JP2003086506A - 化合物半導体素子、その製造方法、発光素子およびトランジスタ - Google Patents
化合物半導体素子、その製造方法、発光素子およびトランジスタInfo
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- JP2003086506A JP2003086506A JP2001272831A JP2001272831A JP2003086506A JP 2003086506 A JP2003086506 A JP 2003086506A JP 2001272831 A JP2001272831 A JP 2001272831A JP 2001272831 A JP2001272831 A JP 2001272831A JP 2003086506 A JP2003086506 A JP 2003086506A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】｛１．１．１．｝珪素単結晶の表面に交差する
珪素の｛１．１．１．｝結晶面の間隔を、リン化硼素の
｛１．１．０．｝結晶面の間隔に一致させる様にした表
面の珪素単結晶を基板として、結晶性に優れるリン化硼
素系半導体層をもたらす技術を提供する。 【解決手段】［１．１．０．］結晶方位に向かって、
５．０°以上で９．０°以下の角度で傾斜した｛１．
１．１．｝結晶面を表面とする珪素単結晶基板上に、
｛１．１．０．｝結晶面を有するリン化硼素系半導体層
を積層する。
珪素の｛１．１．１．｝結晶面の間隔を、リン化硼素の
｛１．１．０．｝結晶面の間隔に一致させる様にした表
面の珪素単結晶を基板として、結晶性に優れるリン化硼
素系半導体層をもたらす技術を提供する。 【解決手段】［１．１．０．］結晶方位に向かって、
５．０°以上で９．０°以下の角度で傾斜した｛１．
１．１．｝結晶面を表面とする珪素単結晶基板上に、
｛１．１．０．｝結晶面を有するリン化硼素系半導体層
を積層する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特定の面方位を有
する珪素（Ｓｉ）単結晶（シリコン）を基板として化合
物半導体素子を構成するための技術に関する。
する珪素（Ｓｉ）単結晶（シリコン）を基板として化合
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）。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）、全ん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。
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）。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）、全ん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。
【０００３】従来に於いては、珪素（Ｓｉ）単結晶基板
上に設けられたリン化硼素層を利用して様々な化合物半
導体素子が構成されている。例えば、リン化硼素層を利
用したヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）が知れ
ている（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２
５（４）（１９７８）、６３３〜６３７頁参照）。ま
た、リン化硼素層をウィンドウ（ｗｉｎｄｏｗ）層とし
て利用した太陽電池がある（上記のＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，参照）。また、リン化硼素並びに
その混晶を利用して、青色帯或いは緑色帯の発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）或いはレーザダイオード（ＬＤ）を構成
する技術が開示されている（日本国特許第２８０９６
９０号、第２８０９６９１号、第２８０９６９２号
各公報、及び米国特許６，０６９，０２１号参照）。
上に設けられたリン化硼素層を利用して様々な化合物半
導体素子が構成されている。例えば、リン化硼素層を利
用したヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）が知れ
ている（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２
５（４）（１９７８）、６３３〜６３７頁参照）。ま
た、リン化硼素層をウィンドウ（ｗｉｎｄｏｗ）層とし
て利用した太陽電池がある（上記のＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，参照）。また、リン化硼素並びに
その混晶を利用して、青色帯或いは緑色帯の発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）或いはレーザダイオード（ＬＤ）を構成
する技術が開示されている（日本国特許第２８０９６
９０号、第２８０９６９１号、第２８０９６９２号
各公報、及び米国特許６，０６９，０２１号参照）。
【０００４】単量体のリン化硼素（ＢＰ；ｂｏｒｏｎ
ｍｏｎｏｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）の格子定数は約４．５３
８Åである（上記の「半導体デバイス概論」、２８頁参
照）。一方、基板として利用されている珪素（Ｓｉ）単
結晶は、同じくの立方晶の閃亜鉛鉱（ｚｉｎｃ−ｂｌｅ
ｎｄ）型結晶であり、その格子定数は約５．４３１Åで
ある（上記の「半導体デバイス概論」、２８頁参照）。
従って、格子のミスマッチ（ｍｉｓｍａｔｃｈ）度を、
珪素単結晶の格子定数（＝５．４３１Å）に対する、双
方の結晶の格子定数の差異（＝０．８９３Å）の比率で
表すと約１６．６％の大きに達する。この大きな格子ミ
スマッチ度に因るリン化硼素層のＳｉ基板表面からの剥
離を防止するために、比較的低温で成長させた非晶質を
含む多結晶のリン化硼素からなる低温緩衝層をＳｉ基板
表面に設ける技術手段が開示されている（上記の米国特
許６，０６９，０２１号参照）。
ｍｏｎｏｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）の格子定数は約４．５３
８Åである（上記の「半導体デバイス概論」、２８頁参
照）。一方、基板として利用されている珪素（Ｓｉ）単
結晶は、同じくの立方晶の閃亜鉛鉱（ｚｉｎｃ−ｂｌｅ
ｎｄ）型結晶であり、その格子定数は約５．４３１Åで
ある（上記の「半導体デバイス概論」、２８頁参照）。
従って、格子のミスマッチ（ｍｉｓｍａｔｃｈ）度を、
珪素単結晶の格子定数（＝５．４３１Å）に対する、双
方の結晶の格子定数の差異（＝０．８９３Å）の比率で
表すと約１６．６％の大きに達する。この大きな格子ミ
スマッチ度に因るリン化硼素層のＳｉ基板表面からの剥
離を防止するために、比較的低温で成長させた非晶質を
含む多結晶のリン化硼素からなる低温緩衝層をＳｉ基板
表面に設ける技術手段が開示されている（上記の米国特
許６，０６９，０２１号参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来技術にあって、リ
ン化硼素系半導体層は、例えば表面を｛１．０．０．｝
または｛１．１．１．｝結晶面とする珪素単結晶を基板
として形成されている（上記の米国特許６，０６９，０
２１号参照）。特に、｛１．１．１．｝結晶面では、
｛１．０．０．｝結晶面に比較して珪素原子が密に存在
しているため、低温緩衝層を構成する硼素（Ｂ）及びリ
ン（Ｐ）の珪素単結晶基板内部への浸透を抑制するに有
効であるとされている。
ン化硼素系半導体層は、例えば表面を｛１．０．０．｝
または｛１．１．１．｝結晶面とする珪素単結晶を基板
として形成されている（上記の米国特許６，０６９，０
２１号参照）。特に、｛１．１．１．｝結晶面では、
｛１．０．０．｝結晶面に比較して珪素原子が密に存在
しているため、低温緩衝層を構成する硼素（Ｂ）及びリ
ン（Ｐ）の珪素単結晶基板内部への浸透を抑制するに有
効であるとされている。
【０００６】しかし、珪素単結晶の｛１．１．１．｝結
晶面の相互の間隔は約３．１３６Åである。一方、リン
化硼素（ＢＰ：格子定数＝４．５３８Å）の｛１．１．
０．｝結晶面の間隔は、３．２０９Åであり、珪素単結
晶の｛１．１．１．｝結晶面の間隔とは一致しない。こ
のため、従来の｛１．１．１．｝結晶面を表面とする珪
素単結晶基板上にもたらされるリン化硼素層は、転位或
いは積層欠陥等の結晶欠陥を多量に含む粗悪な結晶層と
なるのが問題となっている。
晶面の相互の間隔は約３．１３６Åである。一方、リン
化硼素（ＢＰ：格子定数＝４．５３８Å）の｛１．１．
０．｝結晶面の間隔は、３．２０９Åであり、珪素単結
晶の｛１．１．１．｝結晶面の間隔とは一致しない。こ
のため、従来の｛１．１．１．｝結晶面を表面とする珪
素単結晶基板上にもたらされるリン化硼素層は、転位或
いは積層欠陥等の結晶欠陥を多量に含む粗悪な結晶層と
なるのが問題となっている。
【０００７】本発明は、｛１．１．１．｝珪素単結晶の
表面に交差する珪素の｛１．１．１．｝結晶面の間隔
を、リン化硼素の｛１．１．０．｝結晶面の間隔に一致
させる様にした表面の珪素単結晶を基板として、結晶性
に優れるリン化硼素系半導体層をもたらす技術を提供す
る。
表面に交差する珪素の｛１．１．１．｝結晶面の間隔
を、リン化硼素の｛１．１．０．｝結晶面の間隔に一致
させる様にした表面の珪素単結晶を基板として、結晶性
に優れるリン化硼素系半導体層をもたらす技術を提供す
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、珪素単結晶基
板の表面をなす結晶面の方位を特定することに依って、
上記の従来技術の問題点を解決するのを趣旨とする発明
である。すなわち本発明は、 （１）珪素（Ｓｉ）単結晶（シリコン）からなる基板の
表面上に設けられた、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成
元素として含むリン化硼素（ＢＰ）系半導体層を備えて
なる化合物半導体素子に於いて、［１．１．０．］結晶
方位に向かって、５．０度（°）以上で９．０度（°）
以下の角度で傾斜した｛１．１．１．｝結晶面を表面と
する珪素単結晶を基板としたことを特徴とする化合物半
導体素子。 （２）［１．１．０．］結晶方位に向かって、７．３±
０．５度（°）の角度の範囲で傾斜した｛１．１．
１．｝結晶面を表面とする珪素単結晶を基板としたこと
を特徴とする上記（１）に記載の化合物半導体素子。 （３）［１．１．０．］結晶方位に向かって、５．０°
以上で９．０°以下の角度で傾斜した｛１．１．１．｝
結晶面を表面とする珪素単結晶基板上に、リン化硼素系
半導体層からなる低温緩衝層を介して、｛１．１．
０．｝結晶面を有するリン化硼素系半導体層が積層され
た積層構造体からなる上記（１）に記載の化合物半導体
素子。 （４）［１．１．０．］結晶方位に向かって、７．３±
０．５度（°）の角度の範囲で傾斜した｛１．１．
１．｝結晶面を表面とする珪素単結晶基板上に、リン化
硼素系半導体層からなる低温緩衝層を介して、｛１．
１．０．｝結晶面を有するリン化硼素（ＢＰ）半導体層
が積層された積層構造体からなる上記（２）に記載の化
合物半導体素子。 （５）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載の化合
物半導体素子からなる発光素子。 （６）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載の化合
物半導体素子からなるトランジスタ。である。
板の表面をなす結晶面の方位を特定することに依って、
上記の従来技術の問題点を解決するのを趣旨とする発明
である。すなわち本発明は、 （１）珪素（Ｓｉ）単結晶（シリコン）からなる基板の
表面上に設けられた、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成
元素として含むリン化硼素（ＢＰ）系半導体層を備えて
なる化合物半導体素子に於いて、［１．１．０．］結晶
方位に向かって、５．０度（°）以上で９．０度（°）
以下の角度で傾斜した｛１．１．１．｝結晶面を表面と
する珪素単結晶を基板としたことを特徴とする化合物半
導体素子。 （２）［１．１．０．］結晶方位に向かって、７．３±
０．５度（°）の角度の範囲で傾斜した｛１．１．
１．｝結晶面を表面とする珪素単結晶を基板としたこと
を特徴とする上記（１）に記載の化合物半導体素子。 （３）［１．１．０．］結晶方位に向かって、５．０°
以上で９．０°以下の角度で傾斜した｛１．１．１．｝
結晶面を表面とする珪素単結晶基板上に、リン化硼素系
半導体層からなる低温緩衝層を介して、｛１．１．
０．｝結晶面を有するリン化硼素系半導体層が積層され
た積層構造体からなる上記（１）に記載の化合物半導体
素子。 （４）［１．１．０．］結晶方位に向かって、７．３±
０．５度（°）の角度の範囲で傾斜した｛１．１．
１．｝結晶面を表面とする珪素単結晶基板上に、リン化
硼素系半導体層からなる低温緩衝層を介して、｛１．
１．０．｝結晶面を有するリン化硼素（ＢＰ）半導体層
が積層された積層構造体からなる上記（２）に記載の化
合物半導体素子。 （５）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載の化合
物半導体素子からなる発光素子。 （６）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載の化合
物半導体素子からなるトランジスタ。である。
【０００９】また本発明は
（７）［１．１．０．］結晶方位に向かって、５．０°
以上で９．０°以下の角度で傾斜した｛１．１．１．｝
結晶面を表面とする珪素単結晶基板上に、リン化硼素系
半導体層からなる低温緩衝層を介して、｛１．１．
０．｝結晶面を有するリン化硼素系半導体層を積層する
化合物半導体素子の製造方法。 （８）［１．１．０．］結晶方位に向かって、７．３±
０．５度（°）の角度の範囲で傾斜した｛１．１．
１．｝結晶面を表面とする珪素単結晶基板上に、リン化
硼素系半導体層からなる低温緩衝層を介して、｛１．
１．０．｝結晶面を有するリン化硼素（ＢＰ）半導体層
を積層する化合物半導体素子の製造方法。である。
以上で９．０°以下の角度で傾斜した｛１．１．１．｝
結晶面を表面とする珪素単結晶基板上に、リン化硼素系
半導体層からなる低温緩衝層を介して、｛１．１．
０．｝結晶面を有するリン化硼素系半導体層を積層する
化合物半導体素子の製造方法。 （８）［１．１．０．］結晶方位に向かって、７．３±
０．５度（°）の角度の範囲で傾斜した｛１．１．
１．｝結晶面を表面とする珪素単結晶基板上に、リン化
硼素系半導体層からなる低温緩衝層を介して、｛１．
１．０．｝結晶面を有するリン化硼素（ＢＰ）半導体層
を積層する化合物半導体素子の製造方法。である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の内容を説明するために、
｛１．１．１．｝結晶面２ａを表面とする｛１．１．
１．｝−珪素単結晶１の断面模式図を図１に例示する。
｛１．１．１．｝−珪素単結晶の表面は、何れの結晶方
位にも傾斜していない正確な｛１．１．１．｝結晶面２
ａである。立方晶閃亜鉛鉱型にあって、｛１．１．
１．｝結晶面相互のなす交差角度は７０．５度（°）で
ある（「やさしい電子回折と初等結晶学」（１９９７年
７月１０日、共立出版（株）発行初版１刷、５７頁参
照）。従って、｛１．１．１．｝−珪素単結晶１にあっ
て、表面をなす｛１．１．１．｝結晶面２ａには、角度
にして７０．５度（°）で交差する｛１．１．１．｝結
晶面２ｂが存在する。Ｓｉ単結晶の｛１．１．１．｝結
晶面の間隔は約３．１３６Åであり、例えば、リン化硼
素（ＢＰ）の｛１．１．０．｝結晶面との間隔（＝３．
２０９Å）の差異は約０．０７３Åとなる。即ち、Ｓｉ
単結晶の｛１．１．１．｝結晶面の間隔に対する、この
結晶面間隔の差異（＝０．０７３Å）の比率（＝０．０
７３Å／３．１３６Å）は、約２．３％に達する。即
ち、無傾斜の珪素｛１．１．１．｝結晶面では、例え
ば、リン化硼素の｛１．１．０．｝結晶面との結晶面間
隔の差異は依然として大のままである。
｛１．１．１．｝結晶面２ａを表面とする｛１．１．
１．｝−珪素単結晶１の断面模式図を図１に例示する。
｛１．１．１．｝−珪素単結晶の表面は、何れの結晶方
位にも傾斜していない正確な｛１．１．１．｝結晶面２
ａである。立方晶閃亜鉛鉱型にあって、｛１．１．
１．｝結晶面相互のなす交差角度は７０．５度（°）で
ある（「やさしい電子回折と初等結晶学」（１９９７年
７月１０日、共立出版（株）発行初版１刷、５７頁参
照）。従って、｛１．１．１．｝−珪素単結晶１にあっ
て、表面をなす｛１．１．１．｝結晶面２ａには、角度
にして７０．５度（°）で交差する｛１．１．１．｝結
晶面２ｂが存在する。Ｓｉ単結晶の｛１．１．１．｝結
晶面の間隔は約３．１３６Åであり、例えば、リン化硼
素（ＢＰ）の｛１．１．０．｝結晶面との間隔（＝３．
２０９Å）の差異は約０．０７３Åとなる。即ち、Ｓｉ
単結晶の｛１．１．１．｝結晶面の間隔に対する、この
結晶面間隔の差異（＝０．０７３Å）の比率（＝０．０
７３Å／３．１３６Å）は、約２．３％に達する。即
ち、無傾斜の珪素｛１．１．１．｝結晶面では、例え
ば、リン化硼素の｛１．１．０．｝結晶面との結晶面間
隔の差異は依然として大のままである。
【００１１】一方、［１．１．０．］結晶方向に、θ度
（０°＜θ＜９０°）の角度で傾斜させた｛１．１．
１．｝結晶表面２ｃに交差する｛１．１．１．｝結晶面
２ｂの間隔（＝ｄ：単位Å）と、｛１．１．１．｝結晶
面２ｂの本来の結晶面間隔（＝ｄ 0：Å）との関係を図
２に模式的に示す。［１．１．０．］結晶方向に傾斜し
た｛１．１．１．｝結晶面表面２ｃでは、Ｓｉの｛１．
１．１．｝結晶面間の間隔（＝ｄ）はｄ0（＝３．１３
６Å）より延長される。［１．１．０．］結晶方向に、
θ°傾斜させた｛１．１．１．｝結晶表面２ｃに交差す
る｛１．１．１．｝結晶面２ｂの間隔（＝ｄ）は、次式
（１）で与えられる。 ｄ（Å）＝ｄ0／ｓｉｎ（θ＋７０．５）° （式（１）） θを大とするに従い、ｄはｄ0に近づくこととなる。
（０°＜θ＜９０°）の角度で傾斜させた｛１．１．
１．｝結晶表面２ｃに交差する｛１．１．１．｝結晶面
２ｂの間隔（＝ｄ：単位Å）と、｛１．１．１．｝結晶
面２ｂの本来の結晶面間隔（＝ｄ 0：Å）との関係を図
２に模式的に示す。［１．１．０．］結晶方向に傾斜し
た｛１．１．１．｝結晶面表面２ｃでは、Ｓｉの｛１．
１．１．｝結晶面間の間隔（＝ｄ）はｄ0（＝３．１３
６Å）より延長される。［１．１．０．］結晶方向に、
θ°傾斜させた｛１．１．１．｝結晶表面２ｃに交差す
る｛１．１．１．｝結晶面２ｂの間隔（＝ｄ）は、次式
（１）で与えられる。 ｄ（Å）＝ｄ0／ｓｉｎ（θ＋７０．５）° （式（１）） θを大とするに従い、ｄはｄ0に近づくこととなる。
【００１２】上記の式（１）に則れば、θ＝５．０°
（ｓｉｎ（５．０°＋７０．５°）＝０．９６８１）と
すれば、ｄ＝３．２３９Åとなり、例えば、リン化硼素
・ガリウム混晶（Ｂ0.95Ｇａ0.05Ｐ）の｛１．１．
０．｝結晶面の結晶面間隔に合致させられる。θ＝９．
０°（ｓｉｎ（７９．５°）＝０．９８３２）とすれ
ば、ｄ＝３．１９０Åとなり、例えば、ＢＮ0.03Ｐ0.97
の｛１．１．０．｝結晶面の間隔と合致する距離で交差
する｛１．１．１．｝結晶面２ｂをもった｛１．１．
１．｝結晶面２ｃを得ることができる。θを５．０°以
上で９．０°以下とすれば、単量体のリン化硼素（Ｂ
Ｐ）の｛１．１．０．｝結晶面間隔との差異の比率も±
１．０％未満に減少させられ、結晶欠陥密度の少ない結
晶性に優れるリン化硼素系半導体層を得るに好都合とな
る。
（ｓｉｎ（５．０°＋７０．５°）＝０．９６８１）と
すれば、ｄ＝３．２３９Åとなり、例えば、リン化硼素
・ガリウム混晶（Ｂ0.95Ｇａ0.05Ｐ）の｛１．１．
０．｝結晶面の結晶面間隔に合致させられる。θ＝９．
０°（ｓｉｎ（７９．５°）＝０．９８３２）とすれ
ば、ｄ＝３．１９０Åとなり、例えば、ＢＮ0.03Ｐ0.97
の｛１．１．０．｝結晶面の間隔と合致する距離で交差
する｛１．１．１．｝結晶面２ｂをもった｛１．１．
１．｝結晶面２ｃを得ることができる。θを５．０°以
上で９．０°以下とすれば、単量体のリン化硼素（Ｂ
Ｐ）の｛１．１．０．｝結晶面間隔との差異の比率も±
１．０％未満に減少させられ、結晶欠陥密度の少ない結
晶性に優れるリン化硼素系半導体層を得るに好都合とな
る。
【００１３】本発明の実施形態の好例として、＜１．
１．０．＞結晶方位に５．０°傾斜した（１．１．
１．）結晶面を表面とする硼素（Ｂ）ドープｐ形Ｓｉ単
結晶基板上に、亜鉛（Ｚｎ）ドープリン化硼素・ガリウ
ム混晶（Ｂ0.95Ｇａ0.05Ｐ）からなる低温緩衝層を介し
て、｛１．１．０．｝結晶面からなるマグネシウム（Ｍ
ｇ）ドープｐ形Ｂ0.95Ｇａ0.05Ｐ層を備えた積層構造体
から構成した化合物半導体素子を挙げられる。また、＜
−１．１．０．＞方向に９．０°傾斜させた（−１．
１．１．）結晶面を表面とするリン（Ｐ）ドープｎ形Ｓ
ｉ単結晶基板上に、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）のリン
化硼素からなる低温緩衝層を介して、珪素（Ｓｉ）ドー
プｎ形リン化硼素層を積層させて、例えば発光素子用途
の積層構造体を構成する例が挙げられる。
１．０．＞結晶方位に５．０°傾斜した（１．１．
１．）結晶面を表面とする硼素（Ｂ）ドープｐ形Ｓｉ単
結晶基板上に、亜鉛（Ｚｎ）ドープリン化硼素・ガリウ
ム混晶（Ｂ0.95Ｇａ0.05Ｐ）からなる低温緩衝層を介し
て、｛１．１．０．｝結晶面からなるマグネシウム（Ｍ
ｇ）ドープｐ形Ｂ0.95Ｇａ0.05Ｐ層を備えた積層構造体
から構成した化合物半導体素子を挙げられる。また、＜
−１．１．０．＞方向に９．０°傾斜させた（−１．
１．１．）結晶面を表面とするリン（Ｐ）ドープｎ形Ｓ
ｉ単結晶基板上に、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）のリン
化硼素からなる低温緩衝層を介して、珪素（Ｓｉ）ドー
プｎ形リン化硼素層を積層させて、例えば発光素子用途
の積層構造体を構成する例が挙げられる。
【００１４】また、θが７．３°（ｓｉｎ（７７．８
°）＝０．９７７４）であれば、上記の式（１）より、
ｄは単量体のリン化硼素（ＢＰ）の｛１．１．０．｝結
晶面の結晶面間隔（＝３．２０９Å）に合致することと
なる。θを７．３°±０．５°の範囲とすれば、ｄは
３．２０３Å（θ＝７．８°の場合）から３．２１５Å
（θ＝６．８°の場合）範囲に収まり、従って、ＢＰの
｛１．１．０．｝結晶面の間隔（＝３，２０９Å）とｄ
との差異の比率は０．２％以下の低きとすることができ
る。図３に、θを７．３°とした｛１．１．１．｝結晶
面を表面２ｃとする｛１．１．１．｝−珪素単結晶１基
板上に、基板１の表面に平行にリン化硼素（ＢＰ）の
｛１．１．０．｝結晶面４が成長する模様を模式的に示
す。［１．１．０．］結晶方向に７．３°傾斜した
｛１．１．１．｝結晶表面２ｃには、３．２０９Åの間
隔をもって｛１．１．１．｝結晶面２ｂが交差すること
となる。この｛１．１．１．｝結晶面２ｂの表面２ｃに
於ける間隔は、リン化硼素系半導体層３の｛１．１．
０．｝−結晶面４の間隔に一致するため、｛１．１．
０．｝−ＢＰ結晶層３の成長は促進される。また、
｛１．１．１．｝−珪素単結晶１表面２ｃに交差する
｛１．１．１．｝結晶面２ｂの面間隔（＝ｄ）との整合
性に依り、特に、転位或いは積層欠陥等の結晶欠陥密度
の小さい結晶性に優れるリン化硼素半導体層が得られ
る。珪素単結晶基板の表面上に例えば、リン化硼素系半
導体層からなる低温緩衝層を介在させてリン化硼素半導
体層を積層する場合にあっても、｛１．１．０．｝から
なるリン化硼素半導体層が得られる効果は失われない。
むしろ、非晶質を含む多結晶の低温緩衝層を設けること
に依り、珪素単結晶基板との密着性に優れる｛１．１．
０．｝−リン化硼素半導体層が得られる利点がある。
°）＝０．９７７４）であれば、上記の式（１）より、
ｄは単量体のリン化硼素（ＢＰ）の｛１．１．０．｝結
晶面の結晶面間隔（＝３．２０９Å）に合致することと
なる。θを７．３°±０．５°の範囲とすれば、ｄは
３．２０３Å（θ＝７．８°の場合）から３．２１５Å
（θ＝６．８°の場合）範囲に収まり、従って、ＢＰの
｛１．１．０．｝結晶面の間隔（＝３，２０９Å）とｄ
との差異の比率は０．２％以下の低きとすることができ
る。図３に、θを７．３°とした｛１．１．１．｝結晶
面を表面２ｃとする｛１．１．１．｝−珪素単結晶１基
板上に、基板１の表面に平行にリン化硼素（ＢＰ）の
｛１．１．０．｝結晶面４が成長する模様を模式的に示
す。［１．１．０．］結晶方向に７．３°傾斜した
｛１．１．１．｝結晶表面２ｃには、３．２０９Åの間
隔をもって｛１．１．１．｝結晶面２ｂが交差すること
となる。この｛１．１．１．｝結晶面２ｂの表面２ｃに
於ける間隔は、リン化硼素系半導体層３の｛１．１．
０．｝−結晶面４の間隔に一致するため、｛１．１．
０．｝−ＢＰ結晶層３の成長は促進される。また、
｛１．１．１．｝−珪素単結晶１表面２ｃに交差する
｛１．１．１．｝結晶面２ｂの面間隔（＝ｄ）との整合
性に依り、特に、転位或いは積層欠陥等の結晶欠陥密度
の小さい結晶性に優れるリン化硼素半導体層が得られ
る。珪素単結晶基板の表面上に例えば、リン化硼素系半
導体層からなる低温緩衝層を介在させてリン化硼素半導
体層を積層する場合にあっても、｛１．１．０．｝から
なるリン化硼素半導体層が得られる効果は失われない。
むしろ、非晶質を含む多結晶の低温緩衝層を設けること
に依り、珪素単結晶基板との密着性に優れる｛１．１．
０．｝−リン化硼素半導体層が得られる利点がある。
【００１５】［１．１．０．］結晶方向に好適な角度で
傾斜した｛１．１．１．｝-結晶面を表面とする｛１１
１｝−Ｓｉ基板上に形成された結晶性に優れる｛１．
１．０．｝−リン化硼素系半導体層を利用すれば、特性
に優れる化合物半導体素子がもたらされる利点がある。
本発明の実施形態の好例として、＜１．０．−１．＞結
晶方位に７．０°傾斜した（１．−１．１）結晶面を表
面とする硼素（Ｂ）ドープｐ形Ｓｉ単結晶基板上に、ア
ンドープリン化硼素（ＢＰ）からなる低温緩衝層を介し
て、｛１．１．０．｝結晶面からなるベリリウム（Ｂ
ｅ）ドープｐ形ＢＰ層を備えた積層構造体から化合物半
導体素子を構成する例を挙げられる。特に、室温での禁
止帯幅を３．０±０．２ｅＶとするリン化硼素層から構
成された結晶性に優れる結晶層は、例えば、発光素子に
あって、単一或いは二重ヘテロ（ヘテロ）接合構造の発
光部を構成するための障壁層（クラッド層）として有効
に利用できる。
傾斜した｛１．１．１．｝-結晶面を表面とする｛１１
１｝−Ｓｉ基板上に形成された結晶性に優れる｛１．
１．０．｝−リン化硼素系半導体層を利用すれば、特性
に優れる化合物半導体素子がもたらされる利点がある。
本発明の実施形態の好例として、＜１．０．−１．＞結
晶方位に７．０°傾斜した（１．−１．１）結晶面を表
面とする硼素（Ｂ）ドープｐ形Ｓｉ単結晶基板上に、ア
ンドープリン化硼素（ＢＰ）からなる低温緩衝層を介し
て、｛１．１．０．｝結晶面からなるベリリウム（Ｂ
ｅ）ドープｐ形ＢＰ層を備えた積層構造体から化合物半
導体素子を構成する例を挙げられる。特に、室温での禁
止帯幅を３．０±０．２ｅＶとするリン化硼素層から構
成された結晶性に優れる結晶層は、例えば、発光素子に
あって、単一或いは二重ヘテロ（ヘテロ）接合構造の発
光部を構成するための障壁層（クラッド層）として有効
に利用できる。
【００１６】発光素子に加えて、本発明に依る結晶性に
優れるリン化硼素系半導体層を利用すれば、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、（Ｂ）〜（Ｅ）
項に記載の機能層を積層してなる積層構造体から構成で
きる。 （Ａ）＜１．１．０．＞結晶方向に７．３°傾斜した
（１．１．１．）結晶面を表面とするアンチモン（Ｓ
ｂ）ドープｎ形｛１．１．１．｝−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｛１．
１．０．｝−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＝４．５３
８Å）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＝４．５
１０Å）から主になる高抵抗のＧａＮ層 （Ｅ）ベリリウム（Ｂｅ）をドーピングしたｐ形リン化
硼素層。 この積層構成では、窒化ガリウム（ＧａＮ）層が格子ミ
スマッチ（ｍｉｓｍａｔｃｈ）度の少なく、尚且、好適
に傾斜した（１．１．１．）−珪素結晶表面上の形成し
た結晶性に優れるリン化硼素層上に積層させているた
め、特に、結晶性に優れるＧａＮ層を形成できる。
優れるリン化硼素系半導体層を利用すれば、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、（Ｂ）〜（Ｅ）
項に記載の機能層を積層してなる積層構造体から構成で
きる。 （Ａ）＜１．１．０．＞結晶方向に７．３°傾斜した
（１．１．１．）結晶面を表面とするアンチモン（Ｓ
ｂ）ドープｎ形｛１．１．１．｝−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｛１．
１．０．｝−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＝４．５３
８Å）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＝４．５
１０Å）から主になる高抵抗のＧａＮ層 （Ｅ）ベリリウム（Ｂｅ）をドーピングしたｐ形リン化
硼素層。 この積層構成では、窒化ガリウム（ＧａＮ）層が格子ミ
スマッチ（ｍｉｓｍａｔｃｈ）度の少なく、尚且、好適
に傾斜した（１．１．１．）−珪素結晶表面上の形成し
た結晶性に優れるリン化硼素層上に積層させているた
め、特に、結晶性に優れるＧａＮ層を形成できる。
【００１７】また、結晶性に優れるリン化硼素系半導体
層を利用した、次の（イ）〜（ニ）項に記載の機能層を
備えた積層構造体からは例えば、ｎｐｎ接合型のＨＢＴ
を構成できる。 （イ）コレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）層としての作用
を兼用する、＜−１．１．０．＞結晶方向に７．３°傾
斜した（−１．１．１．）結晶面を表面とするアンチモ
ン（Ｓｂ）ドープｎ形｛１．１．１．｝−Ｓｉ単結晶基
板 （ロ）亜鉛（Ｚｎ）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）（イ）に記す基板の表面に平行に配列した｛１．
１．０．｝−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。 上記例では、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
からベース層を構成しているため、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。
層を利用した、次の（イ）〜（ニ）項に記載の機能層を
備えた積層構造体からは例えば、ｎｐｎ接合型のＨＢＴ
を構成できる。 （イ）コレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）層としての作用
を兼用する、＜−１．１．０．＞結晶方向に７．３°傾
斜した（−１．１．１．）結晶面を表面とするアンチモ
ン（Ｓｂ）ドープｎ形｛１．１．１．｝−Ｓｉ単結晶基
板 （ロ）亜鉛（Ｚｎ）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）（イ）に記す基板の表面に平行に配列した｛１．
１．０．｝−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。 上記例では、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
からベース層を構成しているため、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。
【００１８】
【作用】［１．１．０．］結晶方位に向かって傾斜させ
た｛１．１．１．｝結晶面を表面とする珪素（Ｓｉ）単
結晶基板は、傾斜させる角度に依り、Ｓｉの｛１．１．
１．｝結晶表面に交差する｛１．１．１．｝結晶面の間
隔を、リン化硼素系半導体層、特に、単量体のリン化硼
素（ＢＰ）の｛１．１．０．｝結晶面間隔に合致させる
ことができるため、｛１．１．０．｝結晶面からなるリ
ン化硼素系半導体層の成長を促進させる作用を有する。
た｛１．１．１．｝結晶面を表面とする珪素（Ｓｉ）単
結晶基板は、傾斜させる角度に依り、Ｓｉの｛１．１．
１．｝結晶表面に交差する｛１．１．１．｝結晶面の間
隔を、リン化硼素系半導体層、特に、単量体のリン化硼
素（ＢＰ）の｛１．１．０．｝結晶面間隔に合致させる
ことができるため、｛１．１．０．｝結晶面からなるリ
ン化硼素系半導体層の成長を促進させる作用を有する。
【００１９】
【実施例】（第１実施例）本第１実施例では、＜−１．
−１．０＞結晶方向に角度にして ５．０°傾斜させた
（−１．−１．１）結晶面を表面とする珪素（Ｓｉ）単
結晶を基板とする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ＬＥＤ
１Ａの断面構造を模式的に図４に示す。
−１．０＞結晶方向に角度にして ５．０°傾斜させた
（−１．−１．１）結晶面を表面とする珪素（Ｓｉ）単
結晶を基板とする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ＬＥＤ
１Ａの断面構造を模式的に図４に示す。
【００２０】ＬＥＤ１Ａを構成するための積層構造体１
Ｂは、硼素ドープｐ形（−１．１．０）−珪素単結晶
（シリコン）を基板１０１上に次項の（２）〜（４）に
記す機能層を順次、堆積して構成した。基板１０１の表
面は＜−１．−１．０．＞方向に５．０°傾斜した（−
１．１．１．）結晶面としたため、表面で交差する｛１
１１｝結晶面（ｄ0＝３．１３６Å）の間隔（＝ｄ）は
３．２７２Åであった。
Ｂは、硼素ドープｐ形（−１．１．０）−珪素単結晶
（シリコン）を基板１０１上に次項の（２）〜（４）に
記す機能層を順次、堆積して構成した。基板１０１の表
面は＜−１．−１．０．＞方向に５．０°傾斜した（−
１．１．１．）結晶面としたため、表面で交差する｛１
１１｝結晶面（ｄ0＝３．１３６Å）の間隔（＝ｄ）は
３．２７２Åであった。
【００２１】（１）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、非晶質を主体とした多
結晶の亜鉛（Ｚｎ）ドープリン化硼素（ＢＰ）からなる
低温緩衝層１０２ （２）（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ／トリメチルインジウム（（Ｃ
Ｈ3）3Ｉｎ）／ＰＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣＶＤ手段を利用
し、８５０℃で成長させたマグネシウム（Ｍｇ）をドー
ピングしたｐ形リン化硼素・インジウム混晶（Ｂ0.93Ｉ
ｎ0.07Ｐ：格子定数＝４．６２８Å）層からなる下部障
壁層１０３。Ｍｇのドーピング源にはビス−シクロペン
タジエニルＭｇ（分子式：（ｂｉｓ−（Ｃ5Ｈ5）2Ｍ
ｇ）を利用した。 （３）トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）／（ＣＨ
3）3Ｉｎ／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Ｇａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ層（格子定数＝４．６２８
Å）から主になる発光層１０４（キャリア濃度≒６×１
０17ｃｍ-3、層厚≒１２０ｎｍ）。 （４）（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ／ＰＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣＶＤ手
段により、４００℃で成長させた、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）
からなる非晶質を主体として構成された上部障壁層１０
５。
／ホスフィン（ＰＨ3）／水素（Ｈ2）系常圧ＭＯＣＶＤ
法により３５０℃で成長させた、非晶質を主体とした多
結晶の亜鉛（Ｚｎ）ドープリン化硼素（ＢＰ）からなる
低温緩衝層１０２ （２）（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ／トリメチルインジウム（（Ｃ
Ｈ3）3Ｉｎ）／ＰＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣＶＤ手段を利用
し、８５０℃で成長させたマグネシウム（Ｍｇ）をドー
ピングしたｐ形リン化硼素・インジウム混晶（Ｂ0.93Ｉ
ｎ0.07Ｐ：格子定数＝４．６２８Å）層からなる下部障
壁層１０３。Ｍｇのドーピング源にはビス−シクロペン
タジエニルＭｇ（分子式：（ｂｉｓ−（Ｃ5Ｈ5）2Ｍ
ｇ）を利用した。 （３）トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）／（ＣＨ
3）3Ｉｎ／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Ｇａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ層（格子定数＝４．６２８
Å）から主になる発光層１０４（キャリア濃度≒６×１
０17ｃｍ-3、層厚≒１２０ｎｍ）。 （４）（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ／ＰＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣＶＤ手
段により、４００℃で成長させた、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）
からなる非晶質を主体として構成された上部障壁層１０
５。
【００２２】下部障壁層１０３を構成するリン化硼素・
インジウム混晶（Ｂ0.93Ｉｎ0.07Ｐ）層は、低温緩衝層
１０２を介して設けたために、低温緩衝層１０２より剥
離することの無い連続膜となった。また、下部障壁層１
０３は、Ｂ0.93Ｉｎ0.07Ｐの｛１．１．０．｝結晶面か
ら構成される結晶層となった。また、その｛１．１．
０．｝結晶面の間隔（ｄ＝３．２７２Å）に一致する距
離で交差するＳｉ−｛１．１．１．｝結晶面を有する
（−１．１．１．）単結晶を基板として形成することと
したため、断面ＴＥＭ技法に依る結晶構造の観察では、
Ｂ0.93Ｉｎ0.07Ｐ層の内部には転位或いは積層欠陥の密
度は特に増殖されるのは認められなかった。
インジウム混晶（Ｂ0.93Ｉｎ0.07Ｐ）層は、低温緩衝層
１０２を介して設けたために、低温緩衝層１０２より剥
離することの無い連続膜となった。また、下部障壁層１
０３は、Ｂ0.93Ｉｎ0.07Ｐの｛１．１．０．｝結晶面か
ら構成される結晶層となった。また、その｛１．１．
０．｝結晶面の間隔（ｄ＝３．２７２Å）に一致する距
離で交差するＳｉ−｛１．１．１．｝結晶面を有する
（−１．１．１．）単結晶を基板として形成することと
したため、断面ＴＥＭ技法に依る結晶構造の観察では、
Ｂ0.93Ｉｎ0.07Ｐ層の内部には転位或いは積層欠陥の密
度は特に増殖されるのは認められなかった。
【００２３】上部障壁層１０５の中央には、金・錫（Ａ
ｕ・Ｓｎ）円形電極（直径＝１２０μｍ）からなるオー
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ＬＥＤ１
Ａを構成した。
ｕ・Ｓｎ）円形電極（直径＝１２０μｍ）からなるオー
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ＬＥＤ１
Ａを構成した。
【００２４】構成された青色ＬＥＤ１Ａは、次の（ａ）
〜（ｄ）項に記載の特性を示した。 （ａ）発光中心波長：４６０ｎｍ （ｂ）輝度：７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：５Ｖ（逆方向電流＝１０μＡ） また、発光スペクトルの半値幅（所謂、ＦＷＨＭ）は２
０ｎｍであり、良好な単色性の発光がもたらされた。
［１１０］方向に５．０度傾斜した｛１１１｝−Ｓｉ単
結晶を基板として形成した、室温禁止帯幅を約３．１ｅ
Ｖとする｛１１０｝ーリン化硼素・インジウム混晶（Ｂ
0.93Ｉｎ0.07Ｐ）下部障壁層１０３は結晶性に優れるも
のとなり、このため、高輝度のＬＥＤ１Ａをもたらすに
貢献した。
〜（ｄ）項に記載の特性を示した。 （ａ）発光中心波長：４６０ｎｍ （ｂ）輝度：７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：５Ｖ（逆方向電流＝１０μＡ） また、発光スペクトルの半値幅（所謂、ＦＷＨＭ）は２
０ｎｍであり、良好な単色性の発光がもたらされた。
［１１０］方向に５．０度傾斜した｛１１１｝−Ｓｉ単
結晶を基板として形成した、室温禁止帯幅を約３．１ｅ
Ｖとする｛１１０｝ーリン化硼素・インジウム混晶（Ｂ
0.93Ｉｎ0.07Ｐ）下部障壁層１０３は結晶性に優れるも
のとなり、このため、高輝度のＬＥＤ１Ａをもたらすに
貢献した。
【００２５】（第２実施例）本第２実施例では、＜１．
−１．０．＞結晶方向に角度にして７．３°傾斜させた
（１．−１．１．）結晶面を表面とする珪素（Ｓｉ）単
結晶を基板としてショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接
合型電界効果型トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）を構成す
る場合を例にして、本発明を具体的に説明する。
−１．０．＞結晶方向に角度にして７．３°傾斜させた
（１．−１．１．）結晶面を表面とする珪素（Ｓｉ）単
結晶を基板としてショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接
合型電界効果型トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）を構成す
る場合を例にして、本発明を具体的に説明する。
【００２６】本第２実施例に記すＭＥＳＦＥＴ２Ａの断
面構造を模式的に図５に示す。ＭＥＳＦＥＴ２Ａを構成
するための積層構造体２Ｂは、アンドープ高抵抗（１．
−１．１．）−珪素単結晶（シリコン）基板１０１上
に、次項の（１）〜（４）に記す機能層を順次、堆積し
て構成した。基板１０１の表面は＜１．−１．０．＞方
向に７．３°傾斜させた（１．−１．１．）結晶面とし
たため、表面で交差する｛１．１．１．｝結晶面（ｄ0
＝３．１３６Å）の間隔（＝ｄ）は３．２０９Åとなっ
た。
面構造を模式的に図５に示す。ＭＥＳＦＥＴ２Ａを構成
するための積層構造体２Ｂは、アンドープ高抵抗（１．
−１．１．）−珪素単結晶（シリコン）基板１０１上
に、次項の（１）〜（４）に記す機能層を順次、堆積し
て構成した。基板１０１の表面は＜１．−１．０．＞方
向に７．３°傾斜させた（１．−１．１．）結晶面とし
たため、表面で交差する｛１．１．１．｝結晶面（ｄ0
＝３．１３６Å）の間隔（＝ｄ）は３．２０９Åとなっ
た。
【００２７】（１）（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ／ＰＨ3／Ｈ2系常圧
ＭＯＣＶＤ法により３５０℃で成長させた、非晶質を主
体とした多結晶のアンドープで高抵抗のリン化硼素（Ｂ
Ｐ）からなる低温緩衝層１０２ （２）同じく（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ／ＰＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣ
ＶＤ手段を利用し、８５０℃で成長させた酸素（Ｏ）ド
ープの高抵抗（室温での抵抗率≒１０4Ω・ｃｍ）ＢＰ
層（格子定数＝４．５３８Å）からなる緩衝層１０８。
酸素のドーピング源にはトリエトキシ硼素（分子式：
（Ｃ2Ｈ5０）3Ｂ）を利用した。 （３）（ＣＨ3）3Ｇａ／ＮＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣＶＤ手
段を利用し、８５０℃で成長させた立方晶のアンドープ
ｎ形Ｇａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ層（格子定数＝４．５３８Å）
から主になる動作層１０９（キャリア濃度≒２×１０17
ｃｍ-3、層厚≒４０ｎｍ）。 （４）（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ／ＰＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣＶＤ手
段により、４００℃で成長させた室温での禁止帯幅を約
３．１ｅＶとするアンドープｎ形ＢＰ層からなる非晶質
のショットキーゲート（ｇａｔｅ）電極を構成するため
コンタクト層１１０。
ＭＯＣＶＤ法により３５０℃で成長させた、非晶質を主
体とした多結晶のアンドープで高抵抗のリン化硼素（Ｂ
Ｐ）からなる低温緩衝層１０２ （２）同じく（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ／ＰＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣ
ＶＤ手段を利用し、８５０℃で成長させた酸素（Ｏ）ド
ープの高抵抗（室温での抵抗率≒１０4Ω・ｃｍ）ＢＰ
層（格子定数＝４．５３８Å）からなる緩衝層１０８。
酸素のドーピング源にはトリエトキシ硼素（分子式：
（Ｃ2Ｈ5０）3Ｂ）を利用した。 （３）（ＣＨ3）3Ｇａ／ＮＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣＶＤ手
段を利用し、８５０℃で成長させた立方晶のアンドープ
ｎ形Ｇａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ層（格子定数＝４．５３８Å）
から主になる動作層１０９（キャリア濃度≒２×１０17
ｃｍ-3、層厚≒４０ｎｍ）。 （４）（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ／ＰＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣＶＤ手
段により、４００℃で成長させた室温での禁止帯幅を約
３．１ｅＶとするアンドープｎ形ＢＰ層からなる非晶質
のショットキーゲート（ｇａｔｅ）電極を構成するため
コンタクト層１１０。
【００２８】高抵抗の緩衝層１０８を構成するリン化硼
素（ＢＰ）層は、｛１．１．０．｝結晶面から構成され
る結晶層となった。また、表面でのＳｉの｛１．１．
１．｝格子面の間隔をＢＰの｛１．１．０．｝結晶面の
間隔（ｄ＝３．２０９Å）に一致させる様にした｛１．
１．１．｝−Ｓｉ単結晶を基板１０１としたため、断面
ＴＥＭ技法に依る結晶構造の観察では、高抵抗緩衝層１
０８の内部の転位密度は約１×１０5ｃｍ-2未満と計測
された。
素（ＢＰ）層は、｛１．１．０．｝結晶面から構成され
る結晶層となった。また、表面でのＳｉの｛１．１．
１．｝格子面の間隔をＢＰの｛１．１．０．｝結晶面の
間隔（ｄ＝３．２０９Å）に一致させる様にした｛１．
１．１．｝−Ｓｉ単結晶を基板１０１としたため、断面
ＴＥＭ技法に依る結晶構造の観察では、高抵抗緩衝層１
０８の内部の転位密度は約１×１０5ｃｍ-2未満と計測
された。
【００２９】公知のフォトリソグラフィー（写真食刻）
技術を利用して、図５の断面模式図に示す如く、ゲート
電極１１１を形成する予定の領域に限定してコンタクト
層１１０を除去した。次に、同領域に露出させた動作層
１０９の表面に、一般的な電子ビーム蒸着手段に依り、
チタン（Ｔｉ）及ぶアルミニウム（Ａｌ）を順次、真空
蒸着させた。これより、動作層１０９に接触する側をチ
タン（Ｔｉ）とし、表層をアルミニウム（Ａｌ）とした
２層構造のショットキ接触型ゲート電極１１１を構成し
た。ゲート電極１１１の電極長は、約２．５μｍとし
た。ゲート電極１１１を挟んで対向する両側に残置させ
たｎ形ＢＰコンタクト層１１０の表面には、オーミック
（Ｏｈｍｉｃ）性のソース（ｓｏｕｒｃｅ）電極１１２
及びドレイン（ｄｒａｉｎ）電極１１３を設けた。ソー
ス１１２及びドレイン１１３両オーミック電極は、動作
層１０９とは接触させずに、何れも金・ゲルマニム合金
（Ａｕ９５重量％＋Ｇｅ５重量％）、ニッケル（Ｎｉ）
及び金（Ａｕ）の３層構造から構成した。
技術を利用して、図５の断面模式図に示す如く、ゲート
電極１１１を形成する予定の領域に限定してコンタクト
層１１０を除去した。次に、同領域に露出させた動作層
１０９の表面に、一般的な電子ビーム蒸着手段に依り、
チタン（Ｔｉ）及ぶアルミニウム（Ａｌ）を順次、真空
蒸着させた。これより、動作層１０９に接触する側をチ
タン（Ｔｉ）とし、表層をアルミニウム（Ａｌ）とした
２層構造のショットキ接触型ゲート電極１１１を構成し
た。ゲート電極１１１の電極長は、約２．５μｍとし
た。ゲート電極１１１を挟んで対向する両側に残置させ
たｎ形ＢＰコンタクト層１１０の表面には、オーミック
（Ｏｈｍｉｃ）性のソース（ｓｏｕｒｃｅ）電極１１２
及びドレイン（ｄｒａｉｎ）電極１１３を設けた。ソー
ス１１２及びドレイン１１３両オーミック電極は、動作
層１０９とは接触させずに、何れも金・ゲルマニム合金
（Ａｕ９５重量％＋Ｇｅ５重量％）、ニッケル（Ｎｉ）
及び金（Ａｕ）の３層構造から構成した。
【００３０】ソース電極１１２及びドレイン電極１１３
間に、＋２０Ｖのソース・ドレイン電圧（＝ＶDS）を印
可した際にＭＥＳＦＥＴ２Ａは以下の直流特性を示し
た。 （ａ）ソース・ドレイン電流（ＩDS）：２．５ｍＡ （ｂ）相互コンダクタンス（ｇm）：２０ミリシーメン
ス（ｍＳ）／ｍｍ （ｃ）ピンチオフ電圧：−１０．０Ｖ。 特に、［１．１．０．］結晶方位に向かって７．３°傾
斜した｛１．１．１．｝結晶面を表面とする｛１．１．
１．｝−Ｓｉ単結晶を基板１０１として利用して形成し
た結晶性に優れ、且つ、高抵抗の｛１．１．０．｝−Ｂ
Ｐ層から緩衝層層１０８を構成したので、緩衝層１０８
内部へのＩDSの漏洩（ｌｅａｋ）を防止するに効果を挙
げられ、ピンチオフ（ｐｉｎｃｈ−ｏｆｆ）特性に優れ
るＭＥＳＦＥＴがもたらされた。
間に、＋２０Ｖのソース・ドレイン電圧（＝ＶDS）を印
可した際にＭＥＳＦＥＴ２Ａは以下の直流特性を示し
た。 （ａ）ソース・ドレイン電流（ＩDS）：２．５ｍＡ （ｂ）相互コンダクタンス（ｇm）：２０ミリシーメン
ス（ｍＳ）／ｍｍ （ｃ）ピンチオフ電圧：−１０．０Ｖ。 特に、［１．１．０．］結晶方位に向かって７．３°傾
斜した｛１．１．１．｝結晶面を表面とする｛１．１．
１．｝−Ｓｉ単結晶を基板１０１として利用して形成し
た結晶性に優れ、且つ、高抵抗の｛１．１．０．｝−Ｂ
Ｐ層から緩衝層層１０８を構成したので、緩衝層１０８
内部へのＩDSの漏洩（ｌｅａｋ）を防止するに効果を挙
げられ、ピンチオフ（ｐｉｎｃｈ−ｏｆｆ）特性に優れ
るＭＥＳＦＥＴがもたらされた。
【００３１】
【発明の効果】本発明に依れば、リン化硼素（ＢＰ）系
半導体層、特に、｛１．１．０．｝結晶面からなる
｛１．１．０．｝−リン化硼素系半導体層を得るに好適
となる、｛１．１．０．｝方向に好適な角度で傾斜させ
た｛１．１．１．｝結晶面を表面とする｛１．１．
１．｝−Ｓｉ単結晶を基板として化合物半導体素子を構
成することとしたので、結晶性に優れるリン化硼素系半
導体層を利用して、例えば、発光の単色性に優れる化合
物半導体発光素子を提供できる。
半導体層、特に、｛１．１．０．｝結晶面からなる
｛１．１．０．｝−リン化硼素系半導体層を得るに好適
となる、｛１．１．０．｝方向に好適な角度で傾斜させ
た｛１．１．１．｝結晶面を表面とする｛１．１．
１．｝−Ｓｉ単結晶を基板として化合物半導体素子を構
成することとしたので、結晶性に優れるリン化硼素系半
導体層を利用して、例えば、発光の単色性に優れる化合
物半導体発光素子を提供できる。
【００３２】また、本発明に依れば、例えば、リン化硼
素（ＢＰ）の｛１．１．０．｝結晶面の間隔と同一の間
隔でＳｉの｛１．１．１．｝結晶面が交差する｛１．
１．１．｝−Ｓｉ単結晶を基板として、結晶性に優れ、
尚且つ高抵抗のリン化硼素層を利用して電界効果型トラ
ンジスタを構成することとしたので、ピンチオフ特性に
優れるＭＥＳＦＥＴを提供できる。
素（ＢＰ）の｛１．１．０．｝結晶面の間隔と同一の間
隔でＳｉの｛１．１．１．｝結晶面が交差する｛１．
１．１．｝−Ｓｉ単結晶を基板として、結晶性に優れ、
尚且つ高抵抗のリン化硼素層を利用して電界効果型トラ
ンジスタを構成することとしたので、ピンチオフ特性に
優れるＭＥＳＦＥＴを提供できる。
【図１】｛１．１．１．｝結晶面を表面とする｛１．
１．１．｝−珪素単結晶の断面模式図である。
１．１．｝−珪素単結晶の断面模式図である。
【図２】｛１．１．０．｝方向に角度にしてθ°傾斜し
た｛１．１．１．｝−結晶面を表面とする｛１．１．
１．｝−珪素単結晶の断面模式図である。
た｛１．１．１．｝−結晶面を表面とする｛１．１．
１．｝−珪素単結晶の断面模式図である。
【図３】｛１．１．０．｝方向に角度にして７．３°傾
斜した｛１．１．１．｝−Ｓｉ表面上での｛１．１．
０．｝−リン化硼素系半導体層の成長の模様を説明する
ための断面模式図である。
斜した｛１．１．１．｝−Ｓｉ表面上での｛１．１．
０．｝−リン化硼素系半導体層の成長の模様を説明する
ための断面模式図である。
【図４】第１実施例に記載のＬＥＤの断面模式図であ
る。
る。
【図５】第２実施例に記載のＭＥＳＦＥＴの断面模式図
である。
である。
１Ａ ＬＥＤ
２Ａ ＭＥＳＦＥＴ
１Ｂ、２Ｂ 積層構造体
１ ｛１１１｝−Ｓｉ単結晶基板
２ａ Ｓｉ単結晶の表面をなす｛１１１｝−結晶面
２ｂ 表面をなす｛１１１｝−結晶面に交差する｛１１
１｝−Ｓｉ結晶面 ２ｃ ［１１０］方向にθ°傾斜した｛１１１｝−Ｓｉ
結晶表面 ３ ｛１１０｝−リン化硼素半導体層 ４ リン化硼素の｛１１０｝−結晶面 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 高抵抗ＢＰ緩衝層 １０９ ＧａＩｎＮ動作層 １１０ ＢＰコンタクト層 １１１ Ｔｉ／Ａｌゲート電極 １１２ ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕソース電極 １１３ ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕドレイン電極
１｝−Ｓｉ結晶面 ２ｃ ［１１０］方向にθ°傾斜した｛１１１｝−Ｓｉ
結晶表面 ３ ｛１１０｝−リン化硼素半導体層 ４ リン化硼素の｛１１０｝−結晶面 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 高抵抗ＢＰ緩衝層 １０９ ＧａＩｎＮ動作層 １１０ ＢＰコンタクト層 １１１ Ｔｉ／Ａｌゲート電極 １１２ ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕソース電極 １１３ ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕドレイン電極
─────────────────────────────────────────────────────
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Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA05 CA33 CA34 CA57
CA65 CA83 CA85
5F045 AA04 AB09 AC08 AC09 AC12
AD07 AD12 AE29 AF03 AF13
BB12 BB16 CA11 DA53 DA67
5F052 DA01 DA04 DB01 JA09 JA10
KA01
Claims (8)
- 【請求項１】珪素（Ｓｉ）単結晶（シリコン）からなる
基板の表面上に設けられた、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）と
を構成元素として含むリン化硼素（ＢＰ）系半導体層を
備えてなる化合物半導体素子に於いて、［１．１．
０．］結晶方位に向かって、５．０度（°）以上で９．
０度（°）以下の角度で傾斜した｛１．１．１．｝結晶
面を表面とする珪素単結晶を基板としたことを特徴とす
る化合物半導体素子。 - 【請求項２】［１．１．０．］結晶方位に向かって、
７．３±０．５度（°）の角度の範囲で傾斜した｛１．
１．１．｝結晶面を表面とする珪素単結晶を基板とした
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】［１．１．０．］結晶方位に向かって、
５．０°以上で９．０°以下の角度で傾斜した｛１．
１．１．｝結晶面を表面とする珪素単結晶基板上に、リ
ン化硼素系半導体層からなる低温緩衝層を介して、
｛１．１．０．｝結晶面を有するリン化硼素系半導体層
が積層された積層構造体からなる請求項１に記載の化合
物半導体素子。 - 【請求項４】［１．１．０．］結晶方位に向かって、
７．３±０．５度（°）の角度の範囲で傾斜した｛１．
１．１．｝結晶面を表面とする珪素単結晶基板上に、リ
ン化硼素系半導体層からなる低温緩衝層を介して、
｛１．１．０．｝結晶面を有するリン化硼素（ＢＰ）半
導体層が積層された積層構造体からなる請求項２に記載
の化合物半導体素子。 - 【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項記載の化合
物半導体素子からなる発光素子。 - 【請求項６】請求項１乃至４のいずれか１項記載の化合
物半導体素子からなるトランジスタ。 - 【請求項７】［１．１．０．］結晶方位に向かって、
５．０°以上で９．０°以下の角度で傾斜した｛１．
１．１．｝結晶面を表面とする珪素単結晶基板上に、リ
ン化硼素系半導体層からなる低温緩衝層を介して、
｛１．１．０．｝結晶面を有するリン化硼素系半導体層
を積層する化合物半導体素子の製造方法。 - 【請求項８】［１．１．０．］結晶方位に向かって、
７．３±０．５度（°）の角度の範囲で傾斜した｛１．
１．１．｝結晶面を表面とする珪素単結晶基板上に、リ
ン化硼素系半導体層からなる低温緩衝層を介して、
｛１．１．０．｝結晶面を有するリン化硼素（ＢＰ）半
導体層を積層する化合物半導体素子の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001272831A JP4876359B2 (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 化合物半導体素子、その製造方法、発光素子およびトランジスタ |
| TW91118810A TWI230405B (en) | 2001-09-10 | 2002-08-20 | Composite semiconductor elements, manufacturing method thereof, light emitting elements, and transistors |
| US10/237,732 US6730987B2 (en) | 2001-09-10 | 2002-09-10 | Compound semiconductor device, production method thereof, light-emitting device and transistor |
| US10/793,832 US7030003B2 (en) | 2001-09-10 | 2004-03-08 | Compound semiconductor device, production method thereof, light-emitting device and transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001272831A JP4876359B2 (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 化合物半導体素子、その製造方法、発光素子およびトランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003086506A true JP2003086506A (ja) | 2003-03-20 |
| JP4876359B2 JP4876359B2 (ja) | 2012-02-15 |
Family
ID=19098136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001272831A Expired - Fee Related JP4876359B2 (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 化合物半導体素子、その製造方法、発光素子およびトランジスタ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4876359B2 (ja) |
| TW (1) | TWI230405B (ja) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63136512A (ja) * | 1987-02-02 | 1988-06-08 | Sharp Corp | ヘテロ接合構造 |
| JPH04239191A (ja) * | 1991-01-10 | 1992-08-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ素子および半導体電子素子 |
| JPH11346001A (ja) * | 1998-06-03 | 1999-12-14 | Kazutaka Terajima | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP2000058451A (ja) * | 1998-08-06 | 2000-02-25 | Showa Denko Kk | 化合物半導体素子およびその製造方法 |
| JP2000235956A (ja) * | 1999-02-16 | 2000-08-29 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶層の成長方法およびｉｉｉ族窒化物半導体結晶層を具備する半導体装置 |
| JP2000349335A (ja) * | 1999-06-08 | 2000-12-15 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
-
2001
- 2001-09-10 JP JP2001272831A patent/JP4876359B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-08-20 TW TW91118810A patent/TWI230405B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63136512A (ja) * | 1987-02-02 | 1988-06-08 | Sharp Corp | ヘテロ接合構造 |
| JPH04239191A (ja) * | 1991-01-10 | 1992-08-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ素子および半導体電子素子 |
| JPH11346001A (ja) * | 1998-06-03 | 1999-12-14 | Kazutaka Terajima | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP2000058451A (ja) * | 1998-08-06 | 2000-02-25 | Showa Denko Kk | 化合物半導体素子およびその製造方法 |
| JP2000235956A (ja) * | 1999-02-16 | 2000-08-29 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶層の成長方法およびｉｉｉ族窒化物半導体結晶層を具備する半導体装置 |
| JP2000349335A (ja) * | 1999-06-08 | 2000-12-15 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI230405B (en) | 2005-04-01 |
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