JP2003101038A - 機能素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 格子不整合が少なく、または熱膨張係数がほ
ぼ一致している半導体層と電極層の積層構造を持つ機能
素子を提供する。 【解決手段】 ヘキサゴナル結晶構造のｃ軸面もしくは
キュービック結晶構造の（１１１）面を表面に持つＳｉ
Ｃ層又はＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、１
−ｘ−ｙ≦１）層とこれらの層上にｃ軸面配向するよう
に形成された、化学式ＭＢ2（ここで、Ｍは１種以上の
金属元素）で表される、Ｐ６／ｍｍｍ結晶構造を持つ二
硼化金属層とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機能素子の素子構
造に関し、特にＳｉＣ層又はＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ
（０≦ｘ、０≦ｙ、１−ｘ−ｙ≦１）層を用いた、半導
体素子或いは超伝導素子に適用できる素子構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＳｉＣ或いはＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ
（０≦ｘ、０≦ｙ、１−ｘ−ｙ≦１）は、熱的、化学的
に安定であり、またエネルギーギャップが２．３ｅＶ以
上あるため、耐環境素子用材料、或いは短波長発光素子
用材料として注目されている。

【０００３】例えば、最近のパワーデバイス（パワー素
子）等では、より高温動作が可能な素子が開発されてお
り、従来のＳｉ基板を用いたのでは耐熱性が不十分な場
合が生じている。そこで、３００℃以上での常時使用が
可能なＳｉＣ基板やＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ基板を用い
た半導体素子の開発が望まれている。

【０００４】一方、レーザダイオード等の半導体発光素
子では、ＧａＮ系半導体層を使用した短波長発光素子の
開発が進んでおり、この基板としてサファイア基板に代
えて、ＳｉＣ基板の使用が検討されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにＳｉＣ層やＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層を基板や半導
体層として使用し、高温動作をさせる場合は、これらの
層上に形成する薄膜層の耐熱性やこれらの層との界面特
性が問題となる。

【０００６】例えば、ＳｉＣ基板やＡｌxＧａyＩｎ1-x-
yＮ基板上に形成する電極層としては、Ａｌ，Ａｌ−Ｓ
ｉ合金，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｗ，Ｔａ或いはその組合せの金属
層が使用されているが、このうちＡｌ或いはＡｌ-Ｓｉ
合金については融点が低いため高温で動作をさせる場合
には劣化の問題が避けられない。一方、融点が高いＴ
ｉ，Ｎｉ，Ｗ，Ｔａを使用する場合は、Ａｌ等と比べ抵
抗率が高い。また、これらの金属層は、ＳｉＣ基板、或
いはＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ基板と反応して化合物を形
成し易く、化合物化することにより抵抗が上がってしま
う。

【０００７】特開平５−６３２３７号公報では、ＳｉＣ
基板上に形成する電極材料として、III族金属とＰｔ，
Ｃｒ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｓｂの中から選ばれた金属との
化合物であって、融点がIII 族金属の融点より高い電極
材料について開示している。しかし、これらの電極材料
の抵抗率は、Ｔａ，Ｔｉ，Ｔａ等のメタルよりも更に高
い。また、電極材料と半導体基板との格子整合が図られ
ていないので、ヒートサイクルにかけると基板と電極材
料との界面付近に多数の転位が発生する虞がある。

【０００８】また、ＧａＮ系半導体発光素子に対しＳｉ
Ｃ基板を使用する場合は、ＳｉＣ層とＧａＮ層との間に
格子整合層の介在が必要であり、現在はこの格子整合層
としてＡｌＧａＮ層が使用されているが、高抵抗なた
め、動作電圧の上昇を招いてしまう。

【０００９】本発明の目的は、上述する従来の課題に鑑
み、格子不整合が少なく、高温でも使用可能であり、安
定で信頼性の高い、半導体層と導電層との積層構造を有
する機能素子を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の機能素子の第1
の特徴は、ヘキサゴナル結晶構造のｃ軸面もしくはキュ
ービック結晶構造の｛１１１｝面を有するＳｉＣ層と、
ＳｉＣ層のｃ軸面又は｛１１１｝面に接して、ＳｉＣ層
のｃ軸又は＜１１１＞軸とｃ軸とを一致させて配向する
よう形成された、化学式ＭＢ2（ここで、Ｍは１種以上
の金属元素）で表され、Ｐ６／ｍｍｍ結晶構造を持つ硼
化物層とを有することである。なお、この硼化物層の結
晶構造は、必ずしも完全な結晶である必要はなく、10×
^７/ｃｍ ^２程度の転移を有していてもよい。

【００１１】上記本発明の機能素子の第１の特徴によれ
ば、硼化物層は導電体であるため電極層としても使用で
きる。また、半導体層となるＳｉＣ層のヘキサゴナル結
晶構造またはキュービック結晶構造と、硼化物層のＰ６
／ｍｍｍ結晶構造とは、結晶群は異なるが、上記の接合
界面において互いに類似する結晶構造を有するため、Ｍ
Ｂ2で表される硼化物の金属Ｍの種類によらず、ＳｉＣ
層上に硼化物層をエピタキシャル成長させることができ
る。このため、界面での格子不整合が生じにくい半導体
層と導電層とを含む積層構造が形成できる。このヘテロ
接合構造の再現性は高く、結晶性も良好であり、各層が
本来の物性値を示す。

【００１２】また、ＭＢ2で表される硼化物は、金属Ｍ
として、単数または複数の金属を種々の組成比で混合す
ることにより比較的自由にその格子定数や電気抵抗、熱
伝導度等の物性を調整することができる。従って、Ｓｉ
Ｃ層上に機能素子の用途に合った特性を有する電極層や
格子整合層等を形成できる。

【００１３】上記第1の特徴を有する機能素子におい
て、ＳｉＣ層のｃ軸面又は｛１１１｝面における面内で
の最近接原子間距離と、硼化物層のａ軸方向の格子定数
とを略一致させた場合は、ＳｉＣ層上に格子不整合がほ
とんど生じない電極層や格子整合層等を形成することが
可能になる。なお、ここで、格子定数が略一致している
とは、好ましくは格子定数値の差が約±１％である場合
をいう。

【００１４】本発明の機能素子の第２の特徴は、ＳｉＣ
層と、ＳｉＣ層と接して形成された、熱膨張係数がＳｉ
Ｃ層の熱膨張係数と略一致し、化学式ＭＢ2（ここで、
Ｍは１種以上の金属元素）で表され、Ｐ６／ｍｍｍ結晶
構造を持つ硼化物層とを有することである。

【００１５】上記本発明の機能素子の第２の特徴によれ
ば、硼化物層は電極層として使用でき、しかもＳｉＣ層
の熱膨張係数と略一致するので、高温での使用、あるい
は高温と低温とで交互に使用した場合の熱履歴に対し、
熱膨張係数差に伴う歪の発生を防止できる。このため接
合界面での剥がれや、界面での転位発生を抑制でき、良
質な結晶性を持つ硼化物をＳｉＣ層上に形成することが
できる。

【００１６】本発明の機能素子の第３の特徴は、ヘキサ
ゴナル結晶構造のｃ軸面もしくはキュービック結晶構造
の｛１１１｝面を有するＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦
ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦１−ｘ−ｙ≦１）層と、Ａｌ
xＧａyＩｎ1-x-yＮ層のｃ軸面又は｛１１１｝面に接し
て、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層のｃ軸又は＜１１１＞軸
とｃ軸とを一致させて配向するよう形成された、化学式
ＭＢ2（ここで、Ｍは１種以上の金属元素）で表され、
Ｐ６／ｍｍｍ結晶構造を持つ硼化物層とを有することで
ある。

【００１７】上記本発明の機能素子の第３の特徴によれ
ば、硼化物層は導電性があるので電極層として使用で
き、しかもＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層のヘキサゴナル結
晶構造或いはキュービック結晶構造の｛１１１｝と、Ｍ
Ｂ2のＰ６／ｍｍｍ結晶構造とは、上記接合界面におけ
る結晶構造が類似しているため、接合界面における格子
定数の差を小さくできる。従って、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-
yＮ層上に、硼化物層のエピタキシャル層を形成するこ
とができ、界面での格子不整合を少なくできる。

【００１８】また、ＭＢ2で表される硼化物は、金属Ｍ
として、単数または複数の金属を種々の組成比で混合す
ることにより比較的自由にその格子定数や電気抵抗、熱
伝導度等の物性を調整することができるので、ＡｌxＧ
ａyＩｎ1-x-yＮ層上に機能素子の用途にあった特性を有
する電極層や格子整合層を形成できる。

【００１９】なお、上記第３の特徴を有する機能素子に
おいて、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層のｃ軸面又は｛１１
１｝面における面内での最近接原子間距離と、前記硼化
物層のａ軸方向の格子定数とを略一致させた場合は、Ａ
ｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層上に格子不整合がほとんど生じ
ない電極層等を形成することが可能になる。

【００２０】本発明の機能素子の第４の特徴は、Ａｌx
ＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦１−
ｘ−ｙ≦１）層と、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層と接して
形成された、熱膨張係数がＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層の
熱膨張係数と略一致し、化学式ＭＢ2（ここで、Ｍは１
種以上の金属元素）で表され、Ｐ６／ｍｍｍ結晶構造を
持つ硼化物層とを有することである。

【００２１】上記本発明の機能素子の第４の特徴によれ
ば、硼化物層は電極層として使用でき、しかもＡｌxＧ
ａyＩｎ1-x-yＮ層の熱膨張係数と略一致するので、高温
での使用、あるいは高温と低温とでの交互の使用に伴う
熱履歴に対し、層界面での剥離等の発生を防止できるＡ
ｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層と硼素物層からなる積層構造を
形成できる。

【００２２】本発明の機能素子の第５の特徴は、上記第
１〜第４のいずれかの特徴を有する機能素子であって、
上記硼化物層が、超伝導特性を有することである。

【００２３】上記第５の機能素子の特徴によれば、格子
定数が近似し格子不整合の起こりにくい、あるいは熱膨
張係数の相違による超伝導層の剥離等のないＳｉＣ層と
硼化物層との積層構造、あるいはＡｌxＧａyＩｎ1-x-y
Ｎ層と硼化物層との積層構造を有する超伝導素子を提供
できる。超伝導層である硼化物は、ＳｉＣ層或いはＡｌ
xＧａyＩｎ1-x-yＮ層上に、良好な結晶性を持つ膜とし
て形成できるので、素子化されても、本来の超伝導特性
を発揮できる。

【００２４】なお、｛１１１｝面は、（１１１）面、
（−１１１）面、（１−１１）面（１１−１）面、（−
１−１１）面（−１１−１）面、（１−１−１）面、
（−１−１−１）面等の特定面を総称するものであり、
｛１１１｝Ｓｉ面は、（１１１）面、（−１−１１）
面、（−１１−１）面、（１−１−１）面の総称であ
り、｛１１１｝ｃ面は、（−１１１）面、（１−１１）
面、（１１−１）面、（−１−１−１）面、 ＜１１１
＞軸は、〔１１１〕軸、〔−１１１〕軸、〔１−１１〕
軸、〔１１−１〕軸等の特定軸を総称するものである。
記載の都合上、負号は指数の上に示すかわりに左横に示
した。

【００２５】

【発明の実施の形態】まず、具体的な実施の形態の説明
を行う前に、第１〜第７の各実施の形態に共通する半導
体層と二硼化金属層との積層構造について説明する。

【００２６】第１〜第７の各実施の形態の機能素子はい
ずれも、ヘキサゴナル結晶構造のｃ軸面もしくはキュー
ビック結晶構造の（１１１）面を表面に持つＳｉＣ層又
はＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、１−ｘ−
ｙ≦１）層とこれらの層と接してｃ軸面配向するように
形成された、化学式ＭＢ2（ここで、Ｍは１種以上の金
属元素）で表される二硼化金属層とを有する。なお、以
下、ここでは二硼化金属はＭＢ2と示す。

【００２７】本実施の形態に係るＭＢ2は、Ｐ６／ｍｍ
ｍ結晶構造を有する。Ｐ６／ｍｍｍ結晶構造とは、ｃ軸
方向を対称軸とする６回対称の結晶構造であり、６回対
称軸に対して垂直方向に対称軸を６方向持ち、また上下
方向に鏡面対称性を持ち、かつ６回対称軸を含み６方向
の鏡面対称性を有する結晶構造をいう。

【００２８】図１は、Ｐ６／ｍｍｍ結晶構造を有するＭ
Ｂ2の単位格子を示す図である。同図に示すように、Ｍ
Ｂ2は、ブラベー単位格子において、（1/3,2/3,1/2）と
（2/3,1/3,1/2）の位置にＢ（硼素）原子を持ち、ブラ
ベー単位格子の角の位置にＭ（金属）原子を有する。

【００２９】ＳｉＣ層又はＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層の
ヘキサゴナル結晶構造のｃ軸面、もしくはキュービック
結晶構造の（１１１）面を表面に形成し、この面と接し
てＭＢ2のＰ６／ｍｍｍ結晶構造をｃ軸面配向するよう
形成すれば、結晶構造は異なるものの、接合界面では、
類似する結晶構造を有し、接合界面における格子定数差
を小さくできる。

【００３０】例えば、ＳｉＣ層とＭＢ2層とではＭ（金
属）の種類にかかわらず、その格子定数差をほぼ７％以
内におさめることができる。従って、ＳｉＣ層上にＭＢ
2を形成する場合、少なくとも２原子層程度エピタキシ
ャル成長させることができる。

【００３１】一方、ＭＢ2は、Ｍとして種々の単一もし
くは複数の金属を選択できるので、ＳｉＣ層の格子定数
に略一致する材料を使用すれば、ＳｉＣ層上により良好
なエピタキシャル結晶層を形成できる。例えば、金属Ｍ
としては、Ａｇ,Ａｕ,Ｃｒ,Ｈｆ,Ｌｕ，Ｍｇ，Ｍｎ,Ｍ
ｏ,Ｎｂ，Ｏｓ,Ｐｕ,Ｒｕ,Ｓｃ,Ｔａ,Ｔｉ,Ｕ，Ｖ,Ｚｒ
のうちのいずれかの１種以上の元素を用いることができ
る。

【００３２】本実施の形態に係るＭＢ2の製造方法は限
定されないが、例えばＭＢＥ（Molecular Beam Epita
xy）法で形成してもよいし、あるいはＭＯＣＶＤ（Meta
l-Organic Chemical Vapor Deposition）法で形成し
てもよい。ＭＢＥ法でＭＢ2層を形成する場合は原料と
なるＭ（金属）材とＢ（硼素）材を超高真空中で電子線
加熱等の手段を用いて分子ビームとして蒸発させる。こ
の場合、金属材としては、Ｍそのものの他にＭＢ2、Ｍ
Ｂ4、ＭＢ6等を原料として使用できる。また、硼素料と
してはＢ2Ｈ6を用いることができる。

【００３３】金属ＭがＭｇであり、その原料として例え
ばＭｇＢ2を用いる場合は６５０℃程度の成膜温度が良
いが、他の金属材料を用いる場合には成膜温度を１００
０〜１５００℃程度にするのが適当である。ＭＢ2層の
ＭとしてＭｇと他の金属とを混合使用する場合には、６
５０〜１１００℃の成長温度がより好ましい。

【００３４】ＭＯＣＶＤ法でＭＢ2層を形成する場合に
は、金属ＭがＳｃ、Ｙのような遷移III族或いはランタ
ノイドの場合には、原料ガスとしてＭＣl3のような金属
塩化物、アルキルクロム化合物、ＭＣｐ3のような有機
金属、Ｍ（ＯＣ3Ｈ7-Ｉ）3のようなエステルあるいは、
ＭＭｅ3(thf)３（thf：テトラヒドロフラン）あるいは
Ｍ(ＣＨ2Ｃ6Ｈ5)３(bipy)（bipy：ビピリジン）のよう
なアルキル遷移金属錯体を用いることができる。またＭ
(thd)３(thd：テトラメチルヘプタネヂオネイト)を用い
てもよい。

【００３５】また、ＭＢ2層の金属ＭがＴｉ,Ｚｒ,Ｈｆ
のような遷移IV族の場合には、ＭＣl4のような塩化物、
ＭＣl2Ｃｐ2のようなアルキルクロム化合物、ＭＣｐ2Ｒ
2（ここで、Ｒはアルキル基或いは水素）のような有機
金属、ＭＣｐ2ＣＨ3ＣＯＣＨ3のような酸素を含む有機
金属、Ｍ（ＯＣ3Ｈ7-Ｉ）4のようなエステルあるいは、
ＭＭｅ4(thf)４（thf：テトラヒドロフラン）あるいは
Ｍ(ＣＨ2Ｃ6Ｈ5)４(bipy)（bipy：ビピリジン）のよう
なアルキル遷移金属錯体を原料ガスとして用いてもよ
い。またＭ(thd)４(thd：テトラメチルヘプタネヂオネ
イト)を用いてもよい。

【００３６】さらにＭＢ2層の金属ＭがＶ,Ｎｂ,Ｔａの
ような遷移Ｖ族の場合には、原料ガスとして塩化物、ア
ルキルクロム化合物、ＭＣｐ2のような有機金属Ｍ（Ｃ
Ｏ）5のような酸素を含む化合物、Ｍ（ＯＣ3Ｈ7-Ｉ）3
のようなエステルあるいは、ＭＭｅ3(thf)３（thf：テ
トラヒドロフラン）あるいはＭ(ＣＨ2Ｃ6Ｈ5)３(bipy)
（bipy：ビピリジン）のようなアルキル遷移金属錯体を
用いてもよい。あるいは、Ｍ(thd)３(thd：テトラメチ
ルヘプタネヂオネイト)を用いてもよい。

【００３７】また、金属ＭがＣｒ,ＭｏのようなVI族遷
移金属の場合には、ＭＣl3のような塩化物、アルキルク
ロム化合物、ＭＣｐ3のような有機金属Ｍ（ＣＯ）6のあ
るいはＭ（Ｃ6Ｈ6）(ＣＯ)3のような酸素を含む化合
物、Ｍ（ＯＣ3Ｈ7-Ｉ）3のようなエステルあるいは、Ｍ
Ｍｅ3(thf)３（thf：テトラヒドロフラン）あるいはＭ
(ＣＨ2Ｃ6Ｈ5)３(bipy)（bipy：ビピリジン）のような
アルキル遷移金属錯体を用いてもよい。さらにＭ(thd)
３(thd：テトラメチルヘプタネヂオネイト)を用いても
よい。

【００３８】金属ＭがＭｇの場合は、Ｃｐ2Ｍｇや（Ｍe
5Ｃｐ）2Ｍｇを用いることができる。(Ｍｅ6Ｃｐ)2Ｍｇ
を用いることもできる。この材料は、Ｃｐ2Ｍｇよりも
分解温度が高く重合を起こしにくい原料なのでＭｇの利
用効率は高い。

【００３９】ＭＯＣＶＤの場合も、ＭＢ2層のＢ（硼
素）原料に関しては、Ｂ2Ｈ6あるいはＢの有機金属で供
給すればよい。

【００４０】なお、ＭＯＣＶＤを用いてＭＢ2層を形成
する場合は、成長温度（基板温度）を６５０〜１６５０
℃とすれば、良質な結晶が得られる。また、金属組成と
してＭｇを含む場合には成長温度を１０００℃以下とす
ることが好ましく、Ｍｇを含まない場合には、１２００
℃以上とすることもできる。

【００４１】また、例えば、ＭＢ2層のＭとしてＺｒ、
Ｃｒ、又はＭｇを用いる場合、Ｍｇの原子数がＺｒの２
〜１０％、Ｃｒの原子数がＺｒの１０〜２０％かつ厚さ
が１０ｎｍ〜２００ｎｍのときに特に良質な結晶が成長
できる。これはＣｒとＭｇを導入することでＺｒＢ2融
点が下がることに起因していると考えられる。また、結
晶成長の際に、Ｂの供給原子数をＭの供給原子和に対
し、２倍以上に設定すると、より良質な結晶を得ること
ができる。

【００４２】（第１の実施の形態）第１の実施の形態で
は、ＳｉＣ層あるいはＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層と、Ｍ
Ｂ2層からなる積層構造において、各層の格子定数と熱
膨張係数がほぼ一致する積層構造の例と、この積層構造
を用いた半導体素子の例について説明する。

【００４３】[ＭＢ2層格子定数と熱膨張係数]図２は、
第１の実施の形態に係るＳｉＣと種々のＭＢ2の格子定
数と熱膨張係数とを示すグラフである。同グラフに示す
ように、ヘキサゴナル系ＳｉＣのａ軸方向ＳｉＣの室温
における格子定数は約３．０８Åであり、熱膨張係数
は、約６×１０^−６/℃である。キュービック系ＳｉＣ
の（１１１）面の面内最近接原子間距離をほぼこの値で
一致する。また、同グラフ中には、ＭＢ2の一例とし
て、ＣｒＢ2,ＴａＢ2,ＵＢ2,ＺｒＢ2,ＴｉＢ2,ＶＢ2,及
びＮｉＢ2の各物性データをプロットしている。

【００４４】同グラフ中、領域Ａは室温に置いて格子定
数がＳｉＣと略一致する範囲である。即ち、室温でのＳ
ｉＣとの格子定数差が０．１％以内の範囲を示す。さら
に領域Ｃは、室温でのＳｉＣとの格子定数差が１％以内
の範囲を示す。

【００４５】従って、室温にてＳｉＣとの格子定数が略
一致するＭＢ2を得るためには、領域Ｃ内、より好まし
くは領域Ａ内の物性を有するＭＢ2を使用することが好
ましい。

【００４６】ＭＢ2の物性は、ＭＢ2中のＭとして複数の
金属を適切な混合比にすることで、比較的容易に調整す
ることが可能である。従って、例えば、同グラフ中に示
すように、ＭＢ2の金属Ｍとして、Ｃｒ,Ｔａ,Ｕ,Ｚｒ,
Ｈｆ，Ｔｉ,Ｖのいずれか１種以上を用いる場合、各Ｍ
を単体として用いたＭＢ2の物性値で囲んだ領域（図中
斑点部）の範囲内で任意の物性を持つＭＢ2を作製する
ことができる。

【００４７】このように、ＭＢ2中の金属Ｍとして、複
数の金属を使用する場合は、各金属をＭｉ、各金属の組
成比（濃度）をxiとすると、以下の式（ｆ１）で示され
る格子定数の加重平均値aaveを、ＭＢ2の格子定数と考
えることができる。

【００４８】aave＝ΣaMiB2*xi ・・・(ｆ1) 従って、ＳｉＣ層上にＭＢ2層を形成する場合は、ＭＢ2
の格子定数の加重平均値aaveがＳｉＣ基板表面の格子定
数と略一致するように、ＭＢ2の組成を選択することが
好ましい。ここで、略一致とは、約±１％、より好まし
くは約±０．１％をいう。

【００４９】なお、半導体素子等の機能素子を作製する
場合、ＳｉＣ層上に形成するＭＢ2層の厚みはせいぜい
数百ｎｍ程度であり、この厚みにおいて、ＳｉＣ層とＭ
Ｂ2層の各格子定数が約０．１％以内の範囲で略一致し
ている場合は、格子不整合に伴う界面での歪の発生はほ
とんど生じず、実用上問題ない。

【００５０】例えば、ＴａＢ2は単体でＳｉＣに対して
この条件を満たし、ＳｉＣとの格子整合が可能である。
ＭｇＢ2はＳｉＣに対して格子定数差が０．２５％程度
と、やや大きいが、この場合でも、ＭｇＢ2層の膜厚が
２００ｎｍ以下の場合は、歪により蓄積されるエネルギ
ーは小さく、格子定数が略一致していると見なすことが
できる。

【００５１】また、ＨｆＢ2とＶＢ2の格子定数は、Ｓｉ
Ｃと略一致しているとはいえないが、ＨｆとＶとを組成
比０．５１対０．４９で混合したＨｆＶＢ2の場合は、
ＳｉＣの格子定数と略一致し、ＳｉＣと格子整合させる
ことができる。同様に、ＺｒＴｉＢ2の場合には、Ｚｒ
とＴｉとの組成比を０．３６対０．６４としたときにＳ
ｉＣと格子整合させることができる。ＣｒＹＢ2の場合
にはＣｒとＹの比を０．６８対０．３２とするとき、Ｓ
ｉＣと格子整合させることができる。

【００５２】また、ＳｉＣに格子整合するＭｇＢ2、Ｔ
ａＢ2、ＴａＢ2、ＨｆＢ2、ＶＢ2、ＺｒＴｉＢ2及びＣ
ｒＹＢ2を任意に組み合わせたＭＢ2もＳｉＣと格子整合
させることができる。例えばこのようなＭＢ2は、以下
の式で示すことができる。

【００５３】ＭｇtuvwＴａ(1-t)uｗＨｆv0.51(1-u)vwＶ
0.49(1-u)vｗＺｒ0.36(1-v)wＴｉ0.64(1-v)wＣｒ0.68(1
-w)Ｙ0.32(1-w)Ｂ2 ここで、０≦t,０≦u,０≦v,w≦１である。

【００５４】次に、図２中の領域Ｅは、熱膨張係数がＳ
ｉＣと略一致している範囲を示すものである。即ち、領
域Ｅは、ＳｉＣとの熱膨張係数差が1×１０^−６/Ｋ以内
の領域を示している。

【００５５】ＳｉＣ層とＭＢ2層との積層構造を有する
機能素子を広範囲の温度で使用する場合は、熱膨張係数
の相違により起こる界面での剥離を防止するため、熱膨
張係数が略一致させることが望ましい。従って、領域Ｅ
の範囲の熱膨張係数を持つＭＢ2を使用することが好ま
しい。

【００５６】ＭＢ2中金属Ｍとしては、複数の金属を使
用することが可能であり、その組成比を調整することに
よりＳｉＣの熱膨張係数と略一致する熱膨張係数を有す
るＭＢ2を得ることができる。

【００５７】例えば、ＭＢ2が、金属Ｍとして複数の金
属を含む場合、各金属をＭｉ、各金属の組成比（濃度）
をxiとすると、その熱膨張係数は以下の加重平均式（ｆ
２）で表すことができる。

【００５８】ｌave＝ΣlMiB2*xi （ｆ２） 従って、ＳｉＣ層上にＭＢ2層を形成する場合は、ＭＢ2
の熱膨張係数の加重平均値aaveがＳｉＣの熱膨張係数と
略一致するように、ＭＢ2の組成を決めればよい。ここ
で熱膨張係数が略一致するとは、おおよそ１×１０^−６
/Ｋ以内をいう。

【００５９】通常ＳｉＣ層を用いた半導体製造プロセス
の熱履歴では、使用温度の上限と下限の差はせいぜい１
５００℃以内である。この場合熱膨張係数が略一致して
いれば、この熱履歴において格子定数差を０．１５％以
内にすることができる。格子定数差がこの範囲内であれ
ば、ＭＢ2層の厚みが数千Å以下であれば、歪等による
劣化はほとんど生じない。

【００６０】ＭｇＢ2、ＴｉＢ2、ＺｒＢ2、ＨｆＢ2、お
よびＶＢ2はそれぞれ単体でＳｉＣと熱膨張係数が略一
致しているが、ＭＢ2のＭとしてこれらの各金属を混合
し、ＳｉＣと熱膨張係数を略一致させることもできる。
例えばＭｇ，Ｔｉ，Ｈｆを８０％、ＣｒとＴａを２０％
の割合で混合してもよい。また、Ｍとしてその２５％程
度の組成をＹとしてもよいし、Ｕを１/３程度混合させ
てもよい。あるいは、ＭとしてＳｃを５０％程度とする
こともできる。更にこれらを適宜結晶化することもでき
る。

【００６１】以上、ＳｉＣとＭＢ2の格子定数と熱膨張
係数についてそれぞれ説明したが、より好ましくは、Ｓ
ｉＣとＭＢ2の熱膨張係数および格子定数の双方が一致
していることが好ましい。即ち、図２中、領域Ｅと領域
Ｃの双方を充たす範囲のＭＢ2を選択することが好まし
い。例えば、このようなＭＢ2の金属として、Ｈｆ0.51
Ｖ0.49Ｂ2，Ｚｒ0.36Ｔｉ0.64Ｂ2，ＭｇＢ2、Ｔａ0.1Ｍ
ｇ0.9Ｂ2，Ｃｒ0.08Ｈｆ0.52Ｔｉ0.40Ｂ2を用いれば、
ＳｉＣと格子定数及び熱膨張係数を略一致させることが
できる。

【００６２】また、同グラフ中、領域Ｂは、１５００℃
において格子定数がＳｉＣに略一致する範囲を室温の格
子定数の範囲に換算して示したものである。即ち、領域
Ｂは、１５００℃でのＳｉＣとの格子定数差が０．１％
以内の範囲を示している。なお、熱膨張係数が大きい場
合、室温においてはＳｉＣの格子定数より小さく、熱膨
張係数が小さい場合は室温においてはＳｉＣの格子定数
より大きい値を示す。従って、領域Ｂはグラフ中斜めに
傾斜している。なお、領域Ｄは、１５００℃においてＳ
ｉＣとの格子定数差が１％以内の範囲を示している。

【００６３】従って、広い温度範囲で使用する場合に
は、好ましくは領域Ｃと領域Ｄと領域Ｅが重なる範囲の
物性を有するＭＢ2を使用することが好ましい。さら
に、より好ましくは領域Ａと領域Ｂと領域Ｅとが重なる
範囲の物性を有するＭＢ2を使用することが好ましい。

【００６４】以上は、ＳｉＣとＭＢ2との格子定数及び
熱膨張係数について述べたが、ＳｉＣのかわりにＡｌx
ＧａyＩｎ1-x-yＮを使用する場合も同様に考えることが
できる。

【００６５】例えば、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮの１種で
あるＧａＮ（x＝０、y＝１）に対してのＺｒＢ2の格子
定数差は０．７％以内であるので、ＧａＮ層上のＭＢ2
層の厚みが０．０５μｍ程度までの臨界膜厚以内であれ
ば、両者を格子整合させることができる。またＣｒ0.34
Ｙ0.66Ｂ2，Ｖ0.38Ｙ0.62Ｂ2，Ｔｉ0.40Ｙ0.60Ｂ2，Ｔ
ａ0.50Ｙ0.50Ｂ2，Ｍｇ0.51Ｙ0.49Ｂ2，Ｕ0.65Ｙ0.35Ｂ
2，Ｓｃ0.72Ｙ0.28Ｂ2，Ｈｆ0.70Ｙ0.30Ｂ2，Ｚｒ0.17
Ｙ0.83Ｂ2あるいはこれらの任意の組成比で混合した混
晶を使用する場合は、ＧａＮ層とほぼ格子整合させるこ
とができる。

【００６６】また、ＧａＮやＩｎＮに対し、ＭＢ2の格
子定数を完全に合わせることは難しい場合でも、互いの
格子定数差と膜厚の積を10000%Å以下になるように選べ
ば、歪量が臨界歪以下となりほぼ格子整合と考えること
ができる。

【００６７】また、例えばＧａＮ（ＡｌxＧａyＩｎ1-x-
yＮにおいて、x＝０、ｙ＝１の場合）層やＡｌＮ（Ａｌ
xＧａyＩｎ1-x-yＮにおいて、x＝１、ｙ＝０の場合）層
上にＭＢ2層を形成する場合は、Ｍとして、Ｖ,Ｔｉ,Ｍ
ｇ,Ｈｆ等の混合物を使用することにより、ＧａＮ層や
ＡｌＮ層とＭＢ2層の熱膨張係数を一致させることがで
きる。

【００６８】[ショットキー接合ダイオード]図３は、第
１の実施の形態に係るＳｉＣ層とＭＢ2層とを用いたシ
ットキー接合ダイオードの一例を示す断面図である。

【００６９】コンタクト層であるＮ^＋ＳｉＣ基板１０
は、ヘキサゴナル結晶系である４Ｈ-ＳｉＣであり、(０
００１)面を基板表面に持つ。このＮ^＋ＳｉＣ基板１０
上に、バッファ層およびキャリヤの走行層を持つＮ⁻型
ＳｉＣ層２０が形成されている。バッファ層に相当する
下層のＮ⁻型ＳｉＣ層２０の厚みは約０．２μｍ、走行
層に相当する上層のＮ⁻型ＳｉＣ層２０の厚みは約８μ
ｍである。

【００７０】また、Ｎ⁻型ＳｉＣ層２０中には、内径約
１ｍｍ、幅約３０μｍのＰ型ガードリング３０が形成さ
れ、走行層領域はこれにより確定されている。

【００７１】更にＮ⁻型ＳｉＣ層２０上には、ショット
キー電極としてＭＢ2層４０が形成されている。ＭＢ2層
４０としては、上述する種々の組成を持つものを使用で
きるが、例えばＣｒyxＨｆ(1-y)xＴａ1-xＢ2（０＜ｘ＜
１，０．５＜ｙ＜０．８）層を形成する。なお、コンタ
クト層であるＮ^＋ＳｉＣ基板１０の裏面には、オーミッ
クコンタクト層としてＮｉあるいはＴｉ等で電極５０が
形成されている。

【００７２】図３に示すショットキー接合ダイオード素
子を作製するためには、まず、Ｎ^＋ＳｉＣ基板１０上に
原料ガスとしてＳｉＨ4およびＣ3Ｈ8などを用いて、Ｃ
ＶＤ法により基板と同じ結晶系を持つＮ⁻型ＳｉＣ層２
０を形成する。途中ドーピング量を調整することによ
り、下層にキャリヤ濃度が約１×１０^１６/ｃｍ^３のバ
ッファ層を形成し、上層にキャリヤ濃度１×１０^１８/
ｃｍ^３の走行層を形成する。続いて、イオン注入法を用
いてＮ⁻型ＳｉＣ層２０にＰ型ガードリング３０を形成
する。

【００７３】この後、Ｎ⁻型ＳｉＣ層２０上に、例えば
ＭＢＥ法を用いてＭＢ2層４０としてＣｒyxＨｆ(1-y)x
Ｔａ1-xＢ2ＭＢ2層を形成する。この場合は、超高真空
装置中で電子線励起でＣｒ、Ｈｆ、Ｔａの分子線を生成
して基板表面に供給するとともに、ＢをＢ2Ｈ6の形で供
給する。なお、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａの分子線中の分子数の
総和に対して、Ｂの供給分子数を２．２〜３倍とすると
良質な結晶が得られる。成長温度は約１１００℃とす
る。

【００７４】このようにＭＢ2層４０の金属Ｍとして、
Ｃｒを含有する場合は電極に耐腐食性を備えることがで
きる。また、金属ＭとしてＶ族系のＴａを含有する場合
は、(０００１)面内でのステップフロー成長をスムーズ
に進めることができる。

【００７５】なお、図３に示すショットキー接合ダイオ
ードにおいて、ショットキー電極上に形成する電極等に
ついては図示を省略しているが、例えばＮｉ線をＭＢ2
層４０の上に載せてＡｌをその上から蒸着し、７００℃
まで上げることによりＮｉ線とＡｌを混晶化させた電極
を形成してもよい。

【００７６】このショットキー接合ダイオードでは、ｏ
ｎ抵抗が約１．１mΩ/cm^２、逆方向耐圧が約１３００Ｖ
と、優れた特性を得ることができる。また、このショッ
トキー接合ダイオードにおいては順方向特性、逆方向特
性ともに特性ばらつきを小さくすることができる。例え
ば、Ｔｉをショットキー電極として用いた同様なショッ
トキー接合ダイオードと比較し、特性ばらつきを約１/
５程度に抑えることができる。

【００７７】また、ＭＢ2層をショットキー電極として
用いる場合は、ＭＢ2層の金属Ｍの組成を変えることで
ショットキーバリアハイトの高さを調整することも可能
になる。例えば、Ｔａの組成比を上げると、ショットキ
ーバリアハイトを下げることができる。また、ＭＢ2層
中にＣを添加することでバリアハイトを下げることもで
きる。

【００７８】さらに、ＭＢ2層４０としてＣｒyxＨｆ(1-
y)xＴａ1-xＢ2を使用する場合において、ｘ＝１とする
と、Ｎ⁻型ＳｉＣ層２０及びＮ^＋ＳｉＣ基板１０との熱
膨張係数の差を小さくできるので、ショットキー接合ダ
イオードを１０００℃の高温まで昇温し、その後室温に
下げてもＭＢ2層４０の剥がれは生じない。

【００７９】また、ＭＢ2層４０としてＴｉ0.74Ｚｒ0.2
6Ｂ2を使用する場合は、ＭＢ2層４０とＮ⁻型ＳｉＣ層
２０がほぼ格子整合し、かつＭＢ2層の熱膨張係数がＮ
^＋ＳｉＣ基板１０とほぼ一致するため、極めて信頼性の
高いショットキー電極を形成することができる。こうし
て作製されたショットキー接合ダイオードは、４５０℃
の使用温度においても電極の剥がれ等を生じず、きわめ
て安定な特性を示す。

【００８０】（第２の実施の形態）第２の実施の形態で
は、ＳｉＣ層と、このＳｉＣ層に対し格子不整合を起こ
さずしかも低抵抗な電極を提供できるＭＢ2層とからな
る積層構造の例と、この積層構造を用いた半導体素子の
例について説明する。

【００８１】[ＭＢ2層の格子定数と電気抵抗]図４は、
種々のＭＢ2の格子定数と抵抗率との関係を示すグラフ
である。同グラフ中には、ＭＢ2の例として、ＣｒＢ2,
ＭｏＢ2,ＴａＢ2,ＶＢ2,ＴｉＢ2,ＨｆＢ2,ＳｃＢ2,およ
びＺｒＢ2の特性データをプロットしている。また、同
グラフ中、参考としてＳｉＣの格子定数、及び電極材料
として一般に使用されているＴｉ，Ｎｉ，Ａｌの各抵抗
率をプロットしている。

【００８２】ＳｉＣ層上に形成するオーミック電極とし
てＭＢ2層を使用する場合は、ＳｉＣの格子定数に略一
致する格子定数を持ち、しかも抵抗値が低いＭＢ2層を
使用することが望ましい。

【００８３】ＭＢ2の金属Ｍとして、グラフ中に示され
たＣｒ,Ｍｏ,Ｔａ,Ｖ,Ｔｉ,Ｈｆ,及びＳｃのうちの１
種、もしくは２種以上の金属を任意に混合して使用する
ことにより、各金属を単体で使用した場合の特性データ
で囲まれる領域（斑点領域）の範囲内のデータを有する
ＭＢ2層を形成できる。

【００８４】例えば、ＭＢ2層の金属Ｍとして、Ｔａや
Ｖ等のＶ族系統の遷移金属を混ぜるとＳｉＣの格子定数
に近づけることにより結晶成長を容易にすることができ
る。また、Ｂ（硼素）の組成比を変化させることによっ
ても格子定数を１％程度微調整することができる。具体
的には、ＭＢ2層の製造中に、Ｍ原料供給量に対するＢ
原料供給量の比を上げ、結晶中のＢを化学両論組成より
増やすことで、格子定数を小さくできる。また、その逆
に、Ｍに対するＢの組成比を減らすことにより格子定数
を大きくすることもできる。

【００８５】一方、ＭＢ2層の金属ＭとしてＨｆ,Ｔｉ,
Ｚｒ等のIV族遷移金属を使用することにより、低抵抗な
ＭＢ2層を得ることができる。また、ＭＢ2層の金属Ｍに
Ｃｒを混合すれば、ＭＢ2層の耐食性を上げることがで
きる。

【００８６】例えば、金属Ｍとして、グラフ中に示され
たＣｒ,Ｍｏ,Ｔａ,Ｖ,Ｔｉ,Ｈｆ,及びＳｃのうちの１
種、もしくは２種以上の金属を含有するＭＢ2層は、以
下の化学式で示すことができる。

【００８７】Ｃｒ0.54qxyzwＭｏ0.78q(1-x)yzwＴａ(1-
q)Ｖ0.5q(1-w)qＴｉ(0.56w+0.08zw-0.64zyw)qＨｆ0.44
（1-z）wqＳｅ0.5q(1-w)Ｚｒ(0.36-0.14y+0.24xy)wqＢ2 ここで、０≦q, ０≦w, ０≦x, ０≦y, z≦１である。

【００８８】この条件において、ＭＢ2層はＳｉＣ層に
ほぼ格子整合し、しかも抵抗率を１×１０^−６ohm・cm
（ｘ＝０，ｙ＝０，ｚ＝０, ｗ＝１,ｑ＝１条件におい
て）〜４×１０^−６ohm・cm（ｘ＝１，q＝０,ｗ＝０,y
＝０,ｚ＝０）の間で調整することができる。

【００８９】特に、ＭＢ2層として、Ｚｒ0.64Ｔｉ0.36
Ｂ2を使用する場合は、その抵抗率が１×１０^−６ohm・
cmであり、Ｎｉとほぼ同じ程度に低抵抗な電極を提供す
ることができる。なお、このＺｒ0.64Ｔｉ0.36Ｂ2は、
熱膨張係数もＳｉＣとほぼ一致している。従って、Ｓｉ
Ｃ層上に低抵抗で、熱履歴に強く、信頼性の高い電極を
形成することができる。

【００９０】[ショットキー接合ダイオード]図５は、第
２の実施の形態に係るＳｉＣ層とＭＢ2層を用いたシッ
トキー接合ダイオードの一例を示す断面図である。ここ
では、ＭＢ2層をショットキー電極のみならずオーミッ
ク電極としても使用している。

【００９１】第２の実施の形態に係るショットキー接合
ダイオードの構造も、基本的には第１の実施の形態に係
るショットキー接合ダイオードの構造と同様であるが、
Ｎ^＋ＳｉＣ基板１０の裏面に形成するオーミック電極を
低抵抗なＭＢ2層であるＺｒＢ2層５１で形成するととも
に、ショットキー電極をＭｇＢ2層４１とＺｒ0.46Ｔｉ
0.54Ｂ2（以下、「ＺｒＴｉＢ2層」と記す）層４２を重
ねた二層構造にしている。

【００９２】即ち、図５に示すように、コンタクト層で
あるＮ^＋ＳｉＣ基板１０は、ヘキサゴナル結晶系である
４Ｈ-ＳｉＣであり、(０００１)面を基板表面に持つ。
このＮ^＋ＳｉＣ基板１０上にはバッファ層およびキャリ
ヤの走行層である結晶系（４Ｈ）のＮ⁻型ＳｉＣ層２０
が形成されている。また、Ｎ⁻型ＳｉＣ層２０には、図
３に示すショットキー接合ダイオードと同様に、イオン
注入によりＰ型ガードリング３０が形成されている。

【００９３】Ｎ⁻型ＳｉＣ層２０の表面には、露出した
ｐｎ接合のパッシベーション膜として、ＳｉＯ2 膜、あ
るいはＳｉＯ2 とＰ2Ｏ5を混合したＰＳＧ膜等の絶縁膜
６０が形成され、Ｐ^＋型ガードリング３０の内側のＮ⁻
型ＳｉＣ層２０の表面を覆うように、ショットキー電極
である厚さ約５０ｎｍのＭｇＢ2層４１が形成され、さ
らにその上に厚さ約３００ｎｍのＺｒＴｉＢ2層４２が
積層されている。これらのショットキー電極上には、半
田層４３を介してアノード電極４４が形成されている。

【００９４】一方、図中下層側となるＮ^＋ＳｉＣ基板１
０の他方の面には、オーミック電極としてＺｒＢ2層５
１が形成され、さらにその裏面に半田層５２を介してカ
ソード電極５３が形成されている。

【００９５】ショットキー電極であるＭｇＢ2層４１と
ＺｒＴｉＢ2層４２、およびオーミック電極であるＺｒ
Ｂ2層５１は、いずれもＳｉＣと熱膨張係数がほぼ一致
しており、また、ＭｇＢ2層４１及びＺｒＴｉＢ2電極４
２は、ＳｉＣと格子定数もほぼ一致している。従ってＮ
⁻型ＳｉＣ層２０あるいはＮ^＋ＳｉＣ基板１０との接着
性が良好であり、膜の剥がれが生じにくい。また、特性
ばらつきが少なく再現性の良い金属−半導体障壁のバリ
アハイトを有するショットキー電極（バリア電極）を得
ることができる。さらに、ショットキー電極を金属Ｍ組
成の異なる複数のＭＢ2層で形成することにより、バリ
アハイトを調整することもできる。

【００９６】また、ＺｒＢ2層５１は、電極として一般
に使用されているＴｉ等に比較し、より低抵抗であるた
め、素子の順方向抵抗を大幅に下げることが可能にな
る。

【００９７】なお、ＭＯＣＶＤ法を用いてＭｇＢ2層４
１を形成する場合は、Ｃｐ2ＭｇとＢ2Ｈ6を用い、成長
温度約６５０℃で形成することが好ましい。また、Ｚｒ
ＴｉＢ2層４２は、ＺｒＣｐ2Ｈ2とＴｉＣ14を原料に用
い、成長温度約１０５０℃で形成することができる。Ｚ
ｒＢ2層５１をＭＯＣＶＤを用いて形成する場合も、同
様にＺｒＣｐ2Ｈ2を原料ガスとして用いて成長温度約１
０５０℃で形成することができる。

【００９８】（第３の実施の形態）第３の実施の形態で
は、ＳｉＣ層と、このＳｉＣ層に対し格子不整合を起こ
さず、しかもヒートシンクとしての効果も有するＭＢ2
層とからなる積層構造の例と、この積層構造を用いた半
導体素子の例について説明する。

【００９９】[ＭＢ2層の格子定数と熱伝導度]図６は、
種々のＭＢ2の格子定数と熱伝導度との関係を示すグラ
フである。同グラフ中には、ＭＢ2の例として、ＣｒＢ
2,ＺｒＢ2,ＴｉＢ2,ＰｕＢ2、およびＴａＢ2の特性デー
タがプロットされている。また、同グラフ中、参考とし
てＳｉＣの格子定数、及び電極材料として一般に使用さ
れているＴｉの熱伝導度を図示している。

【０１００】ＭＢ2の金属Ｍとして、図６中に示された
Ｃｒ,Ｚｒ,Ｔｉ,Ｐｕ、およびＴａのうちの１種もしく
は２種以上を使用することにより斑点で示す領域内のい
ずれかの特性を示すＭＢ2層を形成できる。

【０１０１】即ち、ＳｉＣ層上に形成するＭＢ2層とし
ては、ＳｉＣの格子定数に略一致する格子定数を持ち、
しかも熱伝導度の高いＭＢ2層を使用すれば、ＳｉＣ層
に対し格子不整合を起こさず、しかもヒートシンクとし
ての効果の高い電極や中間層を提供できる。

【０１０２】例えば、以下の化学式で示すＭＢ2層を使
用すれば、ＳｉＣと格子整合し、しかもヒートシンクと
しての効果を有するものが得られる。

【０１０３】Ｃｒ0.46xyＺｒ0.54xyＴｉ0.67(1-x)yＰｕ
0.33(1-x)yＴａ(1-y)Ｂ2 ここで、0≦x,y≦1である。

【０１０４】例えば、ＭＢ2として、Ｚｒ0.46Ｃｒ0.54
Ｂ2を使用する場合は、ＳｉＣに格子整合する条件のも
とで熱伝導度がＴｉとほぼ同程度の材料を実現できる。

【０１０５】[ショットキー接合ダイオード]図７は、第
３の実施の形態に係るＭＢ2層を使用したショットキー
接合ダイオードを示す断面図である。ここでは、複数の
ダイオードを積層したスタック型半導体素子の例を示し
ている。

【０１０６】図７に示すように、Ｚｒ0.64Ｔｉ0.36Ｂ2
（以下、「ＺｒＴｉＢ2」と記す）層（コンタクト層）
５５とその上に形成されるＮ型ＳｉＣ層１５と、さらに
その上に形成されるＴａＢ2層（ショットキー電極）４
５とから構成される基本ダイオード素子がＺｒ0.54Ｃｒ
0.46Ｂ2（以下、「ＺｒＣｒＢ2」と記す）層（中間層）
７０を介して繰り返し積層されている。

【０１０７】このように、基本ダイオード及び中間層を
格子不整合の少ない層で構成しているので、これらをさ
らに積層しても良好な結晶性を有する半導体素子を提供
できる。従って、複数の素子を立体的に集積化した半導
体モジュールを提供できる。

【０１０８】コンタクト層とショットキー電極と中間層
について、ＭＢ2層を使用しているが、特にコンタクト
層と中間層に関しては、熱伝導度の高いＭＢ2層を使用
することにより、ヒートシンクとしての効果も追加でき
る。単体のダイオード素子に較べ、素子を積層化した場
合はその分発熱量も増えるため、ヒートシンクの効果の
高い層を備えることで素子性能の改善を図る効果は大き
い。

【０１０９】具体的には、例えば、ショットキー電極と
して、ＳｉＣ層と格子定数がほぼ一致するＴａＢ2層４
５を使用し、コンタクト層としてはＺｒＴｉＢ2層５
５、中間層としてはＺｒＣｒＢ2層７０をそれぞれ使用
することができる。

【０１１０】図７に示す各層は、いずれもＭＯＣＶＤ法
を用いて形成できるので、連続するＣＶＤ工程で全ての
層を連続形成することができる。例えば、ＺｒＴｉＢ2
層（コンタクト層）５５およびＺｒＣｒＢ2層（中間
層）７０を作製する場合は、金属Ｍ原料として、ＺｒＭ
ｅ2Ｃｐ2，ＣｒＣｐ3，ＴｉＣｐ2Ｈ2を用いることがで
きる。また、Ｂ（硼素）はＢ2Ｈ6を原料ガスとして用い
ることができる。成長温度を１５００℃と高い温度にす
る場合は、極めて良質な結晶を成長させることができ
る。なお、Ｎ型ＳｉＣ層１５のキャリア濃度は約５×１
０^１５cm^-3とすればよい。

【０１１１】また、図示を省略しているが、各ダイオー
ド素子のＮ型ＳｉＣ層１５には、第１もしくは第２の実
施の形態に示すように、Ｐ型ガードリングを形成するこ
とが望ましい。ただし、イオン注入法を用いる場合は、
Ｎ型ＳｉＣ層１５を形成する度にＣＶＤ工程を中断し、
イオン注入を行う必要がある。

【０１１２】一方、ＳｉＣを成長させる場合、その成長
速度により膜中へ取り込まれる不純物濃度（キャリヤ濃
度）が異なるという性質が知られている。そこで、この
性質を利用し、例えばＮ型ＳｉＣ層１５を成長させる際
に、Ｃ（カーボン）マスクで基板成長表面の中央部をカ
バーすることにより、基板中央部の成長速度を抑え、基
板周辺部の成長速度を相対的に早くすれば、基板周辺部
のＰ型キャリヤ濃度を上げ、実質的にＰ型ガードリング
と同様の効果を得ることもできる。この方法を用いれ
ば、ＣＶＤ工程進行中にこの操作を同時に行うことがで
きるので、ＣＶＤ工程を中断することなく複数のダイオ
ード素子の積層構造を連続するＣＶＤ工程で行うことが
できる。

【０１１３】あるいは、ＣＶＤによるＳｉＣ層の成長時
に、基板成長表面の周辺部に電子線を選択的に照射する
ことによっても、基板周辺部のＳｉＣの成長速度を相対
的に早くし、実質的にＰ型ガードリングを形成すること
ができる。

【０１１４】上記構造と製造方法を用いることにより、
基本ダイオード素子を複数層重ね、高耐圧素子を得るこ
とができる。例えば、基本ダイオードを１０段積層した
場合は、各素子の各上下の電極層を外部に引き出し、各
半導体層にかかる電圧を調整することによって逆方向耐
圧１５００Ｖ、順方向抵抗２０ｍohmを実現可能であ
る。

【０１１５】また、上記素子は高温逆バイアス試験（印
加電圧が定格電圧の８０％，接合温度が４５０℃，試験
時間が１０００ｈ）後も、リーク電流は初期値の５０％
増加程度に抑えることが可能である。

【０１１６】（第４の実施の形態）第４の実施の形態
は、ＳｉＣ層とＭＢ2層とを用いた超伝導素子構造に関
する。

【０１１７】最近、ＭＢ2の一種であるＭｇＢ2について
は、焼結体サンプルにおいて、高い臨界温度（約４０
Ｋ）で超伝導性を示すことが発見され、注目を集めてい
る。

【０１１８】超伝導材料については、従来より超伝導ト
ランジスタ等の超伝導素子への応用の可能性が指摘され
ているが、現在のところ、焼結体であるバルク単体で超
伝導特性を検討するに止まっている。超伝導素子の実用
化のためにはバルクと同等の特性を確保できる薄膜構造
の検討が必要になる。

【０１１９】これに対し、第１〜第３の実施の形態に説
明したようなＳｉＣ層とＭＢ2層との積層構造を採用す
れば、結晶性の高い超伝導素子構造を形成することが可
能になる。

【０１２０】図８は、ＭｇＢ2を超伝導層として使用し
た超伝導ＦＥＴ素子構造の一例を示す断面図である。同
図に示すように、ＳｉＣ層１６上には、ゲート絶縁膜で
あるＡｌＮ層１００のパターンが形成され、この上にゲ
ート電極としてＭｇＢ2層８０とＭｇＴｉＢ2層９０Ｇと
が形成され、その両側に一定の距離をとって、超伝導層
となるＭｇＢ2層８０のパターンが形成されている。さ
らに各超伝導層上には、電極としてＭｇＴｉＢ2層９０
Ｓ/９０Ｄが形成されている。

【０１２１】ＭｇＢ2層８０は、ＳｉＣ層１６との格子
整合性が良い為、結晶性が良好な膜を形成することがで
きる。従って、焼結体（バルク）のＭｇＢ2以上に優れ
た超伝導特性を示すＭｇＢ2層を形成できる可能性が高
い。

【０１２２】また、ＳｉＣ層１６とＡｌＮ層１００およ
びＭｇＢ2層８０はいずれも格子整合が可能なため、良
好な結晶性を示し、エピタキシャル成長が可能である。

【０１２３】この超伝導素子では、ＭｇＢ2層８０の臨
界温度以下において、ＭｇＢ2層８０が超伝導状態に入
ると、ＭｇＢ2層８０に接するＳｉＣ層１６領域に超伝
導ライクな領域が生じる。この超伝導ライクな領域の広
がりはゲート電圧値によって制御することができ、一定
条件下で、ゲート絶縁膜であるＡｌＮ層１００下のＳｉ
Ｃ層１６に超伝導チャネルを形成でき、ＭＯＳＦＥＴ等
と同様なスイッチング動作を行うことができる。

【０１２４】この超伝導素子を製造するためには、まず
ＳｉＣ層１６上にＡｌＮ層１００をＣＶＤ法等を用いて
形成し,ゲート絶縁膜パターンを残してエッチング除去
する。この後、この基板成長表面上にＭＢＥ法によりＭ
ｇＢ2層とＭｇＴｉＢ2層とを連続積層すれば、ゲート絶
縁膜であるＡｌＮ層の両サイドには、ＡｌＮ層パターン
の影により膜が形成されない領域が生じるので、セルフ
アライン的にソース、ドレインとなる各ＭｇＢ2層８０
パターンと、ソース電極であるＭｇＴｉＢ2層９０Ｓ
と、ドレイン電極となるＭｇＴｉＢ2層９０Ｄのパター
ンを形成できるとともに、ゲート絶縁膜であるＡｌＮ層
１００上にもゲート電極であるＭｇＢ2層８０とＭｇＴ
ｉＢ2層９０Ｇからなる積層電極を形成できる。

【０１２５】このように、図８に示す超伝導素子構造は
セルフアライン的に作製することができるので、プロセ
ス上の負担も少なく、しかも結晶性の高い超伝導層が得
られる。こうして得られる超伝導トランジスタの遮断周
波数は３５０ＧＨｚにすることが可能である。

【０１２６】なお、ここでは、超伝導層としてＭｇＢ2
層を使用しているが、他のＭＢ2材料を用いることもで
きる。例えばＴｉＢ2層やＺｒＢ2層を使用する場合は、
臨界温度はＭｇＢ2層よりやや高くなるものの酸化され
にくく、安定した動作を確保することができる。また、
ここではＳｉＣ層を基板として用いているが、ＡｌxＧ
ａyＩｎ1-x-yＮ層を基板として用いても同様な機能を有
する超伝導素子を形成することが可能である。

【０１２７】（第５の実施の形態）第５の実施の形態で
は、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層とＭＢ2層との積層構造を
用いた第１の発光素子の例を示す。

【０１２８】図９に、第５の実施の形態に係る発光素子
の構造例を示す。この発光素子では、半導体層としてＡ
ｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層である、ＧａＩｎＮ、ＡｌＮ、
及びＧａＮを使用しており、半導体層上に直接形成する
コンタクト電極として、ＭＢ2層を使用している。

【０１２９】具体的には、サファイア基板１０１上に第
１のＧａＮバッファ層１１６を形成し、この第１のＧａ
Ｎバッファ層１１６上の一部に開口部（図示せず）を有
する選択成長用ガラスマスク１０２を形成している。さ
らにこの選択成長用ガラスマスク１０２上に第２のＧａ
Ｎバッファ層１１５を形成し、さらにその上にＮ^＋型Ｇ
ａＩｎＮコンタクト層１０３を形成している。

【０１３０】Ｎ^＋型ＧａＩｎＮコンタクト層１０３上に
は、発光部を含むメサ型に加工された積層部を備えると
ともに、その積層部の脇に、コンタクト層１０３に対す
るコンタクト電極であるＺｒＣｒＭｇＢ2層１１１を介
してＡｕ電極１１３ｂを形成している。

【０１３１】また、Ｎ^＋型ＧａＩｎＮコンタクト層１０
３上に形成されるメサ型積層部には、下側よりＮ型Ｇａ
Ｎ層１０４、ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層（0.2≦ｘ≦0.
5）１０５、活性層１０６、ＡｌsＧａl-sＮクラッド層
（0.1≦ｓ≦0.4）１０７、Ｐ型ＧａＮ層１０８、Ｐ^＋型
ＧａtＩｎ1-tＮ（0≦t≦0.5）コンタクト層１０９、お
よびＺｒＣｒＭｇＢ2層１１４が順次積層形成されてい
る。さらに活性層１０６には、例えばＧａvＩｎ1-vＮ層
とＧａwＩｎ1-wＮ層とを交互に積層した量子井戸構造
と、この量子井戸構造の上層と下層に備えた光ガイド層
であるＧａuＩｎｌ-uＮ層（0≦u、z≦w＜v≦0.3）構造
が形成されている。

【０１３２】また、メサ型積層部の周囲は、パッシベー
ション膜であるＳｉＯ2膜で覆われ、ＺｒＣｒＭｇＢ2層
１１４の表面層上の一部に開口部が設けられ、この露出
層表面上にＡｕ電極１１３ａが形成されている。

【０１３３】第５の実施の形態に係る半導体レーザ素子
では、コンタクト電極としてＭＢ2層を使用しているの
で、Ｔｉ等の電極を用いた場合と比べて発光素子の寿命
を伸ばすことができる。これは、コンタクト電極である
ＭＢ2層の格子定数および熱寿命係数が発光素子の能動
部分を形成するＧａＮ等の半導体とほぼ一致すること、
およびＺｒＣｒＭｇＢ2層１１４やＹＣｒＢ2層１１１が
通常の金属電極と異なり、ＧａＩｎＮ層やＧａＮ層との
反応性が低いので界面での転位派生が少ないことが寄与
していると考えられる。また、ＺｒＣｒＭｇＢ2層１１
４中に含まれるＭｇがＰ型ＧａＩｎＮ層１０９層中に拡
散して界面での接合抵抗を下げ、活性層近傍の動作温度
が下がることも一因と考えられる。

【０１３４】以下、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）を参照
して、第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法に
ついて説明する。

【０１３５】まず、サファイア基板１０１上にＭＯＣＶ
Ｄ法等を用いて膜厚約０．０３μｍ〜０．２μｍの第１
ＧａＮバッファ層１１６を形成する。次に、この第１Ｇ
ａＮバッファ層１１６上に、膜厚約０．１μｍ〜１μｍ
のＳｉＯ2等のガラスマスク層１０２をＣＶＤもしくは
コーティング法を用いて形成する。続いて、フォトリソ
グラフィープロセスを用い、選択成長用ガラスマスク１
０２の一部に第１のＧａＮバッファ層１１６面が露出す
るような開口部（図示せず）を形成する。

【０１３６】続いて、この開口底部の露出面である第１
のＧａＮバッファ層１１６をシードとしてＧａＮを成長
させる。成長初期には基板面に対し垂直方向にエピタキ
シャル成長をするが、ある程度成長が進むと、基板面と
平行な横方向にも成長が進み、最終的にガラスマスク１
０２表面を覆う膜厚約３〜２０μｍの第２のＧａＮバッ
ファ層１１５が形成できる。この横方向成長（ラテラル
成長）により形成した第２のＧａＮバッファ層１１５
は、欠陥密度の少ない良好な結晶膜となる。なお、ガラ
スマスク１０２に形成する開口部の場所は、特に限定さ
れない。素子化する場合に、この開口部が素子の中に含
まれていてもよいし、素子の外部にあって、基板を素子
（チップ）ごとに切断する際に、素子と切り離されても
かまわない。

【０１３７】続けて、第２のＧａＮバッファ層１１５の
上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて膜厚約１μｍ〜５μｍのＮ
^＋型ＧａrＩｎ1-rＮ（0≦ｒ≦0.5）層１０３を形成す
る。なお、ＭＯＣＶＤ法でＮ^＋型ＧａrＩｎ1-rＮ（0≦
ｒ≦0.5）層１０３を形成する際に、ＳｉＨ4ガスを用い
て、Ｓｉをドーピングし、キャリア濃度を約１〜４０×
１０¹⁸cm^-3とする。

【０１３８】この後、Ｎ^＋型ＧａrＩｎ1-rＮ層１０３上
に、順次ＭＯＣＶＤ法を用いて厚み２μｍ〜１０μｍの
Ｎ型ＧａＮ層１０４、厚み０．７μｍ〜０．３μｍＡｌ
xＧａ1-xＮクラッド層１０５、活性層１０６、厚み０．
１５〜０．７μｍＡｌsＧａl-sＮクラッド層１０７、厚
み０．０５〜５μmのＰ型ＧａＮ層１０８、厚み０．２
〜１μｍのＰ^＋型ＧａtＩｎ1-tＮ（0≦t≦0.5）コンタ
クト層１０９を連続工程で順次積層形成する。

【０１３９】なお、各層へのＮ型ドーピング材としては
例えばＳｉを、Ｐ型ドーピング材としては例えばＭｇを
用いることができる。さらに、Ｐ^＋型ＧａtＩｎ1-tＮ
（0≦t≦0.5）コンタクト層１０９の上にＭＯＣＶＤ法
を用いて、ＺｒＣｒＭｇＢ2層１１４を形成する（図１
０（ａ））。

【０１４０】ＺｒＣｒＭｇＢ2層１１４の形成に際して
は、Ｚｒ原料ガスとしては、塩化物、アルキルクロム化
合物、ＺｒＣｐ2Ｒ2（Ｒ:アルキル基）のような有機金
属、ＺｒＣｐ2ＣＨ3ＣＯＣＨ3のような酸素を含む有機
金属、Ｚｒ（ＯＣ3Ｈ7-Ｉ）４のようなエステルあるい
は、ＺｒＭe4（thf）４（thf:テトラヒドロフラン）あ
るいはＺｒ（ＣＨ2Ｃ6Ｈ5）4（bipy）（bipy：ビピリジ
ン）のようなアルキル遷移金属錯体を用いてもよい。ま
た、Ｃｒ原料ガスとしては、塩化物、アルキルクロム化
合物、ＣｒＣｐ3のような有機金属、Ｃｒ（ＣＯ）6ある
いはＣｒ（Ｃ6Ｈ6）（ＣＯ）3のような酸素を含む化合
物、Ｃｒ（ＯＣ3Ｈ7-Ｉ）3のようなエステルあるいはＣ
ｒＭｅ3(thf)3(thf：テトラヒドロフラン)あるいはＣｒ
（ＣＨ2Ｃ6Ｈ5）3(bipy)(bipy：ビビリジン)のようなア
ルキル遷移金属錯体を用いてもよい。Ｃｒ(thd)3(thd:
テトラメチルヘプタネヂオネイト)を用いてもよいが、
Ｍｇよりも分解温度が高く重合を起こしにくい原料なの
で、Ｍｇの利用効率が高くなる。Ｂ（硼素）原料として
は、Ｂ2Ｈ6あるいはＢの有機金属を用いればよい。

【０１４１】なお、ＺｒＣｒＭｇＢ2層１１４の成膜温
度を７００℃〜１２００℃で行うと、良質な結晶が得ら
れる。特に、ＣＶＤ時のＢの供給原子数をＺｒ、Ｃｒ、
Ｍｇの供給原子数の和の２倍以上にすることでＺｒＣｒ
ＭｇＢ2層１１４の結晶性を改善できる。また、Ｍｇ原
子数がＺｒ原子数の２〜１０％、Ｃｒ原子数がＺｒ原子
数の１０〜２０％で、ＺｒＣｒＭｇＢ2層の厚さが０．
０１〜０．２μｍの場合において、特に良質な結晶が成
長できる。これはＣｒとＭｇを導入することでＺｒＢ2
の融点が下がることによると考えられる。

【０１４２】次に、フォトリソグラフィ工程を用いて、
Ｎ^＋型ＧａrＩｎ1-rＮ層１０３上に積層されたＮ型Ｇａ
Ｎ層１０４〜ＺｒＣｒＭｇＢ2層１１４の積層部をエッ
チングし、メサ型に加工する。更に、メサ型に加工した
積層部、上面および、露出したＮ^＋型ＧａrＩｎ1-rＮ層
１０３をＳｉＯ2パッシベーション膜１１０で被覆する
（図１０（ｂ））。

【０１４３】この後、Ｎ^＋型ＧａrＩｎ1-rＮ層１０３上
に被覆されたＳｉＯ2パッシベーション膜１１０の一部
をフォトリソグラフィ工程を用いて開口し、Ｎ^＋型Ｇａ
rＩｎ1-rＮ層１０３を開口部底面に露出させる。この開
口部および基板表面上にコンタクト電極となるＹ0.95Ｃ
ｒ0.05Ｂ2層１１１をＭＯＣＶＤ法を用いて形成する。
Ｙ0.95Ｃｒ0.05Ｂ2層１１１を形成する際は、Ｙ原料ガ
スとしては、上述したＣｒと同系統の原料を用いること
ができる。即ち、Ｃｒ原料として挙げた材料のＣｒをＹ
に置き換えたものを用いることができる。

【０１４４】続けて、フォトリソグラフィ工程を用い
て、ＧａＩｎＮコンタクト層１０３に接合している付近
を除いてＹ0.95Ｃｒ0.05Ｂ2層１１１をエッチングし、
エッチング除去し、コンタクト電極パターンを形成す
る。なお、Ｙ0.95Ｃｒ0.05Ｂ2層１１１をエッチングす
る際には、多少オーバエッチさせる方が好ましい。続け
て、基板表面にＳｉＯ2パッシベーション膜１１２をコ
ーティングし、さらに、Ｙ0.95Ｃｒ0.05Ｂ2層１１１か
らなるコンタクト電極とＺｒＣｒＭｇＢ2層１１４から
なるコンタクト電極それぞれが露出するように、ＳｉＯ
2パッシベーション膜１１０および１１２をエッチング
し、開口を形成する（図１０（ｃ））。

【０１４５】この後、基板表面にＡｕ電極を蒸着法等で
コーティングし、さらにパターニングを行い各コンタク
ト電極（１１１、１１４）上にＡｕ電極パターン１１３
ａ、１１３ｂを形成すれば図９に示す発光素子構造が得
られる。

【０１４６】本実施の形態の例では素子の作製をＭＯＣ
ＶＤで行っているが、ＭＢＥで行ってもちろんよい。こ
の場合には、Ｚｒ、Ｃｒ等の金属を電子線加熱で蒸発さ
せることができるので、ＭＯＣＶＤよりも素子構造の作
製が容易となる。

【０１４７】（第６の実施の形態）第６の実施の形態で
は、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、１−ｘ
−ｙ≦１）層とＭＢ2層との積層構造を用いた第２の発
光素子の例を説明する。

【０１４８】図１１は、第６の実施の形態に係る発光素
子の構造を示す断面図である。発光素子の基本的な構造
は、上述した第５の実施の形態に示す発光素子と同様で
あり、半導体層としてＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層を使用
し、半導体層上に直接形成するコンタクト電極として、
ＭＢ2層を使用している。

【０１４９】しかし、第５の実施の形態の場合とは異な
り、第６の実施の形態にかかる発光素子では、ラテラル
成長により形成される結晶性の良いＮ^＋型ＧａＮ層１０
２上に格子整合層としてＧａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ層（以下、
「ＧａＩｎＮ層」という）１０３ｂを形成している。ま
た、この格子整合層１０３ｂの上全面にコンタクト電極
層としてＹ0.9Ｃｒ0.05Ｍｇ0.05Ｂ2層（以下、「ＹＣｒ
ＭｇＢ2層」という）１１１ｂを形成している。また、
ＧａＩｎＮコンタクト層１０３はこのＹＣｒＭｇＢ2層
１１１ｂ上に形成され、メサ型に加工された積層部の中
に組み込まれている。

【０１５０】このような構造では、ＹＣｒＭｇＢ2層１
１１ｂを単独でパターニングすることが不要になるの
で、発光素子を構成するほぼ全ての半導体層及びコンタ
クト電極層を連続するＭＯＣＶＤ工程で形成することが
可能になる、従って、大幅なプロセスの簡略化を図るこ
とができる。

【０１５１】また、ＧａＩｎＮ格子整合層１０３ｂ、Ｙ
ＣｒＭｇＢ2コンタクト電極層１１１ｂ、及びＧａＩｎ
Ｎコンタクト層１０３は相対的な格子定数差が小さく、
ＧａＮに対してのトータル歪量を臨界歪み以下にでき
る。このため、ＧａＮバッファ層１１５上に高品質なＧ
ａＮ層１０４が成長でき、さらにＧａＩｎＮコンタクト
層１０３上に高品質な結晶層を積層できる。

【０１５２】さらに、第６の実施の形態の発光素子では
ＹＣｒＭｇＢ2コンタクト電極層１１１ｂを格子整合層
であるＧａＩｎＮ１０３ｂ層上の全面に形成し、メサ型
積層部のＮ^＋型ＧａＮ層１０３下面全面がＹＣｒＭｇＢ
2コンタクト電極層１１１ｂに接しているので、上部の
Ａｕ電極１１３ａと下部のＡｕ電極１１３ｂとの間の抵
抗、即ちメサ型積層部の抵抗を１/１０から１/１００に
できる。このため発光部の発熱量を大幅に低減でき、最
大光出力を数十％改善できる。

【０１５３】（第７の実施の形態）第７の実施の形態で
は、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、１−ｘ
−ｙ≦１）層とＭＢ2層との積層構造を用いた第３の発
光素子の例を説明する。

【０１５４】図１２は、第７の実施の形態に係る発光素
子の構造を示す断面図である。メサ型に加工された積層
部の構造は第６の実施の形態に係る発光素子と同様であ
るが、第７の実施の形態に係る発光素子では、まず、Ｓ
ｉＣ基板１１８を使用している点で、第５、第６の実施
の形態の発光素子と異なる。また、ＳｉＣ基板１１８上
に、格子整合層としてＭＢ2層（ＴｉＺｒＹＢ2層）１１
７を形成し、この上にＧａＮバッファ層１１５を形成し
ている点でも異なる。さらに下層Ａｕ電極１２０の構造
も異なる。

【０１５５】ＴｉＺｒＹＢ2層１１７は、Ｔｉ，Ｚｒ，
Ｙの組成を連続的に変化させることでＳｉＣ基板１１８
に接する下表面ではＳｉＣと格子整合する組成とし、Ｇ
ａＮバッファ層１１５に接する上表面では、ＧａＮに格
子整合する組成にすることが好ましい。例えば厚み方向
にＴｉ0.64Ｚｒ0.36Ｂ2からＺｒ0.84Ｙ0.16Ｂ2まで連続
的に組成を変化させた層にするとよい。

【０１５６】従来、ＧａＮ系発光素子でＳｉＣ基板を使
用する場合は、ＳｉＣ層とＧａＮ層の間に介在させる格
子整合層として使用されていたＡｌＧａＮ層は抵抗が高
いという問題があるが、第７の実施の形態に係る発光素
子では、導電層であるＭＢ2層を格子整合層として使用
しているので、抵抗値を上げることなく、ＳｉＣ基板１
１８に格子整合させることができる。

【０１５７】なお、ＳｉＣ基板の下側表面にはほぼ全面
にＴｉ/Ａｌコンタクト電極１１９を介して下層Ａｕ電
極１２０を形成している。

【０１５８】第７の実施の形態にかかる発光素子では、
ＧａＮバッファ層１１５上に、ＧａＮ層と格子不整合が
約１％程度であるＧａＩｎＮコンタクト層１０３ｄを臨
界膜厚以下である０．０１μｍ形成し、さらにこの層の
上に、ＧａＮ層との格子不整合が約２％以下のＺｒＢ2
層１１１ｃを膜厚約０．０２μｍ形成している。加え
て、ＺｒＢ2層１１１ｃ上に、ＧａＩｎＮコンタクト層
１０３を約０．０１μｍ形成しているので、これら３つ
の層でのＧａＮに対する平均格子不整合を０．１７％と
小さくすることができ、良好な結晶性を得ることができ
る。

【０１５９】また、ＺｒＢ2層１１１ｃは、電流拡散層
としても機能し、基板裏面からメサ型積層部分へ流れる
電流をより効率的に集中させる効果を発揮する。従っ
て、ＳｉＣ基板を使用した従来のＧａＮ系発光デバイス
では、動作電圧が発光波長＋３Ｖ以上あったが、第７の
実施の形態に係る発光素子では、この動作電圧を発光波
長＋０．５Ｖ以下に低減させることができる。

【０１６０】なお、第７の実施の形態に係る発光素子
も、第５の実施の形態と同様な方法によって作製するこ
とができる。

【０１６１】以上、第１〜第７の実施の形態について説
明したが、本実施の形態に係るＳｉＣ層もしくはＡｌx
ＧａyＩｎ1-x-yＮ層とＭＢ2層との積層構造は、上述す
る以外の種々の機能素子に応用可能である。例えば半導
体素子としては、上述するショットキー接合ダイオード
のほかにＩＧＢＴ等のバイポーラーデバイス、ＳＩＴあ
るいは横型ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、アバランシェダイオ
ード、フォトディテクター、ＨＥＭＴ等にも適用可能で
ある。

【０１６２】ＳｉＣ層を使用する場合は、4Ｈ-ＳｉＣの
みならず、6Ｈ-ＳｉＣ、15Ｈ-ＳｉＣ、4Ｈ-ＳｉＣ、3Ｈ
-ＳｉＣ等を使用することも可能である。また、ヘキサ
ゴナル結晶のみならず、キュービック系結晶を利用する
こともできる。ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ基板についても
同様である。

【０１６３】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるもの
ではない。特に、各機能素子を構成する各層の構造や製
造方法、膜厚などの条件は限定されるものではなく、当
業者であれば、置換や改良が可能なことは明らかであ
る。

【０１６４】

【発明の効果】以上に説明するように、本発明の第１の
特徴によれば、ＳｉＣ層上に形成する化学式ＭＢ2で示
される二硼化金属層は、ＳｉＣ層と格子整合でき、しか
も金属Ｍの組み合わせにより種々の特性を得ることが可
能であるため、機能素子それぞれに必要な電気伝導性や
熱伝導性等を持つ電極層、あるいは格子整合層等を提供
できる。また、格子整合性が良好であるため、素子の積
層化も容易になり、立体的な素子の集積化が容易にな
る。

【０１６５】本発明の第２の特徴によれば、ＳｉＣ層上
に形成する化学式ＭＢ2で示される二硼化金属層は、Ｓ
ｉＣ層と格子整合でき、しかも熱膨張係数が略一致して
いるので、広範囲での温度の変化に対しも安定な動作が
可能な機能素子を提供できる。従って、高温動作用機能
素子としての応用に適している。

【０１６６】本発明の第３の特徴によれば、二硼化金属
層は、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層と格子整合でき、しか
も金属Ｍの組み合わせにより種々の材料設計が可能であ
るため、機能素子それぞれに必要な電気伝導性等を持つ
電極層、あるいは格子整合層等を提供できる。

【０１６７】本発明の第４の特徴によれば、ＡｌxＧａy
Ｉｎ1-x-yＮ層上に形成する化学式ＭＢ2で示される二硼
化金属層は、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層と格子整合で
き、しかも熱膨張係数が略一致しているので、広範囲で
の温度の変化に対しも安定な動作が可能な機能素子を提
供できる。従って、高温動作用機能素子としての応用に
適している。

【０１６８】本発明の第５の特徴によれば、超伝導層で
ある二硼化金属を良好な結晶状態で形成できるため、良
好な超伝導特性を示す超伝導素子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１〜第７の実施の形態に係るＭＢ2の結晶構
造を示す図である。

【図２】第１の実施の形態に係るＭＢ2の格子定数と熱
膨張係数の関係を示す図である。

【図３】第１の実施の形態に係るＭＢ2層とＳｉＣ層と
を用いたショットキー接合ダイオードの構造例を示す断
面図である。

【図４】第２の実施の形態に係るＭＢ2の格子定数と熱
膨張係数の関係を示す図である。

【図５】第２の実施の形態に係るＭＢ2層とＳｉＣ層と
を用いたショットキー接合ダイオードの構造例を示す断
面図である。

【図６】第３の実施の形態に係るＭＢ2の格子定数と熱
伝導度の関係を示す図である。

【図７】第３の実施の形態に係るＭＢ2層とＳｉＣ層と
を用いた積層型ショットキー接合ダイオードの構造例を
示す断面図である。

【図８】第４の実施の形態に係るＭＢ2層とＳｉＣ層と
を用いた超伝導ＭＯＳＦＥＴの構造例を示す断面図であ
る。

【図９】第５の実施の形態に係るＭＢ2層とＡｌxＧａy
Ｉｎ1-x-yＮ層とを用いた発光素子の構造例を示す断面
図である。

【図１０】第５の実施の形態に係る発光素子の製造方法
を示す工程図である。

【図１１】第６の実施の形態に係るＭＢ2層とＡｌxＧａ
yＩｎ1-x-yＮ層とを用いた発光素子の構造例を示す断面
図である。

【図１２】第７の実施の形態に係るＭＢ2層とＡｌxＧａ
yＩｎ1-x-yＮ層及びＳｉＣ基板とを用いた発光素子の構
造例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ Ｎ^＋ＳｉＣ基板 １５ Ｎ型ＳｉＣ層 １６ ＳｉＣ層 ２０ Ｎ⁻ＳｉＣ層 ３０ Ｐ^＋型ガードリング層 ４０ ＭＢ2層 ４１ ＭｇＢ2層 ４２ ＺｒＴｉＢ2層 ４３、５２ 半田層 ４４ アノード層 ４５ ＴａＢ2層 ５１ ＺｒＢ2層 ５２ 半田層 ５３ カソード層 ５５ ＺｒＴｉＢ2層 ７０ ＺｒＣｒＢ2層 ８０ ＭｇＢ2層 ９０ ＭｇＴｉＢ2層 １００ ＭｇＴｉＢ2層 １０１ サファイア基板 １０２ 選択成長用ガラスマスク １０３ ＧａＩｎＮコンタクト層 １０３ｂ ＧａＩｎＮ格子整合層 １０３ｄ ＧａＩｎＮコンタクト層 １０４ Ｎ型ＧａＮ層 １０５ ＡｌＧａＮクラッド層 １０６ 活性層 １０７ ＡｌＧａＮクラッド層 １０８ Ｐ型ＧａＮ層 １０９ Ｐ型ＧａＩｎＮコンタクト層 １１０ １１２、ＳｉＯ2膜 １１１ ＹＣｒＢ2層 １１１ｂ ＺｒＭｇＢ2層 １１１ｃ ＺｒＢ2層 １１３ Ａｕ電極 １１４ ＺｒＣｒＭｇＢ2層 １１５、１１６ ＧａＮバッファ層 １１７ ＴｉＺｒＹＢ2層 １１８ ＳｉＣ層 １１９ Ｔｉ/Ａｌコンタクトメタル １２０ Ａｕ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｅ 39/22 ＺＡＡＧ 39/22 ＺＡＡ Ｈ０１Ｓ 5/042 ６１４ Ｈ０１Ｓ 5/042 ６１４ 5/323 ６１０ 5/323 ６１０ Ｈ０１Ｌ 29/48 Ｄ (72)発明者 大橋 弘通 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 東 芝リサーチコンサルティング株式会社内 (72)発明者 今井 聖支 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 畠山 哲夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 4M104 AA03 BB35 BB37 CC01 CC03 DD43 FF35 GG03 GG04 4M113 AB05 AD36 AD40 AD63 AD68 BA14 BA15 BA18 CA39 5F041 AA24 AA40 AA43 AA44 CA05 CA23 CA33 CA34 CA40 CA46 CA65 CA67 CA84 CA92 CA98 5F052 JA07 JA08 KA01 5F073 AA61 AA74 CA07 CB04 CB05 CB07 CB22 DA05 DA07 DA35

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヘキサゴナル結晶構造のｃ軸面もしくは
   キュービック結晶構造の｛１１１｝面を有するＳｉＣ層
   と、 前記ＳｉＣ層の前記ｃ軸面又は｛１１１｝面に接して、
   前記ＳｉＣ層のｃ軸又は＜１１１＞軸とｃ軸とを一致さ
   せて配向するよう形成された、化学式ＭＢ2（ここで、
   Ｍは１種以上の金属元素）で表され、Ｐ６／ｍｍｍ結晶
   構造を持つ硼化物層とを有する機能素子。
2. 【請求項２】 前記ＳｉＣ層の前記ｃ軸面又は｛１１
   １｝面における面内での最近接原子間距離と、前記硼化
   物層のａ軸方向の格子定数とが、略一致することを特徴
   とする請求項１に記載の機能素子。
3. 【請求項３】 ＳｉＣ層と、 前記ＳｉＣ層と接して形成された、熱膨張係数が前記Ｓ
   ｉＣ層の熱膨張係数と略一致し、化学式ＭＢ2（ここ
   で、Ｍは１種以上の金属元素）で表され、Ｐ６／ｍｍｍ
   結晶構造を持つ硼化物層とを有する機能素子。
4. 【請求項４】 ヘキサゴナル結晶構造のｃ軸面もしくは
   キュービック結晶構造の｛１１１｝面を有するＡｌxＧ
   ａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦１−ｘ
   −ｙ≦１）層と、 前記ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層の前記ｃ軸面又は｛１１
   １｝面に接して、前記ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層のｃ軸
   又は＜１１１＞軸とｃ軸とを一致させて配向するよう形
   成された、化学式ＭＢ2（ここで、Ｍは１種以上の金属
   元素）で表され、Ｐ６／ｍｍｍ結晶構造を持つ硼化物層
   とを有する機能素子。
5. 【請求項５】 前記ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層の前記ｃ
   軸面又は｛１１１｝面における面内での最近接原子間距
   離と、前記硼化物層のａ軸方向の格子定数とが、略一致
   することを特徴とする請求項４に記載の機能素子。
6. 【請求項６】 ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、
   ０≦ｙ≦１、０≦１−ｘ−ｙ≦１）層と、 前記ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層と接して形成された、熱
   膨張係数が前記ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ層の熱膨張係数
   と略一致し、化学式ＭＢ2（ここで、Ｍは１種以上の金
   属元素）で表され、Ｐ６／ｍｍｍ結晶構造を持つ硼化物
   層とを有する機能素子。
7. 【請求項７】 前記硼化物層が、超伝導特性を有するこ
   とを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の機能素
   子。