(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶材料の表面に接合させて設けた燐化硼素系半導体層を備えてなる化合物半導体素子において、
上記単結晶材料は六方晶でその層厚の増加方向に略平行に｛０．０．０．１．｝結晶面が配列され、
上記燐化硼素系半導体層は、｛０．０．０．２．｝結晶面が上記単結晶材料の表面に略垂直に配列されるとともに、その｛０．０．０．２．｝結晶面の連続するｎ個分（ｎは２以上の正の整数）の距離が、単結晶材料のｃ軸の長さと略同等である、
ことを特徴とする化合物半導体素子。
【請求項２】
上記｛０．０．０．２．｝結晶面の個数ｎを６以下とする、請求項１に記載の化合物半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶材料の表面に接合させて設けた燐化硼素系半導体層を備えてなる化合物半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、立方晶で閃亜鉛鉱結晶型の燐化硼素系半導体層は、例えば、立方晶の閃亜鉛鉱結晶型の燐化ガリウム（ＧａＰ）単結晶や、炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶からなる基板上に形成されている（下記の特許文献１参照）。これらの基板と、その上に形成された燐化硼素系半導体層と、それに接合させて設けたIII族窒化物半導体層とを備えた積層構造体を用いて、例えば、化合物半導体発光ダイオード(ＬＥＤ)が構成されている（下記の特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平２−２８８３８８号公報
【特許文献２】特開平２−２７５６８２号公報
【０００３】
また、珪素単結晶（シリコン）を基板として、その基板上に単量体の燐化硼素（ＢＰ）などの閃亜鉛鉱結晶型の立方晶燐化硼素系半導体層が形成されている（下記の特許文献３参照）。また、シリコン基板と、その基板上の単量体のＢＰ層と、そのＢＰ層上に設けたIII族窒化物半導体層とを備えた積層構造体からＬＥＤを構成する技術が開示されている（下記の特許文献３参照）。
【特許文献３】米国特許第６０６９０２１号
【０００４】
しかしながら、例えば、シリコンを基板として、その（１１１）結晶面からなる表面上に形成された立方晶の燐化硼素系半導体層には、双晶や積層欠陥などの結晶欠陥が含まれていることが知られている（下記の非特許文献１参照）。また、例えば、六方晶６Ｈ型ＳｉＣを基板として、その（０．０．０．１．）結晶面上に形成された立方晶の単量体のＢＰ層にも、双晶などの結晶欠陥が含まれていることが報告されている（下記の非特許文献２参照）。この様な結晶欠陥を多量に含む立方晶の燐化硼素系半導体層を備えた積層構造体を利用しても、例えば、逆方向電圧が高く、また、光電変換効率も高いＬＥＤを安定して作製できない問題がある。
【非特許文献１】T. Udagawa  and  G. Shimaoka, J. Ceramic  Processing  and Research,（大韓民国）, 第4巻、第2号、2003年,80-83頁.
【非特許文献２】T. Udagawa他、Appl. Surf. Sci.,（アメリカ合衆国）,第244巻、2004年,285-288頁.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点を克服すべくなされたもので、燐化硼素系半導体層を双晶や積層欠陥等の結晶欠陥の密度の小さな結晶性に優れたものすることができ、この燐化硼素系半導体層を利用して、素子としての諸特性を向上させることができる化合物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】
【０００６】
１）上記目的を達成するために、第１の発明は、単結晶材料の表面に接合させて設けた燐化硼素系半導体層を備えてなる化合物半導体素子において、上記単結晶材料は六方晶でその層厚の増加方向に略平行に｛０．０．０．１．｝結晶面が配列され、上記燐化硼素系半導体層は、｛０．０．０．２．｝結晶面が上記単結晶材料の表面に略垂直に配列されるとともに、その｛０．０．０．２．｝結晶面の連続するｎ個分（ｎは２以上の正の整数）の距離が、単結晶材料のｃ軸の長さと略同等となるようにしたものである。
【０００７】
２）第２の発明は、上記した１）項に記載の発明の構成において、上記｛０．０．０．２．｝結晶面の個数ｎを６以下とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、単結晶材料の表面に接合させて設けた燐化硼素系半導体層を備えてなる化合物半導体素子において、単結晶材料は六方晶でその層厚の増加方向に略平行に｛０．０．０．１．｝結晶面が配列され、燐化硼素系半導体層は、｛０．０．０．２．｝結晶面が単結晶材料の表面に略垂直に配列されるとともに、その｛０．０．０．２．｝結晶面の連続するｎ個分（ｎは２以上の正の整数）の距離が、単結晶材料のｃ軸の長さと略同等となるように構成したので、六方晶の燐化硼素系半導体層は、六方晶の単結晶材料との長周期的な整合性に優れるために、結晶欠陥の少ない、結晶性に優れたものとなり、その六方晶の燐化硼素系半導体層を利用する化合物半導体素子の特性を向上させるのに効果を上げられる。
【０００９】
また、本発明によれば、燐化硼素系半導体層の｛０．０．０．２．｝結晶面の個数ｎを６以下としたので、ミスフィット（ｍｉｓｆｉｔ）転位の少ない良質の六方晶の燐化硼素系半導体層を得ることができ、それによって、例えば電気的耐圧性に優れるＬＥＤをもたらすのに効果を上げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、単結晶材料の表面に接合させて設けた燐化硼素系半導体層を備えてなる化合物半導体素子において、単結晶材料は六方晶でその層厚の増加方向に略平行に｛０．０．０．１．｝結晶面が配列され、燐化硼素系半導体層は、｛０．０．０．２．｝結晶面が単結晶材料の表面に略垂直に配列されるとともに、その｛０．０．０．２．｝結晶面の連続するｎ個分（ｎは２以上の正の整数）の距離が、単結晶材料のｃ軸の長さ(｛０．０．０．１．｝結晶面の間隔)と略同等となるようにしている。
【００１１】
本発明に係る六方晶の燐化硼素系半導体層とは、硼素（元素記号：Ｂ）と燐（元素記号：Ｐ）とを必須の構成元素として含む六方晶の結晶層である。例えば、六方晶の単量体の燐化硼素（ＢＰ）であり、硼素（Ｂ）とそれとは別のIII族元素を構成元素として含む、例えば六方晶の燐化硼素アルミニウム混晶（組成式Ｂ1-XＡｌXＰ：０＜Ｘ＜１）、燐化硼素ガリウム混晶（組成式Ｂ1-XＧａXＰ：０＜Ｘ＜１）や燐化硼素インジウム混晶（組成式Ｂ1-XＩｎXＰ：０＜Ｘ＜１）である。硼素（Ｂ）とそれとは別のIII族元素を構成元素として含む混晶にあって、硼素（Ｂ）とは別のIII族元素の好ましい組成比（上記の組成式におけるＸ）は、０．４０以下である。その組成比（＝Ｘ）が０．４０を超えると六方晶ではなく立方晶の燐化硼素系半導体層が急激に形成され易くなるからである。
【００１２】
また、本発明に係る六方晶の燐化硼素系半導体層として、燐（Ｐ）と燐（Ｐ）とは別のＶ族元素を含む、例えば、六方晶の燐化砒化硼素（組成式ＢＰ1-YＡｓY：０＜Ｙ＜１）や窒化燐化硼素（組成式ＢＮYＰ1-Y：０＜Ｙ＜１）を例示できる。結晶成長の簡易さ、組成制御の煩雑さなどを勘案すると、六方晶の燐化硼素系半導体層は単量体の燐化硼素（ＢＰ）から構成するのが好適である。
【００１３】
本発明に係る六方晶の燐化硼素系半導体層と接合をなす六方晶の単結晶材料としては、サファイア（α―Ａｌ2Ｏ3単結晶）、ウルツ鉱結晶型のＧａＮ等のIII族窒化物半導体、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｒａｍｓｄｅｌｌの表記によるところの２Ｈ型（ウルツ鉱結晶型）または４Ｈ型或いは６Ｈ型の炭化珪素（ＳｉＣ）等のバルク（ｂｕｌｋ）単結晶或いは単結晶層を例示できる。
【００１４】
本発明では、これらのバルク単結晶或いは単結晶層からなる六方晶の単結晶材料にあって、特に、その層厚の増加方向(成長方向)に略平行に｛０．０．０．１．｝結晶面が配列されている六方晶の単結晶材料を用いる。したがって、この単結晶材料の表面は、例えば｛１．０．−１．０．｝結晶面や｛１．１．−２．０．｝結晶面となる。なお、ここで層厚の増加方向とは、各層の積層方向であり、以下の説明では垂直方向と表現する場合もある。また、単結晶材料の層厚の増加方向に略平行に｛０．０．０．１．｝結晶面が配列されているが、この略平行とは、垂直方向に対して好ましくは±１０度の範囲にあるものをいう。この範囲から外れると、その上に積層する層に双晶や結晶欠陥が多く発生するようになる。
【００１５】
上記のように、本発明では、単結晶材料の｛１．０．−１．０．｝結晶面や｛１．１．−２．０．｝結晶面からなる表面に、六方晶の燐化硼素系半導体層を設けるようにしている。例えば、２Ｈ型、４Ｈ型、或いは６Ｈ型の六方晶の炭化珪素単結晶からなる単結晶材料の、｛１．０．−１．０．｝結晶面や｛１．１．−２．０．｝結晶面からなる表面に六方晶の燐化硼素系半導体層を設ける。また、ウルツ鉱結晶型の六方晶の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、同じくウルツ鉱結晶型の六方晶のＧａＮからなる単結晶材料の、｛１．０．−１．０．｝結晶面や｛１．１．−２．０．｝結晶面からなる表面に六方晶の燐化硼素系半導体層を設ける。また、サファイア（α−アルミナ単結晶）からなる単結晶材料の、｛１．０．−１．０．｝結晶面（通称、Ｍ面またはｍ面）や｛１．１．−２．０．｝結晶面（通称、Ａ面またはａ面）からなる表面に、六方晶の燐化硼素系半導体層を設けるのが好適である。
【００１６】
そして、六方晶の燐化硼素系半導体層は、詳細は後述するように、｛０．０．０．２．｝結晶面が単結晶材料の表面に略垂直に配列されるとともに、その｛０．０．０．２．｝結晶面の連続するｎ個分（ｎは２以上の正の整数）の距離が、単結晶材料のｃ軸の長さ(｛０．０．０．１．｝結晶面の間隔)と略同等となるようにしている。すなわち、燐化硼素系半導体層の｛０．０．０．２．｝結晶面の連続するｎ個分の距離と、単結晶材料のｃ軸の長さとを長周期的にマッチングさせている。なお、上記のように、六方晶の燐化硼素系半導体層には｛０．０．０．２．｝結晶面が単結晶材料の表面に略垂直に配列されるが、この略垂直とは、垂直方向に対して好ましくは±１０度の範囲にあるものをいう。この範囲から外れると、その上に積層する層に双晶や結晶欠陥が多く発生するようになる。
【００１７】
六方晶の燐化硼素系半導体層は、上記の様な好適な結晶面からなる表面上に、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）法、ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）法、有機金属化学堆積（英略称：ＭＯＣＶＤ）法等の気相成長手段により形成できる。例えば、トリエチル硼素（分子式（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ）を硼素（Ｂ）源とし、トリエチル燐（分子式（Ｃ2Ｈ5）3Ｐ）を燐（Ｐ）源とするＭＯＣＶＤ法により形成できる。また、三塩化硼素（分子式ＢＣｌ3）を硼素源とし、三塩化燐（分子式ＰＣｌ3）を燐源とするハロゲンＣＶＤ法により形成できる。また、ガスソース（ｇａｓ  ｓｏｕｒｃｅ）分子線エピタキシャル（英略称：ＧＳ−ＭＢＥ）法やケミカルビームエピタキシャル（英略称：ＣＢＥ）法などの真空環境下で成膜する成長手段により形成できる。
【００１８】
六方晶の単結晶材料の上記の好適な結晶面からなる表面上に、例えば、常圧（略大気圧）或いは減圧ＭＯＣＶＤ法により、六方晶の燐化硼素系半導体層を形成するのに際し、（ａ）成長させる温度は７５０℃以上で８５０℃以下とし、且つ、（ｂ）成長反応系へ供給する硼素（Ｂ）源に対する燐（Ｐ）源の濃度比率（所謂、Ｖ／III比率）を、４００以上５００以下の範囲とし、尚且つ、（Ｃ）燐化硼素系半導体層の成長速度を毎分２０ｎｍ以上で毎分３０ｎｍ以下とすると、層厚の増加方向（上記の単結晶材料の表面に対して垂直方向）に平行に、等間隔で規則的に｛０００２｝結晶面を配列してなる六方晶の燐化硼素系半導体層を形成することができる。
【００１９】
六方晶の燐化硼素系半導体層の成長速度は、成長反応系へ単位時間あたりに供給する硼素（Ｂ）等のIII族構成元素源の濃度を増加させれば、上記の成長温度範囲では、その濃度に略比例して増加させられる。また、成長反応系に単位時間あたりに供給する硼素等のIII族構成元素源の濃度を一定とした場合、成長温度を高温とする程、成長速度は増加させられる。７５０℃未満の低温では、そもそも、硼素（Ｂ）源や燐（Ｐ）源の熱分解が充分に起こらないため、成長速度は急激に低下し、上記の好適な成長速度を得るに至らない。一方、成長温度を８５０℃を越える高温とするのは、組成式Ｂ6Ｐ等の多量体の燐化硼素結晶が急激に発生することもあり、好ましくない。
【００２０】
例えば、ホスフィン（分子式ＰＨ3）を燐源とし、トリエチル硼素（（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ）を硼素源とするＭＯＣＶＤ法により、六方晶のＢＰ層を形成する場合、成長温度を８００℃とし、成長反応系に供給する原料の濃度比率、即ち、ＰＨ3／（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ比率を４５０とし、尚且つ、成長速度を毎分２５ｎｍとして形成する。
【００２１】
六方晶の単結晶材料の上記の好適な結晶面からなる表面上に、その表面に対して垂直方向に平行に配列した｛０．０．０．２．｝結晶面からなる六方晶の燐化硼素系半導体層を安定して形成するには、その表面に吸着している余計な物質を脱着したる後、燐化硼素系半導体層の成長を開始するのが好ましい。例えば、六方晶の単結晶材料を、真空中で、六方晶の燐化硼素系半導体層を成長させるのに好ましい温度を超える温度に加熱して、例えば、８５０℃を超える温度に加熱して、六方晶の単結晶材料の表面に吸着している分子を脱着させた後、燐化硼素系半導体層を成長させるのが好ましい。六方晶の燐化硼素系半導体層は、吸着分子を脱着させ、清浄化した六方晶の単結晶材料の表面の状態を保持したままで、その清浄表面に成長させるのが好ましい。この観点からして、六方晶の燐化硼素半導体層を成長させる手段は、高真空環境下で成長を行うＭＢＥ法やＣＢＥ法が適する。また、減圧された環境下で成長行う減圧化学的気相堆積（ＣＶＤ）法が適する。
【００２２】
上記の様な好適な結晶面からなる清浄化された、六方晶の単結晶材料の表面上には、上記したように、六方晶の単結晶材料のｃ軸の長さに関し、長周期的にマッチングする六方晶の燐化硼素系半導体層を安定して形成できる。図１に本発明の云う六方晶の燐化硼素系半導体層に係る長周期的マッチングの様子を模式的に示す。同図には、六方晶の単結晶材料１１を｛１．０．−１．０．｝結晶面を表面１１Ａとするサファイアとし、その表面１１Ａに接合させて設ける六方晶の燐化硼素系半導体層１２をＢ0.98Ａｌ0.02Ｐ層とした場合の長周期マッチングの模様を例示してある。同図に示す如く、｛１．０．−１．０．｝結晶面を表面１１Ａとするサファイアの内部では、｛０．０．０．１．｝結晶面１１Ｂが表面１１Ａに垂直に、且つ、互いに平行に規則的に配列している。また、接合面１２Ａをもって六方晶の単結晶材料の表面１１Ａに接合した六方晶の燐化硼素系半導体層１２の内部では、サファイアの｛０．０．０．１．｝結晶面１１Ｂに平行に、｛０．０．０．２．｝結晶面１２Ｂが合計６面配列している。すなわち、単結晶材料１１と燐化硼素系半導体層１２との接合系１０にあって、清浄化されたサファイアの表面１１Ａには、図１に示すように、サファイアのｃ軸の長さ（１．３０ｎｍ）に等しい間隔(図１中の“ｃ軸の長さ”)において、合計６面の｛０．０．０．２．｝結晶面１２Ｂが配置している。
【００２３】
換言すれば、六方晶の単結晶材料１１上には、そのｃ軸の長さと、ｎ（ｎは２以上の正の整数、例えば２，３，４，５または６）個の｛０．０．０．２．｝結晶面１２Ｂの互いの間隔ｄの合計の長さ（＝（ｎ−１）×ｄ）とを等しくして、即ち、長周期的にマッチングした状態で、六方晶の燐化硼素系半導体層が形成され得る。ｄは、隣接する２つの｛０．０．０．２．｝結晶面の間隔をもって与えられることから、｛０．０．０．２．｝結晶面は最低でも２面を必要とする。即ち、ｎは２以上である。
【００２４】
サファイアの｛１．０．−１．０．｝結晶面からなる表面上に接合させて設けたＢ0.98Ａｌ0.02Ｐ混晶層やＢ0.99Ｇａ0.01Ｐ混晶にあっては、上記の如く、長周期マッチング構造をなす｛０．０．０．２．｝結晶面の面数は６、即ち、ｎは６であるが、ＧａＮの｛１．０．−１．０．｝結晶面からなる表面上に接合させて設けたＢＰ層にあっては、ｎは２である。また、ＡｌＮの｛１．０．−１．０．｝結晶面からなる表面上に接合させて設けたＢＰ層にあっても、ｎは２である。また、ＧａＮ或いはＡｌＮからなる単結晶材料の｛１．１．−２．０．｝結晶面に接合させて設けたＢＰ層にあっても、ｎは２である。
【００２５】
六方晶の燐化硼素系半導体層を設ける六方晶の単結晶材料の表面の清浄化が充分に果たされていないと、例えば、表面に残存する酸素（元素記号：Ｏ）や水（分子式Ｈ2Ｏ）等の吸着分子の悪影響に因り、｛０．０．０．２．｝結晶面が図１に例示した如く、整然と配列した六方晶の燐化硼素系半導体層を充分に安定して得るのに支障を来たす。六方晶の燐化硼素系半導体層を成長させるための原料の分子ではない一酸化炭素（分子式ＣＯ）、二酸化炭素（分子式ＣＯ2）や窒素（分子式Ｎ2）等の余計な分子が六方晶の単結晶材料の表面に残存して吸着している場合も同様に、上記した長周期のマッチング構造を有する六方晶の燐化硼素系半導体層を充分に安定して得ることが出来ず、不都合である。
【００２６】
上記した長周期マッチングを果たす六方晶の燐化硼素系半導体層を安定して得る上での不都合は、吸着した余計な分子に因り、六方晶の燐化硼素系半導体層をなす｛０．０．０．２．｝結晶面の整然とした規則的な配列が乱されることに起因している。また別の原因として、吸着分子を起点として｛０．０．０．２．｝結晶面とは異なる面指数の結晶面が形成されてしまうことがある。また他の原因として、吸着分子が残存している領域上には、六方晶の燐化硼素系半導体結晶が成長しないことが挙げられる。従って、長周期のマッチング構造を有する六方晶の燐化硼素系半導体層を接合させて設けるのに際し、六方晶の単結晶材料の表面を清浄する処理は重要である。
【００２７】
真空環境下で成膜するＭＢＥ法やＣＢＥ法にあっては、六方晶の単結晶材料の表面の吸着分子の存在は、例えば、高速反射電子回折（英略称：ＲＨＥＥＤ）パターンから察知できる。その表面に吸着している分子が残存する場合、ＲＨＥＥＤ像は、六方晶の単結晶材料の表面からの元来、帰結されるべきスポット（ｓｐｏｔ）状或いはストリーク（光条）状ではなく、リング（環）状またはハロー（ｈａｌｏ）パターンとなる。また、六方晶の単結晶材料の表面に吸着している分子種は、例えば赤外吸収分光法や紫外吸収分光法等の分析手段により同定出来る。
【００２８】
更に、六方晶の単結晶材料の表面に、六方晶の燐化硼素系半導体層を接合させて設けるのに際し、成長速度を毎分２０ｎｍ未満として、または、毎分３０ｎｍを超えて大きくして成長させると、何れの場合も、長周期的にマッチングする六方晶の燐化硼素系半導体層を充分に安定して得るのに支障を来たす。成長速度を毎分２０ｎｍ未満の低速度とすると、例えば、｛０．０．０．２．｝結晶面を構成する燐（Ｐ）原子が揮散し、長周期マッチング構造をもたらすのに足る｛０．０．０．２．｝結晶面の数的欠落を生ずるからでる。また、成長速度が毎分３０ｎｍを超える高速度の場合、逆に、長周期マッチング構造をもたらすのに足る｛０．０．０．２．｝結晶面の面数（即ち、本発明のｎである。）を超えて、｛０．０．０．２．｝結晶面が形成されてしまうからである。
【００２９】
六方晶の単結晶材料の表面のｃ軸の長さに相当する距離において、長周期的マッチングをなす様に配列している六方晶の燐化硼素系半導体層の｛０．０．０．２．｝結晶面の面数、即ち、本発明のｎは、例えば、透過型電子顕微鏡（英略称：ＴＥＭ）を利用した電子回折分析或いは断面ＴＥＭ技法による格子像から調査できる。本発明に係る長周期マッチング構造が形成されている場合、電子回折像上において、六方晶の単結晶材料の｛０．０．０．１｝結晶面からの回折スポットは、六方晶の燐化硼素系半導体層の｛０．０．０．２．｝結晶面からの回折スポットの（ｎ−１）倍（合計ｎ個の｛０．０．０．２．｝結晶面の間の間隔の合計）に等しい間隔をもって出現する。
【００３０】
特に、ｎを８以下、更に好ましくは６以下とする長周期マッチング構造とするとミスフィット（ｍｉｓｆｉｔ）転位の少ない結晶性に優れる六方晶の燐化硼素系半導体層を得ることが出来る。六方晶の燐化硼素系半導体層と六方晶の単結晶材料との接合界面近傍の領域で発生する、六方晶の単結晶材料のｃ軸に垂直な方向の、六方晶の燐化硼素系半導体層の内部のミスミット転位の密度は、上記したｎの値に比例して増加する。本発明者による結果によれば、ｎが６以下の長周期マッチング構造であれば、局所的な電気的耐圧不良を発生するに至らない、ミスフィット転位の密度の小さな良質な六方晶の燐化硼素系半導体層がもたらされることが判っている。
【００３１】
ｎを２以上で６以下とする長周期マッチング構造の六方晶の燐化硼素系半導体層は、ミスフィット転位の密度が小さいために、その結晶性の良好さから良質な成長層を形成するための下地として有効に利用できる。長周期マッチング構造の六方晶の燐化硼素系半導体層上に設けるのに好適なのは、例えば、ＳｉＣ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＧａＮ、ＡｌＮ、窒化インジウム（ＩｎＮ）、及びこれらの混晶である窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式ＡｌXＧａYＩｎZＮ：０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）などのIII族窒化物半導体からなる成長層である。また、III族窒化物半導体層としては、他に、窒素（元素記号：Ｎ）と窒素以外の燐（元素記号：Ｐ）や砒素（元素記号：Ａｓ）等の第Ｖ族元素を含む、例えば、窒化燐化ガリウム（組成式ＧａＮ1-YＰY：０≦Ｙ＜１）や窒化砒化ガリウム（組成式ＧａＮ1-YＡｓY：０≦Ｙ＜１）からなる成長層を例示できる。
【００３２】
長周期マッチング構造を有する、ミスフィット転位の少ない六方晶の燐化硼素系半導体層を下地として形成した、双晶や転位等の結晶欠陥密度の小さな結晶性に優れる上記の様なIII族窒化物半導体層を利用すれば、高い強度の発光をもたらすｐｎ接合型ヘテロ構造を構成できる。例えば、ＡｌXＧａYＮ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）層をクラッド（ｃｌａｄ）層とし、ＧａXＩｎ1-XＮ（０＜Ｘ＜１）層を発光層とするＬＥＤ等の発光素子用途のダブルヘテロ（ＤＨ）接合型発光部を構成できる。
【００３３】
また、化合物半導体発光素子に限らず、結晶欠陥密度が低減された、結晶性に優れるIII族窒化物半導体層を、電子走行層（チャネル層）として利用すれば、ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接触型ＭＥＳＦＥＴを構成できる。チャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）層は、例えば、不純物を故意に添加していないアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）で高純度なｎ形ＧａＮ層から構成できる。結晶欠陥密度が低減されたIII族窒化物半導体層では、高い電子移動度が顕現されるため、高周波特性に優れるＭＥＳＦＥＴを得るのに好都合となる。
【００３４】
（実施例）  六方晶の単結晶材料としてサファイアのバルク結晶を用い、その表面上に設けた六方晶の単量体のＢＰ層を利用してＬＥＤ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。
【００３５】
図２に本実施例に係るＬＥＤ２０の平面構成を模式的に示す。また、図３には、図２に示した破線Ａ−Ａ‘に沿ったＬＥＤ２０の断面模式図を示す。
【００３６】
ＬＥＤ２０を作製するための積層構造体２００は、（１．１．−２．０．）結晶面（通称Ａ面）を表面とするサファイア（α−アルミナ単結晶）を基板２０１として形成した。基板２０１の表面上に六方晶の燐化硼素系半導体層２０２を形成するのに先立ち、サファイア基板２０１を一般的な減圧ＭＯＣＶＤ装置内で、約０．０１気圧の真空下で１２００℃に加熱し、その基板２０１の表面の吸着物質を脱着させ、表面を清浄とした。
【００３７】
次に、その清浄化したサファイア基板２０１の表面上に、一般的な減圧ＭＯＣＶＤ法を利用して、層厚を約４９０ｎｍとする、アンドープでｎ形の六方晶の単量体ＢＰ層２０２を六方晶燐化硼素系半導体層として形成した。一般的な断面ＴＥＭ分析によれば、六方晶の単量体ＢＰ層２０２の｛０．０．０．２．｝結晶面は、サファイア基板２０１の清浄化された表面に対し垂直に、また、互いに平行に配列しているのが明らかにされた。サファイア基板２０１の表面において、そのサファイアのｃ軸の長さに相当する間隔に配列した六方晶のＢＰ層２０２の｛０．０．０．２．｝結晶面の面数は６であり、即ち、本発明の云うｎは６となった。
【００３８】
加えて、断面ＴＥＭ技法及び電子回折手段による観察では、六方晶の単量体ＢＰ層２０２の内部には、双晶の存在は殆ど認められなかった。また、サファイア基板２０１との接合界面から約３０ｎｍを超えてより上方の六方晶の単量体ＢＰ層２０２の内部の領域には、｛０．０．０．２．｝結晶面の配列上の乱雑さも殆ど確認できず、｛０．０．０．２．｝結晶面が互いに平行に整然と配列しているのが確認された。
【００３９】
｛０．０．０．２．｝結晶面を、層厚の増加方向に平行に配列してなる六方晶の単量体ＢＰ層２０２の表面上には、ゲルマニウム（元素記号：Ｇｅ）をドープしたウルツ鉱結晶型で六方晶のｎ形ＧａＮ層（層厚＝１９００ｎｍ）２０３を六方晶ＩＩＩ族窒化物半導体層として成長させた。一般的なＴＥＭを利用した分析によれば、六方晶の単量体ＢＰ層２０３を下地として成長させたこのｎ形ＧａＮ層２０３は、｛０．０．０．１．｝結晶面を、六方晶の単量体ＢＰ層２０２の｛０．０．０．２．｝結晶面と平行として配列なる単結晶層であった。また、六方晶のＧａＮ層２０３の内部領域には、双晶や積層欠陥は殆ど認められなかった。
【００４０】
六方晶のｎ形ＧａＮ層２０３の（１．１．−２．０．）表面上には、六方晶のｎ形のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる下部クラッド層（層厚＝１５０ｎｍ）２０４、Ｇａ0.85Ｉｎ0.15Ｎ井戸層とＡｌ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層とを１周期としその５周期からなる多重量子井戸構造の発光層２０５、及び層厚を５０ｎｍとするｐ形Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ｎからなる上部クラッド層２０６をこの順序で積層し、ｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部を構成した。上記の上部クラッド層２０６の表面上には、更に、ｐ形のＧａＮ層（層厚＝８０ｎｍ）をコンタクト層２０７として堆積し、積層構造体２００の形成を終了した。
【００４１】
上記のｐ形コンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層２０７の一部の領域には、金（元素記号：Ａｕ）・酸化ニッケル（ＮｉＯ）合金からなるｐ形オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極２０８を形成した。一方のｎ形オーミック電極２０９は、その電極２０９を設ける領域に在る下部クラッド層２０４や発光層２０５等の層をドライエッチング手段で除去した後、露出させたｎ形ＧａＮ層２０３の表面に形成した。これより、ＬＥＤ２０を構成した。
【００４２】
このＬＥＤ２０のｐ形及びｎ形オーミック電極２０８、２０９間に、順方向に、２０ｍＡの素子駆動電流を通流して、発光特性を調査した。ＬＥＤ２０から出射される主たる発光の波長は約４６０ｎｍであった。チップ（ｃｈｉｐ）状態での発光光度は約１．８カンデラ（ｃｄ）であった。また、ｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部を構成するIII族窒化物半導体からなる各層２０４〜２０６や、ｎ形オーミック電極２０９を設けたｎ形ＧａＮ層２０３を、六方晶のＢＰ層２０２上に設けることにより、結晶性に優れるIII族窒化物半導体層から構成できたため、逆方向電流を１０μＡとした際の逆方向電圧は、１５Ｖを超える高値となった。更に、III族窒化物半導体層の結晶性の良好さにより、局所的な耐圧不良（ｌｏｃａｌ  ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）も殆ど認められないＬＥＤ２０が提供されることとなった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】長周期マッチング接合系を説明するための模式図である。
【図２】実施例に記載のＬＥＤの平面模式図である。
【図３】図２に示す破線Ａ−Ａ’に沿ったＬＥＤの断面模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０    長周期マッチング接合系
１１    六方晶単結晶材料
１１Ａ  六方晶単結晶材料の表面
１１Ｂ  六方晶単結晶材料の｛０．０．０．１．｝結晶面
１２    六方晶燐化硼素系半導体層
１２Ａ  燐化硼素系半導体層の接合面
１２Ｂ  六方晶燐化硼素系半導体層の｛０．０．０．２．｝結晶面
２０  化合物半導体ＬＥＤ
２００  ＬＥＤ用途積層構造体
２０１  サファイア基板
２０２  ＢＰ層(六方晶燐化硼素系半導体層)
２０３  ＧａＮ層(六方晶III族窒化物半導体層)
２０４  下部クラッド層
２０５  発光層
２０６  上部クラッド層
２０７  コンタクト層
２０８  ｐ形オーミック電極
２０９  ｎ形オーミック電極
ｄ  六方晶燐化硼素系半導体層の｛０．０．０．２．｝結晶面の面間隔
【図１】
0004700464.tif 000002
【図２】
0004700464.tif 000003
【図３】
0004700464.tif 000004