JP2002324913A - Iii nitride semiconductor and method of manufacturing the same, and semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Iii nitride semiconductor and method of manufacturing the same, and semiconductor device and method of manufacturing the same

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JP2002324913A
JP2002324913A JP2001127209A JP2001127209A JP2002324913A JP 2002324913 A JP2002324913 A JP 2002324913A JP 2001127209 A JP2001127209 A JP 2001127209A JP 2001127209 A JP2001127209 A JP 2001127209A JP 2002324913 A JP2002324913 A JP 2002324913A
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JP
Japan
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type
layer
semiconductor
semiconductor device
crystal growth
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Application number
JP2001127209A
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Japanese (ja)
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Hirokazu Iwata
浩和 岩田
Shoji Sarayama
正二 皿山
Takeshi Miki
剛 三樹
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a III nitride semiconductor which has higher carrier concentration and higher quality than the conventional one. SOLUTION: On a sapphire substrate 10, a low-temperature GaN buffer layer 11 and a p-type Alx Ga(1-x) N (0<=x<=1) layer 12 as the III nitride semiconductor are stacked in this order. The p-type Alx Ga(1-x) N (0<=x<=1) layer 12 is, for example, a p-type Al0.08 Ga0.92 N layer where x=0.08. The p-type Al0.08 Ga0.92 N layer 12 includes Mg(magnesium) which is a p-type impurity and B(boron), each in a quantity of about 8×10<19> cm<-3> .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、DVDやCD等の
光ピックアップ用光源,電子写真用の書き込み光源,光
通信用光源,紫外線センサー,高温動作トランジスター
等に利用されるIII族窒化物半導体およびその作製方法
および半導体装置およびその作製方法に関する。
The present invention relates to a group III nitride semiconductor used for a light source for an optical pickup such as a DVD or a CD, a writing light source for an electrophotography, a light source for an optical communication, an ultraviolet sensor, a high-temperature operating transistor, and the like. The present invention relates to a manufacturing method, a semiconductor device, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、青色のLEDは赤色や緑色のLE
Dに比べて輝度が小さく実用化に難点があったが、近
年、一般式InAlGaNで表されるIII族窒化物半導
体において、低温AlNバッファー層あるいは低温Ga
Nバッファー層を用いた結晶成長技術の向上と、水素パ
シベーションによって高抵抗化したp型層を熱処理によ
って低抵抗化する技術が見出され、高輝度の青色LED
が実用化された。
2. Description of the Related Art Conventionally, a blue LED is a red or green LE.
However, in recent years, in a group III nitride semiconductor represented by the general formula InAlGaN, a low-temperature AlN buffer layer or a low-temperature Ga
Improvements in crystal growth technology using an N buffer layer and a technology to reduce the resistance of a p-type layer that has been increased in resistance by hydrogen passivation by heat treatment have been found.
Has been put to practical use.

【0003】その後、更なる結晶性の向上と、p型Ga
Nの低抵抗化の研究が進み、種々の提案がなされ、低出
力(数mW)ではあるが、室温近傍で連続発振する紫色
半導体レーザーが実用化された。
After that, further improvement in crystallinity and p-type Ga
Research into lowering the resistance of N has progressed, and various proposals have been made, and a purple semiconductor laser that has low output (several mW) but continuously oscillates near room temperature has been put to practical use.

【0004】以上のように、III族窒化物半導体装置の
開発を行う上で、p型III族窒化物の作製技術は重要な
基本技術となっている。
As described above, in developing a group III nitride semiconductor device, a technique for producing a p-type group III nitride is an important basic technique.

【0005】p型III族窒化物は、p型不純物と水素が
結合し、p型不純物を不活性化してしまうため、水素を
含む雰囲気での結晶成長や、水素ガス中や水素を生成す
るガス中で熱処理を行った場合には高抵抗化する。従っ
て、水素をキャリアガスとして使用するMOCVD等の
方法では、p型III族窒化物をas−grown(熱処
理等の特別な後処理を行わない結晶成長したままの状
態)で作製することは困難であった。
Since the p-type group III nitride combines p-type impurities with hydrogen and inactivates the p-type impurities, crystal growth in an atmosphere containing hydrogen, gas in a hydrogen gas or a gas generating hydrogen. When heat treatment is performed in the inside, the resistance is increased. Therefore, in a method such as MOCVD using hydrogen as a carrier gas, it is difficult to produce a p-type group III nitride as-grown (as-grown without special post-treatment such as heat treatment). there were.

【0006】p型III族窒化物を作製するための方法と
しては、高抵抗化したIII族窒化物に特別な処理を行な
ってp型化する第1の作製方法と、結晶成長の工程を工
夫することによってp型III族窒化物を作製する第2の
作製方法とに大別される。
[0006] As a method for producing a p-type group III nitride, a first production method in which a special treatment is applied to a high resistance group III nitride to make it p-type, and a crystal growth step are devised. By doing so, the method is roughly divided into a second manufacturing method of manufacturing a p-type group III nitride.

【0007】上記第1の作製方法において、p型化のた
めの特別な処理に関しては、特開平5−183189号
(以下、従来技術1という)には、水素や水素を生成す
る水素化物のガス(NH3等)を含まない雰囲気ガス中
で、熱処理を行い、結晶中に含まれる水素の一部を結晶
外へ拡散排出し、低抵抗のp型にする方法が提案されて
いる。
In the above-mentioned first manufacturing method, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-183189 (hereinafter referred to as "prior art 1") discloses a special treatment for p-type conversion. There has been proposed a method in which a heat treatment is performed in an atmosphere gas containing no (NH 3 or the like), and a part of hydrogen contained in the crystal is diffused and discharged out of the crystal to make a p-type with low resistance.

【0008】あるいは、特開平3−218625号(以
下、従来技術2という)には、低エネルギーの電子線を
照射し、結晶中に含まれる水素とp型不純物の結合を切
って低抵抗のp型にする方法が提案されている。
[0008] Alternatively, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 3-218625 (hereinafter referred to as prior art 2) discloses that a low-energy electron beam is irradiated to cut off the bond between hydrogen contained in a crystal and a p-type impurity, thereby forming a low-resistance p-type impurity. A way to type has been proposed.

【0009】また、上記第2の作製方法において、結晶
成長の工程を工夫する仕方として、特開平8−1252
22号(以下、従来技術3という)には、結晶成長終了
後の冷却過程を、窒素や不活性ガス等の水素を含まない
ガス雰囲気中で行うことで、低抵抗のp型にする方法が
開示されている。
In the above-mentioned second manufacturing method, a method of devising a crystal growth process is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 22 (hereinafter referred to as prior art 3) discloses a method of performing a cooling process after completion of crystal growth in a gas atmosphere containing no hydrogen such as nitrogen or an inert gas to thereby provide a low-resistance p-type. It has been disclosed.

【0010】また、結晶成長を水素ガスを含まない系で
行う方法も採られている。これは窒素をキャリアガスに
使用したMOCVD法や、水素を含まない原料を使用す
るMBE法である。これらの方法では、as−grow
n(結晶成長したのみで、p型化の特別な処理をしてい
ない状態)でp型GaNが得られることが知られてい
る。
[0010] A method of performing crystal growth in a system containing no hydrogen gas has also been adopted. This is an MOCVD method using nitrogen as a carrier gas or an MBE method using a raw material containing no hydrogen. In these methods, as-grow
It is known that p-type GaN can be obtained in the state of n (in a state where a crystal is grown only and a special treatment for p-type conversion is not performed).

【0011】また、別の方法として、特開平6−232
451号(以下、従来技術4という)には、InxAly
Ga(1-x-y)N,(0<x<1,0≦y<1)で表され
るIII族窒化物層を成長させた後に、Mgを1×1017
cm-3〜3×1020cm-3の範囲でドーピングしてp型
III族窒化物半導体を作製する方法が開示されている。
Another method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-232 / 1994.
451 No. (hereinafter, prior referred art 4) in, an In x Al y
After growing a group III nitride layer represented by Ga (1-xy) N, (0 <x <1, 0 ≦ y <1), Mg was added to 1 × 10 17
doping in the range of cm −3 to 3 × 10 20 cm −3 and p-type
A method for manufacturing a group III nitride semiconductor is disclosed.

【0012】この方法は、InxAlyGa(1-x-y)N,
(0<x<1,0≦y<1)層を緩衝層として用いるこ
とによって、その上に成長するp型GaN層の歪みを緩
和して結晶性の悪化を防ぐことで、as−grownで
p型GaNを作製するものである。この方法によれば、
GaNにMgを3×1020cm-3ドーピングして、5×
1017cm-3のキャリア濃度のp型GaNを作製してい
る。
This method uses In x Al y Ga (1-xy) N,
By using the (0 <x <1, 0 ≦ y <1) layer as the buffer layer, the strain of the p-type GaN layer grown thereon is relaxed to prevent the crystallinity from deteriorating. This is for producing p-type GaN. According to this method,
GaN is doped with Mg at 3 × 10 20 cm −3 and 5 ×
A p-type GaN having a carrier concentration of 10 17 cm -3 is manufactured.

【0013】現在、以上のような方法で、p型III族窒
化物半導体は作製されている。
At present, a p-type group III nitride semiconductor is manufactured by the above method.

【0014】高い電流密度を必要とする発光素子等に使
用されるp型III族窒化物半導体には高いキャリア濃度
が要求されるが、バンドギャップの広いIII族窒化物半
導体は、前述したような方法でp型化してもキャリア濃
度は低い。例えば、半導体レーザーのクラッド層に使用
されるAlGaNでは、キャリア濃度が1017cm-3
超えるものを作製することは容易ではない。
A high carrier concentration is required for a p-type group III nitride semiconductor used for a light emitting device or the like that requires a high current density. The carrier concentration is low even if it is made p-type by the method. For example, it is not easy to produce AlGaN used for a cladding layer of a semiconductor laser with a carrier concentration exceeding 10 17 cm −3 .

【0015】これを解決する方法として、特開平10−
101496号(以下、従来技術5という)には、Mg
とSiを2:1、あるいはMgとOを2:1、あるいは
BeとSiを2:1、あるいはBeとOを2:1の比率
でGaNに1019cm-3〜1020cm-3程度同時ドーピ
ングして、高キャリア濃度のp型GaNを作製する方法
が開示されている。
As a method for solving this problem, Japanese Patent Laid-Open No.
No. 101496 (hereinafter referred to as prior art 5) discloses that Mg
GaN and Si at a ratio of 2: 1, Mg and O at a ratio of 2: 1, Be and Si at a ratio of 2: 1, or Be and O at a ratio of 2: 1 to GaN at a ratio of about 10 19 cm −3 to 10 20 cm −3. A method for producing p-type GaN having a high carrier concentration by co-doping is disclosed.

【0016】また、GaN/AlGaNの超格子構造に
より実効的なキャリア濃度を高める方法が提案されてお
り、それをクラッド層に適用した半導体レーザが作製さ
れている。
Further, a method of increasing the effective carrier concentration by a GaN / AlGaN superlattice structure has been proposed, and a semiconductor laser using the same in a cladding layer has been manufactured.

【0017】図19は特開平11−4048号(以下、
従来技術6という)に示されている半導体レーザを示す
図である。図19を参照すると、この半導体レーザは、
サファイア基板上に選択成長とラテラル成長を組み合わ
せて成長したGaN厚膜をサファイア基板から分離して
作製されたGaN基板160の上に、n型GaNより成
る第2のバッファー層161、n型In0.1Ga0.9Nよ
り成るクラック防止層162、n型Al0.2Ga0.8N/
GaN超格子より成るn側クラッド層163、n型Ga
Nより成るn側光ガイド層164、In0.05Ga0.95
/In0.2Ga0 .8N多重量子井戸構造の活性層165、
p型Al0.3Ga0.7Nより成るp側キャップ層166、
p型GaNからなるp側光ガイド層167、p型Al
0.2Ga0.8N/GaN超格子より成るp側クラッド層1
68、p型GaNからなるp側コンタクト層169が順
次に積層されて積層構造として形成されている。
FIG. 19 is Japanese Patent Application Laid-Open No.
2 shows a semiconductor laser shown in Prior Art 6).
FIG. Referring to FIG. 19, this semiconductor laser
Combination of selective growth and lateral growth on sapphire substrate
The GaN thick film grown on the sapphire substrate
On the fabricated GaN substrate 160, formed of n-type GaN
Second buffer layer 161, n-type In0.1Ga0.9N
Crack preventing layer 162, n-type Al0.2Ga0.8N /
N-side cladding layer 163 of GaN superlattice, n-type Ga
N-side light guide layer 164 made of N0.05Ga0.95N
/ In0.2Ga0 .8An active layer 165 having an N multiple quantum well structure;
p-type Al0.3Ga0.7A p-side cap layer 166 made of N;
p-side light guide layer 167 made of p-type GaN, p-type Al
0.2Ga0.8P-side cladding layer 1 made of N / GaN superlattice
68, the p-side contact layer 169 made of p-type GaN is
Next, they are laminated to form a laminated structure.

【0018】そして、p側コンタクト層169、p側ク
ラッド層168の一部をドライエッチングして、幅4μ
mのリッジストライプを形成している。リッジストライ
プ上にはp側電極170が形成され、n型GaN基板1
60の裏面には、n側電極171が形成されている。レ
ーザー共振器端面はn型GaN基板160のM面をへき
開することで形成されている。
Then, a part of the p-side contact layer 169 and a part of the p-side cladding layer 168 are dry-etched to have a width of 4 μm.
m ridge stripes are formed. A p-side electrode 170 is formed on the ridge stripe, and the n-type GaN substrate 1
The n-side electrode 171 is formed on the back surface of the electrode 60. The end face of the laser resonator is formed by cleaving the M-plane of the n-type GaN substrate 160.

【0019】ここで、p型クラッド層168は、キャリ
ア濃度の高いGaNとAl0.2Ga0 .8Nとの超格子構造
をとることによって、実効的なキャリア濃度を増加させ
ている。
Here, the p-type cladding layer 168 is a carrier.
GaN and Al with high concentration0.2Ga0 .8Superlattice structure with N
To increase the effective carrier concentration
ing.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】前述したように、低抵
抗のp型III族窒化物半導体を作製することは難しいた
め、III族窒化物半導体を使用した、高輝度青色発光ダ
イオード,低出力(数mW)の紫色半導体レーザーしか
実用化されておらず、その後の精力的な研究開発にもか
かわらず、高出力動作する実用的な紫色レーザーや、4
00nmより短い紫外領域で発光する発光ダイオードや
半導体レーザー、あるいは紫外波長領域に感度特性を有
する実用的な受光素子は実用化されていない。
As described above, since it is difficult to produce a low-resistance p-type group III nitride semiconductor, a high-intensity blue light emitting diode using a group III nitride semiconductor and a low output ( Only a few mW) of a violet semiconductor laser has been put into practical use.
No light emitting diode or semiconductor laser that emits light in the ultraviolet region shorter than 00 nm, or a practical light receiving element having sensitivity characteristics in the ultraviolet wavelength region has been put to practical use.

【0021】例えば、半導体レーザーの場合には、未だ
p型クラッド層の抵抗やp側オーミック電極の接触抵抗
が高いために、動作電圧の増加や、大電流動作時の発熱
を招き、高出力動作するものが実用化されていない。ま
た、紫外波長領域で使用する発光素子あるいは受光素子
の場合は、p型AlGaN層のAl組成比が大きくなる
に従い、高抵抗化するため、紫外波長領域での発光素子
や受光素子は実用化されていない。
For example, in the case of a semiconductor laser, since the resistance of the p-type cladding layer and the contact resistance of the p-side ohmic electrode are still high, the operating voltage is increased and heat is generated at the time of a large current operation. Has not been put to practical use. Further, in the case of a light emitting element or a light receiving element used in the ultraviolet wavelength region, the resistance increases as the Al composition ratio of the p-type AlGaN layer increases, so that a light emitting element or a light receiving element in the ultraviolet wavelength region has been put to practical use. Not.

【0022】また、実用化された低出力の紫色半導体レ
ーザーも製造コストが高いものとなっている。
Also, low-output violet semiconductor lasers that have been put into practical use have high manufacturing costs.

【0023】以下、従来技術の問題点を説明する。Hereinafter, the problems of the prior art will be described.

【0024】従来技術1のIII族窒化物半導体のp型化
法は、p型不純物を不活性化している水素を熱処理によ
って結晶外部へ排出させる方法のため、水素を含まない
雰囲気、一般的には窒素ガス雰囲気で熱処理が行われ
る。しかしながら、この雰囲気においては、窒素分子か
らなる窒素ガスはIII族窒化物の生成原料にはならない
ために、700℃を超える高温では結晶表面の分解が起
り、表面抵抗が大きくなるなど、特性の劣化が生じる場
合があった。これは、結晶表面に電極を形成する場合
に、オーミック接触抵抗が大きくなる等の不具合が生じ
ることがある。また、p型化の熱処理工程を必要とする
ため、製造工程の増加と熱処理設備が必要となり、工業
的にコストがかかる。
In the method of converting a group III nitride semiconductor into a p-type semiconductor according to the prior art 1, since hydrogen that inactivates a p-type impurity is discharged to the outside of the crystal by heat treatment, an atmosphere containing no hydrogen, generally Is heat-treated in a nitrogen gas atmosphere. However, in this atmosphere, nitrogen gas composed of nitrogen molecules does not become a raw material for forming group III nitrides, so at high temperatures exceeding 700 ° C., the crystal surface is decomposed and the surface resistance is increased. Sometimes occurred. This may cause a problem such as an increase in ohmic contact resistance when an electrode is formed on the crystal surface. Further, since a heat treatment step for p-type conversion is required, an increase in the number of manufacturing steps and heat treatment equipment are required, and the cost is industrially high.

【0025】また、従来技術3は、熱処理工程を必要と
しないので、コスト的には低くできるが、1000℃程
度の結晶成長温度から室温までの降温を窒素ガスや不活
性ガスのみの雰囲気で行うので、従来技術1と同様に、
結晶表面の分解が起り、表面抵抗が大きくなるなど、特
性の劣化が生じる場合があった。
The prior art 3 does not require a heat treatment step, so that the cost can be reduced. However, the temperature is lowered from a crystal growth temperature of about 1000 ° C. to room temperature in an atmosphere containing only nitrogen gas or an inert gas. Therefore, similar to the prior art 1,
In some cases, the crystal surface is decomposed, and the characteristics are degraded, for example, the surface resistance is increased.

【0026】また、従来技術2の低エネルギー電子線照
射は、電子線の侵入深さが浅く、結晶表面近傍しかp型
化できないことと、電子線を一度に照射できる面積が狭
いために、ウエハー全面をp型化するには時間がかか
り、工業的にコストがかかりすぎる。
In the low energy electron beam irradiation of the prior art 2, since the penetration depth of the electron beam is shallow, the p-type can be formed only in the vicinity of the crystal surface, and the area where the electron beam can be irradiated at a time is narrow, so that It takes time to make the entire surface p-type, and it is industrially too costly.

【0027】また、従来技術4の方法、すなわち、Inx
AlyGa(1-x-y)N,(0<x<1,0≦y<1)で表
されるIII族窒化物層を成長させた後にMgを1×10
17cm-3〜1×1020cm-3の範囲でドーピングしてp
型GaNを作製する方法では、直上の結晶層の歪みが緩
和され、p型特性を示すが、多層構造を形成する場合に
は、層厚が厚くなるに従い、その効果が薄れてしまう。
そのため、デバイス設計の自由度が少ないという問題が
ある。さらに、AlGaNの場合には、as−grow
nでは高キャリア濃度のものは得られにくく、熱処理等
の後処理がやはり必要である。
The method of the prior art 4, that is, Inx
After growing a group III nitride layer represented by Al y Ga (1-xy) N, (0 <x <1, 0 ≦ y <1),
Doping in the range of 17 cm -3 to 1 × 10 20 cm -3
In the method of producing the type GaN, the distortion of the crystal layer immediately above is relaxed, and the p-type characteristic is exhibited. However, when a multilayer structure is formed, the effect is reduced as the layer thickness increases.
Therefore, there is a problem that the degree of freedom in device design is small. Furthermore, in the case of AlGaN, as-grow
With n, it is difficult to obtain one having a high carrier concentration, and post-treatment such as heat treatment is still necessary.

【0028】水素を含まない雰囲気での結晶成長方法に
関しては、まず、MBE法では、高真空中で結晶成長を
行うため窒素の解離による欠陥が形成される等、高品質
な結晶成長が行いにくい。また、窒素の供給に課題があ
り、成長速度が遅く、MOCVD法ほどには量産には向
いていない。
Regarding the crystal growth method in an atmosphere containing no hydrogen, first, in the MBE method, since crystal growth is performed in a high vacuum, defects are formed due to dissociation of nitrogen. . In addition, there is a problem in supply of nitrogen, the growth rate is low, and it is not suitable for mass production as in the MOCVD method.

【0029】一方、MBE法と同様に水素を極力含まな
い雰囲気でMOCVD法により結晶成長を行った場合、
本願の発明者によるGaNの実験では、表面の凹凸が激
しいものしか成長できず、結晶性の良いものは成長でき
なかった。すなわち、水素を含まない雰囲気では高品質
のp型GaNを成長できる条件が狭いと考えられる。
On the other hand, when a crystal is grown by MOCVD in an atmosphere containing as little hydrogen as possible, as in the MBE method,
In an experiment on GaN by the inventor of the present application, only those having severe surface irregularities could be grown, and those having good crystallinity could not be grown. That is, it is considered that the conditions for growing high-quality p-type GaN in an atmosphere containing no hydrogen are narrow.

【0030】また、従来技術5の方法、すなわち、Mg
とSiを2:1、あるいはMgとOを2:1、あるいは
BeとSiを2:1、あるいはBeとOを2:1の比率
で、GaNに1019cm-3〜1020cm-3程度同時ドー
ピングして、高キャリア濃度のp型GaNを作製する方
法では、ドーピング量を増やすに従い、表面モフォロジ
ーが悪くなるため、半導体レーザーのような平坦な導波
路構造を必要とするデバイスを作製するには難があっ
た。
Further, the method of the prior art 5, that is, Mg
And Si in a ratio of 2: 1 or Mg and O in a ratio of 2: 1, Be and Si in a ratio of 2: 1, or Be and O in a ratio of 2: 1 and a ratio of 10 19 cm −3 to 10 20 cm −3 in GaN. In the method of producing p-type GaN having a high carrier concentration by doping at about the same level, as the doping amount increases, the surface morphology deteriorates, and thus a device such as a semiconductor laser that requires a flat waveguide structure is produced. Had difficulty.

【0031】また、従来技術6の半導体レーザでは、p
型Al0.2Ga0.8N/GaN超格子を使用してp型クラ
ッド層のキャリア濃度を実効的に増加させているが、超
格子構造を作製するための結晶成長プロセスと装置が必
要となることから、結晶成長に要する時間と装置コスト
がかかり、半導体レーザーが高価なものとなる。
In the semiconductor laser of the prior art 6, p
Although the carrier concentration of the p-type cladding layer is effectively increased by using a type Al 0.2 Ga 0.8 N / GaN superlattice, a crystal growth process and an apparatus for producing a superlattice structure are required. In addition, the time required for crystal growth and the equipment cost are increased, and the semiconductor laser becomes expensive.

【0032】また、p型GaNのキャリア濃度が1018
cm-3以下と十分高くないので、p型Al0.2Ga0.8
/GaN超格子の実効キャリア濃度も高出力半導体レー
ザーを実用化するには十分とはいえず、キャリア濃度の
高いp型AlGaNが必要とされる。
The carrier concentration of p-type GaN is 10 18
Because cm -3 or less and not high enough, p-type Al 0.2 Ga 0.8 N
The effective carrier concentration of the / GaN superlattice is not sufficient for practical use of a high-power semiconductor laser, and p-type AlGaN having a high carrier concentration is required.

【0033】本発明は、上述した従来技術の問題点を解
決することを目的としている。すなわち、従来よりもキ
ャリア濃度が高くかつ高品質のIII族窒化物半導体およ
びその作製方法および半導体装置およびその作製方法を
提供することを目的としている。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. That is, an object of the present invention is to provide a group III nitride semiconductor having a higher carrier concentration and a higher quality than in the past, a method for manufacturing the same, a semiconductor device, and a method for manufacturing the same.

【0034】[0034]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、Mgが添加されたp型Al
xGa(1-x)N(0≦x≦1)において、前記p型Alx
Ga(1-x)N(0≦x≦1)には、Mgと同時にBが添
加されていることを特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention according to claim 1 is directed to a p-type Al to which Mg is added.
In x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1), the p-type Al x
Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) is characterized in that B is added simultaneously with Mg.

【0035】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載のIII族窒化物半導体を含む半導体積層構造を有して
いることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laminated structure including the group III nitride semiconductor according to the first aspect.

【0036】また、請求項3記載の発明は、請求項2記
載の半導体装置において、p側オーミック電極を形成す
るコンタクト層に請求項1記載のIII族窒化物半導体を
用いることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, the group III nitride semiconductor according to the first aspect is used for a contact layer for forming a p-side ohmic electrode.

【0037】また、請求項4記載の発明は、請求項2ま
たは請求項3記載の半導体装置において、該半導体装置
は半導体発光素子であることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second or third aspect, the semiconductor device is a semiconductor light emitting element.

【0038】また、請求項5記載の発明は、請求項4記
載の半導体装置において、前記半導体発光素子は半導体
レーザー素子であることを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the fourth aspect, the semiconductor light emitting element is a semiconductor laser element.

【0039】また、請求項6記載の発明は、請求項4ま
たは請求項5記載の半導体装置において、前記半導体発
光素子は、発光波長が400nm以下であることを特徴
としている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the fourth or fifth aspect, the semiconductor light emitting element has an emission wavelength of 400 nm or less.

【0040】また、請求項7記載の発明は、請求項5記
載の半導体装置において、半導体装置としての半導体レ
ーザー素子は、請求項1記載のIII族窒化物半導体をク
ラッド層に用いた少なくとも1つのp−n接合を有して
いることを特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the fifth aspect, the semiconductor laser element as the semiconductor device includes at least one of the group III nitride semiconductors according to the first aspect used for a cladding layer. It is characterized by having a pn junction.

【0041】また、請求項8記載の発明は、Mgと同時
にBが添加されているp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦
1)を、水素ガスを含む反応系で結晶成長し、その結晶
成長直後の結晶成長温度からの冷却を、窒素原料を含む
冷却雰囲気で行うことを特徴としている。
The invention according to claim 8 is characterized in that p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦
The method 1) is characterized in that crystal is grown in a reaction system containing hydrogen gas, and cooling from the crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed in a cooling atmosphere containing a nitrogen source.

【0042】また、請求項9記載の発明は、請求項8記
載のIII族窒化物半導体の作製方法において、冷却雰囲
気中に含まれる窒素原料はNH3であることを特徴とし
ている。
According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a group III nitride semiconductor according to the eighth aspect, the nitrogen source contained in the cooling atmosphere is NH 3 .

【0043】また、請求項10記載の発明は、Mgと同
時にBが添加されているp型AlxGa(1-x)N(0≦x
≦1)を、水素ガスを含む反応系で結晶成長し、その結
晶成長直後の結晶成長温度からの冷却を、NH3の冷却
雰囲気で行なうことを特徴としている。
The tenth aspect of the present invention is directed to a p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x
.Ltoreq.1), a crystal is grown in a reaction system containing hydrogen gas, and cooling from the crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed in an NH 3 cooling atmosphere.

【0044】また、請求項11記載の発明は、Mgと同
時にBが添加されているp型AlxGa(1-x)N(0≦x
≦1)を含む半導体積層構造を、水素ガスを含む反応系
で結晶成長し、その結晶成長直後の結晶成長温度からの
冷却を、窒素原料を含む雰囲気で行うことを特徴として
いる。
The eleventh aspect of the present invention relates to a p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ) to which B is added simultaneously with Mg.
The semiconductor stacked structure including ≦ 1) is crystal-grown in a reaction system containing hydrogen gas, and cooling from the crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed in an atmosphere containing a nitrogen source.

【0045】また、請求項12記載の発明は、請求項1
1記載の半導体装置の作製方法において、冷却雰囲気中
に含まれる窒素原料はNH3であることを特徴としてい
る。
The twelfth aspect of the present invention is the first aspect of the present invention.
1. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 1, wherein the nitrogen source contained in the cooling atmosphere is NH 3 .

【0046】また、請求項13記載の発明は、Mgと同
時にBが添加されているp型AlxGa(1-x)N(0≦x
≦1)を含む半導体積層構造を、水素ガスを含む反応系
で結晶成長し、その結晶成長直後の結晶成長温度からの
冷却を、NH3の冷却雰囲気で行なうことを特徴として
いる。
The thirteenth aspect of the present invention is directed to a p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x
The semiconductor stacked structure including ≦ 1) is crystal-grown in a reaction system containing hydrogen gas, and cooling from the crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed in a cooling atmosphere of NH 3 .

【0047】[0047]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本発明のIII族窒化物半導体は、M
g(マグネシウム)が添加されたp型AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)において、このp型AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)には、Mg(マグネシウム)と同時にB
(ボロン)が添加されていることを特徴としている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The group III nitride semiconductor according to the present invention has M
p-type Al x Ga (1-x) N to which g (magnesium) is added
(0 ≦ x ≦ 1), the p-type Al x Ga (1-x) N
(0 ≦ x ≦ 1) contains Mg (magnesium) and B
(Boron) is added.

【0048】一般的に、p型III族窒化物半導体を作製
する場合には、p型不純物を適量添加することで、その
キャリア濃度を制御して作製している。なお、p型不純
物としては一般的にMgが使用される。
In general, when a p-type group III nitride semiconductor is manufactured, an appropriate amount of a p-type impurity is added to control the carrier concentration. Note that Mg is generally used as the p-type impurity.

【0049】しかしながら、III族窒化物半導体中のp
型不純物の活性化率は〜1%と低いため、p型不純物を
〜1020cm-3程度まで添加しても、p型GaNで、キ
ャリア濃度は1018cm-3以下と低いものしか作製でき
ていない。
However, p in the group III nitride semiconductor
Since the activation rate of the p-type impurity is as low as about 1%, even if the p-type impurity is added up to about 10 20 cm −3 , only a p-type GaN having a low carrier concentration of 10 18 cm −3 or less is produced. Not done.

【0050】さらに、AlGaN等のワイドギャップ半
導体になると、キャリア濃度はさらに低下し、高抵抗化
してしまう。
Further, in the case of a wide gap semiconductor such as AlGaN, the carrier concentration is further reduced and the resistance is increased.

【0051】また、p型不純物のドーピング量が〜10
20cm-3を超えると、表面モフォロジーが悪くなり、逆
に高抵抗化してしまう。
Further, the doping amount of the p-type impurity is
If it exceeds 20 cm -3 , the surface morphology deteriorates, and conversely, the resistance increases.

【0052】AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)結晶に添
加されたp型不純物(一般にはMgが使用)はGaある
いはAlを置換してIII族元素サイトを占める。
The p-type impurity (generally Mg is used) added to the Al x Ga.sub. (1-x) N (0.ltoreq.x.ltoreq.1) crystal replaces Ga or Al and occupies a group III element site.

【0053】しかるに、MgはGa,Alに比較してサ
イズが大きいため、Mgが添加されたAlGaN結晶
は、このサイズの違いによって、結晶全体が不安定にな
り、Mgには排除しようとする力が作用して、高濃度の
MgはIII族原子サイトを占めることができなくなり、
格子間位置に入り、その結果、ドナーとして働く。すな
わち、キャリア濃度を高めようとして、高濃度にMgを
添加すると、逆に、結晶性が悪化するとともに、キャリ
ア濃度が減少してしまうため、高キャリア濃度のp型A
xGa(1-x)N(0≦x≦1)は得られない。
However, since Mg has a larger size than Ga and Al, in the AlGaN crystal to which Mg has been added, the difference in the size makes the whole crystal unstable, and the Mg has a force to remove. Acts, so that a high concentration of Mg cannot occupy the group III atom site,
It enters the interstitial location and thus acts as a donor. That is, if Mg is added at a high concentration in order to increase the carrier concentration, the crystallinity deteriorates and the carrier concentration decreases.
l x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) cannot be obtained.

【0054】これに対し、本発明のように、Mgと同時
に、B(ボロン)を添加して結晶成長したAlxGa
(1-x)N(0≦x≦1)は、高濃度にMgを添加しても
キャリア濃度の減少が起らず、高いキャリア濃度のもの
が得られる。
On the other hand, as in the present invention, Al x Ga grown by adding B (boron) at the same time as Mg is grown.
(1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) does not cause a decrease in carrier concentration even when Mg is added at a high concentration, and a high carrier concentration can be obtained.

【0055】その理由は、Ga,Alに比較してサイズ
の小さいBがMgと同時に添加されることによって、M
gによる結晶の不安定化が緩和され、MgがIII族サイ
トに入ることが可能になり、その結果、従来にない高い
キャリア濃度のp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)が
得られると考えられる。
The reason is that B, which is smaller in size than Ga and Al, is added simultaneously with Mg,
Instability of the crystal due to g is alleviated, and Mg can enter the group III site. As a result, p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ It is considered that 1) is obtained.

【0056】なお、Bの添加量は、1020cm-3のオー
ダーであれば、AlGaNのバンドギャップや屈折率を
大きく変化させることはないので、AlGaNとして取
り扱うことができる。
If the amount of B added is on the order of 10 20 cm -3 , the band gap and the refractive index of AlGaN do not change so much that Al can be treated as AlGaN.

【0057】また、本発明では、III族窒化物半導体の
第1の作製方法として、Mgと同時にBが添加されてい
るp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)を、水素ガスを
含む反応系で結晶成長し、その結晶成長直後の結晶成長
温度からの冷却を、窒素原料を含む冷却雰囲気で行うよ
うにしている。
In the present invention, as a first method of manufacturing a group III nitride semiconductor, p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) to which B is added simultaneously with Mg is used. Crystals are grown in a reaction system containing hydrogen gas, and cooling from the crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed in a cooling atmosphere containing a nitrogen source.

【0058】ここで、冷却雰囲気としては、窒素、ある
いは、不活性ガスと窒素原料との混合ガス、あるいは、
これらに数%の水素を含む混合ガス、あるいは、窒素原
料ガスのみ、あるいは、窒素原料ガスと水素の混合ガス
雰囲気を使用することができる。
Here, the cooling atmosphere is nitrogen, a mixed gas of an inert gas and a nitrogen raw material, or
A mixed gas containing several percent of hydrogen therein, a nitrogen source gas alone, or a mixed gas atmosphere of a nitrogen source gas and hydrogen can be used.

【0059】この第1の作製方法によれば、MgとBを
同時に添加しての高キャリア濃度のAlxGa(1-x)
(0≦x≦1)の結晶成長と、前述した窒素原料を含む
雰囲気ガス中での冷却を組み合わせることで、従来難し
かったAlxGa(1-x)N(0≦x≦1)のp型結晶がa
s−grownで得られる。
According to the first manufacturing method, Al x Ga.sub. (1-x) N having a high carrier concentration by simultaneously adding Mg and B is used.
By combining the crystal growth of (0 ≦ x ≦ 1) and the cooling in the above-described atmosphere gas containing the nitrogen source, the p of Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1), which has been conventionally difficult, is obtained. Type crystal is a
Obtained by s-grown.

【0060】as−grownでp型結晶が得られる理
由としては、MgとBが同時に添加されたp型Alx
(1-x)N(0≦x≦1)は高キャリア濃度のものが成
長していることと、結晶成長温度からの冷却を前述の冷
却雰囲気で行うことで、冷却雰囲気からの水素の結晶内
への拡散が抑制され、水素パシベーションによる高抵抗
化が防止されるためと考えられる。AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)が単層、あるいは積層構造の最表面に結
晶成長される場合においては、さらに、冷却雰囲気に含
まれる窒素原料が、AlGaNの生成反応に寄与する原
子状の窒素を生成するため、AlGaN結晶表面からの
窒素の解離が防止され、その結果、ドナー性欠陥となる
窒素空孔の生成が抑制され、表面の高抵抗化が防止され
て、低抵抗のp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)がa
s−grownで得られると考えられる。
The reason why a p-type crystal can be obtained as-grown is that p-type Al x G to which Mg and B are simultaneously added.
a (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) is obtained by growing a carrier having a high carrier concentration, and performing cooling from the crystal growth temperature in the above-described cooling atmosphere. This is presumably because diffusion into the crystal is suppressed and resistance increase due to hydrogen passivation is prevented. Al x Ga (1-x) N
In the case where (0 ≦ x ≦ 1) is crystal-grown on the outermost surface of a single layer or a laminated structure, the nitrogen source contained in the cooling atmosphere further generates atomic nitrogen contributing to the formation reaction of AlGaN. Therefore, the dissociation of nitrogen from the surface of the AlGaN crystal is prevented, and as a result, the generation of nitrogen vacancies serving as donor defects is suppressed, the surface is prevented from increasing in resistance, and the low-resistance p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) is a
It is thought to be obtained by s-grown.

【0061】また、冷却中の雰囲気ガス中に水素を含む
場合には、結晶表面に吸着している未反応の有機原料
や、有機物の水素によるクリーニング効果が期待できる
ので、表面の汚染による表面抵抗の増加が防止できる。
これは従来技術では得られなかった効果である。
When hydrogen is contained in the atmosphere gas during cooling, an unreacted organic raw material adsorbed on the crystal surface and a cleaning effect by the organic hydrogen can be expected. Can be prevented from increasing.
This is an effect that cannot be obtained by the prior art.

【0062】また、窒素原料ガスとしては特に限定はし
ないが、NH3等のその分解によって水素を発生する化
合物を使用することによって、原子状窒素による結晶表
面の分解抑制効果(それによる水素の拡散抑制効果)と
水素によるクリーニング効果が同時に得られる。
The nitrogen source gas is not particularly limited. However, by using a compound such as NH 3 which generates hydrogen by its decomposition, the effect of suppressing decomposition of the crystal surface by atomic nitrogen (diffusion of hydrogen thereby) is reduced. Suppression effect) and the cleaning effect by hydrogen can be obtained at the same time.

【0063】前述した従来技術1では、水素を発生する
化合物や水素ガスを含む雰囲気中では、高抵抗化したII
I族窒化物から水素を排出させてp型化をすることは困
難であるため、水素を含まない雰囲気中で熱処理を行っ
ていたが、これに対し、本発明の作製方法では、結晶成
長直後の低抵抗のp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)
中への水素の拡散侵入を抑制することで、結晶成長後の
冷却過程における高抵抗化を抑制し、低抵抗のp型Al
xGa(1-x)N(0≦x≦1)を作製することを特徴とし
ており、従来技術とは原理的に異なるものである。ま
た、雰囲気中には、水素を含んでいても、含んでいなく
ても良く、水素を含む場合には水素の効果を積極的に利
用している点も従来技術とは異なる。
According to the above-described prior art 1, in an atmosphere containing a compound that generates hydrogen or a hydrogen gas, a high resistance II
Since it is difficult to make the p-type by discharging hydrogen from the group I nitride, the heat treatment was performed in an atmosphere containing no hydrogen. On the other hand, in the manufacturing method of the present invention, immediately after the crystal growth, Low resistance p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1)
By suppressing the diffusion and intrusion of hydrogen into the inside, it is possible to suppress the increase in resistance in the cooling process after crystal growth, and to reduce the p-type Al of low resistance.
and characterized by producing x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1), the prior art is different in principle. Further, the atmosphere differs from the prior art in that hydrogen may or may not contain hydrogen, and when hydrogen is contained, the effect of hydrogen is actively utilized.

【0064】すなわち、Mg(マグネシウム)と同時に
B(ボロン)が添加されているp型AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)の作製方法において、冷却雰囲気中に含
まれる窒素原料としてはNH3(アンモニア)を用いる
ことができる。
That is, p-type Al x Ga (1-x) N to which B (boron) is added simultaneously with Mg (magnesium).
In the manufacturing method (0 ≦ x ≦ 1), NH 3 (ammonia) can be used as the nitrogen source contained in the cooling atmosphere.

【0065】窒素原料ガスとしてNH3を使用するとき
には、その分解によって生成される原子状窒素による結
晶表面の分解抑制効果と水素によるクリーニング効果が
同時に得られる。
When NH 3 is used as the nitrogen source gas, the effect of suppressing the decomposition of the crystal surface by atomic nitrogen generated by the decomposition and the effect of cleaning by hydrogen are simultaneously obtained.

【0066】また、本発明では、III族窒化物半導体の
第2の作製方法として、Mgと同時にBが添加されてい
るp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)を、水素ガスを
含む反応系で結晶成長して作製し、その結晶成長直後の
結晶成長温度からの冷却を、NH3の冷却雰囲気で行な
うようにしている。
In the present invention, as a second method for manufacturing a group III nitride semiconductor, p-type Al x Ga.sub. (1-x) N (0.ltoreq.x.ltoreq.1 ) to which B is added simultaneously with Mg is used. In this case, the crystal is grown in a reaction system containing hydrogen gas, and cooling from the crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed in a cooling atmosphere of NH 3 .

【0067】この第2の作製方法では、冷却中の雰囲気
がNH3ガスのみであるので、その分解によって生成さ
れる原子状窒素による結晶表面の分解抑制効果と水素に
よるクリーニング効果を、混合ガス雰囲気の場合よりも
効果的に得ることができる。
In the second manufacturing method, since the atmosphere during cooling is only NH 3 gas, the effect of suppressing the decomposition of the crystal surface by the atomic nitrogen generated by the decomposition and the effect of cleaning by hydrogen can be reduced. Can be more effectively obtained.

【0068】なお、従来、NH3雰囲気中の熱処理で
は、水素パシベーションによりp型結晶が高抵抗化し、
低抵抗のp型III族窒化物は得られなかったが、本発明
では、結晶成長後の冷却過程において、雰囲気をNH3
ガスとすることにより、表面劣化が抑制された低抵抗の
p型AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)がas−grow
nで得られる。
Conventionally, in a heat treatment in an NH 3 atmosphere, the resistance of a p-type crystal is increased by hydrogen passivation,
Although a low-resistance p-type group III nitride was not obtained, in the present invention, the atmosphere was changed to NH 3 during the cooling process after crystal growth.
By using gas, low-resistance p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) in which surface deterioration is suppressed is as-grown.
n.

【0069】また、本発明では、上述したIII族窒化物
半導体(Mg(マグネシウム)と同時にB(ボロン)が
添加されているp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦1))
を含む半導体積層構造を有している半導体装置を構成す
ることができる。
In the present invention, p-type Al x Ga.sub. (1-x) N (0.ltoreq.x.ltoreq.1 ) to which the above-mentioned group III nitride semiconductor (B (boron) is added simultaneously with Mg (magnesium)) is used. )
A semiconductor device having a semiconductor multilayer structure including

【0070】なお、このような半導体装置は、p型Al
xGa(1-x)N(0≦x≦1)の特性を用いて機能するも
のであれば、任意の素子形態をとることができる。すな
わち、半導体発光素子(例えば、半導体レーザー素
子),受光素子,電子デバイス等の形態をとることがで
きる。
Note that such a semiconductor device is a p-type Al
long as it functions with the properties of the x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1), can take any device embodiment. That is, it can take the form of a semiconductor light emitting element (for example, a semiconductor laser element), a light receiving element, an electronic device, or the like.

【0071】具体的に、半導体発光素子として構成する
場合、正負の2つの電極間に電圧を印加することによっ
て、発光領域に電流を注入し、そこでキャリアの再結合
が生じ発光するものであれば、その構造は特に限定しな
い。
More specifically, in the case of a semiconductor light emitting device, if a voltage is applied between two positive and negative electrodes, a current is injected into the light emitting region, where recombination of carriers occurs and light is emitted. The structure is not particularly limited.

【0072】すなわち、半導体発光素子としては、発光
ダイオードであっても良いし、半導体レーザーであって
も良い。また、半導体発光素子が例えば半導体レーザー
である場合、この半導体レーザーの構造は特に限定され
るものではなく、端面発光型,面発光型のどちらの構造
であっても良い。
That is, the semiconductor light emitting device may be a light emitting diode or a semiconductor laser. When the semiconductor light emitting element is, for example, a semiconductor laser, the structure of the semiconductor laser is not particularly limited, and may be either an edge emitting type or a surface emitting type.

【0073】また、本発明の半導体装置が半導体発光素
子である場合、この半導体発光素子としては、発光波長
が400nm以下のものにすることができる。
When the semiconductor device of the present invention is a semiconductor light emitting device, the semiconductor light emitting device may have an emission wavelength of 400 nm or less.

【0074】より具体的に、本発明では、Mg(マグネ
シウム)と同時にB(ボロン)が添加されているp型A
xGa(1-x)N(0≦x≦1)を含む半導体積層構造を
有する半導体装置において、p側オーミック電極を形成
するコンタクト層に、Mg(マグネシウム)と同時にB
(ボロン)が添加されているp型AlxGa(1-x)N(0
≦x≦1)を用いることができる。
More specifically, in the present invention, p-type A containing B (boron) simultaneously with Mg (magnesium) is used.
In a semiconductor device having a semiconductor multilayer structure including l x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1), B (B) and Mg (magnesium) are simultaneously added to a contact layer forming a p-side ohmic electrode.
(Boron) -added p-type Al x Ga (1-x) N (0
≦ x ≦ 1) can be used.

【0075】なお、このような半導体装置は、p型Al
xGa(1-x)N(0≦x≦1)にp側オーミック電極が形
成され、電流を注入することにより機能するものであれ
ば、任意の素子形態をとることができる。すなわち、半
導体発光素子(例えば、半導体レーザー素子),受光素
子,電子デバイス等の形態をとることができる。
Note that such a semiconductor device is a p-type Al
As long as a p-side ohmic electrode is formed on xGa (1-x) N (0≤x≤1) and functions by injecting current, any element form can be adopted. That is, it can take the form of a semiconductor light emitting element (for example, a semiconductor laser element), a light receiving element, an electronic device, or the like.

【0076】具体的に、半導体発光素子として構成する
場合、正負の2つの電極間に電圧を印加することによっ
て、発光領域に電流を注入し、そこでキャリアの再結合
が生じ発光するものであれば、その構造は特に限定しな
い。
More specifically, in the case of a semiconductor light emitting device, if a voltage is applied between two positive and negative electrodes, a current is injected into the light emitting region, where recombination of carriers occurs to emit light. The structure is not particularly limited.

【0077】すなわち、半導体発光素子としては、発光
ダイオードであっても良いし、半導体レーザーであって
も良い。また、半導体発光素子が例えば半導体レーザー
である場合、この半導体レーザーの構造は特に限定され
るものではなく、端面発光型,面発光型のどちらの構造
であっても良い。
That is, the semiconductor light emitting device may be a light emitting diode or a semiconductor laser. When the semiconductor light emitting element is, for example, a semiconductor laser, the structure of the semiconductor laser is not particularly limited, and may be either an edge emitting type or a surface emitting type.

【0078】また、本発明の半導体装置が半導体発光素
子である場合、この半導体発光素子としては、発光波長
が400nm以下のものにすることができる。
Further, when the semiconductor device of the present invention is a semiconductor light emitting device, the semiconductor light emitting device may have an emission wavelength of 400 nm or less.

【0079】また、p型AlxGa(1-x)N(0≦x≦
1)を用いるコンタクト層(p側オーミック電極を形成
するコンタクト層)は、積層構造の最表面である必要は
なく、例えば最下層であっても良い。
Further, p-type Al x Ga.sub. (1-x) N (0 ≦ x ≦
The contact layer using 1) (the contact layer forming the p-side ohmic electrode) does not need to be the outermost surface of the laminated structure, and may be, for example, the lowermost layer.

【0080】また、本発明では、Mg(マグネシウム)
と同時にB(ボロン)が添加されているp型AlxGa
(1-x)N(0≦x≦1)を含む半導体積層構造を有して
いる半導体装置が半導体レーザー素子である場合、該半
導体レーザ素子を、Mg(マグネシウム)と同時にB
(ボロン)が添加されているp型AlxGa(1-x)N(0
≦x≦1)をクラッド層に用いた少なくとも1つのp−
n接合を有するものにすることができる。
In the present invention, Mg (magnesium)
At the same time, p-type Al x Ga to which B (boron) is added
When a semiconductor device having a semiconductor laminated structure including (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) is a semiconductor laser device, the semiconductor laser device is simultaneously treated with Mg (magnesium) and B (magnesium).
(Boron) -added p-type Al x Ga (1-x) N (0
≦ x ≦ 1) for at least one p−
It can have an n-junction.

【0081】ここで、半導体レーザー素子の構造は、特
に限定されるものではない。すなわち、Mg(マグネシ
ウム)と同時にB(ボロン)が添加されているp型Al
xGa(1-x)N(0≦x≦1)をクラッド層に用いた少な
くとも1つのp−n接合を有するIII族窒化物半導体レ
ーザー素子であって、活性層にキャリアが注入され、レ
ーザー光が外部に取り出されるものであればよく、端面
発光型,面発光型のどちらの構造であっても良い。
Here, the structure of the semiconductor laser device is not particularly limited. That is, p-type Al to which B (boron) is added simultaneously with Mg (magnesium).
What is claimed is : 1. A group III nitride semiconductor laser device having at least one pn junction using xGa.sub. (1-x) N (0.ltoreq.x.ltoreq.1) as a cladding layer, wherein carriers are injected into an active layer, and Any structure may be used as long as light can be extracted to the outside, and either an edge emitting type or a surface emitting type may be used.

【0082】また、本発明では、Mg(マグネシウム)
と同時にB(ボロン)が添加されているp型AlxGa
(1-x)N(0≦x≦1)を含む半導体装置の第1の作製
方法として、Mg(マグネシウム)と同時にB(ボロ
ン)が添加されているp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦
1)を含む半導体積層構造を、水素ガスを含む反応系で
結晶成長し、その結晶成長直後の結晶成長温度からの冷
却を、窒素原料を含む冷却雰囲気で行うことによって、
上述した半導体装置を作製することができる。
In the present invention, Mg (magnesium)
At the same time, p-type Al x Ga to which B (boron) is added
As a first method for manufacturing a semiconductor device containing (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1), p-type Al x Ga (1-x) in which B (boron) is added simultaneously with Mg (magnesium ). N (0 ≦ x ≦
The semiconductor laminated structure including 1) is crystal-grown in a reaction system containing hydrogen gas, and cooling from the crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed in a cooling atmosphere containing a nitrogen source.
The above-described semiconductor device can be manufactured.

【0083】ここで、冷却雰囲気としては、窒素、ある
いは、不活性ガスと窒素原料との混合ガス、あるいは、
これらに数%の水素を含む混合ガス、あるいは、窒素原
料ガスのみ、あるいは、窒素原料ガスと水素の混合ガス
雰囲気を使用することができる。
Here, the cooling atmosphere is nitrogen, or a mixed gas of an inert gas and a nitrogen raw material, or
A mixed gas containing several percent of hydrogen therein, a nitrogen source gas alone, or a mixed gas atmosphere of a nitrogen source gas and hydrogen can be used.

【0084】この第1の作製方法によれば、MgとBを
同時に添加しての高キャリア濃度のAlxGa(1-x)
(0≦x≦1)の結晶成長と、前述した窒素原料を含む
雰囲気ガス中での冷却を組み合わせることで、従来難し
かったAlxGa(1-x)N(0≦x≦1)のp型結晶がa
s−grownで得られる。
According to this first manufacturing method, Al x Ga.sub. (1-x) N having a high carrier concentration by simultaneously adding Mg and B is used.
By combining the crystal growth of (0 ≦ x ≦ 1) and the cooling in the above-described atmosphere gas containing the nitrogen source, the p of Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1), which has been conventionally difficult, is obtained. Type crystal is a
Obtained by s-grown.

【0085】as−grownでp型結晶が得られる理
由としては、MgとBが同時に添加されたp型Alx
(1-x)N(0≦x≦1)は高キャリア濃度のものが成
長していることと、結晶成長温度からの冷却を、前述の
冷却雰囲気で行うことで、冷却雰囲気からの水素の結晶
内への拡散が抑制され、水素パシベーションによる高抵
抗化が防止されるためと考えられる。AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)が単層、あるいは積層構造の最表面に結
晶成長される場合においては、さらに、冷却雰囲気に含
まれる窒素原料が、AlGaNの生成反応に寄与する原
子状の窒素を生成するため、AlGaN結晶表面からの
窒素の解離が防止され、その結果、ドナー性欠陥となる
窒素空孔の生成が抑制され、表面の高抵抗化が防止され
て、低抵抗のp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)がa
s−grownで得られると考えられる。
The reason why a p-type crystal can be obtained as-grown is that p-type Al x G to which Mg and B are simultaneously added.
a (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) is obtained by growing a material having a high carrier concentration, and performing cooling from the crystal growth temperature in the above-described cooling atmosphere. This is presumably because the diffusion into the crystal is suppressed, and the increase in resistance due to hydrogen passivation is prevented. Al x Ga (1-x) N
In the case where (0 ≦ x ≦ 1) is crystal-grown on the outermost surface of a single layer or a laminated structure, the nitrogen source contained in the cooling atmosphere further generates atomic nitrogen contributing to the formation reaction of AlGaN. Therefore, the dissociation of nitrogen from the surface of the AlGaN crystal is prevented, and as a result, the generation of nitrogen vacancies serving as donor defects is suppressed, the surface is prevented from increasing in resistance, and the low-resistance p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) is a
It is thought to be obtained by s-grown.

【0086】また、冷却中の雰囲気ガス中に水素を含む
場合には、結晶表面に吸着している未反応の有機原料
や、有機物の水素によるクリーニング効果が期待できる
ので、表面の汚染による表面抵抗の増加が防止できる。
これは従来技術では得られなかった効果である。
When hydrogen is contained in the atmosphere gas during cooling, an unreacted organic raw material adsorbed on the crystal surface and a cleaning effect by hydrogen of the organic substance can be expected, so that the surface resistance due to surface contamination is reduced. Can be prevented from increasing.
This is an effect that cannot be obtained by the prior art.

【0087】また、窒素原料ガスとしては特に限定はし
ないが、NH3等のその分解によって水素を発生する化
合物を使用することによって、原子状窒素による結晶表
面の分解抑制効果(それによる水素の拡散抑制効果)と
水素によるクリーニング効果が同時に得られる。
The nitrogen source gas is not particularly limited. By using a compound such as NH 3 which generates hydrogen by its decomposition, the effect of suppressing the decomposition of the crystal surface by the atomic nitrogen (the diffusion of hydrogen thereby) can be obtained. Suppression effect) and the cleaning effect by hydrogen are obtained at the same time.

【0088】前述した従来技術1では、水素を発生する
化合物や水素ガスを含む雰囲気中では、高抵抗化したII
I族窒化物から水素を排出させてp型化をすることは困
難であるため、水素を含まない雰囲気中で熱処理を行っ
ていたが、これに対し、本発明の作製方法では、結晶成
長直後の低抵抗のp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)
中への水素の拡散侵入を抑制することで、結晶成長後の
冷却過程における高抵抗化を抑制し、低抵抗のp型Al
xGa(1-x)N(0≦x≦1)を作製することを特徴とし
ており、従来技術とは原理的に異なるものである。ま
た、雰囲気中には、水素を含んでいても、含んでいなく
ても良く、水素を含む場合には水素の効果を積極的に利
用している点も従来技術とは異なる。
According to the above-described prior art 1, in an atmosphere containing a compound that generates hydrogen or hydrogen gas, the resistance is increased.
Since it is difficult to make the p-type by discharging hydrogen from the group I nitride, the heat treatment was performed in an atmosphere containing no hydrogen. On the other hand, in the manufacturing method of the present invention, immediately after the crystal growth, Low resistance p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1)
By suppressing the diffusion and intrusion of hydrogen into the inside, it is possible to suppress the increase in resistance in the cooling process after crystal growth, and to reduce the p-type Al of low resistance.
and characterized by producing x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1), the prior art is different in principle. Further, the atmosphere differs from the prior art in that hydrogen may or may not contain hydrogen, and when hydrogen is contained, the effect of hydrogen is actively utilized.

【0089】すなわち、Mg(マグネシウム)と同時に
B(ボロン)が添加されているp型AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)を含む半導体装置の作製方法において、
冷却雰囲気中に含まれる窒素原料としてはNH3(アン
モニア)を用いることができる。
That is, p-type Al x Ga (1-x) N to which B (boron) is added simultaneously with Mg (magnesium).
In a method for manufacturing a semiconductor device including (0 ≦ x ≦ 1),
NH 3 (ammonia) can be used as the nitrogen source contained in the cooling atmosphere.

【0090】窒素原料ガスとしてNH3を使用するとき
には、その分解によって生成される原子状窒素による結
晶表面の分解抑制効果と水素によるクリーニング効果が
同時に得られる。
When NH 3 is used as the nitrogen source gas, the effect of suppressing the decomposition of the crystal surface by the atomic nitrogen generated by its decomposition and the effect of cleaning by hydrogen are simultaneously obtained.

【0091】また、本発明では、p型AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)を含む半導体装置の第2の作製方法とし
て、Mg(マグネシウム)と同時にB(ボロン)が添加
されているp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)を含む
半導体積層構造を、水素ガスを含む反応系で結晶成長
し、その結晶成長直後の結晶成長温度からの冷却を、N
3の冷却雰囲気で行なうことによって、上述した半導
体装置を作製することができる。
In the present invention, the p-type Al x Ga (1-x) N
As a second method for manufacturing a semiconductor device including (0 ≦ x ≦ 1), p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦) in which B (boron) is added simultaneously with Mg (magnesium). Crystal growth is performed on the semiconductor laminated structure including 1) in a reaction system containing hydrogen gas, and cooling from the crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed by N
The above-described semiconductor device can be manufactured by performing the process in a cooling atmosphere of H 3 .

【0092】この第2の作製方法では、冷却中の雰囲気
がNH3ガスのみであるので、その分解によって生成さ
れる原子状窒素による結晶表面の分解抑制効果と水素に
よるクリーニング効果を、混合ガス雰囲気の場合よりも
効果的に得ることができる。
In this second manufacturing method, since the atmosphere during cooling is only NH 3 gas, the effect of suppressing the decomposition of the crystal surface by atomic nitrogen generated by the decomposition and the effect of cleaning by hydrogen are reduced. Can be more effectively obtained.

【0093】なお、従来、NH3雰囲気中の熱処理で
は、水素パシベーションによりp型結晶が高抵抗化し、
低抵抗のp型III族窒化物は得られなかったが、本発明
では、結晶成長後の冷却過程において、雰囲気をNH3
ガスとすることにより、表面劣化が抑制された低抵抗の
p型AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)がas−grow
nで得られる。
Conventionally, in a heat treatment in an NH 3 atmosphere, the resistance of a p-type crystal is increased by hydrogen passivation,
Although a low-resistance p-type group III nitride was not obtained, in the present invention, the atmosphere was changed to NH 3 during the cooling process after crystal growth.
By using gas, low-resistance p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) in which surface deterioration is suppressed is as-grown.
n.

【0094】以下、本発明のIII族窒化物半導体および
その作製方法および半導体装置およびその作製方法につ
いて、より詳細に説明する。
Hereinafter, the group III nitride semiconductor of the present invention, its manufacturing method, its semiconductor device and its manufacturing method will be described in more detail.

【0095】図1は本発明に係るIII族窒化物半導体の
一例を示す図である。図1を参照すると、サファイア基
板10上には、低温GaNバッファー層11、III族窒
化物半導体としてのp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦
1)層12が順次に積層されている。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a group III nitride semiconductor according to the present invention. Referring to FIG. 1, on a sapphire substrate 10, a low-temperature GaN buffer layer 11, a p-type Al x Ga.sub. (1-x) N (0 ≦ x ≦
1) The layers 12 are sequentially stacked.

【0096】ここで、p型AlxGa(1-x)N(0≦x≦
1)層12は、例えばx=0.08のp型Al0.08Ga
0.92N層である。
Here, p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦
1) The layer 12 is, for example, p-type Al 0.08 Ga with x = 0.08.
0.92 N layer.

【0097】そして、p型Al0.08Ga0.92N層12に
は、p型不純物のMg(マグネシウム)と同時にB(ボ
ロン)が含まれている。ここで、MgとBは、ともに8
×1019cm-3程度含まれている。
The p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 12 contains B (boron) at the same time as p-type impurity Mg (magnesium). Here, both Mg and B are 8
About × 10 19 cm -3 is contained.

【0098】p型Al0.08Ga0.92N層12は、キャリ
ア濃度が8×1017cm-3で低抵抗のp型を示した。な
お、Bを含まない場合は、キャリア濃度は1×1017
-3であった。
The p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 12 exhibited a low resistance p-type with a carrier concentration of 8 × 10 17 cm −3 . When B is not included, the carrier concentration is 1 × 10 17 c
m -3 .

【0099】また、図2,図3は本発明に係る半導体装
置の一例を示す図である。図2,図3の半導体装置は、
端面発光型発光ダイオードと端面受光型フォトダイオー
ドとがモノリシックに集積化された受発光素子として構
成されている。なお、図2は受発光素子の発光ダイオー
ドの光出射端面に垂直な面での断面図であり、図3は発
光ダイオードの光出射端面に平行な面での断面図であ
る。
FIGS. 2 and 3 are views showing an example of the semiconductor device according to the present invention. The semiconductor device shown in FIGS.
An edge emitting light emitting diode and an edge receiving photodiode are monolithically integrated as a light receiving and emitting element. Note that FIG. 2 is a cross-sectional view of a light-emitting diode of the light-receiving / receiving element taken along a plane perpendicular to the light-emitting end face, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a light-emitting diode taken along a plane parallel to the light-emitting end face.

【0100】図2,図3を参照すると、発光ダイオード
とフォトダイオードは概ね直方体の形状をしており、発
光ダイオードの1つの光出射端面とフォトダイオードの
受光端面とが向き合うように空間的に分離されて形成さ
れている。
Referring to FIGS. 2 and 3, the light emitting diode and the photodiode have a substantially rectangular parallelepiped shape, and are spatially separated so that one light emitting end face of the light emitting diode and the light receiving end face of the photodiode face each other. It has been formed.

【0101】また、発光ダイオードとフォトダイオード
は同一の積層構造からなっている。その積層構造は、サ
ファイア基板20上に、AlN低温バッファー層21、
n型Al0.03Ga0.97Nコンタクト層22、n型Al
0.07Ga0.93Nクラッド層23、In0.17Ga0.83N活
性層24、p型Al0.07Ga0.93Nクラッド層25、p
型GaNコンタクト層26が順次に積層されて形成され
ている。
The light emitting diode and the photodiode have the same laminated structure. The laminated structure has an AlN low-temperature buffer layer 21 on a sapphire substrate 20,
n-type Al 0.03 Ga 0.97 N contact layer 22, n-type Al
0.07 Ga 0.93 N clad layer 23, In 0.17 Ga 0.83 N active layer 24, p-type Al 0.07 Ga 0.93 N clad layer 25, p
Type GaN contact layers 26 are sequentially laminated.

【0102】ここで、p型Al0.07Ga0.93Nクラッド
層25,p型GaNコンタクト層26には、p型ドーパ
ントとしてのMgと同時に、B(ボロン)がドーピング
されている。
Here, the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 25 and the p-type GaN contact layer 26 are doped with B (boron) simultaneously with Mg as a p-type dopant.

【0103】発光ダイオードとフォトダイオードは、上
記積層構造をp型GaNコンタクト層26の表面からn
型Al0.03Ga0.97Nコンタクト層22までエッチング
することで空間的に分離されている。そして、n型Al
0.03Ga0.97Nコンタクト層22の表面が露出し、露出
したn型Al0.03Ga0.97Nコンタクト層22上には、
Ti/Alからなるn側オーミック電極29が形成され
ている。また、発光ダイオードとフォトダイオードのp
型GaNコンタクト層26上には、Ni/Auからなる
p側オーミック電極28が形成されている。
The light emitting diode and the photodiode are formed by stacking the above laminated structure on the surface of the p-type GaN contact layer
It is spatially separated by etching to the type Al 0.03 Ga 0.97 N contact layer 22. And n-type Al
The surface of the 0.03 Ga 0.97 N contact layer 22 is exposed, and on the exposed n-type Al 0.03 Ga 0.97 N contact layer 22,
An n-side ohmic electrode 29 made of Ti / Al is formed. Also, the light emitting diode and the photodiode p
A p-side ohmic electrode 28 made of Ni / Au is formed on the type GaN contact layer 26.

【0104】さらにオーミック電極以外の部分には、S
iO2からなる絶縁保護膜27が堆積されている。そし
て、絶縁保護膜27上には、Ti/Alからなる配線電
極30が形成されており、配線電極30は、発光ダイオ
ードとフォトダイオードのそれぞれの、p側オーミック
電極28と電気的に接続されている。
Further, in portions other than the ohmic electrode, S
An insulating protective film 27 made of iO 2 is deposited. A wiring electrode 30 made of Ti / Al is formed on the insulating protective film 27. The wiring electrode 30 is electrically connected to the p-side ohmic electrode 28 of each of the light emitting diode and the photodiode. I have.

【0105】発光ダイオードとフォトダイオードの側面
は基板に対して概ね垂直に形成されている。そして、発
光ダイオードとフォトダイオードの溝を介して向き合う
側面が、それぞれ、光出射端面202と受光面203に
なる。また、発光ダイオードのフォトダイオードと向き
合う側面と反対側の端面が外部へ光を出射する光出射端
面201となる。
The side surfaces of the light emitting diode and the photodiode are formed substantially perpendicular to the substrate. The side faces of the light emitting diode and the photodiode that face each other via the groove become the light emitting end face 202 and the light receiving face 203, respectively. The end face of the light emitting diode opposite to the side face facing the photodiode is a light emitting end face 201 for emitting light to the outside.

【0106】この集積型受発光素子は、発光ダイオード
に順方向電流を注入し、フォトダイオードに逆バイアス
を印加することによって動作する。すなわち、それぞれ
の素子のp側,n側オーミック電極に順方向あるいは逆
方向にバイアスを印加すると、発光ダイオードは2つの
光出射端面201,202から光を出射する。そして、
フォトダイオードに向いた光出射端面202から出射し
た光が、フォトダイオードの受光面203に入射し、そ
の強度に対応した光起電力がフォトダイオードで発生
し、外部に光電流として取り出される。フォトダイオー
ドの光電流をモニターすることによって、発光ダイオー
ドに注入する電流を調整し、光出力を制御することがで
きる。なお、発光ダイオードに電流を注入して発光させ
ると、発光のピーク波長は、約412nmであった。
This integrated type light receiving / emitting element operates by injecting a forward current into the light emitting diode and applying a reverse bias to the photodiode. That is, when a bias is applied in the forward or reverse direction to the p-side and n-side ohmic electrodes of each element, the light emitting diode emits light from the two light emitting end surfaces 201 and 202. And
Light emitted from the light emitting end face 202 facing the photodiode is incident on the light receiving surface 203 of the photodiode, and a photoelectromotive force corresponding to the intensity is generated in the photodiode, and is extracted to the outside as a photocurrent. By monitoring the photocurrent of the photodiode, the current injected into the light emitting diode can be adjusted to control the light output. When a current was injected into the light emitting diode to emit light, the peak wavelength of light emission was about 412 nm.

【0107】次に、図2,図3の集積型受発光素子の作
製工程例について説明する。なお、この作製工程例で
は、集積型受発光素子の積層構造はMOCVD法で結晶
成長して作製した。
Next, a description will be given of an example of a manufacturing process of the integrated type light receiving / emitting element shown in FIGS. In this example of the manufacturing process, the stacked structure of the integrated type light receiving and emitting element was manufactured by crystal growth by MOCVD.

【0108】この作製工程例では、まず、サファイア基
板20を反応管にセットし、水素ガス中、1120℃で
加熱し、基板20の表面をクリーニングした。
In this example of the manufacturing process, first, the sapphire substrate 20 was set in a reaction tube and heated at 1120 ° C. in a hydrogen gas to clean the surface of the substrate 20.

【0109】次いで、温度を520℃に下げ、成長雰囲
気をNH3と窒素と水素の混合ガス雰囲気にし、TMA
を流し、低温AlNバッファー21を堆積した。
Next, the temperature was lowered to 520 ° C., the growth atmosphere was changed to a mixed gas atmosphere of NH 3 , nitrogen and hydrogen, and TMA was
And a low-temperature AlN buffer 21 was deposited.

【0110】次いで、温度を1070℃に上げ、水素を
キャリアガスとしてTMG,TMA,SiH4を組成に
あわせて供給し、n型Al0.03Ga0.97Nコンタクト層
22を3μmの厚さ、n型Al0.07Ga0.93Nクラッド
層23を0.5μmの厚さに順次積層した。
Next, the temperature was raised to 1070 ° C., TMG, TMA, and SiH 4 were supplied according to the composition using hydrogen as a carrier gas, and the n-type Al 0.03 Ga 0.97 N contact layer 22 was formed to a thickness of 3 μm and the n-type Al A 0.07 Ga 0.93 N clad layer 23 was sequentially laminated to a thickness of 0.5 μm.

【0111】次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気を
NH3と窒素の混合ガス雰囲気にし、温度を810℃に
下げ、水素をキャリアガスとしてTMG,TMIを供給
し、In0.17Ga0.83N活性層24を50nmの厚さに
成長した。
Next, the supply of hydrogen gas was stopped, the atmosphere was changed to a mixed gas atmosphere of NH 3 and nitrogen, the temperature was lowered to 810 ° C., TMG and TMI were supplied using hydrogen as a carrier gas, and the In 0.17 Ga 0.83 N active layer was supplied. 24 was grown to a thickness of 50 nm.

【0112】次いで、雰囲気をNH3と窒素と水素の混
合ガス雰囲気にし、温度を1070℃に上げ、水素をキ
ャリアガスとしてTMG,TMA,(EtCp)2Mg
およびB26を組成にあわせて供給し、p型Al0.07
0.93Nクラッド層25を0.5μmの厚さ、p型Ga
Nコンタクト層26を0.2μmの厚さに順次積層し
た。結晶成長終了後、p型層の低抵抗化のため、窒素雰
囲気中で、750℃で15分間の熱処理を行った。
Next, the atmosphere is changed to a mixed gas atmosphere of NH 3 , nitrogen and hydrogen, the temperature is increased to 1070 ° C., and TMG, TMA, (EtCp) 2 Mg
And B 2 H 6 are supplied in accordance with the composition, and p-type Al 0.07 G
a 0.93 N cladding layer 25 having a thickness of 0.5 μm and p-type Ga
N contact layers 26 were sequentially laminated to a thickness of 0.2 μm. After the completion of the crystal growth, a heat treatment was performed at 750 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere to reduce the resistance of the p-type layer.

【0113】次に、幅30μm、長さ50μmの矩形パ
ターンを長さ方向に5μm離して2つ並べたパターンを
レジストで形成した。このレジストパターンをマスクと
して、ドライエッチングを行い、発光ダイオードとフォ
トダイオードになる高さ約1.5μmの直方体形状を形
成するとともに、n型Al0.03Ga0.97Nコンタクト層
22を露出させた。
Next, a pattern in which two rectangular patterns each having a width of 30 μm and a length of 50 μm were arranged at a distance of 5 μm in the longitudinal direction and formed side by side was formed with a resist. Using this resist pattern as a mask, dry etching was performed to form a rectangular parallelepiped having a height of about 1.5 μm to become a light emitting diode and a photodiode, and to expose the n-type Al 0.03 Ga 0.97 N contact layer 22.

【0114】次いで、絶縁保護膜27となるSiO2
積層構造の表面に約0.5μmの厚さに堆積した。
Next, SiO 2 serving as the insulating protective film 27 was deposited to a thickness of about 0.5 μm on the surface of the laminated structure.

【0115】次いで、p側オーミック電極28を形成し
た。p側オーミック電極28の形成工程は次の通りであ
る。すなわち、まず、発光ダイオードとフォトダイオー
ドの上部に、レジストでヌキストライプパターンを形成
した後、絶縁保護膜27をエッチングしてp型GaNコ
ンタクト層26を露出させる。
Next, a p-side ohmic electrode 28 was formed. The step of forming the p-side ohmic electrode 28 is as follows. That is, first, after forming a nuclei stripe pattern with a resist on the light emitting diode and the photodiode, the insulating protective film 27 is etched to expose the p-type GaN contact layer 26.

【0116】次いで、p側オーミック電極材料であるN
i/Auを蒸着した。その後、ウエハーを有機溶剤に浸
し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材
をリフトオフして、発光ダイオードとフォトダイオード
の上部にp側オーミック電極パターンを形成した。その
後、窒素雰囲気中、600℃で熱処理し、p型GaNコ
ンタクト層26にp側オーミック電極28を形成した。
Next, the p-side ohmic electrode material N
i / Au was deposited. Thereafter, the wafer was immersed in an organic solvent to dissolve the resist and lift off the electrode material deposited on the resist, thereby forming a p-side ohmic electrode pattern on the light emitting diode and the photodiode. Thereafter, a heat treatment was performed at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere to form a p-side ohmic electrode 28 on the p-type GaN contact layer 26.

【0117】次いで、n側オーミック電極29と配線電
極30とを形成した。n側オーミック電極29と配線電
極30の形成工程は次の通りである。すなわち、まず、
n型Al0.03Ga0.97Nコンタクト層22上部のSiO
2膜27上に、レジストで約100μm幅のヌキストラ
イプパターンを形成した後、SiO2膜27をエッチン
グしてn型Al0.03Ga0.97Nコンタクト層22を露出
させる。次に、レジストを除去し、再度レジストで、配
線電極30とn側電極29のリフトオフパターンを形成
する。次いで、n側オーミック電極と配線電極材料であ
るTi/Alを蒸着した。その後、ウエハを有機溶剤中
に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電
極材料をリフトオフし、n側オーミック電極と配線電極
パターンを形成した。その後、窒素雰囲気で450℃で
熱処理し、n側オーミック電極29を形成した。次い
で、ダイシングを行い、集積型受発光素子をチップに分
離した。
Next, an n-side ohmic electrode 29 and a wiring electrode 30 were formed. The steps of forming the n-side ohmic electrode 29 and the wiring electrode 30 are as follows. That is, first,
SiO on top of n-type Al 0.03 Ga 0.97 N contact layer 22
After forming a nuclei stripe pattern having a width of about 100 μm with a resist on the second film 27, the SiO 2 film 27 is etched to expose the n-type Al 0.03 Ga 0.97 N contact layer 22. Next, the resist is removed, and a lift-off pattern of the wiring electrode 30 and the n-side electrode 29 is formed again using the resist. Next, Ti / Al as an n-side ohmic electrode and a wiring electrode material was deposited. Thereafter, the wafer was immersed in an organic solvent to dissolve the resist and lift off the electrode material deposited on the resist, thereby forming an n-side ohmic electrode and a wiring electrode pattern. Thereafter, heat treatment was performed at 450 ° C. in a nitrogen atmosphere to form an n-side ohmic electrode 29. Next, dicing was performed to separate the integrated light emitting and receiving elements into chips.

【0118】また、図4は本発明に係る半導体装置の他
の構成例を示す図であり、図4の例では、半導体装置は
フォトダイオードとして構成されている。
FIG. 4 is a diagram showing another configuration example of the semiconductor device according to the present invention. In the example of FIG. 4, the semiconductor device is configured as a photodiode.

【0119】図4を参照すると、このフォトダイオード
は、サファイア基板40上に、低温GaNバッファー層
41、n型GaNコンタクト層42、低温n型Al0.1
Ga0 .9Nバッファー層43、n型Al0.08Ga0.92
層44、p型Al0.08Ga0.92N層45、AlNキャッ
プ層46が順次に積層された積層構造を有している。
Referring to FIG. 4, this photodiode
Is a low-temperature GaN buffer layer on a sapphire substrate 40.
41, n-type GaN contact layer 42, low-temperature n-type Al0.1
Ga0 .9N buffer layer 43, n-type Al0.08Ga0.92N
Layer 44, p-type Al0.08Ga0.92N layer 45, AlN cap
Has a laminated structure in which the pump layers 46 are sequentially laminated.

【0120】ここで、p型Al0.08Ga0.92N層45に
は、p型ドーパントとしてのMgと同時に、B(ボロ
ン)がドーピングされている。
Here, the p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 45 is doped with B (boron) simultaneously with Mg as a p-type dopant.

【0121】そして、上記積層構造をAlNキャップ層
46からn型GaNコンタクト層42が露出するまでエ
ッチングして、直径150μmのメサ構造が形成されて
いる。
Then, the above-mentioned laminated structure is etched until the n-type GaN contact layer 42 is exposed from the AlN cap layer 46 to form a mesa structure having a diameter of 150 μm.

【0122】メサ構造上部のAlNキャップ層46は、
その外周がリング状にエッチングされ、p型Al0.08
0.92N層45の表面が露出している。露出したp型A
0. 08Ga0.92N層45の表面にはリング状のp側オー
ミック電極48が形成されている。また、露出したn型
GaNコンタクト層42にはn側オーミック電極49が
形成されている。
The AlN cap layer 46 above the mesa structure is
The outer periphery is etched in a ring shape, and p-type Al0.08G
a0.92The surface of N layer 45 is exposed. Exposed p-type A
l0. 08Ga0.92On the surface of the N layer 45, a ring-shaped p-side
A mic electrode 48 is formed. Also exposed n-type
An n-side ohmic electrode 49 is provided on the GaN contact layer 42.
Is formed.

【0123】また、オーミック電極48,49が形成さ
れている部分以外の領域にはSiO 2絶縁保護膜47が
形成されている。また、メサ構造側面とn型GaNコン
タクト層42上のSiO2絶縁保護膜47上には、p側
オーミック電極48から引き出された配線電極50が形
成されている。
Further, ohmic electrodes 48 and 49 are formed.
In regions other than the portion where TwoThe insulating protective film 47
Is formed. In addition, the mesa structure side and n-type GaN
SiO on tact layer 42TwoOn the insulating protective film 47, the p-side
The wiring electrode 50 extended from the ohmic electrode 48 has a shape.
Has been established.

【0124】図4のフォトダイオードにおいて、メサ構
造上部のリング状のp側オーミック電極48で囲まれた
部分が受光面300となる。このフォトダイオードに逆
バイアスを印加し、受光面300に光を照射すると、光
の強度に対応した光電流が流れる。図4のフォトダイオ
ードは、346.1nmより短い波長での光センサーと
して機能する。
In the photodiode shown in FIG. 4, a portion surrounded by a ring-shaped p-side ohmic electrode 48 above the mesa structure becomes a light receiving surface 300. When a reverse bias is applied to the photodiode and the light receiving surface 300 is irradiated with light, a photocurrent corresponding to the light intensity flows. The photodiode of FIG. 4 functions as an optical sensor at a wavelength shorter than 346.1 nm.

【0125】次に、図4のフォトダイオードの作製工程
例を説明する。まず、サファイア基板40を反応管にセ
ットし、水素ガス中、1120℃で加熱し、基板40の
表面をクリーニングした。
Next, an example of a manufacturing process of the photodiode shown in FIG. 4 will be described. First, the sapphire substrate 40 was set in a reaction tube and heated in hydrogen gas at 1120 ° C. to clean the surface of the substrate 40.

【0126】次いで、温度を520℃に下げ、雰囲気を
NH3と窒素と水素の混合ガス雰囲気にし、TMGを流
し、低温GaNバッファー層41を堆積した。
Next, the temperature was lowered to 520 ° C., the atmosphere was changed to a mixed gas atmosphere of NH 3 , nitrogen and hydrogen, TMG was flowed, and a low-temperature GaN buffer layer 41 was deposited.

【0127】次いで、温度を1050℃に上げ、TMG
とSiH4を供給し、n型GaNコンタクト層42を2
μmの厚さに積層し、続いて、温度を600℃に下げ、
TMGとTMAとSiH4を供給して、低温n型Al0.1
Ga0.9Nバッファー層43を約50nmの厚さに堆積
し、次いで、温度を1070℃に上げ、TMGとTMA
とSiH4を供給して、n型Al0.08Ga0.92N層44
を1μmの厚さに積層した。
Next, the temperature was raised to 1050 ° C.
And SiH 4 to supply n-type GaN contact layer 42 to 2
μm thickness, then lower the temperature to 600 ° C.
Supplying TMG, TMA and SiH 4 , low-temperature n-type Al 0.1
A Ga 0.9 N buffer layer 43 is deposited to a thickness of about 50 nm, then the temperature is increased to 1070 ° C. and TMG and TMA
And SiH 4 to supply an n-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 44.
Was laminated to a thickness of 1 μm.

【0128】次いで、SiH4の供給を止め、(EtC
p)2MgとB26を供給し、p型Al0.08Ga0.92
層45を0.5μmの厚さ、AlNキャップ層46を
0.1μmの厚さに積層した。
Next, the supply of SiH 4 was stopped, and (EtC
p) 2 Mg and B 2 H 6 are supplied, and p-type Al 0.08 Ga 0.92 N
The layer 45 was laminated to a thickness of 0.5 μm, and the AlN cap layer 46 was laminated to a thickness of 0.1 μm.

【0129】結晶成長終了後、p型層の低抵抗化のた
め、窒素雰囲気中で、750℃で15分間の熱処理を行
った。
After completion of the crystal growth, a heat treatment was performed at 750 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere to reduce the resistance of the p-type layer.

【0130】次に、内径130μm、外形145μmの
リング状に開いたパターンをレジストで形成した。この
レジストパターンをマスクとして、ドライエッチングを
行い、AlNキャップ層46をエッチング除去し、p型
Al0.08Ga0.92N層45の表面を露出した。
Next, a ring-shaped pattern having an inner diameter of 130 μm and an outer diameter of 145 μm was formed with a resist. Using this resist pattern as a mask, dry etching was performed to remove the AlN cap layer 46 by etching, exposing the surface of the p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 45.

【0131】次いで、ドライエッチングで形成したリン
グパターン上に、レジストで直径150μmの円パター
ンを形成した。このレジストパターンをマスクとして、
再びドライエッチングを行い、高さ約2μmのメサ形状
を形成するとともに、n型GaNコンタクト層42を露
出させた。
Next, a circular pattern having a diameter of 150 μm was formed with a resist on the ring pattern formed by dry etching. Using this resist pattern as a mask,
Dry etching was performed again to form a mesa shape having a height of about 2 μm, and the n-type GaN contact layer 42 was exposed.

【0132】レジストマスクを除去した後、ウエハーを
プラズマCVD装置にセットし、表面にSiO2膜47
を約0.5μm堆積した。
After removing the resist mask, the wafer was set in a plasma CVD apparatus, and a SiO 2 film 47 was formed on the surface.
Was deposited by about 0.5 μm.

【0133】次いで、p側オーミック電極48を形成し
た。p側オーミック電極48の形成工程は次の通りであ
る。すなわち、まず、メサの上部にレジストでリング状
のヌキパターンを形成した後、SiO2膜47をリング
状にウエットエッチングで抜き、p型Al0.08Ga0.92
N層45を露出させる。次いで、p側オーミック電極材
料であるNi/Auを蒸着した。その後、ウエハーを有
機溶剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着さ
れた電極材をリフトオフして、メサ上部にp側オーミッ
ク電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気中、6
00℃で熱処理し、p型Al0.08Ga0.92N層45にp
側オーミック電極48を形成した。
Next, a p-side ohmic electrode 48 was formed. The step of forming the p-side ohmic electrode 48 is as follows. That is, first, after forming a ring-shaped nucleus pattern with a resist on the upper part of the mesa, the SiO 2 film 47 is removed in a ring shape by wet etching, and p-type Al 0.08 Ga 0.92
The N layer 45 is exposed. Next, Ni / Au as a p-side ohmic electrode material was deposited. Thereafter, the wafer was immersed in an organic solvent to dissolve the resist and lift off the electrode material deposited on the resist to form a p-side ohmic electrode pattern on the mesa. Then, in a nitrogen atmosphere, 6
Heat treatment at 00 ° C. to form a p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 45
A side ohmic electrode 48 was formed.

【0134】次いで、n側オーミック電極49と配線電
極50とを形成した。n側オーミック電極49と配線電
極50の形成工程は次の通りである。まず、n型GaN
コンタクト層42上部のSiO2膜47上に、レジスト
でメサを囲む形状のヌキパターンを形成した後、SiO
2膜47をエッチングしてn型GaNコンタクト層42
を露出させる。次に、レジストを除去し、再度レジスト
で、配線電極50とn側電極49のリフトオフパターン
を形成する。次いで、n側オーミック電極と配線電極材
料であるTi/Alを蒸着した。その後、ウエハを有機
溶剤中に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着さ
れた電極材料をリフトオフし、n側オーミック電極49
と配線電極50のパターンを形成した。その後、窒素雰
囲気中、450℃で熱処理し、n側オーミック電極49
を形成した。
Next, an n-side ohmic electrode 49 and a wiring electrode 50 were formed. The steps of forming the n-side ohmic electrode 49 and the wiring electrode 50 are as follows. First, n-type GaN
After forming a nucleus pattern surrounding the mesa with a resist on the SiO 2 film 47 on the contact layer 42,
2 The film 47 is etched to form the n-type GaN contact layer 42.
To expose. Next, the resist is removed, and a lift-off pattern of the wiring electrode 50 and the n-side electrode 49 is formed using the resist again. Next, Ti / Al as an n-side ohmic electrode and a wiring electrode material was deposited. Thereafter, the wafer is immersed in an organic solvent, the resist is dissolved, and the electrode material deposited on the resist is lifted off.
And a pattern of the wiring electrode 50 were formed. Thereafter, a heat treatment is performed at 450 ° C. in a nitrogen atmosphere to form an n-side ohmic electrode 49.
Was formed.

【0135】また、図5は本発明に係る半導体装置の他
の構成例を示す図であり、図5の例では、半導体装置は
半導体レーザーとして構成されている。なお、図5は半
導体レーザーの光出射方向に垂直な面での断面図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing another configuration example of the semiconductor device according to the present invention. In the example of FIG. 5, the semiconductor device is configured as a semiconductor laser. FIG. 5 is a sectional view taken on a plane perpendicular to the light emitting direction of the semiconductor laser.

【0136】図5を参照すると、この半導体レーザー
は、サファイア基板60上に、AlGaN低温バッファ
ー層61、n型Al0.03Ga0.97Nコンタクト層62、
n型Al0.08Ga0.92Nクラッド層63、n型GaNガ
イド層64、In0.15Ga0.85N/In0.02Ga0.98
多重量子井戸活性層(2ペア)65、p型Al0.2Ga0
.8N層66、p型GaNガイド層67、p型Al0.08
0.92Nクラッド層68、p型GaNコンタクト層69
が順次に積層されて形成されている。
Referring to FIG. 5, this semiconductor laser
Is an AlGaN low-temperature buffer on a sapphire substrate 60
Layer 61, n-type Al0.03Ga0.97N contact layer 62,
n-type Al0.08Ga0.92N cladding layer 63, n-type GaN
Id layer 64, In0.15Ga0.85N / In0.02Ga0.98N
Multiple quantum well active layer (2 pairs) 65, p-type Al0.2Ga0
.8N layer 66, p-type GaN guide layer 67, p-type Al0.08G
a0.92N cladding layer 68, p-type GaN contact layer 69
Are sequentially laminated.

【0137】ここで、p型Al0.2Ga0.8N層66,p
型GaNガイド層67,p型Al0. 08Ga0.92Nクラッ
ド層68,p型GaNコンタクト層69には、p型ドー
パントとしてのMgと同時に、B(ボロン)がドーピン
グされている。
Here, p-type Al0.2Ga0.8N layer 66, p
-Type GaN guide layer 67, p-type Al0. 08Ga0.92N crush
Layer 68 and p-type GaN contact layer 69
B (boron) is dopin at the same time as Mg as punt
Have been

【0138】また、上記積層構造は、p型GaNコンタ
クト層69の表面からn型Al0.03Ga0.97Nコンタク
ト層62までエッチングされ、n型Al0.03Ga0.97
コンタクト層62の表面が露出している。露出したn型
Al0.03Ga0.97Nコンタクト層62上には、Ti/A
lからなるn側オーミック電極72が形成されている。
Further, the above-mentioned laminated structure is etched from the surface of the p-type GaN contact layer 69 to the n-type Al 0.03 Ga 0.97 N contact layer 62 to form the n-type Al 0.03 Ga 0.97 N
The surface of the contact layer 62 is exposed. On the exposed n-type Al 0.03 Ga 0.97 N contact layer 62, Ti / A
An n-side ohmic electrode 72 of l is formed.

【0139】また、p型GaNコンタクト層69の表面
からp型Al0.08Ga0.92Nクラッド層68の途中まで
エッチングされ、電流狭窄リッジ構造400が形成され
ている。そして、リッジ構造400の最表面のp型Ga
Nコンタクト層69上には、Ni/Auからなるp側オ
ーミック電極71が形成されている。
The current confinement ridge structure 400 is formed by etching from the surface of the p-type GaN contact layer 69 to the middle of the p-type Al 0.08 Ga 0.92 N cladding layer 68. The p-type Ga on the outermost surface of the ridge structure 400
On the N contact layer 69, a p-side ohmic electrode 71 made of Ni / Au is formed.

【0140】また、電極形成部以外は、絶縁保護膜70
としてSiO2が堆積されている。そして、絶縁保護膜
70上にはp側電極から引き出された配線電極73が形
成されている。
In addition, except for the electrode forming portion, the insulating protective film 70
Is deposited as SiO 2 . Then, a wiring electrode 73 extending from the p-side electrode is formed on the insulating protective film 70.

【0141】そして、積層構造と電流狭窄リッジ構造と
概ね垂直に光共振器端面が形成されている。
An optical resonator end face is formed substantially perpendicular to the laminated structure and the current constriction ridge structure.

【0142】この半導体レーザーの電極71,72に順
方向に電流を注入すると発光し、さらに電流を増加させ
るとレーザー発振する。発振波長は約409nmであ
る。
The semiconductor laser emits light when a current is injected into the electrodes 71 and 72 in the forward direction, and oscillates when the current is further increased. The oscillation wavelength is about 409 nm.

【0143】次に、図5の半導体レーザーの作製工程例
を説明する。なお、この作製工程例では、半導体レーザ
ーの積層構造の結晶成長はMOCVD法で行った。
Next, an example of a manufacturing process of the semiconductor laser shown in FIG. 5 will be described. In this example of the manufacturing process, the crystal growth of the laminated structure of the semiconductor laser was performed by the MOCVD method.

【0144】この作製工程例では、まず、サファイア基
板60を反応管にセットし、水素ガス中、1120℃で
加熱し、基板60の表面をクリーニングした。
In this manufacturing process example, first, the sapphire substrate 60 was set in a reaction tube, and heated at 1120 ° C. in a hydrogen gas to clean the surface of the substrate 60.

【0145】次いで、温度を520℃に下げ、雰囲気を
NH3と窒素と水素の混合ガス雰囲気にし、TMGとT
MAを流し、低温AlGaNバッファー層61を堆積し
た。
Next, the temperature was lowered to 520 ° C., the atmosphere was changed to a mixed gas atmosphere of NH 3 , nitrogen and hydrogen, and TMG and T
MA was flowed to deposit a low-temperature AlGaN buffer layer 61.

【0146】次いで、温度を1050℃に上げ、水素を
キャリアガスとしてTMG,TMI,SiH4を組成に
あわせて供給し、n型Al0.03Ga0.97Nコンタクト層
62を2μmの厚さ、n型Al0.08Ga0.92Nクラッド
層63を0.7μmの厚さ、n型GaNガイド層64を
0.1μmの厚さに積層した。
Next, the temperature was raised to 1050 ° C., and TMG, TMI, and SiH 4 were supplied according to the composition using hydrogen as a carrier gas, and the n-type Al 0.03 Ga 0.97 N contact layer 62 was formed to a thickness of 2 μm, The 0.08 Ga 0.92 N clad layer 63 was laminated to a thickness of 0.7 μm, and the n-type GaN guide layer 64 was laminated to a thickness of 0.1 μm.

【0147】次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気を
NH3と窒素の混合ガス雰囲気にし、温度を810℃に
下げ、水素をキャリアガスとしてTMG,TMIを供給
し、In0.15Ga0.85N/In0.02Ga0.98N多重量子
井戸活性層65(2ペア)を成長した。
Next, the supply of hydrogen gas was stopped, the atmosphere was changed to a mixed gas atmosphere of NH 3 and nitrogen, the temperature was lowered to 810 ° C., TMG and TMI were supplied using hydrogen as a carrier gas, and In 0.15 Ga 0.85 N / In A 0.02 Ga 0.98 N multiple quantum well active layer 65 (two pairs) was grown.

【0148】次いで、成長雰囲気をNH3と窒素と水素
の混合ガス雰囲気にし、温度を1070℃に上げ、水素
をキャリアガスとしてTMG,TMA,(EtCp)2
Mg,B26を組成にあわせて供給し、p型Al0.2
0.8N層66を20nmの厚さ、p型GaNガイド層
67を0.1μmの厚さ、p型Al0.08Ga0.92Nクラ
ッド層68を0.7μmの厚さ、p型GaNコンタクト
層69を0.2μmの厚さに積層した。
Next, the growth atmosphere is a mixed gas atmosphere of NH 3 , nitrogen and hydrogen, the temperature is increased to 1070 ° C., and TMG, TMA, (EtCp) 2 is used as a carrier gas with hydrogen.
Mg and B 2 H 6 are supplied according to the composition, and p-type Al 0.2 G
The a 0.8 N layer 66 has a thickness of 20 nm, the p-type GaN guide layer 67 has a thickness of 0.1 μm, the p-type Al 0.08 Ga 0.92 N cladding layer 68 has a thickness of 0.7 μm, and the p-type GaN contact layer 69 has a thickness of 0.7 μm. It was laminated to a thickness of 0.2 μm.

【0149】結晶成長終了後、p型層の低抵抗化のた
め、窒素雰囲気中で、750℃で15分間の熱処理を行
った。
After completion of the crystal growth, a heat treatment was performed at 750 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere to reduce the resistance of the p-type layer.

【0150】次いで、レジストで幅4μmのストライプ
パターンを繰り返しピッチ1mmで形成した。このレジ
ストパターンをマスクとして、約0.7μmの深さをド
ライエッチングして、リッジ構造400を形成した。
Next, a stripe pattern having a width of 4 μm was repeatedly formed with a resist at a pitch of 1 mm. Using this resist pattern as a mask, a depth of about 0.7 μm was dry-etched to form a ridge structure 400.

【0151】レジストマスクを除去した後に、さらにレ
ジストでリッジ構造400を覆う幅500μmのストラ
イプパターンを繰り返しピッチ1mmで形成した。この
レジストパターンをマスクとして、約1.5μmの深さ
にドライエッチングして、n型Al0.03Ga0.97Nコン
タクト層62を露出させた。次いで、絶縁保護膜70と
なるSiO2を積層構造の表面に約0.5μm堆積し
た。
After removing the resist mask, a stripe pattern having a width of 500 μm and covering the ridge structure 400 was formed with a resist at a repetition pitch of 1 mm. Using this resist pattern as a mask, dry etching was performed to a depth of about 1.5 μm to expose the n-type Al 0.03 Ga 0.97 N contact layer 62. Next, about 0.5 μm of SiO 2 serving as the insulating protective film 70 was deposited on the surface of the laminated structure.

【0152】次いで、p側オーミック電極71を形成し
た。p側オーミック電極71の形成工程は次の通りであ
る。すなわち、まず、リッジ構造400の上部に、レジ
ストでヌキストライプパターンを形成した後、SiO2
膜70をエッチングしてリッジ上のp型GaNコンタク
ト層69を露出させる。次いで、レジストを除去し、再
度レジストで約450μm幅のヌキストライプパターン
を形成し、リッジ上にp側オーミック電極材料であるN
i/Auを蒸着した。その後、ウエハーを有機溶剤に浸
し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材
をリフトオフして、半導体レーザーの積層構造上にのみ
p側オーミック電極パターンを形成した。その後、窒素
雰囲気中、600℃で熱処理し、p型GaNコンタクト
層69にp側オーミック電極71を形成した。
Next, a p-side ohmic electrode 71 was formed. The process for forming the p-side ohmic electrode 71 is as follows. That is, first, a nucleus stripe pattern is formed with a resist on the ridge structure 400, and then SiO 2 is formed.
The film 70 is etched to expose the p-type GaN contact layer 69 on the ridge. Next, the resist is removed, and a Nuki stripe pattern having a width of about 450 μm is formed again with the resist, and N-type p-side ohmic electrode material is formed on the ridge.
i / Au was deposited. Thereafter, the wafer was immersed in an organic solvent, the resist was dissolved, and the electrode material deposited on the resist was lifted off to form a p-side ohmic electrode pattern only on the laminated structure of the semiconductor laser. Thereafter, heat treatment was performed at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere to form a p-side ohmic electrode 71 on the p-type GaN contact layer 69.

【0153】次いで、n側オーミック電極72と配線電
極73とを形成した。n側オーミック電極72と配線電
極73の形成工程は次の通りである。すなわち、まず、
n型Al0.03Ga0.97Nコンタクト層62上部のSiO
2膜70上に、レジストで約100μm幅のヌキストラ
イプパターンを形成した後、SiO2膜70をエッチン
グしてn型Al0.03Ga0.97Nコンタクト層62を露出
させる。レジストを除去した後、再びレジストを塗布し
て、p側電極上とn側オーミック電極を形成する部分に
リフトオフ用の電極パターンを形成する。次いで、n側
オーミック電極材料と配線電極材料であるTi/Alの
蒸着を行い、ウエハを有機溶剤中に浸し、レジストを溶
かしてレジスト上に蒸着された電極材料をリフトオフ
し、n側オーミック電極パターンと配線電極パターンを
形成する。その後、窒素雰囲気で450℃で熱処理し、
n側オーミック電極72を形成した。
Next, an n-side ohmic electrode 72 and a wiring electrode 73 were formed. The steps of forming the n-side ohmic electrode 72 and the wiring electrode 73 are as follows. That is, first,
n-type Al 0.03 Ga 0.97 N SiO on contact layer 62
After a nuki stripe pattern having a width of about 100 μm is formed on the second film 70 with a resist, the SiO 2 film 70 is etched to expose the n-type Al 0.03 Ga 0.97 N contact layer 62. After removing the resist, the resist is applied again to form a lift-off electrode pattern on the p-side electrode and on the portion where the n-side ohmic electrode is to be formed. Next, an n-side ohmic electrode material and a wiring electrode material, Ti / Al, are deposited, the wafer is immersed in an organic solvent, the resist is dissolved, and the electrode material deposited on the resist is lifted off to form an n-side ohmic electrode pattern. And a wiring electrode pattern is formed. After that, heat treatment at 450 ° C. in a nitrogen atmosphere,
An n-side ohmic electrode 72 was formed.

【0154】次いで、サファイア基板60を薄く研磨
し、リッジ構造400に概ね垂直になるように割り、光
共振器端面を形成する。
Next, the sapphire substrate 60 is polished thinly and divided so as to be substantially perpendicular to the ridge structure 400 to form an optical resonator end face.

【0155】また、図6は前述の第1の作製方法で作製
したIII族窒化物半導体(p型AlxGa(1-x)N(0≦
x≦1))の一例を説明するための図である。より詳細
に、図6は本発明のp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦
1)の結晶成長後の冷却過程を説明するための図であ
る。なお、この例では、p型AlxGa(1-x)N(0≦x
≦1)はp型Al0.08Ga0.92Nであり、結晶成長後の
冷却雰囲気に含まれる窒素原料はモノメチルヒドラジン
(MMHy)であるとしている。
[0155] FIG. 6 is first prepared in the manufacturing method III nitride semiconductor (p-type Al x Ga (1-x described above) N (0 ≦
It is a figure for explaining an example of x ≦ 1)). More specifically, FIG. 6 shows the p-type Al x Ga.sub. (1-x) N (0 ≦ x ≦
It is a figure for explaining the cooling process after the crystal growth of 1). In this example, p-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x
≦ 1) is p-type Al 0.08 Ga 0.92 N, and the nitrogen source contained in the cooling atmosphere after the crystal growth is monomethylhydrazine (MMHy).

【0156】図6を参照すると、まず、サファイア基板
80をMOCVD装置にセットし、水素ガス中、112
0℃で加熱し、基板80の表面をクリーニングした。
Referring to FIG. 6, first, a sapphire substrate 80 is set in a MOCVD apparatus,
By heating at 0 ° C., the surface of the substrate 80 was cleaned.

【0157】次いで、温度を520℃に下げ、雰囲気を
NH3と窒素と水素の混合ガス雰囲気にし、水素をキャ
リアガスとして、TMG(トリメチルガリウム)を流
し、低温GaNバッファー層81を堆積した。
Next, the temperature was lowered to 520 ° C., the atmosphere was changed to a mixed gas atmosphere of NH 3 , nitrogen and hydrogen, and TMG (trimethylgallium) was flown using hydrogen as a carrier gas to deposit a low-temperature GaN buffer layer 81.

【0158】次いで、温度を1070℃に上げ、III族
原料としてTMG(トリメチルガリウム)とTMA(ト
リメチルアルミニウム)を、また、p型ドーパントとし
て(EtCp)2Mgを、また、窒素原料としてモノメ
チルヒドラジン(MMHy)を、さらにB26を窒素ガ
スと水素ガスの混合ガスと同時に反応管に流し、p型A
0.08Ga0.92N層82を結晶成長した。
Then, the temperature was raised to 1070 ° C., and TMG (trimethylgallium) and TMA (trimethylaluminum) were used as group III raw materials, (EtCp) 2 Mg was used as a p-type dopant, and monomethylhydrazine (nitromethyl) was used as a nitrogen raw material. MMHy) and B 2 H 6 simultaneously with the mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas into the reaction tube, and p-type A
A l 0.08 Ga 0.92 N layer 82 was grown.

【0159】結晶成長後に、III族原料とp型ドーパン
ト原料とB26の供給を止め、水素ガス(全体の約6
%)と窒素ガスとモノメチルヒドラジン(MMHy)の
混合ガス雰囲気中で室温まで冷却した。
After the crystal growth, supply of the group III raw material, the p-type dopant raw material, and B 2 H 6 was stopped, and hydrogen gas (about 6 wt.
%), Nitrogen gas and monomethylhydrazine (MMHy) in a mixed gas atmosphere.

【0160】冷却後、ウエハーを取り出し、結晶成長し
たAl0.08Ga0.92N結晶82の表面に電極を形成して
ホール測定を行った。この結果、Al0.08Ga0.92N層
82のキャリア濃度は8×1017cm-3で低抵抗のp型
を示した。
After cooling, the wafer was taken out, an electrode was formed on the surface of the crystal-grown Al 0.08 Ga 0.92 N crystal 82, and a hole measurement was performed. As a result, the carrier concentration of the Al 0.08 Ga 0.92 N layer 82 was 8 × 10 17 cm −3 , indicating a low-resistance p-type.

【0161】また、図7,図8は前述の第1の作製方法
で作製した半導体装置の一例を説明するための図であ
る。なお、図7,図8の例では、第1の作製方法におい
て、冷却雰囲気中に含まれる窒素原料はNH3であると
している。また、図7,図8の例では、半導体装置はフ
ォトダイオードであり、図7はフォトダイオードの断面
図、図8はフォトダイオードとなる積層構造の結晶成長
後の冷却過程を説明するための図である。
FIGS. 7 and 8 are views for explaining an example of a semiconductor device manufactured by the above-described first manufacturing method. Note that in the examples of FIGS. 7 and 8, in the first manufacturing method, the nitrogen source contained in the cooling atmosphere is NH 3 . 7 and 8, the semiconductor device is a photodiode, FIG. 7 is a cross-sectional view of the photodiode, and FIG. 8 is a diagram for explaining a cooling process after crystal growth of a stacked structure to be a photodiode. It is.

【0162】図7,図8を参照すると、このフォトダイ
オードは、n型GaN基板90上に、低温n型Al0.1
Ga0.9Nバッファー層91、n型Al0.08Ga0.92
層92、p型Al0.08Ga0.92N層93、AlNキャッ
プ層94が順次に積層されて積層構造をなしている。
Referring to FIG. 7 and FIG. 8, this photodiode has a low-temperature n-type Al 0.1
Ga 0.9 N buffer layer 91, n-type Al 0.08 Ga 0.92 N
A layer 92, a p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 93, and an AlN cap layer 94 are sequentially laminated to form a laminated structure.

【0163】ここで、p型Al0.08Ga0.92N層93に
は、p型ドーパントとしてのMgと同時に、B(ボロ
ン)がドーピングされている。
Here, the p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 93 is doped with B (boron) simultaneously with Mg as a p-type dopant.

【0164】また、図7を参照すると、AlNキャップ
層94は直径150μmの円形に残され、その周囲はエ
ッチングされ、p型Al0.08Ga0.92N層93の表面が
露出している。露出したp型Al0.08Ga0.92N層93
の表面にはp側オーミック電極95が形成されている。
また、n型GaN基板90の裏面にはn側オーミック電
極96が形成されている。
Referring to FIG. 7, the AlN cap layer 94 is left in a circular shape having a diameter of 150 μm, the periphery thereof is etched, and the surface of the p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 93 is exposed. Exposed p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 93
Is formed with a p-side ohmic electrode 95.
An n-side ohmic electrode 96 is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 90.

【0165】図7のフォトダイオードでは、p側オーミ
ック電極95で囲まれた円形部分が受光面600とな
る。このフォトダイオードに逆バイアスを印加し、受光
面600に光を照射すると光の強度に対応した光電流が
流れる。図7のフォトダイオードは346.1nmより
も短い波長での光センサーとして機能する。
In the photodiode shown in FIG. 7, the circular portion surrounded by the p-side ohmic electrode 95 becomes the light receiving surface 600. When a reverse bias is applied to the photodiode and light is irradiated on the light receiving surface 600, a photocurrent corresponding to the light intensity flows. The photodiode of FIG. 7 functions as an optical sensor at a wavelength shorter than 346.1 nm.

【0166】図7のフォトダイオードは、as−gro
wnでp型Al0.08Ga0.92N層93が作製されている
ので、p型化のための熱処理を必要としていない。その
結果、結晶表面の分解がほとんどないので、結晶欠陥が
発生せず、暗電流の少ないフォトダイオードとなってい
る。
The photodiode shown in FIG.
Since the p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 93 is formed by wn, no heat treatment for p-type conversion is required. As a result, since there is almost no decomposition of the crystal surface, a crystal defect does not occur and the photodiode has a small dark current.

【0167】次に、図7のフォトダイオードの作製方法
を説明する。まず、n型GaN基板90を反応管にセッ
トし、水素と窒素とアンモニアガスの混合ガス中、11
20℃に加熱し、基板90の表面をクリーニングした。
Next, a method for manufacturing the photodiode shown in FIG. 7 will be described. First, an n-type GaN substrate 90 is set in a reaction tube, and an n-type GaN substrate 90 is mixed with hydrogen, nitrogen and ammonia gas.
The substrate 90 was heated to 20 ° C. to clean the surface of the substrate 90.

【0168】次いで、温度を600℃に下げ、NH3
窒素と水素の混合ガス雰囲気で、TMAとTMGおよび
n型ドーパントガスであるSiH4ガスを流し、低温n
型Al0.1Ga0.9Nバッファー層91を約50nmの厚
さに堆積し、次いで、温度を1070℃に上げ、TMG
とTMAとSiH4を供給して、n型Al0.08Ga0.9 2
N層92を1μmの厚さに積層した。
Next, the temperature was lowered to 600 ° C.ThreeWhen
In a mixed gas atmosphere of nitrogen and hydrogen, TMA and TMG and
SiH which is an n-type dopant gasFourGas flow, low temperature n
Type Al0.1Ga0.9The N buffer layer 91 has a thickness of about 50 nm.
And then raise the temperature to 1070 ° C.
And TMA and SiHFourTo supply n-type Al0.08Ga0.9 Two
The N layer 92 was laminated to a thickness of 1 μm.

【0169】次いで、SiH4の供給を止め、(EtC
p)2MgとB26を供給し、p型Al0.08Ga0.92
層93を0.5μmの厚さ、AlNキャップ層94を
0.1μmの厚さに積層した。
Next, the supply of SiH 4 was stopped, and (EtC
p) 2 Mg and B 2 H 6 are supplied, and p-type Al 0.08 Ga 0.92 N
The layer 93 was laminated to a thickness of 0.5 μm, and the AlN cap layer 94 was laminated to a thickness of 0.1 μm.

【0170】次いで、TMG,(EtCp)2Mg,B2
6の供給を停止し、反応管内を窒素とアンモニアと水
素ガス(全体の6%)の混合ガス雰囲気にして室温まで
冷却し、反応管から基板を取り出した。
Next, TMG, (EtCp) 2 Mg, B 2
The supply of H 6 was stopped, the inside of the reaction tube was changed to a mixed gas atmosphere of nitrogen, ammonia, and hydrogen gas (6% of the whole), cooled to room temperature, and the substrate was taken out of the reaction tube.

【0171】次に、直径150μmの円形パターンをレ
ジストで形成した。このレジストパターンをマスクとし
て、ドライエッチングを行い、マスクパターン以外のA
lNキャップ層94をエッチング除去した。
Next, a circular pattern having a diameter of 150 μm was formed with a resist. Dry etching is performed using this resist pattern as a mask, and A other than the mask pattern is used.
The 1N cap layer 94 was removed by etching.

【0172】次いで、p側オーミック電極95を形成し
た。p側オーミック電極95の形成工程は次の通りであ
る。すなわち、まず、AlNキャップ層94の円形パタ
ーン上にレジストで直径140μmの円形のパターンを
形成した後、p側オーミック電極材料であるNi/Au
を蒸着した。その後、基板を有機溶剤に浸し、レジスト
を溶かしてレジスト上に蒸着された電極材をリフトオフ
して、AlNキャップ層94の電極材料を除去した。そ
の後、窒素雰囲気中、600℃で熱処理し、p型Al
0.08Ga0.92N層93にp側オーミック電極95を形成
した。
Next, a p-side ohmic electrode 95 was formed. The step of forming the p-side ohmic electrode 95 is as follows. That is, first, a circular pattern having a diameter of 140 μm is formed by a resist on the circular pattern of the AlN cap layer 94, and then Ni / Au which is a p-side ohmic electrode material is formed.
Was deposited. Thereafter, the substrate was immersed in an organic solvent to dissolve the resist, lift off the electrode material deposited on the resist, and remove the electrode material of the AlN cap layer 94. Thereafter, heat treatment is performed at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere to form p-type Al.
A p-side ohmic electrode 95 was formed on the 0.08 Ga 0.92 N layer 93.

【0173】次いで、基板90の裏面を研磨し、厚さを
約100μmにした後、n側オーミック電極材料である
Ti/Alを蒸着した。その後、窒素雰囲気で450℃
で熱処理し、n側オーミック電極96を形成した。
Next, after the back surface of the substrate 90 was polished to a thickness of about 100 μm, Ti / Al as an n-side ohmic electrode material was deposited. Thereafter, 450 ° C. in a nitrogen atmosphere
To form an n-side ohmic electrode 96.

【0174】また、図9,図10は前述の第1の作製方
法で作製した半導体装置の他の例を説明するための図で
ある。なお、図9,図10の例では、第1の作製方法に
おいて、冷却雰囲気中に含まれる窒素原料はNH3であ
るとしてる。また、図9,図10の例では、半導体装置
はフォトダイオードであり、図9はフォトダイオードの
断面図、図10はフォトダイオードとなる積層構造の結
晶成長後の冷却過程を説明するための図である。
FIGS. 9 and 10 are views for explaining another example of the semiconductor device manufactured by the above-described first manufacturing method. 9 and 10, it is assumed that in the first manufacturing method, the nitrogen source contained in the cooling atmosphere is NH 3 . 9 and 10, the semiconductor device is a photodiode, FIG. 9 is a cross-sectional view of the photodiode, and FIG. 10 is a diagram for explaining a cooling process after crystal growth of a stacked structure to be a photodiode. It is.

【0175】図9,図10を参照すると、このフォトダ
イオードは、n型GaN基板100上に、低温n型Al
0.1Ga0.9Nバッファー層101、n型Al0.08Ga
0.92N層102、p型Al0.08Ga0.92N層103が順
次に積層されて積層構造をなしている。
Referring to FIG. 9 and FIG. 10, this photodiode has a low-temperature n-type Al
0.1 Ga 0.9 N buffer layer 101, n-type Al 0.08 Ga
A 0.92 N layer 102 and a p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 103 are sequentially laminated to form a laminated structure.

【0176】ここで、p型Al0.08Ga0.92N層103
には、p型ドーパントとしてのMgと同時に、B(ボロ
ン)がドーピングされている。
Here, the p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 103
Is doped with B (boron) simultaneously with Mg as a p-type dopant.

【0177】また、このフォトダイオードは、p型Al
0.08Ga0.92N層103からn型GaN基板100が露
出するまでエッチングして形成された直径150μmの
メサ構造をなしている。
This photodiode is a p-type Al
It has a 150 μm diameter mesa structure formed by etching from the 0.08 Ga 0.92 N layer 103 until the n-type GaN substrate 100 is exposed.

【0178】そして、メサ構造とエッチングによって露
出されたn型GaN基板100上には、SiO2絶縁膜
104が形成されている。
Then, an SiO 2 insulating film 104 is formed on the n-type GaN substrate 100 exposed by the mesa structure and the etching.

【0179】メサ構造の上部のSiO2絶縁膜104
は、その外周がリング状にエッチングされ、p型Al
0.08Ga0.92N層103の表面が露出している。露出し
たp型Al0.08Ga0.92N層103の表面には、リング
状のp側オーミック電極105が形成されている。ま
た、メサ構造の側面とエッチングによって露出したn型
GaN基板100上のSiO2絶縁保護膜104上に
は、p側オーミック電極105から引き出された配線電
極107が形成されている。
The SiO 2 insulating film 104 on the upper part of the mesa structure
Is formed by etching the periphery of the p-type Al
The surface of the 0.08 Ga 0.92 N layer 103 is exposed. A ring-shaped p-side ohmic electrode 105 is formed on the exposed surface of the p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 103. In addition, a wiring electrode 107 extending from the p-side ohmic electrode 105 is formed on the side surface of the mesa structure and on the SiO 2 insulating protective film 104 on the n-type GaN substrate 100 exposed by the etching.

【0180】また、n型GaN基板100の裏面にはn
側オーミック電極106が形成されている。
The n-type GaN substrate 100 has n
A side ohmic electrode 106 is formed.

【0181】図9のフォトダイオードでは、メサ構造上
部のリング状のp側オーミック電極105で囲まれた部
分が受光面500となる。このフォトダイオードに逆バ
イアスを印加し、受光面500に光を照射すると、光の
強度に対応した光電流が流れる。図9のフォトダイオー
ドは、346nmよりも短い波長での光センサーとして
機能する。
In the photodiode shown in FIG. 9, the portion surrounded by the ring-shaped p-side ohmic electrode 105 above the mesa structure becomes the light receiving surface 500. When a reverse bias is applied to the photodiode and light is irradiated on the light receiving surface 500, a photocurrent corresponding to the light intensity flows. The photodiode in FIG. 9 functions as an optical sensor at a wavelength shorter than 346 nm.

【0182】図9のフォトダイオードは、as−gro
wnでp型Al0.08Ga0.92N層103が作製されてい
るので、p型化のための熱処理を必要としていない。そ
の結果、結晶表面の分解がほとんどないので、結晶欠陥
が発生せず、暗電流の少ないフォトダイオードとなって
いる。
The photodiode of FIG. 9 is an as-gro
Since the p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 103 is made of wn, no heat treatment for p-type conversion is required. As a result, since there is almost no decomposition of the crystal surface, a crystal defect does not occur and the photodiode has a small dark current.

【0183】次に、図9のフォトダイオードの作製方法
を説明する。まず、n型GaN基板100を反応管にセ
ットし、水素と窒素とアンモニアガスの混合ガス中、1
120℃に加熱し、基板100の表面をクリーニングし
た。
Next, a method for manufacturing the photodiode shown in FIG. 9 will be described. First, the n-type GaN substrate 100 is set in a reaction tube, and a mixed gas of hydrogen, nitrogen, and ammonia gas,
By heating to 120 ° C., the surface of the substrate 100 was cleaned.

【0184】次いで、温度を600℃に下げ、NH3
窒素と水素の混合ガス雰囲気で、TMAとTMGおよび
n型ドーパントガスであるSiH4ガスを流し、低温n
型Al0.1Ga0.9Nバッファー層101を約50nmの
厚さに堆積し、次いで、温度を1070℃に上げ、TM
GとTMAとSiH4を供給して、n型Al0.08Ga0
.92N層102を1μmの厚さに積層した。
Next, the temperature was lowered to 600 ° C.ThreeWhen
In a mixed gas atmosphere of nitrogen and hydrogen, TMA and TMG and
SiH which is an n-type dopant gasFourGas flow, low temperature n
Type Al0.1Ga0.9The N buffer layer 101 has a thickness of about 50 nm.
Deposited to a thickness, then raise the temperature to 1070 ° C.
G, TMA and SiHFourTo supply n-type Al0.08Ga0
.92The N layer 102 was laminated to a thickness of 1 μm.

【0185】次いで、SiH4の供給を止め、(EtC
p)2MgとB26を供給し、p型Al0.08Ga0.92
層103を0.5μmの厚さに積層した。
Next, the supply of SiH 4 was stopped, and (EtC
p) 2 Mg and B 2 H 6 are supplied, and p-type Al 0.08 Ga 0.92 N
Layer 103 was laminated to a thickness of 0.5 μm.

【0186】次いで、TMG,(EtCp)2Mg,B2
6の供給を停止し、反応管内を窒素とアンモニアと水
素ガス(全体の6%)の混合ガス雰囲気にして室温まで
冷却し、反応管から基板を取り出した。
Subsequently, TMG, (EtCp) 2 Mg, B 2
The supply of H 6 was stopped, the inside of the reaction tube was changed to a mixed gas atmosphere of nitrogen, ammonia, and hydrogen gas (6% of the whole), cooled to room temperature, and the substrate was taken out of the reaction tube.

【0187】次いで、レジストで直径150μmの円パ
ターンを形成した。このレジストパターンをマスクとし
て、ドライエッチングを行い、高さ約2μmのメサ形状
を形成するとともに、n型GaN基板100を露出させ
た。
Next, a circular pattern having a diameter of 150 μm was formed with the resist. Using this resist pattern as a mask, dry etching was performed to form a mesa shape having a height of about 2 μm, and the n-type GaN substrate 100 was exposed.

【0188】レジストマスクを除去した後、ウエハーを
プラズマCVD装置にセットし、表面にSiO2膜10
4を約0.5μmの厚さに堆積した。
After removing the resist mask, the wafer was set in a plasma CVD apparatus, and a SiO 2 film 10 was formed on the surface.
4 was deposited to a thickness of about 0.5 μm.

【0189】次いで、p側オーミック電極105を形成
した。p側オーミック電極105の形成工程は次の通り
である。すなわち、まず、メサの上部にレジストでリン
グ状のヌキパターンを形成した後、SiO2膜104を
リング状にウエットエッチングで抜き、p型Al0.08
0.92N層103を露出させる。次いで、p側オーミッ
ク電極材料であるNi/Auを蒸着した。その後、ウエ
ハーを有機溶剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト上
に蒸着された電極材をリフトオフして、メサ上部にp側
オーミック電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲
気中、600℃で熱処理し、p型Al0.08Ga0.92N層
103にp側オーミック電極105を形成した。
Next, a p-side ohmic electrode 105 was formed. The process for forming the p-side ohmic electrode 105 is as follows. That is, first, a ring-shaped nucleus pattern is formed on the mesa with a resist, and then the SiO 2 film 104 is removed by a ring etching by wet etching to form p-type Al 0.08 G
a 0.92 N layer 103 is exposed. Next, Ni / Au as a p-side ohmic electrode material was deposited. Thereafter, the wafer was immersed in an organic solvent to dissolve the resist and lift off the electrode material deposited on the resist to form a p-side ohmic electrode pattern on the mesa. Thereafter, heat treatment was performed at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere to form a p-side ohmic electrode 105 on the p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 103.

【0190】次いで、配線電極107を形成した。配線
電極107の形成工程は次の通りである。すなわち、ま
ず、レジストで、配線電極107のリフトオフパターン
を形成する。次いで、配線電極材料であるTi/Alを
蒸着した。その後、ウエハを有機溶剤中に浸し、レジス
トを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材料をリフト
オフし、配線電極107を形成した。
Next, the wiring electrode 107 was formed. The process of forming the wiring electrode 107 is as follows. That is, first, a lift-off pattern of the wiring electrode 107 is formed using a resist. Next, Ti / Al as a wiring electrode material was deposited. Thereafter, the wafer was immersed in an organic solvent, the resist was dissolved, and the electrode material deposited on the resist was lifted off to form the wiring electrode 107.

【0191】次いで、n型電極106を基板100の裏
面に形成した。すなわち、基板100の裏面にTi/A
lを蒸着し、その後、窒素雰囲気中、450℃で熱処理
し、n側オーミック電極106を形成した。
Next, an n-type electrode 106 was formed on the back surface of the substrate 100. That is, Ti / A
Then, heat treatment was performed at 450 ° C. in a nitrogen atmosphere to form an n-side ohmic electrode 106.

【0192】最後に、ダイシングを行い、フォトダイオ
ードをチップ分離した。
Lastly, dicing was performed to separate the photodiodes into chips.

【0193】また、図11,図12は前述した第2の作
製方法で作製された半導体装置の一例を説明するための
図である。なお、図11,図12の例では、半導体装置
は端面発光型発光ダイオードであり、図11は端面発光
型発光ダイオードの光出射端面に垂直な面での断面図、
図12は端面発光型発光ダイオードとなる積層構造の結
晶成長後の冷却過程を説明するための図である。
FIGS. 11 and 12 are views for explaining an example of a semiconductor device manufactured by the above-described second manufacturing method. In the examples of FIGS. 11 and 12, the semiconductor device is an edge emitting light emitting diode. FIG. 11 is a cross-sectional view of the edge emitting light emitting diode taken along a plane perpendicular to the light emitting end face.
FIG. 12 is a diagram for explaining a cooling process after crystal growth of a stacked structure that becomes an edge-emitting light emitting diode.

【0194】図11,図12を参照すると、発光ダイオ
ードは概ね直方体の形状をしており、発光ダイオードの
一側面が光出射端面となっている。
Referring to FIGS. 11 and 12, the light emitting diode has a substantially rectangular parallelepiped shape, and one side surface of the light emitting diode is a light emitting end surface.

【0195】また、発光ダイオードの積層構造は、n型
GaN基板110上に、n型Al0. 07Ga0.93N低温バ
ッファー層111、n型Al0.2Ga0.8Nクラッド層1
12、Al0.07Ga0.93N活性層113、p型Al0.2
Ga0.8Nクラッド層114、p型GaNコンタクト層
115が順次に積層されて形成されている。
Further, the laminated structure of the light emitting diode has an n-type
On a GaN substrate 110, n-type Al0. 07Ga0.93N low temperature bath
Buffer layer 111, n-type Al0.2Ga0.8N clad layer 1
12, Al0.07Ga0.93N active layer 113, p-type Al0.2
Ga0.8N cladding layer 114, p-type GaN contact layer
115 are sequentially laminated.

【0196】ここで、p型Al0.2Ga0.8Nクラッド層
114、p型GaNコンタクト層115には、p型不純
物であるMgと同時にBが添加されている。
Here, B is added to the p-type Al 0.2 Ga 0.8 N cladding layer 114 and the p-type GaN contact layer 115 simultaneously with Mg which is a p-type impurity.

【0197】また、発光ダイオードのp型GaNコンタ
クト層115上には、Ni/Auからなるp側オーミッ
ク電極116が形成されている。
A p-side ohmic electrode 116 made of Ni / Au is formed on the p-type GaN contact layer 115 of the light emitting diode.

【0198】また、基板110の裏面には、Ti/Al
からなるn側オーミック電極117が形成されている。
On the back surface of the substrate 110, Ti / Al
An n-side ohmic electrode 117 is formed.

【0199】そして、この発光ダイオードの側面は基板
110に対して垂直に形成されている。
The side surface of the light emitting diode is formed perpendicular to the substrate 110.

【0200】この発光ダイオードは、p側,n側オーミ
ック電極116,117に順方向のバイアスをかける
と、発光ダイオードの一側面である光出射端面700か
ら光が外部に出射される。この発光ダイオードの発光の
ピーク波長は、約350nmであった。
In this light emitting diode, when a forward bias is applied to the p-side and n-side ohmic electrodes 116 and 117, light is emitted to the outside from a light emitting end face 700 which is one side surface of the light emitting diode. The peak wavelength of light emission of this light emitting diode was about 350 nm.

【0201】次に、図11の発光ダイオードの作製方法
を説明する。なお、発光ダイオードの積層構造はMOC
VD法で結晶成長して作製した。まず、n型GaN基板
110を反応管にセットし、アンモニアガス中、112
0℃で加熱し、基板110の表面をクリーニングした。
Next, a method for manufacturing the light emitting diode of FIG. 11 will be described. The stacked structure of the light emitting diode is MOC
It was produced by crystal growth by the VD method. First, the n-type GaN substrate 110 is set in a reaction tube, and the
By heating at 0 ° C., the surface of the substrate 110 was cleaned.

【0202】次いで、温度を600℃に下げ、雰囲気を
NH3と窒素と水素の混合ガス雰囲気にし、TMAとT
MGおよびn型ドーパントガスであるSiH4ガスを流
し、n型低温Al0.07Ga0.93Nバッファー層111を
堆積した。
Next, the temperature was lowered to 600 ° C., the atmosphere was changed to a mixed gas atmosphere of NH 3 , nitrogen and hydrogen, and TMA and T
An n-type low-temperature Al 0.07 Ga 0.93 N buffer layer 111 was deposited by flowing MG and SiH 4 gas as an n-type dopant gas.

【0203】次いで、温度を1070℃に上げ、TM
G,TMAおよびn型不純物ガスとしてSiH4を組成
にあわせて供給し、n型Al0.2Ga0.8Nクラッド層1
12を0.3μmの厚さ、Al0.07Ga0.93N活性層1
13を0.05μmの厚さに積層した。
Next, the temperature was raised to 1070 ° C. and TM
G, TMA and SiH 4 as an n-type impurity gas are supplied according to the composition, and the n-type Al 0.2 Ga 0.8 N clad layer 1 is supplied.
12 is a 0.3 μm-thick Al 0.07 Ga 0.93 N active layer 1
13 was laminated to a thickness of 0.05 μm.

【0204】次いで、n型不純物原料の代わりに、p型
不純物原料である(EtCp)2Mgとそれと同時にB2
6を組成にあわせて供給し、p型Al0.2Ga0.8Nク
ラッド層114を0.3μmの厚さ、p型GaNコンタ
クト層115を0.2μmの厚さに積層した。
[0204] Then, instead of n-type impurity material is a p-type impurity material (EtCp) 2 Mg and at the same time B 2
H 6 was supplied according to the composition, and the p-type Al 0.2 Ga 0.8 N cladding layer 114 was laminated to a thickness of 0.3 μm, and the p-type GaN contact layer 115 was laminated to a thickness of 0.2 μm.

【0205】結晶成長終了後、反応管内をアンモニアガ
スのみの雰囲気にして成長温度から室温まで冷却した。
After completion of the crystal growth, the reaction tube was cooled from the growth temperature to room temperature in an atmosphere containing only ammonia gas.

【0206】冷却後、積層構造表面にテスターを充てる
と、導通が有り、表面のp型GaNコンタクト層115
が低抵抗であることが確認された。
After cooling, if a tester is applied to the surface of the laminated structure, there is conduction and the p-type GaN contact layer 115 on the surface is provided.
Was confirmed to have low resistance.

【0207】次いで、p側オーミック電極材料であるN
i/Auを積層構造上面に蒸着した。その後、窒素雰囲
気中、600℃で熱処理し、p型GaNコンタクト層1
15にp側オーミック電極116を形成した。
Next, the p-side ohmic electrode material N
i / Au was deposited on the upper surface of the laminated structure. Thereafter, heat treatment is performed at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere to form a p-type GaN contact layer 1.
The p-side ohmic electrode 116 was formed on No. 15.

【0208】次いで、GaN基板110の裏面を研磨
し、約100μmの厚さにした。そして、GaN基板1
10の裏面にn側オーミック電極材料であるTi/Al
を蒸着し、窒素雰囲気で450℃で熱処理して、n側オ
ーミック電極117を形成した。
Next, the back surface of the GaN substrate 110 was polished to a thickness of about 100 μm. And the GaN substrate 1
Ti / Al which is an n-side ohmic electrode material
And heat-treated at 450 ° C. in a nitrogen atmosphere to form an n-side ohmic electrode 117.

【0209】次いで、基板をへき開して、出射端面70
0の形成とチップ分離とを行った。
Next, the substrate is cleaved and the exit end face 70 is cut.
0 and chip separation were performed.

【0210】また、図13,図14,図15は前述した
第2の作製方法で作製された半導体装置の他の例を説明
するための図である。なお、図13,図14,図15の
例では、半導体装置は半導体レーザであり、図13は半
導体レーザーの斜視図、図14は半導体レーザーの光出
射方向に垂直な面での断面図、図15は半導体レーザー
となる積層構造の結晶成長後の冷却過程を説明するため
の図である。
FIGS. 13, 14 and 15 are views for explaining another example of the semiconductor device manufactured by the above-described second manufacturing method. 13, 14, and 15, the semiconductor device is a semiconductor laser. FIG. 13 is a perspective view of the semiconductor laser, and FIG. 14 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the light emission direction of the semiconductor laser. FIG. 15 is a view for explaining a cooling process after the crystal growth of the laminated structure to be a semiconductor laser.

【0211】図13乃至図15を参照すると、半導体レ
ーザーの積層構造1000は、n型GaN基板120上
に、n型AlGaN低温バッファー層121、n型Al
0.03Ga0.97N高温バッファー層122、n型Al0.07
Ga0.93Nクラッド層123、n型GaNガイド層12
4、In0.15Ga0.85N/In0.02Ga0.98N多重量子
井戸活性層125、p型Al0.2Ga0.8N層126、p
型GaNガイド層127、p型Al0.07Ga0.93Nクラ
ッド層128、p型GaNコンタクト層129が順次に
積層されて形成されている。
Referring to FIGS. 13 to 15, a laminated structure 1000 of a semiconductor laser comprises an n-type AlGaN low-temperature buffer layer 121, an n-type Al
0.03 Ga 0.97 N high temperature buffer layer 122, n-type Al 0.07
Ga 0.93 N clad layer 123, n-type GaN guide layer 12
4, In 0.15 Ga 0.85 N / In 0.02 Ga 0.98 N multiple quantum well active layer 125, p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 126, p
A GaN guide layer 127, a p-type Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 128, and a p-type GaN contact layer 129 are sequentially laminated.

【0212】そして、p型Al0.2Ga0.8N層126、
p型GaNガイド層127、p型Al0.07Ga0.93Nク
ラッド層128、p型GaNコンタクト層129には、
p型不純物であるMgと同時にBがドーピングされてい
る。
Then, a p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 126,
The p-type GaN guide layer 127, the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 128, and the p-type GaN contact layer 129 include:
B is doped simultaneously with Mg which is a p-type impurity.

【0213】積層構造1000は、p型GaNコンタク
ト層129の表面からp型Al0.07Ga0.93Nクラッド
層128の途中までエッチングされ、電流狭窄リッジ構
造800が形成されている。
The laminated structure 1000 is etched from the surface of the p-type GaN contact layer 129 to the middle of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N clad layer 128 to form the current confinement ridge structure 800.

【0214】そして、リッジ構造800の最表面のp型
GaNコンタクト層129上には、Ni/Auからなる
p側オーミック電極131が形成されている。また、p
側電極形成部以外は、絶縁保護膜130として、SiO
2が堆積されている。
On the outermost p-type GaN contact layer 129 of the ridge structure 800, a p-side ohmic electrode 131 made of Ni / Au is formed. Also, p
Except for the side electrode forming portion, SiO 2 is used as the insulating protection film 130.
2 have been deposited.

【0215】そして、積層構造1000と電流狭窄リッ
ジ構造800と概ね垂直に光共振器端面801,802
が形成されている。
The optical resonator end faces 801 and 802 are substantially perpendicular to the laminated structure 1000 and the current constriction ridge structure 800.
Are formed.

【0216】また、GaN基板120の裏面には、Ti
/Alからなるn側オーミック電極132が形成されて
いる。
On the back surface of the GaN substrate 120, Ti
An n-side ohmic electrode 132 made of / Al is formed.

【0217】この半導体レーザーの電極131,132
に順方向に電流を注入すると発光し、さらに電流を増加
させるとレーザー発振した。発振波長は約409nmで
あった。
The electrodes 131 and 132 of this semiconductor laser
When a current was injected in the forward direction, light was emitted, and when the current was further increased, laser oscillation occurred. The oscillation wavelength was about 409 nm.

【0218】次に、図13,図14の半導体レーザーの
作製方法を説明する。なお、半導体レーザーの積層構造
1000の結晶成長はMOCVD法で行った。まず、n
型GaN基板120を反応管にセットし、水素と窒素と
アンモニアガスの混合ガス中、1120℃に加熱し、基
板120の表面をクリーニングした。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIGS. 13 and 14 will be described. The crystal growth of the laminated structure 1000 of the semiconductor laser was performed by the MOCVD method. First, n
The type GaN substrate 120 was set in a reaction tube, and heated to 1120 ° C. in a mixed gas of hydrogen, nitrogen and ammonia gas to clean the surface of the substrate 120.

【0219】次いで、温度を600℃に下げ、NH3
窒素と水素の混合ガス雰囲気で、TMAとTMGおよび
n型ドーパントガスであるSiH4ガスを流し、n型低
温AlGaNバッファー層121を堆積した。
Next, the temperature was lowered to 600 ° C., and in a mixed gas atmosphere of NH 3 , nitrogen and hydrogen, TMA, TMG and SiH 4 gas as an n-type dopant gas were flowed to deposit an n-type low-temperature AlGaN buffer layer 121. .

【0220】次いで、温度を1070℃に上げ、水素を
キャリアガスとしてTMG,TMA,n型不純物ガスと
してSiH4を組成にあわせて供給し、n型Al0.03
0.9 7N高温バッファー層122を1μmの厚さ、n型
Al0.07Ga0.93Nクラッド層123を0.5μmの厚
さ、n型GaNガイド層124を0.1μmの厚さに積
層した。
Next, the temperature was raised to 1070 ° C. and hydrogen was removed.
TMG, TMA, n-type impurity gas as carrier gas
And SiHFourIs supplied according to the composition, and n-type Al0.03G
a0.9 7N high temperature buffer layer 122 is 1 μm thick, n-type
Al0.07Ga0.93The thickness of the N cladding layer 123 is 0.5 μm.
Now, the n-type GaN guide layer 124 is formed to a thickness of 0.1 μm.
Layered.

【0221】次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気を
NH3と窒素の混合ガス雰囲気にし、温度を810℃に
下げ、水素をキャリアガスとしてTMG,TMIを供給
し、In0.15Ga0.85N/In0.02Ga0.98N多重量子
井戸活性層125(2ペア)を成長した。
Next, the supply of hydrogen gas was stopped, the atmosphere was changed to a mixed gas atmosphere of NH 3 and nitrogen, the temperature was lowered to 810 ° C., TMG and TMI were supplied using hydrogen as a carrier gas, and In 0.15 Ga 0.85 N / In A 0.02 Ga 0.98 N multiple quantum well active layer 125 (two pairs) was grown.

【0222】次いで、成長雰囲気をNH3と窒素と水素
の混合ガス雰囲気にし、温度を1070℃に上げ、水素
をキャリアガスとしてTMG,TMA,p型不純物原料
の(EtCp)2Mg,B26を組成にあわせて供給
し、p型Al0.2Ga0.8N層126を20nmの厚さ、
p型GaNガイド層127を0.1μmの厚さ、p型A
0.07Ga0.93Nクラッド層128を0.5μmの厚
さ、p型GaNコンタクト層129を0.2μmの厚さ
に積層した。
Then, the growth atmosphere is a mixed gas atmosphere of NH 3 , nitrogen and hydrogen, the temperature is raised to 1070 ° C., and TMG, TMA and (EtCp) 2 Mg, B 2 H 6 is supplied according to the composition, and the p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 126 is formed to a thickness of 20 nm,
The p-type GaN guide layer 127 has a thickness of 0.1 μm,
The l 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 128 was laminated to a thickness of 0.5 μm, and the p-type GaN contact layer 129 was laminated to a thickness of 0.2 μm.

【0223】結晶成長終了後、反応管内をアンモニアガ
スのみの雰囲気にして成長温度から室温まで冷却した。
After completion of the crystal growth, the inside of the reaction tube was set to an atmosphere containing only ammonia gas, and cooled from the growth temperature to room temperature.

【0224】冷却後、積層構造表面にテスターを充てる
と、導通が有り、表面のp型GaNコンタクト層129
が低抵抗であることが確認された。
After cooling, applying a tester to the surface of the laminated structure provides conduction and the p-type GaN contact layer 129 on the surface.
Was confirmed to have low resistance.

【0225】次いで、レジストで幅4μmのストライプ
パターンを繰り返しピッチ300μmで形成し、このレ
ジストパターンをマスクとして、約0.7μmの深さを
ドライエッチングして、リッジ構造800を形成した。
Next, a stripe pattern having a width of 4 μm was repeatedly formed with a resist at a pitch of 300 μm, and a depth of about 0.7 μm was dry-etched using the resist pattern as a mask to form a ridge structure 800.

【0226】しかる後、レジストマスクを除去し、その
後、絶縁保護膜130となるSiO 2を積層構造の表面
に約0.5μmの厚さに堆積した。
Thereafter, the resist mask is removed, and the
Later, SiO which becomes the insulating protective film 130 TwoThe laminated structure of the surface
Was deposited to a thickness of about 0.5 μm.

【0227】次いで、p側オーミック電極131を形成
した。p側オーミック電極131の形成工程は次の通り
である。すなわち、まず、リッジ構造800の上部に、
レジストでヌキストライプパターンを形成した後、Si
2絶縁保護膜130をエッチングしてリッジ800上
のp型GaNコンタクト層129を露出させる。次い
で、レジストを除去し、ウエハー表面にp側オーミック
電極材料であるNi/Auを蒸着した。その後、窒素雰
囲気中、600℃で熱処理し、p型GaNコンタクト層
129にp側オーミック電極131を形成した。
Next, a p-side ohmic electrode 131 was formed. The process for forming the p-side ohmic electrode 131 is as follows. That is, first, on the upper part of the ridge structure 800,
After forming a nuclei stripe pattern with resist,
The O 2 insulating protective film 130 is etched to expose the p-type GaN contact layer 129 on the ridge 800. Next, the resist was removed, and Ni / Au as a p-side ohmic electrode material was deposited on the surface of the wafer. Thereafter, heat treatment was performed at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere to form a p-side ohmic electrode 131 on the p-type GaN contact layer 129.

【0228】次いで、基板120の裏面を研磨し、厚さ
を約100μmにした後、基板120の裏面にn側オー
ミック電極材料であるTi/Alを蒸着した。その後、
窒素雰囲気で450℃で熱処理し、n側オーミック電極
132を形成した。
Next, after the back surface of the substrate 120 was polished to a thickness of about 100 μm, Ti / Al as an n-side ohmic electrode material was deposited on the back surface of the substrate 120. afterwards,
Heat treatment was performed at 450 ° C. in a nitrogen atmosphere to form an n-side ohmic electrode 132.

【0229】次いで、半導体レーザー構造が形成された
ウエハーをリッジ800に概ね垂直になるようにへき開
し、光共振器端面801,802を形成した。
Next, the wafer on which the semiconductor laser structure was formed was cleaved so as to be substantially perpendicular to the ridge 800, and optical resonator end faces 801 and 802 were formed.

【0230】また、図16,図17,図18は前述した
第2の作製方法で作製された半導体発光素子の一例を説
明するための図である。なお、図16,図17,図18
の例では、半導体発光素子は半導体レーザであり、図1
6は半導体レーザーの斜視図、図17は半導体レーザー
の光出射方向に垂直な面での断面図、図18は半導体レ
ーザーとなる積層構造の結晶成長後の冷却過程を説明す
るための図である。
FIGS. 16, 17 and 18 are views for explaining an example of a semiconductor light emitting device manufactured by the above-described second manufacturing method. 16, 17, and 18
In the example shown in FIG. 1, the semiconductor light emitting device is a semiconductor laser, and FIG.
6 is a perspective view of the semiconductor laser, FIG. 17 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the light emitting direction of the semiconductor laser, and FIG. 18 is a view for explaining a cooling process after crystal growth of a laminated structure that becomes the semiconductor laser. .

【0231】図16乃至図18を参照すると、半導体レ
ーザーの積層構造2000は、n型GaN基板140上
に、n型AlGaN低温バッファー層141、n型Al
0.03Ga0.97N高温バッファー層142、n型Al0.15
Ga0.85Nクラッド層143、n型Al0.1Ga0.9Nガ
イド層144、GaN/Al0.1Ga0.9N多重量子井戸
活性層145、p型Al0.2Ga0.8N層146、p型A
0.1Ga0.9Nガイド層147、p型Al0.15Ga0.85
Nクラッド層148、p型GaNコンタクト層149が
順次に積層されて形成されている。
Referring to FIG. 16 to FIG. 18, the stacked structure 2000 of the semiconductor laser includes an n-type AlGaN low-temperature buffer layer 141 and an n-type Al
0.03 Ga 0.97 N high temperature buffer layer 142, n-type Al 0.15
Ga 0.85 N cladding layer 143, n-type Al 0.1 Ga 0.9 N guide layer 144, GaN / Al 0.1 Ga 0.9 N multiple quantum well active layer 145, p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 146, p-type A
l 0.1 Ga 0.9 N guide layer 147, p-type Al 0.15 Ga 0.85
The N cladding layer 148 and the p-type GaN contact layer 149 are sequentially laminated.

【0232】そして、p型Al0.2Ga0.8N層146、
p型Al0.1Ga0.9Nガイド層147、p型Al0.15
0.85Nクラッド層148、p型GaNコンタクト層1
49には、p型不純物であるMgと同時にBがドーピン
グされている。
Then, a p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 146,
p-type Al 0.1 Ga 0.9 N guide layer 147, p-type Al 0.15 G
a 0.85 N cladding layer 148, p-type GaN contact layer 1
49 is doped with B simultaneously with Mg which is a p-type impurity.

【0233】積層構造2000は、p型GaNコンタク
ト層149の表面からp型Al0.15Ga0.85Nクラッド
層148の途中までエッチングされ、電流狭窄リッジ構
造900が形成されている。
The layered structure 2000 is etched from the surface of the p-type GaN contact layer 149 to the middle of the p-type Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 148 to form the current confinement ridge structure 900.

【0234】そして、リッジ構造900の最表面のp型
GaNコンタクト層149上には、Ni/Auからなる
p側オーミック電極151が形成されている。また、p
側電極形成部以外は、絶縁保護膜150として、SiO
2が堆積されている。
Then, on the p-type GaN contact layer 149 on the outermost surface of the ridge structure 900, a p-side ohmic electrode 151 made of Ni / Au is formed. Also, p
Except for the side electrode forming portion, SiO 2 is used as the insulating protective film 150.
2 have been deposited.

【0235】そして、積層構造2000と電流狭窄リッ
ジ構造900と概ね垂直に光共振器端面901,902
が形成されている。
Then, the optical resonator end faces 901 and 902 are substantially perpendicular to the laminated structure 2000 and the current confinement ridge structure 900.
Are formed.

【0236】また、GaN基板140の裏面には、Ti
/Alからなるn側オーミック電極152が形成されて
いる。
On the back surface of the GaN substrate 140, Ti
An n-side ohmic electrode 152 made of / Al is formed.

【0237】この半導体レーザーの電極151,152
に順方向に電流を注入すると発光し、さらに電流を増加
させるとレーザー発振した。発振波長は約365nmで
あった。
The electrodes 151 and 152 of this semiconductor laser
When a current was injected in the forward direction, light was emitted, and when the current was further increased, laser oscillation occurred. The oscillation wavelength was about 365 nm.

【0238】次に、図16,図17の半導体レーザーの
作製方法を説明する。なお、半導体レーザーの積層構造
2000の結晶成長はMOCVD法で行った。まず、n
型GaN基板140を反応管にセットし、水素と窒素と
アンモニアガスの混合ガス中、1120℃に加熱し、基
板140の表面をクリーニングした。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIGS. 16 and 17 will be described. The crystal growth of the laminated structure 2000 of the semiconductor laser was performed by the MOCVD method. First, n
The GaN substrate 140 was set in a reaction tube and heated to 1120 ° C. in a mixed gas of hydrogen, nitrogen and ammonia gas to clean the surface of the substrate 140.

【0239】次いで、温度を600℃に下げ、NH3
窒素と水素の混合ガス雰囲気で、TMAとTMGおよび
n型ドーパントガスであるSiH4ガスを流し、n型低
温AlGaNバッファー層141を堆積した。
Then, the temperature was lowered to 600 ° C., and in a mixed gas atmosphere of NH 3 , nitrogen and hydrogen, TMA, TMG and SiH 4 gas as an n-type dopant gas were flown to deposit an n-type low-temperature AlGaN buffer layer 141. .

【0240】次いで、温度を1070℃に上げ、水素を
キャリアガスとしてTMG,TMA,n型不純物ガスと
してSiH4を組成にあわせて供給し、n型Al0.03
0.9 7N高温バッファー層142を1μmの厚さ、n型
Al0.15Ga0.85Nクラッド層143を0.5μmの厚
さ、n型Al0.1Ga0.9Nガイド層144を0.1μm
の厚さに順次積層し、次いで、GaN/Al0.1Ga0.9
N多重量子井戸活性層145(3ペア)を積層した。
Next, the temperature was raised to 1070 ° C. and hydrogen was removed.
TMG, TMA, n-type impurity gas as carrier gas
And SiHFourIs supplied according to the composition, and n-type Al0.03G
a0.9 7N high temperature buffer layer 142 is 1 μm thick, n-type
Al0.15Ga0.85The thickness of the N cladding layer 143 is 0.5 μm.
Now, n-type Al0.1Ga0.90.1 μm for the N guide layer 144
GaN / Al0.1Ga0.9
N multiple quantum well active layers 145 (three pairs) were stacked.

【0241】次いで、TMG,TMA,p型不純物原料
の(EtCp)2Mg、B26を組成にあわせて供給
し、p型Al0.2Ga0.8N層146を20nmの厚さ、
p型Al0.1Ga0.9Nガイド層147を0.1μmの厚
さ、p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層148を0.5
μmの厚さ、p型GaNコンタクト層149を0.2μ
mの厚さに順次積層した。
Next, TMG, TMA, p-type impurity raw materials (EtCp) 2 Mg and B 2 H 6 are supplied according to the composition, and the p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 146 is formed to a thickness of 20 nm.
The p-type Al 0.1 Ga 0.9 N guide layer 147 has a thickness of 0.1 μm and the p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 148 has a thickness of 0.5 μm.
μm thickness, 0.2 μm p-type GaN contact layer 149
m in order.

【0242】結晶成長終了後、反応管内をアンモニアガ
スのみの雰囲気にして成長温度から室温まで冷却した。
After completion of the crystal growth, the reaction tube was cooled from the growth temperature to room temperature by setting the atmosphere in the reaction tube to only ammonia gas.

【0243】冷却後、積層構造表面にテスターを充てる
と、導通が有り、表面のp型GaNコンタクト層149
が低抵抗であることが確認された。
After cooling, if a tester is applied to the surface of the laminated structure, there is conduction and the p-type GaN contact layer 149 on the surface is provided.
Was confirmed to have low resistance.

【0244】次いで、レジストで幅4μmのストライプ
パターンを繰り返しピッチ300μmで形成し、このレ
ジストパターンをマスクとして、約0.7μmの深さを
ドライエッチングして、リッジ構造900を形成した。
Next, a stripe pattern having a width of 4 μm was repeatedly formed with a resist at a pitch of 300 μm, and a depth of about 0.7 μm was dry-etched using the resist pattern as a mask to form a ridge structure 900.

【0245】しかる後、レジストマスクを除去し、その
後、絶縁保護膜150となるSiO 2を積層構造の表面
に約0.5μmの厚さに堆積した。
Thereafter, the resist mask is removed, and the
Later, SiO which becomes the insulating protective film 150 TwoThe laminated structure of the surface
Was deposited to a thickness of about 0.5 μm.

【0246】次いで、p側オーミック電極151を形成
した。p側オーミック電極151の形成工程は次の通り
である。すなわち、まず、リッジ構造900の上部に、
レジストでヌキストライプパターンを形成した後、Si
2絶縁保護膜150をエッチングしてリッジ900上
のp型GaNコンタクト層149を露出させる。次い
で、レジストを除去し、ウエハー表面にp側オーミック
電極材料であるNi/Auを蒸着した。その後、窒素雰
囲気中、600℃で熱処理し、p型GaNコンタクト層
149にp側オーミック電極151を形成した。
Next, a p-side ohmic electrode 151 was formed. The step of forming the p-side ohmic electrode 151 is as follows. That is, first, on the upper part of the ridge structure 900,
After forming a nuclei stripe pattern with resist,
The p-type GaN contact layer 149 on the ridge 900 is exposed by etching the O 2 insulating protective film 150. Next, the resist was removed, and Ni / Au as a p-side ohmic electrode material was deposited on the surface of the wafer. Thereafter, heat treatment was performed at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere to form a p-side ohmic electrode 151 on the p-type GaN contact layer 149.

【0247】次いで、基板140の裏面を研磨し、厚さ
を約100μmにした後、基板140の裏面にn側オー
ミック電極材料であるTi/Alを蒸着した。その後、
窒素雰囲気で450℃で熱処理し、n側オーミック電極
152を形成した。
Next, after the back surface of the substrate 140 was polished to a thickness of about 100 μm, Ti / Al as an n-side ohmic electrode material was deposited on the back surface of the substrate 140. afterwards,
Heat treatment was performed at 450 ° C. in a nitrogen atmosphere to form an n-side ohmic electrode 152.

【0248】次いで、半導体レーザー構造が形成された
ウエハーをリッジ900に概ね垂直になるようにへき開
し、光共振器端面901,902を形成した。
Next, the wafer on which the semiconductor laser structure was formed was cleaved so as to be substantially perpendicular to the ridge 900, and optical resonator end faces 901 and 902 were formed.

【0249】[0249]

【発明の効果】以上に説明したように、請求項1記載の
発明によれば、Mgが添加されたp型AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)において、前記p型AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)には、Mgと同時にBが添加されている
ので、Mgの添加による結晶の不安定化が緩和され、高
濃度にMgを添加してもキャリア濃度の減少が起らず、
その結果、従来にない高いキャリア濃度のp型Alx
(1-x)N(0≦x≦1)を得ることができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, p-type Al x Ga.sub. (1-x) N to which Mg is added.
(0 ≦ x ≦ 1), the p-type Al x Ga (1-x) N
In (0 ≦ x ≦ 1), B is added simultaneously with Mg, so that the instability of the crystal due to the addition of Mg is reduced, and the carrier concentration is reduced even if Mg is added at a high concentration. Not
As a result, p-type Al x G with a higher carrier concentration than ever before
a (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) can be obtained.

【0250】また、請求項2記載の発明によれば、請求
項1記載のIII族窒化物半導体を含む半導体積層構造を
有しているので、従来III族窒化物半導体積層構造から
なる半導体装置の抵抗の増大の原因となっていたp型A
xGa(1-x)N(0≦x≦1)のキャリア濃度が高く低
抵抗であることにより、動作電圧が低く、発熱しにくい
等、半導体装置の特性が向上し信頼性を高めることがで
きる。
According to the second aspect of the present invention, since the semiconductor device has the semiconductor multilayer structure including the group III nitride semiconductor according to the first aspect, the semiconductor device having the conventional group III nitride semiconductor multilayer structure can be used. P-type A that caused the increase in resistance
Since the carrier concentration of l x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) is high and the resistance is low, the operating voltage is low, heat is hardly generated, and the characteristics of the semiconductor device are improved and the reliability is improved. Can be.

【0251】特に、半導体装置が受光素子の場合には、
低抵抗のワイドギャップのp型Al xGa(1-x)N(0≦
x≦1)を使用できるので、従来よりも短い波長領域
(紫外領域)で動作する受光素子となる。また、半導体
装置が発光素子の場合には、従来よりも短波長の領域で
発光する発光素子となる。
In particular, when the semiconductor device is a light receiving element,
Low resistance wide gap p-type Al xGa(1-x)N (0 ≦
x ≦ 1) can be used, so the wavelength range is shorter than before.
(Ultraviolet region). Also semiconductor
When the device is a light-emitting device, the wavelength is shorter than
The light emitting element emits light.

【0252】また、請求項3記載の発明によれば、請求
項2記載の半導体装置において、p側オーミック電極を
形成するコンタクト層に請求項1記載のIII族窒化物半
導体を用いるので、従来III族窒化物半導体積層構造か
らなる半導体装置の抵抗の増大の原因となっていたp側
オーミック電極の接触抵抗が低減され、動作電圧が低
く、発熱による電極破壊が生じにくい等、半導体装置の
特性が向上し信頼性を高めることができる。
According to the third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, the group III nitride semiconductor according to the first aspect is used for the contact layer for forming the p-side ohmic electrode. The contact resistance of the p-side ohmic electrode, which has caused the increase in the resistance of the semiconductor device having the group III nitride semiconductor laminated structure, is reduced, the operating voltage is low, and the electrode is hardly damaged by heat generation. And improve reliability.

【0253】また、請求項4記載の発明によれば、請求
項2または請求項3記載の半導体装置において、該半導
体装置は半導体発光素子であり、高いキャリア濃度のp
型AlGaNが半導体発光素子に使用されているので、
素子抵抗が従来のものよりも低く、これによって、高出
力動作を行っても発熱が少なく、素子の劣化が少ない。
また、p型AlGaNはas−grownでp型特性を
示すので、p型化のための特別な処理にかかる時間と費
用が必要とされない。従って、従来よりも動作電圧が低
く、高出力、長寿命、高信頼性で低コストの半導体発光
素子を提供できる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second or third aspect, the semiconductor device is a semiconductor light emitting element and has a high carrier concentration.
Type AlGaN is used for semiconductor light emitting devices,
The element resistance is lower than that of the conventional one, so that even when a high output operation is performed, heat generation is small and deterioration of the element is small.
In addition, since p-type AlGaN shows p-type characteristics as-grown, time and cost for special processing for p-type conversion are not required. Therefore, it is possible to provide a low-cost semiconductor light-emitting device having a lower operating voltage, higher output, longer life, higher reliability, and lower reliability than conventional ones.

【0254】また、請求項5記載の発明によれば、請求
項4記載の半導体装置において、前記半導体発光素子は
半導体レーザー素子であり、高いキャリア濃度のp型A
lGaNを半導体レーザーに使用しているので、素子抵
抗が従来のものよりも低く、これによって、高出力動作
を行っても発熱が少なく、素子の劣化を少なくすること
ができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the fourth aspect, the semiconductor light emitting element is a semiconductor laser element, and a p-type A with a high carrier concentration.
Since 1GaN is used for the semiconductor laser, the device resistance is lower than that of the conventional device, and therefore, even when high output operation is performed, heat generation is small, and deterioration of the device can be reduced.

【0255】また、従来のIII族窒化物半導体レーザー
は、p型AlGaNクラッド層のキャリア濃度が低いた
め、電子が活性層からp型クラッド層にオーバーフロー
し、発光効率の低下を招いていたが、本発明の半導体レ
ーザーは、高いキャリア濃度のp型AlGaN層をクラ
ッド層に使用することができるので、発光効率が高い。
In the conventional group III nitride semiconductor laser, since the carrier concentration of the p-type AlGaN cladding layer is low, electrons overflow from the active layer to the p-type cladding layer, resulting in a decrease in luminous efficiency. The semiconductor laser of the present invention can use a p-type AlGaN layer having a high carrier concentration for the cladding layer, and thus has high luminous efficiency.

【0256】さらに、p型AlGaNはas−grow
nでp型特性を示すので、p型化のための特別な処理に
かかる時間と費用が必要とされない。従って、従来より
も動作電圧が低く、高出力、長寿命、高信頼性で低コス
トの半導体レーザーを提供できる。
Further, p-type AlGaN is as-grown.
Since n indicates a p-type characteristic, no special processing time and cost for p-type conversion is required. Therefore, it is possible to provide a low-cost semiconductor laser having a lower operating voltage, higher output, longer life, higher reliability and higher reliability than the conventional one.

【0257】また、請求項6記載の発明によれば、請求
項4または請求項5記載の半導体装置において、前記半
導体発光素子は、発光波長が400nm以下であり、p
型AlGaNクラッド層にAlの混晶組成比が大きく、
高いキャリア濃度のp型AlGaNを使用することがで
きるので、従来では困難であった400nm以下の波長
域での高効率の発光が実現できる。
According to the sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the fourth or fifth aspect, the semiconductor light emitting element has an emission wavelength of 400 nm or less;
Al composition ratio in the AlGaN cladding layer is large,
Since p-type AlGaN having a high carrier concentration can be used, high-efficiency light emission in a wavelength region of 400 nm or less, which has been conventionally difficult, can be realized.

【0258】また、請求項7記載の発明によれば、請求
項5記載の半導体装置において、半導体装置としての半
導体レーザー素子は、請求項1記載のIII族窒化物半導
体をクラッド層に用いた少なくとも1つのp−n接合を
有しており、従来のIII族窒化物半導体レーザー素子よ
りもキャリア濃度の高いp型AlxGa(1-x)N(0≦x
≦1)をp型クラッド層に使用しているので、動作電圧
の低い、高出力、長寿命、高信頼性の半導体レーザー素
子を提供できる。また、超格子構造を作製する必要がな
くなるので、結晶成長に要する時間と装置コストを低減
することが可能となり、低コストの半導体レーザー素子
を提供できる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the fifth aspect, the semiconductor laser element as the semiconductor device is formed by using at least a group III nitride semiconductor according to the first aspect in a cladding layer. P-type Al x Ga.sub. (1-x) N (0.ltoreq.x ) having one pn junction and having a higher carrier concentration than the conventional group III nitride semiconductor laser device.
Since <1) is used for the p-type cladding layer, a semiconductor laser device having a low operating voltage, a high output, a long life and a high reliability can be provided. Further, since it is not necessary to manufacture a superlattice structure, the time required for crystal growth and the apparatus cost can be reduced, and a low-cost semiconductor laser device can be provided.

【0259】また、請求項8記載の発明によれば、Mg
と同時にBが添加されているp型AlxGa(1-x)N(0
≦x≦1)を、水素ガスを含む反応系で結晶成長し、そ
の結晶成長直後の結晶成長温度からの冷却を、窒素原料
を含む冷却雰囲気で行うようになっており、MgとBを
同時に添加しての高キャリア濃度のAlxGa(1-x)
(0≦x≦1)の結晶成長と、窒素原料を含む雰囲気ガ
ス中での冷却とを組み合わせることで、従来難しかった
AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)のas−grownで
のp型結晶が得られる。
According to the eighth aspect of the present invention, Mg
At the same time, p-type Al x Ga (1-x) N (0
≤ x ≤ 1), a crystal is grown in a reaction system containing hydrogen gas, and cooling from the crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed in a cooling atmosphere containing a nitrogen raw material. Al x Ga (1-x) N with high carrier concentration
By combining the crystal growth of (0 ≦ x ≦ 1) and cooling in an atmosphere gas containing a nitrogen source, it is difficult to form Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1), which has been conventionally difficult. A p-type crystal in a grown state is obtained.

【0260】また、請求項9記載の発明によれば、請求
項8記載のIII族窒化物半導体の作製方法において、冷
却雰囲気中に含まれる窒素原料はNH3であるので、請
求項8の作用効果に加えて、NH3の分解によって生成
される水素によって、結晶表面に吸着している未反応の
有機原料や、有機物の水素によるクリーニング効果が期
待でき、表面の汚染による表面抵抗の増加を防止でき
る。
According to the ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a group III nitride semiconductor according to the eighth aspect, the nitrogen source contained in the cooling atmosphere is NH 3. In addition to the effect, the hydrogen generated by the decomposition of NH 3 can be expected to have a cleaning effect due to the unreacted organic raw material adsorbed on the crystal surface and the hydrogen of the organic substance, thereby preventing an increase in surface resistance due to surface contamination. it can.

【0261】また、請求項10記載の発明によれば、M
gと同時にBが添加されているp型AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)を、水素ガスを含む反応系で結晶成長
し、その結晶成長直後の結晶成長温度からの冷却を、N
3の冷却雰囲気で行なうようになっており、冷却雰囲
気がNH3ガスであるので、その分解によって生成され
る原子状窒素による結晶表面の分解抑制効果と水素によ
るクリーニング効果を、混合ガス雰囲気の場合よりも効
果的に得ることができ、その結果、従来よりも高いキャ
リア濃度のp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)をas
−grownで作製できる。
According to the tenth aspect of the present invention, M
p-type Al x Ga (1-x) N to which B is added at the same time as
(0 ≦ x ≦ 1) is grown in a reaction system containing hydrogen gas, and cooling from the crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed by N
Since the cooling is performed in a cooling atmosphere of H 3 , and the cooling atmosphere is NH 3 gas, the effect of suppressing the decomposition of the crystal surface by the atomic nitrogen generated by the decomposition and the cleaning effect by the hydrogen can be reduced. As a result, p-type Al x Ga.sub. (1-x) N (0.ltoreq.x.ltoreq.1 ) having a higher carrier concentration than before can be obtained.
-Grown.

【0262】また、請求項11記載の発明によれば、M
gと同時にBが添加されているp型AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)を含む半導体積層構造を、水素ガスを含
む反応系で結晶成長し、その結晶成長直後の結晶成長温
度からの冷却を、窒素原料を含む雰囲気で行うようにな
っており、MgとBを同時に添加しての高キャリア濃度
のAlxGa(1-x)N(0≦x≦1)の結晶成長と、窒素
原料を含む雰囲気ガス中での冷却とを組み合わせること
で、従来難しかったAlxGa(1-x)N(0≦x≦1)の
as−grownでのp型結晶が得られる。
Further, according to the eleventh aspect of the present invention, M
p-type Al x Ga (1-x) N to which B is added at the same time as
The semiconductor multilayer structure including (0 ≦ x ≦ 1) is crystal-grown in a reaction system containing hydrogen gas, and cooling from the crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed in an atmosphere containing a nitrogen source. , Mg and B are simultaneously added, and crystal growth of Al x Ga.sub. (1-x) N (0.ltoreq.x.ltoreq.1 ) with high carrier concentration is combined with cooling in an atmosphere gas containing a nitrogen source. As a result, a p-type crystal of Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1), which has been difficult in the past, can be obtained as-grown.

【0263】AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)が単層、
あるいは積層構造の最表面に結晶成長される場合におい
ては、冷却雰囲気に含まれる窒素原料が、AlGaNの
生成反応に寄与する原子状の窒素を生成するため、Al
GaN結晶表面からの窒素の解離が防止され、その結
果、ドナー性欠陥となる窒素空孔の生成が抑制され、表
面の高抵抗化が防止される。
Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) is a single layer,
Alternatively, when the crystal is grown on the outermost surface of the laminated structure, the nitrogen source contained in the cooling atmosphere generates atomic nitrogen that contributes to the formation reaction of AlGaN.
Dissociation of nitrogen from the GaN crystal surface is prevented, and as a result, generation of nitrogen vacancies serving as donor defects is suppressed, and the surface is prevented from increasing in resistance.

【0264】窒素原料による分解の抑制は、p型AlG
aNだけではなく、他のIII族窒化物結晶にも効果があ
るので、半導体装置を構成するIII族窒化物積層構造の
最表面の熱分解による劣化が防止され、結晶品質の良い
結晶を半導体装置に使用することができる。従って、従
来よりも電気的特性が優れ、高信頼性の半導体装置を作
製することができる。
The suppression of decomposition by the nitrogen raw material is controlled by p-type AlG
Since it is effective not only for aN but also for other group III nitride crystals, deterioration of the outermost surface of the group III nitride laminated structure constituting the semiconductor device due to thermal decomposition is prevented, and a crystal having good crystal quality can be used for the semiconductor device. Can be used for Accordingly, a highly reliable semiconductor device having excellent electric characteristics as compared with the related art can be manufactured.

【0265】また、p型化のための熱処理を必要としな
いため、半導体装置の作製工程を簡略化できるととも
に、熱処理の設備費とエネルギー消費を削減できるの
で、低コストで半導体装置を作製することができる。
Further, since heat treatment for p-type conversion is not required, the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified, and equipment cost and energy consumption for heat treatment can be reduced. Can be.

【0266】また、請求項12記載の発明によれば、請
求項11記載の半導体装置の作製方法において、冷却雰
囲気中に含まれる窒素原料はNH3であるので、請求項
8の作用効果に加えて、NH3の分解によって生成され
る水素によって、結晶表面に吸着している未反応の有機
原料や、有機物の水素によるクリーニング効果が期待で
き、表面の汚染による表面抵抗の増加を防止できる。
According to the twelfth aspect of the present invention, in the method of fabricating a semiconductor device according to the eleventh aspect, the nitrogen source contained in the cooling atmosphere is NH 3. Thus, the cleaning effect of the unreacted organic raw material adsorbed on the crystal surface or the organic hydrogen can be expected by the hydrogen generated by the decomposition of NH 3 , and an increase in surface resistance due to surface contamination can be prevented.

【0267】従って、従来よりも高いキャリア濃度のp
型AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)をas−grown
で作製できるとともに、従来よりも電気的特性が優れ、
高信頼性の半導体装置を低コストで作製することができ
る。
Therefore, the carrier concentration of p
Type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) as-grown
In addition to being able to be manufactured, the electrical characteristics are better than before,
A highly reliable semiconductor device can be manufactured at low cost.

【0268】また、請求項13記載の発明によれば、M
gと同時にBが添加されているp型AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)を含む半導体積層構造を、水素ガスを含
む反応系で結晶成長し、その結晶成長直後の結晶成長温
度からの冷却を、NH3の冷却雰囲気で行なうようにな
っており、冷却雰囲気がNH3ガスであるので、その分
解によって生成される原子状窒素による結晶表面の分解
抑制効果と水素によるクリーニング効果を、混合ガス雰
囲気の場合よりも効果的に得ることができ、その結果、
従来よりも高いキャリア濃度のp型AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)をas−grownで作製できる。これ
により、従来よりも電気的特性が優れ、高信頼性の半導
体装置を低コストで作製することができる。
Further, according to the thirteenth aspect, M
p-type Al x Ga (1-x) N to which B is added at the same time as
The semiconductor laminated structure including (0 ≦ x ≦ 1) is crystal-grown in a reaction system containing hydrogen gas, and cooling from the crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed in a cooling atmosphere of NH 3. Since the cooling atmosphere is NH 3 gas, the effect of suppressing the decomposition of the crystal surface by the atomic nitrogen generated by the decomposition and the cleaning effect by hydrogen can be obtained more effectively than in the case of the mixed gas atmosphere. result,
P-type Al x Ga (1-x) N with higher carrier concentration than before
(0 ≦ x ≦ 1) can be produced as-grown. Thus, a highly reliable semiconductor device which has better electric characteristics than a conventional semiconductor device can be manufactured at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るIII族窒化物半導体の一例を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a group III nitride semiconductor according to the present invention.

【図2】本発明に係る半導体装置の一例を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a semiconductor device according to the present invention.

【図3】本発明に係る半導体装置の一例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a semiconductor device according to the present invention.

【図4】本発明に係る半導体装置の他の構成例を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing another configuration example of the semiconductor device according to the present invention.

【図5】本発明に係る半導体装置の他の構成例を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing another configuration example of the semiconductor device according to the present invention.

【図6】本発明のp型AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)
の結晶成長後の冷却過程を説明するための図である。
FIG. 6 shows a p-type Al x Ga.sub. (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a cooling process after crystal growth of FIG.

【図7】フォトダイオードの一例を示す図である。FIG. 7 illustrates an example of a photodiode.

【図8】図7のフォトダイオードとなる積層構造の結晶
成長後の冷却過程を説明するための図である。
8 is a diagram for explaining a cooling process after crystal growth of a stacked structure that becomes the photodiode of FIG. 7;

【図9】フォトダイオードの一例を示す図である。FIG. 9 illustrates an example of a photodiode.

【図10】図9のフォトダイオードとなる積層構造の結
晶成長後の冷却過程を説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining a cooling process after crystal growth of a stacked structure that becomes the photodiode of FIG. 9;

【図11】端面発光型発光ダイオードの一例を示す図で
ある。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an edge-emitting light emitting diode.

【図12】図11の端面発光型発光ダイオードとなる積
層構造の結晶成長後の冷却過程を説明するための図であ
る。
FIG. 12 is a diagram for explaining a cooling process after crystal growth of a stacked structure that becomes the edge emitting light emitting diode of FIG. 11;

【図13】半導体レーザーの一例を示す斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing an example of a semiconductor laser.

【図14】図13の半導体レーザーの光出射方向に垂直
な面での断面図である。
14 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the light emission direction of the semiconductor laser in FIG.

【図15】図13,図14の半導体レーザーとなる積層
構造の結晶成長後の冷却過程を説明するための図であ
る。
FIG. 15 is a view for explaining a cooling process after crystal growth of a laminated structure which becomes the semiconductor laser of FIGS. 13 and 14;

【図16】半導体レーザーの一例を示す斜視図である。FIG. 16 is a perspective view showing an example of a semiconductor laser.

【図17】図16の半導体レーザーの光出射方向に垂直
な面での断面図である。
17 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the light emission direction of the semiconductor laser in FIG.

【図18】図16,図17の半導体レーザーとなる積層
構造の結晶成長後の冷却過程を説明するための図であ
る。
FIG. 18 is a diagram for explaining a cooling process after crystal growth of the laminated structure that becomes the semiconductor laser of FIGS. 16 and 17;

【図19】従来の半導体レーザーを示す図である。FIG. 19 is a view showing a conventional semiconductor laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,20,40,60,80 サファイア基
板 11,41,81 低温GaNバッファー層 12,82 p型Al0.08Ga0.92N 層 21, 低温AlNバッファー層 22,62 n型 Al0.03Ga0.97Nコンタ
クト層 23,123 n型Al0.07Ga0.93Nクラッ
ド層 24 In0.17Ga0.83N活性層 25,128 p型Al0.07Ga0.93Nクラッ
ド層 26,69,115,129,149 p型G
aNコンタクト層 27,47,70,104,130,150
SiO2からなる絶縁保護膜 28,48,71,95,105,116,131,1
51,170p側オーミック電極 29,49,72,96,106,117,132,1
52,171n側オーミック電極 30,50,73,107 配線電極 42 n型GaNコンタクト層 43 低温n型 Al0.1Ga0.9Nバッファー
層 44,92,102 n型Al0.08Ga0.92
層 45,93,103 p型 Al0.08Ga0.92
N層 46,94 AlNキャップ層 61 AlGaN低温バッファー層 63 n型Al0.08Ga0.92Nクラッド層 64,124,164 n型GaNガイド層 65,125 In0.15Ga0.85N/In0.02
Ga0.98N多重量子井戸活性層(2ペア) 66,126 p型Al0.2Ga0.8N層 67,127,167 p型GaNガイド層 68 p型Al0.08Ga0.92Nクラッド層 90,100,110,120,140,160
n型GaN基板 91,101 低温n型 Al0.1Ga0.9Nバ
ッファー層 111 n型 Al0.07Ga0.93N低温バッフ
ァー層 112 n型Al0.2Ga0.8Nクラッド層 113 Al0.07Ga0.93N活性層 114 p型Al0.2Ga0.8Nクラッド層 121,141 n型AlGaN低温バッファ
ー層 122,142 n型Al0.03Ga0.97N高温
バッファー層 143 n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層 144 n型 Al0.1Ga0.9Nガイド層 145 GaN/Al0.1Ga0.9N多重量子井
戸活性層 146 p型Al0.2Ga0.8N層 147 p型 Al0.1Ga0.9Nガイド層 148 p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層 161 n型GaNより成る第2のバッファー
層 162 n型In0.1Ga0.9Nクラック防止層 163 n型Al0.2Ga0.8N/GaN超格子
より成るクラッド層 165 In0.05Ga0.95N/In0.2Ga0.8
N多重量子井戸構造の活性層 166 p型Al0.3Ga0.7Nキャップ層 168 p型Al0.2Ga0.8N/GaN超格子
クラッド層 169 p型GaNコンタクト層 201,202,700 光出射端面 203,300,500,600 受光面 400,800,900 電流狭窄リッジ構造 401,402, 801,802,901,902
光共振器端面 1000,2000 半導体レーザーの積層構
10, 20, 40, 60, 80 Sapphire substrate 11, 41, 81 Low-temperature GaN buffer layer 12, 82 p-type Al 0.08 Ga 0.92 N layer 21, low-temperature AlN buffer layer 22, 62 n-type Al 0.03 Ga 0.97 N contact layer 23 , 123 n-type Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 24 In 0.17 Ga 0.83 N active layer 25, 128 p-type Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 26, 69, 115, 129, 149 p-type G
aN contact layer 27, 47, 70, 104, 130, 150
Insulating protective film 28, 48, 71, 95, 105, 116, 131, 1 made of SiO 2
51, 170p side ohmic electrode 29, 49, 72, 96, 106, 117, 132, 1
52,171n side ohmic electrode 30,50,73,107 wiring electrode 42 n-type GaN contact layer 43 cold n-type Al 0.1 Ga 0.9 N buffer layer 44,92,102 n-type Al 0.08 Ga 0.92 N
Layers 45, 93, 103 p-type Al 0.08 Ga 0.92
N layer 46,94 AlN cap layer 61 AlGaN low temperature buffer layer 63 n-type Al 0.08 Ga 0.92 N cladding layer 64,124,164 n-type GaN guide layer 65,125 In 0.15 Ga 0.85 N / In 0.02
Ga 0.98 N multiple quantum well active layer (2 pairs) 66,126 p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 67,127,167 p-type GaN guide layer 68 p-type Al 0.08 Ga 0.92 N cladding layer 90,100,110,120 , 140,160
n-type GaN substrate 91, 101 low-temperature n-type Al 0.1 Ga 0.9 N buffer layer 111 n-type Al 0.07 Ga 0.93 N low-temperature buffer layer 112 n-type Al 0.2 Ga 0.8 N cladding layer 113 Al 0.07 Ga 0.93 N active layer 114 p-type Al 0.2 Ga 0.8 N cladding layer 121, 141 n-type AlGaN low temperature buffer layer 122, 142 n-type Al 0.03 Ga 0.97 N high temperature buffer layer 143 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 144 n-type Al 0.1 Ga 0.9 N guide layer 145 GaN / Al 0.1 Ga 0.9 N multiple quantum well active layer 146 p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 147 p-type Al 0.1 Ga 0.9 N guide layer 148 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 161 second buffer made of n-type GaN layer 162 n-type In 0.1 Ga 0.9 n anti-cracking layer 163 n-type Al 0.2 Ga 0.8 n / G Cladding layer made of N superlattice 165 In 0.05 Ga 0.95 N / In 0.2 Ga 0.8
N multiple quantum active layer well structure 166 p-type Al 0.3 Ga 0.7 N cap layer 168 p-type Al 0.2 Ga 0.8 N / GaN superlattice cladding layer 169 p-type GaN contact layer 201,202,700 light emitting facet 203,300, 500,600 Light receiving surface 400,800,900 Current constriction ridge structure 401,402,801,802,901,902
Optical cavity facet 1000,2000 Stacked structure of semiconductor laser

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三樹 剛 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 5F041 AA03 AA21 AA43 CA40 CA57 CA65 FF13 FF14 5F045 AA04 AB14 AB17 AC08 AC12 AD12 AD14 AF04 BB16 CA12 DA53 DA55 5F073 AA13 AA45 AA74 BA01 BA05 CA07 CB05 DA05 DA11 DA21 DA31 EA28  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tsuyoshi Miki 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo F-term in Ricoh Co., Ltd. (Reference) 5F041 AA03 AA21 AA43 CA40 CA57 CA65 FF13 FF14 5F045 AA04 AB14 AB17 AC08 AC12 AD12 AD14 AF04 BB16 CA12 DA53 DA55 5F073 AA13 AA45 AA74 BA01 BA05 CA07 CB05 DA05 DA11 DA21 DA31 EA28

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Mgが添加されたp型AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)において、前記p型AlxGa(1-x)
(0≦x≦1)には、Mgと同時にBが添加されている
ことを特徴とするIII族窒化物半導体。
1. A p-type Al x Ga.sub. (1-x) N doped with Mg.
(0 ≦ x ≦ 1), the p-type Al x Ga (1-x) N
(0 ≦ x ≦ 1), wherein B is added simultaneously with Mg.
【請求項2】 請求項1記載のIII族窒化物半導体を含
む半導体積層構造を有していることを特徴とする半導体
装置。
2. A semiconductor device having a semiconductor multilayer structure including the group III nitride semiconductor according to claim 1.
【請求項3】 請求項2記載の半導体装置において、p
側オーミック電極を形成するコンタクト層に請求項1記
載のIII族窒化物半導体を用いることを特徴とする半導
体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein p
A semiconductor device comprising the group III nitride semiconductor according to claim 1 used for a contact layer forming a side ohmic electrode.
【請求項4】 請求項2または請求項3記載の半導体装
置において、該半導体装置は半導体発光素子であること
を特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 2, wherein said semiconductor device is a semiconductor light emitting element.
【請求項5】 請求項4記載の半導体装置において、前
記半導体発光素子は半導体レーザー素子であることを特
徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein said semiconductor light emitting device is a semiconductor laser device.
【請求項6】 請求項4または請求項5記載の半導体装
置において、前記半導体発光素子は、発光波長が400
nm以下であることを特徴とする半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor light emitting element has an emission wavelength of 400.
a semiconductor device characterized by having a diameter of not more than nm.
【請求項7】 請求項5記載の半導体装置において、半
導体装置としての半導体レーザー素子は、請求項1記載
のIII族窒化物半導体をクラッド層に用いた少なくとも
1つのp−n接合を有していることを特徴とする半導体
装置。
7. A semiconductor device according to claim 5, wherein the semiconductor laser device as a semiconductor device has at least one pn junction using the group III nitride semiconductor according to claim 1 for a cladding layer. A semiconductor device.
【請求項8】 Mgと同時にBが添加されているp型A
xGa(1-x)N(0≦x≦1)を、水素ガスを含む反応
系で結晶成長し、その結晶成長直後の結晶成長温度から
の冷却を、窒素原料を含む冷却雰囲気で行うことを特徴
とするIII族窒化物半導体の作製方法。
8. A p-type A in which B is added simultaneously with Mg.
Crystal growth of l x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1) is performed in a reaction system containing hydrogen gas, and cooling from the crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed in a cooling atmosphere containing a nitrogen source. A method for manufacturing a group III nitride semiconductor, comprising:
【請求項9】 請求項8記載のIII族窒化物半導体の作
製方法において、冷却雰囲気中に含まれる窒素原料はN
3であることを特徴とするIII族窒化物半導体の作製方
法。
9. The method for manufacturing a group III nitride semiconductor according to claim 8, wherein the nitrogen source contained in the cooling atmosphere is N
A method for manufacturing a group III nitride semiconductor, which is H 3 .
【請求項10】 Mgと同時にBが添加されているp型
AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)を、水素ガスを含む反
応系で結晶成長し、その結晶成長直後の結晶成長温度か
らの冷却を、NH3の冷却雰囲気で行なうことを特徴と
するIII族窒化物半導体の作製方法。
The 10. p-type Mg simultaneously B is added Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x ≦ 1), and crystal growth in a reaction system containing a hydrogen gas, immediately after the crystal growth A method for producing a group III nitride semiconductor, wherein cooling from a crystal growth temperature is performed in a cooling atmosphere of NH 3 .
【請求項11】 Mgと同時にBが添加されているp型
AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)を含む半導体積層構造
を、水素ガスを含む反応系で結晶成長し、その結晶成長
直後の結晶成長温度からの冷却を、窒素原料を含む雰囲
気で行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
11. A semiconductor laminated structure containing p-type Al x Ga.sub. (1-x) N (0.ltoreq.x.ltoreq.1 ) to which B is added simultaneously with Mg is crystal-grown in a reaction system containing hydrogen gas. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein cooling from a crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed in an atmosphere containing a nitrogen source.
【請求項12】 請求項11記載の半導体装置の作製方
法において、冷却雰囲気中に含まれる窒素原料はNH3
であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
12. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the nitrogen source contained in the cooling atmosphere is NH 3.
A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項13】 Mgと同時にBが添加されているp型
AlxGa(1-x)N(0≦x≦1)を含む半導体積層構造
を、水素ガスを含む反応系で結晶成長し、その結晶成長
直後の結晶成長温度からの冷却を、NH3の冷却雰囲気
で行なうことを特徴とする半導体装置の作製方法。
13. A semiconductor laminated structure containing p-type Al x Ga.sub. (1-x) N (0.ltoreq.x.ltoreq.1 ) to which B is added simultaneously with Mg is crystal-grown in a reaction system containing hydrogen gas. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein cooling from a crystal growth temperature immediately after the crystal growth is performed in a cooling atmosphere of NH 3 .
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