JP2005093991A - 化合物半導体素子、その形成方法および発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】 リン化硼素系半導体層に直接、接触させてオーミック電極を設ける従来の構成では、良好なオーミック接触性の電極が充分に安定して得られない問題点を解決する。
【解決手段】 リン化硼素系半導体層上に当該層と同一の伝導形の珪素半導体層を設け、その珪素半導体層に接してオーミック電極を設ける。このオーミック接触性に優れる電極を利用して化合物半導体素子を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ｎ形またはｐ形のリン化硼素系半導体層上にｎ形またはｐ形オーミック電極を備えてなる化合物半導体素子に於いて、接触抵抗の低いオーミック電極を備えた化合物半導体素子を構成するための技術に関する。

従来より、例えば、一般式Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表記されるIII族窒化物半導体は、青色帯或いは緑色帯の短波長可視光を出射する発光素子や電界効果型トランジスタ（英略称：ＦＥＴ）を構成するための材料として利用されている（例えば、非特許文献１参照。）。一方、硼素（元素記号：Ｂ）とリン（元素記号：Ｐ）とを構成元素として含むリン化硼素系半導体は、例えば、レーザダイオード（英略称：ＬＤ）を構成するためのコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層として利用されている（例えば、特許文献１参照。）。コンタクト層は、接触抵抗の低いオーミック電極を形成するために設ける導電層である。従来から、コンタクト層を、マグネシム（Ｍｇ）を添加したｐ形リン化硼素層から構成する例が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

単量体のリン化硼素（ｂｏｒｏｎ ｍｏｎｏｐｈｏｓｐｈｉｄｅ：ＢＰ）は、不純物のドーピングを施さずとも、アンドープで低抵抗の例えば、ｐ形導電層が得られるとされている（例えば、特許文献２参照。）。このため、リン化硼素は、コンタクト層を構成するに好適な材料として利用されている。例えば、ｐ形のリン化硼素から成るコンタクト層上には、アルミニウム（Ａｌ）単体からｐ形オーミック電極を設けて化合物半導体素子が構成される。例えば、ｐ形のリン化硼素からなるコンタクト層に、金（Ａｕ）・亜鉛（Ｚｎ）からなるｐ形オーミック電極を設けて、ＬＤを構成する技術が公開されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平２−２８８３８８号公報 米国特許第６，０６９，０２１号明細書 赤崎 勇編著、「III−Ｖ族化合物半導体」、初版、（株）培風館、１９９４年５月２０日、１３章

しかし、ｐ形またはｎ形リン化硼素系半導体層の表面に直接、接触させてｐ形またはｎ形オーミック電極を設ける従来の構成では、良好なオーミック接触性を呈するオーミック電極が充分に安定して得られなかった。従って、不純物を故意に添加しないアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）の状態で、且つ、成膜後に熱処理等の後工程を要せずとも低い抵抗の導電層が得られるリン化硼素系半導体層の利点を充分に活用できるオーミック電極を得るための技術手段が求められていた。

本発明では、従来技術の如く、ｐ形またはｎ形オーミック電極をリン化硼素系半導体層の表面に直接、接触させて設ける構成としない。上記の従来技術の問題点を解消するため、本発明では、リン化硼素系半導体層上に設けた導電性の珪素（Ｓｉ）半導体層に接してオーミック電極を設ける構成とした。また、この構成に依り得られるオーミック接触性に優れる電極を利用した化合物半導体発光素子を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明は次の構成からなる。
（１）結晶基板と、該結晶基板の一表面上に設けられた硼素（元素記号：Ｂ）とリン（元素記号：Ｐ）とを構成元素として含むリン化硼素系半導体層と、該リン化硼素系半導体層上に設けられたオーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極とを、備えた化合物半導体素子に於いて、上記のリン化硼素系半導体層の表面に接触して設けられた、リン化硼素系半導体層と同一の伝導形の珪素（元素記号：Ｓｉ）半導体層に接触させて、オーミック電極が設けられている、ことを特徴とする化合物半導体素子。

（２）リン化硼素系半導体層がｐ形であり、該ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触させて設けた珪素半導体層が、硼素（Ｂ）を含むｐ形伝導層であり、該ｐ形珪素半導体層の表面に接して、ｐ形オーミック電極が設けられている、ことを特徴とする上記（１）に記載の化合物半導体素子。

（３）リン化硼素系半導体層がｎ形であり、該ｎ形リン化硼素系半導体層の表面に接触させて設けた珪素半導体層が、リン（Ｐ）を含むｎ形伝導層であり、該ｎ形珪素半導体層の表面に接して、ｎ形オーミック電極が設けられている、ことを特徴とする上記（１）に記載の化合物半導体素子。

（４）オーミック電極が、それらを設ける領域に限定して残置させた珪素半導体層の表面に接触させて設けられている、ことを特徴とする上記（１）、（２）または（３）に記載の化合物半導体素子。

（５）結晶基板の一表面上に、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素として含むリン化硼素系半導体層を気相成長法に依り形成し、その後、該リン化硼素系半導体層上に同一の伝導形の珪素（Ｓｉ）半導体層を形成し、該珪素半導体層上に、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極を設けて化合物半導体素子を形成する化合物半導体素子の形成方法に於いて、硼素原料及びリン原料を用いてリン化硼素系半導体層を気相成長させた後、リン化硼素系半導体層を気相成長させるに使用した硼素原料またはリン原料を添加しつつ、リン化硼素系半導体層の表面上に、リン化硼素系半導体層と同一の伝導形の導電性の珪素半導体層を気相成長に依り形成する、ことを特徴とする化合物半導体素子の形成方法。

（６）硼素原料及びリン原料を用いてｐ形のリン化硼素系半導体層を気相成長させた後、ｐ形リン化硼素系半導体層を気相成長させるに使用した硼素原料ン原料を添加しつつ、ｐ形リン化硼素系半導体層の表面上に、ｐ形の珪素半導体層を気相成長に依り形成する、ことを特徴とする上記（５）に記載の化合物半導体素子の形成方法。

（７）硼素原料及びリン原料を用いてｎ形のリン化硼素系半導体層を気相成長させた後、ｎ形リン化硼素系半導体層を気相成長させるに使用したリン原料を添加しつつ、ｎ形リン化硼素系半導体層の表面上に、ｎ形の珪素半導体層を気相成長に依り形成する、ことを特徴とする上記（５）に記載の化合物半導体素子の形成方法。

（８）リン化硼素系半導体層の表面上に、リン化硼素系半導体層と同一の伝導形の珪素半導体層を形成し、オーミック電極を形成する予定の領域に限定して珪素半導体層を残置させた後、残置させた珪素半導体層の表面に接触させて、オーミック電極を形成する、ことを特徴とする上記（５）、（６）または（７）に記載の化合物半導体素子の形成方法。

（９）第１導電形の珪素単結晶基板上に、第１導電形のリン化硼素系半導体からなる下部クラッド層、窒化ガリウム系半導体からなる発光層、第２導電形のリン化硼素系半導体からなる上部クラッド層が順次積層され、該上部クラッド層上に接して第２導電形の珪素半導体層が積層され、第２導電形の珪素半導体層の表面に第２導電形のオーミック電極および第１導電形の珪素単結晶基板の裏面に第１導電形のオーミック電極がそれぞれ形成された発光ダイオード。

（１０）サファイア基板上に、第１導電形の窒化ガリウム系半導体からなる下部クラッド層、窒化ガリウム系半導体からなる発光層、第２導電形のリン化硼素系半導体からなる上部クラッド層が順次積層され、該上部クラッド層上に接して第２導電形の珪素半導体層が積層され、第２導電形の珪素半導体層の表面に第２導電形のオーミック電極および第１導電形の下部クラッド層に第１導電形のオーミック電極がそれぞれ形成された発光ダイオード。

本発明に依れば、リン化硼素系半導体層に接触して設けられた、リン化硼素系半導体層と同一の伝導形の珪素半導体層に接触させて設けたオーミック電極を利用して化合物半導体素子を構成することとしたので、例えば、順方向電圧（Ｖｆ）の低い化合物半導体ＬＥＤをもたらせる。

本発明では、特に、リン化硼素系半導体層を気相成長させる際に使用したリン源または硼素源を利用して形成したリンまたは硼素を含むｎ形またはｐ形の珪素半導体層上にオーミック電極を設けて化合物半導体素子を構成することとしたので、例えば、順方向電圧の低い化合物半導体ＬＥＤを提供できる。

本発明では、オーミック電極を設ける領域に限定して残置させたｎ形またはｐ形珪素半導体層に接触させて設けたｎ形またはｐ形オーミック電極を利用して化合物半導体素子を構成することとしたので、例えば、珪素半導体層に因る不必要な発光の吸収を回避でき、順方向電圧が低く、且つ高輝度の化合物半導体ＬＥＤを提供できる。

本発明に係わるリン化硼素系半導体とは、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素として含む、例えば、Ｂ_αＡｌ_βＧａ_γＩｎ_1-α-β-γＰ_1-δＡｓ_δ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）である。また、例えば、Ｂ_αＡｌ_βＧａ_γＩｎ_1-α-β-γＰ_1-δＮ_δ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）である。例えば、単量体のリン化硼素（ＢＰ）、リン化硼素・ガリウム・インジウム（組成式Ｂ_αＧａ_γＩｎ_1-α-γＰ：０＜α≦１、０≦γ＜１）、また、窒化リン化硼素（組成式ＢＰ_1-δＮ_δ：０≦δ＜１）や砒化リン化硼素（組成式Ｂ_αＰ_1-δＡｓ_δ：０≦δ＜１）のＶ族元素を含む混晶である。硼素（Ｂ）組成比（＝α）及びリン組成比（＝１−δ：０≦δ＜１）が何れも０．５（＝５０％）を越える混晶では、低抵抗のｐ形及びｎ形導電層を、アンドープ状態且つアズ−グローン（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）状態で簡便に形成できる。このため、オーミック接触性に優れる電極を得るに好都合である。

リン化硼素系半導体層は、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）法、ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）法やＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相堆積）法等の気相成長手段に依り形成できる。また、分子線エピタキシャル法でも気相成長させられる（Ｊ．Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．，１３３（１９９７）、２６９〜２７２頁参照。）。例えば、リン化硼素（ＢＰ）層は、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ）を硼素源とし、ホスフィン（分子式：ＰＨ₃）をリン源とするＭＯＣＶＤ法で形成できる。例えば、ｐ形ＢＰ層を形成するには、１０００℃〜１２００℃の温度が適する。一方、ｎ形ＢＰ層の形成には、ｐ形ＢＰ層を気相成長させる場合よりも低温の８００℃〜１０００℃が適する。

珪素半導体層は、上記の気相成長手段を利用して、リン化硼素系半導体層上に堆積できる。例えば、四塩化珪素（分子式：ＳｉＣｌ₄）を珪素（Ｓｉ）源とするハロゲン気相成長法により形成できる。珪素半導体層の伝導形は、リン化硼素系半導体層の伝導形に一致させる。例えば、ｐ形リン化硼素層上に設ける珪素半導体層は、ｐ形導電層とする。珪素半導体層は、その上にオーミック接触性に優れる電極を好都合に形成するために、キャリア濃度が高く、抵抗の低い導電層であるのが望ましい。特に、室温でのキャリア濃度は、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上で、抵抗率を５×１０^-2Ω・ｃｍ以下であるのが特に好適である。珪素半導体層は、リン化硼素系半導体層を気相成長させた後、引き続き同一の成長設備を利用して簡便に形成できる。その際、リン化硼素系半導体層を気相成長させるのに利用した硼素源を硼素のドーピング原料として利用すれば、ｐ形の硼素ドープ珪素半導体層を形成できる。更に、硼素の添加量を調整すれば、キャリア濃度が制御されたｐ形の硼素ドープ珪素半導体層が得られる。また、リン源の添加量を調整して、所望のキャリア濃度のｎ形のリンドープ珪素半導体層を形成できる。

珪素半導体層の層厚は、望ましくは５ナノメータ（ｎｍ）以上で５００ｎｍ以下とするのが適する。珪素半導体層が過度に薄いと、リン化硼素系半導体層の表面を充分に被覆できる連続な膜は得られ難く、オーミック電極がリン化硼素系半導体層の表面に直接、接触する部位が発生する。従って、５ｎｍ未満の珪素半導体層は、好ましく利用できない。逆に、５００ｎｍを越える厚い珪素半導体層の表面は平坦ではなく、乱雑となるため本発明には好ましく利用できない。短波長可視或いは紫外発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）にあって、発光を外部へ取り出す方向に設ける珪素半導体層の層厚は、２ｎｍ以上で５０ｎｍ以下、更に好ましい層厚は５ｎｍ以上で２０ｎｍ以下である。珪素（Ｓｉ）半導体の室温での禁止帯幅は約１．２エレクトロンボルト（単位：ｅＶ）と低く、可視光及び紫外光は吸収されてしまう。このため、珪素半導体層を厚くすると、外部への発光の取り出し効率が低下し、高輝度の可視及び紫外ＬＥＤを得るに不都合を生ずる。

ｐ形リン化硼素系半導体層上のｐ形珪素半導体層の表面には、ｐ形オーミック電極を設ける。ｐ形オーミック電極は、珪素半導体層に対する公知の電極材料から構成できる。ｐ形オーミック電極は例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、金−硼素（Ａｕ−Ｂ）合金、アルミニウム−鉛（Ａｌ−Ｐｂ）合金、インジウム（Ｉｎ）、インジウム−鉛（Ｐｂ）合金などから構成できる（Ａ．Ｇ．ミルネス、Ｄ．Ｌ．フォイヒト著、「半導体ヘテロ接合」、１９７４年９月１日、森北出版（株）発行、第１版第１刷、ｐ．２９７−３００参照。）。また、ｎ形珪素半導体層に設けるｎ形オーミック電極は、金−アンチモン（Ａｕ−Ｓｂ）合金、金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）合金、アルミニウム−金−リン（Ａｌ−Ａｕ−Ｐ）合金、金−アンチモン−珪素（Ａｕ−Ｓｂ−Ｓｉ）合金等から構成できる（上記の「半導体ヘテロ接合」参照。）。

ｐ形またはｎ形の珪素半導体層に接触させて電極を設けることにより、接触抵抗の小さなオーミック電極が得られる。例えば、キャリア濃度を約５×１０¹⁹ｃｍ^-3とするｎ形リン化硼素層の表面に直接、接触させて設けた金−ゲルマニウム（Ａｕ９９質量％−Ｇｅ１質量％）合金から構成した電極の接触抵抗は約６×１０^-3Ω・ｃｍ²である。一方、本発明に則り気相成長させた、キャリア濃度が略同一のリン（Ｐ）ドープｎ形珪素半導体層の表面に接触させて設けたＡｕ−Ｇｅ電極の接触抵抗は、約９×１０^-2Ω・ｃｍ²と約１／７に減少する。

珪素半導体層は、例えば、高電子移動度ＦＥＴのソース（ｓｏｕｒｃｅ）及びドレイン（ｄｒａｉｎ）電極を設ける領域に残置されたリン化硼素系半導体層からなる電子供給層の表面全体に設けても構わない。一方で、リン化硼素系半導体層の表面全体に形成する必要は必ずしも無く、リン化硼素系半導体層上の、オーミック電極を設ける予定の領域に限定して設けても構わない。例えば、リン化硼素系半導体層が形成されている側から発光を取り出す方式のＬＥＤにあって、珪素半導体層をオーミック電極を形成するための領域に限定して設けることもできる。珪素半導体層を、この様に配置すれば、珪素半導体層をリン化硼素系半導体層の全面に形成した場合と比較して、珪素半導体層に因り発光が吸収される度合いを減少できる。従って、珪素半導体層を、この様に配置すると、外部へ発光を効率的に出射でき、尚且つ、接触抵抗の低いオーミック電極を備えたＬＥＤを構成できる。

オーミック電極を形成する領域に限り珪素半導体層を残置させる一手段として、リン化硼素系半導体層表面の略全面に一旦、珪素半導体層を気相成長させた後、次に、選択的にエッチングを施す手段がある。公知のフォトリソグラフィーを利用した選択パターニング技術と、エッチング技術を利用すれば、オーミック電極を形成する領域に限定して珪素半導体層を残置させられる。珪素半導体層は、弗化水素酸（分子式：ＨＦ）と硝酸（分子式：ＨＮＯ₃）との混酸などでエッチングできる。また、珪素半導体層は、ハロゲン系ガスを使用するプラズマエッチング手段に依り除去できる。別の技術手段として、選択成長技術を利用して、リン化硼素系半導体層上のオーミック電極を設ける領域に限り、珪素半導体層を気相成長させる手段がある。リン化硼素系半導体層上へ珪素半導体層を選択成長させるに際しては、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）等の珪素酸化膜や四窒化三珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）等の珪素窒化膜等の誘電体膜を利用できる。

リン化硼素系半導体層上に設けた、リン化硼素系半導体層と同一の伝導形の導電性の珪素半導体層は、接触抵抗の低いオーミック電極をもたらす作用を有する。

オーミック電極を設ける領域に限定して、リン化硼素系半導体層上に残置させた珪素半導体層は、例えば、珪素半導体層側に発光を取り出す方式のＬＥＤにあって、接触抵抗の低いオーミック電極をもたらすと併せて、外部への発光の取り出し効率を増大させる作用を有する。

ｎ形リン化硼素半導体層の表面上にｎ形珪素半導体層を設け、その珪素半導体層上に形成したｎ形オーミック電極を利用して化合物半導体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。

本実施例に記載するダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造のＬＥＤ１００の断面構造を模式的に図１に示す。基板１０１には、硼素（Ｂ）ドープｐ形（１１１）−珪素（Ｓｉ）単結晶を使用した。基板１０１上には、アンドープでｐ形の（１１１）−リン化硼素（ＢＰ）層（キャリア濃度＝３×１０¹⁹ｃｍ^-3、層厚＝１．１μｍ）を下部クラッド層１０２として気相成長させた。下部クラッド層１０２上には、ｎ形窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_0.90Ｉｎ_0.10Ｎ）井戸層１０３ａとｎ形窒化ガリウム（ＧａＮ）障壁層１０３ｂとからなる単位積層構造を３周期に重層させた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の発光層１０３を堆積した。発光層１０３を構成するＭＱＷ構造の最表層を成すｎ形の（０００１）−ＧａＮ障壁層上には、アンドープでｎ形の（１１１）−リン化硼素層（キャリア濃度＝８×１０¹⁸ｃｍ^-3、層厚＝１．０μｍ）からなる上部クラッド層１０４を堆積して形成した。

下部及び上部クラッド層１０２，１０４を成すアンドープのｐ形及びｎ形リン化硼素層１０２，１０４は、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ）を硼素（Ｂ）源とし、ホスフィン（分子式：ＰＨ₃）をリン源とする常圧（略大気圧）有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）手段を利用して形成した。ｐ形リン化硼素層１０２は１０２５℃で、ｎ形リン化硼素層１０４は８５０℃で形成した。発光層１０３は、トリメチルガリウム（分子式：（ＣＨ₃）₃Ｇａ）／ＮＨ₃／Ｈ₂反応系常圧ＭＯＣＶＤ手段により、８００℃で形成した。井戸層１０３ａを構成する上記の窒化ガリウム・インジウム層は、インジウム組成を相違する複数のドメイン（ｄｏｍａｉｎ）から構成される多相構造から構成した。そのドメイン（結晶塊）の平均的なインジウム組成は０．１０（＝１０％）であった。井戸層１０３ａ及び障壁層１０３ｂの層厚は、各々、５ｎｍ及び１０ｎｍとした。

上部クラッド層１０４をなすアンドープでｎ形のリン化硼素の室温での禁止帯幅は３．２ｅＶであったため、発光層１０３からの発光を外部へ透過するための窓（ｗｉｎｄｏｗ）層を兼用するｎ形クラッド層として利用した。

上部クラッド層１０４の表面には、ｎ形リン化硼素層の気相成長時にリン源として使用したホスフィン（ＰＨ₃）をドーピング源として、リン（Ｐ）を含むｎ形の珪素半導体層１０５を堆積した。珪素半導体層１０５は、ジシラン（分子式：Ｓｉ₂Ｈ₆）を珪素源として、１０５０℃で成長させた。珪素半導体層１０５は、上記のＭＯＶＰＥ法に依り、ｎ形リン化硼素層の気相成長を終了させた後、引き続き、同一のＭＯＣＶＤ成長装置内で実施し、簡便に構成した。珪素半導体層１０５のキャリア濃度は、８×１０¹⁹ｃｍ^-3となる様に、上記のフォスフィンの添加量を調節した。珪素半導体層１０５の層厚は、１０ｎｍとし、上部クラッド層１０４を成すｎ形リン化硼素層の表面の全面に設けた。

珪素半導体層１０５の表面の中央部に、通常の真空蒸着法及び電子ビーム蒸着法に依り、直径を１３０μｍとする円形のｎ形オーミック電極１０６を配置した。ｎ形オーミック電極１０６は、珪素半導体層１０５の表面に接する側を金・ゲルマニウム合金（Ａｕ９７質量％＋Ｇｅ３質量％）膜とした、Ａｕ・Ｇｅ合金膜（厚さ＝７００ｎｍ）／ニッケル（Ｎｉ）膜（厚さ＝８０ｎｍ）／金（Ａｕ）（厚さ＝１４００ｎｍ）の３層重層構造とした。一方、ｐ形珪素単結晶基板１０１の裏面の全面には、一般の真空蒸着法に依り金・アンチモン（Ａｕ・Ｓｂ）膜を被着させてｐ形オーミック電極１０７を形成した。次に、Ｓｉ単結晶基板１０１の＜１１０＞結晶方向に平行に劈開し、一辺を３５０μｍとする正方形のＬＥＤチップ（ｃｈｉｐ）１００とした。

ｎ形およびｐ形オーミック電極１０６、１０７間に、順方向に２０ｍＡの素子駆動電流を流通してＬＥＤチップ１００の発光特性を調査した。ＬＥＤ１００からは中心の波長を４３０ｎｍとする青色帯光が放射された。発光スペクトルの半値幅は１２０ミリエレクトロンボルト（ｍｅＶ）であった。本実施例では、発光を外部へ取り出す表面側のｎ形リン化硼素層上の全面に珪素半導体層１０５を設けたものの、珪素半導体層１０５の層厚を１０ｎｍと薄くした。このため、発光が徒に吸収されるのが抑制され、一般的な積分球を利用して測定したチップ状態での輝度は８ミリカンデラ（ｍｃｄ）となった。また、ｎ形オーミック電極１０６を、リンを含むｎ形珪素半導体層１０５の表面に接触させて設ける構成としたため、順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧（Ｖｆ）は３．１Ｖと低値となった。一方、逆方向電流を１０μＡとした際の逆方向電圧は９．５Ｖとなり、逆方向の耐電圧にも優れるＬＥＤとなった。

ｐ形珪素半導体層をｐ形オーミック電極を設ける領域に限定して形成して、化合物半導体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。

本実施例に記載のＬＥＤ２００の平面構造を模式的に図２に示す。また、図２に示す破線Ａ−Ａ’に沿ったＬＥＤ２００の断面構造を模式的に図３に示す。

基板１０１には、（０００１）−サファイア（α−Ａｌ₂Ｏ₃単結晶）を用いた。基板１０１上に、ｎ形の窒化ガリウム（ＧａＮ）（キャリア濃度＝７×１０¹⁸ｃｍ^-3，層厚＝３．１μｍ）から成る下部クラッド層１０２、珪素をドーピングしたｎ形の窒化リン化ガリウム混晶（ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03）（キャリア濃度＝７×１０¹⁷ｃｍ^-3、層厚＝０．１μｍ）から成る発光層１０３、アンドープでｐ形のＢ_0.98Ｇａ_0.02Ｐ（キャリア濃度＝１×１０¹⁹ｃｍ^-3、層厚＝１．１μｍ）から成る上部クラッド層１０４を順次、ＭＯＶＰＥ法に依り成長させた。気相成長温度は、ｎ形ＧａＮ層について１１００℃、ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03層及びＢ_0.98Ｇａ_0.02Ｐ層について１０００℃とした。

上部クラッド層１０４上には、一旦、層厚を４９０ｎｍとする珪素半導体層１０５を堆積した。珪素半導体層１０５は、Ｂ_0.98Ｇａ_0.02Ｐ層の成長時に硼素源として利用したトリエチル硼素（分子式：（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ）を添加しつつ成長させた。硼素（Ｂ）を含むｐ形珪素半導体層１０５のキャリア濃度は８×１０¹⁹ｃｍ^-3とした。

公知のフォトリソグラフィー技術及びプラズマエッチング技法を利用して、先ず、ｎ形オーミック電極１０６を形成する予定の領域の珪素半導体層１０５、上部クラッド層１０４、及び発光層１０３を除去した（図３参照。）。これより、ｎ形オーミック電極１０６を形成する予定の領域に限り、下部クラッド層１０２の表面を露出させた。次に、Ｂ_0.98Ｇａ_0.02Ｐ層の硼素を含むｐ形珪素半導体層１０５にパターニングを及ぼした後、プラズマドライエッチング法に依り、不要なｐ形珪素半導体層１０５を除去した。これより、Ｂ_0.98Ｇａ_0.02Ｐ層上のｐ形オーミック電極１０７を形成する予定の長方形の領域に限って、ｐ形珪素半導体層１０５を残置させた（図２及び図３参照。）。上記の様に露出させた下部クラッド層１０２上には、ｎ形オーミック電極１０６を形成した。ｎ形オーミック電極１０６は、ｎ形ＧａＮ層に接触する側をチタン（Ｔｉ：膜厚＝０．５μｍ）とし、その上層を金（Ａｕ：膜厚＝２．１μｍ）とした重層構造とした。また、上記の如く残置させた珪素半導体層１０５上には、残置させた珪素半導体層１０５の平面形状と相似の長方形のｐ形オーミック電極１０７を形成した。ｐ形オーミック電極１０７は、金（Ａｕ：膜厚＝２．２μｍ）から構成した。

ＬＥＤチップ２００のｎ形及びｐ形オーミック電極１０６，１０７間に、２０ｍＡの順方向電流を通流した際の発光中心波長は４３０ｎｍであった。本実施例では、ｐ形珪素半導体層を、発光を外部へ取り出す方向にあるＢ_0.98Ｇａ_0.02Ｐ層上のｐ形オーミック電極１０７を形成する領域にのみ限定して残置させた。このため、珪素半導体層１０５に因り発光の不必要な吸収が回避され、発光輝度は、１２ｍｃｄとなった。また、ｐ形オーミック電極１０７を、硼素（Ｂ）を含むｐ形珪素半導体層１０５の表面に接触させて設ける構成としたので、入力抵抗の低いオーミック電極が形成できた。このため、２０ｍＡの順方向電流を通流した際の順方向電圧は３．２Ｖと低値となった。逆方向電流を１０μＡとした際の逆方向電圧は８．７Ｖであり、逆方向の耐電圧に優れるＬＥＤがもたらされた。

実施例１に記載のＬＥＤの断面構造を示す模式図である。 実施例２に記載のＬＥＤの平面構造を示す模式図である。 図２に示すＬＥＤの破線Ａ−Ａ’に沿った断面構造を示す模式図である。

符号の説明

１００、２００ ＬＥＤ
１０１ 基板
１０２ 下部クラッド層
１０３ 発光層
１０４ 上部クラッド層
１０５ 珪素半導体層
１０６ ｎ形オーミック電極
１０７ ｐ形オーミック電極

Claims (10)

1. 結晶基板と、該結晶基板の一表面上に設けられた硼素（元素記号：Ｂ）とリン（元素記号：Ｐ）とを構成元素として含むリン化硼素系半導体層と、該リン化硼素系半導体層上に設けられたオーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極とを、備えた化合物半導体素子に於いて、上記のリン化硼素系半導体層の表面に接触して設けられた、リン化硼素系半導体層と同一の伝導形の珪素（元素記号：Ｓｉ）半導体層に接触させて、オーミック電極が設けられている、ことを特徴とする化合物半導体素子。
2. リン化硼素系半導体層がｐ形であり、該ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触させて設けた珪素半導体層が、硼素（Ｂ）を含むｐ形伝導層であり、該ｐ形珪素半導体層の表面に接して、ｐ形オーミック電極が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体素子。
3. リン化硼素系半導体層がｎ形であり、該ｎ形リン化硼素系半導体層の表面に接触させて設けた珪素半導体層が、リン（Ｐ）を含むｎ形伝導層であり、該ｎ形珪素半導体層の表面に接して、ｎ形オーミック電極が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体素子。
4. オーミック電極が、それらを設ける領域に限定して残置させた珪素半導体層の表面に接触させて設けられている、ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の化合物半導体素子。
5. 結晶基板の一表面上に、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素として含むリン化硼素系半導体層を気相成長法に依り形成し、その後、該リン化硼素系半導体層上に同一の伝導形の珪素（Ｓｉ）半導体層を形成し、該珪素半導体層上に、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極を設けて化合物半導体素子を形成する化合物半導体素子の形成方法に於いて、硼素原料及びリン原料を用いてリン化硼素系半導体層を気相成長させた後、リン化硼素系半導体層を気相成長させるに使用した硼素原料またはリン原料を添加しつつ、リン化硼素系半導体層の表面上に、リン化硼素系半導体層と同一の伝導形の導電性の珪素半導体層を気相成長に依り形成する、ことを特徴とする化合物半導体素子の形成方法。
6. 硼素原料及びリン原料を用いてｐ形のリン化硼素系半導体層を気相成長させた後、ｐ形リン化硼素系半導体層を気相成長させるに使用した硼素原料を添加しつつ、ｐ形リン化硼素系半導体層の表面上に、ｐ形の珪素半導体層を気相成長に依り形成する、ことを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体素子の形成方法。
7. 硼素原料及びリン原料を用いてｎ形のリン化硼素系半導体層を気相成長させた後、ｎ形リン化硼素系半導体層を気相成長させるに使用したリン原料を添加しつつ、ｎ形リン化硼素系半導体層の表面上に、ｎ形の珪素半導体層を気相成長に依り形成する、ことを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体素子の形成方法。
8. リン化硼素系半導体層の表面上に、リン化硼素系半導体層と同一の伝導形の珪素半導体層を形成し、オーミック電極を形成する予定の領域に限定して珪素半導体層を残置させた後、残置させた珪素半導体層の表面に接触させて、オーミック電極を形成する、ことを特徴とする請求項５、６または７に記載の化合物半導体素子の形成方法。
9. 第１導電形の珪素単結晶基板上に、第１導電形のリン化硼素系半導体からなる下部クラッド層、窒化ガリウム系半導体からなる発光層、第２導電形のリン化硼素系半導体からなる上部クラッド層が順次積層され、該上部クラッド層上に接して第２導電形の珪素半導体層が積層され、第２導電形の珪素半導体層の表面に第２導電形のオーミック電極および第１導電形の珪素単結晶基板の裏面に第１導電形のオーミック電極がそれぞれ形成された発光ダイオード。
10. サファイア基板上に、第１導電形の窒化ガリウム系半導体からなる下部クラッド層、窒化ガリウム系半導体からなる発光層、第２導電形のリン化硼素系半導体からなる上部クラッド層が順次積層され、該上部クラッド層上に接して第２導電形の珪素半導体層が積層され、第２導電形の珪素半導体層の表面に第２導電形のオーミック電極および第１導電形の下部クラッド層に第１導電形のオーミック電極がそれぞれ形成された発光ダイオード。

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