ＩＩＩ族窒化物半導体光素子、ＩＩＩ族窒化物半導体光素子を形成する方法、ＩＩＩ族窒化物半導体膜を成長する方法及びエピタキシャル基板
【課題】ｐ型III族窒化物半導体の電気特性を向上できるIII族窒化物半導体光素子を提供する。
【解決手段】窒化ガリウム系半導体領域１５及び窒化ガリウム系半導体領域１９は、基板１３の主面１３ａ上に設けられる。窒化ガリウム系半導体領域１９は、ｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含むIII族窒化物半導体膜２１を有しており、III族窒化物半導体膜２１は、III族構成元素としてアルミニウムを含む。III族窒化物半導体膜２１の酸素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、III族窒化物半導体膜２１の酸素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にある。また、III族窒化物半導体膜２１の水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、III族窒化物半導体膜２１の水素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にある。
【解決手段】窒化ガリウム系半導体領域１５及び窒化ガリウム系半導体領域１９は、基板１３の主面１３ａ上に設けられる。窒化ガリウム系半導体領域１９は、ｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含むIII族窒化物半導体膜２１を有しており、III族窒化物半導体膜２１は、III族構成元素としてアルミニウムを含む。III族窒化物半導体膜２１の酸素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、III族窒化物半導体膜２１の酸素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にある。また、III族窒化物半導体膜２１の水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、III族窒化物半導体膜２１の水素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体光素子、III族窒化物半導体光素子を形成する方法、III族窒化物半導体膜を成長する方法、及びエピタキシャル基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、III族窒化物半導体素子が記載されている。III族窒化物半導体素子は、５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下の酸素濃度を有する窒化ガリウム系半導体領域を含む。特許文献１では、この窒化ガリウム系半導体領域は、良好な表面モフォロジを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４３７５４９７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ｃ面と異なるIII族窒化物半導体面上に作製されるIII族窒化物半導体光素子においては、ｐ型III族窒化物半導体はＭｇといったｐ型ドーパントを含み、このｐ型III族窒化物半導体の抵抗はｎ型III族窒化物半導体の抵抗に比べて高い。このｐ型III族窒化物半導体の抵抗を下げることによって、III族窒化物半導体光素子の特性を向上できる。ｐ型III族窒化物半導体における高抵抗の理由の一つは、高い活性化エネルギのＭｇをｐ型ドーパントに用いることにある。
【０００５】
また、III族窒化物半導体からなる半極性面及び無極性面上に成長されたIII族窒化物半導体光素子においては、電気的特性、特に動作電圧の低減には、ｐ型層内の不純物濃度の低減とｐ型層の結晶品質の向上とが必要である。ｐ型層の抵抗を低減するためには、主にＭｇ濃度を増加させることに依っていた。しかしながら、Ｍｇ濃度をさらに増加させることは、ｐ型層の結晶品質を劣化させることになり、この結晶品質の劣化は、結果として動作電圧の増大になる。
【０００６】
発明者ら様々な実験によれば、ｐ型III族窒化物半導体は、意図的に添加されるｐ型ドーパントだけでなく、意図的に添加されない他の不純物（例えば、酸素や水素）も含まれる。ｐ型III族窒化物半導体のＭｇが水素と結合させるとき、この水素はＭｇの活性化を妨げる。
【０００７】
本発明の一側面は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ｐ型III族窒化物半導体の電気特性を向上できるIII族窒化物半導体光素子を提供することを目的とすることにある。また、本発明の別の側面は、ｐ型III族窒化物半導体の電気特性を向上できるIII族窒化物半導体光素子を形成する方法及びIII族窒化物半導体膜を成長する方法を提供することを目的とすることにある。さらに、本発明の更なる別の側面は、上記のIII族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板を提供することを目的とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子は、（ａ）窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、（ｂ）III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含み、前記基板の前記主面の上に設けられた第１のIII族窒化物半導体膜とを備える。前記基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい。
【０００９】
このIII族窒化物半導体光素子によれば、第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度の増加を抑制しつつ、良好な電的特性のｐ型のIII族窒化物半導体膜を得る。上記の酸素濃度範囲及び水素濃度範囲では、酸素濃度及び水素濃度は正の相関を示す。これ故に、III族窒化物半導体膜の成長において酸素濃度及び水素濃度の一方の低減は他方の低減になる。酸素はｎ型ドーパントとして作用するので、酸素濃度の低減はｐ型ドーパントの補償を低減できる。また、水素は、マグネシウムと結合してマグネシウムの活性化を妨げるので、水素濃度の低減はマグネシウムの活性化率を改善できる。また、これらの酸素及び水素の作用により、所望の電気的特性を実現するためのマグネシウム濃度を低減できる。マグネシウム濃度の低減は、結果的に、結晶品質の改善を可能にする。
【００１０】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は４．８×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。このIII族窒化物半導体光素子によれば、マグネシウム添加による第１のIII族窒化物半導体膜における結晶品質の低下を低減できる。
【００１１】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましい。このIII族窒化物半導体光素子によれば、酸素によるキャリア補償に打ち勝って適切な正孔濃度を提供できる。
【００１２】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子は、前記基板の前記主面の上に設けられ、ｎ型ドーパントを含む第２のIII族窒化物半導体膜と、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を発生可能でありIII族窒化物半導体からなる活性層とを更に備えることができる。前記活性層は前記第１のIII族窒化物半導体膜と前記第２のIII族窒化物半導体膜との間に設けられる。
【００１３】
このIII族窒化物半導体光素子によれば、良好な電気特性を有するｐ型III族窒化物半導体は、長波長の発光素子を提供するために好適である。
【００１４】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１のIII族窒化物半導体膜は、ＡｌＧａＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層のいずれかを含むことができる。
【００１５】
このIII族窒化物半導体光素子によれば、ＡｌＧａＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層といったIII族窒化物半導体に、良好な電気特性を提供できる。
【００１６】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１のIII族窒化物半導体膜は、当該III族窒化物半導体発光素子のｐ型クラッド層に含まれることが好ましい。
【００１７】
このIII族窒化物半導体光素子によれば、ｐ型クラッド層を低抵抗にすることは、発光特性の向上に役立つ。
【００１８】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１のIII族窒化物半導体膜の上に設けられ、ｐ型ドーパントを含む第３のIII族窒化物半導体膜と、前記第３のIII族窒化物半導体膜に接触を成す電極とを更に備えることができる。前記第２のIII族窒化物半導体膜のバンドギャップは前記第３のIII族窒化物半導体膜のバンドギャップより大きい。このIII族窒化物半導体光素子によれば、第３のIII族窒化物半導体膜に接触を成す電極からの電流が、第１のIII族窒化物半導体膜に供給される。
【００１９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１のIII族窒化物半導体膜の比抵抗は４０Ωｃｍ以下であることができる。このIII族窒化物半導体光素子によれば、第３のIII族窒化物半導体膜に接触を成す電極からの電流が、４０Ωｃｍ以下の比抵抗を有する第１のIII族窒化物半導体膜に供給される。
【００２０】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上８０度以下の範囲の角度を成すことができる。
【００２１】
このIII族窒化物半導体光素子によれば、１０度以上８０度以下の範囲の角度を成す半極性面上に、良好な電気的特性を有する第１のIII族窒化物半導体膜を設けることができる。１０度以下の傾斜角を有する半導体面は、極性面に近い性質を有する。８０度以上の傾斜角を有する半導体面は、無極性に近い性質を有する。
【００２２】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、８０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成すことができる。
【００２３】
このIII族窒化物半導体光素子によれば、８０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成す半導体面上に、良好な電気的特性を有する第１のIII族窒化物半導体膜を設けることができる。８０度以下の傾斜角を有する半導体面は、半極性の性質を有する。
【００２４】
本発明の別の側面は、III族窒化物半導体光素子を形成する方法である。このの方法は、（ａ）アルミニウム原料及びマグネシウム原料を成長炉に供給しながら、互いに異なる複数の成膜条件で、複数の基板の上にそれぞれIII族窒化物半導体膜を成長炉で成長する工程と、（ｂ）前記III族窒化物半導体膜の各々に含まれる酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度を見積もる工程と、（ｃ）前記酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度を見積もった後に、あるマグネシウム濃度において、前記酸素濃度と及び前記水素濃度が正の相関を示す酸素濃度範囲及び水素濃度範囲を見出す工程と、（ｄ）III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、（ｅ）III族窒化物半導体膜を含む半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長して、エピタキシャル基板を形成する工程と、（ｆ）前記エピタキシャル基板の上に電極を形成する工程とを備える。前記基板は、III族窒化物半導体からなる主面を有し、前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記基板の前記主面の法線に対して傾斜し、前記エピタキシャル基板を形成する前記工程は、前記酸素濃度範囲及び前記水素濃度範囲のいずれか一方の濃度範囲内の濃度を提供できる成膜条件を用いて、前記アルミニウム原料及び前記マグネシウム原料を前記成長炉に供給しながら、ｐ型III族窒化物半導体領域を前記成長基板の前記主面の上に成長する工程を含む。
【００２５】
このIII族窒化物半導体光素子を形成する方法によれば、酸素濃度及び水素濃度が正の相関を示す酸素濃度範囲及び水素濃度範囲を見積もった後に、アルミニウム原料及びマグネシウム原料を成長炉に供給しながら、ｐ型III族窒化物半導体領域を成長する。III族窒化物半導体膜の成長において酸素濃度及び水素濃度の一方の低減は他方の低減になる。酸素はｎ型ドーパントとして作用するので、酸素濃度の低減はｐ型ドーパントの補償を低減できる。この作製方法によれば、III族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度の増加を抑制しつつ、良好な電気的特性のｐ型のIII族窒化物半導体膜を得ることができる。また、水素は、マグネシウムと結合してマグネシウムの活性化を妨げるので、水素濃度の低減はマグネシウムの活性化率を改善できる。また、これらの酸素及び水素の作用により、所望の電気的特性を実現するためのマグネシウム濃度を低減できる。マグネシウム濃度の低減は、結果的に、結晶品質の改善を可能にする。
【００２６】
本発明の別の側面に係る製造方法は、前記基板を準備する工程を更に備えことができる。前記基板の前記主面は、前記成長基板の前記主面における成長条件を決定するための、且つ前記III族窒化物半導体光素子のための面方位を有する。前記成長基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上８０度以下の範囲の角度を成す。
【００２７】
この形成方法によれば、１０度以上８０度以下の範囲の角度を成す半極性面上に、良好な電気的特性を有する第１のIII族窒化物半導体膜を設けることができる。１０度未満の傾斜角を有する半導体面は、極性面に近い性質を有する。８０度を超える傾斜角を有する半導体面は、無極性に近い性質を有する。
【００２８】
本発明の別の側面に係る製造方法は、前記基板を準備する工程を更に備えることができる。前記基板の前記主面は、前記成長基板の前記主面における成長条件を決定すると共に前記III族窒化物半導体光素子のための面方位を有する。前記成長基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成す。
【００２９】
この形成方法によれば、８０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成す半導体面上に、良好な電気的特性を有する第１のIII族窒化物半導体膜を設けることができる。８０度以下の傾斜角を有する半導体面は、半極性の性質を有する。
【００３０】
また、本発明の別の側面は、III族窒化物半導体光素子を形成する方法である。この方法は、（ａ）III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、（ｂ）III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含む第１のIII族窒化物半導体膜を含む半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長して、エピタキシャル基板を形成する工程と、（ｃ）前記エピタキシャル基板の上に電極を形成する工程とを備える。前記成長基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい。
【００３１】
この製造方法によれば、第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度の増加を抑制しつつ、良好な電気的特性のｐ型のIII族窒化物半導体膜を得る。上記の酸素濃度範囲及び水素濃度範囲では、酸素濃度及び水素濃度は正の相関を示す。これ故に、III族窒化物半導体膜の成長において酸素濃度及び水素濃度の一方の低減は他方の低減になる。酸素はｎ型ドーパントとして作用するので、酸素濃度の低減はｐ型ドーパントの補償を低減できる。また、水素は、マグネシウムと結合してマグネシウムの活性化を妨げるので、水素濃度の低減はマグネシウムの活性化率を改善できる。また、これらの酸素及び水素の作用により、所望の電気的特性を実現するためのマグネシウム濃度を低減できる。マグネシウム濃度の低減は、結果的に、結晶品質の改善を可能にする。
【００３２】
本発明の更なる別の側面は、III族窒化物半導体膜を成長する方法である。この方法は、（ａ）III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、（ｂ）III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含む第１のIII族窒化物半導体膜を含む半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長する工程とを備える。前記成長基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい。
【００３３】
この成長方法によれば、上記の酸素濃度範囲及び水素濃度範囲では、酸素濃度及び水素濃度は正の相関を示す。これ故に、III族窒化物半導体膜の成長において酸素濃度及び水素濃度の一方の低減は他方の低減になる。酸素はｎ型ドーパントとして作用するので、酸素濃度の低減はｐ型ドーパントの補償を低減できる。また、水素は、マグネシウムと結合してマグネシウムの活性化を妨げるので、水素濃度の低減はマグネシウムの活性化率を改善できる。これらの酸素及び水素の作用により、所望の電気的特性を実現するためのマグネシウム濃度を低減できる。マグネシウム濃度の低減は、結果的に、結晶品質の改善を可能にする。第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度の増加を抑制しつつ、良好な電的特性のｐ型のIII族窒化物半導体膜を得る。
【００３４】
本発明の更なる別の側面は、III族窒化物半導体膜を成長する方法である。この方法は、（ａ）III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、（ｂ）III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含む第１のIII族窒化物半導体膜を含む半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長する工程とを備える。前記成長基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい。
【００３５】
この成長方法によれば、第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度の増加を抑制しつつ、良好な電的特性のｐ型のIII族窒化物半導体膜を得る。上記の酸素濃度範囲及び水素濃度範囲では、酸素濃度及び水素濃度は正の相関を示す。これ故に、III族窒化物半導体膜の成長において酸素濃度及び水素濃度の一方の低減は他方の低減になる。酸素はｎ型ドーパントとして作用するので、酸素濃度の低減はｐ型ドーパントの補償を低減できる。また、水素は、マグネシウムと結合してマグネシウムの活性化を妨げるので、水素濃度の低減はマグネシウムの活性化率を改善できる。これらの酸素及び水素の作用により、所望の電気的特性を実現するためのマグネシウム濃度を低減できる。マグネシウム濃度の低減は、結果的に、結晶品質の改善を可能にする。
【００３６】
本発明の別の側面および更なる別の側面に係る方法では、前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は４．８×１０１９ｃｍ−３以下であり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上であることが好適である。
【００３７】
この方法によれば、マグネシウム濃度が４．８×１０１９ｃｍ−３以下であるとき、マグネシウム添加による第１のIII族窒化物半導体膜における結晶品質の低下を低減できる。また、マグネシウム濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上であるとき、酸素によるキャリア補償に打ち勝って適切な正孔濃度を提供できる。
【００３８】
本発明の別の側面および更なる別の側面に係る方法では、前記第１のIII族窒化物半導体膜は、当該III族窒化物半導体光素子のｐ型クラッド層に含まれることが好適である。この方法によれば、ｐ型クラッド層を低抵抗にすることが発光特性の向上に役立つ。
【００３９】
本発明の別の側面および更なる別の側面に係る方法では、前記第１のIII族窒化物半導体膜は、ＡｌＧａＮ層、及びＩｎＡｌＧａＮ層のいずれかを含むことが好適である。この方法によれば、ＡｌＧａＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層といったIII族窒化物半導体に、良好な電気特性を提供できる。
【００４０】
本発明の別の側面および更なる別の側面に係る方法では、前記ｐ型III族窒化物半導体領域の成長は有機金属気相成長法又は分子線ビームエピタキシ法によって行われることが好ましい。この方法によれば、上記の成膜方法を用いて第１のIII族窒化物半導体膜を成長するとき、意図しない酸素の取り込みが生じる。
【００４１】
本発明の別の側面および更なる別の側面に係る方法では、前記成長炉は、前記ｐ型III族窒化物半導体領域を成長するための成長室と、前記成長室の囲む予備室と、前記成長室と前記予備室との圧力差を調整可能な真空排気系とを含むことができる。この方法によれば、成長室と予備室との圧力差を調整可能な真空排気系を用いて成長室において成長される半導体膜における不純物の制御を行うことができる。
【００４２】
本発明の別の側面および更なる別の側面に係る方法では、前記成長室の圧力Ｐ１と前記予備室の圧力Ｐ２とにおいて、前記圧力差（Ｐ１−Ｐ２）は−２．０パスカル以上であることが好適である。この方法によれば、上記の真空排気系を用いて成長室と予備室との圧力差を調整できる。
【００４３】
本発明の別の側面および更なる別の側面に係る方法では、前記第１のIII族窒化物半導体膜の比抵抗は４０Ωｃｍ以下であることができる。この方法によれば、４０Ωｃｍ以下の比抵抗を有する第１のIII族窒化物半導体膜を成長できる。
【００４４】
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】
【００４５】
以上説明したように、本発明の上記側面によれば、ｐ型III族窒化物半導体の電気特性を向上できるIII族窒化物半導体光素子が提供される。また、本発明の上記側面によれば、ｐ型III族窒化物半導体の電気特性を向上できるIII族窒化物半導体光素子を形成する方法が提供される。さらに、本発明の上記側面によれば、電気特性を向上できるIII族窒化物半導体膜を成長する方法が提供される。さらにまた、本発明の更なる別の側面によれば、上記のIII族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子及びエピタキシャル基板を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る方法における主要な工程を示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係る方法における主要な工程を示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係る方法に用いる成長炉を概略的に示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係る方法に用いる成長炉を概略的に示す図面である。
【図６】図６は、本実施の形態に係る方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、本実施の形態に係る方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図８】図８は、本実施の形態に係る方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図９】図９は、本実施の形態に係る方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図１０】図１０は、本実施の形態に係る方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図１１】図１１は、同じ面方位を有する複数のＧａＮ基板上に、様々な成膜条件を適用して作製されたＩｎＡｌＧａＮ膜における酸素濃度と水素濃度との関係を示す図面である。
【図１２】図１２は、これらのデバイス構造における電流−電圧特性を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
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、本発明のIII族窒化物半導体光素子、III族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板、III族窒化物半導体光素子を形成する方法、III族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板を形成する方法、及びIII族窒化物半導体膜を成長する方法に係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。
【００４８】
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子及びエピタキシャル基板を概略的に示す図面である。図１の（ａ）を参照すると、III族窒化物半導体光素子１１は、例えば発光ダイオードや半導体レーザといった発光素子に適用可能な構造を有する。図１の（ｂ）を参照すると、III族窒化物半導体光素子に適用な可能なエピタキシャル基板ＥＰが示されている。図１に示されるように、エピタキシャル基板ＥＰにおける半導体膜の積層構造は、III族窒化物半導体光素子１１における半導体膜の積層構造と実質的に同じである。
【００４９】
III族窒化物半導体光素子１１は、基板１３と、窒化ガリウム系半導体領域１５と、発光層１７と、窒化ガリウム系半導体領域１９とを備える。基板１３は主面１３ａ及び裏面１３ｂを含む。基板１３の主面１３ａは、III族窒化物半導体からなり、このIII族窒化物半導体は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体や、ＡｌＮからなることができる。基板１３の主面１３ａは、非極性を示す。この非極性は、半極性及び無極性のいずれかを表す。
【００５０】
基板１３が無極性の主面１３ａを有するとき、主面１３ａは、III族窒化物半導体のａ面、ｍ面であることができ、或いはｃ軸の回りに関する回転によりａ面又はｍ面から傾斜した面であることができる。基板１３が半極性の主面１３ａを有するとき、基板１３の主面１３ａは、基準軸Ｃｘに直交する基準平面Ｓｃに対して傾斜する半極性を示しており、基準軸ＣｘはIII族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる。
【００５１】
基準平面Ｓｃは例えば代表的なｃ面を示している。基準平面Ｓｃはｃ軸ベクトルＶＣに直交しており、主面１３ａには法線ベクトルＶＮが示されている。ｃ軸ベクトルＶＣは法線ベクトルＶＮに対して角度ＡＯＦＦの角度を成す。この角度ＡＯＦＦはｃ面に対するオフ角と呼ばれる。図１を参照すると、III族窒化物半導体の六法晶系の結晶軸ａ軸、ｍ軸及びｃ軸を示す結晶座標系ＣＲが示されており、六法晶におけるｃ面を「（０００１）」を表記し、「（０００−１）」と表記される面方位は（０００１）面に対して反対を向く。また、直交座標系Ｓは、幾何学座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚを示す。傾斜の方向は例えばａ軸またはｍ軸であることができる。窒化ガリウム系半導体領域１５、発光層１７及び窒化ガリウム系半導体領域１９は軸Ａｘに沿って非極性主面上に配列されている。主面１３ａの法線ベクトルＶＮと基準軸Ｃｘとの成す角度は１０度以上９０度以下であることができる。
【００５２】
窒化ガリウム系半導体領域１５及び窒化ガリウム系半導体領域１９は、基板１３の主面１３ａ上に設けられる。窒化ガリウム系半導体領域１９は、ｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含む第１のIII族窒化物半導体膜２１を有しており、第１のIII族窒化物半導体膜２１は、III族構成元素としてアルミニウムを含むことが好ましい。第１のIII族窒化物半導体膜２１の酸素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、第１のIII族窒化物半導体膜２１の酸素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にある。また、第１のIII族窒化物半導体膜２１の水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、第１のIII族窒化物半導体膜２１の水素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にある。第１のIII族窒化物半導体膜２１の酸素濃度は第１のIII族窒化物半導体膜２１のマグネシウム濃度より小さい。
【００５３】
このIII族窒化物半導体光素子１１によれば、第１のIII族窒化物半導体膜２１のマグネシウム濃度の増加を抑制しつつ、このIII族窒化物半導体膜２１に良好な電気特性のｐ型導電性を付与する。上記の酸素濃度範囲及び水素濃度範囲では、酸素濃度及び水素濃度は正の相関を示す。これ故に、III族窒化物半導体膜２１の成長において酸素濃度及び水素濃度の一方の低減は他方の低減になる。酸素はｎ型ドーパントとして作用するので、酸素濃度の低減はｐ型ドーパントの補償を低減できる。また、水素は、マグネシウムと結合してマグネシウムの活性化を妨げるので、水素濃度の低減はマグネシウムの活性化率を改善できる。また、これらの酸素及び水素の作用により、所望の電気的特性を実現するためのマグネシウム濃度を低減できる。マグネシウム濃度の低減は、結果的に、結晶品質の改善を可能にする。
【００５４】
第１のIII族窒化物半導体膜２１は、本実施例では例えばｐ型クラッド層に含まれることができ、これによってｐ型クラッド層を低抵抗にすることができる。これは発光特性の向上に役立つ。第１のIII族窒化物半導体膜２１は、ＩｎＸ１ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ１−Ｘ２Ｎ（０≦Ｘ１＜１、０≦Ｘ２＜１、０≦Ｘ１＋Ｘ２≦１、但しＩｎＧａＮを除く）又はＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３Ｎ（０≦Ｘ３＜１）で表される半導体からなることができる。第１のIII族窒化物半導体膜２１は、例えばＡｌＧａＮ層、及びＩｎＡｌＧａＮ層といったIII族窒化物半導体からなることができる。ＡｌＧａＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層といった窒化ガリウム系半導体に、良好な電気特性を提供できる。第１のIII族窒化物半導体膜２１は、ｐ型クラッド層以外にも広くｐ型III族窒化物半導体に適用可能である。
【００５５】
第１のIII族窒化物半導体膜２１のマグネシウム濃度は４．８×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。この範囲では、マグネシウム添加により第１のIII族窒化物半導体膜２１の結晶品質が低下することを低減できる。また、第１のIII族窒化物半導体膜２１のマグネシウム濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましい。この範囲では、酸素によるキャリア補償に打ち勝って適切な正孔濃度を提供できる。
【００５６】
好適な実施例では、第１のIII族窒化物半導体膜２１の比抵抗は４０Ωｃｍ以下であることができる。このIII族窒化物半導体光素子１１の電極からの電流が、４０Ωｃｍ以下の比抵抗を有する第１のIII族窒化物半導体膜２１に供給される。
【００５７】
III族窒化物半導体光素子１１では、窒化ガリウム系半導体領域１５は、ｎ型ドーパントを含む第２のIII族窒化物半導体膜２５を含むことができる。第２のIII族窒化物半導体膜２５は、基板１３の主面１３ａ上に設けられる。第２のIII族窒化物半導体膜２５は、例えばｎ型クラッド層に含まれることができる。第２のIII族窒化物半導体膜２５は、ＩｎＹ１ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｙ１−Ｙ２Ｎ（０≦Ｙ１＜１、０≦Ｙ２＜１、０≦Ｙ１＋Ｙ２≦１、但しＩｎＧａＮを除く）又はＡｌＹ３Ｇａ１−Ｙ３Ｎ（０≦Ｙ３＜１）で表される半導体からなることができる。第２のIII族窒化物半導体膜２５は、例えばＡｌＧａＮ層、及びＩｎＡｌＧａＮ層といったIII族窒化物半導体からなることができる。ＡｌＧａＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層といった窒化ガリウム系半導体に、良好な電気特性を提供できる。
【００５８】
窒化ガリウム系半導体領域１９は、第３のIII族窒化物半導体膜２３を含む。第３のIII族窒化物半導体膜２３は、例えばＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層及びＧａＮ層といったIII族窒化物半導体からなることができる。ＡｌＧａＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層といった窒化ガリウム系半導体に、良好な電気特性を提供できる。第１のIII族窒化物半導体膜２１のバンドギャップは第３のIII族窒化物半導体膜２３のバンドギャップより大きくすることが好ましい。また、第３のIII族窒化物半導体膜２３のｐ型ドーパント濃度は、第１のIII族窒化物半導体膜２１のｐ型ドーパント濃度より大きくすることが好ましい。第３のIII族窒化物半導体膜２３は例えばｐ型コンタクト層であることができる。III族窒化物半導体光素子１１は、第３のIII族窒化物半導体膜２３に接触を成す電極３１を更に備える。このIII族窒化物半導体光素子１１によれば、第３のIII族窒化物半導体膜２３に接触を成す電極（例えばアノード）３１からの電流が第１のIII族窒化物半導体膜２１に供給される。第３のIII族窒化物半導体膜２３が、良好な電気的特性を示すと共に良好な結晶品質の第１のIII族窒化物半導体膜２１上に設けられるので、窒化ガリウム系半導体膜２３が良好な結晶品質を有する。これ故に、良好なコンタクト特性が提供される。基板１３の裏面１３ｂ上には、別の電極（例えばカソード）３３が設けられる。
【００５９】
発光層１７は活性層２７を含む。活性層２７が第１のIII族窒化物半導体膜２１と第２のIII族窒化物半導体膜２５との間に設けられる。活性層２７は、交互に配列された井戸層２９ａ及び障壁層２９ｂを含む量子井戸構造２９を有することができる。井戸層２９ａは、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができ、障壁層２９ｂは、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。活性層２７は、例えば４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を発生可能であるように設けられる。このIII族窒化物半導体光素子１１によれば、良好な電気特性を有するｐ型III族窒化物半導体は、長波長の発光素子を提供するために好適である。
【００６０】
また、発光層１７は電子ブロック層３５を含む。電子ブロック層３５のｐ型窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。電子ブロック層３５のバンドギャップは第１のIII族窒化物半導体膜（例えばｐ型クラッド層）２１のバンドギャップより大きい。
【００６１】
必要な場合には、発光層１７は第１の光ガイド層３７及び第２の光ガイド層３９を含む。活性層２７は、第１の光ガイド層３７と第２の光ガイド層３９との間に設けられている。光ガイド層３７、３９は窒化ガリウム系半導体からなり、この窒化ガリウム系半導体の一部又は全部は例えばアンドープであることができる。
【００６２】
このIII族窒化物半導体光素子１１によれば、半極性面や無極性面上に、活性層２７、光ガイド層３７、３９及び窒化ガリウム系半導体層１９を設けるので、これらの半導体層におけるピエゾ電界は、ｃ面上における半導体層におけるピエゾ電界に比べて小さい。小さいピエゾ分極により半極性面や無極性面上ではキャリアオーバーフローが発生しにくい。
【００６３】
III族窒化物半導体膜（例えばｎ型クラッド層）２５とIII族窒化物半導体膜（例えばｐ型クラッド層）２１との間には、発光層１７が設けられる。III族窒化物半導体膜２１及びIII族窒化物半導体膜２５の屈折率は、光ガイド層３７、３９の屈折率よりも小さい。III族窒化物半導体膜２１及びIII族窒化物半導体膜２５は、活性層２７に光を閉じ込める。
【００６４】
III族窒化物半導体光素子１１の一実施例では、基板１３の主面１３の傾斜角ＡＯＦＦは、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面Ｓｃに対して、１０度以上８０度以下の範囲の角度を成すことができる。１０度以上８０度以下の範囲の角度を成す半極性面上に、良好な電気的特性を有する第１のIII族窒化物半導体膜２１を設けることができる。１０度以下の傾斜角を有する半導体面は、極性面に近い性質を有する。８０度以上の傾斜角を有する半導体面は、無極性に近い性質を有する。発光層１７の主面は、図１に示されるように、発光層１７の主面の法線とｃ軸の方向とによって規定される上記の傾斜角を有する。
【００６５】
III族窒化物半導体光素子１１の別の実施例では、基板１３の主面１３ａは、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面Ｓｃに対して、８０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成すことができる。８０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成す半導体面上に、良好な電気的特性を有する第１のIII族窒化物半導体膜２１を設けることができる。８０度以下の傾斜角を有する半導体面は、半極性の性質を有する。
【００６６】
次いで、エピタキシャル基板及びIII族窒化物半導体光素子を形成する方法並びにIII族窒化物半導体膜を成長する方法を説明する。図２及び図３は、本実施の形態に係る方法における主要な工程を示す図面である。また、図４及び図５は、本実施の形態に係る方法に用いる成長炉を概略的に示す図面である。図６〜図１０は、本実施の形態に係る方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【００６７】
有機金属気相成長法により発光素子のエピタキシャル構造を作製する。原料に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）、アンモニア（ＮＨ３）を用いた。ドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ４）及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いる。引き続く説明では、例えば半極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系半極性窒化ガリウム基板を用いることができる。また、例えば無極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系無極性窒化ガリウム基板を用いることができる。以下の説明において、酸素は、例えばIII族原料及び窒素原料等に含まれる不純物、成長炉に残留する不純物、及び成長炉内の治具からの不純物として提供される。水素は、例えば原料からの不純物として提供される。引き続く説明では、六方晶系半極性窒化ガリウム基板を参照しながら説明する。
【００６８】
工程Ｓ２０１では、成膜に用いる成長炉１０を準備する。成長炉１０は、チャンバを含み、チャンバは、III族窒化物半導体を成長するための成長室４１と、成長室４１に隣接する予備室４２と、成長室４１と予備室４２との圧力差を調整可能な真空排気系４３とを含む。真空排気系４３は、排気ポンプ４３ａ及び圧力調整装置４３ｂを含む。排気ポンプ４３ａは、ラインＬ１を介して成長室４１に接続される。圧力調整装置４３ｂは、排気ポンプ４３ａと予備室４２との間に設けられ、成長室４１と予備室４２との圧力差を調整する。圧力調整装置４３ｂはラインＬ２を介してラインＬ１又は排気ポンプ４３ａに接続される。成長室４１には、基板を搭載するためのサセプタ４５が設けられる。サセプタ４５は、成長中に回転Ｒが可能なように支持される。サセプタ４５の主面には、基板ＳＵＢが配置される。成長室４１及び予備室４２は、サセプタ４５及び仕切部材４６によって区切られる。サセプタ４５と仕切部材４６との間にはギャップＧＡＰがあり、このギャップＧＡＰを介して成長室４１及び予備室４２は互いに接続される。予備室４２には、サセプタ４５の温度を調整するための加熱装置（例えばヒータ）４８が配置される。成長室４１は、ラインＬ３を介して供給系４７に接続され、供給系４７は成長室４１に原料ＳＧを供給する。予備室４２は、ラインＬ４を介して供給系４７に接続され、供給系４７は予備室４２にパージガスＰＧを供給する。成長室４１及びと予備室４２では、それぞれ、真空排気系４３によって排気ＥＸ１、ＥＸ２が行われる。成長室４１と予備室４２との圧力差は、圧力調整装置４３ｂによって所望の圧力差範囲に維持される。この成長炉１０は、有機金属気相成長法の適用に好適な構造を有するが、この成膜方法は分子線ビームエピタキシ法にも適用可能である。これらの成膜方法を用いてIII族窒化物半導体膜を成長するとき、意図しない酸素の取り込みが生じる。
【００６９】
後の説明から理解されるように、この成長炉１０によれば、成長室４１と予備室４２との圧力差を調整可能な真空排気系４３を用いて、成長室４１において成長される半導体膜における不純物の制御を行うことができる。成長室４１の圧力Ｐ１と予備室４２の圧力Ｐ２とにおいて、この圧力差（Ｐ１−Ｐ２）は−２．０パスカル以上であることが好適である。この方法によれば、上記の真空排気系４３を用いて成長室４１と予備室４２との圧力差を調整できる。圧力差（Ｐ１−Ｐ２）は＋２．０パスカル以下であることが好適である。
【００７０】
工程Ｓ２０２では、図６の（ａ）部に示されるように、複数の基板を準備した。基板の前記主面は、後ほど準備する成長基板の主面における成長条件を決定するための、且つIII族窒化物半導体光素子のための面方位を有する。本実施例では、窒化ガリウム基板が用いられる。窒化ガリウム基板の主面は、ｃ面からｍ面方向及び／又はａ面方向に１０〜９０度の角度で傾斜している。窒化ガリウム基板５０の主面５０ａは上記の角度範囲内のある面方位を有する。反応炉１０内にＧａＮ基板５０を設置した後に、必要な場合には、図６の（ｂ）部に示されるように、成長炉１０を用いてＧａＮ基板５０のサーマルクリーニングを行う。摂氏１０５０度の温度で、ＮＨ３とＨ２を含むガスＧ０を成長炉１０に流しながら、１０分間の熱処理を行う。
【００７１】
次いで、工程Ｓ２０３において、図６の（ｃ）部に示されるように、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧを成長炉１０に導入して、アルミニウム原料及びマグネシウム原料を含むガスＧＡＳを成長炉１０に供給しながら、互いに異なる複数の成膜条件で、それぞれIII族窒化物半導体膜５２を複数の基板５０上に成長炉１０で成長する。この結果、複数のエピタキシャル基板が得られ、これらのエピタキシャル基板は、複数の基板５０上にはそれぞれ互いに異なる複数の成膜条件で成膜された互いに異なる品質のIII族窒化物半導体膜５２を有する。III族窒化物半導体膜５２の成膜において、その酸素濃度がIII族窒化物半導体膜５２のマグネシウム濃度より小さくなる成膜条件を用いる。一実施例では、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＳｉＨ４を含む原料ガスを成長炉１０に供給して、半極性主面を有するＧａＮ基板上にＡｌＧａＮ層をエピタキシャルに成長する。この膜厚は例えば１２００ｎｍである。
【００７２】
工程Ｓ２０４では、III族窒化物半導体膜５２の各々に含まれる酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度を見積もる。見積りには、例えば二次イオン質量分析法（酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度）及びＣＶ法（マグネシウム濃度）を用いることができる。
【００７３】
工程Ｓ２０５では、酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度を見積もった後に、あるマグネシウム濃度において、酸素濃度と及び水素濃度が正の相関を示す酸素濃度範囲及び水素濃度範囲を見出す。一実施例では、III族窒化物半導体膜５２の酸素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあることができる。また、III族窒化物半導体膜５２の水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあることができる。
【００７４】
ここまでの工程は、半導体素子を作製する通常の工程とは異なる。引き続き、半導体素子を作製する工程を行う。工程Ｓ１０１では、図７の（ａ）部に示されるように、III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する。ここでは、この成長基板の主面の面方位は、工程Ｓ２０２で準備された基板５０の面方位と実質的に同じであることが好ましくが、工程Ｓ１０２からＳ２０５を様々なオフ角の基板を用いて繰り返し行うことによって、所望のオフ角の範囲において、正の相関を示す濃度範囲を得ることができる。成長基板として窒化ガリウム基板５１を準備する。窒化ガリウム基板５１の主面５１ａは上記の角度範囲内の傾斜角ＡＯＦＦの面方位を有する。反応炉１０内にＧａＮ基板５１を設置した後に、図７の（ｂ）部に示されるように、成長炉１０を用いてＧａＮ基板５１のサーマルクリーニングを行う。
【００７５】
工程Ｓ１０２では、III族窒化物半導体膜を含む半導体領域を基板５１の主面５１ａの上に成長して、エピタキシャル基板を形成する。引き続き、工程Ｓ１０２を具体的に説明する。
【００７６】
工程Ｓ１０３では、図７の（ｃ）部に示されるように、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ１を成長炉１０に供給して、ＧａＮ基板５１の主面５１ａ上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体領域５３をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ１は、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＳｉＨ４を含む。窒化ガリウム系半導体領域５３として、例えば摂氏１０５０度の温度でＳｉドープＡｌＧａＮクラッド層を成長する。このＡｌＧａＮ層の厚さは例えば２μｍである。
【００７７】
次いで、摂氏８４０度に基板温度を下げた後に、必要な場合には、図８の（ａ）部に示される工程を行う。この工程では、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ２を成長炉１０に供給して、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層５５ａをエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ２は、例えばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を含む。ＩｎＧａＮ光ガイド層５５ａの厚さは、１００ｎｍである。
【００７８】
引き続き、工程Ｓ１０５では、量子井戸構造を有する活性層を成長する。工程Ｓ１０５では、図８の（ｂ）部に示されるように、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ３を成長炉１０に供給して、摂氏８４０度の基板温度で、ＧａＮ障壁層５７をＩｎＧａＮ光ガイド層５５ａ上に成長する。原料ガスＧ２は、例えばＴＭＧ、ＮＨ３を含む。このＧａＮ層５７の厚さは例えば１５ｎｍである。
【００７９】
この後に摂氏７９０度に基板温度を下げた後に、工程Ｓ１０６では、図８の（ｃ）部に示されるように、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ４を成長炉１０に供給して、ＧａＮ障壁層５７上に、アンドープＩｎＧａＮ井戸層５９をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ４は、例えばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を含む。井戸層５９の厚さは例えば３ｎｍである。
【００８０】
その後、摂氏８４０度まで基板温度を上げた後に、厚さ１５ｎｍのＧａＮ障壁層５７を成長する。必要な場合には、障壁層５７の成長及び井戸層５９の成長を繰り返す。さらに、必要な場合には、以下の工程を行う。この工程では、摂氏８４０度の基板温度で、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ５を成長炉１０に供給して、光ガイド層５５ａと同様に、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層５５ｂをエピタキシャルに成長して、図９の（ａ）部に示されるように、活性層６１及び発光層６３を作製する。
【００８１】
次いで、工程Ｓ１０７では、III族原料及び窒素原料を成長炉１０に供給して、第２導電型窒化ガリウム系半導体領域を発光層６３上に成長する。このために、工程Ｓ１０８では、基板温度を摂氏１０００度に上昇した後に、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ６を成長炉１０に導入して、図９の（ｂ）部に示されるように、発光層６３上に、電子ブロック層６５をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ６は、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。電子ブロック層６５の厚さは例えば２０ｎｍである。
【００８２】
次いで、工程Ｓ１０９において、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ７を成長炉１０に導入して、図１０の（ａ）部に示されるように、電子ブロック層６５上に、ｐ型クラッド層６７をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ７は、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。ｐ型クラッド層６７の厚さは例えば４００ｎｍである。
【００８３】
ｐ型III族窒化物半導体領域７０、本実施例では例えばｐ型クラッド層の成長において、工程２０５において明らかにされた酸素濃度範囲及び水素濃度範囲のいずれか一方の濃度範囲内の濃度を提供できる成膜条件を用いて、アルミニウム原料及び前記マグネシウム原料を成長炉１０に供給しながら、ｐ型III族窒化物半導体領域を成長基板５１の主面５１ａ上に成長することが好適である。
【００８４】
続けて、工程Ｓ１１０において、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ８を成長炉１０に導入して、図１０の（ｂ）部に示されるように、ｐ型クラッド層６７上にｐ型コンタクト層６９をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ８は、例えばＴＭＧ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。ｐ型コンタクト層６９の厚さは例えば５０ｎｍである。
【００８５】
この方法によれば、酸素濃度及び水素濃度が正の相関を示す酸素濃度範囲及び水素濃度範囲を見積もった後に、アルミニウム原料及びマグネシウム原料を成長炉に供給しながら、上記のｐ型III族窒化物半導体領域（例えばｐ型クラッド層）を成長する。ｐ型クラッド層のためのIII族窒化物半導体膜の成長において酸素濃度及び水素濃度の一方の低減は他方の低減になる。この方法によれば、ｐ型クラッド層のためのIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度の増加を抑制しつつ、良好な電的特性のｐ型のIII族窒化物半導体膜（例えばｐ型クラッド層）を得ることができる。酸素はｎ型ドーパントとして作用するので、酸素濃度の低減はｐ型ドーパントの補償を低減できる。また、水素は、マグネシウムと結合してマグネシウムの活性化を妨げるので、水素濃度の低減はマグネシウムの活性化率を改善できる。また、これらの酸素及び水素の作用により、所望の電気的特性を実現するためのマグネシウム濃度を低減できる。マグネシウム濃度の低減は、結果的に、例えばｐ型クラッド層の結晶品質の改善を可能にする。
【００８６】
基板温度を室温まで降温した後に、エピタキシャル基板ＥＰ１を成長炉から取り出す。エピタキシャル基板ＥＰ１は、III族窒化物半導体基板５１と、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域５３と、発光層６３と、第２導電型窒化ガリウム系半導体領域７０とを備える。
【００８７】
工程Ｓ１１１では、エピタキシャル基板ＥＰ１のｐ型窒化ガリウム系半導体領域７０上にアノード電極を形成してｐ型コンタクト層６９に電気的な接続を成すと共に基板５１の裏面５１ｂを必要に応じて研磨した後に研磨裏面にカソード電極を形成する。これらの電極は、例えば蒸着により作製される。
【００８８】
エピタキシャル基板ＥＰ１の作製の一例では、ｐ型クラッド層６７のためのIII族窒化物半導体膜の形成に、工程Ｓ２０１〜Ｓ２０５における成膜条件の適用を行った。この結果、ｐ型クラッド層６７としてIII族窒化物半導体膜が成長される。その酸素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にある。その水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にある。そのマグネシウム濃度は４．８×１０１９ｃｍ−３以下３×１０１８ｃｍ−３以上である。マグネシウム濃度が４．８×１０１９ｃｍ−３以下であるとき、マグネシウム添加によるIII族窒化物半導体膜における結晶品質の低下を低減できる。また、マグネシウム濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上であるとき、酸素によるキャリア補償に打ち勝って適切な正孔濃度を提供できる。このIII族窒化物半導体膜の比抵抗は４０Ωｃｍ以下であることができる。
【００８９】
（実施例）
図１１は、同じ面方位を有する複数のＧａＮ基板上に、様々な成膜条件を適用して作製されたＩｎＡｌＧａＮ膜における酸素濃度と水素濃度との関係を示す図面である。酸素濃度及び水素濃度の見積もりは二次イオン質量分析法を用いる。図１２の実験結果から理解されるように、上記の濃度範囲では、水素濃度と酸素濃度は正の相関を示す。この実験より、エピタキシャル膜中に含まれる酸素濃度は１×１０１７ｃｍ−３以上１．５×１０１８ｃｍ−３以下において、水素濃度は１×１０１７ｃｍ−３以上１．５×１０１８ｃｍ−３以下であるとき、酸素濃度と正の相関を示し、比抵抗が下がりｐ型ＩｎＡｌＧａＮ半導体層の電気特性が向上する。
【００９０】
図４及び図５に示される構造の成長炉１０では、成長室４１内への成膜に寄与しないガスの混入量を制限できる。つまり、成長炉１０には大きく２つの成長室４１及び予備室４２があり、成長室４１は成膜を行うため空間であり、予備室４２は成長室４１を隣接するように設置された空間である。成長窒４１と予備室４２とを完全に分離することは困難であるので、成長室４１と予備室４２との間には数ミリの隙間ＧＡＰが設けている。そのため、成長中に微差圧が生じる。これ故に、成長室４１に供給する原料の流量や、成膜温度といった成膜条件が見かけ上同じであっても、成長室４１内における不純物の混入が異なる。
【００９１】
成長室４１と予備室４２との真空度の制御を行うことができる。この制御無しでは、成長室４１内に酸素を含む純度の悪い原料ガスが混入して、その結果、エピタキシャル膜中の酸素濃度を低くすることを困難にする。
【００９２】
今回の成膜では、成長室４１と予備室４２との真空度の制御のために、これらの室間の僅かな差圧を調整する機構を設けている。これ故に、成長室４１内へのガスの混入量が調整可能である。具体的には、成長室４１と予備室４２との差圧を−２．０パスカル以上に調整することが好適であり、また差圧を１４パスカル以下に調整することが好適である(正の差圧は成長室４１の方が圧力が高く、負の差圧はその逆を表す)。この差圧が１４パスカルから−２．０ｐパスカルへ変化するにつれて、エピタキシャル膜中の酸素濃度も約１．０×１０１７ｃｍ−３から１．５×１０１８ｃｍ−３程度にまで増加し、これに合わせて水素濃度も増加する。
【００９３】
発明者らは以下のようにえている。差圧がゼロパスカル以上となるとき、差圧が大きくなるにつれ酸素濃度と水素濃度とは比例関係を保つ。しかし、差圧が２０パスカル以上になると、成長室４１のガスの流れが乱れるので、エピタキシャル膜の成長そのものの結晶性が悪くなる。これ故に、上記の相関関係は得られない。実験において用いたＭｇ濃度範囲は３×１０１８ｃｍ−３以上４．８×１０１９cm−３以下である。
【００９４】
また、発明者らの実験によれば、エピタキシャル膜中への酸素の取り込み量は、オフ角が１０度を超えたあたりから増加し始める。この増加する角度範囲において、成長炉１０の差圧を調整することによってエピタキシャル膜中への酸素の取り込み量を制御した成膜を行うとき、酸素濃度と水素濃度は、正の相関（最も好ましい実験結果では、比例関係）が得られる。オフ角が１０度以下では、エピタキシャル膜の表面がｃ面としての性質（つまり、表面原子の状態がｃ面と近い）を有するので、酸素の取り込み量もｃ面と同程度である。ｃ面としての性質が表面に現れるとき、必要とするＭｇ度範囲においては、上記の正の相関関係が得られない。
【００９５】
発明者らの実験によれば、オフ角が約４６度を超えるまで、エピタキシャル膜中に取り込まれる酸素濃度は増加する。この角度を超えたあたりから、９０度にかけて再び酸素濃度は減少する傾向にある。しかし、９０度の角度で傾いた無極性面の表面における酸素の取り込み量はｃ面よりも少なく、必要とするＭｇ濃度範囲においては、上記の正の相関関係を示す。
【００９６】
正の相関を有する成膜条件で形成されたデバイス構造と、正の相関を有しない成膜条件で形成されたデバイス構造との電気的特性を測定する。図１２は、これらのデバイス構造における電流−電圧特性を示す。測定に用いたデバイス構造は、ｐ型ＧａＮコンタクト層（厚さ１０ｎｍ）／ｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層（厚さ４００ｎｍ）／ｎ型ＧａＮ層（１μｍ）／半極性面基板を備える。図１２の（ａ）部は、今回の成長条件を用いたデバイス構造における電流−電圧特性を示す。図１２の（ｂ）部は、従来の成長条件を用いたデバイス構造における電流−電圧特性を示す。従来条件と今回条件との違いは差圧の制御の有無にあり、今回条件は＋２．０パスカルである。温度依存性に関しては、本実施の形態に係るデバイス構造におけるＩ−Ｖ特性の変動幅は、従来条件におけるＩ−Ｖ特性の変動幅の半分程度に小さい。
【００９７】
本実施例におけるｐ型ＩｎＡｌＧａＮにおける比抵抗は、例えば４０Ωｃｍ以下である。さらに好適な値として、活性化処理を行って例えば１７Ωｃｍ以下の比抵抗のｐ型ＩｎＡｌＧａＮ膜が形成できる。
【００９８】
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。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。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ｐ型III族窒化物半導体の電気特性を向上できるIII族窒化物半導体光素子及びエピタキシャル基板が提供される。また、本実施の形態によれば、ｐ型III族窒化物半導体の電気特性を向上できるIII族窒化物半導体光素子を形成する方法が提供される。さらに、本実施の形態によれば、電気特性を向上できるIII族窒化物半導体膜及びエピタキシャル基板を成長する方法が提供される。さらにまた、本実施の形態によれば、上記のIII族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板が提供される。
【符号の説明】
【０１００】
ＥＰ、ＥＰ１…エピタキシャル基板、１１…III族窒化物半導体光素子、１３…基板、１５…窒化ガリウム系半導体領域、１７…発光層、１９…窒化ガリウム系半導体領域、Ｃｘ…基準軸、Ｓｃ…基準平面、ＶＮ…法線ベクトル、ＡＯＦＦ…角度、２１…第１のIII族窒化物半導体膜、２５…第２のIII族窒化物半導体膜、２３…第３のIII族窒化物半導体膜、３１…電極（例えばアノード）、３３…別の電極（例えばカソード）、２７…活性層、２９ａ…井戸層、２９ｂ…障壁層、２９…量子井戸構造、３５…電子ブロック層、３７…第１の光ガイド層、３９…第２の光ガイド層、４１…成長室、４２…予備室、４３…真空排気系、４３ａ…排気ポンプ、４３ｂ…圧力調整装置、５０…基板、５１…窒化ガリウム基板、５２…III族窒化物半導体膜、５３…窒化ガリウム系半導体領域、５５ａ…ＩｎＧａＮ光ガイド層、５７…ＧａＮ障壁層、５９…アンドープＩｎＧａＮ井戸層、６１…活性層、６３…発光層、６５…電子ブロック層、６７…ｐ型クラッド層、６９…ｐ型コンタクト層、７０…ｐ型III族窒化物半導体領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体光素子、III族窒化物半導体光素子を形成する方法、III族窒化物半導体膜を成長する方法、及びエピタキシャル基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、III族窒化物半導体素子が記載されている。III族窒化物半導体素子は、５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下の酸素濃度を有する窒化ガリウム系半導体領域を含む。特許文献１では、この窒化ガリウム系半導体領域は、良好な表面モフォロジを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４３７５４９７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ｃ面と異なるIII族窒化物半導体面上に作製されるIII族窒化物半導体光素子においては、ｐ型III族窒化物半導体はＭｇといったｐ型ドーパントを含み、このｐ型III族窒化物半導体の抵抗はｎ型III族窒化物半導体の抵抗に比べて高い。このｐ型III族窒化物半導体の抵抗を下げることによって、III族窒化物半導体光素子の特性を向上できる。ｐ型III族窒化物半導体における高抵抗の理由の一つは、高い活性化エネルギのＭｇをｐ型ドーパントに用いることにある。
【０００５】
また、III族窒化物半導体からなる半極性面及び無極性面上に成長されたIII族窒化物半導体光素子においては、電気的特性、特に動作電圧の低減には、ｐ型層内の不純物濃度の低減とｐ型層の結晶品質の向上とが必要である。ｐ型層の抵抗を低減するためには、主にＭｇ濃度を増加させることに依っていた。しかしながら、Ｍｇ濃度をさらに増加させることは、ｐ型層の結晶品質を劣化させることになり、この結晶品質の劣化は、結果として動作電圧の増大になる。
【０００６】
発明者ら様々な実験によれば、ｐ型III族窒化物半導体は、意図的に添加されるｐ型ドーパントだけでなく、意図的に添加されない他の不純物（例えば、酸素や水素）も含まれる。ｐ型III族窒化物半導体のＭｇが水素と結合させるとき、この水素はＭｇの活性化を妨げる。
【０００７】
本発明の一側面は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ｐ型III族窒化物半導体の電気特性を向上できるIII族窒化物半導体光素子を提供することを目的とすることにある。また、本発明の別の側面は、ｐ型III族窒化物半導体の電気特性を向上できるIII族窒化物半導体光素子を形成する方法及びIII族窒化物半導体膜を成長する方法を提供することを目的とすることにある。さらに、本発明の更なる別の側面は、上記のIII族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板を提供することを目的とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子は、（ａ）窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、（ｂ）III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含み、前記基板の前記主面の上に設けられた第１のIII族窒化物半導体膜とを備える。前記基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい。
【０００９】
このIII族窒化物半導体光素子によれば、第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度の増加を抑制しつつ、良好な電的特性のｐ型のIII族窒化物半導体膜を得る。上記の酸素濃度範囲及び水素濃度範囲では、酸素濃度及び水素濃度は正の相関を示す。これ故に、III族窒化物半導体膜の成長において酸素濃度及び水素濃度の一方の低減は他方の低減になる。酸素はｎ型ドーパントとして作用するので、酸素濃度の低減はｐ型ドーパントの補償を低減できる。また、水素は、マグネシウムと結合してマグネシウムの活性化を妨げるので、水素濃度の低減はマグネシウムの活性化率を改善できる。また、これらの酸素及び水素の作用により、所望の電気的特性を実現するためのマグネシウム濃度を低減できる。マグネシウム濃度の低減は、結果的に、結晶品質の改善を可能にする。
【００１０】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は４．８×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。このIII族窒化物半導体光素子によれば、マグネシウム添加による第１のIII族窒化物半導体膜における結晶品質の低下を低減できる。
【００１１】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましい。このIII族窒化物半導体光素子によれば、酸素によるキャリア補償に打ち勝って適切な正孔濃度を提供できる。
【００１２】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子は、前記基板の前記主面の上に設けられ、ｎ型ドーパントを含む第２のIII族窒化物半導体膜と、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を発生可能でありIII族窒化物半導体からなる活性層とを更に備えることができる。前記活性層は前記第１のIII族窒化物半導体膜と前記第２のIII族窒化物半導体膜との間に設けられる。
【００１３】
このIII族窒化物半導体光素子によれば、良好な電気特性を有するｐ型III族窒化物半導体は、長波長の発光素子を提供するために好適である。
【００１４】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１のIII族窒化物半導体膜は、ＡｌＧａＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層のいずれかを含むことができる。
【００１５】
このIII族窒化物半導体光素子によれば、ＡｌＧａＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層といったIII族窒化物半導体に、良好な電気特性を提供できる。
【００１６】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１のIII族窒化物半導体膜は、当該III族窒化物半導体発光素子のｐ型クラッド層に含まれることが好ましい。
【００１７】
このIII族窒化物半導体光素子によれば、ｐ型クラッド層を低抵抗にすることは、発光特性の向上に役立つ。
【００１８】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１のIII族窒化物半導体膜の上に設けられ、ｐ型ドーパントを含む第３のIII族窒化物半導体膜と、前記第３のIII族窒化物半導体膜に接触を成す電極とを更に備えることができる。前記第２のIII族窒化物半導体膜のバンドギャップは前記第３のIII族窒化物半導体膜のバンドギャップより大きい。このIII族窒化物半導体光素子によれば、第３のIII族窒化物半導体膜に接触を成す電極からの電流が、第１のIII族窒化物半導体膜に供給される。
【００１９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１のIII族窒化物半導体膜の比抵抗は４０Ωｃｍ以下であることができる。このIII族窒化物半導体光素子によれば、第３のIII族窒化物半導体膜に接触を成す電極からの電流が、４０Ωｃｍ以下の比抵抗を有する第１のIII族窒化物半導体膜に供給される。
【００２０】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上８０度以下の範囲の角度を成すことができる。
【００２１】
このIII族窒化物半導体光素子によれば、１０度以上８０度以下の範囲の角度を成す半極性面上に、良好な電気的特性を有する第１のIII族窒化物半導体膜を設けることができる。１０度以下の傾斜角を有する半導体面は、極性面に近い性質を有する。８０度以上の傾斜角を有する半導体面は、無極性に近い性質を有する。
【００２２】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、８０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成すことができる。
【００２３】
このIII族窒化物半導体光素子によれば、８０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成す半導体面上に、良好な電気的特性を有する第１のIII族窒化物半導体膜を設けることができる。８０度以下の傾斜角を有する半導体面は、半極性の性質を有する。
【００２４】
本発明の別の側面は、III族窒化物半導体光素子を形成する方法である。このの方法は、（ａ）アルミニウム原料及びマグネシウム原料を成長炉に供給しながら、互いに異なる複数の成膜条件で、複数の基板の上にそれぞれIII族窒化物半導体膜を成長炉で成長する工程と、（ｂ）前記III族窒化物半導体膜の各々に含まれる酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度を見積もる工程と、（ｃ）前記酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度を見積もった後に、あるマグネシウム濃度において、前記酸素濃度と及び前記水素濃度が正の相関を示す酸素濃度範囲及び水素濃度範囲を見出す工程と、（ｄ）III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、（ｅ）III族窒化物半導体膜を含む半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長して、エピタキシャル基板を形成する工程と、（ｆ）前記エピタキシャル基板の上に電極を形成する工程とを備える。前記基板は、III族窒化物半導体からなる主面を有し、前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記基板の前記主面の法線に対して傾斜し、前記エピタキシャル基板を形成する前記工程は、前記酸素濃度範囲及び前記水素濃度範囲のいずれか一方の濃度範囲内の濃度を提供できる成膜条件を用いて、前記アルミニウム原料及び前記マグネシウム原料を前記成長炉に供給しながら、ｐ型III族窒化物半導体領域を前記成長基板の前記主面の上に成長する工程を含む。
【００２５】
このIII族窒化物半導体光素子を形成する方法によれば、酸素濃度及び水素濃度が正の相関を示す酸素濃度範囲及び水素濃度範囲を見積もった後に、アルミニウム原料及びマグネシウム原料を成長炉に供給しながら、ｐ型III族窒化物半導体領域を成長する。III族窒化物半導体膜の成長において酸素濃度及び水素濃度の一方の低減は他方の低減になる。酸素はｎ型ドーパントとして作用するので、酸素濃度の低減はｐ型ドーパントの補償を低減できる。この作製方法によれば、III族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度の増加を抑制しつつ、良好な電気的特性のｐ型のIII族窒化物半導体膜を得ることができる。また、水素は、マグネシウムと結合してマグネシウムの活性化を妨げるので、水素濃度の低減はマグネシウムの活性化率を改善できる。また、これらの酸素及び水素の作用により、所望の電気的特性を実現するためのマグネシウム濃度を低減できる。マグネシウム濃度の低減は、結果的に、結晶品質の改善を可能にする。
【００２６】
本発明の別の側面に係る製造方法は、前記基板を準備する工程を更に備えことができる。前記基板の前記主面は、前記成長基板の前記主面における成長条件を決定するための、且つ前記III族窒化物半導体光素子のための面方位を有する。前記成長基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上８０度以下の範囲の角度を成す。
【００２７】
この形成方法によれば、１０度以上８０度以下の範囲の角度を成す半極性面上に、良好な電気的特性を有する第１のIII族窒化物半導体膜を設けることができる。１０度未満の傾斜角を有する半導体面は、極性面に近い性質を有する。８０度を超える傾斜角を有する半導体面は、無極性に近い性質を有する。
【００２８】
本発明の別の側面に係る製造方法は、前記基板を準備する工程を更に備えることができる。前記基板の前記主面は、前記成長基板の前記主面における成長条件を決定すると共に前記III族窒化物半導体光素子のための面方位を有する。前記成長基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成す。
【００２９】
この形成方法によれば、８０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成す半導体面上に、良好な電気的特性を有する第１のIII族窒化物半導体膜を設けることができる。８０度以下の傾斜角を有する半導体面は、半極性の性質を有する。
【００３０】
また、本発明の別の側面は、III族窒化物半導体光素子を形成する方法である。この方法は、（ａ）III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、（ｂ）III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含む第１のIII族窒化物半導体膜を含む半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長して、エピタキシャル基板を形成する工程と、（ｃ）前記エピタキシャル基板の上に電極を形成する工程とを備える。前記成長基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい。
【００３１】
この製造方法によれば、第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度の増加を抑制しつつ、良好な電気的特性のｐ型のIII族窒化物半導体膜を得る。上記の酸素濃度範囲及び水素濃度範囲では、酸素濃度及び水素濃度は正の相関を示す。これ故に、III族窒化物半導体膜の成長において酸素濃度及び水素濃度の一方の低減は他方の低減になる。酸素はｎ型ドーパントとして作用するので、酸素濃度の低減はｐ型ドーパントの補償を低減できる。また、水素は、マグネシウムと結合してマグネシウムの活性化を妨げるので、水素濃度の低減はマグネシウムの活性化率を改善できる。また、これらの酸素及び水素の作用により、所望の電気的特性を実現するためのマグネシウム濃度を低減できる。マグネシウム濃度の低減は、結果的に、結晶品質の改善を可能にする。
【００３２】
本発明の更なる別の側面は、III族窒化物半導体膜を成長する方法である。この方法は、（ａ）III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、（ｂ）III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含む第１のIII族窒化物半導体膜を含む半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長する工程とを備える。前記成長基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい。
【００３３】
この成長方法によれば、上記の酸素濃度範囲及び水素濃度範囲では、酸素濃度及び水素濃度は正の相関を示す。これ故に、III族窒化物半導体膜の成長において酸素濃度及び水素濃度の一方の低減は他方の低減になる。酸素はｎ型ドーパントとして作用するので、酸素濃度の低減はｐ型ドーパントの補償を低減できる。また、水素は、マグネシウムと結合してマグネシウムの活性化を妨げるので、水素濃度の低減はマグネシウムの活性化率を改善できる。これらの酸素及び水素の作用により、所望の電気的特性を実現するためのマグネシウム濃度を低減できる。マグネシウム濃度の低減は、結果的に、結晶品質の改善を可能にする。第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度の増加を抑制しつつ、良好な電的特性のｐ型のIII族窒化物半導体膜を得る。
【００３４】
本発明の更なる別の側面は、III族窒化物半導体膜を成長する方法である。この方法は、（ａ）III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、（ｂ）III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含む第１のIII族窒化物半導体膜を含む半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長する工程とを備える。前記成長基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい。
【００３５】
この成長方法によれば、第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度の増加を抑制しつつ、良好な電的特性のｐ型のIII族窒化物半導体膜を得る。上記の酸素濃度範囲及び水素濃度範囲では、酸素濃度及び水素濃度は正の相関を示す。これ故に、III族窒化物半導体膜の成長において酸素濃度及び水素濃度の一方の低減は他方の低減になる。酸素はｎ型ドーパントとして作用するので、酸素濃度の低減はｐ型ドーパントの補償を低減できる。また、水素は、マグネシウムと結合してマグネシウムの活性化を妨げるので、水素濃度の低減はマグネシウムの活性化率を改善できる。これらの酸素及び水素の作用により、所望の電気的特性を実現するためのマグネシウム濃度を低減できる。マグネシウム濃度の低減は、結果的に、結晶品質の改善を可能にする。
【００３６】
本発明の別の側面および更なる別の側面に係る方法では、前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は４．８×１０１９ｃｍ−３以下であり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上であることが好適である。
【００３７】
この方法によれば、マグネシウム濃度が４．８×１０１９ｃｍ−３以下であるとき、マグネシウム添加による第１のIII族窒化物半導体膜における結晶品質の低下を低減できる。また、マグネシウム濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上であるとき、酸素によるキャリア補償に打ち勝って適切な正孔濃度を提供できる。
【００３８】
本発明の別の側面および更なる別の側面に係る方法では、前記第１のIII族窒化物半導体膜は、当該III族窒化物半導体光素子のｐ型クラッド層に含まれることが好適である。この方法によれば、ｐ型クラッド層を低抵抗にすることが発光特性の向上に役立つ。
【００３９】
本発明の別の側面および更なる別の側面に係る方法では、前記第１のIII族窒化物半導体膜は、ＡｌＧａＮ層、及びＩｎＡｌＧａＮ層のいずれかを含むことが好適である。この方法によれば、ＡｌＧａＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層といったIII族窒化物半導体に、良好な電気特性を提供できる。
【００４０】
本発明の別の側面および更なる別の側面に係る方法では、前記ｐ型III族窒化物半導体領域の成長は有機金属気相成長法又は分子線ビームエピタキシ法によって行われることが好ましい。この方法によれば、上記の成膜方法を用いて第１のIII族窒化物半導体膜を成長するとき、意図しない酸素の取り込みが生じる。
【００４１】
本発明の別の側面および更なる別の側面に係る方法では、前記成長炉は、前記ｐ型III族窒化物半導体領域を成長するための成長室と、前記成長室の囲む予備室と、前記成長室と前記予備室との圧力差を調整可能な真空排気系とを含むことができる。この方法によれば、成長室と予備室との圧力差を調整可能な真空排気系を用いて成長室において成長される半導体膜における不純物の制御を行うことができる。
【００４２】
本発明の別の側面および更なる別の側面に係る方法では、前記成長室の圧力Ｐ１と前記予備室の圧力Ｐ２とにおいて、前記圧力差（Ｐ１−Ｐ２）は−２．０パスカル以上であることが好適である。この方法によれば、上記の真空排気系を用いて成長室と予備室との圧力差を調整できる。
【００４３】
本発明の別の側面および更なる別の側面に係る方法では、前記第１のIII族窒化物半導体膜の比抵抗は４０Ωｃｍ以下であることができる。この方法によれば、４０Ωｃｍ以下の比抵抗を有する第１のIII族窒化物半導体膜を成長できる。
【００４４】
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】
【００４５】
以上説明したように、本発明の上記側面によれば、ｐ型III族窒化物半導体の電気特性を向上できるIII族窒化物半導体光素子が提供される。また、本発明の上記側面によれば、ｐ型III族窒化物半導体の電気特性を向上できるIII族窒化物半導体光素子を形成する方法が提供される。さらに、本発明の上記側面によれば、電気特性を向上できるIII族窒化物半導体膜を成長する方法が提供される。さらにまた、本発明の更なる別の側面によれば、上記のIII族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子及びエピタキシャル基板を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る方法における主要な工程を示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係る方法における主要な工程を示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係る方法に用いる成長炉を概略的に示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係る方法に用いる成長炉を概略的に示す図面である。
【図６】図６は、本実施の形態に係る方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、本実施の形態に係る方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図８】図８は、本実施の形態に係る方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図９】図９は、本実施の形態に係る方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図１０】図１０は、本実施の形態に係る方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図１１】図１１は、同じ面方位を有する複数のＧａＮ基板上に、様々な成膜条件を適用して作製されたＩｎＡｌＧａＮ膜における酸素濃度と水素濃度との関係を示す図面である。
【図１２】図１２は、これらのデバイス構造における電流−電圧特性を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
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、本発明のIII族窒化物半導体光素子、III族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板、III族窒化物半導体光素子を形成する方法、III族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板を形成する方法、及びIII族窒化物半導体膜を成長する方法に係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。
【００４８】
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子及びエピタキシャル基板を概略的に示す図面である。図１の（ａ）を参照すると、III族窒化物半導体光素子１１は、例えば発光ダイオードや半導体レーザといった発光素子に適用可能な構造を有する。図１の（ｂ）を参照すると、III族窒化物半導体光素子に適用な可能なエピタキシャル基板ＥＰが示されている。図１に示されるように、エピタキシャル基板ＥＰにおける半導体膜の積層構造は、III族窒化物半導体光素子１１における半導体膜の積層構造と実質的に同じである。
【００４９】
III族窒化物半導体光素子１１は、基板１３と、窒化ガリウム系半導体領域１５と、発光層１７と、窒化ガリウム系半導体領域１９とを備える。基板１３は主面１３ａ及び裏面１３ｂを含む。基板１３の主面１３ａは、III族窒化物半導体からなり、このIII族窒化物半導体は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体や、ＡｌＮからなることができる。基板１３の主面１３ａは、非極性を示す。この非極性は、半極性及び無極性のいずれかを表す。
【００５０】
基板１３が無極性の主面１３ａを有するとき、主面１３ａは、III族窒化物半導体のａ面、ｍ面であることができ、或いはｃ軸の回りに関する回転によりａ面又はｍ面から傾斜した面であることができる。基板１３が半極性の主面１３ａを有するとき、基板１３の主面１３ａは、基準軸Ｃｘに直交する基準平面Ｓｃに対して傾斜する半極性を示しており、基準軸ＣｘはIII族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる。
【００５１】
基準平面Ｓｃは例えば代表的なｃ面を示している。基準平面Ｓｃはｃ軸ベクトルＶＣに直交しており、主面１３ａには法線ベクトルＶＮが示されている。ｃ軸ベクトルＶＣは法線ベクトルＶＮに対して角度ＡＯＦＦの角度を成す。この角度ＡＯＦＦはｃ面に対するオフ角と呼ばれる。図１を参照すると、III族窒化物半導体の六法晶系の結晶軸ａ軸、ｍ軸及びｃ軸を示す結晶座標系ＣＲが示されており、六法晶におけるｃ面を「（０００１）」を表記し、「（０００−１）」と表記される面方位は（０００１）面に対して反対を向く。また、直交座標系Ｓは、幾何学座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚを示す。傾斜の方向は例えばａ軸またはｍ軸であることができる。窒化ガリウム系半導体領域１５、発光層１７及び窒化ガリウム系半導体領域１９は軸Ａｘに沿って非極性主面上に配列されている。主面１３ａの法線ベクトルＶＮと基準軸Ｃｘとの成す角度は１０度以上９０度以下であることができる。
【００５２】
窒化ガリウム系半導体領域１５及び窒化ガリウム系半導体領域１９は、基板１３の主面１３ａ上に設けられる。窒化ガリウム系半導体領域１９は、ｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含む第１のIII族窒化物半導体膜２１を有しており、第１のIII族窒化物半導体膜２１は、III族構成元素としてアルミニウムを含むことが好ましい。第１のIII族窒化物半導体膜２１の酸素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、第１のIII族窒化物半導体膜２１の酸素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にある。また、第１のIII族窒化物半導体膜２１の水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、第１のIII族窒化物半導体膜２１の水素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にある。第１のIII族窒化物半導体膜２１の酸素濃度は第１のIII族窒化物半導体膜２１のマグネシウム濃度より小さい。
【００５３】
このIII族窒化物半導体光素子１１によれば、第１のIII族窒化物半導体膜２１のマグネシウム濃度の増加を抑制しつつ、このIII族窒化物半導体膜２１に良好な電気特性のｐ型導電性を付与する。上記の酸素濃度範囲及び水素濃度範囲では、酸素濃度及び水素濃度は正の相関を示す。これ故に、III族窒化物半導体膜２１の成長において酸素濃度及び水素濃度の一方の低減は他方の低減になる。酸素はｎ型ドーパントとして作用するので、酸素濃度の低減はｐ型ドーパントの補償を低減できる。また、水素は、マグネシウムと結合してマグネシウムの活性化を妨げるので、水素濃度の低減はマグネシウムの活性化率を改善できる。また、これらの酸素及び水素の作用により、所望の電気的特性を実現するためのマグネシウム濃度を低減できる。マグネシウム濃度の低減は、結果的に、結晶品質の改善を可能にする。
【００５４】
第１のIII族窒化物半導体膜２１は、本実施例では例えばｐ型クラッド層に含まれることができ、これによってｐ型クラッド層を低抵抗にすることができる。これは発光特性の向上に役立つ。第１のIII族窒化物半導体膜２１は、ＩｎＸ１ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ１−Ｘ２Ｎ（０≦Ｘ１＜１、０≦Ｘ２＜１、０≦Ｘ１＋Ｘ２≦１、但しＩｎＧａＮを除く）又はＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３Ｎ（０≦Ｘ３＜１）で表される半導体からなることができる。第１のIII族窒化物半導体膜２１は、例えばＡｌＧａＮ層、及びＩｎＡｌＧａＮ層といったIII族窒化物半導体からなることができる。ＡｌＧａＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層といった窒化ガリウム系半導体に、良好な電気特性を提供できる。第１のIII族窒化物半導体膜２１は、ｐ型クラッド層以外にも広くｐ型III族窒化物半導体に適用可能である。
【００５５】
第１のIII族窒化物半導体膜２１のマグネシウム濃度は４．８×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。この範囲では、マグネシウム添加により第１のIII族窒化物半導体膜２１の結晶品質が低下することを低減できる。また、第１のIII族窒化物半導体膜２１のマグネシウム濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましい。この範囲では、酸素によるキャリア補償に打ち勝って適切な正孔濃度を提供できる。
【００５６】
好適な実施例では、第１のIII族窒化物半導体膜２１の比抵抗は４０Ωｃｍ以下であることができる。このIII族窒化物半導体光素子１１の電極からの電流が、４０Ωｃｍ以下の比抵抗を有する第１のIII族窒化物半導体膜２１に供給される。
【００５７】
III族窒化物半導体光素子１１では、窒化ガリウム系半導体領域１５は、ｎ型ドーパントを含む第２のIII族窒化物半導体膜２５を含むことができる。第２のIII族窒化物半導体膜２５は、基板１３の主面１３ａ上に設けられる。第２のIII族窒化物半導体膜２５は、例えばｎ型クラッド層に含まれることができる。第２のIII族窒化物半導体膜２５は、ＩｎＹ１ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｙ１−Ｙ２Ｎ（０≦Ｙ１＜１、０≦Ｙ２＜１、０≦Ｙ１＋Ｙ２≦１、但しＩｎＧａＮを除く）又はＡｌＹ３Ｇａ１−Ｙ３Ｎ（０≦Ｙ３＜１）で表される半導体からなることができる。第２のIII族窒化物半導体膜２５は、例えばＡｌＧａＮ層、及びＩｎＡｌＧａＮ層といったIII族窒化物半導体からなることができる。ＡｌＧａＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層といった窒化ガリウム系半導体に、良好な電気特性を提供できる。
【００５８】
窒化ガリウム系半導体領域１９は、第３のIII族窒化物半導体膜２３を含む。第３のIII族窒化物半導体膜２３は、例えばＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層及びＧａＮ層といったIII族窒化物半導体からなることができる。ＡｌＧａＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層といった窒化ガリウム系半導体に、良好な電気特性を提供できる。第１のIII族窒化物半導体膜２１のバンドギャップは第３のIII族窒化物半導体膜２３のバンドギャップより大きくすることが好ましい。また、第３のIII族窒化物半導体膜２３のｐ型ドーパント濃度は、第１のIII族窒化物半導体膜２１のｐ型ドーパント濃度より大きくすることが好ましい。第３のIII族窒化物半導体膜２３は例えばｐ型コンタクト層であることができる。III族窒化物半導体光素子１１は、第３のIII族窒化物半導体膜２３に接触を成す電極３１を更に備える。このIII族窒化物半導体光素子１１によれば、第３のIII族窒化物半導体膜２３に接触を成す電極（例えばアノード）３１からの電流が第１のIII族窒化物半導体膜２１に供給される。第３のIII族窒化物半導体膜２３が、良好な電気的特性を示すと共に良好な結晶品質の第１のIII族窒化物半導体膜２１上に設けられるので、窒化ガリウム系半導体膜２３が良好な結晶品質を有する。これ故に、良好なコンタクト特性が提供される。基板１３の裏面１３ｂ上には、別の電極（例えばカソード）３３が設けられる。
【００５９】
発光層１７は活性層２７を含む。活性層２７が第１のIII族窒化物半導体膜２１と第２のIII族窒化物半導体膜２５との間に設けられる。活性層２７は、交互に配列された井戸層２９ａ及び障壁層２９ｂを含む量子井戸構造２９を有することができる。井戸層２９ａは、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができ、障壁層２９ｂは、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。活性層２７は、例えば４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を発生可能であるように設けられる。このIII族窒化物半導体光素子１１によれば、良好な電気特性を有するｐ型III族窒化物半導体は、長波長の発光素子を提供するために好適である。
【００６０】
また、発光層１７は電子ブロック層３５を含む。電子ブロック層３５のｐ型窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。電子ブロック層３５のバンドギャップは第１のIII族窒化物半導体膜（例えばｐ型クラッド層）２１のバンドギャップより大きい。
【００６１】
必要な場合には、発光層１７は第１の光ガイド層３７及び第２の光ガイド層３９を含む。活性層２７は、第１の光ガイド層３７と第２の光ガイド層３９との間に設けられている。光ガイド層３７、３９は窒化ガリウム系半導体からなり、この窒化ガリウム系半導体の一部又は全部は例えばアンドープであることができる。
【００６２】
このIII族窒化物半導体光素子１１によれば、半極性面や無極性面上に、活性層２７、光ガイド層３７、３９及び窒化ガリウム系半導体層１９を設けるので、これらの半導体層におけるピエゾ電界は、ｃ面上における半導体層におけるピエゾ電界に比べて小さい。小さいピエゾ分極により半極性面や無極性面上ではキャリアオーバーフローが発生しにくい。
【００６３】
III族窒化物半導体膜（例えばｎ型クラッド層）２５とIII族窒化物半導体膜（例えばｐ型クラッド層）２１との間には、発光層１７が設けられる。III族窒化物半導体膜２１及びIII族窒化物半導体膜２５の屈折率は、光ガイド層３７、３９の屈折率よりも小さい。III族窒化物半導体膜２１及びIII族窒化物半導体膜２５は、活性層２７に光を閉じ込める。
【００６４】
III族窒化物半導体光素子１１の一実施例では、基板１３の主面１３の傾斜角ＡＯＦＦは、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面Ｓｃに対して、１０度以上８０度以下の範囲の角度を成すことができる。１０度以上８０度以下の範囲の角度を成す半極性面上に、良好な電気的特性を有する第１のIII族窒化物半導体膜２１を設けることができる。１０度以下の傾斜角を有する半導体面は、極性面に近い性質を有する。８０度以上の傾斜角を有する半導体面は、無極性に近い性質を有する。発光層１７の主面は、図１に示されるように、発光層１７の主面の法線とｃ軸の方向とによって規定される上記の傾斜角を有する。
【００６５】
III族窒化物半導体光素子１１の別の実施例では、基板１３の主面１３ａは、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面Ｓｃに対して、８０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成すことができる。８０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成す半導体面上に、良好な電気的特性を有する第１のIII族窒化物半導体膜２１を設けることができる。８０度以下の傾斜角を有する半導体面は、半極性の性質を有する。
【００６６】
次いで、エピタキシャル基板及びIII族窒化物半導体光素子を形成する方法並びにIII族窒化物半導体膜を成長する方法を説明する。図２及び図３は、本実施の形態に係る方法における主要な工程を示す図面である。また、図４及び図５は、本実施の形態に係る方法に用いる成長炉を概略的に示す図面である。図６〜図１０は、本実施の形態に係る方法における主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【００６７】
有機金属気相成長法により発光素子のエピタキシャル構造を作製する。原料に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）、アンモニア（ＮＨ３）を用いた。ドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ４）及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いる。引き続く説明では、例えば半極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系半極性窒化ガリウム基板を用いることができる。また、例えば無極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系無極性窒化ガリウム基板を用いることができる。以下の説明において、酸素は、例えばIII族原料及び窒素原料等に含まれる不純物、成長炉に残留する不純物、及び成長炉内の治具からの不純物として提供される。水素は、例えば原料からの不純物として提供される。引き続く説明では、六方晶系半極性窒化ガリウム基板を参照しながら説明する。
【００６８】
工程Ｓ２０１では、成膜に用いる成長炉１０を準備する。成長炉１０は、チャンバを含み、チャンバは、III族窒化物半導体を成長するための成長室４１と、成長室４１に隣接する予備室４２と、成長室４１と予備室４２との圧力差を調整可能な真空排気系４３とを含む。真空排気系４３は、排気ポンプ４３ａ及び圧力調整装置４３ｂを含む。排気ポンプ４３ａは、ラインＬ１を介して成長室４１に接続される。圧力調整装置４３ｂは、排気ポンプ４３ａと予備室４２との間に設けられ、成長室４１と予備室４２との圧力差を調整する。圧力調整装置４３ｂはラインＬ２を介してラインＬ１又は排気ポンプ４３ａに接続される。成長室４１には、基板を搭載するためのサセプタ４５が設けられる。サセプタ４５は、成長中に回転Ｒが可能なように支持される。サセプタ４５の主面には、基板ＳＵＢが配置される。成長室４１及び予備室４２は、サセプタ４５及び仕切部材４６によって区切られる。サセプタ４５と仕切部材４６との間にはギャップＧＡＰがあり、このギャップＧＡＰを介して成長室４１及び予備室４２は互いに接続される。予備室４２には、サセプタ４５の温度を調整するための加熱装置（例えばヒータ）４８が配置される。成長室４１は、ラインＬ３を介して供給系４７に接続され、供給系４７は成長室４１に原料ＳＧを供給する。予備室４２は、ラインＬ４を介して供給系４７に接続され、供給系４７は予備室４２にパージガスＰＧを供給する。成長室４１及びと予備室４２では、それぞれ、真空排気系４３によって排気ＥＸ１、ＥＸ２が行われる。成長室４１と予備室４２との圧力差は、圧力調整装置４３ｂによって所望の圧力差範囲に維持される。この成長炉１０は、有機金属気相成長法の適用に好適な構造を有するが、この成膜方法は分子線ビームエピタキシ法にも適用可能である。これらの成膜方法を用いてIII族窒化物半導体膜を成長するとき、意図しない酸素の取り込みが生じる。
【００６９】
後の説明から理解されるように、この成長炉１０によれば、成長室４１と予備室４２との圧力差を調整可能な真空排気系４３を用いて、成長室４１において成長される半導体膜における不純物の制御を行うことができる。成長室４１の圧力Ｐ１と予備室４２の圧力Ｐ２とにおいて、この圧力差（Ｐ１−Ｐ２）は−２．０パスカル以上であることが好適である。この方法によれば、上記の真空排気系４３を用いて成長室４１と予備室４２との圧力差を調整できる。圧力差（Ｐ１−Ｐ２）は＋２．０パスカル以下であることが好適である。
【００７０】
工程Ｓ２０２では、図６の（ａ）部に示されるように、複数の基板を準備した。基板の前記主面は、後ほど準備する成長基板の主面における成長条件を決定するための、且つIII族窒化物半導体光素子のための面方位を有する。本実施例では、窒化ガリウム基板が用いられる。窒化ガリウム基板の主面は、ｃ面からｍ面方向及び／又はａ面方向に１０〜９０度の角度で傾斜している。窒化ガリウム基板５０の主面５０ａは上記の角度範囲内のある面方位を有する。反応炉１０内にＧａＮ基板５０を設置した後に、必要な場合には、図６の（ｂ）部に示されるように、成長炉１０を用いてＧａＮ基板５０のサーマルクリーニングを行う。摂氏１０５０度の温度で、ＮＨ３とＨ２を含むガスＧ０を成長炉１０に流しながら、１０分間の熱処理を行う。
【００７１】
次いで、工程Ｓ２０３において、図６の（ｃ）部に示されるように、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧを成長炉１０に導入して、アルミニウム原料及びマグネシウム原料を含むガスＧＡＳを成長炉１０に供給しながら、互いに異なる複数の成膜条件で、それぞれIII族窒化物半導体膜５２を複数の基板５０上に成長炉１０で成長する。この結果、複数のエピタキシャル基板が得られ、これらのエピタキシャル基板は、複数の基板５０上にはそれぞれ互いに異なる複数の成膜条件で成膜された互いに異なる品質のIII族窒化物半導体膜５２を有する。III族窒化物半導体膜５２の成膜において、その酸素濃度がIII族窒化物半導体膜５２のマグネシウム濃度より小さくなる成膜条件を用いる。一実施例では、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＳｉＨ４を含む原料ガスを成長炉１０に供給して、半極性主面を有するＧａＮ基板上にＡｌＧａＮ層をエピタキシャルに成長する。この膜厚は例えば１２００ｎｍである。
【００７２】
工程Ｓ２０４では、III族窒化物半導体膜５２の各々に含まれる酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度を見積もる。見積りには、例えば二次イオン質量分析法（酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度）及びＣＶ法（マグネシウム濃度）を用いることができる。
【００７３】
工程Ｓ２０５では、酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度を見積もった後に、あるマグネシウム濃度において、酸素濃度と及び水素濃度が正の相関を示す酸素濃度範囲及び水素濃度範囲を見出す。一実施例では、III族窒化物半導体膜５２の酸素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあることができる。また、III族窒化物半導体膜５２の水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあることができる。
【００７４】
ここまでの工程は、半導体素子を作製する通常の工程とは異なる。引き続き、半導体素子を作製する工程を行う。工程Ｓ１０１では、図７の（ａ）部に示されるように、III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する。ここでは、この成長基板の主面の面方位は、工程Ｓ２０２で準備された基板５０の面方位と実質的に同じであることが好ましくが、工程Ｓ１０２からＳ２０５を様々なオフ角の基板を用いて繰り返し行うことによって、所望のオフ角の範囲において、正の相関を示す濃度範囲を得ることができる。成長基板として窒化ガリウム基板５１を準備する。窒化ガリウム基板５１の主面５１ａは上記の角度範囲内の傾斜角ＡＯＦＦの面方位を有する。反応炉１０内にＧａＮ基板５１を設置した後に、図７の（ｂ）部に示されるように、成長炉１０を用いてＧａＮ基板５１のサーマルクリーニングを行う。
【００７５】
工程Ｓ１０２では、III族窒化物半導体膜を含む半導体領域を基板５１の主面５１ａの上に成長して、エピタキシャル基板を形成する。引き続き、工程Ｓ１０２を具体的に説明する。
【００７６】
工程Ｓ１０３では、図７の（ｃ）部に示されるように、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ１を成長炉１０に供給して、ＧａＮ基板５１の主面５１ａ上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体領域５３をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ１は、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＳｉＨ４を含む。窒化ガリウム系半導体領域５３として、例えば摂氏１０５０度の温度でＳｉドープＡｌＧａＮクラッド層を成長する。このＡｌＧａＮ層の厚さは例えば２μｍである。
【００７７】
次いで、摂氏８４０度に基板温度を下げた後に、必要な場合には、図８の（ａ）部に示される工程を行う。この工程では、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ２を成長炉１０に供給して、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層５５ａをエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ２は、例えばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を含む。ＩｎＧａＮ光ガイド層５５ａの厚さは、１００ｎｍである。
【００７８】
引き続き、工程Ｓ１０５では、量子井戸構造を有する活性層を成長する。工程Ｓ１０５では、図８の（ｂ）部に示されるように、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ３を成長炉１０に供給して、摂氏８４０度の基板温度で、ＧａＮ障壁層５７をＩｎＧａＮ光ガイド層５５ａ上に成長する。原料ガスＧ２は、例えばＴＭＧ、ＮＨ３を含む。このＧａＮ層５７の厚さは例えば１５ｎｍである。
【００７９】
この後に摂氏７９０度に基板温度を下げた後に、工程Ｓ１０６では、図８の（ｃ）部に示されるように、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ４を成長炉１０に供給して、ＧａＮ障壁層５７上に、アンドープＩｎＧａＮ井戸層５９をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ４は、例えばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を含む。井戸層５９の厚さは例えば３ｎｍである。
【００８０】
その後、摂氏８４０度まで基板温度を上げた後に、厚さ１５ｎｍのＧａＮ障壁層５７を成長する。必要な場合には、障壁層５７の成長及び井戸層５９の成長を繰り返す。さらに、必要な場合には、以下の工程を行う。この工程では、摂氏８４０度の基板温度で、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ５を成長炉１０に供給して、光ガイド層５５ａと同様に、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層５５ｂをエピタキシャルに成長して、図９の（ａ）部に示されるように、活性層６１及び発光層６３を作製する。
【００８１】
次いで、工程Ｓ１０７では、III族原料及び窒素原料を成長炉１０に供給して、第２導電型窒化ガリウム系半導体領域を発光層６３上に成長する。このために、工程Ｓ１０８では、基板温度を摂氏１０００度に上昇した後に、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ６を成長炉１０に導入して、図９の（ｂ）部に示されるように、発光層６３上に、電子ブロック層６５をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ６は、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。電子ブロック層６５の厚さは例えば２０ｎｍである。
【００８２】
次いで、工程Ｓ１０９において、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ７を成長炉１０に導入して、図１０の（ａ）部に示されるように、電子ブロック層６５上に、ｐ型クラッド層６７をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ７は、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。ｐ型クラッド層６７の厚さは例えば４００ｎｍである。
【００８３】
ｐ型III族窒化物半導体領域７０、本実施例では例えばｐ型クラッド層の成長において、工程２０５において明らかにされた酸素濃度範囲及び水素濃度範囲のいずれか一方の濃度範囲内の濃度を提供できる成膜条件を用いて、アルミニウム原料及び前記マグネシウム原料を成長炉１０に供給しながら、ｐ型III族窒化物半導体領域を成長基板５１の主面５１ａ上に成長することが好適である。
【００８４】
続けて、工程Ｓ１１０において、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ８を成長炉１０に導入して、図１０の（ｂ）部に示されるように、ｐ型クラッド層６７上にｐ型コンタクト層６９をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ８は、例えばＴＭＧ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。ｐ型コンタクト層６９の厚さは例えば５０ｎｍである。
【００８５】
この方法によれば、酸素濃度及び水素濃度が正の相関を示す酸素濃度範囲及び水素濃度範囲を見積もった後に、アルミニウム原料及びマグネシウム原料を成長炉に供給しながら、上記のｐ型III族窒化物半導体領域（例えばｐ型クラッド層）を成長する。ｐ型クラッド層のためのIII族窒化物半導体膜の成長において酸素濃度及び水素濃度の一方の低減は他方の低減になる。この方法によれば、ｐ型クラッド層のためのIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度の増加を抑制しつつ、良好な電的特性のｐ型のIII族窒化物半導体膜（例えばｐ型クラッド層）を得ることができる。酸素はｎ型ドーパントとして作用するので、酸素濃度の低減はｐ型ドーパントの補償を低減できる。また、水素は、マグネシウムと結合してマグネシウムの活性化を妨げるので、水素濃度の低減はマグネシウムの活性化率を改善できる。また、これらの酸素及び水素の作用により、所望の電気的特性を実現するためのマグネシウム濃度を低減できる。マグネシウム濃度の低減は、結果的に、例えばｐ型クラッド層の結晶品質の改善を可能にする。
【００８６】
基板温度を室温まで降温した後に、エピタキシャル基板ＥＰ１を成長炉から取り出す。エピタキシャル基板ＥＰ１は、III族窒化物半導体基板５１と、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域５３と、発光層６３と、第２導電型窒化ガリウム系半導体領域７０とを備える。
【００８７】
工程Ｓ１１１では、エピタキシャル基板ＥＰ１のｐ型窒化ガリウム系半導体領域７０上にアノード電極を形成してｐ型コンタクト層６９に電気的な接続を成すと共に基板５１の裏面５１ｂを必要に応じて研磨した後に研磨裏面にカソード電極を形成する。これらの電極は、例えば蒸着により作製される。
【００８８】
エピタキシャル基板ＥＰ１の作製の一例では、ｐ型クラッド層６７のためのIII族窒化物半導体膜の形成に、工程Ｓ２０１〜Ｓ２０５における成膜条件の適用を行った。この結果、ｐ型クラッド層６７としてIII族窒化物半導体膜が成長される。その酸素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にある。その水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にある。そのマグネシウム濃度は４．８×１０１９ｃｍ−３以下３×１０１８ｃｍ−３以上である。マグネシウム濃度が４．８×１０１９ｃｍ−３以下であるとき、マグネシウム添加によるIII族窒化物半導体膜における結晶品質の低下を低減できる。また、マグネシウム濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上であるとき、酸素によるキャリア補償に打ち勝って適切な正孔濃度を提供できる。このIII族窒化物半導体膜の比抵抗は４０Ωｃｍ以下であることができる。
【００８９】
（実施例）
図１１は、同じ面方位を有する複数のＧａＮ基板上に、様々な成膜条件を適用して作製されたＩｎＡｌＧａＮ膜における酸素濃度と水素濃度との関係を示す図面である。酸素濃度及び水素濃度の見積もりは二次イオン質量分析法を用いる。図１２の実験結果から理解されるように、上記の濃度範囲では、水素濃度と酸素濃度は正の相関を示す。この実験より、エピタキシャル膜中に含まれる酸素濃度は１×１０１７ｃｍ−３以上１．５×１０１８ｃｍ−３以下において、水素濃度は１×１０１７ｃｍ−３以上１．５×１０１８ｃｍ−３以下であるとき、酸素濃度と正の相関を示し、比抵抗が下がりｐ型ＩｎＡｌＧａＮ半導体層の電気特性が向上する。
【００９０】
図４及び図５に示される構造の成長炉１０では、成長室４１内への成膜に寄与しないガスの混入量を制限できる。つまり、成長炉１０には大きく２つの成長室４１及び予備室４２があり、成長室４１は成膜を行うため空間であり、予備室４２は成長室４１を隣接するように設置された空間である。成長窒４１と予備室４２とを完全に分離することは困難であるので、成長室４１と予備室４２との間には数ミリの隙間ＧＡＰが設けている。そのため、成長中に微差圧が生じる。これ故に、成長室４１に供給する原料の流量や、成膜温度といった成膜条件が見かけ上同じであっても、成長室４１内における不純物の混入が異なる。
【００９１】
成長室４１と予備室４２との真空度の制御を行うことができる。この制御無しでは、成長室４１内に酸素を含む純度の悪い原料ガスが混入して、その結果、エピタキシャル膜中の酸素濃度を低くすることを困難にする。
【００９２】
今回の成膜では、成長室４１と予備室４２との真空度の制御のために、これらの室間の僅かな差圧を調整する機構を設けている。これ故に、成長室４１内へのガスの混入量が調整可能である。具体的には、成長室４１と予備室４２との差圧を−２．０パスカル以上に調整することが好適であり、また差圧を１４パスカル以下に調整することが好適である(正の差圧は成長室４１の方が圧力が高く、負の差圧はその逆を表す)。この差圧が１４パスカルから−２．０ｐパスカルへ変化するにつれて、エピタキシャル膜中の酸素濃度も約１．０×１０１７ｃｍ−３から１．５×１０１８ｃｍ−３程度にまで増加し、これに合わせて水素濃度も増加する。
【００９３】
発明者らは以下のようにえている。差圧がゼロパスカル以上となるとき、差圧が大きくなるにつれ酸素濃度と水素濃度とは比例関係を保つ。しかし、差圧が２０パスカル以上になると、成長室４１のガスの流れが乱れるので、エピタキシャル膜の成長そのものの結晶性が悪くなる。これ故に、上記の相関関係は得られない。実験において用いたＭｇ濃度範囲は３×１０１８ｃｍ−３以上４．８×１０１９cm−３以下である。
【００９４】
また、発明者らの実験によれば、エピタキシャル膜中への酸素の取り込み量は、オフ角が１０度を超えたあたりから増加し始める。この増加する角度範囲において、成長炉１０の差圧を調整することによってエピタキシャル膜中への酸素の取り込み量を制御した成膜を行うとき、酸素濃度と水素濃度は、正の相関（最も好ましい実験結果では、比例関係）が得られる。オフ角が１０度以下では、エピタキシャル膜の表面がｃ面としての性質（つまり、表面原子の状態がｃ面と近い）を有するので、酸素の取り込み量もｃ面と同程度である。ｃ面としての性質が表面に現れるとき、必要とするＭｇ度範囲においては、上記の正の相関関係が得られない。
【００９５】
発明者らの実験によれば、オフ角が約４６度を超えるまで、エピタキシャル膜中に取り込まれる酸素濃度は増加する。この角度を超えたあたりから、９０度にかけて再び酸素濃度は減少する傾向にある。しかし、９０度の角度で傾いた無極性面の表面における酸素の取り込み量はｃ面よりも少なく、必要とするＭｇ濃度範囲においては、上記の正の相関関係を示す。
【００９６】
正の相関を有する成膜条件で形成されたデバイス構造と、正の相関を有しない成膜条件で形成されたデバイス構造との電気的特性を測定する。図１２は、これらのデバイス構造における電流−電圧特性を示す。測定に用いたデバイス構造は、ｐ型ＧａＮコンタクト層（厚さ１０ｎｍ）／ｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層（厚さ４００ｎｍ）／ｎ型ＧａＮ層（１μｍ）／半極性面基板を備える。図１２の（ａ）部は、今回の成長条件を用いたデバイス構造における電流−電圧特性を示す。図１２の（ｂ）部は、従来の成長条件を用いたデバイス構造における電流−電圧特性を示す。従来条件と今回条件との違いは差圧の制御の有無にあり、今回条件は＋２．０パスカルである。温度依存性に関しては、本実施の形態に係るデバイス構造におけるＩ−Ｖ特性の変動幅は、従来条件におけるＩ−Ｖ特性の変動幅の半分程度に小さい。
【００９７】
本実施例におけるｐ型ＩｎＡｌＧａＮにおける比抵抗は、例えば４０Ωｃｍ以下である。さらに好適な値として、活性化処理を行って例えば１７Ωｃｍ以下の比抵抗のｐ型ＩｎＡｌＧａＮ膜が形成できる。
【００９８】
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。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。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ｐ型III族窒化物半導体の電気特性を向上できるIII族窒化物半導体光素子及びエピタキシャル基板が提供される。また、本実施の形態によれば、ｐ型III族窒化物半導体の電気特性を向上できるIII族窒化物半導体光素子を形成する方法が提供される。さらに、本実施の形態によれば、電気特性を向上できるIII族窒化物半導体膜及びエピタキシャル基板を成長する方法が提供される。さらにまた、本実施の形態によれば、上記のIII族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板が提供される。
【符号の説明】
【０１００】
ＥＰ、ＥＰ１…エピタキシャル基板、１１…III族窒化物半導体光素子、１３…基板、１５…窒化ガリウム系半導体領域、１７…発光層、１９…窒化ガリウム系半導体領域、Ｃｘ…基準軸、Ｓｃ…基準平面、ＶＮ…法線ベクトル、ＡＯＦＦ…角度、２１…第１のIII族窒化物半導体膜、２５…第２のIII族窒化物半導体膜、２３…第３のIII族窒化物半導体膜、３１…電極（例えばアノード）、３３…別の電極（例えばカソード）、２７…活性層、２９ａ…井戸層、２９ｂ…障壁層、２９…量子井戸構造、３５…電子ブロック層、３７…第１の光ガイド層、３９…第２の光ガイド層、４１…成長室、４２…予備室、４３…真空排気系、４３ａ…排気ポンプ、４３ｂ…圧力調整装置、５０…基板、５１…窒化ガリウム基板、５２…III族窒化物半導体膜、５３…窒化ガリウム系半導体領域、５５ａ…ＩｎＧａＮ光ガイド層、５７…ＧａＮ障壁層、５９…アンドープＩｎＧａＮ井戸層、６１…活性層、６３…発光層、６５…電子ブロック層、６７…ｐ型クラッド層、６９…ｐ型コンタクト層、７０…ｐ型III族窒化物半導体領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体光素子であって、
窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、
III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含み、前記基板の前記主面の上に設けられた第１のIII族窒化物半導体膜と、
を備え、
前記基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい、III族窒化物半導体光素子。
【請求項２】
前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は４．８×１０１９ｃｍ−３以下である、請求項１に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項３】
前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上である、請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項４】
前記基板の前記主面の上に設けられ、ｎ型ドーパントを含む第２のIII族窒化物半導体膜と、
４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を発生可能でありIII族窒化物半導体からなる活性層と、
を更に備え、
前記活性層は前記第１のIII族窒化物半導体膜と前記第２のIII族窒化物半導体膜との間に設けられる、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項５】
前記第１のIII族窒化物半導体膜は、ＡｌＧａＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層のいずれかを含む、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項６】
前記第１のIII族窒化物半導体膜は、当該III族窒化物半導体光素子のｐ型クラッド層に含まれる、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項７】
前記基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上８０度以下の範囲の角度を成す、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項８】
前記基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、８０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成す、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項９】
III族窒化物半導体光素子を形成する方法であって、
アルミニウム原料及びマグネシウム原料を成長炉に供給しながら、互いに異なる複数の成膜条件で、複数の基板の上にそれぞれIII族窒化物半導体膜を成長炉で成長する工程と、
前記III族窒化物半導体膜の各々に含まれる酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度を見積もる工程と、
前記酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度を見積もった後に、あるマグネシウム濃度において、前記酸素濃度及び前記水素濃度が正の相関を示す濃度範囲を見出す工程と、
III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、
ｐ型III族窒化物半導体領域を含む半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長して、エピタキシャル基板を形成する工程と、
を備え、
前記基板は、III族窒化物半導体からなる主面を有し、前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記基板の前記主面の法線に対して傾斜し、
前記エピタキシャル基板を形成する前記工程は、
前記酸素濃度範囲及び前記水素濃度範囲のいずれか一方の濃度範囲内の濃度を提供できる成膜条件を用いて、前記アルミニウム原料及び前記マグネシウム原料を成長炉に供給しながら、第１のIII族窒化物半導体膜を前記成長基板の前記主面の上に成長する工程を含む、III族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１０】
III族窒化物半導体光素子を形成する方法であって、
III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、
III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含む第１のIII族窒化物半導体膜を有する半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長して、エピタキシャル基板を形成する工程と、
を備え、
前記成長基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい、III族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１１】
前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は４．８×１０１９ｃｍ−３以下であり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上である、請求項９または請求項１０に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１２】
前記エピタキシャル基板の上に電極を形成する工程を更に備え、
前記エピタキシャル基板を形成する前記工程は、前記第１のIII族窒化物半導体膜の上にコンタクト層を成長する工程を含み、
前記第１のIII族窒化物半導体膜は、当該III族窒化物半導体光素子のｐ型クラッド層に含まれる、請求項９〜請求項１１のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１３】
前記第１のIII族窒化物半導体膜は、ＡｌＧａＮ層、及びＩｎＡｌＧａＮ層のいずれかを含む、請求項９〜請求項１２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１４】
前記ｐ型III族窒化物半導体領域の成長は有機金属気相成長法又は分子線ビームエピタキシ法によって行われる、請求項９〜請求項１３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１５】
前記成長炉は、前記ｐ型III族窒化物半導体領域を成長するための成長室と、前記成長室に隣接する予備室と、前記成長室と前記予備室との圧力差を調整可能な真空排気系とを含む、請求項９〜請求項１３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１６】
前記成長室の圧力Ｐ１と前記予備室の圧力Ｐ２とにおいて、前記圧力差（Ｐ１−Ｐ２）は−２．０パスカル以上である、請求項１５に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１７】
前記基板を準備する工程を更に備え、
前記基板の前記主面は、前記成長基板の前記主面における成長条件を決定するための、且つ前記III族窒化物半導体光素子のための面方位を有し、
前記成長基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上８０度以下の範囲の角度を成す、請求項９に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１８】
前記基板を準備する工程を更に備え、
前記基板の前記主面は、前記成長基板の前記主面における成長条件を決定するための、且つ前記III族窒化物半導体光素子のための面方位を有し、
前記成長基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、８０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成す、請求項９に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１９】
III族窒化物半導体膜を成長する方法であって、
アルミニウム原料及びマグネシウム原料を成長炉に供給しながら、互いに異なる複数の成膜条件で、複数の基板の上にそれぞれIII族窒化物半導体膜を成長炉で成長する工程と、
前記III族窒化物半導体膜の各々に含まれる酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度を見積もる工程と、
前記酸素濃度、前記水素濃度及び前記マグネシウム濃度を見積もった後に、あるマグネシウム濃度において、前記酸素濃度及び前記水素濃度が正の相関を示す濃度範囲を見出す工程と、
III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、
ｐ型III族窒化物半導体領域を含む半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長する工程と、
を備え、
前記基板は、III族窒化物半導体からなる主面を有し、前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記基板の前記主面の法線に対して傾斜し、
前記エピタキシャル基板を形成する前記工程は、
前記酸素濃度範囲及び前記水素濃度範囲のいずれか一方の濃度範囲内の濃度を提供できる成膜条件を用いて、前記アルミニウム原料及び前記マグネシウム原料を成長炉に供給しながら、第１のIII族窒化物半導体膜を前記成長基板の前記主面の上に成長する工程を含む、III族窒化物半導体膜を成長する方法。
【請求項２０】
III族窒化物半導体膜を成長する方法であって、
III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、
III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含む第１のIII族窒化物半導体膜を有する半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長する工程と、
を備え、
前記成長基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい、III族窒化物半導体膜を成長する方法。
【請求項２１】
前記第１のIII族窒化物半導体膜の比抵抗は４０Ωｃｍ以下である、請求項１９又は請求項２０に記載されたIII族窒化物半導体膜を成長する方法。
【請求項２２】
III族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板であって、
窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、
前記基板の前記主面の上に設けられ、III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含む第１のIII族窒化物半導体膜と、
を備え、
前記基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい、エピタキシャル基板。
【請求項１】
III族窒化物半導体光素子であって、
窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、
III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含み、前記基板の前記主面の上に設けられた第１のIII族窒化物半導体膜と、
を備え、
前記基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい、III族窒化物半導体光素子。
【請求項２】
前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は４．８×１０１９ｃｍ−３以下である、請求項１に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項３】
前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上である、請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項４】
前記基板の前記主面の上に設けられ、ｎ型ドーパントを含む第２のIII族窒化物半導体膜と、
４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を発生可能でありIII族窒化物半導体からなる活性層と、
を更に備え、
前記活性層は前記第１のIII族窒化物半導体膜と前記第２のIII族窒化物半導体膜との間に設けられる、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項５】
前記第１のIII族窒化物半導体膜は、ＡｌＧａＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層のいずれかを含む、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項６】
前記第１のIII族窒化物半導体膜は、当該III族窒化物半導体光素子のｐ型クラッド層に含まれる、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項７】
前記基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上８０度以下の範囲の角度を成す、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項８】
前記基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、８０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成す、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項９】
III族窒化物半導体光素子を形成する方法であって、
アルミニウム原料及びマグネシウム原料を成長炉に供給しながら、互いに異なる複数の成膜条件で、複数の基板の上にそれぞれIII族窒化物半導体膜を成長炉で成長する工程と、
前記III族窒化物半導体膜の各々に含まれる酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度を見積もる工程と、
前記酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度を見積もった後に、あるマグネシウム濃度において、前記酸素濃度及び前記水素濃度が正の相関を示す濃度範囲を見出す工程と、
III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、
ｐ型III族窒化物半導体領域を含む半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長して、エピタキシャル基板を形成する工程と、
を備え、
前記基板は、III族窒化物半導体からなる主面を有し、前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記基板の前記主面の法線に対して傾斜し、
前記エピタキシャル基板を形成する前記工程は、
前記酸素濃度範囲及び前記水素濃度範囲のいずれか一方の濃度範囲内の濃度を提供できる成膜条件を用いて、前記アルミニウム原料及び前記マグネシウム原料を成長炉に供給しながら、第１のIII族窒化物半導体膜を前記成長基板の前記主面の上に成長する工程を含む、III族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１０】
III族窒化物半導体光素子を形成する方法であって、
III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、
III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含む第１のIII族窒化物半導体膜を有する半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長して、エピタキシャル基板を形成する工程と、
を備え、
前記成長基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい、III族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１１】
前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は４．８×１０１９ｃｍ−３以下であり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の前記マグネシウム濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上である、請求項９または請求項１０に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１２】
前記エピタキシャル基板の上に電極を形成する工程を更に備え、
前記エピタキシャル基板を形成する前記工程は、前記第１のIII族窒化物半導体膜の上にコンタクト層を成長する工程を含み、
前記第１のIII族窒化物半導体膜は、当該III族窒化物半導体光素子のｐ型クラッド層に含まれる、請求項９〜請求項１１のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１３】
前記第１のIII族窒化物半導体膜は、ＡｌＧａＮ層、及びＩｎＡｌＧａＮ層のいずれかを含む、請求項９〜請求項１２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１４】
前記ｐ型III族窒化物半導体領域の成長は有機金属気相成長法又は分子線ビームエピタキシ法によって行われる、請求項９〜請求項１３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１５】
前記成長炉は、前記ｐ型III族窒化物半導体領域を成長するための成長室と、前記成長室に隣接する予備室と、前記成長室と前記予備室との圧力差を調整可能な真空排気系とを含む、請求項９〜請求項１３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１６】
前記成長室の圧力Ｐ１と前記予備室の圧力Ｐ２とにおいて、前記圧力差（Ｐ１−Ｐ２）は−２．０パスカル以上である、請求項１５に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１７】
前記基板を準備する工程を更に備え、
前記基板の前記主面は、前記成長基板の前記主面における成長条件を決定するための、且つ前記III族窒化物半導体光素子のための面方位を有し、
前記成長基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上８０度以下の範囲の角度を成す、請求項９に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１８】
前記基板を準備する工程を更に備え、
前記基板の前記主面は、前記成長基板の前記主面における成長条件を決定するための、且つ前記III族窒化物半導体光素子のための面方位を有し、
前記成長基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、８０度より大きく９０度以下の範囲の角度を成す、請求項９に記載されたIII族窒化物半導体光素子を形成する方法。
【請求項１９】
III族窒化物半導体膜を成長する方法であって、
アルミニウム原料及びマグネシウム原料を成長炉に供給しながら、互いに異なる複数の成膜条件で、複数の基板の上にそれぞれIII族窒化物半導体膜を成長炉で成長する工程と、
前記III族窒化物半導体膜の各々に含まれる酸素濃度、水素濃度及びマグネシウム濃度を見積もる工程と、
前記酸素濃度、前記水素濃度及び前記マグネシウム濃度を見積もった後に、あるマグネシウム濃度において、前記酸素濃度及び前記水素濃度が正の相関を示す濃度範囲を見出す工程と、
III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、
ｐ型III族窒化物半導体領域を含む半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長する工程と、
を備え、
前記基板は、III族窒化物半導体からなる主面を有し、前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記基板の前記主面の法線に対して傾斜し、
前記エピタキシャル基板を形成する前記工程は、
前記酸素濃度範囲及び前記水素濃度範囲のいずれか一方の濃度範囲内の濃度を提供できる成膜条件を用いて、前記アルミニウム原料及び前記マグネシウム原料を成長炉に供給しながら、第１のIII族窒化物半導体膜を前記成長基板の前記主面の上に成長する工程を含む、III族窒化物半導体膜を成長する方法。
【請求項２０】
III族窒化物半導体膜を成長する方法であって、
III族窒化物半導体からなる主面を有する成長基板を準備する工程と、
III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含む第１のIII族窒化物半導体膜を有する半導体領域を前記成長基板の主面の上に成長する工程と、
を備え、
前記成長基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい、III族窒化物半導体膜を成長する方法。
【請求項２１】
前記第１のIII族窒化物半導体膜の比抵抗は４０Ωｃｍ以下である、請求項１９又は請求項２０に記載されたIII族窒化物半導体膜を成長する方法。
【請求項２２】
III族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板であって、
窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、
前記基板の前記主面の上に設けられ、III族構成元素としてアルミニウムを含むと共にｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含む第１のIII族窒化物半導体膜と、
を備え、
前記基板の前記主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する面に対して、１０度以上９０度以下の範囲の角度を成し、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．０×１０１７ｃｍ−３以上の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体膜の水素濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲にあり、
前記第１のIII族窒化物半導体膜の酸素濃度は、前記第１のIII族窒化物半導体膜のマグネシウム濃度より小さい、エピタキシャル基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−８９７０６（Ｐ２０１２−８９７０６Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３５６９２（Ｐ２０１０−２３５６９２）
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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