JP2002164533A

JP2002164533A - 化合物半導体積層構造体及びそれを用いたバイポーラトランジスタ

Info

Publication number: JP2002164533A
Application number: JP2000362534A
Authority: JP
Inventors: Taichi Okano; 太一岡野; Takashi Udagawa; 隆宇田川
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2002-06-07

Abstract

(57)【要約】【解決すべき課題】バイポーラトランジスタの電流増
幅率及び経時安定性を向上させることのできる化合物半
導体積層体を提供する。【解決手段】炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層を備えた
化合物半導体積層体であって、該ＧａＡｓ系結晶層はＧ
ａＡｓのバンド端発光に起因する第１のフォトルミネッ
センス発光（Ｌ１）と、第２のフォトルミネッセンス発
光（Ｌ２）とを有し、Ｌ２はＬ１より長波長であり、か
つ強度比Ｌ２／Ｌ１が０．５〜３であることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】III−Ｖ族化合物半導体ヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を構成するに
好適に利用できる、炭素（Ｃ）添加ｐ形ＧａＡｓ系結晶
層を備えた化合物半導体積層構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】高いキャリア濃度のｐ形III−Ｖ族半導
体成長層を必須の構成要素（構成層）とするIII−Ｖ族
半導体装置の代表的な例としてヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ（以下ＨＢＴという）が周知である（赤崎
勇編著、「III−Ｖ族化合物半導体」（１９９４年５月
２０日、（株）培風館発行初版）、２３９〜２４２頁参
照）。ＨＢＴはマイクロ波帯等の高周波帯域に於ける信
号増幅器などとして利用されている半導体装置である。
それは、基本的に素子動作電流（電子）を供給（放射）
するためのエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）層、ベース（ｂ
ａｓｅ）層、及び素子動作電流を集配するコレクタ（ｃ
ｏｌｌｅｃｔｏｒ）層の３機能層のＮＰＮ型またはＰＮ
Ｐ型ヘテロ（ｈｅｔｅｒｏ）接合構造を備えてなる素子
である（深海登世司監修、「半導体工学」（１９９３
年３月２０日、東京電機大学出版局発行、第１版７
刷）、９７〜９９頁参照）。素子構造上、ベース層はエ
ミッタ層とコレクタ層との中間に配置される（上記の
「半導体工学」、９７〜９９頁参照）

【０００３】III−Ｖ族化合物半導体ＮＰＮ（ｎｐｎ）
型ＨＢＴにあって、エミッタ／コレクタ間に流通させる
素子動作電流を制御する重要な機能を担うベース（ｂａ
ｓｅ）層には、高キャリア（正孔）濃度のｐ形III−Ｖ
族化合物半導体層が利用されている（上記の「III−Ｖ
族化合物半導体」、２３９〜２４２頁参照）。砒化アル
ミニウム・ガリウム（組成式Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ：０＜Ｘ
＜１）／砒化ガリウム（化学式：ＧａＡｓ）系、或いは
リン化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_YＩｎ_1-YＰ：
０＜Ｙ＜１）／ＧａＡｓ系の何れの材料系からなるＮＰ
Ｎ型化合物半導体ＨＢＴでは、ｐ形ベース層は砒化ガリ
ウム（ＧａＡｓ）から構成されるものとなっている。Ｎ
ＰＮ型のリン化ガリウム・インジウム系ＨＢＴでは、ｐ
形ＧａＡｓベース層の表面上には、ｎ形Ｇａ_0.51Ｉｎ
_0.49Ｐエミッタ層、裏面にはｎ形ＧａＡｓコレクタ層が
接合される構成となっている（ＩＥＥＥＩｎｃ．２１
ｓｔ．ＡｎｎｕａｌＧａＡｓＩＣｓｙｍｐｏｓｉ
ｕｍ（Ｏｃｔ．１７７−２０,１９９９）,Ｔｅｃｈｎｉ
ｃａｌＤｉｇｅｓｔ１９９９,２３７〜２４０頁参
照）。

【０００４】ｐ形ベース層としては、約１×１０¹⁹ｃｍ
^-3を越えるキャリア（正孔）濃度の低抵抗の結晶層、特
に、ＭＯＣＶＤ等の気相成長法に依る気相成長層が利用
されている。高キャリア濃度のｐ形ＧａＡｓ気相成長層
を成長させるための従来手段として、亜鉛（元素記号：
Ｚｎ）等のアクセプタ不純物をドーピングする技術手段
が知られている（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，２９
（１９９３）,１７２５頁参照）。また、炭素を添加し
て高キャリア濃度のｐ形ＧａＡｓ気相成長層を得る手段
がある（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６８（７）
（１９９６）,９８２〜９８４頁参照）。高い正孔濃度
を得るにあたっての容易さから、また、II族アクセプタ
不純物に比較しての低い拡散性から炭素（Ｃ）を添加す
る手段が一般化している（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．Ｂ、１４（６）（１９９６）,３５０９〜３
５１３）。

【０００５】しかし、高いキャリア（正孔）濃度の炭素
（Ｃ）添加ＧａＡｓ系結晶層を具備する従来のＨＢＴで
は、素子流通電流（エミッタ−コレクタ電流）が経時的
に変化する不都合があることが知れている（”２０００
ＧａＡｓＭＡＮＴＥＣＨＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（Ｍ
ａｙ１〜４,２０００）”、ＤｉｇｅｓｔｏｆＰａ
ｐｅｒｓ（ＧａＡｓＭａｎｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．，ＵＳ
Ａ,２０００）,１３１〜１３５頁参照）。例えば、素子
流通電流の経時変化（不安定性）である電流ドリフト
（ｄｒｉｆｔ）が発生すると、ベース電流（Ｉｂ）に対
するコレクタ電流（Ｉｃ）の比率（β）（β＝Ｉｃ／Ｉ
ｂ）、所謂、電流増幅率（古川静二郎他著、「電子デ
バイス工学」（１９９５年１０月１６日、森北出版
（株）発行第１版第８刷）、６２〜６３頁参照）が不安
定となるのが問題となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の電流
増幅率やその不安定性（電流ドリフト）が炭素（Ｃ）添
加ｐ形ＧａＡｓ系結晶層の光学的性質及び当該層の内部
に残留する水素不純物の濃度に依存すると云う知見に基
づきなされたもので、特に、電流増幅率を向上させると
共に、III−Ｖ族化合物半導体ＨＢＴに於ける従来の電
流ドリフトを減少させるに有効となる炭素（Ｃ）添加Ｇ
ａＡｓ系結晶層を提供することを目的とする。また、炭
素（Ｃ）添加ＧａＡｓ系結晶層とからなるｐｎ接合構造
を具備してなるIII−Ｖ族化合物半導体ＨＢＴを提供す
ることを目的とする。

【０００7】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するためになされたもので、以下に記載の化合物半導
体積層構造体及び化合物半導体ＨＢＴからなる。［１］炭素（元素記号：Ｃ）を含有するｐ形の砒化ガリ
ウム（化学式：ＧａＡｓ）系結晶層（炭素含有ｐ形Ｇａ
Ａｓ系結晶層）を備えてなる化合物半導体ヘテロ接合バ
イポーラ用の化合物半導体積層構造体であって、炭素含
有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層が、ＧａＡｓのバンド端遷移に
起因する第１のフォトルミネッセンス発光と、第２のフ
ォトルミネッセンス発光とを有し、第２のフォトルミネ
ッセンス発光は第１のフォトルミネッセンス発光よりも
発光波長を長波長とし、且つ、第１のフォトルミネッセ
ンス発光の強度に対する第２のフォトルミネッセンス発
光の強度比が０．５以上で３以下であることを特徴とす
る化合物半導体積層構造体、［２］炭素含有量が炭素原子濃度で１×１０¹⁹原子／ｃ
ｍ³以上６×１０¹⁹原子／ｃｍ³以下であることを特徴と
する上記［１］に記載の化合物半導体積層構造体。［３］第１及び第２のフォトルミネッセンス発光を有す
る炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層の水素原子濃度が、５
×１０¹⁸原子／ｃｍ³以下であることを特徴とする上記
［１］または［２］に記載の化合物半導体積層構造体。

【０００８】［４］第１及び第２のフォトルミネッセン
ス発光を有する炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層に、ｎ形
のIII−Ｖ族化合物半導体結晶層が接合されていること
を特徴とする上記［１］ないし［３］のいずれか１項に
記載の化合物半導体積層構造体、［５］ｎ形のIII−Ｖ族化合物半導体結晶層には、ｐ形
ＧａＡｓ系結晶層との接合界面から層厚の増加方向にII
I族元素混晶の構成元素の組成禁止帯幅が減少するよう
に勾配が付されていることを特徴とする上記［４］に記
載の化合物半導体積層構造体。［６］上記［１］ないし［３］のいずれか１項に記載の
第１及び第２のフォトルミネッセンス発光を有する炭素
含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層をベース（ｂａｓｅ）層と
し、上記［４］または［５］に記載のｎ形のIII−Ｖ族
化合物半導体結晶層をエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）層及
びコレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）層として備えてなる
化合物半導体ヘテロ接合バイポーラトランジスタ。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明に
係る第１の実施形態はＨＢＴ用の化合物半導体積層体を
構成する層の中に炭素（Ｃ）を有し、かつ特定のルミネ
ッセンス発光を有するＰ形の砒化ガリウム系（ＧａＡ
ｓ）系結晶層を備えていることを特徴とする。上記のｐ
形ＧａＡｓ系結晶層を備えたＨＢＴ用の積層体の構成と
しては該結晶層をベース層とし、ｎ形のＧaＡｌＡｓ、
ＧaＩnＡs等をエミッタ層、ｎ形ＧａＡｓ層等をコレク
タ層とするＮＰＮ型の積層体及び上記のｐ形ＧａＡｓ系
結晶層をエミッタ層及びコレクタ層とし、ｎ形ＧaＡｌ
ＡｓあるいはＧaＩnＡs等をベース層とするＰＮＰ型の
積層体が一般的なものである。本発明の炭素含有ｐ形Ｇ
ａＡｓ系結晶層はＮＰＮ型及びＰＮＰ型の積層体に用い
ることができるが、特に有効なのはベース層として炭素
含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層を用いたＮＰＮ型の積層体で
ある。これらの積層体は通常基板上に順次積層して設け
られる。基板には砒化ガリウム、リン化インジウム（化
学式：ＩｎＰ）等のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶が利
用できる。珪素（元素記号：Ｓｉ）等の元素半導体単結
晶も基板として利用できる。次にＮＰＮ型積層体を取り
上げ、ＨＢＴについて説明すると、通常基板上にまず緩
衝層として例えばＡｌＧaＡｓ層とＧａＡｓ層を交互に
積層した超格子構造の層を堆積させる。この超格子構造
の層の上に例えばｎ形ＧａＡｓからなるコレクタ層を、
必要によりサブコレクタ層を介して積層させる。コレク
タ層はｎ形ＧaＡｌＡｓ層、ｎ形ＧaＩnＡs層とすること
もできる。コレクタ層上にはベース層として本発明に係
る炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層を積層し、さらにその
上にｎ形ＧaＡｌＡs層、ｎ形ＧaＩnＡs層等を積層し、
エミッタ層とする。ベースとエミッタ層は成分が異なる
所謂ヘテロ接合である。ベース層、コレクタ層、エミッ
タ層には夫々電極が取り付けられ、ＨＢＴが構成され
る。本発明の化合物半導体積層体及びそれを使用したＨ
ＢＴにおいて、炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層以外の構
成要素については公知の技術を使用することができる。
以下に炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層について説明す
る。本発明において、ＧａＡｓ系結晶層とは、ＧａＡｓ
や砒化アルミニウム・ガリウム（組成式Ａｌ_XＧａ_1-XＡ
ｓ：０≦Ｘ＜１）等のガリウム（元素記号：Ｇａ）及び
砒素（元素記号：Ａｓ）を構成元素として含む化合物半
導体結晶層である。砒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_X
Ｉｎ_1-XＡｓ：０＜Ｘ≦１）もＧａＡｓ系結晶層であ
る。ｐ形ＧａＡｓ系結晶層は有機金属熱分解化学的気相
堆積（ＭＯＣＶＤ）法等の気相成長手段、あるいは分子
線エピタキシャル（英略称：ＭＢＥ）法等の気相成長手
段により形成できる。

【００１０】炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層は、当該結
晶層の成膜時に炭素をドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）すれ
ば形成できる。炭素のドーピング源としては、四塩化
炭素（分子式：ＣＣｌ₄）や四臭化炭素（分子式：Ｃ
Ｂｒ₄）等が利用できる（上記のはＪ．Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ．Ｍａｔｅｒ．，Ｖｏｌ．２９，（２０００）、及
びはＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６２（１１）
（１９９３）参照）。これらは所謂、エクストリンシッ
ク（ｅｘｔｒｉｎｓｉｃ）ドーピング手段と云われてい
る。また、トリメチル砒素（（ＣＨ₃）₃Ａｓ）等の有機
砒素化合物の熱分解を利用する、所謂、イントリンシッ
ク（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）ドーピング手段により形成で
きる（ＡｂｓｔｒａｃｔｏｆＦｏｕｒｔｈＥｕｒ
ｏｐｅａｎＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＭｅｔａｌｏｒｇ
ａｎｉｃＶａｐｏｕｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ
参照）。エクストリンシックまたはイントリンシックド
ーピングの手段に拘わらず、炭素（Ｃ）含有ＧａＡｓ系
結晶層内部の炭素原子濃度は、約１×１０¹⁹原子／ｃｍ
³以上で約６×１０¹⁹／ｃｍ³以下とするのが望ましい。
四臭化炭素（ＣＢｒ₄）等を供給するエクストリンシッ
クドーピングにあっては、その供給量を調整するのが炭
素原子濃度を調節する一手段である。また、イントリン
シックドーピングにあっては例えば、成膜温度や第III
族構成元素源に対する第Ｖ族構成元素（砒素）源の供給
量比率（所謂、Ｖ／III比率）等の因子を調整して炭素
原子濃度を調整する。炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層内
の炭素原子濃度は一般的な２次イオン質量分析法（英略
称：ＳＩＭＳ）等の分析法により定量できる。炭素原子
濃度は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態と、成長後に例えば、熱
処理を施した後において然したる変化を来さないのが通
常である。

【００１１】本発明では、上記の望ましい範囲の炭素原
子濃度を有する炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層にあっ
て、更にその結晶性に規定を加える。炭素（原子半径＝
０．７７Å）はガリウム（Ｇａ）（原子半径＝１．３８
Å）や砒素（Ａｓ）（原子半径＝１．２５Å）に比較し
て原子半径が小であるため（原子半径については、
（社）日本化学会編著、「化学便覧基礎編」（丸善
（株）、昭和４５年８月２０日発行、第３刷、１２５９
頁参照）、炭素原子を過度に含有させると例えば、Ｇａ
Ａｓ結晶の格子が縮小することに起因して結晶性が損な
われる。この結晶性が損なわれる状況は一般的なフォト
ルミネッセンス（英略称：ＰＬ）（以下ルミネッセンス
と略す）法により測定できる。

【００１２】図１に温度１０Ｋ（ケルビン）において測
定した炭素含有ＧａＡｓ結晶層のルミネッセンススペク
トルを例示する。励起光には、波長４８８ｎｍのアルゴ
ン（Ａｒ）レーザー光を用いている。中心波長にして約
８３０ｎｍ前後に出現する第１のルミネッセンス発光
（Ｌ１）はＧａＡｓのバンド端遷移に起因している。例
えば、温度１０Ｋにおけるルミネッセンス測定におい
て、第１のルミネッセンス発光（Ｌ１）が出現する波長
範囲は、大凡８３０ｎｍである。より長波長の約８４５
ｎｍ近傍には本発明の云う第２のルミネッセンス発光
（Ｌ２）が出現している。第２のルミネッセンス発光
（Ｌ２）は、炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層内部の水素
原子濃度が小である程、第１のルミネッセンス発光（Ｌ
１）より発光波長を隔てて長波長側に出現する。水素原
子濃度が約５×１０¹⁸原子／ｃｍ³以下である場合、温
度１０Ｋでのルミネッセンス測定に於いて、第２のルミ
ネッセンス発光は波長にして大凡、８４０ｎｍを越えた
長波長の範囲に出現する。

【００１３】第２のルミネッセンス発光（Ｌ２）の強度
は炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層の炭素原子濃度と結晶
性とに影響されて変化する。炭素原子濃度が増加すると
第２のルミネッセンス発光（Ｌ２）の強度は増大する傾
向にある。一方、炭素原子濃度が上記の望ましい範囲を
越えて極端に大となると、ＧａＡｓ系結晶の格子の縮小
が顕著となるため、例えば、経時的な特性の変化の少な
いＧａＩｎＰ系ＨＢＴを構成するに支障を来すこととな
る。従って、極端に強度の高い第２のルミネッセンス発
光（Ｌ２）を発現する炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層
は、例えば、ｎｐｎ接合型化合物半導体ＨＢＴのベース
（ｂａｓｅ）層として好ましく利用できない。化合物半
導体ＨＢＴの一構成層として好ましく利用できる炭素含
有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層は、第２のルミネッセンス発光
（Ｌ２）の強度比が第１のルミネッセンス発光（Ｌ１）
の強度に対して望ましくは３倍以下とするものである。

【００１４】また、第２のルミネッセンス発光（Ｌ２）
の強度は、炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層の結晶性が劣
悪である程、低下する。転位或いは点欠陥等の結晶欠陥
を多く含む結晶性の劣悪な炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶
層を例えば、ベース層として用いても、正孔移動度が低
下しているため、電流増幅率に優れる化合物半導体ＨＢ
Ｔを得るに難を来す。例えば、１００以上の大きな直流
電流増幅率（＝β）を安定して顕現させるには、第１の
ルミネッセンス発光（Ｌ１）の強度に対して、０．５以
上の強度比を有する第２のルミネッセンス発光（Ｌ２）
を発現する結晶性に優れる炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶
層を利用する。上記の強度比（Ｌ２／Ｌ１）は低温（１
例として温度１０Ｋ）でアルゴンレーザー光を用いて測
定するのが望ましい。

【００１５】炭素原子濃度が約１×１０¹⁹原子／ｃｍ³
以上で約６×１０¹⁹原子／ｃｍ³以下の望ましい範囲に
あり、また、第１及び第２のルミネッセンス発光（Ｌ
１、Ｌ２）の強度比を上記の範囲とする炭素含有ｐ形Ｇ
ａＡｓ系結晶層を得るには、第１には精密に制御した成
長温度で炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層を形成すること
にある。最適な成膜温度は例えば、ＭＯＣＶＤ法では成
膜雰囲気の圧力に依るが、常圧（略大気圧）ＭＯＣＶＤ
法では概ね、約５００℃から約６００℃の範囲、望まし
くは５２０℃から５４０℃である。１０⁴パスカル（単
位：Ｐａ）程度の減圧ＭＯＣＶＤ法では好ましくは５４
０℃から５６０℃である。略同一の炭素原子濃度であっ
ても、成長温度が適切な範囲にないと結晶性に優れる炭
素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層は得られ難い。従って、第
２のルミネッセンス発光（Ｌ２）の強度は低下する。

【００１６】第２には、Ｖ／III比率を比較的に低比率
側に設定することにある。例えば、トリメチルガリウム
（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）／アルシン（ＡｓＨ₃）反応系常圧
ＭＯＣＶＤ法に依るイントリンシックドーピングの場合
ではＶ／III比率を約０．５から約１．０とするのが適
する。減圧ＭＯＣＶＤ法にあっては、Ｖ／III比は約
１．０から約１．３が適する。Ｖ／III比が常圧の場合
の約０．５、減圧の場合の約１．０に満たない低比率で
あると平滑な表面を有する炭素含有ＧａＡｓ結晶層が充
分に安定して得られない。逆に、Ｖ／III比が常圧の場
合の約１．０、減圧の場合の約１．３を越えて大である
と炭素原子濃度が高められず、前記の望ましい範囲の正
孔濃度の炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層が得られ難くな
る。上記の第１の成長温度の制御及び第２のＶ／III比
率の制御は併用して行なうのが望ましい。

【００１７】本発明の請求項２に記載の発明に係わる第
２の実施形態は、上記のようにして、炭素含有ｐ形Ｇａ
Ａｓ系結晶層の炭素原子濃度を１×１０¹⁹原子／ｃｍ³
以上、６×１０¹⁹原子／ｃｍ³以下としたものである。
本発明の請求項３に記載の発明に係わる第３の実施形態
では、水素原子濃度を５×１０¹⁸原子／ｃｍ³以下とす
る炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層を用いる。炭素含有
ｐ形ＧａＡｓ系結晶層を化合物半導体ＨＢＴのベース層
としては、特性の経時変化を低減する観点からすれば水
素原子は含有されていないのが最も望ましい。しかし、
炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層の成長時に成長雰囲気か
ら当該層内に水素が侵入する。このため、実際には水素
原子濃度の最低は大凡、１×１０¹⁷原子／ｃｍ³程度で
ある。実用上は、約５×１０¹⁸原子／ｃｍ³以下の水素
原子濃度であれば、増幅率（＝β）の経時的変化（βの
ドリフト）を数％未満に抑えることができる。例えば、
水素原子濃度を約５×１０¹⁸原子／ｃｍ³として、前記
の望ましい範囲の炭素含有ｐ型ＧａＡｓ系結晶層をベー
ス層とすると、電流増幅率（β）の変動率を±１％未満
とする動作安定性に優れる化合物半導体ＨＢＴが構成で
きる利点がある。

【００１８】炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層内の水素原
子濃度を減ずる技術手段として、炭素含有ｐ形ＧａＡｓ
系結晶層を気相成長させ、一旦、当該層を冷却した後、
熱処理を施す手段が挙げられる。例えば約４００〜８５
０℃程度の温度で５〜１０分間の熱処理により、炭素含
有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層内の水素原子濃度をアズグロー
ン（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）の場合に比較して約１桁程度減
少させられる。例えば、熱処理前のａｓ−ｇｒｏｗｎ状
態で約２．３×１０¹⁹原子／ｃｍ³である水素原子濃度
を約２．５×１０¹⁸原子／ｃｍ³に減ぜられる。また、
炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層を成膜した後、冷却する
ことなく引き続き、当該結晶層の表面にｎ形III−Ｖ族
化合物半導体混晶層、例えばｎ形のリン化ガリウム・イ
ンジウム（Ｇａ_XＩｎ_1-XＰ）層をヘテロ接合させて気相
成長させ、その後、気相成長雰囲気中で冷却しても、炭
素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層内の水素原子濃度を減ずる
に効果がある。炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層に接合さ
せたIII−Ｖ族化合物半導体層は、冷却時における気相
成長雰囲気からの水素原子の侵入を阻止する役目を果た
すため、ＧａＡｓ結晶層を冷却してからIII−Ｖ族化合
物半導体層を積層する場合に比べてｐ形ＧａＡｓ系結晶
層内部の水素原子濃度を低濃度に維持できる。

【００１９】このようにして接合層を形成した後、冷却
する手段に依れば、上記したように水素原子濃度が低い
炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層が形成できる外、併せ
て、例えば化合物半導体ＨＢＴを構成するに必要なｐｎ
接合構造が形成出来る利便がある。本発明の請求項４に
記載の発明に係わる第４の実施形態では、第１及び第２
の実施形態に記す炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層にｎ形
のIII−Ｖ族化合物半導体層を接合させた構成とし、水
素原子濃度を、望ましくは、５×１０¹⁸原子／cm³以下
としたものである。

【００２０】本発明の請求項５の発明に係わる第５の実
施形態では、ｎ形のIII−Ｖ族化合物半導体結晶層を層
厚の増加方向にIII族構成元素の組成に勾配を付した組
成勾配層から構成する。特に、ｎ形III−Ｖ族化合物半
導体混晶層を、炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層との接合
界面より遠方に向けて、即ち、接合界面から厚み方向に
向けて、禁止帯幅を減少させた組成勾配層から構成す
る。リン化インジウム（化学式：ＩｎＰ）の禁止帯幅は
１．３４エレクトロンボルト（ｅＶ）である。リン化ガ
リウム（化学式：ＧａＰ）の禁止帯幅はＩｎＰのそれよ
り大きく、２．２０ｅＶである。即ち、これらの混晶で
あるＧａ_XＩｎ_1-XＰ（０≦Ｘ≦１）を例にして説明すれ
ば、ガリウム組成比が大である程、禁止帯幅は大とな
る。従って、炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層との接合界
面から遠方に向けてガリウム（Ｇａ）組成比（＝Ｘ）を
漸次、減少させれば、その方向に向けて禁止帯幅を漸
次、小とするＧａ_XＩｎ_1-XＰ組成勾配層が得られる。ま
た、ｎ形砒化アルミニウム・インジウム（組成式Ａｌ_z
Ｉｎ_1-zＡｓ：０≦Ｚ≦１）にあっては、炭素含有ｐ形
ＧａＡｓ系結晶層との接合界面から遠方の方向に漸次、
アルミニウム組成比（＝Ｚ）が小となる様に勾配を付せ
ば、その方向に向けて禁止帯幅を順次、小とするｎ形組
成勾配層が得られる。

【００２１】本発明の組成勾配を付したｎ形III−Ｖ族
化合物半導体混晶層は例えば、リン化ガリウム・インジ
ウム（Ｇａ_XＩｎ_1-XＰ：０≦Ｘ≦１）では上記したよう
に、ガリウム（Ｇａ）組成（＝Ｘ）或いはインジウム
（Ｉｎ）組成（＝１−Ｘ）を炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結
晶層との接合界面より遠方に向けて順次、変化させたＧ
ａ_XＩｎ_1-XＰ（０≦Ｘ≦１）層であるが、その組成勾配
層は、ガリウムとインジウムの成長原料の気相成長領域
への供給量を経時的に変化させて得られる。または、一
方の原料、例えば、ガリウム原料の供給量を一定としつ
つ、他方の原料、例えばインジウム原料の供給量を経時
的に変化させれば形成できる。両原料の供給比率を一定
に保持しながら、成膜温度を経時的に変化させ、温度に
依る原料の分解特性の差異を利用して組成勾配を付与す
る手段もある。一般には、所望の組成の勾配を制御性の
観点から原料の供給流量を経時的に変化させる技術手段
が好んで利用される。

【００２２】組成勾配には数種類の様式が例示できる。
例えば、Ｇａ_XＩｎ_1-XＰ（０≦Ｘ≦１）にあって、その
層厚の増加方向にガリウム（Ｇａ）組成（＝Ｘ）を連続
的に直線的に減少させる様式がある。他の例には、炭素
含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層との接合界面近傍の領域でガ
リウム組成を一定とした後、順次、ガリウム組成を連続
的に直線的或いは曲線的に減少させる様式がある。ま
た、別の例には、炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層との接
合界面から遠方に向けてガリウム組成比またはインジウ
ム組成比（＝１−Ｘ）を階段（ｓｔｅｐ）状に変化させ
る様式がある。Ｇａ_XＩｎ_1-XＰにあって、ガリウム組成
比（＝Ｘ）が増加すれば必然的にインジウム組成比（＝
１−Ｘ）は減少する。ＧａＡｓ系結晶とＧａ_XＩｎ_1-XＰ
層との選択エッチングの容易さ並びに表面準位密度の低
さなどの優位性から、炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層と
ｎ形Ｇａ_XＩｎ_1-XＰ（０≦Ｘ≦１）層とのヘテロ接合構
造は、ＧａＩｎＰ系ＨＢＴを構成するｐｎヘテロ接合構
造として好んで利用できる。

【００２３】本発明の請求項６の発明に係わる第６の実
施形態では、炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層とｎ形III
−Ｖ族化合物半導体層とのｐｎ接合構造を利用して化合
物半導体ＨＢＴを構成する。特に、炭素含有ｐ形ＧａＡ
ｓ系結晶層をベース層とし、ｎ形Ｇａ_XＩｎ_1-XＰ組成勾
配層をエミッタ層及びコレクタ層とするＧａ_XＩｎ_1-XＰ
系化合物半導体ＨＢＴを構成する。また、炭素含有ｐ形
Ｇａ_XＩｎ_1-XＡｓ層とｎ形Ａｌ_zＩｎ_1-zＡｓ組成勾配層
とからなるｐｎ接合型ヘテロ接合構造を利用して、炭素
含有ｐ形Ｇａ_XＩｎ_1-XＡｓ層をベース層とし、ｎ形Ａｌ
_zＩｎ_1-zＡｓをエミッタ層及びコレクタ層とするＡｌ_z
Ｉｎ_1-zＡｓ系化合物半導体ＨＢＴを構成する。ｐｎ接
合界面で禁止帯幅が最大となる様に組成勾配を付したｎ
形III−Ｖ族化合物半導体層を利用すれば、ベース層と
のバンド（ｂａｎｄ）障壁を高め、しいてはベース電流
の漏洩（ｌｅａｋ）を抑制する作用を有し、長期に亘る
動作信頼性に優れるＨＢＴがもたらされる効果がある。

【００２４】

【実施例】（実施例１）本実施例では、Ｇａ_XＩｎ_1-XＰ
系ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を構成する
場合を例にして、本発明を詳細に説明する。図２は本実
施例に係わるＨＢＴ１００の断面模式図である。また、
平面模式図を図３に示す。

【００２５】ＨＢＴ１００用のエピタキシャル積層構造
体は、アンドープ半絶縁性の結晶面（１００）２°オフ
（ｏｆｆ）ＧａＡｓ単結晶を基板１０１として構成し
た。基板１０１としたＧａＡｓ単結晶の比抵抗は室温で
約２×１０⁸Ω・ｃｍである。直径を約１００ｍｍとす
る基板１０１の表面上には、緩衝層１０２を構成するＡ
ｌ_CＧａ_1-CＡｓ／ＧａＡｓ系超格子構造体を堆積させ
た。超格子構造体はアルミニウム組成比（＝Ｃ）を０．
３０とするアンドープでｐ形のＡｌ_0.30Ｇａ_0.70Ａｓ層
１０２ａと、アンドープでｐ形のＧａＡｓ層１０２ｂと
から構成した。Ａｌ _0.30Gａ_0.70Ａｓ層１０２ａのキャ
リア濃度は約４×１０¹³ｃｍ^-3とし、層厚は４５ｎｍと
した。ｐ形ＧａＡｓ層１０２ｂのキャリア濃度は８×１
０¹³ｃｍ^-3とし、層厚は５０ｎｍとした。上記夫々の層
厚のＡｌ_0.30Ｇａ_0.70Ａｓ層１０２ａとｐ形ＧａＡｓ層
１０２ｂとを交互に積層し、積層周期数は５周期とし
た。Ａｌ _0.30Ｇａ_0.70Ａｓ層１０２ａとｐ形ＧａＡｓ層
１０２ｂは、何れも（ＣＨ₃）₃Ｇａ／（ＣＨ₃）₃Ａｌ／
ＡｓＨ₃／Ｈ₂反応系に依る減圧ＭＯＣＶＤ法に依り、６
４０℃で成膜した。１０２ａ層と１０２ｂのキャリア濃
度はＡｓＨ₃ と（ＣＨ₃）₃Ｇａ、（ＣＨ₃）₃Ａｌの供給
比率（所謂Ｖ／III比率）を変えることにより制御し
た。成膜時の圧力は約１．３×１０⁴パスカル（Ｐａ）
とした。キャリア（輸送）ガスには水素を利用した。以
下に示す各層の成膜時の圧力はすべて約１．３×１０⁴
パスカルである。成膜時の温度は炭素含有（ドープ）ｐ
形ＧａＡｓの場合を除いてすべて６４０℃である。

【００２６】緩衝層１０２上には、（ＣＨ₃）₃Ｇａ／Ａ
ｓＨ₃／Ｈ₂反応系を利用した減圧ＭＯＣＶＤ法に依り、
Ｓｉ（珪素）ドープのｎ形ＧａＡｓ層をサブコレクタ
（ｓｕｂｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）層１０３−１として積
層した。サブコレクタ層１０３−１を構成するＧａＡｓ
層のキャリア濃度は４×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。キャリア
濃度はジシラン（分子式：Ｓｉ₂Ｈ₆）のＭＯＣＶＤ反応
系への供給量を調整して制御した。層厚は５００ｎｍと
した。サブコレクタ層１０３−１上には、サブコレクタ
層と同様にしてＳｉドープＧａＡｓ層からなるｎ形Ｇａ
Ａｓコレクタ層１０３−２を積層させた。コレクタ層１
０３−２のキャリア濃度は１×１０¹⁶ｃｍ ^-3とし、層厚
は６００ｎｍとした。

【００２７】ｎ形ＧａＡｓコレクタ層１０３−２の上に
は、ＡｓＨ₃／（ＣＨ₃）₃Ｇａの反応系への供給比率
（Ｖ／IIIモル比率）を１．２に設定し、温度５５０℃
で炭素（Ｃ）ドープｐ形ＧａＡｓからなるｐ形ベース
（ｂａｓｅ）層１０４を積層した。キャリア濃度は約４
×１０¹⁹ｃｍ^-3とし、層厚は約４５ｎｍとした。

【００２８】ｐ形ベース層１０４を成長した後、エミッ
タ（ｅｍｉｔｔｅｒ）層１０５を積層する前に６４０℃
に温度を上げて成長を中断する期間を設けた。成長中断
中はＭＯＣＶＤ反応系内に気相成長時にキャリアガスと
して利用した水素（Ｈ₂）ガスを通流させたままの状態
とした。正確に５分間に亘る成長中断の期間を設けた
後、継続して（ＣＨ₃）₃Ｇａ／（ＣＨ₃）₃Ｉｎ／ＰＨ₃
反応系による減圧ＭＯＣＶＤ法に依り、ｎ形Ｇａ_0.51Ｉ
ｎ_0.49Ｐからなるエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）層１０５
（キャリア濃度＝４×１０¹⁷ｃｍ^-3、層厚＝３０ｎｍ）
を堆積した。また、エミッタ層１０５上には、オーミッ
クコンタクト層１０６として（ＣＨ₃）₃Ｇａ／（Ｃ
Ｈ₃）₃Ｉｎ／ＡｓＨ₃反応系にジシランを添加し、減圧
ＭＯＣＶＤ法に依り、Ｓｉドープｎ形Ｇａ_0.50Ｉｎ_0.50
Ａｓ層（キャリア濃度＝６×１０¹⁸ｃｍ ^-3、層厚＝６０
ｎｍ）を堆積して、ｎｐｎ型ＨＢＴ用の積層構造体の形
成を終了した。積層構造体の気相成長を終了した後、反
応系内に窒素（Ｎ₂）ガスを充満させた後、６４０℃か
ら３５０℃に毎分約３０℃の冷却速度で降温させた。３
５０℃から室温に至る迄は自然冷却させた。この冷却操
作により、炭素ドープｐ形ＧａＡｓベース層１０４内部
の水素原子（プロトン）の濃度を約２．０×１０¹⁸ｃｍ
^-3に低下させた。

【００２９】図１は冷却後、温度１０Ｋで測定した炭素
ドープｐ形ＧａＡｓ層のルミネッッセンス（ＰＬ）スペ
クトルである。中心波長を約８３０ｎｍとする第１のル
ミネッセンス発光と、中心波長を約８５２ｎｍとする第
２のルミネッセンス発光が出現した。第１のルミネッセ
ンス発光に対する第２のルミネッセンス発光の強度の比
率は約１．３であった。また、一般的なＳＩＭＳ分析に
依れば、ベース層１０４をなすＣドープｐ形ＧａＡｓ層
内の炭素原子濃度は約４．３×１０¹⁹ｃｍ^-3と定量され
た。

【００３０】積層構造体に湿式手段によるエッチング加
工を施して、図２に示す如くのｐ形ベース層１０４及び
ｎ形コレクタ層１０３の表面を露出させた断面構造を形
成した。次に、露出させたベース層１０４の表面領域に
金・亜鉛合金からなるｐ形オーミック性のベース電極１
０７を形成した。露出したコレクタ層１０３の表面領域
には、金・ゲルマニウム合金からなるｎ形オーミック性
のコレクタ電極１０８を形成した。また、残置したエミ
ッタ層１０５の表面上には、金・ゲルマニウム合金から
なるｎ形オーミック性のエミッタ電極１０９を形成し
て、ｎｐｎ接合型ＧａＩｎＰ系ＨＢＴ１００を構成し
た。

【００３１】ＨＢＴ１００のコレクタ電流の電流密度を
約１ｋＡ／ｃｍ²に設定した際の、ベース電流（Ｉｂ）
に対するコレクタ電流（Ｉｃ）の比率、所謂、電流増幅
率（β＝Ｉｃ／Ｉｂ）は約１１０であった。また、βの
ドリフト（経時変化率）は約０．８％と小であった。

【００３２】（比較例）炭素含有ｐ形ＧａＡｓ層（ベー
ス層）を変えた外は図２に示す実施例１と同様の構造の
ｎｐｎ接合型ＧａＩｎＰＨＢＴを構成した。図２と同様
の構成要素には、同一の符号を付して、その説明を省略
する。各層の成膜時の圧力は１．３×１０⁴パスカル、
成膜温度は、炭素含有ｐ形ＧａＡｓ層を除き、６４０℃
である。

【００３３】実施例１に記載のＧａＡｓコレクタ層１０
３−２の上には、ＡｓＨ₃／（ＣＨ₃）₃Ｇａ減圧ＭＯＣ
ＶＤ反応系への供給比率（＝Ｖ／IIIモル比率）を２．
０に設定して成長させた炭素（Ｃ）ドープｐ形ＧａＡｓ
層をｐ形ベース（ｂａｓｅ）層１０４として積層した。
ベース層１０４をなす炭素ドープｐ形ＧａＡｓ層の層厚
は約４５ｎｍとした。成長温度は５１０℃に設定した。

【００３４】ｐ形ＧａＡｓベース層１０４の成長を終了
した後、エミッタ層１０５及びオーミックコンタクト層
１０６を積層して、ｎｐｎ型ＨＢＴ用の積層構造体の形
成を終了した。積層構造体の気相成長を終了した後、６
４０℃から室温に水素雰囲気中で自然冷却させた。この
冷却条件では、炭素ドープＧａＡｓベース層１０４内部
の水素原子（プロトン）の濃度は約２．２×１０¹⁹ｃｍ
^-3、炭素原子濃度は約４．３×１０¹⁹ｃｍ^-3となった。
炭素ドープＧａＡｓベース層１０４内の炭素原子濃度と
水素原子濃度の差異は、同層１０４のキャリア濃度（＝
２×１０¹⁹ｃｍ ^-3）と略同一となった。

【００３５】図４は温度１０Ｋで測定した炭素ドープｐ
型ＧａＡｓ層のルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルであ
る。中心波長を約８３１ｎｍとする第１のルミネッセン
ス発光（Ｌ１）が出現した。第２のルミネッセンス発光
（Ｌ２）は、ベース層１０４とした炭素ドープｐ形Ｇａ
Ａｓ層内部の水素原子濃度が高濃度であるのを反映し
て、僅かに長波長の約８４９ｎｍに出現した。また、ｐ
形ＧａＡｓ層を好適な成長温度範囲よりも更に低温で成
長させたため、結晶性が悪く、第２のルミネッセンス発
光（Ｌ２）の強度は、第１のそれ（Ｌ１）に対して約
０．４倍であった。

【００３６】実施例１と同様の加工手段により積層構造
体から、ｎｐｎ接合型ＧａＩｎＰＨＢＴ１００を構成し
た。ベース電流（＝Ｉｂ）に対するコレクタ電流（＝Ｉ
ｃ）の比率で表したＨＢＴ１００の電流増幅率（β＝Ｉ
ｃ／Ｉｂ）は約５０と低く、また、βのドリフト（経時
変化率）は約１．５％と大であった。

【００３７】（実施例２）本実施例では、III族元素に
組成勾配を付したｎ形III−Ｖ族化合物半導体層をエミ
ッタ層として炭素含有ｐ形ＧａＡｓ層に接合させて、Ｇ
ａＩｎＰ系ＨＢＴを構成する場合を例にして本発明を具
体的に説明する。各層の成膜時の圧力は約１．３×１０
⁴パスカル、成膜温度は、炭素含有ｐ形ＧａＡｓを除
き、６４０℃である。

【００３８】ｐ形ＧａＡｓ層１０４までを実施例１と同
様にして、成長した後（図２参照）、エミッタ（ｅｍｉ
ｔｔｅｒ）層１０５を積層する前に温度を６４０℃に上
げて成長を中断する期間を設けた。成長中断中はＭＯＣ
ＶＤ反応系内に気相成長時にキャリアガスとして利用し
た水素（Ｈ₂）ガスを通流させたままの状態とした。正
確に５分間に亘る成長中断の期間を設けた後、継続し
て、ガリウム組成（＝Ｘ）に組成勾配を付したＳｉドー
プｎ形Ｇａ_XＩｎ_1-XＰ（０≦Ｘ≦１）からなるエミッタ
層１０５（キャリア濃度＝４×１０¹⁷ｃｍ^-3、層厚＝３
５ｎｍ）を積層させた。ガリウム組成比（＝Ｘ）は炭素
ドープｐ形ＧａＡｓベース層１０４との接合界面で約
０．８０とした。ガリウム組成比はｐ形ＧａＡｓベース
層１０４との接合界面から約７ｎｍの幅の領域に於いて
直線的に０．５１に至る迄減少させた。その後、ガリウ
ム組成比は一定の０．５１とした。また、エミッタ層１
０５上には、実施例１と同様にオーミックコンタクト層
１０６を堆積して、ｎｐｎ型ＨＢＴ用の積層構造体の形
成を終了した。

【００３９】積層構造体の気相成長を終了して、反応系
内に窒素（Ｎ₂）ガスを充満させた後、６４０℃から約
４００℃に毎分約２５℃の冷却速度で降温させた。約４
００℃から室温に至る迄は自然冷却させた。この冷却操
作により、炭素ドープＧａＡｓベース層１０４内部の水
素原子（プロトン）の濃度は約１．８×１０¹⁸原子／ｃ
ｍ³に低下させた。

【００４０】実施例１と同様の加工手段により積層構造
体から、ｎｐｎ接合型ＧａＩｎＰ系ＨＢＴ１００を構成
した。ＨＢＴ１００の電流増幅率（β＝Ｉｃ／Ｉｂ）は
約１２０であった。また、βのドリフト（経時変化率）
は約０．３％と実施例１のＨＢＴに比較して変動率は更
に小となった。更に、ベース電極１０７とエミッタ電極
１０９との間に１．０Ｖの電圧を印加した際のベース電
流値は約１０ナノアンペア（ｎＡ）程度と低値となっ
た。

【００４１】

【発明の効果】本発明によるルミネッセンス発光の強度
比を規定された範囲内とする炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結
晶層を用いれば、炭素原子濃度を好適な範囲内とし、且
つ結晶性に優れるため、電流増幅率が高い化合物半導体
ＨＢＴが得られる。また電流増幅率の経時変化を減少さ
せることができる。

【００４２】特に水素原子濃度を５×１０¹⁸原子／ｃｍ
³以下とする炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層からは、電
流増幅率等の特性の経時変化がさらに小さく安定に動作
する化合物半導体ＨＢＴが得られる。

【００４３】本発明において、例えば炭素含有ｐ形Ｇａ
Ａｓ系結晶層をベース層とし、これにIII族混晶のｎ形I
II−Ｖ族化合物半導体結晶層を接合させる構成とし、そ
のｎ形III−Ｖ族化合物半導体結晶層を、ｐ形ベース層
との接合界面で高い障壁をもたらす様にIII族元素に組
成勾配を付した積層構造体からは、電流増幅率に特に優
れ、且つその変動率の小さい化合物半導体ヘテロバイポ
ーラトランジスタが得られる。また接合界面で高い障壁
がもたらされることにより、ｐ形ベース層の漏洩電流を
低減する作用効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる炭素ドープｐ形ＧａＡｓ層の温
度１０Ｋにおけるフォトルミネッセンススペクトルであ
る。

【図２】実施例１に記載のＨＢＴの断面模式図である。

【図３】実施例１に記載のＨＢＴの平面模式図である。

【図４】比較例に記載の炭素ドープｐ型ＧａＡｓ層の温
度１０Ｋにおけるフォトルミネッセンススペクトルであ
る。

【符号の説明】

Ｌ１第１のルミネッセンス発光Ｌ２第２のルミネッセンス発光１００化合物半導体ＨＢＴ１０１ＧａＡｓ単結晶基板１０２超格子構造緩衝層１０２ａＡｌＧａＡｓ緩衝層構成層１０２ｂＧａＡｓ緩衝層構成層１０３−１ｎ形ＧａＡｓサブコレクタ層１０３−２ｎ形ＧａＡｓコレクタ層１０４ｐ形ＧａＡｓベース層１０５ｎ形ＧａＩｎＰエミッタ層１０６ｎ形オーミックコンタクト層１０７ベース電極１０８コレクタ電極１０９エミッタ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F003 AP04 AZ09 BA92 BB01 BB04 BC02 BC08 BE04 BE90 BF06 BM03 BP23 BP32 5F045 AA04 AA05 AB10 AB17 AC01 AC08 AC19 AD09 AE13 AF04 BB04 BB16 CA02 CA10 DA68

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素（元素記号：Ｃ）を含有するｐ形の
砒化ガリウム（化学式：ＧａＡｓ）系結晶層（炭素含有
ｐ形ＧａＡｓ系結晶層）を備えてなる化合物半導体ヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタ用の化合物半導体積層構
造体であって、炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層が、Ｇａ
Ａｓのバンド端遷移に起因する第１のフォトルミネッセ
ンス発光と、第２のフォトルミネッセンス発光とを有
し、第２のフォトルミネッセンス発光は第１のフォトル
ミネッセンス発光よりも発光波長を長波長とし、且つ、
第１のフォトルミネッセンス発光の強度に対する第２の
フォトルミネッセンス発光の強度比が０．５以上で３以
下であることを特徴とする化合物半導体積層構造体。
【請求項２】炭素含有量が炭素原子濃度で１×１０¹⁹
原子／ｃｍ³以上６×１０¹⁹原子／ｃｍ³以下であること
を特徴とする請求項１に記載の化合物半導体積層構造
体。
【請求項３】第１及び第２のフォトルミネッセンス発
光を有する炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層の水素原子濃
度が、５×１０¹⁸原子／ｃｍ³以下であることを特徴と
する請求項１または２に記載の化合物半導体積層構造
体。
【請求項４】第１及び第２のフォトルミネッセンス発
光を有する炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層に、ｎ形のII
I−Ｖ族化合物半導体結晶層が接合されていることを特
徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の化合
物半導体積層構造体。
【請求項５】ｎ形のIII−Ｖ族化合物半導体結晶層に
は、炭素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層との接合界面から層
厚の増加方向にIII族元素混晶の構成元素の組成に禁止
帯幅が減少するように勾配が付されていることを特徴と
する請求項４に記載の化合物半導体積層構造体。
【請求項６】請求項１ないし３のいずれか１項に記載
の第１及び第２のフォトルミネッセンス発光を有する炭
素含有ｐ形ＧａＡｓ系結晶層をベース（ｂａｓｅ）層と
し、請求項４または５に記載のｎ形のIII−Ｖ族化合物
半導体結晶層をエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）層及びコレ
クタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）層として備えてなる化合物
半導体ヘテロ接合バイポーラトランジスタ。