JP2003229599A - リン化硼素系半導体素子、その製造方法、発光ダイオードおよびリン化硼素系半導体層 - Google Patents
リン化硼素系半導体素子、その製造方法、発光ダイオードおよびリン化硼素系半導体層Info
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Abstract
を安定して含む多結晶のリン化硼素系半導体層を備える
ことにより、特性の向上したリン化硼素系半導体素子を
提供する。 【解決手段】基板を、表面を{111}結晶面とする
{111}−Si単結晶とし、その上に積層するリン化
硼素系半導体層を、{111}結晶面からなる底面を有
し、且つ{111}結晶面と等価な面で囲まれた、複数
の四角錘状のリン化硼素系半導体結晶の単結晶体を集合
させた多結晶層から構成するものとし、さらに単結晶体
は基板の<110>結晶方向に対して60度の角度で傾
いた双晶境界面を有するものとする。
Description
晶(シリコン)基板上に形成した、リン化硼素系半導体
素子を得るに好適となるリン化硼素系半導体層の結晶構
成と、それを具備したリン化硼素系半導体素子に関す
る。
とを構成元素として含むリン化硼素系半導体の一種であ
るリン化硼素(BP)を利用して発光ダイオード(LE
D)或いはレーザダイオード(LD)等の半導体発光素
子を形成する技術が知れている(米国特許第6、06
9、021号参照)。従来のリン化硼素系半導体発光素
子は、例えば、珪素単結晶(シリコン)からなる基板上
に形成されたリン化硼素層を緩衝層として含む積層構造
体を用いて構成されている(上記の米国特許第6、06
9、021号参照)。最近では、ワイドバンドギャップ
のリン化硼素層を障壁(クラッド)層とするpn接合型
二重ヘテロ構造を発光部を備えた半導体発光素子用途の
積層構造体も発明されている(特願2001−1582
82号参照)。
をなす結晶面と同一の結晶面からなるリン化硼素の単結
晶層が成長することが判明している。例えば表面を{1
00}結晶面とする{100}−Si単結晶基板上に
は、基板表面に平行に積重した{100}結晶面からな
るリン化硼素単結晶層が成長するのが知れている(庄野
克房著、「半導体技術(上)」(1992年6月25
日、(財)東京大学出版会発行第9刷、77頁参照)。
また、シリコン基板上には、双晶(twinning)
を全く含まないリン化硼素単結晶層が成長できることも
知れている(上記の「半導体技術(上)」、98頁参
照)。一方では双晶を含む{100}-リン化硼素単結
晶層も得られるのが知れている(上記の「半導体技術
(上)」、99〜100頁参照)。
ころでは、リン化硼素層に含まれる双晶は、結晶格子間
の不整合率を緩和する様な特徴をもっているとされる
(上記の「半導体技術(上)」、100頁参照)。従っ
て、双晶を含むリン化硼素系半導体層を利用すれば特
性、例えば、発光強度に優れるLEDを得るに貢献でき
る。しかし、従来技術が開示する如く、双晶を含むリン
化硼素系半導体層を安定して得るのは困難となってい
る。即ち、従来は双晶を安定して含むリン化硼素系半導
体層を製造するための要件が明かとなってはいないた
め、例えば、発光の強度に優れる発光素子を安定して獲
得するに支障を来している。
できる結晶構成からなるリン化硼素系半導体層を提供す
ることを目的とする。また、本発明では、特定の結晶方
向を双晶面とする双晶を安定して含む多結晶のリン化硼
素系半導体層を備えることにより、特性の向上したリン
化硼素系半導体素子を提供する。ここで本発明の目的と
する結晶構造からなるリン化硼素系半導体層とは、従来
の膜状の単結晶からなるのではなく、双晶境界面(双晶
面)(C.W.バン著、「化学結晶学」(昭和45年6
月15日、(株)培風館発行初版、75〜76頁参照)
の結晶方向を相違する単結晶体を集合させてなる多結晶
からなるリン化硼素系半導体層である。
珪素(Si)単結晶からなる基板と、該基板の表面上に
形成された、基板の表面を構成する結晶面と同一の結晶
面を有するリン化硼素系半導体結晶からなるリン化硼素
系半導体層とを備えたリン化硼素系半導体素子に於い
て、前記の基板が、表面を{111}結晶面とする{1
11}−Si単結晶からなり、前記のリン化硼素系半導
体層は、基板の{111}結晶面に平行に配列したリン
化硼素系半導体結晶の{111}結晶面からなる底面を
有し、且つ{111}結晶面と等価な面で囲まれた、複
数の四角錘状のリン化硼素系半導体結晶の単結晶体を集
合させた多結晶層から構成され、さらに該単結晶体が、
基板の<110>結晶方向に対して60度の角度で傾い
た双晶境界面を有することを特徴とするリン化硼素系半
導体素子。である。
導体層の上にIII−V族化合物半導体層が積層されて
形成された異種(ヘテロ)接合を有し、該III−V族
化合物半導体層が、リン化硼素系半導体層をなす単結晶
体の表面に交差する結晶面の面間隔(格子間隔)に一致
する間隔で配列した結晶面から構成されることを特徴と
する上記(1)に記載のリン化硼素系半導体素子。
(3)前記リン化硼素系半導体結晶の単結晶体が、単量
体のリン化硼素(boron monophosphi
de)結晶からなることを特徴とする上記(1)または
(2)に記載のリン化硼素系半導体素子。
導体層を、{111}−Si単結晶基板上に950℃以
上1100℃以下の温度に於いて、有機金属熱分解気相
成長法(MOCVD法)により、成長速度を毎分20n
m以上60nm以下として形成することを特徴とする上
記(1)ないし(3)に記載のリン化硼素系半導体素子
の製造方法。(5)前記リン化硼素系半導体層を、{1
11}−Si単結晶基板上に1025℃以上1075℃
以下の温度に於いて、有機金属熱分解気相成長法(MO
CVD法)により、成長速度を毎分30nm以上40n
m以下として形成することを特徴とする上記(4)に記
載のリン化硼素系半導体素子の製造方法。である。
(3)に記載のリン化硼素系半導体素子からなる発光ダ
イオード。である。
からなる基板の表面上に形成された、基板の表面を構成
する結晶面と同一の結晶面を有するリン化硼素系半導体
結晶からなるリン化硼素系半導体層に於いて、前記の基
板が、表面を{111}結晶面とする{111}−Si
単結晶からなり、前記のリン化硼素系半導体層は、基板
の{111}結晶面に平行に配列したリン化硼素系半導
体結晶の{111}結晶面からなる底面を有し、且つ
{111}結晶面と等価な面で囲まれた、複数の四角錘
状のリン化硼素系半導体結晶の単結晶体を集合させた多
結晶層から構成され、さらに該単結晶体が、基板の<1
10>結晶方向に対して60度の角度で傾いた双晶境界
面を有することを特徴とするリン化硼素系半導体層。で
ある。
層は{111}結晶面を表面とするSi単結晶基板(本
明細書では、{111}−Si単結晶基板と記載す
る。)上に好適に形成できる。ダイヤモンド(diam
ond)結晶構造型のSi単結晶の{111}結晶面に
は、{100}或いは{110}結晶面よりも密に珪素
原子が存在している。従って、{111}−Si単結晶
基板では、その上に堆積するリン化硼素系半導体層の構
成元素の基板内部への拡散、浸透を抑制できる利点があ
り、明瞭な接合界面を構成するに効果を奏する。導電性
を有する{111}−Si単結晶基板ではまた、裏面に
正負、何れかの極性のオーミック(Ohmic)性電極
を裏面電極して敷設でき、例えば、発光素子を簡便に構
成するに効果を上げられる。特に、抵抗率を1ミリオー
ム(mΩ)以下、より望ましくは0.1mΩ以下とする
低い比抵抗(抵抗率)の導電性単結晶基板は、順方向電
圧(所謂、Vf)の低いLEDをもたらすに貢献する。
また、放熱性に優れるため安定した発振をもたらすLD
を構成するに有効となる。
積層する多結晶層のリン化硼素系半導体層は、硼素
(B)とリン(P)とを構成元素として含む例えば、B
αAlβGaγIn1- α - β - γP1- δAsδ層(0<α
≦1、0≦β<1、0≦γ<1、0<α+β+γ≦1、
0≦δ<1)とする。また、例えば、BαAlβGaγ
In 1- α - β - γP1- δNδ(0<α≦1、0≦β<1、
0≦γ<1、0<α+β+γ≦1、0≦δ<1)から構
成する。単量体のリン化硼素(boron monop
hosphide:BP)は、構成元素が硼素(B)と
リン(P)のみであり、多元混晶よりも構成元素が少な
く成膜が容易であるという利点があるため特に好まし
い。また、例えば、有機金属熱分解気相成長(MOCV
D)手段に依り、成長速度を毎分2nm以上で30nm
以下とし、リン等のV族元素と硼素等のIII族元素の
原料の供給比率(所謂、V/III比)を15以上で6
0以下の範囲として成長したリン化硼素は、室温での禁
止帯幅を約3eVとするワイドバンドギャップ(wid
e bandgap)半導体となる。この様な禁止帯幅
の広いリン化硼素半導体層は例えば、発光素子にあっ
て、発光層に対する障壁(clad)層として利用でき
る。
明では、複数のリン化硼素系半導体結晶からなる単結晶
体を集合させて構成する。本発明に係わる多結晶層を構
成する単結晶体の形状を図1に模式的に示す。{11
1}−Si単結晶基板11上の各単結晶体13は、周囲
をリン化硼素系半導体結晶の{111}結晶面と等価な
面とする正四角錘体13b或いは正四角錘体の頂部を
{111}結晶面とする四角錐状体13cの外形をなし
ている。各単結晶体13の底面13aは、{111}−
Si単結晶基板の{111}結晶面に平行に配置された
リン化硼素系半導体結晶の{111}結晶面からなる。
底面13aとは、{111}−Si単結晶基板11の表
面に接地している結晶面である。
示す如く、上記の複数の四角錐状の単結晶体13を相互
に結合させて構成されている。各単結晶体13は接合面
16を介して互いに連結している。各単結晶体13の内
部には、双晶15を存在させてある。各単結晶体13の
内部に含ませた双晶面14の存在する方向が画一的に一
定ではないため、その様な異なる結晶方向に双晶を含む
各々の単結晶体13から構成されているリン化硼素系半
導体層を、本発明では多結晶層と称している。本発明で
は特に、基板をなす{111}−Si単結晶の<110
>結晶方向に対し角度にして60度(°)の方向に双晶
面を規則的に含ませた単結晶体13を集合させて多結晶
層を構成する。ここで云う双晶面とは、具体的には、リ
ン化硼素系半導体結晶の{111}結晶面に等価な面で
ある。即ち、{111}、{−1.−1.−1.}、
{1.−1.1.}等の結晶面である。また、双晶面
は、四角錘状の単結晶体13の周囲を構成するリン化硼
素系半導体結晶の何れかの{111}結晶面に平行とな
っているのが特徴である。リン化硼素系半導体結晶の
{111}結晶面を双晶面14とする双晶15の発生に
因り、Si単結晶基板とリン化硼素系半導体結晶との格
子ミスマッチに起因するミスミット(misfit)転
位の発生、伝搬を効果的に抑制できる。リン化硼素系半
導体結晶では、{111}結晶面を双晶面とする双晶
は、他の結晶面を双晶面とする双晶に比較して安定して
且つ容易に形成することができる。従って、リン化硼素
系半導体結晶の{111}結晶面を双晶面とする双晶を
含む単結晶体を集合させて多結晶層を構成すれば、ミス
フィット転位の伝搬を安定して抑制するに効力を発揮で
きる。
り撮像された電子線回折図形(パターン)上の異常回折
斑点(spot)の有無より知れる(坂 公恭著、「結
晶電子顕微鏡学」、1997年11月25日、(株)内
田老鶴圃発行第1版、111〜113頁参照)。また、
入射電子線をリン化硼素系半導体層の<110>結晶方
向に平行として撮像した回折図形上の<110>結晶方
向と双晶に起因する回折斑点とのなす角度を計測すれ
ば、<110>結晶方向と双晶とがなす角度を知ること
ができる。因みに、双晶はまた、一種の積層欠陥(st
acking fault)と見なすこともできる(上
記の「結晶電子顕微鏡学」、112頁参照)。
させた多結晶層を得るには、成膜時の条件を精密に制御
する必要がある。特に、{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結晶からなる四角錘状
の単結晶体は、例えば、トリエチル硼素((C2H5)3
B)/ホスフィン(PH3)/水素(H2)を原料系とす
る常圧の有機金属熱分解気相成長法(MOCVD法)に
よって、成長温度を精密に制御して形成する。上記MO
CVD手段にあって、リン化硼素系半導体多結晶層、特
に、単量体のリン化硼素の多結晶層を得るに好適な温度
の範囲は、950℃以上1100℃以下さらに好ましく
は1025℃〜1075℃の範囲である。インジウム
(In)を含むリン化硼素系半導体多結晶層の形成に
は、より低温の約950℃〜約1000℃が好適であ
る。アルミニウム(Al)を構成元素として含むリン化
硼素系半導体多結晶層は、比較的に高温の約1050℃
〜1100℃が好適である。約1200℃を越える高温
では、BP6、B13P2等のリン化硼素多量体が発生し易
くなり、組成的に均質なリン化硼素系半導体層を得るに
不都合となる。
形成するには、成長の速度を毎分20nmから毎分60
nmの範囲とするのが望ましい。単量体のリン化硼素
(BP)にあっては、毎分30nm〜40nmの成長の
速度が特に好適である。60nmを越える速度で成長さ
せた単結晶体には、多量の双晶(積層欠陥)に加え、点
欠陥や転位等の他の結晶欠陥の密度が急激に増加する不
都合を生じ、結晶性に優れる多結晶層を得るに困難を来
す。逆に、成長速度を小さくすると、即ち、所望の層厚
のリン化硼素系半導体層を得るにより長時間を要する状
況とすると、成長時に於いて構成元素のリン(P)の揮
散する機会が増す。このため、20nm/分未満の小さ
な成長速度は、リン(P)の蒸発、揮散に起因するリン
化硼素系半導体層の構成元素間での化学的な当量比の不
均衡が急激に発生する。化学量論的に不均衡な組成のリ
ン化硼素系化合物半導体層には、点欠陥が多量に含まれ
ているため本発明に係わる多結晶層とするには不適であ
る。
ば、基板のSi単結晶と単結晶体を構成するリン化硼素
系半導体との格子ミスマッチに起因して発生するミスフ
ィット転位の伝搬を抑制する作用を有する。例えば、S
i基板と単結晶体との接合界面から発生したミスフィッ
ト転位は、単結晶体の内部に在る双晶により吸収され、
より上方への伝搬を抑制する作用を有する。これに依
り、単結晶体の上部に至るまで貫通する貫通転位の密度
は減ぜられる。
単結晶体を得るには、Si単結晶基板とリン化硼素系半
導体層との中間に緩衝層を設ける技術手段も有効とな
る。緩衝層は、非晶質または多結晶のリン化硼素系化合
物半導体層から構成するのが好適である。非晶質または
多結晶の緩衝層は、基板をなすSi単結晶との格子不整
合性を緩和して、ミスフィット転位等の結晶欠陥密度の
小さいリン化硼素系半導体層をもたらすに効果を発揮す
る。また、特に、緩衝層をリン化硼素系半導体から構成
すると、硼素とリンは成長を促進する「成長核」として
作用するため、その上に連続性のあるリン化硼素系半導
体層を形成するに効果を奏する。緩衝層をリン化硼素か
ら構成する場合、層厚は約1nm以上で50nm以下、
更には2nm以上で15nm以下とするのが好ましい。
多結晶層の表層部は、下方のSi単結晶基板側から貫通
して来るミスフィト転位が少なく、結晶性に優れる領域
となっている。従って、本発明の構成からなるリン化硼
素系半導体多結晶層上には、結晶性に優れる堆積層を成
長させることができる。特に、堆積層を、多結晶層の表
面をなすリン化硼素系半導体の単結晶体の表面に交差す
る結晶格子の面間隔(格子間隔)と同一の間隔に配列し
た結晶面から構成される結晶層とすると、ミスフィット
転位の少ない結晶性に優れる結晶層を得るに効果を上げ
られる。図3に模式的に示す如く、単結晶体の{11
1}結晶面からなる表面17に交差する低次のミラー指
数{hkl}面には、h=k=l=1の{111}の
他、{110}、{100}結晶面等がある。これら
{hkl}結晶面の単結晶体の{111}結晶面表面に
於ける間隔(=d)は、立方晶閃亜鉛鉱結晶のリン化硼
素系半導体結晶にあっては、d(Å)=a/{(h2+
k2+l2)1/2・sinθ}で与えられる。a(Å)は
リン化硼素系半導体結晶の格子定数であり、θは{11
1}結晶表面17とそれに交差する結晶面とがなす角度
(°)である。例えば、リン化硼素(BP)多結晶層の
表面上に、その表面を構成するBP単結晶体13の{1
11}結晶面と直角に交差する{110}結晶面と格子
間隔(≒3.21Å)に一致する、六方晶の(1.0.
0.0.)結晶面を配列したウルツ鉱結晶型(Wurt
zite)の窒化ガリウム・インジウム混晶(Ga0.94
In0.06N)結晶層を堆積する例が上げられる。この様
な結晶性に優れる結晶層は、例えば、発光素子にあっ
て、高強度の発光をもたらす発光層として好適に利用で
きる。
晶層を利用すれば、リン化硼素系半導体素子として例え
ばLEDを構成できる。LEDは例えば、p形{11
1}−Si単結晶基板と、基板上に硼素(B)とリン
(P)とを含む非晶質の緩衝層を介して成長した本発明
に係わるp形リン化硼素(BP)多結晶層と、多結晶層
上のn形発光層と、発光層上の成長させた本発明に係わ
るn形リン化硼素(BP)多結晶層とを備えた積層構造
体を基に構成できる。室温での禁止帯幅を約3eVとす
るリン化硼素の単結晶体から構成される多結晶層は、発
光層を挟持するクラッド(clad)層として利用でき
る。発光層はGaXIn1-XN(0≦X≦1)或いはリン
化窒化ガリウム(GaN1-YPY:0<Y≦1)等からな
る井戸(well)層を備えた単一或いは多重の量子井
戸(Quantum Well)構造から構成すること
もできる。因みに、井戸層に対するバリア(barri
er)層は窒化アルミニウム・ガリウム(AlXGa1-X
N:0≦X≦1)やGaN1-ZPZ(0≦Z<1、Z<
Y)等から構成できる。上記の積層構造体の表層をなす
n形リン化硼素多結晶層にn形オーミック(Ohmi
c)電極を設け、また、p形Si単結晶基板の裏面にp
形オーミック電極を配置して、pn接合型ヘテロ構造の
LEDを構成できる。
抗の{111}−Si単結晶基板と、基板上に硼素
(B)とリン(P)とを含む多結晶の緩衝層を介して成
長した酸素(O)が添加された高抵抗のリン化硼素多結
晶層と、多結晶層上に高純度のn形窒化ガリウム(Ga
N)層を活性層(電子走行層)として備えた積層構造体
からは、ヘテロ接合型の電界効果トランジスタ(FE
T)等の電子デバイスを構成できる。FETは、活性層
上にショットキー(Schottky)接合型のゲート
(gate)電極を、また活性層上に積層したn形コン
タクト層の表面のゲート電極を挟んで対向する位置にソ
ース(source)及びドレイン(drain)オー
ミック電極を、それぞれ設けて構成する。
を含む単結晶体は、Si単結晶基板とリン化硼素系半導
体との格子ミスマッチに起因するミスフィット転位の上
方への伝搬を抑制する作用を有する。
結晶層からなるリン化硼素(BP)層を備えた積層構造
体からLEDを作製した例を用いて、本発明を具体的に
説明する。
を図4に示す。また、図4に示す破線X−X’に沿った
LED1Bの断面模式図を図5に示す。
(B)ドープでp形の(111)面から2°オフ(of
f)した面を有する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MO
CVD法により、350℃で、as−grown状態で
非晶質を主体とするリン化硼素からなる緩衝層102を
堆積した。緩衝層102の層厚は約10nmとした。
D気相成長手段を利用して、1050℃で多結晶層から
なるp形のリン化硼素(BP)層103を積層した。成
長速度は毎分40nmに設定した。p形リン化硼素層1
03のキャリア濃度は1×10 19cm-3とし、また、層
厚は約400nmとした。p形リン化硼素層103の室
温での禁止帯幅は大凡、3.0eVであった。
面TEM像と電子線回折図形から、p形リン化硼素層1
03の内部の結晶構造を解析した。図6にSi単結晶基
板101の<110>結晶方向に平行に電子線を入射さ
せて得たp形リン化硼素層103の回折パターンの模写
図を示す。図6に示す様に、多結晶層からなるp形リン
化硼素層103をなす各単結晶体103aの{111}
結晶面に由来する回折斑点19は、<111>結晶方向
に平行に、Si単結晶基板101の(111)結晶面に
由来する回折斑点20に隣接して位置していた。これよ
り、単結晶体103aは、Si単結晶基板表面の<11
1>結晶方向に平行に、リン化硼素の{111}結晶面
が積重した結晶体であるのが示された。また、図6の回
折図形に示す如く、基板101のSi単結晶の<111
>結晶方向に整列した単結晶体103aの回折斑点を点
対称の中心として、近隣に{111}結晶面を双晶面と
する双晶からの回折斑点21も確認された。これより、
単結晶体103aは{111}結晶面を双晶面とする双
晶を含んでいると確認された。双晶に起因する回折斑点
21の位置から、双晶面はBP結晶の<110>結晶方
向に対し角度にして60度の方向に存在しているのが示
された。
メチルガリウム((CH3)3Ga)/トリメチルインジ
ウム((CH3)3In/アンモニア(NH3)/H2系常
圧MOCVD法により、850℃で六方晶のn形の窒化
ガリウム・インジウム(Ga0. 90In0.10N)からなる
発光層104を積層した。発光層104の層厚は約10
nmとした。
なるアンドープでn形のリン化硼素層105を積層させ
た。n形リン化硼素層105は、上記のMOCVD気相
成長手段を利用して、1050℃で積層した。成長速度
は毎分30nmに設定した。n形リン化硼素層105
は、上記のp形リン化硼素層103と同様に、BPの
(111)結晶面からなる正四面体状の単結晶体105
aの集合体から構成されるものとなった。n形リン化硼
素層のキャリア濃度は8×1018cm-3とし、また、層
厚は約300nmとした。n形リン化硼素層105の室
温での禁止帯幅は大凡、3.0eVであった。
05をなす各単結晶体105aの{111}結晶面は、
(111)−Si単結晶基板101の<111>結晶方
向に平行に配列していた。また、単結晶体105aの内
部には、BP結晶の{111}結晶面を双晶面とする双
晶の存在が確認された。双晶面はBP結晶の<110>
結晶方向に対し角度にして60度の方向に存在した。
形リン化硼素層103及びn形リン化硼素層105と、
それに同一の格子面間隔を有する材料からなる発光層1
04とからpn接合型ダブルヘテロ(DH)構造の発光
部106を構成した。
は、台座電極を兼ねる円形のn形オーミック電極107
を配置した。n形オーミック電極107は、金(Au)
・ゲルマニウム(Ge)合金/ニッケル(Ni)/金の
真空蒸着膜を重層させた多層構造から構成した。n形オ
ーミック電極107の直径は約120μmとした。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108を配置してLED1Bを構成
した。p形のオーミック電極108は、アルミニウム
(Al)真空蒸着膜から構成した。Si単結晶基板10
1を[211]方向に平行及び垂直な方向に裁断して、
一辺を約300μmとする正方形のLED1Bとした。
を結線した後、n形オーミック電極107及びp形オー
ミック電極108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て発光特性を調査した。発
光中心波長は約420nmとなった。発光スペクトルの
半値幅(FWHM)は32nmとなった。本発明では、
ミスフィット転位の密度の低いp形リン化硼素層103
を下地層として発光層104を形成する構成としたた
め、発光領域には非発光の暗線(dark line)
(米津、宏雄著、「光通信素子工学−発光・受光素子」
(平成7年5月20日、工学図書(株)発行5版、15
5〜156頁参照)は視認されず、発光領域の全面から
略均等の強度の発光がもたらされた。このため、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)となり、高発光強
度のLEDが提供されることとなった。また、LED1
Bの電流−電圧(I−V)特性には、転位の影響に因る
局所的な耐圧不良(localbreakdown)の
発生は認められず、本発明の構成からは、良好なpn接
合特性(整流性)を呈するpn接合型の発光部106が
もたらされることが示された。I−V特性から求めた順
方向電圧(所謂、Vf)は3.6V(順方向電流=20
mA)で、また、逆方向電圧は6V(逆方向電流=10
μA)であり、高耐圧であるLEDが提供された。
とするSi単結晶基板上に設けるリン化硼素系半導体層
を、ミスフィット転位を吸収して、転位の伝搬を抑制で
きる双晶を含む単結晶体を集合させた多結晶層から構成
することとしたので、転位密度の少ない結晶性に優れる
リン化硼素系半導体層を構成することができ、これを利
用すれば特性に優れるリン化硼素系半導体素子、例え
ば、発光強度、整流性及び耐圧性に優れるリン化硼素系
半導体発光素子を提供できる効果がある。
状を示す模式図である。
である。
1}結晶面に交差する結晶面を表す模式図である。
る。
図である。
折パターンの模写図である。
Claims (7)
- 【請求項1】珪素(Si)単結晶からなる基板と、該基
板の表面上に形成された、基板の表面を構成する結晶面
と同一の結晶面を有するリン化硼素系半導体結晶からな
るリン化硼素系半導体層とを備えたリン化硼素系半導体
素子に於いて、前記の基板が、表面を{111}結晶面
とする{111}−Si単結晶からなり、前記のリン化
硼素系半導体層は、基板の{111}結晶面に平行に配
列したリン化硼素系半導体結晶の{111}結晶面から
なる底面を有し、且つ{111}結晶面と等価な面で囲
まれた、複数の四角錘状のリン化硼素系半導体結晶の単
結晶体を集合させた多結晶層から構成され、さらに該単
結晶体が、基板の<110>結晶方向に対して60度の
角度で傾いた双晶境界面を有することを特徴とするリン
化硼素系半導体素子。 - 【請求項2】前記リン化硼素系半導体層の上にIII−
V族化合物半導体層が積層されて形成された異種(ヘテ
ロ)接合を有し、該III−V族化合物半導体層が、リ
ン化硼素系半導体層をなす単結晶体の表面に交差する結
晶面の面間隔(格子間隔)に一致する間隔で配列した結
晶面から構成され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。 - 【請求項3】前記リン化硼素系半導体結晶の単結晶体
が、単量体のリン化硼素(boron monopho
sphide)結晶からな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。 - 【請求項4】前記リン化硼素系半導体層を、{111}
−Si単結晶基板上に950℃以上1100℃以下の温
度に於いて、有機金属熱分解気相成長法(MOCVD
法)により、成長速度を毎分20nm以上60nm以下
として形成することを特徴とする請求項1ないし3に記
載のリン化硼素系半導体素子の製造方法。 - 【請求項5】前記リン化硼素系半導体層を、{111}
−Si単結晶基板上に1025℃以上1075℃以下の
温度に於いて、有機金属熱分解気相成長法(MOCVD
法)により、成長速度を毎分30nm以上40nm以下
として形成することを特徴とする請求項4に記載のリン
化硼素系半導体素子の製造方法。 - 【請求項6】請求項1ないし3に記載のリン化硼素系半
導体素子からなる発光ダイオード。 - 【請求項7】珪素(Si)単結晶からなる基板の表面上
に形成された、基板の表面を構成する結晶面と同一の結
晶面を有するリン化硼素系半導体結晶からなるリン化硼
素系半導体層に於いて、前記の基板が、表面を{11
1}結晶面とする{111}−Si単結晶からなり、前
記のリン化硼素系半導体層は、基板の{111}結晶面
に平行に配列したリン化硼素系半導体結晶の{111}
結晶面からなる底面を有し、且つ{111}結晶面と等
価な面で囲まれた、複数の四角錘状のリン化硼素系半導
体結晶の単結晶体を集合させた多結晶層から構成され、
さらに該単結晶体が、基板の<110>結晶方向に対し
て60度の角度で傾いた双晶境界面を有することを特徴
とするリン化硼素系半導体層。
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