JP3939257B2

JP3939257B2 - Manufacturing method of semiconductor device

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Publication number: JP3939257B2
Application number: JP2003032344A
Authority: JP
Inventors: 隆宇田川
Original assignee: Showa Denko KK
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Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2023-02-10
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単量体のリン化硼素（ＢＰ）またはその混晶層を電極コンタクト層として利用して、半導体発光素子などの半導体装置を構成するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、青色帯の短波長発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）やレーザダイオード（英略称：ＬＤ）は、III 族窒化物半導体を利用して構成されている（例えば、非特許文献１参照）。例えば、ウルツ鉱結晶型（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ）の窒化ガリウム・インジウム混晶（組成式Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０＜Ｘ＜１）層は、発光層を構成するに利用されている（例えば、特許文献１参照）。また、より広い禁止帯幅（ｂａｎｄｇａｐ）の窒化アルミニウム・ガリウム（Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）は、Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）発光層に対するクラッド（ｃｌａｄ）障壁層を構成するに用いられている（上記の非特許文献１参照）。
一方、最近、本出願人は、III 族窒化物半導体に代替して、広禁止帯幅の単量体のリン化硼素（ｂｏｒｏｎｍｏｎｏｐｈｏｓｐｈｉｄｅ：化学式ＢＰ）を障壁層として半導体発光素子を構成することを開示した（特願２００１−１５８２８２号参照）。
【０００３】
また、リン化硼素は、上記のウルツ鉱結晶型のIII 族窒化物半導体とは異なり、縮退した価電子帯のバンド（ｂａｎｄ）構造から、ｐ形の伝導層が得られ易いとされる（例えば、特許文献２参照）。このため、ｐ形のリン化硼素層は、ｐ形オーミック電極を形成するためのコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層として利用されるに至っている（例えば、特許文献３参照）。例えば、ｐ形リン化硼素層の表面に接触させて金（元素記号：Ａｕ）・亜鉛（元素記号：Ｚｎ）合金からなるｐ形オーミック電極を設けて発光素子を構成する技術が開示されている（上記の非特許３参照）。従来より、オーミック性電極を設けるｐ形のリン化硼素層は、例えば、III 族窒化物半導体層上に、有機金属化学的気相成長（英略称：ＭＯＣＶＤ）等の気相成長手段に依りマグネシウム（元素記号：Ｍｇ）を添加（ｄｏｐｉｎｇ）して形成するのが通例となっている（例えば、上記の非特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭５５−３８３４号公報参照
【特許文献２】
特開平２−２８８３８８号公報参照
【特許文献３】
特開平１０−２４２５６８号公報参照
【非特許文献１】
赤崎勇編著、「III 族窒化物半導体」、１９９９年１２月８日、
初版、（株）培風館、１３章及び１４章
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、オーミック接触性電極を設けるコンタクト層として利用するには、低抵抗であり、且つ結晶性に優れるリン化硼素層が必要である。しかしながら、従来のリン化硼素層は、III 族窒化物半導体層上に設ける場合、III 族窒化物半導体層のウルツ鉱結晶型（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ）とは結晶型を異にする閃亜鉛鉱結晶型であり、しかも、格子定数もIII 族窒化物半導体層とは相違するため、転位を多量に含む結晶性の粗悪なものとなっている。
また、従来、ｐ形伝導性のコンタクト層を得るためには、Ｍｇを添加するなど、煩雑な成長操作を要している。特に、Ｍｇ等の不純物は、リン化硼素系半導体を構成する元素（構成元素）である硼素（Ｂ）と高温で化合し、硼素の空孔（ｖａｃａｎｃｙ）を発生する結果、低抵抗のｐ形リン化硼素系半導体層を安定して形成出来ないのも問題となっている。
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために、転位を吸収して結晶性に優れる上層をもたらせる結晶構成を備えた、結晶基板或いは基板上の結晶層と接合する底部層と、例えば、オーミック電極を形成するに好都合な結晶構成からなる表面層とから構成される単量体のリン化硼素或いはその混晶層を利用して、半導体装置を構成する技術を提供するものである。
特に、不純物の拡散、侵入に因り結晶基板或いは基板上の成長層が乱雑となるのを防げる、不純物を故意に添加しない低抵抗の単量体のリン化硼素或いはその混晶層を利用して半導体発光素子を構成する技術を提示するものである。
また、併せて、本発明に係わる結晶構成からなる単量体のリン化硼素層またはその混晶層を備えた半導体装置を製造する方法を提示する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、上記目的を達成するため、下記を提供する。
（１）結晶基板の表面上に、或いは基板結晶上に形成された結晶層の表面上に、単量体のリン化硼素またはその混晶層を備え、該リン化硼素またはその混晶層上にオーミック電極を備えてなる半導体装置に於いて、前記リン化硼素またはその混晶層が底部が多結晶層から構成されその上部の表面部が単結晶層から構成されて、該単結晶層の表面にオーミック電極が接触していることを特徴とする半導体装置。
（２）前記リン化硼素またはその混晶層の表面部をなす単結晶層が｛１１１｝−結晶面から構成されていることを特徴とする上記（１）に記載の半導体装置。
（３）前記リン化硼素またはその混晶層の下地となる前記基板または基板上に形成された結晶層が、その表面を｛１１１｝−結晶面とする立方晶閃亜鉛鉱結晶型結晶又はダイヤモンド型結晶の層である、ことを特徴とする上記（２）に記載の半導体装置。
（４）前記リン化硼素またはその混晶層の下地となる前記基板または基板上に形成された結晶層が、その表面を｛０００１｝−結晶面とする六方晶ウルツ鉱結晶型結晶の層であることを特徴とする上記（２）に記載の半導体装置。
（５）前記リン化硼素またはその混晶層の下地となる前記基板または基板上に形成された結晶層が、III 族窒化物半導体であることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載の半導体装置。
（６）前記リン化硼素またはその混晶層の下地となる前記基板または基板上に形成された結晶層が、窒化ガリウム・インジウム混晶（組成式Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０＜Ｘ＜１）、窒化アルミニウム・ガリウム（Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）、Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）、窒化硼素・ガリウム（Ｂ_ＸＧａ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）又は、窒化リン化アルミニウム・ガリウム（Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ_ＹＰ_１−Ｙ：０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）であることを特徴とする上記（１）〜（５）の何れか１項に記載の半導体装置。
（７）前記リン化硼素またはその混晶層の底部多結晶層及び表面部単結晶層の何れもが、アンドープのリン化硼素またはその混晶層から構成されていることを特徴とする上記（１）〜（６）の何れか１項に記載の半導体装置。
（８）前記リン化硼素またはその混晶層と上記オーミック電極との中間に、酸化物または窒化物からなる絶縁性の中間層が部分的に設けられていることを特徴とする上記（１）〜（７）の何れか１項に記載の半導体装置。
（９）前記中間層が、リン、またはリン化硼素の混晶をなすリンとは異なる第Ｖ族元素を添加した酸化物または窒化物の絶縁性の層から構成されていることを特徴とする上記（８）に記載の半導体装置。
（１０）上記（１）〜（９）の何れか１項に記載の半導体装置からなる発光素子。
（１１）III族窒化物層を発光層として含む上記（１０）に記載の発光素子。
（１２）結晶基板の表面上に、或いは基板結晶上に形成された結晶層の表面上に、単量体のリン化硼素またはその混晶層を形成し、該リン化硼素またはその混晶層上にオーミック電極を配置する工程を含む半導体装置の製造方法に於いて、単量体のリン化硼素またはその混晶層の底部の多結晶層を、７５０℃以上で１２００℃以下の温度で、Ｖ／III 比率を第１の比率として気相成長させた後、上記の温度範囲で、第１のＶ／III 比率を超え２０００以下の第２のＶ／III 比率で多結晶層上に単結晶層を気相成長させることを特徴とする上記（１）〜（１１）の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
（１３）表面を｛１１１｝−結晶面とする立方晶閃亜鉛鉱結晶型又はダイヤモンド結晶型の結晶を基板として、或いは上記の結晶面を有する基板結晶上に形成された表面を｛１１１｝−結晶面とする結晶層を下地として、｛１１１｝−結晶面から構成される単量体のリン化硼素（ＢＰ）層またはその混晶層を気相成長させることを特徴とする上記（１２）に記載の半導体装置の製造方法。
（１４）表面を｛０００１｝−結晶面とする六方晶ウルツ鉱結晶型の結晶を基板として、或いは上記の結晶面を有する基板結晶上に形成された表面を｛０００１｝−結晶面とする結晶層を下地として、｛１１１｝−結晶面から構成される単量体のリン化硼素（ＢＰ）層またはその混晶層を気相成長させることを特徴とする上記（１２）に記載の半導体装置の製造方法。
（１５）底部の多結晶層の上部の表面部をなすリン化硼素（ＢＰ）またはその混晶の単結晶層に接触させて、中間層を設けた後、中間層の周辺に於いて、リン化硼素またはその混晶からなる単結晶層の表面に接触させて、オーミック性電極を形成することを特徴とする上記（１２）〜（１４）の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明において、半導体装置、或いは、半導体を構成する結晶基板または基板結晶上に形成された結晶層は、特に限定されない。本発明は特にIII窒化物半導体などの化合物半導体を発光層に用いた半導体発光素子に向けられているが、本発明の電極コンタクト層の構成を必要とするあらゆる半導体装置に適用できる。半導体発光素子においても、発光層の種類、構成その他、特に限定はない。下地となる結晶基板または基板結晶上に形成された結晶層も多結晶或いは非晶質等に特に限定されないが、本発明の効用は、単結晶の結晶基板又は、結晶層について最も効果的に発揮され得る。例えば、発光素子においても下地結晶層は発光層とは限らず電流阻止層、クラッド層であることができ、結晶層もリン化硼素またはそれを基材とする混晶の多結晶層が成長できるものから構成できる。結晶基板または基板結晶上に形成された結晶層としては、具体的には、例えば、リン化硼素ガリウム（組成式Ｂ_ＸＧａ_１−ＸＰ：０＜Ｘ＜１）や、リン化硼素・インジウム（組成式Ｂ_ＸＩｎ_１−ＸＰ：０＜Ｘ＜１）結晶層がある。また、半導体装置としては、例えば、ｎ形窒化ガリウム（ＧａＮ）から成る電子走行（チャネル）層と、その上のｎ形窒化アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ：０＜Ｘ＜１）から成る電子供給層を下地結晶層として設けたｎ形リン化硼素結晶層を備えた電界効果型トランジスタがある。
本発明でコンタクト層を構成するリン化硼素またはそれを基材とする混晶は、導電性の良好な低抵抗の結晶層を容易に形成できること、及び電極との良好なオーミック接触が可能であることから、コンタクト層として優れている。従って、本発明でもリン化硼素またはそれを基材とする混晶層を、例えば、好適にはｐ形の窒化アルミニウム・ガリウム、窒化硼素・ガリウム、又は窒化リン化アルミニウム・ガリウムなどのｐ形のIII族窒化物半導体層を下地とする電極コンタクト層として好適に使用することができる。また、ｎ形の窒化アルミニウム・ガリウム（化学式：Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）、ｎ形の窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）などｎ形のIII族窒化物半導体層を下地とする場合にも使用できる。
本発明における「リン化硼素を基材とする混晶（リン化硼素系混晶）」とは、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素として含む３元素以上の多元（多元素）結晶であって、例えば、リン化アルミニウム・硼素混晶（組成式Ａｌ_１−ＸＢ_ＸＰ：０＜Ｘ＜１）である。また、リン化硼素・ガリウム（組成式Ｂ_ＸＧａ_１−ＸＰ：０＜Ｘ＜１）やリン化硼素・インジウム（組成式Ｂ_ＸＩｎ_１−ＸＰ：０＜Ｘ＜１）等である。上記の構成元素に加えて、リン（Ｐ）とは異なる第Ｖ族元素を含む砒化リン化硼素（組成式ＢＰ_ＹＡｓ_１−Ｙ：０＜Ｙ＜１）等は、本発明に係わるリン化硼素系半導体混晶の別の例である。立方晶の閃亜鉛鉱結晶型（ｚｉｎｃｂｌｅｎｄｅ）のリン化硼素系混晶は、硼素（Ｂ）またはリン（Ｐ）の組成比如何に依って、実用的な基板材料である珪素（元素記号：Ｓｉ）単結晶（シリコン）、窒化ガリウム（化学式：ＧａＮ）やリン化ガリウム（化学式：ＧａＰ）等のIII −Ｖ族化合物半導体単結晶と格子整合できる。従って、これらの単結晶上には、そもそも、ミスフィット（ｍｉｓｆｉｔ）転位の少ないＢ_ＸＧａ_１−ＸＰ（０＜Ｘ＜１）やＢ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０＜Ｘ＜１）等のリン化硼素系混晶層を形成できる。
しかし、リン化硼素またはそれを基材とする混晶層は、下地となるIII-V族半導体、例えばIII族窒化物などの半導体層と熱膨張係数が異なる場合、熱歪により下地半導体層を劣化させる問題がある。本発明は、リン化硼素またはそれを基材とする混晶層として、上部表面層は単結晶層で構成するとともに底部は多結晶層で構成することで、下部多結晶層が結晶粒界の存在によりある程度熱歪（熱膨張差）を吸収する作用を発揮し、上記の問題を解決できることを見出したものである。さらに、下地となるIII族窒化物半導体層上にリン化硼素またはそれを基材とする混晶層を直接に成長する場合には良好なリン化硼素またはそれを基材とする混晶層が成長できない場合もあるが、多結晶層が介在することでリン化硼素またはそれを基材とする混晶層の良好な単結晶層を形成できる効果もある。
【０００９】
本発明に係わるリン化硼素及びリン化硼素系混晶の多結晶層及び単結晶層は、例えば、三塩化硼素（分子式：ＢＣｌ_３）や三塩化リン（分子式：ＰＣｌ_３）を原料とするハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）法（「日本結晶成長学会誌」、Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．２（１９９７）、１５０頁参照）に依り気相成長できる。また、ジボラン（分子式：Ｂ_２Ｈ_６）とホスフィン（分子式：ＰＨ_３）等を原料とするハイドライド法（Ｊ．ＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ，２４／２５（１９７４）、１９３〜１９６頁参照）、並びに、分子線エピタキシャル法（Ｊ．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｈｅｍ．，１３３（１９９７）、２６９〜２７２頁参照）で気相成長できる。また、有機金属化学的気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法（Ｉｎｓｔ．Ｐｈｙｓ．Ｃｏｎｆ．Ｓｅｒ．，Ｎｏ．１２９（ＩＯＰＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＬｔｄ．（ＵＫ、１９９３）、１５７〜１６２頁参照）に依り気相成長させられる。
【００１０】
結晶基板の表面上に、或いは基板結晶上に形成された結晶層の表面上に、本発明に係わる結晶構造から成る単量体のリン化硼素またはその混晶層を製造するには、先ず、単量体のリン化硼素（ＢＰ）またはその混晶層の底部の多結晶層を、７５０℃以上で１２００℃以下の温度で、Ｖ／III 比率を第１の比率（例えば、１００以上、特に１００〜２００の範囲が好適）として気相成長させる。Ｖ／III 比率は、気相成長を実施するために供給するIII 族元素の原子の総濃度に対する、Ｖ族元素の原子の総濃度の比率である。例えば、リン化硼素（ＢＰ）の気相成長にあって、供給される硼素（Ｂ）原子の合計の濃度に対する、リン（Ｐ）原子の合計の濃度の比率である。次に、この多結晶層上に、７５０℃以上で１２００℃以下の温度で、第１のＶ／III 比率を超え２０００以下の第２のＶ／III 比率で多結晶層上に単結晶層を気相成長させると製造できる。１２００℃を超える高温では、Ｂ_１３Ｐ_２等の多量体のリン化硼素結晶（Ｊ．Ａｍ．ＣｅｒａｍｉｃＳｏｃ．，４７（１）（１９６４）、４４〜４６頁参照）が形成され易くなり、単量体のリン化硼素からなる結晶層を安定して形成できず不都合である。
【００１１】
単量体のリン化硼素或いはそれを基材とするリン化硼素系混晶の多結晶層を形成する際の第１のＶ／III 比率は、１００以上とするのが適する。特に、１００〜２００の範囲とするのが好適である。第１のＶ／III 比率を１００未満、特に５０以下の低比率とすると、非晶質層が形成され易くなり不都合である。この底部の多結晶層は、上記の如く、下地層と多結晶層上に設ける単結晶層との間の熱膨張率の差異に因る熱歪を緩和して、歪みの少ない良質の単結晶層を得るに貢献できる。
上部に設けるリン化硼素（ＢＰ）またはその混晶からなる単結晶層は、Ｖ／III 比率を６００以上で２０００以下の第２の比率とすれば好適に形成できる。多結晶層を形成した後、単結晶層を形成する条件でリン化硼素或いはそれを基材とするリン化硼素系混晶を形成すればよいが、例えば、同一の気相成長設備を利用してＶ／III 比率を第１の比率から第２の比率へと瞬時に変化させれば、多結晶層上に単結晶層を備えた構造の結晶層を簡便に形成できる。Ｖ／III 比率の第１の比率から第２の比率への変化は緩慢でもよいが、単結晶化されるまでに余分な層厚が必要になり望ましくない。
多結晶または単結晶の判別は、Ｘ線回折或いは電子線回折手段に依る回折像から判別できる。これらの回折手段に依れば、リン化硼素或いはその混晶の多結晶層が、｛１００｝−、｛１１１｝−、及び｛１１０｝−結晶が混在したものか、これら方位を相違する結晶と非晶質とからなる多結晶等であるか判別できる。非晶質からの電子線回折像は、ハロー（ｈａｌｏ）となる。
【００１２】
本発明では、特に、上部の表面部をなす単結晶層を、｛１１１｝−結晶面から構成される単量体のリン化硼素またはそれを基材とするリン化硼素系混晶から構成することが好ましい。立方晶の閃亜鉛鉱結晶型の単量体のリン化硼素またはリン化硼素系混晶の｛１１１｝−結晶面は、構成元素である硼素（Ｂ）やリン（Ｐ）が単位面積あたりに最も緻密に充填され、且つ強固な結合をもって構成されている結晶面である。従って、下地層からの転位の伝搬を効果的に阻止するに有利となる。｛１１１｝−結晶面からなる単結晶層は、立方晶閃亜鉛鉱結晶型の｛１１１｝−結晶面を表面とする結晶を基板として、或いは上記の結晶面を有する基板結晶上に形成された表面を｛１１１｝−結晶層を下地として気相成長させることに依り効率的に製造できる。単結晶層が｛１１１｝−結晶面から構成されているか否かは上記のＸ線回折或いは電子線回折手段により調査できる。
【００１３】
また、｛１１１｝−結晶面からなる単結晶層は、表面を｛０００１｝−結晶面とする六方晶ウルツ鉱結晶型の結晶を基板として、或いは上記の結晶面を有する基板結晶上に形成された表面を｛０００１｝−結晶面とする結晶層を下地として気相成長させることに依っても好都合に構成できる。例えば、ウルツ鉱結晶型（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ）の窒化ガリウム（ＧａＮ）の｛０００１｝−結晶面の底面に於けるａ軸の格子定数は０．３１８ｎｍである。一方、単量体のリン化硼素単結晶の格子得定数は０．４３８ｎｍであるから（寺本巌著、「半導体デバイス概論」、１９９５年３月２０日、（株）培風館発行、２８頁参照）、その｛１１０｝−結晶面の格子面間隔は０．３２０ｎｍとなる。この格子定数と格子面間隔との良好な一致から、｛０００１｝−ＧａＮ結晶面上には、簡便にリン化硼素層を気相成長させることができる。
【００１４】
また、特に、本発明では、底部の多結晶層及び表面部の単結晶層の何れもを、不純物を故意に添加しないアンドープのリン化硼素またはその混晶層から構成することを特徴とすることが可能である。多結晶層をアンドープのリン化硼素層またはその混晶層から構成すれば、その多結晶層を気相成長させる際の不純物の熱的拡散に因る、下地層の劣化を抑制するに効果を得ることができる。例えば、発光層上に設ける多結晶層をアンドープのリン化硼素系混晶層から構成することに依り、発光層のキャリア濃度や伝導形の変化を抑制する効果が奏される。多結晶層上の単結晶層をアンドープ層とすることに依り、下地層の変質を抑制するに更に、効果を挙げられる。
【００１５】
本発明に従い、リン化硼素またはその混晶から成る単結晶層に接触させて、オーミック性電極を設けることとすれば、電気的耐圧に優れる半導体装置を構成できる。特に、｛１１１｝−結晶面から構成される単結晶層は、下地層からの転位の伝搬が抑制され、結晶欠陥の少ない良質な結晶層となっている。このため、転位を介しての漏洩に因る耐圧不良を回避できる電極を構成できる。ｎ形リン化硼素またはｎ形リン化硼素系混晶にオーミック接触性を呈する電極は、金（元素記号：Ａｕ）・ゲルマニウム（元素記号：Ｇｅ）合金、金（Ａｕ）・錫（元素記号：Ｓｎ）等の金（Ａｕ）合金から構成できる。ｐ形リン化硼素層またはｐ形リン化硼素系混晶層については、金（Ａｕ）・ベリリウム（元素記号：Ｂｅ）または金（Ａｕ）・亜鉛（元素記号：Ｚｎ）等の金合金から構成できる。同一の金属材料からオーミック電極を構成するにしても、リン化硼素層またはリン化硼素系混晶層のキャリア濃度が高く、抵抗率が低い程、接触抵抗の小さな良好なオーミック特性を呈するオーミック電極を形成するに好都合となる。
【００１６】
上記の単結晶層を得るための好適なＶ／III 比率の範囲にあって、Ｖ／III 比率を高比率側に設定することに依り、より高いキャリア濃度で、より低い抵抗率の単結晶層を得ることができる。キャリア濃度を１×１０^１８ｃｍ^−３以上とし、抵抗率を０．１Ω・ｃｍ以下とする単結晶層は、オーミック電極を形成するに特に、好適である。単量体のリン化硼素或いはその混晶からなる多結晶層上には、多結晶層内の結晶粒界等により、良好なオーミック接触特性を示すオーミック電極を形成できない。しかし、この様なキャリア濃度が高く低抵抗の単結晶層を利用すれば、良好なオーミック接触特性をもたらすオーミック電極を簡便に形成できる。
【００１７】
反面、リン化硼素またはその混晶から成る単結晶層は、オーミック電極から供給される素子を駆動させるための電流（素子駆動電流）を電極の直下の領域に限定して短絡的に漏洩させる傾向がある。特に発光素子などにおいて、この限定された領域への素子駆動電流の流入を回避するには、オーミック性電極とリン化硼素層またはその混晶層の単結晶層との中間に、単結晶層に対して非オーミック性接触をなす金属材料や酸化物または窒化物からなる絶縁性材料からなる中間層を部分的に、好適にはオーミック性電極の中央部の直下に設けて電流経路を分散させる構成とするのが効果的となる。ｎ形のリン化硼素またはそのｎ形混晶層について非オーミック性接触をなす金属材料として、金（Ａｕ）・ベリリウム（Ｂｅ）合金、金（Ａｕ）・亜鉛（Ｚｎ）合金を例示できる。一方、ｐ形のリン化硼素またはそのｐ形混晶層について非オーミック性接触をなす金属材料として、金（Ａｕ）・ゲルマニウム（Ｇｅ）合金、金（Ａｕ）・錫（Ｓｎ）合金を例示できる。これらの非オーミック性金属材料は、一般的な真空蒸着法等により形成できる。その後、公知のフォトリソグラフィー技術を利用した選択パターニング技法に依り、所望の平面形状に加工し、オーミック電極の下方の特定領域に限定して残存させる。
【００１８】
特に、中間層を、酸化物または窒化物からなる絶縁性材料から構成するのが効果的である。中間層を構成する絶縁性材料の好例として、酸化珪素（ＳｉＯ_２）や窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を挙げられる。また、これらを混合させた窒化酸化珪素（化学式：ＳｉＯＮ）も利用できる。これらの絶縁層は、化学的気相堆積法（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ法等の手段に依り形成でき、その形成温度は、リン等の第Ｖ族元素の揮散に因るリン化硼素単結晶層等の損傷を防止するため、７５０℃未満の低温とするのが望ましい。特に、望ましいのは１００℃〜４００℃である。形成後、公知のフォトリソグラフィー技術を利用した選択パターニング技法に依り、所望の平面形状に加工し、オーミック電極の下方の領域に限定して絶縁層を残存させる。
【００１９】
中間層をリン（元素記号：Ｐ）、またはリン化硼素の混晶をなすリンとは異なる第Ｖ族元素（Ｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ）を添加した酸化物または窒化物の絶縁層から構成すると、リン化硼素層またはその混晶層の単結晶層との密着性に優れ、且つ、上記の素子駆動電流の短絡的な漏洩を防止できるオーミック電極を構成できる。また、リンまたはリンとは別の第Ｖ族元素をそもそも含む絶縁層は、オーミック電極の合金化熱処理（ａｌｌｏｙ）時に於ける、例えば、リン化硼素単結晶層からのリンの絶縁層への取り込みを抑制して、リン化硼素単結晶層の結晶性の劣化を防止するに寄与できる。即ち、単量体のリン化硼素またはその混晶から成る単結晶層と、絶縁層との間での第Ｖ族原子の相互拡散を抑制するに効果を上げられる。水素（Ｈ_２）或いは窒素（Ｎ_２）雰囲気内で、３５０℃〜５５０℃でアロイ（ａｌｌｏｙ）処理を施す際に好適となるのは、例えば、リン等の原子濃度を５×１０^１８原子／ｃｍ^−３以上で１×１０^２０原子／ｃｍ^３とするＳｉＯ_２又はＳｉ_３Ｎ_４絶縁層である。
【００２０】
上記の中間層を備えた構成のオーミック電極は、リン化硼素またはその混晶の単結晶層に接触させて、中間層を例えば中央部分に設けた後、中間層の周辺に於いて、上記のリン化硼素またはその混晶からなる単結晶層の表面に接触させて形成することができる。この様に配置すれば、例えば、活性層を挟んで上下に電極を有する発光素子などの半導体素子の場合にも、素子駆動電流は、中間層の直下の領域に短絡的に限定的に流入するのを防止され、単結晶層とオーミック性接触をなすオーミック電極を介して単結晶層に広範囲に流入させることができる。中間層の層厚を極端に大とすると、単結晶層の表面とオーミック電極との間隔が隔たるため、中間層の周縁で特に、オーミック電極と単結晶層との密着性が弱小となる。このため、単結晶層との密着性に優れるオーミック電極を充分に安定して構成するに支障を来す。従って、中間層の層厚は、１００ｎｍ以下とするのが好適である。逆に、素子駆動電流の流通を防止するために、５ｎｍ以上の層厚とするのが望ましい。
【００２１】
【作用】
結晶基板の表面上に、或いは基板結晶上に形成された結晶層から成る下地の表面上に設けた下部の底部を多結晶層とし、その上部の表面部を単結晶層とする単量体のリン化硼素層またはその混晶層にあって、その多結晶層は下地層と短結晶層の間の熱歪を緩和する作用を有し、単結晶層はオーミック特性に優れるオーミック性電極をもたらす作用を有する。
【００２２】
リン化硼素またはその混晶から成る単結晶層表面上に部分的に設けた絶縁層などの中間層は、素子駆動電流を下地の広範囲亘り拡散する作用を有する。
【００２３】
【実施例】
表層を単結晶層とするリン化硼素層を備えて成る発光ダイオード（ＬＥＤ）を例にして、本発明に係わる半導体装置を具体的に説明する。
【００２４】
図１に本実施例に記載した積層構造体１１から成るＬＥＤ１０の断面構造を模式的に示す。エピタキシャル積層構造体１１を構成するための基板１０１には、リン（Ｐ）ドープｎ形（１１１）−Ｓｉ単結晶を使用した。基板１０１の（１１１）−表面上には、常圧（略大気圧）有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）手段を利用して、アンドープでｎ形の単量体リン化硼素（ＢＰ）からなる下部クラッド層１０２を堆積させた。ｎ形下部クラッド層１０２は、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂ）／ホスフィン（分子式：ＰＨ_３）／水素（Ｈ_２）反応系により９５０℃で形成した。ｎ形下部クラッド層１０２の層厚は、波長４３０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色帯光について４０％以上の反射率が得られる、４４０ｎｍとした。ｎ形下部クラッド層１０２の気相成長を上記の硼素源の供給を中断して停止した後、ホスフィン（ＰＨ_３）と水素（Ｈ_２）の混合雰囲気中でｎ形Ｓｉ単結晶基板１０１の温度を８２５℃に降温した。
【００２５】
然る後、トリメチルガリウム（分子式：（ＣＨ_３）_３Ｇａ）／トリメチルインジウム（分子式：（ＣＨ_３）_３Ｉｎ）／アンモニア（分子式：ＮＨ_３）／Ｈ_２反応系常圧ＭＯＣＶＤ手段により、８２５℃で、ｎ形窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）層を発光層１０３としてｎ形下部クラッド層１０２に接合させて設けた。ｎ形発光層１０３をなす窒化ガリウム・インジウム層は、インジウム組成比（＝１−Ｘ）を相違する複数の相（ｐｈａｓｅ）から成る多相構造（ｍｕｌｔｉ−ｐｈａｓｅ）のＧａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ層から構成した。インジウムの平均的な組成比は０．０６（＝６％）であった。このｎ形Ｇａ_０．９４Ｉｎ_０．０６Ｎ層からなる発光層１０３の層厚は６０ｎｍとした。発光層１０３は、｛１１１｝−結晶面を表面とする｛１１１｝−リン化硼素層（下部クラッド層１０２）上に設けたため、｛０００１｝−結晶面を表面とするＧａ_０．９４Ｉｎ_０．０６Ｎ層から構成されるものとなった。（ＣＨ_３）_３Ｇａ及び（ＣＨ_３）_３Ｉｎの供給を停止して、ｎ形Ｇａ_０．９４Ｉｎ_０．０６Ｎ層の気相成長を終了させた。
【００２６】
ＮＨ_３とＨ_２との混合雰囲気中で、基板１０１の温度を８２５℃に維持したままで、発光層１０３上に、上記の（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂ／ＰＨ_３／Ｈ_２反応系常圧ＭＯＣＶＤ手段に依り、アンドープのリン化硼素層から成るｐ形多結晶層１０４を形成した。多結晶層１０４は、Ｖ／III 比率（＝ＰＨ_３／（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂ）を１５０として気相成長させた。リン化硼素から成る多結晶層１０４の室温でのキャリア濃度は、一般のホール（Ｈａｌｌ）効果測定法に依れば、８×１０^１８ｃｍ^−３であった。層厚を２０ｎｍとするリン化硼素から成る多結晶層１０４の気相成長を、硼素源の（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂの供給を停止して、終えた後、ＰＨ_３とＨ_２とを流通しつつ、珪素（Ｓｉ）単結晶基板１０１の温度を１０５０℃に上昇させた。
【００２７】
次に、リン化硼素の多結晶層１０４上に、引き続き、アンドープのｐ形リン化硼素からなる（１１１）−単結晶層１０５を（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂ／ＰＨ_３／Ｈ_２反応系常圧ＭＯＣＶＤ手段により形成した。ｐ形リン化硼素単結晶層１０５は、Ｖ／III 比率を多結晶層１０４より高い９００として形成した。一般のホール効果測定法に依れば、室温でのキャリア濃度は２×１０^１９ｃｍ^−３で、抵抗率は４×１０^−２Ω・ｃｍであった。層厚は１００ｎｍとした。冷却後、アンドープでｐ形リン化硼素から成る多結晶層１０４及び単結晶層１０５の結晶構造を一般の電子線回折手段で解析した。リン化硼素から成る多結晶層１０４は，ほぼ＜１１１＞−結晶方位に配向した柱状のリン化硼素の単結晶の集合体から構成されているものとなっている。また、リン化硼素の単結晶層１０５は、｛１１１｝−結晶面からなる単結晶層であるのが示された。以上の多結晶層及び単結晶層１０４，１０５から成るリン化硼素層１０６は、コンタクト層を兼用する上部クラッド層１０６として利用した。
【００２８】
単結晶のｐ形リン化硼素層１０６の表面を、膜厚を７５ｎｍとするリン（Ｐ）ドープの二酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜で一旦、被覆した。通常のＣＶＤ手段に依り成膜した二酸化珪素膜の内部のリン原子の濃度は９×１０^１９原子／ｃｍ^３とした。次に、公知のフォトリソグラフィー技術と選択パターニング技術を利用して、単結晶のｐ形リン化硼素層１０６の中央の、直径１００μｍの円形領域に限り、二酸化珪素膜を中間層１０７として残置させた。他の領域に被着していた二酸化珪素膜は一般の弗化水素（化学式：ＨＦ）酸を用いて除去した。その後、一般の真空蒸着手段に依り、金・ベリリウム（Ａｕ９９重量％・Ｂｅ１重量％）合金膜を、残置させた中間層１０７の表面、及び二酸化珪素膜が除去された上部クラッド層１０６の表面を被覆する様に設けた。次に、再び、公知のフォトリソグラフィー技術及び選択パターニング技術を利用して、中間層１０７を残置させた領域に限り残置させた。残置させたＡｕ・Ｂｅ合金膜の領域は、平面視円形の中間層１０７の中心に一致させて設けた、直径１５０μｍの円形とした。これより、円形の中間層１０７より相対的に大きなＡｕ・Ｂｅ合金膜の外縁領域を単結晶のｐ形リン化硼素層１０６の表面に接触するｐ形オーミック電極１０８を形成した。尚、ｐ形オーミック電極１０８には、選択パターニング後に、水素気流中に於いて、４５０℃で３分間の合金化熱処理（ａｌｌｏｙ）を施した。一方、ｎ形珪素（Ｓｉ）単結晶基板１０１の裏面の全面には、アルミニウム（Ａｌ）・アンチモン（Ｓｂ）合金から成るｎ形オーミック電極１０９を形成した。
【００２９】
その後、通常の切断手段に依り、個別の素子に裁断してｐｎ接合型ＤＨ構造のＬＥＤ１０を構成した。両オーミック電極１０８，１０９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、ＬＥＤ１０からは波長を約４４０ｎｍとする青紫帯光が発せられた。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８ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。また、ｐ形オーミック電極１０８に遮光される領域外の発光層１０３の広範囲な領域から均等な強度の発光がもたらされていた。これは、ｐ形オーミック電極１０８の直下に、絶縁性の中間層１０７を配置したため、素子駆動電流の発光層１０３への短絡的な流通が阻害されたためであると思量された。且つ、ｐ形オーミック電極１０８を低抵抗の単結晶のｐ形リン化硼素層１０６に接触させて設けたため、オーミック電極１０８外の発光層１０３の領域に平面的に拡散されたためと解釈された。順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧（所謂、Ｖｆ）は３．７Ｖであり、逆方向電流を１０μＡとした際の逆方向電圧（Ｖｒ）は８Ｖ以上であった。また、素子駆動電流の長期通電に因る発光強度の変化並びにＶｆ及びＶｒの変化は認められなかった。これは、発光層１０３に多結晶のリン化硼素層１０４を接合させて設けたため、発光層１０３との格子不整合性が緩和され、良好な結晶性のリン化硼素単結晶層１０５にオーミック電極１０８を設けたためと考慮された。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係わる下層部を多結晶層とし、その上層部を単結晶層としたリン化硼素系半導体層を利用すれば、例えば、アンドープ状態でも簡便に電極を形成するためのコンタクト層を兼用する上部クラッド層を簡便に形成できるので、例えば、高い強度の発光を、しかも長期に亘り高強度の発光をもたせる、整流特性に優れる化合物半導体発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の化合物半導体発光素子（ＬＥＤ）の断面構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０…ＬＥＤ
１１…ＬＥＤ用途積層構造体
１０１…Ｓｉ単結晶基板
１０２…リン化硼素下部クラッド層
１０３…発光層
１０４…リン化硼素多結晶層
１０５…リン化硼素単結晶層
１０６…リン化硼素上部クラッド層
１０７…中間層
１０８…ｐ形オーミック電極
１０９…ｎ形オーミック電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for constructing a semiconductor device such as a semiconductor light emitting element by using monomeric boron phosphide (BP) or a mixed crystal layer thereof as an electrode contact layer.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, blue-band short-wavelength light-emitting diodes (abbreviation: LED) and laser diodes (abbreviation: LD) are configured using group III nitride semiconductors (see, for example, Non-Patent Document 1). ). For example, a wurtzite crystal type (Wurtzite) gallium nitride / indium mixed crystal (composition formula Ga) _X In _1-X The N: 0 <X <1) layer is used to form a light emitting layer (see, for example, Patent Document 1). Also, wider band gap aluminum nitride gallium (Al _X Ga _1-X N: 0 ≦ X ≦ 1) is Ga _X In _1-X It is used to construct a clad barrier layer for N (0 <X <1) light emitting layer (see Non-Patent Document 1 above).
On the other hand, the present applicant recently constructed a semiconductor light emitting device using a boron phosphide (chemical formula BP) having a wide band gap instead of a group III nitride semiconductor as a barrier layer. Disclosed (see Japanese Patent Application No. 2001-158282).
[0003]
Boron phosphide differs from the above-described wurtzite crystal group III nitride semiconductor in that it is easy to obtain a p-type conductive layer from a degenerate valence band structure (for example, , See Patent Document 2). For this reason, the p-type boron phosphide layer has come to be used as a contact layer for forming a p-type ohmic electrode (see, for example, Patent Document 3). For example, a technique for forming a light emitting device by providing a p-type ohmic electrode made of a gold (element symbol: Au) / zinc (element symbol: Zn) alloy in contact with the surface of a p-type boron phosphide layer is disclosed. (See Non-Patent 3 above). Conventionally, a p-type boron phosphide layer provided with an ohmic electrode is formed on a group III nitride semiconductor layer by magnesium vapor deposition such as metal organic chemical vapor deposition (abbreviation: MOCVD). It is customary to add (element symbol: Mg) by doping (see, for example, Non-Patent Document 1 above).
[0004]
[Patent Document 1]
See Japanese Patent Publication No. 55-3834
[Patent Document 2]
See JP-A-2-288388
[Patent Document 3]
See JP 10-242568 A
[Non-Patent Document 1]
Takeaki Akasaki, “Group III Nitride Semiconductor”, December 8, 1999
First edition, Bafukan Co., Ltd., Chapters 13 and 14
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
For example, in order to use as a contact layer for providing an ohmic contact electrode, a boron phosphide layer having low resistance and excellent crystallinity is required. However, when the conventional boron phosphide layer is provided on the group III nitride semiconductor layer, it is a zinc blende crystal type that is different from the wurtzite crystal type of the group III nitride semiconductor layer (Wurtzite). Moreover, since the lattice constant is also different from that of the group III nitride semiconductor layer, the crystallinity is poor with a large amount of dislocations.
Conventionally, in order to obtain a p-type conductive contact layer, a complicated growth operation such as addition of Mg is required. In particular, impurities such as Mg combine with boron (B), which is an element constituting the boron phosphide-based semiconductor, at high temperatures to generate boron vacancies, resulting in low resistance p-type. Another problem is that the boron phosphide-based semiconductor layer cannot be formed stably.
[0006]
In order to solve the above-described problems of the prior art, the present invention is bonded to a crystal substrate or a crystal layer on the substrate having a crystal structure capable of absorbing dislocations and providing an upper layer having excellent crystallinity. Providing a technology for constructing semiconductor devices using a boron phosphide monomer or a mixed crystal layer composed of a bottom layer and a surface layer having a crystal structure convenient for forming an ohmic electrode, for example. To do.
In particular, by using a low resistance monomeric boron phosphide or mixed crystal layer that does not intentionally add impurities, which prevents the crystal substrate or the growth layer on the substrate from becoming confused due to diffusion and penetration of impurities. A technique for forming a semiconductor light emitting device is presented.
In addition, a method of manufacturing a semiconductor device provided with a monomeric boron phosphide layer having a crystal structure according to the present invention or a mixed crystal layer thereof is also presented.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
That is, this invention provides the following in order to achieve the said objective.
(1) A monomer boron phosphide or a mixed crystal layer thereof is provided on the surface of the crystal substrate or on the surface of the crystal layer formed on the substrate crystal, and the boron phosphide or the mixed crystal layer thereof is provided. In the semiconductor device comprising an ohmic electrode, the boron phosphide or mixed crystal layer thereof is composed of a polycrystalline layer at the bottom, and the top surface portion is composed of a single crystal layer. A semiconductor device characterized in that an ohmic electrode is in contact with the surface.
(2) The semiconductor device according to (1), wherein the single crystal layer forming the surface portion of the boron phosphide or a mixed crystal layer thereof is composed of {111} -crystal planes.
(3) Cubic zinc blende crystal or diamond whose surface is the {111} -crystal plane of the substrate or the crystal layer formed on the substrate serving as the base of the boron phosphide or mixed crystal layer thereof The semiconductor device according to (2) above, which is a layer of a type crystal.
(4) The substrate or the crystal layer formed on the substrate serving as the base of the boron phosphide or a mixed crystal layer thereof is a hexagonal wurtzite crystal type crystal layer whose surface is a {0001} -crystal plane. The semiconductor device according to (2), wherein the semiconductor device is provided.
(5) The substrate according to (1) to (4) above, wherein the substrate serving as a base of the boron phosphide or a mixed crystal layer thereof or a crystal layer formed on the substrate is a group III nitride semiconductor. The semiconductor device according to any one of the above.
(6) The substrate serving as a base of the boron phosphide or a mixed crystal layer thereof or a crystal layer formed on the substrate is formed of a gallium nitride / indium mixed crystal (composition formula Ga _X In _1-X N: 0 <X <1), aluminum gallium nitride (Al _X Ga _1-X N: 0 ≦ X ≦ 1), Ga _X In _1-X N (0 <X <1), boron nitride / gallium (B _X Ga _1-X N: 0 ≦ X ≦ 1) or aluminum phosphide nitride gallium (Al _X Ga _1-X N _Y P _1-Y The semiconductor device according to any one of (1) to (5) above, wherein 0 ≦ X ≦ 1, 0 <Y ≦ 1).
(7) The above-mentioned boron phosphide or mixed crystal layer thereof, wherein the bottom polycrystalline layer and the surface single crystal layer are both composed of undoped boron phosphide or mixed crystal layer thereof ( The semiconductor device according to any one of 1) to (6).
(8) The above (1), wherein an insulating intermediate layer made of oxide or nitride is partially provided between the boron phosphide or mixed crystal layer thereof and the ohmic electrode. The semiconductor device according to any one of to (7).
(9) The intermediate layer is composed of an oxide or nitride insulating layer to which a Group V element different from phosphorus or phosphorus forming a mixed crystal of boron phosphide is added. The semiconductor device according to (8) above.
(10) A light emitting element comprising the semiconductor device according to any one of (1) to (9) above.
(11) The light emitting device according to the above (10), comprising a group III nitride layer as a light emitting layer.
(12) A monomer boron phosphide or a mixed crystal layer thereof is formed on the surface of the crystal substrate or on the surface of the crystal layer formed on the substrate crystal, and the boron phosphide or the mixed crystal layer thereof is formed. In the method of manufacturing a semiconductor device including the step of disposing an ohmic electrode thereon, the polycrystalline boron layer at the bottom of the monomeric boron phosphide or a mixed crystal layer thereof is at a temperature of 750 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower. After the vapor phase growth with the V / III ratio as the first ratio, the single crystal is formed on the polycrystalline layer at the above temperature range with the second V / III ratio exceeding the first V / III ratio and not more than 2000. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of (1) to (11), wherein the layer is vapor-phase grown.
(13) Using a cubic zinc blende crystal type or diamond crystal type crystal having a {111} -crystal plane as a substrate, or a surface formed on a substrate crystal having the above crystal plane as {111}- The above-mentioned (12), wherein a monomeric boron phosphide (BP) layer composed of {111} -crystal planes or a mixed crystal layer thereof is vapor-phase-grown using a crystal layer as a crystal plane as a base. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3.
(14) A crystal having a hexagonal wurtzite crystal type crystal having a {0001} -crystal plane as a substrate or a surface formed on a substrate crystal having the above crystal plane as a {0001} -crystal plane The semiconductor device as described in (12) above, wherein a vapor-phase growth of a monomeric boron phosphide (BP) layer composed of {111} -crystal planes or a mixed crystal layer thereof is performed using the layer as a base. Manufacturing method.
(15) An intermediate layer is formed in contact with boron phosphide (BP) or a mixed crystal single crystal layer forming the upper surface portion of the bottom polycrystalline layer, and then the phosphorous is formed around the intermediate layer. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of (12) to (14) above, wherein an ohmic electrode is formed by contacting the surface of a single crystal layer made of boron fluoride or a mixed crystal thereof. .
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, the semiconductor device or the crystal substrate forming the semiconductor or the crystal layer formed on the substrate crystal is not particularly limited. The present invention is particularly directed to a semiconductor light emitting device using a compound semiconductor such as a III nitride semiconductor for a light emitting layer, but can be applied to any semiconductor device that requires the configuration of the electrode contact layer of the present invention. Also in the semiconductor light emitting device, there are no particular limitations on the type and configuration of the light emitting layer. The underlying crystal substrate or crystal layer formed on the substrate crystal is not particularly limited to polycrystal or amorphous, but the utility of the present invention is most effective for a single crystal crystal substrate or crystal layer. Can be done. For example, even in a light emitting device, the underlying crystal layer is not limited to the light emitting layer but can be a current blocking layer or a cladding layer, and the crystal layer can also grow boron phosphide or a mixed crystal polycrystalline layer based on it. It can consist of things. As a crystal substrate or a crystal layer formed on a substrate crystal, specifically, for example, boron phosphide (composition formula B _X Ga _1-X P: 0 <X <1) or boron phosphide / indium (composition formula B _X In _1-X P: 0 <X <1) There is a crystal layer. As a semiconductor device, for example, an electron transit (channel) layer made of n-type gallium nitride (GaN) and an n-type aluminum nitride / gallium mixed crystal (Al _X Ga _1-X There is a field effect transistor including an n-type boron phosphide crystal layer provided with an electron supply layer of N: 0 <X <1) as a base crystal layer.
In the present invention, boron phosphide constituting the contact layer or a mixed crystal based thereon can easily form a low-resistance crystal layer with good conductivity and can make good ohmic contact with the electrode. Therefore, it is excellent as a contact layer. Accordingly, in the present invention, boron phosphide or a mixed crystal layer based thereon is preferably formed of a p-type such as p-type aluminum nitride / gallium nitride, boron / gallium nitride, or aluminum phosphide / gallium nitride. It can be suitably used as an electrode contact layer based on a group III nitride semiconductor layer. Also, n-type aluminum nitride / gallium (chemical formula: Al _X Ga _1-X N: 0 ≦ X ≦ 1), n-type gallium nitride indium (composition formula Ga) _X In _1-X It can also be used when an n-type group III nitride semiconductor layer such as N: 0 ≦ X ≦ 1) is used as a base.
In the present invention, “a mixed crystal based on boron phosphide (boron phosphide-based mixed crystal)” is a multi-element (multi-element) of three or more elements containing boron (B) and phosphorus (P) as constituent elements. Crystal, for example, aluminum phosphide / boron mixed crystal (composition formula Al _1-X B _X P: 0 <X <1). Boron phosphide / gallium (composition formula B _X Ga _1-X P: 0 <X <1) or boron phosphide / indium (composition formula B _X In _1-X P: 0 <X <1). In addition to the above constituent elements, boron arsenide containing a group V element different from phosphorus (P) (composition formula BP _Y As _1-Y : 0 <Y <1) is another example of the boron phosphide-based semiconductor mixed crystal according to the present invention. The cubic zinc blende boron phosphide-based mixed crystal is silicon (element symbol: Si) which is a practical substrate material depending on the composition ratio of boron (B) or phosphorus (P). ) Lattice matching with single crystal (silicon), III-V group compound semiconductor single crystals such as gallium nitride (chemical formula: GaN) and gallium phosphide (chemical formula: GaP). Therefore, on these single crystals, B with less misfit dislocations in the first place. _X Ga _1-X P (0 <X <1) or B _X In _1-X A boron phosphide-based mixed crystal layer such as P (0 <X <1) can be formed.
However, when boron phosphide or a mixed crystal layer based thereon is different in thermal expansion coefficient from the underlying III-V semiconductor, for example, a III-nitride semiconductor layer, the underlying semiconductor layer is formed by thermal strain. There is a problem of deteriorating. In the present invention, boron phosphide or a mixed crystal layer based on boron phosphide, the upper surface layer is composed of a single crystal layer and the bottom portion is composed of a polycrystalline layer, so that the lower polycrystalline layer is a crystal grain boundary. It has been found that the presence of the present invention exhibits an effect of absorbing thermal strain (difference in thermal expansion) to some extent and can solve the above problems. Furthermore, when boron phosphide or a mixed crystal layer based thereon is directly grown on the underlying group III nitride semiconductor layer, a good boron phosphide or mixed crystal layer based thereon is obtained. In some cases, it cannot be grown, but the presence of a polycrystalline layer is effective in forming a good single crystal layer of boron phosphide or a mixed crystal layer based thereon.
[0009]
The polycrystalline and monocrystalline layers of boron phosphide and boron phosphide-based mixed crystals according to the present invention are, for example, boron trichloride (molecular formula: BCl ₃ ) And phosphorus trichloride (molecular formula: PCl ₃ ) As a raw material (see “Journal of Japanese Society for Crystal Growth”, Vol. 24, No. 2 (1997), page 150). In addition, diborane (molecular formula: B ₂ H ₆ ) And phosphine (molecular formula: PH) ₃ ) Etc. as raw materials (see J. Crystal Growth, 24/25 (1974), pages 193 to 196), and molecular beam epitaxy (J. Solid State Chem., 133 (1997), 269 to 272). (See page). Further, vapor phase growth is performed by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method (Inst. Phys. Conf. Ser., No. 129 (see IOP Publishing Ltd. (UK, 1993), pages 157 to 162)). .
[0010]
In order to produce a monomer boron phosphide or a mixed crystal layer thereof having the crystal structure according to the present invention on the surface of the crystal substrate or on the surface of the crystal layer formed on the substrate crystal, Monomeric boron phosphide (BP) or a polycrystalline layer at the bottom of the mixed crystal layer is formed at a temperature of 750 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower, and the V / III ratio is a first ratio (eg, 100 or higher, particularly The range of 100 to 200 is preferable). The V / III ratio is the ratio of the total concentration of group V element atoms to the total concentration of group III element atoms supplied to perform vapor phase growth. For example, in the vapor phase growth of boron phosphide (BP), the ratio of the total concentration of phosphorus (P) atoms to the total concentration of supplied boron (B) atoms. Next, a single crystal layer is formed on the polycrystalline layer at a temperature of 750 ° C. or more and 1200 ° C. or less at a temperature of 750 ° C. or more and a second V / III ratio of 2000 or less. Can be produced by vapor phase growth. At high temperatures above 1200 ° C, B ₁₃ P ₂ Multimeric boron phosphide crystals (see J. Am. Ceramic Soc., 47 (1) (1964), pp. 44-46) are easily formed, and the crystalline layer composed of monomeric boron phosphide is stabilized. This is inconvenient because it cannot be formed.
[0011]
The first V / III ratio when forming a monomeric boron phosphide or a boron phosphide-based mixed crystal polycrystalline layer based thereon is preferably 100 or more. In particular, the range of 100 to 200 is preferable. If the first V / III ratio is less than 100, particularly a low ratio of 50 or less, an amorphous layer is easily formed, which is inconvenient. As described above, the bottom polycrystalline layer relaxes the thermal strain due to the difference in thermal expansion coefficient between the base layer and the single crystal layer provided on the polycrystalline layer, and thus a high-quality single crystal with little distortion. You can contribute to getting a layer.
A single crystal layer made of boron phosphide (BP) or a mixed crystal thereof provided on the upper portion can be suitably formed if the V / III ratio is a second ratio of 600 or more and 2000 or less. After forming the polycrystalline layer, boron phosphide or a boron phosphide-based mixed crystal based on it may be formed under the conditions for forming a single crystal layer. For example, the same vapor phase growth equipment is used. Thus, if the V / III ratio is instantaneously changed from the first ratio to the second ratio, a crystal layer having a single crystal layer structure can be easily formed on the polycrystalline layer. Although the change of the V / III ratio from the first ratio to the second ratio may be slow, it is not desirable because an extra layer thickness is required until the single crystal is formed.
Polycrystal or single crystal can be discriminated from a diffraction image obtained by X-ray diffraction or electron beam diffraction means. According to these diffraction means, a boron phosphide or mixed crystal polycrystalline layer is a mixture of {100}-, {111}-, and {110}-crystals, or crystals having different orientations. It can be discriminated whether it is a polycrystal composed of amorphous. An electron diffraction image from the amorphous state becomes halo.
[0012]
In the present invention, in particular, the single crystal layer forming the upper surface portion is composed of monomeric boron phosphide composed of {111} -crystal planes or a boron phosphide-based mixed crystal based thereon. It is preferable. The cubic zinc blende crystal type monomer boron phosphide or boron phosphide-based mixed crystal {111} -crystal plane has boron (B) and phosphorus (P) as constituent elements per unit area. It is a crystal plane that is most densely packed and has a strong bond. Therefore, it is advantageous for effectively preventing dislocation propagation from the underlayer. The single crystal layer composed of the {111} -crystal plane was formed using a crystal having the {111} -crystal plane of the cubic zinc blende crystal surface as the substrate, or on the substrate crystal having the above crystal plane. The surface can be efficiently manufactured by vapor-phase growth using a {111} -crystal layer as a base. Whether or not the single crystal layer is composed of {111} -crystal planes can be investigated by the above X-ray diffraction or electron beam diffraction means.
[0013]
Further, the single crystal layer composed of {111} -crystal planes is formed using a hexagonal wurtzite crystal type crystal having a {0001} -crystal plane as a substrate or a substrate crystal having the above crystal plane. It can also be conveniently constructed by vapor phase growth using a crystal layer having a {0001} -crystal plane as a base. For example, the lattice constant of the a axis at the bottom of the {0001} -crystal plane of wurtzite gallium nitride (GaN) is 0.318 nm. On the other hand, the lattice yield constant of the monomeric boron phosphide single crystal is 0.438 nm (see Teramoto, “Introduction to Semiconductor Devices,” March 20, 1995, published by Baifukan Co., Ltd., page 28) The lattice spacing of the {110} -crystal plane is 0.320 nm. From the good agreement between the lattice constant and the lattice spacing, a boron phosphide layer can be easily vapor-grown on the {0001} -GaN crystal plane.
[0014]
In particular, the present invention is characterized in that both the polycrystalline layer at the bottom and the single crystal layer at the surface are composed of undoped boron phosphide or a mixed crystal layer thereof without intentionally adding impurities. Is possible. If the polycrystalline layer is composed of an undoped boron phosphide layer or a mixed crystal layer thereof, it is effective in suppressing deterioration of the underlying layer due to thermal diffusion of impurities during vapor phase growth of the polycrystalline layer. Obtainable. For example, when the polycrystalline layer provided on the light emitting layer is composed of an undoped boron phosphide-based mixed crystal layer, the effect of suppressing changes in the carrier concentration and conductivity type of the light emitting layer is exhibited. By using the single crystal layer on the polycrystalline layer as an undoped layer, it is possible to further suppress the deterioration of the underlayer.
[0015]
According to the present invention, if an ohmic electrode is provided in contact with a single crystal layer made of boron phosphide or a mixed crystal thereof, a semiconductor device having an excellent electrical breakdown voltage can be configured. In particular, a single crystal layer composed of {111} -crystal planes is a high-quality crystal layer in which dislocation propagation from the underlayer is suppressed and crystal defects are few. For this reason, the electrode which can avoid the pressure | voltage resistant defect resulting from the leakage through a dislocation can be comprised. Electrodes exhibiting ohmic contact with n-type boron phosphide or n-type boron phosphide mixed crystals are gold (element symbol: Au) / germanium (element symbol: Ge) alloy, gold (Au) / tin (element symbol: It can be composed of a gold (Au) alloy such as Sn). The p-type boron phosphide layer or the p-type boron phosphide mixed crystal layer is composed of a gold alloy such as gold (Au) / beryllium (element symbol: Be) or gold (Au) / zinc (element symbol: Zn). it can. Even if the ohmic electrode is composed of the same metal material, the ohmic electrode exhibiting good ohmic characteristics with lower contact resistance as the carrier concentration of the boron phosphide layer or boron phosphide mixed crystal layer is higher and the resistivity is lower. It is convenient to form.
[0016]
A single crystal layer having a higher carrier concentration and a lower resistivity by setting the V / III ratio to a higher ratio side within a range of a suitable V / III ratio for obtaining the single crystal layer. Can be obtained. Carrier concentration is 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3 A single crystal layer having a resistivity of 0.1 Ω · cm or less is particularly suitable for forming an ohmic electrode. On the polycrystalline layer made of monomeric boron phosphide or a mixed crystal thereof, an ohmic electrode exhibiting good ohmic contact characteristics cannot be formed due to a grain boundary or the like in the polycrystalline layer. However, if such a single crystal layer having a high carrier concentration and a low resistance is used, an ohmic electrode that provides good ohmic contact characteristics can be easily formed.
[0017]
On the other hand, a single crystal layer made of boron phosphide or a mixed crystal thereof tends to leak in a short circuit by limiting the current (element drive current) for driving the element supplied from the ohmic electrode to the region directly under the electrode. There is. In particular, in order to avoid the inflow of device driving current into this limited region in a light emitting device, a single crystal layer is provided between the ohmic electrode and the single crystal layer of the boron phosphide layer or a mixed crystal layer thereof. A structure in which an intermediate layer made of an insulating material made of a metal material, oxide, or nitride that makes non-ohmic contact with the insulating layer is partially provided, preferably directly below the central portion of the ohmic electrode, to distribute the current path Is effective. Gold (Au) / beryllium (Be) alloy and gold (Au) / zinc (Zn) alloy can be exemplified as a metal material that makes non-ohmic contact with n-type boron phosphide or its n-type mixed crystal layer. On the other hand, gold (Au) / germanium (Ge) alloy and gold (Au) / tin (Sn) alloy can be exemplified as a metal material that makes non-ohmic contact with p-type boron phosphide or its p-type mixed crystal layer. . These non-ohmic metal materials can be formed by a general vacuum deposition method or the like. Thereafter, it is processed into a desired planar shape by a selective patterning technique using a known photolithography technique, and is left limited to a specific area below the ohmic electrode.
[0018]
In particular, it is effective to form the intermediate layer from an insulating material made of oxide or nitride. As a good example of the insulating material constituting the intermediate layer, silicon oxide (SiO ₂ ) Or silicon nitride (Si ₃ N ₄ ). Further, silicon nitride oxide (chemical formula: SiON) in which these are mixed can also be used. These insulating layers can be formed by means such as chemical vapor deposition (CVD) or plasma CVD, and the formation temperature is a boron phosphide single crystal layer due to volatilization of a group V element such as phosphorus. In order to prevent such damage, it is desirable that the temperature is lower than 750 ° C. Particularly desirable is 100 ° C to 400 ° C. After the formation, it is processed into a desired planar shape by a selective patterning technique using a known photolithography technique, and the insulating layer is left only in the region below the ohmic electrode.
[0019]
The intermediate layer is composed of an insulating layer of oxide or nitride to which phosphorus (element symbol: P) or a group V element (N, As, Sb, Bi) different from phosphorus forming a mixed crystal of boron phosphide is added. Then, it is possible to configure an ohmic electrode that has excellent adhesion to the single crystal layer of the boron phosphide layer or its mixed crystal layer and can prevent short circuit leakage of the element driving current. In addition, the insulating layer that originally contains phosphorus or a group V element different from phosphorus is, for example, incorporation of phosphorus from the boron phosphide single crystal layer into the insulating layer during alloying heat treatment of the ohmic electrode. This can contribute to preventing deterioration of the crystallinity of the boron phosphide single crystal layer. That is, it is effective to suppress interdiffusion of Group V atoms between the monocrystalline layer made of monomeric boron phosphide or a mixed crystal thereof and the insulating layer. Hydrogen (H ₂ ) Or nitrogen (N ₂ ) When an alloy process is performed at 350 ° C. to 550 ° C. in an atmosphere, for example, an atomic concentration of phosphorus or the like is 5 × 10 5 ¹⁸ Atom / cm ^-3 1x10 above ²⁰ Atom / cm ³ SiO ₂ Or Si ₃ N ₄ It is an insulating layer.
[0020]
The ohmic electrode having the above-described structure including the intermediate layer is brought into contact with a single crystal layer of boron phosphide or a mixed crystal thereof, and after the intermediate layer is provided, for example, at the center portion, It can be formed in contact with the surface of a single crystal layer made of boron phosphide or a mixed crystal thereof. With this arrangement, for example, even in the case of a semiconductor element such as a light emitting element having electrodes on the upper and lower sides with an active layer interposed therebetween, the element drive current flows in a short-circuited manner into a region immediately below the intermediate layer in a short-circuited manner. Therefore, it is possible to flow into the single crystal layer in a wide range through the ohmic electrode that is in ohmic contact with the single crystal layer. If the thickness of the intermediate layer is extremely large, the distance between the surface of the single crystal layer and the ohmic electrode is separated, and the adhesion between the ohmic electrode and the single crystal layer is particularly weak at the periphery of the intermediate layer. This hinders the construction of an ohmic electrode excellent in adhesion with the single crystal layer with sufficient stability. Therefore, the thickness of the intermediate layer is preferably 100 nm or less. Conversely, in order to prevent the flow of the element driving current, it is desirable that the layer thickness is 5 nm or more.
[0021]
[Action]
A monomer layer having a lower bottom portion formed on the surface of the crystal substrate or on the surface of the base layer made of the crystal layer formed on the substrate crystal as a polycrystalline layer and a monocrystalline layer as the upper surface portion. In the boron phosphide layer or a mixed crystal layer thereof, the polycrystalline layer has a function of relaxing thermal strain between the base layer and the short crystal layer, and the single crystal layer provides an ohmic electrode having excellent ohmic characteristics. Has an effect.
[0022]
An intermediate layer such as an insulating layer partially provided on the surface of the single crystal layer made of boron phosphide or a mixed crystal thereof has a function of diffusing the element driving current over a wide range of the base.
[0023]
【Example】
The semiconductor device according to the present invention will be specifically described by taking a light emitting diode (LED) including a boron phosphide layer whose surface layer is a single crystal layer as an example.
[0024]
FIG. 1 schematically shows a cross-sectional structure of an LED 10 composed of a laminated structure 11 described in the present embodiment. As the substrate 101 for forming the epitaxial multilayer structure 11, a phosphorus (P) -doped n-type (111) -Si single crystal was used. A lower portion made of undoped n-type monomer boron phosphide (BP) is formed on the (111) -surface of the substrate 101 using atmospheric pressure (substantially atmospheric pressure) metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) means. A clad layer 102 was deposited. The n-type lower cladding layer 102 is made of triethyl boron (molecular formula: (C ₂ H ₅ ) ₃ B) / phosphine (molecular formula: PH) ₃ ) / Hydrogen (H ₂ ) Formed at 950 ° C. by reaction system. The layer thickness of the n-type lower clad layer 102 was set to 440 nm so that a reflectance of 40% or more can be obtained for blue band light having a wavelength of 430 nm to 460 nm. After the vapor phase growth of the n-type lower cladding layer 102 is stopped by interrupting the supply of the boron source, phosphine (PH ₃ ) And hydrogen (H ₂ The temperature of the n-type Si single crystal substrate 101 was lowered to 825 ° C. in the mixed atmosphere.
[0025]
After that, trimethylgallium (molecular formula: (CH ₃ ) ₃ Ga) / trimethylindium (molecular formula: (CH ₃ ) ₃ In) / ammonia (molecular formula: NH ₃ ) / H ₂ N-type gallium nitride indium (Ga) at 825 ° C. by the reaction system atmospheric pressure MOCVD means. _X In _1-X The N: 0 ≦ X ≦ 1) layer was provided as the light emitting layer 103 bonded to the n-type lower cladding layer 102. The gallium nitride / indium layer forming the n-type light emitting layer 103 is a multi-phase Ga composed of a plurality of phases having different indium composition ratios (= 1−X). _X In _1-X It consisted of N layers. The average composition ratio of indium was 0.06 (= 6%). This n-type Ga _0.94 In _0.06 The layer thickness of the light emitting layer 103 made of the N layer was 60 nm. Since the light emitting layer 103 is provided on the {111} -boron phosphide layer (lower clad layer 102) having the {111} -crystal plane as the surface, the Ga layer having the {0001} -crystal plane as the surface is provided. _0.94 In _0.06 It was composed of N layers. (CH ₃ ) ₃ Ga and (CH ₃ ) ₃ Stop the supply of In and n-type Ga _0.94 In _0.06 The vapor growth of the N layer was completed.
[0026]
NH ₃ And H ₂ In the mixed atmosphere, the temperature of the substrate 101 is maintained at 825 ° C., and the above (C ₂ H ₅ ) ₃ B / PH ₃ / H ₂ A p-type polycrystalline layer 104 composed of an undoped boron phosphide layer was formed by the reaction system atmospheric pressure MOCVD means. The polycrystalline layer 104 has a V / III ratio (= PH ₃ / (C ₂ H ₅ ) ₃ B) was set to 150 for vapor phase growth. The carrier concentration of the polycrystalline layer 104 made of boron phosphide at room temperature is 8 × 10 4 according to a general Hall effect measurement method. ¹⁸ cm ^-3 Met. Vapor phase growth of polycrystalline layer 104 made of boron phosphide with a layer thickness of 20 nm is performed using a boron source (C ₂ H ₅ ) ₃ After the supply of B is stopped and finished, PH ₃ And H ₂ The temperature of the silicon (Si) single crystal substrate 101 was raised to 1050 ° C.
[0027]
Next, a (111) -single crystal layer 105 made of undoped p-type boron phosphide is subsequently formed on the polycrystalline layer 104 of boron phosphide (C ₂ H ₅ ) ₃ B / PH ₃ / H ₂ The reaction system was formed by atmospheric pressure MOCVD means. The p-type boron phosphide single crystal layer 105 was formed with a V / III ratio of 900 higher than that of the polycrystalline layer 104. According to a general Hall effect measurement method, the carrier concentration at room temperature is 2 × 10 ¹⁹ cm ^-3 And the resistivity is 4 × 10 ^-2 It was Ω · cm. The layer thickness was 100 nm. After cooling, the crystal structures of the polycrystalline layer 104 and the single crystal layer 105 made of undoped p-type boron phosphide were analyzed by a general electron diffraction method. The polycrystalline layer 104 made of boron phosphide is composed of an aggregate of columnar boron phosphide single crystals oriented approximately in the <111> -crystal orientation. Further, it was shown that the single crystal layer 105 of boron phosphide is a single crystal layer composed of {111} -crystal planes. The boron phosphide layer 106 composed of the polycrystalline layer and the single crystal layers 104 and 105 was used as the upper clad layer 106 also serving as a contact layer.
[0028]
The surface of the single crystal p-type boron phosphide layer 106 is phosphorus (P) -doped silicon dioxide (SiO 2) having a thickness of 75 nm. ₂ ) Once covered with membrane. The concentration of phosphorus atoms inside the silicon dioxide film formed by ordinary CVD means is 9 × 10 ¹⁹ Atom / cm ³ It was. Next, using a known photolithography technique and selective patterning technique, the silicon dioxide film was left as the intermediate layer 107 only in the circular region having a diameter of 100 μm in the center of the single crystal p-type boron phosphide layer 106. . The silicon dioxide film deposited on the other regions was removed using general hydrogen fluoride (chemical formula: HF) acid. Thereafter, the surface of the intermediate layer 107 in which the gold / beryllium (Au 99 wt% / Be 1 wt%) alloy film is left and the surface of the upper clad layer 106 from which the silicon dioxide film has been removed is applied by a general vacuum deposition means. It provided so that it might coat. Next, using the known photolithography technique and selective patterning technique again, only the region where the intermediate layer 107 was left was left. The region of the remaining Au / Be alloy film was a circle having a diameter of 150 μm provided to coincide with the center of the circular intermediate layer 107 in plan view. Thus, the p-type ohmic electrode 108 was formed in which the outer edge region of the Au · Be alloy film, which is relatively larger than the circular intermediate layer 107, was in contact with the surface of the single-crystal p-type boron phosphide layer 106. The p-type ohmic electrode 108 was subjected to alloying heat treatment (alloy) for 3 minutes at 450 ° C. in a hydrogen stream after selective patterning. On the other hand, an n-type ohmic electrode 109 made of an aluminum (Al) / antimony (Sb) alloy was formed on the entire back surface of the n-type silicon (Si) single crystal substrate 101.
[0029]
Then, according to the normal cutting means, it cut | judged into the individual element and comprised LED10 of the pn junction type DH structure. When an operating current of 20 milliamperes (mA) was passed between the ohmic electrodes 108 and 109 in the forward direction, blue-violet band light having a wavelength of about 440 nm was emitted from the LED 10. The luminance in a chip state measured using a general integrating sphere was 8 millicandelas (mcd). In addition, light having a uniform intensity is emitted from a wide area of the light emitting layer 103 outside the area shielded by the p-type ohmic electrode 108. This was thought to be because the insulating intermediate layer 107 was disposed immediately below the p-type ohmic electrode 108, thereby preventing the short-circuit flow of the element driving current to the light emitting layer 103. In addition, it was interpreted that the p-type ohmic electrode 108 was provided in contact with the low-resistance single crystal p-type boron phosphide layer 106 and thus diffused in a plane in the region of the light emitting layer 103 outside the ohmic electrode 108. The forward voltage (so-called Vf) when the forward current was 20 mA was 3.7 V, and the reverse voltage (Vr) when the reverse current was 10 μA was 8 V or more. Further, no change in emission intensity and no change in Vf and Vr due to long-term energization of the element drive current were observed. This is because the polycrystalline boron phosphide layer 104 is bonded to the light-emitting layer 103, so that the lattice mismatch with the light-emitting layer 103 is relaxed, and an ohmic electrode is formed on the well-crystallized boron phosphide single crystal layer 105. It was considered that 108 was provided.
[0030]
【The invention's effect】
If a boron phosphide-based semiconductor layer in which the lower layer portion according to the present invention is a polycrystalline layer and the upper layer portion is a single crystal layer is used, for example, a contact layer for easily forming an electrode even in an undoped state can be used. Since the upper clad layer can be easily formed, for example, a compound semiconductor light emitting device having excellent rectification characteristics that emits high intensity light and emits high intensity light for a long period of time can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of a compound semiconductor light emitting device (LED) of a first example.
[Explanation of symbols]
10 ... LED
11 ... Laminated structure for LED
101 ... Si single crystal substrate
102 ... Boron phosphide lower cladding layer
103 ... Light emitting layer
104 ... Boron phosphide polycrystalline layer
105. Boron phosphide single crystal layer
106: Boron phosphide upper clad layer
107: Intermediate layer
108 ... p-type ohmic electrode
109 ... n-type ohmic electrode

Claims

A monomeric boron phosphide or mixed crystal layer thereof is formed on the surface of the crystal substrate or on the surface of the crystal layer formed on the substrate crystal, and ohmic is formed on the boron phosphide or mixed crystal layer thereof. in the method of manufacturing a semiconductor device including a step of arranging the electrodes, the bottom of the boron phosphide or mixed crystal layer of the monomer and the polycrystalline layer, at 1200 ° C. or less of the temperature of 750 ° C. or higher, V / III After the vapor phase growth at a first ratio of 100 or more and 200 or less, the polycrystalline layer has a second V / III ratio exceeding the first V / III ratio and not more than 2000 within the above temperature range. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising vapor-phase-growing a single crystal layer to form a boron phosphide monomer or a mixed crystal layer thereof .

A cubic zinc blende crystal type or diamond crystal type crystal having a {111} -crystal plane as a substrate, or a surface formed on a substrate crystal having the above crystal plane as a {111} -crystal plane 2. The semiconductor according to claim 1 , wherein a vapor-phase growth of a monomeric boron phosphide (BP) layer composed of {111} -crystal planes or a mixed crystal layer thereof is performed using a crystal layer as a base. Device manufacturing method.

Hexagonal wurtzite crystal type crystal having a {0001} -crystal plane as a substrate, or a crystal layer having a {0001} -crystal plane as a surface formed on a substrate crystal having the above crystal plane as a base 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein a vapor phase growth of a monomeric boron phosphide (BP) layer composed of {111} -crystal planes or a mixed crystal layer thereof is performed.

After contacting the boron phosphide (BP) or the mixed crystal single crystal layer forming the upper surface portion of the bottom polycrystalline layer to provide an intermediate layer, boron phosphide or in contact with the surface of the single crystal layer made of the mixed crystal, a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that forming an ohmic electrode.