JP2002198314A - 窒化物半導体の製造方法、窒化物半導体素子の製造方法及びそれを用いた窒化物半導体素子 - Google Patents
窒化物半導体の製造方法、窒化物半導体素子の製造方法及びそれを用いた窒化物半導体素子Info
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Abstract
量を増大させることなく高めることにより低抵抗化を図
ると共に急峻なp型不純物プロファイルを得られるよう
にする。 【解決手段】 基板11の上には、MQW活性層19
と、該MQW活性層19上に形成されたp型超格子キャ
ップ層20とが形成されている。p型超格子キャップ層
20は、窒化ガリウム(GaN)からなる第1層20a
と該第1層20aの上に形成された窒化アルミニウムガ
リウム(AlGaN)からなる第2層20bとが4周期
分積層されて構成されている。第2層20bにおける第
1層20aとの界面の近傍領域には、p型ドーパントの
濃度が局所的に増大している。
Description
濃度を積極的に増大させる窒化物半導体の製造方法、窒
化物半導体素子の製造方法及びそれを用いた窒化物半導
体素子に関する。
p型ドーパント、特にマグネシウム(Mg)のドーピン
グ方法を説明する。
f Applied Physics, 38, L1012, (1999))には、活性層
を基板に垂直な方向でその両側から挟み且つ該活性層で
生成される生成光を閉じ込めるp型クラッド層及びn型
クラッド層におけるp型クラッド層として、例えば、膜
厚が24nmの窒化アルミニウムガリウム(Al0.15G
a0.85N)層と膜厚が12nmの窒化ガリウム(Ga
N)層とからなり、周期が36nmの超格子(superlatt
ices:SLs)層を開示している。ここでは、超格子層の周
期を9nm〜100nmとしている。
のドーピングは、超格子層に対して一様に行なってい
る。なお、他の文献には、AlGaN層及びGaN層の
いずれか一方にのみドーピングを行なう例が報告されて
いるが、どちらの場合も、ドーピング対象とするAlG
aN層及びGaN層の1層中では一様なドープを行なっ
ている。このときのp型クラッド層の成長方法は、成長
圧力が300Torr(1Torr=133.322P
a)の減圧MOVPE法を用いて、C面を主面に持つサ
ファイア基板上に、基板温度が400℃で窒化アルミニ
ウム(AlN)からなるバッファ層を成長し、その後昇
温して膜厚が1μmのアンドープの窒化ガリウム(Ga
N)を成長する。続いて、基板温度を1010℃とし、
超格子層を成長している。
層との間に歪みが生じて内部電界が発生することによ
り、Mgのアクセプタ準位が浅くなるため、アクセプタ
の活性化率が向上して、p型キャリア濃度(正孔濃度)
が増大するので、レーザ素子の閾値電流の低減に有利と
なる。
1号公報)には、ニッケル(Ni)からなる電極と接触
し、高濃度にドープされたp型GaNからなる第1コン
タクト層を開示している。この第1コンタクト層は、膜
厚を50nmとし、Mgの濃度を1×1020cm-3〜1
×1021cm-3としている。この構成により、コンタク
ト抵抗が低減されると共に、キャリア濃度を高くして素
子の動作電圧が低減されるということを述べている。
に対してMgのドーピング濃度を高くし過ぎると、ホー
ル濃度が却って小さくなってしまう現象が生じるため、
第1コンタクト層の電極と反対側に該第1コンタクト層
よりもMgの濃度が小さいp型GaNからなる第2コン
タクト層を設けている。また、第2コンタクト層のMg
の濃度は、ホール濃度を高めるために1×1019cm-3
〜5×1020cm-3の範囲でドーピングすることが望ま
しいとしている。
従来例は、p型クラッド層に超格子構造を用いているも
のの、その低抵抗化は不十分である。また、第2の従来
例は、p型コンタクト層の上部にp型ドーパントを高濃
度にドープしているものの、逆にホール濃度が低下する
という問題を有している。
純物プロファイルを得ることが困難である。特に、活性
層の上にp型キャップ層を設けるような場合には、活性
層へのp型ドーパントの拡散を抑制するため、とりわけ
急峻な不純物プロファイルを必要とされる。
物半導体のp型不純物濃度をドーピング量を増大させる
ことなく高めることにより低抵抗化を図ると共に急峻な
p型不純物プロファイルを得られるようにすることを目
的とする。
め、本発明は、III 族窒化物からなる第1の半導体層
と、第1の半導体層と異なる組成の他のIII 族窒化物か
らなる第2の半導体層とを接合させることにより、第1
の半導体層と第2の半導体層とのヘテロ接合界面の近傍
領域に、p型ドーパントの濃度を局所的に増大させる、
すなわち偏析させる構成とする。
造方法は、基板の上に、第1のIII族源及び窒素を含む
V族源を供給することにより、第1のIII 族窒化物から
なる第1の半導体層を成長する第1の工程と、第1の半
導体層の上に、第1のIII 族源と異なるIII 族元素を含
む第2のIII 族源及び窒素を含むV族源を供給すること
により、第1の半導体層の上に第2のIII 族窒化物から
なる第2の半導体層を成長する第2の工程とを備え、第
1の工程及び第2の工程のうちの少なくとも1つは基板
上にp型ドーパントを供給する工程を含み、第1の半導
体層と第2の半導体層との界面の近傍領域は、p型ドー
パントの濃度が局所的に増大するように成長する。
と、第1のIII 族窒化物からなる第1の半導体層と該第
1のIII 族窒化物と異なる第2のIII 族窒化物からなる
第2の半導体層との界面の近傍領域においてp型ドーパ
ントの濃度が局所的に且つ従来よりも増大するように成
長する。このため、第1の半導体層及び第2の半導体層
からなる積層体を形成すれば、積層体におけるp型ドー
パントの濃度が従来よりも増大するので、低抵抗化を実
現できると共に積層体のみが高不純物濃度を有する急峻
なp型不純物プロファイルを達成することができる。
て、第1のIII 族源がガリウムを含み、第2のIII 族源
がアルミニウム又はインジウムを含むことが好ましい。
このようにすると、積層体におけるp型ドーパントの濃
度を従来よりも確実に増大させることができるようにう
なる。
おいて、第1のIII 族源はガリウムからなり、第2のII
I 族源はガリウムとアルミニウム又はインジウムとを含
むことが好ましい。このようにすると、積層体における
p型ドーパントの濃度を従来よりも確実に増大させるこ
とができるようになる。
て、第1の工程及び第2の工程が共にp型ドーパントを
供給する場合に、各p型ドーパントの供給量はほぼ同等
であることが好ましい。このようにp型ドーパントの一
様ドープを行なっても、第1の半導体層と第2の半導体
層との界面近傍にはp型ドーパントの濃度を局所的に増
大させることができる。
て、第1の工程及び第2の工程におけるp型ドーパント
の供給量は異なることが好ましい。このようにp型ドー
パントの選択ドープを行なっても、第1の半導体層と第
2の半導体層との界面近傍にp型ドーパントの濃度を局
所的に増大させることができる。
て、第1の半導体層の成長時にp型ドーパントを供給す
る場合に、p型ドーパントを第1の半導体層を成長する
よりも前に供給し始めることが好ましい。また、第2の
窒化物半導体の製造方法において、第2の半導体層の成
長時にp型ドーパントを供給する場合に、p型ドーパン
トを第2の半導体層を成長するよりも前に供給し始める
ことが好ましい。このようにすると、成長中の半導体層
に導入されるp型ドーパントの半導体の成長面への到達
に遅れが生じないため、吸収な不純物プロファイルを確
実に達成することができる。
て、p型ドーパントの濃度のピークは第2の半導体層中
に位置する。
て、第2のIII 族源は複数のIII 族元素を含み、第2の
半導体層における複数のIII 族元素のうち組成比が小さ
い元素の濃度のピーク位置とp型ドーパントのピーク位
置とは互いに異なる。
て、p型ドーパントの濃度が約3×1019cm-3以下で
あることが好ましい。このようにすると、p型ドーパン
トの有効アクセプタ濃度を大きくすることができる。
て、第2の半導体層の厚さが約1.5nm以上であるこ
とが好ましい。このようにすると、p型ドーパントのピ
ーク位置を第2の半導体層中に取り込むことができる。
は、基板の上に、第1の窒化物半導体からなる活性層を
成長する第1の工程と、活性層の上に、第2の窒化物半
導体からなり活性層を保護するp型キャップ層を成長す
る第2の工程と、p型キャップ層の上に第3の窒化物半
導体層からなるp型クラッド層を成長する第3の工程
と、p型クラッド層の上に第4の窒化物半導体層からな
るp型コンタクト層を成長する第4の工程とを備え、第
2の工程、第3の工程及び第4の工程のうちの少なくと
も1つは、第1のIII 族源及び窒素を含むV族源を供給
することにより、第1のIII 族窒化物からなる一の層を
成長する工程と、一の層の上に、第1のIII 族源と異な
るIII 族元素を含む第2のIII 族源及び窒素を含むV族
源を供給することにより、一の層の上に第2のIII 族窒
化物からなる他の層を成長する工程とを有し、一の層を
成長する工程及び他の層を成長する工程の少なくとも1
つは、基板上にp型ドーパントを供給する工程を含み、
一の層と他の層との界面の近傍領域は、p型ドーパント
の濃度が局所的に増大するように成長する。
ると、窒化物半導体素子におけるp型キャップ層、p型
クラッド層及びp型コンタクト層の少なくとも1つに、
本発明の窒化物半導体の製造方法を用いているため、p
型キャップ層、p型クラッド層及びp型コンタクト層の
うちの少なくとも1つの低抵抗化及び不純物プロファイ
ルの急峻化を実現できる。
いて、第1のIII 族源がガリウムを含み、第2のIII 族
源がアルミニウム又はインジウムを含むことが好まし
い。
いて、一の層又は他の層を成長する工程よりも前に、p
型ドーパントを供給し始めることが好ましい。
いて、p型キャップ層又はp型クラッド層のp型ドーパ
ントの濃度が約3×1019cm-3以下であることが好ま
しい。
いて、他の層の厚さが約1.5nm以上であることが好
ましい。
いて、p型コンタクト層がインジウムを含み、p型コン
タクト層におけるp型ドーパントの濃度が、p型コンタ
クト層の表面から漸減し且つ上面からの深さが約10n
mの位置で約3×1019cm -3以上であることが好まし
い。
上に形成された第1の窒化物半導体からなる活性層と、
活性層の上に形成された第2の窒化物半導体からなるp
型キャップ層と、p型キャップ層の上に形成された第3
の窒化物半導体層からなるp型クラッド層と、p型クラ
ッド層の上に形成された第4の窒化物半導体層からなる
p型コンタクト層とを備え、p型キャップ層、p型クラ
ッド層及びp型コンタクト層のうちの少なくとも1つ
は、第1のIII 族窒化物からなる一の層と該一の層の上
に形成され且つ第1のIII 族窒化物と異なる第2のIII
族窒化物からなる他の層とが積層されてなり、他の層に
おける一の層との界面の近傍領域は、p型ドーパントの
濃度が局所的に増大している。
のIII 族窒化物はガリウムを含み、第2のIII 族窒化物
はアルミニウム又はインジウムを含むことが好ましい。
このようにすると、青紫色等の短波長のレーザ光を発振
可能な半導体レーザ素子を得ることができる。
キャップ層又はp型クラッド層のp型ドーパントの濃度
が約3×1019cm-3以下であることが好ましい。。
層の厚さが約1.5nm以上であることが好ましい。
コンタクト層における他の層がインジウムを含み、p型
コンタクト層におけるp型ドーパントの濃度が、p型コ
ンタクト層の表面から漸減し且つ上面からの深さが約1
0nmの位置で約3×1019cm-3以上であることが好
ましい。
講演予稿集 3a-Y-30, (2000/9)には、膜厚が2.5nm
のAl0.16Ga0.84N層と膜厚が2.5nmのGaN層
とからなる、周期が5nmの歪み超格子(strained-laye
r-superlattices:SLSs)層が記載されており、p型ドー
パントであるMgは、濃度が7×1019cm-3でAlG
aN層とGaN層とに一様ドープされている。二次イオ
ン質量分析法(Secondary Ion Mass Spectrometry:SIM
S)を用いた分析によると、極めて短い周期ながら、障
壁層であるAlGaN層にMgが選択的に取り込まれる
現象が見られる。但し、ここでは、基板の深さ方向の分
解能が十分ではなく、Mgがヘテロ界面の近傍に偏析し
ているか否かを判別することは不可能である。
を参照しながら説明する。
導体レーザ素子の断面構成を示している。ここでは、半
導体レーザ素子の構成をその製造プロセスと同時に説明
する。結晶成長には、有機金属気相成長(MOVPE)
法を用い、その成長圧力は減圧下でも、大気圧下でも、
また大気圧(1atm)以上の加圧下でも良い。さらに
は、半導体層ごとに最適な圧力に切りかえても良い。原
料を基板上に供給するためのキャリアガスは少なくとも
窒素又は水素等の不活性ガスとする。
0℃程度とし、例えばサファイアからなる基板11の主
面上に、V族源であるアンモニア(NH3 )とIII 族源
であるトリメチルガリウム(TMG)とを供給して、厚
さが約20nmの窒化ガリウム(GaN)からなるバッ
ファ層12を成長する。
温した後、NH3 とTMGとを供給して、バッファ層1
2の上に厚さが約1μmのGaNからなる下地層13を
成長する。続いて、フォトリソグラフィ法を用いて、下
地層13の上に、それぞれの幅が約3μmで且つ互いに
約12μmの間隔をおいて平行に延びるレジストパター
ン(図示せず)を形成し、形成したレジストパターンを
マスクとしてバッファ層12に対してドライエッチング
を行なうことにより、バッファ層12の上部に、複数の
リセス部13aと該リセス部13a同士に挟まれた領域
からなる複数のストライプ状の凸部13bを形成する。
続いて、例えばECRスパッタ法を用いて、リセス部1
3aが形成された下地層13の上にレジストパターン及
び凸部13bを含む全面にわたって、窒化シリコン(S
iNx )からなるマスク膜14を堆積する。その後、レ
ジストパターンをリフトオフして凸部13b上のマスク
膜14を除去することにより、該凸部13bの上面を露
出する。
度を1000℃程度とし、NH3 とTMGとを供給し
て、下地層13の凸部13bの露出面を種結晶として厚
さが約3μmのGaNからなる選択成長層15を成長す
る。
H3 、TMG及び例えばシリコン(Si)を含むn型ド
ーパントを供給して、選択成長層15の上に厚さが約2
μmのn型GaNからなるn型コンタクト層16を成長
する。
ニウム(TMA)及びn型ドーパントを供給して、n型
コンタクト層16の上に厚さが約0.7μmのn型窒化
アルミニウムガリウム(Al0.07Ga0.93N)からなる
n型クラッド層17を成長する。
を供給して、n型クラッド層17の上に厚さが約100
nmのn型GaNからなるn型光ガイド層18を成長す
る。
後、NH3 、TMG及びトリメチルインジウム(TM
I)を供給することにより、n型光ガイド層18の上に
厚さが約3nmの窒化インジウムガリウム(In0.1G
a0.9N)からなる井戸層と、TMIのみ供給を止め
て、井戸層の上に厚さが約6nmのGaNからなるバリ
ア層とを1周期とする3周期分の半導体層を成長して多
重量子井戸(MQW)活性層19を形成する。
ながら、NH3 、TMG及びp型ドーパントのマグネシ
ウム(Mg)を含むビスシクロペンタジエニルマグネシ
ウム(Cp2 Mg)を供給することにより、図2(a)
に示すように、活性層19の上に、厚さが約2.5nm
のGaNからなる第1層(井戸層)20aと、III 族源
にTMAを追加して厚さが約2.5nmのAl0.3Ga
0.7Nからなる第2層(バリア層)20bとを1周期と
する4周期分の半導体層を成長して厚さが約20nmの
p型超格子キャップ層20を形成する。
給して、p型超格子キャップ層20の上に、厚さが約1
00nmのp型GaNからなるp型光ガイド層21を成
長する。
給することにより、p型光ガイド層21の上に、厚さが
約2.5nmのGaNからなる第1層(井戸層)と、II
I 族源にTMAを追加して厚さが約2.5nmのAl
0.14Ga0.86Nからなる第2層(バリア層)とを1周期
とする140周期分の半導体層を成長して厚さが約0.
7μmのp型超格子クラッド層22を形成する。
給して、p型超格子クラッド層22の上に、厚さが約1
00nmのp型GaNからなるp型第2コンタクト層2
3を成長する。
給することにより、図2(b)に示すように、p型第2
コンタクト層23の上に、厚さが約2.5nm〜3nm
のGaNからなる第1層(バリア層)24aと、III 族
源にTMIを追加して厚さが約2.5nm〜3nmのI
n0.07Ga0.93Nからなる第2層(井戸層)24bとを
1周期とする2周期分の半導体層を成長して厚さが約1
0nm〜12nmの超格子構造を持つp型第1コンタク
ト層24を形成する。
成するエピタキシャル層を得ることができる。
おけるp型ドーパントのドーピングを、第1層及び第2
層の成長時に一様にドーピングを行なっている。すなわ
ち、Cp2 Mgの供給量を一定としているが、第1層及
び第2層で供給量を変える、いわゆる変調ドープを行な
っても良く、さらにはいずれか一方の半導体層にのみ行
なう、いわゆる選択ドープを行なっても良い。このよう
に一様ドープでない場合でも、アルミニウム又はインジ
ウムを含む層における基板側(成長開始側)の界面近傍
にp型ドーパントの濃度が増大する。但し、選択ドープ
の場合であっても、アルミニウム又はインジウムを含む
層に対してドーピングを行なう方が好ましい。
プ状の共振器形成領域をマスクして、該エピタキシャル
層に対してn型コンタクト層16を露出するようにエッ
チングを行なう。さらに、共振器形成領域におけるp型
超格子クラッド層22、p型第2コンタクト層23及び
p型第1コンタクト層24に対してエッチングを行なう
ことにより、共振器形成領域の上部に電流注入領域とな
るリッジ部30を形成する。ここで、リッジ部30は、
共振器形成領域における下地層13の凸部13bの上方
の領域から外れた位置に設けることが好ましい。このよ
うにすると、選択成長層15における結晶転位の影響を
受けにくくなり、MQW活性層19等における結晶品位
が優れた領域に電流が注入されるようになる。
の電極とのコンタクト部及びn型コンタクト層16の上
面の電極とのコンタクト部をそれぞれマスクし、その後
CVD法等により、リッジ部30及び共振器形成領域の
露出面上に酸化シリコン(SiO2 )からなる保護絶縁
膜25を堆積する。ここで、リッジ部30のストライプ
幅を3μm〜5μm程度としている。
0上の開口部を充填し且つリッジ部30のp側面を覆う
ように、例えば蒸着法等を用いてニッケル(Ni)と金
(Au)との積層体からなるp側電極26を形成する。
続いて、保護絶縁膜25におけるn型コンタクト層16
上の開口部を充填するように、蒸着法等を用いてチタン
(Ti)とアルミニウム(Al)との積層体からなるn
側電極27を形成する。
キャップ層20、p型超格子クラッド層22及びp型第
1コンタクト層24をそれぞれ超格子構造とすることに
より、p型半導体層の低抵抗化とp型ドーパントの急峻
な不純物プロファイルとを得ているが、これら3層のう
ちの少なくとも1層に本発明に係る超格子構造を用いて
も良い。
に対して、p側電極26とn側電極27との間に電圧を
印加すると、MQW活性層19に向かってp側電極26
から正孔が注入されると共にn側電極27から電子が注
入される。これにより、MQW活性層19において、正
孔と電子との再結合により光学利得を生じて約404n
mの波長を持つレーザ発振を起こす。
格子クラッド層22及びp型第1コンタクト層24に、
本発明の超格子構造を用いることの有効性について説明
する。
超格子クラッド層22を説明する。
とAl0.3Ga0.7Nからなる第2層20bとの4周期分
からなるp型超格子キャップ層20に含まれるMgの基
板の深さ方向への不純物プロファイルをSIMS法によ
り測定した結果を示している。各半導体層の成長プロセ
スはグラフの横軸の左側から右側に向かって進行する。
また、ここでは、Alを含む第2層20bにのみp型ド
ーパントを含むCp2Mgを供給する選択ドープとして
いる。
層20bにおける基板側に位置するAlを含まない第1
層20aとの界面近傍にMgの濃度が増大している。こ
のことから、Alを含む第2層20bに対してMgの選
択的なドーピングが可能となることが分かる。このよう
に、超格子構造を採りAlGaNからなる第2層20b
内に基板の表面に向かって漸減するMgの濃度勾配が形
成される。その上、図3(a)に示すように、第2層2
0bにおけるMgの濃度の最低値でも、従来の方法によ
る不純物濃度と同程度の値が確保されている。
の単位時間当たりの供給量を一定値としているにも拘わ
らず、ヘテロ界面を形成するだけで界面近傍にMgの濃
度勾配が生じる現象を見い出した。
度のピークは、第2層20bにおける基板側で接合する
第1層20aとの界面から1.5nm程度に間隔おいた
位置にあることを確認している。従って、第2層20b
はその厚みを少なくとも1.5nmとすると、不純物濃
度のピーク位置を第2層20bに確実に取り込むことが
できるため好ましい。
あるMgのドーピングは、p型超格子キャップ層20よ
りも深い領域、すなわち下層の半導体層から開始するこ
とが好ましい。それは、p型超格子キャップ層20の成
長と同時にMgのドーピングを始めたのでは、Mgの原
料であるCp2 Mgが基板上に速やかに供給されずにド
ーピングに遅れが生じてしまい、所望の不純物プロファ
イルを達成しにくいからである。
bの双方にp型ドーパントを一様にドープした場合のS
IMS法による不純物プロファイルを示している。図3
(b)に示すように、一様ドープであっても、第2層2
0bにおける基板側に位置する第1層20aとの界面近
傍でp型ドーパントであるMgの濃度が増大してその界
面近傍に偏析する。なお、図3(b)に示す超格子半導
体層は測定用であって、第1層20a及び第2層20b
を1周期とする8周期分で構成している。
に、Alを含む第2層における基板側に位置するAlを
含まない第1層との界面近傍でp型ドーパントの濃度が
増大することを確認している。
ト層24の有効性を説明する。
0.07Ga0.93Nからなる第2層24bとの超格子構造を
持つp型第1コンタクト層24に含まれるMgの基板の
深さ方向への不純物プロファイルをSIMS法により測
定した結果を示している。図4からは、第2層24bに
おける基板側に位置する第1層24aとの界面近傍でp
型ドーパントであるMgの濃度が増大してその界面近傍
に偏析していることが分かる。これにより、有効アクセ
プタ濃度が大きく増大する。なお、図4に示す超格子半
導体層も測定用であって、第1層24a及び第2層24
bを1周期とする4周期分で構成している。
1の実施形態の一変形例について図面を参照しながら説
明する。本変形例に係る第1コンタクト層24は、厚さ
が約10nmのp型InGaNからなる単層により構成
する。
からなるp型第1コンタクト層とp型第2コンタクト層
とのMgの濃度と、種々の測定周波数を用いてC−V
(capacitance-voltage)測定法により求めた有効アク
セプタ濃度(Na−Nd)の基板の深さ方向の濃度プロ
ファイルとを示している。
クト層に単層のp型InGaNを用いた場合には、Cp
2 Mgの供給量を変えない一様ドープとしても、p型第
1コンタクト層におけるp型第2コンタクト層との界面
近傍の領域でMgの濃度が上に凸状に急激に増大する。
その上、p型第1コンタクト層の表面近傍の5nm程度
の領域においても、Mgの濃度が急激に増大する。これ
により、有効アクセプタ濃度は、表面近傍の約5nmの
領域内において大きく増大し、また、深さ位置が表面か
ら5nm〜10nmの領域においても従来の方法と比べ
て若干増大しており、改善がみられる。
の方法による厚さが約10nmのp + −GaNからなる
p型第1コンタクト層とp−GaNからなるp型第2コ
ンタクト層とのMgの濃度及び有効アクセプタ濃度の基
板の深さ方向の濃度プロファイルを示す。
は、p型第2コンタクト層の成長時にはCp2 Mgの供
給量を40sccm(standard cubic centimeter per
mitute)とし、p型第1コンタクト層の成長時にはCp
2 Mgの供給量を約7倍の270sccmに増加させて
いる。それにも拘わらず、p型第1コンタクト層におけ
るp型第2コンタクト層との界面近傍、すなわち基板表
面からの5nm〜10nmの領域においては、Mgの濃
度に急激に増大する兆候は見られず、単調に増加してい
るに過ぎない。但し、基板表面から5nm以内の領域に
おいてMgの濃度は急激に増大している。従って、有効
アクセプタ濃度は表面近傍の5nmまでの域領に限り増
大させることができる。
時にのみCp2 Mgの供給量を増やすという従来の方法
は、p型第1コンタクト層にドープされるMgの濃度を
p型第1コンタクト層におけるp型第2コンタクト層と
の界面近傍において急激に増大させることは不可能であ
る。
aN層及びAlGaN層のいずれにおいても、Mgのド
ーピング濃度は3×1019cm-3の濃度を超えると、M
gが半導体結晶中のガリウムや窒素等の本来の格子位置
に置換されず、アクセプタとしての活性化率が低下する
という知見を得ている。
型超格子クラッド層22においては、レーザ素子に注入
されるキャリアが、アクセプタの活性化率の低下に起因
する欠陥等の非発光中心における損失を回避するため
に、Mgのドーピング濃度を3×1019cm-3以下とす
ることが好ましい。
属材料との接触抵抗を下げることの方が重要であり、M
gの濃度の上限はない。
トの濃度増大の効果は、III 族窒化物半導体の全般にわ
たって成り立つ。従って、アルミニウム、ガリウム及び
インジウムに限られず、例えば窒化ホウ素(BN)から
なる半導体との間でヘテロ接合界面を持っても良い。
g)に限られず、代わりに、亜鉛(Zn)又はカルシウ
ム(Ca)等を用いても良い。
は、下地層13に設けたリセス部13a同士の間に形成
されるストライプ状の凸部13bの上に選択的横方向成
長(ELOG)法により成長した選択成長層15を設け
ているが、下地層13及び選択成長層15は本発明に必
須ではない。しかしながら、このELOG法を用いるこ
とにより、選択成長層15上に成長するn型コンタクト
層16から上に成長する各半導体層の結晶性を極めて良
好とすることができる。
PE法に限られず、ハイドライド気相成長(H−VP
E)法又は分子線エピタキシ(MBE)法等の窒化物半
導体を成長可能な方法であればすべての方法に適用でき
る。
よると、第1のIII 族窒化物からなる第1の半導体層と
該第1のIII 族窒化物と異なる第2のIII 族窒化物から
なる第2の半導体層との積層体におけるヘテロ接合界面
の近傍の領域で、p型ドーパントの濃度が局所的に且つ
従来よりも増大するように成長する。このため、ヘテロ
接合界面近傍においてp型ドーパントの濃度が従来より
も増大するので、低抵抗化を実現できると共に積層体の
みが高不純物濃度を有する急峻なp型不純物プロファイ
ルを達成できる。
素子を示す構成断面図である。
体レーザ素子におけるp型超格子キャップ層を示す構成
断面図である。(b)は本発明の一実施形態に係る窒化
物半導体レーザ素子におけるp型第1コンタクト層を示
す構成断面図である。
窒化物半導体レーザ素子におけるp型超格子キャップ層
のSIMS法による不純物プロファイルを示し、(a)
は選択ドープによるグラフであり、(b)は一様ドープ
によるグラフである。
素子におけるp型第1コンタクト層のSIMS法による
不純物プロファイルを示すグラフである。
おけるp型第1コンタクト層及びp型第2コンタクト層
の濃度プロファイルを示し、(a)は本発明の一実施形
態の一変形例に係る半導体レーザ素子を示すグラフであ
り、(b)は従来の半導体レーザ素子を示すグラフであ
る。
Claims (22)
- 【請求項1】 基板の上に、第1のIII 族源及び窒素を
含むV族源を供給することにより、第1のIII 族窒化物
からなる第1の半導体層を成長する第1の工程と、 前記第1の半導体層の上に、前記第1のIII 族源と異な
るIII 族元素を含む第2のIII 族源及び窒素を含むV族
源を供給することにより、前記第1の半導体層の上に第
2のIII 族窒化物からなる第2の半導体層を成長する第
2の工程とを備え、 前記第1の工程及び第2の工程のうちの少なくとも1つ
は前記基板上にp型ドーパントを供給する工程を含み、 前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との界面の近
傍領域は、前記p型ドーパントの濃度が局所的に増大す
るように成長することを特徴とする窒化物半導体の製造
方法。 - 【請求項2】 前記第1のIII 族源はガリウムを含み、
前記第2のIII 族源はアルミニウム又はインジウムを含
むことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体の製
造方法。 - 【請求項3】 前記第1のIII 族源はガリウムからな
り、前記第2のIII 族源はガリウムとアルミニウム又は
インジウムとを含むことを特徴とする請求項1に記載の
窒化物半導体の製造方法。 - 【請求項4】 前記第1の工程及び第2の工程が共に前
記p型ドーパントを供給する場合に、前記各p型ドーパ
ントの供給量はほぼ同等であることを特徴とする請求項
1〜3のうちのいずれか1項に記載の窒化物半導体の製
造方法。 - 【請求項5】 前記第1の工程及び第2の工程における
前記p型ドーパントの供給量は異なることを特徴とする
請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の窒化物半導
体の製造方法。 - 【請求項6】 前記第1の半導体層の成長時に前記p型
ドーパントを供給する場合に、前記p型ドーパントを前
記第1の半導体層を成長するよりも前に供給し始めるこ
とを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれか1項に記
載の窒化物半導体の製造方法。 - 【請求項7】 前記第2の半導体層の成長時に前記p型
ドーパントを供給する場合に、前記p型ドーパントを前
記第2の半導体層を成長するよりも前に供給し始めるこ
とを特徴とする請求項1〜5に記載の窒化物半導体の製
造方法。 - 【請求項8】 前記p型ドーパントの濃度のピークは、
前記第2の半導体層中に位置することを特徴とする請求
項1〜7のうちのいずれか1項に記載の窒化物半導体の
製造方法。 - 【請求項9】 前記第2のIII 族源は複数のIII 族元素
を含み、 前記第2の半導体層における前記複数のIII 族元素のう
ち組成比が小さい元素の濃度のピーク位置と、前記p型
ドーパントのピーク位置とは互いに異なることを特徴と
する請求項1〜8のうちのいずれか1項に記載の窒化物
半導体の製造方法。 - 【請求項10】 前記p型ドーパントの濃度は約3×1
019cm-3以下であることを特徴とする請求項1〜9の
うちのいずれか1項に記載の窒化物半導体の製造方法。 - 【請求項11】 前記第2の半導体層の厚さは約1.5
nm以上であることを特徴とする請求項1〜10のうち
のいずれか1項に記載の窒化物半導体の製造方法。 - 【請求項12】 基板の上に、第1の窒化物半導体から
なる活性層を成長する第1の工程と、 前記活性層の上に、第2の窒化物半導体からなり前記活
性層を保護するp型キャップ層を成長する第2の工程
と、 前記p型キャップ層の上に第3の窒化物半導体層からな
るp型クラッド層を成長する第3の工程と、 前記p型クラッド層の上に第4の窒化物半導体層からな
るp型コンタクト層を成長する第4の工程とを備え、 前記第2の工程、第3の工程及び第4の工程のうちの少
なくとも1つは、第1のIII 族源及び窒素を含むV族源
を供給することにより、第1のIII 族窒化物からなる一
の層を成長する工程と、 前記一の層の上に、前記第1のIII 族源と異なるIII 族
元素を含む第2のIII族源及び窒素を含むV族源を供給
することにより、前記一の層の上に第2のIII族窒化物
からなる他の層を成長する工程とを有し、 前記一の層を成長する工程及び他の層を成長する工程の
少なくとも1つは、前記基板上にp型ドーパントを供給
する工程を含み、 前記一の層と前記他の層との界面の近傍領域は、前記p
型ドーパントの濃度が局所的に増大するように成長する
ことを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項13】 前記第1のIII 族源はガリウムを含
み、前記第2のIII 族源はアルミニウム又はインジウム
を含むことを特徴とする請求項12に記載の窒化物半導
体素子の製造方法。 - 【請求項14】 前記一の層又は他の層を成長する工程
よりも前に、前記p型ドーパントを供給し始めることを
特徴とする請求項12又は13に記載の窒化物半導体素
子の製造方法。 - 【請求項15】 前記p型キャップ層又はp型クラッド
層のp型ドーパントの濃度は約3×1019cm-3以下で
あることを特徴とする請求項11〜14のうちのいずれ
か1項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項16】 前記他の層の厚さは約1.5nm以上
であることを特徴とする請求項11〜15のうちのいず
れか1項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項17】 前記p型コンタクト層はインジウムを
含み、 前記p型コンタクト層における前記p型ドーパントの濃
度は、前記p型コンタクト層の表面から漸減し且つ上面
からの深さが約10nmの位置で約3×1019cm-3以
上であることを特徴とする請求項11〜16のうちのい
ずれか1項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項18】 基板の上に形成された第1の窒化物半
導体からなる活性層と、 前記活性層の上に形成された第2の窒化物半導体からな
るp型キャップ層と、 前記p型キャップ層の上に形成された第3の窒化物半導
体層からなるp型クラッド層と、 前記p型クラッド層の上に形成された第4の窒化物半導
体層からなるp型コンタクト層とを備え、 前記p型キャップ層、p型クラッド層及びp型コンタク
ト層のうちの少なくとも1つは、第1のIII 族窒化物か
らなる一の層と該一の層の上に形成され且つ前記第1の
III 族窒化物と異なる第2のIII 族窒化物からなる他の
層とが積層されてなり、 前記他の層における前記一の層との界面の近傍領域は、
p型ドーパントの濃度が局所的に増大していることを特
徴とする窒化物半導体素子。 - 【請求項19】 前記第1のIII 族窒化物はガリウムを
含み、前記第2のIII 族窒化物はアルミニウム又はイン
ジウムを含むことを特徴とする請求項18に記載の窒化
物半導体素子。 - 【請求項20】 前記p型キャップ層又はp型クラッド
層のp型ドーパントの濃度は約3×1019cm-3以下で
あることを特徴とする請求項18又は19に記載の窒化
物半導体素子。 - 【請求項21】 前記他の層の厚さは約1.5nm以上
であることを特徴とする請求項18〜20のうちのいず
れか1項に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項22】 前記p型コンタクト層における前記他
の層はインジウムを含み、 前記p型コンタクト層における前記p型ドーパントの濃
度は、前記p型コンタクト層の表面から漸減し且つ上面
からの深さが約10nmの位置で約3×1019cm-3以
上であることを特徴とする請求項18〜21のうちのい
ずれか1項に記載の窒化物半導体素子。
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