JPH09321389A - ｐ型半導体膜および半導体素子 - Google Patents
ｐ型半導体膜および半導体素子Info
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- JPH09321389A JPH09321389A JP33219996A JP33219996A JPH09321389A JP H09321389 A JPH09321389 A JP H09321389A JP 33219996 A JP33219996 A JP 33219996A JP 33219996 A JP33219996 A JP 33219996A JP H09321389 A JPH09321389 A JP H09321389A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高キャリア濃度を有するｐ型半導体膜を具備
する半導体素子を提供する。 【解決手段】 ｐ型半導体層とｎ型半導体層とによるｐ
ｎ接合を有し、前記ｐ型半導体層中にｐ型導電性を付与
するためのアクセプター性不純物と残留ドナーを補償す
るためのアクセプター性不純物とを含むことを特徴とす
る半導体素子である。
する半導体素子を提供する。 【解決手段】 ｐ型半導体層とｎ型半導体層とによるｐ
ｎ接合を有し、前記ｐ型半導体層中にｐ型導電性を付与
するためのアクセプター性不純物と残留ドナーを補償す
るためのアクセプター性不純物とを含むことを特徴とす
る半導体素子である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体レー
ザや発光ダイオードなどに用いられるｐ型半導体膜およ
びｐ型層を具備する半導体素子に関する。
ザや発光ダイオードなどに用いられるｐ型半導体膜およ
びｐ型層を具備する半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、青色発光ダイオードや半導体レー
ザ用の材料としてＧａＮを始めとする窒化物化合物半導
体が注目されており、一部では青色発光ダイオードが実
現され、半導体レーザも実現されようとしている。この
ような素子は、ｐ型およびｎ型といった異なる導電型を
有する一対の材料で発光層を挟んだ、いわゆるダブルヘ
テロ構造を有している。なお、ｐ型およびｎ型の材料の
エネルギーギャップは、発光層のそれより大きい。しか
しながら、このうちｐ型の窒化物化合物半導体層を形成
する際には、特開平２−２５７６７９号公報や特開平５
−１８３１８９号公報等に示されているように、有機金
属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などで成膜した後、電子
線照射や熱的なアニール等の工程を経なければならな
い。このような工程は、窒化物化合物半導体に特有であ
る窒素空孔等の欠陥を生成することになる。そのため、
ｐ型窒化物化合物半導体層の実現は図れたものの、いま
だｐ型キャリア濃度を上げることができず、電極の接触
抵抗を含めた素子抵抗の低減を図ることができなかっ
た。
ザ用の材料としてＧａＮを始めとする窒化物化合物半導
体が注目されており、一部では青色発光ダイオードが実
現され、半導体レーザも実現されようとしている。この
ような素子は、ｐ型およびｎ型といった異なる導電型を
有する一対の材料で発光層を挟んだ、いわゆるダブルヘ
テロ構造を有している。なお、ｐ型およびｎ型の材料の
エネルギーギャップは、発光層のそれより大きい。しか
しながら、このうちｐ型の窒化物化合物半導体層を形成
する際には、特開平２−２５７６７９号公報や特開平５
−１８３１８９号公報等に示されているように、有機金
属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などで成膜した後、電子
線照射や熱的なアニール等の工程を経なければならな
い。このような工程は、窒化物化合物半導体に特有であ
る窒素空孔等の欠陥を生成することになる。そのため、
ｐ型窒化物化合物半導体層の実現は図れたものの、いま
だｐ型キャリア濃度を上げることができず、電極の接触
抵抗を含めた素子抵抗の低減を図ることができなかっ
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のｐ型化合物半導体層の製造工程は、その目的に反する
ような現象を生じさせるものを含んでおり、高キャリア
濃度を有するｐ型窒化物化合物半導体層を形成すること
ができなかった。そこで本発明は、高キャリア濃度のｐ
型半導体膜、およびこれを具備する半導体素子を提供す
ることを目的とする。
のｐ型化合物半導体層の製造工程は、その目的に反する
ような現象を生じさせるものを含んでおり、高キャリア
濃度を有するｐ型窒化物化合物半導体層を形成すること
ができなかった。そこで本発明は、高キャリア濃度のｐ
型半導体膜、およびこれを具備する半導体素子を提供す
ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によると、半導体
膜にｐ型導電性を付与するためのアクセプター性不純物
と残留ドナーを補償するためのアクセプター性不純物と
を含むことを特徴とするｐ型半導体膜が提供される。な
お、このｐ型半導体膜はＳｉを含んでいてもよい。
膜にｐ型導電性を付与するためのアクセプター性不純物
と残留ドナーを補償するためのアクセプター性不純物と
を含むことを特徴とするｐ型半導体膜が提供される。な
お、このｐ型半導体膜はＳｉを含んでいてもよい。
【０００５】また本発明によると、ｐ型半導体層とｎ型
半導体層とによるｐｎ接合を有し、前記ｐ型半導体層中
にｐ型導電性を付与するためのアクセプター性不純物と
残留ドナーを補償するためのアクセプター性不純物とを
含むことを特徴とする半導体素子が提供される。
半導体層とによるｐｎ接合を有し、前記ｐ型半導体層中
にｐ型導電性を付与するためのアクセプター性不純物と
残留ドナーを補償するためのアクセプター性不純物とを
含むことを特徴とする半導体素子が提供される。
【０００６】本発明者らは、高キャリア濃度を有するｐ
型窒化物化合物半導体を製造し得なかった原因について
鋭意検討した結果、次のような知見を得た。すなわち、
窒化物化合物半導体は、本来、アクセプタとしての性質
を有するＭｇ（マグネシウム）をドーパントとして添加
するのみでｐ型伝導を示すはずである。しかしながら、
まず第１に、窒化物半導体には窒素空孔や格子間位置に
入るＧａが生成されやすいことから、ｐ型化された半導
体層中における残留ドナー濃度が高い。第２に、窒化物
半導体中におけるＭｇのアクセプターレベルが、一般に
考えられている半導体中のアクセプターレベルよりも著
しく深い。この２つの現象のため、Ｍｇを添加したのみ
では高キャリア濃度の窒化物化合物半導体を形成するこ
とができなかった。
型窒化物化合物半導体を製造し得なかった原因について
鋭意検討した結果、次のような知見を得た。すなわち、
窒化物化合物半導体は、本来、アクセプタとしての性質
を有するＭｇ（マグネシウム）をドーパントとして添加
するのみでｐ型伝導を示すはずである。しかしながら、
まず第１に、窒化物半導体には窒素空孔や格子間位置に
入るＧａが生成されやすいことから、ｐ型化された半導
体層中における残留ドナー濃度が高い。第２に、窒化物
半導体中におけるＭｇのアクセプターレベルが、一般に
考えられている半導体中のアクセプターレベルよりも著
しく深い。この２つの現象のため、Ｍｇを添加したのみ
では高キャリア濃度の窒化物化合物半導体を形成するこ
とができなかった。
【０００７】したがって、通常ｐ型化には関与しない不
純物、またはアクセプター性不純物を、Ｍｇとともに添
加することによって、生成された窒素空孔によるドナー
を補償することができる。すなわち、Ｍｇを添加してｐ
型化を付与する際に阻害となる要因を取り除くことがで
きるので、Ｍｇによる高キャリア濃度のｐ型結晶を実現
することが可能となった。
純物、またはアクセプター性不純物を、Ｍｇとともに添
加することによって、生成された窒素空孔によるドナー
を補償することができる。すなわち、Ｍｇを添加してｐ
型化を付与する際に阻害となる要因を取り除くことがで
きるので、Ｍｇによる高キャリア濃度のｐ型結晶を実現
することが可能となった。
【０００８】残留不純物を補償し、高キャリア濃度の結
晶を実現するための不純物、またはアクセプター性不純
物としては、エネルギー的に深いものを用いることが好
ましい。かかる不純物を用いることによって、捕獲断面
積を大きくすることができ、少ない添加量で多くの残留
ドナーを補償することができる。
晶を実現するための不純物、またはアクセプター性不純
物としては、エネルギー的に深いものを用いることが好
ましい。かかる不純物を用いることによって、捕獲断面
積を大きくすることができ、少ない添加量で多くの残留
ドナーを補償することができる。
【０００９】なお、ｐ型層中に残留ドナーを補償するア
クセプター性不純物に加えて、さらにＳｉを添加した場
合には、これによってＭｇの拡散を抑制することがで
き、エッチングの容易性も高められる。さらに、Ｓｉ
は、Ｍｇが水素や酸素と結合することによりアクセプタ
ー化が阻害されるのを抑制するという作用も有してい
る。
クセプター性不純物に加えて、さらにＳｉを添加した場
合には、これによってＭｇの拡散を抑制することがで
き、エッチングの容易性も高められる。さらに、Ｓｉ
は、Ｍｇが水素や酸素と結合することによりアクセプタ
ー化が阻害されるのを抑制するという作用も有してい
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を実
施例により詳細に説明する。 （実施例１）図１は、本実施例に関わる半導体レーザ１
００の断面構造を示す。半導体レーザ１００は、ｐ型Ｓ
ｉＣ基板１０１を有しており、このＳｉＣ基板１０１の
上には格子不整合を緩和させることを目的としたＧａＮ
バッファ層１０２が１０ｎｍの厚さで形成されている。
さらに、ＧａＮバッファ層１０２の上には、ｐ型ＧａＮ
層１０３（２μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０４（５００
ｎｍ）、ＩｎＧａＮ活性層１０５（１００ｎｍ）、ｎ型
ＡｌＧａＮ層１０６（５００ｎｍ）、およびｎ型ＧａＮ
層１０７（３００ｎｍ）が順次積層されている。各層に
は、故意に不純物を添加することによってｐ型またはｎ
型の導電性を付与している。具体的には、ｐ型ＧａＮ１
０３層およびｐ型ＡｌＧａＮ層１０４に添加した不純物
は、ＭｇおよびＣ（炭素）であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層１
０６およびｎ型ＧａＮ層１０７に添加した不純物はＳｉ
である。このような不純物のうちｐ型層１０３および１
０４中のＣが、深いアクセプタレベルを形成することか
ら残留ドナーを補償し、比較的浅いアクセプタレベルを
形成するＭｇによる高キャリア濃度化を助ける働きをす
る。
施例により詳細に説明する。 （実施例１）図１は、本実施例に関わる半導体レーザ１
００の断面構造を示す。半導体レーザ１００は、ｐ型Ｓ
ｉＣ基板１０１を有しており、このＳｉＣ基板１０１の
上には格子不整合を緩和させることを目的としたＧａＮ
バッファ層１０２が１０ｎｍの厚さで形成されている。
さらに、ＧａＮバッファ層１０２の上には、ｐ型ＧａＮ
層１０３（２μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０４（５００
ｎｍ）、ＩｎＧａＮ活性層１０５（１００ｎｍ）、ｎ型
ＡｌＧａＮ層１０６（５００ｎｍ）、およびｎ型ＧａＮ
層１０７（３００ｎｍ）が順次積層されている。各層に
は、故意に不純物を添加することによってｐ型またはｎ
型の導電性を付与している。具体的には、ｐ型ＧａＮ１
０３層およびｐ型ＡｌＧａＮ層１０４に添加した不純物
は、ＭｇおよびＣ（炭素）であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層１
０６およびｎ型ＧａＮ層１０７に添加した不純物はＳｉ
である。このような不純物のうちｐ型層１０３および１
０４中のＣが、深いアクセプタレベルを形成することか
ら残留ドナーを補償し、比較的浅いアクセプタレベルを
形成するＭｇによる高キャリア濃度化を助ける働きをす
る。
【００１１】また、ｎ型ＧａＮ層１０７の上には、Ｓｉ
Ｏ2 膜１１０によって１０μｍの幅でストライプ化され
たＴｉ／Ａｕ積層電極１１１が形成されており、ｐ型Ｓ
ｉＣ基板１０１の裏面にも、同様のＴｉ／Ａｕ積層電極
１１１が同一の厚さで形成されている。
Ｏ2 膜１１０によって１０μｍの幅でストライプ化され
たＴｉ／Ａｕ積層電極１１１が形成されており、ｐ型Ｓ
ｉＣ基板１０１の裏面にも、同様のＴｉ／Ａｕ積層電極
１１１が同一の厚さで形成されている。
【００１２】以下に、半導体レーザ１００の製造方法を
順に説明する。この半導体レーザ１００は、周知の有機
金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）による気相成長を用い
て製造した。用いた原料は、有機金属原料としてのトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびビ
スシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）で
あり、ガス原料としてアンモニア、シランおよびプロパ
ンである。また、キャリアガスとしては水素および窒素
を用いた。
順に説明する。この半導体レーザ１００は、周知の有機
金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）による気相成長を用い
て製造した。用いた原料は、有機金属原料としてのトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびビ
スシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）で
あり、ガス原料としてアンモニア、シランおよびプロパ
ンである。また、キャリアガスとしては水素および窒素
を用いた。
【００１３】まず、有機洗浄・酸洗浄によってＳｉＣ基
板１０１を処理した後、このＳｉＣ基板を、ＭＯＣＶＤ
装置の反応室内に載置され、高周波によって加熱される
サセプタ上に装着した。次に、常圧で水素を２０リット
ル／分の流量で流しながら、１２００℃で約１０分間、
気相エッチングを施すことによって、ＳｉＣ基板１０１
の表面に形成された自然酸化膜を除去した。
板１０１を処理した後、このＳｉＣ基板を、ＭＯＣＶＤ
装置の反応室内に載置され、高周波によって加熱される
サセプタ上に装着した。次に、常圧で水素を２０リット
ル／分の流量で流しながら、１２００℃で約１０分間、
気相エッチングを施すことによって、ＳｉＣ基板１０１
の表面に形成された自然酸化膜を除去した。
【００１４】基板上への半導体層の成膜に当たっては、
まず、ＳｉＣ基板１０１を８００℃まで降温し、水素、
窒素、アンモニアおよびＴＭＧを約５分間流すことによ
り、ＧａＮバッファ層１０２を形成した。なお、水素、
窒素およびアンモニアの流量はいずれも５リットル／分
とし、ＴＭＧの流量は３０ｃｃ／分とした。
まず、ＳｉＣ基板１０１を８００℃まで降温し、水素、
窒素、アンモニアおよびＴＭＧを約５分間流すことによ
り、ＧａＮバッファ層１０２を形成した。なお、水素、
窒素およびアンモニアの流量はいずれも５リットル／分
とし、ＴＭＧの流量は３０ｃｃ／分とした。
【００１５】その後、ＳｉＣ基板１０１を１１００℃ま
で昇温・保持し、キャリアガスとしての水素および窒
素、ガス原料としてのアンモニアおよびプロパン、有機
金属原料としてのＴＭＧおよびＣｐ2 Ｍｇを約３０分間
流すことにより、ｐ型ＧａＮ層１０３を形成した。キャ
リアガスの流量はいずれも５リットル／分とし、有機金
属原料の流量はいずれも３０ｃｃ／分とした。また、ア
ンモニアおよびプロパンの流量は、それぞれ５リットル
／分および１０ｃｃ／分とした。さらに引き続いて、こ
れらのガスに１００ｃｃ／分の流量のＴＭＡを追加し
て、約８分間流すことによりｐ型ＡｌＧａＮ層１０４を
形成した。
で昇温・保持し、キャリアガスとしての水素および窒
素、ガス原料としてのアンモニアおよびプロパン、有機
金属原料としてのＴＭＧおよびＣｐ2 Ｍｇを約３０分間
流すことにより、ｐ型ＧａＮ層１０３を形成した。キャ
リアガスの流量はいずれも５リットル／分とし、有機金
属原料の流量はいずれも３０ｃｃ／分とした。また、ア
ンモニアおよびプロパンの流量は、それぞれ５リットル
／分および１０ｃｃ／分とした。さらに引き続いて、こ
れらのガスに１００ｃｃ／分の流量のＴＭＡを追加し
て、約８分間流すことによりｐ型ＡｌＧａＮ層１０４を
形成した。
【００１６】ＩｎＧａＮ活性層１０５の形成に当たって
は、ＳｉＣ基板１０１を８００℃まで降温・保持し、窒
素（１０リットル／分）、アンモニア（５リットル／
分）、ＴＭＧ（３０ｃｃ／分）、およびＴＭＩ（２００
ｃｃ／分）を約１０分間流した。
は、ＳｉＣ基板１０１を８００℃まで降温・保持し、窒
素（１０リットル／分）、アンモニア（５リットル／
分）、ＴＭＧ（３０ｃｃ／分）、およびＴＭＩ（２００
ｃｃ／分）を約１０分間流した。
【００１７】その後、ＳｉＣ基板１０１を再び１１００
℃まで昇温・保持し、キャリアガスとしての水素および
窒素、有機金属原料としてのＴＭＧおよびＴＭＡ、ガス
原料としてのアンモニアおよびシランを約８分間流すこ
とによりｎ型ＡｌＧａＮ層１０６を形成した。キャリア
ガスの流量は、いずれも５リットル／分とし、ＴＭＧお
よびＴＭＡの流量は、それぞれ３０ｃｃ／分および１０
０ｃｃ／分とした。また、アンモニアおよびシランの流
量は、それぞれ５リットル／分および１ｃｃ／分とし
た。これに引き続いてＴＭＡの供給を停止し、残りのガ
スを約１時間流すことにより、ｎ型ＧａＮ層１０７を形
成した。この後、窒素のみを１０リットル／分の流量で
流しながら室温まで冷却して、反応室から成長ウェハー
を取り出した。
℃まで昇温・保持し、キャリアガスとしての水素および
窒素、有機金属原料としてのＴＭＧおよびＴＭＡ、ガス
原料としてのアンモニアおよびシランを約８分間流すこ
とによりｎ型ＡｌＧａＮ層１０６を形成した。キャリア
ガスの流量は、いずれも５リットル／分とし、ＴＭＧお
よびＴＭＡの流量は、それぞれ３０ｃｃ／分および１０
０ｃｃ／分とした。また、アンモニアおよびシランの流
量は、それぞれ５リットル／分および１ｃｃ／分とし
た。これに引き続いてＴＭＡの供給を停止し、残りのガ
スを約１時間流すことにより、ｎ型ＧａＮ層１０７を形
成した。この後、窒素のみを１０リットル／分の流量で
流しながら室温まで冷却して、反応室から成長ウェハー
を取り出した。
【００１８】次いで、ｎ型ＧａＮ層１０７上に周知の熱
ＣＶＤ法などを用いてＳｉＯ2 膜１１０を０．５μｍの
厚さで成膜した後、このＳｉＯ2 膜にフォトエッチング
プロセスなどを施して幅１０μｍの孔を形成した。さら
に、この上に周知の真空蒸着法などにより厚さ５０ｎｍ
のＴｉ膜と３μｍのＡｕ膜とを順次形成して、Ｔｉ／Ａ
ｕ積層電極１１１とした。これと同様の厚さのＴｉ／Ａ
ｕ積層電極を、ＳｉＣ基板１０１の裏面にも形成した。
ＣＶＤ法などを用いてＳｉＯ2 膜１１０を０．５μｍの
厚さで成膜した後、このＳｉＯ2 膜にフォトエッチング
プロセスなどを施して幅１０μｍの孔を形成した。さら
に、この上に周知の真空蒸着法などにより厚さ５０ｎｍ
のＴｉ膜と３μｍのＡｕ膜とを順次形成して、Ｔｉ／Ａ
ｕ積層電極１１１とした。これと同様の厚さのＴｉ／Ａ
ｕ積層電極を、ＳｉＣ基板１０１の裏面にも形成した。
【００１９】このような素子においては、ｐ型ＧａＮ層
１０３およびｐ型ＡｌＧａＮ層１０４中にＣはおよそ１
×１０17ｃｍ-3の濃度で含まれている。これはアンドー
プのＧａＮ膜のキャリア濃度におよそ一致しているため
である。なお、Ｍｇの濃度は、ｐ型ＧａＮ層１０３中で
は約５×１０19ｃｍ-3であり、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０４
中では約３×１０19ｃｍ-3である。
１０３およびｐ型ＡｌＧａＮ層１０４中にＣはおよそ１
×１０17ｃｍ-3の濃度で含まれている。これはアンドー
プのＧａＮ膜のキャリア濃度におよそ一致しているため
である。なお、Ｍｇの濃度は、ｐ型ＧａＮ層１０３中で
は約５×１０19ｃｍ-3であり、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０４
中では約３×１０19ｃｍ-3である。
【００２０】上述した例においては、ｐ型層中の炭素濃
度を上記の値に設定したが、炭素濃度はこれに限定され
るものではない。残留ドナー濃度は結晶成長の条件によ
って異なるので、これを補償するための濃度も成長条件
に応じて適宜決定することができる。しかしながら、残
留ドナー濃度を補償し、ｐ型結晶の阻害要因にならない
ようにするためには、炭素濃度は１×１０16ｃｍ-3以上
１×１０19ｃｍ-3以下であることが必要であり、１×１
０18ｃｍ-3以下であることが望ましい。
度を上記の値に設定したが、炭素濃度はこれに限定され
るものではない。残留ドナー濃度は結晶成長の条件によ
って異なるので、これを補償するための濃度も成長条件
に応じて適宜決定することができる。しかしながら、残
留ドナー濃度を補償し、ｐ型結晶の阻害要因にならない
ようにするためには、炭素濃度は１×１０16ｃｍ-3以上
１×１０19ｃｍ-3以下であることが必要であり、１×１
０18ｃｍ-3以下であることが望ましい。
【００２１】このようにして作製したウェハーを３５０
μｍ×５００μｍの大きさにへき開し、レーザダイオー
ドチップとした。このチップは活性層中のＩｎ組成によ
るが、素子４２０ｎｍで室温連続発振し、今回作製した
ものについては、Ｉｎの平均組成比が８％程度の場合に
４２０ｎｍで発振した。 （実施例２）図２に、本発明の他の半導体レーザ２００
の断面構造を示す。半導体レーザ２００は、スピネル基
板２０１を有しており、そのスピネル基板２０１上にＡ
ｌＮバッファ層２０２が５０ｎｍの厚さで形成されてい
る。さらにバッファ層２０２の上には、ｎ型ＧａＮ層２
０３（４μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０４（５００ｎ
ｍ）、ＩｎＧａＮ活性層２０５（１００ｎｍ）、ｐ型Ａ
ｌＧａＮ層２０６（５００ｎｍ）、およびｐ型ＧａＮ層
２０７（３００ｎｍ）が順次形成されている。各層に
は、故意に不純物を添加することによりｐ型またはｎ型
の導電性を付与している。具体的には、ｐ型ＡｌＧａＮ
層２０６およびｐ型ＧａＮ層２０７に添加した不純物は
ＭｇおよびＣｄ（カドミウム）であり、ｎ型ＧａＮ層２
０３およびｎ型ＡｌＧａＮ層２０４に添加した不純物は
Ｓｉ（ケイ素）である。このような不純物のうちｐ型層
２０６および２０７中のＣｄが残留ドナーを補償する働
きをする。
μｍ×５００μｍの大きさにへき開し、レーザダイオー
ドチップとした。このチップは活性層中のＩｎ組成によ
るが、素子４２０ｎｍで室温連続発振し、今回作製した
ものについては、Ｉｎの平均組成比が８％程度の場合に
４２０ｎｍで発振した。 （実施例２）図２に、本発明の他の半導体レーザ２００
の断面構造を示す。半導体レーザ２００は、スピネル基
板２０１を有しており、そのスピネル基板２０１上にＡ
ｌＮバッファ層２０２が５０ｎｍの厚さで形成されてい
る。さらにバッファ層２０２の上には、ｎ型ＧａＮ層２
０３（４μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０４（５００ｎ
ｍ）、ＩｎＧａＮ活性層２０５（１００ｎｍ）、ｐ型Ａ
ｌＧａＮ層２０６（５００ｎｍ）、およびｐ型ＧａＮ層
２０７（３００ｎｍ）が順次形成されている。各層に
は、故意に不純物を添加することによりｐ型またはｎ型
の導電性を付与している。具体的には、ｐ型ＡｌＧａＮ
層２０６およびｐ型ＧａＮ層２０７に添加した不純物は
ＭｇおよびＣｄ（カドミウム）であり、ｎ型ＧａＮ層２
０３およびｎ型ＡｌＧａＮ層２０４に添加した不純物は
Ｓｉ（ケイ素）である。このような不純物のうちｐ型層
２０６および２０７中のＣｄが残留ドナーを補償する働
きをする。
【００２２】ｐ型ＧａＮ層２０７の上には、ＳｉＯ2 膜
２１１によって１０μｍの幅でストライプ化されたＴｉ
／Ａｕ積層電極２１０が形成されている。なお、このＴ
ｉ／Ａｕ積層電極２１０は、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜と厚
さ３μｍのＡｕ膜との積層構造からなり、これと同様の
積層電極２１０が、エッチングにより上方の層を除去し
て表面を露出させたｎ型ＧａＮ層２０３の上にも形成さ
れている。
２１１によって１０μｍの幅でストライプ化されたＴｉ
／Ａｕ積層電極２１０が形成されている。なお、このＴ
ｉ／Ａｕ積層電極２１０は、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜と厚
さ３μｍのＡｕ膜との積層構造からなり、これと同様の
積層電極２１０が、エッチングにより上方の層を除去し
て表面を露出させたｎ型ＧａＮ層２０３の上にも形成さ
れている。
【００２３】半導体レーザ２００は、前述の（実施例
１）と同様のＭＯＣＶＤ法により製造し、ｐ型層に添加
したＣｄの原料としては、ジメチルカドミウム（ＤＭＣ
ｄ）を用いた。ｐ型層中におけるＣｄ濃度が高すぎる場
合には、ｐ型領域でキャリアが捕獲されこの領域で発光
が生じ、活性層への注入が十分に行なわれないおそれが
ある。このため、Ｃｄ濃度は、１×１０18ｃｍ-3以下で
あることが望ましい。しかしながら、濃度が低すぎる場
合にはＣｄを添加する効果が現れないので１×１０15ｃ
ｍ-3以上の濃度であることが必要とされる。望ましくは
１×１０16ｃｍ-3以上１×１０17ｃｍ-3以下であると
き、ｐ型結晶のキャリア濃度は極大領域をもった。
１）と同様のＭＯＣＶＤ法により製造し、ｐ型層に添加
したＣｄの原料としては、ジメチルカドミウム（ＤＭＣ
ｄ）を用いた。ｐ型層中におけるＣｄ濃度が高すぎる場
合には、ｐ型領域でキャリアが捕獲されこの領域で発光
が生じ、活性層への注入が十分に行なわれないおそれが
ある。このため、Ｃｄ濃度は、１×１０18ｃｍ-3以下で
あることが望ましい。しかしながら、濃度が低すぎる場
合にはＣｄを添加する効果が現れないので１×１０15ｃ
ｍ-3以上の濃度であることが必要とされる。望ましくは
１×１０16ｃｍ-3以上１×１０17ｃｍ-3以下であると
き、ｐ型結晶のキャリア濃度は極大領域をもった。
【００２４】本実施例において基板として用いたスピネ
ルは、へき開性および導電性がＳｉＣに比べて乏しいの
で、閾値電流が前述の（実施例１）の場合より２割程度
高くなる。しかしながらスピネルは、ＳｉＣ基板に特有
な貫通欠陥を有していないので、出力を３割程度高くす
ることが可能であった。 （実施例３）図３に本実施例に関わる発光ダイオード３
００の断面構造を示す。発光ダイオード３００は、サフ
ァイア基板３０１を有しており、サファイア基板３０１
上には、ＧａＮバッファ層３０２（２０ｎｍ）、ｎ型Ｇ
ａＮ層３０３（４μｍ）、ＩｎＧａＮ発光層３０４（１
００ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０５（３００ｎｍ）、
およびｐ型ＧａＮ層３０６（５００ｎｍ）が順次積層さ
れている。各層には、不純物を故意に添加することによ
ってｐ型またはｎ型の導電性を付与している。具体的に
は、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０５およびｐ型ＧａＮ層３０６
に添加した不純物はＭｇおよびＦｅ（鉄）であり、ｎ型
ＧａＮ層３０３に添加した不純物はＳｉである。このう
ちｐ型層３０５および３０６中のＦｅが、残留ドナーを
補償する働きをする。Ｆｅはレベルが非常に深いので、
ｐ型層中に微量含まれていればよいが、１×１０13ｃｍ
-3以上１×１０16ｃｍ-3以下であることが望ましい。
ルは、へき開性および導電性がＳｉＣに比べて乏しいの
で、閾値電流が前述の（実施例１）の場合より２割程度
高くなる。しかしながらスピネルは、ＳｉＣ基板に特有
な貫通欠陥を有していないので、出力を３割程度高くす
ることが可能であった。 （実施例３）図３に本実施例に関わる発光ダイオード３
００の断面構造を示す。発光ダイオード３００は、サフ
ァイア基板３０１を有しており、サファイア基板３０１
上には、ＧａＮバッファ層３０２（２０ｎｍ）、ｎ型Ｇ
ａＮ層３０３（４μｍ）、ＩｎＧａＮ発光層３０４（１
００ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０５（３００ｎｍ）、
およびｐ型ＧａＮ層３０６（５００ｎｍ）が順次積層さ
れている。各層には、不純物を故意に添加することによ
ってｐ型またはｎ型の導電性を付与している。具体的に
は、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０５およびｐ型ＧａＮ層３０６
に添加した不純物はＭｇおよびＦｅ（鉄）であり、ｎ型
ＧａＮ層３０３に添加した不純物はＳｉである。このう
ちｐ型層３０５および３０６中のＦｅが、残留ドナーを
補償する働きをする。Ｆｅはレベルが非常に深いので、
ｐ型層中に微量含まれていればよいが、１×１０13ｃｍ
-3以上１×１０16ｃｍ-3以下であることが望ましい。
【００２５】ｐ型ＧａＮ層３０６の上には、厚さ２０ｎ
ｍのＮｉ膜と１μｍのＡｕ膜との積層構造からなるＮｉ
／Ａｕ積層電極３１０が形成されている。また、エッチ
ングにより上方の層を除去して表面を露出させたｎ型Ｇ
ａＮ層３０３には、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜と２μｍのＡ
ｕ膜との積層構造からなるＴｉ／Ａｕの積層構造３１１
が形成されている。
ｍのＮｉ膜と１μｍのＡｕ膜との積層構造からなるＮｉ
／Ａｕ積層電極３１０が形成されている。また、エッチ
ングにより上方の層を除去して表面を露出させたｎ型Ｇ
ａＮ層３０３には、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜と２μｍのＡ
ｕ膜との積層構造からなるＴｉ／Ａｕの積層構造３１１
が形成されている。
【００２６】本実施例の発光ダイオードにおける窒化物
化合物半導体の積層構造は、前述の（実施例１）と同様
のＭＯＣＶＤ法により作製した。各層の成長膜厚は成長
時間によって管理し、その後、走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）によって測定した。なお、残留ドナーを補償するた
めの不純物であるＦｅは、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０５およ
びｐ型ＧａＮ層３０６をエピタキシャル成長した後、イ
オン注入によって結晶中に導入した。また、ＩｎＧａＮ
発光層３０４中には発光中心としてＺｎ（亜鉛）および
Ｓｉを導入し、その原料としてはジメチルジンク（ＤＭ
Ｚｎ）およびシランを用いた。
化合物半導体の積層構造は、前述の（実施例１）と同様
のＭＯＣＶＤ法により作製した。各層の成長膜厚は成長
時間によって管理し、その後、走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）によって測定した。なお、残留ドナーを補償するた
めの不純物であるＦｅは、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０５およ
びｐ型ＧａＮ層３０６をエピタキシャル成長した後、イ
オン注入によって結晶中に導入した。また、ＩｎＧａＮ
発光層３０４中には発光中心としてＺｎ（亜鉛）および
Ｓｉを導入し、その原料としてはジメチルジンク（ＤＭ
Ｚｎ）およびシランを用いた。
【００２７】このようにして積層構造を形成した後、ｐ
型ＧａＮ層３０６、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０５およびＩｎ
ＧａＮ発光層３０４の一部の領域を、塩素ガスを用いた
ドライエッチングにより除去して、ｎ型ＧａＮ層３０３
を露出させ、このｎ型ＧａＮ層３０３上にｎ型電極３１
１を形成した。このウェハーを３５０μｍ角の大きさに
スクライブし、ステム上に設置し、ボンディング、モー
ルドして発光ダイオードランプを得た。このランプは波
長４５０ｎｍで発光し、順方向電流２０ｍＡで３ｍＷ程
度の出力を示した。
型ＧａＮ層３０６、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０５およびＩｎ
ＧａＮ発光層３０４の一部の領域を、塩素ガスを用いた
ドライエッチングにより除去して、ｎ型ＧａＮ層３０３
を露出させ、このｎ型ＧａＮ層３０３上にｎ型電極３１
１を形成した。このウェハーを３５０μｍ角の大きさに
スクライブし、ステム上に設置し、ボンディング、モー
ルドして発光ダイオードランプを得た。このランプは波
長４５０ｎｍで発光し、順方向電流２０ｍＡで３ｍＷ程
度の出力を示した。
【００２８】本実施例においては、残留ドナーを補償す
る不純物としてＦｅをｐ型層に添加したが、発光中心と
して発光層に添加するＺｎをｐ型層３０５および３０６
に微量添加しても同様の効果が得られる。ただし、Ｚｎ
のエネルギーレベルは鉄より浅いので、Ｚｎの濃度は１
×１０14ｃｍ-3以上１×１０17ｃｍ-3以下とすることが
望ましい。 （実施例４）図４に本実施例に係る発光ダイオード４０
０の断面構造を示す。発光ダイオード４００は、ｎ型Ｓ
ｉＣ基板４０１を有しており、このＳｉＣ基板４０１上
には、ｎ型ＧａＮ層４０２（１μｍ）、ＩｎＧａＮ発光
層４０３（１００ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層４０４（３
００ｎｍ）、およびｐ型ＧａＮ層４０５（５００ｎｍ）
が順次形成されている。各層には、不純物を故意に添加
することによってｐ型またはｎ型の導電性を付与してい
る。具体的には、ｐ型ＡｌＧａＮ層４０４およびｐ型Ｇ
ａＮ層４０５に添加した不純物はＭｇおよびＴｉ（チタ
ン）であり、ｎ型ＧａＮ層４０２に添加した不純物はＳ
ｉである。このうちｐ型層４０４および４０５中のＴｉ
が残留ドナーを補償する働きをする。なお、このＴｉ
は、膜成長後に蒸着・熱拡散によってｐ型層４０４およ
び４０５に導入した。
る不純物としてＦｅをｐ型層に添加したが、発光中心と
して発光層に添加するＺｎをｐ型層３０５および３０６
に微量添加しても同様の効果が得られる。ただし、Ｚｎ
のエネルギーレベルは鉄より浅いので、Ｚｎの濃度は１
×１０14ｃｍ-3以上１×１０17ｃｍ-3以下とすることが
望ましい。 （実施例４）図４に本実施例に係る発光ダイオード４０
０の断面構造を示す。発光ダイオード４００は、ｎ型Ｓ
ｉＣ基板４０１を有しており、このＳｉＣ基板４０１上
には、ｎ型ＧａＮ層４０２（１μｍ）、ＩｎＧａＮ発光
層４０３（１００ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層４０４（３
００ｎｍ）、およびｐ型ＧａＮ層４０５（５００ｎｍ）
が順次形成されている。各層には、不純物を故意に添加
することによってｐ型またはｎ型の導電性を付与してい
る。具体的には、ｐ型ＡｌＧａＮ層４０４およびｐ型Ｇ
ａＮ層４０５に添加した不純物はＭｇおよびＴｉ（チタ
ン）であり、ｎ型ＧａＮ層４０２に添加した不純物はＳ
ｉである。このうちｐ型層４０４および４０５中のＴｉ
が残留ドナーを補償する働きをする。なお、このＴｉ
は、膜成長後に蒸着・熱拡散によってｐ型層４０４およ
び４０５に導入した。
【００２９】ｐ型ＧａＮ層４０５の上には、厚さ５０ｎ
ｍのＴｉ膜と２μｍのＡｕ膜との積層構造からなるＴｉ
／Ａｕ積層電極４１０が形成されている。これと同様の
Ｔｉ／Ａｕ積層電極４１０は、ｎ型ＳｉＣ基板４０１の
裏面にも形成されている。
ｍのＴｉ膜と２μｍのＡｕ膜との積層構造からなるＴｉ
／Ａｕ積層電極４１０が形成されている。これと同様の
Ｔｉ／Ａｕ積層電極４１０は、ｎ型ＳｉＣ基板４０１の
裏面にも形成されている。
【００３０】この発光ダイオード４００は、アンモニア
ガスを用いたガスソースＭＢＥ法により製造した。３族
用の蒸発用ルツボには、Ｇａ（ガリウム）金属、Ｉｎ
（インジウム）金属およびＡｌ（アルミニウム）金属を
収容し、それぞれ所定温度に加熱した。Ｇａ金属の加熱
温度は１０５０℃であり、Ｉｎ金属は７５０℃、Ａｌ金
属は１０６０℃にそれぞれ加熱した。ガスの導入には、
内部にアルミファイバを充填したクラッキングガスセル
を使用し、５００℃に加熱して、ガスを直接基板に吹き
付けるようにして５ｃｃ／分の速度で供給した。
ガスを用いたガスソースＭＢＥ法により製造した。３族
用の蒸発用ルツボには、Ｇａ（ガリウム）金属、Ｉｎ
（インジウム）金属およびＡｌ（アルミニウム）金属を
収容し、それぞれ所定温度に加熱した。Ｇａ金属の加熱
温度は１０５０℃であり、Ｉｎ金属は７５０℃、Ａｌ金
属は１０６０℃にそれぞれ加熱した。ガスの導入には、
内部にアルミファイバを充填したクラッキングガスセル
を使用し、５００℃に加熱して、ガスを直接基板に吹き
付けるようにして５ｃｃ／分の速度で供給した。
【００３１】まず、ＳｉＣ基板４０１を有機洗浄および
酸洗浄し、洗浄後の基板を、加熱可能なサセプタに装着
して反応室内に導入した。その後、９００℃で３０分間
ＳｉＣ基板４０１を加熱し、次いで６５０℃の温度に保
持して基板上への半導体層の成膜を行なう。
酸洗浄し、洗浄後の基板を、加熱可能なサセプタに装着
して反応室内に導入した。その後、９００℃で３０分間
ＳｉＣ基板４０１を加熱し、次いで６５０℃の温度に保
持して基板上への半導体層の成膜を行なう。
【００３２】成膜に当たっては、アンモニアガスをクラ
ッキングガスセルから供給しながら、まずＧａおよびＳ
ｉのシャッタを開けて約０．５μｍ／時の成膜速度で膜
厚１μｍのｎ型ＧａＮ層４０２を形成した。次いで、Ｉ
ｎおよびＧａのシャッタを開けてＩｎＧａＮ発光層４０
３を形成し、さらにＡｌ，ＧａおよびＭｇのシャッタを
開けてＡｌＧａＮ層４０４、ＧａおよびＭｇのシャッタ
を開けてＧａＮ層４０５を順次形成した。
ッキングガスセルから供給しながら、まずＧａおよびＳ
ｉのシャッタを開けて約０．５μｍ／時の成膜速度で膜
厚１μｍのｎ型ＧａＮ層４０２を形成した。次いで、Ｉ
ｎおよびＧａのシャッタを開けてＩｎＧａＮ発光層４０
３を形成し、さらにＡｌ，ＧａおよびＭｇのシャッタを
開けてＡｌＧａＮ層４０４、ＧａおよびＭｇのシャッタ
を開けてＧａＮ層４０５を順次形成した。
【００３３】これらの膜を形成した後、アンモニアガス
の供給を停止し、続けて反応室内でスパッタ法等により
厚さ３００ｎｍのＴｉ膜をＧａＮ層４０５の上に成膜し
た。その後、１０００℃まで昇温し、ＴｉをＡｌＧａＮ
層７４およびＧａＮ層４０５中に拡散させることによっ
て、ＡｌＧａＮ層４０４およびＧａＮ層４０５をｐ型化
した。このとき、ＡｌＧａＮ層４０４およびＧａＮ層４
０５中へのＴｉの拡散量は、Ｔｉ膜の膜厚および熱処理
の温度によって制御することができる。Ｔｉのレベルは
非常に深いので、ＴｉはＭｇドープＧａＮ系半導体中に
微量含有されていればよい。具体的には、ｐ型層中にお
けるＴｉ濃度は、１×１０13ｃｍ-3以上１×１０16ｃｍ
-3以下であることが望ましい。
の供給を停止し、続けて反応室内でスパッタ法等により
厚さ３００ｎｍのＴｉ膜をＧａＮ層４０５の上に成膜し
た。その後、１０００℃まで昇温し、ＴｉをＡｌＧａＮ
層７４およびＧａＮ層４０５中に拡散させることによっ
て、ＡｌＧａＮ層４０４およびＧａＮ層４０５をｐ型化
した。このとき、ＡｌＧａＮ層４０４およびＧａＮ層４
０５中へのＴｉの拡散量は、Ｔｉ膜の膜厚および熱処理
の温度によって制御することができる。Ｔｉのレベルは
非常に深いので、ＴｉはＭｇドープＧａＮ系半導体中に
微量含有されていればよい。具体的には、ｐ型層中にお
けるＴｉ濃度は、１×１０13ｃｍ-3以上１×１０16ｃｍ
-3以下であることが望ましい。
【００３４】このようにして作製した発光ダイオード７
０では、Ｔｉをｐ型層４０４および４０５に添加しない
ときと比べて発光強度に改善がみられ、光出力としては
発光波長４３０ｎｍで５ｍＷ程度の値が得られた。 （実施例５）図５に、本実施例に係るＺｎＳｅ系半導体
レーザ５００の断面構造を示す。ＺｎＳｅ系材料におい
ても、ｐ型高キャリア濃度結晶の実現は困難であり、そ
の阻害要因としてＳｅ空孔が考えられる。半導体レーザ
５００は、ＧａＡｓ基板５０１を有しており、このＧａ
Ａｓ基板５０１上には、ＧａＡｓバッファ層５０２、ｎ
型ＺｎＳｅ層５０３、ＣｄＺｎＳｅ活性層５０４、およ
びｐ型ＺｎＳｅ層５０５が順次形成されている。各層
は、周知のＭＯＣＶＤ法を用いて形成することができ、
ｎ型ＺｎＳｅ層５０３およびｐ型ＺｎＳｅ層５０５に
は、故意に不純物を添加することによってそれぞれの導
電性を付与している。具体的には、ｎ型ＺｎＳｅ層５０
３に添加した不純物はＣｌであり、ｐ型ＺｎＳｅ層５０
５に添加した不純物は窒素（Ｎ）およびヒ素（Ａｓ）で
ある。このうち、ｐ型層５０５中のＡｓが残留ドナーを
補償する働きをする。
０では、Ｔｉをｐ型層４０４および４０５に添加しない
ときと比べて発光強度に改善がみられ、光出力としては
発光波長４３０ｎｍで５ｍＷ程度の値が得られた。 （実施例５）図５に、本実施例に係るＺｎＳｅ系半導体
レーザ５００の断面構造を示す。ＺｎＳｅ系材料におい
ても、ｐ型高キャリア濃度結晶の実現は困難であり、そ
の阻害要因としてＳｅ空孔が考えられる。半導体レーザ
５００は、ＧａＡｓ基板５０１を有しており、このＧａ
Ａｓ基板５０１上には、ＧａＡｓバッファ層５０２、ｎ
型ＺｎＳｅ層５０３、ＣｄＺｎＳｅ活性層５０４、およ
びｐ型ＺｎＳｅ層５０５が順次形成されている。各層
は、周知のＭＯＣＶＤ法を用いて形成することができ、
ｎ型ＺｎＳｅ層５０３およびｐ型ＺｎＳｅ層５０５に
は、故意に不純物を添加することによってそれぞれの導
電性を付与している。具体的には、ｎ型ＺｎＳｅ層５０
３に添加した不純物はＣｌであり、ｐ型ＺｎＳｅ層５０
５に添加した不純物は窒素（Ｎ）およびヒ素（Ａｓ）で
ある。このうち、ｐ型層５０５中のＡｓが残留ドナーを
補償する働きをする。
【００３５】ＺｎＳｅ系半導体層においては、残留ドナ
ー濃度が２×１０16ｃｍ-3程度であることから、ｐ型層
５０５に添加するＡｓの濃度は、１×１０15ｃｍ-3以上
１×１０17ｃｍ-3以下であることが望ましい。このとき
には、ｐ型層５０５は２×１０18ｃｍ-3程度のキャリア
濃度を有しており、波長５００ｎｍで発振した。
ー濃度が２×１０16ｃｍ-3程度であることから、ｐ型層
５０５に添加するＡｓの濃度は、１×１０15ｃｍ-3以上
１×１０17ｃｍ-3以下であることが望ましい。このとき
には、ｐ型層５０５は２×１０18ｃｍ-3程度のキャリア
濃度を有しており、波長５００ｎｍで発振した。
【００３６】上述した例においては、残留ドナーを補償
する不純物としてＡｓを用いたが、Ｏ（酸素），Ｐ（リ
ン），ＴｉおよびＮｉ（ニッケル）などを用いることも
可能である。ここで挙げた不純物の好ましい濃度は、そ
の種類によって異なり、例えば、ＯおよびＰの場合には
１×１０15ｃｍ-3以上１×１０17以下であることが好ま
しく、ＴｉおよびＮｉの場合には１×１０14ｃｍ-3以上
１×１０17ｃｍ-3以下であることが好ましい。かかる範
囲の濃度で添加した場合には、前述と同等の効果が得ら
れる。 （実施例６）図６に、本実施例に係る４Ｈ型炭化ケイ素
（ＳｉＣ）による電子デバイス（ＭＯＳＦＥＴ）６００
の断面構造を示す。図示する電子デバイス６００におい
ては、ｎ型ＳｉＣ基板６０１にイオン注入により２つの
ｐ型層６０２が離間して形成されており、このｐ型層６
０２上にソースおよびドレイン電極６０５が設けられて
いる。また、２つのｐ型層６０２に挟まれた領域の上に
は、酸化膜６０３を介したゲート電極６０４が形成され
ている。
する不純物としてＡｓを用いたが、Ｏ（酸素），Ｐ（リ
ン），ＴｉおよびＮｉ（ニッケル）などを用いることも
可能である。ここで挙げた不純物の好ましい濃度は、そ
の種類によって異なり、例えば、ＯおよびＰの場合には
１×１０15ｃｍ-3以上１×１０17以下であることが好ま
しく、ＴｉおよびＮｉの場合には１×１０14ｃｍ-3以上
１×１０17ｃｍ-3以下であることが好ましい。かかる範
囲の濃度で添加した場合には、前述と同等の効果が得ら
れる。 （実施例６）図６に、本実施例に係る４Ｈ型炭化ケイ素
（ＳｉＣ）による電子デバイス（ＭＯＳＦＥＴ）６００
の断面構造を示す。図示する電子デバイス６００におい
ては、ｎ型ＳｉＣ基板６０１にイオン注入により２つの
ｐ型層６０２が離間して形成されており、このｐ型層６
０２上にソースおよびドレイン電極６０５が設けられて
いる。また、２つのｐ型層６０２に挟まれた領域の上に
は、酸化膜６０３を介したゲート電極６０４が形成され
ている。
【００３７】ＳｉＣには、ドナー不純物である窒素が非
常に取り込まれやすく、また活性化率が非常に高いた
め、窒素が残留ドナーとして結晶中に存在している。こ
れに起因して、ｐ型高キャリア濃度結晶を作製すること
は困難である。ＳｉＣ層にｐ型導電性を付与する際に
は、通常、ＡｌやＢ（ホウ素）がアクセプター性不純物
として用いられるが、同時にＩｎ，ＧａおよびＳｃなど
から選択される不純物を添加することによって、残留ド
ナーを補償して高キャリア濃度のｐ型結晶を形成するこ
とができる。なお、これらの濃度としては、１×１０14
ｃｍ-3以上５×１０16ｃｍ-3以下であることが望まし
い。
常に取り込まれやすく、また活性化率が非常に高いた
め、窒素が残留ドナーとして結晶中に存在している。こ
れに起因して、ｐ型高キャリア濃度結晶を作製すること
は困難である。ＳｉＣ層にｐ型導電性を付与する際に
は、通常、ＡｌやＢ（ホウ素）がアクセプター性不純物
として用いられるが、同時にＩｎ，ＧａおよびＳｃなど
から選択される不純物を添加することによって、残留ド
ナーを補償して高キャリア濃度のｐ型結晶を形成するこ
とができる。なお、これらの濃度としては、１×１０14
ｃｍ-3以上５×１０16ｃｍ-3以下であることが望まし
い。
【００３８】上述したような残留ドナーを補償する不純
物は、例えばイオン注入によってアクセプター性不純物
と同時にｐ型層に添加することができる。通常、ＳｉＣ
に不純物を注入するに当たっては、１０００℃程度の温
度で注入した後、１５００℃以上の温度での熱処理が必
要とされるが、不純物種によっては、このような高温熱
処理を必要としないものもある。その場合には、まず、
ＡｌやＢを高温で注入して熱処理を施し、次いで、６０
０℃程度の温度に降温してＩｎなどの不純物を注入する
ことが可能である。
物は、例えばイオン注入によってアクセプター性不純物
と同時にｐ型層に添加することができる。通常、ＳｉＣ
に不純物を注入するに当たっては、１０００℃程度の温
度で注入した後、１５００℃以上の温度での熱処理が必
要とされるが、不純物種によっては、このような高温熱
処理を必要としないものもある。その場合には、まず、
ＡｌやＢを高温で注入して熱処理を施し、次いで、６０
０℃程度の温度に降温してＩｎなどの不純物を注入する
ことが可能である。
【００３９】また、アクセプター性不純物としてのＢ
は、高温の熱処理時に外方拡散するおそれがあり、これ
を抑制するには、熱処理を施す前にＩｎ，ＧａおよびＳ
ｃなどの残留ドナーを補償する不純物を表面に蒸着し、
その後、熱処理を施すことが有効である。さらに、Ｂよ
りも２桁程度低い濃度で、第３の不純物としての酸素や
水素を注入した場合にも、外方拡散を抑制することがで
きる。 （実施例７）図７に、本実施例に関わる半導体レーザ７
００の断面図を示す。半導体レーザ７００は、ｎ型Ｓｉ
Ｃ基板７０１を有しており、そのＳｉＣ基板７０１上に
格子不整合を緩和させることを目的としたＡｌＮバッフ
ァ層７０２が５ｎｍの膜厚で形成されている。さらに、
ＡｌＮバッファ層７０２の上に、ｎ型ＧａＮ層７０３
（２μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層７０４（５００ｎｍ）、
ＩｎＧａＮ活性層７０５（１０ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ
層７０６（５００ｎｍ）、およびｐ型ＧａＮ層７０７
（３００ｎｍ）が順次形成されている。各層には、不純
物を故意に添加することによってｐ型またはｎ型の導電
性を付与している。具体的には、ｎ型ＧａＮ層７０３お
よびｎ型ＡｌＧａＮ層７０４に添加した不純物はＳｉで
あり、ｐ型ＡｌＧａＮ層７０６およびｐ型ＧａＮ層７０
７に添加した不純物はＭｇ、ＣおよびＺｎである。この
うち、ｐ型層７０６および７０７に添加したＣが残留ド
ナーを補償するための不純物である。なお、ｐ型層に同
時に添加したＺｎもアクセプター性不純物であるため、
Ｃ等、他の不純物を添加した場合と同様の効果が期待で
きる。ただしＺｎは、Ｍｇと同時に添加した場合でもｐ
型ＧａＮ系結晶は得られず、本発明の示す効果は見られ
なかった。これは、Ｚｎの不純物レベルの深さが他の不
純物と比較して浅いためと思われる。
は、高温の熱処理時に外方拡散するおそれがあり、これ
を抑制するには、熱処理を施す前にＩｎ，ＧａおよびＳ
ｃなどの残留ドナーを補償する不純物を表面に蒸着し、
その後、熱処理を施すことが有効である。さらに、Ｂよ
りも２桁程度低い濃度で、第３の不純物としての酸素や
水素を注入した場合にも、外方拡散を抑制することがで
きる。 （実施例７）図７に、本実施例に関わる半導体レーザ７
００の断面図を示す。半導体レーザ７００は、ｎ型Ｓｉ
Ｃ基板７０１を有しており、そのＳｉＣ基板７０１上に
格子不整合を緩和させることを目的としたＡｌＮバッフ
ァ層７０２が５ｎｍの膜厚で形成されている。さらに、
ＡｌＮバッファ層７０２の上に、ｎ型ＧａＮ層７０３
（２μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層７０４（５００ｎｍ）、
ＩｎＧａＮ活性層７０５（１０ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ
層７０６（５００ｎｍ）、およびｐ型ＧａＮ層７０７
（３００ｎｍ）が順次形成されている。各層には、不純
物を故意に添加することによってｐ型またはｎ型の導電
性を付与している。具体的には、ｎ型ＧａＮ層７０３お
よびｎ型ＡｌＧａＮ層７０４に添加した不純物はＳｉで
あり、ｐ型ＡｌＧａＮ層７０６およびｐ型ＧａＮ層７０
７に添加した不純物はＭｇ、ＣおよびＺｎである。この
うち、ｐ型層７０６および７０７に添加したＣが残留ド
ナーを補償するための不純物である。なお、ｐ型層に同
時に添加したＺｎもアクセプター性不純物であるため、
Ｃ等、他の不純物を添加した場合と同様の効果が期待で
きる。ただしＺｎは、Ｍｇと同時に添加した場合でもｐ
型ＧａＮ系結晶は得られず、本発明の示す効果は見られ
なかった。これは、Ｚｎの不純物レベルの深さが他の不
純物と比較して浅いためと思われる。
【００４０】ｐ型ＧａＮ層７０７の上には、ＳｉＯ2 膜
７１０によって１０μｍの幅でストライプ化されたＮｉ
／Ａｕ積層電極７１１がオーミック電極として形成され
ている。このＮｉ／Ａｕ積層電極７１１は、厚さ２００
ｎｍのＮｉ膜と２μｍのＡｕ膜との積層構造により形成
されており、これと同様の電極がｎ型ＳｉＣ基板７０１
の裏面にも形成されている。
７１０によって１０μｍの幅でストライプ化されたＮｉ
／Ａｕ積層電極７１１がオーミック電極として形成され
ている。このＮｉ／Ａｕ積層電極７１１は、厚さ２００
ｎｍのＮｉ膜と２μｍのＡｕ膜との積層構造により形成
されており、これと同様の電極がｎ型ＳｉＣ基板７０１
の裏面にも形成されている。
【００４１】この半導体レーザ７００は、前述の実施例
１と同様の原料および装置を用いて製造した。なお、ｐ
型層に添加するＺｎの原料としてはジメチル亜鉛を用い
た。このようにして作製したウェハーを３５０μｍ×５
００μｍの大きさにへき開し、レーザダイオードチップ
とした。このチップは活性層中のＩｎ組成によるが、波
長４１０ｎｍ、電流値５０ｍＡで室温連続発振した。 （実施例８）図８に、本実施例に関わる半導体レーザ８
００の断面構造を示す。半導体レーザ８００は、ｃ面を
主面とするサファイア基板８０１を有しており、サファ
イア基板８０１上には、厚さ５０ｎｍのＧａＮバッファ
層８０２が形成されている。ＧａＮバッファ層８０２の
上には、ｎ型ＧａＮコンタクト層８０３（２μｍ）、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層８０４（５００ｎｍ）、ＩｎＧ
ａＮ活性層８０５（５０ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層８０６（５００ｎｍ）、およびｐ型ＧａＮコンタク
ト層８０７（３００ｎｍ）が順次形成されている。各層
中には、不純物を故意の添加することによってｐ型また
はｎ型の導電性を付与している。具体的には、ｎ型Ｇａ
Ｎ層８０３およびｎ型ＡｌＧａＮクラッド層８０４に添
加した不純物はＳｉであり、ｐ型ＡｌＧａＮ層８０６お
よびｐ型ＧａＮ層８０７に添加した不純物はＭｇ、Ｓｉ
およびＣである。このような不純物のうち、ｐ型層８０
６および８０７に添加したＣが、残留ドナーを補償する
働きをする。
１と同様の原料および装置を用いて製造した。なお、ｐ
型層に添加するＺｎの原料としてはジメチル亜鉛を用い
た。このようにして作製したウェハーを３５０μｍ×５
００μｍの大きさにへき開し、レーザダイオードチップ
とした。このチップは活性層中のＩｎ組成によるが、波
長４１０ｎｍ、電流値５０ｍＡで室温連続発振した。 （実施例８）図８に、本実施例に関わる半導体レーザ８
００の断面構造を示す。半導体レーザ８００は、ｃ面を
主面とするサファイア基板８０１を有しており、サファ
イア基板８０１上には、厚さ５０ｎｍのＧａＮバッファ
層８０２が形成されている。ＧａＮバッファ層８０２の
上には、ｎ型ＧａＮコンタクト層８０３（２μｍ）、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層８０４（５００ｎｍ）、ＩｎＧ
ａＮ活性層８０５（５０ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層８０６（５００ｎｍ）、およびｐ型ＧａＮコンタク
ト層８０７（３００ｎｍ）が順次形成されている。各層
中には、不純物を故意の添加することによってｐ型また
はｎ型の導電性を付与している。具体的には、ｎ型Ｇａ
Ｎ層８０３およびｎ型ＡｌＧａＮクラッド層８０４に添
加した不純物はＳｉであり、ｐ型ＡｌＧａＮ層８０６お
よびｐ型ＧａＮ層８０７に添加した不純物はＭｇ、Ｓｉ
およびＣである。このような不純物のうち、ｐ型層８０
６および８０７に添加したＣが、残留ドナーを補償する
働きをする。
【００４２】ｐ型ＧａＮ層８０７の上には、ＳｉＯ2 膜
８１０によって１０μｍの幅でストライプ化されたＮｉ
／Ａｕ積層電極８１１が形成されている。このＮｉ／Ａ
ｕ積層電極８１１と同一の厚さのＴｉ／Ａｕ積層電極８
１２が、エッチングにより上方の層を除去して表面を露
出させたｎ型ＧａＮ層８０３の上にも形成されている。
８１０によって１０μｍの幅でストライプ化されたＮｉ
／Ａｕ積層電極８１１が形成されている。このＮｉ／Ａ
ｕ積層電極８１１と同一の厚さのＴｉ／Ａｕ積層電極８
１２が、エッチングにより上方の層を除去して表面を露
出させたｎ型ＧａＮ層８０３の上にも形成されている。
【００４３】以下に、半導体レーザ８００の製造方法を
順に説明する。この半導体レーザ８００は、周知のＭＯ
ＣＶＤ法による気相成長を用いて製造した。有機金属原
料としては、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩおよびＣｐ2 Ｍｇ
を用い、ガス原料としては、アンモニア、ＳｉＨ4 およ
びＣ3 Ｈ8 を用いた。また、キャリアガスとして水素お
よび窒素を用いた。
順に説明する。この半導体レーザ８００は、周知のＭＯ
ＣＶＤ法による気相成長を用いて製造した。有機金属原
料としては、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩおよびＣｐ2 Ｍｇ
を用い、ガス原料としては、アンモニア、ＳｉＨ4 およ
びＣ3 Ｈ8 を用いた。また、キャリアガスとして水素お
よび窒素を用いた。
【００４４】なお、有機金属原料は上述したものに限定
されず、例えば、メチル基の代わりにエチル基の結合し
たトリエチルガリウム（ＴＥＧ）を用いることも可能で
ある。さらに、Ｃｐ2 Ｍｇの代わりにメチルビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウムなどを用いることも可能で
ある。
されず、例えば、メチル基の代わりにエチル基の結合し
たトリエチルガリウム（ＴＥＧ）を用いることも可能で
ある。さらに、Ｃｐ2 Ｍｇの代わりにメチルビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウムなどを用いることも可能で
ある。
【００４５】上述した有機金属原料のうち、ＳｉＨ4 と
Ｃ3 Ｈ8 との２種類のガスを同時に用いれば、ｐ型層に
ＳｉとＣとを同時に導入することができる。なお、この
ように２種類の原料を用いる以外にも、ヘキサメチルジ
シラン（（ＣＨ3 ）6 Ｓｉ2）などの有機原料を１種類
のみ用いることによって、ｐ型層中にＳｉとＣとを同時
に添加することも可能である。
Ｃ3 Ｈ8 との２種類のガスを同時に用いれば、ｐ型層に
ＳｉとＣとを同時に導入することができる。なお、この
ように２種類の原料を用いる以外にも、ヘキサメチルジ
シラン（（ＣＨ3 ）6 Ｓｉ2）などの有機原料を１種類
のみ用いることによって、ｐ型層中にＳｉとＣとを同時
に添加することも可能である。
【００４６】まず、有機洗浄・酸洗浄によってサファイ
ア基板８０１を処理した後、このサファイア基板を、Ｍ
ＯＣＶＤ装置の反応室内に載置され、高周波によって加
熱されるサセプタ上に装着した。次に、常圧で水素を２
０リットル／分の流量で流しながら、温度を１２００℃
で約１０分間、気相エッチングを施すことによって、サ
ファイア基板８０１の表面に形成された自然酸化膜を除
去した。
ア基板８０１を処理した後、このサファイア基板を、Ｍ
ＯＣＶＤ装置の反応室内に載置され、高周波によって加
熱されるサセプタ上に装着した。次に、常圧で水素を２
０リットル／分の流量で流しながら、温度を１２００℃
で約１０分間、気相エッチングを施すことによって、サ
ファイア基板８０１の表面に形成された自然酸化膜を除
去した。
【００４７】基板上への半導体膜の成膜に当たっては、
まず、サファイア基板８０１を５５０℃まで降温し、水
素、窒素、アンモニアおよびＴＭＧを約４分間流すこと
により、ＧａＮバッファ層８０２を形成した。なお、水
素、窒素、アンモニアおよびＴＭＧの流量は、それぞれ
１５リットル／分、５リットル／分、１０リットル／
分、および３０ｃｃ／分とした。その後、ＴＭＧの供給
を停止し、１２分間かけて温度を１１００℃まで上昇さ
せた。
まず、サファイア基板８０１を５５０℃まで降温し、水
素、窒素、アンモニアおよびＴＭＧを約４分間流すこと
により、ＧａＮバッファ層８０２を形成した。なお、水
素、窒素、アンモニアおよびＴＭＧの流量は、それぞれ
１５リットル／分、５リットル／分、１０リットル／
分、および３０ｃｃ／分とした。その後、ＴＭＧの供給
を停止し、１２分間かけて温度を１１００℃まで上昇さ
せた。
【００４８】続いて、サファイア基板８０１を１１００
℃で保持し、水素（１５リットル／分）、窒素（５リッ
トル／分）、アンモニア（１０リットル／分）、ＴＭＧ
（１００ｃｃ／分）、およびＳｉＨ4 （８ｃｃ／分）を
約６０分間流すことにより、ｎ型ＧａＮ層８０３を形成
した。なお、ＳｉＨ4 は、水素によって１０ｐｐｍに稀
釈して用いた。さらに引き続いて、これらの原料に５０
ｃｃ／分の流量のＴＭＡを追加して、約１０分間流すこ
とによりｎ型ＡｌＧａＮ層８０４を形成した。
℃で保持し、水素（１５リットル／分）、窒素（５リッ
トル／分）、アンモニア（１０リットル／分）、ＴＭＧ
（１００ｃｃ／分）、およびＳｉＨ4 （８ｃｃ／分）を
約６０分間流すことにより、ｎ型ＧａＮ層８０３を形成
した。なお、ＳｉＨ4 は、水素によって１０ｐｐｍに稀
釈して用いた。さらに引き続いて、これらの原料に５０
ｃｃ／分の流量のＴＭＡを追加して、約１０分間流すこ
とによりｎ型ＡｌＧａＮ層８０４を形成した。
【００４９】次に、サファイア基板８０１を８００℃ま
で降温・保持し、窒素（２０リットル／分）、アンモニ
ア（１０リットル／分）、ＴＭＧ（３０ｃｃ／分）、お
よびＴＭＩ（２００ｃｃ／分）を約１０分間流すことに
よりＩｎＧａＮ活性層８０５を形成した。
で降温・保持し、窒素（２０リットル／分）、アンモニ
ア（１０リットル／分）、ＴＭＧ（３０ｃｃ／分）、お
よびＴＭＩ（２００ｃｃ／分）を約１０分間流すことに
よりＩｎＧａＮ活性層８０５を形成した。
【００５０】その後、サファイア基板８０１を再び１１
００℃まで昇温・保持し、窒素（２０リットル／分）、
アンモニア（１０リットル／分）、ＴＭＧ（３０ｃｃ／
分）、ＴＭＡ（１００ｃｃ／分）、Ｃｐ2 Ｍｇ（１５０
ｃｃ／分）、ＳｉＨ4 （１ｃｃ／分）、およびＣ3 Ｈ8
（０．２ｃｃ／分）を、約１０分間流すことによりｐ型
ＡｌＧａＮ層８０６を形成した。これに引き続いてＴＭ
Ａの供給を停止し、残りの原料ガスを約１０分間流すこ
とによって、ｐ型ＧａＮ層８０７を形成した。
００℃まで昇温・保持し、窒素（２０リットル／分）、
アンモニア（１０リットル／分）、ＴＭＧ（３０ｃｃ／
分）、ＴＭＡ（１００ｃｃ／分）、Ｃｐ2 Ｍｇ（１５０
ｃｃ／分）、ＳｉＨ4 （１ｃｃ／分）、およびＣ3 Ｈ8
（０．２ｃｃ／分）を、約１０分間流すことによりｐ型
ＡｌＧａＮ層８０６を形成した。これに引き続いてＴＭ
Ａの供給を停止し、残りの原料ガスを約１０分間流すこ
とによって、ｐ型ＧａＮ層８０７を形成した。
【００５１】ｐ型層８０６および８０７中に添加される
Ｓｉは、Ｍｇの拡散を抑制する作用を有する。また、こ
のようにＳｉを添加することによって、結晶のエッチン
グを容易に行なうことができる。なおＭｇが、水素や酸
素と結合した場合にはアクセプタとなることが阻害され
るが、Ｓｉを添加することによって、そのような望まし
くない結合を抑制することもできる。しかしながら、Ｇ
ａＮ系半導体中のＳｉは、それ自身がドナーとして作用
するため、過剰に添加した場合にはｐ型化が阻害される
おそれがある。具体的には、ｐ型層中におけるＳｉの濃
度は６×１０16ｃｍ-3以上２×１０19ｃｍ-3以下である
ことが望ましい。一方、炭素は、同時に添加されたＳｉ
と残留ドナーとを同時に補償する必要があるので、その
濃度は、１×１０16ｃｍ-3以上であることが好ましい。
Ｓｉは、Ｍｇの拡散を抑制する作用を有する。また、こ
のようにＳｉを添加することによって、結晶のエッチン
グを容易に行なうことができる。なおＭｇが、水素や酸
素と結合した場合にはアクセプタとなることが阻害され
るが、Ｓｉを添加することによって、そのような望まし
くない結合を抑制することもできる。しかしながら、Ｇ
ａＮ系半導体中のＳｉは、それ自身がドナーとして作用
するため、過剰に添加した場合にはｐ型化が阻害される
おそれがある。具体的には、ｐ型層中におけるＳｉの濃
度は６×１０16ｃｍ-3以上２×１０19ｃｍ-3以下である
ことが望ましい。一方、炭素は、同時に添加されたＳｉ
と残留ドナーとを同時に補償する必要があるので、その
濃度は、１×１０16ｃｍ-3以上であることが好ましい。
【００５２】この後、アンモニア（１０リットル／
分）、および窒素（２０リットル／分）を流しながら３
５０℃まで冷却した。さらにアンモニアの供給のみを停
止した後、室温まで冷却し、反応室からウェハーを取り
出した。
分）、および窒素（２０リットル／分）を流しながら３
５０℃まで冷却した。さらにアンモニアの供給のみを停
止した後、室温まで冷却し、反応室からウェハーを取り
出した。
【００５３】次いで、ｐ型ＧａＮ層８０７上に周知の熱
ＣＶＤ法などを用いてＳｉＯ2 膜８１０を０．５μｍの
厚さで成膜し、フォトエッチングプロセスなどを施して
幅１５０μｍの縞状構造を形成した。ＳｉＯ2 膜８１０
が除去されたｐ型ＧａＮ層８０７部分を、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎ層８０６、ＩｎＧａＮ活性層８０５およびｎ型ＡｌＧ
ａＮ層８０４とともに、塩素ガス等を用いたエッチング
により除去することによって、ｎ型ＧａＮ層８０３の表
面を露出させた。
ＣＶＤ法などを用いてＳｉＯ2 膜８１０を０．５μｍの
厚さで成膜し、フォトエッチングプロセスなどを施して
幅１５０μｍの縞状構造を形成した。ＳｉＯ2 膜８１０
が除去されたｐ型ＧａＮ層８０７部分を、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎ層８０６、ＩｎＧａＮ活性層８０５およびｎ型ＡｌＧ
ａＮ層８０４とともに、塩素ガス等を用いたエッチング
により除去することによって、ｎ型ＧａＮ層８０３の表
面を露出させた。
【００５４】ｐ型ＧａＮ層８０７に形成されたＳｉＯ2
膜８１０には、フォトエッチングプロセスなどにより幅
１０μｍの孔を形成した。この孔に周知の真空蒸着法な
どにより厚さ５０ｎｍのＮｉ膜と３μｍのＡｕ膜とを順
次形成してＮｉ／Ａｕ積層電極８１１を形成した。ま
た、ｎ型ＧａＮ層８０３上には、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜
と３μｍのＡｕ膜とを順次積層してＴｉ／Ａｕ積層電極
を形成した。
膜８１０には、フォトエッチングプロセスなどにより幅
１０μｍの孔を形成した。この孔に周知の真空蒸着法な
どにより厚さ５０ｎｍのＮｉ膜と３μｍのＡｕ膜とを順
次形成してＮｉ／Ａｕ積層電極８１１を形成した。ま
た、ｎ型ＧａＮ層８０３上には、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜
と３μｍのＡｕ膜とを順次積層してＴｉ／Ａｕ積層電極
を形成した。
【００５５】なお、電極としては、Ｐ型層の上にＰｔ，
Ｐｄ，Ｉｎ，ＭｇまたはＴｉなどと上述したＮｉやＡｕ
との合金あるいは積層構造を用いることもできる。ま
た、ｎ型層の上には、ＳｉまたはＣｒなどと上述したＴ
ｉやＡｕとの合金あるいは積層構造を形成してもよい。
Ｐｄ，Ｉｎ，ＭｇまたはＴｉなどと上述したＮｉやＡｕ
との合金あるいは積層構造を用いることもできる。ま
た、ｎ型層の上には、ＳｉまたはＣｒなどと上述したＴ
ｉやＡｕとの合金あるいは積層構造を形成してもよい。
【００５６】このようにして作製したウェハーを３５０
μｍ×５００μｍの大きさにへき開し、レーザダイオー
ドチップとした。このチップは、活性層中のＩｎ組成に
よるが、電流密度５ｋＡ／ｃｍ2 を流したとき、波長４
２０ｎｍ、出力５ｍＷで室温連続発振した。
μｍ×５００μｍの大きさにへき開し、レーザダイオー
ドチップとした。このチップは、活性層中のＩｎ組成に
よるが、電流密度５ｋＡ／ｃｍ2 を流したとき、波長４
２０ｎｍ、出力５ｍＷで室温連続発振した。
【００５７】上述した例においては、残留ドナーを補償
する不純物としてＣを用いたが、Ｃｄ、Ｔｉ、Ｎｉ及び
Ｆｅを用いることも可能（これら不純物の他にＺｎを含
めることも可能）である。これらは、例えばジメチルカ
ドミウムなどの有機金属原料を用いて、結晶成長中に導
入することができる。あるいは、成長後の結晶表面にス
パッタなどの方法を用いて上述した金属膜を形成し、そ
の後、この膜を加熱することによって不純物を結晶中に
拡散導入してもよい。さらに、結晶成長後にイオン注入
によってこれらの原料を導入することもできる。イオン
注入した場合には、結晶性が乱れることが知られている
ので、注入後に熱処理を施すことが好ましい。
する不純物としてＣを用いたが、Ｃｄ、Ｔｉ、Ｎｉ及び
Ｆｅを用いることも可能（これら不純物の他にＺｎを含
めることも可能）である。これらは、例えばジメチルカ
ドミウムなどの有機金属原料を用いて、結晶成長中に導
入することができる。あるいは、成長後の結晶表面にス
パッタなどの方法を用いて上述した金属膜を形成し、そ
の後、この膜を加熱することによって不純物を結晶中に
拡散導入してもよい。さらに、結晶成長後にイオン注入
によってこれらの原料を導入することもできる。イオン
注入した場合には、結晶性が乱れることが知られている
ので、注入後に熱処理を施すことが好ましい。
【００５８】ここで挙げた不純物の好ましい濃度は、そ
の種類によって異なる。例えば、Ｃｄの場合には、１×
１０15ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下であることが好
ましく、Ｔｉ及びＦｅの場合には、１×１０13ｃｍ-3以
上１×１０16ｃｍ-3以下であることが望ましい。またＮ
ｉの場合には、１×１０13ｃｍ-3以上４×１０16ｃｍ-3
以下であることが望ましい。いずれの不純物も上限を越
えた濃度で添加されると、Ｍｇのアクセプターへの活性
化を阻害するおそれがあり、一方、不純物濃度が下限に
満たない場合には、残留ドナーを補償するという効果を
得ることが困難となる。
の種類によって異なる。例えば、Ｃｄの場合には、１×
１０15ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下であることが好
ましく、Ｔｉ及びＦｅの場合には、１×１０13ｃｍ-3以
上１×１０16ｃｍ-3以下であることが望ましい。またＮ
ｉの場合には、１×１０13ｃｍ-3以上４×１０16ｃｍ-3
以下であることが望ましい。いずれの不純物も上限を越
えた濃度で添加されると、Ｍｇのアクセプターへの活性
化を阻害するおそれがあり、一方、不純物濃度が下限に
満たない場合には、残留ドナーを補償するという効果を
得ることが困難となる。
【００５９】本実施例においては、ＭＯＣＶＤ法を用い
て結晶成長を行なったが、分子線エピタキシー法（ＭＢ
Ｅ法）や塩素ガスなどによる原料輸送法を用いることが
できる。ただし、それぞれの場合において原料を選択し
なければならないことはいういまでもない。
て結晶成長を行なったが、分子線エピタキシー法（ＭＢ
Ｅ法）や塩素ガスなどによる原料輸送法を用いることが
できる。ただし、それぞれの場合において原料を選択し
なければならないことはいういまでもない。
【００６０】また、本実施例では、III-Ｖ族化合物半導
体としてＧａＮ系半導体について説明したが、これに限
定されるものではない。Ｂx Ｉｎy Ａｌz Ｇａ
(1-x-y-z) Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）で表わされる任意
の化合物半導体を使用することができる。なお、ＧａＡ
ｓやＩｎＧａＰなどの半導体では、ｐ型層中におけるＳ
ｉ濃度は５×１０18ｃｍ-3以上であることが必要であっ
た。この場合、Ｍｇはアクセプターレベルが浅いことか
ら、この程度のＳｉ濃度でｐ型化を完全に阻害されるこ
とはなかった。
体としてＧａＮ系半導体について説明したが、これに限
定されるものではない。Ｂx Ｉｎy Ａｌz Ｇａ
(1-x-y-z) Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）で表わされる任意
の化合物半導体を使用することができる。なお、ＧａＡ
ｓやＩｎＧａＰなどの半導体では、ｐ型層中におけるＳ
ｉ濃度は５×１０18ｃｍ-3以上であることが必要であっ
た。この場合、Ｍｇはアクセプターレベルが浅いことか
ら、この程度のＳｉ濃度でｐ型化を完全に阻害されるこ
とはなかった。
【００６１】さらに、上述の例では、バッファ層として
ＧａＮを用いたが、これに限定されるものではなく、Ｇ
ａx Ａｌy Ｉｎz Ｎ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表わされる任
意の化合物半導体を使用することができる。 （実施例９）図９に、本実施例の半導体レーザ９００の
断面図を示す。半導体レーザ９００は、ｐ型ＳｉＣ基板
９０１を有しており、そのＳｉＣ基板９０１上には、格
子不整合を緩和させることを目的としたＧａＮバッファ
層９０２が１０ｎｍの厚さで形成されている。さらにＧ
ａＮバッファ層９０２の上に、ｐ型ＧａＮ層９０３（２
μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層９０４（５００ｎｍ）、厚さ
２０ｎｍの井戸層と厚さ４０ｎｍの障壁層とを有する多
重量子井戸（ＭＱＷ）構造のＩｎＧａＮ活性層９０５、
ｎ型ＡｌＧａＮ層９０６（５００ｎｍ）、およびｎ型Ｇ
ａＮ層９０７（３００ｎｍ）が順次積層されている。Ｇ
ａＮ系の層９０２、９０３、９０４、９０５、９０６お
よび９０７の全ての層には、Ｓｉが添加されており、さ
らにｐ型ＧａＮ層９０３およびｐ型ＡｌＧａＮ層９０４
には、ＭｇおよびＣが添加されている。このうちｐ型層
９０３および９０４中のＣが、深いアクセプタレベルを
形成することから残留ドナーを補償し、比較的浅いアク
セプタレベルを形成するＭｇによる高キャリア濃度化を
助ける働きをする。
ＧａＮを用いたが、これに限定されるものではなく、Ｇ
ａx Ａｌy Ｉｎz Ｎ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表わされる任
意の化合物半導体を使用することができる。 （実施例９）図９に、本実施例の半導体レーザ９００の
断面図を示す。半導体レーザ９００は、ｐ型ＳｉＣ基板
９０１を有しており、そのＳｉＣ基板９０１上には、格
子不整合を緩和させることを目的としたＧａＮバッファ
層９０２が１０ｎｍの厚さで形成されている。さらにＧ
ａＮバッファ層９０２の上に、ｐ型ＧａＮ層９０３（２
μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層９０４（５００ｎｍ）、厚さ
２０ｎｍの井戸層と厚さ４０ｎｍの障壁層とを有する多
重量子井戸（ＭＱＷ）構造のＩｎＧａＮ活性層９０５、
ｎ型ＡｌＧａＮ層９０６（５００ｎｍ）、およびｎ型Ｇ
ａＮ層９０７（３００ｎｍ）が順次積層されている。Ｇ
ａＮ系の層９０２、９０３、９０４、９０５、９０６お
よび９０７の全ての層には、Ｓｉが添加されており、さ
らにｐ型ＧａＮ層９０３およびｐ型ＡｌＧａＮ層９０４
には、ＭｇおよびＣが添加されている。このうちｐ型層
９０３および９０４中のＣが、深いアクセプタレベルを
形成することから残留ドナーを補償し、比較的浅いアク
セプタレベルを形成するＭｇによる高キャリア濃度化を
助ける働きをする。
【００６２】ｎ型ＧａＮ層９０７の上には、ＳｉＯ2 膜
９１０によって１０μｍの幅でストライプ化されたＴｉ
／Ａｕ積層電極９１１が形成されている。このＴｉ／Ａ
ｕ積層電極９１１は、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜と２μｍの
Ａｕ膜との積層構造により形成されており、これと同一
の厚さのＴｉ／Ａｕ積層電極９１１がｐ型ＳｉＣ基板９
０１の裏面にも形成されている。
９１０によって１０μｍの幅でストライプ化されたＴｉ
／Ａｕ積層電極９１１が形成されている。このＴｉ／Ａ
ｕ積層電極９１１は、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜と２μｍの
Ａｕ膜との積層構造により形成されており、これと同一
の厚さのＴｉ／Ａｕ積層電極９１１がｐ型ＳｉＣ基板９
０１の裏面にも形成されている。
【００６３】以下に、この半導体レーザ９００の製造方
法を順に説明する。この半導体レーザ９００は、周知の
ＭＯＣＶＤ法による気相成長を用いて製造した。有機金
属原料として、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩおよびＣｐ2 Ｍ
ｇを用い、ガス原料としてアンモニア、シランおよびプ
ロパンを用いた。また、キャリアガスとして水素および
窒素を用いた。
法を順に説明する。この半導体レーザ９００は、周知の
ＭＯＣＶＤ法による気相成長を用いて製造した。有機金
属原料として、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩおよびＣｐ2 Ｍ
ｇを用い、ガス原料としてアンモニア、シランおよびプ
ロパンを用いた。また、キャリアガスとして水素および
窒素を用いた。
【００６４】まず、有機洗浄・酸洗浄によってｐ型Ｓｉ
Ｃ基板９０１を処理した後、このＳｉＣ基板９０１を、
ＭＯＣＶＤ装置の反応室内に載置され、高周波によって
加熱されるサセプタ上に装着した。次に、常圧で水素を
２０リットル／分の流量で流しつつ、１２００℃で約１
０分間、気相エッチングを施すことによって基板表面に
形成された自然酸化膜を除去した。
Ｃ基板９０１を処理した後、このＳｉＣ基板９０１を、
ＭＯＣＶＤ装置の反応室内に載置され、高周波によって
加熱されるサセプタ上に装着した。次に、常圧で水素を
２０リットル／分の流量で流しつつ、１２００℃で約１
０分間、気相エッチングを施すことによって基板表面に
形成された自然酸化膜を除去した。
【００６５】基板上への半導体層の成膜に当たっては、
まず、ＳｉＣ基板９０１を８００℃まで降温し、水素、
窒素、アンモニア、ＴＭＧおよびシランを５分間流すこ
とにより、ＧａＮバッファ層９０２を形成した。なお、
水素、窒素およびアンモニアの流量はいずれも５リット
ル／分とし、ＴＭＧの流量は３０ｃｃ／分、シランの流
量は０．２ｃｃ／分とした。
まず、ＳｉＣ基板９０１を８００℃まで降温し、水素、
窒素、アンモニア、ＴＭＧおよびシランを５分間流すこ
とにより、ＧａＮバッファ層９０２を形成した。なお、
水素、窒素およびアンモニアの流量はいずれも５リット
ル／分とし、ＴＭＧの流量は３０ｃｃ／分、シランの流
量は０．２ｃｃ／分とした。
【００６６】その後、ＳｉＣ基板９０１を１１００℃ま
で昇温・保持し、キャリアガスとしての水素および窒
素、ガス原料としてのアンモニア、プロパンおよびシラ
ン、有機金属原料としてのＴＭＧおよびＣｐ2 Ｍｇを約
３０分間流すことにより、ｐ型ＧａＮ層９０３を形成し
た。なお、キャリアガスの流量はいずれも５リットル／
分とし、有機金属原料の流量はいずれも３０ｃｃ／分と
した。また、アンモニア、プロパンおよびシランの流量
は、それぞれ５リットル／分、１０ｃｃ／分、および
０．２ｃｃ／分とした。さらに引き続いて、これらのガ
スに１００ｃ／分の流量のＴＭＡを追加し、約８分間流
すことによりｐ型ＡｌＧａＮ層９０４を形成した。
で昇温・保持し、キャリアガスとしての水素および窒
素、ガス原料としてのアンモニア、プロパンおよびシラ
ン、有機金属原料としてのＴＭＧおよびＣｐ2 Ｍｇを約
３０分間流すことにより、ｐ型ＧａＮ層９０３を形成し
た。なお、キャリアガスの流量はいずれも５リットル／
分とし、有機金属原料の流量はいずれも３０ｃｃ／分と
した。また、アンモニア、プロパンおよびシランの流量
は、それぞれ５リットル／分、１０ｃｃ／分、および
０．２ｃｃ／分とした。さらに引き続いて、これらのガ
スに１００ｃ／分の流量のＴＭＡを追加し、約８分間流
すことによりｐ型ＡｌＧａＮ層９０４を形成した。
【００６７】次に、ＳｉＣ基板９０１を８００℃まで降
温・保持し、窒素（１０リットル／分）、アンモニア
（５リットル／分）、ＴＭＧ（３０ｃｃ／分）、シラン
（０．２ｃｃ／分）を流しつつ、２種類の流量に切り替
えてＴＭＩを流して２５周期の多重量子井戸を有するＩ
ｎＧａＮ活性層９０５を形成した。なお、ＴＭＩは、２
００ｃｃ／分の流量での１分間の供給と、５０ｃｃ／分
の流量で２分間での供給とを１周期として２５周期流し
た。
温・保持し、窒素（１０リットル／分）、アンモニア
（５リットル／分）、ＴＭＧ（３０ｃｃ／分）、シラン
（０．２ｃｃ／分）を流しつつ、２種類の流量に切り替
えてＴＭＩを流して２５周期の多重量子井戸を有するＩ
ｎＧａＮ活性層９０５を形成した。なお、ＴＭＩは、２
００ｃｃ／分の流量での１分間の供給と、５０ｃｃ／分
の流量で２分間での供給とを１周期として２５周期流し
た。
【００６８】続いて、ＳｉＣ基板９０１を再び１１００
℃まで昇温・保持し、キャリアガスとしての水素および
窒素、有機金属原料としてのＴＭＧおよびＴＭＡ、ガス
原料としてのアンモニアおよびシランを約８分間流すこ
とによりｎ型ＡｌＧａＮ層９０６を形成した。なお、キ
ャリアガスの流量は、いずれも５リットル／分とし、Ｔ
ＭＧおよびＴＭＡの流量は、それぞれ３０ｃｃ／分およ
び１００ｃｃ／分とした。また、アンモニアおよびシラ
ンの流量は、それぞれ５リットル／分および１ｃｃ／分
とした。これに引き続いてＴＭＡの供給を停止し、残り
のガスを約１時間流すことにより、ｎ型ＧａＮ層９０７
を形成した。この後、窒素のみ１０リットル／分の流量
で流しながら室温まで冷却して、反応室から成長ウェハ
ーを取り出した。
℃まで昇温・保持し、キャリアガスとしての水素および
窒素、有機金属原料としてのＴＭＧおよびＴＭＡ、ガス
原料としてのアンモニアおよびシランを約８分間流すこ
とによりｎ型ＡｌＧａＮ層９０６を形成した。なお、キ
ャリアガスの流量は、いずれも５リットル／分とし、Ｔ
ＭＧおよびＴＭＡの流量は、それぞれ３０ｃｃ／分およ
び１００ｃｃ／分とした。また、アンモニアおよびシラ
ンの流量は、それぞれ５リットル／分および１ｃｃ／分
とした。これに引き続いてＴＭＡの供給を停止し、残り
のガスを約１時間流すことにより、ｎ型ＧａＮ層９０７
を形成した。この後、窒素のみ１０リットル／分の流量
で流しながら室温まで冷却して、反応室から成長ウェハ
ーを取り出した。
【００６９】続いて、ｎ型ＧａＮ層９０７上に周知の熱
ＣＶＤ法などを用いてＳｉＯ2 膜９１０を０．５μｍの
厚さで形成し、このＳｉＯ2 膜にフォトエッチングプロ
セスなどにより幅１０μｍの孔を形成した。さらに、こ
の上に周知の真空蒸着法などにより厚さ５０ｎｍのＴｉ
膜と厚さ３μｍのＡｕ膜とを順次形成してＴｉ／Ａｕ積
層電極９１１とした。これと同様の厚さのＴｉ／Ａｕ積
層電極９１１をｐ型ＳｉＣ基板９０１の裏面にも形成し
た。
ＣＶＤ法などを用いてＳｉＯ2 膜９１０を０．５μｍの
厚さで形成し、このＳｉＯ2 膜にフォトエッチングプロ
セスなどにより幅１０μｍの孔を形成した。さらに、こ
の上に周知の真空蒸着法などにより厚さ５０ｎｍのＴｉ
膜と厚さ３μｍのＡｕ膜とを順次形成してＴｉ／Ａｕ積
層電極９１１とした。これと同様の厚さのＴｉ／Ａｕ積
層電極９１１をｐ型ＳｉＣ基板９０１の裏面にも形成し
た。
【００７０】このような素子においては、ｐ型ＧａＮ層
９０３およびｐ型ＡｌＧａＮ層９０４中にＣは約１×１
０17ｃｍ-3の濃度で含まれている。これは、アンドープ
のＧａＮ膜のキャリア濃度におよそ一致している値であ
る。上述した例においては、ｐ型層中の炭素濃度を上記
の値に設定したが、炭素濃度はこれに限定されるもので
はない。残留ドナー濃度は結晶成長の条件によって異な
るので、これを補償するための不純物の濃度も、成長条
件に応じて適宜決定することができる。
９０３およびｐ型ＡｌＧａＮ層９０４中にＣは約１×１
０17ｃｍ-3の濃度で含まれている。これは、アンドープ
のＧａＮ膜のキャリア濃度におよそ一致している値であ
る。上述した例においては、ｐ型層中の炭素濃度を上記
の値に設定したが、炭素濃度はこれに限定されるもので
はない。残留ドナー濃度は結晶成長の条件によって異な
るので、これを補償するための不純物の濃度も、成長条
件に応じて適宜決定することができる。
【００７１】このようにして作製したウェハーを３５０
μｍ×５００μｍの大きさにへき開し、レーザダイオー
ドチップとした。このチップは、活性層中にＩｎ組成に
もよるが、波長４２０ｎｍで室温連続発振した。
μｍ×５００μｍの大きさにへき開し、レーザダイオー
ドチップとした。このチップは、活性層中にＩｎ組成に
もよるが、波長４２０ｎｍで室温連続発振した。
【００７２】上述した例においては、残留ドナーを補償
する不純物としてＣを用いたが、Ｃｄ、Ｔｉ又はＦｅを
用いることも可能である。これらは、例えばジメチルカ
ドミウムなどの有機金属原料を用いて、結晶成長中に導
入することができる。あるいは、成長後の結晶表面にス
パッタなどの方法を用いて上述した金属膜を形成し、そ
の後、この膜を加熱することによって不純物を結晶中に
拡散導入してもよい。さらに、結晶成長後にイオン注入
によりこれらの原料を導入することもできる。イオン注
入した場合には、結晶性が乱れることが知られているの
で、注入後に熱処理を施すことが好ましい。
する不純物としてＣを用いたが、Ｃｄ、Ｔｉ又はＦｅを
用いることも可能である。これらは、例えばジメチルカ
ドミウムなどの有機金属原料を用いて、結晶成長中に導
入することができる。あるいは、成長後の結晶表面にス
パッタなどの方法を用いて上述した金属膜を形成し、そ
の後、この膜を加熱することによって不純物を結晶中に
拡散導入してもよい。さらに、結晶成長後にイオン注入
によりこれらの原料を導入することもできる。イオン注
入した場合には、結晶性が乱れることが知られているの
で、注入後に熱処理を施すことが好ましい。
【００７３】ここで挙げた不純物の好ましい濃度は、そ
の種類によって異なる。例えば、Ｃｄの場合には、１×
１０15ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下であることが好
ましく、Ｔｉ及びＦｅの場合には、１×１０13ｃｍ-3以
上１×１０16ｃｍ-3以下であることが望ましい。いずれ
の不純物も上限を越えた濃度で添加されると、Ｍｇのア
クセプターへの活性化を阻害するおそれがあり、一方、
不純物濃度が下限に満たない場合には、残留ドナーを補
償するという効果を得ることが困難となる。
の種類によって異なる。例えば、Ｃｄの場合には、１×
１０15ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下であることが好
ましく、Ｔｉ及びＦｅの場合には、１×１０13ｃｍ-3以
上１×１０16ｃｍ-3以下であることが望ましい。いずれ
の不純物も上限を越えた濃度で添加されると、Ｍｇのア
クセプターへの活性化を阻害するおそれがあり、一方、
不純物濃度が下限に満たない場合には、残留ドナーを補
償するという効果を得ることが困難となる。
【００７４】また本実施例においては、ＳｉＣ基板とし
て６Ｈ型の基板を用いたが、６Ｈ型ＳｉＣとＧａＮ系半
導体との間にはエネルギーギャップ差が０．５Ｖ程度あ
るため、動作電圧が上昇してしまう傾向がある。そのた
め、エネルギーギャップ差の小さい４Ｈ型や２Ｈ型のＳ
ｉＣを基板として用いることがさらに好ましい。
て６Ｈ型の基板を用いたが、６Ｈ型ＳｉＣとＧａＮ系半
導体との間にはエネルギーギャップ差が０．５Ｖ程度あ
るため、動作電圧が上昇してしまう傾向がある。そのた
め、エネルギーギャップ差の小さい４Ｈ型や２Ｈ型のＳ
ｉＣを基板として用いることがさらに好ましい。
【００７５】ここで基板として用いたＳｉＣも、ＧａＮ
系半導体と同様にエッチングするのが困難な材料であ
る。そのため、エッチング性の容易性の向上のために窒
素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することが望ましい。し
かしながら、ＳｉＣ中では窒素は有効なドナー不純物で
ある。また、残留ドナーは２×１０16ｃｍ-3程度の濃度
で含まれている。これらのドナーをアクセプタ性不純物
によって補償することによって、より高キャリア濃度の
ｐ型ＳｉＣ結晶を実現することが必要である。特にｐ型
層と基板表面の電極との界面においては、動作電圧の低
減のためにその必要性が高い。このアクセプター不純物
としては、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｃ，ＹおよびＴｉなど
が挙げられる。このような不純物のｐ型層中における好
ましい濃度は、その種類によって異なり、例えば、Ｇａ
やＳｃの場合には、１×１０17ｃｍ-3程度とすることが
好ましい。 （実施例１０）図１０（ａ）に、本実施例の発光ダイオ
ード１０００の断面図を示す。発光ダイオード１０００
は、サファイア基板１００１を有しており、このサファ
イア基板１００１上には、ＧａＮバッファ層１００２が
２０ｎｍの膜厚で形成されている。さらにバッファ層１
００２の上には、ｎ型ＧａＮ層１００３（４μｍ）、Ｉ
ｎＧａＮ発光層１００４（１００ｎｍ）、およびｐ型Ｇ
ａＮ層１００５（５００ｎｍ）が順次積層されている。
各層には、不純物を故意に添加することによってｐ型ま
たはｎ型の導電性を付与している。具体的には、ｐ型Ｇ
ａＮ層１００５に添加した不純物は、アクセプタとして
のＭｇおよび残留ドナーを補償するためのＣであり、ｎ
型ＧａＮ層１００３に添加した不純物はドナーとしての
Ｓｉである。また、ＩｎＧａＮ発光層１００４には、発
光中心としてＺｎおよびＳｉを導入した。
系半導体と同様にエッチングするのが困難な材料であ
る。そのため、エッチング性の容易性の向上のために窒
素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することが望ましい。し
かしながら、ＳｉＣ中では窒素は有効なドナー不純物で
ある。また、残留ドナーは２×１０16ｃｍ-3程度の濃度
で含まれている。これらのドナーをアクセプタ性不純物
によって補償することによって、より高キャリア濃度の
ｐ型ＳｉＣ結晶を実現することが必要である。特にｐ型
層と基板表面の電極との界面においては、動作電圧の低
減のためにその必要性が高い。このアクセプター不純物
としては、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｃ，ＹおよびＴｉなど
が挙げられる。このような不純物のｐ型層中における好
ましい濃度は、その種類によって異なり、例えば、Ｇａ
やＳｃの場合には、１×１０17ｃｍ-3程度とすることが
好ましい。 （実施例１０）図１０（ａ）に、本実施例の発光ダイオ
ード１０００の断面図を示す。発光ダイオード１０００
は、サファイア基板１００１を有しており、このサファ
イア基板１００１上には、ＧａＮバッファ層１００２が
２０ｎｍの膜厚で形成されている。さらにバッファ層１
００２の上には、ｎ型ＧａＮ層１００３（４μｍ）、Ｉ
ｎＧａＮ発光層１００４（１００ｎｍ）、およびｐ型Ｇ
ａＮ層１００５（５００ｎｍ）が順次積層されている。
各層には、不純物を故意に添加することによってｐ型ま
たはｎ型の導電性を付与している。具体的には、ｐ型Ｇ
ａＮ層１００５に添加した不純物は、アクセプタとして
のＭｇおよび残留ドナーを補償するためのＣであり、ｎ
型ＧａＮ層１００３に添加した不純物はドナーとしての
Ｓｉである。また、ＩｎＧａＮ発光層１００４には、発
光中心としてＺｎおよびＳｉを導入した。
【００７６】ｐ型ＧａＮ層１００５上には、厚さ２０ｎ
ｍのＮｉ膜と１μｍのＡｕ膜との積層構造からなるＮｉ
／Ａｕの積層電極１０１０が形成されている。また、エ
ッチングによりその上方の層を除去して表面を露出させ
たｎ型ＧａＮ層１００３上には、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜
と２μｍのＡｕ膜との積層構造からなるＴｉ／Ａｕの積
層電極１０１１が形成されている。
ｍのＮｉ膜と１μｍのＡｕ膜との積層構造からなるＮｉ
／Ａｕの積層電極１０１０が形成されている。また、エ
ッチングによりその上方の層を除去して表面を露出させ
たｎ型ＧａＮ層１００３上には、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜
と２μｍのＡｕ膜との積層構造からなるＴｉ／Ａｕの積
層電極１０１１が形成されている。
【００７７】本実施例の発光ダイオードにおける窒化物
化合物半導体の積層構造は、前述の（実施例１）と同様
のＭＯＣＶＤ法により作製した。なお、各層の成長膜厚
は成長時間によって管理し、その後、走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）によって測定した。
化合物半導体の積層構造は、前述の（実施例１）と同様
のＭＯＣＶＤ法により作製した。なお、各層の成長膜厚
は成長時間によって管理し、その後、走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）によって測定した。
【００７８】このようにして積層構造を作製した後、ｐ
型ＧａＮ層１００５およびＩｎＧａＮ活性層１００４の
一部の領域を、塩素ガスを用いたドライエッチングによ
り除去して、ｎ型ＧａＮ層１００３を露出させ、ここに
ｎ型電極１０１１を形成した。このウェハーを３５０μ
ｍ角の大きさにスクライプし、ステム上に設置し、ボン
ディング、モールドして発光ダイオードランプを得た。
このランプは、波長４５０ｎｍで発光し、順方向電流２
０ｍＡで３ｍＷ程度の出力を示した。
型ＧａＮ層１００５およびＩｎＧａＮ活性層１００４の
一部の領域を、塩素ガスを用いたドライエッチングによ
り除去して、ｎ型ＧａＮ層１００３を露出させ、ここに
ｎ型電極１０１１を形成した。このウェハーを３５０μ
ｍ角の大きさにスクライプし、ステム上に設置し、ボン
ディング、モールドして発光ダイオードランプを得た。
このランプは、波長４５０ｎｍで発光し、順方向電流２
０ｍＡで３ｍＷ程度の出力を示した。
【００７９】本実施例のように、発光中心としてＳｉを
用いる場合には、特にｐ型層／発光層界面にＳｉが蓄積
したり、あるいはｐ型層へＳｉが拡散するおそれがあ
る。Ｓｉの蓄積や拡散が生じると、ヘテロバリアの生成
やｐ型層のｎ型反転が生じるので、かかる現象は極力避
けることが望まれる。ｐ型層中に添加するＣの濃度を高
めにすることによって、そのような不都合は避けること
ができ、具体的には、ｐ型層中における炭素濃度は、８
×１０17ｃｍ-3以上とすることが好ましい。
用いる場合には、特にｐ型層／発光層界面にＳｉが蓄積
したり、あるいはｐ型層へＳｉが拡散するおそれがあ
る。Ｓｉの蓄積や拡散が生じると、ヘテロバリアの生成
やｐ型層のｎ型反転が生じるので、かかる現象は極力避
けることが望まれる。ｐ型層中に添加するＣの濃度を高
めにすることによって、そのような不都合は避けること
ができ、具体的には、ｐ型層中における炭素濃度は、８
×１０17ｃｍ-3以上とすることが好ましい。
【００８０】なお、ｐ型層中における残留ドナーの発生
要因としては、窒素空孔が挙げられる。この空孔は、Ａ
ｓ，ＯおよびＰなどで埋めることができるものの、これ
らの元素が単独で添加されると、エネルギーギャップの
低下や電気的な不活性の要因を生じさせてしまう。その
結果、不純物を添加した効果を発揮できなくなるおそれ
があるので、このような元素は、Ｃと同時に添加するこ
とが望まれる。また、深いレベルで形成するアクセプタ
性不純物であるＣｄ，Ｆｅ，ＴｉおよびＮｉなどで、残
留ドナーを補償することができる。しかしながら、これ
らの不純物も単独では電気的な不活性を生じさせるだけ
であるので、Ｃと同時に添加することが望まれる。
要因としては、窒素空孔が挙げられる。この空孔は、Ａ
ｓ，ＯおよびＰなどで埋めることができるものの、これ
らの元素が単独で添加されると、エネルギーギャップの
低下や電気的な不活性の要因を生じさせてしまう。その
結果、不純物を添加した効果を発揮できなくなるおそれ
があるので、このような元素は、Ｃと同時に添加するこ
とが望まれる。また、深いレベルで形成するアクセプタ
性不純物であるＣｄ，Ｆｅ，ＴｉおよびＮｉなどで、残
留ドナーを補償することができる。しかしながら、これ
らの不純物も単独では電気的な不活性を生じさせるだけ
であるので、Ｃと同時に添加することが望まれる。
【００８１】図１０（ａ）に示した発光ダイオードは、
図１０（ｂ）に示すように変更することができる。図１
０（ａ）に示す例においては、図１０（ｂ）におけるｐ
型ＧａＮ層１００５を、ｐ型ＧａＮ注入層１１０５とｐ
型コンタクト層１１０６との２つの層に分けたものであ
る。ここでは、注入層１１０５には不純物としてＭｇの
みを添加し、コンタクト層１１０６にはＭｇとＣとを添
加した。このような構造とすることにより、コンタクト
層の抵抗を下げることができるため、動作電圧の低減を
図ることができる。具体的には、図１０（ａ）に示した
構造では、電流２０ｍＡにおける電圧が４Ｖであったの
に対し、図１０（ｂ）に示した構造とすることで、３．
５Ｖにまで低下することができた。
図１０（ｂ）に示すように変更することができる。図１
０（ａ）に示す例においては、図１０（ｂ）におけるｐ
型ＧａＮ層１００５を、ｐ型ＧａＮ注入層１１０５とｐ
型コンタクト層１１０６との２つの層に分けたものであ
る。ここでは、注入層１１０５には不純物としてＭｇの
みを添加し、コンタクト層１１０６にはＭｇとＣとを添
加した。このような構造とすることにより、コンタクト
層の抵抗を下げることができるため、動作電圧の低減を
図ることができる。具体的には、図１０（ａ）に示した
構造では、電流２０ｍＡにおける電圧が４Ｖであったの
に対し、図１０（ｂ）に示した構造とすることで、３．
５Ｖにまで低下することができた。
【００８２】さらに、コンタクト層１１０６にＳｉを添
加してもよい。ＳｉはＭｇの拡散を抑制したり、結晶の
エッチングの容易性を増加させる働きがある。また、Ｓ
ｉはIV族元素であるので、窒素位置に置換させることに
よりアクセプタとして用いることができる。このために
は、通常の成長温度より低温で成長させるという手法が
挙げられる。あるいは、窒素／ III族元素供給比を下げ
ることによって、 III族元素の供給を窒素の供給より過
剰にすることで III族元素位置に置換することを抑制す
ることができる。このような成長によって、Ｓｉをアク
セプタとして機能させることも可能である。
加してもよい。ＳｉはＭｇの拡散を抑制したり、結晶の
エッチングの容易性を増加させる働きがある。また、Ｓ
ｉはIV族元素であるので、窒素位置に置換させることに
よりアクセプタとして用いることができる。このために
は、通常の成長温度より低温で成長させるという手法が
挙げられる。あるいは、窒素／ III族元素供給比を下げ
ることによって、 III族元素の供給を窒素の供給より過
剰にすることで III族元素位置に置換することを抑制す
ることができる。このような成長によって、Ｓｉをアク
セプタとして機能させることも可能である。
【００８３】また、Ｓｉの代わりにＡｓ，Ｐ，Ｏ，Ｃ
ｄ，Ｆｅ，ＴｉまたはＮｉをコンタクト層１１０６に添
加しても、同様の効果を得ることができる。 （実施例１１）図１１に、本実施例に関わる半導体レー
ザ断面構造を示す。半導体レーザ１２００は、ｃ面を主
面とするサファイア基板１２０１を有しており、サファ
イア基板１２０１上にはＧａＮバッファ層１２０２（約
５０ｎｍ）、アンドープＧａＮ層１２０３（約２μ
ｍ）、およびｎ型ＧａＮコンタクト層１２０４（約４μ
ｍ）が順次形成されている。さらに、ｎ型ＧａＮコンタ
クト層１２０４上には、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２
０５（約０．２μｍ）、ｎ型ＧａＮガイド層１２０６
（約０．１μｍ）、厚さ２ｎｍの井戸層と４ｎｍの障壁
層とを有する多重量子井戸（ＭＱＷ）構造のＩｎＧａＮ
活性層１２０７、ｐ型ＧａＮガイド層１２０８（約０．
１μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２０９（約０．
２μｍ）、ｐ型ＧａＮ層１２１０（約０．５μｍ）、ｎ
型ＧａＮ層１２１１（１μｍ）、ｐ型ＧａＮ層１２１２
（約２μｍ）、および高濃度ｐ型ＧａＮコンタクト層１
２１３（約０．２μｍ）が順次積層されている。
ｄ，Ｆｅ，ＴｉまたはＮｉをコンタクト層１１０６に添
加しても、同様の効果を得ることができる。 （実施例１１）図１１に、本実施例に関わる半導体レー
ザ断面構造を示す。半導体レーザ１２００は、ｃ面を主
面とするサファイア基板１２０１を有しており、サファ
イア基板１２０１上にはＧａＮバッファ層１２０２（約
５０ｎｍ）、アンドープＧａＮ層１２０３（約２μ
ｍ）、およびｎ型ＧａＮコンタクト層１２０４（約４μ
ｍ）が順次形成されている。さらに、ｎ型ＧａＮコンタ
クト層１２０４上には、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２
０５（約０．２μｍ）、ｎ型ＧａＮガイド層１２０６
（約０．１μｍ）、厚さ２ｎｍの井戸層と４ｎｍの障壁
層とを有する多重量子井戸（ＭＱＷ）構造のＩｎＧａＮ
活性層１２０７、ｐ型ＧａＮガイド層１２０８（約０．
１μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２０９（約０．
２μｍ）、ｐ型ＧａＮ層１２１０（約０．５μｍ）、ｎ
型ＧａＮ層１２１１（１μｍ）、ｐ型ＧａＮ層１２１２
（約２μｍ）、および高濃度ｐ型ＧａＮコンタクト層１
２１３（約０．２μｍ）が順次積層されている。
【００８４】ｐ型ＧａＮコンタクト層１２１３の上に
は、厚さ０．５μｍのＳｉＯ2 膜１２２０によって所定
の幅にストライプ化されたＰｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層
電極１２２２が形成されている。この積層電極は、厚さ
約１０ｎｍのＰｔ膜、約５０ｎｍのＴｉ膜、約３０ｎｍ
のＰｔ膜、および約１μｍのＡｕ膜を順次積層したもの
である。また、エッチングによりその上方の層を除去し
て表面を露出させたｎ型ＧａＮコンタクト層１２０４の
上には、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜と０．５μｍのＡｕ膜と
の積層構造からなるＴｉ／Ａｕ積層電極１２２１が形成
されている。
は、厚さ０．５μｍのＳｉＯ2 膜１２２０によって所定
の幅にストライプ化されたＰｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層
電極１２２２が形成されている。この積層電極は、厚さ
約１０ｎｍのＰｔ膜、約５０ｎｍのＴｉ膜、約３０ｎｍ
のＰｔ膜、および約１μｍのＡｕ膜を順次積層したもの
である。また、エッチングによりその上方の層を除去し
て表面を露出させたｎ型ＧａＮコンタクト層１２０４の
上には、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜と０．５μｍのＡｕ膜と
の積層構造からなるＴｉ／Ａｕ積層電極１２２１が形成
されている。
【００８５】図示する半導体レーザ１２００において
は、特に低抵抗であることが要求されるｐ型ＧａＮコン
タクト層１２１３に、不純物としてＭｇ，ＳｉおよびＣ
が添加されており、これらのなかのＣが残留ドナーを補
償する働きをする。なお、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２
１３におけるＭｇの濃度は、２×１０20ｃｍ-3程度であ
ることが好ましい。Ｓｉは、前述の（実施例８）におい
て説明したように、Ｍｇの拡散を抑制する作用を有し、
Ｓｉを添加することによって結晶のエッチングを容易に
行なうことが可能となる。しかしながら、Ｓｉが過剰に
添加された場合には、ｐ型化が阻害されるおそれがある
ため、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２１３におけるＳｉの
濃度は、６×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下で
あることが好ましく、１×１０17ｃｍ-3以下であること
が好ましい。一方、Ｃは同時に添加されたＳｉと残留ド
ナーとを同時に補償する必要があるので、その濃度は、
１×１０16ｃｍ-3以上１×１０17ｃｍ-3以下であること
が好ましい。
は、特に低抵抗であることが要求されるｐ型ＧａＮコン
タクト層１２１３に、不純物としてＭｇ，ＳｉおよびＣ
が添加されており、これらのなかのＣが残留ドナーを補
償する働きをする。なお、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２
１３におけるＭｇの濃度は、２×１０20ｃｍ-3程度であ
ることが好ましい。Ｓｉは、前述の（実施例８）におい
て説明したように、Ｍｇの拡散を抑制する作用を有し、
Ｓｉを添加することによって結晶のエッチングを容易に
行なうことが可能となる。しかしながら、Ｓｉが過剰に
添加された場合には、ｐ型化が阻害されるおそれがある
ため、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２１３におけるＳｉの
濃度は、６×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下で
あることが好ましく、１×１０17ｃｍ-3以下であること
が好ましい。一方、Ｃは同時に添加されたＳｉと残留ド
ナーとを同時に補償する必要があるので、その濃度は、
１×１０16ｃｍ-3以上１×１０17ｃｍ-3以下であること
が好ましい。
【００８６】なお、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２１３以
外のｐ型層、すなわちｐ型ＧａＮガイド層１２０８、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層１２０９、ｐ型ＧａＮ層１２１
０、およびｐ型ＧａＮ層１２１２にも同様の不純物を添
加してもよい。これによって、Ｍｇの拡散を抑制すると
ともに活性化率の向上を図ることができる。
外のｐ型層、すなわちｐ型ＧａＮガイド層１２０８、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層１２０９、ｐ型ＧａＮ層１２１
０、およびｐ型ＧａＮ層１２１２にも同様の不純物を添
加してもよい。これによって、Ｍｇの拡散を抑制すると
ともに活性化率の向上を図ることができる。
【００８７】以下に、この半導体レーザ１２００の製造
方法を順に説明する。まず、有機洗浄・酸洗浄によって
サファイア基板１２０１を処理した後、このサファイア
基板１２０１を、ＭＯＣＶＤ装置の反応室内に載置さ
れ、高周波によって加熱されるサセプタ上に装着した。
次に、常圧で水素を１０リットル／分の流量で流しつ
つ、１１００℃で約１０分間、気相エッチングを施すこ
とによって基板表面に形成された自然酸化膜を除去し
た。
方法を順に説明する。まず、有機洗浄・酸洗浄によって
サファイア基板１２０１を処理した後、このサファイア
基板１２０１を、ＭＯＣＶＤ装置の反応室内に載置さ
れ、高周波によって加熱されるサセプタ上に装着した。
次に、常圧で水素を１０リットル／分の流量で流しつ
つ、１１００℃で約１０分間、気相エッチングを施すこ
とによって基板表面に形成された自然酸化膜を除去し
た。
【００８８】基板表面への半導体層の成膜に当たって
は、まず、サファイア基板１２０１を５３０℃まで降温
し、水素、窒素、アンモニアおよびＴＭＧを約４分間流
すことにより、ＧａＮバッファ層１２０２を形成した。
なお、各ガスの流量は、水素１５リットル／分、窒素５
リットル／分、アンモニア１０リットル／分、ＴＭＧ２
５ｃｃ／分とした。
は、まず、サファイア基板１２０１を５３０℃まで降温
し、水素、窒素、アンモニアおよびＴＭＧを約４分間流
すことにより、ＧａＮバッファ層１２０２を形成した。
なお、各ガスの流量は、水素１５リットル／分、窒素５
リットル／分、アンモニア１０リットル／分、ＴＭＧ２
５ｃｃ／分とした。
【００８９】次いで、水素（１５リットル／分）、窒素
（５リットル／分）およびアンモニア（１０リットル／
分）を流しながら、サファイア基板１２０１を１１００
℃に昇温した後、前述のガスにＴＭＧ（１００ｃｃ／
分）を追加して６０分間流すことにより、アンドープＧ
ａＮ層１２０３を形成した。その後、水素で１０ｐｐｍ
に稀釈したシラン（３ｃｃ／分）を追加して約１３０分
間流すことによってｎ型ＧａＮ層１２０４を形成し、Ｔ
ＭＡ（５０ｃｃ／分）をさらに追加して約１０分間流す
ことにより、ｎ型ＧａＮ層１２０４上にｎ型ＡｌＧａＮ
層１２０５を形成した。なお、ｎ型ＡｌＧａＮ層１２０
５におけるＡｌの組成比は０．１５であった。
（５リットル／分）およびアンモニア（１０リットル／
分）を流しながら、サファイア基板１２０１を１１００
℃に昇温した後、前述のガスにＴＭＧ（１００ｃｃ／
分）を追加して６０分間流すことにより、アンドープＧ
ａＮ層１２０３を形成した。その後、水素で１０ｐｐｍ
に稀釈したシラン（３ｃｃ／分）を追加して約１３０分
間流すことによってｎ型ＧａＮ層１２０４を形成し、Ｔ
ＭＡ（５０ｃｃ／分）をさらに追加して約１０分間流す
ことにより、ｎ型ＧａＮ層１２０４上にｎ型ＡｌＧａＮ
層１２０５を形成した。なお、ｎ型ＡｌＧａＮ層１２０
５におけるＡｌの組成比は０．１５であった。
【００９０】続いて、サファイア基板１２０１を１１０
０℃に保持し、水素（１５リットル／分）、窒素（５リ
ットル／分）、アンモニア（１０リットル／分）および
ＴＭＧ（１００ｃｃ／分）を約３分間流すことにより、
ＧａＮガイド層１２０６を形成した。ガイド層は、光の
閉じ込めを向上させる作用を有しているので、この層に
微量のＩｎを追加してもよい。ただしこの場合には、ガ
イド層の厚さを適宜変化させることが望まれる。
０℃に保持し、水素（１５リットル／分）、窒素（５リ
ットル／分）、アンモニア（１０リットル／分）および
ＴＭＧ（１００ｃｃ／分）を約３分間流すことにより、
ＧａＮガイド層１２０６を形成した。ガイド層は、光の
閉じ込めを向上させる作用を有しているので、この層に
微量のＩｎを追加してもよい。ただしこの場合には、ガ
イド層の厚さを適宜変化させることが望まれる。
【００９１】その後、窒素（２０リットル／分）および
アンモニア（１０リットル／分）を流しながら、約３分
間かけてサファイア基板１２０１を８００℃まで降温し
た。さらに、前述のガスに加えてＴＭＧ（１０ｃｃ／
分）を流すとともに、２種類の流量に切り替えてＴＭＩ
を流して１５周期の多重量子井戸を有するＩｎＧａＮ層
１２０７を形成した。なお、ＴＭＩは、５０ｃｃ／分の
流量で約１分間の供給と、４６０ｃｃ／分の流量で約３
０秒間の供給とを１周期として１５周期流した後、最後
に５０ｃｃ／分の流量で３分間流した。得られた活性層
１２０７における障壁層は、Ｉｎ含有量５％であってそ
の厚さは４ｎｍであり、井戸層はＩｎ含有量２０％であ
ってその厚さは２ｎｍである。
アンモニア（１０リットル／分）を流しながら、約３分
間かけてサファイア基板１２０１を８００℃まで降温し
た。さらに、前述のガスに加えてＴＭＧ（１０ｃｃ／
分）を流すとともに、２種類の流量に切り替えてＴＭＩ
を流して１５周期の多重量子井戸を有するＩｎＧａＮ層
１２０７を形成した。なお、ＴＭＩは、５０ｃｃ／分の
流量で約１分間の供給と、４６０ｃｃ／分の流量で約３
０秒間の供給とを１周期として１５周期流した後、最後
に５０ｃｃ／分の流量で３分間流した。得られた活性層
１２０７における障壁層は、Ｉｎ含有量５％であってそ
の厚さは４ｎｍであり、井戸層はＩｎ含有量２０％であ
ってその厚さは２ｎｍである。
【００９２】本実施例においては、Ｉｎ含有量が５％の
ＩｎＧａＮを障壁層とし、Ｉｎ含有量が２０％のＩｎＧ
ａＮを井戸層としたが、これに限定されるものではな
い。多重量子井戸構造においては、障壁層のバンドギャ
ップエネルギーが井戸層のそれよりも大きいことが必要
であるため、ＧａＮやＡｌＧａＮを障壁層として用いる
こともできる。この場合には、ガイド層１２０６および
１２０８には、活性層の平均的な屈折率より値が小さく
なるような材料系を用いることが必要である。例えば、
障壁層としてＧａＮ層を用い、井戸層としてＩｎ含有量
が２０％のＩｎＧａＮ層を同じ厚さで形成した場合に
は、ガイド層としては、Ｉｎ含有量が１０％未満のＩｎ
ＧａＮ、ＧａＮ、またはＡｌＧａＮを用いることができ
る。ただし、この場合のＩｎ含有量は、クラッド層より
も小さくしなければならないことはいうまでもない。
ＩｎＧａＮを障壁層とし、Ｉｎ含有量が２０％のＩｎＧ
ａＮを井戸層としたが、これに限定されるものではな
い。多重量子井戸構造においては、障壁層のバンドギャ
ップエネルギーが井戸層のそれよりも大きいことが必要
であるため、ＧａＮやＡｌＧａＮを障壁層として用いる
こともできる。この場合には、ガイド層１２０６および
１２０８には、活性層の平均的な屈折率より値が小さく
なるような材料系を用いることが必要である。例えば、
障壁層としてＧａＮ層を用い、井戸層としてＩｎ含有量
が２０％のＩｎＧａＮ層を同じ厚さで形成した場合に
は、ガイド層としては、Ｉｎ含有量が１０％未満のＩｎ
ＧａＮ、ＧａＮ、またはＡｌＧａＮを用いることができ
る。ただし、この場合のＩｎ含有量は、クラッド層より
も小さくしなければならないことはいうまでもない。
【００９３】続いて、窒素（２０リットル／分）、アン
モニア（１０リットル／分）を流しながら、約３分間で
サファイア基板１２０１を１１００℃まで昇温した。こ
の温度に基板を保持し、水素（１５リットル／分）、窒
素（５リットル／分）、アンモニア（１０リットル／
分）、ＴＭＧ（１００ｃｃ／分）およびＣｐ2 Ｍｇ（５
０ｃｃ／分）を約３分間流すことにより、ｐ型ＧａＮガ
イド層１２０８を形成した。さらに、これらの原料にＴ
ＭＡ（５０ｃｃ／分）を加え、約１０分間流すことによ
りｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２０９を形成した。その
後、ＴＭＡの供給を停止し、残りのガスを約１５分間流
すことによりｐ型ＧａＮ層１２１０を形成した。
モニア（１０リットル／分）を流しながら、約３分間で
サファイア基板１２０１を１１００℃まで昇温した。こ
の温度に基板を保持し、水素（１５リットル／分）、窒
素（５リットル／分）、アンモニア（１０リットル／
分）、ＴＭＧ（１００ｃｃ／分）およびＣｐ2 Ｍｇ（５
０ｃｃ／分）を約３分間流すことにより、ｐ型ＧａＮガ
イド層１２０８を形成した。さらに、これらの原料にＴ
ＭＡ（５０ｃｃ／分）を加え、約１０分間流すことによ
りｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２０９を形成した。その
後、ＴＭＡの供給を停止し、残りのガスを約１５分間流
すことによりｐ型ＧａＮ層１２１０を形成した。
【００９４】次に、Ｃｐ2 Ｍｇの供給を停止し、残りの
ガスにシラン（３ｃｃ／分）を追加してｎ型ＧａＮ層１
２１１を形成した後、ＴＭＧおよびシランの供給を停止
してサファイア基板を３５０℃まで降温した。さらにこ
の温度に保持して水素およびアンモニアの供給を停止
し、室温まで冷却した後、反応室から成長ウェハーを取
り出した。
ガスにシラン（３ｃｃ／分）を追加してｎ型ＧａＮ層１
２１１を形成した後、ＴＭＧおよびシランの供給を停止
してサファイア基板を３５０℃まで降温した。さらにこ
の温度に保持して水素およびアンモニアの供給を停止
し、室温まで冷却した後、反応室から成長ウェハーを取
り出した。
【００９５】続いて、熱ＣＶＤ法で形成したＳｉＯ2 膜
およびフォトレジスト膜をマスクとして、Ｃｌ2 ガスを
用いたエッチングによりｎ型ＧａＮ層１２１１の所定領
域を５μｍのストライプ幅で除去して、ｐ型ＧａＮ層１
２１０表面を露出させた。
およびフォトレジスト膜をマスクとして、Ｃｌ2 ガスを
用いたエッチングによりｎ型ＧａＮ層１２１１の所定領
域を５μｍのストライプ幅で除去して、ｐ型ＧａＮ層１
２１０表面を露出させた。
【００９６】このプロセスを施したウェハーを再びＭＯ
ＣＶＤ装置内のサセプタに戻して、水素（１５リットル
／分）、窒素（５リットル／分）、およびアンモニア
（１０リットル／分）を流しつつ、１１００℃まで昇温
した。さらにこれらのガスにＴＭＧ（１００ｃｃ／分）
およびＣｐ2 Ｍｇ（５０ｃｃ／分）を追加し、約６０分
間流すことによりｐ型ＧａＮ層１２１２を形成した。
ＣＶＤ装置内のサセプタに戻して、水素（１５リットル
／分）、窒素（５リットル／分）、およびアンモニア
（１０リットル／分）を流しつつ、１１００℃まで昇温
した。さらにこれらのガスにＴＭＧ（１００ｃｃ／分）
およびＣｐ2 Ｍｇ（５０ｃｃ／分）を追加し、約６０分
間流すことによりｐ型ＧａＮ層１２１２を形成した。
【００９７】この成長過程においては、低温成長の工程
を経ることが好ましい。低温成長の工程とは、まず、窒
素（約２０リットル／分）およびアンモニア（１０リッ
トル／分）を流しながら、約３分間かけて５５０℃まで
昇温する。次に、この温度に基板を保持し、水素（１５
リットル／分）、窒素（５リットル／分）、アンモニア
（１０リットル／分）、ＴＭＧ（２５ｃｃ／分）および
Ｃｐ2 Ｍｇ（５０ｃｃ／分）を約４分間流すことによ
り、厚さ約５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層を形成するものであ
る。ここで形成した直後のＧａＮ層は、ｃ軸に配向性を
有した多結晶体であった。
を経ることが好ましい。低温成長の工程とは、まず、窒
素（約２０リットル／分）およびアンモニア（１０リッ
トル／分）を流しながら、約３分間かけて５５０℃まで
昇温する。次に、この温度に基板を保持し、水素（１５
リットル／分）、窒素（５リットル／分）、アンモニア
（１０リットル／分）、ＴＭＧ（２５ｃｃ／分）および
Ｃｐ2 Ｍｇ（５０ｃｃ／分）を約４分間流すことによ
り、厚さ約５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層を形成するものであ
る。ここで形成した直後のＧａＮ層は、ｃ軸に配向性を
有した多結晶体であった。
【００９８】上述のようにして形成されたｐ型ＧａＮ層
１２１２上には、窒素（２０リットル／分）、アンモニ
ア（１０リットル／分）、ＴＭＧ（１００ｃｃ／分）、
Ｃｐ2 Ｍｇ（１５０ｃｃ／分）、シラン（１ｃｃ／
分）、およびプロパン（２ｃｃ／分）を６分間流すこと
により、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２１３を形成した。
このようにコンタクト層にＳｉおよびＣを添加すること
により、活性化率は約３倍に向上し、またＭｇの拡散
も、これらを添加しない場合よりも抑制された。この
後、窒素のみを１０リットル／分の流量で流しながら室
温まで冷却し、反応室から成長ウェハーを取り出した。
１２１２上には、窒素（２０リットル／分）、アンモニ
ア（１０リットル／分）、ＴＭＧ（１００ｃｃ／分）、
Ｃｐ2 Ｍｇ（１５０ｃｃ／分）、シラン（１ｃｃ／
分）、およびプロパン（２ｃｃ／分）を６分間流すこと
により、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２１３を形成した。
このようにコンタクト層にＳｉおよびＣを添加すること
により、活性化率は約３倍に向上し、またＭｇの拡散
も、これらを添加しない場合よりも抑制された。この
後、窒素のみを１０リットル／分の流量で流しながら室
温まで冷却し、反応室から成長ウェハーを取り出した。
【００９９】ｐ型ＧａＮコンタクト層１２１３上には、
周知の熱ＣＶＤ法などを用いて、厚さ０．５μｍのＳｉ
Ｏ2 膜１２２０を形成し、フォトエッチングプロセスな
どによりＳｉＯ2 膜の一部を除去した。このＳｉＯ2 膜
１２２０およびフォトエッチングマスクとしてのレジス
トパターンをエッチングマスクとして、塩素ガス等によ
る反応性イオンエッチング法を用いて上方の層を除去し
て、ｎ型ＧａＮ層１２０４表面を露出させた。
周知の熱ＣＶＤ法などを用いて、厚さ０．５μｍのＳｉ
Ｏ2 膜１２２０を形成し、フォトエッチングプロセスな
どによりＳｉＯ2 膜の一部を除去した。このＳｉＯ2 膜
１２２０およびフォトエッチングマスクとしてのレジス
トパターンをエッチングマスクとして、塩素ガス等によ
る反応性イオンエッチング法を用いて上方の層を除去し
て、ｎ型ＧａＮ層１２０４表面を露出させた。
【０１００】ｎ型ＧａＮ層１２０４表面の一部には、周
知の真空蒸着法やスパッタ法などを用いて、厚さ５０ｎ
ｍのＴｉ膜と０．５μｍのＡｕ膜との積層構造を形成
し、窒素雰囲気中、４５０℃で約３０秒間の熱処理を施
すことによりｎ側電極１２２１を形成した。
知の真空蒸着法やスパッタ法などを用いて、厚さ５０ｎ
ｍのＴｉ膜と０．５μｍのＡｕ膜との積層構造を形成
し、窒素雰囲気中、４５０℃で約３０秒間の熱処理を施
すことによりｎ側電極１２２１を形成した。
【０１０１】一方、ｐ型ＧａＮ層１２１３のほぼ全面に
は、周知の真空蒸着法やスパッタ法などを用いて、厚さ
約１０ｎｍのＰｔ膜、約５０ｎｍのＴｉ膜、約３０ｎｍ
のＰｔ膜、および約１μｍのＡｕ膜を積層し、窒素雰囲
気中、３００℃で約３０秒間熱処理を施すことによりｐ
側電極１２２２を形成した。なお、ここでは、ｐ側電極
としてＰｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造を用いたがこ
れに限定されず、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍ
ｇ，Ｓｉ，Ｚｎ，Ｂｅ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｐｄ，およびＳｎ
などを用いてもよい。これらの金属は、単層、積層構
造、あるいは合金として用いることができる。
は、周知の真空蒸着法やスパッタ法などを用いて、厚さ
約１０ｎｍのＰｔ膜、約５０ｎｍのＴｉ膜、約３０ｎｍ
のＰｔ膜、および約１μｍのＡｕ膜を積層し、窒素雰囲
気中、３００℃で約３０秒間熱処理を施すことによりｐ
側電極１２２２を形成した。なお、ここでは、ｐ側電極
としてＰｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造を用いたがこ
れに限定されず、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍ
ｇ，Ｓｉ，Ｚｎ，Ｂｅ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｐｄ，およびＳｎ
などを用いてもよい。これらの金属は、単層、積層構
造、あるいは合金として用いることができる。
【０１０２】上述のようにして形成されたの電極１２２
１および１２２２の上には、ボンディングの密着性を高
めるために、厚さ約５ｎｍのＣｒ膜と、約１μｍのＡｕ
膜とを順次積層し、電極パッドを形成した。ここにＡｕ
などによるボンディングすることによって素子は動作す
る。
１および１２２２の上には、ボンディングの密着性を高
めるために、厚さ約５ｎｍのＣｒ膜と、約１μｍのＡｕ
膜とを順次積層し、電極パッドを形成した。ここにＡｕ
などによるボンディングすることによって素子は動作す
る。
【０１０３】電極形成まで終了した素子は、サファイア
基板１２０１の裏面（素子が形成された側と反対側の
面）を６０μｍ以下の厚さまで研磨し、基板側からのラ
インスクライブ、およびへき開により約５００μｍ×１
ｍｍの大きさに素子を分離した。このとき、レーザの端
面は、ＧａＮ系材料のＡ面、すなわち（１１−２０）面
となるようにした。
基板１２０１の裏面（素子が形成された側と反対側の
面）を６０μｍ以下の厚さまで研磨し、基板側からのラ
インスクライブ、およびへき開により約５００μｍ×１
ｍｍの大きさに素子を分離した。このとき、レーザの端
面は、ＧａＮ系材料のＡ面、すなわち（１１−２０）面
となるようにした。
【０１０４】この後、レーザの端面となる面にＳｉＯ2
膜とＴｉＯ2 膜との多層膜を形成し、レーザの端面反射
率の向上を図った。このようにして作製した半導体レー
ザ１２００は、しきい電流密度３ｋＡ／ｃｍ2 で動作し
た。発振波長は、活性層１２０７の平均的なＩｎ組成に
依存するが、３９０〜４５０ｎｍの波長で発振させるこ
とが可能である。
膜とＴｉＯ2 膜との多層膜を形成し、レーザの端面反射
率の向上を図った。このようにして作製した半導体レー
ザ１２００は、しきい電流密度３ｋＡ／ｃｍ2 で動作し
た。発振波長は、活性層１２０７の平均的なＩｎ組成に
依存するが、３９０〜４５０ｎｍの波長で発振させるこ
とが可能である。
【０１０５】なお、本実施例の段差構造は、エッチング
によって作製したが選択成長によって作製することも可
能である。以上、特定のｐ型半導体層を有する半導体素
子を例に挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限
定されず、ｐ型導電性を付与するためのアクセプター性
不純物に加えて、残留ドナーを補償するためのアクセプ
ター性不純物をさらに含むｐ型半導体膜は、本発明の範
囲である。
によって作製したが選択成長によって作製することも可
能である。以上、特定のｐ型半導体層を有する半導体素
子を例に挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限
定されず、ｐ型導電性を付与するためのアクセプター性
不純物に加えて、残留ドナーを補償するためのアクセプ
ター性不純物をさらに含むｐ型半導体膜は、本発明の範
囲である。
【０１０６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
わずかな不純物を同層に存在せしめることにより高キャ
リア濃度のｐ型結晶が実現できるため、素子の効率を上
げることができる。このことは、素子の信頼性の向上に
もつながり、またｐ型半導体膜を有する全ての素子に適
用し得るので、その工業的価値は大きい。
わずかな不純物を同層に存在せしめることにより高キャ
リア濃度のｐ型結晶が実現できるため、素子の効率を上
げることができる。このことは、素子の信頼性の向上に
もつながり、またｐ型半導体膜を有する全ての素子に適
用し得るので、その工業的価値は大きい。
【図１】本発明のＧａＮ系半導体レーザの一例を示す断
面図。
面図。
【図２】本発明のＧａＮ系半導体レーザの他の例を示す
断面図。
断面図。
【図３】本発明のＧａＮ系発光ダイオードの一例を示す
断面図。
断面図。
【図４】本発明のＧａＮ系発光ダイオードの他の例を示
す断面図。
す断面図。
【図５】本発明のＺｎＳｅ系半導体レーザの一例を示す
断面図。
断面図。
【図６】本発明の４Ｈ型ＳｉＣによるＭＯＳＦＥＴの一
例を示す断面図。
例を示す断面図。
【図７】本発明のＧａＮ系半導体レーザの他の例を示す
断面図。
断面図。
【図８】本発明のＧａＮ系半導体レーザの他の例を示す
断面図。
断面図。
【図９】本発明のＧａＮ系半導体レーザの他の例を示す
断面図。
断面図。
【図１０】本発明の発光ダイオードの他の例を示す断面
図。
図。
【図１１】本発明の半導体レーザの他の例を示す断面
図。
図。
１００…半導体レーザ １０１…ｐ型ＳｉＣ基板 １０２…ＧａＮバッファ層 １０３…ｐ型ＧａＮ層 １０４…ｐ型ＡｌＧａＮ層 １０５…ＩｎＧａＮ活性層 １０６…ｎ型ＡｌＧａＮ層 １０７…ｎ型ＧａＮ層 １１０…ＳｉＯ2 膜 １１１…Ｔｉ／Ａｕ積層電極
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体膜にｐ型導電性を付与するための
アクセプター性不純物と残留ドナーを補償するためのア
クセプター性不純物とを含むことを特徴とするｐ型半導
体膜。 - 【請求項２】 ｐ型半導体層とｎ型半導体層とによるｐ
ｎ接合を有し、前記ｐ型半導体層中にｐ型導電性を付与
するためのアクセプター性不純物と残留ドナーを補償す
るためのアクセプター性不純物とを含むことを特徴とす
る半導体素子。 - 【請求項３】 前記半導体は、 Ｂx Ｉｎy Ａｌz Ｇａ(1-x-y-z) Ｎ （０≦ｘ，ｙ，
ｚ≦１） で表わされる化合物半導体である請求項２に記載の半導
体素子。 - 【請求項４】 前記ｐ型導電性を付与するためのアクセ
プター性不純物は、マグネシウムである請求項３に記載
の半導体素子。 - 【請求項５】 前記残留ドナーを補償するためのアクセ
プター性不純物は、炭素、カドミウム、チタン、鉄、ヒ
素、酸素、リンおよびニッケルからなる群から選択され
た少なくとも１種である請求項３または４に記載の半導
体素子。 - 【請求項６】 前記ｐ型半導体層中に、さらにケイ素を
含有する請求項５に記載の半導体素子。
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| JP8-69590 | 1996-03-26 | ||
| JP33219996A JP3561105B2 (ja) | 1996-03-26 | 1996-12-12 | ｐ型半導体膜および半導体素子 |
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