(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ単結晶基板上に、ＡｌａＧａｂＩｎｃＮｑＭ１−ｑ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を表し、０＜ｑ≦１）層から構成される発光部を備えたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、Ｓｉ単結晶基板と発光部との間に、二酸化珪素から成る障壁層及び、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から成る緩衝層を有し、障壁層を構成する二酸化珪素の水酸基（−ＯＨ）の量が１００重量ｐｐｍ以下であることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
緩衝層が、前記障壁層に接合させて設けられた非晶質の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる第１の緩衝層と、第１の緩衝層上に設けられた単結晶からなる第２の緩衝層との重層構造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ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
第１の緩衝層がＢＡｓからなり、第２の緩衝層が表層部をＢＡｓ１−ＲＮＲ（０＜Ｒ＜１）に変換したＢＡｓからなることを特徴とする請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
第２の緩衝層の表層部がＢＡｓ０．２３Ｎ０．７７からなることを特徴とする請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
珪素（Ｓｉ）単結晶基板上に、リン化硼素（ＢＰ）等の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体緩衝層を有する、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来技術に於いて、窒化アルミニウム・ガリウム等の一般式ＡｌaＧａbＩｎcＮqＭ1-q（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を表し、０＜ｑ≦１）で表記されるＩＩＩ族窒化物半導体結晶層は、近紫外或いは短波長可視光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）に利用されている。この場合、上・下クラッド層と活性層（発光層または井戸層）とから構成される発光部は、絶縁性のサファイア（Ａｌ2Ｏ3単結晶）等の基板上に、ＩＩＩ族窒化物半導体緩衝層を介して形成されている（Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，Ｖｏｌ．４６８（１９７７）、４８１〜４８６頁参照）。
【０００３】
砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）或いはＳｉは、導電性を呈する半導体結晶として知られている。これらの閃亜鉛鉱型（ダイヤモンド型）の結晶を基板とする積層構造体から発光素子を構成すれば、（ａ）［０１１］結晶方向の劈開を利用して簡便に個別素子（チップ）を作製できる、（ｂ）半導体レーザー素子において、劈開により簡便に光共振面を形成できる等、ウルツ鉱（ｗｕｒｔｚｉｔｅ）結晶型のサファイア基板に比べて得られ難い利点がある。さらに、導電性の半導体結晶を基板とすれば、基板の一表面に都合良くオーミック電極が形成でき、素子の製造が簡便となる（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，３３（２３）（１９９７）、１９８６〜１９８７頁参照）。
【０００４】
Ｓｉ単結晶は、融点が１４２０℃と高く、ＧａＡｓ（融点＝１２３８℃）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶に比較すれば耐熱性に優れている（寺本  巌著、「半導体デバイス概論」（１９９５年３月３０日、（株）培風館  初版発行）、２８頁参照）。このため、最近では、Ｓｉ単結晶を基板とする積層構造体から短波長発光素子を構成する技術が開示されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７２（４）（１９９８）、４１５〜４１７頁参照）。活性層は、短波長可視光を出射する禁止帯幅を有する、窒化ガリウム・インジウム（ＧａdＩｎ1-dＮ：０≦ｄ≦１）からもっぱら構成されている（特公昭５５−３８３４号参照）。発光部は、キャリアの「閉じ込め」効果を発揮して、高強度の発光をもたらすダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造とするのが一般的である。
【０００５】
しかし、Ｓｉ結晶と、発光部の構成要素である例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物半導体結晶とでは、１０％を越える大きさ格子の不整合性が存在する。一方、リン化硼素（ＢＰ）は融点が３０００℃とされ、高温でも変質し難く、しかも、格子定数が４．５３８オングストロームであるため（上記の「半導体デバイス概論」、２８頁の表２．３参照）、格子定数を４．５１０オングストロームとするＧａＮとの格子のミスマッチ度は０．６％程度と少ない（Ｍｅｅｔｉｎｇ  Ａｂｓｔｒａｃｔ  ｏｆ  １９３ｒｄ．Ｓｐｒｉｎｇ  Ｍｅｅｔｉｎｇ（、Ｔｈｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ、１９９８）、５００頁参照）。このため、Ｓｉを基板としてＩＩＩ族窒化物半導体層からなる積層構造体を構築するには、ＢＰ結晶から成る緩衝層を介してＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を積層する手段が開示されている（特開平２−２７５６８２号公報参照）。この従来技術にあっては、ＢＰ緩衝層は、一般的に８５０℃から１１５０℃の高温で成膜されている（特開平２−２８８３７１号及び特開平２−２８８３８８号各公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ｓｉ（格子定数＝５．４３１オングストローム）とＢＰとの格子ミスマッチ度は、そもそも約１６．５％と大きい（Ｊ．ＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ，１３／１４（１９７２）、３４６〜３４９頁参照）。このため、従来技術に於いては、Ｓｉ単結晶表面に直接、ＢＰ結晶層を高温で成長させても、四角錐状のＢＰ結晶が島状に散在した不連続な膜となり（渋澤  直哉、寺嶋  一高、「日本結晶成長学会誌」、Ｖｏｌ．２４（Ｎｏ．２）（１９９７）、１５０頁参照）、平坦で連続性のあるＢＰ結晶層が成膜できないのが問題となっている。
【０００７】
また、ＢＰ結晶層の構成元素であるＢ原子とＰ原子はＳｉ単結晶に拡散し易いため、Ｓｉ基板上にＢＰ結晶層が均一に成長し難いもう一つの理由となっている。例えば、Ｐ原子の拡散距離は、処理条件を１０００℃で１時間とした場合には６．５×１０-2μｍに到達する（志村  史夫著、「半導体シリコン工学」（丸善（株）  平成５年９月３０日発行）、３５７頁参照）。このため、Ｓｉ単結晶基板上にＢＰ結晶層の成膜を行うと、Ｂ原子やＰ原子は、基板の内部へと浸透してしまうため、基板表面上には、成膜時間の増加に応じて層厚が増加するようにＢＰ層が成膜されない。
【０００８】
含硼素化合物による緩衝層の不連続性は、その上層たる発光部を構成するＩＩＩ族窒化物半導体結晶層にそのまま継続されるため、発光部は連続性に欠如した結晶層から構成されてしまう。このようなＬＥＤでは、その膜の不連続性のために均一なｐｎ接合界面が形成されずに、正常な整流特性が得られないものとなる。
【０００９】
従って、良好な発光特性を有する発光素子を得るためには、Ｓｉ単結晶基板上での緩衝層の島状成長を防止し、且つ構成元素のＳｉ基板内部への拡散を抑制して、連続性のある含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から成る緩衝層を形成する必要がある。しかし、そのための手段は十分に開示されていない。本発明の目的は、Ｓｉ単結晶基板上に連続性のある、ＢＰ等の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から成る緩衝層を形成することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。即ち、本発明は、
［１］Ｓｉ単結晶基板上に、ＡｌaＧａbＩｎcＮqＭ1-q（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を表し、０＜ｑ≦１）層から構成される発光部を備えたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に於いて、Ｓｉ単結晶基板と発光部との間に、酸化珪素から成る障壁層及び、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から成る緩衝層を有することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、
［２］緩衝層が、生成温度を相違する２層を含み、生成温度の低い方の層（第１の緩衝層とする）が障壁層側にあり、生成温度の高い方の層（第２の緩衝層とする）が発光部側にあることを特徴とする［１］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、
［３］第１の緩衝層の生成温度が、２５０℃以上で５５０℃以下であり、第２の緩衝層の生成温度が７００℃以上で１２００℃以下であることを特徴とする［２］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、
［４］障壁層の酸化珪素が二酸化珪素であることを特徴とする［１］〜［３］のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、
［５］障壁層の層厚が、２ｎｍ以上で１０ｎｍ以下であることを特徴とする［１］〜［４］のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、に関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の特徴は、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から成る緩衝層を酸化珪素薄膜を介して、Ｓｉ単結晶基板上に設けたことにある。酸化珪素薄膜とは、主に二酸化珪素（ＳｉＯ2）から成る薄膜を指す。化学量論的に観て、酸素原子（Ｏ）数の珪素原子（Ｓｉ）数に対する比率は２±０．０５以内であるのが好適である。化学量論的な組成は、エリプソメータなどを利用して測定された屈折率等から決定できる。一酸化珪素（ＳｉＯ）はＳｉＯ2に比べれば、蒸発、揮散し易く安定性に欠ける点がある。
【００１２】
また、水素（Ｈ）などの酸素以外の非金属元素、或いは塩素（Ｃｌ）や臭素（Ｂｒ）等のハロゲン元素を多量に含有する酸化珪素膜は、障壁層を構成するには好ましくない。特に、水素は導電性をもたらすキャリアを不活性化するため好ましくなく、水素の含有量は水酸基（ＯＨ-）の量にして約５００重量ｐｐｍ未満であり、好ましくは１００重量ｐｐｍ以下である。また、ハロゲン元素の存在により酸化珪素薄膜の揮散が促進される場合があり、ハロゲン元素の総含有量は約１００重量ｐｐｍ以下とするのが望ましい。
【００１３】
酸化珪素薄膜は、通常の熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等の成膜手段により形成出来る。Ｓｉ基板表面に形成された自然酸化膜を本発明の酸化珪素薄膜として利用する手段も考慮されるが、自然酸化膜は、Ｓｉ単結晶の表面処理条件或いは保管の経歴に依存して概して膜厚が一定とはならない。従って、膜厚を精密に制御できる上記の成膜手段により、規定された膜厚の酸化珪素薄膜を形成するのが得策である。
【００１４】
不純物を故意に添加していない所謂、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）若しくは不純物をドーピングした酸化珪素薄膜上に、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から成る緩衝層を積層することにより、本発明の実施形態に係わる積層構造が出来る。緩衝層を構成するための含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料の例には、単量体のＢＰや、単量体の砒化硼素（組成式：ＢＡｓ）がある。砒化リン化硼素（ＢＡｓ1-XＰX：０＜Ｘ＜１）等の多元混晶から構成しても支障はない。これらの含硼素緩衝層は、例えば、トリアルキル（ｔｒｉ−ａｌｋｙｌ）硼素化合物を硼素源とする一般的な有機金属熱分解気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法、あるいは、三塩化硼素（ＢＣｌ3）、三塩化砒素（ＡｓＣｌ3）及び三塩化リン（ＰＣｌ3）のハロゲン化物を利用するハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）ＶＰＥ、若しくはハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）ＶＰＥ法等の気相成長法等により成膜できる。
【００１５】
含硼素ＩＩＩ族化合物半導体緩衝層を上記の酸化珪素膜を介在させて設ければ、緩衝層を構成する元素がＳｉ基板の内部に殆ど浸透することもなく、成膜時間の延長に略比例して層厚が増加する層成長がおこる。例えば、単量体のＢＰを主体とする緩衝層を膜厚を約１０ｎｍとするＳｉＯ2薄膜を介在させて、１０００℃で成膜した場合、Ｂ原子及びＰ原子のＳｉ基板への拡散距離は、Ｓｉ単結晶基板表面に直接、ＢＰ緩衝層を堆積する従来例に比較して約２桁程減少した。即ち、上記の酸化珪素薄膜は、緩衝層を構成する元素がＳｉ基板の内部へ浸透するのを抑制する障壁層として作用し、緩衝層の成膜を正常に進行させる効果を奏する。
【００１６】
障壁層上に設ける緩衝層を、成膜温度の相違した含硼素ＩＩＩ族窒化物半導体の重層構造から構成すると、連続性に優れる緩衝層を構成出来る。特に、比較的低温で成膜した含硼素ＩＩＩ族窒化物半導体層と、その上により高温で成膜したＩＩＩ族窒化物半導体層との重層構成とすると、連続性に優れるＩＩＩ族窒化物半導体層を与える緩衝層が得られる。一例を挙げると、障壁層表面に接合する、大凡、７００℃以下で成長させたＢＰを主体とする第１の緩衝層と、７００℃を越える温度で成長させたＢＰを主体とする第２の緩衝層とを重層した緩衝層がある。なお、第１と第２の緩衝層は、同一の含硼素ＩＩＩ族窒化物半導体から構成する必要は必ずしもない。
【００１７】
第１の緩衝層は、障壁層の全面を均一に被覆する、非晶質を主体として構成するのが好ましい。この場合、障壁層に接合させて設ける第１の緩衝層の好ましい成膜温度は、２５０℃以上で５５０℃以下となる。第２の緩衝層は単結晶層を主体として構成するのが好ましいため、７００℃以上の温度で成膜するのが好ましい。約１２００℃を越える高温では、例えば、第２の緩衝層を構成する単量体ＢＰのＢ13Ｐ2多量体への変態が顕著に生じ、平坦性が損なわれた表面が得られ不都合である。
【００１８】
この際、緩衝層の表層部を、窒素を構成元素とする含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶から構成すると、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶と良好な格子整合性を有する緩衝層を構成できる。特に、窒化リン化硼素（ＢＰ1-QＮQ：０＜Ｑ＜１）混晶は、窒素組成比（＝Ｑ）に依って３．６１５〜４．５３８オングストロームの格子定数（ａ）を取り得るため、立方晶（ｃｕｂｉｃ）の窒化ガリウム（ａ＝４．５１０オングストローム）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）（ａ＝４．３８０オングストローム）及びその混晶である窒化アルミニウム・ガリウムと格子整合する緩衝層が構成できる。また、窒化砒化硼素（ＢＡｓ1-RＮR：０＜Ｒ＜１）の取り得る格子定数の範囲は３．６１５〜４．７７７オングストロームであるため、立方晶の窒化アルミニウム・ガリウム混晶（ＡｌXＧａ1-XＮ：０≦Ｘ≦１）に加え、インジウム組成比（＝１−Ｙ）を約０．５７以下とする立方晶の窒化ガリウム・インジウム混晶（ＧａYＩｎ1-YＮ：０≦Ｙ≦０．５７）についても、格子整合をさせることができる。
【００１９】
緩衝層上には、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層から構成される発光部を設ける。例えば、ＧａYＩｎ1-YＮ（０≦Ｙ≦１）から成る発光層と、それを挟持するように配置したｎ形またはｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ≦１）クラッド層から成るｐｎ接合型の発光部を設ける。発光部を、上記の緩衝層上に設ければ、連続性があり、且つ結晶性に優れるＩＩＩ族窒化物半導体層が得られる。発光層は、ハロゲンＶＰＥ法、ハイドライドＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等により形成できる。これらの気相成膜手段の中で、特に、ＭＯＣＶＤ法では、ハロゲンＶＰＥ法に比べ、分解により生じたハロゲンにより成長層が浸食されることもなく、平滑な表面が得られる。
【００２０】
本発明に係わる発光素子は、オーミック電極を形成して構成する。正・負オーミック電極の何れか一方は、導電性のＳｉ単結晶の裏面側に敷設できる。Ｓｉについてのオーミック電極材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム・アンチモン（Ａｌ・Ｓｂ）合金、金（Ａｕ）などが知られている。一方のオーミック電極は、発光部を構成する上部クラッド層若しくは積層構造体の最表層を成すコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層上に形成出来る。
【００２１】
双方のオーミック電極間、即ち、導電性のＳｉ単結晶基板とその上方に設ける発光部との電気的な導通を確保するために、酸化珪素薄膜の層厚に制限を加えるのが好ましい。酸化珪素膜の層厚は、好ましくは２ｎｍ以上で２０ｎｍ以下とする。酸化珪素薄膜の層厚が２０ｎｍを越えると、トンネル（ｔｕｎｎｅｌ）効果に依り導電性を充分に確保するのが困難となる。更に、２ｎｍ以上で１０ｎｍ以下とすれば安定してオーミック電極間に通流することができる。一方、２ｎｍ未満と過度に薄いと、Ｓｉ基板の全面を均一に被覆するには不充分となる。このため、Ｓｉ基板の表面が露呈する領域が発生し、その領域に於いて緩衝層の構成元素のＳｉ基板内部への拡散が起こるため、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体緩衝層の正常な成膜に支障を来すものとなる。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
以下、表層部に二酸化珪素層を形成したＳｉ結晶基板上に、単量体のＢＰを主体とする緩衝層と、その上に発光部を形成したＬＥＤを例にして本発明を具体的に説明する。
【００２３】
図１は本実施例に係わるＬＥＤ１０の概略の構成を示す断面模式図である。短波長可視ＬＥＤ１０は、Ｓｉ単結晶を基板１０１とする積層構造体２０を母体材料として構成されている。
【００２４】
アンチモン（Ｓｂ）をドーピングしたｎ形の｛００１｝−Ｓｉ基板１０１の表面には、層厚を約１５ｎｍとする二酸化珪素薄膜１０１ａが形成されている。二酸化珪素薄膜１０１ａは、モノシラン（ＳｉＨ4）と酸素（Ｏ2）とを原料とする通常の高周波プラズマＣＶＤ法でＳｉ基板１０１の温度を約１００℃に保持して形成した。一般的なエリプソメータで測定された屈折率から酸素原子の組成比（当量比）は略２．０と求められた。また、赤外吸収分光分析法による吸光度から、膜中に含まれる水酸基は、約１０重量ｐｐｍ未満であった。
【００２５】
上記のプラズマＣＶＤ装置より、ＳｉＯ2を表面に堆積したＳｉ基板１０１を取り出した後、ハロゲンＶＰＥ成長炉内にその基板１０１を載置した。基板１０１の温度をアルゴン（Ａｒ）雰囲気内で１０３０℃に昇温し、しばらく同温度に保持した後に、三塩化硼素（ＢＣｌ3）／三塩化リン（ＰＣｌ3）／水素（Ｈ2）反応系を利用して、ＳｉＯ2薄膜層１０１ａ上に、単量体のＢＰを主体とし、層厚を３μｍとするＢＰ緩衝層１０２を積層した。
【００２６】
ｎ形のアンドープＢＰ緩衝層１０２の成膜を終了した後、Ｓｉ基板１０１の温度を９００℃に低下させた。緩衝層１０２の表面上には、ジメチルヒドラジンを窒素源として、また、ジシラン（５体積ｐｐｍ）−水素混合ガスをＳｉのドーピング源として、Ｓｉドープｎ形窒化ガリウム層を下部クラッド層１０３として積層した。立方晶のＧａＮを主体として成る下部クラッド層１０３の層厚は２．５μｍとし、キャリア濃度は約３×１０18ｃｍ-3とした。下部クラッド層１０３上には、平均的なインジウム組成比を約０．１とする、インジウム組成比（濃度）を相違する複数の相（ｐｈａｓｅ）から成る多相構造のｎ形の窒化ガリウム・インジウム混晶層（Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ）から成る発光層１０４を積層した。発光層１０４上には、アルミニウム組成比を０．１８から表面に向けて０と勾配させた、マグネシウム（Ｍｇ）ドープｐ形窒化アルミニウム・ガリウム混晶（ＡｌXＧａ1-XＮ：Ｘ＝０．１８〜０）から成る上部クラッド層１０５を積層させた。以上の、ｎ形並びにｐ形クラッド層１０３及び発光層１０４からｐｎ接合型のダブルヘテロ（ＤＨ）構造の発光部１０６を構成した。
【００２７】
透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を利用した断面ＴＥＭ法に依る構造解析に依れば、Ｓｉ基板１０１の表層部に於いて、結晶格子の配列が乱雑に変化している領域は認められなかった。また、ＳＩＭＳ分析に依れば、Ｓｉ基板１０１の表面から約０．１μｍの深さに至る表面近傍の領域には、誤差関数で近似される曲線状の濃度分布をもってＢ原子及びＰ原子が存在するのが認められたが、それらの原子の濃度は最大でも約１×１０18ｃｍ-3に止まるものとなった。
【００２８】
ｎ形Ｓｉ基板１０１の裏面側には、アルミニウム・アンチモン（Ａｌ・Ｓｂ）合金から成るｎ形オーミック電極１０７を配置し、上部クラッド層１０５上には金（Ａｕ）から成るｐ形オーミック電極１０８を形成した。スクライブ法を利用して［１１０］結晶方位に沿って劈開して個別のチップとし、ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ１０を構成した。双方のオーミック電極１０７、１０８間の電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）は正常なｐｎ接合構成に基づく良好な整流特性となった。順方向電圧は約３．２Ｖ（＠２０ｍＡ）で、逆方向電圧は２０Ｖ（＠１０μＡ）を越えるものとなった。順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の動作電流を流して、ＬＥＤ１０を発光させた。ＬＥＤ１０からは、発光中心波長を約４４０ｎｍとし、半値幅を約２８ｎｍとするスペクトルを有する青色光が出射された。一般的な積分球を利用して測定されるチップ（ｃｈｉｐ）状態での発光強度は約１３マイクロワット（μＷ）となり、高強度のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が提供された。
【００２９】
（実施例２）
ＭＯＣＶＤ法で形成したＢＡｓ緩衝層を備えた積層構造体４０から図２に示すＬＥＤ３０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。
【００３０】
本実施例では、Ｐドープｎ形｛１１１｝−Ｓｉ単結晶を基板２０１とした。基板２０１の表層部には、層厚を約９ｎｍとするＳｉＯ2薄膜２０１ａが配置されている。ＳｉＯ2薄膜２０１ａは、実施例１と同じくプラズマＣＶＤ法により形成したものであって、膜中の水素の原子濃度は通常のＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）に依って約８×１０17ｃｍ-3と定量された。
【００３１】
ＳｉＯ2薄膜２０１ａ表面上には、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）／アルシン（ＡｓＨ3）／水素（Ｈ2）系ＭＯＣＶＤ法に依り４５０℃で、Ｖ／ＩＩＩ比（＝ＡｓＨ3／Ｂ2Ｈ6供給比率）を約６０に設定して単量体のＢＡｓを主体とするｎ形の第１の緩衝層（層厚＝２０ｎｍ）２０２ａを成膜した。Ｓｉ基板２０１の温度を８８０℃に昇温して、上記のＭＯＣＶＤ反応系を利用して、層厚を約２μｍとするＳｉドープｎ形ＢＡｓ結晶からなる第２の緩衝層２０２ｂを第１の緩衝層２０２ａ上に積層した。次に、アンモニア（ＮＨ3）−アルシン混合雰囲気中に於いて、８８０℃で３０分間保持して窒素含浸処理を施し、第２の緩衝層２０２ｂの表層部を窒素組成比を０．７７とする窒化砒化硼素（ＢＡｓ0.23Ｎ0.77）層２０２ｃに変換した。ＢＡｓ0.23Ｎ0.77層２０２ｃの層厚は約１．５μｍとなった。比較的に低温で成膜した第１の緩衝層２０２ａを下地層として配置する構成としたため、第２の緩衝層２０２ｂ及びｎ形ＢＡｓ0.23Ｎ0.77層２０２ｃは、何れも連続性、平坦性に優れる結晶層となった。
【００３２】
第２の緩衝層２０２上には、その最表層を構成するＢＡｓ0.23Ｎ0.77層２０２ｃの格子定数が、立方晶のＧａＮの｛１００｝面の面間隔或いは六方晶ＧａＮのａ軸の格子定数に合致する面間隔を保有することを勘案して、ＳｉドープＧａＮ（層厚＝２．５μｍ、キャリア濃度＝４×１０18ｃｍ-3）から成る下部クラッド層２０３を積層した。下部クラッド層２０３を構成するＧａＮ層は、格子の整合性に優れるＢＡｓ0.23Ｎ0.77層２０２ｃ上に積層されているため、格子のミスフィット（ｍｉｓｆｉｔ）に起因する転位の少ない、良好な結晶性を有することが断面ＴＥＭ法により観察された。下部クラッド層２０３上には、アンドープでｎ形の窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ）から成る層厚が約６ｎｍの井戸層２０４ａと、アンドープでｎ形の窒化ガリウムから成る層厚が約２５ｎｍの障壁層２０４ｂとを重層させた積層系を２周期分積層させた後、井戸層２０４ａを重層させて多重量子井戸構造から成る発光層２０４を構成した。
【００３３】
発光層２０４上には、層厚を約３０ｎｍとするアンドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を上部クラッド層２０５として積層した。上・下クラッド層２０３、２０５及び発光層２０４からｐｎ接合型のＤＨ構造の発光部２０６を構成した。上部クラッド層２０５上には、アルミニウム組成比（＝Ｘ）を０．２０から０に減じたＭｇドープのｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ組成勾配層（Ｘ＝０．２０〜０）２０９を積層して、ＬＥＤ用途の積層構造体４０を形成した。ｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ層（Ｘ＝０．２０〜０）２０９の層厚は約０．１μｍとし、表面近傍でのキャリア濃度は約６×１０17ｃｍ-3とした。
【００３４】
Ｓｉ基板２０１の裏面側及び積層構造体４０の表面にオーミック電極２０７、２０８を形成してＬＥＤ３０を構成した。良好なｐｎ接合特性に基づく正常な整流特性が顕現されたのに加え、順方向に約３．０Ｖの電圧を印可し、２０ｍＡの電流を通流した際に、このＬＥＤからは、中心波長を約４７５ｎｍとする青色光が発せられた。発光スペクトルの半値幅は約１８ｎｍであった。また、一般的な積分球を使用して測定される発光強度は約１６μＷであり、高強度のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が提供された。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に依れば、良好なｐｎ接合特性に基づく整流性と低い順方向電圧を具備した、高発光強度のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に記載の本発明のＩＩＩ族窒化物半導体光素子の一例を示す断面図である。
【図２】実施例２に記載の本発明のＩＩＩ族窒化物半導体光素子の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０    発光素子
２０    積層構造体
３０    発光素子
４０    積層構造体
１０１    Ｓｉ単結晶基板
１０１ａ  酸化珪素薄膜障壁層
１０２    含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体緩衝層
１０３    下部クラッド層
１０４    発光層
１０５    上部クラッド層
１０６    発光部
１０７    ｎ形オーミック電極
１０８    ｐ形オーミック電極
２０１    Ｓｉ単結晶基板
２０１ａ  酸化珪素薄膜障壁層
２０２    含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体緩衝層
２０２ａ  緩衝層構成層
２０２ｂ  緩衝層構成層
２０２ｃ  緩衝層構成層
２０３    下部クラッド層
２０４    発光層
２０４ａ  井戸層
２０４ｂ  障壁層
２０５    上部クラッド層
２０６    発光部
２０７    ｎ形オーミック電極
２０８    ｐ形オーミック電極
２０９    ＡｌＧａＮ組成勾配層
【図１】
0004329165.tif 000002
【図２】
0004329165.tif 000003