(57)【要約】【課題】電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）や発光素子等に用いることの出来る高抵抗のリン化硼素層を結晶基板上に製造する方法を提供する。【解決手段】高抵抗のリン化硼素（ＢＰ）層を気相成長手段に依り、結晶基板上に直接形成する際に、結晶基板の温度を１０００℃以上１２００℃以下の範囲に保持して、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）の状態でｐ形の伝導性を呈するリン化硼素層に、マグネシウム（Ｍｇ）を添加して高抵抗のリン化硼素層を形成する。リン化硼素層を、結晶基板上に形成した非晶質の下地層に接合させて形成する場合は、結晶基板の温度を７５０℃以上且つ非晶質の下地層を気相成長させた温度以下に保持する。【選択図】図３
2004047847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン化硼素（ＢＰ）層を気相成長手段に依り、結晶基板上に直接形成するリン化硼素層の製造方法において、結晶基板の温度を１０００℃以上１２００℃以下の範囲に保持して、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）の状態でｐ形の伝導性を呈するリン化硼素層に、マグネシウム（Ｍｇ）を添加して高抵抗のリン化硼素層を形成することを特徴とするリン化硼素層の製造方法。
【請求項２】
リン化硼素層を気相成長手段に依り、結晶基板上に形成した非晶質の下地層に接合させて形成するリン化硼素層の製造方法において、結晶基板の温度を７５０℃以上且つ非晶質の下地層を気相成長させた温度以下に保持して、アンドープの状態でｐ形の伝導性を呈するリン化硼素層に、マグネシウム（Ｍｇ）を添加して高抵抗のリン化硼素層を形成することを特徴とするリン化硼素層の製造方法。
【請求項３】
非晶質の下地層が、７５０℃以上１２００℃以下の温度で結晶基板上に直接気相成長させた、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを含む、層厚が２ナノメータ（ｎｍ）以上５０ｎｍ以下の層であることを特徴とする請求項２に記載のリン化硼素層の製造方法。
【請求項４】
高抵抗のリン化硼素層及び非晶質の下地層を、同一の気相成長手段により形成することを特徴とする請求項２または３に記載のリン化硼素層の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法により形成された高抵抗のリン化硼素層を備えてなるリン化硼素系半導体素子。
【請求項６】
リン化硼素系半導体素子が、高抵抗のリン化硼素層の上方に、活性層を設けてなる電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）であることを特徴とする請求項５に記載のリン化硼素系半導体素子。
【請求項７】
リン化硼素系半導体素子が、高抵抗のリン化硼素層に接合させて、ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接合性の金属ゲート電極を設けてなるショットキー接合電界効果型トランジスタであることを特徴とする請求項５または６に記載のリン化硼素系半導体素子。
【請求項８】
リン化硼素系半導体素子が、高抵抗のリン化硼素層の上方に、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）接触性の金属材料からなるオーミック電極を設けてなる発光素子であることを特徴とする請求項５に記載のリン化硼素系半導体素子。
【請求項９】
リン化硼素系半導体素子が、高抵抗のリン化硼素層を、オーミック接触性電極から供給される素子動作電流の発光層への流通経路を狭窄するための電流狭窄層として備えているレーザダイオードであることを特徴とする請求項８に記載のリン化硼素系半導体素子。
【請求項１０】
リン化硼素系半導体素子が、高抵抗のリン化硼素層を、オーミック接触性電極の射影領域へ順方向電流が流通するのを阻止する電流阻止層として備えている発光ダイオードであることを特徴とする請求項８に記載のリン化硼素系半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を構成するに際し、動作電流の漏洩を遮断するなどに有効に利用でき、或いは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を構成するに際し、電流阻止層等として好適に利用できる、高抵抗のリン化硼素層を気相成長手段に依り製造するための新規な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気的な絶縁性を発揮する、抵抗の大きな高抵抗のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、例えば、ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接合型電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）の緩衝（ｂｕｆｆｅｒ）層として利用されている（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ、５５（１９８１）、２５５〜２６２頁参照）。例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＭＥＳＦＥＴでは、元素周期率の第ＶＩ族元素に属する酸素（Ｏ）を意識的に添加して高抵抗となした単量体のリン化硼素（ｂｏｒｏｎ　ｍｏｎｏｐｈｏｓｐｈｉｄｅ；ＢＰ）を緩衝層として利用する技術例がある。また、青色帯の発光ダイオード（ＬＥＤ）にあっては、ｎ形及びｐ形のリン化硼素層からなるｐｎ接合からではなく（特開平１０−２４２５６９号参照）、酸素をドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）して得た高抵抗のリン化硼素層から単純に電流狭窄層を構成する例がある。
【０００３】
第ＶＩ族の酸素を添加（ｄｏｐｉｎｇ）した高抵抗のリン化硼素層は、従来では、酸素原子を含む硼素化合物、例えばトリエトキシボラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３Ｂ））を硼素原料として使用して、気相成長手段に依り形成されている。或いは、微量の酸素を混入させた気相雰囲気内で有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）手段に依り形成されている。これら従来の気相成長技術に依って得られる酸素を添加したリン化硼素層の室温での抵抗率（比抵抗）は、１×１０４オーム・センチメートル（単位Ω・ｃｍ）以下に留まっている。
【０００４】
酸素やクロム（Ｃｒ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にあって深い準位（ｄｅｅｐ　ｌｅｖｅｌ）を形成し得る不純物を添加して高抵抗の半導体層を形成する手段に加えて、浅い準位（ｓｈａｌｌｏｗ　ｌｅｖｅｌ）を形成し、導電性を付与する不純物を添加して、電気的補償効果に依り高抵抗層を形成する手段もあり得る。例えば、ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に、ｐ形の伝導性を与えるｐ形不純物を添加して、アクセプタ（ａｃｃｅｐｔｏｒ）に依り残留ドナー（ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｄｏｎｏｒ）を電気的に補償（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）して高抵抗層を得る手段である。また、逆にｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にｎ形不純物を添加して、残留アクセプタをドナーで補償して高抵抗層を形成する手段も考慮できる。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を気相成長させた後、同層とは逆の伝導形の不純物のイオンを注入して高抵抗となす手段もあり得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
酸素を添加して高抵抗のリン化硼素層を得ようとする従来の技術手段では、得られる抵抗率は上記の如く１×１０４Ω・ｃｍ以下である。動作電流の漏洩（ｌｅａｋ）をより抑制して、高い相互コンダクタンス（ｔｒａｎｓ−ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ；ｇｍ）のＦＥＴを構成するためには、より高い抵抗のリン化硼素層を用いる必要がある。また、ＦＥＴにあって、酸素等の深い不純物準位を形成する不純物は、捕獲中心（ｔｒａｐ　ｃｅｎｔｅｒ）　として作用し、ドレイン（ｄｒａｉｎ）電流の経時的な変動（ｄｒｉｆｔ）を発生させる原因ともなっている。即ち、酸素を添加して高抵抗となす手段では、ドレイン電流の漏洩を充分に抑制することが出来ず、ピインチオフ（ｐｉｎｃｈ−ｏｆｆ）特性に優れ、ｇｍの高いＦＥＴを充分に安定して与える高抵抗のリン化硼素層を帰結するに至っていない。
【０００６】
また、導電性を付与する不純物を添加する技術も、高抵抗のリン化硼素層を形成するための一手段と想到され得る。しかしながら、気相成長させたリン化硼素には、アンドープ状態で既に、１０２０ｃｍ−３程度、或いはそれ以上に多量の空孔（ｖａｃａｎｃｙ）が存在している。例えば、１０００℃を超える高温で気相成長させたアンドープのリン化硼素層には、多量のリン空孔が存在し、この空孔を硼素が占有するため、リン化硼素層はｐ形の伝導を呈する低抵抗層となる。この様に高濃度に存在するリン空孔に関与したアクセプタを、ｎ形不純物を添加して電気的に補償して高抵抗層となすのは実際、困難である。１０２０〜１０２１ｃｍ−３と高濃度のドナーを発生させるためには、少なくともそれ以上のｎ形不純物を添加する必要があり、乱雑な結晶をもたらすのみとなる。ｐ形導電層に対し、多量のｎ形不純物を、逆にｎ形導電層にｐ形不純物を添加する、所謂、カウンタードーピング（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｄｏｐｉｎｇ）手法は、高濃度に存在する硼素或いはリンの空孔が伝導形を支配的に決定する特異的なリン化硼素にあっては、高抵抗のリン化硼素層を形成するに充分に有効な技術手段とは成り得ていない。
【０００７】
本発明は、高温において何れも揮発性の物質を生成し易い硼素とリンとを構成元素として成るリン化硼素半導体の特異な性質に鑑みて、従来技術の問題点を解決し、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）や発光素子等に用いることの出来る高抵抗のリン化硼素層を結晶基板上に製造する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、
（１）リン化硼素（ＢＰ）層を気相成長手段に依り、結晶基板上に直接形成するリン化硼素層の製造方法において、結晶基板の温度を１０００℃以上１２００℃以下の範囲に保持して、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）の状態でｐ形の伝導性を呈するリン化硼素層に、マグネシウム（Ｍｇ）を添加して高抵抗のリン化硼素層を形成することを特徴とするリン化硼素層の製造方法。
（２）リン化硼素層を気相成長手段に依り、結晶基板上に形成した非晶質の下地層に接合させて形成するリン化硼素層の製造方法において、結晶基板の温度を７５０℃以上且つ非晶質の下地層を気相成長させた温度以下に保持して、アンドープの状態でｐ形の伝導性を呈するリン化硼素層に、マグネシウム（Ｍｇ）を添加して高抵抗のリン化硼素層を形成することを特徴とするリン化硼素層の製造方法。
（３）非晶質の下地層が、７５０℃以上１２００℃以下の温度で結晶基板上に直接気相成長させた、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを含む、層厚が２ナノメータ（ｎｍ）以上５０ｎｍ以下の層であることを特徴とする上記（２）に記載のリン化硼素層の製造方法。
（４）高抵抗のリン化硼素層及び非晶質の下地層を、同一の気相成長手段により形成することを特徴とする上記（２）または（３）に記載のリン化硼素層の製造方法。
（５）上記（１）乃至（４）の何れか１項に記載の方法により形成された高抵抗のリン化硼素層を備えてなるリン化硼素系半導体素子。
（６）リン化硼素系半導体素子が、高抵抗のリン化硼素層の上方に、活性層を設けてなる電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）であることを特徴とする上記（５）に記載のリン化硼素系半導体素子。
（７）リン化硼素系半導体素子が、高抵抗のリン化硼素層に接合させて、ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接合性の金属ゲート電極を設けてなるショットキー接合電界効果型トランジスタであることを特徴とする上記（５）または（６）に記載のリン化硼素系半導体素子。
（８）リン化硼素系半導体素子が、高抵抗のリン化硼素層の上方に、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）接触性の金属材料からなるオーミック電極を設けてなる発光素子であることを特徴とする上記（５）に記載のリン化硼素系半導体素子。
（９）リン化硼素系半導体素子が、高抵抗のリン化硼素層を、オーミック接触性電極から供給される素子動作電流の発光層への流通経路を狭窄するための電流狭窄層として備えているレーザダイオードであることを特徴とする上記（８）に記載のリン化硼素系半導体素子。
（１０）リン化硼素系半導体素子が、高抵抗のリン化硼素層を、オーミック接触性電極の射影領域へ順方向電流が流通するのを阻止する電流阻止層として備えている発光ダイオードであることを特徴とする上記（８）に記載のリン化硼素系半導体素子。
である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のリン化硼素層は、高温で耐熱性を有する導電性或いは絶縁性の結晶からなる基板上に気相成長させる。ＬＥＤまたはＬＤ等のリン化硼素系発光素子には、オーミック電極の配置の容易さから、珪素（Ｓｉ）単結晶や炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の導電性結晶を基板として好適に利用できる。絶縁性のサファイア（α−Ａｌ２Ｏ３単結晶）や他の酸化物単結晶は、ＦＥＴ用途の結晶基板として利用できる。これらの結晶基板上にリン化硼素層を気相成長させる手段には、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）法、ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）法、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法、及びＭＯＣＶＤ法を例示できる。比較的に低温で分解するトリエチル硼素（（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）等の有機硼素化合物を硼素源とするＭＯＣＶＤ法は、比較的低温で非晶質のリン化硼素層を気相成長出来るため利便な手段である。
【００１０】
上記の様な結晶基板上にリン化硼素層を直接気相成長させる温度は、１０００℃以上で１２００℃以下の範囲とする。本発明では、不純物を故意に添加しないアンドープの状態でｐ形の伝導性を有するリン化硼素層を気相成長させるのを根底としている。１２００℃を超える高温では、Ｂ１３Ｐ２等の多量体のリン化硼素（Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｓｏｃ．，４７（１）（１９６４）、４４〜４６頁参照）が発生し、単量体のリン化硼素を得るに不都合となる。気相成長温度及びＶ／ＩＩＩ比率の主要な気相成長条件は、アンドープ状態で１×１０１９ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３の範囲のキャリア（正孔）濃度が得られる様に設定するのが好適である。気相成長温度を高温とする程、得られるキャリア（正孔）濃度は高くなる。Ｖ／ＩＩＩ比率とは、気相成長時の硼素原料に対するリン原料の濃度比率である。キャリア濃度は通常のホール（Ｈａｌｌ）効果に依り測定できる。
【００１１】
本発明では、アンドープ状態でｐ形のリン化硼素層を気相成長できる条件下で、マグネシウム（Ｍｇ）を故意にドーピングして高抵抗のリン化硼素層を気相成長させる。マグネシウムは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体についての代表的なｐ形不純物である（「ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」（１９９４年５月２０日、（株）培風館発行初版）、７３〜７７頁参照）。本発明では、ｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にマグネシウム（Ｍｇ）をカウンタードーピングして高抵抗半導体層を形成する方法とは全く相違し、元来、ｐ形のリン化硼素半導体層に、ｐ形不純物であるマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングして高抵抗のリン化硼素層を気相成長させる。ｐ形リン化硼素層へのマグネシウム（Ｍｇ）の添加源として、ビスーシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を例示できる。リン化硼素層へのｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇを使用したドーピングにあっては、マグネシウム（Ｍｇ）源の供給量に応じて、リン化硼素層内のＭｇ原子の濃度は図１に示す様に略直線的に増加する。高抵抗のリン化硼素層を形成するために、リン化硼素層内のＭｇ原子濃度が１×１０１９原子／ｃｍ−３〜１×１０２０原子／ｃｍ−３となる様に、Ｍｇをドーピングするのが好適である。１０１８原子ｃｍ−３／程度の低濃度のマグネシウム（Ｍｇ）のドーピングでは、例え、Ｍｇがアクセプタとして作用すると云えども、充分に高抵抗ではないｐ形のリン化硼素層が残置されるのみである。リン化硼素層内のＭｇの原子濃度は一般の２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）やオージェ（Ａｕｇｅｒ）分光分析法等に依り定量できる。
【００１２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体についてｐ形不純物である第ＩＩ族の元素の中で、マグネシウム（Ｍｇ）は高抵抗のリン化硼素層を与えるに最も有効である。マグネシウム（Ｍｇ）は硼素と、化学式：ＭｇＢ２、或いは化学式：ＭｇＢ６等で表わされる揮発性の硼化マグネシウム化合物を容易に形成するからである（「データブック高融点化合物便覧」（昭和５２年１２月２０日、（有）日・ソ通信社発行）、１２２頁参照）。このため、リン化硼素層の気相成長と同時にマグネシウム（Ｍｇ）を添加することに依り、Ｍｇはリン化硼素層を構成する硼素と化合して硼素と共に揮散し、その結果、多量の硼素の空孔をリン化硼素層内に生成させることができる。そして、生成した硼素空孔をリン原子が占有することに因り多量のドナーが発生し、このドナーは、アンドープ状態でリン化硼素層内に存在するアクセプタとＭｇの添加に因り発生したアクセプタとを電気的に補償して、高抵抗のリン化硼素層をもたらすに貢献する。本発明に依るマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングする手段に依れば、室温での比抵抗（＝抵抗率）を１×１０４Ω・ｃｍ以上とする高抵抗のリン化硼素層を気相成長できる。
【００１３】
リン化硼素層を結晶基板上に製造する別の方法として、高抵抗層となすためのｐ形のリン化硼素層は、結晶基板上に形成した硼素とリンとを含む非晶質層を下地層として、その非晶質層に接合させて形成できる。非晶質層は、結晶基板とｐ形リン化硼素層との格子ミスマッチ（ｍｉｓｍａｔｃｈ）を解消して、ミスフィット（ｍｉｓｆｉｔ）転位等の結晶欠陥密度の少ない良好な結晶性のｐ形リン化硼素層をもたらす作用を有する。また、非晶質層を構成する硼素とリンは、ｐ形リン化硼素層を気相成長させる際の「成長核」（西永　頌著、「結晶成長の基礎」（（株）培風館、　１９９７年６月２３日発行初版）、第２章参照）を提供する役目を果たし、間隙の無い連続なｐ形リン化硼素層をもたらすに貢献できる。特に、硼素をリンに比較して化学量論的に富裕に含んでなる非晶質層は、ｐ形リン化硼素層を気相成長させるに特に好適となる。硼素を富裕とする非晶質層は、化学当量的にリンが不足しているため、アクセプタとして作用できるリン空孔を過多に含んでいる。このため、硼素を富裕に含む非晶質層は、結晶基板との格子ミスマッチの緩和作用を充分に発揮できるに加え、リン空孔の過剰さを上層のリン化硼素層に継続してもたらし、アンドープ状態でｐ形のリン化硼素層を確実にもたらすに効果を奏する。硼素を過多とする非晶質層は、７５０℃以上１２００℃以下の温度で、特に安定して形成できる。非晶質層の層厚は２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とするのが好適である。ドナーの生成に関与する硼素空孔に比較して過多に存在するリン空孔の濃度は、例えばホール効果測定においてｐ形キャリア（正孔）濃度として計測される。硼素とリンとを含む非晶質層には、リン化硼素、リン化硼素・ガリウム（ＢＸＧａ１−ＸＰ：０＜Ｘ＜１）、リン化硼素・アルミニウム・インジウム（ＢＸＡｌＹＩｎ１−Ｘ−ＹＰ：０＜Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０＜Ｘ＋Ｙ≦１）等を例示できる。
【００１４】
結晶基板上に非晶質層を気相成長させるに引き続き、高抵抗のリン化硼素層を同一の気相成長手段で形成することとすると、高抵抗のリン化硼素層を得るに利便となる。例えば、トリエチル硼素（（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）を硼素源とし、ホスフィン（ＰＨ３）をリン源とする常圧（略大気圧）或いは減圧ＭＯＣＶＤ法に依り、非晶質層とリン化硼素層とを連続して気相成長させる。特に、硼素とリンとを含む非晶質層をＭＯＣＶＤ法に依り気相成長させた後、引き続き、その非晶質層を気相成長させたのと同一のＭＯＣＶＤ気相成長装置を利用してリン化硼素層を気相成長させる手法は利便である。高抵抗のリン化硼素層を、７５０℃以上で且つ非晶質の下地層を気相成長させた温度以下の温度で形成することとすれば、単結晶のリン化硼素層を気相成長させるに好都合となる。７５０℃未満では、多結晶のリン化硼素層が得られ易い傾向にある。また、高抵抗のリン化硼素層を非晶質層を気相成長させた温度以下で気相成長させる手法に依れば、非晶質層が熱的損傷を被り変性するのを回避でき、従って、結晶性に優れる高抵抗のリン化硼素層を気相成長させられる利点がある。
【００１５】
本発明の高抵抗のリン化硼素層は、種々の半導体素子を構成するに利用できる。例えば、絶縁性の結晶基板上に設けた高抵抗のリン化硼素層は、ＭＥＳＦＥＴを構成するに際し、ドレイン（ｄｒａｉｎ）電流の漏洩を抑制するための高抵抗の緩衝層として利用できる。また、２次元電子ガスを利用した電界効果型トランジスタ（ＴＥＧＦＥＴ）を構成するに際し、緩衝層に加え、ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）ゲート（ｇａｔｅ）電極を形成するためのゲート電極形成用層として利用できる。本発明に係わる高抵抗のリン化硼素層は、比較的に浅い準位を形成するマグネシウム（Ｍｇ）を利用しているため、深い不純物を添加して高抵抗となした従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とは異なり、ドレイン電流等の経時的変化（ｄｒｉｆｔ）を抑制するに優位となる高抵抗層を提供できる。
【００１６】
また本発明の高抵抗のリン化硼素層は、発光素子にあっては、ＬＤの電流狭窄層をなす高抵抗層として活用できる。ＬＥＤでは、素子動作電流の発光部への短絡的な流通を阻止し、発光部の略全面に電流を拡散するための電流阻止層として好適に利用できる。例えば、上部クラッド層をなす窒化ガリウム（ＧａＮ）層をマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングしつつ気相成長させた後、同じくＭｇをドーピングしつつ高抵抗のリン化硼素層を形成しておく。次にオーミック性電極を配置する予定の領域に限り、高抵抗のリン化硼素層を残存させる様に加工を施す。次に、インジウム・錫複合酸化物（ＩＴＯ）膜等の良導性の透明導電膜で、露出させた上部クラッド層の表面及び残存させた高抵抗のリン化硼素層の表面を被覆する。次に、残存させた高抵抗のリン化硼素層の上方に透明導電膜に接触させてオーミック電極を設ける。この様な構成とすると、電極より供給される動作電流は、高抵抗リン化硼素層により下方の発光部への垂直方向の流通を阻止され、透明導電膜を介して水平方向に優先的に流通される。このため、発光部の広範囲に動作電流を拡散でき、発光強度の高いＬＥＤを提供できる。
【００１７】
また、本発明のマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングして高抵抗となしたリン化硼素層は、例えばストライプ（ｓｔｒｉｐｅ）構造型のＬＤを構成するに際し（伊藤　良一、中村　道治編著、「半導体レーザ」（（株）培風館、１９９７年１０月３０日発行初版第６刷）、１１８〜１２１頁参照）、電流狭窄層として有効に利用できる。マグネシウムをドーピングした高抵抗のリン化硼素層を電流狭窄層として備えたＬＤは例えば、次の手順で構成する。先ず、単一或いは多重の量子井戸（ＱＷ）等からなる発光層上の上部クラッド層の表面に、マグネシウムをドーピングしつつ、リン化硼素層を気相成長させる。気相成長させた高抵抗のリン化硼素層を、上部クラッド層にオーミック性接触する電極を形成する予定の領域に限り、帯状に除去する。帯状に除去する領域は、一般には、幅が３×１０−４ｃｍ〜３×１０−３ｃｍであり、長さを共振器長と略同等とするストライプ状の領域である。次に、ストライプ状に開口させた領域を含めて、高抵抗のリン化硼素層の表面をオーミック電極で被覆してＬＤを構成する。オーミック電極より供給されるＬＤを駆動させるための素子動作電流は、高抵抗のリン化硼素層により通流する領域を狭窄され、ストライプ状に開口した領域に限り集中的に流通することなり、高密度の電流を上部クラッド層を介して発光層に注入されることとなる。特に本発明では、窒化ガリウム（ＧａＮ）のａ軸格子定数（≒０．３１９ｎｍ）に略一致する格子面間隔（リン化硼素の｛１１０｝結晶面の間隔が約０．３２１ｎｍと略同等である。）を有するリン化硼素層から電流狭窄層を構成しているため、窒化アルミニウム・ガリウムからなる上部クラッド層上には、ミスフィット転位等の結晶欠陥の少ない電流狭窄層を形成することができ、層中の転位が関与した耐圧不良の少ないＬＤを提供できる。
【００１８】
【作用】
本発明のマグネシウム（Ｍｇ）を添加しつつ高抵抗のリン化硼素層を気相成長させる手段において、リン化硼素層に添加されたＭｇは、アンドープでｐ形のリン化硼素層の内部に、リン空孔の関与したアクセプタを電気的に補償することが可能な硼素の空孔を発生させる作用を有する。
【００１９】
【実施例】
（第１実施例）
マグネシウム（Ｍｇ）をドーピングした高抵抗のリン化硼素層を緩衝層として用いて、窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＭＥＳＦＥＴ用途の積層構造体を構成する場合を例にして、本発明の内容を具体的に説明する。
【００２０】
ＧａＮ系ＭＥＳＦＥＴを構成するために利用できる積層構造体１Ａの断面構造を図２に模式的に示す。結晶基板１０１は、抵抗率を１０Ω・ｃｍ以上とするアンドープで高抵抗の｛１１１｝面を有する珪素（Ｓｉ）単結晶とした。基板１０１の表面には、トリエチル硼素（（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）／ホスフィン（ＰＨ３）／水素（Ｈ２）反応系常圧（略大気圧）ＭＯＣＶＤ成長手段を利用して、１０２５℃で硼素とリンとを含む非晶質層１０２を形成した。非晶質層１０２を気相成長させる際のＶ／ＩＩＩ比率（＝ＰＨ３／（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ供給濃度比率）は１６とした。非晶質層１０２の層厚は約１０ｎｍとした。硼素源としたトリエチル硼素の気相成長領域への供給を一旦、停止して非晶質層１０２の気相成長を終了した。
【００２１】
一方、リン源の気相成長領域への供給を継続しつつ、ホスフィン（ＰＨ３）と水素（Ｈ２）との混合雰囲気内でＳｉ単結晶基板１０１の温度を１０２５℃から８５０℃に低下させた。然る後、硼素源を再び気相成長領域に供給して、非晶質層１０２に接合させて緩衝層となる高抵抗のリン化硼素層１０３の気相成長を開始した。リン化硼素層１０３の気相成長時には、アンドープ状態で約２．０×１０１９ｃｍ−３のキャリア（正孔）濃度のｐ形の導電層が得られる様に、Ｖ／ＩＩＩ比率を１２９６に設定した。この気相成長条件下において高抵抗層を得るために、マグネシウム（Ｍｇ）をドーピングした。Ｍｇのドーピング源にはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を使用した。硼素との揮発性化合物の生成に因り、硼素空孔の関与したドナーを高濃度に発生させるために、リン化硼素層内のＭｇ原子濃度が約１×１０２０原子／ｃｍ３となる様に、マグネシウムを添加した。これより、室温での抵抗率を約２×１０４Ω・ｃｍとする高抵抗のリン化硼素層１０３を得た。高抵抗のリン化硼素層１０３の層厚は約１００ｎｍとした。硼素源及びリン源並びにマグネシウム源の気相成長領域への供給を停止して、高抵抗のリン化硼素層の気相成長を終了させた。水素ガスは継続して気相成長領域に流通させておいた。
【００２２】
次に、Ｓｉ単結晶基板１０１の温度を８５０℃に保持しつつ、非晶質層１０２と高抵抗のリン化硼素層１０３とを気相成長させたと同一のＭＯＣＶＤ気相成長装置内でアンドープでｎ形の窒化ガリウム（ＧａＮ）層１０４を気相成長させた。窒化ガリウム層１０４は、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）／アンモニア（ＮＨ３）／Ｈ２反応系常圧ＭＯＣＶＤ法で気相成長させた。高抵抗のリン化硼素層１０３の表面をなす｛１１１｝−結晶面に交差するリン化硼素の｛１１０｝−結晶面の格子面間隔（≒０．３２１ｎｍ）とウルツ鉱結晶型（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ）のＧａＮのａ軸格子定数（≒０．３１９ｎｍ）とが略合致することから、窒化ガリウム層１０４は｛０００１｝−結晶面から構成される結晶層となった。ＭＥＳＦＥＴの活性層（ｃｈａｎｎｅｌ）層としての利用を考慮して、低いキャリア（電子）濃度のｎ形窒化ガリウム層１０４を得るべく、Ｖ／ＩＩＩ比率は約１．２×１０４に設定した。アンドープでｎ形の窒化ガリウム層１０４のキャリア濃度は約２×１０１６ｃｍ−３で、層厚は約５０ｎｍとした。また、緩衝層のマグネシウム（Ｍｇ）をドープした高抵抗のリン化硼素層１０３との良好な格子面間隔の整合性により、窒化ガリウム層１０４の室温での電子移動度は約６６０ｃｍ２／Ｖ・ｓとなった。
【００２３】
気相成長領域へのトリメチルガリウムの供給を停止して、窒化ガリウム層１０４の気相成長を終了した。その後、同一のＭＯＣＶＤ気相成長装置を使用して、８５０℃で再度、マグネシウム（Ｍｇ）ドープの高抵抗のリン化硼素層１０５を形成した。高抵抗のリン化硼素層１０５の気相成長条件は、緩衝層として利用する高抵抗のリン化硼素層１０３の場合と同一とした。層内のマグネシウム（Ｍｇ）の原子濃度も上記の高抵抗のリン化硼素層１０３と略同一の抵抗率を得るために、約１×１０２０原子／ｃｍ３とした。但し、層厚は５０ｎｍとした。その後、硼素源の気相成長領域への供給を停止して、高抵抗のリン化硼素層１０５の気相成長を終了した。Ｓｉ単結晶基板１０１の温度が約６００℃に降下する迄、ホスフィンを流通し続け、高抵抗のリン化硼素層１０５の表面からのリンの揮散を抑制した。約６００℃でホスフィンの供給を停止して、水素ガスの雰囲気内で室温近傍の温度迄、自然に冷却した。これより、マグネシウムをドーピングした高抵抗のリン化硼素層１０３を緩衝層として、ｎ形窒化ガリウム層１０４を活性層として、また高抵抗のリン化硼素層１０５をショットキ−接合電界効果型トランジスタのゲート電極形成層として利用した積層構造体１Ａを形成した。
【００２４】
高抵抗の緩衝層をなすリン化硼素層１０３は、硼素とリンとを含む非晶質層１０２を下地層として、且つ、非晶質層１０２よりも低温で気相成長させたため、間隙の無い表面の平坦な連続層となった。リン化硼素層１０３の連続性及び表面の平坦性を反映して、窒化ガリウム層１０４は、空洞（ｖｏｉｄ）（”Ｌａｔｔｉｃｅ　Ｍｉｓｍａｔｃｈｅｄ　Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍｓ”（Ｔｈｅ　Ｍｉｎｅｒａｌｓ，Ｍｅｔａｌｓ＆Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｏｃｉｅｔｙ、１９９９）（ＩＳＢＮ　Ｎｏ．０−８７３３９−４４４−５）、１７７〜１８２頁参照）も無い連続膜となった。また、表面状態の良好な窒化ガリウム層１０４を介在させて気相成長させたため、リン化硼素層１０５の表面の平滑度は、ｒｍｓ（ｒｏｏｔ　ｍｅａｎ　ｓｑｕａｒｅ；仮想水平面からの高低差の２乗値の平均値の平方根値）にして約０．５ｎｍと良好であった。
【００２５】
（第２実施例）
本第２実施例では、高抵抗のリン化硼素層を緩衝層として備えた積層構造体からＭＥＳＦＥＴを構成する場合を例にして、本発明の内容を具体的に説明する。
【００２６】
図３に本第２実施例に記載のＭＥＳＦＥＴの断面構造を模式的に示す。図２に既に掲示したのと同一の構成要素については、図３に同一の符号を付して示してある。
【００２７】
第１実施例で作製した積層構造体１ＡをＭＯＣＶＤ気相成長装置より取り出した後、表面をなす高抵抗のリン化硼素層１０５を、一般的なフォトリソグラフィー技術を利用して加工し、ゲート（ｇａｔｅ）電極１０７を形成する予定の領域に限り残置させた。次に、再び、ＭＯＣＶＤ気相成長装置内にこの加工を施した積層構造体１Ａを載置して、アンドープでｎ形のリン化硼素層１０６をオーミック電極を形成するためのオーミックコンタクト層として堆積した。ｎ形リン化硼素層１０６は、上記の（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ／ＰＨ３／Ｈ２反応系ＭＯＣＶＤ法を利用して８５０℃で気相成長させた。ｎ形リン化硼素層１０６のキャリア（電子）濃度は約１×１０１９ｃｍ−３とし、層厚は約１５０ｎｍとした。硼素源の気相成長領域への供給を停止して、ｎ形リン化硼素層１０６の成長を終了した後、高抵抗のリン化硼素層１０５の場合と同様な手法で室温まで冷却して、ＭＥＳＦＥＴ１０用途の積層構造体１Ｂを形成した。
【００２８】
冷却後、ＭＯＣＶＤ気相成長装置より取り出した積層構造体１Ｂに一般的なフォトリソグラフィー技術を利用して、残置させた高抵抗のリン化硼素層１０５を被覆しているｎ形リン化硼素層１０６に限り除去し、高抵抗のリン化硼素層１０５の表面を露呈させたリセス（ｒｅｃｅｓｓ）部１０８を形成した。リセス部１０８の底面に在るゲート電極形成用のマグネシウム（Ｍｇ）をドープした高抵抗のリン化硼素層１０５とｎ形リン化硼素層１０６との高低差（段差）は約１５０ｎｍとした。また、リセス部１０８の横幅は約１×１０−３ｃｍとした。
【００２９】
リセス部１０８の底面にある高抵抗のリン化硼素層１０５の表面の中央よりややソース（ｓｏｕｒｃｅ）電極１０９寄りにショットキー接触性のゲート電極１０７を一般的なパターニング技術とリフトオフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）技法に依り形成した。ゲート電極１０７は、高抵抗のリン化硼素層１０５の表面に接触する側をチタン（Ｔｉ）としたＴｉ／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）の３層重層構造から構成した。ゲート長は約１．５×１０−４ｃｍとした。また、リセス部１０８を除く領域に互いに対向させて残置させたｎ形リン化硼素層１０６の表面上には、ｎ形リン化硼素層１０６に接する側に金・ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）合金膜を配置したＡｕ・Ｇｅ／ニッケル（Ｎｉ）／Ａｕの３層重層構造からなるオーミック接触性のソース電極１０９及びドレイン（ｄｒａｉｎ）電極１１０を各々、配置した。このようにしてＭＥＳＦＥＴを構成した。ソース電極１０９とドレイン電極１１０との水平距離は、リセス部１０８の横幅と略同等の約１×１０−３ｃｍとした。
【００３０】
上記のようにして本第２実施例で作製したＭＥＳＦＥＴでは、ｎ形窒化ガリウム層１０４からなる活性層を、マグネシウム（Ｍｇ）をドープして高抵抗となしたリン化硼素層１０３上に設ける構成を備えているため、ドレイン電流の緩衝層への漏洩が抑制されていた。このため、ドレイン電圧の増加に因る飽和ソース・ドレイン電流（所謂、Ｉｄｓｓ）の顕著な増加も認められず、ゲートピンチオフ（ｐｉｎｃｈ−ｏｆｆ）電圧は約１２．４ボルト（Ｖ）となった（但し、ソース・ドレイン電流（所謂、Ｉｄｓ）を５×１０−６Ａとした場合）。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で比較的に”浅い”アクセプタ準位を形成するとされるマグネシウム（Ｍｇ）を添加した高抵抗のリン化硼素層１０３を緩衝層としたため、ドレイン電流に緩和時間の長い経時的な変化（ｄｒｉｆｔ）は認められなかった。ドレイン電圧を５Ｖとした際に得られる室温での相互コンダクタンス（所謂、ｇｍ）は、単位ゲート長（ｍｍ）あたりにして約１０ミリシーメンス（ｍＳ）／ｍｍの高きに達した。ゲート電圧（所謂、Ｖｇ）の増加に因りゲートピンチオフ電圧の近傍では、ｇｍの若干の低下が認められたが、８ｍＳ／ｍｍの高値を維持できる高性能のＭＥＳＦＥＴが提供された。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に依れば、結晶基板に高抵抗のリン化硼素層を気相成長手段に依り直接形成する、高抵抗のリン化硼素層の製造方法において、結晶基板の温度を１０００℃以上で１２００℃以下の範囲に保持して、不純物を故意に添加していないアンドープの状態でｐ形の伝導を呈するリン化硼素層を気相成長しつつ、同時に、”浅い”不純物準位を形成するマグネシウム（Ｍｇ）を添加して高抵抗のリン化硼素層を形成することとしたので、例えば、それを緩衝層として利用すれば、ドレイン電流の漏洩が少なく、ピンチオフ特性に優れ、尚且つ高い相互コンダクタンスを有するＭＥＳＦＥＴを構成するに効果を上げられる。
【００３２】
また、マグネシウム（Ｍｇ）をドーピングした高抵抗のリン化硼素層を、７５０℃以上１２００℃以下の温度で結晶基板上に形成した、硼素とリンとを含む、層厚を２ｎｍ以上で５０ｎｍ以下とする非晶質の下地層に接合させて形成することとしたので、間隙の無い連続な高抵抗のリン化硼素層を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マグネシウム（Ｍｇ）源の供給量とリン化硼素層内のＭｇ原子濃度との関係を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る積層構造体の断面模式図である。
【図３】本発明の第２実施例に係るＭＥＳＦＥＴの断面模式図である。
【符号の説明】
１Ａ　積層構造体
１Ｂ　ＭＥＳＦＥＴ用途積層構造体
１０１　珪素単結晶基板
１０２　非晶質層
１０３　高抵抗のリン化硼素層（緩衝層）
１０４　窒化ガリウム層（活性層）
１０５　高抵抗のリン化硼素層（ゲート電極形成層）
１０６　ｎ形リン化硼素層（オーミックコンタクト層）
１０７　ゲート電極
１０８　リセス部
１０９　ソース電極
１１０　ドレイン電極
【図１】
2004047847.tif 000003
【図２】
2004047847.tif 000004
【図３】
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