JP2005310943A - 窒化物半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再成長工程を有し、かつ再成長界面がｐ型窒化物半導体から構成される窒化物半導体素子において、従来は再成長界面でｐ型ドーパント減少による電位障壁が形成され、窒化物半導体素子の電気的特性が劣化するという課題があった。
【解決手段】基板上に結晶成長で得られる第１のｐ型窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上に別の結晶成長からなるｐ型窒化物半導体層２とを有しており、第１と第２の窒化物半導体層の界面近傍がｐ型の導電性を有するようにする。かかる構造とすることにより、再成長界面での電位障壁が低減され、窒化物半導体素子の電気的特性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、青紫色レーザや高速トランジスタに用いられる窒化物半導体装置に関する。

高密度光ディスク用の光源として、赤色域や赤外域の光に比べ、光ディスク上での集光スポット系を小さくすることが可能な短波長域で発光し、光ディスクの記録密度向上に有効な青紫色域のレーザ光源が要望されている。現在、青紫色域のレーザ光を実現するために、窒化ガリウム等のIII族窒化物半導体（以下、単に窒化物半導体という）を用いた半導体レーザの開発が行われている。

窒化物半導体を用いたレーザ構造として、例えば以下に示す特許文献１〜３に記載されたものが従来知られている。それらを図９（ａ）〜（ｄ）に示す。

図９（ａ）はサファイア基板１０１上に低温成長バッファ層１０２、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１０３、ｎ−ＧａＮガイド層１０４、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸（Multi Quantum Well、以下ＭＱＷという）活性層１０５、ｐ−ＡｌＧａＮガイド層１０６、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０７、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０８が１回の成長により順次形成されている。導波路構造としてはエピタキシャル成長層上に凸部、いわゆるリッジ構造を形成し、例えばＳｉＯ₂などの絶縁膜１１３とｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０７の屈折率差にて光を閉じ込め、レーザ発振を実現している（特許文献１参照）。

図９（ｂ）はサファイア基板１０１、低温成長バッファ層１０２、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１０３、ｎ−ＧａＮガイド層１０４、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層１０５、ｐ−ＡｌＧａＮガイド層１１０および１１１、ｎ―ＡｌＧａＮブロック層１１２、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０７、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０８から構成されている。電流はｎ−ＡｌＧａＮブロック層１１２部は流れず、ｐ−ＡｌＧａＮガイド層１１１部のみを流れる。また、ｎ−ＡｌＧａＮブロック層１１２とｐ−ＡｌＧａＮガイド層１１１との屈折率差で光閉じ込めを行っている。この構造は、２回の成長で形成され、ｐ−ＡｌＧａＮガイド層１１０とｐ−ＡｌＧａＮガイド層１１１の界面、およびｎ−ＡｌＧａＮブロック層１１２とｐ−ＡｌＧａＮガイド層１１１の界面が再成長界面となる（特許文献２参照）。
図９（ｃ）はサファイア基板１０１、低温成長バッファ層１０２、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１０３、ｎ−ＧａＮガイド層１０４、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層１０５、ｐ−ＡｌＧａＮガイド層１０６、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０７、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０８、ｎ−ＡｌＧａＮブロック層１１２から構成されている。電流はｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０７を流れて、ｎ−ＡｌＧａＮブロック層１１２は流れない構造となっている。また、ｎ−ＡｌＧａＮブロック層１１２とｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０７との屈折率差で光閉じ込めを行っている。この構造は、３回の成長で形成されており、ｐ−ＧａＮガイド層１０６とｎ−ＡｌＧａＮブロック層１１２との界面が１回目と２回目の再成長界面、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０７とｐ−ＧａＮコンタクト層１０８の界面、およびｎ−ＡｌＧａＮブロック層１１２とｐ−ＧａＮコンタクト層１０８の界面が２回目と３回目の再成長界面となる（特許文献３参照）。

図９（ｄ）はサファイア基板１０１、低温成長バッファ層１０２、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１０３、ｎ−ＧａＮガイド層１０４、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層１０５、ｐ−ＡｌＧａＮガイド層１０６、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０７、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０８、ＳｉＯ₂膜１０９から構成されている。光の閉じ込めはｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０７とＳｉＯ₂膜１０９との屈折率差で行っている。この構造は２回の成長で形成され、ｐ−ＧａＮガイド層１０６とｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０７の界面が再成長界面となる（特許文献４参照）。
特開２００２−２６１０３３号公報 特開平８−９７５０７号公報 特開平１１−４０８９３号公報 特開２０００−５８９８１号公報

上述したように図９（ａ）では、例えばＳｉＯ₂などの絶縁膜１１３とｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０７の屈折率差にて光を閉じ込めている。半導体レーザでは、活性層から光閉じ込めを行うために屈折率が変化するまでの距離Ｌが特性に非常に大きく影響する。この構造においては、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０８まで成膜した後に、エッチングで凸形状を形成するため、距離Ｌはそのエッチング量に制御されることになるが、この制御が非常に困難で、エッチング量がばらつく、すなわち距離Ｌがばらつくという問題があり、デバイス特性が安定しないという課題があった。この課題は図９（ｃ）でも同様のことが言える。

また、図９（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のレーザ構造は２回以上の成長工程を有し、かつ電流が流れる部分の再成長界面はｐ型層から形成されている。しかし、従来は再成長界面で大きい電位障壁が生じ、青紫色レーザダイオードの立ち上がり電圧が非常に大きくなるという課題があった。そのため、特定の光出力を得るための投入電力が増加し、かつ発熱が増大するという課題があった。

本発明の窒化物半導体装置は、基板の上に結晶成長してなる第１のｐ型窒化物半導体層と、前記第１のｐ型窒化物半導体層の上に、第１の窒化物半導体層とは別の結晶成長を施してなる第２のｐ型窒化物半導体層とを有し、第１と第２の窒化物半導体層の界面近傍がｐ型の導電型を有するものである。

この構成により、第１の成膜工程と第２の成膜工程との成長界面で生じる電位障壁を低減することができるので、窒化物半導体装置の電気的特性が改善する。

本発明の窒化物半導体装置は、さらに第１のｐ型窒化物半導体層と第２のｐ型窒化物半導体層の少なくともどちらか一方が、２×10¹⁹cm^-3以上のｐ型不純物を含んでいることが好ましい。この好ましい構成によれば、第１の成膜工程と第２の成膜工程の成長界面近傍がｐ型の導電型を有することになる。

本発明の窒化物半導体装置は、前記窒化物半導体層がＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）からなることが好ましい。

本発明の窒化物半導体装置は、クラッド層となるｎ型導電型の窒化物半導体層の上に活性層となる窒化物半導体層が形成され、この窒化物半導体層の上に光ガイド層となる第１のｐ型導電型の窒化物半導体層が形成され、このｐ型導電型の窒化物半導体層上にストライプ状の窓を有し、電流ブロック層となるｎ型導電型の窒化物半導体層が形成され、当該ストライプ状の窓にはｎ型導電型の窒化物半導体層よりも屈折率の大きい第２のｐ型導電型の窒化物半導体層が形成されており、第１のｐ型導電型の窒化物半導体層および第２のｐ型導電型の窒化物半導体層の界面近傍がｐ型の導電型を有するものである。この構成により、再成長界面の電位障壁が低減されるので窒化物半導体から構成される半導体レーザの立ち上がり電圧を低減することが可能となる。

本発明の窒化物半導体装置は、さらに窒化物半導体層３および前記窒化物半導体層５の少なくともどちらか一方の不純物濃度が２×10¹⁹cm^-3以上であることが好ましい。

本発明の窒化物半導体装置は、さらに窒化物半導体がＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）からなることが好ましい。

本発明の窒化物半導体装置は、さらにｐ型の導電型を有する第１の窒化物半導体層の、ｐ型の導電型を有する第２の窒化物半導体層との界面部がＧａＮからなることが好ましい。

本発明の窒化物半導体装置は、さらにｐ型の導電型を有する第１の窒化物半導体層の不純物濃度が２×10¹⁹cm^-3以下で、ｐ型の導電型を有する第２の不純物濃度が２×10¹⁹cm^-3以上であることが好ましい。この好ましい構成によれば、活性層に近いｐ−ＧａＮガイド層のＭｇ濃度が低くなるので、活性層へのＭｇの拡散が抑制され、窒化物半導体装置の信頼性が向上する。

前記不純物が２×10¹⁹cm^-3以上含まれている領域が、前記窒化物半導体層３ あるいは／かつ 前記窒化物半導体層５のうち、前記窒化物半導体層３と前記窒化物半導体層５の界面を含む特定の位置であることを特徴とする。この好ましい構成によれば、Ｍｇが高濃度にドーピングされている領域が特定の位置に限られているので、Ｍｇによる光吸収が低減され、半導体レーザの閾値電流を低減することができる。

本発明の窒化物半導体装置は、さらに特定の位置の厚さが、当該特定の位置を含むｐ型の導電型を有する第１の窒化物半導体層またはｐ型の導電型を有する第２の窒化物半導体層の格子定数以上であることが好ましい。

本発明によれば、再成長界面を有し、かつその再成長界面がｐ型窒化物半導体から構成されるデバイスにおいて、再成長界面を形成するｐ型層のＭｇ濃度を２×10¹⁹cm^-3以上とすることにより、再成長界面での電位障壁を低減することが可能となり、デバイス特性を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、詳しく説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における窒化物半導体から構成される青紫色レーザダイオードについて、図１を参照しながら説明する。

２インチＧａＮ基板１上に、ｎ−ＧａＮ層２、ｎ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層３、ｎ−ＧａＮガイド層４、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活性層５、ｐ−ＧａＮガイド層６が順に形成されている。ｐ−ＧａＮガイド層６上にはストライプ状の窓を有するｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎブロック層７が形成されており、窓部およびｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎブロック層７上には第２のｐ−ＧａＮガイド層８が形成されている。ｐ−ＧａＮガイド層８上にはｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０が形成されている。なお、再成長時の下地層となるｐ−ＧａＮガイド層６、再成長時に形成されるｐ−ＧａＮガイド層８には３×10¹⁹cm^-3のＭｇがドーピングされている。ｐ−ＧａＮコンタクト層１０上にはＮｉ系材料からなるｐ型電極１１、ＧａＮ基板１上にはＴｉ系材料からなるｎ型電極１２が形成されている。なお、本実施例ではＧａＮ基板を用いているが、サファイアやその他の基板でも良い。

また、図２に実施の形態１における窒化物半導体装置の製造方法を示す。ＧａＮ層の成長装置としてはＭＯＶＰＥ装置を用いる。Ｇａ原料としてはトリメチルガリウム、Ａｌ原料としてはトリメチルアルミニウム、Ｎ原料としてはＮＨ₃を用いる。また、ドナー不純物であるＳｉの原料にはＳｉＨ₄、キャリアガスにはＨ₂を用いる。アクセプタ不純物であるＭｇの原料にはシクロペンタジエニルマグネシウムを用いる。

１回目の成長でＧａＮ基板１上にｎ−ＧａＮ層２（膜厚２μｍ）、ｎ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層３（膜厚１μｍ）、ｎ−ＧａＮガイド層４（膜厚０．２μｍ）、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活性層５、ｐ−ＧａＮガイド層６（膜厚０．１μｍ）、ｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎブロック層７（膜厚０．１５μｍ）を順に形成する（図２（ａ））。なお、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活性層５からは波長４０５ｎｍの光が出射される。

次にｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎブロック層７の一部をストライプ状にエッチングで除去する（図２（ｂ））。なお、エッチングによって除去される水平方向の幅は約２．０μｍである。エッチング方法としては、ＲＩＥ、ＥＣＲなどのドライエッチングが適しており、エッチングガスとしては塩素系のガスを用いるのが望ましい。

ドライエッチング後、ｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎブロック層７とエッチングによって露出されたｐ−ＧａＮガイド層６上にｐ−ＧａＮガイド層８（膜厚０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９（膜厚０．５μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０（膜厚０．１μｍ）の成長を順に行う（図２（ｃ））。

成長後、窒素雰囲気中で７８０℃、２０分間の活性化アニールを行い、ｐ型層の低抵抗化を行う。

アニール後、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０上にｐ型電極１１を形成する。ｐ型電極材料としてはＮｉ系材料を用い、窒素雰囲気中で６５０℃、３０分間のシンタを行う。

その後、ＧａＮ基板１の研磨を行い、約１５０μｍ厚にする。研磨後、ＧａＮ基板１上にＮ型電極１２を形成する。Ｎ型電極材料としてはＴｉ系材料を用い、窒素雰囲気中で６００℃、３０秒間のシンタを行う（図２（ｄ））。

Ｎ電極形成後、へき開を行うことにより、ＲＩＳＡ（実屈折率導波）型青紫色レーザを作製することが出来る。

本実施例で作製した青紫色レーザでは、再成長界面はｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎブロック層７とｐ−ＧａＮガイド層８の界面、およびｐ−ＧａＮガイド層６とｐ−ＧａＮガイド層８の界面である。そのうち、電流が導波する部分はｐ−ＧａＮガイド層６とｐ−ＧａＮガイド層８の界面であり、双方の層には3×10¹⁹cm^-3のＭｇがドーピングされている。

Ｍｇ濃度を3×10¹⁹cm^-3とした理由について以下に説明する。図３に再成長界面を構成するｐ−ＧａＮガイド層のＭｇ濃度と青紫色レーザの立ち上がり電圧の関係を示す。Ｍｇ濃度が２×10¹⁹cm^-3以下の場合には、Ｍｇ濃度の減少とともに立ち上がり電圧が増加する。それに対してＭｇ濃度が２×10¹⁹cm^-3以上の場合には立ち上がり電圧が３．６〜３．８Ｖと低い値が得られている。

物理現象としては以下のことが考えられる。再成長界面近傍では、図４に示すように、２次イオン質量分析評価により、Ｍｇ濃度が減少することが確認されている。これは詳細は明らかではないが、プロセスでのダメージや成長初期過程に起因していると考えられる。このＭｇ濃度の減少のため、Ｍｇ濃度が低い場合には再成長界面部のｐ−ＧａＮ層が高抵抗になり、真性層ライクに、あるいはｎ型層に反転しているのではないかと想定される。そのため、再成長界面部で電位障壁が形成され、青紫色レーザの立ち上がり電圧が大きくなると考えられる。その電位障壁が実験的にほとんどなくなるＭｇ濃度が２×10¹⁹cm^-3で、それ以上のドーピングをすることにより、良好な電気的特性が得られる。

本実施例では青紫色レーザにおける効果を示したが、再成長工程を有し、その再成長界面がｐ型層から形成される構造を有する窒化物半導体装置であれば、同様の効果が得られる。また、本実施例ではｐ―ＧａＮガイド層６、ｐ−ＧａＮガイド層８とも２×10¹⁹cm^-3以上のＭｇ濃度としたが、少なくともどちらか一方のＭｇ濃度が２×10¹⁹cm^-3以上であれば電気的特性という観点からは同様の効果が得られる。

ただし、青紫色レーザにおいてはＭｇ濃度が大きいと、Ｍｇが活性層に拡散して信頼性が低下するということが懸念される。だから活性層に距離的に近い層であるｐ―ＧａＮガイド層６のＭｇ濃度が２×10¹⁹cm^-3以下で、活性層から遠いｐ−ＧａＮガイド層８が２×10¹⁹cm^-3以上である方が望ましい。

また、２×10¹⁹cm^-3以上Ｍｇをドーピングをする層がｐ―ＧａＮガイド層６のみ、ｐ−ＧａＮガイド層８のみ、ｐ―ＧａＮガイド層６とｐ−ＧａＮガイド層８の両方のいずれの場合においても、層内の全領域を２×10¹⁹cm^-3以上とする必要はなく、再成長界面近傍部のみ２×10¹⁹cm^-3以上としても同様の効果が得られる。さらに、２×10¹⁹cm^-3以上ドーピングする層を再成長界面近傍部のみにすることは次の点でも有利である。ｐ型層は高濃度にするほど活性層から発生した光の吸収が大きくなる。そのため、２×10¹⁹cm^-3以上不純物が含まれている高濃度層の領域が小さければ小さいほど光吸収が小さくなり、結果としてレーザ発振閾値を低減することが出来る。２×10¹⁹cm^-3以上のＭｇドーピングを行う再成長界面近傍部の厚さは、少なくともその層の格子定数以上必要であり、これ以上の厚さであれば、上記した立ち上がり電圧低減効果が得られる。例えば、２×10¹⁹cm^-3以上のＭｇドーピングをした層がＧａＮから構成されているなら、５．１８５Å以上あれば良い。

さらに、電流が導波する再成長界面部に関してであるが、本実施例では、再成長時に下地層となるｐ型層をｐ−ＡｌＧａＮではなく、ｐ−ＧａＮガイド層６としている。再成長前に大気にむき出しとなる層にＡｌが混入していると、酸化膜が生じ、再成長後の表面モフォロジーやレーザの電気的特性が劣化する可能性がある。そこで、本実施例では再成長前の下地層をｐ−ＧａＮ層とすることにより、表面モフォロジーおよび電気的特性の劣化を防止している。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における窒化物半導体から構成される青紫色レーザダイオードについて、図５を参照しながら説明する。

２インチＧａＮ基板１上に、ｎ−ＧａＮ層２、ｎ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層３、ｎ−ＧａＮガイド層４、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活性層５、ｐ−ＧａＮガイド層６が順に形成されている。ｐ−ＧａＮガイド層６上にはストライプ状の窓を有するｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎブロック層７が形成されており、窓部にはｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９が形成されている。ｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎブロック層７およびｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９上にはｐ−ＧａＮ層１３、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０が形成されている。ｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９およびｐ−ＧａＮ層１３には３×10¹⁹cm^-3のＭｇがドーピングされている。ｐ−ＧａＮコンタクト層１０上にはＮｉ系材料からなるｐ型電極１１、ＧａＮ基板１上にはＴｉ系材料からなるｎ型電極１２が形成されている。なお、本実施例ではＧａＮ基板を用いているが、サファイアやその他の基板でも良い。

また、図６に実施の形態１における窒化物半導体装置の製造方法を示す。ＧａＮ層の成長装置としてはＭＯＶＰＥ装置を用いる。Ｇａ原料としてはトリメチルガリウム、Ａｌ原料としてはトリメチルアルミニウム、Ｎ原料としてはＮＨ₃を用いる。また、ドナー不純物であるＳｉの原料にはＳｉＨ₄、キャリアガスにはＨ₂を用いる。アクセプタ不純物であるＭｇの原料にはシクロペンタジエニルマグネシウムを用いる。

１回目の成長でＧａＮ基板１上にｎ−ＧａＮ層２、ｎ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層３、ｎ−ＧａＮガイド層４、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活性層５、ｐ−ＧａＮガイド層６、ｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９を順に形成する（図６（ａ））。なお、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活性層５からは波長４０５ｎｍの光が出射される。また、ｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９には３×10¹⁹cm^-3のＭｇがドーピングされている。

次にｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９上にストライプ状の絶縁膜１４を形成する（図６（ｂ））。この絶縁膜１４はエッチング時のマスクとして機能し、ＳｉＯ₂やＳｉＮから構成される。続いて、ドライエッチングにより絶縁膜１４で覆われていない部分のｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９を除去する（図６（ｃ））。エッチング方法としては、ＲＩＥ、ＥＣＲなどのドライエッチングが適しており、エッチングガスとしては塩素系のガスを用いるのが望ましい。なお、ストライプ状に残されたｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９の水平方向の幅は約１．５〜２．０μｍである。

ドライエッチング後、ドライエッチングにより剥き出しになったｐ−ＧａＮガイド層６上にｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎブロック層７の成膜を行う（図６（ｄ））。ストライプ状のｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９上には絶縁膜１４が形成されたままなので、成膜が行われない。

ｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎブロック層７成膜後、絶縁膜１４の除去を行い、ｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９およびｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎブロック層７上にｐ−ＧａＮ層１３、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０の成膜を行う（図６（ｅ））。なお、ｐ−ＧａＮガイド層１３には３×10¹⁹cm^-3のＭｇがドーピングされている。

成長後、窒素雰囲気中で７８０℃、２０分間の活性化アニールを行い、ｐ型層の低抵抗化を行う。

アニール後、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０上にｐ型電極１１を形成する。ｐ型電極材料としてはＮｉ系材料を用い、窒素雰囲気中で６５０℃、３０分間のシンタを行う。

その後、ＧａＮ基板１の研磨を行い、約１５０μｍ厚にする。研磨後、ＧａＮ基板１上にＮ型電極１２を形成する。Ｎ型電極材料としてはＴｉ系材料を用い、窒素雰囲気中で６００℃、３０秒間のシンタを行う（図６（ｆ））。

Ｎ電極形成後、チップ分離を行うことにより、青紫色レーザを作製することが出来る。

以上のように、本実施例の青紫色レーザは計3回の成長で形成される、電流導波部だけを見れば、ｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９とｐ−ＧａＮ層１３との界面が再成長界面に相当する。本実施例では、この界面を形成するｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９とｐ−ＧａＮ層１３にＰ型ドーパントであるＭｇが３×10¹⁹cm^-3ドーピングされているので、実施の形態１と同様の理由で立ち上がり電圧の低い電気的特性を得ることができる。

本実施例では、Ｍｇ濃度を３×10¹⁹cm^-3としたが、実施の形態１の場合と同様にＭｇ濃度が２×10¹⁹cm^-3以上であればほぼ同様の効果が得られる。また、本実施例ではｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９とｐ−ＧａＮ層１３の双方に３×10¹⁹cm^-3以上のドーピングをしたが、どちらか一方でも同様の効果が得られる。

ただし、レーザの信頼性という観点から考慮すると、実施の形態１に記載と同じ理由により、ｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９は２×10¹⁹cm^-3以下のＭｇ濃度とし、ｐ−ＧａＮ層１３を２×10¹⁹cm^-3以上のＭｇ濃度とするのが望ましい。

また、実施の形態１と同様に再成長界面近傍部にのみ高濃度のＭｇをドーピングしても良い。

また、本実施例では１回目の成長後の最表面層をｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９としたが、そのうえにｐ−ＧａＮ層の成膜を行い、ｐ−ＧａＮ層を１回目の成長後の最表面層としても良い。そのようにすることにより、実施の形態１に記載と同様に酸化膜の形成を防止することが出来、表面モフォロジーやレーザの電気的特性を改善することが可能となる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における窒化物半導体から構成される青紫色レーザダイオードについて、図７を参照しながら説明する。

２インチＧａＮ基板１上に、ｎ−ＧａＮ層２、ｎ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層３、ｎ−ＧａＮガイド層４、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活性層５、ｐ−ＧａＮガイド層６が順に形成されている。ｐ−ＧａＮガイド層６上にはストライプ状のｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９およびｐ−ＧａＮコンタクト層１０が形成されている。また、ｐ−ＧａＮガイド層６上でｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９が形成されていない部分には絶縁膜１４が形成されている。なお、ｐ−ＧａＮガイド層６およびｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９には３×10¹⁹cm^-3のＭｇがドーピングされている。ｐ−ＧａＮコンタクト層１０および絶縁膜１４上にはＮｉ系材料からなるｐ型電極１１、ＧａＮ基板１上にはＴｉ系材料からなるｎ型電極１２が形成されている。なお、本実施例ではＧａＮ基板を用いているが、サファイアやその他の基板でも良い。

また、図８に実施の形態３における窒化物半導体装置の製造方法を示す。ＧａＮ層の成長装置としてはＭＯＶＰＥ装置を用いる。Ｇａ原料としてはトリメチルガリウム、Ａｌ原料としてはトリメチルアルミニウム、Ｎ原料としてはＮＨ₃を用いる。また、ドナー不純物であるＳｉの原料にはＳｉＨ₄、キャリアガスにはＨ₂を用いる。アクセプタ不純物であるＭｇの原料にはシクロペンタジエニルマグネシウムを用いる。

１回目の成長でＧａＮ基板１上にｎ−ＧａＮ層２、ｎ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層３、ｎ−ＧａＮガイド層４、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活性層５、ｐ−ＧａＮガイド層６まで成膜を行う。（図８（ａ））。なお、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活性層５からは波長４０５ｎｍの光が出射される。また、ｐ−ＧａＮガイド層６には３×10¹⁹cm^-3のＭｇがドーピングされている。

次にｐ−ＧａＮガイド層６上にストライプ状の窓部を有する絶縁膜１４を形成する（図８（ｂ））。

絶縁膜１４を形成後、２回目の成長でｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９およびｐ−ＧａＮコンタクト層１０の成膜を行う（図８（ｃ））。ｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９は絶縁膜１４で覆われていない部分でのみ成膜が生じるため、ｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９はストライプ状となる。

成長後、窒素雰囲気中で７８０℃、２０分間の活性化アニールを行い、ｐ型層の低抵抗化を行う。

アニール後、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０上にｐ型電極１１を形成する。ｐ型電極材料としてはＮｉ系材料を用い、窒素雰囲気中で６５０℃、３０分間のシンタを行う。

その後、ＧａＮ基板１の研磨を行い、約１５０μｍ厚にする。研磨後、ＧａＮ基板１上にＮ型電極１２を形成する。Ｎ型電極材料としてはＴｉ系材料を用い、窒素雰囲気中で６００℃、３０秒間のシンタを行う（図８（ｄ））。

Ｎ電極形成後、チップ分離を行うことにより、青紫色レーザを作製することが出来る。

以上のように、本実施例の青紫色レーザは計２回の成長で形成され、ｐ−ＧａＮガイド層６とｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９の界面が再成長界面となる。本実施例では、この界面を形成するｐ−ＧａＮガイド層６とｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９にＰ型ドーパントであるＭｇが３×10¹⁹cm^-3ドーピングされているので、立ち上がり電圧の低い電気的特性を得ることができる。なお、本実施例ではＭｇ濃度を３×10¹⁹cm^-3としたが、実施の形態１の場合と同様にＭｇ濃度が２×10¹⁹cm^-3以上であればほぼ同様の効果が得られる。 また、本実施例ではｐ−ＧａＮガイド層６とｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９に３×10¹⁹cm^-3のドーピングを注入したが、どちらか一方でも同様の効果が得られる。ただし、レーザの信頼性という観点から考慮すると、実施の形態１に記載と同じ理由により、ｐ−ＧａＮガイド層６は低濃度のＭｇ濃度とし、ｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層９を２×10¹⁹cm^-3以上のＭｇ濃度とするのが望ましい。また、実施の形態１と同様に再成長界面近傍部にのみ高濃度のＭｇをドーピングしても良い。

本発明の実施の形態１の窒化物半導体装置を表す断面図 本発明の実施の形態１の窒化物半導体装置の製造方法を表す断面図 再成長界面を形成するｐ型層のＭｇ濃度と青紫色レーザの立ち上がり電圧の関係を表す図 ２次イオン質量分析評価によるＭｇ濃度を表す図 本発明の実施の形態２の窒化物半導体装置を表す断面図 本発明の実施の形態２の窒化物半導体装置の製造方法を表す断面図 本発明の実施の形態３の窒化物半導体装置を表す断面図 本発明の実施の形態３の窒化物半導体装置の製造方法を表す断面図 従来の窒化物半導体装置を表す断面図

符号の説明

１ ＧａＮ基板
２ ｎ−ＧａＮ層
３ ｎ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層
４ ｎ−ＧａＮガイド層
５ ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活性層
６ ｐ―ＧａＮガイド層
７ ｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎブロック層
８ ｐ−ＧａＮガイド層
９ ｐ−Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎクラッド層
１０ ｐ−ＧａＮコンタクト層
１１ ｐ型電極
１２ ｎ型電極
１３ ｐ−ＧａＮ層
１４ 絶縁膜

Claims (10)

1. 基板の上に結晶成長してなる第１のｐ型窒化物半導体層と、前記第１のｐ型窒化物半導体層の上に、第１の窒化物半導体層とは別の結晶成長を施してなる第２のｐ型窒化物半導体層とを有し、第１と第２の窒化物半導体層の界面近傍がｐ型の導電型を有することを特徴とする窒化物半導体装置。
2. 前記第１のｐ型窒化物半導体層と前記第２のｐ型窒化物半導体層の少なくともどちらか一方が、２×10¹⁹cm^-3以上のｐ型不純物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
3. 前記窒化物半導体層がＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）からなることを特徴とする請求項１、２に記載の窒化物半導体装置。
4. クラッド層となるｎ型導電型の窒化物半導体層１の上に活性層となる窒化物半導体層２が形成され、前記窒化物半導体層２の上に光ガイド層となるｐ型導電型の窒化物半導体層３が形成され、前記窒化物半導体層３上にストライプ状の窓を有し、電流ブロック層となるｎ型導電型の窒化物半導体層４が形成され、前記ストライプ状の窓には前記窒化物半導体層４よりも屈折率の大きいｐ型導電型の窒化物半導体層５が形成されており、前記窒化物半導体層３および前記窒化物半導体層５の界面近傍がｐ型の導電型を有することを特徴とする窒化物半導体装置。
5. 前記窒化物半導体層３および前記窒化物半導体層５の少なくともどちらか一方の不純物濃度が２×10¹⁹cm^-3以上であることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体装置。
6. 前記窒化物半導体１、２、３、４、５がＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）からなることを特徴とする請求項４、５に記載の窒化物半導体装置。
7. 前記窒化物半導体層３の前記窒化物半導体層５との界面部がＧａＮからなることを特徴とする請求項４、５、６に記載の窒化物半導体装置。
8. 前記窒化物半導体層３の不純物濃度が２×10¹⁹cm^-3以下で、前記窒化物半導体層５の不純物濃度が２×10¹⁹cm^-3以上であることを特徴とする請求項４、５、６、７に記載の窒化物半導体装置。
9. 前記不純物が２×10¹⁹cm^-3以上含まれている領域が、前記窒化物半導体層３ あるいは／かつ 前記窒化物半導体層５のうち、前記窒化物半導体層３と前記窒化物半導体層５の界面を含む特定の位置であることを特徴とする請求項４、５、６、７、８に記載の窒化物半導体装置。
10. 前記特定の位置の厚さが、前記特定の位置を含む前記窒化物半導体層３ あるいは／かつ 前記窒化物半導体層５の格子定数以上であることを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体装置。

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