(57)【要約】【課題】Ｐ型、Ｎ型（Ｉ型）結晶を別々に形成する２チャンバ方式により、Ｍｇのドーピングに伴う遅延効果およびメモリ効果を抑制し、エピタキシャル成長時間を短縮したＭＯＣＶＤ装置およびその成長方法、上記のＭＯＣＶＤ装置を適用して形成した半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】水冷機構を備えるコールドウォール構造を備え、ガスの流れはウェハ８の表面に対して水平方向であり、Ｐ型層成長とＮ型（Ｉ型）層成長ではそれぞれ別のＮ型（Ｉ型）層成長用チャンバ１４・Ｐ型層成長用チャンバ１６で成長するように構成され、ウェハ８を保持するサセプタも別々のＮ型層成長用サセプタ３・Ｐ型層成長用サセプタ５を使用するＭＯＣＶＤ装置およびその成長方法、上記のＭＯＣＶＤ装置を適用して形成した半導体装置およびその製造方法。【選択図】図１
2012248666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送室と、
前記搬送室に接続され、第１導電型層を形成するための第１導電型層成長用チャンバと、
前記搬送室に接続され、前記第１導電型層とは異なる導電型の第２導電型層を形成するための第２導電型層成長用チャンバと、
前記第１導電型層成長用チャンバに第１導電型層成長用有機金属ガスを供給する第１導電型層成長用有機金属ガス供給槽と、
前記第２導電型層成長用チャンバに第２導電型層成長用有機金属ガスを供給する第２導電型層成長用有機金属ガス供給槽と
を備え、ガス流はウェハ表面に対して水平方向であることを特徴とする有機金属気相成長装置。
【請求項２】
前記搬送室は、複数のサセプタをストックするサセプタストック室を備えることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項３】
前記搬送室内もしくは前記搬送室に隣接して、ウェハを大気から導入し、搬送室にロードするためのロードロック室を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項４】
第１導電型層成長用サセプタと、
第２導電型層成長用サセプタと
を備え、前記第１導電型層成長用チャンバと前記第２導電型層成長用チャンバとの間の移動は、ウェハを前記搬送室において、前記第１導電型層成長用サセプタと前記第２導電型層成長用サセプタ間で移し変えることで行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項５】
前記第１導電型層成長用チャンバおよび前記第２導電型層成長用チャンバは、ガス導入部と、サセプタ部と、ガス排気部とを有する横型構造を備え、前記ガス導入部と、前記サセプタ部と、前記ガス排気部は、水冷機構を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項６】
前記第１導電型層成長用チャンバおよび前記第２導電型層成長用チャンバは、ガス導入部と、サセプタ部とを有する縦型構造を備え、前記ガス導入部と、前記サセプタ部は、それぞれ水冷機構を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項７】
前記水冷機構は、冷却が必要な部位に水路若しくは外部的にヒートパイプを備えることを特徴とする請求項４または５に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項８】
前記第１導電型層成長用チャンバおよび前記第２導電型層成長用チャンバは、窒化ガリウム系半導体を成長するため、７００℃以上１３００℃以下にウェハを加熱するための第１加熱機構を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項９】
前記ロードロック室は、ウェハ上水分を除去するための第２加熱機構を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１０】
前記搬送室もしくは前記ロードロック室の真空度は、１×１０-4Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１１】
ロードロックにウェハをセットするステップと、
搬送室内のサセプタストック室に洗浄済みのＮ型層成長用サセプタをセットするステップと、
前記ウェハを前記搬送室中の前記Ｎ型層成長用サセプタにローディングするステップと、
前記搬送室からＮ型層成長用チャンバへ前記ウェハを載せた前記Ｎ型層成長用サセプタをローディングするステップと、
前記Ｎ型層成長用チャンバ中において、前記ウェハ上にＮ型層を成長するステップと、
前記Ｎ型層の成長後、前記搬送室へ前記Ｎ型層成長用サセプタをローディングするステップと、
前記Ｎ型層成長済みウェハを前記搬送室内で回収するステップと、
前記Ｎ型層成長済みウェハが乗っていた前記Ｎ型層成長用サセプタを前記サセプタストック室に返すステップと、
Ｐ型層成長用サセプタを前記搬送室内にローディングするステップと、
Ｐ型層成長用サセプタに前記Ｎ型層成長済みウェハを乗せるステップと、
Ｐ型層成長用チャンバへＰ型層成長用サセプタを搬送するステップと、
前記Ｐ型層成長用チャンバ中において、前記Ｎ型層成長済みウェハ上にＰ型層を成長するステップと、
前記Ｐ型層の成長後、前記搬送室へ前記Ｐ型層成長用サセプタをローディングするステップと、
ロードロック側からウェハをロボットで回収するステップと
を有することを特徴とする有機金属気相成長装置の成長方法。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の有機金属気相成長装置を使用して成長されたＧａＡｓ系若しくはＧａＮ系薄膜で形成されたヘテロ接合を有する半導体装置。
【請求項１３】
基板と、
前記基板上に配置された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に配置された活性層と、
前記活性層上に配置された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層上に配置された表面電極層と、
前記基板の裏面に配置された裏面電極層と
を備え、
搬送室と、前記搬送室に接続され、第１導電型層を形成するための第１導電型層成長用チャンバと、前記搬送室に接続され、前記第１導電型層とは異なる導電型の第２導電型層を形成するための第２導電型層成長用チャンバと、前記第１導電型層成長用チャンバに第１導電型層成長用有機金属ガスを供給する第１導電型層成長用有機金属ガス供給槽と、前記第２導電型層成長用チャンバに第２導電型層成長用有機金属ガスを供給する第２導電型層成長用有機金属ガス供給槽とを備え、ガス流はウェハ表面に対して水平方向である有機金属気相成長装置において、前記第１導電型クラッド層は、前記第１導電型層成長用チャンバ内で形成され、前記第２導電型クラッド層は、前記第２導電型層成長用チャンバ内で形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
前記表面電極層は、レーザストライプを備え、前記活性層より前記レーザストライプに沿って、レーザ光を出射することを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記表面電極層は、開口部を備え、前記活性層より前記第２導電型クラッド層を介して前記開口部にそって、レーザ光を出射することを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１６】
第１導電型若しくはＩ型を有する第１ＧａＮ層と、
前記第１ＧａＮ層上に配置され、第１導電型若しくはＩ型を有する第１ＡｌＧａＮ層と、
前記第１ＡｌＧａＮ層上に配置され、第２導電型を有する第２ＧａＮ層もしくは第２ＡｌＧａＮ層と、
前記第２ＧａＮ層もしくは前記第２ＡｌＧａＮ層を挟み、前記第１ＡｌＧａＮ層上に配置されたソース電極およびドレイン電極と、
前記第２ＧａＮ層もしくは前記第２ＡｌＧａＮ層上に配置されたゲート電極と
を備え、
搬送室と、前記搬送室に接続され、第１導電型層を形成するための第１導電型層成長用チャンバと、前記搬送室に接続され、前記第１導電型層とは異なる導電型の第２導電型層を形成するための第２導電型層成長用チャンバと、前記第１導電型層成長用チャンバに第１導電型層成長用有機金属ガスを供給する第１導電型層成長用有機金属ガス供給槽と、前記第２導電型層成長用チャンバに第２導電型層成長用有機金属ガスを供給する第２導電型層成長用有機金属ガス供給槽とを備え、ガス流はウェハ表面に対して水平方向である有機金属気相成長装置において、前記第１ＡｌＧａＮ層は、前記第１導電型層成長用チャンバ内で形成され、前記第２ＧａＮ層もしくは前記第２ＡｌＧａＮ層は、前記第２導電型層成長用チャンバ内で形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１７】
基板上に第１導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第１導電型クラッド層上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上に第２導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第２導電型クラッド層上に、表面電極層を形成する工程と、
前記基板の裏面に裏面電極層を形成する工程と
を有し、
搬送室と、前記搬送室に接続され、第１導電型層を形成するための第１導電型層成長用チャンバと、前記搬送室に接続され、前記第１導電型層とは異なる導電型の第２導電型層を形成するための第２導電型層成長用チャンバと、前記第１導電型層成長用チャンバに第１導電型層成長用有機金属ガスを供給する第１導電型層成長用有機金属ガス供給槽と、前記第２導電型層成長用チャンバに第２導電型層成長用有機金属ガスを供給する第２導電型層成長用有機金属ガス供給槽とを備え、ガス流はウェハ表面に対して水平方向である有機金属気相成長装置において、前記第１導電型クラッド層を形成する工程は、第１導電型層成長用チャンバ内で実施され、前記第２導電型クラッド層を形成する工程は、第２導電型層成長用チャンバ内で実施されたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
第１導電型もしくはＩ型を有する第１ＧａＮ層を形成する工程と、
前記第１ＧａＮ層上に第１導電型もしくはＩ型を有する第１ＡｌＧａＮ層を形成する工程と、
前記第１ＡｌＧａＮ層上に第２導電型を有する第２ＧａＮ層若しくは第２ＡｌＧａＮ層を形成する工程と、
前記第２ＧａＮ層若しくは前記第２ＡｌＧａＮ層を挟み、前記第２ＧａＮ層若しくは前記第２ＡｌＧａＮ層上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をエッチングする工程と、
前記第２ＧａＮ層若しくは前記第２ＡｌＧａＮ層をエッチングする工程と、
暴露された前記第１ＡｌＧａＮ層上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と
を有し、
搬送室と、前記搬送室に接続され、第１導電型層を形成するための第１導電型層成長用チャンバと、前記搬送室に接続され、前記第１導電型層とは異なる導電型の第２導電型層を形成するための第２導電型層成長用チャンバと、前記第１導電型層成長用チャンバに第１導電型層成長用有機金属ガスを供給する第１導電型層成長用有機金属ガス供給槽と、前記第２導電型層成長用チャンバに第２導電型層成長用有機金属ガスを供給する第２導電型層成長用有機金属ガス供給槽とを備え、ガス流はウェハ表面に対して水平方向である有機金属気相成長装置において、前記第１ＡｌＧａＮ層を形成する工程は、前記第１導電型層成長用チャンバ内で実施され、前記第２ＧａＮ層若しくは前記第２ＡｌＧａＮ層を形成する工程は、前記第２導電型層成長用チャンバ内で実施されたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ: Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置およびその成長方法、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、２チャンバ方式により、Ｐ型、Ｎ型結晶を別々に形成するＭＯＣＶＤ装置およびその成長方法、およびこのＭＯＣＶＤ装置を適用して形成された半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を構成するのに必要な層ごとにチャンバを用意するマルチチャンバ方式の有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ: Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置が開示されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１１−５１１４６０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５１７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｐ型ドーパントの拡散抑制は、ＩｎＧａＡｌＰ系デバイスにとってはクリティカルな問題であり、この問題の抑制のため、伝統的なＰ型ドーパントであるＺｎに代わってＭｇが使用される場合が多い。ＧａＮ系半導体においては、同じＩＩＩ−Ｖ族系でありながら、ＺｎではＰ型が発現せず、Ｍｇしかｐ型ＧａＮ系半導体を作ることができない。
【０００５】
ところが、Ｍｇは、デバイス設計上、望ましくない効果を持つドーパントとしてよく知られている。すなわち、成長室にＭｇドーピングガスを導入しても膜中にはすぐに取り込まれない遅延効果がある。また、逆にガス導入を止めてもチャンバ内に残留し、次バッチの初期段階の薄膜成長時に意図せず、Ｍｇがドーピングされるメモリ効果がある。
【０００６】
本発明の目的は、Ｐ型、Ｎ型（Ｉ型）結晶を別々に形成する２チャンバ方式により、Ｍｇのドーピングに伴う遅延効果およびメモリ効果を抑制し、エピタキシャル成長時間を短縮したＭＯＣＶＤ装置およびその成長方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の目的は、上記のＭＯＣＶＤ装置を適用して形成した半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、搬送室と、前記搬送室に接続され、第１導電型層を形成するための第１導電型層成長用チャンバと、前記搬送室に接続され、前記第１導電型層とは異なる導電型の第２導電型層を形成するための第２導電型層成長用チャンバと、前記第１導電型層成長用チャンバに第１導電型層成長用有機金属ガスを供給する第１導電型層成長用有機金属ガス供給槽と、前記第２導電型層成長用チャンバに第２導電型層成長用有機金属ガスを供給する第２導電型層成長用有機金属ガス供給槽とを備え、ガス流はウェハ表面に対して水平方向である有機金属気相成長装置が提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、ロードロックにウェハをセットするステップと、搬送室内のサセプタストック室に洗浄済みのＮ型層成長用サセプタをセットするステップと、前記ウェハを前記搬送室中の前記Ｎ型層成長用サセプタにローディングするステップと、前記搬送室からＮ型層成長用チャンバへ前記ウェハを載せた前記Ｎ型層成長用サセプタをローディングするステップと、前記Ｎ型層成長用チャンバ中において、前記ウェハ上にＮ型層を成長するステップと、前記Ｎ型層の成長後、前記搬送室へ前記Ｎ型層成長用サセプタをローディングするステップと、前記Ｎ型層成長済みウェハを前記搬送室内で回収するステップと、前記Ｎ型層成長済みウェハが乗っていた前記Ｎ型層成長用サセプタを前記サセプタストック室に返すステップと、Ｐ型層成長用サセプタを前記搬送室内にローディングするステップと、Ｐ型層成長用サセプタに前記Ｎ型層成長済みウェハを乗せるステップと、Ｐ型層成長用チャンバへＰ型層成長用サセプタを搬送するステップと、前記Ｐ型層成長用チャンバ中において、前記Ｎ型層成長済みウェハ上にＰ型層を成長するステップと、前記Ｐ型層の成長後、前記搬送室へ前記Ｐ型層成長用サセプタをローディングするステップと、ロードロック側からウェハをロボットで回収するステップとを有する有機金属気相成長装置の成長方法が提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、基板と、前記基板上に配置された第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に配置された活性層と、前記活性層上に配置された第２導電型クラッド層と、前記第２導電型クラッド層上に配置された表面電極層と、前記基板の裏面に配置された裏面電極層とを備え、搬送室と、前記搬送室に接続され、第１導電型層を形成するための第１導電型層成長用チャンバと、前記搬送室に接続され、前記第１導電型層とは異なる導電型の第２導電型層を形成するための第２導電型層成長用チャンバと、前記第１導電型層成長用チャンバに第１導電型層成長用有機金属ガスを供給する第１導電型層成長用有機金属ガス供給槽と、前記第２導電型層成長用チャンバに第２導電型層成長用有機金属ガスを供給する第２導電型層成長用有機金属ガス供給槽とを備え、ガス流はウェハ表面に対して水平方向である有機金属気相成長装置において、前記第１導電型クラッド層は、前記第１導電型層成長用チャンバ内で形成され、前記第２導電型クラッド層は、前記第２導電型層成長用チャンバ内で形成された半導体装置が提供される。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、第１導電型若しくはＩ型を有する第１ＧａＮ層と、前記第１ＧａＮ層上に配置され、第１導電型若しくはＩ型を有する第１ＡｌＧａＮ層と、前記第１ＡｌＧａＮ層上に配置され、第２導電型を有する第２ＧａＮ層もしくは第２ＡｌＧａＮ層と、前記第２ＧａＮ層もしくは前記第２ＡｌＧａＮ層を挟み、前記第１ＡｌＧａＮ層上に配置されたソース電極およびドレイン電極と、前記第２ＧａＮ層もしくは前記第２ＡｌＧａＮ層上に配置されたゲート電極とを備え、搬送室と、前記搬送室に接続され、第１導電型層を形成するための第１導電型層成長用チャンバと、前記搬送室に接続され、前記第１導電型層とは異なる導電型の第２導電型層を形成するための第２導電型層成長用チャンバと、前記第１導電型層成長用チャンバに第１導電型層成長用有機金属ガスを供給する第１導電型層成長用有機金属ガス供給槽と、前記第２導電型層成長用チャンバに第２導電型層成長用有機金属ガスを供給する第２導電型層成長用有機金属ガス供給槽とを備え、ガス流はウェハ表面に対して水平方向である有機金属気相成長装置において、前記第１ＡｌＧａＮ層は、前記第１導電型層成長用チャンバ内で形成され、前記第２ＧａＮ層もしくは前記第２ＡｌＧａＮ層は、前記第２導電型層成長用チャンバ内で形成された半導体装置が提供される。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、基板上に第１導電型クラッド層を形成する工程と、前記第１導電型クラッド層上に活性層を形成する工程と、前記活性層上に第２導電型クラッド層を形成する工程と、前記第２導電型クラッド層上に、表面電極層を形成する工程と、前記基板の裏面に裏面電極層を形成する工程とを有し、搬送室と、前記搬送室に接続され、第１導電型層を形成するための第１導電型層成長用チャンバと、前記搬送室に接続され、前記第１導電型層とは異なる導電型の第２導電型層を形成するための第２導電型層成長用チャンバと、前記第１導電型層成長用チャンバに第１導電型層成長用有機金属ガスを供給する第１導電型層成長用有機金属ガス供給槽と、前記第２導電型層成長用チャンバに第２導電型層成長用有機金属ガスを供給する第２導電型層成長用有機金属ガス供給槽とを備え、ガス流はウェハ表面に対して水平方向である有機金属気相成長装置において、前記第１導電型クラッド層を形成する工程は、第１導電型層成長用チャンバ内で実施され、前記第２導電型クラッド層を形成する工程は、第２導電型層成長用チャンバ内で実施された半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、第１導電型もしくはＩ型を有する第１ＧａＮ層を形成する工程と、前記第１ＧａＮ層上に第１導電型もしくはＩ型を有する第１ＡｌＧａＮ層を形成する工程と、前記第１ＡｌＧａＮ層上に第２導電型を有する第２ＧａＮ層若しくは第２ＡｌＧａＮ層を形成する工程と、前記第２ＧａＮ層若しくは前記第２ＡｌＧａＮ層を挟み、前記第２ＧａＮ層若しくは前記第２ＡｌＧａＮ層上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をエッチングする工程と、前記第２ＧａＮ層若しくは前記第２ＡｌＧａＮ層をエッチングする工程と、暴露された前記第１ＡｌＧａＮ層上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程とを有し、搬送室と、前記搬送室に接続され、第１導電型層を形成するための第１導電型層成長用チャンバと、前記搬送室に接続され、前記第１導電型層とは異なる導電型の第２導電型層を形成するための第２導電型層成長用チャンバと、前記第１導電型層成長用チャンバに第１導電型層成長用有機金属ガスを供給する第１導電型層成長用有機金属ガス供給槽と、前記第２導電型層成長用チャンバに第２導電型層成長用有機金属ガスを供給する第２導電型層成長用有機金属ガス供給槽とを備え、ガス流はウェハ表面に対して水平方向である有機金属気相成長装置において、前記第１ＡｌＧａＮ層を形成する工程は、前記第１導電型層成長用チャンバ内で実施され、前記第２ＧａＮ層若しくは前記第２ＡｌＧａＮ層を形成する工程は、前記第２導電型層成長用チャンバ内で実施された半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、Ｐ型、Ｎ型（Ｉ型）結晶を別々に形成する２チャンバ方式により、Ｍｇのドーピングに伴う遅延効果およびメモリ効果を抑制し、エピタキシャル成長時間を短縮したＭＯＣＶＤ装置およびその成長方法を提供することができる。
【００１５】
本発明によれば、上記のＭＯＣＶＤ装置を適用して形成した半導体装置およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置の模式的構成図。
【図２】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、Ｎ型層成長用チャンバ、Ｐ型層成長用チャンバ、および搬送室間におけるサセプタの移動を説明する模式的構成図。
【図３】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置の成長方法を説明するフローチャート図。
【図４】陽電子拡散距離とバッチ数との関係であって、アンドープＧａＮ層における点欠陥の推移を説明する図。
【図５】Ｍｇ濃度と測定深さの関係であって、Ｎ型層中におけるＭｇ残留濃度の「枯らし」エピタキシャル成長処理の前後による変化を説明する図。
【図６】図５に対応するダイオードの電流電圧特性であって、チャンバ清掃直後、ＬＤ成長後、さらに１０５０℃ベーク２時間後の例。
【図７】フォトルミネッセンス発光強度と波長との関係であって、チャンバ清掃後（バッチＢ２）と、Ｐ型層成長後（バッチＢ１）の発光特性の劣化を説明する図。
【図８】フォトルミネッセンス法によって、フォトルミネッセンス光を測定する図７に対応する測定系を説明する図。
【図９】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を用いてＧａＮ系レーザダイオードを形成する際の基板温度とエピタキシャル成長時間の関係の一例を示す図。
【図１０】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、Ｎ型層成長用チャンバ若しくはＰ型層成長用チャンバの構成であって、水冷機構を備える横型装置の模式的断面構造図。
【図１１】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、Ｎ型層成長用チャンバ若しくはＰ型層成長用チャンバの構成であって、水冷機構を備える縦型装置の模式的断面構造図。
【図１２】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、横型装置の水冷機構であって、（ａ）ガス導入部の構成例、（ｂ）サセプタ部の構成例、（ｃ）ガス排気部の構成例。
【図１３】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、横型装置の別の水冷機構であって、ガス導入部の構成例。
【図１４】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、縦型装置の水冷機構であって、（ａ）サセプタ部の構成例、（ｂ）サセプタ部の別の構成例。
【図１５】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、サセプタ上のウェハの配置の模式的断面構造であって、（ａ）サセプタ表面とウェハ表面とをほぼ一致させた例、（ｂ）サセプタ表面よりもウェハ表面を高くした例、（ｃ）サセプタ表面よりもウェハ表面を低くした例、（ｄ）サセプタ表面上にウェハを配置した例。
【図１６】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成した半導体装置（ＦＥＴ）の模式的断面構造図。
【図１７】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成した半導体装置（ＧａＡｓ系ストライプ型レーザダイオード）の模式的鳥瞰構造図。
【図１８】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成した別の半導体装置（ＧａＮ系ストライプ型レーザダイオード）の模式的鳥瞰構造図。
【図１９】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したさらに別の半導体装置（ＧａＮ系ストライプ型レーザダイオード）の模式的鳥瞰構造図。
【図２０】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成した半導体装置（ストライプ型レーザダイオード）の実装マウント状態を説明する模式的鳥瞰図。
【図２１】実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成した半導体装置（ＧａＡｓ系面発光型レーザダイオード）の模式的断面構造図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１８】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１９】
[第１の実施の形態]
（ＭＯＣＶＤ装置）
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置は、図１に示すように、搬送室２と、搬送室２に接続され、Ｎ型層を形成するためのＮ型層成長用チャンバ１４と、搬送室２に接続され、Ｎ型層とは異なる導電型のＰ型層を形成するためのＰ型層成長用チャンバ１６と、Ｎ型層成長用チャンバ１４にＮ型層成長用有機金属ガスを供給するＮ型層成長用有機金属ガス供給槽１０と、Ｐ型層成長用チャンバ１６にＰ型層成長用有機金属ガスを供給するＰ型層成長用有機金属ガス供給槽１２とを備える。ここで、ガス流はウェハ表面に対して水平方向であり、前記ＭＯＣＶＤ装置はいわゆる「横型」ある。
【００２０】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、Ｎ型層成長用チャンバ１４およびＰ型層成長用チャンバ１６の構造は、基本的には、横型であることが望ましい。尚、成長室内で、供給ガスがウェハサセプタに対して垂直方向から導入される「縦型」の場合には、ガス流をウェハに対して平行方向となるようなガス流制御装置を内部に設け、ウェハ上ではガス流がウェハに平行になるように調節しても良い。すなわち、実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、Ｎ型層成長用チャンバ１４およびＰ型層成長用チャンバ１６の構造は、成長室の構造自体は横型構造、縦型構造のいずれの構成を備えていても良いが、ガス流はウェハ表面に対して水平方向にする。ガス流をウェハ表面に対して水平方向にすることによって、ガス流の乱流抑制、層流の保持、ガス流の流速制御を容易にすることができる。
【００２１】
また、どちらのチャンバにといても、Ｎ型、Ｐ型層の形成のみならず、アンドープ（Ｉ）層も形成可能である。ただし、先に述べたメモリ効果などのため、高品質なアンドープ膜が要求される場合には、Ｎ型チャンバーを使うのが良い。
【００２２】
また、搬送室２は、図１に示すように、複数のサセプタをストックするサセプタストック室６を備える。
【００２３】
また、搬送室２内もしくは搬送室２に隣接して、ウェハを大気圧から導入し、搬送室にロードするためのロードロック室（ウェハ待機部）を４備えていても良い。ここで、図１の例では、搬送室２に隣接して、ロードロック室４を備えている。
【００２４】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置においては、ロードロック室（ウェハ待機部）４は複数のチャンバごとに設ける必要はなく、図１に示すように、搬送室２もしくは搬送室２に隣接する部分に一つあればよい。これで必要かつ十分な機能が得られ、コストも安い。
【００２５】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、Ｎ型層成長用チャンバ１４、Ｐ型層成長用チャンバ１６、および搬送室２間におけるサセプタの移動を説明する模式的構成は、図２に示すように表される。
【００２６】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置は、図２示すように、Ｎ型層成長用サセプタ３と、Ｐ型層成長用サセプタ５を備え、Ｎ型層成長用チャンバ１４とＰ型層成長用チャンバ１６との間の移動は、ウェハ８を搬送室２において、Ｎ型層成長用サセプタ３とＰ型層成長用サセプタ５間で移し変えることで行う。ここで、Ｎ型層成長用サセプタ３と、Ｐ型層成長用サセプタ５の材質には、ＧａＡｓ系材料の場合はモリブデン、ＧａＮ系材料の場合は、表面を炭化珪素（ＳｉＣ）でコートされたカーボンを用いることができる。
【００２７】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置は、サセプタ洗浄室を個々の成長室に設ける必要はなく、ウェハをＮ型層成長用サセプタ３からＰ型層成長用サセプタ５へ載せかえるだけで良い。ただし、ウェハが待機する部分は必要になり、ここがロードロック室（ウェハ待機部）４である。
【００２８】
また、Ｎ型層成長用チャンバ１４およびＰ型層成長用チャンバ１６は、窒化ガリウム系半導体を成長するため、７００℃以上１３００℃以下にウェハ８を加熱するための加熱機構を備えていても良い。この加熱機構としては、例えばヒータなどを適用可能である。後述する図１０・図１１のヒータ２０が、この加熱機構に対応している。
【００２９】
また、実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、ロードロック室（ウェハ待機部）４は、ウェハ上の水分を除去するための加熱機構を備えていても良い。ここで、加熱機構としては、ヒータなどを適用可能である。
【００３０】
また、実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、搬送室２もしくはロードロック室（ウェハ待機部）４の真空度は、１×１０-4Ｐａ以下が望ましい。ウェハを待機させる場合、真空があまりに悪いと酸素付着を招く。１×１０-4Ｐａ程度の真空であると、分単位の短い時間内でウェハ表面が酸化されてしまうからである。
【００３１】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置は、Ｎ型層成長用チャンバ１４とＰ型層成長用チャンバ１６との２チャンバ方式を有する。成膜室はＮ型層成長用チャンバ１４とＰ型層成長用チャンバ１６との２つだけでよい。ここで、Ｎ型層成長用チャンバ１４は、アンドープ層の形成用としても兼用可能である。
【００３２】
また、実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置は、後述する水冷機構を備えるコールドウォール構造を備え、ガスの流れはウェハ表面に対して水平方向であり、かつウェハを保持するサセプタ部材も別々に用意している。
【００３３】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置においては、Ｐ型層をＮ型層とは別チャンバで成長することによって、エピタキシャル成長時間を短縮することができる。
【００３４】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置においては、２チャンバ方式により、後述するいわゆる「枯らし」バッチが不要となるため、変動費を削減する効果が得られる。
【００３５】
成長室チャンバは、基本的には、横型であることが望ましい。尚、縦型の場合には、ガス流をウェハに対して平行方向となるように調節しても良い。また、成長室は、同時稼動可能である。ウェハが成長室と搬送室間を移動中もエピタキシャル成長可能である。
【００３６】
また、成長チャンバは、コールドウォールとすることで意図しない堆積（Deposition）を防ぎ、堆積物によるガス流が乱されることもなく、かつ装置稼働率を上昇することができる。
【００３７】
尚、図１において、Ｆ１、Ｆ２はガス流を模式的に表している。
【００３８】
Ｖ族原料としては、アンモニア（ＮＨ3）、ＩＩＩ族原料としては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）などを用いることができる。また、Ｐ型ドーパントとしては、シクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ2Ｍｇ）、Ｎ型ドーパントとして、モノシラン（ＳｉＨ4）を用い、キャリアガスとして、水素（Ｈ2）ガス、窒素（Ｎ2）ガスを用いることができる。
【００３９】
―有機金属気相成長装置の成長方法―
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置の成長方法は、図３に示すように、ロードロック室４内のロードロックにウェハをセットするステップＳ１と、搬送室２内のサセプタストック室６に洗浄済みのＮ型層成長用サセプタ３をセットするステップＳ２と、ウェハ８を搬送室２中のＮ型層成長用サセプタ３にローディングするステップＳ３と、搬送室２中でウェハ８上の水分を飛ばすため、５００℃以下に加熱するステップＳ４と、搬送室２からＮ型層成長用チャンバ１４へウェハ８を載せたＮ型層成長用サセプタ３をローディングするステップＳ５と、Ｎ型層成長用チャンバ１４中において、ウェハ８上にＮ型層を成長するステップＳ６と、Ｎ型層の成長後、搬送室２へＮ型層成長用サセプタ３をローディングするステップＳ７と、Ｎ型層成長済みウェハ８を搬送室２内で回収するステップＳ８と、Ｎ型層成長済みウェハ８が乗っていたＮ型層成長用サセプタ３をサセプタストック室６に返すステップＳ９と、Ｐ型層成長用サセプタ５を搬送室２内にローディングするステップＳ１０と、Ｐ型層成長用サセプタ５にＮ型層成長済みウェハ８を乗せるステップＳ１１と、Ｐ型層成長用チャンバ１６へＰ型層成長用サセプタ５をローディングするステップＳ１２と、Ｐ型層成長用チャンバ１６中において、Ｎ型層成長済みウェハ８上にＰ型層を成長するステップＳ１３と、Ｐ型層の成長後、搬送室２へＰ型層成長用サセプタ５をローディングするステップＳ１４と、ロードロック室４内のロードロック側からＰ型層成長済みウェハ８をロボットで回収するステップＳ１５とを有する。さらに、ステップＳ１５の後、ステップＳ１にリターンして、ステップＳ１〜Ｓ１５を繰り返しても良い。
【００４０】
尚、ステップＳ２は、毎回実施する必要は無い。洗浄済みのＮ型層成長用サセプタ３が不足している場合にのみ行う。また、ステップＳ４は、必須のステップではなく、必要に応じてオプションとして実施して良い。
【００４１】
―アンドープＧａＮ層における点欠陥の推移―
陽電子拡散距離とバッチ数との関係であって、アンドープＧａＮ層における点欠陥の推移は、図４に示すように表される。図４においては、陽電子消滅法により計測された陽電子拡散距離によって、点欠陥密度を計測している。図４において、陽電子拡散距離が短くなるにつれて、点欠陥密度が上昇する。図４において、バッチＢ１において、Ｐ型層（Ｍｇドープ層）成長を実施し、バッチＢ２において、チャンバの清掃を実施している。
【００４２】
図４において、破線Ｐおよび破線Ｒの傾きは、同程度である。これは、アンドープＧａＮ層に対して、バッチ処理を行い、累積的なチャンバ汚れによって、点欠陥の増殖が見られることを示している。
【００４３】
一方、Ｐ型層（Ｍｇドープ層）成長により、破線Ｑに示されるように別モードの点欠陥増殖が起こる。破線Ｑの傾きは、破線Ｐおよび破線Ｒの傾きに比べ、大きく、点欠陥の増殖が急速に進むことを表している。
【００４４】
累積的なチャンバ汚れによる点欠陥の増殖を抑制するためには、コールドウォールチャンバを導入することが望ましい。温度の上昇を抑制することによって、ガス反応を抑制し、意図しない堆積（Deposition）を抑え、装置稼働率を上昇することができるからである。
【００４５】
一方、Ｐ型層（Ｍｇドープ層）成長で、Ｍｇが残留し、点欠陥増殖が起こる。残留Ｍｇの効果を除去するためには、デバイス用のエピタキシャル成長間で、例えば、約３時間あまり（上昇および下降温度を含む）のいわゆる「枯らし」バッチ処理が必要になる。ここで、「枯らし」バッチ処理とは、デバイス用のエピタキシャル成長とは別に、ダミーのウェハを用いてエピタキシャル成長を行うバッチ処理をいう。
【００４６】
例えば、デバイス用のエピタキシャル成長時間は、ＧａＮ系電界効果トランジスタ（ＦＥＴ:Field Effect Transistor）で、約５．５時間、青紫用の発光ダイオード（ＬＥＤ: Light Emitting Diode）で、約７時間である。上述の「枯らし」エピタキシャル成長が入ると、１サイクルで約３時間のデバイス用のエピタキシャル成長を実施できない無駄な時間を生ずる。「枯らし」バッチ処理では、装置稼働率を上昇することができない。
【００４７】
Ｍｇ濃度と測定深さの関係であって、Ｎ型層中におけるＭｇ残留濃度の「枯らし」エピタキシャル成長処理の前後によるＭｇ濃度変化は、図５に示すように表される。図５においては、発光層／ｎ−ＡｌＩｎＧａＮ／ＧａＮの積層構造におけるＭｇ濃度と測定深さの関係が示されている。図５において、曲線Ａはいわゆる「枯らし」エピタキシャル成長を実施した場合に対応し、曲線Ａは、「枯らし」エピタキシャル成長を実施していない場合に対応している。「枯らし」エピタキシャル成長を実施することで、残留Ｍｇ濃度の低減効果がある。
【００４８】
一方、図５に対応するダイオードの電流電圧特性であって、Ｍｇが電流電圧特性に与える悪影響を示す。チャンバ清掃直後、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）の成長後、つまりＭｇ残留が予想される状態でのもの、さらに１０５０℃ベーク２時間後の例は、図６に示すように表される。Ｍｇ（アクセプタ）がｎ−ＡｌＩｎＧａＮ層に残留するため、チャンバ清掃直後に比べ、ＬＤ成長後、１０５０℃ベーク２時間後、ともに順方向特性における抵抗値が高くなっている。つまりベークだけではＭｇは取り除くことができない。
【００４９】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を用いて、Ｐ型層をＮ型層とは別チャンバで成長することによって、Ｐ型層（Ｍｇドープ層）成長による点欠陥の急速増殖を抑制すると共に、装置稼働率を上昇することができる。
【００５０】
―フォトルミネッセンス発光強度と波長との関係―
フォトルミネッセンス（ＰＬ：Photoluminescence）発光強度と波長との関係であって、チャンバ清掃後（バッチＢ２）と、Ｐ型層成長後（バッチＢ１）の発光特性は、図７に示すように表される。尚、ＰＬ法によって、ＰＬ光を測定する図７に対応する測定系の説明図は、図８に示すように表される。図８において、ｎ型ＧａＮ層１００上に形成された薄膜層９９に対して、励起レーザ光ｈν１を照射し、その結果放射されたＰＬ光ｈν２の発光強度を測定している。青色の発光パターンおよび緑色の発光パターンのいずれにおいてもＭｇドープ層の成長後、発光層のＰＬ発光強度が劣化している。累積的汚れによっても劣化することも明らかである。
【００５１】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を用いて、Ｐ型層をＮ型層とは別チャンバで成長することによって、発光強度の劣化を抑制することができる。
【００５２】
―基板温度とエピタキシャル成長時間の関係―
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を用いてＧａＮ系ＬＤを形成する際の基板温度とエピタキシャル成長時間の関係の一例は、図９に示すように表される。例えば、時刻ｔ１〜ｔ２では、水素（Ｈ2）キャリア中で、Ｎ型クラッド層が形成され、時刻ｔ２〜ｔ３では、窒素（Ｎ2）キャリア中で、発光層が形成され、時刻ｔ３〜ｔ４では、水素（Ｈ2）キャリア中で、Ｐ型クラッド層が形成される。
【００５３】
図９に示すように、層毎の成長条件が極端に異なる。例えば、成長温度範囲は６００℃―１１００℃、キャリアガスはＩｎＧａＮ成長では窒素（Ｎ2）、（Ａｌ）ＧａＮ成長では水素（Ｈ2）を使用し、成長時の圧力範囲は、例えば、１００ｋＰａ−２００ｋＰａである。
【００５４】
ここで、自然対流の発生する指標として、レイリー数（浮力と粘性力の比）Ｒａは、
Ｒａ＝αｇＣpｈ3ρΔＴ／（ηｋ）
で表される。ここで、αは熱膨張係数、ｇは重力加速度、Ｃpは定圧比熱、ｈは基板と上壁面の間隔（チャンバ高さ）、ρは密度、ΔＴは温度変化、ηは粘性率、ｋは熱伝導率をそれぞれ表す。αｇＣpｈ3ρΔＴは浮力を表し、ηｋは粘性力を表す。
【００５５】
レイリー数が大きい場合は、渦流が発生しやすい。窒素（Ｎ2）をキャリアガスとして使用した場合のレイリー数は、水素（Ｈ2）をキャリアガスとして使用した場合の６８０倍である。つまり、レイリー数が大きい場合は浮力が大きく、上昇対流が発生しやすいため、意図しない渦を発生したり、ガス流が乱流化したりして、結晶薄膜の品質に悪影響を及ぼす。ガスＨ2もＮ2も使用するＧａＮ系のＭＯＣＶＤでは、レイリー数が大きいＮ2使用時、チャンバ高さｈを調節しやすい、ガス流がウェハに水平方向に流れる構造が適している。チャンバ自体が横型の構造をしていると、チャンバ高さｈを調節し易いという利点がある。縦型構造においてもガス流がウェハに水平方向に流れる構造にしておけば、流速によってガス流の舞い上がりを調節できる。
【００５６】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置においては、Ｐ型、Ｎ型（Ｉ型）結晶を別々に形成する２チャンバ方式により、それぞれのチャンバにおいて、レイリー数を低く設定して、層流を発生させており、図９に示すような層毎の成長条件が極端に異なるＧａＮ系レーザダイオードの形成においても、Ｎ型クラッド層とＰ型クラッド層では、別チャンバで成長することによって、Ｐ型層（Ｍｇドープ層）成長による点欠陥の急速増殖を抑制すると共に、装置稼働率を上昇することができる。
【００５７】
―水冷機構―
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、Ｎ型層成長用チャンバ１４若しくはＰ型層成長用チャンバ１６の構成であって、水冷機構を備える横型装置の模式的断面構造は、図１０に示すように表される。
【００５８】
同様に、実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、Ｎ型層成長用チャンバ１４若しくはＰ型層成長用チャンバ１６の構成であって、水冷機構を備える縦型装置の模式的断面構造は、図１１に示すように表される。尚、図１０および図１１において、Ｆはガス流を模式的に表している。
【００５９】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、Ｎ型層成長用チャンバ１４およびＰ型層成長用チャンバ１６は、図１０に示すように、ガス導入部２６と、サセプタ部２８と、ガス排気部３０とを有する横型構造を備え、ガス導入部２６と、サセプタ部２８と、ガス排気部３０は、水冷機構３２・３４・３６、３８、４０・４２を備える。
【００６０】
同様に、Ｎ型層成長用チャンバ１４およびＰ型層成長用チャンバ１６は、ガス導入部４８と、サセプタ部５０とを有する縦型構造を備え、ガス導入部４８と、サセプタ部５０は、それぞれ水冷機構５４・５２を備える。図１１においては、サセプタ部５０の周辺部分にガス排気部（図示省略）が設けられている。
【００６１】
水冷機構は、ガスが流れる部分に必要な範囲で設置することが望ましい。必要な範囲とは、ＧａＮ系半導体装置を形成する場合は、アンモニア（ＮＨ3）の分解温度で決まり、約３００℃以上になる可能性のある部分である。
【００６２】
水冷機構は、冷却が必要な部位にヒートパイプのように外部的に取り付けたものでも、ステンレスなどの金属構造の中に水路を形成したものであっても良い。
【００６３】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、横型装置の水冷機構であって、ガス導入部２６の構成例は、図１２（ａ）に示すように表され、サセプタ部２８の構成例は、図１２（ｂ）に示すように表され、ガス排気部３０の構成例は、図１２（ｃ）に示すように表される。ガス導入部２６では、ガス導入部２６を取り囲む形で冷却が必要な部位に水路３３を形成した水冷機構３２・３４・３６が配置されている。サセプタ部２８では、サセプタ２２に対向して冷却が必要な部位に水路３３を形成した水冷機構３８が配置されている。ガス排気部３０では、ガス排気部３０を取り囲む形で冷却が必要な部位に水路３３を形成した水冷機構４０・４２が配置されている。
【００６４】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、横型装置の別の水冷機構であって、ガス導入部の構成例は、図１３に示すように表される。図１３の例では、ガス導入部２６を取り囲む形で冷却が必要な部位に外部的にヒートパイプ３５を取り付けた水冷機構３２・３４・３６が配置されている。図示は省略するが、サセプタ部２８およびガス排気部３０においても同様に冷却が必要な部位に外部的にヒートパイプ３５を取り付けた水冷機構が配置されている。
【００６５】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、縦型装置の水冷機構であって、サセプタ部の構成例は、図１４（ａ）に示すように表され、サセプタ部の別の構成例は、図１４（ｂ）に示すように表される。図１４（ａ）の例では、サセプタ部５０を取り囲む形で冷却が必要な部位に水路３３を形成した水冷機構５２が配置されている。図１４（ｂ）の例では、サセプタ部５０を取り囲む形で冷却が必要な部位に外部的にヒートパイプ３５を取り付けた水冷機構５２が配置されている。図１１の水冷機構５４においても同様に冷却が必要な部位に水路３３を形成しても良い。或いは、冷却が必要な部位に外部的にヒートパイプ３５を取り付けても良い。尚、図示は省略するが、図１１の水冷機構５４においても図１４（ａ）および図１４（ｂ）と同様に、冷却が必要な部位に水路３３を形成しても良く、或いは、冷却が必要な部位に外部的にヒートパイプ３５を取り付けても良い。
【００６６】
―サセプタ上のウェハの配置―
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、サセプタ２２上のウェハ２４の配置の模式的断面構造であって、サセプタ２２表面とウェハ２４表面とをほぼ一致させた例は、図１５（ａ）に示すように表され、サセプタ２２表面よりもウェハ２４表面を高くした例は、図１５（ｂ）に示すように表され、サセプタ２２表面よりもウェハ２４表面を低くした例は、図１５（ｃ）に示すように表され、サセプタ２２表面上にウェハ２４を配置した例は、図１５（ｄ）に示すように表される。
【００６７】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、ガス流はウェハ表面に対して水平方向にすることによって、流速制御を容易にすることができるため、サセプタ２２上のウェハ２４の配置構成としては、図１５（ａ）〜図１５（ｄ）のいずれの構成も適用可能である。
【００６８】
（半導体装置）
―ＦＥＴ―
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＦＥＴは、図１６に示すように、図示しないＳｉ基板上に図示しないバッファ層を介してｎ型もしくはＩ型を有するＧａＮ層１００と、ＧａＮ層１００上に配置され、ｎ型もしくはＩ型を有するＡｌＧａＮ層１２０と、ＡｌＧａＮ層１２０上に配置され、ｐ型を有するＧａＮ層もしくはＡｌＧａＮ層(以下（Ａｌ）ＧａＮと略記)１２２と、（Ａｌ）ＧａＮ層１２２を挟み、ＡｌＧａＮ層１２０上に配置されたソース電極１２４およびドレイン電極１２８と、（Ａｌ）ＧａＮ層１２２上に配置されたゲート電極１２６とを備える。
【００６９】
また、図１に示された実施の形態に係る有機金属気相成長装置において、ＡｌＧａＮ層１２０は、Ｎ型層成長用チャンバ１４内で形成され、（Ａｌ）ＧａＮ層１２２は、Ｐ型層成長用チャンバ１６内で形成される。
【００７０】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＦＥＴの製造方法は、Ｓｉ基板上にＡｌＮを含むＡｌＧａＮ系薄膜で構成されたバッファ層を介して、ｎ型もしくはＩ型を有するＧａＮ層１００を形成する工程と、ＧａＮ層１００上にｎ型もしくはＩ型を有するＡｌＧａＮ層１２０を形成する工程と、ＡｌＧａＮ層１２０上にｐ型を有する（Ａｌ）ＧａＮ層１２２を形成する工程と、（Ａｌ）ＧａＮ層１２２を挟み、その上にゲート電極１２６を形成する工程と、ゲート電極をエッチングする工程と、続けて（Ａｌ）ＧａＮ層１２２をエッチングする工程と、暴露されたＡｌＧａＮ層１２０上にソース電極１２４およびドレイン電極１２８を形成する工程とを有する。
【００７１】
また、図１に示された実施の形態に係る有機金属気相成長装置において、ＡｌＧａＮ層１２０を形成する工程は、Ｎ型層成長用チャンバ１４内で実施され、（Ａｌ）ＧａＮ層１２２を形成する工程は、Ｐ型層成長用チャンバ１６内で実施される。
【００７２】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＦＥＴによれば、Ｐ型、Ｎ型（Ｉ型）結晶を別々に形成する２チャンバ方式により、Ｐ型層（Ｍｇドープ層）成長で、Ｍｇのドーピングに伴う遅延効果およびメモリ効果を抑制して点欠陥増殖を抑えることができ、ＦＥＴの高周波特性、大電力高速スイッチング特性の改善を図ることができる。
【００７３】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＦＥＴによれば、いわゆる「枯らし」エピタキシャル成長が不要となるため、エピタキシャル成長時間を短縮することができる。例えば、パワーＦＥＴの市場要求コストを満たす製造のためには、６インチウェハを多数枚成長可能な大きさのチャンバが必要となるが、本実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置によれば、このような用途に対しても充分に適用可能である。
【００７４】
―ＧａＡｓ系ストライプ型ＬＤ―
図１７において、Ｘ方向は、レーザストライプの延長方向、すなわち、劈開面に垂直な方向であり、Ｙ方向は、レーザストライプの延長方向に直交する方向、すなわち、劈開面に平行な方向である。
【００７５】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＧａＡｓ系ストライプ型ＬＤは、図１７に示すように、基板１０２と、基板１０２上に配置されたｎ型クラッド層１３０・１３２と、ｎ型クラッド層１３２上に配置された活性層１３３と、活性層１３３上に配置されたｐ型クラッド層１３４と、ｐ型クラッド層１３４上に配置された表面電極層１１５と、基板１０２の裏面に配置された裏面電極層１１４とを備える。
【００７６】
また、図１に示された実施の形態に係る有機金属気相成長装置において、ｎ型クラッド層１３０・１３２は、Ｎ型層成長用チャンバ１４内で形成され、ｐ型クラッド層１３４は、Ｐ型層成長用チャンバ１６内で形成される。
【００７７】
また、裏面電極層１１４、表面電極層１１５間に電圧をかけて電流注入することにより、活性層１３３よりレーザストライプに沿って、レーザ光を出射する。
【００７８】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＧａＡｓ系ストライプ型ＬＤの製造方法は、基板１０２上にｎ型クラッド層１３０・１３２を形成する工程と、ｎ型クラッド層１３０・１３２上に活性層１３３を形成する工程と、活性層１３３上にｐ型クラッド層１３４を形成する工程と、ｐ型クラッド層１３４上に、表面電極層１１５を形成する工程と、基板１０２の裏面に裏面電極層１１４を形成する工程とを有する。
【００７９】
また、図１に示された実施の形態に係る有機金属気相成長装置において、ｎ型クラッド層１３０・１３２を形成する工程は、Ｎ型層成長用チャンバ１４内で実施され、ｐ型クラッド層１３４を形成する工程は、Ｐ型層成長用チャンバ１６内で実施される。
【００８０】
さらに詳細には、ＭＯＣＶＤ装置を適用して形成されたＧａＡｓ系ストライプ型ＬＤは、図１７に示すように、ＧａＡｓ基板１０２と、ＧａＡｓ基板１０２上に配置されたｎ型クラッド層１３０と、ｎ型クラッド層１３０上に配置されたエッチングストップ層１３１と、エッチングストップ層１３１上に配置されたｎ型クラッド層１３２と、ｎ型クラッド層１３２上に配置された活性層１３３と、活性層１３３上に配置されたｐ型クラッド層１３４と、ｐ型クラッド層１３４上に配置されたキャップ層１０４と、ｐ型クラッド層１３４およびキャップ層１０４の側壁部に配置された電流ブロック層１０５，１０６と、キャップ層１０４および電流ブロック層１０５，１０６上に配置されたコンタクト層１０１と、コンタクト層１０１上に配置された蒸着層１３５と、蒸着層１３５上に配置されたメッキ電極層１３６とを備える。メッキ電極はなくても良いが、パワーデバイスではあった方が放熱の効果がある。
【００８１】
ｎ型クラッド層１３０・１３２は、例えば、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０．３≦ｘ１≦０．７、例えば、ｘ１＝０．５）からなる。ｎ型クラッド層１３０・１３２には、例えば、Ｓｉを約２×１０18ｃｍ-3程度ドープしている。
【００８２】
エッチングストップ層１３１は、Ｎ型またはノンドープの、例えばＩｎ0.49Ｇａ0.51Ｐからなり、例えば、約０．０１μｍ〜０．０５μｍ程度に形成されている。
【００８３】
ｎ型クラッド層１３０、エッチングストップ層１３１およびｎ型クラッド層１３２の全体の厚さは、例えば、約２μｍ〜４μｍ程度に形成される。
【００８４】
活性層１３３は、Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓ（０．０５≦ｙ１≦０．２、例えば、ｙ１＝０．１５）のバルク構造またはＡｌy2Ｇａ1-y2Ａｓ（０．０１≦ｙ２≦０．１、例えば、ｙ２＝０．０５）からなるウェル層とＡｌy3Ｇａ1-y3Ａｓ（０．２≦ｙ３≦０．５、ｙ２＜ｙ３、例えば、ｙ３＝０．３）からなるバリア層とのシングル量子井戸(ＳＱＷ：Single Quantum Well)若しくはＭＱＷ構造によって、全体として、例えば、約０．０１μｍ〜０．２μｍ程度に形成される。
【００８５】
ｐ型クラッド層１３４は、例えば、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０．３≦ｘ２≦０．７、例えば、ｘ２＝０．５）からなり、例えば、約０．５μｍ〜４μｍ程度に形成される。ｐ型クラッド層１３４は、Ｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープ（ドーピング濃度は、例えば、１×１０19ｃｍ-3）することによってＰ型半導体層とされている。また、ｐ型クラッド層１３４内には、Ｐ型またはノンドープの、例えばＩｎ0.49Ｇａ0.51Ｐからなるエッチストップ層（図示省略）が、例えば、約０．０１μｍ〜０．０５μｍ程度に形成されている。
【００８６】
尚、活性層１３３とｎ型クラッド層１３２との間、活性層１３３とｐ型クラッド層１３４との間に光ガイド層を設ける構造、活性層１３３とｎ型クラッド層１３２との間にビーム拡大層を設ける構造など、他の半導体層がいずれかの層間に介在されていても良い。
【００８７】
前述の例では、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体の例であったが、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物で構成する場合には、例えば、Ｉｎ0.49(Ｇａ1-uＡｌu)0.51Ｐ（０．４５≦ｕ≦０．８、例えば、ｕ＝０．７）層によって、ｎ型クラッド層１３２およびｐ型クラッド層１３４を形成することができ、Ｉｎ0.49(Ｇａ1-v1Ａｌv1)0.51Ｐ（０≦ｖ１≦０．２５、例えば、ｖ１＝０）／Ｉｎ0.49(Ｇａ1-v2Ａｌv2)0.51Ｐ（０．３≦ｖ２≦０．７、例えば、ｖ２＝０．４）によるＳＱＷ構造若しくはＭＱＷ構造などによって、活性層１３３を形成することができる。
【００８８】
尚、エッチングストップ層１３１は、Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐに限定されるものではなく、例えば、Ｉｎ0.49（Ｇａ0.8Ａｌ0.2）0.51Ｐなどを使用することもできる。
【００８９】
また、ｐ型クラッド層１３４にリッジ部を形成するためのエッチングは以下の通りである。例えば、ＣＶＤ法などにより、ＳｉＯ2またはＳｉＮxなどからなるマスクを形成し、例えば、ドライエッチングなどにより、キャップ層１０４を選択的にエッチングし、引き続きＨＣｌのようなエッチング液により、ｐ型クラッド層１３４をエッチングすることにより、図１６に示されるように、リッジ部がストライプ状に形成される。
【００９０】
キャップ層１０４は、例えば、Ｐ型Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐからなり、厚さは、例えば、約０．０１μｍ〜０．０５μｍ程度である。キャップ層１０４は、後の工程でコンタクト層１０１を形成する際に、半導体積層部の表面に酸化膜などが形成されて、汚れるのを防止するためのものである。ＧａＡｓなどの他の半導体層で形成されていても良い。また、表面の汚れさえ防止することできるのであれば、無くても良い。
【００９１】
コンタクト層１０１は、キャップ層１０４および電流ブロック層１０５，１０６上に、例えば、ｐ型ＧａＡｓ層により、その厚さが０．０５μｍ〜１０μｍ程度に形成される。
【００９２】
電流ブロック層１０５，１０６としては、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩＮＡｌＰなどを用いることができる。
【００９３】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成されたＧａＡｓ系ストライプ型ＬＤにおいて、ｎ型クラッド層１３２、活性層１３３、ｐ型クラッド層１３４としては、例えば、赤外光である７８０ｎｍ波長発光用のＡｌＧａＡｓ系化合物半導体や、例えば、赤色光である６５０ｎｍ波長発光用のＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体が適用可能である。
【００９４】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＧａＡｓ系ストライプ型ＬＤによれば、Ｐ型、Ｎ型（Ｉ型）結晶を別々に形成する２チャンバ方式により、Ｐ型層（Ｍｇドープ層）成長で、Ｍｇのドーピングに伴う遅延効果およびメモリ効果を抑制して点欠陥増殖を抑えることができ、ＧａＡｓ系ストライプ型ＬＤの発光特性の改善を図ることができる。
【００９５】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＧａＡｓ系ストライプ型ＬＤによれば、いわゆる「枯らし」エピタキシャル成長が不要となるため、デバイスのエピタキシャル成長時間を短縮することができる。
【００９６】
―ＧａＮ系ストライプ型ＬＤ―
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＧａＮ系ストライプ型レーザダイオードの模式的鳥瞰構造は、図１８に示すように表される。
【００９７】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＧａＮ系ストライプ型ＬＤは、図１８に示すように、基板１７１と、基板１７１上に配置されたｎ型クラッド層１８４と、ｎ型クラッド層１８４上に配置された活性層（発光層）１８０と、活性層１８０上に配置されたｐ型クラッド層１８８と、ｐ型クラッド層１８８上に配置された表面電極層１４０と、基板１７１の裏面に配置された裏面電極層１７３とを備える。
【００９８】
また、図１に示された実施の形態に係る有機金属気相成長装置において、ｎ型クラッド層１８４は、Ｎ型層成長用チャンバ１４内で形成され、ｐ型クラッド層１８８は、Ｐ型層成長用チャンバ１６内で形成される。
【００９９】
また、表面電極層１４０は、レーザストライプを備え、活性層１８０よりレーザストライプに沿って、レーザ光を出射する。
【０１００】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＧａＮ系ストライプ型ＬＤの製造方法は、基板１７１上にｎ型クラッド層１８４を形成する工程と、ｎ型クラッド層１８４上に活性層１８０を形成する工程と、活性層１８０上にｐ型クラッド層１８８を形成する工程と、ｐ型クラッド層１８８上に、表面電極層１４０を形成する工程と、基板１７１の裏面に裏面電極層１７３を形成する工程とを有する。
【０１０１】
また、図１に示された実施の形態に係る有機金属気相成長装置において、ｎ型クラッド層１８４を形成する工程は、Ｎ型層成長用チャンバ１４内で実施され、ｐ型クラッド層１８８を形成する工程は、Ｐ型層成長用チャンバ１６内で実施される。
【０１０２】
さらに詳細には、実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成されたＧａＮ系ストライプ型ＬＤ１７０は、図１８に示すように、ＧａＮ単結晶基板１７１と、ＧａＮ単結晶基板１７１上に結晶成長によって形成されたＩＩＩ族窒化物半導体積層構造１７２と、ＧａＮ単結晶基板１７１の裏面（ＩＩＩ族窒化物半導体積層構造１７２と反対側の表面）に接触するように形成されたｎ側電極１７３と、ＩＩＩ族窒化物半導体積層構造１７２の表面に接触するように形成されたｐ側電極１４０とを備えたファブリペロー型ＬＤである。
【０１０３】
ＧａＮ単結晶基板１７１は、ｍ面を主面とし、ｍ面上における結晶成長によって、ＩＩＩ族窒化物半導体積層構造１７２が形成される。したがって、ＩＩＩ族窒化物半導体積層構造１７２は、ｍ面を結晶成長主面とするＩＩＩ族窒化物半導体からなる。
【０１０４】
ＩＩＩ族窒化物半導体積層構造１７２は、活性層（発光層）１８０と、ｎ型半導体層１８１と、ｐ型半導体層１８２とを備えている。
【０１０５】
ｎ型半導体層１８１は活性層１８０に対してＧａＮ単結晶基板１７１側に配置されており、ｐ型半導体層１８２は活性層１８０に対してｐ側電極１４０側に配置されている。
【０１０６】
活性層１８０が、ｎ型半導体層１８１およびｐ型半導体層１８２によって挟持されていて、ダブルヘテロ接合が形成される。
【０１０７】
ｎ型半導体層１８１は、ＧａＮ単結晶基板１７１側から順に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１８３（例えば２μｍ厚）、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８４（１．５μｍ厚以下、例えば１．０μｍ厚）およびｎ型ＧａＮガイド層１８５（例えば０．１μｍ厚）を積層して構成される。
【０１０８】
一方、ｐ型半導体層１８２は、活性層１８０の上に、順に、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層１８６（例えば２０ｎｍ厚）、ｐ型ＧａＮガイド層１８７（例えば０．１μｍ厚）、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８８（１．５μｍ厚以下。例えば０．４μｍ厚）およびｐ型ＧａＮコンタクト層１８９（例えば０．３μｍ厚）を積層して構成される。ｐ型半導体層１８２の各層は、順次、Ｐ型層成長用チャンバ１６内で形成可能である。
【０１０９】
ｎ型ＧａＮコンタクト層１８３およびｐ型ＧａＮコンタクト層１８９は、それぞれｎ側電極１７３およびｐ側電極１４０とのオーミックコンタクトをとるための低抵抗層である。ｎ型ＧａＮコンタクト層１８３は、ＧａＮに、例えばＮ型ドーパントとしてのＳｉを高濃度にドープ（ドーピング濃度は、例えば、３×１０18ｃｍ-3）することによってｎ型半導体とされている。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層１８９は、Ｐ型ドーパントとしてのＭｇを高濃度にドープ（ドーピング濃度は、例えば、３×１０19ｃｍ-3）することによってｐ型半導体層とされている。
【０１１０】
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８４およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８８は、活性層１８０からの光をそれらの間に閉じ込める光閉じ込め効果を生じるものである。
【０１１１】
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８４は、ＡｌＧａＮに例えばＮ型ドーパントとしてのＳｉをドープ（ドーピング濃度は、例えば、１×１０18ｃｍ-3）することによってｎ型半導体とされている。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８８は、Ｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープ（ドーピング濃度は、例えば、１×１０19ｃｍ-3）することによってｐ型半導体層とされている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８４は、ｎ型ＧａＮガイド層１８５よりもバンドギャップが広く、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８８は、ｐ型ＧａＮガイド層１８７よりもバンドギャップが広い。これにより、良好な閉じ込めを行うことができ、低閾値および高効率の半導体レーザダイオードを実現できる。
【０１１２】
活性層１８０は、例えばＩｎＧａＮを含むＭＱＷ構造を有しており、電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。活性層１８０は、具体的には、ＩｎＧａＮ層（例えば３ｎｍ厚）とＧａＮ層（例えば９ｎｍ厚）とを交互に複数周期繰り返し積層して構成されている。この場合に、ＩｎＧａＮ層は、Ｉｎの組成比が５％以上とされることにより、バンドギャップが比較的小さくなり、量子井戸層を構成する。一方、ＧａＮ層は、バンドギャップが比較的大きなバリア層（障壁層）として機能する。例えば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とは交互に２〜７周期繰り返し積層されて、ＭＱＷ構造の活性層１８０が構成されている。発光波長は、量子井戸層（ＩｎＧａＮ層）におけるＩｎの組成を調整することによって、４００ｎｍ〜５５０ｎｍとされている。上記ＭＱＷ構造は、Ｉｎを含む量子井戸の数が３以下とされることが好ましい。
【０１１３】
ｐ型半導体層１８２は、その一部が除去されることによって、リッジストライプ１２１を形成している。より具体的には、ｐ型コンタクト層１８９、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８８およびｐ型ＧａＮガイド層１８７の一部がエッチング除去され、横断面視ほぼ台形形状（メサ形）のリッジストライプ１２１が形成されている。このリッジストライプ１２１は、ｃ軸方向に沿って形成されている。
【０１１４】
ＩＩＩ族窒化物半導体積層構造１７２は、リッジストライプ１２１の長手方向両端における劈開により形成された一対の共振器端面１９１，１９２（劈開面）を有している。この一対の共振器端面１９１，１９２は、互いに平行であり、いずれもｃ軸に垂直である。
【０１１５】
ｎ型ＧａＮガイド層１８５、活性層１８０およびｐ型ＧａＮガイド層１８７によって、共振器端面１９１，１９２を共振器端面とするファブリペロー共振器が形成されている。
【０１１６】
すなわち、活性層１８０で発生した光は、共振器端面１９１，１９２の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、共振器端面１９１，１９２からレーザ光として素子外に取り出される。
【０１１７】
ｎ側電極１７３は、例えばＡｌ金属からなり、ｐ側電極１４０は、例えば、Ａｌ金属、Ｐｄ／Ａｕ合金からなり、それぞれｐ型コンタクト層１８９およびＧａＮ単結晶基板１７１にオーミック接続されている。ｐ側電極１４０がリッジストライプ１２１の頂面（ストライプ状の接触領域）のｐ型ＧａＮコンタクト層１８９だけに接触するように、ｎ型ＧａＮガイド層１８７およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８８の露出面を覆う絶縁層１７６が設けられている。これにより、リッジストライプ１２１に電流を集中させることができるので、効率的なレーザ発振が可能になる。また、リッジストライプ１２１の表面は、ｐ側電極１４０との接触部を除く領域が絶縁層１７６で覆われて保護されているので、横方向の光閉じ込めを緩やかにして制御を容易にすることができるとともに、側面からのリーク電流を防ぐことができる。絶縁層１７６は、屈折率が１よりも大きな絶縁材料、例えば、ＳｉＯ2やＺｒＯ2で構成することができる。
【０１１８】
さらに、リッジストライプ１２１の頂面はｍ面となっていて、このｍ面にｐ側電極１４０が形成されている。そして、ｎ側電極１７３が形成されているＧａＮ単結晶基板１７１の裏面もｍ面である。このように、ｐ側電極１４０およびｎ側電極１７３のいずれもがｍ面に形成されているので、レーザの高出力化や高温動作に十分に耐えられる信頼性を実現できる。
【０１１９】
共振器端面１９１，１９２は、それぞれ絶縁膜（図１７では図示省略）によって被覆されている。共振器端面１９１は、＋ｃ軸側共振器端面であり、共振器端面１９２は−ｃ軸側共振器端面である。すなわち、共振器端面１９１の結晶面は＋ｃ面であり、共振器端面１９２の結晶面は−ｃ面である。−ｃ面側の絶縁膜は、アルカリに溶けるなど化学的に弱い−ｃ面を保護する保護膜として機能することができ、ＧａＮ系ストライプ型ＬＤ１７０の信頼性の向上に寄与する。
【０１２０】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したさらに別の半導体装置（ＧａＮ系ストライプ型ＬＤ）の模式的鳥瞰構造は、図１９に示すように、窒化物半導体レーザ本体２７０と、窒化物半導体レーザ本体２７０上に配置されるレーザストライプ２８０と、窒化物半導体レーザ本体２７０およびレーザストライプ２８０のレーザ光（ｈνｆ）の出射端面２００上に配置される酸素吸収層２５０と、窒化物半導体レーザ本体２７０およびレーザストライプ２８０のレーザ光の出射端面２００と対向する反対側に配置される後端面保護膜２６０とを備える。ここで、窒化物半導体レーザ本体２７０は、図１８の構成と同様に構成されている。
【０１２１】
酸素吸収層２５０および後端面保護膜２６０は、図１９に示すように、窒化物半導体レーザ本体２７０およびレーザストライプ２８０の両方の端面を共通に被覆するように配置されている。
【０１２２】
酸素吸収層２５０は、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＡｌＯＮ、ＳｉＯＮ、ＡｌＮx(０＜ｘ＜１)いずれかを含む。
【０１２３】
後端面保護膜２６０は、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＡｌＯＮ、ＳｉＯＮ、ＡｌＮx(０＜ｘ＜１)いずれかを含む多層膜によって形成される。ここで、ＡｌＮx(０＜ｘ＜１)は、ＡｌＮのストイキオメトリ制御からずれている組成比の場合を示す。
【０１２４】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成した半導体装置（ＧａＮ系ストライプ型ＬＤ）の実装マウント状態を説明する模式的鳥瞰構造は、図２０に示すように、レーザチップ４０１をジャンクションアップ（ＧａＮ系半導体基板の裏面側がヒートシンク４０７側）でサブマウント４０２に設置し、そのサブマウント４０２をステムのヒートシンク４０７上に設置して、ｐ側電極をワイヤボンディングし、完成品とする。金（Ａｕ）ワイヤ４０５によって、通電用ピン４０３とｐ側電極を接続し、Ａｕワイヤ４０６によって、通電用ピン４０４とｎ側電極を接続している。
【０１２５】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＧａＮ系ストライプ型ＬＤによれば、Ｐ型、Ｎ型（Ｉ型）結晶を別々に形成する２チャンバ方式により、Ｐ型層（Ｍｇドープ層）成長で、Ｍｇのドーピングに伴う遅延効果およびメモリ効果を抑制して点欠陥増殖を抑えることができ、発光特性の改善を図ることができる。
【０１２６】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＧａＮ系ストライプ型ＬＤによれば、いわゆる「枯らし」エピタキシャル成長が不要となるため、エピタキシャル成長時間を短縮することができる。
【０１２７】
―ＧａＡｓ系面発光型ＬＤ―
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＧａＡｓ系面発光型ＬＤは、図２１に示すように、基板３１０と、基板３１０上に配置されたｎ型クラッド層３３０と、ｎ型クラッド層３３０上に配置された活性層３３２と、活性層３３２上に配置されたｐ型クラッド層３３４と、ｐ型クラッド層３３４上に配置された表面電極層３６２と、基板３１０の裏面に配置された裏面電極層３６０とを備える。
【０１２８】
また、図１に示された実施の形態に係る有機金属気相成長装置において、ｎ型クラッド層３３０は、Ｎ型層成長用チャンバ１４内で形成され、ｐ型クラッド層３３４は、Ｐ型層成長用チャンバ１６内で形成される。
【０１２９】
ここで、表面電極層３６２は、開口部３００を備え、活性層３３２よりｐ型クラッド層３３４を介して開口部３００にそって、レーザ光を出射する。
【０１３０】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＧａＡｓ系ＧａＡｓ系面発光型ＬＤの製造方法は、基板３１０上にｎ型クラッド層３３０を形成する工程と、ｎ型クラッド層３３０上に活性層３３２を形成する工程と、活性層３３２上にｐ型クラッド層３３４を形成する工程と、ｐ型クラッド層３３４上に、表面電極層３６２を形成する工程と、基板１０２の裏面に裏面電極層１１４を形成する工程とを有する。
【０１３１】
また、図１に示された実施の形態に係る有機金属気相成長装置において、ｎ型クラッド層３３０を形成する工程は、Ｎ型層成長用チャンバ１４内で実施され、ｐ型クラッド層３３４を形成する工程は、Ｐ型層成長用チャンバ１６内で実施される。
【０１３２】
さらに詳細には、実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成した半導体装置（ＧａＡｓ系面発光型ＬＤ）は、図２１に示すように、基板３１０と、基板３１０上に設けられ、ＡｌaＧａ1-aＡｓ層とＡｌbＧａ1-bＡｓ層（ａ＜ｂ＜１）を交互に積層して形成されたｎ型ＤＢＲ３２０と、ｎ型ＤＢＲ３２０上に設けられたｎ型クラッド層３３０と、ｎ型クラッド層３３０上に設けられた活性層３３２と、活性層３３２上に設けられたｐ型クラッド層３３４と、ｎ型クラッド層３３０、活性層３３２、及びｐ型クラッド層３３４をｎ型ＤＢＲとで挟むように設けられ、ＡｌaＧａ1-aＡｓ層とＡｌbＧａ1-bＡｓ層を交互に積層して形成されたｐ型ＤＢＲ３５０とを備える。ｎ型ＤＢＲ３２０及びｐ型ＤＢＲ３５０それぞれの合計膜厚は、例えば、レーザ発振波長の１／２程度の光学距離であり、ＡｌaＧａ1-aＡｓ層の膜厚はＡｌbＧａ1-bＡｓ層の膜厚より薄く構成されている。
【０１３３】
基板３１０は、例えば、Ｎ型のドーパントとしてＳｉがドープされたｎ型ＧａＡｓ基板である。
【０１３４】
ｎ型ＤＢＲ３２０は、ペア数が５０〜８０程度となるように、ＡｌaＧａ1-aＡｓ層とＡｌbＧａ1-bＡｓ層（ａ＜ｂ＜１）を交互に積層して形成される。ｐ型ＤＢＲ３５０は、ペア数ｋが３０〜５０程度となるように、ＡｌaＧａ1-aＡｓ層とＡｌbＧａ1-bＡｓ層（ａ＜ｂ＜１）を交互に積層して形成される。ＡｌaＧａ1-aＡｓ層のＡｌ組成比ａは、４５％≦ａ≦５０％であることが好ましい。Ａｌ組成比は、４５％以下であるとレーザ発振波長（６６０ｎｍ）において吸収係数が高くなり光を吸収してしまうので好ましくなく、５０％以上であると高い共振器反射率を得るために好ましくない。また、ＡｌbＧａ1-bＡｓ層のＡｌ組成比ｂは、９０％≦ｂ≦９５％であることが好ましい。ＡｌbＧａ1-bＡｓ層のＡｌ組成比は、上記の範囲以外であるときは、２種の半導体層の屈折率差が小さくなってしまい高反射率が得られなくなるので、高い共振器反射率を得るために好ましくない。
【０１３５】
ｎ型ＤＢＲ３２０とｐ型ＤＢＲ３５０を構成する半導体層のそれぞれの膜厚は、低い熱抵抗、且つ、高い反射率となるように決定される。そこで、低い熱抵抗、且つ、高い反射率を得るためにｎ型ＤＢＲ３２０とｐ型ＤＢＲ３５０を構成する半導体層のうちＡｌaＧａ1-aＡｓ層の膜厚は、レーザ発振波長の３／２０の光学距離より厚く、レーザ発振波長の１／４の光学距離より薄いことが好ましい。
【０１３６】
ｎ型ＤＢＲ３２０とｐ型ＤＢＲ３５０の反射率については、ｎ型ＤＢＲ３２０とｐ型ＤＢＲ３５０を構成する層がＡｌを含む半導体層であるので、Ａｌ組成比の増加に伴ってワイドギャップ化し屈折率が小さくなる。そこで、ｎ型ＤＢＲ３２０とｐ型ＤＢＲ３５０が高い反射率を得るためには、ｎ型ＤＢＲ３２０及びｐ型ＤＢＲ３５０を構成する層のうち、Ａｌ組成比が大きい半導体層の厚さをなるべく減少させて構成することが好ましい。
【０１３７】
ｎ型クラッド層３３０は、例えば、Ｎ型のドーパントとしてＳｉがドープされたＩｎＧａＡｌＰからなる。ｎ型クラッド層３３０上には、Ｎ型のドーパントとしてＳｉがドープされたＩｎＧａＡｌＰからなり、活性層３３２内の光密度を調整する機能を有するｎ型光ガイド層（図示略）を設けても構わない。
【０１３８】
活性層３３２は、ｎ型クラッド層３３０から供給される電子とｐ型クラッド層３３４から供給される正孔が再結合し光を発生する。活性層３３２は、例えば、井戸層を井戸層よりもバンドギャップの大きなバリア層でサンドイッチ状に挟んだ(ＱＷ構造とすることができる。なお、この量子井戸構造は、井戸層が１つではなく多重化してもよく、活性層３３２をＭＱＷにすることもできる。ＭＱＷである活性層３３２は、ＩｎＧａＡｌＰとＩｎＧａＰとが交互に２〜４ペア積層された構造とすることができる。
【０１３９】
活性層３３２上には、例えば、Ｐ型のドーパントとしてＭｇがドープされたＩｎＧａＡｌＰからなり、活性層３３２内の光密度を調整する役割を持つｐ型光ガイド層（図示略）を設けることができる。
【０１４０】
ｐ型クラッド層３３４は、例えば、Ｐ型のドーパントとしてＭｇがドープされたＩｎＧａＡｌＰからなる。ｐ型クラッド層３３４上には、酸化狭窄層３４０が設けられている。酸化狭窄層３４０は、導波路となる領域に選択的に電流を流すために電流狭窄構造を有する層である。酸化狭窄層３４０は一例として、図２１に示すように、ｐ型クラッド層３３４上に設けられるが、活性層３３２とｐ側コンタクト層との間にあればよい。酸化狭窄層３４０の電流狭窄構造は、酸化速度が異なるアルミニウムの組成層を選択的に酸化することによって形成することができる。
【０１４１】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＧａＡｓ系面発光型ＬＤは、更に、ｎ型クラッド層３３０に電圧を印加するカソード電極３６０と、ｐ型クラッド層３３４に電圧を印加するアノード電極３６２を備える。図２１に示すように、カソード電極３６０は基板３１０の裏面側に、アノード電極３６２はｐ型ＤＢＲ３５０の表面に配置される。カソード電極３６０は、例えばＡｌ金属からなり、アノード電極３６２は、例えばパラジウム（Ｐｄ）−金（Ａｕ）合金からなる。アノード電極３６２は、リング状の形状であり、８μｍ〜２５μｍ程度のアパーチャ径を持ったレーザ光の面発光領域である開口部３００を有する。そして、カソード電極３６０は基板３１０に、アノード電極３６２はｐ型ＤＢＲ３５０に、それぞれオーミック接続される。なお、基板３１０とカソード電極３６０の間に、ｎ型のｎ側コンタクト層を配置してもよい。また、ｐ型ＤＢＲ３５０とアノード電極３６２の間に、ｐ型のｐ側コンタクト層を配置してもよい。
【０１４２】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＧａＡｓ系面発光型ＬＤによれば、Ｐ型、Ｎ型（Ｉ型）結晶を別々に形成する相対的に簡単な２チャンバ方式により、Ｐ型層（Ｍｇドープ層）成長で、Ｍｇのドーピングに伴う遅延効果およびメモリ効果を抑制して点欠陥増殖を抑えることができ、発光特性の改善を図ることができる。
【０１４３】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＧａＡｓ系面発光型ＬＤによれば、いわゆる「枯らし」エピタキシャル成長が不要となるため、エピタキシャル成長時間を短縮することができる。
【０１４４】
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０１４５】
実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成したＬＤにおいては、基板および第１導電型クラッド層の導電型をｎ型とし、第２導電型クラッド層の導電型をｐ型とする例が開示されているが、これらの導電型を反対にしても良い。この場合、アノード電極とカソード電極は逆の構成となり、表面電極層はカソード電極に接続され、裏面電極層はアノード電極に接続される。
【０１４６】
また、実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置を適用して形成した半導体装置としてＦＥＴ、ストライプ型ＬＤ、面発光型ＬＤの例を開示したが、たとえば、基板、第１導電型層、発光層（ＭＱＷ）、第２導電型層を備えるＬＥＤに対しても同様に適用可能である。
【０１４７】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明のＭＯＣＶＤ装置は、ＦＥＴ、ＬＤ、ＬＥＤの形成において全般に利用可能であり、このような半導体装置は、高周波パワーモジュール、光メモリ、レーザプリンタ、ディスプレイ、照明、超並列システム、光インターコネクトなど幅広い分野に適用可能である。
【符号の説明】
【０１４９】
２…搬送室
３…Ｎ型層成長用サセプタ
４…ロードロック室（ウェハ待機部）
５…Ｐ型層成長用サセプタ
６…サセプタストック室
８、２４…ウェハ
１０…Ｎ型層成長用有機金属（ＭＯ）ガス供給槽
１２…Ｐ型層成長用有機金属（ＭＯ）ガス供給槽
１４…Ｎ型（Ｉ型）層成長用チャンバ
１６…Ｐ型層成長用チャンバ
２０…ヒータ
２２…サセプタ
２６、４８…ガス導入部
２８、５０…サセプタ部
３０…ガス排気部
３２、３４、３６、３８、４０、４２、５２、５４…水冷機構
３３…水路
３５…ヒートパイプ
１００…ＧａＮ層
１０２、１７１、３１０…基板
１１４、１７３、３６０…ｎ側（裏面）電極層
１１５、１４０、３６２…ｐ側（表面）電極層
１２０…ＡｌＧａＮ層
１２１…リッジストライプ
１２２…ｐ型（Ａｌ）ＧａＮ層
１２４…ソース電極
１２６…ゲート電極
１２８…ドレイン電極
１３０、１３２、１８４、３３０…ｎ型クラッド層
１３３、１８０、３３２…活性層
１３４、１８８、３３４…ｐ型クラッド層
１７０…ＧａＮ系ストライプ型ＬＤ
２８０…レーザストライプ
３００…開口部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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