WO2012060299A1 - Iii族窒化物半導体素子、iii族窒化物半導体素子を作製する方法、及びエピタキシャル基板 - Google Patents

Iii族窒化物半導体素子、iii族窒化物半導体素子を作製する方法、及びエピタキシャル基板 Download PDF

Info

Publication number
WO2012060299A1
WO2012060299A1 PCT/JP2011/074973 JP2011074973W WO2012060299A1 WO 2012060299 A1 WO2012060299 A1 WO 2012060299A1 JP 2011074973 W JP2011074973 W JP 2011074973W WO 2012060299 A1 WO2012060299 A1 WO 2012060299A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
group iii
gallium nitride
nitride semiconductor
semiconductor layer
iii nitride
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/074973
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
陽平 塩谷
孝史 京野
隆道 住友
祐介 善積
幸司 西塚
Original Assignee
住友電気工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友電気工業株式会社 filed Critical 住友電気工業株式会社
Priority to CN2011800534287A priority Critical patent/CN103190042A/zh
Priority to EP11837949.4A priority patent/EP2637267A1/en
Publication of WO2012060299A1 publication Critical patent/WO2012060299A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02387—Group 13/15 materials
    • H01L21/02389—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02458—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H01L21/02496—Layer structure
    • H01L21/02505—Layer structure consisting of more than two layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02579—P-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen
    • H01L33/325—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen characterised by the doping materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2302/00—Amplification / lasing wavelength
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
    • H01S2304/04—MOCVD or MOVPE
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2009—Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2018—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers
    • H01S5/2031—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers characterized by special waveguide layers, e.g. asymmetric waveguide layers or defined bandgap discontinuities
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
    • H01S5/3063—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping using Mg
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3202—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth
    • H01S5/320275—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth semi-polar orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
    • H01S5/3213—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities asymmetric clading layers

Definitions

  • the present invention relates to a group III nitride semiconductor device, a method for manufacturing a group III nitride semiconductor device, and an epitaxial substrate.
  • Patent Document 1 describes a method of growing an InGaN layer for a blue light emitting device. It defines the growth temperature and growth rate during InGaN growth.
  • the carrier gas is switched to nitrogen at a substrate temperature of 805 degrees Celsius, and TMG, TMI, ammonia, and silane are allowed to flow to grow Si-doped InGaN.
  • the only gas supplied from the conical quartz tube is nitrogen.
  • Patent Document 1 hydrogen and nitrogen are allowed to flow for GaN growth on the c-plane, while nitrogen is allowed to flow for InGaN growth.
  • a gallium nitride based semiconductor not containing In, for example, GaN or AlGaN is grown while supplying hydrogen.
  • oxygen is desorbed from the residual material in the growth furnace, such as jigs and deposits. This oxygen is taken into the epitaxial film as a result in the epitaxial growth on the nonpolar surface where oxygen is easily taken in.
  • a group III nitride semiconductor device includes: (a) a conductive substrate including a main surface made of a first gallium nitride semiconductor; and (b) a first p-type gallium nitride semiconductor.
  • a group III nitride semiconductor region including a layer and provided on the main surface.
  • the main surface of the substrate is inclined at an angle in a range of 50 degrees to less than 130 degrees from a plane orthogonal to a reference axis extending along the c-axis of the first gallium nitride semiconductor, and the first p-type
  • the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor layer is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, and the ratio of the p-type dopant concentration Npd of the first p-type gallium nitride based semiconductor layer to the oxygen concentration Noxg (Noxg / Npd) Is 1/10 or less.
  • the first p-type gallium nitride semiconductor layer is provided on the main surface of the substrate, and the main surface extends along the c-axis of the first gallium nitride semiconductor of the substrate. It inclines at an angle in the range of 50 degrees or more and less than 130 degrees from a plane orthogonal to the extending reference axis.
  • the oxygen concentration in the first p-type gallium nitride semiconductor layer can be 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, so that oxygen contained in the first p-type gallium nitride semiconductor layer causes the first p-type gallium nitride semiconductor layer to Compensation of the p-type dopant in the p-type gallium nitride based semiconductor layer can be reduced. Moreover, since the ratio (Noxg / Npd) is 1/10 or less, the p-type dopant concentration Npd can be lowered.
  • the first p-type gallium nitride based semiconductor layer preferably does not contain indium as a group III constituent element.
  • the oxygen concentration can be reduced and the p-type dopant concentration Npd can be lowered.
  • the group III nitride semiconductor device may further include an n-type gallium nitride semiconductor layer provided on the main surface and a gallium nitride semiconductor layer for the light emitting layer.
  • the light emitting layer may be provided between the first p-type gallium nitride semiconductor layer and the n-type gallium nitride semiconductor layer, and the group III nitride semiconductor device may be a light emitting device. According to this group III nitride semiconductor device, the electrical characteristics of the p-type gallium nitride based semiconductor layer in the light emitting device can be improved.
  • the emission wavelength of the light emitting layer may be not less than 440 nm and not more than 600 nm.
  • the electrical characteristics of the p-type gallium nitride semiconductor can be improved in the light-emitting device that generates light in the above-described emission wavelength range.
  • the emission wavelength of the light emitting layer may be not less than 490 nm and not more than 600 nm.
  • the electrical characteristics of the p-type gallium nitride semiconductor can be improved in a light emitting device that provides light emission at a long wavelength.
  • the group III nitride semiconductor device may further include an electrode in contact with the group III nitride semiconductor region.
  • the group III nitride semiconductor region includes a contact layer in contact with the electrode and a p-type group III nitride semiconductor stack, and the p-type group III nitride semiconductor stack includes a contact layer and a light emitting layer.
  • the p-type group III nitride semiconductor multilayer is formed between and in contact with the contact layer to form a first junction and the light emitting layer to form a second junction.
  • the oxygen concentration is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, and the ratio (Noxg / Npd) between the p-type dopant concentration Npd and the oxygen concentration Noxg of the p-type group III nitride semiconductor stack is 1/10 or less. Is good.
  • the oxygen concentration in the p-type group III nitride semiconductor stack is reduced and the ratio (Noxg / Npd) is reduced to 1/10 or less. Reduced.
  • the electrical characteristics of the p-type group III nitride semiconductor constituting this current path can be improved.
  • the first p-type gallium nitride based semiconductor layer can be made of GaN, InGaN, AlGaN, or InAlGaN.
  • the oxygen concentration is reduced and the ratio (Noxg / Npd) is 1 / It is reduced to 10 or less.
  • the first p-type gallium nitride based semiconductor layer can be made of GaN or AlGaN.
  • the oxygen concentration is reduced and the ratio (Noxg / Npd) is reduced to 1/10 or less. Reduced.
  • the first p-type gallium nitride based semiconductor layer may have a carbon concentration of 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less.
  • this group III nitride semiconductor device it is required to lower the growth temperature of the p-layer semiconductor, particularly in the production of a light emitting device that emits light at a long wavelength, and therefore the concentration of carbon impurities increases.
  • the concentration of carbon impurities increases.
  • the first p-type gallium nitride based semiconductor layer grown in a nitrogen atmosphere not only the oxygen concentration but also the carbon concentration can be reduced.
  • the group III nitride semiconductor region further includes a second p-type gallium nitride based semiconductor layer provided on the main surface.
  • the oxygen concentration of the p-type gallium nitride based semiconductor layer is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less
  • the second p-type gallium nitride based semiconductor layer contains indium as a group III constituent element
  • the second p-type gallium nitride based semiconductor layer The ratio (Noxg / Npd) between the p-type dopant concentration Npd of the gallium nitride based semiconductor layer and the oxygen concentration Noxg may be 1/10 or less.
  • the oxygen concentration can be reduced and the concentration ratio (Noxg / Npd) can be reduced to 1/10 or less. it can. Therefore, the electrical characteristics of this p-type group III nitride semiconductor can be improved.
  • Another aspect of the present invention is a method for fabricating a group III nitride semiconductor device.
  • the method includes (a) preparing a conductive substrate including a main surface made of a first gallium nitride semiconductor, and (b) a group III nitride including a first p-type gallium nitride semiconductor layer. And a step of growing a semiconductor region on the main surface.
  • a source gas and a first atmospheric gas for the group III constituent element and the group V constituent element of the first p-type gallium nitride semiconductor layer grow.
  • Nitrogen is used as the first atmospheric gas supplied to the furnace, and the main surface of the substrate is at least 50 degrees from a surface orthogonal to a reference axis extending along the c-axis of the first gallium nitride semiconductor.
  • the first p-type gallium nitride based semiconductor layer is inclined at an angle of less than 130 degrees, and the oxygen concentration of the first p-type gallium nitride based semiconductor layer is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less.
  • the ratio (Noxg / Npd) between the type dopant concentration Npd and the oxygen concentration Noxg is 1/10 or less.
  • the first p-type gallium nitride semiconductor layer is grown on the main surface of the substrate, and the main surface extends along the c-axis of the first gallium nitride semiconductor of the substrate. It inclines at an angle in the range of 50 degrees or more and less than 130 degrees from a plane perpendicular to the angle.
  • the source gas for the first p-type gallium nitride based semiconductor layer and the first atmospheric gas are supplied to the growth furnace, and nitrogen is used as the atmospheric gas. Therefore, the oxygen concentration in the first p-type gallium nitride based semiconductor layer can be set to 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less.
  • Compensation of the p-type dopant in the first p-type gallium nitride semiconductor layer by oxygen contained in the first p-type gallium nitride semiconductor layer can be reduced. Further, since the concentration ratio (Noxg / Npd) is 1/10 or less, the p-type dopant concentration Npd can be lowered.
  • the first p-type gallium nitride based semiconductor layer may not contain indium as a group III constituent element. According to this manufacturing method, in a gallium nitride semiconductor that does not contain indium as a group III constituent element, the oxygen concentration can be reduced and the concentration ratio can be lowered.
  • the manufacturing method includes a step of growing an n-type gallium nitride semiconductor layer on the main surface, and a step of growing a gallium nitride semiconductor layer for an active layer on the main surface; Can be further provided.
  • the active layer is provided between the p-type gallium nitride semiconductor layer and the n-type gallium nitride semiconductor layer, and the group III nitride semiconductor device is a light emitting device. According to this manufacturing method, the electrical characteristics of the p-type gallium nitride based semiconductor layer in the light emitting element can be improved.
  • the emission wavelength of the active layer may be not less than 440 nm and not more than 600 nm. According to this manufacturing method, the electrical characteristics of the p-type gallium nitride semiconductor can be improved in the light-emitting element that generates light in the above-described emission wavelength range.
  • the emission wavelength of the active layer may be not less than 490 nm and not more than 600 nm. According to this manufacturing method, the characteristics of the p-type gallium nitride semiconductor can be improved in a light-emitting element that provides light emission at a long wavelength.
  • the manufacturing method according to another aspect of the present invention may further include a step of forming an electrode that is in contact with the group III nitride semiconductor region.
  • the group III nitride semiconductor region includes a contact layer in contact with the electrode and a p-type group III nitride semiconductor stack, and the p-type group III nitride semiconductor stack includes a contact layer and a light emitting layer.
  • the p-type group III nitride semiconductor multilayer is provided between and in contact with the contact layer to form a first junction and to form a second junction with the light-emitting layer.
  • a source gas and a second atmospheric gas for the group III constituent element and the group V constituent element of the p type gallium nitride based semiconductor layer are grown.
  • Nitrogen is used as the second atmospheric gas supplied to the furnace, the oxygen concentration of the p-type group III nitride semiconductor stack is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, and the p-type group III nitride semiconductor stack is P-type dopant concentration Npd and the oxygen concentration
  • the ratio of the Noxg (Noxg / Npd) can be less than 1/10.
  • the oxygen concentration of the p-type group III nitride semiconductor stack is reduced and the ratio (Noxg / Npd) is reduced to 1/10 or less.
  • the electrical characteristics of the p-type group III nitride semiconductor constituting this current path can be improved.
  • the first p-type gallium nitride based semiconductor layer can be made of GaN, InGaN, AlGaN, or InAlGaN.
  • the oxygen concentration is reduced and the ratio (Noxg / Npd) is reduced to 1/10 or less. Reduced.
  • the first p-type gallium nitride based semiconductor layer can be made of GaN or AlGaN. According to this manufacturing method, in GaN or AlGaN grown on a non-polar group III nitride semiconductor surface, the oxygen concentration is reduced and the ratio (Noxg / Npd) is reduced to 1/10 or less.
  • the carbon concentration of the first p-type gallium nitride based semiconductor layer is preferably 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less. According to this manufacturing method, particularly in manufacturing a light-emitting element at a long wavelength, it is required to lower the growth temperature of the p-layer semiconductor, and therefore the concentration of carbon impurities increases. According to the knowledge of the inventors, in the first p-type gallium nitride based semiconductor layer grown in a nitrogen atmosphere, not only the oxygen concentration but also the carbon concentration can be reduced.
  • the surface roughness of the group III nitride semiconductor region may be an arithmetic average roughness of 1 nm or less. According to this manufacturing method, the arithmetic average roughness can be reduced in film formation that achieves a low oxygen concentration by growth in a nitrogen atmosphere.
  • the group III nitride semiconductor region further includes a second p-type gallium nitride semiconductor layer
  • the second p-type gallium nitride semiconductor layer includes a group III
  • a source gas for the group III constituent element and the group V constituent element of the second p-type gallium nitride semiconductor layer and the second 2 atmosphere gas is supplied to the growth furnace, nitrogen is used as the second atmosphere gas, and the oxygen concentration of the second p-type gallium nitride based semiconductor layer is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less
  • the ratio (Noxg / Npd) of the p-type dopant concentration Npd and the oxygen concentration Noxg of the second p-type gallium nitride based semiconductor layer may be 1/10 or less.
  • the oxygen concentration can be reduced and the concentration ratio (Noxg / Npd) can be reduced to 1/10 or less. Therefore, the electrical characteristics of this p-type group III nitride semiconductor can be improved.
  • the epitaxial substrate includes (a) a conductive substrate including a main surface made of a first gallium nitride semiconductor, and (b) a first p-type gallium nitride semiconductor layer provided on the main surface. And a group III nitride semiconductor region.
  • the main surface of the substrate is inclined at an angle in a range of 50 degrees to less than 130 degrees from a plane orthogonal to a reference axis extending along the c-axis of the first gallium nitride semiconductor, and the first p-type
  • the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor layer is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, and the ratio of the p-type dopant concentration Npd of the first p-type gallium nitride based semiconductor layer to the oxygen concentration Noxg (Noxg / Npd) Is 1/10 or less.
  • the first p-type gallium nitride semiconductor layer is provided on the main surface of the substrate, and the main surface extends along the c-axis of the first gallium nitride semiconductor of the substrate. It inclines at an angle in the range of 50 degrees or more and less than 130 degrees from a plane perpendicular to the angle. In this angle range, the oxygen concentration in the first p-type gallium nitride based semiconductor layer is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, and therefore, the first p-type gallium nitride based semiconductor layer has oxygen as a result of the first p-type gallium nitride based semiconductor layer.
  • the first p-type gallium nitride based semiconductor layer does not contain indium as a group III constituent element.
  • the oxygen concentration can be reduced and the concentration ratio can be lowered.
  • the epitaxial substrate according to still another aspect of the present invention may further include an n-type gallium nitride based semiconductor layer provided on the main surface and a gallium nitride based semiconductor layer for the light emitting layer.
  • the light emitting layer may be provided between the p-type gallium nitride based semiconductor layer and the n-type gallium nitride based semiconductor layer, and the group III nitride semiconductor device may be a light emitting device.
  • the electrical characteristics of the p-type gallium nitride based semiconductor layer in the light emitting device can be improved.
  • the emission wavelength of the light emitting layer may be not less than 440 nm and not more than 600 nm. According to this epitaxial substrate, the electrical characteristics of the p-type gallium nitride semiconductor can be improved in the light-emitting element that generates light in the above-described emission wavelength range.
  • the emission wavelength of the light emitting layer may be not less than 490 nm and not more than 600 nm. According to this epitaxial substrate, the electrical characteristics of the p-type gallium nitride semiconductor can be improved in a light emitting device that provides light emission at a long wavelength.
  • the entire group III nitride semiconductor region has p-type conductivity, and the oxygen concentration of the group III nitride semiconductor region is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3.
  • the ratio (Noxg / Npd) of the p-type dopant concentration Npd of the group III nitride semiconductor region to the oxygen concentration Noxg may be 1/10 or less.
  • the oxygen concentration is reduced and the ratio (Noxg / Npd) is reduced to 1/10 or less in the entire group III nitride semiconductor region except for the p-type semiconductor region having a high dopant concentration. Is done.
  • the characteristics of the p-type group III nitride semiconductor constituting this current path can be improved.
  • the first p-type gallium nitride based semiconductor layer can be made of GaN, InGaN, AlGaN or InAlGaN.
  • the oxygen concentration is reduced and the ratio (Noxg / Npd) is reduced to 1/10 or less. Reduced.
  • the first p-type gallium nitride semiconductor layer can be made of GaN or AlGaN. According to this epitaxial substrate, in GaN or AlGaN grown on a non-polar group III nitride semiconductor surface, the oxygen concentration is reduced and the ratio (Noxg / Npd) is reduced to 1/10 or less.
  • the carbon concentration of the first p-type gallium nitride based semiconductor layer may be 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less. According to this epitaxial substrate, particularly in the production of a light emitting device at a long wavelength, it is required to lower the growth temperature of the p-layer semiconductor, and therefore the concentration of carbon impurities increases. According to the knowledge of the inventors, in the first p-type gallium nitride based semiconductor layer grown in a nitrogen atmosphere, not only the oxygen concentration but also the carbon concentration can be reduced.
  • the group III nitride semiconductor region further includes a second p-type gallium nitride based semiconductor layer provided on the main surface, and the second p-type semiconductor layer.
  • the oxygen concentration of the p-type gallium nitride semiconductor layer is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less
  • the second p-type gallium nitride semiconductor layer contains indium as a group III constituent element
  • the ratio (Noxg / Npd) of the p-type dopant concentration Npd of the gallium-based semiconductor layer to the oxygen concentration Noxg may be 1/10 or less.
  • the oxygen concentration can be reduced and the concentration ratio (Noxg / Npd) can be reduced to 1/10 or less. Therefore, the characteristics of the p-type group III nitride semiconductor can be improved.
  • the surface roughness of the epitaxial substrate may be an arithmetic average roughness of 1 nm or less. According to this epitaxial substrate, the film formation conditions for realizing a low oxygen concentration can reduce the arithmetic average roughness on the surface of the epitaxial substrate.
  • a group III nitride semiconductor device having a p-type gallium nitride based semiconductor layer with a reduced oxygen concentration is provided.
  • a method for manufacturing a group III nitride semiconductor device capable of reducing the amount of oxygen impurities taken up is provided.
  • an epitaxial substrate for a group III nitride semiconductor device is provided.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a structure of a group III nitride semiconductor device according to the present embodiment and a structure of an epitaxial substrate for the group III nitride semiconductor device.
  • FIG. 2 is a drawing showing main steps in the method of manufacturing a group III nitride semiconductor device and an epitaxial substrate according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a drawing showing main steps in the method of manufacturing a group III nitride semiconductor device and an epitaxial substrate according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a drawing schematically showing products in main steps in the method of manufacturing a group III nitride semiconductor device and an epitaxial substrate according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a structure of a group III nitride semiconductor device according to the present embodiment and a structure of an epitaxial substrate for the group III nitride semiconductor device.
  • FIG. 2 is a drawing showing main steps in the method of manufacturing a group III nit
  • FIG. 5 is a drawing schematically showing products in main steps in the method of manufacturing a group III nitride semiconductor device and an epitaxial substrate according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a drawing showing the element structure of the laser diode of Example 1, and the atmospheric gas, p-type dopant concentration, oxygen concentration and O / Mg ratio of the epitaxial structure layer for this element.
  • FIG. 7 is a drawing showing the element structure of the laser diode of Example 2, and the atmospheric gas, p-type dopant concentration, oxygen concentration and O / Mg ratio of the epitaxial structure layer for this element.
  • FIG. 6 is a drawing showing the element structure of the laser diode of Example 1, and the atmospheric gas, p-type dopant concentration, oxygen concentration and O / Mg ratio of the epitaxial structure layer for this element.
  • FIG. 7 is a drawing showing the element structure of the laser diode of Example 2, and the atmospheric gas, p-type dopant concentration, oxygen concentration and O / Mg
  • FIG. 8 is a drawing showing the element structure of the laser diode of Example 3, and the atmospheric gas, p-type dopant concentration, oxygen concentration and O / Mg ratio of the epitaxial structure layer for this element.
  • FIG. 9 is a drawing showing the element structure of the laser diode of Example 4, and the atmospheric gas, p-type dopant concentration, oxygen concentration and O / Mg ratio of the epitaxial structure layer for this element.
  • FIG. 10 is a drawing showing the element structure of the laser diode of Example 5 and the atmospheric gas in the constituent layers of the epitaxial structure.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing the structure of a group III nitride semiconductor device and the structure of an epitaxial substrate for the group III nitride semiconductor device according to the present embodiment.
  • a light emitting element such as a light emitting diode or a laser diode will be described as the group III nitride semiconductor element 11, but the present embodiment is applied to a group III nitride semiconductor element including a p-type group III nitride semiconductor. Applicable.
  • Epitaxial substrate EP has an epitaxial layer structure similar to that of group III nitride semiconductor device 11. In the following description, a semiconductor layer constituting the group III nitride semiconductor device 11 will be described.
  • the epitaxial substrate EP includes semiconductor layers (semiconductor films) corresponding to these semiconductor layers, and the description is applied to the corresponding semiconductor layers for the group III nitride semiconductor element 11.
  • a coordinate system S and a crystal coordinate system CR are shown.
  • the main surface 13a of the substrate 13 faces the Z-axis direction and extends in the X direction and the Y direction.
  • the X axis is in the direction of the a axis.
  • the group III nitride semiconductor device 11 includes a substrate 13 and an n-type group III nitride semiconductor epitaxial region (hereinafter referred to as “n-type group III nitride semiconductor region”). ) 15, a light emitting layer 17, and a p-type group III nitride semiconductor epitaxial region (hereinafter referred to as “p-type group III nitride semiconductor region”) 19.
  • the substrate 13 has a main surface 13a made of a first gallium nitride-based semiconductor and exhibits conductivity.
  • the main surface 13a of the substrate 13 is inclined at an angle in the range of 50 degrees or more and less than 130 degrees from the plane Sc perpendicular to the reference axis Cx extending along the c axis of the first gallium nitride semiconductor.
  • the n-type group III nitride semiconductor region 15 includes one or a plurality of n-type gallium nitride semiconductor layers and can be provided on the main surface 13a.
  • the n-type group III nitride semiconductor region 15 can include, for example, an n-type buffer layer, an n-type cladding layer, and an n-type light guide layer.
  • the p-type group III nitride semiconductor region 19 can include one or more p-type gallium nitride based semiconductor layers.
  • the p-type group III nitride semiconductor region 19 includes, for example, a first p-type gallium nitride semiconductor layer 21 and is provided on the main surface 13a.
  • the oxygen concentration of the first p-type gallium nitride based semiconductor layer 21 is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less.
  • the concentration ratio (Noxg / Npd) between the p-type dopant concentration Npd and the oxygen concentration Noxg of the first p-type gallium nitride based semiconductor layer 21 is 1/10 or less.
  • the group III nitride semiconductor region 19 can include the second p-type gallium nitride based semiconductor layer 23.
  • the p-type group III nitride semiconductor region 19 can include, for example, a p-type electron block layer, a p-type light guide layer, a p-type cladding layer, and a p-type contact layer.
  • the first p-type gallium nitride based semiconductor layer 21 is provided on the main surface 13 a of the substrate 13.
  • the main surface 13a is inclined at an angle in the range of 50 degrees or more and less than 130 degrees with respect to the surface Sc orthogonal to the reference axis Cx. Since the oxygen concentration in the first p-type gallium nitride based semiconductor layer 21 is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, the oxygen contained in the first p-type gallium nitride based semiconductor layer 21 causes the first p-type gallium nitride based semiconductor layer 21. Compensation of the p-type dopant in the semiconductor layer 21 can be reduced. Further, since the concentration ratio (Noxg / Npd) is 1/10 or less, the p-type dopant concentration Npd can be lowered.
  • the first and second p-type gallium nitride based semiconductor layers 21 and 23 can be made of GaN, InGaN, AlGaN or InAlGaN.
  • the oxygen concentration is reduced and the concentration ratio (Noxg / Npd) is reduced to 1/10 or less. Is done.
  • the first p-type gallium nitride based semiconductor layer 21 preferably does not contain indium as a group III constituent element. Thereby, in the gallium nitride based semiconductor not containing indium as a group III constituent element, the oxygen concentration can be reduced and the p-type dopant concentration Npd can be lowered.
  • the first p-type gallium nitride based semiconductor layer 21 can be made of GaN or AlGaN. In GaN or AlGaN grown on a non-polar group III nitride semiconductor surface, the oxygen concentration is reduced and the concentration ratio (Noxg / Npd) is reduced to 1/10 or less.
  • the second p-type gallium nitride based semiconductor layer 23 preferably contains indium as a group III constituent element.
  • the oxygen concentration can be reduced and the p-type dopant concentration Npd can be lowered.
  • the oxygen concentration of the second p-type gallium nitride based semiconductor layer 23 can be 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less.
  • the second p-type gallium nitride based semiconductor layer 23 contains indium as a group III constituent element and can be made of, for example, InGaN or InAlGaN.
  • the concentration ratio (Noxg / Npd) between the p-type dopant concentration Npd and the oxygen concentration Noxg can be 1/10 or less. Also in the p-type gallium nitride based semiconductor layer 23 containing indium as a group III constituent element, the oxygen concentration can be reduced and the concentration ratio (Noxg / Npd) can be reduced to 1/10 or less. Therefore, the characteristics of the p-type group III nitride semiconductor can be improved.
  • the p-type dopant concentration is, for example, 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ . This is because it is preferably 3 or more, and if the doping concentration is less than this, the resistance increases and the electrical characteristics deteriorate.
  • the p-type dopant concentration is preferably 5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or less, for example, if the doping concentration is higher than this, the crystallinity deteriorates and the electrical characteristics deteriorate.
  • the p-type dopant concentration in these layers 21 and 23 can be made smaller than the p-type dopant concentration in the p-type contact layer 25.
  • the p-type group III nitride semiconductor stack 26 is composed of two layers of first and second p-type gallium nitride based semiconductor layers 21 and 23.
  • the p-type group III nitride semiconductor stack 26 forms the first junction J1 with the contact layer 25 and the light emitting layer 17 and the second junction J2.
  • the oxygen concentration is preferably 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less over the entire p-type group III nitride semiconductor stack 26.
  • the concentration ratio (Noxg / Npd) between the p-type dopant concentration Npd of the group III nitride semiconductor stack 26 and the oxygen concentration Noxg can be 1/10 or less.
  • the oxygen concentration is reduced and the ratio (Noxg / Npd) is reduced to 1/10 or less.
  • the electrical characteristics of the p-type group III nitride semiconductor constituting the current path from the anode can be improved.
  • the carbon concentration of the first p-type gallium nitride based semiconductor layer 21 can be 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less.
  • the concentration of carbon impurities increases in the first p-type gallium nitride based semiconductor layer 21 grown in a nitrogen atmosphere.
  • not only the oxygen concentration but also the carbon concentration can be reduced.
  • the carbon concentration of the second p-type gallium nitride based semiconductor layer 23 can be 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less.
  • the substrate 13 is made of a first gallium nitride based semiconductor, and can be, for example, GaN, InGaN, AlGaN, or the like. Since GaN is a gallium nitride semiconductor that is a binary compound, it can provide good crystal quality and a stable substrate main surface. Further, the first gallium nitride based semiconductor can be made of, for example, AlN.
  • the c-plane of the substrate 13 extends along the plane Sc shown in FIG.
  • a coordinate system CR c-axis, a-axis, m-axis
  • the main surface 13a of the substrate 13 is inclined at an inclination angle ⁇ in the direction of the m-axis or a-axis of the first gallium nitride semiconductor with respect to a plane orthogonal to the reference axis Cx.
  • the inclination angle ⁇ is defined by the angle formed between the normal vector VN of the principal surface 13a of the substrate 13 and the c-axis part vector VC indicating the reference axis Cx.
  • the active layer 17 is provided between the n-type gallium nitride semiconductor region 15 and the p-type gallium nitride semiconductor region 19, and the n-type gallium nitride semiconductor region 15, the active layer 17, and the p-type
  • the gallium nitride based semiconductor region 19 is arranged in the direction of the normal axis Ax.
  • the range of the inclination angle ⁇ can be divided into a first angle range of surface orientation showing semipolar characteristics and a second angle range of surface orientation showing characteristics close to nonpolarity.
  • the first angle range is, for example, 50 degrees or more and 80 degrees or less, and is 100 degrees or more and less than 130 degrees.
  • the crystallinity of InGaN having a particularly high In composition can be enhanced
  • the second angle range there is an advantage that a piezoelectric field of InGaN having a particularly high In composition can be suppressed.
  • the light emitting layer 17 includes an active layer 27, and may include an n-side light guide layer 29 and a p-side light guide layer 31, if necessary.
  • the active layer 27 includes at least one semiconductor epitaxial layer 33.
  • the semiconductor epitaxial layer 33 is provided on the gallium nitride based semiconductor epitaxial region 15.
  • the semiconductor epitaxial layer 33 is made of, for example, AlGaN, GaN, InGaN, InAlGaN, or the like, and can be made of a second gallium nitride based semiconductor containing indium.
  • the active layer 27 can include another semiconductor epitaxial layer 35.
  • the other semiconductor epitaxial layer 35 is made of, for example, AlGaN, GaN, InGaN, InAlGaN, or the like, and can be made of a third gallium nitride based semiconductor containing indium.
  • Another semiconductor epitaxial layer 35 has a band gap larger than that of the semiconductor epitaxial layer 33.
  • the semiconductor epitaxial layer 33 serves as a well layer and the semiconductor epitaxial layer 35 serves as a barrier layer.
  • the active layer 27 can have a single or multiple quantum well structure.
  • the emission wavelength of the light emitting layer 17 (active layer 27) can be, for example, not less than 440 nm and not more than 600 nm. In the light-emitting element that generates light in the above-described emission wavelength range, the electrical characteristics of the p-type gallium nitride semiconductor can be improved.
  • the emission wavelength of the light emitting layer 17 (active layer 27) can be not less than 490 nm and not more than 600 nm. Thereby, the characteristics of the p-type gallium nitride semiconductor can be improved in a light-emitting element that provides light emission at a long wavelength.
  • Semiconductor layer 15 n-type InAlGaN cladding layer.
  • Semiconductor layer 21 p-type GaN electron block layer.
  • Semiconductor layer 23 p-type InAlGaN cladding layer.
  • Semiconductor layer 25 p-type GaN contact layer.
  • Semiconductor layer 29 n-side undoped InGaN light guide layer.
  • Semiconductor layer 31 p-side undoped InGaN light guide layer.
  • the n-type group III nitride semiconductor region 15 can include an n-side light guide layer 29 and an n-type light guide layer
  • the p-type group III nitride semiconductor region 19 includes a p-side light guide layer.
  • a guide layer 31 and a p-type light guide layer may be included.
  • the epitaxial substrate EP of the group III nitride semiconductor element 11 includes semiconductor layers (semiconductor films) corresponding to these semiconductor layers, and the description applies to the corresponding semiconductor layer for the group III nitride semiconductor element 11.
  • the surface roughness of the epitaxial substrate EP is 1 nm or less in terms of arithmetic average roughness.
  • the group III nitride semiconductor device 11 can include a first electrode 37 (for example, an anode) provided on the contact layer 25, and the first electrode 37 is an opening of the insulating film 39 that covers the contact layer 25.
  • a contact JC is formed on the p-type group III nitride semiconductor region 19 (contact layer 25) through 39a.
  • Ni / Au is used as the electrode.
  • the group III nitride semiconductor device 11 can include a second electrode 41 (for example, a cathode) provided on the back surface 13b of the substrate 13, and the second electrode 41 is made of, for example, Ti / Al.
  • FIGS. 2 and 3 are drawings showing main steps in the method of manufacturing the group III nitride semiconductor device and the epitaxial substrate according to the present embodiment.
  • 4 and 5 are drawings schematically showing products in main steps in the method of manufacturing a group III nitride semiconductor device and an epitaxial substrate according to the present embodiment.
  • an epitaxial substrate and a group III nitride semiconductor optical device having a light emitting device structure were fabricated on the substrate by metal organic vapor phase epitaxy.
  • Use as a raw material for epitaxial growth trimethyl gallium (TMG), trimethyl indium (TMI), trimethyl aluminum (TMA), ammonia (NH 3), silane (SiH 4), biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) It was.
  • a substrate (substrate 51 shown in FIG. 4A) having a main surface made of a gallium nitride semiconductor is prepared.
  • the normal axis of the principal surface of the substrate 51 has an inclination angle within an angle range of 50 degrees to less than 130 degrees with respect to the c-axis of the gallium nitride semiconductor.
  • the substrate 51 has a main surface that is inclined at an angle of 75 degrees from the c-plane in the m-axis direction in hexagonal GaN, and this inclined surface is shown as a ⁇ 20-21) plane.
  • the main surface is mirror-polished.
  • step S ⁇ b> 102 the substrate 51 is installed in the growth furnace 10.
  • a quartz jig such as a quartz flow channel is disposed in the growth furnace 10. If necessary, heat treatment is performed for 10 minutes while supplying a heat treatment gas containing NH 3 and H 2 to the growth furnace 10 at a temperature of 1050 degrees Celsius and an in-furnace pressure of 27 kPa. This heat treatment causes surface modification.
  • a group III nitride semiconductor layer is grown on the substrate 51 to form an epitaxial substrate.
  • a source material for a group III constituent element and a group V constituent element, a source gas containing an n-type dopant, and an atmosphere gas are supplied to the growth reactor 10 to epitaxially form the group III nitride semiconductor region 53. grow up.
  • the inclination angle of main surface 53 a of group III nitride semiconductor region 53 corresponds to the inclination angle of main surface 51 a of substrate 51.
  • the group III nitride semiconductor region 53 can include one or more group III nitride semiconductor layers.
  • the atmospheric gas includes a carrier gas and a subflow gas.
  • the atmospheric gas can include, for example, nitrogen and / or hydrogen.
  • the following gallium nitride based semiconductor regions are grown.
  • TMG, NH 3 , SiH 4 and nitrogen and / or hydrogen are supplied to the growth reactor 10 to grow the Si-doped GaN layer 55a.
  • TMG, TMI, TMA, NH 3 , SiH 4 and nitrogen are supplied to the growth reactor 10 at a substrate temperature of 870 degrees Celsius to grow the Si-doped InAlGaN layer 55b.
  • TMG, NH 3 , SiH 4 and nitrogen and / or hydrogen are supplied to the growth reactor 10 to grow the Si-doped GaN layer 55c.
  • oxygen tends to be desorbed from jigs in the growth furnace and deposits on the jigs.
  • step S105 the light emitting layer 57 is grown.
  • TMG, TMI, NH 3 and nitrogen are supplied to the growth reactor at a substrate temperature of 870 degrees Celsius to grow the InGaN optical guide layer 59a.
  • Part or all of the light guide layer 59a may be undoped or n-type conductive.
  • the active layer 59b is grown.
  • TMG, TMI, NH 3 and nitrogen of the atmospheric gas are supplied to the growth furnace to grow the undoped InGaN barrier layer 61a.
  • the thickness of the InGaN layer 61a is 15 nm.
  • the growth is interrupted, and the substrate temperature is changed from the growth temperature of the barrier layer to the growth temperature of the well layer.
  • TMG, TMI, NH 3 and nitrogen of the atmospheric gas are supplied to the growth reactor 10 to grow the undoped InGaN well layer 61b.
  • the thickness of the InGaN well layer 61b is 3 nm.
  • the quantum well structure includes three well layers.
  • TMG, TMI, NH 3 and nitrogen of the atmospheric gas are supplied to the growth reactor 10 at a substrate temperature of 870 degrees Celsius to grow the InGaN optical guide layer 59c.
  • a part or all of the light guide layer 59c may be undoped or p-type conductive.
  • the inclination angles of the main surfaces of the light emitting layer 57 and the active layer 59 b correspond to the inclination angles of the main surface 51 a of the substrate 51.
  • step S110 a group III source material, a group V source material, a source gas containing a p-type dopant, and an atmosphere gas are supplied to the growth reactor 10, and the group III nitride semiconductor region 63 is epitaxially grown.
  • the inclination angle of main surface 63 a of group III nitride semiconductor region 63 corresponds to the inclination angle of main surface 51 a of substrate 51.
  • the group III nitride semiconductor region 63 can include one or more group III nitride semiconductor layers. In this embodiment, the following gallium nitride based semiconductor regions are grown.
  • TMG the supply of TMG is stopped and the substrate temperature is raised.
  • TMG, NH 3 , Cp 2 Mg, and atmospheric gas are supplied to the growth furnace to grow the p-type GaN electron block layer 65a at a substrate temperature of 840 degrees Celsius.
  • nitrogen as an atmospheric gas is preferably supplied.
  • TMG, TMI, NH 3 , Cp 2 Mg and nitrogen are supplied to the growth reactor 10 to grow the Mg-doped InGaN optical guide layer 65b at a substrate temperature of 840 degrees Celsius.
  • TMG, NH 3 , Cp 2 Mg, and atmospheric gas are supplied to the growth reactor 10 to grow the Mg-doped GaN optical guide layer 65c.
  • nitrogen is preferably supplied as an atmospheric gas.
  • TMG, TMI, TMA, NH 3 , Cp 2 Mg and nitrogen are supplied to the growth reactor 10 at a substrate temperature of 870 degrees Celsius to grow the Mg-doped InAlGaN cladding layer 65d.
  • TMG, NH 3 , Cp 2 Mg, and atmospheric gas are supplied to the growth reactor 10 to grow the high-concentration Mg-doped GaN contact layer 65e.
  • nitrogen is preferably supplied as an atmospheric gas.
  • an electrode is formed on the epitaxial substrate EP1.
  • the electrode is formed as follows. For example, an electrode (Ni / Au) is formed on the p-type GaN contact layer 65e, and an electrode (Ti / Al) is formed on the back surface of the epitaxial substrate EP1. Prior to the formation of the electrodes, the epitaxial substrate EP1 can be processed to form a ridge structure.
  • step S110 The epitaxial growth of the p-type group III nitride semiconductor region 63 in step S110 can be performed as follows as shown in FIG.
  • the group III nitride semiconductor region 63 includes one or more p-type gallium nitride semiconductor layers (referred to as “p-type gallium nitride semiconductor layer 63A”) containing indium as a group III constituent element, and / or Alternatively, it may include one or more p-type gallium nitride semiconductor layers (referred to as “p-type gallium nitride semiconductor layer 63B”) that do not contain indium as a group III constituent element. As shown in FIG. 5A, in step S112, all of the p-type gallium nitride based semiconductor layer 63A is formed in a nitrogen atmosphere.
  • the oxygen concentration of the p-type gallium nitride based semiconductor layer 63A is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, and the ratio (Noxg) between the p-type dopant concentration Npd of the p-type gallium nitride based semiconductor layer 63A and the oxygen concentration Noxg / Npd) is 1/10 or less.
  • step S113 a part of the p-type gallium nitride based semiconductor layer 63B is formed in a nitrogen atmosphere.
  • the oxygen concentration of the p-type gallium nitride based semiconductor layer 63C is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, and the ratio of the p-type dopant concentration Npd of the p-type gallium nitride based semiconductor layer 63C to the oxygen concentration Noxg (Noxg / Npd) is 1/10 or less.
  • a step of forming the remaining layer 63D of the p-type gallium nitride based semiconductor layer 63B in a hydrogen atmosphere is performed. In the growth of the group III nitride semiconductor region 63, the order of the growth of the layers 63A, 63C, and 63D can be changed.
  • the group III nitride semiconductor region 65 includes one or more p-type gallium nitride semiconductor layers (referred to as “p-type gallium nitride semiconductor layer 65A”) containing indium as a group III constituent element;
  • p-type gallium nitride semiconductor layer 65B One or a plurality of p-type gallium nitride semiconductor layers not containing indium as a group III constituent element (referred to as “p-type gallium nitride semiconductor layer 65B”) can be included.
  • p-type gallium nitride semiconductor layer 65A containing indium as a group III constituent element
  • p-type gallium nitride semiconductor layer 65B One or a plurality of p-type gallium nitride semiconductor layers not containing indium as a group III constituent element
  • the oxygen concentration of the p-type gallium nitride based semiconductor layer 65A is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, and the ratio of the p-type dopant concentration Npd of the p-type gallium nitride based semiconductor layer 65A to the oxygen concentration Noxg (Noxg / Npd) is 1/10 or less.
  • the p-type gallium nitride based semiconductor layer 65B is formed in a nitrogen atmosphere.
  • the oxygen concentration of the p-type gallium nitride based semiconductor layer 65B is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, and the ratio of the p-type dopant concentration Npd of the p-type gallium nitride based semiconductor layer 65B to the oxygen concentration Noxg (Noxg / Npd) is 1/10 or less.
  • the order of the growth of the layers 65A and 65B can be rearranged.
  • the group III nitride semiconductor region 67 includes one or more p-type gallium nitride based semiconductor layers containing indium as a group III constituent element (referred to as “p-type gallium nitride based semiconductor layer 67A”). And one or a plurality of p-type gallium nitride semiconductor layers (referred to as “p-type gallium nitride semiconductor layer 67B”) that do not contain indium as a group III constituent element, and a p-type contact layer 67C. As shown in FIG.
  • step S116 all of the p-type gallium nitride based semiconductor layer 67A is formed in a nitrogen atmosphere, and all of the p-type gallium nitride based semiconductor layer 67B is formed in a nitrogen atmosphere.
  • the oxygen concentration of these layers 67A and 67B is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, and the p-type dopant concentration of these layers 67A and 67B
  • the ratio of Npd to oxygen concentration Noxg Noxg (Noxg / Npd) is 1/10 or less.
  • a p-type gallium nitride based semiconductor contact layer 67C is formed.
  • the contact layer 67C can also be formed in a nitrogen atmosphere. In this growth, the oxygen concentration of the contact layer 67C is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less.
  • the quartz tube of the growth furnace is supplied with source gas and atmospheric gas for the group III constituent element and the group V constituent element.
  • the ratio of the atmospheric gas can be 60% or more.
  • the percentage is volume percent.
  • Example 1 A laser diode having the element structure shown in part (a) of FIG. 6 is manufactured.
  • FIG. 6B the atmospheric gas of the constituent layer of the epitaxial structure is shown.
  • a ⁇ 20-21 ⁇ plane GaN substrate is prepared.
  • An epitaxial stack is formed on the GaN substrate by metal organic vapor phase epitaxy.
  • the growth of the p-type gallium nitride semiconductor layer the growth of the gallium nitride semiconductor layer not containing indium (In) is performed in a hydrogen atmosphere formed by supplying only hydrogen as an atmospheric gas.
  • the gallium nitride based semiconductor layer containing indium (In) is grown in a nitrogen atmosphere formed by supplying only nitrogen as the atmospheric gas.
  • An insulating film (silicon oxide film) having a stripe window with a width of 10 ⁇ m is formed on the epitaxial layer.
  • a Pd electrode is formed by vapor deposition as an anode electrode. Thereafter, a pad electrode is formed by vapor deposition.
  • the substrate products thus produced are separated at 600 ⁇ m intervals to produce laser bars.
  • a reflective film made of a dielectric multilayer film is formed on the cavity end face of the laser bar.
  • the dielectric multilayer film is made of SiO 2 / TiO 2 .
  • the reflectance of the front end face is 80%, and the reflectance of the rear end face is 95%. It oscillates at a wavelength of 520 nm and a threshold current of 4 kA / cm 2 , and the operating voltage is 8.5 volts.
  • the magnesium concentration, the oxygen concentration, and the O / Mg ratio are shown.
  • “3e20” represents 3 ⁇ 10 20 .
  • a gallium nitride based semiconductor layer containing indium (In), for example, p-type InGaN or p-type InAlGaN is grown in a nitrogen atmosphere formed by supplying only nitrogen as an atmospheric gas, and the oxygen concentration is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less
  • the O / Mg ratio is 0.1 or less.
  • the film forming conditions are such that the V / III ratio is about 5000 to 10,000.
  • the oxygen concentration is high.
  • Example 2 A laser diode having the element structure shown in part (a) of FIG. 7 is manufactured.
  • part (b) of FIG. 7 the atmospheric gas of the constituent layer of the epitaxial structure is shown.
  • a ⁇ 20-21 ⁇ plane GaN substrate is prepared.
  • An epitaxial stack is formed on the GaN substrate by metal organic vapor phase epitaxy.
  • the gallium nitride semiconductor layer not containing indium (In) is grown in an atmosphere formed by supplying nitrogen or hydrogen as an atmosphere gas.
  • the gallium nitride based semiconductor layer containing indium (In) is grown in an atmosphere formed by supplying only nitrogen as an atmosphere gas.
  • an insulating film, an anode electrode, and the like are produced on the epitaxial stack to produce a substrate product.
  • This substrate product is separated at 600 ⁇ m intervals to produce laser bars.
  • a reflective film made of a dielectric multilayer film is formed on the cavity end face of the laser bar. It oscillates at a wavelength of 520 nm and a threshold current of 4 kA / cm 2 , and the operating voltage is 8.0 volts.
  • the magnesium concentration, the oxygen concentration, and the O / Mg ratio are shown.
  • a gallium nitride based semiconductor layer containing indium (In), for example, p-type InGaN and p-type InAlGaN is grown in a nitrogen atmosphere formed by supplying only nitrogen as an atmospheric gas, and the O / Mg ratio is 0.1 or less.
  • the film forming conditions are such that the V / III ratio is about 5000 to 10,000.
  • a gallium nitride based semiconductor layer not containing indium (In), for example, a p-type GaN optical guide layer is formed by supplying only nitrogen as an atmospheric gas, while the remaining gallium nitride not containing indium (In).
  • the growth of the system semiconductor layer, for example, the p + type GaN contact layer and the p type GaN electron block layer is performed in a hydrogen atmosphere.
  • the oxygen concentration is low and the O / Mg ratio is 0.1 or less.
  • the oxygen concentration is high.
  • Example 3 A laser diode having the element structure shown in FIG. 8A is manufactured. Part (b) of FIG. 8 shows the atmospheric gas of the constituent layer of the epitaxial structure.
  • a ⁇ 20-21 ⁇ plane GaN substrate is prepared.
  • An epitaxial stack is formed on the GaN substrate by metal organic vapor phase epitaxy.
  • the gallium nitride semiconductor layer not containing indium (In) is grown in an atmosphere formed by supplying nitrogen or hydrogen as an atmosphere gas.
  • the gallium nitride based semiconductor layer containing indium (In) is grown in a nitrogen atmosphere formed by supplying only nitrogen as the atmospheric gas.
  • an insulating film, an anode electrode, and the like are produced on the epitaxial stack to produce a substrate product.
  • This substrate product is separated at 600 ⁇ m intervals to produce laser bars.
  • a reflective film made of a dielectric multilayer film is formed on the cavity end face of the laser bar. It oscillates at a wavelength of 520 nm and a threshold current of 4 kA / cm 2 , and the operating voltage is 7.5 volts.
  • the magnesium concentration, the oxygen concentration, and the O / Mg ratio oxygen concentration / magnesium concentration
  • the growth of a gallium nitride based semiconductor layer not containing indium (In), for example, a p-type GaN optical guide layer and a p-type GaN electron block layer, is formed by supplying only nitrogen as an atmospheric gas, while the remaining indium (
  • the growth of a gallium nitride based semiconductor layer not containing In), for example, a p + type GaN contact layer, is grown in a hydrogen atmosphere.
  • the oxygen concentration is low and the O / Mg ratio is 0.1 or less.
  • the film forming conditions are such that the V / III ratio is about 5000 to 10,000.
  • the oxygen concentration is high.
  • Example 4 A laser diode having the element structure shown in part (a) of FIG. 9 is produced.
  • part (b) of FIG. 9 the atmospheric gas of the constituent layer of the epitaxial structure is shown.
  • a ⁇ 20-21 ⁇ plane GaN substrate is prepared.
  • An epitaxial stack is formed on the GaN substrate by metal organic vapor phase epitaxy.
  • the growth of the p-type gallium nitride semiconductor layer the growth of the gallium nitride semiconductor layer not containing indium (In) is performed in a nitrogen atmosphere formed by supplying only nitrogen as the atmospheric gas.
  • the gallium nitride based semiconductor layer containing indium (In) is grown in a nitrogen atmosphere formed by supplying only nitrogen as the atmospheric gas.
  • an insulating film, an anode electrode, and the like are produced on the epitaxial stack to produce a substrate product.
  • This substrate product is separated at 600 ⁇ m intervals to produce laser bars.
  • a reflective film made of a dielectric multilayer film is formed on the cavity end face of the laser bar. It oscillates at a wavelength of 520 nm and a threshold current of 4 kA / cm 2 , and the operating voltage is 7.0 volts.
  • the magnesium concentration, the oxygen concentration, and the O / Mg ratio oxygen concentration / magnesium concentration
  • the film forming conditions are such that the V / III ratio is about 5000 to 10,000.
  • a gallium nitride based semiconductor layer not containing indium (In), for example, a p-type GaN optical guide layer, a p-type GaN electron blocking layer, and a P + GaN contact layer is formed by supplying only nitrogen as an atmospheric gas, and is all p-type.
  • the gallium nitride based semiconductor layer is grown in a nitrogen atmosphere.
  • the oxygen concentration is low and the O / Mg ratio is 0.1 or less.
  • Example 5 A laser diode having the element structure shown in part (a) of FIG. 10 is produced.
  • FIG. 10B the atmospheric gas of the constituent layer of the epitaxial structure is shown.
  • a ⁇ 20-21 ⁇ plane GaN substrate is prepared.
  • An epitaxial stack is formed on the GaN substrate by metal organic vapor phase epitaxy.
  • the growth of the gallium nitride based semiconductor layer not containing indium (In) and the growth of the gallium nitride based semiconductor layer containing indium (In) are performed in a nitrogen atmosphere formed by supplying only nitrogen as the atmospheric gas. .
  • the surface roughness of the epitaxial substrate is 1 nm or less in terms of arithmetic average roughness.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, an insulating film, an anode electrode, and the like are produced on the epitaxial stack to produce a substrate product. This substrate product is separated at 600 ⁇ m intervals to produce laser bars. A reflective film made of a dielectric multilayer film is formed on the cavity end face of the laser bar in the same manner as in the first embodiment. It oscillates at a threshold current of 4 kA / cm 2 at a wavelength of 520 nm, and the operating voltage is 6.5 volts.
  • the growth of the p-type and n-type gallium nitride semiconductor layers is formed by supplying only nitrogen as the atmospheric gas.
  • the oxygen concentration is low and the O / Mg ratio is 0.1 or less.
  • the following technical contributions can be obtained. For example, the number of times the carrier gas is switched is reduced, and dust such as particles generated during growth is reduced. Also, impurities at the interface are reduced. Since a nitrogen carrier gas is used, the epitaxial surface is planarized and the surface morphology is improved. This improves chip yield and device reliability. Furthermore, the growth temperature of the p-type semiconductor layer can be lowered, and the deterioration of the well layer during the growth of the p-type semiconductor layer is reduced.
  • the growth of the p-type gallium nitride based semiconductor layer grown therein has an O / Mg ratio of 0.1 or less.
  • the inventors have tried various measures for reducing the oxygen concentration, such as selection of a high-purity raw material, substrate cleaning before epitaxial growth, and jig cleaning, but none of them has a sufficient effect.
  • the semipolar plane shows oxygen uptake that is about one digit higher than the c-plane. For this reason, in the growth on the c-plane, the incorporation of oxygen impurities does not greatly affect the quality of the epitaxially grown film. However, the growth to the semipolar plane is a cause of deteriorating the electrical characteristics of the p-type semiconductor layer.
  • the gallium nitride based semiconductor layer containing In is grown in a nitrogen atmosphere, and the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor layer is grown in other hydrogen atmospheres. It has been found that the oxygen concentration is lower than that of the layer containing no oxygen. Therefore, when a gallium nitride based semiconductor layer not containing In is grown in a nitrogen atmosphere, the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor layer can be reduced. Thereby, the internal resistance of the semiconductor element can be lowered. According to experiments, the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor layer grown in a nitrogen atmosphere can be reduced, and a low-resistance semiconductor element can be manufactured.
  • the oxygen supply source is an impurity in a gas such as a raw material supplied to the growth furnace and other jigs.
  • a gas such as a raw material supplied to the growth furnace and other jigs.
  • oxygen concentration in the raw material serve as a supply source of oxygen
  • oxygen incorporation coefficient into the crystal are considered as factors.
  • the oxygen concentration in the epitaxial semiconductor crystal increases in either a hydrogen atmosphere or a nitrogen atmosphere. From this result, it is considered that “the oxygen uptake coefficient into the crystal” does not depend on the atmospheric gas.
  • the factors are “oxygen source” such as jigs, depots and cleaning agent residues in the furnace, "oxygen desorption coefficient from the oxygen source”, “incorporation of oxygen into the crystal” "Coefficient” is considered.
  • oxygen uptake coefficient into the crystal does not depend on the atmospheric gas. Therefore, the remaining “oxygen incorporation coefficient into the crystal” varies depending on the atmospheric gas.
  • Hydrogen is a reducing gas and desorbs oxygen from unwanted deposits such as depots. It is considered that this oxygen is taken into the epitaxial crystal. Therefore, it is preferable to use nitrogen as the atmospheric gas (carrier gas and subflow gas).
  • a group III nitride semiconductor device having a p-type gallium nitride based semiconductor layer with a reduced oxygen concentration is provided.
  • a method for manufacturing a group III nitride semiconductor device that can reduce the amount of oxygen impurities taken in is provided.
  • an epitaxial substrate for a group III nitride semiconductor device is provided.
  • semiconductor epitaxial layer 35 ... semiconductor epitaxial layer, 37 ... first electrode, 39 ... insulating film, JC ... Contact, 41 ... Second electrode, 51 ... Substrate, 53 ... Group III nitride semiconductor region, 55a ... Si-doped GaN layer, 55b ... Si-doped InAlGaN layer, 55c ... Si-doped GaN layer, 59a ... InGaN light guide layer 59b ... Active layer, 59c ... InGaN light guide layer, 61a ... Undoped InGaN barrier layer, 61b ... Undoped InGaN well layer, 65a ... p-type GaN electron blocking layer, 65b ...
  • Mg-doped InGaN light guide layer 65c ... Mg-doped GaN light Guide layer, 65d ... Mg-doped InAlGaN cladding layer, 65e ... high-concentration Mg-doped GaN contact layer, EP1 ... epitaxial substrate.

Abstract

低減された酸素濃度のｐ型窒化ガリウム系半導体層を有するIII族窒化物半導体素子を提供する。III族窒化物半導体素子１１は、基板１３、ｎ型III族窒化物半導体領域１５、発光層１７、及びｐ型III族窒化物半導体領域１９を備える。基板１３の主面１３ａは、該第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃから５０度以上１３０度未満の範囲の角度で傾斜する。ｐ型III族窒化物半導体領域１９は、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１を含み、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下である。第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと酸素濃度Ｎｏｘｇとの濃度比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である。

Description

III族窒化物半導体素子、III族窒化物半導体素子を作製する方法、及びエピタキシャル基板
　本発明は、III族窒化物半導体素子、III族窒化物半導体素子を作製する方法、及びエピタキシャル基板に関する。
　特許文献１には、青色発光デバイスのためのＩｎＧａＮ層の成長方法が記載されている。ＩｎＧａＮ成長時における成長温度と成長速度とを規定している。
特開平６－２０９１２２号公報
　特許文献１における成長においては、サファイア基板を成長炉のサセプタ上に配置した後に、アンモニアと、ＴＭＧと、キャリアガスとして水素とを摂氏５１０度の基板温度において流して、ＧａＮバッファ層を成長する。この期間中に、コニカル石英チューブからは水素及び窒素を流し続け、サセプタをゆっくりと回転させる。このＧａＮバッファ層の表面はｃ面からなる。ＧａＮバッファ層の成長後に、摂氏１０２０度の基板温度で、同じく水素をキャリアガスとしてＴＭＧを流して、約２μｍ厚のＧａＮ層を成長する。このＧａＮ層成長の後に、摂氏８０５度の基板温度で、キャリアガスを窒素に切り替え、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、およびシランを流して、ＳｉドープＩｎＧａＮを成長する。このＩｎＧａＮ成長の期間中に、コニカル石英チューブから供給するガスは窒素のみである。
　特許文献１によれば、ｃ面上へのＧａＮの成長には水素及び窒素を流す一方で、ＩｎＧａＮの成長では窒素を流す。
　発明者らの検討によれば、極性面ではない非極性面へのIII族窒化物の成長では、成長炉に供給されていない酸素が、半極性表面の結晶状態の違いに起因して、上記のようなｃ面ＧａＮ表面に比べて不純物として取り込まれやすい。Ｉｎを含まない窒化ガリウム系半導体、例えばＧａＮやＡｌＧａＮは、水素を供給しながら成長される。高い還元性を示す水素の雰囲気においては、成長炉内の在留物、例えば治具や付着物から酸素が脱離される。この酸素は、酸素を取り込みやすい非極性面へのエピタキシャル成長では、結果としてエピタキシャル膜に取り込まれる。酸素は、ｐ型窒化物半導体層では補償不純物となる。これ故に、Ｉｎを含まない窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル成長は、水素を含む雰囲気で行うけれども、これは、エピタキシャル層の抵抗を増大させ、半導体素子の電気特性を悪化させている。
　本発明の一側面は、このような事情を鑑みて為されたものであり、低減された酸素濃度のｐ型窒化ガリウム系半導体層を有するIII族窒化物半導体素子を提供することを目的とし、また、本発明の別の側面は、酸素不純物の取り込み量を低減できる、III族窒化物半導体素子を作製する方法を提供することを目的とし、さらに、本発明の更なる別の側面は、該III族窒化物半導体素子のためのエピタキシャル基板を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子は、（ａ）第１の窒化ガリウム系半導体からなる主面を含み導電性を有する基板と、（ｂ）第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層を含み前記主面上に設けられたIII族窒化物半導体領域とを備える。前記基板の前記主面は、該第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０度未満の範囲の角度で傾斜し、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である。
　このIII族窒化物半導体素子によれば、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層が基板の主面上に設けられ、この主面は基板の第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０度未満の範囲の角度で傾斜する。この角度範囲では、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度を５×１０１７ｃｍ－３以下にできるので、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層に含まれる酸素により第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層におけるｐ型ドーパントが補償されることを低減できる。また、比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下であるので、ｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄを低めることができる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層はIII族構成元素としてインジウムを含ないことが良い。このIII族窒化物半導体素子によれば、III族構成元素としてインジウムを含ない窒化ガリウム系半導体において、酸素濃度を低減でき、またｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄを低めることができる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子は、前記主面上に設けられたｎ型窒化ガリウム系半導体層と、発光層のための窒化ガリウム系半導体層とを更に備えることができる。前記発光層は、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられ、当該III族窒化物半導体素子は発光素子であることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、発光素子においてｐ型窒化ガリウム系半導体層の電気的特性を向上できる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記発光層の発光波長は４４０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下であることができる。
　このIII族窒化物半導体素子によれば、上記の発光波長範囲の光を発生する発光素子において、ｐ型窒化ガリウム系半導体の電気的特性を向上できる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子は、前記発光層の発光波長は４９０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下であることができる。
　このIII族窒化物半導体素子によれば、長波長における発光を提供する発光素子において、ｐ型窒化ガリウム系半導体の電気的特性を向上できる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子は、前記III族窒化物半導体領域に接触を成す電極を更に備えることができる。前記III族窒化物半導体領域は、前記電極に接触を成すコンタクト層と、ｐ型III族窒化物半導体積層とを含み、前記ｐ型III族窒化物半導体積層は前記コンタクト層と前記発光層との間に設けられ、前記ｐ型III族窒化物半導体積層は前記コンタクト層に接触と第１の接合を成すと共に前記発光層と第２の接合を成し、前記ｐ型III族窒化物半導体積層の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、前記ｐ型III族窒化物半導体積層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下であることが良い。
　このIII族窒化物半導体素子によれば、電極から発光層に至る電流経路において、ｐ型III族窒化物半導体積層における酸素濃度が低減されると共に比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下にまで低減される。この電流経路を構成するｐ型III族窒化物半導体の電気的特性を向上できる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮからなることができる。
　このIII族窒化物半導体素子によれば、極性面でないIII族窒化物半導体表面上に成長されるＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮにおいて、酸素濃度が低減されると共に比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下にまで低減される。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮからなることができる。
　このIII族窒化物半導体素子によれば、極性面でないIII族窒化物半導体表面上に成長されるＧａＮ又はＡｌＧａＮにおいて、酸素濃度が低減されると共に比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下にまで低減される。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の炭素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以下であることができる。
　このIII族窒化物半導体素子によれば、特に長波長における発光の発光素子の作製では、ｐ層半導体の成長温度を低くすることが求められ、これ故に炭素不純物の濃度が増える。発明者らの知見によれば、窒素雰囲気中で成長された第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層では、酸素濃度だけでなく炭素濃度も低減可能である。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記III族窒化物半導体領域は、前記主面上に設けられた第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層を更に含み、前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、III族構成元素としてインジウムを含み、前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下であることができる。
　このIII族窒化物半導体素子によれば、III族構成元素としてインジウムを含むｐ型窒化ガリウム系半導体層においても、酸素濃度を低減できるとともに濃度比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）を１／１０以下にまで低減できる。したがって、このｐ型III族窒化物半導体の電気的特性を向上できる。
　本発明の別の側面は、III族窒化物半導体素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）第１の窒化ガリウム系半導体からなる主面を含み導電性を有する基板を準備する工程と、（ｂ）第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層を含むIII族窒化物半導体領域を前記主面上に成長する工程とを備える。前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の成長では、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層のIII族構成元素及びＶ族構成元素のための原料ガスと第１の雰囲気ガスとが成長炉に供給され、前記第１の雰囲気ガスとして窒素が用いられ、前記基板の前記主面は、該第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０度未満の範囲の角度で傾斜し、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である。
　この作製方法によれば、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層が、基板の主面上に成長され、この主面は基板の第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０度未満の範囲の角度で傾斜する。この成長は、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層のための原料ガスと第１の雰囲気ガスとが成長炉に供給され、この雰囲気ガスとして窒素が用いられる。これ故に、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度を５×１０１７ｃｍ－３以下にできる。第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層に含まれる酸素により、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層におけるｐ型ドーパントが補償されることを低減できる。また、濃度比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下であるので、ｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄを低めることができる。
　本発明の別の側面に係る作製方法では、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、III族構成元素としてインジウムを含まないことができる。この作製方法によれば、III族構成元素としてインジウムを含まない窒化ガリウム系半導体において、酸素濃度を低減でき、また上記の濃度比を低めることができる。
　本発明の別の側面に係る作製方法は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層を前記主面上に成長する工程と、活性層のための窒化ガリウム系半導体層を前記主面上に成長する工程とを更に備えることができる。前記活性層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられ、当該III族窒化物半導体素子は発光素子である。この作製方法によれば、発光素子においてｐ型窒化ガリウム系半導体層の電気的特性を向上できる。
　本発明の別の側面に係る作製方法では、前記活性層の発光波長は４４０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下であることができる。この作製方法によれば、上記の発光波長範囲の光を発生する発光素子において、ｐ型窒化ガリウム系半導体の電気的特性を向上できる。
　本発明の別の側面に係る作製方法では、前記活性層の発光波長は４９０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下であることができる。この作製方法によれば、長波長における発光を提供する発光素子において、ｐ型窒化ガリウム系半導体の特性を向上できる。
　本発明の別の側面に係る作製方法は、前記III族窒化物半導体領域に接触を成す電極を形成する工程を更に備えることができる。前記III族窒化物半導体領域は、前記電極に接触を成すコンタクト層と、ｐ型III族窒化物半導体積層とを含み、前記ｐ型III族窒化物半導体積層は前記コンタクト層と前記発光層との間に設けられ、前記ｐ型III族窒化物半導体積層は前記コンタクト層に接触と第１の接合を成すと共に前記発光層と第２の接合を成し、前記ｐ型III族窒化物半導体積層内の一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層の各々の成長では、当該ｐ型窒化ガリウム系半導体層のIII族構成元素及びＶ族構成元素のための原料ガスと第２の雰囲気ガスとが成長炉に供給され、前記第２の雰囲気ガスとして窒素が用いられ、前記ｐ型III族窒化物半導体積層の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、前記ｐ型III族窒化物半導体積層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下であることができる。
　この作製方法によれば、電極から発光層に至る電流経路において、ｐ型III族窒化物半導体積層の酸素濃度が低減されると共に比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下にまで低減される。この電流経路を構成するｐ型III族窒化物半導体の電気的特性を向上できる。
　本発明の別の側面に係る作製方法では、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮからなることができる。この作製方法によれば、極性面でないIII族窒化物半導体表面上に成長されるＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮにおいて、酸素濃度が低減されると共に比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下にまで低減される。
　本発明の別の側面に係る作製方法では、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮからなることができる。この作製方法によれば、極性面でないIII族窒化物半導体表面上に成長されるＧａＮ又はＡｌＧａＮにおいて、酸素濃度が低減されると共に比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下にまで低減される。
　本発明の別の側面に係る作製方法では、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の炭素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以下であることが良い。この作製方法によれば、特に長波長における発光素子の作製では、ｐ層半導体の成長温度を低くすることが求められ、これ故に炭素不純物の濃度が増える。発明者らの知見によれば、窒素雰囲気中で成長された第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層では、酸素濃度だけでなく炭素濃度も低減可能である。
　本発明の別の側面に係る作製方法では、前記III族窒化物半導体領域の表面粗さは、算術平均粗さで１ｎｍ以下であることができる。この作製方法によれば、窒素雰囲気における成長による、低酸素濃度を実現する成膜では、算術平均粗さを低減できる。
　本発明の別の側面に係る作製方法では、前記III族窒化物半導体領域は、第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層を更に含み、前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、III族構成元素としてインジウムを含み、前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層の成長では、前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層のIII族構成元素及びＶ族構成元素のための原料ガスと第２の雰囲気ガスとが成長炉に供給され、前記第２の雰囲気ガスとして窒素が用いられ、前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下であることができる。
　この作製方法によれば、III族構成元素としてインジウムを含むｐ型窒化ガリウム系半導体層においても、酸素濃度を低減できる共に濃度比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）を１／１０以下にまで低減できる。したがって、このｐ型III族窒化物半導体の電気的特性を向上できる。
　本発明の更なる別の側面は、III族窒化物半導体素子のためのエピタキシャル基板に係る。このエピタキシャル基板は、（ａ）第１の窒化ガリウム系半導体からなる主面を含み導電性を有する基板と、（ｂ）第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層を含み前記主面上に設けられたIII族窒化物半導体領域とを備える。前記基板の前記主面は、該第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０度未満の範囲の角度で傾斜し、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である。
　このエピタキシャル基板によれば、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層が、基板の主面上に設けられ、この主面は基板の第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０度未満の範囲の角度で傾斜する。この角度範囲では、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であるので、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層に含まれる酸素により第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層におけるｐ型ドーパントが補償されることを低減できる。また、濃度比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下であるので、ｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄを低めることができる。
　本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、III族構成元素としてインジウムを含まない。
　このエピタキシャル基板によれば、III族構成元素としてインジウムを含ない窒化ガリウム系半導体において、酸素濃度を低減でき、また濃度比を低めることができる。
　本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板は、前記主面上に設けられたｎ型窒化ガリウム系半導体層と、発光層のための窒化ガリウム系半導体層とを更に備えることができる。前記発光層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられ、当該III族窒化物半導体素子は発光素子であることができる。このエピタキシャル基板によれば、発光素子においてｐ型窒化ガリウム系半導体層の電気的特性を向上できる。
　本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記発光層の発光波長は４４０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下であることができる。このエピタキシャル基板によれば、上記の発光波長範囲の光を発生する発光素子において、ｐ型窒化ガリウム系半導体の電気的特性を向上できる。
　本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記発光層の発光波長は４９０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下であることができる。このエピタキシャル基板によれば、長波長における発光を提供する発光素子において、ｐ型窒化ガリウム系半導体の電気的特性を向上できる。
　本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記III族窒化物半導体領域の全体はｐ型導電性を有し、前記III族窒化物半導体領域の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、前記III族窒化物半導体領域のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下であることができる。
　このエピタキシャル基板によれば、高ドーパント濃度であるｐ型半導体領域を除いてIII族窒化物半導体領域の全体において、酸素濃度が低減されると共に比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下にまで低減される。この電流経路を構成するｐ型III族窒化物半導体の特性を向上できる。
　本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮからなることができる。このエピタキシャル基板によれば、極性面でないIII族窒化物半導体表面上に成長されるＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮにおいて、酸素濃度が低減されると共に比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下にまで低減される。
　本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮからなることができる。このエピタキシャル基板によれば、極性面でないIII族窒化物半導体表面上に成長されるＧａＮ又はＡｌＧａＮにおいて、酸素濃度が低減されると共に比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下にまで低減される。
　本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の炭素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以下であることができる。このエピタキシャル基板によれば、特に長波長における発光素子の作製では、ｐ層半導体の成長温度を低くすることが求められ、これ故に炭素不純物の濃度が増える。発明者らの知見によれば、窒素雰囲気中で成長された第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層では、酸素濃度だけでなく炭素濃度も低減可能である。
　本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記III族窒化物半導体領域は、前記主面上に設けられた第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層を更に含み、前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、III族構成元素としてインジウムを含み、前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下であることができる。
　このエピタキシャル基板によれば、III族構成元素としてインジウムを含むｐ型窒化ガリウム系半導体層においても、酸素濃度を低減できる共に濃度比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）を１／１０以下にまで低減できる。したがって、このｐ型III族窒化物半導体の特性を向上できる。
　本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記エピタキシャル基板の表面粗さは、算術平均粗さで１ｎｍ以下であることができる。このエピタキシャル基板によれば、低酸素濃度を実現する成膜条件は、エピタキシャル基板の表面における算術平均粗さを低減することが可能である。
　本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
　以上説明したように、本発明の一側面によれば、低減された酸素濃度のｐ型窒化ガリウム系半導体層を有するIII族窒化物半導体素子が提供される。また、本発明の別の側面によれば、酸素不純物の取り込み量を低減できる、III族窒化物半導体素子を作製する方法が提供される。さらに、本発明の更なる別の側面によれば、III族窒化物半導体素子のためのエピタキシャル基板が提供される。
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体素子の構造及びIII族窒化物半導体素子のためのエピタキシャル基板の構造を概略的に示す図面である。 図２は、本実施の形態に係る、III族窒化物半導体素子及びエピタキシャル基板を作製する方法における主要な工程を示す図面である。 図３は、本実施の形態に係る、III族窒化物半導体素子及びエピタキシャル基板を作製する方法における主要な工程を示す図面である。 図４は、本実施の形態に係る、III族窒化物半導体素子及びエピタキシャル基板を作製する方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。 図５は、本実施の形態に係る、III族窒化物半導体素子及びエピタキシャル基板を作製する方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。 図６は、実施例１のレーザダイオードの素子構造、並びにこの素子のためのエピタキシャル構成層の雰囲気ガス、ｐ型ドーパント濃度、酸素濃度及びＯ／Ｍｇ比を示す図面である。 図７は、実施例２のレーザダイオードの素子構造、並びにこの素子のためのエピタキシャル構成層の雰囲気ガス、ｐ型ドーパント濃度、酸素濃度及びＯ／Ｍｇ比を示す図面である。 図８は、実施例３のレーザダイオードの素子構造、並びにこの素子のためのエピタキシャル構成層の雰囲気ガス、ｐ型ドーパント濃度、酸素濃度及びＯ／Ｍｇ比率を示す図面である。 図９は、実施例４のレーザダイオードの素子構造、並びにこの素子のためのエピタキシャル構成層の雰囲気ガス、ｐ型ドーパント濃度、酸素濃度及びＯ／Ｍｇ比を示す図面である。 図１０は、実施例５のレーザダイオードの素子構造、及びエピタキシャル構造の構成層の雰囲気ガスを示す図面である。
　本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、III族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、III族窒化物半導体素子を作製する方法、及びエピタキシャル基板を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
　図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体素子の構造及びIII族窒化物半導体素子のためのエピタキシャル基板の構造を概略的に示す図面である。引き続く説明では、III族窒化物半導体素子１１としては、例えば発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子を説明するけれども、本実施の形態はｐ型III族窒化物半導体を含むIII族窒化物半導体素子に適用可能である。
　図１では、図１の（ａ）部にIII族窒化物半導体素子１１が示され、図１の（ｂ）部にIII族窒化物半導体素子１１のためのエピタキシャル基板ＥＰが示される。エピタキシャル基板ＥＰはIII族窒化物半導体素子１１と同様のエピタキシャル層構造を有する。引き続く説明では、III族窒化物半導体素子１１を構成する半導体層を説明する。エピタキシャル基板ＥＰは、これらの半導体層に対応する半導体層（半導体膜）を含み、対応する半導体層には、III族窒化物半導体素子１１のために説明が適用される。
　図１を参照すると、座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが示されている。基板１３の主面１３ａは、Ｚ軸の方向を向いており、またＸ方向及びＹ方向に延びている。Ｘ軸はａ軸の方向に向いている。
　図１の（ａ）部に示されるように、III族窒化物半導体素子１１は、基板１３と、ｎ型III族窒化物半導体エピタキシャル領域（以下、「ｎ型III族窒化物半導体領域」と記す）１５と、発光層１７と、ｐ型III族窒化物半導体エピタキシャル領域（以下、「ｐ型III族窒化物半導体領域」と記す）１９とを備える。基板１３は、第１の窒化ガリウム系半導体からなる主面１３ａを有し、また導電性を示す。基板１３の主面１３ａは、該第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃから５０度以上１３０度未満の範囲の角度で傾斜する。ｎ型III族窒化物半導体領域１５は、一又は複数のｎ型窒化ガリウム系半導体層を含み、主面１３ａ上に設けられることができる。ｎ型III族窒化物半導体領域１５は、例えばｎ型バッファ層、ｎ型クラッド層、ｎ型光ガイド層を含むことができる。ｐ型III族窒化物半導体領域１９は、一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層を含むことができる。ｐ型III族窒化物半導体領域１９は、例えば第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１を含み、主面１３ａ上に設けられる。第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下である。第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと酸素濃度Ｎｏｘｇとの濃度比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である。また、本実施例では、III族窒化物半導体領域１９は、第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層２３を含むことができる。ｐ型III族窒化物半導体領域１９は、例えばｐ型電子ブロック層、ｐ型光ガイド層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を含むことができる。
　このIII族窒化物半導体素子１１によれば、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１が、基板１３の主面１３ａ上に設けられる。この主面１３ａは、基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃを基準にして５０度以上１３０度未満の範囲の角度で傾斜する。第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１における酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であるので、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１に含まれる酸素により第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１におけるｐ型ドーパントが補償されることを低減できる。また、濃度比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下であるので、ｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄを低めることができる。
　第１及び第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１、２３は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮからなることができる。本実施例では、極性面でないIII族窒化物半導体表面上に成長されるＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮにおいて、酸素濃度が低減されると共に濃度比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下にまで低減される。
　第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１はIII族構成元素としてインジウムを含まないことが良い。これにより、III族構成元素としてインジウムを含まない窒化ガリウム系半導体において、酸素濃度を低減でき、またｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄを低めることができる。更に良い実施例では、第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮ等からなることができる。極性面でないIII族窒化物半導体表面上に成長されるＧａＮ又はＡｌＧａＮにおいて、酸素濃度が低減されると共に濃度比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下にまで低減される。
　一方、第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層２３はIII族構成元素としてインジウムを含むことが良い。これにより、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム系半導体において、酸素濃度を低減でき、またｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄを低めることができる。第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層２３の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であることができる。第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層２３は、III族構成元素としてインジウムを含み、また例えばＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層２３において、ｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと酸素濃度Ｎｏｘｇとの濃度比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下であることができる。III族構成元素としてインジウムを含むｐ型窒化ガリウム系半導体層２３においても、酸素濃度を低減できる共に濃度比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）を１／１０以下にまで低減できる。したがって、このｐ型III族窒化物半導体の特性を向上できる。
　第１及び第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１、２３では、ｐ型ドーパントとしてマグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）等を用いることができる、ｐ型ドーパント濃度は例えば１×１０１８ｃｍ－３以上であることがよく、これ以下のドーピング濃度であると抵抗が増加し、電気特性が悪化するからである。また、ｐ型ドーパント濃度は例えば５×１０１９ｃｍ－３以下であることがよく、これ以上のドーピング濃度であると結晶性が悪化し、電気特性が悪化するからである。これらの層２１、２３におけるｐ型ドーパント濃度をｐ型コンタクト層２５におけるｐ型ドーパント濃度より小さくすることができる。
　ｐ型III族窒化物半導体積層２６は、本実施例では、第１及び第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１、２３の２層からなる。ｐ型III族窒化物半導体積層２６は、コンタクト層２５と第１の接合Ｊ１を成すと共に発光層１７と第２の接合Ｊ２を成す。上記の説明から理解されるように、ｐ型III族窒化物半導体積層２６の全体に亘って酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であることが良い。III族窒化物半導体積層２６のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと該酸素濃度Ｎｏｘｇとの濃度比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下であることができる。高ドーパント濃度であるｐ型半導体領域２５を除いてIII族窒化物半導体領域２６の全体において、酸素濃度が低減されると共に比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下にまで低減される。アノードからの電流経路を構成するｐ型III族窒化物半導体の電気的特性を向上できる。
　第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１の炭素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以下であることができる。特に長波長における発光素子の作製では、ｐ層半導体の成長温度を低くすることが求められ、これ故に炭素不純物の濃度が増える。発明者らの知見によれば、窒素雰囲気中で成長された第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層２１では、酸素濃度だけでなく炭素濃度も低減可能である。特に長波長における発光素子の作製では、ｐ層半導体の成長温度を低くすることが求められ、これ故に炭素不純物の濃度が増える。発明者らの知見によれば、窒素雰囲気中で成長された第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層２３では、酸素濃度だけでなく炭素濃度も低減可能である。また、第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層２３の炭素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以下であることができる。
　基板１３は、第１の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等であることができる。ＧａＮは、二元化合物である窒化ガリウム系半導体であるので、良好な結晶品質と安定した基板主面とを提供できる。また、第１の窒化ガリウム系半導体は、例えばＡｌＮ等からなることができる。
　基板１３のｃ面は、図１に示された平面Ｓｃに沿って延びている。平面Ｓｃ上では、六方晶系窒化ガリウム系半導体の結晶軸を示すための座標系ＣＲ（ｃ軸、ａ軸、ｍ軸）が示されている。基板１３の主面１３ａは、基準軸Ｃｘに直交する面を基準にして該第１の窒化ガリウム系半導体のｍ軸又はａ軸の方向に傾斜角αで傾斜している。傾斜角αは、基板１３の主面１３ａの法線ベクトルＶＮと基準軸Ｃｘを示すｃ軸部ベクトルＶＣとの成す角度によって規定される。主面１３ａ上において、活性層１７は、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５とｐ型窒化ガリウム系半導体領域１９との間に設けられ、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５、活性層１７及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域１９は、法線軸Ａｘの方向に配列される。
　良好な実施例では、傾斜角αの範囲は、半極性の特徴を示す面方位の第１の角度範囲と、無極性に近い特徴を示す面方位の第２の角度範囲とに分けることができる。第１の角度範囲は、例えば５０度以上、８０度以下であり、また１００度以上、１３０度未満である。第１の角度範囲では、特にＩｎ組成が高いＩｎＧａＮの結晶性を高められるという利点があり、また第２の角度範囲では特にＩｎ組成が高いＩｎＧａＮのピエゾ電界を抑制できるという利点がある。
　発光層１７は、活性層２７を含み、必要な場合にはｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１を含むことができる。活性層２７は、少なくとも一つの半導体エピタキシャル層３３を含む。半導体エピタキシャル層３３は、窒化ガリウム系半導体エピタキシャル領域１５上に設けられている。半導体エピタキシャル層３３は、例えばＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなり、またインジウムを含む第２の窒化ガリウム系半導体からなることができる。活性層２７は、別の半導体エピタキシャル層３５を含むことができる。別の半導体エピタキシャル層３５は、例えばＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなり、またインジウムを含む第３の窒化ガリウム系半導体からなることができる。別の半導体エピタキシャル層３５は、半導体エピタキシャル層３３のバンドギャップより大きいバンドギャップを有する。一実施例では、半導体エピタキシャル層３３は井戸層として働き、半導体エピタキシャル層３５は障壁層として働く。活性層２７は、単一又は多重の量子井戸構造を有することができる。
　発光層１７（活性層２７）の発光波長は例えば４４０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下であることができる。上記の発光波長範囲の光を発生する発光素子において、ｐ型窒化ガリウム系半導体の電気的特性を向上できる。また、発光層１７（活性層２７）の発光波長は４９０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下であることができる。これにより、長波長における発光を提供する発光素子において、ｐ型窒化ガリウム系半導体の特性を向上できる。
　本実施の形態における一実施例を示す。
半導体層１５：ｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層。
半導体層２１：ｐ型ＧａＮ電子ブロック層。
半導体層２３：ｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層。
半導体層２５：ｐ型ＧａＮコンタクト層。
半導体層２９：ｎ側アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層。
半導体層３１：ｐ側アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層。
必要な場合には、ｎ型III族窒化物半導体領域１５は、ｎ側光ガイド層２９及びｎ型光ガイド層を含むことができ、またｐ型III族窒化物半導体領域１９は、ｐ側光ガイド層３１及びｐ型光ガイド層を含むことができる。
　III族窒化物半導体素子１１のエピタキシャル基板ＥＰは、これらの半導体層に対応する半導体層（半導体膜）を含み、対応する半導体層には、III族窒化物半導体素子１１のために説明が当てはまる。このエピタキシャル基板ＥＰの表面粗さは、算術平均粗さで１ｎｍ以下である。III族窒化物半導体素子１１は、コンタクト層２５上に設けられた第１の電極３７（例えば、アノード）を含むことができ、第１の電極３７は、コンタクト層２５を覆う絶縁膜３９の開口３９ａを介してｐ型III族窒化物半導体領域１９（コンタクト層２５）に接触ＪＣを成す。電極としては、例えばＮｉ／Ａｕを用いられる。III族窒化物半導体素子１１は、基板１３の裏面１３ｂ上に設けられた第２の電極４１（例えば、カソード）を含むことができ、第２の電極４１は、例えばＴｉ／Ａｌから成る。
　図２及び図３は、本実施の形態に係る、III族窒化物半導体素子及びエピタキシャル基板を作製する方法における主要な工程を示す図面である。図４及び図５は、本実施の形態に係る、III族窒化物半導体素子及びエピタキシャル基板を作製する方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
　図２及び図３に示される工程フローに従って、有機金属気相成長法により、発光素子の構造のエピタキシャル基板及びIII族窒化物半導体光素子を基板上に作製した。エピタキシャル成長のための原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。
　工程Ｓ１０１では、窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板（図４の（ａ）部に示される基板５１）を準備する。この基板５１の主面の法線軸は、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して５０度から１３０度未満の角度範囲内の傾斜角を有する。本実施例では、基板５１は、六方晶系ＧａＮにおけるｍ軸方向にｃ面から７５度の角度で傾斜した主面を有しており、この傾斜面は｛２０－２１）面として示される。主面は鏡面研磨されている。
　基板５１上に以下の条件でエピタキシャル成長を行う。まず、工程Ｓ１０２では、基板５１を成長炉１０内に設置する。成長炉１０内には、例えば石英フローチャネル等の石英製の治具が配置されている。必要な場合には、摂氏１０５０度の温度及び２７ｋＰａの炉内圧力において、ＮＨ３とＨ２を含む熱処理ガスを成長炉１０に供給しながら１０分間熱処理を行う。この熱処理により、表面改質が生じる。
　この熱処理の後に、工程Ｓ１０３では、基板５１上にIII族窒化物半導体層を成長してエピタキシャル基板を形成する。まず、工程Ｓ１０４では、III族構成元素及びＶ族構成元素のための原料、及びｎ型ドーパントを含む原料ガス並びに雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、III族窒化物半導体領域５３をエピタキシャルに成長する。III族窒化物半導体領域５３の主面５３ａの傾斜角は、基板５１の主面５１ａの傾斜角に対応している。III族窒化物半導体領域５３は、一又は複数のIII族窒化物半導体層を含むことができる。雰囲気ガスは、キャリアガス、サブフローガスを含む。雰囲気ガスは、例えば窒素及び／又は水素を含むことができる。本実施例では、例えば、以下の窒化ガリウム系半導体領域が成長される。摂氏９５０度において、ＴＭＧ、ＮＨ３、ＳｉＨ４及び窒素及び／又は水素を成長炉１０に供給して、ＳｉドープＧａＮ層５５ａを成長する。次いで、摂氏８７０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＳｉＨ４及び窒素を成長炉１０に供給して、ＳｉドープＩｎＡｌＧａＮ層５５ｂを成長する。この後に、摂氏１０５０度において、ＴＭＧ、ＮＨ３、ＳｉＨ４及び窒素及び／又は水素を成長炉１０に供給して、ＳｉドープＧａＮ層５５ｃを成長する。還元性を有する水素雰囲気では成長炉内の治具や治具の付着物から酸素が脱離されやすくなる。
　工程Ｓ１０５では、発光層５７を成長する。この工程では、まず、工程Ｓ１０６では、摂氏８７０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び窒素を成長炉に供給して、ＩｎＧａＮ光ガイド層５９ａを成長する。光ガイド層５９ａの一部又は全部は、アンドープ又はｎ型導電性であることができる。
　次いで、活性層５９ｂを成長する。活性層５９ｂの成長では、工程Ｓ１０７で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉に供給して、アンドープＩｎＧａＮ障壁層６１ａを成長する。ＩｎＧａＮ層６１ａの厚さは１５ｎｍである。この成長後に、成長を中断して、障壁層の成長温度から井戸層の成長温度に基板温度を変更する。変更後に、工程Ｓ１０８では、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉１０に供給して、アンドープＩｎＧａＮ井戸層６１ｂを成長する。ＩｎＧａＮ井戸層６１ｂの厚さは３ｎｍである。必要な場合には、障壁層の成長、温度変更、井戸層の成長を繰り返すことができ、本実施例では、量子井戸構造は３層の井戸層を含む。工程Ｓ１０９では、摂氏８７０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉１０に供給して、ＩｎＧａＮ光ガイド層５９ｃを成長する。光ガイド層５９ｃの一部又は全部は、アンドープ又はｐ型導電性であることができる。発光層５７及び活性層５９ｂの主面の傾斜角は、基板５１の主面５１ａの傾斜角に対応している。
　工程Ｓ１１０では、III族原料、Ｖ族原料、及びｐ型ドーパントを含む原料ガス並びに雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、III族窒化物半導体領域６３をエピタキシャルに成長する。III族窒化物半導体領域６３の主面６３ａの傾斜角は、基板５１の主面５１ａの傾斜角に対応している。III族窒化物半導体領域６３は、一又は複数のIII族窒化物半導体層を含むことができる。本実施例では、以下の窒化ガリウム系半導体領域が成長される。
　例えば、発光層５７の成長後に、ＴＭＧの供給を停止して、基板温度を上昇する。ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉に供給して、摂氏８４０度の基板温度でｐ型ＧａＮ電子ブロック層６５ａを成長する。この成長において、雰囲気ガスの窒素が供給されることが良い。次いで、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び窒素を成長炉１０に供給して、摂氏８４０度の基板温度でＭｇドープＩｎＧａＮ光ガイド層６５ｂを成長する。この後に、摂氏８４０度において、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、ＭｇドープＧａＮ光ガイド層６５ｃを成長する。この成長において、雰囲気ガスとして窒素が供給されることが良い。そして、摂氏８７０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び窒素を成長炉１０に供給して、ＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層６５ｄを成長する。次いで、摂氏８７０度において、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅを成長する。この成長において、雰囲気ガスとして窒素が供給されることが良い。これらの工程の後に、エピタキシャル基板ＥＰ１が形成される。
　工程Ｓ１１１では、エピタキシャル基板ＥＰ１上に電極を形成する。電極の形成は以下のように行われる。例えば、ｐ型ＧａＮコンタクト層６５ｅ上に電極（Ｎｉ／Ａｕ）を形成すると共に、エピタキシャル基板ＥＰ１の裏面に、電極（Ｔｉ／Ａｌ）を形成する。電極の形成に先立って、エピタキシャル基板ＥＰ１を加工してリッジ構造を形成することができる。
　工程Ｓ１１０におけるｐ型III族窒化物半導体領域６３のエピタキシャル成長に際して、図５に示されるように、以下のように行うことができる。
　一実施例では、III族窒化物半導体領域６３は、III族構成元素としてインジウムを含む一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層（「ｐ型窒化ガリウム系半導体層６３Ａ」と称す）、及び／又はIII族構成元素としてインジウムを含まない一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層（「ｐ型窒化ガリウム系半導体層６３Ｂ」と称す）を含むことができる。図５の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１１２では、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６３Ａの全てを窒素雰囲気で形成する。各成長によって、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６３Ａの酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６３Ａのｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である。また、図５の（ｂ）部に示されるように、工程Ｓ１１３では、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６３Ｂうちの一部の層６３Ｃを窒素雰囲気で形成する工程を行う。この成長によって、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６３Ｃの酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６３Ｃのｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である。また、図５の（ｃ）部に示されるように、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６３Ｂうちの残りの層６３Ｄを水素雰囲気で形成する工程を行う。III族窒化物半導体領域６３の成長では、層６３Ａ、６３Ｃ、６３Ｄの成長の順序を組み替えることができる。
　別の実施例では、III族窒化物半導体領域６５は、III族構成元素としてインジウムを含む一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層（「ｐ型窒化ガリウム系半導体層６５Ａ」と称す）と、III族構成元素としてインジウムを含まない一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層（「ｐ型窒化ガリウム系半導体層６５Ｂ」と称す）とを含むことができる。図５の（ｄ）部に示されるように、工程Ｓ１１４では、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６５Ａの全てを窒素雰囲気で形成する。この成長によって、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６５Ａの酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６５Ａのｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である。また、図５の（ｅ）部に示されるように、工程Ｓ１１５では、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６５Ｂを窒素雰囲気で形成する。この成長によって、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６５Ｂの酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６５Ｂのｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である。III族窒化物半導体領域６５の成長では、層６５Ａ、６５Ｂの成長の順序を組み替えることができる。
　更なる別の実施例では、III族窒化物半導体領域６７は、III族構成元素としてインジウムを含む一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層（「ｐ型窒化ガリウム系半導体層６７Ａ」と称す）と、III族構成元素としてインジウムを含まない一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層（「ｐ型窒化ガリウム系半導体層６７Ｂ」と称す）と、ｐ型コンタクト層６７Ｃとを含むことができる。図５の（ｆ）部に示されるように、工程Ｓ１１６では、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６７Ａの全てを窒素雰囲気で形成すると共に、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６７Ｂの全てを窒素雰囲気で形成する。窒素雰囲気中におけるｐ型窒化ガリウム系半導体層６７Ａ、６７Ｂの成長によって、これらの層６７Ａ、６７Ｂの酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、これらの層６７Ａ、６７Ｂのｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である。工程Ｓ１１７では、ｐ型窒化ガリウム系半導体コンタクト層６７Ｃを形成する。また、このコンタクト層６７Ｃも窒素雰囲気で形成することができ、この成長ではコンタクト層６７Ｃの酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下である。
　成長炉の石英チューブには、III族構成元素及びＶ族構成元素のための原料ガス及び雰囲気ガスが供給される。III族構成元素としてインジウムを含まないｐ型窒化ガリウム系半導体層の成長では、雰囲気ガスの割合（雰囲気ガス／（雰囲気ガス＋原料ガス））が６０％以上であることができる。ここで、百分率は体積パーセントである。引き続き本実施の形態における実施例を説明する。
　（実施例１）
図６の（ａ）部に示される素子構造のレーザダイオードを作製する。図６の（ｂ）部には、エピタキシャル構造の構成層の雰囲気ガスが示される。｛２０－２１｝面ＧａＮ基板を準備する。このＧａＮ基板上に、有機金属気相成長法で、エピタキシャル積層を形成する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層の成長において、インジウム（Ｉｎ）を含まない窒化ガリウム系半導体層の成長は、雰囲気ガスとして水素のみを供給して形成された水素雰囲気中で成長する。また、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層の成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成された窒素雰囲気中で成長する。エピタキシャル積層上には、幅１０μｍのストライプ窓を有する絶縁膜（シリコン酸化膜）を形成する。アノード電極としてＰｄ電極を蒸着により形成する。この後に、パッド電極を蒸着により形成する。このように作製された基板生産物を、６００μｍ間隔で分離して、レーザバーを作製する。レーザバーの共振器端面に、誘電体多層膜からなる反射膜を成膜する。誘電体多層膜は、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる。前端面の反射率は８０％であり、後端面の反射率は９５％である。波長５２０ｎｍでしきい値電流４ｋＡ／ｃｍ２で発振し、動作電圧は８．５ボルトである。
　図６の（ｂ）部を参照すると、マグネシウム濃度、酸素濃度、及びこれらのＯ／Ｍｇ比率（酸素濃度／マグネシウム濃度）が示されている。図６の（ｂ）部において、例えば「３ｅ２０」は３×１０２０を表す。
　インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層、例えばｐ型ＩｎＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮの成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成された窒素雰囲気中で成長されており、その酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下である。また、Ｏ／Ｍｇ比率は０．１以下である。その成膜条件はＶ／III比が５０００から１００００程度である。一方で、雰囲気ガスとして水素のみを供給して形成されたｐ型窒化ガリウム系半導体層（インジウム（Ｉｎ）を含まない窒化ガリウム系半導体層）の成長では、酸素濃度が高い。
　（実施例２）
図７の（ａ）部に示される素子構造のレーザダイオードを作製する。図７の（ｂ）部には、エピタキシャル構造の構成層の雰囲気ガスが示される。｛２０－２１｝面ＧａＮ基板を準備する。このＧａＮ基板上に、有機金属気相成長法で、エピタキシャル積層を形成する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層の成長において、インジウム（Ｉｎ）を含まない窒化ガリウム系半導体層の成長は、雰囲気ガスとして窒素又は水素を供給して形成された雰囲気中で成長する。また、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層の成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成された雰囲気中で成長する。実施例１と同様に、エピタキシャル積層上には、絶縁膜、アノード電極等を作製して基板生産物を作製する。この基板生産物を６００μｍ間隔で分離して、レーザバーを作製する。実施例１と同様に、誘電体多層膜からなる反射膜をレーザバーの共振器端面に成膜する。波長５２０ｎｍでしきい値電流４ｋＡ／ｃｍ２で発振し、動作電圧は８．０ボルトである。
　図７の（ｂ）部を参照すると、マグネシウム濃度、酸素濃度、及びこれらのＯ／Ｍｇ比率（酸素濃度／マグネシウム濃度）が示されている。
　インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層、例えばｐ型ＩｎＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮの成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成された窒素雰囲気中で成長されており、Ｏ／Ｍｇ比率は０．１以下である。その成膜条件はＶ／III比が５０００から１００００程度である。
　インジウム（Ｉｎ）を含まない窒化ガリウム系半導体層、例えばｐ型ＧａＮ光ガイド層の成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成される一方で、残りのインジウム（Ｉｎ）を含まない窒化ガリウム系半導体層、例えばｐ＋型ＧａＮコンタクト層及びｐ型ＧａＮ電子ブロック層の成長は、水素雰囲気中で成長される。雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成されたｐ型ＧａＮ層の成長では、酸素濃度が低く、Ｏ／Ｍｇ比率は０．１以下である。しかしながら、雰囲気ガスとして水素のみを供給して形成されたｐ型ＧａＮ電子ブロック層、ｐ＋ＧａＮコンタクト層の成長では、酸素濃度が高い。
　（実施例３）
図８の（ａ）部に示される素子構造のレーザダイオードを作製する。図８の（ｂ）部には、エピタキシャル構造の構成層の雰囲気ガスが示される。｛２０－２１｝面ＧａＮ基板を準備する。このＧａＮ基板上に、有機金属気相成長法で、エピタキシャル積層を形成する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層の成長において、インジウム（Ｉｎ）を含まない窒化ガリウム系半導体層の成長は、雰囲気ガスとして窒素又は水素を供給して形成された雰囲気中で成長する。また、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層の成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成された窒素雰囲気中で成長する。実施例１と同様に、エピタキシャル積層上には、絶縁膜、アノード電極等を作製して基板生産物を作製する。この基板生産物を６００μｍ間隔で分離して、レーザバーを作製する。実施例１と同様に、誘電体多層膜からなる反射膜をレーザバーの共振器端面に成膜する。波長５２０ｎｍでしきい値電流４ｋＡ／ｃｍ２で発振し、動作電圧は７．５ボルトである。
　図８の（ｂ）部を参照すると、マグネシウム濃度、酸素濃度、及びこれらのＯ／Ｍｇ比率（酸素濃度／マグネシウム濃度）が示されている。インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層、例えばｐ型ＩｎＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮの成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成された窒素雰囲気中で成長されており、Ｏ／Ｍｇ比率は０．１以下である。インジウム（Ｉｎ）を含まない窒化ガリウム系半導体層、例えばｐ型ＧａＮ光ガイド層及びｐ型ＧａＮ電子ブロック層の成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成される一方で、残りのインジウム（Ｉｎ）を含まない窒化ガリウム系半導体層、例えばｐ＋型ＧａＮコンタクト層の成長は、水素雰囲気中で成長される。雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成されたｐ型ＧａＮ光ガイド層及びｐ型ＧａＮ電子ブロック層の成長では、酸素濃度が低く、Ｏ／Ｍｇ比率は０．１以下である。その成膜条件はＶ／III比が５０００から１００００程度である。しかしながら、雰囲気ガスとして水素のみを供給して形成されたｐ＋ＧａＮコンタクト層の成長では、酸素濃度が高い。
　（実施例４）
図９の（ａ）部に示される素子構造のレーザダイオードを作製する。図９の（ｂ）部には、エピタキシャル構造の構成層の雰囲気ガスが示される。｛２０－２１｝面ＧａＮ基板を準備する。このＧａＮ基板上に、有機金属気相成長法で、エピタキシャル積層を形成する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層の成長において、インジウム（Ｉｎ）を含まない窒化ガリウム系半導体層の成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成された窒素雰囲気中で成長する。また、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層の成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成された窒素雰囲気中で成長する。実施例１と同様に、エピタキシャル積層上には、絶縁膜、アノード電極等を作製して基板生産物を作製する。この基板生産物を６００μｍ間隔で分離して、レーザバーを作製する。実施例１と同様に、誘電体多層膜からなる反射膜をレーザバーの共振器端面に成膜する。波長５２０ｎｍでしきい値電流４ｋＡ／ｃｍ２で発振し、動作電圧は７．０ボルトである。
　図９の（ｂ）部を参照すると、マグネシウム濃度、酸素濃度、及びこれらのＯ／Ｍｇ比率（酸素濃度／マグネシウム濃度）が示されている。インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層、例えばｐ型ＩｎＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮの成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成された窒素雰囲気中で成長されており、Ｏ／Ｍｇ比率は０．１以下である。その成膜条件はＶ／III比が５０００から１００００程度である。インジウム（Ｉｎ）を含まない窒化ガリウム系半導体層、例えばｐ型ＧａＮ光ガイド層、ｐ型ＧａＮ電子ブロック層及びＰ＋ＧａＮコンタクト層の成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成され、全てｐ型窒化ガリウム系半導体層の成長が、窒素雰囲気中で成長される。雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成されたｐ型ＧａＮ光ガイド層、ｐ型ＧａＮ電子ブロック層及びｐ＋ＧａＮコンタクト層の成長では、酸素濃度が低く、Ｏ／Ｍｇ比率は０．１以下である。
　（実施例５）
図１０の（ａ）部に示される素子構造のレーザダイオードを作製する。図１０の（ｂ）部には、エピタキシャル構造の構成層の雰囲気ガスが示される。｛２０－２１｝面ＧａＮ基板を準備する。このＧａＮ基板上に、有機金属気相成長法で、エピタキシャル積層を形成する。インジウム（Ｉｎ）を含まない窒化ガリウム系半導体層の成長、また、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層の成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成された窒素雰囲気中で成長する。エピタキシャル基板の表面粗さは、算術平均粗さで１ｎｍ以下である。実施例１と同様に、エピタキシャル積層上には、絶縁膜、アノード電極等を作製して基板生産物を作製する。この基板生産物を６００μｍ間隔で分離して、レーザバーを作製する。レーザバーの共振器端面に、実施例１と同様に、誘電体多層膜からなる反射膜を成膜する。波長５２０ｎｍでしきい値電流４ｋＡ／ｃｍ２で発振し、動作電圧は６．５ボルトである。
　ｐ型及びｎ型窒化ガリウム系半導体層の成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成される。雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成された窒化ガリウム系半導体層の成長では酸素濃度が低く、Ｏ／Ｍｇ比率は０．１以下である。
　駆動電圧の低減の他にも以下のような技術的寄与が得られる。例えば、キャリアガスの切替回数が減り、成長中に生成されるパーティクルといったゴミが減る。また、界面の不純物が低減される。窒素キャリアガスを用いるので、エピタキシャル表面が平坦化され、表面モフォロジーが改善される。これによりチップ歩留及び素子信頼性が向上される。さらには、ｐ型半導体層の成長温度を低めることができ、ｐ型半導体層の成長中における井戸層の劣化が低減される。
　実施例１～５の結果から理解されるように、インジウム（Ｉｎ）を含むか含まないかに関わらずｐ型窒化ガリウム系半導体層のうち、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成された窒素雰囲気中で成長されたｐ型窒化ガリウム系半導体層の成長は、Ｏ／Ｍｇ比率は０．１以下である。
　発明者らは、高純度な原料の選定、エピタキシャル成長前の基板洗浄、治具の洗浄等の酸素濃度低減のための様々な方策を試みたけれども、いずれも十分な効果がない。
　発明者らの検討によれば、極性面であるｃ面と半極性面を比較すると、半極性面は、ｃ面に比べておよそ１桁程度高い酸素取り込みを示す。このため、ｃ面上への成長では酸素不純物の取り込みは、エピタキシャル成長膜の品質に大きく影響しない。しかしながら、半極性面への成長では、特にｐ型半導体層の電気特性を悪化させる原因となる。
　ところが、上記のような改善のための実験を進める中で、Ｉｎを含む窒化ガリウム系半導体層は窒素雰囲気で成長され、この窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は、その他の水素雰囲気で成長するＩｎを含まない層に比べて酸素濃度が低いことを発見している。そこで、Ｉｎを含まない窒化ガリウム系半導体層を窒素雰囲気で成長するとき、この窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度を低減できる。これにより、半導体素子の内部抵抗を下げることができる。実験によれば、窒素雰囲気で成長する窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度を低減でき、低抵抗な半導体素子を作製できる。
　発明者らの検討によれば、酸素の供給源としては、成長炉に供給される原料等のガス中の不純物と、それ以外の治具等が供給源であると考えられる。原料中の不純物が酸素の供給源となっているとき、「原料中の酸素濃度」と「結晶中への酸素取り込み係数」が因子として考えられる。発明者らの実験によると、原料ガスの純度を落とした成膜では、水素雰囲気、窒素雰囲気のいずれでもエピタキシャル半導体結晶中の酸素濃度が増加する。この結果から、「結晶中への酸素取り込み係数」は雰囲気ガスによらないものと考えられる。
　一方、酸素源が原料以外にあるとき、因子は、炉内の治具、デポ、洗浄剤残渣等の「酸素源」、「酸素源からの酸素脱離係数」、「結晶中への酸素取り込み係数」が考えられる。上記の通り、「結晶中への酸素取り込み係数」は雰囲気ガスによらない。よって残りの「結晶中への酸素取り込み係数」が雰囲気ガスによって変わる。水素は、還元性のガスであり、デポ等の望まれない堆積物から酸素を脱離させる。この酸素がエピタキシャル結晶中に取り込まれるものと考えられる。これ故に、雰囲気ガス（キャリアガス及びサブフローガス）として窒素に用いることが良い。
　上記の実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
　本実施の形態によれば、低減された酸素濃度のｐ型窒化ガリウム系半導体層を有するIII族窒化物半導体素子が提供される。また、本実施の形態によれば、酸素不純物の取り込み量を低減できる、III族窒化物半導体素子を作製する方法が提供される。さらに、本実施の形態によれば、III族窒化物半導体素子のためのエピタキシャル基板が提供される。
ＥＰ…エピタキシャル基板、１０…成長炉、１１…III族窒化物半導体素子、１３…基板、１５…ｎ型III族窒化物半導体領域、１７…発光層、１９…ｐ型III族窒化物半導体領域、Ｃｘ…基準軸、２１…第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層、２３…第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層、２５…ｐ型コンタクト層、２６…ｐ型III族窒化物半導体積層、Ｊ１、Ｊ２…接合、２７…活性層、２９…ｎ側光ガイド層、３１…ｐ側光ガイド層、３３…半導体エピタキシャル層、３５…半導体エピタキシャル層、３７…第１の電極、３９…絶縁膜、ＪＣ…接触、４１…第２の電極、５１…基板、５３…III族窒化物半導体領域、５５ａ…ＳｉドープＧａＮ層、５５ｂ…ＳｉドープＩｎＡｌＧａＮ層、５５ｃ…ＳｉドープＧａＮ層、５９ａ…ＩｎＧａＮ光ガイド層、５９ｂ…活性層、５９ｃ…ＩｎＧａＮ光ガイド層、６１ａ…アンドープＩｎＧａＮ障壁層、６１ｂ…アンドープＩｎＧａＮ井戸層、６５ａ…ｐ型ＧａＮ電子ブロック層、６５ｂ…ＭｇドープＩｎＧａＮ光ガイド層、６５ｃ…ＭｇドープＧａＮ光ガイド層、６５ｄ…ＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層、６５ｅ…高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層、ＥＰ１…エピタキシャル基板。

Claims (32)

  1. 　III族窒化物半導体素子であって、
    　第１の窒化ガリウム系半導体からなる主面を含み導電性を有する基板と、
    　第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層を含み前記主面の上に設けられたIII族窒化物半導体領域と、
    を備え、
    　前記基板の前記主面は、該第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０度未満の範囲の角度で傾斜し、
    　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度Ｎｏｘｇは５×１０１７ｃｍ－３以下であり、
    　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である、III族窒化物半導体素子。
  2. 　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、III族構成元素としてインジウムを含まない、請求項１に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  3. 　前記主面の上に設けられたｎ型窒化ガリウム系半導体層と、
    　発光層のための窒化ガリウム系半導体層と、
    を更に備え、
    　前記発光層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられ、
    　当該III族窒化物半導体素子は発光素子である、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。
  4. 　前記発光層の発光波長は４４０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下である、請求項３に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  5. 　前記発光層の発光波長は４９０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下である、請求項３又は請求項４に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  6. 　前記III族窒化物半導体領域に接触を成す電極を更に備え、
    　前記III族窒化物半導体領域は、前記電極に接触を成すコンタクト層と、ｐ型III族窒化物半導体領域とを含み、
    　前記ｐ型III族窒化物半導体領域は前記コンタクト層と前記発光層との間に設けられ、
    　前記ｐ型III族窒化物半導体領域は前記コンタクト層と第１の接合を成すと共に前記発光層と第２の接合を成し、
    　前記ｐ型III族窒化物半導体領域の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、
    　前記ｐ型III族窒化物半導体領域のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である、請求項３～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。
  7. 　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮからなる、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。
  8. 　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮからなる、請求項１～請求項７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  9. 　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の炭素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以下である、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  10. 　前記III族窒化物半導体領域は、前記主面の上に設けられた第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層を更に含み、
    　前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、
    　前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、III族構成元素としてインジウムを含み、
    　前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である、請求項１～請求項９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  11. 　III族窒化物半導体素子を作製する方法であって、
    　第１の窒化ガリウム系半導体からなる主面を含み導電性を有する基板を準備する工程と、
    　第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層を含むIII族窒化物半導体領域を前記主面の上に成長する工程と、
    を備え、
    　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の成長では、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層のIII族構成元素及びＶ族構成元素のための原料ガスと第１の雰囲気ガスとが成長炉に供給され、
    　前記第１の雰囲気ガスとして窒素が用いられ、
    　前記基板の前記主面は、該第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０度未満の範囲の角度で傾斜し、
    　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度Ｎｏｘｇは５×１０１７ｃｍ－３以下であり、
    　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である、III族窒化物半導体素子を作製する方法。
  12. 　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、III族構成元素としてインジウムを含まない、請求項１１に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
  13. 　ｎ型窒化ガリウム系半導体層を前記主面の上に成長する工程と、
    　活性層のための窒化ガリウム系半導体層を前記主面の上に成長する工程と、
    を更に備え、
    　前記活性層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられ、
    　当該III族窒化物半導体素子は発光素子である、請求項１１又は請求項１２に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
  14. 　前記活性層の発光波長は４４０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下である、請求項１３に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
  15. 　前記活性層の発光波長は４９０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下である、請求項１３又は請求項１４に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
  16. 　前記III族窒化物半導体領域に接触を成す電極を形成する工程を更に備え、
    　前記III族窒化物半導体領域は、前記電極に接触を成すコンタクト層と、ｐ型III族窒化物半導体積層とを含み、
    　前記ｐ型III族窒化物半導体積層は前記コンタクト層と前記活性層との間に設けられ、
    　前記ｐ型III族窒化物半導体積層は前記コンタクト層と第１の接合を成すと共に前記活性層と第２の接合を成し、
    　前記ｐ型III族窒化物半導体積層における一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層の各成長では、当該ｐ型窒化ガリウム系半導体層のIII族構成元素及びＶ族構成元素のための原料ガスと第２の雰囲気ガスとが成長炉に供給され、
    　前記第２の雰囲気ガスとして窒素が用いられ、
    　前記ｐ型III族窒化物半導体積層の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、
    　前記ｐ型III族窒化物半導体積層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である、請求項１３～請求項１５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
  17. 　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮからなる、請求項１１～請求項１６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
  18. 　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮからなる、請求項１１～請求項１７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
  19. 　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の炭素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以下である、請求項１１～請求項１８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
  20. 　前記III族窒化物半導体領域は、第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層を更に含み、
    　前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、III族構成元素としてインジウムを含み、
    　前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層の成長では、前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層のIII族構成元素及びＶ族構成元素のための原料ガスと第２の雰囲気ガスとが成長炉に供給され、
    　前記第２の雰囲気ガスとして窒素が用いられ、
    　前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、
    　前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である、請求項１１～請求項１９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
  21. 　前記III族窒化物半導体領域の表面粗さは、算術平均粗さで１ｎｍ以下である、請求項１１～請求項２０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
  22. 　III族窒化物半導体素子のためのエピタキシャル基板であって、
    　第１の窒化ガリウム系半導体からなる主面を含み導電性を有する基板と、
    　第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層を含み前記主面の上に設けられたIII族窒化物半導体領域と、
    を備え、
    　前記基板の前記主面は、該第１の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０度未満の範囲の角度で傾斜し、
    　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度Ｎｏｘｇは５×１０１７ｃｍ－３以下であり、
    　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である、エピタキシャル基板。
  23. 　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、III族構成元素としてインジウムを含まない、請求項２２に記載されたエピタキシャル基板。
  24. 　前記主面の上に設けられたｎ型窒化ガリウム系半導体層と、
    　発光層のための窒化ガリウム系半導体層と、
    を更に備え、
    　前記発光層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられ、
    　当該III族窒化物半導体素子は発光素子である、請求項２２又は請求項２３に記載されたエピタキシャル基板。
  25. 　前記発光層の発光波長は４４０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下である、請求項２４に記載されたエピタキシャル基板。
  26. 　前記発光層の発光波長は４９０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下である、請求項２４又は請求項２５に記載されたエピタキシャル基板。
  27. 　前記III族窒化物半導体領域の全体はｐ型導電性を有し、
    　前記III族窒化物半導体領域の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、
    　前記III族窒化物半導体領域のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である、請求項２４～請求項２６のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
  28. 　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮからなる、請求項２３～請求項２７のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
  29. 　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮからなる、請求項２２～請求項２８のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
  30. 　前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の炭素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以下である、請求項２２～請求項２９のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
  31. 　前記III族窒化物半導体領域は、前記主面の上に設けられた第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層を更に含み、
    　前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は５×１０１７ｃｍ－３以下であり、
    　前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、III族構成元素としてインジウムを含み、
    　前記第２のｐ型窒化ガリウム系半導体層のｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄと前記酸素濃度Ｎｏｘｇとの比（Ｎｏｘｇ／Ｎｐｄ）が１／１０以下である、請求項２２～請求項３０のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
  32. 　前記エピタキシャル基板の表面粗さは、算術平均粗さで１ｎｍ以下である、請求項２２～請求項３１のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
PCT/JP2011/074973 2010-11-05 2011-10-28 Iii族窒化物半導体素子、iii族窒化物半導体素子を作製する方法、及びエピタキシャル基板 WO2012060299A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011800534287A CN103190042A (zh) 2010-11-05 2011-10-28 Iii族氮化物半导体元件、制造iii族氮化物半导体元件的方法及外延基板
EP11837949.4A EP2637267A1 (en) 2010-11-05 2011-10-28 Group iii nitride semiconductor device, method of manufacturing group iii nitride semiconductor devices, and epitaxial substrate

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-248932 2010-11-05
JP2010248932A JP5842324B2 (ja) 2010-11-05 2010-11-05 Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、ｉｉｉ族窒化物半導体素子を作製する方法、及びエピタキシャル基板

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012060299A1 true WO2012060299A1 (ja) 2012-05-10

Family

ID=46018759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/074973 WO2012060299A1 (ja) 2010-11-05 2011-10-28 Iii族窒化物半導体素子、iii族窒化物半導体素子を作製する方法、及びエピタキシャル基板

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8809868B2 (ja)
EP (1) EP2637267A1 (ja)
JP (1) JP5842324B2 (ja)
CN (1) CN103190042A (ja)
TW (1) TW201234415A (ja)
WO (1) WO2012060299A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021002575A (ja) * 2019-06-21 2021-01-07 古河機械金属株式会社 構造体、光デバイス、光デバイスの製造方法、構造体の製造方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5387302B2 (ja) * 2009-09-30 2014-01-15 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子、及びｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
KR101659738B1 (ko) * 2010-07-08 2016-09-26 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 제조방법
JP5361925B2 (ja) * 2011-03-08 2013-12-04 株式会社東芝 半導体発光素子およびその製造方法
JP6176141B2 (ja) * 2014-02-19 2017-08-09 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ 族窒化物半導体発光素子の製造方法
TWI577046B (zh) * 2014-12-23 2017-04-01 錼創科技股份有限公司 半導體發光元件及其製作方法
CN111052414B (zh) * 2017-08-24 2023-07-21 日本碍子株式会社 13族元素氮化物层、自立基板以及功能元件
US10665750B2 (en) 2017-11-22 2020-05-26 Epistar Corporation Semiconductor device
CN110838514B (zh) * 2018-08-17 2022-07-22 苏州能讯高能半导体有限公司 一种半导体器件的外延结构及其制备方法、半导体器件
WO2020121794A1 (ja) * 2018-12-11 2020-06-18 パナソニックセミコンダクターソリューションズ株式会社 窒化物系半導体発光素子及びその製造方法、並びに、窒化物系半導体結晶の製造方法
US11527701B2 (en) * 2019-10-28 2022-12-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Piezoelectric device and method of forming the same

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06209122A (ja) 1992-11-20 1994-07-26 Nichia Chem Ind Ltd 窒化インジウムガリウム半導体の成長方法
JP2004363622A (ja) * 2004-07-16 2004-12-24 Showa Denko Kk ＧａＮ系化合物半導体の製造方法とＧａＮ系化合物半導体製造用アンモニアおよびその製造方法
WO2008117750A1 (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Tokuyama Corporation Ｐ型iii族窒化物半導体およびiii族窒化物半導体素子
WO2008153130A1 (ja) * 2007-06-15 2008-12-18 Rohm Co., Ltd. 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体の製造方法
WO2010041657A1 (ja) * 2008-10-07 2010-04-15 住友電気工業株式会社 窒化ガリウム系半導体発光素子、窒化ガリウム系半導体発光素子を作製する方法、窒化ガリウム系発光ダイオード、エピタキシャルウエハ、及び窒化ガリウム系発光ダイオードを作製する方法
WO2010090262A1 (ja) * 2009-02-09 2010-08-12 住友電気工業株式会社 エピタキシャルウエハ、窒化ガリウム系半導体デバイスを作製する方法、窒化ガリウム系半導体デバイス、及び酸化ガリウムウエハ
JP2010192865A (ja) * 2009-01-23 2010-09-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物半導体発光素子、エピタキシャル基板、及び窒化物半導体発光素子を作製する方法
JP2010212651A (ja) * 2009-09-08 2010-09-24 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びｉｉｉ族窒化物半導体素子を作製する方法
JP2010219490A (ja) * 2009-02-20 2010-09-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化ガリウム系半導体膜を成長する方法、窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法、エピタキシャル基板、及び窒化ガリウム系半導体電子デバイス

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005191530A (ja) * 2003-12-03 2005-07-14 Sumitomo Electric Ind Ltd 発光装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06209122A (ja) 1992-11-20 1994-07-26 Nichia Chem Ind Ltd 窒化インジウムガリウム半導体の成長方法
JP2004363622A (ja) * 2004-07-16 2004-12-24 Showa Denko Kk ＧａＮ系化合物半導体の製造方法とＧａＮ系化合物半導体製造用アンモニアおよびその製造方法
WO2008117750A1 (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Tokuyama Corporation Ｐ型iii族窒化物半導体およびiii族窒化物半導体素子
WO2008153130A1 (ja) * 2007-06-15 2008-12-18 Rohm Co., Ltd. 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体の製造方法
WO2010041657A1 (ja) * 2008-10-07 2010-04-15 住友電気工業株式会社 窒化ガリウム系半導体発光素子、窒化ガリウム系半導体発光素子を作製する方法、窒化ガリウム系発光ダイオード、エピタキシャルウエハ、及び窒化ガリウム系発光ダイオードを作製する方法
JP2010192865A (ja) * 2009-01-23 2010-09-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物半導体発光素子、エピタキシャル基板、及び窒化物半導体発光素子を作製する方法
WO2010090262A1 (ja) * 2009-02-09 2010-08-12 住友電気工業株式会社 エピタキシャルウエハ、窒化ガリウム系半導体デバイスを作製する方法、窒化ガリウム系半導体デバイス、及び酸化ガリウムウエハ
JP2010219490A (ja) * 2009-02-20 2010-09-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化ガリウム系半導体膜を成長する方法、窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法、エピタキシャル基板、及び窒化ガリウム系半導体電子デバイス
JP2010212651A (ja) * 2009-09-08 2010-09-24 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びｉｉｉ族窒化物半導体素子を作製する方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021002575A (ja) * 2019-06-21 2021-01-07 古河機械金属株式会社 構造体、光デバイス、光デバイスの製造方法、構造体の製造方法
JP7422496B2 (ja) 2019-06-21 2024-01-26 古河機械金属株式会社 構造体、光デバイス、光デバイスの製造方法、構造体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW201234415A (en) 2012-08-16
JP2012104515A (ja) 2012-05-31
JP5842324B2 (ja) 2016-01-13
US8809868B2 (en) 2014-08-19
US20120112203A1 (en) 2012-05-10
CN103190042A (zh) 2013-07-03
EP2637267A1 (en) 2013-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5842324B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、ｉｉｉ族窒化物半導体素子を作製する方法、及びエピタキシャル基板
JP4375497B1 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びｉｉｉ族窒化物半導体素子を作製する方法
JP5003527B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物発光素子、及びｉｉｉ族窒化物系半導体発光素子を作製する方法
JP5381439B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子
US20100008393A1 (en) Group iii nitride semiconductor light-emitting device and epitaxial wafer
US8344413B2 (en) Nitride semiconductor wafer, nitride semiconductor chip, and method of manufacture of nitride semiconductor chip
WO2013002389A1 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、及び、ｉｉｉ族窒化物半導体素子の製造方法
US20110042646A1 (en) Nitride semiconductor wafer, nitride semiconductor chip, method of manufacture thereof, and semiconductor device
JP2011023541A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子及びエピタキシャル基板
KR20100099066A (ko) 질화갈륨계 반도체 광소자, 질화갈륨계 반도체 광소자를 제조하는 방법 및 에피택셜 웨이퍼
US6462354B1 (en) Semiconductor device and semiconductor light emitting device
JP5651077B2 (ja) 窒化ガリウム系半導体レーザ素子、及び、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法
JP5326787B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザダイオード、及びｉｉｉ族窒化物半導体レーザダイオードを作製する方法
JP2008091470A (ja) Ｉｉｉ族窒化物化合物半導体積層構造体の成膜方法
JP5310382B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子、及びｉｉｉ族窒化物半導体光素子を作製する方法
JP3446660B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
JP2010212651A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びｉｉｉ族窒化物半導体素子を作製する方法
WO2013065381A1 (ja) 窒化物半導体発光素子、及び、窒化物半導体発光素子の作製方法
JP2003086903A (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
JP2011119374A (ja) 窒化物半導体素子及びその製造方法、並びに、半導体装置
JP3434162B2 (ja) 窒化物半導体素子
JP4628651B2 (ja) 窒化物半導体発光素子の製造方法
US20220310874A1 (en) Group iii nitride semiconductor device and method for producing same
JP2012109624A (ja) Ｉｉｉ族窒化物発光素子、及びｉｉｉ族窒化物系半導体発光素子を作製する方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11837949

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011837949

Country of ref document: EP