(57)【要約】【課題】ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触の特性を改善可能な構造を有する窒化物半導体素子を提供する。【解決手段】電極１６と第１のｐ型III族窒化物半導体層５３との接触による金属−半導体界面Ｊ０に界面障壁が形成され、この界面障壁は、III族窒化物半導体レーザ素子１１の接触抵抗として現れる。第２のｐ型III族窒化物半導体層５５が歪みを内包するように第１のｐ型III族窒化物半導体層５３と第３のｐ型III族窒化物半導体層５７との間に第２のｐ型III族窒化物半導体層５５を挟んでｐ型III族窒化物半導体積層５１を構成する。第２のｐ型III族窒化物半導体層５５の歪みがｐ型III族窒化物半導体積層５１のバンド構造を変化させる。このバンド構造の変化は、下地の主面２３ａが５０度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜するとき、金属−半導体界面で界面障壁によるバリア高を下げるように働く。【選択図】図１
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【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、
III族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のｃ面と５０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜した主面を有するIII族窒化物半導体層と、
前記III族窒化物半導体層の前記主面上に設けられた第１のｐ型III族窒化物半導体層、第２のｐ型III族窒化物半導体層及び第３のｐ型III族窒化物半導体層を含み、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層が歪みを内包するように前記第１のｐ型III族窒化物半導体層と前記第３のｐ型III族窒化物半導体層との間に前記第２のｐ型III族窒化物半導体層が挟まれたｐ型III族窒化物半導体積層と、
前記ｐ型III族窒化物半導体積層上に設けられた電極と、
を備え、
前記電極は前記第１のｐ型III族窒化物半導体層に接触を成し、
前記第１のｐ型III族窒化物半導体層、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層及び前記第３のｐ型III族窒化物半導体層は、前記電極から前記III族窒化物半導体層への方向に、前記主面の法線軸に沿って配列されている、III族窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記第１のIII族窒化物半導体層の構成元素の種類は、前記第２のIII族窒化物半導体層の構成元素の種類と異なり、
前記第３のIII族窒化物半導体層の構成元素の種類は、前記第２のIII族窒化物半導体層の構成元素の種類と異なり、
前記第２のIII族窒化物半導体層のIII族窒化物半導体は、インジウム（Ｉｎ）及びアルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれか一方を構成元素として備える、請求項１に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記第２のｐ型III族窒化物半導体層は、２ｎｍ以上の厚さを有し、１０ｎｍ以下の厚さを有する、請求項１又は請求項２に記載のIII族窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記第１のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタは、Ｍｇ及びＺｎの少なくともいずれか一方を備え、
前記第２のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタは、Ｍｇ及びＺｎの少なくともいずれか一方を備え、
前記第３のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタは、Ｍｇ及びＺｎの少なくともいずれか一方を備える、請求項１〜請求項３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５】
前記III族窒化物半導体層の前記主面は、前記III族窒化物半導体の前記ｃ面と６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜する、請求項１〜請求項４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６】
前記第３のｐ型III族窒化物半導体層の材料は前記第１のｐ型III族窒化物半導体層の材料と同じである、請求項１〜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III族窒化物半導体層はＧａＮを備える、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２のｐ型III族窒化物半導体層はＡｌＧａＮを備える、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９】
前記第２のｐ型III族窒化物半導体層のＡｌＧａＮは２％以上のＡｌ組成を有し、１０％以下のＡｌ組成を有する、請求項８に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記第２のｐ型III族窒化物半導体層はＩｎＧａＮを備える、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１１】
前記第２のｐ型III族窒化物半導体層のＩｎＧａＮは２％以上のＩｎ組成を有し、１０％以下のＩｎ組成を有する、請求項１０に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項１２】
前記第１のｐ型III族窒化物半導体層は５０ｎｍ以下の厚さを有する、請求項１〜請求項１１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１３】
前記第２のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタ濃度は、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタ濃度を基準に−２０％以上＋２０％以下の範囲にあり、
前記第３のｐ型III族窒化物半導体層は、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層及び前記第２のｐ型III族窒化物半導体層より低いアクセプタ濃度を有する、請求項１〜請求項１２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１４】
前記第１のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタ濃度は１×１０２０ｃｍ−３以上であり、
前記第２のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタ濃度は１×１０２０ｃｍ−３以上である、請求項１〜請求項１３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１５】
前記第３のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタ濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上であり、５×１０１９ｃｍ−３未満である、請求項１〜請求項１４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１６】
発光素子のための活性層を更に備え、
前記III族窒化物半導体層はｎ型の導電性を有し、
当該III族窒化物半導体素子は、前記発光素子のための活性層を更に備え、
前記活性層は前記III族窒化物半導体層の前記主面と前記ｐ型III族窒化物半導体積層との間に設けられる、請求項１〜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。
【請求項１７】
当該III族窒化物半導体素子は電子デバイス素子を含む、請求項１〜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。
【請求項１８】
ｐ型コンタクト構造であって、
III族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のｃ面と５０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜した主面を有するIII族窒化物半導体層と、
前記III族窒化物半導体層の前記主面上に設けられたｐ型III族窒化物半導体領域と、
前記ｐ型III族窒化物半導体領域上に設けられた電極と、
を備え、
前記ｐ型III族窒化物半導体領域は、第１のｐ型III族窒化物半導体層と、第２のｐ型III族窒化物半導体層と、第３のｐ型III族窒化物半導体層を含み、
前記第１のｐ型III族窒化物半導体層、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層及び前記第３のｐ型III族窒化物半導体層は、前記電極から前記III族窒化物半導体層への方向に、前記主面の法線軸に沿って配列されており、
前記電極は前記第１のｐ型III族窒化物半導体層に接触を成し、
前記第１のｐ型III族窒化物半導体層は前記第２のｐ型III族窒化物半導体層に第１ヘテロ接合を成すと共に、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層は前記第３のｐ型III族窒化物半導体層に第２ヘテロ接合を成して、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層は歪みを内包する、ｐ型コンタクト構造。
【請求項１９】
III族窒化物半導体素子を作製する方法であって、
III族窒化物半導体からなる主面を有する複数の基板を準備する工程と、
第１のｐ型III族窒化物半導体層と、第１のIII族構成元素及び第２のIII族構成元素を備える第２のｐ型III族窒化物半導体層と、第３のｐ型III族窒化物半導体層とを備えるｐ型窒化物半導体積層を含む複数のエピタキシャル基板を形成する工程と、
前記複数のエピタキシャル基板の前記ｐ型窒化物半導体積層の表面に接触を成す電極を形成して、複数の基板生産物を形成する工程と、
前記複数の基板生産物における前記ｐ型窒化物半導体積層の前記表面と前記電極との接触抵抗を測定する工程と、
前記複数の基板生産物における前記第１のIII族構成元素と前記第２のIII族構成元素との比率と前記複数の基板生産物における前記接触抵抗との関係を得る工程と、
前記関係に基づき、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層のための前記第１のIII族構成元素及び前記第２のIII族構成元素の組成を決定する工程と、
前記III族窒化物半導体素子を作製するために、第３III族窒化物層、前記決定された組成を有する第２III族窒化物層、及び第１III族窒化物層を順に成長する工程と、
前記III族窒化物半導体素子を作製するために、前記第１III族窒化物層の表面に接触を成す電極を形成する工程と、
を備え、
前記複数のエピタキシャル基板を形成する前記工程では、前記基板の各々における前記主面上に、前記第３のｐ型III族窒化物半導体層と、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層と、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層とを順に成長しており、
前記第２のｐ型III族窒化物半導体層は、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層及び前記第３のｐ型III族窒化物半導体層に挟まれて歪みを内包しており、
前記複数のエピタキシャル基板を形成する前記工程では、前記エピタキシャル基板において前記第１のIII族構成元素と前記第２のIII族構成元素との比率が互いに異なるように、前記エピタキシャル基板の前記第２のｐ型III族窒化物半導体層を成長する、III族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項２０】
前記第１のIII族構成元素はインジウムである、請求項１９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】
前記第２のIII族構成元素はアルミニウムである、請求項１９又は請求項２０に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【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、ｐ型コンタクト構造、及びIII族窒化物半導体素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、発光効率に優れた窒化物半導体発光素子を開示する。窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に発光する活性層とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−３３０６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒化物半導体発光素子のｐ型窒化物半導体層表面には、正電極が形成されている。この窒化物半導体発光素子では、ｐ型窒化物半導体層は、第１のｐ型窒化物半導体層及び第２のｐ型窒化物半導体層を含む。第１のｐ型窒化物半導体層は、正電極と接しており、高いアクセプタ濃度を有する。第２のｐ型窒化物半導体層は、第１のｐ型窒化物半導体層より低いアクセプタ濃度を有し、第１のｐ型窒化物半導体層に接している。正電極の接触面を基準とし、この正電極と接する面を高不純物濃度の第１のｐ型窒化物半導体層が提供し、その第１のｐ型窒化物半導体層に接して低不純物濃度の第２のｐ型窒化物半導体層を設けている。正電極に接する層を基準としてアクセプタ濃度が調整されたドーパントプロファイルを有するｐ層を作成することにより、窒化物半導体発光素子の発光効率を向上させている。
【０００５】
上記のように、引用文献１では、正電極に接触を成すｐ型窒化物半導体領域内のドーパントプロファイルの形状を利用して窒化物半導体発光素子の特性を改善している。しかし、発明者らの知見によれば、窒化物半導体発光素子の発光効率に関して更なる向上の要求があり、更には、発光素子及び電子デバイスといった窒化物半導体素子において、特にｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触の特性改善に関心が向けられる。
【０００６】
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、ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触の特性を改善可能な構造を有する窒化物半導体素子を提供することを目的し、本発明の別の側面は、ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触の特性を改善可能な構造を有するｐ型コンタクト構造を提供することを目的とする。また、本発明の更なる別の側面は、ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触の特性を改善可能な構造を作製可能な窒化物半導体発光素子を作製する方法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】
【０００７】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子は、III族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のｃ面と５０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜した主面を有するIII族窒化物半導体層と、前記III族窒化物半導体層の前記主面上に設けられた第１のｐ型III族窒化物半導体層、第２のｐ型III族窒化物半導体層及び第３のｐ型III族窒化物半導体層を含み、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層が歪みを内包するように前記第１のｐ型III族窒化物半導体層と前記第３のｐ型III族窒化物半導体層との間に前記第２のｐ型III族窒化物半導体層が挟まれたｐ型III族窒化物半導体積層と、前記ｐ型III族窒化物半導体積層上に設けられた電極とを備える。前記電極は前記第１のｐ型III族窒化物半導体層に接触を成し、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層及び前記第３のｐ型III族窒化物半導体層は、前記電極から前記III族窒化物半導体層への方向に、前記主面の法線軸に沿って配列されている。
【０００８】
本発明の別の側面に係るｐ型コンタクト構造は、III族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のｃ面と５０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜した主面を有するIII族窒化物半導体層と、前記III族窒化物半導体層の前記主面上に設けられたｐ型III族窒化物半導体領域と、前記ｐ型III族窒化物半導体領域上に設けられた電極とを備える。前記ｐ型III族窒化物半導体領域は、第１のｐ型III族窒化物半導体層と、第２のｐ型III族窒化物半導体層と、第３のｐ型III族窒化物半導体層を含み、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層及び前記第３のｐ型III族窒化物半導体層は、前記電極から前記III族窒化物半導体層への方向に、前記主面の法線軸に沿って配列されており、前記電極は前記第１のｐ型III族窒化物半導体層に接触を成し、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層は前記第２のｐ型III族窒化物半導体層に第１ヘテロ接合を成すと共に、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層は前記第３のｐ型III族窒化物半導体層に第２ヘテロ接合を成して、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層は歪みを内包する。
【０００９】
本発明の更なる別の側面はIII族窒化物半導体素子を作製する方法に係る。この方法は、III族窒化物半導体からなる主面を有する複数の基板を準備する工程と、第１のｐ型III族窒化物半導体層と、第１のIII族構成元素及び第２のIII族構成元素を備える第２のｐ型III族窒化物半導体層と、第３のｐ型III族窒化物半導体層とを備えるｐ型窒化物半導体積層を含む複数のエピタキシャル基板を形成する工程と、前記複数のエピタキシャル基板の前記ｐ型窒化物半導体積層の表面に接触を成す電極を形成して、複数の基板生産物を形成する工程と、前記複数の基板生産物における前記ｐ型窒化物半導体積層の前記表面と前記電極との接触抵抗を測定する工程と、前記複数の基板生産物における前記第１のIII族構成元素と前記第２のIII族構成元素との比率と前記複数の基板生産物における前記接触抵抗との関係を得る工程と、前記関係に基づき、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層のための前記第１のIII族構成元素及び前記第２のIII族構成元素の組成を決定する工程と、前記III族窒化物半導体素子を作製するために、第３III族窒化物層、前記決定された組成を有する第２III族窒化物層、及び第１III族窒化物層を順に成長する工程と、前記III族窒化物半導体素子を作製するために、前記第１III族窒化物層の表面に接触を成す電極を形成する工程とを備えることができる。前記複数のエピタキシャル基板を形成する前記工程では、前記基板の各々における前記主面上に、前記第３のｐ型III族窒化物半導体層と、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層と、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層とを順に成長しており、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層は、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層及び前記第３のｐ型III族窒化物半導体層に挟まれて歪みを内包しており、前記複数のエピタキシャル基板を形成する前記工程では、前記エピタキシャル基板毎に前記第１のIII族構成元素と前記第２のIII族構成元素との比率が異なるように、前記エピタキシャル基板の前記第２のｐ型III族窒化物半導体層を成長する。
【００１０】
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】
【００１１】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触の特性を改善可能な構造を有する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、ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触の特性を改善可能な構造を有するｐ型コンタクト構造が提供される。さらに、本発明の更なる別の側面によれば、ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触の特性を改善可能な構造を作製可能な窒化物半導体発光素子を作製する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、ポテンシャルダイアグラムの計算値を示す図面を示す。
【図３】図３は、第２のｐ型III族窒化物半導体層が圧縮歪みを内包するｐ型コンタクト構造のポテンシャルダイアグラムを示す図面である。
【図４】図４は、実施例１の構成を示す図面である。
【図５】図５は、実施例１のための実験条件の一覧を示す図面である。
【図６】図６は、層厚を横軸に示しそしてIII構成元素を縦軸に示して、良好な素子特性の範囲を規定する図面である。
【図７】図７は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
引き続き、本発明に係るいくつかの形態を説明する。
【００１４】
本発明の実施形態に係るIII族窒化物半導体素子は、（ａ）III族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のｃ面と５０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜した主面を有するIII族窒化物半導体層と、（ｂ）前記III族窒化物半導体層の前記主面上に設けられた第１のｐ型III族窒化物半導体層、第２のｐ型III族窒化物半導体層及び第３のｐ型III族窒化物半導体層を含み、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層が歪みを内包するように前記第１のｐ型III族窒化物半導体層と前記第３のｐ型III族窒化物半導体層との間に前記第２のｐ型III族窒化物半導体層が挟まれたｐ型III族窒化物半導体積層と、（ｃ）前記ｐ型III族窒化物半導体積層上に設けられた電極とを備える。前記電極は前記第１のｐ型III族窒化物半導体層に接触を成し、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層及び前記第３のｐ型III族窒化物半導体層は、前記電極から前記III族窒化物半導体層への方向に、前記主面の法線軸に沿って配列されている。
【００１５】
このIII族窒化物半導体素子によれば、電極と第１のｐ型III族窒化物半導体層との接触による金属−半導体界面において界面障壁が形成され、この界面障壁は、III族窒化物半導体素子の接触抵抗として現れる。第２のｐ型III族窒化物半導体層が歪みを内包するように第１のｐ型III族窒化物半導体層と第３のｐ型III族窒化物半導体層との間に第２のｐ型III族窒化物半導体層を挟んでｐ型III族窒化物半導体積層を構成する。このｐ型III族窒化物半導体積層において、第２のｐ型III族窒化物半導体層の歪みが、ｐ型III族窒化物半導体積層のバンド構造を変化させる。このバンド構造の変化は、ｐ型III族窒化物半導体層の下地の主面が５０度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜するとき、金属−半導体界面において界面障壁によるバリアハイトを下げるように働く。これ故に、III族窒化物半導体素子の接触抵抗の低減に有効である。
【００１６】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタ濃度は、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタ濃度を基準に−２０％以上＋２０％以下の範囲にあり、前記第３のｐ型III族窒化物半導体層は、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層及び前記第２のｐ型III族窒化物半導体層より低いアクセプタ濃度を有することができる。
【００１７】
このIII族窒化物半導体素子によれば、第３のｐ型III族窒化物半導体層が第１のｐ型III族窒化物半導体層及び第２のｐ型III族窒化物半導体層より低いアクセプタ濃度を有するので、第３のｐ型III族窒化物半導体層上に成長される第１のｐ型III族窒化物半導体層及び第２のｐ型III族窒化物半導体層の結晶品質の低下を避けることができる。また、第２のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタ濃度が第１のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタ濃度を基準に−２０％以上＋２０％以下の範囲にあるので、第２のｐ型III族窒化物半導体層におけるバリアの影響を低減できる。
【００１８】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第１のIII族窒化物半導体層の構成元素の種類は、前記第２のIII族窒化物半導体層の構成元素の種類と異なり、前記第２のIII族窒化物半導体層の構成元素の種類は、前記第３のIII族窒化物半導体層の構成元素の種類と異なり、前記第２のIII族窒化物半導体層のIII族窒化物半導体は、インジウム（Ｉｎ）及びアルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれか一方を構成元素として備えることができる。
【００１９】
このIII族窒化物半導体素子によれば、第２のIII族窒化物半導体層のIII族窒化物半導体がインジウム（Ｉｎ）及びアルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれか一方を構成元素として有するとき、第２のIII族窒化物半導体層が歪みを内包すること容易にする。
【００２０】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層は、２ｎｍ以上の厚さを有し、１０ｎｍ以下の厚さを有することができる。
【００２１】
このIII族窒化物半導体素子によれば、第２のｐ型III族窒化物半導体層の歪みは、第１のｐ型III族窒化物半導体層と電極との金属−半導体界面の界面障壁を下げるように作用する一方で、第２のｐ型III族窒化物半導体層内のバンド障壁を形成する。上記の厚さ範囲によれば、第２のｐ型III族窒化物半導体層内のバンド障壁の影響の顕在化を低減できる。
【００２２】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子では、前記アクセプタは、Ｍｇ及びＺｎの少なくともいずれか一方を含むことができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、ｐ導電性のためのドーパントとして、Ｍｇ及びＺｎの少なくともいずれか一方を用いることができる。
【００２３】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子では、前記III族窒化物半導体層の前記主面は、前記III族窒化物半導体の前記ｃ面と６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜することができる。
【００２４】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第３のｐ型III族窒化物半導体層の材料は前記第１のｐ型III族窒化物半導体層の材料と同じ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、第１のｐ型III族窒化物半導体層の材料及び第３のｐ型III族窒化物半導体層の材料が互いに同じとき、第２のIII族窒化物半導体層が歪みを内包することを容易にする。
【００２５】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層はＧａＮを備えることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、第１のｐ型III族窒化物半導体層の材料及び第３のｐ型III族窒化物半導体層の材料が共にＧａＮからなるとき、第２のIII族窒化物半導体層が歪みを内包することを容易にする。
【００２６】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層はＡｌＧａＮを備えることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、第２のｐ型III族窒化物半導体層はＡｌＧａＮを備えるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層は引っ張り歪みを内包する。
【００２７】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層のＡｌＧａＮは２％以上のＡｌ組成を有し、１０％以下のＡｌ組成を有することができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、ＡｌＧａＮのＡｌ組成が上記の範囲であるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層の歪みによる金属−半導体界面の界面障壁低減の作用を得る一方で、ＡｌＧａＮ自身のバンド障壁の影響の顕在化を低減できる。
【００２８】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層はＩｎＧａＮを備えることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、第２のｐ型III族窒化物半導体層はＩｎＧａＮを備えるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層は圧縮歪みを内包する。
【００２９】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層のＩｎＧａＮは２％以上のＩｎ組成を有し、１０％以下のＩｎ組成を有することができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、ＩｎＧａＮのＩｎ組成が上記の範囲であるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層の歪みによる金属−半導体界面の界面障壁低減の作用を得る一方で、ＩｎＧａＮ自身のバンド障壁の影響の顕在化を低減できる。
【００３０】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層は５０ｎｍ以下の厚さを有することができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、第１のｐ型III族窒化物半導体層の厚さが上記の範囲であるとき、第１のｐ型III族窒化物半導体層と第２のｐ型III族窒化物半導体層とのヘテロ接合におけるピエゾ分極の作用を金属−半導体界面に顕在化させることができる。
【００３１】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタ濃度は１×１０２０ｃｍ−３以上であり、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタ濃度は１×１０２０ｃｍ−３以上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、第１のｐ型III族窒化物半導体層が１×１０２０ｃｍ−３以上のアクセプタ濃度を有するとき、高いアクセプタ濃度の作用により金属−半導体界面の障壁を低減できる。
【００３２】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第３のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタ不純物濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３未満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、第３のｐ型III族窒化物半導体層が１×１０１９ｃｍ−３以上のアクセプタ濃度を有するとき、第３のｐ型III族窒化物半導体層が大きな比抵抗を有することを避けることができる。また、第１のｐ型III族窒化物半導体層が５×１０１９ｃｍ−３未満のアクセプタ濃度を有するとき、高いアクセプタ濃度の作用による結晶品質の低下を避けることができる。
【００３３】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子は、発光素子のための活性層を更に備えることができる。前記III族窒化物半導体層はｎ型半導体層を含み、前記活性層は前記III族窒化物半導体層の前記主面と前記ｐ型III族窒化物半導体領域との間に設けられることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、III族窒化物半導体発光素子において金属−半導体界面の障壁を低減できる。
【００３４】
或いは、本実施形態に係るIII族窒化物半導体素子は電子デバイス素子を含むことができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、III族窒化物半導体を用いる電子デバイス素子において金属−半導体界面の障壁を低減できる。
【００３５】
本発明の実施形態に係るｐ型コンタクト構造は、（ａ）III族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のｃ面と５０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜した主面を有するIII族窒化物半導体層と、（ｂ）前記III族窒化物半導体層の前記主面上に設けられたｐ型III族窒化物半導体領域と、（ｃ）前記ｐ型III族窒化物半導体領域上に設けられた電極とを備える。前記ｐ型III族窒化物半導体領域は、第１のｐ型III族窒化物半導体層と、第２のｐ型III族窒化物半導体層と、第３のｐ型III族窒化物半導体層を含み、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層及び前記第３のｐ型III族窒化物半導体層は、前記電極から前記III族窒化物半導体層への方向に、前記主面の法線軸に沿って配列されており、前記電極は前記第１のｐ型III族窒化物半導体層に接触を成し、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層は前記第２のｐ型III族窒化物半導体層に第１ヘテロ接合を成すと共に、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層は前記第３のｐ型III族窒化物半導体層に第２ヘテロ接合を成して、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層は歪みを内包する。
【００３６】
このｐ型コンタクト構造によれば、電極と第１のｐ型III族窒化物半導体層との接触による金属−半導体界面において界面障壁が形成され、この界面障壁は、III族窒化物半導体素子の接触抵抗として現れる。第１のｐ型III族窒化物半導体層は第２のｐ型III族窒化物半導体層に第１ヘテロ接合を成す。この歪みを内包する第２のｐ型III族窒化物半導体層は、第１ヘテロ接合を介して第１のｐ型III族窒化物半導体層のバンドを変化させる。このバンド変化は、ｐ型III族窒化物半導体層の下地の主面が５０度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜するとき、金属−半導体界面において界面障壁によるバリアハイトを下げるように働く。これ故に、III族窒化物半導体素子の接触抵抗の低減に有効である。
【００３７】
本発明の実施形態はIII族窒化物半導体素子を作製する方法に係る。この方法は、（ａ）III族窒化物半導体からなる主面を有する複数の基板を準備する工程と、（ｂ）第１のｐ型III族窒化物半導体層と、第１のIII族構成元素及び第２のIII族構成元素を備える第２のｐ型III族窒化物半導体層と、第３のｐ型III族窒化物半導体層とを備えるｐ型窒化物半導体積層を含む複数のエピタキシャル基板を形成する工程と、（ｃ）前記複数のエピタキシャル基板の前記ｐ型窒化物半導体積層の表面に接触を成す電極を形成して、複数の基板生産物を形成する工程と、（ｄ）前記複数の基板生産物における前記ｐ型窒化物半導体積層の前記表面と前記電極との接触抵抗を測定する工程と、（ｅ）前記複数の基板生産物における前記第１のIII族構成元素と前記第２のIII族構成元素との比率と前記複数の基板生産物における前記接触抵抗との関係を得る工程と、（ｆ）前記関係に基づき、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層のための前記第１のIII族構成元素及び前記第２のIII族構成元素の組成を決定する工程と、（ｇ）前記III族窒化物半導体素子を作製するために、第３III族窒化物層、前記決定された組成を有する第２III族窒化物層、及び第１III族窒化物層を順に成長する工程と、（ｈ）前記III族窒化物半導体素子を作製するために、前記第１III族窒化物層の表面に接触を成す電極を形成する工程とを備えることができる。前記複数のエピタキシャル基板を形成する前記工程では、前記基板の各々における前記主面上に、前記第３のｐ型III族窒化物半導体層と、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層と、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層とを順に成長しており、前記第２のｐ型III族窒化物半導体層は、前記第１のｐ型III族窒化物半導体層及び前記第３のｐ型III族窒化物半導体層に挟まれて歪みを内包しており、前記複数のエピタキシャル基板を形成する前記工程では、前記エピタキシャル基板毎に前記第１のIII族構成元素と前記第２のIII族構成元素との比率が異なるように、前記エピタキシャル基板の前記第２のｐ型III族窒化物半導体層を成長する。
【００３８】
このIII族窒化物半導体素子を作製する方法（以下「作製方法」と記す）によれば、エピタキシャル基板を形成する際に、エピタキシャル基板毎に第１のIII族構成元素と第２のIII族構成元素との元素比率が異なるように、エピタキシャル基板の第２のｐ型III族窒化物半導体層を成長すると共に、これらの第２のｐ型III族窒化物半導体層を含む複数の基板生産物におけるｐ型窒化物半導体表面と電極との接触抵抗を測定する。基板生産物毎の元素比率と基板生産物毎の接触抵抗との関係に基づき、第２のｐ型III族窒化物半導体層のための第１のIII族構成元素及び第２のIII族構成元素の組成を決定する。この後に、III族窒化物半導体素子を作製するために、第３のｐ型III族窒化物半導体層と実質的に同一の組成を有する第３III族窒化物層、決定された構成元素組成を用いる第２III族窒化物層、及び第１のｐ型III族窒化物半導体層と実質的に同一の組成を有する第１III族窒化物層を順に成長する。そして、III族窒化物半導体素子を作製するために、第１III族窒化物層の表面に接触を成す電極を形成する。これ故に、ピエゾ分極の作用により順方向電圧を低減可能なIII族窒化物半導体素子を作製できる。
【００３９】
本実施形態に係る製造方法では、前記第１のIII族構成元素はインジウムであることができる。また、本発明に係る製造方法では、前記第２のIII族構成元素はアルミニウムであることができる。
【００４０】
本実施形態に係る製造方法では、前記第１III族窒化物層は窒化ガリウム系半導体を備え、前記第２III族窒化物層は窒化ガリウム系半導体を備え、前記第３III族窒化物層は窒化ガリウム系半導体を備えることができる。
【００４１】
引き続いて添付図面を参照しながら、本発明のIII族窒化物半導体素子、ｐ型コンタクト構造、III族窒化物半導体素子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。実施の形態の説明では、III族窒化物半導体素子の一例としてIII族窒化物半導体レーザ素子を説明するが、III族窒化物半導体素子にはIII族窒化物発光ダイオード素子、III族窒化物電子デバイス素子が包含される。また、III族窒化物半導体素子を作製する方法として、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法を説明する。III族窒化物半導体レーザ素子には、ｐ型コンタクト構造が適用されている。III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法には、ｐ型コンタクト構造を作製する方法が適用される。
【００４２】
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を概略的に示す図面である。図１の（ａ）部を参照すると、本実施の形態では、III族窒化物半導体素子としてIII族窒化物半導体レーザ素子１１を説明する。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、リッジ構造を有するけれども、本発明の実施の形態は、リッジ構造に限定されるものではなく、例えば利得導波路構造にも適用可能である。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、レーザ構造体１３及び電極１５を備える。レーザ構造体１３は、支持基体１７及び半導体領域１９を含む。支持基体１７は、六方晶系III族窒化物半導体からなることができ、また半極性主面１７ａ及び裏面１７ｂを有する。半導体領域１９は、支持基体１７の半極性主面１７ａ上に設けられている。電極１５は、レーザ構造体１３の半導体領域１９上に設けられる。半導体領域１９は、第１のクラッド層２１と、第２のクラッド層２３と、活性層２５とを含む。第１のクラッド層２１は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。第２のクラッド層２３は、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。活性層２５は、第１のクラッド層２１と第２のクラッド層２３との間に設けられる。活性層２５は窒化ガリウム系半導体層を含み、この窒化ガリウム系半導体層は例えば井戸層２５ａである。活性層２５は窒化ガリウム系半導体からなる障壁層２５ｂを含み、井戸層２５ａ及び障壁層２５ｂは交互に配列されている。井戸層２５ａは、例えばＩｎＧａＮ等からなり、障壁層２５ｂは例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。活性層２５は、例えば波長３６０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の光を発生するように設けられた発光領域を含むことができる。第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５は、半極性主面１７ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。レーザ構造体１３は、光共振器のための端面として、第１の割断面２７及び第２の割断面２９を含む。支持基体１７の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、半極性主面１７ａの法線軸ＮＸに対して、ゼロより大きな角度ＡＬＰＨＡで傾斜する。
【００４３】
レーザダイオード構造では、共振器端面の作製の実現性を考慮して以下の形態が可能である。レーザダイオード構造の一例では、支持基体１７の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は第１の割断面２７から第２の割断面２９への方向に延在する導波路軸の方向に傾斜していることができる。或いは、レーザダイオード構造の別の例では、支持基体１７の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は第１の割断面２７から第２の割断面２９への方向に延在する導波路軸の方向に交差する方向（例えば直交）に傾斜していることができる。
【００４４】
なお、発光ダイオード構造では、半導体チップの作製の実現性を考慮して以下の形態が可能である。発光ダイオード構造の一例では、支持基体１７の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に延在する導波路軸の方向に傾斜していることができる。或いは、発光ダイオード構造の別例では、支持基体１７の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜することができる。
【００４５】
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、絶縁膜３１を更に備える。絶縁膜３１はレーザ構造体１３の半導体領域１９の表面１９ａ（半導体領域表面）を覆っており、半導体領域１９は絶縁膜３１と支持基体１７との間に位置する。例えば、レーザ構造体１３の第１の割断面２７及び第２の割断面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸（又はａ軸）及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面（ａ−ｎ面）に交差する。支持基体１７は六方晶系III族窒化物半導体からなる。絶縁膜３１は開口３１ａ（絶縁膜開口）を有し、開口３１ａは半導体領域１９の表面１９ａと上記のｍ−ｎ面（ａ−ｎ面）との交差線ＬＩＸの方向に延在し、例えばストライプ形状を成す。電極１５は、開口３１ａを介して半導体領域１９の表面１９ａ（例えば第２導電型のコンタクト層３３）に接触を成しており、上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、レーザ導波路は、第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５を含み、また上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。
【００４６】
本実施例では、図１の（ｂ）部を参照すると、コンタクト層３３はｐ型III族窒化物半導体積層５１を備える。ｐ型III族窒化物半導体積層５１は、下地としてのIII族窒化物半導体層（本実施例では第２のクラッド層２３）上に接して設けられる。下地としてのIII族窒化物半導体層の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、III族窒化物半導体層の半極性主面の法線軸（本実施例では法線軸ＮＸに同一）に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜する。本実施例では、III族窒化物半導体層（本実施例では第２のクラッド層２３）の主面は、該III族窒化物半導体のｃ面と５０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜する。ｐ型III族窒化物半導体積層５１は、第２のクラッド層２３の主面２３ａ上に設けられて、第２のクラッド層２３の厚さは１５０ｎｍ以上である。ｐ型III族窒化物半導体積層５１では、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５が歪みを内包するように第１のｐ型III族窒化物半導体層５３と第３のｐ型III族窒化物半導体層５７との間に第２のｐ型III族窒化物半導体層５５を挟む。電極１６がｐ型III族窒化物半導体積層５１上に設けられ、ｐ型III族窒化物半導体積層５１の主面５１ａに接触を成す。ｐ型III族窒化物半導体積層５１においては、電極１６が第１のｐ型III族窒化物半導体層５３に接触を成す。第１のｐ型III族窒化物半導体層５３、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５及び第３のｐ型III族窒化物半導体層５７は、電極１６から第２のクラッド層２３への方向に、主面２３ａの法線軸に沿って配列されている。
【００４７】
このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、電極１６と第１のｐ型III族窒化物半導体層５３との接触による金属−半導体界面Ｊ０において界面障壁が形成され、この界面障壁は、III族窒化物半導体レーザ素子１１の接触抵抗として現れる。第２のｐ型III族窒化物半導体層５５が歪みを内包するように第１のｐ型III族窒化物半導体層５３と第３のｐ型III族窒化物半導体層５７との間に第２のｐ型III族窒化物半導体層５５を挟んでｐ型III族窒化物半導体積層５１を構成する。このｐ型III族窒化物半導体積層５１において、図１の（ｃ）部及び図１の（ｄ）部を参照すると、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５の歪みがｐ型III族窒化物半導体積層５１のバンド構造を変化させる。図１の（ｃ）部及び図１の（ｄ）部の縦軸はポテンシャルを示し、横軸はＺ軸上の座標を示す。このバンド構造の変化は、ｐ型III族窒化物半導体積層５１の下地の主面２３ａが５０度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜するとき、金属−半導体界面において界面障壁によるバリアハイトを下げるように働く。これ故に、III族窒化物半導体レーザ素子１１の接触抵抗の低減に有効である。ピエゾ電界が負であるときに、接触抵抗の改善効果が大きい。
【００４８】
例示的なｐ型コンタクト構造を説明する。
層の名称、                        材料、      ドーパント濃度Ｎａ。
第１のｐ型III族窒化物半導体層５３：    ＧａＮ、Ｎａ＝４Ｅ＋２０。
第２のｐ型III族窒化物半導体層５５：ＡｌＸＧａ１−ＸＮ、Ｎａ＝４Ｅ＋２０。
第３のｐ型III族窒化物半導体層５７：    ＧａＮ、Ｎａ＝４Ｅ＋１９。
電極１６：Ｐｄ。
このようなコンタクト構造の厚さは例えば２０ｎｍ以上であり、例えば２００ｎｍ以下である。このｐ型コンタクト構造は、下地としてIII族窒化物半導体層の主面上に接合を成しており、その主面は該III族窒化物半導体層のｃ面と５０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜する。第１のｐ型III族窒化物半導体層５３の厚さは１０ｎｍであり、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５の厚さは３ｎｍであり、第３のｐ型III族窒化物半導体層５７の厚さは１００ｎｍである。
【００４９】
図２は、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５が引っ張り歪みを内包するｐ型コンタクト構造のポテンシャルダイアグラムを示す図面である。図２では、面方位（２０−２１）面上のｐ型コンタクト構造の計算例が示される。第２のｐ型III族窒化物半導体層５５に働くピエゾ電界の向きは第１のｐ型III族窒化物半導体層５３から第３のｐ型III族窒化物半導体層５７に向く方向である。図２では、Ａｌ組成Ｘの０、０．０１、０．０４、０．１６について、それぞれ、計算されたポテンシャルラインＢ００、Ｂ０１、Ｂ０４、Ｂ１６を示す。
【００５０】
図２の（ａ）部は、ポテンシャルダイアグラムの全体を概括するように計算値を示す一方で、図２の（ｂ）部は、２つのヘテロ接合の付近における正孔のポテンシャルラインＢ００、Ｂ０１、Ｂ０４、Ｂ１６を、これらの違いが表されるように図２の（ａ）部の縦軸を縦軸の０ｅＶ〜−０．２ｅＶの範囲に拡大して示す。図２の（ｂ）部を参照すると、ＡｌＧａＮ層を２つの窒化ガリウム系半導体層で挟む構造では、ＡｌＧａＮ層内のピエゾ電界により、矢印部分Ａ１、Ａ２のバンドが引き下げられる。この引き下げにより、金属−半導体接合界面に生じるポテンシャル障壁が薄くなって、キャリアが界面障壁をトンネルしやすくなる。これは、接触抵抗の低下に有用である。
【００５１】
Ａｌ組成１０％（Ｘ＝０．１）を越えるＡｌＧａＮでは、大きなバンド引下げの作用（つまり、金属と半導体との物理的な接触における特性）を得ることができる一方で、ＡｌＧａＮ層自体のポテンシャルが障壁となる可能性がある。これ故に、素子の全体としての特性である接触抵抗を増加させる可能性がある。また、ＡｌＧａＮ層の厚さが大きいときは、ＡｌＧａＮ層をキャリアがトンネルにより通過しにくくなる。これ故に、素子の全体としての特性である接触抵抗を増加させる可能性がある。
【００５２】
例示的なｐ型コンタクト構造を説明する。
層の名称、                        材料、      ドーパント濃度Ｎａ。
第１のｐ型III族窒化物半導体層５３：    ＧａＮ、Ｎａ＝４Ｅ＋２０。
第２のｐ型III族窒化物半導体層５５：ＩｎＹＧａ１−ＹＮ、Ｎａ＝４Ｅ＋２０。
第３のｐ型III族窒化物半導体層５７：    ＧａＮ、Ｎａ＝４Ｅ＋１９。
電極１６：Ｐｄ。
このようなコンタクト構造の厚さは例えば２０ｎｍ以上であり、例えば２００ｎｍ以下である。このｐ型コンタクト構造は、下地としてIII族窒化物半導体層の主面上に接合を成しており、その主面は該III族窒化物半導体層のｃ面と５０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜する。第１のｐ型III族窒化物半導体層５３の厚さは１０ｎｍであり、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５の厚さは３ｎｍであり、第３のｐ型III族窒化物半導体層５７の厚さは１００ｎｍである。
【００５３】
図３は、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５が圧縮歪みを内包するｐ型コンタクト構造のポテンシャルダイアグラムを示す図面である。図３では、面方位（２０−２１）面上のｐ型コンタクト構造の計算例が示される。第２のｐ型III族窒化物半導体層５５に働くピエゾ電界の向きは第３のｐ型III族窒化物半導体層５７から第１のｐ型III族窒化物半導体層５３に向く方向である。図３では、面方位（２０−２１）面及び（０００１）面上のＩｎ組成Ｙの５％のＩｎＧａＮ層について、それぞれ、計算されたポテンシャルラインＭ７５、Ｃを示す。
【００５４】
図３を参照すると、ＩｎＧａＮ層を２つの窒化ガリウム系半導体層で挟む構造では、（２０−２１）面上のＩｎＧａＮ層内のピエゾ電界により、矢印部分Ａ３のバンドが引き下げられる。この引き下げにより、金属−半導体接合界面に生じるポテンシャル障壁が薄くなって、キャリアが界面障壁をトンネルしやすくなる。これは、接触抵抗の低下に有用である。
【００５５】
Ｉｎ組成１０％（Ｙ＝０．１）を越えるＩｎＧａＮでは、電極側のＧａＮ層とＩｎＧａＮ層との界面における大きなバンド引下げの作用（つまり、金属と半導体との物理的な接触における特性）を得ることができる一方で、他方のＧａＮ層とＩｎＧａＮ層の接合におけるバンド構造が障壁となる。この障壁は、素子の全体としての特性である接触抵抗を増加させる可能性がある。また、ＩｎＧａＮ層の厚さが大きいときは、ＩｎＧａＮ層のポテンシャルがキャリアの流れを妨げる可能性がある。これ故に、素子の全体としての特性である接触抵抗を増加させる可能性がある。
【００５６】
III族窒化物半導体素子のｐ型コンタクト構造は、その下地となるIII族窒化物半導体層（例えば第２のクラッド層２３）のIII族窒化物半導体のｃ面と５０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜した主面（例えば主面２３ａ）に接して設けられたｐ型III族窒化物半導体領域（５１）と、このｐ型III族窒化物半導体領域上に設けられた電極（１６）とを備える。ｐ型III族窒化物半導体領域（５１）は、第１のｐ型III族窒化物半導体層（５３）と、第２のｐ型III族窒化物半導体層（５５）と、第３のｐ型III族窒化物半導体層（５７）を含む。第１のｐ型III族窒化物半導体層（５３）、第２のｐ型III族窒化物半導体層（５５）及び第３のｐ型III族窒化物半導体層（５７）は、電極（１６）からIII族窒化物半導体層（２３）への方向に、主面（例えば主面２３ａ）の法線軸に沿って配列されている。電極（１６）は第１のｐ型III族窒化物半導体層（５３）に金属−半導体界面Ｊ０で接触を成し、第１のｐ型III族窒化物半導体層（５３）は第２のｐ型III族窒化物半導体層（５５）に第１ヘテロ接合ＨＪ１を成すと共に、第２のｐ型III族窒化物半導体層（５５）は第３のｐ型III族窒化物半導体層（５７）に第２ヘテロ接合ＨＪ２を成して、第２のｐ型III族窒化物半導体層（５５）は歪みを内包する。本実施例では、第３のｐ型III族窒化物半導体層（５７）は下地層の表面（例えば主面２３ａ）に接合Ｊ１を成す。第１ヘテロ接合ＨＪ１は、下地層の表面（例えば主面２３ａ）、又は半極性主面（基板主面）１７ａに対して角度ＡＬＰＨＡのための角度範囲内の角度で傾斜する基準面に沿って延在している。第２ヘテロ接合ＨＪ２は、下地層の表面（例えば主面２３ａ）、又は半極性主面１７ａに対して角度ＡＬＰＨＡのための角度範囲内の角度で傾斜する基準面に沿って延在している。金属−半導体界面Ｊ０は、下地層の表面（例えば主面２３ａ）、又は半極性主面１７ａに対して角度ＡＬＰＨＡのための角度範囲内の角度で傾斜する基準面に沿って延在している。
【００５７】
このｐ型コンタクト構造によれば、電極（１６）と第１のｐ型III族窒化物半導体層（５３）との接触による金属−半導体界面において界面障壁が形成され、この界面障壁は、III族窒化物半導体素子の接触抵抗として現れる。第１のｐ型III族窒化物半導体層（５３）は第２のｐ型III族窒化物半導体層（５５）に第１ヘテロ接合ＨＪ１を成す。この歪みを内包する第２のｐ型III族窒化物半導体層（５５）は、第１ヘテロ接合ＨＪ１を介して第１のｐ型III族窒化物半導体層（５３）のバンドを変化させる。このバンド変化は、ｐ型III族窒化物半導体領域（５１）の下地の主面（主面２３ａ）が５０度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜するとき、金属−半導体界面において界面障壁によるバリアハイトを下げるように働く。これ故に、III族窒化物半導体素子の接触抵抗の低減に有効である。
【００５８】
上記の計算結果、並びに追加の実験及び検討に基づき、III族窒化物半導体レーザ素子１１は以下のような構造を備えることができる。
【００５９】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５のアクセプタ濃度は第１のｐ型III族窒化物半導体層５３のアクセプタ濃度を基準に−２０％以上＋２０％以下の範囲にあることが好ましい。第３のｐ型III族窒化物半導体層５７は、第１のｐ型III族窒化物半導体層５３及び第２のｐ型III族窒化物半導体層５５より低いアクセプタ濃度を有することができる。この構造によれば、第３のｐ型III族窒化物半導体層５７が第１のｐ型III族窒化物半導体層５３及び第２のｐ型III族窒化物半導体層５５より低いアクセプタ濃度を有するので、第３のｐ型III族窒化物半導体層５７上に成長される第１のｐ型III族窒化物半導体層５３及び第２のｐ型III族窒化物半導体層５５の結晶品質の低下を避けることができる。また、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５のアクセプタ濃度が第１のｐ型III族窒化物半導体層５３のアクセプタ濃度を基準に−２０％以上＋２０％以下の範囲にあるので、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５におけるバリアの影響を低減できる。
【００６０】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１のｐ型III族窒化物半導体層５３の構成元素の種類は第２のｐ型III族窒化物半導体層５５の構成元素の種類と異なる。第２のｐ型III族窒化物半導体層５５の構成元素の種類は第２のｐ型III族窒化物半導体層５５の構成元素の種類と異なる。第２のｐ型III族窒化物半導体層５５のIII族窒化物半導体は、インジウム（Ｉｎ）及びアルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれか一方を構成元素として備えることができる。この構造では、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５のIII族窒化物半導体がインジウム（Ｉｎ）及びアルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれか一方の構成元素を有するとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５が歪みの内包すること容易にする。
【００６１】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５は、２ｎｍ以上の厚さを有し、１０ｎｍ以下の厚さを有することができる。第２のｐ型III族窒化物半導体層５５の歪みは、第１のｐ型III族窒化物半導体層５３と電極１６との金属−半導体界面Ｊ０の界面障壁を下げるように作用する一方で、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５内のバンド障壁を形成する。上記の厚さ範囲によれば、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５内のバンド障壁の影響の顕在化を低減できる。
【００６２】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、ｐ導電性のためのドーパントとして、Ｍｇ及びＺｎの少なくともいずれか一方を用いることができる。
【００６３】
III族窒化物半導体レーザ素子では、下地としてのIII族窒化物半導体層（例えば第２のクラッド層２３）において、成長面としての主面２３ａはIII族窒化物半導体層のIII族窒化物半導体のｃ面と６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜することができる。この角度範囲にあるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５の歪みによる金属―半導体界面Ｊ０の界面障壁押し下げ効果をさらに強めることができる。また、半極性主面１７ａは、そのIII族窒化物半導体のｃ面と６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜することができる。
【００６４】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第３のｐ型III族窒化物半導体層５７の材料は第１のｐ型III族窒化物半導体層５３の材料と同じであることができる。第１のｐ型III族窒化物半導体層５３及び第３のｐ型III族窒化物半導体層５７が同じ材料からなるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５が歪みの内包すること容易にする。より具体的な構造では、第１のｐ型III族窒化物半導体層５３及び第３のｐ型III族窒化物半導体層５７はＧａＮを備えるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５が歪みの内包することを容易にする。
【００６５】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５はＡｌＧａＮを備えるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層は引っ張り歪みを内包する。例えば、III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５のＡｌＧａＮは２％以上のＡｌ組成を有し、１０％以下のＡｌ組成を有することができる。ＡｌＧａＮのＡｌ組成が上記の範囲であるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層の歪みによる金属−半導体界面の界面障壁低減の作用を得る一方で、ＡｌＧａＮ自身のバンド障壁の影響の顕在化を低減できる。ＡｌＧａＮのＡｌ組成が２％以上であるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層の歪みによる金属−半導体界面の界面障壁低減の作用を有意に得ることができる。ＡｌＧａＮのＡｌ組成が１０％以下であるとき、ＡｌＧａＮ自身のバンド障壁の影響の顕在化を低減できる。さらに、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５においては、そのＡｌＧａＮ層の厚さは２ｎｍ以上であることができ、そのＡｌＧａＮ層の厚さは１０ｎｍ以下であることができる。ＡｌＧａＮの厚さが上記の範囲であるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層の歪みによる金属−半導体界面の界面障壁低減の作用を得る一方で、ＡｌＧａＮ自身のバンド障壁の影響の顕在化を低減できる。そのＡｌＧａＮ層の厚さの下限は第２のｐ型III族窒化物半導体層の歪みによる金属−半導体界面の界面障壁低減の作用を有意に得ることができることに基づく。ＡｌＧａＮの厚さの上限は、ＡｌＧａＮ自身のバンド障壁の影響の顕在化を低減できることに基づく。
【００６６】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５はＩｎＧａＮを備えるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５は圧縮歪みを内包する。例えば、III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５のＩｎＧａＮは２％以上のＩｎ組成を有し、１０％以下のＩｎ組成を有することができる。ＩｎＧａＮのＩｎ組成が上記の範囲であるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層の歪みによる金属−半導体界面の界面障壁低減の作用を得る一方で、ＩｎＧａＮ自身のバンド障壁の影響の顕在化を低減できる。ＩｎＧａＮのＩｎ組成が２％以上であるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層の歪みによる金属−半導体界面の界面障壁低減の作用を有意に得ることができる。ＩｎＧａＮのＩｎ組成が１０％以下であるとき、ＩｎＧａＮ自身のバンド障壁の影響の顕在化を低減できる。さらに、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５においては、そのＩｎＧａＮ層の厚さは２ｎｍ以上であることができ、そのＩｎＧａＮ層の厚さは１０ｎｍ以下であることができる。ＩｎＧａＮの厚さが上記の範囲であるとき、第２のｐ型III族窒化物半導体層の歪みによる金属−半導体界面の界面障壁低減の作用を得る一方で、ＩｎＧａＮ自身のバンド障壁の影響の顕在化を低減できる。そのＩｎＧａＮ層の厚さの下限は第２のｐ型III族窒化物半導体層の歪みによる金属−半導体界面の界面障壁低減の作用を有意に得ることができることに基づく。ＩｎＧａＮの厚さの上限は、ＩｎＧａＮ自身のバンド障壁の影響の顕在化を低減できることに基づく。第２のｐ型III族窒化物半導体層５５の厚さは第１のｐ型III族窒化物半導体層５３の厚さより薄いことができる。
【００６７】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１のｐ型III族窒化物半導体層５３は５０ｎｍ以下の厚さを有することができる。第１のｐ型III族窒化物半導体層５３の厚さが上記の範囲であるとき、第１のｐ型III族窒化物半導体層５３と第２のｐ型III族窒化物半導体層５５とのヘテロ接合ＨＪ１におけるピエゾ分極の作用を金属−半導体界面に顕在化させることができる。第１のｐ型III族窒化物半導体層５３は２ｎｍ以上の厚さを有することができる。
【００６８】
第１のｐ型III族窒化物半導体層５３のアクセプタ濃度は第３のｐ型III族窒化物半導体層のアクセプタ濃度より大きいことが好ましい。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１のｐ型III族窒化物半導体層５３のアクセプタ濃度は例えば１×１０２０ｃｍ−３以上であることができる。第１のｐ型III族窒化物半導体層が１×１０２０ｃｍ−３以上のアクセプタ濃度を有するとき、高いアクセプタ濃度の作用により金属−半導体界面の障壁を低減できる。第２のｐ型III族窒化物半導体層５５のアクセプタ濃度は例えば１×１０２０ｃｍ−３以上であることができる。第２のｐ型III族窒化物半導体層が１×１０２０ｃｍ−３以上のアクセプタ濃度を有するとき、高いアクセプタ濃度の作用により第２のｐ型III族窒化物半導体層５５のポテンシャル障壁を低減できる。
【００６９】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第３のｐ型III族窒化物半導体層５７のアクセプタ不純物濃度が１×１０１９ｃｍ−３以上のアクセプタ濃度を有するとき、第３のｐ型III族窒化物半導体層５７が大きな比抵抗を有することを避けることができる。また、第３のｐ型III族窒化物半導体層５７が５×１０１９ｃｍ−３未満のアクセプタ濃度を有するとき、高いアクセプタ濃度の作用による結晶品質の低下を避けることができる。
【００７０】
既に説明したように、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体素子が、発光素子のための活性層を更に備えるとき、III族窒化物半導体発光素子において金属−半導体界面の障壁を低減できる。
【００７１】
ｐ型コンタクト構造の具体例を示す。
第１半導体層５３、第２半導体層５５、第３半導体層５５。
ｐ型ＧａＮ、    ｐ型ＡｌＧａＮ、    ｐ型ＧａＮ。
ｐ型ＧａＮ、    ｐ型ＩｎＧａＮ、    ｐ型ＧａＮ。
ｐ型ＧａＮ、    ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ、ｐ型ＧａＮ。
ｐ型ＧａＮ、    ｐ型ＩｎＡｌＮ、    ｐ型ＧａＮ。
【００７２】
或いは、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体素子は電子デバイス素子を含むことができる。III族窒化物半導体を用いる電子デバイス素子において金属−半導体界面の障壁を低減できる。電子デバイス素子は、例えばＨＥＭＴ素子、バイポーラトランジスタ素子等を包含する。
【００７３】
具体的には、電子デバイス素子は以下の構造を有する。
電子デバイスがｐｎ接合ダイオードであるとき、そのｐ型III族窒化物半導体層には、アノード電極が接合を成す。
電子デバイスがＨＥＭＴ素子であるとき、そのｐ型III族窒化物半導体層にはＮｉ／Ａｕ電極が接合を成す。
電子デバイスがバイポーラトランジスタ素子であるとき、そのｐ型III族窒化物半導体層にはＮｉ／Ａｕ電極が接合を成す。
【００７４】
再び、図１を参照すると、半導体領域１９は、第１領域１９ｂ、第２領域１９ｃ及び第３領域１９ｄを含み、第１〜第３領域１９ｂ〜１９ｄは、導波路軸（導波路ベクトルＬＧＶで表される軸）の方向に延在する。この導波路軸は、第１の端面（例えば第１の割断面２７）から第２の端面（例えば第２の割断面２９）への方向を示すに沿って延在する。第３領域１９ｄは第１領域１９ｂと第２領域１９ｃとの間に設けられる。絶縁膜３１の開口３１ａは半導体領域１９の第３領域１９ｄ上に位置する。第３領域１９ｄは半導体領域１９のリッジ構造を含むことができる。
【００７５】
電極１５は、電極１６及びパッド電極１８を含む。電極１６（例えばオーミック電極）は、絶縁膜３１の開口３１ａを介して半導体領域１９の第３領域１９ｄにオーミック接触を成す。パッド電極１８は第１、第２及び第３電極部１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを含み、第１〜第３電極部１８ｂ〜１８ｄは、半導体領域１９の第１〜第３領域１９ｂ〜１９ｄ上にそれぞれ設けられている。電極１６（例えばオーミック電極）は例えばＰｄを含むことができる。Ｐｄ電極は、酸化性に富む半極性面においても電気的接触を提供できる。パッド電極１８は例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなることができる。
【００７６】
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、図１に示されるように、第１の割断面２７及び第２の割断面２９それぞれに設けられた誘電体多層膜４３、４４を更に備える。第１の割断面２７、第２の割断面２９にも端面コートを適用できる。端面コートにより反射率を調整できる。
【００７７】
誘電体多層膜４３は、支持基体１７の一端面及び半導体領域１９の一端面上に設けられ、これらの端面は例えば第１の割断面２７を構成する。誘電体多層膜４３のための堆積物は、電極１５（パッド電極１８）の一端面上にも設けられる。また、誘電体多層膜４４は、支持基体１７の他端面及び半導体領域１９の他端面上に設けられ、これらの端面は例えば第２の割断面２９を構成する。誘電体多層膜４４のための堆積物は、電極１５（パッド電極１８）の他端面上に設けられる。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、電極１５は電極１６及びパッド電極１８を含む。この電極１６（オーミック電極）は絶縁膜３１の開口３１ａを介して半導体領域１９の第３領域１９ｄに接触を成す。電極１６の厚さは例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であり、パッド電極１８の厚さは例えば０．２μｍ〜１μｍ程度である。電極１５からの電流は、導波路軸に沿った半導体領域部分（例えば第３領域１９ｄ）にリッジ構造を介して案内される。
【００７８】
活性層２５は、波長５００ｎｍ以上の光を発生するように設けられた量子井戸構造を含むことができる。半極性面の利用により、波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の発生に好適である。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、５００ｎｍ以上の発振波長を得るためには、活性層２５のＩｎＧａＮ層は０．２以上のインジウム組成を有することが必要となる。
【００７９】
図１を参照すると、直交座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが描かれている。法線軸ＮＸは、直交座標系ＳのＺ軸の方向に向く。半極性主面１７ａは、直交座標系ＳのＸ軸及びＹ軸により規定される所定の平面に平行に延在する。また、図１には、代表的なｃ面Ｓｃが描かれている。支持基体１７の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に法線軸ＮＸに対してゼロより大きい角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。
【００８０】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸が六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜することができる。第１の割断面２７及び第２の割断面２９は、本実施例のように、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に交差する場合は、III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器は第１の割断面２７及び第２の割断面２９を含み、第１の割断面２７及び第２の割断面２９の一方から他方に、レーザ導波路が延在している。レーザ構造体１３は第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂを含み、第１の面１３ａは第２の面１３ｂの反対側である。第１の割断面２７及び第２の割断面２９は、第１の面１３ａの縁（エッジ１３ｃ）から第２の面１３ｂの縁（エッジ１３ｄ）まで延在する。第１の割断面２７及び第２の割断面２９は、ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面とは異なる。
【００８１】
このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、レーザ共振器を構成する第１の割断面２７及び第２の割断面２９がｍ−ｎ面に交差するとき、ｍ−ｎ面と半極性面（例えば、基板の半極性主面１７ａ）との交差線の方向に延在するレーザ導波路を設けることができる。これ故に、III族窒化物半導体レーザ素子１１は、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有することになる。或いは、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸が六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜することができる。この形態では、上記の説明において「ｍ軸」を「ａ軸」に読み替えることにより当業者はその形態を理解することができる。
【００８２】
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、ｎ側光ガイド層３５及びｐ側光ガイド層３７を含む。ｎ側光ガイド層３５は、第１の部分３５ａ及び第２の部分３５ｂを含み、ｎ側光ガイド層３５は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。ｐ側光ガイド層３７は、第１の部分３７ａ及び第２の部分３７ｂを含み、ｐ側光ガイド層３７は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。支持基体１７の裏面１７ｂ（支持基体裏面）には別の電極４１が設けられ、電極４１は例えば支持基体１７の裏面１７ｂを覆っている。一実施例では、電流ブロック層３９が、例えば第１の部分３７ａと第２の部分３７ｂとの間に設けられていてもよい。
【００８３】
（実施例１）
図４を参照すると、実施例１のためのレーザダイオードの構造を示す。図４における表記を説明する：最左欄から最右欄に向けて順に、半導体層の材料名、半導体層の厚さ、ドーパント名、ドーパント濃度が記載されている。ドーパント濃度「３．０Ｅ＋２０」は３．０×１０２０ｃｍ−３を示す。このレーザダイオードのエピタキシャル層構造は、ＧａＮ基板の主面上に形成される。この主面は、既に説明した角度ＡＬＰＨＡ（オフ角）の角度範囲にある。エピタキシャル層構造の半導体は、主面の法線軸の方向に積層されていく。この実施例では、｛２０−２１｝面（法線軸とｍ軸との角度７５度）、｛１１−２２｝面（法線軸とａ軸との角度５８度）、｛１０−１１｝面（法線軸とｍ軸との角度６２度）の面方位の主面を有するＧａＮ基板を準備する。エピタキシャル成長は、例えば有機金属気相成長法を用いることができる。
【００８４】
ＧａＮ基板の表面にサーマルクリーニングを行った後に、厚さ１．１μｍのＧａＮ層を成長する。次いで、このＧａＮ層上に、ｎ側クラッド層として、厚さ１．０μｍのｎ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層を成長する。このＡｌＧａＮ層上に、光ガイド層として、厚さ５００ｎｍのｎ型ＧａＮ層、及び厚さ８０ｎｍのｎ型Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層を順に成長する。このｎ型ＩｎＧａＮ層上に、活性層を成長する。活性層は、厚さ３ｎｍのアンドープＩｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ層の井戸層、厚さ３ｎｍのアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層の障壁層を含む。活性層上に、光ガイド層として、厚さ５０ｎｍのアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層を成長する。このＩｎＧａＮ層上に、ｐ側クラッド層として、厚さ４００ｎｍのｐ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層を成長する。このｐ側クラッド層上に、ｐ型III族窒化物半導体積層を成長する。ｐ型III族窒化物半導体積層のために、厚さ４０ｎｍのｐ型ＧａＮ層、厚さ３ｎｍのＩｎＴＡｌＳＧａ１−Ｔ−ＳＮ層、及び厚さ１０ｎｍのｐ型ＧａＮ層を順に連続して成長する。ＩｎＴＡｌＳＧａ１−Ｔ−ＳＮ層は、実験水準として、３元ＩｎＧａＮ、３元ＡｌＧａＮ、四元ＩｎＡｌＧａＮを成長する。
【００８５】
図５は、実施例１のための実験条件の一覧を示す図面である。
実験条件名、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５の材料及び組成。
実験条件１：ＧａＮ。
実験条件２：ＩｎＧａＮ、Ｉｎ組成０．０１。
実験条件３：ＩｎＧａＮ、Ｉｎ組成０．０４。
実験条件４：ＩｎＧａＮ、Ｉｎ組成０．１０。
実験条件５：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成０．０１。
実験条件６：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成０．０４。
実験条件７：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成０．１０。
実験条件８：ＩｎＡｌＧａＮ、Ｉｎ組成０．０４、Ａｌ組成０．０４。
【００８６】
これらのエピタキシャル成長により、８種のエピタキシャル基板が形成される。これらのエピタキシャル基板上に、ＴＬＭ法で接触抵抗ρｃ（Ωｃｍ２）を測定するためのテストエレメントグループ（ＴＥＧ）用パターンをＰｄ電極を用いて形成する。また、リッジ構造のレーザダイオードを形成するためのプロセスを適用して、リッジ幅２μｍのリッジ構造を作製する。アノード電極のためにＰｄ蒸着し、カソード電極のために基板裏面にＡｌを蒸着する。
共振器長５００μｍのレーザバーを作製した後に、端面コートを行う。その反射率は前面５０％であり、背面９５％である。
【００８７】
このように作製された８種類のレーザダイオードは、しきい値電流Ｉｔｈ５０ｍＡで、波長５２５ｎｍでレーザ発振する。また、これらのレーザダイオードにおいて、印加電流５０ｍＡでの順方向電圧として規定される「Ｖｆ」を測定する。
【００８８】
図５は、測定結果を示す。
実験条件名、接触抵抗ρｃ（Ωｃｍ２）、順方向電圧Ｖｆ（Ｖ）。
実験条件１：５×１０−４            、４．５。
実験条件２：１×１０−４            、４．２。
実験条件３：１×１０−４            、４．２。
実験条件４：１×１０−４            、４．８。
実験条件５：１×１０−４            、４．２。
実験条件６：１×１０−４            、４．２。
実験条件７：１×１０−４            、４．８。
実験条件８：１×１０−４            、４．２。
実験条件２〜８における接触抵抗ρｃは、実験条件１に比べて小さい。したがって、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５が歪みを内包するとき、ピエゾ電界の作用により、金属−半導体界面における障壁が実効的に薄くなる。したがって、ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触の特性を改善可能な構造を有する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、ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触の特性を改善可能な構造を有するｐ型コンタクト構造が提供される。
【００８９】
また、実験条件２〜３、５〜６及び８における順方向電圧Ｖｆは、実験条件１、４、７に比べて小さい。これは、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５のピエゾ電界は、第１のｐ型III族窒化物半導体層５３内のバンドの引き下げ作用を発揮して金属−半導体界面における障壁を薄くする一方で第２のｐ型III族窒化物半導体層５５自身が障壁として作用することを示す。
【００９０】
このように、素子特性としては、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５のピエゾ電界によるバンド引き下げ作用だけでなく、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５自身による障壁も考慮することが好ましい。順方向電圧Ｖｆが、キャリアのトンネル確率は厚みと、ヘテロ界面におけるバンド不連続（即ち、Ａｌ組成及び／又はＩｎ組成）との両方に依存する。これ故に、この視点に関する発明者らの検討によれば、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５における組成（Ａｌ組成、又はＩｎ組成）及び層厚の積、つまり「厚み×組成」により、良好な素子特性の範囲を規定することができる。
このＡｌＧａＮについて以下の条件式で良好な素子特性の範囲を規定する。
Ａｌ組成をｘ［％］、厚みをａ［ｎｍ］として、１＜ｘ×ａ＜２５。
このＩｎＧａＮについて以下の条件式で良好な素子特性の範囲を規定する。
Ｉｎ組成をｙ［％］、厚みをｂ［ｎｍ］として、１＜ｙ×ｂ＜２５。
このＩｎＡｌＧａＮについて以下の条件式で良好な素子特性の範囲を規定する。
Ａｌ組成をｘ［％］、Ｉｎ組成をｙ［％］、厚みをｃ［ｎｍ］として、１＜｜ｘ／５−ｙ｜×ｃ＜２５。
【００９１】
図６は、層厚を横軸に示しそしてIII構成元素を縦軸に示して、良好な素子特性の範囲を規定する。図６の（ａ）部を参照すると、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５がＡｌＧａＮを備えるとき、このＡｌＧａＮについて、以下の条件式で良好な素子特性の範囲を規定する。
（層５５の厚さ）を変数Ｘ１で表す。（層５５のＡｌ組成）変数Ｙ１で表す。
Ｘ１＞０。
Ｙ１＞０。
Ｙ１＞−Ｘ１＋０．０２。
Ｙ１＜−Ｘ１＋０．１０。
図６の（ｂ）部を参照すると、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５がＩｎＧａＮを備えるとき、このＩｎＧａＮについて、以下の条件式で良好な素子特性の範囲を規定する。
（層５５の厚さ）を変数Ｘ２で表す。（層５５のＩｎ組成）変数Ｙ２で表す。
Ｘ２＞０。
Ｙ２＞０。
Ｙ２＞−Ｘ２＋０．０２。
Ｙ２＜−Ｘ２＋０．１０。
【００９２】
ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触を含むｐ型コンタクトにおける接触抵抗を低減可能な構造を有する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、ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触を含むｐ型コンタクトにおける接触抵抗を低減可能な構造を有するｐ型コンタクト構造が提供される。
【００９３】
実験条件２、３、５、６、８のレーザダイオードに対して、出力一定（ＡＰＣ）通電寿命試験を行う。この寿命試験により、通電に伴うＶｆ上昇の程度が軽減され、動作電流Ｉｏｐ３０％の上昇までに、順方向電圧Ｖｆが１０％程度の上昇にとどまる。一方、実験条件１のレーザダイオードに対する寿命試験では、順方向電圧Ｖｆが５０％程度の上昇を示した。
【００９４】
図７は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体素子を作製する方法（以下「作製方法」と記す）における主要な工程を示す図面である。工程フロー１００を参照しながら、III族窒化物半導体素子を作製する方法を説明する。引き続く説明において、理解を容易にするために、可能な場合には、図１を参照しながら説明された実施の形態における参照符号を使用する。
【００９５】
工程Ｓ１０１において、III族窒化物半導体からなる主面を有する複数の基板を準備する。例えば、実施例１において説明したように、ＧａＮ基板を準備することができる。基板の準備において、基板主面の面方位は、複数の基板において同一であることが好ましく、実質的に同一である。基板主面の面方位に対応する角度は、既に説明した角度範囲に限定されること無く、より広い角度範囲内から選択することができる。好ましくは、基板主面の面方位はｃ面（極性面）とピエゾ電界の向きが逆である半極性面の角度範囲にあることが良い。
【００９６】
工程Ｓ１０２において、複数のエピタキシャル基板を形成する。複数のエピタキシャル基板の各々は、ｐ型窒化物半導体積層を含み、ｐ型窒化物半導体積層の形成のために、第１のｐ型III族窒化物半導体層と、第１のIII族構成元素及び第２のIII族構成元素を備える第２のｐ型III族窒化物半導体層と、第３のｐ型III族窒化物半導体層とを例えば有機金属気相成長法で成長することができる。第１III族窒化物層は窒化ガリウム系半導体を備え、第２III族窒化物層は窒化ガリウム系半導体を備え、第３III族窒化物層は窒化ガリウム系半導体を備えることができる。第１のｐ型III族窒化物半導体層、第２のｐ型III族窒化物半導体層及び第３のｐ型III族窒化物半導体層の組み合わせは、例えばＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、又はＧａＮ／ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮを包含する。複数のエピタキシャル基板を形成する際には、基板の各々における主面上に、第３のｐ型III族窒化物半導体層と、第２のｐ型III族窒化物半導体層と、第１のｐ型III族窒化物半導体層とを順に成長する。複数のエピタキシャル基板の少なくとも１枚において、第２のｐ型III族窒化物半導体層は、第１のｐ型III族窒化物半導体層及び第３のｐ型III族窒化物半導体層に挟まれて歪みを内包している。このために、複数のエピタキシャル基板を形成する際には、エピタキシャル基板毎に第１のIII族構成元素と第２のIII族構成元素との比率が異なるように、エピタキシャル基板の第２のｐ型III族窒化物半導体層を成長して、異なる歪みを第２のｐ型III族窒化物半導体層に提供する。例えば、第１のIII族構成元素はインジウムであることができ、第１のIII族構成元素はインジウムであるときは、第２のIII族構成元素はガリウムであることができる。或いは、第２のIII族構成元素はアルミニウムであることができ、第２のIII族構成元素はアルミニウムであるときは、第１のIII族構成元素はガリウムであることができる。加えて、四元のIII族窒化物においては、第３のIII族構成元素は、第１のIII族構成元素及び第２のIII族構成元素と異なり、III族構成元素（ガリウム、インジウム、アルミニウム）のいずれかである。
【００９７】
工程Ｓ１０３において、複数の基板生産物を形成する。複数の基板生産物を形成するために、エピタキシャル基板毎のｐ型窒化物半導体積層の表面に接触を成す電極を形成する。電極は、例えばパラジウムを蒸着することにより形成される。
【００９８】
工程Ｓ１０４において、ｐ型窒化物半導体積層の表面と電極との接触抵抗を基板生産物毎に測定する。この測定は例えばＴＬＭ法で行われる。
【００９９】
工程Ｓ１０５において、基板生産物毎の測定により、基板生産物毎の構成元素比率（第１のIII族構成元素と第２のIII族構成元素との比率）と基板生産物毎の接触抵抗との関係を得ることができる。
【０１００】
工程Ｓ１０６において、上記の関係に基づき、III族窒化物半導体素子（例えば、III族窒化物半導体レーザ素子１１）を作製するために、第２のｐ型III族窒化物半導体層のための第１のIII族構成元素及び第２のIII族構成元素の組成を決定する。
【０１０１】
工程Ｓ１０７において、III族窒化物半導体素子を作製するために、エピタキシャル成長を行って複数のIII族窒化物層（例えば第１のｐ型III族窒化物半導体層５３、第２のｐ型III族窒化物半導体層５５、第３のｐ型III族窒化物半導体層５７）を形成する。下地層の主面に接触させて、第３III族窒化物層（例えば第３のｐ型III族窒化物半導体層５７）をアクセプタをドーピングしながら成長する。第３III族窒化物層の主面に接触させて、決定された組成を有する第２III族窒化物層（例えば第２のｐ型III族窒化物半導体層５５）にアクセプタをドーピングしながら成長する。第２III族窒化物層の主面に接触させて、第１III族窒化物層（例えば第１のｐ型III族窒化物半導体層５３）をアクセプタをドーピングしながら成長する。
【０１０２】
工程Ｓ１０８において、III族窒化物半導体素子を作製するために、第１III族窒化物層の主面上に電極１６を形成する。この電極１６は、第１III族窒化物層の表面に接触を成す。
【０１０３】
この作製方法によれば、エピタキシャル基板  を形成する際に、エピタキシャル基板毎に第１のIII族構成元素と第２のIII族構成元素とのIII族元素比率が異なるように、エピタキシャル基板の第２のｐ型III族窒化物半導体層を成長すると共に、これらの第２のｐ型III族窒化物半導体層を含む複数の基板生産物におけるｐ型窒化物半導体表面と電極との接触抵抗を測定する。基板生産物毎のIII族元素比率と基板生産物毎の接触抵抗との関係から、ピエゾ電界の作用により接触抵抗を低減できるように、第２のｐ型III族窒化物半導体層のための第１のIII族構成元素及び第２のIII族構成元素の組成を決定できる。この後に、III族窒化物半導体素子を作製するために、第３のｐ型III族窒化物半導体層と実質的に同一の組成を有する第３III族窒化物層、決定された構成元素組成を用いる第２III族窒化物層、及び第１のｐ型III族窒化物半導体層と実質的に同一の組成を有する第１III族窒化物層を順に成長する。そして、III族窒化物半導体素子を作製するために、第１III族窒化物層の表面に接触を成す電極を形成する。これ故に、ピエゾ分極の作用により順方向電圧を低減可能なIII族窒化物半導体素子を作製できる。
【０１０４】
この実施の形態によれば、ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触の特性を改善可能な構造を作製可能な窒化物半導体発光素子を作製する方法が提供される。
【０１０５】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本実施の形態によれば、ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触の特性を改善可能な構造を有する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、ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触の特性を改善可能な構造を有するｐ型コンタクト構造が提供される。さらに、本実施の形態によれば、ｐ型窒化物半導体領域と電極との物理的な接触の特性を改善可能な構造を作製可能な窒化物半導体発光素子を作製する方法が提供される。
【符号の説明】
【０１０７】
１１…III族窒化物半導体レーザ素子、１３…レーザ構造体、１３ａ…第１の面、１３ｂ…第２の面、１３ｃ、１３ｄ…エッジ、１５、１６…電極、１７…支持基体、１７ａ…半極性主面、１７ｂ…裏面、１９…半導体領域、１９ａ…表面、２１…第１のクラッド層、２３…第２のクラッド層、２５…活性層、２５ａ…井戸層、２５ｂ…障壁層、２７…第１の割断面、２９…第２の割断面、ＡＬＰＨＡ…角度、Ｓｃ…ｃ面、ＮＸ…法線軸、３１…絶縁膜、３１ａ…開口、３５…ｎ側光ガイド層、３７…ｐ側光ガイド層、３９…電流ブロック層、４１…電極、４３、４４…誘電体多層膜、５３…第１のｐ型III族窒化物半導体層、５５…第２のｐ型III族窒化物半導体層、５７…第３のｐ型III族窒化物半導体層。
【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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