(57)【要約】【課題】本発明は、高温によるアニーリングが不要であり、かつキャップ層の形成が不要な窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】ノンドープＧａＡｌＮ層１０５とノンドープＧａＮ層１０６から構成されるｐ層領域１０７に対し、まず、イオン注入によりｐ型ドーパントを注入させる。その後、ｐ層領域１０７を構成するノンドープＧａＡｌＮ層１０５とノンドープＧａＮ層１０６に対して赤外光照射を行い、ｐ型クラッド層１３２とｐ型ガイド層１３３を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長法により、ｐ層領域が形成された窒化ガリウム系化合物半導体を成長後、イオン注入法により前記ｐ層領域にｐ型不純物を注入し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、前記ｐ型不純物を活性化処理したことを特徴とするｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項２】
前記ｐ層領域に前記ｐ型不純物を注入後、前記ｐ型不純物が注入された前記ｐ層領域の一部に、イオン注入法により金属添加物を注入し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、前記ｐ型不純物と前記金属添加物を活性化処理したこと特徴とする請求項１に記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項３】
前記金属添加物として、Ｉｎ、Ａｌ、またはＷより選択されたいずれか一種の材料を用いたことを特徴とする請求項２に記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項４】
前記加熱の方法として赤外光照射による光励起法を用い、前記ｐ層領域のみを活性化したことを特徴とする請求項１、または２に記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項５】
前記ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎより選択されたいずれか一種の材料を用いたことを特徴とする請求項１、または２に記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項６】
前記ｐ層領域は、ｐ型ＧａＮ層、又は前記ｐ型ＧａＮ層とｐ型　Ｇａ１−ａＡｌａＮ層（但し、０＜ａ≦１）による多層膜からなることを特徴とする請求項１、または２に記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項７】
気相成長法により、ｐ層領域が形成された窒化ガリウム系化合物半導体を成長後、イオン注入法により前記ｐ層領域にｐ型不純物を注入し、その後、前記ｐ型不純物が注入されたｐ層領域の一部にイオン注入法を用いて不活性化不純物を注入することにより電流狭窄領域を形成し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、前記ｐ型不純物と前記不活性化不純物を反応させ、前記電流狭窄領域を高抵抗化処理したことを特徴とするｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項８】
前記加熱の方法として赤外光照射による光励起法を用い、ｐ層領域のみを活性化したことを特徴とする請求項７に記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項９】
前記ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎより選択されたいずれか一種の材料を用いたことを特徴とする請求項７に記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項１０】
前記ｐ層領域は、ｐ型ＧａＮ層とｐ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ層（但し、０＜ａ≦１）からなる多層膜により構成されることを特徴とする請求項７に記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項１１】
気相成長法により、ｎ層領域が形成された窒化ガリウム系化合物半導体を成長後、イオン注入法により前記ｎ層領域にｎ型不純物を注入し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、前記ｎ型不純物を活性化処理したことを特徴とするｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項１２】
前記ｎ層領域に前記ｎ型不純物を注入後、前記ｎ型不純物が注入された前記ｎ層領域の一部に、イオン注入法により金属添加物を注入し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、前記ｎ型不純物と前記金属添加物を活性化処理したことを特徴とする請求項１１に記載のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項１３】
前記金属添加物として、Ｉｎ、またはＡｌより選択されたいずれか一種の材料を用いたことを特徴とする請求項１２に記載のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項１４】
前記加熱の方法として赤外光照射による光励起法を用い、ｎ層領域のみを活性化したことを特徴とする請求項１１、または１２に記載のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項１５】
前記ｎ型不純物としてＳｉを用いたことを特徴とする請求項１１、または１２に記載のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【請求項１６】
前記ｎ層領域は、ｎ型ＧａＮ層とｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ層（但し、０＜ａ≦１）による多層膜からなることを特徴とする請求項１１、または１２に記載のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法に関する。特に、イオン注入法により、ｐ型、又はｎ型不純物をドープして形成した窒化ガリウム系化合物半導体層を低温にて活性化処理する方法に関する。
ここで、半導体素子とは、ダブルへテロ構造を有する発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）、半導体レーザダイオード（以下、ＬＤという）、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）等の光を発する半導体素子をいう。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体レーザ素子、発光ダイオード等の半導体発光素子を用いた高輝度タイプの発光素子が量産されるようになり、特に、上記窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子は、その混晶比を変化させることにより、紫外領域から赤外領域まで発光色を調整することができる。
又、一般に、これらの窒化ガリウム系化合物半導体を形成する方法としては、有機金属化合物気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）や分子線エピタキシャル成長法（以下、ＭＢＥ法という）等の気相成長法や、液相エピタキシャル成長法（以下、ＬＰＥ法という）がよく知られている。
【０００３】
例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いた方法について簡単に説明すると、例えば、６００〜７００℃に維持されたサファイヤ基板やＳｉＣ基板を設置した反応容器内に、反応ガスとなるＩＩＩ属元素としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリエチルインジウム（ＴＭＩ）等のアルキル基の有機金属を、Ｖ属元素としてＡｓＨ３やアンモニア（ＮＨ３）等の水素化合物を供給することにより、熱分解が起こり、エピタキシャル結晶層が生成される。
ＴＭＧやＴＭＩ等の有機金属は、常温では液体であるが、キャリアガスである水素でバブリングを行うことにより蒸発し、反応しやすい有機金属ガスとして反応容器内に供給される。
【０００４】
又、上記エピタキシャル結晶層を形成する際に、他の不純物ガスを供給しながら、窒化ガリウム系化合物半導体をｎ型、又はｐ型に積層する手法がよく用いられている。ｎ型不純物としては、Ｓｉが良く知られており、ｐ型不純物としては、ＺｎやＣｄ等が良く知られている。
【０００５】
これらｎ型、又はｐ型用ドーパントの添加には、ＳｉＨ４等の水素化物、またはＺｎ（Ｃ２Ｈ５）２等の有機金属が用いられるが、これらもキャリアガスである水素ガスにより反応容器内に供給される。
又、一般に、ｎ型不純物、又はｐ型不純物のドーピングを行う際には、上記気相成長法によりｎ型、又は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形成した後に、窒化ガリウム系化合物半導体の全体に対してアニーリング（焼きなまし）が行われる（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
その理由は、窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる際に、一般的にアンモニア（ＮＨ３）がＮ源として用いられるが、窒化ガリウム系化合物半導体層の成長過程において、このアンモニアが分解して原子状水素が生成されると考えられ、この原子状水素が不純物としてｐ型ドーパントとしてドープされたＭｇと結合することにより、ｐ型不純物であるＭｇのアクセプターとしての作用を妨げていると考えられる。
【０００７】
又、ｎ型ドーパントとして導入されたＳｉ等の活性化を行うためには、高温に加熱する必要がある。そこで、気相成長法により、ｐ型、及びｎ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体を成長させた後に、窒化ガリウム系化合物半導体の全体に対して上記高温下におけるアニーリングを行うことにより、Ｍｇ−Ｈの形で結合されている水素が熱的に解離され、ｐ型不純物がアクセプターとして、及び加熱により活性化されたｎ型不純物がドナーとして正常に作用するようになるのである。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２５４０７９１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記水素を解離するためには、上記アニーリングを７００〜８００℃の高温で行う必要があるため、この高温下でアニーリングを行った場合、既に成長済みのＧａＮ層（常圧における分解温度は８４０℃）やＩｎＧａＮ層（常圧における分解温度は５５０℃）が熱分解してしまい、その結晶性が悪くなるという問題があった。
【００１０】
又、従来においては、上記不都合を回避するために、ｐ型、又はｎ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体層の上に、例えばＧａＮからなるキャップ層（又は、保護層）を形成し、その後、上記アニーリングを行う手法が開発されているが、この方法では、別途キャップ層を形成しなければならず、又、アニーリングを行った後に、当該キャップ層を除去しなければならないため、気相成長法により、ｐ型、又はｎ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体を形成する工程が煩雑になるという問題があった。
【００１１】
ここで、上記の問題点は、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法において、ドーパント物質を当初から加えてエピタキシャル成長を行っているために生じるものと考えられる。
【００１２】
本発明は上記問題点を解決し、高温によるアニーリングが不要であり、かつキャップ層の形成が不要な窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法は、気相成長法により、ｐ層領域が形成された窒化ガリウム系化合物半導体を成長後、イオン注入法によりｐ層領域にｐ型不純物を注入し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、ｐ型不純物を活性化処理したことを特徴とする。
【００１４】
ここで、ｐ層領域にｐ型不純物を注入後、ｐ型不純物が注入されたｐ層領域の一部に、イオン注入法により金属添加物を注入し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、ｐ型不純物と金属添加物を活性化処理することができる。
【００１５】
又、金属添加物として、Ｉｎ、Ａｌ、またはＷより選択されたいずれか一種の材料を用いることができる。
【００１６】
又、加熱の方法として赤外光照射による光励起法を用い、ｐ層領域のみを活性化することができる。
【００１７】
又、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎより選択されたいずれか一種の材料を用いることができる。
【００１８】
又、ｐ層領域は、ｐ型ＧａＮ層、又はｐ型ＧａＮ層とｐ型　Ｇａ１−ａＡｌａＮ層（但し、０＜ａ≦１）による多層膜からなるものとすることができる。
【００１９】
次に、本発明の第２の窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法は、気相成長法により、ｐ層領域が形成された窒化ガリウム系化合物半導体を成長後、イオン注入法によりｐ層領域にｐ型不純物を注入し、その後、ｐ型不純物が注入されたｐ層領域の一部にイオン注入法を用いて不活性化不純物を注入することにより電流狭窄領域を形成し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、ｐ型不純物と不活性化不純物を反応させ、電流狭窄領域を高抵抗化処理したことを特徴とする。
【００２０】
ここで、加熱の方法として赤外光照射による光励起法を用い、ｐ層領域のみを活性化することができる。
【００２１】
又、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎより選択されたいずれか一種の材料を用いることができる。
【００２２】
又、ｐ層領域は、ｐ型ＧａＮ層とｐ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ層（但し、０＜ａ≦１）からなる多層膜からなるものとすることができる。
【００２３】
次に、上記目的を達成するために、本発明の第３の窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法は、気相成長法により、ｎ層領域が形成された窒化ガリウム系化合物半導体を成長後、イオン注入法によりｎ層領域にｎ型不純物を注入し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、ｎ型不純物を活性化処理したことを特徴とする。
【００２４】
ここで、ｎ層領域にｎ型不純物を注入後、ｎ型不純物が注入されたｎ層領域の一部に、イオン注入法により金属添加物を注入し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、ｎ型不純物と金属添加物を活性化処理することができる。
【００２５】
又、金属添加物として、Ｉｎ、またはＡｌより選択されたいずれか一種の材料を用いることができる。
【００２６】
又、加熱の方法として赤外光照射による光励起法を用い、ｎ層領域のみを活性化することができる。
【００２７】
又、ｎ型不純物としてＳｉを用いることができる。
【００２８】
又、ｎ層領域は、ｎ型ＧａＮ層とｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ層（但し、０＜ａ≦１）による多層膜からなるものとすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【００３０】
図１（ａ）に示す様に、例えばｎ型ＧａＮからなる基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等の気相成長法により、ＧａＡｌＮからなるｎ型クラッド層１０２、ＧａＮからなるｎ型ガイド層１０３、例えばＩｎＧａＮからなる発光層（又は、活性層）１０４を所定の厚さで順次積層する。
【００３１】
より具体的には、基板１０１に、４００〜７００℃の低温でキャリアガスＨ２とともにＴＭＧ、アンモニア、及びドーパントとしてのシラン（ＳｉＨ４）を供給するとともに、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の原料ガスを反応容器に加え、ｎ型ドーパントのＳｉを含有したｎ型のＧａｘＡｌ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）からなるｎ型のクラッド層１０２を成膜する。次に上記ＴＭＡの供給を止めることにより、ｎ型ドーパントのＳｉを含有したｎ型のＧａＮからなるｎ型のガイド層１０３を成膜する。
【００３２】
次に、バンドギャップエネルギーがクラッド層のバンドギャップエネルギーよりも小さくなる材料、例えば前述のＴＭＡに代えてＴＭＩを導入し、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１）からなる発光層（又は活性層）１０４を形成する。
【００３３】
次に、図１（ａ）に示す様に、前述のＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等の気相成長法を用いて、発光層１０４の表面上にノンドープＧａ１−ａＡｌａＮ（０＜ａ≦１）層１０５を、当該ＧａＡｌＮ層１０５の表面上にノンドープＧａＮ層１０６を所定の厚さで順次形成する。
【００３４】
より具体的には、前述のｎ型クラッド層１０２を形成する際に用いたガスと同じ原料ガスであって、シランを除いたガスを反応容器に導入し、ノンドープＧａ１−ａＡｌａＮ（０＜ａ≦１）層１０５を気相成長させる。次に、原料ガスからＴＭＡを除いて、キャリアガスＨ２、ＴＭＧ、アンモニアを原料ガスとして反応容器に供給し、ノンドープＧａＮ層１０６を気相成長させる。
【００３５】
このノンドープＧａＡｌＮ層１０５は、後にｐ型ドーパントをドープすることにより、ｐ型クラッド層となるものであり、又、ノンドープＧａＮ層１０６は、後にｐ型ドーパントをドープされることにより、ｐ型コンタクト層となるものである。
【００３６】
即ち、従来においては、前述の気相成長法を行う際に、例えば、前述のｎ型クラッド層１０２を形成する際に用いたガスと同じ原料ガスであって、不純物原料ガスを、シランからｐ型用ドーピングガス（例えば、シクロペンタジエニルマグネシウム）に代えることにより、既にｐ型ドーパント（例えば、Ｍｇ）がドープされたｐ型クラッド層等を成長させるが、本実施形態においては、以上に説明した様に、ＧａＡｌＮ層１０５とＧａＮ層１０６は各々ノンドープ層であり、ｐ型ドーパントをドープしておらず、従って、気相成長法によりエピタキシャル成長を行う段階においては、ＧａＡｌＮ層１０５とＧａＮ層１０６は、各々ｐ型化されていないことになる。尚、ＧａＡｌＮ層１０５とＧａＮ層１０６によりｐ層領域１０７が構成されている。
【００３７】
ここで、本発明のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法においては、上記ノンドープＧａＡｌＮ層１０５とノンドープＧａＮ層１０６から構成されるｐ層領域１０７をｐ型化するに際し、まず前記ｐ層領域１０７にイオン注入によりｐ型ドーパントを注入させ、その後、前記ｐ層領域１０７に対して赤外光照射を行う点に特徴がある。
【００３８】
即ち、図１（ｂ）に示す様に、上記気相成長法により、基板１０１上にｎ型クラッド層１０２からノンドープＧａＮ層１０６を形成した後、ノンドープＧａＡｌＮ層１０５とノンドープＧａＮ層１０６に対して、イオン注入法によりｐ型ドーパントであるＭｇを注入する。
【００３９】
より具体的には、注入物質であるＭｇを含むソーズガスをアーク放電によりプラズマ化させた後、質量分析器により注入物質イオンを分離し、このイオンをノンドープＧａＡｌＮ層１０５とノンドープＧａＮ層１０６に加速電圧５０〜２００ＫｅＶで打ち込む。注入エネルギーにより不純物分布の深さを、イオン電流により添加不純物量（ドーズ量）を制御することができる。
【００４０】
以上の工程により、本実施形態においては、気相成長法によりエピタキシャル成長されたノンドープＧａＡｌＮ層１０５とノンドープＧａＮ層１０６に対して、当該気相成長法を行った後に、ｐ型ドーパントであるＭｇをイオン注入法により打ち込むため、気相成長法を用いた窒化ガリウム系化合物半導体層の成長過程において、Ｎ源として用いられるアンモニアの分解により生成する原子状水素が、不純物としてドープされたＭｇと結合することはない。
【００４１】
従って、従来のごとく、Ｍｇ−Ｈの形で結合している水素を熱的に解離するための高温下におけるアニーリングを行わなくても、ｐ型不純物であるＭｇのアクセプターとしての作用が妨げられるという悪影響は生じないことになる。
【００４２】
又、上述のごとく、７００〜８００℃の高温下で行うアニーリングが不要であるため、既に成長済みのＧａＮ層（常圧における分解温度は８４０℃）やＩｎＧａＮ層（常圧における分解温度は５５０℃）の熱分解という不都合が発生しないため、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上に、例えば、ＧａＮからなるキャップ層（又は、保護層）を形成する必要がない。従って、別途キャップ層を形成し、アニーリングを行った後に、当該キャップ層を除去しなければならないという不都合も生じないことになる。
【００４３】
次に、上記イオン注入法により注入したＭｇを活性化させる必要があるが、この活性化の方法としては、図１（ｃ）に示す様に、窒素等の不活性ガス雰囲気中で、Ｍｇが注入されたｐ層領域１０７のみに赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより達成される。
【００４４】
この赤外光照射を行うことにより、ｐ層領域１０７に導入されたｐ型ドーパントであるＭｇが活性化されるため、前記Ｍｇが打ち込まれたノンドープＧａＡｌＮ層１０５はｐ型　Ｇａ１−ａＡｌａＮ（但し、０＜ａ≦１）からなるｐ型クラッド層１３２に、ノンドープ層１０６はｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１３３となり、ｐ層領域１０７は、ｐ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ層１３２（但し、０＜ａ≦１）とｐ型ＧａＮ層１３３とからなる多層膜により構成されることになる。
【００４５】
ここで、赤外光としては、ハロゲンランプによる赤外ランプ、又はＣＯ２レーザ（１０．５μｍの赤外レーザ）を用いる。光励起による活性化の方法としては紫外光を用いて行う方法もあるが、当該紫外光を用いる方法では、紫外光は波長が短く（４００ｎｍ）、エネルギーが大きいため、光照射を行う際に、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法により形成されたＩｎＧａＮ層のＩｎを分解してしまうという不都合が生じてしまう。
【００４６】
一方、赤外光を用いた場合は、赤外光の波長は紫外光より長く、エネルギーが小さいため、この様な不都合が生じることはない。
【００４７】
又、赤外光照射による加熱温度が２００℃と低いのは、ｐ型ドーパントであるＭｇの活性化が開始される温度が２００℃だからである。
【００４８】
即ち、本実施形態においては、上述のごとく、Ｎ源として用いられるアンモニアの分解により生成する原子状水素が、不純物としてドープされたＭｇと結合することがないため、７００〜８００℃の高温下で行うアニーリングを行う必要がなく、注入されたｐ型ドーパントであるＭｇを活性化しさえすれば良いが、一般的に行われる上記アニーリングによりＭｇから解離されたＨ＋が、再度アンモニアと結合を開始する温度が２００℃であるため、赤外光照射による光励起により当該２００℃に加熱しさえすれば、Ｍｇのアクセプターとしての作用が妨げられるという悪影響は生じないと言えるからである。
【００４９】
又、光励起が行われるｐ層領域１０７は、厚さが数μｍであるため、基板全体を温める必要がなく、又、ＧａＮやＧａＡｌＮ等の窒化化合物は透明であり光を透すため、ｐ型ドーパントであるＭｇが注入されたｐ層領域１０７において、当該Ｍｇを活性化するためには、赤外光照射によりＭｇの活性化が開始される２００℃という低温で加熱してやれば良いからである。
【００５０】
以上の様に、本発明によれば、気相成長法により、基板１０１上にｎ型クラッド層１０２からノンドープＧａＮ層１０６を形成した後、ノンドープＧａＡｌＮ層１０５とノンドープＧａＮ層１０６により構成されるｐ層領域１０７に対して、イオン注入法によりｐ型ドーパントであるＭｇを注入し、その後、当該ｐ層領域１０７に低エネルギーの赤外光を照射することにより、ｐ型ドーパントであるＭｇの活性化を達成することができる。
【００５１】
従って、２００℃という低い加熱温度でｐ型ドーパントを活性化することができるとともに、熱エネルギー損失を少なくすることができる。
【００５２】
又、ドーパントの活性化に光照射を用いるため、大面積を高速で活性化処理することが可能になり、生産性の向上を図ることができる。
【００５３】
又、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法において、ドーパント物質を当初から加えてエピタキシャル成長を行うものではないため、Ｎ源として用いられるアンモニアの分解により生成する原子状水素が、不純物としてドープされたＭｇと結合することがない。
【００５４】
従って、７００〜８００℃の高温下で行うアニーリングを行う必要がなく、別途キャップ層を形成する必要もないため、窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を簡易にすることができる。
【００５５】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図２は、本発明の第２の実施形態であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【００５６】
本実施形態においては、電流狭窄層が形成されており、その製法に特徴があるが、以下に当該製法を説明する。
【００５７】
まず、図２（ａ）に示す様に、例えばｎ型ＧａＮからなる基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等の気相成長法により、ＧａＡｌＮからなるｎ型クラッド層１０２、ＧａＮからなるｎ型ガイド層１０３、例えばＩｎＧａＮからなる発光層（又は、活性層）１０４、ノンドープＧａＮ層１０８、ノンドープＧａＡｌＮ層１０５、及びノンドープＧａＮ層１０６を所定の厚さで順次積層する。尚、ノンドープＧａＮ層１０８、ノンドープＧａＡｌＮ層１０５、及びノンドープＧａＮ層１０６により、ｐ層領域１１０が構成されている。
【００５８】
次に、図２（ｂ）に示す様に、ｐ層領域１１０に対し、第１の実施形態と同様のイオン注入法にて、ｐ型ドーパントであるＭｇを注入する。次に、図２（ｃ）に示す様に、Ｍｇを注入した部分のうち、電流狭窄層を形成する部分に不活性化不純物であるプロトン（Ｈ＋）をイオン注入法により注入し、電流狭窄領域１３９を形成する。
【００５９】
次に、図２（ｄ）に示す様に、第１の実施形態と同様に、窒素等の不活性ガス雰囲気中で、ｐ層領域１１０に対して赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより活性化を行い、ｐ型　Ｇａ１−ａＡｌａＮ（但し、０＜ａ≦１）からなるｐ型クラッド層１３２、ｐ型のＧａＮからなるｐ型コンタクト層１３３、及びｐ型のＧａＮからなるｐ型ガイド層１３５を形成するとともに、Ｍｇとプロトンの結合反応を起こし、電流狭窄領域１３９の高抵抗化を行い、電流狭窄層１０９を形成する。尚、上記赤外線照射後は、ｐ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ層１３２（但し、０＜ａ≦１）とｐ型ＧａＮ層１３３、１３５からなる多層膜によりｐ層領域１１０が構成されることになる。
【００６０】
ここで、本実施形態においては、低温で高抵抗な電流狭窄層を形成することができる点に特徴がある。
【００６１】
即ち、高抵抗化を行う場合、Ｍｇとアンモニアにより、Ｍｇ＋ＮＨ３→Ｍｇ−Ｈ＋ＮＨ２という反応を起こし、Ｍｇと水素を結びつけることにより高抵抗化を行うという手法が一般的に用いられるが、当該手法では、高温下で上記反応を起こすため、既に成長済みのＧａＮやＩｎＧａＮが熱分解することにより、その結晶性が悪くなるという問題生じてしまう。
【００６２】
一方、本実施形態においては、上述のごとく、Ｍｇとプロトンは、各々、イオン注入法により電流狭窄領域１３９に予め注入されており、位置的に近接しているため、Ｍｇとプロトンの結合反応を起こすために必要なエネルギーは、上記従来のＭｇとアンモニアを反応させる手法に比し少なくてよく、その結果、本実施形態においては、赤外線照射による光励起法を用いて２００℃以上に加熱しさえすれば、Ｍｇとプロトンの結合反応を容易に起こすことが可能となる。
【００６３】
以上より、本発明においては、第１の実施形態において説明した効果に加え、赤外線照射による光励起法を用いることにより、既に成長済みのＧａＮやＩｎＧａＮの熱分解による結晶性の悪化という問題を回避することができるとともに、電流狭窄領域の高抵抗化処理を容易に行うことができる。
【００６４】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図３は、本発明の第３の実施形態であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【００６５】
本実施形態においては、ｐ型のＩｎＧａＮ層が形成されており、その製法に特徴があるが、以下に当該製法を説明する。
【００６６】
まず、図３（ａ）に示す様に、例えばｎ型ＧａＮからなる基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等の気相成長法により、ＧａＡｌＮからなるｎ型クラッド層１０２、ＧａＮからなるｎ型ガイド層１０３、例えばＩｎＧａＮからなる発光層（又は、活性層）１０４、ノンドープＧａＮ層１０６を所定の厚さで順次積層する。
【００６７】
尚、本実施形態においては、ｐ層領域１２５は、ノンドープＧａＮ層１０６からなる単層構造となっている。
【００６８】
次に、図３（ｂ）に示す様に、前記ノンドープＧａＮ層１０６に、第１の実施形態と同様のイオン注入法にて、ｐ型ドーパントであるＭｇを注入する。次に、図３（ｃ）に示す様に、前述のＭｇを注入したＧａＮ層１０６の一部（ＧａＮ層１０６の中央部以外の領域）である１１５の領域にＩｎ又はＡｌをイオン注入法により注入する。
【００６９】
次に、図３（ｄ）に示す様に、第１の実施形態と同様に、窒素等の不活性ガス雰囲気中で、ＭｇとＩｎ（又はＡｌ）が注入されたＧａＮ層１０６に赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより活性化を行い、ｐ型のＧａＮ層１３３とｐ型のＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１３６を形成する。
【００７０】
よって、本実施形態においては、ｐ層領域１２５は、ｐ型ＧａＮ層１３３により構成されることになる。
【００７１】
ここで、本実施形態においては、高速、かつ精度良く衝撃緩衝層、及びバンドギャップ調整層を形成することができる点に特徴がある。
【００７２】
即ち、従来、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層上にＡｕ等によるｐ型電極を設け、Ａｕ線等により当該ｐ型電極を外周器と接続する際に、ワイヤーボンディングを行うが、当該ワイヤーボンディングを行う際の機械的ストレスが、ｐ型電極からｐ型コンタクト層、ｐ型クラッド層を介して、発光層（又は、活性層）へと伝達されてしまい、発光層の出力低下の原因となっていた。
【００７３】
一方、本実施形態においては、上述のごとく、Ｍｇを注入したＧａＮ層１０６の一部にＩｎ（又は、Ａｌ）をイオン注入法により注入し、その後、赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより注入されたＩｎ（又は、Ａｌ）の活性化を行い、軟らかいＩｎ（又はＡｌ）を含むｐ型のＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１３６を発光層１０４の上部に形成するため、当該ＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１３６が衝撃緩衝層として作用することになる。
【００７４】
従って、ワイヤーボンディングを行う際の機械的ストレスが発光層（又は、活性層）へと伝達されず、発光層（又は、活性層）の出力低下を防止することができる。
【００７５】
又、本実施形態においては、前述のイオン注入法、及び赤外線照射により、ｐ型のＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１３６を発光層１０４の上部に形成することができ、当該ｐ型のＩｎＧａＮ層（又はＡｌＧａＮ層）１３６が発光層１０４のクラッド層（又は、バンドギャップ層）として機能する。
【００７６】
即ち、イオン打ち込みにより、バンドギャップエネルギーの大きい層を部分的に形成し、活性化できるため、本実施形態においては、キャリア（この場合は、正孔）をより精度良く閉じこめることが可能になるとともに、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法により当該クラッド層を形成する従来法に比し、高速かつ精度良くクラッド層を形成でき、経済性も向上すると言える。又、当該ｐ型のＩｎＧａＮ層（又はＡｌＧａＮ層）１３６は、クラック防止層としても機能する。
【００７７】
又、当該イオン打ち込みにより、クラッド層のバンドギャップと屈折率の制御を精度良く行うことができる。例えば、上記実施形態においては、ｐ型のＧａＮ層１３３（バンドギャップエネルギーは３．４ｅＶ、屈折率は２．６７）にＩｎ（又は、Ａｌ）をイオン注入したｐ型のＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１３６のバンドギャップエネルギーは２．７ｅＶ（ＡｌＧａＮ層の場合は、３．９ｅＶ）となり、屈折率は２．８６（ＡｌＧａＮ層の場合は、２．６）となる。
【００７８】
以上より、本発明においては、第１の実施形態において説明した効果に加え、ワイヤーボンディングを行う際の機械的ストレスが発光層へと伝達されることによる発光層の出力低下という問題を回避することができるとともに、高速、かつ精度良くクラッド層を形成することができる。
【００７９】
尚、上記実施形態では、Ｍｇを注入したＧａＮ層１０６の一部にＩｎ（又は、Ａｌ）をイオン注入法により注入し、その後、赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより注入されたＩｎの活性化を行ったが、上記Ｉｎ（又は、Ａｌ）の代わりに、Ｗ（タングステン）を注入し、赤外線照射により当該Ｗを活性化することにより、高抵抗層を形成する構成としても良い。
【００８０】
又、図３（ｃ）においては、ＧａＮ層１０６の中央部以外の領域に対してＩｎ（又は、Ａｌ）のイオン注入を行ったが、図４に示す様に、ＧａＮ層１０６の中央部である１１６の領域に対してＩｎ（又は、Ａｌ）のイオン注入を行っても良い。
【００８１】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図５は、本発明の第４の実施形態であるｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【００８２】
図５（ａ）に示す様に、例えばｎ型ＧａＮからなる基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等の気相成長法により、ＧａＮからなるノンドープＧａＮ層１２０、及びＧａＡｌＮからなるノンドープＧａＡｌＮ層１４１を所定の厚さで順次積層する。
【００８３】
より具体的には、まず、基板１０１に、４００〜７００℃の低温でキャリアガスＨ２とともに、ＴＭＧとアンモニアを供給することにより、ノンドープＧａＮ層１２０を形成する。次に、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の原料ガスを反応容器に加え、ノンドープＧａ１−ａＡｌａＮ層（但し、０＜ａ≦１）１４１を成膜する。
【００８４】
ここで、このノンドープＧａＮ層１２０は、後にｎ型ドーパントをドープされることにより、ｎ型コンタクト層となるものであり、又、ノンドープＧａＡｌＮ層１４１は、後にｎ型ドーパントをドープされることにより、ｎ型クラッド層となるものである。
【００８５】
即ち、従来においては、前述の気相成長法を行う際に、例えば、前述のノンドープＧａＮ層１２０、及びノンドープＧａＡｌＮ層１４１を形成する際に用いた原料ガスに、不純物原料ガスであるｎ型用ドーピングガス（例えば、シラン）を加えることにより、既にｎ型ドーパント（例えば、Ｓｉ）がドープされたｎ型コンタクト層やｎ型クラッド層を成長させるが、本実施形態においては、以上に説明した様に、ＧａＮ層１２０とＧａＡｌＮ層１４１は各々ノンドープ層であり、ｎ型ドーパントをドープしておらず、従って、気相成長法によりエピタキシャル成長を行う段階においては、ＧａＮ層１２０とＧａＡｌＮ層１４１は、各々ｎ型化されていないことになる。
【００８６】
尚、ＧａＮ層１２０とＧａＡｌＮ層１４１によりｎ層領域１２２が構成されている。
【００８７】
ここで、本発明のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法においては、上記ノンドープＧａＮ層１２０とノンドープＧａＡｌＮ層１４１から構成されるｎ層領域１２２をｎ型化するに際し、まず前記ｎ層領域１２２に対してイオン注入によりｎ型ドーパントを注入させ、その後、前記ｎ層領域１２２に対して赤外光照射を行う点に特徴がある。
【００８８】
即ち、本実施形態においては、図５（ｂ）に示す様に、上記気相成長法により、基板１０１上にノンドープＧａＮ層１２０とノンドープＧａＡｌＮ層１４１を形成した後、当該ノンドープＧａＮ層１２０とノンドープＧａＡｌＮ層１４１から構成されるｎ層領域１２２に対して、イオン注入法によりｎ型ドーパントであるＳｉを注入する。
【００８９】
より具体的には、注入物質であるＳｉを含むソーズガスをアーク放電によりプラズマ化させた後、質量分析器により注入物質イオンを分離し、このイオンをノンドープＧａＮ層１２０とノンドープＧａＡｌＮ層１４１に加速電圧５０〜２００ＫｅＶで打ち込む。注入エネルギーにより不純物分布の深さを、イオン電流により添加不純物量（ドーズ量）を制御することができる。
【００９０】
次に、上記イオン注入法により注入したＳｉを活性化させる必要があるが、この活性化の方法としては、図５（ｃ）に示す様に、窒素等の不活性ガス雰囲気中で、Ｓｉが注入されたｎ層領域１２２のみに赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより達成される。この赤外光照射を行うことにより、ｎ層領域１２２に導入されたｎ型ドーパントであるＳｉが活性化されるため、前記Ｓｉが打ち込まれたノンドープＧａＮ層１２０はｎ型のＧａＮからなるｎ型コンタクト層１２１に、ノンドープＧａＡｌＮ層１４１はｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ（但し、０＜ａ≦１）からなる　ｎ型クラッド層１２３になり、ｎ層領域１２２は、ｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ層１２３（但し、０＜ａ≦１）とｎ型ＧａＮ層１２１とから構成されることになる。
【００９１】
ここで、赤外光としては、第１の実施形態と同様、ハロゲンランプによる赤外ランプ、又はＣＯ２レーザ（１０．５μｍの赤外レーザ）を用いる。又、赤外光照射による加熱温度が２００℃と低いのは、ｐ型ドーパントであるＭｇの活性化温度と同様に、ｎ型ドーパントであるＳｉの活性化が開始される温度が２００℃だからである。即ち、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法において、ドーパント物質を当初から加えてエピタキシャル成長を行う従来の方法においては、ｐ型ドーパントの活性化を図るとともにｎ型ドーパントであるＳｉを活性化するために、窒化ガリウム系化合物半導体の全体を７００〜８００℃の高温下でアニーリングしなければならないが、本実施形態においては、赤外光照射による光励起により当該２００℃に加熱しさえすれば、注入されたｎ型ドーパントであるＳｉを活性化することができる。又、光励起が行われるｎ層領域１２２は、厚さが数μｍであるため、基板全体を温める必要がなく、又、ＧａＮやＧａＡｌＮ等の窒化化合物は透明であり光を透すため、ｎ型ドーパントであるＳｉが注入されたｎ層領域１２２において当該Ｓｉを活性化するためには、赤外光照射によりＳｉの活性化が開始される２００℃という低温で加熱してやれば良いからである。
【００９２】
以上の様に、本発明によれば、気相成長法により、基板１０１上に形成されたノンドープＧａＮ層１２０とノンドープＧａＡｌＮ層１４１により構成されるｎ層領域１２２に対して、イオン注入法によりｎ型ドーパントであるＳｉを注入し、その後、当該ｎ層領域１２２に低エネルギーの赤外光を照射することにより、ｎ型ドーパントであるＳｉの活性化を達成することができる。従って、２００℃という低い加熱温度でｎ型ドーパントを活性化することができるとともに、熱エネルギー損失を少なくすることができる。又、ドーパントの活性化に光照射を用いるため、大面積を高速で活性化処理することが可能になり、生産性の向上を図ることができる。
【００９３】
又、上述のごとく、７００〜８００℃の高温下で行うアニーリングが不要であるため、既に成長済みのＧａＮ層（常圧における分解温度は８４０℃）の熱分解という不都合が発生せず、ｎ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体層上に、例えば、ＧａＮからなるキャップ層（又は、保護層）を形成する必要がない。従って、別途キャップ層を形成し、アニーリングを行った後に、当該キャップ層を除去しなければならないという不都合も生じないため、窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を簡易にすることができる。
【００９４】
尚、図６に示す様に、図５（ａ）に示したノンドープＧａＡｌＮ層１４１の表面上に、ＭＯＣＶＤ法等の気層成長法により、ノンドープＧａＮ層１４２を形成し、その後、ｎ層領域１２４に対して、Ｓｉ等のｎ型ドーパントをイオン注入法により注入しても良い。
【００９５】
当該Ｓｉが打ち込まれたノンドープＧａＮ層１４２は、赤外光照射によりｎ型ドーパントであるＳｉが活性化され、ｎ型のＧａＮからなるｎ型ガイド層となるため、ｎ層領域１２４は、ｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ層１２３（但し、０＜ａ≦１）とｎ型ＧａＮ層１２１とｎ型ガイド層であるｎ型ＧａＮ層から構成されることになる。
【００９６】
この場合も、図５（ａ）〜（ｃ）に示した第４の実施形態において説明した効果と同様の効果を得ることができる。
【００９７】
又、図５（ｂ）に示したＳｉ注入を行った後、図７に示す様に、Ｓｉが注入されたＧａＡｌＮ層１４１の中央部領域に対し、イオン注入法により、Ｉｎ（又は、Ａｌ）を注入した構成としても良い。この場合も、図３（ｄ）の場合と同様に、窒素等の不活性ガス雰囲気中で、ＳｉとＩｎ（又はＡｌ）が注入されたＧａＡｌＮ層１４１に赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより、Ｓｉ、及びＩｎ（又はＡｌ）の活性化を行い、ｎ型のＩｎＧａＡｌＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１２７を形成することができる。
【００９８】
この場合、図５（ａ）〜（ｃ）に示した第４の実施形態において説明した効果に加え、前述のイオン注入法、及び赤外線照射により、ｎ型のＩｎＧａＡｌＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１２７を形成することができ、当該ｎ型のＩｎＧａＡｌＮ層（又はＡｌＧａＮ層）１２７が発光層（又は、活性層）のクラッド層（又は、バンドギャップ層）として機能する。
【００９９】
即ち、イオン打ち込みにより、バンドギャップエネルギーの大きい層を部分的に形成し、活性化できるため、本実施形態においては、キャリア（この場合は、電子）をより精度良く閉じこめることが可能になるとともに、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法により当該クラッド層を形成する従来法に比し、高速かつ精度良くクラッド層を形成でき、経済性も向上すると言える。
【０１００】
又、当該ｎ型のＩｎＧａＡｌＮ層（又はＡｌＧａＮ層）１２７は、クラック防止層としても機能する。
【０１０１】
又、図３（ａ）〜（ｄ）において説明した第３の実施形態と同様に、当該イオン打ち込みにより、クラッド層のバンドギャップと屈折率の制御を精度良く行うことができる。
【０１０２】
又、図８に示す様に、図６に示したＳｉ注入を行った後、Ｓｉが注入されたＧａＮ層１４２の中央部領域に対し、イオン注入法により、Ｉｎ（又は、Ａｌ）を注入した構成としても良い。
【０１０３】
この場合も、図３（ｄ）の場合と同様に、窒素等の不活性ガス雰囲気中で、ＳｉとＩｎ（又はＡｌ）が注入されたＧａＮ層１４２に赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより、Ｓｉ、及びＩｎ（又はＡｌ）の活性化を行い、ｎ型のＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１２６を形成することができ、図７において説明した効果と同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
【０１０５】
例えば、本発明の実施形態では、ＧａＮ系化合物半導体の製造方法について説明したが、他の半導体材料、例えば、ＩｎＧａＡｌＮのＮの一部又は全部をＡｓおよび／またはＰ等で置換した材料や、ＧａＡｓ系化合物半導体を用いた半導体発光素子にも本発明を適用できる。
【０１０６】
又、本発明の実施形態では、ｐ型ドーパントとしてＭｇを例に挙げて説明したが、ＣａやＺｎ等のｐ型ドーパントを使用しても良い。
【０１０７】
更に、本発明の実施形態では、ＧａＮ系発光素子の構造を説明するために、便宜上、基板が下層側に位置し、これにＧａＮ系結晶層が上方へ積み重ねられる構造とし、下層側をｎ型、上層側をｐ型として説明を行ったが、ｎ型を上層側、ｐ型を下層側とした構成としても良い。
【０１０８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した様に、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法によれば、気相成長法により、基板上に各層を形成後、イオン注入法によりｐ型、又はｎ型ドーパントを注入し、低エネルギーの赤外光を照射することにより、ｐ型、又はｎ型ドーパントの活性化を達成することができる。従って、２００℃という低い加熱温度でｐ型、又はｎ型ドーパントを活性化することができるとともに、熱エネルギー損失を少なくすることができる。又、ドーパントの活性化に光照射を用いるため、大面積を高速で活性化処理することが可能になり、生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【図２】本発明の第２の実施形態であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【図３】本発明の第３の実施形態であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【図４】第３の実施形態に係るｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程の変型例を示す断面説明図である。
【図５】本発明の第４の実施形態であるｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【図６】第４の実施形態に係るｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程の変型例を示す断面説明図である。
【図７】第４の実施形態に係るｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程の変型例を示す断面説明図である。
【図８】第４の実施形態に係るｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程の変型例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１０１：基板
１０２：ｎ型クラッド層
１０３：ｎ型ガイド層
１０４：発光層（又は、活性層）
１０７、１１０、１２５：ｐ層領域
１０９：電流狭窄層
１２１：ｎ型コンタクト層
１２２、１２４：ｎ層領域
１２３：ｎ型クラッド層
１２６：ｎ型ＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）
１２７：ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）
１３２：ｐ型クラッド層
１３３：ｐ型コンタクト層
１３５：ｐ型ガイド層
１３６：ｐ型ＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）
１３９：電流狭窄領域
【図１】
2004128189.tif 000003
【図２】
2004128189.tif 000004
【図３】
2004128189.tif 000005
【図４】
2004128189.tif 000006
【図５】
2004128189.tif 000007
【図６】
2004128189.tif 000008
【図７】
2004128189.tif 000009
【図８】
2004128189.tif 000010