(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記III族窒化物半導体領域に接触を成す電極と、
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以下であり、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の前記ｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄは、１×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下であり、
前記III族窒化物半導体領域は、前記電極に接触を成すｐ型コンタクト層を含み、
前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、前記基板と前記ｐ型コンタクト層との間に設けられ、
前記ｐ型コンタクト層は、不純物として酸素を含み、前記ｐ型コンタクト層の酸素濃度は、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度Ｎｏｘｇより大きい、III族窒化物半導体素子。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項６】
前記III族窒化物半導体領域は、ｐ型III族窒化物半導体領域を含み、
前記ｐ型III族窒化物半導体領域は前記ｐ型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ｐ型コンタクト層と第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。
【請求項７】
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、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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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、
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以下であり、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の前記ｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄは、１×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下であり、
前記III族窒化物半導体領域は、前記電極に接触を成すｐ型コンタクト層を含み、
前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、前記基板と前記ｐ型コンタクト層との間に設けられ、
前記ｐ型コンタクト層は、不純物として酸素を含み、前記ｐ型コンタクト層の酸素濃度は、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度Ｎｏｘｇより大きい、III族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項１６】
前記III族窒化物半導体領域は、ｐ型III族窒化物半導体積層を含み、
前記ｐ型III族窒化物半導体積層は前記ｐ型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ｐ型コンタクト層と第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Ｎｏｘｇ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。
【請求項１７】
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、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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項２１】
前記基板及び前記III族窒化物半導体領域は、III族窒化物半導体素子のためのエピタキシャル基板を構成し、
前記エピタキシャル基板の表面粗さは、算術平均新粗さで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。
【請求項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以下であり、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の前記ｐ型ドーパント濃度Ｎｐｄは、１×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下であり、
前記III族窒化物半導体領域は、ｐ型コンタクト層を含み、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層は、前記基板と前記ｐ型コンタクト層との間に設けられ、
前記ｐ型コンタクト層は、不純物として酸素を含み、前記ｐ型コンタクト層の酸素濃度は、前記第１のｐ型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度Ｎｏｘｇより大きい、エピタキシャル基板。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項２８】
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、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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項３２】
前記エピタキシャル基板の表面粗さは、算術平均新粗さで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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２０９１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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７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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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好適である。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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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以下であることが好適である。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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以下であることが好適である。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。
【００３７】
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、算術平均新粗さで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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、算術平均新粗さで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。
【００５５】
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好適な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。
【発明の効果】
【００５６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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好適である。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。更に好適な実施例では、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。
【００６６】
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好適である。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。
【００６７】
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。
【００６８】
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以下であることが好ましい。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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
好適な実施例では、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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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、算術平均新粗さで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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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好ましい。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好ましい。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好ましい。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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
（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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
（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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
（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。
【０１００】
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。
【０１０１】
（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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
（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、算術平均新粗さで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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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「酸素源からの酸素脱離係数」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好適である。
【０１１２】
好適な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。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
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。
【符号の説明】
【０１１４】
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。
【図１】
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【図２】
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【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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