(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型導電性を示す窒化ガリウム系半導体を作製する方法であって、
ｐ型ドーパントを含む窒化ガリウム系半導体を備え、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸の方向に延在する基準軸に直交する基準面に対して傾斜を成すIII族窒化物半導体表面を有するIII族窒化物半導体領域の熱処理を真空中で該ｐ型ドーパントの活性化のために行う工程を備え、
前記ｐ型ドーパントはマグネシウムを含み、
前記熱処理の真空度は、１×１０−５Ｔｏｒｒ以下であり、
前記熱処理の温度範囲は、摂氏６５０度以上摂氏７００度以下である、
窒化ガリウム系半導体を作製する方法。
【請求項２】
六方晶系のIII族窒化物からなる半極性面を有する基板を準備する工程を更に備え、
前記III族窒化物半導体領域は、前記基板の前記半極性面の上に設けられる、請求項１に記載された窒化ガリウム系半導体を作製する方法。
【請求項３】
前記熱処理の真空度は、７．５×１０−８Ｔｏｒｒ以下である、請求項１又は請求項２に記載された窒化ガリウム系半導体を作製する方法。
【請求項４】
前記III族窒化物半導体表面は、前記III族窒化物半導体領域のIII族窒化物のｃ軸から前記III族窒化物のｍ軸の方向への傾斜を成す半極性面を含み、
前記傾斜の角度は、６３度以上であり、８０度未満である、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体を作製する方法。
【請求項５】
ｐ型ドーパントのためのドーパント原料、有機金属III族原料及び窒素原料を成膜装置に供給して、前記窒化ガリウム系半導体を成長して、前記III族窒化物半導体表面を形成する工程を更に備える、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体を作製する方法。
【請求項６】
前記窒化ガリウム系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれかを備える、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体を作製する方法。
【請求項７】
前記III族窒化物半導体表面の上に電極を形成する工程を更に備える、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体を作製する方法。
【請求項８】
ｐ型導電性を示す窒化ガリウム系半導体を含むIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法であって、
ｐ型ドーパントを含む窒化ガリウム系半導体を備え、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸の方向に延在する基準軸に直交する基準面に対して傾斜を成すIII族窒化物半導体表面を有するIII族窒化物半導体領域の熱処理を真空中で該ｐ型ドーパントの活性化のために行う工程と、
前記III族窒化物半導体表面の上に電極を形成する工程と、
を備え、
前記ｐ型ドーパントはマグネシウムを含み、
前記熱処理の真空度は、１×１０−５Ｔｏｒｒ以下であり、
前記熱処理の温度範囲は、摂氏６５０度以上摂氏７００度以下である、III族窒化物半導体デバイスを作製する方法。
【請求項９】
六方晶系のIII族窒化物からなる半極性面を有する基板を準備する工程を更に備え、
前記III族窒化物半導体領域は、前記基板の前記半極性面の上に設けられる、請求項８に記載されたIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法。
【請求項１０】
前記電極の形成は前記熱処理の後に行われる、請求項８又は請求項９に記載されたIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法。
【請求項１１】
前記熱処理中の真空度は、７．５×１０−８Ｔｏｒｒ以下である、請求項８〜請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法。
【請求項１２】
前記III族窒化物半導体表面は、前記III族窒化物半導体領域のIII族窒化物のｃ軸から前記III族窒化物のｍ軸の方向への傾斜を成す半極性面を含み、
前記傾斜の角度範囲は、６３度以上であり、８０度未満である、請求項８〜請求項１１のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法。
【請求項１３】
ｐ型ドーパントのためのドーパント原料、有機金属III族原料及び窒素原料を成膜装置に供給して、前記窒化ガリウム系半導体を成長する工程を更に備え、
前記熱処理は、前記成膜装置と異なる装置で行われ、
前記装置は、成膜のために用いられる圧力より低い圧力を達成可能なチャンバを有する、請求項８〜請求項１２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法。
【請求項１４】
前記熱処理に先立って、有機金属III族原料及び窒素原料を成膜装置に供給して、窒化ガリウム系半導体からなる活性層を成長する工程を更に備え、
前記III族窒化物半導体領域は前記活性層を含む、請求項８〜請求項１３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法。
【請求項１５】
前記活性層は、４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する光を発生するように設けられる、請求項１４に記載されたIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法。
【請求項１６】
前記活性層は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する光を発生するように設けられる、請求項１４又は請求項１５に記載されたIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法。
【請求項１７】
前記III族窒化物半導体表面はｐ型窒化ガリウム系半導体からなり、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体はｐ型ドーパント及び水素を含み、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体の水素濃度は前記ｐ型窒化ガリウム系半導体のｐ型ドーパント濃度の１０パーセント以下である、請求項８〜請求項１６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法。
【請求項１８】
前記窒化ガリウム系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれかを備える、請求項８〜請求項１７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法。
【請求項１９】
III族窒化物半導体デバイスであって、
基板と、
前記基板の主面の上に設けられ窒化ガリウム系半導体からなる活性層と、
前記基板の前記主面の上に設けられ窒化ガリウム系半導体表面を有するｐ型窒化ガリウム系半導体領域と、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域の前記窒化ガリウム系半導体表面に接合を成す電極と、
を備え、
前記窒化ガリウム系半導体表面は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域のｃ軸の方向に延在する基準軸に直交する基準面に対して傾斜を成し、
前記傾斜は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域のｃ軸からｍ軸への方向に成されており、前記傾斜の角度は６３度以上８０度未満の範囲にあり、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域は、ｐ型ドーパント及び水素を含み、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域の水素濃度は前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域のｐ型ドーパント濃度の１０パーセント以下であり、
前記ｐ型ドーパントはマグネシウムを含み、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域と前記電極との接触抵抗は１．０×１０−３Ωｃｍ２以下であり、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域の前記窒化ガリウム系半導体表面と前記電極との接合界面は、前記基準面に対して傾斜する、III族窒化物半導体デバイス。
【請求項２０】
III族窒化物半導体デバイスであって、
基板と、
前記基板の主面の上に設けられ窒化ガリウム系半導体からなる活性層と、
前記基板の前記主面の上に設けられ窒化ガリウム系半導体表面を有するｐ型窒化ガリウム系半導体領域と、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域の前記窒化ガリウム系半導体表面に接合を成す電極と、
を備え、
前記窒化ガリウム系半導体表面は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域のｃ軸の方向に延在する基準軸に直交する基準面に対して傾斜を成し、
前記傾斜は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域のｃ軸からｍ軸への方向に成されており、前記傾斜の角度は６３度以上８０度未満の範囲にあり、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域は、ｐ型ドーパント及び水素を含み、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域の水素濃度は前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域のｐ型ドーパント濃度の１０パーセント以下であり、
前記ｐ型ドーパントはマグネシウムを含み、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域のシート抵抗は２．０Ωｃｍ以下であると共に前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域と前記電極との接触抵抗は１．０×１０−３Ωｃｍ２以下であり、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域の前記窒化ガリウム系半導体表面と前記電極との接合界面は、前記基準面に対して傾斜する、III族窒化物半導体デバイス。
【請求項２１】
前記基板上に設けられたｎ型窒化ガリウム系半導体領域を更に備え、
前記基板はIII族窒化物からなる主面を有し、
前記基板の前記主面は半極性を示し、
前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層、及び前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域は、前記基板の前記主面の法線軸の方向に配列され、
前記法線軸は前記基準軸に対して傾斜し、
前記活性層は、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域と前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられる、請求項１９又は請求項２０に記載されたIII族窒化物半導体デバイス。
【請求項２２】
前記活性層は、４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する光を発生するように設けられる、請求項１９〜請求項２１のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体デバイス。
【請求項２３】
前記活性層は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する光を発生するように設けられる、請求項１９〜請求項２２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体デバイス。
【請求項２４】
当該III族窒化物半導体デバイスがIII族窒化物半導体レーザを含み、
当該III族窒化物半導体デバイスはレーザ共振器を構成する第１の端面及び第２の端面を更に備える、請求項１９〜請求項２３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム系半導体を作製する方法、III族窒化物半導体デバイスを作製する方法、及びIII族窒化物半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内においてｃ面サファイア基板上にｐ型ＧａＮ層を作製している。特許文献２には、加熱雰囲気として大気雰囲気（平均温度：摂氏２８度、平均相対湿度６８％）の条件を用いることが記載されている。特許文献３には、ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体層をアニーリングすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２６２４号公報
【特許文献２】特開２００７−１８０５６４号公報
【特許文献３】特開平０５−１８３１８９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では、熱処理温度を摂氏１０００度において、熱処理時間を１分から１００分まで変化させたときのｐ型ＧａＮ層の抵抗率および正孔濃度の変化を開示する。特許文献１の熱処理温度により、抵抗率および正孔濃度の両方が、熱処理時間の増加に伴って改善される。
【０００５】
ｐ型ＧａＮ層が成長されたｃ面サファイア基板をカーボンサセプタ上に載せ、このカーボンサセプタを石英管内に入れる。この後に、石英管内に窒素ガス及びトリメチルアミン（Ｎ（ＣＨ３）３ ）を流しながら、加熱炉内で赤外線ランプによる赤外線照射を行ってｃ面サファイア基板を急速加熱する。
【０００６】
特許文献２では、サファイア基板上の活性層上に、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ型ＧａＮから成るｐ型ガイド層、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ型ＡｌＧａＮ混晶層から成るｐ型クラッド層、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ型ＧａＮ層から成るｐ側コンタクト層を、順に成長する。Ｍｇ源として、シクロペンタジエニルマグネシウムガスを用いる。実験では、摂氏３８５度、摂氏４１５度、摂氏４８５度に加熱されたステンレス鋼製の加熱板上に、上記の半導体層を搭載するサファイア基板を置き、このサファイア基板上にステンレス鋼製のおもりを乗せ、熱処理評価用試料と加熱板との密着性を高めた。加熱雰囲気として大気雰囲気（平均温度：摂氏２８度、平均相対湿度６８％）の条件を用いる。熱処理温度を摂氏４００度及び摂氏３８５度に設定したときの熱処理では、４１時間及び８２時間の熱処理時間で、１×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度が得られる。
【０００７】
特許文献３には、ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体層をアニーリングすることが記載されている。アニーリング雰囲気は、アニーリング温度における窒化ガリウム系化合物半導体の分解圧以上で加圧した窒素雰囲気中で行われる。窒素雰囲気において加圧することにより、アニーリング中に、窒化ガリウム系化合物半導体中の窒素（Ｎ）が分解して出て行くのを防止できる。ＧａＮの場合、ＧａＮの分解圧は、摂氏８００度において約０．０１気圧であり、摂氏１０００度で約１気圧であり、摂氏１１００度で約１０気圧程度である。この加圧により、窒化ガリウム系化合物半導体を摂氏４００度以上でアニーリングする際に発生する窒化ガリウム系化合物半導体の分解を防止して、その結晶性の悪化を避ける。また、個々の実施例における熱処理時間は２０分である。
【０００８】
上記の文献に示されるように、窒素雰囲気における熱処理は、ｐ型ドーパントの活性化により半導体の比抵抗を低減できる。窒素雰囲気における熱処理を用いて水素の脱離を更に得るためには、熱処理時間を長くすることになる。求められていることは、窒素雰囲気における熱処理に比較して短時間の熱処理でより多くの水素脱離を可能にすることである。発明者らの知見によれば、ｃ面と異なる半極性面では、所望の活性化を達成するための窒素雰囲気における処理によって、窒素雰囲気に露出された半極性面の品質が低下される。
【０００９】
本発明は、このような事情を鑑みてされたものであり、比較的短い時間の熱処理でｐ型ドーパントの活性化を可能にする、窒化ガリウム系半導体を作製する方法を提供することを目的とし、また比較的短い時間の熱処理でｐ型ドーパントの活性化を可能にする、III族窒化物半導体デバイスを作製する方法を提供することを目的とし、さらに、ｐ型ドーパントの活性化により低い層抵抗を有するIII族窒化物半導体デバイス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】
【００１０】
本発明に係るｐ型導電性を示す窒化ガリウム系半導体を作製する方法は、（ａ）ｐ型ドーパントを含む窒化ガリウム系半導体を備え、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸の方向に延在する基準軸に直交する基準面に対して傾斜を成すIII族窒化物半導体表面を有するIII族窒化物半導体領域の熱処理を真空中で行う工程を備える。
【００１１】
この窒化ガリウム系半導体を作製する方法（以下「作製方法」と記す）によれば、窒化ガリウム系半導体がｐ型ドーパントを含み、この窒化ガリウム系半導体はIII族窒化物半導体領域に含まれる。このIII族窒化物半導体領域及びIII族窒化物半導体表面の熱処理を真空中で行うとき、これらの半導体における窒化ガリウム系半導体の活性化が生じる。また、真空を用いた熱処理は、窒素雰囲気における熱処理に比較して熱処理でより多くの水素脱離を可能にする。また、真空中の熱処理は、所望の比抵抗を達成するに際してIII族窒化物半導体表面の品質低下を低減できる。
【００１２】
本発明に係るｐ型導電性を示す窒化ガリウム系半導体を作製する方法は、六方晶系のIII族窒化物からなる半極性面を有する基板を準備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、前記基板の前記半極性面の上に設けられることが好ましい。
【００１３】
この作製方法によれば、III族窒化物半導体領域が基板の半極性面上に設けられるとき、この半極性面上に成長されるIII族窒化物半導体層の表面は、基板の面方位を引き継いで半極性面となる。熱処理において、半極性面はｃ面と異なる性質を示す。
【００１４】
本発明に係るｐ型導電性を示す窒化ガリウム系半導体を作製する方法では、前記真空中の真空度は、１×１０−５Ｔｏｒｒ以下であることが好ましい。
【００１５】
この作製方法によれば、１×１０−５Ｔｏｒｒ（１．３３３２２×１０−３パスカル）以下の真空度を用いることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るｐ型導電性を示す窒化ガリウム系半導体を作製する方法では、前記真空中の真空度は、７．５×１０−８Ｔｏｒｒ以下であることが更に好ましい。
【００１７】
この作製方法によれば、真空度は７．５×１０−８Ｔｏｒｒ（１×１０−５パスカル）以下であるとき、つまり超高真空のもとでは、窒化ガリウム系半導体の活性化が促進される。
【００１８】
本発明に係るｐ型導電性を示す窒化ガリウム系半導体を作製する方法では、前記熱処理は、摂氏６５０度以上の温度で行われることが好ましい。
【００１９】
この作製方法によれば、摂氏６５０度以上の温度における熱処理は比較的大きな水素の離脱を達成できる。
【００２０】
本発明に係るｐ型導電性を示す窒化ガリウム系半導体を作製する方法では、前記熱処理は、摂氏７００度以下の温度で行われることが好ましい。
【００２１】
この作製方法によれば、摂氏７００度以下の温度における熱処理は、III族窒化物半導体表面からの大きな窒素脱離を低減可能である。
【００２２】
本発明に係るｐ型導電性を示す窒化ガリウム系半導体を作製する方法では、前記半極性面は、前記III族窒化物のｃ軸から前記III族窒化物のｍ軸の方向への傾斜を成し、前記傾斜の角度は、６３度以上であり、８０度未満であることができる。
【００２３】
この作製方法によれば、半極性面は、ガリウム原子の配列又は窒素原子の配列からなるｃ面と異なって、ガリウム原子及び窒素原子の配列が現れる。６３度以上８０度未満の角度範囲の表面には、ガリウム原子及び窒素原子の両方が現れる。
【００２４】
本発明に係るｐ型導電性を示す窒化ガリウム系半導体を作製する方法では、ｐ型ドーパントのためのドーパント原料、有機金属III族原料及び窒素原料を成膜装置に供給して、前記窒化ガリウム系半導体を成長する工程を更に備えることができる。
【００２５】
この作製方法によれば、有機金属III族原料を用いる成長において、有機金属III族原料に含まれる水素が窒化ガリウム系半導体に残留する。
【００２６】
本発明に係るｐ型導電性を示す窒化ガリウム系半導体を作製する方法では、前記ｐ型ドーパントはマグネシウムを含むことができる。
【００２７】
この作製方法によれば、ｐ型ドーパントとして例えばマグネシウムを用いることができる。水素を含む原料を用いて成長された窒化ガリウム系半導体では、水素がマグネシウムに結合している。
【００２８】
本発明に係るｐ型導電性を示す窒化ガリウム系半導体を作製する方法では、前記窒化ガリウム系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれかを備えることができる。
【００２９】
この作製方法によれば、窒化ガリウム系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれかであることができ、更にはＩｎＴＡｌＳＧａ１−Ｓ−ＴＮ（０≦Ｓ≦１、０≦Ｔ≦１）であることができる。
【００３０】
本発明に係る、ｐ型導電性を示す窒化ガリウム系半導体を含むIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法は、（ａ）ｐ型ドーパントを含む窒化ガリウム系半導体を備え、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸の方向に延在する基準軸に直交する基準面に対して傾斜を成すIII族窒化物半導体表面を有するIII族窒化物半導体領域の熱処理を真空中で行う工程と、（ｂ）前記III族窒化物半導体表面の上に電極を形成する工程とを備える。
【００３１】
このIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法（以下「作製方法」と記す）によれば、窒化ガリウム系半導体がｐ型ドーパントを含み、この窒化ガリウム系半導体はIII族窒化物半導体領域に含まれる。このIII族窒化物半導体領域及びIII族窒化物半導体表面の熱処理を真空中で行うとき、これらの半導体における窒化ガリウム系半導体の活性化が生じる。また、真空中の熱処理は、窒素雰囲気における熱処理に比較して短時間の熱処理でより多くの水素脱離を可能にする。また、これ故に、所望の比抵抗を達成するに際してIII族窒化物半導体表面の品質低下が低減される。
【００３２】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法は、六方晶系のIII族窒化物からなる半極性面を有する基板を準備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、前記基板の前記半極性面の上に設けられることが好ましい。
【００３３】
この作製方法によれば、III族窒化物半導体領域が基板の半極性面上に設けられるとき、この半極性面上に成長されるIII族窒化物半導体層の表面は、基板の面方位を引き継いで半極性面となる。熱処理において、半極性面はｃ面と異なる性質を示す。
【００３４】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法では、前記電極の形成は前記熱処理の後に行われることができる。
【００３５】
この作製方法によれば、真空中の熱処理の後にIII族窒化物半導体表面上に電極を形成するとき、電極の接触抵抗の悪化を避けることができる。
【００３６】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法では、前記真空中の真空度は、１×１０−５Ｔｏｒｒ以下であることが好ましい。
【００３７】
この作製方法によれば、１×１０−５Ｔｏｒｒ（１．３３３２２×１０−３パスカル）以下の真空度を熱処理に用いることが好ましい。
【００３８】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法では、前記真空中の真空度は、７．５×１０−８Ｔｏｒｒ以下であることが好ましい。
【００３９】
この作製方法によれば、真空度は７．５×１０−８Ｔｏｒｒ（１×１０−５パスカル）以下であるとき、つまり超高真空のもとでは、窒化ガリウム系半導体の活性化が促進される。
【００４０】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法では、前記熱処理の温度範囲は、摂氏６５０度以上摂氏７００度以下であることが好ましい。
【００４１】
この作製方法によれば、摂氏６５０度以上の温度における熱処理は比較的大きな水素の脱離速度を達成できる。また、摂氏７００度以下の温度における熱処理は、III族窒化物半導体表面からの窒素の脱離を低減可能である。
【００４２】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法では、前記半極性面は、前記III族窒化物のｃ軸から前記III族窒化物のｍ軸の方向への傾斜を成し、  前記傾斜の角度範囲は、６３度以上であり、８０度未満であることが好ましい。
【００４３】
この作製方法によれば、半極性面は、ガリウム原子の配列又は窒素原子の配列からなるｃ面と異なって、ガリウム原子及び窒素原子の配列が現れる。６３度以上８０度未満の角度範囲の表面には、ガリウム原子及び窒素原子の両方が現れる。
【００４４】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法では、ｐ型ドーパントのためのドーパント原料、有機金属III族原料及び窒素原料を前記成膜装置に供給して、前記窒化ガリウム系半導体を成長する工程を更に備えることができる。前記熱処理は、前記成膜装置と異なる装置で行われ、前記装置は、成膜のために用いられる圧力より低い圧力を達成可能なチャンバを有することができる。
【００４５】
この作製方法によれば、有機金属III族原料を用いる成長においては、有機金属III族原料に含まれる水素が窒化ガリウム系半導体に残留する。
【００４６】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法は、有機金属III族原料及び窒素原料を成膜装置に供給して、窒化ガリウム系半導体からなる活性層を成長する工程を更に備えることができる。
【００４７】
この作製方法によれば、低い層抵抗を有するｐ型窒化ガリウム系半導体に加えて低い接触抵抗を有する発光素子が提供される。
【００４８】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法では、前記活性層は、４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する光を発生するように設けられることができる。
【００４９】
この作製方法によれば、緑色波長及びその近傍の波長の発光を提供できる。
【００５０】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法では、前記活性層は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する光を発生するように設けられることができる。
【００５１】
この作製方法によれば、緑色波長領域の発光を提供できる。
【００５２】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法では、前記III族窒化物半導体表面はｐ型窒化ガリウム系半導体からなり、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体はｐ型ドーパント及び水素を含み、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体の水素濃度は前記ｐ型窒化ガリウム系半導体のｐ型ドーパント濃度の１０パーセント以下であることが好ましい。
【００５３】
この作製方法によれば、真空中の熱処理によれば、ｐ型窒化ガリウム系半導体からの水素の離脱を促進でき、これ故に、ｐ型窒化ガリウム系半導体の水素濃度がｐ型窒化ガリウム系半導体のｐ型ドーパント濃度の１０パーセント以下に低減できる。
【００５４】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスを作製する方法では、前記窒化ガリウム系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれかを備えることができる。前記ｐ型ドーパントはマグネシウムを含むことが好ましい。
【００５５】
この作製方法によれば、ｐ型ドーパントとして例えばマグネシウムを用いることができる。水素を含む原料を用いて成長された窒化ガリウム系半導体では、マグネシウムに水素が結合している。また、窒化ガリウム系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれかであることができ、更にはＩｎＴＡｌＳＧａ１−Ｓ−ＴＮ（０≦Ｓ≦１、０≦Ｔ≦１）であることができる。
【００５６】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスは、（ａ）基板と、（ｂ）前記基板の主面の上に設けられ窒化ガリウム系半導体からなる活性層と、（ｃ）前記基板の前記主面の上に設けられ窒化ガリウム系半導体表面を有するｐ型窒化ガリウム系半導体領域とを備える。前記窒化ガリウム系半導体表面は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域のｃ軸の方向に延在する基準軸に直交する基準面に対して傾斜を成し、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域は、ｐ型ドーパント及び水素を含み、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域の水素濃度は前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域のｐ型ドーパント濃度の１０パーセント以下である。
【００５７】
このIII族窒化物半導体デバイスによれば、ｐ型窒化ガリウム系半導体の水素濃度がｐ型窒化ガリウム系半導体のｐ型ドーパント濃度の１０パーセント以下に低減されているので、ｐ型窒化ガリウム系半導体の比抵抗を低減できる。水素の起因する動作中の品質低下を低減できる。
【００５８】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスは、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域の窒化ガリウム系半導体表面に接合を成す電極を更に備えることができる。前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域の窒化ガリウム系半導体表面と前記電極との接合界面は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域のｃ軸の方向に延在する軸に直交する基準面に対して傾斜することが好ましい。
【００５９】
このIII族窒化物半導体デバイスによれば、窒化ガリウム系半導体表面を提供するｐ型窒化ガリウム系半導体の水素濃度がｐ型窒化ガリウム系半導体のｐ型ドーパント濃度の１０パーセント以下に低減されているとき、ｐ型窒化ガリウム系半導体の接触抵抗を低減できる。
【００６０】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスは、前記基板上に設けられたｎ型窒化ガリウム系半導体領域を更に備えることができる。前記基板はIII族窒化物からなる主面を有し、前記基板の前記主面は半極性を示し、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層、及び前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域は、前記基板の前記主面の法線軸の方向に配列され、前記法線軸は前記基準軸に対して傾斜し、前記活性層は、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域と前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられることが好ましい。
【００６１】
このIII族窒化物半導体デバイスによれば、半極性を示す基板の使用は、III族窒化物からなる主面の寄与により、良好な品質の半導体を提供できる。これ故に、窒化ガリウム系半導体表面も良好な結晶品質を有する。
【００６２】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスでは、前記傾斜は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域のｃ軸からｍ軸への方向に成されており、前記傾斜の角度は６３度以上８０度未満の範囲にあることができる。
【００６３】
このIII族窒化物半導体デバイスによれば、半極性面は、ガリウム原子の配列又は窒素原子の配列のいずれかからなるｃ面と異なって、ガリウム原子及び窒素原子の配列が現れる。６３度以上８０度未満の角度範囲の表面には、ガリウム原子及び窒素原子の両方が現れる。
【００６４】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスでは、前記活性層は、４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する光を発生するように設けられることが好ましい。このIII族窒化物半導体デバイスによれば、緑色波長及びその近傍の波長の発光を提供できる。
【００６５】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスでは、前記活性層は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する光を発生するように設けられることが好ましい。このIII族窒化物半導体デバイスによれば、緑色波長領域の発光を提供できる。
【００６６】
本発明に係るIII族窒化物半導体デバイスでは、前記ｐ型ドーパントはマグネシウムを含むことが好ましい。このIII族窒化物半導体デバイスによれば、ｐ型ドーパントとして例えばマグネシウムを用いることができる。水素を含む原料を用いて成長された窒化ガリウム系半導体では、マグネシウムに水素が結合している。
【発明の効果】
【００６７】
以上説明したように、本発明によれば、比較的短い時間の熱処理でｐ型ドーパントの活性化を可能にする、窒化ガリウム系半導体を作製する方法を提供できる。また、本発明によれば、比較的短い時間の熱処理でｐ型ドーパントの活性化を可能にする、III族窒化物半導体デバイスを作製する方法を提供できる。さらに、本発明によれば、ｐ型ドーパントの活性化により低い層抵抗を有するIII族窒化物半導体デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体デバイス及び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、本実施形態に係る窒化物半導体レーザ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、本実施形態に係る窒化物半導体レーザ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、本実施形態に係る窒化物半導体レーザを作製する方法における工程を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、実施例１において作製されたIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。
【図６】図６は、実施の形態における熱処理の温度プロファイルの一例を示す。
【図７】図７は、大気圧における熱処理時間と接触抵抗との関係を示す図面である。
【図８】図８は、実施例における熱処理時間とｐ型半導体層の比抵抗との関係を示す図面である。
【図９】図９は、実施例における熱処理における真空度とｐ型ＧａＮ層との関係を示す図面である。
【図１０】図１０は、熱処理温度と比抵抗との関係を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明に係る、ｐ型導電性を示す窒化ガリウム系半導体を作製する方法、III族窒化物半導体デバイスを作製する方法、及びIII族窒化物半導体デバイスの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。
【００７０】
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体デバイス及びエピタキシャル基板の構造を概略的に示す図面である。引き続き、III族窒化物半導体デバイスとして、III族窒化物半導体レーザ１１を説明するが、ｐ型ドーパントを含む半導体の活性化は、特定のデバイス構造に限定されるものではなく、様々な構造のIII族窒化物半導体デバイスに適用される。また、図１の（ａ）部に示されるように、III族窒化物半導体レーザ１１は、利得ガイド型の構造を有するけれども、本発明の実施の形態は、利得ガイド型の構造に限定されるものではなく、例えばリッジ構造を有することもできる。III族窒化物半導体レーザ１１は、支持基体１７及び半導体領域１９を含む。図１の（ｂ）部に示されるように、III族窒化物半導体レーザ１１のためのエピタキシャル基板ＥＰは、支持基体１７に替えて基板１８を含むと共に、半導体領域１９に替えて半導体積層２０を有する。この半導体積層２０の層構造は半導体領域１９の層構造と同じである。半導体積層２０は基板１８の半極性面１８ａ上に設けられる。エピタキシャル基板ＥＰは電極を含まない。
【００７１】
引き続いて、III族窒化物半導体レーザ１１を説明するが、この記述は窒化物半導体レーザ１１のためのエピタキシャル基板ＥＰにも適用される。図１の（ａ）部に示されるように、窒化物半導体レーザ１１は、ｎ型クラッド層２１と、ｐ型クラッド層２３と、活性層２５とを備える。エピタキシャル基板ＥＰに関して説明すると、エピタキシャル基板ＥＰは、ｎ型クラッド層２１のための第１の半導体層と、ｐ型クラッド層２３のための第２の半導体層と、活性層のための第３の半導体層とを備える。III族窒化物半導体レーザ１１では、活性層２５は発光層１３に含まれ、この発光層１３はｎ型クラッド層２１とｐ型クラッド層２３との間に設けられる。発光層１３はｎ型クラッド層２１とｐ型クラッド層２３との間に設けられるコア半導体領域として働く。半導体領域１９は、発光層１３、ｎ型クラッド層２１及びｐ型クラッド層２３を含む。ｎ型クラッド層２１は、III族構成元素としてインジウム及びアルミニウムを含む第１窒化物半導体からなる。ｐ型クラッド層２３は、III族構成元素としてインジウム及びアルミニウムを含む第２窒化物半導体からなる。活性層２５は、構成元素としてインジウムを含む窒化物半導体からなるエピタキシャル層を含む。活性層２５は波長４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を発生するように設けられる。ｎ型クラッド層２１及びｐ型クラッド層２３の屈折率はＧａＮの屈折率よりも小さい。また、電極１５は半導体領域１９上に設けられ、電極４１は支持基体１７の裏面１７ｂ上に設けられる。
【００７２】
III族窒化物半導体レーザ１１（エピタキシャル基板ＥＰ）は、図１から理解されるように、支持基体１７（基板１８）上に設けられたｐ型窒化ガリウム系半導体領域（例えばｐ型クラッド層２３、更にはｐ型コンタクト層３３、また更には電子ブロック層３９）を備える。このｐ型窒化ガリウム系半導体領域は窒化ガリウム系半導体表面（表面１９）を有し、この窒化ガリウム系半導体表面（表面１９）は、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域のｃ軸の方向に延在する基準軸に直交する基準面に対して傾斜を成している。ｐ型窒化ガリウム系半導体領域は、ｐ型ドーパント及び水素を含む。ｐ型窒化ガリウム系半導体領域の水素濃度、例えばｐ型クラッド層２３、更にはｐ型コンタクト層３３、また更には電子ブロック層３９の水素濃度Ｎ（Ｈ）は、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域のｐ型ドーパント濃度Ｎ（ｐ）の１０パーセント以下である。また、III族窒化物半導体レーザ１１（エピタキシャル基板ＥＰ）は、支持基体１７（基板１８）上に設けられたｎ型窒化ガリウム系半導体領域（例えばｎ型クラッド層２１、更にはｎ型バッファ層）を備える。
【００７３】
この窒化物半導体レーザ１１によれば、ｐ型窒化ガリウム系半導体の水素濃度Ｎ（Ｈ）がｐ型窒化ガリウム系半導体のｐ型ドーパント濃度Ｎ（ｐ）の１０パーセント以下に低減されているとき、ｐ型窒化ガリウム系半導体の比抵抗を低減できる。また、水素に起因して窒化物半導体レーザ１１がその動作中における品質低下を引き起こすことを低減でき、例えば通電動作時の電圧上昇を抑えることができる。
【００７４】
ｐ型窒化ガリウム系半導体領域の窒化ガリウム系半導体表面（表面１９）と電極１５との接合界面は、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域のｃ軸（例えばＣｘ）の方向に延在する軸に直交する基準面（例えば、Ｓｃ）に対して傾斜する。この窒化物半導体レーザ１１によれば、窒化ガリウム系半導体表面を提供するｐ型窒化ガリウム系半導体の水素濃度Ｎ（Ｈ）がｐ型窒化ガリウム系半導体のｐ型ドーパント濃度Ｎ（ｐ）の１０パーセント以下に低減されているとき、比抵抗を低減でき、例えば、比抵抗は2.0Ωcm以下である。また、ｐ型窒化ガリウム系半導体と電極との接触抵抗を低減できる。例えば、接触抵抗は1e-3Ωcm2以下である。ここで、「1e-3」及び「1E-3」は１×１０−３を示す。
【００７５】
ｐ型ドーパントとしてマグネシウム、亜鉛、ベリリウム等を用いることができる。水素を含む原料を用いて成長された窒化ガリウム系半導体では、水素がマグネシウムに結合している。半導体層中のマグネシウム及び水素の濃度は、例えば二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法等により測定される。ｐ型ドーパントとして例えばマグネシウムを用いることが好ましく、マグネシウム濃度は例えば1e18cm-3以上1e19cm-3以下である。また、低減された水素濃度は例えば5e16cm-3以上5e-17cm-3以下である。より具体的には、ｐ型クラッド層２３のマグネシウム濃度は例えばＩｎＡｌＧａＮでは4e18cm-3以上7e18cm-3以下である。ｐ型クラッド層２３の低減された水素濃度は例えばＩｎＡｌＧａＮでは1e17cm-3以上5e17 cm-3以下である。電子ブロック層３９のマグネシウム濃度は例えばＡｌＧａＮでは1e18cm-3以上3e18cm-3以下である。電子ブロック層３９の低減された水素濃度は例えばＡｌＧａＮでは5e18cm-3以上8e18cm-3以下である。
【００７６】
この窒化物半導体レーザ素子１１では、ｎ型クラッド層２１、ｐ型クラッド層２３及び発光層１３（活性層２５）は、支持基体１７上に搭載される。支持基体１７は導電性を有しており、この導電性は、例えば当該半導体レーザ１１に電流を流すために必要な程度の値である。支持基体１７は、半極性半導体面からなる主面１７ａ及び裏面１７ｂを有する。主面１７ａは窒化ガリウム系半導体からなり、例えば六方晶系ＧａＮからなる。好適な実施例では、支持基体１７は六方晶系III族窒化物半導体からなり、更には窒化ガリウム系半導体からなることができる。主面１７ａは、窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向（ｃ軸ベクトルＶＣの方向）に延在する基準軸に直交する基準面（例えば、代表的なｃ面Ｓｃ）に対して傾斜する。また、主面１７ａは半極性を示す。半導体領域１９は、支持基体１７の主面１７ａ上に設けられている。
【００７７】
図１には直交座標系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。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。図１に示される実施例では、支持基体１７のIII族窒化物半導体のｃ軸は、III族窒化物半導体のｃ軸からｍ軸への方向に法線軸ＮＸに対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。
【００７８】
ｎ型クラッド層２１、発光層２５及びｐ型クラッド層２３は、この順に主面１７ａ上に搭載される。支持基体１７がIII族窒化物半導体からなるとき、主面１７ａの半極性は支持基体１７のIII族窒化物半導体によって規定できる。ｎ型クラッド層２１、活性層２５及びｐ型クラッド層２３は主面１７ａの法線軸ＮＸの方向に配置される。この主面１７ａは、六方晶系窒化物半導体のｃ軸の方向に延在する基準軸Ｃｘに直交する面を基準に６３度以上８０度未満の範囲の角度ＡＬＰＨＡで六方晶系窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜している。活性層２５はｎ型クラッド層２１とｐ型クラッド層２３との間に設けられる。
【００７９】
この窒化物半導体レーザ素子１１では、ｎ型クラッド層２１はIII族構成元素としてインジウム及びアルミニウムを含む窒化物半導体からなると共に、ｐ型クラッド層２３はIII族構成元素としてインジウム及びアルミニウムを含む窒化物半導体からなる。
【００８０】
また、コア半導体領域、つまり発光層１３の表面は上記の角度範囲の半極性を有するので、クラッド層２１への厚膜の提供と同様な理由で、活性層２５上のクラッド層２３に厚膜の窒化物半導体を提供できる。したがって、ｎ型クラッド層２１が厚膜の第１窒化物半導体から構成されると共に、ｐ型クラッド層２３が厚膜の第２窒化物半導体から構成される。
【００８１】
ｎ型クラッド層２１、ｐ型クラッド層２３及び活性層２５は、半極性の主面１７ａの法線軸ＮＸの方向に配列されている。活性層２５が波長４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を発生するように設けられる。活性層２５は窒化ガリウム系半導体からなるエピタキシャル層を含み、上記のエピタキシャル層は三元のＩｎＧａＮからなり、該ＩｎＧａＮのインジウム組成は０．２以上であることが好ましい。活性層２５が６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜する半極性面上に設けられるとき、この半極性面に基づくステップフローな成長による技術的寄与がＩｎＧａＮの成長にも提供される。活性層２５は単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造であることができる。活性層２５が量子井戸構造を有するとき、このエピタキシャル層は例えば井戸層２５ａであることができる。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、半極性面の利用により、半導体レーザ素子１１は、波長５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の光の発生に好適である。上記の波長範囲において良好な光閉じ込め及び低い駆動電流を提供できる。
【００８２】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、半導体領域１９は、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面に交差する第１端面２８ａ及び第２端面２８ｂを含む。
【００８３】
III族窒化物半導体レーザ１１は、絶縁膜３１を更に備える。絶縁膜３１は半導体領域１９の表面１９ａを覆っている。絶縁膜３１は開口３１ａを有し、開口３１ａは半導体領域１９の表面１９ａと上記のｍ−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Ｍｇ添加のｐ型コンタクト層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１１では、レーザ導波路は、ｎ型クラッド層２１、ｐ型クラッド層２３及び活性層２５（発光層１３）を含み、また上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。
【００８４】
再び図１を参照すると、ｐ型コンタクト層３３は、ｐ型クラッド層２３に接合を成すように設けられ、電極１５がｐ型コンタクト層３３に接合を成すように設けられる。ｐ型コンタクト層３３の厚さは例えば50nm以下であり、ｐ型コンタクト層３３の厚さは例えば例えば10nm以上であることができる。ｐ型クラッド層２３の厚さは、電極１５と良好な接触を成すために必要なコンタクト層３３の厚さより大きい。また、ｐ型コンタクト層３３のｐ型ドーパント濃度はｐ型クラッド層２３のｐ型ドーパント濃度より高いことが好ましい。この構造によれば、低いドーパント濃度のｐ型クラッド層２３に、高いドーパント濃度のｐ型コンタクト層３３から正孔が供給されて、駆動電圧の低減に役立つ。ｐ型クラッド層２３の屈折率はｐ型コンタクト層３３の屈折率より低いことが好ましい。ｐ型コンタクト層３３上には、絶縁膜３１及び電極１５が設けられている。厚いクラッド層２３は、伝搬光が電極により吸収されることにより引き起こされるロスを防止できる。ｐ型コンタクト層３３へのオーミック電極は、例えばＰｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等を備えることができる。
【００８５】
III族窒化物半導体レーザ１１では、第１端面２８ａ及び第２端面２８ｂは、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。III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器は第１及び第２端面２８ａ、２８ｂを含み、第１及び第２端面２８ａ、２８ｂの一方から他方に、レーザ導波路が延在している。第１及び第２の端面２８ａ、２８ｂは、ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面と異なるようにできる。このIII族窒化物半導体レーザ１１によれば、レーザ共振器を構成する第１及び第２の端面２８ａ、２８ｂがｍ−ｎ面に交差する。レーザ導波路は、ｍ−ｎ面と半極性面１７ａとの交差線の方向に延在する。III族窒化物半導体レーザ１１は、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有し、活性層２５の発光において、低しきい値のレーザ発振を可能にするバンド間遷移が選択される。
【００８６】
また、図１に示されるように、第１及び第２の端面２８ａ、２８ｂのそれぞれに誘電体多層膜４３ａ、４３ｂが設けられることができる。端面２８ａ、２８ｂにも端面コートを適用でき、この端面コートにより反射率を調整できる。
【００８７】
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、ｎ側光ガイド領域３５及びｐ側光ガイド領域３７を含む。ｎ側光ガイド領域３５は一又は複数のｎ側光ガイド層を含むことができ、ｐ側光ガイド領域３７は一又は複数のｐ側光ガイド層を含むことができる。ｎ側光ガイド領域３５は、例えばｎ側第１光ガイド層３５ａ及びｎ側第２光ガイド層３５ｂを含み、ｎ側光ガイド領域３５は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。ｐ側光ガイド領域３７はｐ側第１光ガイド層３７ａ、ｐ側第２光ガイド層３７ｂ及びｐ側第３光ガイド層３７ｃを含み、ｐ側光ガイド領域３７は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。電子ブロック層３９は、例えばｐ側第１光ガイド層３７ａとｐ側第２光ガイド層３７ｂとの間に設けられる。ｐ側第３光ガイド層３７ｃは電子ブロック層３９と活性層２５との間に設けられる。
【００８８】
より具体的には、ｎ側第１光ガイド層３５ａは、ｎ型クラッド層２１と活性層２５との間に設けられる第１ＧａＮ光ガイド層であることができ、ｎ側第２光ガイド層３５ｂは、第１光ガイド層３５ａと活性層２５との間に設けられた第１ＩｎＧａＮ光ガイド層であることができる。また、ｐ側第１光ガイド層３７ａは、ｐ型クラッド層２１と活性層２５との間に設けられた第２ＧａＮ光ガイド層からなることができ、ｐ側第２光ガイド層３７ｂは、ｐ側第１光ガイド層３７ａと活性層２５との間に設けられた第２ＩｎＧａＮ光ガイド層からなることができ、ｐ側第３光ガイド層３７ｃは、ｐ側第２光ガイド層３７ｂと活性層２５との間に設けられた第３ＩｎＧａＮ光ガイド層からなることができる。活性層２５と各クラッド層２１、２３との間に設けられる光ガイド領域３５、３７が、互いに異なる屈折率の少なくとも２層（ＩｎＧａＮ層及びＧａＮ層）を含むので、内包歪みを低減できると共に、クラッドとコアとの屈折率差の縮小を避けることができる。
【００８９】
必要な場合には、電子ブロック層３９が用いられる。電子ブロック層３９は、ｐ型クラッド層２３と活性層２５との間に設けられる。半極性半導体の主面１７ａがＧａＮからなると共に電子ブロック層３９がＧａＮ、ＡｌＧａＮ等からなることができる。
【００９０】
窒化物半導体レーザ素子１１では、ｎ型クラッド層２１の第１窒化物半導体はIII族構成元素としてガリウムを含むことが好ましい。この第１窒化物半導体に、III族構成元素としてＩｎ、Ａｌ及びＧａを備える材料を適用できる。また、ｐ型クラッド層２３の第２窒化物半導体はIII族構成元素としてガリウムを含むことが好ましい。第２窒化物半導体に、III族構成元素としてＩｎ、Ａｌ及びＧａを備える材料を適用できる。
【００９１】
窒化物半導体レーザ素子１１では、共にＩｎＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層２１及びｐ型クラッド層２３を用いるとき、支持基体との格子不整の程度を調整できるとともに、屈折率を小さくできるため良好な光閉じ込めを実現することが可能である。
【００９２】
図２及び図３は、本実施形態に係る窒化物半導体レーザ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２及び図３を参照しながら、窒化物半導体レーザの作製方法を説明する。以下の実施例のようにレーザダイオードを有機金属気相成長法により成長した。窒化ガリウム系半導体の成長には、有機金属III族原料及び窒素原料が成膜装置に供給される。原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア（ＮＨ３）を用いた。また、ドーパント原料として、シラン（ＳｉＨ４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）等を用いる。成長可能な窒化ガリウム系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれかを備えることができる。ｐ型ドーパントはマグネシウムを含むことが好ましい。ｐ型ドーパントのための原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）が用いられるので、ｐ型ドーパントはマグネシウムを含む。水素を含む原料（有機金属III族原料）を用いて成長された窒化ガリウム系半導体では、マグネシウムに水素が結合している。また、窒化ガリウム系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれかであることができ、更にはＩｎＴＡｌＳＧａ１−Ｓ−ＴＮ（０≦Ｓ≦１、０≦Ｔ≦１）であることができる。
【００９３】
工程Ｓ１０１では、六方晶系窒化物半導体からなる半導体面を有する基板を準備する。この半導体面は、六方晶系窒化物半導体のｃ軸の方向に延在する基準軸に直交する面を基準に６３度以上８０度未満の範囲の角度で六方晶系窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜する半極性を有する。好適な実施例では、この基板は窒化ガリウム系半導体基板であり、例えばＧａＮ基板を用いることができる。ＧａＮ基板の主面は、ＧａＮ半導体のｃ軸の方向に延在する基準軸に直交する面を基準に７５度の角度でＧａＮのｍ軸の方向に傾斜していることができる。
【００９４】
工程Ｓ１０２では、ｎ型クラッド層を基板の半極性の半導体面上に成長する。このｎ型クラッド層の厚さは例えば２μｍ以上であることができる。ｎ型クラッド層の屈折率はＧａＮの屈折率よりも小さい。ｎ型クラッド層は、III族構成元素としてインジウム及びアルミニウムを含む第１窒化物半導体からなり、この第１窒化物半導体は例えばＳｉドープＩｎＡｌＧａＮ又はＳｉドープＡｌＧａＮであることができる。ｎ型クラッド層の主面は、基板の半極性半導体面と同様の半極性を有する。成長温度は摂氏８００度以上摂氏９５０度以下であることができ、本実施例では摂氏８７０度である。必要な場合には、ｎ型クラッド層の成長に先立って、基板の半極性半導体面上にｎ型バッファ層を成長することができ、このｎ型バッファ層は例えば半極性半導体面と同じ材料からなる。
【００９５】
工程Ｓ１０３では、ｎ型クラッド層を成長した後に、第１光ガイド層をｎ型クラッド層の主面上に成長する。第１光ガイド層は例えば厚さ５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下のＧａＮであることができる。第１光ガイド層の主面は、基板の半極性半導体面と同様の半極性を有する。成長温度は摂氏８００度以上摂氏１１００度以下であることができ、本実施例では摂氏１０５０度である。
【００９６】
工程Ｓ１０４では、第１光ガイド層を成長した後に、第２光ガイド層を第１ＧａＮ光ガイド層の主面上に成長する。第２光ガイド層は例えば厚さ５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下のＩｎＧａＮであることができる。第２光ガイド層の主面は、基板の半極性半導体面と同様の半極性を有する。第２光ガイド層のＩｎＧａＮのインジウム組成は例えば０．０１以上０．０５以下であることができる。成長温度は摂氏８００度以上摂氏９００度未満であることができ、本実施例では摂氏８４０度である。
【００９７】
工程Ｓ１０５では、光ガイド層を成長した後に、活性層を半極性半導体面上に成長する。この活性層は、波長４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を発生可能な構造を有する。活性層は、例えば単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、又はバルク構造等のいずれかを有する。量子井戸構造では、活性層の成長においては、光ガイド層を成長した後に、井戸層を半極性半導体面上に成長することができる。或いは、光ガイド層を成長した後に、工程Ｓ１０５−１では、障壁層を半極性半導体面上に成長することができ、この後に、工程Ｓ１０５−２では、この障壁層上に井戸層を成長することができる。更に、工程Ｓ１０５−３では、別の障壁層を井戸層上に成長することができる。必要な場合には、工程Ｓ１０５−４において井戸層の成長及び障壁層の成長を繰り返すことができる。井戸層は例えばＩｎＧａＮからなることができ、障壁層は例えばＧａＮ又はＩｎＧａＮからなることができる。活性層の半導体の成長ではＩｎを０．２０以上の組成で取り込ませる必要があるので、井戸層の成長温度は例えば摂氏８００度以下であることが好ましい。活性層の半導体の成長では井戸層への熱ダメージの影響があるので、障壁層の成長温度は例えば摂氏９００度以下であることが好ましい。井戸層のＩｎＧａＮのインジウム組成は０．２以上であり、また0.4以下であることができる。活性層の主面は、基板の半極性半導体面と同様の半極性を有する。井戸層の成長温度は摂氏６７０度未満摂氏７８０度以下であることができ、本実施例ではＩｎ０．３０Ｇａ０．７０Ｎは摂氏７２０度で成長される。活性層の半導体の成長では井戸層への熱ダメージの影響があるであるので、井戸層及び障壁層の成長温度は例えば摂氏９００度以下であることが好ましい。
【００９８】
工程Ｓ１０６では、活性層を成長した後に、第３光ガイド層を活性層の主面上に成長する。第３光ガイド層は例えば厚さ５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＩｎＧａＮであることができる。第３光ガイド層のＩｎＧａＮのインジウム組成は例えば０．０１以上０．０５以下であることができる。第３光ガイド層の主面は、基板の半極性半導体面と同様の半極性を有する。成長温度は摂氏８００度以上摂氏９００度以下であることができ、本実施例では摂氏８４０度である。
【００９９】
工程Ｓ１０７では、第３光ガイド層を成長した後に、電子ブロック層を成長することができる。この電子ブロック層はＧａＮ又はＡｌＧａＮからなることが好ましく、電子ブロック層がＧａＮからなるとき、電子ブロック層の成長温度をＡｌＧＡＮ成長に比べて下げることができる。電子ブロック層の主面は、基板の半極性半導体面と同様の半極性を有する。成長温度は摂氏８００度以上摂氏９００度以下であることができ、本実施例では摂氏９００度である。
【０１００】
工程Ｓ１０８では、電子ブロック層を成長した後に、第４光ガイド層を電子ブロック層の主面上に成長する。第４光ガイド層は、例えば厚さ５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下のＩｎＧａＮであることができる。第４光ガイド層のＩｎＧａＮのインジウム組成は例えば０．０１以上０．０５以下であることができる。第４光ガイド層の主面は、基板の半極性半導体面と同様の半極性を有する。電子ブロック層は２つのＩｎＧａＮ層に接合を成して挟まれる。成長温度は摂氏８００度以上摂氏９００度以下であることができ、本実施例では摂氏８４０度である。
【０１０１】
工程Ｓ１０９では、第４光ガイド層を成長した後に、第５光ガイド層を第４光ガイド層の主面上に成長する。第５光ガイド層はＭｇ添加のＧａＮであることができる。第５光ガイド層は例えば厚さ５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下のＧａＮであることができる。第５光ガイド層の主面は、基板の半極性半導体面と同様の半極性を有する。成長温度は摂氏８００度以上摂氏９５０度以下であることができ、本実施例では摂氏８４０度である。
【０１０２】
工程Ｓ１１０ででは、光ガイド層を成長した後に、厚さ５００ｎｍ以上のｐ型クラッド層を半極性半導体面の上に成長する。このｐ型クラッド層の屈折率はＧａＮの屈折率よりも小さい。ｐ型クラッド層は、III族構成元素としてインジウム及びアルミニウムを含む第２窒化物半導体からなり、この第２窒化物半導体は例えばＭｇ添加ＩｎＡｌＧａＮ及び／又はＭｇ添加ＡｌＧａＮであることができる。ｐ型クラッド層の主面は、基板の半極性半導体面と同様の半極性を有する。成長温度は摂氏８００度以上摂氏９５０度以下であることができ、本実施例では摂氏８７０度である。
【０１０３】
工程Ｓ１１１では、ｐ型クラッド層を成長した後に、ｐ型コンタクト層をｐ型クラッド層の主面上に成長する。ｐ型コンタクト層の主面は、基板の半極性半導体面と同様の半極性を有する。ｐ型コンタクト層は例えばＭｇ添加ＧａＮ、Ｍｇ添加ＩｎＧａＮ、Ｍｇ添加ＡｌＧａＮ、Ｍｇ添加ＩｎＡｌＧａＮからなることができる。Ｍｇ添加ＧａＮの成長温度は摂氏８００度以上摂氏９５０度以下であることができ、本実施例では摂氏９００度である。
【０１０４】
図４の（ａ）部に示されるように、これらの工程Ｓ１０２−Ｓ１１１により成長炉１０ａでエピタキシャル基板ＥＰが作製される。エピタキシャル基板ＥＰは、基板４７と、基板４７の主面４７ａ上に設けられた半導体積層４９とを含む。半導体積層４９は、ｎ型III族窒化物半導体領域４９ａ、発光層４９ｂ、ｐ型III族窒化物半導体領域４９ｃ、及びｎ型III族窒化物半導体コンタクト層４９ｄを含む。半導体積層４９を成長する、上記の一連の成長工程の後に、成長炉１０ａからエピタキシャル基板を取り出す。このエピタキシャル基板ＥＰは、上記のように成長された一連のｐ型半導体層を含むｐ型III族窒化物半導体領域を有する。このｐ型III族窒化物半導体領域には、ｐ型ドーパント及び水素が含まれる。ｐ型ドーパントの大部分は水素と結合しており、活性化されていない。本実施例では、ｐ型III族窒化物半導体領域の活性化のための熱処理を行う。ｐ型III族窒化物半導体領域は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸の方向に延在する軸に直交する基準面に対して傾斜を成すIII族窒化物半導体表面（いわゆる、半極性面）を有する。また、この実施例では、基板の面方位を引き継いで、基板の半極性面上に成長されるIII族窒化物半導体層の表面は半極性面となる。活性化のための熱処理において、半極性面はｃ面と異なる性質を示す。
【０１０５】
工程Ｓ１１２では、エピタキシャル基板のIII族窒化物半導体領域の熱処理を真空中で行う。この作製方法によれば、窒化ガリウム系半導体がｐ型ドーパントを含み、この窒化ガリウム系半導体はIII族窒化物半導体領域に含まれる。このIII族窒化物半導体領域及びIII族窒化物半導体表面の熱処理を真空中で行うとき、これらの半導体における窒化ガリウム系半導体内のｐ型ドーパントの活性化が生じる。また、真空中の熱処理は、窒素雰囲気における熱処理に比較して短時間の熱処理でより多くの水素脱離を可能にする。これ故に、III族窒化物半導体表面の品質低下が低減される。
【０１０６】
図４の（ｂ）部に示されるように、活性化のための熱処理は成膜炉１０ａと異なる装置１０ｂで行われることができ、この熱処理のための装置１０ｂは、成膜のために用いられる圧力より低い圧力を達成可能なチャンバを有する。活性化のための熱処理は、例えば（分子線エピタキキシ）ＭＢＥチャンバ等を用いることができる。このときには、成長炉１０ａからエピタキシャル基板ＥＰを取り出した後に、活性化のための処理装置１０ｂにエピタキシャル基板ＥＰを配置する。熱処理の終了後に、熱処理装置１０ｂから、活性化されたエピタキシャル基板ＥＰ１を取り出すことができる。
【０１０７】
活性化のための熱処理は、例えば１×１０−５Ｔｏｒｒ（１．３３３２２×１０−３パスカル）以下の真空度を維持することが好ましい。本実施例では、アノード電極の形成は熱処理の後に行われる。真空中の熱処理の後にIII族窒化物半導体表面上にアノード電極を形成しても、アノード電極の接触抵抗の悪化を避けることができる。
【０１０８】
活性化のための熱処理の温度は、摂氏６５０度以上であることが好ましく、摂氏６５０度以上の温度における熱処理は比較的大きな水素の脱離速度を達成できる。また、この温度は、摂氏７００度以下であることが好ましく、摂氏７００度以下の温度における熱処理は、III族窒化物半導体表面からの窒素の脱離を低減可能である。このとき、熱処理が１×１０−５Ｔｏｒｒ（１．３３３２２×１０−３パスカル）以下の真空度に維持されるとき、熱処理時間は、所望の水素放出を得るために1分以上であることが好ましく、30分以下であることができ、これにより2.0Ωcm以下のシート抵抗と1.0e-3Ωcm2以下の接触抵抗の両立を達成できる。熱処理の真空度は例えば１×１０−６Ｔｏｒｒ以下であることが良く、熱処理の真空度は例えば１×１０−７Ｔｏｒｒ以下であることがさらに良く、熱処理の真空度は例えば１×１０−８Ｔｏｒｒ以下であることが非常に良い。
【０１０９】
発明者らの知見によれば、熱処理において真空にさらされる半極性面が該半極性面のIII族窒化物のｃ軸からｍ軸の方向への傾斜を成しており、またこの傾斜の角度範囲が６３度以上であり８０度未満であるとき、特に、この半極性面はｃ面と異なる性質を示す。このような半極性面は、ガリウム原子の配列又は窒素原子の配列からなるｃ面と異なって、ガリウム原子及び窒素原子の配列が現れる。６３度以上８０度未満の角度範囲の表面には、ガリウム原子及び窒素原子の両方が現れる。これ故に、６３度以上８０度未満の角度範囲の表面は、真空中において、ｃ面といった極性面のようなIII族窒化物半導体表面に比べてのIII族窒化物半導体表面から窒素の脱離に比べて敏感である。
【０１１０】
本実施の形態における活性化を用いることにより、活性層が４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する光を発生するように設けられることができ、緑色波長及びその近傍の波長で発光するレーザダイオードを作製できる。また、活性層が５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する光を発生するように設けられることができ、緑色波長領域で発光するレーザダイオードを作製できる。
【０１１１】
活性化の熱処理前のｐ型窒化ガリウム系半導体はｐ型ドーパント及び水素を含み、また活性化の熱処理後のｐ型窒化ガリウム系半導体もｐ型ドーパント及び水素を含む。しかしながら、活性化処理されたｐ型窒化ガリウム系半導体の水素濃度はｐ型窒化ガリウム系半導体のｐ型ドーパント濃度の１０パーセント以下にまで低減される。この真空中の熱処理によれば、ｐ型窒化ガリウム系半導体からの水素の離脱を促進でき、これ故に、ｐ型窒化ガリウム系半導体の水素濃度をｐ型窒化ガリウム系半導体のｐ型ドーパント濃度の１０パーセント以下に低減できる。
【０１１２】
有機金属III族原料を用いる成長において有機金属III族原料に含まれる水素が窒化ガリウム系半導体に残留するけれども、発明者らの実験によれば、活性化のための熱処理に用いる真空度は、７．５×１０−８Ｔｏｒｒ以下であることが好ましい。７．５×１０−８Ｔｏｒｒ（１×１０−５パスカル）以下の真空度は、つまり超高真空のもとでは、窒化ガリウム系半導体の活性化が促進される。
【０１１３】
この作製方法によれば、III族窒化物半導体領域に含まれるように成長された窒化ガリウム系半導体はｐ型ドーパント及び水素を含む。このIII族窒化物半導体領域の熱処理を真空中で行うとき、これらの半導体における窒化ガリウム系半導体にドーパントの活性化が生じる。また、真空中の熱処理は、窒素雰囲気における熱処理に比較して熱処理でより多くの水素脱離を可能にする。
【０１１４】
このIII族窒化物半導体デバイスによれば、窒化ガリウム系半導体表面を提供するｐ型窒化ガリウム系半導体の水素濃度がｐ型窒化ガリウム系半導体のｐ型ドーパント濃度の１０パーセント以下に低減されているとき、ｐ型窒化ガリウム系半導体の接触抵抗を低減できる。
【０１１５】
工程Ｓ１１３では、ｐ型コンタクト層上にアノード電極を形成すると共に、基板の裏面にカソード電極を形成して、基板生産物を形成する。上記のドーパント活性化によれば、真空中の熱処理を用いて活性化をおこなうので、低い比抵抗を有するｐ型窒化ガリウム系半導体に加えて低い接触抵抗を有する発光素子が提供される。工程Ｓ１１４では、レーザ共振器の長さで基板生産物を割断して、レーザバーを作製する。
【０１１６】
また、真空中（特に、超高真空）での熱処理は、所望の活性化のために必要な時間を短縮することを可能にするので、この熱処理は、窒素雰囲気における熱処理に比較してIII族窒化物半導体表面の品質低下を低減できる。したがって、活性化処理を施したIII族窒化物半導体表面に接触を成すアノード電極を形成するとき、その接触抵抗は5e-4Ωcm2以下になり、この値は、他の活性化処理を施したIII族窒化物半導体表面に接触を成すアノード電極を形成する接触抵抗1e-3Ωcm2に比べて優れる。
【０１１７】
（実施例１）
図５は、実施例１において作製されたIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。
【０１１８】
半極性主面を有するIII族窒化物基板を準備する。本実施例では、ｍ軸方向に７５度の角度で傾斜した半極性主面を有するＧａＮ基板５１を準備する。この半極性主面の面方位は、｛２０−２１｝面に対応する。このＧａＮ基板５１の半極性主面上に、発振波長５２５ｎｍ帯で動作するＬＤ構造ＬＤ１を有する半導体領域を成長する。成長炉にＧａＮ基板５１を配置した後に、ＧａＮ基板の前処理（サーマルクリーニング）を行う。この前処理は、アンモニア及び水素を含む雰囲気中、摂氏１０５０度の熱処理温度、１０分間の処理時間の条件で行われる。
【０１１９】
この前処理の後に、摂氏９５０度の成長温度でＧａＮ基板５１上にｎ型窒化ガリウム層５３といった窒化ガリウム系半導体層を成長する。このｎ型ＧａＮ層の厚さは例えば１１００ｎｍである。この窒化ガリウム系半導体層上にｎ型クラッド層を成長する。ｎ型クラッド層５５は、例えば摂氏９００度の成長温度で成長されたＩｎＡｌＧａＮ（Ｉｎ組成０．０３、Ａｌ組成０．１１、Ｇａ組成０．８６）層を含む。このｎ型クラッド層５５の厚さは例えば１．２μｍである。ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層は歪みを内包する。本実施例では、ｎ側光ガイド層は、例えば摂氏１０００度の成長温度で成長されたｎ型ＧａＮ層５７ａを含み、また例えば摂氏８７０度の成長温度で成長されたアンドープＩｎＧａＮ層５７ｂを含む。ＩｎＧａＮ５７ｂ層の厚さは、例えば１５０ｎｍである。ｎ型ＧａＮ層５７ａの厚さは、例えば２５０ｎｍである。
【０１２０】
ｎ側光ガイド層５７上に活性層を成長する。活性層５９は井戸層５９ａを含む。本実施例では、井戸層５９ａは、例えば摂氏７２０度の成長温度で成長されたＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎ（Ｉｎ組成０．３０、Ｇａ組成０．７０）層を含み、ＩｎＧａＮ層の厚さは例えば３ｎｍである。このＩｎＧａＮ層は圧縮歪みを内包する。必要な場合には、活性層５９は例えば障壁層５９ｂを含むことができ、この障壁層５９ｂは例えば摂氏８４０度の成長温度で成長されたＧａＮ層を含み、このＧａＮ層の厚さは例えば１０ｎｍである。本実施例では、活性層５９は二重量子井戸構造を有する。
【０１２１】
活性層５９上にｐ側光ガイド層及び電子ブロック層を成長する。本実施例では、ｐ側光ガイド層６１は、例えば摂氏８７０度の成長温度で成長されたアンドープＩｎＧａＮ層６１ａを含み、このインジウム組成は例えば０．０２である。ｐ側ＩｎＧａＮ層６１ａの厚さは、例えば１００ｎｍである。このｐ側ＩｎＧａＮ層６１ａは歪みを内包する。このｐ側光ガイド層６１ａ上に電子ブロック層を成長する。本実施例では、電子ブロック層は、例えば摂氏８９０度の成長温度で成長されたｐ型ＡｌＧａＮ層６３を含み、このアルミニウム組成は例えば０．１１である。このＡｌＧａＮ層６３の厚さは、例えば２０ｎｍである。電子ブロック層上に、別のｐ側光ガイド層を成長する。このｐ側光ガイド層は、例えば摂氏８４０度の成長温度で成長されたｐ型ＧａＮ層６１ｂを含む。ｐ側ＧａＮ層の厚さは、例えば２６０ｎｍである。
【０１２２】
これらのｐ側光ガイド層上にｐ型クラッド層を成長する。ｐ型クラッド層は、例えば摂氏８８０度の成長温度で成長されたＩｎＡｌＧａＮ（Ｉｎ組成０．０３、Ａｌ組成０．１１、Ｇａ組成０．８６）層６５を含む。このｐ型クラッド層の厚さは例えば４００ｎｍである。ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層６５は歪みを内包する。ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層６５は歪みを内包する。
【０１２３】
ｐ型クラッド層上にｐ型コンタクト層を成長する。本実施例では、ｐ型コンタクト層は、例えば摂氏８８０度の成長温度で成長されたＧａＮ層６７を含む。ｐ型コンタクト層の厚さは、例えば５０ｎｍである。これらの工程により、エピタキシャル基板が作製される。
【０１２４】
エピタキシャル基板を真空中において熱処理する。この熱処理の後に、熱処理されたｐ型コンタクト層上にストライプ形状のＰｄ電極を形成すると共に、ＧａＮ基板の裏面（必要に応じて研磨処理された裏面）にＴｉ／Ａｌ電極を形成する。パッド電極の材料として金を用いる。このレーザダイオードの発振波長は５２５ｎｍである。
【０１２５】
成長後のレーザ構造を有するエピタキシャル基板を熱処理炉内で真空度、温度、処理時間を変えて熱処理を行う。熱処理炉はクライオポンプ・液体窒素シュラウドを備えており、１×１０−１１Ｔｏｒｒ（１．３３３２２×１０−９）以下の真空度を実現できる。熱処理炉の真空度は電離真空系を用いて測定される。熱処理炉温度については、放射温度計を用いて基板温度が測定される。図６は、実施の形態における熱処理の温度プロファイルの一例を示す。この温度プロファイルにおいて、昇温速度は＋３０度／分であり、降温速度は−３０度／分である。温度の変更では、室温（例えば摂氏25度）から目標温度まで昇温し、この目標温度を所望の期間だけ維持する。この後に、目標温度から室温まで降温する。熱処理後に室温に戻されたエピタキシャル基板を熱処理炉から取り出す。
【０１２６】
（実施例２）
図７は、熱処理時間と接触抵抗との関係を示す図面である。この熱処理は、摂氏７５０度における窒素雰囲気（大気圧）で行われる。引き続く説明における接触抵抗及び比抵抗は、ＴＬＭ（Transfer Length Measurement）法で測定される。図７を参照すると、熱処理時間の増加に伴って、アノード電極とｐ型コンタクト層との接触抵抗が増加する傾向にある。つまり、半極性のレーザ構造のｐ型窒化ガリウム系半導体を含むエピタキシャル基板を熱処理する際には、長時間の熱処理は表面の窒素原子抜けを誘起させて、結果として接触抵抗を増大させる。これ故に、活性化のための熱処理は、短時間で行われることが望ましい。特に半極性基板では、極性基板とは異なり表面原子配列にガリウム原子及び窒素原子の両方が含まれるので、大気圧中での熱処理では、高い蒸気圧を示す窒素原子が表面から離脱しやすく、この離脱に起因して、接触抵抗が悪化する。半極性表面を有するエピタキシャル基板の活性化は短時間の熱処理であることが好適である。
【０１２７】
図８は、熱処理時間とｐ型半導体層の比抵抗との関係を示す図面である。半極性基板上に作製される窒化物系半導体デバイスにおいて、低い接触抵抗と低い比抵抗の両立を図るためには、接触抵抗を１×１０−４Ω・ｃｍ２程度に維持することが求められる。発明者らは、１×１０−４Ω・ｃｍ２程度の接触抵抗を維持できる短時間の熱処理を可能な方法を検討している。大気圧で行われる熱処理（例えば大気圧の窒素雰囲気中の熱処理）では、シンボル「白抜き三角形」に示されるように、短時間（1分）ではｐ型ＧａＮ層の比抵抗が２．５Ω・ｃｍ程度である一方で、長時間（３０分）ではｐ型ＧａＮ層の比抵抗が２．０Ω・ｃｍ程度である。しかしながら、図７に示されるように、長時間（３０分）の熱処理は、所望の接触抵抗を提供できない。逆に、所望の接触抵抗を提供できる短時間の熱処理は、ｐ型ＧａＮ層に所望の比抵抗を実現できない。つまり、上記の接触抵抗を達成可能な熱処理時間では、十分な活性化が行われず低比抵抗を得ることができない。
【０１２８】
一方、高真空中における熱処理（１×１０−９Ｔｏｒｒ（１．３３３２２×１０−７パスカル）、摂氏７５０度）は、短時間（例えば1分）の処理でも低い比抵抗を実現することが可能であり、長時間（３０分）の熱処理の処理でも低い比抵抗を実現できる。シンボル「黒四角形」に示されるように、真空中における熱処理は、いずれの処理時間でもｐ型ＧａＮ層中の水素原子の拡散・脱離を可能にする。注目すべきは、短時間の真空中の熱処理で低い比抵抗を実現できることである。なお、熱処理前の比抵抗は10Ωcm以上の高抵抗程度である。
【０１２９】
図９は、熱処理における真空度とｐ型ＧａＮ層との関係を示す図面である。この熱処理は、摂氏７５０度の温度及び１分の処理時間を用いる。熱処理前の比抵抗は10Ωcm以上の高抵抗であり、大気圧（窒素雰囲気）における熱処理では、比抵抗は2.1Ωcmである。図９において、真空度（2.3×10-5Ｔｏｒｒ）における熱処理では比抵抗は1.9〜2.0Ωcmであり、熱処理（大気圧）における比抵抗に比べて、１割程度の比抵抗低減が可能である。これ故に、１×１０−５Ｔｏｒｒ以下の真空度では、比抵抗低減が可能である。また、真空度（1×10-9Ｔｏｒｒ）における熱処理では比抵抗は1.8Ωcmであり、熱処理（大気圧）における比抵抗に比べて、1割以上程度の比抵抗低減が可能である。１×１０−９Ｔｏｒｒ程度の真空度では、比抵抗低減が可能であることに加えて、超高真空（１×１０−９Ｔｏｒｒ程度の真空度）の熱処理におけるｐ型ＧａＮ層における水素濃度は、ｐ型ドーパントのマグネシウム濃度に対する比率（Ｈ濃度／Ｍｇ濃度）が０．０５以下にまで低減される。一方、熱処理（大気圧）におけるｐ型ＧａＮ層における水素濃度は、ｐ型ドーパントのマグネシウム濃度に対する比率（Ｈ濃度／Ｍｇ濃度）が０．５程度である。例えば、水素濃度とｐ型ドーパントのマグネシウム濃度との比率（Ｈ濃度／Ｍｇ濃度）が０．１以下であることを実現可能な真空度は、1×10-8Ｔｏｒｒ以下程度である。
【０１３０】
上記の実験に加えて、発明者らは様々な実験を行っている。これらの実験の結果として、また既に図７及び図８に示されるように、長い熱処理時間に比較的耐性を有する窒化ガリウム系半導体面方位（ｃ軸傾斜角の範囲）においては、表面の荒れよりは他の特性や要因に基づき、熱処理時間を決定できる。図８によれば、真空中の熱処理は、短時間及び長時間の両方において２Ω・ｃｍ以下の比抵抗を達成できる。
【０１３１】
長い熱処理時間に比較的敏感な窒化ガリウム系半導体面方位においては、例えば接触抵抗の特性に基づき、熱処理時間を決定する。半極性面のIII族窒化物のｃ軸からｍ軸の方向への傾斜を成す角度範囲が６３度以上であり８０度未満である半極性面では、熱処理の真空度と所望の接触抵抗（例えば、接触抵抗5e-4Ωcm2）を実現できる熱処理時間との例示は以下のものである。
真空度（Ｔｏｒｒ）、熱処理時間の上限。
１×１０−５、30分。
１×１０−６、10分。
１×１０−７、5分。
１×１０−８、2分。
１×１０−９、1分。
【０１３２】
図１０は、熱処理温度と比抵抗との関係を示す図面である。比抵抗が2.0Ωcm以下に低減される温度範囲として、熱処理温度は摂氏600度以上であることが好ましく、また摂氏750度以下であることが好ましい。また、熱処理温度が摂氏６５０度以上摂氏７００度以下の範囲で非常に低い比抵抗を実現できる。
【０１３３】
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】
【０１３４】
本実施の形態によれば、比較的短い時間の熱処理でｐ型ドーパントの活性化を可能にする、窒化ガリウム系半導体を作製する方法を提供できる。また、本実施の形態によれば、比較的短い時間の熱処理でｐ型ドーパントの活性化を可能にする、III族窒化物半導体デバイスを作製する方法を提供できる。さらに、本実施の形態によれば、ｐ型ドーパントの活性化により低い層抵抗を有するIII族窒化物半導体デバイスを提供できる。
【符号の説明】
【０１３５】
１１…族窒化物半導体レーザ、１３…発光層、１５…電極、１７…支持基体、１７ａ…半極性主面、１７ｂ…支持基体裏面、１７ｃ…支持基体端面、１９…半導体領域、１９ａ…半導体領域表面、２１…ｎ型クラッド層、２３…ｐ型クラッド層、２５…活性層、２５ａ…井戸層、２５ｂ…障壁層、ＡＬＰＨＡ…角度、Ｓｃ…ｃ面、ＮＸ…法線軸、３１…絶縁膜、３１ａ…絶縁膜開口、３５…ｎ側光ガイド層、３７…ｐ側光ガイド層、３９…電子ブロック層、１０ｂ…熱処理装置、１０ａ…成長炉、ＥＰ…エピタキシャル基板、ＥＰ１…エピタキシャル基板、４７…基板、４７ａ…基板主面、４９…半導体積層、４９ａ…ｎ型III族窒化物半導体領域、４９ｂ…発光層、４９ｃ…ｐ型III族窒化物半導体領域、４９ｄ…ｎ型III族窒化物半導体コンタクト層、５１…ＧａＮ基板、５３…ｎ型窒化ガリウム層、５５…ｎ型クラッド層、５７…ｎ側光ガイド層、５７ａ…ｎ型ＧａＮ層、５７ｂ…アンドープＩｎＧａＮ層、５９…活性層、５９ａ…井戸層、５９ｂ…障壁層、６１…ｐ側光ガイド層、６１ａ…ｐ側ＩｎＧａＮ層、６３…ｐ型ＡｌＧａＮ層、６１ｂ…ｐ型ＧａＮ層、６５…ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層、６７…ＧａＮ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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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