JP2002368259A - リン化硼素系半導体、その製造方法及び半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本来、間接遷移型の化合物半導体であるリン化
硼素に関して、キャリアの再結合効率を向上させた直接
遷移的な再結合挙動を呈するリン化硼素系半導体層を提
供する。 【解決手段】第ＩＩＩ族元素として硼素（Ｂ）を含みか
つ第Ｖ族元素としてリン（Ｐ）を含む、室温での禁止帯
幅を２．８エレクトロンボルト（ｅＶ）以上３．４ｅＶ
以下とするリン化硼素（ＢＰ）系半導体に、さらにリン
（Ｐ）と電気陰性度を異にする第Ｖ族元素、特に窒素
（Ｎ）を添加する。窒素はリン化硼素系半導体中で等電
子的トラップ不純物として作用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子捕獲作用を有
する等電子的トラップ（ｉｓｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｔｒａｐ）を含むリン化硼素（ＢＰ）系半導体及びその
製造方法、並びにそれを用いた半導体素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】元素周期律のＩＩＩ族に属する硼素
（Ｂ）とＶ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
としてリン化硼素（ＢＰ）が公知である（Ｎａｔｕｒ
ｅ、１７９（Ｎｏ．４５６９）（１９５７）、１０７５
頁参照）。リン化硼素については、従来より様々な禁止
帯幅が報告されている。例えば、Ｂ．Ｓｔｏｎｅらは多
結晶のＢＰ膜に関して約６エレクトロンボルト（ｅＶ）
の室温禁止帯幅を得ている（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔ
ｔ．，Ｖｏｌ．４、Ｎｏ．６（１９６０）、２８２〜２
８４頁照）。また、Ｍａｎｃａに依れば、４．２ｅＶの
禁止帯幅が提示されている（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．
Ｓｏｌｉｄｓ，２０（１９６１）、２６８．参照）。ま
た、リン化硼素の禁止帯幅を約２ｅＶとした報告もある
（ＲＣＡ Ｒｅｖｉｅｗ，２５（１９６４）、１５９
〜１６７頁、及びＺ．ａｎｏｒｇ．ａｌｌｇ．ｃｈｅ
ｍ．，３４９（１９６７）、１５１〜１５７頁参照）。

【０００３】従来では、室温での禁止帯幅を約２ｅＶと
するリン化硼素を利用して化合物半導体素子が構成され
ている。例えば、シリコン（Ｓｉ）単結晶基板上に設け
たリン化硼素を利用してヘテロバイポーラトランジスタ
（ＨＢＴ）を形成した例がある（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２５（４）（１９７８）、６３３
〜６３７頁参照）。また、リン化硼素をウィンドウ（ｗ
ｉｎｄｏｗ）層として太陽電池（ｓｏｌａｒ ｃｅｌ
ｌ）を構成する技術が開示されている（上記のＪ．Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２５（１９７８）参
照）。

【０００４】また、リン化硼素または一般式Ｂ_XＡｌ_YＧ
ａ_1-X-YＮ_1-ZＰ_Z（０＜Ｘ≦１、０≦Ｙ＜１、０＜Ｘ＋
Ｙ≦１、０＜Ｚ≦１）で表記されるリン化硼素系混晶を
緩衝層として利用して、化合物半導体発光素子を構成す
る例が知られている（特開平２−２８８３７１号公報参
照）。また、リン化硼素とＢ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ_1-ZＰ_Z
混晶との超格子構造からｐｎ接合型ヘテロ接合構造の発
光部をなす障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）層を構成する例が知
られている（上記の特開平２−２８８３７１号参照）。
室温での禁止帯幅を約２ｅＶと低くするリン化硼素で
は、発光層に対し障壁作用を及ぼせない。このため、上
記の従来技術では、禁止帯幅を２ｅＶとするリン化硼素
と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等とを敢えて混晶化させ
て、室温の禁止帯幅を例えば２．７ｅＶと高めたＢＰ系
混晶層を利用している（特開平２−２７５６８２号参
照）。

【０００５】ところで、リン化硼素は間接遷移型の半導
体とされている（寺本 巌著、「半導体デバイス概論」
（（株）培風館、１９９５年３月３０日発行初版、２８
頁参照）。間接遷移型の半導体に於ける、発光をもたら
すキャリア（担体）の放射再結合の効率は直接遷移型半
導体に比較すれば矮小である（Ｋ．シーガー著、「セミ
コンダクターの物理学（下）」（（株）吉岡書店、１９
９１年６月２５日発行第１刷、３９２頁参照）。このた
め、間接遷移型半導体であるリン化硼素を発光層（活性
層）として発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイ
オード（ＬＤ）を構成するのは不利とされ続けてきた。

【０００６】一方、リン化ガリウム（ＧａＰ）は間接遷
移型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるが（上記の「半
導体デバイス概論」、２８頁参照）、発光層として従来
より利用されており、例えば、リン化ガリウム（Ｇａ
Ｐ）ＬＥＤが実用に供されている。このＬＥＤには、等
電子的トラップ（ｉｓｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｒａ
ｐ）として窒素（Ｎ）を添加して再結合効率を高めたＧ
ａＰ層が発光層として利用されている（上記の「半導体
デバイス概論」、１１８〜１２１頁参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現在迄に擬似
的に直接遷移的な挙動を呈するリン化硼素系半導体は提
供されていない。また、直接遷移型的に振る舞うリン化
硼素系半導体の形成方法も未だ開示されるに至っていな
い．このため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の中でも、窒
化硼素（ＢＮ）と同じく化学的な耐性が強く、且つ耐熱
性に優れるリン化硼素の特長を活用した化合物半導体素
子は実用となっていない。

【０００８】本発明は従来技術に於ける上記の欠点を克
服すべくなされたもので、本来、間接遷移型の化合物半
導体であるリン化硼素に関して、キャリアの再結合効率
を向上させた直接遷移的な再結合挙動を呈するリン化硼
素系半導体層を提供するものである。また、本発明は、
この直接遷移半導体的にキャリアの再結合を起こすリン
化硼素系半導体を効率的に且つ安定して形成するための
リン化硼素系半導体の製造方法を提供する。また更に本
発明では、直接遷移的な再結合挙動を呈するリン化硼素
系半導体を利用したリン化硼素系半導体素子、特に、キ
ャリアの再結合効率を向上させたリン化硼素系半導体を
利用して構成した発光素子を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、 （１）第ＩＩＩ族元素として硼素（Ｂ）を含みかつ第Ｖ
族元素としてリン（Ｐ）を含むリン化硼素（ＢＰ）系半
導体において、室温での禁止帯幅を２．８エレクトロン
ボルト（ｅＶ）以上３．４ｅＶ以下とし、さらにリン
（Ｐ）と電気陰性度を異にする第Ｖ族元素を含むことを
特徴とするリン化硼素系半導体。 （２）リン（Ｐ）と電気陰性度を異にする第Ｖ族元素が
窒素（Ｎ）であることを特徴とする（１）に記載のリン
化硼素系半導体。 （３）リン化硼素系半導体中の窒素原子濃度が５×１０
¹⁷ｃｍ^-3以上５×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であることを特徴と
する（２）に記載のリン化硼素系半導体。 （４）リン化硼素系半導体中の窒素原子濃度が１×１０
¹⁸ｃｍ^-3以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であることを特徴と
する（２）に記載のリン化硼素系半導体。 （５）第ＩＩＩ族元素または第Ｖ族元素以外の元素が添
加されていることを特徴とする（１）乃至（４）のいず
れか１に記載のリン化硼素系半導体。 （６）第ＩＩ族元素が添加されていて、ｐ形であること
を特徴とする（５）に記載のリン化硼素系半導体。 （７）第ＩＶ族元素または第ＶＩ族元素が添加されてい
て、ｎ形であることを特徴とする（５）に記載のリン化
硼素系半導体。 を提供するものである。

【００１０】また本発明は、 （８）基板上に、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ
法）により、硼素（Ｂ）原料とリン（Ｐ）原料との供給
比率を１５以上６０以下とし、成長速度を毎分２ｎｍ以
上３００ｎｍ以下として、リン（Ｐ）と電気陰性度を異
にする第Ｖ族元素を含むリン化硼素系半導体を積層する
ことを特徴とする（１）乃至（７）に記載のリン化硼素
系半導体の製造方法。 （９）有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）によ
り、基板上に成長温度が２５０℃以上７００℃以下の範
囲で積層したリン化硼素（ＢＰ）からなる緩衝層上に、
該緩衝層の成長温度より高温で、リン（Ｐ）と電気陰性
度を異にする第Ｖ族元素を含むリン化硼素系半導体を積
層することを特徴とする（８）に記載のリン化硼素系半
導体の製造方法。 （１０）リン（Ｐ）と電気陰性度を異にする第Ｖ族元素
が窒素（Ｎ）であることを特徴とする（８）または
（９）に記載のリン化硼素系半導体の製造方法。を提供
するものである。

【００１１】さらに本発明は、 （１１）（１）乃至（７）のいずれか（１）に記載のリ
ン化硼素半導体を具備してなるリン化硼素系半導体素
子。 （１２）半導体素子が発光素子である（１１）に記載の
リン化硼素系半導体素子。を提供するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に記載のリン化硼素（Ｂ
Ｐ）系半導体とは、第ＩＩＩ族元素として硼素（Ｂ）を
含みかつ第Ｖ族元素としてリン（Ｐ）を含む、一般式Ｂ
_αＡｌ_βＧａ_γＩｎ_{1- α - β - γ}Ｐ_{1- δ}Ａｓ_δ（０＜α≦
１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０
≦δ＜１）で表記される半導体である。例えば、リン化
硼素（ＢＰ）及び砒化硼素（ＢＡｓ）の混晶が例示でき
る。また、例えば、リン化アルミニウム・硼素混晶（Ｂ
_αＡｌ_βＰ：０＜α≦１、α＋β＝１）がある。また、
例えば、リン化硼素・ガリウム混晶（Ｂ_αＧａ_γＰ：０
＜α≦１、α＋γ＝１）或いはリン化硼素・インジウム
混晶（Ｂ_αＩｎ_{1- α}Ｐ：０＜α≦１）等が挙げられる。

【００１３】特に、本発明では、室温での禁止帯幅を
２．８ｅＶ以上で、３．４ｅＶ以下とした、リンと電気
陰性度を異にする第Ｖ族元素を含有するリン化硼素系半
導体を利用するのを特徴としている。この様な禁止帯幅
を保有するリン化硼素系半導体は、例えば、波長を約４
６０ｎｍとする青色光を発する発光層に対する障壁（ｂ
ａｒｒｉｅｒ）層として利用できる。また、この様な短
波長の発光をも透過できる窓（ｗｉｎｄｏｗ）層として
利用できる。また、２次元電子ガス電界効果型トランジ
スタ（ＴＥＧＦＥＴ）に於いて、例えば、窒化アルミニ
ウム・ガリウム（Ａｌ_XＧａ_1-XＮ：０≦Ｘ≦１）からな
る電子供給層に対する電子走行（ｃｈａｎｎｅｌ）層を
好適に構成できる。また、例えば、窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）系ｎｐｎ接合型またはｐｎｐ接合型ヘテロ接合型ト
ランジスタ（ＨＢＴ）にあって、ベース（ｂａｓｅ）
層、エミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）層或いはコレクタ（ｃ
ｏｌｌｅｃｔｏｒ）層を好適に構成できる。特に、リン
化硼素はフィッリプスのイオン結合度が０．００６と低
く、砒化硼素（ＢＡｓ）にあっては更に０．００２と小
さいため（フィッリプス著、「半導体結合論」（（株）
吉岡書店、１９８５年７月２５日発行、第３刷）、４９
〜５１頁参照）、低抵抗のｐ形伝導層が得られ易い特徴
を有している。従って、ＢＰまたはＢＡｓ或いはそれら
の混晶からは、ＨＢＴを構成するｐ形機能層を簡便に構
成できる利点がある。

【００１４】リン化硼素（ＢＰ）系半導体層は、有機金
属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）（Ｉｎｓｔ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｃｏｎｆ．Ｓｅｒ．，Ｎｏ．１２９（ＩＯＰ Ｐｕ
ｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｌｔｄ．，１９９３）、１５７〜１
６２頁参照）、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法
（Ｊ．Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．，１３３
（１９９７）、２６９〜２７２頁参照）、ハライド（ｈ
ａｌｉｄｅ）法（「日本結晶成長学会誌」、Ｖｏｌ．
２４、Ｎｏ．２（１９９７）、１５０頁及びＪ．Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４２（１）（１９７１）、４２０〜
４２４頁参照）、及びハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）
法等の気相成長手段に依り成長できる（Ｊ．Ｃｒｙｓ
ｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ、２４／２５（１９７４）、１９
３〜１９６頁及びＪ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔ
ｈ、１３２（１９９３）、６１１〜６１３頁参照）。

【００１５】ポーリング（Ｐａｕｌｉｎｇ）によるリン
（Ｐ）の電気陰性度は２．１である（ライナス ポーリ
ング著、「化学Ｉ」（（株）平凡社、昭和４４年９月３
０日発行、改訂版第７刷）、２６０〜２６３頁参照）。
リン以外の第Ｖ族元素である窒素（Ｎ）の電気陰性度は
３．０である（上記の「化学Ｉ」参照）。また、砒素
（Ａｓ）の電気陰性度は２．０であり、アンチモン（Ｓ
ｂ）とビスマス（Ｂｉ）は共に１．９である（上記の
「化学Ｉ」参照）。本発明では、リン化硼素系半導体に
はリンよりも電気陰性度を大とし、且つその差異を大と
する第Ｖ族元素を含有させるのが最適である。即ち、含
有させるリン以外の第Ｖ族不純物として窒素を最適とす
る。リンや砒素より約１．５倍の大きな電気陰性度を有
する窒素は等電子的トラップ（ｉｓｏｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃ ｔｒａｐ）として特に有効に作用する。このた
め、窒素が添加されたリン化硼素系半導体は、より高い
再結合効率をもたらす疑似的な直接遷移型の様相を呈す
ることとなる。

【００１６】窒素を含むリン化硼素系半導体は、上記の
成長手段による成膜時に窒素を添加すれば得られる。窒
素の添加源としてアンモニア（ＮＨ₃）やヒドラジン
（Ｈ₂ＮＮＨ₂）が例示できる。リン化硼素系半導体層内
の窒素の原子濃度は約５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上で約５×１
０¹⁹ｃｍ^-3以下とすると、発光素子を形成した場合によ
り高い再結合効率をもたらすため望ましい。更には、約
１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上で約１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下とする
のがより好ましい。窒素の原子濃度は窒素源の成長系へ
の添加量により調節する。リン化硼素系半導体層内の窒
素原子の濃度は、例えば、一般的な２次イオン質量分析
法（ＳＩＭＳ）等により計測できる。

【００１７】窒素と併せて、第ＩＩＩ元素及び第Ｖ族元
素以外の元素を添加すれば、所望の抵抗率を有するリン
化硼素系半導体を得ることができる。例えば、第ＩＩ族
に属する亜鉛（Ｚｎ）やマグネシウム（Ｍｇ）を添加す
ればｐ形のリン化硼素系半導体が得られる。また、珪素
（Ｓｉ）や錫（Ｓｎ）等の第ＩＶ族元素を添加すれば、
ｎ形のリン化硼素系半導体が得られる。また、硫黄
（Ｓ）やセレン（Ｓｅ）の添加によりｎ形のリン化硼素
系半導体を得ることができる。不純物として上記のよう
な元素を過度に添加すると、リン化硼素系半導体の結晶
性は損なわれるため、元素の添加量は大凡、５×１０¹⁹
ｃｍ^-3以下に止めておくのが望ましい。例えば、窒素の
原子濃度を約５×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、キャリア濃度を約
１×１０¹⁷ｃｍ ^-3以上で約１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下の範囲
とするリン化硼素系半導体は発光素子の活性層（発光
層）として利用できる。窒素やこれらの元素は、上記の
気相成長法に依るリン化硼素系半導体層の積層時にドー
ピング手段により添加できる。あるいは、気相成長手段
で積層した後、イオン（ｉｏｎ）注入法によりこれらの
元素のイオンを注入して添加することもできる。

【００１８】室温での禁止帯幅を２．８ｅＶ〜３．４ｅ
Ｖとするリン化硼素系半導体を基板上に積層するために
は、製造条件を適宜調整する必要がある。例えば、室温
での禁止帯幅を２．８ｅＶ〜３．４ｅＶとするリン化硼
素系半導体を、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ
法）により製造する場合は、成長速度と原料の供給比率
の双方の条件を規程された範囲内に設定する。ＭＯＣＶ
Ｄ法により製造する場合、具体的には成長速度は、好ま
しくは毎分２ｎｍ以上で３００ｎｍ以下とする。同様に
原料の供給比率、所謂、Ｖ／ＩＩＩ比率は、好ましくは
１５以上で６０以下の範囲に規定する。Ｖ／ＩＩＩ比率
とは、例えばリン化硼素（ＢＰ）層を形成する場合にあ
って、成長反応系への硼素（Ｂ）原料の供給量に対する
リン（Ｐ）原料の供給量の比率である。また、ＢＰ系混
晶を形成する場合にあっては、硼素（Ｂ）を含むＩＩＩ
族原料の合計の供給量に対する、リン（Ｐ）を含むＶ族
原料の合計の供給量の比率である。

【００１９】また、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶ
Ｄ法）により、基板上に成長温度が２５０℃以上７００
℃以下の範囲で積層したリン化硼素（ＢＰ）からなる緩
衝層上に、該緩衝層の成長温度より高温で、リン（Ｐ）
と電気陰性度を異にする第Ｖ族元素を含むリン化硼素系
半導体を積層すると、結晶性に優れたリン化硼素系半導
体が積層でき、発光出力に優れた半導体発光素子を製造
するのに好適に用いることができる。

【００２０】本発明に係わるリン化硼素系半導体を含む
積層構造体を利用してリン化硼素系半導体素子を構成で
きる。リン化硼素系半導体を積層するための基板材料と
しては、珪素単結晶（シリコン）や砒化ガリウム（Ｇａ
Ａｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）または窒化ガリウム
（ＧａＮ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶、サフ
ァイア（α−Ａｌ₂Ｏ₃）単結晶や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等
の酸化物単結晶、或いは、モリブデン（Ｍｏ）などの金
属を例示できる。導電性の結晶を基板とすると、基板表
面にオーミック電極を設けられるため、例えば、発光素
子を簡便に構成できる利点がある。絶縁性或いは高抵抗
の基板は、例えばドレイン（ｄｒａｉｎ）電流の基板内
部への漏洩を抑制するに寄与できるため、電界効果型ト
ランンジスタ（ＦＥＴ）用途の積層構造体の基板材料と
して利用できる。

【００２１】

【作用】リン化硼素系半導体に含有される、リンと電気
陰性度を異にする元素周期律の第Ｖ族元素は、等電子的
トラップとして作用し、間接遷移型のリン化硼素系半導
体に於けるキャリアの再結合効率を向上させる作用を有
する。

【００２２】特に、リン化硼素系半導体に添加した窒素
は、電気陰性度がリン（Ｐ）より大きいため、最も好適
なアイソエレクトロニックトラップとして作用し、再結
合効率の高いリン化硼素系半導体をもたらす作用を有す
る。

【００２３】また、２．８ｅＶ〜３．４ｅＶの高い禁止
帯幅を有するリン化硼素系半導体は、例えば、発光素子
に於ける発光層に対する障壁層、或いは発光を外部に透
過するための窓層等として作用できる。

【００２４】

【実施例】（実施例１）本実施例１では、室温での禁止
帯幅を２．８エレクトロンボルト（ｅＶ）以上３．４ｅ
Ｖ以下とし窒素を含むリン化硼素（ＢＰ）系半導体から
構成される発光部を具備した発光ダイオード（ＬＥＤ）
を作製した例を用いて、本発明を具体的に説明する。本
実施例１に係わるＬＥＤ１０の断面模式図を図１に示
す。

【００２５】ＬＥＤ１０用途の積層構造体１１は、硼素
（Ｂ）ドープでｐ形の（１１１）面を有するＳｉ単結晶
を基板１０１として構成した。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℃で成
長させたリン化硼素からなる緩衝層１０２を堆積した。
緩衝層１０２の層厚は約５ｎｍとした。緩衝層１０２の
表面には、上記のＭＯＣＶＤ法を利用して、８００℃で
マグネシウム（Ｍｇ）をドーピングしたｐ形ＢＰ層１０
３を積層した。マグネシウムのドーピング源にはビス−
シクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ
₅Ｈ₄）₂Ｍｇ）を用いた。ｐ形ＢＰ層１０３のキャリア
濃度は約７×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。層厚は５００ｎｍと
した。ｐ形ＢＰ層１０３は、Ｖ／ＩＩＩ比率（＝（Ｃ₂
Ｈ₅）₃Ｂに対するＰＨ₃の供給比率）を３０とし、成長
速度は毎分２５ｎｍとして形成した。複素屈折率の虚数
部（＝２・ｎ・ｋ；ｎ＝屈折率、ｋ＝消衰係数）の波長
依存性から求めたｐ形ＢＰ層１０３の室温禁止帯幅は約
３．１ｅＶであった。

【００２６】ｐ形ＢＰ層１０３上には、ｎ形ＢＰ層を発
光層１０４として積層させた。ｎ形のドーパントとして
珪素（Ｓｉ）を用い、キャリア濃度は約６×１０¹⁷ｃｍ
^-3とした。発光層１０４の層厚は約３００ｎｍとした。
併せて、ｎ形ＢＰ発光層１０４の成長時にアンモニア
（ＮＨ₃）を供給して、ｎ形ＢＰ発光層１０４に窒素を
添加した。ｎ形ＢＰ発光層１０４内の窒素原子の濃度は
約８×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。ｎ形ＢＰ発光層１０４は、
Ｖ／ＩＩＩ比率（＝（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂに対するＰＨ₃の供給
比率）を５０とし、成長速度は毎分２５ｎｍとして形成
した。複素屈折率の虚数部の波長依存性から求めたｎ形
ＢＰ発光層１０４の室温禁止帯幅は約３．１ｅＶであっ
た。

【００２７】ｎ形ＢＰ発光層１０４の表面上には、ジシ
ラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を珪素のドーピング源として形成した
ｎ形のリン化硼素（ＢＰ）からなるコンタクト（ｃｏｎ
ｔａｃｔ）層１０５を積層した。ｎ形ＢＰコンタクト層
１０５の成長時のＶ／ＩＩＩ比率は５０とし、成長速度
は毎分２５ｎｍとした。８００℃で形成したコンタクト
層１０５のキャリア濃度は約３×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、ま
た、層厚は約５０ｎｍとした。吸収係数（α＝４πｋ／
λ：「ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」（１９９４年５月２
０日、（株）培風館発行）、１７０頁参照）の波長
（λ）依存性から求めたｎ形ＢＰコンタクト層１０５の
室温禁止帯幅は約３．１ｅＶであった。

【００２８】コンタクト層１０５表面の中央部には、直
径を約１２０μｍとする円形のｎ形オーミック（ｏｈｍ
ｉｃ）電極１０６を配置した。ｎ形オーミック電極１０
６は、金・ゲルマニウム（Ａｕ９５重量％・Ｇｅ５重量
％）真空蒸着膜から構成した。また、ｐ形Ｓｉ基板１０
１の裏面の略全面には、ｐ形オーミック電極１０７を配
置してＬＥＤ１０を構成した。ｐ形電極１０７はアルミ
ニウム（Ａｌ）真空蒸着膜から構成した。Ｓｉ単結晶基
板１０１を［２１１］方向に平行及び垂直な方向に裁断
して得たＬＥＤチップ１０の平面形状は、一辺を約３０
０μｍとする正方形とした。

【００２９】上記のようにして作製したＬＥＤ１０のｎ
形およびｐ型オーミック電極１０６、１０７間に順方向
に２０ミリアンペア（ｍＡ）の動作電流を通流した際の
発光中心波長は約４００ｎｍとなった。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ＬＥ
Ｄ１０の輝度は約７ミリカンデラ（ｍｃｄ）となり、高
発光強度のリン化硼素系半導体からなる発光素子が提供
された。Ｉ−Ｖ特性から求めた順方向電圧（所謂、Ｖ
ｆ）は約３．６Ｖ（順方向電流＝２０ｍＡ）となった。
また、逆方向電圧は約８Ｖ（逆方向電流＝１０μＡ）で
あった。

【００３０】（実施例２）本実施例２では、等電子的ト
ラップをなす不純物を含むリン化硼素（ＢＰ）を発光層
として備えた発光ダイオード（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。本実施例２に係
わるＬＥＤ２０の断面模式図を図２に示す。

【００３１】ＬＥＤ２０用途の積層構造体２１は、アン
チモン（Ｓｂ）ドープでｎ形の（１００）面を有するＳ
ｉ単結晶を基板２０１として構成した。基板２０１上に
は、（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ／ＰＨ₃／Ｈ₂系常圧ＭＯＣＶＤ法に
より、４００℃でアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）のリン化
硼素からなる緩衝層２０２を堆積した。緩衝層２０２の
層厚は約１２ｎｍとした。緩衝層２０２の表面には、
（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ／アンモニア（ＮＨ₃）／ＰＨ₃／Ｈ₂系常
圧ＭＯＣＶＤ法により、８５０℃で珪素ドープのｎ形Ｂ
Ｐ_0.97Ｎ_0.03層を障壁（クラッド）層２０３として積層
した。珪素のドーピング源にはジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を
使用した。ｎ形ＢＰ_0.97Ｎ_0.03障壁層２０３のキャリア
濃度は約２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。層厚は８００ｎｍと
した。ｎ形ＢＰ_0.97Ｎ_0.03障壁層２０３は、Ｖ／ＩＩＩ
比率（＝（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂに対する（ＰＨ₃＋ＮＨ₃）の供
給比率）を５０とし、成長速度は毎分２５ｎｍとして形
成した。複素屈折率の虚数部（＝２・ｎ・ｋ；ｎ＝屈折
率、ｋ＝消衰係数）の波長依存性から求めたｎ形ＢＰ
_0.97Ｎ_0.03障壁層２０３の室温禁止帯幅は約３．３ｅＶ
であった。

【００３２】ｎ形ＢＰ_0.97Ｎ_0.03障壁層２０３上には、
緩衝層２０２の場合と同様のＭＯＣＶＤ法により８００
℃でｎ形ＢＰ層を発光層２０４としてヘテロ（異種）接
合させた。ｎ形ＢＰ発光層では、ｎ形のドーパントとし
て珪素を用い、キャリア濃度は約４×１０¹⁷ｃｍ^-3とし
た。発光層２０４の層厚は約２００ｎｍとした。併せ
て、ｎ形ＢＰ発光層２０４の成長時にはアンモニア（Ｎ
Ｈ₃）を用いて窒素を添加した。ｎ形ＢＰ発光層２０４
内の窒素原子の濃度は約７×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。ｎ形
ＢＰ発光層２０４は、Ｖ／ＩＩＩ比率（＝（Ｃ₂Ｈ₅）₃
Ｂに対するＰＨ₃の供給比率）を５０とし、成長速度は
毎分１５ｎｍとして形成した。複素屈折率の虚数部の波
長依存性から求めたｎ形ＢＰ発光層２０４の室温禁止帯
幅は約３．０ｅＶであった。

【００３３】ｎ形ＢＰ発光層２０４の表面上には、ビス
−シクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ₅
Ｈ₄）₂Ｍｇ）をマグネシウム（Ｍｇ）のドーピング源と
して形成したｐ形ＢＰ層２０５をホモ（同種）接合させ
た。Ｖ／ＩＩＩ比率は３０とし、成長速度は毎分１５ｎ
ｍとした。８００℃で形成したｐ形ＢＰ層２０５のキャ
リア濃度は約３×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、また、層厚は約３
００ｎｍとした。吸収係数（＝α）の波長依存性から求
めた室温禁止帯幅は約３．０ｅＶであった。

【００３４】ｐ形ＢＰ層２０５表面の中央部には直径を
約１１０μｍとする円形のｐ形オーミック（ｏｈｍｉ
ｃ）電極２０７を配置した。ｐ形オーミック電極２０７
は金・亜鉛（Ａｕ９５重量％・Ｚｎ５重量％）真空蒸着
膜から構成した。また、ｎ形Ｓｉ基板２０１の裏面の略
全面には、ｎ形オーミック電極２０６を配置してＬＥＤ
２０を構成した。ｎ形電極２０７はアルミニウム・アン
チモン（Ａｌ・Ｓｂ）真空蒸着膜から構成した。Ｓｉ単
結晶基板２０１を［１１０］方向に平行及び垂直な方向
に劈開して、一辺を約２５０μｍとする正方形のＬＥＤ
２０を形成した。

【００３５】上記のようにして作製したＬＥＤ２０のｎ
形およびｐ形オーミック電極２０６、２０７間に順方向
に２０ミリアンペア（ｍＡ）の動作電流を通流した際の
発光中心波長は約４００ｎｍとなった。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ＬＥ
Ｄ２０の輝度は約９ミリカンデラ（ｍｃｄ）となり、高
発光強度のリン化硼素系半導体からなるＬＥＤが提供さ
れた。Ｉ−Ｖ特性から求めた順方向電圧（所謂、Ｖｆ）
は約３．８Ｖ（順方向電流＝２０ｍＡ）となった。ま
た、逆方向電圧は約９Ｖ（逆方向電流＝１０μＡ）であ
った。

【００３６】

【発明の効果】本発明に依れば、等電子的トラップ不純
物を含むリン化硼素（ＢＰ）系半導体を利用でき、再結
合効率を向上させられるため、例えば、発光強度の増加
をもたらす発光層を具備した半導体素子を提供できる。

【００３７】特に本発明では、リン化硼素（ＢＰ）系半
導体の成長速度やＢ原料に対するＰ原料の供給比率を規
定した成長条件でリン化硼素系半導体を形成することと
したので、高い禁止帯幅のリン化硼素系半導体を提供で
き、従って発光層とヘテロ接合をなす障壁層等を好適に
提供できる。

【００３８】また本発明では、等電子的トラップ不純物
を含むリン化硼素系半導体を利用して半導体素子を構成
することとしたので、その改善された再結合効率を基と
して、例えば発光強度の向上した発光素子が得られる。

【００３９】また本発明に依れば、等電子的トラップ不
純物と併せて第ＩＩＩ族及び第Ｖ族以外の元素を不純物
として添加してリン化硼素系半導体を構成することとし
たので、抵抗率（あるいは導電率）の制御されたリン化
硼素系半導体を得ることができ、例えば、良好な整流特
性を発揮するｐｎ接合構造を作製できる。従って、制御
された順方向電圧と、高い逆方向耐圧を発揮する半導体
素子をもたらすに効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係わるＬＥＤの断面模式図
である。

【図２】本発明の実施例２に係わるＬＥＤの断面模式図
である。

【符号の説明】

１０ ＬＥＤ １１ ＬＥＤ用途積層構造体 １０１ Ｓｉ単結晶基板 １０２ 緩衝層 １０３ ｐ形ＢＰ層 １０４ ｎ形ＢＰ発光層 １０５ ｎ形ＢＰコンタクト層 １０６ ｎ形オーミック電極 １０７ ｐ形オーミック電極 ２０ ＬＥＤ ２１ ＬＥＤ用積層構造体 ２０１ Ｓｉ単結晶基板 ２０２ 緩衝層 ２０３ ｎ形ＢＰ_0.97Ｎ_0.03障壁層 ２０４ ｎ形ＢＰ発光層 ２０５ ｐ形ＢＰ層 ２０６ ｎ形オーミック電極 ２０７ ｐ形オーミック電極

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Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第ＩＩＩ族元素として硼素（Ｂ）を含みか
   つ第Ｖ族元素としてリン（Ｐ）を含むリン化硼素（Ｂ
   Ｐ）系半導体において、室温での禁止帯幅を２．８エレ
   クトロンボルト（ｅＶ）以上３．４ｅＶ以下とし、さら
   にリン（Ｐ）と電気陰性度を異にする第Ｖ族元素を含む
   ことを特徴とするリン化硼素系半導体。
2. 【請求項２】リン（Ｐ）と電気陰性度を異にする第Ｖ族
   元素が窒素（Ｎ）であることを特徴とする請求項１に記
   載のリン化硼素系半導体。
3. 【請求項３】リン化硼素系半導体中の窒素原子濃度が５
   ×１０¹⁷ｃｍ^-3以上５×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であることを
   特徴とする請求項２に記載のリン化硼素系半導体。
4. 【請求項４】リン化硼素系半導体中の窒素原子濃度が１
   ×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であることを
   特徴とする請求項２に記載のリン化硼素系半導体。
5. 【請求項５】第ＩＩＩ族元素または第Ｖ族元素以外の元
   素が添加されていることを特徴とする請求項１乃至４の
   いずれか１項に記載のリン化硼素系半導体。
6. 【請求項６】第ＩＩ族元素が添加されていて、ｐ形であ
   ることを特徴とする請求項５に記載のリン化硼素系半導
   体。
7. 【請求項７】第ＩＶ族元素または第ＶＩ族元素が添加さ
   れていて、ｎ形であることを特徴とする請求項５に記載
   のリン化硼素系半導体。
8. 【請求項８】基板上に、有機金属化学気相堆積法（ＭＯ
   ＣＶＤ法）により、硼素（Ｂ）原料とリン（Ｐ）原料と
   の供給比率を１５以上６０以下とし、成長速度を毎分２
   ｎｍ以上３００ｎｍ以下として、リン（Ｐ）と電気陰性
   度を異にする第Ｖ族元素を含むリン化硼素系半導体を積
   層することを特徴とする請求項１乃至７に記載のリン化
   硼素系半導体の製造方法。
9. 【請求項９】有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）
   により、基板上に成長温度が２５０℃以上７００℃以下
   の範囲で積層したリン化硼素（ＢＰ）からなる緩衝層上
   に、該緩衝層の成長温度より高温で、リン（Ｐ）と電気
   陰性度を異にする第Ｖ族元素を含むリン化硼素系半導体
   を積層することを特徴とする請求項８に記載のリン化硼
   素系半導体の製造方法。
10. 【請求項１０】リン（Ｐ）と電気陰性度を異にする第Ｖ
    族元素が窒素（Ｎ）であることを特徴とする請求項８ま
    たは９に記載のリン化硼素系半導体の製造方法。
11. 【請求項１１】請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
    リン化硼素半導体を具備してなるリン化硼素系半導体素
    子。
12. 【請求項１２】半導体素子が発光素子である請求項１１
    に記載のリン化硼素系半導体素子。