JP4162385B2 - ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＶＤやＣＤ等の光ピックアップ用光源，電子写真用の書き込み光源，光通信用光源，紫外線センサー，高温動作トランジスター等に利用可能なｐ型III族窒化物半導体およびその製造方法および半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、青色のＬＥＤは赤色や緑色に比べて輝度が小さく実用化に難点があったが、近年、一般式ＩｎＡｌＧａＮで表されるIII族窒化物半導体において、低温ＡｌＮバッファー層、あるいは低温ＧａＮバッファー層を用いることによる結晶成長技術の向上と、Ｍｇをドーパントとした低抵抗のｐ型半導体層が得られたことにより、高輝度青色ＬＥＤが実用化され、さらには、低出力ではあるが、室温連続発振する半導体レーザが実用化された。
【０００３】
III族窒化物半導体の重要な技術として、ｐ型III族窒化物の作製技術がある。この作製技術として、水素をキャリアガスとして使用するＭＯＣＶＤ等の方法があるが、ｐ型III族窒化物は、ｐ型不純物と水素とが結合し、不純物を不活性化してしまうため、水素を含む雰囲気での結晶成長や、水素や水素を生成するガス中での熱処理を行った場合には高抵抗化する。従って、水素をキャリアガスとして使用するＭＯＣＶＤ等の方法では、ｐ型III族窒化物を何も処理しない状態で（as grownで）作製することは困難であった。
【０００４】
このため、ｐ型III族窒化物を作製する方法としては、高抵抗化したIII族窒化物に特別な処理を行なってｐ型化する第１の方法と、冷却工程時に水素がｐ型不純物と結合すること（図１５参照）を防止するように結晶成長の工程を工夫することによってｐ型III族窒化物を製造する第２の方法とに大別される。
【０００５】
第１の方法としては、特開平５−１８３１８９号（以下、従来技術１と称す）、あるいは、特開平３−２１８６２５号（以下、従来技術２と称す）に示されているものが知られている。すなわち、従来技術１では、図１６に示すように、水素や水素を生成するガスを実質含まない雰囲気ガス中で、熱処理を行い、ＧａＮ結晶中の水素Ｈの一部をＧａＮ結晶外へ拡散排出して低抵抗のｐ型にするようにしている。また、従来技術２では、低エネルギーの電子線を照射し、水素とｐ型不純物との結合を切って低抵抗のｐ型にするようにしている。
【０００６】
また、第２の方法としては、特開平８−１２５２２２号（以下、従来技術３と称す）に示されているように、ＧａＮ結晶成長終了後の冷却を、水素を含まない雰囲気や不活性ガス中で行い、低抵抗のｐ型にするようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術１では、ｐ型不純物を不活性化している水素を、熱処理によって結晶外部へ排出するために、水素を含まない雰囲気、一般的には窒素ガス雰囲気で例えば７００℃の温度で熱処理を行なう。しかしながら、窒素ガス雰囲気においては、窒素分子からなる窒素ガスはIII族窒化物の生成原料にはならないために、７００℃を超える高温ではIII族窒化物結晶表面の分解が起り、表面抵抗が高くなるなど、特性の劣化が生じる場合がある。
【０００８】
また、本願の発明者による実験では、熱処理によって水素濃度は減少するが、水素濃度の分布は、熱処理前の濃度分布と相似形をしており、表面近傍が最も濃度が高く、このため、電極の接触抵抗率は必ずしも低くならなかった。
【０００９】
また、従来技術３では、１０００℃程度の結晶成長温度から室温までの降温を窒素ガス雰囲気や不活性ガスのみの雰囲気で行った場合には、結晶表面の分解が起り、表面抵抗が高くなるなど、特性の劣化が生じる場合があった。
【００１０】
また、従来技術２では、低エネルギーの電子線を照射するが、低エネルギー電子線照射は、電子線の侵入深さが浅く、結晶表面近傍しかｐ型化できないことと、電子線を一度に照射できる面積が狭いために、ウエハー全面をｐ型化するには時間がかかり、工業的にはコストがかかりすぎるという問題がある。
【００１１】
一方、水素を含まない原料のみで成長を行うＭＢＥ法では、低抵抗のｐ型ＧａＮが得られることが知られている。
【００１２】
しかしながら、ＭＢＥ法では、高真空中で結晶成長を行うために窒素の解離による欠陥が形成される等、高品質な結晶成長を行いにくいという問題がある。また、窒素の供給に課題があり、成長速度が遅く、ＭＯＣＶＤ法に比べて量産には適していない。
【００１３】
一方、ＭＢＥ法と同様に水素を極力含まない雰囲気で、ＭＯＣＶＤ法により結晶成長を行った場合、本願の発明者によるＧａＮの実験では、表面の凹凸が激しく、結晶性の良いものを成長させることはできなかった。すなわち、水素を含まない雰囲気では、高品質のｐ型ＧａＮを成長させることはできない。
【００１４】
本発明は、表面の劣化が少なく、かつ、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を製造することの可能なｐ型III族窒化物半導体の製造方法およびIII族窒化物半導体および半導体装置を提供することを目的としている。
【００１５】
また、本発明は、低コストで、信頼性が高く、動作電圧の低い半導体装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、反応管内において、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むｐ型III族窒化物結晶を成長させる工程と、前記ｐ型 III 族窒化物結晶を成長後、前記反応管内にアンモニアガス、窒素ガス及び水素ガスの混合ガスを流しながら前記ｐ型 III 族窒化物結晶を冷却する工程と、前記ｐ型III族窒化物結晶の水素を含む表面層の全部または一部を除去する工程とを含むこと特徴としている。
【００１７】
また、請求項２載の発明は、請求項１に記載のｐ型III族窒化物半導体の製造方法において、前記ｐ型不純物はＭｇであることを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
第１の実施形態
図１は本発明に係るIII族窒化物半導体の製造方法の第１の実施形態を示す図である。図１を参照すると、このIII族窒化物半導体の製造方法では、ｐ型不純物と水素との両方を少なくとも含むｐ型III族窒化物結晶１を成長させた後（図１（ａ））、III族窒化物結晶１の表面層２の全部または一部を除去して（図１（ｂ））、ｐ型III族窒化物半導体３を製造するようにしている（図１（ｃ））。なお、図１（ｂ），（ｃ）の例では、III族窒化物結晶１の表面層２の全部を除去した場合が示されている。
【００２５】
本願の発明者による実験では、水素ガスを含む雰囲気で、結晶成長、および、結晶成長後の冷却を行ったｐ型不純物を含むｐ型III族窒化物結晶中の水素（Ｈ）濃度は、図１（ａ）に示すように、結晶表面が最も高く、結晶内部にいくに従って減少し、結晶内部では一定濃度であった。
【００２６】
図１７（ａ），（ｂ）には、ｐ型不純物であるマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングしたｐ型ＧａＮ中のＭｇと水素（Ｈ）の膜厚方向の濃度分布のＳＩＭＳ分析の結果が示されている。なお、図１７（ａ）は結晶成長後に熱処理を行っていないＧａＮでの結果であり、図１７（ｂ）は結晶成長後に窒素雰囲気中で熱処理を行ったＧａＮでの結果である。図１７（ａ）では、Ｈ濃度は結晶表面でＭｇと同程度で最も高く、結晶内部にいくに従って減少し、結晶内部では約１×１０19ｃｍ-3と一定濃度になっている。
【００２７】
この水素（Ｈ）の濃度分布から、結晶成長中に一定濃度の水素（Ｈ）がIII族窒化物結晶中に取り込まれ、さらに、結晶成長終了後の冷却過程で雰囲気ガス中の水素（Ｈ）が拡散侵入し、結晶表面付近の水素（Ｈ）濃度が増加することが考えられる。また、水素（Ｈ）濃度が一定である領域（図１（ａ）の符号３で示す領域）での水素（Ｈ）濃度は、約１×１０19ｃｍ-3で窒素雰囲気で熱処理を行い低抵抗のｐ型を示したものと同程度であった。図１７（ｂ）で、熱処理したＧａＮのＨ濃度は、２×１０19ｃｍ-3（結晶表面）〜９×１０18ｃｍ-3（結晶内部）である。このことから、水素パシベーションによる高抵抗化は、III族窒化物結晶成長後の冷却過程で起こると考えられる。すなわち、図２に示すように、III族窒化物結晶成長後の冷却過程で水素がIII族窒化物結晶の表面付近に取り込まれるためと考えられる。
【００２８】
従って、水素パシベーションによって高抵抗化しているのは表面部分（図１（ａ）の符号２の部分）のみで、内部（図１（ａ）の符号３の部分）は低抵抗のｐ型であると考えられ、高抵抗化した結晶表面層２の全部あるいは一部を除去することによって（例えば図１（ｂ）のように除去することによって）、図１（ｃ）のように低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を作製することが可能となる。
【００２９】
図３は第１の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の製造工程の具体例を示す図である。図３の例では、サファイア基板１０上に、５２０℃で低温ＧａＮバッファー層１１を堆積し、しかる後、低温ＧａＮバッファー層１１の上に、III族原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）を１０ｃｃｍ、また、ｐ型ドーパントとして（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを１００ｃｃｍ、また、窒素原料としてＮＨ3を５ＬＭ、また、窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭの混合ガスを同時に反応管に流し、１０５０℃でＧａＮ層１２を結晶成長させる（図３（ａ））。
【００３０】
ＧａＮ層１２の結晶成長後に、III族原料とｐ型ドーパント原料との供給を止め、ＮＨ3ガス５ＬＭと窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガス雰囲気中で室温まで冷却した。このとき、ＧａＮ結晶１２の表面に電極を形成して、テスターで抵抗を測定したところ高抵抗で測定不能であった。
【００３１】
次に、図３（ａ）のサンプルの厚さ方向の水素濃度をＳＩＭＳで測定したところ、水素濃度は、ＧａＮ層１２側の表面が最も高く、表面から約０．５μｍの深さｄまで徐々に減少し、それ以上の深さでは一定濃度であった（図１７（ａ））。
【００３２】
このＧａＮ結晶１２の表面から約０．５μｍの深さｄの部分１３をエッチングで除去して、図３（ｂ）のサンプルを作製した。図３（ｂ）のサンプルに電極を形成し、ホール測定を行ったところ、ＧａＮ層１２のキャリア濃度は２×１０17ｃｍ-3で低抵抗のｐ型を示した。
【００３３】
このように、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶を成長させた後、前記III族窒化物結晶の表面層の全部または一部を除去してｐ型III族窒化物半導体を製造することで、表面の劣化の少ない、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を得ることができる。
【００３４】
第２の実施形態
図４は本発明に係るIII族窒化物半導体の製造方法の第２の実施形態を示す図である。図４を参照すると、このIII族窒化物半導体の製造方法では、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶５の上に、所定の積層構造６を形成することによって、III族窒化物結晶５をｐ型III族窒化物半導体として製造するようにしている。
【００３５】
ここで、所定の積層構造６は、次の２つの仕方によって形成することができる。
【００３６】
すなわち、第２の実施形態において、所定の積層構造６を製造するための第１の仕方は、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶５を結晶成長した直後に、III族窒化物結晶５の上に、所定の積層構造６を形成するものである。具体的には、III族窒化物結晶５を成長させ、これに続けて(連続して)、III族窒化物結晶５を成長させたのと同一の結晶成長装置内で、所定の積層構造６をIII族窒化物結晶５上に形成するものである。
【００３７】
この第１の仕方によれば、次のようにしてｐ型III族窒化物の低抵抗化を図ることができる。すなわち、前述したように、ｐ型III族窒化物の高抵抗化は、III族窒化物結晶成長終了後の冷却過程でIII族窒化物結晶表面からIII族窒化物結晶中に水素が拡散侵入することによって起こると考えられることから、第１の仕方では、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶５を結晶成長させた直後に、III族窒化物結晶５の上に、所定の積層構造６を形成することによって、図４に示すように、所定の積層構造６の形成終了後の冷却過程で所定の積層構造６の表面から水素（Ｈ）が拡散しても、水素（Ｈ）の拡散は、所定の積層構造６内にとどまり、III族窒化物結晶５には達しない。すなわち、III族窒化物結晶５が高抵抗化する程にまでIII族窒化物結晶５内の水素濃度は増加しない。
【００３８】
上記所定の積層構造６としては、水素の拡散を積層構造６内にとどめる機能を満足するものであれば、単結晶，多結晶，アモルファス等の任意のもので形成でき、また、その構造は問わない。また、所定の積層構造６の材質も特に限定されるものではない。例えば、所定の積層構造６をIII族窒化物積層構造にすることもできる。また、所定の積層構造６の電気伝導型も特に限定されるものではない。
【００３９】
なお、この第１の仕方では、水素パシベーションによって高抵抗化しているIII族窒化物５から水素を排出して低抵抗化するのではなく、雰囲気ガスからの水素の拡散侵入を防止する所定の積層構造６を積層することによって、低抵抗のｐ型III族窒化物５の高抵抗化を抑制し、ｐ型III族窒化物半導体を作製するものであるので、従来技術１や従来技術３とは原理的に異なるものである。従って、結晶成長中および冷却過程の雰囲気ガス中に水素が含まれていても、含まれていなくても特に問題はない。
【００４０】
図５は第２の実施形態の第１の仕方によるｐ型III族窒化物半導体の工程の具体例を示す図である。図５を参照すると、サファイア基板１０上に５２０℃で、低温ＧａＮバッファー層２１を堆積したものの上に、III族原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）を１０ｃｃｍ、また、ｐ型ドーパントとして（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを１００ｃｃｍ、また、窒素原料としてＮＨ3を５ＬＭ、また、窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭの混合ガスを同時に反応管に流し、１０５０℃でＧａＮ２２を結晶成長させた（図５（ａ））。
【００４１】
次いで、ｐ型ドーパントの供給を止め、III族窒化物積層構造６として、不純物をドーピングしないＧａＮ２３を成長させた（図５（ｂ））。ＧａＮ２３を成長させた後に、III族原料の供給を止め、ＮＨ3ガス５ＬＭと窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガス雰囲気中で室温まで冷却した。
【００４２】
次いで、不純物をドーピングしていないＧａＮ２３をエッチング除去し（図５（ｃ））、マグネシウムをドーピングしたＧａＮ２２を露出させ、その表面に電極を形成してホール測定を行った。この結果、ＧａＮ２２のキャリア濃度は２×１０17ｃｍ-3で低抵抗のｐ型を示した。
【００４３】
この第１の仕方のように、III族窒化物結晶５を成長させた後に、続けて所定の積層構造６を積層する場合には、積層構造６を積層後の冷却過程で雰囲気ガス中に含まれる水素は、積層構造６があるため、積層温度から室温までの冷却時間では、III族窒化物結晶５が高抵抗化する程にはIII族窒化物結晶５中に拡散せず、III族窒化物結晶の水素濃度は増加しない。この結果、III族窒化物結晶５は低抵抗のｐ型伝導特性を有することができる。
【００４４】
また、第２の実施形態において、所定の積層構造６を製造するための第２の仕方は、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶５を結晶成長して冷却した後に、所定の積層構造６を積層するものである。具体的には、例えば、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶５を結晶成長させた後に、III族窒化物結晶５を結晶成長装置から取り出し、何らかの工程を経た後に、所定の積層構造６を積層するものである。
【００４５】
この第２の仕方によれば、次のようにしてｐ型III族窒化物の低抵抗化を図ることができる。すなわち、III族窒化物結晶５の冷却後に積層構造６を積層する場合には、図６に示すように、積層構造６の積層工程中に、III族窒化物結晶５中に取り込まれている水素（Ｈ）がIII族窒化物結晶５外へ放出されるとともに（積層構造６に向けて放出されるとともに）、積層構造６の積層終了後の冷却過程でのIII族窒化物結晶５への水素（Ｈ）の侵入が積層構造６によって防止され、III族窒化物結晶５がｐ型III族窒化物半導体として作製できる。
【００４６】
なお、III族窒化物結晶５からの水素の放出には、４００℃以上の温度で積層構造６を積層することが望ましい。
【００４７】
上記所定の積層構造６としては、水素の拡散を積層構造６内にとどめる機能を満足するものであれば、単結晶，多結晶，アモルファス等の任意のもので形成でき、また、その構造は問わない。また、所定の積層構造６の材質も特に限定されるものではない。例えば、所定の積層構造６をIII族窒化物積層構造にすることもできる。また、所定の積層構造６の電気伝導型も特に限定されるものではない。
【００４８】
図７は第２の実施形態の第２の仕方によるｐ型III族窒化物半導体の製造工程の具体例を示す図である。図７の例では、サファイア基板１０上に５２０℃で低温ＧａＮバッファー層３１を堆積し、しかる後、低温ＧａＮバッファー層３１の上に、III族原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）を１０ｃｃｍ、また、ｐ型ドーパントとして（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを１００ｃｃｍ、また、窒素原料としてＮＨ3を５ＬＭ、また、窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭの混合ガスを同時に反応管に流し、１０５０℃でＧａＮ層３２を結晶成長させた（図７（ａ））。
【００４９】
ＧａＮ層３２の結晶成長後に、III族原料とｐ型ドーパント原料との供給を止め、ＮＨ3ガス５ＬＭと窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガス雰囲気中で室温まで冷却した。このとき、ＧａＮ結晶３２の表面に電極を形成して、テスターで抵抗を測定したところ高抵抗で測定不能であった。
【００５０】
次いで、別の反応装置にサンプルを入れ、ＳｉＨ4とＮＨ3系のガスを流し、７５０℃に加熱して、所定の積層構造としてＳｉＮ３３を堆積した（図７（ｂ））。この際にＧａＮ結晶３２は低抵抗のｐ型になる。
【００５１】
ＳｉＮ３３を堆積後、ＳｉＮ３３をエッチング除去し（図７（ｃ））、再びＧａＮ表面３２に電極を形成し、抵抗測定を行った。この結果、ＧａＮ３２のキャリア濃度は２×１０17ｃｍ-3で、低抵抗のｐ型を示した。
【００５２】
この第２の仕方のように、III族窒化物結晶５中の水素濃度が増加し高抵抗化したIII族窒化物結晶５の上に所定の積層構造６を積層する場合には、所定の積層構造６の積層中に、III族窒化物結晶５に含まれている水素は、外へ放出され、III族窒化物結晶５が低抵抗化するとともに、所定の積層構造６の積層終了後の冷却過程での雰囲気からの水素のIII族窒化物結晶５への拡散侵入が所定の積層構造６で防止され、III族窒化物結晶５は高抵抗化しない。この結果、III族窒化物結晶５は低抵抗のｐ型伝導特性を有することができる。換言すれば、この第２の仕方においても、実質水素を含まない雰囲気で熱処理することに変えて、水素の拡散侵入を防止する所定の積層構造６を積層することによって、ｐ型III族窒化物半導体を製造することができる。すなわち、第２の仕方においては、雰囲気に水素を含んでいても特に構わない。
【００５３】
さらに、この第２の仕方を用いれば、III族窒化物結晶５を加工した後に、別の特性を有するIII族窒化物半導体積層構造を積層して、III族窒化物半導体積層構造の特性とIII族窒化物結晶５のｐ型半導体としての特性を用いるデバイスを、特別なｐ型化処理工程を設けずに作製することも可能となる。
【００５４】
このように、第２の実施形態では、所定の積層構造６を第１の仕方，第２の仕方のいずれによっても形成できる。
【００５５】
また、この第２の実施形態では、第１の仕方，第２の仕方のいずれにおいても、所定の積層構造（例えばIII族窒化物積層構造）６を少なくともＡｌを含むIII族窒化物とすることができる。
【００５６】
Ａｌを含むIII族窒化物は、アルカリ溶液で容易にエッチングされる。また、結晶性の違いによってエッチング速度が異なり、結晶性の良い単結晶が最もエッチング速度が遅い。従って、所定の積層構造６として、結晶性の悪い単結晶や多結晶，アモルファス状のＡｌを含むIII族窒化物を積層することによって、エッチングにより、ｐ型III族窒化物５の表面を容易に露出させることができる。
【００５７】
また、この第２の実施形態において、所定の積層構造（例えばIII族窒化物積層構造）６の厚さは、０．５μｍ以上であるのが良い。
【００５８】
本願の発明者による実験では、前述したように、水素（Ｈ）の拡散深さは、約０．５μｍであるので、所定の積層構造６の厚さを０．５μｍ以上にすることによって、高抵抗化の影響の少ない低抵抗のｐ型III族窒化物半導体が製造できる。
【００５９】
第３の実施形態本発明の第３の実施形態は、ｐ型III族窒化物半導体を製造する場合、図８（ａ）に示すように水素ガスを含む雰囲気で、少なくともｐ型不純物を含むｐ型III族窒化物半導体７を結晶成長させ、ｐ型III族窒化物半導体７の結晶成長後、図８（ｂ）に示すように窒素原料を含むガス雰囲気で成長温度から降温する（冷却する）ことによって、ｐ型III族窒化物半導体７を作製するものである。
【００６０】
ここで、窒素原料を含むガス雰囲気（すなわち、冷却雰囲気）としては、モノメチルヒドラジンやジメチルヒドラジンやその他の有機窒素化合物、あるいはＮＨ3を含む雰囲気であるのが良い。より具体的に、窒素原料を含むガス雰囲気（すなわち、冷却雰囲気）として、Ａｒ等の不活性ガスと窒素原料との混合ガス、あるいは、窒素と窒素原料との混合ガスあるいは１００％の窒素原料ガスを用いることができる。また、これらのガスに、ある程度の量の水素ガスを混ぜてもよい。
【００６１】
窒素原料の分解によって生成される原子状の窒素によってIII族窒化物結晶表面の分解が抑制されているために、水素の拡散パスになる表面欠陥が減少して、水素の拡散侵入が抑制されるとともに、ｐ型III族窒化物結晶表面の分解による表面抵抗の増加が抑制されるので、III族窒化物結晶が高抵抗化しないことが予想される。実際、本願の発明者による実験の結果、冷却雰囲気をＮＨ3ガスにすることによってIII族窒化物（例えばＧａＮ）は、as grownで低抵抗のｐ型特性を示した。
【００６２】
なお、窒素原料を含むガス雰囲気（すなわち、冷却雰囲気）として、例えば、ＮＨ3ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いることができるが、ＮＨ3ガスの分解によって生成される原子状の窒素によってIII族窒化物結晶表面の分解を抑制する観点から、混合ガス中のＮＨ3ガスの割合は多い方が良い。その割合は０％でなければ効果は期待できるが、望ましくは２５％以上、さらに望ましくは５０〜１００％が良い。
【００６３】
また、その他の有機窒素原料等の場合にも同様に窒素原料の割合は多い方が良い。
【００６４】
以上のことから、III族窒化物結晶成長後の冷却雰囲気を、少なくとも窒素原料を含むガスとすることによって、as grownでｐ型III族窒化物をすることができる。
【００６５】
より具体的に、本願の発明者による実験では、ＮＨ3ガス１００％中、あるいは、ＮＨ3ガスと窒素ガスとの混合ガス（ＮＨ3を２５％にした場合とＮＨ3を６０％にした場合）中、あるいは、ＮＨ3ガスと窒素ガスと水素ガスとの混合ガス（水素６％）中で冷却して、それぞれの場合でas grownで２×１０17ｃｍ-3のキャリア濃度を有する低抵抗のｐ型III族窒化物を作製することができた。
【００６６】
なお、冷却中の雰囲気ガス中に水素を含む場合には、結晶表面に吸着している未反応の有機原料や有機物の水素によるクリーニング効果が期待できるので、表面の汚染による表面抵抗の増加を防止できる。これは、従来技術では得られなかった効果である。
【００６７】
また、窒素原料としては特に限定はしないが、ＮＨ3等のように、その分解によって水素を発生する化合物を使用することによって、原子状窒素による結晶表面の分解抑制効果（それによる水素の拡散抑制効果）と水素によるクリーニング効果とが同時に得られる。
【００６８】
前述の従来技術１では、水素を発生する化合物（ＮＨ3等）や水素ガスを含む雰囲気中では、高抵抗化したIII族窒化物から水素を排出させてｐ型化することは困難であるため、実質水素を含まない雰囲気中で熱処理を行っていた。これに対し、本発明では、結晶成長直後の低抵抗のｐ型III族窒化物中への水素の拡散侵入を抑制して、結晶成長後の冷却過程における高抵抗化を防止し、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を作製するものである。従って、従来技術とは原理的に異なるものである。また、雰囲気中には水素を発生する化合物（ＮＨ3等）やある程度の量の水素ガスを含んでいても良い。そして水素を含む場合には、水素の効果を積極的に利用している点も従来技術とは異なる。
【００６９】
次に、この第３の実施形態の製造工程の具体例について説明する。この具体例では、ＭＯＣＶＤ法により、ｐ型III族窒化物半導体としてｐ型ＧａＮを成長させた。
【００７０】
まず、サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置にセットし、水素ガス中において、１１２０℃で加熱し、基板表面をクリーニングした。
【００７１】
次いで、温度を５２０℃に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を２０ｃｃｍ流し、低温ＧａＮバッファー層を堆積した。
【００７２】
次いで、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を１０ｃｃｍ、また、ｐ型ドーパントとして（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを１００ｃｃｍ、また、窒素原料としてＮＨ3を５ＬＭ、さらに、窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガスを同時に反応管に流し、１０５０℃でＧａＮを結晶成長させた。
【００７３】
ＧａＮの結晶成長後に、III族原料とｐ型ドーパント原料と水素ガスの供給を止め、アンモニア（ＮＨ3）ガス５ＬＭと窒素ガス１５ＬＭとの混合ガス雰囲気中で室温まで冷却した。なお、窒素ガス１５ＬＭは、アンモニア（ＮＨ3）を基板表面に積極的に吹き付けるための閉じ込めガスとして流しており、基板表面の雰囲気は大部分がアンモニア（ＮＨ3）ガスとなっている。
【００７４】
次いで、このＧａＮ結晶の表面に電極を形成してホール測定を行った。この結果、ＧａＮ層のキャリア濃度は２×１０17ｃｍ-3で、低抵抗のｐ型を示した。
【００７５】
また、同様の成長方法でＧａＮの結晶成長を行った後に、アンモニア（ＮＨ3）ガス１００％の雰囲気中で成長温度から室温まで冷却を行ったＧａＮ結晶も作製した。このＧａＮ結晶の表面に電極を形成してホール測定を行った結果、同様にキャリア濃度は２×１０17ｃｍ-3で、低抵抗のｐ型を示した。
【００７６】
次に、この第３の実施形態の製造工程の別の具体例について説明する。この具体例（製造工程例）では、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＮ上に、ｐ型III族窒化物半導体としてｐ型ＧａＮを成長させ、図１８に示すようなｐ−ｎ接合ダイオードを作製した。
【００７７】
この製造工程例では、まず、サファイア基板１１０をＭＯＣＶＤ装置にセットし、水素ガス中において、ｌ１２０℃で加熱し、基板１１０の表面をクリーニングした。次いで、温度を５２０℃に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を２０ｃｃｍ流し、低温ＧａＮバッファー層１１１を堆積した。
【００７８】
次いで、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を１０ｃｃｍ、また、ｎ型ドーパントとしてＳｉＨ4を５．５ｃｃｍ、また、窒素原料としてＮＨ3を５ＬＭ、さらに、窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガスを同時に反応管に流し、１０５０℃でｎ型ＧａＮ層１１２を１．５μｍ結晶成長させた。
【００７９】
続けて、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を１０ｃｃｍ、また、ｐ型ドーパントとして（ＥｔＣｐ）2Ｍｇをｌ００ｃｃｍ、また、窒素原料としてＮＨ3を５ＬＭ、さらに、窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガスを同時に反応管に流し、１０５０℃でｐ型ＧａＮ層１１３を０．５μｍ結晶成長させた。
【００８０】
ｐ型ＧａＮ層１１３の結晶成長後に、III族原料とｐ型ドーパント原料と水素ガスと窒素ガスの供給を止め、アンモニア（ＮＨ3）ガス５ＬＭの雰囲気中で室温まで冷却した。次いでドライエッチングを行い、ｐ型ＧａＮ層１１３の一部をエッチング除去し、ｎ型ＧａＮ層１１２を露出させた。
【００８１】
次いで、ｐ型ＧａＮ層１１３とｎ型ＧａＮ層１１２との表面にそれぞれインジウムを付着し、２００℃に加熱して、ｐ側，ｎ側の電極１１４，１１５を形成した。なお、電極にインジウムを使用したのは、従来技術１に記載されたｐ型ＧａＮの製造方法の効果と区別するために電極形成の際の高温（４００℃以上）でのアニールを避けるためである。
【００８２】
次いで、ｐ側，ｎ側の電極１１４，１１５に、順方向あるいは逆方向に電圧を印加し、電流−電圧特性を調べた。図１９はｐ側，ｎ側の電極１１４，１１５に電圧を印加したときの電流−電圧特性を示す図である。図１９から、作製したｐ−ｎ接合では、逆方向への電圧印加では電流がほとんど流れず、順方向への電圧印加において電流が流れた。すなわち整流特性を示しており、ダイオードが形成されていることがわかる。
【００８３】
このことから、as grownにおいてｐ型ＧａＮが作製され、ｐ−ｎ接合が形成されていることが分かる。
【００８４】
第４の実施形態
本発明の第４の実施形態は、前述した第２の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の製造方法において、所定の積層構造６の最表面層を、水素ガスを含まない雰囲気で成長可能な層で形成するものである。具体的には、所定の積層構造６の最表面層を少なくともＩｎを含むIII族窒化物とし、この少なくともＩｎを含むIII族窒化物を、水素ガスを含まない雰囲気か、あるいは、水素ガスに対し窒素原料ガスと窒素ガスが過剰の雰囲気で結晶成長させ、少なくともＩｎを含むIII族窒化物の結晶成長終了後、少なくとも窒素原料を含むガス雰囲気で冷却するものである。
【００８５】
上述した第１，第２，第３の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の製造方法で得られるｐ型III族窒化物半導体よりもさらに低抵抗のｐ型III族窒化物結晶を作製するためには、アクセプターを不活性化し高抵抗にする水素をIII族窒化物結晶中に取り込まないことが必要である。
【００８６】
本願の発明者は、この目的のため、水素を含まない雰囲気でのIII族窒化物結晶の成長を試みた。しかしながら、水素を含まない雰囲気でＧａＮやＡｌＧａＮ等のIII族窒化物を結晶成長したところ、表面の凹凸が激しくなり、高品質の結晶は得られなかった。
【００８７】
一方、Ｉｎを含むIII族窒化物結晶を、水素を極力減らして、窒素原料と窒素ガス過剰の雰囲気で成長させ、III族窒化物結晶の成長終了後は、結晶表面の分解を防止するため、少なくとも高温では窒素原料（一般的にはアンモニアＮＨ3）と窒素ガスを停止せずに、窒素分圧の高い雰囲気で室温まで降温したところ、表面が平坦で高品質のIII族窒化物結晶を成長させることができた。
【００８８】
そこで、Ｉｎを含まないIII族窒化物については、水素を含む雰囲気で高品質に結晶成長させ、積層構造６の最表面に、水素を極力含まない雰囲気で高品質のＩｎを含むIII族窒化物を成長させることで、高品質で低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を作製することができた。
【００８９】
この第４の実施形態の方法によれば、III族窒化物結晶５の成長中にIII族窒化物結晶５中に取り込まれた水素は、水素をほとんど含まない雰囲気中でのＩｎを含むIII族窒化物結晶の成長中に、効率良くIII族窒化物結晶５外へ放出されるので、III族窒化物結晶５内の水素濃度が下がり、さらに低抵抗となる。また、冷却中の水素の拡散侵入が防止されるので、III族窒化物結晶５は高抵抗化せず、as grownで低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を製造することができる。
【００９０】
第５の実施形態
本発明の第５の実施形態は、ｐ型III族窒化物半導体を製造する場合、図９に示すように、水素を含む雰囲気で結晶成長されたｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶５の上に、水素ガスを含まない雰囲気か、水素ガスに対して窒素原料ガスと窒素ガスを過剰にした雰囲気で、少なくともｐ型不純物とＩｎを含むIII族窒化物(III族窒化物積層構造)８を結晶成長し、III族窒化物(III族窒化物積層構造)８の結晶成長終了後、少なくとも窒素原料を含むガス雰囲気で冷却することにより、ｐ型III族窒化物半導体５とｐ型III族窒化物(ｐ型III族窒化物積層構造)８とを製造するものである。
【００９１】
すなわちＩｎを含まないIII族窒化物は、水素を含まない雰囲気で成長を行うと、表面の凹凸が激しく、結晶性の良いものを作製することは困難である。これに対し、Ｉｎを含むIII族窒化物は、水素を含まない雰囲気で結晶成長を行っても結晶性の良いものが作製できる。従って、水素をほとんど含まない雰囲気で、Ｉｎを含むIII族窒化物８を成長させることにより、結晶性が良く、結晶成長中の水素の取り込まれが少ない結晶（Ｉｎを含むIII族窒化物）８を作製できる。
【００９２】
また、この第５の実施形態のＩｎを含むIII族窒化物８の製造方法では、Ｉｎを含むIII族窒化物８は、水素を極力含まない雰囲気で結晶成長するので、III族窒化物結晶５の結晶成長中に取り込まれた水素は、Ｉｎを含むIII族窒化物結晶８の成長中にIII族窒化物結晶５外へ放出される。すなわち、III族窒化物８はIII族窒化物５上に成長するので、III族窒化物８を成長させている間に、III族窒化物結晶５中に取り込まれている水素は、III族窒化物結晶５外に多量に放出され、その結果、III族窒化物結晶５の抵抗は下がる。
【００９３】
また、Ｉｎを含むIII族窒化物８は、III族窒化物８の結晶成長中の雰囲気が極力水素を含まない雰囲気であるので、水素によるアクセプターの不活性化が少なく、また、この雰囲気において高品質結晶が成長できるので、ドナー性欠陥によるアクセプターの補償が少ない。さらに、ＩｎＧａＮ等のＩｎを含むIII族窒化物８は、ＧａＮ等よりもバンドギャップが狭く、ｐ型化しやすい。
【００９４】
また、冷却過程では、雰囲気が少なくとも窒素原料を含むガス雰囲気であるので、第３の実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、冷却過程では、雰囲気ガスが少なくとも窒素原料を含むガス雰囲気であるので、III族窒化物８の結晶表面の分解による劣化が防止されて、欠陥による高抵抗化が防止されるとともに、雰囲気中からの水素の拡散侵入による高抵抗が抑制されて、as grownで低抵抗のｐ型を示すＩｎを含むIII族窒化物結晶（例えばＩｎＧａＮ結晶）８が得られる。すなわち、Ｉｎを含むIII族窒化物結晶８として、ｐ型化のための後処理をせずに、as grownで低抵抗のｐ型を示すＩｎＧａＮ結晶が得られる。その結果、III族窒化物半導体５は、より一層低抵抗のｐ型III族窒化物半導体となり、また、III族窒化物８も結晶性の良い低抵抗のｐ型III族窒化物半導体とすることができる。すなわち、III族窒化物５とIII族窒化物(III族窒化物積層構造)８との両方が低抵抗のｐ型半導体として結晶成長できる。
【００９５】
なお、上述した第１，第２，第３，第４，第５の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の製造方法において、ｐ型不純物をＭｇにすることにより、室温においても低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を作製できる。
【００９６】
すなわち、Ｍｇの不純物レベルは、Ｚｎ等の他の不純物レベルよりも低いので、他の不純物に比べて活性化率が高く、より低抵抗のｐ型III族窒化物を得やすい。例えば、ＧａＮ中のＭｇの不純物レベルは、ＧａＮの価電子帯の上、約２００ｍｅＶと他のIII族元素のｐ型不純物の中では最も低く、室温においても活性化する。従って、室温においても低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を製造できる。
【００９７】
また、本発明では、上述の第１，第２，第３，第４または第５の実施形態で製造されたIII族窒化物半導体を提供することができる。すなわち、表面の劣化が少なく、かつ、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を提供することができる。
【００９８】
また、本発明では、ｐ型半導体層を少なくとも有する半導体装置において、ｐ型半導体層には、上述の第１，第２，第３，第４または第５の実施形態で製造されたIII族窒化物半導体を用いることができる。具体的に、上述の第１または第３の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の製造方法で製造されたｐ型III族窒化物半導体３または７を有している半導体装置、あるいは、上述の第２，第４または第５の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の製造方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体５を含む積層構造を有している半導体装置、あるいは、上述の第２，第４または第５の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の作製方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体５と積層構造６または８の全部または一部を有している半導体装置を提供できる。
【００９９】
この半導体装置は、発光素子，受光素子，電子デバイスなどとして構成できる。
【０１００】
図１０は本発明に係る半導体装置の一例を示す図であり、図１０の例では、半導体装置はフォトダイオードとして構成されている。なお、図１０のフォトダイオードは、その作製工程において、第２の実施形態による方法でｐ型III族窒化物（後述のｐ型ＧａＮ層４４，ｐ型ＧａＮコンタクト層４５）を作製している。
【０１０１】
図１０を参照すると、このフォトダイオードは、サファイア基板４０上に、低温ＧａＮバッファー層４１，高温ＧａＮバッファー層４２，ｎ型ＧａＮ層４３，ｐ型ＧａＮ層４４，ｐ型ＧａＮコンタクト層４５を順次積層した積層構造を、ｎ型ＧａＮ層４３が露出するまでエッチングして形成された直径１５０μｍのメサ構造となっている。
【０１０２】
メサ構造の上部にはリング状のｐ側オーミック電極４７が形成され、また、露出したｎ型ＧａＮ層４３にはｎ側オーミック電極４８が形成されている。
【０１０３】
そして、オーミック電極４７，４８が形成されている部分以外の領域にはＳｉＮ絶縁保護膜４６が形成されている。また、メサ構造の側面とｎ型ＧａＮ４３上のＳｉＮ絶縁保護膜４６上には、ｐ側オーミック電極４７から引き出されて配線電極４９が形成されている。
【０１０４】
このフォトダイオードでは、メサ構造上部のリング状のｐ側オーミック電極４７で囲まれた部分が受光面となる。このフォトダイオードに逆バイアスを印加し、受光面に光（ｈν）を照射すると光の強度に対応した光電流が流れる。
【０１０５】
次に、図１０のフォトダイオードの作製方法を説明する。まず、サファイア基板４０を反応管にセットし、水素ガス中において、１１２０℃で加熱し、基板４０の表面をクリーニングした。
【０１０６】
次いで、温度を５２０℃に下げ、雰囲気をＮＨ3ガス５ＬＭと窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガス雰囲気にし、ＴＭＧを流し、低温ＧａＮバッファー層４１を堆積した。
【０１０７】
次いで、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧを供給し、高温ＧａＮバッファー層４２を２μｍ積層し、続いて、ＳｉＨ4を加えて、ｎ型ＧａＮ層４３を３μｍ積層した。
【０１０８】
次いで、ＳｉＨ4の供給を止め、（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給し、ｐ型ＧａＮ層４４を１μｍ積層し、次いでｐ型ＧａＮコンタクト層４５を０．２μｍ積層した。しかる後、ＴＭＧ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇの供給を停止し、ＮＨ3ガス５ＬＭと窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガス雰囲気中で室温まで冷却し、反応管からウエハーを取り出した。ウエハー表面にテスターをあてて電気的導通を調べると高抵抗で導通性が無かった。
【０１０９】
次に、直径１５０μｍの円パターンをレジストで形成した。このレジストパターンをマスクとして、ドライエッチングを行い、高さ約２μｍのメサ形状を形成するとともに、ｎ型ＧａＮ層４３を露出させた。
【０１１０】
レジストマスクを除去した後、ウエハーを別の反応管にセットし、ＳｉＨ4とＮＨ3系のガスを流し、７５０℃に加熱して、表面にＳｉＮ４６を約０．５μｍ堆積した。この際に、ｐ型不純物を含むIII族窒化物（ｐ型ＧａＮ層４４，ｐ型ＧａＮコンタクト層４５）は低抵抗のｐ型III族窒化物半導体となる。
【０１１１】
次いで、ｐ側オーミック電極４７を形成した。Ｐ側オーミック電極４７の形成の工程は次の通りである。
【０１１２】
すなわち、まず、メサ構造の上部にレジストでリング状のヌキパターンを形成した後、ＳｉＮ４６をリング状にエッチングで抜き、ｐ型ＧａＮコンタクト層４５を露出させる。
【０１１３】
次いで、ｐ側オーミック電極材料であるＮｉ／Ａｕを蒸着した。その後、ウエハーを有機溶剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材をリフトオフして、メサ構造上部にｐ側オーミック電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気中において、６００℃で熱処理し、ｐ型ＧａＮコンタクト層４５上にｐ側オーミック電極４７を形成した。
【０１１４】
次いで、ｎ側オーミック電極４８と配線電極４９を形成した。ｎ側オーミック電極４８と配線電極４９の形成工程は次の通りである。
【０１１５】
まず、ｎ型ＧａＮ層４３上部のＳｉＮ膜４６上に、レジストでメサ構造を囲む形状のヌキパターンを形成した後、ＳｉＮ膜４６をエッチングしてｎ型ＧａＮ層４３を露出させる。
【０１１６】
次に、レジストを除去し、再度レジストで、配線電極とｎ側オーミック電極のリフトオフパターンを形成する。
【０１１７】
次いで、ｎ側オーミック電極と配線電極材料であるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、ウエハを有機溶剤中に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材料をリフトオフし、ｎ側オーミック電極４８と配線電極４９パターンを形成した。その後、窒素雰囲気で４５０℃で熱処理し、ｎ側オーミック電極４８を形成した。
【０１１８】
図１０のフォトダイオードを調べた結果、図１０のフォトダイオードは従来技術１あるいは従来技術３のようにｐ型化のための熱処理による結晶表面の分解がほとんどないので、結晶欠陥が発生せず、暗電流の少ないフォトダイオードとなった。
【０１１９】
また、本発明では、第５の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の製造方法で製造されたｐ型III族窒化物半導体５とｐ型III族窒化物半導体(ｐ型III族窒化物積層構造)８の全部または一部とを有し、ｐ型III族窒化物半導体８表面にｐ側オーミック電極が形成された半導体装置（第５の実施形態の方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体５と少なくともＩｎを含むｐ型III族窒化物８の全部あるい一部を含み、少なくともＩｎを含むｐ型III族窒化物８にｐ側オーミック電極が形成されている半導体装置）を提供できる。
【０１２０】
この半導体装置は、発光素子，受光素子，電子デバイスなどとして構成できる。
【０１２１】
図１１，図１２は第４および第５の実施形態の方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体をｐ型半導体層(後述のｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５５，ｐ型ＧａＮキャップ層５６，ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７)に用いた半導体装置の一例を示す図であり、図１１，図１２の例の半導体装置は、端面発光型発光ダイオードと端面受光型フォトダイオードがモノリシックに集積化された受発光素子として構成されている。なお、図１１は、受発光素子の発光ダイオードの光出射端面に垂直な面での断面図であり、図１２は、発光ダイオードの光出射端面に平行な面での断面図である。
【０１２２】
図１１，図１２の集積型受発光素子において、発光ダイオードとフォトダイオードとは、概ね直方体の形状をしており、発光ダイオードの一方の光出射端面とフォトダイオードの受光端面とが向き合うように空間的に分離されて形成されている。そして、発光ダイオードとフォトダイオードは同一の積層構造からなっている。この積層構造は、サファイア基板５０上に、ＡｌＮ低温バッファー層５１，ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２，ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５３，Ｉｎ0.17Ｇａ0.83Ｎ活性層５４，ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５５，ｐ型ＧａＮキャップ層５６，ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７が順次積層されて形成されている。
【０１２３】
そして、発光ダイオードとフォトダイオードは、上記積層構造がｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７の表面からｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２までエッチングされ、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２表面が露出したものとなっている。また、発光ダイオードとフォトダイオードのｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７上には、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極５９が形成されている。
【０１２４】
また、露出したｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２上には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側オーミック電極６０が形成されている。
【０１２５】
さらに、オーミック電極５９，６０以外の部分には、ＳｉＯ2からなる絶縁保護膜５８が堆積されている。そして、絶縁保護膜５８上に、Ｔｉ／Ａｌからなる配線電極６１が形成されている。配線電極６１は、発光ダイオードとフォトダイオードのそれぞれのｐ側オーミック電極５９と電気的に接続されている。
【０１２６】
発光ダイオードとフォトダイオードの側面は、基板に対して概ね垂直に形成されている。そして、発光ダイオードとフォトダイオードの溝６２を介して向き合う側面が、それぞれ光出射端面と受光面になる。また、発光ダイオードのフォトダイオードと向き合う端面とは反対側の端面が外部へ光を出射する光出射端面となる。
【０１２７】
この集積型受発光素子は、発光ダイオードに順方向電流を注入し、フォトダイオードに逆バイアスを印加することによって動作する。すなわち、それぞれの素子のｐ側オーミック電極５９，ｎ側オーミック電極６０に順方向あるいは逆方向にバイアスをかけると、発光ダイオードは２つの光出射端面から光を出射する。そして、フォトダイオードに向いた光出射端面から出射した光が、フォトダイオードの受光面に入射し、その強度に対応した光起電力がフォトダイオードで発生し、外部に光電流として取り出される。フォトダイオードの光電流をモニターすることによって、発光ダイオードに注入する電流を調整し、光出力を制御することができる。
【０１２８】
次に、図１１，図１２の集積型受発光素子の製造方法を説明する。なお、集積型受発光素子の積層構造はＭＯＣＶＤ法で結晶成長させて製造した。
【０１２９】
まず、サファイア基板５０を反応管にセットし、水素ガス中において１１２０℃で加熱し、基板表面をクリーニングした。
【０１３０】
次いで、温度を５２０℃に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、ＴＭＡを流し、低温ＡｌＮバッファー層５１を堆積した。
【０１３１】
次いで、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＳｉＨ4を組成に合わせて供給し、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２を３μｍ積層し、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５３を０．５μｍ積層した。
【０１３２】
次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素との混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩを供給し、Ｉｎ0.17Ｇａ0.83Ｎ活性層５４を５０ｎｍ成長させた。
【０１３３】
次いで、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＡ、（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成に合わせて供給し、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５５を０．５μｍ積層し、ｐ型ＧａＮキャップ層５６を０．２μｍ積層した。
【０１３４】
次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素との混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給し、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７を０．１μｍ積層した。成長終了後、ＴＭＧ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇの供給を止め、ＮＨ3と窒素（ＮＨ3と窒素の供給比は３：２）との混合ガス雰囲気で室温まで冷却した。成長表面にテスターを当てると導通があり、最上層のＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７は低抵抗のｐ型半導体になっていることが確認された。
【０１３５】
次に、幅３０μｍ，長さ５０μｍの矩形パターンを長さ方向に５μｍ離して２つ並べたパターンをレジストで形成した。このレジストパターンをマスクとして、ドライエッチングを行い、発光ダイオードとフォトダイオードになる高さ約１．５μｍの直方体形状を形成するとともに、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２を露出させた。
【０１３６】
次いで、絶縁保護膜５８となるＳｉＯ2を積層構造の表面に約０．５μｍ堆積した。次いで、ｐ側オーミック電極５９を形成した。
【０１３７】
Ｐ側オーミック電極５９の形成工程は次の通りである。すなわち、まず、発光ダイオードとフォトダイオードの上部に、レジストでヌキストライプパターンを形成した後、ＳｉＯ2膜５８をエッチングして、リッジ上のｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７を露出させる。
【０１３８】
次いで、ｐ側オーミック電極材料であるＮｉ／Ａｕを蒸着した。その後、ウエハーを有機溶剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材をリフトオフして、発光ダイオードとフォトダイオードの上部にｐ側オーミック電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気中、６００℃で熱処理し、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７上にｐ側オーミック電極５９を形成した。
【０１３９】
次いで、ｎ側オーミック電極６０と配線電極６１を形成した。ｎ側オーミック電極６０と配線電極６１の形成工程は次の通りである。まず、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２上部のＳｉＯ2膜５８上に、レジストで約１００μｍ幅のヌキストライプパターンを形成した後、ＳｉＯ2膜５８をエッチングしてｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２を露出させる。
【０１４０】
次に、レジストを除去し、再度レジストで、配線電極６１とｎ側オーミック電極６０のリフトオフパターンを形成する。次いで、ｎ側オーミック電極と配線電極材料であるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、ウエハを有機溶剤中に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材料をリフトオフし、ｎ側オーミック電極と配線電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気で４５０℃で熱処理し、ｎ側オーミック電極６０を形成した。次いで、ダイシングを行い、集積型受発光素子をチップに分離した。
【０１４１】
このように製造された集積型受発光素子において、発光ダイオードに電流を注入して発光させると、発光のピーク波長は約４１２ｎｍであった。
【０１４２】
また、図１３は第４および第５の実施形態の方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体をｐ型半導体層(後述のｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層７６，ｐ型ＧａＮガイド層７７，ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層７８，ｐ型ＧａＮキャップ層７９，ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０)に用いた半導体装置の他の例を示す図であり、図１３の例の半導体装置は、半導体レーザーとして構成されている。なお、図１３は半導体レーザーの光出射方向に垂直な面での断面図である。
【０１４３】
図１３を参照すると、この半導体レーザーは、サファイア基板７０上に、ＡｌＧａＮ低温バッファー層７１，ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２，ｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層７３，ｎ型ＧａＮガイド層７４，Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層７５，ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層７６，ｐ型ＧａＮガイド層７７，ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層７８，ｐ型ＧａＮキャップ層７９，ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０が順次積層されて形成されている。
【０１４４】
そして、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０の表面からｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２までエッチングされ、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２の表面が露出している。露出したｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２上には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側オーミック電極８３が形成されている。
【０１４５】
また、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０の表面からｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層７８の途中までエッチングされ、電流狭窄リッジ構造８００が形成されている。そして、リッジ構造８００の最表面のｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０上に、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極８２が形成されている。
【０１４６】
また、電極形成部以外は、絶縁保護膜８１としてＳｉＯ2が堆積されている。そして、積層構造と電流狭窄リッジ構造８００とに概ね垂直に、光共振器端面が形成されている。
【０１４７】
次に、図１３の半導体レーザーの作製方法を説明する。なお、半導体レーザーの積層構造の結晶成長はＭＯＣＶＤ法で行った。
【０１４８】
まず、サファイア基板７０を反応管にセットし、水素ガス中において、１１２０℃で加熱し、基板７０の表面をクリーニングした。
【０１４９】
次いで、温度を５２０℃に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、ＴＭＧとＴＭＡを流し、低温ＡｌＧａＮバッファー層７１を堆積した。
【０１５０】
次いで、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩ，ＳｉＨ4を組成に合わせて供給し、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２を２μｍ、ｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層７３を０．７μｍ、ｎ型ＧａＮガイド層７４を０．１μｍ積層した。
【０１５１】
次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素との混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩを供給し、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層７５（２ペア）を成長させた。
【０１５２】
次いで、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＡ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成に合わせて供給し、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層７６を２０ｎｍ、ｐ型ＧａＮガイド層７７を０．１μｍ、ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層７８を０．７μｍ、ｐ型ＧａＮキャップ層７９を０．２μｍ積層した。
【０１５３】
次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素との混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給し、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０を０．１μｍ積層した。
【０１５４】
ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０の成長終了後、ＴＭＧ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇの供給を止め、ＮＨ3ガス１００％の雰囲気で室温まで冷却した。
【０１５５】
このとき、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０の表面にテスターを当てると導通があり、最上層のＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０は低抵抗のｐ型半導体になっていることが確認された。
【０１５６】
次いで、レジストで幅４μｍのストライプパターンを繰り返しピッチ１ｍｍで形成し、このレジストパターンをマスクとして、約０．７μｍの深さにドライエッチングして、リッジ構造８００を形成した。
【０１５７】
次いで、レジストマスクを除去し、しかる後に、さらにレジストでリッジ構造８００を覆う幅５００μｍのストライプパターンを繰り返しピッチ１ｍｍで形成した。このレジストパターンをマスクとして、約１．５μｍドライエッチングして、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２を露出させた。
【０１５８】
次いで、絶縁保護膜８１となるＳｉＯ2を積層構造の表面に約０．５μｍ堆積した。
【０１５９】
次いで、ｐ側オーミック電極８２を形成した。Ｐ側オーミック電極８２の形成工程は次の通りである。まず、リッジ構造８００上部に、レジストでヌキストライプパターンを形成した後、ＳｉＯ2膜８１をエッチングしてリッジ構造８００上のｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０を露出させた。
【０１６０】
次いで、レジストを除去し、再度レジストで約４５０μｍ幅のヌキストライプパターンを形成し、リッジ構造８００上にｐ側オーミック電極材料であるＮｉ／Ａｕを蒸着した。その後、ウエハーを有機溶剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材をリフトオフして、半導体レーザー積層構造上にのみｐ側オーミック電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気中、６００℃で熱処理し、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０上にｐ側オーミック電極８２を形成した。
【０１６１】
次いで、ｎ側オーミック電極８３を形成した。ｎ側オーミック電極８３の形成工程は次の通りである。まず、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２上部のＳｉＯ2膜８１上に、レジストで約１００μｍ幅のヌキストライプパターンを形成した後、ＳｉＯ2膜８１をエッチングしてｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２を露出させた。
【０１６２】
この状態で、ｎ側オーミック電極材料であるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、ウエハを有機溶剤中に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材料をリフトオフし、ｎ側オーミック電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気で４５０℃で熱処理し、ｎ側オーミック電極８３を形成した。
【０１６３】
次いで、サファイア基板７０を薄く研磨し、リッジ構造８００に概ね垂直になるように割り、光共振器端面を形成した。
【０１６４】
電極８２，８３に順方向に電流を注入すると発光し、さらに電流を増加させるとレーザー発振した。発振波長は約４０９ｎｍであった。
【０１６５】
また、図１４は第２の実施形態の第２の仕方によって作製されたｐ型III族窒化物半導体をｐ型半導体層(後述のｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層９６，ｐ型ＧａＮガイド層９７，ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層９８，ｐ型ＧａＮコンタクト層９９)に用いた半導体装置の例を示す図であり、図１４の例では、半導体装置は半導体レーザーとして構成されている。なお、図１４は半導体レーザーの光出射方向に垂直な面での断面図である。
【０１６６】
図１４を参照すると、この半導体レーザーは、サファイア基板９０上に、ＡｌＧａＮ低温バッファー層９１，ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２，ｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層９３，ｎ型ＧａＮガイド層９４，Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層９５，ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層９６，ｐ型ＧａＮガイド層９７，ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層９８，ｐ型ＧａＮコンタクト層９９が順次積層されて積層構造が形成されている。
【０１６７】
積層構造の一部は、ｐ型ＧａＮコンタクト層９９の表面からｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２までエッチングされ、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２の表面が露出している。そして、露出したｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２上には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側オーミック電極１０３が形成されている。
【０１６８】
また、ｐ型ＧａＮコンタクト層９９の表面からｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層９８の途中までがエッチングされ、電流狭窄リッジ構造９００が形成されている。そして、このリッジ構造９００は、Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ多結晶１００で埋め込まれている。
【０１６９】
リッジ構造９００の最表面は、ｐ型ＧａＮコンタクト層９９が露出しており、そこに、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極１０２が形成されている。また、電極形成部以外は、絶縁保護膜１０１としてのＳｉＯ2が堆積されている。さらに、積層構造と電流狭窄リッジ構造９００とに概ね垂直に、光共振器端面が形成されている。
【０１７０】
次に、図１４の半導体レーザーの製造方法を説明する。なお、半導体レーザーの積層構造の結晶成長は、ＭＯＣＶＤ法で行った。
【０１７１】
まず、サファイア基板９０を反応管にセットし、水素ガス中において、１１２０℃で加熱し、基板９０の表面をクリーニングした。
【０１７２】
次いで、温度を５２０℃に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、ＴＭＧとＴＭＡを流し、低温ＡｌＧａＮバッファー層９１を堆積した。
【０１７３】
次いで、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩ，ＳｉＨ4を組成に合わせて供給し、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２を２μｍ、ｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層９３を０．７μｍ、ｎ型ＧａＮガイド層９４を０．１μｍ積層した。
【０１７４】
次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素との混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩを供給し、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層９５（２ペア）を成長させた。
【０１７５】
次いで、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＡ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成に合わせて供給し、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層９６を２０ｎｍ、ｐ型ＧａＮガイド層９７を０．１μｍ、ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層９８を０．７μｍ、ｐ型ＧａＮコンタクト層９９を０．２μｍ積層した。
【０１７６】
ｐ型ＧａＮコンタクト層９９の成長終了後、ＴＭＧ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇの供給を止め、ＮＨ3と窒素との混合ガス（ＮＨ3と窒素の供給比は３：２）雰囲気で室温まで冷却した。
【０１７７】
次いで、レジストで幅４μｍのストライプパターンを繰り返しピッチ１ｍｍで形成し、このレジストパターンをマスクとして、約０．６μｍの深さにドライエッチングして、リッジ構造９００を形成した。
【０１７８】
次いで、レジストを除去し、しかる後、ウエハーを再度ＭＯＣＶＤ装置にセットし、ＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、温度を７３０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＡを供給し、Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ多結晶１００を約０．６μｍ堆積し、リッジ構造９００を埋め込んだ。この際に、第２の実施形態の第２の仕方によって、ｐ型不純物を含む層がｐ型化する。
【０１７９】
そして、ＮＨ3ガス５ＬＭと窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガス雰囲気中で冷却後、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、レジストで、リッジ構造９００上部が抜けたパターンを形成した。このパターンをマスクとして、ＫＯＨ溶液で、リッジ構造９００上部のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ多結晶１００をエッチングし、ｐ型ＧａＮコンタクト層９９を露出させ、表面を平坦化した。
【０１８０】
次いで、レジストマスクを除去した後に、さらにレジストでリッジ構造９００を覆う幅５００μｍのストライプパターンを繰り返しピッチ１ｍｍで形成した。このレジストパターンをマスクとして、約１．５μｍドライエッチングして、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２を露出させた。
【０１８１】
次いで、絶縁保護膜１０１となるＳｉＯ2を積層構造の表面に約０．５μｍ堆積した。
【０１８２】
次いで、ｐ側オーミック電極１０２を形成した。ｐ側オーミック電極１０２の形成工程は次の通りである。すなわち、まず、リッジ構造９００の上部に、レジストでヌキストライプパターンを形成した後、ＳｉＯ2膜１０１をエッチングしてリッジ構造９００上のｐ型ＧａＮコンタクト層９９を露出させた。
【０１８３】
次いで、レジストを除去し、再度レジストで約４５０μｍ幅のヌキストライプパターンを形成し、リッジ構造９００上にｐ側オーミック電極材料であるＮｉ／Ａｕを蒸着した。その後、ウエハーを有機溶剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材をリフトオフして、半導体レーザー積層構造上にのみｐ側オーミック電極パターン１０２を形成した。その後、窒素雰囲気中において、６００℃で熱処理し、ｐ型ＧａＮコンタクト層９９上にｐ側オーミック電極１０２を形成した。
【０１８４】
次いで、ｎ側オーミック電極１０３を形成した。ｎ側オーミック電極１０３の形成工程は次の通りである。まず、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２上部のＳｉＯ2膜１０１上に、レジストで約１００μｍ幅のヌキストライプパターンを形成した後、ＳｉＯ2膜１０１をエッチングして、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２を露出させた。
【０１８５】
この状態で、ｎ側オーミック電極材料であるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、ウエハを有機溶剤中に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材料をリフトオフし、ｎ側オーミック電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気で４５０℃で熱処理し、ｎ側オーミック電極１０３を形成した。
【０１８６】
次いで、サファイア基板９０を薄く研磨し、リッジ構造９００に概ね垂直になるように割り、光共振器端面を形成した。
【０１８７】
電極１０２，１０３に順方向に電流を注入すると発光し、さらに電流を増加させるとレーザー発振した。発振波長は約４０９ｎｍであった。
【０１８８】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１記載の発明によれば、ｐ型不純物と水素との両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶を成長させた後、前記III族窒化物結晶の表面層の全部または一部を除去してｐ型III族窒化物半導体を作製するので、従来のように後工程での熱処理を行うことなく、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を作製することができる。
【０１８９】
また、請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載のIII族窒化物半導体の作製方法において、前記ｐ型不純物がＭｇであることにより、室温においても低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るIII族窒化物半導体の作製方法の第１の実施形態を示す図である。
【図２】III族窒化物結晶成長後の冷却過程で水素がIII族窒化物結晶の表面付近に取り込まれる様子を示す図である。
【図３】第１の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の作製工程の具体例を示す図である。
【図４】本発明に係るIII族窒化物半導体の作製方法の第２の実施形態を示す図である。
【図５】第２の実施形態の第１の仕方によるｐ型III族窒化物半導体の作製工程の具体例を示す図である。
【図６】第２の実施形態の第２の仕方により作製されるｐ型III族窒化物半導体の様子を示す図である。
【図７】第２の実施形態の第２の仕方によるｐ型III族窒化物半導体の作製工程の具体例を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態を説明するための図である。
【図９】本発明の第５の実施形態を説明するための図である。
【図１０】本発明に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１１】本発明に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１２】本発明に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１３】本発明に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１４】本発明に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１５】ｐ型III族窒化物を作製する従来の方法を説明するための図である。
【図１６】ｐ型III族窒化物を作製する従来の方法を説明するための図である。
【図１７】ＳＩＭＳ分析によるｐ型ＧａＮ中のＭｇと水素（Ｈ）の膜厚方向の濃度分布を示す図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態の具体例としてのｐ−ｎ接合ダイオードを示す図である。
【図１９】図１８のｐ−ｎ接合ダイオードの電流−電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
１III族窒化物結晶
２III族窒化物結晶の表面層
３ ｐ型III族窒化物半導体
５III族窒化物結晶
６ 所定の積層構造
７ ｐ型III族窒化物半導体
８ ｐ型III族窒化物(ｐ型III族窒化物積層構造)
１０，４０，５０，７０，９０，１１０ サファイア基板
１１，２１，３１，４１，１１１低温ＧａＮバッファー層
１２，１３，２２，３２ p型不純物を含むＧａＮ層
３３ ＳｉＮ
２３ 不純物をドーピングしないＧａＮ
４２ 高温ＧａＮバッファー層
４３，１１２ ｎ型ＧａＮ層
４４，１１３ ｐ型ＧａＮ層
４５，９９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
４７，５９，８２，１０２ ｐ側オーミック電極
４８，６０，８３，１０３ ｎ側オーミック電極
４６ ＳｉＮ絶縁保護膜
４９，６１ 配線電極
５１ ＡｌＮ低温バッファー層
５２，７２，９２ ｎ型 Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層
５３ ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
５４ Ｉｎ0.17Ｇａ0.83Ｎ活性層
５５ ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
５６，７９ ｐ型ＧａＮキャップ層
５７ ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層
５８，８１，１０１ ＳｉＯ2絶縁保護膜
７１，９１ ＡｌＧａＮ低温バッファー層
７３，９３ ｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層
７４，９４ ｎ型ＧａＮガイド層
７５，９５ Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層
７６，９６ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層
７７，９７ ｐ型ＧａＮガイド層
７８，９８ ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層
８０ ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層
１００ Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ多結晶
１１４ ｐ側インジウム電極
１１５ ｎ側インジウム電極
８００，９００ リッジ構造
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＶＤやＣＤ等の光ピックアップ用光源，電子写真用の書き込み光源，光通信用光源，紫外線センサー，高温動作トランジスター等に利用可能なｐ型III族窒化物半導体およびその製造方法および半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、青色のＬＥＤは赤色や緑色に比べて輝度が小さく実用化に難点があったが、近年、一般式ＩｎＡｌＧａＮで表されるIII族窒化物半導体において、低温ＡｌＮバッファー層、あるいは低温ＧａＮバッファー層を用いることによる結晶成長技術の向上と、Ｍｇをドーパントとした低抵抗のｐ型半導体層が得られたことにより、高輝度青色ＬＥＤが実用化され、さらには、低出力ではあるが、室温連続発振する半導体レーザが実用化された。
【０００３】
III族窒化物半導体の重要な技術として、ｐ型III族窒化物の作製技術がある。この作製技術として、水素をキャリアガスとして使用するＭＯＣＶＤ等の方法があるが、ｐ型III族窒化物は、ｐ型不純物と水素とが結合し、不純物を不活性化してしまうため、水素を含む雰囲気での結晶成長や、水素や水素を生成するガス中での熱処理を行った場合には高抵抗化する。従って、水素をキャリアガスとして使用するＭＯＣＶＤ等の方法では、ｐ型III族窒化物を何も処理しない状態で（as grownで）作製することは困難であった。
【０００４】
このため、ｐ型III族窒化物を作製する方法としては、高抵抗化したIII族窒化物に特別な処理を行なってｐ型化する第１の方法と、冷却工程時に水素がｐ型不純物と結合すること（図１５参照）を防止するように結晶成長の工程を工夫することによってｐ型III族窒化物を製造する第２の方法とに大別される。
【０００５】
第１の方法としては、特開平５−１８３１８９号（以下、従来技術１と称す）、あるいは、特開平３−２１８６２５号（以下、従来技術２と称す）に示されているものが知られている。すなわち、従来技術１では、図１６に示すように、水素や水素を生成するガスを実質含まない雰囲気ガス中で、熱処理を行い、ＧａＮ結晶中の水素Ｈの一部をＧａＮ結晶外へ拡散排出して低抵抗のｐ型にするようにしている。また、従来技術２では、低エネルギーの電子線を照射し、水素とｐ型不純物との結合を切って低抵抗のｐ型にするようにしている。
【０００６】
また、第２の方法としては、特開平８−１２５２２２号（以下、従来技術３と称す）に示されているように、ＧａＮ結晶成長終了後の冷却を、水素を含まない雰囲気や不活性ガス中で行い、低抵抗のｐ型にするようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術１では、ｐ型不純物を不活性化している水素を、熱処理によって結晶外部へ排出するために、水素を含まない雰囲気、一般的には窒素ガス雰囲気で例えば７００℃の温度で熱処理を行なう。しかしながら、窒素ガス雰囲気においては、窒素分子からなる窒素ガスはIII族窒化物の生成原料にはならないために、７００℃を超える高温ではIII族窒化物結晶表面の分解が起り、表面抵抗が高くなるなど、特性の劣化が生じる場合がある。
【０００８】
また、本願の発明者による実験では、熱処理によって水素濃度は減少するが、水素濃度の分布は、熱処理前の濃度分布と相似形をしており、表面近傍が最も濃度が高く、このため、電極の接触抵抗率は必ずしも低くならなかった。
【０００９】
また、従来技術３では、１０００℃程度の結晶成長温度から室温までの降温を窒素ガス雰囲気や不活性ガスのみの雰囲気で行った場合には、結晶表面の分解が起り、表面抵抗が高くなるなど、特性の劣化が生じる場合があった。
【００１０】
また、従来技術２では、低エネルギーの電子線を照射するが、低エネルギー電子線照射は、電子線の侵入深さが浅く、結晶表面近傍しかｐ型化できないことと、電子線を一度に照射できる面積が狭いために、ウエハー全面をｐ型化するには時間がかかり、工業的にはコストがかかりすぎるという問題がある。
【００１１】
一方、水素を含まない原料のみで成長を行うＭＢＥ法では、低抵抗のｐ型ＧａＮが得られることが知られている。
【００１２】
しかしながら、ＭＢＥ法では、高真空中で結晶成長を行うために窒素の解離による欠陥が形成される等、高品質な結晶成長を行いにくいという問題がある。また、窒素の供給に課題があり、成長速度が遅く、ＭＯＣＶＤ法に比べて量産には適していない。
【００１３】
一方、ＭＢＥ法と同様に水素を極力含まない雰囲気で、ＭＯＣＶＤ法により結晶成長を行った場合、本願の発明者によるＧａＮの実験では、表面の凹凸が激しく、結晶性の良いものを成長させることはできなかった。すなわち、水素を含まない雰囲気では、高品質のｐ型ＧａＮを成長させることはできない。
【００１４】
本発明は、表面の劣化が少なく、かつ、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を製造することの可能なｐ型III族窒化物半導体の製造方法およびIII族窒化物半導体および半導体装置を提供することを目的としている。
【００１５】
また、本発明は、低コストで、信頼性が高く、動作電圧の低い半導体装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、反応管内において、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むｐ型III族窒化物結晶を成長させる工程と、前記ｐ型 III 族窒化物結晶を成長後、前記反応管内にアンモニアガス、窒素ガス及び水素ガスの混合ガスを流しながら前記ｐ型 III 族窒化物結晶を冷却する工程と、前記ｐ型III族窒化物結晶の水素を含む表面層の全部または一部を除去する工程とを含むこと特徴としている。
【００１７】
また、請求項２載の発明は、請求項１に記載のｐ型III族窒化物半導体の製造方法において、前記ｐ型不純物はＭｇであることを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
第１の実施形態
図１は本発明に係るIII族窒化物半導体の製造方法の第１の実施形態を示す図である。図１を参照すると、このIII族窒化物半導体の製造方法では、ｐ型不純物と水素との両方を少なくとも含むｐ型III族窒化物結晶１を成長させた後（図１（ａ））、III族窒化物結晶１の表面層２の全部または一部を除去して（図１（ｂ））、ｐ型III族窒化物半導体３を製造するようにしている（図１（ｃ））。なお、図１（ｂ），（ｃ）の例では、III族窒化物結晶１の表面層２の全部を除去した場合が示されている。
【００２５】
本願の発明者による実験では、水素ガスを含む雰囲気で、結晶成長、および、結晶成長後の冷却を行ったｐ型不純物を含むｐ型III族窒化物結晶中の水素（Ｈ）濃度は、図１（ａ）に示すように、結晶表面が最も高く、結晶内部にいくに従って減少し、結晶内部では一定濃度であった。
【００２６】
図１７（ａ），（ｂ）には、ｐ型不純物であるマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングしたｐ型ＧａＮ中のＭｇと水素（Ｈ）の膜厚方向の濃度分布のＳＩＭＳ分析の結果が示されている。なお、図１７（ａ）は結晶成長後に熱処理を行っていないＧａＮでの結果であり、図１７（ｂ）は結晶成長後に窒素雰囲気中で熱処理を行ったＧａＮでの結果である。図１７（ａ）では、Ｈ濃度は結晶表面でＭｇと同程度で最も高く、結晶内部にいくに従って減少し、結晶内部では約１×１０19ｃｍ-3と一定濃度になっている。
【００２７】
この水素（Ｈ）の濃度分布から、結晶成長中に一定濃度の水素（Ｈ）がIII族窒化物結晶中に取り込まれ、さらに、結晶成長終了後の冷却過程で雰囲気ガス中の水素（Ｈ）が拡散侵入し、結晶表面付近の水素（Ｈ）濃度が増加することが考えられる。また、水素（Ｈ）濃度が一定である領域（図１（ａ）の符号３で示す領域）での水素（Ｈ）濃度は、約１×１０19ｃｍ-3で窒素雰囲気で熱処理を行い低抵抗のｐ型を示したものと同程度であった。図１７（ｂ）で、熱処理したＧａＮのＨ濃度は、２×１０19ｃｍ-3（結晶表面）〜９×１０18ｃｍ-3（結晶内部）である。このことから、水素パシベーションによる高抵抗化は、III族窒化物結晶成長後の冷却過程で起こると考えられる。すなわち、図２に示すように、III族窒化物結晶成長後の冷却過程で水素がIII族窒化物結晶の表面付近に取り込まれるためと考えられる。
【００２８】
従って、水素パシベーションによって高抵抗化しているのは表面部分（図１（ａ）の符号２の部分）のみで、内部（図１（ａ）の符号３の部分）は低抵抗のｐ型であると考えられ、高抵抗化した結晶表面層２の全部あるいは一部を除去することによって（例えば図１（ｂ）のように除去することによって）、図１（ｃ）のように低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を作製することが可能となる。
【００２９】
図３は第１の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の製造工程の具体例を示す図である。図３の例では、サファイア基板１０上に、５２０℃で低温ＧａＮバッファー層１１を堆積し、しかる後、低温ＧａＮバッファー層１１の上に、III族原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）を１０ｃｃｍ、また、ｐ型ドーパントとして（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを１００ｃｃｍ、また、窒素原料としてＮＨ3を５ＬＭ、また、窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭの混合ガスを同時に反応管に流し、１０５０℃でＧａＮ層１２を結晶成長させる（図３（ａ））。
【００３０】
ＧａＮ層１２の結晶成長後に、III族原料とｐ型ドーパント原料との供給を止め、ＮＨ3ガス５ＬＭと窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガス雰囲気中で室温まで冷却した。このとき、ＧａＮ結晶１２の表面に電極を形成して、テスターで抵抗を測定したところ高抵抗で測定不能であった。
【００３１】
次に、図３（ａ）のサンプルの厚さ方向の水素濃度をＳＩＭＳで測定したところ、水素濃度は、ＧａＮ層１２側の表面が最も高く、表面から約０．５μｍの深さｄまで徐々に減少し、それ以上の深さでは一定濃度であった（図１７（ａ））。
【００３２】
このＧａＮ結晶１２の表面から約０．５μｍの深さｄの部分１３をエッチングで除去して、図３（ｂ）のサンプルを作製した。図３（ｂ）のサンプルに電極を形成し、ホール測定を行ったところ、ＧａＮ層１２のキャリア濃度は２×１０17ｃｍ-3で低抵抗のｐ型を示した。
【００３３】
このように、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶を成長させた後、前記III族窒化物結晶の表面層の全部または一部を除去してｐ型III族窒化物半導体を製造することで、表面の劣化の少ない、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を得ることができる。
【００３４】
第２の実施形態
図４は本発明に係るIII族窒化物半導体の製造方法の第２の実施形態を示す図である。図４を参照すると、このIII族窒化物半導体の製造方法では、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶５の上に、所定の積層構造６を形成することによって、III族窒化物結晶５をｐ型III族窒化物半導体として製造するようにしている。
【００３５】
ここで、所定の積層構造６は、次の２つの仕方によって形成することができる。
【００３６】
すなわち、第２の実施形態において、所定の積層構造６を製造するための第１の仕方は、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶５を結晶成長した直後に、III族窒化物結晶５の上に、所定の積層構造６を形成するものである。具体的には、III族窒化物結晶５を成長させ、これに続けて(連続して)、III族窒化物結晶５を成長させたのと同一の結晶成長装置内で、所定の積層構造６をIII族窒化物結晶５上に形成するものである。
【００３７】
この第１の仕方によれば、次のようにしてｐ型III族窒化物の低抵抗化を図ることができる。すなわち、前述したように、ｐ型III族窒化物の高抵抗化は、III族窒化物結晶成長終了後の冷却過程でIII族窒化物結晶表面からIII族窒化物結晶中に水素が拡散侵入することによって起こると考えられることから、第１の仕方では、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶５を結晶成長させた直後に、III族窒化物結晶５の上に、所定の積層構造６を形成することによって、図４に示すように、所定の積層構造６の形成終了後の冷却過程で所定の積層構造６の表面から水素（Ｈ）が拡散しても、水素（Ｈ）の拡散は、所定の積層構造６内にとどまり、III族窒化物結晶５には達しない。すなわち、III族窒化物結晶５が高抵抗化する程にまでIII族窒化物結晶５内の水素濃度は増加しない。
【００３８】
上記所定の積層構造６としては、水素の拡散を積層構造６内にとどめる機能を満足するものであれば、単結晶，多結晶，アモルファス等の任意のもので形成でき、また、その構造は問わない。また、所定の積層構造６の材質も特に限定されるものではない。例えば、所定の積層構造６をIII族窒化物積層構造にすることもできる。また、所定の積層構造６の電気伝導型も特に限定されるものではない。
【００３９】
なお、この第１の仕方では、水素パシベーションによって高抵抗化しているIII族窒化物５から水素を排出して低抵抗化するのではなく、雰囲気ガスからの水素の拡散侵入を防止する所定の積層構造６を積層することによって、低抵抗のｐ型III族窒化物５の高抵抗化を抑制し、ｐ型III族窒化物半導体を作製するものであるので、従来技術１や従来技術３とは原理的に異なるものである。従って、結晶成長中および冷却過程の雰囲気ガス中に水素が含まれていても、含まれていなくても特に問題はない。
【００４０】
図５は第２の実施形態の第１の仕方によるｐ型III族窒化物半導体の工程の具体例を示す図である。図５を参照すると、サファイア基板１０上に５２０℃で、低温ＧａＮバッファー層２１を堆積したものの上に、III族原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）を１０ｃｃｍ、また、ｐ型ドーパントとして（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを１００ｃｃｍ、また、窒素原料としてＮＨ3を５ＬＭ、また、窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭの混合ガスを同時に反応管に流し、１０５０℃でＧａＮ２２を結晶成長させた（図５（ａ））。
【００４１】
次いで、ｐ型ドーパントの供給を止め、III族窒化物積層構造６として、不純物をドーピングしないＧａＮ２３を成長させた（図５（ｂ））。ＧａＮ２３を成長させた後に、III族原料の供給を止め、ＮＨ3ガス５ＬＭと窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガス雰囲気中で室温まで冷却した。
【００４２】
次いで、不純物をドーピングしていないＧａＮ２３をエッチング除去し（図５（ｃ））、マグネシウムをドーピングしたＧａＮ２２を露出させ、その表面に電極を形成してホール測定を行った。この結果、ＧａＮ２２のキャリア濃度は２×１０17ｃｍ-3で低抵抗のｐ型を示した。
【００４３】
この第１の仕方のように、III族窒化物結晶５を成長させた後に、続けて所定の積層構造６を積層する場合には、積層構造６を積層後の冷却過程で雰囲気ガス中に含まれる水素は、積層構造６があるため、積層温度から室温までの冷却時間では、III族窒化物結晶５が高抵抗化する程にはIII族窒化物結晶５中に拡散せず、III族窒化物結晶の水素濃度は増加しない。この結果、III族窒化物結晶５は低抵抗のｐ型伝導特性を有することができる。
【００４４】
また、第２の実施形態において、所定の積層構造６を製造するための第２の仕方は、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶５を結晶成長して冷却した後に、所定の積層構造６を積層するものである。具体的には、例えば、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶５を結晶成長させた後に、III族窒化物結晶５を結晶成長装置から取り出し、何らかの工程を経た後に、所定の積層構造６を積層するものである。
【００４５】
この第２の仕方によれば、次のようにしてｐ型III族窒化物の低抵抗化を図ることができる。すなわち、III族窒化物結晶５の冷却後に積層構造６を積層する場合には、図６に示すように、積層構造６の積層工程中に、III族窒化物結晶５中に取り込まれている水素（Ｈ）がIII族窒化物結晶５外へ放出されるとともに（積層構造６に向けて放出されるとともに）、積層構造６の積層終了後の冷却過程でのIII族窒化物結晶５への水素（Ｈ）の侵入が積層構造６によって防止され、III族窒化物結晶５がｐ型III族窒化物半導体として作製できる。
【００４６】
なお、III族窒化物結晶５からの水素の放出には、４００℃以上の温度で積層構造６を積層することが望ましい。
【００４７】
上記所定の積層構造６としては、水素の拡散を積層構造６内にとどめる機能を満足するものであれば、単結晶，多結晶，アモルファス等の任意のもので形成でき、また、その構造は問わない。また、所定の積層構造６の材質も特に限定されるものではない。例えば、所定の積層構造６をIII族窒化物積層構造にすることもできる。また、所定の積層構造６の電気伝導型も特に限定されるものではない。
【００４８】
図７は第２の実施形態の第２の仕方によるｐ型III族窒化物半導体の製造工程の具体例を示す図である。図７の例では、サファイア基板１０上に５２０℃で低温ＧａＮバッファー層３１を堆積し、しかる後、低温ＧａＮバッファー層３１の上に、III族原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）を１０ｃｃｍ、また、ｐ型ドーパントとして（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを１００ｃｃｍ、また、窒素原料としてＮＨ3を５ＬＭ、また、窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭの混合ガスを同時に反応管に流し、１０５０℃でＧａＮ層３２を結晶成長させた（図７（ａ））。
【００４９】
ＧａＮ層３２の結晶成長後に、III族原料とｐ型ドーパント原料との供給を止め、ＮＨ3ガス５ＬＭと窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガス雰囲気中で室温まで冷却した。このとき、ＧａＮ結晶３２の表面に電極を形成して、テスターで抵抗を測定したところ高抵抗で測定不能であった。
【００５０】
次いで、別の反応装置にサンプルを入れ、ＳｉＨ4とＮＨ3系のガスを流し、７５０℃に加熱して、所定の積層構造としてＳｉＮ３３を堆積した（図７（ｂ））。この際にＧａＮ結晶３２は低抵抗のｐ型になる。
【００５１】
ＳｉＮ３３を堆積後、ＳｉＮ３３をエッチング除去し（図７（ｃ））、再びＧａＮ表面３２に電極を形成し、抵抗測定を行った。この結果、ＧａＮ３２のキャリア濃度は２×１０17ｃｍ-3で、低抵抗のｐ型を示した。
【００５２】
この第２の仕方のように、III族窒化物結晶５中の水素濃度が増加し高抵抗化したIII族窒化物結晶５の上に所定の積層構造６を積層する場合には、所定の積層構造６の積層中に、III族窒化物結晶５に含まれている水素は、外へ放出され、III族窒化物結晶５が低抵抗化するとともに、所定の積層構造６の積層終了後の冷却過程での雰囲気からの水素のIII族窒化物結晶５への拡散侵入が所定の積層構造６で防止され、III族窒化物結晶５は高抵抗化しない。この結果、III族窒化物結晶５は低抵抗のｐ型伝導特性を有することができる。換言すれば、この第２の仕方においても、実質水素を含まない雰囲気で熱処理することに変えて、水素の拡散侵入を防止する所定の積層構造６を積層することによって、ｐ型III族窒化物半導体を製造することができる。すなわち、第２の仕方においては、雰囲気に水素を含んでいても特に構わない。
【００５３】
さらに、この第２の仕方を用いれば、III族窒化物結晶５を加工した後に、別の特性を有するIII族窒化物半導体積層構造を積層して、III族窒化物半導体積層構造の特性とIII族窒化物結晶５のｐ型半導体としての特性を用いるデバイスを、特別なｐ型化処理工程を設けずに作製することも可能となる。
【００５４】
このように、第２の実施形態では、所定の積層構造６を第１の仕方，第２の仕方のいずれによっても形成できる。
【００５５】
また、この第２の実施形態では、第１の仕方，第２の仕方のいずれにおいても、所定の積層構造（例えばIII族窒化物積層構造）６を少なくともＡｌを含むIII族窒化物とすることができる。
【００５６】
Ａｌを含むIII族窒化物は、アルカリ溶液で容易にエッチングされる。また、結晶性の違いによってエッチング速度が異なり、結晶性の良い単結晶が最もエッチング速度が遅い。従って、所定の積層構造６として、結晶性の悪い単結晶や多結晶，アモルファス状のＡｌを含むIII族窒化物を積層することによって、エッチングにより、ｐ型III族窒化物５の表面を容易に露出させることができる。
【００５７】
また、この第２の実施形態において、所定の積層構造（例えばIII族窒化物積層構造）６の厚さは、０．５μｍ以上であるのが良い。
【００５８】
本願の発明者による実験では、前述したように、水素（Ｈ）の拡散深さは、約０．５μｍであるので、所定の積層構造６の厚さを０．５μｍ以上にすることによって、高抵抗化の影響の少ない低抵抗のｐ型III族窒化物半導体が製造できる。
【００５９】
第３の実施形態本発明の第３の実施形態は、ｐ型III族窒化物半導体を製造する場合、図８（ａ）に示すように水素ガスを含む雰囲気で、少なくともｐ型不純物を含むｐ型III族窒化物半導体７を結晶成長させ、ｐ型III族窒化物半導体７の結晶成長後、図８（ｂ）に示すように窒素原料を含むガス雰囲気で成長温度から降温する（冷却する）ことによって、ｐ型III族窒化物半導体７を作製するものである。
【００６０】
ここで、窒素原料を含むガス雰囲気（すなわち、冷却雰囲気）としては、モノメチルヒドラジンやジメチルヒドラジンやその他の有機窒素化合物、あるいはＮＨ3を含む雰囲気であるのが良い。より具体的に、窒素原料を含むガス雰囲気（すなわち、冷却雰囲気）として、Ａｒ等の不活性ガスと窒素原料との混合ガス、あるいは、窒素と窒素原料との混合ガスあるいは１００％の窒素原料ガスを用いることができる。また、これらのガスに、ある程度の量の水素ガスを混ぜてもよい。
【００６１】
窒素原料の分解によって生成される原子状の窒素によってIII族窒化物結晶表面の分解が抑制されているために、水素の拡散パスになる表面欠陥が減少して、水素の拡散侵入が抑制されるとともに、ｐ型III族窒化物結晶表面の分解による表面抵抗の増加が抑制されるので、III族窒化物結晶が高抵抗化しないことが予想される。実際、本願の発明者による実験の結果、冷却雰囲気をＮＨ3ガスにすることによってIII族窒化物（例えばＧａＮ）は、as grownで低抵抗のｐ型特性を示した。
【００６２】
なお、窒素原料を含むガス雰囲気（すなわち、冷却雰囲気）として、例えば、ＮＨ3ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いることができるが、ＮＨ3ガスの分解によって生成される原子状の窒素によってIII族窒化物結晶表面の分解を抑制する観点から、混合ガス中のＮＨ3ガスの割合は多い方が良い。その割合は０％でなければ効果は期待できるが、望ましくは２５％以上、さらに望ましくは５０〜１００％が良い。
【００６３】
また、その他の有機窒素原料等の場合にも同様に窒素原料の割合は多い方が良い。
【００６４】
以上のことから、III族窒化物結晶成長後の冷却雰囲気を、少なくとも窒素原料を含むガスとすることによって、as grownでｐ型III族窒化物をすることができる。
【００６５】
より具体的に、本願の発明者による実験では、ＮＨ3ガス１００％中、あるいは、ＮＨ3ガスと窒素ガスとの混合ガス（ＮＨ3を２５％にした場合とＮＨ3を６０％にした場合）中、あるいは、ＮＨ3ガスと窒素ガスと水素ガスとの混合ガス（水素６％）中で冷却して、それぞれの場合でas grownで２×１０17ｃｍ-3のキャリア濃度を有する低抵抗のｐ型III族窒化物を作製することができた。
【００６６】
なお、冷却中の雰囲気ガス中に水素を含む場合には、結晶表面に吸着している未反応の有機原料や有機物の水素によるクリーニング効果が期待できるので、表面の汚染による表面抵抗の増加を防止できる。これは、従来技術では得られなかった効果である。
【００６７】
また、窒素原料としては特に限定はしないが、ＮＨ3等のように、その分解によって水素を発生する化合物を使用することによって、原子状窒素による結晶表面の分解抑制効果（それによる水素の拡散抑制効果）と水素によるクリーニング効果とが同時に得られる。
【００６８】
前述の従来技術１では、水素を発生する化合物（ＮＨ3等）や水素ガスを含む雰囲気中では、高抵抗化したIII族窒化物から水素を排出させてｐ型化することは困難であるため、実質水素を含まない雰囲気中で熱処理を行っていた。これに対し、本発明では、結晶成長直後の低抵抗のｐ型III族窒化物中への水素の拡散侵入を抑制して、結晶成長後の冷却過程における高抵抗化を防止し、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を作製するものである。従って、従来技術とは原理的に異なるものである。また、雰囲気中には水素を発生する化合物（ＮＨ3等）やある程度の量の水素ガスを含んでいても良い。そして水素を含む場合には、水素の効果を積極的に利用している点も従来技術とは異なる。
【００６９】
次に、この第３の実施形態の製造工程の具体例について説明する。この具体例では、ＭＯＣＶＤ法により、ｐ型III族窒化物半導体としてｐ型ＧａＮを成長させた。
【００７０】
まず、サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置にセットし、水素ガス中において、１１２０℃で加熱し、基板表面をクリーニングした。
【００７１】
次いで、温度を５２０℃に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を２０ｃｃｍ流し、低温ＧａＮバッファー層を堆積した。
【００７２】
次いで、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を１０ｃｃｍ、また、ｐ型ドーパントとして（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを１００ｃｃｍ、また、窒素原料としてＮＨ3を５ＬＭ、さらに、窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガスを同時に反応管に流し、１０５０℃でＧａＮを結晶成長させた。
【００７３】
ＧａＮの結晶成長後に、III族原料とｐ型ドーパント原料と水素ガスの供給を止め、アンモニア（ＮＨ3）ガス５ＬＭと窒素ガス１５ＬＭとの混合ガス雰囲気中で室温まで冷却した。なお、窒素ガス１５ＬＭは、アンモニア（ＮＨ3）を基板表面に積極的に吹き付けるための閉じ込めガスとして流しており、基板表面の雰囲気は大部分がアンモニア（ＮＨ3）ガスとなっている。
【００７４】
次いで、このＧａＮ結晶の表面に電極を形成してホール測定を行った。この結果、ＧａＮ層のキャリア濃度は２×１０17ｃｍ-3で、低抵抗のｐ型を示した。
【００７５】
また、同様の成長方法でＧａＮの結晶成長を行った後に、アンモニア（ＮＨ3）ガス１００％の雰囲気中で成長温度から室温まで冷却を行ったＧａＮ結晶も作製した。このＧａＮ結晶の表面に電極を形成してホール測定を行った結果、同様にキャリア濃度は２×１０17ｃｍ-3で、低抵抗のｐ型を示した。
【００７６】
次に、この第３の実施形態の製造工程の別の具体例について説明する。この具体例（製造工程例）では、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＮ上に、ｐ型III族窒化物半導体としてｐ型ＧａＮを成長させ、図１８に示すようなｐ−ｎ接合ダイオードを作製した。
【００７７】
この製造工程例では、まず、サファイア基板１１０をＭＯＣＶＤ装置にセットし、水素ガス中において、ｌ１２０℃で加熱し、基板１１０の表面をクリーニングした。次いで、温度を５２０℃に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を２０ｃｃｍ流し、低温ＧａＮバッファー層１１１を堆積した。
【００７８】
次いで、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を１０ｃｃｍ、また、ｎ型ドーパントとしてＳｉＨ4を５．５ｃｃｍ、また、窒素原料としてＮＨ3を５ＬＭ、さらに、窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガスを同時に反応管に流し、１０５０℃でｎ型ＧａＮ層１１２を１．５μｍ結晶成長させた。
【００７９】
続けて、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を１０ｃｃｍ、また、ｐ型ドーパントとして（ＥｔＣｐ）2Ｍｇをｌ００ｃｃｍ、また、窒素原料としてＮＨ3を５ＬＭ、さらに、窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガスを同時に反応管に流し、１０５０℃でｐ型ＧａＮ層１１３を０．５μｍ結晶成長させた。
【００８０】
ｐ型ＧａＮ層１１３の結晶成長後に、III族原料とｐ型ドーパント原料と水素ガスと窒素ガスの供給を止め、アンモニア（ＮＨ3）ガス５ＬＭの雰囲気中で室温まで冷却した。次いでドライエッチングを行い、ｐ型ＧａＮ層１１３の一部をエッチング除去し、ｎ型ＧａＮ層１１２を露出させた。
【００８１】
次いで、ｐ型ＧａＮ層１１３とｎ型ＧａＮ層１１２との表面にそれぞれインジウムを付着し、２００℃に加熱して、ｐ側，ｎ側の電極１１４，１１５を形成した。なお、電極にインジウムを使用したのは、従来技術１に記載されたｐ型ＧａＮの製造方法の効果と区別するために電極形成の際の高温（４００℃以上）でのアニールを避けるためである。
【００８２】
次いで、ｐ側，ｎ側の電極１１４，１１５に、順方向あるいは逆方向に電圧を印加し、電流−電圧特性を調べた。図１９はｐ側，ｎ側の電極１１４，１１５に電圧を印加したときの電流−電圧特性を示す図である。図１９から、作製したｐ−ｎ接合では、逆方向への電圧印加では電流がほとんど流れず、順方向への電圧印加において電流が流れた。すなわち整流特性を示しており、ダイオードが形成されていることがわかる。
【００８３】
このことから、as grownにおいてｐ型ＧａＮが作製され、ｐ−ｎ接合が形成されていることが分かる。
【００８４】
第４の実施形態
本発明の第４の実施形態は、前述した第２の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の製造方法において、所定の積層構造６の最表面層を、水素ガスを含まない雰囲気で成長可能な層で形成するものである。具体的には、所定の積層構造６の最表面層を少なくともＩｎを含むIII族窒化物とし、この少なくともＩｎを含むIII族窒化物を、水素ガスを含まない雰囲気か、あるいは、水素ガスに対し窒素原料ガスと窒素ガスが過剰の雰囲気で結晶成長させ、少なくともＩｎを含むIII族窒化物の結晶成長終了後、少なくとも窒素原料を含むガス雰囲気で冷却するものである。
【００８５】
上述した第１，第２，第３の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の製造方法で得られるｐ型III族窒化物半導体よりもさらに低抵抗のｐ型III族窒化物結晶を作製するためには、アクセプターを不活性化し高抵抗にする水素をIII族窒化物結晶中に取り込まないことが必要である。
【００８６】
本願の発明者は、この目的のため、水素を含まない雰囲気でのIII族窒化物結晶の成長を試みた。しかしながら、水素を含まない雰囲気でＧａＮやＡｌＧａＮ等のIII族窒化物を結晶成長したところ、表面の凹凸が激しくなり、高品質の結晶は得られなかった。
【００８７】
一方、Ｉｎを含むIII族窒化物結晶を、水素を極力減らして、窒素原料と窒素ガス過剰の雰囲気で成長させ、III族窒化物結晶の成長終了後は、結晶表面の分解を防止するため、少なくとも高温では窒素原料（一般的にはアンモニアＮＨ3）と窒素ガスを停止せずに、窒素分圧の高い雰囲気で室温まで降温したところ、表面が平坦で高品質のIII族窒化物結晶を成長させることができた。
【００８８】
そこで、Ｉｎを含まないIII族窒化物については、水素を含む雰囲気で高品質に結晶成長させ、積層構造６の最表面に、水素を極力含まない雰囲気で高品質のＩｎを含むIII族窒化物を成長させることで、高品質で低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を作製することができた。
【００８９】
この第４の実施形態の方法によれば、III族窒化物結晶５の成長中にIII族窒化物結晶５中に取り込まれた水素は、水素をほとんど含まない雰囲気中でのＩｎを含むIII族窒化物結晶の成長中に、効率良くIII族窒化物結晶５外へ放出されるので、III族窒化物結晶５内の水素濃度が下がり、さらに低抵抗となる。また、冷却中の水素の拡散侵入が防止されるので、III族窒化物結晶５は高抵抗化せず、as grownで低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を製造することができる。
【００９０】
第５の実施形態
本発明の第５の実施形態は、ｐ型III族窒化物半導体を製造する場合、図９に示すように、水素を含む雰囲気で結晶成長されたｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶５の上に、水素ガスを含まない雰囲気か、水素ガスに対して窒素原料ガスと窒素ガスを過剰にした雰囲気で、少なくともｐ型不純物とＩｎを含むIII族窒化物(III族窒化物積層構造)８を結晶成長し、III族窒化物(III族窒化物積層構造)８の結晶成長終了後、少なくとも窒素原料を含むガス雰囲気で冷却することにより、ｐ型III族窒化物半導体５とｐ型III族窒化物(ｐ型III族窒化物積層構造)８とを製造するものである。
【００９１】
すなわちＩｎを含まないIII族窒化物は、水素を含まない雰囲気で成長を行うと、表面の凹凸が激しく、結晶性の良いものを作製することは困難である。これに対し、Ｉｎを含むIII族窒化物は、水素を含まない雰囲気で結晶成長を行っても結晶性の良いものが作製できる。従って、水素をほとんど含まない雰囲気で、Ｉｎを含むIII族窒化物８を成長させることにより、結晶性が良く、結晶成長中の水素の取り込まれが少ない結晶（Ｉｎを含むIII族窒化物）８を作製できる。
【００９２】
また、この第５の実施形態のＩｎを含むIII族窒化物８の製造方法では、Ｉｎを含むIII族窒化物８は、水素を極力含まない雰囲気で結晶成長するので、III族窒化物結晶５の結晶成長中に取り込まれた水素は、Ｉｎを含むIII族窒化物結晶８の成長中にIII族窒化物結晶５外へ放出される。すなわち、III族窒化物８はIII族窒化物５上に成長するので、III族窒化物８を成長させている間に、III族窒化物結晶５中に取り込まれている水素は、III族窒化物結晶５外に多量に放出され、その結果、III族窒化物結晶５の抵抗は下がる。
【００９３】
また、Ｉｎを含むIII族窒化物８は、III族窒化物８の結晶成長中の雰囲気が極力水素を含まない雰囲気であるので、水素によるアクセプターの不活性化が少なく、また、この雰囲気において高品質結晶が成長できるので、ドナー性欠陥によるアクセプターの補償が少ない。さらに、ＩｎＧａＮ等のＩｎを含むIII族窒化物８は、ＧａＮ等よりもバンドギャップが狭く、ｐ型化しやすい。
【００９４】
また、冷却過程では、雰囲気が少なくとも窒素原料を含むガス雰囲気であるので、第３の実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、冷却過程では、雰囲気ガスが少なくとも窒素原料を含むガス雰囲気であるので、III族窒化物８の結晶表面の分解による劣化が防止されて、欠陥による高抵抗化が防止されるとともに、雰囲気中からの水素の拡散侵入による高抵抗が抑制されて、as grownで低抵抗のｐ型を示すＩｎを含むIII族窒化物結晶（例えばＩｎＧａＮ結晶）８が得られる。すなわち、Ｉｎを含むIII族窒化物結晶８として、ｐ型化のための後処理をせずに、as grownで低抵抗のｐ型を示すＩｎＧａＮ結晶が得られる。その結果、III族窒化物半導体５は、より一層低抵抗のｐ型III族窒化物半導体となり、また、III族窒化物８も結晶性の良い低抵抗のｐ型III族窒化物半導体とすることができる。すなわち、III族窒化物５とIII族窒化物(III族窒化物積層構造)８との両方が低抵抗のｐ型半導体として結晶成長できる。
【００９５】
なお、上述した第１，第２，第３，第４，第５の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の製造方法において、ｐ型不純物をＭｇにすることにより、室温においても低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を作製できる。
【００９６】
すなわち、Ｍｇの不純物レベルは、Ｚｎ等の他の不純物レベルよりも低いので、他の不純物に比べて活性化率が高く、より低抵抗のｐ型III族窒化物を得やすい。例えば、ＧａＮ中のＭｇの不純物レベルは、ＧａＮの価電子帯の上、約２００ｍｅＶと他のIII族元素のｐ型不純物の中では最も低く、室温においても活性化する。従って、室温においても低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を製造できる。
【００９７】
また、本発明では、上述の第１，第２，第３，第４または第５の実施形態で製造されたIII族窒化物半導体を提供することができる。すなわち、表面の劣化が少なく、かつ、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を提供することができる。
【００９８】
また、本発明では、ｐ型半導体層を少なくとも有する半導体装置において、ｐ型半導体層には、上述の第１，第２，第３，第４または第５の実施形態で製造されたIII族窒化物半導体を用いることができる。具体的に、上述の第１または第３の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の製造方法で製造されたｐ型III族窒化物半導体３または７を有している半導体装置、あるいは、上述の第２，第４または第５の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の製造方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体５を含む積層構造を有している半導体装置、あるいは、上述の第２，第４または第５の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の作製方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体５と積層構造６または８の全部または一部を有している半導体装置を提供できる。
【００９９】
この半導体装置は、発光素子，受光素子，電子デバイスなどとして構成できる。
【０１００】
図１０は本発明に係る半導体装置の一例を示す図であり、図１０の例では、半導体装置はフォトダイオードとして構成されている。なお、図１０のフォトダイオードは、その作製工程において、第２の実施形態による方法でｐ型III族窒化物（後述のｐ型ＧａＮ層４４，ｐ型ＧａＮコンタクト層４５）を作製している。
【０１０１】
図１０を参照すると、このフォトダイオードは、サファイア基板４０上に、低温ＧａＮバッファー層４１，高温ＧａＮバッファー層４２，ｎ型ＧａＮ層４３，ｐ型ＧａＮ層４４，ｐ型ＧａＮコンタクト層４５を順次積層した積層構造を、ｎ型ＧａＮ層４３が露出するまでエッチングして形成された直径１５０μｍのメサ構造となっている。
【０１０２】
メサ構造の上部にはリング状のｐ側オーミック電極４７が形成され、また、露出したｎ型ＧａＮ層４３にはｎ側オーミック電極４８が形成されている。
【０１０３】
そして、オーミック電極４７，４８が形成されている部分以外の領域にはＳｉＮ絶縁保護膜４６が形成されている。また、メサ構造の側面とｎ型ＧａＮ４３上のＳｉＮ絶縁保護膜４６上には、ｐ側オーミック電極４７から引き出されて配線電極４９が形成されている。
【０１０４】
このフォトダイオードでは、メサ構造上部のリング状のｐ側オーミック電極４７で囲まれた部分が受光面となる。このフォトダイオードに逆バイアスを印加し、受光面に光（ｈν）を照射すると光の強度に対応した光電流が流れる。
【０１０５】
次に、図１０のフォトダイオードの作製方法を説明する。まず、サファイア基板４０を反応管にセットし、水素ガス中において、１１２０℃で加熱し、基板４０の表面をクリーニングした。
【０１０６】
次いで、温度を５２０℃に下げ、雰囲気をＮＨ3ガス５ＬＭと窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガス雰囲気にし、ＴＭＧを流し、低温ＧａＮバッファー層４１を堆積した。
【０１０７】
次いで、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧを供給し、高温ＧａＮバッファー層４２を２μｍ積層し、続いて、ＳｉＨ4を加えて、ｎ型ＧａＮ層４３を３μｍ積層した。
【０１０８】
次いで、ＳｉＨ4の供給を止め、（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給し、ｐ型ＧａＮ層４４を１μｍ積層し、次いでｐ型ＧａＮコンタクト層４５を０．２μｍ積層した。しかる後、ＴＭＧ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇの供給を停止し、ＮＨ3ガス５ＬＭと窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガス雰囲気中で室温まで冷却し、反応管からウエハーを取り出した。ウエハー表面にテスターをあてて電気的導通を調べると高抵抗で導通性が無かった。
【０１０９】
次に、直径１５０μｍの円パターンをレジストで形成した。このレジストパターンをマスクとして、ドライエッチングを行い、高さ約２μｍのメサ形状を形成するとともに、ｎ型ＧａＮ層４３を露出させた。
【０１１０】
レジストマスクを除去した後、ウエハーを別の反応管にセットし、ＳｉＨ4とＮＨ3系のガスを流し、７５０℃に加熱して、表面にＳｉＮ４６を約０．５μｍ堆積した。この際に、ｐ型不純物を含むIII族窒化物（ｐ型ＧａＮ層４４，ｐ型ＧａＮコンタクト層４５）は低抵抗のｐ型III族窒化物半導体となる。
【０１１１】
次いで、ｐ側オーミック電極４７を形成した。Ｐ側オーミック電極４７の形成の工程は次の通りである。
【０１１２】
すなわち、まず、メサ構造の上部にレジストでリング状のヌキパターンを形成した後、ＳｉＮ４６をリング状にエッチングで抜き、ｐ型ＧａＮコンタクト層４５を露出させる。
【０１１３】
次いで、ｐ側オーミック電極材料であるＮｉ／Ａｕを蒸着した。その後、ウエハーを有機溶剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材をリフトオフして、メサ構造上部にｐ側オーミック電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気中において、６００℃で熱処理し、ｐ型ＧａＮコンタクト層４５上にｐ側オーミック電極４７を形成した。
【０１１４】
次いで、ｎ側オーミック電極４８と配線電極４９を形成した。ｎ側オーミック電極４８と配線電極４９の形成工程は次の通りである。
【０１１５】
まず、ｎ型ＧａＮ層４３上部のＳｉＮ膜４６上に、レジストでメサ構造を囲む形状のヌキパターンを形成した後、ＳｉＮ膜４６をエッチングしてｎ型ＧａＮ層４３を露出させる。
【０１１６】
次に、レジストを除去し、再度レジストで、配線電極とｎ側オーミック電極のリフトオフパターンを形成する。
【０１１７】
次いで、ｎ側オーミック電極と配線電極材料であるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、ウエハを有機溶剤中に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材料をリフトオフし、ｎ側オーミック電極４８と配線電極４９パターンを形成した。その後、窒素雰囲気で４５０℃で熱処理し、ｎ側オーミック電極４８を形成した。
【０１１８】
図１０のフォトダイオードを調べた結果、図１０のフォトダイオードは従来技術１あるいは従来技術３のようにｐ型化のための熱処理による結晶表面の分解がほとんどないので、結晶欠陥が発生せず、暗電流の少ないフォトダイオードとなった。
【０１１９】
また、本発明では、第５の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の製造方法で製造されたｐ型III族窒化物半導体５とｐ型III族窒化物半導体(ｐ型III族窒化物積層構造)８の全部または一部とを有し、ｐ型III族窒化物半導体８表面にｐ側オーミック電極が形成された半導体装置（第５の実施形態の方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体５と少なくともＩｎを含むｐ型III族窒化物８の全部あるい一部を含み、少なくともＩｎを含むｐ型III族窒化物８にｐ側オーミック電極が形成されている半導体装置）を提供できる。
【０１２０】
この半導体装置は、発光素子，受光素子，電子デバイスなどとして構成できる。
【０１２１】
図１１，図１２は第４および第５の実施形態の方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体をｐ型半導体層(後述のｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５５，ｐ型ＧａＮキャップ層５６，ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７)に用いた半導体装置の一例を示す図であり、図１１，図１２の例の半導体装置は、端面発光型発光ダイオードと端面受光型フォトダイオードがモノリシックに集積化された受発光素子として構成されている。なお、図１１は、受発光素子の発光ダイオードの光出射端面に垂直な面での断面図であり、図１２は、発光ダイオードの光出射端面に平行な面での断面図である。
【０１２２】
図１１，図１２の集積型受発光素子において、発光ダイオードとフォトダイオードとは、概ね直方体の形状をしており、発光ダイオードの一方の光出射端面とフォトダイオードの受光端面とが向き合うように空間的に分離されて形成されている。そして、発光ダイオードとフォトダイオードは同一の積層構造からなっている。この積層構造は、サファイア基板５０上に、ＡｌＮ低温バッファー層５１，ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２，ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５３，Ｉｎ0.17Ｇａ0.83Ｎ活性層５４，ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５５，ｐ型ＧａＮキャップ層５６，ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７が順次積層されて形成されている。
【０１２３】
そして、発光ダイオードとフォトダイオードは、上記積層構造がｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７の表面からｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２までエッチングされ、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２表面が露出したものとなっている。また、発光ダイオードとフォトダイオードのｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７上には、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極５９が形成されている。
【０１２４】
また、露出したｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２上には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側オーミック電極６０が形成されている。
【０１２５】
さらに、オーミック電極５９，６０以外の部分には、ＳｉＯ2からなる絶縁保護膜５８が堆積されている。そして、絶縁保護膜５８上に、Ｔｉ／Ａｌからなる配線電極６１が形成されている。配線電極６１は、発光ダイオードとフォトダイオードのそれぞれのｐ側オーミック電極５９と電気的に接続されている。
【０１２６】
発光ダイオードとフォトダイオードの側面は、基板に対して概ね垂直に形成されている。そして、発光ダイオードとフォトダイオードの溝６２を介して向き合う側面が、それぞれ光出射端面と受光面になる。また、発光ダイオードのフォトダイオードと向き合う端面とは反対側の端面が外部へ光を出射する光出射端面となる。
【０１２７】
この集積型受発光素子は、発光ダイオードに順方向電流を注入し、フォトダイオードに逆バイアスを印加することによって動作する。すなわち、それぞれの素子のｐ側オーミック電極５９，ｎ側オーミック電極６０に順方向あるいは逆方向にバイアスをかけると、発光ダイオードは２つの光出射端面から光を出射する。そして、フォトダイオードに向いた光出射端面から出射した光が、フォトダイオードの受光面に入射し、その強度に対応した光起電力がフォトダイオードで発生し、外部に光電流として取り出される。フォトダイオードの光電流をモニターすることによって、発光ダイオードに注入する電流を調整し、光出力を制御することができる。
【０１２８】
次に、図１１，図１２の集積型受発光素子の製造方法を説明する。なお、集積型受発光素子の積層構造はＭＯＣＶＤ法で結晶成長させて製造した。
【０１２９】
まず、サファイア基板５０を反応管にセットし、水素ガス中において１１２０℃で加熱し、基板表面をクリーニングした。
【０１３０】
次いで、温度を５２０℃に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、ＴＭＡを流し、低温ＡｌＮバッファー層５１を堆積した。
【０１３１】
次いで、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＳｉＨ4を組成に合わせて供給し、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２を３μｍ積層し、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５３を０．５μｍ積層した。
【０１３２】
次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素との混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩを供給し、Ｉｎ0.17Ｇａ0.83Ｎ活性層５４を５０ｎｍ成長させた。
【０１３３】
次いで、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＡ、（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成に合わせて供給し、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５５を０．５μｍ積層し、ｐ型ＧａＮキャップ層５６を０．２μｍ積層した。
【０１３４】
次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素との混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給し、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７を０．１μｍ積層した。成長終了後、ＴＭＧ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇの供給を止め、ＮＨ3と窒素（ＮＨ3と窒素の供給比は３：２）との混合ガス雰囲気で室温まで冷却した。成長表面にテスターを当てると導通があり、最上層のＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７は低抵抗のｐ型半導体になっていることが確認された。
【０１３５】
次に、幅３０μｍ，長さ５０μｍの矩形パターンを長さ方向に５μｍ離して２つ並べたパターンをレジストで形成した。このレジストパターンをマスクとして、ドライエッチングを行い、発光ダイオードとフォトダイオードになる高さ約１．５μｍの直方体形状を形成するとともに、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２を露出させた。
【０１３６】
次いで、絶縁保護膜５８となるＳｉＯ2を積層構造の表面に約０．５μｍ堆積した。次いで、ｐ側オーミック電極５９を形成した。
【０１３７】
Ｐ側オーミック電極５９の形成工程は次の通りである。すなわち、まず、発光ダイオードとフォトダイオードの上部に、レジストでヌキストライプパターンを形成した後、ＳｉＯ2膜５８をエッチングして、リッジ上のｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７を露出させる。
【０１３８】
次いで、ｐ側オーミック電極材料であるＮｉ／Ａｕを蒸着した。その後、ウエハーを有機溶剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材をリフトオフして、発光ダイオードとフォトダイオードの上部にｐ側オーミック電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気中、６００℃で熱処理し、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層５７上にｐ側オーミック電極５９を形成した。
【０１３９】
次いで、ｎ側オーミック電極６０と配線電極６１を形成した。ｎ側オーミック電極６０と配線電極６１の形成工程は次の通りである。まず、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２上部のＳｉＯ2膜５８上に、レジストで約１００μｍ幅のヌキストライプパターンを形成した後、ＳｉＯ2膜５８をエッチングしてｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２を露出させる。
【０１４０】
次に、レジストを除去し、再度レジストで、配線電極６１とｎ側オーミック電極６０のリフトオフパターンを形成する。次いで、ｎ側オーミック電極と配線電極材料であるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、ウエハを有機溶剤中に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材料をリフトオフし、ｎ側オーミック電極と配線電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気で４５０℃で熱処理し、ｎ側オーミック電極６０を形成した。次いで、ダイシングを行い、集積型受発光素子をチップに分離した。
【０１４１】
このように製造された集積型受発光素子において、発光ダイオードに電流を注入して発光させると、発光のピーク波長は約４１２ｎｍであった。
【０１４２】
また、図１３は第４および第５の実施形態の方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体をｐ型半導体層(後述のｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層７６，ｐ型ＧａＮガイド層７７，ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層７８，ｐ型ＧａＮキャップ層７９，ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０)に用いた半導体装置の他の例を示す図であり、図１３の例の半導体装置は、半導体レーザーとして構成されている。なお、図１３は半導体レーザーの光出射方向に垂直な面での断面図である。
【０１４３】
図１３を参照すると、この半導体レーザーは、サファイア基板７０上に、ＡｌＧａＮ低温バッファー層７１，ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２，ｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層７３，ｎ型ＧａＮガイド層７４，Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層７５，ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層７６，ｐ型ＧａＮガイド層７７，ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層７８，ｐ型ＧａＮキャップ層７９，ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０が順次積層されて形成されている。
【０１４４】
そして、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０の表面からｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２までエッチングされ、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２の表面が露出している。露出したｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２上には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側オーミック電極８３が形成されている。
【０１４５】
また、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０の表面からｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層７８の途中までエッチングされ、電流狭窄リッジ構造８００が形成されている。そして、リッジ構造８００の最表面のｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０上に、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極８２が形成されている。
【０１４６】
また、電極形成部以外は、絶縁保護膜８１としてＳｉＯ2が堆積されている。そして、積層構造と電流狭窄リッジ構造８００とに概ね垂直に、光共振器端面が形成されている。
【０１４７】
次に、図１３の半導体レーザーの作製方法を説明する。なお、半導体レーザーの積層構造の結晶成長はＭＯＣＶＤ法で行った。
【０１４８】
まず、サファイア基板７０を反応管にセットし、水素ガス中において、１１２０℃で加熱し、基板７０の表面をクリーニングした。
【０１４９】
次いで、温度を５２０℃に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、ＴＭＧとＴＭＡを流し、低温ＡｌＧａＮバッファー層７１を堆積した。
【０１５０】
次いで、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩ，ＳｉＨ4を組成に合わせて供給し、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２を２μｍ、ｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層７３を０．７μｍ、ｎ型ＧａＮガイド層７４を０．１μｍ積層した。
【０１５１】
次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素との混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩを供給し、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層７５（２ペア）を成長させた。
【０１５２】
次いで、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＡ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成に合わせて供給し、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層７６を２０ｎｍ、ｐ型ＧａＮガイド層７７を０．１μｍ、ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層７８を０．７μｍ、ｐ型ＧａＮキャップ層７９を０．２μｍ積層した。
【０１５３】
次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素との混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給し、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０を０．１μｍ積層した。
【０１５４】
ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０の成長終了後、ＴＭＧ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇの供給を止め、ＮＨ3ガス１００％の雰囲気で室温まで冷却した。
【０１５５】
このとき、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０の表面にテスターを当てると導通があり、最上層のＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０は低抵抗のｐ型半導体になっていることが確認された。
【０１５６】
次いで、レジストで幅４μｍのストライプパターンを繰り返しピッチ１ｍｍで形成し、このレジストパターンをマスクとして、約０．７μｍの深さにドライエッチングして、リッジ構造８００を形成した。
【０１５７】
次いで、レジストマスクを除去し、しかる後に、さらにレジストでリッジ構造８００を覆う幅５００μｍのストライプパターンを繰り返しピッチ１ｍｍで形成した。このレジストパターンをマスクとして、約１．５μｍドライエッチングして、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２を露出させた。
【０１５８】
次いで、絶縁保護膜８１となるＳｉＯ2を積層構造の表面に約０．５μｍ堆積した。
【０１５９】
次いで、ｐ側オーミック電極８２を形成した。Ｐ側オーミック電極８２の形成工程は次の通りである。まず、リッジ構造８００上部に、レジストでヌキストライプパターンを形成した後、ＳｉＯ2膜８１をエッチングしてリッジ構造８００上のｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０を露出させた。
【０１６０】
次いで、レジストを除去し、再度レジストで約４５０μｍ幅のヌキストライプパターンを形成し、リッジ構造８００上にｐ側オーミック電極材料であるＮｉ／Ａｕを蒸着した。その後、ウエハーを有機溶剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材をリフトオフして、半導体レーザー積層構造上にのみｐ側オーミック電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気中、６００℃で熱処理し、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層８０上にｐ側オーミック電極８２を形成した。
【０１６１】
次いで、ｎ側オーミック電極８３を形成した。ｎ側オーミック電極８３の形成工程は次の通りである。まず、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２上部のＳｉＯ2膜８１上に、レジストで約１００μｍ幅のヌキストライプパターンを形成した後、ＳｉＯ2膜８１をエッチングしてｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２を露出させた。
【０１６２】
この状態で、ｎ側オーミック電極材料であるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、ウエハを有機溶剤中に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材料をリフトオフし、ｎ側オーミック電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気で４５０℃で熱処理し、ｎ側オーミック電極８３を形成した。
【０１６３】
次いで、サファイア基板７０を薄く研磨し、リッジ構造８００に概ね垂直になるように割り、光共振器端面を形成した。
【０１６４】
電極８２，８３に順方向に電流を注入すると発光し、さらに電流を増加させるとレーザー発振した。発振波長は約４０９ｎｍであった。
【０１６５】
また、図１４は第２の実施形態の第２の仕方によって作製されたｐ型III族窒化物半導体をｐ型半導体層(後述のｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層９６，ｐ型ＧａＮガイド層９７，ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層９８，ｐ型ＧａＮコンタクト層９９)に用いた半導体装置の例を示す図であり、図１４の例では、半導体装置は半導体レーザーとして構成されている。なお、図１４は半導体レーザーの光出射方向に垂直な面での断面図である。
【０１６６】
図１４を参照すると、この半導体レーザーは、サファイア基板９０上に、ＡｌＧａＮ低温バッファー層９１，ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２，ｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層９３，ｎ型ＧａＮガイド層９４，Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層９５，ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層９６，ｐ型ＧａＮガイド層９７，ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層９８，ｐ型ＧａＮコンタクト層９９が順次積層されて積層構造が形成されている。
【０１６７】
積層構造の一部は、ｐ型ＧａＮコンタクト層９９の表面からｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２までエッチングされ、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２の表面が露出している。そして、露出したｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２上には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側オーミック電極１０３が形成されている。
【０１６８】
また、ｐ型ＧａＮコンタクト層９９の表面からｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層９８の途中までがエッチングされ、電流狭窄リッジ構造９００が形成されている。そして、このリッジ構造９００は、Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ多結晶１００で埋め込まれている。
【０１６９】
リッジ構造９００の最表面は、ｐ型ＧａＮコンタクト層９９が露出しており、そこに、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極１０２が形成されている。また、電極形成部以外は、絶縁保護膜１０１としてのＳｉＯ2が堆積されている。さらに、積層構造と電流狭窄リッジ構造９００とに概ね垂直に、光共振器端面が形成されている。
【０１７０】
次に、図１４の半導体レーザーの製造方法を説明する。なお、半導体レーザーの積層構造の結晶成長は、ＭＯＣＶＤ法で行った。
【０１７１】
まず、サファイア基板９０を反応管にセットし、水素ガス中において、１１２０℃で加熱し、基板９０の表面をクリーニングした。
【０１７２】
次いで、温度を５２０℃に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、ＴＭＧとＴＭＡを流し、低温ＡｌＧａＮバッファー層９１を堆積した。
【０１７３】
次いで、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩ，ＳｉＨ4を組成に合わせて供給し、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２を２μｍ、ｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層９３を０．７μｍ、ｎ型ＧａＮガイド層９４を０．１μｍ積層した。
【０１７４】
次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素との混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩを供給し、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層９５（２ペア）を成長させた。
【０１７５】
次いで、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＡ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成に合わせて供給し、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層９６を２０ｎｍ、ｐ型ＧａＮガイド層９７を０．１μｍ、ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層９８を０．７μｍ、ｐ型ＧａＮコンタクト層９９を０．２μｍ積層した。
【０１７６】
ｐ型ＧａＮコンタクト層９９の成長終了後、ＴＭＧ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇの供給を止め、ＮＨ3と窒素との混合ガス（ＮＨ3と窒素の供給比は３：２）雰囲気で室温まで冷却した。
【０１７７】
次いで、レジストで幅４μｍのストライプパターンを繰り返しピッチ１ｍｍで形成し、このレジストパターンをマスクとして、約０．６μｍの深さにドライエッチングして、リッジ構造９００を形成した。
【０１７８】
次いで、レジストを除去し、しかる後、ウエハーを再度ＭＯＣＶＤ装置にセットし、ＮＨ3と窒素と水素との混合ガス雰囲気にし、温度を７３０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＡを供給し、Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ多結晶１００を約０．６μｍ堆積し、リッジ構造９００を埋め込んだ。この際に、第２の実施形態の第２の仕方によって、ｐ型不純物を含む層がｐ型化する。
【０１７９】
そして、ＮＨ3ガス５ＬＭと窒素ガス１５ＬＭと水素ガス６ＬＭとの混合ガス雰囲気中で冷却後、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、レジストで、リッジ構造９００上部が抜けたパターンを形成した。このパターンをマスクとして、ＫＯＨ溶液で、リッジ構造９００上部のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ多結晶１００をエッチングし、ｐ型ＧａＮコンタクト層９９を露出させ、表面を平坦化した。
【０１８０】
次いで、レジストマスクを除去した後に、さらにレジストでリッジ構造９００を覆う幅５００μｍのストライプパターンを繰り返しピッチ１ｍｍで形成した。このレジストパターンをマスクとして、約１．５μｍドライエッチングして、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２を露出させた。
【０１８１】
次いで、絶縁保護膜１０１となるＳｉＯ2を積層構造の表面に約０．５μｍ堆積した。
【０１８２】
次いで、ｐ側オーミック電極１０２を形成した。ｐ側オーミック電極１０２の形成工程は次の通りである。すなわち、まず、リッジ構造９００の上部に、レジストでヌキストライプパターンを形成した後、ＳｉＯ2膜１０１をエッチングしてリッジ構造９００上のｐ型ＧａＮコンタクト層９９を露出させた。
【０１８３】
次いで、レジストを除去し、再度レジストで約４５０μｍ幅のヌキストライプパターンを形成し、リッジ構造９００上にｐ側オーミック電極材料であるＮｉ／Ａｕを蒸着した。その後、ウエハーを有機溶剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材をリフトオフして、半導体レーザー積層構造上にのみｐ側オーミック電極パターン１０２を形成した。その後、窒素雰囲気中において、６００℃で熱処理し、ｐ型ＧａＮコンタクト層９９上にｐ側オーミック電極１０２を形成した。
【０１８４】
次いで、ｎ側オーミック電極１０３を形成した。ｎ側オーミック電極１０３の形成工程は次の通りである。まず、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２上部のＳｉＯ2膜１０１上に、レジストで約１００μｍ幅のヌキストライプパターンを形成した後、ＳｉＯ2膜１０１をエッチングして、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２を露出させた。
【０１８５】
この状態で、ｎ側オーミック電極材料であるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、ウエハを有機溶剤中に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材料をリフトオフし、ｎ側オーミック電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気で４５０℃で熱処理し、ｎ側オーミック電極１０３を形成した。
【０１８６】
次いで、サファイア基板９０を薄く研磨し、リッジ構造９００に概ね垂直になるように割り、光共振器端面を形成した。
【０１８７】
電極１０２，１０３に順方向に電流を注入すると発光し、さらに電流を増加させるとレーザー発振した。発振波長は約４０９ｎｍであった。
【０１８８】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１記載の発明によれば、ｐ型不純物と水素との両方を少なくとも含むIII族窒化物結晶を成長させた後、前記III族窒化物結晶の表面層の全部または一部を除去してｐ型III族窒化物半導体を作製するので、従来のように後工程での熱処理を行うことなく、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を作製することができる。
【０１８９】
また、請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載のIII族窒化物半導体の作製方法において、前記ｐ型不純物がＭｇであることにより、室温においても低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るIII族窒化物半導体の作製方法の第１の実施形態を示す図である。
【図２】III族窒化物結晶成長後の冷却過程で水素がIII族窒化物結晶の表面付近に取り込まれる様子を示す図である。
【図３】第１の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の作製工程の具体例を示す図である。
【図４】本発明に係るIII族窒化物半導体の作製方法の第２の実施形態を示す図である。
【図５】第２の実施形態の第１の仕方によるｐ型III族窒化物半導体の作製工程の具体例を示す図である。
【図６】第２の実施形態の第２の仕方により作製されるｐ型III族窒化物半導体の様子を示す図である。
【図７】第２の実施形態の第２の仕方によるｐ型III族窒化物半導体の作製工程の具体例を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態を説明するための図である。
【図９】本発明の第５の実施形態を説明するための図である。
【図１０】本発明に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１１】本発明に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１２】本発明に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１３】本発明に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１４】本発明に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１５】ｐ型III族窒化物を作製する従来の方法を説明するための図である。
【図１６】ｐ型III族窒化物を作製する従来の方法を説明するための図である。
【図１７】ＳＩＭＳ分析によるｐ型ＧａＮ中のＭｇと水素（Ｈ）の膜厚方向の濃度分布を示す図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態の具体例としてのｐ−ｎ接合ダイオードを示す図である。
【図１９】図１８のｐ−ｎ接合ダイオードの電流−電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
１III族窒化物結晶
２III族窒化物結晶の表面層
３ ｐ型III族窒化物半導体
５III族窒化物結晶
６ 所定の積層構造
７ ｐ型III族窒化物半導体
８ ｐ型III族窒化物(ｐ型III族窒化物積層構造)
１０，４０，５０，７０，９０，１１０ サファイア基板
１１，２１，３１，４１，１１１低温ＧａＮバッファー層
１２，１３，２２，３２ p型不純物を含むＧａＮ層
３３ ＳｉＮ
２３ 不純物をドーピングしないＧａＮ
４２ 高温ＧａＮバッファー層
４３，１１２ ｎ型ＧａＮ層
４４，１１３ ｐ型ＧａＮ層
４５，９９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
４７，５９，８２，１０２ ｐ側オーミック電極
４８，６０，８３，１０３ ｎ側オーミック電極
４６ ＳｉＮ絶縁保護膜
４９，６１ 配線電極
５１ ＡｌＮ低温バッファー層
５２，７２，９２ ｎ型 Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層
５３ ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
５４ Ｉｎ0.17Ｇａ0.83Ｎ活性層
５５ ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
５６，７９ ｐ型ＧａＮキャップ層
５７ ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層
５８，８１，１０１ ＳｉＯ2絶縁保護膜
７１，９１ ＡｌＧａＮ低温バッファー層
７３，９３ ｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層
７４，９４ ｎ型ＧａＮガイド層
７５，９５ Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層
７６，９６ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層
７７，９７ ｐ型ＧａＮガイド層
７８，９８ ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層
８０ ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎコンタクト層
１００ Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ多結晶
１１４ ｐ側インジウム電極
１１５ ｎ側インジウム電極
８００，９００ リッジ構造
Claims (2)
- 反応管内において、ｐ型不純物と水素の両方を少なくとも含むｐ型III族窒化物結晶を成長させる工程と、前記ｐ型III族窒化物結晶を成長後、前記反応管内にアンモニアガス、窒素ガス及び水素ガスの混合ガスを流しながら前記ｐ型III族窒化物結晶を冷却する工程と、前記ｐ型III族窒化物結晶の水素を含む表面層の全部または一部を除去する工程とを含むこと特徴とするｐ型III族窒化物半導体の製造方法。
- 請求項１に記載のｐ型III族窒化物半導体の製造方法において、前記ｐ型不純物はＭｇであることを特徴とするｐ型III族窒化物半導体の製造方法。
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