JP3557571B2 - Light-emitting element laminated structure, light-emitting element, lamp and light source - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガリウム(Ga)を含むIII−V族化合物半導体(含ガリウムIII−V族化合物半導体)からなる発光層と、硼素(B)を含むIII−V族化合物半導体(含硼素III−V族化合物半導体)からなる障壁層とを備えた発光素子用積層構造体と、その積層構造体から発光素子、ランプ及び光源を構成するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ガリウム(Ga)を含むIII−V族化合物半導体を発光層として備えた発光素子として、例えば、リン化ガリウム(GaP)を発光層とした緑色帯の発光ダイオード(LED)が知られている(寺本 巖著、「半導体デバイス概論」((株)培風館、1995年3月30日発行初版、118〜121頁参照)。また、別の従来例として、砒化リン化ガリウム(GaAs1−X:0≦X≦1)黄色帯LEDが知られている(上記の「半導体デバイス概論」、114〜116頁参照)。これら実用に至っている含ガリウムIII−V族化合物半導体層を発光層とする発光素子は、何れも、pn接合型単一(homo)接合構造の発光部を備えた積層構造体から構成されているのが通例である。
【0003】
III−V族化合物半導体の一種であるリン化硼素(BP)は、イオン結合度が0.006と低く(フィリップス著、「半導体結合論」((株)吉岡書店、1985年7月25日発行、第3刷)、49〜51頁参照)、特に、p形伝導性の半導体層を得られ易い特徴を有している。この様なリン化硼素(BP)の特徴は、例えば、pn接合構造を簡便に構成するに優位に作用する。このため、従来から、リン化硼素系III−V族化合物半導体層を備えた積層構造体から発光ダイオード(LED)或いはレーザダイオード(LD)等の発光素子を構成する技術が開示されている(特開平2−288388号公報参照)。従来において、リン化硼素系半導体層を含む積層構造体は、例えば、リン化ガリウム(GaP)及び窒化ガリウム(GaN)等のIII−V族化合物半導体単結晶を基板として構成されている(▲1▼特開平2−275682号/日本国特許第2809690号、及び▲2▼特開平10−247745号各公報参照)。また、別の基板材料として珪素(Si)単結晶(シリコン)が知られている(米国特許6,069,021号参照)。また、炭化珪素(SiC)も基板材料として用いられている(上記の特許第2809690号参照)。
【0004】
従来において、リン化硼素系半導体層は様々な機能層として利用されている。例えば、特開平10−242569号に記載の発明には、リン化硼素層を電流阻止層として備えた電流狭窄型の緑色レーザダイオード(LD)が開示されている。また、リン化硼素層をオーミック(Ohmic)電極を形成するためのコンタクト(contact)層として積層構造体に具備させる公知例もある(特開平10−242568号公報参照)。また、リン化硼素層を緩衝層として備えたLEDも公知となっている(特開平10−242514号公報参照)。特に、基板材料と積層構造体構成層との格子ミスマッチ(mismatch)をより良く緩和するために、比較的に低温で形成した、所謂、低温緩衝層をリン化硼素系半導体層から構成する例が知られている(上記の米国特許6,069,021号参照)。例えば、シリコン(Si)やリン化ガリウム(GaP)単結晶基板上に、リン化硼素・ガリウム(BGa1−XP:0≦X≦1)或いはリン化硼素・インジウム(BIn1−XP:0≦X≦1)から緩衝層を構成する技術が開示されている(特開平11−266006号公報参照)。
【0005】
一方、従来より、リン化硼素(BP)の室温での禁止帯幅は、約2eVであるとされている(▲1▼RCA Review,25(1964)、159〜167頁、▲2▼Z.anorg.allg.chem.,349(1967)、151〜157頁、及び▲3▼上記の「半導体デバイス概論」、28頁参照)。約2eVと低い禁止帯幅のリン化硼素を基材として、より高い禁止帯幅のBP系混晶を形成する技術も開示されている。例えば、アンドープ(undope)の窒化アルミニウム・ガリウム混晶(Ga0.5Al0.5N)薄層(層厚=1nm)とリン化硼素薄層(層厚=1nm)との超格子構造から2.7eVの禁止帯幅が得られている(上記の特開平10−247745号参照)。また、例えば、Ga0.25Al0.250.500.600.405元混晶として禁止帯幅を2.7eVとする半導体層を得ている(特開平2−288371号公報参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
含ガリウムIII−V族化合物半導体層を発光層とするLEDにあって、発光部を従来の単一(SH)構造ではなく二重(DH)構造とすれば、「光の閉じ込め」効果或いは「キャリア(担体)の閉じ込め」効果により、発光強度が増大され、高輝度のLEDの実現が期待される(上記の「半導体デバイス概論」、124〜126頁参照)。例えば、上記の従来手段に依り禁止帯幅を高めたGaAlBNP5元混晶を障壁層として発光層に接合させてDH構造の発光部を構成する手段も勘案される。しかしながら、構成元素の組成が安定している5元混晶等の多元混晶の構成元素の組成を安定に維持することは困難であるのは周知である(上記の「半導体デバイス概論」、24頁参照)。
【0007】
また、禁止帯幅を約2eVとするリン化硼素を基材としてより高い禁止帯幅の半導体層を得ようとする従来技術では、数nm程度の極薄膜を周期的に交互に積層させて超格子構造としなければならず、極薄膜の層厚並びに組成を安定して制御するために煩雑で冗長な成膜操作を要求される。また、超格子構造を形成するための特殊な成膜装置も要求されている(上記の特開平2−288371号参照)。
【0008】
最近では、従来の成長操作の煩雑性を回避できる簡便な気相成長手段に依り、室温で従来に無く高い禁止帯幅のリン化硼素(BP)を得る技術が開発されている。また、室温で高い禁止帯幅を有するリン化硼素或いはそれを基材として構成される混晶を障壁(clad)層として利用して、砒化リン化ガリウム(GaAs1−X:0≦X≦1)発光層とのヘテロ接合構造を構成する技術が提案されている。
【0009】
しかし、含硼素III−V族化合物半導体層と含ガリウムIII−V族化合物半導体発光層とのヘテロ接合を構成する技術にあっても、より高い発光強度の発光をもたらすに足る結晶性に優れる含ガリウムIII−V族化合物半導体発光層を得るための接合構成が求められていた。即ち、発光強度の高い例えば、GaAs1−X系発光素子をもたらすに好適となる障壁(clad)層を含硼素III−V族化合物半導体から構成する技術の更なる改良が要求されていた。
【0010】
本発明は上記の従来技術の問題点を克服すべくなされたもので、良質の含ガリウムIII−V族化合物半導体層からなる発光層を安定して与えられる含硼素III−V族化合物半導体層の構成を提示すると共に、その構成からなる含硼素III−V族化合物半導体層を備えた発光素子用積層構造体、発光素子、ランプ、及び光源を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、単結晶の基板と、基板上に積層された緩衝層と、緩衝層上に積層された硼素(B)を含むIII−V族化合物半導体(含硼素III−V族化合物半導体)からなる障壁層と、ガリウム(Ga)を含むIII−V族化合物半導体(含ガリウムIII−V族化合物半導体)からなる発光層とを備えている発光素子用積層構造体を提供するものであって、特に、次の(1)乃至(6)項に記載の特徴を有する発光素子用積層構造体を提供する。
(1)障壁層を、上記の緩衝層に対向する表面で緩衝層に格子整合する硼素(B)組成比を有し、上記の発光層に対向する表面で発光層に格子整合する硼素(B)組成比を有する、層厚の増加方向に硼素(B)組成比に勾配を付した含硼素III−V族化合物半導体からなる組成勾配層から構成したことを特徴とする発光素子用積層構造体。
(2)含ガリウムIII−V族化合物半導体からなる発光層を、発光層に対向する障壁層の表面を構成する含硼素III−V族化合物半導体と同一の材料から構成したことを特徴とする前記(1)に記載の発光素子用積層構造体。
(3)発光層を、砒化リン化硼素・ガリウム(BGa1−YAs1−Z:0≦Y<1、0<Z≦1)から構成したことを特徴とする前記(1)または(2)に記載の発光素子用積層構造体。
(4)含硼素III−V族化合物半導体からなる障壁層を、基板を構成する単結晶材料に格子整合する組成を有する含硼素III−V族化合物半導体から構成した緩衝層上に設けたことを特徴とする前記(1)乃至(3)の何れか1項に記載の発光素子用積層構造体。
(5)単結晶基板を珪素単結晶(シリコン)とし、含硼素III−V族化合物半導体層からなる障壁層を、リン化硼素・ガリウム(BGa1−XP:0<X≦1)から構成したことを特徴とする前記(1)乃至(4)の何れか1項に記載の発光素子用積層構造体。
(6)単結晶基板を珪素単結晶(シリコン)とし、含硼素III−V族化合物半導体層からなる障壁層を、リン化硼素・インジウム(BIn1−XP:0<X≦1)から構成したことを特徴とする前記(1)乃至(4)の何れか1項に記載の発光素子用積層構造体。
【0012】
また本発明は、上記の積層構造体を利用した、
(7)前記(1)乃至(6)の何れか1項に記載の発光素子用積層構造体を用いて構成したことを特徴とする発光素子。
(8)同一の単結晶基板上に、発光素子と当該発光素子からの発光の強度を制御するための電子部品を備えていることを特徴とする前記(7)に記載の発光素子。
(9)電子部品を、含硼素III−V族化合物半導体からなる障壁層上に設けていることを特徴とする(8)に記載の発光素子、
を提供する。さらに本発明は、
(10)前記(7)乃至(9)の何れか1項に記載の発光素子から構成したことを特徴とするランプ。
(11)前記(10)に記載のランプを用いて構成したことを特徴とする光源。を提供する。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1に掲示する積層構造体1Aの断面模式図を例にして、本発明に係わる第1の実施形態を説明する。第1の実施形態に係わる積層構造体1Aは、例えば、{100}、{110}或いは{111}結晶面を主面とするn形またはp形シリコンを基板101として構成する。主面より特定の結晶方位に向けて傾斜した表面を有するシリコンも基板101として利用できる。例えば、[110]結晶方位に角度にして数度から十数度傾斜させた表面を有する{100}を主面とするシリコンを基板101とできる。n形或いはp形リン化ガリウム(GaP)または砒化ガリウム(GaAs)或いはリン化硼素(BP)(▲1▼J.Electrochem.Soc.,120(1973)、p.p.802〜806.、及び▲2▼米国特許5,042,043号公報参照)等のIII−V族化合物半導体単結晶も基板101として利用できる。
【0014】
導電性の結晶材料を基板101とすれば、基板101の電気的導通性に依り、基板101裏面に正負、何れかの極性のオーミック(Ohmic)電極107を敷設できる。従い、導電性結晶基板は、サファイア等の絶縁性結晶を基板とした場合に於ける、積層構造体の一部を除去し、導電性の構成層表面を露出させた上で電極を形成する煩雑な工程(特開平10−321907号公報参照)を不要となし、簡便に発光素子を構成する利便な技術手段を与える。特に、抵抗率を10ミリオーム(mΩ)以下、より望ましくは1mΩ以下とする低比抵抗の導電性単結晶基板101は、順方向電圧(所謂、Vf)を低く抑えたLED、また、放熱性に優れるため、安定した発振をもたらすLDを構成するに有効である。
【0015】
単結晶基板101と障壁層103との中間には、緩衝層102を設ける構成とするのが望ましい。緩衝層102は、例えば、一般式BαAlβGaγIn1− α β γ1− δAsδ(0<α≦1、0≦β<1、0≦γ<1で且つ0<α+β+γ≦1、0≦δ<1)で表記されるリン化硼素系半導体から好適に構成できる。また、例えば、一般式BαAlβGaγIn1− α β γ1− δδ(0<α≦1、0≦β<1、0≦γ<1で且つ0<α+β+γ≦1、0<δ<1)で表記される窒素(N)を含むリン化硼素系半導体から構成できる。好ましくは、構成元素数が少なく、簡便に構成できる2元結晶或いは3元混晶から構成する。例えば、単量体リン化硼素(BP)、リン化アルミニウム・硼素混晶(BαAlβP:0<α≦1、0≦β<1で且つα+β=1)、リン化硼素・ガリウム混晶(BαGaδP:0<α≦1、0≦γ<1で且つα+δ=1)、或いはリン化硼素・インジウム混晶(BαIn1− αP:0<α≦1)などから構成する。
【0016】
特に、緩衝層102を、基板101を構成する単結晶材料に格子整合する組成の結晶層から構成すると、単結晶基板101と例えば、障壁層103等の積層構造体1Aの構成層との格子不整合性が緩和される利点が生ずる。このため、結晶性に優れる障壁層103或いは発光層104を得るに特に、効果が挙げられる。この効果をもたらすに好適な緩衝層102の構成材料として、シリコン(格子定数≒5.431Å)に格子整合するリン化硼素・ガリウム(B0.02Ga0.98P:格子定数≒5.431Å)を例示できる(上記の特開平11−266006号参照)。また、リン化硼素・ガリウム(B0.32Ga0.68P:格子定数≒5.450Å)や砒化硼素・ガリウム(B0.23Ga0.77As:格子定数≒5.450Å)等からはGaP単結晶(格子定数≒5.450Å)基板と格子整合を果たす含硼素III−V族化合物半導体混晶層を構成できる(特開2000−22211号公報参照)。
【0017】
緩衝層102を、非晶質または多結晶からなる薄膜層から構成すると、基板101と障壁層103を構成する材料間の熱膨張率の差異に起因する障壁層103の基板101表面からの剥離を防止するに効果が挙げられる。特に、緩衝層102を、障壁層103と同一の含硼素III−V族化合物半導体材料から構成すると、障壁層103の剥離を防止するに顕著に効果を挙げられる。非晶質または多結晶のBαAlβGaγIn1− α β γ1− δAsδ(0<α≦1、0≦β<1、0≦γ<1で且つ0<α+β+γ≦1、0≦δ<1)緩衝層102は、例えば、MOCVD法(Inst.Phys.Conf.Ser.,No.129(IOP Publishing Ltd.,1993)、157〜162頁参照)により成膜温度を、比較的低温の250℃〜750℃とすれば形成できる。約500℃以下の低温では、非晶質を主体とする含硼素III−V族化合物半導体層が得られ易い。大凡、500℃〜750℃のより高温領域では多結晶の含硼素III−V族化合物半導体層が得られる。非晶質或いは多結晶の緩衝層102を構成する薄膜層の層厚は、約1nm以上で100nm以下、更には、2nm以上で50nm以下であるのが望ましい。薄膜層が非晶質層か多結晶層の何れかであるかは、例えば、一般的なX線回折法、電子線回折法に依る回折像の解析から知れる。
【0018】
非晶質または多結晶からなる緩衝層102はまた、基板101を構成する単結晶材料の表面をなす結晶面の面指数に依らずに、その上層の障壁層103を構成する結晶面を画一的に特定する作用を有する。例えば、シリコン等の立方晶基板表面上に設けた非晶質または多結晶の緩衝層102を介在させて障壁層103を設ける構成とすると、{110}結晶面を主体としてなる結晶層が安定して得られる。面指数を{110}とする結晶面({110}結晶面)とは、(110)、(−1,1,0)、(−1,−1,0)、(1,−1,0)等の(110)に等価な結晶面の総称である。緩衝層102或いは障壁層103等を構成する結晶面は通常のX線回折パターン或いは電子線回折パターンの解析から同定できる。{110}結晶面を主体としてなる含硼素III−V族化合物半導体層、例えば、リン化硼素層は大凡、750℃〜1200℃の範囲で形成できる。1200℃を越える高温での成膜は、含硼素III−V族化合物半導体層の構成元素、特に、V族構成元素の揮散に因る孔(pit)を顕著に発生させ、平滑な表面の半導体層を安定して帰結するに支障を来す。立方晶閃亜鉛鉱結晶型の含硼素III−V族化合物半導体は、[110]に明瞭な劈開性を呈する(河東田 隆著、「電子・情報工学講座12 デバイス・プロセス」(1993年1月15日、(株)培風館発行初版)、161頁参照)。従って、{110}結晶面からなる含硼素III−V族化合物半導体層には簡便に劈開を及ぼせる。従って、主に{110}結晶面からなる結晶層を備えた積層構造体からは、例えば、劈開面を共振端面とする直方体状のレーザダイオードを簡便に構成できる利点がある。
【0019】
緩衝層102上には、例えば、一般式BαAlβGaγIn1− α β γ1− δAsδ(0<α≦1、0≦β<1、0≦γ<1で且つ0<α+β+γ≦1、0≦δ<1)、或いは一般式BαAlβGaγIn1− α β γ1− δδ(0<α≦1、0≦β<1、0≦γ<1で且つ0<α+β+γ≦1、0<δ<1)で表記される含硼素III−V族化合物半導体層からなる障壁層103を設ける。障壁層103を、基板101との接合界面で緩衝層102と格子整合し、且つ発光層104との接合界面で発光層104に格子整合する硼素組成比を有する組成勾配層から構成する。障壁層103を、緩衝層102と発光層104の双方に格子整合する組成勾配層は、ミスフィット転位、積層欠陥等の結晶欠陥密度の低い良質の発光層104をもたらすに貢献できる。含硼素III−V族化合物半導体組成勾配層は、緩衝層を構成する従来の含硼素III−V族化合物半導体層に見られる如く(上記の特開2000−22211号参照)、層厚の増加方向に一律に、または段階的に、或いは非直線的に硼素組成比を増減させる何れの様式をもってしても構成できる。例えば、シリコンからなる基板101上にリン化ガリウム(GaP)からなる発光層104を設けるに際し、シリコン基板101との界面で、硼素組成比(=X)を0.02としGaP発光層との界面で硼素組成比を0(零)に直線的に減じる様に硼素(B)組成比(=α)に勾配を付したリン化硼素・ガリウム(BαGaδP:α=0.02→0、対応して、δ=0.98→1.00、α+δ=1)組成勾配層は、基板101或いは緩衝層102と発光層104との間の格子ミスマッチを緩和する機能層として有効に作用できる。
【0020】
本発明の第4の実施形態では、組成勾配を有する障壁層103を、基板101をなす単結晶材料に格子整合する含硼素III−V族化合物半導体層から緩衝層102上に設けるのを好適とする。例えば、基板101をシリコン(格子定数≒5.431Å)とし、緩衝層102をリン化硼素・ガリウム(B0.02Ga0.98P:格子定数≒5.431Å)から構成し、障壁層103を緩衝層102との接合界面で硼素組成比(=X)を0.02(=2%)とするBGa1−XP組成勾配層から構成する例が上げられる。緩衝層102を基板101の単結晶材料に格子整合する材料から構成とすると、格子不整合性に因るミスフィット転位等の結晶欠陥の発生を抑制するに殊更、効果が挙げられ、結晶性に優れる良質の障壁層103、しいては発光層104をもたらすことができる。
【0021】
障壁層103は、発光層104よりも大きな禁止帯幅を与える硼素組成比を有する組成勾配層から構成する。少なくとも、発光層104に対向する表面とは反対側の緩衝層102に対向する表面側の領域は、発光層104を越える禁止帯幅の含硼素III−V族化合物半導体層から構成する。この様な高い禁止帯幅の障壁層103はリン化硼素(BP)系半導体から好適に構成できる。例えば、成長速度と、III族構成元素及びV族構成元素の原料の供給比率(所謂、V/III比率)を規定された範囲内に設定することにより得られる室温での禁止帯幅を3.0±0.2eVとする単量体のリン化硼素(BP)を基材として構成できる(上記の特願2001−158282号参照)。例えば、室温での禁止帯幅を3.0eVとする単量体BPを基材として、リン化ガリウム(GaP)と混晶となせば、禁止帯幅を2.3eV(GaPの禁止帯幅に相当する)以上で3.0eV(BPの禁止帯幅に相当する)以下とするリン化硼素・ガリウム(BGa1−XP:0≦X≦1)組成勾配層を構成できる。因みに、従来の禁止帯幅を約2.0eVとするリン化硼素(BP)をGaPと混晶化させても2.0eV以上で2.3eV以下の禁止帯幅の小さなBGa1−XPが帰結されるのみである。即ち、例えば、GaAs1−Z(0≦Z≦1)からなる発光層全般に対して障壁作用を及ぼす障壁層を構成できない。禁止帯幅は例えば、屈折率(=n)と消衰係数(=k)との積値で与えられる複素誘電率(ε=2・n・k)の波長(光子エネルギー)依存性から求められる。
【0022】
障壁層103上に設ける発光層104は、例えば、ガリウム(Ga)とリン(P)とを含む含ガリウムIII−V族化合物半導体層から構成する。一例として、砒化リン化ガリウム(GaAs1−Z:0≦Z≦1)から発光層104を構成する例を挙げられる。GaPからは純緑色(波長≒555nm)から赤色帯光を放射する発光層104を構成できる。例えば、亜鉛(Zn)と酸素(O)とを添加したGaP層は赤色帯光を発する発光層104として利用できる。また、GaAs1−Z混晶からは、例えば、黄色帯や橙色帯の発光をもたらす発光層104を構成できる。また、窒素(N)を添加した例えば、n形GaAs1−X層は、窒素(N)の等電子的捕獲中心(isoelectronic trap)作用に依り高強度の発光をもたらせる発光層104として有用である。
【0023】
発光層104は、また、上記の障壁層103の発光層104に対向する表面をなす含硼素III−V族化合物半導体層から構成することもできる。発光層に格子整合する組成を有する組成勾配層上の表面に、更にその表面をなす含硼素IIIV族化合物半導体層を所望の層厚に積層して発光層104となすことができる。障壁層103の表面に、障壁層103と同一の材料から構成される発光層104を積層させれば、両層103、104の格子定数の一致に依り、殊更、格子不整合に起因する結晶欠陥密度の少ない発光層104を得ることができる。本発明の第2の実施形態の好例として、障壁層103と発光層104の双方を導電性のリン化硼素・ガリウム(BαGaδP:0<α≦1、0≦δ<1、α+δ=1)から構成する例が挙げられる。また、双方の層103,104をリン化硼素・インジウム混晶(BαIn1− αP:0<α≦1)から構成する例が挙げられる。
【0024】
発光層104は、特に、砒化リン化硼素・ガリウム(BGa1−YAs1−Z:0≦Y<1、0<Z≦1)から構成できる。BGa1−YAs1−Z(0≦Y<1、0<Z≦1)にあって、硼素(B)組成比(=Y)を増大させれば、従来の発光層の構成材料である砒化リン化ガリウム(GaAs1−Z:0≦Z≦1)以上の禁止帯幅の含ガリウムIII−V族化合物半導体を構成できる。従って、これらは、GaAs1−Z(0≦Z≦1)よりも短い波長の発光を出射する発光層104として好適に利用できる。本発明の第3の実施形態の好例として、発光層をシリコン(格子定数≒5.431Å)と格子整合するB0.02Ga0.98Pから構成する例がある。BGa1−YAs1−Z混晶の母体材料であるリン化硼素(BP)及びリン化砒素(BAs)は、何れも間接遷移(indirect transition)型のIII−V族化合物半導体である(上記の「半導体デバイス概論」、28頁参照)。従い、窒素(N)等の電気陰性度の大きな元素を等電子的トラップとして添加したBGa1−YAs1−Z混晶層は高強度の発光をもたらす発光層104として優位に利用できる。
【0025】
本発明の第5の実施形態では、特に、基板101をシリコンとし、基板101と発光層104との中間の障壁層103を基板101のシリコンと同一の伝導形のn形またはp形のBαGaδP(0<α≦1、0≦δ<1、α+δ=1)層から構成する。また、本発明の第6の実施形態では、特に、基板101をシリコンとし、障壁層103を基板のシリコンと同一の伝導形のn形またはp形のBαIn1− αP(0<α≦1)層から構成する。BαGaδP(0<α≦1、0≦δ≦1)及びBαIn1− αP(0<α≦1)は硼素組成比如何に依って、基板101をなすシリコン(格子定数≒5.431Å)とBGa1−YAs1−Z発光層の双方に格子整合する組成勾配層を簡便に構成できる利点がある。p形障壁層103を得るためのp形ドーパント(dopant)として、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)やベリリウム(Be)などの第II族元素を例示できる。また、n形ドーパントとして珪素(Si)、錫(Sn)等の第IV族元素、並びに硫黄(S)やセレン(Se)、テルル(Te)等の第VI族元素を例示できる。
【0026】
本発明に係わる障壁層103を、発光層104の上部に設ける構成とすると二重(DH)接合型発光部を構成できる。また、例えば、量子井戸構造からなる発光層を構成するための障壁(barrier)層として利用できる。また、LEDにあって発光の外部への取り出し方向に設ける、発光を外部へ透過する窓(window)層等として利用できる。
【0027】
本発明の第7の実施形態では、積層構造体1Aを母体材料として発光素子を構成する。例えば、LEDは、積層構造体1Aをなす表層の発光層104上に表面オーミック電極106を設け、また、基板101の裏面に裏面オーミック電極107を配置して構成する。基板101を導電性の単結晶材料から構成すれば、その裏面にオーミック電極を設けられ、発光素子を製造するための電極形成工程を簡略となすことができる。p形オーミック電極は、例えば、金・亜鉛(Au・Zn)合金、金・ベリリウム(Au・Be)合金等から構成できる。また、金・ゲルマニウム(Au・Ge)合金、金・インジウム(Au・In)合金、並びに金・錫(Au・Sn)合金などの金合金等からn形オーミック電極を形成できる。良好なオーミック接触性を発揮する電極を形成するために、表面電極106を良導性のコンタクト(contact)層上に設けることもできる。本発明に係わる高い禁止帯幅の含硼素III−V族化合物半導体層は、発光を取り出し方向に透過できる表面電極106用途のコンタクト層を構成するに好適である。
【0028】
また、積層構造体1Aの基板101上に発光素子の動作を制御するため電子部品を付帯させて設けることにより一体化した複合発光素子を得ることができる。動作制御用途の電子部品には、例えば、MES(ショットキー(Schottky)金属接合型)、MOS型(金属/酸化物/半導体接合型)或いはpn接合型電界効果型トランジスタ(FET)、pn接合型サージダイオード、受光素子等を例示できる。例えば、FETを付帯させれば、例えば、ゲート(gate)電極への信号入力の如何に依って、点灯と消灯の何れかの動作を発光素子に選択して施せ、電気信号に依り発光素子の発光強度を瞬時に変化させられる。また、サージダイオードを付帯させれば、発光素子への大きな電流の不用意な入力を回避でき、発光素子の安定動作並びに動作寿命を延長するに効果が奏される。また、受光素子を付帯させれば、受光素子により測光される発光素子の発光の強度を電気信号として例えば、FETに送信し、FETの電流増幅作用を介して、発光素子の発光強度を変調させられる複合素子を構成できる。これらの電子機能部品は、シリコン等からなる基板101の表面に例えば、貼付して設けることができる。
【0029】
発光素子の動作を制御するための上記の電子部品は、上記の本発明の第8の実施形態に示す如く、シリコン等の基板101表面上に直接、設けられる他、伝導形の制御が容易に行える緩衝層102または障壁層103をなす含硼素III−V族化合物半導体層上に設けることができる。本発明の第9の実施形態の一例を次に記す。積層構造体1Aを一旦、形成した後、例えば、プラズマエッチング加工を施して、積層構造体1Aの一部の領域に限り発光層104を除去して、障壁層103の表面を露出させる。次に、露出させた障壁層103の表面に、同層103とは反対の伝導形の例えば、含硼素III−V族化合物半導体層を接合させる。この様に含硼素III−V族化合物半導体層を利用すれば、簡便にpn接合構造を構成でき、従って、例えば、発光素子をサージに因る破壊から保護するpn接合型ツェナ(Zenner)ダイオードを簡易に構成できる。
【0030】
本発明に依る発光素子からは高輝度のランプを構成できる。例えば、本発明の第10の実施形態のランプは次の如くの工程をもって構成できる。図6に例示する如く、基板11上に本発明に係わる含硼素III−V族化合物半導体層12を備えたLED10を、台座15上の銀(Ag)或いはアルミニウム(Al)等の金属を鍍金した碗体16の中央部に導電性の接合材で固定する。これより、基板11の底面に設けた一極性の電極14を台座15に付属する一端子17に電気的に接続させる。また、ヘテロ接合構造発光部12上に設置した電極13を台座15に付属する他の一方の端子18に結線する。一般的な半導体封止用のエポキシ樹脂19で碗体16を囲繞する様に封止すればランプを構成できる。また、本発明に係わる積層構成からなる積層構造体には劈開を容易に及ぼせるため、約200μm〜約300μm角の小型LEDも形成でき、従って、特に、設置容積を小とする表示器等として好適な小型の発光ダイオードランプを構成できる。
【0031】
また、本発明の第11の実施形態では、LED或いは樹脂封止されたダイオードランプを集合させて、光源を構成する。例えば、複数のLEDを電気的に並列に接続させて、定電圧駆動型の光源を構成できる。また、電気的に直列にダイオードランプを接続して定電流駆動型の光源を構成できる。これらのLEDを利用する光源は、従来の白熱型のランプ光源とは異なり、点灯によりさほど放熱を伴わないため、冷光源として特に有用に利用できる。例えば、冷凍食品の展示用光源として利用できる。また、例えば、屋外表示器、交通信号を提示するための信号器、自動車用途の方向指示器或いは照明機器等に好適に用いられる光源を構成できる。
【0032】
【作用】
単結晶基板と砒化リン化硼素・ガリウム(BGa1−YAs1−Z:0≦Y<1、0<Z≦1)発光層との中間に設けられた含硼素III−V族化合物半導体からなる障壁層は、基板をなす単結晶材料と発光層との格子不整合性を緩和して結晶性に優れる良質の発光層をもたらす作用を有する。
【0033】
特に、砒化リン化硼素・ガリウム(BGa1−YAs1−Z:0≦Y<1、0<Z≦1)発光層と同一の格子定数を有する含硼素III−V族化合物半導体からなる障壁層は、殊更、結晶性に優れる良質の発光層をもたらす作用を有する。
【0034】
【実施例】
(第1実施例)
珪素(Si)単結晶基板上に、リン化硼素(BP)結晶層とリン化ガリウム(GaP)単結晶層との単一(SH)ヘテロ接合構造を備えた積層構造体とその積層構造体からGaP系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。
【0035】
本実施例に係わるLED2Bの平面模式図を図2に示す。また、図2の破線X−X’に沿ったLED2Bの断面構造を図3の模式図に示す。図2及び図3において、図1に掲示したのと同一の構成要素については同一の符号を付すこととする。
【0036】
本発明に係わる発光素子用積層構造体2Aは、硼素(B)ドープp形{100}−Si単結晶を基板101として構成した。基板101の表面を構成する結晶面は、[110]方向に角度にして2度(°)傾斜した{100}面である。基板101の表面上には、トリエチル硼素((CB)/ホスフィン(PH)/水素(H)系常圧MOCVD法により、350℃で、as−grown状態で非晶質を主体としたリン化硼素からなる緩衝層102を堆積した。緩衝層102の層厚は約12nmに設定した。
【0037】
緩衝層102の表面上には、(CB/トリメチルインジウム((CHIn)/PH/H系常圧MOCVD法により、800℃でマグネシウム(Mg)をドーピングしたp形BIn1−XP組成勾配層を障壁層103として積層した。p形BIn1−XP組成勾配層の硼素組成比(=X)は、緩衝層102との接合界面で1.00とし表面で0.32となる様に直線的に減少させた。下部クラッド層として利用したBIn1−XP組成勾配層103は、主に{110}結晶面から構成されるものとなった。マグネシウム(Mg)のドーピング源には、ビス−シクロペンタジエニルマグネシウム(分子式:bis−(CMg)を用いた。下部障壁層103をなすp形BIn1−XP組成勾配層のキャリア濃度は約8×1018cm−3とした。層厚は約1000nmとした。上記の緩衝層102を下地層としたため、p形BIn1−XP(X=1.00→0.32)障壁層103は亀裂(crack)も無い連続膜となった。
【0038】
p形BIn1−XP組成勾配層からなる障壁層103上には、n形リン化ガリウム(GaP)からなる発光層104を積層させた。発光層104は、表面を、GaP(格子定数≒5.450Å)に格子整合する組成のB0.32In0.68P障壁層103上に設ける構成としたため、亀裂も無い連続膜となった。n形のドーパントとして珪素(Si)を用い、キャリア濃度は約1×1017cm−3とした。発光層104の層厚は約180nmとした。発光層104をトリメチルガリウム((CHGa)/PH/H 系常圧MOCVD法に依り、800℃で成長させる際には、アンモニア(NH)を使用して窒素(N)をアイソエレクトロニックトラップとしてドーピングした。GaP発光層104内部の窒素原子濃度は、2次イオン質量分析法(SIMS)に依り、約7×1018原子/cmと定量された。
【0039】
発光層104の表面上には、円形の結線用の台座電極を兼用する表面電極106を配置した。表面電極106は金(Au)・ゲルマニウム(Ge)真空蒸着膜から構成した。表面電極106の直径は120μmとした。また、p形Si基板101の裏面の略全面には、裏面オーミック電極107を配置してLED1Bを構成した。p形裏面電極107はアルミニウム(Al)真空蒸着膜から構成した。次に、{100}結晶面を主面とするSi単結晶101を基板とする積層構造体2Aを[110]結晶方位に沿って劈開し、一辺を約300μmとする正方形のLEDチップ2Bとした。
【0040】
表面及び裏面電極106〜107間に順方向に20ミリアンペア(mA)の動作電流を通流したところ、LED2Bからは発光中心波長を約557nmとする緑色光が出射された。一般的な積分球を利用して測定されるチップ(chip)状態での輝度は約6ミリカンデラ(mcd)となり、高発光強度のSH接合型緑色LEDが提供された。I−V特性から求めた順方向電圧(所謂、Vf)は約2.2V(順方向電流=20mA)となった。また、逆方向電圧は約8V(逆方向電流=10μA)であり、高耐圧のLEDが提供された。
【0041】
(第2実施例)
リン化ガリウム(GaP)単結晶基板上に、{110}−リン化硼素・ガリウム(BGa1−XP:0≦X≦1)結晶層とリン化硼素ガリウム(BGa1−XP)発光層との二重(DH)ヘテロ接合構造を備えた積層構造体とその積層構造体からGaP系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。
【0042】
本実施例に係わるLED3Bの断面模式図を図4に示す。図4において、図2乃び図3に掲示したのと同一の構成要素については同一の符号を付すこととする。
【0043】
本発明に係わる発光素子用積層構造体3Aは、珪素(Si)ドープn形{100}−GaP単結晶を基板101として構成した。基板101の表面上には、トリエチル硼素((CB)/トリメチルガリウム((CHGa)/ホスフィン(PH)/水素(H)系常圧MOCVD法により、580℃で多結晶のリン化硼素(BP)からなる緩衝層102を堆積した。緩衝層102の層厚は約30nmに設定した。
【0044】
緩衝層102の表面上には、(CB/(CHGa/PH/H系常圧MOCVD法により、800℃でn形BGa1−XP組成勾配層を障壁層103として堆積した。p形BGa1−XP障壁層103の硼素組成(=X)は、緩衝層102との接合界面で硼素(B)組成比を1.00とし、表面で硼素組成比を0.05に直線的に減少させた。下部クラッド層として利用したBGa1−XP組成勾配層は、Si基板の表面に平行に積重したBGa1−XP(X=1.00→0.05)の{110}結晶面から構成されるものとなった。また、{110}BGa1−XP障壁層103は、成長速度を毎分30nmとし、V/III比率(=PH/(CHB供給比率)を50として形成したため、複素誘電率の光子エネルギー依存性から求めた室温での禁止帯幅は約3.0eVとなった。珪素(Si)のドーピング源には、水素−ジシラン(Si)混合ガスを使用した。下部クラッド層をなすn形BGa1−XP障壁層103のキャリア濃度は約8×1018cm−3とした。層厚は約1000nmとした。上記の緩衝層102を下地層の効用に依り、n形BGa1−XP障壁層103は亀裂も無い連続膜となった。
【0045】
n形BGa1−XP障壁層103上には、n形リン化硼素・ガリウム(B0.05Ga0.95P)からなる発光層104を積層させた。n形のドーパントとして珪素(Si)を用い、キャリア濃度は約1×1017cm−3とした。発光層104の層厚は約150nmとした。発光層104を(CB/(CHGa/PH/H 系常圧MOCVD法に依り、800℃で成長させる際には、アンモニア(NH)を使用して窒素(N)をアイソエレクトロニックトラップとしてドーピングした。B0.05Ga0.95P発光層104内部の窒素原子濃度は、2次イオン質量分析法(SIMS)に依り、約8×1018原子/cmと定量された。
【0046】
n形B0.05Ga0.95P発光層104の表面上には、(CB/PH/H 系常圧MOCVD法に依り、350℃で非晶質を主体とするp形リン化硼素(BP)層を障壁層105として接合させた。p形のドーパントとしては上記のビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いた。キャリア濃度は約2×1019cm−3とし、層厚は680nmとした。波長(=λ)とその波長に於ける消衰係数(=k)とから算出した吸収係数(=4・π・k/λ:cm−1)を利用して求めた障壁層105を構成する非晶質を主体とするBP層の室温禁止帯幅は約3.1eVであった。n形BGa1−XP下部障壁層103と、n形B0.05Ga0.95P発光層104、及びp形BP層を上部障壁層105としてpn接合型ダブルヘテロ(DH)構造の発光部を形成した。
【0047】
非晶質のリン化硼素を主体としてなる上部障壁層105の表面の中央部には、円形の結線用の台座電極を兼用するp形表面電極106を配置した。p形表面電極106は金(Au)・亜鉛(Zn)真空蒸着膜から構成した。表面電極106の直径は130μmとした。また、n形GaP基板101の裏面の略全面には、n形裏面電極107を配置してLED3Bを構成した。n形裏面電極107は、金(Au)・ゲルマニウム(Ge)真空蒸着膜から構成した。次に、{100}結晶面を主面とするがGaP単結晶101を基板とする積層構造体3Aを[110]結晶方位に沿って劈開し、一辺を約250μmとする正方形のLEDチップ3Bとした。
【0048】
表面及び裏面電極106〜107間に順方向に20ミリアンペア(mA)の動作電流を通流したところ、LED3Bからは、発光中心波長を約540nmとする緑色光が出射された。一般的な積分球を利用して測定されるチップ(chip)状態での輝度は約5ミリカンデラ(mcd)となり、高発光強度の短波長可視LEDが提供された。I−V特性から求めた順方向電圧(所謂、Vf)は約2.3V(順方向電流=20mA)となった。また、逆方向電圧は約8V(逆方向電流=10μA)であり、高耐圧のLEDが提供された。
【0049】
(第3実施例)
珪素(Si)単結晶基板上に、Si単結晶に構成整合する緩衝層を備えた積層構造体とその積層構造体からGaAsP系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。
【0050】
本実施例に係わるLED4Bの断面模式図を図5に示す。図5において、図2乃至図4に掲示した同一の構成要素については同一の符号を付すこととする。
【0051】
本発明に係わる発光素子用積層構造体4Aは、アンチモン(Sb)ドープn形{100}−Si単結晶を基板101として構成した。基板101の表面上には、トリエチル硼素((CB)/トリメチルインジウム((CHIn)/ホスフィン(PH)/水素(H)系減圧MOCVD法により、400℃でリン化硼素・インジウム(BIn1−XP)からなる緩衝層102を成膜した。硼素(B)組成比(=X)は、Si単結晶と同一の格子定数(≒5.431Å)をもたらす0.32に設定した。成膜時の圧力は約5×10パスカル(圧力単位:Pa)とした。緩衝層102の層厚は約10nmに設定した。
【0052】
緩衝層102の表面上には、(CB/(CHIn/PH/H系減圧MOCVD法により、800℃でSiドープBIn1−XP組成勾配層を障壁層103として堆積した。n形BIn1−XP組成勾配層102の硼素組成比(=X)は、緩衝層103との接合界面で硼素(B)組成比を0.32とし、表面で硼素組成比を0.24に直線的に減少させた。下部クラッド層として利用したBGa1−XP(X=0.32→0.24)組成勾配層は、主にBIn1−XP結晶の{110}結晶面から構成されるものとなった。また、{110}−BIn1−XP組成勾配層は、成長速度を毎分20nmとし、V/III比率(=PH/(CHB供給比率)を40として形成したため、複素誘電率の光子エネルギー依存性から求めた室温での禁止帯幅は約2.8eVとなった。珪素(Si)のドーピング源には、水素−ジシラン(Si)混合ガスを使用した。下部クラッド層をなすn形BIn1−XP障壁層103のキャリア濃度は約2×1018cm−3とした。層厚は約500nmとした。上記の緩衝層102を下地層の効用に依り、n形BIn1−XP障壁層103は亀裂も無い連続膜となった。
【0053】
n形BIn1−XP障壁層103上には、n形砒化リン化ガリウム(GaAs0.500.50)からなる発光層104を積層させた。n形のドーパントとして珪素(Si)を用い、キャリア濃度は約2×1017cm−3とした。発光層104の層厚は約450nmとした。発光層104を(CHGa/アルシン(AsH)/PH/H 系減圧MOCVD法に依り、800℃で成長させる際には、アンモニア(NH)を使用して窒素(N)をアイソエレクトロニックトラップとしてドーピングした。GaAs0.500.50発光層104内部の窒素原子濃度は、2次イオン質量分析法(SIMS)に依り、約5×1018原子/cmと定量された。
【0054】
n形GaAs0.500.50発光層104の表面上には、(CB/PH/H 系減MOCVD法に依り、350℃で非晶質を主体とするp形リン化硼素(BP)層を上部障壁層105として接合させた。p形のドーパントとしては上記のビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いた。キャリア濃度は約2×1019cm−3とし、層厚は1080nmとした。波長(=λ)とその波長に於ける消衰係数(=k)とから算出した吸収係数(=4・π・k/λ:cm−1)を利用して求めた上部障壁層105を構成する非晶質を主体とするBP層の室温禁止帯幅は約3.1eVであった。n形BIn1−XP下部障壁層103と、n形GaAs0.500.50発光層104、及びp形BP層を上部障壁層105としてpn接合型ダブルヘテロ(DH)構造の発光部を形成した。
【0055】
非晶質のリン化硼素を主体としてなる上部障壁層105の表面の中央部には、円形の結線用の台座電極を兼用するp形表面電極106を配置した。p形表面電極106は金(Au)・亜鉛(Zn)真空蒸着膜から構成した。表面電極106の直径は130μmとした。また、n形Si基板101の裏面の略全面には、n形裏面電極107を配置してLED4Bを構成した。n形裏面電極107は、金(Au)真空蒸着膜から構成した。次に、{100}結晶面を主面とするがSi単結晶101を基板とする積層構造体4Aを[110]結晶方位に沿って劈開し、一辺を約250μmとする正方形のLEDチップ4Bとした。
【0056】
表面及び裏面電極106〜107間に順方向に20ミリアンペア(mA)の動作電流を通流したところ、LED4Bからは、発光中心波長を約600nmとする緑色光が出射された。一般的な積分球を利用して測定されるチップ(chip)状態での輝度は約7ミリカンデラ(mcd)となり、高発光強度の短波長可視LEDが提供された。I−V特性から求めた順方向電圧(所謂、Vf)は約2.3V(順方向電流=20mA)となった。また、逆方向電圧は約5V(逆方向電流=10μA)であり、高耐圧のLEDが提供された。
【0057】
【発明の効果】
単結晶の基板上に設けられた、含ガリウムIII−V族化合物半導体層を発光層として備えている発光素子用積層構造体において、発光層を、硼素組成に勾配を付した含硼素III−V族化合物半導体組成勾配層上に設ける構成とすることに依り、基板を構成する単結晶材料と発光層との格子不整合性が緩和されるため、良好な結晶性を有する発光層を備えた発光素子用積層構造体を構成できる。また、含硼素III−V族化合物半導体組成勾配層の発光層に対する障壁作用を及ぼす障壁層としての作用と相俟って、本発明に係わる発光素子用積層構造体からは高強度の発光をもたらす発光素子、ランプ及び光源を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す発光素子用積層構造体の断面模式図である。
【図2】第1実施例に記載のLEDの平面模式図である。
【図3】図2に掲示したLEDの破線X−X’に沿った断面模式図である。
【図4】第2実施例に記載のLEDの断面模式図である。
【図5】第3実施例に記載のLEDの断面模式図である。
【図6】本発明に係わるランプの断面構造を例示する模式図である。
【符号の説明】
1A、2A、3A、4A 発光素子用積層構造体
2B、3B、4B 発光素子(LED)
11 基板
12 ヘテロ接合発光部
13 表面側電極
14 基板裏面電極
15 台座
16 碗体
17、18 端子
19 封止樹脂
101 単結晶基板
102 緩衝層
103 障壁層
104 発光層
105 上部障壁層
106 表面電極
107 裏面電極
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a light-emitting layer composed of a III-V compound semiconductor containing gallium (Ga) (a gallium-containing III-V compound semiconductor) and a III-V compound semiconductor containing boron (B) (a boron-containing III-V compound semiconductor). TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laminated structure for a light-emitting element including a barrier layer made of a group III compound semiconductor) and a technique for forming a light-emitting element, a lamp, and a light source from the laminated structure.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a light emitting element including a III-V compound semiconductor containing gallium (Ga) as a light emitting layer, for example, a green light emitting diode (LED) having gallium phosphide (GaP) as a light emitting layer has been known. (Iwao Teramoto, "Introduction to Semiconductor Devices," Baifukan Co., Ltd., first edition, published on March 30, 1995, pp. 118-121.) As another conventional example, gallium arsenide phosphide (GaAs) is used.1-XPX: 0 ≦ X ≦ 1) A yellow band LED is known (see “General Description of Semiconductor Devices”, pp. 114-116). Each of these light-emitting elements having a gallium-containing III-V compound semiconductor layer as a light-emitting layer, which has been practically used, is composed of a laminated structure having a light-emitting portion having a pn junction type single (homo) junction structure. It is customary.
[0003]
Boron phosphide (BP), a type of III-V compound semiconductor, has a low degree of ionic bond of 0.006 (Philips, “Semiconductor Bonding Theory” (Yoshioka Shoten Co., Ltd., published July 25, 1985) , 3rd printing), pages 49-51), in particular, a feature that a p-type conductive semiconductor layer can be easily obtained. Such a feature of boron phosphide (BP) is advantageous in, for example, easily forming a pn junction structure. For this reason, a technique for forming a light-emitting element such as a light-emitting diode (LED) or a laser diode (LD) from a stacked structure including a boron phosphide-based III-V compound semiconductor layer has been disclosed (particularly). See JP-A-2-288388). Conventionally, a laminated structure including a boron phosphide-based semiconductor layer is configured using, as a substrate, a group III-V compound semiconductor single crystal such as gallium phosphide (GaP) and gallium nitride (GaN) (1). ▼ Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-275682 / Japanese Patent No. 2809690 and (2) Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-247745). As another substrate material, silicon (Si) single crystal (silicon) is known (see US Pat. No. 6,069,021). Further, silicon carbide (SiC) is also used as a substrate material (see the above-mentioned Japanese Patent No. 2809690).
[0004]
Conventionally, boron phosphide-based semiconductor layers have been used as various functional layers. For example, the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-242569 discloses a current confinement type green laser diode (LD) having a boron phosphide layer as a current blocking layer. There is also a known example in which a boron phosphide layer is provided in a laminated structure as a contact layer for forming an ohmic electrode (see JP-A-10-242568). Further, an LED provided with a boron phosphide layer as a buffer layer is also known (see JP-A-10-242514). In particular, there is an example in which a so-called low-temperature buffer layer formed of a boron phosphide-based semiconductor layer is formed at a relatively low temperature in order to better alleviate the lattice mismatch between the substrate material and the laminated structure constituting layer. It is known (see U.S. Pat. No. 6,069,021 mentioned above). For example, on a single crystal substrate of silicon (Si) or gallium phosphide (GaP), boron-gallium phosphide (BXGa1-XP: 0 ≦ X ≦ 1) or boron / indium phosphide (BXIn1-XA technique for forming a buffer layer based on P: 0 ≦ X ≦ 1) has been disclosed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-266006).
[0005]
On the other hand, conventionally, the band gap of boron phosphide (BP) at room temperature is about 2 eV ((1) RCA Review, 25 (1964), pp. 159 to 167, (2) Z. anorg.allg.chem., 349 (1967), pp. 151-157, and {circle around (3)} "General Description of Semiconductor Devices", p. 28). There is also disclosed a technique for forming a BP-based mixed crystal having a higher band gap using boron phosphide having a band gap as low as about 2 eV as a base material. For example, an undoped aluminum-gallium nitride mixed crystal (Ga0.5Al0.5N) A bandgap of 2.7 eV is obtained from the superlattice structure of the thin layer (layer thickness = 1 nm) and the boron phosphide thin layer (layer thickness = 1 nm) (see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-247745). ). Also, for example, Ga0.25Al0.25B0.50N0.60P0.40A semiconductor layer having a forbidden band width of 2.7 eV is obtained as a quinary mixed crystal (see JP-A-2-288371).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In an LED having a gallium-containing III-V compound semiconductor layer as a light-emitting layer, if the light-emitting portion has a double (DH) structure instead of the conventional single (SH) structure, a "light confinement" effect or " Due to the "carrier (carrier) confinement" effect, the emission intensity is increased, and realization of a high-brightness LED is expected (see the above "General Description of Semiconductor Devices", pp. 124-126). For example, a means for forming a light emitting portion having a DH structure by bonding a GaAlBNP quaternary mixed crystal having an increased band gap according to the above-described conventional means to a light emitting layer as a barrier layer may be considered. However, it is well known that it is difficult to stably maintain the composition of the constituent elements of a multi-element mixed crystal such as a quinary mixed crystal in which the composition of the constituent elements is stable (see “General Description of Semiconductor Devices”, 24 Page).
[0007]
Further, in a conventional technique for obtaining a semiconductor layer having a higher forbidden band width by using boron phosphide having a forbidden band width of about 2 eV as a base material, ultra-thin films having a thickness of about several nm are alternately laminated periodically to obtain an ultra-thin layer. It must have a lattice structure, and a complicated and redundant film forming operation is required to stably control the layer thickness and composition of the ultra-thin film. Further, a special film forming apparatus for forming a superlattice structure is also required (see the above-mentioned JP-A-2-288371).
[0008]
Recently, a technique for obtaining boron phosphide (BP) having an unprecedentedly high bandgap at room temperature by a simple vapor phase growth method capable of avoiding the complexity of the conventional growth operation has been developed. Also, gallium arsenide phosphide (GaAs) is used as a cladding layer by using boron phosphide having a high band gap at room temperature or a mixed crystal composed of the same as a base material.1-XPX: 0 ≦ X ≦ 1) A technique for forming a heterojunction structure with a light emitting layer has been proposed.
[0009]
However, even in the technique of forming a heterojunction between the boron-containing III-V compound semiconductor layer and the gallium-containing III-V compound semiconductor light emitting layer, the light emitting layer has excellent crystallinity sufficient to provide higher emission intensity. There has been a demand for a junction structure for obtaining a gallium III-V compound semiconductor light emitting layer. That is, for example, GaAs having a high emission intensity1-XPXThere has been a demand for a further improvement in technology for forming a barrier layer suitable for providing a system light emitting device from a boron-containing group III-V compound semiconductor.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above-mentioned problems of the prior art, and provides a light-emitting layer composed of a high-quality gallium-containing group III-V compound semiconductor layer in a boron-containing group III-V compound semiconductor layer stably provided. In addition to providing a structure, a stacked structure for a light-emitting element, a light-emitting element, a lamp, and a light source provided with a boron-containing group III-V compound semiconductor layer having the structure are provided.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention relates to a single crystal substrate, a buffer layer laminated on the substrate, and a III-V compound semiconductor containing boron (B) laminated on the buffer layer (a boron-containing III-V compound semiconductor). ) And a light emitting layer comprising a III-V compound semiconductor containing gallium (Ga) (a gallium III-V compound semiconductor containing gallium). In addition, the present invention particularly provides a light-emitting element laminated structure having the features described in the following items (1) to (6).
(1) The barrier layer has a composition ratio of boron (B) lattice-matched to the buffer layer on the surface facing the buffer layer, and boron (B) lattice-matched to the light-emitting layer on the surface facing the light-emitting layer. A) a laminated structure for a light-emitting element, comprising a composition gradient layer of a boron-containing group III-V compound semiconductor having a composition ratio and a gradient of boron (B) composition ratio in the direction of increasing the layer thickness. .
(2) The light emitting layer made of a gallium-containing group III-V compound semiconductor is made of the same material as the boron-containing group III-V compound semiconductor constituting the surface of the barrier layer facing the light emitting layer. The laminated structure for a light emitting device according to (1).
(3) The light emitting layer is made of boron arsenide / gallium (BYGa1-YAs1-ZPZ: 0 ≦ Y <1, 0 <Z ≦ 1), wherein the laminated structure for a light emitting element according to the above (1) or (2),
(4) A barrier layer made of a boron-containing group III-V compound semiconductor is provided on a buffer layer made of a boron-containing group III-V compound semiconductor having a composition lattice-matched to a single crystal material forming a substrate. The laminated structure for a light emitting device according to any one of the above (1) to (3), which is characterized by the following.
(5) The single crystal substrate is made of silicon single crystal (silicon), and the barrier layer made of a boron-containing group III-V compound semiconductor layer is made of boron phosphide-gallium (BXGa1-XP: 0 <X ≦ 1), wherein the laminated structure for a light emitting device according to any one of the above (1) to (4), wherein:
(6) The single crystal substrate is made of silicon single crystal (silicon), and the barrier layer made of a boron-containing group III-V compound semiconductor layer is made of boron phosphide-indium (BXIn1-XP: 0 <X ≦ 1), wherein the laminated structure for a light emitting device according to any one of the above (1) to (4), wherein:
[0012]
The present invention also utilizes the above-mentioned laminated structure,
(7) A light-emitting element comprising the light-emitting element laminated structure according to any one of (1) to (6).
(8) The light-emitting element according to (7), wherein the light-emitting element and an electronic component for controlling the intensity of light emission from the light-emitting element are provided on the same single crystal substrate.
(9) The light-emitting device according to (8), wherein the electronic component is provided on a barrier layer made of a boron-containing group III-V compound semiconductor.
I will provide a. Further, the present invention
(10) A lamp comprising the light-emitting device according to any one of (7) to (9).
(11) A light source comprising the lamp according to (10). I will provide a.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A first embodiment according to the present invention will be described with reference to a schematic cross-sectional view of a laminated structure 1A shown in FIG. 1 as an example. The laminated structure 1A according to the first embodiment is configured, for example, as the substrate 101, n-type or p-type silicon having a {100}, {110}, or {111} crystal plane as a main surface. Silicon having a surface inclined from the main surface toward a specific crystal orientation can also be used as the substrate 101. For example, silicon having {100} as a main surface and having a surface inclined at several degrees to several tens of degrees with respect to the [110] crystal orientation can be used as the substrate 101. n-type or p-type gallium phosphide (GaP) or gallium arsenide (GaAs) or boron phosphide (BP) (1) J. Electrochem. Soc., 120 (1973), pp. 802-806. {Circle around (2)} U.S. Pat. No. 5,042,043) can also be used as the substrate 101.
[0014]
When the conductive crystal material is used as the substrate 101, an ohmic electrode 107 of either positive or negative polarity can be laid on the back surface of the substrate 101 depending on the electrical conductivity of the substrate 101. Therefore, the conductive crystal substrate is a complicated structure in which an insulating crystal such as sapphire is used as a substrate, and a part of the laminated structure is removed to expose the surface of the conductive constituent layer and form an electrode. It eliminates the need for a simple process (see JP-A-10-321907) and provides convenient technical means for easily configuring a light-emitting element. In particular, the low-resistance conductive single-crystal substrate 101 having a resistivity of 10 milliohms (mΩ) or less, more desirably 1 mΩ or less, is an LED in which the forward voltage (so-called Vf) is kept low, Since it is excellent, it is effective for configuring an LD that provides stable oscillation.
[0015]
It is preferable that a buffer layer 102 be provided between the single crystal substrate 101 and the barrier layer 103. The buffer layer 102 is made of, for example, a general formula BαAlβGaγIn1- α β γP1- δAsδ(0 <α ≦ 1, 0 ≦ β <1, 0 ≦ γ <1, and 0 <α + β + γ ≦ 1, 0 ≦ δ <1). Also, for example, the general formula BαAlβGaγIn1- α β γP1- δNδ(0 <α ≦ 1, 0 ≦ β <1, 0 ≦ γ <1, and 0 <α + β + γ ≦ 1, 0 <δ <1) can be composed of a boron phosphide-based semiconductor containing nitrogen (N). . Preferably, it is composed of a binary crystal or a ternary mixed crystal which has a small number of constituent elements and can be easily composed. For example, monomeric boron phosphide (BP), aluminum phosphide / boron mixed crystal (BαAlβP: 0 <α ≦ 1, 0 ≦ β <1, and α + β = 1), boron phosphide / gallium mixed crystal (BαGaδP: 0 <α ≦ 1, 0 ≦ γ <1, and α + δ = 1) or a mixed crystal of boron phosphide and indium (BαIn1- αP: 0 <α ≦ 1).
[0016]
In particular, when the buffer layer 102 is formed of a crystal layer having a composition lattice-matched to the single crystal material forming the substrate 101, the lattice mismatch between the single crystal substrate 101 and the constituent layers of the laminated structure 1A such as the barrier layer 103 is formed. The advantage is that the consistency is relaxed. Therefore, an effect is particularly obtained in obtaining the barrier layer 103 or the light emitting layer 104 having excellent crystallinity. As a constituent material of the buffer layer 102 suitable for achieving this effect, boron-gallium phosphide (B) which lattice-matches with silicon (lattice constant {5.431}) is used.0.02Ga0.98P: lattice constant {5.431}) (see the above-mentioned JP-A-11-266006). In addition, boron phosphide / gallium (B0.32Ga0.68P: lattice constant {5.450}, boron arsenide / gallium (B0.23Ga0.77From As: lattice constant {5.450}, etc., it is possible to form a boron-containing III-V compound semiconductor mixed crystal layer that performs lattice matching with a GaP single crystal (lattice constant {5.450}) substrate (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-22221). Gazette).
[0017]
When the buffer layer 102 is formed from a thin film layer made of amorphous or polycrystalline, the barrier layer 103 is prevented from peeling off from the surface of the substrate 101 due to a difference in thermal expansion coefficient between the material forming the substrate 101 and the material forming the barrier layer 103. It is effective in preventing. In particular, when the buffer layer 102 is made of the same boron-containing III-V compound semiconductor material as that of the barrier layer 103, a significant effect can be obtained in preventing the barrier layer 103 from peeling off. Amorphous or polycrystalline BαAlβGaγIn1- α β γP1- δAsδ(0 <α ≦ 1, 0 ≦ β <1, 0 ≦ γ <1, and 0 <α + β + γ ≦ 1, 0 ≦ δ <1) The buffer layer 102 is formed, for example, by the MOCVD method (Inst. Phys. Conf. Ser. , No. 129 (IOP Publishing Ltd., 1993), pp. 157-162), and can be formed at a relatively low temperature of 250 ° C. to 750 ° C. At a low temperature of about 500 ° C. or lower, a boron-containing group III-V compound semiconductor layer mainly composed of amorphous is easily obtained. In a higher temperature range of about 500 ° C. to 750 ° C., a polycrystalline boron-containing group III-V compound semiconductor layer is obtained. The thickness of the thin film layer forming the amorphous or polycrystalline buffer layer 102 is preferably about 1 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 2 nm or more and 50 nm or less. Whether the thin film layer is an amorphous layer or a polycrystalline layer can be known from, for example, analysis of a diffraction image by a general X-ray diffraction method or electron beam diffraction method.
[0018]
The amorphous or polycrystalline buffer layer 102 also defines the crystal planes constituting the upper barrier layer 103 irrespective of the plane indices of the crystal planes constituting the surface of the single crystal material constituting the substrate 101. It has an action to specify the target. For example, when the barrier layer 103 is provided with an amorphous or polycrystalline buffer layer 102 provided on the surface of a cubic substrate made of silicon or the like, a crystal layer mainly composed of {110} crystal planes becomes stable. Obtained. The crystal plane having a plane index of {110} ({110} crystal plane) includes (110), (-1,1,0), (-1, -1,0), (1, -1,0) ) Is a generic term for crystal planes equivalent to (110). The crystal plane constituting the buffer layer 102 or the barrier layer 103 can be identified by analyzing a normal X-ray diffraction pattern or an electron beam diffraction pattern. A boron-containing group III-V compound semiconductor layer mainly composed of a {110} crystal plane, for example, a boron phosphide layer can be formed at a temperature in the range of about 750 ° C. to 1200 ° C. Film formation at a high temperature exceeding 1200 ° C. significantly generates pores (pits) due to volatilization of the constituent elements of the boron-containing group III-V compound semiconductor layer, particularly the group V constituent elements, and the semiconductor having a smooth surface is formed. It hinders the stable outcome of layers. A cubic zinc-blende crystal-type boron-containing group III-V compound semiconductor exhibits a clear cleavage property at [110] (Takato Kadota, "Electronic and Information Engineering Course 12 Device Process", January 15, 1993) (Japanese edition, first edition published by Baifukan Co., Ltd.), p. 161). Therefore, the boron-containing group III-V compound semiconductor layer having the {110} crystal plane can be easily cleaved. Therefore, a laminated structure having a crystal layer mainly composed of a {110} crystal plane has an advantage that, for example, a rectangular parallelepiped laser diode having a cleavage plane as a resonance end face can be easily configured.
[0019]
On the buffer layer 102, for example, a general formula BαAlβGaγIn1- α β γP1- δAsδ(0 <α ≦ 1, 0 ≦ β <1, 0 ≦ γ <1, and 0 <α + β + γ ≦ 1, 0 ≦ δ <1), or general formula BαAlβGaγIn1- α β γP1- δNδ(0 <α ≦ 1, 0 ≦ β <1, 0 ≦ γ <1, and 0 <α + β + γ ≦ 1, 0 <δ <1) barrier layer 103 made of a boron-containing III-V compound semiconductor layer Is provided. The barrier layer 103 is composed of a composition gradient layer having a boron composition ratio which is lattice-matched with the buffer layer 102 at the junction interface with the substrate 101 and lattice-matched with the light-emitting layer 104 at the junction interface with the light-emitting layer 104. The composition gradient layer in which the barrier layer 103 is lattice-matched to both the buffer layer 102 and the light emitting layer 104 can contribute to providing a high quality light emitting layer 104 having a low density of crystal defects such as misfit dislocations and stacking faults. The boron-containing group III-V compound semiconductor composition gradient layer has a thickness increasing direction as seen in the conventional boron-containing group III-V compound semiconductor layer constituting the buffer layer (see JP-A-2000-22211). It can be configured in any manner that increases or decreases the boron composition ratio uniformly, stepwise, or non-linearly. For example, when the light emitting layer 104 made of gallium phosphide (GaP) is provided on the substrate 101 made of silicon, the boron composition ratio (= X) at the interface with the silicon substrate 101 is set to 0.02, and the interface with the GaP light emitting layer is made. With a gradient of boron (B) composition ratio (= α) so that the boron composition ratio is linearly reduced to 0 (zero).αGaδP: α = 0.02 → 0, correspondingly δ = 0.98 → 1.00, α + δ = 1) The composition gradient layer causes a lattice mismatch between the substrate 101 or the buffer layer 102 and the light emitting layer 104. It can effectively act as a relaxing functional layer.
[0020]
In the fourth embodiment of the present invention, it is preferable that the barrier layer 103 having a composition gradient be provided on the buffer layer 102 from a boron-containing group III-V compound semiconductor layer lattice-matched to the single crystal material forming the substrate 101. I do. For example, the substrate 101 is made of silicon (lattice constant {5.431}), and the buffer layer 102 is made of boron phosphide / gallium (B0.02Ga0.98P: the lattice constant {5.431}), and the barrier layer 103 has a boron composition ratio (= X) of 0.02 (= 2%) at the junction interface with the buffer layer 102.XGa1-XAn example in which a P composition gradient layer is used is given. When the buffer layer 102 is made of a material that lattice-matches with the single crystal material of the substrate 101, the effect of suppressing crystal defects such as misfit dislocations due to lattice mismatch is particularly high. An excellent and high quality barrier layer 103 and thus a light emitting layer 104 can be provided.
[0021]
The barrier layer 103 is composed of a composition gradient layer having a boron composition ratio giving a larger band gap than the light emitting layer 104. At least a region on the front surface side opposite to the buffer layer 102 opposite to the surface facing the light emitting layer 104 is formed of a boron-containing group III-V compound semiconductor layer having a band gap exceeding the light emitting layer 104. The barrier layer 103 having such a high band gap can be preferably formed of a boron phosphide (BP) semiconductor. For example, the band gap at room temperature obtained by setting the growth rate and the supply ratio of the raw materials of the group III constituent element and the group V constituent element (so-called V / III ratio) within the specified range is 3. A monomer boron phosphide (BP) of 0 ± 0.2 eV can be used as the base material (see Japanese Patent Application No. 2001-158282). For example, if a band gap of gallium phosphide (GaP) is mixed with gallium phosphide (GaP) based on a monomer BP having a band gap of 3.0 eV at room temperature, the band gap becomes 2.3 eV (a band gap of GaP). (Equivalent) to 3.0 eV (equivalent to the BP bandgap).XGa1-XP: 0 ≦ X ≦ 1) A composition gradient layer can be formed. Incidentally, even if the conventional boron phosphide (BP) having a band gap of about 2.0 eV is mixed with GaP, B having a small band gap of 2.0 eV or more and 2.3 eV or less is obtained.XGa1-XP only results. That is, for example, GaAs1-ZPZA barrier layer that exerts a barrier effect on the entire light emitting layer composed of (0 ≦ Z ≦ 1) cannot be formed. The band gap is, for example, a complex dielectric constant (ε, which is given by a product value of a refractive index (= n) and an extinction coefficient (= k)).2= 2 · nk ·) dependent on the wavelength (photon energy).
[0022]
The light emitting layer 104 provided on the barrier layer 103 is formed of, for example, a gallium-containing group III-V compound semiconductor layer containing gallium (Ga) and phosphorus (P). As an example, gallium phosphide (GaAs)1-ZPZ: 0 ≦ Z ≦ 1) to form the light emitting layer 104. The light-emitting layer 104 that emits red band light from pure green (wavelength: 555 nm) can be formed from GaP. For example, a GaP layer to which zinc (Zn) and oxygen (O) are added can be used as the light emitting layer 104 that emits red light. In addition, GaAs1-ZPZFrom the mixed crystal, for example, the light emitting layer 104 that emits light in a yellow band or an orange band can be formed. Also, for example, n-type GaAs to which nitrogen (N) is added1-XPXThe layer is useful as a light-emitting layer 104 that can provide high-intensity light emission by the action of an isoelectronic trap of nitrogen (N).
[0023]
The light-emitting layer 104 can also be formed of a boron-containing group III-V compound semiconductor layer that forms a surface of the barrier layer 103 that faces the light-emitting layer 104. The light-emitting layer 104 can be formed by further laminating a boron-containing group IIIV compound semiconductor layer having a desired thickness on the surface of the composition gradient layer having a composition lattice-matched to the light-emitting layer. If the light emitting layer 104 made of the same material as the barrier layer 103 is stacked on the surface of the barrier layer 103, the crystal defects caused by the lattice mismatch, especially due to the matching of the lattice constants of the two layers 103 and 104, The light-emitting layer 104 with low density can be obtained. As a good example of the second embodiment of the present invention, both the barrier layer 103 and the light emitting layer 104 are made of conductive boron-gallium phosphide (BαGaδP: 0 <α ≦ 1, 0 ≦ δ <1, α + δ = 1). Further, both layers 103 and 104 are made of a mixed crystal of boron phosphide and indium (BαIn1- αP: 0 <α ≦ 1).
[0024]
The light-emitting layer 104 is formed of boron arsenide / gallium (BYGa1-YAs1-ZPZ: 0 ≦ Y <1, 0 <Z ≦ 1). BYGa1-YAs1-ZPZ(0 ≦ Y <1, 0 <Z ≦ 1), if the composition ratio (= Y) of boron (B) is increased, gallium arsenide phosphide (GaAs) which is a constituent material of a conventional light emitting layer is obtained.1-ZPZ: 0 ≦ Z ≦ 1) A gallium-containing III-V compound semiconductor having a band gap of not less than 0 can be formed. Therefore, these are GaAs1-ZPZIt can be suitably used as the light emitting layer 104 that emits light having a wavelength shorter than (0 ≦ Z ≦ 1). As a good example of the third embodiment of the present invention, it is preferable that the light-emitting layer has a lattice matching with silicon (lattice constant {5.431}).0.02Ga0.98There is an example that is composed of P. BYGa1-YAs1-ZPZBoth boron phosphide (BP) and arsenic phosphide (BAs), which are mixed crystal base materials, are indirect transition type III-V group compound semiconductors (see “General Description of Semiconductor Devices”, 28, above). Page). Accordingly, an element having a high electronegativity such as nitrogen (N) added as an isoelectronic trap BYGa1-YAs1-ZPZThe mixed crystal layer can be advantageously used as the light emitting layer 104 that provides high intensity light emission.
[0025]
In the fifth embodiment of the present invention, in particular, the substrate 101 is made of silicon, and the intermediate barrier layer 103 between the substrate 101 and the light emitting layer 104 is made of the same n-type or p-type B type as silicon of the substrate 101.αGaδIt is composed of P (0 <α ≦ 1, 0 ≦ δ <1, α + δ = 1) layers. In the sixth embodiment of the present invention, in particular, the substrate 101 is made of silicon, and the barrier layer 103 is made of the same n-type or p-type B type as silicon of the substrate.αIn1- αIt is composed of P (0 <α ≦ 1) layers. BαGaδP (0 <α ≦ 1, 0 ≦ δ ≦ 1) and BαIn1- αP (0 <α ≦ 1) depends on the composition ratio of boron, and silicon (lattice constant {5.431}) forming the substrate 101 and BYGa1-YAs1-ZPZThere is an advantage that a composition gradient layer lattice-matched to both of the light emitting layers can be easily formed. Examples of a p-type dopant for obtaining the p-type barrier layer 103 include Group II elements such as zinc (Zn), magnesium (Mg), and beryllium (Be). Examples of the n-type dopant include Group IV elements such as silicon (Si) and tin (Sn), and Group VI elements such as sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te).
[0026]
When the barrier layer 103 according to the present invention is provided above the light emitting layer 104, a double (DH) junction type light emitting portion can be formed. Further, for example, it can be used as a barrier layer for forming a light emitting layer having a quantum well structure. Further, it can be used as a window layer or the like provided in the LED in the direction of taking out light emission to the outside and transmitting light emission to the outside.
[0027]
In the seventh embodiment of the present invention, a light emitting device is configured using the laminated structure 1A as a base material. For example, the LED is configured such that a front ohmic electrode 106 is provided on the surface light emitting layer 104 constituting the laminated structure 1A, and a back ohmic electrode 107 is provided on the back surface of the substrate 101. If the substrate 101 is made of a conductive single crystal material, an ohmic electrode is provided on the back surface, and the electrode forming process for manufacturing a light emitting element can be simplified. The p-type ohmic electrode can be made of, for example, a gold-zinc (Au-Zn) alloy, a gold-beryllium (Au-Be) alloy, or the like. Further, an n-type ohmic electrode can be formed from a gold alloy such as a gold-germanium (Au-Ge) alloy, a gold-indium (Au-In) alloy, and a gold-tin (Au-Sn) alloy. In order to form an electrode exhibiting good ohmic contact, the surface electrode 106 may be provided on a well-conductive contact layer. The boron-containing group III-V compound semiconductor layer having a high band gap according to the present invention is suitable for forming a contact layer for the surface electrode 106 that can transmit light in the extraction direction.
[0028]
In addition, an integrated composite light emitting device can be obtained by providing electronic components attached to the substrate 101 of the laminated structure 1A for controlling the operation of the light emitting device. Examples of electronic components for operation control include MES (Schottky metal junction type), MOS type (metal / oxide / semiconductor junction type), pn junction type field effect transistor (FET), and pn junction type. Examples include a surge diode and a light receiving element. For example, if an FET is attached, for example, depending on whether a signal is input to a gate electrode, one of an operation of lighting and an extinguishing operation is selectively performed on the light emitting element, and the operation of the light emitting element is performed by an electric signal. The emission intensity can be changed instantaneously. In addition, if a surge diode is provided, an inadvertent input of a large current to the light emitting element can be avoided, which is effective in extending the stable operation and operating life of the light emitting element. If a light-receiving element is attached, the light-emitting intensity of the light-emitting element measured by the light-receiving element is transmitted as an electrical signal to, for example, an FET, and the light-emitting intensity of the light-emitting element is modulated through a current amplification action of the FET. A composite element can be constructed. These electronic functional components can be provided, for example, by being attached to the surface of a substrate 101 made of silicon or the like.
[0029]
The above-mentioned electronic component for controlling the operation of the light emitting element is provided directly on the surface of the substrate 101 made of silicon or the like as described in the eighth embodiment of the present invention, and the control of the conduction type is easy. It can be provided on the boron-containing group III-V compound semiconductor layer that forms the buffer layer 102 or the barrier layer 103 that can be performed. An example of the ninth embodiment of the present invention will be described below. After the laminated structure 1A is formed once, the light emitting layer 104 is removed only in a partial region of the laminated structure 1A by, for example, plasma etching to expose the surface of the barrier layer 103. Next, for example, a boron-containing group III-V compound semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the barrier layer 103 is bonded to the exposed surface of the barrier layer 103. If a boron-containing III-V compound semiconductor layer is used in this manner, a pn junction structure can be easily formed. Therefore, for example, a pn junction Zener diode that protects a light-emitting element from being damaged by a surge can be provided. It can be easily configured.
[0030]
A high-intensity lamp can be formed from the light-emitting element according to the present invention. For example, the lamp according to the tenth embodiment of the present invention can be constituted by the following steps. As illustrated in FIG. 6, an LED 10 having a boron-containing group III-V compound semiconductor layer 12 according to the present invention on a substrate 11 is plated with a metal such as silver (Ag) or aluminum (Al) on a pedestal 15. It is fixed to the center of the bowl 16 with a conductive bonding material. Thus, the unipolar electrode 14 provided on the bottom surface of the substrate 11 is electrically connected to one terminal 17 attached to the pedestal 15. Further, the electrode 13 provided on the light emitting section 12 having the hetero-junction structure is connected to the other terminal 18 attached to the pedestal 15. A lamp can be formed by sealing the bowl 16 with a general semiconductor sealing epoxy resin 19 so as to surround it. In addition, a small-sized LED having a size of about 200 μm to about 300 μm square can be formed in order to easily cleave the stacked structure having the stacked structure according to the present invention. A suitable small light emitting diode lamp can be configured.
[0031]
In the eleventh embodiment of the present invention, a light source is configured by assembling LEDs or resin-sealed diode lamps. For example, a plurality of LEDs can be electrically connected in parallel to form a constant voltage drive type light source. Also, a constant current drive type light source can be configured by electrically connecting diode lamps in series. Light sources using these LEDs, unlike conventional incandescent lamp light sources, do not involve much heat radiation when turned on, and thus can be particularly usefully used as cold light sources. For example, it can be used as a light source for display of frozen foods. Further, for example, a light source suitably used for an outdoor display, a traffic light for presenting a traffic signal, a direction indicator for automobile use, a lighting device, or the like can be configured.
[0032]
[Action]
Single crystal substrate and boron arsenide / gallium arsenide (BYGa1-YAs1-ZPZ0 ≦ Y <1, 0 <Z ≦ 1) The barrier layer made of a boron-containing group III-V compound semiconductor provided between the light emitting layer and the light emitting layer has a lattice mismatch between the single crystal material forming the substrate and the light emitting layer. It has the effect of relaxing the properties and providing a good quality light emitting layer with excellent crystallinity.
[0033]
In particular, boron arsenide / gallium phosphide (BYGa1-YAs1-ZPZ0 ≦ Y <1, 0 <Z ≦ 1) The barrier layer made of a boron-containing group III-V compound semiconductor having the same lattice constant as that of the light-emitting layer has an effect of providing a high-quality light-emitting layer having excellent crystallinity. Have.
[0034]
【Example】
(First embodiment)
A multilayer structure having a single (SH) heterojunction structure of a boron phosphide (BP) crystal layer and a gallium phosphide (GaP) single crystal layer on a silicon (Si) single crystal substrate, and a multilayer structure thereof The present invention will be specifically described by taking as an example a case where a GaP-based LED is configured.
[0035]
FIG. 2 shows a schematic plan view of an LED 2B according to the present embodiment. FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the LED 2B along the broken line X-X 'in FIG. 2 and 3, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0036]
The light emitting element laminated structure 2A according to the present invention was configured such that the substrate 101 was a boron (B) -doped p-type {100} -Si single crystal. The crystal plane constituting the surface of the substrate 101 is a {100} plane inclined at 2 degrees (°) in the [110] direction. On the surface of the substrate 101, triethyl boron ((C2H5)3B) / phosphine (PH3) / Hydrogen (H2A) A buffer layer 102 made of boron phosphide mainly composed of amorphous was deposited at 350 ° C. in an as-grown state by a normal atmospheric pressure MOCVD method. The thickness of the buffer layer 102 was set to about 12 nm.
[0037]
On the surface of the buffer layer 102, (C2H5)3B / trimethylindium ((CH3)3In) / PH3/ H2P-type B doped with magnesium (Mg) at 800 ° C by MOCVD methodXIn1-XA P composition gradient layer was laminated as a barrier layer 103. p-type BXIn1-XThe boron composition ratio (= X) of the P composition gradient layer was linearly decreased so as to be 1.00 at the bonding interface with the buffer layer 102 and 0.32 at the surface. B used as lower cladding layerXIn1-XThe P composition gradient layer 103 mainly consisted of {110} crystal planes. As a doping source of magnesium (Mg), bis-cyclopentadienyl magnesium (molecular formula: bis- (C5H4)2Mg) was used. P-type B forming lower barrier layer 103XIn1-XThe carrier concentration of the P composition gradient layer is about 8 × 1018cm-3And The layer thickness was about 1000 nm. Since the buffer layer 102 was used as an underlayer, p-type BXIn1-XThe P (X = 1.00 → 0.32) barrier layer 103 was a continuous film without cracks.
[0038]
p-type BXIn1-XA light emitting layer 104 made of n-type gallium phosphide (GaP) was stacked on the barrier layer 103 made of the P composition gradient layer. The light emitting layer 104 has a surface having a composition of B that lattice-matches with GaP (lattice constant {5.450}).0.32In0.68Since the structure was provided on the P barrier layer 103, a continuous film without cracks was obtained. Silicon (Si) is used as an n-type dopant, and the carrier concentration is about 1 × 1017cm-3And The layer thickness of the light emitting layer 104 was about 180 nm. The light emitting layer 104 is made of trimethylgallium ((CH3)3Ga) / PH3/ H2  When growing at 800 ° C. by the normal atmospheric pressure MOCVD method, ammonia (NH3) Was used to dope nitrogen (N) as an isoelectronic trap. The concentration of nitrogen atoms in the GaP light emitting layer 104 is about 7 × 10 3 according to secondary ion mass spectrometry (SIMS).18Atom / cm3It was quantified.
[0039]
On the surface of the light emitting layer 104, a surface electrode 106 also serving as a pedestal electrode for circular connection was arranged. The surface electrode 106 was made of a gold (Au) / germanium (Ge) vacuum deposited film. The diameter of the surface electrode 106 was 120 μm. Further, on substantially the entire back surface of the p-type Si substrate 101, a back surface ohmic electrode 107 was arranged to constitute the LED 1B. The p-type back electrode 107 was formed of an aluminum (Al) vacuum deposited film. Next, the multilayer structure 2A having a substrate of a Si single crystal 101 having a {100} crystal plane as a main surface is cleaved along the [110] crystal orientation to form a square LED chip 2B having a side of about 300 μm. .
[0040]
When an operating current of 20 milliamperes (mA) was passed between the front and rear electrodes 106 to 107 in the forward direction, green light having an emission center wavelength of about 557 nm was emitted from the LED 2B. The luminance in a chip state measured using a general integrating sphere was about 6 millicandela (mcd), and an SH junction type green LED with high emission intensity was provided. The forward voltage (so-called Vf) obtained from the IV characteristic was about 2.2 V (forward current = 20 mA). The reverse voltage was about 8 V (reverse current = 10 μA), and an LED with a high breakdown voltage was provided.
[0041]
(Second embodiment)
On a gallium phosphide (GaP) single crystal substrate, {110} -boron-gallium (BXGa1-XP: 0 ≦ X ≦ 1) Crystal layer and gallium boron phosphide (BXGa1-XP) The present invention will be specifically described by taking as an example a stacked structure having a double (DH) heterojunction structure with a light emitting layer and a case where a GaP-based LED is formed from the stacked structure.
[0042]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the LED 3B according to the present embodiment. 4, the same components as those shown in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals.
[0043]
The laminated structure 3A for a light emitting element according to the present invention was configured such that a silicon (Si) -doped n-type {100} -GaP single crystal was used as the substrate 101. On the surface of the substrate 101, triethyl boron ((C2H5)3B) / trimethylgallium ((CH3)3Ga) / phosphine (PH3) / Hydrogen (H22.) A buffer layer 102 made of polycrystalline boron phosphide (BP) was deposited at 580 ° C. by a normal atmospheric pressure MOCVD method. The thickness of the buffer layer 102 was set to about 30 nm.
[0044]
On the surface of the buffer layer 102, (C2H5)3B / (CH3)3Ga / PH3/ H2N-type B at 800 ° C by system normal pressure MOCVDXGa1-XA P composition gradient layer was deposited as a barrier layer 103. p-type BXGa1-XRegarding the boron composition (= X) of the P barrier layer 103, the boron (B) composition ratio was 1.00 at the junction interface with the buffer layer 102, and the boron composition ratio was linearly reduced to 0.05 at the surface. B used as lower cladding layerXGa1-XThe P composition gradient layer is composed of B stacked parallel to the surface of the Si substrate.XGa1-XIt was composed of a {110} crystal plane of P (X = 1.00 → 0.05). Also, {110} BXGa1-XThe P barrier layer 103 has a growth rate of 30 nm per minute and a V / III ratio (= PH3/ (CH3)3(B supply ratio) was set to 50, so that the forbidden band width at room temperature determined from the photon energy dependence of the complex dielectric constant was about 3.0 eV. As a doping source of silicon (Si), hydrogen-disilane (Si2H6) A mixed gas was used. N-type B forming lower cladding layerXGa1-XThe carrier concentration of the P barrier layer 103 is about 8 × 1018cm-3And The layer thickness was about 1000 nm. The buffer layer 102 is made of n-type BXGa1-XThe P barrier layer 103 was a continuous film without cracks.
[0045]
n-type BXGa1-XOn the P barrier layer 103, an n-type boron phosphide / gallium (B0.05Ga0.95The light emitting layer 104 made of P) was laminated. Silicon (Si) is used as an n-type dopant, and the carrier concentration is about 1 × 1017cm-3And The layer thickness of the light emitting layer 104 was about 150 nm. The light emitting layer 104 is2H5)3B / (CH3)3Ga / PH3/ H2  When growing at 800 ° C. by the normal atmospheric pressure MOCVD method, ammonia (NH3) Was used to dope nitrogen (N) as an isoelectronic trap. B0.05Ga0.95The concentration of nitrogen atoms in the P light emitting layer 104 is about 8 × 10 10 according to secondary ion mass spectroscopy (SIMS).18Atom / cm3It was quantified.
[0046]
n-type B0.05Ga0.95On the surface of the P light emitting layer 104, (C2H5)3B / PH3/ H2  A p-type boron phosphide (BP) layer mainly composed of amorphous was bonded as a barrier layer 105 at 350 ° C. by a system normal pressure MOCVD method. The above biscyclopentadienyl magnesium was used as the p-type dopant. Carrier concentration is about 2 × 1019cm-3And the layer thickness was 680 nm. Absorption coefficient (= 4 · π · k / λ: cm) calculated from the wavelength (= λ) and the extinction coefficient (= k) at that wavelength-1The band gap at room temperature of the BP layer mainly composed of amorphous which constitutes the barrier layer 105 was determined to be about 3.1 eV using the above method. n-type BXGa1-XP lower barrier layer 103 and n-type B0.05Ga0.95A light emitting portion having a pn junction double hetero (DH) structure was formed using the P light emitting layer 104 and the p-type BP layer as the upper barrier layer 105.
[0047]
At the center of the surface of the upper barrier layer 105 mainly composed of amorphous boron phosphide, a p-type surface electrode 106 also serving as a circular connection pedestal electrode was arranged. The p-type surface electrode 106 was formed of a gold (Au) / zinc (Zn) vacuum deposited film. The diameter of the surface electrode 106 was 130 μm. Further, an n-type back electrode 107 was arranged on substantially the entire back surface of the n-type GaP substrate 101 to constitute an LED 3B. The n-type back electrode 107 was made of a gold (Au) / germanium (Ge) vacuum deposited film. Next, a square LED chip 3B having a {100} crystal plane as a main surface but a GaP single crystal 101 as a substrate is cleaved along the [110] crystal orientation to have a side of about 250 μm. did.
[0048]
When an operating current of 20 milliamperes (mA) was passed between the front and back electrodes 106 to 107 in the forward direction, green light having an emission center wavelength of about 540 nm was emitted from the LED 3B. The luminance in a chip state measured using a general integrating sphere was about 5 millicandela (mcd), and a short-wavelength visible LED with high emission intensity was provided. The forward voltage (so-called Vf) obtained from the IV characteristics was about 2.3 V (forward current = 20 mA). The reverse voltage was about 8 V (reverse current = 10 μA), and an LED with a high breakdown voltage was provided.
[0049]
(Third embodiment)
The present invention will be specifically described with reference to an example in which a GaAsP-based LED is formed on a silicon (Si) single crystal substrate with a buffer layer that is conformally matched to a Si single crystal and a GaAsP LED is formed from the multilayer structure. .
[0050]
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the LED 4B according to the present embodiment. In FIG. 5, the same components as those shown in FIGS. 2 to 4 are denoted by the same reference numerals.
[0051]
The laminated structure 4A for a light-emitting element according to the present invention was configured such that an antimony (Sb) -doped n-type {100} -Si single crystal was used as the substrate 101. On the surface of the substrate 101, triethyl boron ((C2H5)3B) / trimethylindium ((CH3)3In) / phosphine (PH)3) / Hydrogen (H2) -Based low-pressure MOCVD at 400 ° C for boron-indium phosphide (BXIn1-XThe buffer layer 102 made of P) was formed. The boron (B) composition ratio (= X) was set to 0.32, which provides the same lattice constant ({5.431}) as the Si single crystal. The pressure during film formation is about 5 × 104Pascal (pressure unit: Pa) was used. The thickness of the buffer layer 102 was set to about 10 nm.
[0052]
On the surface of the buffer layer 102, (C2H5)3B / (CH3)3In / PH3/ H2Si-doped B at 800 ° C by system reduced pressure MOCVDXIn1-XA P composition gradient layer was deposited as a barrier layer 103. n-type BXIn1-XThe boron composition ratio (= X) of the P composition gradient layer 102 is set such that the boron (B) composition ratio is 0.32 at the bonding interface with the buffer layer 103 and the boron composition ratio is linearly reduced to 0.24 at the surface. Was. B used as lower cladding layerXGa1-XThe P (X = 0.32 → 0.24) composition gradient layer is mainly composed of BXIn1-XIt was composed of the {110} crystal plane of the P crystal. Also, {110} -BXIn1-XThe P composition gradient layer has a growth rate of 20 nm per minute and a V / III ratio (= PH3/ (CH3)3(B supply ratio) was set to 40, so that the forbidden band width at room temperature obtained from the photon energy dependence of the complex dielectric constant was about 2.8 eV. As a doping source of silicon (Si), hydrogen-disilane (Si2H6) A mixed gas was used. N-type B forming lower cladding layerXIn1-XThe carrier concentration of the P barrier layer 103 is about 2 × 1018cm-3And The layer thickness was about 500 nm. The buffer layer 102 is made of n-type BXIn1-XThe P barrier layer 103 was a continuous film without cracks.
[0053]
n-type BXIn1-XOn the P barrier layer 103, an n-type gallium arsenide arsenide (GaAs)0.50P0.50) Was laminated. Silicon (Si) is used as an n-type dopant, and the carrier concentration is about 2 × 1017cm-3And The layer thickness of the light emitting layer 104 was about 450 nm. The light emitting layer 104 is3)3Ga / arsine (AsH3) / PH3/ H2  When growing at 800 ° C. by the low pressure MOCVD method, ammonia (NH3) Was used to dope nitrogen (N) as an isoelectronic trap. GaAs0.50P0.50The concentration of nitrogen atoms in the light emitting layer 104 is about 5 × 10 5 according to secondary ion mass spectrometry (SIMS).18Atom / cm3It was quantified.
[0054]
n-type GaAs0.50P0.50On the surface of the light emitting layer 104, (C2H5)3B / PH3/ H2  A p-type boron phosphide (BP) layer mainly composed of amorphous was bonded as the upper barrier layer 105 at 350 ° C. by the reduced MOCVD method. The above biscyclopentadienyl magnesium was used as the p-type dopant. Carrier concentration is about 2 × 1019cm-3And the layer thickness was 1080 nm. Absorption coefficient (= 4 · π · k / λ: cm) calculated from the wavelength (= λ) and the extinction coefficient (= k) at that wavelength-1The band gap at room temperature of the amorphous BP layer constituting the upper barrier layer 105 obtained by using the above method was about 3.1 eV. n-type BXIn1-XP lower barrier layer 103 and n-type GaAs0.50P0.50A light emitting portion having a pn junction type double hetero (DH) structure was formed using the light emitting layer 104 and the p-type BP layer as the upper barrier layer 105.
[0055]
At the center of the surface of the upper barrier layer 105 mainly composed of amorphous boron phosphide, a p-type surface electrode 106 also serving as a circular connection pedestal electrode was arranged. The p-type surface electrode 106 was formed of a gold (Au) / zinc (Zn) vacuum deposited film. The diameter of the surface electrode 106 was 130 μm. Further, an n-type back electrode 107 is arranged on substantially the entire back surface of the n-type Si substrate 101 to form the LED 4B. The n-type back electrode 107 was made of a gold (Au) vacuum deposited film. Next, a square LED chip 4B having a {100} crystal plane as a main surface but having a Si single crystal 101 as a substrate is cleaved along the [110] crystal orientation to form a square LED chip 4B having a side of about 250 μm. did.
[0056]
When an operating current of 20 milliamperes (mA) was passed between the front and rear electrodes 106 to 107 in the forward direction, green light having an emission center wavelength of about 600 nm was emitted from the LED 4B. The luminance in a chip state measured using a general integrating sphere was about 7 millicandela (mcd), and a short-wavelength visible LED with high emission intensity was provided. The forward voltage (so-called Vf) obtained from the IV characteristics was about 2.3 V (forward current = 20 mA). The reverse voltage was about 5 V (reverse current = 10 μA), and an LED with a high breakdown voltage was provided.
[0057]
【The invention's effect】
In a laminated structure for a light-emitting element provided on a single crystal substrate and provided with a gallium-containing III-V compound semiconductor layer as a light-emitting layer, the light-emitting layer is formed of boron-containing III-V having a gradient in boron composition. Since the lattice mismatch between the single crystal material forming the substrate and the light emitting layer is reduced by providing the structure on the group III compound semiconductor composition gradient layer, the light emitting device having the light emitting layer having good crystallinity is provided. An element laminated structure can be configured. Further, in combination with the function of the boron-containing III-V compound semiconductor composition gradient layer as a barrier layer that acts as a barrier to the light-emitting layer, high-intensity light is emitted from the laminated structure for a light-emitting element according to the present invention. A light emitting element, a lamp, and a light source can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light-emitting element laminated structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of the LED described in the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the LED shown in FIG. 2 along the broken line X-X '.
FIG. 4 is a schematic sectional view of an LED described in a second embodiment.
FIG. 5 is a schematic sectional view of an LED described in a third embodiment.
FIG. 6 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of the lamp according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1A, 2A, 3A, 4A Light-emitting element laminated structure
2B, 3B, 4B Light emitting device (LED)
11 Substrate
12 Heterojunction light emitting part
13 Front side electrode
14 Substrate back electrode
15 pedestals
16 bowl
17, 18 terminals
19 sealing resin
101 Single crystal substrate
102 buffer layer
103 Barrier layer
104 light emitting layer
105 Upper barrier layer
106 Surface electrode
107 Back electrode

Claims (24)

単結晶の基板と、基板上に積層された緩衝層と、緩衝層上に積層された硼素(B)を含むIII−V族化合物半導体(含硼素III−V族化合物半導体)からなる障壁(barrier)層と、ガリウム(Ga)を含むIII−V族化合物半導体(含ガリウムIII−V族化合物半導体)からなる発光層とを備えている発光素子用積層構造体であって、障壁層を、上記の緩衝層に対向する表面で緩衝層に格子整合する硼素組成比を有し、上記の発光層に対向する表面で発光層に格子整合する硼素組成比を有する、層厚の増加方向に硼素組成比に勾配を付した、室温での禁止帯幅を3.0±0.2eVとする単量体のリン化硼素を基材とした含硼素III−V族化合物半導体からなる組成勾配層から構成したことを特徴とする発光素子用積層構造体。A barrier made of a single crystal substrate, a buffer layer laminated on the substrate, and a III-V compound semiconductor containing boron (B) (boron-containing III-V compound semiconductor) laminated on the buffer layer. ) Layer and a light-emitting layer comprising a III-V compound semiconductor containing gallium (Ga) (a gallium-containing III-V compound semiconductor), wherein the barrier layer comprises Having a boron composition ratio lattice-matched to the buffer layer on the surface facing the buffer layer, and having a boron composition ratio lattice-matched to the light-emitting layer on the surface facing the light-emitting layer. A composition gradient layer composed of a boron-containing group III-V compound semiconductor based on a monomeric boron phosphide having a bandgap at room temperature of 3.0 ± 0.2 eV with a gradient in the ratio. Laminate structure for a light-emitting element, characterized in that Body. 含ガリウムIII−V族化合物半導体からなる発光層を、発光層に対向する障壁層の表面を構成する含硼素III−V族化合物半導体と同一の材料から構成したことを特徴とする、請求項1に記載の発光素子用積層構造体。2. A light emitting layer comprising a gallium-containing group III-V compound semiconductor, comprising the same material as a boron-containing group III-V compound semiconductor constituting a surface of a barrier layer facing the light emitting layer. 3. The laminated structure for a light emitting device according to item 1. 発光層を、砒化リン化硼素・ガリウム(BYGa1-YAs1-ZZ:0≦Y<1、0<Z≦1)から構成したことを特徴とする、請求項1または2に記載の発光素子用積層構造体。The light-emitting layer, arsenide boron gallium phosphide: characterized by being composed of (B Y Ga 1-Y As 1-Z P Z 0 ≦ Y <1,0 <Z ≦ 1), according to claim 1 or 2 3. The laminated structure for a light emitting device according to item 1. 含硼素III−V族化合物半導体からなる障壁層を、基板を構成する単結晶材料に格子整合する組成を有する含硼素III−V族化合物半導体から構成した緩衝層上に設けたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の発光素子用積層構造体。A barrier layer made of a boron-containing group III-V compound semiconductor is provided on a buffer layer made of a boron-containing group III-V compound semiconductor having a composition lattice-matched to the single crystal material forming the substrate. The multilayer structure for a light-emitting device according to claim 1. 単結晶基板を珪素単結晶(シリコン)とし、含硼素III−V族化合物半導体層からなる障壁層を、リン化硼素・ガリウム(BXGa1-XP:0<X≦1)から構成したことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の発光素子用積層構造体。The single crystal substrate was silicon single crystal (silicon), and the barrier layer composed of a boron-containing III-V compound semiconductor layer was composed of boron-gallium phosphide (B x Ga 1-x P: 0 <x ≦ 1). The multilayer structure for a light-emitting device according to claim 1, wherein: 単結晶基板を珪素単結晶(シリコン)とし、含硼素III−V族化合物半導体層からなる障壁層を、リン化硼素・インジウム(BXIn1-XP:0<X≦1)から構成したことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の発光素子用積層構造体。The single crystal substrate is a silicon single crystal (silicon), a barrier layer composed of boron-containing group III-V compound semiconductor layer, boron indium phosphide (B X In 1-X P : 0 <X ≦ 1) was constructed from The multilayer structure for a light-emitting device according to claim 1, wherein: 緩衝層が、非晶質または多結晶から構成され、障壁層が{110}結晶面を主体としてなる含硼素III−V族化合物半導体から構成されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の発光素子用途積層構造体。7. The buffer according to claim 1, wherein the buffer layer is made of amorphous or polycrystalline, and the barrier layer is made of a boron-containing group III-V compound semiconductor having a {110} crystal plane as a main component. The light-emitting element-use laminated structure according to any one of the preceding claims. 単結晶基板を導電性の材料から構成し、単結晶基板の裏面にオーミック接触性の裏面電極を設けることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の発光素子用積層構造体。The multilayer structure for a light-emitting element according to any one of claims 1 to 7, wherein the single-crystal substrate is made of a conductive material, and an ohmic contact back electrode is provided on the back surface of the single-crystal substrate. . 発光層の上にさらにオーミック接触性の表面電極を設け、さらに表面電極を良導性のコンタクト層上に設けることを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の発光素子用積層構造体。The light emitting element stack according to any one of claims 1 to 8, wherein a surface electrode having ohmic contact is further provided on the light emitting layer, and the surface electrode is further provided on the contact layer having good conductivity. Structure. コンタクト層を、室温での禁止帯幅を、3.0±0.2eVとする単量体のリン化硼素を基材とした含硼素III−V族化合物半導体から構成することを特徴とする請求項9に記載の発光素子用積層構造体。The contact layer is composed of a boron-containing group III-V compound semiconductor based on a monomeric boron phosphide having a band gap at room temperature of 3.0 ± 0.2 eV. Item 10. A laminated structure for a light-emitting element according to Item 9. 緩衝層上または障壁層上に、pn接合型ツェナ(Zenner)ダイオードがサージダイオードとして設けられていることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の発光素子用積層構造体。The pn junction Zener diode is provided as a surge diode on the buffer layer or the barrier layer, and the laminated structure for a light emitting device according to any one of claims 1 to 10, wherein the pn junction Zener diode is provided as a surge diode. pn接合型ツェナダイオードを、障壁層と、障壁層に接合させた含硼素III−V族化合物半導体層とのpn接合構造体から構成することを特徴とする請求項11に記載の発光素子用積層構造体。12. The light emitting device stack according to claim 11, wherein the pn junction type Zener diode comprises a pn junction structure of a barrier layer and a boron-containing group III-V compound semiconductor layer joined to the barrier layer. Structure. 請求項7に記載の発光素子用途積層構造体のThe light-emitting element-use laminated structure according to claim 7. [[ 110110 ]] 劈開面を共振端面として製造したレーザダイオード。Laser diode manufactured with the cleavage plane as the resonance end face. 請求項1乃至12の何れか1項に記載の発光素子用積層構造体を用いて構成したことを特徴とする発光素子。Emitting element characterized by being configured using the light-emitting device stacked structure according to any one of claims 1 to 12. 同一の単結晶基板上に、発光素子と当該発光素子からの発光の強度を制御するための電子部品を備えていることを特徴とする請求項13に記載の発光素子。14. The light emitting device according to claim 13 , further comprising a light emitting device and an electronic component for controlling the intensity of light emitted from the light emitting device on the same single crystal substrate. 電子部品を、含硼素III−V族化合物半導体からなる障壁層上に設けていることを特徴とする請求項15に記載の発光素子。The light emitting device according to claim 15 , wherein the electronic component is provided on a barrier layer made of a boron-containing group III-V compound semiconductor. 請求項14乃至16の何れか1項に記載の発光素子から構成したことを特徴とするランプ。Lamp, characterized by being configured from a light emitting device according to any one of claims 14 to 16. 請求項17に記載のランプを用いて構成したことを特徴とする光源。A light source comprising the lamp according to claim 17 . 請求項17に記載のランプを、電気的に直列または並列に接続させて構成したことを特徴とする定電流駆動型または定電圧駆動型の光源。A light source of a constant current drive type or a constant voltage drive type, wherein the lamp according to claim 17 is electrically connected in series or in parallel. 請求項17に記載のランプを用いた冷凍食品の展示用の光源。A light source for displaying frozen foods using the lamp according to claim 17. 請求項17に記載のランプを用いた屋外表示器に用いられる光源。A light source used in an outdoor display using the lamp according to claim 17. 請求項17に記載のランプを用いた交通信号に用いられる光源。A light source used for a traffic signal using the lamp according to claim 17. 請求項17に記載のランプを用いた自動車用途の方向指示器に用いられる光源。A light source for use in a turn signal for an automobile using the lamp of claim 17. 請求項17に記載のランプを用いた照明に用いられる光源。A light source used for illumination using the lamp according to claim 17.
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