CN100413086C - 磷化硼基化合物半导体器件、其制造方法以及发光二极管 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种器件性能优异的磷化硼基化合物半导体器件，其包括具有宽带隙的磷化硼基化合物半导体层。所述磷化硼基化合物半导体层包括非晶层和与非晶层结合的多晶层，并且所述磷化硼基化合物半导体层的室温带隙为3.0eV至小于4.2eV。

Description

磷化硼基化合物半导体器件、其制造方法以及发光二极管

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)(1)，要求2002年12月11日提交的美国临时申请60/432,249的优先权。

技术领域

本发明涉及包括磷化硼基化合物半导体层的磷化硼基化合物半导体器件，所述层在室温下具有宽带隙，本发明还涉及其制造方法以及发光二极管。

背景技术

III族氮化物半导体，如氮化镓(GaN)通常被用于制造氮化物半导体器件，例如发光二极管(LED)或激光二极管(LD)(参见例如非专利文献1)。III族氮化物半导体已知在室温下具有较宽的带隙，并且例如，具有六角纤维锌矿(hexagonal wurtzite)结构的氮化镓和氮化铝(AlN)的室温带隙分别达到3.4eV和5.9eV(参见，例如非专利文献2)。从而，III族氮化物半导体层被用作功能层，例如发光器件的覆层或发光层。III族氮化物半导体层具有这样的大带隙有利于构造具有高势垒的结结构。例如，公开了一种高迁移率晶体管，包括电子供给层和电子沟道层的异质结，所述异质结通过利用带隙为3.4eV或更高的氮化铝镓混合晶体(Al_XGa_1-XN：0＜X≤1)构成(参见例如非专利文献3)。

另一方面，磷化硼基化合物半导体，例如单磷化硼(BP)，公知为间接III-V化合物半导体。

与例如氮化镓(GaN)的III族氮化物半导体不同，通过特意向磷化硼基化合物半导体掺杂可以容易获得p型导电层。例如，公开了这样的技术，其中将镁(Mg)作为p型杂质掺入，以获得p型导电层(参见例如专利文献1)。因此，希望的是，通过结合具有宽带隙的磷化硼基化合物半导体层与III族氮化物半导体层，可以容易获得具有势垒差的pn结。

这里，例如磷化硼的室温带隙通常公知为2.0eV(参见例如非专利文献2)，并且，近年来，已经发展了这样的技术，其中通过优化气相生长条件或类似方法，获得2.8至3.4eV的更宽室温带隙。然而，为了从磷化硼基化合物半导体层和III族氮化物半导体层例如氮化镓构成具有势垒高度的异质结，传统的提供给磷化硼的2eV的带隙是不够的，从而需要磷化硼基化合物半导体层具有更宽的带隙。目前还没有公开这样的磷化硼基化合物半导体层，其具有宽带隙而适合与宽带隙半导体例如III族氮化物半导体构成异质结。

(专利文献1)

JP-A-2-288388(这里所用的术语“JP-A”表示“未审查公开的日本专利申请”)

(非专利文献1)

Isamu Akasaki(编辑)，III Zoku Kagobutsu Handoutai(III族化合物半导体)，1^st ed.，Chap.13-14，Baifukan(1999年12月8日)

(非专利文献2)

Isamu Akasaki(编辑)，III Zoku Kagobutsu Handoutai(III-V族化合物半导体)，1^st ed.，page 150，Baifukan(1994年5月20日)

(非专利文献3)

Isamu Akasaki(编辑)，III Zoku Kagobutsu Handoutai(III族化合物半导体)，1^st ed.，Chap.6-8，Baifukan(1999年12月8日)

发明内容

本发明在这样的背景下产生，从而，本发明的一个目的是说明如下的磷化硼基化合物半导体层的结构，所述层具有适合与如氮化镓(GaN)的III族氮化物半导体层构成异质结的带隙，所述异质结具有适当的势垒高度差，从而提供器件性能优异的磷化硼基化合物半导体器件，所述器件包括具有宽带隙的磷化硼基化合物半导体层。

为了解决上述问题而进行广泛研究的结果为，本发明人发明了下面的磷化硼基化合物半导体器件、其制造方法以及发光二极管。

尤其是，本发明包括：

(1)一种磷化硼基化合物半导体器件，包括磷化硼基化合物半导体层，所述磷化硼基化合物半导体层由非晶层和与所述非晶层结合的多晶层构成，其中磷化硼基化合物半导体层的室温带隙为3.0eV至小于4.2eV；

(2)如(1)所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中多晶层的室温带隙小于非晶层的室温带隙；

(3)如(1)或(2)所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中多晶层设置在非晶层之上；

(4)如(1)至(3)中任意一项所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中非晶层和多晶层都是不特意掺杂的未掺杂层；

(5)如(1)至(4)中任意一项所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中提供III族氮化物半导体层与磷化硼基化合物半导体层结合；

(6)如(5)所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中III族氮化物半导体层包括由组分公式Al_αGa_βIn_γN(其中0≤α，β，γ≤1，α+β+γ＝1)或Al_αGa_βIn_γN_δM_1-δ(其中0≤α，β，γ≤1，α+β+γ＝1，0＜δ≤1，以及M是除氮以外的V族元素)表示的化合物；

(7)如(6)所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中磷化硼基化合物半导体层包括磷化硼，以及III族氮化物半导体层包括氮化镓；

(8)如(5)至(7)中任意一项所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中磷化硼基化合物半导体层是p型导电层，III族氮化物半导体层是n型导电层，以及磷化硼基化合物半导体层与III族氮化物半导体层结合以构成pn结结构；以及

(9)如(1)至(8)中任意一项所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中提供欧姆接触或整流电极与磷化硼基化合物半导体层结合。

在本发明中使用的术语“多晶层”表示其中非晶部分与单晶部分混合的层，或者表示包括晶体取向不同的多个柱形单晶的集合的层。

例如，可以从根据表示为2·n·k的复介电常数的虚数部分的光子能量，确定磷化硼基化合物半导体层的带隙，其中n是折射率，k是相同波长的消光系数。

另外，术语“多晶层设置在非晶层之上”表示，在形成非晶层后，利用非晶层作为底层而形成多晶层。

本发明还包括：

(10)一种制造磷化硼基化合物半导体器件的方法，所述方法是用于制造如(1)至(4)中任意一项所述的磷化硼基化合物半导体器件的方法，所述方法包括以下步骤：在250至1200℃的温度下气相生长非晶层，以及在750至1200℃的温度下气相生长多晶层；

(11)如(10)所述的用于制造磷化硼基化合物半导体器件的方法，其中在相同的温度下气相生长非晶层和多晶层，并在气相生长非晶层时将V/III比设为0.2至50，而在气相生长多晶层时将V/III比设为100至500；以及

(12)如(10)或(11)所述的用于制造磷化硼基化合物半导体器件的方法，其中非晶层的气相生长速度为50至80nm/分钟，以及多晶层的气相生长速度为20至40nm/分钟。

在本发明中，“V/III比”表示供给到气相生长区域的如磷的V族原子的浓度与如硼的III族原子的浓度的比值。

另外，本发明包括：

(13)一种包括叠层结构的发光二极管，所述叠层结构通过依次层叠下覆层、发光层以及上覆层获得，其中发光层是III族氮化物半导体层，上覆层是磷化硼基化合物半导体层，所述磷化硼基化合物半导体层包括非晶层和与非晶层结合的多晶层，并具有3.0eV至小于4.2eV的室温带隙。

附图说明

图1示出了在根据本发明的实例中制造的pn结LED的截面结构。

具体实施方式

下面详细描述本发明。

磷化硼基化合物半导体器件

本发明的磷化硼基化合物半导体器件包括磷化硼基化合物半导体层，磷化硼基化合物半导体层包括非晶层和与非晶层结合的多晶层。通过使用该结构，可以提供包括具有宽带隙的磷化硼基化合物半导体层的磷化硼基化合物半导体器件，所述带隙在室温下为3.0eV至小于4.2eV。

在本发明中，“磷化硼基化合物半导体”是立方闪锌矿晶体结构的包括硼(B)和磷(P)的III-V族化合物半导体，其实例包括由如下组分公式表示的化合物：B_αAl_βGa_γIn_1-α-β-γP_1-δAs_δ(0＜α≤1，0≤β＜1，0≤γ＜1，0＜α+β+γ≤1，0≤δ＜1)和B_αAl_βGa_γIn_1-α-β-γP_1-δN_δ(0＜α≤1，0≤β＜1，0≤γ＜1，0＜α+β+γ≤1，0≤δ＜1)。其特定实例包括单磷化硼(BP)和混合晶体，所述混合晶体包括多个V族元素，例如磷化硼镓铟(组分公式：B_αGa_γIn_1-α-γP，其中0＜α≤1，0≤γ＜1)、氮化硼磷(组分公式：BP_1-δN_δ，其中0≤δ＜1)以及砷化硼磷(组分公式：B_αP_1-δAs_δ，其中0＜α≤1，0≤δ＜1)。尤其是，优选单磷化硼，因为这是构成磷化硼基化合物半导体的基本结构。当使用具有宽带隙的磷化硼作为基本材料时，可以获得具有宽带隙的磷化硼基混合晶体。

磷化硼基化合物半导体层可以这样形成，通过使用晶体衬底作为底层，所述衬底例如硅(Si)晶体、蓝宝石(α-Al₂O₃单晶)、六角或立方碳化硅(SiC)、或氮化镓(GaN)；或者利用在所述晶体衬底上形成的III族氮化物半导体层或类似物。

优选通过气相生长方法形成磷化硼基化合物半导体层，所述方法例如：卤素方法(参见Nippon Kessho Seicho Gakkai Shi(Journal of JapaneseAssociation of Crystal Growth)，Vol.24，No.2，page 150(1997))、卤化物方法(参见，J.Crystal Growth，24/25，pp.193-196(1974))、分子束外延方法(参见，J.Solid State Chem.，133，pp.269-272(1997))、以及金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法(参见，Inst.Phys.Conf.Ser.，No.129，pp.157-162，IOP Publishing Ltd.，UK(1993))。其中，优选MOCVD方法，因为使用容易分解的物质例如三乙基硼((C₂H₅)₃B)作为硼源，从而可以在较低温度下气相生长非晶层。

在本发明中，并不限制形成构成磷化硼基化合物半导体层的非晶层和多晶层的次序，然而，在构成底层的材料例如晶体衬底与磷化硼化合物半导体之间存在大晶格失配的情况中，优选形成非晶层，然后在非晶层上形成多晶层并与非晶层结合，因为磷化硼基化合物半导体的非晶层具有减轻晶格失配的功能，从而，可以获得没有裂缝的多晶层。

在将多晶层设置在非晶层的情况下，非晶层的厚度优选为2nm或更多。如果非晶层的厚度小于2nm，则非晶层将不能在底层的整个表面上均匀地生长，以均匀覆盖其上沉积非晶层的底层的表面。在本发明的磷化硼基化合物半导体器件中，当非晶层的厚度更大时，磷化硼基化合物半导体层的带隙有利地更宽。例如，当非晶层的厚度是50nm时，磷化硼基化合物半导体层的室温带隙是约4.2eV。

非晶层或多晶层的厚度可以实际这样测量，通过利用例如测量厚度的高分辨率扫描电子显微镜(SEM)、或透射电子显微镜(TEM)。

在本发明的磷化硼基化合物半导体中，优选提供III族氮化物半导体层与磷化硼基化合物半导体层结合。III族氮化物半导体的实例包括由组分公式Al_αGa_βIn_γN(其中0≤α，β，γ≤1，α+β+γ＝1)表示的化合物，例如氮化镓，以及由组分公式Al_αGa_βIn_γN_δM_1-δ(其中0≤α，β，γ≤1，α+β+γ＝1，0＜δ≤1，并且M是除氮以外的V族元素)表示的化合物。

在例如单磷化硼(BP)的磷化硼基化合物半导体的情况下，不同于III族氮化物半导体，可以容易获得原生(as-grown)状态的低阻p型导电层。另一方面，在III族氮化物半导体的情况下，可以容易地气相生长n型导电层。因此，当提供n型III族氮化物半导体层与p型磷化硼基化合物半导体层结合时，可以容易地构成具有适当势垒高度差的pn异质结结构。例如，可以利用这样的发光层构成具有势垒高度差为约0.3eV的pn异质结结构的发光部分，所述发光层包括室温带隙为约2.7eV的n型氮化镓铟(Ga_βIn_γN，其中0≤β，γ≤1)以及带隙为约3.0eV的p型磷化硼层。具有宽带隙磷化硼层的该pn结结构可以适用于构成具有高击穿电压的pn结二极管。

尤其是，当磷化硼基化合物半导体层包括磷化硼，并且III族氮化物半导体层包括氮化镓(GaN)时，可以形成具有优异质量的磷化硼基化合物半导体层，这是优选的。

具有立方闪锌矿晶体结构的磷化硼(BP)的a轴晶格常数是0.454nm，从而，在磷化硼的{111}晶面上的晶格间距是0.319nm。另一方面，具有纤维锌矿晶体结构的氮化镓(GaN)的a轴晶格常数是0.318nm。并且立方氮化镓的a轴晶格常数是0.451nm。这样，磷化硼的{111}晶面上的晶格间距基本与纤维锌矿结构或立方氮化镓的a轴晶格常数一致。由于这种几乎无晶格失配，可以在六角或立方氮化镓单晶层上生长例如失配位错的晶体缺陷密度减小的优质结晶磷化硼层。从而，可以从磷化硼层和六角或立方氮化镓层，构成可以防止产生局部击穿的异质结结构，并且其可以适用于LED、LD等。

当将特意掺杂的磷化硼基化合物半导体层与例如III族氮化物半导体层的底层结合时，磷化硼基化合物半导体层中的杂质有时扩散或侵入底层，从而降低了底层的电性质。例如，在包括n型氮化镓单晶的III族氮化物半导体层上形成磷化硼层，所述磷化硼层通过添加镁(Mg)而变成p型导电层，所添加的镁扩散进入n型氮化镓单晶层，从而电补偿n型载流子，结果，氮化镓层变成高阻。

因此，在本发明中，优选通过未特意掺杂的所谓的未掺杂层构成非晶层和多晶层，其构成磷化硼基化合物半导体层。当通过未掺杂层构成磷化硼基化合物半导体层时，可以获得这样的pn结结构，所述结构不会不利地影响与其结合的底层，例如III族氮化物半导体层，这样是优选的。

通过控制气相生长温度等，可以形成未掺杂的p型磷化硼基化合物半导体层。例如，当在氮化镓单晶的(0.0.0.1.)表面上气相生长未掺杂的(111)磷化硼时，在超过约1000℃的气相生长温度下容易获得p型导电层，而在约1000℃或以下的温度下容易获得n型导电层。

在磷化硼基化合物半导体的情况下，即使是未掺杂状态，也可以获得载流子浓度为1×10¹⁹cm^-3或更高的低阻p型或n型导电层。例如，可以获得这样的p型导电层，其载流子浓度在室温下为约2×10¹⁹cm^-3，并具有低电阻值，例如其电阻率(电阻系数)为约5×10^-2Ω·cm。尤其是，当在超过1000℃的高温下气相生长非晶层时，可以有效地获得整体电阻值较低的磷化硼基化合物半导体层。在该低阻p型或n型磷化硼基化合物半导体层上，可以有利地形成良好的接触欧姆电极(欧姆接触电极)或整流电极。

所述欧姆电极材料可以是一般用于在III-V族化合物半导体层上形成欧姆电极的材料，例如砷化镓(GaAs)。例如，在p型磷化硼层上可以形成包括金合金(例如金(Au)·锌(Zn)、金(Au)·铍(Be))的p型欧姆电极，而在n型磷化硼层上可以形成包括金合金(例如金(Au)·锗(Ge)、金(Au)·锡(Sn)、金(Au)·铟(In))的n型欧姆电极。

当在磷化硼基化合物半导体层上形成接触性质优异的欧姆电极时，例如，可以获得具有低正向电压(V_f)或低阈值电压(V_th)的LED或LD，这是优选的。尤其优选在这样的磷化硼基化合物半导体层上形成欧姆电极，所述半导体层这样构造，将非晶层设置在下面，将多晶层设置在其上。这是因为，在室温下，多晶层比非晶层具有更小的带隙，从而容易获得具有优异接触性质的欧姆电极。例如，可以合适地使用这样的结构来制造高电子迁移率MESFET，在所述结构中，将源极或漏极欧姆电极设置与带隙更小的多晶层接触。

如上所述，优选通过将非晶层设置在下面，将多晶层设置在其上，来构成磷化硼基化合物半导体层，但是也可以采用反转的结构。通过设置多晶层，然后在其上设置带隙更大的非晶层，所构成的磷化硼基化合物半导体层适用于形成非整流电极(例如Schottky接触电极)。Schottky接触电极材料可以是通常用于在III-V族化合物半导体层上形成Schottky接触电极的材料，例如铝(Al)、金(Au)、钛(Ti)、钽(Ta)以及铌(Nb)。

这样的结构适于形成例如场效应晶体管(MESFET)，在所述结构中，在高阻非晶层上设置Schottky接触电极，并且将设置在非晶层下的多晶层用作电子供给层。

用于形成磷化硼基化合物半导体层的方法

下面详细描述本发明的用于形成磷化硼基化合物半导体层的方法，所述半导体层构成磷化硼基化合物半导体器件。

通过利用不同的气相生长装置或相同的气相生长装置，可以形成非晶层和多晶层，其构成磷化硼基化合物半导体层。然而，从生产率方面考虑，优选通过利用相同的气相生长装置连续气相生长这些层。

例如，通过利用相同的气相生长装置，可以以在250至1200℃范围内的温度下形成非晶层，然后在750至1200℃的温度下气相生长多晶层。形成非晶层和多晶层的次序可以颠倒。在形成非晶层时，气相生长温度适合为250℃或更高，从而构成非晶层的元素的源材料可以充分地热分解，从而形成所述层。另一方面，在形成多晶层时，气相生长温度适合为750℃或更高，从而加速结晶。在形成两层时，气相生长温度适合为1200℃或更低，从而可以在抑制形成例如B₁₃P₂的多面体硼的情况下，形成包括单磷化硼(BP)的磷化硼基化合物半导体层、或利用磷化硼的磷化硼基化合物半导体。

通过利用相同的气相生长装置，还可以在相同的温度下连续气相生长非晶层和多晶层。在该情况下，构成磷化硼基化合物半导体的元素的源材料的供给比(V/III比)可以连续或逐步变化。通过改变V/III比，可以有差别地形成非晶层和多晶层。例如，在从三氯化硼(BCl₃)和三氯化磷(PCl₃)开始的卤素气相生长方法中，可以通过控制供给到气相生长区域的PCl₃的流速与BCl₃的流速比，来调节V/III比。

在形成非晶层并然后在其上形成多晶层的情况下，其可以通过在较低的V/III比下形成非晶层并然后在比上述高的V/III比下气相生长多晶层而实现。相反，在形成多晶层并然后在其上形成非晶层的情况下，其可以通过将V/III比从高变到低而实现。而且，当V/III比周期性地变化时，可以交替地、周期性地形成非晶层和多晶层。适于气相生长非晶层的V/III比为0.2至50，适于形成多晶层的V/III比为100至500。

例如，通过x射线衍射方法或电子束衍射方法，可以从获得的衍射图形识别出形成的层是非晶层还是多晶层。

对于非晶层和多晶层的气相生长速度没有特定限制，但是当非晶层的生长速度大于多晶层的生长速度时，可以有利地形成整体具有宽带隙的磷化硼基化合物半导体层。尤其是，优选以50至80nm/分钟的速度生长非晶层，以低于气相生长非晶层的速度的20至40nm/分钟的速度生长多晶层。

可以主要通过供给到气相生长区域的III族构成元素例如硼的单位时间的供给量，来调节在气相生长非晶层和多晶层时的生长速度。然而，在超过1000℃的温度下的气相生长中，生长速度可能根据在气相生长区域中的磷源的浓度而涨落。因此，为了精细调节高温下的气相生长的生长速度，优选精确地调节供给到气相生长区域的III族构成元素和V族构成元素的量。

例如，在通过利用三乙基硼((C₂H₅)₃B)/磷化氢(PH₃)/H₂反应体系的MOCVD方法气相生长磷化硼非晶层中，当将供给的硼源的量设置为约2.5×10^-4摩/分钟、将供给的磷源的量设置为约5.1×10^-3摩/分钟时，在1025℃下，可以获得约60nm/分钟的生长速度。

在本发明中，通过非晶层和与非晶层结合的多晶层构成磷化硼基化合物半导体层，因此，如上所述，可以提供这样的磷化硼基化合物半导体器件，其包括磷化硼基化合物半导体层，所述半导体层具有宽带隙，例如室温带隙为从3.0eV至小于4.2eV。在本发明中，构成磷化硼基化合物半导体层的非晶层发挥了主要作用，使得磷化硼基化合物半导体具有大带隙。

本发明的包括宽带隙的磷化硼基化合物半导体层的磷化硼基化合物半导体器件可以适用于LED、LD等，其具有势垒高度差较大的异质结结构，并具有优异的器件性能。例如，具有宽带隙例如室温带隙为3.0eV至小于4.2eV的磷化硼基化合物半导体层可以在LED或LD中适用于覆层等，所述覆层具有超过0.3eV的势垒差，其大到足以限定发光层中的载流子。而且，在LED中，磷化硼基化合物半导体层可以适用于窗口层，通过其，发射的近紫外光或短波长可见光可以如需地穿透到外面。

下面通过参考实例描述本发明。

(实例)

对于本发明的磷化硼基化合物半导体器件，制造了具有pn双异质结(DH)结构的发光二极管(LED)，所述结构包括磷化硼基化合物半导体层，所述半导体层由在Si单晶衬底上气相生长的非晶层和多晶层构成。图1示例性示出了制造的LED的截面结构。

对于衬底101，使用掺杂磷(P)的n型(111)Si单晶衬底。

首先，通过大气压(近似大气压)金属有机气相外延(MOVPE)方法，在衬底101的(111)表面上沉积未掺杂磷化硼(BP)非晶层102。通过利用三乙基硼((C₂H₅)₃B)作为硼源、利用磷化氢(PH₃)作为磷源，在450℃下沉积磷化硼非晶层102。将单位时间提供给MOVPE反应体系的磷源的浓度与硼源的浓度的比值(PH₃/(C₂H₅)₃；V/III比)设置为16。磷化硼非晶层102的厚度为10nm。

停止供给硼源以结束气相生长磷化硼非晶层102。然后，在磷源(PH₃)和氢气(H₂)的混合气体中将衬底101的温度升高到925℃。随后，重新流入硼源，并且在925℃下，在磷化硼非晶层102上沉积未掺杂n型{111}磷化硼单晶层103。在气相生长中将V/III比设为1300。磷化硼单晶层103的厚度为120nm。

在磷化硼单晶层上，通过利用镓(Ga)/氨气(NH₃)/氢气(H₂)反应体系的氢化物VPE方法，在1050℃下沉积包括氮化镓(GaN)单晶的下覆层104。所述下覆层的厚度为3μm。

在下覆层104上，通过利用三甲基镓((CH₃)₃Ga)/三甲基铟((CH₃)₃In)/H₂反应体系的大气压MOCVD方法，在850℃下气相生长包括n型氮化镓铟(Ga_0.90In_0.10N)的n型发光层105。n型发光层105的载流子浓度为7×10¹⁷cm^-3，以及层厚为50nm。

在n型发光层105上，通过利用(C₂H₅)₃B/PH₃/H₂反应体系的大气压MOCVD方法，在1025℃下气相生长磷化硼非晶层106a。在气相生长磷化硼非晶层106a时将V/III比(＝PH₃/(C₂H₅)₃B)设为16，并且以50nm/分钟的速度生长磷化硼非晶层106a。将气相生长精确地持续30秒，以形成厚度为25nm的磷化硼非晶层106a。随即，增加供给到气相生长区域的PH₃的流速，以将V/III比增大到120，从而随后在磷化硼非晶层106a上沉积磷化硼多晶层106b。以30nm/分钟的生长速度气相生长磷化硼多晶层106b。磷化硼多晶层的厚度为380nm。通过这样，形成了这样的p型磷化硼层106，其厚度为405nm，并包括未掺杂磷化硼非晶层106a和未掺杂磷化硼多晶层106b的双层结构。

通过常规霍尔效应测量，测出获得的p型磷化硼层106的载流子浓度为约1×10¹⁹cm^-3。

另外，从光子能量确定获得的p型磷化硼层106的室温带隙为约3.6eV，所述光子能量基于折射率(n)和通过常规椭率计测量的消光系数(k)的积(＝2·n·k)，从而发现，p型磷化硼层106可以适用于发光层105的上覆层，还可以用作窗口层，通过所述窗口层，来自发光层105的发射如需地穿透到外面。

通过常规截面TEM方法测量获得的p型磷化硼层106的位错密度，并测出为平均小于1×10³/cm²。位错密度为1×10²/cm²或更小的区域也部分存在。

在用作上覆层的p型磷化硼层106的中心部分，提供具有多层结构的p型欧姆电极107，所述结构包括Au·Be合金(Au99质量％·Be1质量％)下层和Au上层。还用作焊盘电极以引线焊接的p型欧姆电极107具有直径为约120μm的圆形。另一方面，在衬底101的几乎整个背面上设置包括铝(Al)·锑(Sb)合金的n型欧姆电极108。

通过这样，制造了具有pn双异质结(DH)结构的LED，其中n型发光层105夹在包括n型氮化镓层的下覆层104和包括p型磷化硼层106的上覆层之间。

在获得的LED的p型和n型欧姆电极107和108之间通正向的20mA的工作电流，结果，发射出波长为约430nm的蓝带光。通过利用常规积分球测量芯片态的亮度，并测出为7mcd。另外，通过近场发射图形发现，发射强度在发光层105的几乎整个表面上是均匀的。这是由于欧姆电极107被设置为与低位错密度的p型磷化硼层106接触。并且因此，抑制了在常规技术中，由于器件工作电流通过位错的短路电流发生的微光点的产生。

从发射波长计算出发光层105的带隙为约2.9eV，并且与构成上覆层的p型磷化硼层106的带隙之差达到约0.7eV。另外，因为欧姆电极107被设置为与具有低位错密度的p型磷化硼层106接触，从而没有发生局部击穿。因此，提供了整流特性优异的LED，其中在20mA的正向电流下，正向电压(V_f)为约3V，在10μA的反向电流下，反向电压(V_r)为8V或更大。

如上所述，在该实例中，提供了这样的LED，其不仅具有优异的整流特性，还具有均匀的发光强度。

工业适用性

根据本发明，通过非晶层和与非晶层结合的多晶层构成了磷化硼基化合物半导体层，从而可以提供器件性能优异的磷化硼基化合物半导体器件，所述器件包括宽带隙的磷化硼基化合物半导体层，其室温带隙为3.0eV到小于4.2eV。

Claims (13)

1. 一种磷化硼基化合物半导体器件，包括：

发光层；以及

在所述发光层上提供的由磷化硼基化合物半导体层构成的上覆层，所述磷化硼基化合物半导体层由非晶层和与所述非晶层结合的多晶层构成，

其中所述磷化硼基化合物半导体层的室温带隙为3.0eV至小于4.2eV。

2. 如权利要求1所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中所述多晶层的室温带隙小于所述非晶层的室温带隙。

3. 如权利要求1所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中所述非晶层在所述发光层上形成。

4. 如权利要求1所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中所述非晶层和所述多晶层都是不特意掺杂的未掺杂层。

5. 如权利要求1所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中提供由III族氮化物半导体层构成的所述发光层与由所述磷化硼基化合物半导体层构成的所述上覆层结合。

6. 如权利要求5所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中所述III族氮化物半导体层作为所述发光层包括由组分公式Al_αGa_βIn_γN或Al_αGa_βIn_γN_δM_1-δ表示的化合物，其中0≤α，β，γ≤1，α+β+γ＝1，0＜δ≤1，以及M是除氮以外的V族元素。

7. 如权利要求6所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中所述磷化硼基化合物半导体层作为所述上覆层包括磷化硼，以及所述III族氮化物半导体层作为所述发光层包括氮化镓。

8. 如权利要求5所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中所述磷化硼基化合物半导体层作为所述上覆层是p型导电层，所述III族氮化物半导体层作为所述发光层是n型导电层，以及所述磷化硼基化合物半导体层与所述III族氮化物半导体层结合以构成pn结结构。

9. 如权利要求1所述的磷化硼基化合物半导体器件，其中提供欧姆接触或整流电极与所述磷化硼基化合物半导体层结合。

10. 一种制造磷化硼基化合物半导体器件的方法，所述方法是用于制造如权利要求1所述的磷化硼基化合物半导体器件的方法，所述方法包括以下步骤：在250至1200℃的温度下气相生长非晶层，以及在750至1200℃的温度下气相生长多晶层。

11. 如权利要求10所述的用于制造磷化硼基化合物半导体器件的方法，其中在相同的温度下气相生长所述非晶层和所述多晶层，并在气相生长所述非晶层时将V/III比设为0.2至50，而在气相生长所述多晶层时将所述V/III比设为100至500。

12. 如权利要求10所述的用于制造磷化硼基化合物半导体器件的方法，其中所述非晶层的气相生长速度为50至80nm/分钟，以及所述多晶层的气相生长速度为20至40nm/分钟。

13. 一种包括叠层结构的发光二极管，所述叠层结构通过依次层叠下覆层、发光层以及上覆层获得，其中所述发光层是III族氮化物半导体层，所述上覆层是磷化硼基化合物半导体层，所述磷化硼基化合物半导体层包括非晶层和与所述非晶层结合的多晶层，并具有3.0eV至小于4.2eV的室温带隙。

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