(膜
厚0.1μm、Na-Nd=2×1018cm-3)、p型側電極9、
n型側電極11およびポリイミド埋め込み層10からな
っている。上記バッファ層2からコンタクト層8まで
は、MBE法で形成した。
【0045】図2にp型側電極9の拡大図を示す。p型
ZnSeコンタクト層8内にZnCdSe層12が形成
され、このうえにNiからなる金属層14が形成され、
金属層14のZnCdSe層12との界面に熱的に安定
な金属間化合物NiCd、NiSe及びNiZnからな
る領域13が形成されたものとなっている。上記電極9
は、p型ZnSeコンタクト層8上に室温で電子ビーム
蒸着によってNi層15、17、抵抗加熱蒸着によって
Cd層16を堆積し、この後電気炉による250℃で7
分の熱処理によって形成した(図3参照)。電子ビーム
蒸着および抵抗加熱蒸着は、到達真空度3〜5×10-7
Torr下、蒸着中真空度5×10-6Torr以下で行われ、各
層の膜厚は、15、16、17に対して、5nm,5nm,
50nmとした。
ZnSeコンタクト層8内にZnCdSe層12が形成
され、このうえにNiからなる金属層14が形成され、
金属層14のZnCdSe層12との界面に熱的に安定
な金属間化合物NiCd、NiSe及びNiZnからな
る領域13が形成されたものとなっている。上記電極9
は、p型ZnSeコンタクト層8上に室温で電子ビーム
蒸着によってNi層15、17、抵抗加熱蒸着によって
Cd層16を堆積し、この後電気炉による250℃で7
分の熱処理によって形成した(図3参照)。電子ビーム
蒸着および抵抗加熱蒸着は、到達真空度3〜5×10-7
Torr下、蒸着中真空度5×10-6Torr以下で行われ、各
層の膜厚は、15、16、17に対して、5nm,5nm,
50nmとした。
【0046】なお、上記電極金属の堆積に先立ち、p型
ZnSeコンタクト層の表面をアセトン5分、エタノー
ル2分の超音波洗浄で洗浄し、その後エッチャントとし
て飽和臭素水SBW:HBr:H20=1:10:90を用い、室温
で3分エッチングを行った。このエッチングによりp型
ZnSeコンタクト層の表面の酸化物・炭化物などを除
去した。
ZnSeコンタクト層の表面をアセトン5分、エタノー
ル2分の超音波洗浄で洗浄し、その後エッチャントとし
て飽和臭素水SBW:HBr:H20=1:10:90を用い、室温
で3分エッチングを行った。このエッチングによりp型
ZnSeコンタクト層の表面の酸化物・炭化物などを除
去した。
【0047】図1のレーザ構造(ストライプ幅5μm)
からへき開によって共振器長1mmのレーザ素子を作製
し、銅のヒートシンク上にGaAs基板を下にしてレー
ザ素子を設置し、室温で、CW駆動による素子の電流−
光出力特性、電流−電圧特性を測定した。レーザ素子の
共振器端は、コーティングを施していない、へき開され
たまま(as-cleaved)の状態である。図6にレーザ素子
の電流−光出力特性、電流−電圧特性を示す。図に示す
ように、素子の発振しきい値電流20mA、発振しきい値
電圧3.5Vが達成された。
からへき開によって共振器長1mmのレーザ素子を作製
し、銅のヒートシンク上にGaAs基板を下にしてレー
ザ素子を設置し、室温で、CW駆動による素子の電流−
光出力特性、電流−電圧特性を測定した。レーザ素子の
共振器端は、コーティングを施していない、へき開され
たまま(as-cleaved)の状態である。図6にレーザ素子
の電流−光出力特性、電流−電圧特性を示す。図に示す
ように、素子の発振しきい値電流20mA、発振しきい値
電圧3.5Vが達成された。
【0048】これに対し、p型側電極9をAu電極で形
成した場合は、10V以上となり、p型側電極9をFanら
の電極構造("Continuous-wave, room temperature, rid
ge waveguide green-blue diode laser", A.Salokatve
et.al, Electronics Lett. Vol.29 P.2192)Au/Zn
Te/ZnSe−ZnTe電極で形成した場合は、4.4V
となる。
成した場合は、10V以上となり、p型側電極9をFanら
の電極構造("Continuous-wave, room temperature, rid
ge waveguide green-blue diode laser", A.Salokatve
et.al, Electronics Lett. Vol.29 P.2192)Au/Zn
Te/ZnSe−ZnTe電極で形成した場合は、4.4V
となる。
【0049】
【発明の効果】本発明によれば、従来の電極構造を用い
た素子よりも低い動作電圧を有する青色発光素子の実現
が可能となる。
た素子よりも低い動作電圧を有する青色発光素子の実現
が可能となる。
【図1】本発明における実施例のII−VI族化合物半導体
装置の概略断面図である。
装置の概略断面図である。
【図2】p型電極部分の概略拡大図である。
【図3】電極構造作製のための堆積シーケンス図であ
る。
る。
【図4】p型電極間の電流−電圧特性のアニール温度依
存性を示すグラフである。
存性を示すグラフである。
【図5】レーザ素子の電流−光出力特性、電流−電圧特
性を示すグラフである。
性を示すグラフである。
【図6】II−VI族化合物半導体装置の一例を示す概略図
である。
である。
【図7】各種II−VI 族化合物半導体の格子定数とバン
ドギャップの関係図である。
ドギャップの関係図である。
【図8】金属とp型ZnSeとの接触界面でのショット
キー障壁の厚さを説明するバンドモデル図である。
キー障壁の厚さを説明するバンドモデル図である。
【図9】熱放出トンネル電流を考慮した理論計算によっ
て求めた、p型ZnSeと金属によるショットキー接合
の接触抵抗のイオン化不純物濃度依存性を示すグラフで
ある。
て求めた、p型ZnSeと金属によるショットキー接合
の接触抵抗のイオン化不純物濃度依存性を示すグラフで
ある。
【図10】中間層が形成された場合のバンド図である。
【図11】φB=xs +Eg −φM の関係を示すバンド
図である。
図である。
1 n型GaAs基板 2 n型ZnS0.07Se0.93バッファ層 3 n型Zn0.91Mg0.09S0.12Se0.88クラッド層 4 n型ZnS0.07Se0.93光導波路層 5 Zn0.8Cd0.2Se活性層 6 p型ZnS0.07Se0.93光導波路層 7 p型Zn0.91Mg0.09S0.12Se0.88クラッド層 8 p型ZnSeコンタクト層 9 p型側電極 10 ポリイミド埋め込み層 11 n型側電極 12 ZnCdSe層 13 金属間化合物NiCd、NiSeあるいはNiZ
n 14 Ni 15、17 Ni層 16 Cd層
n 14 Ni 15、17 Ni層 16 Cd層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 友村 好隆 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (14)
- 【請求項1】 p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層を有し、該半導体層上に半導
体層を構成する元素とCd、TeまたはHgである添加
物元素との化合物からなる中間層が形成され、該中間層
上にNi、PtまたはPdを含んでなる電極層が形成さ
れていることを特徴とするII−VI族化合物半導体装置。 - 【請求項2】 上記中間層中の添加物元素の濃度が、電
極層側と半導体層側とで異なっており、電極側の方が大
きくなっていることを特徴とする請求項1のII−VI族化
合物半導体装置。 - 【請求項3】 上記電極層は、Ni,PtまたはPdと
中間層に含まれる添加物元素との金属間化合物を含んで
なることを特徴とする請求項1〜2いずれか1つのII−
VI族化合物半導体装置。 - 【請求項4】 上記電極層は、Ni、PtまたはPdと
半導体層を構成する元素との金属間化合物を含んでなる
ことを特徴とする請求項1〜3いずれか1つのII−VI族
化合物半導体装置。 - 【請求項5】 上記中間層は、p型であり、p型不純物
の濃度が半導体層中のp型不純物濃度とほぼ同じかより
大きいことを特徴とする請求項1〜4いずれか1つのII
−VI族化合物半導体装置。 - 【請求項6】 上記中間層と半導体層とのエネルギー障
壁が、0.4eV以下であることを特徴とする請求項1〜5
いずれか1つのII−VI族化合物半導体装置。 - 【請求項7】 上記中間層と電極層とのエネルギー障壁
が、電極層と半導体層とのエネルギー障壁より小さいこ
とを特徴とする請求項1〜6いずれか1つのII−VI族化
合物半導体装置。 - 【請求項8】 p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層上にCd、TeまたはHgの
添加物元素層を形成し、該添加物元素層上にNi、Pt
またはPdからなる金属層を形成することを特徴とする
請求項1のII−VI族化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X≦
1、0≦Y≦1)半導体層上にNi、PtまたはPdか
らなる下部金属層を形成し、該下部金属層上にCd、T
eまたはHgの添加物元素層、Ni、PtまたはPdか
らなる上部金属層を順次形成することを特徴とする請求
項1のII−VI族化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X
≦1、0≦Y≦1)半導体層表面の酸化物及び炭化物を
除去し、この後、該半導体層上に上記下部金属層、添加
物元素層、上部金属層を形成することを特徴とする請求
項8または9のII−VI族化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 上部金属層を形成した後、上記の半導
体層、上部及び下部金属層および添加物元素層を熱処理
することを特徴とする請求項8〜10いずれか1つのII
−VI族化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】 p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X
≦1、0≦Y≦1)半導体層上にNi、PtまたはPd
とCd、TeまたはHgとの化合物層を形成することを
特徴とする請求項1のII−VI族化合物半導体装置の製造
方法。 - 【請求項13】 p型ZnXMg1-XSYSe1-Y(0≦X
≦1、0≦Y≦1)半導体層表面の酸化物及び炭化物を
除去し、この後、該半導体層上に上記化合物層を形成す
ることを特徴とする請求項12のII−VI族化合物半導体
装置の製造方法。 - 【請求項14】 上部化合物層を形成した後、上記半導
体層、化合物層を加熱することを特徴とする請求項12
または13のII−VI族化合物半導体装置の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6053589A JPH07263372A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | Ii−vi族化合物半導体装置およびその製造方法 |
DE69513711T DE69513711T2 (de) | 1994-03-24 | 1995-03-24 | Halbleitervorrichtung aus II-VI-Verbindung und Herstellungsverfahren |
EP95301998A EP0674347B1 (en) | 1994-03-24 | 1995-03-24 | II-VI Group compound semiconductor device and method for manufacturing the same |
US08/756,192 US5767536A (en) | 1994-03-24 | 1996-11-25 | II-VI group compound semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6053589A JPH07263372A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | Ii−vi族化合物半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07263372A true JPH07263372A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=12947060
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6053589A Pending JPH07263372A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | Ii−vi族化合物半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5767536A (ja) |
EP (1) | EP0674347B1 (ja) |
JP (1) | JPH07263372A (ja) |
DE (1) | DE69513711T2 (ja) |
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DE102019205376A1 (de) * | 2019-04-15 | 2020-10-15 | Forschungszentrum Jülich | Herstellen eines ohmschen Kontakts sowie elektronisches Bauelement mit ohmschem Kontakt |
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DE69309321T2 (de) * | 1992-01-14 | 1997-08-14 | Mitsubishi Chem Corp | Elektroden-Struktur für Halbleiteranordnung |
US5293074A (en) * | 1992-05-05 | 1994-03-08 | North American Philips Corporation | Ohmic contact to p-type ZnSe |
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WO1994015369A1 (en) * | 1992-12-22 | 1994-07-07 | Research Corporation Technologies, Inc. | Group ii-vi compound semiconductor light emitting devices and an ohmic contact therefor |
-
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- 1994-03-24 JP JP6053589A patent/JPH07263372A/ja active Pending
-
1995
- 1995-03-24 DE DE69513711T patent/DE69513711T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-03-24 EP EP95301998A patent/EP0674347B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-11-25 US US08/756,192 patent/US5767536A/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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DE69513711T2 (de) | 2000-04-27 |
US5767536A (en) | 1998-06-16 |
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