JP4987240B2 - 化合物半導体素子、化合物半導体素子の製造方法、ダイオード素子 - Google Patents
化合物半導体素子、化合物半導体素子の製造方法、ダイオード素子 Download PDFInfo
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Description
本発明は、六方晶の炭化珪素結晶基板上に設けられたリン化硼素系半導体材料を備えた化合物半導体素子、及びその製造方法、並びにそれを用いたダイオード素子に関する。
炭化珪素（ＳｉＣ）は、立方晶（β型と総称される）と六方晶（α型と総称される）等の多様な結晶型を有し、また広い禁止帯幅（ワイドバンドギャップ）を持つことが知られている（非特許文献１参照。）。
例えば、立方晶β型の炭化珪素からなる結晶基板は、広い禁止帯幅を有し、紫外帯域半導体レーザの発光波長に対して透明であるため、透明な結晶基板として用いられている（特許文献１参照。）。
立方晶β型の炭化珪素からなる結晶基板上に発光層などの構成層が形成されてなる紫外帯域半導体レーザでは、半導体レーザの上面だけでなく、側面や下面からも光を出射でき、優れた光の取り出し効率が得られる。
例えば、立方晶β型の炭化珪素からなる結晶基板は、広い禁止帯幅を有し、紫外帯域半導体レーザの発光波長に対して透明であるため、透明な結晶基板として用いられている（特許文献１参照。）。
立方晶β型の炭化珪素からなる結晶基板上に発光層などの構成層が形成されてなる紫外帯域半導体レーザでは、半導体レーザの上面だけでなく、側面や下面からも光を出射でき、優れた光の取り出し効率が得られる。
また、Ｒａｍｓｄｅｌｌの表記法に依り、２Ｈ型（ウルツ鉱結晶型）、４Ｈ型、６Ｈ型と表記される六方晶（ｈｅｘａｇｏｎａｌ）型のα型炭化珪素（ＳｉＣ）結晶も、窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオード（light-emitting diode：ＬＥＤ。以下、ＬＥＤとも言う。）などの化合物半導体発光素子を形成するための基板材料として利用されている。
例えば、α型の炭化珪素の｛０００１｝結晶面を表面とする結晶基板が用いられ、この結晶基板上に堆積された窒化ガリウム・インジウム（ＧａＹＩｎＺＮ：０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）を発光層とした青色帯発光素子が開示されている（特許文献２参照。）。
更に炭化珪素（ＳｉＣ）が基板材料として利用された例としては、炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶基板上に堆積された成長層を備えた化合物半導体素子も開示されている（特許文献３参照。）。
例えば、α型の炭化珪素の｛０００１｝結晶面を表面とする結晶基板が用いられ、この結晶基板上に堆積された窒化ガリウム・インジウム（ＧａＹＩｎＺＮ：０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）を発光層とした青色帯発光素子が開示されている（特許文献２参照。）。
更に炭化珪素（ＳｉＣ）が基板材料として利用された例としては、炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶基板上に堆積された成長層を備えた化合物半導体素子も開示されている（特許文献３参照。）。
また、六方晶の炭化珪素（ＳｉＣ）のａ軸の格子定数（ａ）は０．３０８ｎｍであり、窒化ガリウム（ＧａＮ）のａ軸の格子定数（ａ）（０．３１９ｎｍ）と略同一である。このため、六方晶の炭化珪素（ＳｉＣ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）とを少ないミスフィット転位で接合できる。
このことを利用してｐ型の炭化珪素（ＳｉＣ）層と、ｎ型の六方晶の窒化アルミニウム・ガリウム（組成式ＡｌＸＧａＹＮ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）層とからなるヘテロ接合構造を備えたｐｎ接合型発光ダイオードが開示されている（特許文献４参照。）。
また、ｐ型及びｎ型の炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶が相互に接合されて構成された青色発光素子も開示されている（特許文献５参照。）。
このことを利用してｐ型の炭化珪素（ＳｉＣ）層と、ｎ型の六方晶の窒化アルミニウム・ガリウム（組成式ＡｌＸＧａＹＮ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）層とからなるヘテロ接合構造を備えたｐｎ接合型発光ダイオードが開示されている（特許文献４参照。）。
また、ｐ型及びｎ型の炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶が相互に接合されて構成された青色発光素子も開示されている（特許文献５参照。）。
このように、炭化珪素（ＳｉＣ）を発光層として利用する例も開示されているが、一般には炭化珪素（ＳｉＣ）は基板材料として用いられており、特許文献１乃至３のように炭化珪素（ＳｉＣ）の結晶基板上に堆積されて形成された成長層からなる化合物半導体素子が種々の分野で利用されている。
炭化珪素（ＳｉＣ）の結晶基板が用いられている場合、結晶基板上に直接、発光層などの構成層を形成せず、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）の結晶基板上に、緩衝層としてリン化硼素（ＢＰ）層を形成した後に発光層などの構成層を形成する発光素子の製造方法が開示されている（特許文献６，７参照。）。
また、炭化珪素（ＳｉＣ）の結晶基板上に、リン化硼素（ＢＰ）層を含む超格子層を備えた化合物半導体発光素子も開示されている（特許文献８参照。）。
熊代幸伸（Ｙ．Ｋｕｍａｓｈｉｒｏ）、「エレクトリック リフラクトリー マテリアルズ（Electric Refractory Materials」、（米国）、マーセルデッカー社（Marcel Dekker Inc.）、２０００年、ｐ．４０９−４１１ 特開平４−８４４８６号公報
特公昭５５−３８３４号公報
特開昭６０−２０７３３２号公報
特開平２−１７７５７７号公報
特開平２−４６７７９号公報
特開平２−２７５６８２号公報
特開平２−２８８３８８号公報
特開平２−２８８３７１号公報
また、炭化珪素（ＳｉＣ）の結晶基板上に、リン化硼素（ＢＰ）層を含む超格子層を備えた化合物半導体発光素子も開示されている（特許文献８参照。）。
熊代幸伸（Ｙ．Ｋｕｍａｓｈｉｒｏ）、「エレクトリック リフラクトリー マテリアルズ（Electric Refractory Materials」、（米国）、マーセルデッカー社（Marcel Dekker Inc.）、２０００年、ｐ．４０９−４１１
リン化硼素（ＢＰ）は、立方晶閃亜鉛鉱型（ｓｐｈａｌｅｒｉｔｅ）の結晶であるため、組成式ＡｌＸＧａＹＮ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）で表される化合物等の六方晶のＩＩＩ族窒化物化合物半導体とは対照的に、価電子帯（ｖａｌｅｎｃｅ ｂａｎｄ）が縮退している（特許文献６の明細書２頁下段右欄と第７図参照。）。
このため、リン化硼素（ＢＰ）を用いることによって、ｐ型の伝導性を呈する導電層を形成し易く、従来では、特許文献６のように、禁止帯幅が２．０エレクトロンボルト（ｅＶ）のｐ型マグネシウム（Ｍｇ）ドープリン化硼素（ＢＰ）層は、レーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）のコンタククト層として用いられている。
このため、リン化硼素（ＢＰ）を用いることによって、ｐ型の伝導性を呈する導電層を形成し易く、従来では、特許文献６のように、禁止帯幅が２．０エレクトロンボルト（ｅＶ）のｐ型マグネシウム（Ｍｇ）ドープリン化硼素（ＢＰ）層は、レーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）のコンタククト層として用いられている。
しかしながら、リン化硼素（ＢＰ）は、格子定数が０．４５４ｎｍの立方晶閃亜鉛鉱型の結晶である（寺本 巌著、「半導体デバイス概論」、１９９５年３月３０日、（株）培風館発行初版、ｐ．２８参照。）。
例えば、リン化硼素（ＢＰ）と６Ｈ型（六方晶）の炭化珪素（ａ軸の格子定数（ａ）０．３０８ｎｍ）との格子のミスマッチは、６Ｈ型（六方晶）の炭化珪素を基準とすれば、４７．３％と極めて大きい。
このため、六方晶の炭化珪素（ＳｉＣ）の結晶基板を用いる場合、結晶性に優れたリン化硼素（ＢＰ）層を安定して得られず、例えば、耐電圧性に優れる化合物半導体素子を安定して提供するに充分に至っていない。
例えば、リン化硼素（ＢＰ）と６Ｈ型（六方晶）の炭化珪素（ａ軸の格子定数（ａ）０．３０８ｎｍ）との格子のミスマッチは、６Ｈ型（六方晶）の炭化珪素を基準とすれば、４７．３％と極めて大きい。
このため、六方晶の炭化珪素（ＳｉＣ）の結晶基板を用いる場合、結晶性に優れたリン化硼素（ＢＰ）層を安定して得られず、例えば、耐電圧性に優れる化合物半導体素子を安定して提供するに充分に至っていない。
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、六方晶の炭化珪素の結晶基板上に堆積されたリン化硼素系半導体結晶層を備え、高い耐電圧特性を有する化合物半導体素子と、優れた結晶整合性で炭化珪素の結晶基板上にリン化硼素系半導体結晶層を形成でき、高い耐電圧特性が得られる化合物半導体素子の製造方法、高い耐電圧特性を有するｐｎ接合型ダイオードを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、（１）六方晶の炭化珪素結晶基板と、該炭化珪素結晶基板上に形成されたリン化硼素系半導体層とを備えた化合物半導体素子において、前記炭化珪素結晶基板の表面が｛０００１｝結晶面であり、前記リン化硼素系半導体層が、前記炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に、該結晶面と平行に積重された｛１１１｝結晶体を有し、前記リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体が、前記炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面のａ軸に対して線対称に積重されており、前記炭化珪素結晶基板の［０００１］結晶方位の原子配列の１周期中に含まれる層数をｎとすると、前記｛１１１｝結晶体を構成する｛１１１｝結晶面のｎ層の積層高さが、前記炭化珪素結晶基板のｃ軸格子定数と同一であることを特徴とする化合物半導体素子である。
（２）前記リン化硼素系半導体層が、伝導形を制御するための不純物を故意に添加していないアンドープのリン化硼素系半導体から構成されていることを特徴とする（１）に記載の化合物半導体素子である。
（３）前記リン化硼素系半導体層が、｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶を含むことを特徴とする（１）又は（２）に記載の化合物半導体素子である。
（４）六方晶の炭化珪素結晶基板と、該炭化珪素結晶基板上に形成されたリン化硼素系半導体層とを備えた化合物半導体素子の製造方法において、表面が｛０００１｝結晶面である炭化珪素結晶基板を下地として、少なくとも硼素含有化合物とリン含有化合物を気相成長領域に供給し、前記炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に、この｛０００１｝結晶面と平行に積重された｛１１１｝結晶体を有し、前記リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体が、前記炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面のａ軸に対して線対称に積重されており、前記炭化珪素結晶基板の［０００１］結晶方位の原子配列の１周期中に含まれる層数をｎとすると、前記｛１１１｝結晶体を構成する｛１１１｝結晶面のｎ層の積層高さが、前記炭化珪素結晶基板のｃ軸格子定数と同一であるリン化硼素系半導体層を形成する工程を有することを特徴とする化合物半導体素子の製造方法である。
（５）７５０℃以上で１２００℃以下の温度で前記リン化硼素系半導体層を形成することを特徴とする（４）に記載の化合物半導体素子の製造方法である。
（６）２ｎｍ／分以上で３０ｎｍ／分以下の成長速度で前記リン化硼素系半導体層を形成することを特徴とする（４）又は（５）に記載の化合物半導体素子の製造方法である。
（７）前記リン化硼素系半導体層を形成する初期段階にて、２０ｎｍ／分以上で３０ｎｍ／分以下の成長速度で前記リン化硼素系半導体層を形成することを特徴とする（４）乃至（６）のいずれかに記載の化合物半導体素子の製造方法である。
（８）ｐ型層又はｎ型層として、六方晶の炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に形成されたリン化硼素系半導体層を備え、前記リン化硼素系半導体層が、前記炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に、該結晶面と平行に積重された｛１１１｝結晶体を有し、前記リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体が、前記炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面のａ軸に対して線対称に積重されており、前記炭化珪素結晶基板の［０００１］結晶方位の原子配列の１周期中に含まれる層数をｎとすると、前記｛１１１｝結晶体を構成する｛１１１｝結晶面のｎ層の積層高さが、前記炭化珪素結晶基板のｃ軸格子定数と同一であることを特徴とするダイオード素子である。
本発明の化合物半導体素子によると、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体を構成する｛１１１｝結晶面のｎ層の積層高さが、炭化珪素結晶基板のｃ軸格子定数と略同一であることによって、平面方向だけでなく積層方向においても、炭化珪素結晶基板とリン化硼素系半導体層との間において優れた格子のマッチング性が得られる。このため、例えば、整流特性に優れた高耐電圧特性が得られる。
更に、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体が、炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面のａ軸に対して線対称に積重されたことによって、炭化珪素結晶基板とリン化硼素系半導体層との間において更に優れた格子のマッチング性が得られ、ミスフィット転位の少ない良質のリン化硼素系半導体層とすることができ、更に整流特性に優れた高耐電圧特性が得られる。
リン化硼素系半導体層が、伝導形を制御するための不純物を故意に添加していないアンドープのリン化硼素系半導体から構成されたことによって、漏洩電流が少なく、かつ高耐電圧特性が得られる。
リン化硼素系半導体層が、｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶を含むことによって、格子のミスマッチが緩和され、更に漏洩電流が少なく、かつ高耐電圧特性が得られる。
前記双晶は、炭化珪素結晶とリン化硼素系半導体層とのヘテロ接合界面の近傍領域に多く含まれていることが好ましく、これにより有効に格子のミスマッチを緩和できる。
前記双晶は、炭化珪素結晶とリン化硼素系半導体層とのヘテロ接合界面の近傍領域に多く含まれていることが好ましく、これにより有効に格子のミスマッチを緩和できる。
本発明の化合物半導体素子の製造方法によると、平面方向だけでなく積層方向においても、炭化珪素結晶基板と優れた格子のマッチング性を有するリン化硼素系半導体層が形成できる。このため、例えば、整流特性に優れた高耐電圧特性を有する化合物半導体素子を製造できる。
本発明のｐｎ接合型ダイオードによると、炭化珪素結晶基板とリン化硼素系半導体層との間において優れた格子のマッチング性が得られ、また、六方晶の炭化珪素単結晶の優れた耐電圧性を利用できるため、整流特性に優れた高耐電圧特性が得られる。
［化合物半導体素子］
本発明の化合物半導体素子は、六方晶の炭化珪素結晶基板と、この炭化珪素結晶基板上に形成されたリン化硼素系半導体層とを備えたものである。
リン化硼素系半導体層の下地となる結晶基板を構成する六方晶の炭化珪素とは、Ｒａｍｓｄｅｌｌの表記に従えば（上述した非特許文献１の「Electric Refractory Materials」、ｐ．４０９-４１１参照。）、ｎ・Ｈ型と表記される。
ここで、前記ｎは、積層方向の結晶の配置の１周期中に含まれる層数であり、通常、正の偶数であり、具体的には２，４，６，８，１０である。また前記Ｈは、結晶系が六方晶であることを表す。六方晶の炭化珪素としては、例えば２Ｈ型、４Ｈ型または６Ｈ型が挙げられる。
本発明の化合物半導体素子は、六方晶の炭化珪素結晶基板と、この炭化珪素結晶基板上に形成されたリン化硼素系半導体層とを備えたものである。
リン化硼素系半導体層の下地となる結晶基板を構成する六方晶の炭化珪素とは、Ｒａｍｓｄｅｌｌの表記に従えば（上述した非特許文献１の「Electric Refractory Materials」、ｐ．４０９-４１１参照。）、ｎ・Ｈ型と表記される。
ここで、前記ｎは、積層方向の結晶の配置の１周期中に含まれる層数であり、通常、正の偶数であり、具体的には２，４，６，８，１０である。また前記Ｈは、結晶系が六方晶であることを表す。六方晶の炭化珪素としては、例えば２Ｈ型、４Ｈ型または６Ｈ型が挙げられる。
六方晶の炭化珪素結晶基板の表面は、｛０００１｝結晶面、または｛０００１｝結晶面よりも［１１−２０］結晶方位に１０°以内の角度で傾斜した結晶面であることが好ましい。この｛０００１｝結晶面より［１１−２０］結晶方位に１０°以内の角度で傾斜した結晶面としては、例えば、｛０００１｝結晶面より［１１−２０］結晶方位に３．５°または８．０°傾斜した結晶面が好適である。
化合物半導体素子が発光素子である場合、前記炭化珪素結晶基板としては、ｎ型またはｐ型導電性の炭化珪素単結晶からなるものが好ましく、これにより素子を駆動させるための電流（素子駆動電流）を通流させるためのオーミック（Ｏｈｍｉｃ）性電極を炭化珪素結晶基板に形成できる。
また、化合物半導体素子が変調ドープ高電子移動度トランジスタ（略称：ＭＯＤＦＥＴ）等のショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接合型電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）である場合、前記炭化珪素結晶基板としては、半絶縁性の炭化珪素単結晶からなるものが適する。
化合物半導体素子が発光素子である場合、前記炭化珪素結晶基板としては、ｎ型またはｐ型導電性の炭化珪素単結晶からなるものが好ましく、これにより素子を駆動させるための電流（素子駆動電流）を通流させるためのオーミック（Ｏｈｍｉｃ）性電極を炭化珪素結晶基板に形成できる。
また、化合物半導体素子が変調ドープ高電子移動度トランジスタ（略称：ＭＯＤＦＥＴ）等のショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接合型電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）である場合、前記炭化珪素結晶基板としては、半絶縁性の炭化珪素単結晶からなるものが適する。
この炭化珪素結晶基板上に形成されたリン化硼素系半導体層を構成するリン化硼素（ＢＰ）系半導体は、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを必須の構成元素として含む化合物半導体である。
例えば、組成式ＢαＡｌβＧａγＩｎ１−α−β−γＰ１−δＡｓδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１で表される化合物半導体や、組成式ＢαＡｌβＧａγＩｎ１−α−β−γＰ１−εＮε（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦ε＜１）で表される化合物半導体等が挙げられる。
リン化硼素（ＢＰ）系半導体としては、構成元素が３種以下のものが好ましく、これにより組成比の安定した良質の混晶層が容易に形成される。例えば、単量体のリン化硼素（ＢＰ）や、砒化リン化硼素（組成式ＢＰ１−δＡｓδ：０≦δ＜１）や窒化リン化硼素（組成式ＢＰ１−εＮε：０≦ε＜１）等の構成元素種が３種以下で、かつ複数（２種）のＶ族元素を含む化合物半導体が挙げられる。
例えば、組成式ＢαＡｌβＧａγＩｎ１−α−β−γＰ１−δＡｓδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１で表される化合物半導体や、組成式ＢαＡｌβＧａγＩｎ１−α−β−γＰ１−εＮε（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦ε＜１）で表される化合物半導体等が挙げられる。
リン化硼素（ＢＰ）系半導体としては、構成元素が３種以下のものが好ましく、これにより組成比の安定した良質の混晶層が容易に形成される。例えば、単量体のリン化硼素（ＢＰ）や、砒化リン化硼素（組成式ＢＰ１−δＡｓδ：０≦δ＜１）や窒化リン化硼素（組成式ＢＰ１−εＮε：０≦ε＜１）等の構成元素種が３種以下で、かつ複数（２種）のＶ族元素を含む化合物半導体が挙げられる。
特に、前記した構成元素が３種以下のリン化硼素（ＢＰ）系半導体では、六方晶の炭化珪素のａ軸格子定数と略同等である格子定数または格子面間隔の結晶面を有することが更に好ましい。これにより、六方晶の炭化珪素上に、リン化硼素（ＢＰ）系半導体層を形成する際、格子ミスマッチが少なく、ミスフィット（ｍｉｓｆｉｔ）転位の少ない結晶性の良好なリン化硼素系半導体層が容易に得られる。
このようなリン化硼素（ＢＰ）系半導体としては、例えば窒素（Ｎ）の組成比（ε）が０．２（＝２０％）の窒化リン化硼素（ＢＰ０．８Ｎ０．２）が挙げられる。この窒化リン化硼素（ＢＰ０．８Ｎ０．２）は、結晶構造が閃亜鉛鉱結晶型であり、｛１１０｝結晶面の格子面間隔が約０．３０８ｎｍであり、６Ｈ型の炭化珪素（ＳｉＣ）のａ軸格子定数（＝０．３０８ｎｍ）に一致する結晶面を有する。
このようなリン化硼素（ＢＰ）系半導体としては、例えば窒素（Ｎ）の組成比（ε）が０．２（＝２０％）の窒化リン化硼素（ＢＰ０．８Ｎ０．２）が挙げられる。この窒化リン化硼素（ＢＰ０．８Ｎ０．２）は、結晶構造が閃亜鉛鉱結晶型であり、｛１１０｝結晶面の格子面間隔が約０．３０８ｎｍであり、６Ｈ型の炭化珪素（ＳｉＣ）のａ軸格子定数（＝０．３０８ｎｍ）に一致する結晶面を有する。
また、リン化硼素系半導体層として、不純物を故意に添加しない、所謂、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）のリン化硼素系半導体からなる層が好ましい。
アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）のリン化硼素系半導体層は、六方晶の炭化珪素結晶基板に対して、平面方向（ａ軸方向）と鉛直方向（ｃ軸方向）において、所謂３次元的に、結晶格子の大きさの観点からしてマッチングすることができる。また、リン化硼素系半導体層上に発光層等の他の構成層が形成されている場合、他の構成層へ拡散する不純物を低減できる。
アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）のリン化硼素系半導体層は、六方晶の炭化珪素結晶基板に対して、平面方向（ａ軸方向）と鉛直方向（ｃ軸方向）において、所謂３次元的に、結晶格子の大きさの観点からしてマッチングすることができる。また、リン化硼素系半導体層上に発光層等の他の構成層が形成されている場合、他の構成層へ拡散する不純物を低減できる。
次に、本発明の要旨となる六方晶の炭化珪素結晶基板とリン化硼素系半導体層の結晶構造について、以下に詳細に説明する。
図１は、炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面と、その上に形成されたリン化硼素系半導体層の結晶の配列の様子を模式的に示す平面図である。
六方晶の炭化珪素単結晶の｛０００１｝結晶面は、多数の平面視正六角形状の単位胞（単位的平面結晶格子）が緻密に配列したものである。この炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上には、｛０００１｝結晶面と平行にリン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体が形成されている。
図１に示すように、立方晶閃亜鉛鉱結晶型のリン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶面は平面視で正三角形である。また、この正三角形状の｛１１１｝結晶面の３辺は、それぞれ｛１１１｝結晶面の［１１０］結晶方位を向いている。
従って、この正三角形状の｛１１１｝結晶面の３辺が、それぞれ炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面の平面視正六角形状の底面格子（単位胞）のａ軸に平行である場合、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体は、その｛１１１｝結晶面が炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面の底面格子の平面形状に見合うように配置して積重していることになる。即ち、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶面は、その［１１０］結晶方位と、六方晶の炭化珪素結晶基板の底面格子のａ軸とが平行であり、炭化珪素結晶基板のａ軸を線対称中心として鏡像の関係（線対称の関係）に配置していることが好ましく、これにより炭化珪素結晶基板とリン化硼素系半導体層との間において最も良好な格子マッチングが得られる。
図１は、炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面と、その上に形成されたリン化硼素系半導体層の結晶の配列の様子を模式的に示す平面図である。
六方晶の炭化珪素単結晶の｛０００１｝結晶面は、多数の平面視正六角形状の単位胞（単位的平面結晶格子）が緻密に配列したものである。この炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上には、｛０００１｝結晶面と平行にリン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体が形成されている。
図１に示すように、立方晶閃亜鉛鉱結晶型のリン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶面は平面視で正三角形である。また、この正三角形状の｛１１１｝結晶面の３辺は、それぞれ｛１１１｝結晶面の［１１０］結晶方位を向いている。
従って、この正三角形状の｛１１１｝結晶面の３辺が、それぞれ炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面の平面視正六角形状の底面格子（単位胞）のａ軸に平行である場合、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体は、その｛１１１｝結晶面が炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面の底面格子の平面形状に見合うように配置して積重していることになる。即ち、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶面は、その［１１０］結晶方位と、六方晶の炭化珪素結晶基板の底面格子のａ軸とが平行であり、炭化珪素結晶基板のａ軸を線対称中心として鏡像の関係（線対称の関係）に配置していることが好ましく、これにより炭化珪素結晶基板とリン化硼素系半導体層との間において最も良好な格子マッチングが得られる。
六方晶の炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に形成されたリン化硼素系半導体層の結晶方位は、例えば、Ｘ線回折法や電子線回折法により測定できる。
例えば、入射電子線（ビーム）をリン化硼素系半導体層の［１１０］結晶方位に平行に入射させてリン化硼素系半導体層の電子線回折（Transmission electron diffraction：ＴＥＤ)像を撮像する。この電子線回折像に、炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面の回折点と、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶面の回折点とが、共に炭化珪素結晶基板のｃ軸方向に現れ、炭化珪素結晶基板のある晶帯軸（例えばａ軸）に対して線対称にリン化硼素系半導体層の｛１１０｝結晶面の逆格子が観察された場合、炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上でリン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶面が炭化珪素結晶基板の晶帯軸（例えばａ軸）を線対称軸として対称に配置していることになる。すなわちリン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体が、炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面のａ軸に対して線対称に積重されていることになる。
例えば、入射電子線（ビーム）をリン化硼素系半導体層の［１１０］結晶方位に平行に入射させてリン化硼素系半導体層の電子線回折（Transmission electron diffraction：ＴＥＤ)像を撮像する。この電子線回折像に、炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面の回折点と、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶面の回折点とが、共に炭化珪素結晶基板のｃ軸方向に現れ、炭化珪素結晶基板のある晶帯軸（例えばａ軸）に対して線対称にリン化硼素系半導体層の｛１１０｝結晶面の逆格子が観察された場合、炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上でリン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶面が炭化珪素結晶基板の晶帯軸（例えばａ軸）を線対称軸として対称に配置していることになる。すなわちリン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体が、炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面のａ軸に対して線対称に積重されていることになる。
図２は、６Ｈ型の炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面と、その上に形成されたリン化硼素層の積層方向の結晶の配列の様子を模式的に示す平面図である。
一例として図２に示された炭化珪素結晶基板は、６Ｈ型の炭化珪素単結晶からなる。このため｛０００１｝結晶面に垂直な［０００１］結晶方位（ｃ軸方向）の第１層目の原子配列をＰ、第２層目の原子配列をＱ、第３層目の原子配列をＲとすると、図２に示された積層順序となり、原子配列の１周期中に含まれる層数ｎは６層となる。
一例として図２に示された炭化珪素結晶基板は、６Ｈ型の炭化珪素単結晶からなる。このため｛０００１｝結晶面に垂直な［０００１］結晶方位（ｃ軸方向）の第１層目の原子配列をＰ、第２層目の原子配列をＱ、第３層目の原子配列をＲとすると、図２に示された積層順序となり、原子配列の１周期中に含まれる層数ｎは６層となる。
この６Ｈ型の炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に形成されたリン化硼素系半導体層では、｛１１１｝結晶体を構成する｛１１１｝結晶面のｎ層の積層高さ（Ｈ）が、炭化珪素結晶基板のｃ軸格子定数（ｃ）と略同一である。図２では、リン化硼素系半導体層としてリン化硼素層が備えられ、その｛１１１｝結晶面Ａ１〜Ａ６のｎ（＝６）層分の高さ（ｈ）が丁度、炭化珪素結晶基板をなす６Ｈ型の炭化珪素のｃ軸格子定数（ｃ）に合致している。
このように、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体を構成する｛１１１｝結晶面のｎ層の積層高さが、六方晶のｎ・Ｈ型の炭化珪素結晶基板のｃ軸格子定数と略同一となるように、炭化珪素結晶基板上にリン化硼素系半導体層が形成されている。
このように、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体を構成する｛１１１｝結晶面のｎ層の積層高さが、六方晶のｎ・Ｈ型の炭化珪素結晶基板のｃ軸格子定数と略同一となるように、炭化珪素結晶基板上にリン化硼素系半導体層が形成されている。
このリン化硼素系半導体層には、｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶が含まれていることが好ましい。
特に、炭化珪素結晶基板とリン化硼素系半導体層との接合界面（ヘテロ接合界面）近傍に多くの双晶を含んでいることが更に好ましい。
特に、炭化珪素結晶基板とリン化硼素系半導体層との接合界面（ヘテロ接合界面）近傍に多くの双晶を含んでいることが更に好ましい。
炭化珪素結晶基板とリン化硼素系半導体層との接合界面（ヘテロ接合界面）近傍の双晶、特に｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶によって、炭化珪素結晶基板とリン化硼素系半導体層とのミスマッチを緩和でき、これによりミスフィット転位の少ない結晶性の良好なリン化硼素系半導体層を形成できる。
リン化硼素系半導体層の内部の双晶の存在の有無は、例えば、リン化硼素系半導体層の電子線回折（ＴＥＤ）像に、双晶特有の異常回折点が出現するかどうか調べることによって判断できる（Ｐ．Ｈｉｒｓｃｈ他著，“ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＹ ＯＦ ＴＨＩＮ ＣＲＹＳＴＡＬ”、（米国）、Ｋｒｉｅｇｅｒ Ｐｕｂ．Ｃｏｍ．、１９７７年、ｐ．１４１−１４８参照。)。また、双晶の密度は、例えば、リン化硼素系半導体層の断面透過型電子線顕微鏡像において、一定の領域に存在する双晶粒界の数を計数することによって算出できる。
リン化硼素系半導体層の内部の双晶の存在の有無は、例えば、リン化硼素系半導体層の電子線回折（ＴＥＤ）像に、双晶特有の異常回折点が出現するかどうか調べることによって判断できる（Ｐ．Ｈｉｒｓｃｈ他著，“ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＹ ＯＦ ＴＨＩＮ ＣＲＹＳＴＡＬ”、（米国）、Ｋｒｉｅｇｅｒ Ｐｕｂ．Ｃｏｍ．、１９７７年、ｐ．１４１−１４８参照。)。また、双晶の密度は、例えば、リン化硼素系半導体層の断面透過型電子線顕微鏡像において、一定の領域に存在する双晶粒界の数を計数することによって算出できる。
本発明によると、前記したように、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体を構成する｛１１１｝結晶面のｎ層の積層高さ（Ｈ）が、炭化珪素結晶基板のｃ軸格子定数と略同一であることによって、平面方向だけでなく積層方向においても、炭化珪素結晶基板とリン化硼素系半導体層との間において優れた格子のマッチング性が得られる。このため、例えば、整流特性に優れた高耐電圧特性が得られる。
このような化合物半導体素子は、以下に示されたように種々の半導体素子として利用できる。
アンドープのリン化硼素系半導体層が形成されている場合、リン化硼素系半導体層は、アンドープであるため、各種半導体素子のｎ型またはｐ型の低抵抗層として利用できる。
更に、前述したようにアンドープのリン化硼素系半導体層では、そもそも故意に添加（ドーピング）した不純物量が無いため、例えば、本発明の化合物半導体素子を発光素子に適用した場合、発光層へ拡散する不純物を低減できる。このため、アンドープであり、且つ、広い禁止帯幅のリン化硼素系半導体層は、不純物の外部拡散による発光層の性質を変性させないクラッド層として有効に利用できる。
具体的には、アンドープのリン化硼素系半導体層をクラッド層とし、このアンドープのリン化硼素系半導体層上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層等を備えることによって、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子として用いることができる。
この場合、従来のマグネシウム（Ｍｇ）ドープＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ（０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）からなるクラッド層の代わりに、本発明の化合物半導体素子のアンドープのリン化硼素系半導体層が備えられたことによって、従来のＭｇの拡散による発光層のキャリア濃度の変動や発光層の結晶性の劣化が回避され、順方向電圧（Ｖｆ）や発光波長が変動がほとんど無く、安定して所定の波長の光を出射できる。
アンドープのリン化硼素系半導体層が形成されている場合、リン化硼素系半導体層は、アンドープであるため、各種半導体素子のｎ型またはｐ型の低抵抗層として利用できる。
更に、前述したようにアンドープのリン化硼素系半導体層では、そもそも故意に添加（ドーピング）した不純物量が無いため、例えば、本発明の化合物半導体素子を発光素子に適用した場合、発光層へ拡散する不純物を低減できる。このため、アンドープであり、且つ、広い禁止帯幅のリン化硼素系半導体層は、不純物の外部拡散による発光層の性質を変性させないクラッド層として有効に利用できる。
具体的には、アンドープのリン化硼素系半導体層をクラッド層とし、このアンドープのリン化硼素系半導体層上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層等を備えることによって、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子として用いることができる。
この場合、従来のマグネシウム（Ｍｇ）ドープＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ（０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）からなるクラッド層の代わりに、本発明の化合物半導体素子のアンドープのリン化硼素系半導体層が備えられたことによって、従来のＭｇの拡散による発光層のキャリア濃度の変動や発光層の結晶性の劣化が回避され、順方向電圧（Ｖｆ）や発光波長が変動がほとんど無く、安定して所定の波長の光を出射できる。
特に、室温での禁止帯幅が２．８ｅＶ以上で５．０ｅＶ以下のリン化硼素系半導体層を備えた化合物半導体素子を発光素子に適用した場合、発光層から放射される紫外帯光や短波長可視光を外部へ透過するための窓（ｗｉｎｄｏｗ）層としてリン化硼素系半導体層を有効に利用できる。また、窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ：０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）や窒化リン化ガリウム（組成式ＧａＰ１−εＮε：０≦ε≦１）等のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層に対するクラッド（ｃｌａｄ）層としてリン化硼素系半導体層を利用できる。
しかし、禁止帯幅が５．０ｅＶを超えるリン化硼素系半導体層では、発光層との障壁差が大となり、順方向電圧或いは閾値電圧の低い化合物半導体発光素子を得るに不利となる。
しかし、禁止帯幅が５．０ｅＶを超えるリン化硼素系半導体層では、発光層との障壁差が大となり、順方向電圧或いは閾値電圧の低い化合物半導体発光素子を得るに不利となる。
また、リン化硼素系半導体層は広い禁止帯幅を有するため、このリン化硼素系半導体層を有する本発明の化合物半導体素子は、２次元電子ガス電界効果型トランジスタ（Two-dimensional Electron Gas Field Effect Transistor：ＴＥＧＦＥＴ）に適用できる。
例えば、リン化硼素系半導体層は、窒化ガリウム・インジウム（組成式ＧａＹＩｎＺＮ：０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）からなるチャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）層の内部に２次元電子ガス（Two-dimensional Electron Gas：ＴＥＧ）を形成するためのキャリア（電子）を供給する電子供給層として利用できる。
本発明では、炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に、この｛０００１｝結晶面と平行にリン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体が積重されているため、従来のＡｌＸＧａＹＮ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）等の六方晶ＩＩＩ族窒化物半導体からなる電子供給層とは異なり、リン化硼素系半導体層は、２次元電子の蓄積等に悪影響を及ぼすピエゾ（ｐｉｅｚｏ）効果の少ない電子供給層として用いることができる。
また、ｎ型で低抵抗のリン化硼素系半導体層は、電子供給層上に設けるソース（ｓｏｕｒｃｅ）、ドレイン（ｄｒａｉｎ）、オーミック電極を形成するためのコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層として利用できる。
例えば、リン化硼素系半導体層は、窒化ガリウム・インジウム（組成式ＧａＹＩｎＺＮ：０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）からなるチャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）層の内部に２次元電子ガス（Two-dimensional Electron Gas：ＴＥＧ）を形成するためのキャリア（電子）を供給する電子供給層として利用できる。
本発明では、炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に、この｛０００１｝結晶面と平行にリン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体が積重されているため、従来のＡｌＸＧａＹＮ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）等の六方晶ＩＩＩ族窒化物半導体からなる電子供給層とは異なり、リン化硼素系半導体層は、２次元電子の蓄積等に悪影響を及ぼすピエゾ（ｐｉｅｚｏ）効果の少ない電子供給層として用いることができる。
また、ｎ型で低抵抗のリン化硼素系半導体層は、電子供給層上に設けるソース（ｓｏｕｒｃｅ）、ドレイン（ｄｒａｉｎ）、オーミック電極を形成するためのコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層として利用できる。
［化合物半導体素子の製造方法］
まず、｛０００１｝結晶面を表面とする六方晶の炭化珪素単結晶からなる結晶基板を用意する。
この六方晶の炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）法、ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ；水素化物）法やＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相堆積）法等の気相成長手段に依り、少なくとも硼素含有化合物とリン含有化合物を気相成長領域に供給し、リン化硼素系半導体層を形成する。
なお、分子線エピタキシャル法も適用できる（「ジャーナル オブ ソリッド ステイト ケミストリー（J. Solid State Chem.）」、１９９７年、１３３巻、ｐ．２６９〜２７２参照。）。
例えば、リン化硼素系半導体層として、ｐ型又はｎ型の単量体のリン化硼素（ＢＰ）からなる層を形成する場合、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）とホスフィン（分子式：ＰＨ３）を原料とする常圧（略大気圧）或いは減圧ＭＯＣＶＤ法が適用できる。
ｐ型の単量体のリン化硼素（ＢＰ）層の形成温度（成長温度）としては、１０００℃〜１２００℃が適する。形成時の原料供給比率（Ｖ／ＩＩＩ比率；例えば、ＰＨ３／（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）は、１０〜５０、好ましくは２０〜４０が適する。
ここで、本明細書において、「Ｖ／ＩＩＩ比率」は、気相成長領域に供給する硼素等の第III族原子の濃度に対するリン等の第Ｖ族原子の濃度の比率を意味しているものとする。
また、ｎ型の単量体のリン化硼素（ＢＰ）の形成温度としては、７００℃〜１０００℃が適する。このｎ型の単量体のリン化硼素（ＢＰ）を得るためのＶ／ＩＩＩ比率としては、２００以上、更に好ましくは４００以上が適する。Ｖ／ＩＩＩ比率は２０００以下、好ましくは１０００以下が適する。
まず、｛０００１｝結晶面を表面とする六方晶の炭化珪素単結晶からなる結晶基板を用意する。
この六方晶の炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）法、ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ；水素化物）法やＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相堆積）法等の気相成長手段に依り、少なくとも硼素含有化合物とリン含有化合物を気相成長領域に供給し、リン化硼素系半導体層を形成する。
なお、分子線エピタキシャル法も適用できる（「ジャーナル オブ ソリッド ステイト ケミストリー（J. Solid State Chem.）」、１９９７年、１３３巻、ｐ．２６９〜２７２参照。）。
例えば、リン化硼素系半導体層として、ｐ型又はｎ型の単量体のリン化硼素（ＢＰ）からなる層を形成する場合、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）とホスフィン（分子式：ＰＨ３）を原料とする常圧（略大気圧）或いは減圧ＭＯＣＶＤ法が適用できる。
ｐ型の単量体のリン化硼素（ＢＰ）層の形成温度（成長温度）としては、１０００℃〜１２００℃が適する。形成時の原料供給比率（Ｖ／ＩＩＩ比率；例えば、ＰＨ３／（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）は、１０〜５０、好ましくは２０〜４０が適する。
ここで、本明細書において、「Ｖ／ＩＩＩ比率」は、気相成長領域に供給する硼素等の第III族原子の濃度に対するリン等の第Ｖ族原子の濃度の比率を意味しているものとする。
また、ｎ型の単量体のリン化硼素（ＢＰ）の形成温度としては、７００℃〜１０００℃が適する。このｎ型の単量体のリン化硼素（ＢＰ）を得るためのＶ／ＩＩＩ比率としては、２００以上、更に好ましくは４００以上が適する。Ｖ／ＩＩＩ比率は２０００以下、好ましくは１０００以下が適する。
形成温度、Ｖ／ＩＩＩ比率に加えて、形成速度を精密に制御すれば、禁止帯幅の大きなリン化硼素系半導体層を形成できる。
例えば、ＭＯＣＶＤ法に依り、前記した単量体のリン化硼素層を形成する際、形成速度（成長速度）を毎分２ｎｍ以上で３０ｎｍ以下の範囲に設定することによって、室温での禁止帯幅を２．８ｅＶ以上とするリン化硼素層が得られる（国際公開第０２／０９７８６１号パンフレット参照。）。
ここで、禁止帯幅は、吸収係数の光子エネルギー（＝ｈ・ν）依存性や、屈折率（ｎ）及び消衰係数（ｋ）の積値（＝２・ｎ・ｋ）の光子エネルギー依存性などから求められる。
例えば、ＭＯＣＶＤ法に依り、前記した単量体のリン化硼素層を形成する際、形成速度（成長速度）を毎分２ｎｍ以上で３０ｎｍ以下の範囲に設定することによって、室温での禁止帯幅を２．８ｅＶ以上とするリン化硼素層が得られる（国際公開第０２／０９７８６１号パンフレット参照。）。
ここで、禁止帯幅は、吸収係数の光子エネルギー（＝ｈ・ν）依存性や、屈折率（ｎ）及び消衰係数（ｋ）の積値（＝２・ｎ・ｋ）の光子エネルギー依存性などから求められる。
一例として単量体のリン化硼素層を形成する場合を例示したが、形成温度（成長温度）、Ｖ／ＩＩＩ比率、及び形成速度（成長速度）を上記した範囲、すなわち形成温度が７００℃〜１２００℃、Ｖ／ＩＩＩ比率が１０〜５０又は２００以上（好ましくは２０００以下）、成長速度が毎分２ｎｍ以上で３０ｎｍ以下となるように調整することによって、六方晶の炭化珪素結晶基板の｛０００１｝面上に、六方晶炭化珪素のａ軸に、[１１０]結晶方向を平行として積重された｛１１１｝結晶体を有するリン化硼素系半導体層を成長させられる。
即ち、六方晶の炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面に平行で、かつ炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面のａ軸を線対称軸として対称に積重された｛１１１｝結晶体を有するリン化硼素系半導体層を得ることができる。
即ち、六方晶の炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面に平行で、かつ炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面のａ軸を線対称軸として対称に積重された｛１１１｝結晶体を有するリン化硼素系半導体層を得ることができる。
また、成長温度、Ｖ／ＩＩＩ比率、及び成長速度を上記した範囲となるように調整することによって、六方晶の炭化珪素結晶基板のｃ軸に略合致する様に｛１１１｝結晶体が積重されたリン化硼素系半導体層を得ることができる。
例えば、炭化珪素結晶基板として、４Ｈ型の炭化珪素結晶基板を用いた場合、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶面の４層の積層高さが、炭化珪素結晶基板のｃ軸の格子定数（＝１．００５ｎｍ）と略同一となるようにリン化硼素系半導体層を形成できる。
また、炭化珪素結晶基板として、６Ｈ型の炭化珪素結晶基板を用いた場合、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶面の６層の積層高さが、炭化珪素結晶基板のｃ軸の格子定数（ｃ＝１．５１２ｎｍ）と略同一となるようにリン化硼素系半導体層を形成できる。
例えば、炭化珪素結晶基板として、４Ｈ型の炭化珪素結晶基板を用いた場合、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶面の４層の積層高さが、炭化珪素結晶基板のｃ軸の格子定数（＝１．００５ｎｍ）と略同一となるようにリン化硼素系半導体層を形成できる。
また、炭化珪素結晶基板として、６Ｈ型の炭化珪素結晶基板を用いた場合、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶面の６層の積層高さが、炭化珪素結晶基板のｃ軸の格子定数（ｃ＝１．５１２ｎｍ）と略同一となるようにリン化硼素系半導体層を形成できる。
即ち、表面が｛０００１｝結晶面のｎ・Ｈ型の炭化珪素結晶基板を用い、成長温度、Ｖ／ＩＩＩ比率、及び成長速度を上記した範囲となるように調整することによって、リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体を構成する｛１１１｝結晶面のｎ層の積層高さが、炭化珪素結晶基板のｃ軸の格子定数と略同一となるように、整然と積層してなる｛１１１｝結晶体を有するリン化硼素系半導体層を形成できる。このように、高さ方向（炭化珪素結晶基板の表面の鉛直（垂直）方向）にも、炭化珪素結晶基板と格子のマッチング性に優れたリン化硼素系半導体層を形成することができる。
成長温度、Ｖ／ＩＩＩ比率、及び成長速度の何れかの条件が上記の好適な範囲から外れている場合の一例として、成長温度が１２００℃を超える高温である場合を以下に示す。
成長温度が１２００℃よりも高い場合、リン化硼素系半導体層の必須の構成要素である硼素（Ｂ）及びリン（Ｐ）の揮散が顕著に起こる。このため、リン化硼素系半導体層内に多量の積層欠陥（ｓｔａｃｋｉｎｇ ｆａｕｌｔ）が発生し、乱雑に積層した層となってしまう。また、高温で気相成長させたリン化硼素系半導体層は、｛１１０｝結晶面等の｛１１１｝結晶面以外の結晶面が混在した多結晶層となる場合がある。
このように、｛１１１｝結晶面が規則的に整然と積重し六方晶の炭化珪素結晶基板との格子マッチングに優れたリン化硼素系半導体層を安定して形成することが難しくなってしまうため、好ましくない。前記したリン化硼素系半導体層内の積層欠陥の有無は、電子線回折像を解析することによって確認できる。
成長温度が１２００℃よりも高い場合、リン化硼素系半導体層の必須の構成要素である硼素（Ｂ）及びリン（Ｐ）の揮散が顕著に起こる。このため、リン化硼素系半導体層内に多量の積層欠陥（ｓｔａｃｋｉｎｇ ｆａｕｌｔ）が発生し、乱雑に積層した層となってしまう。また、高温で気相成長させたリン化硼素系半導体層は、｛１１０｝結晶面等の｛１１１｝結晶面以外の結晶面が混在した多結晶層となる場合がある。
このように、｛１１１｝結晶面が規則的に整然と積重し六方晶の炭化珪素結晶基板との格子マッチングに優れたリン化硼素系半導体層を安定して形成することが難しくなってしまうため、好ましくない。前記したリン化硼素系半導体層内の積層欠陥の有無は、電子線回折像を解析することによって確認できる。
本発明では、ｎ・Ｈ型（六方晶）の炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に、上記の好適な範囲の成長速度で、リン化硼素系半導体層を気相成長させる際、その範囲内で比較的速い成長速度でリン化硼素系半導体層を成長させることが好ましい。
これにより、｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶を含むリン化硼素系半導体層を形成できる。
例えば、成長速度を毎分２０ｎｍ以上で毎分３０ｎｍ以下として、６Ｈ型の炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に、ヘテロ（異種）接合させてリン化硼素系半導体層を気相成長させると、｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶を含むリン化硼素系半導体層を形成できる。特に、炭化珪素結晶基板上へリン化硼素系半導体層をヘテロ成長させる初期段階に於いて、上記のような速い成長速度でリン化硼素系半導体層を成長させることによって、炭化珪素結晶基板とリン化硼素系半導体層とのヘテロ接合界面の近傍に多くの双晶を発生させることができる。
これにより、｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶を含むリン化硼素系半導体層を形成できる。
例えば、成長速度を毎分２０ｎｍ以上で毎分３０ｎｍ以下として、６Ｈ型の炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に、ヘテロ（異種）接合させてリン化硼素系半導体層を気相成長させると、｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶を含むリン化硼素系半導体層を形成できる。特に、炭化珪素結晶基板上へリン化硼素系半導体層をヘテロ成長させる初期段階に於いて、上記のような速い成長速度でリン化硼素系半導体層を成長させることによって、炭化珪素結晶基板とリン化硼素系半導体層とのヘテロ接合界面の近傍に多くの双晶を発生させることができる。
［ダイオード素子］
本発明のダイオード素子は、前述した本発明の化合物半導体素子のリン化硼素系半導体層をｐ型層又はｎ型層として備えたものである。
例えば、本発明の化合物半導体素子のｐ型又はｎ型のリン化硼素系半導体層上に、リン化硼素系半導体層とは逆の導電形の層が形成されたものが挙げられる。
また、本発明の化合物半導体素子の炭化珪素結晶基板として、ｐ型又はｎ型の炭化珪素からなるものを備え、リン化硼素系半導体層として、炭化珪素結晶基板とは逆の導電形のリン化硼素系半導体からなるのを備えたものも適用できる。
本発明によると、六方晶の炭化珪素単結晶の優れた耐電圧性と相俟って、高耐圧のダイオード素子とすることができる。
特に、リン化硼素系半導体層としては、伝導形を制御するための、所謂、ｎ型またはｐ型不純物を故意に添加していないアンドープでｐ型またはｎ型のリン化硼素系半導体からなる層が好ましい。これにより、素子へ高電圧を印加した際に生ずる添加（ドーピング）不純物のマイグレーション（拡散、移動）を回避することができ、安定して高耐圧を発揮するダイオード素子が提供できる。
本発明のダイオード素子は、前述した本発明の化合物半導体素子のリン化硼素系半導体層をｐ型層又はｎ型層として備えたものである。
例えば、本発明の化合物半導体素子のｐ型又はｎ型のリン化硼素系半導体層上に、リン化硼素系半導体層とは逆の導電形の層が形成されたものが挙げられる。
また、本発明の化合物半導体素子の炭化珪素結晶基板として、ｐ型又はｎ型の炭化珪素からなるものを備え、リン化硼素系半導体層として、炭化珪素結晶基板とは逆の導電形のリン化硼素系半導体からなるのを備えたものも適用できる。
本発明によると、六方晶の炭化珪素単結晶の優れた耐電圧性と相俟って、高耐圧のダイオード素子とすることができる。
特に、リン化硼素系半導体層としては、伝導形を制御するための、所謂、ｎ型またはｐ型不純物を故意に添加していないアンドープでｐ型またはｎ型のリン化硼素系半導体からなる層が好ましい。これにより、素子へ高電圧を印加した際に生ずる添加（ドーピング）不純物のマイグレーション（拡散、移動）を回避することができ、安定して高耐圧を発揮するダイオード素子が提供できる。
４Ｈ型（六方晶）の炭化珪素結晶基板上に、リン化硼素系半導体層として窒化リン化硼素半導体層が形成された化合物半導体素子からなるダイオード素子を例にして、本発明を具体的に説明する。
図３は、本実施例に記載する積層構造体１１からなるｐｎ接合型ダイオード１０の断面構造を示す模式図である。
図３は、本実施例に記載する積層構造体１１からなるｐｎ接合型ダイオード１０の断面構造を示す模式図である。
積層構造体１１を以下の方法により形成した。
炭化珪素結晶基板１００として、結晶型が４Ｈ型でｐ型の硼素（Ｂ）ドープ炭化珪素単結晶からなる基板を用意した。この炭化珪素結晶基板１００の表面は、［１１−２０］結晶方向に８度傾斜した｛０００１｝結晶面である。
この炭化珪素結晶基板１００の｛０００１｝結晶面上に、以下に示されたようにアンドープでキャリア濃度が２×１０１８ｃｍ−３のｎ型の窒化リン化硼素（ＢＰ１−εＮε：０≦ε＜１）からなるリン化硼素系半導体層１０１を堆積した。ここで、窒化リン化硼素は、立方晶閃亜鉛鉱結晶型の結晶構造を有するものである。
トリエチル硼素（分子式：（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）を硼素（Ｂ）源とし、アンモニア（分子式：ＮＨ３）を窒素源とし、ホスフィン（分子式：ＰＨ３）をリン源とし、常圧（略大気圧）有機金属化学的気相堆積（ＭＯＣＶＤ）手段を利用した。
成長温度は９５０℃とした。また、４Ｈ型の炭化珪素結晶基板１００のａ軸格子定数（ａ＝０．３０７ｎｍ）に合致した格子定数が得られるように、リン化硼素系半導体層１０１を構成するＢＰ１−εＮεの窒素（Ｎ）組成比（ε）を０．２とした。
炭化珪素結晶基板１００として、結晶型が４Ｈ型でｐ型の硼素（Ｂ）ドープ炭化珪素単結晶からなる基板を用意した。この炭化珪素結晶基板１００の表面は、［１１−２０］結晶方向に８度傾斜した｛０００１｝結晶面である。
この炭化珪素結晶基板１００の｛０００１｝結晶面上に、以下に示されたようにアンドープでキャリア濃度が２×１０１８ｃｍ−３のｎ型の窒化リン化硼素（ＢＰ１−εＮε：０≦ε＜１）からなるリン化硼素系半導体層１０１を堆積した。ここで、窒化リン化硼素は、立方晶閃亜鉛鉱結晶型の結晶構造を有するものである。
トリエチル硼素（分子式：（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）を硼素（Ｂ）源とし、アンモニア（分子式：ＮＨ３）を窒素源とし、ホスフィン（分子式：ＰＨ３）をリン源とし、常圧（略大気圧）有機金属化学的気相堆積（ＭＯＣＶＤ）手段を利用した。
成長温度は９５０℃とした。また、４Ｈ型の炭化珪素結晶基板１００のａ軸格子定数（ａ＝０．３０７ｎｍ）に合致した格子定数が得られるように、リン化硼素系半導体層１０１を構成するＢＰ１−εＮεの窒素（Ｎ）組成比（ε）を０．２とした。
また、リン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１の室温での禁止帯幅が約４．８ｅＶとなるように、成長（形成）時のＶ／ＩＩＩ比率（＝（ＮＨ３＋ＰＨ３）／（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ濃度比率）を６００とした。
ＭＯＣＶＤ成長反応系へ供給する（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ濃度を調整して、成長初期段階での成長速度を毎分３０ｎｍとした。この成長速度で、約２０ｎｍの層厚までリン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１を成長させた。
その後、ＭＯＣＶＤ成長反応系へ供給する（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ濃度を減少させ、成長速度を毎分１５ｎｍに低下させ、この成長速度で結晶成長を引き続き行い、層厚が１５００ｎｍのリン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１を形成した。
ＭＯＣＶＤ成長反応系へ供給する（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ濃度を調整して、成長初期段階での成長速度を毎分３０ｎｍとした。この成長速度で、約２０ｎｍの層厚までリン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１を成長させた。
その後、ＭＯＣＶＤ成長反応系へ供給する（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ濃度を減少させ、成長速度を毎分１５ｎｍに低下させ、この成長速度で結晶成長を引き続き行い、層厚が１５００ｎｍのリン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１を形成した。
吸収係数を利用してリン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１の室温での禁止帯幅を測定した結果、約４．８ｅＶであることがわかった。
また、リン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１の制限視野電子線回折像を観察し、この回折像上での異常回折斑点（スポット）が出現する位置から双晶の有無を調べた。その結果、リン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１の内部には、特に、４Ｈ型の炭化珪素結晶基板１００とのヘテロ接合界面の近傍の領域に｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶が存在することが確認された。これは、成長初期において成長速度を速くして結晶成長させたためであると考えられる。
炭化珪素結晶基板１００とリン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１とのへテロ接合界面近傍の領域の断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を撮像した。このＴＥＭ像上の｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶粒界の数から同領域での｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶の面密度を算出した結果、約５×１０６ｃｍ−２であった。
また、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）手段に依る元素分析を行った結果、ヘテロ接合界面での金属不純物の偏析は特に認められなかった。これは、リン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１がアンドープであったためと考えられる。
また、リン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１の制限視野電子線回折像を観察し、この回折像上での異常回折斑点（スポット）が出現する位置から双晶の有無を調べた。その結果、リン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１の内部には、特に、４Ｈ型の炭化珪素結晶基板１００とのヘテロ接合界面の近傍の領域に｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶が存在することが確認された。これは、成長初期において成長速度を速くして結晶成長させたためであると考えられる。
炭化珪素結晶基板１００とリン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１とのへテロ接合界面近傍の領域の断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を撮像した。このＴＥＭ像上の｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶粒界の数から同領域での｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶の面密度を算出した結果、約５×１０６ｃｍ−２であった。
また、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）手段に依る元素分析を行った結果、ヘテロ接合界面での金属不純物の偏析は特に認められなかった。これは、リン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１がアンドープであったためと考えられる。
また、制限視野電子線回折像に於いて、リン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１からの｛１１１｝結晶面の回折斑点は、４Ｈ型の炭化珪素結晶基板１００の｛０００ｍ｝結晶面の回折斑点（ｍは整数で−１，１，−２，２，−３，３，・・・−ｍ，ｍ）を結ぶ直線上に現れ、しかも、４Ｈ型の炭化珪素結晶基板１００の｛０００４｝結晶面の回折斑点と略同一の位置に出現した。
このことから、４Ｈ結晶型の炭化珪素結晶基板１００の｛０００１｝結晶面上には、その｛０００１｝結晶面と平行に｛１１１｝結晶体が積重され、且つ｛１１１｝結晶面の４層の積層高さが炭化珪素結晶基板１００のｃ軸格子定数に略合致するようにリン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１が成長されていることが示された。
このことから、４Ｈ結晶型の炭化珪素結晶基板１００の｛０００１｝結晶面上には、その｛０００１｝結晶面と平行に｛１１１｝結晶体が積重され、且つ｛１１１｝結晶面の４層の積層高さが炭化珪素結晶基板１００のｃ軸格子定数に略合致するようにリン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１が成長されていることが示された。
また、制限視野電子線回折像には、４Ｈ型の炭化珪素結晶基板１００のａ軸方向に対して、線対称にリン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１からの｛１１０｝結晶面の逆格子像が出現した。
このことから、リン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１は、その［１１０］結晶方位を４Ｈ型の炭化珪素結晶基板１００のａ軸方向に対して平行としつつ、かつ炭化珪素結晶基板１００のａ軸に対して線対称に積重された｛１１１｝結晶体を有することが示された。
このことから、リン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１は、その［１１０］結晶方位を４Ｈ型の炭化珪素結晶基板１００のａ軸方向に対して平行としつつ、かつ炭化珪素結晶基板１００のａ軸に対して線対称に積重された｛１１１｝結晶体を有することが示された。
キャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３とするアンドープのｎ型のリン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１に、ハロゲン系ガスを用いた一般的なプラズマドライエッチング手段に依り、メサ（ｍｅｓａ）加工を及ぼした。ｎ型のリン化硼素系半導体（ＢＰ０．８Ｎ０．２）層１０１をメサ状に残存させるためのドライエッチング加工は、メサの周囲に４Ｈ型の炭化珪素結晶基板１００の表層部を露出させる迄、進行させた。
その後、メサ部の表面に、金（Ａｕ）・ゲルマニウム（Ｇｅ）合金膜、ニッケル（Ｎｉ）膜、及び金（Ａｕ）膜を、順次、一般の真空蒸着手段に依り被着させて、結線用の台座（ｐａｄ）電極を兼ねるｎ型オーミック電極１０２を形成した。
また、炭化珪素結晶基板１００の裏面の略全面には、ニッケル（Ｎｉ）からなるｐ型オーミック電極１０３を設けて、ｐｎ接合型半導体素子１０を得た。
その後、メサ部の表面に、金（Ａｕ）・ゲルマニウム（Ｇｅ）合金膜、ニッケル（Ｎｉ）膜、及び金（Ａｕ）膜を、順次、一般の真空蒸着手段に依り被着させて、結線用の台座（ｐａｄ）電極を兼ねるｎ型オーミック電極１０２を形成した。
また、炭化珪素結晶基板１００の裏面の略全面には、ニッケル（Ｎｉ）からなるｐ型オーミック電極１０３を設けて、ｐｎ接合型半導体素子１０を得た。
ｐｎ接合型半導体素子１０は、優れた整流特性を示し、順方向の閾値電圧は約３．３ボルト（Ｖ）であった。逆方向の漏洩電流は、１５Ｖで１０マイクロアンペア（μＡ）未満と良好であり、高耐電圧のｐｎ接合型ダイオード１０が提供されることとなった。
また、六方晶の炭化珪素結晶基板１００とのヘテロ接合界面の近傍の領域に｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶が生成されたことによって、ミスフィット転位の発生が抑制されており、ｐｎ接合型ダイオード１０では、局所的な耐電圧不良（ｌｏｃａｌ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）が発生しなかった。
また、六方晶の炭化珪素結晶基板１００とのヘテロ接合界面の近傍の領域に｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶が生成されたことによって、ミスフィット転位の発生が抑制されており、ｐｎ接合型ダイオード１０では、局所的な耐電圧不良（ｌｏｃａｌ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）が発生しなかった。
本発明の化合物半導体素子は、発光ダイオード、半導体レーザなどの半導体発光素子や、２次元電子ガス電界効果型トランジスタ等の適用できる、また化合物半導体素子のリン化硼素系半導体層は、各種半導体素子のｎ型またはｐ型の低抵抗層や、電子供給層上に設けるソース（ｓｏｕｒｃｅ）、ドレイン（ｄｒａｉｎ）、オーミック電極を形成するためのコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層として利用できる。
また本発明のダイオード素子は、整流特性に優れた高耐電圧特性が得られるため、発光ダイオード（ＬＥＤ）に限らず、小信号用ダイオード，整流用ダイオード，スイッチング・ダイオード，定電圧ダイオード（ツェナー・ダイオード），可変容量ダイオード（バリキャップ）など各種ｐｎ接合型のダイオードに適用できる。
また本発明のダイオード素子は、整流特性に優れた高耐電圧特性が得られるため、発光ダイオード（ＬＥＤ）に限らず、小信号用ダイオード，整流用ダイオード，スイッチング・ダイオード，定電圧ダイオード（ツェナー・ダイオード），可変容量ダイオード（バリキャップ）など各種ｐｎ接合型のダイオードに適用できる。
１０…高耐電圧ダイオード、１１…積層構造体、１００…六方晶の炭化珪素結晶基板、１０１…リン化硼素系半導体層、１０２…ｎ型オーミック電極、１０３…ｐ型オーミック電極
Claims (8)
- 六方晶の炭化珪素結晶基板と、該炭化珪素結晶基板上に形成されたリン化硼素系半導体層とを備えた化合物半導体素子において、
前記炭化珪素結晶基板の表面が｛０００１｝結晶面であり、
前記リン化硼素系半導体層が、前記炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に、該結晶面と平行に積重された｛１１１｝結晶体を有し、
前記リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体が、前記炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面のａ軸に対して線対称に積重されており、
前記炭化珪素結晶基板の［０００１］結晶方位の原子配列の１周期中に含まれる層数をｎとすると、前記｛１１１｝結晶体を構成する｛１１１｝結晶面のｎ層の積層高さが、前記炭化珪素結晶基板のｃ軸格子定数と同一であることを特徴とする化合物半導体素子。 - 前記リン化硼素系半導体層が、伝導形を制御するための不純物を故意に添加していないアンドープのリン化硼素系半導体から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体素子。
- 前記リン化硼素系半導体層が、｛１１１｝結晶面を双晶面とする双晶を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の化合物半導体素子。
- 六方晶の炭化珪素結晶基板と、該炭化珪素結晶基板上に形成されたリン化硼素系半導体層とを備えた化合物半導体素子の製造方法において、
表面が｛０００１｝結晶面である炭化珪素結晶基板を下地として、少なくとも硼素含有化合物とリン含有化合物を気相成長領域に供給し、前記炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に、この｛０００１｝結晶面と平行に積重された｛１１１｝結晶体を有し、前記リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体が、前記炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面のａ軸に対して線対称に積重されており、前記炭化珪素結晶基板の［０００１］結晶方位の原子配列の１周期中に含まれる層数をｎとすると、前記｛１１１｝結晶体を構成する｛１１１｝結晶面のｎ層の積層高さが、前記炭化珪素結晶基板のｃ軸格子定数と同一であるリン化硼素系半導体層を形成する工程を有することを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。 - ７５０℃以上で１２００℃以下の温度で前記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４に記載の化合物半導体素子の製造方法。
- ２ｎｍ／分以上で３０ｎｍ／分以下の成長速度で前記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４又は５に記載の化合物半導体素子の製造方法。
- 前記リン化硼素系半導体層を形成する初期段階にて、２０ｎｍ／分以上で３０ｎｍ／分以下の成長速度で前記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４乃至６のいずれかに記載の化合物半導体素子の製造方法。
- ｐ型層又はｎ型層として、六方晶の炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に形成されたリン化硼素系半導体層を備え、
前記リン化硼素系半導体層が、前記炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面上に、該結晶面と平行に積重された｛１１１｝結晶体を有し、
前記リン化硼素系半導体層の｛１１１｝結晶体が、前記炭化珪素結晶基板の｛０００１｝結晶面のａ軸に対して線対称に積重されており、
前記炭化珪素結晶基板の［０００１］結晶方位の原子配列の１周期中に含まれる層数をｎとすると、前記｛１１１｝結晶体を構成する｛１１１｝結晶面のｎ層の積層高さが、前記炭化珪素結晶基板のｃ軸格子定数と同一であることを特徴とするダイオード素子。
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