CN100403546C

CN100403546C - 磷化硼基化合物半导体器件、其制造方法以及发光二极管

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Publication number: CN100403546C
Application number: CNB2003801040152A
Authority: CN
Inventors: 宇田川隆
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2023-11-27
Also published as: CN1714455A; JP2004179444A; TWI274378B; TW200416831A; JP4282976B2

Abstract

一种器件特性优良的磷化硼基半导体器件，其具有Ⅲ族氮化物半导体层和磷化硼层的结结构。磷化硼基化合物半导体器件具有异质结结构，所述结构包括Ⅲ族氮化物半导体层和磷化硼层，其中Ⅲ族氮化物半导体层的表面具有(0.0.0.1.)晶面，以及磷化硼层是{111}-磷化硼层，其具有在Ⅲ族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面上层叠的与(0.0.0.1.)晶面平行的{111}晶面。

Description

磷化硼基化合物半导体器件、其制造方法以及发光二极管

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)(1)，要求2002年12月4日提交的美国临时申请60/430,644的优先权。

技术领域

本发明涉及具有异质结结构的磷化硼基半导体器件，所述结构包括III族氮化物半导体层和磷化硼层，所述层具有良好的结晶取向特征；本发明还涉及其制造方法以及发光二极管。

背景技术

通常，III族氮化物半导体，例如氮化铝镓铟(Al_XGa_YIn_ZN：0≤X，Y，Z≤1，X+Y+Z＝1)，已经被用作例如发光二极管(LED)的发光层或包层、或高迁移率场效应晶体管(TEGFET)的电子沟道层或电子供给层(参见例如专利文献1和非专利文献1)。

利用III族氮化物半导体的器件(III族氮化物半导体器件)通常具有III族氮化物半导体的异质结结构以表现器件功能。例如，专利文献1公开了这样的发明，其中，LED或激光二极管(LD)的发光部分由氮化镓(GaN)和氮化镓铟(Ga_YIn_ZN：0≤Y，Z≤1，Y+Z＝1)的异质结构成。

包括III族氮化物半导体层、并构成化合物半导体器件的III族氮化物半导体层或异质结结构，目前是通过气相生长方法主要在蓝宝石(α-Al₂O₃单晶体)衬底上形成。

然而，在例如蓝宝石衬底和氮化镓(GaN)之间的晶格失配大到约16％(参见例如非专利文献2)，并且公知的是，在蓝宝石衬底上形成的氮化镓层包括超过1×10⁸/cm²的大量失配位错(参见例如专利文献3)。在包括III族氮化物半导体如氮化镓的异质结结构中，失配位错扩散到部分异质结的上层。因此，在常规的技术中，几乎不能获得位错密度减少的异质结结构。

本发明人已经发现，磷化硼(BP)层有利于抑制来自III族氮化物半导体层的失配位错的扩散。

专利文献2至7公开了这样的技术，其中通过在包括六角纤维锌矿(hexagonal wurtzite)氮化镓等的III族氮化物半导体层上结合磷化硼层，而形成发光器件。然而，在这些常规技术中，不在抑制来自III族氮化物半导体层的失配位错的扩散(参见专利文献8和9)。对于磷化硼层有利于适合地并稳定地抑制来自III族氮化物半导体层的失配位错的扩散的晶体结构仍是未知的。因此，目前，难以稳定地获得泄漏电流得到减少、并表现良好整流特性的III族氮化物半导体层与磷化硼层的pn结结构。

(专利文献1)

JP-B-55-3834(这里所用的术语“JP-B”表示“经审查的日本专利公开”)

(专利文献2)

JP-A-10-242514(这里所用的术语“JP-A”表示“未审查公开的日本专利申请”)

(专利文献3)

JP-A-10-242515

(专利文献4)

JP-A-10-242567

(专利文献5)

JP-A-10-242568

(专利文献6)

JP-A-10-242569

(专利文献7)

JP-A-10-247745

(专利文献8)

JP-A-10-247760

(专利文献9)

JP-A-10-247761

(非专利文献1)

Isamu Akasaki(编辑)，III Zoku Chikkabutsu Handotai(III族氮化物半导体)(Advanced Electronics I-21)，1^st ed.，pp.285-293，Baifukan(1999，12月8日)

(非专利文献2)

Isamu Akasaki等，“EFFECTS OF AlN BUFFER LAYER ONCRYSTALLOGRAPHIC STRUCTURE AND ON ELECTRICAL ANDOPTICAL PROPERTIES OF GaN AND Ga_1-xAl_xN(0＜X≤0.4)FILMSGROWN ON SAPPHIRE SUBSTRATE BY MOVPE”，(theNehterlands)，Journal of Crystal Growth，Vol.98，pp.209-219(1989)

(非专利文献3)

L.T.Romana等，“STRUCTURAL CHRACTERIZATION OFTHICK GaN FILMS GROWN BY HYDRIDE VAPOR PHASEEPITAXY”，(美国)，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.，Vol. 423，pp.245-250(1996)

发明内容

本发明在上述背景下完成，并且本发明的目的是，阐明这样的磷化硼层的晶体特征，所述层可以合适地并稳定地抑制来自III族氮化物半导体层的失配位错的扩散，从而提供这样的磷化硼基半导体器件，所述器件具有III族氮化物半导体层与磷化硼层的结结构，并且具有良好的器件特性。本发明的另一个目的是提供其制造方法。

为了获得上述目的而研究得出的结果为，本发明人发明了下面的磷化硼基化合物半导体器件、其制造方法以及发光二极管。

也就是说，本发明提供：

(1)具有异质结结构的磷化硼基化合物半导体器件，所述结构包括III族氮化物半导体层和磷化硼层，其中III族氮化物半导体层的表面具有(0.0.0.1.)晶面，而磷化硼层为{111}-磷化硼层，其具有在III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面上层叠的与(0.0.0.1.)晶面平行的{111}晶面；

(2)如(1)所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中III族氮化物半导体层是纤维锌矿晶体型，并且，III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面的[2.-1.-1.0.]晶体方位(azimuth)的取向平行于磷化硼层的{111}晶面的<110>晶体方位；

(3)如(2)所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中平行于III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面的[2.-1.-1.0.]晶体方位的磷化硼层的<110>晶体方位出现在两个方向上，并且由所述方位形成的角为180°；

(4)如(3)所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中平行于III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面的[2.-1.-1.0.]晶体方位的磷化硼层的<110>晶体方位为[1.-1.0.]和[-1.1.0.]；

(5)如(1)至(4)中任一项所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中磷化硼层是{111}-磷化硼层，其在<111>晶体方位上包括至少一个堆垛层错和孪晶；以及

(6)如(1)至(5)中任一项所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中磷化硼层的位错密度小于III族氮化物半导体层。

本发明还包括：

(7)一种制造磷化硼基化合物半导体器件的方法，所述器件具有包括III族氮化物半导体层和磷化硼层的异质结结构，所述方法利用具有(0.0.0.1.)晶面表面的III族氮化物半导体层作为衬底，所述方法包括这样的步骤，将含硼化合物和含磷化合物提供到气相生长区域，以气相生长具有与III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面平行地层叠的{111}晶面的{111}-磷化硼层；

(8)如(7)所述的用于制造磷化硼基化合物半导体器件的方法，其中在750℃至1200℃的温度下气相生长磷化硼层；以及

(9)如(7)或(8)所述的用于制造磷化硼基化合物半导体器件的方法，其中在600或更大的V/III比下气相生长磷化硼层。

在本发明中所用的“V/III”比值表示提供到气相生长区域的在含磷化合物(磷源材料)中的磷原子的浓度与在含硼化合物(硼源材料)中的硼原子的浓度的比值。

另外，本发明提供了：

(10)一种包括层叠结构的发光二极管，所述层叠结构通过依次层叠下包层、发光层、用于保护发光层的保护层、以及上包层而获得，其中保护层由具有(0.0.0.1.)晶面的III族氮化物半导体层构成，上包层由具有在保护层的(0.0.0.1.)晶面上层叠的{111}晶面的{111}-磷化硼层构成。

附图说明

图1示出了在纤维锌矿晶体型氮化镓单晶体的(0.0.0.1.)晶面上的{111}-磷化硼晶体的取向位置；

图2示出了在本发明的实例中制造的pn结型LED的截面结构；

图3是在本发明的实例中获得的层叠结构的(0.0.0.1.)-氮化镓/{111}-磷化硼结结构的复制电子衍射图形。

具体实施方式

下面将详细描述本发明。

磷化硼基化合物半导体器件

本发明的磷化硼基化合物半导体器件具有包括III族氮化物半导体层和磷化硼层的异质结结构，并且，该器件的特征在于，III族氮化物半导体层和磷化硼层的晶体特征。

作为磷化硼层的衬底的III族氮化物半导体层适合的是由组分公式Al_XGa_YIn_ZN(0≤X，Y，Z≤1，X+Y+Z＝1)表示的化合物，例如氮化镓(GaN)和氮化铝镓(Al_XGa_1-XN：0≤X≤1)。也可以适合地使用除氮(N)以外还包括其它V族元素(例如磷(P)、砷(As))的化合物，例如由组分公式Al_XGa_YIn_ZNQM_1-Q(0≤X，Y，Z≤1，X+Y+Z＝1，0＜Q≤1，M是除氮以外的V族元素)。

在本发明的磷化硼基化合物半导体器件中，III族化合物半导体层的表面是(0.0.0.1.)晶面，并且磷化硼层与该晶面结合。另外，在本发明中，磷化硼层是具有与III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面平行地层叠的{111}晶面的{111}-磷化硼层。通过采用该结构，可以获得失配位错等得到减少的高质量磷化硼层。

这是因为，在{110}晶体晶格平面之间的间距(晶格间距)几乎与III族氮化物半导体的(0.0.0.1.)晶面的a轴晶格常数一致，因此，可以在III族氮化物半导体层的{0.0.0.1.}晶面上形成失配位错得到减少的高质量{111}-磷化硼层，所述失配位错由晶格失配引起。

例如，单磷化硼晶体的晶格间距是0.320nm，而氮化镓(GaN)的a轴晶格常数是0.318nm，而氮化铝(AlN)的a轴晶格常数是0.311nm(对于a轴晶格常数，参见Iwao Teramoto，Handotai Device Gairon(Introduction to Semiconductor Device)，1^st ed.，page 28，Baifukan(1995年3月30日))。这样，在GaN的情况中，在III族氮化物半导体的(0.0.0.1.)晶面的a轴晶格常数与磷化硼的(110)晶面上的晶体间距之间几乎不存在晶格失配，即使在AlN的情况中，晶格失配最多只有2.8％。因此，可以在III族氮化物半导体的(0.0.0.1.)晶面上生长高质量的磷化硼层。

参考图1，通过参考如下的情况详细描述本发明，其中III族氮化物半导体层包括纤维锌矿氮化镓单晶体。图1是纤维锌矿氮化镓单晶体的(0.0.0.1.)晶面、以及在其上形成的磷化硼晶体的取向位置的平面图。

氮化镓单晶体的(0.0.0.1.)晶面1是由大量紧密设置的平面等边六角单元(单元平面晶格)1a构成。在本发明中，在晶面1上磷化硼的{111}微晶(crystallite)2(2a和2b)平行于晶面1层叠，以形成氮化镓和磷化硼之间的良好晶格匹配。

当这样设置磷化硼的{111}晶面，以使磷化硼的{111}晶面的<110>晶体方位平行于氮化镓的(0.0.0.1.)晶面1的[2.-1.-1.0.]晶体方位时，在氮化镓和磷化硼之间获得最好的晶格匹配。这是因为，氮化镓的(0.0.0.1.)晶面1的a轴晶格常数(在图1中示为a)几乎与磷化硼的{111}晶面的{110}晶格平面之间的间距一致。

尤其是，当这样设置磷化硼的平面等边三角形{111}-微晶2a和2b，以使磷化硼的[1.-1.0.]或[-1.1.0.]晶体方位平行于氮化镓的[2.-1.-1.0.]晶体方位时，可以获得高质量的{111}-磷化硼层。这里，[1.-1.0.]晶体方位与[-1.1.0.]晶体方位具有不同的方向并成180°角。在图1中，磷化硼微晶2a具有这样的关系，即氮化硼的[2.-1.-1.0.]晶体方位平行于[1.-1.0.]晶体方位，并且磷化硼微晶2b具有这样的关系，即氮化硼的[2.-1.-1.0.]晶体方位平行于[-1.1.0.]晶体方位。通过结合{111}-微晶2a和2b，使其顶点(apex)的方向不同并成180°，则可以形成与氮化镓的(0.0.0.1.)晶面匹配的{111}-磷化硼晶体层，并且其整体上具有平面等边六角形状。

磷化硼基化合物半导体器件的制造方法

可以通过例如如下的方法制造上述本发明的磷化硼基化合物半导体器件：利用III族氮化物半导体层作为衬底，将含硼化合物和含磷化合物提供到气相生长区域，并在特定条件下通过气相生长方法生长磷化硼层。所述气相生长方法的实例包括金属有机气相外延(MOVPE)、卤素VPE、卤化物VPE以及分子束外延(MBE)。

为了获得包括多个平面等边三角形{111}微晶的{111}磷化硼晶体层，所述微晶规则而依次地取向，以与构成上述六角III族氮化物半导体晶体的(0.0.0.1.)晶面的平面等边六角单元的形状一致，优选的是，满足下列条件(A)到(G)。

(A)在气相生长{111}-磷化硼晶体层中，作为衬底的III族氮化物半导体层(例如氮化镓晶体层)的表面应该是包括(0.0.0.1.)晶面的单晶体。

(B)III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)单晶表面相对于属于(0.0.0.1.)晶面的水平表面所成的倾斜角优选在±5°的范围内。如果单晶表面与(0.0.0.1.)晶面的倾斜角超过5°，则构成晶体的原子排列与{111}-磷化硼晶体的{110}-晶格平面之间的间距差增大，从而，不能稳定地形成这样的{111}-磷化硼晶体层，其中平面等边三角形{111}-磷化硼微晶如图1所示依次而规则地取向。

(C)III族氮化物半导体层的表面优选保持为在化学计量上几乎平衡的组分，以形成作为衬底的有效的功能，在所述衬底上气相生长磷化硼晶体层。例如，当在气相生长磷化硼晶体层时将III族氮化物半导体层保持在高温下时，则构成III族氮化物半导体层的V族元素被汽化，并在III族氮化物半导体层的表面上，III族元素相比于V族元素变得过多。在该情况下，为了保持在化学计量上近似平衡的(0.0.0.1.)晶体表面，优选升高III族氮化物半导体层的温度，例如，在过多地包括含氮化合物例如氨(NH₃)或联氨(N₂H₂)的气氛中。

(D)优选在750至1200℃的温度下气相生长磷化硼层。如果层形成温度(衬底温度)低于750℃，则不能稳定地形成{111}磷化硼单晶体层，而如果超过1200℃，则形成多面体磷化硼如B₁₃P₂，并且不能稳定地获得单磷化硼。在获得n型{111}-磷化硼晶体层的情况下，层形成温度优选为750℃至约1000℃，以及在形成p型{111}-磷化硼晶体层的情况下，层形成温度优选为约1000℃至1200℃。

(E)在气相生长磷化硼晶体层时，V/III比优选为600或更大，尤其优选为1000至2000。

(F)在气相生长磷化硼晶体层之前，优选将气体源材料(含硼化合物和含磷化合物)通入气相生长区域，以预先在气相生长区域中与源材料气体接触的位置的表面上形成含磷和硼的膜。对膜的厚度没有特定限制，但是约100nm的厚度已经足够了。

(G)在气相生长磷化硼层中，优选控制作为气体源材料的含硼化合物和含磷化合物，以使其同时到达在气相生长区域中设置的III族氮化物半导体层的表面上。可以通过载气体的流速控制源材料气体到达III族氮化物半导体层的时间。“载气体”具有这样的作用，其将源材料气体输送到气相生长区域，该气体可以包括高纯氢气(H₂)或惰性气体如氮气(N₂)和氩气(Ar)，或者是包括这些气体的混合气体。当以50nm/分钟的生长速度气相生长{111}-磷化硼晶体层时，源材料气体之间到达时间的允许差异为例如约5秒。在到达时间几乎相等但是略微不同的情况中，优选调节载气体的流速，以使挥发性高的V族元素(含磷化合物)的源材料气体比III族元素(含磷化合物)的源材料气体更早地到达III族氮化物半导体层的表面，从而有利地更易于形成{111}-磷化硼晶体层。

从X射线衍射或电子衍射的衍射图形可以知道，是否在III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面上形成取向{111}-磷化硼晶体层。

在III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面上生长{111}-磷化硼晶体层的情况下，尤其当{111}-磷化硼层是厚度小于约500nm的薄层时，在X射线衍射图形中清晰出现在III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面中和在磷化硼的{111}晶面中发生的Bragg衍射峰。

在电子衍射图形的情况下，从磷化硼晶体层的{111}晶面发生的衍射点出现在连接从III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面发生的衍射点的直线上。另外，当使入射电子束的方向在<110>方向上时，从与顶点方向不同并成180°角的{111}-磷化硼晶体获得{110}-晶面的反转180°的倒易晶格图像，即，{111}-磷化硼晶体以<110>晶轴为中心对称地取向。

在本发明的磷化硼基化合物半导体器件中，利用III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面作为衬底，气相生长磷化硼晶体层，以提供规则而依次取向的{111}-磷化硼晶体层，从而可以高水平地稳定地施加防止位错从衬底扩散的效果。因此，可以提供这样的磷化硼基半导体器件，其中磷化硼晶体层的位错密度低于III族氮化物半导体层。

尤其是，这样的结晶结构是有利的，即III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面的[2.-1.-1.0.]晶体方位平行于磷化硼晶体层的<110>晶体方位，因为，可以稳定地获得与III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面很好匹配的{111}-磷化硼晶体层。

例如，在氮化镓的(0.0.0.1.)晶面上提供的{111}-磷化硼晶体层停止了来自氮化镓的位错在两层之间的结界面处的扩散，并且磷化硼层自身变成具有1×10³/cm²或更小的低位错密度的晶体层。在这样的具有低位错密度的磷化硼晶体层内，沿磷化硼的<111>晶体方位包括至少一个堆垛层错和孪晶。认为堆垛层错或孪晶吸收了位错，从而降低了位错密度。

如上所述，根据本发明，通过磷化硼晶体层可以适合地并稳定地防止位错从衬底的扩散，从而可以提供这样的磷化硼基化合物半导体器件，其能够表现出优良的整流特征，具有更小的漏电流和更好的器件特性。

在本发明的磷化硼基化合物半导体器件中，具有上述特性的{111}-磷化硼晶体层可以被有效地用作功能层，所述功能层可以防止器件驱动电路通过位错短路。例如，{111}-磷化硼晶体层，其具有低位错密度，并与III族氮化物半导体层形成异质结，可以被用作形成欧姆电极的接触层，而不会发生由于短路的故障，以及还可以用作形成Schottky结型栅电极的接触层，而防止栅极电路的短路泄漏。

下面通过参考实例描述本发明。

(实例)

作为本发明的磷化硼基化合物半导体器件，通过在沉积于蓝宝石衬底上的(0.0.0.1.)氮化镓单晶体层的表面上气相生长{111}-磷化硼晶体层，来制造具有pn结型双异质(DH)结结构的发光二极管。图2示出了制造的LED的截面结构。

首先，在具有(0.0.0.1.)晶面表面的蓝宝石衬底101的表面上，利用三甲基镓((CH₃)₃Ga)/氨气(NH₃)/氢气(H₂)反应体系，通过大气压(近似大气压)MOCVD方法，在1050℃下形成由n型(0.0.0.1.)-氮化镓(GaN)单晶体层构成的下包层102。构成下包层102的n型氮化镓晶体层的载流子浓度为约2×10¹⁸cm^-3，所述层的厚度为3μm。

在下包层102的(0.0.0.1.)晶体表面上，利用((CH₃)₃Ga)/三甲基铟((CH₃)₃In)/NH₃/H₂反应体系，通过大气压(近似大气压)MOCVD方法，在850℃下气相生长由n型(0.0.0.1.)-氮化镓铟(Ga_0,90In_0.10N)构成的发光层103。构成发光层103的n型氮化镓铟混合晶体层的载流子浓度为约8×10¹⁷cm^-3，并且所述层的厚度为50nm。

停止向气相生长区域提供铟源材料((CH₃)₃In)，以结束生长发光层103。然后，将(CH₃)₃Ga和NH₃与载气体H₂一起连续流入气相生长区域，从而在发光层103上随后形成保护层104，保护层104由未掺杂的高阻(0.0.0.1.)-氮化镓层构成。保护层104用于防止发光层103的发光强度的降低。保护层104的载流子浓度为约5×10¹⁷cm^-3或更低，并且所述层的厚度为约12μm。

在完成气相生长保护层104后，开始降低温度。将氨气连续流入气相生长区域，直到温度低于600℃，以防止氮从保护层104的(0.0.0.1.)晶体表面的汽化，并保持保护层104的化学计量组分。

在降到室温后，将层叠结构从气相生长区域保护放入可以避免与源材料气体接触的室中，在所述结构中，依次在衬底101上层叠下包层102、发光层103以及保护层104。在形成层叠结构中，在所述室中流通有氢气。

当如上述保护层叠结构时，将氢气与三乙基硼((C₂H₅)₃B)和磷化氢(PH₃)气体一起流入气相生长区域，以在气相生长区域中的石英制生长炉的内壁等上形成含硼和磷的膜。在1100℃下沉积约1μm厚的膜之后，在流入氢气的同时，将气相生长区域的温度降到接近室温的温度。

然后，再将保护的叠层结构放回气相生长区域中，并且在氨气(NH₃)和氢气(H₂)的混合气体中，将温度从室温升高到1025℃。在升高温度后，停止向气相生长区域提供NH₃，并且同时，将作为磷源材料的磷化氢(PH₃)和作为硼源材料的三乙基硼((C₃H₅)₃B)连续流入气相生长区域。将输送PH₃的氢气载气体的流速调节为9L/分钟，并将输送(C₂H₅)₃B气体的氢气载气体的流速调节为7L/分钟，从而磷源材料和硼源材料可以同时到达保护层104的(0.0.0.1.)晶面。通过这样，利用(C₂H₅)₃B/PH₃/H₂反应体系，通过普通气压MOCVD方法，在保护层104的(0.0.0.1.)氮化镓(GaN)晶面上结合并形成由未掺杂的p型磷化硼层构成的上包层105。在生长上包层105(磷化硼层)时，V/III比(＝PH₃/(C₂H₅)₃B的浓度比值)被设置为1000。上包层105(磷化硼层)的载流子浓度为2×10¹⁹cm^-3，并且所述层的厚度为500nm。

这样，获得这样的层叠结构200，在所述结构中，依次在衬底101上层叠下包层102、发光层103、保护层104、以及上包层105。

通过TEM观察薄层叠结构200的截面，以检测构成上包层105的磷化硼层的晶体结构。结果为，在沿与保护层的(0.0.0.1.)晶体表面成70°角的方向，即磷化硼的<111>晶体方位内发现了孪晶(或堆垛层错)。

图3示出了从构成保护层104的氮化镓层和从构成上包层105的磷化硼层获得的复制电子衍射图形。在图3中，来自磷化硼晶体的衍射点示为标记○，来自氮化镓的衍射点示为标记●。这些标记重叠的部分表示，来自两个晶体的衍射点出现在相同的位置。

如图中所示，相关于氮化镓的(0.0.0.1.)晶面的衍射出现的方向与相关于磷化硼的{111}晶面的衍射出现的方向平行，这确定了，磷化硼的{111}晶面层叠在氮化镓的(0.0.0.1.)晶面上。

当使入射电子束的方向为氮化镓的[2.-1.-1.0.]晶体方位时，出现了从磷化硼的<110>晶体方向示出的闪锌矿晶体型磷化硼的倒易晶格图像。从中可以发现，氮化镓的(0.0.0.1.)的[2.-1.-1.0.]晶体方位与磷化硼的<110>晶体方位平行。

另外，从磷化硼的<110>晶体方位示出的倒易晶格图像(图3中由虚线示出的矩形c和d)在位置上表现出相对于彼此旋转180°，这显示了，{111}-磷化硼层由方向相差180°的{111}-磷化硼晶体构成。

由磷化硼层构成的上包层105的位错密度小于1×10³cm^-3。这是因为，在由磷化硼层构成的上包层105与保护层104之间的结界面上，阻止了这样的位错，所述位错由与蓝宝石衬底101的晶格失配产生，并从由n型氮化镓层构成的下包层102的内部扩散通过发光层103和保护层104。

在这些评估之后，在上包层105的表面中心上沉积平圆形p型欧姆电极106，所述电极由金铍合金(Au：99质量％，Be：1质量％)构成，并具有130μm的直径。另-方面，部分除去上包层105、保护层104以及发光层103，以暴露出由n型氮化镓层构成的下包层102，并且在该暴露表面上沉积n型欧姆电极107。n型欧姆电极107由包括钛(Ti)下层和铝(Al)上层的双层层叠结构电极构成。

这样，制造了这样的LED，其具有一边为约300μm的平正方形，并且具有pn结型DH结构。当将20mA的工作电流正向通过p型和n型欧姆电极106和107之间时，LED表现出下列发光特性。

(1)发光颜色：蓝紫色

(2)发光中心波长：约430nm

(3)亮度(芯片状态)：约7mcd

(4)正向电压：约3.6V

顺便提及，当将10μA的电流反向通过p型和n型欧姆电极106和107之间时，反向电压为10V。

在该实例中，上包层105由在构成保护层104的(0.0.0.1.)-氮化镓晶体表面上规则而依次地取向的低阻p型{111}-磷化硼层构成，因此，器件的工作电流可以在发光层103的大区域上扩散。另外，几乎不产生通过具有低位错密度的{111}-位错的本地击穿。从而，不会发生由于通过位错的器件工作电流的短路而导致产生稀少的发射和发光点，并且从近场发射图形肯定了，从发光层103的几乎整个表面上都提供了均匀的发光强度。从而，在该实例中，可以获得这样的短波长可见光发射二极管，其确保具有高的击穿特征、均匀的发光强度以及优良的器件特性。

工业应用

如上所述，根据本发明，可以提供这样的磷化硼基化合物半导体器件，其适合地并稳定地防止了来自III族氮化物半导体层的失配位错的扩散，并具有优良的器件特性。

Claims

1.一种具有异质结结构的磷化硼基化合物半导体器件，所述结构包括III族氮化物半导体层和磷化硼层，

其中所述III族氮化物半导体层是纤维锌矿晶体型并且其表面具有(0.0.0.1.)晶面，

所述磷化硼层为{111}-磷化硼层，其具有在所述III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面上层叠的与所述(0.0.0.1.)晶面平行的{111}晶面，以及

所述III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面的[2.-1.-1.0.]晶体方位的取向平行于所述磷化硼层的{111}晶面的<110>晶体方位。

2.如权利要求1所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中平行于所述III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面的[2.-1.-1.0.]晶体方位的所述磷化硼层的所述<110>晶体方位出现在两个方向上，并且由所述方位形成的角为180°。

3.如权利要求2所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中平行于所述III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面的[2.-1.-1.0.]晶体方位的所述磷化硼层的所述<110>晶体方位为[1.-1.0.]和[-1.1.0.]。

4.如权利要求1所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中所述磷化硼层是{111}-磷化硼层，其在所述<111>晶体方位上包括至少一个堆垛层错和孪晶。

5.如权利要求4所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中所述磷化硼层的位错密度小于所述III族氮化物半导体层。

6.一种制造磷化硼基化合物半导体器件的方法，所述器件具有包括III族氮化物半导体层和磷化硼层的异质结结构，

所述方法利用具有(0.0.0.1.)晶面表面的III族氮化物半导体层作为衬底，所述方法包括这样的步骤，将含硼化合物和含磷化合物提供到气相生长区域，以气相生长具有与所述III族氮化物半导体层的所述(0.0.0.1.)晶面平行地层叠的{111}晶面的{111}-磷化硼层。

7.如权利要求6所述的用于制造磷化硼基化合物半导体器件的方法，其中在750℃至1200℃的温度下气相生长所述磷化硼层。

8.如权利要求6或7所述的用于制造磷化硼基化合物半导体器件的方法，其中在600或更大的V/III比下气相生长所述磷化硼层。

9.一种包括层叠结构的发光二极管，所述层叠结构通过依次层叠下包层、发光层、用于保护发光层的保护层、以及上包层而获得，

其中所述保护层由具有(0.0.0.1.)晶面表面的纤维锌矿晶体型III族氮化物半导体层构成，所述上包层由具有在所述保护层的所述(0.0.0.1.)晶面上层叠的{111}晶面的{111}-磷化硼层构成，

其中所述III族氮化物半导体层的(0.0.0.1.)晶面的[2.-1.-1.0.]晶体方位的取向平行于所述磷化硼层的{111}晶面的<110>晶体方位。