JP3399407B2 - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、珪素（Ｓｉ）単結
晶基板上に、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層から成る発光
部を備えた発光素子に関する。
晶基板上に、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層から成る発光
部を備えた発光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】従来より、窒化アルミニウム・ガリウム
（ＡｌaＧａbＮ：０≦ａ，ｂ≦１、ａ＋ｂ＝１）等のＩ
ＩＩ族窒化物半導体結晶を、サファイア（Ａｌ 2 Ｏ 3 単結
晶）等の基板上に形成することにより、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）やレーザーダイ
オード（ＬＤ）などの光デバイスが製造されている（例
えば、Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏ
ｃ．，Ｖｏｌ．４６８（１９７７）、４８１〜４８６頁
参照）。
（ＡｌaＧａbＮ：０≦ａ，ｂ≦１、ａ＋ｂ＝１）等のＩ
ＩＩ族窒化物半導体結晶を、サファイア（Ａｌ 2 Ｏ 3 単結
晶）等の基板上に形成することにより、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）やレーザーダイ
オード（ＬＤ）などの光デバイスが製造されている（例
えば、Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏ
ｃ．，Ｖｏｌ．４６８（１９７７）、４８１〜４８６頁
参照）。
【０００３】サファイア等の六方晶（ｈｅｘａｇｏｎａ
ｌ）結晶基板を用いて、ＩＩＩ族窒化物半導体光デバイ
スを製造する際の問題点として、劈開を利用して個別素
子（チップ）へ裁断することが難しいこと、またＬＤの
製造において、平滑で平坦な劈開面を利用した光共振面
を安定的に得ることが難しいことがある。また、サファ
イアや多くの酸化物結晶は、絶縁性が高いため、基板と
して用いた場合にはオーミック性電極を設けるために煩
雑な工程を必要とする（例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．３４、Ｐｔ．２、Ｎｏ．１０
（１９９５）、Ｌ１３３２〜Ｌ１３３５頁参照）。
ｌ）結晶基板を用いて、ＩＩＩ族窒化物半導体光デバイ
スを製造する際の問題点として、劈開を利用して個別素
子（チップ）へ裁断することが難しいこと、またＬＤの
製造において、平滑で平坦な劈開面を利用した光共振面
を安定的に得ることが難しいことがある。また、サファ
イアや多くの酸化物結晶は、絶縁性が高いため、基板と
して用いた場合にはオーミック性電極を設けるために煩
雑な工程を必要とする（例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．３４、Ｐｔ．２、Ｎｏ．１０
（１９９５）、Ｌ１３３２〜Ｌ１３３５頁参照）。
【０００４】これに対し、Ｓｉを基板として積層構造体
を構成すれば、（ａ）［０１１］結晶方向の明瞭な劈開
を利用してチップに裁断できる、（ｂ）半導体レーザー
素子にあって、劈開により簡便に光共振面を形成できる
といった利点がある。加えて、導電性のＳｉ単結晶を基
板とすれば、基板の一表面に都合良くオーミック電極が
形成できる利点がある（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔ
ｔ．，３３（２３）（１９９７）、１９８６〜１９８７
頁参照）。
を構成すれば、（ａ）［０１１］結晶方向の明瞭な劈開
を利用してチップに裁断できる、（ｂ）半導体レーザー
素子にあって、劈開により簡便に光共振面を形成できる
といった利点がある。加えて、導電性のＳｉ単結晶を基
板とすれば、基板の一表面に都合良くオーミック電極が
形成できる利点がある（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔ
ｔ．，３３（２３）（１９９７）、１９８６〜１９８７
頁参照）。
【０００５】このため、最近では、Ｓｉ単結晶を基板と
する短波長発光素子を構成する技術が開示されている
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７２（４）（１９
９８）、４１５〜４１７頁参照）。しかし、この場合、
Ｓｉ基板とＩＩＩ族窒化物半導体結晶とでは、１０％を
越える格子の不整合性が存在する。このため、Ｓｉを基
板としてＩＩＩ族窒化物半導体層からなる積層構造体を
構築する場合、Ｓｉ基板上にリン化硼素（ＢＰ）結晶か
ら成る緩衝層を介して、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層が
積層されている（特開平２−２７５６８２号公報参
照）。
する短波長発光素子を構成する技術が開示されている
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７２（４）（１９
９８）、４１５〜４１７頁参照）。しかし、この場合、
Ｓｉ基板とＩＩＩ族窒化物半導体結晶とでは、１０％を
越える格子の不整合性が存在する。このため、Ｓｉを基
板としてＩＩＩ族窒化物半導体層からなる積層構造体を
構築する場合、Ｓｉ基板上にリン化硼素（ＢＰ）結晶か
ら成る緩衝層を介して、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層が
積層されている（特開平２−２７５６８２号公報参
照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Ｓｉ（格子定
数（ａ）＝５．４３１オングストローム）とＢＰ（ａ＝
４．５３８オングストローム）との格子ミスマッチ度
は、約１６．５％と大きく（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒ
ｏｗｔｈ，１３／１４（１９７２）、３４６〜３４９頁
参照）、Ｓｉ単結晶表面への成長で、四角錐状のＢＰ結
晶が島状に散在した不連続な結晶が形成されている（渋
澤 直哉、寺嶋 一高、「日本結晶成長学会誌」、Ｖｏ
ｌ．２４（Ｎｏ．２）（１９９７）、１５０頁参照）。
基板上にＢＰ層を介して、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層
を成膜する場合、ＢＰ層の不連続性はそのままＩＩＩ族
窒化物半導体結晶層に引き継がれ、ＩＩＩ族窒化物半導
体結晶層は連続性に欠如したものとなる。連続性に欠け
るＩＩＩ族窒化物半導体結晶層から成る発光部を備えた
素子では、その不連続性のために均一なｐｎ接合界面が
形成されずに、正常な整流特性が具現出来ないなどの問
題が生ずる。従って、連続性のあるＩＩＩ族窒化物半導
体結晶層を与えるＢＰ連続膜を構成する手段が必要であ
るが、そのための構成要件は明確となっていない。本発
明の解決しようとする課題は、Ｓｉ単結晶基板上に連続
性のあるＢＰ層を形成する積層構成、成膜条件を明確と
することである。
数（ａ）＝５．４３１オングストローム）とＢＰ（ａ＝
４．５３８オングストローム）との格子ミスマッチ度
は、約１６．５％と大きく（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒ
ｏｗｔｈ，１３／１４（１９７２）、３４６〜３４９頁
参照）、Ｓｉ単結晶表面への成長で、四角錐状のＢＰ結
晶が島状に散在した不連続な結晶が形成されている（渋
澤 直哉、寺嶋 一高、「日本結晶成長学会誌」、Ｖｏ
ｌ．２４（Ｎｏ．２）（１９９７）、１５０頁参照）。
基板上にＢＰ層を介して、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層
を成膜する場合、ＢＰ層の不連続性はそのままＩＩＩ族
窒化物半導体結晶層に引き継がれ、ＩＩＩ族窒化物半導
体結晶層は連続性に欠如したものとなる。連続性に欠け
るＩＩＩ族窒化物半導体結晶層から成る発光部を備えた
素子では、その不連続性のために均一なｐｎ接合界面が
形成されずに、正常な整流特性が具現出来ないなどの問
題が生ずる。従って、連続性のあるＩＩＩ族窒化物半導
体結晶層を与えるＢＰ連続膜を構成する手段が必要であ
るが、そのための構成要件は明確となっていない。本発
明の解決しようとする課題は、Ｓｉ単結晶基板上に連続
性のあるＢＰ層を形成する積層構成、成膜条件を明確と
することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記の課題を
解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。すな
わち、本発明は、 ［１］Ｓｉ単結晶基板上に、一般式ＡｌaＧａbＩｎ
1-a-bＮqＭ1-q（０≦ａ，ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１、Ｍは窒
素以外の第Ｖ族元素を表し、０＜ｑ≦１）で表される半
導体層を含むＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、
Ｓｉ単結晶基板に接してリン化ホウ素を主体とする第１
の緩衝層をもち、該接した面からＳｉ単結晶側の領域
に、ホウ素原子またはリン原子から選ばれた１種以上の
原子の拡散層を有することを特徴とするＩＩＩ族窒化物
半導体発光素子、 ［２］第１の緩衝層に接して、第１の緩衝層より高い温
度で形成させた、リン化ホウ素を主体とする第２の緩衝
層を有することを特徴とする［１］に記載したＩＩＩ族
窒化物半導体発光素子。 ［３］第１の緩衝層の形成温度が２５０℃以上で５００
℃以下であり、第２の緩衝層の形成温度が７５０℃以上
１２００℃以下であることを特徴とする［２］に記載し
たＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 ［４］ホウ素原子またはリン原子から選ばれた１種以上
の原子の拡散層を形成したＳｉ単結晶基板のＸ線回折パ
ターンに、｛２００｝結晶面に帰属するＸ線ブラッグ反
射が発現していることを特徴とする［１］〜［３］のい
ずれか１項に記載したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 ［５］Ｓｉ単結晶基板の結晶面方位が｛１００｝または
｛１１１｝であることを特徴とする［１］〜［４］のい
ずれか１項に記載したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 ［６］Ｓｉ単結晶基板のドーパントがアンチモンである
ことを特徴とする請求項［１］〜［５］のいずれか１項
に記載したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 ［７］拡散層を、緩衝層からのホウ素またはリンから選
ばれた１種以上の原子を拡散させて形成したことを特徴
とする［１］〜［６］のいずれか１項に記載したＩＩＩ
族窒化物半導体発光素子。 ［８］拡散層を、ホウ素原子またはリン原子を含む雰囲
気下で、Ｓｉ単結晶基板を加熱することにより、形成し
たことを特徴とする［１］〜［６］のいずれか１項に記
載したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、に関する。
解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。すな
わち、本発明は、 ［１］Ｓｉ単結晶基板上に、一般式ＡｌaＧａbＩｎ
1-a-bＮqＭ1-q（０≦ａ，ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１、Ｍは窒
素以外の第Ｖ族元素を表し、０＜ｑ≦１）で表される半
導体層を含むＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、
Ｓｉ単結晶基板に接してリン化ホウ素を主体とする第１
の緩衝層をもち、該接した面からＳｉ単結晶側の領域
に、ホウ素原子またはリン原子から選ばれた１種以上の
原子の拡散層を有することを特徴とするＩＩＩ族窒化物
半導体発光素子、 ［２］第１の緩衝層に接して、第１の緩衝層より高い温
度で形成させた、リン化ホウ素を主体とする第２の緩衝
層を有することを特徴とする［１］に記載したＩＩＩ族
窒化物半導体発光素子。 ［３］第１の緩衝層の形成温度が２５０℃以上で５００
℃以下であり、第２の緩衝層の形成温度が７５０℃以上
１２００℃以下であることを特徴とする［２］に記載し
たＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 ［４］ホウ素原子またはリン原子から選ばれた１種以上
の原子の拡散層を形成したＳｉ単結晶基板のＸ線回折パ
ターンに、｛２００｝結晶面に帰属するＸ線ブラッグ反
射が発現していることを特徴とする［１］〜［３］のい
ずれか１項に記載したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 ［５］Ｓｉ単結晶基板の結晶面方位が｛１００｝または
｛１１１｝であることを特徴とする［１］〜［４］のい
ずれか１項に記載したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 ［６］Ｓｉ単結晶基板のドーパントがアンチモンである
ことを特徴とする請求項［１］〜［５］のいずれか１項
に記載したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 ［７］拡散層を、緩衝層からのホウ素またはリンから選
ばれた１種以上の原子を拡散させて形成したことを特徴
とする［１］〜［６］のいずれか１項に記載したＩＩＩ
族窒化物半導体発光素子。 ［８］拡散層を、ホウ素原子またはリン原子を含む雰囲
気下で、Ｓｉ単結晶基板を加熱することにより、形成し
たことを特徴とする［１］〜［６］のいずれか１項に記
載したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、に関する。
【０００８】
【発明の実施の態様】本発明の構造のＩＩＩ族窒化物半
導体発光素子は、Ｓｉ単結晶基板に接してリン化ホウ素
を主体とする緩衝層をもち、該界面からＳｉ単結晶側の
領域に、ホウ素原子またはリン原子から選ばれた１種以
上の拡散層を有することを特徴とする。
導体発光素子は、Ｓｉ単結晶基板に接してリン化ホウ素
を主体とする緩衝層をもち、該界面からＳｉ単結晶側の
領域に、ホウ素原子またはリン原子から選ばれた１種以
上の拡散層を有することを特徴とする。
【０００９】本発明のＳｉ単結晶基板の特徴は、一般的
なＸ線ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）回折法で発生する回折パ
ターンからも識別でき、この場合、Ｓｉ｛４００｝結晶
面からの回折ピークに加え、本来、禁制反射である、約
２．７１５オングストロームの格子定数に相当するＳｉ
の｛２００｝結晶面からのブラッグ反射が発生している
のが特徴である。Ｓｉの｛２００｝結晶面からのブラッ
グ反射を発現するためにホウ素原子、リン原子またはそ
の双方の原子を表層部に拡散させたＳｉ単結晶を基板と
すれば、その表面上には、ＢＰ緩衝層を密着性良く堆積
させることができる。
なＸ線ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）回折法で発生する回折パ
ターンからも識別でき、この場合、Ｓｉ｛４００｝結晶
面からの回折ピークに加え、本来、禁制反射である、約
２．７１５オングストロームの格子定数に相当するＳｉ
の｛２００｝結晶面からのブラッグ反射が発生している
のが特徴である。Ｓｉの｛２００｝結晶面からのブラッ
グ反射を発現するためにホウ素原子、リン原子またはそ
の双方の原子を表層部に拡散させたＳｉ単結晶を基板と
すれば、その表面上には、ＢＰ緩衝層を密着性良く堆積
させることができる。
【００１０】ダイヤモンド結晶構造型のＳｉ単結晶から
通常、｛２００｝結晶面に起因するブラッグ回折反射が
発生しないのは、構造因子解析の結果から示されている
（「Ｘ線回折、散乱技術 上」（１９９２年６月１０
日、東京大学出版会 初版発行、１０１頁参照）。禁制
反射の一つである｛２００｝結晶面からのブラッグ反射
を発現させるために、本発明では、Ｓｉ単結晶の表面か
らその内部に、硼素（Ｂ）原子またはリン（Ｐ）原子或
いはその双方の原子を拡散させて、Ｓｉ単結晶表面近傍
のＳｉ原子の一部をＢ原子またはＰ原子で置換する。Ｓ
ｉ単結晶基板への拡散は、Ｂ原子またはＰ原子あるいは
その双方の原子を含む物質を拡散源として、通常の熱拡
散法やレーザー光拡散法で実施できる。また、イオン注
入法を利用しても、これらの原子の拡散を果たすことが
出来る。図３は、Ｓｉ基板表面へのＢ原子とＰ原子の侵
入の模様を示す一例であって、三塩化硼素（化学式：Ｂ
Ｃｌ 3）及び三塩化リン（化学式：ＰＣｌ3）を併せて含
む雰囲気中で、Ｂドープｐ形Ｓｉ単結晶基板を１０３０
℃に加熱し、Ｂ及びＰ原子をＳｉ単結晶基板中に気相拡
散させたものである。
通常、｛２００｝結晶面に起因するブラッグ回折反射が
発生しないのは、構造因子解析の結果から示されている
（「Ｘ線回折、散乱技術 上」（１９９２年６月１０
日、東京大学出版会 初版発行、１０１頁参照）。禁制
反射の一つである｛２００｝結晶面からのブラッグ反射
を発現させるために、本発明では、Ｓｉ単結晶の表面か
らその内部に、硼素（Ｂ）原子またはリン（Ｐ）原子或
いはその双方の原子を拡散させて、Ｓｉ単結晶表面近傍
のＳｉ原子の一部をＢ原子またはＰ原子で置換する。Ｓ
ｉ単結晶基板への拡散は、Ｂ原子またはＰ原子あるいは
その双方の原子を含む物質を拡散源として、通常の熱拡
散法やレーザー光拡散法で実施できる。また、イオン注
入法を利用しても、これらの原子の拡散を果たすことが
出来る。図３は、Ｓｉ基板表面へのＢ原子とＰ原子の侵
入の模様を示す一例であって、三塩化硼素（化学式：Ｂ
Ｃｌ 3）及び三塩化リン（化学式：ＰＣｌ3）を併せて含
む雰囲気中で、Ｂドープｐ形Ｓｉ単結晶基板を１０３０
℃に加熱し、Ｂ及びＰ原子をＳｉ単結晶基板中に気相拡
散させたものである。
【００１１】拡散により、Ｓｉ単結晶基板の表面近傍の
領域に存在させるＢ原子またはＰ原子の濃度としては、
少なくとも約１×１０19ｃｍ-3以上とするのが好まし
く。これより低い原子濃度では、Ｓｉ原子を置換したＢ
原子或いはＰ原子は存在するものの、Ｓｉの｛２００｝
結晶面からのブラッグ反射を発生させるのに充分には置
換が進行しない。Ｓｉ｛２００｝結晶面からのブラッグ
反射を効率良く発現するのに好ましいＢまたはＰ原子濃
度は、約１×１０19ｃｍ-3以上で約５×１０21ｃｍ-3以
下の範囲である。Ｂ原子またはＰ原子を単独で、この範
囲を越えて、表面近傍に存在させると、ＳｉとＢ原子あ
るいはＰ原子との原子半径の相違などに起因して、Ｓｉ
表面の領域に歪が導入され結晶性が悪化し、好ましくな
い。
領域に存在させるＢ原子またはＰ原子の濃度としては、
少なくとも約１×１０19ｃｍ-3以上とするのが好まし
く。これより低い原子濃度では、Ｓｉ原子を置換したＢ
原子或いはＰ原子は存在するものの、Ｓｉの｛２００｝
結晶面からのブラッグ反射を発生させるのに充分には置
換が進行しない。Ｓｉ｛２００｝結晶面からのブラッグ
反射を効率良く発現するのに好ましいＢまたはＰ原子濃
度は、約１×１０19ｃｍ-3以上で約５×１０21ｃｍ-3以
下の範囲である。Ｂ原子またはＰ原子を単独で、この範
囲を越えて、表面近傍に存在させると、ＳｉとＢ原子あ
るいはＰ原子との原子半径の相違などに起因して、Ｓｉ
表面の領域に歪が導入され結晶性が悪化し、好ましくな
い。
【００１２】Ｂ原子及びＰ原子の濃度は、一般的な２次
イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法あるいはオージェ電子分
光（ＡＥＳ）法等の物理分析手段などで簡便に定量でき
る。また、過剰なＢ、Ｐ原子の拡散によって、Ｓｉ基板
内部に発生する歪の状況は、例えば透過電子顕微鏡（Ｔ
ＥＭ）による断面ＴＥＭ法により観察できる。
イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法あるいはオージェ電子分
光（ＡＥＳ）法等の物理分析手段などで簡便に定量でき
る。また、過剰なＢ、Ｐ原子の拡散によって、Ｓｉ基板
内部に発生する歪の状況は、例えば透過電子顕微鏡（Ｔ
ＥＭ）による断面ＴＥＭ法により観察できる。
【００１３】Ｓｉ単結晶基板の面方位としては、｛１０
０｝または｛１１１｝が適する。劈開面である｛１１
０｝面が周囲に存在するため、劈開が容易であることに
依る。面方位は、正確に｛１００｝または｛１１１｝と
する必要はなく、一例とすれば、［１００］結晶方向よ
り±１０度（°）程度以内のカッティングオフ（ｃｕｔ
ｔｉｎｇ−ｏｆｆ）角度を付した｛１００｝結晶面も許
容される。オフカッティング角度（ミスオリエンティー
ション角度）を適宣選択することに依って、チャネリン
グ（ｃｈａｎｅｌｉｎｇ）深さを調節して、Ｂ及びＰ原
子のＳｉ基板表面からの拡散距離を調整することもでき
る。
０｝または｛１１１｝が適する。劈開面である｛１１
０｝面が周囲に存在するため、劈開が容易であることに
依る。面方位は、正確に｛１００｝または｛１１１｝と
する必要はなく、一例とすれば、［１００］結晶方向よ
り±１０度（°）程度以内のカッティングオフ（ｃｕｔ
ｔｉｎｇ−ｏｆｆ）角度を付した｛１００｝結晶面も許
容される。オフカッティング角度（ミスオリエンティー
ション角度）を適宣選択することに依って、チャネリン
グ（ｃｈａｎｅｌｉｎｇ）深さを調節して、Ｂ及びＰ原
子のＳｉ基板表面からの拡散距離を調整することもでき
る。
【００１４】上記の如く拡散処理を施したＳｉ単結晶基
板表面上に第１のＢＰ緩衝層を形成するに好適な温度
は、従来のＢＰ緩衝層の成長に用いられている、８５０
℃〜１１５０℃（特開平２−２８８３７１号及び特開平
２−２８８３８８号公報参照）とは異なり、約２００℃
以上で約７００℃以下、さらに好ましくは、２５０℃以
上で５５０℃以下の温度である。約７００℃を越える温
度で成長させるとＢＰ層は孤立した単結晶柱が散在しな
がら発達する島状成長の様相を呈し、連続膜とは成り難
い。また約２００℃未満では、ＢＰ層の成膜が安定して
行われず不都合である。ＢＰ緩衝層は、ハライド（ｈａ
ｌｉｄｅ）或いはハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）気相
成長（ＶＰＥ）法、有機金属熱分解（ＭＯＣＶＤ）法あ
るいは分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法などの成長手
段により形成できる。第１のＢＰ緩衝層の好適な層厚は
２ナノメーター（ｎｍ）から約２μｍである。トンネル
（ｔｕｎｎｅｌ）効果に依るキャリアの流通に支障を来
す約２０ｎｍを越える比較的厚いＢＰ緩衝層にあって
は、Ｓｉ基板と一致する導電形を有する様に適宣、不純
物のドーピングを施すのが好ましい。
板表面上に第１のＢＰ緩衝層を形成するに好適な温度
は、従来のＢＰ緩衝層の成長に用いられている、８５０
℃〜１１５０℃（特開平２−２８８３７１号及び特開平
２−２８８３８８号公報参照）とは異なり、約２００℃
以上で約７００℃以下、さらに好ましくは、２５０℃以
上で５５０℃以下の温度である。約７００℃を越える温
度で成長させるとＢＰ層は孤立した単結晶柱が散在しな
がら発達する島状成長の様相を呈し、連続膜とは成り難
い。また約２００℃未満では、ＢＰ層の成膜が安定して
行われず不都合である。ＢＰ緩衝層は、ハライド（ｈａ
ｌｉｄｅ）或いはハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）気相
成長（ＶＰＥ）法、有機金属熱分解（ＭＯＣＶＤ）法あ
るいは分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法などの成長手
段により形成できる。第１のＢＰ緩衝層の好適な層厚は
２ナノメーター（ｎｍ）から約２μｍである。トンネル
（ｔｕｎｎｅｌ）効果に依るキャリアの流通に支障を来
す約２０ｎｍを越える比較的厚いＢＰ緩衝層にあって
は、Ｓｉ基板と一致する導電形を有する様に適宣、不純
物のドーピングを施すのが好ましい。
【００１５】上記の如く形成された第１のＢＰ緩衝層の
表面上に、第２のＢＰ緩衝層を形成しても良い。第１の
ＢＰ緩衝層を下地層として第２のＢＰ緩衝層を堆積する
ことにより、最終的に更に連続性に優れるＢＰ緩衝層を
構成できる。第２のＢＰ緩衝層を形成するのに最適な温
度範囲は、第１のＢＰ緩衝層上に、立方晶を主体とする
第２のＢＰ緩衝層が成膜できる温度範囲をもって決定さ
れる。立方晶を主体とするとは、第２のＢＰ緩衝層を構
成する主体が単量体のリン化硼素（組成式：ＢＰ）であ
り、一般式ＢαＰβ（多くは、α＝１または＝２で、β
≧５または≧６）で表記されるリン化インジウム多量体
の重量含有量が概して、５％以下であることを云う。第
２のＢＰ緩衝層の形成に適する温度は、約７５０℃以
上、約１２００℃以下の範囲で、更に好ましくは、約８
５０℃以上、約１０５０℃以下の範囲である。Ｓｉ基板
に由来するＳｉの｛２００｝結晶面からのブラッグ回折
ピークは、第１のＢＰ緩衝層のみでも発生するが、その
上に、第２のＢＰ緩衝層を成膜すると、その回折強度の
増加が認められる。
表面上に、第２のＢＰ緩衝層を形成しても良い。第１の
ＢＰ緩衝層を下地層として第２のＢＰ緩衝層を堆積する
ことにより、最終的に更に連続性に優れるＢＰ緩衝層を
構成できる。第２のＢＰ緩衝層を形成するのに最適な温
度範囲は、第１のＢＰ緩衝層上に、立方晶を主体とする
第２のＢＰ緩衝層が成膜できる温度範囲をもって決定さ
れる。立方晶を主体とするとは、第２のＢＰ緩衝層を構
成する主体が単量体のリン化硼素（組成式：ＢＰ）であ
り、一般式ＢαＰβ（多くは、α＝１または＝２で、β
≧５または≧６）で表記されるリン化インジウム多量体
の重量含有量が概して、５％以下であることを云う。第
２のＢＰ緩衝層の形成に適する温度は、約７５０℃以
上、約１２００℃以下の範囲で、更に好ましくは、約８
５０℃以上、約１０５０℃以下の範囲である。Ｓｉ基板
に由来するＳｉの｛２００｝結晶面からのブラッグ回折
ピークは、第１のＢＰ緩衝層のみでも発生するが、その
上に、第２のＢＰ緩衝層を成膜すると、その回折強度の
増加が認められる。
【００１６】閃亜鉛鉱（ｚｉｎｃ−ｂｌｅｎｄ）型の立
方晶ＢＰの格子定数は４．５３８オングストロームであ
り、立方晶のＧａＮの格子定数４．５１０オングストロ
ームとのミスマッチ度が約０．６％と小さい（１９３ｒ
ｄ．Ｓｐｒｉｎｇ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．（Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ、５／３
〜５／９、１９９８），５００頁参照）。このため、第
２のＢＰ緩衝層を立方晶ＢＰを主体として構成すれば、
格子定数の整合性から観てＧａＮ結晶層を成長させるの
に好ましい。また、六方晶のＧａＮのａ軸の格子定数は
約３．１９オングストロームであり、これは立方晶ＢＰ
の｛１１０｝面間の間隔である約３．２０オングストロ
ームに良好に一致する。即ち、第２のＢＰ緩衝層を立方
晶から構成すれば六方晶のＧａＮの堆積にも好ましい。
第２のＢＰ緩衝層の層厚は、広範囲の層厚が許容される
が、総じて数μｍの層厚が良好な表面の平坦性を確保す
るなどの理由から適する。但し、上記の第１のＢＰ緩衝
層の層厚が好適な範囲より厚いと、第２のＢＰ緩衝層の
層厚が約２〜３μｍであっても、表面の平坦性を損うテ
ラス（段丘）状のモフォロジー（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇ
ｙ）が現れる場合がある。
方晶ＢＰの格子定数は４．５３８オングストロームであ
り、立方晶のＧａＮの格子定数４．５１０オングストロ
ームとのミスマッチ度が約０．６％と小さい（１９３ｒ
ｄ．Ｓｐｒｉｎｇ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．（Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ、５／３
〜５／９、１９９８），５００頁参照）。このため、第
２のＢＰ緩衝層を立方晶ＢＰを主体として構成すれば、
格子定数の整合性から観てＧａＮ結晶層を成長させるの
に好ましい。また、六方晶のＧａＮのａ軸の格子定数は
約３．１９オングストロームであり、これは立方晶ＢＰ
の｛１１０｝面間の間隔である約３．２０オングストロ
ームに良好に一致する。即ち、第２のＢＰ緩衝層を立方
晶から構成すれば六方晶のＧａＮの堆積にも好ましい。
第２のＢＰ緩衝層の層厚は、広範囲の層厚が許容される
が、総じて数μｍの層厚が良好な表面の平坦性を確保す
るなどの理由から適する。但し、上記の第１のＢＰ緩衝
層の層厚が好適な範囲より厚いと、第２のＢＰ緩衝層の
層厚が約２〜３μｍであっても、表面の平坦性を損うテ
ラス（段丘）状のモフォロジー（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇ
ｙ）が現れる場合がある。
【００１７】本発明では、Ｓｉ単結晶を基板として、Ｂ
原子、Ｐ原子を表面部に拡散させた、アンチモン（Ｓ
ｂ）を添加してなるｎ形の珪素単結晶を利用すると好ま
しい結果が得られる。上記の如く、Ｂ原子またはＰ原子
から選ばれた１種以上を拡散させたＳｉ単結晶基板は、
密着性に優れるＢＰ緩衝層を得るのに効果がある。しか
し、原子濃度が５×１０21原子／ｃｍ3を超過して過度
にＢ原子、Ｐ原子を表面に拡散させると、格子位置にあ
るＳｉ原子の原子置換が進行すると共に、格子間位置に
侵入したＢ或いはＰ原子の濃度も増加する。このため、
Ｓｉ表層部では、Ｓｉの正規な格子が乱れ、歪が発生
し、結晶性は乱雑なものとなる。Ｓｂは、このＢ或いは
Ｐ原子の不必要な侵入を抑制する作用を有するため、Ｓ
ｉ結晶の表層部に於ける結晶性の悪化が抑止できる。こ
の様なＳｉ結晶表層部の乱雑化を抑制するためには、Ｓ
ｂのドープ量は大凡、１×１０18ｃｍ-3を越え約１×１
０19ｃｍ-3以下であるのが望ましい。
原子、Ｐ原子を表面部に拡散させた、アンチモン（Ｓ
ｂ）を添加してなるｎ形の珪素単結晶を利用すると好ま
しい結果が得られる。上記の如く、Ｂ原子またはＰ原子
から選ばれた１種以上を拡散させたＳｉ単結晶基板は、
密着性に優れるＢＰ緩衝層を得るのに効果がある。しか
し、原子濃度が５×１０21原子／ｃｍ3を超過して過度
にＢ原子、Ｐ原子を表面に拡散させると、格子位置にあ
るＳｉ原子の原子置換が進行すると共に、格子間位置に
侵入したＢ或いはＰ原子の濃度も増加する。このため、
Ｓｉ表層部では、Ｓｉの正規な格子が乱れ、歪が発生
し、結晶性は乱雑なものとなる。Ｓｂは、このＢ或いは
Ｐ原子の不必要な侵入を抑制する作用を有するため、Ｓ
ｉ結晶の表層部に於ける結晶性の悪化が抑止できる。こ
の様なＳｉ結晶表層部の乱雑化を抑制するためには、Ｓ
ｂのドープ量は大凡、１×１０18ｃｍ-3を越え約１×１
０19ｃｍ-3以下であるのが望ましい。
【００１８】Ｓｂは、Ｓｉについてｎ形不純物であり、
ＳｂドープＳｉ単結晶はｎ形の伝導を示す。故に、Ｓｂ
ドープＳｉ単結晶には、Ｂ原子より高濃度にＰ原子を存
在させるのが望ましい。また、ＢとＰ原子を同時に拡散
させる際には、Ｓｉ単結晶内でＳｉのドナー不純物であ
るＰ原子の濃度がＢ原子濃度を上回る様に拡散して、Ｓ
ｂドープＳｉ単結晶が本来、有するｎ形の導電性を保持
する。ＬＥＤあるいはＬＤにあって、ｎ形Ｓｉ単結晶基
板の裏面側にオーミック（Ｏｈｍｉｃ）性の電極を設置
するためには、ｎ形Ｓｉ単結晶上に堆積するＢＰ緩衝層
は、ｎ形層とする必要がある。ｎ形のＢＰ緩衝層は、前
記の成長手段により成長させる際に、第ＩＶ族元素であ
るＳｉや錫（Ｓｎ）或いは第ＶＩ族元素の硫黄（Ｓ）や
セレン（Ｓｅ）などをドーピングすれば得られる。これ
らｎ形不純物のドーピング量はキャリヤ濃度が約１×１
０18ｃｍ-3以上となる様に調整するのが望ましい。
ＳｂドープＳｉ単結晶はｎ形の伝導を示す。故に、Ｓｂ
ドープＳｉ単結晶には、Ｂ原子より高濃度にＰ原子を存
在させるのが望ましい。また、ＢとＰ原子を同時に拡散
させる際には、Ｓｉ単結晶内でＳｉのドナー不純物であ
るＰ原子の濃度がＢ原子濃度を上回る様に拡散して、Ｓ
ｂドープＳｉ単結晶が本来、有するｎ形の導電性を保持
する。ＬＥＤあるいはＬＤにあって、ｎ形Ｓｉ単結晶基
板の裏面側にオーミック（Ｏｈｍｉｃ）性の電極を設置
するためには、ｎ形Ｓｉ単結晶上に堆積するＢＰ緩衝層
は、ｎ形層とする必要がある。ｎ形のＢＰ緩衝層は、前
記の成長手段により成長させる際に、第ＩＶ族元素であ
るＳｉや錫（Ｓｎ）或いは第ＶＩ族元素の硫黄（Ｓ）や
セレン（Ｓｅ）などをドーピングすれば得られる。これ
らｎ形不純物のドーピング量はキャリヤ濃度が約１×１
０18ｃｍ-3以上となる様に調整するのが望ましい。
【００１９】Ｓｉ単結晶の表面にＢ原子またはＰ原子か
ら選ばれた１種以上を拡散する手段には前記以外に、Ｓ
ｉ単結晶表面上に堆積するＢＰ緩衝層を拡散源として利
用し、ＢＰ緩衝層の成膜に併行して、Ｂ及びＰ原子のＳ
ｉ基板への拡散を行うことでも可能である。この場合の
拡散温度は、好ましくは、約６５０℃以上であり、更に
好ましくは７５０℃である。ただし約１２００℃を越え
る高温では、ＢＰ結晶層の表面の平坦性が損なわれ好ま
しくない。
ら選ばれた１種以上を拡散する手段には前記以外に、Ｓ
ｉ単結晶表面上に堆積するＢＰ緩衝層を拡散源として利
用し、ＢＰ緩衝層の成膜に併行して、Ｂ及びＰ原子のＳ
ｉ基板への拡散を行うことでも可能である。この場合の
拡散温度は、好ましくは、約６５０℃以上であり、更に
好ましくは７５０℃である。ただし約１２００℃を越え
る高温では、ＢＰ結晶層の表面の平坦性が損なわれ好ま
しくない。
【００２０】
【実施例】（実施例１）以下、リン化ホウ素を主体とし
て構成した第１の緩衝層及び第２の緩衝層上に、ＩＩＩ
族窒化物半導体結晶層から成る発光層を備えた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。
て構成した第１の緩衝層及び第２の緩衝層上に、ＩＩＩ
族窒化物半導体結晶層から成る発光層を備えた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。
【００２１】図１は本実施例に係わるＬＥＤ１０の概略
の構成を示す断面模式図である。短波長可視ＬＥＤ１０
は、Ｓｉ単結晶を基板１０１とする積層構造体２０によ
り構成されている。積層構造体２０には、Ｓｂをドーピ
ングしたｎ形の｛００１｝Ｓｉ基板１０１の表面上に堆
積した第１のＢＰ緩衝層１０２と、第２のＢＰ緩衝層１
０３とが備えられている。Ｓｉ基板１０１の表面に接合
させて設けた、第１のＢＰ緩衝層１０２は、三塩化ホウ
素（ＢＣｌ3）、三塩化リン（ＰＣｌ3）、水素（Ｈ2）
を用いた反応系ハライドＶＰＥ法により、３９０℃で、
層厚約１２ｎｍで成膜した。第２のＢＰ緩衝層１０３
は、上記のハライドＶＰＥ法により、ＰＣｌ3／ＢＣｌ3
の供給比を約６０に設定し、成膜温度が１０３０℃、層
厚が約２μｍ、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を使用してＳｉを
ドーピングしたｎ形層（キャリア濃度＝２．３×１０18
ｃｍ-3）である。
の構成を示す断面模式図である。短波長可視ＬＥＤ１０
は、Ｓｉ単結晶を基板１０１とする積層構造体２０によ
り構成されている。積層構造体２０には、Ｓｂをドーピ
ングしたｎ形の｛００１｝Ｓｉ基板１０１の表面上に堆
積した第１のＢＰ緩衝層１０２と、第２のＢＰ緩衝層１
０３とが備えられている。Ｓｉ基板１０１の表面に接合
させて設けた、第１のＢＰ緩衝層１０２は、三塩化ホウ
素（ＢＣｌ3）、三塩化リン（ＰＣｌ3）、水素（Ｈ2）
を用いた反応系ハライドＶＰＥ法により、３９０℃で、
層厚約１２ｎｍで成膜した。第２のＢＰ緩衝層１０３
は、上記のハライドＶＰＥ法により、ＰＣｌ3／ＢＣｌ3
の供給比を約６０に設定し、成膜温度が１０３０℃、層
厚が約２μｍ、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を使用してＳｉを
ドーピングしたｎ形層（キャリア濃度＝２．３×１０18
ｃｍ-3）である。
【００２２】上記の第２のＢＰ緩衝層１０３の成長を終
了した後には、図２に示す如く、銅（Ｃｕ）のＫα線
（波長＝１．５４オングストローム）を入射Ｘ線とする
Ｘ線回折分析に於いて、Ｓｉの｛４００｝結晶面及びＢ
Ｐの｛２００｝結晶面からの回折反射に加えて、約３３
度の位置にＳｉの｛２００｝結晶面に帰属されるＸ線ブ
ラッグ反射が発現している。これはＳｉ単結晶の表面か
らその内部に、Ｂ原子またはＰ原子或いはその双方の原
子の拡散層１１０が形成しているためである。このた
め、ＢＰ緩衝層１０２は、Ｓｉ単結晶基板１０１から剥
離せずに、堅固に密着するものとなった。また、ＢＰ緩
衝層１０３は、通常のＸ線回折法によって、立方晶ＢＰ
の含有量を９９％以上とする立方晶結晶を主体とする緩
衝層であることが明らかになった。また、特に、Ｓｂド
ープＳｉ基板上に設けた第１のＢＰ緩衝層１０２を介し
て積層されているために、第２のＢＰ緩衝層１０３は結
晶性且つ平坦性に優れるものとなった。
了した後には、図２に示す如く、銅（Ｃｕ）のＫα線
（波長＝１．５４オングストローム）を入射Ｘ線とする
Ｘ線回折分析に於いて、Ｓｉの｛４００｝結晶面及びＢ
Ｐの｛２００｝結晶面からの回折反射に加えて、約３３
度の位置にＳｉの｛２００｝結晶面に帰属されるＸ線ブ
ラッグ反射が発現している。これはＳｉ単結晶の表面か
らその内部に、Ｂ原子またはＰ原子或いはその双方の原
子の拡散層１１０が形成しているためである。このた
め、ＢＰ緩衝層１０２は、Ｓｉ単結晶基板１０１から剥
離せずに、堅固に密着するものとなった。また、ＢＰ緩
衝層１０３は、通常のＸ線回折法によって、立方晶ＢＰ
の含有量を９９％以上とする立方晶結晶を主体とする緩
衝層であることが明らかになった。また、特に、Ｓｂド
ープＳｉ基板上に設けた第１のＢＰ緩衝層１０２を介し
て積層されているために、第２のＢＰ緩衝層１０３は結
晶性且つ平坦性に優れるものとなった。
【００２３】第２のＢＰ緩衝層１０３の表面上には、一
般的な常圧ＭＯＣＶＤ法で成膜したＳｉドープｎ形の六
方晶の窒化ガリウム層１０４が積層されている。ＧａＮ
層（キャリア濃度＝２．４×１０18ｃｍ-3）１０４上に
は、平均的なインジウム組成比を０．１とする六方晶の
ｎ形窒化ガリウム・インジウム混晶（Ｇａ0.9Ｉｎ
0.1Ｎ）層１０５が堆積されている。Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ
層１０５上には、アルミニウム組成に勾配を付したマグ
ネシウム（Ｍｇ）ドープｐ形窒化アルミニウム・ガリウ
ム混晶（ＡｌγＧａ1- γＮ）層１０６が積層されてい
る。Ａｌ組成比（＝γ）は、層厚の増加方向に０．２か
ら０に単調に略直線的に減少させている。発光部１０７
は、層厚を約３μｍとする上記のｎ形ＧａＮ層１０４を
下部クラッド層とし、層厚を約０．０１μｍとするＧａ
0.9Ｉｎ0.1Ｎ層１０５を発光層とし、また、層厚が０．
２μｍに到達する間にＡｌ組成比に勾配を付した上記の
六方晶Ａｌ γＧａ1- γＮ（γ＝０．２０〜０）層１０６
を上部クラッド層として構成している。発光部１０７を
構成する上記の各層１０４〜１０６は、第１のＢＰ緩衝
膜１０２を設けているため何れも連続性に優れる膜とな
っている。
般的な常圧ＭＯＣＶＤ法で成膜したＳｉドープｎ形の六
方晶の窒化ガリウム層１０４が積層されている。ＧａＮ
層（キャリア濃度＝２．４×１０18ｃｍ-3）１０４上に
は、平均的なインジウム組成比を０．１とする六方晶の
ｎ形窒化ガリウム・インジウム混晶（Ｇａ0.9Ｉｎ
0.1Ｎ）層１０５が堆積されている。Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ
層１０５上には、アルミニウム組成に勾配を付したマグ
ネシウム（Ｍｇ）ドープｐ形窒化アルミニウム・ガリウ
ム混晶（ＡｌγＧａ1- γＮ）層１０６が積層されてい
る。Ａｌ組成比（＝γ）は、層厚の増加方向に０．２か
ら０に単調に略直線的に減少させている。発光部１０７
は、層厚を約３μｍとする上記のｎ形ＧａＮ層１０４を
下部クラッド層とし、層厚を約０．０１μｍとするＧａ
0.9Ｉｎ0.1Ｎ層１０５を発光層とし、また、層厚が０．
２μｍに到達する間にＡｌ組成比に勾配を付した上記の
六方晶Ａｌ γＧａ1- γＮ（γ＝０．２０〜０）層１０６
を上部クラッド層として構成している。発光部１０７を
構成する上記の各層１０４〜１０６は、第１のＢＰ緩衝
膜１０２を設けているため何れも連続性に優れる膜とな
っている。
【００２４】ＬＥＤ１０は、ｎ形Ｓｉ単結晶基板１０１
の裏面にｎ形オーミック電極１０８と、上部クラッド層
たるＡｌγＧａ1- γＮ組成勾配層１０６の表面にｐ形オ
ーミック電極１０９を各々配置して構成されている。双
方のオーミック電極１０８〜１０９は共にＡｌから構成
している。電極１０８〜１０９間での電流−電圧（Ｉ−
Ｖ）特性は正常な整流性を示し、順方向電圧は約３Ｖ
（＠２０ｍＡ）で、逆方向電圧は１５Ｖ（＠１０μＡ）
となった。順方向に２０ｍＡの動作電流を通流して、Ｌ
ＥＤ１０を発光させた。ＬＥＤ１０からは、発光中心波
長を約４６０ｎｍとし、半値幅を約１８ｎｍとするスペ
クトルを有する青色光が出射された。一般的な積分球を
利用して測定されるチップ状態での発光強度は約１４μ
Ｗの高強度となった。
の裏面にｎ形オーミック電極１０８と、上部クラッド層
たるＡｌγＧａ1- γＮ組成勾配層１０６の表面にｐ形オ
ーミック電極１０９を各々配置して構成されている。双
方のオーミック電極１０８〜１０９は共にＡｌから構成
している。電極１０８〜１０９間での電流−電圧（Ｉ−
Ｖ）特性は正常な整流性を示し、順方向電圧は約３Ｖ
（＠２０ｍＡ）で、逆方向電圧は１５Ｖ（＠１０μＡ）
となった。順方向に２０ｍＡの動作電流を通流して、Ｌ
ＥＤ１０を発光させた。ＬＥＤ１０からは、発光中心波
長を約４６０ｎｍとし、半値幅を約１８ｎｍとするスペ
クトルを有する青色光が出射された。一般的な積分球を
利用して測定されるチップ状態での発光強度は約１４μ
Ｗの高強度となった。
【００２５】（実施例２）ＭＯＣＶＤ法で形成されたＢ
Ｐ緩衝層を具備した積層構造体から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。
Ｐ緩衝層を具備した積層構造体から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。
【００２６】本実施例では、Ｐドープｎ形｛１１１｝Ｓ
ｉ単結晶基板上に、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）／ホスフィン
（ＰＨ3）／水素（Ｈ2）系ＭＯＣＶＤ法で４３０℃に於
いて、Ｖ／ＩＩＩ比（＝ＰＨ3／Ｂ2Ｈ6供給比率）を約
１２０に設定して第１のＢＰ緩衝層を厚さ約０．０５μ
ｍで成膜した。このＢＰ緩衝層上には、同一の反応系を
利用して、１０３０℃で第２のＢＰ緩衝層を形成した。
Ｘ線回折分析法に依り、第２のＢＰ緩衝層は六方晶であ
るＢ13Ｐ2の含有量を２％未満とする立方晶を主体とす
るＢＰ結晶であると認められた。特に、第１のＢＰ緩衝
層とｎ形Ｓｉ単結晶基板との間には、剥離は認められず
良好な密着性が保持されるものとなった。
ｉ単結晶基板上に、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）／ホスフィン
（ＰＨ3）／水素（Ｈ2）系ＭＯＣＶＤ法で４３０℃に於
いて、Ｖ／ＩＩＩ比（＝ＰＨ3／Ｂ2Ｈ6供給比率）を約
１２０に設定して第１のＢＰ緩衝層を厚さ約０．０５μ
ｍで成膜した。このＢＰ緩衝層上には、同一の反応系を
利用して、１０３０℃で第２のＢＰ緩衝層を形成した。
Ｘ線回折分析法に依り、第２のＢＰ緩衝層は六方晶であ
るＢ13Ｐ2の含有量を２％未満とする立方晶を主体とす
るＢＰ結晶であると認められた。特に、第１のＢＰ緩衝
層とｎ形Ｓｉ単結晶基板との間には、剥離は認められず
良好な密着性が保持されるものとなった。
【００２７】また、第１のＢＰ緩衝層の成膜が終了し、
第２のＢＰ緩衝層を成膜するために、Ｓｉ単結晶基板温
度を１０３０℃に上昇させた後、水素気流中に於いて、
同温度に１０分間ＢＰ緩衝層を保持した。この保持の間
に、ＢＰ緩衝層を拡散源としてＢ原子並びにＰ原子をＳ
ｉ基板の内部に拡散させた。Ｂ原子及びＰ原子は共に、
Ｓｉ単結晶基板表面から約１μｍの深さに浸透するもの
となった。一般的なＳＩＭＳ分析法に依れば、Ｓｉ単結
晶基板の表層部でのＰ原子の濃度は、Ｓｉ基板表面より
深さ方向に単調に減少する傾向を呈し、最大の原子濃度
は約１×１０20ｃｍ-3であった。一方、Ｂ原子も同様の
分布状況を呈し、その最大の原子濃度は約３×１０19ｃ
ｍ-3であり、Ｐ原子濃度を下回るものとなった。上記成
膜を行ったＳｉ基板からは、ブラッグ回折角度約３２．
９度とするＳｉの｛２００｝結晶面からの回折ピークが
発現しているのが確認された。
第２のＢＰ緩衝層を成膜するために、Ｓｉ単結晶基板温
度を１０３０℃に上昇させた後、水素気流中に於いて、
同温度に１０分間ＢＰ緩衝層を保持した。この保持の間
に、ＢＰ緩衝層を拡散源としてＢ原子並びにＰ原子をＳ
ｉ基板の内部に拡散させた。Ｂ原子及びＰ原子は共に、
Ｓｉ単結晶基板表面から約１μｍの深さに浸透するもの
となった。一般的なＳＩＭＳ分析法に依れば、Ｓｉ単結
晶基板の表層部でのＰ原子の濃度は、Ｓｉ基板表面より
深さ方向に単調に減少する傾向を呈し、最大の原子濃度
は約１×１０20ｃｍ-3であった。一方、Ｂ原子も同様の
分布状況を呈し、その最大の原子濃度は約３×１０19ｃ
ｍ-3であり、Ｐ原子濃度を下回るものとなった。上記成
膜を行ったＳｉ基板からは、ブラッグ回折角度約３２．
９度とするＳｉの｛２００｝結晶面からの回折ピークが
発現しているのが確認された。
【００２８】その後、実施例１に記載の層厚とキャリア
濃度のＳｉドープｎ形ＧａＮ層、Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ発光
層及びＡｌγＧａ1- γＮ（γ＝０．２０〜０）層を上部
クラッド層から成る発光部を配置し、ＬＥＤ用途の積層
構造体を構成した。積層構造体には、実施例１に準じ
て、ｎ形及びｐ形オーミック電極を設けて製造した。
濃度のＳｉドープｎ形ＧａＮ層、Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ発光
層及びＡｌγＧａ1- γＮ（γ＝０．２０〜０）層を上部
クラッド層から成る発光部を配置し、ＬＥＤ用途の積層
構造体を構成した。積層構造体には、実施例１に準じ
て、ｎ形及びｐ形オーミック電極を設けて製造した。
【００２９】本実施例のＬＥＤは良好なｐｎ接合特性に
基づく正常な整流特性が顕現されたのに加え、順方向に
２０ｍＡの電流を通流した際に、中心波長を約４６０ｎ
ｍとする青色光が発せられた。また、上記の実施例１の
ＬＥＤ１０と発光波長は略同一ながら、発光スペクトル
の半値幅は約１５ｎｍと実施例１のＬＥＤに比較し更に
狭帯化されている。また、一般的な積分球を使用して測
定される発光強度は約１６μＷであり、高強度のＩＩＩ
族窒化物半導体光デバイスが製造されるものとなった。
基づく正常な整流特性が顕現されたのに加え、順方向に
２０ｍＡの電流を通流した際に、中心波長を約４６０ｎ
ｍとする青色光が発せられた。また、上記の実施例１の
ＬＥＤ１０と発光波長は略同一ながら、発光スペクトル
の半値幅は約１５ｎｍと実施例１のＬＥＤに比較し更に
狭帯化されている。また、一般的な積分球を使用して測
定される発光強度は約１６μＷであり、高強度のＩＩＩ
族窒化物半導体光デバイスが製造されるものとなった。
【００３０】
【発明の効果】本発明に依れば、Ｓｉ単結晶基板の表層
部にＢ原子、Ｐ原子を拡散させることにより、基板との
密着性に優れるＢＰ緩衝層を形成し、連続性に優れるＩ
ＩＩ族窒化物半導体結晶層から成る発光部が構成できる
ため、例えば、発光強度に優れるＩＩＩ族窒化物半導体
光デバイスが提供できる。
部にＢ原子、Ｐ原子を拡散させることにより、基板との
密着性に優れるＢＰ緩衝層を形成し、連続性に優れるＩ
ＩＩ族窒化物半導体結晶層から成る発光部が構成できる
ため、例えば、発光強度に優れるＩＩＩ族窒化物半導体
光デバイスが提供できる。
【図１】本発明のＩＩＩ族窒化物半導体光デバイスの一
例を示す断面図である。
例を示す断面図である。
【図２】Ｓｉの｛２００｝面からの回折反射を示すＸ線
回折スペクトルの一例である。図中の記号Ｓｉ（２０
０）及びＳｉ（４００）はＳｉの｛２００｝及び｛４０
０｝面からの、また記号ＢＰ（２００）はＢＰの（２０
０）面からの回折ピークを示す。
回折スペクトルの一例である。図中の記号Ｓｉ（２０
０）及びＳｉ（４００）はＳｉの｛２００｝及び｛４０
０｝面からの、また記号ＢＰ（２００）はＢＰの（２０
０）面からの回折ピークを示す。
【図３】Ｓｉ基板表層部でのＢ原子とＰ原子の濃度分布
例である。
例である。
１０ 光デバイス（ＬＥＤ）
２０ 積層構造体
１０１ Ｓｉ単結晶基板
１０２ 第１のＢＰ緩衝層
１０３ 第２のＢＰ緩衝層
１０４ ｎ形ＧａＮ層（下部クラッド層）
１０５ ＧａＩｎＮ活性層（発光層）
１０６ ｐ形ＡｌＧａＮ層（上部クラッド層）
１０７ 発光部
１０８ ｎ形オーミック電極
１０９ ｐ形オーミック電極
１１０ 拡散層
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
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (6)
- 【請求項１】Ｓｉ単結晶基板に接してリン化ホウ素から
なる第１の緩衝層をもち、該接した面からＳｉ単結晶側
に、ホウ素原子またはリン原子から選ばれた１種以上の
原子の拡散層を有するＳｉ単結晶基板上に、該緩衝層を
介して一般式ＡｌaＧａbＩｎ1-a-bＮqＭ1-q（０≦ａ，
ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１、Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を表
し、０＜ｑ≦１）で表される半導体層を形成するＩＩＩ
族窒化物半導体発光素子の製造方法において、拡散層
を、ホウ素原子またはリン原子を含む雰囲気下で、Ｓｉ
単結晶基板を加熱することにより、形成したことを特徴
とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項２】第１の緩衝層に接して、第１の緩衝層より
高い温度で、リン化ホウ素からなる第２の緩衝層を形成
したことを特徴とする請求項１に記載したＩＩＩ族窒化
物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項３】第１の緩衝層の形成温度が２５０℃以上で
５００℃以下であり、第２の緩衝層の形成温度が７５０
℃以上１２００℃以下であることを特徴とする請求項２
に記載したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項４】ホウ素原子またはリン原子から選ばれた１
種以上の原子の拡散層を形成したＳｉ単結晶基板のＸ線
回折パターンに、｛２００｝結晶面に帰属するＸ線ブラ
ッグ反射が発現していることを特徴とする請求項１〜３
のいずれか１項に記載した方法により製造したＩＩＩ族
窒化物半導体発光素子。 - 【請求項５】Ｓｉ単結晶基板の結晶面方位が｛１００｝
または｛１１１｝であることを特徴とする請求項４に記
載したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項６】Ｓｉ単結晶基板のドーパントがアンチモン
であることを特徴とする請求項４または５に記載したＩ
ＩＩ族窒化物半導体発光素子。
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