(57)【要約】【課題】互いに組成が異なる二の半導体層が含まれるメサ部において積層方向に移動するキャリアは分極電荷による電場からの斥力を受けてメサ部の側壁付近に集中して移動することになる。しかし、メサ部の側壁付近は結晶性が悪く、円滑なキャリア輸送をすることができず、半導体素子の電気抵抗が高くなるという課題があった。  そこで、本願発明は前記二の半導体層の積層により生ずる分極を低減し、キャリアが円滑に移動できるメサ部を有し、電気抵抗の低い半導体素子を提供することを目的とする。【解決手段】    上記目的を達成するために、本願発明は、メサ部に積層された互いに組成の異なる二の半導体層との間に積層方向に組成が変化するバンドギャップ変化層を配置することとした。【選択図】図１
2006324279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、
前記第一半導体層の前記基板の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、
前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、
前記第二半導体層の前記バンドギャップ変化層の側と反対の側に外部から電圧を印加するための電極と、
を備える半導体素子であって、
積層方向において、前記電極から前記第二半導体層又は前記第一半導体層に至るまでがメサ状であり、
前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層から前記第二半導体層に向かって、前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
基板上に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、
前記第一半導体層の前記基板の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、
前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、
前記第二半導体層の前記バンドギャップ変化層の側と反対の側に外部から電圧を印加するための電極と、
を備える半導体素子であって、
積層方向において、前記電極から前記第二半導体層又は前記第一半導体層に至るまでがメサ状であり、
前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層から前記第二半導体層に向かって、前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体素子。
【請求項３】
前記第二半導体層はｐ型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかの半導体素子。
【請求項５】
前記第一半導体層、前記バンドギャップ変化層及び前記第二半導体層の積層方向と前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶、前記バンドギャップ変化層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶及び前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸方向とが平行であることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの半導体素子。
【請求項６】
前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物と前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度をρ（ｃｍ−２）、前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅をｄ（ｃｍ）と表したとき、前記バンドギャップ変化層に添加される不純物の不純物濃度ｎ（ｃｍ−３）は、０．５ρ／ｄ≦ｎ≦３ρ／ｄの範囲であることを特徴とする請求項１から５に記載のいずれかの半導体素子。
【請求項７】
前記基板と前記第一半導体層との間に電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層をさらに備え、
前記第一半導体層は前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１であり、前記活性層で発生した光を導波する光ガイド層として機能し、
前記第二半導体層は前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０５≦ｍ≦０．１）及びｘ＋ｙ＝１の関係であり、前記活性層にキャリアを供給するクラッド層として機能し、
且つ前記バンドギャップ変化層は前記組成式において０≦ｘ≦ｍ及びｘ＋ｙ＝１の関係の範囲であり、
構造全体として半導体レーザとしての機能を有することを特徴とする請求項３から６に記載のいずれかの半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体層を積層して形成される半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、開発が進む高速通信機器に使用される高周波デバイスや半導体発光素子は基板上に半導体薄膜を複数積層して形成されている。このように基板上に半導体薄膜を積層して形成した複数の半導体素子を互いに隣接する半導体素子から分離するためにメサ状とすることがある（例えば、非特許文献１参照。）。例えば、ＩｎＰ基板上にエピタキシャル成長にてＩｎＡｌＡｓ及びＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体を積層し、次いでＴｉ／Ａｌ又はＮｉ／Ａｌ等の金属でゲート、ソース及びドレインの電極を作成し、ドライエッチング等によりメサ状を形成して素子分離を行う。
【０００３】
また、電極からのキャリアを半導体素子の特定箇所に集中させる目的で半導体素子の一部をメサ状に形成して、キャリアの移動路を狭めることもある。例えば、半導体発光素子においては光強度分布（横モード）の単峰性を向上させ、半導体発光素子と光ピックアップ等の外部機器との結合効率を向上させるために、半導体発光素子の一部をメサ状に形成してキャリアの流れを狭搾して活性層に集中させている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
なお、以下の説明において、「メサ状に形成した半導体素子の一部」を「メサ部」と略記する。また、「メサ部の内部においてコンタクト層と第一半導体層との接合部が現れている表面の近傍」を「メサ部の側壁付近」と記載し、「メサ部の側壁から離れた内部」を「メサ部の中央部」と記載している。
【０００５】
従来の半導体素子１０７の断面の概念図を図７に示す。半導体素子１０７は電極１１、基板１２、第一半導体層１５、第二半導体層１７、コンタクト層１８及び電極１９を積層して構成される。さらに、電極１９から第一半導体層１５の積層方向の幅の一部までをメサ状に形成し、メサ部７としている。
【非特許文献１】ｈｔｔｐ: ／／ｗｗｗ３.ｆｅｄ.ｏｒ.ｊｐ／ｐｕｂ／ｒｅｖｉｅｗ／ＦＥＤｒｅｖｉｅｗＶ１Ｎ１２Ｅ１ＳａｎｏＥ.ｐｄｆ
【特許文献１】特開平１１−１７７１７５号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、デバイスの要求上、互いに組成の異なる二の半導体層を隣接して積層することもある。例えば、図７の半導体素子１０７のように第一半導体層１５と第二半導体層１７とがＩＩＩ族窒化物系化合物であり、互いに元素の組成が異なる場合、第一半導体層１５及び第二半導体層１７を含んだメサ部７を形成すれば、第一半導体層１５と第二半導体層１７の間に自発分極や格子ひずみ起因のピエゾ分極（以下、「自発分極や格子ひずみ起因のピエゾ分極」を「分極」と略記する。）に起因する分極電荷が生ずる。特にＣ軸方向に積層したＩＩＩ族窒化物系化合物のヘテロ構造のヘテロ界面では前記分極電荷が顕著に現れていた。第一半導体層１５と第二半導体層１７との間に分極電荷が生ずる場合、メサ部７を第二半導体層１７から第一半導体層１５へ積層方向に移動するキャリアは前記分極電荷による電場からの斥力を受けて図７のキャリアの流れ９１のようにメサ部７の側壁付近に集中して移動することになる。しかし、メサ部７の側壁付近はメサ部７の形成時の影響により結晶性が悪く、キャリア輸送が阻害され、半導体素子１０７の電気抵抗が高くなるという課題があった。
【０００７】
本願発明は上記課題を解決するためになされたもので、互いに組成の異なる二の半導体層が積層されたメサ部において、キャリアが円滑に移動でき、もって電気抵抗の低い半導体素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本願発明は、メサ部に積層された互いに組成の異なる二の半導体層との間に積層方向に組成が変化するバンドギャップ変化層を配置することとした。
【０００９】
具体的には、本願第一の発明は、基板上に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記基板の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、前記第二半導体層の前記バンドギャップ変化層の側と反対の側に外部から電圧を印加するための電極と、を備える半導体素子であって、積層方向において、前記電極から前記第二半導体層又は前記第一半導体層に至るまでがメサ状であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層から前記第二半導体層に向かって、前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体素子である。
【００１０】
組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物は組成を変化させることでバンドギャップを調整することができる半導体である。従って、前記ＩＩＩ族窒化物系化合物においてｘ及びｙで指定される組成を単調変化させることで、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップを単調変化させることができる。
【００１１】
本願第一の発明では、前記第二半導体層の組成から前記第一半導体層の組成へ連続的に単調変化する前記バンドギャップ変化層を前記第二半導体層の組成と等しい側を前記第二半導体層に隣接し、且つ前記第一半導体層の組成と等しい側を前記第一半導体層に隣接することで、前記第二半導体層から前記第一半導体層へ急峻な組成変化を避け、前記第二半導体層から前記第一半導体層へバンドギャップを連続的に単調変化させることができる。従って、前記バンドギャップ変化層により前記第二半導体層から前記第一半導体層までの間で前記分極電荷を分散することができ、前記分極電荷の電場からの斥力が低減するため、キャリアは前記第二半導体層から前記第一半導体層へ円滑に移動することができる。ゆえに、積層方向において、前記電極から前記第二半導体層又は前記第一半導体層に至るまでをメサ状としたことでキャリアは結晶性が良い前記メサ部の中央部を円滑に移動することができる。
【００１２】
従って、本願第一の発明は、互いに組成の異なる二の半導体層が積層されたメサ部において、キャリアが円滑に移動でき、もって電気抵抗の低い半導体素子を提供することができる。
【００１３】
本願第二の発明は、基板上に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記基板の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、前記第二半導体層の前記バンドギャップ変化層の側と反対の側に外部から電圧を印加するための電極と、を備える半導体素子であって、積層方向において、前記電極から前記第二半導体層又は前記第一半導体層に至るまでがメサ状であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層から前記第二半導体層に向かって、前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体素子である。
【００１４】
組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物は組成を変化させることでバンドギャップを調整することができる半導体である。従って、前記組成式において互いに異なる値のｘ及びｙで指定される組成の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物薄膜を複数積層させ前記バンドギャップ変化層を構成することで、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップを階段状に単調変化させることができる。
【００１５】
本願第二の発明では、前記第二半導体層の組成から前記第一半導体層の組成へ階段状に単調変化する前記バンドギャップ変化層を前記第二半導体層の組成と等しい側を前記第二半導体層に隣接し、且つ前記第一半導体層の組成と等しい側を前記第一半導体層に隣接することで、前記第二半導体層から前記第一半導体層へ急峻な組成変化を避け、前記第二半導体層から前記第一半導体層へバンドギャップを階段状に単調変化させることができる。従って、前記バンドギャップ変化層により前記第二半導体層から前記第一半導体層までの間で前記分極電荷を分散することができ、前記分極電荷の電場からの斥力が低減するため、キャリアは前記第二半導体層から前記第一半導体層へ円滑に移動することができる。ゆえに、積層方向において、前記電極から前記第二半導体層又は前記第一半導体層に至るまでをメサ状としたことでキャリアは結晶性が良い前記メサ部の中央部を円滑に移動することができる。
【００１６】
従って、本願第二の発明は、互いに組成の異なる二の半導体層が積層されたメサ部において、キャリアが円滑に移動でき、もって電気抵抗の低い半導体素子を提供することができる。
【００１７】
本願発明に係る半導体素子の前記第二半導体層はｐ型であることが好ましい。
【００１８】
前記第二半導体層がｐ型の場合、前記メサ部を移動するキャリアは正孔となる。電子と比較し、有効質量が大きい正孔は結晶性の悪い前記メサ部の側壁付近の移動が困難である。従って、前記分極電荷により正孔が前記メサ部の側壁付近を移動するｐ型のメサ部の電気抵抗は高かった。ゆえに、前記バンドギャップ変化層により正孔が前記メサ部中央付近を円滑に移動するため前記メサ部の電気抵抗は低くなる。
【００１９】
従って、本願発明は、互いに組成の異なる二の半導体層が積層されたメサ部において、キャリアが円滑に移動でき、もって電気抵抗の低い半導体素子を提供することができる。
【００２０】
本願発明に係る半導体素子の前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることが好ましい。
【００２１】
前記第一半導体層と前記第二半導体層との間の急峻な組成変化を緩和する目的に挿入される前記バンドギャップ変化層は、前記目的達成のために積層方向の幅（以下、「積層方向の幅」を「膜厚」と略記する。）は３（ｎｍ）以上であることが求められる。一方、メサ部の積層方向の距離に比例し電気抵抗が大きくなるため、前記バンドギャップ変化層の膜厚は１００（ｎｍ）未満が望ましい。
【００２２】
従って、本願発明は、互いに組成の異なる二の半導体層が積層されたメサ部において、キャリアが円滑に移動でき、もって電気抵抗の低い半導体素子を提供することができる。
【００２３】
本願発明に係る半導体素子は、前記第一半導体層、前記バンドギャップ変化層及び前記第二半導体層の積層方向と前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶、前記バンドギャップ変化層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶及び前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸方向とが平行であることが好ましい。
【００２４】
前記分極電荷が顕著に現れる前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶をＣ軸方向に揃えて積層した場合であっても、前記第一半導体層、前記バンドギャップ変化層及び前記第二半導体層を順に積層することで、前記分極電荷は小さくなり、前記第一半導体層と前記第二半導体層との間のキャリア輸送を円滑することができる。
【００２５】
従って、本願発明は、互いに組成の異なる二の半導体層が積層されたメサ部において、キャリアが円滑に移動でき、もって電気抵抗の低い半導体素子を提供することができる。
【００２６】
本願発明に係る半導体素子は、前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物と前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度をρ（ｃｍ−２）、前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅をｄ（ｃｍ）と表したとき、前記バンドギャップ変化層に添加される不純物の不純物濃度ｎ（ｃｍ−３）は、０．５ρ／ｄ≦ｎ≦３ρ／ｄの範囲であることが好ましい。
【００２７】
前記半導体素子の電気抵抗を下げるために、前記バンドギャップ変化層には不純物を添加することが好ましい。一方、不純物濃度が高い場合、結晶欠陥が増加し、前記半導体素子の低電気抵抗化を図ることができなくなる。さらに、前記半導体素子を発光素子として使用する場合、前記結晶欠陥に吸収される光の量が増加して発光効率が低下することになる。また、不純物としてＭｇを添加した場合、Ｍｇ拡散により半導体素子が劣化して信頼性が低下することになる。従って、前記バンドギャップ変化層の不純物濃度は前記の範囲であることが好ましい。
【００２８】
本願発明に係る半導体素子は、前記基板と前記第一半導体層との間に電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層をさらに備え、前記第一半導体層は前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１であり、前記活性層で発生した光を導波する光ガイド層として機能し、前記第二半導体層は前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０５≦ｍ≦０．１）及びｘ＋ｙ＝１の関係であり、前記活性層にキャリアを供給するクラッド層として機能し、且つ前記バンドギャップ変化層は前記組成式において０≦ｘ≦ｍ及びｘ＋ｙ＝１の関係の範囲であり、構造全体として半導体レーザとしての機能を有することが好ましい。
【００２９】
前記第二半導体層の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の組成を前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０５≦ｍ≦０．１）及びｘ＋ｙ＝１とする、すなわちＡｌｍＧａ１−ｍＮとし、前記第一半導体層の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の組成を前記組成式においてｘ＝０及びｙ＝１とする、すなわちＧａＮとすることで、前記第二半導体層のバンドギャップは前記第一半導体層のバンドギャップより大きくなる。従って、キャリアは前記第二半導体層から前記バンドギャップ変化層を通り、前記第一半導体層へ円滑に移動することができ、前記第二半導体層はキャリアを供給するクラッド層として機能する。
【００３０】
また、前記第一半導体層の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の組成を前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１とする、すなわちＧａＮ又はＩｎＧａＮ化合物とすることで屈折率が小さくなり前記活性層で発生した光は前記第一半導体層で反射する。ゆえに、前記活性層で発生した光は前記第一半導体層を導波するとともに誘導放出を促し、前記第一半導体層は光ガイド層として機能する。
【００３１】
従って、本願発明は、互いに組成の異なる二の半導体層が積層されたメサ部において、キャリアが円滑に移動でき、もって電気抵抗の低い半導体レーザとして機能する半導体素子を提供することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本願発明により、互いに組成の異なる二の半導体層が積層されたメサ部において、キャリアが円滑に移動でき、もって電気抵抗の低い半導体素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本願発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本願発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
【００３４】
（実施の形態１）
本実施形態は、基板上に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記基板の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、前記第二半導体層の前記バンドギャップ変化層の側と反対の側に外部から電圧を印加するための電極と、を備える半導体素子であって、積層方向において、前記電極から前記第二半導体層又は前記第一半導体層に至るまでがメサ状であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層から前記第二半導体層に向かって、前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体素子である。
【００３５】
本願第一の発明に係る一の実施の形態である半導体素子１０１の断面の概念図を図１に示す。半導体素子１０１は電極１１、基板１２、第一半導体層１５、バンドギャップ変化層１６、第二半導体層１７、コンタクト層１８及び電極１９を備える。半導体素子１０１は基板１２上に各半導体層を積層している。
【００３６】
積層方向において、前記電極から前記第一半導体層に至るまで、前記電極から前記第一半導体層の一部を含むまで又は前記電極から前記第一半導体層の全部を含むまでがメサ状であってもよい。
【００３７】
半導体素子１０１は、電極１９から第一半導体層１５の積層方向の幅の一部までをメサ状に形成し、メサ部１としている。
【００３８】
電極１１及び電極１９は半導体素子１０１に電圧を印加するために配置される。電極と半導体とが接触したときに整流性を生ずれば半導体素子としての効率を損なうため、電極１１及び電極１９は半導体とオーム接触できる素材であることが望ましい。さらに、外部の電源等の装置との配線との接触抵抗が小さい素材であることが望ましい。そのため、半導体と接触する素材と配線と接続する素材との間にバッファとなる素材を挟む構造であることが好ましい。例えば、ｎ型半導体と接触する電極の素材としては、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＡｕやＡｌ／Ａｕが例示される。ｐ型半導体と接触する電極の素材としては、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ及びＰｔ／Ａｕが例示される。
【００３９】
電極１１は基板１２との接触抵抗を低減するために基板１２の第一半導体層１５を積層した側と反対側（以下、「基板１２の第一半導体層１５を積層した側と反対側」を「基板１２の裏面」と略記する。）全面に積層していることが好ましい。
【００４０】
基板１２は半導体薄膜で構成される半導体素子１０１を物理的に支えるために配置される。半導体素子１０１の基板として半導体薄膜が良好に成長する素材が選択される。例えば、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物（以下、「組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物」と略記する。）薄膜を積層させる場合はサファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ガリウム（ＧａＮ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）が例示される。
【００４１】
第二半導体層１７はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。第二半導体層１７は前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０１≦ｍ≦０．１５、好ましくは０．０５≦ｍ≦０．１０）、ｘ＋ｙ＝１の関係、すなわち組成式がＡｌｍＧａ１−ｍＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物（以下、「組成式がＡｌｍＧａ１−ｍＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＡｌｍＧａ１−ｍＮ化合物」と略記する。）が例示される。第二半導体層１７はｐ型であることが好ましい。第二半導体層１７がｐ型である場合、キャリア密度を高めるため、ｐ型不純物が添加される。第二半導体層１７に添加する不純物としてＭｇが例示され、不純物濃度は５×１０１８（ｃｍ−３）以上１×１０２０（ｃｍ−３）以下であることが例示される。第二半導体層１７の膜厚は１００（ｎｍ）以上２０００（ｎｍ）以下が好ましく、２００（ｎｍ）以上５００（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【００４２】
第一半導体層１５はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。第一半導体層１５のバンドギャップは第二半導体層１７のバンドギャップより狭いことが好ましい。具体的には、第一半導体層１５の組成を前記組成式においてｘ＝０及びｙ＝１、すなわち組成式がＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物（以下、「組成式がＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＧａＮ化合物」と略記する。）が例示される。なお、第一半導体層１５の組成を前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１とする、すなわちＧａＩｎＮ化合物としてもよい。第一半導体層１５の膜厚は２０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下が好ましく、５０（ｎｍ）以上１５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。また、第二半導体層１７がｐ型の場合、第一半導体層１５はノンドープ又は第二半導体層１７に添加されたｐ型不純物濃度より低い不純物濃度に設計される。
【００４３】
バンドギャップ変化層１６は積層方向に組成が連続的に単調変化するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の層である。すなわち、バンドギャップ変化層１６は積層方向においてバンドギャップ変化層１６の一の側から他の側へ前記組成式におけるｘ及びｙの値が連続的に単調変化する組成を有する。例えば、バンドギャップ変化層１６は、積層方向に対するバンドギャップ変化層１６の一の側が前記組成式においてｘ＝０及びｙ＝１であるＧａＮ化合物であり、他の側が前記組成式においてｘ＝０．０８及びｙ＝０．９２であるＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物であり、前記一の側から前記他の側へ向かって前記組成式においてｘの値が０から０．０８へ連続的に単調変化し且つｙの値がｘ＋ｙ＝１の関係を保ちつつ１から０．９２へ連続的に単調変化する組成を有する。バンドギャップ変化層１６は組成が連続的に単調変化するため、バンドギャップ変化層１６内において前記分極電荷を低減できる。
【００４４】
なお、バンドギャップ変化層１６の膜厚は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることが好ましく、３（ｎｍ）以上５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【００４５】
第二半導体層１７がｐ型の場合、バンドギャップ変化層１６にはｐ型とするためにｐ型不純物、例えばＭｇを添加してもよい。例えば、不純物濃度を１×１０１８（ｃｍ−３）以上１×１０１９（ｃｍ−３）以下とすることが例示できる。
【００４６】
なお、前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物と前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度をρ（ｃｍ−２）、前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅をｄ（ｃｍ）と表したとき、前記バンドギャップ変化層に添加される不純物の不純物濃度ｎ（ｃｍ−３）は、数１の範囲、すなわち電荷密度ρをバンドギャップ変化層の膜厚ｄで除算した商の５０％以上３００％以下の範囲であることが好ましい。
【数１】
2006324279.tif 000003
【００４７】
さらに円滑なキャリア輸送のため数２の範囲であることが好ましく、数３の範囲であることがより好ましい。
【数２】
2006324279.tif 000004
【数３】
2006324279.tif 000005
【００４８】
ＧａＮ化合物とＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物との間に配置されるバンドギャップ変化層の不純物濃度を以下に例示する。ＧａＮ化合物とＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物との界面に生ずる分極電荷密度はρ＝３×１０１２（ｃｍ−２）である。バンドギャップ変化層の膜厚を１０（ｎｍ）としたとき、前記バンドギャップ変化層に添加される不純物の不純物濃度ｎは１．５×１０１８（ｃｍ−３）以上９×１０１８（ｃｍ−３）以下の範囲であることが好ましい。
【００４９】
コンタクト層１８は電極１９とオーム接触するための半導体層である。例えば、膜厚が１０（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）以下のＧａＮ化合物が例示できる。コンタクト層１８には低電気抵抗化のため不純物を添加してもよい。コンタクト層１８がＧａＮ化合物であり、第二半導体層１７がｐ型の場合、添加するｐ型不純物としてＭｇが例示される。
【００５０】
半導体素子１０１の各半導体層は有機金属気相成長法（以下、「有機金属気相成長法」を「ＭＯＣＶＤ法」と略記する。）を利用して積層される。ＭＯＣＶＤ法は反応ガスを反応炉（チャンバ）に導き入れ、チャンバ内に固定され、摂氏６００度から摂氏１１００度に維持された基板上で反応ガスを熱分解して反応させ薄膜をエピタキシャル成長させる方法である。反応ガスの流量及び濃度、反応温度及び時間、希釈ガスの種類等の製造パラメータを制御することで組成や膜厚の異なる半導体層を容易に積層して製造することができる。
【００５１】
第一半導体層１５、バンドギャップ変化層１６、第二半導体層１７及びコンタクト層１８がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物薄膜の場合、ＭＯＣＶＤ法はＩＩＩ属元素としてＧａ（ＣＨ３）３（トリメチルガリウム、以下「ＴＭＧ」と略記する。）、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３（トリエチルインジウム、以下「ＴＭＩ」と略記する。）及びＡｌ（ＣＨ３）３（トリメチルアルミニウム、以下「ＴＭＡ」と略記する。）をキャリアガスである水素又は窒素でバブリングさせた蒸気を原料ガスとして使用し、窒化物とするためにアンモニア蒸気を使用する。また、不純物はｐ型ドーパントとしてＣＰ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）又はｎ型ドーパントとしてＳｉＨ４（シラン）を原料ガスとすることができる。前記原料ガスは水素又は窒素のキャリアガスにてチャンバに導入する。ＭＯＣＶＤ法はＣＰ２Ｍｇ又はＳｉＨ４、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ及びアンモニアの原料ガスを所定の比率で混合した混合した混合ガスの流量ならびに基板温度の製造パラメータで所望のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物を成長させることができる。ＭＯＣＶＤ法はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の膜厚を反応時間で制御することができる。また、所定の反応時刻で前記製造パラメータを順に変更することで、異なる組成のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物を連続して積層することができる。
【００５２】
半導体素子１０１は基板１２上に第一半導体層１５、バンドギャップ変化層１６、第二半導体層１７及びコンタクト層１８を順に積層する。なお、基板１２と第一半導体層１５との間に一又は二以上の半導体層を積層してもよい。具体的に、半導体素子１０１は以下のように作成される。基板１２をチャンバ内に導入し、前記チャンバ内をキャリアガスで置換すると共に基板１２の温度を６００〜１１００℃程度に昇温する。
【００５３】
次いで、第一半導体層１５が成長するＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、アンモニア及びＣＰ２Ｍｇの混合比の混合ガス（混合ガスＧ）を導入して、所定の時間基板１２上で反応させて第一半導体層１５を積層する。例えば、第一半導体層１５がノンドープのＧａＮ化合物である場合、ＴＭＧ及びアンモニアの混合ガスＧを使用する。
【００５４】
次いで、第一半導体層１５上にバンドギャップ変化層１６を積層する。バンドギャップ変化層１６を積層するための反応ガスについては後述する。
【００５５】
次いで、第二半導体層１７が成長するＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、アンモニア及びＣＰ２Ｍｇの混合比の混合ガス（混合ガスＨ）を導入して、所定の時間バンドギャップ変化層１６上で反応させて第二半導体層１７を積層する。例えば、第二半導体層１７がｐ型のＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物である場合、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア及びＣＰ２Ｍｇの混合ガスＨを使用する。
【００５６】
バンドギャップ変化層１６の成長において、反応時刻に応じて混合ガスＧから混合ガスＨへＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ及びアンモニアの混合比を連続的に単調変化させることで、第一半導体層１５から第二半導体層１７まで積層方向に組成が単調変化し、バンドギャップの急峻な変化のない半導体層を得ることができる。また、ＣＰ２Ｍｇを混合ガスに加えることでバンドギャップ変化層１６をｐ型とすることができる。
【００５７】
第二半導体層１７を積層した後、コンタクト層１８が成長するＴＭＧ、アンモニア及びＣＰ２Ｍｇの混合比の混合ガス（混合ガスＩ）を導入して、所定の時間第二半導体層１７上で反応させてコンタクト層１８を積層する。
【００５８】
なお、基板１２に前記ＩＩＩ族窒化物系化合物を成長させる方法としては、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）を利用してもよい。
【００５９】
コンタクト層１８を積層した後、コンタクト層１８上に電極１９の素材及び基板１２の裏面に電極１１の素材を積層する。電極の素材の積層方法としてはスパッタリング法や真空蒸着法を利用できる。
【００６０】
電極の素材を積層した後、メサ部１を形成する。メサ部１の形成手段として以下に説明する手段が例示される。電極１９の素材を積層した後、電極１９の素材上に、フォトリソグラフィ法によりストライプ状のレジストパターンを形成する。次いでドライエッチングにより前記レジストパターンがなく露出している電極１９の素材から積層方向に第二半導体層１６又は第一半導体層１５の所望の位置までエッチングする。続いて前記レジストパターンを除去し、メサ部１が完成する。第二半導体層１６又は第一半導体層１５の膜厚の一部までのエッチングなのでエンドポイント、すなわちメサ部１の高さはエッチング時間で制御する。
【００６１】
バンドギャップ変化層１６の前記一の側の組成を第一半導体層１５の組成と等しくし、前記他の側の組成を第二半導体層１７の組成と等しくした場合、バンドギャップ変化層１６の前記一の側と第一半導体層１５とを隣接し、及び前記他の側と第二半導体層１７とを隣接するようにバンドギャップ変化層１６を積層する。第一半導体層１５から第二半導体層１７に至るまで組成が連続的に単調変化するため、第一半導体層１５から第二半導体層１７に至るまでバンドギャップも連続的に単調変化する。例えば、第一半導体層１５がＧａＮ化合物であり、第二半導体層１７がＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物である場合、バンドギャップ変化層１６の前記一の側の組成をＧａＮとし、前記他の側の組成をＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎとすることで、第一半導体層１５とバンドギャップ変化層１６との間及びバンドギャップ変化層１６と第二半導体層１７との間に急峻な組成の変化がなくなり、第一半導体層１５から第二半導体層１７に至るまで組成は連続的に単調変化する。
【００６２】
従って、キャリア輸送を阻害していた分極電荷を分散させることができ、キャリアはメサ部１の中央付近を第二半導体層１７から第一半導体層１５へ又は第一半導体層１５から第二半導体層１７へ円滑に移動することができる。例えば、第二半導体層１７をｐ型とした場合、メサ部１の中央付近を正孔は第二半導体層１７から第一半導体層１５へ円滑に移動することができる。
【００６３】
半導体素子１０１のバンドダイヤグラムの概念図を図２に示す。図２において１１ａは電極１１の領域、１２ａは基板１２の領域、１５ａは第一半導体層１５の領域、１６ａはバンドギャップ変化層１６の領域、１７ａは第二半導体層１７の領域、１８ａはコンタクト層１８の領域及び１９ａは電極１９の領域のバンドギャップを示している。２１は価電子帯のトップ準位、２２は伝導帯の底部準位である。なお、図２において電極１１から基板１２まで及びコンタクト層１８から電極１９までのバンドギャップの一部を省略して表示している。また、以下の説明において、第二半導体層１７及びコンタクト層１８はｐ型としている。
【００６４】
電極１９から注入された正孔は多数キャリアが正孔であるｐ型のコンタクト層１８、第二半導体層１７を基板１２の方向へ円滑に移動することができる。第一半導体層１５のバンドギャップは第二半導体層１７のバンドギャップより狭く、バンドギャップ変化層１６によって第一半導体層１５の価電子帯のトップ準位２１と第二半導体層１７の価電子帯のトップ準位２１とはなだらかに接続され、正孔は価電子帯のトップ準位２１に沿ってエネルギー的に安定する第一半導体層１５へ移動できる。
【００６５】
従って、メサ部１のバンドギャップ変化層１６により第二半導体層１７から第一半導体層１５の間の正孔輸送が円滑になるため、半導体素子１０１の正孔は結晶性の良いメサ部１の中央付近をキャリアの流れ９１のように移動することができ、メサ部１の電気抵抗を低減することができる。
【００６６】
すなわち、前記メサ部において前記第二半導体層と前記第一半導体層との間に前記バンドギャップ変化層が配置されたことでキャリアは結晶性が良い前記メサ部の中央部を円滑に移動することができる。
【００６７】
従って、本願第一の発明により、互いに組成の異なる二の半導体層が積層されたメサ部において、キャリアが円滑に移動でき、もって電気抵抗の低い半導体素子を提供することができる。
【００６８】
また、電気抵抗が低いためビルトイン電圧が低く、半導体素子１０１に印加する駆動電圧を下げることができる。
【００６９】
さらに、メサ部１の側壁付近を移動するキャリアの減少によりメサ部１を覆うパッシベーション材料との反応を減少させることができ、半導体素子１０１の信頼性向上を図ることができる。
【００７０】
なお、互いに組成の異なる二のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶をＣ軸方向に揃えて積層した場合に前記分極電荷が顕著に現れる。従って、第一半導体層１５、バンドギャップ変化層１６及び第二半導体層１７の積層方向と第一半導体層１５の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶、バンドギャップ変化層１６の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶及び第二半導体層１７の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸方向とが平行の場合にバンドギャップ変化層１６の効果、すなわち前記分極電荷の分散の効果が最も大きくなる。
【００７１】
従って、本願第一の発明により、互いに組成の異なる二のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶をＣ軸方向に揃えて積層したメサ部において、キャリアが円滑に移動でき、もって電気抵抗の低い半導体素子を提供することができる。
【００７２】
（実施の形態２）
本実施形態は、基板上に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記基板の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、前記第二半導体層の前記バンドギャップ変化層の側と反対の側に外部から電圧を印加するための電極と、を備える半導体素子であって、積層方向において、前記電極から前記第二半導体層又は前記第一半導体層に至るまでがメサ状であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層から前記第二半導体層に向かって、前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体素子である。
【００７３】
本願第二の発明に係る一の実施の形態である半導体素子１０３の断面の概念図を図３に示す。半導体素子１０３は電極１１、基板１２、第一半導体層１５、バンドギャップ変化層３６、第二半導体層１７及び電極１９を積層して構成される。半導体素子１０３は基板１２上に各半導体層を積層している。
【００７４】
積層方向において、前記電極から前記第一半導体層に至るまで、前記電極から前記第一半導体層の一部を含むまで又は前記電極から前記第一半導体層の全部を含むまでがメサ状であってもよい。
【００７５】
半導体素子１０３は、電極１９から第一半導体層１５の膜厚の一部までをメサ状に形成し、メサ部３としている。
【００７６】
図１で用いた符号と同じ符号は同じ構成及び同じ機能である。半導体素子１０３と図１の半導体素子１０１との違いは、バンドギャップ変化層１６ではなくバンドギャップ変化層３６が第一半導体層１５と第二半導体層１７との間に配置されていることである。
【００７７】
なお、半導体素子１０１同様になお、基板１２と第一半導体層１５との間に一又は二以上の半導体層を積層してもよい。
【００７８】
バンドギャップ変化層３６は積層方向に組成が階段状に単調変化するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の層である。すなわち、バンドギャップ変化層３６は積層方向においてバンドギャップ変化層３６の一の側から他の側へ前記組成式におけるｘ及びｙの値が階段状に単調変化する組成を有する。具体的にはバンドギャップ変化層３６はバンドギャップの異なる複数のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物薄膜をバンドギャップの幅の広い順又は狭い順に積層して構成される。例えば、バンドギャップ変化層３６は、積層方向の前記一の側から積層方向の前記他の側へ向かってそれぞれ膜厚が１０（ｎｍ）のＧａＮ化合物薄膜、Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ化合物薄膜、Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ化合物薄膜、Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ化合物薄膜及びＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物薄膜を順に積層して構成される。バンドギャップ変化層３６のバンドギャップは前記一の側から前記他の側に向かって、最も狭いＧａＮ化合物薄膜のバンドギャップから最も広いＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物薄膜のバンドギャップへ階段状に単調変化する。なお、前記化合物薄膜の組成は不均等に変化させてもよく、前記化合物薄膜の膜厚も不均等であってもよい。バンドギャップ変化層３６は組成が階段状に単調変化するため、バンドギャップ変化層３６内において前記分極電荷を低減できる。
【００７９】
なお、バンドギャップ変化層３６の膜厚は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることが好ましく、３（ｎｍ）以上５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【００８０】
第二半導体素子１７がｐ型の場合、バンドギャップ変化層３６にはｐ型とするために図１のバンドギャップ変化層１６で説明した不純物濃度の範囲でｐ型不純物を添加してもよい。具体的にはｐ型不純物としてＭｇが例示され、不純物濃度ｎは１×１０１８（ｃｍ−３）以上１×１０１９（ｃｍ−３）以下の範囲が例示される。なお、バンドギャップ変化層３６の不純物濃度の範囲は図１のバンドギャップ変化層１６で説明したように第一半導体層１５と第二半導体層１７とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度及びバンドギャップ変化層３６の積層方向の幅から算出することが好ましい。
【００８１】
半導体素子１０３は以下に説明するように作成される。実施の形態１で説明したＭＯＣＶＤ法を用いて基板１２上に第一半導体層１５、バンドギャップ変化層３６、第二半導体層１７及びコンタクト層１８を順に積層する。バンドギャップ変化層３６は所定時間毎に階段状に前記製造パラメータを変更して積層させて作成する。次いで、図１の半導体素子１０１で説明したようにスパッタリング法や真空蒸着法で電極１１及び電極１９を積層し、リソグラフィ及びドライエッチングを利用してメサ部３を形成して半導体素子１０３を作成することができる。
【００８２】
バンドギャップ変化層３６の前記一の側の組成を第一半導体層１５の組成と等しくし、前記他の側の組成を第二半導体層１７の組成と等しくすることで、図１のバンドギャップ変化層１６の効果と同じ効果を得られる。すなわち、バンドギャップ変化層３６の前記一の側と第一半導体層１５とを隣接し、及び前記他の側と第二半導体層１７とを隣接するようにバンドギャップ変化層３６を積層することで、第一半導体層１５とバンドギャップ変化層３６との間及びバンドギャップ変化層３６と第二半導体層１７との間に急峻な組成の変化がなくなる。従って、キャリアの輸送を阻害していた分極電荷を分散させることができ、メサ部３の中央付近をキャリアは第二半導体層１７から第一半導体層１５へ円滑に移動することができる。例えば、第二半導体層１７をｐ型とした場合、メサ部３の中央付近を正孔は第二半導体層１７から第一半導体層１５へ円滑に移動することができる。
【００８３】
半導体素子１０３のバンドダイヤグラムの概念図を図４に示す。図４において図２で用いた符号と同じ符号は同じ積層膜の領域であり同じ機能を有する。図４の半導体素子１０３のバンドダイヤグラムにおいて図２の半導体素子１０１のバンドダイヤグラムと異なる部分は第一半導体層１５の領域１５ａと第二半導体層１７の領域１７ａとの間にバンドギャップ変化層１６の領域１６ａがなく、バンドギャップ変化層３６の領域３６ａが表示されていることである。なお、図４においてコンタクト層１８から電極１９まで及び基板１２から電極１１までのバンドギャップの一部を省略して表示している。また、以下の説明において第二半導体層１７及びコンタクト層１８はｐ型としている。
【００８４】
電極１９から注入された正孔は図２の半導体素子１０１のバンドダイヤグラムで説明したように第二半導体層１７へ移動する。
【００８５】
バンドギャップ変化層３６によって第一半導体層１５の価電子帯のトップ準位２１と第二半導体層１７の価電子帯のトップ準位２１とは階段状に接続され、正孔は価電子帯のトップ準位２１に沿ってエネルギー的に安定する第一半導体層１５へ移動できる。
【００８６】
従って、メサ部３のバンドギャップ変化層３６により第二半導体層１７から第一半導体層１５の間の正孔輸送が円滑になるため、半導体素子１０３の正孔は結晶性の良いメサ部３の中央付近をキャリアの流れ９１のように移動することができ、メサ部３の電気抵抗を低減することができる。
【００８７】
すなわち、前記メサ部において前記第二半導体層と前記第一半導体層との間に前記バンドギャップ変化層が配置されたことでキャリアは結晶性が良い前記メサ部の中央部を円滑に移動することができる。
【００８８】
従って、本願第二の発明により、互いに組成の異なる二の半導体層が積層されたメサ部において、キャリアが円滑に移動でき、もって電気抵抗の低い半導体素子を提供することができる。
【００８９】
さらに、半導体素子１０３は半導体素子１０１と同様に駆動電圧の低減、信頼性の向上の効果を得ることができる。
【００９０】
なお、半導体素子１０３は半導体素子１０１と同様に第一半導体層１５、バンドギャップ変化層３６及び第二半導体層１７において前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸を揃えて積層した場合にバンドギャップ変化層３６の効果、すなわち前記分極電荷の分散の効果が最も大きくなる。
【００９１】
従って、本願第二の発明により、互いに組成の異なる二のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶をＣ軸方向に揃えて積層したメサ部において、キャリアが円滑に移動でき、もって電気抵抗の低い半導体素子を提供することができる。
【００９２】
（実施の形態３）
本願第一又は第二の発明に係る半導体素子は、前記基板と前記第一半導体層との間に電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層をさらに備え、前記第一半導体層は前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１であり、前記活性層で発生した光を導波する光ガイド層として機能し、前記第二半導体層は前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０５≦ｍ≦０．１）及びｘ＋ｙ＝１の関係であり、前記活性層にキャリアを供給するクラッド層として機能し、且つ前記バンドギャップ変化層は前記組成式において０≦ｘ≦ｍ及びｘ＋ｙ＝１の関係の範囲であり、構造全体として半導体レーザとしての機能を有することが好ましい。
【００９３】
本願第一の発明に係る他の実施形態である半導体素子１０５の断面の概念図を図５に示す。半導体素子１０５は電極５１、ｎ型基板５２、ｎ型下地層５３、ｎ側第一半導体層５５、ｎ側バンドギャップ変化層５６、ｎ型第二半導体層５７、活性層５４、ｐ側第一半導体層６５、ｐ側バンドギャップ変化層６６、ｐ型第二半導体層６７、ｐ型コンタクト層６８及び電極１９を備える。図５において図１で用いた符号と同じ符号は同じ積層膜であり同じ機能を有する。半導体素子１０５は半導体レーザとして機能する。
【００９４】
ｎ型基板５２は半導体薄膜で構成される半導体素子１０５を物理的に支えるために配置される。半導体素子１０５の基板として半導体薄膜が良好に成長する素材が選択される。例えば、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物を積層させる場合はサファイヤが例示される。
【００９５】
ｎ型下地層５３はｎ側第一半導体層５５の結晶性を向上させることができる。例えば、膜厚１μｍ以上５μｍ以下のＳｉを不純物としてｎ型としたＧａＮ化合物が例示できる。不純物濃度は５×１０１７（ｃｍ−３）以上１×１０１９（ｃｍ−３）以下であることが例示される。
【００９６】
電極５１は半導体素子１０５に電圧を印加するための陰極としての機能を有する。電極５１の素材は図１の電極１１の説明と同様にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＡｕやＡｌ／Ａｕが例示される。
【００９７】
活性層５４は電子及び正孔の再結合により光を発光する層である。活性層５４に採用される素材のバンドギャップにより発光する光の波長が定まる。活性層５４に採用される素材は発光効率の高い直接遷移型の半導体であることが好ましい。ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物薄膜を使用することで、組成変更により幅広いバンドギャップを作り出すことができ、所望の波長の半導体発光素子を製造することができる。また、活性層５４はバンドギャップが互いに異なる少なくとも二種類の半導体薄膜を交互に配置させることで、バンドギャップの広い方の半導体薄膜を障壁層とし、バンドギャップの狭い方の半導体薄膜を井戸層とした多重量子井戸構造（ＭＱＷ）とすることもできる。活性層５４を前記ＭＱＷとすることで特定のエネルギー状態に電子が集中し、小電流でも効率よく発光することが実現できる。ＭＱＷとした場合、前記井戸層のバンドギャップで発光する光の波長が定まる。なお、前記ＭＱＷの両端を障壁層としてもよく、井戸層としてもよい。例えば、前記障壁層として前記組成式においてｘ＝０、ｙ＝ｑ（０．９５≦ｑ≦１、好ましくは０．９７≦ｑ≦１）、すなわち組成式がＧａｑＩｎ１−ｑＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物薄膜と前記井戸層として前記組成式においてｘ＝０、ｙ＝ｐ（ｐ＜ｑ且つ０．８０≦ｐ≦０．９５、好ましくは０．８５≦ｑ≦０．９）、すなわち組成式がＧａｐＩｎ１−ｐＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物薄膜とを組み合わせたＭＱＷが例示される。なお、以下の記載において「組成式がＧａｑＩｎ１−ｑＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＧａｑＩｎ１−ｑＮ化合物」と略記し、「組成式がＧａｐＩｎ１−ｐＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＧａｐＩｎ１−ｐＮ化合物」と略記する。
【００９８】
前記障壁層の膜厚は５（ｎｍ）以上２０（ｎｍ）以下が好ましく、７（ｎｍ）以上１５（ｎｍ）以下がより好ましい。
【００９９】
前記井戸層の膜厚は１（ｎｍ）以上１０（ｎｍ）以下が好ましく、３（ｎｍ）以上５（ｎｍ）以下がより好ましい。
【０１００】
活性層５４の膜厚のうちＭＱＷの膜厚（前記障壁層と前記井戸層との膜厚の合計）は３８０（ｎｍ）以上４８０（ｎｍ）以下であることが好ましい。
【０１０１】
さらに、半導体素子の発光に伴う発熱による熱エネルギーを受けた電子が量子井戸の障壁を越えてｐ型側の半導体層へ移動してしまうキャリアオーバーフローという現象を防止するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の電子バリア層を前記ＭＱＷに対してｐ型側の前記ＭＱＷの端に配置してもよい。前記電子バリア層はバンドギャップが広く、伝送帯の底部準位が高いため、前記熱エネルギーを得た電子であっても前記電子バリア層を通過してｐ型側の半導体層へ移動することができない。例えば、前記電子バリア層として前記組成式においてｘ＝ｓ、ｘ＋ｙ＝１（０．１≦ｓ≦０．３、好ましくは０．１５≦ｓ≦０．２５）、すなわち組成式がＡｌｓＧａ１−ｓＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物（以下、「組成式がＡｌｓＧａ１−ｓＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＡｌｓＧａ１−ｓＮ化合物」と略記する。）薄膜が例示される。前記電子バリア層の膜厚は１０（ｎｍ）以上３０（ｎｍ）以下、好ましくは１５（ｎｍ）以上２５（ｎｍ）以下であることが例示される。キャリアオーバーフローの電子はｐ型の半導体層において、発光に携わらない無効キャリアとなって半導体素子の発光効率を低下させるため、活性層５４は前記電子バリア層を有することで無効キャリアを減少させることができ、半導体素子の発光効率を高くすることができる。
【０１０２】
半導体素子１０５を高効率の半導体レーザとするために、活性層５４は前記ＭＱＷの井戸層は前記組成式においてｐ＝０．８７、すなわちＧａ０．８７Ｉｎ０．１３Ｎ化合物、前記ＭＱＷの障壁層は前記組成式においてｑ＝１、すなわちＧａＮ化合物及び前記電子バリア層は前記組成式においてｓ＝０．２、すなわちＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ化合物であることが望ましい。また、前記井戸層の膜厚は３（ｎｍ）、前記障壁層の膜厚は１０（ｎｍ）及び前記電子バリア層の膜厚は２０（ｎｍ）であることが望ましい。前記電子バリア層はｐ型とするために不純物としてＭｇが添加される。不純物濃度は１×１０１９（ｃｍ−３）以上１×１０２０（ｃｍ−３）以下の範囲であることが例示され、５×１０１９（ｃｍ−３）であることが好ましい。
【０１０３】
ｎ型第二半導体層５７はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。図１の第二半導体層１７で説明したＡｌｍＧａ１−ｍＮ化合物であることが例示される。半導体素子１０５を高効率の半導体レーザとするために、Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物であることが望ましい。活性層５４に電子を供給するクラッド層として機能させるため、ｎ型第二半導体層５７にはキャリア密度を高めるｎ型不純物が添加される。ｎ型第二半導体層５７に添加する不純物としてＳｉが例示される。ｎ型第二半導体層５７の不純物濃度は５×１０１７（ｃｍ−３）以上１×１０１９（ｃｍ−３）以下であることが例示される。ｎ型第二半導体層５７の膜厚は３００（ｎｍ）以上２０００（ｎｍ）以下が好ましく、４００（ｎｍ）以上１２００（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【０１０４】
なお、半導体素子１０５を高効率の半導体レーザとするために、ｎ型第二半導体層５７の不純物濃度は３×１０１８（ｃｍ−３）であり、膜厚は１０００（ｎｍ）であることがさらに好ましい。
【０１０５】
ｎ側第一半導体層５５は活性層５４で発生した光を反射し、導波する光ガイド層として機能するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。ｎ側第一半導体層５５の屈折率は活性層５４の屈折率より小さくなるようにＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の組成が設計される。例えば、図１の第一半導体層１５で例示したＧａＮ化合物又はＧａＩｎＮ化合物とすることができる。活性層５４に不純物が拡散しないようにｎ側第一半導体層５５には不純物は添加されない、又はｎ型第二半導体層５７に添加された不純物の濃度より低い濃度に設計される。また、ｎ側第一半導体層５５のバンドギャップは活性層５４のバンドギャップより広くかつｎ型第二半導体層５７のバンドギャップより狭く設計される。活性層５４が前記ＭＱＷである場合、ｎ側第一半導体層５５のバンドギャップは前記ＭＱＷを構成する障壁層のバンドギャップより広く、ｎ型第二半導体層５７のバンドギャップより狭い。ｎ側第一半導体層５５の膜厚は図１の第一半導体層１５で例示した範囲であることが好ましい。
【０１０６】
半導体素子１０５を高効率の半導体レーザとするために、ｎ側第一半導体層５５はノンドープのＧａＮ化合物又は不純物のＳｉ濃度が１×１０１８（ｃｍ−３）以下の低ドープのＧａＮ化合物であり、膜厚は１００（ｎｍ）であることが好ましい。
【０１０７】
ｎ側バンドギャップ変化層５６は積層方向に組成が連続的に単調変化するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の層である。すなわち、ｎ側バンドギャップ変化層５６は積層方向においてｎ側バンドギャップ変化層５６の一の側から他の側へ前記組成式におけるｘ及びｙの値が連続的に単調変化する組成を有する。例えば、ｎ側バンドギャップ変化層５６は、図１で説明したバンドギャップ変化層１６と同様の組成のＩＩＩ族窒化物系化合物が例示できる。ｎ側バンドギャップ変化層５６は組成が連続的に単調変化するため、ｎ側バンドギャップ変化層５６内において前記分極電荷を低減できる。
【０１０８】
なお、ｎ側バンドギャップ変化層５６の膜厚は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることが好ましく、３（ｎｍ）以上５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【０１０９】
ｎ側バンドギャップ変化層５６にはｎ型とするためにｎ型不純物を添加してもよい。具体的にはｎ型不純物としてＳｉが例示され、不純物濃度ｎは５×１０１７（ｃｍ−３）以上５×１０１８（ｃｍ−３）以下の範囲が例示される。なお、ｎ側バンドギャップ変化層５６の不純物濃度の範囲は図１のバンドギャップ変化層１６で説明したようにｎ側第一半導体層５５とｎ型第二半導体層５７とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度及びｎ側バンドギャップ変化層５６の積層方向の幅から算出することが好ましい。
【０１１０】
さらに、半導体素子１０５を高効率の半導体レーザとするために、ｎ側バンドギャップ変化層５６の膜厚は１０（ｎｍ）、添加される不純物濃度ｎは１．５×１０１８（ｃｍ−３）以上９×１０１８（ｃｍ−３）以下の範囲であることが例示され、３×１０１８（ｃｍ−３）であることが好ましい。
【０１１１】
ｐ型第二半導体層６７はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。図１の第二半導体層１７で説明したＡｌｍＧａ１−ｍＮ化合物であることが例示される。半導体素子１０５を高効率の半導体レーザとするために、Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物であることが望ましい。活性層５４に正孔を供給するクラッド層として機能させるため、ｐ型第二半導体層６７にはキャリア密度を高めるｐ型不純物、例えばＭｇが添加される。ｐ型第二半導体層６７の不純物濃度及び膜厚は図１の第二半導体層１７で例示した範囲であることが好ましい。
【０１１２】
半導体素子１０５を高効率の半導体レーザとするために、第二半導体層５７の不純物濃度は３×１０１９（ｃｍ−３）であり、膜厚は５００（ｎｍ）であることがさらに好ましい。
【０１１３】
ｐ側第一半導体層６５はｎ側第一半導体層５５と同様に光ガイド層として機能するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。例えば、図１の第一半導体層１５で例示したＧａＮ化合物とすることができる。活性層５４に不純物が拡散しないようにｐ側第一半導体層６５には不純物は添加されない、又はｐ型第二半導体層６７に添加された不純物の濃度より低い濃度に設計される。また、ｐ側第一半導体層６５のバンドギャップは活性層５４のバンドギャップより広くかつｐ型第二半導体層６７のバンドギャップより狭く設計される。活性層５４が前記ＭＱＷである場合、ｐ側第一半導体層６５のバンドギャップは前記ＭＱＷを構成する障壁層のバンドギャップより広く、ｐ型第二半導体層６７のバンドギャップより狭い。ｐ側第一半導体層６５の膜厚は図１の第一半導体層１５で例示した範囲であることが好ましい。
【０１１４】
半導体素子１０５を高効率の半導体レーザとするために、ｐ側第一半導体層６５はノンドープのＧａＮ化合物又は不純物のＭｇ濃度が１×１０１９（ｃｍ−３）以下の低ドープのＧａＮ化合物であり、膜厚は１００（ｎｍ）であることが好ましい。
【０１１５】
ｐ側バンドギャップ変化層６６は積層方向に組成が連続的に単調変化するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の層である。図１のバンドギャップ変化層１６と同様の構成と効果を有する。例えば、ｐ側バンドギャップ変化層６６は、図１で説明したバンドギャップ変化層１６と同様の組成のＩＩＩ族窒化物系化合物が例示できる。また、ｐ側バンドギャップ変化層６６にはｐ型とするために図１のバンドギャップ変化層１６で説明した不純物濃度の範囲でｐ型不純物、例えばＭｇを添加してもよい。ｐ側バンドギャップ変化層６６の膜厚は図１のバンドギャップ変化層１６で例示した範囲であることが好ましい。
【０１１６】
さらに、半導体素子１０５を高効率の半導体レーザとするために、ｐ側バンドギャップ変化層６６の膜厚は１０（ｎｍ）、添加される不純物濃度ｎは１．５×１０１８（ｃｍ−３）以上９×１０１８（ｃｍ−３）以下の範囲であることが例示され、３×１０１８（ｃｍ−３）であることが好ましい。
【０１１７】
ｐ型コンタクト層６８の構成と効果は図１のコンタクト層１８と同様である。半導体素子１０５を高効率の半導体レーザとするために、ｐ型コンタクト層６８の膜厚は５０（ｎｍ）であることが望ましい。
【０１１８】
半導体素子１０５は以下に説明するように作成される。実施の形態１で説明したＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型基板５２上にｎ型下地層５３、ｎ側第一半導体層５５、ｎ側バンドギャップ変化層５６、ｎ型第二半導体層５７、活性層５４、ｐ側第一半導体層６５、ｐ側バンドギャップ変化層６６、ｐ型第二半導体層６７及びｐ型コンタクト層６８を順に積層する。その後、図１の半導体素子１０１で説明したようにメサ部５を形成する。
【０１１９】
その後、電極５１を形成する箇所の陰電極部Ｍの半導体層を除去するために再度リソグラフィ技術を用いて陽電極部Ｐの上層を覆うレジストパターンを作り、ドライエッチングで陰電極部Ｍのｐ型コンタクト層６８からｎ型下地層５３の膜厚の一部までの半導体層を除去する。ｎ型下地層５３の膜厚の一部までのエッチングなのでエンドポイント、すなわち陰電極部Ｍに残すｎ型下地層５３の膜厚はエッチング時間で制御する。
【０１２０】
陰電極部Ｍを形成した後、ＭＯＣＶＤ法、リソグラフィ技術及びドライエッチングを利用して電極５１を形成する。
【０１２１】
半導体素子１０５の活性層５４に対して極性がｐ型の側は図１の半導体素子１０１の第一半導体層１５、バンドギャップ変化層１６、第二半導体層１７及びコンタクト層１８をそれぞれｐ側第一半導体層６５、ｐ側バンドギャップ変化層６６、ｐ型第二半導体層６７及びｐ型コンタクト層６８に代替したものである。
【０１２２】
半導体素子１０５のバンドダイヤグラムの概念図を図６に示す。図６において５１ａは電極５１の領域、５３ａはｎ型下地層５３の領域、５５ａはｎ側第一半導体層５５の領域、５７ａはｎ型第二半導体層５７の領域、５４ａは活性層５４の領域、６５ａはｐ側第一半導体層６５の領域、６６ａはｐ側バンドギャップ変化層６６の領域、６７ａはｐ型第二半導体層６７の領域、６８ａはｐ型コンタクト層６８の領域及び１９ａはストライプ形状電極１９の領域のバンドギャップを示している。２１は価電子帯のトップ準位、２２は伝導帯の底部準位である。図６のバンドダイヤグラムにおいて半導体素子１０５の活性層５４はＭＱＷ構造であり、前記ＭＱＷに対してｐ型側の前記ＭＱＷの端に電子バリア層を有している。活性層５４の領域５４ａにおいて５４ｂは井戸層の領域、５４ｃは障壁層の領域、５４ｄは電子バリア層の領域を示している。なお、図６において電極５１からｎ型下地層５３まで及びｐ型コンタクト層６８から電極１９までのバンドギャップの一部を省略して表示している。
【０１２３】
電極１９を陽極として、電極５１を陰極として電圧を印加することで電極５１から電子が、電極１９から正孔が半導体素子１０５に注入される。
【０１２４】
電極５１から注入された電子は多数キャリアが電子であるｎ型のｎ型下地層５３及びｎ型第二半導体層５７を活性層５４の方向へ円滑に移動することができる。ｎ側第一半導体層５５のバンドギャップはｎ型第二半導体層５７のバンドギャップより狭く、ｎ側バンドギャップ変化層５６によってｎ側第一半導体層５５の伝導帯の底部準位２２とｎ型第二半導体層５７の伝導帯の底部準位２２とはなだらかに接続され、電子は伝導帯の底部準位２２に沿ってエネルギー的に安定するｎ側第一半導体層５５へ移動できる。また、ｎ側第一半導体層５５とｎ型第二半導体層５７との間には急峻な組成変化が無く、電子輸送を妨げていた前記分極電荷が分散するため、電子はｎ型第二半導体層５７からｎ側第一半導体層５５へ円滑に移動できる。電子はｎ側第一半導体層５５のバンドギャップより狭い活性層５４の各井戸層に集中する。
【０１２５】
一方、電極１９から注入された正孔は図２の半導体素子１０１のバンドダイヤグラムで説明したようにｐ型コンタクト層６８、ｐ型第二半導体層６７、ｐ側バンドギャップ変化層６６を通過してｐ側第一半導体層６５に移動する。ｐ側第一半導体層６５へ移動した正孔はｐ側第一半導体層６５のバンドギャップより狭い活性層５４の各井戸層に集中する。なお、活性層５４の電子バリア層は広いバンドギャップを有するが、価電子帯のトップ準位２１が高いため、正孔の移動に対する前記電子バリア層の影響は少ない。
【０１２６】
活性層５４は活性層５４の各井戸層に集中した前記電子及び前記正孔が再結合することにより量子井戸の価電子帯のトップ準位２１と伝導帯の底部準位２２との間で表現されるバンドギャップに応じた波長の光を発光する。
【０１２７】
従って、本願発明により、互いに組成の異なる二の半導体層が積層されたメサ部において、キャリアが円滑に移動でき、もって電気抵抗の低い半導体レーザとして機能する半導体素子を提供することができる。
【０１２８】
さらに、半導体素子１０５は半導体素子１０１と同様に駆動電圧の低減、信頼性の向上の効果を得ることができる。
【０１２９】
なお、半導体素子１０５において、ｐ側バンドギャップ変化層６６の代替として図３で説明したバンドギャップ変化層３６を配置しても同様の効果を得ることができる。また、ｎ側バンドギャップ変化層５６の代替として、積層方向に組成が階段状に単調変化するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の層を配置しても同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本願発明の半導体素子の構成は発光素子及び受光素子として利用することができる。また、トランジスタやダイオード等の電子デバイス、ＨＥＭＴに代表されるような化合物高周波用電子デバイスにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本願第一の発明に係る一の実施の形態である半導体素子１０１の構成概念図である。
【図２】本願第一の発明に係る一の実施の形態である半導体素子１０１のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図３】本願第二の発明に係る一の実施の形態である半導体素子１０３の構成概念図である。
【図４】本願第二の発明に係る一の実施の形態である半導体素子１０３のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図５】本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体素子１０５の構成概念図である。
【図６】本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体素子１０５のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図７】従来の半導体素子１０７の構成概念図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１０１、１０３、１０５、１０７  半導体素子
１、３、５、７  メサ部
１１、１９、５１  電極
１２  基板 
１５  第一半導体層
１６、３６  バンドギャップ変化層
１７  第二半導体層
１８  コンタクト層
５２  ｎ型基板
５３  ｎ型下地層
５４  活性層
５５  ｎ側第一半導体層
５６  ｎ側バンドギャップ変化層
５７  ｎ型第二半導体層
６５  ｐ側第一半導体層
６６  ｐ側バンドギャップ変化層
６７  ｐ型第二半導体層
６８  ｐ型コンタクト層
１１ａ  電極１１の領域
１２ａ  基板１２の領域
１５ａ  第一半導体層１５の領域
１６ａ  バンドギャップ変化層１６の領域
１７ａ  第二半導体層１７の領域
１８ａ  コンタクト層１８の領域
１９ａ  電極１９の領域
３６ａ  バンドギャップ変化層３６の領域
５１ａ  電極５１の領域
５３ａ  ｎ型下地層５３の領域
５４ａ  活性層５４の領域
５４ｂ  活性層５４の井戸層の領域
５４ｃ  活性層５４の障壁層の領域
５４ｄ  活性層５４の電子バリア層の領域
５５ａ  ｎ側第一半導体層５５の領域
５６ａ  ｎ側バンドギャップ変化層５６の領域
５７ａ  ｎ型第二半導体層５７の領域
６５ａ  ｐ側第一半導体層６５の領域
６６ａ  ｐ側バンドギャップ変化層６６の領域
６７ａ  ｐ型第二半導体層６７の領域
６８ａ  ｐ型コンタクト層６８の領域
２１  価電子帯のトップ準位
２２  伝導帯の底部準位
９１  キャリアの流れ
Ｍ  陰電極部
Ｐ  陽電極部
【図１】
2006324279.tif 000006
【図２】
2006324279.tif 000007
【図３】
2006324279.tif 000008
【図４】
2006324279.tif 000009
【図５】
2006324279.tif 000010
【図６】
2006324279.tif 000011
【図７】
2006324279.tif 000012