JP2009016452A - 窒化物系半導体積層構造の製造方法および半導体光素子の製造方法 - Google Patents
窒化物系半導体積層構造の製造方法および半導体光素子の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009016452A JP2009016452A JP2007174440A JP2007174440A JP2009016452A JP 2009016452 A JP2009016452 A JP 2009016452A JP 2007174440 A JP2007174440 A JP 2007174440A JP 2007174440 A JP2007174440 A JP 2007174440A JP 2009016452 A JP2009016452 A JP 2009016452A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- nitride
- group iii
- layer
- group
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 107
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 68
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 45
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 115
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 107
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 52
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 150000002429 hydrazines Chemical class 0.000 claims abstract description 40
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 38
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 claims abstract 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 60
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- DIIIISSCIXVANO-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dimethylhydrazine Chemical compound CNNC DIIIISSCIXVANO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 claims description 32
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 31
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 31
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- RHUYHJGZWVXEHW-UHFFFAOYSA-N 1,1-Dimethyhydrazine Chemical group CN(C)N RHUYHJGZWVXEHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 abstract 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 61
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 60
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 45
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 30
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 23
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 19
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 13
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 13
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 11
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 10
- MHYQBXJRURFKIN-UHFFFAOYSA-N C1(C=CC=C1)[Mg] Chemical compound C1(C=CC=C1)[Mg] MHYQBXJRURFKIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 description 9
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 8
- 235000005811 Viola adunca Nutrition 0.000 description 6
- 240000009038 Viola odorata Species 0.000 description 6
- 235000013487 Viola odorata Nutrition 0.000 description 6
- 235000002254 Viola papilionacea Nutrition 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 4
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 4
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 3
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 2
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 2
- MUQNAPSBHXFMHT-UHFFFAOYSA-N tert-butylhydrazine Chemical compound CC(C)(C)NN MUQNAPSBHXFMHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N trimethylamine Chemical compound CN(C)C GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N Protium Chemical compound [1H] YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- VCGAIOOYUYNDDI-UHFFFAOYSA-N [N].CNNC Chemical compound [N].CNNC VCGAIOOYUYNDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000002109 crystal growth method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- QBJCZLXULXFYCK-UHFFFAOYSA-N magnesium;cyclopenta-1,3-diene Chemical compound [Mg+2].C1C=CC=[C-]1.C1C=CC=[C-]1 QBJCZLXULXFYCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- HDZGCSFEDULWCS-UHFFFAOYSA-N monomethylhydrazine Chemical compound CNN HDZGCSFEDULWCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 nitride compound Chemical class 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/0257—Doping during depositing
- H01L21/02573—Conductivity type
- H01L21/02576—N-type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/0257—Doping during depositing
- H01L21/02573—Conductivity type
- H01L21/02579—P-type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
- H01L33/325—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen characterised by the doping materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
- H01S2304/04—MOCVD or MOVPE
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0201—Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
- H01S5/0202—Cleaving
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
- H01S5/2009—Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2201—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure in a specific crystallographic orientation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
- H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
【課題】有機金属化合物のＩＩＩ族原料とヒドラジン誘導体を含むＶ族原料とを用いた低抵抗なｐ型窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体積層構造を提供する。
【解決手段】基板と、この基板上に配設され、有機金属化合物のＩＩＩ族原料、アンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料、及びｐ型不純物原料を用いて形成され、含有する炭素濃度が１×１０１８ｃｍ―３以下であるｐ型窒化物系半導体層と、を備えたもので、抵抗値が低いｐ型窒化物系半導体層を含む動作効率の良い窒化物系半導体積層構造を構成することができる。
【選択図】図１
【解決手段】基板と、この基板上に配設され、有機金属化合物のＩＩＩ族原料、アンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料、及びｐ型不純物原料を用いて形成され、含有する炭素濃度が１×１０１８ｃｍ―３以下であるｐ型窒化物系半導体層と、を備えたもので、抵抗値が低いｐ型窒化物系半導体層を含む動作効率の良い窒化物系半導体積層構造を構成することができる。
【選択図】図１
Description
この発明は、窒化物系半導体積層構造および半導体光素子ならびにその製造方法に係り、特にアンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料と有機金属化合物のＩＩＩ族原料とを用いて形成された窒化物系半導体積層構造および半導体光素子ならびにその製造方法に関する。
近年、光ディスクの高密度化のために、青色領域から紫外線領域におよぶ発光が可能な半導体レーザの研究開発が盛んに行われている。このような青紫色レーザダイオード（以下レーザダイオードをＬＤと記載する）に使用されるＧａＮ系化合物半導体としては、例えば、ＧａＮ，ＧａＰＮ、ＧａＮＡｓ、ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどがある。ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物系半導体を用いたＧａＮ系半導体レーザは既に実用化している。
窒化物系半導体の成長方法としては、一般的にＶ族原料としてＮＨ３を用いるが、ｐ型半導体層を成長させる場合ＮＨ３から分解した水素原子（Ｈ）とｐ型ドーパント、例えばＭｇが結合して成長後のｐ型半導体層は高抵抗を示す。この解決方法としては例えば結晶成長後熱処理を行ってＭｇを活性化させることにより、低抵抗化を図ることができる。
しかし熱処理を行うことにより、ｐ型半導体層の表面から窒素（Ｎ）が脱離し、結晶が劣化する場合がある。また水素を放出しない窒素材料例えば、ヒドラジン系材料やアミン系材料を使うことも行われる。
しかし熱処理を行うことにより、ｐ型半導体層の表面から窒素（Ｎ）が脱離し、結晶が劣化する場合がある。また水素を放出しない窒素材料例えば、ヒドラジン系材料やアミン系材料を使うことも行われる。
公知の窒化物系化合物半導体の製造方法として、窒素原料としてアンモニアとヒドラジンとをともに用い、ヒドラジンの濃度が１×１０−３体積％以上２０体積％以下で、アンモニアの供給量とヒドラジンの供給量との和に対するヒドラジンの供給量の割合が１×１０−３体積％以上１０体積％以下にすることが開示されている。さらにキャリアガスとして水素、窒素、アルゴン、ヘリウム等のガスが単独または混合で使用することが可能であるが、好ましいキャリアガス中の水素濃度は１０体積％以下であることが開示されている（例えば、特許文献１、段落番号［０００８］、［００１２］参照）。
また公知のＡｌＧａＩｎＮ薄膜形成法として、基板温度を１０００℃に昇温し、Ｖ族原料としてヒドラジンに加えてアンモニアを導入し、１分後にＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウムを導入し膜厚３μｍのＧａＮ層を成長した後、トリメチルガリウムの導入を停止し、基板温度を８００℃に降温し、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムとトリメチルインジウムを同時に導入し、膜厚０．５μｍのＡｌ０．４５ＧａＯ．５Ｉｎ０．０５Ｎ層を成長し、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムとトリメチルインジウムの導入を停止した後、基板温度を降温し３００℃以下の温度になった処で、ヒドラジンとアンモニアの導入を停止することが開示されている（例えば、特許文献２、段落番号［００３１］参照）。
また公知のＡｌＧａＩｎＮ薄膜形成法として、基板温度を１０００℃に昇温し、Ｖ族原料としてヒドラジンに加えてアンモニアを導入し、１分後にＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウムを導入し膜厚３μｍのＧａＮ層を成長した後、トリメチルガリウムの導入を停止し、基板温度を８００℃に降温し、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムとトリメチルインジウムを同時に導入し、膜厚０．５μｍのＡｌ０．４５ＧａＯ．５Ｉｎ０．０５Ｎ層を成長し、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムとトリメチルインジウムの導入を停止した後、基板温度を降温し３００℃以下の温度になった処で、ヒドラジンとアンモニアの導入を停止することが開示されている（例えば、特許文献２、段落番号［００３１］参照）。
また公知の窒化物系半導体発光素子の製造方法として次の方法が開示されている。
窒化物系半導体発光素子の高品質化を図るために、ＧａＮ層の成長温度を従来より低くし、ＧａＮ層とＧａＩｎＮ活性層との成長温度差を１５０℃以内に制御することを指向する。ＭＯＣＶＤ法を例とすると、ヒドラジン、その置換体、及びアミン系窒素化合物のいずれか、特に７００℃以下の低い温度でも分解効率の高い窒素化合物を選択する。これらを混合したものでもよく、アンモニアを含んでも良い。またＧａ源としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、またはＴＥＧ（トリエチルガリウム）、Ｉｎ源としてＴＭＩ（トリメチルインジウム）、及びＡｌ源としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を使用する。ｎ型ドーパントにはＳｉＨ４を、ｐ型ドーパントにはビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウムを使用する。
まずｃ面サファイア基板上にＧａＮ第１バッファ層（低温成長層）を低い温度で成長させ、次いで７００℃という一定の成長温度で、ＧａＮ第２バッファ層、ｎ−ＧａＮコンタクト層、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ−ＧａＮ光ガイド層、ＧａＩｎＮ活性層を成長させ、次いで従来と同じ成長温度で従来と同様に、ＧａＩｎＮ活性層の上にｐ−ＧａＮ光ガイド層、ＡｌＧａＮ障壁層、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ−ＧａＮコンタクト層を順次形成する。（例えば、特許文献３、段落番号［００１３］、［００２３］〜［００２５］、及び図２参照）。
窒化物系半導体発光素子の高品質化を図るために、ＧａＮ層の成長温度を従来より低くし、ＧａＮ層とＧａＩｎＮ活性層との成長温度差を１５０℃以内に制御することを指向する。ＭＯＣＶＤ法を例とすると、ヒドラジン、その置換体、及びアミン系窒素化合物のいずれか、特に７００℃以下の低い温度でも分解効率の高い窒素化合物を選択する。これらを混合したものでもよく、アンモニアを含んでも良い。またＧａ源としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、またはＴＥＧ（トリエチルガリウム）、Ｉｎ源としてＴＭＩ（トリメチルインジウム）、及びＡｌ源としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を使用する。ｎ型ドーパントにはＳｉＨ４を、ｐ型ドーパントにはビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウムを使用する。
まずｃ面サファイア基板上にＧａＮ第１バッファ層（低温成長層）を低い温度で成長させ、次いで７００℃という一定の成長温度で、ＧａＮ第２バッファ層、ｎ−ＧａＮコンタクト層、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ−ＧａＮ光ガイド層、ＧａＩｎＮ活性層を成長させ、次いで従来と同じ成長温度で従来と同様に、ＧａＩｎＮ活性層の上にｐ−ＧａＮ光ガイド層、ＡｌＧａＮ障壁層、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ−ＧａＮコンタクト層を順次形成する。（例えば、特許文献３、段落番号［００１３］、［００２３］〜［００２５］、及び図２参照）。
また公知のｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法として、モノメチルヒドラジンとＮＭ３の混合ガスを雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ、ＴＭＩ，ＴＭＡ，（ＥｔＣｐ）２Ｍｇを供給し、各層の厚みがそれぞれ６ｎｍのＩｎ０．０５Ａｌ０．２４Ｇａ０．７１Ｎ層とＩｎ０．２Ｇａ０．８０Ｎ層とをそれぞれ５０周期成長させた超格子からなるｐクラッド層を０．６μｍの厚さ成長し、温度を１０５０℃に上げ、ｐ型ＧａＮコンタクト層を０．２μｍの厚さに積層することが開示されている（例えば、特許文献４、段落番号［００８５］参照）。
また公知のｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法として、アンドープのＧａＮバッファ層を形成させたｃ面サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置の反応炉内に入れ、反応炉内にキャリアガスとしてＮ２ガスのみ導入した後、基板温度を上昇させ５００℃を超えたところでＮ原料としてトリメチルアミンを２ｍ−ｍｏｌ／分導入し、基板温度を８５０℃の保持し、次いで反応炉内にＧａ原料としてＴＭＧを１０μ−ｍｏｌ／分、ｐ型ドーパントとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を２５μ−ｍｏｌ／分供給して、２時間成長を行いｐ型不純物としてＭｇがドープされたｐ型ＧａＮ層を成長させることが開示されている。
加えてアンドープのＧａＮバッファ層を形成させたｃ面サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置の反応炉内に入れ、反応炉内にキャリアガスとしてＮ２ガスのみ導入した後、基板温度を上昇させ５００℃を超えたところでＮ原料として１，１ジメチルヒドラジンを２ｍ−ｍｏｌ／分導入し、基板温度を８５０℃の保持し、次いで反応炉内にＧａ原料としてＴＭＧを１０μ−ｍｏｌ／分、ｐ型ドーパントとしてＤＭＺを２５μ−ｍｏｌ／分供給して、２時間成長を行いｐ型不純物としてＺｎがドープされたｐ型ＧａＮ層を成長させることが開示されている。（例えば、特許文献５、段落番号［００２７］−［００２８］、［００３２］参照）。
加えてアンドープのＧａＮバッファ層を形成させたｃ面サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置の反応炉内に入れ、反応炉内にキャリアガスとしてＮ２ガスのみ導入した後、基板温度を上昇させ５００℃を超えたところでＮ原料として１，１ジメチルヒドラジンを２ｍ−ｍｏｌ／分導入し、基板温度を８５０℃の保持し、次いで反応炉内にＧａ原料としてＴＭＧを１０μ−ｍｏｌ／分、ｐ型ドーパントとしてＤＭＺを２５μ−ｍｏｌ／分供給して、２時間成長を行いｐ型不純物としてＺｎがドープされたｐ型ＧａＮ層を成長させることが開示されている。（例えば、特許文献５、段落番号［００２７］−［００２８］、［００３２］参照）。
また公知のｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法として、ＭＯＣＶＤ法により、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）がそれぞれＧａとＩｎの原料に使用され、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）がｐ型ドーパントとして使用され、ｐ−ＧａＮ層がジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）とＮＨ３との混合ガス雰囲気中で、成長させ、Ｕ−ＧａＮ、Ｎ−ＧａＮ、およびＭＱＷはＮＨ３雰囲気中で形成されたことが開示されている。またＤＭＨｙやタアシャリブチルヒドラジン（ＴＢＨｙ）等のヒドラジン原料は比較的低温のＧａＮやＩｎＧａＮの層形成に使用されるが、この実験では結果を直ちに比較するために、従来のＮＨ３によるｐ−ＧａＮと同様の条件で１０００℃を超える温度でｐ−ＧａＮが成長されたことが開示されている。（非特許文献１，４２７頁 ２．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ 参照）
窒化物系半導体の成長方法において、Ｖ族原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いた場合、ＮＨ３から生成されるＨラジカルが結晶中に取り込まれ、Ｈパッシベーションを発生させ、すなわちｐ型ドーパントの活性化率が低下し、ｐ型半導体層は高抵抗を示す。このためにＮＨ３を用いた場合にはｐ型ドーパントの活性化率を高めるためにアニールが必要になり、製造工程が複雑になるとともに、ｐ型半導体層の表面から窒素（Ｎ）が脱離し、結晶が劣化する場合があった。
一方Ｖ族原料としてＮＨ３に替えてＨラジカルを発生させない材料、例えばジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨｙ）を使用し、有機金属化合物のＩＩＩ族原料を使用した場合、炭素（Ｃ）が結晶中に取り込まれ、ｐ型半導体層が高抵抗を示す場合があるという問題点があった。
一方Ｖ族原料としてＮＨ３に替えてＨラジカルを発生させない材料、例えばジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨｙ）を使用し、有機金属化合物のＩＩＩ族原料を使用した場合、炭素（Ｃ）が結晶中に取り込まれ、ｐ型半導体層が高抵抗を示す場合があるという問題点があった。
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、第１の目的は有機金属化合物のＩＩＩ族原料とヒドラジン誘導体を含むＶ族原料とを用いて形成された低抵抗なｐ型窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体積層構造を提供することで、第２の目的は有機金属化合物のＩＩＩ族原料とヒドラジン誘導体を含むＶ族原料とを用いて形成された低抵抗なｐ型窒化物系半導体層を含む半導体発光素子を提供することで、第３の目的は有機金属化合物のＩＩＩ族原料とヒドラジン誘導体を含むＶ族原料とを用いた低抵抗なｐ型窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体積層構造を簡単な工程により製造する製造方法を提供することで、第４の目的は有機金属化合物のＩＩＩ族原料とヒドラジン誘導体を含むＶ族原料とを用いた低抵抗なｐ型窒化物系半導体層を含む半導体発光素子を簡単な工程により製造する製造方法を提供することである。
この発明に係る窒化物系半導体積層構造は、基板と、この基板上に配設され、有機金属化合物のＩＩＩ族原料、アンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料、及びｐ型不純物原料を用いて形成され、含有する炭素濃度が１×１０１８ｃｍ―３以下であるｐ型窒化物系半導体層と、を備えたものである。
この発明に係る窒化物系半導体積層構造は、アンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料と有機金属化合物のＩＩＩ族原料とを用いて形成され、炭素濃度が１×１０１８ｃｍ―３以下で、抵抗値が低いｐ型窒化物系半導体層を含む動作効率の良い窒化物系半導体積層構造を構成することができる。
以下の実施の形態においては、半導体光素子のｐ型層について説明するが、必ずしも半導体光素子に限らず、一般の半導体装置、例えばトランジスタなどのｐ型層においても適用できる。また半導体光素子として、例えばリッジ導波路型の青紫色ＬＤを例にして説明するが、リッジ導波路型の青紫色ＬＤに限らず、青紫色ＬＤ全般に適用して同様の効果を奏する。
実施の形態１．
図１は、この発明の一実施の形態に係るＧａＮ積層構造の断面を示す模式図である。なお各図において同じ符号は同じものかまたは相当のものを示す。
図１において、ＧａＮ積層構造１０は、例えば青紫色ＬＤの積層構造の一部の構成である。
基板としてのＧａＮ基板１２は（０００１）面を主面として用い、この主面の上にｐ型窒化物系半導体層としてのｐ−ＧａＮ層１４が配設されている。
実施の形態１．
図１は、この発明の一実施の形態に係るＧａＮ積層構造の断面を示す模式図である。なお各図において同じ符号は同じものかまたは相当のものを示す。
図１において、ＧａＮ積層構造１０は、例えば青紫色ＬＤの積層構造の一部の構成である。
基板としてのＧａＮ基板１２は（０００１）面を主面として用い、この主面の上にｐ型窒化物系半導体層としてのｐ−ＧａＮ層１４が配設されている。
このＧａＮ積層構造１０の製造工程を説明する。
一般に窒化物系半導体積層構造を形成するための結晶成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）等により行われるが、ここでは例えば、ＭＯＣＶＤ法により行われている。
ＩＩＩ族原料には有機金属化合物のトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を使用する。
Ｖ族原料にはアンモニアガスとヒドラジン誘導体、例えば１，２ジメチルヒドラジンを使用する。ｐ型不純物原料としては例えばシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を使用する。
これら原料ガスのキャリアガスには窒素（Ｎ２）ガスを使用する。
基板には、例えばＧａＮを使用し、結晶成長の主面として（０００１）面を使用する。
なおこの実施の形態では、有機金属化合物としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を使用したが、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いてもかまわない。
またヒドラジン誘導体として１，２ジメチルヒドラジンを使用しているが、１，１ジメチルヒドラジンを使用してもかまわない。
さらに、基板としてのＧａＮ基板を使用しているが、これに限らずサファイア、ＳｉＣ、Ｓｉウエハなどでもかまわない。
一般に窒化物系半導体積層構造を形成するための結晶成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）等により行われるが、ここでは例えば、ＭＯＣＶＤ法により行われている。
ＩＩＩ族原料には有機金属化合物のトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を使用する。
Ｖ族原料にはアンモニアガスとヒドラジン誘導体、例えば１，２ジメチルヒドラジンを使用する。ｐ型不純物原料としては例えばシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を使用する。
これら原料ガスのキャリアガスには窒素（Ｎ２）ガスを使用する。
基板には、例えばＧａＮを使用し、結晶成長の主面として（０００１）面を使用する。
なおこの実施の形態では、有機金属化合物としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を使用したが、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いてもかまわない。
またヒドラジン誘導体として１，２ジメチルヒドラジンを使用しているが、１，１ジメチルヒドラジンを使用してもかまわない。
さらに、基板としてのＧａＮ基板を使用しているが、これに限らずサファイア、ＳｉＣ、Ｓｉウエハなどでもかまわない。
まず、ＧａＮ基板１２をＭＯＣＶＤ装置の反応炉内に載置した後、アンモニアガスを１．３×１０−１ ｍｏｌ／ｍｉｎと窒素ガス２０ ｌ／ｍｉｎとを供給しながら、ＧａＮ基板１２の温度を例えば１０００℃に上昇させる。
ＧａＮ基板１２の温度を１０００℃に昇温した後、キャリアガスの窒素ガスとともにＴＭＧを１．２×１０−４ ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＣＰ２Ｍｇを９．０×１０−７ ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ族原料として供給しているアンモニアガスに加えてＶ族原料としての１，２ジメチルヒドラジンを１．１×１０−３ ｍｏｌ／ｍｉｎの流量でそれぞれ供給を開始し、ＧａＮ基板１２の主面上に層厚が１μｍのｐ型ＧａＮ層１４（以下、“ｎ型”を“ｎ−”と、また“ｐ型”を“ｐ−”、特に不純物がドーピングされていないアンドープの場合は“ｉ−”と表記する）を成長させる。
この場合、ＩＩＩ族材料に対する１，２ジメチルヒドラジンの供給モル比は９．４であり、１，２ジメチルヒドラジンに対するアンモニアの供給モル比は１２０である。
ＧａＮ基板１２の温度を１０００℃に昇温した後、キャリアガスの窒素ガスとともにＴＭＧを１．２×１０−４ ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＣＰ２Ｍｇを９．０×１０−７ ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ族原料として供給しているアンモニアガスに加えてＶ族原料としての１，２ジメチルヒドラジンを１．１×１０−３ ｍｏｌ／ｍｉｎの流量でそれぞれ供給を開始し、ＧａＮ基板１２の主面上に層厚が１μｍのｐ型ＧａＮ層１４（以下、“ｎ型”を“ｎ−”と、また“ｐ型”を“ｐ−”、特に不純物がドーピングされていないアンドープの場合は“ｉ−”と表記する）を成長させる。
この場合、ＩＩＩ族材料に対する１，２ジメチルヒドラジンの供給モル比は９．４であり、１，２ジメチルヒドラジンに対するアンモニアの供給モル比は１２０である。
その後、ＩＩＩ族材料であるＴＭＧとｐ型不純物原料であるＣＰ２Ｍｇの供給を停止し、Ｖ族原料の供給の下で３００℃程度まで冷却し、Ｖ族原料の供給をも停止して室温まで冷却する。
なお、ＩＩＩ族材料であるＴＭＧａとｐ型不純物原料であるＣＰ２Ｍｇの供給を停止する時に、アンモニアガスも停止しＶ族原料として１，２ジメチルヒドラジンを残して３００℃程度まで冷却してもかまわない。アンモニアガスに比べて１，２ジメチルヒドラジンはより低い温度で分解されるので、結晶面からのＮの再離脱が少なくなり、表面のモフォロジが良くなる。
このように成長させたｐ−ＧａＮ層１４をＶａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法によりホール測定を行い、ｐ−ＧａＮ層１４のキャリア（正孔）濃度を求めた。この結果、ｐ−ＧａＮ層１４は室温において正孔濃度が７×１０１７ｃｍ−３であり、抵抗率が０．７Ωｃｍの値を有することが分かった。
なお、ＩＩＩ族材料であるＴＭＧａとｐ型不純物原料であるＣＰ２Ｍｇの供給を停止する時に、アンモニアガスも停止しＶ族原料として１，２ジメチルヒドラジンを残して３００℃程度まで冷却してもかまわない。アンモニアガスに比べて１，２ジメチルヒドラジンはより低い温度で分解されるので、結晶面からのＮの再離脱が少なくなり、表面のモフォロジが良くなる。
このように成長させたｐ−ＧａＮ層１４をＶａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法によりホール測定を行い、ｐ−ＧａＮ層１４のキャリア（正孔）濃度を求めた。この結果、ｐ−ＧａＮ層１４は室温において正孔濃度が７×１０１７ｃｍ−３であり、抵抗率が０．７Ωｃｍの値を有することが分かった。
この実施の形態に基づくｐ−ＧａＮ層１４を従来の方法により形成されたｐ−ＧａＮ層と比較を行った。
従来の製造方法によるｐ−ＧａＮ層は、Ｖ族原料にはアンモニアガスのみとし、その他の製造方法はｐ−ＧａＮ層１４と同様の方法により成長させ、ａｓ−ｇｒｏｗｎのままでは高抵抗であるので、更に熱処理を施した。
すなわち、ＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置の反応炉内に載置した後、アンモニアを４．０×１０−１ ｍｏｌ／ｍｉｎと窒素ガス２０ ｌ／ｍｉｎとを供給しながら、ＧａＮ基板の温度を例えば１０００℃に上昇させる。
ＧａＮ基板の温度を１０００℃に昇温した後、キャリアガスを流量１０ ｌ／ｍｉｎの窒素ガスと流量１０ ｌ／ｍｉｎの水素（Ｈ２）ガスとの混合ガスとし、ＴＭＧａを１．２×１０−４ ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＣＰ２Ｍｇを９．０×１０−７ ｍｏｌ／ｍｉｎとして供給を開始し、ＧａＮ基板１２の主面上に層厚が１μｍのｐ−ＧａＮ層を成長させる。
従来の製造方法によるｐ−ＧａＮ層は、Ｖ族原料にはアンモニアガスのみとし、その他の製造方法はｐ−ＧａＮ層１４と同様の方法により成長させ、ａｓ−ｇｒｏｗｎのままでは高抵抗であるので、更に熱処理を施した。
すなわち、ＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置の反応炉内に載置した後、アンモニアを４．０×１０−１ ｍｏｌ／ｍｉｎと窒素ガス２０ ｌ／ｍｉｎとを供給しながら、ＧａＮ基板の温度を例えば１０００℃に上昇させる。
ＧａＮ基板の温度を１０００℃に昇温した後、キャリアガスを流量１０ ｌ／ｍｉｎの窒素ガスと流量１０ ｌ／ｍｉｎの水素（Ｈ２）ガスとの混合ガスとし、ＴＭＧａを１．２×１０−４ ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＣＰ２Ｍｇを９．０×１０−７ ｍｏｌ／ｍｉｎとして供給を開始し、ＧａＮ基板１２の主面上に層厚が１μｍのｐ−ＧａＮ層を成長させる。
その後、ＩＩＩ族材料であるＴＭＧａとｐ型不純物原料であるＣＰ２Ｍｇの供給を停止し、Ｖ族原料の供給の下で３００℃程度まで冷却し、Ｖ族原料の供給をも停止して室温まで冷却する。
このようにして成長させたｐ−ＧａＮ層はａｓ−ｇｒｏｗｎのままでは非常に高抵抗で電気伝導は得られないので、窒素（Ｎ２）ガス雰囲気中で９００℃の熱処理を行い、ｐ型化させた。
このように熱処理の終わったｐ−ＧａＮ層をＶａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法によりホール測定を行ったところ、熱処理後のｐ−ＧａＮ層の正孔濃度は室温において７×１０１７ｃｍ−３であり、抵抗率が１．０Ωｃｍの値となった。
この実施の形態１のｐ−ＧａＮ層１４は、成長後にｐ型不純物を活性化させるための熱処理が不要であり、工程が簡単になるとともに、従来の製造方法で形成し熱処理を施したｐ−ＧａＮ層と比較して抵抗率の値が約３０％程度低減されていることが分かる。
このようにして成長させたｐ−ＧａＮ層はａｓ−ｇｒｏｗｎのままでは非常に高抵抗で電気伝導は得られないので、窒素（Ｎ２）ガス雰囲気中で９００℃の熱処理を行い、ｐ型化させた。
このように熱処理の終わったｐ−ＧａＮ層をＶａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法によりホール測定を行ったところ、熱処理後のｐ−ＧａＮ層の正孔濃度は室温において７×１０１７ｃｍ−３であり、抵抗率が１．０Ωｃｍの値となった。
この実施の形態１のｐ−ＧａＮ層１４は、成長後にｐ型不純物を活性化させるための熱処理が不要であり、工程が簡単になるとともに、従来の製造方法で形成し熱処理を施したｐ−ＧａＮ層と比較して抵抗率の値が約３０％程度低減されていることが分かる。
次にこの実施の形態１に基づくｐ−ＧａＮ層１４の形成に際して、有機金属化合物のＩＩＩ族原料とＶ族原料としてヒドラジン誘導体、例えば１，２ジメチルヒドラジンのみを使用せずにさらにアンモニアを添加する理由について説明する。
ｐ−ＧａＮ層を形成する時にＶ族原料としてアンモニア（ＮＨ３）ガスのみを使用すると、ＮＨ３から生成されるＨラジカルがｐ−ＧａＮの結晶中に取り込まれ、Ｈラジカルとｐ型不純物とが反応し、Ｈパッシベーション（ｐ型不純物の活性化率低下）が発生する。
ｐ−ＧａＮ層を形成する時にＶ族原料としてアンモニア（ＮＨ３）ガスのみを使用すると、ＮＨ３から生成されるＨラジカルがｐ−ＧａＮの結晶中に取り込まれ、Ｈラジカルとｐ型不純物とが反応し、Ｈパッシベーション（ｐ型不純物の活性化率低下）が発生する。
そこでＶ族原料としてアンモニアガスに替えて、ジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨｙ）に変更すると、ＵＤＭＨｙから生成されるＣＨ３ラジカルが同時に生成するＨラジカルと反応し、ＵＤＭＨｙから生成されるＨラジカルがｐ−ＧａＮの結晶中に取り込まれない。
しかしながらＩＩＩ族原料として有機金属化合物のトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を使用しているので、ＴＭＧａからＣＨ３ラジカル遊離され、このＣＨ３ラジカルをＣＨ４として排出しないとＣＨ３ラジカルが結晶中に取り込まれ、結晶中の炭素濃度を高め、ｐ−ＧａＮの抵抗率を高めてしまうことになる。
従って、Ｖ族原料としてアンモニアガスから、ジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨｙ）に完全に置き換えた場合には、ＣＨ３ラジカルからＣＨ４を生成するために必要となるＨラジカルが不足するので、この実施の形態ではＣＨ４を生成するために必要な量だけＨラジカルを供給することができる所定のＮＨ３を添加することにしたものである。
すなわち、まずはジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨｙ）によりｐ−ＧａＮ層を形成する際に、結晶中に取り込まれる炭素の濃度を少なくするために、いいかえればアクセプタが補償される炭素の取り込みを抑制するために、ジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨｙ）から遊離されるＣＨ３ラジカルをＣＨ４として排出するために必要となるＨラジカルをＮＨ３から供給する。
そして同時にＮＨ３から生成されるＨラジカルが多すぎるとＨパッシベーションを発生させるので、Ｈラジカルの供給源であるＮＨ３の供給量をできるだけ必要最小限にする。
このように、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウムを、そしてＶ族原料としてアンモニアとジメチルヒドラジンとを使用し、ｐ型不純物原料としてシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を使用することにより、含有する炭素濃度が１×１０１８ｃｍ―３以下であるｐ型窒化物系半導体層を備えた窒化物系半導体積層構造を構成することができる。
すなわち、まずはジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨｙ）によりｐ−ＧａＮ層を形成する際に、結晶中に取り込まれる炭素の濃度を少なくするために、いいかえればアクセプタが補償される炭素の取り込みを抑制するために、ジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨｙ）から遊離されるＣＨ３ラジカルをＣＨ４として排出するために必要となるＨラジカルをＮＨ３から供給する。
そして同時にＮＨ３から生成されるＨラジカルが多すぎるとＨパッシベーションを発生させるので、Ｈラジカルの供給源であるＮＨ３の供給量をできるだけ必要最小限にする。
このように、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウムを、そしてＶ族原料としてアンモニアとジメチルヒドラジンとを使用し、ｐ型不純物原料としてシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を使用することにより、含有する炭素濃度が１×１０１８ｃｍ―３以下であるｐ型窒化物系半導体層を備えた窒化物系半導体積層構造を構成することができる。
またトリメチルガリウムとアンモニアとジメチルヒドラジンとを所定の比率で供給するとともにｐ型不純物としてシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を使用することにより、含有炭素濃度が低く電気抵抗率の低いｐ−ＧａＮ層有する窒化物系半導体積層構造を簡単な工程により製造することができる。
変形例１
以上の製造工程では、原料ガスのキャリアガスとして窒素（Ｎ２）ガス単独を使用した場合を説明したが、キャリアガスとして窒素（Ｎ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの混合ガス、或いはキャリアガスとして水素（Ｈ２）ガス単独としても良い。
すなわち、水素ガスの体積組成比をｘ、窒素ガスの体積組成比を１−ｘとした場合に、１≧ｘ≧０の範囲で、水素ガスと窒素ガスの混合ガスを用いて製造を行ってもよい。
先の製造方法では窒素ガス単独とし、供給流量を窒素ガス２０ ｌ／ｍｉｎとしていたが、例えば水素ガスと窒素ガスとを１：１の混合ガスとした場合、窒素ガスを１０ ｌ／ｍｉｎの供給流量、水素ガスを１０ ｌ／ｍｉｎの供給流量とする混合ガスにすればよい。
他の製造条件は先のキャリアガスを窒素（Ｎ２）ガス単独とした製造条件と全く同じである。
以上の製造工程では、原料ガスのキャリアガスとして窒素（Ｎ２）ガス単独を使用した場合を説明したが、キャリアガスとして窒素（Ｎ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの混合ガス、或いはキャリアガスとして水素（Ｈ２）ガス単独としても良い。
すなわち、水素ガスの体積組成比をｘ、窒素ガスの体積組成比を１−ｘとした場合に、１≧ｘ≧０の範囲で、水素ガスと窒素ガスの混合ガスを用いて製造を行ってもよい。
先の製造方法では窒素ガス単独とし、供給流量を窒素ガス２０ ｌ／ｍｉｎとしていたが、例えば水素ガスと窒素ガスとを１：１の混合ガスとした場合、窒素ガスを１０ ｌ／ｍｉｎの供給流量、水素ガスを１０ ｌ／ｍｉｎの供給流量とする混合ガスにすればよい。
他の製造条件は先のキャリアガスを窒素（Ｎ２）ガス単独とした製造条件と全く同じである。
このようにしてキャリアガスを窒素（Ｎ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの混合ガスにして製造された変形例１のｐ−ＧａＮ層１４は先の製造条件つまりキャリアガスを窒素（Ｎ２）ガス単独として製造されたｐ−ＧａＮ層１４に比較して、表面のモフォロジが良好であった。
またこのように成長させたこの変形例１のｐ−ＧａＮ層１４をＶａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法によりホール測定を行い、ｐ−ＧａＮ層１４のキャリア（正孔）濃度を求めた。この結果、変形例１のｐ−ＧａＮ層１４は室温において正孔濃度が５×１０１７ｃｍ−３であり、抵抗率が０．９Ωｃｍの値を有することが分かった。
この変形例１のｐ−ＧａＮ層１４はｐ型伝導を示すため、熱処理は不要であるが、試みに、窒素（Ｎ２）ガス雰囲気中で、７００℃の熱処理を行うと、正孔濃度は７×１０１７ｃｍ−３に増大し、抵抗率は０．６Ωｃｍと非常に良好な電気特性を有するｐ−ＧａＮ層が得られることが分かった。
変形例１のｐ−ＧａＮ層１４は追加の熱処理を行うと、キャリアガスを窒素（Ｎ２）ガス単独として製造されたｐ−ＧａＮ層１４と比較しても熱処理後の抵抗率は低かった。これはキャリアガスとして窒素（Ｎ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの混合ガスを用いることにより、表面の平坦性が向上していることから結晶性が改善されたためと考えられる。
またこのように成長させたこの変形例１のｐ−ＧａＮ層１４をＶａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法によりホール測定を行い、ｐ−ＧａＮ層１４のキャリア（正孔）濃度を求めた。この結果、変形例１のｐ−ＧａＮ層１４は室温において正孔濃度が５×１０１７ｃｍ−３であり、抵抗率が０．９Ωｃｍの値を有することが分かった。
この変形例１のｐ−ＧａＮ層１４はｐ型伝導を示すため、熱処理は不要であるが、試みに、窒素（Ｎ２）ガス雰囲気中で、７００℃の熱処理を行うと、正孔濃度は７×１０１７ｃｍ−３に増大し、抵抗率は０．６Ωｃｍと非常に良好な電気特性を有するｐ−ＧａＮ層が得られることが分かった。
変形例１のｐ−ＧａＮ層１４は追加の熱処理を行うと、キャリアガスを窒素（Ｎ２）ガス単独として製造されたｐ−ＧａＮ層１４と比較しても熱処理後の抵抗率は低かった。これはキャリアガスとして窒素（Ｎ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの混合ガスを用いることにより、表面の平坦性が向上していることから結晶性が改善されたためと考えられる。
図２はこの発明の一実施の形態に係るｐ−ＧａＮ層の抵抗率のＮＨ３／ヒドラジン供給モル比依存性を示すグラフである。
図２の横軸はＮＨ３／ヒドラジン供給モル比、すなわちヒドラジンの供給モル流量に対するＮＨ３の供給モル流量であり、縦軸はｐ−ＧａＮ層の抵抗率（Ωｃｍ）である。
図２のグラフは成長温度が１０００℃、ＩＩＩ族材料供給モル流量に対するヒドラジンの供給モル流量は９．４，キャリアガスは窒素（Ｎ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの混合ガスを用い、比率は１：１の場合である。
図２において、ＮＨ３／ヒドラジン供給モル比が１０以下になると、Ｈラジカルの供給が不足し結晶中の炭素濃度が増加するため高抵抗となる。一方、ＮＨ３／ヒドラジン供給モル比が５００から１０００の間で急峻に上昇しており、これはＮＨ３の過剰供給により結晶中にＨが取り込まれることでＨパッシベーションが発生したためである。このことから、ＮＨ３／ヒドラジン供給モル比の範囲は１０以上１０００未満、更に望ましくは２０以上５００以下である。
図２の横軸はＮＨ３／ヒドラジン供給モル比、すなわちヒドラジンの供給モル流量に対するＮＨ３の供給モル流量であり、縦軸はｐ−ＧａＮ層の抵抗率（Ωｃｍ）である。
図２のグラフは成長温度が１０００℃、ＩＩＩ族材料供給モル流量に対するヒドラジンの供給モル流量は９．４，キャリアガスは窒素（Ｎ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの混合ガスを用い、比率は１：１の場合である。
図２において、ＮＨ３／ヒドラジン供給モル比が１０以下になると、Ｈラジカルの供給が不足し結晶中の炭素濃度が増加するため高抵抗となる。一方、ＮＨ３／ヒドラジン供給モル比が５００から１０００の間で急峻に上昇しており、これはＮＨ３の過剰供給により結晶中にＨが取り込まれることでＨパッシベーションが発生したためである。このことから、ＮＨ３／ヒドラジン供給モル比の範囲は１０以上１０００未満、更に望ましくは２０以上５００以下である。
図３はこの発明の一実施の形態に係るｐ−ＧａＮ層の抵抗率のヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比依存性を示すグラフである。
図３の横軸は、ヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比、すなわちＩＩＩ族材料供給モル流量に対するヒドラジンの供給モル流量であり、縦軸はｐ−ＧａＮ層の抵抗率（Ωｃｍ）である。図３のグラフは成長温度が１０００℃、ＮＨ３／ヒドラジン供給モル比が１２０、キャリアガスは窒素（Ｎ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの混合ガスを用い、比率は１：１、の場合である。
図３において、ヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比は２０と２５との間で急激に上昇しており、これは結晶中に含まれる炭素濃度が増加したことに起因しているため、ヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比は２５未満であることが必要である。またヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比が１未満では、結晶中にＶ族の空孔が発生し結晶劣化を引き起こすため、ヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比は望ましくは１以上２０未満、更に望ましくは３以上１５以下となる。
図３の横軸は、ヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比、すなわちＩＩＩ族材料供給モル流量に対するヒドラジンの供給モル流量であり、縦軸はｐ−ＧａＮ層の抵抗率（Ωｃｍ）である。図３のグラフは成長温度が１０００℃、ＮＨ３／ヒドラジン供給モル比が１２０、キャリアガスは窒素（Ｎ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの混合ガスを用い、比率は１：１、の場合である。
図３において、ヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比は２０と２５との間で急激に上昇しており、これは結晶中に含まれる炭素濃度が増加したことに起因しているため、ヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比は２５未満であることが必要である。またヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比が１未満では、結晶中にＶ族の空孔が発生し結晶劣化を引き起こすため、ヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比は望ましくは１以上２０未満、更に望ましくは３以上１５以下となる。
図４はこの発明の一実施の形態に係るｐ−ＧａＮ層の炭素濃度の成長温度依存性を示すグラフである。
図４の横軸は、成長温度で基板の温度と同等である。縦軸は結晶中の炭素濃度である。図４のグラフは、ヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比は９．４、ＮＨ３／ヒドラジン供給モル比は１２０、キャリアガスは窒素（Ｎ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの混合ガスを用い、比率は１：１、の場合である。
図４において、８００℃から９００℃にかけて結晶中の炭素濃度が急激に減少しているので、成長温度は８００℃を越えることが必要となる。成長温度が低くなるとアンモニアの分解が減少し、ＣＨ３ラジカルがＣＨ４となって放出されなくなり、結晶中に取り込まれることになると考えられる。またｐ−ＧａＮの結晶成長が可能な温度は１２００℃である。従って、製造工程における成長温度は８００℃を越え１２００℃未満の範囲で、更に望ましくは９００℃以上１２００℃未満の間である。
図５はこの発明の一実施の形態に係るｐ−ＧａＮ層の抵抗率の炭素濃度依存性を示すグラフである。
図４の横軸は、成長温度で基板の温度と同等である。縦軸は結晶中の炭素濃度である。図４のグラフは、ヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比は９．４、ＮＨ３／ヒドラジン供給モル比は１２０、キャリアガスは窒素（Ｎ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの混合ガスを用い、比率は１：１、の場合である。
図４において、８００℃から９００℃にかけて結晶中の炭素濃度が急激に減少しているので、成長温度は８００℃を越えることが必要となる。成長温度が低くなるとアンモニアの分解が減少し、ＣＨ３ラジカルがＣＨ４となって放出されなくなり、結晶中に取り込まれることになると考えられる。またｐ−ＧａＮの結晶成長が可能な温度は１２００℃である。従って、製造工程における成長温度は８００℃を越え１２００℃未満の範囲で、更に望ましくは９００℃以上１２００℃未満の間である。
図５はこの発明の一実施の形態に係るｐ−ＧａＮ層の抵抗率の炭素濃度依存性を示すグラフである。
図５の横軸はｐ−ＧａＮ層の炭素濃度、縦軸は抵抗率である。
図５において、１×１０１６ｃｍ−３は炭素の検出限界であり、デバイスとして使用できる最大の抵抗値を考慮すると炭素濃度は１×１０１８ｃｍ−３以下であることが必要と考えられる。
ｐ−ＧａＮの結晶中には炭素が含まれない方がよいが、ヒドラジンを使用した場合には、幾分なりともｐ−ＧａＮの結晶中に炭素が取り込まれるので、この実施の形態に係る製造条件を選定することにより、ｐ−ＧａＮ層の炭素濃度は１×１０１８ｃｍ−３以下にすることができる。
なおキャリアガスを水素ガスのみにしても、低抵抗のｐ−ＧａＮ層が形成される。１０００℃程度の成長温度では水素ガスは解離しないので、水素分子の状態のままで存在し、結晶中に取り込まれることはなく、結晶中に取り込まれる水素ラジカルはアンモニアから分解されたＨラジカルが主体であると考えられるので、キャリアガスを水素ガス単独にしても低抵抗のｐ−ＧａＮ層が形成される。
従って水素ガスの体積組成比をｘ、窒素ガスの体積組成比を１−ｘとした場合に、ｘ＝１を含む１≧ｘ≧０の範囲で、水素ガスと窒素ガスの混合ガスを用いて製造を行っても、低抵抗のｐ−ＧａＮ層が形成される。
図５において、１×１０１６ｃｍ−３は炭素の検出限界であり、デバイスとして使用できる最大の抵抗値を考慮すると炭素濃度は１×１０１８ｃｍ−３以下であることが必要と考えられる。
ｐ−ＧａＮの結晶中には炭素が含まれない方がよいが、ヒドラジンを使用した場合には、幾分なりともｐ−ＧａＮの結晶中に炭素が取り込まれるので、この実施の形態に係る製造条件を選定することにより、ｐ−ＧａＮ層の炭素濃度は１×１０１８ｃｍ−３以下にすることができる。
なおキャリアガスを水素ガスのみにしても、低抵抗のｐ−ＧａＮ層が形成される。１０００℃程度の成長温度では水素ガスは解離しないので、水素分子の状態のままで存在し、結晶中に取り込まれることはなく、結晶中に取り込まれる水素ラジカルはアンモニアから分解されたＨラジカルが主体であると考えられるので、キャリアガスを水素ガス単独にしても低抵抗のｐ−ＧａＮ層が形成される。
従って水素ガスの体積組成比をｘ、窒素ガスの体積組成比を１−ｘとした場合に、ｘ＝１を含む１≧ｘ≧０の範囲で、水素ガスと窒素ガスの混合ガスを用いて製造を行っても、低抵抗のｐ−ＧａＮ層が形成される。
以上のようにこの発明の一実施の形態に係る窒化物系半導体積層構造は、基板と、この基板上に配設され、有機金属化合物のＩＩＩ族原料、アンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料、及びｐ型不純物原料を用いて形成され、含有する炭素濃度が１×１０１８ｃｍ―３以下であるｐ型窒化物系半導体層と、を備えたもので、この構成により有機金属化合物のＩＩＩ族原料とアンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料とを用いて形成され、炭素濃度が１×１０１８ｃｍ―３以下で、抵抗値が低いｐ型窒化物系半導体層を含む動作効率の良い窒化物系半導体積層構造を構成することができる。
またこの発明の一実施の形態に係る窒化物系半導体積層構造の製造方法は、反応炉内に基板を装着し、所定のＶ族原料を供給し、８００℃を越え１２００℃未満に基板の温度を上昇させる行程と、この上昇された基板温度の下で、キャリアガスとして窒素ガスと水素ガスとを使用し水素ガスの体積組成比をｘ、窒素ガスの体積組成比を１−ｘとした時、１≧ｘ≧０とするとともに、有機金属化合物のＩＩＩ族原料、アンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料、及びｐ型不純物原料を、ＩＩＩ族原料に対するヒドラジン誘導体の供給モル比を２５未満、ヒドラジン誘導体に対するアンモニアの供給モル比を１０以上１０００未満として、それぞれ所定のモル流量により供給し、ｐ型窒化物系半導体層を形成する工程と、有機金属化合物のＩＩＩ族原料とｐ型不純物原料との供給を停止し、基板温度を室温まで冷却する工程とを含むもので、この構成により有機金属化合物のＩＩＩ族原料とアンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料とを所定の供給流量比で供給するとともに、ｐ型不純物原料を供給して形成され、ヒドラジン誘導体に起因する炭素（Ｃ）がｐ型窒化物系半導体層に取り込まれることを防ぐとともに、有機金属化合物のＩＩＩ族原料から生成されるＣもｐ型窒化物系半導体層への取り込みが防止され、抵抗値の低いｐ型窒化物系半導体層を含む動作効率の良い窒化物系半導体積層構造を簡単な工程により製造することができる。
実施の形態２．
図６は、この発明の一実施の形態に係るＬＤの斜視図である。
図６において、このＬＤ２０は導波路リッジ型の青紫色ＬＤで、基板としてのｎ-ＧａＮ基板２２の一主面である（０００１）面上にｎ−ＧａＮで形成された層厚１μｍのバッファ層２４、このバッファ層２４の上にｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎで形成された層厚１．０μｍのｎクラッド層２６，このｎクラッド層２６の上にｎ−ＧａＮで形成された層厚０．１μｍのｎ側光ガイド層２８および活性層３０が順次積層されている。
活性層３０はＩｎ０．１２Ｇａ０．８８Ｎからなる層厚３．５ｎｍの井戸層とＧａＮからなる層厚７．０ｎｍの障壁層とを交互に積層して３対備えた多重量子井戸構造である。
図６は、この発明の一実施の形態に係るＬＤの斜視図である。
図６において、このＬＤ２０は導波路リッジ型の青紫色ＬＤで、基板としてのｎ-ＧａＮ基板２２の一主面である（０００１）面上にｎ−ＧａＮで形成された層厚１μｍのバッファ層２４、このバッファ層２４の上にｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎで形成された層厚１．０μｍのｎクラッド層２６，このｎクラッド層２６の上にｎ−ＧａＮで形成された層厚０．１μｍのｎ側光ガイド層２８および活性層３０が順次積層されている。
活性層３０はＩｎ０．１２Ｇａ０．８８Ｎからなる層厚３．５ｎｍの井戸層とＧａＮからなる層厚７．０ｎｍの障壁層とを交互に積層して３対備えた多重量子井戸構造である。
この活性層３０の上に、ｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで形成された層厚０．０２μｍのｐ型電子障壁層３２、ｐ−ＧａＮで形成された層厚０．１μｍのｐ側光ガイド層３４が順次積層される。次いでｐ側光ガイド層３４の上にメサ状部の一部をなしｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎで形成された層厚０．４μｍのｐクラッド層３６、このｐクラッド層３６の上に配設されメサ状部の一部をなすｐ−ＧａＮで形成された層厚０．１μｍのｐ型コンタクト層３８が配設されている。
ｐクラッド層３６とｐコンタクト層３８とは導波路リッジ４０を形成している。導波路リッジ４０はＬＤ２０の共振器端面となる劈開面の幅方向の中央部分に配設され、共振器端面となる両劈開面の間に延在している。
導波路リッジ４０の側壁および露呈しているｐ側光ガイド層３４の表面上に例えばＳｉＯ２からなるシリコン酸化膜４２が配設されている。導波路リッジ４０の上表面にシリコン酸化膜４２の開口部４４が設けられ、ｐコンタクト層３８の表面が露呈され、この露呈されたｐコンタクト層と接して電気的に接続されたＰｔおよびＡｕ膜からなるｐ側電極４６が配設されている。さらにｎ−ＧａＮ基板２２の裏面には、真空蒸着法によりＴｉおよびＡｌ膜を順次積層することにより形成されたｎ側電極４８が配設されている。
ｐクラッド層３６とｐコンタクト層３８とは導波路リッジ４０を形成している。導波路リッジ４０はＬＤ２０の共振器端面となる劈開面の幅方向の中央部分に配設され、共振器端面となる両劈開面の間に延在している。
導波路リッジ４０の側壁および露呈しているｐ側光ガイド層３４の表面上に例えばＳｉＯ２からなるシリコン酸化膜４２が配設されている。導波路リッジ４０の上表面にシリコン酸化膜４２の開口部４４が設けられ、ｐコンタクト層３８の表面が露呈され、この露呈されたｐコンタクト層と接して電気的に接続されたＰｔおよびＡｕ膜からなるｐ側電極４６が配設されている。さらにｎ−ＧａＮ基板２２の裏面には、真空蒸着法によりＴｉおよびＡｌ膜を順次積層することにより形成されたｎ側電極４８が配設されている。
次にＬＤ２０の製造方法について説明する。
半導体積層構造の結晶成長方法には、例えばＭＯＣＶＤ法が使用される。
ＩＩＩ族原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を使用する。
またＶ族原料にはアンモニア（ＮＨ３）ガスとヒドラジン誘導体、例えば１，２ジメチルヒドラジンを使用する。ｎ型不純物原料には、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）を用い、ｐ型不純物原料としては、例えばシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を使用する。
まずｎ-ＧａＮ基板２２をキャリアガスを窒素ガスと水素ガスとの混合ガスとし、アンモニア（ＮＨ３）ガスを供給しながら、ｎ-ＧａＮ基板２２の温度を例えば１０００℃に上昇させる。その後、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）ガスとモノシラン（ＳｉＨ４）ガスの供給を開始し、ｎ-ＧａＮ基板２２の主面上にｎ−ＧａＮで形成された層厚が１μｍのバッファ層２４を成長させる。
次にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の供給を開始しｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎで形成された層厚１．０μｍのｎクラッド層２６を成長させる。
次にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の供給を停止し、ｎ−ＧａＮで形成された層厚０．１μｍのｎ側光ガイド層２８を成長させる。
次いでトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）ガスとモノシラン（ＳｉＨ４）ガスの供給を停止し、基板温度を７００℃まで降温する。
この後キャリアガスを窒素ガス単独にし、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）ガスとトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とアンモニア（ＮＨ３）ガスとを供給することでＩｎ０．１２Ｇａ０．８８Ｎからなる層厚３．５ｎｍの井戸層を成長させ、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を停止し、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを供給することでＧａＮからなる層厚７．０ｎｍの障壁層を形成しこれを交互に積層して３対形成することによりＭＱＷ構造の活性層３０を成長させる。
半導体積層構造の結晶成長方法には、例えばＭＯＣＶＤ法が使用される。
ＩＩＩ族原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を使用する。
またＶ族原料にはアンモニア（ＮＨ３）ガスとヒドラジン誘導体、例えば１，２ジメチルヒドラジンを使用する。ｎ型不純物原料には、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）を用い、ｐ型不純物原料としては、例えばシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を使用する。
まずｎ-ＧａＮ基板２２をキャリアガスを窒素ガスと水素ガスとの混合ガスとし、アンモニア（ＮＨ３）ガスを供給しながら、ｎ-ＧａＮ基板２２の温度を例えば１０００℃に上昇させる。その後、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）ガスとモノシラン（ＳｉＨ４）ガスの供給を開始し、ｎ-ＧａＮ基板２２の主面上にｎ−ＧａＮで形成された層厚が１μｍのバッファ層２４を成長させる。
次にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の供給を開始しｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎで形成された層厚１．０μｍのｎクラッド層２６を成長させる。
次にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の供給を停止し、ｎ−ＧａＮで形成された層厚０．１μｍのｎ側光ガイド層２８を成長させる。
次いでトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）ガスとモノシラン（ＳｉＨ４）ガスの供給を停止し、基板温度を７００℃まで降温する。
この後キャリアガスを窒素ガス単独にし、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）ガスとトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とアンモニア（ＮＨ３）ガスとを供給することでＩｎ０．１２Ｇａ０．８８Ｎからなる層厚３．５ｎｍの井戸層を成長させ、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を停止し、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを供給することでＧａＮからなる層厚７．０ｎｍの障壁層を形成しこれを交互に積層して３対形成することによりＭＱＷ構造の活性層３０を成長させる。
ここからｐ型層の形成を行うことになるが、ｐ型層の形成には、実施の形態１に記載した製造方法と同様の製造方法により実施する。
ｐ型層を形成する場合のキャリアガスは、窒素ガス単独、窒素ガスと水素ガスとの混合ガス、水素ガス単独のいずれでも良く、実施の形態１で説明したように水素ガスの体積組成比をｘ、窒素ガスの体積組成比を１−ｘとした場合に、１≧ｘ≧０の範囲で、水素ガスと窒素ガスの混合ガスを用いて製造を行ってもよい。従って此処では一例として水素ガスを１０ ｌ／ｍｉｎの供給流量、窒素ガスを１０ ｌ／ｍｉｎの供給流量とし、水素ガスと窒素ガスとを１：１の混合ガスとする。
ｐ型層を形成する場合のキャリアガスは、窒素ガス単独、窒素ガスと水素ガスとの混合ガス、水素ガス単独のいずれでも良く、実施の形態１で説明したように水素ガスの体積組成比をｘ、窒素ガスの体積組成比を１−ｘとした場合に、１≧ｘ≧０の範囲で、水素ガスと窒素ガスの混合ガスを用いて製造を行ってもよい。従って此処では一例として水素ガスを１０ ｌ／ｍｉｎの供給流量、窒素ガスを１０ ｌ／ｍｉｎの供給流量とし、水素ガスと窒素ガスとを１：１の混合ガスとする。
まず、アンモニアガスを１．３×１０−１ ｍｏｌ／ｍｉｎと窒素ガス２０ ｌ／ｍｉｎとを供給しながら、基板温度を７００℃から１０００℃まで再び昇温した後、水素ガスと窒素ガスとを１：１とした混合ガスをキャリアガスとして、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）ガスを２．４×１０−４ ｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを４．４×１０−５ ｍｏｌ／ｍｉｎ、シクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を３．０×１０−７ ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ族原料としてアンモニアガスに加えて１，２ジメチルヒドラジンを１．１×１０−３ ｍｏｌ／ｍｉｎの流量でそれぞれ供給を開始し、ｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで形成された層厚０．０２μｍのｐ型電子障壁層３２を成長させる。この場合、ＩＩＩ族原料に対する１，２ジメチルヒドラジンの供給モル比は３．９であり、１，２ジメチルヒドラジンに対するアンモニアの供給比は１２０である。
次にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の供給を停止し、キャリアガスとともにＴＭＧを１．２×１０−４ ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＣＰ２Ｍｇを１．０×１０−７ ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ族原料として供給しているアンモニアガスに加えてＶ族原料としての１，２ジメチルヒドラジンを１．１×１０−３ ｍｏｌ／ｍｉｎの流量でそれぞれ供給し、層厚０．１μｍのｐ−ＧａＮからなるｐ側光ガイド層３４を成長させる。
次にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の供給を停止し、キャリアガスとともにＴＭＧを１．２×１０−４ ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＣＰ２Ｍｇを１．０×１０−７ ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ族原料として供給しているアンモニアガスに加えてＶ族原料としての１，２ジメチルヒドラジンを１．１×１０−３ ｍｏｌ／ｍｉｎの流量でそれぞれ供給し、層厚０．１μｍのｐ−ＧａＮからなるｐ側光ガイド層３４を成長させる。
次にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の供給を再度開始し、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）ガスを２．４×１０−４ ｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを１．４×１０−５ ｍｏｌ／ｍｉｎ、シクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を３．０×１０−７ ｍｏｌ／ｍｉｎでそれぞれ供給し、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎで形成された層厚０．４μｍのｐクラッド層３６を成長させる。この場合ＩＩＩ族原料に対する１，２ジメチルヒドラジンの供給モル比は４．３であり、１，２ジメチルヒドラジンに対するアンモニアの供給比は１２０である。このｐクラッド層３６の炭素濃度は１×１０１８ｃｍ−３以下である。
次にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の供給を停止し、キャリアガスとともにＴＭＧを１．２×１０−４ ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＣＰ２Ｍｇを９．０×１０−７ ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ族原料として供給しているアンモニアガスに加えてＶ族原料としての１，２ジメチルヒドラジンを１．１×１０−３ ｍｏｌ／ｍｉｎの流量でそれぞれ供給し、層厚０．１μｍのｐ−ＧａＮで形成されたｐ型コンタクト層３８を成長させる。
なお、ｐ型層の形成には、実施の形態１と同様にＩＩＩ族材料に対する１，２ジメチルヒドラジンの供給モル比は９．４であり、１，２ジメチルヒドラジンに対するアンモニアの供給モル比は１２０である。
また、実施の形態２のｐ型層を形成する場合、実施の形態１における場合と同様に次の製造条件で行われる。
すなわちヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比は２５未満であることが必要であり、望ましくは１以上２０未満、更に望ましくは３以上１５以下となる。
さらにまたＮＨ３／ヒドラジン供給モル比の範囲は１０以上１０００未満、更に望ましくは２０以上５００以下である。
さらにまた、製造工程における成長温度は８００℃を越え１２００℃未満の範囲で、更に望ましくは９００℃以上１２００℃未満の間である。
さらにまた、実施の形態１と同様に、実施の形態２の場合でも、例えばｐ−ＧａＮの場合、ヒドラジンを使用すると、幾分なりともｐ−ＧａＮの結晶中に炭素が取り込まれるので、この実施の形態に係る製造方法を選定することにより、ｐ−ＧａＮ層の炭素濃度は１×１０１８ｃｍ−３以下にすることができる。
次にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の供給を停止し、キャリアガスとともにＴＭＧを１．２×１０−４ ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＣＰ２Ｍｇを９．０×１０−７ ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ族原料として供給しているアンモニアガスに加えてＶ族原料としての１，２ジメチルヒドラジンを１．１×１０−３ ｍｏｌ／ｍｉｎの流量でそれぞれ供給し、層厚０．１μｍのｐ−ＧａＮで形成されたｐ型コンタクト層３８を成長させる。
なお、ｐ型層の形成には、実施の形態１と同様にＩＩＩ族材料に対する１，２ジメチルヒドラジンの供給モル比は９．４であり、１，２ジメチルヒドラジンに対するアンモニアの供給モル比は１２０である。
また、実施の形態２のｐ型層を形成する場合、実施の形態１における場合と同様に次の製造条件で行われる。
すなわちヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比は２５未満であることが必要であり、望ましくは１以上２０未満、更に望ましくは３以上１５以下となる。
さらにまたＮＨ３／ヒドラジン供給モル比の範囲は１０以上１０００未満、更に望ましくは２０以上５００以下である。
さらにまた、製造工程における成長温度は８００℃を越え１２００℃未満の範囲で、更に望ましくは９００℃以上１２００℃未満の間である。
さらにまた、実施の形態１と同様に、実施の形態２の場合でも、例えばｐ−ＧａＮの場合、ヒドラジンを使用すると、幾分なりともｐ−ＧａＮの結晶中に炭素が取り込まれるので、この実施の形態に係る製造方法を選定することにより、ｐ−ＧａＮ層の炭素濃度は１×１０１８ｃｍ−３以下にすることができる。
その後、ＩＩＩ族材料であるＴＭＧとｐ型不純物原料であるＣＰ２Ｍｇの供給を停止し、Ｖ族原料の供給の下で３００℃程度まで冷却し、Ｖ族原料の供給をも停止して室温まで冷却する。
なお、ＩＩＩ族材料であるＴＭＧとｐ型不純物原料であるＣＰ２Ｍｇの供給を停止しする時に、アンモニアガスも停止しＶ族原料として１，２ジメチルヒドラジンを残して３００℃程度まで冷却してもかまわない。
次に導波路リッジ４０を形成する。
結晶成長が終了したウエハの全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりメサ状部の形状に対応したレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により、ｐクラッド層３６を除去するかあるいはｐクラッド層３６を少し残す程度までエッチングを行う。このエッチングにより光導波構造となる導波路リッジ４０を形成する。このＲＩＥのエッチングガスとしては、例えば塩素系ガスを用いる。
なお、ＩＩＩ族材料であるＴＭＧとｐ型不純物原料であるＣＰ２Ｍｇの供給を停止しする時に、アンモニアガスも停止しＶ族原料として１，２ジメチルヒドラジンを残して３００℃程度まで冷却してもかまわない。
次に導波路リッジ４０を形成する。
結晶成長が終了したウエハの全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりメサ状部の形状に対応したレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により、ｐクラッド層３６を除去するかあるいはｐクラッド層３６を少し残す程度までエッチングを行う。このエッチングにより光導波構造となる導波路リッジ４０を形成する。このＲＩＥのエッチングガスとしては、例えば塩素系ガスを用いる。
次にマスクとして使用したレジストパターンを残したまま、再びｎ-ＧａＮ基板２２上全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより、例えば厚さが０．２μｍのＳｉＯ２からなるシリコン酸化膜４２を形成し、レジストの除去と同時に、いわゆるリフトオフ法によりリッジ導波路リッジ４０上にあるシリコン酸化膜４２を除去する。これにより、導波路リッジ４０上のシリコン酸化膜４２に開口部４４が形成される。
次に、ｎ-ＧａＮ基板２２上全面に例えば真空蒸着法によりＰｔおよびＡｕ膜を順次形成した後、レジスト塗布を塗布し、リソグラフィー及びウエットエッチング或いはドライエッチングにより、開口部４４により露呈されたｐコンタクト層３８の表面と接して電気的に接続されたｐ側電極４６が形成する。
次いでｎ-ＧａＮ基板２２の裏面全面に真空蒸着法によりＴｉ及びＡｌ膜を順次形成し、ｎ側電極４８をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。
次いで、ｎ-ＧａＮ基板２２を劈開などによりバー上に加工して共振器の両端面を形成し、さらにこれらの共振器の端面にコーテイングを施した後このバーを劈開などにより、チップ形状にし、ＬＤ２０として完成する。
次に、ｎ-ＧａＮ基板２２上全面に例えば真空蒸着法によりＰｔおよびＡｕ膜を順次形成した後、レジスト塗布を塗布し、リソグラフィー及びウエットエッチング或いはドライエッチングにより、開口部４４により露呈されたｐコンタクト層３８の表面と接して電気的に接続されたｐ側電極４６が形成する。
次いでｎ-ＧａＮ基板２２の裏面全面に真空蒸着法によりＴｉ及びＡｌ膜を順次形成し、ｎ側電極４８をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。
次いで、ｎ-ＧａＮ基板２２を劈開などによりバー上に加工して共振器の両端面を形成し、さらにこれらの共振器の端面にコーテイングを施した後このバーを劈開などにより、チップ形状にし、ＬＤ２０として完成する。
この実施の形態２におけるＬＤ２０においては、ｐ型層を形成する場合に、ヒドラジン／ＩＩＩ族材料供給モル比は２５未満で、望ましくは１以上２０未満、更に望ましくは３以上１５以下であり、さらにまたＮＨ３／ヒドラジン供給モル比の範囲は１０以上１０００未満、更に望ましくは２０以上５００以下であり、さらにまた、製造工程における成長温度は８００℃を越え１２００℃未満の範囲で、更に望ましくは９００℃以上１２００℃未満の間である。
従って、Ｖ族原料としてアンモニアガスから、ジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨｙ）に完全に置き換えた場合には、ＣＨ３ラジカルからＣＨ４を生成するために必要となるＨラジカルが不足するので、この実施の形態ではＣＨ４を生成するために必要な量だけＨラジカルを供給することができる所定のＮＨ３を添加することにしたものである。
すなわち、まずはジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨｙ）によりｐ−ＧａＮ層を形成する際に、結晶中に取り込まれる炭素の濃度を少なくするために、いいかえればアクセプタが補償される炭素の取り込みを抑制するために、ジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨｙ）から遊離されるＣＨ３ラジカルをＣＨ４として排出するために必要となるＨラジカルをＮＨ３から供給する。
そして同時にＮＨ３から生成されるＨラジカルが多すぎるとＨパッシベーションを発生させるので、Ｈラジカルの供給源であるＮＨ３の供給量をできるだけ必要最小限にする。
このように、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウムを、そしてＶ族原料としてアンモニアとジメチルヒドラジンとを使用し、ｐ型不純物原料としてシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を使用することにより、含有する炭素濃度が１×１０１８ｃｍ―３以下であるｐ型窒化物系半導体層を備えた半導体発光素子を構成することができる。
従って、Ｖ族原料としてアンモニアガスから、ジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨｙ）に完全に置き換えた場合には、ＣＨ３ラジカルからＣＨ４を生成するために必要となるＨラジカルが不足するので、この実施の形態ではＣＨ４を生成するために必要な量だけＨラジカルを供給することができる所定のＮＨ３を添加することにしたものである。
すなわち、まずはジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨｙ）によりｐ−ＧａＮ層を形成する際に、結晶中に取り込まれる炭素の濃度を少なくするために、いいかえればアクセプタが補償される炭素の取り込みを抑制するために、ジメチルヒドラジン（ＵＤＭＨｙ）から遊離されるＣＨ３ラジカルをＣＨ４として排出するために必要となるＨラジカルをＮＨ３から供給する。
そして同時にＮＨ３から生成されるＨラジカルが多すぎるとＨパッシベーションを発生させるので、Ｈラジカルの供給源であるＮＨ３の供給量をできるだけ必要最小限にする。
このように、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウムを、そしてＶ族原料としてアンモニアとジメチルヒドラジンとを使用し、ｐ型不純物原料としてシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を使用することにより、含有する炭素濃度が１×１０１８ｃｍ―３以下であるｐ型窒化物系半導体層を備えた半導体発光素子を構成することができる。
またトリメチルガリウムとアンモニアとジメチルヒドラジンとを所定の比率で供給するとともにｐ型不純物としてシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を使用することにより、含有炭素濃度が低く電気抵抗率の低いｐ型窒化物系半導体層を有する半導体発光素子を簡単な工程により製造することができる。
以上のように、この発明の一実施の形態に係る半導体発光素子は、基板と、この基板上に配設された窒化物系半導体のｎ型クラッド層と、このｎ型クラッド層の上に配設された活性層と、この活性層の上に配設され、有機金属化合物のＩＩＩ族原料、アンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料、及びｐ型不純物原料を用いて形成され、含有する炭素濃度が１×１０１８ｃｍ―３以下であるｐ型窒化物系半導体のｐ型クラッド層と、を備えたもので、この構成により有機金属化合物のＩＩＩ族原料とアンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料とを用いて形成され、炭素濃度が１×１０１８ｃｍ―３以下で、抵抗値が低いｐ型窒化物系半導体のｐ型クラッド層を含む動作効率の良い半導体光素子を構成することができる。
また、この発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法は、反応炉内に基板を装着し、所定のＶ族原料を供給し、８００℃を越え１２００℃未満に基板の温度を上昇させる行程と、この上昇された基板温度においてＩＩＩ族原料、Ｖ族原料およびｎ型不純物原料を所定の供給モル比で供給し、ｎ型窒化物系半導体層を形成する工程と、基板を所定の成長温度に設定し、所定のＩＩＩ族原料とＶ族原料とを所定の供給モル比で供給し、量子井戸構造を有する窒化物系半導体の活性層を形成する工程と、アンモニアと窒素ガスとを所定のモル比で供給し、８００℃を越え１２００℃未満に基板の温度を設定し、キャリアガスとして窒素ガスと水素ガスとを使用し水素ガスの体積組成比をｘ、窒素ガスの体積組成比を１−ｘとした時、１≧ｘ≧０とするとともに、有機金属化合物のＩＩＩ族原料、アンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料、及びｐ型不純物原料を、有機金属化合物のＩＩＩ族原料に対するヒドラジン誘導体の供給モル比を２５未満、ヒドラジン誘導体に対するアンモニアの供給モル比を１０以上１０００未満として、それぞれ所定のモル流量により供給し、ｐ型窒化物系半導体層を形成する工程と、有機金属化合物のＩＩＩ族原料とｐ型不純物原料との供給を停止し、基板温度を室温まで冷却する工程とを含むもので、この構成により有機金属化合物のＩＩＩ族原料とアンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料とを所定の供給流量比で供給するとともに、ｐ型不純物原料を供給して形成され、ヒドラジン誘導体に起因する炭素（Ｃ）がｐ型窒化物系半導体層に取り込まれることを防ぐとともに、有機金属化合物のＩＩＩ族原料から生成されるＣもｐ型窒化物系半導体層への取り込みが防止され、抵抗値が低いｐ型窒化物系半導体層を含む動作効率の良い半導体光素子を簡単に製造することができる。
以上のように、この発明に係る窒化物系半導体積層構造および半導体光素子ならびにその製造方法は、有機金属化合物のＩＩＩ族原料とアンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料を用いて形成された窒化物系半導体積層構造および半導体光素子の性能向上ならびにその製造方法の簡易化に適している。
１２ ＧａＮ基板、 １４ ｐ−ＧａＮ層、 ２２ ｎ-ＧａＮ基板、 ２６ ｎクラッド層、 ３０ 活性層、 ３６ ｐクラッド層。
Claims (12)
- 基板と
この基板上に配設され、有機金属化合物のＩＩＩ族原料、アンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料、及びｐ型不純物原料を用いて形成され、含有する炭素濃度が１×１０１８ｃｍ―３以下であるｐ型窒化物系半導体層と、
を備えた窒化物系半導体積層構造。 - 基板と、
この基板上に配設された窒化物系半導体のｎ型クラッド層と、
このｎ型クラッド層の上に配設された活性層と、
この活性層の上に配設され、有機金属化合物のＩＩＩ族原料、アンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料、及びｐ型不純物原料を用いて形成され、含有する炭素濃度が１×１０１８ｃｍ―３以下であるｐ型窒化物系半導体のｐ型クラッド層と、
を備えた半導体発光素子。 - 反応炉内に基板を装着し、所定のＶ族原料を供給し、８００℃を越え１２００℃未満に基板の温度を上昇させる行程と、
この上昇された基板温度において、キャリアガスとして窒素ガスと水素ガスとを使用し水素ガスの体積組成比をｘ、窒素ガスの体積組成比を１−ｘとした時、１≧ｘ≧０とするとともに、有機金属化合物のＩＩＩ族原料、アンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料、及びｐ型不純物原料を、ＩＩＩ族原料に対するヒドラジン誘導体の供給モル比を２５未満、ヒドラジン誘導体に対するアンモニアの供給モル比を１０以上１０００未満として、それぞれ所定のモル流量により供給し、ｐ型窒化物系半導体層を形成する工程と、
有機金属化合物のＩＩＩ族原料とｐ型不純物原料との供給を停止し、基板温度を室温まで冷却する工程とを含む、窒化物系半導体積層構造の製造方法。 - 基板温度を室温まで冷却する工程において、有機金属化合物のＩＩＩ族原料とｐ型不純物原料との供給を停止することに加えさらにアンモニアの供給を停止することを特徴とした請求項３記載の窒化物系半導体積層構造の製造方法。
- 基板の温度を上昇させる工程において、基板の温度を９００℃以上とすることを特徴とした請求項３または４に記載の窒化物系半導体積層構造の製造方法。
- ｐ型窒化物系半導体層を形成する工程において、有機金属化合物のＩＩＩ族原料に対するヒドラジン誘導体の供給モル比を１５以下とすることを特徴とした請求項３ないし５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体積層構造の製造方法。
- ヒドラジン誘導体を、１，１ジメチルヒドラジンまたは１，２ジメチルヒドラジンとしたことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載の窒化物系半導体積層構造の製造方法。
- 反応炉内に基板を装着し、所定のＶ族原料を供給し、８００℃を越え１２００℃未満に基板の温度を上昇させる行程と、
この上昇された基板温度においてＩＩＩ族原料、Ｖ族原料およびｎ型不純物原料を所定の供給モル比で供給し、ｎ型窒化物系半導体層を形成する工程と、
基板を所定の成長温度に設定し、所定のＩＩＩ族原料とＶ族原料とを所定の供給モル比で供給し、量子井戸構造を有する窒化物系半導体の活性層を形成する工程と、
アンモニアと窒素ガスとを所定のモル比で供給し、８００℃を越え１２００℃未満に基板の温度を設定し、キャリアガスとして窒素ガスと水素ガスとを使用し水素ガスの体積組成比をｘ、窒素ガスの体積組成比を１−ｘとした時、１≧ｘ≧０とするとともに、有機金属化合物のＩＩＩ族原料、アンモニアとヒドラジン誘導体とを含むＶ族原料、及びｐ型不純物原料を、有機金属化合物のＩＩＩ族原料に対するヒドラジン誘導体の供給モル比を２５未満、ヒドラジン誘導体に対するアンモニアの供給モル比を１０以上１０００未満として、それぞれ所定のモル流量により供給し、ｐ型窒化物系半導体層を形成する工程と、
有機金属化合物のＩＩＩ族原料とｐ型不純物原料との供給を停止し、基板温度を室温まで冷却する工程とを含む半導体発光素子の製造方法。 - 基板温度を室温まで冷却する工程において、有機金属化合物のＩＩＩ族原料とｐ型不純物原料との供給を停止することに加えさらにアンモニアの供給を停止することを特徴とした請求項８記載の半導体発光素子の製造方法。
- ｐ型窒化物系半導体層を形成する工程において、基板の温度を９００℃以上に設定することを特徴とした請求項８または９に記載の半導体発光素子の製造方法。
- ｐ型窒化物系半導体層を形成する工程において、ＩＩＩ族原料に対するヒドラジン誘導体の供給モル比を１５以下とすることを特徴とした請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- ヒドラジン誘導体を、１，１ジメチルヒドラジンまたは１，２ジメチルヒドラジンとしたことを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007174440A JP4234180B2 (ja) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | 窒化物系半導体積層構造の製造方法および半導体光素子の製造方法 |
| US11/950,494 US7763486B2 (en) | 2007-07-02 | 2007-12-05 | Method for manufacturing nitride semiconductor stacked structure and semiconductor light-emitting device |
| TW097121688A TWI387172B (zh) | 2007-07-02 | 2008-06-11 | 氮化物系半導體層積構造以及半導體光元件與其製造方法 |
| CN2008101446175A CN101340058B (zh) | 2007-07-02 | 2008-07-02 | 氮化物类半导体叠层结构及半导体光元件以及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007174440A JP4234180B2 (ja) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | 窒化物系半導体積層構造の製造方法および半導体光素子の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008314594A Division JP4798211B2 (ja) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | 窒化物系半導体積層構造の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009016452A true JP2009016452A (ja) | 2009-01-22 |
| JP4234180B2 JP4234180B2 (ja) | 2009-03-04 |
Family
ID=40214059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007174440A Expired - Fee Related JP4234180B2 (ja) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | 窒化物系半導体積層構造の製造方法および半導体光素子の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7763486B2 (ja) |
| JP (1) | JP4234180B2 (ja) |
| CN (1) | CN101340058B (ja) |
| TW (1) | TWI387172B (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011159771A (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Nec Corp | 窒化物半導体発光素子、窒化物半導体発光素子の製造方法、および電子装置 |
| WO2013157881A1 (ko) * | 2012-04-19 | 2013-10-24 | 서울반도체 주식회사 | 반도체 장치 및 이를 제조하는 방법 |
| USRE47088E1 (en) | 2012-11-19 | 2018-10-16 | Genesis Photonics Inc. | Nitride semiconductor structure and semiconductor light emitting device including the same |
| US10147845B2 (en) | 2012-11-19 | 2018-12-04 | Genesis Photonics Inc. | Semiconductor structure |
| US10153394B2 (en) | 2012-11-19 | 2018-12-11 | Genesis Photonics Inc. | Semiconductor structure |
| US10319879B2 (en) | 2016-03-08 | 2019-06-11 | Genesis Photonics Inc. | Semiconductor structure |
| US10468549B2 (en) | 2016-09-19 | 2019-11-05 | Genesis Photonics Inc. | Semiconductor device containing nitrogen |
| JP2021182597A (ja) * | 2020-05-19 | 2021-11-25 | 豊田合成株式会社 | ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法、半導体装置 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5218117B2 (ja) * | 2008-03-18 | 2013-06-26 | 三菱電機株式会社 | 窒化物半導体積層構造及び光半導体装置並びにその製造方法 |
| JP5169972B2 (ja) * | 2008-09-24 | 2013-03-27 | 三菱電機株式会社 | 窒化物半導体装置の製造方法 |
| JP2011151074A (ja) * | 2010-01-19 | 2011-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | 窒化物半導体装置の製造方法 |
| CN103794611B (zh) * | 2010-05-24 | 2017-03-01 | 杭州海存信息技术有限公司 | 多位元三维掩膜编程存储器 |
| CN103187502B (zh) * | 2011-12-29 | 2016-07-06 | 财团法人工业技术研究院 | 氮化物半导体发光元件 |
| JP6249868B2 (ja) * | 2014-04-18 | 2017-12-20 | サンケン電気株式会社 | 半導体基板及び半導体素子 |
| KR102188493B1 (ko) * | 2014-04-25 | 2020-12-09 | 삼성전자주식회사 | 질화물 단결정 성장방법 및 질화물 반도체 소자 제조방법 |
| CN104201256B (zh) * | 2014-08-26 | 2017-09-26 | 中国科学院半导体研究所 | 低电阻率低温p型铝镓氮材料的制备方法 |
| CN106328772B (zh) * | 2016-08-29 | 2018-12-11 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 一种高质量氮化物外延片的制备方法 |
| CN106206876A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-07 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 一种发光二极管外延片的制造方法 |
| JP7043802B2 (ja) * | 2017-11-16 | 2022-03-30 | 住友電気工業株式会社 | 垂直共振型面発光レーザ、垂直共振型面発光レーザを作製する方法 |
| CN110828623B (zh) * | 2019-11-15 | 2020-10-02 | 芜湖德豪润达光电科技有限公司 | 发光二极管制备方法和发光二极管 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3239622B2 (ja) | 1994-08-12 | 2001-12-17 | 松下電器産業株式会社 | 半導体薄膜の形成方法 |
| US5740192A (en) * | 1994-12-19 | 1998-04-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser |
| US6617235B2 (en) | 1995-03-30 | 2003-09-09 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method of manufacturing Group III-V compound semiconductor |
| JP3198912B2 (ja) | 1995-03-30 | 2001-08-13 | 住友化学工業株式会社 | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
| JPH08316151A (ja) | 1995-05-17 | 1996-11-29 | Fujitsu Ltd | 半導体の製造方法 |
| JP2872096B2 (ja) | 1996-01-19 | 1999-03-17 | 日本電気株式会社 | 低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法 |
| JPH09251957A (ja) | 1996-03-15 | 1997-09-22 | Sumitomo Chem Co Ltd | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
| JP3711635B2 (ja) | 1996-06-17 | 2005-11-02 | ソニー株式会社 | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の成長方法 |
| JP2001015437A (ja) | 1999-06-29 | 2001-01-19 | Nec Corp | Ｉｉｉ族窒化物結晶成長法 |
| JP2001144325A (ja) | 1999-11-12 | 2001-05-25 | Sony Corp | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の製造方法および半導体素子の製造方法 |
| JP2002319743A (ja) | 2001-04-20 | 2002-10-31 | Ricoh Co Ltd | ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体および半導体装置およびその作製方法 |
| JP2003178987A (ja) | 2001-12-13 | 2003-06-27 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物系化合物半導体の製造方法及び窒化物系化合物半導体ウェハ並びに窒化物系化合物半導体デバイス |
| JP2004047867A (ja) | 2002-07-15 | 2004-02-12 | Sony Corp | 窒化物系半導体発光素子の製造方法 |
| US7863178B2 (en) * | 2003-09-03 | 2011-01-04 | Epivalley Co., Ltd. | Method for manufacturing a GaN based optical device |
| JP3833227B2 (ja) * | 2003-11-04 | 2006-10-11 | 昭和電工株式会社 | ＩＩＩ族窒化物ｐ型半導体の製造方法およびＩＩＩ族窒化物半導体発光素子 |
| JP2008078186A (ja) | 2006-09-19 | 2008-04-03 | Mitsubishi Chemicals Corp | 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法 |
-
2007
- 2007-07-02 JP JP2007174440A patent/JP4234180B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2007-12-05 US US11/950,494 patent/US7763486B2/en active Active
-
2008
- 2008-06-11 TW TW097121688A patent/TWI387172B/zh not_active IP Right Cessation
- 2008-07-02 CN CN2008101446175A patent/CN101340058B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011159771A (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Nec Corp | 窒化物半導体発光素子、窒化物半導体発光素子の製造方法、および電子装置 |
| WO2013157881A1 (ko) * | 2012-04-19 | 2013-10-24 | 서울반도체 주식회사 | 반도체 장치 및 이를 제조하는 방법 |
| USRE47088E1 (en) | 2012-11-19 | 2018-10-16 | Genesis Photonics Inc. | Nitride semiconductor structure and semiconductor light emitting device including the same |
| US10147845B2 (en) | 2012-11-19 | 2018-12-04 | Genesis Photonics Inc. | Semiconductor structure |
| US10153394B2 (en) | 2012-11-19 | 2018-12-11 | Genesis Photonics Inc. | Semiconductor structure |
| US10381511B2 (en) | 2012-11-19 | 2019-08-13 | Genesis Photonics Inc. | Nitride semiconductor structure and semiconductor light emitting device including the same |
| US10319879B2 (en) | 2016-03-08 | 2019-06-11 | Genesis Photonics Inc. | Semiconductor structure |
| US10468549B2 (en) | 2016-09-19 | 2019-11-05 | Genesis Photonics Inc. | Semiconductor device containing nitrogen |
| JP2021182597A (ja) * | 2020-05-19 | 2021-11-25 | 豊田合成株式会社 | ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法、半導体装置 |
| JP7265108B2 (ja) | 2020-05-19 | 2023-04-26 | 豊田合成株式会社 | ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法、半導体装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101340058A (zh) | 2009-01-07 |
| TWI387172B (zh) | 2013-02-21 |
| US7763486B2 (en) | 2010-07-27 |
| TW200908492A (en) | 2009-02-16 |
| US20090008659A1 (en) | 2009-01-08 |
| CN101340058B (zh) | 2011-01-19 |
| JP4234180B2 (ja) | 2009-03-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4234180B2 (ja) | 窒化物系半導体積層構造の製造方法および半導体光素子の製造方法 | |
| JP3909605B2 (ja) | 窒化物半導体素子およびその製造方法 | |
| JP3688843B2 (ja) | 窒化物系半導体素子の製造方法 | |
| KR101149901B1 (ko) | 질화물 반도체장치의 제조방법 | |
| US6265287B1 (en) | Method for producing semiconductor layer for a semiconductor laser device | |
| US20100289056A1 (en) | Semiconductor light-emitting devices | |
| JP3438674B2 (ja) | 窒化物半導体素子の製造方法 | |
| JP5218117B2 (ja) | 窒化物半導体積層構造及び光半導体装置並びにその製造方法 | |
| JP5169972B2 (ja) | 窒化物半導体装置の製造方法 | |
| WO2007013257A1 (ja) | 窒化物系半導体素子 | |
| JP2000332362A (ja) | 半導体装置および半導体発光素子 | |
| EP2403023A1 (en) | Light emitting element producing method and light emitting element | |
| JP4940670B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子を作製する方法 | |
| JPH10145006A (ja) | 化合物半導体素子 | |
| JP4261592B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2001068733A (ja) | 半導体素子、半導体発光素子およびその製造方法ならびに量子箱の形成方法 | |
| JP4457691B2 (ja) | ＧａＮ系半導体素子の製造方法 | |
| JP4798211B2 (ja) | 窒化物系半導体積層構造の製造方法 | |
| JP2001097800A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法、及びｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 | |
| JP4450269B2 (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
| JP2010258283A (ja) | 発光素子用エピタキシャルウェハ及びその製造方法 | |
| JP2003347232A (ja) | 半導体の製造方法及びそれを用いて形成した半導体素子 | |
| JPH10190145A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2003115608A (ja) | 窒化物半導体素子の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081111 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081210 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4234180 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121219 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121219 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131219 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |