JP2007088343A

JP2007088343A - 化合物半導体素子

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Publication number: JP2007088343A
Application number: JP2005277536A
Authority: JP
Inventors: Takashi Udagawa; 隆宇田川
Original assignee: Showa Denko KK
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Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-04-05
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Abstract

【課題】燐化硼素系半導体層を双晶や積層欠陥等の結晶欠陥の密度の小さな結晶性に優れたものすることができ、この燐化硼素系半導体層を利用して、素子としての諸特性を向上させることができるようにする。
【解決手段】本発明は、六方晶の単結晶材料３１と、その単結晶材料３１の表面上に形成された燐化硼素系半導体層３２と、その燐化硼素系半導体層３２上に形成された化合物半導体からなる化合物半導体層３３とを備えて成る積層構造体３０に電極３４，３５を配置して構成した化合物半導体素子において、燐化硼素系半導体層３２は六方晶の単量体の燐化硼素結晶からなり、ｃ軸の長さを０．５２ナノメーター（ｎｍ）以上で０．５３ｎｍ以下とするものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、六方晶の単結晶材料と、その単結晶材料の表面上に形成された燐化硼素系半導体層と、その燐化硼素系半導体層上に形成された化合物半導体からなる化合物半導体層とを備えてなる積層構造体に電極を配置して構成した化合物半導体素子に関する。

従来から、立方晶で閃亜鉛鉱結晶型の燐化硼素系半導体層は、例えば、立方晶の閃亜鉛鉱結晶型の燐化ガリウム（ＧａＰ）或いは炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶からなる基板上に形成されている（下記の特許文献１参照）。これらの基板と、その上に形成された燐化硼素系半導体層と、それに接合させて設けたIII族窒化物半導体層とを備えた積層構造体を用いて、例えば、化合物半導体発光ダイオード(ＬＥＤ)が構成されている（下記の特許文献２参照）。
特開平２−２８８３８８号公報特開平２−２７５６８２号公報

また、珪素単結晶（シリコン）を基板として、単量体の燐化硼素（ＢＰ）などの閃亜鉛鉱結晶型の立方晶燐化硼素系半導体層が形成されている（下記の特許文献３参照）。また、シリコン基板と、単量体のＢＰ層と、その上に設けたIII族窒化物半導体層とを備えた積層構造体からＬＥＤを構成する技術が開示されている（下記の特許文献３参照）。
米国特許第６０６９０２１号

しかしながら、例えば、シリコンを基板として、その（１１１）結晶面からなる表面上に形成された立方晶の燐化硼素系半導体層には、双晶や積層欠陥などの結晶欠陥が含まれていることが知られている（下記の非特許文献１参照）。また、例えば、六方晶６Ｈ型ＳｉＣを基板として、その（０．０．０．１．）結晶面上に形成した立方晶の単量体のＢＰ層にも、双晶などの結晶欠陥が含まれていることが報告されている（下記の非特許文献２参照）。この様な結晶欠陥を含む立方晶の燐化硼素系半導体層を備えた積層構造体を利用しても、例えば、逆方向電圧が高く、また、光電変換効率も高いＬＥＤを安定して作製できない問題がある。
T. Udagawa and G. Shimaoka, J. Ceramic Processing Res.,（大韓民国）, 第4巻、第2号、2003年,80-83頁. T. Udagawa他、Appl. Surf. Sci.,（アメリカ合衆国）,第244巻、2004年,285-288頁.

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、燐化硼素系半導体層を双晶や積層欠陥等の結晶欠陥の密度の小さな結晶性に優れたものすることができ、この燐化硼素系半導体層を利用して、素子としての諸特性を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、六方晶の単結晶材料と、その単結晶材料の表面上に形成された燐化硼素系半導体層と、その燐化硼素系半導体層上に形成された化合物半導体からなる化合物半導体層とを備えてなる積層構造体に電極を配置して構成した化合物半導体素子において、上記燐化硼素系半導体層は六方晶の単量体の燐化硼素結晶からなり、ｃ軸の長さが０．５２ナノメーター（ｎｍ）以上で０．５３ｎｍ以下の範囲にあるものである。

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、上記化合物半導体層は六方晶の化合物半導体からなり、上記燐化硼素系半導体層をなす｛０００１｝結晶面に平行に配列した｛０００１｝結晶面を有するものである。

３）第３の発明は、上記した２）項に記載の発明の構成において、上記燐化硼素系半導体層をなす｛０００１｝結晶面と、上記化合物半導体層をなす｛０００１｝結晶面とが、上記積層構造体の積層方向に平行に配列されているものである。

４）第４の発明は、上記した２）項または３）項に記載の発明の構成において、上記電極に通流して得られる素子駆動電流が、上記燐化硼素系半導体層をなす｛０００１｝結晶面と、上記化合物半導体層をなす｛０００１｝結晶面との何れにも略平行な方向となるように電極が配置されているものである。

５）第５の発明は、上記した２）項または３）項に記載の発明の構成において、上記電極に通流して得られる素子駆動電流が、上記燐化硼素系半導体層をなす｛０００１｝結晶面と、上記化合物半導体層をなす｛０００１｝結晶面との何れにも略垂直な方向となるように電極が配置されているものである。

本発明によれば、六方晶の単結晶材料と、その単結晶材料の表面上に形成された燐化硼素系半導体層と、その燐化硼素系半導体層上に形成された化合物半導体からなる化合物半導体層とを備えてなる積層構造体に電極を配置して構成した化合物半導体素子において、燐化硼素系半導体層は六方晶の単量体の燐化硼素結晶からなり、ｃ軸の長さが０．５２ナノメーター（ｎｍ）以上で０．５３ｎｍ以下の範囲となるように構成したので、双晶や積層欠陥の結晶欠陥の少ない、六方晶の単量体の燐化硼素結晶からなる層(燐化硼素層)を得ることができ、また、この結晶性に優れる燐化硼素層を用いて良質な化合物半導体層を形成できるため、これらの半導体層を利用することにより化合物半導体素子の特性を向上させるのに効果を上げられる。

本発明によれば、化合物半導体層を六方晶の化合物半導体で形成するとともに、その化合物半導体層は燐化硼素系半導体層をなす｛０００１｝結晶面に平行に配列した｛０００１｝結晶面を有するようにしたので、その化合物半導体層を構成する｛０００１｝結晶面の配向性の良好さから、特性に優れる化合物半導体素子を得るのに効果を上げられる。

本発明によれば、特に、燐化硼素系半導体層をなす｛０００１｝結晶面と、化合物半導体層をなす｛０００１｝結晶面とを、積層構造体の積層方向に平行になるように配列して化合物半導体素子を構成することとしたので、素子駆動電流の通流抵抗を低減させることができ、このため、例えば光電変換効率の高いＬＥＤや電力損失の小さな高周波帯域電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をもたらすのに効果を上げられる。

本発明によれば、特に、電極に通流して得られる素子駆動電流が、燐化硼素系半導体層をなす｛０００１｝結晶面と、上記化合物半導体層をなす｛０００１｝結晶面との何れにも略平行な方向となるように電極を配置したので、素子駆動電流をより良く通流させることができ、従って、例えば、順方向電流の小さなＬＥＤを得るのに貢献できる。

本発明によれば、特に、電極に通流して得られる素子駆動電流が、燐化硼素系半導体層をなす｛０００１｝結晶面と、化合物半導体層をなす｛０００１｝結晶面との何れにも略垂直な方向となるように電極を配置したので、素子駆動電流をより小さな抵抗で通流させることができ、従って、例えば、発熱に因る出力の損失が少ない高周波電力用ＦＥＴを得るのに貢献できる。

本発明では、六方晶の単結晶材料と、その単結晶材料の表面上に形成された燐化硼素系半導体層と、その燐化硼素系半導体層上に形成された化合物半導体からなる化合物半導体層とを備えてなる積層構造体に電極を配置して構成した化合物半導体素子において、燐化硼素系半導体層は六方晶の単量体の燐化硼素結晶からなり、ｃ軸の長さが０．５２ナノメーター（ｎｍ）以上で０．５３ｎｍ以下の範囲となるように構成している。

燐化硼素系半導体層としての六方晶の単量体の燐化硼素（ＢＰ）層は、六方晶の単結晶材料を下地として形成するのが好適である。六方晶の単結晶材料には、サファイア（α―Ａｌ₂Ｏ₃単結晶）、ウルツ鉱結晶型のＧａＮ等のIII族窒化物半導体単結晶、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、２Ｈ型（ウルツ鉱結晶型）または４Ｈ型或いは６Ｈ型の炭化珪素（ＳｉＣ）を例示できる。特に、六方晶のＢＰ層は、上記の六方晶材料からなるバルク（ｂｕｌｋ）単結晶基板或いは単結晶層の｛１．１．−２．０．｝結晶面などの無極性の表面上に構成するのが好適である。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）単結晶基板或いは単結晶層の｛１．１．−２．０．｝結晶面、即ち、Ａ面と通称される表面上に設けるのが好適である。

六方晶のＢＰ層は、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）法、ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）法、有機金属化学堆積（ＭＯＣＶＤ）法等の気相成長手段により形成できる。例えば、トリエチル硼素（分子式（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ）を硼素（Ｂ）源とし、トリエチル燐（分子式（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｐ）を燐（Ｐ）源とするＭＯＣＶＤ法により形成できる。また、三塩化硼素（分子式ＢＣｌ₃）を硼素源とし、三塩化燐（分子式ＰＣｌ₃）を燐源とするハロゲンＣＶＤ法により形成できる。

｛１．１．−２．０．｝結晶面などの六方晶の単結晶材料の無極性の表面上に、六方晶のＢＰ層を形成するのに際し、（Ａ）そのＢＰ層を成長させる温度は７５０℃以上で９００℃以下とし、且つ（Ｂ）成長反応系へ供給する硼素源に対する燐源の濃度比率（所謂、Ｖ／III比率）は、２５０以上５５０以下の範囲とする。また、尚且つ、（Ｃ）ＢＰ層の成長速度を毎分２０ｎｍ以上で毎分５０ｎｍ以下とすると、層厚の増加方向（上記の単結晶材料の表面に対して垂直方向、積層方向）に平行に、等間隔で規則的に｛０００１｝結晶面を配列してなる六方晶のＢＰ層を安定して形成できる。

六方晶ＢＰ層の成長速度は、成長反応系へ単位時間あたりに供給する硼素源の濃度を増加させれば、上記の成長温度範囲では、その濃度に略比例して増加させられる。また、成長反応系に単位時間あたりに供給する硼素源の濃度を一定とした場合、成長温度を高温とする程、成長速度は増加させられる。７５０℃未満の低温では、硼素源や燐源の熱分解が充分に起こらないため、成長速度は急激に低下し、上記の好適な成長速度を得るに至らない。

例えば、ホスフィン（分子式ＰＨ₃）を燐源とし、トリエチル硼素（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ）を硼素源とするＭＯＣＶＤ法により、六方晶のＢＰ層を形成する場合、例えば、成長温度を８００℃とし、成長反応系に供給する原料の濃度比率であるＰＨ₃／（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ比率を４００とし、尚且つ、成長速度を毎分３５ｎｍとして形成する。成長温度を、９００℃を越える高温とするのは、組成式Ｂ₆Ｐ等の多量体の燐化硼素結晶が急激に発生することもあり、好ましくはない。

また、成長速度が毎分２０ｎｍ未満である場合、または、毎分５０ｎｍを超えて大きい場合は、何れも、化学量論的な組成の単量体ＢＰからなる六方晶の半導体層を安定して得るのが困難となる。成長速度を毎分２０ｎｍ未満の低速度とすると、燐（元素記号：Ｐ）を硼素（元素記号：Ｂ）に比較して富裕に含む非化学量論的な組成のＢＰ層が帰結される度合いが急激に高まる。また、成長速度が毎分５０ｎｍを超える高速度の場合、逆に、硼素（Ｂ）を燐（Ｐ）よりも富裕に含む非化学量論的な組成のＢＰ層が帰結される度合いが急激に高まるため不都合である。

上記の（Ａ）項に記載の好適な成長温度、及び（Ｂ）項に記載の好適なＶ／III比率を満足し、更に、上記の（Ｃ）項に記載の好適な成長速度を満たす成長条件下で形成した、略化学量論的な組成を有する六方晶のＢＰ層の六方（ｈｅｘａｇｏｎａｌ）単位格子（例えば、坂公恭著、「結晶電子顕微鏡学−材料研究者のための−」、（株）内田老鶴圃、１９９７年１１月２５日発行、第１版、３〜７頁参照）におけるｃ軸の長さは０．５２ｎｍ以上で０．５３ｎｍ以下に収まる。

形成されたＢＰ層が六方晶の結晶層であるか否かに加えて、六方晶のＢＰ層をなす｛０００１｝結晶面が垂直方向（ＢＰ層の成長方向、積層方向）に、互いに平行に規則的に配列しているか否かは、例えば、透過型電子顕微鏡（英略称：ＴＥＭ）を利用した電子回折分析或いは断面ＴＥＭ分析手段から調査できる。また、六方晶のＢＰ層のｃ軸の長さは、ａ軸の長さ共々、Ｘ線回折パターンや電子回折パターンを基にして求めることができる。

垂直方向（ＢＰ層の成長方向、積層方向）に、｛０００１｝結晶面を互いに平行に配列してなる六方晶のＢＰ層では、素子を駆動させるための電流（素子駆動電流）を｛０００１｝結晶面に沿って平行な方向に容易に流通させることができる。図１に、六方晶のＢＰ層１０のｃ軸方向に垂直な方向から見た場合の燐原子（符号“Ｐ”）及び硼素原子（符号“Ｂ”）の配置を模式的に示す。なお、ｃ軸方向は、｛０．０．０．１．｝結晶面に対して垂直な方向である。図１に示す如く、六方晶ＢＰ層１０のｃ軸に垂直な方向には、その結晶層を構成する燐原子（Ｐ）及び硼素原子（Ｂ）の配列の具合により空隙２０が存在する。このため、六方晶のＢＰ層１０を構成する燐及び硼素原子（Ｐ及びＢ）に因り、さして、散乱されずに、｛０．０．０．１．｝結晶面間に存在するその空隙２０を通過して、電流（電子）を、｛０．０．０．１．｝結晶面に平行な方向に好都合に流通させられる。

また、上記した結晶内での燐及び硼素原子の配列に基づく空隙は、六方晶のＢＰ層であれば、｛０．０．０．１．｝結晶面に対して平行な方向にも存在する。図２に、六方晶のＢＰ層１０のｃ軸方向に平行な方向から覗った燐原子（符号“Ｐ”）及び硼素原子（符号“Ｂ”）結晶の配置を示す。図２に示す如く、平面視で正六角形状の空隙２０が存在する。従って、周囲に存在する燐及び硼素原子に因り、さして、散乱されずに、素子駆動電流を流通させるのに優位となる。

六方晶の単結晶材料上に形成した、その単結晶材料の表面に対して垂直方向に、互いに平行に｛０．０．０．１．｝結晶面を規則的に配列してなる六方晶のＢＰ層は、双晶や積層欠陥等の結晶欠陥が少ないのが特徴である。これは、六方晶の単結晶材料の｛０．０．０．１．｝結晶面が互いに平行に規則的に配列している極性の少ない表面に、ＢＰ層を設ける構成としたことによるものと考えられる。この構成は、双晶粒界に因り阻害されることなく、素子駆動電流を六方晶のＢＰ層内で、｛０．０．０．１．｝結晶面に平行または垂直に流通させるのに好都合である。双晶の密度が低減されたため、双晶に起因する粒界の密度が少なくなっている様は、透過型電子顕微鏡（英略称：ＴＥＭ）を利用した一般的な断面ＴＥＭ技法により観察できる。

双晶などの結晶欠陥が少ない六方晶のＢＰ層は、その結晶性の良好さから良質な六方晶の化合物半導体層を形成するための下地として有効に利用できる。六方晶の化合物半導体層としては、２Ｈ型（ウルツ鉱結晶型）、４Ｈ型または６Ｈ型のＳｉＣ、ＺｎＯ、酸化亜鉛、ウルツ鉱結晶型のＧａＮ、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）を例示できる。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、ウルツ鉱結晶型の六方晶の窒化燐化ガリウム（組成式ＧａＮ_1-YＰ_Y：０≦Ｙ＜１）を例示できる。

六方晶の単量体ＢＰ層は、そのｃ軸の長さ（０．５２ｎｍ〜０．５３ｎｍ）に近似するｃ軸の長さを有するウルツ鉱結晶型の六方晶の窒化アルミニウム・ガリウム（組成式Ａｌ_XＧａ_YＮ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）を形成するための下地として特に、有用である。六方晶のＢＰ層を下地として利用して形成したＡｌ_XＧａ_YＮ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）層は、双方間の良好な格子マッチングに起因して、｛０．０．０．１．｝結晶面を六方晶のＢＰ層の｛０．０．０．１．｝結晶面に平行に規則的に配列してなる結晶性に優れるものとなる。

｛０．０．０．１．｝結晶面を互いに平行に規則的に配列してなる化合物半導体層は、上記した六方晶のＢＰ層の場合と同じく、ｃ軸方向、即ち、｛０．０．０．１．｝結晶面に対して垂直方向に容易に素子駆動電流を流通させることができる。また、｛０．０．０．１．｝結晶面に対して平行に容易に素子駆動電流を流通させることができる。従って、この様な｛０．０．０．１．｝結晶面の配列構成を有する六方晶の化合物半導体層は、化合物半導体素子を構成するための機能層等として活用できる。

例えば、｛０．０．０．１．｝結晶面が互いに平行に規則的に配列してなる、結晶性に優れるＡｌ_XＧａ_YＮ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）層を利用すれば、高い強度の発光をもたらすｐｎ接合型ヘテロ構造を構成できる。例えば、ＧａＮ層をクラッド（ｃｌａｄ）層とし、Ｇａ_XＩｎ_1-XＮ（０＜Ｘ＜１）層を発光層とするＬＥＤ用途のヘテロ接合型発光部を構成できる。素子駆動電流を通流させるのが容易な｛０．０．０．１．｝結晶面が互いに平行に規則的に配列してなる化合物半導体層から構成した発光部を利用すれば、順方向電圧が低い化合物半導体発光素子を提供できる。

六方晶のＢＰ層やその上に形成した上記の様な構成からなる発光部を備えた化合物半導体素子用途の積層構造体にあって、六方晶のＢＰ層や発光部をなす六方晶の化合物半導体層の｛０．０．０．１．｝結晶面に対して平行な方向に（ｃ軸に対して垂直な方向に）素子駆動電流を流通できる様にオーミック（Ｏｈｍｉｃ）接触性電極を設けると素子動作電流の通流抵抗の小さな化合物半導体発光素子を構成できる。

例えば、図３に例示する様に、導電性の六方晶ＡｌＮ基板３１上に設けた六方晶のＢＰ層３２と、その上に形成したＡｌ_XＧａ_YＩｎ_ZＮ（０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）とからなる発光部３３とを備えた積層構造体３０について、一方のオーミック極性の電極３４を発光部の上方に設け、他方の極性のオーミック電極３５を基板３１の裏側に配置すれば構成できる。即ち、基板３１、六方晶のＢＰ層３２および発光部３３とを挟み込む様に、積層構造体３０の上下に設ければ構成できる。

また例えば、図４に例示する様に、導電性の六方晶ＧａＮ基板４１上に設けた六方晶のＢＰ層４２と、その上に形成したＡｌ_XＧａ_YＩｎ_ZＮ（０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）とからなる発光部４３とを備えた積層構造体４０について、一方のオーミック極性の電極４４を発光部の上方に設け、他方の極性のオーミック電極４５を発光部４３と基板４１との中間に在る、六方晶のＢＰ層４２の表面に配置すれば、｛０．０．０．１．｝結晶面に対して垂直な方向に（ｃ軸に対して平行な方向に）小さな通流抵抗をもって、素子駆動電流を流通できる化合物半導体発光素子を構成できる。

また、化合物半導体発光素子に限らず、結晶欠陥密度が低減された、結晶性に優れる六方晶の化合物半導体層を、電子走行層（チャネル層）として利用すれば、ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接触型ＭＥＳＦＥＴを構成できる。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）で高純度なｎ形ＧａＮ層から構成できる。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ＭＥＳＦＥＴを得るのに好都合である。

ＭＥＳＦＥＴを作製するにあたっては、大きな飽和電流を得るために、例えば、図５に例示する様に、積層構造体５０において、基板５１上の六方晶のＢＰ層５２の表面に接合させて設けた、電子走行（ｃｈａｎｎｅｌ）層５３をなす六方晶の化合物半導体層の｛０．０．０．１．｝結晶面に対し垂直方向（ｃ軸に平行な方向）に素子駆動電流を流通させるためのソース（ｓｏｕｒｃｅ）電極５５及びドレイン（ｄｒａｉｎ）電極５６を電子供給層５４の表面に横方向に対向させて配置する。

このように、本発明では、六方晶の燐化硼素層の結晶的構成に関して、好適である結晶面の配列を見出し、それを利用して素子駆動電流が流れる抵抗を低減させ、素子としての性能を向上させている。

（実施例）六方晶の単結晶材料としてサファイアのバルク結晶を用い、その上に設けた六方晶の単量体のＢＰ層を利用してＬＥＤを構成する場合を例にして本発明の内容を具体的に説明する。

図６に本実施例１に係るＬＥＤ６０の平面構成を模式的に示す。また、図７には、図６に示した破線Ａ−Ａ‘に沿ったＬＥＤ６０の断面模式図を示す。

ＬＥＤ６０を作製するための積層構造体６００は、（１．１．−２．０．）結晶面（通称Ａ面）を表面とするサファイア（α−アルミナ単結晶）を基板６０１として形成した。基板６０１の表面上には、一般的なＭＯＣＶＤ法を利用して、層厚を約２９０ｎｍとする、アンドープでｎ形の六方晶の単量体ＢＰ層６０２を形成した。

一般的なＴＥＭ分析により、六方晶の単量体ＢＰ層６０２の｛０．０．０．１．）結晶面は、サファイア基板６０１の表面に対し、垂直に互いに平行に配列しているのが示された。即ち、六方単位格子のｃ軸に垂直な方向に、互いに平行に配列した｛０．０．０．１．｝結晶面の面間隔から、六方晶の単量体ＢＰ層６０２のｃ軸の長さは０．５２４ｎｍと決定された。更に、断面ＴＥＭ技法による観察では、六方晶の単量体ＢＰ層６０２の内部には、双晶の存在は殆ど認められなかった。また、サファイア基板６０１との接合界面から約５０ｎｍを超えてより上方の六方晶の単量体ＢＰ層６０２の内部の領域には、格子配列上の乱雑さも殆ど確認できず、｛０．０．０．１．｝結晶面が互いに平行に規則的に配列しているのが確認された。

｛０．０．０．１．｝結晶面を層厚の増加方向に平行に配列してなる六方晶の単量体ＢＰ層６０２の表面上には、ゲルマニウム（元素記号：Ｇｅ）をドープしたウルツ鉱結晶型で六方晶のｎ形ＧａＮ層（層厚＝１９００ｎｍ）６０３を成長させた。一般的なＴＥＭを利用した分析によれば、六方晶の単量体ＢＰ層６０２０を下地として成長させたこのｎ形ＧａＮ層６０３は、｛０．０．０．１．｝結晶面を、六方晶の単量体ＢＰ層６０２の｛０．０．０．１．｝結晶面と平行としてなる単結晶層であった。また、六方晶のＧａＮ層６０３の内部領域には、双晶や積層欠陥は殆ど認められなかった。

六方晶のｎ形ＧａＮ層１０３の（１．１．−２．０．）表面上には、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＝２５０ｎｍ）１０４、Ｇａ_0.85Ｉｎ_0.15Ｎ井戸層とＡｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層とを１周期としその７周期からなる多重量子井戸構造の発光層１０５、及び層厚を２５ｎｍとするｐ形Ａｌ_0.10Ｇａ_0.90Ｎからなる上部クラッド層１０６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。この発光部の全体は、｛０．０．０．１．｝結晶面を、六方晶の単量体ＢＰ層６０２の｛０．０．０．１．｝結晶面と平行としてなる単結晶層であった。また、発光部全体の内部領域にも、双晶や積層欠陥は殆ど認められなかった。上記の上部クラッド層６０６の表面上には、更に、ｐ形のＧａＮ層（層厚＝７５ｎｍ）をコンタクト層６０７として堆積し、積層構造体６００の形成を終了した。

上記のｐ形コンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層６０７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６０８を形成した。一方のｎ形オーミック電極６０９は、その電極６０９を設ける領域に在る下部クラッド層６０４や発光層６０５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ｎ形ＧａＮ層６０３の表面に形成した。これより、ＬＥＤ６０を構成した。

このＬＥＤ６０のｐ形及びｎ形オーミック電極６０８、６０９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。ＬＥＤ６０から出射される主たる発光の波長は約４５５ｎｍであった。チップ（ｃｈｉｐ）状態での発光輝度は約１．５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III族窒化物半導体層６０４〜６０６の（０．０．０．１．）結晶面に平行に素子駆動電流を流通させる様に、オーミック電極６０８、６０９を、発光部を挟んで積層構造体６００の上下方向に設けため、順方向電圧（＠２０ｍＡ）は３．２Ｖの低値となった。

一方で、発光部は六方晶のＢＰ層上に設けることにより、結晶性に優れることとなったIII族窒化物半導体層から構成できたため、逆方向電流を１０μＡとした際の逆方向電圧は、１５Ｖを超える高値となった。また、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（ｌｏｃａｌｂｒｅａｋｄｏｗｎ）も殆ど認められなかった。

ｃ軸に垂直な方向からみた六方晶ＢＰ結晶層の原子の配列を説明するための模式図である。ｃ軸に平行な方向からみた六方晶ＢＰ結晶層の原子の配列を説明するための模式図である。六方晶結晶層の（０．０．０．１．）結晶面に平行な方向に電流を流通させる素子の断面構造を示す模式図である。六方晶結晶層の（０．０．０．１．）結晶面に垂直な方向に電流を流通させる素子の断面構造を示す模式図である。六方晶結晶層の（０．０．０．１．）結晶面に垂直な方向に電流を流通させるＭＥＳＦＥＴの断面構造を示す模式図である。実施例１に記載のＬＥＤの平面模式図である。図６に示す破線Ａ−Ａ’に沿ったＬＥＤの断面模式図である。

符号の説明

１０六方晶ＢＰ層
２０結晶配列による空隙
３０積層構造体
３１基板
３２六方晶ＢＰ層
３３発光部
３４一方の極性のオーミック電極
３５他方の極性のオーミック電極
４０積層構造体
４１基板
４２六方晶ＢＰ層
４３発光部
４４一方の極性のオーミック電極
４５他方の極性のオーミック電極
５０積層構造体
５１基板
５２六方晶ＢＰ層
５３ III族窒化物半導体電子走行層
５４ III族窒化物半導体電子供給層
５５ソース電極
５６ドレイン電極
５７ゲート電極
６０化合物半導体ＬＥＤ
６００ＬＥＤ用途積層構造体
６０１結晶基板
６０２六方晶燐化硼素半導体層
６０３六方晶III族窒化物半導体層
６０４下部クラッド層
６０５発光層
６０６上部クラッド層
６０７コンタクト層
６０８ｐ形オーミック電極
６０９ｎ形オーミック電極
Ｐ六方晶ＢＰ層を構成する燐（Ｐ）原子
Ｂ六方晶ＢＰ層を構成する硼素（Ｂ）原子

Claims

六方晶の単結晶材料と、その単結晶材料の表面上に形成された燐化硼素系半導体層と、その燐化硼素系半導体層上に形成された化合物半導体からなる化合物半導体層とを備えてなる積層構造体に電極を配置して構成した化合物半導体素子において、
上記燐化硼素系半導体層は六方晶の単量体の燐化硼素結晶からなり、ｃ軸の長さが０．５２ナノメーター（ｎｍ）以上で０．５３ｎｍ以下の範囲である、
ことを特徴とする化合物半導体素子。
上記化合物半導体層は六方晶の化合物半導体からなり、上記燐化硼素系半導体層をなす｛０００１｝結晶面に平行に配列した｛０００１｝結晶面を有する、請求項１に記載の化合物半導体素子。
上記燐化硼素系半導体層をなす｛０００１｝結晶面と、上記化合物半導体層をなす｛０００１｝結晶面とが、上記積層構造体の積層方向に平行に配列されている、請求項２に記載の化合物半導体素子。
上記電極に通流して得られる素子駆動電流が、上記燐化硼素系半導体層をなす｛０００１｝結晶面と、上記化合物半導体層をなす｛０００１｝結晶面との何れにも略平行な方向となるように電極が配置されている、請求項２または３に記載の化合物半導体素子。
上記電極に通流して得られる素子駆動電流が、上記燐化硼素系半導体層をなす｛０００１｝結晶面と、上記化合物半導体層をなす｛０００１｝結晶面との何れにも略垂直な方向となるように電極が配置されている、請求項２または３に記載の化合物半導体素子。