(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶からなる基板の表面上に設けられた、ｐ形不純物としてベリリウム（Ｂｅ）が添加された、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素として含むｐ形リン化硼素（ＢＰ）系半導体層を具備することを特徴とする化合物半導体素子。
【請求項２】
単結晶からなる基板の表面上に、非晶質体を含む多結晶のリン化硼素系半導体からなる低温緩衝層を介して、ベリリウム（Ｂｅ）が添加されたｐ形リン化硼素系半導体層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体素子。
【請求項３】
ベリリウム（Ｂｅ）が添加されたｐ形リン化硼素系半導体層と、ｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とからなるｐｎ接合構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の化合物半導体素子。
【請求項４】
有機金属化学的気相堆積成長（ＭＯＣＶＤ）手段に依り、単結晶からなる基板の表面上に、ベリリウム（Ｂｅ）が添加されたｐ形リン化硼素系半導体層を設けることを特徴とする請求項１ないし３に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
イオン注入手段に依り、単結晶からなる基板の表面上に、ベリリウム（Ｂｅ）が添加されたｐ形リン化硼素系半導体層を設けることを特徴とする請求項１ないし３に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし３に記載の化合物半導体素子からなる発光素子。
【請求項７】
請求項４または５に記載の化合物半導体素子の製造方法により製造された化合物半導体素子からなる発光素子。
【請求項８】
請求項６または７に記載の発光素子を用いたランプ。
【請求項９】
請求項８に記載のランプを用いた光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面状態に優れるｐ形のリン化硼素系半導体層を利用して化合物半導体素子を構成するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の一種として、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素として含むリン化硼素（ＢＰ）系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（リン化硼素系半導体）が知られている（寺本  巌著、「半導体デバイス概論」（１９９５年３月３０日、（株）培風館発行初版、２６〜２８頁参照）。従来において、リン化硼素或いはその混晶を利用して青色帯或いは緑色帯のレーザダイオード（ＬＤ）を構成する技術が開示されている（日本国特許▲１▼第２８０９６９０号、▲２▼第２８０９６９１号、▲３▼第２８０９６９２号各公報、及び▲４▼米国特許６，０６９，０２１号参照）。
【０００３】
リン化硼素（ＢＰ）は、フィリップス（Ｐｈｉｌｉｐｓ）のイオン結合度が０．００６と小さく（フィリップス著、「半導体結合論」（１９８５年７月２５日、（株）吉岡書店発行第３刷、５１頁参照）、殆ど共有結合からなる物質である。また、閃亜鉛鉱（ｚｉｎｃ−ｂｌｅｎｄ）型の立方晶であるため、縮退した価電子帯のバンド構造を有する（生駒  俊明、生駒  英明共著、「化合物半導体の基礎物性入門」（１９９１年９月１０日、（株）培風館発行初版）、１４〜１７頁参照）。このため、リン化硼素にあっては、ｐ形の導電層を容易に獲得できる利点が備わっている。
【０００４】
例えば、ｐ形不純物を選択的に添加したリン化硼素（ＢＰ）と、窒化アルミニウム・ガリウム混晶（ＡｌXＧａ1-XＮ：０≦Ｘ≦１）との超格子構造体から緑色帯光を出射する発光層を構成する技術が知れている（上記の特許第２８０９６９１号公報参照）。また、ｐ形伝導性のリン化硼素（ＢＰ）層は、発光素子を構成するための積層構造体にあって、緩衝層として利用されている（米国特許５，０４２，０４３号参照）。また、電流狭窄型のレーザダイオード（ＬＤ）をなすためのｐ形電流狭窄層を構成するに利用されている（日本国特許第３１５２９００号公報参照）。
【０００５】
珪素（Ｓｉ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の単結晶材料からなる基板上にｐ形のリン化硼素を設けるに当たり、従来では、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）がｐ形不純物として利用されている（上記の特許▲１▼第２８０９６９０号、▲２▼第２８０９６９１号、及び▲３▼第２８０９６９２号各公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
リン化硼素系半導体として代表的である単量体のリン化硼素（ｂｏｒｏｎ  ｍｏｎｏｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）を構成する元素（構成元素）である硼素（Ｂ）の共有結合半径は０．８２Åである。一方の構成元素であるリン（Ｐ）の共有結合半径は１．０６Åである。マグネシウム（Ｍｇ）はこれらの構成元素に対し、より大きな１．３６Åの共有結合半径を有する。従って、マグネシウムと硼素の共有半径の差異は０．５４Åの大きに達する。また、リン原子との差異も０．３０Åと大きい。このため、構成元素と共有結合半径の差異を大とするマグネシウムをリン化硼素に添加すると、リン化硼素結晶の格子が拡張され、拡張した結晶格子の衝突に依り、ＢＰ層に「捲れ」が生じ、基板表面より剥離してしまう問題がある。
【０００７】
他方、亜鉛（Ｚｎ）の共有結合半径は１．２５Åであり、マグネシウムより小さな共有結合半径を有する。これより、硼素（Ｂ）及びリン（Ｐ）との共有結合半径の差異は各々、０．４３Å及び０．１９Åとなり、マグネシウムと比較すれば、両構成元素に対する共有原子半径の相違は小である。しかしながら、亜鉛（Ｚｎ）をｐ形不純物として利用すると、マグネシウムの場合に比較すれば軽微ではあるが、リン化硼素の結晶格子は拡張させられる。このため、過度に亜鉛（Ｚｎ）を添加した場合、リン化硼素層の「捲れ」に因る基板表面からの剥離が起こる。
【０００８】
剥離に因り、例えば、ｐ形リン化硼素層と基板表面との密着性が欠落すると、電流の流通に対する抵抗成分が増加することはもとより、リン化硼素層と例えば、基板材料との間において正常な電気的導通を果たせない。従って、正常な素子動作を呈する化合物半導体素子を作製するに支障を来している。
【０００９】
本発明は、ｐ形不純物を添加してｐ形伝導性のリン化硼素系半導体層を得る従来技術に於ける、例えば、基板表面からの剥離を回避するための技術手段を提示するものであって、特に、構成元素との共有原子半径の差異に鑑みて、特定のｐ形不純物をもって、基板材料等の下地との密着性に優れるｐ形リン化硼素系半導体層を与える技術手段を提示するものである。また、これらの技術手段をもってして構成したｐ形リン化硼素系半導体層を備えてなる化合物半導体素子を提供することを趣旨としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、
（１）単結晶からなる基板の表面上に設けられた、ｐ形不純物としてベリリウム（Ｂｅ）が添加された、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素として含むｐ形リン化硼素（ＢＰ）系半導体層を具備することを特徴とする化合物半導体素子。
（２）単結晶からなる基板の表面上に、非晶質体を含む多結晶のリン化硼素系半導体からなる低温緩衝層を介して、ベリリウム（Ｂｅ）が添加されたｐ形リン化硼素系半導体層が設けられていることを特徴とする前記（１）に記載の化合物半導体素子。
（３）ベリリウム（Ｂｅ）が添加されたｐ形リン化硼素系半導体層と、ｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とからなるｐｎ接合構造を有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の化合物半導体素子。
である。
【００１１】
また本発明は、
（４）有機金属化学的気相堆積成長（ＭＯＣＶＤ）手段に依り、単結晶からなる基板の表面上に、ベリリウム（Ｂｅ）が添加されたｐ形リン化硼素系半導体層を設けることを特徴とする前記（１）ないし（３）に記載の化合物半導体素子の製造方法。
（５）イオン注入手段に依り、単結晶からなる基板の表面上に、ベリリウム（Ｂｅ）が添加されたｐ形リン化硼素系半導体層を設けることを特徴とする前記（１）ないし（３）に記載の化合物半導体素子の製造方法。
である。
【００１２】
また本発明は、
（６）前記（１）ないし（３）に記載の化合物半導体素子からなる発光素子。
（７）前記（４）または（５）に記載の化合物半導体素子の製造方法により製造された化合物半導体素子からなる発光素子。
（８）前記（６）または（７）に記載の発光素子を用いたランプ。
（９）前記（８）に記載のランプを用いた光源。
である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
化合物半導体素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）を構成する場合を例にして、本発明の第１の実施形態を説明する。
【００１４】
本発明の第１の実施形態に係わるＬＥＤ１Ｂを構成するための積層構造体１Ａの断面構造を図１に模式的に例示する。ダブルヘテロ（ＤＨ）構造型ＬＥＤ用途の積層構造体１Ａは例えば、基本的に次記の（Ａ）〜（Ｅ）項に記載の要素から構成できる。
（Ａ）ｎ形またはｐ形伝導性の導電性シリコン（Ｓｉ）、ＢＰ（特公昭５５ー３８３４号公報参照）、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ等からなる基板１０１
（Ｂ）非晶質体を含む多結晶のリン化硼素系半導体からなる低温緩衝層１０２
（Ｃ）ベリリウム（Ｂｅ）をドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）したｐ形リン化硼素系半導体層からなる下部障壁層１０３
（Ｄ）好ましくは下部障壁層１０３に格子整合する例えば、ｎ形窒化ガリウム・インジウム（ＧａXＩｎ1-XＮ：０≦Ｘ≦１）（上記の特公昭５５−３８３４号公報参照）またはｎ形窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1-YＰY：０≦Ｙ≦１）等のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層１０４
（Ｅ）リン化硼素系半導体からなるｎ形上部障壁層１０５
【００１５】
低温緩衝層１０２は例えば、一般式ＢαＡｌβＧａγＩｎ1-α-β-γＰ1-δＡｓδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）で表記されるリン化硼素系半導体から好適に構成できる。また例えば、一般式ＢαＡｌβＧａγＩｎ1-α-β-γＰ1-δＮδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０＜δ＜１）で表記される窒素（Ｎ）を含むリン化硼素系半導体から構成できる。好ましくは、構成元素数が少なく、簡便に構成できる２元結晶或いは３元混晶から構成する。例えば、単量体リン化硼素（ＢＰ）、リン化アルミニウム・硼素混晶（ＢαＡｌβＰ：０＜α≦１、β＝１−α）、リン化硼素・ガリウム混晶（ＢαＧａδＰ：０＜α≦１、δ＝１−α）、或いはリン化硼素・インジウム混晶（ＢαＩｎ1-αＰ：０＜α≦１）などから構成する。
【００１６】
非晶質体を含む多結晶のリン化硼素系半導体は、例えば、有機金属化学的気相堆積成長（ＭＯＣＶＤ）手段に依り、約２５０℃〜７５０℃で形成できる（米国特許６，１９４，７４４Ｂ１号参照）。特に、非晶質体を含む多結晶の低温緩衝層１０２は、基板１０１と下部障壁層１０３との格子不整合性を緩和して、ミスフィット（ｍｉｓｆｉｔ）転位等の結晶欠陥密度の小さい下部障壁層１０３をもたらす作用を発揮する（上記の米国特許６，０６９，０２１号参照）。低温緩衝層１０２が非晶質を含む多結晶層であるか否かは、例えば、一般的なＸ線回折法、電子線回折法に依る回折像の解析から知ることができる。
【００１７】
また、低温緩衝層１０２を、下部障壁層１０３をなすｐ形リン化硼素系半導体を構成する元素（構成元素）を含むリン化硼素半導体から構成すると、その構成元素の「成長核」としての作用により、例えば、連続性のある下部障壁層１０３の形成が促進される利点がある。また、低温緩衝層１０２を介して形成する手段に依れば、画一的な結晶面、例えば、基板１０１の表面に平行に配列した｛１１０｝結晶面から主に構成されるリン化硼素系半導体層が得られる。従って、本発明の第２の実施形態では、ｐ形リン化硼素系半導体層（図１にあっては下部障壁層１０３）を低温緩衝層１０２を介在させて形成することとする。低温緩衝層１０２の層厚は望ましくは１ｎｍ以上で５００ｎｍ以下、更に望ましくは２ｎｍ以上で１００ｎｍ以下とする。導電性の低温緩衝層１０２を得るために添加する不純物としては、亜鉛（Ｚｎ；原子半径（ｒ）＝１．３８Å）や珪素（Ｓｉ；ｒ＝１．３２Å）、錫（元素記号Ｓｎ；ｒ＝１．６２Å）等が適する。硼素（ｒ＝０．９８Å）及びリン（ｒ＝１．２８Å）より大きな原子半径の不純物は、低温緩衝層１０２を構成するリン化硼素系層内での移動が制限されるため、基板１０１内部への浸透が抑制され、基板１０１の結晶性を良好に維持するに効果が挙げられる。
【００１８】
本発明に係わる技術手段の特徴は、ｐ形リン化硼素系半導体層（例えば、図１の下部障壁層１０３）を得るために添加するｐ形不純物をベリリウム（Ｂｅ）に限定していることにある。ベリリウムの共有原子半径は０．９０Åであり、硼素の共有結合半径（＝０．８２Å）との差異は、従来のｐ形不純物であるＭｇ及びＺｎに比較して桁違いに少ない０．０８Åである。従って、ベリリウムには、リン化硼素系半導体のＩＩＩ族構成元素である硼素（Ｂ）の格子位置を占有しても、格子を顕著に変形させることなくアクセプタ（ａｃｃｅｐｔｏｒ）として作用できる優位性がある。硼素（原子半径（ｒ）＝０．９８Å）とその格子位置を占有するｐ形不純物との原子半径の差異は、マグネシウム（ｒ＝１．６０Å）では０．６２Å、亜鉛（ｒ＝１．３８Å）では０．４０Å、カドミウム（元素記号Ｃｄ；ｒ＝１．５４Å）では０．５６Åである。一方、ベリリウムの原子半径は１．１２Åであり他の第ＩＩ族元素との差異と比較すれば０．１４Åと矮小であり、結晶を構成する原子相互の原子間距離に変化を及ぼすに至らないため、結晶格子の変形を抑制できる利点がある。このため、ベリリウムを添加したｐ形リン化硼素系半導体層では、結晶格子の拡張が回避され、捲き上がりに因る被堆積層からの剥離が防止される。
【００１９】
ベリリウムを添加したｐ形リン化硼素系半導体層は例えば、ジメチルベリリウム（（ＣＨ3）2Ｂｅ）またはジエチルベリリウム（（Ｃ2Ｈ5）2Ｂｅ）等をベリリウムの添加源として、ＭＯＣＶＤ手段により形成できる（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１３０（１９８３）、１７８２頁参照）。蒸気圧の高さの観点からすれば、ジエチルベリリウムがより好適である（▲１▼Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ、７７（１９８６）、３２〜３６頁、及び▲２▼同誌、１１５（１９９１）、４６０〜４６３頁参照）。例えば、トリエチル硼素（（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ））／ホスフィン（ＰＨ3）／水素（Ｈ2）反応系にジエチルベリリウムを添加源として加えた常圧（略大気圧）或いは減圧ＭＯＣＶＤ手段により形成できる。ベリリウムを添加したリン化硼素系半導体層の形成温度としては、７５０℃を越え１２００℃以下が適する。１２００℃を越える高温では、例えばＢ13Ｐ2等のリン化硼素多量体の形成が顕著となり（Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃ．，４７（１）（１９６４）、４４〜４６頁参照）、均質なリン化硼素系半導体層を得るに支障となる。
【００２０】
また、ベリリウムのイオンをリン化硼素系半導体層に注入する手段（イオン注入手段）に依っても、ベリリウムを添加したｐ形リン化硼素系半導体層を得ることができる。ベリリウムの原子半径（ｒ＝１．１２Å）は、従来のｐ形不純物である亜鉛（Ｚｎ；ｒ＝１．３８Å）及びマグネシウム（Ｍｇ；ｒ＝１．６０Å）に比較して小であるため、イオン注入に因り被る結晶の損傷の度合いは小さい。また、ベリリウムが添加されたリン化硼素系半導体層では、約７００℃〜約１０００℃の高温において、ベリリウムを電気的に活性化させるためのアニール（ａｎｎｅａｌ）を施しても剥離を生じない利点がある。即ち、ｐ形不純物のイオン注入に依りｐ形リン化硼素半導体層を得るに際しても、ベリリウムは結晶性に優れるｐ形伝導層を得るに優位となる。また、ベリリウムはその質量数の小ささ故にＭｇやＺｎよりも同一の加速電圧に於ける投影飛程（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｒａｎｇｅ）（「電子・情報工学講座１２  デバイス・プロセス」（１９９３年１月１５日、（株）培風館発行初版、９０〜９６頁参照）が大きいため，リン化硼素系半導体層のより深部迄、注入できる利点がある。
【００２１】
下部障壁層１０３は例えば、一般式ＢαＡｌβＧａγＩｎ1-α-β-γＰ1-δＡｓδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）で表記されるリン化硼素系半導体から好適に構成できる。また、例えば、一般式ＢαＡｌβＧａγＩｎ1-α-β-γＰ1-δＮδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０＜δ＜１）で表記される窒素（Ｎ）を含むリン化硼素系半導体から構成できる。好ましくは、構成元素数が少なく、簡便に構成できる２元結晶或いは３元混晶から構成する。例えば、単量体リン化硼素（ＢＰ）、リン化アルミニウム・硼素混晶（ＢαＡｌβＰ：０＜α≦１、β＝１−α）、リン化硼素・ガリウム混晶（ＢαＧａδＰ：０＜α≦１、δ＝１−α）、或いはリン化硼素・インジウム混晶（ＢαＩｎ1-αＰ：０＜α≦１）などから構成する。障壁層を構成するに適するベリリウムを添加したｐ形リン化硼素系半導体層の正孔（ｈｏｌｅ）濃度は概して、１×１０17ｃｍ-3〜５×１０19ｃｍ-3である。正孔濃度は一般的なホール（Ｈａｌｌ）効果法により測定できる。また、層厚としては大凡、０．０５μｍ〜５μｍが適する。
【００２２】
特に、ＭＯＣＶＤ法に依り、（１）７５０℃〜１２００℃の範囲内、更に好ましくは８００℃〜９５０℃の温度において、（２）成長速度を毎分２ｎｍ以上で３０ｎｍ以下とし、（３）Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の供給比率（所謂、Ｖ／ＩＩＩ比）を好ましくは１５以上で６０以下としつつ、ベリリウムを添加して形成した単量体のリン化硼素は、室温で３．０±０．２ｅＶと高い禁止帯幅（ｂａｎｄ  ｇａｐ）を呈する。この様な条件下で形成された高禁止帯幅のｐ形リン化硼素系半導体層は下部障壁層１０３として好適に利用できる。また、この高い禁止帯幅のｐ形リン化硼素を基材としたｐ形リン化硼素系半導体混晶からも下部障壁層１０３を構成できる。例えば、禁止帯幅を３．１ｅＶとする単量体リン化硼素（ＢＰ）とリン化ガリウム（ＧａＰ：室温での禁止帯幅≒２．３ｅＶ）との混晶である、室温での禁止帯幅を約２．７ｅＶとする窒化リン化ガリウム混晶（Ｂ0.50Ｇａ0.50Ｐ）から好適に下部障壁層１０３を構成できる。禁止帯幅は例えば、屈折率（＝ｎ）と消衰係数（＝ｋ）から求められる複素誘電率の虚数部（ε2＝２・ｎ・ｋ）の光子エネルギー依存性から求められる。これらの高い禁止帯幅を有するリン化硼素系半導体層は障壁層１０３、１０５のみではなく、発光層１０４から出射される発光を透過するための発光透過層（窓層）としても有効に利用できる。
【００２３】
本発明の第３の実施形態のｐｎ接合構造体は、ベリリウムを添加したｐ形リン化硼素系半導体層と例えば、ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とから構成する。例えば、一般式ＢαＡｌβＧａγＩｎ1-α-β-γＰ1-δＡｓδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）で表記されるリン化硼素系半導体から構成できる。また、例えば、一般式ＢαＡｌβＧａγＩｎ1-α-β-γＰ1-δＮδ（０≦α≦１、０≦β≦１、０≦γ≦１、０≦α＋β＋γ≦１、０＜δ≦１）で表記される窒素（Ｎ）を含むｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体から構成できる。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体についてのｎ形不純物としては、珪素（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）等の第ＩＶ族元素、並びにセレン（Ｓｅ）や硫黄（Ｓ）またはテルル（Ｔｅ）等の第ＶＩ族元素を例示できる。これらのｎ形不純物にあって、珪素（Ｓｉ）はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶内での拡散定数が小さく好適である。不純物の他層への拡散の程度は例えば、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等の分析手段により解析できる。本発明に係わるベリリウムを添加したｐ形リン化硼素系半導体層にＳｉを添加したｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を接合させる構成とすると、ｎ形不純物の拡散に因るｐ形リン化硼素系半導体層の正孔（ｈｏｌｅ）濃度の減少を抑制するに有効となる。
【００２４】
本発明に係わるベリリウム添加ｐ形リン化硼素系半導体層と、ｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とのｐｎ接合構造を備えた積層構造体１Ａを利用すれば、例えば、ｐｎ接合型ヘテロ構造ＬＥＤ１Ｂを提供できる。図１に例示するＬＥＤ１Ｂにあって、ｐｎ接合構造は、ベリリウムを添加したｐ形リン化硼素系半導体層からなる下部障壁層１０３と、ｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる発光層１０４とで構成している。発光層１０４は、例えば、青色帯の短波長可視光を放射できる窒化ガリウム・インジウム（ＧａXＩｎ1-XＮ：０≦Ｘ≦１）（上記の特公昭５５−３８３４号公報参照）、窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1-XＰX：０≦Ｘ≦１）から構成できる（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６０（２０）（１９９２）、２５４０〜２５４２頁参照）。また、砒化窒化ガリウム（ＧａＮ1-XＡｓX：０≦Ｘ≦１）から構成できる。発光層１０４は、これらのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を井戸（ｗｅｌｌ）層とする単一（ｓｉｎｇｌｅ）または多重（ｍｕｌｔｉ）量子井戸（ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ）構造から構成できる。量子井戸構造から構成された発光層１０４からは単色性の良好な発光がもたらされる利点がある。
【００２５】
発光層１０４上に、上部障壁層１０５を設ければ、ダブルヘテロ（ＤＨ）構造型の発光部を構成できる。上部障壁層１０５は、上記の室温での禁止帯幅を３．０±０．２ｅＶとする単量体のリン化硼素及びそれを基材としたリン化硼素系混晶から構成できる。また、窒化ガリウム（ＧａＮ）或いは窒化アルミニウム・ガリウム混晶（ＡｌXＧａ1-XＮ：０＜Ｘ＜１）等のＩＩＩ族窒化物半導体から構成できる。
【００２６】
本発明に係わるダブルヘテロ接合構造型のＬＥＤ１Ｂは、例えば上部障壁層１０５上にオーミック性の表面電極１０６を設け、また、基板１０１の裏面にオーミック性の裏面電極１０７を配置して構成する。上部障壁層１０５をリン化硼素系半導体から構成した場合、金・ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）合金、金・インジウム（Ａｕ・Ｉｎ）合金、並びに金・錫（Ａｕ・Ｓｎ）合金などの金合金等からｎ形オーミック電極を形成できる。また、ｐ形オーミック電極は、例えば、金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）合金、金・ベリリウム（Ａｕ・Ｂｅ）合金等から構成できる。良好なオーミック接触性を発揮する電極を形成するために、表面電極１０６を良導性のコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層上に設けることもできる。本発明に係わる高い禁止帯幅のリン化硼素系半導体層からは、発光を取り出し方向に透過する窓層を兼用する表面オーミック電極１０６用途のコンタクト層を好適に構成できる。
【００２７】
またＬＥＤ１Ｂを用いて、例えば次の如くの手順をもってランプ１０を組み上げることができる。図２に例示する如く、例えば、ＬＥＤ１Ｂを、台座１５上の銀（Ａｇ）或いはアルミニウム（Ａｌ）等の金属を鍍金した金属性碗体１６の中央部に、導電性の接合材で固定する。これより、ＬＥＤ１Ｂを構成するために利用した導電性の基板１１の裏面に設けた裏面電極１４を台座１５に付属する一端子１７に電気的に接続させる。また、ＬＥＤ１Ｂの例えば、上部障壁層１２上に設置した表面電極１３を台座１５に付属する他の一方の端子１８に結線する。次ぎに、ＬＥＤ１Ｂをエポキシ樹脂等の封止材料で囲繞してランプとする。
【００２８】
また、本発明に係わるランプ１０を集合させれば、光源を構成できる。例えば、複数のランプ１０を電気的に並列に接続させて、定電圧駆動型の白色光源を構成できる。また、電気的に直列にランプを接続して定電流駆動型の光源を構成できる。これらの光源は、従来の白熱蛍光型ランプに比較して、点灯に電力を要しないため、低消費電力型でしかも長寿命の光源として特に有用に利用できる。例えば、室内照明用光源として利用できる。また、例えば、屋外表示器用途や間接照明用途の光源として利用できる。
【００２９】
発光素子に加えて、本発明の第３の実施形態に係わるｐｎ接合構造を利用すれば、例えば、受光素子、ｐｎ接合型ダイオード（整流器）、ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）等の化合物半導体素子を構成できる。例えば、表面受光型の受光素子は次の（Ａ）項に記載の導電性基板上に順次、堆積された（Ｂ）〜（Ｅ）項に記載の機能層を備えた積層構造体を基材として構成できる。
（Ａ）アンチモン（Ｓｂ）ドープでｎ形の（１００）面を有するＳｉ単結晶基板
（Ｂ）Ｓｉドープｎ形リン化硼素（ＢＰ）からなる非晶質体を含む多結晶からなる低温緩衝層
（Ｃ）（Ａ）に記す基板の表面に平行に配列した｛１１０｝−結晶面から主になるＳｉドープｎ形リン化硼素層
（Ｄ）単量体のリン化硼素（ＢＰ：格子定数≒４．５３８Å）と格子のミスマッチ（ｍｉｓｍａｔｃｈ）性の少ない立方晶の窒化ガリウム（ＧａＮ：格子定数≒４．５１０Å）から主になるｎ形ＧａＮ層
（Ｅ）ｎ形ＧａＮ層とｐｎ接合するベリリウムドープｐ形リン化硼素層。
ｐ形リン化硼素層は、共有結合性の高いリン化硼素に、高い正孔濃度を与えるベリリウムをｐ形不純物として添加しているため、特に、低抵抗のｐ形伝導層から構成できる。従って、低い接触抵抗のｐ形オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極を容易に形成できる利点も付帯する。
【００３０】
また、例えば基本的な構成からなるｎｐｎ接合型のＨＢＴは、次の（イ）〜（ニ）項に記載の機能層を備えた積層構造体を基材として構成できる。
（イ）コレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）層としての作用を兼用する、硼素（Ｂ）ドープでｐ形の（１００）面を有するＳｉ単結晶基板
（ロ）ベリリウム（Ｂｅ）ドープｐ形リン化硼素（ＢＰ）からなる非晶質体を含む多結晶からなる低温緩衝層
（ハ）（Ａ）に記す基板の表面に平行に配列した｛１１０｝−結晶面から主になるＢｅドープｐ形リン化硼素層からなるベース（ｂａｓｅ）層
（ニ）珪素（Ｓｉ）ドープｎ形リン化硼素（ＢＰ）からエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）層。
本発明に依れば、高い正孔濃度を与えるベリリウムをｐ形不純物として添加した、イオン結合性の少ないリン化硼素を用いて構成してため、特に、低抵抗のｐ形伝導層からベース層を構成でき得て優位である。
【００３１】
【実施例】
（第１実施例）
ｐ形不純物を添加したリン化硼素系低温緩衝層上に設けられた、ベリリウム（Ｂｅ）を添加したリン化硼素系半導体層を備えた積層構造体から青色ＬＥＤを構成する場合を例にして本発明を具体的に説明する。本第１実施例に係わるＬＥＤ２Ｂの断面模式図を図３に示す。
【００３２】
ＬＥＤ２Ｂは、硼素（Ｂ）ドープでｐ形の（１００）面を有する珪素（Ｓｉ）単結晶を基板１０１とした積層構造体２Ａから構成した。基板１０１上には、トリエチル硼素（（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ）／ホスフィン（ＰＨ3）／水素（Ｈ2）系常圧ＭＯＣＶＤ法により３５０℃で低温緩衝層１０２を積層した。低温緩衝層１０２は、亜鉛（Ｚｎ；原子半径（ｒ）≒１．３８Å）を添加した非晶質を主体とした多結晶のリン化硼素（ＢＰ）から構成した。低温緩衝層１０２の亜鉛の原子濃度は４×１０18ｃｍ-3であり、層厚は２５ｎｍとした。
【００３３】
低温緩衝層１０２上には、（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ／トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ／ＰＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣＶＤ手段を利用して、８５０℃で、ベリリウム（Ｂｅ）をドーピングしたｐ形リン化硼素・インジウム混晶（Ｂ0.99Ｉｎ0.01Ｐ）層を積層させた。ベリリウムのドーピング源にはジエチルベリリウム（（Ｃ2Ｈ5）2Ｂｅ）を利用した。リン化硼素・インジウム混晶（Ｂ0.99Ｉｎ0.01Ｐ）は、ベリリウム（Ｂｅ）をｐ形ドーパント（ｄｏｐａｎｔ）として、低温緩衝層１０２を介して積層することとしたので、捲れも無く、基板１０１との密着性に優れるものとなった。また、Ｂ0.99Ｉｎ0.01Ｐ（格子定数≒４．５５７Å）層は、低温緩衝層１０２を介して積層する構成としたため、基板１０１表面に略平行に配列した｛１１０｝結晶面から主になる結晶層となった。また、ｐ形Ｂ0.99Ｉｎ0.01Ｐ層は、成長速度を３０ｎｍ／分とし、Ｖ／ＩＩＩ比率（＝ＰＨ3／（（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ＋（ＣＨ3）3Ｉｎ）供給量比率）を４０として形成したため、室温での禁止帯幅は約３．０ｅＶとなった。このため、ｐ形Ｂ0.99Ｉｎ0.01Ｐ層を下部障壁層１０３として利用した。下部障壁層１０３のキャリア濃度は２×１０18ｃｍ-3とし、層厚は５２０ｎｍとした。
【００３４】
下部障壁層１０３上には、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）／アンモニア（ＮＨ3）／Ｈ2系常圧ＭＯＣＶＤ手段を利用して、８５０℃で、立方晶の珪素（Ｓｉ）ドープｎ形Ｇａ0.90Ｉｎ0.10Ｎ層（格子定数＝４．５５７Å）から主になる発光層１０４（キャリア濃度≒４×１０17ｃｍ-3、層厚≒１８０ｎｍ）を積層させた。
【００３５】
発光層１０４上には、（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ／ＰＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣＶＤ手段により、室温での禁止帯幅を約３．１ｅＶとする珪素ドープｎ形リン化硼素（ＢＰ）からなる上部障壁層１０５を積層した。上部障壁層１０５は、４００℃で成長したため、非晶質を主体とする層となった。上部障壁層１０５のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3とし、層厚は４２０ｎｍとした。ベリリウム（Ｂｅ）ドープｐ形Ｂ0.99Ｉｎ0.01Ｐ下部障壁層１０３と、珪素（Ｓｉ）ドープｎ形Ｇａ0.90Ｉｎ0.10Ｎ層発光層１０４と、及び珪素（Ｓｉ）ドープｎ形ＢＰ上部障壁層１０５とから、ｐｎ接合型ダブルヘテロ構造の発光部を構成した。
【００３６】
上部障壁層１０５の中央には、金・ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）からなる円形（直径＝１２０μｍ）のオーミック性の表面電極１０６を設けた。また、ｐ形Ｓｉ基板１０１の裏面の略全面には、アルミニウム（Ａｌ）からなるオーミック性の裏面電極１０７を設けてＬＥＤ２Ｂを構成した。
【００３７】
２次イオン質量分析法に依り、発光部でのベリリウム（Ｂｅ）及び珪素（Ｓｉ）の拡散の度合いを調査したところ、発光層１０４より下部障壁層１０３への珪素の拡散は顕著に認められなかった。また、下部障壁層１０３より発光層１０４へのベリリウム（Ｂｅ）の浸透も殆ど認められなかった。
【００３８】
構成された青色ＬＥＤ２Ｂは、次の（ａ）〜（ｄ）項に記載の特性を示した。
（ａ）発光中心波長：４３０ｎｍ
（ｂ）輝度：６ミリカンデラ（ｍｃｄ）
（ｃ）順方向電圧：３．０ボルト（Ｖ）（順方向電流＝２０ｍＡ）
（ｄ）逆方向電圧：６Ｖ（逆方向電流＝１０μＡ）
特に、低温緩衝層１０２に添加するｐ形不純物を亜鉛（Ｚｎ）としたことにより、ｐ形不純物の基板１０１内部への拡散に因りＳｉ単結晶の結晶性が乱雑となるのを抑制できたため、ＬＥＤ２Ｂには、逆方向電圧を印加した際の局所的な耐圧の不良（ｌｏｃａｌ  ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）は殆ど認められなかった。また、ベリリウムドープのｐ形リン化硼素系半導体層（下部障壁層１０３）を用いているため、被堆積層（本第１実施例の場合、低温緩衝層１０２）からの剥離に因る導通不良の発生が回避された。
【００３９】
（第２実施例）
ベリリウム（Ｂｅ）をイオン注入したｐ形リン化硼素（ＢＰ）層を備えた積層構造体から青色ＬＥＤを構成する場合を例にして本発明を具体的に説明する。本第２実施例に係わるＬＥＤ３Ｂの断面模式図を図４に示す。図４において、図３に示した積層構造体２Ａと同一の構成要素については、同一の符号を付してある。
【００４０】
上記の第１実施例に記載したものと同じ発光層１０４上に、（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ／ＰＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣＶＤ手段により８５０℃で、ｎ形リン化硼素・インジウム混晶（Ｂ0.67Ｉｎ0.33Ｐ）からなる上部障壁層１０５を積層させた。ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を珪素（Ｓｉ）のドーピング源として、上部障壁層１０５のキャリア濃度を６×１０17ｃｍ-3に調整した。上部障壁層１０５の層厚は７５０ｎｍとした。
【００４１】
上部障壁層１０５の成長を終了して、室温近傍の温度迄、窒素気流中で冷却した後、ＭＯＣＶＤ成長装置より積層構造体２Ａを取り出した。然る後、公知のフォトリソグラフィー（写真食刻）技術を利用して、上部障壁層１０５の中央部の表面電極１０６を配置する予定の領域に限定して、選択パターニング（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）を施した。次に、表面電極１０６を形成する予定の直径にして約１３０μｍの円形領域に限りフォトレジスト材料を除去して、上部障壁層１０５の表面を露出させた。次に、イオン価を１価とするベリリウムイオン（Ｂｅ5+）を、加速電圧を１８０ＫＶとし、ドーズ（ｄｏｓｅ）量を１．５×１０13ｃｍ-2として上記の表面電極１０６を形成する予定の領域に注入した。
【００４２】
表面電極１０６を形成する以外の領域に残置させてあったフォトレジスト材料を剥離した後、フォスフィン（ＰＨ3）を約６体積百分率（ｖｏｌ．％）含む窒素気流中で、８５０℃でベリリウムイオンを電気的に活性化させるためアニール（熱処理）した。これより、上部障壁層１０５の表面より約５００ｎｍの深さでピーク（ｐｅａｋ）キャリア濃度（＝ｎp）を約９×１０17ｃｍ-3とするベリリウム（Ｂｅ）ドープのｐ形Ｂ0.67Ｉｎ0.33Ｐ層からなるイオン注入領域１０８を上部障壁層１０５内に形成した。２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）に依れば、注入したベリリウムの原子濃度は、ｎpを与える深さ（〜５００ｎｍ）で最大の約１×１０18ｃｍ-3であった。また、８５０℃のアニールでは、ベリリウム原子のほぼＬＳＳ理論曲線状の分布を呈しており、Ｂｅ原子の熱拡散は殆ど認められなかった。このため、上部障壁層１０５の表層部へ拡散したベリリウム原子の電気的補償（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）に因る上部障壁層１０５の表層部のｐ形化は回避され、表層部はｎ形の伝導性が維持されるものとなった。
【００４３】
上部障壁層１０５内部に形成したベリリウム（Ｂｅ）をイオン注入した領域１０８上の表面電極１０６を形成する予定の領域に金・ゲルマニウム（Ａｕ９７重量％・Ｇｅ３重量％）合金からなる円形（直径≒１３０μｍ）のｎ形オーミック性の表面電極１０６を設けた。また、ｐ形Ｓｉ基板１０１の裏面の略全面には、アルミニウム（Ａｌ）からなるｐ形オーミック性の裏面電極１０７を設けてＬＥＤ３Ｂを構成した。
【００４４】
上記の手段に依れば、次の（ａ）〜（ｄ）項に記載の特性を呈する高輝度の青色ＬＥＤ３Ｂが提供された。
（ａ）発光中心波長：４３０ｎｍ
（ｂ）輝度：９ミリカンデラ（ｍｃｄ）
（ｃ）順方向電圧：３．２ボルト（Ｖ）（順方向電流＝２０ｍＡ）
（ｄ）逆方向電圧：８Ｖ（逆方向電流＝１０μＡ）
本第２実施例では特に、高輝度の発光が帰結され、また、近視野発光像の観察からは、外部に開放されている上部障壁層１０５の表面領域（表面電極１０６以外の上部障壁層１０５の表面領域）に於ける発光強度は略均等であった。これは、ベリリウム（Ｂｅ）イオンを注入して上部障壁層１０５の内部に電流阻止機能を果たすｐｎ接合領域１０９を設ける構成としたことに由来している。即ち、表面電極１０６より直下に在る発光層１０４へのＬＥＤ駆動電流の流通が回避されたため、駆動電流を表面電極１０６の写影領域以外の領域に略均等に分配できる構成としたことに因るものである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に依れば、ｐ形リン化硼素（ＢＰ）系半導体層を得るに好適なｐ形不純物を、硼素原子及びリン原子の共有結合半径との差異の小さいベリリウム（Ｂｅ）としたので、被堆積層との密着性に優れるｐ形リン化硼素系半導体層を得るに貢献できる。また、下地層との優れた密着性をもたらすベリリウムドープｐ形リン化硼素系半導体層を備えた積層構造体から例えば、発光素子を構成することとしたので、耐圧特性等に優れる高輝度の発光素子を得られる効果がある。
【００４６】
また、本発明に依れば、ベリリウムドープｐ形リン化硼素系半導体層を含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる低温緩衝層を介して設ける構成としたので、特に、下地層との密着性に優れるｐ形リン化硼素系半導体層をもたらすに貢献でき、これより、例えば耐圧に優れる発光素子を構成するに効果が奏される。
【００４７】
また本発明では、イオン注入手段に依りｐ形リン化硼素系半導体層を得る際にも、注入種を難拡散性のベリリウム（Ｂｅ）イオンとすることとしたので、例えば、ｎ形リン化硼素系半導体層の内部の限定された領域にｐ形伝導領域を構成することができる。また、ｎ形半導体層の特定の領域に限定して形成されたｐ形伝導領域によるｐｎ接合構造の電流通流阻止機能を利用すれば、例えば、ＬＥＤ駆動電流を表面電極の周囲に万遍なく拡散させるに効果を挙げられ、高輝度の発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるＬＥＤの断面模式図である。
【図２】  本発明に係わるランプの構造を示す断面模式図である。
【図３】本発明の第１実施例に係わるＬＥＤの断面模式図である。
【図４】本発明の第２実施例に係わるＬＥＤの断面模式図である。
【符号の説明】
１Ａ、２Ａ  積層構造体
１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ  ＬＥＤ
１０  ランプ
１１  基板
１２  上部障壁層
１３  表面電極
１４  裏面電極
１５  台座
１６  碗体
１７、１８  端子
１９  封止樹脂
１０１  単結晶基板
１０２  低温緩衝層
１０３  下部障壁層
１０４  発光層
１０５  上部障壁層
１０６  表面電極
１０７  裏面電極
１０８  イオン注入領域
１０９  ｐｎ接合領域
【図１】
0003736401.tif 000002
【図２】
0003736401.tif 000003
【図３】
0003736401.tif 000004
【図４】
0003736401.tif 000005