JP2000216164A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 III 族窒化物よりなる半導体層から、該半導
体層に欠陥を生じさせることなく、短時間で且つ確実に
低抵抗のｐ型層を得られるようにする。 【解決手段】 まず、サファイアよりなる基板１１上
に、ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１３、ＡｌＧａＮ
よりなるｎ型クラッド層１４、ＩｎＧａＮよりなる活性
層１５、ＡｌＧａＮよりなる第１のＭｇドープ層１６Ａ
及びＧａＮよりなる第２のＭｇドープ層１７Ａを順次成
長させる。その後、第２のＭｇドープ層１７Ａを形成し
た基板１１を窒素プラズマに４０分間程度さらす。その
結果、第１のＭｇドープ層１６Ａ及び第２のＭｇドープ
層１７ＡにドープされたアクセプタとなるＭｇが活性化
することにより、第１のＭｇドープ層１６Ａ及び第２の
Ｍｇドープ層１７Ａから、それぞれ、低抵抗で且つ結晶
性に優れるｐ型クラッド層１６Ｂ及びｐ型コンタクト層
１７Ｂを得ることができる。
体層に欠陥を生じさせることなく、短時間で且つ確実に
低抵抗のｐ型層を得られるようにする。 【解決手段】 まず、サファイアよりなる基板１１上
に、ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１３、ＡｌＧａＮ
よりなるｎ型クラッド層１４、ＩｎＧａＮよりなる活性
層１５、ＡｌＧａＮよりなる第１のＭｇドープ層１６Ａ
及びＧａＮよりなる第２のＭｇドープ層１７Ａを順次成
長させる。その後、第２のＭｇドープ層１７Ａを形成し
た基板１１を窒素プラズマに４０分間程度さらす。その
結果、第１のＭｇドープ層１６Ａ及び第２のＭｇドープ
層１７ＡにドープされたアクセプタとなるＭｇが活性化
することにより、第１のＭｇドープ層１６Ａ及び第２の
Ｍｇドープ層１７Ａから、それぞれ、低抵抗で且つ結晶
性に優れるｐ型クラッド層１６Ｂ及びｐ型コンタクト層
１７Ｂを得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、III 族窒化物半導
体により構成される半導体装置の製造方法に関する。
体により構成される半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般式がＡｌx Ｇａ1-x-y Ｉｎy Ｎ（但
し、ｘ及びｙは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１
である。）で表わされるIII 族窒化物半導体は、バンド
ギャップエネルギーが１．９ｅＶ〜６．２ｅＶ程度の直
接遷移型のバンド構造を有し、且つ、耐熱性に優れてい
る。現在、このIII 族窒化物半導体を用いた半導体装置
の研究及び開発が盛んに行なわれている。例えば、主に
窒化ガリウムを含む化合物半導体により構成される半導
体発光装置は、次世代の高密度光ディスク用の光源又は
フルカラーＬＥＤディスプレイ用の光源として、ますま
す注目を集めている。
し、ｘ及びｙは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１
である。）で表わされるIII 族窒化物半導体は、バンド
ギャップエネルギーが１．９ｅＶ〜６．２ｅＶ程度の直
接遷移型のバンド構造を有し、且つ、耐熱性に優れてい
る。現在、このIII 族窒化物半導体を用いた半導体装置
の研究及び開発が盛んに行なわれている。例えば、主に
窒化ガリウムを含む化合物半導体により構成される半導
体発光装置は、次世代の高密度光ディスク用の光源又は
フルカラーＬＥＤディスプレイ用の光源として、ますま
す注目を集めている。
【０００３】III 族窒化物半導体よりなる発光装置の動
作特性を向上させるには、ｐ型導電性を有し且つ低抵抗
の半導体層をどのようにして形成するかが極めて重要と
なる。
作特性を向上させるには、ｐ型導電性を有し且つ低抵抗
の半導体層をどのようにして形成するかが極めて重要と
なる。
【０００４】以下、従来のｐ型半導体層形成方法とそれ
を用いた半導体装置について図面を参照しながら説明す
る。
を用いた半導体装置について図面を参照しながら説明す
る。
【０００５】図１０は従来の半導体装置の部分的な断面
構成を示している。図１０に示すように、サファイアよ
りなる基板１０１上には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）
又は窒化ガリウム（ＧａＮ）よりなるバッファ層１０２
と、アンドープのＧａＮよりなる第１の半導体層１０３
と、アクセプタとなるマグネシウム（Ｍｇ）がドープさ
れたｐ型のＧａＮよりなる第２の半導体層１０４とが順
次形成されている。第２の半導体層１０４上には、ニッ
ケル（Ｎｉ）層１０５ａ及び金（Ａｕ）層１０５ｂより
なるｐ側電極１０５が形成されている。ここでは、第２
の半導体層１０４の形成方法にのみ言及するため、ｎ側
電極は省略している。
構成を示している。図１０に示すように、サファイアよ
りなる基板１０１上には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）
又は窒化ガリウム（ＧａＮ）よりなるバッファ層１０２
と、アンドープのＧａＮよりなる第１の半導体層１０３
と、アクセプタとなるマグネシウム（Ｍｇ）がドープさ
れたｐ型のＧａＮよりなる第２の半導体層１０４とが順
次形成されている。第２の半導体層１０４上には、ニッ
ケル（Ｎｉ）層１０５ａ及び金（Ａｕ）層１０５ｂより
なるｐ側電極１０５が形成されている。ここでは、第２
の半導体層１０４の形成方法にのみ言及するため、ｎ側
電極は省略している。
【０００６】ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍ
ｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチ
ウム（Ｓｒ）又はベリリウム（Ｂｅ）等が用いられる
が、特に、ＭｇとＺｎとが一般に用いられる。
ｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチ
ウム（Ｓｒ）又はベリリウム（Ｂｅ）等が用いられる
が、特に、ＭｇとＺｎとが一般に用いられる。
【０００７】一般に、第２の半導体層１０４にｐ型不純
物をドープしただけでは、ドープされたｐ型不純物はア
クセプタとしてほとんど機能しない。従って、第２の半
導体層１０４は、抵抗率が１×１０8 Ωｃｍ以上の高抵
抗型、すなわち真性（ｉ型）の結晶となる。これは、第
２の半導体層１０４を成長させる際に、窒素源として用
いられるアンモニア（ＮＨ3 ）ガスの分解等により発生
する水素がｐ型不純物であるＭｇやＺｎ等と結合するこ
とにより、アクセプタとしての機能を阻害してしまうた
めであると考えられている。
物をドープしただけでは、ドープされたｐ型不純物はア
クセプタとしてほとんど機能しない。従って、第２の半
導体層１０４は、抵抗率が１×１０8 Ωｃｍ以上の高抵
抗型、すなわち真性（ｉ型）の結晶となる。これは、第
２の半導体層１０４を成長させる際に、窒素源として用
いられるアンモニア（ＮＨ3 ）ガスの分解等により発生
する水素がｐ型不純物であるＭｇやＺｎ等と結合するこ
とにより、アクセプタとしての機能を阻害してしまうた
めであると考えられている。
【０００８】そこで、ドープされたｐ型不純物をアクセ
プタとして機能（活性化）させるｐ型半導体層形成方法
として、いくつかの方法が提案されている。
プタとして機能（活性化）させるｐ型半導体層形成方法
として、いくつかの方法が提案されている。
【０００９】第１の方法として、特公平６−９２５８号
公報に開示されているような、ｐ型不純物がドープされ
た第２の半導体層１０４に電子線を照射する方法があ
る。
公報に開示されているような、ｐ型不純物がドープされ
た第２の半導体層１０４に電子線を照射する方法があ
る。
【００１０】第２の方法として、特開平８−２１３６５
６号公報に開示されているような、第２の半導体層１０
４を不活性ガス雰囲気中において温度が８００℃程度の
加熱処理をする方法がある。これら第１の方法における
電子線照射による電子の電気エネルギー又は第２の方法
における加熱処理による熱エネルギーによって、ｐ型不
純物であるＭｇ又はＺｎ等と結合した水素が解離し、解
離した水素が第２の半導体層１０４から脱離することに
より、ｐ型不純物がアクセプタとして活性化すると考え
られる。
６号公報に開示されているような、第２の半導体層１０
４を不活性ガス雰囲気中において温度が８００℃程度の
加熱処理をする方法がある。これら第１の方法における
電子線照射による電子の電気エネルギー又は第２の方法
における加熱処理による熱エネルギーによって、ｐ型不
純物であるＭｇ又はＺｎ等と結合した水素が解離し、解
離した水素が第２の半導体層１０４から脱離することに
より、ｐ型不純物がアクセプタとして活性化すると考え
られる。
【００１１】さらに、第３の方法として、特開平６−２
７５８６８号公報には窒素雰囲気において、特開平１０
−１６３５２９号公報には酸素雰囲気において、第２の
半導体層１０４に対してアニールを施すことにより、第
２の半導体層１０４中のＭｇを活性化させる方法が示さ
れている。
７５８６８号公報には窒素雰囲気において、特開平１０
−１６３５２９号公報には酸素雰囲気において、第２の
半導体層１０４に対してアニールを施すことにより、第
２の半導体層１０４中のＭｇを活性化させる方法が示さ
れている。
【００１２】また、第４の方法として、特開平１０−１
４４９６０号公報は、第２の半導体層１０４に対してプ
ラズマアニールを施すことを開示している。
４４９６０号公報は、第２の半導体層１０４に対してプ
ラズマアニールを施すことを開示している。
【００１３】これらのｐ型半導体層形成方法により、抵
抗率が１Ωｃｍ程度の第２の半導体層１０４が得られる
と共に、第２の半導体層１０４との接触抵抗率が１×１
０-3Ωｃｍ2 程度のオーミック特性を有するｐ側電極１
０５を得ることができる。
抗率が１Ωｃｍ程度の第２の半導体層１０４が得られる
と共に、第２の半導体層１０４との接触抵抗率が１×１
０-3Ωｃｍ2 程度のオーミック特性を有するｐ側電極１
０５を得ることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のIII 族窒化物半導体層における各ｐ型半導体層形成
方法はそれぞれ以下に示すような問題がある。
来のIII 族窒化物半導体層における各ｐ型半導体層形成
方法はそれぞれ以下に示すような問題がある。
【００１５】前記の第１の方法は、電子線照射に用いる
電子線のスポット径が精々５０μｍ〜６０μｍ程度であ
るため、例えば大きさが２ｃｍ角程度の基板１０１を用
いる場合には、第２の半導体層１０４の上面の全面に対
して電子線を走査すると、１枚の基板１０１を照射し終
えるのに１０時間以上を要し、量産は困難である。ま
た、複数の基板１０１に対して並行処理を行なうことも
不可能である。
電子線のスポット径が精々５０μｍ〜６０μｍ程度であ
るため、例えば大きさが２ｃｍ角程度の基板１０１を用
いる場合には、第２の半導体層１０４の上面の全面に対
して電子線を走査すると、１枚の基板１０１を照射し終
えるのに１０時間以上を要し、量産は困難である。ま
た、複数の基板１０１に対して並行処理を行なうことも
不可能である。
【００１６】第２又は第３の方法によると、基板温度を
６００℃以上にまで昇温しなければ第２の半導体層１０
４がｐ型の導電性を示さない。一方、基板温度が６００
℃以上となるアニールを行なう場合には、基板１０１
と、窒化ガリウムよりなる第１の半導体層１０３及び第
２の半導体層１０４との間の熱膨張係数が大きく異なる
ため、アニール処理の前後の熱履歴により、第１の半導
体層１０３又は第２の半導体層１０４に欠陥やクラック
が生じる可能性がある。さらに、基板温度を６００℃以
上にまで昇温した場合は、第１の半導体層１０３及び第
２の半導体層１０４から窒素が脱離したり、第２の半導
体層１０４中のＭｇが第１の半導体層１０３に拡散する
熱拡散が生じたりして、半導体層の結晶性を悪化させる
ため、半導体装置の特性が劣化する。
６００℃以上にまで昇温しなければ第２の半導体層１０
４がｐ型の導電性を示さない。一方、基板温度が６００
℃以上となるアニールを行なう場合には、基板１０１
と、窒化ガリウムよりなる第１の半導体層１０３及び第
２の半導体層１０４との間の熱膨張係数が大きく異なる
ため、アニール処理の前後の熱履歴により、第１の半導
体層１０３又は第２の半導体層１０４に欠陥やクラック
が生じる可能性がある。さらに、基板温度を６００℃以
上にまで昇温した場合は、第１の半導体層１０３及び第
２の半導体層１０４から窒素が脱離したり、第２の半導
体層１０４中のＭｇが第１の半導体層１０３に拡散する
熱拡散が生じたりして、半導体層の結晶性を悪化させる
ため、半導体装置の特性が劣化する。
【００１７】第４の方法のプラズマアニールを用いる方
法は、具体的な方法が何も示されていない。
法は、具体的な方法が何も示されていない。
【００１８】本発明は、前記従来の問題を解決し、III
族窒化物よりなる半導体層から、該半導体層に欠陥を生
じさせることなく、短時間で且つ確実に低抵抗のｐ型層
を得られるようにすることを目的とする。
族窒化物よりなる半導体層から、該半導体層に欠陥を生
じさせることなく、短時間で且つ確実に低抵抗のｐ型層
を得られるようにすることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の半導
体装置の製造方法は、基板の上に、不純物を含むIII族
窒化物よりなる半導体層を形成する第１の工程と、基板
の温度を約６００℃以下に保ちながら、半導体層をプラ
ズマにさらすことにより、半導体層の導電型をｐ型とす
る第２の工程とを備えている。
体装置の製造方法は、基板の上に、不純物を含むIII族
窒化物よりなる半導体層を形成する第１の工程と、基板
の温度を約６００℃以下に保ちながら、半導体層をプラ
ズマにさらすことにより、半導体層の導電型をｐ型とす
る第２の工程とを備えている。
【００２０】第１の半導体装置の製造方法によると、不
純物を含むIII 族窒化物よりなる半導体層に対して、基
板の温度を約６００℃以下に保ちながら半導体層をプラ
ズマにさらすことにより半導体層の導電型をｐ型とする
ため、プラズマは比較的低温であっても反応性が高く、
例えば、不純物のアクセプタとしての活性化を妨げてい
る不純物原子と水素原子との結合が効果的に解離され
る。このため、半導体層に熱履歴による欠陥やクラック
が生じることがなく、また、得られたｐ型半導体層から
該ｐ型半導体層と隣接する他の半導体層中に不純物が拡
散することもない。その上、プラズマを用いることによ
り、基板１枚当たりの処理時間が短くできると共に、複
数の基板に対して並行処理が可能となるため、さらに処
理効率の向上を図ることができる。
純物を含むIII 族窒化物よりなる半導体層に対して、基
板の温度を約６００℃以下に保ちながら半導体層をプラ
ズマにさらすことにより半導体層の導電型をｐ型とする
ため、プラズマは比較的低温であっても反応性が高く、
例えば、不純物のアクセプタとしての活性化を妨げてい
る不純物原子と水素原子との結合が効果的に解離され
る。このため、半導体層に熱履歴による欠陥やクラック
が生じることがなく、また、得られたｐ型半導体層から
該ｐ型半導体層と隣接する他の半導体層中に不純物が拡
散することもない。その上、プラズマを用いることによ
り、基板１枚当たりの処理時間が短くできると共に、複
数の基板に対して並行処理が可能となるため、さらに処
理効率の向上を図ることができる。
【００２１】第１の半導体装置の製造方法は、第２の工
程よりも後に、半導体層の上に金属よりなるｐ側電極を
形成する第３の工程をさらに備えていることが好まし
い。このようにすると、効率良く且つ高品質のｐ型の導
電型を得られた半導体層上にｐ側電極を形成するため、
形成されたｐ側電極は得られたｐ型半導体層と確実にオ
ーミック接触するので、高品質の半導体装置を効率良く
製造できる。
程よりも後に、半導体層の上に金属よりなるｐ側電極を
形成する第３の工程をさらに備えていることが好まし
い。このようにすると、効率良く且つ高品質のｐ型の導
電型を得られた半導体層上にｐ側電極を形成するため、
形成されたｐ側電極は得られたｐ型半導体層と確実にオ
ーミック接触するので、高品質の半導体装置を効率良く
製造できる。
【００２２】この場合に、第３の工程が、ｐ側電極を形
成した後、ｐ側電極に対して温度が約４００℃以下の熱
処理を行なう工程を含むことが好ましい。このようにす
ると、半導体層の結晶性を損なうことなく、該半導体層
とｐ側電極との合金化を図ることができる。
成した後、ｐ側電極に対して温度が約４００℃以下の熱
処理を行なう工程を含むことが好ましい。このようにす
ると、半導体層の結晶性を損なうことなく、該半導体層
とｐ側電極との合金化を図ることができる。
【００２３】また、この場合に、前記第３の工程が、ｐ
側電極を形成した後、半導体層をプラズマにさらす工程
を含むことが好ましい。このようにすると、ｐ側電極が
形成された半導体層に残存する不純物をさらに活性化さ
せることができる。
側電極を形成した後、半導体層をプラズマにさらす工程
を含むことが好ましい。このようにすると、ｐ側電極が
形成された半導体層に残存する不純物をさらに活性化さ
せることができる。
【００２４】第１の半導体装置の製造方法において、プ
ラズマが、ＲＦ方式、ＥＣＲ方式又はホットウォール方
式により生成されることが好ましい。このようにする
と、プラズマを確実に生成することができる。
ラズマが、ＲＦ方式、ＥＣＲ方式又はホットウォール方
式により生成されることが好ましい。このようにする
と、プラズマを確実に生成することができる。
【００２５】第１の半導体装置の製造方法において、プ
ラズマが窒素プラズマを含むことが好ましい。このよう
にすると、窒素を含む半導体層がプラズマにさらされて
いる間に、半導体層中の窒素が該半導体層から脱離する
ことを防止できるので、半導体層の結晶性を高度に維持
できる。
ラズマが窒素プラズマを含むことが好ましい。このよう
にすると、窒素を含む半導体層がプラズマにさらされて
いる間に、半導体層中の窒素が該半導体層から脱離する
ことを防止できるので、半導体層の結晶性を高度に維持
できる。
【００２６】第１の半導体装置の製造方法において、不
純物が、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カルシ
ウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ベリリウム
（Ｂｅ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）又はリチ
ウム（Ｌｉ）を含むことが好ましい。このようにする
と、半導体層を確実にｐ型とすることができる。
純物が、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カルシ
ウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ベリリウム
（Ｂｅ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）又はリチ
ウム（Ｌｉ）を含むことが好ましい。このようにする
と、半導体層を確実にｐ型とすることができる。
【００２７】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
は、基板の上に、不純物を含むIII族窒化物よりなる半
導体層を形成する第１の工程と、半導体層の上に金属よ
りなるｐ側電極を形成する第２の工程と、基板の温度を
約６００℃以下に保ちながら、半導体層をプラズマにさ
らすことにより、半導体層の導電型をｐ型とする第３の
工程とを備えている。
は、基板の上に、不純物を含むIII族窒化物よりなる半
導体層を形成する第１の工程と、半導体層の上に金属よ
りなるｐ側電極を形成する第２の工程と、基板の温度を
約６００℃以下に保ちながら、半導体層をプラズマにさ
らすことにより、半導体層の導電型をｐ型とする第３の
工程とを備えている。
【００２８】第２の半導体装置の製造方法によると、ｐ
側電極が形成され、不純物を含むIII 族窒化物よりなる
半導体層に対して、基板の温度を約６００℃以下に保ち
ながら半導体層をプラズマにさらすことにより半導体層
の導電型をｐ型とするため、例えば不純物原子と水素原
子との結合が効果的に解離される。これにより、半導体
層に熱履歴による欠陥やクラックが生じることがなく、
また、得られたｐ型半導体層から該半導体層と隣接する
他の半導体層中に不純物が拡散することもない。その
上、得られたｐ型半導体層とｐ側電極との合金化をも同
時に行なえる。
側電極が形成され、不純物を含むIII 族窒化物よりなる
半導体層に対して、基板の温度を約６００℃以下に保ち
ながら半導体層をプラズマにさらすことにより半導体層
の導電型をｐ型とするため、例えば不純物原子と水素原
子との結合が効果的に解離される。これにより、半導体
層に熱履歴による欠陥やクラックが生じることがなく、
また、得られたｐ型半導体層から該半導体層と隣接する
他の半導体層中に不純物が拡散することもない。その
上、得られたｐ型半導体層とｐ側電極との合金化をも同
時に行なえる。
【００２９】第２の半導体装置の製造方法において、金
属が、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ク
ロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、
マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａ
ｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、金
（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）よりなることが好ましい。こ
のようにすると、ｐ型のIII 族窒化物である半導体層に
確実にｐ側電極を形成することができる。
属が、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ク
ロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、
マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａ
ｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、金
（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）よりなることが好ましい。こ
のようにすると、ｐ型のIII 族窒化物である半導体層に
確実にｐ側電極を形成することができる。
【００３０】第２の半導体装置の製造方法において、金
属が水素吸蔵金属であって、チタン（Ｔｉ）、マグネシ
ウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ジルコニウム（Ｚ
ｒ）、ランタン（Ｌａ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム
（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍ
ｎ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）又はアルミニ
ウム（Ａｌ）を含むことが好ましい。このようにする
と、ｐ側電極を形成する金属が水素吸蔵金属であるた
め、半導体層から脱離した水素原子が水素吸蔵金属に吸
蔵されるので、脱離した水素原子が半導体層中のｐ型の
不純物と再結合することを防止できる。その結果、得ら
れたｐ型半導体層のアクセプタの活性化率を高度に維持
できる。
属が水素吸蔵金属であって、チタン（Ｔｉ）、マグネシ
ウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ジルコニウム（Ｚ
ｒ）、ランタン（Ｌａ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム
（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍ
ｎ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）又はアルミニ
ウム（Ａｌ）を含むことが好ましい。このようにする
と、ｐ側電極を形成する金属が水素吸蔵金属であるた
め、半導体層から脱離した水素原子が水素吸蔵金属に吸
蔵されるので、脱離した水素原子が半導体層中のｐ型の
不純物と再結合することを防止できる。その結果、得ら
れたｐ型半導体層のアクセプタの活性化率を高度に維持
できる。
【００３１】第２の半導体装置の製造方法において、第
２の工程が、ｐ側電極を形成するよりも前に、半導体層
の上に水素吸蔵金属よりなる水素吸着層を形成する工程
を含むことが好ましい。このようにすると、ｐ側電極と
半導体層との間に水素吸着層が形成されるため、半導体
層から脱離した水素が水素吸着層に吸蔵されるので、半
導体層中のｐ型不純物が脱離した水素と再結合すること
を防止できる。その結果、得られたｐ型半導体層のアク
セプタの活性化率が高度に維持される。
２の工程が、ｐ側電極を形成するよりも前に、半導体層
の上に水素吸蔵金属よりなる水素吸着層を形成する工程
を含むことが好ましい。このようにすると、ｐ側電極と
半導体層との間に水素吸着層が形成されるため、半導体
層から脱離した水素が水素吸着層に吸蔵されるので、半
導体層中のｐ型不純物が脱離した水素と再結合すること
を防止できる。その結果、得られたｐ型半導体層のアク
セプタの活性化率が高度に維持される。
【００３２】この場合に、水素吸蔵金属が、チタン（Ｔ
ｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ジ
ルコニウム（Ｚｒ）、ランタン（Ｌａ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆ
ｅ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム
（Ｃｒ）又はアルミニウム（Ａｌ）を含むことが好まし
い。
ｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ジ
ルコニウム（Ｚｒ）、ランタン（Ｌａ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆ
ｅ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム
（Ｃｒ）又はアルミニウム（Ａｌ）を含むことが好まし
い。
【００３３】第２の半導体装置の製造方法において、プ
ラズマが窒素プラズマを含むことが好ましい。
ラズマが窒素プラズマを含むことが好ましい。
【００３４】
【発明の実施の形態】本発明に係る第１の実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。
いて図面を参照しながら説明する。
【００３５】図１（ａ）、（ｂ）及び図２は本発明の第
１の実施形態に係るダブルヘテロ接合を有する窒化物半
導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の断面構成を示
している。
１の実施形態に係るダブルヘテロ接合を有する窒化物半
導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の断面構成を示
している。
【００３６】図１（ａ）に示すように、例えば、有機金
属気相エピタキシャル成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、
III 族源をトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメ
チルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルインジウム（Ｔ
ＭＩ）とし、窒素源をアンモニア（ＮＨ3 ）とし、キャ
リアガスを水素とし、圧力を５０Ｔｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ
≒１３３．３Ｐａ）程度に保ちながら、面方位が（００
０１）面のサファイアよりなる基板１１上に各エピタキ
シャル層を順次成長させる。
属気相エピタキシャル成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、
III 族源をトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメ
チルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルインジウム（Ｔ
ＭＩ）とし、窒素源をアンモニア（ＮＨ3 ）とし、キャ
リアガスを水素とし、圧力を５０Ｔｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ
≒１３３．３Ｐａ）程度に保ちながら、面方位が（００
０１）面のサファイアよりなる基板１１上に各エピタキ
シャル層を順次成長させる。
【００３７】すなわち、ＴＭＡ及びＮＨ3 を原料とし
て、結晶成長温度を５００℃程度に保ちながら、基板１
１上に、膜厚が約４０ｎｍのＡｌＮよりなるバッファ層
１２を成長させる。続いて、成長温度を１０００℃にま
で昇温し、III 族源をＴＭＡからトリメチルガリウム
（ＴＭＧ）に代え、ｎ型不純物であるシリコン（Ｓｉ）
を添加しながら、膜厚が約１．０μｍのｎ型ＧａＮより
なるｎ型コンタクト層１３を成長させる。その後、ＴＭ
Ｇに適当量のＴＭＡを加えながら、膜厚が約０．７μｍ
のｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層１４を成長さ
せる。次に、成長温度を８００℃程度に降温すると共
に、ＴＭＡに代えて適当量のＴＭＩを加えながら、Ｉｎ
ＧａＮの多重量子井戸よりなり、総膜厚が約５０ｎｍの
活性層１５を成長させる。その後、再び、成長温度を１
０００℃程度に昇温し、ｎ型不純物の供給を止める一方
ｐ型不純物のＭｇを含むシクロペンタジエニルマグネシ
ウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）を添加しながら、ＴＭＩに代えて適
当量のＴＭＡを加えることにより、膜厚が約０．７μｍ
のＡｌＧａＮよりなる第１のＭｇドープ層１６Ａを成長
させる。続いて、III 族源をＴＭＧのみとして、膜厚が
約１．０μｍのＧａＮよりなる第２のＭｇドープ層１７
Ａを成長させることにより、エピタキシャル基板２０を
得る。ここでは、第２のＭｇドープ層１７ＡのＭｇ濃度
は約２×１０19ｃｍ -3としている。このとき、第１のＭ
ｇドープ層１６Ａ及び第２のＭｇドープ層１７Ａにドー
プされたＭｇには、窒素源のＮＨ3 が分解して生ずる水
素がＭｇに結合している。
て、結晶成長温度を５００℃程度に保ちながら、基板１
１上に、膜厚が約４０ｎｍのＡｌＮよりなるバッファ層
１２を成長させる。続いて、成長温度を１０００℃にま
で昇温し、III 族源をＴＭＡからトリメチルガリウム
（ＴＭＧ）に代え、ｎ型不純物であるシリコン（Ｓｉ）
を添加しながら、膜厚が約１．０μｍのｎ型ＧａＮより
なるｎ型コンタクト層１３を成長させる。その後、ＴＭ
Ｇに適当量のＴＭＡを加えながら、膜厚が約０．７μｍ
のｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層１４を成長さ
せる。次に、成長温度を８００℃程度に降温すると共
に、ＴＭＡに代えて適当量のＴＭＩを加えながら、Ｉｎ
ＧａＮの多重量子井戸よりなり、総膜厚が約５０ｎｍの
活性層１５を成長させる。その後、再び、成長温度を１
０００℃程度に昇温し、ｎ型不純物の供給を止める一方
ｐ型不純物のＭｇを含むシクロペンタジエニルマグネシ
ウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）を添加しながら、ＴＭＩに代えて適
当量のＴＭＡを加えることにより、膜厚が約０．７μｍ
のＡｌＧａＮよりなる第１のＭｇドープ層１６Ａを成長
させる。続いて、III 族源をＴＭＧのみとして、膜厚が
約１．０μｍのＧａＮよりなる第２のＭｇドープ層１７
Ａを成長させることにより、エピタキシャル基板２０を
得る。ここでは、第２のＭｇドープ層１７ＡのＭｇ濃度
は約２×１０19ｃｍ -3としている。このとき、第１のＭ
ｇドープ層１６Ａ及び第２のＭｇドープ層１７Ａにドー
プされたＭｇには、窒素源のＮＨ3 が分解して生ずる水
素がＭｇに結合している。
【００３８】次に、第２のＭｇドープ層１７Ａまでが形
成されたエピタキシャル基板２０をプラズマ処理装置に
投入する。
成されたエピタキシャル基板２０をプラズマ処理装置に
投入する。
【００３９】ここで、本実施形態に係るプラズマ処理装
置について図面を参照しながら説明する。図３は本実施
形態に係るプラズマ処理装置５０の模式的な断面構成を
示している。図３に示すように、プラズマ処理装置５０
は、互いに対向する壁面に吸気孔５２Ａ及び排気孔５２
Ｂが設けられた真空槽（反応室）５１と、該真空槽５１
内の上部及び底部に互いに対向し且つ加熱可能に設けら
れた上部電極５３Ａ及び下部電極５３Ｂとを備えてい
る。上部電極５３Ａは接地されており、下部電極５３Ｂ
は、真空槽５１の外部に整合器５４を介して設けられた
ＲＦ電源５５と接続されている。このように、プラズマ
処理装置５０は、いわゆる平行平板型のプラズマ発生装
置である。
置について図面を参照しながら説明する。図３は本実施
形態に係るプラズマ処理装置５０の模式的な断面構成を
示している。図３に示すように、プラズマ処理装置５０
は、互いに対向する壁面に吸気孔５２Ａ及び排気孔５２
Ｂが設けられた真空槽（反応室）５１と、該真空槽５１
内の上部及び底部に互いに対向し且つ加熱可能に設けら
れた上部電極５３Ａ及び下部電極５３Ｂとを備えてい
る。上部電極５３Ａは接地されており、下部電極５３Ｂ
は、真空槽５１の外部に整合器５４を介して設けられた
ＲＦ電源５５と接続されている。このように、プラズマ
処理装置５０は、いわゆる平行平板型のプラズマ発生装
置である。
【００４０】プラズマ処理装置５０の下部電極５３Ｂ上
に、図１（ａ）のように形成された１枚又は２枚以上の
エピタキシャル基板２０をその上部がプラズマに均一に
触れるように保持する。その後、基板温度を室温のまま
とし、真空槽５１を真空に排気する。続いて、窒素ガス
の流量を約５ｓｃｃｍとして、真空漕５１内の圧力を２
×１０-2Ｔｏｒｒ程度とする。
に、図１（ａ）のように形成された１枚又は２枚以上の
エピタキシャル基板２０をその上部がプラズマに均一に
触れるように保持する。その後、基板温度を室温のまま
とし、真空槽５１を真空に排気する。続いて、窒素ガス
の流量を約５ｓｃｃｍとして、真空漕５１内の圧力を２
×１０-2Ｔｏｒｒ程度とする。
【００４１】次に、出力が１５０Ｗ以下で、周波数が１
３．５６ＭＨｚのＲＦ電力により真空槽５１内にプラズ
マ放電を起こすことにより、真空槽５１を窒素プラズマ
で満たし、エピタキシャル基板２０をこの満たされた窒
素プラズマに４０分間程度さらす。
３．５６ＭＨｚのＲＦ電力により真空槽５１内にプラズ
マ放電を起こすことにより、真空槽５１を窒素プラズマ
で満たし、エピタキシャル基板２０をこの満たされた窒
素プラズマに４０分間程度さらす。
【００４２】その結果、図１（ｂ）に示すように、第１
のＭｇドープ層１６Ａ及び第２のＭｇドープ層１７Ａに
ドープされたアクセプタのＭｇが室温程度であっても活
性化するため、第１のＭｇドープ層１６Ａ及び第２のＭ
ｇドープ層１７Ａから、それぞれ低抵抗で且つ結晶性に
優れるｐ型クラッド層１６Ｂ及びｐ型コンタクト層１７
Ｂを得ることができる。
のＭｇドープ層１６Ａ及び第２のＭｇドープ層１７Ａに
ドープされたアクセプタのＭｇが室温程度であっても活
性化するため、第１のＭｇドープ層１６Ａ及び第２のＭ
ｇドープ層１７Ａから、それぞれ低抵抗で且つ結晶性に
優れるｐ型クラッド層１６Ｂ及びｐ型コンタクト層１７
Ｂを得ることができる。
【００４３】次に、図２に示すように、低抵抗化された
ｐ型層を持つエピタキシャル基板２０を金属蒸着装置
（図示せず）に投入し、ｐ型コンタクト層１７Ｂ上に、
膜厚が約１００ｎｍのＮｉよりなる第１の金属膜１８ａ
及びＡｕよりなる第２の金属膜１８ｂをこの順に積層し
てｐ側電極１８を形成する。
ｐ型層を持つエピタキシャル基板２０を金属蒸着装置
（図示せず）に投入し、ｐ型コンタクト層１７Ｂ上に、
膜厚が約１００ｎｍのＮｉよりなる第１の金属膜１８ａ
及びＡｕよりなる第２の金属膜１８ｂをこの順に積層し
てｐ側電極１８を形成する。
【００４４】次に、エピタキシャル基板２０上のエピタ
キシャル層に対して異方性のドライエッチングを行なっ
て、ｎ型コンタクト層１３を露出させ、このｎ型コンタ
クト層１３の露出面上に膜厚が約１００ｎｍのＴｉより
なる第１の金属膜１９ａ及びＡｌよりなる第２の金属層
膜１９ｂをこの順に積層してｎ側電極１９を形成する。
キシャル層に対して異方性のドライエッチングを行なっ
て、ｎ型コンタクト層１３を露出させ、このｎ型コンタ
クト層１３の露出面上に膜厚が約１００ｎｍのＴｉより
なる第１の金属膜１９ａ及びＡｌよりなる第２の金属層
膜１９ｂをこの順に積層してｎ側電極１９を形成する。
【００４５】その後、これら電極形成用金属膜が蒸着さ
れたエピタキシャル基板２０に対して、窒素雰囲気で４
００℃程度のアニールを行なうことにより、電極形成用
金属膜と該電極形成用金属膜とそれぞれ接触する半導体
層との合金化を図る。
れたエピタキシャル基板２０に対して、窒素雰囲気で４
００℃程度のアニールを行なうことにより、電極形成用
金属膜と該電極形成用金属膜とそれぞれ接触する半導体
層との合金化を図る。
【００４６】なお、ｐ側電極１８の合金化処理はｎ側電
極１９を形成するよりも前に行なってもよい。
極１９を形成するよりも前に行なってもよい。
【００４７】このように、本実施形態によると、第１の
Ｍｇドープ層１６Ａ及び第２のＭｇドープ層１７Ａを窒
素プラズマにさらすことにより、アクセプタとなるＭｇ
を活性化させるため、エピタキシャル層に熱履歴により
生じる欠陥やクラックを著しく減少させることができ
る。また、アクセプタのＭｇが第１のＭｇドープ層１６
Ａから活性層１５に拡散する熱拡散も生じにくくなる。
その結果、半導体レーザ装置の動作特性が向上する。さ
らに、複数の基板に対して同時にアクセプタの活性化処
理を行なえるため、スループットが向上する。
Ｍｇドープ層１６Ａ及び第２のＭｇドープ層１７Ａを窒
素プラズマにさらすことにより、アクセプタとなるＭｇ
を活性化させるため、エピタキシャル層に熱履歴により
生じる欠陥やクラックを著しく減少させることができ
る。また、アクセプタのＭｇが第１のＭｇドープ層１６
Ａから活性層１５に拡散する熱拡散も生じにくくなる。
その結果、半導体レーザ装置の動作特性が向上する。さ
らに、複数の基板に対して同時にアクセプタの活性化処
理を行なえるため、スループットが向上する。
【００４８】また、プラズマ源は窒素ガスに限られない
が、窒素プラズマを用いると、第１のＭｇドープ層１６
Ａ及び第２のＭｇドープ層１７Ａからの窒素の脱離を防
止できるため、半導体レーザ装置の動作特性をさらに向
上させることができる。
が、窒素プラズマを用いると、第１のＭｇドープ層１６
Ａ及び第２のＭｇドープ層１７Ａからの窒素の脱離を防
止できるため、半導体レーザ装置の動作特性をさらに向
上させることができる。
【００４９】図４はｐ側電極１８とｐ型コンタクト層１
７Ｂとの間の接触抵抗率のプラズマ処理時間依存性を示
し、図５は半導体レーザ装置の抵抗率のプラズマ処理時
間依存性を示している。ここでは、接触抵抗率及び抵抗
率の測定方法としてＴＬＭ（Transmission Line Model)
法を用いている。
７Ｂとの間の接触抵抗率のプラズマ処理時間依存性を示
し、図５は半導体レーザ装置の抵抗率のプラズマ処理時
間依存性を示している。ここでは、接触抵抗率及び抵抗
率の測定方法としてＴＬＭ（Transmission Line Model)
法を用いている。
【００５０】図４に示すように、接触抵抗率が１×１０
-3Ωｃｍ2 以下であり、ｐ側電極１８とｐ型コンタクト
層１７Ｂとの接触はオーミック接触であることが分か
る。接触抵抗率は、プラズマにさらされる時間が開始か
ら３０分までは処理時間の増加に伴って減少し、処理時
間が３０分を越えると接触抵抗率が３．０×１０-4Ωｃ
ｍ2 となって、ほぼ一定の値を示す。この接触抵抗率の
値は従来の半導体装置の接触抵抗率の約３分の１の値で
ある。
-3Ωｃｍ2 以下であり、ｐ側電極１８とｐ型コンタクト
層１７Ｂとの接触はオーミック接触であることが分か
る。接触抵抗率は、プラズマにさらされる時間が開始か
ら３０分までは処理時間の増加に伴って減少し、処理時
間が３０分を越えると接触抵抗率が３．０×１０-4Ωｃ
ｍ2 となって、ほぼ一定の値を示す。この接触抵抗率の
値は従来の半導体装置の接触抵抗率の約３分の１の値で
ある。
【００５１】また、図５に示すように、半導体レーザ装
置の抵抗率は、プラズマにさらされる時間が開始から３
０分までは処理時間の増加に伴って減少し、処理時間が
３０分を越えると接触抵抗率が０．４Ωｃｍとなって、
ほぼ一定の値を示す。この抵抗率の値も、従来の半導体
装置の抵抗率の３分の１程度の値である。
置の抵抗率は、プラズマにさらされる時間が開始から３
０分までは処理時間の増加に伴って減少し、処理時間が
３０分を越えると接触抵抗率が０．４Ωｃｍとなって、
ほぼ一定の値を示す。この抵抗率の値も、従来の半導体
装置の抵抗率の３分の１程度の値である。
【００５２】これは、本実施形態においては、加熱処理
を用いずにアクセプタを活性化させるため、ｐ型クラッ
ド層１６Ｂ及びｐ型コンタクト層１７Ｂの結晶性を損な
うことなく、各ｐ型層１６Ｂ、１７Ｂの結晶成長面内に
均一にＭｇが活性化し、その結果、ホールの移動度が大
きくなるからである。本願発明者らの測定結果による
と、加熱温度が６００℃以上のアニール処理を用いた場
合のホールの移動度は約１０ｃｍ2 ／Ｖｓｅｃであるの
に対し、本実施形態の場合のホールの移動度は、約２２
ｃｍ2 ／Ｖｓｅｃである。
を用いずにアクセプタを活性化させるため、ｐ型クラッ
ド層１６Ｂ及びｐ型コンタクト層１７Ｂの結晶性を損な
うことなく、各ｐ型層１６Ｂ、１７Ｂの結晶成長面内に
均一にＭｇが活性化し、その結果、ホールの移動度が大
きくなるからである。本願発明者らの測定結果による
と、加熱温度が６００℃以上のアニール処理を用いた場
合のホールの移動度は約１０ｃｍ2 ／Ｖｓｅｃであるの
に対し、本実施形態の場合のホールの移動度は、約２２
ｃｍ2 ／Ｖｓｅｃである。
【００５３】なお、本実施形態に係るプラズマ処理を加
熱しながら行なう場合には、窒素を含む各半導体層、と
りわけ活性層１５、ｐ型クラッド層１６Ｂ及びｐ型コン
タクト層１７Ｂの窒素原子が結晶中から脱離することを
防止するため、加熱温度を５００℃以下とすることが好
ましい。
熱しながら行なう場合には、窒素を含む各半導体層、と
りわけ活性層１５、ｐ型クラッド層１６Ｂ及びｐ型コン
タクト層１７Ｂの窒素原子が結晶中から脱離することを
防止するため、加熱温度を５００℃以下とすることが好
ましい。
【００５４】以下、本実施形態に係る製造方法を用いた
ｐ型窒化物半導体層のアクセプタが活性化している様子
を他のいくつかの検証結果に基づいて説明する。
ｐ型窒化物半導体層のアクセプタが活性化している様子
を他のいくつかの検証結果に基づいて説明する。
【００５５】図６はプラズマ処理前の第２のＭｇドープ
層１７Ａとプラズマ処理後のｐ型コンタクト層１７Ｂと
のフォトルミネッセンスの各測定結果を示している。図
６において、曲線Ａ１はプラズマ処理前のフォトルミネ
ッセンス特性を表わし、曲線Ｂ１はプラズマ処理後のフ
ォトルミネッセンス特性を表わしている。フォトルミネ
ッセンス測定用の励起光源には、Ｈｅ−Ｃｄレーザ光を
用いている。図６に示すように、曲線Ａ１は、ＭｇとＨ
との結合による発光波長が約６８０ｎｍの発光ピークが
現われている。一方、曲線Ｂ１には、Ｈが解離し、アク
セプタとして活性化したＭｇによる発光波長が約４７０
ｎｍの発光ピークが現われている。このように、プラズ
マ処理によりｐ型不純物のＭｇがアクセプタとして活性
化していることが分かる。
層１７Ａとプラズマ処理後のｐ型コンタクト層１７Ｂと
のフォトルミネッセンスの各測定結果を示している。図
６において、曲線Ａ１はプラズマ処理前のフォトルミネ
ッセンス特性を表わし、曲線Ｂ１はプラズマ処理後のフ
ォトルミネッセンス特性を表わしている。フォトルミネ
ッセンス測定用の励起光源には、Ｈｅ−Ｃｄレーザ光を
用いている。図６に示すように、曲線Ａ１は、ＭｇとＨ
との結合による発光波長が約６８０ｎｍの発光ピークが
現われている。一方、曲線Ｂ１には、Ｈが解離し、アク
セプタとして活性化したＭｇによる発光波長が約４７０
ｎｍの発光ピークが現われている。このように、プラズ
マ処理によりｐ型不純物のＭｇがアクセプタとして活性
化していることが分かる。
【００５６】図７は従来のアニール処理を施したｐ型コ
ンタクト層と本実施形態に係るプラズマ処理を施したｐ
型コンタクト層１７Ｂとのキャリア（ホール）密度のア
ニール温度依存性を示している。図７において、曲線Ｂ
２は４０分間のプラズマ処理によるキャリア密度を表わ
し、破線Ａ２は従来の基板温度が６００℃のアニール処
理によるキャリア密度を表わしている。図７に示すよう
に、ホール測定によりｐ型コンタクト１７Ｂのキャリア
密度を測定したところ、破線Ａ２に示す従来の方法によ
るキャリア密度は２．２×１０17ｃｍ-3程度であり、曲
線Ｂ２に示す本実施形態によるキャリア密度は２．７×
１０17ｃｍ-3程度にまで増大している。このように、本
実施形態は従来の方法と比べてキャリア密度が大きくな
っていることが分かる。
ンタクト層と本実施形態に係るプラズマ処理を施したｐ
型コンタクト層１７Ｂとのキャリア（ホール）密度のア
ニール温度依存性を示している。図７において、曲線Ｂ
２は４０分間のプラズマ処理によるキャリア密度を表わ
し、破線Ａ２は従来の基板温度が６００℃のアニール処
理によるキャリア密度を表わしている。図７に示すよう
に、ホール測定によりｐ型コンタクト１７Ｂのキャリア
密度を測定したところ、破線Ａ２に示す従来の方法によ
るキャリア密度は２．２×１０17ｃｍ-3程度であり、曲
線Ｂ２に示す本実施形態によるキャリア密度は２．７×
１０17ｃｍ-3程度にまで増大している。このように、本
実施形態は従来の方法と比べてキャリア密度が大きくな
っていることが分かる。
【００５７】また、図示はしていないが、プラズマ処理
前の第２のＭｇドープ層１７Ａ及び４０分間のプラズマ
処理後のｐ型コンタクト１７Ｂに対して、二次イオン質
量分析（ＳＩＭＳ）法を用いて比較したところ、プラズ
マ照射を施す前の第２のＭｇドープ層１７Ａの水素濃度
は１．８×１０19ｃｍ-3であるのに対し、プラズマ処理
後のｐ型コンタクト層１７Ｂの水素濃度は１．０×１０
19ｃｍ-3と、第２のＭｇドープ層１７Ａと比べて水素濃
度が減少していることを確認している。また、Ｍｇの活
性層１５への拡散はみられなかった。
前の第２のＭｇドープ層１７Ａ及び４０分間のプラズマ
処理後のｐ型コンタクト１７Ｂに対して、二次イオン質
量分析（ＳＩＭＳ）法を用いて比較したところ、プラズ
マ照射を施す前の第２のＭｇドープ層１７Ａの水素濃度
は１．８×１０19ｃｍ-3であるのに対し、プラズマ処理
後のｐ型コンタクト層１７Ｂの水素濃度は１．０×１０
19ｃｍ-3と、第２のＭｇドープ層１７Ａと比べて水素濃
度が減少していることを確認している。また、Ｍｇの活
性層１５への拡散はみられなかった。
【００５８】さらに、本実施形態に係る半導体レーザ装
置を電子顕微鏡により観察したところ、従来の半導体装
置にみられるような熱履歴による欠陥又はクラックはほ
とんどみられなかった。
置を電子顕微鏡により観察したところ、従来の半導体装
置にみられるような熱履歴による欠陥又はクラックはほ
とんどみられなかった。
【００５９】このように、種々の検証結果により、本実
施形態に係る半導体装置の製造方法、特にｐ型窒化物半
導体の製造方法は従来の製造方法よりも格段に優れてい
ることが分かる。
施形態に係る半導体装置の製造方法、特にｐ型窒化物半
導体の製造方法は従来の製造方法よりも格段に優れてい
ることが分かる。
【００６０】従来の製造方法と比べてｐ型半導体層の特
性が優れるのは、次の理由による。
性が優れるのは、次の理由による。
【００６１】（１）第２のＭｇドープ層１７Ａの表面が
プラズマにさらされるため、その表面に酸化膜が形成さ
れない。
プラズマにさらされるため、その表面に酸化膜が形成さ
れない。
【００６２】（２）プラズマにさらされることにより、
第２のＭｇドープ層１７Ａの表面に付着した汚染物が除
去されるため、清浄表面を持つｐ型コンタクト層１７Ｂ
を得ることができる。
第２のＭｇドープ層１７Ａの表面に付着した汚染物が除
去されるため、清浄表面を持つｐ型コンタクト層１７Ｂ
を得ることができる。
【００６３】（３）プラズマにさられることにより、ア
ニール処理と比べて、第２のＭｇドープ層１７Ａの表面
からの水素の脱離が効率良く行なわれるため、第２のＭ
ｇドープ層１７Ａの表面におけるＭｇが従来よりも活性
化される。
ニール処理と比べて、第２のＭｇドープ層１７Ａの表面
からの水素の脱離が効率良く行なわれるため、第２のＭ
ｇドープ層１７Ａの表面におけるＭｇが従来よりも活性
化される。
【００６４】なお、図２に示すｐ側電極１８の合金化工
程においても図３に示すようなプラズマ処理装置５０を
用いて、加熱温度が４００℃程度で窒素雰囲気のプラズ
マアニールを行なうことが好ましい。このようにする
と、電極蒸着工程等の他の工程において、脱離した水素
が半導体層中のｐ型不純物と再結合するのを防止するこ
とができる。
程においても図３に示すようなプラズマ処理装置５０を
用いて、加熱温度が４００℃程度で窒素雰囲気のプラズ
マアニールを行なうことが好ましい。このようにする
と、電極蒸着工程等の他の工程において、脱離した水素
が半導体層中のｐ型不純物と再結合するのを防止するこ
とができる。
【００６５】また、アクセプタ活性化工程におけるプラ
ズマ処理工程を、このプラズマ処理による電極合金化工
程によってその一部又は全部を兼用してもよい。
ズマ処理工程を、このプラズマ処理による電極合金化工
程によってその一部又は全部を兼用してもよい。
【００６６】また、ｐ側電極１８に水素吸蔵金属を用い
ることが好ましい。すなわち、チタン、マグネシウム、
カルシウム、ジルコニウム、ランタン、ニオブ、バナジ
ウム、ニッケル、鉄、マンガン、コバルト、クロム又は
アルミニウム、又はこれらのうちの２つ以上の合金より
なり、且つ、ｐ型コンタクト層１７Ｂとオーミック接触
可能なｐ側電極１８を形成すればよい。このようにする
と、プラズマ処理によるアクセプタ活性化工程におい
て、ｐ型半導体層から脱離した水素を水素吸蔵金属より
なるｐ側電極１８が吸着するため、ｐ型半導体層から脱
離した水素が半導体層中のｐ型不純物と再結合すること
をより確実に防止できる。
ることが好ましい。すなわち、チタン、マグネシウム、
カルシウム、ジルコニウム、ランタン、ニオブ、バナジ
ウム、ニッケル、鉄、マンガン、コバルト、クロム又は
アルミニウム、又はこれらのうちの２つ以上の合金より
なり、且つ、ｐ型コンタクト層１７Ｂとオーミック接触
可能なｐ側電極１８を形成すればよい。このようにする
と、プラズマ処理によるアクセプタ活性化工程におい
て、ｐ型半導体層から脱離した水素を水素吸蔵金属より
なるｐ側電極１８が吸着するため、ｐ型半導体層から脱
離した水素が半導体層中のｐ型不純物と再結合すること
をより確実に防止できる。
【００６７】（第２の実施形態）以下、本発明に係る第
２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００６８】図８（ａ）、（ｂ）及び図９は本発明の第
２の実施形態に係るダブルヘテロ接合を有する窒化物半
導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の断面構成を示
している。図８（ａ）、（ｂ）及び図９において、図１
（ａ）、（ｂ）及び図２に示す構成部材と同一の構成部
材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
２の実施形態に係るダブルヘテロ接合を有する窒化物半
導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の断面構成を示
している。図８（ａ）、（ｂ）及び図９において、図１
（ａ）、（ｂ）及び図２に示す構成部材と同一の構成部
材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００６９】図８（ａ）に示すように、例えばＭＯＶＰ
Ｅ法を用いて、第１の実施形態と同様に、サファイアよ
りなる基板１１上に、第２のＭｇドープ層１７Ａまでを
成長させてエピタキシャル基板２０を得る。その後、ス
パッタ法又は蒸着法等を用いて、第２のＭｇドープ層１
７Ａの上に、膜厚が５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の水素吸
蔵金属又は水素吸蔵合金よりなる水素吸着膜２１を形成
する。
Ｅ法を用いて、第１の実施形態と同様に、サファイアよ
りなる基板１１上に、第２のＭｇドープ層１７Ａまでを
成長させてエピタキシャル基板２０を得る。その後、ス
パッタ法又は蒸着法等を用いて、第２のＭｇドープ層１
７Ａの上に、膜厚が５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の水素吸
蔵金属又は水素吸蔵合金よりなる水素吸着膜２１を形成
する。
【００７０】次に、アクセプタ活性化工程において、水
素吸着膜２１が形成されたエピタキシャル基板２０を図
３に示すプラズマ処理装置５０に投入し、投入されたエ
ピタキシャル基板２０を４０分間程度の窒素プラズマに
さらす。これにより、図８（ｂ）に示すように、ｐ型不
純物のＭｇが活性化することにより、第１のＭｇドープ
層１６Ａからｐ型クラッド層１６Ｂが得られ、第２のＭ
ｇドープ層１７Ａからｐ型コンタクト層１７Ｂが得られ
る。このとき、第２のＭｇドープ層１７Ａの上に水素吸
着膜２１が形成されているため、第１のＭｇドープ層１
６Ａ及び第２のＭｇドープ層１７Ａから脱離した水素が
水素吸着膜２１に吸着される。このため、エピタキシャ
ル基板２０の各半導体層中のｐ型不純物と脱離した水素
との再結合を防止できる。
素吸着膜２１が形成されたエピタキシャル基板２０を図
３に示すプラズマ処理装置５０に投入し、投入されたエ
ピタキシャル基板２０を４０分間程度の窒素プラズマに
さらす。これにより、図８（ｂ）に示すように、ｐ型不
純物のＭｇが活性化することにより、第１のＭｇドープ
層１６Ａからｐ型クラッド層１６Ｂが得られ、第２のＭ
ｇドープ層１７Ａからｐ型コンタクト層１７Ｂが得られ
る。このとき、第２のＭｇドープ層１７Ａの上に水素吸
着膜２１が形成されているため、第１のＭｇドープ層１
６Ａ及び第２のＭｇドープ層１７Ａから脱離した水素が
水素吸着膜２１に吸着される。このため、エピタキシャ
ル基板２０の各半導体層中のｐ型不純物と脱離した水素
との再結合を防止できる。
【００７１】次に、図９に示すように、ｐ側電極１８を
所定の形状にパターニングする際に、水素吸着膜２１に
対しても、ｐ側電極１８と同一形状のパターニングを施
す。その後、窒素雰囲気における４００℃程度のアニー
ルを行なうことにより、ｐ側電極１８及び水素吸着膜２
１とｐ型コンタクト層１７Ｂとの合金化処理を行なう。
この合金化処理はｐ側電極１８のパターニングの前であ
ってもよい。
所定の形状にパターニングする際に、水素吸着膜２１に
対しても、ｐ側電極１８と同一形状のパターニングを施
す。その後、窒素雰囲気における４００℃程度のアニー
ルを行なうことにより、ｐ側電極１８及び水素吸着膜２
１とｐ型コンタクト層１７Ｂとの合金化処理を行なう。
この合金化処理はｐ側電極１８のパターニングの前であ
ってもよい。
【００７２】また、この合金化工程においても、プラズ
マ処理装置５０を用いて、加熱温度が４００℃程度で窒
素雰囲気のプラズマアニールを行なうことが好ましい。
このようにすると、電極蒸着工程等の他の工程におい
て、水素が半導体層中のｐ型不純物と再結合することを
防止できる。
マ処理装置５０を用いて、加熱温度が４００℃程度で窒
素雰囲気のプラズマアニールを行なうことが好ましい。
このようにすると、電極蒸着工程等の他の工程におい
て、水素が半導体層中のｐ型不純物と再結合することを
防止できる。
【００７３】さらに、アクセプタ活性化工程におけるプ
ラズマ処理工程を、このプラズマ処理による電極合金化
工程によってその一部又は全部を兼用してもよい。
ラズマ処理工程を、このプラズマ処理による電極合金化
工程によってその一部又は全部を兼用してもよい。
【００７４】第１の実施形態又は第２の実施形態におけ
る構成部材を以下のように置き換えてもよい。
る構成部材を以下のように置き換えてもよい。
【００７５】基板１１にサファイアを用いたが、炭化珪
素（ＳｉＣ）、スピネル又はＧａＮよりなる基板を用い
てもよい。
素（ＳｉＣ）、スピネル又はＧａＮよりなる基板を用い
てもよい。
【００７６】基板１１と該基板上に成長する窒化物半導
体との格子不整合を緩和するバッファ層１２には、Ａｌ
Ｎに代えてＧａＮを用いてもよい。
体との格子不整合を緩和するバッファ層１２には、Ａｌ
Ｎに代えてＧａＮを用いてもよい。
【００７７】ｐ型半導体層の例として、ＧａＮ及びＡｌ
ＧａＮを用いたが、Ｍｇを添加したＩｎz Ｇａ1-z Ｎ
（但し、ｚは０＜ｚ≦１である。）でも同様にＭｇのア
クセプタとしての活性化率を向上させることができる。
ＧａＮを用いたが、Ｍｇを添加したＩｎz Ｇａ1-z Ｎ
（但し、ｚは０＜ｚ≦１である。）でも同様にＭｇのア
クセプタとしての活性化率を向上させることができる。
【００７８】アクセプタとなるｐ型不純物はＭｇに限ら
ず、亜鉛（Ｚｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウ
ム（Ｓｒ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カドミウム（Ｃ
ｄ）、水銀（Ｈｇ）又はリチウム（Ｌｉ）であってもよ
い。
ず、亜鉛（Ｚｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウ
ム（Ｓｒ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カドミウム（Ｃ
ｄ）、水銀（Ｈｇ）又はリチウム（Ｌｉ）であってもよ
い。
【００７９】ｐ側電極１８は、ニッケル（Ｎｉ）、鉄
（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔ
ａ）、バナジウム（Ｖ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニ
ウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリ
ジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）及び白金（Ｐｔ）のうちの
少なくとも１つの金属単体、２層以上の金属単体よりな
る積層体又は２つ以上の金属を含む合金を用いてもよ
い。
（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔ
ａ）、バナジウム（Ｖ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニ
ウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリ
ジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）及び白金（Ｐｔ）のうちの
少なくとも１つの金属単体、２層以上の金属単体よりな
る積層体又は２つ以上の金属を含む合金を用いてもよ
い。
【００８０】なお、各実施形態においては、互いに異な
る組成を持つ複数のIII 族窒化物半導体層を積層してな
る半導体装置としてダブルへテロ型半導体レーザ装置を
例に挙げたが、これは一例に過ぎず、本発明は、ｐ型窒
化物半導体を有する半導体装置のすべてに適用できる。
る組成を持つ複数のIII 族窒化物半導体層を積層してな
る半導体装置としてダブルへテロ型半導体レーザ装置を
例に挙げたが、これは一例に過ぎず、本発明は、ｐ型窒
化物半導体を有する半導体装置のすべてに適用できる。
【００８１】また、プラズマ処理装置５０のプラズマ生
成方式を、ＲＦ方式としたが、ＥＣＲ方式やホットウォ
ール方式等、エピタキシャル基板２０が均一なプラズマ
にさらされる方式であればよい。
成方式を、ＲＦ方式としたが、ＥＣＲ方式やホットウォ
ール方式等、エピタキシャル基板２０が均一なプラズマ
にさらされる方式であればよい。
【００８２】
【発明の効果】本発明に係る半導体装置の製造方法によ
ると、不純物をドープした窒化物半導体層をプラズマに
さらすことにより、ｐ型で且つ低抵抗のｐ型半導体層を
得るため、得られたｐ型半導体層に熱履歴による欠陥や
クラックが生じることがなく、ｐ型半導体層から他の半
導体層中に不純物が拡散することもない。その上、基板
１枚当たりの処理時間が短くできると共に、複数の基板
に対して並行処理できるため、処理効率の向上を図るこ
とができる。その結果、高品位で低抵抗のｐ型窒化物半
導体層を短時間で形成できる。
ると、不純物をドープした窒化物半導体層をプラズマに
さらすことにより、ｐ型で且つ低抵抗のｐ型半導体層を
得るため、得られたｐ型半導体層に熱履歴による欠陥や
クラックが生じることがなく、ｐ型半導体層から他の半
導体層中に不純物が拡散することもない。その上、基板
１枚当たりの処理時間が短くできると共に、複数の基板
に対して並行処理できるため、処理効率の向上を図るこ
とができる。その結果、高品位で低抵抗のｐ型窒化物半
導体層を短時間で形成できる。
【００８３】また、得られたｐ型半導体層とｐ側電極と
の間に低抵抗のオーミック接触が可能となり、半導体装
置の抵抗率を低減できるため、半導体装置の動作特性を
改善できる。
の間に低抵抗のオーミック接触が可能となり、半導体装
置の抵抗率を低減できるため、半導体装置の動作特性を
改善できる。
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に
係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図で
ある。
係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図で
ある。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を示す工程順の構成断面図である。
造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製
造方法に用いるプラズマ処理装置を示す模式的構成断面
図である。
造方法に用いるプラズマ処理装置を示す模式的構成断面
図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製
造方法におけるｐ側電極とｐ型半導体層との間の接触抵
抗率のプラズマ処理時間依存性を表わすグラフである。
造方法におけるｐ側電極とｐ型半導体層との間の接触抵
抗率のプラズマ処理時間依存性を表わすグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を用いて得られた半導体装置の抵抗率のプラズマ
処理時間依存性を表わすグラフである。
造方法を用いて得られた半導体装置の抵抗率のプラズマ
処理時間依存性を表わすグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製
造方法におけるプラズマ処理前の半導体層とプラズマ処
理後の半導体層とのフォトルミネッセンス強度を表わす
グラフである。
造方法におけるプラズマ処理前の半導体層とプラズマ処
理後の半導体層とのフォトルミネッセンス強度を表わす
グラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製
造方法におけるプラズマ処理後の半導体層と従来のアニ
ール処理を施した半導体層とのキャリア密度のアニール
温度依存性を表わすグラフである。
造方法におけるプラズマ処理後の半導体層と従来のアニ
ール処理を施した半導体層とのキャリア密度のアニール
温度依存性を表わすグラフである。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に
係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図で
ある。
係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図で
ある。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を示す工程順の構成断面図である。
造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１０】従来の半導体装置を示す部分的な構成断面図
である。
である。
１１ 基板 １２ バッファ層 １３ ｎ型コンタクト層 １４ ｎ型クラッド層 １５ 活性層 １６Ａ 第１のＭｇドープ層 １７Ａ 第２のＭｇドープ層 １６Ｂ ｐ型クラッド層 １７Ｂ ｐ型コンタクト層 １８ ｐ側電極 １８ａ 第１の金属膜 １８ｂ 第２の金属膜 １９ ｎ側電極 １９ａ 第１の金属膜 １９ｂ 第２の金属膜 ２０ エピタキシャル基板 ２１ 水素吸着膜 ５０ プラズマ処理装置 ５１ 真空槽 ５２Ａ 吸気孔 ５２Ｂ 排気孔 ５３Ａ 上部電極 ５３Ｂ 下部電極 ５４ 整合器 ５５ ＲＦ電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 真嗣 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 油利 正昭 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内
Claims (13)
- 【請求項１】 基板の上に、不純物を含むIII 族窒化物
よりなる半導体層を形成する第１の工程と、 前記基板の温度を約６００℃以下に保ちながら、前記半
導体層をプラズマにさらすことにより、前記半導体層の
導電型をｐ型とする第２の工程とを備えていることを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記第２の工程よりも後に、 前記半導体層の上に金属よりなるｐ側電極を形成する第
３の工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記第３の工程は、前記ｐ側電極を形成
した後、前記ｐ側電極に対して温度が約４００℃以下の
熱処理を行なう工程を含むことを特徴とする請求項２に
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記第３の工程は、前記ｐ側電極を形成
した後、前記半導体層をプラズマにさらす工程を含むこ
とを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項５】 前記プラズマは、ＲＦ方式、ＥＣＲ方式
又はホットウォール方式により生成されることを特徴と
する請求項１又は４に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記プラズマは窒素プラズマを含むこと
を特徴とする請求項１又は４に記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項７】 前記不純物は、マグネシウム、亜鉛、カ
ルシウム、ストロンチウム、ベリリウム、カドミウム、
水銀又はリチウムを含むことを特徴とする請求項１又は
４に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】 基板の上に、不純物を含むIII 族窒化物
よりなる半導体層を形成する第１の工程と、 前記半導体層の上に金属よりなるｐ側電極を形成する第
２の工程と、 前記基板の温度を約６００℃以下に保ちながら、前記半
導体層をプラズマにさらすことにより、前記半導体層の
導電型をｐ型とする第３の工程とを備えていることを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記金属は、ニッケル、鉄、銅、クロ
ム、タンタル、バナジウム、マンガン、アルミニウム、
銀、パラジウム、イリジウム、金又は白金よりなること
を特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】 前記金属は、水素吸蔵金属であって、
チタン、マグネシウム、カルシウム、ジルコニウム、ラ
ンタン、ニオブ、バナジウム、ニッケル、鉄、マンガ
ン、コバルト、クロム又はアルミニウムを含むことを特
徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】 前記第２の工程は、前記ｐ側電極を形
成するよりも前に、前記半導体層の上に水素吸蔵金属よ
りなる水素吸着層を形成する工程を含むことを特徴とす
る請求項８に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 前記水素吸蔵金属は、チタン、マグネ
シウム、カルシウム、ジルコニウム、ランタン、ニオ
ブ、バナジウム、ニッケル、鉄、マンガン、コバルト、
クロム又はアルミニウムを含むことを特徴とする請求項
１１に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１３】 前記プラズマは窒素プラズマ含むこと
を特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25499698 | 1998-09-09 | ||
| JP32635298 | 1998-11-17 | ||
| JP10-254996 | 1998-11-17 | ||
| JP10-326352 | 1998-11-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=26541966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24425799A Expired - Fee Related JP3794876B2 (ja) | 1998-09-09 | 1999-08-31 | 半導体装置の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6117700A (ja) |
| JP (1) | JP3794876B2 (ja) |
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