JP2001148533A - Ｉｉｉ−ｎ系化合物半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ｎ型電極の接触比抵抗が低く、閾値電圧また
は閾値電流密度が低いのＧａＮ発光素子を提供する。 【解決手段】 ＧａＮ発光素子は、ｎ型ＧａＮ基板３０
０２、基板３００２上に形成された複数のＧａＮ系化合
物半導体層３００３〜３０１０、ならびに基板３００２
上に形成されたｎ型電極３００１およびｐ型電極３０１
１を備える。ｎ型電極３００１は、基板３００２の窒素
終端面上に形成されている。基板３００２中のｎ型不純
物の濃度は、基板３００２の厚み方向において変化して
いる。基板３００２は、窒素終端面を形成しかつ第１の
平均ｎ型不純物濃度を有する第１の部分３００２ａと、
第１の平均ｎ型不純物濃度より低い第２の平均ｎ型不純
物濃度を有する第２の部分３００２ｂとからなる。第１
の平均ｎ型不純物濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であり、
第２の平均ｎ型不純物濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＩＩ−Ｎ系化合
物半導体基板、特にＧａＮ系化合物半導体基板上に作製
する半導体装置、特に、発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＧａＮ系化合物半導体はその
特性を利用して、発光素子やハイパワーデバイスとして
利用または研究されている。例えば、発光素子を作製す
る場合、その構成する組成を調整することにより、技術
的には紫色から橙色までの幅の広い発光素子として利用
することができる。

【０００３】近年、その特性を利用して、青色発光ダイ
オードや、緑色発光ダイオードの実用化がなされ、ま
た、半導体レーザー素子として青紫色半導体レーザーが
開発されてきている。

【０００４】ＧａＮ系化合物半導体膜を製造する際に
は、基板として、サファイア、ＳｉＣ、スピネル、Ｓ
ｉ、ＧａＡｓ等からなる基板が使用される。例えば、基
板としてサファイアを使用する場合、ＧａＮ膜をエピタ
キシャル成長させる前に、あらかじめ、約５５０℃の低
温で、ＧａＮまたはＡＬＮのバッファー層を形成し、そ
の後、基板を約１０５０℃の高温に昇温してＧａＮ系化
合物半導体膜のエピタキシャル成長を行うと表面状態の
良い、構造的および電気的に良好な結晶を得ることがで
きることが知られている。

【０００５】また、ＳｉＣを基板として使用する場合、
エピタキシャル成長を行う成長温度で薄いＡｌＮ膜をバ
ッファー層として使用すると良いことが知られている。
しかし、ＧａＮ系化合物半導体以外の基板を使用する
と、成長させるＧａＮ系化合物半導体膜と基板との熱膨
張係数の違いや、格子定数の違いにより、製造されるＧ
ａＮ系化合物半導体中には多数の欠陥が発生する。その
欠陥は刃状転位と螺旋転位に分類され、その密度は合計
で約１×１０⁹ｃｍ^-2〜１×１０¹⁰ｃｍ^-2程度にもな
る。これらの欠陥は、キャリアをトラップして、調製し
た膜の電気的特性を損ねることが知られている他、大電
流を流すようなレーザーに対しては、寿命の低下を招く
ことが知られている。

【０００６】そのため、これらの欠陥を低減し、かつ、
調製する半導体の電気的特性を良好な状態にするための
検討がなされている。たとえば、有機金属気相成長（Ｍ
ＯＣＶＤ）法等により成長させたＧａＮ膜上に、転位等
の欠陥の上昇を抑えるため、ＳｉＯ₂、タングステン等
のマスクを用いて、ハイドライド気相成長（Ｈ−ＶＰ
Ｅ）法等によりＧａＮの厚膜を成長させ、得られた厚膜
を基板として、その上に発光素子を作製する技術が開発
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、そのようなＧ
ａＮ基板上でのｎ型電極の特性については明らかでなか
った。本発明者らは、Ｔｉ／Ａｌ等のｎ型電極をＧａＮ
基板のＧａ終端面に形成した場合、該電極はショットキ
ー特性を示す傾向が強いことを明らかにした。本発明者
らは、Ｇａ終端面において、炭素（Ｃ）等が、Ｇａのダ
ングリングボンドと結合し易いと考えた。Ｃが存在する
状態で、Ｇａ終端面上にＴｉ／Ａｌ等のｎ型電極を形成
した場合、障壁層が形成され、電極はショットキー特性
を示し得る。一方、ｐ型電極であるＮｉ、Ｐｄ等の膜
は、炭素（Ｃ）等を、自らに取り込み、障壁層を減らす
ことができる。これは、ｐ型電極について、比較的オー
ミック特性の得られやすい原因の一つと考えられた。

【０００８】ＧａＮ基板のＧａ終端面上にオーミック特
性のＴｉ／Ａｌ等のｎ型電極を得るためには、基板表面
を塩酸等で洗浄処理を行ったり、電極形成後にアロイ形
成のための熱処理を行い、ＧａＮとそれに接するＴｉと
の中間生成物を形成し、障壁層を軽減させる等の工程を
入れる必要があった。しかし、このような工程を導入し
てもｎ型電極との接触比抵抗は高かった。

【０００９】本発明の一つの目的は、前述の表面処理や
熱処理工程を行わずに、窒化物半導体基板、たとえばＧ
ａＮ基板を用いた半導体装置構造にｎ型電極を形成して
オーミック特性を得る技術を提供することにある。

【００１０】本発明のもう一つの目的は、ｎ型電極の接
触比抵抗が低い窒化物半導体装置、特に発光素子を提供
することにある。

【００１１】本発明のさらなる目的は、低閾値電圧また
は低閾値電流密度の窒化物半導体装置、特に発光素子を
提供することにある。

【００１２】本発明者らは、窒化物半導体のＮ終端面上
にｎ型電極を形成すれば、オーミック特性が容易に得ら
れることを見出した。さらに、本発明者は、窒化物半導
体基板に添加する不純物濃度とｎ電極の接触比抵抗との
関係を明らかにした。さらに、本発明者らは、発光素
子、特にレーザーダイオード素子に関して、窒化物半導
体基板に添加する不純物濃度と閾値電圧との関係、およ
び窒化物半導体基板に添加する不純物濃度と閾値電流密
度との関係について明らかにするとともに、低接触比抵
抗、低閾値電圧、または低閾値電流密度が得られる適当
な不純物濃度を見出した。本発明は以上の知見に基づ
く。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によりＩＩＩ−Ｎ
系化合物半導体装置が提供され、該装置は、ＩＩＩ−Ｎ
系化合物半導体基板の窒素終端面上に電極を有する。具
体的に、本発明による半導体装置は、ＩＩＩ−Ｎ系化合
物半導体基板、該半導体基板上に形成された複数のＩＩ
Ｉ−Ｎ系化合物半導体層、および該半導体基板上に形成
された複数の半導体層に電圧を印加するためのｎ型電極
およびｐ型電極を備え、そこにおいて、該半導体基板は
ｎ型であり、該ｎ型電極は、該半導体基板の窒素終端面
上に形成されている。

【００１４】図２３に、種基板の（０００１）面上に成
長したＧａＮのＧａ終端面とＮ終端面を示す。図中、２
３０１は種基板、２３０２はバッファ層、２３０３ａは
Ｇａ終端面、２３０３ｂはＮ終端面、白丸２３０４はＧ
ａ原子、黒丸２３０５はＮ原子を表す。図に示すよう
に、Ｎ終端面２３０３ｂでは、Ｎ原子２３０５が優先的
に突出し、一方、Ｇａ終端面２３０３ａでは、Ｇａ原子
２３０４が優先的に突出している。

【００１５】ここで、ＧａＮ結晶の（０００１）面に関
するＮ終端面とＧａ終端面を以下のように定義すること
ができる。Ｎ終端面が露出している該結晶を、室温で
１．８ＭのＮａＯＨ溶液中に３分間浸すと、容易に表面
状態が変化し、サイズ５０ｎｍ程度のヒルロックが消失
する。また、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いれば、５
μｍ領域の観察でエッチング後に表面が荒れていること
がわかる。表面原子の６０％以上がＮ原子で終端してい
る面はこの性質があり、本明細書では、このような性質
をもつ面をＮ終端面と呼ぶ。一方、Ｇａ終端面は、同様
の処理方法により、表面状態が変化しにくく、ＡＦＭを
用いても、５μｍ領域の観察でエッチング後に表面変化
が殆どみられない（例えば、Appl. Phys. Lett. 71, 26
35 (1997)）。表面原子の６０％以上がＧａ原子で終端
している面は、この性質があり、本明細書では、このよ
うな性質をもつ面をＧａ終端面と呼ぶ。したがって、Ｉ
ＩＩ−Ｎ系化合物半導体に関し、表面に露出する終端原
子の６０％以上がＮ原子であり、かつ所定のエッチング
により荒れやすい性質を有する面をＮ終端面と呼ぶこと
ができ、一方、表面に露出する終端原子の６０％以上が
ＩＩＩ族原子であり、かつ所定のエッチングにより変化
しにくい性質を有する面をＩＩＩ族原子終端面と呼ぶこ
とができる。

【００１６】また、エッチング以外に、極性の違い（終
端原子の違い）は、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）
法（例えば、Appl. Phys. Lett. 72, 2114 (1998)）
や、同軸型直衝突イオン散乱分光法（ＣＡＩＣＩＳＳ）
を用いることにより、非破壊で判別、評価できる。

【００１７】ＩＩＩ−Ｎ系化合物半導体には、例えば、
ＧａＮ、ＡｌＮ、Ａｌ_xＧａ_l-xＮ（０＜ｘ＜１）、Ｉｎ
Ｎ、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）、Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ
_1-x-yＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）等がある。特に、
本発明は、Ｇａを含むＩＩＩ−Ｎ系化合物半導体、すな
わちＧａＮ系化合物半導体を使用することが好ましい。

【００１８】典型的に、本発明において、半導体基板中
のｎ型不純物の濃度は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜１×１０²¹
ｃｍ^-3の範囲内である。好ましくは、半導体基板中のｎ
型不純物の濃度は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜１×１０¹⁹ｃｍ
^-3の範囲内である。これらの範囲において、ｎ型不純物
の濃度は、基板の厚みの方向において一定であってもよ
いし、変化していてもよい。

【００１９】本発明において、半導体基板中のｎ型不純
物の濃度は、該半導体基板の厚み方向において一定であ
ってもよいし、あるいは変化していてもよい。該ｎ型不
純物の濃度が該厚みの方向において変化している場合、
該半導体基板は、窒素終端面を形成しかつ第１のｎ型不
純物濃度を有する第１の部分と、第１のｎ型不純物濃度
より低い第２のｎ型不純物濃度を有する第２の部分とを
少なくとも有することが好ましい。ｎ型不純物の濃度が
基板の厚みの方向において変化している場合、第１の部
分の第１のｎ型不純物濃度は、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上で
あることが好ましい。第１の部分の厚みは、０．０５μ
ｍ〜５０μｍであることが好ましい。

【００２０】ｎ型不純物の濃度が基板の厚みの方向にお
いて変化している場合、第１のｎ型不純物濃度より低い
ｎ型不純物濃度を有する第２の部分上に複数の半導体層
が形成されていることが好ましい。この場合も、第１の
部分の厚みは、０．０５μｍ〜５０μｍであることが好
ましい。さらに、第１の部分の第１のｎ型不純物濃度
は、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であることが好ましい。

【００２１】本発明による半導体装置は、典型的には、
発光素子である。本発明により、もう一つの半導体装置
が提供され、該半導体装置は、ＩＩＩ−Ｎ系化合物半導
体基板、該半導体基板上に形成された複数のＩＩＩ−Ｎ
系化合物半導体層、および該半導体基板上に形成された
複数の半導体層に電圧を印加するためのｎ型電極および
ｐ型電極を備え、そこにおいて、該半導体基板はｐ型で
あり、該複数の半導体層の最上層は窒素終端面を有して
おり、ｎ型電極は該窒素終端面上に形成されている。Ｉ
ＩＩ−Ｎ系化合物半導体は、典型的にＧａＮ系化合物半
導体である。この場合、ｐ型電極は、半導体基板のＧａ
終端面上に形成されていることが好ましい。本発明によ
る半導体装置は、特に、発光素子に適用できる。

【００２２】本発明により、さらなる半導体装置が提供
され、該半導体装置は、ＩＩＩ−Ｎ系化合物半導体基
板、該半導体基板上に形成された複数のＩＩＩ−Ｎ系化
合物半導体層、および該半導体基板上に形成された複数
の半導体層に電圧を印加するためのｎ型電極およびｐ型
電極を備え、そこにおいて、該半導体基板はｎ型であ
り、該ｎ型電極は、該半導体基板の窒素終端面上に形成
されており、該半導体基板中のｎ型不純物の濃度は、該
半導体基板の厚み方向において変化しており、該半導体
基板は、窒素終端面を形成しかつ第１の平均ｎ型不純物
濃度を有する第１の部分と、第１の平均ｎ型不純物濃度
より低い第２の平均ｎ型不純物濃度を有する第２の部分
とからなり、第１の平均ｎ型不純物濃度は３×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3以上であり、第２の平均ｎ型不純物濃度は３×１０
¹⁸ｃｍ^-3以下であり、かつ該複数の半導体層は第２の部
分上に形成されている。好ましくは、第１の平均ｎ型不
純物濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3〜１×１０²¹ｃｍ^-3の範囲
内である。好ましくは、第２の平均ｎ型不純物濃度は１
×１０¹⁷ｃｍ^-3〜３×１０¹⁸ｃｍ^-3の範囲内である。よ
り好ましくは、第１の平均ｎ型不純物濃度は、３×１０
¹⁸ｃｍ^-3〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3の範囲内である。ＩＩＩ−
Ｎ系化合物半導体は、好ましくはＧａＮ系化合物半導体
である。本発明による半導体装置は、特に、発光素子に
適用できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明における不純物濃度は、例
えば、ＳＩＭＳ（２次イオン分析）装置を用いて測定す
ることができる。本発明において、ｎ型電極は、Ｔｉ／
Ａｌ、Ｈｆ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ、Ｖ／Ａｌ等の、Ａｕまた
はＡｌと、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｃ、ＲｅまたはＮ
とを組合わせて、形成することができる。さらには、ｎ
型ＩＩＩ−Ｎ系化合物半導体の表面と良好なオーミック
特性を示す材料であれば、その他材料を使用してもよ
い。

【００２４】本発明において、ＩＩＩ−Ｎ系化合物半導
体基板中の不純物濃度は、１×１０ ¹⁷ｃｍ^-3以上１×１
０²¹ｃｍ^-3以下が好ましく、さらには１×１０¹⁷ｃｍ^-3
以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下が好ましい。ｎ型不純物とし
てＳｉが好ましいが、ｎ型伝導性を付与できる他の不純
物も、Ｓｉと同様の効果をもたらすことができる。

【００２５】ＩＩＩ−Ｎ系化合物半導体基板において、
高い不純物濃度を有する部分の厚さは、表面の凹凸に影
響を及ぼさない程度の厚みとすることが好ましく、たと
えば、０．０５μｍ〜５０μｍが好ましく、０．０５μ
ｍ〜１０μｍ程度がより好ましい。

【００２６】本発明において、ＩＩＩ−Ｎ系化合物半導
体基板は、種基板上に、ＩＩＩ−Ｎ系化合物半導体の厚
膜をエピタキシャル成長させ、得られた厚膜を種基板か
ら分離することにより得ることができる。（０００１）
面を有するサファイア基板を、ＩＩＩ−Ｎ系化合物半導
体基板、特にＧａＮ系化合物半導体基板を得るための、
種基板として好ましく使用することができる。さらに、
他の結晶面を有するサファイア基板、ＧａＮ、ＳｉＣ、
スピネル、マイカ等を種基板として適用してもよい。い
ずれの種基板を使用しても、本発明の目的を達成するこ
とができる。

【００２７】ＧａＮ系化合物半導体基板の調製にあた
り、種基板上に形成する低温バッファー層としてＧａＮ
膜を好ましく使用することができる。該低温バッファー
層上に、ＧａＮ系化合物半導体の厚膜を形成し、該厚膜
を研磨によって取り出すことにより、基板を得ることが
できる。さらに、低温バッファー層としてＡｌ_xＧａ_1-x
Ｎ（０≦ｘ≦１）、またはＺｎＯを用いてもよく、いず
れの場合でもＧａＮ低温バッファー層を使用する場合と
同様の効果を得ることができる。

【００２８】基板調製における厚膜は、Ｈ−ＶＰＥ法よ
り成長させることが好ましい。Ｈ−ＶＰＥ法によって成
長させたＧａＮ基板を用いて作製したレーザは、昇華
法、高圧合成法、およびその他の厚膜成長方法で作製し
たＧａＮ基板を用いて作製したレーザと比べて、より低
い閾値電圧、より低い閾値電流で発振し得る。Ｈ−ＶＰ
Ｅ法では成長時にＨＣｌを用いるため、成長させたＧａ
Ｎ厚膜には、塩素（Ｃｌ）が含有され、このＣｌが電極
部分で、中間生成物を形成し、電気的な障壁を緩和し、
その結果、良好な特性をもたらすと考えられる。しか
し、Ｈ−ＶＰＥ法の代わりに他の厚膜成長方法を使用し
ても、従来より低い閾値電圧等の効果を得ることができ
る。

【００２９】本発明において、種基板から分離されたＩ
ＩＩ−Ｎ系化合物半導体基板、たとえば、ＧａＮ基板上
に、レーザ等の素子の構造を形成することができる。素
子構造は、たとえば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）により好ましく形成することができる。一方、種基
板に付着した状態のＧａＮ厚膜上に、ＭＯＣＶＤ法で発
光層を含む多層構造のＧａＮ系化合物半導体層を成長さ
せてもよい。その後、種基板、下地のアンドープＧａＮ
膜、マスクを研磨等で除去して得られるＧａＮ系化合物
半導体レーザも、最初に分離された基板を使用する場合
と同様に、良好な特性を示し得る。

【００３０】本発明では、特にＧａＮ基板を好ましく使
用できるが、他のＧａＮ系化合物半導体、および他のＩ
ＩＩ−Ｎ系化合物半導体からなる基板も、使用できる。
さらに、ＧａＮ系化合物半導体を構成する元素のうち、
窒素元素の一部（１０％程度以下）を、Ｐ、Ａｓおよび
Ｓｂからなる群より選ばれる元素で置換してもよい。そ
のような材料も同様の効果をもたらし得る。

【００３１】本発明において、ｃ軸の方向に成長した六
方晶の基板を使用することが好ましい。この場合、基板
のＮ終端面およびＧａ終端面には、六方晶のＣ面が露出
している。そのような基板は、種基板の（０００１）面
上でのエピタキシャル成長により得ることができる。一
方、他の結晶面から成長させた厚膜を基板として使用し
てもよい。そのような成長には、Ｍ面（０１−１０）上
でのＧａＮの＜０１−１３＞方向への成長、Ａ面（２−
１−１０）上でのＧａＮのｃ軸方向への成長、Ｒ面（０
１１−２）上へのＧａＮの＜２−１−１０＞方向への成
長、および、立方晶の[（１１１）面＋微傾斜面]上での
ＧａＮのｃ軸方向への成長がある。それらの場合におい
ても、ｎ型電極のためのＮ終端面を得ることができる。

【００３２】本発明において、主面にＣ結晶面が露出す
る基板を用いる場合、基板主面に垂直な方向（結晶の積
層方向）に対し、基板結晶のｃ軸が０．１０°〜０．２
５°ずれていることが好ましく、０．１５°〜０．２０
°ずれていることがより好ましい。この場合、基板上に
成長させる結晶表面の平坦性が促進され、素子全体の結
晶性を向上させ、活性層ひいては素子の特性をさらに向
上させることができる。

【００３３】また、基板上にレーザ等の素子構造の作製
するため、ＭＯＣＶＤ法が好ましく使用される。そのほ
か、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の他のエピタキ
シャル成長方法を用いてもよい。ＭＯＣＶＤ法に使用さ
れる原料には、たとえば、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチル
インジウム（ＴＭＩ）、ＮＨ₃、およびビスシクロペン
タジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）がある。これら
以外でも、必要な化合物を成長できる原料であれば任意
のものを使用することができる。ＩＩＩ−Ｎ系化合物半
導体基板、特にＧａＮ基板、およびレーザ等の素子構造
へのドーパントとして、ｎ型の場合は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ
ｎ、Ｏ、Ｓ、ＳｅまたはＴｅ、ｐ型の場合は、Ｍｇ、Ｂ
ｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、ＺｎまたはＣｄを使用すること
ができる。

【００３４】また、本発明は、特に、発光素子に適用さ
れる。発光素子は、たとえば、レーザおよび発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）を含む。レーザの場合、本発明によれ
ば、低い接触比抵抗、低い閾値電圧、または低い閾値電
流密度を得ることができる。発光ダイオードの場合、本
発明によれば、駆動時の電圧の低減、および表面の平坦
性の向上を実現することができる。

【００３５】図１（ａ）は、半導体レーザとして適用さ
れる本発明による半導体装置の一具体例を示している。
ＧａＮ基板１０２の一方の主面１０２Ａ上にｎ型電極１
０１が形成されている。ｎ型電極１０１と接する主面１
０２ＡはＮ終端面である。ＧａＮ基板１０２の他方の主
面上には、ｎ型ＧａＮ層１０３、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ
クラッド層１０４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０５、多重
量子井戸の発光層１０６、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリ
アブロック層１０７、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０８、ｐ
型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１０９、ｐ型ＧａＮコン
タクト層１１０、およびｐ型電極１１１が順に形成され
ている。以下、この半導体レーザの製造プロセスについ
て説明する。

【００３６】実施例１ 以下に示すように、サファイア基板上にＨ−ＶＰＥ法に
よりＧａＮ厚膜を成長させ、得られた厚膜を基板として
使用し、図１（ａ）に示す半導体レーザを調製した。

【００３７】まず、（０００１）面を有するサファイア
基板を洗浄し、ＭＯＣＶＤ法を用いて、以下の手順で、
約３μｍの厚みのアンドープＧａＮ膜を下地層として成
長させる。洗浄したサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置内
に導入し、Ｈ₂雰囲気の中で、１１００℃の高温でクリ
ーニングを行う。その後、降温して、キャリアガスとし
て水素（Ｈ₂）を１０Ｌ／ｍｉｎ流しながら、６００℃
でＮＨ₃とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）をそれぞれ５
Ｌ／ｍｉｎ、２０ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、約２０ｎｍ
の厚みのＧａＮ低温バッファー層を成長させる。

【００３８】その後、一旦ＴＭＧの供給を停止し、再び
１０５０℃まで昇温して、ＴＭＧを約１００ｍｏｌ／ｍ
ｉｎ導入し、１時間で３μｍの厚さのアンドープＧａＮ
膜を成長させる。その後、ＴＭＧおよびＮＨ₃の供給を
停止し、室温まで降温し、アンドープＧａＮ下地層を成
長させたサファイア基板を取り出す。低温バッファー層
としては、ＧａＮ膜の代わりに、トリメチルアルミニウ
ム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ₃を使用して、ＡｌＮ膜や
ＧａＡｌＮ膜を形成してもよい。

【００３９】上記方法で作製したアンドープＧａＮ下地
層（その最表面はＧａ終端面）上にＧａＮ厚膜を成長さ
せる際、クラックが生じないよう、厚さ２０００Åで、
幅７μｍ、間隔１０μｍのストライプ状の成長抑制膜を
形成し、その上にＨ−ＶＰＥ法で選択成長を行い、平坦
なＧａＮ厚膜を成長させる。本実施例では、成長抑制膜
として、電子ビーム蒸着法（ＥＢ法）により蒸着したＳ
ｉＯ₂膜をフォトリソグラフィを用いてエッチングした
ものを使用する。ストライプ状の成長抑制膜で部分的に
覆われたアンドープＧａＮ下地膜を有するサファイア基
板を、Ｈ−ＶＰＥ装置内に導入する。Ｎ₂キャリアガス
とＮＨ₃を、それぞれ５Ｌ／ｍｉｎ流しながら、基板の
温度を約１０５０℃まで昇温させる。その後、基板上に
ＧａＣｌを１００ｃｃ／ｍｉｎ導入してＧａＮ厚膜の成
長を開始する。ＧａＣｌは８５０℃に保持されたＧａ金
属にＨＣｌガスを流すことにより生成される。また、基
板近傍まで単独で配管してある不純物ドーピングライン
を用いて不純物ガスを流すことにより、任意に成長中に
ドーピングを行うことができる。本実施例では、Ｓｉを
ドーピングする目的で、成長を開始すると同時に、モノ
シラン（ＳｉＨ₄）を２００ｎｍｏｌ／ｍｉｎ供給し
て、ＳｉドープＧａＮ層（Ｓｉ不純物濃度：３．８×１
０¹⁸ｃｍ^-3）を成長させ、計３時間の成長で３５０μｍ
のＧａＮ厚膜を得る。このような成長条件でつくったＧ
ａＮの最表面はＧａ終端面である。Ｓｉのドーピングに
関しては、ＳｉＨ₄に限らず、モノクロロシラン（Ｓｉ
Ｈ₃Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）、トリク
ロロシラン（ＳｉＨＣｌ₃）等、他の原料を使用しても
よい。

【００４０】成長後、研磨によりサファイア基板、ＭＯ
ＣＶＤ法によるアンドープＧａＮ膜、ＳｉＯ₂膜を除去
し、Ｎ終端面が出るまで研磨して、図１（ａ）に示すＧ
ａＮ基板１０２を得る。ＧａＮ基板の研磨を行った面は
Ｎ終端面であり、反対側の成長最表面はＧａ終端面であ
る。

【００４１】得られたＧａＮ厚膜を基板として使用し、
以下のとおり、ＭＯＣＶＤ法により発光素子構造を成長
させる。まず、基板をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｎ₂
とＮＨ₃をそれぞれ５Ｌ／ｍｉｎ流しながら１０５０℃
まで昇温する。温度が上がればキャリアガスをＮ₂から
Ｈ₂に代えて、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｓｉ
Ｈ₄を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、図１に示すｎ型
ＧａＮ層１０３を４μｍ成長させる。その後、ＴＭＧの
流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μ
ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッ
ド層１０４を０．５μｍの厚さで成長させる。Ａｌ_0.1
Ｇａ_0.9Ｎの成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止
し、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ｎ型
ＧａＮ光ガイド層１０５を０．１μｍの厚さになるよう
に成長させる。その後、ＴＭＧ、ＳｉＨ ₄の供給を停止
して、キャリアガスをＨ₂からＮ₂に再び代えて、７００
℃まで降温し、インジウム原料であるトリメチルインジ
ウム（ＴＭＩ）を１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを１５
μｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなる
４ｎｍ厚の障壁層を成長させる。その後、ＴＭＩの供給
量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ
よりなる２ｎｍ厚の井戸層を成長させる。井戸層は合計
３層、同様の手法で成長させ、井戸層と井戸層との間お
よび両側に合計４層の障壁層が存在するような多重量子
井戸（ＭＱＷ）の発光層１０６を成長させる。ＭＱＷの
成長が終了すると、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止し
て、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ
₂からＨ₂に代えて、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｔ
ＭＡを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｐ型ドーピング原料であ
るビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍ
ｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、２０ｎｍ厚のｐ型Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１０７を成長させ
る。キャリアブロック層の成長が終了すると、ＴＭＡの
供給を停止し、ＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉ
ｎに調整して、０．１μｍの厚さのｐ型ＧａＮ光ガイド
層１０８を成長させる。その後、ＴＭＧの供給を５０μ
ｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ導入し、０．４μｍ厚のｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッ
ド層１０９を成長させ、最後に、ＴＭＧの供給を１００
μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＡの供給を停止し、
０．１μｍ厚のｐ型ＧａＮコンタクト層１１０の成長を
行い、発光素子構造の成長を終了する。成長が終了する
と、ＴＭＧおよびＣｐ₂Ｍｇの供給を停止して降温し、
室温で基板をＭＯＣＶＤ装置より取り出す。

【００４２】その後、ドライエッチング装置を用いて、
ｐ−ＧａＮコンタクト層１１０を５μｍ幅のストライプ
状に残し、ｐ−Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ光ガイド層１０９まで
エッチングを行い、光導波路を形成する。次いで、ｐ−
ＧａＮ部分にＰｄを１５０Å、Ａｕを１０００Å順次蒸
着して、ｐ型電極１１１を形成する。また、基板温度を
２００℃程度に保ち、ＧａＮ基板のＮ終端面１０２Ａ
に、Ｔｉを厚さ１５０Å、Ａｌを１０００Å順次蒸着
し、ｎ型電極１０１を形成する。最後に、素子長が約１
ｍｍとなるように、劈開あるいはドライエッチング法を
行い、ミラーとなる端面を形成する。

【００４３】以上のプロセスにより得られた半導体レー
ザーにおいて、ＧａＮ基板の不純物濃度プロファイルは
図１（ｂ）に示すとおりである。ｎ型であるＧａＮ基板
１０２の厚み方向において、ｎ型不純物（Ｓｉ）の濃度
はほぼ一定であり、３．８×１０¹⁸ｃｍ^-3である。本実
施例で作製したレーザは、発振の閾値電圧が約５Ｖ、閾
値電流密度が１．２ｋＡ／ｃｍ²である。該レーザに対
して、閾値近傍の条件で約１０００時間の寿命試験を実
施したが、特性の変化は見られなかった。

【００４４】比較例１ 実施例１で得られたＧａＮ基板のＮ終端面に各層をエピ
タキシャル成長させ、Ｇａ終端面にｎ型電極を形成し、
レーザを得た。図２（ａ）に作製されたＧａＮ系化合物
半導体のレーザの断面図、図２（ｂ）にＧａＮ基板の成
長方向（厚み方向）の不純物濃度プロファイルを示す。
レーザは以下のプロセスに従って調製された。

【００４５】ＭＯＣＶＤ法によるアンドープＧａＮ膜と
ＳｉＯ₂膜の形成、およびＨ−ＶＰＥ法による成長は、
実施例１と同様にして行う。次いで、ＧａＮ基板のＮ終
端面をエピタキシャル成長面にし、その後は、実施例１
と同様の方法で、ＧａＮ基板２０２上に、ｎ型ＧａＮ層
２０３、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層２０４、ｎ型
ＧａＮ光ガイド層２０５、多重量子井戸の発光層２０
６、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層２０７、
ｐ型ＧａＮ光ガイド層２０８、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_{0 .9}Ｎク
ラッド層２０９、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１０、およ
びｐ型電極２１１を形成し、さらに、Ｇａ終端面２０２
Ａにｎ型電極２０１を形成する。

【００４６】得られた素子は、室温でレーザ発振に至ら
なかった。レーザ発振に到らなかった原因を探るため
に、実施例１と同様にしてＧａＮ基板を作製し、Ｎ終端
面とＧａ終端面に、径０．５ｍｍのＴｉ（１５０Å）／
Ａｌ（１０００Å）電極２０１を１．０ｍｍの間隔でそ
れぞれ９個、計１８個、順次蒸着し、それらの電圧−電
流特性を調べた。図３は、ＧａＮ基板のＮ終端面または
Ｇａ終端面に蒸著されたｎ型電極のパターンを示し、３
０１はｎ型電極、３０２はＧａＮ基板を示す。図４は、
ＧａＮ基板のＮ終端面に蒸著されたｎ型電極の電流−電
圧特性を示し、図５は、ＧａＮ基板のＧａ終端面に蒸著
されたｎ型電極の電流−電圧特性を示す。図４に示すよ
うにＮ終端面上のｎ型電極は、良好なオーミック特性を
示す。一方、図５に示すようにＧａ終端面上のｎ型電極
は、ショットキー特性を示し、障壁層の存在を示唆す
る。

【００４７】Ｇａ終端面に存在するＧａのダングリング
ボンドには、Ｃ等が結合し易い。したがって、Ｃ等が存
在する状態で、Ｔｉ／Ａｌ等の電極を形成した場合、障
壁層が形成され、得られた電極はショットキー特性を示
し得る。一方、Ｎ終端面では、このような障壁を形成す
る原子が表面に存在し得る確率は低い。したがって、Ｎ
終端面上には、表面処理等を行わなくとも、良好なオー
ミック特性を示すｎ型電極を形成することができる。

【００４８】一方、Ｇａ終端面上でのＧａＮ系化合物半
導体層のエピタキシャル成長は、１０００℃以上の高温
で行われる。この場合、表面の不純物は離脱し、清浄化
され、その結果、良好なＧａＮ系化合物半導体層を形成
することができると考えられる。

【００４９】実施例２ ドーパント源ＳｉＨ₄の供給量を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ
〜１０００ｎｍｏｌ／ｍｉｎの範囲で種々の値とし、Ｈ
−ＶＰＥ法により不純物濃度の異なるＧａＮ厚膜をそれ
ぞれ成長させた。各ＧａＮ厚膜の成長中、ＳｉＨ₄の流
量は一定にした。その他の条件は、実施例１と同様であ
った。得られたＧａＮ厚膜を基板として使用して実施例
１と同様にレーザを作製し、それらの特性を測定した。
レーザのための各層は、ＧａＮ基板のＧａ終端面上でエ
ピタキシャル成長させた。ｎ型電極は、ＧａＮ基板のＮ
終端面上に形成した。

【００５０】図６は、ＧａＮ厚膜を成長させる際の、Ｓ
ｉＨ₄供給量と該膜中に含まれる不純物濃度との関係を
表わす。囲７は、ＧａＮ基板中の不純物濃度と、該Ｇａ
Ｎ基板を使用して作製したレーザの閾値電圧との関係を
示す。図８は、ＧａＮ基板中の不純物濃度と、該ＧａＮ
基板を使用して作製したレーザの閾値電流密度との関係
を示す。図９は、ＧａＮ基板中の不純物濃度と、該Ｇａ
Ｎ基板の表面粗さとの関係を示す。

【００５１】図６に示されるように、ＳｉＨ₄供給量と
ＧａＮ基板中の不純物濃度は、比例関係にあり、ＳｉＨ
₄供給量が１０００ｎｍｏｌ／ｍｉｎの時の不純物濃度
は、１．６×１０¹⁹ｃｍ^-3である。図７に示されるよう
に、ＧａＮ基板中の不純物濃度が増加するに従って、作
製したレーザの発振閾値電圧が徐々に下がる傾向にあ
る。これは、ＧａＮ基板の抵抗が、不純物の影響で低下
してきている事にもよるが、それ以上にＮ終端面とｎ型
電極コンタクト部分で生じるショットキー障壁が低減し
て接触比抵抗が低下し、その結果、閾値電圧が低くなっ
ていると考えられる。発振閾値電圧は、ＧａＮ基板の不
純物濃度が約１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上でほぼ５Ｖ程度の値
に収束している。

【００５２】反面、図８は、ＧａＮ基板の不純物濃度
が、約１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上になると、レーザの発振閾
値電流密度が徐々に増加し始め、５×１０²¹ｃｍ^-3以上
でほぼ２ｋＡ／ｃｍ²程度の値に収束している。このこ
とは、図９に示されるように、ＧａＮ基板中の不純物濃
度が約１×１０¹⁹ｃｍ^-3を超えるあたりから、膜表面の
平均表面粗さが増加し始めてきている事に起因している
と思われる。即ち、膜の表面粗さが増加すると、その上
に成長したレーザ構造における各層の界面の凹凸が増加
し、レーザ光を伝搬するガイド層内での光の分散が増加
し、それが閾値電流密度の増加につながってきていると
考えられる。

【００５３】また、レーザの作製に使用したＧａＮ基板
のＮ終端面側にｎ電極を形成し、Trans Mission Line M
odel（ＴＬＭ）法により、不純物濃度に対する接触比抵
抗を調べた。これは、測定サンプルが面内で均一である
と仮定して、電極間距離依存性から接触比抵抗を求める
方法である。今回は、Ｔｉ（１５０Å）／Ａｌ（１００
０Å）、サイズ３００μｍ、間隔１０〜１００μｍの電
極パッドパターンを使用した。

【００５４】図１０は、ＧａＮ基板中の不純物濃度と接
触比抵抗との関係を示す。不純物濃度が１×１０¹⁷ｃｍ
^-3を超えると接触比抵抗が１×１０^-5Ω・ｃｍ²以下と
なり、その後は不純物濃度の増加とともに比抵抗は下が
っていく。

【００５５】以上の結果から、ＧａＮ基板の不純物濃度
は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上１×１０ ²¹ｃｍ^-3以下が望ま
しく、１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下がよ
り望ましい。不純物濃度が低過ぎる場合は、基板自体の
抵抗が上がり、さらに、電極とＧａＮ基板との中間生成
物が形成され、障壁を減らすことが困難になり得る。一
方、不純物濃度が高過ぎる場合、成長表面が荒れて、再
成長時の結晶性が低下し、素子の特性が劣化し得る。適
当な不純物濃度を有する基板のＮ終端面にｎ型電極を形
成することでより好ましい特性が得られる。

【００５６】実施例３ 以下に示すように、ＧａＮ基板のキャリア濃度を厚さ方
向に変化させ、レーザ素子を調製した。図１１（ａ）
に、作製されたＧａＮ系化合物半導体のレーザの断面
図、図１１（ｂ）に、ＧａＮ基板の厚み方向の不純物濃
度プロファイルを示す。ここで使用されるＧａＮ基板１
００２は、Ｓｉ高ドープＧａＮ層１００２ａ（Ｓｉ不純
物濃度：８．０×１０¹⁸ｃｍ^-3）と、Ｓｉ通常ドープＧ
ａＮ層１００２ｂ（Ｓｉ不純物濃度：３．８×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3）とからなる。ｎ型電極１００１は、基板１００２
のＮ終端面１００２Ａに形成されている。ｎ型電極１０
０１に接触するＮ終端面を形成するＧａＮ層１００２ａ
は、レーザ構造に接触するＧａＮ層１００２ｂよりも高
い不純物濃度を有する。以下に製造プロセスを示す。

【００５７】ＭＯＣＶＤ法によるアンドープＧａＮ膜と
ＳｉＯ₂膜の形成は、実施例１と同様に行う。その後、
以下のように、Ｈ−ＶＰＥ法による成長を行う。

【００５８】まず、ストライプ状の成長抑制膜を有する
アンドープＧａＮ下地層を成長したサファイア基板を、
Ｈ−ＶＰＥ装置内に導入する。Ｎ₂キャリアガスとＮＨ₃
を、それぞれ５Ｌ／ｍｉｎ流しながら、基板の温度を１
０５０℃まで昇温する。その後、基板上にＧａＣｌを１
００ｃｃ／ｍｉｎ導入してＧａＮ厚膜の成長を開始す
る。ＧａＣｌは約８５０℃に保持されたＧａ金属にＨＣ
ｌガスを流すことにより生成される。また、基板近傍ま
で単独で配管してある不純物ドーピングラインを用いて
不純物ガスを流すことにより、任意に成長中にドーピン
グを行うことができる。Ｓｉをドーピングしながら成長
を開始し、モノシラン（ＳｉＨ₄）を３分間、５００ｎ
ｍｏｌ／ｍｉｎ供給して、Ｓｉ高ドープＧａＮ層１００
２ａ（Ｓｉ不純物濃度：８．０×１０¹⁸ｃｍ^-3）を５μ
ｍ成長させ、その後、ＳｉＨ₄の流量を２００ｎｍｏｌ
／ｍｉｎに変えて、Ｓｉ通常ドープＧａＮ層１００２ｂ
（Ｓｉ不純物濃度：３．８×１０¹⁸ｃｍ^-3）を成長さ
せ、計３時間の成長で３５０μｍのＧａＮ厚膜を得る。
このような条件で作製したＧａＮの最表面（エピタキシ
ャル面）はＧａ終端面であった。Ｓｉのドーピングに関
しては、ＳｉＨ₄に限らず、モノクロロシラン（ＳｉＨ₃
Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）、トリクロロ
シラン（ＳｉＨＣｌ₃）等、他の原料を使用してもよ
い。

【００５９】成長後、研磨によりサファイア基板、ＭＯ
ＣＶＤ法によるアンドープＧａＮ膜、ＳｉＯ₂膜を除去
し、Ｎ終端面が出るまで研磨して、ＧａＮ基板１００２
を得る。以上の様にして得られたＧａＮ厚膜を基板とし
て使用し、Ｎ終端面１００２Ａとは反対側のＧａ終端面
上に、ＭＯＣＶＤ法を用いてエピタキシャル成長層を形
成し、発光素子構造を得る。実施例１と同様の方法で、
ｎ型ＧａＮ層１００３、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド
層１００４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１００５、多重量子
井戸の発光層１００６、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリア
ブロック層１００７、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１００８、
ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラツド層１００９、ｐ型ＧａＮ
コンタクト層１０１０、およびｐ型電極１０１１を形成
し、ＧａＮ基板のＮ終端面１００２Ａ上にｎ型電極１０
０１）を作り込み、素子を得る。

【００６０】得られたレーザは、発振の閾値電圧が約５
Ｖ、閾値電流密度が１．０ｋＡ／ｃｍ²であった。閾値
近傍の条件で約１５００時間の寿命試験を実施したが、
特性の変化は見られなかった。

【００６１】比較例２ ＧａＮ基板のＧａ終端面側にＳｉ高ドープ層を形成し、
そのＧａ終端面にｎ型電極を作製した。一方、ＧａＮ基
板のＮ終端面上にレーザ素子構造のためのエピタキシャ
ル成長層を形成した。図１２（ａ）に、作製されたＧａ
Ｎ系化合物半導体レーザの断面図、図１２（ｂ）にＧａ
Ｎ基板の成長方向（厚み方向）における不純物濃度プロ
ファイルを示す。ＧａＮ基板１１０２は、Ｓｉ通常ドー
プＧａＮ層１１０２ａ（Ｓｉ不純物濃度：３．８×１０
¹⁸ｃｍ^-3）と、Ｓｉ高ドープＧａＮ層１１０２ｂ（Ｓｉ
不純物濃度：８．０×１０¹⁸ｃｍ^-3）とからなる。レー
ザ構造は、Ｓｉ高ドープＧａＮ層１１０２ｂ上に形成さ
れている。ｎ型電極１１０１は、Ｓｉ通常ドープＧａＮ
層１１０２ａのＧａ終端面１１０２Ａ上に形成されてい
る。以下に製造プロセスを示す。

【００６２】ＭＯＣＶＤ法によるアンドープＧａＮ膜と
ＳｉＯ₂膜の形成は、実施例１と同様に行う。ストライ
プ状の成長抑制膜を有するアンドープＧａＮ下地層を成
長させたサファイア基板を、Ｈ−ＶＰＥ装置内に導入す
る。Ｎ₂キャリアガスとＮＨ₃を、それぞれ５Ｌ／ｍｉｎ
流しながら、基板の温度を１０５０℃まで昇温する。そ
の後、基板上にＧａＣｌを１００ｃｃ／ｍｉｎ導入して
ＧａＮ厚膜の成長を開始する。ＧａＣｌは８５０℃に保
持されたＧａ金属にＨＣｌガスを流すことにより生成さ
れる。また、基板近傍まで単独で配管してある不純物ド
ーピングラインを用いて不純物ガスを流すことにより、
任意に成長中にドーピングを行うことができる。

【００６３】Ｓｉをドーピングしながら成長を開始し、
モノシラン（ＳｉＨ₄）を約３時間、２００ｎｍｏｌ／
ｍｉｎで供給して、Ｓｉ通常ドープＧａＮ層１１０２ａ
（Ｓｉ不純物濃度：３．８×１０¹⁸ｃｍ^-3）を３４５μ
ｍ成長させ、その後、ＳｉＨ ₄の流量を５００ｎｍｏｌ
／ｍｉｎに変えて、Ｓｉ高ドープＧａＮ層１１０２ｂ
（Ｓｉ不純物濃度：８．０×１０¹⁸ｃｍ^-3）を３分間成
長させ（約５μｍの厚さに相当）、約３５０μｍのＧａ
Ｎ厚膜を得る。このような成長条件で作製したＧａＮの
最表面はＧａ終端面である。

【００６４】成長後、研磨によりサファイア基板、ＭＯ
ＣＶＤ法によるアンドープＧａＮ膜、ＳｉＯ₂膜を除去
し、Ｎ終端面になるまで研磨して、ＧａＮ基板１１０２
を得る。以上の様にして得られたＧａＮ厚膜を基板とし
て使用し、Ｎ終端面上にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシ
ャル成長を形成し、発光素子構造を得る。実施例１と同
様に、ｎ型ＧａＮ層１１０３、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎク
ラッド層１１０４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１１０５、多
重量子井戸の発光層１１０６、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキ
ャリアブロック層１１０７、ｐ型光ガイド層１１０８、
ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１１０９、ｐ型ＧａＮ
コンタクト層１１１０、およびｐ型電極１１１１を形成
し、Ｇａ終端面１１０２Ａ上にｎ型電極１１０１を形成
して、レーザ素子を得る。

【００６５】得られたレーザは、室温で連続発振しなか
つた。作製したＧａＮ基板のＮ終端面とＧａ終端面にそ
れぞれＴｉ／Ａｌのｎ型電極を形成し、それらの特性を
調べた。その結果、Ｎ終端面上のｎ型電極は良好なオー
ミック特性を示したが、Ｇａ終端面上のｎ型電極はショ
ットキー特性を示し、障壁層の存在を示唆していた。

【００６６】一方、Ｓｉ通常ドープ層のＮ終端面にｎ型
電極（図１（ａ）の１０１）を形成した場合も、Ｓｉ高
ドープ層のＮ終端面にｎ型電極（図１１（ａ）の１００
１）を形成した場合も、良好なオーミック特性が得ら
れ、双方とも優れた電極特性を示す。一方、ｎ型電極１
０１の接触比抵抗は３×１０^-6Ω・ｃｍ²程度であり、
ｎ型電極１００１の場合は、９×１０^-7Ω・ｃｍ²であ
った。したがって、Ｓｉ高ドープ層のＮ終端面にｎ型電
極を形成した方が接触比抵抗が小さくなるため好まし
い。

【００６７】また、ＭＯＣＶＤ法によって形成されるア
ンドープＧａＮ膜の代わりに不純物濃度８×１０¹⁸ｃｍ
^-3程度のＳｉ高ドープ層を形成し、該Ｓｉ高ドープ層上
に不純物濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3のＧａＮ膜を形成した。
その後、ＧａＮのＮ終端面が得られるまで研磨を行い、
高ＳｉドープＧａＮ層のＮ終端面にｎ型電極を作製し
た。このようなプロセスを使用して得られたレーザー素
子も、発振の閾値電圧が約５Ｖ、閾値電流密度が１．１
ｋＡ／ｃｍ²であった。転位等の欠陥が比較的多い高ド
ープ領域でも、特性の良好な電極が形成されていると考
えられる。

【００６８】実施例４ 膜厚方向に不純物ドーピング量を変化させたＧａＮ基板
を用い、レーザを作製した。図１３（ａ）、図１４
（ａ）、図１５（ａ）、図１６（ａ）、図１７（ａ）、
図１８（ａ）は、それぞれ、本実施例で使用した不純物
濃度を変化させたＧａＮ基板の断面図であり、図１３
（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）、
図１７（ｂ）、図１８（ｂ）は、各ＧａＮ基板の厚み方
向の不純物濃度プロファイルを示す。

【００６９】図１３（ａ）の番号１３０２は、ＧａＮ基
板（そこにおいて、素子成長方向（厚み方向）に、不純
物濃度が減少する）を表し、番号１３０２ＡはＮ終端面
表す。ｎ電極（図示省略）はＮ終端面に接する。基板１
３０２中の不純物濃度は、図１３（ｂ）に示すように、
Ｎ終端面から、レーザのためのエピタキシャル成長面に
むかって、直線的に減少している。

【００７０】図１４（ａ）および（ｂ）に示すように、
ＧａＮ基板１４０２は、不純物濃度が最も高く一定であ
る第１ＧａＮ層１４０２ａ、素子成長方向（厚み方向）
に不純物濃度が直線的に減少する第２ＧａＮ層１４０２
ｂ、および不純物濃度が最も低く一定である第３ＧａＮ
層１４０２ｃを有する。Ｎ終端面１４０２Ａはｎ型電極
（図示省略）と接する。

【００７１】図１５（ａ）および（ｂ）に示すように、
ＧａＮ基板１５０２は、最も高い不純物濃度から厚み方
向に直線的に不純物濃度が減少する第１ＧａＮ層１５０
２ａ、不純物濃度一定の第２ＧａＮ層１５０２ｂ、およ
び厚み方向に不純物濃度が最小まで直線的に減少する第
三ＧａＮ層１５０２ｃを有する。ｎ型電極（図示省略）
はＮ終端面１５０２Ａと接する。

【００７２】図１６（ａ）および（ｂ）に示すように、
ＧａＮ基板１６０２は、不純物濃度が最も高く一定であ
る第１ＧａＮ層１６０２ａ、不純物濃度が厚み方向に減
少する第２ＧａＮ層１６０２ｂ、および不純物濃度が最
も低く一定である第３ＧａＮ層１６０２ｃを有する。ｎ
電極（図示省略）はＮ終端面１６０２Ａに接する。

【００７３】図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、
ＧａＮ基板１７０２において、不純物濃度は、厚み方向
に減少する。ｎ型電極（図示省略）は、Ｎ終端面１７０
２Ａと接する。

【００７４】図１８（ａ）および（ｂ）に示すように、
ＧａＮ基板１８０２において、不純物濃度は、厚み方向
に減少する。ｎ型電極（図示省略）はＮ終端面１８０２
Ａに接する。

【００７５】図１３（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５
（ｂ）、図１６（ｂ）、図１７（ｂ）および図１８
（ｂ）に示すような濃度分布をそれぞれ有するＧａＮ基
板を用いて、実施例１と同様にレーザ素子を作製した。
その結果、良好な特性のレーザが得られ、それらの特性
は、図７に示すようにｎ型電極近傍の不純物濃度に大き
く依存した。本実施例においても、表面に現れる終端原
子の６０％以上がＮ原子であるＮ終端面にｎ型電極を形
成することにより、良好なレーザ特性が得られた。

【００７６】実施例５ 本実施例では、ＧａＮ基板中に不純物濃度の異なる複数
の領域を設けた。

【００７７】まず、図１９（ａ）に示すようなＧａＮ基
板を使用した。基板１９０２は、図１９（ｂ）に示すよ
うな不純物濃度プロファイルを有する。Ｎ終端面１９０
２Ａを有するＧａＮ基板１９０２は、厚さ５μｍ程度の
Ｓｉ高ドープ層１９０２ａ（Ｓｉ不純物濃度：８．０×
１０¹⁸ｃｍ^-3）、Ｓｉドープ層１９０２ｂ（Ｓｉ不純物
濃度：４．２×１０¹⁸ｃｍ^-3、Ｓｉ高ドープ層１９０２
ｃ（Ｓｉ不純物濃度：８．０×１０¹⁸ｃｍ^-3）、Ｓｉド
ープ層１９０２ｄ（Ｓｉ不純物濃度：４．２×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3）、およびＳｉ高ドープ層１９０２ｅ（Ｓｉ不純物
濃度：８．０×１０¹⁸ｃｍ^-3）から構成される。

【００７８】ＧａＮ基板の調製にあたっては、Ｈ−ＶＰ
Ｅ法により、ｎ型電極と接触すべきＮ終端面側（Ｓｉ高
ドープ層１９０２ａ）とＧａ終端面側（Ｓｉ高ドープ層
１９０２ｅ）の少なくとも２箇所に高不純物領域を設け
た。ＧａＮ基板の各層においてＳｉ濃度は一定にした。
実施例３と同様の方法で、Ｇａ終端面上にエピタキシャ
ル成長を行い、ｎ型ＧａＮ層、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎク
ラッド層、ｎ型ＧａＮ光ガイド層、多重量子井戸の発光
層、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層、ｐ型光
ガイド層、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層、ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層、およびｐ型電極を形成し、Ｎ終端面上
にｎ型電極を形成し、半導体装置を得た。得られたレー
ザは、閾値電圧が約５Ｖ、閾値電流密度が約１ｋＡ／ｃ
ｍ²で発振し、長寿命の特性を示した。

【００７９】作製したＧａＮ基板のＮ終端面とＧａ終端
面にＴｉ／Ａｌのｎ型電極を形成し、特性を調べた。そ
の結果、Ｎ終端面上のｎ型電極は、良好なオーミック特
性を示す一方、Ｇａ終端面上では、ショットキー特性を
示し、障壁層の存在を示していた。

【００８０】さらに、図２０（ａ）、図２１（ａ）、お
よび図２２（ａ）に示すＧａＮ基板をそれぞれ使用し
て、半導体レーザを作製した。図２０（ｂ）、図２１
（ｂ）、図２２（ｂ）は、それぞれ使用したＧａＮ基板
の厚み方向における不純物濃度プロファイルを示す。

【００８１】図２０（ａ）に示すＧａＮ基板２００２
は、不純物濃度一定の第１ＧａＮ層２００２ａ、第１Ｇ
ａＮ層２００２ａより低くかつ一定の不純物濃度を有す
る第２ＧａＮ層２００２ｂ、第２ＧａＮ層２００２ｂよ
り高くかつ一定の不純物濃度を有する第３ＧａＮ層２０
０２ｃ、第３ＧａＮ層２００２ｃより低くかつ一定の不
純物濃度を有する第４ＧａＮ層２００２ｄ、および第４
ＧａＮ層２００２ｄより高くかつ一定の不純物濃度を有
する第５ＧａＮ層２００２ｅから構成される。第１Ｇａ
Ｎ層２００２ａはＮ終端面２００２Ａを形成する。不純
物濃度の大小関係は、式（１）に示す通りである。

【００８２】 第５ＧａＮ層２００２ｅ＞第１ＧａＮ層２００２ａ＞第３ＧａＮ層２００２ｃ ＞第２ＧａＮ層２００２ｂ＝第４ＧａＮ層２００２ｄ （式１） 図２１（ａ）に示すＧａＮ基板２１０２は、不純物濃度
一定の第１ＧａＮ層２１０２ａ、不純物濃度一定の第２
ＧａＮ層２１０２ｂ、不純物濃度一定の第３ＧａＮ層２
１０２ｃ、不純物濃度一定の第４ＧａＮ層２１０２ｄ、
および不純物濃度一定の第５ＧａＮ層２１０２ｅから構
成される。第１ＧａＮ層２１０２ａはＮ終端面２１０２
Ａを形成する。不純物濃度の大小関係は、（式２）に示
す通りである。

【００８３】 第５ＧａＮ層２１０２ｅ＞第１ＧａＮ層２１０２ａ＞第２ＧａＮ層２００２ｂ ＝第４ＧａＮ層２００２ｄ＞第３ＧａＮ層２００２ｃ （式２） 図２２（ａ）に示すＧａＮ基板２２０２は、不純物濃度
一定の第１ＧａＮ層２２０２ａ、素子成長方向（厚み方
向）に不純物濃度が増加する第２ＧａＮ層２２０２ｂ、
不純物濃度一定の第３ＧａＮ層２２０２ｃ、素子成長方
向（厚み方向）に不純物濃度が増加する第４ＧａＮ層２
２０２ｄ、および不純物濃度一定の第５ＧａＮ層２２０
２ｅから構成される。第１ＧａＮ層２２０２ａはＮ終端
面２２０２Ａを形成する。不純物濃度の大小関係は、
（式３）に示す通りである。

【００８４】 第１ＧａＮ層２２０２ａ＞第３ＧａＮ層２２０２ｃ＞第５ＧａＮ層２２０２ ｅ （式３） 図２０（ｂ）、図２１（ｂ）、および図２２（ｂ）に示
す不純物濃度分布をそれぞれ有するＧａＮ基板を用い
て、実施例１と同様にレーザ素子を作製した。得られた
レーザ素子は良好な特性を示した。本実施例に使用した
基板はＳｉ高ドープ層を３層含んでいるが、基板の両端
面にＳｉ高ドープ層を有していれば、本実施例とほぼ同
様な効果を奏することができる。したがって、Ｓｉ高ド
ープ層が２層でも、４層以上であっても構わない。Ｇａ
Ｎ基板において、ｎ型電極と接触すべきＮ終端面を形成
する部分は、他の部分より高いｎ型不純物濃度を有して
いることが好ましいが、最も高い不純物濃度を有してい
る必要はない。好ましい特性を得るため、Ｎ終端面を形
成する部分より低い不純物濃度を有する部分が基板中に
少なくとも１つあればよい。適当に高い不純物濃度を有
するＮ終端面上にｎ型電極を形成することにより好まし
い特性を有するレーザ素子が得られる。

【００８５】実施例６ 本実施例では、ｎ型伝導特性を示すＧａＮ基板を成長さ
せる際、ＧａＮ基板のＮ終端面を形成する部分の不純物
としてＧｅを使用した。

【００８６】まず、実施例１と同様に、Ｈ−ＶＰＥ法に
よりＧａＮ厚膜の成長を始めると同時に、ＳｉＨ₄とゲ
ルマニウム（Ｇｅ）を所定量導入し、合計３５０μｍの
厚みの所定の不純物濃度分布を有するｎ型ＧａＮ厚膜を
作製した。成長後、研磨によりサファイア基板、ＭＯＣ
ＶＤ法によるアンドープＧａＮ膜、ＳｉＯ₂膜を除去
し、Ｎ終端面が出るまで研磨してＧａＮ基板を得た。該
基板を用いて、実施例１と同様に、Ｇａ終端面側にレー
ザ構造およびｐ電極を形成し、Ｎ終端面上にｎ型電極を
形成して、レーザを得た。得られたレーザは室温で連続
発振した。また、その閾値電圧および閾値電流密度は、
それぞれ６Ｖ程度、１．８ｋＡ／ｃｍ²程度であった。

【００８７】比較例３ 実施例６と同様にＨ−ＶＰＥ法によりＧａＮ厚膜を成長
させた。ＧａＮ厚膜の成長中、ＳｉＨ₄とゲルマニウム
（Ｇｅ）を所定量導入し、合計３５０μｍの厚みの所定
の不純物濃度分布を有するｎ型ＧａＮ厚膜を作製した。
厚膜形成において、Ｇａ終端面側にＳｉおよびＧｅの高
ドープ層を作り込んだ。実施例６と同様に研磨を行いＧ
ａＮ基板を得た。得られたＧａＮ基板のＧａ終端面にｎ
型電極を作製し、ＧａＮ基板のＮ終端面に素子構造をエ
ピタキシャル成長させてレーザを得た。得られたレーザ
構造物は、室温で連続発振しなかった。これは、比較例
１と同様に、障壁層が存在することにより、電極がショ
ットキー特性を有するためであると考えられた。

【００８８】実施例７ 実施例３のように不純物濃度を変化させた。Ｈ−ＶＰＥ
法によりＧａＮ厚膜の成長を開始するとともに、ＳｉＨ
₄を所定量導入し、さらに成長開始から３分間、Ｇｅを
導入した。こうして、ＳｉおよびＧｅを含む不純物濃度
の高い第１領域を形成した後、Ｇｅの供給を停止し、Ｓ
ｉＨ₄のみを所定量導入して第１領域より不純物濃度の
低い第２領域を形成した。合計３５０μｍ厚みの所定の
不純物濃度分布を有するｎ型ＧａＮ厚膜を作製した。そ
の後、研磨により得られたＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置
に導入し、実施例３と同様に、Ｇａ終端面側にエピタキ
シャル成長を行い、Ｎ終端面にｎ型電極を形成して、レ
ーザ素子を作製した。ＧａＮ基板の第１領域と第２領域
の不純物濃度の関係は、第１領域＞第２領域である。

【００８９】このようにして得られたレーザ素子の閾値
電圧および閾値電流密度は、それぞれ５Ｖ程度、１．０
ｋＡ／ｃｍ²程度という低い値であった。このようにｎ
型不純物としてＳｉだけでなくＧｅも使用できることが
わかる。また、Ｏもｎ型不純物として利用でき、実際効
果を確認している。具体的には、Ｈ−ＶＰＥ法におい
て、ＨＣｌガスに含まれるＯ量を調整したり、ＧａＮ成
長中に酸素ガスを流して膜中にＯを導入することができ
る。

【００９０】実施例８ 本実施例では、ＧａＮ成長面を分子線エピタキシー（Ｍ
ＢＥ）法によりＮ終端面に変え、その上にｎ型電極を形
成した。本実施例によるレーザ素子の構造を図２４に示
す。ＧａＮ基板２４０２の一方の主面２４０２Ａ上にｐ
型電極２４０１が形成されている。ｐ型電極２４０１と
接する主面２４０２ＡはＧａ終端面である。ＧａＮ基板
２４０２の他方の主面上には、ｐ型ＧａＮ層２４０３、
ｐ型Ａｌ _0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層２４０４、ｐ型ＧａＮ
光ガイド層２４０５、多重量子井戸の発光層２４０６、
ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層２４０７、ｎ
型ＧａＮ光ガイド層２４０８、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎク
ラッド層２４０９、ｎ型ＧａＮコンタクト層２４１０、
およびｎ型電極２４１１が順に形成されている。ＧａＮ
系半導体層の最上層であるｎ型ＧａＮコンタクト層２４
１０は、Ｎ終端面２４１０Ａを有しており、その上にｎ
型電極２４１１が形成されている。以下、この半導体レ
ーザの製造プロセスについて説明する。

【００９１】まず、実施例１と同様に、洗浄した（００
０１）面を有するサファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法に
より３μｍの厚さのアンドープＧａＮ膜を成長させ、そ
の上にストライプ状の成長抑制膜を形成する。次いで、
ストライプ状の成長抑制膜で部分的に覆われたアンドー
プＧａＮ下地膜を有するサファイア基板を、Ｈ−ＶＰＥ
装置内に導入する。Ｎ₂キャリアガスとＮＨ₃を、それぞ
れ５Ｌ／ｍｉｎ流しながら、基板の温度を約１０５０℃
まで昇温させる。その後、基板上にＧａＣｌを１００ｃ
ｃ／ｍｉｎ導入してＧａＮ厚膜の成長を開始する。Ｇａ
Ｃｌは８５０℃に保持されたＧａ金属にＨＣｌガスを流
すことにより生成される。また、基板近傍まで単独で配
管してある不純物ドーピングラインを用いて不純物ガス
を流すことにより、任意に成長中にドーピングを行うこ
とができる。ＧａＮの成長を開始すると同時に、Ｃｐ₂
Ｍｇを９０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ供給して、ＭｇドープＧａ
Ｎ層（Ｍｇ不純物濃度：９．５×１０¹⁸ｃｍ^-3）を成長
させ、計３時間の成長で３５０μｍのＧａＮ厚膜を得
る。このような成長条件でつくったＧａＮの最表面はＧ
ａ終端面である。

【００９２】成長後、研磨によりサファイア基板、ＭＯ
ＣＶＤ法によるアンドープＧａＮ膜、ＳｉＯ₂膜を除去
し、Ｎ終端面が出るまで研磨して、ＧａＮ基板を得る。
得られた基板上に、以下のとおり、ＭＯＣＶＤ法によっ
て発光素子構造を成長させる。まず、基板をＭＯＣＶＤ
装置内に導入し、Ｎ₂とＮＨ₃をそれぞれ５Ｌ／ｍｉｎ流
しながら１０５０℃まで昇温する。温度が上がればキャ
リアガスをＮ₂からＨ₂に代えて、ＴＭＧを１００μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ、Ｃｐ₂Ｍｇを１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ導入し
て、ｐ型ＧａＮ層を４μｍ成長させる。その後、ＴＭＧ
の流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０
μｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｐ型Ａｌ_{0. 1}Ｇａ_0.9Ｎクラ
ッド層を０．５μｍの厚さで成長させる。Ａｌ_0.1Ｇａ
_0.9Ｎの成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、Ｔ
ＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ｐ型ＧａＮ
光ガイド層を０．１μｍの厚さになるように成長させ
る。その後、ＴＭＧ、Ｃｐ₂Ｍｇの供給を停止して、キ
ャリアガスをＨ₂からＮ₂に再び代えて、７００℃まで降
温し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（Ｔ
ＭＩ）を１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを１５μｍｏｌ
／ｍｉｎ導入し、Ｉｎ_{0. 05}Ｇａ_0.95Ｎよりなる４ｎｍ厚
の障壁層を成長させる。その後、ＴＭＩの供給量を５０
μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる
２ｎｍ厚の井戸層を成長させる。井戸層は合計３層、同
様の手法で成長させ、井戸層と井戸層との間および両側
に合計４層の障壁層が存在するような多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）の発光層を成長させる。ＭＱＷの成長が終了する
と、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５
０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ₂からＨ₂に代え
て、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを３０μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ、ｎ型ドーピング原料であるＳｉＨ₄を３
ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、２０ｎｍ厚のｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ｎキャリアブロック層を成長させる。キャリアブロ
ック層の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、Ｔ
ＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、
０．１μｍの厚さのｎ型ＧａＮ光ガイド層を成長させ
る。その後、ＴＭＧの供給を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調
整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、０．４μ
ｍ厚のｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層を成長させ、最
後に、ＴＭＧの供給を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し
て、ＴＭＡの供給を停止し、０．１μｍ厚のｎ型ＧａＮ
コンタクト層１１０の成長を行い、発光素子構造の成長
を終了する。成長が終了すると、ＴＭＧおよびＳｉＨ₄
の供給を停止して降温し、室温で基板をＭＯＣＶＤ装置
より取り出す。

【００９３】次に、ＧａＮ基板をＭＢＥ装置に導入し、
基板の温度を６００℃まで上げる。Ｎ源となる高周波
（ＲＦ）励起Ｎ₂プラズマの出力を３５０Ｗ、流量を３
ｃｃ／ｍｉｎとし、＜１１−２０＞方向のＲＨＥＥＤパ
ターンがストリーク状になるように、Ｇａセル温度（９
１０℃前後）、およびＳｉセル温度を調整する。そし
て、Ｎ／Ｇａ比を大きくし、Ｎリッチ条件でＧａＮの成
長を行い、Ｎ終端面を有するＳｉドープＧａＮ層を成長
させる。ＲＨＥＥＤ観察により、３００℃以上で１×１
パターンを示し、それが、２５０℃前後で３×３パター
ン、２００℃で６×６パターンに変化すれば、成長面は
Ｎ終端面であると判断できる。その後、得られたＮ終端
面上にｎ型電極を形成する。また、Ｎ終端面が出るまで
研磨したＧａＮ基板の下地面をさらに研磨して、Ｇａ終
端面を露出させる。得られた新しい下地面上にｐ型電極
を形成する。

【００９４】このようにして得られたレーザ素子は、
４．８Ｖの発振閾値電圧を有した。かくして、基板以外
でも、本発明によりＧａＮ層のＮ終端面上にｎ型電極を
形成すれば、良好な特性を有する電極を形成できること
がわかった。本実施例においても、表面に現れる終端原
子の６０％以上がＮ原子であるＮ終端面にｎ型電極を形
成することによる効果が現れている。

【００９５】代わりに、Ｈ−ＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、
あるいはＭＢＥ法により、基板の窒化、バッファ層のア
ニール等の操作を行って、極性を制御することもでき
る。この場合も、上述と同様にＮ終端面上に形成したｎ
電極の接触比抵抗を小さくすることができる。

【００９６】図２５は、本発明に使用する基板中の好ま
しい不純物濃度を示している。本発明において、基板中
の好ましい不純物濃度は、第１領域内（１×１０¹⁷ｃｍ
^-3以上１×１０²¹ｃｍ^-3以下）である。この範囲で、低
い接触比抵抗、低い閾値電圧および低い閾値電流密度を
得ることができる。第２領域は、より好ましい不純物濃
度範囲（１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下）
である。第１領域よりも第２領域の方が好ましい理由
は、図８に示す不純物濃度と閾値電流密度の関係を参照
すると理解できる。図８をみると、第１領域の不純物濃
度１×１０²¹ｃｍ ^-3以下で確かに閾値電流密度が低減し
ているものの、第２領域の不純物濃度すなわち１×１０
¹⁹ｃｍ^-3以下であればさらに閾値電流密度が低くなって
いる。図２５に示す第Ｉ領域と第ＩＩ領域は、第１領域
を２分割して得られる不純物濃度範囲である。第Ｉ領域
は３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１×１０²¹ｃｍ^-3以下、第ＩＩ
領域は１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下の不
純物濃度範囲である。本発明において、窒化物半導体基
板は、平均不純物濃度が第Ｉ領域にある第１の部分と平
均不純物濃度が第ＩＩ領域にある第２の部分とからなる
ことが好ましい。第１の部分はＮ終端面を形成すること
が好ましく、ｎ型電極は、第１の部分のＮ終端面上に形
成されることが好ましい。また、第２の部分上に半導体
素子たとえば発光素子のためのエピタキシャル層を形成
することが好ましい。以下、窒化物基板を不純物濃度の
異なる第１の部分と第２の部分とに分ける理由および意
義について説明する。

【００９７】図１０に示す不純物濃度と接触比抵抗との
関係を参照すると、不純物濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3のと
き接触比抵抗が１×１０^-5Ω・ｃｍ²となり、さらに不
純物濃度が３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上になると接触比抵抗が
約５×１０^-7〜１×１０^-6Ω・ｃｍ²まで低くなってい
る。ところが、図７に示す不純物濃度と閾値電圧との関
係を参照すると、不純物濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上で
は閾値電圧に変化が見られず、不純物濃度が１×１０¹⁷
ｃｍ^-3でも３×１０¹⁸ｃｍ^-3でも閾値電圧はほとんど同
じであった。つまり、図１０で見られた接触比抵抗の低
減効果が、図７の閾値電圧には反映されなかったと考え
られる。不純物がｎ型電極と窒化物半導体基板（Ｎ終端
面）との間に中間生成物を形成し低接触比抵抗を得るた
めに、不純物濃度を３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上にすることが
好ましい（図１０）。一方、窒化物半導体基板全体にお
いて高濃度の不純物（３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上）を添加す
ると結晶性悪化に伴う電気抵抗の増大が生じ、その結
果、図１０に示す低接触比抵抗の効果が低閾値電圧に反
映されなくなると考えられる。さらに、３×１０¹⁸ｃｍ
^-3以上で不純物を窒化物半導体基板に添加すると、図８
に示す不純物濃度と閾値電流密度の関係から、不純物濃
度が５×１０¹⁸ｃｍ^-3までは閾値電流密度は約１ｋＡ／
ｃｍ²であるが、不純物濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上に
なると閾値電流値が増大し始めることがわかる（図９の
不純物濃度と表面粗さとの関係についても同じであ
る）。このように不純物濃度を高くしていけば接触比抵
抗は低くなるが、閾値電流は逆に増大するようになる。

【００９８】本発明者らは、このジレンマを、窒化物半
導体基板を異なる不純物濃度を有する２以上の層で構成
することにより、解決できることを見出した。具体的に
は、ｎ型窒化物基板を、ｎ型電極と接すべきＮ終端面を
有する第１の層と、その上に素子構造を形成すべき第２
の層とから構成し、第２の層の平均不純物濃度を第１の
層の平均不純物濃度より低くする。さらに、第１の層の
平均不純物濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上とすることがで
きる。第１の層の平均不純物濃度の範囲については特に
制約は無いが、図８の結果から推測すると、３×１０¹⁸
ｃｍ^-3〜１×１０²¹ｃｍ^-3が好ましく、３×１０¹⁸ｃｍ
^-3〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3がより好ましい。第２の層の平均
不純物濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下とすることができ
る。第２の層の平均不純物濃度の範囲についても特に制
約は無いが、図７および図８の結果から推測すると、１
×１０¹⁷ｃｍ^-3〜３×１０¹⁸ｃｍ^-3が好ましい。ここ
で、平均不純物濃度は、ある層に添加された不純物濃度
の総和をその層厚で割った値として定義される。好まし
くは、窒化物半導体基板において、第２の層は、第１の
層以外の部分である。

【００９９】上記第１の層の厚さは、０．０５μｍ以上
５０μｍ以下とすることができ、好ましくは０．０５μ
ｍ以上１０μｍ以下である。第１の層の厚さが、０．０
５μｍよりも薄いと不純物を添加したことによる中間生
成物が十分に形成されず、接触比抵抗が高くなり得る。
一方、第１の層の厚さが５０μｍよりも厚くなると、不
純物が添加された事による表面粗さが大きくなり（図９
参照）、このことが光導波路による損失を大きくして閾
値電流密度の増大を促し得る（図８参照）。第１の層の
厚さを５０μｍ以下好ましくは１０μｍ以下にすること
によって、閾値電流密度の値を、図８で示される値より
も小さくすることができる。

【０１００】本発明において、ｎ型不純物には、Ｓｉ、
Ｏ、Ｃｌ、Ｓ，Ｓｅ、またはＴｅを好ましく使用でき
る。特にＳｉ、ＯまたはＣｌを用いると、ｎ型窒化物半
導体基板を容易に得ることができる。上記不純物のうち
複数種が、窒化物半導体基板に同時に添加されても構わ
ない。添加した全不純物の平均不純物濃度は、第１の層
において３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１×１０²¹ｃｍ^-3以下、
好ましくは３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3以
下、第２の層において１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上３×１０¹⁸
ｃｍ^-3以下とすることができる。以下、実施例により本
発明をさらに詳細に説明する。

【０１０１】実施例９ 図２６に示すように、本実施例による窒化物半導体発光
素子（レーザダイオード素子）は、ｎ型電極３００１、
窒化物半導体基板（例えばＧａＮ基板）３００２、ｎ型
ＧａＮ層３００３、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラツド層３
００４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層３００５、多重量子井戸
の発光層３００６、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロ
ック層３００７、ｐ型ＧａＮ光ガイド層３００８、ｐ型
Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層３００９、ｐ型ＧａＮコン
タクト層３０１０、およびｐ型電極３０１１から構成さ
れる。基板３００２は、高ドープＧａＮ層３００２ａ
（その平均不純物濃度範囲は図２５に示す第Ｉ領域にあ
る）および低ドープＧａＮ層３００２ｂ（その平均不純
物濃度範囲は図２５に示す第ＩＩ領域にある）からな
る。ｎ型電極３００１は、基板３００２のＮ終端面３０
０２Ａ上に形成されている。平均不純物濃度は、当該層
に添加された不純物濃度の総和をその層厚で割った値で
ある。

【０１０２】本実施例の特徴は、窒化物半導体基板３０
０２を構成している高ドープＧａＮ層３００２ａと低ド
ープＧａＮ層３００２ｂの平均不純物濃度が、それぞれ
図２５に示す第Ｉ領域と第ＩＩ領域に属していること、
ｎ型電極が高ドープＧａＮ層３００２ａのＮ終端面３０
０２Ａに接していること、および発光素子構造が低ドー
プＧａＮ層３００２ｂに接していることである。

【０１０３】３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上の平均不純物濃度を
有する高ドープＧａＮ層３００２ａは、十分な中間生成
物を形成することができ、その結果、高ドープＧａＮ層
３００２ａとｎ型電極３００１との間の接触比抵抗は小
さくなる。一方、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下の平均不純物濃
度を有する低ドープＧａＮ層３００２ｂ上に発光素子構
造を形成することにより、低い閾値電流密度と低い閾値
電圧をもたらすことができる。

【０１０４】本実施例によるレーザ素子は、実施例１〜
８の閾値（例えば、閾値電圧５Ｖ、閾値電流密度１．２
ｋＡ／ｃｍ²）よりもさらに低い閾値電流密度（０．８
ｋＡ／ｃｍ²）および低い閾値電圧（４．４Ｖ）をもた
らした。

【０１０５】実施例１０ 本実施例は、窒素化合物半導体基板が、異なる不純物濃
度を有する４つの領域から構成されていること以外は実
施例９と同様である。図２７は，窒素化合物半導体基板
の不純物濃度分布を示している。これら４つの領域をｎ
型電極を形成する面側から順に、Ａ領域、Ｂ領域、Ｃ領
域およびＤ領域と呼ぶ。ｎ型電極（図示省略）は、Ａ領
域に接する。ｎ型電極と接するＡ領域の面は、Ｎ終端面
である。ここで、Ａ領域とＢ領域の平均不純物濃度は図
２５に示す第Ｉ領域にあり、Ｃ領域とＤ領域の平均不純
物濃度は、図２５に示す第ＩＩ領域にある。

【０１０６】この窒素化合物半導体基板を用いた発光素
子は、実施例９と同様の効果をもたらした。

【０１０７】実施例１１ 本実施例は、不純物濃度が厚み方向において連続的に変
化している窒素化合物半導体基板を使用した以外は、実
施例９と同様である。図２８は、窒素化合物半導体基板
中で連続的に変化する不純物濃度分布を示している。図
２８に示される連続的な不純物濃度のプロファイルは２
つの領域に分割することができる。これらの領域は、ｎ
型電極を形成する面側から順に、Ａ領域、Ｂ領域と呼
ぶ。Ａ領域に接するようにｎ型電極は形成される。ｎ型
電極と接するＡ領域の面は、Ｎ終端面である。Ａ領域の
平均不純物濃度は、図２５に示す第Ｉ領域にあり、Ｂ領
域の平均不純物濃度は、図２５に示す第ＩＩ領域にあ
る。

【０１０８】この窒素化合物半導体基板を用いた発光素
子は、実施例９と同様の効果をもたらした。

【０１０９】実施例１２ 本実施例は、窒素化合物半導体基板が、図２９に示すよ
うに異なる不純物濃度を有する５つの領域から構成され
ていること以外は、実施例９と同様である。図２９は、
使用した窒素化合物半導体基板における不純物濃度分布
を示している。これらの不純物濃度の領域を、ｎ型電極
を形成する面側から、Ａ領域、Ｂ領域、Ｃ領域、Ｄ領域
およびＥ領域と呼ぶ。Ａ領域のＮ終端面に接するように
ｎ型電極（図示省略）が形成される。Ａ領域、Ｂ領域お
よびＤ領域の不純物濃度は、図２５に示す第Ｉ領域に該
当する。Ｃ領域およびＥ領域の不純物濃度は、図２５に
示す第ＩＩ領域に該当する。

【０１１０】Ａ領域とＢ領域の膜厚の総和は５０μｍで
ある。また、Ａ領域およびＢ領域の平均不純物濃度は、
図２５に示す第Ｉ領域にはいる。かくして、Ａ領域とＢ
領域を合わせた部分は、接触比抵抗を低減する効果をも
たらす。一方、Ｃ領域（層厚３０μｍ、不純物濃度２×
１０¹⁸ｃｍ^-3）、Ｄ領域（層厚２０μｍ、不純物濃度５
×１０¹⁸ｃｍ^-3）およびＥ領域（層厚６０μｍ、不純物
濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）を合わせた部分の平均不純物濃
度は、各領域の不純物濃度とそれらの層厚の合計とから
２×１０¹⁸ｃｍ^-3と見積もることができる。この値は、
図２５に示す第ＩＩ領域に属する。かくして、Ｃ領域、
Ｄ領域およびＥ領域を合わせた部分は、閾値電圧と閾値
電流密度を低減させる効果をもたらす。

【０１１１】この窒素化合物半導体基板を用いた発光素
子は、実施例９と同様の効果をもたらした。

【０１１２】上述したように、窒化物半導体基板の、ｎ
型電極に接する第１の領域と、素子構造に接する第２の
領域とにおいて、それぞれ不純物濃度は変化していても
よい。また、第１の領域の平均不純物濃度が３×１０¹⁸
ｃｍ^-3以上であれば、第１の領域の中で３×１０¹⁸ｃｍ
^-3より低い不純物濃度を有する部分が存在してもよい。
さらに、第２の領域の平均不純物濃度が３×１０¹⁸ｃｍ
^-3以下であれば、第２の領域の中で３×１０¹⁸ｃｍ^-3よ
り高い不純物濃度を有する部分が存在してもよい。異な
る不純物濃度を有する複数の部分を合わせた領域に関
し、総膜厚が５０μｍ以下であり、かつ平均不純物濃度
が図２５に示す第Ｉ領域に属する領域は、接触比抵抗を
効果的に低減することができる。一方、異なる不純物濃
度を有する複数の部分を合わせた領域に関し、平均不純
物濃度が図２５に示す第ＩＩ領域に属する領域は、閾値
電圧および閾値電流密度を効果的に低減することができ
る。

【０１１３】以上の実施例１〜実施例１２により、半導
体レーザダイオード素子について説明したが、発光ダイ
オード素子についても本発明を適用することができる。
本発明を発光ダイオード素子に適用した場合、低い接触
比抵抗、低い動作電圧、表面粗さの低減に伴う発光色の
色むらの防止、または発光強度の向上を効果的にもたら
すことができる。

【０１１４】

【発明の効果】以上に示すように、本発明によれば、閾
値電圧および閾値電流密度が低く、かつ長寿命の窒化物
半導体素子、特にＧａＮ系化合物半導体発光素子を歩留
まり良く供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）および（ｂ）は、実施例１において作
製された半導体レーザの断面図および基板厚み方向の不
純物濃度プロファイルを示す図である。

【図２】 （ａ）および（ｂ）は、比較例１において作
製された半導体レーザの断面図および基板厚み方向の不
純物濃度プロファイルを示す図である。

【図３】 ＧａＮ基板のＮ終端面またはＧａ終端面に蒸
著されたｎ型電極のパターンを示す平面図である。

【図４】 ＧａＮ基板のＮ終端面に蒸著されたｎ型電極
の電流−電圧特性を示す図である。

【図５】 ＧａＮ基板のＧａ終端面に蒸著されたｎ型電
極の電流−電圧特性を示す図である。

【図６】 ＧａＮ厚膜を成長させる際のＳｉＨ₄供給量
と、形成される膜中に含まれる不純物濃度との関係を示
す図である。

【図７】 ＧａＮ基板中の不純物濃度と、該ＧａＮ基板
を使用したレーザの閾値電圧との関係を示す図である。

【図８】 ＧａＮ基板中の不純物濃度と、該ＧａＮ基板
を使用したレーザの閾値電流密度との関係を示す図であ
る。

【図９】 ＧａＮ基板中の不純物濃度と、該ＧａＮ基板
の表面粗さとの関係を示す図である。

【図１０】 ＧａＮ基板中の不純物濃度と、ｎ型電極の
接触比抵抗との関係を示す図である。

【図１１】 （ａ）および（ｂ）は、実施例３において
作製された半導体レーザの断面図および基板厚み方向の
不純物濃度プロファイルを示す図である。

【図１２】 （ａ）および（ｂ）は、比較例２において
作製された半導体レーザの断面図および基板厚み方向の
不純物濃度プロファイルを示す図である。

【図１３】 （ａ）および（ｂ）は、実施例４で使用し
たＧａＮ基板の概略断面図、および該基板中の不純物濃
度プロファイルを示す図である。

【図１４】 実施例４で使用したもう一つのＧａＮ基板
の概略断面図、および該基板中の不純物濃度プロファイ
ルを示す図である。

【図１５】 実施例４で使用した他のＧａＮ基板の概略
断面図、および該基板中の不純物濃度プロファイルを示
す図である。

【図１６】 実施例４で使用した他のＧａＮ基板の概略
断面図、および該基板中の不純物濃度プロファイルを示
す図である。

【図１７】 実施例４で使用した他のＧａＮ基板の概略
断面図、および該基板中の不純物濃度プロファイルを示
す図である。

【図１８】 実施例４で使用した他のＧａＮ基板の概略
断面図、および該基板中の不純物濃度プロファイルを示
す図である。

【図１９】 実施例５で使用したＧａＮ基板の概略断面
図、および該基板中の不純物濃度プロファイルを示す図
である。

【図２０】 実施例５で使用したもう一つのＧａＮ基板
の概略断面図、および該基板中の不純物濃度プロファイ
ルを示す図である。

【図２１】 実施例５で使用した他のＧａＮ基板の概略
断面図、および該基板中の不純物濃度プロファイルを示
す図である。

【図２２】 実施例５で使用した他のＧａＮ基板の概略
断面図、および該基板中の不純物濃度プロファイルを示
す図である。

【図２３】 種基板の（０００１）面上に成長したＧａ
ＮのＧａ終端面とＮ終端面の関係を示す模式図である。

【図２４】 実施例８において作製されたレーザ素子の
概略断面図である。

【図２５】 本発明に使用される基板中の不純物濃度範
囲について説明するための図である。

【図２６】 実施例９の窒素化合物半導体発光素子を示
す概略断面図である。

【図２７】 実施例１０で使用された窒素化合物半導体
基板の不純物濃度分布を示す図である。

【図２８】 実施例１１で使用された窒素化合物半導体
基板の不純物濃度分布を示す図である。

【図２９】 実施例１２で使用された窒素化合物半導体
基板の不純物濃度分布を示す図である。

【符号の説明】

１０１ ｎ型電極、１０２ ＧａＮ基板、１０２Ａ Ｎ
終端面、１０３ ｎ型ＧａＮ層、１０４ ｎ型Ａｌ_0.1
Ｇａ_0.9Ｎクラッド層、１０５ ｎ型ＧａＮ光ガイド
層、１０６ 多重量子井戸の発光層、１０７ ｐ型Ａｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層、１０８ ｐ型ＧａＮ
光ガイド層、１０９ ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド
層、１１０ ｐ型ＧａＮコンタクト層、１１１ ｐ型電
極、２０１ ｎ型電極、２０２ ＧａＮ基板、２０２Ａ
Ｇａ終端面、２０３ ｎ型ＧａＮ層、２０４ ｎ型Ａ
ｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層、２０５ ｎ型ＧａＮ光ガイ
ド層、２０６ 多重量子井戸の発光層、２０７ ｐ型Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層、２０８ ｐ型Ｇａ
Ｎ光ガイド層、２０９ ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド
層、２１０ ｐ型ＧａＮコンタクト層、２１１ ｐ型電
極、３０１ ｎ型電極、３０２ ＧａＮ基板、１００１
ｎ型電極、１００２ ＧａＮ基板、１００２Ａ Ｎ終
端面、１００２ａ Ｓｉ高ドープＧａＮ層、１００２ｂ
ＳｉドープＧａＮ層、１００３ ｎ型ＧａＮ層、１０
０４ ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層、１００５ ｎ
型ＧａＮ光ガイド層、１００６ 多重量子井戸の発光
層、１００７ ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック
層、１００８ ｐ型ＧａＮ光ガイド層、１００９ ｐ型
Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層、１０１０ ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層、１０１１ ｐ型電極、１１０１ ｎ型電
極、１１０２ ＧａＮ基板、１１０２Ａ Ｎ終端面、１
１０２ａ ＳｉドープＧａＮ層、１１０２ｂ Ｓｉ高ド
ープＧａＮ層、１１０３ ｎ型ＧａＮ層、１１０４ ｎ
型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層、１１０５ ｎ型ＧａＮ
光ガイド層、１１０６ 多重量子井戸の発光層、１１０
７ ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層、１１０
８ ｐ型ＧａＮ光ガイド層、１１０９ ｐ型Ａｌ_0.1Ｇ
ａ_0.9Ｎクラッド層、１１１０ ｐ型ＧａＮコンタクト
層、１１１１ ｐ型電極、１３０２ 厚み方向に不純物
濃度が減少するＧａＮ基板、１３０２Ａ Ｎ終端面、１
４０２ ＧａＮ基板、１４０２Ａ Ｎ終端面、１４０２
ａ 不純物濃度一定のＧａＮ層、１４０２ｂ 厚み方向
に不純物濃度が減少するＧａＮ層、１４０２ｃ 不純物
濃度一定のＧａＮ層、１５０２ ＧａＮ基板、１５０２
Ａ Ｎ終端面、１５０２ａ 厚み方向に不純物濃度が減
少するＧａＮ層、１５０２ｂ 不純物濃度一定のＧａＮ
層、１５０２ｃ 厚み方向に不純物濃度が減少するＧａ
Ｎ層、１６０２ ＧａＮ基板、１６０２Ａ Ｎ終端面、
１６０２ａ 不純物濃度一定のＧａＮ層、１６０２ｂ
厚み方向に不純物濃度が減少するＧａＮ層、１６０２ｃ
不純物濃度一定のＧａＮ層、１７０２ ＧａＮ基板、
１７０２Ａ Ｎ終端面、１８０２ ＧａＮ基板、１８０
２Ａ Ｎ終端面、１９０２ ＧａＮ基板、１９０２Ａ
Ｎ終端面、１９０２ａ Ｓｉ高ドープＧａＮ層、１９０
２ｂ ＳｉドープＧａＮ層、１９０２ｃ Ｓｉ高ドープ
ＧａＮ層、１９０２ｄ ＳｉドープＧａＮ層、１９０２
ｅ Ｓｉ高ドープＧａＮ層、２００２ ＧａＮ基板、２
００２Ａ Ｎ終端面、２００２ａ，２００２ｂ，２００
２ｃ，２００２ｄ，２００２ｅ 不純物濃度一定のＧａ
Ｎ層、２１０２ ＧａＮ基板、２１０２Ａ Ｎ終端面、
２１０２ａ，２１０２ｂ，２１０２ｃ，２１０２ｄ，２
１０２ｅ 不純物濃度一定のＧａＮ層、２２０２ Ｇａ
Ｎ基板、２２０２ＡＮ終端面、２２０２ａ 不純物濃度
一定のＧａＮ層、２２０２ｂ 不純物濃度ドープＧａＮ
層、２２０２ｃ 不純物濃度一定のＧａＮ層、２２０２
ｄ 不純物ドープＧａＮ層、２２０２ｅ 不純物濃度一
定のＧａＮ層、２３０１ 種基板、２３０２ バッファ
層、２３０３ ＧａＮ基板、２３０３ａ Ｇａ終端面、
２３０３ｂ Ｎ終端面、２３０４ Ｇａ原子、２３０５
Ｎ原子、２４０１ ｐ型電極、２４０２ ＧａＮ基
板、２４０２Ａ 主面、２４０３ ｐ型ＧａＮ層、２４
０４ ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層、２４０５ ｐ
型ＧａＮ光ガイド層、２４０６ 多重量子井戸の発光
層、２４０７ ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック
層、２４０８ ｎ型ＧａＮ光ガイド層、２４０９ ｎ型
Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層、２４１０ ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層、２４１０Ａ Ｎ終端面、２４１１ｎ型電
極、３００１ ｎ型電極、３００２ 窒化物半導体基板
（例えばＧａＮ基板）、３００３ ｎ型ＧａＮ層、３０
０４ ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラツド層、３００５ ｎ
型ＧａＮ光ガイド層、３００６ 多重量子井戸の発光
層、３００７ ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック
層、３００８ ｐ型ＧａＮ光ガイド層、３００９ ｐ型
Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラツド層、３０１０ ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層、３０１１ ｐ型電極、３００２Ａ Ｎ終端
面、３００２ａ 高ドープＧａＮ層、３００２ｂ 低ド
ープＧａＮ層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯浅 貴之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 上田 吉裕 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 荒木 正浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 種谷 元隆 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＩＩＩ−Ｎ系化合物半導体基板、 前記半導体基板上に形成された複数のＩＩＩ−Ｎ系化合
   物半導体層、および前記半導体基板上に形成された前記
   複数の半導体層に電圧を印加するためのｎ型電極および
   ｐ型電極を備え、 前記半導体基板はｎ型であり、 前記ｎ型電極は、前記半導体基板の窒素終端面上に形成
   されており、 前記半導体基板中のｎ型不純物の濃度は、前記半導体基
   板の厚み方向において変化しており、 前記半導体基板は、前記窒素終端面を形成しかつ第１の
   平均ｎ型不純物濃度を有する第１の部分と、前記第１の
   平均ｎ型不純物濃度より低い第２の平均ｎ型不純物濃度
   を有する第２の部分とからなり、 前記第１の平均ｎ型不純物濃度は、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以
   上であり、 前記第２の平均ｎ型不純物濃度は、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以
   下であり、かつ前記複数の半導体層は前記第２の部分上
   に形成されている、ＩＩＩ−Ｎ系化合物半導体装置。
2. 【請求項２】 前記第１の平均ｎ型不純物濃度は、３×
   １０¹⁸ｃｍ^-3〜１×１０²¹ｃｍ^-3の範囲内であり、かつ
   前記第２の平均ｎ型不純物濃度は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜
   ３×１０¹⁸ｃｍ^-3の範囲内である、請求項１に記載の半
   導体装置。
3. 【請求項３】 前記第１の平均ｎ型不純物濃度は、３×
   １０¹⁸ｃｍ^-3〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3の範囲内である、請求
   項２に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記ＩＩＩ−Ｎ系化合物半導体はＧａＮ
   系化合物半導体である、請求項１〜３のいずれか１項に
   記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 発光素子である、請求項１〜４のいずれ
   か１項に記載の半導体装置。