JP3372483B2 - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、導電性の珪素単
結晶基板上に緩衝層を介しIII 族窒化物半導体からなる
発光部を積層して構成したIII 族窒化物半導体発光素子
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】構造式Ａｌ_AＧａ_BＩｎ_CＱ_1-ZＮ_Z （０≦
Ａ、Ｂ、Ｃ≦１、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１、０＜Ｚ≦１、記号Ｑ
は窒素以外の第Ｖ元素を表す。）で表記されるIII 族窒
化物半導体結晶は、近紫外帯、青色帯から緑色帯に掛け
ての短波長光を発するに適する禁止帯幅を有している
（末松安晴著、「光デバイス」（平成９年５月１５日初
版第８刷、（株）コロナ社発行）、２８〜２９頁参
照）。このため、青色帯などの発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）やレーザダイオード（ＬＤ）の発光部に利用されて
いる（Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏ
ｃ．、Ｖｏｌ．４４９（１９９７）、５０９〜５１８頁
照）。これらの発光素子の発光部は、高い発光出力を得
るのに有利なｐｎ接合型のダブルヘテロ（ＤＨ）接合構
造から構成するのが常套となっている（寺本巌著、「半
導体デバイス概論」（１９９５年３月３０日初版、
（株）培風館発行）、１２４〜１２５頁参照）。

【０００３】従来のIII 族窒化物半導体から成る発光素
子の多くは、六方晶のサファイア（α−Ａｌ₂Ｏ₃単結
晶）を基板材料としている（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．、３４（１９９５）、Ｌ１３３２〜Ｌ１３３５
頁参照）。そして、このサファイア基板上には、一般的
に、積層させるIII 族窒化物半導体結晶層との格子のミ
スマッチ（ｍｉｓ−ｍａｔｃｈ）を緩和する目的で緩衝
層が設けられている（特開平２−２２９４７６号、及
び特開平４−２９７０２３号の各公報明細書参照）。
緩衝層は通常、窒化アルミニウム・ガリウム（Ａｌ_AＧ
ａ_BＮ：０≦Ａ、Ｂ≦１、Ａ＋Ｂ＝１）から構成され、
また、約４００℃から約９００℃の比較的低温で成膜さ
れる（赤崎勇編著、「III −Ｖ族化合物半導体」（１９
９４年５月２０日初版、（株）培風館発行）、３３５〜
３３７頁参照）。

【０００４】しかし、上記のように基板にサファイアを
用いて発光素子を構成した場合、次のような問題点が生
じる。先ず、サファイアが電気的な絶縁体であるため
に、発光素子を構成するに必要なｎ形及びｐ形双方のオ
ーミック電極を同一サイドに設けることとなり、その内
の一方の電極は、発光部の一部を除去して設ける必要が
あることである。発光部の一部を除去することは、発光
をもたらす領域（即ち、ｐｎ接合領域）の表面積の徒な
減少を帰結し、高発光強度の発光素子を得るに不利とな
る（上記のＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、３４
（１９９５）、Ｌ１３３３頁のＦｉｇ．１参照）。

【０００５】また、六方晶に属するサファイアが明瞭な
劈開性を呈しないことである。この劈開性の欠如は、例
えば、ＬＤにあって、レーザ光の共振を促す、平滑性と
平坦性が要求される光共振面の形成を阻害する。

【０００６】さらに、六方晶基板の上には自ずと六方晶
のIII 族窒化物半導体結晶層が成膜されるが、この六方
晶のIII 族窒化物半導体結晶層では、立方晶結晶に比較
してｐ形伝導層を得るのが困難であるということであ
る。これは、閃亜鉛鉱（ｚｉｎｃ−ｂｌｅｎｄ）型等の
立方晶結晶と、ウルツ鉱（ｗｕｒｚｉｔｅ）型の六方晶
結晶とでは、価電子帯の正孔バンドの縮帯に関して差異
があるからである（生駒俊明、生駒英明共著、「化合物
半導体の基礎物性入門」（（株）培風館発行）、１７頁
参照）。すなわち、価電子帯の正孔バンドの縮帯が、ウ
ルツ鉱型六方晶結晶の場合は解放されているため、その
結果として正孔を放出しにくくなり、したがってｐ形伝
導層を得にくいのに対し、立方晶では、価電子帯の正孔
バンドの縮帯が解放されていないため、それだけ正孔を
放出しやすくなり、低抵抗のｐ形伝導層を形成するのが
容易となる。

【０００７】上記のような、六方晶のサファイアを基板
としてIII 族窒化物半導体発光素子を構成した場合に生
じる諸問題点は、立方晶単結晶を基板とすることによ
り、解決が図られると期待される。例えば、立方晶単結
晶として、ダイヤモンド結晶構造型の珪素（Ｓｉ）や、
砒化ガリウム（ＧａＡｓ）やリン化ガリウム（ＧａＰ）
等の閃亜鉛鉱型のIII −Ｖ族化合物半導体結晶を基板と
して利用するものである。

【０００８】このような立方晶単結晶を基板として用い
ると、先ず、この基板には導電性のものを採用できるの
で、従来のオーミック電極の配置に伴う発光面積の減少
という問題点は解消される。また、これらのダイヤモン
ド構造型及び閃亜鉛鉱型の単結晶は、［０１１］結晶方
向に明瞭な劈開を呈するため、ＬＤにおける光共振面の
形成を簡便に行うことができる。さらに、立方晶結晶で
あるため、低抵抗のｐ形伝導層を容易に形成することが
できる。

【０００９】このため、最近では、導電性の珪素（Ｓ
ｉ）単結晶を基板としてIII 族窒化物半導体発光素子を
構成する技術が知られるようになっている（Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．３３、Ｎｏ．２３（１９
９７）、１９８６〜１９８７頁参照）。そして、このシ
リコン基板とIII 族窒化物半導体結晶層との間に、窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）からなる薄層を緩衝層として配
備した例が開示されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．、７２（４）（１９９８）、４１５〜４１７頁参
照）。

【００１０】この開示例に依れば、シリコン基板上に設
けたＡｌＮ結晶層は六方晶となっている。また、このＡ
ｌＮ結晶層上には、ＧａＮを発光層として含むｐｎ接合
型のＤＨ構造発光部が設けられているが、その発光部は
六方晶のIII 族窒化物半導体結晶層から構成されるもの
となっている。すなわち、発光部は、サファイアを基板
とする従来のIII 族窒化物発光素子の場合と同じく、依
然として六方晶の結晶層から構成されているものとなっ
ており、シリコン基板を用いた効果を十分に発揮するに
至っていない。

【００１１】また、シリコン（Ｓｉ）を基板とするIII
族窒化物半導体発光素子の他の従来例では、閃亜鉛鉱型
立方晶のリン化硼素（ＢＰ）層を緩衝層とする構成が開
示されている（特開平２−２７５６８２号公報明細書参
照）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、緩衝層を形成
するＢＰの格子定数は、４．５３８Åであるのに対し、
基板を形成するＳｉのそれは５．４３１Åであり、両者
は大きく異なっている。したがって、上記の特開平２−
２７５６８２号公報が開示する従来例のように、緩衝層
を成長させる従来手法でＳｉ基板の表面上へＢＰ結晶層
の成膜を試みても、実際は、Ｓｉ基板の表面上にＢＰ系
結晶からなる成長島が散在するのみの状況となる（澁澤
直哉、寺嶋一高、「日本結晶成長学会誌」、Ｖｏｌ．２
４、Ｎｏ．２（１９９７）、１５０頁参照）。このよう
な連続性の無い膜上に、連続性を有する結晶層を積層さ
せるのは、極めて困難となる。

【００１３】また、緩衝層を成長させる従来手法でＳｉ
基板上にＢＰ系結晶を成長させることができたとして
も、その大半がＢ₁₃Ｐ₂ に代表されるような、硼素を多
原子とする六方晶結晶体（以下、「硼素多原子リン化硼
素」という）となり、立方晶構造を持つＢＰはわずかし
か生成されないことも分かった。そして、このような硼
素多原子リン化硼素を主体として成る緩衝層上には、そ
の緩衝層を構成する結晶の晶系を受け継いだ上層が形成
されるため、以下に述べるように、所望とする立方晶結
晶層の積層は困難である。

【００１４】図１４は硼素多原子リン化硼素を主体とし
て成る緩衝層上に成膜したリン化硼素膜のＸ線回折スペ
クトルを示す図である。リン化硼素膜は、Ｓｉ基板上に
形成した硼素多原子リン化硼素を主体として成る緩衝層
上に、１０３０℃で成長させ形成したものである。図に
示すように、リン化硼素膜には（１１１）と（１１２）
の２つの回折ピークが観察された。回折ピーク（１１
１）は、Ｓｉ基板の（００４）結晶面に由来するピーク
である。また、回折ピーク（１１２）は、Ｂ₁₃Ｐ ₂ のミ
ラー面指数（ｈｋｌ）を（２２０）、（０２１）、（０
２７）若しくは（１０４）とする結晶面からのＸ線回折
に帰属されるピークである。ＢＰ２元結晶に由来する明
瞭な回折ピークは認知されなかった。このように、硼素
多原子リン化硼素を主体とする緩衝層上に、本来立方晶
構造を持つリン化硼素膜を形成しても、そのリン化硼素
膜は立方晶構造の存在比率が極めて低い結晶層となっ
た。

【００１５】上記のように、Ｓｉ基板上に緩衝層として
のＢＰ層を成膜しようとしても、実際はＢ₁₃Ｐ₂ のよう
な硼素多原子リン化硼素を主体とする緩衝層となるた
め、この場合もやはり、その緩衝層上に形成する発光部
は六方晶のIII 族窒化物半導体結晶層となってしまい、
立方晶のＳｉ基板を用いた効果を十分に発揮させること
はできない。

【００１６】この発明は上記に鑑み提案されたもので、
基板に立方晶のＳｉ基板を用いることによる効果を充分
に発揮させることができるIII 族窒化物半導体発光素子
を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、導電性の珪素単結晶基板
上に緩衝層を介しIII 族窒化物半導体からなる発光部を
積層して構成したIII族窒化物半導体発光素子におい
て、上記緩衝層を、III 族元素とＶ族元素との構成割合
を１対１とするＢＰ系III −Ｖ族化合物半導体結晶を主
体晶とし、硼素元素とリン元素との構成割合を６対１以
上とする硼素多原子リン化硼素結晶（Ｂ_xＰ_Y ：Ｘ≧
６、０＜Ｙ≦２）を従属晶として形成した、ことを特徴
としている。

【００１８】また、請求項２に記載の発明は、上記した
請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記緩衝層は、
珪素単結晶基板との接合界面側で単結晶体となり、その
上層側で非晶質体となっている、ことを特徴としてい
る。

【００１９】請求項３に記載の発明は、上記した請求項
１に記載の発明の構成に加えて、上記従属晶は全体の１
０％以下である、ことを特徴としている。

【００２０】また、請求項４に記載の発明は、上記した
請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記主体晶はリ
ン化硼素結晶（ＢＰ）である、ことを特徴としている。

【００２１】また、請求項５に記載の発明は、上記した
請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記主体晶はリ
ン化硼素・ガリウム結晶である、ことを特徴としてい
る。

【００２２】さらに、請求項６に記載の発明は、上記し
た請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記主体晶は
リン化硼素・インジウム結晶である、ことを特徴として
いる。

【００２３】また、請求項７に記載の発明は、上記した
請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記緩衝層を、
異なる構成割合の主体晶を持つ緩衝層を重層させて形成
した、ことを特徴としている。

【００２４】さらに、請求項８に記載の発明は、上記し
た請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記緩衝層と
上記発光部構成層との間に介在層を設けたことを特徴と
している。

【００２５】請求項９に記載の発明は、上記した請求項
８に記載の発明の構成に加えて、上記介在層は組成勾配
層である、ことを特徴としている。

【００２６】また、請求項１０に記載の発明は、上記し
た請求項１から９のいずれかに記載の構成に加えて、上
記緩衝層は２５０℃以上６００℃以下の低温で成長させ
た低温緩衝層である、ことを特徴としている。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明のIII 族
窒化物半導体発光素子の積層構造の一部を模式的に示す
図である。図において、この発明のIII 族窒化物半導体
発光素子１０は、導電性の珪素（Ｓｉ）単結晶基板１上
に緩衝層２を介しIII 族窒化物半導体からなる発光部３
を積層して構成してある。

【００２８】上記のＳｉ単結晶基板１は、ダイヤモンド
構造型の立方晶であり、その［０１１］結晶方向に明瞭
な劈開性を有している。このＳｉ単結晶基板１に緩衝層
２が積層される。なお、Ｓｉ以外の導電性のある半導体
単結晶材料には、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）やリン化ガ
リウム（ＧａＰ）のようなIII −Ｖ族化合物半導体結晶
が挙げられるが、上層のIII 族窒化物半導体結晶層の成
膜には、時として約１０００℃を越える高温が必要とさ
れる場合があり、この実施形態では耐熱性等の優位性か
ら、Ｓｉ単結晶を基板として用いることとする。

【００２９】上記の緩衝層２は、立方晶のリン化硼素
（ＢＰ）系III −Ｖ族化合物半導体結晶２１を主体晶と
し、硼素元素とリン元素との構成割合を６対１以上とす
る硼素多原子リン化硼素結晶（Ｂ_iＰ_j：ｉ≧６、０＜ｊ
≦２）２２を従属晶として有している。この緩衝層２の
詳細は後述する。

【００３０】上記の発光部３は、緩衝層２上にIII 族窒
化物半導体から成る結晶層を積層して構成され、緩衝層
２の主体晶が立方晶であるため、この発光部３の各層も
立方晶を主体として構成される。発光部３は、例えば立
方晶のｎ形Ａｌ_AＧａ_BＮ（０≦Ａ、Ｂ≦１、Ａ＋Ｂ＝
１）結晶層を下部クラッド層とし、立方晶のｎ形Ｇａ_C
Ｉｎ_D Ｎ（０≦Ｃ、Ｄ≦１、Ｃ＋Ｄ＝１）を発光層と
し、また、立方晶のｐ形Ａｌ_AＧａ_BＮ（０≦Ａ、Ｂ≦
１、Ａ＋Ｂ＝１）結晶層を上部クラッド層として構成さ
れる。この場合、発光層を、Ｇａ_CＩｎ_DＮ層を量子井戸
層とする量子井戸構造体として形成してもよい。

【００３１】また、この実施形態での発光部３は、上記
のように、立方晶に形成できるので、熱処理などのｐ形
化のための特別な処理を要せずとも、低抵抗のｐ形伝導
層を容易に形成することができる。

【００３２】緩衝層２は、上記したように、III 族元素
として硼素Ｂを、またＶ族元素としてリンＰを含む立方
晶のIII −Ｖ族化合物半導体結晶（以下、「ＢＰ系III
−Ｖ族化合物半導体結晶」という）２１と、硼素元素を
多数含む硼素多原子ＢＰ結晶２２とから構成する。ＢＰ
系III −Ｖ族化合物半導体結晶２１は、ＢＰだけでな
く、例えば、III 族構成元素としてガリウムＧａやイン
ジウムＩｎを構成元素として含む多元混晶で構成するこ
とができる。ただし、特性の安定した緩衝層２を簡便に
得る上では、母体材料はできるだけ簡便な構成からなる
のが望ましく、ＢとＰを含む多元混晶から緩衝層２を構
成する場合でも、５元混晶よりも４元混晶、４元混晶よ
りも３元混晶から構成するのが望ましい。

【００３３】主体晶を３元混晶とする場合、リン化硼素
・ガリウム混晶（Ｂ_XＧａ_1-XＰ：０≦Ｘ≦０．０４）
と、リン化硼素・インジウム混晶（Ｂ_YＩｎ_1-YＰ：０≦
Ｙ≦０．６６）とは、特に、緩衝層２を構成するのに適
している。何故ならば、硼素組成比Ｘを０．０２とする
閃亜鉛鉱型のＢ_0.02Ｇａ_0.98Ｐ混晶、及び硼素組成比Ｙ
を０．３３とするＢ_0.33Ｉｎ_0.67Ｐ混晶は、いずれも基
板として用いるＳｉの格子定数５．４３１Åと同じ格子
定数を持ち、その近傍の硼素組成比の各混晶もＳｉにほ
ぼ格子整合をなすからである。

【００３４】一方、硼素多原子ＢＰ結晶２２を一般式Ｂ
ｉＰｊ（ｉ≠０、ｊ≧１）で表記するとすれば、ｉを７
から１０とする多原子結晶の存在が知られている（庄野
克房著、「半導体技術（上）」（１９９２年６月２５日
９刷、（財）東京大学出版会発行）、７６頁参照）。加
えて代表的なＢｉＰｊ結晶には、ｉ＝１３、ｊ＝２の化
学式Ｂ₁₃Ｐ₂ で表記される結晶がある（Ｖ．Ｉ．ＭＡ
ＴＫＯＶＩＣＨ、Ａｃｔａ．Ｃｒｙｓｔ．、１４（１９
６１）、９３頁、及びＪ．Ａｍｅｒ．Ｃｅｒａｍｉｃ
Ｓｏｃｉｅｔｙ、４７（１９６４）、４４〜４６頁参
照）。

【００３５】本発明では、立方晶のＢＰ系III −Ｖ族化
合物半導体結晶２１と、硼素多原子ＢＰ結晶２２とに
は、量的な規定を加え、ＢＰ系III −Ｖ族化合物半導体
結晶２１を、硼素多原子ＢＰ結晶２２よりも量的に多く
する。すなわち、ＢＰ系III −Ｖ族化合物半導体結晶２
１を主体晶とし、硼素多原子ＢＰ結晶２２を従属晶とし
て、緩衝層２を構成する。

【００３６】このように、多原子ＢＰ結晶を従属晶とし
その量を少なく規制するのは、従来技術の項でも述べた
ように、多原子ＢＰ結晶が六方晶系であり（Ａｍｅ
ｒ．Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ、４７（１９６
４）、４４〜４６頁、及びＡｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃ
ｉｅｔｙ ｏｆ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
ｃａｒｄ １３−２０５参照）、この六方晶系で緩衝層
を形成すると、発光部も六方晶系となり、基板に立方晶
のＳｉ基板を用いて発光部を立方晶としようとする本発
明の目的を達成できなくなるからである。

【００３７】具体的には、従属晶の硼素多原子ＢＰ結晶
２２の量を、緩衝層２全体の約３０％未満となるように
し、１０％以下とするのが特に好ましい。従属晶をこの
程度に少量とすれば、上層の結晶系に影響を及ぼすには
至らない。また、従属晶である硼素多原子ＢＰ結晶２２
は必ずしも緩衝層２を構成する必須の構成要素でなくと
も差し支えはない。そして、硼素多原子ＢＰ結晶２２に
おいて、分子を構成する硼素原子の数が増すと、自ずと
その分子が占有する体積が巨大となり、緩衝層２内の歪
みが増してしまうため、特に６以上の硼素原子を含む、
すなわち構造式ＢｉＰｊにおいて、ｉ≧６とする硼素多
原子ＢＰ結晶をその量を規制する対象とする。一分子を
構成するリン原子の数ｊは通常は１または２であり、こ
れに該当する硼素多原子ＢＰ結晶の構造式には、例え
ば、Ｂ₆ＰやＢ₁₂Ｐ₂、Ｂ₁₃Ｐ₂ などがある。

【００３８】硼素多原子ＢＰ結晶として代表的なＢ₁₃Ｐ
₂ は、ＢＰより次の反応式（１）に従って生成すること
が知られている。 ５２ＢＰ → ４Ｂ₁₃Ｐ₂ ＋ １１Ｐ₄ ・・・・・（１） この反応式（１）で表される、ＢＰの熱分解に因るＢ₁₃
Ｐ₂ の生成は、高温である程活発に進行する（日本産業
技術振興協会 新材料技術委員会編、「化合物半導体デ
バイス」（１９７３年９月１５日、（株）工業調査会発
行）、２４８頁参照）。したがって、化学式Ｂ₁₃Ｐ₂ で
代表される硼素多原子ＢＰ結晶２２の含有量を少量に抑
制し、ＢＰ系III −Ｖ族化合物半導体結晶２１の量を多
くするには、緩衝層２の成膜温度を低温とするのが妥当
である。例えば、三塩化リン（ＰＣｌ₃ ）と三塩化硼素
（ＢＣｌ₃ ）とを原料とするハライド気相エピタキシャ
ル（ＶＰＥ）法でＢＰを主体晶とする緩衝層２を形成す
るに際し、成膜温度を約３００℃から約５００℃の範囲
に設定すれば、従属晶２２の含有量に関する本発明の規
定を満足した緩衝層２を形成することができる。上記の
ＶＰＥ法で、Ｓｉ単結晶基板１の（００１）結晶面上に
堆積する場合、特に望ましい温度は大凡、３００℃から
４００℃である。ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）及びホスフィン
（ＰＨ₃ ）を原料とする有機金属熱分解気相エピタキシ
ャル（ＭＯＶＰＥ）法によるＢＰを主体晶とする緩衝層
２の成膜では、望ましい温度は概して、約２５０℃から
約６００℃である。次に、このように比較的低温で緩衝
層２を形成した場合の緩衝層２の組織構成について、図
２を用いて説明する。

【００３９】図２は緩衝層の組織構成を模式的に示す図
である。上記のように、ＢＰ系III−Ｖ族化合物半導体
結晶２１が主体晶となるように、比較的低温で成膜した
緩衝層２は、その内部の結晶構造を観察すると、図２に
示すように、Ｓｉ単結晶基板１と緩衝層２との接合界面
４側に単結晶体２ｍが、またその単結晶体２ｍ上に非晶
質体２ｎがそれぞれ配置された構成となっている。この
単結晶体２ｍは、接合界面４から数格子の厚さに相当す
る領域で、プシュードモーヒズム（ｐｓｅｕｄｏｍｏｒ
ｐｈｉｓｍ）現象を反映して（橋口隆吉他編著、「薄膜
・表面現象」（材料科学講座６、（株）朝倉書店発
行）、１１〜１２頁参照）、基板１側のＳｉの格子定数
を受け継いでなる単結晶層となっており、Ｓｉ単結晶基
板１との間での格子不整合性をほぼ吸収して上層との連
続性をもたらす役割を果たしている。一方、非晶質体２
ｎは、微結晶体を含む非晶質体、または、混在物が殆ど
無い略均質な非晶質体となって、後述するように、発光
部３側との格子の不整合性を充分に且つ均等に緩和する
作用を発揮している。

【００４０】緩衝層２の成長に適する温度範囲は、次の
基準をもって決定できる。先ず、最低温度は、Ｓｉ単結
晶基板１との接合界面４に僅かながらも単結晶のＢＰ系
III−Ｖ族化合物半導体結晶２１の存在が認められ、そ
の上部領域が非晶質を主体としてなる構成が出現するし
始める温度である。その温度未満では、この様な構成が
安定して獲得できず、殆どが非晶質体２ｎで構成される
ものとなる。さらに低温では、非晶質体と云うよりもＢ
或いはＰ源の熱分解性の不均衡さにより、未分解の原料
からなる液滴が散在してＳｉ単結晶基板１表面に付着し
たのみの状況となる。上層を連続膜とする役割を担う緩
衝層にあって、この状況は当然のことながら不都合であ
る。

【００４１】逆に、高い成長温度では、島状の単結晶粒
が、Ｓｉ単結晶基板１表面に対して鉛直（鉛直）方向に
勢いよく成長する。この成長様式に基づき発達した角錐
状の結晶体は、各々が単結晶体であるが、角錐状の結晶
体の配向は画一となっていない。したがって、これらの
角錐状単結晶体がやがて合体してできる膜は多結晶膜と
なる場合が多い。また、膜の表面は、角錐状単結晶体の
錐部から構成されることとなり、鋭利な凹凸状の表面と
なる。或いは、膜の表面に鋭利な針状の結晶（ウィスカ
ー結晶）が乱雑に発生する場合もある。このような、配
向性が乱雑で、表面が高低差の大きな突起状となる緩衝
層上には、配向の画一性に欠ける上層が堆積され、緩衝
層としては適していない。したがって、緩衝層２の成長
温度の上限は、このような角錐上単結晶体の成長が優勢
的に開始される温度として決定される。

【００４２】本発明に係る緩衝層２を得るに適する温度
は、上記の理由からその上限及び下限が決定される。ま
た、その温度は、Ｓｉ単結晶基板１の面方位に依存して
も変化するし、エピタキシャル成長手段はもとより、成
長反応を実施する成長容器の構成に依っても変化を来
す。さらに、リン（Ｐ）源の熱分解性によっても微妙に
変動を来す。これらの状況を鑑みて、総じて好ましい温
度は、２５０℃以上で６００℃以下の範囲にある。

【００４３】図３は非晶質体が有する結晶欠陥抑制作用
を説明するための図である。Ｓｉ単結晶基板１に、ＢＰ
系III −Ｖ族化合物半導体結晶２１を主体晶とする緩衝
層２を形成すると、その緩衝層２の組織構成は、上記し
たように、単結晶体２ｍと非晶質体２ｂとから構成され
ている。そして、図３に示すように、Ｓｉ単結晶基板１
と緩衝層２との接合界面４からは、その両者間の格子不
整合性に起因してミスフィット転位等の結晶欠陥２ｔが
発生することがある。しかし、この実施形態では、緩衝
層２を低温で成長させ、単結晶体２ｍの上部領域に非晶
質体２ｎを形成させるため、結晶欠陥２ｔは、この非晶
質体２ｎによってその成長が抑制され、非晶質体２ｎの
領域にまで伝搬してくる結晶欠陥２ｔは極少量となる。

【００４４】よって、良好な結晶品質を備えた均質な非
晶質体２ｎをもって、この領域を構成することができ、
この均質な非晶質体２ｎは、格子の不整合性を充分に且
つ均等に緩和する作用を発揮することができる。この均
質な非晶質体２ｎが有する格子の不整合性を緩和する作
用により、非晶質体２ｎ上には、緩衝層２とは格子整合
の関係にはないIII 族窒化物半導体であっても平滑で連
続性を有する結晶層を積層することができる。例えば、
Ｂ_0.33Ｉｎ_0.67Ｐ（格子定数＝５．４３Å）からなる緩
衝層上には、発光部の下部クラッド層として窒化ガリウ
ム結晶層を積層させてもよい。立方晶の窒化ガリウム
（ＧａＮ）の格子定数は４．５１Åであって、Ｂ_0.33Ｉ
ｎ_0.67Ｐ緩衝層とは、格子整合の関係にはないが、この
場合でも、連続性のある平滑な結晶層をもたらすことが
できる。また、その良好な結晶品質と均質性のゆえに緩
衝層２上に、画一化された結晶配向性を有するIII 族窒
化物半導体を積層させることができる。

【００４５】そして、ＢＰ系III −Ｖ族化合物半導体結
晶２１を、上記した３元混晶のうち、Ｂ_0.02Ｇａ_0.98Ｐ
３元混晶或いはＢ_0.33Ｉｎ_0.67Ｐ３元混晶から構成した
場合は、Ｓｉ単結晶基板１との接合界面４近傍の領域を
Ｓｉに完全に格子整合する単結晶体から構成することが
でき、さらにこのような単結晶体領域の存在は、その上
方の領域を均質な非晶質体とするに充分な効果を発揮す
る。非晶質体の下方に在る領域が格子整合系から成って
いるために、その上方の非晶質体は、結晶欠陥密度の低
いより一層均質なものとなり、したがって、緩衝層上に
連続性のある平滑な成長層の成膜をより一層確実なもの
とすることができる。

【００４６】図４は本発明に係る緩衝層上に積層したＢ
Ｐ薄膜層のＸ線回折スペクトルを示す図である。Ｓｉ単
結晶基板１の（００１）結晶面上にＢＰを主体晶とする
緩衝層２を形成し、その緩衝層２の表面上に、ＢＰ薄膜
を１０３０℃で成膜し、そのＢＰ薄膜のＸ線回折スペク
トラルを観察した。なお、このＢＰを主体晶とする緩衝
層は、ＰＣｌ₃をリン源とし、ＢＣｌ₃を硼素源とするハ
ライドＶＰＥ法を用いて、３５０℃で成膜した。このと
きのＢＰ膜のＸ線回折スペクトルには、図４に示すよう
に、Ｓｉ単結晶基板１の（００４）結晶面からの回折ピ
ーク（１１１）が出現し、また、当該ＢＰ膜の（２０
０）結晶面からの回折ピーク（１１６）及び（２２０）
結晶面からの回折ピーク（１１７））が認められる。一
方、Ｂ₁₃Ｐ ₂ からの回折ピーク（図１４参照）は消失し
ている。

【００４７】すなわち、この緩衝層２は、立方晶である
ＢＰを主体晶としているため、その上に積層させたＢＰ
薄膜も同じく立方晶からなるＢＰ薄膜となる。このこと
は、主体晶であるＢＰ系III −Ｖ族化合物半導体結晶が
立方晶である緩衝層２は、その緩衝層上に積層させるII
I 族窒化物半導体結晶層をも立方晶系とするのに多大な
効果を奏するものであることを示している。

【００４８】また、図４のＸ線回折の結果からは、緩衝
層２の上部領域が非晶質層となっているため、ＢＰ薄膜
の結晶配向性が画一化されていることも充分に推し量る
ことができ、このことは、上記したように、本発明に係
る緩衝層２上には、結晶配向性が画一化されたIII 族窒
化物半導体結晶を積層させることができることを示して
いる。

【００４９】なお、上記の図４及び図１４の例からは、
緩衝層２が、ＢＰ等のＢＰ系III −Ｖ族化合物半導体結
晶と、Ｂ₁₃Ｐ₂ で代表される硼素多原子リン化硼素結晶
との何れが主体晶として形成されているか、またその主
体晶と従属晶との量的関係はどのようになっているか等
は、その上に積層させた薄膜のＸ線回折分析の結果から
明白となることも分かる。

【００５０】図５及び図６はこの発明の第２の実施形態
を示す図である。この実施形態では、緩衝層を重層構成
とした点が上記第１の実施形態と相違している。この重
層構成は、格子定数を互いに異にする結晶層を重層させ
て歪超格子構造としたものである。

【００５１】すなわち、図５に示すIII 族窒化物半導体
発光素子１０ａにおける緩衝層２ａは、格子定数が互い
に異なるＢ_XＧａ_1-XＰ混晶を重層させたものであり、基
板側のＳｉの格子定数ｄ（＝４．５３１Å）を中心とし
て、その格子定数ｄよりΔａÅ大きな格子定数を持つＢ
_X1Ｇａ_1-X1Ｐ混晶層（格子定数（Å）＝ｄ＋Δａ）を第
１層２０ａとし、格子定数ｄよりΔａÅ小さな格子定数
を持つＢ_X2Ｇａ_1-X2Ｐ混晶層（格子定数（Å）＝ｄ−Δ
ａ）を第２層２１ａとし、この第１層２０ａと第２層２
１ａとを交互に重層して構成している。具体例として
は、Ｓｉに格子整合するＢ_XＧａ_1-XＰ混晶の硼素組成比
Ｘが０．０２であることから、この硼素組成比Ｘ＝０．
０２を中心として、＋０．０２及び−０．０２とするＢ
_0.04Ｇａ_{0. 96}Ｐ混晶及びＧａＰを組み合わせた重層構成
である。また、硼素組成比Ｘ＝０．０２を中心として、
＋０．０１及び−０．０１とするＢ_0.03Ｇａ_0.97Ｐ混晶
及びＢ_0.01Ｇａ_0.99Ｐ混晶を組み合わせた重層構成であ
る。このように、重層構成とする場合は、硼素組成比
は、基準となる値（中心値）に対して等量をもって増減
させるのが好ましく、それは、Ｖｅｇａｒｄ則が教示す
る如く、Ｓｉの格子定数を基準として、大小方向への格
子定数の変位量を等量とすることで、格子の不整合性を
充分に緩和させる作用を発揮するためである。

【００５２】そして、Ｂ_XＧａ_1-XＰ混晶の場合、大小両
方向に変位させられる最大の量は、硼素組成比Ｘ≧０の
条件を考え合わせると、Ｓｉに一致する格子定数を与え
る硼素組成比である０．０２を基準として±０．０２で
ある。したがって、Ｂ_XＧａ_{1 -X}Ｐ混晶において、硼素組
成比Ｘが取り得る範囲は、０≦Ｘ≦０．０４である。ま
た、上記の第１層２０ａと第２層２１ａとの積層順番及
びその層数については任意に設定することができる。た
だし、Ｘ＝０の場合のＧａＰをＳｉ単結晶基板１に直接
積層させることは回避する。それは、Ｓｉ単結晶基板１
上に、ＧａＰの平坦で連続した良好な膜を成長させるの
は困難で、これに対し、ＢＰ系はＳｉ単結晶基板１とは
相性がよく良好な膜として成長できるからである。

【００５３】図６に示すIII 族窒化物半導体発光素子１
０ｂにおける緩衝層２ｂは、格子定数が互いに異なるＢ
_YＩｎ_1-YＰ混晶を重層させたものであり、上記図５の場
合と同様に、基板側のＳｉの格子定数ｄ（＝４．５３１
Å）を中心として、その格子定数ｄよりΔｂÅ大きな格
子定数を持つＢ_Y1Ｉｎ_1-Y1Ｐ混晶層を第１層２０ｂと
し、格子定数ｄよりΔｂÅ小さな格子定数を持つＢ_Y2Ｉ
ｎ_1-Y2Ｐ混晶層を第２層２１ｂとし、この第１層２０ｂ
と第２層２１ｂとを交互に重層して構成している。そし
て、Ｓｉに格子整合するＢ_YＩｎ_1-YＰ混晶の硼素組成比
Ｙが０．３３であることから、この硼素組成比Ｙ＝０．
３３を中心としてＹを大小双方向に等量に変位させて構
成する。

【００５４】このＢ_YＩｎ_1-YＰ混晶の場合、大小両方向
に変位させられる最大の量は、硼素組成比Ｙ≧０の条件
を考え合わせると、Ｓｉに一致する格子定数を与える硼
素組成比である０．３３を基準として±０．３３であ
る。したがって、Ｂ_YＩｎ_1-YＰ混晶において、硼素組成
比Ｙが取り得る範囲は、０≦Ｙ≦０．６６である。ま
た、上記図５の場合と同様に、第１層２０ｂと第２層２
１ｂとの積層順番及びその層数については任意に設定す
ることができる。

【００５５】図７はこの発明の第３の実施形態を示す図
である。この実施形態では、緩衝層２と発光部３との間
に介在層９を設けた点が、上記第１の実施形態と相違し
ている。この介在層９は、緩衝層２と発光部３の下部ク
ラッド層との格子整合をより確実なものとするためのも
のであり、緩衝層２が６００℃以下の比較的低温で形成
されるのに対し、それよりも高温の例えば９００℃前後
で形成される。介在層９を構成するのに適する材料に
は、取り得る格子定数の範囲が３．６２Å以上で４．５
４Å以下である窒化リン化硼素（ＢＰ_1-ZＮ_Z：０≦Ｚ≦
１）混晶がある。窒素組成比Ｚ如何に依って、下部クラ
ッド層を構成するに好適な窒化アルミニウム・ガリウム
混晶（Ａｌ_AＧａ_BＮ：０≦Ａ、Ｂ≦１、Ａ＋Ｂ＝１）に
格子整合する結晶層を供給できるからである。例えば、
窒素組成比を０．０３とするＢＰ_{0. 97}Ｎ_0.03混晶は、立
方晶のＧａＮ（格子定数＝４．５１Å）に格子整合し、
窒素組成比を０．１７とするＢＰ_0.83Ｎ_0.17混晶は、立
方晶のＡｌＮ（格子定数＝４．３８Å）に格子整合す
る。

【００５６】また、下部クラッド層との格子整合性か
ら、リン化硼素（ＢＰ）やリン化硼素・ガリウム（ＢＧ
ａＰ）も介在層９を構成するのに適した材料である。

【００５７】さらに、窒化砒化硼素（ＢＡｓ_1-WＮ_W：０
≦Ｗ≦１）混晶も、介在層９を構成するのに適した材料
である。砒化硼素（ＢＡｓ：格子定数＝４．７８Å）と
窒化硼素（ＢＮ：格子定数＝３．６２Å）とからなる３
元混晶であるＢＡｓ_1-WＮ_Wから介在層９を形成すること
により、この介在層９の取り得る格子定数の範囲は３．
６２Å以上で４．７８Å以下となり、上記の窒化リン化
硼素ＢＰ_1-ZＮ_Zでは格子整合とはならなかったIII 族窒
化物半導体結晶とも格子整合させることができ、格子整
合を果たせるIII 族窒化物半導体結晶の種類を増すこと
ができる。例えば、砒素組成比を０．８１とするＢＡｓ
_0.81Ｎ_0.19は、上記のＢＰ_1-ZＮ_Z混晶では達成できな
い、例えば、インジウム組成比を１０％とするＧａ_0.90
Ｉｎ_0.10Ｎ（格子定数＝４．５６Å）と格子整合を果た
すことができる。

【００５８】介在層９は、上記のように単一の組成で形
成してもよいし、また、組成に勾配を付け、緩衝層２と
の接合界面側では緩衝層２に格子整合する組成とし、下
部クラッド層との接合界面側では下部クラッド層に格子
整合する組成とするように形成してもよい。

【００５９】上記の各実施形態では、導電性のＳｉ単結
晶基板１上に、導電性結晶層からなる発光部３を設ける
都合上、緩衝層２にも導電性を付すのが好ましい。緩衝
層２に伝導性を付帯するには、その成膜時に不純物をド
ーピング（ｄｏｐｉｎｇ）すればよい。元素周期律表の
第IV族に属するＳｉや錫Ｓｎ、第VI族のセレンＳｅや硫
黄Ｓなどのｎ形不純物のドーピングによりｎ形の緩衝層
２を形成でき、第II族の亜鉛Ｚｎ、ベリリウムＢｅやマ
グネシウムＭｇ、第IV族の炭素Ｃなどのｐ形不純物のド
ーピングによりｐ形の緩衝層２をもたらすことができ
る。

【００６０】緩衝層２の厚さは数μｍ未満で、特に５０
０Å以下とするのが望ましい。Ｓｉ単結晶基板１との接
合界面４の領域において、最低限、数原子層程度の厚さ
があれば緩衝層としての機能は充分に発揮することがで
きる。

【００６１】また、上記の各実施形態では、Ｓｉ単結晶
基板１の緩衝層２側とは反対側の一表面上には、オーミ
ック性電極を敷設する。ｐ形のＳｉ単結晶にはｐ形オー
ミック電極を、またｎ形のＳｉ単結晶にはｎ形オーミッ
ク電極をそれぞれ設ける。これらの電極は、アルミニウ
ムなどの周知のオーミック性電極材料から構成する。こ
のように、基板１に導電性のＳｉ結晶を利用している利
点を生かして、Ｓｉ単結晶基板１に正・負何れかのオー
ミック電極を配置し、ＬＥＤやＬＤ等の発光素子を形成
できる。従来の、絶縁性のサファイアを基板とする積層
構造体のように、同一表面側に２つのオーミック電極を
敷設する必要がなく、このため、ｐ形及びｎ形両電極を
形成するために発光面積（ｐｎ接合面積）を徒に削除す
る必要もなくなる。したがって、発光面積の削減を回避
でき、同一のチップサイズにおいて発光面積をより大と
する発光素子をもたらすことができる。

【００６２】また、［０１１］結晶方向に明瞭な劈開性
を有するダイヤモンド結晶型のＳｉを基板１として用い
ているので、このＳｉ単結晶基板１上に形成した上記積
層構造体からＬＤを構成する場合には、その劈開性によ
って｛０１１｝面からなる光共振面を容易に形成するこ
とができる。

【００６３】以上述べたように、この発明に係る実施形
態では、Ｓｉ単結晶基板１上の緩衝層２を、ＢＰ系III
−Ｖ族化合物半導体結晶２１が主体晶で、硼素元素とリ
ン元素との構成割合を６対１以上とする硼素多原子リン
化硼素結晶（Ｂ_xＰ_Y：Ｘ≧６、０＜Ｙ≦２）２２が従属
晶となるように形成し、この緩衝層２上にIII 族窒化物
半導体からなる発光部３を積層した。緩衝層２は、立方
晶のＢＰ系III −Ｖ族化合物半導体結晶２１を主体晶と
しているので、その上層の発光部３も立方晶として形成
することができ、したがって、III 族窒化物半導体発光
素子において、基板１に導電性で立方晶のＳｉ単結晶を
用いたことにより発揮される諸効果、すなわち、発光面
積をより広く確保できる、ＬＤにおける光共振面を容易
に形成できる、さらにはｐｎ接合型の発光部３を構成す
る低抵抗のｐ形伝導層を容易に形成できる、といった諸
効果を充分に表すことができる。

【００６４】また、この緩衝層２はその組織構成の観点
から見て、Ｓｉ単結晶基板１との接合界面４側で単結晶
体２ｍ、その上層側で非晶質体２ｎとなるようにしたの
で、接合界面４側での単結晶体２ｍは、Ｓｉ単結晶基板
１との間での格子不整合性をほぼ吸収して上層との連続
性をもたらすとともに、非晶質体２ｎはその均質性のゆ
えに、発光部３側との格子の不整合性を充分に且つ均等
に緩和する作用を発揮し、緩衝層２とは格子整合の関係
にはないIII 族窒化物半導体であっても平滑で連続性を
有する結晶層を積層することができる。また、非晶質体
２ｎの良好な結晶品質と均質性のゆえに、緩衝層２上
に、画一化された結晶配向性を有するIII族窒化物半導
体を積層させることができる。

【００６５】さらに、従属晶の硼素多原子リン化硼素結
晶２２が緩衝層２全体の１０％以下となるようにしたの
で、六方晶系結晶の影響は発光部３にはほとんど及ば
ず、発光部３をより一層良好に立方晶として構成するこ
とができる。

【００６６】また、主体晶のＢＰ系III −Ｖ族化合物半
導体結晶２１をリン化硼素・ガリウム混晶、あるいはリ
ン化硼素・インジウム混晶で形成するようにしたので、
基板１のＳｉとの完全な格子整合を実現させることがで
き、したがって、この緩衝層２上に積層させる成長層を
より一層平滑で連続なものとなすことができる。

【００６７】また、緩衝層２を、異なる組成の主体晶を
重層させて形成したので、歪超格子の作用でＳｉ単結晶
基板１との格子整合を実現でき、単層の場合と同様に、
緩衝層としての役割を果たさせることができる。

【００６８】さらに、緩衝層２と発光部３との間に介在
層９を設けるようにしたので、発光部３側との格子整合
性をより一層完全なものとすることができ、発光部３の
結晶構造を結晶欠陥のないより完全なものとするのに寄
与することができる。

【００６９】次に、本発明のIII 族窒化物半導体発光素
子について、より具体的な実施例を以て説明する。

【００７０】

【実施例】（第１実施例）図８は本発明の第１実施例に
係るＬＥＤの断面構造を示す図である。本実施例では、
硼素（Ｂ）をドーピングしたｐ形の（００１）−Ｓｉ単
結晶基板１０１上に、リン化硼素・ガリウム混晶から成
る緩衝層１０２を備えた積層構造体を形成し、その積層
構造体から短波長可視光を出力するIII 族窒化物半導体
発光素子（ＬＥＤ）１００を構成した。

【００７１】緩衝層１０２は、亜鉛（Ｚｎ）をドーピン
グしたｐ形ＢＧａＰ混晶層とした。同混晶層は、Ｓｉに
一致する格子定数（５．４３１Å）を与える硼素組成比
を０．０２とするＢ_0.02Ｇａ_0.98Ｐ混晶から構成した。
層厚を１５０ÅとするＢＧａＰ緩衝層１０２は、ジボラ
ン（Ｂ₂Ｈ₆）／トリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）
／ホスフィン（ＰＨ₃ ）／水素成長反応系を利用した減
圧ＭＯＣＶＤ法で成長させた。Ｓｉ単結晶基板１０１と
の接合界面近傍の領域を主に単結晶で構成するために、
３８０℃の低温で成膜した。Ｚｎのドーピング源には、
ジエチル亜鉛（（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎ）（１００体積ｐｐ
ｍ）−水素（Ｈ₂）を使用した。

【００７２】Ｓｉ単結晶基板１０１とＢ_0.02Ｇａ_0.98Ｐ
緩衝層１０２との接合界面１０４から約３０Åの領域は
主に単結晶からなる単結晶体領域１０２ｍとした。その
上方の約１２０Åに亘る領域は非晶質体から主に構成さ
れる非晶質体領域１０２ｎとした。

【００７３】Ｂ_0.02Ｇａ_0.98Ｐ緩衝層１０２上には、Ｍ
ｇドープｐ形Ａｌ_0.10Ｇａ_0.90Ｎ混晶層（層厚＝０．７
５μｍ、キャリア濃度＝２．０×１０¹⁷ｃｍ^-3）からな
る下部クラッド層１０３ａ、Ｓｉドープｎ形Ｇａ_0.90Ｉ
ｎ_0.10Ｎ（層厚＝０．１０μｍ、キャリア濃度＝１．５
×１０¹⁸ｃｍ^-3）からなる発光層１０３ｂ、及びｎ形Ｇ
ａＮ（層厚＝３．０μｍ、キャリア濃度＝３．５×１０
¹⁸ｃｍ^-3）からなる上部クラッド層１０３ｃを順次積層
して、ｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部１０３を重層した。
上部クラッド層１０３ｃ上のコンタクト層１０６は、Ｍ
ｇドープｐ形ＧａＮ層から構成した。

【００７４】当該ＬＥＤ１００を構成した後に緩衝層１
０２の組成をＸ線回折法で解析した結果、緩衝層１０２
を構成するＢ_0.02Ｇａ_0.98Ｐ混晶層からは、Ｂ₁₃Ｐ₂ に
代表される硼素多原子リン化硼素結晶の量は、Ｘ線回折
ピークを発生させない程、微量（１％未満）であるのが
確認された。

【００７５】また、基板１０１のＳｉと格子整合をなす
材料から緩衝層１０２を構成しているため、その上層
は、何れも特に連続性に優れ、且つ立方晶の結晶形態を
呈するものとなった。断面ＴＥＭ法に依る結晶欠陥の観
察では、緩衝層１０２は、上部の発光部１０３に伝搬す
るミスフィット転位等の密度を小さく抑制するのに効果
を奏するのが認められた。Ｓｉ単結晶基板１０１と緩衝
層１０２との接合界面１０４近傍の領域から、発光部１
０３を構成する下部クラッド層１０３ａへと貫通する転
位の密度は、従来のサファイア基板／III 族窒化物半導
体緩衝層における積層系に比較して、桁違いの１０⁴ｃ
ｍ^-2から１０⁵ｃｍ^-2と顕著に削減されたものとなっ
た。

【００７６】ｐ形導電性のＳｉ基板１０１の裏面に正の
オーミック電極１０７を、またコンタクト層１０６の表
面に直径を約１１０μｍとする負のオーミック電極１０
８を設けてＬＥＤ１００を構成した。このＬＥＤ１００
に順方向に動作電流を流通させ青色発光を得た。順方向
電流を２０ｍＡとした際の発光波長は約４３０ｎｍで、
発光スペクトルの半値幅約１４ｎｍであった。一般の積
分球を利用して測光されるチップ状態での発光強度は１
６マイクロワット（μＷ）となった。順方向電圧（Ｖ
ｆ）は、約２．７Ｖであり、逆方向電圧（Ｖｒ）は、１
５Ｖ以上と優れたものとなり、良好なｐｎ接合特性が顕
現されているのが認められた。

【００７７】（第２実施例）図９は本発明の第２実施例
に係るＬＥＤの断面構造を示す図である。本実施例で
は、緩衝層２０２の構成材料を、第１実施例に記載のＢ
_0.02Ｇａ_0.98Ｐ混晶からＢ_0.33Ｉｎ_0.67Ｐ混晶に変更し
て、ＬＥＤ２００を構成した。

【００７８】緩衝層２０２は、亜鉛（Ｚｎ）をドーピン
グしたｐ形Ｂ_0.33Ｉｎ_0.67Ｐ混晶層から構成した。層厚
を１５０ÅとするＢＩｎＰ緩衝層１０２は、ジボラン
（Ｂ₂Ｈ₆）／ホスフィン（ＰＨ₃）／水素成長反応系を
利用した一般的な常圧ＭＯＣＶＤ法により４５０℃で成
膜した。Ｚｎのドーピング源には、ジエチル亜鉛（（Ｃ
₂Ｈ₅）₂Ｚｎ）（１００体積ｐｐｍ）−水素（Ｈ₂）を使
用した。

【００７９】Ｓｉ基板２０１とＢ_0.33Ｉｎ_0.67Ｐ緩衝層
２０２との接合界面２０４から約３０Åの領域は主に単
結晶からなる単結晶体領域２０２ｍとした。その上方の
約１２０Åに亘る領域は非晶質体から主に構成される非
晶質体領域２０２ｎとした。ＬＥＤ２００を構成した後
において、緩衝層２０２を構成するＢ_0.33Ｉｎ_0.67Ｐ混
晶層からは、Ｂ₆ＰやＢ₁₃Ｐ₂に帰属できるＸ線回折ピー
クは認められなかった。

【００８０】Ｂ_0.33Ｉｎ_0.67Ｐ緩衝層２０２上には、第
１実施例に記載のｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部２０３と
コンタクト層２０６とを重層させて形成した。基板２０
１を構成するＳｉに格子整合する素材から緩衝層２０２
を構成しているため、その上層は、何れも特に連続性に
優れ、且つ立方晶の結晶形態を呈するものとなった。

【００８１】ｐ形導電性のＳｉ基板２０１の裏面に正の
オーミック電極２０７を、コンタクト層２０６の表面に
直径を約１１０μｍとする負のオーミック電極２０８を
設けてＬＥＤ２００を構成した。このＬＥＤ２００に２
０ｍＡの順方向電流を通流させて、発光波長を約４５０
ｎｍとする青色発光を得た。発光スペクトルの半値幅は
約１３ｎｍであった。順方向電圧は約２．７Ｖ（ａｔ２
０ｍＡ）で、逆方向電圧は優に１５Ｖ（ａｔ１０μＡ）
を越え、ｐｎ接合特性（整流性）にも優れるＬＥＤが提
供された。

【００８２】（第３実施例）図１０は本発明の第３実施
例に係るＬＥＤの断面構造を示す図である。本実施例で
は、アンチモン（Ｓｂ）をドーピングしたｎ形の（００
１）−Ｓｉ単結晶基板３０１上に、歪超格子構造からな
る緩衝層３０２を備えた積層構造体を形成し、その積層
構造体からＬＥＤ３００を構成した。

【００８３】この実施例では、緩衝層３０２を、ＢＣｌ
₃／ＰＣｌ₃／Ｈ₂ 系ハロゲンＶＰＥ法により、４００℃
で成膜したＢ_0.04Ｇａ_0.96Ｐ混晶及びリン化ガリウム
（ＧａＰ）の歪超格子型重層構造とした。すなわち、Ｓ
ｂドープＳｉ単結晶基板３０１表面上には、先ず、アン
ドープｎ形Ｂ_0.04Ｇａ_0.96Ｐ混晶層３２０を堆積して緩
衝層３０２の最下層とした。アンドープｎ形Ｂ_0.04Ｇａ
_0.96Ｐ混晶層３２０上には、層厚を約５０ÅとするＳｉ
ドープｎ形ＧａＰ層３２１を堆積してある。このＢ_0.04
Ｇａ_0.96Ｐ混晶層３２０／ＧａＰ層３２１の重層構造を
２回反復して積み重ねた後に、更にＢ_0.04Ｇａ_0.96Ｐ混
晶層３２０を積層させ、その全体を緩衝層３０２とし
た。

【００８４】緩衝層３０２の最下層のＢ_0.04Ｇａ_0.96Ｐ
混晶層３２０は、当該ＬＥＤ３００の構成後における電
子線回折法による解析を基に、Ｂ₁₃Ｐ₂ に代表される硼
素多原子リン化硼素結晶の含有量を約１／３０未満とす
るとともに、その大部分が立方晶のＢＧａＰ結晶から構
成されていることが分かった。また、Ｓｉ単結晶基板３
０１との接合界面３０４近傍の領域は、面心立方格子型
のＢＰ単結晶体から構成されていた。

【００８５】歪超格子構造からなる緩衝層３０２上の発
光部３０３は、下部クラツド層３０３ａとしてＳｉドー
プｎ形ＧａＮ層（層厚＝３．２μｍ、キャリア濃度＝
３．０×１０¹⁸ｃｍ^-3）、発光層３０３ｂとしての亜鉛
（Ｚｎ）とＳｉとをドーピングしたｎ形Ｇａ_0.90Ｉｎ
_0.10Ｎ層（層厚＝０．０８μｍ、キャリア濃度＝２．０
×１０¹⁸ｃｍ^-3）、及び上部クラッド層３０３ｃとして
のＭｇドープｐ形Ａｌ_0.10Ｇａ_0.90Ｎ層（層厚＝０．０
２μｍ、キャリア濃度＝１．４×１０¹⁷ｃｍ^-3）を順
次、積層して構成した。

【００８６】本発明に係る緩衝層３０２表面上に発光部
３０３を積層したことにより、発光部３０３を構成する
各層３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃは、何れも連続膜か
ら構成することができた。また、緩衝層３０２の最表層
を構成するＳｉドープｎ形Ｂ _0.04Ｇａ_0.96Ｐ混晶層３２
０が六方晶の硼素多原子リン化硼素結晶を全んど含まず
に構成されていることにより、発光部３０３は立方晶の
結晶層から構成されるものとなった。

【００８７】上部クラッド層３０３ｃ上のＭｇドープｐ
形ＧａＮ層（層厚＝０．１２μｍ、キャリア濃度＝１．
５×１０¹⁸ｃｍ^-3）からなるコンタクト層３０６上に
は、金（Ａｕ）とニッケル（Ｎｉ）酸化物との重層構成
からなるｐ形オーミック電極３０７を配置した。また、
ＳｂドープＳｉ単結晶基板３０１の裏面には、基板１の
導電性を活用して、アルミニウム（Ａｌ）・Ｓｂ合金か
らなるｎ形オーミック電極３０８を配置し、動作電流を
上下方向に給電するＬＥＤ３００となした。

【００８８】このＬＥＤ３００に順方向に動作電流を流
通させ青色発光を得た。順方向電流を２０ｍＡとした際
の発光波長は約４５０ｎｍで、発光スペクトルの半値幅
は約１２ｎｍであった。一般の積分球を利用して測光さ
れるチップ状態での発光強度は１８マイクロワツト（μ
Ｗ）となった。順方向電圧（Ｖｆ）は、約２．７Ｖであ
り、逆方向電圧（Ｖｒ）は、１５Ｖ以上と優れたものと
なり、良好なｐｎ接合特性が顕現されているのが認めら
れた。

【００８９】（第４実施例）図１１は本発明の第４実施
例に係るＬＥＤの断面構造を示す図である。本実施例で
は、リン（Ｐ）をドーピングしたｎ形の（１００）−Ｓ
ｉ単結晶基板４０１上に、リン化硼素から成る緩衝層４
０２及び介在層４０９を備えた積層構造体を形成し、そ
の積層構造体からＬＥＤ４００を構成した。

【００９０】緩衝層４０２は、三塩化硼素（ＢＣｌ₃）
／三塩化リン（ＰＣｌ₃）／水素（Ｈ ₂ ）反応系を用い
た一般的なハロゲンＶＰＥ法により３５０℃で成長させ
たものであり、層厚を２００Åとするｎ形リン化硼素
（ＢＰ）層から構成した。ＢＣｌ ₃に対するＰＣ１₃の供
給量の比率（＝ＰＣｌ₃／ＢＣｌ₃比率）は、１００倍に
設定した。緩衝層４０２の成膜時には、ジシラン（５体
積ｐｐｍ）−水素混合ガスを使用してＳｉをドーピング
した。この緩衝層４０２のうち、Ｓｉ単結晶基板４０１
との接合面４０４から約３０Åの領域は、ＢＰからなる
単結晶体領域４０２ｍとし、更にその上方の領域はＢＰ
からなる非晶質体領域４０２ｎとして構成した。単結晶
体領域４０２ｍには、Ｂ₆ＰやＢ₁₃Ｐ₂、或いはＢ_14.7Ｐ
_0.3 などの硼素多原子リン化硼素結晶の存在は、Ｘ線回
折分析法では検知されなかった。

【００９１】緩衝層４０２の表面上には、ハライドＶＰ
Ｅ法により９６０℃でリン化硼素（ＢＰ）層を介在層４
０９として積層した。層厚は０．２μｍとした。また、
その成膜時にジシラン（５体積ｐｐｍ）−水素混合ガス
を使用してＳｉをドービングすることにより、この介在
層４０９をｎ形結晶層とした。下層側の緩衝層４０２に
含まれるＢ₁₃Ｐ₂ に代表される硼素多原子リン化硼素結
晶の量は、１％未満であったため、このＢＰ介在層４０
９は立方晶である上に平滑な連続膜となった。

【００９２】ＢＰ介在層４０９上には、Ｓｉドープｎ形
窒化ガリウム（ＧａＮ）層（層厚＝１．０μｍ、キャリ
ア濃度＝２．２×１０¹⁸ｃｍ^-3）、アンドープｎ形Ｇａ
_0.94Ｉｎ_0.06Ｎ層（層厚＝０．０６μｍ、キャリア濃度
＝１．８×１０¹⁸ｃｍ^-3）、及びＭｇドープｐ形Ａｌ
_0.90Ｇａ_0.10Ｎ層（層厚＝０．１０μ、キャリア濃度＝
１．２×１０¹⁷ｃｍ^-3）の、何れも立方晶を有する結晶
層を順次積層した。ｎ形ＧａＮ結晶層を下部クラッド層
４０３ａとし、ｎ形Ｇａ_0.94Ｉｎ_0.06Ｎ結晶層を発光層
４０３ｂとし、ｐ形Ａ１_0.90Ｇａ_0.10Ｎ結晶層を上部ク
ラッド層４０３ｃとして、立方晶結晶層からなるｐｎ接
合型ＤＨ構造の発光部４０３を構成した。ｐ形クラッド
層４０３ｃ上のコンタクト層４０６は、Ｍｇドープｐ形
ＧａＮ層（層厚＝０．１０μｍ、キャリア濃度＝８．２
×１０¹⁷ｃｍ^-3）から構成した。

【００９３】コンタクト層４０６の表面上に、直径を約
１２０μｍとする金（Ａｕ）からなる正のオーミック電
極４０７を設け、ｎ形導電性のＳｉ単結晶基板４０１の
裏面の略全面に、アルミニウム（Ａｌ）からなる負のオ
ーミック電極４０８を設け、ＬＥＤ４００を構成した。

【００９４】両オーミック電極４０７，４０８間に順方
向に動作電流を通流して、青紫色の発光を得た。順方向
電流を２０ミリアンペア（ｍＡ）に設定した際の、発光
波長は約４３０ナノメータ（ｎｍ）と測光された。発光
スペクトルの半値幅は、単色性に優れた発光をもたらす
に充分な約１２ｎｍとなった。順方向電圧（Ｖｆ）は、
特に２．６ボルトと低値であった。加えて、逆方向電圧
値は、１５Ｖ以上（ａｔ１０マイクロアンペア（μ
Ａ））と良好なｐｎ接合特性が形成されていることを示
す高値となった。

【００９５】（第５実施例）図１２は本発明の第５実施
例に係るＬＥＤの断面構造を示す図である。本実施例で
は、緩衝層５０２及び介在層５０９の構成材料を、第４
実施例に記載のＢＰからリン化硼素・ガリウム混晶（Ｂ
_0.02Ｇａ_0.98Ｐ）に変更して、ＬＥＤ５００を構成し
た。

【００９６】緩衝層５０２を形成する硼素組成比を０．
０２とするｎ形のＢ_0.02Ｇａ_0.98Ｐ混晶層は、トリメチ
ル硼素（（ＣＨ₃）₃Ｂ）を硼素（Ｂ）源、トリメチルガ
リウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）をガリウム（Ｇａ）源、及び
ホスフィン（ＰＨ₃ ）をリン（Ｐ）源とする通常の常圧
ＭＯＣＶＤ法により４５０℃で成膜した。ｎ形の緩衝層
５０２を得るために、成膜時にはジシランをドーピング
ガスとしてＳｉをドーピングした。この緩衝層５０２に
おけるＢ₁₃Ｐ₂ に代表される硼素多原子リン化硼素結晶
の含有量は、１％未満であった。層厚を約１００Åとす
る緩衝層５０２のうち、Ｓｉ単結晶基板５０１との接合
界面５０４から約２０Åの領域は、Ｂ_{0. 02}Ｇａ_0.98Ｐ混
晶からなる単結晶体領域５０２ｍとして形成し、更にそ
の上方の領域はＢ_0.02Ｇａ_0.98Ｐ混晶からなる非晶質体
領域５０２ｎとして形成した。

【００９７】緩衝層５０２の表面上には、第４実施例と
同様にして９５０℃で、ｎ形のＢ_{0. 02}Ｇａ_0.98Ｐ混晶を
介在層５０９として積層した。下層側の緩衝層５０２に
含まれるＢ₁₃Ｐ₂ に代表される硼素多原子リン化硼素結
晶の量は、１％未満であったため、このＢ_0.02Ｇａ_0.98
Ｐ混晶介在層５０９は立方晶である上に平滑な連続膜と
なった。

【００９８】格子定数を４．５１Åとするｎ形Ｂ_0.02Ｇ
ａ_0.98Ｐ混晶介在層５０９の表面には、同じく格子定数
を４．５１Åとするｎ形ＧａＮを下部クラッド層５０３
ａとして含む、上記第４実施例に記載と同様の発光部５
０３を積層させた。すなわち、緩衝層５０２と下部クラ
ッド層５０３ａとの格子整合性を介在層５０９によって
より一層確実なものとした。発光部５０３を構成する最
表層のｐ形ＡｌＧａＮクラッド層５０３ｃ上には、第４
実施例と同様に、ｐ形ＧａＮから成るコンタクト層５０
６を積層した。これにより、ＬＥＤ用途の積層構造体を
構成した。この積層構造体を構成する各構成層は、何れ
も立方晶であり、且また、連続膜となった。コンタクト
層５０６の表面上に、直径を約１２０μｍとする金（Ａ
ｕ）からなる正のオーミック電極５０７を設け、ｎ形導
電性のＳｉ単結晶基板５０１の裏面の略全面に、アルミ
ニウム（Ａｌ）からなる負のオーミック電極５０８を設
け、ＬＥＤ５００を構成した。

【００９９】ＬＥＤ５００は、順方向に２０ｍＡの動作
電流を流通させた際に、約４３０ｎｍの青紫色の可視光
を放射した。発光スペクトルの半値幅は、約１４ｎｍで
あった。順方向電圧（Ｖｆ）は、約２．７Ｖであり、逆
方向電圧（Ｖｒ）は、１５Ｖ以上と優れたものとなっ
た。

【０１００】（第６実施例）図１３は本発明の第６実施
例に係るＬＤの断面構造を示す図である。本実施例で
は、第１実施例に記載と同じＺｎドープｐ形Ｂ_0.02Ｇａ
_0.98Ｐ混晶からなる緩衝層６０２上に、リン組成比Ｋを
層厚方向に減少させたＢＰ_KＮ_1-K（０＜Ｋ≦１）からな
る介在層６０９を挿入して積層構造体を構成し、その積
層構造体からIII 族窒化物半導体発光素子としてのレー
ザダイオード（ＬＤ）６００を構成した。

【０１０１】介在層６０９は、緩衝層６０２と下部クラ
ッド層６０３ａとの格子整合をより確実とするために設
けた結晶層であって、常圧ＭＯＣＶＤ法により９５０℃
で成膜した。介在層６０２のリン組成比Ｋは、緩衝層６
０２との接合界面６０５で１．０とし、層厚を０．５０
μｍとする介在層６０９の表面では０．９７とした。リ
ン組成比Ｋは、硼素（Ｂ）源としたＢ₂Ｈ₆、及びリン源
としたＰＨ₃ のＭＯＣＶＤ反応系への供給量を一定に保
持したままで、窒素（Ｎ）源のＮＨ₃ の供給量を経時的
に一定の割合で増加させて付与した。また、介在層６０
９は、成膜時にジエチル亜鉛（１００体積ｐｐｍ）−水
素混合ガスをＺｎのドーピング源としてＺｎをドーピン
グしｐ形結晶層とした。このｐ形介在層６０９は連続膜
であり、このため、その上層を連続膜とするのに貢献し
た。

【０１０２】介在層６０９の表面を構成する格子定数を
４．５１ÅとするＢＰ_0.97Ｎ_0.03層上には、これと格子
定数が一致する立方晶を主体とするｐ形の窒化ガリウム
（ＧａＮ）結晶からなる下部クラッド層６０３ａを積層
した。この下部クラッド層６０３ａは、常圧のＭＯＣＶ
Ｄ法により８５０℃で成膜し、キャリア濃度は、Ｍｇの
ドーピング源としたビスシクロペンタジエニルＭｇ（ｂ
ｉｓ−（Ｃ₅Ｈ₅）₂ Ｍｇ）のＭＯＣＶＤ反応系への供給
量をもって調整した。このＧａＮ結晶から成る下部クラ
ッド層６０３ａは、立方晶を主体として構成されている
ため、Ｍｇのドーピングによりキャリア濃度を約１×１
０¹⁸ｃｍ^-3とするｐ形層が容易にもたらされた。層厚は
約２．５μｍとした。

【０１０３】下部クラッド層６０３ａを構成する立方晶
のＧａＮ結晶層上には、ＧａＮとの不整合度が小さいイ
ンジウム（Ｉｎ）組成比を０．０６とする立方晶の窒化
ガリウムインジウム混晶（Ｇａ_0.94Ｉｎ_0.06Ｎ）から成
る発光層６０３ｂを積層した。発光層６０３ｂは、アン
ドープでキャリア濃度を約３×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、層厚
を約０．１μｍとした。発光層６０３ｂをなすＧａ_0.94
Ｉｎ_0.06Ｎ混晶層の格子定数は４．５４Åであり、ま
た、下部クラッド層６０３ａを構成するＧａＮの格子定
数は４．５１Åであるため、格子の不整合度（ミスマッ
チ度）は、約０．６７％と小さく抑制することができ
た。ちなみに、従来通りの六方晶のＧａＮ（格子定数＝
３．１８０Å）と、Ｖｅｇａｒｄ則より格子定数が３．
２０９Åと求められる六方晶のＧａ_0.94Ｉｎ_0.06Ｎ混晶
層との積層系における格子不整合度は、約１０．２％に
達する。

【０１０４】発光層６０３ｂの表面上には、上部クラッ
ド層６０３ｃとして、Ｓｉドープのｎ形ＧａＮ結晶層を
積層した。キャリア濃度は、Ｓｉのドーピング源とした
ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）−水素混合ガスのＭＯＣＶＤ反応
系への供給量をもって調節し、約３．０×１０¹⁸ｃｍ^-3
とした。層厚は０．５０μｍとした。立方晶のＧａＮか
らなる上部クラッド層６０３ｃも、発光層６０３ｂと同
じく、常圧ＭＯＣＶＤ法により成膜した。上部クラッド
層６０３ｃ上に、層厚を０．８μｍとし、キャリア濃度
を１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3とするｐ形のＧａＮ結晶層を積
層し、電流狭窄層６１０とした。

【０１０５】透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を利用した断
面ＴＥＭ観察に依れば、Ｓｉ単結晶基板６０１と緩衝層
６０２との接合界面６０４の極く一部の領域にＢ₁₃Ｐ₆
と推定される微結晶が認められた。しかし、緩衝層６０
２の上部の領域には、硼素多原子リン化硼素結晶は認め
られなかった。また、低温での成膜時には、Ｓｉ単結晶
基板６０１との接合界面６０４近傍に限られていた単結
晶を主体として構成される領域が、より高温で上層を積
層した後では、ほぼ全体が単結晶から構成されるものと
なった。

【０１０６】積層構造体の最表層をなす電流狭窄層６１
０を帯（ストライプ）状に開口した後、金（Ａｕ）から
なる帯状の負オーミック電極６０８を、電流狭窄眉６１
０を介して、上部クラッド層６０３ｃの表面に接するよ
うに配置した。一方、ｐ形の正オーミック電極６０７
は、立方晶ｐ形Ｓｉ単結晶基板６０１の裏面側に”べ
た”全面電極として設けた。そして、積層構造体の表面
の互いに直交する裁断ラインを利用して長方形のチップ
となした。ダイヤモンド結晶構造型のＳｉ単結晶基板６
０１が元来、［０１１］方向に劈開性を有するために、
容易に且つチッピング（欠け）も少なくチップとなすこ
とができた。また、チップの短辺側の端面も平滑で鏡面
な劈開面で構成されているため、光共振面として活用で
きるものであった。

【０１０７】銅ヒートシンクにチップを載置した状態
で、順方向電圧を印可した。約２０Ａ／ｃｍ² を閾値電
圧として青色レーザ光の発振を得た。発振波長は約４４
０ｎｍとなった。

【０１０８】

【発明の効果】この発明は上記した構成からなるので、
以下に説明するような効果を奏することができる。請求
項１に記載の発明では、珪素単結晶基板上の緩衝層を、
ＢＰ系III −Ｖ族化合物半導体結晶が主体晶で、硼素元
素とリン元素との構成割合を６対１以上とする硼素多原
子リン化硼素結晶（Ｂ_xＰ_Y：Ｘ≧６、０＜Ｙ≦２）が従
属晶となるように形成し、この緩衝層上にIII 族窒化物
半導体からなる発光部を積層した。このように緩衝層
は、立方晶のＢＰ系III −Ｖ族化合物半導体結晶を主体
晶としているので、その上層の発光部も立方晶として形
成することができ、したがって、III 族窒化物半導体発
光素子において、基板に導電性で立方晶の珪素単結晶を
用いたことにより発揮される諸効果、すなわち、発光面
積をより広く確保できる、レーザダイオードにおける光
共振面を容易に形成できる、さらにはｐｎ接合型発光部
を構成する低抵抗のｐ形伝導層を容易に形成できる、と
いった諸効果を充分に表すことができ、III 族窒化物半
導体発光素子を発光効率がよく、発光強度も優れたもの
とすることができる。

【０１０９】また、請求項２に記載の発明では、緩衝層
が珪素単結晶基板との接合界面側で単結晶体、その上層
側で非晶質体となるようにしたので、接合界面側での単
結晶体は、珪素単結晶基板との間での格子不整合性をほ
ぼ吸収して上層に連続性をもたらすとともに、非晶質体
はその均質性のゆえに、発光部側との格子の不整合性を
充分に且つ均等に緩和する作用を発揮し、緩衝層とは格
子整合の関係にはないIII 族窒化物半導体であっても平
滑で連続性を有する結晶層を積層することができる。ま
た、非晶質体の良好な結晶品質と均質性のゆえに、緩衝
層上に、画一化された結晶配向性を有するIII 族窒化物
半導体を積層させることができ、この点からも、III 族
窒化物半導体発光素子を発光効率がよく、発光強度も優
れたものとすることができる。

【０１１０】さらに、請求項３に記載の発明では、従属
晶の硼素多原子リン化硼素結晶が緩衝層全体の１０％以
下となるようにしたので、六方晶系結晶の影響は発光部
にはほとんど及ばず、発光部をより一層良好に立方晶と
して構成することができる。

【０１１１】請求項５及び請求項６に記載の発明では、
主体晶のＢＰ系III −Ｖ族化合物半導体結晶をリン化硼
素・ガリウム混晶、あるいはリン化硼素・インジウム混
晶で形成するようにしたので、基板の珪素との完全な格
子整合を実現させることができ、したがって、この緩衝
層上に積層させる成長層をより一層平滑で連続なものと
なすことができる。

【０１１２】また、請求項７に記載の発明では、緩衝層
を、異なる組成の主体晶を重層させて形成したので、歪
超格子の作用で珪素単結晶基板との格子整合を実現で
き、単層の場合と同様に、緩衝層としての役割を果たさ
せることができる。

【０１１３】請求項８に記載の発明では、緩衝層と発光
部との間に介在層を設けるようにしたので、発光部側と
の格子整合性をより一層完全なものとすることができ、
発光部の結晶構造を結晶欠陥のないより完全なものとす
るのに寄与することができる。

【０１１４】さらに、請求項１０に記載の発明では、介
在層の組成に勾配を付けたので、緩衝層との接合界面側
では緩衝層に格子整合させ、発光部との接合界面側では
発光部に格子整合させることができ、格子整合性をより
一層確実なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のIII 族窒化物半導体発光素子の積層
構造の一部を模式的に示す図である。

【図２】緩衝層の組織構成を模式的に示す図である。

【図３】非晶質体が有する結晶欠陥抑制作用を説明する
ための図である。

【図４】本発明に係る緩衝層上に積層したＢＰ薄膜層の
Ｘ線回折スペクトルを示す図である。

【図５】この発明の第２の実施形態を示す図である。

【図６】この発明の第２の実施形態を示す図である。

【図７】この発明の第３の実施形態を示す図である。

【図８】この発明の第１実施例に係るＬＥＤの断面構造
を示す図である。

【図９】この発明の第２実施例に係るＬＥＤの断面構造
を示す図である。

【図１０】この発明の第３実施例に係るＬＥＤの断面構
造を示す図である。

【図１１】この発明の第４実施例に係るＬＥＤの断面構
造を示す図である。

【図１２】この発明の第５実施例に係るＬＥＤの断面構
造を示す図である。

【図１３】この発明の第６実施例に係るＬＤの断面構造
を示す図である。

【図１４】硼素多原子リン化硼素を主体として成る緩衝
層上に成膜したリン化硼素膜のＸ線回折スペクトルを示
す図である。

【符号の説明】

１ Ｓｉ単結晶基板 ２ 緩衝層 ２１ ＢＰ系III −Ｖ族化合物半導体結晶 ２２ 硼素多原子リン化硼素結晶 ２ｍ 単結晶体 ２ｎ 非晶質体 ２ｔ 結晶欠陥 ２ａ 重層構成の緩衝層 ２０ａ 第１層 ２１ａ 第２層 ２ｂ 重層構成の緩衝層 ２０ｂ 第１層 ２１ｂ 第２層 ３ 発光部 ４ Ｓｉ単結晶基板と緩衝層との接合界面 ９ 介在層 １０ III 族窒化物半導体発光素子 １００，２００，３００，４００，５００ ＬＥＤ ６００ ＬＤ １０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１
Ｓｉ単結晶基板 １０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２
緩衝層 １０３，２０３，３０３，４０３，５０３，６０３
発光部 １０４，２０４，３０４，４０４，５０４，６０４
Ｓｉ単結晶基板と緩衝層との接合界面 １０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６
コンタクト層 １０７，２０７，３０７，４０７，５０７，６０７
正のオーミック電極 １０８，２０８，３０８，４０８，５０８，６０８
負のオーミック電極 ６１０ 電流狭窄層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性の珪素単結晶基板上に緩衝層を介
   しIII 族窒化物半導体からなる発光部を積層して構成し
   たIII 族窒化物半導体発光素子において、 上記緩衝層を、III 族元素とＶ族元素との構成割合を１
   対１とするＢＰ系III−Ｖ族化合物半導体結晶を主体晶
   とし、硼素元素とリン元素との構成割合を６対１以上と
   する硼素多原子リン化硼素結晶（Ｂ_xＰ_Y：Ｘ≧６、０＜
   Ｙ≦２）を従属晶として形成した、 ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
2. 【請求項２】 上記緩衝層は、珪素単結晶基板との接合
   界面側で単結晶体となり、その上層側で非晶質体となっ
   ている、 ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体
   発光素子。
3. 【請求項３】 上記従属晶は全体の１０％以下である、 ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体
   発光素子。
4. 【請求項４】 上記主体晶はリン化硼素結晶（ＢＰ）で
   ある、 ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体
   発光素子。
5. 【請求項５】 上記主体晶はリン化硼素・ガリウム結晶
   である、 ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体
   発光素子。
6. 【請求項６】 上記主体晶はリン化硼素・インジウム結
   晶である、 ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体
   発光素子。
7. 【請求項７】 上記緩衝層を、異なる構成割合の主体晶
   を持つ緩衝層を重層させて形成した、 ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体
   発光素子。
8. 【請求項８】 上記緩衝層と上記発光部構成層との間に
   介在層を設けた、 ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体
   発光素子。
9. 【請求項９】 上記介在層は組成勾配層である、 ことを特徴とする請求項８に記載のIII 族窒化物半導体
   発光素子。
10. 【請求項１０】 上記緩衝層は２５０℃以上６００℃以
    下の低温で成長させた低温緩衝層である、 ことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のII
    I 族窒化物半導体発光素子。