(57)【要約】導電性または高抵抗の単結晶基板の表面上に、順次、ｎ形の化合物半導体からなるｎ形下部クラッド層と、ｎ形のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ形発光層と、該発光層上に設けたｐ形のリン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層とから構成される異種接合構造の発光部を備え、該ｐ形上部クラッド層に接触させてｐ形のオーミック電極とが形成されてなるリン化硼素系半導体発光素子であって、ｐ形上部クラッド層が、該ｎ形発光層との中間に設けた、リン化硼素系半導体から成る非晶質層を介して設けられていることを特徴とする。このリン化硼素系半導体発光素子は、順方向電圧或いは閾値が低く、耐逆方向電圧に優れる。
2004047188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性または高抵抗の単結晶基板の表面上に、順次、ｎ形の化合物半導体からなるｎ形下部クラッド層と、ｎ形のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ形発光層と、該発光層上に設けたｐ形のリン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層とから構成される異種接合構造の発光部を備え、該ｐ形上部クラッド層に接触させてｐ形電極とが形成されてなるリン化硼素系半導体発光素子に於いて、ｐ形上部クラッド層が、該ｎ形発光層との中間に設けた、リン化硼素系半導体から成る非晶質層を介して設けられている、ことを特徴とするリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項２】
非晶質層が、ｎ形発光層に接する第１の非晶質層と、該第１の非晶質層より高いキャリア濃度のｐ形リン化硼素系半導体からなりｐ形上部クラッド層に接する第２の非晶質層を含む多層構造を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項３】
第１の非晶質層が、ｎ形発光層よりも低温で成長されたリン化硼素系半導体から構成されている、ことを特徴とする請求項２に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項４】
第１の非晶質層が、層厚を２ｎｍ以上で５０ｎｍ以下とする、アンドープのリン化硼素から構成されている、ことを特徴とする請求項２又は３に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項５】
第２の非晶質層が、該第１の非晶質層よりも高温で成長されたｐ形のリン化硼素系半導体から構成されている、ことを特徴とする請求項２に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項６】
第２の非晶質層が、室温でのアクセプタ濃度を２×１０１９ｃｍ−３以上、４×１０２０ｃｍ−３以下とし、室温でのキャリア濃度を５×１０１８ｃｍ−３以上、１×１０２０ｃｍ−３以下とし、且つ層厚を２ｎｍ以上で４５０ｎｍ以下とする、アンドープで非晶質のｐ形リン化硼素から構成されている、ことを特徴とする請求項２に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項７】
ｐ形上部クラッド層が、転位密度を、該ｎ形発光層を成すＩＩＩ族窒化物半導体の転位密度以下とするｐ形リン化硼素系半導体から構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項８】
ｐ形上部クラッド層が、室温でのアクセプタ濃度を２×１０１９ｃｍ−３以上、４×１０２０ｃｍ−３以下とし、室温でのキャリア濃度を５×１０１８ｃｍ−３以上、１×１０２０ｃｍ−３以下とし、且つ室温での抵抗率を０．１Ω・ｃｍ以下とする、アンドープで多結晶のｐ形リン化硼素から構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項９】
ｐ形上部クラッド層に設けるｐ形電極が、ｐ形上部クラッド層を成すｐ形リン化硼素系半導体と非オーミック接触性を成す材料から構成された、ｐ形上部クラッド層の表面に接触する底面電極と、該底面電極に電気的に接触し、且つｐ形上部クラッド層の表面とも接触する様に延在させた、ｐ形リン化硼素系半導体にオーミック接触するｐ形オーミック電極とから構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項１０】
ｐ形オーミック電極が、該底面電極が形成されていないｐ形上部クラッド層の表面上に帯状電極として延在させて設けられている、ことを特徴とする請求項９に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項１１】
底面電極が、金・錫（Ａｕ・Ｓｎ）合金又は金・珪素（Ａｕ・Ｓｉ）合金から構成されている、ことを特徴とする請求項９に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項１２】
底面電極が、チタン（Ｔｉ）から構成されている、ことを特徴とする請求項９に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項１３】
ｐ形オーミック電極が、金・ベリリウム（Ａｕ・Ｂｅ）合金又は金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）合金から構成されている、ことを特徴とする請求項９に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項１４】
ｐ形オーミック電極が、ニッケル（Ｎｉ）又はその化合物から構成されている、ことを特徴とする請求項９に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項１５】
ｐ形オーミック電極と底面電極との中間に、遷移金属からなる中間層が設けられている、ことを特徴とする請求項９に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項１６】
中間層がモリブデン（Ｍｏ）又は白金（Ｐｔ）から構成されている、ことを特徴とする請求項１５に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
【請求項１７】
導電性または高抵抗の単結晶基板の表面上に、順次、ｎ形の化合物半導体からなるｎ形下部クラッド層と、ｎ形のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ形発光層と、該発光層上に設けたｐ形のリン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層とから構成される異種接合構造の発光部を形成し、該ｐ形上部クラッド層に接触させてｐ形のオーミック電極を形成するリン化硼素系半導体発光素子の製造方法に於いて、ｎ形発光層上に、気相成長手段に依り設けた、リン化硼素系半導体から成る非晶質層を介してｐ形のリン化硼素系半導体層からなるｐ形上部クラッド層を気相成長手段に依り形成する、ことを特徴とするリン化硼素系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
導電性または高抵抗の単結晶基板の表面上に、順次、ｎ形の化合物半導体からなるｎ形下部クラッド層と、ｎ形のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ形発光層と、該発光層上に設けたｐ形のリン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層とから構成される異種接合構造の発光部を形成し、該ｐ形上部クラッド層に接触させてｐ形のオーミック電極を形成するリン化硼素系半導体発光素子の製造方法に於いて、ｎ形発光層上に、気相成長手段に依り設けた、リン化硼素系半導体から成る第１の非晶質層を形成し、第１の非晶質層に接合して第１の非晶質層より高いキャリア濃度の非晶質のｐ形リン化硼素系半導体から成る第２の非晶質層を気相成長手段に依り形成し、第２の非晶質層に接合させてｐ形のリン化硼素系半導体層からなるｐ形上部クラッド層を気相成長手段に依り形成する、ことを特徴とするリン化硼素系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
第１の非晶質層を、気相成長領域に供給する硼素源とする硼素含有化合物とリン源とするリン含有化合物との濃度比率（所謂、Ｖ／ＩＩＩ比率）を０．２以上で５０以下として、２５０℃を超え、７５０℃未満の温度に保持した該ｎ形発光層上に気相成長手段に依り形成する、ことを特徴とする請求項１８に記載のリン化硼素系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
第２の非晶質層を、１０００℃以上で１２００℃以下の温度に保持された第１の非晶質層上に、第１の非晶質層を気相成長させる際のＶ／ＩＩＩ比率を超えるＶ／ＩＩＩ比率で気相成長させる、ことを特徴とする請求項１８に記載のリン化硼素系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
ｐ形上部クラッド層を、７５０℃以上で１２００℃以下の温度で、Ｖ／ＩＩＩ比率を６００以上で２０００以下として気相成長させる、ことを特徴とする請求項１７又は１８に記載のリン化硼素系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
第１の非晶質層及び第２の非晶質層並びにｐ形上部クラッド層を、何れも、リン化硼素（ＢＰ）から構成する、ことを特徴とする請求項１８に記載のリン化硼素系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載のリン化硼素系半導体発光素子からなる発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、リン化硼素系半導体発光素子及びその製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、順方向電圧或いは閾値が低く、耐逆方向電圧に優れ、発光強度が高く、長期通電による発光強度の低下も少ないリン化硼素系半導体発光素子に関する。さらに、本発明は、そのリン化硼素系半導体発光素子の製造方法およびそのリン化硼素系半導体発光素子からなる発光ダイオードに関する。
【背景技術】  従来より、ＩＩＩ族窒化物半導体は、発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）或いはレーザダイオード（英略称：ＬＤ）等の窒化物半導体素子を構成するために利用されている。例えば、赤崎  勇編著、「ＩＩＩ族窒化物半導体」、１９９９年１２月８日、初版、（株）培風館、１３章及び１４章（以下「非特許文献１」という。）参照。結晶基板上に積層されたＩＩＩ族窒化物半導体層の積層構造体から作製されている従来の一般的な化合物半導体ＬＥＤの断面構造を図１に例示する。実用化に至っているＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤにあって、基板１０１には、サファイア（α−Ａｌ２Ｏ３単結晶）や炭化珪素（化学式：ＳｉＣ）単結晶がもっぱら利用されている。基板１０１表面上には、発光層１０３への発光及びキャリアの「閉じ込め」を期すための下部クラッド層１０２が設けられている。下部クラッド層１０２は、発光層１０３を構成する材料よりも禁止帯の広いＩＩＩ族窒化物半導体、例えば、ｎ形の窒化アルミニウム・ガリウム（化学式：ＡｌＸＧａ１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）から構成されるのが通例となっている。例えば、非特許文献１参照。下部クラッド層１０２上には発光層１０３が積層される。発光層１０３は、所望の発光波長が得られる様に構成元素の組成比を調整したＩＩＩ族窒化物半導体層から構成されている。例えば、適宜選択されたインジウム（元素記号：Ｉｎ）の組成比を有するｎ形の窒化ガリウム・インジウム（化学式：ＧａＸＩｎ１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）が一般的な発光層１０３の構成材料となっている。例えば、特公昭５５−３８３４号公報参照。発光層１０３上には、「閉じ込め」作用を発揮させるための、下部クラッド層１０２とは反対の伝導形のＩＩＩ族窒化物半導体から成る上部クラッド層１０６が設けられている。
発光スペクトルの半値幅が狭く、単色性に優れる発光を得るために、発光層１０３を量子井戸構造とするのは既知である。例えば、特開２０００−１３３８８４号公報参照。量子井戸構造にあって、井戸（ｗｅｌｌ）層１０３ａはｎ形ＧａＸＩｎ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）から構成するのが一般化している。一方、井戸層１０３ａ内に発光及びキャリアを「閉じ込める」ために井戸層１０３ａに接合して設ける障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）層１０３ｂは、井戸層１０３ａよりも禁止幅の大きなＩＩＩ族窒化物半導体から構成されている。例えば、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）から構成するのが好例である。特開２０００−１３３８８４号公報参照。発光層１０３を構成する量子井戸構造には、数量的に唯一の井戸層１０３ａを含む単一量子井戸（英略称：ＳＱＷ）構造がある。また、井戸層１０３ａと障壁層１０３ｂとの接合対を周期的に反復して積層させた複数の井戸層１０３ａを備えた多重量子井戸（英略称：ＭＱＷ）構造とが知られている。因みに、図１には、発光層１０３は、井戸層１０３ａと障壁層１０３ｂとの接合対を３周期に反復して積層して構成したＭＱＷ構造の発光層１０３を例示してある。
上記の如くの従来のＬＥＤ用途の積層構造体１１は、基板１０１側にｎ形伝導層（具体的には、下部クラッド層１０２）を、表面側に上部クラッド層１０６をなすｐ形の伝導層を設けている配置上の構成から、ｐ−サイドアップ型と称されている。ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤにあって極く一般的となっているｐ−サイドアップ型のＬＥＤ１０は、ｐ形の上部クラッド層１０６の表面に直接、接触させてｐ形オーミック電極１０７を形成して構成されている。接触抵抗の低いｐ形オーミック電極１０７を形成するためには、ｐ形上部クラッド層１０６を導電性の良好なｐ形伝導層から構成する必要がある。ｐ形上部クラッド層１０６は従来よりマグネシウム（元素記号：Ｍｇ）を添加（ｄｏｐｉｎｇ）したＧａＮ層から構成するのが一般的である。非特許文献１参照。しかしながら、気相成長手段に依り形成されるＭｇ添加ＧａＮ層は、アズ・グローン（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）状態では高抵抗であり、このため、ｐ形層となすために気相成長後に於いて、熱処理或いは真空中での電子線照射処理を及ぼす等の煩雑な操作が要求されている。例えば、特開昭５３−２０８８２号公報、および赤崎  勇編著、「ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」、１９９４年５月２０日、初版、（株）培風館、１３章参照。更には、上部クラッド層１０６の表面に設けられた禁止帯幅の小さな砒化窒化ガリウム（化学式：ＧａＡｓＮ）混晶層を設け、同層に接触させてオーミック電極を設ける技術も開示されている。例えば、特開平１１−４０８９０号公報参照。
また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の一つとして、単量体のリン化硼素（化学式：ＢＰ）が知られている。ピー・ポッパー（Ｐ．ＰＯＰＰＥＲ）著、“Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ，ａ  ＩＩＩ−Ｖ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｏｆ  Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”、（英国）、ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）、１９５７年５月２５日、４５６９号、ｐ．１０７５参照。リン化硼素は、発光をもたらす放射再結合の効率が比較的低い間接遷移型の半導体である。ケイ・ジーガー（Ｋ．Ｓｅｅｇｅｒ）著、山本  恵一外訳、「物理学叢書６１、セミコンダクターの物理学（下）」、第１刷、（株）吉岡書店、１９９１年６月２５日、ｐ．５０７参照。そのため、従来より、リン化硼素結晶層は、半導体発光素子或いは受光素子の活性層ではなく、他の機能層として利用されてきた。例えば、ｎ形の伝導を呈するリン化硼素結晶層（ｎ形リン化硼素結晶層）は、ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）のｎ形エミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）層や、ｐｎ接合型珪素（Ｓｉ）太陽電池の太陽光を透光させるための窓（ｗｉｎｄｏｗ）層等として利用されている。タカオ  タケナカ（Ｔａｋｅｏ  Ｔａｋｅｎａｋａ）著、“Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒｓ  Ｆｏｒｍｅｄ  ｉｎ  Ｓｉ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ  ｄｕｒｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ＢＰ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｄｅｖｉｃｅｓ”、（米国）、ジャーナル  オブ  エレクトロケミカル  ソサェティ（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ）、１９７８年４月、第１２５巻、第４号、ｐ．６３３−６３７参照。
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の一種である単量体のリン化硼素（化学式：ＢＰ）では、マグネシウム（Ｍｇ）のドーピングに依り、ｐ形結晶層が得られるとされている。例えば、特開平２−２８８３８８号公報参照。また、ｐ形リン化硼素結晶層を利用して発光素子を形成するに際しては、ｐ形オーミック電極は金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）合金から構成されている。例えば、特開平１０−２４２５６９号公報参照。従来技術に依るｐ形リン化硼素結晶層は、例えば、有機金属化学的気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）手段により、８５０℃〜１１５０℃の高温で形成されている。例えば、特開平２−２８８３８８号公報参照。一方で、上記の様な量子井戸構造の井戸層をなすｎ形ＧａＸＩｎ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）の実用的な気相成長温度は６００℃〜８５０℃と低温となっている（例えば、特開平６−２６０６８０号公報参照）。そもそも薄層である井戸層のｎ形ＧａｘＩｎ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からのインジウム（Ｉｎ）の揮散を抑制して、目標とするインジウム組成の井戸層を安定してもたらすためである。
例えば、順方向電圧（Ｖｆ）または閾値（Ｖｔｈ）電圧の低減された発光素子を得るには、低い接触抵抗のオーミック電極を形成する技術も重要である。ｐ−サイドアップ型の発光素子にあっては、特に、ｐ形オーミック電極を如何に低抵抗のｐ形伝導層に接触させて形成するかが肝要となっている。これには、低抵抗のｐ形伝導層となすために煩雑なｎ作を必要とする従来のＩＩＩ族窒化物半導体層に代替して、上記のマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ形リン化硼素半導体結晶層からｐ形上部クラッド層を形成する手段も一つの得策と想到され得る。一例として挙げれば、薄膜層を積層させてなる量子井戸構造の発光層上に、マグネシウム（Ｍｇ）を添加してなるｐ形リン化硼素結晶層を上部クラッド層として設け、更に、上部クラッド層に接触させてｐ形オーミック電極を形成してｐサイドアップ型発光素子を形成する手法がある。
しかしながら、上記の従来の技術例に見られる如く、量子井戸構造の発光層を構成する井戸層とｐ形リン化硼素層とでは、好適な気相成長温度が大幅に相違している。このため、高温でｐ形リン化硼素層を気相成長させる際に、井戸層をなす含インジウム窒化物半導体層のインジウム組成比に変動を誘因する結果を招いている。インジウム組成比の変動は、一般にインジウム組成比の減少として現れ、井戸層内に於ける量子準位を不安定に変化させる要因となっている。これに因り、所望の波長の単色性に優れる発光をもたらすリン化硼素系半導体発光素子を安定して得るに支障を来している。また、障壁層、例えば、ＧａＮからなる障壁層と井戸層間での接合障壁差が小となるため、光及びキャリアの「閉じ込め」効果が充分に発揮されず、従って、高強度の発光を呈するリン化硼素系半導体発光素子を提供するに支障となっている。
ところで、単量体リン化硼素では、電子に比較して正孔（ｈｏｌｅ）の有効質量が小さいため、ｎ形よりもｐ形の伝導層が得られ易いとされている。特開平２−２８８３８８号公報参照。これとは逆に、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）等のＩＩＩ族窒化物半導体では、ｎ形伝導層がより容易に形成され、低抵抗のｐ形伝導層をａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で得るのが困難な傾向にある。従って、例えば、ｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体層上に、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で低抵抗のｐ形伝導層となるリン化硼素結晶層を形成すれば、簡便にｐｎ接合構造が得られると想到される。
しかしながら、以下に詳述するように、従来技術にあっては、ＩＩＩ族窒化物半導体層等の下地上に、低抵抗のｐ形リン化硼素結晶層を安定して形成することが困難であった。ｐ形の伝導を呈するリン化硼素結晶層（ｐ形リン化硼素結晶層）の形成方法としては、例えば、ジボラン（分子式：Ｂ２Ｈ６）とホスフィン（分子式：ＰＨ３）を原料とするハイドライド気相成長（ｈｙｄｒｉｄｅ  ＶＰＥ）法が知られている。庄野  克房著、「半導体技術（上）」、９刷、（財）東京大学出版局、１９９２年６月２５日、ｐ．７６−７７参照。ハイドライド法では、気相成長領域に供給する硼素原料に対するリン原料の濃度比率、所謂Ｖ／ＩＩＩ比率を低比率に設定すれば、ｐ形リン化硼素結晶層が形成されるとされている。同上参照。しかしながら、かかる技術では、Ｖ／ＩＩＩ比率を低比率に設定する必要があるため、半導体の性質を呈しない高抵抗のＢｎＰ（７≦ｎ≦１０）の如くの硼素多量体が生成されてしまい、低抵抗のｐ形リン化硼素結晶層を安定して得られ難いこととなっている。同上参照。
このように従来技術にあっては、下地によらず、低抵抗のｐ形リン化硼素結晶層を安定して形成することが困難な傾向にある。さらに、従来技術においては、ｐ形リン化硼素結晶層を形成する下地として利用されていたのは主に珪素（Ｓｉ、シリコン）単結晶であり（同上参照）、珪素単結晶以外の下地結晶上、例えば、ｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体層上に、低抵抗のｐ形リン化硼素結晶層を安定して形成する技術は全く報告されていない。
ＩＩＩ族窒化物半導体の薄膜層から構成される量子井戸構造からなる発光層上に、形成が容易なｐ形リン化硼素半導体層を単純に設けたところで、電気的特性或いは発光特性を良好とするリン化硼素系半導体発光素子が安定して得られる現状ではない。これは、一重にＩＩＩ族窒化物半導体からなる量子井戸構造のｎ形発光層とｐ形リン化硼素半導体層からなるｐｎ接合構造の形成にあって、それを好適に形成する技術が明確となっていないからである。特に、量子井戸構造を構成する障壁層及び井戸層共々、数十ナノメータ（単位：ｎｍ）或いは数ｎｍ程度の層厚の薄膜層であるため、これらの薄膜層の熱的変質を抑制しつつ、ｐ形リン化硼素半導体層を上部クラッド層として接合させる技術が求められている。
【発明の開示】
上記課題を解決するため、本発明は次の構成から成る。
（１）導電性または高抵抗の単結晶基板の表面上に、順次、ｎ形の化合物半導体からなるｎ形下部クラッド層と、ｎ形のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ形発光層と、該発光層上に設けたｐ形のリン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層とから構成される異種接合構造の発光部を備え、該ｐ形上部クラッド層に接触させてｐ形電極とが形成されてなるリン化硼素系半導体発光素子に於いて、ｐ形上部クラッド層が、該ｎ形発光層との中間に設けた、リン化硼素系半導体から成る非晶質層を介して設けられている、ことを特徴とするリン化硼素系半導体発光素子。
（２）非晶質層が、ｎ形発光層に接する第１の非晶質層と、該第１の非晶質層より高いキャリア濃度のｐ形リン化硼素系半導体からなりｐ形上部クラッド層に接する第２の非晶質層を含む多層構造を有する、ことを特徴とする上記（１）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（３）第１の非晶質層が、ｎ形発光層よりも低温で成長されたリン化硼素系半導体から構成されている、ことを特徴とする上記（２）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（４）第１の非晶質層が、層厚を２ｎｍ以上で５０ｎｍ以下とする、アンドープのリン化硼素から構成されている、ことを特徴とする上記（２）又は（３）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（５）第２の非晶質層が、該第１の非晶質層よりも高温で成長されたｐ形のリン化硼素系半導体から構成されている、ことを特徴とする上記（２）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（６）第２の非晶質層が、室温でのアクセプタ濃度を２×１０１９ｃｍ−３以上、４×１０２０ｃｍ−３以下とし、室温でのキャリア濃度を５×１０１８ｃｍ−３以上、１×１０２０ｃｍ−３以下とし、且つ層厚を２ｎｍ以上で４５０ｎｍ以下とする、アンドープで非晶質のｐ形リン化硼素から構成されている、ことを特徴とする上記（２）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（７）ｐ形上部クラッド層が、転位密度を、該ｎ形発光層を成すＩＩＩ族窒化物半導体の転位密度以下とするｐ形リン化硼素系半導体から構成されている、ことを特徴とする上記（１）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（８）ｐ形上部クラッド層が、室温でのアクセプタ濃度を２×１０１９ｃｍ−３以上、４×１０２０ｃｍ−３以下とし、室温でのキャリア濃度を５×１０１８ｃｍ−３以上、１×１０２０ｃｍ−３以下とし、且つ室温での抵抗率を０．１Ω・ｃｍ以下とする、アンドープで多結晶のｐ形リン化硼素から構成されている、ことを特徴とする上記（１）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（９）ｐ形上部クラッド層に設けるｐ形電極が、ｐ形上部クラッド層を成すｐ形リン化硼素系半導体と非オーミック接触性を成す材料から構成された、ｐ形上部クラッド層の表面に接触する底面電極と、該底面電極に電気的に接触し、且つｐ形上部クラッド層の表面とも接触する様に延在させた、ｐ形リン化硼素系半導体にオーミック接触するｐ形オーミック電極とから構成されている、ことを特徴とする上記（１）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（１０）ｐ形オーミック電極が、該底面電極が形成されていないｐ形上部クラッド層の表面上に帯状電極として延在させて設けられている、ことを特徴とする上記（９）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（１１）底面電極が、金・錫（Ａｕ・Ｓｎ）合金又は金・珪素（Ａｕ・Ｓｉ）合金から構成されている、ことを特徴とする上記（９）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（１２）底面電極が、チタン（Ｔｉ）から構成されている、ことを特徴とする上記（９）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（１３）ｐ形オーミック電極が、金・ベリリウム（Ａｕ・Ｂｅ）合金又は金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）合金から構成されている、ことを特徴とする上記（９）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（１４）ｐ形オーミック電極が、ニッケル（Ｎｉ）又はその化合物から構成されている、ことを特徴とする上記（９）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（１５）ｐ形オーミック電極と底面電極との中間に、遷移金属からなる中間層が設けられている、ことを特徴とする上記（９）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（１６）中間層がモリブデン（Ｍｏ）又は白金（Ｐｔ）から構成されている、ことを特徴とする上記（１５）に記載のリン化硼素系半導体発光素子。
（１７）導電性または高抵抗の単結晶基板の表面上に、順次、ｎ形の化合物半導体からなるｎ形下部クラッド層と、ｎ形のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ形発光層と、該発光層上に設けたｐ形のリン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層とから構成される異種接合構造の発光部を形成し、該ｐ形上部クラッド層に接触させてｐ形のオーミック電極を形成するリン化硼素系半導体発光素子の製造方法に於いて、ｎ形発光層上に、気相成長手段に依り設けた、リン化硼素系半導体から成る非晶質層を介してｐ形のリン化硼素系半導体層からなるｐ形上部クラッド層を気相成長手段に依り形成する、ことを特徴とするリン化硼素系半導体発光素子の製造方法。
（１８）導電性または高抵抗の単結晶基板の表面上に、順次、ｎ形の化合物半導体からなるｎ形下部クラッド層と、ｎ形のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ形発光層と、該発光層上に設けたｐ形のリン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層とから構成される異種接合構造の発光部を形成し、該ｐ形上部クラッド層に接触させてｐ形のオーミック電極を形成するリン化硼素系半導体発光素子の製造方法に於いて、ｎ形発光層上に、気相成長手段に依り設けた、リン化硼素系半導体から成る第１の非晶質層を形成し、第１の非晶質層に接合して第１の非晶質層より高いキャリア濃度の非晶質のｐ形リン化硼素系半導体から成る第２の非晶質層を気相成長手段に依り形成し、第２の非晶質層に接合させてｐ形のリン化硼素系半導体層からなるｐ形上部クラッド層を気相成長手段に依り形成する、ことを特徴とするリン化硼素系半導体発光素子の製造方法。
（１９）第１の非晶質層を、気相成長領域に供給する硼素源とする硼素含有化合物とリン源とするリン含有化合物との濃度比率（所謂、Ｖ／ＩＩＩ比率）を０．２以上で５０以下として、２５０℃を超え、７５０℃未満の温度に保持した該ｎ形発光層上に気相成長手段に依り形成する、ことを特徴とする上記（１８）に記載のリン化硼素系半導体発光素子の製造方法。
（２０）第２の非晶質層を、１０００℃以上で１２００℃以下の温度に保持された第１の非晶質層上に、第１の非晶質層を気相成長させる際のＶ／ＩＩＩ比率を超えるＶ／ＩＩＩ比率で気相成長させる、ことを特徴とする上記（１８）に記載のリン化硼素系半導体発光素子の製造方法。
（２１）ｐ形上部クラッド層を、７５０℃以上で１２００℃以下の温度で、Ｖ／ＩＩＩ比率を６００以上で２０００以下として気相成長させる、ことを特徴とする上記（１７）又は（１８）に記載のリン化硼素系半導体発光素子の製造方法。
（２２）第１の非晶質層及び第２の非晶質層並びにｐ形上部クラッド層を、何れも、リン化硼素（ＢＰ）から構成する、ことを特徴とする上記（１８）に記載のリン化硼素系半導体発光素子の製造方法。
（２３）上記（１）〜（１６）のいずれか１項に記載のリン化硼素系半導体発光素子からなる発光ダイオード。
【図面の簡単な説明】  図１は、従来のＬＥＤの断面構造を示す模式図である。
図２は、実施例１に記載のＬＥＤの断面構造を示す模式図である。
図３は、実施例２に記載のＬＥＤの断面構造を示す模式図である。
図４は、図３に記載したＬＥＤの模式平面図である。
図５は、実施例３に記載のＬＥＤの断面構造を示す模式図である。
図６は、図５に記載したＬＥＤの模式平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明に係わるリン化硼素系半導体発光素子を作製するための積層構造体は、珪素（Ｓｉ）単結晶（シリコン）、窒化ガリウム（ＧａＮ）やリン化ガリウム（ＧａＰ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶、サファイア（Ａｌ２Ｏ３単結晶）等の酸化物単結晶を基板として形成する。ｐ−サイドアップ型の積層構造体を導電性の単結晶基板上に設ける場合には、ｎ形伝導性の基板を用いるのが好ましい。例えば、リン（Ｐ）添加ｎ形珪素単結晶基板を利用できる。
単結晶基板の表面上には、ｎ形下部クラッド層を設ける。ｎ形下部クラッド層は、例えば、有機金属化学的気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法等の気相成長手段に依り堆積する。ｐ−サイドアップ型の発光素子にあっては、単結晶基板と発光層との中間に配置する下部クラッド層はｎ形の伝導を呈する、室温での抵抗率（＝比抵抗）を１オーム・センチメートル（Ω・ｃｍ）以下とする低抵抗の導電層から形成するのが望ましい。ｎ形下部クラッド層はｎ形の化合物半導体がらなり、例えば、ｎ形窒化ガリウム等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成する。特に、抵抗率を０．１Ω・ｃｍ未満とする低抵抗のｎ形リン化硼素はｎ形の下部クラッド層を構成するに好適に利用できる。
下部クラッド層上には、発光層を設ける。発光層は、ｎ形のＩＩＩ族窒化物半導体からなる。発光層は、気相成長手段を利用して積層することができる。発光層は、所望の発光波長に相応する禁止帯幅を有する半導体材料から構成する。例えば、青色帯域の光を放射する発光層は、直接遷移型の窒化ガリウム・インジウム（組成式ＧａＸＩｎ１−ＸＮ：０＜Ｘ＜１）や窒化リン化ガリウム（組成式ＧａＮＹＰ１−Ｙ：０＜Ｙ＜１）等から構成できる。インジウム（Ｉｎ）組成比（＝１−Ｘ）またはリン（Ｐ）組成比（＝１−Ｙ）を適宜、選択すれば、紫外から近紫外帯域及び緑色帯域の発光をもたらす発光層も構成できる。ウルツ鉱結晶型（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ）の例えば、窒化ガリウム系混晶では、価電子帯のバンドの縮退構造からして、ｐ形よりもｎ形の伝導層がより簡易に得られる。従って、ｎ形のＧａＸＩｎ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）等のＩＩＩ族窒化物半導体はｎ形の発光層を構成するための材料として活用できる。
発光層は、好ましくは、井戸層と障壁層を備えた量子井戸構造の発光層である。量子井戸構造にすると、発光スペクトルの半値幅が狭く、単色性に優れる発光を得ることができる。量子井戸構造は、数量的に唯一の井戸層を含む単一量子井戸（ＳＱＷ）構造でも良いし、井戸層と障壁層との接合対を周期的に反復して積層させた複数の井戸層を備えた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造でもよい。
ｎ形発光層上には、ｎ形下部クラッド層とは反対の伝導形のｐ形上部クラッド層を設ける。ｐ形上部クラッド層は、上記の価電子帯のバンド構造から低抵抗のｐ形導電層を簡便に得られ難いＩＩＩ族窒化物半導体に代わって、ｐ形のリン化硼素系半導体から構成する。好ましくは、単量体のリン化硼素（ＢＰ）から構成する。特に、多結晶のリン化硼素から構成する。
ｐ形のリン化硼素系半導体からなる上部クラッド層を、本発明では、発光層上のリン化硼素系半導体からなる非晶質層を介して形成することとする。
リン化硼素系半導体とは、硼素（元素記号：Ｂ）とリン（元素記号：Ｐ）とを含む立方晶閃亜鉛鉱結晶型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である。例えば、ＢαＡｌβＧａγＩｎ１−α−β−γＰ１−δＡｓδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）、また例えば、ＢαＡｌβＧａγＩｎ１−α−β−γＰ１−δＮδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）がある。より具体的には、単量体のリン化硼素（ＢＰ）、リン化硼素・ガリウム・インジウム（組成式ＢαＧａγＩｎ１−α−γＰ：０＜α≦１、０≦γ＜１）、また、窒化リン化硼素（組成式ＢＰ１−δＮδ：０≦δ＜１）や砒化リン化硼素（組成式ＢαＰ１−δＡｓδ）等の複数のＶ族元素を含む混晶である。特に、単量体のリン化硼素（ＢＰ）はリン化硼素系半導体混晶の基本的な構成要素であり、広禁止帯幅のＢＰを基材とすれば、禁止帯幅の広いリン化硼素系混晶を形成することができる。
リン化硼素からなる非晶質層は、例えば、三塩化硼素（分子式：ＢＣｌ３）や三塩化リン（分子式：ＰＣｌ３）を出発原料とするハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）法（「日本結晶成長学会誌」、Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．２（１９９７）、１５０頁参照）に依り気相成長させられる。また、ボラン（分子式：ＢＨ３）またはジボラン（分子式：Ｂ２Ｈ６）とホスフィン（分子式：ＰＨ３）等を原料とするハイドライド法（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ，２４／２５（１９７４）、１９３〜１９６頁参照）、並びに分子線エピタキシャル法（Ｊ．Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｈｅｍ．，１３３（１９９７）、２６９〜２７２頁参照）で気相成長させられる。また、有機硼素化合物とリンの水素化合物を原料とする有機金属化学的気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法（Ｉｎｓｔ．Ｐｈｙｓ．Ｃｏｎｆ．Ｓｅｒ．，Ｎｏ．１２９（ＩＯＰ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｌｔｄ．（ＵＫ、１９９３）、１５７〜１６２頁参照）に依り気相成長させられる。
特に、ＭＯＣＶＤ法はトリエチル硼素（分子式：（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）等の易分解性の物質を硼素源としているため、低温で非晶質層を気相成長させるに有利な成長手段となる。例えば、トリエチル硼素／ホスフィン（分子式：ＰＨ３）／水素（Ｈ２）反応系常圧（略大気圧）或いは減圧ＭＯＣＶＤ法に依り、２５０℃以上で１２００℃以下として成長させる。１２００℃を超える高温では、Ｂ１３Ｐ２等の多量体のリン化硼素結晶（Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃ．，４７（１）（１９６４）、４４〜４６頁参照）が形成され易くなり、単量体のリン化硼素からなる非晶質を安定して形成できない。７５０℃を超える高温では硼素とリンとを含む多結晶層が形成され易い傾向にあるが、この様な高温領域の成長では、硼素源に対しリン源の供給量、所謂、Ｖ／ＩＩＩ比率を低くすると非晶質層を形成できる。例えば、上記の反応系を利用するＭＯＣＶＤ法にあって、Ｖ／ＩＩＩ比率（＝（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ／ＰＨ３供給濃度比率）を０．２以上で５０以下の範囲の低比率とすると、比較的に高温領域に於いても非晶質層を安定して形成できる。
リン化硼素系半導体からなる非晶質層は、発光層を量子井戸構造にする場合は、発光層を成す量子井戸構造の最も表面側の終端（最終端）の井戸層または障壁層の何れの層上にも設けられるが、最終端の障壁層に接合させて設ける積層構成が最も好ましい。井戸層に接合させて設けた最終端の障壁層は、井戸層の被膜層として、非晶質のリン化硼素系半導体層の気相成長時に於ける例えば、昇華に依る井戸層の消失を抑止するに効果的に作用する。障壁層または井戸層をなすＩＩＩ族窒化物半導体層の気相成長温度以下の低温に於いて、非晶質のリン化硼素系半導体層を設ける手法は、例えば、インジウム（Ｉｎ）等の凝縮に因る井戸層の熱的変性を防止する効果を有する。特に、井戸層の場合よりも低温で気相成長させることとすれば、井戸層と併せて障壁層の熱的変性をより回避するにも有効な手法となる。しかしながら、障壁層及び井戸層より低温での気相成長が好適とは云え、非晶質のリン化硼素系半導体層を形成するには上記した如く２５０℃未満の低温は、構成元素の原料の熱分解の効率の低さからして不適である。
なお、非晶質層の層厚は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察により実測することができ、形成された層が非晶質か否かは、電子線回折或いはＸ線回折の回折像により判定することができる。非晶質層の電子線回折像はハロー（ｈａｌｏ）なものとなる。また、非晶質層を構成する硼素とリンとの化学量論的な組成比率は、例えば、オージェ（Ａｕｇｅｒ）電子分光法等に基づく硼素元素とリン元素との定量分析値から求められる。
非晶質層は、単層構造でもよいが、２層またはそれ以上の多層構造であってもよい。多層構造の場合、以下、発光層に接する非晶質層を第１の非晶質層、上部クラッド層に接する非晶質層を第２の非晶質層と呼ぶ。
発光層と均一に密着する第１の非晶質層を形成するには、Ｖ／ＩＩＩ比率を上記の範囲内に於いて比較的高比率に設定するのが適する。例えば、Ｖ／ＩＩＩ比率を４５として形成する。Ｖ／ＩＩＩ比率を比較的に高比率として形成された非晶質のリン化硼素層はキャリア（正孔）濃度を５×１０１７ｃｍ−３以下とする抵抗の高い層となる。換言すれば、発光層との密着性に優れる第１の非晶質層は、化学量論的な組成で硼素とリンを含む高抵抗層から好適に構成できる。
第１の非晶質層は、第２の非晶質層について「吸着サイト」を提供し、均一な気相成長を促進させる作用を有する。第２の非晶質層の均一な気相成長を促すためには、第１の非晶質層は、発光層の表面を充分に一様に被覆するに足る約１ｎｍ以上、より好ましくは２ｎｍ以上５０ｎｍ以下の層厚とするのが好ましい。一方、第１の非晶質層は、上記の様に比較的抵抗の高い層であるため、発光素子を駆動させる動作電流を好適に流通させるために、第１の非晶質層の層厚は５０ｎｍ以下とするのが好ましい。更に、第１の非晶質層の層厚は５ｎｍ〜２０ｎｍの層厚とするのが好適である。第１の非晶質層の層厚は、成長領域への硼素原料の供給時間を調整して制御する。
上記の第１の非晶質層上に更に、上記の非晶質層よりも高温で気相成長されたリン化硼素系半導体から成る第２の非晶質層を設ける構成とすると、その上にａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で低抵抗のｐ形リン化硼素系半導体単結晶層を簡便に得るに貢献できる。この様な室温で低抵抗のｐ形リン化硼素系半導体単結晶層をもたらす第２の非晶質層は、リン原子等の第Ｖ族元素に対し化学量論的に硼素等の第ＩＩＩ族元素を富裕に含むリン化硼素系半導体層より好適に形成できる。当量的に硼素を富裕に含む第２の非晶質層は、その下方の第１の非晶質層を形成した温度より高温で好都合に形成できる。例えば、発光層上に３５０℃〜６５０℃の範囲の温度で第１の非晶質層を形成した後、１０００℃〜１２００℃の範囲の温度で、低抵抗のｐ形リン化硼素系半導体結晶層をａｓ−ｇｒｏｗｎで形成するための下地層となる第２の非晶質層を形成する手法がある。気相成長手段を変更して、これら双方の非晶質層を形成する手法もあるが、発光層上に設ける第１の非晶質層の形成に引き続き、ｐ形リン化硼素系半導体結晶層を得るための下地となる第２の非晶質層を形成する手法が簡易であり利便である。ｐ形リン化硼素系半導体結晶層の下地となる第２の非晶質層を比較的高温で形成するに際しては、発光層に接合させて設けた第１の非晶質層は、発光層の熱分解を抑制できる保護層としての作用を発揮する。
第１の非晶質層上には、ｐ形リン化硼素系半導体からなる第２の非晶質層を積層させる。第１の非晶質層の作用に依り、発光層との密着性が増強された第２の非晶質層は、ｐ形のリン化硼素結晶層をもたらす作用を有する。リン化硼素からなる第２の非晶質層も上記の如くの気相成長手段をもって形成できる。効果的にｐ形の上部クラッド層をもたらすために、第２の非晶質層は、硼素を化学量論的にリンより富裕に含むｐ形の伝導を呈する非晶質のリン化硼素層から構成するのが望ましい。気相成長時のＶ／ＩＩＩ比率をより小とすれば、硼素をより富裕に含む非晶質のリン化硼素層を形成できる。また、化学当量的に硼素を富裕に含む程、キャリア（正孔）濃度は増加する。第２の非晶質層のキャリア濃度は、５×１０１８ｃｍ−３以上で１×１０２０ｃｍ−３以下とするのが好適である。対応して、室温のアクセプタ濃度は２×１０１９ｃｍ−３以上で４×１０２０ｃｍ−３以下とするのが好ましい。ドナー（ｄｏｎｏｒ）成分が過剰に存在するため、アクセプタ成分が電気的に補償され、正孔濃度が上記の範囲の値より小となっている第２の非晶質層は概して高抵抗層であり、例えば、順方向電圧（Ｖｆ）の低いＬＥＤを得る難を来す。逆に、上記の範囲の値より大である場合、第２の非晶質層の内部に過剰に存在するアクセプタ成分が発光層へと拡散、侵入して、発光層のｎ形キャリア（電子）を電気的に補償して、発光層の抵抗を増加させる不都合を生ずる。
また、第１の非晶質層と共に、第２の非晶質層も不純物を故意に添加しない、所謂、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）のリン化硼素層から構成するのが好ましい。リン化硼素の非晶質層を気相成長させるに際し、不純物が非晶質層より発光層へ拡散して、発光層の抵抗に変動を及ぼすのを回避するためである。ｐ形上部クラッド層をなすｐ形の伝導を呈する多結晶のリン化硼素層を形成するための下地層となる第２の非晶質層の層厚は２ｎｍ以上で４５０ｎｍ以下とするのが好ましい。２ｎｍ未満の極薄膜では、第１の非晶質層の表面を万遍なく充分に均等に被覆するに至らず、従って、層厚やキャリア濃度の面内均一性に優れるｐ形上部クラッド層を得るに至らない。４５０ｎｍを超える層厚とすると硼素を富裕に含む非晶質層としたために、平坦な表面の非晶質層を得るに不都合となる。
第１の非晶質層と第２の非晶質層とでは、好適な成膜温度が相違する。これは両層の機能の相違によるものである。以下、各層の形成工程について詳述する。
下地結晶の表面に接合して形成される第１の非晶質層は、下地結晶とｐ形リン化硼素結晶層との間の格子ミスマッチ（ｍｉｓｍａｔｃｈ）を緩和するために設けられる層である。かかる層を形成することによって、下地結晶との密着性に優れ、且つミスフィット転位を殆ど含まないｐ形リン化硼素結晶層を形成することができる。
かかる機能を有する第１の非晶質層は、硼素含有化合物（硼素原料）とリン含有化合物（リン原料）とを気相成長領域に供給し、２５０℃超７５０℃未満の温度で気相成長させることにより形成できる。第１の非晶質層を２５０℃超７５０℃未満の温度で気相成長させるには、下地結晶を気相成長領域に配置した後、下地結晶を２５０℃超７５０℃未満の温度に加熱して、第１の非晶質層を気相成長させれば良い。なお、成膜温度（下地結晶の温度）が２５０℃以下では、硼素原料及びリン原料の熱分解が充分に進行せず、硼素とリンとを含む層が成膜されない恐れがあり、７５０℃以上では、形成される層が多結晶構造或いは単結晶構造となり、非晶質層が成膜されない恐れがある。
第１の非晶質層は、Ｖ／ＩＩＩ比率を低比率として気相成長させると、効率良く形成できる。具体的には、上記の成膜温度で第１の非晶質層を安定して形成するには、Ｖ／ＩＩＩ比率を好ましくは０．２以上５０以下、より好ましくは２以上５０以下とする。例えば、成膜法としてハロゲン気相成長法を採用し、原料として三臭化硼素（化学式：ＢＢｒ３）及び三塩化リン（化学式：ＰＣｌ３）を用いる場合、Ｖ／ＩＩＩ比率は１０程度とすることが好ましい。Ｖ／ＩＩＩ比率を低くしすぎると、球状の硼素結晶体が集合した表面平坦性に欠けた層が形成される場合があり、後に形成するｐ形リン化硼素結晶層の表面平坦性の低下を招く恐れがある。一方、Ｖ／ＩＩＩ比率を５０超の高比率とすると、多結晶層が形成される場合があり、安定して第１の非晶質層を形成することができない恐れがある。
本発明において、第１の非晶質層は、硼素原子とリン原子のうち、硼素原子を化学量論的に富裕に含むｐ形伝導層とすることが好ましいが、これは以下の理由による。後述するように、ｐ形リン化硼素結晶層を安定して得るために、第２の非晶質層はｐ形伝導層であることが好ましい。そして、第２の非晶質層は第１の非晶質層の性質を受け継いで成長するため、ｐ形伝導層である第２の非晶質層を得るためには、第１の非晶質層をｐ形伝導層とすることが好ましいからである。
第１の非晶質層の層厚は、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましい。第１の非晶質層の層厚が２ｎｍ未満では、下地結晶の被堆積面の表面を充分にかつ均等に被覆できない恐れがある。その結果、熱膨張率の差異等に因る歪を均等に緩和するに至らず、下地結晶からのｐ形リン化硼素結晶層の剥離を招く恐れがある。第１の非晶質層の層厚が２ｎｍ以上であれば、下地結晶の表面を一様に被覆することができ、かかる問題は生じない。また、第１の非晶質層は、第１の非晶質層を形成する際の下地結晶の熱分解を抑制する表面保護層としての機能も有するが、層厚を２ｎｍ以上と厚くすることにより、かかる機能が安定して発現される。これは特に、下地結晶として、Ｖ族元素の揮散等により熱分解が生じやすいＩＩＩ族窒化物半導体等を用いる場合や、第１の非晶質層の成膜温度を高温とする場合に重要である。なお、第１の非晶質層の層厚を厚くする程、下地結晶の表面保護層としての機能が効果的に発現されることは言うまでもない。一方、層厚が５０ｎｍ超では、第１の非晶質層の内部に単結晶粒が生成されたり、多結晶層が生成される恐れがあるため、好ましくはない。
第２の非晶質層は、ｐ形リン化硼素結晶層をもたらすための被堆積層として機能する層であり、この層を形成することによって、ｐ形リン化硼素結晶層を容易にかつ安定して形成することができる。また、第２の非晶質層は、第２の非晶質層の気相成長時における第１の非晶質層の熱分解を抑制する保護層としての作用も奏する。
第２の非晶質層は、第１の非晶質層と同様、硼素含有化合物（硼素原料）とリン含有化合物（リン原料）とを気相成長領域に供給し、気相成長させることにより形成できる。第２の非晶質層の気相成長法としては、第１の非晶質層形成時で採用したのと同一の気相成長法を採用しても良いし、異なる気相成長法を採用しても良いが、生産効率等の観点からは前者が好ましい。なお、異なる気相成長法を採用する場合には、例えば、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）／ホスフィン（ＰＨ３）／水素（Ｈ２）系ハイドライド法で第１の非晶質層を成長させた後、ＭＯＣＶＤ気相成長法で第２の非晶質層を形成するなど、適宜組み合わせを選定すればよい。
本発明では、第２の非晶質層を、硼素原子とリン原子のうち、硼素原子を化学量論的に富裕とする組成により構成することが好ましい。かかる第２の非晶質層を形成することによって、その上に、ｐ形リン化硼素結晶層を安定して形成するができる。化学量論的な組成では、硼素原子数とリン原子数の比率が１：１の時に等量であるが、例えば、リン化硼素からなる第２の非晶質層を形成する場合、硼素原子数がリン原子数に比較して、０．５〜１．０％程度多くなるように成膜することが好ましい。
第２の非晶質層の成膜温度は、１０００℃以上１２００℃以下とすることが好ましい。かかる温度で成膜することによって、化学量論的に硼素を富裕とする第２の非晶質層を安定して形成することができる。なお、下地結晶上には第１の非晶質層がすでに形成されているので、第１の非晶質層が表面保護層として機能し、１０００℃以上の高温で第２の非晶質層を成膜しても、下地結晶の熱分解は抑制される。
第２の非晶質層を成膜する際の好適なＶ／ＩＩＩ比率は、第１の非晶質層と同様、２以上５０以下であるが、第２の非晶質層の好適な成膜温度は第１の非晶質層よりも高温であるため、第１の非晶質層形成時よりも大きなＶ／ＩＩＩ比率で成膜を行うことが好ましい。第１の非晶質層形成時よりも大きなＶ／ＩＩＩ比率で成膜を行うには、例えば、硼素原料（ＩＩＩ族原料）の気相成長領域への供給量を第１の非晶質層形成時と同等としつつ、リン原料（Ｖ族原料）の供給量を増加させ、より大きなＶ／ＩＩＩ比率として、第２の非晶質層を成膜すれば良い。第２の非晶質層を成膜する際に、前記範囲内でＶ／ＩＩＩ比率を高く設定する程、表面平坦性に優れた第２の非晶質層を形成することができ、好適である。また、Ｖ／ＩＩＩ比率を高く設定する程、第２の非晶質層を気相成長させる際に、第１の非晶質層を構成する硼素及びリン等の揮散を抑止する効果も得られる。
第１の非晶質層と同じく、第２の非晶質層の好適な層厚は２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。特に、下地結晶をｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体とし、ｐｎ接合型発光部を有する化合物半導体発光素子のｐｎ接合構造を構成するにあたっては、第１及び第２の非晶質層の層厚の合計を１００ｎｍ以下とすることが好ましい。第１、第２の非晶質層のうち少なくとも第２の非晶質層が、硼素を化学量論的に富裕に含む組成を有するため、第１、第２の非晶質層の存在による素子動作電流の発光部への流通の妨げがある程度抑制されるものの、第１、第２の非晶質層がπ形のｐ形層である場合などには、これらの層厚の合計を１００ｎｍ超とすると、第１、第２の非晶質層の存在による素子動作電流の発光部への流通の妨げが大きくなってしまうからである。
第２の非晶質層上には、ｐ形リン化硼素からなるｐ形上部クラッド層を設ける。上部クラッド層も第１及び第２の非晶質層と同じく上記の気相成長手段に依り形成できる。上部クラッド層をなすｐ形リン化硼素層は、良好なオーミック特性のｐ形電極を形成するために、抵抗率を小とする低抵抗の導電層から構成するのが好ましい。特に、室温での抵抗率を０．１Ω・ｃｍ以下とする、多結晶でアンドープのｐ形リン化硼素から構成するのを好ましいとする。この様な低抵抗のｐ形導電層からなる上部クラッド層は、ｐ形オーミック電極形成用のコンタクト層として利用できる。抵抗率を０．１Ω・ｃｍ以下とするｐ形上部クラッド層は、室温でのアクセプタ濃度を２×１０１９ｃｍ−３以上、４×１０２０ｃｍ−３以下とし、室温でのキャリア濃度を５×１０１８ｃｍ−３以上、１×１０２０ｃｍ−３以下とする第２の非晶質のリン化硼素層を下地層として形成するのが前提である。ｐ形上部クラッド層をなす多結晶層は、下地層をなす非晶質のリン化硼素層のｐ形伝導性を受け継いで成長する。
硼素を富裕に含み、リンを不足としている第２の非晶質層の量論的な過不足状態は、上部クラッド層を成す多結晶のリン化硼素層にそのまま波及する。このため、第２の非晶質層の電気的性質がそのまま反映され、上部クラッド層はｐ形の伝導を呈する多結晶層から構成されるものとなる。ｐ形導電層であり、更に、上記の様な低抵抗率のｐ形リン化硼素を形成するには、第２の非晶質層と同一のＶ／ＩＩＩ比率で低抵抗のｐ形リン化硼素を形成するには、第２の非晶質層の場合以上の高温で、但し、１２００℃以下の高温で形成するのが得策である。また、第２の非晶質層と同一のＶ／ＩＩＩ比率を上記の好適な範囲で低比率とする程、ａｓ−ｇｒｗｏｎで抵抗率の低いｐ形多結晶層を得るに優位である。上部クラッド層を構成する多結晶のｐ形リン化硼素層の室温でのキャリア濃度は５×１０１８ｃｍ−３から１×１０２０ｃｍ−３とするのが好適である。５×１０１８ｃｍ−３未満の低いキャリア濃度では、室温の移動度が向上するとは云え、０．１Ω・ｃｍ以下の低抵抗率のｐ形伝導層を得るに至らない。１×１０２０ｃｍ−３を超える高キャリア濃度では、発光層からの発光が吸収される度合いが増し、高発光強度のＬＥＤを得るに不都合となる。また、室温でのアクセプタ濃度は２×１０１９ｃｍ−３以上、４×１０２０ｃｍ−３以下とするのが好適である。アクセプタ濃度が４×１０２０ｃｍ−３を越える多量であると、乱雑な表面のリン化硼素多結晶層が帰結されるため、後述するオーミック電極を設けるに支障をきたすために好ましくない。
ＬＥＤ或いは面発光型ＬＤ等の発光層からの発光を鉛直上方の外部に取り出すｐ−サイドアップ型発光素子にあって、ｐ形上部クラッド層は発光層からの発光を高効率で外部に透過できる多結晶でアンドープのｐ形リン化硼素から構成するのが好ましい。発光を外部へ透過する能力（透過率で表せる）は、ｐ形上部クラッド層の層厚の増加と共に指数関数的に減少する。従って、上記の好適なキャリア濃度を有するｐ形上部クラッド層の層厚は最大でも５×１０−４ｃｍ（＝５μｍ）以下とすると、透過率に優れるｐ形上部クラッド層を形成できる。ｐ形上部クラッド層を多結晶層から構成すると、発光層の構成材料との格子ミスマッチに起因する歪を吸収するに効果的となり、厚い多結晶層を用いても発光層へ印可される歪を低減できる。このため、歪の印可に因る発光層からの発光波長の不安定な変動を防止するに効果を上げられる。一方、面状ＬＥＤにあって、ｐ形上部クラッド層は下方の発光層に広範囲に素子を駆動するための順方向電流を流通させる必要があることから、ｐ形上部クラッド層の層厚は、５０ｎｍ以上とするのが好ましい。
例えば、キャリア濃度を２×１０１９ｃｍ−３とし、層厚を１μｍとする多結晶のｐ形リン化硼素層を利用すれば、波長４５０ｎｍの青色光に対し、４０％の透過率を超える窓層を兼用する上部クラッド層を形成できる。０．１Ω・ｃｍ以下の抵抗率を維持しつつ、キャリア濃度がより低く、層厚もより薄い多結晶のｐ形リン化硼素層を用いれば、更に透過率の高いｐ形上部クラッド層を構成できる。ｐ−サイドアップ型の窒化物半導体ＬＥＤでは、上部クラッド層をなすｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体層の抵抗率が高く、順方向電流を発光層の全面に均等に拡散する作用を充分に発揮できない。このため、従来のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤにあっては、ｐ形クラッド層上に順方向電流を平面的に拡散させるためのニッケル（元素記号：Ｎｉ）等の透光性の電極を敷設するのが一般的となっている。しかしながら、この様な金属膜或いは金属酸化物に因り発光が吸収されるため、発光の透過率は４０％未満に留まっている。本発明の構成に依れば、順方向電流を拡散させるための透光性電極を敢えて敷設する必要も無く発光の外部への透過率に優れるｐ形上部クラッド層を構成でき、簡便に発光素子を提供できる利点がある。
リン化硼素系半導体からなる非晶質層を介在させると、低抵抗のｐ形リン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層が形成できるに加えて、転位密度の小さな良質のリン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層を形成するに効果を上げられる。格子整合性に欠ける結晶基板上に形成された発光層にあって、発光層の内部を貫通する転位の密度は大凡、約１０１０ｃｍ−２を越える大きなものとなっている。本発明に係わる発光層に接合させて設けるリン化硼素系半導体から成る非晶質層は、この高密度で存在する転位のｐ形リン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層への侵入を、発光層との接合界面で阻止する機能を有する。このため、リン化硼素系半導体から成る非晶質層を介在させることに依り、ａｓ−ｇｒｏｗｎでｐ形の伝導を呈し、且つ転位密度を１×１０３ｃｍ−３以下とする結晶性に優れる低抵抗のリン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層がもたらされる。この様な低転位密度で尚且つ、低抵抗のｐ形リン化硼素系半導体層は、転位を介して素子駆動電流の局所的な漏洩に因る耐圧不良を防止するに寄与できるｐ形クラッド層を構成するに優位に利用できる。
ｐ形リン化硼素系半導体からなる上部ｐ形クラッド層の成膜温度としては、１０００℃以上１２００℃以下が好ましい。成膜温度が１２００℃超では、Ｂ１３Ｐ２等の多量体が生成される恐れがあるため、好ましくない。
また、この工程において、Ｖ／ＩＩＩ比率は、第１及び第２の非晶質層の気相成長時のＶ／ＩＩＩ比率を超えて大とすることが好ましく、具体的には６００以上２０００以下とすることが好ましい。
化学量論的に硼素を富裕とした第２の非晶質層上には、ｐ形の伝導を付与する不純物（ｐ形不純物）を故意に添加せずともアンドープ状態でｐ形リン化硼素結晶層を形成できる。例えば、トリエチル硼素（（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）／ホスフィン（ＰＨ３）／水素（Ｈ２）系ＭＯＣＶＤ法により１０２５℃で成膜を行えば、キャリア（正孔）濃度２×１０１９ｃｍ−３程度、抵抗率５×１０−２Ω・ｃｍ程度の低抵抗のｐ形リン化硼素結晶層をアンドープで形成することができる。
このように本発明ではアンドープでｐ形リン化硼素結晶層を簡易に形成することができ好適であるが、珪素（Ｓｉ）等のｐ形不純物を添加して、ｐ形リン化硼素結晶層を形成することも差し支えない。珪素不純物は、硼素をリンに比較して富裕に含むリン化硼素結晶層ではｐ形不純物として顕著に作用するため、これをドーピングすることによって低抵抗のリン化硼素結晶層を形成できる。珪素のドーピング源としては、シラン（分子式：ＳｉＨ４）、ジシラン（分子式：Ｓｉ２Ｈ６）、四塩化珪素（分子式：ＳｉＣｌ４）等のハロゲン化珪素化合物が挙げられ、Ｓｉ２Ｈ６−Ｈ２混合ガス等の混合ガスを用いることもできる。
なお、珪素不純物は、リンを富裕とするリン化硼素結晶層ではｎ形不純物として作用し、アクセプタ（ａｃｃｅｐｔｏｒ）を電気的に補償（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）するため、リンを富裕とするリン化硼素層ではこれをドーピングすることは逆効果であり、高抵抗のリン化硼素層が形成されることとなる。
ｐ形上部クラッド層の表面には、ｐ形電極を設ける。ｐ形電極は、好ましくは、底面電極とｐ形オーミック電極とから構成する。底面電極は、ｐ形上部クラッド層の表面に接触させる。
ｐ形上部クラッド層は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で既に低抵抗であるため、素子を駆動するための電流（素子駆動電流）は、上部クラッド層から直下の領域に在る発光層に限定的に流通してしまう。素子駆動電流のこの短絡的な流通を回避するために、上部クラッド層の表面に接触する底面電極を、ｐ形上部クラッド層を成すｐ形リン化硼素系半導体に対しオーミック接触性を呈しない、非オーミック性の材料から構成する。ｐ形電極の底面電極を構成する好適な材料として、例えば、第ＩＶ族元素を含む金・錫（Ａｕ・Ｓｎ）合金、または金・珪素（Ａｕ・Ｓｉ）合金を例示できる。錫（Ｓｎ）は、リン化硼素を構成する硼素（Ｂ）及びリン（Ｐ）より原子半径が大きい。従って、アロイ（ａｌｌｏｙ）処理等に於いて、ｐ形リン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層の内部へ徒に熱拡散するのが避けられ、ｐ形リン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層の結晶性を良好に維持するに有効となる。
金・珪素（Ａｕ・Ｓｉ）合金は、リン化硼素系半導体でより拡散し難い元素である珪素を含むため、珪素の熱拡散に因るｐ形リン化硼素系半導体結晶層の乱雑化をより良く抑制できる。一方で、真空蒸着手段等の手段に依りそれを形成するに際し、金・錫合金の場合に比較してより高温の環境を要する。従って、ｐ形リン化硼素系半導体層、しいては、発光層の熱的な変性をより良く防止できる底面電極を形成するには、金・錫合金がより好適である。また、熱拡散に因り、ｐ形リン化硼素系半導体結晶層、ひいては、発光層が結晶的に乱雑となるのを防止する意図では、金・珪素合金膜から底面電極を好適に形成できる。何れの合金膜を利用しても、ｐ形電極の底面電極を非オーミック性の材料から構成することに依り、素子動作電流が、低抵抗のｐ形上部クラッド層を経由して直下の発光層へと短絡的に流通するのを回避できる。
また、底面電極を形成する材料として、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）等の遷移金属も使用できる。特に、チタン（Ｔｉ）は、ｐ形上部クラッド層をなすｐ形リン化硼素層と順方向電流に対し、高いショットキー障壁をもたらす上に、密着性も大きいために底面電極を構成するに好適に利用できる。
底面電極に電気的に接触させて、ｐ形リン化硼素系半導体にオーミック接触をなす材料からなるｐ形オーミック電極を設置すれば、底面電極に依って流通を阻害された素子動作電流をｐ形上部クラッド層の広範囲に亘り拡散するに効果的となる。
例えて説明するに、ｐ形クラッド層を経由して外部へ発光を取り出す方式のＬＥＤにあっては、ｐ形電極の射影領域に在る発光層からの発光は、ｐ形電極に因り遮光されるため、外部へ効率的に取り出すのが難しい。底面電極上に、ｐ形上部クラッド層とオーミック接触する材料からなるオーミック性電極を形成すれば、ｐ形電極の射影領域以外の素子動作電流を発光層の広範囲に平面的に流通できる。ｐ形リン化硼素系半導体にオーミック接触する電極は例えば、第ＩＩ族元素を含む金・ベリリウム（Ａｕ・Ｂｅ）、金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）合金等から構成できる。特に、金・ベリリウム合金からは、底面電極との密着性に優れ、且つ、接触抵抗の低いオーミック電極を形成できる。この様に非オーミック性材料からなる底面電極とオーミック性材料とを積層させてなるｐ形電極は、ｐ形リン化硼素系半導体について接触抵抗が高い非オーミック材料から構成した底面電極に依って、流通を阻害された素子動作電流を、ｐ形電極の射影領域以外の、遮光されない、所謂、外部に開放された発光領域に流通させる作用を有する。開放された発光領域に広範囲に亘り素子駆動電流を均等に流通させるために、ｐ形オーミック電極は、形状的にもまた間隔的にも開放された発光領域に於いて均等な電位分布が形成される様に配置するのが望ましい。この様にｐ形オーミック性電極を配置する手段は、発光領域面から均一な強度の発光をもたらす高発光強度のＬＥＤをもたらすに貢献できる。
このオーミック電極は、底面電極の敷設領域以外のｐ形上部クラッド層の表面と接触する様に延在させて設けるのが好適である。例えば、発光素子の平面形状を中心として対称に延在させた線状の電極からオーミック電極を構成する。また、例えば、平面形状の中心から同心円状に、且つ互い電気的に導通させた円環状の電極からオーミック電極を構成できる。これらの材料からなる所望の形状のオーミック電極に加工するには、公知のフォトリソグラフィー技法に依るパターニング技術や選択エッチング技術を利用できる。
底面電極と、オーミック電極との中間に、遷移金属や白金（Ｐｔ）からなる中間層を設けると、上記の底面電極のショットキー接触性（非オーミック接触性）の機能を保持できる。遷移金属から構成される中間層は、オーミック電極を構成する材料成分の底面電極への拡散、侵入を抑制して底面電極のショットキー接触機能を維持させる役目を発揮する。中間層は、底面電極及びオーミック電極間に於ける各々の電極構成成分の相互拡散を最も効果的に防止できるモリブデン（Ｍｏ）またはニッケル（Ｎｉ）または白金（Ｐｔ）から構成するのを好ましいとする。また、中間層を成す遷移金属の厚さは、５ｎｍ以上で２００ｎｍ以下とするのが適する。５ｎｍ未満の薄膜では、電極構成成分の相互拡散を充分に抑止するに至らず、底面電極の電極を非ショットキー性接触性、例えばオーミック性接触となしてしまう場合が生ずる。一方で、中間層を２００ｎｍを超える厚膜から形成すると、それに接触して設けるオーミック電極とｐ形上部クラッド層との間隔が拡張される。このため、底面電極の周囲でオーミック電極とｐ形上部クラッド層との間に間隙が生じ、素子駆動電流の入力抵抗を増加させ不都合となる。
ｎ形のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層と、発光層上にｐ形リン化硼素系半導体からなる上部クラッド層と、ｐ形上部クラッド層に接触させてｐ形電極とが形成されて成るリン化硼素系半導体発光素子に於いて、ｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層に接合させて設けられたリン化硼素系半導体から成る非晶質層は、発光層が熱的に劣化するのを防止する作用を有する。
また、ｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層に接合させて設けられたリン化硼素系半導体から成る非晶質層は、発光層からの転位の伝搬を防止する作用を有する。
第１の非晶質層よりも高温で気相成長させたリン化硼素系半導体から成る第２の非晶質層は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で低抵抗のｐ形リン化硼素系半導体からなる上部クラッド層をもたらす下地層として作用する。
ｐ形リン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層上に設けるｐ形電極にあって、ｐ形上部クラッド層を成すｐ形リン化硼素系半導体と非オーミック接触性をなす材料から構成した底面電極は、素子駆動電流を流通させる際の抵抗体として、外部へ発光を取り出すのが困難なｐ形電極の射影領域に在る発光層へ素子駆動電流が短絡的に流通するのを防止する作用を有する。
上記の底面電極と共にｐ形電極をなす、ｐ形リン化硼素系半導体にオーミック接触するｐ形オーミック電極は、素子駆動電流を、外部に開放された発光領域に優先的に流通させる作用を有する。
リン化硼素系半導体からなる第１の非晶質層は、リン化硼素系半導体からなる第２の非晶質層を接合させて設けるに際し、第２の非晶質層の気相成長を促進する「吸着サイト」を提供する下地層として働き、例えば、発光層との密着性に優れる第２の非晶質層をもたらす作用を有する。また、アンドープのリン化硼素系半導体から成る第１及び第２の非晶質層は、不純物の拡散、侵入に因る発光層の伝導形の反転等を回避する作用を有する。
化学量論的に硼素をリンに対し富裕に含む第２の非晶質層は、その化学当量的に不均衡な組成を、上部クラッド層を成す多結晶のリン化硼素層に伝承して、ｐ形上部クラッド層をもたらすに好都合な多結晶のリン化硼素層をもたらす作用を有する。
リン化硼素系半導体からなるｐ形上部クラッド層に接触させて設ける、底面電極を非オーミック接触性の材料としたｐ形電極は、直下の領域への素子動作電流の流通を抑止して、発光を外部へ容易に取り出せる発光層に、素子動作電流を優先的に供給する作用を有する。特に、ｐ形上部クラッド層の表面に接触させつつ延在させて設けたオーミック電極は、素子動作電流をｐ形上部クラッド層を介して発光層の広範囲に拡散させる作用を有する。
【実施例１】  リン化硼素系半導体発光素子の例として、ｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層とｎ形窒化ガリウムからなる発光層とのｐｎ接合構造を有するｐｎ接合型２重異種（ｄｏｕｂｌｅ  ｈｅｔｅｒｏ）接合構造の発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造した。製造したＬＥＤの断面構造を図２に模式的に示す。
単結晶基板１０１としては、リン（Ｐ）ドープｎ形｛１１１｝−珪素単結晶を用いた。はじめに、単結晶基板１０１の｛１１１｝表面に、トリエチル硼素（（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）／ホスフィン（ＰＨ３）／水素（Ｈ２）系常圧（略大気圧）ＭＯＣＶＤ法により、９２５℃にてアンドープのｎ形リン化硼素層からなる下部クラッド層１０２を気相成長させた。下部クラッド層１０２をなすｎ形リン化硼素層は、気相成長領域へ供給する原料の濃度比率、即ち、Ｖ／ＩＩＩ比率（＝ＰＨ３／（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ比率）を約１．３×１０３として形成した。また、その層厚は３００ｎｍとし、キャリア濃度は１×１０１９ｃｍ−３とした。以上のようにして形成された下部クラッド層１０２の室温での禁止帯幅は約３ｅＶであった。
次いで、下部クラッド層１０２上に、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）／アンモニア（ＮＨ３）／水素（Ｈ２）系常圧（略大気圧）ＭＯＣＶＤ法により、８５０℃にて層厚１０ｎｍの発光層１０３を形成した。発光層１０３は、インジウム（Ｉｎ）組成比（＝１−Ｘ）を互いに異にする複数の相からなる多相（ｍｕｌｔｉ−ｐｈａｓｅ）構造のｎ形窒化ガリウム・インジウム（ＧａＸＩｎ１−ＸＮ）結晶により構成した。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を利用した元素定量分析から、形成した発光層１０３の平均的なインジウム組成比（＝１−Ｘ）は０．１２（１２％）と求められた。
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発光層１０３の気相成長を終了させた後、アンモニア（ＮＨ３）と水素との混合雰囲気内で単結晶基板１０１を４５０℃まで降温させた。然る後、発光層１０３上に、（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ／ＰＨ３／Ｈ２系常圧ＭＯＣＶＤ法により、４５０℃にてアンドープのリン化硼素層からなる第１の非晶質層１０４を形成した。第１の非晶質層１０４は、硼素を化学量論的に富裕とするため、Ｖ／ＩＩＩ（＝ＰＨ３／（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）比率を１０として気相成長させた。また、その層厚は１５ｎｍとした。
気相成長領域への（Ｃ２Ｈ５）３Ｂの供給を停止して第１の非晶質層１０４の形成を終了させた後、引き続き、気相成長領域にＰＨ３とＨ２とを流通させつつ、単結晶基板１０１を１０２５℃まで昇温させた。
次に、第１の非晶質層１０４上に、（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ／ＰＨ３／Ｈ２系常圧ＭＯＣＶＤ法により、１０２５℃にてアンドープのリン化硼素層からなる第２の非晶質層１０５を形成した。第２の非晶質層１０５の気相成長時のＶ／ＩＩＩ比率は１５とし、第２の非晶質層１０５を、化学量論的に硼素をリンに対し富裕に含むｐ形伝導層とした。また、その層厚は１０ｎｍとした。
第２の非晶質層１０５の気相成長を終了した後、気相成長領域への（Ｃ２Ｈ５）３Ｂの供給量を一定に保持しつつ、ＰＨ３の供給量のみを、Ｖ／ＩＩＩ比率が１２９０となる様に増加させた。続いて、第２の非晶質層１０５上に、（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ／ＰＨ３／Ｈ２系常圧ＭＯＣＶＤ法により、１０２５℃にてアンドープでｐ形リン化硼素結晶層からなる上部クラッド層１０６を形成した。上部クラッド層１０６の層厚は６００ｎｍとした。１０００℃超の高温下で、上記の如くＶ／ＩＩＩ比率を低くして気相成長させたため、形成された上部クラッド層１０６は、化学量論的に硼素を富裕に含むものとなった。また、この層の通常のホール（Ｈａｌｌ）効果法にて測定される室温でのキャリア（正孔）濃度は２×１０１９ｃｍ−３、抵抗率は５×１０−２Ω・ｃｍであり、低抵抗の上部クラッド層（ｐ形リン化硼素結晶層）が得られた。
気相成長領域への（Ｃ２Ｈ５）３Ｂの供給を停止して、上部クラッド層１０６の成長を終了した後、ＰＨ３とＨ２との混合雰囲気中で、単結晶基板１０１を約６００℃まで降温させた。
以上のようにして、単結晶基板１０１上に、下部クラッド層１０２と、発光層１０３と、第１の非晶質層１０４と、第２の非晶質層１０５と、ｐ形リン化硼素結晶層からなる上部クラッド層１０６とを順次積層してなる積層体２０を形成した。
得られた積層体２０について分析を行ったところ、第１及び第２の非晶質層１０４、１０５の制限視野電子線回折像は、何れもハローなパターンであり、これらの層が非晶質層であることが確認された。これに対して、上部クラッド層１０６の制限視野電子線回折像は、｛１１１｝−結晶層のパターンであり、上部クラッド層がｐ形リン化硼素結晶層であることが判明した。
また、ｐ形リン化硼素結晶層からなる上部クラッド層１０６の明視野ＴＥＭ像には、＜１１１＞−結晶方位に対して平行方向に双晶或いは積層欠陥の存在が認められたものの、ミスフィット転位は殆ど視認されなかった。
さらに、電界放射型ＡＥＳ分析による硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）イオンとの強度比率から、第１及び第２の非晶質層１０４、１０５、並びにｐ形リン化硼素結晶層からなる上部クラッド層１０６の硼素原子濃度は、リン原子濃度に対し約０．５％過剰であることが判明した。
次に、積層体２０を形成した単結晶基板１０１を室温近傍の温度に冷却して、気相成長領域から取り出した後、積層体２０の表面をなすｐ形リン化硼素結晶層からなる上部クラッド層１０６上の略中央部に、金・ベリリウム（Ａｕ９９質量％・Ｂｅ１質量％）合金からなる平面視円形状のｐ形オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極１０７を配置した。また、単結晶基板１０１の裏面全面には、アルミニウム・アンチモン（Ａｌ・Ｓｂ）合金からなるｎ形オーミック電極１０８を設けた。以上のようにして、平面視一辺約３００μｍの正方形状のｐｎ接合型ＤＨ構造のＬＥＤを製造した。
ｐ形及びｎ形オーミック電極１０７、１０８間に順方向（ｆｏｒｗａｒｄ）に２０ｍＡの直流電流を通流した際の発光特性は、以下の通りであった。
（１）発光色：青紫
（２）発光中心波長：約４４０ｎｍ
（３）輝度（チップ状態）：約６ｍｃｄ
（４）順方向電圧：約３．５Ｖ
なお、ｐ形及びｎ形オーミック電極１０７、１０８間に逆方向に１０μＡの直流電流を通流した際の逆方向電圧は１０Ｖであった。
さらに、近視野発光像から、発光層１０３の略全面から発光がもたらされているのが確認された。これは、本実施例では上部クラッド層１０６を低抵抗のｐ形リン化硼素結晶層により構成できたため、上部クラッド層１０６を介して、動作電流を発光層１０３の広範囲に拡散できたためと考えられる。また、本実施例では、ＩＩＩ族窒化物半導体（窒化ガリウム・インジウム）からなる発光層上に、第１及び第２の非晶質層１０４、１０５を介してｐ形リン化硼素結晶層からなる上部クラッド層１０６を設ける積層構成としたため、局所的な耐圧不良（ｌｏｃａｌ  ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）の少ない整流特性に優れたＬＥＤが提供された。
【実施例２】  図３にｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造のＬＥＤ１２を作製するに用いた積層構造体１３の断面構造を模式的に示す。図４に図３のＬＥＤの平面構造を模式的に示す。
単結晶基板１０１には、（０００１）−サァイア（α−Ａｌ２Ｏ３単結晶）を使用した。単結晶基板１０１の（０００１）−表面上には、常圧（略大気圧）有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）手段を利用して、ｎ形窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる下部クラッド層１０２を堆積させた。下部クラッド層１０２は、トリメチルガリウム（分子式：（ＣＨ３）３Ｇａ）をガリウム（Ｇａ）源とし、また、アンモニア（分子式：ＮＨ３）を窒素源として、１０５０℃で堆積した。下部クラッド層１０２をなすｎ形ＧａＮ層のキャリア濃度は珪素（Ｓｉ）のドーピングにより４×１０１８ｃｍ−３に調整し、層厚は２８００ｎｍとした。下部クラッド層１０２の成長を上記のガリウム源の供給を停止して終了させた後、窒素源（＝ＮＨ３）と水素との混合雰囲気中で単結晶基板１０１の温度を７５０℃に降温させた。
然る後、上記のガリウム源と共にインジウム（Ｉｎ）源のトリメチルインジウム（分子式：（ＣＨ３）３Ｉｎ）とを用いて、ｎ形下部クラッド層１０２上にｎ形窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎ）から成る井戸層１０３ａ−１を形成した。井戸層１０３ａ−１を構成する上記の窒化ガリウム・インジウム層は、インジウム組成を相違する複数の相（ｐｈａｓｅ）から構成される多相構造層となっており、その平均的なインジウム組成は０．１０（＝１０％）であった。井戸層１０３ａ−１の層厚は１０ｎｍとした。井戸層１０３ａ−１には、上記の（ＣＨ３）３Ｇａ）／ＮＨ３／Ｈ２反応系常圧ＭＯＣＶＤ手段により、７５０℃でｎ形窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる障壁層１０３ｂ−１を接合させて設けた。障壁層１０３ｂ−１の層厚は、２０ｎｍとした。障壁層１０３ｂ−１には、上記の多相構造のＧａ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎから成る井戸層１０３ａ−２を再び、設けた。この井戸層１０３ａ−２の層厚は、量子井戸構造の発光層１０３を構成する終端の障壁層１０３ｂ−２との接合により、より長波長の発光をもたらすに好都合となる伝導帯及び価電子帯の曲折したバンド（ｂａｎｄ）構造を形成するために、先の井戸層１０３ａ−１より薄い８ｎｍとした。次に、井戸層１０３ａ−２に接合させて、膜厚を先の障壁層１０３ｂ−１と同一の２０ｎｍとする量子井戸構造の発光層の終端をなす障壁層１０３ｂ−２を設けた。
井戸層と障壁層とを交互に２周期に亘り重層させて、量子井戸構造の発光層１０３を形成した後、窒素源（＝ＮＨ３）と水素との混合雰囲気中で単結晶基板１０１の温度を４５０℃に降温させた。次に、上記の障壁層及び井戸層を気相成長させた温度よりも低温で、量子井戸構造の発光層１０３の終端をなす障壁層１０３ｂ−２に接合させて、アンドープのリン化硼素（ＢＰ）からなる第１の非晶質層１０４を設けた。リン化硼素からなる第１の非晶質層１０４は、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）／ホスフィン（分子式：ＰＨ３）／Ｈ２反応系常圧ＭＯＣＶＤ手段に依り設けた。第１の非晶質層１０４の層厚は１５ｎｍとした。第１の非晶質層１０４を形成した後、リン源（＝ＰＨ３）と水素との混合雰囲気中で単結晶基板１０１の温度を４５０℃から１０２５℃に昇温させた。
次に、上記と同一の（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ／ＰＨ３／Ｈ２反応系常圧ＭＯＣＶＤ手段と気相成長装置を使用して、第１の非晶質層１０４に接合させて、第１の非晶質層１０４よりも高温で第２の非晶質層１０５を設けた。第２の非晶質層１０５を気相させる際のＶ／ＩＩＩ比率（＝ＰＨ３／（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）は１６に設定したことに依り、第２の非晶質層１０５は硼素（Ｂ）をリン（Ｐ）に対して化学量論的に富裕に含むｐ形伝導層となった。この高温で気相成長させた第２の非晶質層１０５の層厚は１５ｎｍとした。
引き続き、１０２５℃で、上記と同一の（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ／ＰＨ３／Ｈ２反応系常圧ＭＯＣＶＤ手段と気相成長装置を使用して、第２の非晶質層１０５に接合させて、アンドープでｐ形のリン化硼素単結晶層を上部クラッド層１０６として設けた。上部クラッド層１０６をなすアンドープでｐ形のリン化硼素単結晶層の層厚は５８０ｎｍとした。
上部クラッド層１０６の気相成長を終え、積層構造体１３の形成をした後、積層構造体１３を室温近傍の温度に冷却した。その後、ｐ形上部クラッド層１０６及び発光層１０３について、電気的或いは結晶構造的に評価した。ｐ形上部クラッド層１０６は、一般の電解Ｃ−Ｖ（容量−電圧）法に依って計測されたキャリア濃度を２×１０１９ｃｍ−３とする、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で既に、低抵抗のｐ形導電層であった。一般的な断面ＴＥＭ技法を利用して計測された転位密度は平均して、１×１０３／ｃｍ２未満であった。転位密度を１×１０２／ｃｍ２以下とする領域も部分的に存在していた。一方、発光層１０３を構成する障壁層１０３ｂ−１，２及び井戸層１０３ａ−１，２の内部の転位密度は約２×１０１０ｃｍ−２であった。また、量子井戸構造の発光層をなす障壁層及び井戸層の層厚に変化は無く、特に、非晶質層とヘテロ（異種）接合をなす最終端の障壁層の内部には、高温でのＧａＮの分解に起因する微小な空洞の発生も認められなかった。特に、本実施例では、量子井戸構造の最終端をなす障壁層に接合する第１の非晶質層と、その第１の非晶質層に接合させてより高温で成長させた第２の非晶質層、及びそれを下地層として形成したｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層のいずれをもアンドープ層から形成したために、ドーピングした不純物の拡散に因る障壁層と井戸層との接合界面の乱雑化も抑制されていた。
積層構造体１３の表層をなすｐ形上部クラッド層１０６の中央部には、ｐ形電極２０４を配置した。ｐ形電極２０４の底面電極２０４ａは、ｐ形リン化硼素単結晶について非オーミック性の接触をなす金・錫（Ａｕ９８質量％・Ｓｎ２質量％）合金から構成した。底面電極２０４ａの平面形状は円形とし、直径は１３０μｍとした。底面電極２０４ａ上には、金・ベリリウム（Ａｕ９９質量％・Ｂｅ１質量％）からなるｐ形オーミック電極２０４ｂを設けた。ｐ形オーミック電極２０４ｂは、図４に示される如く、互いに直交する幅を６０μｍとする２本の帯状の電極から構成した。帯状の電極２０４ｂが直角に交差する交差点と、円形の底面電極２０４ａの平面形状の中心点は一致させた。また、帯状電極２０４ｂは、ＬＥＤ１２の外部に開放された発光領域２０５に延在させて設けた。更に、結線（ボンディング）用の台座（ｐａｄ）電極とするために、底面電極２０４ａ及び底面電極２０４ａ上に在る帯状電極２０４ｂ上には、厚さ約１．７μｍの金（Ａｕ）の真空蒸着膜２０４ｃを被着させた。一方のｎ形電極１０８は、メタン（分子式：ＣＨ４）／アルゴン（元素記号：Ａｒ）／Ｈ２混合ガスを使用するプラズマエッチング法により、図４に示す如く、不要部分を除去して、下部クラッド層１０２を露出させた後、その露出させた表面に図３及び図４に示す如く配置した。
上記の構成からなるｐ形電極２０４を備えた一辺を３００μｍの平面形状を正方形とするＬＥＤ１２に順方向に素子駆動電流を流通し発光特性を確認した。ＬＥＤ１３からは中心の波長を４４２ｎｍとする青色帯光が放射された。発光スペクトルの半値幅は１２０ミリエレクトロンボルト（ｍｅＶ）であった。一般的な積分球を利用して測定される樹脂モールド以前のチップ（ｃｈｉｐ）状態での輝度は７ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。また、ｐ形電極２０４を転位密度が特に小さいｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層１０６に接触させて設ける構成としたため、従来例に見られる如くの転位を介して、素子駆動電流が短絡的に量子井戸構造の発光層１０３へ流通してしまうことに因る微小な発光輝点の発生は認められなかった。近視野発光パターンからしても、発光強度は外部に開放された発光領域２０５の略全面で均一となった。
また、低転位密度のｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層１０６に接触させてｐ形電極２０４を設ける構成としたため、局所的な耐圧不良（ｌｏｃａｌ  ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）も認められなかった。このため、順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧（所謂、Ｖｆ）を約３Ｖとし、逆方向電流を１０μＡとした際の逆方向電圧（Ｖｒ）は８Ｖ以上とする良好な整流特性のＬＥＤ１２が提供された。
【実施例３】  図５に本実施例に記載したＬＥＤ３０の断面構造を模式的に示す。また、図６にＬＥＤ３０の平面模式図を示すが、図５の断面図は図６に示す破線Ａ−Ａ’に沿った断面を示したものである。単結晶基板３０１には、リン（Ｐ）ドープでｎ形の（１１１）−Ｓｉ単結晶を使用した。単結晶基板３０１の（１１１）−表面上には、常圧（略大気圧）有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）手段を利用して、アンドープでｎ形のリン化硼素単量体（ＢＰ）からなる下部クラッド層３０２を堆積させた。ｎ形下部クラッド層３０２は、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）／ホスフィン（分子式：ＰＨ３）／水素（Ｈ２）反応系により９５０℃で形成した。ｎ形下部クラッド層３０２の層厚は、波長４３０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色帯光について４０％以上の反射率を得るために、２４０ｎｍとした。ｎ形下部クラッド層３０２の気相成長を上記の硼素源の供給を中断した後、ホスフィン（ＰＨ３）と水素（Ｈ２）の混合雰囲気中でＳｉ単結晶基板３０１の温度を８２５℃に降温した。
然る後、トリメチルガリウム（分子式：（ＣＨ３）３Ｇａ）／トリメチルインジウム（分子式：（ＣＨ３）３Ｉｎ）／アンモニア（分子式：ＮＨ３）／Ｈ２反応系常圧ＭＯＣＶＤ手段により、ｎ形窒化ガリウム・インジウム（ＧａＸＩｎ１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）層を発光層３０３としてｎ形下部クラッド層３０２に接合させて設けた。ｎ形発光層３０３をなす窒化ガリウム・インジウム層は、インジウム組成比（＝１−Ｘ）を相違する複数の相（ｐｈａｓｅ）から成る多相構造（ｍｕｌｔｉ−ｐｈａｓｅ）のＧａＸＩｎ１−ＸＮ層から構成した。インジウムの平均的な組成比は０．０６（＝６％）であった。このｎ形Ｇａ０．９４Ｉｎ０．０６Ｎ層からなる発光層３０３の層厚は５０ｎｍとした。（ＣＨ３）３Ｇａ及び（ＣＨ３）３Ｉｎの供給を停止して、ｎ形Ｇａ０．９４Ｉｎ０．０６Ｎ層の気相成長を終了させた。
ＮＨ３とＨ２との混合雰囲気中で、単結晶基板３０１の温度を１０００℃に昇温した後、発光層３０３上に、上記の（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ／ＰＨ３／Ｈ２反応系常圧ＭＯＣＶＤ手段に依り、アンドープのリン化硼素層からなる第１の非晶質層３０４を形成した。第１の非晶質層３０４は、Ｖ／ＩＩＩ比率（＝ＰＨ３／（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）を４０として気相成長させた。この条件下で気相成長させたリン化硼素非晶質層のアクセプタ濃度は、一般の電解Ｃ（容量）−Ｖ（電圧）法に依れば、６×１０１８ｃｍ−３であった。また、一般のホール（Ｈａｌｌ）効果測定法に依れば、室温でのキャリア（正孔）濃度は、４×１０１７ｃｍ−３であった。第１の非晶質層３０４の層厚は１２ｎｍとした。
硼素源として使用した（Ｃ２Ｈ５）３Ｂの供給を一旦、停止して第１の非晶質層３０４の気相成長を終了させた後、リン源のＰＨ３とＨ２とを流通しつつ、単結晶基板３０１の温度を１０５０℃に上昇させた。次に、第１の非晶質層３０４上に、アンドープのリン化硼素からなる第２の非晶質層３０５を（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ／ＰＨ３／Ｈ２反応系常圧ＭＯＣＶＤ手段により形成した。第２の非晶質層３０５は、第１の非晶質層３０４より高いキャリア（正孔）濃度とするため、Ｖ／ＩＩＩ比率は２１として成長させた。この条件下で気相成長させたアンドープのリン化硼素非晶質層のアクセプタ濃度は、一般の電解Ｃ（容量）−Ｖ（電圧）法に依れば、１×１０２０ｃｍ−３であった。また、一般のホール（Ｈａｌｌ）効果測定法に依れば、室温でのキャリア（正孔）濃度は、２×１０１９ｃｍ−３であった。アンドープの第２の非晶質層３０５の層厚は１２ｎｍとした。
引き続き、（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ／ＰＨ３／Ｈ２反応系常圧ＭＯＣＶＤ手段に依り、１０２５℃で、第２の非晶質層３０５上にアンドープのｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層３０６を設けた。ｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層３０６を気相成長させる際のＶ／ＩＩＩ比率は、第１の非晶質層３０４よりも高く、第２の非晶質層３０５と同一の２１とした。アンドープのｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層のアクセプタ濃度は、一般の電解Ｃ（容量）−Ｖ（電圧）法に依り２×１０２０ｃｍ−３と測定された。また、一般のホール（Ｈａｌｌ）効果測定法に依れば、室温でのキャリア（正孔）濃度は、３×１０１９ｃｍ−３であり、抵抗率は５×１０−２Ω・ｃｍであった。ｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層３０６の層厚は５８０ｎｍとした。硼素源の（Ｃ２Ｈ５）３Ｂの供給を停止してアンドープのｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層３０６の気相成長を終了した後、ＰＨ３とＨ２との混合雰囲気中で約６５０℃迄、冷却した。引き続き、室温迄水素気流中で冷却した。
冷却後、リン化硼素非晶質層３０４、３０５及びｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層３０６の結晶構造を解析した。リン化硼素非晶質層３０４，３０５からは、明瞭なＸ線回折ピークは出現せず、また、電子線回折パターンもハローであった。ｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層３０６からのＸ線反射回折パターンには、主たる回折ピークとして、閃亜鉛鉱結晶型のリン化硼素の（１１１）結晶面からの（１１１）−回折ピークに加え、（３１１）−及び（１１０）−回折ピーク等の副次的なピークも出現した。また、電子線回折パターン上には、リン化硼素の１１１−結晶面に対応する回折点（ｓｐｏｔ）が１１１−回折環上に多く出現した。これより、ｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層３０６は多結晶層であるのが示された。また、断面ＴＥＭ技法に依る内部観察では、ｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層３０６は、＜１１０＞結晶方位に関して配向を僅かに相違する柱状の（１１１）−結晶が集合した多結晶層であると認められた。ｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層３０６の表面迄多結晶のままで、単結晶層は形成されていなかった。一方、下部クラッド層３０２をなすｎ形リン化硼素層の表層部は、（１１１）−結晶面からなる単結晶層となっていた。
多結晶のリン化硼素からなる上部クラッド層３０６は、低抵抗であったため、従来の如くの低抵抗層となすための煩雑な熱処理を施工せず、その表面の中央部には、チタン（Ｔｉ）からなる底面電極３０７ａを設けた。チタン（元素記号：Ｔｉ）は一般的な電子ビーム（ｂｅａｍ）蒸着法で形成し、層厚は６０ｎｍとした。直径を１３０μｍとする平面形状を円形とする底面電極３０７ａには、それに接触させて白金（元素記号：Ｐｔ）から成る中間層３０７ｂを設けた。中間層３０７ｂを成す白金層はＴｉと同じく電子ビーム蒸着法で形成し、その層厚は３０ｎｍとした。更に、中間層３０７ｂに接触させて、金・ベリリウム（Ａｕ・Ｂｅ）合金からなるｐ形オーミック電極３０７ｃを設けた。ｐ形オーミック電極３０７ｃは、底面電極３０７ａの周辺に於いて多結晶のｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層３０６の表面に接触し、且つ、ｐ形リン化硼素からなる上部クラッド層３０６の表面に図６に示す如く、素子の外縁部に枠状に且つ線状に配置した。枠状電極３０７ｃ−１と線状電極３０７ｃ−２を構成するＡｕ・Ｂｅ電極の線幅は６０μｍとした。ｐ形電極３０７はＴｉ底面電極３０７ａ／Ｐｔ中間層３０７ｂ／Ａｕ・Ｂｅオーミック電極３０７ｃの３層構造から構成した。
ｎ形（１１１）−珪素（Ｓｉ）単結晶基板３０１の裏面の略全面には、アルミニウム・アンチモン（Ａｌ・Ｓｂ）合金からなるオーミック性のｎ形電極３０８を設けた。ｐｎ接合型ＤＨ（ｄｏｕｂｌｅ  ｈｅｔｅｒｏ）構造のＬＥＤ３０を構成した。両オーミック電極３０７，３０８間に順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の動作電流を通流したところ、ＬＥＤ３０からは波長を約４４０ｎｍとする青紫帯光が発せられた。一般的な積分球を利用して測定されるチップ（ｃｈｉｐ）状態での輝度は８ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。また、ショットキー接触性の底面電極３０７ａを配置して、ｐ形電極３０７の直下の発光層３０３への短絡的な流通が阻害された素子動作電は、ｐ形オーミック電極３０７ｃに依って、ｐ形上部クラッド層３０６の全面に拡散させられたため、ｐ形クラッド層３０６の略全面から均一な強度の発光が呈された。特に、多結晶のリン化硼素層から構成し、発光層３０３に印可される歪みを緩和したため、素子駆動電流の長期通電に因る発光強度の変化を認められなかった。順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧（所謂、Ｖｆ）を約３Ｖとし、逆方向電流を１０μＡとした際の逆方向電圧（Ｖｒ）は８Ｖ以上とする良好な整流特性が発現された。
【産業上の利用可能性】  本発明に依れば、リン化硼素系半導体からなる非晶質層を介して成長させた低抵抗のｐ形リン化硼素系半導体層からｐ形上部クラッド層を構成することとしたので、高い強度の発光を、しかも長期に亘り高強度の発光をもたせる、整流特性に優れるリン化硼素系半導体発光素子を得ることができる。本発明のリン化硼素系半導体発光素子は、発光ダイオード等として有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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