(57)【要約】【課題】従来のｐ型III族窒化物半導体超格子からなるｐ型半導体よりも低抵抗のｐ型特性を示す所望の屈折率とバンドギャップを有するｐ型III族窒化物半導体を提供する。【解決手段】このｐ型III族窒化物半導体は、サファイア基板２０上に低温ＧａＮバッファー層２１，ＧａＮ層２２が順次積層された積層構造上にエピタキシャル成長された、Ｉｎ0.04Ａｌ0.2Ｇａ0.76Ｎ層とｐ型Ｉｎ0.1Ａｌ0.04Ｇａ0.86Ｎ層との超格子構造からなるｐ型III族窒化物半導体２３である。【選択図】図１
2014160872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎとＡｌを構成元素に含む第１のIII族窒化物半導体と、第１のIII族窒化物半導体よりもバンドギャップが小さく、Ｉｎを構成元素に含む第２のIII族窒化物半導体とが交互に積層された超格子構造で構成されているｐ型III族窒化物半導体上に、水素の拡散深さ以上の厚さを有する少なくとも１層のIII族窒化物半導体を積層し、前記III族窒化物半導体の成膜温度から室温まで冷却した後に、水素が拡散した領域の一部または全部を除去して、前記超格子構造で構成されているｐ型III族窒化物半導体上に積層された前記ｐ型III族窒化物半導体を露出させ、当該露出した前記ｐ型III族窒化物半導体上に電極を形成して、所定の半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子、半導体電子デバイス、半導体受光素子および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、紫外線センサー、高温動作トランジスター等に利用可能な半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧａＮに代表される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。これらのIII族窒化物半導体装置の実用化には、ｐ型III族窒化物の作製技術が重要な基本技術となっている。
【０００３】
ｐ型III族窒化物は、ｐ型不純物（アクセプター）に水素が結合し、アクセプターが不活性化されてしまうため、水素を含む雰囲気での結晶成長や、水素ガス中や水素を生成するガス中で熱処理を行った場合には高抵抗化する。従って、水素をキャリアガスとして使用するＭＯＣＶＤ等の方法では、ｐ型III族窒化物をａｓ−ｇｒｏｗｎ（熱処理等の特別な後処理を行わない結晶成長したままの状態）で作製することは容易ではない。ｐ型III族窒化物を作製するための方法としては、高抵抗化したIII族窒化物に対して特別な処理を行いｐ型化する第１の方法と、結晶成長の工程を工夫することによってａｓ−ｇｒｏｗｎでｐ型III族窒化物を作製する第２の方法とに大別される。
【０００４】
上記第１の方法において、ｐ型化のための特別な処理としては、特許文献１に示されているように、水素や水素を生成する水素化物のガス（ＮＨ3等）を含まない雰囲気ガス中で、熱処理を行い、結晶中に含まれる水素の一部を結晶外へ拡散排出して低抵抗のｐ型にする方法や、あるいは、特許文献２に示されているように、低エネルギーの電子線を照射し、結晶中に含まれる水素とｐ型不純物の結合を切って低抵抗のｐ型にする方法が知られている。
【０００５】
また、上記第２の方法としては、特許文献３に示されているように、結晶成長終了後の冷却過程を、窒素や不活性ガス等の水素を含まないガス雰囲気中で行うことで、低抵抗のｐ型にする方法が知られている。
【０００６】
また、結晶成長を水素ガスを含まない系で行う方法もとられている。これは水素の代わりに窒素をキャリアガスに使用したＭＯＣＶＤ法や、水素を含まない原料を使用するＭＢＥ法である。
【０００７】
これらの方法では、ａｓ−ｇｒｏｗｎ（結晶成長したのみでｐ型化の特別な処理をしていない状態）でｐ型ＧａＮが得られることが知られている。
【０００８】
また、上記の方法とは別の方法として、特許文献４には、ＩｎxＡｌyＧａ(1-x-y)Ｎ，（０＜ｘ＜１，０≦ｙ＜１）で表されるIII族窒化物層を成長させた後に、ｐ型ドーパントとしてのＭｇを１×１０17ｃｍ-3〜３×１０20ｃｍ-3の範囲でドーピングしてｐ型III族窒化物半導体を作製する方法が示されている。この方法は、ＩｎxＡｌyＧａ(1-x-y)Ｎ，（０＜ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層を緩衝層として用いることによって、その上に成長するｐ型ＧａＮ層の歪みを緩和して、結晶性の悪化を防ぐことで、ａｓ−ｇｒｏｗｎで、ｐ型ＧａＮを作製するものである。この方法によれば、ＧａＮにｐ型ドーパントとしてのＭｇを３×１０20ｃｍ-3ドーピングして、５×１０17ｃｍ-3のキャリア濃度のｐ型ＧａＮを作製できる。
【０００９】
このように、現在では、以上のような方法で、ｐ型III族窒化物半導体は作製されている。
【００１０】
ところで、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が、バンドギャップの広いIII族窒化物半導体は、前述した方法でｐ型化してもキャリア濃度の高いものは得られない。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ｐ型不純物の不純物準位が深いことにある。従来の発光ダイオードや半導体レーザーに使用されるＡｌＧａＮでは、そのバンドギャップが大きくなればなるほどｐ型不純物の不純物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ＧａＮでは１％以下である。従って、１０20ｃｍ-3程度のｐ型不純物を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。ＡｌＧａＮ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ｐ型不純物のドーピング量を増加すると（例えば、ドーピング量が１０20ｃｍ-3を超えると）、ｐ型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程度となる。
【００１１】
これを解決する方法として、特許文献５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１０19ｃｍ-3〜１０20ｃｍ-3程度同時ドーピングすることにより、不純物準位を浅くし、かつ不純物の固容限を上昇させ、高キャリア濃度のｐ型ＧａＮを作製する方法が示されている。
【００１２】
また、特許文献６には、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮの超格子構造によりバンドギャップを大きくするとともに実効的なキャリア濃度を高める方法が提案されている。超格子構造では、超格子構造の一方の層のドーピング量を高くし、他方を低くしたいわゆる変調ドーピングにすることで、ドーピング量の多い層がキャリア濃度の高いキャリアの発生層となり、ドーピング濃度の低い層はキャリアの移動度の速い層として働くので、超格子全体で低抵抗となる。また、両方の層のドーピング量を高くしても、キャリア濃度が高くなるので超格子構造全体では低抵抗になる。この特許文献６には、これらの超格子構造をｐ型コンタクト層とクラッド層に適用した発光ダイオードが示されている。
【００１３】
図２４，図２５は上記特許文献６に示されている発光ダイオードを示す図である。なお、図２５は図２４の部分Ａを拡大した図である。図２４，図２５を参照すると、この発光ダイオードは、サファイア基板１上に、ＧａＮより成るバッファー層２、アンドープｎ型ＧａＮよりなる第１のｎ型窒化物半導体層３、変調ドープされたｎ型ＧａＮよりなる第２のｎ型窒化物半導体層４、アンドープｎ型ＧａＮよりなる第３のｎ型窒化物半導体層５、アンドープＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎより成る量子井戸活性層６、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子より成るｐ側クラッド層７、アンドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ（８ｂ）とｐ型ＧａＮ（８ａ）とよりなる超格子コンタクト層８とが順次に積層されて構成されている。
【００１４】
なお、図２４，図２５の発光ダイオードにおいて、ｎ側電極１１は、エッチングによって露出された第２のｎ型窒化物半導体層４上に形成されている。また、ｐ側コンタクト層８上にはｐ側電極９が形成され、ｐ側電極９には、ｐ側パッド電極１０が形成されている。
【００１５】
この特許文献６では、積層構造の結晶成長終了後、温度を室温まで下げた後、反応容器内において、窒素雰囲気中７００℃でアニーリングしてｐ型層を低抵抗化している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述したように、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、III族窒化物半導体を使用した高輝度青色ＬＥＤ，紫色ＬＤが実用化されてはいるが、さらに高出力動作する紫色レーザーや、４００ｎｍより短い紫外領域で発光する発光ダイオードや半導体レーザー、あるいは紫外波長領域に感度特性を有する受光素子は実用化されていない。例えば、半導体レーザーの場合には、未だ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ために、動作電圧の増加や、大電流動作時の発熱を招き、高出力動作するものは実用化されていない。また、紫外波長領域で使用する発光素子あるいは受光素子の場合は、クラッド層になるｐ型ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比が大きくなるに従い、低抵抗にならなくなるため、実用的なものは実現されていない。また、実用化された紫色半導体レーザーもｐ型化のための処理工程のため製造コストが高いものとなっている。
【００１７】
以下、上述した特許文献１〜６の問題点を具体的に説明する。先ず、特許文献１に示されているIII族窒化物半導体のｐ型化法は、ｐ型不純物を不活性化している水素を、７００℃程度の熱処理によって結晶外部へ排出させる方法のため、水素を含まない雰囲気、一般的には窒素ガス雰囲気で熱処理が行われる。しかしながら、窒素分子からなる窒素ガスはIII族窒化物の生成原料にはならないために、７００℃を超える高温では結晶表面の分解が起り、表面抵抗が増加するなど、特性の劣化が生じる場合があった。表面抵抗の増加は、オーミック電極の接触抵抗の増大につながり、半導体装置の特性を大きく損ねる原因となる。また、ｐ型化の熱処理工程のための時間と熱処理設備が必要となるため、工業的にはコストがかかるものであった。
【００１８】
また、特許文献２の低エネルギー電子線照射は、電子線の侵入深さが浅く、結晶表面近傍しかｐ型化できない。また、電子線を一度に照射できる面積が狭いために、ウエハー全面をｐ型化するには時間がかかり、工業的にはコストがかかりすぎるという問題がある。
【００１９】
また、特許文献３は、熱処理工程を必要としないので、コスト的には低くできるが、１０００℃程度の結晶成長温度から室温までの冷却を窒素ガスや不活性ガスのみの雰囲気で行うので、特許文献１と同様に、結晶表面の分解が起り、表面抵抗が増加するなど、特性の劣化が生じる場合があった。
【００２０】
また、特許文献４の方法、すなわち、ＩｎxＡｌyＧａ(1-x-y)Ｎ，（０＜ｘ＜１，０≦ｙ＜１）で表されるIII族窒化物層を成長させた後にＭｇを１×１０17ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3の範囲でドーピングしてｐ型ＧａＮを作製する方法では、直上の結晶層は歪みが緩和されｐ型特性を示すが、多層構造を形成する場合には、層厚が厚くなるに従い、その効果が薄れてしまう。そのため、デバイス設計の自由度が少ないという問題がある。
【００２１】
水素を含まない雰囲気での結晶成長方法に関しては、まず、ＭＢＥ法では、高真空中で結晶成長を行うため窒素の解離による欠陥が形成される等、高品質な結晶成長をすることが難しい。また、窒素の供給に課題があり、成長速度が遅く、ＭＯＣＶＤ程には量産には向いていない。
【００２２】
一方、ＭＢＥ法と同様に水素を極力含まない雰囲気でＭＯＣＶＤで結晶成長を行った場合、本願の発明者によるＧａＮの実験では、表面の凹凸が激しいものしか成長できず、結晶性の良いものは成長できなかった。すなわち、水素を含まない雰囲気では高品質のｐ型ＧａＮを成長できる条件が狭いと考えられる。
【００２３】
また、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を作製する特許文献５の方法では、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１０19ｃｍ-3〜１０20ｃｍ-3程度同時ドーピングして、高キャリア濃度のｐ型ＧａＮを作製するが、ドーピング量を増やすに従い、表面モフォロジーが悪くなるため、半導体レーザーのような平坦な導波路構造を必要とするデバイスを作製するには難があった。
【００２４】
また、特許文献６の発光ダイオードでは、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子を使用してｐ型クラッド層のキャリア濃度を実効的に増加させている。しかるに、高品質のＡｌＧａＮを結晶成長するには、成長温度をＧａＮの成長温度よりも高温にする必要がある。Ａｌの混晶比が大きくなればなるほど高温での成長が必要とされる。逆にＧａＮの場合は、成長温度を高くすると、結晶表面の分解が生じ、高いＡｌ混晶比のＡｌＧａＮの成長温度では結晶成長が困難になる。従って、ＧａＮ／ＡｌＧａＮの超格子では、Ａｌ混晶比の小さな（ＧａＮに近い）ＡｌＧａＮを成長するか、どちらか一方の結晶性を犠牲にして結晶成長を行う必要がある。その結果、ＧａＮ／ＡｌＧａＮの超格子全体としてみた実効的な屈折率や、バンドギャップの制御にはある程度の制約がある。すなわち、大きなバンドギャップを有する低抵抗のｐ型超格子を作製することは困難である。従って、紫外線領域の発光素子では大きなバンドギャップを有するクラッド層が必要とされるが、ＧａＮ／ＡｌＧａＮの超格子では、このような発光素子を作製することは困難である。
【００２５】
また、Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子によるコンタクト層の低抵抗化に関しても同様に、Ｉｎ0.1Ｇａ0.9ＮとＧａＮの最適結晶成長温度が異なるため、この場合は、ＧａＮの結晶性が犠牲にされている。また、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子では、ＩｎＧａＮのアクセプター準位が浅いので低抵抗のｐ型半導体を得ることは可能であるが、紫外線領域の発光素子のクラッド層に必要とされる大きなバンドギャップのものを得ることは不可能である。さらに、どちらのｐ型超格子構造も低抵抗化のためには、７００℃以上での熱処理が必要とされるので、結晶表面の分解が生じ、結晶性の劣化による表面の高抵抗化が起る。また、熱処理により、ｐ型不純物や構成元素の固相拡散が生じ、超格子界面でのｐ型不純濃度や組成の急峻性が損なわれる場合がある。さらに、熱処理時の温度の上げ下げは、III族窒化物結晶に熱歪みを与え、結晶欠陥を発生させる要因になる。従って、熱処理による低抵抗化工程はｐ型半導体の特性を劣化させる要因となる場合がある。
【００２６】
本発明は、従来のｐ型III族窒化物半導体超格子からなるｐ型半導体よりも低抵抗のｐ型特性を示す所望の屈折率とバンドギャップ（特に大きなバンドギャップ）を有する半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ＩｎとＡｌを構成元素に含む第１のIII族窒化物半導体と、第１のIII族窒化物半導体よりもバンドギャップが小さく、Ｉｎを構成元素に含む第２のIII族窒化物半導体とが交互に積層された超格子構造で構成されているｐ型III族窒化物半導体上に、水素の拡散深さ以上の厚さを有する少なくとも１層のIII族窒化物半導体を積層し、前記III族窒化物半導体の成膜温度から室温まで冷却した後に、水素が拡散した領域の一部または全部を除去して、前記超格子構造で構成されているｐ型III族窒化物半導体上に積層された前記ｐ型III族窒化物半導体を露出させ、当該露出した前記ｐ型III族窒化物半導体上に電極を形成して、所定の半導体装置を製造することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２８】
以上に説明したように、請求項１記載の発明によれば、ＩｎとＡｌを構成元素に含む第１のIII族窒化物半導体と、第１のIII族窒化物半導体よりもバンドギャップが小さく、Ｉｎを構成元素に含む第２のIII族窒化物半導体とが交互に積層された超格子構造で構成されているｐ型III族窒化物半導体上に、水素の拡散深さ以上の厚さを有する少なくとも１層のIII族窒化物半導体を積層し、前記III族窒化物半導体の成膜温度から室温まで冷却した後に、水素が拡散した領域の一部または全部を除去して、前記超格子構造で構成されているｐ型III族窒化物半導体上に積層された前記ｐ型III族窒化物半導体を露出させ、当該露出した前記ｐ型III族窒化物半導体上に電極を形成して、所定の半導体装置を製造するので、従来のような熱処理等の後処理をせずに、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を結晶成長することが可能となる。このように、高温での長時間の熱処理を必要としないので、ｐ型III族窒化物半導体超格子は、熱処理による超格子の界面での原子の拡散がなく、混晶組成やドーパント濃度のプロファイルの急峻性が結晶成長直後の状態に保たれる。また、熱処理時の温度を上げ下げによる歪みの発生がないので、結晶欠陥の発生が抑制される。従って、結晶成長直後の高品質の結晶性が保たれた低抵抗のｐ型III族窒化物半導体を製造することができる。このようにして製造されたｐ型III族窒化物半導体を使用して半導体装置を製造するとにより、従来の熱処理によって低抵抗化したｐ型III族窒化物半導体を使用する場合よりも、電気的特性に優れ、高信頼性の半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るｐ型III族窒化物半導体の構成例を示す図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】本発明に係るｐ型III族窒化物半導体の他の構成例を示す図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【図５】本発明に係るｐ型III族窒化物半導体の他の構成例を示す図である。
【図６】図５の部分拡大図である。
【図７】本発明に係る半導体装置の構成例を示す図である。
【図８】図７の部分拡大図である。
【図９】図７の半導体装置の光出射端面に平行な面での断面図である。
【図１０】本発明に係る半導体装置の他の構成例を示す図である。
【図１１】図１０の部分拡大図である。
【図１２】図１０の部分拡大図である。
【図１３】本発明に係る半導体装置の他の構成例を示す図である。
【図１４】図１３の部分拡大図である。
【図１５】図１３の部分拡大図である。
【図１６】本発明に係る半導体装置の他の構成例を示す図（斜視図）である。
【図１７】図１６の半導体装置の断面図である。
【図１８】図１７の部分拡大図である。
【図１９】図１７の部分拡大図である。
【図２０】本発明に係る半導体装置の他の構成例を示す図（斜視図）である。
【図２１】図２０の半導体装置の断面図である。
【図２２】図２１の部分拡大図である。
【図２３】図２１の部分拡大図である。
【図２４】従来の発光ダイオードを示す図である。
【図２５】図２４の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明のｐ型III族窒化物半導体は、Ｉｎ（インジウム）とＡｌ（アルミニウム）を構成元素に含む第１のIII族窒化物半導体と、第１のIII族窒化物半導体よりもバンドギャップが小さく、Ｉｎ（インジウム）を構成元素に含む第２のIII族窒化物半導体とが交互に積層された超格子構造で構成されていることを特徴としている。
【００３１】
ここで、第１のIII族窒化物半導体とは、Ｂ（ボロン），Ａｌ（アルミニウム），Ｇａ（ガリウム），Ｉｎ（インジウム）のIII族元素のうち少なくともＩｎとＡｌを構成元素に含むＮ（窒素）との化合物からなる半導体である。例えば、ＩｎＡｌＮの三元系や、ＩｎＡｌＧａＮやＢＩｎＡｌＮの四元系、あるいは、ＢＩｎＡｌＧａＮの五元系混晶半導体である。
【００３２】
また、第２のIII族窒化物半導体とは、Ｂ（ボロン），Ａｌ（アルミニウム），Ｇａ（ガリウム），Ｉｎ（インジウム）のIII族元素のうち少なくともＩｎを構成元素に含むＮ（窒素）との化合物からなる半導体である。例えば、ＩｎＡｌＮやＩｎＧａＮやＩｎＢＮの三元系や、ＩｎＡｌＧａＮやＢＩｎＡｌＮやＢＩｎＧａＮの四元系や、ＢＩｎＡｌＧａＮの五元系混晶半導体である。
【００３３】
上記第１および第２のIII族窒化物半導体は、ともに、III族元素の混晶比率を変えることで所望のバンドギャップを有するものにすることができる。
【００３４】
また、上記超格子構造は、第１と第２のIII族窒化物半導体がクラックが入らない程度の厚さで交互に積層されて形成される。一般的には、数ｎｍ〜十数ｎｍ程度の厚さの第１，第２の半導体層が、数十層から百数十層程度交互に積層されるが、このような厚さ，積層数は、特に限定されるものではない。また、各層が同一の厚さである必要も無く、用途によって適宜選択することができる。上記構成のｐ型III族窒化物半導体において、ｐ型III族窒化物半導体の見かけ上の屈折率は、超格子構造全体に含まれる各III族元素の比率によって決定される。従って、各層の厚さと組成を制御することによって、本発明のｐ型III族窒化物半導体の見かけの屈折率を制御することができる。
【００３５】
また、上記超格子構造にはｐ型ドーパントがドーピングされている。ｐ型ドーパントは、一般的にはＭｇやＢｅが使用されるが、アクセプターとなるものであれば、ＭｇやＢｅ以外であっても使用することができる。ｐ型ドーパントは、第１と第２のIII族窒化物半導体の両方に、あるいは、第１のIII族窒化物半導体のみに、あるいは、第２のIII族窒化物半導体のみに、ドーピングすることが可能である。また、第１と第２のIII族窒化物半導体のどちらか一方のドーピング量を少なくする変調ドーピングの形態をとることも可能である。
【００３６】
ｐ型ドーパントがドーピングされた超格子構造はｐ型の電気伝導型を示す。なお、ここで言うｐ型の電気伝導型とは、超格子構造全体を一つの半導体層とみなした場合の電気伝導型を意味する。従って、超格子構造を構成する各半導体層のみの電気伝導型を意味するものではない。例えば、第１のIII族窒化物半導体が、絶縁性（高抵抗のｎ型あるいはｐ型）であっても、第２のIII族窒化物半導体がｐ型であって、超格子構造全体としてｐ型特性を示すものは、ｐ型半導体とみなす。また、第１のIII族窒化物半導体がｐ型で、第２のIII族窒化物半導体が絶縁性（高抵抗のｎ型あるいはｐ型）である場合や、第１、第２の両方の半導体がｐ型で超格子構造全体としてｐ型特性を示すものも、ｐ型半導体とみなす。
【００３７】
より具体的に、本発明のｐ型III族窒化物半導体において、第２のIII族窒化物半導体には、ＩｎzＧａ(1-z)Ｎ（０＜ｚ≦１）を用いることができる。この場合、低抵抗のｐ型特性を効果的に得るには、少なくとも第２のIII族窒化物半導体に、ｐ型ドーパントをドーピングすることが望ましい。その理由は、第２のIII族窒化物半導体であるＩｎzＧａ(1-z)Ｎ（０＜ｚ≦１）は、Ｉｎの混晶比が大きい程アクセプター準位が浅くなり（すなわちアクセプターの活性化エネルギーが小さくなり）、高いキャリア濃度を得ることが可能になるからである。従って、第２のIII族窒化物半導体であるＩｎzＧａ(1-z)Ｎ（０＜ｚ≦１）にｐ型ドーパントをドーピングすることによって、超格子構造のキャリア濃度を高くすることが可能となり、低抵抗のｐ型特性を示すことができる。
【００３８】
また、本発明のｐ型III族窒化物半導体において、第１のIII族窒化物半導体と第２のIII族窒化物半導体はそれぞれの格子定数が異なるものにすることができる。なお、第１のIII族窒化物半導体と第２のIII族窒化物半導体のそれぞれの格子定数は、混晶組成を制御することで制御できる。
【００３９】
図１，図２は本発明に係るｐ型III族窒化物半導体の構成例を示す図である。なお、図２は図１の部分Ｂを拡大した図である。図１，図２を参照すると、このｐ型III族窒化物半導体は、サファイア基板２０上に低温ＧａＮバッファー層２１，ＧａＮ層２２が順次積層された積層構造上にエピタキシャル成長された、Ｉｎ0.04Ａｌ0.2Ｇａ0.76Ｎ層２３ａとｐ型Ｉｎ0.1Ａｌ0.04Ｇａ0.86Ｎ層２３ｂとの超格子構造からなるｐ型III族窒化物半導体２３である。超格子を構成する各層２３ａ，２３ｂの厚さはそれぞれ５ｎｍであり、各層２３ａ，２３ｂを５０周期で成長して形成されている。超格子全体では０．５μｍの厚さである。また、ｐ型Ｉｎ0.1Ａｌ0.04Ｇａ0.86Ｎ層２３ｂには、ｐ型不純物のＭｇ（マグネシウム）がドーピングされている。超格子構造からなるｐ型III族窒化物半導体層２３のキャリア濃度は３×１０18ｃｍ-3であり、低抵抗のｐ型を示した。
【００４０】
また、図３，図４は本発明に係るｐ型III族窒化物半導体の他の構成例を示す図である。なお、図４は図３の部分Ｃを拡大した図である。図３，図４では、第２のIII族窒化物半導体にＩｎzＧａ(1-z)Ｎ（０＜ｚ≦１）を用いる場合の例が示されている。すなわち、図３，図４を参照すると、このｐ型III族窒化物半導体は、サファイア基板３０上に低温ＧａＮバッファー層３１，ＧａＮ層３２が順次積層された積層構造上にエピタキシャル成長された、Ｉｎ0.04Ａｌ0.2Ｇａ0.76Ｎ層３３ａとｐ型Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層３３ｂとの超格子構造からなるｐ型III族窒化物半導体である。超格子を構成する各層の厚さは、Ｉｎ0.04Ａｌ0.2Ｇａ0.76Ｎ層３３ａが１０ｎｍ、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層３３ｂが５ｎｍであり、各層３３ａ，３３ｂを３０周期で成長して形成されている。超格子全体では０．４５μｍの厚さである。また、ｐ型Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層３３ｂには、ｐ型不純物のＭｇ（マグネシウム）がドーピングされている。超格子構造からなるｐ型III族窒化物半導体層３３のキャリア濃度は９×１０18ｃｍ-3であり、低抵抗のｐ型を示した。
【００４１】
また、図５，図６は本発明に係るｐ型III族窒化物半導体の他の構成例を示す図である。なお、図６は図５の部分Ｄを拡大した図である。図５，図６では、第１のIII族窒化物半導体と第２のIII族窒化物半導体とは、それぞれの格子定数が異なる場合の例が示されている。すなわち、図５，図６を参照すると、このｐ型III族窒化物半導体は、サファイア基板４０上に低温ＧａＮバッファー層４１，ＧａＮ層４２が順次積層された積層構造上にエピタキシャル成長された、Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層４３ａとｐ型Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４３ｂとの超格子構造からなるｐ型III族窒化物半導体４３である。超格子を構成する各層４３ａ，４３ｂの厚さはそれぞれ５ｎｍであり、各層４３ａ，４３ｂを５０周期で成長して形成されている。超格子全体では０．５μｍの厚さである。また、Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層４３ａとｐ型Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４３ｂには、ｐ型不純物のＭｇ（マグネシウム）がドーピングされている。超格子構造からなるｐ型III族窒化物半導体層４３のキャリア濃度は９×１０18ｃｍ-3であり、低抵抗のｐ型を示した。
【００４２】
また、上記本発明のｐ型III族窒化物半導体を含む積層構造を有する半導体装置を構成することができる。この場合、半導体装置としては、上記本発明の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，電子デバイス等の任意の形態をとることができる。
【００４３】
例えば、上記半導体装置が発光素子である場合、この発光素子は、上記本発明のｐ型III族窒化物半導体をクラッド層に用いたものにすることができる。ここで、発光素子の構造は、特に限定されるものではなく、上記本発明のｐ型III族窒化物半導体をクラッド層に用いたものであって、少なくとも１つのｐ−ｎ接合を有し、キャリアの再結合によって発光し、光が外部に取り出されるものであれば良い。すなわち、発光ダイオード，スーパールミネッセンスダイオード，半導体レーザーのいずれであってもよい。また、端面発光型，面発光型のどちらの構造であっても良い。
【００４４】
具体的に、上記発光素子が半導体レーザーである場合、該半導体レーザーは、上記本発明のｐ型III族窒化物半導体がクラッド層に用いられた４００ｎｍよりも短い波長領域で発振するものにすることができる。ここで、半導体レーザーの構造は、ｐ型超格子からなるｐ型クラッド層と、発振波長が４００ｎｍ以下の波長に対応したバンドギャップを有するIII族窒化物半導体からなる活性層とが少なくとも積層されている積層構造で構成されているものであれば、任意の構成をとることができる。また、半導体レーザーの形態としては、端面発光型，面発光型のどちらの形態をとっても良い。
【００４５】
上記構成の半導体レーザーでは、正負の２つの電極間に電圧を印加することによって活性層に電流が注入され、そこでキャリアの再結合が生じ、共振器ミラーで光が増幅され、４００ｎｍよりも短い波長領域でレーザー発振する。
【００４６】
また、本発明では、上述した半導体装置の第１の作製方法として、Ｉｎ（インジウム）とＡｌ（アルミニウム）を構成元素に含む第１のIII族窒化物半導体と、第１のIII族窒化物半導体よりもバンドギャップが小さく、Ｉｎ（インジウム）を構成元素に含む第２のIII族窒化物半導体とが交互に積層された超格子構造で構成されているｐ型III族窒化物半導体上に、少なくとも１層のIII族窒化物半導体を積層することによって、所定の半導体装置を作製することができる。
【００４７】
結晶成長直後のｐ型III族窒化物半導体が高抵抗である原因は、アクセプターに水素が結合し不活性化されているためであると言われている。本願の発明者は、不活性化の原因を実験により調べた。その結果、ｐ型III族窒化物半導体の高抵抗化は、主として結晶成長後の冷却過程で、雰囲気ガス中に含まれる水素が、ｐ型III族窒化物半導体結晶中に拡散侵入することによって生じることがわかった。
【００４８】
この第１の作製方法では、結晶成長後の冷却過程でのｐ型III族窒化物半導体への水素の拡散を防止するため、ｐ型III族窒化物半導体の結晶成長に続けて、その上にIII族窒化物半導体からなる水素の拡散防止層を形成して、ｐ型III族窒化物半導体の高抵抗化を抑制している。この水素の拡散防止層となるIII族窒化物半導体は、その組成，電気伝導型は特に限定するものではない。また、厚さに関しては、水素の拡散深さ以上であれば良い。本願の発明者の実験によれば、ｐ型ＧａＮを拡散防止層とする場合には、ｐ型ＧａＮは約０．５μｍ程度の厚さであれば良いことを確認している。
【００４９】
上記のように、この第１の作製方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体は、アニール等の特別なｐ型活性化処理を必要とせず、ａｓ−ｇｒｏｗｎ（結晶成長のみの状態）でｐ型特性を示す。すなわち、この第１の作製方法では、ａｓ−ｇｒｏｗｎでｐ型特性を示すｐ型III族窒化物半導体を有する半導体装置を作製できる。なお、上記のようにして作製されたIII族窒化物半導体積層構造を使用して半導体装置を作製する場合には、拡散防止層をそのまま使用することも可能であるし、また、拡散防止層の全部あるいは一部を除去して、半導体装置を作製することも可能である。
【００５０】
また、本発明では、上述した半導体装置の第２の作製方法として、Ｉｎ（インジウム）とＡｌ（アルミニウム）を構成元素に含む第１のIII族窒化物半導体と、第１のIII族窒化物半導体よりもバンドギャップが小さく、Ｉｎ（インジウム）を構成元素に含む第２のIII族窒化物半導体とが交互に積層された超格子構造で構成されているｐ型III族窒化物半導体を含む積層構造を結晶成長によって形成した後に、成長温度からの冷却を、窒素原料を含む冷却ガス雰囲気で行ない、所定の半導体装置を作製することができる。
【００５１】
本願の発明者は、低抵抗のｐ型ＧａＮを得るため、結晶成長後の冷却を水素を全く含まない窒素雰囲気で行った。しかしながら、結晶成長したＧａＮは高抵抗であった。また、結晶成長終了後に、ガス雰囲気を窒素に切り替えて、成長温度で１０分間保持したところ、表面に多数のステップが形成されており、明らかに分解されているのが判明した。さらに、結晶成長後の冷却雰囲気中に水素が含まれていても、その濃度がある程度までであれば、結晶内部への水素拡散は少なく、結晶全体を高抵抗にする濃度にはなっていないことを実験により確認した。以上の実験結果から、本願の発明者は、水素のガス濃度が少ない雰囲気ガスでの冷却においては、水素パシベーションによるアクセプターの不活性化よりも、結晶表面の分解による結晶性の劣化が原因となって低抵抗のｐ型結晶が得られないという結論を得た。
【００５２】
本発明のこの第２の作製方法についてより詳細に説明する。まず、ＭＯＣＶＤ等の水素を含むガス雰囲気中で加熱した基板表面に、上述した本発明のｐ型III族窒化物半導体、あるいは、本発明のｐ型III族窒化物半導体を含む積層構造の結晶成長を行う。次いで、結晶成長した基板を成長温度から冷却する。この時の冷却雰囲気を窒素原料を含むガス雰囲気にする。
【００５３】
冷却時のガス雰囲気は、具体的には、窒素やアルゴン等の不活性ガスと窒素原料との混合ガス、あるいは、窒素原料ガスのみを使用することができる。また、これらの雰囲気ガスに数％〜３０％程度までの水素を加えた混合ガスも使用することができる。
【００５４】
窒素原料ガスは、雰囲気ガス中に数パーセント程度含まれていれば結晶表面の分解が抑制されるが、過半数（５０％より多く）が窒素原料であると、より効果的である。
【００５５】
窒素原料としては、モノメチルヒドラジンやジメチルヒドラジン等の有機化合物、アンモニア等が使用可能である。
【００５６】
このような方法で作製されたｐ型III族窒化物半導体は、アニール等の後工程を行うことなく、ａｓ−ｇｒｏｗｎで低抵抗のｐ型特性を示す。すなわち、この第２の作製方法では、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体をａｓ−ｇｒｏｗｎで作製することができる。
【００５７】
上述した第２の作製方法において、冷却ガス雰囲気に含まれる窒素原料としてアンモニア（ＮＨ3）を用いる場合について特に説明する。従来、低抵抗のｐ型ＧａＮをＮＨ3ガス雰囲気中で熱処理すると、高抵抗化することが報告されており、高抵抗化したｐ型III族窒化物半導体を熱処理によって低抵抗化する場合の雰囲気ガス中にはＮＨ3ガスを含むことは好ましくないとされていた。しかるに、本願の発明者は、結晶成長後の冷却過程では、ＮＨ3ガスを含んでいても低抵抗のｐ型III族窒化物半導体がａｓ−ｇｒｏｗｎで得られることを見出した。さらに、ＮＨ3を１００％としたガス雰囲気で冷却を行っても、低抵抗のｐ型III族窒化物半導体がａｓ−ｇｒｏｗｎで得られることがわかった。
【００５８】
すなわち、結晶終了後の冷却過程の雰囲気をＮＨ3を含む雰囲気にする場合、冷却時においては、ＮＨ3の分解によって水素が発生しても、結晶内部へ拡散して結晶全体を高抵抗化するには至らず、むしろＮＨ3の分解により生成される活性窒素が結晶表面の分解を抑制するため、結晶表面の高抵抗化が抑制されて低抵抗のｐ型III族窒化物半導体がａｓ−ｇｒｏｗｎで得られると考えられる。なお、ＮＨ3ガスは、雰囲気ガス中に数パーセント程度含まれていれば効果が得られるが、過半数（５０％より多く）がＮＨ3ガスであると、より効果的である。
【００５９】
図７，図８，図９は本発明に係る半導体装置（上述した本発明のｐ型III族窒化物半導体を用いている半導体装置）の構成例を示す図である。ここで、図７，図８，図９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。なお、図７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、図８は図７の部分Ｅを拡大した図であり、また、図９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。
【００６０】
図７，図８，図９を参照すると、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。
【００６１】
また、発光ダイオードとフォトダイオードは同一の積層構造からなっている。その積層構造は、サファイア基板５０上に、ＡｌＮ低温バッファー層５１、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５３、Ｉｎ0.17Ｇａ0.83Ｎ活性層５４、Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層５５ａとｐ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５５ｂとの超格子からなるｐ型クラッド層５５、ｐ型ＧａＮコンタクト層５６が順次に積層されたものとなっている。ここで、ｐ型クラッド層５５，ｐ型ＧａＮコンタクト層５６にはｐ型ドーパントとしてＭｇがドーピングされている。
【００６２】
発光ダイオードとフォトダイオードは、上記積層構造をｐ型ＧａＮコンタクト層５６の表面からｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２までエッチングすることで空間的に分離されている。そして、このエッチングによってｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２表面が露出し、露出したｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２上には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側オーミック電極５９が形成されている。また、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５６上には、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極５８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５７が堆積されている。そして、絶縁保護膜５７上に、Ｔｉ／Ａｌからなる配線電極６０が形成されている。配線電極６０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５８と電気的に接続されている。発光ダイオードとフォトダイオードの側面は基板に対して概ね垂直に形成されている。
【００６３】
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５０２と受光面５０３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５０１となる。
【００６４】
こ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，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５０１，５０２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５０２から出射した光が、フォトダイオードの受光面５０３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ると、発光のピーク波長は、約４１２ｎｍであった。
【００６５】
次に、図７，図８，図９の集積型受発光素子の作製工程例について説明する。なお、この作製工程例では、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した。この作製工程例では、まず、サファイア基板５０を反応管にセットし、水素ガス中、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５２０℃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５１を堆積した。
【００６６】
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Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２を３μｍの厚さ、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５３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、Ｉｎ0.17Ｇａ0.83Ｎ活性層５４を５０ｎｍの厚さに成長した。次いで、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成にあわせて供給し、Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層５５ａとｐ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５５ｂの超格子からなるｐ型クラッド層５５を０．５μｍ成長した。各層５５ａ，５５ｂの厚さはそれぞれ５ｎｍであり、各層５５ａ，５５ｂを５０周期成長した。次いで、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給し、ｐ型ＧａＮコンタクト層５６を０．２μｍの厚さに積層した。結晶成長終了後、ｐ型層の低抵抗化のため、窒素雰囲気中で、７５０℃で１５分間の熱処理を行った。
【００６７】
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Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２を露出させた。次いで、絶縁保護膜５７となるＳｉＯ2を積層構造の表面に約０．５μｍの厚さに堆積した。
【００６８】
次いで、ｐ側オーミック電極５８を形成した。ｐ側オーミック電極５８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をエッチングしてリッジ上のｐ型ＧａＮコンタクト層５６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５６にｐ側オーミック電極５８を形成した。
【００６９】
次いで、ｎ側オーミック電極５９と配線電極６０を形成した。ｎ側オーミック電極５９と配線電極６０の形成工程は次の通りである。すなわち、まず、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２上部のＳｉＯ2膜５７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をエッチングしてｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層５２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６０とｎ側オーミック電極５９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５９と配線電極６０の材料である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５９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。
【００７０】
また、図１０，図１１，図１２は本発明に係る半導体装置の他の構成例を示す図である。なお、図１０は半導体装置（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り、図１１は図１０の部分Ｆを拡大した図であり、図１２は図１０の部分Ｇを拡大した図である。図１０，図１１，図１２の半導体装置は、上述した本発明のｐ型III族窒化物半導体をクラッド層に用いた発光素子として構成されている。より詳しくは半導体レーザーとして構成されている。
【００７１】
図１０，図１１，図１２を参照すると、この半導体レーザーは、サファイア基板７０上に、ＡｌＧａＮ低温バッファー層７１、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２、Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.7１Ｎ層７３ａとｎ型Ｉｎ0.2Ｇａ0.80Ｎ層７３ｂとの超格子からなるｎ型クラッド層７３、ｎ型ＧａＮガイド層７４、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層（２ペア）７５、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層７６、ｐ型ＧａＮガイド層７７、ｐ型Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層７８ａとｐ型Ｉｎ0.2Ｇａ0.80Ｎ層７８ｂとの超格子からなるｐ型クラッド層７８、ｐ型ＧａＮコンタクト層７９が順次積層されて形成されている。ここで、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層７６，ｐ型ＧａＮガイド層７７，ｐ型クラッド層７８，ｐ型ＧａＮコンタクト層７９には、ｐ型ドーパントとしてＭｇがドーピングされている。
【００７２】
そして、上記積層構造は、ｐ型ＧａＮコンタクト層７９の表面からｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２までエッチングされて、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２の表面が露出し、露出したｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２上には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側オーミック電極８２が形成されている。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層７９の表面からｐ型クラッド層７８の途中までエッチングされて、電流狭窄リッジ構造４００が形成されている。そして、リッジ４００最表面のｐ型ＧａＮコンタクト層７９上には、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極８１が形成されている。また、電極形成部以外は絶縁保護膜８０として、ＳｉＯ2が堆積されている。絶縁保護膜８０上にはｐ側電極から引き出された配線電極８３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。
【００７３】
この半導体レーザの電極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である。
【００７４】
次に、図１０，図１１，図１２の半導体レーザーの作製工程例について説明する。なお、この作製工程例では、半導体レーザーの積層構造の結晶成長はＭＯＣＶＤ法で行った。また、前述した第２の作製方法（すなわち、Ｉｎ（インジウム）とＡｌ（アルミニウム）を構成元素に含む第１のIII族窒化物半導体と、第１のIII族窒化物半導体よりもバンドギャップが小さく、Ｉｎ（インジウム）を構成元素に含む第２のIII族窒化物半導体とが交互に積層された超格子構造で構成されているｐ型III族窒化物半導体を含む積層構造を結晶成長によって形成した後に、成長温度からの冷却を、窒素原料を含む冷却ガス雰囲気で行ない、半導体レーザーを作製する作製方法）を用いた。ここで、結晶成長後の冷却時の雰囲気ガスに含まれる窒素原料をモノメチルヒドラジンとした。
【００７５】
この作製工程例では、まず、サファイア基板７０を反応管にセットし、水素ガス中、１１２０℃で加熱し、基板７０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ＭＭＨｙ（モノメチルヒドラジン）と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７１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ＴＭＧ，ＴＭＩ，ＳｉＨ4を組成にあわせて供給し、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２を２μｍの厚さに成長した。
【００７６】
次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＭＭＨｙ（モノメチルヒドラジン）と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，ＴＭＡ，ＳｉＨ4を供給し、Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層７３ａとＩｎ0.2Ｇａ0.80Ｎ層７３ｂとの超格子からなるｎ型クラッド層７３を０．６μｍの厚さに成長した。なお、各層７３ａ，７３ｂの厚さはそれぞれ６ｎｍで、各層７３ａ，７３ｂを５０周期成長した。
【００７７】
次いで、温度を１０５０℃に上げ、雰囲気をＭＭＨｙ（モノメチルヒドラジン）とＮＨ3と窒素と水素の混合ガス雰囲気にし、ｎ型ＧａＮガイド層７４を０．１μｍの厚さに積層した。
【００７８】
次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＭＭＨｙと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、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層７５（２ペア）を成長した。次いで、成長雰囲気をＭＭＨｙと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，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成にあわせて供給し、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層７６を２０ｎｍの厚さに、また、ｐ型ＧａＮガイド層７７を０．１μｍの厚さに成長した。
【００７９】
次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＭＭＨｙと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，ＴＭＡ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給し、Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層７８ａとＩｎ0.2Ｇａ0.80Ｎ層７８ｂとの超格子からなるｐ型クラッド層７８を０．６μｍの厚さに成長した。なお、各層７８ａ，７８ｂの厚さはそれぞれ６ｎｍで、各層７８ａ，７８ｂを５０周期成長した。最後に、温度を１０５０℃に上げ、ｐ型ＧａＮコンタクト層７９を０．２μｍの厚さに積層した。
【００８０】
結晶成長終了後、III族原料とｐ型ドーパント原料の供給を止め、窒素ガスとＭＭＨｙと水素ガス（全体の約６％）との混合ガス雰囲気中で室温まで冷却した。冷却後、積層構造表面にテスターを充てると、導通が有り、表面のｐ型ＧａＮコンタクト層７９が低抵抗であることが確認された。
【００８１】
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、リッジ構造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構造４００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の深さドライエッチングして、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２を露出させた。次いで、絶縁保護膜８０となるＳｉＯ2を積層構造の表面に約０．５μｍの厚さに堆積した。
【００８２】
次いで、ｐ側オーミック電極８１を形成した。ｐ側オーミック電極８１の形成工程は次の通りである。まず、リッジ構造４００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をエッチングしてリッジ構造４００上のｐ型ＧａＮコンタクト層７９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、リッジ構造４００上にｐ側オーミック電極材料であるＮｉ／Ａｕを蒸着した。その後、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７９にｐ側オーミック電極８１を形成した。
【００８３】
次いで、ｎ側オーミック電極８２と配線電極８３を形成した。ｎ側オーミック電極８２と配線電極８３の形成工程は次の通りである。まず、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２上部のＳｉＯ2膜上に、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をエッチングしてｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層７２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側オーミック電極８１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、窒素雰囲気で４５０℃で熱処理し、ｎ側オーミック電極８２を形成した。
【００８４】
次いで、サファイア基板７０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。
【００８５】
また、図１３，図１４，図１５は本発明に係る半導体装置の他の構成例を示す図である。なお、図１３は半導体装置（端面発光型発光ダイオード）の光出射端面に垂直な面での断面図であり、図１４は図１３の部分Ｈを拡大した図であり、図１５は図１３の部分Ｉを拡大した図である。図１３，図１４，図１５の半導体装置は、上述した本発明のｐ型III族窒化物半導体をクラッド層に用いた発光素子（端面発光型発光ダイオード）として構成されている。
【００８６】
図１３，図１４，図１５を参照すると、この発光ダイオードは概ね直方体の形状をしており、発光ダイオードの一側面が光出射端面となっている。発光ダイオードの積層構造は、ｎ型ＧａＮ基板９０上に、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ低温バッファー層９１、Ｉｎ0.02Ａｌ0.34Ｇａ0.64Ｎ層９２ａとＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層９２ｂとの超格子からなるｎ型クラッド層９２、Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ活性層９３、Ｉｎ0.02Ａｌ0.34Ｇａ0.64Ｎ層９４ａとＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層９４ｂとの超格子からなるｐ型クラッド層９４、ｐ型ＧａＮコンタクト層９５が順次積層されて形成されている。ここで、ｐ型クラッド層９４、ｐ型ＧａＮコンタクト層９５には、それぞれｐ型不純物であるＭｇが添加されている。
【００８７】
発光ダイオードのｐ型ＧａＮコンタクト層９５上には、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極９６が形成されている。また、基板９０の裏面には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側オーミック電極９７が形成されている。発光ダイオードの側面は基板に対して垂直に形成されている。そして、発光ダイオードのｐ側、ｎ側オーミック電極９６，９７に順方向のバイアスを印加すると、発光ダイオードの一側面である光出射端面７００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。
【００８８】
次に、図１３，図１４，図１５の発光ダイオードの作製工程例について説明する。なお、この作製工程例では、発光ダイオードの積層構造はＭＯＣＶＤ法で結晶成長して作製した。また、前述した第２の作製方法（すなわち、Ｉｎ（インジウム）とＡｌ（アルミニウム）を構成元素に含む第１のIII族窒化物半導体と、第１のIII族窒化物半導体よりもバンドギャップが小さく、Ｉｎ（インジウム）を構成元素に含む第２のIII族窒化物半導体とが交互に積層された超格子構造で構成されているｐ型III族窒化物半導体を含む積層構造を結晶成長によって形成した後に、成長温度からの冷却を、窒素原料を含む冷却ガス雰囲気で行ない、発光ダイオードを作製する作製方法）を用いた。また、このとき、冷却ガス雰囲気に含まれる窒素原料をアンモニアにした。
【００８９】
この作製工程例では、まず、ｎ型ＧａＮ基板９０を反応管にセットし、アンモニアガス中、１１２０℃で加熱し、基板９０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Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎバッファー層９１を堆積した。次いで、温度を８１０℃に上げ、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭＩ、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、Ｉｎ0.02Ａｌ0.34Ｇａ0.64Ｎ層９２ａとＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層９２ｂとの超格子からなるｎ型クラッド層９２を０．３μｍの厚さに積層した。なお、各層９２ａ，９２ｂの厚さは、Ｉｎ0.02Ａｌ0.34Ｇａ0.64Ｎ層９２ａが１０ｎｍ、Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層９２ｂが５ｎｍで、各層９２ａ，９２ｂを２０周期成長した。次いで、温度を１０７０℃に上げ、Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ活性層９３を０．０５μｍの厚さに積層した。次いで、温度を８１０℃に下げ、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭＩ、および、ｐ型不純物ガスとして（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成にあわせて供給し、Ｉｎ0.02Ａｌ0.34Ｇａ0.64Ｎ層９４ａとＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層９４ｂとの超格子からなるｐ型クラッド層９４を０．３μｍの厚さに積層した。なお、各層９４ａ，９４ｂの厚さは、Ｉｎ0.02Ａｌ0.34Ｇａ0.64Ｎ層９４ａが１０ｎｍ、Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層９４ｂが５ｎｍで、各層９４ａ，９４ｂを２０周期成長した。次いで、温度を１０５０℃に上げ、ｐ型ＧａＮコンタクト層９５を０．２μｍの厚さに積層した。
【００９０】
結晶成長終了後、反応管内をアンモニアガス６０％と窒素ガス４０％の混合ガス雰囲気にして成長温度から室温まで冷却した。冷却後、積層構造表面にテスターを充てると、導通が有り、表面のｐ型ＧａＮコンタクト層９５が低抵抗であることが確認された。
【００９１】
次いで、ｐ側オーミック電極材料であるＮｉ／Ａｕを積層構造上面に蒸着した。その後、窒素雰囲気中、６００℃で熱処理し、ｐ型ＧａＮコンタクト層９５にｐ側オーミック電極９６を形成した。次いで、ＧａＮ基板９０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９７を形成した。次いで、基板をへき開して、出射端面７００の形成と、チップ分離を行った。
【００９２】
図１６，図１７，図１８，図１９は本発明に係る半導体装置の他の構成例を示す図である。なお、図１６は半導体レーザーの斜視図であり、図１７は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り、図１８は図１７の部分Ｊを拡大した図であり、図１９は図１７の部分Ｋを拡大した図である。図１６，図１７，図１８，図１９の半導体装置は、上述した本発明のｐ型III族窒化物半導体をクラッド層に用いた発光素子（半導体レーザー）として構成されている。
【００９３】
図１６，図１７，図１８，図１９を参照すると、この半導体レーザーの積層構造１０００は、ｎ型ＧａＮ基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＮ低温バッファー層１０１、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ高温バッファー層１０２、Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層１０３ａとＩｎ0.2Ｇａ0.80Ｎ層１０３ｂとの超格子からなるｎ型クラッド層１０３、ｎ型ＧａＮガイド層１０４、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ／Ｉｎ0.17Ｇａ0.85Ｎ多重量子井戸活性層１０５、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１０６、ｐ型ＧａＮガイド層１０７、Ｉｎ0.0５Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層１０８ａとＩｎ0.2Ｇａ0.80Ｎ層１０８ｂとの超格子からなるｐ型クラッド層１０８、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９、絶縁型ＧａＮ層１１０が順次に積層されて形成されている。そして、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１０６、ｐ型ＧａＮガイド層１０７、ｐ型クラッド層１０８、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９、絶縁型ＧａＮ層１１０には、ｐ型不純物であるＭｇがドーピングされている。
【００９４】
また、絶縁型ＧａＮ層１１０は、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９の表面が露出するまでストライプ状にエッチングされている。そして、絶縁型ＧａＮ層１１０と露出したｐ型ＧａＮコンタクト層１０９上に、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極材料が形成され、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９上にストライプ状にｐ側オーミック電極１１１が形成されている。
【００９５】
そして、積層構造１０００とｐ側オーミック電極１１１のストライプと概ね垂直に光共振器端面８０１，８０２が形成されている。また、ＧａＮ基板１００の裏面にはＴｉ／Ａｌからなるｎ側オーミック電極１１２が形成されている。この半導体レーザーの電極１１１，１１２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４０９ｎｍであった。
【００９６】
次に、図１６，図１７，図１８，図１９の半導体レーザーの作製工程例について説明する。なお、この作製工程例では、半導体レーザーの積層構造の結晶成長はＭＯＣＶＤ法で行った。また、前述した第１の作製方法（すなわち、Ｉｎ（インジウム）とＡｌ（アルミニウム）を構成元素に含む第１のIII族窒化物半導体と、第１のIII族窒化物半導体よりもバンドギャップが小さく、Ｉｎ（インジウム）を構成元素に含む第２のIII族窒化物半導体とが交互に積層された超格子構造で構成されているｐ型III族窒化物半導体上に、少なくとも１層のIII族窒化物半導体を積層することによって、半導体装置を作製する作製方法）を用いた。
【００９７】
この作製工程例では、まず、ｎ型ＧａＮ基板１００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１００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１０１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Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ高温バッファー層１０２を１μｍの厚さに積層した。次いで、温度を８１０℃に下げ、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭＩ，ｎ型不純物ガスとしてＳｉＨ4を組成にあわせて供給し、Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層１０３ａとＩｎ0.2Ｇａ0.80Ｎ層１０３ｂとの超格子からなるｎ型クラッド層１０３を０．５μｍの厚さに積層した。次いで、温度を１０５０℃に上げ、ｎ型ＧａＮガイド層１０４を０．１μｍの厚さに積層し、次いで、温度を８１０℃に下げ、ＴＭＧ，ＴＭＩを組成にあわせて供給し、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ／Ｉｎ0.17Ｇａ0.85Ｎ多重量子井戸活性層１０５（２ペア）を積層した。
【００９８】
次いで、温度を１０７０℃に上げ、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ｐ型不純物原料の（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成にあわせて供給し、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１０６を２０ｎｍの厚さに、また、ｐ型ＧａＮガイド層１０７を０．１μｍの厚さに積層した。次いで、温度を８１０℃に下げ、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭＩ，ｐ型不純物原料の（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成にあわせて供給し、Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層１０８ａとＩｎ0.2Ｇａ0.80Ｎ層１０８ｂとの超格子からなるｐ型クラッド層１０８を０．５μｍの厚さに積層した。次いで、温度を１０５０℃に上げ、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９を０．２μｍの厚さに積層し、最後に、（ＥｔＣｐ）2Ｍｇの供給量を減らして絶縁型ＧａＮ層１１０を０．５μｍの厚さに積層した。結晶成長終了後、水素と窒素とアンモニアガスの混合ガス雰囲気中で、成長温度から室温まで冷却した。
【００９９】
次いで、レジストで幅５μｍのヌキ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０．５μｍの深さをドライエッチングして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９を露出させた。レジストマスクを除去した後、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９にストライプ状のｐ側オーミック電極１１１を形成した。Ｐ側オーミック電極１１１は、ウエハー表面に、ｐ側オーミック電極材料であるＮｉ／Ａｕを蒸着した後、窒素雰囲気中、６００℃で熱処理して形成した。次いで、基板１００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１１２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ストライプ状電極１１１に概ね垂直になるようにへき開し、光共振器端面８０１，８０２を形成した。
【０１００】
また、図２０，図２１，図２２，図２３は本発明に係る半導体装置の他の構成例を示す図である。なお、図２０は半導体レーザーの斜視図であり、図２１は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り、図２２は図２１の部分Ｌを拡大した図であり、図２３は図２１の部分Ｍを拡大した図である。図２０，図２１，図２２，図２３の半導体装置は、上述した本発明のｐ型III族窒化物半導体をクラッド層に用いた発光素子（半導体レーザー）として構成されている。特に、この発光素子は、上述した本発明のｐ型III族窒化物半導体がクラッド層に用いられた４００ｎｍよりも短い波長領域で発振する半導体レーザーとして構成されている。
【０１０１】
図２０，図２１，図２２，図２３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Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ高温バッファー層１２２、Ｉｎ0.04Ａｌ0.24Ｇａ0.72Ｎ層１２３ａとＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１２３ｂとの超格子からなるｎ型クラッド層１２３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎガイド層１２４、ＧａＮ／Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ多重量子井戸活性層１２５、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１２６、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎガイド層１２７、Ｉｎ0.04Ａｌ0.24Ｇａ0.72Ｎ層１２８ａとＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１２８ｂとの超格子からなるｐ型クラッド層１２８、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。そして、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１２６、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ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、ｐ型不純物であるＭｇがドーピングされている。
【０１０２】
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。リッジ構造９００の最表面のｐ型ＧａＮ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が堆積されている。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。また、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。この半導体レーザーの電極１３１，１３２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３６５ｎｍであった。
【０１０３】
次に、図２０，図２１，図２２，図２３の半導体レーザーの作製工程例について説明する。なお、この作製工程例では、半導体レーザーの積層構造の結晶成長はＭＯＣＶＤ法で行った。また、前述した第２の作製方法（すなわち、Ｉｎ（インジウム）とＡｌ（アルミニウム）を構成元素に含む第１のIII族窒化物半導体と、第１のIII族窒化物半導体よりもバンドギャップが小さく、Ｉｎ（インジウム）を構成元素に含む第２のIII族窒化物半導体とが交互に積層された超格子構造で構成されているｐ型III族窒化物半導体を含む積層構造を結晶成長によって形成した後に、成長温度からの冷却を、窒素原料を含む冷却ガス雰囲気で行ない、半導体装置を作製する作製方法）を用いた。また、このとき、冷却ガス雰囲気に含まれる窒素原料をアンモニアとした。
【０１０４】
この作製工程例では、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Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ高温バッファー層１２２を１μｍの厚さに積層した。
【０１０５】
次いで、温度を８１０℃に下げ、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭＩ，ｎ型不純物ガスとしてＳｉＨ4を組成にあわせて供給し、Ｉｎ0.04Ａｌ0.24Ｇａ0.72Ｎ層１２３ａとＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１２３ｂとの超格子からなるｎ型クラッド層１２３を０．６μｍの厚さに積層した。なお、各層１２３ａ，１２３ｂの厚さは、Ｉｎ0.04Ａｌ0.24Ｇａ0.72Ｎ層１２３ａが１０ｎｍ、Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１２３ｂが５ｎｍで、各層１２３ａ，１２３ｂを４０周期成長した。次いで、温度を１０７０℃に上げ、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎガイド層１２４を０．１μｍの厚さに積層し、次いで、ＧａＮ／Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ多重量子井戸活性層１２５（３ペア）を積層した。次いで、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ｐ型不純物原料の（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成にあわせて供給し、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１２６を２０ｎｍの厚さに、また、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎガイド層１２７を０．１μｍの厚さに積層した。次いで、温度を８１０℃に下げ、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭＩ，ｐ型不純物原料の（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成にあわせて供給し、Ｉｎ0.04Ａｌ0.24Ｇａ0.72Ｎ層１２８ａとＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１２８ｂとの超格子からなるｐ型クラッド層１２８を０．６μｍの厚さに積層した。各層１２８ａ，１２８ｂの厚さは、Ｉｎ0.04Ａｌ0.24Ｇａ0.72Ｎ層１２８ａが１０ｎｍ、Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１２８ｂが５ｎｍで、各層１２８ａ，１２８ｂを４０周期成長した。次いで、温度を１０５０℃に上げ、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２９を０．２μｍの厚さに積層した。結晶成長終了後、反応管内をアンモニアガスのみの雰囲気にして成長温度から室温まで冷却した。
【０１０６】
冷却後、積層構造表面にテスターを充てると、導通が有り、表面のｐ型ＧａＮコンタクト層１２９が低抵抗であることが確認された。
【０１０７】
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ＳｉＯ2を積層構造の表面に約０．５μｍの厚さに堆積した。
【０１０８】
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。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、６００℃で熱処理し、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２９にｐ側オーミック電極１３１を形成した。
【０１０９】
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。
【符号の説明】
【０１１０】
１，２０，３０，４０，５０，７０  サファイア基板
２  バッファー層
３  第１のｎ側窒化物半導体層
４  第２のｎ側窒化物半導体層
５  第３のｎ側窒化物半導体層
６  活性層
７  ｐ側クラッド層
８  ｐ側コンタクト層
９  ｐ側電極
１０  ｐ側パッド電極
１１  ｎ側電極
２１，３１，４１  低温ＧａＮバッファー層
２２，３２，４２  ＧａＮ層
２３，３３，４３  超格子構造からなるｐ型III族窒化物半導体
２３ａ，３３ａ  Ｉｎ0.04Ａｌ0.2Ｇａ0.76Ｎ層
２３ｂ  ｐ型Ｉｎ0.1Ａｌ0.04Ｇａ0.86Ｎ層
３３ｂ，４３ｂ  Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層」
４３ａ  Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層
５１  ＡｌＮ低温バッファー層
５２，７２  ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層
５３  ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
５４  Ｉｎ0.17Ｇａ0.83Ｎ活性層
５５  超格子からなるｐ型クラッド層
５５ａ  Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層
５５ｂ  ｐ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層
５６  ｐ型ＧａＮコンタクト層
５７，８０，１３０  絶縁保護膜
５８，８１，９６，１３１  ｐ側オーミック電極
５９，８２，９７，１１２，１３２  ｎ側オーミック電極
６０，８３  配線電極
７１，１０１  ＡｌＧａＮ低温バッファー層
７３  超格子からなるｎ型クラッド層
７３ａ  Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層
７３ｂ  ｎ型Ｉｎ0.2Ｇａ0.80Ｎ層  
７４  ｎ型ＧａＮガイド層
７５  Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層（２ペア）
７６  ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層
７７  ｐ型ＧａＮガイド層
７８  超格子からなるｐ型クラッド層
７８ａ  ｐ型Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層
７８ｂ  ｐ型Ｉｎ0.2Ｇａ0.80Ｎ層７８ｂ
７９，９５，１０９  ｐ型ＧａＮコンタクト層
９０，１００，１２０  ｎ型ＧａＮ基板
９１  ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ低温バッファー層
９２  超格子からなるｎ型クラッド層
９２ａ  Ｉｎ0.02Ａｌ0.34Ｇａ0.64Ｎ層
９２ｂ  Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層
９３  Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ活性層
９４  超格子からなるｐ型クラッド層
９４ａ  Ｉｎ0.02Ａｌ0.34Ｇａ0.64Ｎ層
９４ｂ  Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層
１０２  ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ高温バッファー層
１０３  超格子からなるｎ型クラッド層
１０３ａ  Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層
１０３ｂ  Ｉｎ0.2Ｇａ0.80Ｎ層
１０４  ｎ型ＧａＮガイド層
１０５  Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ／Ｉｎ0.17Ｇａ0.85Ｎ多重量子井戸活性層
１０６  ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層
１０７  ｐ型ＧａＮガイド層
１０８  超格子からなるｐ型クラッド層
１０８ａ  Ｉｎ0.05Ａｌ0.24Ｇａ0.71Ｎ層
１０８ｂ  Ｉｎ0.2Ｇａ0.80Ｎ層
１１０  絶縁型ＧａＮ層
１１１  ストライプ状のｐ側オーミック電極
１２１  ｎ型ＡｌＧａＮ低温バッファー層
１２２  ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ高温バッファー層
１２３  超格子からなるｎ型クラッド層
１２３ａ  Ｉｎ0.04Ａｌ0.24Ｇａ0.72Ｎ層
１２３ｂ  Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１２３ｂ  
１２４  ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎガイド層
１２５  ＧａＮ／Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ多重量子井戸活性層
１２６  ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層
１２７  ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎガイド層
１２８  超格子からなるｐ型クラッド層
１２８ａ  Ｉｎ0.04Ａｌ0.24Ｇａ0.72Ｎ層
１２８ｂ  Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層
１２９  ｐ型ＧａＮコンタクト層
４００，９００  電流狭窄リッジ構造
４０１，４０２，８０１，８０２  光共振器端面
５０１，５０２，７００  光出射端面
５０３    受光面
１０００，２０００  半導体レーザーの積層構造 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１１】
【特許文献１】特開平５−１８３１８９号公報
【特許文献２】特開平３−２１８６２５号公報
【特許文献３】特開平８−１２５２２２号公報
【特許文献４】特開平６−２３２４５１号公報
【特許文献５】特開平１０−１０１４９６号公報
【特許文献６】特開平１１−３４０５０９号公報
【図１】
2014160872.tif 000003
【図２】
2014160872.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年6月2日(2014.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎとＡｌを構成元素に含む第１のIII族窒化物半導体と、第１のIII族窒化物半導体よりもバンドギャップが小さく、Ｉｎを構成元素に含む第２のIII族窒化物半導体とが交互に積層された超格子構造で構成されているｐ型III族窒化物半導体上に、水素の拡散深さ以上の厚さを有する少なくとも１層のＭｇを含むIII族窒化物半導体を積層し、前記III族窒化物半導体の成膜温度から室温まで冷却した後に、前記Ｍｇを含むIII族窒化物半導体のうちの水素が拡散した領域の一部または全部を除去して、前記超格子構造で構成されているｐ型III族窒化物半導体上に積層された前記ｐ型III族窒化物半導体を露出させ、当該露出した前記ｐ型III族窒化物半導体上に電極を形成して、所定の半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記III族窒化物半導体の成膜温度から室温まで冷却した後に、ｐ型活性化処理であるアニールを行わずに、前記Ｍｇを含むIII族窒化物半導体のうちの水素が拡散した領域の一部または全部を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。