JP6002109B2 - Iii族窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明に係るp型III族窒化物半導体を作製する方法では、前記水素低含有膜は前記p型III族窒化物半導体層に他の部材を経由して間接的に接していることが出来る。このp型III族窒化物半導体を作製する方法によれば、水素原子は、より大きい水素濃度のIII族窒化物半導体層から前記他の部材を介してより低い水素濃度の水素低含有膜に水素原子が移動する。
この実施例では、図6に示されるIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する。まず、半極性GaN基板(例えばウエハ状の基板)を準備する。この半極性GaN基板の主面は例えば{20−21}面を有する。{20−21}面では、基板のGaNのc軸はこの基板主面の法線に対してGaNのm軸の方向に75度の角度で傾斜している。エピタキシャル積層、例えば以下の半導体層を含むことができる:n型窒化ガリウム系半導体層;n型窒化ガリウム系半導体クラッド層;n側窒化ガリウム系半導体光ガイド層;活性層;p側窒化ガリウム系半導体光ガイド層;窒化ガリウム系半導体電子ブロック層;p側窒化ガリウム系半導体光ガイド層;p型窒化ガリウム系半導体クラッド層;及びp型窒化ガリウム系半導体コンタクト層。活性層は、井戸層及び障壁層を含み、これら井戸層及び障壁層が、法線軸Nxの方向に交互に配列されている。
エピタキシャル積層14の一例。
n型窒化ガリウム系半導体層16:Siドープn型GaN。
n型窒化ガリウム系半導体クラッド層18:Siドープn型AlGaN。
n側窒化ガリウム系半導体光ガイド層20:Siドープn型GaN、アンドープInGaN。
活性層22:単一又は多重量子井戸構造。
活性層22は、井戸層22a及び障壁層22bからなる。
井戸層22a:アンドープInGaN。
障壁層22b:アンドープInGaN又はアンドープGaN。
p側窒化ガリウム系半導体光ガイド層24:アンドープInGaN。
窒化ガリウム系半導体電子ブロック層26:Znドープp型AlGaN。
p側窒化ガリウム系半導体光ガイド層28:Znドープp型GaN。
p型窒化ガリウム系半導体クラッド層30:Znドープp型InAlGaN。
p型窒化ガリウム系半導体コンタクト層32:Znドープp型GaN。なお、極性面や無極性面上にも、類似の成膜条件でエピタキシャル成長を行って、同様にエピタキシャル基板を作製できる。p型ドーパントとして、Zn以外にMgでも良い。
半導体リッジ42aは、p型窒化ガリウム系半導体コンタクト層32、p型窒化ガリウム系半導体クラッド層30及びp側窒化ガリウム系半導体光ガイド層28を含む。半導体リッジを形成する際にエッチングの結果、III族窒化物半導体層28、30、32がエッチングされて、これらのIII族窒化物半導体層28、30、32が、エッチングされた窒化物半導体領域の表面42b及び半導体リッジ42aの側面42cに現れる。
3枚のGaN基板を準備する。GaN基板の主面の面方位は例えば{20−21}である。これらのGaN基板上に、Siドープn型GaNバッファ層、Siドープn型AlGaNクラッド層、Siドープn型InGaNガイド層、アンドープInGaN活性層、MgドープAlGaN電子ブロック層、MgドープInGaN光ガイド層、MgドープAlGaNクラッド層、MgドープGaNコンタクト層を順にエピタキシャル成長して、レーザ構造のエピタキシャルウエハを作製する。このエピタキシャルウエハを活性化アニールした後に、GaNコンタクト層上にオーミック金属層(例えばPd層)からなる電極膜を蒸着法により作製する。この金属層の膜厚は例えば30nmである。この金属層の上にドライエッチング用マスクを形成したうえで、ドライエッチングによりリッジ構造を形成する。
熱処理温度(℃)、膜1、 膜2、 膜3。
摂氏 880度、 5.0、 8.0、5.0。
摂氏 960度、 3.3、 8.0、10.0。
摂氏1000度、 2.0、 9.0、20.0。
摂氏1040度、 1.4、20.0、20.0。
熱処理温度として、摂氏880度〜摂氏1040度の範囲で行われる。膜1の実験では、この範囲で膜2を用いるアニールに比べて良好な結果を得ることができる。コンタクト抵抗の測定にはTLM(Transmission Line Model)法を用いることができる。本件の活性化アニール法により得られる好適なコンタクト抵抗は、1x10−3Ωcm2以下である。
熱処理温度(℃)、 膜1、 膜2、 膜3。
摂氏 880度、 2.1、2.5、2.7。
摂氏 960度、 1.9、2.3、2.5。
摂氏1000度、 1.9、2.3、2.5。
摂氏1040度、 1.9、2.3、2.5。
熱処理温度として、摂氏880度〜摂氏1040度の範囲で行われる。膜1の実験では、この範囲で膜2を用いるアニールに比べて良好な結果を得ることができる。本件の活性化アニール法により得られる好適なシート抵抗は、2.0Ω/cm2以下である。
Claims (17)
- p型ドーパントを含むIII族窒化物半導体層を有する半導体領域上に、1×1020cm−3以下の水素濃度を有する水素低含有膜を成長する工程と、
前記水素低含有膜を成長した後に前記半導体領域に活性化アニールを行って、前記III族窒化物半導体層からp型III族窒化物半導体層を形成する工程と、
前記p型III族窒化物半導体層を前記半導体領域の表面に露出するように前記水素低含有膜を除去する工程と、
を備え、
前記半導体領域は半極性面基板の主面上に設けられ、
前記水素低含有膜は、シリコン酸化物、ジルコニウム酸化物、チタン酸化物、及びタンタル酸化物の少なくともいずれかを含み、
前記水素低含有膜は、III族窒化物と異なる材料からなり、前記半極性面基板の主面の法線軸と前記半極性面基板のc軸との成す角度は、導波路軸の方向に45度以上80度以下又は100度以上135度以下の角度範囲にあり、
前記水素低含有膜を成長する工程は、成膜装置において水素を含む物質を用いることなく前記水素低含有膜を成長するIII族窒化物半導体素子の製造方法。 - 前記水素低含有膜は、スパッタ法、反応性スパッタ法、電子ビーム蒸着法、蒸着法の少なくともいずれかで形成される、請求項1に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記活性化アニールの温度は摂氏600度以上である、請求項1又は請求項2に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記活性化アニールの温度は摂氏1100度以下である、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記水素低含有膜を除去した後に、前記半導体領域の表面上に電極を形成する工程を更に備える、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記活性化アニールの雰囲気はN2を含む、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記水素低含有膜は反応性スパッタ法で形成される、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記水素低含有膜はスパッタ法で形成される、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記水素低含有膜は蒸着法で形成される、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記水素低含有膜は電子ビーム蒸着法で形成される、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記水素低含有膜の成長温度は、摂氏100度以上であり、摂氏400度以下である、請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記p型III族窒化物半導体層を形成する工程の後に、前記p型III族窒化物半導体層を加工してリッジ構造を形成する工程を備え、
前記リッジ構造は、前記半極性面基板のc軸とm軸又はa軸とにより規定される基準面に沿って延在する、請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。 - 前記III族窒化物半導体層は、MgドープGaN層、MgドープAlN層、MgドープInN層、MgドープAlGaN層、MgドープInGaN層、MgドープInAlGaN層、MgドープInAlN層の少なくともいずれかを備える、請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記水素低含有膜は、前記シリコン酸化物を含む、請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記水素低含有膜は、前記ジルコニウム酸化物を含む、請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記水素低含有膜は、前記チタン酸化物を含む、請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記水素低含有膜は、前記タンタル酸化物を含む、請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子の製造方法。
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