(57)【要約】【課題】ＩＩＩ族窒化物半導体のエネルギ禁制帯幅以上のエネルギを有する光子またはこれを含む電磁波を照射する設備などを必要とせず、かつ熱による損傷を与えにくく効率のよい、Ｍｇが添加された窒化物半導体を低抵抗率のｐ型の電気特性を示すものとするアニール処理方法を提供する。【解決手段】Ｍｇを含む窒化物半導体層１２を形成した基板１１を、アニール炉４１内のサセプタ４２にセットし、炭素、水素および酸素からなる有機化合物とキャリアガスからなるアニール雰囲気ガスをアニール炉４１内に流しながら所定の温度に加熱し、その温度で所定の時間保持する。炭素、水素および酸素からなる有機化合物が分解してできた酸素を含む基が、窒化物半導体層１２のＭｇと結合した水素を効率よく解離させ、Ｍｇを活性化させるため、窒化物半導体層１２が低抵抗率のｐ型の電気特性を示す。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素、水素および酸素からなる有機化合物とキャリアガスとを含むアニール雰囲気ガスを流したアニール炉内で、Ｍｇを含む窒化物半導体を所定の温度範囲に所定の時間保持する保持工程を備えることを特徴とする、窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項２】
前記保持工程が、前記Ｍｇを含む窒化物半導体を前記所定の温度範囲に保持する工程と、前記所定の温度範囲未満の温度に保持する工程とからなり、前記所定の温度範囲に保持する工程の時間に保持する時間の合計が前記所定の時間であることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項３】
前記保持工程の前に、前記アニール炉内部に前記アニール雰囲気ガスを第１の流量で流しながら前記アニール炉内部に配置した前記Ｍｇを含む窒化物半導体を前記所定の温度範囲まで昇温する昇温工程を備え、
前記保持工程では前記アニール雰囲気ガスを第２の流量で流し、
前記保持工程の後に、冷却ガスを第３の流量で流しながら前記Ｍｇを含む窒化物半導体を前記所定の温度範囲から降温する降温工程を備えることを特徴とする、請求項１乃至２の何れかの項に記載の窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項４】
前記冷却ガスが、窒素または前記アニール雰囲気ガスであることを特徴とする、請求項２乃至３の何れかの項に記載の窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項５】
前記昇温工程の前に、真空引きした前記アニール炉内部にアニール雰囲気ガスを導入する置換工程を備えることを特徴とする請求項２乃至４の何れかの項に記載の窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項６】
前記第１の流量は前記第２の流量よりも少ないことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかの項に記載の窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項７】
前記第３の流量は前記第２の流量よりも多いことを特徴とする請求項２乃至６のいずれかの項に記載の窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項８】
前記アニール雰囲気ガスが、前記炭素、水素および酸素からなる有機化合物と前記キャリアガスとが、あらかじめ混合されたガスボンベから供給されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかの項に記載の窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項９】
前記炭素、水素および酸素からなる有機化合物が、ジメチルエーテル、酸化エチレン、酸化プロピレン、ジエチルエーテル、エタノール、メタノール、アセトンまたはイソプロピルアルコールのうち少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかの項に記載の窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項１０】
前記キャリアガスがアルゴンであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかの項に記載の窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項１１】
前記キャリアガスが窒素であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかの項に記載の窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項１２】
前記アニール雰囲気ガス中の前記炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度が５ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れかの項に記載の窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項１３】
前記所定の温度範囲が７００℃以上９００℃以下、且つ、前記所定の温度範囲に保持する時間が１分以上１５分以内であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかの項に記載の窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項１４】
前記Ｍｇを含む窒化物半導体が、パラジウムおよびプラチナのうち少なくとも一方を含む電極を備えることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかの項に記載の窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項１５】
前記所定の温度範囲が５００℃以上９００℃以下であることを特徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体のアニール処理方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれかの項に記載の窒化物半導体のアニール処理方法を用いて作製されたＭｇを含む窒化物半導体を備える窒化物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体レーザ素子などを構成する窒化物半導体の熱処理方法とその方法を用いて作製された窒化物半導体レーザ素子などの半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上にＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属気相成長）法を用いて作製された窒化物半導体層は、ｐ型不純物をドープしても電気的に中性であり、ｐ型の電気特性を得ることができず、極めて高抵抗であった。よって、この窒化物半導体層を含んだ、例えば窒化物半導体レーザ素子などの素子を作製しても電流を流すことができず、使用することができなかった。
【０００３】
そこで、特許文献１では、Ｍｇ等のｐ型不純物がドープされた高抵抗の窒化物半導体を、実質的に水素を含まない雰囲気中で４００℃以上の温度でアニール処理し、窒化物半導体の成長時に水素原子と結合して不活性化したｐ型不純物から水素原子を解離させることにより、
ｐ型の導電性を有するものとする方法が提案されている。
【０００４】
特許文献２では、水素を放出しない窒素含有炭化水素を含む雰囲気ガス中で窒化物半導体を熱処理することで、より長時間、より高温のアニール処理を可能とし、基板上に成長させる際に窒化物半導体中に取り込まれた水素を脱離させ、従来に比べて高キャリア濃度のｐ型窒化物半導体を得ることができる熱処理方法が提案されている。また、特許文献３では、炭化水素ガスを添加した雰囲気中で窒化物半導体を熱処理してｐ型キャリア濃度を向上させる方法が提案されている。
【特許文献１】特許２５４０７９１号公報（第３頁‐第５頁、図１）
【特許文献２】特許３３９３４２５号公報（第２頁‐第５頁、図３）
【特許文献３】特開２０００‐１８３４６５号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１で提案された方法では、ｐ型不純物から水素原子を十分に解離させることができず、窒化物半導体層がｐ型の電気特性を有するものの十分な抵抗率とならない可能性がある。また、窒化物半導体素子は、特に窒化物半導体層にＩｎを含む場合、熱による損傷を受けて劣化しやすいため、アニール処理を１０００℃以上の高温で行わなければならない特許文献２で提案された方法を適用するのは困難である。また、特許文献３で提案された方法は３００℃以上の温度であれば実施できるため、窒化物半導体層にＩｎを含む窒化物半導体素子であっても熱による損傷を防ぐことができるが、ＩＩＩ族窒化物半導体のエネルギ禁制帯幅以上のエネルギを有する光子またはこれを含む電磁波を照射する設備を設ける必要がある。
【０００６】
そこで、本発明では、ＩＩＩ族窒化物半導体のエネルギ禁制帯幅以上のエネルギを有する光子またはこれを含む電磁波を照射する設備を必要とせず、窒化物半導体層にＩｎを含む窒化物半導体素子であっても熱による損傷を与えにくい、窒化物半導体層がｐ型の電気特性を示すようにするためのアニール処理方法およびこの方法で作成された窒化物半導体装置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】
上記目的を達成するために本発明の窒化物半導体のアニール処理方法は、炭素、水素および酸素からなる有機化合物とキャリアガスとを含むアニール雰囲気ガスを流したアニール炉内で、Ｍｇを含む窒化物半導体を所定の温度範囲に所定の時間保持する保持工程を備えることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法において、前記保持工程が、前記Ｍｇを含む窒化物半導体を前記所定の温度範囲に保持する工程と、前記所定の温度範囲未満の温度に保持する工程とからなり、前記所定の温度範囲に保持する工程の時間に保持する時間の合計が前記所定の時間であることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法において、前記保持工程の前に、前記アニール炉内部に前記アニール雰囲気ガスを第１の流量で流しながら前記アニール炉内部に配置した前記Ｍｇを含む窒化物半導体を前記所定の温度範囲まで昇温する昇温工程を備え、前記保持工程では前記アニール雰囲気ガスを第２の流量で流し、前記保持工程の後に、冷却ガスを第３の流量で流しながら前記Ｍｇを含む窒化物半導体を前記所定の温度範囲から降温する降温工程を備えることを特徴とする。
【００１０】
また本発明は上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法において、前記冷却ガスが窒素または前記アニール雰囲気ガスであることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法において、前記昇温工程の前に、真空引きした前記アニール炉内部にアニール雰囲気ガスを導入する置換工程を備えることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法において、前記第１の流量は前記第２の流量よりも少ないことを特徴とする。
【００１３】
また本発明は上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法において、前記第３の流量は前記第２の流量よりも多いことを特徴とする。
【００１４】
また本発明は上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法において、前記アニール雰囲気ガスが、前記炭素、水素および酸素からなる有機化合物と前記キャリアガスとがあらかじめ混合されたガスボンベから供給されることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法において、前記炭素、水素および酸素からなる有機化合物が、ジメチルエーテル、酸化エチレン、酸化プロピレン、ジエチルエーテル、エタノール、メタノール、アセトンまたはイソプロピルアルコールのうち少なくとも１つからなることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法において、前記キャリアガスがアルゴンであることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法において、前記キャリアガスが窒素であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法において、前記アニール雰囲気ガス中の前記炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度が５ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法において、前記所定の温度範囲が７００℃以上９００℃以下、且つ、前記所定の温度に保持する時間が１分以上１５分以内であることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法において、前記Ｍｇを含む窒化物半導体が、パラジウムおよびプラチナのうち少なくとも一方を含む電極を備えることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法において、前記所定の温度範囲が５００℃以上９００℃以下であることを特徴とする。
【００２２】
本発明の窒化物半導体装置は、上記構成の窒化物半導体のアニール処理方法を用いて作製されたＭｇを含む窒化物半導体を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の窒化物半導体の熱処理方法によると、アニール雰囲気ガスに含まれる炭素、水素および酸素からなる有機化合物から酸素を含む基が、Ｍｇを含む窒化物半導体がＩｎを含む場合であっても熱による損傷を受けにくい温度で解離し、この酸素を含む基によってＭｇを含む窒化物半導体のＭｇと結合した水素原子をＭｇから解離させ、Ｍｇを活性化させることができる。よって、容易かつ効率よく水素原子をＭｇから解離させることができ、ＩＩＩ族窒化物半導体のエネルギ禁制帯幅以上のエネルギを有する光子またはこれを含む電磁波を照射する設備を設けることなく、Ｍｇを含む窒化物半導体がＩｎを含む場合であっても、熱による損傷を抑制しつつ低抵抗率のｐ型の電気特性を示すようにすることができる。
【００２４】
また本発明によると、冷却ガスにより所定の温度からＭｇを含む窒化物半導体を降温させるため、Ｍｇを含む窒化物半導体に熱による損傷をより与えにくく、またアニール処理に必要な時間を短縮することができる。冷却ガスとしては安価な窒素ガスを用いることができる。また、冷却ガスとしてアニール雰囲気ガスを用いた場合、Ｍｇを含む窒化物半導体が約４００℃に温度が低下するまでは、アニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物がＭｇから水素原子を解離させる効果が持続するため、より窒化物半導体に含まれるＭｇを活性化させ、窒化物半導体を低抵抗率のｐ型の電気特性を示すようにすることができる。４００℃以下での降温には冷却ガスとして安価な窒素ガスを用いることができる。
【００２５】
また本発明によると、真空引きしたアニール炉内部にアニール雰囲気ガスを導入することにより、アニール炉内部の気体をアニール雰囲気ガスで置換する置換工程を昇温工程の前に設けることにより、アニール炉内部での炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度をほぼ均一にでき、アニール処理によってＭｇを含む窒化物半導体の抵抗率を全体に均一なものとすることができる。
【００２６】
また本発明によると、第１の流量を第２の流量より少なくすることにより昇温にかかる時間を短縮でき、また第３の流量を第２の流量よりも多くすることにより降温にかかる時間を短縮できるため、いずれの場合もＭｇを含む窒化物半導体への熱的な損傷をより抑制することができ、アニール処理にかかる時間を短縮することができる。
【００２７】
また本発明によると、アニール雰囲気ガスを、ガスボンベ中で炭素、水素および酸素からなる有機化合物とキャリアガスとをあらかじめ混合したものとすることにより、アニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度を正確に所望の濃度とすることができ、確実にアニール処理を行うことができる。また、アニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度は５ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下とすることにより、効率よくＭｇを含む窒化物半導体を低抵抗率のｐ型の電気特性を示すようにすることができる。
【００２８】
また本発明によると、所定の温度範囲を７００℃以上９００℃以下とし、且つ、所定の温度に保持する時間を１分以上１５分以内とすることにより、Ｍｇを含む窒化物半導体が熱による損傷を受けることなく良好なｐ型の電気特性を得ることができる。
【００２９】
また本発明によると、Ｍｇを含む窒化物半導体にパラジウムおよびプラチナのうち少なくとも一方を含む電極を設けることにより、この電極が触媒として働くため、アニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物が効率よく分解し、分解してできた酸素を含む基によってＭｇを活性化させることができるため、より低い温度でｐ型の電気特性を示すようにすることができる。
【００３０】
また本発明によると、アニール処理によりＭｇを含む窒化物半導体を低抵抗率のｐ型の電気特性とすることで、Ｍｇを含む窒化物半導体を備える半導体装置の消費電力を低減することができる。これにより、この半導体装置を小型化し、長時間駆動を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図を用いて説明する。図１は、第１の実施形態にかかる窒化物半導体層が形成された基板の斜視図である。
【００３２】
窒化物半導体層１２は、基板１１上に形成されている。基板１１は、サファイア、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｒＢ2などからなる母材だけからなるもの、またはこの母材およびその上に結晶成長により形成された窒化物半導体層からなるものである。また、窒化物半導体層１２は、Ｍｇを含むＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどであり、単数の層からなるものであっても複数の層からなるものであってもよい。
【００３３】
つぎに、窒化物半導体層１２を形成する方法について説明する。まず、ＭＯＣＶＤ装置（不図示）の内部に基板１１を配置し、窒化物半導体層１２を成長させるのに適切な所定の温度まで加熱し、その温度に保持する。続いて、窒素と水素とを含むキャリアガスを用いて、ＩＩＩ族元素の原料と、Ｍｇを含む原料と、窒素の原料であるアンモニアガスとをＭＯＣＶＤ装置の内部に供給し、基板１１の上に窒化物半導体層１２を形成する。
【００３４】
ここで、窒化物半導体層１２を成長させるのに適切な所定の温度とは、窒化物半導体層１２がＭｇを含むＧａＮまたはＭｇを含むＡｌＧａＮである場合９００℃以上１１００℃以下、好ましくは１０００℃以上１０８０℃以下である。窒化物半導体層１２がＭｇを含むＩｎＡｌＧａＮである場合７００℃以上１０００℃以下である。また、窒化物半導体層１２がＭｇを含むＩｎＧａＮである場合７００℃以上９００℃以下である。これらの温度で成長させた窒化物半導体層１２は結晶性が良好であり、好ましい。
【００３５】
ＩＩＩ族元素の原料としては、ＴＭＧ（（ＣＨ3）3Ｇａ；トリメチルガリウム）、ＴＥＧ（（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ；トリエチルガリウム）、ＴＭＡ（（ＣＨ3）3Ａｌ；トリメチルアルミニウム）、ＴＥＡ（（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ；トリエチルアルミニウム）、ＴＭＩ（（ＣＨ3）3Ｉｎ；トリメチルインジウム）またはＴＥＩ（（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎ；トリエチルインジウム）などを用いることができる。
【００３６】
また、Ｍｇを含む原料とは、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）や（ＥｔＣｐ）2Ｍｇ（ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム）である。なお（ＥｔＣｐ）2Ｍｇは液体であるため、固体であるＣｐ2Ｍｇに比べてＭＯＣＶＤ装置への供給量を変動させたときの応答が良く、蒸気圧を一定に保つのが容易である。そのため、供給量が生産のロット毎に異なることを容易に防止することができる。
【００３７】
ＭＯＣＶＤ装置で基板１１上に窒化物半導体層１２を形成した後、基板１１をＭＯＣＶＤ装置から取り出してアニール処理を施す。このアニール処理について、図２を用いて説明する。図２は本発明の第１の実施形態にかかるアニール処理装置の概略構成図である。
【００３８】
アニール処理装置４０は、図２に示すように、アニール炉４１、サセプタ４２、加熱装置４３、アニール雰囲気ガス供給口４４、パージガス供給口４５、排気口４６、真空装置４７を備える。なお、パージガス供給口４５は、アニール雰囲気ガス供給口４４で兼用できる場合は設けなくてもよい。加熱装置４３は、ヒーター加熱装置、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ‐Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；高周波）加熱装置、ランプ加熱装置などである。これらのうち、ランプ加熱装置は昇温、降温速度を速くすることができ、アニール処理に必要な時間を短縮させることができるため好適である。また、図２には図示していないが、排気口４６および真空装置４７の排気口に除害装置を設けてもよい。アニール雰囲気ガスとして、例えば酸化エチレンを用いる場合には、触媒式または燃焼式の除害装置を用いる。
【００３９】
本発明にかかるアニール雰囲気ガスとは、少なくとも、炭素、水素および酸素からなる有機化合物と、キャリアガスとを含むガスのことである。ここで、炭素、水素および酸素からなる有機化合物とは、分子中の炭化水素に酸素が含まれた構成の有機化合物を意味する。また、キャリアガスとは、アルゴンまたは窒素である。
【００４０】
アルゴンをキャリアガスとして用いた場合、アルゴンは窒素に比べて熱伝導率が低いため、アニール雰囲気ガスは基板１１の周りに滞在しても基板１１との間で熱のやりとりをしにくい。そのため、キャリアガスが直接吹き付けるところと吹き付けないところなどでも温度の差が生じにくく、基板１１全体の温度分布に偏りを生じにくくすることができる。また、アルゴンは７００℃以上の高温下においても不活性であるため、窒化物半導体の表面を化学的な反応によって変化させることがない。これらは窒化物半導体層１２のアニール処理後のｐ型電気特性の面内分布の均一化を図ることに作用し得るので、アニール雰囲気ガスのキャリアガスとしてアルゴンは窒素よりも好ましい。一方、窒素はアルゴンよりも安価であるという利点を有するものの、吸湿性を有しており、一般に多くの水分を含んでいる。水分は窒化物半導体層１２に通電した場合に電圧異常で窒化物半導体素子を頓死させることが多いため、本発明のキャリアガスとして窒素を用いる場合、キャリアガス中の水分濃度を１ｐｐｂ以下にすることが必要である。
【００４１】
次に、Ｍｇを含む窒化物半導体層が高抵抗であり、ｐ型の電気特性を示さない理由およびｐ型の電気特性を示すようにするための方法について説明する。通常、ＭＯＣＶＤ装置で窒化物半導体層を成長させると、その際に流したキャリアガスなどからの水素分子が水素原子として窒化物半導体層の中に取り込まれる。ｐ型不純物であるＭｇがこの水素原子と結合して不活性化してしまうため、Ｍｇを含む窒化物半導体層はｐ型の電気特性を示さないと考えられている。
【００４２】
したがって、窒化物半導体層１２を、低抵抗率のｐ型の電気特性を示すようにするためにはＭｇと水素原子との結合を解離させてＭｇを活性化する必要がある。炭素、水素および酸素からなる有機化合物は、一般的に約４００℃と比較的低い温度で、炭素、水素および酸素からなる有機化合物の酸素と炭化水素との結合手が先に分離し、酸素を含む基と炭化水素からなる基とに容易に解離する。この酸素を含む基は窒化物半導体層の中の水素原子と結合することができるため、炭素、水素および酸素からなる有機化合物を含むアニール雰囲気ガスを用いてアニール処理を施すことによって、水素原子をＭｇから容易かつ効率よく解離させ、Ｍｇを活性化させることができる。
【００４３】
ただし、炭素、水素および酸素からなる有機化合物がアニール処理中に分解して放出する水素分子または水素原子が、窒化物半導体層１２が低抵抗率のｐ型の電気特性となるのを妨げる程度の量であると好ましくない。発明者の実験によると、アニール雰囲気ガス中に１００ｐｐｍ程度の水素分子が含まれていると、窒化物半導体層１２がｐ型の電気特性となるのを妨げることがわかっている。
【００４４】
これらのことから、炭素、水素および酸素からなる有機化合物として好ましいのは、ジメチルエーテル、酸化エチレン、酸化プロピレン、ジエチルエーテル、エタノール、メタノール、アセトン、イソプロピルアルコールなどである。炭素、水素および酸素からなる有機化合物は、これらのうち少なくとも１つからなるものを用いることができる。エタノール、メタノール、アセトン、イソプロピルアルコールなどは、極性が比較的強く、窒化物半導体層中の水素原子をより効率よく離脱させることができる。
【００４５】
アニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度とは、（炭素、水素および酸素からなる有機化合物の分圧）÷（炭素、水素および酸素からなる有機化合物の分圧＋キャリアガスの分圧）で計算される値のことである。本発明の実施形態では、簡易的に各々のガスの流量比を基準にして、アニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物が所定の濃度となるように混合している。本発明にかかるアニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度は、５ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下が好ましく、５ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下がより好ましい。炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度が５ｐｐｍ未満だとアニール処理後の窒化物半導体層１２の抵抗率の減少効果が小さく、１００ｐｐｍよりも高くなると徐々に抵抗率が高くなり、１０００ｐｐｍを超えると顕著に増大するためである。
【００４６】
次にアニール雰囲気ガスのアニール処理装置４０への供給方法について説明する。アニール雰囲気ガスは、以下に説明する図３〜５に示す３つのガス供給装置のいずれかを用いてアニール雰囲気ガス供給口からアニール処理装置４０に供給することができる。
【００４７】
図３は、第１のガス供給装置５０の概略構成図である。第１のガス供給装置５０は、ガスボンベ５１と配管５３と流量制御装置５５とを備え、ガスボンベ５１とアニール雰囲気ガス供給口４４は配管５３によって接続され、配管５３の途中には流量制御装置５５が設けられている。ガスボンベ５１には、キャリアガスと炭素、水素および酸素からなる有機化合物とが所定の濃度で混合されたアニール雰囲気ガスが貯蔵されている。
【００４８】
ガスボンベ５１から供給されるアニール雰囲気ガスは配管５３から流量制御装置５５により所定の流量でアニール雰囲気ガス供給口４４へ供給される。第１のガス供給装置５０のアニール雰囲気ガスには、炭素、水素および酸素からなる有機化合物のうち常温で気体であるもののみ、具体的にはジメチルエーテル、酸化エチレン、酸化プロピレンなどを用いることができる。
【００４９】
第１のガス供給装置５０を用いることによって、アニール炉４１内でのアニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度を常に一定に保つことができるため、生産ロット間でアニール処理による窒化物半導体層１２の抵抗率のばらつきを抑えることが可能である。特に、本発明にかかるアニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物の実際に適用できる濃度の範囲が非常に狭いことと、後述するアニール処理においてアニール雰囲気ガスの流量を変化させることが要求されるため、アニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度が常に一定に保たれることは非常に好ましい。
【００５０】
図４は、第２のガス供給装置６０の概略構成図である。第２のガス供給装置６０は、キャリアガスを貯蔵する第１のガスボンベ６１と炭素、水素および酸素からなる有機化合物を貯蔵する第２のガスボンベ６２と配管６３と２個の流量制御装置６５、６６とを備える。配管６３は主管６３ａおよび枝管６３ｂからなり、主管６３ａの一端はアニール雰囲気ガス供給口４４に、もう一端は第１のガスボンベ６１に接続されている。また、枝管６３ｂの一端は主管６３ａに、もう一端は第２のガスボンベ６２に接続されている。また、主管６３ａの第１のガスボンベ６１と枝管６３ｂとの接続部６３ｃとの間には流量制御装置６５が、枝管６３ｂの第２のガスボンベ６２と主管６３ａとの接続部６３ｃとの間には流量制御装置６６が設けられている。
【００５１】
第２のガス供給装置６０は、アニール雰囲気ガス供給口４４の手前、主管６３ａと枝管６３ｂとの接続部６３ｃで第１のガスボンベ６１から供給されるキャリアガスと第２のガスボンベ６２から供給される炭素、水素および酸素からなる有機化合物とを混合してアニール雰囲気ガスを調製し、アニール装置４０に供給するものである。第２のガス供給装置６０のアニール雰囲気ガスには、炭素、水素および酸素からなる有機化合物のうち常温で気体であるもののみ、具体的にはジメチルエーテル、酸化エチレン、酸化プロピレンなどを用いることができる。本実施形態において、炭素、水素および酸素からなる有機化合物は、流量がキャリアガスと比べて極めて少ないので、アニール雰囲気ガス供給口４４に向けて確実に所望の濃度のアニール雰囲気ガスを供給するために、枝管６３ｂからキャリアガスの流れる主管６３ａに供給される。
【００５２】
第２のガス供給装置６０を用いることによって、キャリアガスおよび炭素、水素および酸素からなる有機化合物の流量はそれぞれ流量制御装置６５、６６によって独立して制御できるため、アニール雰囲気ガスの流量や、アニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度を随時、任意に設定することができる。また、第２のガスボンベ６２からのキャリアガスの供給を停止し、第１のガスボンベ６１からのみキャリアガスを供給すれば、このキャリアガスをパージガスとして用いることができるため、パージガス供給口４５をアニール雰囲気ガス供給口４４で代用することができる。
【００５３】
図５は、第３のガス供給装置７０の概略構成図である。第３のガス供給装置７０は、キャリアガスを貯蔵する第１のガスボンベ７１および第２のガスボンベ７２と内部に炭素、水素および酸素からなる有機化合物７７を貯蔵可能な容器７４ａと容器７４ａを保温するための恒温槽７４と配管７３と２個の流量制御装置７５、７６とを備える。配管７３は主管７３ａおよび枝管７３ｂ、７３ｃからなり、主管７３ａの一端はアニール雰囲気ガス供給口４４に、もう一端は第１のガスボンベ７１に接続されている。また、枝管７３ｂは、一端は主管７３ａに、もう一端は恒温槽７４に接続され、枝管７３ｃは、一端は容器７４ａに、もう一端は第２のガスボンベ７２に接続されている。また、主管７３ａの枝管７３ｂとの接続部７３ｄと第１のガスボンベ７１との間および枝管７３ｃの容器７４ａと第２のガスボンベ７２との間にはそれぞれ流量制御装置７５、７６が設けられている。炭素、水素および酸素からなる有機化合物を貯蔵した容器７４ａは、不図示の温度制御機構および圧力制御機構によって、内部を所定の温度および圧力に保つことができる。
【００５４】
第２のガスボンベ７２と容器７４ａとを結ぶ枝管７３ｃは、キャリアガスによって炭素、水素および酸素からなる有機化合物をバブリングするために、容器７４ａ内で炭素、水素および酸素からなる有機化合物７７に触れるように配置されている。したがって、第３のガス供給装置７０に用いることができる炭素、水素および酸素からなる有機化合物は、常温で液体または固体であるもののみであり、具体的にはジエチルエーテル、エタノール、メタノール、アセトン、イソプロピルアルコールなどである。バブリングによって気化した炭素、水素および酸素からなる有機化合物は枝管７３ｂから主管７３ａに供給され、第１のガスボンベ７１から供給されるキャリアガスと接続部７３ｄで混合してアニール雰囲気ガスとしてアニール雰囲気ガス供給口４４からアニール装置４０に供給される。
【００５５】
第３のガス供給装置７０では流量制御装置７５、７６によって第１のガスボンベ７１および第２のガスボンベ７２からのキャリアガスの流量を制御してアニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度を制御する。また、第２のガスボンベ７２からのキャリアガスの供給を停止し、第１のガスボンベ７１からのみキャリアガスを供給すれば、このキャリアガスをパージガスとして用いることができるため、パージガス供給口４５をアニール雰囲気ガス供給口４４で代用することができる。
【００５６】
次に、ＭＯＣＶＤ装置で窒化物半導体層１２を形成した基板１１をアニール処理装置４０によってアニール処理する方法について説明する。本発明にかかるアニール処理は、真空置換工程、昇温工程、保持工程、降温工程を順に備える。
【００５７】
まず、ＭＯＣＶＤ装置で窒化物半導体層１２を形成した基板１１を、アニール処理装置４０のサセプタ４２にセットする。次に真空装置４７を用いてアニール炉４１の内部を真空引きし、続いてアニール雰囲気ガス供給口４４からアニール雰囲気ガスを供給する真空置換工程を行う。ここで、真空引きとは、真空装置４７によりアニール炉４１の内部の気体を排気することによりアニール炉４１の内部を略常圧から１０Ｔｏｒｒ以下に減圧することとする。
【００５８】
この真空置換工程は省略してもよいが、次に挙げる利点を有する。本発明の実施形態においてアニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度は極めて低いため、真空置換工程を実施せずに単にアニール雰囲気ガスを流しただけでは、元からアニール炉４１の内部にあった気体が炭素、水素および酸素からなる有機化合物よりも高い濃度で残り、アニール炉４１の内部を完全にアニール雰囲気ガスだけで満たすことができない。またアニール炉４１の内部で炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度に偏りが生じることとなる。しかし、真空置換工程により元からあった気体を排気してからアニール雰囲気ガスそのものでパージし、アニール炉４１の内部をアニール雰囲気ガスで完全に置換することによって、アニール炉４１の内部での炭素、水素および酸素からなる有機化合物の濃度をほぼ均一とすることができる。これにより、本発明にかかるアニール処理によって窒化物半導体層１２の抵抗率を、偏りのない全体に均一なものとすることができるため、基板１１を切り出して作製する窒化物半導体素子ごとに抵抗率にばらつきが生じず、歩留まりを向上させることができる。
【００５９】
真空置換工程の後、アニール雰囲気ガスを第１の流量で流しながら、加熱装置４３を用いてアニール炉４１の内部を所定の温度範囲のアニール処理温度まで昇温する、昇温工程を行う。このアニール処理温度は７００℃以上９００℃以下が好ましい。アニール処理温度が７００℃未満の場合、窒化物半導体層１２にはアニール処理を施してもｐ型の電気特性の向上がほとんど見られず、一方、９００℃を超えると窒化物半導体層１２に熱による損傷が生じる可能性があるためである。また、常温から所定のアニール処理温度までの昇温時間は１０分以内が好ましく、この昇温時間は短ければ短いほどよい。昇温時間が１０分を超えると、窒化物半導体に熱による損傷が生じるためである。第１の流量は、後述する第２の流量以下に設定することができ、１０リットル／分以下が好ましい。また、アニール雰囲気ガスの第１の流量は、昇温時間を短くするために、少なければ少ないほどよく、アニール炉４１の内部をアニール雰囲気ガスで満たした後は全く流さないのが最も好ましい。なお、基板１１上に形成された窒化物半導体層にＩｎが含まれている場合、アニール処理温度は７００℃以上８５０℃以下が好ましい。
【００６０】
昇温工程の後、アニール雰囲気ガスを第２の流量で流しながら、アニール炉４１の内部を所定の時間（以下、アニール時間）、所定のアニール処理温度で保持する、保持工程を実施する。保持工程において、アニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物は酸素を含む基と炭化水素からなる基とに解離し、Ｍｇと結合した水素原子をこの酸素を含む基によってＭｇから解離させることができるため、Ｍｇを活性化させ、窒化物半導体層１２をｐ型の電気抵抗を示すようにすることができる。
【００６１】
このアニール時間は１分以上１５分以下が好ましく、３分以上１０分以下がより好ましい。アニール時間が１５分を超えると窒化物半導体層１２に、熱による損傷が生じ、ｐ型の電気特性が悪化し、一方、アニール時間が１分未満の場合、窒化物半導体層１２に十分なアニール処理を施すことができず、良好なｐ型の電気特性を得ることが困難になる。なお、アニール雰囲気ガスの第２の流量は、１リットル／分以上１５リットル／分以下が好ましい。
【００６２】
保持工程の後、アニール炉４１の内部をアニール処理温度から降温する、降温工程を実施する。保持工程でアニール時間が経過した後、加熱装置４３の出力を停止し、冷却ガスとして窒素またはアニール雰囲気ガスを第３の流量でアニール炉４１の内部に流しながらアニール炉４１の内部をアニール処理温度から降温させる。第３の流量は、１リットル／分以上３０リットル／分以下が好ましく、保持工程でのアニール雰囲気ガスの第２の流量以上、具体的には第２の流量の１．２倍以上２倍程度以下がより好ましい。第３の流量が多いほど、より速くアニール炉４１の内部を降温させることができ、基板１１の窒化物半導体層１２への熱的な損傷を抑制し、またアニール工程の時間を短縮することができる。
【００６３】
なお、冷却ガスとして窒素を用いる場合、パージガス供給口４５から供給し、アニール雰囲気ガスを用いる場合アニール雰囲気ガス供給口４４から供給する。冷却ガスとして窒素を用いる場合、窒素はアルゴンよりも熱伝導率が高いため、アルゴンよりも早くアニール炉４１の内部の温度を降温させることができる。よって、基板１１の窒化物半導体層１２への熱的な損傷をより抑制することができ、アニール工程にかかる時間をより短縮することができる。
【００６４】
冷却ガスとしてアニール雰囲気ガスを用いる場合、アニール炉４１の内部の温度が約４００℃となるまでは、アニール雰囲気ガス中の炭素、水素および酸素からなる有機化合物による窒化物半導体層１２からの脱水素効果が持続するため、窒化物半導体層１２のＭｇをより活性化することができると考えられる。この場合、アニール処理温度から常温までアニール雰囲気ガスを流しながら降温してもよいし、アニール処理温度から約４００℃まではアニール雰囲気ガスを流し、約４００℃から常温までは窒素を流しながら降温してもよい。
【００６５】
以上の工程からなるアニール処理により、窒化物半導体層１２を、短時間で熱による損傷を抑制しつつ、再現性よく抵抗率が１．５〜６Ωｃｍと低抵抗率のｐ型の電気特性を示すものとすることができる。また、ＩＩＩ族窒化物半導体のエネルギ禁制帯幅以上のエネルギを有する光子またはこれを含む電磁波を照射する設備などを設ける必要もない。
【００６６】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、アニール処理装置の加熱装置として、ランプ加熱方式のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いた点およびアニール処理の保持工程が異なる以外は第１の実施形態と同様である。
【００６７】
第２の実施形態では、図２に示すアニール装置４０において、加熱装置４３としてＲＴＡ装置を用いる。ＲＴＡ装置は昇降温速度が速く、アニール処理の昇温工程、降温工程にかかる時間を短くできるため、基板１１の上に形成された窒化物半導体層１２への熱による損傷を小さくすることができ、またアニール工程にかかる時間も短縮できるため、第１の実施形態の加熱装置よりも好ましい。
【００６８】
第２の実施形態のアニール処理の保持工程では、アニール時間は、７００℃以上９００℃以下、好ましくは７５０℃以上８５０℃以下の範囲のアニール処理温度に保持された時間の合計が１分以上１５分以下であるようにする。例えば、アニール処理温度に２分間保持し、３分間アニール処理温度以下に冷却して保持する工程を５回繰り返した場合、アニール処理温度に保持された総積算時間は２分×５回＝１０分である。このように、アニール処理の保持工程を、アニール処理温度での保持とアニール処理温度以下への冷却とを繰り返すものとすることにより、アニール処理温度で連続的に保持するよりも窒化物半導体層１２の熱による損傷を低減させることができる。ただし、第２の実施形態において、アニール処理温度に所定の時間保持し、アニール処理温度以下に所定の時間冷却して保持する工程を複数回繰り返してもよいし、１回だけとしてもよい。
【００６９】
なお、以上に説明した第１の実施形態および第２の実施形態において、窒化物半導体層１２に電極としてｐ電極を設ける場合、パラジウムおよびプラチナのうち少なくとも一方を含んでいるものが好ましい。このような材料のｐ電極を用いることにより、ｐ電極と窒化物半導体層１２との間の接触抵抗を低減させることができ、基板１１を切り出して得られた窒化物半導体素子の消費電力を低減させることができる。
【００７０】
また、基板１１にＭＯＣＶＤ装置で窒化物半導体層１２を形成し、その上にパラジウムおよびプラチナのうち少なくとも一方を含んでいるｐ電極を形成してから、本発明にかかるアニール処理を施すのは、これによりさらに窒化物半導体層１２の抵抗率が低減されるため好ましい。これは、ｐ電極に含まれるパラジウムおよびプラチナのうち少なくとも一方が触媒となり、炭素、水素および酸素からなる有機化合物を効率よく分解し、酸素を含む基をより多く生成させることができ、窒化物半導体層１２において、この酸素を含む基がより多くのＭｇから水素原子を解離させ、Ｍｇを活性化することができるためである。
【００７１】
パラジウムおよびプラチナのうち少なくとも一方が触媒として作用する場合、アニール処理温度が低くても炭素、水素および酸素からなる有機化合物を効率よく分解することができるため、アニール処理温度を下げることができる。この場合のアニール処理温度は、具体的には５００℃以上９００℃以上である。よって、窒化物半導体層１２の熱による損傷をより低減することができ、窒化物半導体層１２がＩｎを含み、熱により損傷を受けやすい場合でも十分にアニール処理を施し、低抵抗率のｐ型の電気特性を示すようにすることができる。
【００７２】
また、第１の実施形態、第２の実施形態では、窒化物半導体層１２を形成した後、基板１１をＭＯＣＶＤ装置から取り出してアニール処理装置４０でアニール処理を行ったが、基板１１をＭＯＣＶＤ装置から取り出さず、ＭＯＣＶＤ装置内で引き続きアニール処理を行ってもよい。
【００７３】
＜本発明にかかるアニール処理を施した半導体素子の使用例＞
本発明にかかるＭｇを含む窒化物半導体層のアニール処理方法を用いて、ｐ型窒化物半導体層を備える半導体装置を作成することができる。この半導体装置は、従来の半導体装置に比べてｐ型窒化物半導体層の電気抵抗が低いため消費電力が低く、半導体装置全体として小型化、長時間駆動を実現することができる。半導体装置としては、例えば窒化物半導体レーザ素子、窒化物半導体発光ダイオード、窒化物半導体電子デバイス、窒化物半導体系トランジスタなどの半導体素子や、これらの半導体素子を用いた光ピックアップ装置、光磁気再生記録装置、高密度記録再生装置、レーザプリンタ、バーコードリーダ、プロジェクター、白色ＬＥＤ光源などが挙げられる。
【００７４】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【実施例１】
【００７５】
実施例１として、第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子およびその作製方法について図を用いて説明する。図６は窒化物半導体レーザ素子の概略構成図である。
【００７６】
窒化物半導体レーザ素子２０は、図６に示すように、（０００１）面ｎ型ＧａＮ基板２１、ｎ型ＧａＮ層３１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層３３、発光層３４、中間層３５、ｐ型ＡｌＧａＮからなるキャリアブロック層３６、ｐ型ＧａＮ光ガイド層３７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３８、ｐ型ＧａＮコンタクト層３９、ＳｉＯ2誘電体膜２２、ｐ電極２３およびｎ電極２４を備える。ここで、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３２は、ｎ型ＧａＮ基板２１側から順に第１のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３２ａ、第２のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３２ｂおよび第３のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３２ｃで構成されている。また、ｎ型ＧａＮ層３１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層３３、発光層３４、中間層３５、ｐ型ＡｌＧａＮからなるキャリアブロック層３６、ｐ型ＧａＮ光ガイド層３７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３８およびｐ型ＧａＮコンタクト層３９をまとめて窒化物半導体層３０とする。
【００７７】
次に、窒化物半導体レーザ素子２０の製造方法について説明する。まず、ＭＯＣＶＤ装置の内部にｎ型ＧａＮ基板２１を配置し、１０５０℃まで加熱し、保持する。その状態で、ＩＩＩ族元素のＭｇの原料であるＴＭＧと、Ｖ族元素の窒素の原料であるアンモニアガスに、ＳｉＨ4を加え、ＭＯＣＶＤ装置の内部に供給し、ｎ型ＧａＮ基板２１上に厚さ１μｍのｎ型ＧａＮ層３１を下地層として形成した。このｎ型ＧａＮ層３１は、ｎ型ＧａＮ基板２１の表面モフォロジーの改善と研磨によるｎ型ＧａＮ基板２１の表面に残留した応力歪みを緩和させてエピタキシャル成長にふさわしい最表面を形成するために積層した。
【００７８】
次に、ＩＩＩ族元素のＡｌの原料としてＴＭＡを用いて、厚さ２．３μｍ、Ｓｉ不純物濃度５×１０17個／ｃｍ3の第１のｎ型Ａｌ0.062Ｇａ0.938Ｎクラッド層３２ａ、厚さ０．１５μｍ、Ｓｉ不純物濃度５×１０17個／ｃｍ3の第２のｎ型Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ｎクラッド層３２ｂおよび厚さ０．１μｍ、Ｓｉ不純物濃度５×１０17個／ｃｍ3の第３のｎ型Ａｌ0.062Ｇａ0.938Ｎクラッド層３２ｃを積層し、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３２を形成した。続いて、厚さ０．１μｍ、Ｓｉ不純物濃度３×１０17個／ｃｍ3のｎ型ＧａＮ光ガイド層３３を形成した。
【００７９】
ｎ型ＧａＮ光ガイド層３３を形成した後、ｎ型ＧａＮ基板２１の温度を８００℃に下げ、３周期の周期構造の多重量子井戸構造を有する発光層３４を形成した。発光層３４は、ｎ型ＧａＮ基板２１側から順に、厚さ２０ｎｍのアンドープのＩｎ0.003Ｇａ0.997Ｎ障壁層、厚さ４ｎｍのアンドープのＩｎ0.09Ｇａ0.91Ｎ井戸層、厚さ８ｎｍのアンドープのＩｎ0.003Ｇａ0.997Ｎ障壁層、厚さ４ｎｍのアンドープのＩｎ0.09Ｇａ0.91Ｎ井戸層、厚さ８ｎｍのアンドープのＩｎ0.003Ｇａ0.997Ｎ障壁層、厚さ４ｎｍのアンドープのＩｎ0.09Ｇａ0.91Ｎ井戸層からなる。
【００８０】
発光層３４を形成した後、厚さ７０ｎｍの中間層３５を形成した。中間層３５は、厚さ２０ｎｍのアンドープのＩｎ0.003Ｇａ0.997Ｎ層、厚さ１０ｎｍのＳｉがドープされた、Ｓｉ不純物濃度が約７×１０17個／ｃｍ3のＧａＮ層と、厚さ４０ｎｍのアンドープＧａＮ層がこの順序で成長された層である。次に、ｎ型ＧａＮ基板２１の温度を再び１０５０℃まで昇温して、ｐ型不純物が添加された厚さ２０ｎｍのＡｌＧａＮからなるキャリアブロック層３６、ｐ型不純物が添加された厚さ２０ｎｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層３７、ｐ型不純物が添加された厚さ０．５μｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３８およびｐ型不純物が添加された厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層３９を順次形成した。
【００８１】
ここでキャリアブロック層３６のＡｌ組成比は３０％、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成比は５．５％とした。また、キャリアブロック層３６、ｐ型ＧａＮ光ガイド層３７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３８、ｐ型ＧａＮコンタクト層３９は、ｐ型不純物として（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを原料としたＭｇを添加した。
【００８２】
ｐ型不純物が添加されたこれらの層を形成する際に用いたガスとその流量は次の通りである。キャリアブロック層３６には、キャリアガスとして流量１９．９リットル／分の窒素および流量０．６リットル／分の水素、原料ガスとして流量９．５リットル／分のアンモニアを用いた。ｐ型ＧａＮ光ガイド層３７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３８およびｐ型ＧａＮコンタクト層３９には、キャリアガスとして流量８．５リットル／分の窒素および流量３５．４リットル／分の水素、原料ガスとして流量５リットル／分のアンモニアを用いた。なお、いずれの層を形成する場合もガスの流速は１０８ｃｍ／秒とした。
【００８３】
ｐ型ＧａＮコンタクト層３９を成長した後、ｎ型ＧａＮ基板２１をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、図２のアニール処理装置でアニール処理を行う。アニール雰囲気ガスの供給形態としては図３に示す第１のガス供給装置５０を用いた。
【００８４】
まず、ｎ型ＧａＮ基板２１をアニール処理装置４０のサセプタ４２にセットする。次にアニール炉４１の内部を真空装置４７で５分間真空引きを行い、アニール雰囲気ガス供給口４４からアニール雰囲気ガスを供給した。本実施例で用いたアニール雰囲気ガスは、ジメチルエーテルとアルゴンの混合ガスであって、ジメチルエーテルの濃度は１０ｐｐｍである。
【００８５】
次に、アニール炉４１の内部にアニール雰囲気ガスを５リットル／分で流しながら、加熱装置４３を用いてアニール炉４１の内部を常温からアニール処理温度の８００℃まで約３分で昇温させた。続いてアニール雰囲気ガスの流量を８リットル／分に増加させ、アニール炉４１の内部を８００℃で１０分間保持した。１０分間のアニール時間の経過後、加熱装置４３の出力を停止するとともに、アニール雰囲気ガスの流量を１０リットル／分に増加させ、アニール炉４１の内部を４００℃まで降温させた。８００℃から４００℃までの降温時間は約６分であった。
【００８６】
以上のアニール処理を終えた後、ｎ型ＧａＮ基板２１の窒化物半導体層３０が形成された側とは反対側の面に、ｎ電極２４をＨｆ／Ａｌの順序で形成した。そして、ｎ電極２４にｎ型電極パッドとしてＡｕを蒸着した。ｎ電極２４の材料としては、Ｈｆ／Ａｌの他に、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／ＭｏまたはＨｆ／Ａｕ等が用いられても構わない。
【００８７】
次に、窒化物半導体層３０上のｐ電極２３を形成する部分をストライプ状にエッチングし、リッジストライプ部を形成した。リッジストライプ部の幅は１．６μｍであった。その後、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2誘電体膜２２をｐ型ＧａＮコンタクト層３９上に蒸着し、ｐ型ＧａＮコンタクト層３９を露出させて、ｐ電極２３をＰｄ（厚さ１５ｎｍ）／Ｍｏ（厚さ１５ｎｍ）／Ａｕ（厚さ２００ｎｍ）の順序で蒸着して形成した。本実施例ではＰｄ（パラジウム）を用いたが、Ｐｄの代わりにＰｔ（プラチナ）を用いても構わない。
【００８８】
このようにして得られた窒化物半導体レーザ素子２０は、５０ｍＡの電流注入時における動作電圧は４．６Ｖであった。本実施例の窒化物半導体レーザ素子２０と同じ構成で、本発明にかかるアニール処理を施していない窒化物半導体レーザ素子は、同条件での動作電圧は５．２Ｖであったため、本実施例では本発明にかかるアニール処理により０．６Ｖの低減効果が得られた。
【００８９】
なお、上述のキャリアブロック層３６のＡｌ組成比は３０％であったが、これは１０％以上３５％以下で調整可能である。また、上述のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３２とｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３８のＡｌ組成比は、その他のＡｌ組成比を選択しても構わないし、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３８の替わりに、ＭｇドープＧａＮ／ＭｇドープＡｌＧａＮからなる超格子を用いても構わない。また、本実施例では、ｎ電極２４およびｐ電極２３を形成する前にアニール処理をしたが、これらの電極の形成後にアニール処理をしても構わない。
【実施例２】
【００９０】
実施例２として第２の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子およびその作製方法について説明する。本実施例の窒化物半導体レーザ素子は、アニール処理が異なる以外は図６に示す実施例１の窒化物半導体レーザ素子と同じ構成である。
【００９１】
本実施例では、図２に示すアニール処理装置４０の加熱装置４３としてランプ加熱方式のＲＴＡ装置を用いる。まず、実施例１と同様に窒化物半導体層３０が形成されたｎ型ＧａＮ基板２１をアニール処理装置４０のサセプタ４２にセットする。次にアニール炉４１の内部を真空装置４７で５分間真空引きを行い、アニール雰囲気ガス供給口４４からアニール雰囲気ガスを供給した。本実施例で用いたアニール雰囲気ガスは、酸化エチレンとアルゴンの混合ガスであって、酸化エチレンの濃度は１００ｐｐｍである。
【００９２】
次に、アニール雰囲気ガスを５リットル／分で流しながらアニール炉４１の内部を加熱装置４３であるＲＴＡ装置のランプを用いて常温からアニール処理温度の８２０℃まで１分で到達させた。続いてアニール雰囲気ガスの流量は５リットル／分のままとして、アニール炉４１の内部を８２０℃で１５分間保持した。１５分のアニール時間の経過後、加熱装置４３の出力を停止するとともに、アニール雰囲気ガスの流量を１０リットル／分に増加させ、アニール炉４１の内部を４００℃まで降温させた。８２０℃から４００℃までの降温時間は約２分であった。
【００９３】
以上の本発明にかかるアニール処理を終えた後、実施例１と同様に電極等を形成して得られた窒化物半導体レーザ素子２０の、５０ｍＡの電流注入時における動作電圧は４．５Ｖであった。本実施例の窒化物半導体レーザ素子２０と同じ構成で、本発明にかかるアニール処理を施していない窒化物半導体レーザ素子は、同条件での動作電圧は５．２Ｖであったため、本実施例では本発明にかかるアニール処理により０．７Ｖの低減効果が得られた。
【００９４】
以上の実施例では窒化物半導体レーザ素子を例に説明したが、窒化物半導体レーザ素子以外の素子、例えば、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、トランジスタ等にも適用できるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明にかかる窒化物半導体層が形成された基板の斜視図
【図２】本発明にかかるアニール処理装置の概略構成図
【図３】本発明にかかる第１のガス供給装置の概略構成図
【図４】本発明にかかる第２のガス供給装置の概略構成図
【図５】本発明にかかる第３のガス供給装置の概略構成図
【図６】本発明の実施例にかかる窒化物半導体レーザ素子の概略構成図
【符号の説明】
【００９６】
１１      基板
１２      窒化物半導体層
２０      窒化物半導体レーザ素子
２２      ＳｉＯ２誘電体膜
２３      ｐ電極
２４      ｎ電極
３０      窒化物半導体層
４０      アニール処理装置
４１      アニール炉
４２      サセプタ
４３      加熱装置
４４      アニール雰囲気ガス供給口
４５      パージガス供給口
４６      排気口
４７      真空装置
５０      第１のガス供給装置
５１      ガスボンベ
５３      配管
５５      流量制御装置
６０      第２のガス供給装置
６１      第１のガスボンベ
６２      第２のガスボンベ
６３      配管
６３ａ    主管
６３ｂ    枝管
６３ｃ    接続部
６５      流量制御装置
６６      流量制御装置
７０      第３のガス供給装置
７１      第１のガスボンベ
７２      第２のガスボンベ
７３      配管
７３ａ    主管
７３ｂ    枝管
７３ｃ    枝管
７３ｄ    接続部
７４      恒温槽
７５      流量制御装置
７６      流量制御装置
７７      炭素、水素および酸素からなる有機化合物
【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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