JP3898798B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、青色領域から紫外光領域で発光可能な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法に関し、特にＭＯＶＰＥ法にて成長形成した積層構造体上に、ＭＢＥ法にて再成長層を積層する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の模式断面図を示す。サファイヤ基板１００上にＡｌＮバッファ層２００、ｎ型ＧａＮ層３００を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて積層する。そのｎ型ＧａＮ層３００上に、ＲＦプラズマを用いた分子線エピタキシャル法にてｎ型ＧａＮ層４００、ｎ型ＩｎＧａＮ発光層５００、ｐ型ＧａＮ層６００が順次積層される。最後に、ｐ型ＧａＮ層６００上にｐ型用電極７００を形成し、ｎ型ＧａＮ層３００上にｎ型用電極８００を形成して作製された窒化ガリウム系化合物半導体発光素子構造が、例えば、Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．Ｖｏｌ．３４（１９９５）ｐｐ．１４２９〜１４３１に開示されている。
【０００３】
一般に、ＭＢＥ法にて作製したｐ型不純物のキャリヤ濃度は、ＭＯＶＰＥ法にて作製したその値よりも約１桁高いキャリヤ濃度が得られている。さらにＭＯＶＰＥ法にて作製したｐ型窒化ガリウム系化合物半導体は、熱処理（例えば８００℃、２０分間）にてｐ型不純物を活性化する工程が必要であるが、ＭＢＥ法にて作製したｐ型窒化ガリウム系化合物半導体は、ｐ型不純物を活性化するための熱処理工程を必要としない。このため、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層６００等を作製するのにＭＢＥ法を用いるのは非常に適している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の２０ｍＡでの駆動電圧は６Ｖと高い値しか得られていない。これはＭＯＶＰＥ法において作製したｎ型ＧａＮ層３００上に、直接ＭＢＥ法にてｎ型ＧａＮ層４００、ｎ型ＩｎＧａＮ発光層５００、ｐ型ＧａＮ層６００を成長しているため、ｎ型ＧａＮ層３００とｎ型ＧａＮ層４００の再成長界面が高抵抗化し、そのために、素子の直列抵抗が増加し駆動電圧が高いため、長寿命の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は得られていない。これは、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて積層された積層構造体上に、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）にて再成長する場合、再成長するために下地の成長層表面を大気中にさらすことになり、露出した表面の酸化及び汚染物の付着等が発生し、この露出表面上に再成長層を積層しても良好な再成長界面及成長層が得られない問題が生じる。
【０００５】
このために、前記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の２０ｍＡでの駆動電圧は６Ｖと高い値しか得られなかった。これはＭＯＶＰＥ法において成長した層の上に、直接ＭＢＥ法にて成長層を成長しているからである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて半導体からなる積層構造体を形成する工程と、連続的にＭＯＣＶＤ法にて前記積層構造体の表面層に再蒸発層を積層する工程と、前記再蒸発層を分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）装置内にて蒸発させる工程と、前記再蒸発層を蒸発させることによって露出した前記積層構造体上にＭＢＥ法にて成長層を再成長する工程と、を包含することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を提供する。
【０００７】
また、前記再蒸発層を形成する工程と、前記再蒸発層を蒸発させる工程の間に、前記積層構造体の表面がエッチング等により加工される工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
さらに、前記再蒸発層がＩｎzＧａ1-zＮ（０＜ｚ≦１）から構成されたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記再蒸発層を蒸発させる工程での、基板温度を４００℃以上１１００℃以下とすることを特徴とする。
【００１０】
また、前記有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて半導体からなる積層構造体を形成する工程において、ｐ型不純物ドープの窒化ガリウム系化合物半導体を積層する工程を含み、前記再蒸発層を蒸発させる熱処理工程にて、前記ｐ型不純物ドープの窒化ガリウム系化合物半導体をｐ型窒化ガリウム系化合物半導体に改質することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、１回目の結晶成長を行うため、基板１をＭＯＶＰＥ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、基板１表面を窒素または水素雰囲気中にさらす。次に、基板１の温度を５００℃〜６５０℃程度まで降温し、基板にＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎバッファ層２を（ここで、バッファ層はＧａＮ又はＡｌＮからなる２元混晶でもよい）２００Å〜１μｍ程度成長し、次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温しｎ型ＧａＮバッファ層３を１〜４μｍ程度成長し、次に、ｎ型ＧａＮバッファ層３の上にｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４を０．１〜０．３μｍ程度成長し、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温しノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層５を成長し、次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層６を０．１〜０．３μｍ程度成長し、さらに、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温しＭｇドープＩｎzＧａ1-zＮ再蒸発層７（ここで、ｚの範囲は０より大きく１以下、さらに好ましく０．５以上１以下）を１０〜２００Å成長する。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図１（ａ）に示す。ここで、上記再蒸発層は再蒸発してなくなるため、単結晶層に限定することなく、多結晶またはアモルファス状の層でよい。
【００１２】
一旦、このウエハーをＭＯＶＰＥ装置から取り出し、再び、ウエハーをＭＢＥ装置に導入し、ＲＦ電力３５０〜４００Ｗ、窒素流量５〜１０ｓｃｃｍにて窒素をウエハー上に５分から１０分間供給し、窒素雰囲気中、基板温度約４００℃以上、好ましくは６００℃にてＭｇドープＩｎzＧａ1-zＮ再蒸発層７（ここで、ｚの範囲は０より大きく１以下、さらに好ましくは０．５以上１以下）を再蒸発させ、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層６表面を露出させる。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図１（ｂ）に示す。
【００１３】
次に、基板温度を７００℃程度まで昇温し、ｐ型ＧａＮコンタクト層８を０．１〜１μｍ程度成長する。例えば、ＥＣＲ装置又はＲＦ装置を備えたＭＢＥ装置とする。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図１（ｃ）に示す。
【００１４】
前記再蒸発層は、例えばＩｎＡｓ，ＩｎＧａＡｓ，ＧａＡｓ等で構成されてもよい、その場合の再蒸発はＡｓ雰囲気中、再蒸発温度が各々４００℃以上、５５０℃以上、６８０℃以上の基板温度を用いることができる。また、再蒸発温度はＡｌＧａＮ層やＧｇＮ層に影響を及ぼさない１１００℃以下であれば構わないが、特に好ましくは８００℃以下である。
【００１５】
ここで、装置内にて下地層表面を露出させるため、清浄な下地層表面を露出させることができる。このため、品質の高い再成長界面及び再成長層が実現できる。さらに、ＭＯＶＰＥ法にて成長したＭｇがドーピングされた層は、ＭＢＥ法の水素を含まない窒素雰囲気中の再蒸発工程中にｐ型に変化するため、成長後の特別な熱処理を必要としないので工程が簡略化できる。
【００１６】
以上より、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて積層された積層構造体の表面層を再蒸発層にて構成することにより、成長炉内例えば分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）にて再蒸発層を再蒸発させ引き続き再成長層を積層することにより、品質の高い再成長界面、再成長層を持つ窒化ガリウム系化合物半導体発光素子又は窒化ガリウム系化合物半導体レーザが実現できる。以下、より詳細に本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
（実施例１）
窒化ガリウム系半導体発光素子の作製には有機金属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥ法）を用い、基板、Ｖ族原料としてアンモニア、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、ｐ型不純物としてビスシクロペンタデイエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、ｎ型不純物としてモノシランを用い、キャリヤガスとして水素又は窒素を用いる。
【００１８】
図２（ａ）〜（ｅ）に基づいて本発明の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法を詳細に説明する。
【００１９】
１回目の結晶成長を行うため、サファイア基板１１をＭＯＶＰＥ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１１００℃程度まで昇温し、基板表面を窒素または水素雰囲気中にさらし、表面のクリーニングを施す。次に、サファイア基板１１の基板温度を５５０℃程度まで降温し、サファイア基板１１にＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎバッファ層１２を５００Å程度成長し、次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温しｎ型ＧａＮバッファ層１３を４μｍ程度成長し、次に、ｎ型ＧａＮバッファ層１３の上にｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１４を０．１５μｍ程度成長し、基板温度を８５０℃程度に降温しノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層１５を３０Å成長し、次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１６を０．１５μｍ程度成長し、さらに、基板温度を８００℃程度に降温しＭｇドープＩｎＮ再蒸発層１７を２００Å成長する。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図２（ａ）に示す。
【００２０】
一旦、このウエハーをＭＯＶＰＥ装置から取り出し、このウエハー上に再成長層を積層する。この再成長には、ＭＢＥ法を用い、Ｖ族原料として窒素、ＩＩＩ族原料としてガリウム、アルミニウム、インジウム、ｐ型不純物としてマグネシウムを用いる。
【００２１】
例えば、前記ＭＢＥ装置とは、ＥＣＲプラズマ又はＲＦプラズマを備えて窒素を基板上に供給するＭＢＥ装置とする。
【００２２】
このウエハーをＲＦ−ＭＢＥ装置に導入し、ＲＦ電力４００Ｗ、窒素流量５ｓｃｃｍにて窒素を基板上に１０分間供給し、基板温度約４００℃にてＭｇドープＩｎＮ層１７を再蒸発させ、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１６の表面を露出させる。ここで、装置内にて下地層表面を露出させるため、清浄なＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層表面１８を露出させることができる。このため、次の工程において、品質の高い再成長界面及び再成長層が実現できる。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図２（ｂ）に示す。
【００２３】
次に、基板温度を７００℃程度まで昇温し、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９（キャリヤ濃度は１×１０19ｃｍ-3）を０．５μｍ程度成長する。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図２（ｃ）に示す。
【００２４】
次に、マスク２０を用いてｎ型用電極づけを行うためにｎ型ＧａＮバッファ層１３の表面が露出するまでエッチングする。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図２（ｄ）に示す。
【００２５】
ｐ型ＧａＮコンタクト層１９の上にｐ型用電極２１、露出させたｎ型ＧａＮバッファ層１３表面にｎ型用電極２２を形成する。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図２（ｅ）に示す。
【００２６】
ここで、清浄なＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層表面１８上にｐ型ＧａＮコンタクト層１９を再成長しているため、この界面での高抵抗化およびｐ型不純物の枯渇を防ぐことができ、そのため素子の直列抵抗が低減でき、素子の駆動電圧が３．６Ｖと小さく、素子の長寿命化が実現できた。
【００２７】
さらに、ＭＯＶＰＥ法にて成長したＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１６は再蒸発工程中（図１（ｂ））において基板温度４００℃、水素を含まない窒素雰囲気中（ＲＦ電力４００Ｗ、窒素流量５ｓｃｃｍ）で熱処理を行うためにＭｇドープした半導体層はｐ型半導体層に変化する。このため、成長後の特別な熱処理工程例えば８００℃、数十分間の熱処理工程を必要としないので、工程が簡略化できる。
【００２８】
また、本発明の製造方法は、ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層１７までの積層構造体をＭＯＶＰＥ法（成長レートは約４μｍ／ｈ）にて形成し、その後、ＭＢＥ法（成長レートは約０．７μｍ／ｈ）にてｐ型コンタクト層のみを形成するため、すべてＭＢＥ法で作製する方法と比較して一枚のウエハーを成長する製造時間が短縮できる。
【００２９】
以上より、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて積層された積層構造体の表面層を再蒸発層にて構成することにより、成長炉内例えば分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）にて再蒸発層を再蒸発させ引き続き再成長層を積層することにより、品質の高い再成長界面、再成長層を持つ窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が実現できる。さらに、成長後の特別な熱処理工程を必要とせず、また、ＭＢＥ法を用いても一枚のウエハーを成長する製造時間が短縮できる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が提供できる。
【００３０】
（実施例２）
図３に本発明の方法で作製した窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の断面図を示す。ｎ型ＧａＮ基板３１上に、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層３２、ｎ型ＧａＮ層３３、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.95Ｎクラッド層３４、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層を３層（厚さ３０Å）とＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリヤ層を２層（厚さ１００Å）を持つ多重量子井戸活性層３５、ＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.95Ｎクラッド層３６を積層させる。その上に電流狭窄構造として、清浄なＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層表面３９を露出させた開口部をもうけたＭｇドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ再蒸発層３７、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ内部電流阻止層３８を電流阻止構造として設けている。さらに、ＭＢＥ法で形成されたｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４０で開口部を埋め込み平坦化して、その上にｐ型ＧａＮコンタクト層４１（キャリヤ濃度は１×１０19ｃｍ-3）を積層している。
【００３１】
このような本発明の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法を図４（ａ）〜（ｅ）に基づいて詳細に説明する。窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製には有機金属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥ法）を用い、基板とＶ族原料としてアンモニア、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、ｐ型不純物としてビスシクロペンタデイエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、ｎ型不純物としてモノシランを用い、キャリヤガスとして水素又は窒素を用いる。
【００３２】
１回目の結晶成長を行うため、ｎ型ＧａＮ基板３１をＭＯＶＰＥ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、基板表面を窒素または水素雰囲気中にさらし、表面のクリーニングを施す。次に、ｎ型ＧａＮ基板３１の基板温度を１０５０℃程度まで降温し、ｎ型ＧａＮ基板３１にｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層３２を５５０Å程度成長させる。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、ｎ型ＧａＮ層３３を４μｍ成長し、ｎ型ＧａＮ層３３の上にｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.95Ｎクラッド層３４を０．１μｍ程度成長させる。基板温度を８００℃程度に降温し、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層を３層（厚さ３０Å）とＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリヤ層を２層（厚さ１００Å）を持つ多重量子井戸活性層３５を成長させる。次に、ＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.95Ｎクラッド層３６を０．１μｍ程度成長させ、さらに、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温し、ＭｇドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ再蒸発層３７を２００Å成長させる。次に、基板温度を１０００℃程度まで昇温し、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ内部電流阻止層３８を０．１５μｍ程度成長させる。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図４（ａ）に示す。
【００３３】
一旦、このウエハーをＭＯＶＰＥ装置から取り出し、通常のフォトリソグラフィ工程とエッチング工程を用いてｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ内部電流阻止層３８の一部をＭｇドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ再蒸発層３７表面上までエッチングし、ストライプ状の溝を形成する。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図４（ｂ）に示す。
【００３４】
このエッチングによって露出したＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ再蒸発層の領域とｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ内部電流阻止層３８の領域に再成長層を積層するのに、ＭＢＥ法を用いる。Ｖ族原料として窒素、ＩＩＩ族原料としてガリウム、アルミニウム、インジウム、ｐ型不純物としてマグネシウムを用いる。例えば、前記ＭＢＥ装置とは、ＥＣＲプラズマ又はＲＦプラズマを備えて窒素を基板上に供給するＭＢＥ装置とする。
【００３５】
このウエハーをＲＦ−ＭＢＥ装置に導入し、ＲＦ電力３５０Ｗ、窒素流量１０ｓｃｃｍにて窒素を基板上に５分間供給し、基板温度約８００℃にてＭｇドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ再蒸発層３７を再蒸発させ、清浄なＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層表面３９を露出させる。ここで、ＭＢＥ装置内にて下地層表面を露出させるため、清浄なＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層表面３９をストライプ状の溝の底面として露出させることができる。このため、次の工程において、品質の高い再成長界面及び再成長層が実現できる。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図４（ｃ）に示す。
【００３６】
次に、基板温度を８００℃程度まで昇温し、ＭＢＥ法でｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４０およびｐ型ＧａＮコンタクト層４１（キャリヤ濃度は１×１０19ｃｍ-3）を０．５μｍ程度成長する。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図４（ｄ）に示す。
【００３７】
ｐ型ＧａＮコンタクト層４１の上にｐ型用電極４２、ｎ型ＧａＮ基板３１にｎ型用電極４３を形成する。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図４（ｅ）に示す。
【００３８】
ここで、清浄なＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層表面３９に形成されたストライプ状の溝上にｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４０を再成長しているため、この界面での高抵抗化およびｐ型不純物の枯渇を防ぐことができ、そのため素子の直列抵抗が低減でき、素子の駆動電圧が３．６Ｖと小さく、素子の長寿命化が実現できた。
【００３９】
ここで、ＭＢＥ法の再成長温度は８００℃程度で、ＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.95Ｎクラッド層３６およびｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ内部電流阻止層３８上にｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４０、ｐ型ＧａＮコンタクト層４１を形成することができるためｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ電流阻止層３８に形成した溝の形状を変形することなく再成長ができ、安定な素子の横モードが得られる。
【００４０】
さらに、ＭＯＶＰＥ法にて成長したＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３６は再蒸発工程中（図４（ｃ））において、基板温度８００℃、水素を含まない窒素雰囲気中（ＲＦ電力４００Ｗ、窒素流量５ｓｃｃｍ）で熱処理するためにｐ型半導体に変化する、このため、成長後の特別な熱処理工程例えば８００℃、数十分間の熱処理工程を必要としないので、工程が簡略化できる。
【００４１】
また、本発明の製造方法は、ＭｇドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ再蒸発層３７までの積層構造体をＭＯＶＰＥ法（成長レートは約４μｍ／ｈ）にて形成し、その後、ＭＢＥ法（成長レートは約０．７μｍ／ｈ）にてｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４０、ｐ型ＧａＮコンタクト層４１のみを形成するため、一枚のウエハーを成長する製造時間が短縮できる。
【００４２】
以上より、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて積層された積層構造体の表面層を再蒸発層にて構成することにより、成長炉内例えば分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）にて再蒸発層を再蒸発させ引き続き再成長層を積層することにより、品質の高い再成長界面、再成長層を持つ窒化ガリウム系化合物半導体レーザが実現できる。さらに、成長後の特別な熱処理工程を必要とせず、また、ＭＢＥ法を用いても一枚のウエハーを成長する製造時間が短縮できる窒化ガリウム系化合物半導体レーザが提供できる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて積層された積層構造体の表面層を再蒸発層にて構成することにより、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）にて再蒸発層を再蒸発させ、引き続き再成長層を積層することにより、品質の高い再成長界面、再成長層が得られ、界面での直列抵抗分が低くなるため、信頼性の優れた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子又は窒化ガリウム系化合物半導体レーザが作製できる。
【００４４】
また、再蒸発層は蒸気圧の高いＩｎzＧａ1-zＮ（０＜ｚ≦１）で構成するため、再蒸発に必要な基板温度は十分に低い基板温度で可能なため下地層に悪影響を及ぼすことはなく、容易に再蒸発層を除去でき清浄な下地層表面を露出させることが可能となる。
【００４５】
さらに、ＭＯＣＶＤ法で作製した積層体構造中のｐ型ドープ半導体層を再蒸発層を蒸発させる工程で、ｐ型半導体層に改質することができるため、成長後の特別な熱処理工程を必要としないので、工程が簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製工程を示す断面図である。
【図２】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製工程を示す断面図である。
【図３】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の断面図である。
【図４】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の作製工程を示す断面図である。
【図５】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎバッファ層
３ ｎ型ＧａＮバッファ層
４ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
５ Ｉｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層
６ ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
７ ＭｇドープＩｎzＧａ1-zＮ再蒸発層
９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１ サファイア基板
１２ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎバッファ層
１３ ｎ型ＧａＮバッファ層
１４ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
１５ Ｉｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層
１６ ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
１７ ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層
１８ 清浄なＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層表面
１９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
２１ ｐ型用電極
２２ ｎ型用電極
３１ ｎ型ＧａＮ基板
３２ ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層
３３ ｎ型ＧａＮバッファ層
３４ ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
３５ 多重量子井戸活性層
３６ ＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
３７ ＭｇドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ再蒸発層
３８ ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ内部電流阻止層
３９ 清浄なＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層表面
４０ ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
４１ ｐ型ＧａＮコンタクト層
４２ ｐ型用電極
４３ ｎ型用電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、青色領域から紫外光領域で発光可能な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法に関し、特にＭＯＶＰＥ法にて成長形成した積層構造体上に、ＭＢＥ法にて再成長層を積層する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の模式断面図を示す。サファイヤ基板１００上にＡｌＮバッファ層２００、ｎ型ＧａＮ層３００を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて積層する。そのｎ型ＧａＮ層３００上に、ＲＦプラズマを用いた分子線エピタキシャル法にてｎ型ＧａＮ層４００、ｎ型ＩｎＧａＮ発光層５００、ｐ型ＧａＮ層６００が順次積層される。最後に、ｐ型ＧａＮ層６００上にｐ型用電極７００を形成し、ｎ型ＧａＮ層３００上にｎ型用電極８００を形成して作製された窒化ガリウム系化合物半導体発光素子構造が、例えば、Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．Ｖｏｌ．３４（１９９５）ｐｐ．１４２９〜１４３１に開示されている。
【０００３】
一般に、ＭＢＥ法にて作製したｐ型不純物のキャリヤ濃度は、ＭＯＶＰＥ法にて作製したその値よりも約１桁高いキャリヤ濃度が得られている。さらにＭＯＶＰＥ法にて作製したｐ型窒化ガリウム系化合物半導体は、熱処理（例えば８００℃、２０分間）にてｐ型不純物を活性化する工程が必要であるが、ＭＢＥ法にて作製したｐ型窒化ガリウム系化合物半導体は、ｐ型不純物を活性化するための熱処理工程を必要としない。このため、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層６００等を作製するのにＭＢＥ法を用いるのは非常に適している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の２０ｍＡでの駆動電圧は６Ｖと高い値しか得られていない。これはＭＯＶＰＥ法において作製したｎ型ＧａＮ層３００上に、直接ＭＢＥ法にてｎ型ＧａＮ層４００、ｎ型ＩｎＧａＮ発光層５００、ｐ型ＧａＮ層６００を成長しているため、ｎ型ＧａＮ層３００とｎ型ＧａＮ層４００の再成長界面が高抵抗化し、そのために、素子の直列抵抗が増加し駆動電圧が高いため、長寿命の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は得られていない。これは、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて積層された積層構造体上に、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）にて再成長する場合、再成長するために下地の成長層表面を大気中にさらすことになり、露出した表面の酸化及び汚染物の付着等が発生し、この露出表面上に再成長層を積層しても良好な再成長界面及成長層が得られない問題が生じる。
【０００５】
このために、前記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の２０ｍＡでの駆動電圧は６Ｖと高い値しか得られなかった。これはＭＯＶＰＥ法において成長した層の上に、直接ＭＢＥ法にて成長層を成長しているからである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて半導体からなる積層構造体を形成する工程と、連続的にＭＯＣＶＤ法にて前記積層構造体の表面層に再蒸発層を積層する工程と、前記再蒸発層を分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）装置内にて蒸発させる工程と、前記再蒸発層を蒸発させることによって露出した前記積層構造体上にＭＢＥ法にて成長層を再成長する工程と、を包含することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を提供する。
【０００７】
また、前記再蒸発層を形成する工程と、前記再蒸発層を蒸発させる工程の間に、前記積層構造体の表面がエッチング等により加工される工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
さらに、前記再蒸発層がＩｎzＧａ1-zＮ（０＜ｚ≦１）から構成されたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記再蒸発層を蒸発させる工程での、基板温度を４００℃以上１１００℃以下とすることを特徴とする。
【００１０】
また、前記有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて半導体からなる積層構造体を形成する工程において、ｐ型不純物ドープの窒化ガリウム系化合物半導体を積層する工程を含み、前記再蒸発層を蒸発させる熱処理工程にて、前記ｐ型不純物ドープの窒化ガリウム系化合物半導体をｐ型窒化ガリウム系化合物半導体に改質することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、１回目の結晶成長を行うため、基板１をＭＯＶＰＥ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、基板１表面を窒素または水素雰囲気中にさらす。次に、基板１の温度を５００℃〜６５０℃程度まで降温し、基板にＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎバッファ層２を（ここで、バッファ層はＧａＮ又はＡｌＮからなる２元混晶でもよい）２００Å〜１μｍ程度成長し、次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温しｎ型ＧａＮバッファ層３を１〜４μｍ程度成長し、次に、ｎ型ＧａＮバッファ層３の上にｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４を０．１〜０．３μｍ程度成長し、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温しノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層５を成長し、次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層６を０．１〜０．３μｍ程度成長し、さらに、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温しＭｇドープＩｎzＧａ1-zＮ再蒸発層７（ここで、ｚの範囲は０より大きく１以下、さらに好ましく０．５以上１以下）を１０〜２００Å成長する。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図１（ａ）に示す。ここで、上記再蒸発層は再蒸発してなくなるため、単結晶層に限定することなく、多結晶またはアモルファス状の層でよい。
【００１２】
一旦、このウエハーをＭＯＶＰＥ装置から取り出し、再び、ウエハーをＭＢＥ装置に導入し、ＲＦ電力３５０〜４００Ｗ、窒素流量５〜１０ｓｃｃｍにて窒素をウエハー上に５分から１０分間供給し、窒素雰囲気中、基板温度約４００℃以上、好ましくは６００℃にてＭｇドープＩｎzＧａ1-zＮ再蒸発層７（ここで、ｚの範囲は０より大きく１以下、さらに好ましくは０．５以上１以下）を再蒸発させ、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層６表面を露出させる。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図１（ｂ）に示す。
【００１３】
次に、基板温度を７００℃程度まで昇温し、ｐ型ＧａＮコンタクト層８を０．１〜１μｍ程度成長する。例えば、ＥＣＲ装置又はＲＦ装置を備えたＭＢＥ装置とする。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図１（ｃ）に示す。
【００１４】
前記再蒸発層は、例えばＩｎＡｓ，ＩｎＧａＡｓ，ＧａＡｓ等で構成されてもよい、その場合の再蒸発はＡｓ雰囲気中、再蒸発温度が各々４００℃以上、５５０℃以上、６８０℃以上の基板温度を用いることができる。また、再蒸発温度はＡｌＧａＮ層やＧｇＮ層に影響を及ぼさない１１００℃以下であれば構わないが、特に好ましくは８００℃以下である。
【００１５】
ここで、装置内にて下地層表面を露出させるため、清浄な下地層表面を露出させることができる。このため、品質の高い再成長界面及び再成長層が実現できる。さらに、ＭＯＶＰＥ法にて成長したＭｇがドーピングされた層は、ＭＢＥ法の水素を含まない窒素雰囲気中の再蒸発工程中にｐ型に変化するため、成長後の特別な熱処理を必要としないので工程が簡略化できる。
【００１６】
以上より、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて積層された積層構造体の表面層を再蒸発層にて構成することにより、成長炉内例えば分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）にて再蒸発層を再蒸発させ引き続き再成長層を積層することにより、品質の高い再成長界面、再成長層を持つ窒化ガリウム系化合物半導体発光素子又は窒化ガリウム系化合物半導体レーザが実現できる。以下、より詳細に本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
（実施例１）
窒化ガリウム系半導体発光素子の作製には有機金属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥ法）を用い、基板、Ｖ族原料としてアンモニア、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、ｐ型不純物としてビスシクロペンタデイエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、ｎ型不純物としてモノシランを用い、キャリヤガスとして水素又は窒素を用いる。
【００１８】
図２（ａ）〜（ｅ）に基づいて本発明の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法を詳細に説明する。
【００１９】
１回目の結晶成長を行うため、サファイア基板１１をＭＯＶＰＥ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１１００℃程度まで昇温し、基板表面を窒素または水素雰囲気中にさらし、表面のクリーニングを施す。次に、サファイア基板１１の基板温度を５５０℃程度まで降温し、サファイア基板１１にＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎバッファ層１２を５００Å程度成長し、次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温しｎ型ＧａＮバッファ層１３を４μｍ程度成長し、次に、ｎ型ＧａＮバッファ層１３の上にｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１４を０．１５μｍ程度成長し、基板温度を８５０℃程度に降温しノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層１５を３０Å成長し、次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１６を０．１５μｍ程度成長し、さらに、基板温度を８００℃程度に降温しＭｇドープＩｎＮ再蒸発層１７を２００Å成長する。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図２（ａ）に示す。
【００２０】
一旦、このウエハーをＭＯＶＰＥ装置から取り出し、このウエハー上に再成長層を積層する。この再成長には、ＭＢＥ法を用い、Ｖ族原料として窒素、ＩＩＩ族原料としてガリウム、アルミニウム、インジウム、ｐ型不純物としてマグネシウムを用いる。
【００２１】
例えば、前記ＭＢＥ装置とは、ＥＣＲプラズマ又はＲＦプラズマを備えて窒素を基板上に供給するＭＢＥ装置とする。
【００２２】
このウエハーをＲＦ−ＭＢＥ装置に導入し、ＲＦ電力４００Ｗ、窒素流量５ｓｃｃｍにて窒素を基板上に１０分間供給し、基板温度約４００℃にてＭｇドープＩｎＮ層１７を再蒸発させ、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１６の表面を露出させる。ここで、装置内にて下地層表面を露出させるため、清浄なＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層表面１８を露出させることができる。このため、次の工程において、品質の高い再成長界面及び再成長層が実現できる。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図２（ｂ）に示す。
【００２３】
次に、基板温度を７００℃程度まで昇温し、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９（キャリヤ濃度は１×１０19ｃｍ-3）を０．５μｍ程度成長する。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図２（ｃ）に示す。
【００２４】
次に、マスク２０を用いてｎ型用電極づけを行うためにｎ型ＧａＮバッファ層１３の表面が露出するまでエッチングする。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図２（ｄ）に示す。
【００２５】
ｐ型ＧａＮコンタクト層１９の上にｐ型用電極２１、露出させたｎ型ＧａＮバッファ層１３表面にｎ型用電極２２を形成する。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図２（ｅ）に示す。
【００２６】
ここで、清浄なＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層表面１８上にｐ型ＧａＮコンタクト層１９を再成長しているため、この界面での高抵抗化およびｐ型不純物の枯渇を防ぐことができ、そのため素子の直列抵抗が低減でき、素子の駆動電圧が３．６Ｖと小さく、素子の長寿命化が実現できた。
【００２７】
さらに、ＭＯＶＰＥ法にて成長したＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１６は再蒸発工程中（図１（ｂ））において基板温度４００℃、水素を含まない窒素雰囲気中（ＲＦ電力４００Ｗ、窒素流量５ｓｃｃｍ）で熱処理を行うためにＭｇドープした半導体層はｐ型半導体層に変化する。このため、成長後の特別な熱処理工程例えば８００℃、数十分間の熱処理工程を必要としないので、工程が簡略化できる。
【００２８】
また、本発明の製造方法は、ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層１７までの積層構造体をＭＯＶＰＥ法（成長レートは約４μｍ／ｈ）にて形成し、その後、ＭＢＥ法（成長レートは約０．７μｍ／ｈ）にてｐ型コンタクト層のみを形成するため、すべてＭＢＥ法で作製する方法と比較して一枚のウエハーを成長する製造時間が短縮できる。
【００２９】
以上より、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて積層された積層構造体の表面層を再蒸発層にて構成することにより、成長炉内例えば分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）にて再蒸発層を再蒸発させ引き続き再成長層を積層することにより、品質の高い再成長界面、再成長層を持つ窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が実現できる。さらに、成長後の特別な熱処理工程を必要とせず、また、ＭＢＥ法を用いても一枚のウエハーを成長する製造時間が短縮できる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が提供できる。
【００３０】
（実施例２）
図３に本発明の方法で作製した窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の断面図を示す。ｎ型ＧａＮ基板３１上に、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層３２、ｎ型ＧａＮ層３３、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.95Ｎクラッド層３４、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層を３層（厚さ３０Å）とＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリヤ層を２層（厚さ１００Å）を持つ多重量子井戸活性層３５、ＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.95Ｎクラッド層３６を積層させる。その上に電流狭窄構造として、清浄なＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層表面３９を露出させた開口部をもうけたＭｇドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ再蒸発層３７、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ内部電流阻止層３８を電流阻止構造として設けている。さらに、ＭＢＥ法で形成されたｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４０で開口部を埋め込み平坦化して、その上にｐ型ＧａＮコンタクト層４１（キャリヤ濃度は１×１０19ｃｍ-3）を積層している。
【００３１】
このような本発明の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法を図４（ａ）〜（ｅ）に基づいて詳細に説明する。窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製には有機金属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥ法）を用い、基板とＶ族原料としてアンモニア、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、ｐ型不純物としてビスシクロペンタデイエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、ｎ型不純物としてモノシランを用い、キャリヤガスとして水素又は窒素を用いる。
【００３２】
１回目の結晶成長を行うため、ｎ型ＧａＮ基板３１をＭＯＶＰＥ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、基板表面を窒素または水素雰囲気中にさらし、表面のクリーニングを施す。次に、ｎ型ＧａＮ基板３１の基板温度を１０５０℃程度まで降温し、ｎ型ＧａＮ基板３１にｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層３２を５５０Å程度成長させる。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、ｎ型ＧａＮ層３３を４μｍ成長し、ｎ型ＧａＮ層３３の上にｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.95Ｎクラッド層３４を０．１μｍ程度成長させる。基板温度を８００℃程度に降温し、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層を３層（厚さ３０Å）とＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリヤ層を２層（厚さ１００Å）を持つ多重量子井戸活性層３５を成長させる。次に、ＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.95Ｎクラッド層３６を０．１μｍ程度成長させ、さらに、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温し、ＭｇドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ再蒸発層３７を２００Å成長させる。次に、基板温度を１０００℃程度まで昇温し、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ内部電流阻止層３８を０．１５μｍ程度成長させる。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図４（ａ）に示す。
【００３３】
一旦、このウエハーをＭＯＶＰＥ装置から取り出し、通常のフォトリソグラフィ工程とエッチング工程を用いてｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ内部電流阻止層３８の一部をＭｇドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ再蒸発層３７表面上までエッチングし、ストライプ状の溝を形成する。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図４（ｂ）に示す。
【００３４】
このエッチングによって露出したＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ再蒸発層の領域とｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ内部電流阻止層３８の領域に再成長層を積層するのに、ＭＢＥ法を用いる。Ｖ族原料として窒素、ＩＩＩ族原料としてガリウム、アルミニウム、インジウム、ｐ型不純物としてマグネシウムを用いる。例えば、前記ＭＢＥ装置とは、ＥＣＲプラズマ又はＲＦプラズマを備えて窒素を基板上に供給するＭＢＥ装置とする。
【００３５】
このウエハーをＲＦ−ＭＢＥ装置に導入し、ＲＦ電力３５０Ｗ、窒素流量１０ｓｃｃｍにて窒素を基板上に５分間供給し、基板温度約８００℃にてＭｇドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ再蒸発層３７を再蒸発させ、清浄なＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層表面３９を露出させる。ここで、ＭＢＥ装置内にて下地層表面を露出させるため、清浄なＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層表面３９をストライプ状の溝の底面として露出させることができる。このため、次の工程において、品質の高い再成長界面及び再成長層が実現できる。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図４（ｃ）に示す。
【００３６】
次に、基板温度を８００℃程度まで昇温し、ＭＢＥ法でｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４０およびｐ型ＧａＮコンタクト層４１（キャリヤ濃度は１×１０19ｃｍ-3）を０．５μｍ程度成長する。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図４（ｄ）に示す。
【００３７】
ｐ型ＧａＮコンタクト層４１の上にｐ型用電極４２、ｎ型ＧａＮ基板３１にｎ型用電極４３を形成する。ここまで作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の断面図を図４（ｅ）に示す。
【００３８】
ここで、清浄なＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層表面３９に形成されたストライプ状の溝上にｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４０を再成長しているため、この界面での高抵抗化およびｐ型不純物の枯渇を防ぐことができ、そのため素子の直列抵抗が低減でき、素子の駆動電圧が３．６Ｖと小さく、素子の長寿命化が実現できた。
【００３９】
ここで、ＭＢＥ法の再成長温度は８００℃程度で、ＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.95Ｎクラッド層３６およびｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ内部電流阻止層３８上にｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４０、ｐ型ＧａＮコンタクト層４１を形成することができるためｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ電流阻止層３８に形成した溝の形状を変形することなく再成長ができ、安定な素子の横モードが得られる。
【００４０】
さらに、ＭＯＶＰＥ法にて成長したＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３６は再蒸発工程中（図４（ｃ））において、基板温度８００℃、水素を含まない窒素雰囲気中（ＲＦ電力４００Ｗ、窒素流量５ｓｃｃｍ）で熱処理するためにｐ型半導体に変化する、このため、成長後の特別な熱処理工程例えば８００℃、数十分間の熱処理工程を必要としないので、工程が簡略化できる。
【００４１】
また、本発明の製造方法は、ＭｇドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ再蒸発層３７までの積層構造体をＭＯＶＰＥ法（成長レートは約４μｍ／ｈ）にて形成し、その後、ＭＢＥ法（成長レートは約０．７μｍ／ｈ）にてｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４０、ｐ型ＧａＮコンタクト層４１のみを形成するため、一枚のウエハーを成長する製造時間が短縮できる。
【００４２】
以上より、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて積層された積層構造体の表面層を再蒸発層にて構成することにより、成長炉内例えば分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）にて再蒸発層を再蒸発させ引き続き再成長層を積層することにより、品質の高い再成長界面、再成長層を持つ窒化ガリウム系化合物半導体レーザが実現できる。さらに、成長後の特別な熱処理工程を必要とせず、また、ＭＢＥ法を用いても一枚のウエハーを成長する製造時間が短縮できる窒化ガリウム系化合物半導体レーザが提供できる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて積層された積層構造体の表面層を再蒸発層にて構成することにより、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）にて再蒸発層を再蒸発させ、引き続き再成長層を積層することにより、品質の高い再成長界面、再成長層が得られ、界面での直列抵抗分が低くなるため、信頼性の優れた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子又は窒化ガリウム系化合物半導体レーザが作製できる。
【００４４】
また、再蒸発層は蒸気圧の高いＩｎzＧａ1-zＮ（０＜ｚ≦１）で構成するため、再蒸発に必要な基板温度は十分に低い基板温度で可能なため下地層に悪影響を及ぼすことはなく、容易に再蒸発層を除去でき清浄な下地層表面を露出させることが可能となる。
【００４５】
さらに、ＭＯＣＶＤ法で作製した積層体構造中のｐ型ドープ半導体層を再蒸発層を蒸発させる工程で、ｐ型半導体層に改質することができるため、成長後の特別な熱処理工程を必要としないので、工程が簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製工程を示す断面図である。
【図２】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製工程を示す断面図である。
【図３】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の断面図である。
【図４】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の作製工程を示す断面図である。
【図５】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎバッファ層
３ ｎ型ＧａＮバッファ層
４ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
５ Ｉｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層
６ ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
７ ＭｇドープＩｎzＧａ1-zＮ再蒸発層
９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１ サファイア基板
１２ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎバッファ層
１３ ｎ型ＧａＮバッファ層
１４ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
１５ Ｉｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層
１６ ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
１７ ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層
１８ 清浄なＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層表面
１９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
２１ ｐ型用電極
２２ ｎ型用電極
３１ ｎ型ＧａＮ基板
３２ ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層
３３ ｎ型ＧａＮバッファ層
３４ ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
３５ 多重量子井戸活性層
３６ ＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
３７ ＭｇドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ再蒸発層
３８ ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ内部電流阻止層
３９ 清浄なＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層表面
４０ ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
４１ ｐ型ＧａＮコンタクト層
４２ ｐ型用電極
４３ ｎ型用電極
Claims (6)
- 有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて半導体からなる積層構造体を形成する工程と、
連続的にＭＯＣＶＤ法にて前記積層構造体の表面層に再蒸発層を積層する工程と、
前記再蒸発層を分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）装置内にて蒸発させる工程と、
前記再蒸発層を蒸発させることによって露出した前記積層構造体上にＭＢＥ法にて成長層を再成長する工程と、を包含することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 前記再蒸発層を形成する工程と、前記再蒸発層を蒸発させる工程の間に、前記積層構造体の表面がエッチング等により加工される工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記再蒸発層がＩｎzＧａ1-zＮ（０＜ｚ≦１）から構成されたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記再蒸発層を蒸発させる工程での、基板温度を４００℃以上１１００℃以下とすることを特徴とする請求項３に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）にて半導体からなる積層構造体を形成する工程において、
ｐ型不純物ドープの窒化ガリウム系化合物半導体を積層する工程を含み、
前記再蒸発層を蒸発させる工程にて、前記ｐ型不純物ドープの窒化ガリウム系化合物半導体をｐ型窒化ガリウム系化合物半導体に改質することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 前記再蒸発層はさらにＭｇを含んでいることを特徴とする請求項３に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13690197A JP3898798B2 (ja) | 1997-05-27 | 1997-05-27 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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