CN1711650A - 磷化硼系半导体发光元件、其制造方法和发光二极管 - Google Patents

磷化硼系半导体发光元件、其制造方法和发光二极管 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磷化硼系半导体发光元件，其具备异种接合结构的发光部，该发光部是在导电性或者高电阻的单晶体基板的表面上依次具备由n型化合物半导体构成的n型下部包层、由n型的III族氮化物半导体构成的n型发光层、以及由设置在该发光层上的p型的磷化硼系半导体构成的p型上部包层而构成，且该磷化硼系半导体发光元件形成有与该p型上部包层接触的p型电极而构成，其特征在于，由磷化硼系半导体构成的非晶态层设置在p型上部包层和n型发光层中间。该磷化硼系半导体发光元件，正向电压或者阀值低，逆向电压优良。

Description

磷化硼系半导体发光元件、其制造方法和发光二极管
技术领域
本发明涉及磷化硼系半导体发光元件及其制造方法，更详细地说，是涉及正向电压或者阀值低、耐逆向电压优良、发光强度高、由长时间通电引起的发光强度降低也少的磷化硼系半导体发光元件。此外，本发明涉及该磷化硼系半导体发光元件的制造方法和由该磷化硼系半导体发光元件构成的发光二极管。
背景技术
迄今，III族氮化物半导体，被用于构成发光二极管(英文简称LED)或者激光二极管(英文简称LD)等氮化物半导体元件。例如，参照赤崎勇编著《III族氮化物半导体》，1999年12月8日，第一版，(株)培风馆，13章和14章(以下称为“非专利文献1”)。在图1中例示出由层叠在晶体基板上的III族氮化物半导体层的层叠结构体制作的以往的一般化合物半导体LED的剖面结构。在达到实用化的III族氮化物半导体LED中，基板101专门使用蓝宝石(α-Al2O3单晶)或碳化硅(化学式：SiC)单晶。在基板101表面上设置有用于期待向发光层103发光和将载流子“关在里面”的下部包层102。下部包层102通常由比构成发光层103的材料的禁带宽的III族氮化物半导体，例如n型氮化铝·镓(化学式：AlXGa1-XN：0≤X≤1)构成的。例如，参照非专利文献1。在下部包层102上层叠发光层103。发光层103由调整成可得到所要求的发光波长那样的构成元素的组成比的III族氮化物半导体层构成。例如，具有已适宜选择的铟(元素符号：In)的组成比的n型氮化镓·铟(化学式：GaXIn1-XN：0≤X≤1)成为一般的发光层103的构成材料。例如，参照特公昭55-3834号公报。在发光层103上设置由与为了发挥“关在里面”作用的下部包层102相反的传导型的III族氮化物半导体构成的上部包层106。
为了得到发光光谱的半值宽度狭窄、单色性优良的发光，发光层103使用量子阱结构是已知的。例如，参照特开2000-133884号公报。量子阱结构中，阱层103a一般由n型GaXIn1-XN(0≤X≤1)构成。另一方面，为了在阱层103a内发光和将载流子“埋在里面”，与阱层103a接合而设置的阻挡层103b，由比阱层103a的禁带宽度大的III族氮化物半导体构成。例如，由AlXGa1-XN(0≤X≤1)构成是好的例子。参照特开2000-133884号公报。在构成发光层的量子阱结构中，有数量上含有唯一的阱层103a的单量子阱(英文简称SQW)结构。另外，已知具备使阱层103a和阻挡层103b的接合对周期地反复层叠的数个阱层103a的多重量子阱(英文简称MQW)结构。顺便说一下，在图1中例示出的发光层103，是使阱层103a和阻挡层103b的接合对3周期地反复层叠而构成的MQW结构的发光层。
在如上所述的以往的LED用途的层叠结构体11中，n型传导层(具体地说是下部包层102)设置在基板101侧，而成为上部包层106的p型传导层设置在表面侧，因此称为p侧向上型。在III族氮化物半导体LED中，最一般的p侧向上型的LED10，是直接接触p型的上部包层106的表面形成p型欧姆性电极107而构成的。为了形成接触电阻低的p型欧姆性电极107，需要由导电性良好的p型传导层构成p型上部包层106。p型上部包层106迄今一般由掺杂镁(元素符号：Mg)的GaN层构成。参照非专利文献1。但是，利用气相生长手段形成的掺杂Mg的GaN层，在未加工的状态(as-grown state)是高电阻的，因此，为了形成p型层，在气相生长后，要求给予热处理或真空中的电子束辐射处理等复杂的操作。例如，参照特开昭53-20882号公报和赤崎勇编著《III-V族化合物半导体》，1994年5月20日，第一版，(株)培风馆，13章。此外，还公开了设置比设置在上部包层106表面的禁带宽度小的氮化砷化镓(化学式：GaAsN)混晶层，接触该层设置欧姆性电极的技术。例如，参照特开平11-40890号公报。
另外，作为III-V族化合物半导体的一种，已知有单体的磷化硼(化学式：BP)。参照P.POPPER著《Boron Phosphide，a III-Vcompound ofZinc-Blende Structure》，(英国)(Nature)，1975年5月25日，4569号，p.1075。磷化硼是带来发光的辐射再结合的效率较低的间接过渡型的半导体。参照(K.Seeger)著，山本惠一译《物理学丛书61，半导体的物理学(下))》，第1次印刷，(株)吉冈书店，1991年6月25日，p.507。因此，迄今磷化硼晶体层不是作为半导体发光元件或者受光元件的活性层，而是作为其他的机能层被利用。例如，呈现n型的传导的磷化硼晶体层(n型磷化硼晶体层)作为异质双极晶体管(HBT)的n型发射极层或作为用于使pn接合型硅(Si)太阳能电池的太阳光透过的窗层等利用。参照TakeoTakenaka)著《Diffusion Layers Formed in Si Substrates durimg theEpitaxial Growth of BP and Application to Devices》，(美国)，(Jouranlof Electrochemical Society)，1978年4月，第125卷，第4号，p.633-637。
作为III-V族化合物半导体的一种的单体磷化硼(化学式：BP)，通过掺杂镁(Mg)，可以得到p型晶体层。例如，参照特开平2-288388号公报。另外，当利用p型磷化硼晶体层形成发光元件时，p型欧姆性电极由金·锌(Au·Zn)合金构成。例如，参照特开平10-242569号公报。依赖于现有技术的p型磷化硼晶体层，例如利用有机金属化学气相淀积法(MOCVD)手段，在850℃～1150℃的高温形成。例如参照特开平2-288388号公报。另一方面，形成像上述的量子阱结构的阱层的n型GaxIn1-xN(0≤X≤1)的实用的气相生长温度成为600℃～850℃的低温(例如参照特开平6-260680号公报)。应用这样的低温是因为可抑制自本身为非常薄的层的阱层的n型GaxIn1-xN(0≤X≤1)的铟(In)的挥发，从而稳定地提供目标铟组成的阱层。
例如，为了得到正向电压(Vf)或者阀值(Vth)电压减低的发光元件，形成低接触电阻的欧姆性电极的技术也是重要的。在p侧向上型的发光元件的场合，尤其，如何接触低电阻的p型传导层而形成p型欧姆性电极是重要的。在这方面，代替为形成低电阻的p型传导层而必须进行复杂的操作的以往的III族氮化物半导体层，可想到将从上述的掺杂了镁(Mg)的p型磷化硼半导体晶体层形成p型上部包层的方法作为一种上策。如果作为一例举出，有在层叠薄膜层而形成的量子阱结构的发光层上，作为上部包层设置掺杂镁(Mg)而形成的p型磷化硼晶体层，再接触上部包层而形成p型欧姆性电极，而形成p侧向上型发光元件的方法。
但是，如在上述现有技术的例子中所看到的，对于构成量子阱结构的发光层的阱层和p型磷化硼层，合适的气相生长温度大不相同。因此，在高温使p型磷化硼层进行气相生长时，会导致构成阱层的含铟氮化物半导体层的铟组成比变动。铟组成比的变动，一般作为铟组成比的减少而出现，成为使阱层内的量子能级发生不稳定地变化的主要原因。由于此，对稳定制造进行所要求波长的单色性优良的发光的磷化硼系半导体发光元件带来障碍。另外，阻挡层，例如由GaN构成的阻挡层和阱层间的接合阻挡差变小，因而充分地发挥光和载流子的“埋在里面”效果，因此，对提供呈现高强度的发光的磷化硼系半导体发光元件成为障碍。
可是，由于与电子相比空穴(hole)的有效质量小，因而可认为单体磷化硼更容易得到p型的传导层而不是n型传导层。参照特开平2-288388号公报。与此相反，AlxGayInzN(0≤x、y、z≤1，x+y+z＝1)等III族氮化物半导体更容易形成n型传导层，在以未处理状态(as-grown state)得到低电阻的p型传导层时有困难。因此可想到，例如在n型III族氮化物半导体层上，如果以未处理状态形成成为低电阻的p型传导层的磷化硼晶体层，就可简便地得到pn接合结构。
但是，如以下所详述的那样，在现有技术的场合，在III族氮化物半导体层等的底层上，稳定地形成低电阻的p型磷化硼晶体层是困难的。作为呈现p型的传导的磷化硼晶体层(p型磷化硼晶体层)的形成方法，已知例如有，以乙硼烷(分子式：B2H6)和磷化氢(分子式：PH3)为原料的氢化物气相外延生长(hydride VPE)法。参照庄野克房著《半导体技术(上)》，第9次印刷，(财)东京大学出版局，1992年6月25日，p.76-77。氢化物法，如果低比率地设定磷原料对供给气相生长区的硼原料的浓度比，所谓V/III比率，就可形成p型磷化硼晶体层。参照上述的文献。但是，在这样的技术中，需要低比率地设定V/III比率，因而生成了不呈现半导体性质的高电阻的BnP(7≤n≤10)的硼聚合体，稳定地得到低电阻的p型磷化硼晶体层就变得困难。参照上述的文献。
如上所述，在现有技术的场合，不取决于底层，稳定地形成低电阻的p型磷化硼晶体层有困难的倾向。再有，在现有技术中，作为形成p型磷化硼晶体层的底层利用的主要是单晶硅(Si)(参照上述的文献)，根本没有报道在单晶硅以外的底层晶体上，例如在n型III族氮化物半导体层上，稳定地形成低电阻的p型磷化硼晶体层的技术。
现状是通过在由III族氮化物半导体的薄膜层构成的量子阱结构组成的发光层上，仅设置容易形成的p型磷化硼半导体层，不能稳定地得到电特性或者发光特性良好的磷化硼系半导体发光元件。这是因为，适合形成在一层由III族氮化物半导体层构成的量子阱结构的n型发光层和由p型磷化硼半导体层构成的pn接合结构的技术还不明确。尤其，构成量子阱结构的阻挡层和阱层总共是数十纳米(单位：nm)或者数nm程度厚度的薄膜层，因此要求抑制这些薄膜层的热变质的同时，将p型磷化硼半导体层作为上部包层而接合的技术。
发明的公开
为了解决上述课题，本发明由以下的构成组成。
(1)磷化硼系半导体发光元件，其具备异种接合结构的发光部，其在导电性或者高电阻的单晶体基板的表面上依次具备由n型化合物半导体构成的n型下部包层、由n型的III族氮化物半导体构成的n型发光层、以及由设置在该发光层上的p型的磷化硼系半导体构成的p型上部包层而构成，且该磷化硼系半导体发光元件形成有与该p型上部包层接触的p型电极而构成，其特征在于，由磷化硼系半导体构成的非晶态层设置在p型上部包层和n型发光层中间。
(2)上述(1)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，非晶态层具有多层结构，包括与n型发光层接触的第1非晶态层，和由比该第1非晶态层载流子浓度高的p型磷化硼系半导体构成的，与p型上部包层接触的第2非晶态层。
(3)上述(2)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，上述第1非晶态层由在比n型发光层低温生长的磷化硼系半导体构成。
(4)上述(2)或(3)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，第1非晶态层的层厚为2nm～50nm，由未掺杂磷化硼构成。
(5)上述(2)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，第2非晶态层由在比该第1非晶态层更高温度生长的p型磷化硼系半导体构成。
(6)上述(2)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，第2非晶态层由未掺杂的非晶态的p型磷化硼构成，其室温下的受主浓度(acceptor concentration)是2×1019cm-3～4×1020cm-3、室温下的载流子浓度是5×1018cm-3～1×1020cm-3、而且层厚是2nm～450nm。
(7)上述(1)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，p型上部包层由位错密度(dislocation density)是小于或等于形成该n型发光层的III族氮化物半导体的位错密度的p型磷化硼系半导体构成。
(8)上述(1)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，p型上部包层由室温下的受主浓度是2×1019cm-3～4×1020cm-3、室温下的载流子浓度是5×1018cm-3～1×1020cm-3、而且室温下的电阻率是小于或等于0.1Ω·cm的未掺杂多晶体的p型磷化硼系半导体构成。
(9)上述(1)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，
设置在p型上部包层上的p型电极由底面电极和p型欧姆性电极构成，该底面电极与p型上部包层的表面接触，由与构成该p型上部包层的p型磷化硼系半导体形成非欧姆性接触的材料构成，该p型欧姆性电极与该底面电极电接触、而且延伸为也与p型上部包层表面接触，并且与p型磷化硼系半导体进行欧姆性接触。
(10)上述(9)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，p型欧姆性电极在未形成该底面电极的p型上部包层的表面上作为带状电极延伸设置。
(11)上述(9)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，底面电极由金·锡(Au·Sn)合金或者金·硅(Au·Si)合金构成。
(12)上述(9)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，底面电极由钛(Ti)构成。
(13)上述(9)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，p型欧姆性电极由金·铍(Au·Be)合金或者金·锌(Au·Zn)合金构成。
(14)上述(9)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，p型欧姆性电极由镍(Ni)或者其化合物构成。
(15)上述(9)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，在p型欧姆性电极和底面电极中间设置有由过渡金属构成的中间层。
(16)上述(15)中记载的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，中间层由钼(Mo)或者铂(Pt)构成。
(17)磷化硼系半导体发光元件的制造方法，该方法包括：形成异种接合结构的发光部，该发光部由在导电性或者高电阻的单晶基板的表面依次形成由n型的化合物半导体构成的n型下部包层、由n型的III族氮化物半导体构成的n型发光层、以及由设置在该发光层上的p型的磷化硼系半导体构成的p型上部包层构成，并与该p型上部包层接触而形成p型的欧姆性电极，其特征在于，在n型发光层上，隔着利用气相生长手段设置的由磷化硼系半导体构成的非晶态层，利用气相生长手段形成由p型的磷化硼系半导体层构成的p型上部包层。
(18)磷化硼系半导体发光元件的制造方法，该方法包括：形成异种接合结构的发光部，该发光部由在导电性或者高电阻的单晶基板的表面依次形成由n型的化合物半导体构成的n型下部包层、由n型的III族氮化物半导体构成的n型发光层、以及由设置在该发光层上的p型的磷化硼系半导体构成的p型上部包层构成，并与该p型上部包层接触而形成p型的欧姆性电极，其特征在于，形成第1非晶态层，其由在n型发光层上利用气相生长手段设置的磷化硼系半导体构成，利用气相生长手段形成第2非晶态层，其与第1非晶态层接触、由载流子浓度比第1非晶态层高的非晶态的p型磷化硼系半导体构成，并利用气相生长手段形成接触第2非晶态层且由p型的磷化硼系半导体层构成的p型上部包层。
(19)(18)中记载的磷化硼系半导体发光元件的制造方法，其特征在于，将供给气相生长区的作为硼源的含硼化合物和作为磷源的含磷化合物的浓度比率(所谓V/III比率)设为0.2～50，在保持在超过250℃、不到750℃温度的该n型发光层上，利用气相生长方法形成第1非晶态层。
(20)(18)中记载的磷化硼系半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在保持在1000℃～1200℃的温度的第1非晶态层上，以超过使第1非晶态层气相生长时的V/III比率的V/III比率使第2非晶态层进行气相生长。
(21)(17)或(18)中记载的磷化硼系半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在750℃～1200℃的温度，V/III比率控制在600～2000，使p型上部包层进行气相生长。
(22)(18)中记载的磷化硼系半导体发光元件的制造方法，其特征在于，第1非晶态层和第2非晶态层及p型上部包层都由磷化硼(BP)构成。
(23)发光二极管，该发光二极管包括上述(1)～(16)中的任一项记载的磷化硼系半导体发光元件。
附图的简单说明
图1是表示以往的LED的剖面结构的示意图。
图2是表示实施例1中记载的LED的剖面结构的示意图。
图3是表示实施例2中记载的LED的剖面结构的示意图。
图4是图3中记载的LED的示意平面图。
图5是表示实施例3中记载的LED的剖面结构的示意图。
图6是图5中记载的LED的示意平面图。
实施发明的最佳方式
用于制造本发明的磷化硼系半导体发光元件的层叠结构体，以单晶硅(Si、硅)、氮化镓(GaN)或磷化镓(GaP)等III-V族化合物半导体单晶，蓝宝石(Al2O3单晶)等氧化物单晶作为基板形成。在导电性的单晶基板上设置p侧向上型的层叠结构体的情况下，优选使用n型传导性的基板。例如使用掺杂磷(P)的n型单晶硅基板。
在单晶基板的表面上设置n型下部包层。n型下部包层，例如利用有机金属化学气相淀积(MOCVD)法等气相生长方法进行淀积。在p侧向上型的发光元件中，在单晶基板和发光层中间配置的下部包层优选由呈现n型传导的、室温下的电阻率(＝比电阻)小于或等于1欧姆厘米(Ω·cm)的低电阻的导电层构成。n型下部包层由n型的化合物半导体构成，例如由n型氮化镓等III-V族化合物半导体构成。尤其，电阻率不到0.1Ω·cm的低电阻的n型磷化硼能够适用于构成n型的下部包层。
在下部包层上设置发光层。发光层由n型的III族氮化物半导体构成。发光层可以利用气相生长方法进行层叠。发光层由具有对应于所要求的发光波长的禁带宽度的半导体材料构成。例如放射具有蓝色带域的光的发光层，可以由直接过渡型的氮化镓·铟(组成式GaxIIn1-xN：0＜X＜1)或氮化磷化镓(组成式GaNYP1-Y：0＜X＜1)等构成。如果适宜地选择铟(In)组成比(＝1-X)或者磷(P)组成比(＝1-Y)，也可构成给以紫外至近紫外带域和绿色带域的发光的发光层。例如使用纤锌矿晶体型的氮化镓系混晶，就因为价电子带的能带的退缩结构，与P型传导层相比更容易得到n型传导层。因此，n型的GaXIn1-XN(0≤X≤1)等III族氮化物半导体，能够作为用于构成n型的发光层的材料使用。
发光层，优选具备阱层和阻挡层的量子阱结构的发光层。如果形成量子阱结构，发光光谱的半值宽度就变窄，能够得到单色性优良的发光层。量子阱结构，可以是含有数量上唯一的阱层的单一量子阱(SQW)结构，也可以是具备阱层和阻挡层的接合对周期地反复层叠的数层阱层的多重量子阱(MQW)结构。
在n型发光层上设置与n型下部包层相反传导型的p型上部包层。P型上部包层，代替从上述的价电子带的能带结构不易简便地得到低电阻的p型导电层的III族氮化物半导体，由p型的磷化硼系半导体构成。优选由单体的磷化硼(BP)构成。尤其，由多晶体的磷化硼构成。
在本发明中，使由发光层上的磷化硼系半导体构成的非晶态层介于中间而形成由p型的磷化硼系半导体构成的上部包层。
所谓磷化硼系半导体，是含有硼(元素符号：B)和磷(元素符号：P)的立方晶闪锌矿晶体型的III-V族化合物半导体。例如有BαAlβGaγIn1-α-β-γP1-δAsδ(0＜α≤1、0≤β＜1、、0≤γ＜1、0＜α+β+γ≤1、0≤δ＜1)，另外例如有BαAlβGaγIn1-α-β-γP1-δNδ(0＜α≤1、0≤β＜1、0≤γ＜1、0＜α+β+γ≤1、0≤δ＜1)。更具体地说，是单体的磷化硼(BP)、磷化硼·镓·铟(组成式BαGaγIn1-α-γP：0＜α≤1、0≤γ＜1)，或者是含有氮化磷化硼(组成式BP1-δNδ：0≤δ＜1)或砷化磷化硼(组成式BαP1-δAsδ)等多种V族元素的混晶。尤其，单体磷化硼(BP)是磷化硼系半导体混晶的基本构成要素，如果以广禁带宽度的BP作为基体材料，就能够形成禁带宽度宽的磷化硼系混晶。
由磷化硼构成的非晶态层，例如可利用以三氯化硼(分子式：BCl3)或三氯化磷(分子式：PCl3)为起始原料的卤素法(参照《日本晶体成长学会》，Vol.24，No.2(1997)，150页)使其进行气相生长。另外，也可利用以硼烷(分子式：BH3)或者乙硼烷(分子式：B2H6)和磷化氢(分子式：PH3)等为原料的氢化物法(参照J.Crystal Growth，24/25(1974)，193～196页)，以及分子束外延法(参照J.Solid State Chem.，133(1997)，269～272页)使其进行气相生长。另外，可利用以有机硼化合物和磷的氢化物为原料的有机金属化学气相淀积(MOCVD)法(参照Inst.Phys.Conf.Ser.，No.129(IOP Publishing Ltd.(UK，1993)，157～162页))使其进行气相生长。
尤其，MOCVD法，以三乙基硼(分子式：(C2H5)3B)等易分解性的物质为硼源，因此成为在低温使非晶态层进行气相生长的有利的生长方法。例如，利用三乙基硼/磷化氢(分子式：PH3)/氢(H2)反应系常压(约大气压)或者减压MOCVD法，在250℃～1200℃进行生长。在超过1200℃的高温，变得容易形成B13P2等聚合体的磷化硼晶体(参照J.Am.CeramicSoc.，47(1)(1964)，44～46页)，不能稳定地形成由单体的磷化硼构成的非晶态。在超过750℃的高温，存在容易形成含有硼和磷的多晶体层的倾向，但是这样的高温区的生长，如果使磷源对于硼源的供给量，所谓V/III比率低，就能够形成非晶态层。例如，在利用上述的反应系的MOCVD法的场合，如果使V/III比率(＝(C2H5)3B/PH3供给浓度比率)是0.2～50范围的低比率，则在比较高的温度区域也能够稳定地形成非晶态层。
在使发光层形成量子阱结构的情况下，在形成发光层的量子阱结构的最表面侧的终端(最终端)的阱层或者阻挡层的任何层上也设置由磷化硼系半导体构成的非晶态层，但最优选与最终端的阻挡层接合而设置的层叠构成。与阱层接合而设置的最终端的阻挡层，作为阱层的覆膜层，例如在非晶态的磷化硼系半导体层的气相生长时，在抑制由升华引起的阱层消失中发挥有效的作用。在形成阻挡层或者阱层的III族氮化物半导体层的气相生长温度以下的低温，设置非晶态的磷化硼系半导体层的技法，例如具有防止由铟(In)等的凝缩引起的阱层的热变性的效果。尤其，如果在比阱层生长还低的温度使用气相生长，可有效避免阱层以及阻挡层的热变性。但是，虽说在比阻挡层和阱层的生长温度还低的温度的气相生长是合适的，但为了形成非晶态的磷化硼系半导体层，如上所述，不到250℃的低温，由于构成元素的原料的热分解效率低，因此是不合适的。
再者，非晶态层的层厚，例如可以通过透射电子显微镜(TEM)观察进行测定，所形成的层是否是非晶态，可以通过电子束衍射或者X射线衍射的衍射图像来判断。非晶态层的电子束衍射图像成为晕圈。另外，构成非晶态层的硼和磷的化学计量的组成比，例如可从基于俄歇电子分光法等的硼元素和磷元素的定量分析值求出。
非晶态层可以是单层结构，但也可以是2层或者2层以上的多层结构。在多层结构的情况下，以下，将与发光层接触的非晶态层称为第1非晶态层，与上部包层接触的非晶态层称为第2非晶态层。
为了形成和发光层均匀地紧密附着的第1非晶态层，适合在上述的范围内将V/III比率设定在比较高的比率。例如，以V/III比率为45而形成。以V/III比率为较高比率形成的非晶态的磷化硼层，成为载流子(空穴)浓度是小于或等于5×1017cm-3的高电阻的层。换言之，与发光层的紧密附着性优良的第1非晶态层，可以适合地由按化学计量的组成含有硼和磷的高电阻层构成。
第1非晶态层，为第2非晶态层提供“吸附部位”，具有促进均匀的气相生长的作用。为了促进第2非晶态层均匀的气相生长，优选第1非晶态层，是充分而均匀地覆盖发光层表面的约1nm或其以上的层厚、更优选2nm～50nm的层厚。另一方面，第1非晶态层由于是上述那样的电阻较高的层，为了使驱动发光元件的驱动电流适当流通，优选第1非晶态层的层厚为50nm或其以下。进而第一非晶态层的层厚是5nm～20nm的层厚是合适的。调整硼原料向生长区的供给时间来来控制第1非晶态层的层厚。
如果在上述的第1非晶态层上，进一步设置在高于上述的非晶态层的高温进行气相生长的磷化硼系半导体构成的第2非晶态层，可以对在其上以未处理状态简便地得到低电阻的p型磷化硼系半导体单晶层作出贡献。这样的提供在室温的低电阻的p型磷化硼系半导体单晶层的第2非晶态层，可优选由相对于磷原子等第V族元素在化学计量上富含硼等第III族元素的磷化硼系半导体层形成。在当量上富含硼的第2非晶态层，可适当地在比形成其下方的第1非晶态层的温度高的温度形成。例如有如下方法，在350℃～650℃范围的温度在发光层上形成第1非晶态层后，在1000℃～1200℃范围的温度，形成第2非晶态层，该第2非晶态层成为为了以未处理状态形成低电阻的p型磷化硼系半导体晶体层的底层。也有变更气相生长方法，而形成上述双方的非晶态层的技法，但设置在发光层上的第1非晶态层形成后，接着形成成为用于得到p型磷化硼系半导体晶体层的底层的第2非晶态层的技法是简易而便利的。在较高温度形成成为p型磷化硼系半导体晶体层的底层的第2非晶态层时，与发光层接合而设置的第1非晶态层，作为能够抑制发光层的热分解的保护层发挥作用。
在第1非晶态层上层叠由p型磷化硼系半导体构成的第2非晶态层。借助第1非晶态层的作用，与发光层的密合性增强的第2非晶态层具有提供p型的磷化硼晶体层的作用。由磷化硼构成的第2非晶态层也能够使用如上述的气相生长方法来形成。为了有效地提供p型的上部包层，优选第2非晶态层由化学计量上相对于磷富含硼的呈现p型传导的非晶态磷化硼层构成。如果使气相生长时的V/III比率更小，就能够形成更富含硼的非晶态磷化硼层。另外，在化学计量上越富含硼，载流子(空穴)浓度越增加。第2非晶态层的载流子浓度优选是5×1018cm-3～1×1020cm-3。与此相适应，室温的受主浓度优选是2×1019cm-3～4×1020cm-3。由于施主成分(donor)过剩地存在而使受主成分得到电补偿的空穴浓度比上述范围的值小的第2非晶态层，一般是高电阻层，例如，这种非晶态层对于得到正向电压(Vf)低的LED带来困难。相反，当空穴浓度比上述范围的值大的情况下，过剩地存在于第2非晶态层内部的受主成分向发光层扩散、侵入，电气地补偿发光层的n型载流子(电子)，而产生增加发光层的电阻的不良情况。
另外，与第1非晶态层同样，第2非晶态层也优选由未故意地掺杂杂质的所谓未掺杂的磷化硼层构成。这是为了避免在使磷化硼的非晶态层气相生长时，杂质从非晶态层向发光层扩散，而带来发光层的电阻变动。成为底层的第2非晶态层的层厚(该底层用于在其上形成构成p型上部包层的呈现p型传导的多晶体的磷化硼层)，优选2nm～450nm。不到2nm的极薄膜，就不能没有遗漏地充分而均匀地覆盖第1非晶态层的表面，因此得不到层厚或载流子浓度在面内均匀性优良的p型上部包层。如果超过450nm的层厚，就形成富含硼的非晶态层，因此不适合得到平坦表面的非晶态层。
对于第1非晶态层和第2非晶态层而言，合适的成膜温度不同。这是因为两层的机能不同。以下，详细地叙述各层的形成工序。
与底层晶体的表面接合而形成的第1非晶态层，是为了缓和底层晶体与p型磷化硼晶体层之间的晶格不匹配而设置的层。通过形成这样的层，能够形成与底层晶体的密合性优良、而且几乎不含失配位错的p型磷化硼晶体层。
通过向气相生长区供给含硼化合物(硼原料)和含磷化合物(磷原料)，在超过250℃、不到750℃的温度进行气相生长就能够形成具有这样的机能的第1非晶态层。为了使第1非晶态层在超过250℃、不到750℃的温度进行气相生长，在气相生长区配置底层晶体后，将底层晶体加热至超过250℃不到750℃的温度，使第1非晶态层进行气相生长即可。再者，在成膜温度(底层晶体的温度)在250℃或其以下时，硼原料和磷原料的热分解不充分地进行，存在包含硼和磷的层不成膜的危险，在高于或等于750℃形成的层成为多晶结构或者单晶结构，存在不成膜非晶态层的危险。
第1非晶态层，如果以V/III比率为低比率进行气相生长，就能够效率良好地形成。具体地说，为了在上述的成膜温度稳定地形成第1非晶态层，V/III比率优选是0.2～50，更优选是2～50。例如，作为成膜法，采用卤素气相生长法，作为原料使用三溴化硼(化学式：BBr3)和三氯化磷(化学式：PCl3)时，V/III比率优选控制在10左右。如果使V/III比率过低，往往形成球状的硼晶体聚集的缺乏表面平坦性的层，而存在导致以后形成的p型磷化硼晶体层的表面平坦性降低的危险。另一方面，如果V/III比率是超过50的高比率，往往形成多晶层，而恐怕不能稳定地形成第1非晶态层。
在本发明中，第1非晶态层优选形成为硼原子和磷原子之中，在化学计量上富含硼原子的p型传导层，其原因如下。如下面所述，为了稳定地得到p型磷化硼晶体层，第2非晶态层优选是p型传导层。于是，由于第2非晶态层继承第1非晶态层的性质而生长，因而为得到作为p型传导层的第2非晶态层，第1非晶态层优选是p型传导层。
第1非晶态层的层厚优选是2nm～50nm。在第1非晶态层的层厚不到2nm时，存在不能充分而且均匀地覆盖底层晶体的被沉积面的表面的危险。其结果，达不到均匀地缓和由热膨胀率差异等引起的变形，恐怕会导致p型磷化硼晶体层从底层晶体的剥离。如果第1非晶态层的层厚是大于或等于2nm，就能够均匀地覆盖底层晶体的表面，不产生上述的问题。另外，第1非晶态层也有作为抑制形成第1非晶态层时的底层晶体热分解的表面保护层的机能，通过厚到大于或等于2nm，就稳定地表现这样的机能。特别在作为底层晶体，使用由于V族元素的挥发等容易发生热分解的III族氮化物半导体等的情况下，或使第1非晶态层的成膜温度为高温的情况下这是重要的。再者，不用说，使第1非晶态层的层厚越厚，越可有效地表现作为底层晶体的表面保护层的机能。另一方面，在层厚超过50nm时，存在在第1非晶态层的内部或生成单晶粒，或生成多晶层的危险，因而是不优选的。
第2非晶态层是作为用于提供p型磷化硼晶体层的被沉积层而发挥作用的层，通过形成该层，就能够容易而且稳定地形成p型磷化硼晶体层。另外，第2非晶态层也起到作为抑制第2非晶态层的气相生长时的第1非晶态层的热分解的保护层的作用。
和第1非晶态层相同，通过向气相生长区供给含硼化合物(硼原料)和含磷化合物(磷原料)，进行气相生长就能够形成第2非晶态层。作为第2非晶态层的气相生长法，可以采用和第1非晶态层形成时采用的相同气相生长法，也可以采用不同的气相生长法。从生产效率等观点出发，优选前者。再者，在采用不同的气相生长法的情况下，例如可以选择使用乙硼烷(B2H6)/磷化氢(PH3)/氢(H2)系氢化物法使第1非晶态层进行气相生长后，使用MOCVD气相生长法形成第2非晶态层等的适宜的组合。
在本发明中，优选由在硼原子和磷原子中，化学计量上硼原子富裕的组成的构成第2非晶态层。通过形成这样的第2非晶态层，在其上就能够稳定地形成p型磷化硼晶体层。在化学计量的组成中，硼原子数和磷原子数的比率在1∶1时是等量的，例如在形成由磷化硼构成的第2非晶态层时，优选硼原子数与磷原子数相比多0.5～1.0％左右进行成膜。
第2非晶态层的成膜温度，优选是1000℃～1200℃。通过在这样的温度进行成膜，就能够稳定地形成化学计量上富含硼的第2非晶态层。再者，由于在底层晶体上已经形成了第1非晶态层，因此第1非晶态层作为表面保护层发挥作用，即使在高于或等于1000℃的高温使第2非晶态层成膜，也可抑制底层晶体的热分解。
使第2非晶态层成膜时的合适的V/III比率，与第1非晶态层相同，是2～50，但由于第2非晶态层的合适的成膜温度是高于第1非晶态层成膜温度的高温，因此优选以比第1非晶态层形成时大的V/III比率进行成膜。为了以比第1非晶态层形成时大的V/III比率进行成膜，例如一边使硼原料(III族原料)向气相生长区供给的量与第1非晶态层形成时同等，一边增加磷原料(V族原料)的供给量，形成更大的V/III比率，使第2非晶态层成膜即可。在使第2非晶态层成膜时，在上述范围内将V/III比率设定得越高，越能够形成表面平坦性优良的第2非晶态层，因而是合适的。另外，将V/III比率设定得越高，在使第2非晶态层进行气相生长时，也越可得到抑制构成第1非晶态层的硼和磷等挥发的效果。
与第1非晶态层相同，第2非晶态层的优选层厚是2nm～50nm。尤其，在构成底层晶体为n型III族氮化物半导体，具有pn接合型发光部的化合物半导体发光元件的pn接合结构时，优选第1和第2非晶态层的层厚的合计是小于或等于100nm。这是因为，由于第1、第2非晶态层中，至少第2非晶态层具有化学计量上富含硼的组成，因此虽然由第1、第2非晶态层的存在引起的元件动作电流向发光部的流动被某种程度地抑制，但在第1、第2非晶态层是π型的p型层的情况等，其层厚的合计如果超过100nm，则由第1、第2非晶态层的存在引起的元件动作电流向发光部的流动阻碍变大。
在第2非晶态层上设置由p型磷化硼构成的p型上部包层。上部包层与第1和第2非晶态层相同，也可以利用上述的气相生长方法形成。构成上部包层的p型磷化硼层，为了良好地形成欧姆特性的p型电极，优选由具有低电阻率的低电阻导电层构成。特别是，优选具有小于或等于0.1Ω·cm的室温电阻率的、多晶体未掺杂的p型磷化硼构成。由这样的低电阻的p型导电层构成的上部包层，可以作为p型欧姆性电极形成用的接触层(contact layer)使用。具有小于或等于0.1Ω·cm的电阻率的p型上部包层必须形成在底层上，即前提是作为底层形成具有2×1019cm-3～4×1020cm-3的室温的受主浓度，2×1018cm-3～1×1020cm-3的室温的载流子浓度的第2非晶态的磷化硼层。形成p型上部包层的多晶层，继承形成底层的非晶态的磷化硼层的p型传导性而生长。
富含硼、磷不足的第2非晶态层的化学计量的过不足状态，原封不动的波及形成上部包层的多晶的磷化硼层。因此，原封不动的反应第2非晶态层的电性质的上部包层成为由呈现p型传导的多晶层构成的上部包层。为了以与形成第2非晶态层时相同的V/III比率形成作为p型导电层的、上述那样的低电阻率的p型磷化硼，在第2非晶态层的形成温度或其以上的高温，但在低于或等于1200℃的高温形成p型磷化硼是上策。另外，在上述优选的范围内越是降低V/III比率(在第2非晶态层的形成中同样使用的)，对以未处理状态得到电阻率低的p型多晶层越有利。构成上部包层的多晶体的p型磷化硼层的室温下的载流子浓度优选是5×1018cm-3～1×1020cm-3。在不到5×1018cm-3的低载流子浓度时，虽说室温的移动度提高，但得不到小于或等于0.1Ω·cm的低电阻率的p型传导层。在超过1×1020cm-3的高载流子浓度，吸收来自发光层的发光的程度增加，对于得到高发光强度的LED不合适。另外，p型磷化硼层的室温下的受主浓度优选是2×1019cm-3～4×1020cm-3。如果受主浓度是超过4×1020cm-3的多量，则结果产生杂乱表面的磷化硼多晶层，因此对设置后述的欧姆性电极带来障碍，因此是不优选的。
在p侧向上型发光元件中，其中自LED或者面发光型LD等发光层的发光取出到垂直上方的外部的，p型上部包层优选由以高效率使来自发光层的发光能够透过到外部的多晶体的未掺杂的p型磷化硼构成。使发光向外部透过的能力(以透射率表示)，随p型上部包层的层厚增加而指数函数地减少。因此具有上述优选的载流子浓度的p型上部包层的层厚，即使最大是小于或等于5×10-4cm(＝5μm)，也能够形成透射率优良的p型上部包层。如果p型上部包层由多晶层构成，就有效地吸收起因于发光层的构成材料的晶格失配的应变，即使使用厚的多晶层，也能够减低向发光层施加的应变。因此，对防止由施加应变引起的来自发光层的发光波长的不稳定的变动的效果增强。另一方面，在面状的LED中，p型上部包层是使用于在下方的发光层中在广泛范围驱动元件的正向电流流动所必要的，因此p型上部包层的层厚优选是低于或等于50nm。
例如，如果利用具有2×1019cm-3载流子浓度、1μm层厚的多晶体的p型磷化硼层，就能够形成上部包层，该上部包层可兼用作对波长450nm的蓝光超过40％的透射率的窗层。如果使用维持小于或等于0.1Ω·cm的电阻率，且载流子浓度更低、层厚更薄的多晶体的p型磷化硼层，就能够构成透射率更高的p型上部包层。在P侧向上型的氮化物半导体LED中，形成上部包层的p型III族氮化物半导体层的电阻率高，不能充分地发挥使正向电流在发光层的整个面上均等地扩散的作用。因此，在以往的III族氮化物半导体LED中，一般是敷设用于使正向电流在p型上部包层上平面地扩散的镍(元素符号：Ni)等透光性的电极。但是，由于这样的金属膜或者金属氧化物吸收发光，所以发光的透射率停留在不到40％。按照本发明的构成，也不必特意敷设使正向电流扩散的透光性电极，就能够构成发光向外部的透射率优良的p型上部包层，具有可简便地提供发光元件的优点。
如果使由磷化硼系半导体构成的非晶态层介于之间，除了能够形成由低电阻的p型磷化硼系半导体构成的p型上部包层以外，对于形成由位错密度小的质量良好的磷化硼系半导体构成的p型上部包层也具有增强效果。在缺乏晶格匹配的晶体基板上形成的发光层中，贯通发光层内部的位错密度大致超过约1010cm-2。由与本发明的发光层接合而设置的磷化硼系半导体构成的非晶态层，在与发光层的接合界面具有阻止向由该高密度存在位错的p型磷化硼系半导体构成的p型上部包层的侵入的机能。因此，通过由磷化硼系半导体构成的非晶态层介于之间，可以形成在未处理状态呈现p型传导的，且具有小于等于1×103cm-3的位错密度的结晶性优良的低电阻的磷化硼系半导体构成的p型上部包层。这样的低位错密度、而且低电阻的p型磷化硼系半导体层，能够优势地利用于构成p型上部包层，该p型上部包层通过位错能够有助于防止由于元件驱动电流的局部泄漏引起的耐压不良。
作为由p型磷化硼系半导体构成的上部p型包层的成膜温度，优选是1000℃～1200℃。在成膜温度超过1200℃时，有生成B13P2等聚合体的危险，因此是不优选的。
另外，在该工序中，优选V/III比率大到超过第1和第2非晶态层的气相生长时的V/III比率，具体地说，优选是600～2000。
在化学计量上富含硼的第2非晶态层上，不特意地添加赋予p型传导的杂质(p型杂质)，也能够以未掺杂状态形成p型磷化硼晶体层。例如，如果使用三乙基硼((C2H5)3B)/磷化氢(PH3)/氢(H2)系MOCVD法，在1025℃进行成膜，就能够未掺杂地形成载流子(空穴)浓度2×1019cm-3左右、电阻率5×10-2Ω·cm左右的低电阻的p型磷化硼晶体层。
如上所述，虽然本发明在不进行掺杂也能够容易地形成p型磷化硼晶体层方面有利，但也可以掺杂硅(Si)等p型杂质来形成p型磷化硼晶体层。在与磷相比富含硼的磷化硼晶体层中，硅杂质作为p型杂质显著地起作用，因此通过掺杂硅杂质，能够形成低电阻的磷化硼晶体层。作为硅的掺杂源，可举出硅烷(分子式：SiH4)、乙硅烷(分子式：Si2H6)、四氯化硅(分子式：SiCl4)等卤化硅化合物，也可以使用Si2H6-H2混合气体等混合气体。
另外，在富含磷的磷化硼晶体层中，硅杂质作为n型杂质作用，电补偿受主(acceptor)，因此在富含磷的磷化硼层中掺杂硅杂质，效果相反，形成高电阻的磷化硼层。
在p型上部包层的表面设置p型电极。p型电极优选由底面电极和p型欧姆性电极构成。底面电极与p型上部包层的表面接触。
由于p型上部包层在未处理状态已经是低电阻，因此用于驱动元件的电流(元件驱动电流)已经从上部包层向在正下方区的发光层限定地流通。为了避免元件驱动电流的这种短路的流通，与上部包层表面接触的底面电极由对于形成p型上部包层的p型磷化硼系半导体不呈现欧姆性接触性的非欧姆性的材料构成。作为构成p型电极的底面电极的合适的材料，例如可例示出包括第IV族元素的金·锡(Au·Sn)合金、或者金·硅(Au·Si)合金。锡(Sn)比构成磷化硼的硼(B)和磷(P)的原子半径大。因此，在合金处理等中，对避免向p型磷化硼系半导体构成的p型上部包层的内部无用地热扩散，良好地维持由p型磷化硼系半导体构成的p型上部包层的结晶性是有效的。
金·硅(Au·Si)合金，由于含有在磷化硼系半导体中更难以扩散的元素硅，因而能够更良好地抑制由硅的热扩散引起的p型磷化硼系半导体晶体层的杂乱化。另一方面，在利用真空蒸镀方法等方法形成金·硅合金时，与金·锡合金的情况相比要求更高温的环境。因此，为了形成能够更良好地防止p型磷化硼系半导体层，进而发光层的热变性的底面电极，金·锡合金更合适。另外，为了防止由于热扩散，p型磷化硼系半导体晶体层，进而发光层成在结晶上杂乱，可优选由金·硅合金膜形成底面电极。无论利用何种的合金膜，由于由非欧姆性材料构成p型电极的底面电极，因此能够避免元件动作电流经由低电阻的p型上部包层向正下方的发光层短路样地流通。
另外，作为形成底面电极的材料，也可以使用镍(Ni)、钛(Ti)、钒(V)等过渡金属。特别是，钛(Ti)，对于形成p型上部包层的p型磷化硼层和正向电流，形成高肖特基阻挡层，而且密合性也大，因此能够适合用于构成底面电极。
如果与底面电极电接触而设置由形成与p型磷化硼系半导体欧姆性接触的材料构成的p型欧姆性电极，被底面电极阻断了流通的元件动作电流可有效地遍及p型上部包层的广泛范围扩散。
在经由p型包层向外部取出发光方式的LED的场合，来自p型电极的投影区的发光层的发光，被p型电极遮光，因此难以高效率地向外部取出。如果在底面电极上形成由与p型上部包层欧姆性接触的材料构成的欧姆性电极，就能够使p型电极的投影区以外的元件动作电流在发光层的广泛范围平面地流通。与P型磷化硼系半导体欧姆性接触的电极，例如可以由含有第II族元素的金·铍(Au·Be)、金·锌(Au·Zn)合金等构成。特别是，由金·铍合金能够形成与底面电极的附着性优良，而且接触电阻低的欧姆性电极。像这样将非欧姆性材料构成的底面电极和欧姆性材料层叠而构成的p型电极，具有如下作用，即对于p型磷化硼系半导体来说，使由接触电阻高的非欧姆性材料构成的底面电极阻断了流通的元件动作电流在p型电极的投影区以外的、不被遮光的、所谓向外部开放的发光区流通。为了在开放的发光区遍及广泛范围使元件驱动电流均等地流通，优选p型欧姆性电极，既在形状上又在间隔上在开放的发光区中形成均等的电位分布那样地配置。像这样配置p型欧姆性电极的手段，可对提供从发光区面带来均匀强度的发光的高发光强度的LED作出贡献。
该欧姆性电极，优选设置为延长到与底面电极的敷设区以外的p型上部包层的表面接触。例如，由以发光元件的平面形状为中心对称延长的线状的电极构成欧姆性电极。另外，例如，由从平面形状的中心同心圆状、而且相互电气导通的圆环状电极可构成欧姆性电极。为了对这些材料加工成所要求形状的欧姆性电极，可以利用公知的采用光刻法的构图技术或选择蚀刻技术。
在底面电极和欧姆性电极的中间如果设置由过渡金属或铂(Pt)构成的中间层，就能够保持上述的底面电极的肖特基接触性(非欧姆接触性)的机能。由过渡金属构成的中间层，抑制构成欧姆性电极的材料成分向底面电极的扩散、侵入，发挥维持底面电极的肖特基接触机能的作用。中间层，优选是能够最有效地防止在底面电极和欧姆性电极之间的各个电极构成成分的相互扩散的钼(Mo)或者镍(Ni)或者铂(Pt)构成。另外，构成中间层的过渡金属的厚度为5nm～200nm是合适的。不到5nm的薄膜，不能充分地抑制电极构成成分的相互扩散，产生使底面电极的电极形成了非肖特基接触性，例如欧姆性接触性的情况。另一方面，如果由超过200nm的膜厚形成中间层，与其接触设置的欧姆性电极和p型上部包层的间隔就被扩大。因此，在底面电极的周围，在欧姆性电极和p型上部包层之间产生间隙，使元件驱动电流的输入电阻增加，而成为不妥。
在由n型的III族氮化物半导体构成的发光层、在发光层上由p型磷化硼系半导体构成的上部包层、以及与p型上部包层接触形成有p型电极而构成的磷化硼系半导体发光元件中，与n型III族氮化物半导体构成的发光层接合而设置的磷化硼系半导体构成的非晶态层，具有防止发光层发生热劣化的作用。
另外，与n型III族氮化物半导体构成的发光层接合而设置的磷化硼系半导体构成的非晶态层，具有防止位错从发光层传播的作用。
在高于第1非晶态层成长的高温进行气相生长的磷化硼系半导体构成的第2非晶态层，作为底层发挥作用提供在未处理状态由低电阻的p型磷化硼系半导体构成的上部包层。
在由p型磷化硼系半导体构成的p型上部包层上设置的p型电极中，形成p型上部包层的p型磷化硼系半导体和由形成非欧姆接触性的材料构成的底面电极，作为使元件驱动电流流通时的电阻，具有防止元件驱动电流向处于向外部取出发光困难的p型电极的投影区的发光层短路地流通的作用。
与上述的底面电极一起形成p型电极的、与p型磷化硼系半导体欧姆性接触的p型欧姆性电极，具有使元件驱动电流优先地向外部开放的发光区流通的作用。
由磷化硼系半导体构成的第1非晶态层，在接合由磷化硼系半导体构成的第2非晶态层设置时，作为提供促进第2非晶态层的气相生长的“吸附部位”的底层发挥作用，例如，具有提供与发光层的附着性优良的第2非晶态层的作用。另外，由未掺杂的磷化硼系半导体构成的第1和第2非晶态层，具有避免由杂质的扩散、侵入引起的发光层的传导型逆转的作用。
相对于磷在化学计量上富含硼的第2非晶态层，在形成上部包层的多晶体的磷化硼层中继承其化学计量的不均衡组成，因此具有提供适合于形成p型上部包层的多晶体的磷化硼层的作用。
接触由磷化硼系半导体构成的p型上部包层而设置的、底面电极为非欧姆接触性的材料的p型电极，抑制元件驱动电流向正下方区流通，具有优先地将元件驱动电流供给容易将发光向外部取出的发光层中的作用。特别是，接触p型上部包层表面的同时延长设置的欧姆性电极，具有通过p型上部包层使元件驱动电流在发光层的广泛范围扩散的作用。
实施例1
作为磷化硼系半导体发光元件的例子，制成具有由p型磷化硼构成的上部包层和由n型氮化镓构成的发光层的pn接合结构的pn接合型双异质接合结构的发光二极管(LED)。在图2中示意地示出所制成的LED的剖面结构。
作为单晶基板101，使用掺杂磷(P)的n型{111}-单晶硅。首先在单晶基板101的{111}面，利用三乙基硼((C2H5)3B)/磷化氢(PH3)/氢(H2)系常压(约大气压)MOCVD法，在925℃使由未掺杂的n型磷化硼层构成的下部包层102进行气相生长。形成下部包层102的n型磷化硼层，以向气相生长区供给的原料的浓度比，即V/III比率(＝PH3/(C2H5)3B比率)是约1.3×103形成。另外，其层厚控制在300nm，载流子浓度控制在1×1019cm-3。像以上那样形成的下部包层102的室温禁带宽度是约3eV。
接着，在下部包层102上，利用三甲基镓((CH3)3Ga)/氨(NH3)/氢(H2)系常压(约大气压)MOCVD法，在850℃形成层厚10nm的发光层103。发光层103，利用使铟(In)组成比(＝1-X)相互不同的多个相构成的多相结构的n型氮化镓·铟(GaXIn1-XN)晶体构成。从利用透射电子显微镜(TEM)的元素定量分析，求出所形成的发光层103的平均的铟组成比(＝1-X)是0.12(12％)。
停止向气相生长区供给三甲基镓，使发光层103的气相生长结束后，在氨(NH3)和氢的混合气氛中使单晶基板101降温至450℃。然后，在发光层103上，利用(C2H5)3B/PH3/H2系常压MOCVD法，在450℃形成由未掺杂的磷化硼层构成的第1非晶态层104。第1非晶态层104由于在化学计量上富含硼，因此以V/III(＝PH3/(C2H5)3B)比率是10进行气相生长。另外，其层厚控制在15nm。
停止向气相生长区供给(C2H5)3B)，使第1非晶态层104的形成结束后，继续在气相生长区一边使PH3和H2流通，一边使单晶基板101升温至1025℃。
接着，在第1非晶态层104上，利用(C2H5)3B)/PH3/H2系常压MOCVD法，在1025℃形成由未掺杂的磷化硼层构成的第2非晶态层105。第2非晶态层105的气相生长时的V/III比率控制在15，以便第2非晶态层105形成相对于磷化学计量上富含硼的p型传导层。另外，其层厚控制在10nm。
在第2非晶态层105的气相生长结束后，一边使向气相生长区供给的(C2H5)3B)的供给量保持一定，一边仅增加PH3的供给量以使V/III比率成为1290。接着，在第2非晶态层105上，利用(C2H5)3B)/PH3/H2系常压MOCVD法，在1025℃形成由未掺杂的磷化硼层构成的上部包层106。上部包层106的层厚控制在600nm。因为在超过1000℃的高温下，如上所述，降低了V/III比率而进行的气相生长，所以形成的上部包层106成为化学计量上富含硼的层。另外，使用通常的孔效应法测定的该层的室温下的载流子(空穴)浓度是2×1019cm-3，电阻率是5×10-2Ω·cm，得到了低电阻的上部包层(p型磷化硼晶体层)。
停止向气相生长区供给(C2H5)3B)后，使上部包层106的生长结束后，在PH3和H2的混合气氛中，使单晶基板101降温至约600℃。
如上所述，在单晶基板101上形成依次层叠下部包层102、发光层103、第1非晶态层104、第2非晶态层105、以及由p型磷化硼晶体层构成的上部包层106而形成了层叠体20。
对得到的层叠体20进行分析时，第1和第2非晶态层104、105的限制视野电子束衍射图像都是光晕的图案，确认这些层是非晶态层。与此相反，上部包层106的限制视野电子束衍射图像是{111}结晶层的图案，判明上部包层是p型磷化硼晶体层。
另外，在由p型磷化硼晶体层构成的上部包层106的明视野TEM图像中，在平行于<111>结晶取向的方向看到孪晶或者存在层叠缺陷，但几乎没有看到失配位错。
另外，从利用电场辐射型AES分析得到的硼(B)和磷(P)的强度比，判明第1和第2非晶态层104、105以及由p型磷化硼晶体层构成的上部包层106的硼原子浓度，相对于磷原子浓度是大约0.5％过剩。
接着，使已形成层叠体20的单晶基板101冷却至室温附近的温度，从气相生长区取出后，在由形成层叠体20的表面的p型磷化硼晶体层构成的上部包层106上的约中央部，配置由金·铍(Au99质量％·Be1质量％)合金构成的平面看为圆形的p型欧姆性电极107。另外，在单晶基板101的整个背面上，设置由金·锑(Al·Sb)合金构成的n型欧姆性电极108。这样，制成了平面看一边约300μm的正方形的pn接合型DH结构的LED。
在p型和n型欧姆性电极107、108之间，在正向流通20mA的直流电流时的发光特性如下。
(1)发光色：蓝紫
(2)发光中心波长：约440nm
(3)发光强度(芯片状态)：约6mcd
(4)正向电压：约3.5V
再者，在p型和n型欧姆性电极107、108之间逆向流通10μA的直流电流时的逆向电压是10V。
此外，从近视野发光图像确认，从发光层103的大致整个面提供光。认为这是因为，在本实施例中能够利用低电阻的p型磷化硼晶体层构成上部包层106，因此通过上部包层106，能够使动作电流在发光层103的广泛范围扩散。另外，在本实施例中，在由III族氮化物半导体(氮化镓·铟)构成的发光层上，形成隔着第1和第2非晶态层104、105设置有由p型磷化硼晶体层构成的上部包层106而形成的层叠结构，因此提供局部的耐压不良少、整流特性优良的LED。
实施例2
在图3中示意地示出在制作pn接合型双异质(DH)接合结构的LED12中使用的层叠结构体13的剖面结构。在图4中示意地示出图3的LED的平面结构。
单晶基板101使用(0001)-蓝宝石(α-Al2O3单晶)。在单晶基板101的(0001)-表面上，利用常压(约大气压)有机金属气相外延(MOVPE)手段，淀积由n型氮化镓(GaN)构成的下部包层102。下部包层102，以三甲基镓(分子式：(CH3)3Ga)作为镓(Ga)源，并且以氨(分子式：NH3)作为氮源，在1050℃进行淀积。形成下部包层102的n型GaN层的载流子浓度，通过掺杂硅(Si)，调整成4×1018cm-3，层厚控制在2800nm。停止供给上述的镓源使下部包层102的生长结束后，在氮源(＝NH3)和氢的混合气氛中使单晶基板101的温度降温至750℃。
然后，和上述的镓源一起使用铟(In)源的三甲基铟(分子式：(CH3)3In)，在n型下部包层102上形成由n型氮化镓·铟(Ga0.90In0.10N)构成的阱层103a-1。构成阱层103a-1的上述氮化镓·铟层，成为由铟组成不同的多个相构成的多相结构，其平均的铟组成是0.10(＝10％)。阱层103a-1的层厚控制在10nm。在阱层103a-1上，在750℃利用上述的(CH3)3Ga/NH3/H2反应系常压MOCVD手段，接合而设置由n型氮化镓(GaN)构成的阻挡层103b-1。阻挡层103b-1的层厚控制在20nm。在阻挡层103b-1上再设置由上述的多相结构的Ga0.90In0.10N构成的阱层103a-2。该阱层103a-2的层厚，为了通过与构成量子阱层结构的发光层103的终端的阻挡层103b-2的接合，形成对提供更长波长的发光成为合适的传导带和价电子带的曲折带结构，因此控制在比先前的阱层103a-1薄的8nm。接着，与阱层103a-2接合设置阻挡层103b-2，该阻挡层103b-2形成量子阱结构的发光层的终端，膜厚控制为与先前的阻挡层103b-1相同的20nm。
使阱层和阻挡层交错地连续2周期重叠，形成量子阱结构的发光层103后，在氮源(＝NH3)和氢的混合气氛中使单晶基板101的温度降温至450℃。接着，在低于上述的阻挡层和阱层进行气相生长的温度的低温，与形成量子阱结构的发光层103的终端的阻挡层103b-2接合而设置由未掺杂的磷化硼(BP)构成的第1非晶态层104。利用三乙基硼(分子式：(C2H5)3B)/磷化氢(分子式：PH3)/氢(H2)反应系常压MOCVD手段设置由磷化硼构成的第1非晶态层104。第1非晶态层104的层厚控制在15nm。形成第1非晶态层104后，在磷源(＝PH3)和氢的混合气氛中使单晶基板101的温度从450℃升温至1025℃。
接着，使用和上述相同的(C2H5)3B)/PH3/H2反应系常压MOCVD手段和气相生长装置，在高于第1非晶态层104的高温，与第1非晶态层104接合设置第2非晶态层105。通过使第2非晶态层105进行气相生长时的V/III比率(＝PH3/(C2H5)3B)设定在16，第2非晶态层105成为相对于磷(P)在化学计量上富含硼(B)的p型传导层。在该高温进行气相生长的第2非晶态层105的层厚控制在15nm。
接着，在1025℃，使用和上述相同的(C2H5)3B)/PH3/H2反应系常压MOCVD手段和气相生长装置，以未掺杂的p型磷化硼单晶层作为上部包层106，与第2非晶态层105接合设置。形成上部包层106的未掺杂的p型磷化硼单晶层的层厚控制在580nm。
结束上部包层106的气相生长，形成层叠结构体13后，使层叠结构体13冷却至室温附近。此后，对p型上部包层106和发光层103进行电学上或者晶体结构上的评价。P型上部包层106，使用一般的电解C-V(容量-电压)法计测的载流子浓度控制在2×1019cm-3。在未处理状态已经是低电阻的p型导电层。利用一般的剖面TEM技法计测的位错密度，按平均是不到1×103/cm2。也部分地存在位错密度控制在小于或等于1×102/cm2的区域。另一方面，构成发光层103的阻挡层103b-1、2和阱层103a-1、2的内部的位错密度是约2×1010/cm-2。另外，在形成量子阱结构的发光层的阻挡层和阱层的层厚上没有变化，特别是，在形成非晶态层和异质接合的最终端的阻挡层内部，没有看到起因于高温下的GaN的分解的微小空洞的发生。尤其是，在本实施例中，与形成量子阱结构的最终端的阻挡层接合的第1非晶态层、与该第1非晶态层接合的在更高温生长的第2非晶态层、以及将第2非晶态层作为底层而形成的p型磷化硼构成的上部包层的任一层都由未掺杂层形成，因此也抑制了由掺杂的杂质的扩散引起的阻挡层和阱层的接合界面的杂乱化。
在形成层叠结构体13的表层的p型上部包层106的中央部配置了p型电极204。P型电极204的底面电极204a，由对于p型磷化硼单晶形成非欧姆性接触的金·锡(Au：98质量％·Sn2质量％)合金构成。底面电极204a的平面形状为圆形，直径控制在130μm。在底面电极204a上设置由金·铍(Au：99质量％·Be1质量％)构成的p型欧姆性电极204b。p型欧姆性电极204b，如图4所示，由相互垂直的宽度控制在60μm的2根带状的电极构成。带状的电极204b垂直交叉的交叉点和圆形的底面电极204a的平面形状的中心点一致。另外，带状电极204b延长设置到对LED12外部开放的发光区205。再有，为了形成连接用的焊盘(pad)电极，在底面电极204a和存在于底面电极204a上的带状电极204b上被覆厚约1.7μm的金(Au)的真空蒸镀膜204c。通过使用甲烷(分子式：CH4)/氩(元素符号：Ar)/H2混合气体的等离子蚀刻法，如图4所示，去除不要的部分，使下部包层102露出后，在该露出的表面如图3和图4所示配置另一方的n型电极108。
在具备由上述的构成形成的p型电极204的一边控制在300μm的平面形状为正方形的LED12中，正向流通元件驱动电流，确认发光特性。从LED13放出中心的波长为442nm的蓝色带光。发光光谱的半值宽度是120毫电子伏特(meV)。利用一般的积分球测定的树脂模铸以前的芯片状态的发光强度是7毫烛光(mcd)。另外，因为p型电极204形成为与由位错密度特别小的p型磷化硼构成的上部包层106接触而设置的构成，所以没有看到在以往的例子中看到的通过位错，元件驱动电流短路地向量子阱结构的发光层103流通而引起的微小发光亮点的发生。从近视野发光图案也可知发光强度在向外部开放的发光区205的大致整个面都是均匀的。
另外，由于形成与低位错密度的p型磷化硼构成的上部包层106接触而设置p型电极204的构成，所以也没有看到局部的耐压不良。因此，提供正向电流是20mA时的正向电压(所谓Vf)控制在约3V、逆向电流是10μA时的逆向电压(Vr)控制在大于或等于8V的良好整流特性的LED12。
实施例3
在图5中示意地示出本实施例中记载的LED30的剖面结构。另外，在图6中示出LED30的平面示意图，但图5的剖面图是表示沿图6所示的点划线A-A′的剖面图。单晶基板301使用掺杂磷(P)的n型(111)-Si单晶。在单晶基板301的(111)-表面上，利用常压(约大气压)有机金属气相生长(MOCVD)方法，淀积由未掺杂的n型磷化硼单体(BP)构成的下部包层302。n型下部包层302，利用三乙基硼(分子式：(C2H5)3B)/磷化氢(分子式：PH3)/氢(H2)反应系，在950℃形成。为了得到对波长430nm～460nm的蓝色带光的大于或等于40％的反射率，n型下部包层302的层厚控制在240nm。停止上述的硼源的供给使n型下部包层302的气相生长中断后，在磷化氢(PH3)和氢(H2)的混合气氛中使Si单晶基板301的温度降温至825℃。
然后，利用三甲基镓(分子式：(CH3)3Ga)/三甲基铟(分子式：(CH3)3In)/氨(分子式：NH3)/H2反应系常压MOCVD手段，将n型氮化镓·铟(GaXIn1-XN：0≤X≤1)层作为发光层30，与n型下部包层303接合设置。形成n型发光层303的氮化镓·铟层，由铟组成比(＝1-X)不同的多种相构成的多相结构的GaXIn1-XN层构成。铟的平均组成比为0.06(＝6％)。由该n型Ga0.94In0.06N层构成的发光层303的层厚控制在50nm。停止(CH3)3Ga和(CH3)3In的供给，使n型Ga0.94In0.06N层的气相生长结束。
在NH3和H2的混合气氛中，使单晶基板301的温度升温至1000℃后，在发光层303上，利用上述的(C2H5)3B/PH3/H2反应系常压MOCVD手段，形成由未掺杂的磷化硼层构成的第1非晶态层304。将V/III比率(＝PH3/(C2H5)3B)控制在40，使第1非晶态层304进行气相生长。在该条件下气相生长的磷化硼非晶态层的受主浓度，用一般的电解C(电容)-V(电压)法，是6×1018cm-3。另外，用一般的霍尔(Hall)效应测定法，室温下的载流子(空穴)浓度是4×1017cm-3。第1非晶态层304的层厚控制在12nm。
一旦停止作为硼源使用的(C2H5)3B的供给，使第1非晶态层304的气相生长结束后，一边使磷源的PH3和H2流通，一边使单晶基板301的温度升温至1050℃。接着，在第1非晶态层304上，利用(C2H5)3B/PH3/H2反应系常压MOCVD手段形成由掺杂的磷化硼构成的第2非晶态层305。为了形成比第1非晶态层304高的载流子(空穴)浓度，第2非晶态层305以V/III比率为21进行生长。在该条件下进行气相生长的未掺杂的磷化硼非晶态层的受主浓度，用一般的电解C(电容)-V(电压)法，是1×1020cm-3。另外，用一般的霍尔(Hall)效应测定法，室温下的载流子(空穴)浓度是2×1019cm-3。未掺杂的第2非晶态层305的层厚控制在12nm。
接着，利用(C2H5)3B/PH3/H2反应系常压MOCVD手段，在1025℃，在第2非晶态层305上设置由未掺杂的p型磷化硼构成的上部包层306。p型磷化硼构成的上部包层306进行气相生长时的V/III比率，控制在比第1非晶态层304高的、与第2非晶态层305相同的21。由未掺杂的p型磷化硼构成的上部包层的受主浓度，用一般的电解C(电容)-V(电压)法测定，是2×1020cm-3。另外，用一般的霍尔(Hall)效应测定法，室温下的载流子(空穴)浓度是3×1019cm-3，电阻率是5×10-2Ω·cm。由p型磷化硼构成的上部包层306的层厚控制在580nm。停止硼源的(C2H5)B的供给，使由未掺杂的p型磷化硼构成的上部包层306的气相生长停止后，在PH3和H2的混合气氛中，冷却至约650℃。接着，在氢气流中冷却至室温。
冷却后，分析磷化硼非晶态层304、305和由p型磷化硼构成的上部包层306的晶体结构。从磷化硼非晶态层304、305，不出现明显的X射线衍射峰，并且电子束衍射图也是晕圈。在来自由p型磷化硼构成的上部包层306的X射线衍射图中，作为主衍射峰，除了来自闪锌矿结晶型的磷化硼的(111)晶面的(1111)-衍射峰以外，还出现(311)-和(110)-衍射峰等次要峰。另外，在电子束衍射图上，对应于磷化硼的111-晶面的衍射点多出现在111-衍射环上。由此，表明由p型磷化硼构成的上部包层306是多晶层。另外，在利用剖面TEM技法的内部观察中确认，由p型磷化硼构成的上部包层306，是取向关于<110>位向稍微不同的柱状的(111)结晶聚集的多晶层。直至由p型磷化硼构成的上部包层306的表面仍旧是多晶体，未形成单晶层。另一方面，形成下部包层302的n型磷化硼层的表层部成为由(111)-晶面构成的单晶层。
由多晶体的磷化硼构成的上部包层306是低电阻的，因此不必实施以往那样的用于形成低电阻层的复杂的热处理，在其表面的中央部，设置由钛(Ti)构成的底面电极307a。钛(元素符号：Ti)用一般的电子束蒸镀法形成，层厚控制在60nm。在直径规定为30μm的平面形状是圆形的底面电极307a上，与该底面电极接触而设置由铂(元素符号：Pt)构成的中间层307b。用与Ti相同的电子束蒸镀法形成中间层307b的铂层，其层厚控制在30nm。此外，与中间层307b接触而设置由金·铍(Au·Be)合金构成的p型欧姆性电极307c。p型欧姆性电极307c，在底面电极307a的周边，与由多晶体的磷化硼构成的上部包层306的表面接触，而且在由p型磷化硼构成的上部包层306的表面，如图6所示，在元件的外缘部配置成框状以及线状。构成框状电极307c-1和线状电极307c-2的Au·Be电极的线宽控制在60μm。p型电极307，由Ti底面电极307a/Pt中间层307b/Au·Be欧姆性电极307c的3层结构构成。
在n型(111)-硅(Si)单晶基板301的背面的基本整个面上，设置由铝·锑(Al·Sb)合金构成的欧姆性的n型电极308。构成pn接合型DH(双异质)结构的LED30。在两个欧姆性电极307、308之间，正向地使20毫安(mA)的动作电流流通时，从LED30发出波长大约是440nm的蓝紫带光。利用一般的积分球测定的芯片状态下的发光强度是8毫烛光(mcd)。另外，由于配置肖特基接触性的底面电极307a而阻碍向p型电极307的正下方的发光层303的短路流通的元件动作电流，通过p型欧姆性电极307c，在p型上部包层306的整个面扩散，因此从p型包层306的大致整个面呈现均匀强度的发光。特别是，由多晶体的磷化硼层构成，而缓和外加在发光层303上的应变，因此看不到由元件驱动电流的长时间通电引起的发光强度的变化。正向电流规定为20mA时的正向电压(所谓Vf)控制在约3V、逆向电流规定为10μA时的逆向电压(Vr)控制在大于或等于8V，表现良好的整流特性。
产业上的应用可能性
按照本发明，能够得到磷化硼系半导体发光元件，该发光元件通过构成为隔着由磷化硼系半导体构成的非晶态层而生长低电阻的p型磷化硼系半导体层构成的p型上部包层，因此具有高强度的发光、而且具有连续长时间的高强度的发光的优良的整流特性。本发明的磷化硼系半导体发光元件作为发光二极管等是有用的。

Claims (23)

1.一种磷化硼系半导体发光元件，其具备异种接合结构的发光部，该发光部是在导电性或者高电阻的单晶体基板的表面上依次具备由n型化合物半导体构成的n型下部包层、由n型的III族氮化物半导体构成的n型发光层、以及由设置在该发光层上的p型的磷化硼系半导体构成的p型上部包层而构成，且该磷化硼系半导体发光元件形成有与该p型上部包层接触的p型电极而构成，其特征在于，由磷化硼系半导体构成的非晶态层设置在p型上部包层和n型发光层中间。
2.根据权利要求1所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，非晶态层具有多层结构，其包括与n型发光层接触的第1非晶态层，和由比该第1非晶态层载流子浓度高的p型磷化硼系半导体构成的，与p型上部包层接触的第2非晶态层。
3.根据权利要求2所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，第1非晶态层由在低于n型发光层的温度进行气相生长的磷化硼系半导体构成。
4.根据权利要求2或3所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，第1非晶态层的层厚为2nm～50nm，由未掺杂的磷化硼构成。
5.根据权利要求2所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，第2非晶态层由在高于该第1非晶态层的温度进行气相生长的p型磷化硼系半导体构成。
6.根据权利要求2所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，第2非晶态层由未掺杂的非晶态的p型磷化硼构成，其室温下的受主浓度(acceptor concentration)是2×1019cm-3～4×1020cm-3、室温下的载流子浓度是5×1018cm-3～1×1020cm-3、而且层厚是2nm～450nm。
7.根据权利要求1所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，p型上部包层由位错密度小于或等于形成n型发光层的III族氮化物半导体的位错密度的p型磷化硼系半导体构成。
8.根据权利要求1所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，p型上部包层由室温下的受主浓度是2×1019cm-3～4×1020cm-3、室温下的载流子浓度是5×1018cm-3～1×1020cm-3、而且室温下的电阻率是小于或等于0.1Ω·cm的未掺杂多晶体的p型磷化硼系半导体构成的。
9.根据权利要求1所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，设置在p型上部包层上的p型电极由底面电极和p型欧姆性电极构成，该底面电极与p型上部包层的表面接触，由与构成该p型上部包层的p型磷化硼系半导体形成非欧姆性接触的材料构成，该p型欧姆性电极与该底面电极电接触、而且延伸为也与p型上部包层表面接触，并且与p型磷化硼系半导体进行欧姆性接触。
10.根据权利要求9所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，p型欧姆性电极在未形成该底面电极的p型上部包层的表面上作为带状电极延伸设置。
11.根据权利要求9所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，底面电极由金·锡(Au·Sn)合金或者金·硅(Au·Si)合金构成。
12.根据权利要求9所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，底面电极由钛(Ti)构成。
13.根据权利要求9所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，p型欧姆性电极由金·铍(Au·Be)合金或者金·锌(Au·Zn)合金构成。
14.根据权利要求9所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，p型欧姆性电极由镍(Ni)或其化合物构成。
15.根据权利要求9所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，在p型欧姆性电极和底面电极中间设置有由过渡金属构成的中间层。
16.根据权利要求15所述的磷化硼系半导体发光元件，其特征在于，中间层由钼(Mo)或者铂(Pt)构成。
17.一种磷化硼系半导体发光元件的制造方法，该方法包括：形成异种接合结构的发光部，该发光部由在导电性或者高电阻的单晶基板的表面依次形成由n型的化合物半导体构成的n型下部包层、由n型的III族氮化物半导体构成的n型发光层、以及由设置在该发光层上的p型的磷化硼系半导体构成的p型上部包层构成，并与该p型上部包层接触而形成p型的欧姆性电极，其特征在于，在n型发光层上，隔着利用气相生长手段设置的由磷化硼系半导体构成的非晶态层，利用气相生长手段形成由p型的磷化硼系半导体层构成的p型上部包层。
18.一种磷化硼系半导体发光元件的制造方法，该方法包括：形成异种接合结构的发光部，该发光部由在导电性或者高电阻的单晶基板的表面依次形成由n型的化合物半导体构成的n型下部包层、由n型的III族氮化物半导体构成的n型发光层、以及由设置在该发光层上的p型的磷化硼系半导体构成的p型上部包层构成，并与该p型上部包层接触而形成p型的欧姆性电极，其特征在于，形成第1非晶态层，其由在n型发光层上利用气相生长手段设置的磷化硼系半导体构成，利用气相生长手段形成第2非晶态层，其与第1非晶态层接触、由载流子浓度比第1非晶态层高的非晶态的p型磷化硼系半导体构成，并利用气相生长手段形成接触第2非晶态层且由p型的磷化硼系半导体层构成的p型上部包层。
19.根据权利要求18所述的磷化硼系半导体发光元件的制造方法，其特征在于，将供给气相生长区的作为硼源的含硼化合物和作为磷源的含磷化合物的浓度比率(所谓V/III比率)设为0.2～50，在保持在超过250℃、不到750℃温度的该n型发光层上，利用气相生长方法形成第1非晶态层。
20.根据权利要求18所述的磷化硼系半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在保持在1000℃～1200℃的温度的第1非晶态层上，以超过使第1非晶态层气相生长时的V/III比率的V/III比率使第2非晶态层进行气相生长。
21.根据权利要求17或18所述的磷化硼系半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在750℃～1200℃的温度，V/III比率控制在600～2000，使p型上部包层进行气相生长。
22.根据权利要求18所述的磷化硼系半导体发光元件的制造方法，其特征在于，第1非晶态层和第2非晶态层及p型上部包层都由磷化硼(BP)构成。
23.一种发光二极管，该发光二极管包括权利要求1～16的任一项中记载的磷化硼系半导体发光元件。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102709409A (zh) * 2012-05-31 2012-10-03 东莞洲磊电子有限公司 一种四元系led芯片及其切割方法
CN109817774A (zh) * 2014-02-14 2019-05-28 晶元光电股份有限公司 发光元件

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004049451A2 (en) * 2002-11-28 2004-06-10 Showa Denko K.K. Boron phosphide-based compound semiconductor device, production method thereof and light-emitting diode
US7508010B2 (en) 2002-12-02 2009-03-24 Showa Denko K.K. Boron phoshide-based compound semiconductor device, production method thereof and light-emitting diode
EP2886515A1 (en) 2013-12-23 2015-06-24 Université Pierre et Marie Curie (Paris 6) Production of boron phosphide by reduction of boron phosphate with an alkaline metal
JP2018515416A (ja) 2015-05-20 2018-06-14 ユニヴェルシテ ピエール エ マリ キュリ（パリ ６） Ｂｐ、ｂ１２ｐ２およびそれらの混合物の、特にナノ粉末としての製造のためのメカノケミカル方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001168395A (ja) * 1999-12-09 2001-06-22 Showa Denko Kk Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体発光ダイオード
US6541799B2 (en) * 2001-02-20 2003-04-01 Showa Denko K.K. Group-III nitride semiconductor light-emitting diode
JP2002270896A (ja) * 2001-03-14 2002-09-20 Showa Denko Kk Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法
WO2002097861A2 (en) * 2001-05-28 2002-12-05 Showa Denko K.K. Semiconductor device, semiconductor layer and production method thereof
JP3700609B2 (ja) * 2001-06-04 2005-09-28 昭和電工株式会社 化合物半導体発光素子、その製造方法、ランプ及び光源
JP4799769B2 (ja) * 2001-07-06 2011-10-26 昭和電工株式会社 ＧａＰ系発光ダイオード
ATE384337T1 (de) * 2001-08-20 2008-02-15 Showa Denko Kk Mehrfarben-lichtemissionslampe und lichtquelle

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102709409A (zh) * 2012-05-31 2012-10-03 东莞洲磊电子有限公司 一种四元系led芯片及其切割方法
CN109817774A (zh) * 2014-02-14 2019-05-28 晶元光电股份有限公司 发光元件

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