CN1247637A - 用于ⅱ－ⅵ族半导体光转换器件的欧姆接触的钝化包层 - Google Patents

用于ⅱ－ⅵ族半导体光转换器件的欧姆接触的钝化包层 Download PDF

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Abstract

一种Ⅱ－Ⅵ族半导体器件,包括半导体层的堆垛(10)。设有电气耦合到堆垛的欧姆接触(34)。此欧姆接触在暴露于氧化物质时具有某一氧化率。钝化覆盖层(42)覆盖在此欧姆接触上,且其氧化率小于欧姆接触的氧化率。

Description

用于II-VI族半导体光转换器件的欧姆接触的钝化包层
政府权利
依照Defense Advanced Research Projects Agency和Department of theArmy/Army Research Office所颁发的第DAAH04-94-C-0049号合同，美国政府享有本发明的某些权利。背景技术
本发明涉及诸如激光二极管和发光二极管等II-VI族半导体器件。尤其是，本发明涉及用于II-VI族半导体器件的欧姆接触的钝化包层。
II-VI族化合物半导体器件是众所周知的。这些器件适用于构成光发射或光检测器件、二极管和激光二极管，诸如在1993年5月25日授权的第5,213,998号美国专利；1993年9月28日授权的第5,248,631号美国专利；1993年12月28日授权的5,274,269号美国专利；1994年3月1日授权的第5,291,507号美国专利；1994年6月7日授权的5,319,219号美国专利；1995年3月7日授权的第5,395,791号美国专利；1995年3月7日授权的5,396,103号美国专利；1995年4月4日授权的5,404,027号美国专利；1994年11月8日授权的第5,363,395号美国专利；1996年5月7日授权的第5,515,393号美国专利；1995年5月30授权的第5,420,446号美国专利；1995年6月13日授权的第5,423,943号美国专利；1996年7月23日授权的5,538,918号美国专利；以及1996年4月30日授权的5,513,199号美国专利中所述的那些器件。
从历史上讲，二极管可产生红光或红外光。然而，在例如光谱的蓝色和绿色部分中发出波长较短(即，波长在590nm和430nm之间)的辐射的二极管有许多应用。此外，这些短波长激光二极管将增强目前使用红外和红色激光二极管的许多现有系统的性能和功能。
获得与器件的良好电气接触是重要的。通常，II-VI族半导体二极管已使用p型ZnTe欧姆接触来提供给II-VI族半导体二极管的p型层的电导率。然而，欧姆接触与p型层之间的界面是这样的，价带偏移近似于1eV。此偏移对空穴注入形成势垒。在5,396,103号美国专利中描述了使用分级(graded)合金层作为消除此势垒的一种技术。然而，由于在欧姆接触和器件的其它层之间存在较大的晶格失配，使得接触区中的微结构缺陷的密度增加。这些缺陷可能对器件性能的降低起到明显的作用。
发明内容
本发明包括具有半导体层堆垛的半导体器件。II-VI族半导体欧姆接触电气耦合到该器件且包括铍(Be)。在暴露于氧化环境下时，此欧姆接触具有一氧化率。钝化包层复盖在此欧姆接触上，且其氧化率小于欧姆接触的氧化率。
附图概述
图1是示出依据本发明的II-VI族半导体激光二极管分层的简化方框图。
图2是图1所示半导体激光二极管中p型接触的更详细的图。
本发明的较佳实施方式
图1从总体上示出依据本发明的激光二极管10的结构。激光二极管10为通过在GaAs衬底上分子束外延法(MBE)生长的异质外延层而制造的宽带隙II-VI族器件。激光二极管10是在GaAs衬底12上制造的，它分别包括被CdZnSe量子阱有源层18所分隔的下(第一)和上(第二)ZnSSe光导层14和16。与有源层18相对的光导层14与16的表面分别以下(第一)和上(第二)MgZnSSe包层20和22为界。下ZnSe：Cl缓冲层24位于与光导层14相对的下包层20的表面上。上BeTe：N/ZnSe欧姆接触34位于与光导层16相对的上包层22的表面上。
n型GaAs缓冲层28分隔衬底12与下ZnSe：Cl缓冲层24，以保证随后生长的层具有高的结晶质量。p型欧姆接触34由ZnSe：N层26、ZnSe/BeTe：N分级(grading)层36、BeTe：N层38和ZnTe：N覆盖(capping)层42形成。设有与层42电气接触的电极41。而且提供电极40以与下缓冲层24相对的GaAs衬底相接触。层20和24为掺有Cl的n型(即，第一导电率类型)。此外，层22和26为掺有N的p型(即，第二导电率类型)。有源层18为CdZnSe或CdZnSSe半导体的未掺杂量子阱层。层12至40提供了依据本发明的“半导体层的堆垛”。
图2是淀积在p型ZnSe层26上的依据本发明的p型接触34的更详细的例子。如图2所示，数字式分级层36包括一个接一个堆叠的多层。p型ZnTe覆盖层42淀积在p型BeTe层38上。依据本发明，覆盖层42的氧化率小于BeTe层38的氧化率。覆盖层42的厚度和稠度足以完全覆盖层38。因此，覆盖层42保护层38以免暴露于空气和其它氧化媒质中，从而防止层38氧化。本领域内的技术人员应理解，覆盖层42可以是任何适当的材料。选择ZnTe是因为它易于结合进入II-VI族半导体器件的制造工艺中。其它适当的覆盖层材料包括CdSe、HgSe和大多数金属。
一种对II-VI族蓝-绿半导体激光二极管的基于p-ZnSe的层的常用的低电阻p型欧姆接触为p-ZnTe。p-ZnTe/p-ZnSe界面处的能带排列是这样的，近似于1eV的价带偏移对空穴注入形成势垒。消除势垒的常用技术是在p-ZnSe和p-ZnTe之间引入数字式分级的Zn(Se，Te)层。然而，由于ZnTe/ZnSe层的晶格失配较大，使得接触区中的微结构缺陷密度增高，且可能在接触退化中起到明显的作用。由于带隙为2.7eV的BeTe与ZnSe和GaAs有紧密的晶格匹配，所以具有BeTe/ZnSe数字式分级层的BeTe层表现出它是对基于ZnSe的p型半导体的欧姆接触的理想候选层。
已提出这样的接触结构，它包括对于p-ZnSe的200 C p-BeTe和300-900 Cp-BexZn1-xTeySe1-y线性分级带隙欧姆接触，该接触的电气性能应优于p-ZnTexSe1-x线性分级欧姆接触的电气性能。由于p-ZnSe(～0.7％)与GaAs的晶格失配较小，所以BeTe和BexZn1-xTexSe1-x分级带隙层给基于p-ZnSe的半导体提供了改善的欧姆接触。这些接触将使整个II-VI激光器结构随GaAs衬底而假同晶地生长。通常，在淀积了BeTe层后，把衬底从MBE室中移去并暴露于空气或其它氧化媒质中。
本发明包括发现BeTe在空气中具有化学活性并将与氧起反应而形成无定形BeO层。
已使用剖面透射电子显微镜通过实验观察到室温下BeTe在空气中的氧化。
此氧化层是激光器件加工和制造中的潜在问题。不导电的氧化层限制了激光二极管的效率，而且还可能缩短激光器在室温连续波操作器件的寿命。因此，必须防止BeTe表面在空气中的氧化。本发明通过在BeTe表面暴露于空气之前随后淀积在BeTe表面上的导电覆盖层来解决这个问题。在一个实施例中，覆盖层为ZnTe层。
已通过实验观察到本发明的优点。在一个实验中，通过MBE在p-ZnSe上生长由300 D p-BeTe和300 C ZnSe/BeTe数字式分级层构成的两个接触。接着把p-ZnTe的50 C覆盖层淀积到两个300 C p-BeTe磨光表面之一。然后把这两个表面暴露于空气用以进行器件加工。由剖面透射电子显微镜(TEM)来表示这两个接触结构的特征。
观察到未覆盖的BeTe上面有薄的无定形层，而在ZnTe覆盖层与BeTe层之间未观察到无定形层。因而，发现在空气中，BeTe即使在室温下也易于氧化。另一方面，ZnTe覆盖层使BeTe表面钝化，未观察到氧化层。在电流密度为2kA/cm2的加速试验下，这种具有ZnTe覆盖层的BeTe接触的接触寿命超过600小时。这比得上在1kA/cm2下仅能操作20小时的基于ZnTe的接触。
本发明可利用抗氧化能力相对高的其它材料，它们最好是电导体。例如，可把p-CdSe、p-CdTe、p-HgS、p-HgSe等用作BeTe的覆盖层。此外，可把ZnSe用作覆盖层，只要该层薄(达到大约100D)到足以通过其发生电子隧道效应。可选择呈现体电阻的其它材料，只要它们薄到足以提供导电。此外，可把诸如Pt、Pd、Ir、Rh、Ni、Co和Au等逸出功高的金属接触直接淀积到未暴露于空气的BeTe表面上，以在制造器件现场使BeTe表面钝化。逸出功更低的金属也是可以接受的，例如Al、Ti、Zn和Cd。覆盖II-VI族半导体中可能氧化的任何层都在本发明的范围内。这些层可由已掺杂为p型或n型的包含BE的混合物构成。在n掺杂的半导体层的情况下，覆盖层也可被掺杂为n型，以实现良好的导电。
虽然参考较佳实施例来描述本发明，但本领域内的技术人员应理解，可进行形式和细节上的变化而不偏离本发明的精神和范围。如这里所使用的，“II-VI族半导体层的堆垛”包括发光器件、这里所述的激光二极管或诸如二极管、具有n型向上的器件等其它结构的任何层或层组。本发明非常适用于II-VI族器件的易氧化层必须暴露于氧化媒质的任何情况。本发明的半导体器件可用作激光器、发光二极管、传感器等。使用本发明的半导体的器件包括光学通信器件、光学存储器、光学读-写器件等。

Claims (10)

1.一种半导体器件，其特征在于包括：
半导体层的堆垛；
电气耦合到此堆垛的欧姆接触，此欧姆接触包括包含Be的II-VI族半导体且在暴露于氧化材料中时具有某一氧化率；以及
复盖在欧姆接触上的钝化覆盖层，所述覆盖层的氧化率小于欧姆接触的氧化率。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于欧姆接触包括BeTe。
3.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于钝化覆盖层包括ZnTe。
4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于钝化覆盖层是导电的。
5.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于钝化覆盖层为p型半导体。
6.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于钝化覆盖层为掺杂的n型。
7.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于钝化覆盖层是从CdSe、CdTe、HgS、HgSe和ZnSe构成的组中选出的。
8.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于钝化覆盖层包括金属。
9.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于堆垛形成发光二极管。
10.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于堆垛形成激光器。
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