JP2002353144A

JP2002353144A - ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体およびその作製方法および半導体装置

Info

Publication number: JP2002353144A
Application number: JP2001153583A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Iwata; 浩和岩田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-12-06

Abstract

(57)【要約】【課題】効率よく高濃度に３原子複合体ドーパントを
母体結晶中にドーピングできる低抵抗のｐ型III族窒化
物半導体およびその作製方法を提供する。【解決手段】サファイア基板１０上に、低温ＧａＮバ
ッファー層１１、ｐ型ＧａＮ層１２が順次に形成されて
いる。ここで、ｐ型ＧａＮ層１２は、ｐ型不純物のＭｇ
（マグネシウム）とＯ（酸素）が、それぞれ、Ｍｇは１
×１０²⁰ｃｍ^-3程度、Ｏ（酸素）は３×１０¹⁹ｃｍ^-3程
度ドーピングされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＶＤやＣＤ等の
光ピックアップ用光源，電子写真用の書き込み光源，光
通信用光源，ディスプレイパネル，照明器具，紫外線セ
ンサー，高温動作トランジスター等に利用されるｐ型II
I族窒化物半導体およびその作製方法および半導体装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＧａＮで代表されるIII族窒化物
半導体を利用した高輝度青色ＬＥＤや３０ｍＷ程度の出
力で発振する紫色ＬＤが実用化されている。また、紫外
線センサー，高温動作トランジスター等も開発されてい
る。さらに、これらの半導体素子を利用して、フルカラ
ーディスプレイ，白色光源，信号機，照明器具，光記録
メディアの書き込み／読み取り装置，レーザー顕微鏡等
が開発されている。これらのIII族窒化物半導体を利用
した半導体装置の実用化には、ｐ型III族窒化物半導体
の作製技術が重要な基本技術となっている。

【０００３】例えば、高い電流密度を必要とする発光素
子等の半導体装置に使用されるｐ型III族窒化物半導体
には高いキャリア濃度が要求される。しかしながら、バ
ンドギャップの広いIII族窒化物半導体は、キャリア濃
度の高いｐ型のものは得られない。例えば、半導体レー
ザーのクラッド層に使用されるＡｌＧａＮでは、キャリ
ア濃度が１０¹⁸ｃｍ^-3を超えるものを作製することは困
難である。この原因は、III族窒化物半導体のアクセプ
ター準位が深いことにある。ＡｌＧａＮではそのバンド
ギャップが大きくなればなるほどアクセプター準位が深
くなるため、室温でのアクセプターの活性化率が小さく
なる。例えばＡｌを含まないＧａＮであっても、室温で
のアクセプターの活性化率は１％以下である。従って、
１０²⁰ｃｍ^-3程度のアクセプター性不純物をＧａＮにド
ーピングしてもキャリア濃度は１０¹⁸ｃｍ^-3程度にしか
ならない。アクセプター準位がＧａＮよりも深いＡｌＧ
ａＮでは、さらに活性化率は小さくなるので、キャリア
濃度もさらに小さくなる。キャリア濃度を増加するため
に、アクセプター性不純物のドーピング量を増加して
も、ドーピング量が１０²⁰ｃｍ^-3を超えるとアクセプタ
ー性不純物は格子間位置に入り、ドナーとして働く。そ
のためキャリア濃度は逆に減少してしまう。従って、ド
ーピング量を増加してもキャリア濃度には上限が有る。
例えばＧａＮで１０¹⁸ｃｍ^-3程度である。

【０００４】これを解決する方法として、特開平１０−
１０１４９６号（以下、従来技術１という）には、Ｍｇ
とＳｉを２：１、あるいは、ＭｇとＯを２：１、あるい
は、ＢｅとＳｉを２：１、あるいは、ＢｅとＯを２：１
の比率で、ＧａＮに１０¹⁸ｃｍ^-3〜１０²⁰ｃｍ^-3程度同
時ドーピングすることにより、キャリア濃度を増加させ
る方法が示されている。この方法では、母体結晶（この
場合は、ＧａＮ）中にアクセプター性不純物２原子とド
ナー性不純物１原子からなる複合体が形成されること
で、不純物準位（アクセプター準位）が浅くなるととも
に、アクセプター性不純物の固容限が上昇するため、高
キャリア濃度のｐ型ＧａＮが作製できる。

【０００５】また、特開平１０−１４４９６０号（以
下、従来技術２という）には、ＳｉとＭｇを１／１０以
上１／１以下のＳｉ／Ｍｇ比でドーピングすることで、
従来技術１と同様の効果が得られることが示されてい
る。また、特開平１０−１５４８２９号（以下、従来技
術３という）には、ＯとＭｇを１／１０以上１／１以下
のＯ／Ｍｇ比でドーピングすることで、従来技術１と同
様の効果が得られることが示されている。また、特開２
０００−２９４８８０号（以下、従来技術４という）に
は、ＯとＺｎを１／５以上１／２以下のＯ／Ｚｎ比でド
ーピングすることで、従来技術１と同様の効果が得られ
ることが示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、キャ
リア濃度の高い低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を作製
することは難しい。そのため、ｐ型III族窒化物半導体
を使用した半導体装置の動作電圧は高く、消費電力の増
加の原因となっている。また、半導体レーザーの場合に
は、ｐ型クラッド層の抵抗やｐ側オーミック電極の接触
抵抗が高いことは、高出力動作時の動作電圧を増大させ
るため、発熱を招き、寿命を短くする。

【０００７】従来技術１〜従来技術４に示されているア
クセプター２原子とドナー１原子の複合体を母体結晶に
形成し、低抵抗のｐ型半導体を作製する方法では、母体
結晶の結晶成長中にアクセプター性不純物とドナー性不
純物をそれぞれ別々のドーパント原料ガスとして供給す
るものであるため、成長母体結晶中にドーパントが取り
込まれる際に複合体が形成される確率が低く、多くは単
独のドーパントとしてもしくは２原子複合体として母体
結晶中に取り込まれてしまう。そして、アクセプター性
不純物であるＭｇ原子あるいはＺｎ原子が深い準位を形
成してしまい、これらのドーパントが目的の複合体ドー
パントの機能を妨げるので、キャリア濃度の高いｐ型II
I族窒化物半導体を容易に結晶成長することは困難であ
った。

【０００８】本発明は、上述した従来技術の問題点を解
決するものであって、効率よく高濃度に３原子複合体ド
ーパントを母体結晶中にドーピングできる低抵抗のｐ型
III族窒化物半導体およびその作製方法および半導体装
置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、アクセプター性不純物とド
ナー性不純物の複合体を含むｐ型III族窒化物半導体の
作製方法において、アクセプター性不純物元素とドナー
性不純物元素との結合を有する化合物をドーパント原料
に使用してｐ型III族窒化物半導体を作製することを特
徴としている。

【００１０】また請求項２記載の発明は、請求項１記載
のｐ型III族窒化物半導体の作製方法において、アクセ
プター性不純物元素とドナー性不純物元素の結合を有す
る化合物ドーパントの他に、アクセプター性不純物原料
を同時にドーピングしてｐ型III族窒化物半導体を作製
することを特徴としている。

【００１１】また請求項３記載の発明は、請求項１また
は請求項２記載のｐ型III族窒化物半導体の作製方法で
作製されたｐ型III族窒化物半導体である。

【００１２】また請求項４記載の発明は、請求項３記載
のｐ型III族窒化物半導体を含む半導体積層構造を有し
ている半導体装置である。

【００１３】また請求項５記載の発明は、請求項４記載
の半導体装置において、前記ｐ型III族窒化物半導体に
オーミック電極が形成されていることを特徴としてい
る。

【００１４】また請求項６記載の発明は、請求項４また
は請求項５記載の半導体装置において、該半導体装置
は、ｐ型半導体とｎ型半導体とに挟まれた発光領域を有
する発光素子であることを特徴としている。

【００１５】また請求項７記載の発明は、請求項６記載
の半導体装置において、前記発光素子は半導体レーザー
であることを特徴としている。

【００１６】また請求項８記載の発明は、請求項７記載
の半導体装置において、前記半導体レーザーを構成する
ｐ型III族窒化物半導体層の全ての層が請求項３記載の
ｐ型III族窒化物半導体で形成されていることを特徴と
している。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１８】第１の実施形態本発明の第１の実施形態は、アクセプター性不純物とド
ナー性不純物の複合体を含むｐ型III族窒化物半導体の
作製方法において、アクセプター性不純物元素とドナー
性不純物元素との結合を有する化合物をドーパント原料
に使用してｐ型III族窒化物半導体を作製することを特
徴としている。

【００１９】ここで、III族窒化物半導体とは、Ｇａ
Ｎ，ＡｌＮ，ＩｎＮ，ＢＮの２元化合物や、これら２元
化合物の混晶である３元系、４元系、５元系混晶半導体
を意味するものである。

【００２０】また、アクセプター性不純物元素とドナー
性不純物元素との結合を有する化合物とは、化合物の構
成元素にアクセプター性不純物元素とドナー性不純物元
素を含み、アクセプター性不純物元素とドナー性不純物
元素との結合が一対以上ある化合物である。

【００２１】具体的には、アクセプター性不純物元素と
ドナー性不純物元素との結合を有する化合物とは、III
族窒化物結晶中でIII族原子と置換して格子位置に入り
アクセプターになるＭｇ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｂｅ，その他の
アクセプターになり得る元素と、窒素原子と置換して格
子位置に入りドナーになるＯ（酸素），Ｓｅ，Ｓ，Ｔ
ｅ，その他のドナーになり得る元素とを構成元素に含
み、例えば、ＭｇとＯ、ＭｇとＳｅ、ＺｎとＯ、Ｚｎと
Ｓｅ等の結合を有する化合物である。

【００２２】例えば、ＺｎあるいはＭｇとＯ（酸素）と
の結合を有する化合物では、Ｍｇ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂（ビス
アセチルアセトナートマグネシウム）、Ｍｇ（Ｃ₁₁Ｈ₁₉
Ｏ₂）₂（ビスジピバロイルメタナートマグネシウム）、
Ｚｎ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂（ビスアセチルアセトナートジン
ク）、Ｚｎ（Ｃ₁₁Ｈ₁₉Ｏ₂）₂（ビスジピバロイルメタナ
ートジンク）等のアセチルアセトンやジピロイルメタン
のβ−ジケトン化合物がある。

【００２３】この第１の実施形態の作製方法では、Ｇ
ａ，Ａｌ，Ｉｎ，ＢなどのIII族元素原料と窒素原料と
前記ドーパント原料（アクセプター性不純物元素とドナ
ー性不純物元素との結合を有する化合物）とを、加熱し
た基板表面に輸送して、基板上にIII族窒化物半導体を
結晶成長し、ｐ型III族窒化物半導体を作製することが
できる。ここで、アクセプター性不純物は１０¹⁹ｃｍ^-3
〜１０²⁰ｃｍ^-3程度、ドナー性不純物は、アクセプター
性不純物の量の１／１０〜１／２程度の量をドーピング
する。なお、結晶成長法に関しては特に限定されるもの
ではない。また、III族原料や窒素原料も特に限定され
るものではない。例えば、ＭＯＣＶＤ法では、III族原
料として、ＴＭＧａ，ＤＥＧａ，ＴＭＡｌ，ＴＭＩｎ，
ＴＥＢを使用することができ、窒素原料として、ＮＨ₃
を使用できる。

【００２４】この第１の実施形態によれば、アクセプタ
ー性不純物元素とドナー性不純物元素とが結合している
化合物をドーパント原料に使用するので、ドーパント原
料中のドナー性不純物元素の一部がアクセプター性不純
物元素と結合した状態で、III族窒化物母体結晶中に取
り込まれる。そして、アクセプターとドナーとの対を形
成し、静電エネルギーが安定化する。安定化したIII族
窒化物結晶に新たにアクセプター性不純物（II族原子）
が１原子付け加えられると、安定にIII族原子位置を置
換し、高濃度のアクセプター性不純物（II族原子）がド
ーピング可能になるとともに、アクセプター２原子とド
ナー１原子の３原子複合体が形成される。その結果、ア
クセプター準位が浅くなり、低抵抗のｐ型III族窒化物
半導体結晶が作製できる。

【００２５】従来では、アクセプター性不純物とドナー
性不純物とをそれぞれ別々のドーパント材料としてドー
ピングしていたので、３原子複合体が形成されにくかっ
たが、本発明では、効率よく高濃度に３原子複合体ドー
パントが母体結晶中にドーピングされるので、従来より
も低抵抗のｐ型III族窒化物半導体結晶が作製できる。

【００２６】第２の実施形態また、本発明の第２の実施形態は、上述した本発明の第
１の実施形態のｐ型III族窒化物半導体の作製方法にお
いて、アクセプター性不純物元素とドナー性不純物元素
の結合を有する化合物ドーパントの他に、アクセプター
性不純物原料を同時にドーピングすることを特徴として
いる。

【００２７】この第２の実施形態の作製方法では、結晶
成長時に、III族原料と窒素原料とアクセプター性不純
物元素とドナー性不純物元素との結合を有する化合物ド
ーパント原料と同時に、ＭｇやＺｎ等のアクセプター性
不純物のドーパント原料を、加熱した基板表面に輸送し
て、基板上にIII族窒化物半導体を結晶成長し、ｐ型III
族窒化物半導体を作製することができる。ここで、アク
セプター性不純物は１０¹⁹ｃｍ^-3〜１０²⁰ｃｍ^-3程度、
ドナー性不純物は、アクセプター性不純物の量の１／１
０〜１／２程度の量をドーピングする。なお、ＭｇやＺ
ｎ等のアクセプター性不純物のドーパント原料は、特に
限定されるものではない。例えば、ＭＯＣＶＤ法では、
Ｃｐ₂Ｍｇや（ＥｔＣｐ）₂Ｍｇ，ＤＥＺｎが使用でき
る。

【００２８】この第２の実施形態によれば、アクセプタ
ー性不純物元素とドナー性不純物元素の結合を有する化
合物ドーパントの他に、アクセプター性不純物のドーパ
ント原料を同時にドーピングするので、アクセプター性
不純物とドナー性不純物のドーピング濃度と量比を精度
良く制御することがでる。その結果、より一層効率よく
高濃度に３原子複合体ドーパントを母体結晶中に形成で
きるようになり、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体結晶
を作製することができる。

【００２９】上述した第１または第２の実施形態の作製
方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体は、III族窒化
物半導体母体結晶中に、１０¹⁹ｃｍ^-3〜１０²⁰ｃｍ^-3程
度のアクセプター性不純物と、アクセプター性不純物の
１／１０〜１／２程度の量のドナー性不純物とがドーピ
ングされており、アクセプター２原子とドナー１原子と
が結合した複合体が形成されている。なお、このように
作製されたｐ型III族窒化物半導体結晶は、単結晶であ
っても多結晶であっても良く、特に限定されるものでは
ない。

【００３０】このように第１または第２の実施形態のｐ
型III族窒化物半導体の作製方法で作製されたｐ型III族
窒化物半導体は、高濃度に３原子複合体ドーパントが母
体結晶中にドーピングされており、従来よりも低抵抗の
ｐ型III族窒化物半導体となる。

【００３１】また、上述した第１または第２の実施形態
の作製方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体を含む
半導体積層構造を有している半導体装置を構成すること
ができる。上述した第１または第２の実施形態の作製方
法で作製されたｐ型III族窒化物半導体は、半導体装置
を構成する半導体積層構造のどの部分にあっても良く、
特に限定されるものではない。また、積層構造は、単結
晶であっても多結晶であっても良く、特に限定されるも
のではない。また、このような半導体装置は、上述した
第１または第２の実施形態の作製方法で作製されたｐ型
III族窒化物半導体の特性を用いて機能するものであれ
ば、発光素子，受光素子，電子デバイス等、その形態は
限定されるものではない。

【００３２】この半導体装置は、従来高い素子抵抗の原
因の１つであったｐ型III族窒化物半導体層に抵抗の低
いｐ型III族窒化物半導体（上述した第１または第２の
実施形態の作製方法で作製されたｐ型III族窒化物半導
体）を使用しているので、従来のIII族窒化物半導体装
置よりも素子抵抗が低く、従って、従来よりも動作電圧
を低くすることができる。

【００３３】また、上記半導体装置において、上述した
第１または第２の実施形態の作製方法で作製されたｐ型
III族窒化物半導体にオーミック電極を形成することが
できる。このような半導体装置は、上述した第１または
第２の実施形態の作製方法で作製されたｐ型III族窒化
物半導体にｐ側オーミック電極が形成され、電流を注入
することにより機能するものであれば、発光素子，受光
素子，電子デバイス等、その形態は限定するものではな
い。また、上述した第１または第２の実施形態の作製方
法で作製されたｐ型III族窒化物半導体は、積層構造の
最表面である必要はなく、例えば最下層であっても良
い。また、積層構造は、単結晶であっても多結晶であっ
ても良く、特に限定されるものではない。

【００３４】この半導体装置では、キャリア濃度の高い
ｐ型III族窒化物半導体（上述した第１または第２の実
施形態の作製方法で作製されたｐ型III族窒化物半導
体）にオーミック電極が形成されているので、ｐ側オー
ミック電極の接触抵抗率が従来のものよりも低い。従っ
て、III族窒化物半導体を利用した装置の動作電圧が高
いことの原因の１つであったｐ側オーミック電極の接触
抵抗を低くすることができ、従来のものよりも動作電圧
が低い半導体装置を提供できる。

【００３５】また、上述した半導体装置は、ｐ型半導体
とｎ型半導体とに挟まれた発光領域を有する発光素子の
形態をとることができる。すなわち、この発光素子は、
ｐ型の半導体層とｎ型の半導体層が積層された積層構造
からなり、ｐ型半導体の一部あるいは全部が、上述した
第１または第２の実施形態の作製方法で作製されたｐ型
III族窒化物半導体層となっている。そして、上述した
第１または第２の実施形態の作製方法で作製されたｐ型
III族窒化物半導体にオーミック電極を形成することが
できる。

【００３６】このような発光素子において、発光部は、
ｎ型半導体とｐ型半導体とに挟まれた領域にある。この
発光部は、電流が注入されキャリアの再結合によって発
光する構造であれば、ホモ接合（ｐ−ｎ接合），シング
ルヘテロ接合，ダブルヘテロ接合，量子井戸構造，多重
量子井戸構造、その他どのような構造であっても差し支
えない。また、この発光素子は、ｐ型半導体とｎ型半導
体から発光領域に電流が注入されキャリアの再結合によ
って発光するものであれば、その形態は特に限定される
ものではない。すなわち，発光素子としては、発光ダイ
オード，半導体レーザー，スーパールミネッセントダイ
オード等の形態をとることができる。また、積層構造
も、単結晶，多結晶いずれの構造であっても良い。

【００３７】具体的に、上記発光素子が半導体レーザー
である場合、半導体レーザーの構造は特に限定されるも
のではない。すなわち、ｐ型III族窒化物半導体の積層
構造を有する半導体レーザーであって、活性層にキャリ
アが注入され、レーザー光が外部に取り出されるもので
あればよく、端面発光型，面発光型のどちらの構造であ
っても良い。

【００３８】このような発光素子においては、ｐ型III
族窒化物半導体層に抵抗の低いｐ型III族窒化物半導体
（上述した第１または第２の実施形態の作製方法で作製
されたｐ型III族窒化物半導体）を使用しているので、
素子抵抗が従来のものよりも低く、従って、動作電圧が
従来のものよりも低い。また、素子抵抗が低いので、大
電流動作時においても発熱が少なく、発熱による欠陥の
発生や増殖が抑制され、素子の劣化が少ない。そのた
め、高出力動作が可能である。従って、従来のIII族窒
化物半導体発光素子よりも動作電圧が低く、高出力，長
寿命，高信頼性の発光素子を提供できる。

【００３９】また、上記発光素子が半導体レーザーであ
る場合、半導体レーザーを構成する半導体積層構造のｐ
型III族窒化物半導体層のうちのいずれかに、上述した
第１または第２の実施形態の作製方法で作製されたｐ型
III族窒化物半導体層を使用することで、素子抵抗を低
くすることができる。また、上述した第１または第２の
実施形態の作製方法で作製されたｐ型III族窒化物半導
体層にｐ側オーミック電極を形成した場合には、オーミ
ック電極の接触抵抗を低くすることができる。従って、
本発明の半導体レーザーでは、動作電圧を従来のものよ
りも低くすることができる。また、素子抵抗が低いの
で、大電流動作時においても発熱が少なく、発熱による
欠陥の発生や増殖が抑制され、レーザー素子の劣化が少
ない。そのため、高出力動作が可能である。従って、従
来のIII族窒化物半導体レーザーよりも動作電圧が低
く、高出力，長寿命，高信頼性の半導体レーザーを提供
できる。

【００４０】また、上記半導体レーザーにおいて、半導
体レーザーを構成するｐ型III族窒化物半導体層の全て
の層を、上述した第１または第２の実施形態の作製方法
で作製されたｐ型III族窒化物半導体にすることができ
る。すなわち、半導体レーザーを構成する全てのｐ型II
I族窒化物半導体を、上述した第１または第２の実施形
態の作製方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体にす
ることができる。

【００４１】半導体レーザーを構成する全てのｐ型III
族窒化物半導体層を上述した第１または第２の実施形態
の作製方法で作製された低抵抗のｐ型III族窒化物半導
体にする場合には、素子半導体層部分の抵抗とｐ側オー
ミック電極の接触抵抗が低い。すなわち素子抵抗が低
い。従って、この半導体レーザーでは、動作電圧をより
一層低くすることができる。また、素子抵抗が低いの
で、大電流動作時においても発熱が少なく、発熱による
欠陥の発生や増殖が抑制され、レーザー素子の劣化が少
ない。そのため、高出力動作が可能である。従って、従
来のIII族窒化物半導体レーザーよりも動作電圧が低
く、高出力，長寿命，高信頼性の半導体レーザーを提供
できる。

【００４２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００４３】実施例１実施例１では、第１の実施形態の作製方法でｐ型III族
窒化物半導体を作製した。なお、作製したｐ型III族窒
化物半導体はｐ型ＧａＮである。

【００４４】図１は作製された実施例１のｐ型III族窒
化物半導体（ｐ型ＧａＮ層）を示す図である。図１を参
照すると、サファイア基板１０上に、低温ＧａＮバッフ
ァー層１１、ｐ型ＧａＮ層１２が順次に形成されてい
る。ここで、ｐ型ＧａＮ層１２は、ｐ型不純物のＭｇ
（マグネシウム）とＯ（酸素）が、それぞれ、Ｍｇは１
×１０²⁰ｃｍ^-3程度、Ｏ（酸素）は３×１０¹⁹ｃｍ^-3程
度ドーピングされている。

【００４５】次に、実施例１のｐ型III族窒化物半導体
（ｐ型ＧａＮ層１２）の作製方法を説明する。実施例１
のｐ型ＧａＮ層１２は、ＭＯＣＶＤ法で結晶成長して作
製することができる。このとき、ドーパント原料とし
て、Ｍｇ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂（ビスアセチルアセトナートマ
グネシウム）を使用することができる。

【００４６】すなわち、まず、サファイア基板１０を反
応管にセットし、水素ガス中、１１２０℃で加熱し、基
板１０の表面をクリーニングした。次いで、温度を５２
０℃に下げ、成長雰囲気をＮＨ₃と窒素の混合ガス雰囲
気にし、ＴＭＧを流し、低温ＧａＮバッファー層１１を
堆積した。

【００４７】次いで、温度を１０５０℃に上げ、窒素を
キャリアガスとして、ＴＭＧ，Ｍｇ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂（ビ
スアセチルアセトナートマグネシウム）を供給し、ｐ型
ＧａＮ層１２を積層した。

【００４８】ｐ型ＧａＮ層１２は、キャリア濃度が２×
１０¹⁸ｃｍ^-3以上で、従来のものよりも低抵抗のｐ型を
示した。なお、ＭｇとＯ（酸素）を別々のドーパント原
料でドーピングしたものは、キャリア濃度は２×１０¹⁷
ｃｍ^-3であった。

【００４９】実施例２実施例２では、第２の実施形態の作製方法でｐ型III族
窒化物半導体を作製した。なお、作製したｐ型III族窒
化物半導体はｐ型ＧａＮである。

【００５０】図２は作製された実施例２のｐ型III族窒
化物半導体（ｐ型ＧａＮ層）を示す図である。図２を参
照すると、サファイア基板２０上に、低温ＧａＮバッフ
ァー層２１、ｐ型ＧａＮ層２２が順次に形成されてい
る。ここで、ｐ型ＧａＮ層２２は、ｐ型不純物のＺｎと
Ｏ（酸素）が、それぞれ、Ｚｎは１×１０²⁰ｃｍ^-3程
度、Ｏ（酸素）は２×１０¹⁹ｃｍ^-3程度ドーピングされ
ている。

【００５１】次に、実施例２のｐ型III族窒化物半導体
（ｐ型ＧａＮ層２２）の作製方法を説明する。実施例２
のｐ型ＧａＮ層２２は、ＭＯＣＶＤ法で結晶成長して作
製することができる。このとき、ドーパント原料とし
て、Ｚｎ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂（ビスアセチルアセトナートジ
ンク）とＤＥＺｎを使用することができる。

【００５２】すなわち、まず、サファイア基板２０を反
応管にセットし、水素ガス中、１１２０℃で加熱し、基
板２０の表面をクリーニングした。次いで、温度を５２
０℃に下げ、成長雰囲気をＮＨ₃と窒素の混合ガス雰囲
気にし、ＴＭＧを流し、低温ＧａＮバッファー層２１を
堆積した。

【００５３】次いで、温度を１０５０℃に上げ、窒素を
キャリアガスとして、ＴＭＧ，Ｚｎ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂（ビ
スアセチルアセトナートジンク）とＤＥＺｎを供給し、
ｐ型ＧａＮ層２２を積層した。

【００５４】ｐ型ＧａＮ層２２は、キャリア濃度が２×
１０¹⁸ｃｍ^-3以上で、従来のものよりも低抵抗のｐ型を
示した。なお、Ｚｎ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂（ビスアセチルアセ
トナートジンク）を使用せずに、ＺｎとＯ（酸素）を別
々のドーパント原料でドーピングしたものは、キャリア
濃度は５×１０¹⁶ｃｍ^-3であった。

【００５５】実施例３実施例３は、第１または第２の実施形態の作製方法で作
製されたｐ型III族窒化物半導体を含む半導体積層構造
を有している半導体装置である。具体的に、実施例３の
半導体装置は、端面発光型発光ダイオードと端面受光型
フォトダイオードとがモノリシックに集積化された受発
光素子として構成されている。

【００５６】図３，図４は実施例３の半導体装置（受発
光素子）を示す図である。なお、図３は受発光素子の発
光ダイオードの光出射端面に垂直な面での断面図であ
り、また、図４は発光ダイオードの光出射端面に平行な
面での断面図である。

【００５７】図３，図４の例では、発光ダイオードとフ
ォトダイオードとは、概ね直方体の形状をしており、発
光ダイオードの１つの光出射端面とフォトダイオードの
受光端面とが向き合うように、空間的に分離されて形成
されている。

【００５８】そして、発光ダイオードとフォトダイオー
ドとは、同一の積層構造からなってる。その積層構造
は、サファイア基板３０上に、ＡｌＮ低温バッファー層
３１、ｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層３２、ｎ型
Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッド層３３、Ｉｎ_0.17Ｇａ_0.83
Ｎ活性層３４、ｐ型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッド層３
５、ｐ型ＧａＮコンタクト層３６が順次に積層されて形
成されている。

【００５９】ここで、ｐ型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッド
層３５，ｐ型ＧａＮコンタクト層３６には、ＭｇとＯ
（酸素）がドーピングされている。

【００６０】そして、発光ダイオードとフォトダイオー
ドの上記積層構造は、ｐ型ＧａＮコンタクト層３６の表
面からｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層３２までエ
ッチングされ、ｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層３
２の表面が露出している。発光ダイオードとフォトダイ
オードのｐ型ＧａＮコンタクト層３６上には、Ｎｉ／Ａ
ｕからなるｐ側オーミック電極３８が形成されている。
また、露出したｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層３
２上には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側オーミック電極３９
が形成されている。さらに、オーミック電極以外の部分
には、ＳｉＯ₂からなる絶縁保護膜３７が堆積されてい
る。そして、絶縁保護膜３７上に、Ｔｉ／Ａｌからなる
配線電極４０が形成されている。配線電極４０は、発光
ダイオードとフォトダイオードのそれぞれのｐ側オーミ
ック電極３８と電気的に接続されている。

【００６１】また、発光ダイオードとフォトダイオード
の側面は、基板３０に対して概ね垂直に形成されてい
る。そして、発光ダイオードとフォトダイオードの溝を
介して向き合う側面が、それぞれ、光出射端面１０２と
受光面１０３になる。また、発光ダイオードのフォトダ
イオードと向き合う側面と反対側の端面が外部へ光を出
射する光出射端面１０１となる。

【００６２】次に、図３，図４の集積型受発光素子の作
製方法を説明する。図３，図４の集積型受発光素子の積
層構造は、ＭＯＣＶＤ法で結晶成長して作製することが
できる。

【００６３】すなわち、まず、サファイア基板３０を反
応管にセットし、水素ガス中、１１２０℃で加熱し、基
板３０の表面をクリーニングした。次いで、温度を５２
０℃に下げ、成長雰囲気をＮＨ₃と窒素と水素の混合ガ
ス雰囲気にし、ＴＭＡを流し、低温ＡｌＮバッファー層
３１を堆積した。

【００６４】次いで、温度を１０７０℃に上げ、水素を
キャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＳｉＨ₄を組成
にあわせて供給し、ｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト
層３２を３μｍの厚さに、また、ｎ型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93
Ｎクラッド層３３を０．５μｍの厚さに順次積層した。
次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ₃と窒素
の混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素を
キャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩを供給し、Ｉｎ
_0.17Ｇａ_0.83Ｎ活性層３４を５０ｎｍの厚さに成長し
た。次いで、温度を１０７０℃に上げ、窒素をキャリア
ガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＡ，Ｍｇ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂，
（ＥｔＣｐ）₂Ｍｇを組成にあわせて供給し、ｐ型Ａｌ
_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッド層３５を０．５μｍの厚さに、
また、ｐ型ＧａＮコンタクト層３６を０．２μｍの厚さ
に順次積層した。

【００６５】次に、幅３０μｍ，長さ５０μｍの矩形パ
ターンを長さ方向に５μｍ離して２つ並べたパターンを
レジストで形成した。このレジストパターンをマスクと
して、ドライエッチングを行い、発光ダイオードとフォ
トダイオードになる高さ約１．５μｍの直方体形状を形
成するとともに、ｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層
３２を露出させた。次いで、絶縁保護膜３７となるＳｉ
Ｏ₂を積層構造の表面に約０．５μｍの厚さに堆積し
た。次いで、ｐ側オーミック電極３８を形成した。

【００６６】ｐ側オーミック電極３８の形成工程は次の
通りである。すなわち、まず、発光ダイオードとフォト
ダイオードの上部に、レジストでヌキストライプパター
ンを形成した後、ＳｉＯ₂膜３７をエッチングしてリッ
ジ上のｐ型ＧａＮコンタクト層３６を露出させる。次い
で、ｐ側オーミック電極材料であるＮｉ／Ａｕを蒸着し
た。その後、ウエハーを有機溶剤に浸し、レジストを溶
かしてレジスト上に蒸着された電極材をリフトオフし
て、発光ダイオードとフォトダイオードの上部にｐ側オ
ーミック電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気
中、６００℃で熱処理し、ｐ型ＧａＮコンタクト層３６
上にｐ側オーミック電極３８を形成した。

【００６７】次いで、ｎ側オーミック電極３９と配線電
極４０を形成した。ｎ側オーミック電極３９と配線電極
４０の形成工程は次の通りである。すなわち、まず、ｎ
型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層３２上部のＳｉＯ₂
膜３７上に、レジストで約１００μｍ幅のヌキストライ
プパターンを形成した後、ＳｉＯ₂膜３７をエッチング
してｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層３２を露出さ
せる。次に、レジストを除去し、再度レジストで、配線
電極４０とｎ側電極３９のリフトオフパターンを形成す
る。次いで、ｎ側オーミック電極と配線電極材料である
Ｔｉ／Ａｌを蒸着した。その後、ウエハを有機溶剤中に
浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極
材料をリフトオフし、ｎ側オーミック電極と配線電極パ
ターンを形成した。その後、窒素雰囲気で４５０℃で熱
処理し、ｎ側オーミック電極３９を形成した。次いで、
ダイシングを行い、集積型受発光素子をチップに分離し
た。

【００６８】図３，図４の集積型受発光素子は、発光ダ
イオードに順方向電流を注入し、フォトダイオードに逆
バイアスを印加することによって動作する。すなわち、
それぞれの素子のｐ側オーミック電極，ｎ側オーミック
電極に順方向あるいは逆方向にバイアスを印加すると、
発光ダイオードは２つの光出射端面１０１，１０２から
光を出射する。そして、フォトダイオードに向いた光出
射端面１０２から出射した光がフォトダイオードの受光
面１０３に入射し、その強度に対応した光起電力がフォ
トダイオードで発生し、外部に光電流として取り出され
る。フォトダイオードの光電流をモニターすることによ
って、発光ダイオードに注入する電流を調整し、光出力
を制御することができる。なお、発光ダイオードに電流
を注入して発光させたところ、発光のピーク波長は、約
４１２ｎｍであった。

【００６９】実施例４実施例４は第１または第２の実施形態の作製方法で作製
されたｐ型III族窒化物半導体を含む半導体積層構造を
有している半導体装置である。具体的に、実施例４の半
導体装置は、端面発光型発光ダイオードとして構成され
ている。図５は実施例４の半導体装置（端面発光型発光
ダイオード）を示す図である。図５の例では、発光ダイ
オードは、概ね直方体の形状をしており、発光ダイオー
ドの１つの側面２００が光出射端面となっている。

【００７０】図５を参照すると、実施例４の発光ダイオ
ードは、ｎ型ＧａＮ基板５０上に、ｎ型Ａｌ_0.07Ｇａ
_0.93Ｎ低温バッファー層５１、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎク
ラッド層５２、Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎ活性層５３、ｐ型Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層５４、ｐ型ＧａＮコンタクト
層５５が順次に積層された積層構造を有している。

【００７１】ここで、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層
５４，ｐ型ＧａＮコンタクト層５５には、それぞれ、Ｚ
ｎとＯ（酸素）が同時に添加されている。

【００７２】そして、発光ダイオードのｐ型ＧａＮコン
タクト層５５上には、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミッ
ク電極５６が形成されている。また、基板５０の裏面の
積層構造が形成されていない側には、Ｔｉ／Ａｌからな
るｎ側オーミック電極５７が形成されている。また、発
光ダイオードの側面２００は基板に対して垂直に形成さ
れている。

【００７３】次に、図５の発光ダイオードの作製方法を
説明する。図５の発光ダイオードの積層構造は、ＭＯＣ
ＶＤ法で結晶成長して作製することができる。

【００７４】すなわち、まず、ｎ型ＧａＮ基板５０を反
応管にセットし、アンモニアガス中、１１２０℃で加熱
し、基板５０の表面をクリーニングした。次いで、温度
を６００℃に下げ、雰囲気をＮＨ₃と窒素と水素の混合
ガス雰囲気にし、ＴＭＡとＴＭＧおよびｎ型ドーパント
ガスであるＳｉＨ₄ガスを流し、ｎ型低温Ａｌ_0.07Ｇａ
_0.93Ｎバッファー層５１を堆積した。

【００７５】次いで、温度を１０７０℃に上げ、ＴＭ
Ｇ，ＴＭＡおよびｎ型不純物ガスとしてＳｉＨ₄を組成
にあわせて供給し、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層５
２を０．３μｍの厚さに、また、Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎ活
性層５３を０．０５μｍの厚さに順次積層した。次い
で、ｎ型不純物原料の代わりに、Ｚｎ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂と
それと同時にＤＥＺｎを組成にあわせて供給し、ｐ型Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層５４を０．３μｍの厚さに、
また、ｐ型ＧａＮコンタクト層５５を０．２μｍの厚さ
に順次積層した。次いで、ｐ側オーミック電極材料であ
るＮｉ／Ａｕを積層構造の上面に蒸着した。その後、窒
素雰囲気中、６００℃で熱処理し、ｐ型ＧａＮコンタク
ト層５５上にｐ側オーミック電極５６を形成した。次い
で、ＧａＮ基板５０の裏面を研磨し、約１００μｍの厚
さにした。次いで、ｎ側オーミック電極材料であるＴｉ
／Ａｌを蒸着し、窒素雰囲気で４５０℃で熱処理して、
ｎ側オーミック電極５７を形成した。次いで、基板をへ
き開して、出射端面２００の形成と、チップ分離を行っ
た。

【００７６】図５の発光ダイオードは、ｐ側オーミック
電極５６，ｎ側オーミック電極５７に順方向のバイアス
を印加すると動作する。すなわち、ｐ側オーミック電極
５６，ｎ側オーミック電極５７に順方向のバイアスを印
加すると、発光ダイオードの１つの側面である光出射端
面２００から光が外部に出射される。この発光ダイオー
ドの発光のピーク波長は、約３５０ｎｍであった。

【００７７】実施例５実施例５は、第１または第２の実施形態の作製方法で作
製されたｐ型III族窒化物半導体を含む半導体積層構造
を有している半導体装置である。具体的に、実施例５の
半導体装置は半導体レーザーとして構成されている。

【００７８】図６は実施例５の半導体装置（半導体レー
ザー）を示す図である。図６の例では、半導体レーザー
は、サファイア基板６０上に、ＡｌＧａＮ低温バッファ
ー層６１、ｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層６２、
ｎ型Ａｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎクラッド層６３、ｎ型ＧａＮガ
イド層６４、Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ／Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ
多重量子井戸活性層（２ペア）６５、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ｎ層６６、ｐ型ＧａＮガイド層６７、ｐ型Ａｌ_0.08
Ｇａ_0.92Ｎクラッド層６８、ｐ型ＧａＮコンタクト層６
９が順次積層されて積層構造として形成されている。

【００７９】ここで、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層６６，ｐ
型ＧａＮガイド層６７，ｐ型Ａｌ_0. ₀₈Ｇａ_0.92Ｎクラッ
ド層６８，ｐ型ＧａＮコンタクト層６９には、ＭｇとＯ
（酸素）がドーピングされている。

【００８０】そして、上記積層構造は、ｐ型ＧａＮコン
タクト層６９の表面からｎ型Ａｌ_0. ₀₃Ｇａ_0.97Ｎコンタ
クト層６２までエッチングされ、ｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97
Ｎコンタクト層６２の表面が露出している。露出したｎ
型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層６２上には、Ｔｉ／
Ａｌからなるｎ側オーミック電極７２が形成されてい
る。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層６９の表面からｐ型
Ａｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎクラッド層６８の途中までエッチン
グされ、電流狭窄リッジ構造４００が形成されている。
リッジ４００最表面のｐ型ＧａＮコンタクト層６９上
に、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極７１が形成
されている。また、電極形成部以外は絶縁保護膜７０と
してＳｉＯ₂が堆積されており、絶縁保護膜７０上には
ｐ側電極７１から引き出された配線電極７３が形成され
ている。そして、積層構造と電流狭窄リッジ構造と概ね
垂直に光共振器端面が形成されている。

【００８１】次に、図６の半導体レーザーの作製方法を
説明する。図６の半導体レーザーの積層構造の結晶成長
はＭＯＣＶＤ法で行った。すなわち、まず、サファイア
基板６０を反応管にセットし、水素ガス中、１１２０℃
で加熱し、基板６０の表面をクリーニングした。次い
で、温度を５２０℃に下げ、雰囲気をＮＨ₃と窒素と水
素の混合ガス雰囲気にし、ＴＭＧとＴＭＡを流し、低温
ＡｌＧａＮバッファー層６１を堆積した。次いで、温度
を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとして、ＴＭ
Ｇ，ＴＭＩ，ＳｉＨ₄を組成にあわせて供給し、ｎ型Ａ
ｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層６２を２μｍの厚さに、
また、ｎ型Ａｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎクラッド層６３を０．７
μｍの厚さに、また、ｎ型ＧａＮガイド層６４を０．１
μｍの厚さに順次積層した。次いで、水素ガスの供給を
止め、雰囲気をＮＨ₃と窒素の混合ガス雰囲気にし、温
度を８１０℃に下げ、水素をキャリアガスとしてＴＭ
Ｇ，ＴＭＩを供給し、Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ／Ｉｎ_0.02Ｇ
ａ_0.98Ｎ多重量子井戸活性層６５（２ペア）を成長し
た。

【００８２】次いで、成長雰囲気をＮＨ₃と窒素と水素
の混合ガス雰囲気にし、温度を１０７０℃に上げ、水素
をキャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＡ，Ｍｇ（Ｃ₅Ｈ₇
Ｏ₂）₂，（ＥｔＣｐ）₂Ｍｇを組成にあわせて供給し、
ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層６６を２０ｎｍの厚さに、ま
た、ｐ型ＧａＮガイド層６７を０．１μｍの厚さに、ま
た、ｐ型Ａｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎクラッド層６８を０．７μ
ｍの厚さに、また、ｐ型ＧａＮコンタクト層６９を０．
２μｍの厚さに順次積層した。

【００８３】次いで、レジストで幅４μｍのストライプ
パターンを繰り返しピッチ１ｍｍで形成した。このレジ
ストパターンをマスクとして、約０．７μｍの深さをド
ライエッチングして、リッジ４００を形成した。レジス
トマスクを除去した後に、さらにレジストでリッジ４０
０を覆う幅５００μｍのストライプパターンを繰り返し
ピッチ１ｍｍで形成した。このレジストパターンをマス
クとして、約１．５μｍの深さにドライエッチングし
て、ｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層６２を露出さ
せた。次いで、絶縁保護膜７０となるＳｉＯ₂膜を積層
構造の表面に約０．５μｍの厚さに堆積した。

【００８４】次いで、ｐ側オーミック電極７１を形成し
た。ｐ側オーミック電極７１の形成工程は次の通りであ
る。まず、リッジ４００上部に、レジストでヌキストラ
イプパターンを形成した後、ＳｉＯ₂膜７０をエッチン
グしてリッジ４００上のｐ型ＧａＮコンタクト層６９を
露出させる。次いでレジストを除去し、再度レジストで
約４５０μｍ幅のヌキストライプパターンを形成し、リ
ッジ４００上にｐ側オーミック電極材料であるＮｉ／Ａ
ｕを蒸着した。その後、ウエハーを有機溶剤に浸し、レ
ジストを溶かしてレジスト上に蒸着された電極材をリフ
トオフして、半導体レーザーの積層構造上にのみｐ側オ
ーミック電極パターンを形成した。その後、窒素雰囲気
中、６００℃で熱処理し、ｐ型ＧａＮコンタクト層６９
上にｐ側オーミック電極７１を形成した。

【００８５】次いで、ｎ側オーミック電極７２と配線電
極７３を形成した。ｎ側オーミック電極７２と配線電極
７３の形成工程は次の通りである。すなわち、まず、ｎ
型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層６２上部のＳｉＯ₂
膜７０上に、レジストで約１００μｍ幅のヌキストライ
プパターンを形成した後、ＳｉＯ₂膜７０をエッチング
してｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層６２を露出さ
せる。レジストを除去した後、再びレジストを塗布し
て、ｐ側電極上とｎ側オーミック電極を形成する部分に
リフトオフ用の電極パターンを形成する。次いで、ｎ側
オーミック電極材料と配線電極材料であるＴｉ／Ａｌの
蒸着を行い、ウエハーを有機溶剤中に浸し、レジストを
溶かしてレジスト上に蒸着された電極材料をリフトオフ
し、ｎ側オーミック電極パターンと配線電極パターンを
形成した。その後、窒素雰囲気中、４５０℃で熱処理
し、ｎ側オーミック電極７２を形成した。

【００８６】次いで、サファイア基板６０を薄く研磨
し、リッジ４００に概ね垂直になるように割り、光共振
器端面を形成した。

【００８７】図６の半導体レーザーは、電極７１，７２
に順方向に電流を注入すると発光し、さらに電流を増加
させるとレーザー発振する。発振波長は約４０９ｎｍで
あった。

【００８８】実施例６実施例６は第１または第２の実施形態の作製方法で作製
されたｐ型III族窒化物半導体を含む半導体積層構造を
有している半導体装置である。具体的に、実施例６の半
導体装置は半導体レーザーとして構成されている。図７
は実施例６の半導体レーザーの斜視図である。また、図
８は実施例６の半導体レーザーの光出射方向に垂直な面
での断面図である。

【００８９】図７，図８を参照すると、半導体レーザー
の積層構造２０００は、ｎ型ＧａＮ基板１２０上に、ｎ
型ＡｌＧａＮ低温バッファー層１２１、ｎ型Ａｌ_0.03Ｇ
ａ_0. ₉₇Ｎ高温バッファー層１２２、Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ
層１２３ａとＧａＮ層１２３ｂとの超格子からなるｎ型
クラッド層１２３、ｎ型ＧａＮガイド層１２４、Ｉｎ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎ／Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ多重量子井戸活性
層１２５、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層１２６、ｐ型ＧａＮ
ガイド層１２７、Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層１２８ａとＧａ
Ｎ層１２８ｂとの超格子からなるｐ型クラッド層１２
８、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２９が順次に積層されて
形成されている。

【００９０】ここで、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層１２６，
ｐ型ＧａＮガイド層１２７，ｐ型クラッド層１２８，ｐ
型ＧａＮコンタクト層１２９には、ＺｎとＯ（酸素）が
ドーピングされている。

【００９１】そして、積層構造２０００は、ｐ型ＧａＮ
コンタクト層１２９の表面からｐ型クラッド層１２８の
途中までエッチングされ、電流狭窄リッジ構造９００が
形成されている。そして、リッジ９００最表面のｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層１２９上には、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ
側オーミック電極１３１が形成されている。また、ｐ側
電極形成部以外は絶縁保護膜１３０としてＳｉＯ₂膜が
堆積されている。

【００９２】そして、積層構造２０００と電流狭窄リッ
ジ構造９００と概ね垂直に光共振器端面９０１，９０２
が形成されている。そして、ＧａＮ基板１２０の裏面に
は、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側オーミック電極１３２が形
成されている。

【００９３】次に、図７，図８の半導体レーザーの作製
方法を説明する。図７，図８の半導体レーザーの積層構
造２０００の結晶成長はＭＯＣＶＤ法で行った。すなわ
ち、まず、ｎ型ＧａＮ基板１２０を反応管にセットし、
水素と窒素とアンモニアガスの混合ガス中、１１２０℃
に加熱し、基板１２０の表面をクリーニングした。次い
で、温度を６００℃に下げ、ＮＨ₃と窒素と水素の混合
ガス雰囲気で、ＴＭＡとＴＭＧおよびｎ型ドーパントガ
スであるＳｉＨ₄ガスを流し、ｎ型低温ＡｌＧａＮバッ
ファー層１２１を堆積した。次いで、温度を１０７０℃
に上げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＡ，ｎ
型不純物ガスとしてＳｉＨ₄を組成にあわせて供給し、
ｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎ高温バッファー層１２２を１μ
ｍの厚さに積層した。次いで、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ｎ型不
純物ガスとしてＳｉＨ₄を組成にあわせて供給し、Ａｌ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層１２３ａとＧａＮ層１２３ｂとの超格
子からなるｎ型クラッド層１２３を約０．６μｍの厚さ
に積層した。ここで、各層の厚さは、Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎ層１２３ａが７ｎｍ、ＧａＮ層１２３ｂが７ｎｍで、
４３周期成長した。

【００９４】次いで、温度を１０５０℃に下げ、ｎ型Ｇ
ａＮガイド層１２４を０．１μｍの厚さに積層した。次
いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ₃と窒素の
混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキ
ャリアガスとして、ＴＭＧ，ＴＭＩを供給し、Ｉｎ_0.15
Ｇａ_0.85Ｎ／Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ多重量子井戸活性層１
２５（２ペア）を成長した。次いで、成長雰囲気をＮＨ
₃と窒素と水素の混合ガス雰囲気にし、温度を１０７０
℃に上げ、ＴＭＧ，ＴＭＡ，Ｚｎ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂，ＤＥ
Ｚｎを組成にあわせて供給し、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層
１２６を２０ｎｍの厚さに、また、ｐ型ＧａＮガイド層
１２７を０．１μｍの厚さに順次積層した。次いで、Ａ
ｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層１２８ａとＧａＮ層１２８ｂとの超
格子からなるｎ型クラッド層１２８を約０．６μｍの厚
さに積層した。ここで、各層の厚さは、Ａｌ_0.15Ｇａ
_0.85Ｎ層１２８ａが７ｎｍ、ＧａＮ層１２８ｂが７ｎｍ
で、４３周期成長した。次いで、ｐ型ＧａＮコンタクト
層１２９を０．２μｍの厚さに積層した。

【００９５】次いで、レジストで幅４μｍのストライプ
パターンを繰り返しピッチ３００μｍで形成した。この
レジストパターンをマスクとして、約０．７μｍの深さ
をドライエッチングして、リッジ９００を形成した。レ
ジストマスクを除去した後、絶縁保護膜１３０となるＳ
ｉＯ₂膜を積層構造の表面に約０．５μｍの厚さに堆積
した。

【００９６】次いで、ｐ側オーミック電極１３１を形成
した。ｐ側オーミック電極１３１の形成工程は次の通り
である。すなわち、まず、リッジ９００上部に、レジス
トでヌキストライプパターンを形成した後、ＳｉＯ₂絶
縁保護膜１３０をエッチングしてリッジ上のｐ型ＧａＮ
コンタクト層１２９を露出させる。次いで、レジストを
除去し、ウエハー表面に、ｐ側オーミック電極材料であ
るＮｉ／Ａｕを蒸着した。その後、窒素雰囲気中、６０
０℃で熱処理し、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２９上にｐ
側オーミック電極１３１を形成した。

【００９７】次いで、基板１２０の裏面を研磨し、厚さ
を約１００μｍにした後、ｎ側オーミック電極材料であ
るＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、窒素雰囲気で４５０
℃で熱処理し、ｎ側オーミック電極１３２を形成した。
次いで、半導体レーザー構造が形成されたウエハーをリ
ッジ９００に概ね垂直になるようにへき開し、光共振器
端面９０１，９０２を形成した。

【００９８】この半導体レーザーは、電極１３１，１３
２に順方向に電流を注入すると発光し、さらに電流を増
加させるとレーザー発振した。発振波長は約４０３ｎｍ
であった。

【００９９】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１，請求
項２記載の発明によれば、アクセプター性不純物とドナ
ー性不純物の複合体を含むｐ型III族窒化物半導体の作
製方法において、アクセプター性不純物元素とドナー性
不純物元素との結合を有する化合物をドーパント原料に
使用してｐ型III族窒化物半導体を作製するので、効率
よく高濃度に３原子複合体ドーパントを母体結晶中にド
ーピングできるようにし、低抵抗のｐ型III族窒化物半
導体を作製することができる。

【０１００】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１または請求項２記載のｐ型III族窒化物半導体の作
製方法で作製されたことを特徴とするｐ型III族窒化物
半導体であるので、高濃度に３原子複合体ドーパントが
母体結晶中にドーピングされた低抵抗のｐ型III族窒化
物半導体を提供することができる。

【０１０１】また、請求項４，請求項５記載の発明によ
れば、請求項３記載のｐ型III族窒化物半導体を含む半
導体積層構造を有していることを特徴とする半導体装置
であるので、従来のIII族窒化物半導体装置よりも動作
電圧の低い半導体装置を提供することができる。

【０１０２】また、請求項６乃至請求項８記載の発明に
よれば、請求項４または請求項５記載の半導体装置にお
いて、該半導体装置は、ｐ型半導体とｎ型半導体とに挟
まれた発光領域を有するので、従来のIII族窒化物半導
体発光素子よりも動作電圧が低く、高出力，長寿命，高
信頼性の発光素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のｐ型III族窒化物半導体を
示す図である。

【図２】本発明の実施例２のｐ型III族窒化物半導体を
示す図である。

【図３】本発明の実施例３の半導体装置を示す図であ
る。

【図４】本発明の実施例３の半導体装置を示す図であ
る。

【図５】本発明の実施例４の半導体装置を示す図であ
る。

【図６】本発明の実施例５の半導体装置を示す図であ
る。

【図７】本発明の実施例６の半導体装置を示す図であ
る。

【図８】本発明の実施例６の半導体装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０，２０，６０サファイア基板１１，２１低温ＧａＮバッファー層１２，２２ｐ型ＧａＮ層３１ＡｌＮ低温バッファー層３２ｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層３３ｎ型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッド層３４Ｉｎ_0.17Ｇａ_0.83Ｎ活性層３５ｐ型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッド層３６，１２９，５５，６９ｐ型ＧａＮコンタク
ト層３７，７０，１３０絶縁保護膜３８，５６，７１，１３１ｐ側オーミック電極３７，５７，７２，１３２ｎ側オーミック電極４０，７３配線電極５０，１２０ｎ型ＧａＮ基板５１ｎ型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎ低温バッファー
層５２ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層５３Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎ活性層５４ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層６１ＡｌＧａＮ低温バッファー層６２ｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎコンタクト層６３ｎ型Ａｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎクラッド層６４，１２４ｎ型ＧａＮガイド層６５，１２５Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ／Ｉｎ_0.02Ｇ
ａ_0.98Ｎ多重量子井戸活性層６６，１２６ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層６７，１２７ｐ型ＧａＮガイド層６８ｐ型Ａｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎクラッド層１０１，１０２，２００光出射端面１０３受光面１２１ｎ型ＡｌＧａＮ低温バッファー層１２２ｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎ高温バッファー
層１２３超格子からなるｎ型クラッド層１２３ａＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層１２３ｂＧａＮ層１２８超格子からなるｐ型クラッド層１２８ａＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層１２８ｂＧａＮ層４００，９００電流狭窄リッジ構造９０１，９０２光共振器端面２０００半導体レーザーの積層構造

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アクセプター性不純物とドナー性不純物
の複合体を含むｐ型III族窒化物半導体の作製方法にお
いて、アクセプター性不純物元素とドナー性不純物元素
との結合を有する化合物をドーパント原料に使用してｐ
型III族窒化物半導体を作製することを特徴とするｐ型I
II族窒化物半導体の作製方法。
【請求項２】請求項１記載のｐ型III族窒化物半導体
の作製方法において、アクセプター性不純物元素とドナ
ー性不純物元素の結合を有する化合物ドーパントの他
に、アクセプター性不純物原料を同時にドーピングして
ｐ型III族窒化物半導体を作製することを特徴とするｐ
型III族窒化物半導体の作製方法。
【請求項３】請求項１または請求項２記載のｐ型III
族窒化物半導体の作製方法で作製されたことを特徴とす
るｐ型III族窒化物半導体。
【請求項４】請求項３記載のｐ型III族窒化物半導体
を含む半導体積層構造を有していることを特徴とする半
導体装置。
【請求項５】請求項４記載の半導体装置において、前
記ｐ型III族窒化物半導体にオーミック電極が形成され
ていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】請求項４または請求項５記載の半導体装
置において、該半導体装置は、ｐ型半導体とｎ型半導体
とに挟まれた発光領域を有する発光素子であることを特
徴とする半導体装置。
【請求項７】請求項６記載の半導体装置において、前
記発光素子は半導体レーザーであることを特徴とする半
導体装置。
【請求項８】請求項７記載の半導体装置において、前
記半導体レーザーを構成するｐ型III族窒化物半導体層
の全ての層が請求項３記載のｐ型III族窒化物半導体で
形成されていることを特徴とする半導体装置。