(57)【要約】【課題】  インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層の劣化を抑える窒化物半導体素子を提供する。【解決手段】窒化物半導体素子１では、半導体領域５は、第１のIII−Ｖ化合物半導体から成り、第１のIII−Ｖ化合物半導体の層はインジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含む半導体から成る。III族窒化物半導体層７は活性領域であり、インジウム元素を含む半導体から成る。この活性領域は、III族窒化物基板３とIII−Ｖ化合物半導体層５ａとの間に設けられている。インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むのIII−Ｖ化合物半導体層から成るIII−Ｖ化合物半導体層は、ＡｌＧａＮ半導体の成膜温度より低い温度で成膜される。半導体領域５が活性領域７上に設けられているので、半導体領域５の成長中に、活性領域７のIII族窒化物半導体層が劣化しない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物基板と、
インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含む第１のIII−Ｖ化合物半導体層を含む半導体領域と、
インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を含んでおり前記III族窒化物基板と前記III−Ｖ化合物半導体層との間に設けられた活性領域と
を備える窒化物半導体素子。
【請求項２】
III族窒化物基板と、
第１のＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｙ１−Ｘ１Ｎ井戸層（０＜Ｘ１＜１、０≦Ｙ１＜１、０＜Ｘ１＋Ｙ１＜１）および第２のＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｙ２−Ｘ２Ｎバリア層（０＜Ｘ２＜１、０≦Ｙ２＜１、０＜Ｘ２＋Ｙ２＜１）を含む量子井戸領域と、
インジウム、ガリウム、アルミニウムおよび窒素を少なくとも含む第１のIII−Ｖ化合物半導体層を含む半導体領域と
を備え、
前記量子井戸領域は、前記III族窒化物基板と前記半導体領域との間に設けられている、窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記半導体領域は、量子井戸構造を有しており、
前記半導体領域は、さらに第２および第３のIII−Ｖ化合物半導体層を含み、
前記第１のIII−Ｖ化合物半導体層は、前記第２のIII−Ｖ化合物半導体層と前記第３のIII−Ｖ化合物半導体層との間に設けられており、
前記第２および第３のIII−Ｖ化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、
前記第１のIII−Ｖ化合物半導体層は、量子井戸構造のバリア層である、請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記第２および第３のIII−Ｖ化合物半導体層の各々は、ＩｎＧａＮ半導体から成り、
前記第１のIII−Ｖ化合物半導体層はＩｎＡｌＧａＮ半導体から成る、請求項３に記載された窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記半導体領域はクラッド層である、請求項１から請求項３のいずれかに記載された窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記半導体領域はコンタクト層である、請求項１から請求項３のいずれかに記載された窒化物半導体素子。
【請求項７】
窒化物半導体素子を形成する方法であって、
インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を有する活性領域をIII族窒化物基板上に形成する工程と、
前記活性領域をIII族窒化物基板上に形成した後に、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含む第１のIII−Ｖ化合物半導体層および一または複数の第２のIII−Ｖ化合物半導体層を有する半導体領域を形成する工程と
を備え、
前記第１のIII−Ｖ化合物半導体層および前記第２のIII−Ｖ化合物半導体層の少なくとも一層は、マグネシウムでドープされている、方法。
【請求項８】
窒化物半導体素子を形成する方法であって、
インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を有する活性領域をIII族窒化物基板上に形成する工程と、
前記活性領域をIII族窒化物基板上に形成した後に、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体層、III族窒化物半導体クラッド層およびIII族窒化物半導体コンタクト層を含む半導体領域を形成する工程と
を備え、
前記半導体領域の少なくとも一部分はマグネシウムでドープされている、方法。
【請求項９】
前記半導体領域は、摂氏１０００度以下の温度で形成される、請求項７または請求項８に記載された方法。
【請求項１０】
前記半導体領域は、摂氏７００度以上の温度で形成される、請求項７から請求項９のいずれか一項に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子、および窒化物半導体素子を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献１（Phys. Stat. Sol. (a) 194, No. 2 pp407-413, 2002）には、青紫レーザダイオードが記載されている。青紫レーザダイオードでは、ＡｌＧａＮ電子ブロック層が活性層に隣接して設けられる。特に、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸構造から電子が溢れ出ることを抑えるために、ＡｌＧａＮ電子ブロック層が高いアルミニウム濃度を有することが必要である。低温でｐ型窒化ガリウム半導体層をサファイア基板上に形成されると、ピットが形成される。このピット密度を利用して、欠陥密度を見積もっている。
【非特許文献１】Phys. Stat. Sol. (a) 194, No. 2 pp407-413, 2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の窒化物半導体発光素子は、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法によりサファイア基板上に設けられている。サファイア基板上には低温バッファ層が形成されており、低温バッファ層上にはＩｎＧａＮ半導体層が形成される。ＩｎＧａＮ半導体層上には、摂氏１０００度を超える高い温度で、ｐ型ＡｌＧａＮ半導体層が形成される。
【０００４】
マグネシウム（Ｍｇ）ドープのｐ型半導体層を摂氏１０００度以下の温度で形成すると、ｐ型半導体層の表面に多数のピットが発生する。このピットにより、半導体素子の寿命が短くなる。一方、活性層の特性は、ｐ型半導体層の形成中に高温にさらされると劣化する。その時間が長くなるにつれて、特性の劣化は大きくなる。つまり、求められていることは、インジウムを含むIII族窒化物半導体層の劣化を窒化物半導体素子において抑えることである。
【０００５】
そこで、本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、インジウムを含むIII族窒化物半導体層の劣化を抑える窒化物半導体素子を提供することを目的とするものであり、また、この窒化物半導体素子を製造する方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面によれば、窒化物半導体素子は、（ａ）III族窒化物基板と、（ｂ）インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含む第１のIII−Ｖ化合物半導体層を含む半導体領域と、（ｃ）インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を含んでおり前記III族窒化物基板と前記III−Ｖ化合物半導体層との間に設けられた活性領域とを備える。
【０００７】
少なくともインジウムを含むIII−Ｖ化合物半導体層が活性領域上に設けられているので、半導体領域の第１のIII−Ｖ化合物半導体層を形成する際に活性領域内のIII族窒化物半導体層が劣化することがない。
【０００８】
本発明の別の側面によれば、窒化物半導体素子は、（ａ）III族窒化物基板と、（ｂ）第１のＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｙ１−Ｘ１Ｎ井戸層（０＜Ｘ１＜１、０≦Ｙ１＜１、０＜Ｘ１＋Ｙ１＜１）および第２のＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｙ２−Ｘ２Ｎバリア層（０＜Ｘ２＜１、０≦Ｙ２＜１、０＜Ｘ２＋Ｙ２＜１）を含む量子井戸領域と、（ｃ）インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含む第１のIII−Ｖ化合物半導体層を含む半導体領域とを備え、前記量子井戸領域は前記III族窒化物基板と前記半導体領域との間に設けられている。
【０００９】
少なくともインジウムを含むIII−Ｖ化合物半導体層が量子井戸構造上に設けられているので、半導体領域の第１のIII−Ｖ化合物半導体層を形成する際に量子井戸構造が劣化することがない。
【００１０】
本発明の窒化物半導体素子では、前記半導体領域は量子井戸構造を有しており、前記半導体領域は第２および第３のIII−Ｖ化合物半導体層を更に含み、前記第１のIII−Ｖ化合物半導体層は前記第２のIII−Ｖ化合物半導体層と前記第３のIII−Ｖ化合物半導体層との間に設けられており、前記第２および第３のIII−Ｖ化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、前記第１のIII−Ｖ化合物半導体層は量子井戸構造のバリア層である。
【００１１】
本発明の窒化物半導体素子では、前記第２および第３のIII−Ｖ化合物半導体層の各々はＩｎＧａＮ半導体から成ることができ、前記第１のIII−Ｖ化合物半導体層はＩｎＡｌＧａＮ半導体から成るようにしてもよい。
【００１２】
この窒化物半導体素子によれば、ＩｎＡｌＧａＮ半導体は比較的低い温度で形成することができ、またＩｎＧａＮ半導体とＩｎＡｌＧａＮ半導体とを組み合わせて量子井戸構造を形成することができる。
【００１３】
好適な実施の形態としては、下記のものがある。本発明の窒化物半導体素子では、前記ＩｎＧａＮ半導体層はｐ型ドーパントでドープされており、前記ＩｎＡｌＧａＮ半導体層はアンドープであるようにしてもよい。また、本発明の窒化物半導体素子では、前記ＩｎＡｌＧａＮ半導体層はｐ型ドーパントでドープされており、前記ＩｎＧａＮ半導体層はアンドープであるようにしてもよい。さらに、本発明の窒化物半導体素子では、前記ＩｎＧａＮ半導体層はｐ型ドーパントでドープされており、前記ＩｎＡｌＧａＮ半導体層はｐ型ドーパントでドープされているようにしてもよい。
【００１４】
本発明の窒化物半導体素子では、前記半導体領域はクラッド層であることができる。
【００１５】
この窒化物半導体素子によれば、クラッド層を形成する際に、活性領域内のIII族窒化物半導体層が劣化することがない。
【００１６】
本発明の窒化物半導体素子では、前記半導体領域はコンタクト層であることができる。
【００１７】
この窒化物半導体素子によれば、コンタクト層を形成する際に、活性領域内のIII族窒化物半導体層が劣化することがない。
【００１８】
本発明の更なる別の側面は、窒化物半導体素子を形成する方法に係る。この方法は、（ａ）インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を有する活性領域をIII族窒化物基板上に形成する工程と、（ｂ）前記活性領域をIII族窒化物基板上に形成した後に、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含む第１のIII−Ｖ化合物半導体層および一または複数の第２のIII−Ｖ化合物半導体層を有する半導体領域を形成する工程とを備え、前記第１のIII−Ｖ化合物半導体層および前記第２のIII−Ｖ化合物半導体層の少なくとも一層は、マグネシウムでドープされている。
【００１９】
この方法によれば、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体層を活性領域を形成した後に形成するので、半導体領域の第１のIII−Ｖ化合物半導体層を形成する際に活性領域内のインジウムを含むIII族窒化物半導体層が劣化することがない。
【００２０】
本発明のまた更なる別の側面は、窒化物半導体素子を形成する方法に係る。この方法は、（ａ）インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を有する活性領域をIII族窒化物基板上に形成する工程と、（ｂ）前記活性領域をIII族窒化物基板上に形成した後に、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体層、III族窒化物半導体クラッド層およびIII族窒化物半導体コンタクト層を含む半導体領域を形成する工程とを備え、前記半導体領域の少なくとも一部分はマグネシウムでドープされている。
【００２１】
この方法によれば、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体層を活性領域を形成した後に形成するので、半導体領域の第１のIII−Ｖ化合物半導体層を形成する際に、活性領域内のインジウムを含むIII族窒化物半導体層が劣化することがない。
【００２２】
本発明の方法では、前記半導体領域は、摂氏１０００度以下の温度で形成されることができる。
【００２３】
好適な実施の形態では、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体層を有する半導体領域は、摂氏１０００度以下の温度で形成することができるので、上記III−Ｖ化合物半導体層、クラッド層およびコンタクト層を形成する際に、活性領域内のインジウムを含むIII族窒化物半導体層が劣化することがない。
【００２４】
また、前記III族窒化物基板、および該III族窒化物基板上の半導体膜の転位密度は、１×１０７ｃｍ−２以下である。よって、摂氏１０００度以下でのマグネシウムドープ層を形成しても、素子寿命を損ねることがない。
【００２５】
本発明の方法では、前記半導体領域は、摂氏７００度以上の温度で形成されることができる。
【００２６】
この方法によれば、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体層を含む半導体領域は、摂氏７００度以上の温度で良好な結晶性を示す。
【００２７】
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】
【００２８】
以上説明したように、本発明の窒化物半導体素子によれば、インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層の劣化を抑える窒化物半導体素子が提供される。また、本発明によれば、この窒化物半導体素子を製造する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
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、半導体光素子といった半導体素子、および半導体素子を形成する方法に係わ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。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図１（Ａ）は、第１の実施の形態に係る窒化物半導体素子を示す図面である。図１（Ｂ）は、第１の実施の形態の一変形例の窒化物半導体素子を示す図面である。
【００３１】
図１（Ａ）を参照すると、窒化物半導体素子１は、III族窒化物基板３と、半導体領域５と、III族窒化物半導体層７とを備える。半導体領域５は、一実施例では、第１のIII−Ｖ化合物半導体から成り、第１のIII−Ｖ化合物半導体の層はインジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含む半導体から成る。III族窒化物半導体層７は活性領域であり、インジウム元素を含む半導体から成る。この活性領域は、III族窒化物基板３と半導体領域５との間に設けられている。
【００３２】
半導体領域５がインジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むのIII−Ｖ化合物半導体層から成るので、このIII−Ｖ化合物半導体層はＡｌＧａＮ半導体の成膜温度より低い温度で成膜される。また、半導体領域５が活性領域７上に設けられているので、半導体領域５の成長中に、活性領域７のIII族窒化物半導体層が劣化することがない。
【００３３】
窒化物半導体素子１は、III族窒化物基板３上に設けられた第１のクラッド層１１および第２のクラッド層１３を含むことができる。活性領域７は、第１のクラッド層１１と第２のクラッド層１３との間に設けられている。第１のクラッド層１１は、例えば、アンドープまたはｎ型ＩｎＧａＮ半導体から成ることができる。第２のクラッド層１３は、例えば、アンドープまたはｐ型ＩｎＧａＮ半導体から成ることができる。
【００３４】
窒化物半導体素子１では、III族窒化物基板３は導電性を有しており、例えばｎ型半導体から成ることができる。窒化物半導体素子１は、III族窒化物基板３上に設けられたIII族窒化物半導体層１５を含むことができる。III族窒化物半導体層１５は、例えば、III族窒化物基板の材料と同じ半導体材料、具体的に記載すれば、ＧａＮ半導体から成ることができる。
【００３５】
窒化物半導体素子１は、III族窒化物基板３上に設けられたコンタクト層１７を含むことができる。半導体領域５は、コンタクト層１７とクラッド層１３との間に設けられている。窒化物半導体素子１では、電子およびホールの一方のキャリアがIII族窒化物半導体層１５から活性領域７に提供され、電子およびホールの他方のキャリアが半導体領域５から活性領域７に提供され、これらのキャリアは活性領域７に閉じ込められる。活性領域７は、光を発生する。
【００３６】
窒化物半導体素子１は、コンタクト層１７上に設けられた電極１９を含むことができ、またIII族窒化物基板３の裏面３ａ上に設けられた電極２１を含むことができる。
【００３７】
III族窒化物基板３は、例えば窒化ガリウム基板であることができ、他に、窒化アルミニウム基板を用いることができる。
半導体領域５内の第１のIII−Ｖ化合物半導体層は、例えばIII族窒化物半導体層であり、一例を示せば、ＩｎＧａＡｌＮ半導体層である。活性領域７内のIII族窒化物半導体層は、例えばＩｎＧａＮ半導体から成る。この窒化物半導体素子１によれば、ＩｎＡｌＧａＮ半導体は比較的低い温度で形成することができ、ＩｎＧａＮ半導体も比較的低い温度で形成することができる。
【００３８】
図１（Ｂ）を参照すると、窒化物半導体素子１ａは、III族窒化物基板３と、半導体領域５と、量子井戸領域９とを備える。量子井戸領域９は、井戸層９ａおよびバリア層９ｂを含む。井戸層９ａは、第１のＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｙ１−Ｘ１Ｎ半導体（０＜Ｘ１＜１、０≦Ｙ１＜１、０＜Ｘ１＋Ｙ１＜１）から成り、バリア層９ｂは、第２のＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｙ２−Ｘ２Ｎ半導体（０＜Ｘ２＜１、０≦Ｙ２＜１、０＜Ｘ２＋Ｙ２＜１）から成る。図１（Ｂ）に示されるように、バリア層９ｂは、井戸層９ａに対して電位障壁を提供する。量子井戸領域９は、III族窒化物基板３と半導体領域５との間に設けられている。半導体領域５は、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含む第１のIII−Ｖ化合物半導体層５ａを含むことができる。
【００３９】
III−Ｖ化合物半導体層５ａが量子井戸構造９上に設けられているので、半導体領域５の第１のIII−Ｖ化合物半導体層５ａを形成する際に量子井戸構造９が劣化することがない。
【００４０】
窒化物半導体素子１ａは、発光ダイオードまたはレーザダイオードといった半導体発光素子であることができ、例えば発光ダイオードＡは、下記に示す
III族窒化物基板３：ｎ型ＧａＮ基板、
III族窒化物半導体層１５：Ｓｉドープｎ型ＧａＮ半導体
２マイクロメートル
第１のクラッド層１１：アンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体
１５ナノメートル
量子井戸構造９：５周期
井戸層９ａ：アンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ半導体
１．６ナノメートル
バリア層９ｂ：アンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体
１５ナノメートル
第２のクラッド層１３：アンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体
１５ナノメートル
III族窒化物半導体層７：Ｍｇドープｐ型Ｉｎ０．０５Ａｌ０．２５Ｇａ０．８０Ｎ半導体
２０ナノメートル
バンドギャップ：３．７ｅＶ
コンタクト層１７：Ｍｇドープｐ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体
５０ナノメートル
電極（アノード）：Ｎｉ／Ａｕ
電極（カソード）：Ｔｉ／Ａｕ
から構成される。
【００４１】
発光ダイオードＢは、下記の点
III族窒化物半導体層：Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ半導体
２０ナノメートル
コンタクト層：Ｍｇドープｐ型ＧａＮ半導体
５０ナノメートル
で発光ダイオードＡと異なる。
【００４２】
発光ダイオードＡのＭｇドープｐ型Ｉｎ０．０５Ａｌ０．２５Ｇａ０．８０Ｎ半導体層およびｐ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体コンタクト層は、摂氏８３０度で成長されており、発光ダイオードＢのＭｇドープｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ半導体層およびｐ型ＧａＮ半導体コンタクト層は、摂氏１１００度で成長される。発光ダイオードＡ、Ｂは、ともに、波長４４０ナノメートルで発光し、発光ダイオードＡの光出力は、発光ダイオードＢの光出力の約１．７倍である。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、インジウムを含むIII族窒化物半導体層の劣化を抑える窒化物半導体素子１が提供される。
【００４４】
（第２の実施の形態）
図２（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る窒化物半導体素子を示す図面である。図２（Ｂ）は、この窒化物半導体素子の一変形例を示す図面である。図２（Ｃ）は、この窒化物半導体素子の別の変形例を示す図面である。
【００４５】
図２（Ａ）を参照すると、窒化物半導体素子２では、半導体領域２５は量子井戸構造を有している。半導体領域２５は、複数の井戸層２７を有する。また、半導体領域２５は、複数のバリア層２９を含むことができる。井戸層２７は第１のIII−Ｖ化合物半導体から成ることができ、バリア層２９は、第１のIII−Ｖ化合物半導体より大きなバンドギャップを示す第２のIII−Ｖ化合物半導体から成ることができる。
【００４６】
窒化物半導体素子２では、半導体領域２５はクラッド層であることができる。この窒化物半導体素子２によれば、クラッド層を形成する際に、活性領域９内のIII族窒化物半導体層が劣化することがない。多重量子井戸構造のクラッド層によれば、大きな実効バンドギャップと高いキャリア濃度を両立できるという利点がある。
【００４７】
一実施例の窒化物半導体素子２では、井戸層２７はＩｎＧａＮ半導体層であることができ、障壁層２９はＩｎＡｌＧａＮ半導体層であることができる。
【００４８】
これらの半導体層は共に、ＡｌＧａＮ半導体より低い温度で形成できる。また、活性領域に対する電位障壁を提供して、活性領域にキャリアを閉じ込めるように働く。
【００４９】
また、井戸層２７のＩｎＧａＮ半導体層はｐ型ドーパントでドープされており、障壁層２９のＩｎＡｌＧａＮ半導体層はアンドープであるようにしてもよい。
【００５０】
半導体領域２５の構成例は、５周期
ＭｇドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体層：  厚さ２ナノメートル、
ドーパント濃度１×１０２０ｃｍ−３ 
アンドープＩｎ０．０２Ａｌ０．３２Ｇａ０．６６Ｎ半導体層：
厚さ２ナノメートル、
ｐ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体層１７：  厚さ５０ナノメートル 
である。Ｉｎ０．０２Ａｌ０．３２Ｇａ０．６６Ｎ半導体のバンドギャップは、約４エレクトロンボルト（だたし、１ｅＶは１．６０２×１０―１９ジュール）である。
【００５１】
上記の構造を有する発光ダイオードＣを作製している。発光ダイオードＣは、比較として、半導体領域２５のＩｎＡｌＧａＮ半導体層およびＩｎＧａＮ半導体層に替えて、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ半導体層（厚さ：２ナノメートル）とｐ型ＧａＮ半導体層（厚さ：２ナノメートル）とを含み、コンタクト層１７をｐ型ＧａＮとした発光ダイオードＩを作製している。半導体領域２５およびコンタクト層１７の成長温度は、発光ダイオードＣでは摂氏８３０度であり、発光ダイオードＩでは摂氏１１００度である。波長４４０ナノメートルにおいて、発光ダイオードＣの光パワーは、発光ダイオードＩの光パワーの約１．７倍である。
【００５２】
一変形例の窒化物半導体素子２ａは、半導体領域２５に替えて半導体領域２５ａを有する。半導体領域２５ａは、井戸層３１およびバリア層３３を有している。井戸層３１のＩｎＧａＮ半導体層はアンドープであるようにしてもよく、障壁層３３のＩｎＡｌＧａＮ半導体層はｐ型ドーパントでドープされていてもよい。
【００５３】
半導体領域２５ａの構成例は、５周期
アンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体層：  厚さ２ナノメートル、
ＭｇドープＩｎ０．０２Ａｌ０．３２Ｇａ０．６６Ｎ半導体層：
厚さ２ナノメートル、
ドーパント濃度１×１０２０ｃｍ−３ 
である。
【００５４】
上記の構造を有する発光ダイオードＤを作製している。波長４４０ナノメートルにおいて、発光ダイオードＤの光パワーは、発光ダイオードＩの光パワーの約１．７倍である。
【００５５】
別の変形例の窒化物半導体素子２ｂは、半導体領域２５に替えて半導体領域２５ｂを有する。半導体領域２５ｂは、井戸層３５およびバリア層３７を有している。井戸層３５のＩｎＧａＮ半導体層はｐ型ドーパントでドープされており、バリア層３７のＩｎＡｌＧａＮ半導体層はｐ型ドーパントでドープされているようにしてもよい。
【００５６】
半導体領域２５ｂの構成例は、５周期
ＭｇドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体層：  厚さ２ナノメートル、
ドーパント濃度１×１０２０ｃｍ−３ 
ＭｇドープＩｎ０．０２Ａｌ０．３２Ｇａ０．６６Ｎ半導体層：
厚さ２ナノメートル、
ドーパント濃度１×１０２０ｃｍ−３ 
である。
【００５７】
上記の構造を有する発光ダイオードＥを作製している。波長４４０ナノメートルにおいて、発光ダイオードＥの光パワーは、発光ダイオードＩの光パワーの約１．７倍である。
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、インジウムを含むIII族窒化物半導体層の劣化を抑える窒化物半導体素子２、２ａ、２ｂが提供される。
【００５９】
（第３の実施の形態）
図３（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る窒化物半導体素子を示す図面である。図３（Ｂ）は、この窒化物半導体素子の一変形例を示す図面である。図３（Ｃ）は、この窒化物半導体素子の別の変形例を示す図面である。
【００６０】
図３（Ａ）を参照すると、窒化物半導体素子４は、コンタクト層１７に替えてコンタクト層１８を有する。窒化物半導体素子４では、コンタクト層１８は量子井戸構造を有している。コンタクト層１８は、複数のバリア層３９を有する。また、コンタクト層１８は、複数の井戸層４１を含むことができる。井戸層４１は第１のIII−Ｖ化合物半導体から成ることができ、バリア層３９は、第１のIII−Ｖ化合物半導体より大きなバンドギャップを示す第２のIII−Ｖ化合物半導体から成ることができる。この窒化物半導体素子４によれば、コンタクト層を形成する際に、活性領域９内のIII族窒化物半導体層が劣化することがない。
【００６１】
一実施例の窒化物半導体素子４では、井戸層４１はＩｎＧａＮ半導体層であることができ、障壁層３９はＩｎＡｌＧａＮ半導体層であることができる。
【００６２】
また、井戸層４１のＩｎＧａＮ半導体層はｐ型ドーパントでドープされており、障壁層３９のＩｎＡｌＧａＮ半導体層はアンドープであるようにしてもよい。
【００６３】
コンタクト層１８の構成例は、１２周期
ＭｇドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体層：  厚さ２ナノメートル、
ドーパント濃度１×１０２０ｃｍ−３ 
アンドープＩｎ０．０２Ａｌ０．０７Ｇａ０．９１Ｎ半導体層：
厚さ２ナノメートル 
である。Ｉｎ０．０２Ａｌ０．０７Ｇａ０．９１Ｎ半導体のバンドギャップは、約３．４５エレクトロンボルト（１ｅＶは、１．６０２×１０−１９ジュール）であり、アルミニウム組成は、クラッド層の半導体より小さい。
【００６４】
上記の構造を有する発光ダイオードＦを作製している。波長４４０ナノメートルにおいて、発光ダイオードＦの光パワーは、発光ダイオードＢの光パワーの約１．７倍である。
【００６５】
一変形例の窒化物半体素子４ａは、コンタクト層１８に替えてコンタクト層１８ａを有する。コンタクト層１８ａは、井戸層４５およびバリア層４３を有している。井戸層４５のＩｎＧａＮ半導体層はアンドープであるようにしてもよく、障壁層４３のＩｎＡｌＧａＮ半導体層はｐ型ドーパントでドープされていてもよい。
【００６６】
コンタクト層１８ａの構成例は、１２周期
アンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体層：  厚さ２ナノメートル、
ＭｇドープＩｎ０．０２Ａｌ０．０７Ｇａ０．９１Ｎ半導体層：
厚さ２ナノメートル、
ドーパント濃度１×１０２０ｃｍ−３ 
である。
【００６７】
上記の構造を有する発光ダイオードＧを作製している。波長４４０ナノメートルにおいて、発光ダイオードＧの光パワーは、発光ダイオードＢの光パワーの約１．７倍である。
【００６８】
別の変形例の窒化物半導体素子４ｂは、コンタクト層１８に替えてコンタクト層１８ｂを有する。コンタクト層１８ｂは、井戸層４９およびバリア層４７を有している。井戸層４９のＩｎＧａＮ半導体層はｐ型ドーパントでドープされており、バリア層４７のＩｎＡｌＧａＮ半導体層はｐ型ドーパントでドープされているようにしてもよい。
【００６９】
コンタクト層１８ｂの構成例は、１２周期
ＭｇドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体層：  厚さ２ナノメートル、
ドーパント濃度１×１０２０ｃｍ−３ 
ＭｇドープＩｎ０．０２Ａｌ０．０７Ｇａ０．９１Ｎ半導体層：
厚さ２ナノメートル、
ドーパント濃度１×１０２０ｃｍ−３ 
である。
【００７０】
上記の構造を有する発光ダイオードＨを作製している。波長４４０ナノメートルにおいて、発光ダイオードＨの光パワーは、発光ダイオードＢの光パワーの１．７倍である。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層の劣化を抑える窒化物半導体素子４、４ａ、４ｂが提供される。
【００７２】
（第４の実施の形態）
図４（Ａ）、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）は、第４の実施の形態に係る窒化物半導体素子を形成する方法の工程を示す図面である。図５（Ａ）、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、この実施の形態に係る窒化物半導体素子を形成する方法の工程を示す図面である。
【００７３】
III族化合物導電性基板を準備する。III族化合物導電性基板は、図４（Ａ）に示されるように、例えば窒化ガリウム基板５１であることができる。この窒化ガリウム基板の転位密度は、１×１０７ｃｍ−２以下である。窒化ガリウム基板５１にアンモニア（ＮＨ３）を用いて前処理を行う。この前処理の温度は、例えば、摂氏１１００度であることができる。次いで、窒化ガリウム基板５１上に窒化ガリウム（ＧａＮ）膜５３を形成する。窒化ガリウム（ＧａＮ）膜５３は、例えばｎ導電型を有する。窒化ガリウム膜５３は、例えば、有機金属気相成長装置を用いて成長される。成膜温度は、例えば、摂氏１１５０度である。その膜厚は、例えば、約２マイクロメートルである。
【００７４】
次いで、図４（Ｂ）に示されるように、窒化ガリウム膜５３上に、第１のクラッド膜５５を形成する。第１のクラッド膜５５は、例えばＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体膜であることができ、このＩｎＧａＮ半導体膜はアンドープであることができる。その成膜温度は、例えば摂氏８００度であることができる。その膜厚は、例えば１５ナノメートルである。
【００７５】
この後に、III族窒化物半導体層を含む活性領域５７をIII族化合物導電性基板上に形成する。活性領域５７は、インジウム元素およびガリウム元素を含む窒化物半導体層を含んでおり、例えばＩｎＧａＮ半導体層を含むことができる。好適な実施例では、図４（Ｃ）に示されるように、活性領域５７は、量子井戸構造を有することができる。この活性領域５７は、井戸膜５９およびバリア膜６１を含むことができる。井戸膜５９およびバリア膜６１の各々は、ＩｎＧａＮ半導体膜であることができる。井戸膜５９は、例えばアンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ半導体膜であることができ、バリア膜６１は、例えばアンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体膜であることができる。この量子井戸構造では、これらの井戸膜５９およびバリア膜６１が交互に５周期の繰り返して形成される。例えば、井戸膜５９の厚さは１．６ナノメートルであることができ、バリア膜６１の厚さは１５ナノメートルであることができる。井戸膜５９およびバリア膜６１の成膜温度は、例えば摂氏８００度であることができる。
【００７６】
次いで、図５（Ａ）に示されるように、活性領域５７上に、第２のクラッド膜６３を形成する。第２のクラッド膜６３は、例えばＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体膜であることができ、このＩｎＧａＮ半導体膜はアンドープであることができる。その成膜温度は、例えば摂氏８００度であることができる。その膜厚は、例えば１５ナノメートルである。
【００７７】
この後に、図５（Ｂ）に示されるように、第２のクラッド膜６３上に、第３のクラッド膜を形成する。第３のクラッド膜はｐ型導電性を示しており、例えばマグネシウムドーパントを含む。また、第３のクラッド膜は、III−Ｖ化合物半導体膜６５である。III−Ｖ化合物半導体膜６５は、例えば、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むことができる。この方法によれば、活性領域５７を形成した後に、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体膜６５を形成するので、第３のクラッド膜を形成する際に活性領域５７内のIII族窒化物半導体層が劣化することがない。第３のクラッド膜の成膜温度は、例えば摂氏８３０度程度である。
【００７８】
好適な実施の形態では、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体膜６５は、摂氏１０００度以下の温度で形成することができる。これ故に、この第１のIII−Ｖ化合物半導体膜６５を形成する際に、インジウム元素を含む活性領域５７が劣化することがない。
【００７９】
III−Ｖ化合物半導体膜６５は、摂氏７００度以上の温度で形成されることができる。この方法によれば、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体膜６５は、摂氏７００度以上の温度で良好な結晶性を示す。その膜厚は、例えば２０ナノメートル（ｎｍ）であることができる。
【００８０】
以上の工程によれば、インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層の劣化を抑えることができる窒化物半導体素子を製造可能なエピタキシャル基板Ｅ１が提供される。
【００８１】
この後に、図５（Ｃ）に示されるように、第３のクラッド膜上に、コンタクト膜６７を形成する。コンタクト膜６７は、ｐ型導電性を示すIII−Ｖ化合物半導体であり、例えばマグネシウムドーパントを含むＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体で形成することができる。また、コンタクト膜６７の半導体は、第３のクラッド膜の半導体のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有しており、第３のクラッド膜と同じく、摂氏７００度以上摂氏１０００度以下の温度で形成されることができる。
【００８２】
以上の工程によれば、インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層の劣化を抑えることができる窒化物半導体素子を製造可能なエピタキシャル基板Ｅ２が提供される。また、転位欠陥の少ない窒化ガリウム基板を用いるので、低温でマグネシウムをドープしてもピットの発生が少なく、素子寿命の長い窒化物半導体素子が提供される。
【００８３】
この後に、アノード電極のための電極膜をコンタクト膜６７上に形成する。カソード電極のための電極膜を基板の裏面５１上に形成する。
【００８４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層の劣化を抑える窒化物半導体素子を製造する方法が提供される。
【００８５】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）はこの実施の形態の一変形例を示す図面である。
【００８６】
この方法では、図６（Ａ）に示されるように、第２のクラッド膜６３上に、第３のクラッド領域７１を形成する。第３のクラッド領域７１は、井戸膜７３およびバリア膜７５を含む。井戸膜７３は、インジウム元素およびガリウム元素を少なくとも含むIII族窒化物半導体から成り、例えばＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体膜であることができる。また、バリア膜７５は、インジウム、ガリウム、アルミニウムおよび窒素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体から成り、例えばＩｎ０．０２Ａｌ０．３２Ｇａ０．６６Ｎ半導体膜であることができる。この量子井戸構造では、これらの井戸膜７３およびバリア膜７５が交互に５周期の繰り返して形成される。例えば、井戸膜７３の厚さは２ナノメートルであることができ、バリア膜７５の厚さは２ナノメートルであることができる。井戸膜７３およびバリア膜７５の成膜温度は、例えば摂氏８３０度であることができる。これ故に、第３のクラッド領域７１を形成する際に活性領域５７内のIII族窒化物半導体層が劣化することがない。
【００８７】
好適な実施の形態では、インジウム元素、ガリウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体膜７３、７５は、摂氏１０００度以下の温度で形成することができる。また、III−Ｖ化合物半導体膜７３、７５は、摂氏７００度以上の温度で形成されることができる。
【００８８】
井戸膜７３およびバリア膜７５の少なくともいずれかは、マグネシウムといったｐ型ドーパントを含むことができる。
【００８９】
以上の工程によれば、インジウムを含むIII族窒化物半導体層の劣化を抑えることができる窒化物半導体素子を製造可能なエピタキシャル基板Ｅ３が提供される。
【００９０】
この後に、図６（Ｂ）に示されるように、第３のクラッド領域７１上に、コンタクト膜７７を形成する。コンタクト膜７７は、ｐ型導電性を示すIII−Ｖ化合物半導体であり、例えばマグネシウムドーパントを含むＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎで形成されることができる。また、コンタクト膜７７の半導体は、クラッド領域７１の半導体のフォトルミネッセンスのピーク波長よりも大きいフォトルミネッセンスのピーク波長を有し、第３のクラッド領域と同じく摂氏７００度以上摂氏１０００度以下の温度で成長されることができる。
【００９１】
以上の工程によれば、インジウムを含むIII族窒化物半導体層の劣化を抑えることができる窒化物半導体素子を製造可能なエピタキシャル基板Ｅ４が提供される。また、転位欠陥の少ない窒化ガリウム基板を用いるので、低温でマグネシウムをドープしてもピットの発生が少なく、素子寿命の長い窒化物半導体素子が提供される。
【００９２】
この方法によれば、活性領域５７を形成した後に、インジウム元素、ガリウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体膜を形成するので、コンタクト膜を形成する際に活性領域５７が劣化することがない。
【００９３】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は該実施の形態の別の変形例を示す図面である。
【００９４】
この方法では、図７（Ａ）に示されるように、第２のクラッド膜６３上に、第３のクラッド膜８１を形成する。第３のクラッド膜８１は、ｐ型導電性を示すIII−Ｖ化合物半導体であり、例えばマグネシウムドーパントを含む。また、第３のクラッド膜８１は、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体膜であることができる。
【００９５】
好適な実施の形態では、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体膜８１は、摂氏１０００度以下の温度で形成することができる。また、III−Ｖ化合物半導体膜８１は、摂氏７００度以上の温度で形成されることができる。III−Ｖ化合物半導体膜は、Ｍｇドープｐ型Ｉｎ０．０５Ａｌ０．２５Ｇａ０．８０Ｎ半導体（バンドギャップ：３．７ｅＶ）からなることができ、その膜厚は、例えば２０ナノメートル（ｎｍ）であることができる。
【００９６】
以上の工程によれば、インジウムを含むIII族窒化物半導体層の劣化を抑える窒化物半導体素子を製造できるエピタキシャル基板Ｅ５が提供される。
【００９７】
この後に、図７（Ｂ）に示されるように、第３のクラッド領域８１上に、コンタクト膜８３を形成する。コンタクト膜８３は、井戸膜８５およびバリア膜８７を含む。井戸膜８５は、少なくともインジウム元素およびガリウム元素を含むIII族窒化物半導体から成り、例えばＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体膜であることができる。また、バリア膜８７は、インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体から成り、例えばＩｎ０．０２Ａｌ０．０７Ｇａ０．９１Ｎ半導体膜であることができる。この量子井戸構造では、これらの井戸膜８５およびバリア膜８７が交互に１２周期の繰り返して形成される。例えば、井戸膜８５の厚さは２ナノメートルであることができ、バリア膜８７の厚さは２ナノメートルであることができる。井戸膜８５およびバリア膜８７の成膜温度は、例えば摂氏８３０度であることができる。コンタクト層８３を形成する際に活性領域５７内のIII族窒化物半導体層が劣化することがない。
【００９８】
好適な実施の形態では、インジウム元素、ガリウム元素および窒素元素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体膜８５、８７は、摂氏１０００度以下の温度で形成することができる。また、III−Ｖ化合物半導体膜８５、８７は、摂氏７００度以上の温度で形成されることができる。
【００９９】
井戸膜８５およびバリア膜８７の少なくともいずれかは、マグネシウム元素といったｐ型ドーパントを含むことができる。
【０１００】
以上の工程によれば、インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層の劣化を抑える窒化物半導体素子を製造できるエピタキシャル基板Ｅ６が提供される。
【０１０１】
以上説明したように、この方法によれば、活性領域５７を形成した後に、インジウム、ガリウムおよび窒素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体膜を形成するので、コンタクト膜を形成する際に活性領域５７が劣化することがない。また、転位欠陥の少ない窒化ガリウム基板を用いるので、マグネシウムを低温でドープしてもピットの発生が少なく、素子寿命の長い窒化物半導体素子が提供される。
【０１０２】
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。例えば、窒化物半導体素子は、半導体発光素子、半導体受光素子であることができ、これらに限定されることなく、半導体電子デバイスであってもよい。半導体発光素子としては、例えば、レーザダイオード、発光ダイオード等であることができる。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。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】図１（Ａ）は、第１の実施の形態に係る窒化物半導体素子を示す図面である。図１（Ｂ）は、第１の実施の形態の一変形例の窒化物半導体素子を示す図面である。
【図２】図２（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る窒化物半導体素子を示す図面である。図２（Ｂ）は、この窒化物半導体素子の一変形例を示す図面である。図２（Ｃ）は、この窒化物半導体素子の別の変形例を示す図面である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る窒化物半導体素子を示す図面である。図３（Ｂ）は、この窒化物半導体素子の一変形例を示す図面である。図３（Ｃ）は、この窒化物半導体素子の別の変形例を示す図面である。
【図４】図４（Ａ）、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）は、第４の実施の形態に係る窒化物半導体素子を形成する方法の工程を示す図面である。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、この実施の形態に係る窒化物半導体素子を形成する方法の工程を示す図面である。
【図６】図６（Ａ）および図６（Ｂ）はこの実施の形態の一変形例を示す図面である。
【図７】図７（Ａ）および図７（Ｂ）は該実施の形態の別の変形例を示す図面である。
【符号の説明】
【０１０４】
１、１ａ、１ｂ…窒化物半導体素子、３…III族窒化物基板、７…III族窒化物半導体層、９…量子井戸構造、９ａ…井戸層、９ｂ…バリア層、１１…第１のクラッド層、１３…第２のクラッド層、１５…III族窒化物半導体層、１７…コンタクト層、２、２ａ、２ｂ…窒化物半導体素子、２５、２５ａ、２５ｂ…半導体領域、２７、３１、３５…井戸層、２９、３３、３７…バリア層、１８、１８ａ、１８ｂ…コンタクト層、３９、４３、４７…バリア層、４１、４５、４９…井戸層、５１…窒化ガリウム基板、５３…窒化ガリウム膜、５５…第１のクラッド膜、５７…活性領域、５９…井戸膜、６１…バリア膜、
６３…第２のクラッド膜、６５…III−Ｖ化合物半導体膜、６７…コンタクト膜、７１…第３のクラッド領域、７３…井戸膜、７５…バリア膜、７７…コンタクト膜、８１…第３のクラッド膜、８３…コンタクト膜、８５…井戸膜、８７…バリア膜
【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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