JP2003273469A - 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法 - Google Patents

窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法

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JP2003273469A JP2002072692A JP2002072692A JP2003273469A JP 2003273469 A JP2003273469 A JP 2003273469A JP 2002072692 A JP2002072692 A JP 2002072692A JP 2002072692 A JP2002072692 A JP 2002072692A JP 2003273469 A JP2003273469 A JP 2003273469A
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Naotaka Kuroda
尚孝 黒田
Chiaki Sasaoka
千秋 笹岡
Masaru Kuramoto
大 倉本
Akitaka Kimura
明隆 木村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】III族窒化物半導体素子におけるヘテロ界面の
ｐ型不純物プロファイルを高度に制御し、所望の素子性
能を安定的に実現する層構造を提供する。 【解決手段】ｐ−ＧａＮ光ガイド層９０１上に開口部を
有するＳｉＯ2マスク９０２を形成し、その開口部から
ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層９０３を成長させ、さらにそ
の上にｐ−ＧａＮコンタクト層９０４が形成する。ｐ−
ＡｌＧａＮクラッド層９０３は、ＳｉＯ2マスク９０２
開口部から縦方向および横方向に成長することによって
リッジ形状をなす。この層構成において、界面１のヘテ
ロ界面近傍のｐ型不純物密度を以下のように規定する。
すなわち、界面１から上方０．１μｍにわたるｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層９０４中の領域におけるｐ型不純物密度
をＮ １、上記界面１から上方０．０１μｍにわたるｐ−
ＧａＮコンタクト層９０４中の領域におけるｐ型不純物
密度をＮ２としたときにＮ１＜Ｎ２、好ましくは１．５
×Ｎ１＜Ｎ２＜２０×Ｎ１とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、III族窒化物半導
体素子の界面近傍におけるｐ型不純物のドーピングプロ
ファイル制御技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】III族窒化物半導体材料は、禁制帯幅が
充分大きく、バンド間遷移も直接遷移型であるため、短
波長発光素子への適用が盛んに検討されている。また、
高い破壊電界強度、高い電子走行速度を有することか
ら、高温・高耐圧・高出力の電子素子としての応用が期
待されている。
【０００３】こうしたIII族窒化物半導体素子の性能向
上を図る上で、半導体層中への不純物のドーピング、特
にｐ型不純物のドーピング制御は重要な技術的意義を有
している。III族窒化物半導体素子を構成する半導体層
は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）、分子線気相成
長法（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）
等の気相成長法を用いて下地基板上にエピタキシャル成
長を行うことにより得られる。これらの層成長を行う
際、不純物原料のガスを同時に流すことにより、層中に
所定量の不純物が導入される。ｐ型不純物の導入におい
ては、マグネシウムなどのアクセプタなどをドープする
ことにより半導体層の導電型をｐ型にする。
【０００４】ところが、不純物、特にｐ型不純物である
マグネシウムの不純物密度分布を設計通りのプロファイ
ルとすることは容易ではなく、特にヘテロ界面近傍にお
いては、成長雰囲気中のｐ型不純物ガス流量が変化する
ことから、所望のドーピングプロファイルを得ることが
より一層困難となる。
【０００５】ヘテロ界面近傍における不純物密度を制御
する方法に関しては、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体等の層成
長プロセスにおいていくつかの提案がなされている。特
開平６−１３３３４号公報には、ＡｌＧａＩｎＰ系材料
におけるｐ型ドーパントとしてのＭｇにはドーピング遅
れという問題があることが指摘されている。同公報によ
れば、かかるドーピング遅れの問題について、以下のよ
うに記載されている。
【０００６】結晶成長中にＭｇをドーピングしても、そ
の初期においては希望した量のＭｇがドーピングされな
い。すなわち、Ｍｇの供給を開始してから、実際に結晶
中にＭｇが取り込まれるまでに時間がかかる。このドー
ピング遅れの現象は、Ａｌを含むＡｌＧａＩｎＰ系材料
では比較的小さいが、Ａｌを含まないＧａＩｎＰ、Ｇａ
Ａｓ等では顕著に表れ、大きな問題となる。ニシカワら
（Nishikawa et al）は、Ｍｇのドーピング遅れは、成
長温度、母体がＩｎＡｌＰであるかＩｎＧａＰであるか
により大きく変化するが、このドーピング遅れは、固相
表面に一定量のＭｇが蓄積されるまでは、ドーピングが
開始しないというモデルによって説明することができる
と述べている。（Extended Abstracts of the 22nd,199
0 International Conference on Ｓolid Ｓtate Device
s and Materials, 仙台, 1990,pp.509-512）.ハタノら
（Hatano et al）は、ドーピング遅れのないＭｇドーピ
ングを実現するためにトリメチルアルミニウムとジメチ
ルマグネシウムとのアダクト（adduct）を用いることを
提案している（Appl.Phys. Lett.,Vol.58, No.14,1991,
pp.1488-1490） 。
【０００７】上記公報では、かかる問題を解決するた
め、ｐ型不純物としてＭｇの有機金属化合物とＡｌの有
機金属化合物との混合ガスを用い、成長初期の界面近傍
でIII族元素としてＡｌを約０．０２以上約０．１以下
含むＭｇドープのｐ型層を成長させる方法が提案されて
いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報等の不純物導入量の制御に関する従来技術は、いずれ
もＡｌＧａＩｎＰ等の半導体層に対する導入技術に関す
るものであり、III族窒化物半導体における不純物導入
量の制御に対して有効な教示を与えるものではなかっ
た。たとえば、上記公報記載の技術は、ドーピング遅れ
の現象が、Ａｌを含むＡｌＧａＩｎＰ系材料では比較的
小さいことを利用するものであり、不純物導入対象とな
る半導体層の特性に対応した解決手段が採用されてい
る。
【０００９】III族窒化物半導体は、よく知られている
ように、Ｍｇ等のｐ型不純物の活性化率が他のIII−Ｖ
族化合物半導体に比べて著しく低いため、外的要因、た
とえばマスク成長を行った際の汚染の混入等によって、
実効的なキャリア密度が大きく変動しやすい。さらに、
III族窒化物半導体では、ヘテロ界面において歪による
ピエゾ電界が発生するため、所望の素子性能を安定的に
実現することは、より一層困難となる。こうしたことか
ら、III族窒化物半導体素子における優れたＩ−Ｖ特性
等を実現するための不純物導入量の制御に関しては、他
のIII−Ｖ族化合物半導体素子とは異なる設計思想を採
用することが重要となる。
【００１０】本発明は、上記事情に鑑みなされたもので
あって、III族窒化物半導体素子におけるヘテロ界面の
ｐ型不純物プロファイルを高度に制御し、所望の素子性
能を安定的に実現する層構造を提供することを目的とす
る。たとえば半導体レーザ等の発光素子においては、Ｉ
−Ｖ特性を改善することにより、駆動電圧の小さい素子
を実現することを目的とする。また、電子素子におい
て、直列抵抗の低減等により素子性能の向上を図ること
を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ｎ型ま
たはｉ型の導電型を有する第一のIII族窒化物半導体層
と、該第一のIII族窒化物半導体層上に形成されたｐ型
の導電型を有する第二のIII族窒化物半導体層と、を有
し、第一のIII族窒化物半導体層と第二のIII族窒化物半
導体層との界面から上方０．１μｍにわたる第二のIII
族窒化物半導体層中の領域における平均ｐ型不純物密度
をＮ１、前記界面から上方０．０１μｍにわたる第二の
III族窒化物半導体層中の領域における平均ｐ型不純物
密度をＮ ２としたときにＮ１＜Ｎ２であることを特徴と
するIII族窒化物半導体素子が提供される。
【００１２】また本発明によれば、ｎ型またはｉ型の導
電型を有する第一のIII族窒化物半導体層を形成する工
程と、該第一のIII族窒化物半導体層上に、ｐ型の導電
型を有する第二のIII族窒化物半導体層を成長させる工
程と、を含み、第一のIII族窒化物半導体層と第二のIII
族窒化物半導体層との界面から上方０．１μｍにわたる
第二のIII族窒化物半導体層中の領域における平均ｐ型
不純物ドーピング密度をＸ１、前記界面から上方０．０
１μｍにわたる第二のIII族窒化物半導体層中の領域に
おける平均ｐ型不純物ドーピング密度をＸ２としたとき
にＸ１＜Ｘ２とすることを特徴とするIII族窒化物半導
体素子の製造方法が提供される。
【００１３】本発明は、ｎ型またはｉ型の導電型を有す
る第一のIII族窒化物半導体層の上にｐ型の導電型を有
する第二のIII族窒化物半導体層を形成した構成を有す
る。この構成において、界面近傍の第二のIII族窒化物
半導体層中のｐ型不純物密度は、製造プロセスの条件の
変動により一定程度ばらつくことが避けられない。特に
ｐ型窒化ガリウム系半導体層においては、Ｍｇ等のｐ型
不純物の活性化率が他のIII−Ｖ族化合物半導体に比べ
て著しく低いため、様々な要因によって実効的なキャリ
ア密度が大きく変動しやすい。
【００１４】そこで、本発明においては、界面近傍のｐ
型不純物密度N１を界面から比較的離れた領域に渡るｐ
型不純物密度N２よりも高くしている。こうすることに
より、界面近傍不純物密度が製造プロセス要因等により
変動した場合であっても、この領域が高抵抗化すること
なく、安定した層抵抗を実現することができ、この結
果、Ｉ−Ｖ特性の改善等、素子の性能の改善効果を得る
ことができる。
【００１５】本発明によれば、界面上部のｐ型半導体層
のｐ型不純物分布を高精度に制御することができる。た
とえば、界面直上に急峻な立ち上がりを有するｐ型不純
物密度分布を実現することができる。
【００１６】半導体レーザなどのｐｎ接合を有するIII
族窒化物半導体素子の製造プロセスにおいては、ｎ型半
導体層の直上に厚み５０ｎｍ以下、不純物密度１×１０
１９ｃｍ-３以上の高濃度ｐ型半導体層を形成する必要
が生じる。このような高濃度の不純物ドーピングが必要
になるのは前述したように、ｐ型不純物の活性化率が他
のIII−Ｖ族化合物半導体に比べて著しく低いというIII
族窒化物半導体の性質による。従来技術では、こうした
層構造におけるｐ型半導体層の不純物密度を所望通りに
制御することはきわめて困難であったが、本発明によれ
ば、こうした層構造を安定的に作製することができる。
【００１７】本発明によれば、第一のIII族窒化物半導
体層と、該第一のIII族窒化物半導体層に接して形成さ
れた第二のIII族窒化物半導体層とが、［x，y，−（x＋
y），z］（ｘ、ｙは任意の整数であり、ｚは自然数）で
表される結晶軸方向に積層した層構造を有し、積層方向
と垂直な平面内における第一のIII族窒化物半導体層の
平均格子定数が、積層方向と垂直な平面内における第二
のIII族窒化物半導体層の平均格子定数よりも小さく、
第一のIII族窒化物半導体層と第二のIII族窒化物半導体
層との界面から０．１μｍにわたる第一のIII族窒化物
半導体層中の領域における平均ｐ型不純物密度をＮ１、
前記界面から０．０１μｍにわたる第二のIII族窒化物
半導体層中の領域における平均ｐ型不純物密度をＮ２と
したときにＮ１＜Ｎ２であることを特徴とするIII族窒
化物半導体素子が提供される。
【００１８】また本発明によれば、第一のIII族窒化物
半導体層と、該第一のIII族窒化物半導体層に接して形
成された第二のIII族窒化物半導体層とが、［x，y，−
（x＋y），z］（ｘ、ｙは任意の整数であり、ｚは自然
数）で表される結晶軸方向に積層した層構造を有し、積
層方向と垂直な平面内における第一のIII族窒化物半導
体層の平均格子定数が、積層方向と垂直な平面内におけ
る第二のIII族窒化物半導体層の平均格子定数よりも小
さいIII族窒化物半導体素子の製造方法であって、第一
のIII族窒化物半導体層および第二のIII族窒化物半導体
層をこの順で成長させる工程を含み、第一のIII族窒化
物半導体層と第二のIII族窒化物半導体層との界面から
０．１μｍにわたる第一のIII族窒化物半導体層中の領
域における平均ｐ型不純物ドーピング密度をＸ１、前記
界面から０．０１μｍにわたる第一のIII族窒化物半導
体層中の領域における平均ｐ型不純物ドーピング密度を
Ｘ２としたときにＸ１＜Ｘ２とすることを特徴とするII
I族窒化物半導体素子の製造方法が提供される。
【００１９】また本発明によれば、第一のIII族窒化物
半導体層と、該第一のIII族窒化物半導体層に接して形
成された第二のIII族窒化物半導体層とが、［x，y，−
（x＋y），z］（ｘ、ｙは任意の整数であり、ｚは自然
数）で表される結晶軸方向に積層した層構造を有し、積
層方向と垂直な平面内における第二のIII族窒化物半導
体層の平均格子定数が、積層方向と垂直な平面内におけ
る第一のIII族窒化物半導体層の平均格子定数よりも小
さいIII族窒化物半導体素子の製造方法であって、第一
のIII族窒化物半導体層および第二のIII族窒化物半導体
層をこの順で成長させる工程を含み、第一のIII族窒化
物半導体層と第二のIII族窒化物半導体層との界面から
０．１μｍにわたる第二のIII族窒化物半導体層中の領
域における平均ｐ型不純物ドーピング密度をＸ１、前記
界面から０．０１μｍにわたる第二のIII族窒化物半導
体層中の領域における平均ｐ型不純物ドーピング密度を
Ｘ２としたときにＸ１＜Ｘ２とすることを特徴とするII
I族窒化物半導体素子の製造方法が提供される。
【００２０】上記発明は、ピエゾ電界の発生する界面に
おける不純物密度制御技術に関するものである。層成長
方向にピエゾ電界が発生する半導体層構造では、設計通
りのｐ型不純物プロファイルを実現した場合でも、層成
長方向に高い抵抗が発生する。本発明は、こうしたピエ
ゾ電界に起因する高抵抗成分の発生を抑制するものであ
る。すなわち、界面近傍の半導体層に高密度のｐ型不純
物をドープし、かかるｐ型不純物によりピエゾ電界を遮
蔽し、低抵抗化を図るものである。
【００２１】ピエゾ電界の発生する界面とは、たとえ
ば、ウルツ鉱型結晶構造を有するIII族窒化物半導体層
の界面であって、界面を挟む各層の格子定数が異なる場
合が挙げられる。この格子定数とは、第一または第二の
半導体層の層厚方向と垂直な平面内における格子定数の
平均値をいう。たとえばサファイアｃ面に成長させたＡ
ｌＧａＮ層を第一の単結晶層とした場合、ａ軸の格子定
数が面内平均格子定数となる。なお、第一の単結晶層が
層厚方向に組成変化している場合は、格子定数の平均値
は、面内平均格子定数を層厚方向に平均した値を意味す
るものとする。
【００２２】上記発明において、格子定数の小さい半導
体層の材料としてＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を
選択し、格子定数の大きい半導体層の材料としてＡｌｙ
Ｇａ １−ｙＮ（０≦ｙ≦ｘ≦１）またはＩｎｚＧａ
１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）を選択することができる。たと
えば、格子定数の小さい半導体層の材料としてＡｌｘＧ
ａ １−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を選択し、格子定数の大きい
半導体層の材料としてＧａＮを選択することができる。
このような層構造ではピエゾ電界による高抵抗成分の発
生が問題になるところ、本発明によれば、かかる課題が
効果的に解決される。
【００２３】本発明によれば、ｐ型の導電型を有する第
一のIII族窒化物半導体層と、該第一のIII族窒化物半導
体層上に形成された、開口部を有するマスクと、該マス
クの開口部に露出した前記第一のIII族窒化物半導体層
から成長した、ｐ型の導電型を有する第二のIII族窒化
物半導体層と、を有し、第一のIII族窒化物半導体層と
第二のIII族窒化物半導体層との界面から上方０．１μ
ｍにわたる第二のIII族窒化物半導体層中の領域におけ
る平均ｐ型不純物密度をＮ１、前記界面から上方０．０
５μｍにわたる第二のIII族窒化物半導体層中の領域に
おける平均ｐ型不純物密度をＮ２としたときにＮ１＜Ｎ
２であることを特徴とするIII族窒化物半導体素子が提
供される。
【００２４】また本発明によれば、ｐ型の導電型を有す
る第一のIII族窒化物半導体層を形成する工程と、該第
一のIII族窒化物半導体層上に開口部を有するマスクを
形成する工程と、該マスクの開口部に露出した前記第一
のIII族窒化物半導体層からｐ型の導電型を有する第二
のIII族窒化物半導体層を成長させる工程と、を含み、
第一のIII族窒化物半導体層と第二のIII族窒化物半導体
層との界面から上方０．１μｍにわたる第二のIII族窒
化物半導体層中の領域における平均ｐ型不純物ドーピン
グ密度をＸ１、前記界面から上方０．０１μｍにわたる
第二のIII族窒化物半導体層中の領域における平均ｐ型
不純物ドーピング密度をＸ２としたときにＸ１＜Ｘ２と
することを特徴とするIII族窒化物半導体素子の製造方
法が提供される。
【００２５】上記発明は、第二のIII族窒化物半導体層
をマスク成長により形成するものである。マスク材料と
しては、たとえば酸化シリコンまたは窒化シリコンなど
のシリコンを含むマスク等を用いることができる。本発
明において、マスク開口部から第二のIII族窒化物半導
体層を成長させることとなるため、かかる層中にはマス
クから揮発した物質が混入することとなる。このように
マスク材料が層中に混入すると、設計した特性の半導体
層が得られず、所望の特性を満たす素子を製造安定性よ
く得ることが困難となる。III族窒化物半導体の層成長
においては、マスク材料として酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ２）が広く利用される。ｐ型の導電型を有する第二の
III族窒化物半導体層に酸化シリコンなどが高温で分解
して発生するシリコンが混入すると、ｐ型不純物が補償
されてしまい、高抵抗領域が発生したり、導電型がｎ型
に反転した領域が発生したりする。この結果、所望とお
りの素子特性を得ることが困難となるのである。
【００２６】本発明は、こうした課題を解決するもので
あり、界面近傍のｐ型不純物密度を高密度に設定するこ
とにより、高抵抗領域の発生、ｎ型反転領域の発生を抑
制するものである。
【００２７】本発明によれば、ｐ型III族窒化物半導体
基板と、該ｐ型III族窒化物半導体基板上に形成された
ｐ型III族窒化物半導体層と、を有し、ｐ型III族窒化物
半導体基板とｐ型III族窒化物半導体層との界面から上
方０．１μｍにわたるｐ型III族窒化物半導体層中の領
域における平均ｐ型不純物密度をＮ１、前記界面から上
方０．０１μｍにわたるｐ型III族窒化物半導体層中の
領域における平均ｐ型不純物密度をＮ２としたときにＮ
１＜Ｎ２であることを特徴とするIII族窒化物半導体素
子が提供される。
【００２８】また本発明によれば、ｐ型III族窒化物半
導体基板上にｐ型III族窒化物半導体層を形成する工程
を含み、ｐ型III族窒化物半導体基板とｐ型III族窒化物
半導体層との界面から上方０．１μｍにわたるｐ型III
族窒化物半導体層中の領域におけるｐ型不純物密度をＸ
１、前記界面から上方０．０１μｍにわたるｐ型III族
窒化物半導体層中の領域におけるｐ型不純物密度をＸ２
としたときにＸ１＜Ｘ２とすることを特徴とするIII族
窒化物半導体素子の製造方法が提供される。
【００２９】本発明は、ｐ型III族窒化物半導体基板上
にｐ型III族窒化物半導体層を形成するものである。ｐ
型III族窒化物半導体基板の表面にも再成長時と同様に
しばしばシリコンなどの不純物が付着していることがあ
り、このまま直にｐ型III族窒化物半導体層を形成した
場合、層中の不純物密度プロファイルが設計値通りにな
らなくなり、層の高抵抗化をもたらす原因となる。そこ
で、本発明は、ｐ型半導体層を成長する際のｐ型不純物
ドーピングプロファイルを制御することにより、成長当
初の不純物密度の低下を抑えるとともに、その後の層成
長においても、適正な不純物密度となるように制御して
いる。
【００３０】本発明において、第二の層は、単一組成の
層で構成されていても、組成の異なる複数の層が積層し
た構成をとるものであってもよい。なお、本発明におけ
る半導体層は、通常、所定の基板上に形成される。基板
としては、III族窒化物半導体基板や、異種材料基板を
用いることができる。
【００３１】なお、本発明における半導体素子とは、半
導体レーザ、発光ダイオード等の発光素子、太陽電池、
光センサー等の受光素子、変調器等、さらには、ヘテロ
バイポーラトランジスタ、電界効果型トランジスタ等の
電子素子を含むものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】本発明は、以下のヘテロ界面近傍
の不純物プロファイル制御に好適に適用することができ
る。 (i)ｎ型またはｉ型III族窒化物半導体層と、ｐ型III族
窒化物半導体層との界面 (ii)ＡｌＧａＮ半導体層と、ＧａＮ半導体層との界面 (iii)第一のｐ型半導体層と、その上に選択マスク成長
させた第二のｐ型半導体層との界面 (iv)ｐ型III族窒化物半導体基板と、その上に選択マス
ク成長させたｐ型半導体層との界面 図１は、こうした界面における不純物プロファイル制御
技術を説明するための模式図である。図１に示すよう
に、第一の層および第二の層の界面を基点として、所定
の範囲内にある領域をＡおよびＢを定義する。領域Ａは
界面近傍の領域であり、領域Ｂは界面から比較的遠距離
にわたる領域である。領域Ａおよび領域Ｂの組み合わせ
の例を以下に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】領域Ａおよび領域Ｂの厚みは、適用する層
構造に応じて適宜に設定する。上記例１、２および４で
は、たとえば、界面から０．０１μｍにわたる領域を領
域Ａとし、界面から０．１μｍにわたる領域を領域Ｂと
する。例３では、たとえば、界面から０．０５μｍにわ
たる領域を領域Ａとし、界面から０．１μｍにわたる領
域を領域Ｂとする。なお、例２に関しては、第一の層を
ＡｌＧａＮ半導体層とし、第二の層をＧａＮ半導体層と
し、第一の層中、界面近傍領域の不純物密度を高密度に
設定する方式としてもよい。このように各領域を設定し
た上でｐ型不純物密度を適宜に設計することにより、半
導体層のバルク抵抗の上昇をもたらすことなく界面近傍
の高抵抗成分を効果的に解消することができる。
【００３５】図１において、領域Ａ中のｐ型不純物密度
をＮ１とし、領域Ｂ中の平均ｐ型不純物密度をＮ２とし
たとき、Ｎ２は、Ｎ１よりも大きく設定されるが、高密
度に設定する場合においても、いかなる水準に不純物密
度を設定するか、その値を適切な範囲に制御することが
望ましい。この密度が高すぎれば、抵抗が上昇する上、
結晶の品質が低下することとなり、素子性能の低下をも
たらす場合があるからである。
【００３６】かかるＮ１およびＮ２の密度設定につい
て、以下、図５および図６を参照して詳細に説明する。
図５および図６は、ＭＯＶＰＥにより基板上にＡｌ0.07
Ｇａ0. 93Ｎを１０５０℃にて０．５μｍ程度成長させる
際、ドーピング用のガスであるビスシクロペンタジエニ
ルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）の流量を変化させて得ら
れたＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ層の抵抗率を測定したものであ
る。図中、横軸はドーピングガス流量およびそれに対応
する層中のＭｇ密度である。一方、縦軸はＡｌＧａＮ層
の抵抗率である。
【００３７】図５および図６に示す結果から分るように
ドーピングガス流量ないしＭｇ密度と層抵抗の関係は、
２つのピークを示す。すなわち、図５においては、３×
１０ 19ｃｍ-3近辺（ドーピングガス流量：５０ｓｃｃ
ｍ）に抵抗率が低くなる第一の極小値を有し、また、６
×１０19ｃｍ-3近辺（ドーピングガス流量：１００ｓｃ
ｃｍ）に、第二の極小値を有する。第二の極小値は、第
一の極小値の約２倍のドーピング密度に対応して現れ
る。
【００３８】一方、図６では、ドーピングガス流量が１
×１０19ｃｍ-3近辺（ドーピングガス流量：１０ｓｃｃ
ｍ）近辺に抵抗率の第一の極小値が存在し、さらに８×
１０ 19ｃｍ-3近辺（ドーピングガス流量：８０ｓｃｃ
ｍ）近辺に第二の極小値が存在する。第二の極小値は、
第一の極小値の約８倍のドーピング密度に対応して現れ
る。
【００３９】以上のように、Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ層の抵
抗率はＭｇ密度に対し２つの極小値ないし２つのプラト
ー（平坦部）を有する挙動を示す。こうした挙動は、Ａ
ｌ組成の異なるＡｌＧａＮ層やＧａＮ層にも認めること
ができるが、ＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰ等の半導体では
認められない。すなわち、上記挙動は窒化ガリウム系半
導体に特有の挙動である。
【００４０】上述した実験結果を踏まえ、Ｎ１およびＮ
２の密度設定にあたっては、ヘテロ界面上部における層
中の不純物密度Ｎ１を第一の極小点またはプラトー部近
辺の密度とするとともに、ヘテロ界面近傍における不純
物密度N２を、第二の極小点またはプラトー部が現れる
近辺の密度と設定することが好ましい。こうすることに
より、界面近傍で不純物密度がプロセス要因等により変
動した場合であっても、高抵抗領域ｎ型反転領域の発生
を抑制することができる。界面近傍で第一の極小点また
はプラトー部近辺の密度に設定した場合、メモリ効果や
マスク汚染の影響によりｐ型不純物が補償され、層中で
活性化された不純物が大きく低下し、ｉ型領域に変換し
たり、極端な場合には、ｎ型領域に反転することがあ
る。これに対し、界面近傍不純物密度を第二の極小点ま
たはプラトー部近辺に設定すれば、ｐ型不純物の一部が
補償された場合であっても、一定程度のｐ型不純物が残
存することとなり、この結果、導電型がｉ型ないしｎ型
に変換することを抑制できる。
【００４１】こうした観点から、本発明においては、Ｎ
２／Ｎ１およびＸ２／Ｘ１の値を、好ましくは１．５以
上、より好ましくは２以上とし、好ましくは２０以下、
より好ましくは１５以下とする。こうすることにより、
上記した抵抗極小点またはプラトー部との関係から、様
々な要因により界面近傍の不純物密度がばらついた場合
であっても、高抵抗領域の発生を効果的に抑制すること
ができる。
【００４２】また、ｐ型不純物密度の絶対値は、以下の
ようにすることが好ましい。すなわち、Ｎ１およびＸ１
の下限については、好ましくは５×１０１７ｃｍ−３以
上、より好ましくは１×１０１８ｃｍ−３以上とする。
一方、Ｎ１およびＸ１の上限については、好ましくは１
×１０２０ｃｍ−３以下、より好ましくは５×１０１ ９
ｃｍ−３以下とする。こうすることで、低い抵抗率を安
定的に実現することができる。また、Ｎ２およびＸ２の
下限については、好ましくは１×１０１９ｃｍ −３以
上、より好ましくは５×１０１９ｃｍ−３以上とする。
一方、Ｎ２およびＸ２の上限については、好ましくは１
×１０２１ｃｍ−３以下、より好ましくは１×１０２０
ｃｍ−３以下とする。こうすることで、プロセス上の要
因等によって不純物プロファイルが変動した場合でも、
低い抵抗率を安定的に実現することができる。
【００４３】以下、本発明をこれらの界面の不純物プロ
ファイル制御に適用した例について説明する。 ［第１の実施の形態］本実施形態では、ｎ型またはｉ型
半導体層と、ｐ型半導体層との界面の不純物プロファイ
ル制御に適用した例について説明する。本実施形態に係
る半導体レーザの層構造を図１１に示す。この半導体レ
ーザは、（０００１）面を表面とするｎ型ＧａＮ基板３
００上に、厚さ３μｍのＳｉドープＧａＮバッファ層３
０１、厚さ１．０μｍのＳｉドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ
クラッド層３０２、厚さ０．１μｍのＳｉドープＧａＮ
光ガイド層３０３、厚さ２．５ｎｍのアンドープＩｎ0.
2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と厚さ５ｎｍのＳｉドープＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からなる２周期の多重量子井戸構
造活性層３０４、厚さ２０ｎｍのＭｇドープＡｌ0. 2Ｇ
ａ0.8Ｎインジウム解離防止層３０５、厚さ０．１μｍ
のＭｇドープＧａＮ光ガイド層３０６、厚さ２００ｎｍ
のＳｉＯ２膜３０７、厚さ１０ｎｍのＭｇドープＧａＮ
層３０８、厚さ０．５μｍのＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ
0.93Ｎクラッド層３０９、厚さ０．０５μｍのＭｇドー
プＧａＮコンタクト層３１０、ニッケル（Ｎｉ）／金
（Ａｕ）からなるｐ電極３１１が形成されている。ｎ型
ＧａＮ基板３００の裏面には、チタン（Ｔｉ）／アルミ
ニウム（Ａｌ）からなるｎ電極３１２が形成されてい
る。
【００４４】この半導体レーザにおいて、多重量子井戸
構造活性層３０４と、ＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎイン
ジウム解離防止層３０５との間は、ｎ型からｐ型に移行
するヘテロ界面となっている。不純物のドーピングにつ
いてみると、ｎ型不純物であるシリコンを導入させなが
ら層成長する工程から、ｐ型不純物であるＭｇを導入さ
せながら層成長する工程に移行することとなる。このた
め、Ｍｇドープインジウム解離防止層３０５の成長初期
においては、Ｍｇのメモリ効果や前工程の影響等によ
り、設計した密度のＭｇを安定的にドーピングすること
が困難となる。一方、Mgのドーピング密度を高くするこ
とで、こうした影響を抑制することは可能であるが、不
純物密度を増大させたまま半導体層を成長させた場合、
バルク抵抗が上昇したり、不純物による光吸収によりレ
ーザの内部損失が増大したりするため、所望の素子性能
を得ることが困難となる。
【００４５】そこで、本実施形態では、ヘテロ界面近傍
において、不純物密度を以下のように設計する。以下、
図１における第一の層を多重量子井戸構造活性層３０４
に対応させ、第二の層をＭｇドープインジウム解離防止
層３０５およびＭｇドープＧａＮ光ガイド層３０６の積
層膜に対応させて説明する。このとき、図１の領域Ａ
は、第一および第二の層の界面から上方０．０１μｍに
わたる領域であり、本実施形態では、インジウム解離防
止層３０５およびＧａＮ光ガイド層３０６の積層膜に対
応する。図１の領域Ｂは、第一および第二の層の界面か
ら上方０．１μｍにわたる領域であり、本実施形態で
は、ＧａＮ光ガイド層３０６に対応する。領域Ｂは、バ
ルク抵抗が最小となる不純物密度とすることが好まし
く、たとえば１×１０１９〜５×１０１９ｃｍ−３程度
とする。一方、領域Ａは、領域Ｂの密度よりも大きくす
る。好ましくは領域Ａは、領域Ｂの１．５倍以上２０倍
以下の不純物密度とする。こうすることで、領域Ｂの結
晶を品質を良好に維持しつつ、Mgのメモリ効果などによ
り不純物密度の変動が生じることを抑制でき、抵抗の上
昇を最小限に抑えることができる。なお、不純物密度の
調整は、Ｍｇドーピング用のガスであるビスシクロペン
タジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）の流量または各
層の成長速度を調整することにより行うことができる。
【００４６】［第２の実施の形態］本実施形態では、Ａ
ｌＧａＮ半導体層と、ＧａＮ半導体層との界面の不純物
プロファイル制御に適用した例について説明する。図２
は、光ガイド層上にリッジ形状のクラッド層およびコン
タクト層を形成した層構成を示す図である。ｐ−ＧａＮ
光ガイド層９０１上に開口部を有するＳｉＯ2マスク９
０２が形成され、その開口部からｐ−ＡｌＧａＮクラッ
ド層９０３が成長し、さらにその上にｐ−ＧａＮコンタ
クト層９０４が形成されている。ｐ−ＡｌＧａＮクラッ
ド層９０３は、ＳｉＯ2マスク９０２開口部から縦方向
および横方向に成長することによってリッジ形状をなし
ている。この層構成において、界面１および界面２にお
いて、ＧａＮおよびＡｌＧａＮのヘテロ界面が発生す
る。
【００４７】図３は、図２中の界面１近傍におけるバン
ド図である。図３中、実線は層を構成する各材料の特性
値から求められる。図からわかるように、ＡｌＧａＮ層
とGaN層の界面にスパイク、ノッチが形成され、正孔か
ら見て障壁が形成される。この障壁は、ＡｌＧａＮ層中
に誘起されるピエゾ効果を考慮した場合、図中点線に示
すように変化し、実効的に障壁層の厚みが増加しトンネ
ル電流が流れにくくなる。ＡｌＧａＮ層の層抵抗は、通
常、ｐ型不純物ドーピング量の最適化等により適宜な値
に設計されるのであるが、図３に示したようにピエゾ効
果によって界面近傍の抵抗値が変動することから、実際
のデバイス設計にあっては、かかるピエゾ効果を考慮に
入れた設計が望まれる。
【００４８】ＧａＮとＡｌＧａＮの界面近傍におけるＡ
ｌＧａＮ高抵抗化の現象は、界面１と同様、界面２にお
いても発生する。図４は、界面２近傍における図であ
る。図４(ａ)は価電子帯のバンド図であり、図４（ｂ）
は伝導体のバンド図である。図４において、実線が各材
料特性値から得られるバンド図であり、点線がピエゾ効
果を考慮したバンド図である。図４（ｂ）に示すように
ピエゾ効果により、正孔の感じる障壁が高くなることが
示されている。このことから、ｐ型不純物のドーピング
密度を所望の組成のAｌGaNでの最適値に調整したとして
も、ピエゾ電界の影響により、得られる抵抗値は設計し
た抵抗値よりも高い値となることがわかる。
【００４９】そこで本実施形態では、界面近傍における
ＡｌＧａＮ層のｐ型不純物密度を高密度に設定する。以
下、図１における第一の層をｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
９０３に対応させ、第二の層をｐ−ＧａＮコンタクト層
９０４に対応させて説明する。このとき、図１の領域Ａ
は、第一および第二の層の界面から上方０．０１μｍに
わたる領域であり、領域Ｂは、第一および第二の層の界
面から上方０．１μｍにわたる領域である。領域Ｂは、
バルク抵抗が最小となる不純物密度とすることが好まし
く、たとえば１×１０１９〜５×１０１９ｃｍ−３程度
とする。一方、領域Ａは、領域Ｂの密度よりも大きくす
る。好ましくは、領域Ａの不純物密度は、領域Ｂの不純
物密度の１．５倍以上２０倍以下とする。こうすること
で、領域Ａの結晶に品質を良好に維持しつつ、ピエゾ電
界に起因するAlGaN/GaN界面での抵抗の上昇を最小限に
抑制することができる。なお、不純物密度の調整は、Ｍ
ｇドーピング用のガスであるビスシクロペンタジエニル
マグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）の流量または各層の成長速
度を調整することにより行うことができる。
【００５０】本実施形態における層構造は、III族窒化
物半導体層が、［x，y，−（x＋y），z］（ｘ、ｙは任
意の整数であり、ｚは自然数）で表される結晶軸方向に
積層してなる構成を有する。たとえば、ウルツ鉱型の結
晶構造を有するIII族窒化物半導体層であって、結晶成
長軸が、ｃ軸方向、すなわち［０００１］方向に正の成
分を有する半導体層とすることができる。このような半
導体層として、たとえば、窒化ガリウム系半導体を例に
挙げれば、（１−１０２）面（Ｒ面）や（１０−１１）
面（Ｓ面）、（１１−２３）面（Ｎ面）等を成長面とす
る半導体層が例示される。また、これらの面から任意の
方向に５５度以内、好ましくは１０度以内の角度で傾斜
させた半導体層を用いることもできる。このような層構
造をとったとき、ピエゾ電界が顕著に発生するため、本
発明の効果がより顕著に発揮される。
【００５１】図１７は、窒化ガリウム系半導体の結晶面
の相違を説明するための図である。図１７（ａ）の斜線
部がＧａ面であり、図１７（ｂ）の斜線部がＮ面であ
る。Ｇａ面とＮ面では生成されるピエゾ電界の方向はち
ょうど逆向きになる。半導体材料としてＩｎｘＡｌｙＧ
ａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を選択し、
Ｃ面、すなわち（０００１）面を結晶成長面とした場
合、最表面は図１７（ａ）に示すようにＧａ面（ｃ面）
となる。最表面がいかなる面であるかを確認するために
は、Ｘ線分析が有効であるが、表面を所定の薬液でウエ
ットエッチングすることにより簡便に確認することもで
きる。たとえば、窒化ガリウム系半導体の場合、水酸化
カリウムのようなエッチング剤は、Ｎ極性の面だけをエ
ッチングすることが知られており、これを用いることに
よりＧａ面（（０００１）面）およびＮ面（（０００−
１）面）の判別を容易に行うことができる。
【００５２】［第３の実施の形態］本実施形態では、第
一のｐ型半導体層と、その上に選択マスク成長させた第
二のｐ型半導体層との界面の不純物プロファイル制御に
本発明を適用した例について説明する。図１８は特開平
１０−１９０１４２号公報に開示された製造方法で作製
された窒化ガリウム系半導体レーザの概略断面図であ
る。図１８においては(０００１)面を表面とするサファ
イア基板７００上に、厚さ３０ｎｍのアンドープの低温
成長ＧａＮバッファ層７０１、厚さ3μmのＳｉドープＧ
ａＮコンタクト層７０２、厚さ0.1μmのＳｉドープIn
0.05Ga0.95Nクラック防止層７０３、厚さ0.4μmのＳｉ
ドープAl0.07Ga0.93Nクラッド層７０４、厚さ0.1μmの
ＳｉドープＧａＮ光ガイド層７０５、厚さ２．５ｎｍの
アンドープのIn0.2Ga0.8N量子井戸層と厚さ5ｎｍのアン
ドープのIn0.05Ga0.95N障壁層からなる7周期の多重量子
井戸構造活性層７０６、厚さ20ｎｍのＭｇドープAl0.2G
a0.8Nインジウム解離防止層７０７、厚さ0.1μmのＭｇ
ドープＧａＮ光ガイド層７０８、厚さ0.4μmのＭｇドー
プAl0.07Ga0.93Nクラッド層７０９、厚さ0.2μmのＭｇ
ドープＧａＮ層７１０、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２膜７
１１、厚さ0.3μmのＭｇドープＧａＮコンタクト層７１
２、ニッケル(Ni)および金(Au)からなるp電極７１３、
チタン(Ti)およびアルミニウム(Al)からなるn電極７１
４が形成されている。
【００５３】この例ではリッジ構造が選択再成長により
形成されているため、ドライエッチングを用いたリッジ
型レーザに比べてｐ電極の接触面積を大きくすることが
できるため接触抵抗が小さく、かつリッジ幅も小さく出
来るため発振閾値電流も小さい窒化ガリウム系半導体レ
ーザを提供することが可能になる。
【００５４】しかしながら発明者等がこのような構造の
窒化ガリウム系半導体レーザを試作したところＩ−Ｖ特
性が従来構造よりも悪化するという問題がしばしば発生
することが明らかになった。この問題について発明者等
がその原因を調査したところ以下のような問題点が明ら
かとなった。第一に、この構造の半導体レーザでは、選
択再成長前のプロセス時に半導体層表面にＳｉが付着
し、これが再成長界面にパイルアップする。第二に、通
常選択再成長用マスクとして広く用いられるＳｉＯ２、
ＳｉＮＸなどのＳｉを構成元素として含むマスクが再成
長前の昇温時に分解することによりＳｉが供給され再成
長界面にパイルアップする。同様に再成長初期にもＳｉ
Ｏ２などのマスクから供給されるＳｉがｐ型再成長層中
に混入する。
【００５５】このようなＳｉによる界面の汚染及び再成
長層の汚染が発生することによりｐ型ドーパントが補償
され、顕著な場合には再成長層中のＳｉが混入した部分
がｎ型に反転するなどの問題が生じる。本発明者の検討
により、このことが作製された素子のＩ−Ｖ特性を悪化
させる原因となることが判明した。
【００５６】本発明は、こうしたマスク材料の汚染によ
る不純物密度プロファイルの変動を抑制することに適用
した場合、顕著な効果を発揮する。以下、本実施形態に
ついて図２を参照して説明する。
【００５７】図２において、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
９０３はＳｉＯ2マスク９０２の開口部から選択成長さ
せることにより形成される。この成長過程で、ＳｉＯ2
マスク９０２から揮発したマスク材料がｐ−ＡｌＧａＮ
クラッド層９０３の層中に混入される。この混入の程度
は、成長の初期段階において特に顕著となる。成長が進
み、ＳｉＯ2マスク９０２の表面がｐ−ＡｌＧａＮクラ
ッド層９０３の材料により一定程度覆われると混入の程
度も少なくなる。図２の構造においては、ｐ−ＧａＮ光
ガイド層９０１とｐ−ＡｌＧａＮクラッド層９０３の界
面から上方５０ｎｍ程度の領域に渡ってマスク材料の混
入が顕著となり、Ｓｉが混入した部分でp型不純物であ
るMgが補償されたり、ｎ型に反転するなどの問題が生じ
る。
【００５８】そこで本実施形態では、界面近傍における
ＡｌＧａＮ層のｐ型不純物密度を高密度に設定する。以
下、図１における第一の層をｐ−ＧａＮ光ガイド層９０
１に対応させ、第二の層をｐ−ＡｌＧａＮクラッド層９
０３に対応させて説明する。このとき、図１の領域Ａ
は、第一および第二の層の界面から上方０．０１μｍに
わたる領域であり、領域Ｂは、第一および第二の層の界
面から上方０．１μｍにわたる領域である。領域Ｂは、
バルク抵抗が最小となる不純物密度とすることが好まし
く、たとえば１×１０１９〜５×１０１９ｃｍ−３程度
とする。一方、領域Ａは、領域Ｂの密度よりも大きくす
る。好ましくは、領域Ａは、領域Ｂの１．５倍以上２０
倍以下の不純物密度とする。こうすることで、領域Bの
結晶に品質を良好に維持しつつ、プロセス要因により不
純物密度の変動が生じた場合でも、抵抗の上昇を最小限
に抑制することができる。なお、不純物密度の調整は、
Ｍｇドーピング用のガスであるビスシクロペンタジエニ
ルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）の流量または各層の成長
速度を調整することにより行うことができる。
【００５９】なお、本実施形態では、マスク再成長界面
および再成長層においてマスク材料による汚染を防止で
きるほか、第２の実施の形態で述べたようにピエゾ電界
に起因するスパイク効果も同時に低減できる。
【００６０】［第４の実施の形態］本実施形態では、ｐ
型III族窒化物半導体基板と、その上に選択マスク成長
させたｐ型半導体層との界面の不純物プロファイル制御
に適用した例について説明する。
【００６１】図１５は本実施形態に係る半導体レーザの
概略断面図である。この半導体レーザは、ｐ型ＧａＮ
（０００１）面基板５００上に厚さ１．０μｍのＭｇド
ープＧａＮバッファ層５０１、厚さ１．０μｍのＭｇド
ープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５０２、厚さ０．１
μｍのＭｇドープＧａＮ光ガイド層５０３、厚さ２．５
ｎｍのアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と厚さ５
ｎｍのＳｉドープＩｎ0. 05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からなる３
周期の多重量子井戸構造活性層５０４、厚さ２０ｎｍの
ＳｉドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎインジウム解離防止層５０
５、厚さ０．１μｍのＳｉドープＧａＮ光ガイド層５０
６、厚さ０．５μｍのＳｉドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎク
ラッド層５０７、厚さ０．５μｍのＳｉドープＧａＮコ
ンタクト層５０８、ＳｉＯ２膜５０９、チタン（Ｔｉ）
／アルミニウム（Ａｌ）からなるｎ電極５１０、ニッケ
ル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）からなるｐ電極５１１が形成さ
れている。
【００６２】ここで、本実施例においては、ｐ型ＧａＮ
基板上へのｐ型バッファ層の成長に際して、図２のマス
ク再成長と同様の問題が生じ、成長層と基板との界面に
おいてＳｉのパイルアップが生じる。すなわち、この成
膜プロセスは、成膜装置内にｐ型III族窒化物半導体基
板を配置した後、基板上にｐ型半導体層を成長させるも
のであるが、基板を導入した時点で、空気中や装置内に
存在するシリコンが基板に付着し、基板上に成長する層
中に混入することがある。こうしたシリコンの混入が発
生すると、ｐ型ドーパントが補償されたり、さらに顕著
な場合には再成長層中のＳｉが混入した部分がｎ型に反
転するなどの問題が生じ、半導体レーザのＩ−Ｖ特性を
悪化させる原因となる。
【００６３】そこで本実施形態では、基板直上の界面近
傍におけるｐ型不純物密度を高密度に設定する。以下、
図１における第一の層をｐ型ＧａＮ（０００１）面基板
５００に対応させ、第二の層をＧａＮバッファ層５０１
に対応させて説明する。このとき、図１の領域Ａは、第
一および第二の層の界面から上方０．０１μｍにわたる
領域であり、領域Ｂは、第一および第二の層の界面から
上方０．１μｍにわたる領域である。領域Ｂは、バルク
抵抗が最小となる不純物密度とすることが好ましく、た
とえば１×１０１９〜５×１０１９ｃｍ−３程度とす
る。一方、領域Ａは、領域Ｂの密度よりも大きくする。
好ましくは、領域Ａは領域Ｂの１．５倍以上２０倍以下
の不純物密度とする。こうすることで、領域Bの結晶に
品質を良好に維持しつつ、プロセス要因により不純物密
度の変動が生じた場合でも、抵抗の上昇を最小限に抑制
することができる。なお、不純物密度の調整は、Ｍｇド
ーピング用のガスであるビスシクロペンタジエニルマグ
ネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）の流量または各層の成長速度を
調整することにより行うことができる。
【００６４】図１６は、上記設計思想に基づいて作成し
たｐ型不純物ドーピング密度プロファイルの例を示す図
である。ｐ型ＧａＮ（０００１）面基板５００とＧａＮ
バッファ層５０１の界面近傍ドーピング密度は、ＧａＮ
バッファ層５０１のドーピング密度の約８倍に設定され
ている。
【００６５】以上、発光素子を例に挙げて本発明の実施
の形態について説明した。しかしながら本発明は、層間
の界面近傍における高抵抗成分の発生を抑制するもので
あり、上記実施の形態に限定されず、かかる作用効果を
利用可能な様々な素子に適用することができる。たとえ
ばHBT（ヘテロバイポーラトランジスタ）のベース層な
ど電子デバイスへのドーピングに適用することも可能で
ある。
【００６６】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
なお、各実施例において、窒化ガリウム系半導体層は、
いずれもＣ軸方向に成長したものである。また、各実施
例のドーピング密度プロファイルを示す図８、１０、１
２、１４における不純物密度は、該当する層を平坦な部
分において単層で形成する場合に標準的に得られる不純
物密度を示す。
【００６７】〈実施例１〉本実施例は、ＡｌＧａＮ層上
にＧａＮ層を積層した構造に対して本発明を適用し、ピ
エゾ電界による抵抗上昇の抑制を図った例である。以
下、図７を参照して説明する。図７の窒化ガリウム系半
導体レーザは（０００１）面を表面とするサファイア基
板１００上に厚さ３０ｎｍの低温成長ＧａＮバッファ層
１０１、厚さ３μｍのＳｉドープＧａＮコンタクト層１
０２、厚さ１．０μｍのＳｉドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ
クラッド層１０３、厚さ０．１μｍのＳｉドープＧａＮ
光ガイド層１０４、厚さ２．５ｎｍのアンドープＩｎ
0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と厚さ５ｎｍのＳｉドープＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からなる３周期の多重量子井戸構
造活性層１０５、厚さ２０ｎｍのＭｇドープＡｌ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎインジウム解離防止層１０６、厚さ０．１μｍ
のＭｇドープＧａＮ光ガイド層１０７、厚さ０．５μｍ
のＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０８、厚
さ０．０５μｍのＭｇドープＧａＮコンタクト層１０
９、ＳｉＯ２膜１１０、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）
からなるｐ電極１１１、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム
（Ａｌ）からなるｎ電極１１２が形成されている。
【００６８】ここで本実施例においてはドーピング用の
ガスであるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃ
ｐ2Ｍｇ）の流量または各層の成長速度を調整してｐ型
ドーパントであるマグネシウム（Ｍｇ）のドーピングプ
ロファイルを次のように設定した。厚さ０．５μｍのＭ
ｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０８におい
て、ｐ型ＧａＮコンタクト層に面した部分１０ｎｍの部
分はＭｇドーピング密度を６×１０１９ｃｍ−３、その
下側の０．４９μｍの部分はＭｇドーピング密度を３×
１０１９ｃｍ−３となるように設定した。ここで、この
３×１０１９ｃｍ −３においてＧａＮのバルク抵抗率は
最小となり、これよりもＣｐ2Ｍｇ流量が多くても少な
くてもバルク抵抗率は増大する。また厚さ５０ｎｍのＭ
ｇドープＧａＮコンタクト層１０９においてはＭｇドー
ピング密度を２．４×１０２０ｃｍ −３となるように設
定した。
【００６９】図７に示された本発明の窒化ガリウム系レ
ーザの半導体結晶の製造工程を以下に説明する。まず、
有機金属化学気相成長法により、基板温度１０５０℃に
おいてＨ２及びＮ２雰囲気中でサファイア基板１００の
クリーニングを行う。その後基板温度５００℃において
原料ガスとしてトリメチルガリウム（TMG）及びアンモ
ニア（NH３）を用いて低温成長ＧａＮバッファ層１０１
を形成した後、基板温度を１０５０℃に設定してTMG、N
H３及びシラン（ＳｉＨ４）を用いてＳｉ密度１×１０
１８ｃｍ−３のＳｉドープＧａＮコンタクト層１０２
を、TMG、トリメチルアルミニウム（TMA）、NH３及びＳ
ｉＨ４を用いてＳｉドープＡｌ0.07Ｇａ0 .93Ｎクラッド
層１０３（Ｓｉ密度：５×１０１７ｃｍ−３）を、TM
G、NH３及びＳｉＨ４を用いてＳｉドープＧａＮ光ガイ
ド層１０４（Ｓｉ密度：５×１０１７ｃｍ−３）を順次
積層した。しかる後に、基板温度を８００℃に設定して
トリメチルインジウム（TMI）、TMG、NH３及びＳｉＨ４
を用いて厚さ２．５ｎｍのアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
量子井戸層と厚さ５ｎｍのＳｉドープＩｎ0.05Ｇａ0.95
Ｎ障壁層（Ｓｉ密度：１×１０１９ｃｍ−３）からなる
３周期の多重量子井戸構造活性層１０５を、TMG、TMA、
NH３及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Cｐ
２Mg）を用いて厚さ２０ｎｍのＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎインジウム解離防止層１０６を積層した。更に基
板温度を再び１０５０℃に設定し、TMG、NH ３及びCｐ２
Mgを用いて、厚さ０．５μｍのＭｇドープＧａＮ光ガイ
ド層１０７（Ｍｇ密度：３×１０１９ｃｍ−３）を、TM
G、TMA、NH３及びCｐ２Mgを用いて厚さ０．４９μｍの
ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０８ａ（Ｍ
ｇ密度：３×１０１９ｃｍ−３）、厚さ１０ｎｍのＭｇ
ドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０８ｂ（Ｍｇ密
度：６×１０１９ｃｍ−３）を、TMG、NH３及びCｐ２Mg
を用いて厚さ５０ｎｍのＭｇドープＧａＮコンタクト層
１０９（Ｍｇ密度：２．４×１０２０ｃｍ−３）を順次
積層した。ここで、括弧内に示したＭｇ密度は設計値で
ある（以下、同様）。
【００７０】成長終了後、ドライエッチングによりＭｇ
ドープＧａＮコンタクト層及びＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ
0.93Ｎクラッド層の一部をエッチングすることにより図
７に示すようなリッジ構造を形成した。このリッジの側
面にＳｉＯ２膜１１０を形成した後、リッジの頂上部分
に窓明けを行ない、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）から
なるｐ電極１１１を形成した。また、ドライエッチング
によりＳｉドープコンタクト層１０２を露出した後にこ
の層にチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）からなる
ｎ電極１１２を形成した。
【００７１】本実施例の層構造に対するｐ型不純物ドー
ピング密度プロファイルを図８に示す。図に示されたプ
ロファイルは設定値である。本実施例と同様にして層成
長させた試料について、Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
１０８ａおよびＡｌ0.07Ｇａ 0.93Ｎクラッド層１０８ｂ
を合計した層の平均ｐ型不純物密度Ｎ１と、Ａｌ0.07Ｇ
ａ0.93Ｎクラッド層１０８ｂのｐ型不純物密度Ｎ２を、
それぞれＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）により測定
した。その結果、Ｎ１は、ほぼ３×１０１９ｃｍ−３で
あり、Ｎ２は、ほぼ６×１０１９ｃｍ−３であった。
【００７２】本実施例の窒化ガリウム系半導体レーザの
素子特性を評価したところ、立ち上がり電圧３．０Ｖ、
３ｋＡ／ｃｍ２での電圧が４．５Ｖ程度の良好なＩ−Ｖ
特性を有する素子が得られた。
【００７３】本実施例の窒化ガリウム系半導体レーザで
はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のうち、ｐ−ＧａＮコンタ
クト層に接した部分１０ｎｍにおいてＭｇドーピング密
度を高密度に設定しているためＧａＮ/ＡｌＧａＮヘテ
ロ界面でのバンド不連続によるスパイクを低減すること
が可能になる。その結果、本実施例1による窒化ガリウ
ム系半導体レーザでは立ち上がり電圧３．０Ｖ、３ｋＡ
／ｃｍ２での電圧が４．５Ｖ程度の良好なＩ−Ｖ特性を
有する素子が得られた。
【００７４】〈実施例２〉本実施例は、マスク成長界面
に対して本発明を適用し、マスク材料の汚染による抵抗
上昇の抑制を図った例である。以下、図９を参照して説
明する。
【００７５】本発明の窒化ガリウム系半導体レーザは
（０００１）面を表面とするサファイア基板２００上に
厚さ３０ｎｍの低温成長ＧａＮバッファ層２０１、厚さ
３μｍのＳｉドープＧａＮコンタクト層２０２、厚さ
１．０μｍのＳｉドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
２０３、厚さ０．１μｍのＳｉドープＧａＮ光ガイド層
２０４、厚さ２．５ｎｍのアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
量子井戸層と厚さ５ｎｍのＳｉドープＩｎ0.05Ｇａ0.95
Ｎ障壁層からなる２周期の多重量子井戸構造活性層２０
５、厚さ２０ｎｍのＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎインジ
ウム解離防止層２０６、厚さ０．１μｍのＭｇドープＧ
ａＮ光ガイド層２０７、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２膜２
０８、厚さ０．５μｍのＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ
クラッド層２０９、厚さ０．０５μｍのＭｇドープＧａ
Ｎコンタクト層２１０、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）
からなるｐ電極２１１、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム
（Ａｌ）からなるｎ 電極２１２が形成されている。
【００７６】ここで、本実施例においてはドーピング用
のガスであるビスシクロペンタジエニルマグネシウム
（Ｃｐ2Ｍｇ）の流量または各層の成長速度を調整して
ｐ型ドーパントであるマグネシウム（Ｍｇ）のドーピン
グプロファイルを次のように設定した。まず、Ｍｇドー
プＧａＮ光ガイド層２０７はＭｇドーピング密度を３×
１０１９ｃｍ−３、厚さ０．５μｍのＭｇドープＡｌ
0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層２０９ではｐ型ＧａＮ光ガイ
ド層に面した部分５０ｎｍのＭｇドーピング密度を１.
２×１０２０ｃｍ−３、その上側の０．４５μｍの領域
はＭｇドーピング密度を３×１０１９ｃｍ−３となるよ
うに設定した。また厚さ５０ｎｍのＭｇドープＧａＮコ
ンタクト層２１０においてはＭｇドーピング密度を２．
４×１０２０ｃｍ−３となるように設定した。
【００７７】図９に示された窒化ガリウム系レーザの半
導体結晶の製造工程を以下に説明する。まず、有機金属
化学気相成長法により、基板温度１０５０℃においてＨ
２及びＮ２雰囲気中でサファイア基板２００のクリーニ
ングを行う。その後、基板温度５００℃において原料ガ
スとしてトリメチルガリウム（TMG）及びアンモニア（N
H３）を用いて低温成長ＧａＮバッファ層２０１を形成
した後、基板温度を１０５０℃に設定してTMG、NH３及
びシラン（ＳｉＨ４）を用いてＳｉ密度１×１０１８ｃ
ｍ−３のＳｉドープＧａＮコンタクト層２０２を、TM
G、トリメチルアルミニウム（TMA）、NH３及びＳｉＨ４
を用いてＳｉドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層２０
３（Ｓｉ密度：５×１０１７ｃｍ−３）を、TMG、NH３
及びＳｉＨ４を用いてＳｉドープＧａＮ光ガイド層２０
４（Ｓｉ密度：５×１０１７ｃｍ −３）を順次積層し
た。しかる後に、基板温度を８００℃に設定してトリメ
チルインジウム（TMI）、TMG、NH３及びＳｉＨ４を用い
て厚さ２．５ｎｍのアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井
戸層と厚さ５ｎｍのＳｉドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁
層（Ｓｉ密度：１×１０１９ｃｍ−３）からなる３周期
の多重量子井戸構造活性層２０５を、TMG、TMA、NH３及
びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Cｐ２Mg）
を用いて厚さ２０ｎｍのＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎイ
ンジウム解離防止層２０６を積層した。更に基板温度を
再び１０５０℃に設定し、TMG、NH３及びCｐ２Mgを用い
て厚さ０．１μｍのＭｇドープＧａＮ光ガイド層２０７
（Ｍｇ密度：３×１０１９ｃｍ−３）を前記順序で形成
した後に、ウエハを成長炉からいったん取り出し、窒化
ガリウムの［１-１００］方向へ幅５μｍのストライプ
状の開口部をもつ厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２膜２０８を
形成した。しかる後に、有機金属気相成長法により前記
ＳｉＯ２膜２０８をマスクとして、TMG、TMA、NH ３及び
Cｐ２Mgを用いてその開口部に選択的に厚さ５０ｎｍの
ＭｇドープＡｌ0.0 7Ｇａ0.93Ｎクラッド層２０９ａ（Ｍ
ｇ密度：１．２×１０２０ｃｍ−３）、厚さ０．４５μ
ｍのＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層２０９ｂ
（Ｍｇ密度：３×１０１９ｃｍ−３）を、TMG、NH３及
びCｐ２Mgを用いて厚さ５０ｎｍのＭｇドープＧａＮコ
ンタクト層２１０（Ｍｇ密度：２．４×１０２０ｃｍ
−３）を順次積層した。但し、ＧａＮ層は完全な選択性
を有しているがＡｌＧａＮ層は選択性が完全ではなく、
ＳｉＯ２膜２０８上にもＡｌＧａＮの多結晶粒が堆積す
る。その後にドライエッチングによりＳｉドープＧａＮ
コンタクト層２０２を露出させ、ニッケル（Ｎｉ）／金
（Ａｕ）からなるｐ電極２１１とチタン（Ｔｉ）／アル
ミニウム（Ａｌ）からなるｎ電極２１２を形成した。
【００７８】本実施例の窒化ガリウム系半導体レーザで
はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のうちｐ型ＧａＮ光ガイド
層に接した部分５０ｎｍにおいてＭｇドーピング密度を
高密度に設定しているＧａＮ/ＡｌＧａＮ再成長界面に
おいてパイルアップしているＳｉの影響を抑制できる。
また、マスクから再成長ＡｌＧａＮ層の再成長界面付近
の約５０ｎｍ程度の部分に混入するＳｉによるＭｇアク
セプタの補償の影響を抑制することもできる。
【００７９】本実施例の層構造に対するｐ型不純物ドー
ピング密度プロファイルを図１０に示す。図に示された
プロファイルは設定値である。本実施例と同様にして層
成長させた試料について、ＧａＮ光ガイド層２０７とＡ
ｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層２０９との界面近傍のＡｌ
0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層中ｐ型不純物密度をＳＩＭＳ
（二次イオン質量分析計）により測定したところ、界面
を起点として上方０．０１μｍにわたる領域のｐ型不純
物密度をＮ２、界面を起点として上方０．１μｍにわた
る領域のｐ型不純物密度をＮ１として、Ｎ１は、ほぼ３
×１０１９ｃｍ −３であり、Ｎ２は、ほぼ４×１０１９
ｃｍ−３であった。
【００８０】本実施例の窒化ガリウム系半導体レーザの
素子特性を評価したところ、立ち上がり電圧３．０Ｖ、
３ｋＡ／ｃｍ２での電圧が４．５Ｖ程度の良好なＩ−Ｖ
特性を有する素子が得られた。
【００８１】〈実施例３〉本実施例は、マスク成長界面
に対して本発明を適用し、マスク材料の汚染による抵抗
上昇の抑制を図った例である。以下、図１１を参照して
説明する。
【００８２】本実施例の窒化ガリウム系半導体レーザ
は、（０００１）面を表面とするｎ型ＧａＮ基板３００
上に厚さ３μｍのＳｉドープＧａＮバッファ層３０１、
厚さ１．０μｍのＳｉドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッ
ド層３０２、厚さ０．１μｍのＳｉドープＧａＮ光ガイ
ド層３０３、厚さ２．５ｎｍのアンドープＩｎ0.2Ｇａ0
.8Ｎ量子井戸層と厚さ５ｎｍのＳｉドープＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層からなる２周期の多重量子井戸構造活性層
３０４、厚さ２０ｎｍのＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0 .8Ｎイ
ンジウム解離防止層３０５、厚さ０．１μｍのＭｇドー
プＧａＮ光ガイド層３０６、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２
膜３０７、厚さ１０ｎｍのＭｇドープＧａＮ層３０８、
厚さ０．５μｍのＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッ
ド層３０９、厚さ０．０５μｍのＭｇドープＧａＮコン
タクト層３１０、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）からな
るｐ電極３１１、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａ
ｌ）からなるｎ電極３１２が形成されている。
【００８３】ここで、本実施例においてはドーピング用
のガスであるビスシクロペンタジエニルマグネシウム
（Ｃｐ2Ｍｇ）の流量または各層の成長速度を調整して
ｐ型ドーパントであるマグネシウム（Ｍｇ）のドーピン
グプロファイルを次のように設定した。まず、ｐ型Ｇａ
Ｎ光ガイド層３０６はＭｇドーピング密度を３×１０１
９ｃｍ−３、厚さ１０ｎｍのＭｇドープ再成長Ｍｇドー
プＧａＮ層３０８では１．２×１０２０ｃｍ−３、厚さ
０．５μｍのＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
３０９ａではｐ型ＧａＮ光ガイド層側部分５０ｎｍのＭ
ｇドーピング密度を１.２×１０２０ｃｍ−３、その上
側の０．４５μｍの領域（ＭｇドープＡｌ0 .07Ｇａ0.93
Ｎクラッド層３０９ｂ）ではＭｇドーピング密度を３×
１０１９ｃｍ−３となるように設定した。また厚さ５０
ｎｍのＭｇドープＧａＮコンタクト層３１０においては
Ｍｇドーピング密度を２．４×１０２０ｃｍ−３となる
ように設定した。
【００８４】図１１に示された窒化ガリウム系レーザの
半導体結晶の製造工程を以下に説明する。まず、有機金
属化学気相成長法により、基板温度を１０５０℃に設定
して原料ガスとしてトリメチルガリウム（TMG）、アン
モニア（NH３）及びシラン（ＳｉＨ４）を用いてＳｉ密
度１×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープＧａＮバッファ層
３０１を、TMG、トリメチルアルミニウム（TMA）、NH３
及びＳｉＨ４を用いてＳｉドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎク
ラッド層３０２（Ｓｉ密度：５×１０１７ｃｍ −３）
を、TMG、NH３及びＳｉＨ４を用いてＳｉドープＧａＮ
光ガイド層３０３（Ｓｉ密度：５×１０１７ｃｍ−３）
を順次積層した。しかる後に、基板温度を８００℃に設
定してトリメチルインジウム（TMI）、TMG、NH３及びＳ
ｉＨ４を用いて厚さ２．５ｎｍのアンドープＩｎ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ量子井戸層と厚さ５ｎｍのＳｉドープＩｎ0.05
Ｇａ0.95Ｎ障壁層（Ｓｉ密度：１×１０１９ｃｍ−３）
からなる３周期の多重量子井戸構造活性層３０４を、TM
G、TMA、NH３及びビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ム（Cｐ２Mg）を用いて厚さ２０ｎｍのＭｇドープＡｌ0
.2Ｇａ0.8Ｎインジウム解離防止層３０５を積層した。
更に基板温度を再び１０５０℃に設定し、TMG、NH３及
びCｐ２Mgを用いて厚さ０．１μｍのＭｇドープＧａＮ
光ガイド層３０６（Ｍｇ密度：３×１０１９ｃｍ−３）
を前記順序で形成した後に、ウエハを成長炉からいった
ん取り出し、窒化ガリウムの［１-１００］方向へ幅５
μｍのストライプ状の開口部をもつ厚さ２００ｎｍのＳ
ｉＯ２膜３０７を形成した。しかる後に、有機金属気相
成長法により前記ＳｉＯ２膜３０７をマスクとして、Ｔ
ＭＧ、ＮＨ３、Cｐ２Mg を用いてその開口部に選択的に
厚さ１０ｎｍのＭｇドープＧａＮ層３０８（Ｍｇ密度：
１．２×１０２０ｃｍ−３）、さらにTMG、TMA、NH３及
びCｐ２Mgを用いて厚さ５０ｎｍのＭｇドープＡｌ0.07
Ｇａ0.93Ｎクラッド層３０９ａ（Ｍｇ密度：１．２×１
０２０ｃｍ−３）、厚さ０．４５μｍのＭｇドープＡｌ
0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層３０９ｂ（Ｍｇ密度：３×１
０１９ｃｍ−３）を、TMG、NH３及びCｐ２Mgを用いて厚
さ５０ｎｍのＭｇドープＧａＮコンタクト層３１０（Ｍ
ｇ密度：２．４×１０２０ｃｍ−３）を順次積層した。
但し、ＧａＮ層は完全な選択性を有しているがＡｌＧａ
Ｎ層は選択性が完全ではなく、ＡｌＧａＮの成長時には
ＳｉＯ２膜３０７上にもＡｌＧａＮの多結晶粒が堆積す
る。その後にｎ型ＧａＮ基板の裏面にチタン（Ｔｉ）／
アルミニウム（Ａｌ）からなるｎ電極３１２とニッケル
（Ｎｉ）／金（Ａｕ）からなるｐ電極３１１を形成し
た。
【００８５】本実施例の窒化ガリウム系半導体レーザで
は、ＭｇドープＧａＮ光ガイド層３０６とＡｌ0.07Ｇａ
0.93Ｎクラッド層３０９ａとの間に、ＭｇドープＧａＮ
層３０８を設け、マスク成長初期における不純物密度の
変動による影響を低減している。さらに、再成長界面近
傍５０ｎｍにわたるＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層３０
９ａ中のＭｇドーピング密度を高密度に設定しているた
め、ＧａＮ/ＡｌＧａＮ再成長界面においてパイルアッ
プしているＳｉの影響を抑制できる上、再成長界面付近
約５０ｎｍの部分に混入するＳｉによるＭｇアクセプタ
の補償の影響も抑制することもできる。
【００８６】本実施例の層構造に対するｐ型不純物ドー
ピング密度プロファイルを図１２に示す。この図に示さ
れたプロファイルは設定値である。本実施例と同様にし
て層成長させた試料について、各層のｐ型不純物密度を
ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）により測定したとこ
ろ、ほぼ上記設計に近いｐ型不純物密度が得られた。そ
の結果、本実施例３による窒化ガリウム系半導体レーザ
では立ち上がり電圧３．０Ｖ、３ｋＡ／ｃｍ２での電圧
が４．５Ｖ程度の良好なＩ−Ｖ特性を有する素子が得ら
れた。
【００８７】〈実施例４〉本実施例は、マスク成長界面
に対して本発明を適用し、マスク材料の汚染による抵抗
上昇の抑制を図った例である。以下、図１３を参照して
説明する。
【００８８】本実施例の窒化ガリウム系半導体レーザ
は、（０００１）面を表面とするｎ型ＧａＮ基板４００
上に厚さ３μｍのＳｉドープＧａＮバッファ層４０１、
厚さ１．０μｍのＳｉドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッ
ド層４０２、厚さ０．１μｍのＳｉドープＧａＮ光ガイ
ド層４０３、厚さ２．５ｎｍのアンドープＩｎ0.2Ｇａ0
.8Ｎ量子井戸層と厚さ５ｎｍのＳｉドープＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層からなる４周期の多重量子井戸構造活性層
４０４、厚さ２０ｎｍのＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0 .8Ｎイ
ンジウム解離防止層４０５、厚さ０．１μｍのＭｇドー
プＧａＮ光ガイド層４０６、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２
膜４０７、厚さ１０ｎｍのＭｇドープＧａＮ層４０８、
厚さ０．５μｍのＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッ
ド層４０９、厚さ０．０５μｍのＭｇドープＧａＮコン
タクト層４１０、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）からな
るｐ電極４１１、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａ
ｌ）からなるｎ電極４１２が形成されている。
【００８９】ここで、本実施例においてはドーピング用
のガスであるビスシクロペンタジエニルマグネシウム
（Ｃｐ2Ｍｇ）の流量または各層の成長速度を調整して
ｐ型ドーパントであるマグネシウム（Ｍｇ）のドーピン
グプロファイルを次のように設定した。まず、ｐ型Ｇａ
Ｎ光ガイド層４０６のうちｐ型ＧａＮ再成長界面側１０
ｎｍの部分のＭｇドーピング密度を６×１０１９ｃｍ
−３、その他の光ガイド層部分（厚さ０．０９μｍ）を
３×１０１９ｃｍ−３となるように設定した。次に厚さ
１０ｎｍのＭｇドープＧａＮ再成長層４０８ではＭｇド
ーピング密度を１．２×１０２０ｃｍ−３となるように
設定し、厚さ０．５μｍのＭｇドープＡｌ0. 07Ｇａ0.93
Ｎクラッド層４０９のうち再成長界面側の５０ｎｍの部
分においてＭｇドーピング密度を１．２×１０２０ｃｍ
−３、ｐ型ＧａＮコンタクト層側の１０ｎｍの部分にお
いてＭｇドーピング密度を６×１０１９ｃｍ−３、その
他の部分においてはＭｇドーピング密度を３×１０１９
ｃｍ−３となるように設定した。また厚さ５０ｎｍのＭ
ｇドープＧａＮコンタクト層４１０においてはＭｇドー
ピング密度を２．４×１０２０ｃｍ−３となるように設
定した。
【００９０】図１３に示された本発明の窒化ガリウム系
レーザの半導体結晶の製造工程を以下に説明する。ま
ず、有機金属化学気相成長法により、基板温度を１０５
０℃に設定して原料ガスとしてトリメチルガリウム（TM
G）、アンモニア（NH３）及びシラン（ＳｉＨ４）を用
いてＳｉ密度１×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープＧａＮ
バッファ層４０１を、TMG、トリメチルアルミニウム（T
MA）、NH３及びＳｉＨ４を用いてＳｉドープＡｌ0.07Ｇ
ａ0.93Ｎクラッド層４０２（Ｓｉ密度：５×１０ １７ｃ
ｍ−３）を、TMG、NH３及びＳｉＨ４を用いてＳｉドー
プＧａＮ光ガイド層４０３（Ｓｉ密度：５×１０１７ｃ
ｍ−３）を順次積層した。しかる後に、基板温度を８０
０℃に設定してトリメチルインジウム（TMI）、TMG、NH
３及びＳｉＨ４を用いて厚さ２．５ｎｍのアンドープＩ
ｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と厚さ５ｎｍのＳｉドープＩ
ｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（Ｓｉ密度：１×１０１９ｃｍ
−３）からなる３周期の多重量子井戸構造活性層４０４
を、TMG、TMA、NH３及びビスシクロペンタジエニルマグ
ネシウム（Cｐ２Mg）を用いて厚さ２０ｎｍのＭｇドー
プＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎインジウム解離防止層４０５を積層
した。更に基板温度を再び１０５０℃に設定し、TMG、N
H３及びCｐ２Mgを用いて厚さ０．１μｍのＭｇドープＧ
ａＮ光ガイド層４０６（Ｍｇ密度：３×１０１９ｃｍ
−３）を前記順序で形成した後に、ウエハを成長炉から
いったん取り出し、窒化ガリウムの［１-１００］方向
へ幅５μｍのストライプ状の開口部をもつ厚さ２００ｎ
ｍのＳｉＯ ２膜４０７を形成した。しかる後に、有機金
属気相成長法により前記ＳｉＯ２膜４０７をマスクとし
て、ＴＭＧ、ＮＨ３、Cｐ２Mg を用いてその開口部に選
択的に厚さ１０ｎｍのＭｇドープＧａＮ層４０８（Ｍｇ
密度：１．２×１０２０ｃｍ −３）、さらにTMG、TMA、
NH３及びCｐ２Mgを用いて厚さ５０ｎｍのＭｇドープＡ
ｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層４０９ａ（Ｍｇ密度：１．
２×１０２０ｃｍ−３）、厚さ０．４４μｍのＭｇドー
プＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層４０９ｂ（Ｍｇ密度：
３×１０１９ｃｍ−３）、厚さ１０ｎｍのＭｇドープＡ
ｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層４０９ｃ（Ｍｇ密度：１．
２×１０２０ｃｍ−３）を、TMG、NH３及びCｐ２Mgを用
いて厚さ５０ｎｍのＭｇドープＧａＮコンタクト層４１
０（Ｍｇ密度：２．４×１０２０ｃｍ−３）を順次積層
した。但し、ＧａＮ層は完全な選択性を有しているがＡ
ｌＧａＮ層は選択性が完全ではなく、ＡｌＧａＮの成長
時にはＳｉＯ２膜４０７上にもＡｌＧａＮの多結晶粒が
堆積する。その後にｎ型ＧａＮ基板の裏面にチタン（Ｔ
ｉ）／アルミニウム（Ａｌ）からなるｎ電極４１２とニ
ッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）からなるｐ電極４１１を形
成した。
【００９１】本実施例の層構造に対するｐ型不純物ドー
ピング密度プロファイルを図１４に示す。図に示された
プロファイルは設定値である。
【００９２】本実施例の窒化ガリウム系半導体レーザで
は再成長界面のｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層のうちｐ型ＧａＮ光ガイド層に接した部分５０ｎｍ
においてＭｇドーピング密度を４倍にしているためＧａ
Ｎ/ＡｌＧａＮ再成長界面においてパイルアップしてい
るＳｉの影響を抑制できる。また、マスクから再成長Ａ
ｌＧａＮ層のうち再成長界面付近約５０ｎｍの部分に混
入するＳｉによるＭｇアクセプタの補償の影響を抑制す
ることもできる。更に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ界面
におけるＭｇ密度を２倍にしているためこのヘテロ界面
におけるスパイクの影響を抑制することができる。その
結果、本実施例４による窒化ガリウム系半導体レーザで
は立ち上がり電圧３．０Ｖ、３ｋＡ／ｃｍ２での電圧が
４．５Ｖ程度の良好なＩ−Ｖ特性を有する素子が得られ
た。〈実施例５〉本実施例は、実施例４において、(i)
厚さ５ｎｍのＳｉドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層から
なる４周期の多重量子井戸構造活性層４０４、(ii)厚さ
２０ｎｍのＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎインジウム解離
防止層４０５、および(iii)厚さ０．１μｍのＭｇドー
プＧａＮ光ガイド層４０６からなる層構造の不純物密度
プロファイルを変更したものである。この層構造の不純
物密度プロファイル以外は、実施例４と同様にしてレー
ザ構造を形成した。(i)と(ii)の界面は、ｎ型からｐ型
に導電型が変化しており、前述の表１における例１に該
当する構造となっている。本実施例では、(i)、(ii)の
界面から上方０．１μｍにわたる領域における平均ｐ型
不純物ドーピング密度をＸ１、前記界面から上方０．０
１μｍにわたる領域における平均ｐ型不純物ドーピング
密度をＸ２としたときに５Ｘ１＜Ｘ２と設定されてい
る。なお、上記各領域は、層厚の関係から、いずれも(i
i)の層から(iii)の層にわたる領域となる。作製された
上記(ii)および(iii)の半導体層の不純物密度分布は、
ほぼ１〜３×１０１９ｃｍ-３の範囲内にあり、Ｘ１＜
Ｘ２であった。 本実施例により得られた窒化ガリウム
系半導体レーザは、立ち上がり電圧３．０Ｖ、３ｋＡ／
ｃｍ ２での電圧が４．５Ｖ程度の良好なＩ−Ｖ特性を示
した。
【００９３】以上、本発明を実施例に基づいて説明した
が、本発明はこれらに限られるものではなく、種々の変
形が可能である。
【００９４】たとえば、半導体材料については、ＡｌＧ
ａＮ／ＧａＮ界面のみならず、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ
界面やＡｌＧａＮ/ＩｎＧａＮ界面等にも適用できる。
また、上記実施例では２元系および３元系の例を挙げて
説明したが、４元系の半導体材料に適用することもで
き、ＩｎＧａＡｌＮ／ＡｌＧａＮ界面に適用することも
できる。また、上記実施例においてはｐ型ドーパントと
してマグネシウム（Ｍｇ）を用いたが、ＩｎＧａＡｌＮ
に対してｐ型となりうるドーパントであればこれに限定
されるものではない。例えばＺｎ、Ｃｄ、Ｂｅなど他の
ドーパントを用いても、本発明の実施に支障はない。ま
た、ドーピング用の原料ガスとしてビスシクロペンタジ
エニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いたがこれに限
定されることはなく、例えばビスメチルシクロペンタジ
エニルマグネシウム（ＭｅＣｐ２Ｍｇ）、ビスエチルシ
クロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）な
どを用いても良い。
【００９５】また、上記実施例においてはサファイア基
板またはＧａＮ基板としてとして（０００１）面（Ｃ
面）を用いたが、（１１-２０）面（Ａ面）や（１０-１
０）面（Ｍ面）、（１-１０２）面（Ｒ面）、（１１-２
３）面（Ｎ面）、（１０-１１）面（Ｓ面）などを用い
ても本発明の実施に支障はない。また、さらにそれぞれ
の面方位から数度微傾斜したいわゆるオフ基板を用いて
も良い。
【００９６】上記実施例１ないし２に記載の窒化ガリウ
ム系半導体レーザはサファイア基板上に形成しなくとも
例えばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）、スピネルなど他
の基板上に形成した場合も、本発明の実施に支障はな
い。
【００９７】上記実施例３ないし４においては基板とし
てＧａＮ基板を用いたが、サファイアなど他の基板上に
例えばＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）を用い
て低転位のＧａＮ厚膜を形成し、その上に本実施例によ
るレーザ構造を形成した後に、例えばレーザリフトオ
フ、エッチングなどの技術によりサファイア基板を剥離
または溶解してからｎ電極を形成しても勿論良い。
【００９８】本発明の実施は上記実施例に示された構造
の窒化ガリウム系半導体レーザに限られるものではな
く、各層の層厚、組成、ドーピング密度、電極材料、マ
スク材料、ストライプ幅、ドライエッチング深さの様々
な組み合わせの窒化ガリウム系半導体レーザにおいて支
障はない。
【００９９】上記実施例では、半導体レーザの例を挙げ
たが、本発明は、半導体レーザ、発光ダイオード等の発
光素子、太陽電池、光センサー等の受光素子、変調器等
に適用することができ、また、HBT（ヘテロバイポーラ
トランジスタ）等の電子素子に適用することもできる。
【０１００】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、II
I族窒化物半導体素子におけるヘテロ界面のｐ型不純物
プロファイルを高度に制御することができるため、所望
の素子性能を安定的に実現する層構造が得られる。たと
えば半導体レーザ等の光素子においては、結晶品質を劣
化させることなくＩ−Ｖ特性を改善することにより、駆
動電圧の小さい素子を実現することができる。また、電
子デバイス、例えばHBTにおいては、ベース抵抗を低減
することにより素子特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体素子の不純物密度分布制御
技術を説明するための図である。
【図２】本発明に係る半導体素子の構造を説明するため
の図である。
【図３】本発明に係る半導体素子の作用を説明するため
のバンド図である。
【図４】本発明に係る半導体素子の作用を説明するため
のバンド図である。
【図５】ドーピングガス流量と不純物ドーピング濃度、
抵抗率との関係を説明するための図である。
【図６】ドーピングガス流量と不純物ドーピング濃度、
抵抗率との関係を説明するための図である。
【図７】実施例１の窒化ガリウム系半導体レーザの概略
断面図である。
【図８】実施例１の窒化ガリウム系半導体レーザのｐ型
不純物ドーピング密度を示す図である。
【図９】実施例２の窒化ガリウム系半導体レーザの概略
断面図である。
【図１０】実施例２の窒化ガリウム系半導体レーザのｐ
型不純物ドーピング密度を示す図である。
【図１１】実施例３の窒化ガリウム系半導体レーザの概
略断面図である。
【図１２】実施例３の窒化ガリウム系半導体レーザのｐ
型不純物ドーピング密度を示す図である。
【図１３】実施例４の窒化ガリウム系半導体レーザの概
略断面図である。
【図１４】実施例４の窒化ガリウム系半導体レーザのｐ
型不純物ドーピング密度を示す図である。
【図１５】第４の実施の形態に係る窒化ガリウム系半導
体レーザの概略断面図である。
【図１６】第４の実施の形態に係る窒化ガリウム系半導
体レーザのｐ型不純物ドーピング密度を示す図である。
【図１７】窒化ガリウム系半導体の結晶面の相違を説明
するための図である。
【図１８】従来の窒化ガリウム系半導体レーザの概略断
面図である。
【符号の説明】
１００ サファイア基板 １０１ 低温成長ＧａＮバッファ層 １０２ ＳｉドープＧａＮコンタクト層 １０３ ＳｉドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 １０４ ＳｉドープＧａＮ光ガイド層 １０５ 多重量子井戸構造活性層 １０６ ＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎインジウム解離防
止層 １０７ ＭｇドープＧａＮ光ガイド層 １０８ ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 １０８ａ Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 １０８ｂ Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 １０９ ＭｇドープＧａＮコンタクト層 １１０ ＳｉＯ２膜 １１１ ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）からなるｐ電極 １１２ チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）からな
るｎ電極 ２００ サファイア基板 ２０１ 低温成長ＧａＮバッファ層 ２０２ ＳｉドープＧａＮコンタクト層 ２０３ ＳｉドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ２０４ ＳｉドープＧａＮ光ガイド層 ２０５ 多重量子井戸構造活性層 ２０６ ＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎインジウム解離防
止層 ２０７ ＭｇドープＧａＮ光ガイド層 ２０８ ＳｉＯ２膜 ２０９ ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ２０９ａ ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ２０９ｂ ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ２１０ ＭｇドープＧａＮコンタクト層 ２１１ ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）からなるｐ電極 ２１２ チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）からな
るｎ電極 ３００ ｎ型ＧａＮ基板 ３０１ ＳｉドープＧａＮバッファ層 ３０２ ＳｉドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ３０３ ＳｉドープＧａＮ光ガイド層 ３０４ 多重量子井戸構造活性層 ３０５ ＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎインジウム解離防
止層 ３０６ ＭｇドープＧａＮ光ガイド層 ３０７ ＳｉＯ２膜 ３０８ ＭｇドープＧａＮ層 ３０９ ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ３０９ａ ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ３０９ｂ ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ３１０ ＭｇドープＧａＮコンタクト層 ３１１ ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）からなるｐ電極 ３１２ チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）からな
るｎ電極 ４００ ｎ型ＧａＮ基板 ４０１ ＳｉドープＧａＮバッファ層 ４０２ ＳｉドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ４０３ ＳｉドープＧａＮ光ガイド層 ４０４ 多重量子井戸構造活性層 ４０５ ＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎインジウム解離防
止層 ４０６ ＭｇドープＧａＮ光ガイド層 ４０７ ＳｉＯ２膜 ４０８ ＭｇドープＧａＮ層 ４０９ ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ４０９ａ ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ４０９ｂ ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ４０９ｃ ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ４１０ ＭｇドープＧａＮコンタクト層 ４１１ ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）からなるｐ電極 ４１２ チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）からな
るｎ電極 ５００ ｐ型ＧａＮ（０００１）面基板 ５０１ ＭｇドープＧａＮバッファ層 ５０２ ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ５０３ ＭｇドープＧａＮ光ガイド層 ５０４ 多重量子井戸構造活性層 ５０５ ＳｉドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎインジウム解離防
止層 ５０６ ＳｉドープＧａＮ光ガイド層 ５０７ ＳｉドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 ５０８ ＳｉドープＧａＮコンタクト層 ５０９ ＳｉＯ２膜 ５１０ チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）からな
るｎ電極 ５１１ ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）からなるｐ電極 ７００ サファイア（０００１）基板 ７０１ 低温成長ＧａＮバッファ層 ７０２ ＳｉドープＧａＮコンタクト層 ７０３ ＳｉドープIn0.05Ga0.95Nクラック防止層 ７０４ ＳｉドープAl0.07Ga0.93Nクラッド層 ７０５ ＳｉドープＧａＮ光ガイド層 ７０６ 多重量子井戸構造活性層 ７０７ ＭｇドープAl0.2Ga0.8Nインジウム解離防止層 ７０８ ＭｇドープＧａＮ光ガイド層 ７０９ ＭｇドープAl0.07Ga0.93Nクラッド層 ７１０ ＭｇドープＧａＮ層 ７１１ ＳｉＯ２膜 ７１２ ＭｇドープＧａＮコンタクト層 ７１３ ｐ電極 ７１４ ｎ電極 ９０１ ｐ−ＧａＮ光ガイド層 ９０２ ＳｉＯ２マスク ９０３ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 ９０４ ｐ−ＧａＮコンタクト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉本 大 東京都港区芝５丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 木村 明隆 東京都港区芝５丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA04 AA11 AA45 AA51 AA55 AA74 CA07 CB05 CB06 DA05 DA24 EA29

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ｎ型またはｉ型の導電型を有する第一の
    III族窒化物半導体層と、該第一のIII族窒化物半導体層
    上に形成されたｐ型の導電型を有する第二のIII族窒化
    物半導体層と、を有し、第一のIII族窒化物半導体層と
    第二のIII族窒化物半導体層との界面から上方０．１μ
    ｍにわたる第二のIII族窒化物半導体層中の領域におけ
    る平均ｐ型不純物密度をＮ１、前記界面から上方０．０
    １μｍにわたる第二のIII族窒化物半導体層中の領域に
    おける平均ｐ型不純物密度をＮ ２としたときにＮ１＜Ｎ
    ２であることを特徴とするIII族窒化物半導体素子。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のIII族窒化物半導体素
    子において、 １．５×Ｎ１＜Ｎ２＜２０×Ｎ１ であることを特徴とするIII族窒化物半導体素子。
  3. 【請求項３】 第一のIII族窒化物半導体層と、該第一
    のIII族窒化物半導体層に接して形成された第二のIII族
    窒化物半導体層とが、［x，y，−（x＋y），z］（ｘ、
    ｙは任意の整数であり、ｚは自然数）で表される結晶軸
    方向に積層した層構造を有し、 積層方向と垂直な平面内における第一のIII族窒化物半
    導体層の平均格子定数が、積層方向と垂直な平面内にお
    ける第二のIII族窒化物半導体層の平均格子定数よりも
    小さく、 第一のIII族窒化物半導体層と第二のIII族窒化物半導体
    層との界面から０．１μｍにわたる第一のIII族窒化物
    半導体層中の領域における平均ｐ型不純物密度をＮ１、
    前記界面から０．０１μｍにわたる第二のIII族窒化物
    半導体層中の領域における平均ｐ型不純物密度をＮ２と
    したときにＮ１＜Ｎ２であることを特徴とするIII族窒
    化物半導体素子。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載のIII族窒化物半導体素
    子において、 １．５×Ｎ１＜Ｎ２＜２０×Ｎ１ であることを特徴とするIII族窒化物半導体素子。
  5. 【請求項５】 ｐ型の導電型を有する第一のIII族窒化
    物半導体層と、該第一のIII族窒化物半導体層上に形成
    された、開口部を有するマスクと、該マスクの開口部に
    露出した前記第一のIII族窒化物半導体層から成長し
    た、ｐ型の導電型を有する第二のIII族窒化物半導体層
    と、を有し、第一のIII族窒化物半導体層と第二のIII族
    窒化物半導体層との界面から上方０．１μｍにわたる第
    二のIII族窒化物半導体層中の領域における平均ｐ型不
    純物密度をＮ１、前記界面から上方０．０５μｍにわた
    る第二のIII族窒化物半導体層中の領域における平均ｐ
    型不純物密度をＮ２としたときにＮ１＜Ｎ２であること
    を特徴とするIII族窒化物半導体素子。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載のIII族窒化物半導体素
    子において、 １．５×Ｎ１＜Ｎ２＜２０×Ｎ１ であることを特徴とするIII族窒化物半導体素子。
  7. 【請求項７】 請求項５または６に記載のIII族窒化物
    半導体素子において、前記マスクはシリコンを含むこと
    を特徴とするIII族窒化物半導体素子。
  8. 【請求項８】 ｐ型III族窒化物半導体基板と、該ｐ型I
    II族窒化物半導体基板上に形成されたｐ型III族窒化物
    半導体層と、を有し、ｐ型III族窒化物半導体基板とｐ
    型III族窒化物半導体層との界面から上方０．１μｍに
    わたるｐ型III族窒化物半導体層中の領域における平均
    ｐ型不純物密度をＮ１、前記界面から上方０．０１μｍ
    にわたるｐ型III族窒化物半導体層中の領域における平
    均ｐ型不純物密度をＮ２としたときにＮ１＜Ｎ２である
    ことを特徴とするIII族窒化物半導体素子。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載のIII族窒化物半導体素
    子において、 １．５×Ｎ１＜Ｎ２＜２０×Ｎ１ であることを特徴とするIII族窒化物半導体素子。
  10. 【請求項１０】 ｎ型またはｉ型の導電型を有する第一
    のIII族窒化物半導体層を形成する工程と、該第一のIII
    族窒化物半導体層上に、ｐ型の導電型を有する第二のII
    I族窒化物半導体層を成長させる工程と、を含み、 第一のIII族窒化物半導体層と第二のIII族窒化物半導体
    層との界面から上方０．１μｍにわたる第二のIII族窒
    化物半導体層中の領域における平均ｐ型不純物ドーピン
    グ密度をＸ１、前記界面から上方０．０１μｍにわたる
    第二のIII族窒化物半導体層中の領域における平均ｐ型
    不純物ドーピング密度をＸ２としたときにＸ１＜Ｘ２と
    することを特徴とするIII族窒化物半導体素子の製造方
    法。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のIII族窒化物半導
    体素子の製造方法において、 １．５×Ｘ１＜Ｘ２＜２０×Ｘ１ とすることを特徴とするIII族窒化物半導体素子の製造
    方法。
  12. 【請求項１２】 第一のIII族窒化物半導体層と、該第
    一のIII族窒化物半導体層に接して形成された第二のIII
    族窒化物半導体層とが、［x，y，−（x＋y），z］
    （ｘ、ｙは任意の整数であり、ｚは自然数）で表される
    結晶軸方向に積層した層構造を有し、積層方向と垂直な
    平面内における第一のIII族窒化物半導体層の平均格子
    定数が、積層方向と垂直な平面内における第二のIII族
    窒化物半導体層の平均格子定数よりも小さいIII族窒化
    物半導体素子の製造方法であって、 第一のIII族窒化物半導体層および第二のIII族窒化物半
    導体層をこの順で成長させる工程を含み、 第一のIII族窒化物半導体層と第二のIII族窒化物半導体
    層との界面から０．１μｍにわたる第一のIII族窒化物
    半導体層中の領域における平均ｐ型不純物ドーピング密
    度をＸ１、前記界面から０．０１μｍにわたる第一のII
    I族窒化物半導体層中の領域における平均ｐ型不純物ド
    ーピング密度をＸ２としたときにＸ１＜Ｘ２とすること
    を特徴とするIII族窒化物半導体素子の製造方法。
  13. 【請求項１３】 第一のIII族窒化物半導体層と、該第
    一のIII族窒化物半導体層に接して形成された第二のIII
    族窒化物半導体層とが、［x，y，−（x＋y），z］
    （ｘ、ｙは任意の整数であり、ｚは自然数）で表される
    結晶軸方向に積層した層構造を有し、積層方向と垂直な
    平面内における第二のIII族窒化物半導体層の平均格子
    定数が、積層方向と垂直な平面内における第一のIII族
    窒化物半導体層の平均格子定数よりも小さいIII族窒化
    物半導体素子の製造方法であって、 第一のIII族窒化物半導体層および第二のIII族窒化物半
    導体層をこの順で成長させる工程を含み、 第一のIII族窒化物半導体層と第二のIII族窒化物半導体
    層との界面から０．１μｍにわたる第二のIII族窒化物
    半導体層中の領域における平均ｐ型不純物ドーピング密
    度をＸ１、前記界面から０．０１μｍにわたる第二のII
    I族窒化物半導体層中の領域における平均ｐ型不純物ド
    ーピング密度をＸ２としたときにＸ１＜Ｘ２とすること
    を特徴とするIII族窒化物半導体素子の製造方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１２または１３に記載のIII族
    窒化物半導体素子の製造方法において、 １．５×Ｘ１＜Ｘ２＜２０×Ｘ１ とすることを特徴とするIII族窒化物半導体素子の製造
    方法。
  15. 【請求項１５】 ｐ型の導電型を有する第一のIII族窒
    化物半導体層を形成する工程と、該第一のIII族窒化物
    半導体層上に開口部を有するマスクを形成する工程と、
    該マスクの開口部に露出した前記第一のIII族窒化物半
    導体層からｐ型の導電型を有する第二のIII族窒化物半
    導体層を成長させる工程と、を含み、第一のIII族窒化
    物半導体層と第二のIII族窒化物半導体層との界面から
    上方０．１μｍにわたる第二のIII族窒化物半導体層中
    の領域における平均ｐ型不純物ドーピング密度をＸ１、
    前記界面から上方０．０１μｍにわたる第二のIII族窒
    化物半導体層中の領域における平均ｐ型不純物ドーピン
    グ密度をＸ２としたときにＸ１＜Ｘ２とすることを特徴
    とするIII族窒化物半導体素子の製造方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載のIII族窒化物半導
    体素子の製造方法において、 １．５×Ｘ１＜Ｘ２＜２０×Ｘ１ とすることを特徴とするIII族窒化物半導体素子の製造
    方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１５または１６に記載のIII族
    窒化物半導体素子の製造方法において、前記マスクはシ
    リコンを含むことを特徴とするIII族窒化物半導体素子
    の製造方法。
  18. 【請求項１８】 ｐ型III族窒化物半導体基板上にｐ型I
    II族窒化物半導体層を形成する工程を含み、ｐ型III族
    窒化物半導体基板とｐ型III族窒化物半導体層との界面
    から上方０．１μｍにわたるｐ型III族窒化物半導体層
    中の領域におけるｐ型不純物密度をＸ１、前記界面から
    上方０．０１μｍにわたるｐ型III族窒化物半導体層中
    の領域におけるｐ型不純物密度をＸ２としたときにＸ１
    ＜Ｘ２とすることを特徴とするIII族窒化物半導体素子
    の製造方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１８に記載のIII族窒化物半導
    体素子の製造方法において、 １．５×Ｘ１＜Ｘ２＜２０×Ｘ１ とすることを特徴とするIII族窒化物半導体素子の製造
    方法。
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