JP2007073732A - 化合物半導体素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上に結晶欠陥を多量に含むIII族窒化物半導体層を有している場合であっても、結晶性に優れる半導体層を備えた積層構造体を得ることができ、素子としての特性も向上させることができるようにする。
【解決手段】 本発明は、III族窒化物半導体層１０２を有する化合物半導体素子において、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶のIII族窒化物半導体層１０２と、そのIII族窒化物半導体層１０２の表面に接合させて設けられた燐化硼素系化合物半導体層１０３とからなる第１の接合構造部２０Ａを備えるものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、III族窒化物半導体層を有する化合物半導体素子に関する。

従来から、青色帯域或いは緑色帯域の発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）は、単結晶基板上に設けられた窒化ガリウム（ＧａＮ）等からなるIII族窒化物半導体層を備えた積層構造体を利用して構成されている（下記の特許文献１参照）。高周波帯域で動作する電界効果型トランジスタ（英略称：ＦＥＴ）にしてもまた、例えばシリコン基板上に設けられた窒化アルミニウム・ガリウム（組成式Ａｌ_XＧａ_1-XＮ：０≦Ｘ≦１）等のIII族窒化物半導体層を備えた積層構造体を利用して構成されている（下記の特許文献２参照）。
特公昭５５−３８３４号公報 特開平１０−２８７４９７号公報

しかしながら、例えば、サファイア（α−Ａｌ₂Ｏ₃単結晶）を基板として、その上に成長させた、例えば、ＧａＮ層には転位等の結晶欠陥が多量に含まれている。転位などの結晶欠陥を多量に含むIII族窒化物半導体層を、例えば発光層等の機能層として利用しても、ＬＥＤの逆方向電圧を高く出来ず、また、光電変換効率も向上させられない問題がある。また、結晶欠陥を多く含むIII族窒化物半導体層を、例えば電子走行層（ｃｈａｎｎｅｌ層）として用いて、ＦＥＴを構成しても、高い電子移動度が得られないため、出力等の高周波特性に向上を充分に果たせない問題がある。

本発明は、上記従来技術の問題点を克服すべくなされたもので、基板上に結晶欠陥を多量に含むIII族窒化物半導体層を有している場合であっても、結晶性に優れる半導体層を備えた積層構造体を得ることができ、素子としての特性も向上させることができる化合物半導体素子を提供することを目的とする。

１）上記目的を達成するために、第１の発明は、III族窒化物半導体層を有する化合物半導体素子において、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶のIII族窒化物半導体層と、そのIII族窒化物半導体層の表面に接合させて設けられた燐化硼素系化合物半導体層とからなる第１の接合構造部を備えるものである。

２）第２の発明は、上記した１）項に記載の発明の構成において、上記第１の接合構造部のIII族窒化物半導体層は窒化アルミニウム・ガリウム（組成式Ａｌ_XＧａ_1-XＮ：０≦Ｘ≦１）から構成され、上記燐化硼素系化合物半導体層は六方晶の単量体燐化硼素（ＢＰ）から構成されるものである。

３）第３の発明は、上記した１）項または２）項に記載の発明の構成において、上記第１の接合構造部をなす燐化硼素系化合物半導体層と、その燐化硼素系化合物半導体層の上側表面に接合させて設けた六方晶のIII族窒化物半導体層とからなる第２の接合構造部を備えるものである。

４）第４の発明は、上記した３）項に記載の発明の構成において、上記第２の接合構造部のIII族窒化物半導体層の上側表面が｛１．１．−２．０．｝結晶面から構成されているものである。

５）第５の発明は、上記した３）項または４）項に記載の発明の構成において、上記第２の接合構造部のIII族窒化物半導体層の上側表面に、ｐｎ接合型ヘテロ（異種）構造が設けられているものである。

６）第６の発明は、上記した５）項に記載の発明の構成において、上記ｐｎ接合型ヘテロ構造は、第２の接合構造部のIII族窒化物半導体層とは組成を異にするIII族窒化物半導体層から構成されているものである。

７）第７の発明は、上記した３）項または４）項に記載の発明の構成において、上記第２の接合構造部のIII族窒化物半導体層の上側表面に、ｎ形のIII族窒化物半導体からなる電子走行層（チャネル層）が設けられているものである。

本発明によれば、III族窒化物半導体層を有する化合物半導体素子において、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶のIII族窒化物半導体層と、そのIII族窒化物半導体層の表面に接合させて設けられた燐化硼素系化合物半導体層とからなる第１の接合構造部を備えるようにしたので、そのIII族窒化物半導体層の内部に含まれている転位が、第１の接合構造部の界面から更に貫通して燐化硼素系化合物半導体層側に伝播するのが抑止され、従って、結晶性に優れる半導体層を備えた積層構造体を得ることができ、しいては、特性に優れる化合物半導体素子を作製するのに効果を上げられる。

特に、第１の接合構造部を、Ａｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦Ｘ≦１）層と、六方晶の単量体ＢＰ層から構成することとしたので、この六方晶のＢＰ層との接合により、Ａｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦Ｘ≦１）層の内部に含まれている転位の伝播が確実に抑止され、従って、結晶性に優れる半導体層を備えた積層構造体を得ることができ、しいては、特性に優れる化合物半導体素子を作製するのに効果を上げられる。

また、本発明では、第１の接合構造部をなす六方晶の燐化硼素系半導体層の上側の表面に、更に、六方晶のIII族窒化物半導体層を接合させ、第２の接合構造部を設ける構成としたので、貫通転位等の結晶欠陥の密度の低減されたIII族窒化物半導体層がもたらされ、従って、結晶性に優れる半導体層を備えた積層構造体を得ることができ、しいては、特性に優れる化合物半導体素子を作製するのに効果を上げられる。

特に、本発明では、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶のIII族窒化物半導体層を、六方晶の燐化硼素系半導体層の表面に接合させて設けて第２の接合構造部を構成することとしたので、貫通転位等の結晶欠陥の密度が特に低減されたIII族窒化物半導体層が第２の接合構造部にもたらされ、従って、結晶性に優れる半導体層を備えた積層構造体を得ることができ、しいては、特性に優れる化合物半導体素子を作製するのに効果を上げられる。

また、本発明では、第２の接合構造部をなす、結晶欠陥密度の小さな六方晶のIII族窒化物半導体層の上に、ｐｎ接合型ヘテロ構造が設けることとしたので、結晶性に優れる第２の接合構造部のIII族窒化物半導体層を利用して発光部を構成できるため、高輝度でしかも逆方向電圧等の電気的特性に優れる化合物半導体発光素子を提供できる。

特に、本発明では、第２の接合構造部をなす結晶欠陥密度の小さな六方晶のIII族窒化物半導体層の上に設けるｐｎ接合型ヘテロ構造を、第２の接合構造部をなす六方晶のIII族窒化物半導体層とは、組成を敢えて異にするIII族窒化物半導体層から構成することとしたので、より結晶欠陥の伝播が抑止され、より結晶性に優れるIII族窒化物半導体層から発光部を構成することができ、従って、高輝度でしかも逆方向電圧等の電気的特性に優れる化合物半導体発光素子を安定して提供できる。

また、本発明では、第２の接合構造部を形成することにより、結晶欠陥密度が低減された六方晶のIII族窒化物半導体層の上にｎ形のIII族窒化物半導体層を設けることとしたので、高い電子移動度のｎ形III族窒化物半導体層を得ることができ、その層を電子走行層（チャネル層）として利用して、高周波特性に優れるＦＥＴを提供できる。

第１の接合構造部を構成する燐化硼素系化合物半導体層による、転位の貫通を抑止する作用は、立方晶或いは六方晶の３Ｃ型、４Ｈ型或いは６Ｈ型炭化珪素（ＳｉＣ）、或いはＧａＮ等のIII族窒化物半導体層に接合させて設けた立方晶閃亜鉛鉱結晶型の燐化硼素系化合物半導体層であっても発揮される（Ｔ．Ｕｄａｇａｗａ他、Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．，０（７）（２００３）、２０２７頁参照）。しかし、上記の作用が更に、効率的に発揮されるのは、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とするＳｉＣや酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の六方晶の結晶層上に設けた六方晶の燐化硼素系化合物半導体層を用いた場合である。特に、上記の作用が顕著に発揮されるのは、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶のIII族窒化物半導体層上に設けた六方晶の燐化硼素系化合物半導体層を用いた場合である。その理由は、晶系が同一である上に、それらの結晶層を構成する結晶面の配列上の整合性が良好であるからである。

すなわち本発明では、III族窒化物半導体層を有する化合物半導体素子において、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶のIII族窒化物半導体層と、そのIII族窒化物半導体層の表面に接合させて設けられた燐化硼素系化合物半導体層とからなる第１の接合構造部を備えるようにしている。

上記の六方晶のIII族窒化物半導体層としては、例えば、ウルツ鉱結晶型のＧａＮ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、及びこれらの混晶である窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式Ａｌ_XＧａ_YＩｎ_ZＮ：０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）である。また、窒素（元素記号：Ｎ）と窒素以外の燐（元素記号：Ｐ）や砒素（元素記号：Ａｓ）等の第Ｖ族元素を含む、例えば、ウルツ鉱結晶型の窒化燐化ガリウム（組成式ＧａＮ_1-YＰ_Y：０≦Ｙ＜１）などのIII族窒化物半導体である。

表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶のIII族窒化物半導体層は、例えば、炭化珪素やＧａＮ単結晶等の極性の無い｛１．−１．０．２．｝結晶面からなる表面上に形成でき、例えば、サファイアの｛１．−１．０．２．｝結晶面（Ｒ面）上に、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法により形成できる。

上記の燐化硼素系化合物半導体層とは、硼素（元素記号：Ｂ）と燐（元素記号：Ｐ）とを構成元素として含むIII−Ｖ族化合物半導体層である。例えば、単量体の燐化硼素（ＢＰ）や多量体のＢ₆Ｐ（Ｂ₁₂Ｐ₂）であり、また、燐化硼素・インジウム（組成式Ｂ_1-XＩｎ_XＰ：０＜Ｘ＜１）等の混晶である。また、窒化燐化硼素（組成式ＢＮ_YＰ_1-Y：０＜Ｙ＜１）などの、燐（Ｐ）とは別の第Ｖ族元素を構成元素として含む混晶である。第１の接合構造部を構成するために用いる燐化硼素系化合物半導体層は、目的とする素子によってｎ形またはｐ形の伝導形の導電層とする。或いは、目的とする素子に鑑みて、π形或いはν形の高抵抗な燐化硼素系化合物半導体層を用いる。

第１の接合構造部をなす燐化硼素系化合物半導体層は、六方晶の単量体の燐化硼素（ＢＰ）から構成するのが最も好ましい。六方晶の単量体ＢＰ層は、極性の少ない結晶面を表面とする六方晶結晶からなる下地層上に形成できる。特に、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶のIII族窒化物半導体層上に形成するのが好適である。この様な六方晶結晶の無極性の結晶表面上には、六方晶のＢＰ層が簡易にしかも安定して形成できるからである。また、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶のＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦Ｘ≦１）層を下地層とすることにより、その上には双晶や積層欠陥の少ない結晶性に優れる良質な六方晶の単量体ＢＰ層を形成できる利点がある。ａ軸を約０．３１９ナノメーター（ｎｍ）とする六方晶のＢＰと六方晶のＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦Ｘ≦１）とでは、ａ軸格子定数が略一致するからである。

第１の接合構造部をなす、結晶欠陥密度が低減された六方晶のＢＰ層は、例えば、三塩化硼素（分子式ＢＣｌ₃）と三塩化燐（分子式ＰＣｌ₃）を原料とするハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）気相エピタキシャル（ＶＰＥ）成長法や、ジボラン（分子式Ｂ₂Ｈ₆）とホスフィン（分子式ＰＨ₃）を原料とするハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）ＶＰＥ成長法などの気相成長手段で形成できる。何れのエピタキシャル成長手段によるとしても、燐化硼素系化合物半導体層は、下地とする六方晶のIII族窒化物半導体層の＜１．−１．０．０．＞方向に、＜１．−１．０．０．＞方向を平行として配向しているのが好ましい。双方の層の配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）関係は、例えば、電子回折像から調査できる。

また、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶の結晶からなる下地層上に第１の接合構造部を構成するために設けられた六方晶の燐化硼素系化合物半導体層は、その六方晶の結晶からなる下地層の内部に含まれている転位の伝播を抑止する作用を有する。例えば、六方晶のＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦Ｘ≦１）層と、それを下地層として形成した六方晶のＢＰ層とからなる第１の接合構造部にあって、六方晶のＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦Ｘ≦１）層の内部に存在する転位は、六方晶ＢＰ層との接合界面でより上方への貫通、伝播を抑止される。第１の接合構造部をなす六方晶のＢＰ層による、転位の貫通を抑止する効果は、例えば、第１の接合構造部の接合界面近傍の領域の断面ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）観察により明瞭に確認できる。

表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶のIII族窒化物半導体層上に設けた双晶や転位の少ない六方晶の燐化硼素系化合物半導体層を利用すれば、その上には、貫通転位等の結晶欠陥の密度が特に低減されたIII族窒化物半導体層を形成できる。そこで本発明では、上記第１の接合構造部をなす燐化硼素系化合物半導体層と、その燐化硼素系化合物半導体層の上側表面に接合させて設けた六方晶のIII族窒化物半導体層とからなる第２の接合構造部を備えるようにする。この第２の接合構造部を形成するIII族窒化物半導体層は、例えば、Ａｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦Ｘ≦１）や窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_XＩｎ_1-XＮ：０＜Ｘ＜１）であり、結晶性に優れたものとなる。

第１の接合構造部をなす六方晶の燐化硼素系化合物半導体層は、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶のIII族窒化物半導体層上に設けているため、同じく表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面としている。これによりこの、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶の燐化硼素系化合物半導体層は、その上に、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする第２の接合構造部の六方晶のIII族窒化物半導体層を形成するのに有効な下地層として利用できる。例えば、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶のＢＰ層を下地層とすれば、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とし、結晶欠陥密度の小さな六方晶のIII族窒化物半導体層を第２の接合構造部に安定して得ることができる。

六方晶の燐化硼素系化合物半導体層と第２の接合構造部をなす、結晶性に優れるIII族窒化物半導体層を利用すれば、また、その上に結晶性に優れるIII族窒化物半導体層からなるｐｎ接合型ヘテロ構造を設けることができる。例えば、ｎ形Ｇａ_XＩｎ_1-XＮ（０≦Ｘ≦１）層を発光層として備え、ｎ形及びｐ形Ａｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦Ｘ≦１）層をクラッド（ｃｌａｄ）層とする例えば、ＬＥＤ用途のダブルヘテロ（ＤＨ）接合型発光部を構成するためのｐｎ接合型ヘテロ構造を設けられる。発光層は数的に単一の層から構成されていても良く、また、単一或いは多重量子井戸構造であっても差し支えはない。何れにしても、第２の接合構造部をなす結晶性に優れるIII族窒化物半導体層を利用すれば、結晶性に優れるIII族化合物半導体層から発光部を構成できるため、高輝度でしかも逆方向電圧等の電気的特性に優れる化合物半導体発光素子を提供できる。

また、第２の接合構造部をなす結晶欠陥密度の小さな六方晶のIII族窒化物半導体層の上に設けるｐｎ接合型ヘテロ構造を、第２の接合構造部をなす六方晶のIII族窒化物半導体層とは、組成を敢えて異にするIII族窒化物半導体層から構成すると、それらの組成を異にするIII族窒化物半導体層との接合界面で、結晶欠陥の伝播が抑止され、より結晶性に優れるIII族窒化物半導体層から発光部を構成することができる。組成を異にするIII族窒化物半導体層を接合させることにより、半導体層の内部に発生する応力などが関与しているものと察せられる。例えば、第２の接合構造部をなす六方晶のIII族窒化物半導体層をウルツ鉱結晶型のｎ形ＧａＮから構成し、その上に例えば、アルミニウム組成を０．２０とするｎ形Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80層を下部クラッド層、ｎ形Ｇａ_0.90Ｉｎ_0.10Ｎ層を井戸層とし、ｎ形Ａｌ_0.10Ｇａ_0.90Ｎを障壁層とする量子井戸構造の発光層、及びｐ形Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層を上部クラッド層として、この順序で積層させてｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部を形成する。なお、ここで組成を異にするIII族窒化物半導体層とは、構成元素を異にする結晶層でもあり、または、構成元素が同じでありながら、組成比を異にする結晶層でもある。

第２の接合構造部をなす六方晶のIII族窒化物半導体層の表面に接合させる層のみを、第２の接合構造部をなす六方晶のIII族窒化物半導体層とは組成を異にする層から構成しても結晶欠陥の伝播を抑制する作用は発生する。更には、上記の例示した発光部の構成の如く、ｐｎ接合型ＤＨ構造を構成する各層を、第III族元素の組成を互いに異にするIII族窒化物半導体層から構成することとすると、結晶欠陥の伝播を抑制する作用は更に強まる。何れにしても、本発明の第２の接合構造部に基づく結晶性に優れるIII族窒化物半導体層から構成されるｐｎ接合型ＤＨ構造は、高輝度でしかも逆方向電圧等の電気的特性に優れる化合物半導体発光素子を安定して提供するのに貢献できる。

また、化合物半導体発光素子に限らず、第２の接合構造部をなす、結晶欠陥密度が低減された六方晶のIII族窒化物半導体層の上に設けたｎ形のIII族窒化物半導体層は、これもまた結晶性に優れたものとなり、ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接合型ＦＥＴ用途の電子走行層（チャネル層）として利用できる。チャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）層は、例えば、不純物を故意に添加していないアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）でｎ形のＧａ_XＩｎ_1-XＮ（０≦Ｘ≦１）から構成する。第２の接合構造部をなす、結晶欠陥密度が低減された六方晶のIII族窒化物半導体層の上に設けたｎ形III族窒化物半導体層は、高い電子移動度を発現できるため、高周波特性に優れるＦＥＴを提供できる。

（実施例１） ｛１．１．−２．０．｝結晶面を表面とするＧａＮ層と、その表面に接合させて設けた｛１．１．−２．０．｝結晶面を表面とする六方晶の単量体のＢＰ層とを備えた積層構造体から化合物半導体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。

図１に本実施例１に係るＬＥＤ１０の平面構成を模式的に示す。また、図２には、図１に示したＬＥＤ１０の破線Ａ−Ａ‘に沿った断面模式図を示す。

ＬＥＤ１０を作製するための積層構造体１００は、｛１．−１．０．２．）結晶面（通称Ｒ面）を表面とするサファイア（α−アルミナ単結晶）を基板１０１として形成した。基板１０１の｛１．−１．０．２．）結晶面の表面には、一般的なＭＢＥ法を利用して、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とするアンドープでｎ形のＧａＮ層１０２を形成した。一般的な断面ＴＥＭ技法で測定したＧａＮ層１０２（層厚＝１２００ｎｍ）内の転位密度は約２×１０⁹ｃｍ^-2であった。

ＧａＮ層１０２の｛１．１．−２．０．｝結晶面からなる表面上には、アンドープでｎ形の単量体ＢＰ層（層厚＝２８０ｎｍ）１０３を成長させた。これより、ＧａＮ層１０２とＢＰ層１０３とで本発明の云う第１の接合構造部２０Ａを構成した。ＴＥＭを利用した一般的な電子回折分析によれば、ＢＰ層１０３は表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とするウルツ鉱結晶型（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ）の六方晶の単結晶層であることが示された。また、ＢＰ層１０３の電子回折像には、双晶或いは積層欠陥に起因する異常回折或いは散漫散乱は視認されなかった。更に、断面ＴＥＭ分析により、ＧａＮ層１０２の内部に含まれている転位はＢＰ層１０３との接合界面で、すなわち、第１の接合構造部２０Ａの接合界面で、上方（ＢＰ層１０３側）への貫通を阻止されているのが確認された。

六方晶の単量体ＢＰ層１０３の｛１．１．−２．０．｝表面上には、更に、六方晶のｎ形ＧａＮ層（層厚＝６００ｎｍ）１０４を設けた。これにより、六方晶のＢＰ層１０３と六方晶のＧａＮ層１０４とで、本発明の云う第２の接合構造部２０Ｂを構成した。六方晶のＧａＮ層１０４は、六方晶の単量体ＢＰ層１０３に接合させて設けたため、一般的な断面ＴＥＭ技法では、転位密度は１×１０⁴ｃｍ^-2以下と低かった。

第２の接合構造部２０Ｂをなす六方晶のＧａＮ層１０４の｛１．１．−２．０．｝表面上には、ＧａＮとは組成を異にする六方晶のｎ形のＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなる下部クラッド層（層厚＝３００ｎｍ）１０５、Ｇａ_0.88Ｉｎ_0.12Ｎ井戸層（層厚＝３ｎｍ）／Ａｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層（層厚＝１０ｎｍ）を１周期として、その５周期からなる多重量子井戸構造の発光層１０６、及び層厚を９０ｎｍとするｐ形Ａｌ_0.10Ｇａ_0.90Ｎからなる上部クラッド層１０７をこの順序で積層し、ｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部を構成した。

一般的なＴＥＭ分析によれば、ｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部を構成する各層１０５〜１０７は何れも、ウルツ鉱結晶型の六方晶の単結晶層であった。また、発光部は、転位密度が小さな結晶性に優れる良質なＧａＮ層１０４上に設けたため、特に結晶性に優れるIII族窒化物半導体層から構成できた。

上記の上部クラッド層１０７の表面上には、更に、ｐ形のＧａＮ層（層厚＝９０ｎｍ）をコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層１０８として堆積し、積層構造体１００の形成を終了した。

上記のｐ形コンタクト層１０８の一部の領域には、金（元素記号：Ａｕ）・酸化ニッケル（ＮｉＯ）合金からなるｐ形オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極１０９を形成した。一方のｎ形オーミック電極１１０は、そのｎ形オーミック電極１１０を設ける領域に在る下部クラッド層１０５上の発光層１０６等の層をドライエッチング手段で除去した後、露出させた下部クラッド層１０５の表面に形成した。これより、ＬＥＤ１０を構成した。

このＬＥＤ１０のｐ形及びｎ形オーミック電極１０９、１１０間に、順方向に２０ｍＡの素子駆動電流を通流して、発光特性を調査した。ＬＥＤ１０から出射される主たる発光の波長は約４５０ｎｍであった。チップ（ｃｈｉｐ）状態での発光輝度は約１．７カンデラ（ｃｄ）であった。また、ｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部を構成する下部クラッド層１０５、発光層１０６、及び上部クラッド層１０７をなすIII族窒化物半導体層の結晶性の良好さを反映して、逆方向電圧（逆方向電流を１０μＡとした際の）は、１５Ｖを超える高値となった。更に、上記のｎ形ＧａＮ層１０４及びその上に設けたｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部を構成するIII族窒化物半導体層の結晶性の良好さにより、局所的な耐圧不良（ｌｏｃａｌ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）も殆ど認められなかった。

（実施例２） ｛１．１．−２．０．｝結晶面を表面とするＧａＮ層と、その表面に接合させて設けた｛１．１．−２．０．｝結晶面を表面とする六方晶の単量体のＢＰ層とを備えた積層構造体から化合物半導体ＦＥＴを構成する場合を例にして本発明を具体的に説明する。

図３に本実施例２に係るＧａＮ系高周波ＦＥＴ３０の断面模式図を示す。

ＦＥＴ３０を作製するための積層構造体３００は、｛１．−１．０．２．）結晶面（通称Ｒ面）を表面とするサファイア（α−アルミナ単結晶）を基板３０１として形成した。基板３０１の｛１．−１．０．２．）結晶面の表面には、一般的なＭＢＥ法を利用して、表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とするアンドープでｎ形の高抵抗のＧａＮ層３０２を形成した。一般的な断面ＴＥＭ技法で測定したＧａＮ層３０２（層厚＝１０００ｎｍ）内の転位密度は約３×１０⁹ｃｍ^-2であった。

ＧａＮ層３０２の｛１．１．−２．０．｝結晶面からなる表面上には、アンドープで高抵抗のｐ形単量体ＢＰ層（層厚＝２００ｎｍ）３０３を成長させた。これより、ＧａＮ層３０２とＢＰ層３０３とで本発明の云う第１の接合構造部４０Ａを構成した。ＴＥＭを利用した一般的な電子回折分析によれば、ＢＰ層３０３は表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とするウルツ鉱結晶型（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ）の六方晶の単結晶層であることが示された。また、ＢＰ層３０３の電子回折像には、双晶或いは積層欠陥に起因する異常回折或いは散漫散乱は視認されなかった。更に、断面ＴＥＭ分析により、ＧａＮ層３０２の内部に含まれている転位はＢＰ層３０３との接合界面で、すなわち、第１の接合構造部４０Ａの接合界面で、上方（ＢＰ層３０３側）への貫通を阻止されているのが確認された。

六方晶の単量体ＢＰ層３０３の｛１．１．−２．０．｝表面上には、更に、六方晶のアンドープでｎ形のＧａＮ層（層厚＝１１０ｎｍ）を電子走行層３０４として設けた。これにより、六方晶のＢＰ層３０３と、電子走行層３０４をなす六方晶のＧａＮ層とで、本発明の云う第２の接合構造部４０Ｂを構成した。電子走行層３０４は、六方晶の単量体ＢＰ層３０３に接合させて設けたため、転位密度を１×１０⁴ｃｍ^-2以下とする良質な結晶層から構成することができた。

第２の接合構造部４０Ｂをなす、六方晶のｎ形ＧａＮ層からなる電子走行層３０４の｛１．１．−２．０．｝表面上には、ＧａＮとは組成を異にする六方晶のｎ形のＡｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ（層厚＝２５ｎｍ）からなる電子供給層３０５を接合させて設けた。電子供給層３０５には、更に、ｎ形のＧａＮ層からなるコンタクト層３０６を設けて、ＦＥＴ用途の積層構造体３００の形成を終了した。

電子走行層３０４は、双晶や積層欠陥の密度が小さな結晶性に優れる良質な六方晶のＢＰ層３０３上に設けたため、結晶性に優れるIII族窒化物半導体層から構成されていた。また、電子供給層３０５は、その結晶性に優れる電子走行層３０４に接合させて設けたため、一般的なＴＥＭ分析により、これまた、結晶性に優れる単結晶層であるのが示された。

上記のコンタクト層３０６の一部の領域を一般的なドライエッチング手段により除去し、それにより、露出させた電子供給層３０５の表面にショットキー接触性のゲート（ｇａｔｅ）電極３０７を形成した。また、ゲート電極３０７の両側に残存させたＧａＮコンタクト層３０６の表面上には、希土類元素・アルミニウム合金からなるオーミック性ソース（ｓｏｕｒｃｅ）電極３０８及びオーミック性ドレイン（ｄｒａｉｎ）電極３０９を形成して、ＦＥＴを形成した。

本発明のＦＥＴは、六方晶の単量体ＢＰ層を下地層として形成した、転位密度の低い結晶性に優れるＧａＮ層を電子走行層として利用したため、相互コンダクタンス（所謂、ｇｍ）が大きく、且つ、転位を介しての漏洩する電流を抑制できたため、電力（ｐｏｗｅｒ）特性に優れる高周波電力用ＧａＮ系ＦＥＴをもたらすことができた。更に、結晶性の良好な六方晶の単量体ＢＰ層、ＧａＮ電子走行層、及びＧａＮ電子供給層を利用して構成したために、局所的な耐圧不良（ｌｏｃａｌ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）も殆ど認められないＦＥＴが構成できた。

実施例１に記載のＬＥＤの平面模式図である。 図１に示すＬＥＤの破線Ａ−Ａ‘に沿った断面模式図である。 実施例２に記載のＦＥＴの断面模式図である。

符号の説明

１０ 化合物半導体ＬＥＤ
２０Ａ 第１の接合構造部
２０Ｂ 第２の接合構造部
１００ ＬＥＤ用途積層構造体
１０１ 基板
１０２ ＧａＮ層（第１の接合構造部をなす六方晶III族窒化物半導体層）
１０３ ＢＰ層（第１の接合構造部をなす燐化硼素系化合物半導体層）
１０４ ＧａＮ層（第２の接合構造部をなす六方晶III族窒化物半導体層）
１０５ 下部クラッド層
１０６ 発光層
１０７ 上部クラッド層
１０８ コンタクト層
１０９ ｐ形オーミック電極
１１０ ｎ形オーミック電極
３０ ＦＥＴ
４０Ａ 第１の接合構造部
４０Ｂ 第２の接合構造部
３００ ＦＥＴ用途積層構造体
３０１ 基板
３０２ ＧａＮ層（第１の接合構造部をなす六方晶III族窒化物半導体層）
３０３ ＢＰ層（燐化硼素系化合物半導体層）
３０４ 電子走行層（第２の接合構造部をなす六方晶III族窒化物半導体層）
３０５ 電子供給層
３０６ コンタクト層
３０７ ゲート電極
３０８ ソース電極
３０９ ドレイン電極

Claims (7)

1. III族窒化物半導体層を有する化合物半導体素子において、
   表面を｛１．１．−２．０．｝結晶面とする六方晶のIII族窒化物半導体層と、そのIII族窒化物半導体層の表面に接合させて設けられた燐化硼素系化合物半導体層とからなる第１の接合構造部を備えている、
   ことを特徴とする化合物半導体素子。
2. 上記第１の接合構造部のIII族窒化物半導体層は窒化アルミニウム・ガリウム（組成式Ａｌ_XＧａ_1-XＮ：０≦Ｘ≦１）から構成され、上記燐化硼素系化合物半導体層は六方晶の単量体燐化硼素（ＢＰ）から構成されている、請求項１に記載の化合物半導体素子。
3. 上記第１の接合構造部をなす燐化硼素系化合物半導体層と、その燐化硼素系化合物半導体層の上側表面に接合させて設けた六方晶のIII族窒化物半導体層とからなる第２の接合構造部を備えている、請求項１または２に記載の化合物半導体素子。
4. 上記第２の接合構造部のIII族窒化物半導体層の上側表面が｛１．１．−２．０．｝結晶面から構成されている、請求項３に記載の化合物半導体素子。
5. 上記第２の接合構造部のIII族窒化物半導体層の上側表面に、ｐｎ接合型ヘテロ（異種）構造が設けられている、請求項３または４に記載の化合物半導体素子。
6. 上記ｐｎ接合型ヘテロ構造は、第２の接合構造部のIII族窒化物半導体層とは組成を異にするIII族窒化物半導体層から構成されている、請求項５に記載の化合物半導体素子。
7. 上記第２の接合構造部のIII族窒化物半導体層の上側表面に、ｎ形のIII族窒化物半導体からなる電子走行層（チャネル層）が設けられている、請求項３または４に記載の化合物半導体素子。

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