JP4680431B2 - リン化硼素系半導体素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、素子動作電流の不要な漏洩或いは通流を回避するに効果を奏する高抵抗のリン化硼素（ＢＰ）系半導体層を利用して、リン化硼素系半導体素子を構成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
元素周期律のＩＩＩ族に属する硼素（Ｂ）とＶ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてリン化硼素（ＢＰ）が公知である（Ｎａｔｕｒｅ、１７９（Ｎｏ．４５６９）（１９５７）、１０７５頁参照）。リン化硼素については、従来より様々な禁止帯幅が報告されている。例えば、Ｂ．Ｓｔｏｎｅらは多結晶ＢＰ膜に関して約６エレクトロンボルト（ｅＶ）の室温禁止帯幅を得ている（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．４、Ｎｏ．６（１９６０）、２８２〜２８４頁照）。また、Ｍａｎｃａに依れば、４．２ｅＶの禁止帯幅が提示されている（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｌｉｄｓ，２０（１９６１）、２６８．参照）。しかしながら、リン化硼素の禁止帯幅は従来より約２ｅＶとして通用している（▲１▼ＲＣＡ Ｒｅｖｉｅｗ，２５（１９６４）、１５９〜１６７頁、及び▲２▼Ｚ．ａｎｏｒｇ．ａｌｌｇ．ｃｈｅｍ．，３４９（１９６７）、１５１〜１５７頁、及び▲３▼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、２８頁参照）。
【０００３】
また、リン化硼素はフィリップスのイオン結合度が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）、伝導性半導体層を得られ易い特徴を有している（特開平２−２８８３８８号公報参照）。このため、従来では、導電性のＢＰ層をＩＩＩ族窒化物半導体レーザーダイオード（ＬＤ）を構成する電流狭窄層として用いる例が知られている（特開平１０−２４２５６９号公報参照）。また、発光ダイオード（ＬＥＤ）にあっては、例えば、単結晶基板上の緩衝層として利用されている（特開平２−２７５６８２号公報参照）。一方、リン化硼素は電子の有効質量（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍａｓｓ）を比較的に大とするため（上記の特開平１０−２４２５６９号公報参照）、ｎ形の低抵抗ＢＰ結晶はそれ程容易には得られないとされる（上記の特開平２−２８８３８８号公報参照）。
【０００４】
結晶学的な性質から観れば、立方硫化亜鉛鉱型（ｓｐｈａｒｅｌｉｔｅ）（フィッリプス著、「半導体結合論」（（株）吉岡書店、１９８５年７月２５日発行、第３刷）、１４〜１５頁参照）のリン化硼素は、立方晶（ｃｕｂｉｃ）の窒化ガリウム（ｃ−ＧａＮ：格子定数＝４．５１０Å）と略同一の４．５３８Åの格子定数を有する。また、ＢＰの｛１１０｝格子面間隔は約３．２０９Åであり、六方晶（ｈｅｘａｇｏｎａｌ）ＧａＮ（ｈ−ＧａＮ）のａ軸格子定数である３．１８０Åと略同等である（上記の「半導体デバイス概論」、２８頁参照）。この良好な格子マッチング性を利用して、従来では、ＢＰ緩衝層とＧａＮ結晶層との接合構造を利用してショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接合電界効果型トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）が構成されている（特開２０００−３１１６４号公報参照）。
【０００５】
リン化硼素（ＢＰ）は間接遷移型の半導体である（上記の「半導体デバイス概論」、２８頁参照）。間接遷移型の半導体では、発光をもたらすキャリア（担体）の放射再結合の効率は直接遷移型半導体に比較すれば矮小である（Ｋ．Ｓｅｅｇｅｒ著、「セミコンダクターの物理学（下）」（（株）吉岡書店、１９９１年６月２５日発行第１刷、３９２頁参照）。このため、間接遷移型半導体であるリン化硼素は、ＬＥＤやＬＤの発光層（活性層）としてではなく、上記の如く例えば、電流狭窄層として利用されている。また、電界効果型トランジスタにあっては、緩衝（ｂｕｆｆｅｒ）層として利用する試みがなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、電界効果型トランジスタ用途の緩衝層を例にして説明するに、緩衝層はドレイン（ｄｒａｉｎ）電流の漏洩を防止するために、高抵抗の結晶層から構成する必要がある。しかしながら、従来のリン化硼素の室温での禁止帯幅は約２ｅＶと低い上に（上記の▲１▼ＲＣＡ Ｒｅｖｉｅｗ，及び▲２▼Ｚ．ａｎｏｒｇ．ａｌｌｇ．ｃｈｅｍ．参照）、イオン結合性の低い結晶であり伝導性を付与し易いため、従来技術では、ＭＥＳＦＥＴ用途に適する高抵抗の緩衝層を簡便に得られない欠点を有していた。
【０００７】
また、従来に於いては、禁止帯幅を２ｅＶとするリン化硼素と、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系混晶との超格子構造を作製して、室温禁止帯幅を２ｅＶ以上とする構造体を得る技術が開示されている（上記の特開平２−２７５６８２号参照）。しかし、この従来技術手段では、煩雑な手段により超格子構造を形成する必要に迫られる問題点を有している。
【０００８】
本発明は上記の従来技術の欠点を克服すべくなされたもので、従来の如く複雑な手法を要せずに高抵抗のリン化硼素系半導体層を形成し、その高抵抗のリン化硼素系半導体層を利用して構成されるリン化硼素系半導体素子とその製造方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は、次の（１）ないし（４）に記載の含酸素リン化硼素系半導体層を具備するリン化硼素系半導体素子を提供するものである。
（１）基板上に積層された、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素として含み、さらに酸素（Ｏ）を含有する含酸素リン化硼素系半導体層を具備するリン化硼素系半導体素子。
（２）含酸素リン化硼素系半導体層中に含有される酸素原子の濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上５×１０²⁰ｃｍ^-3未満であることを特徴とする前記（１）に記載のリン化硼素系半導体素子。
（３）含酸素リン化硼素系半導体層の抵抗率が１０²Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載のリン化硼素系半導体素子。
（４）含酸素リン化硼素系半導体層が、非晶質または多結晶のリン化硼素系半導体層上に設けられていることを特徴とする前記（１）ないし（３）の何れか１項に記載のリン化硼素系半導体素子。
【００１０】
また本発明は、上記（１）ないし（４）に記載の含酸素リン化硼素系半導体層を具備するリン化硼素系半導体素子のうち、特に以下に記載のトランジスタまたは発光素子であり、さらに発光素子を用いたランプあるいは光源である。
（５）前記（１）ないし（４）の何れか１項に記載の含酸素リン化硼素系半導体層を具備するトランジスタ。
（６）含酸素リン化硼素系半導体層からなる緩衝層を具備することを特徴とする前記（５）に記載のトランジスタ。
（７）トランジスタが、含酸素リン化硼素系半導体層上に設けられたチャネル層を具備する電界効果型トランジスタであることを特徴とする前記（５）または（６）に記載のトランジスタ。
（８）トランジスタが、含酸素リン化硼素系半導体層上に設けられたショットキーゲート電極を備えた電界効果型トランジスタであることを特徴とする前記（５）ないし（７）の何れか１項に記載のトランジスタ。
（９）前記（１）ないし（４）の何れか１項に記載の含酸素リン化硼素系半導体層からなる電流阻止層を具備する発光素子。
（１０）発光素子が、含酸素リン化硼素系半導体層からなる電流阻止層上に電極を設けた発光ダイオード（ＬＥＤ）であることを特徴とする前記（９）に記載の発光素子。
（１１）前記（１０）に記載の発光素子を用いたランプ。
（１２）前記（１１）に記載のランプを用いた光源。
（１３）発光素子が、含酸素リン化硼素系半導体層からなる電流阻止層が対向する様に中央に残置された開口部上に電極を設けたレーザーダイオード（ＬＤ）であることを特徴とする前記（９）に記載の発光素子。
【００１１】
また本発明は、次の（１４）ないし（１７）に記載のリン化硼素系半導体素子の製造方法を提供するものである。
（１４）基板上に、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）により積層させるリン化硼素系半導体層に、含酸素化合物を原料に用いて酸素を添加して、含酸素リン化硼素系半導体層を形成することを特徴とする前記（１）ないし（４）の何れか１項に記載のリン化硼素系半導体素子の製造方法。
（１５）含酸素化合物がアルコキシル（ａｌｋｏｘｙｌ）基（−ＯＲ；Ｒは炭素数１乃至１２の直鎖状または分岐状の飽和或いは不飽和アルキル（ａｌｋｙｌ）基、炭素数６乃至２０の芳香族基または脂環基等の酸素との結合する基（ｇｒｏｕｐ）を表す。但し、前記芳香族基の基本骨格には、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環等が例示でき、それら芳香族基には、任意にＣＮ、ハロゲン原子、ＯＨ、カルボニル基、カルボキシル基等が置換していてもよい。また前記脂環基の基本骨格にはシクロヘキシル環等が例示できる。）を付加した有機化合物であることを特徴とする前記（１４）に記載のリン化硼素系半導体素子の製造方法。
（１６）含酸素化合物がトリアルコキシ（ｔｒｉａｌｋｏｘｙ）硼素化合物であることを特徴とする前記（１４）または（１５）に記載のリン化硼素系半導体素子の製造方法。
（１７）基板上に、２５０℃以上７００℃以下の範囲の温度で非晶質または多結晶を主体とするリン化硼素系半導体層を形成した後、７００℃を越え１２００℃以下の範囲の温度で含酸素リン化硼素系半導体層を形成することを特徴とする前記（４）に記載のリン化硼素系半導体素子の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明では、例えば一般式Ｂ_αＡｌ_βＧａ_γＩｎ_{1- α - β - γ}Ｐ_{1- δ}Ａｓ_δ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）で表記される硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、リン化硼素系半導体と称する。また例えば、一般式Ｂ_αＡｌ_βＧａ_γＩｎ_{1- α - β - γ}Ｐ_{1- δ}Ｎ_δ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）で表記されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体も、リン化硼素系半導体とする。本発明の第１の実施形態では、基板上に積層された、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素として含み、さらに酸素（Ｏ）を含有する含酸素リン化硼素系半導体層を利用してリン化硼素系半導体素子を構成する。例えば、リン化硼素系半導体素子を含酸素リン化アルミニウム・硼素混晶（Ｂ_αＡｌ_βＰ：０＜α≦１、α＋β＝１）を用いて構成する。あるいはリン化硼素系半導体素子を、含酸素リン化硼素・ガリウム混晶（Ｂ_αＧａ_γＰ：０＜α≦１、α＋γ＝１）或いは含酸素リン化硼素・インジウム混晶（Ｂ_αＩｎ_{1- α}Ｐ：０＜α≦１）を用いて構成する。あるいはリン化硼素系半導体素子を、含酸素窒化リン化硼素（ＢＰ_1ーXＮ_X：０＜Ｘ＜１）などの複数のＶ族元素を構成元素とする含酸素リン化硼素系半導体を用いて構成する。３種あるいは４種の構成元素からなる３元或いは４元半導体の混晶等よりも２元結晶は簡易に形成できる（上記の「半導体デバイス概論」、２４頁参照）。よって、第１の実施形態に係わるリン化硼素系半導体層は、例えば、単量体のリン化硼素（ＢＰ：ｂｏｒｏｎ ｍｏｎｏｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）から構成するのが好ましい。
【００１３】
リン化硼素系半導体層において、アンドープ状態で残留不純物（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｉｍｐｕｒｉｔｙ）としての酸素原子が上記（２）の発明に記載の濃度であれば、含酸素リン化硼素系半導体層を形成するためにリン化硼素系半導体層中に酸素を敢えてドーピングする必要はない。一方、残留不純物としての酸素原子の濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3未満である場合、本発明のリン化硼素系半導体素子を作製するために、リン化硼素系半導体層の積層時に酸素を故意に添加（ｄｏｐｉｎｇ）して、酸素原子濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上とする含酸素リン化硼素系半導体層を形成する必要がある。本発明の第２の実施形態では、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）（Ｉｎｓｔ．Ｐｈｙｓ．Ｃｏｎｆ．Ｓｅｒ．，Ｎｏ．１２９（ＩＯＰ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｌｔｄ．，１９９３）、１５７〜１６２頁参照）、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法（Ｊ．Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．，１３３（１９９７）、２６９〜２７２頁参照）、ハライド（ｈａｌｉｄｅ）法（▲１▼「日本結晶成長学会誌」、Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．２（１９９７）、１５０頁及び▲２▼Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４２（１）（１９７１）、４２０〜４２４頁参照）、及びハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）法等の気相成長手段により、残留する酸素の濃度に鑑みて必要に応じて酸素をドーピングして酸素原子濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上とする含酸素リン化硼素系半導体層を形成する。半導体層の良好な結晶性を維持するためには、含酸素リン化硼素系半導体層の酸素原子濃度は大凡、５×１０²⁰ｃｍ^-3未満とするのが望ましい。リン化硼素系半導体層内の酸素の原子濃度は、例えば、一般的な２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等の分析手段により定量できる。
【００１４】
本発明に係わる抵抗率を１０²Ω・ｃｍ以上とする含酸素リン化硼素系半導体層は、素子動作電流の漏洩を防止できる高抵抗層として半導体素子の構成に有効に利用できる。抵抗率は、リン化硼素系半導体層内部に含まれる酸素原子の濃度に依存して変化する。酸素原子が高濃度である程、得られる抵抗率は高値となる傾向がある。これは、半導体層中の酸素が電子または正孔を電気的に補償（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）する作用を発揮するためである。従って、本発明の第３の実施形態では、酸素のドーピング量を適宣調整して１０²Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有するリン化硼素系半導体層を用いてリン化硼素系半導体素子を作製する。抵抗率（＝比抵抗）は例えば、通常のホール（Ｈａｌｌ）効果測定手段等により測定できる。
【００１５】
例えば、トリエチル硼素（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ）／ボラン（ＢＨ₃）／ホスフィン（ＰＨ₃）反応系、或いはトリエチル硼素／ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）／ホスフィン反応系、または、トリエチル硼素とターシャリィブチル（ｔｅｒｔ．−ｂｕｔｈｙｌ）ホスフィン等の有機リン化合物との反応系を有する常圧（略大気圧）或いは減圧ＭＯＣＶＤ法を利用して酸素ドーピングを実施することにより、酸素原子の濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上の含酸素リン化硼素系半導体層が得られる。酸素のドーピング原料として、酸素ガス（Ｏ₂）を例示できる。例えば、（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ／ＰＨ₃／Ｈ₂反応系のＭＯＣＶＤ法によるリン化硼素系半導体層の成長の際に、酸素を体積百万分率（ｖｏｌ．ｐｐｍ）にして約５０ｖｏｌ．ｐｐｍ含む水素ガスを毎分２０ｃｃの流量で添加すれば、８００℃に於ける成長では、抵抗率を約５×１０³Ω・ｃｍ以上とする高抵抗のリン化硼素（ＢＰ）単結晶層を得られる。単結晶の含酸素リン化硼素系半導体層を得るには、積層温度は７００℃を越える高温とするのが望ましい。但し、リン化硼素半導体層の積層温度が１２００℃を越える高温となると、リン化硼素結晶層内で単量体ＢＰから例えばＢ₁₃Ｐ₂等の多量体への変換が顕著となり（Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃ．，４７（１９６４）ｐ．ｐ．４４−４６．参照）、均質なリン化硼素層が得られ難くなるため好ましくない。
【００１６】
含酸素リン化硼素系半導体層を得るに適当となる他の酸素添加原料としては、酸素を含む官能基（ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｇｒｏｕｐ）を付加した有機硼素化合物がある。特に、アルコキシル基（−ＯＲ；Ｒは炭素数１乃至１２の直鎖状または分岐状の飽和或いは不飽和アルキル（ａｌｋｙｌ）基、炭素数６乃至２０の芳香族基または脂環基等の酸素との結合する基（ｇｒｏｕｐ）を表す。但し、前記芳香族基の基本骨格には、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環等が例示でき、それら芳香族基には、任意にＣＮ、ハロゲン原子、ＯＨ、カルボニル基、カルボキシル基等が置換していてもよい。また前記脂環基の基本骨格にはシクロヘキシル環等が例示できる。）を付加する有機化合物は酸素添加原料として好適に利用できる。例えば、リン化硼素系半導体層を構成する元素のアルコキシル化合物を酸素添加原料とすれば、リン化硼素系半導体層を積層する際に、簡便に含酸素リン化硼素系半導体層を形成できる利点がある。構成元素のアルコキシル化合物としては、例えば、トリメトキシ硼素（Ｂ（ＯＣＨ₃）₃；融点≒−２９℃、沸点≒＋６９℃）、トリエトキシ硼素（Ｂ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃；融点≒−８５℃、沸点≒＋１１７℃）、トリイソブロボキシ硼素（Ｂ（ｉ−ＯＣ₃Ｈ₇）₃；沸点≒＋１４０℃）等を例示できる。また、低級のアルキル基を含む硼素アルコキシル化合物は融点が低く、沸点は室温を越えているため、通常のバブリング（発泡）手段により容易に反応系へ添加できる液体原料として利便である。含酸素リン化硼素系半導体層の構成元素であるリン（Ｐ）のアルコキシル化合物には、リン酸メチル（ＰＯ（ＯＣＨ₃）₃）、亜リン酸トリメチル（Ｐ（ＯＣＨ₃）₃）、リン酸トリエチル（ＰＯ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃）、亜リン酸トリエチル（Ｐ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃）等が例示できる。これらのリンアルコキシル化合物も室温で液体であり、バブリング手段により反応系へ添加できる。また、砒素（Ａｓ）のアルコキシル化合物には、トリエトキシ砒素（Ａｓ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃；沸点≒＋１６５℃）等がある。リン化硼素系半導体の構成元素のアルコキシル化合物にあって、上記の硼素アルコキシル化合物は、他のリン或いは砒素化合物と比較して毒性も少なく、酸素添加原料として特に、好適に利用できる。
【００１７】
本発明に係わる含酸素リン化硼素系半導体は例えば、珪素単結晶（シリコン）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）やリン化ガリウム（ＧａＰ）または窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶、サファイア（α−Ａｌ₂Ｏ₃単結晶）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の酸化物単結晶、或いは、モリブデン（Ｍｏ）などの金属の結晶基板表面上に設けられる。また、リン化硼素（ＢＰ）単結晶も基板として利用できる（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２０（１９７３）、ｐ．ｐ．８０２〜８０６．参照）。しかし、ＢＰ以外の基板材料とＢＰ系半導体層とは一般に格子不整合の関係にあるため、格子ミスフィットに起因する転位等の結晶欠陥の伝搬により、結晶性に優れるリン化硼素系半導体層を安定して得難い。ここで、本発明の第４の実施形態では、結晶基板上に、含酸素リン化硼素半導体層の下地層として格子不整合性を緩和する作用を発揮するリン化硼素系半導体層を緩衝層として配置することとする。
【００１８】
緩衝層とするリン化硼素系半導体層を、単結晶よりも、アズーグローン（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）状態で非晶質（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）或いは多結晶から構成するとより効果的に格子不整合性を緩和する作用が発揮される。ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態に於いて非晶質或いは多結晶であるリン化硼素系半導体からなる緩衝層（リン化硼素系緩衝層）は、上記の気相成長手段に於いて、積層温度を２５０℃〜７００℃とすることで形成できる。積層温度を低くする程、非晶質を主体とするリン化硼素系緩衝層が得られ易くなる。しかし、２５０℃以下では積層用原料の分解が充分に進行しないため、積層は不安定で不都合である。約４５０℃を越える積層温度では、多結晶を主体とするリン化硼素系緩衝層が帰結され易くなる。７００℃を越える温度では充分な格子不整合の緩和効果を発揮できかねる単結晶層が得られ易くなり不都合である。格子不整合を緩和する目的でのリン化硼素系緩衝層の層厚は約２ｎｍ〜約５０ｎｍ程度が適する。適当な層厚のリン化硼素系緩衝層を基板と含酸素リン化硼素系層との中間に配置すれば、例えば、両材料間の熱膨張率の差異に起因して発生する基板表面からの含酸素リン化硼素系層の剥離をも回避するに効果がある。緩衝層が非晶質層或いは多結晶層であるかは一般的なＸ線回折法や電子線回折法等に依り解析できる。
【００１９】
リン化硼素系緩衝層は、不純物を故意に添加しないアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）層から構成できる。また、リン化硼素系緩衝層を積層する際に、ｎ形或いはｐ形不純物を添加すれば、導電性の緩衝層を得ることができる。例えば、ＩＩ族に属する亜鉛（Ｚｎ）やマグネシウム（Ｍｇ）を添加すればｐ形のリン化硼素系緩衝層が得られる。また、珪素（Ｓｉ）や錫（Ｓｎ）等の第ＩＶ族元素を添加すれば、ｎ形リン化硼素系緩衝層が得られる。また、硫黄（Ｓ）やセレン（Ｓｅ）の添加によってもｎ形リン化硼素系緩衝層を得ることができる。また、イオン（ｉｏｎ）注入法によりこれらの元素のイオンを注入して添加できる。ドーピングまたはイオン注入の何れの手段に依るにしても、過度に不純物元素を添加するとリン化硼素系緩衝層の結晶性は損なわれるため、元素の添加量は大凡、原子濃度にして５×１０¹⁹ｃｍ^-3以下に止めておくのが望ましい。また、酸素（Ｏ）をドーピングしてなる高抵抗の含酸素リン化硼素系半導体層からも緩衝層を構成できる。酸素の存在下では、多結晶のリン化硼素層が形成され易い特徴がある（特開２０００−３５１６９２号公報参照）。
【００２０】
上記のｎ形またはｐ形不純物と酸素とを併せて含むリン化硼素系緩衝層を得るには、ｎ形またはｐ形不純物元素を含むアルコキシル化合物が好適に利用できる。例えば、Ｓｉのアルコキシル化合物として、テトラメトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₄；沸点≒＋１２１℃）、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄；融点≒−７７℃，沸点≒＋１６６℃）、テトライソブロボキシシラン（Ｓｉ（ｉ−ＯＣ₃Ｈ₇）₄；沸点≒＋２２６℃）等を例示できる。また、亜鉛（Ｚｎ）については、ジメトキシ亜鉛（Ｚｎ（ＯＣＨ₃）₂）等を例示できる。これらのアルコキシル化合物では、導電性を付与する元素（上記例ではＳｉ，Ｚｎ）とそれを電気的に補償して不活性化する酸素（Ｏ）とが１：１の割合で含まれているため、単純には、簡便に高抵抗の含酸素リン化硼素系結晶層を得られると予想される。しかし、結晶層内に取り込まれる確率が不純物元素毎に異なる場合もあり、実際には、取り込まれた不純物の量的不均衡性から必ずしも高抵抗層が得られるとは限らない。従って、例えば、導電性結晶層が帰結される場合には、上記のアルコキシル化合物に加えて、例えば、酸素−水素（Ｈ₂）、酸素−窒素（Ｎ₂）、或いは酸素−アルゴン（Ａｒ）等の含酸素混合ガスを別の酸素添加源として利用して、高抵抗層を得るのも一手法である。
【００２１】
上記の含酸素リン化硼素系半導体層は、高抵抗であるが故に、素子動作電流の不要な漏洩を抑制するに効果を奏する。従って、本発明の第６の実施形態では、この様な高抵抗層を利用して、特性に優れるトランジスタ、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）や電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を構成する。例えば、本発明に係わる高抵抗のリン化硼素系半導体層を能動層の直下に緩衝層として接合させて設けたショトッキ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接合型ＦＥＴ（ＭＥＳＦＥＴ）では、ドレイン（ｄｒａｉｎ）電流の緩衝層への漏洩を抑制できるため、ゲートピンチオフ（ｇａｔｅ ｐｉｎｃｈ−ｏｆｆ）特性は優れたものとなる。また、波及的に相互コンダクタンス（ｇｍ）に優れたＭＥＳＦＥＴを得られる。また、本発明に係わる含酸素リン化硼素系半導体高抵抗層上に、２次元電子走行層（チャネル層）を備える構成とすると、良好なゲートピンチオフ特性並びに相互コンダクタンス（ｔｒａｎｓ−ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）を発揮する２次元電子電界効果型トランジスタ（ＴＥＧＦＥＴ）を提供できる。
【００２２】
単結晶基板上の非晶質或いは多結晶を主体とする緩衝層上に含酸素リン化硼素系半導体層を設ける構成とすれば、素子動作電流の漏洩を防止するに更に効果を奏する高抵抗の含酸素リン化硼素系半導体層を形成できる。例えば、非晶質の緩衝層の作用により、動作電流の短絡の原因となるミスフィット転位の少ない高抵抗の含酸素リン化硼素系半導体層を得ることができるからである。また、この様な良質の高抵抗の含酸素リン化硼素系半導体と格子整合をなす半導体材料からチャネル層を構成すると、高い電子移動度を顕現するに優位となるため、良好なピンチオフ特性に加えて、雑音指数（ｎｏｉｓｅ−ｆｉｇｕｒｅ）の小さい低雑音ＭＥＳＦＥＴを得るに有効となる。この本発明の第７の実施形態の格子整合系の積層構造の好適な例として、高抵抗の含酸素リン化硼素（ＢＰ：格子定数＝４．５３８Å）層上に窒素組成比を３％（＝０．０３）とする立方晶のｎ形窒化リン化ガリウム（ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03：格子定数＝４．５３８Å）からなるチャネル層を接合させる構成が挙げられる。また、高抵抗の含酸素窒化リン化硼素（ＢＰ_0.97Ｎ_0.03）層上に立方晶窒化ガリウム（ｃ−ＧａＮ）からなチャネル層を設ける構成を例示できる。
【００２３】
含酸素リン化硼素系半導体高抵抗層は、チャネル層の直下のみに配置するのではなく、ショットキーゲート電極を形成するためのゲート（ｇａｔｅ）電極形成層としても有効に利用できる。本発明の第８の実施形態では、ゲート電極は高抵抗の含酸素リン化硼素系半導体層上に形成されることとなるため、漏洩電流の少ないゲート電極を形成できる。従って、相互コンダクタンスが大きくピンチオフ特性に優れる電界効果型トランジスタを提供できる。ゲート電極と併せてソース（ｓｏｕｒｃｅ）／ドレイン（ｄｒａｉｎ）両電極をも高抵抗の含酸素リン化水素系半導体層上に設置してＭＥＳＦＥＴを構成する場合もあるため、高抵抗の含酸素リン化硼素系半導体層の層厚は、これら両オーミック（ｏｈｍｉｃ）電極を構成する材料のアロイフロント（ａｌｌｏｙ ｆｒｏｎｔ）が能動層、或いはＴＥＧＦＥＴにあっては電子供給層に充分に浸透、到達できる厚さとするのが最適である。一般的には、ショットキーゲート電極を形成するための高抵抗の含酸素リン化硼素半導体層の層厚は約１００ナノメータ（ｎｍ）以内とするのが妥当である。また、高周波用途のＭＥＳＦＥＴのショットキーゲート電極は、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属及びそれらから層を重層させた重層構造から構成できる。
【００２４】
上記のような電子デバイス用途のみでなく、本発明に係わる第９の実施形態では、高抵抗の含酸素リン化硼素系半導体層を発光素子に適用する。発光素子に於いて、リン化硼素系高抵抗半導体層は、素子動作電流の流通を意志的に阻害するための電流阻止層として特に、有用である。例えば、含酸素リン化硼素系半導体層を電流阻止層として用いれば、外部に開口された発光領域に優先して素子動作電流を流通できる機能を備えた発光ダイオード（ＬＥＤ）を構成できる。所謂、電流阻止作用を発揮するように高抵抗リン化硼素系半導体層を配置すれば、開口発光領域に集中的に素子動作電流を流通させられるため、効率的な光電変換を達成でき、高い発光強度のＬＥＤを提供できる。
【００２５】
台座電極の水平断面の最大断面積（＝Ｓ₀；台座電極の被堆積層への射影領域の平面積）と、電流阻止層を敷設する平面積（＝Ｓ）とに極端な差異があると高発光強度の発光素子を得るに不都合となる。例えば、電流阻止層の平面積が台座電極の平面積に対し極端に小であると（即ち、Ｓ／Ｓ₀《１）、台座電極の直下領域への素子動作電流の短絡的な流通を充分に防止するに至らない。従って、開口発光領域へ効率的に素子動作電流を流通できないために充分な発光強度の発光素子を得るに不都合となる。一方、Ｓ／Ｓ₀》１であると、開口発光領域の大部分を電流阻止層が占有することとなるため、素子動作電流を流通できる領域が縮小される。従って、発光領域面積の減少を招き、高発光強度の発光素子を得るに不都合となる。発光素子、特にＬＥＤにあって、好適となる比率Ｓ／Ｓ₀の範囲は大凡、０．７以上で１．２以下である。
【００２６】
本発明に係る電流阻止型のＬＥＤは、本発明の第１０の実施形態として、動作電流を流通させるための台座（ｐａｄ）電極の直下に高抵抗の含酸素リン化硼素半導体層を配置すれば構成できる。すなわち、台座電極の射影領域にあたる例えば、シングルヘテロ（ＳＨ）またはダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造発光部をなすクラッド（ｃｌａｄ）層表面上に含酸素リン化硼素半導体層を配置する。台座電極と高抵抗の含酸素リン化硼素系半導体層との中間には、台座電極の射影領域以外の開口発光領域の表面を被覆する様に導電性層を挿入する。この様に配置すれば、台座電極を介して供給される素子動作電流は、高抵抗の含酸素リン化硼素系半導体層の存在により、台座電極の直下の領域（所謂、発光を外部へ取り出すのに不都合となる領域）への流通を阻止でき、逆に開放発光領域へ優先的に流通させられるＬＥＤを構成できる。
【００２７】
また、高抵抗の含酸素リン化硼素系半導体層は、レーザダイオード（ＬＤ）用途の電流狭窄層として利用できる。本発明の第１１の実施形態を具体的に説明すれば、電流狭窄層となす高抵抗の含酸素リン化硼素半導体層は、先ず、例えばＤＨ接合型発光部をなすクラッド層表面に接合させて設ける。次に例えば、周知のフォトリソグラフィー技術に依る選択パターニング技術を利用した湿式或いはプラズマ（ｐｌａｓｍａ）エッチング手段等により、電流狭窄層の中央部を帯状に削除して開口部を設ける。これより、電流狭窄層を帯状の開口部を挟んで対向する様に残置させる。次に、電流狭窄層の開口部に露呈されたクラッド層等の表面に接する様にオーミック電極を敷設する。ｎ形用またはｐ形用のオーミック電極の平面形状は、開口部の平面形状と相似形とするのが一般的である。電流狭窄層にこの様な加工を施せば、オーミック電極から供給される素子動作電流を、電流狭窄層に依る電流の流通を阻止する作用に依り、電極が接する特定の領域に限定して注入することができる。特定の領域、即ち、上記の開口部は発光部の平面積に比較すれば、表面積を小とするため、高密度の動作電流を開口部の直下の発光部に集中して注入できる。このため、誘導放出によるレーザー光発振を得るに好適となる。
【００２８】
従来技術に於いて、ＬＤ用途の電流狭窄層は、クラッド層等の下地層とは反対の伝導型のリン化硼素系半導体から構成されていた（上記の特開平１０−２４２５６９号公報参照）。例えば、ｐ形クラッド層に対して、ｎ形のリン化硼素系半導体層を配置することにより構成されていた。しかし従来の技術では、電子の有効質量の大きさから、ｐ形のリン化硼素系半導体層程、電流狭窄層として適するｎ形のリン化硼素系半導体層は容易には得られない欠点があった。しかし、本発明の酸素を含有させることにより高抵抗となした含酸素リン化硼素系半導体層を利用すれば、ｐ形下地層に対しても電流狭窄層を簡便に構成できる。即ち、酸素を添加して高抵抗となした含酸素リン化硼素系半導体層には、被堆積層の伝導形に関係なく、汎用的に電流阻止層を構成できる利点がある。
【００２９】
本発明に依るＬＥＤからは高輝度の発光ダイオードランプを構成できる。例えば、図４に例示する如く、基板１１上に本発明に係わる含酸素リン化硼素系半導体層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の中央部に金属製碗体１６と導電性の接合材で固定する。これより、基板１１の底面に設けた一方の極性の裏面電極１４を台座１５に付属する一方の端子１７に電気的に接続させる。また、ＬＥＤ１０上に設置した表面電極１３を他の一方の端子１８に結線する。その後、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、本発明に依れば、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。
【００３０】
また、上記のＬＥＤランプを集合させれば、光源を構成できる。例えば、複数のＬＥＤランプを電気的に並列に接続させて、例えば、定電圧駆動型の光源を構成できる。また、電気的に直列にＬＥＤランプを接続して定電流型の光源を構成できる。これらのＬＥＤランプを利用する光源は、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、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。
【００３１】
【作用】
酸素を含有する含酸素リン化硼素系半導体層にあって、酸素は半導体層内のキャリアを補償して、電気的に不活性化させる作用を有し、高抵抗のリン化硼素系半導体層をもたらす作用を有する。
【００３２】
酸素の電気的補償作用を利用して高抵抗となした、含酸素リン化硼素系半導体層は、素子動作電流の不要な漏洩を防止する作用を有する。特に、酸素原子の濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上とし、抵抗率を１０²Ω・ｃｍ以上とする含酸素リン化硼素系半導体層はトランジスタ用途の緩衝層、発光素子に於ける電流阻止層或いは電流狭窄層として用いることができる。
【００３３】
非晶質または多結晶のリン化硼素系半導体層は、結晶性に優れる連続した高抵抗の含酸素リン化硼素系半導体層をもたらす作用を有する。良質の高抵抗の含リン化硼素系半導体層上には結晶性に優れる能動層をもたらす作用を有する。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
本実施例１では、高抵抗の含酸素リン化硼素（ＢＰ）系半導体層を具備した発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製した例を用いて、本発明を具体的に説明する。本実施例１に係わるＬＥＤ１１０の断面模式図を図１に示す。また、図２にＬＥＤ１１０の平面模式図を示す。
【００３５】
本発明に係わる発光素子用途の積層構造体１１１は、種々の結晶材料を基板１０１として構成できる。本実施例では、硼素（Ｂ）ドープでｐ形の（１１１）面を有するＳｉ単結晶を基板１０１として構成した。基板１０１上には、トリエチル硼素（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ）／ホスフィン（ＰＨ₃）／水素（Ｈ₂）系常圧ＭＯＣＶＤ法により、３５０℃で成長させたリン化硼素からなる低温緩衝層１０２を堆積した。低温緩衝層１０２の層厚は約５ｎｍとした。
【００３６】
低温緩衝層１０２の表面には、上記のＭＯＣＶＤ気相成長手段を利用して、８００℃でマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングしたｐ形ＢＰ層を下部クラッド層１０３として積層した。マグネシウム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（ｂｉｓ−（Ｃ₅Ｈ₄）₂Ｍｇ）を用いた。下部クラッド層をなすｐ形ＢＰ層１０３のキャリア濃度は約８×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。層厚は７００ｎｍとした。低温緩衝層１０２を下地層としたため、ｐ形ＢＰ層１０３は亀裂も無い連続膜となった。ｐ形ＢＰ下部クラッド層１０３上には、リン化硼素（ＢＰ；格子定数＝４．５３８Å）に格子整合する立方晶のｎ形ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03層（格子定数＝４．５３８Å）を発光層１０４として積層させた。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１８０ｎｍとした。ｎ形ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03発光層１０４の表面上には、上記のＭＯＣＶＤ気相成長手段によりｎ形のＢＰ層からなる上部クラッド層１０５を積層した。ｎ形のドーパントとしては珪素（Ｓｉ）を用い、キャリア濃度は約８×１０¹⁶ｃｍ^-3とし、層厚は８０ｎｍとした。８００℃と成長温度を同一として積層したｐ形ＢＰ下部クラッド層１０３、ｎ形ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03発光層１０４、及びｎ形ＢＰ上部クラッド層１０５からｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）構造の発光部を形成した。
【００３７】
ｎ形ＢＰ上部クラッド層１０５上には、トリエトキシ硼素（Ｂ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃）を酸素のドーピング原料として加えたＭＯＣＶＤ気相成長手段により、電流阻止層１０６として一部、残置させる含酸素リン化硼素（ＢＰ）層を積層した。トリエトキシ硼素（Ｂ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃）のＭＯＣＶＤ反応系への添加量は、電流阻止層１０６内の酸素原子濃度が約２×１０¹⁸ｃｍ^-3となる様に設定した。電流阻止層１０６の室温での抵抗率は、通常のホール（Ｈａｌｌ）効果測定法に依れば約３×１０³Ω・ｃｍとなった。電流阻止層１０６の層厚は約７０ｎｍとした。
【００３８】
特定の領域（台座電極１０８の形成予定領域）に限り、電流阻止層１０６に公知のフォトリソグラフィー技術を利用して選択パターニングを及ぼした。次ぎに、メタン（ＣＨ₄）／水素／アルゴン混合ガスを使用するプラズマエッチング手段を利用して、台座電極１０８の形成予定領域の下方に相当する台座電極の射影領域に限り、電流阻止層１０６を残置させた。残置させた電流阻止層１０６の平面形状は台座電極１０８の底面形状と相似とする直径１３０μｍの円形とした。残置させた電流阻止層１０６以外の領域には、上部クラッド層１０５の表面を露呈させた。その後、上部クラッド層１０５及び残置させた電流阻止層１０６の表面を導電性のｎ形インジウム・錫複合酸化物膜（ＩＴＯ）１０７で被覆した。インジウム・錫複合酸化物膜１０７の抵抗率は約６×１０^-4Ω・ｃｍであり、また、その層厚は約５００ｎｍとした。
【００３９】
電流阻止層１０６上のインジウム・錫複合酸化物膜１０７表面に接して円形の台座電極１０８を配置した。台座電極１０８は金（Ａｕ）からなる真空蒸着膜から構成した。台座電極１０８の直径は１２０μｍとした。台座電極１０８は、その中心を円形に残置させた電流阻止層１０６に合致させて配置した。電流阻止層の平面積（＝Ｓ）と台座電極の平面積（＝Ｓ₀）との比率（＝Ｓ／Ｓ₀）は約１．１７となった。また、ｐ形のＳｉ単結晶基板１０１の裏面の略全面には、ｐ形オーミック電極１０９を配置してＬＥＤ１１０を構成した。ｐ形オーミック電極１０９はアルミニウム（Ａｌ）からなる真空蒸着膜から構成した。Ｓｉ単結晶基板１０１を［２１１］方向に平行及び垂直な方向に裁断して得たＬＥＤチップ１１０の平面形状は、一辺を約３００μｍとする正方形とした。
【００４０】
台座電極１０８とｐ形オーミック電極１０９との間に順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の動作電流を通流した際のＬＥＤ１１０の発光中心波長は約４１０ｎｍとなった。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ＬＥＤの輝度は約６ミリカンデラ（ｍｃｄ）となり、高発光強度のリン化硼素系半導体からなる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３．８Ｖ（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】
（実施例２）
本実施例２では、高抵抗の含酸素リン化硼素（ＢＰ）系半導体層を緩衝層として備えたショットキー接合型電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）を作製した例を用いて、本発明を具体的に説明する。本実施例２に係わるＭＥＳＦＥＴ２０の断面模式図を図３に示す。
【００４２】
ＭＥＳＦＥＴ２０用途の積層構造体２１は、サファイア（α−Ａｌ₂Ｏ₃単結晶）を基板２０１として構成した。基板２０１上には、（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ／トリメチルアルミニウム（ＣＨ₃）₃Ａｌ／ＰＨ₃／Ｈ₂系常圧ＭＯＣＶＤ法により、４００℃でアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）のリン化硼素・アルミニウム（Ｂ_0.95Ａｌ_0.05Ｐ）からなる低温緩衝層２０２を堆積した。低温緩衝層２０２の層厚は約１２ｎｍとした。この低温緩衝層２０２は４００℃の低温で堆積されたため、非晶質または多結晶で構成されたものとなった。
【００４３】
低温緩衝層２０２の表面には、（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ／ＰＨ₃／Ｈ₂系常圧ＭＯＣＶＤ法により、酸素を２０ｖｏｌ．ｐｐｍ含んだＨ₂を主体とする混合ガスを酸素源として、８００℃で酸素ドープで高抵抗のＢＰ層を緩衝層２０３として積層した。緩衝層２０３は亀裂も無い連続膜となった。緩衝層２０３内部の酸素原子濃度は約６×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。また緩衝層２０３の室温での抵抗率は約１×１０⁴Ω・ｃｍとなった。層厚は約５００ｎｍとした。複素誘電率の虚数部（＝２・ｎ・ｋ、但しｎ＝屈折率、ｋ＝消衰係数）の波長依存性から求めた含酸素高抵抗ＢＰ緩衝層２０３を構成するＢＰの室温禁止帯幅は約３．１ｅＶであった。
【００４４】
含酸素高抵抗ＢＰ緩衝層２０３上には、珪素（Ｓｉ）をドーピングしたｎ形の能動層（活性層）２０４を積層した。能動層２０４は、下地層の含酸素高抵抗ＢＰ緩衝層２０３構成するＢＰ（格子定数＝４．５３８Å）に格子整合する立方晶のＧａＮ_0.97Ｐ_0.03から構成した。珪素のドーピング源にはジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を使用し、キャリア濃度は約１×１０¹⁷ｃｍ^-3に設定した。低温緩衝層２０２の効用により連続膜となった含酸素高抵抗ＢＰ緩衝層２０３を下地層として、それに格子整合する半導体材料（立方晶ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03）から能動層２０４を構成したので、約１０００ｃｍ²／Ｖ・ｓの高い室温電子移動度が通常のホール効果法で測定された。また能動層２０４の層厚は２５０ｎｍとした。
【００４５】
能動層２０４の表面上には、（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ／ＰＨ₃／Ｈ₂系常圧ＭＯＣＶＤ法により、酸素を２０ｖｏｌ．ｐｐｍ含む水素を主体とする混合ガスを酸素源として８００℃で酸素ドープの含酸素高抵抗ＢＰ層をショットキーゲート電極２０７を形成するためのゲート電極形成層２０５として積層した。ゲート電極形成層２０５内部の酸素原子濃度は約５×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。またゲート電極形成層２０５の室温での抵抗率は約９×１０³Ω・ｃｍであった。層厚は約５０ｎｍとした。
【００４６】
ゲート電極形成層２０５の表面上には、（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ／ＰＨ₃／Ｈ₂系常圧ＭＯＣＶＤ法により、８００℃で珪素（Ｓｉ）ドープでｎ形のＢＰ層をソース電極２０８及びドレイン電極２０９を形成するためのコンタクト層２０６として積層した。コンタクト層２０６のキャリア濃度は約２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。層厚は約５０ｎｍとした。
【００４７】
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手段及びメタン（ＣＨ₄）／水素／アルゴン混合ガスを使用するプラズマエッチング手段を利用して、ゲート電極２０７の形成予定領域をリセス（ｒｅｃｅｓｓ）構造部２１０とした。リセス構造部２１０は、ゲート電極２０７の形成予定領域にあるコンタクト層２０６をエッチングにより除去して、底部にゲート電極形成層２０５を露出させて構成した。リセス構造部２１０の略中央のゲート電極形成層２０５の表面上には、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）重層構造から構成したショットキーゲート電極２０７を配置した。ゲート長は約２μｍとした。リセス構造部２１０の両側に対向して残置させたコンタクト層２０６上には、ソース電極２０８及びドレイン電流２０９を各々、配置してＭＥＳＦＥＴ２０を構成した。
【００４８】
ソース電極２０８及びドレイン電極２０９間に１５ボルト（Ｖ）のドレイン電圧を印加した際の飽和ドレイン電流（Ｉｄｓｓ）は約２．５ミリアンペア（ｍＡ）であった。本実施例２では、高抵抗の含酸素リン化硼素（ＢＰ）層を緩衝層２０３として採用したことを反映して良好なピンチオフ特性がもたらされた。ゲート電圧を−２．５Ｖのステップで増加させてドレイン電流特性を計測したところ、ゲートピンチオフ電圧は約−１０Ｖとなった。また、本実施例２では、ショットキーゲート電極２０７を高抵抗含酸素ＢＰ層からなるゲート電極形成層２０５上に接地させて設けたので、ゲートリーク電流を１０μＡとした際のゲート耐圧は約２５Ｖ以上となり、高耐圧のショットキーゲート電極２０７がもたらされる結果となった。更に、相互コンダクタンス（ｇｍ）は、ショットキーゲート電圧への負電圧の変化量に対して略一定の約２０ミリシーメンス（ｍＳ）であり、静特性（直流（ＤＣ）特性）に優れるリン化硼素系ＭＥＳＦＥＴが提供されることとなった。
【００４９】
【発明の効果】
本発明に依れば、酸素を添加して高抵抗となしたリン化硼素系半導体層を例えば、電流阻止層として利用して発光素子（ＬＥＤ）を構成することとしたので、ＬＥＤ駆動電流を開口発光領域に限定して優先的に流通させられるため、開口発光領域に高密度の電流を流通させるに有効となり、高い発光強度のリン化硼素系半導体発光素子を提供できる。
【００５０】
また、本発明に依れば、酸素を添加して高抵抗となしたリン化硼素系半導体層を例えば、能動層の直下に配置する緩衝層として利用して例えば、電界効果型トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）を構成することとしたので、ドレイン電流の緩衝層への漏洩を抑制でき、良好なピンチオフ特性及び相互コンダクタンス特性を呈するＭＥＳＦＥＴを提供できる。
【００５１】
また、本発明に依れば、酸素を添加して高抵抗となしたリン化硼素系半導体層を例えば、ショットキーゲート電極を形成するためのゲート電極形成層として利用して例えば、電界効果型トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）を構成することとしたので、ゲート電流の漏洩を抑制できるため、ゲート漏洩電流の少ない、高耐圧のショットキーゲート電極を備えたＭＥＳＦＥＴを提供できる。
【００５２】
また、本発明に依れば、含酸素リン化硼素系半導体層を、非晶質または多結晶の緩衝層を介して積層することとしたので、亀裂も無い連続な含酸素リン化硼素系半導体層が得られ、これを下地層として積層した結晶性に優れる半導体層を能動層（活性層）として、高発光強度のリン化硼素系半導体発光素子或いは高電子移動度を反映した相互コンダクタンス（ｇｍ）特性に優れる電界効果トランジスタ等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係わるＬＥＤの断面模式図である。
【図２】本発明の実施例１に係わるＬＥＤの平面模式図である。
【図３】本発明の実施例２に係わるＭＥＳＦＥＴの断面模式図である。
【図４】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】
１０ 発光素子（ＬＥＤ）
１１ 基板
１２ 含酸素リン化硼素系半導体層
１３ 表面電極
１４ 裏面電極
１５ 台座
１６ 碗体
１７、１８ 端子
１９ エポキシ樹脂
１０１ Ｓｉ単結晶基板
１０２ 低温緩衝層
１０３ ｐ型ＢＰ下部クラッド層
１０４ ｎ型ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03発光層
１０５ ｎ型ＢＰ上部クラッド層
１０６ 電流阻止層
１０７ インジウム・錫複合酸化物膜
１０８ 台座電極
１０９ ｐ形オーミック電極
１１０ ＬＥＤ
１１１ ＬＥＤ用途積層構造体
２０ ＭＥＳＦＥＴ
２１ ＭＥＳＦＥＴ用積層構造体
２０１ サファイア基板
２０２ 低温緩衝層
２０３ 含酸素高抵抗ＢＰ緩衝層
２０４ 能動層
２０５ ゲート電極形成層
２０６ コンタクト層
２０７ ショットキーゲート電極
２０８ ソース電極
２０９ ドレイン電極
２１０ リセス構造部

Claims (15)

1. 基板上に積層された、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素として含み、さらに酸素（Ｏ）を含有し、酸素原子の濃度が１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以上５×１０ ²⁰ ｃｍ ^-3 未満であり、抵抗率が１０ ² Ω・ｃｍ以上である含酸素リン化硼素系半導体層を具備するリン化硼素系半導体素子。
2. 含酸素リン化硼素系半導体層が、非晶質または多結晶のリン化硼素系半導体層上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のリン化硼素系半導体素子。
3. 請求項１または２に記載の含酸素リン化硼素系半導体層を具備するトランジスタ。
4. 含酸素リン化硼素系半導体層からなる緩衝層を具備することを特徴とする請求項３に記載のトランジスタ。
5. トランジスタが、含酸素リン化硼素系半導体層上に設けられたチャネル層を具備する電界効果型トランジスタであることを特徴とする請求項３または４に記載のトランジスタ。
6. トランジスタが、含酸素リン化硼素系半導体層上に設けられたショットキーゲート電極を備えた電界効果型トランジスタであることを特徴とする請求項３ないし５の何れか１項に記載のトランジスタ。
7. 請求項１または２に記載の含酸素リン化硼素系半導体層からなる電流阻止層を具備する発光素子。
8. 発光素子が、含酸素リン化硼素系半導体層からなる電流阻止層上に電極を設けた発光ダイオード（ＬＥＤ）であることを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
9. 請求項８に記載の発光素子を用いたランプ。
10. 請求項９に記載のランプを用いた光源。
11. 発光素子が、含酸素リン化硼素系半導体層からなる電流阻止層が対向する様に中央に残置された開口部上に電極を設けたレーザーダイオード（ＬＤ）であることを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
12. 基板上に、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）により積層させるリン化硼素系半導体層に、含酸素化合物を原料に用いて酸素を添加して、含酸素リン化硼素系半導体層を形成することを特徴とする請求項１または２に記載のリン化硼素系半導体素子の製造方法。
13. 含酸素化合物がアルコキシル（ａｌｋｏｘｙｌ）基（−ＯＲ；Ｒは炭素数１乃至１２の直鎖状または分岐状の飽和或いは不飽和アルキル（ａｌｋｙｌ）基、炭素数６乃至２０の芳香族基または脂環基等の酸素との結合する基（ｇｒｏｕｐ）を表す。但し、前記芳香族基の基本骨格には、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環等が例示でき、それら芳香族基には、任意にＣＮ、ハロゲン原子、ＯＨ、カルボニル基、カルボキシル基等が置換していてもよい。また前記脂環基の基本骨格にはシクロヘキシル環等が例示できる。）を付加した有機化合物であることを特徴とする請求項１２に記載のリン化硼素系半導体素子の製造方法。
14. 含酸素化合物がトリアルコキシ（ｔｒｉａｌｋｏｘｙ）硼素化合物であることを特徴とする請求項１２または１３に記載のリン化硼素系半導体素子の製造方法。
15. 基板上に、２５０℃以上７００℃以下の範囲の温度で非晶質または多結晶を主体とするリン化硼素系半導体層を形成した後、７００℃を越え１２００℃以下の範囲の温度で含酸素リン化硼素系半導体層を形成することを特徴とする請求項２に記載のリン化硼素系半導体素子の製造方法。

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