ＩＩＩ族窒化物半導体素子、及びＩＩＩ族窒化物半導体素子を作製する方法
【課題】極性面と異なる半導体面への電極の接触に良好なコンタクト特性を提供できるIII族窒化物半導体素子を提供する。
【解決手段】III族窒化物半導体素子４１は、III族窒化物半導体からなる主面を有する基板５５と、基板５５の主面５５ａの上に設けられた窒化ガリウム系半導体領域５１と、窒化ガリウム系半導体領域５１の主面５１ａに接触を成す電極５３ａとを備える。窒化ガリウム系半導体領域５１は不純物として酸素を含み、窒化ガリウム系半導体領域５１の酸素濃度は、５×１０１６ｃｍ−３より小さい。基板５５の主面５５ａは、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸ＶＣ５５に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度を成す。主面５１ａ、５５ａは半極性及び無極性のいずれか一方を有する。
【解決手段】III族窒化物半導体素子４１は、III族窒化物半導体からなる主面を有する基板５５と、基板５５の主面５５ａの上に設けられた窒化ガリウム系半導体領域５１と、窒化ガリウム系半導体領域５１の主面５１ａに接触を成す電極５３ａとを備える。窒化ガリウム系半導体領域５１は不純物として酸素を含み、窒化ガリウム系半導体領域５１の酸素濃度は、５×１０１６ｃｍ−３より小さい。基板５５の主面５５ａは、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸ＶＣ５５に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度を成す。主面５１ａ、５５ａは半極性及び無極性のいずれか一方を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体素子、及びIII族窒化物半導体素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、III族窒化物半導体光素子が記載されている。このIII族窒化物半導体光素子では、活性層と、活性層を挟む２つのＧａＮ系半導体領域とを備える。ＧａＮ系半導体領域のＧａＮ系半導体層は例えばｎ型ＧａＮ系半導体からなり、ｎ型ＧａＮ系半導体にはシリコンが添加されている。
【０００３】
非特許文献１には、ＭＢＥ法でＧａＮを成長することが記載されている。プラズマアシスト分子ビームエピタキシによって（０００１）及び（０００−１）ＧａＮ膜を成長する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１２４９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】A. J. Ptak, L. J. Holbert, L. Ting, C. H. Swartz, M. Moldovan, N. C. Giles, and T. H. Myersa, P. Van Lierde, C. Tian, R. A. Hockett, and S. Mitha, A. E. Wickenden, D. D. Koleske, and R. L. Henry “Controlled oxygen doping of GaN using plasma assisted molecular-beam epitaxy,” APPLIED PHYSICS LETTERS, VOL.79, No17, 22 OCTOBER 2001
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１は、（０００１）及び（０００−１）ＧａＮ膜を開示するけれども、（０００１）及び（０００−１）ＧａＮ膜の表面は無極性及び半極性を有しない。
【０００７】
特許文献１では、ＧａＮ系半導体領域のＧａＮ系半導体層の酸素濃度が５×１０１６ｃｍ−３以上であるとき、ＧａＮ系半導体層の主面上に引き続き成長される活性層の結晶品質が良好になる。５×１０１６ｃｍ−３以上の酸素を意図的に添加する条件を採用することによって、エピ表面の平坦性を得ている。しかしながら、酸素は窒化物半導体中においてｎ型不純物として働く。これ故に、ｎ型導電性と異なる導電性の半導体では、酸素不純物は、その半導体の導電性に係る特性を低下させる。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、極性面と異なる半導体面への電極の接触に良好なコンタクト特性を提供できるIII族窒化物半導体素子を提供することを目的とする。また、本発明は、このIII族窒化物半導体素子を作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子は、（ａ）III族窒化物半導体からなる主面を有する基板と、（ｂ）前記基板の前記主面の上に設けられた第１の窒化ガリウム系半導体領域と，（ｃ）前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の主面に接触を成す電極とを備える。前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は不純物として酸素を含み、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の酸素濃度は、５×１０１６ｃｍ−３より小さく、前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度を成し、前記基板の前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する。
【００１０】
このIII族窒化物半導体素子によれば、酸素の取り込みによって平坦性が向上する半極性及び無極性の基板を用いる半導体素子において、窒化ガリウム系半導体領域が酸素を含み且つその酸素濃度が５×１０１６ｃｍ−３より小さいので、平坦度を損なうことなく高純度のエピタキシャル膜を電気的接触のために利用できる。電極は、平坦でかつ低酸素濃度の上記領域に接触を成すので、この接触の電気的特性を良好にできる。
【００１１】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域にはｐ型ドーパントが添加されて、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有することが好ましい。
【００１２】
このIII族窒化物半導体素子によれば、酸素濃度が５×１０１６ｃｍ−３より小さいので、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域への良好な電気的接触を提供できるｐ型ドーパント濃度を低減できる。電極に接しているｐ型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度の低減は駆動電圧低減に有効である。
【００１３】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子は、（ｄ）窒化ガリウム系半導体からなり前記基板の前記主面の上に設けられた第２の窒化ガリウム系半導体領域を更に備えることができる。前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の前記酸素濃度より大きい酸素濃度を有し、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は、前記基板の前記III族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度をなす上面を有し、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域にはｐ型ドーパントが添加されて、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有し、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域の前記上面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する。
【００１４】
このIII族窒化物半導体素子によれば、第２の窒化ガリウム系半導体領域は第１の窒化ガリウム系半導体領域の酸素濃度より大きい酸素濃度を有するので、第１の窒化ガリウム系半導体領域の平坦性をより良好にできる。第１の窒化ガリウム系半導体領域の表面の平坦性を向上できるので、平坦性及び酸素濃度の観点から半極性又は無極性の半導体面が良好な電気的接触を提供できる。
【００１５】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上１７０度以下であることが好ましい。このIII族窒化物半導体素子によれば、半極性又は無極性といった非極性面による寄与、例えばピエゾ電界の低減を利用できる。
【００１６】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下の範囲にあることが好ましい。このIII族窒化物半導体素子によれば、半極性面による寄与、例えばピエゾ電界の低減を有効に利用できる。
【００１７】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子は、前記基板の前記主面上に設けられた活性層を更に備えることができる。前記活性層は、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域と前記基板との間に設けられる。このIII族窒化物半導体素子によれば、電極に接しているｐ型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度の低減は、発光素子における駆動電圧低減に有効である。
【００１８】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記活性層は量子井戸構造を有する。このIII族窒化物半導体素子によれば、量子井戸構造を有する活性層は高い発光効率を可能し、電極に接しているｐ型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度の低減は、発光素子における駆動電圧低減に有効である。
【００１９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記活性層はＩｎＧａＮ層を含むことが好ましい。このIII族窒化物半導体素子によれば、ＩｎＧａＮ系活性層を利用することによって、高い発光効率を実現できる。
【００２０】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は４３度以上８０度以下又は１００度以上１３７度以下の範囲にあることが好ましい。このIII族窒化物半導体素子によれば、上記の角度範囲は、顕著に高い酸素取り込みを示すので、酸素濃度の低減が有効に作用する。
【００２１】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記III族窒化物半導体の前記ｃ軸は該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜しており、前記基板の前記主面の法線と前記基準軸とのなす角度は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲にあることが好ましい。このIII族窒化物半導体素子によれば、良好なインジウム取り込みが提供される。
【００２２】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記基板の前記主面の法線と前記基準軸とのなす角度は６３度以上８０度以下の範囲にあることが好ましい。このIII族窒化物半導体素子によれば、（０００１）Ｇａ面から傾斜した半導体面を利用できる。
【００２３】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記基板の前記主面の法線と前記基準軸とのなす角度は１００度以上１１７度以下の範囲にあることが好ましい。このIII族窒化物半導体素子によれば、（０００−１）Ｎ面から傾斜した半導体面を利用できる。
【００２４】
本発明の別の側面は、III族窒化物半導体素子を作製する方法に係る。この方法は、（ａ）第１のエピ生産物を第１の成膜装置から取り出した後に第２の成膜装置に配置する工程と、（ｂ）前記第２の成膜装置において第１の窒化ガリウム系半導体領域を前記第１のエピ生産物の主面上に成長して第２のエピ生産物を形成する工程と、（ｃ）前記第２のエピ生産物の前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の主面に接触を成す電極を形成する工程とを備えることができる。前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は、５×１０１６ｃｍ−３より小さい酸素濃度を有し、前記第１のエピ生産物は、III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を含み、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は該基板の前記主面の上に設けられ、前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度を成し、前記基板の前記主面及び前記第１のエピ生産物の前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する。
【００２５】
この作製方法によれば、酸素の取り込みによって平坦性が向上する半極性及び無極性の基板を用いる半導体素子の作製において、窒化ガリウム系半導体領域の酸素濃度を５×１０１６ｃｍ−３より小さくすることによって，平坦度を損なうことなく、高純度のエピタキシャル膜を提供できる。また、平坦でかつ低酸素濃度の上記領域上に電極を形成できる。
【００２６】
本発明の別の側面に係る作製方法では、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型ドーパントを添加しながら成長されて、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有することが好ましい。
【００２７】
この作製方法によれば、酸素濃度が５×１０１６ｃｍ−３より小さいので、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域への良好な電気的接触を提供できるｐ型ドーパント濃度を低減できる。電極に接しているｐ型窒化ガリウム系半導体における酸素濃度の低減は駆動電圧低減に有効である。
【００２８】
本発明の別の側面に係る作製方法は、前記第２の成膜装置に配置するに先だって、前記第１の成膜装置において第２の窒化ガリウム系半導体領域を前記基板の前記主面上に成長して前記第１のエピ生産物を形成する工程と、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域を成長した後に、前記第１の成膜装置から前記第１のエピ生産物を取り出す工程とを更に備えることができる。前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は、窒化ガリウム系半導体からなり、該窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きな角度をなす上面を有し、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の前記酸素濃度より大きく、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域と前記基板の前記主面との間に設けられ、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型ドーパントを添加しながら成長されて、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有し、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域の前記上面は半極性及び無極性のいずれか一方を有することが好ましい。
【００２９】
この作製方法によれば、第２の窒化ガリウム系半導体領域は第１の窒化ガリウム系半導体領域の酸素濃度より大きい酸素濃度を有し、第１の窒化ガリウム系半導体領域が第２の窒化ガリウム系半導体領域の平坦な主面上に成長される。これ故に、第１の窒化ガリウム系半導体領域の平坦性をさらに良好にでき、第１の窒化ガリウム系半導体領域の平坦性及び酸素濃度の観点から半極性又は無極性の半導体において良好な電気的接触を提供できる。
【００３０】
本発明の別の側面に係る作製方法では前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上１７０度以下であることが好ましい。この作製方法によれば、半極性や無極性といった非極性面による寄与、例えばピエゾ電界の低減を有効に利用できる。
【００３１】
本発明の別の側面に係る作製方法は、前記第１のエピ生産物を前記第１の成膜装置から取り出した後であって前記第１のエピ生産物を前記第２の成膜装置を配置するに先立って、前記第１のエピ生産物を洗浄する工程を更に備えることができる。この作製方法によれば、成膜装置から取り出した際に、エピ生産物の表面が大気中にさらされると、その表面が汚染されてしまう。特に酸素がエピ生産物の表面に吸着される。酸素に係る不純物を低減するには洗浄が有効である。
【００３２】
本発明の別の側面に係る作製方法は、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域を成長した後に、前記第２の成膜装置において、前記第１のエピ生産物の主面のクリーニングを行う工程を更に備えることができる。前記クリーニングは、前記第２の成膜装置の真空チャンバ内において前記第１のエピ生産物の前記主面にガリウムフラックスを照射することによって行われることが好ましい。
【００３３】
この作製方法によれば、加熱しながらガリウムフラックスの照射によって、ガリウム酸化物の組成が変わって、エピ生産物の表面における酸素不純物を低減できる。
【００３４】
本発明の別の側面に係る作製方法では、前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下の範囲にあることができる。この作製方法によれば、半極性面による寄与、例えばピエゾ電界の低減を有効に利用できる。
【００３５】
本発明の別の側面に係る作製方法は、前記第１の成膜装置において前記基板の前記主面上に活性層を成長する工程を更に備えることができる。前記活性層は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域に先だって前記基板の上に成長される。この作製方法によれば、低い駆動電圧を示す発光素子を作製できる。或いは、本発明の別の側面に係る作製方法では、前記活性層は、量子井戸構造を有する活性層を含み、前記量子井戸構造は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の前に前記基板の上に成長されることができる。この作製方法によれば、量子井戸構造の利用により高い発光効率の発光素子を作製できる。
【００３６】
また、本発明の別の側面に係る作製方法では、前記活性層はＩｎＧａＮ層を含むことが好ましい。この作製方法によれば、良好な結晶品質をＩｎＧａＮ層に提供できる。
【００３７】
本発明の別の側面に係る作製方法では、前記第１の成膜装置において前記第２の窒化ガリウム系半導体領域を有機金属気相成長法を用いて成膜し、前記第２の成膜装置において前記第１の窒化ガリウム系半導体領域を分子ビームエピタキシ法を用いて行われることが好ましい。
【００３８】
この作製方法によれば、５×１０１６ｃｍ−３より小さい酸素濃度を有する低酸素濃度であるため、窒化ガリウム系半導体層（第１の窒化ガリウム系半導体領域）を分子ビームエピタキシ法を用いて成長することが好適である。電極が接触を成す窒化ガリウム系半導体層の下地の半導体積層は、有機金属気相成長法を用いて成長されることが好ましい。有機金属気相成長法を用いた成長により、半導体積層は、第１の窒化ガリウム系半導体領域より大きな酸素を含むことになり、良好な平坦性及び良好な結晶品質が得られやすい。
【００３９】
本発明の別の側面に係る作製方法では、前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は４３度以上８０度以下又は１００度以上１３７度以下の範囲にあることが好ましい。上記の角度範囲では、酸素濃度の取り込みが顕著に高まるので、この作製方法によれば、酸素濃度の低減が有効に作用する。
【００４０】
本発明の別の側面に係る作製方法では、前記III族窒化物半導体の前記ｃ軸は該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜しており、前記主面の法線と前記基準軸とのなす角度は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲にあることができる。この作製方法によれば、良好なインジウム取り込みが提供される。
【発明の効果】
【００４１】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、極性面と異なる半導体面への電極の接触に良好なコンタクト特性を提供できるIII族窒化物半導体素子が提供される。また、本発明の別の側面によれば、このIII族窒化物半導体素子を作製する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、エピ生産物Ａ及びＣからそれぞれ作製した窒化物半導体レーザＤＡ及びＤＣの構造を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、酸素のＳＩＭＳ分析結果を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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族窒化物半導体素子及びエピタキシャル基板、並びにエピタキシャル基板及びIII族窒化物半導体素子を作製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。
【００４４】
図１〜図４は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。図１の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１０１では基板１１が準備される。この基板１１は、III族窒化物半導体からなる。また、基板１１は主面１１ａを有しており、この主面１１ａは、III族窒化物半導体のｃ軸の方向に延在する基準軸（ベクトルＶＣによって示される）に直交する平面を基準にしてゼロより大きい角度で傾斜し、これ故に、半極性を示すことができ、或いは無極性を示すことができる。半極性及び無極性を有する半導体面へのIII族窒化物の成長では、酸素の取り込みによってそのIII族窒化物膜の平坦性が向上する。基板１１のIII族窒化物半導体は、例えばＧａＮ等からなることができる。
【００４５】
図１の（ｂ）部に示されるように、工程Ｓ１０２（Ｓ１０２−１）では、半導体発光素子のための半導体積層１２を成膜装置１０ａで基板１１上に成長する。引き続き一実施例を説明する。基板１１を成膜装置１０ａに配置した後に、成膜装置１０ａにアンモニア及び水素を供給して基板１１の主面１１ａのサーマルクリーニングを行う。この後に、成膜装置１０ａにおいて、基板１１の主面１１ａ上に、一又は複数のIII族窒化物半導体層を順に成長する。この成長は、分子ビームエピタキシ法と異なる成長法で行われ、成膜装置１０ａで行われる成長法としては、例えば有機金属気相成長法を使用できる。
【００４６】
半導体積層１２は、ｎ型III族窒化物半導体領域１５といった第１導電型のIII族窒化物半導体層、活性層１７及び電子ブロック層２７を含む。半導体積層１２の形成工程では、上記半導体層１５、１７、２７の成長工程を行う、ｎ型III族窒化物半導体領域１５は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、等からなることができる。活性層１７は、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム系半導体層を含み、活性層１７は例えば480ｎｍ以上560ｎｍ以下の波長範囲にピーク発光波長を有するように設けられる。好適な実施例では、活性層１７は例えば500ｎｍ以上540ｎｍ以下の波長範囲にピーク発光波長を有するように設けられる。活性層１７は例えば量子井戸構造２１を有しており、量子井戸構造２１は、交互に配列された障壁層２３及び井戸層２５を含むことができる。障壁層２３のバンドギャップは井戸層２５のバンドギャップより大きい。障壁層２３は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができ、井戸層２５は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。
【００４７】
図１の（ｃ）部に示されるように、工程Ｓ１０２（Ｓ１０２−２）では、半導体積層１２上に、ｐ型III族窒化物半導体層２９といった第２導電型のIII族窒化物半導体層を成長して、半導体積層１３を形成する。本実施例では、活性層１７上にｐ型III族窒化物半導体領域１９が形成される。ｐ型III族窒化物半導体領域１９は電子ブロック層２７及びｐ型クラッド層２９を含むことができる。ｐ型III族窒化物半導体領域１９は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、等からなることができる。
【００４８】
電子ブロック層２７は、障壁層２３のバンドギャップより大きなバンドギャップを有する。ｐ型クラッド層２９は活性層１７の屈折率より小さい屈折率を有し、また障壁層２３のバンドギャップより大きなバンドギャップを有する。半導体積層１２の形成における最後の工程では、ｐ型III族窒化物半導体が成長される。本実施例では、このｐ型III族窒化物半導体は、例えばｐ型III族窒化物半導体層２９であることができる。
【００４９】
工程Ｓ１０２において基板１１の主面１１ａの上に半導体積層１３を成長して第１のエピ生産物Ｅ１を形成することにおいて、基板１１の主面１１ａは、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面から１０度以上１７０度以下の範囲の角度で傾斜することが好ましい。この傾斜角が１０度以上１７０度以下の範囲であるとき、半極性又は無極性といった非極性面による寄与、例えばピエゾ電界の低減を利用できる。
【００５０】
また、第１のエピ基板Ｅ１の主面は、基準軸Ｃｘに直交する面から１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲の角度で傾斜することが好ましい。また、基板１１の主面１１ａは、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面から１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲の角度で傾斜することが好ましい。窒化ガリウム系半導体の半極性面が酸素との結合性に富むので、オーミック電極の形成の際に、酸素の低減が重要である。この角度範囲では、半極性面による寄与、例えばピエゾ電界の低減を有効に利用できる。
【００５１】
さらに、第１のエピ基板Ｅ１の主面は、基準軸Ｃｘに直交する面から４３度以上８０度以下又は１００度以上１３７度以下の範囲の傾斜角であることが好ましい。上記の角度範囲では、成膜中における酸素の取り込みが顕著に高まるので、この作製方法によれば、酸素濃度の低減が有効に作用する。
【００５２】
さらにまた、基板１１のIII族窒化物半導体のｃ軸は該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜するとき、第１のエピ生産物Ｅ１の主面における傾斜角は、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲の角度で傾斜することが好適である。この作製方法によれば、良好なインジウム取り込みが提供される。
【００５３】
図２の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１０３では、エピ生産物Ｅ１を成膜装置１０ａから取り出すと、酸素を含む雰囲気にエピ生産物基板Ｅ１がさらされる。この結果、第１のエピ生産物Ｅ１の表面に露出された窒化ガリウム系半導体面に自然酸化物（例えば酸化ガリウム）１４が形成される。
【００５４】
工程Ｓ１０４では、成膜装置１０ａから第１のエピ生産物Ｅ１を取り出した後に、次の成膜に先だって処理装置１０ｂに第１のエピ生産物Ｅ１を配置する。第１のエピ生産物Ｅ１を成膜装置１０ａから取り出した後であって第１のエピ生産物Ｅ１を次の成膜装置を配置するに先立って、図２の（ｂ）部に示されるように、第１のエピ生産物Ｅ１を洗浄することができる。成膜装置１０ａから取り出した際に、エピ生産物Ｅ１の表面が大気中にさらされると、その表面が汚染されてしまう。特に酸素がエピ生産物の表面に吸着される。酸素に係る不純物を低減するには洗浄が有効である。洗浄の方法として例えば弗酸，塩酸，硫酸，塩酸過水，硫酸過水，バッファード弗酸等を用いることができる。
【００５５】
図２の（ｃ）に示されるように、窒化ガリウム系半導体層２９を成長した後に、工程Ｓ１０５では、成膜装置１１ｃにおいて第１のエピ生産物Ｅ１の主面のクリーニングを行うことができる。このクリーニングは、成膜装置１０ｃの真空チャンバ内に、クリーニング用の雰囲気を形成することによって行われる。クリーニング用の雰囲気は、例えばガリウム、又は窒素ラジカルのいずれか一方を含むことができる。このクリーニング用の雰囲気の形成は、例えば、成膜装置１０ｃの真空チャンバ内において第１のエピ生産物Ｅ１の主面にガリウムフラックス又は窒素ラジカルフラックスを照射することによって行われることが好ましい。この方法によれば、基板加熱しながらフラックスを照射することによって、エピ生産物Ｅ１の表面におけるガリウム酸化物に係る酸素不純物を低減できる。
【００５６】
工程Ｓ１０５では、処理装置１０ｃで第１のエピ生産物Ｅ１を加熱する。加熱の条件の一例では、加熱温度は例えば摂氏750度であり、熱処理時間は30分であり、熱処理の雰囲気は例えばＧａ雰囲気である。この温度範囲は例えば摂氏720度以上であることができ、この温度以下である場合，表面に金属ガリウムが生成してしまうからである。また、この温度範囲は例えば摂氏900度以下であることができ、これは活性層17へのダメージを避けるためである。真空度の範囲は、例えば1×10-10パスカル以上1パスカル以下であることがよい。このようなクリーニングの後に、第１のエピ生産物Ｅ１上に引き続く成膜を行う。なお、このクリーニング工程のための基板温度は、エピ生産物Ｅ１の形成における成膜温度のうちの最低温度以下であることが好ましい。この工程における改質処理により生じる可能性のある活性層への熱ストレスを低減できる。活性層はＩｎＧａＮ層を含むとき、エピ生産物Ｅ１の基板温度は、例えば、活性層のＩｎＧａＮ井戸層の成長温度以下であることが好ましい。活性層１７のＩｎＧａＮ層の品質が上記の熱処理により低下することを避けることができる。
【００５７】
これまでの工程では、エピ生産物Ｅ１を成膜装置１０ｃの真空チャンバ内に配置した後に、クリーニングによる改質処理を行ってきた。これらにより、エピ生産物Ｅ１に付着して成膜装置１０ｃのチャンバ内に持ち込まれる酸素不純物をエピ生産物Ｅ１から除き、エピ生産物Ｅ１自体が主要な酸素供給源となることを低減できる。この後に、図３の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１０６では、真空を破ることなく、成膜装置１０ｃの真空チャンバにおいて、活性層１７を含む半導体積層１３の上に窒化ガリウム系半導体層３３を成長して、新たなエピ生産物Ｅ２を形成することができる。窒化ガリウム系半導体層３３は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、等からなることができる。窒化ガリウム系半導体層３３の厚さは例えば2ｎｍ以上300ｎｍ以下であることができる。成膜はｐ型ドーパントを供給しながら行われる。成膜装置１０ｃでは、分子ビームエピタキシ法を用いて行われる成膜が可能である。この成膜を例えば分子ビームエピタキシ法を用いて行うことによって、５×１０１６ｃｍ−３より小さい酸素濃度の範囲を有する低酸素濃度を達成可能である。また、この方法では、窒化ガリウム系半導体層３３は、改質により酸素濃度を低めた下地半導体表面上に成長されるので、低酸素の成長が可能である分子ビームエピタキシ法の特徴を生かすことができる。この成膜によって成長されたIII族窒化物半導体の酸素濃度を低減できる。半導体積層１３上に窒化ガリウム系半導体層３３を成長して、基板１１の主面１１ａ上に、半導体積層１６を形成する。
【００５８】
電極が接触を成す窒化ガリウム系半導体層３３の下地となる半導体積層１２は、有機金属気相成長法を用いて成長されることが好ましい。有機金属気相成長法を用いた成長により、その半導体積層は、第１の窒化ガリウム系半導体領域より大きな酸素を含むことになり、良好な平坦性及び良好な結晶品質が得られやすい。
【００５９】
半導体積層１３の窒化ガリウム系半導体層２９は、その上に成長される窒化ガリウム系半導体層３３の酸素濃度より大きい酸素濃度を有することができる。窒化ガリウム系半導体層３３は、基板１１のIII族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度（既に説明された様々な角度範囲における技術寄与を提供する角度）をなす上面を有する。窒化ガリウム系半導体層３３にはｐ型ドーパントが添加されて、この窒化ガリウム系半導体層３３は、酸素不純物による補償に打ち勝ってｐ型導電性を有する。窒化ガリウム系半導体層３３の上面は、基板１１の主面１１ａを引き継いで半極性及び無極性のいずれか一方を有する。窒化ガリウム系半導体層３３が窒化ガリウム系半導体領域１９の酸素濃度より大きい酸素濃度を有するので、窒化ガリウム系半導体領域１９の平坦性が良好にあり、平坦性及び酸素濃度に基づく寄与により半極性又は無極性の半導体面に良好な電気的接触が提供される。
【００６０】
窒化ガリウム系半導体層３３は、引き続く工程でこの層上に電極が形成されるとき、コンタクト層として働く。また、好適な実施例では、このコンタクト層はｐ導電性を有することができる。この実施例では、窒化ガリウム系半導体層３３上には、後の工程おいて電極のための金属が堆積されるので、窒化ガリウム系半導体層３３には所望の導電型のドーパント、例えばマグネシウム、亜鉛といったｐ型ドーパントを添加することが好ましい。ｐ型ドーパント濃度は例えば1×1019ｃｍ−３以上1×1021ｃｍ−３以下であることができる。この製造方法によれば、ｐ型窒化ガリウム系半導体層３３にオーミック接触を成す電極を形成できる。また、酸素濃度が５×１０１６ｃｍ−３より小さいので、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域への良好な電気的接触を提供できるｐ型ドーパント濃度を低減できる。電極に接しているｐ型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度の低減は駆動電圧低減に有効である。
【００６１】
次いで、エピ生産物Ｅ２を成膜装置１０ｃから取り出して成膜装置１０ｄに配置した後に、図３の（ｂ）部に示されるように、工程Ｓ１０７では、処理装置１０ｄの真空チャンバにおいて第２のエピ生産物Ｅ２の主面に表面保護のための絶縁膜３５を成膜して、基板生産物ＳＰ１を形成する。絶縁膜は例えばシリコン酸化物からなることができる。なお、必要な場合には、基板生産物ＳＰ１の形成に先立って、リッジ構造等の素子構造を有するような加工をエピ生産物Ｅ２に行うことができる。
【００６２】
この後に、図３の（ｃ）部に示されるように、工程Ｓ１０８では、成膜装置１０ｅの真空チャンバにおいて基板生産物ＳＰ１の主面に電極膜３７を形成して、基板生産物ＳＰ２を形成する。導電膜３７を成膜した後に、電極を形成する。電極の形成は例えばリフトオフ法を用いることができる。リフトオフ法を用いるときは、導電膜３７の成長前に、電極の形状を規定するマスクを基板生産物ＳＰ２上に形成する。
【００６３】
次いで、図４の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１０９では、リフトオフを用いて導電膜３７にパターン形成されて、ｐ型窒化ガリウム系半導体層３３に接触を成す電極３８を形成する。基板生産物ＳＰ３では、絶縁層３５ａに設けられた電気的接続のための開口を介して、電極３８が、ｐ型窒化ガリウム系半導体層３３にオーミック接触を成す。また、必要に応じて裏面研磨した後に、基板生産物ＳＰ２の裏面には電極３９が形成される。これによって、基板生産物ＳＰ３が形成される。好適な実施例では、ｐ型窒化ガリウム系半導体層３３はｐ型ＧａＮからなり、電極３８はパラジウム（Ｐｄ）からなることができる。
【００６４】
この作製方法によれば、窒化ガリウム系半導体層３３は不純物として酸素を含み、窒化ガリウム系半導体領域３３の酸素濃度は、５×１０１６ｃｍ−３より小さい。酸素の取り込みによって平坦性が向上する半極性及び無極性の基板１１を用いる半導体素子において、窒化ガリウム系半導体領域の酸素濃度を５×１０１６ｃｍ−３より小さくすることによって、平坦度を損なうことなく、高純度のエピタキシャル膜を利用できる。電極３８は、平坦でかつ低酸素濃度の上記領域に接触を成すので、この接触の電気的特性は良好にできる。なお、当該方法は、例えば導電膜３７を成膜した後に電極３８のためのアロイを行わないようにしてもよい。電極３８のためのアロイを行わないことにより、加熱による電極劣化や電極と半導体の界面異常を防ぐという利点がある。
【００６５】
次の工程では、基板生産物ＳＰ３の分離を行って、III族窒化物半導体発光素子４１を得る。図４の（ｂ）部を参照すると、III族窒化物半導体発光素子４１は、第１導電型III族窒化物半導体層４３と、第１導電型III族窒化物半導体層４３の主面の上に設けられた活性層４５と、活性層４５の主面の上に設けられた第１のIII族窒化物半導体層４９と、第１のIII族窒化物半導体層４９の主面の上に設けられる第２のIII族窒化物半導体層５１と、第２のIII族窒化物半導体層５１の主面５１ａの上に設けられる電極５３とを備える。第２のIII族窒化物半導体層５１は第１のIII族窒化物半導体層４９に第１の接合Ｊ１を成す。電極５３と、第２のIII族窒化物半導体層５１と第２の接合Ｊ２を成す。図４の（ｂ）部に示される実施例では、ｃ軸はｍ軸の方向に傾斜している。端面５７ａ及び５７ｂは光共振器のために設けられる。
【００６６】
第１及び第２の接合Ｊ１、Ｊ２は、第１導電型III族窒化物半導体層４３のｃ軸ＶＣ４３に直交する基準面に対して傾斜する。活性層４５の主面は、第１導電型III族窒化物半導体層４３のｃ軸ＶＣ４３に直交する基準面に対して傾斜する。活性層４５を構成する井戸層４５ｂ及び障壁層４５ａは、第１導電型III族窒化物半導体層４３のｃ軸ＶＣ４３に直交する基準面に対して傾斜する平面に沿って延在する。第１及び第２のIII族窒化物半導体層４９、５１は第２導電型を有する。
【００６７】
このIII族窒化物半導体発光素子４１によれば、第２の接合Ｊ２がｃ軸ＶＣ４３に直交する基準面に対して傾斜しているので、電極５３は。絶縁層５０の開口５０ａを介して第２のIII族窒化物半導体層５１の半極性面に接合する。この半極性面５１ａに電極５３が接合を成すので、第２の接合Ｊ２は良好なオーミック特性を示す。第１及び第２の接合Ｊ１、Ｊ２は、主面５５ａに対して実質的に平行であり、第１及び第２の接合Ｊ１、Ｊ２は、基準軸に直交する面を基準にして、既に説明した角度範囲で傾斜することが好ましい。
【００６８】
III族窒化物半導体発光素子４１は、支持基体５５を更に備えることができ、支持基体５５はIII族窒化物半導体からなる主面５５ａを有する。支持基体５５の主面５５ａは、該III族窒化物半導体のｃ軸ＶＣ５５（ｃ軸ＶＣ４３と実質的に同じ向き）に沿って延びる基準軸に直交する面から１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜する。III族窒化物半導体層４３、活性層４５、III族窒化物半導体層４９、及びIII族窒化物半導体層５１は、支持基体５５の主面５５ａの法線Ｎｘの方向に配列される。支持基体５５の主面５５ａは、既に説明したように、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から６３度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜することが好適である。
【００６９】
III族窒化物半導体層５１における酸素濃度は５×１０１６ｃｍ−３以下であることが好ましく、これによって良好なオーミック性を得ることができる。活性層４５は、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム系半導体層を含み、活性層４５は例えば５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲にピーク発光波長を有するように設けられる。
【００７０】
III族窒化物半導体層５１にはｐ型ドーパントが添加されて、III族窒化物半導体層５１はｐ型導電性を有する。このIII族窒化物半導体素子４１によれば、III族窒化物半導体層５１の酸素濃度が５×１０１６ｃｍ−３より小さい範囲であるので、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域への良好な電気的接触を提供できるｐ型ドーパント濃度を低減できる。電極５３に接しているｐ型窒化ガリウム系半導体における酸素濃度の低減は、駆動電圧低減に有効である。
【００７１】
III族窒化物半導体層４９にはｐ型ドーパントが添加されて、III族窒化物半導体層４９はｐ型導電性を有する。III族窒化物半導体層４９はIII族窒化物半導体層５１の酸素濃度より大きい酸素濃度を有する。III族窒化物半導体層４９の主面４９ａは支持基体５５のIII族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度をなす。III族窒化物半導体層４９の最表面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する。III族窒化物半導体発光素子４１によれば、III族窒化物半導体層４９はIII族窒化物半導体層５１の酸素濃度より大きい酸素濃度を有するので、III族窒化物半導体層５１の表面モフォロジをより良好にできる。III族窒化物半導体層５１の表面モフォロジを向上できるので、平坦性及び酸素濃度の観点から半極性又は無極性の半導体面が良好な電気的接触を提供できる。
【００７２】
（実施例１）
この実施例では、｛２０−２１｝面上に窒化物半導体レーザを作製する。まず、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）法によるエピ生産物を作製する工程を行う。｛２０−２１｝ＧａＮ基板を用意する。このＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置のチャンバ内にセットする。原料として，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）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、モノシラン(ＳｉＨ４)、アンモニア（ＮＨ３）を使用する。基板温度を摂氏１０５０度に保持し、アンモニア及び水素を成長炉に供給して、サーマルクリーニングを行う。次いで、以下の半導体積層を成長する。ｎ型Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎクラッド層を摂氏１０５０度で成長する。摂氏８４０度の基板温度に下げた後に、ｎ側のＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層を成長する。ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸活性層を成長する。ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度は摂氏790度であり、ＩｎＧａＮ障壁層の成長温度は摂氏840度である。ＩｎＧａＮ井戸層の厚さは３ｎｍであり、ＩｎＧａＮ障壁層の厚さは１５ｎｍである。摂氏８４０度の基板温度に下げた後に、ｐ側のＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層を成長する。摂氏１０００度の基板温度で、厚さ20nmのＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層及び厚さ400nmのｐ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層を成長する。ｐ型クラッド層の酸素濃度範囲は例えば3×1016ｃｍ−３以下である。
【００７３】
基板温度を室温に下げた後に、エピ生産物を成長炉から取り出す。次いで、ｐ型ＧａＮコンタクト層をＭＢＥ装置で成長する。ＭＢＥ装置に配置する前に、硫酸過水で2分間で洗浄する。この成長では、以下原料として，ガリウムフラックス（Ｋ−セル）、マグネシウムフラックス（Ｋ−セル）、窒素ラジカル（ＲＦ−プラズマ）を用いる。このエピ生産物をＭＢＥ装置にセットした後に、750度まで基板温度を上げ、ガリウムフラックス（例えば、フラックス量：1.5×10-6Torr）をあてながら30分間保持する。この処置の後に、基板温度を摂氏７２０度に下げた後に、ｐ型ＧａＮ膜を成長して、エピ生産物を形成する。基板温度を室温まで下げた後に、エピ生産物をＭＢＥ装置から取り出す。図５の（ａ）部に示されるように、このエピ生産物を「Ａ」と呼ぶ。
【００７４】
別のデバイスを作製するために、Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層を成長した後に、続けてＭＯＣＶＤ装置でコンタクト層を形成して、別のエピ生産物を形成する。図５の（ｂ）部に示されるように、このエピ生産物を「Ｃ」と呼ぶ。
【００７５】
これらのエピ生産物Ａ、Ｃを用いてデバイスを形成する。エピ生産物上にレジストをスピンコータを用いて均一に塗布する。フォトマスクとアライナを用いて、露光・現像により幅２μｍのストライプ状のパターンを形成してレジスト膜マスクを形成する。全面にパラジウム電極膜を蒸着する。レジストを有機溶剤で除去して、その上のパラジウム（Ｐｄ）膜ごとリフトオフ（剥離）する。これによって、ストライプ状のＰｄ電極が形成される。基板の裏面を研磨した後に、裏面電極を形成する。これらの電極工程により作製された基板生産物を幅６００μｍで分離して、レーザーバーを形成する。
【００７６】
図５は、エピ生産物Ａ及びＣからそれぞれ作製した窒化物半導体レーザＤＡ及びＤＣの構造を模式的に示す図面である。エピ生産物Ａから作製した窒化物半導体レーザＤＡに１００ｍＡの電流を印加するとき、波長530ｎｍの波長でレーザ発振を行う。このときの駆動電圧は８．４ボルトである。また、エピ生産物Ｃから作製した窒化物半導体レーザＤＣに１００ｍＡの電流を印加するとき、波長530ｎｍの波長でレーザ発振を行う。このときの駆動電圧は９．３ボルトである。
【００７７】
（実施例２）
この実施例では、エピ生産物の｛２０−２１｝面上の半導体積層の酸素濃度を測定する。まず、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）法によるエピ生産物を作製する工程を行う。｛２０−２１｝ＧａＮ基板を用意する。このＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置のチャンバ内にセットする。原料として，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）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、モノシラン(ＳｉＨ４)、アンモニア（ＮＨ３）を使用する。基板温度を摂氏１０５０度に保持し、アンモニア及び水素を成長炉に供給して、サーマルクリーニングを行う。次いで、以下の半導体積層を成長する。ｎ型ＧａＮ層を摂氏１０５０度で成長する。摂氏１０００度の基板温度に下げた後に、ｐ型ＧａＮ層を成長する。
【００７８】
基板温度を室温に下げた後に、エピ生産物を成長炉から取り出す。次いで、ｐ型ＧａＮコンタクト層をＭＢＥ装置で成長する。この成長では、以下原料として，ガリウムフラックス（Ｋ−セル）、マグネシウムフラックス（Ｋ−セル）、窒素ラジカル（ＲＦ−プラズマ）を用いる。基板温度を摂氏７２０度にあげて、ｐ型ＧａＮ膜を成長して、エピ生産物を形成する。本実施例では、このｐ型ＧａＮ層は、５×１０１６ｃｍ−３より小さい酸素濃度を達成可能な成膜条件（ガリウムフラックス量1.4×10-6Torr、窒素プラズマ（窒素流量１．３ｃｃ、250Wでプラズマ化）、基板温度720度）を用いて成膜される。基板温度を室温まで下げた後に、ｐｎ接合ダイオードを含むエピ生産物をＭＢＥ装置から取り出す。このエピ生産物を「Ｂ」と呼ぶ。
【００７９】
このエピ生産物Ｂを二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法で酸素の分析を行う。図６は、酸素のＳＩＭＳ分析結果を示す図面である。ＭＯＣＶＤ法で成長した半導体層では、ｎ型層及びｐ型層においても酸素濃度が６×１０１７ｃｍ−３程度と高いのに対して，ＭＢＥ法で成長した半導体層では、その酸素濃度が、測定限界に相当する２×１０１６ｃｍ−３程度まで低い。この層をコンタクト層として利用することは、駆動電圧低減に有利であるといえる。ここで，ＭＯＣＶＤ法のＧａＮ膜とＭＢＥ法のＧａＮ膜との界面ＩＦで酸素のパイルアップが観察されるけれども、このパイルアップは、ＭＯＣＶＤ装置からＭＢＥ装置への移動の際に適当な洗浄工程またはＭＢＥ装置内でのサーマルクリーニング工程などを行うことによって更に下げることが可能である。ＭＢＥ装置に配置する前に、エピ生産物を例えば硫酸過水で洗浄することができる。また、エピ生産物をＭＢＥ装置にセットした後に、例えばサーマルクリーニングのために基板を昇温した後にガリウムフラックス照射を行うことができる。
【００８０】
半極性又は無極性を示す主面を有する窒化物基板上では、例えば５×１０１６ｃｍ−３以上の酸素を含有するとき、表面モフォロジが非常に平坦になる。しかしながら、酸素は窒化ガリウム中においてｎ型不純物として作用するので、高抵抗層やｐ型半導体領域を作製するには不向きである。また、エピタキシャル成長で主流であるＭＯＣＶＤ法を結晶成長に用いるとき、超高真空にして脱酸素処理を行わないので、成長炉中の部材、原料、や成膜雰囲気に酸素が残留することになる。これ故に、ＭＯＣＶＤ法では、酸素濃度５×１０１６ｃｍ−３より小さいエピタキシャル膜を作製すること容易ではない。一方、分子ビームエピタキシ法では、背圧が超高真空（１×１０１１Ｔｏｒｒ以下）であるので、成長炉中の部材、原料、や成膜雰囲気を非常に低酸素に保つことができ、エピタキシャル成長の工程内において成長炉の切り替えを行うけれども、５×１０１６ｃｍ−３以下の酸素濃度の窒化ガリウムエピタキシャル層の成長が可能となる。そこで、III族窒化物半導体素子における半導体層の一部分、例えばコンタクト層（例えば厚さ５０ｎｍ程度）だけをＭＢＥ法で作製する。このとき、非常に低い酸素濃度を有するｐ型半導体層の形成が、酸素を含むことにより平坦性を失うことなく可能となり、良好な特性のIII族窒化物半導体素子を作製できる。例えば、（２０−２１）面上に窒化物半導体系緑色レーザを、ＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型クラッド層まで作製した後に、続いてｐ型コンタクト層をＭＢＥ法で作製する。このとき、ＭＢＥ法で成長されたｐ型コンタクト層の酸素濃度が低いので、キャリア補償の影響をほとんど受けることが無く、またその上に形成した電極（例えばＰｄ）と良好なオーミック特性を示す。
【００８１】
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】
【００８２】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、極性面と異なる半導体面への電極の接触に良好なコンタクト特性を提供できるIII族窒化物半導体素子が提供される。また、本実施形態によれば、このIII族窒化物半導体素子を作製する方法が提供される。
【符号の説明】
【００８３】
１０ａ、１０ｃ…成長炉、１０ｂ…処理装置、１１…基板、１２…半導体積層、１３…半導体積層、１３ａ…半導体積層の表面、１４…自然酸化物、Ｅ１、Ｅ２…エピタキシャル基板、１５…ｎ型III族窒化物半導体領域、１７…活性層、１９…ｐ型III族窒化物半導体領域、２１…量子井戸構造、２３…障壁層、２５…井戸層、２７…電子ブロック層、２９…ｐ型クラッド層、３３…窒化ガリウム系半導体層、３７…導電膜、４１…III族窒化物半導体発光素子、４３…第１導電型III族窒化物半導体層、４５…第１導電型III族窒化物半導体層、４７…活性層、４９…第１のIII族窒化物半導体層、５１…第２のIII族窒化物半導体層、５３…電極、Ｊ１、Ｊ２…接合、５５…支持基体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体素子、及びIII族窒化物半導体素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、III族窒化物半導体光素子が記載されている。このIII族窒化物半導体光素子では、活性層と、活性層を挟む２つのＧａＮ系半導体領域とを備える。ＧａＮ系半導体領域のＧａＮ系半導体層は例えばｎ型ＧａＮ系半導体からなり、ｎ型ＧａＮ系半導体にはシリコンが添加されている。
【０００３】
非特許文献１には、ＭＢＥ法でＧａＮを成長することが記載されている。プラズマアシスト分子ビームエピタキシによって（０００１）及び（０００−１）ＧａＮ膜を成長する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１２４９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】A. J. Ptak, L. J. Holbert, L. Ting, C. H. Swartz, M. Moldovan, N. C. Giles, and T. H. Myersa, P. Van Lierde, C. Tian, R. A. Hockett, and S. Mitha, A. E. Wickenden, D. D. Koleske, and R. L. Henry “Controlled oxygen doping of GaN using plasma assisted molecular-beam epitaxy,” APPLIED PHYSICS LETTERS, VOL.79, No17, 22 OCTOBER 2001
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１は、（０００１）及び（０００−１）ＧａＮ膜を開示するけれども、（０００１）及び（０００−１）ＧａＮ膜の表面は無極性及び半極性を有しない。
【０００７】
特許文献１では、ＧａＮ系半導体領域のＧａＮ系半導体層の酸素濃度が５×１０１６ｃｍ−３以上であるとき、ＧａＮ系半導体層の主面上に引き続き成長される活性層の結晶品質が良好になる。５×１０１６ｃｍ−３以上の酸素を意図的に添加する条件を採用することによって、エピ表面の平坦性を得ている。しかしながら、酸素は窒化物半導体中においてｎ型不純物として働く。これ故に、ｎ型導電性と異なる導電性の半導体では、酸素不純物は、その半導体の導電性に係る特性を低下させる。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、極性面と異なる半導体面への電極の接触に良好なコンタクト特性を提供できるIII族窒化物半導体素子を提供することを目的とする。また、本発明は、このIII族窒化物半導体素子を作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子は、（ａ）III族窒化物半導体からなる主面を有する基板と、（ｂ）前記基板の前記主面の上に設けられた第１の窒化ガリウム系半導体領域と，（ｃ）前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の主面に接触を成す電極とを備える。前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は不純物として酸素を含み、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の酸素濃度は、５×１０１６ｃｍ−３より小さく、前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度を成し、前記基板の前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する。
【００１０】
このIII族窒化物半導体素子によれば、酸素の取り込みによって平坦性が向上する半極性及び無極性の基板を用いる半導体素子において、窒化ガリウム系半導体領域が酸素を含み且つその酸素濃度が５×１０１６ｃｍ−３より小さいので、平坦度を損なうことなく高純度のエピタキシャル膜を電気的接触のために利用できる。電極は、平坦でかつ低酸素濃度の上記領域に接触を成すので、この接触の電気的特性を良好にできる。
【００１１】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域にはｐ型ドーパントが添加されて、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有することが好ましい。
【００１２】
このIII族窒化物半導体素子によれば、酸素濃度が５×１０１６ｃｍ−３より小さいので、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域への良好な電気的接触を提供できるｐ型ドーパント濃度を低減できる。電極に接しているｐ型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度の低減は駆動電圧低減に有効である。
【００１３】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子は、（ｄ）窒化ガリウム系半導体からなり前記基板の前記主面の上に設けられた第２の窒化ガリウム系半導体領域を更に備えることができる。前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の前記酸素濃度より大きい酸素濃度を有し、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は、前記基板の前記III族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度をなす上面を有し、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域にはｐ型ドーパントが添加されて、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有し、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域の前記上面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する。
【００１４】
このIII族窒化物半導体素子によれば、第２の窒化ガリウム系半導体領域は第１の窒化ガリウム系半導体領域の酸素濃度より大きい酸素濃度を有するので、第１の窒化ガリウム系半導体領域の平坦性をより良好にできる。第１の窒化ガリウム系半導体領域の表面の平坦性を向上できるので、平坦性及び酸素濃度の観点から半極性又は無極性の半導体面が良好な電気的接触を提供できる。
【００１５】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上１７０度以下であることが好ましい。このIII族窒化物半導体素子によれば、半極性又は無極性といった非極性面による寄与、例えばピエゾ電界の低減を利用できる。
【００１６】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下の範囲にあることが好ましい。このIII族窒化物半導体素子によれば、半極性面による寄与、例えばピエゾ電界の低減を有効に利用できる。
【００１７】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子は、前記基板の前記主面上に設けられた活性層を更に備えることができる。前記活性層は、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域と前記基板との間に設けられる。このIII族窒化物半導体素子によれば、電極に接しているｐ型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度の低減は、発光素子における駆動電圧低減に有効である。
【００１８】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記活性層は量子井戸構造を有する。このIII族窒化物半導体素子によれば、量子井戸構造を有する活性層は高い発光効率を可能し、電極に接しているｐ型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度の低減は、発光素子における駆動電圧低減に有効である。
【００１９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記活性層はＩｎＧａＮ層を含むことが好ましい。このIII族窒化物半導体素子によれば、ＩｎＧａＮ系活性層を利用することによって、高い発光効率を実現できる。
【００２０】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は４３度以上８０度以下又は１００度以上１３７度以下の範囲にあることが好ましい。このIII族窒化物半導体素子によれば、上記の角度範囲は、顕著に高い酸素取り込みを示すので、酸素濃度の低減が有効に作用する。
【００２１】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記III族窒化物半導体の前記ｃ軸は該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜しており、前記基板の前記主面の法線と前記基準軸とのなす角度は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲にあることが好ましい。このIII族窒化物半導体素子によれば、良好なインジウム取り込みが提供される。
【００２２】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記基板の前記主面の法線と前記基準軸とのなす角度は６３度以上８０度以下の範囲にあることが好ましい。このIII族窒化物半導体素子によれば、（０００１）Ｇａ面から傾斜した半導体面を利用できる。
【００２３】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記基板の前記主面の法線と前記基準軸とのなす角度は１００度以上１１７度以下の範囲にあることが好ましい。このIII族窒化物半導体素子によれば、（０００−１）Ｎ面から傾斜した半導体面を利用できる。
【００２４】
本発明の別の側面は、III族窒化物半導体素子を作製する方法に係る。この方法は、（ａ）第１のエピ生産物を第１の成膜装置から取り出した後に第２の成膜装置に配置する工程と、（ｂ）前記第２の成膜装置において第１の窒化ガリウム系半導体領域を前記第１のエピ生産物の主面上に成長して第２のエピ生産物を形成する工程と、（ｃ）前記第２のエピ生産物の前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の主面に接触を成す電極を形成する工程とを備えることができる。前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は、５×１０１６ｃｍ−３より小さい酸素濃度を有し、前記第１のエピ生産物は、III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を含み、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は該基板の前記主面の上に設けられ、前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度を成し、前記基板の前記主面及び前記第１のエピ生産物の前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する。
【００２５】
この作製方法によれば、酸素の取り込みによって平坦性が向上する半極性及び無極性の基板を用いる半導体素子の作製において、窒化ガリウム系半導体領域の酸素濃度を５×１０１６ｃｍ−３より小さくすることによって，平坦度を損なうことなく、高純度のエピタキシャル膜を提供できる。また、平坦でかつ低酸素濃度の上記領域上に電極を形成できる。
【００２６】
本発明の別の側面に係る作製方法では、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型ドーパントを添加しながら成長されて、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有することが好ましい。
【００２７】
この作製方法によれば、酸素濃度が５×１０１６ｃｍ−３より小さいので、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域への良好な電気的接触を提供できるｐ型ドーパント濃度を低減できる。電極に接しているｐ型窒化ガリウム系半導体における酸素濃度の低減は駆動電圧低減に有効である。
【００２８】
本発明の別の側面に係る作製方法は、前記第２の成膜装置に配置するに先だって、前記第１の成膜装置において第２の窒化ガリウム系半導体領域を前記基板の前記主面上に成長して前記第１のエピ生産物を形成する工程と、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域を成長した後に、前記第１の成膜装置から前記第１のエピ生産物を取り出す工程とを更に備えることができる。前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は、窒化ガリウム系半導体からなり、該窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きな角度をなす上面を有し、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の前記酸素濃度より大きく、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域と前記基板の前記主面との間に設けられ、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型ドーパントを添加しながら成長されて、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有し、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域の前記上面は半極性及び無極性のいずれか一方を有することが好ましい。
【００２９】
この作製方法によれば、第２の窒化ガリウム系半導体領域は第１の窒化ガリウム系半導体領域の酸素濃度より大きい酸素濃度を有し、第１の窒化ガリウム系半導体領域が第２の窒化ガリウム系半導体領域の平坦な主面上に成長される。これ故に、第１の窒化ガリウム系半導体領域の平坦性をさらに良好にでき、第１の窒化ガリウム系半導体領域の平坦性及び酸素濃度の観点から半極性又は無極性の半導体において良好な電気的接触を提供できる。
【００３０】
本発明の別の側面に係る作製方法では前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上１７０度以下であることが好ましい。この作製方法によれば、半極性や無極性といった非極性面による寄与、例えばピエゾ電界の低減を有効に利用できる。
【００３１】
本発明の別の側面に係る作製方法は、前記第１のエピ生産物を前記第１の成膜装置から取り出した後であって前記第１のエピ生産物を前記第２の成膜装置を配置するに先立って、前記第１のエピ生産物を洗浄する工程を更に備えることができる。この作製方法によれば、成膜装置から取り出した際に、エピ生産物の表面が大気中にさらされると、その表面が汚染されてしまう。特に酸素がエピ生産物の表面に吸着される。酸素に係る不純物を低減するには洗浄が有効である。
【００３２】
本発明の別の側面に係る作製方法は、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域を成長した後に、前記第２の成膜装置において、前記第１のエピ生産物の主面のクリーニングを行う工程を更に備えることができる。前記クリーニングは、前記第２の成膜装置の真空チャンバ内において前記第１のエピ生産物の前記主面にガリウムフラックスを照射することによって行われることが好ましい。
【００３３】
この作製方法によれば、加熱しながらガリウムフラックスの照射によって、ガリウム酸化物の組成が変わって、エピ生産物の表面における酸素不純物を低減できる。
【００３４】
本発明の別の側面に係る作製方法では、前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下の範囲にあることができる。この作製方法によれば、半極性面による寄与、例えばピエゾ電界の低減を有効に利用できる。
【００３５】
本発明の別の側面に係る作製方法は、前記第１の成膜装置において前記基板の前記主面上に活性層を成長する工程を更に備えることができる。前記活性層は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域に先だって前記基板の上に成長される。この作製方法によれば、低い駆動電圧を示す発光素子を作製できる。或いは、本発明の別の側面に係る作製方法では、前記活性層は、量子井戸構造を有する活性層を含み、前記量子井戸構造は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の前に前記基板の上に成長されることができる。この作製方法によれば、量子井戸構造の利用により高い発光効率の発光素子を作製できる。
【００３６】
また、本発明の別の側面に係る作製方法では、前記活性層はＩｎＧａＮ層を含むことが好ましい。この作製方法によれば、良好な結晶品質をＩｎＧａＮ層に提供できる。
【００３７】
本発明の別の側面に係る作製方法では、前記第１の成膜装置において前記第２の窒化ガリウム系半導体領域を有機金属気相成長法を用いて成膜し、前記第２の成膜装置において前記第１の窒化ガリウム系半導体領域を分子ビームエピタキシ法を用いて行われることが好ましい。
【００３８】
この作製方法によれば、５×１０１６ｃｍ−３より小さい酸素濃度を有する低酸素濃度であるため、窒化ガリウム系半導体層（第１の窒化ガリウム系半導体領域）を分子ビームエピタキシ法を用いて成長することが好適である。電極が接触を成す窒化ガリウム系半導体層の下地の半導体積層は、有機金属気相成長法を用いて成長されることが好ましい。有機金属気相成長法を用いた成長により、半導体積層は、第１の窒化ガリウム系半導体領域より大きな酸素を含むことになり、良好な平坦性及び良好な結晶品質が得られやすい。
【００３９】
本発明の別の側面に係る作製方法では、前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は４３度以上８０度以下又は１００度以上１３７度以下の範囲にあることが好ましい。上記の角度範囲では、酸素濃度の取り込みが顕著に高まるので、この作製方法によれば、酸素濃度の低減が有効に作用する。
【００４０】
本発明の別の側面に係る作製方法では、前記III族窒化物半導体の前記ｃ軸は該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜しており、前記主面の法線と前記基準軸とのなす角度は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲にあることができる。この作製方法によれば、良好なインジウム取り込みが提供される。
【発明の効果】
【００４１】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、極性面と異なる半導体面への電極の接触に良好なコンタクト特性を提供できるIII族窒化物半導体素子が提供される。また、本発明の別の側面によれば、このIII族窒化物半導体素子を作製する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、エピ生産物Ａ及びＣからそれぞれ作製した窒化物半導体レーザＤＡ及びＤＣの構造を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、酸素のＳＩＭＳ分析結果を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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族窒化物半導体素子及びエピタキシャル基板、並びにエピタキシャル基板及びIII族窒化物半導体素子を作製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。
【００４４】
図１〜図４は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。図１の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１０１では基板１１が準備される。この基板１１は、III族窒化物半導体からなる。また、基板１１は主面１１ａを有しており、この主面１１ａは、III族窒化物半導体のｃ軸の方向に延在する基準軸（ベクトルＶＣによって示される）に直交する平面を基準にしてゼロより大きい角度で傾斜し、これ故に、半極性を示すことができ、或いは無極性を示すことができる。半極性及び無極性を有する半導体面へのIII族窒化物の成長では、酸素の取り込みによってそのIII族窒化物膜の平坦性が向上する。基板１１のIII族窒化物半導体は、例えばＧａＮ等からなることができる。
【００４５】
図１の（ｂ）部に示されるように、工程Ｓ１０２（Ｓ１０２−１）では、半導体発光素子のための半導体積層１２を成膜装置１０ａで基板１１上に成長する。引き続き一実施例を説明する。基板１１を成膜装置１０ａに配置した後に、成膜装置１０ａにアンモニア及び水素を供給して基板１１の主面１１ａのサーマルクリーニングを行う。この後に、成膜装置１０ａにおいて、基板１１の主面１１ａ上に、一又は複数のIII族窒化物半導体層を順に成長する。この成長は、分子ビームエピタキシ法と異なる成長法で行われ、成膜装置１０ａで行われる成長法としては、例えば有機金属気相成長法を使用できる。
【００４６】
半導体積層１２は、ｎ型III族窒化物半導体領域１５といった第１導電型のIII族窒化物半導体層、活性層１７及び電子ブロック層２７を含む。半導体積層１２の形成工程では、上記半導体層１５、１７、２７の成長工程を行う、ｎ型III族窒化物半導体領域１５は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、等からなることができる。活性層１７は、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム系半導体層を含み、活性層１７は例えば480ｎｍ以上560ｎｍ以下の波長範囲にピーク発光波長を有するように設けられる。好適な実施例では、活性層１７は例えば500ｎｍ以上540ｎｍ以下の波長範囲にピーク発光波長を有するように設けられる。活性層１７は例えば量子井戸構造２１を有しており、量子井戸構造２１は、交互に配列された障壁層２３及び井戸層２５を含むことができる。障壁層２３のバンドギャップは井戸層２５のバンドギャップより大きい。障壁層２３は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができ、井戸層２５は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。
【００４７】
図１の（ｃ）部に示されるように、工程Ｓ１０２（Ｓ１０２−２）では、半導体積層１２上に、ｐ型III族窒化物半導体層２９といった第２導電型のIII族窒化物半導体層を成長して、半導体積層１３を形成する。本実施例では、活性層１７上にｐ型III族窒化物半導体領域１９が形成される。ｐ型III族窒化物半導体領域１９は電子ブロック層２７及びｐ型クラッド層２９を含むことができる。ｐ型III族窒化物半導体領域１９は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、等からなることができる。
【００４８】
電子ブロック層２７は、障壁層２３のバンドギャップより大きなバンドギャップを有する。ｐ型クラッド層２９は活性層１７の屈折率より小さい屈折率を有し、また障壁層２３のバンドギャップより大きなバンドギャップを有する。半導体積層１２の形成における最後の工程では、ｐ型III族窒化物半導体が成長される。本実施例では、このｐ型III族窒化物半導体は、例えばｐ型III族窒化物半導体層２９であることができる。
【００４９】
工程Ｓ１０２において基板１１の主面１１ａの上に半導体積層１３を成長して第１のエピ生産物Ｅ１を形成することにおいて、基板１１の主面１１ａは、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面から１０度以上１７０度以下の範囲の角度で傾斜することが好ましい。この傾斜角が１０度以上１７０度以下の範囲であるとき、半極性又は無極性といった非極性面による寄与、例えばピエゾ電界の低減を利用できる。
【００５０】
また、第１のエピ基板Ｅ１の主面は、基準軸Ｃｘに直交する面から１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲の角度で傾斜することが好ましい。また、基板１１の主面１１ａは、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面から１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲の角度で傾斜することが好ましい。窒化ガリウム系半導体の半極性面が酸素との結合性に富むので、オーミック電極の形成の際に、酸素の低減が重要である。この角度範囲では、半極性面による寄与、例えばピエゾ電界の低減を有効に利用できる。
【００５１】
さらに、第１のエピ基板Ｅ１の主面は、基準軸Ｃｘに直交する面から４３度以上８０度以下又は１００度以上１３７度以下の範囲の傾斜角であることが好ましい。上記の角度範囲では、成膜中における酸素の取り込みが顕著に高まるので、この作製方法によれば、酸素濃度の低減が有効に作用する。
【００５２】
さらにまた、基板１１のIII族窒化物半導体のｃ軸は該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜するとき、第１のエピ生産物Ｅ１の主面における傾斜角は、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲の角度で傾斜することが好適である。この作製方法によれば、良好なインジウム取り込みが提供される。
【００５３】
図２の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１０３では、エピ生産物Ｅ１を成膜装置１０ａから取り出すと、酸素を含む雰囲気にエピ生産物基板Ｅ１がさらされる。この結果、第１のエピ生産物Ｅ１の表面に露出された窒化ガリウム系半導体面に自然酸化物（例えば酸化ガリウム）１４が形成される。
【００５４】
工程Ｓ１０４では、成膜装置１０ａから第１のエピ生産物Ｅ１を取り出した後に、次の成膜に先だって処理装置１０ｂに第１のエピ生産物Ｅ１を配置する。第１のエピ生産物Ｅ１を成膜装置１０ａから取り出した後であって第１のエピ生産物Ｅ１を次の成膜装置を配置するに先立って、図２の（ｂ）部に示されるように、第１のエピ生産物Ｅ１を洗浄することができる。成膜装置１０ａから取り出した際に、エピ生産物Ｅ１の表面が大気中にさらされると、その表面が汚染されてしまう。特に酸素がエピ生産物の表面に吸着される。酸素に係る不純物を低減するには洗浄が有効である。洗浄の方法として例えば弗酸，塩酸，硫酸，塩酸過水，硫酸過水，バッファード弗酸等を用いることができる。
【００５５】
図２の（ｃ）に示されるように、窒化ガリウム系半導体層２９を成長した後に、工程Ｓ１０５では、成膜装置１１ｃにおいて第１のエピ生産物Ｅ１の主面のクリーニングを行うことができる。このクリーニングは、成膜装置１０ｃの真空チャンバ内に、クリーニング用の雰囲気を形成することによって行われる。クリーニング用の雰囲気は、例えばガリウム、又は窒素ラジカルのいずれか一方を含むことができる。このクリーニング用の雰囲気の形成は、例えば、成膜装置１０ｃの真空チャンバ内において第１のエピ生産物Ｅ１の主面にガリウムフラックス又は窒素ラジカルフラックスを照射することによって行われることが好ましい。この方法によれば、基板加熱しながらフラックスを照射することによって、エピ生産物Ｅ１の表面におけるガリウム酸化物に係る酸素不純物を低減できる。
【００５６】
工程Ｓ１０５では、処理装置１０ｃで第１のエピ生産物Ｅ１を加熱する。加熱の条件の一例では、加熱温度は例えば摂氏750度であり、熱処理時間は30分であり、熱処理の雰囲気は例えばＧａ雰囲気である。この温度範囲は例えば摂氏720度以上であることができ、この温度以下である場合，表面に金属ガリウムが生成してしまうからである。また、この温度範囲は例えば摂氏900度以下であることができ、これは活性層17へのダメージを避けるためである。真空度の範囲は、例えば1×10-10パスカル以上1パスカル以下であることがよい。このようなクリーニングの後に、第１のエピ生産物Ｅ１上に引き続く成膜を行う。なお、このクリーニング工程のための基板温度は、エピ生産物Ｅ１の形成における成膜温度のうちの最低温度以下であることが好ましい。この工程における改質処理により生じる可能性のある活性層への熱ストレスを低減できる。活性層はＩｎＧａＮ層を含むとき、エピ生産物Ｅ１の基板温度は、例えば、活性層のＩｎＧａＮ井戸層の成長温度以下であることが好ましい。活性層１７のＩｎＧａＮ層の品質が上記の熱処理により低下することを避けることができる。
【００５７】
これまでの工程では、エピ生産物Ｅ１を成膜装置１０ｃの真空チャンバ内に配置した後に、クリーニングによる改質処理を行ってきた。これらにより、エピ生産物Ｅ１に付着して成膜装置１０ｃのチャンバ内に持ち込まれる酸素不純物をエピ生産物Ｅ１から除き、エピ生産物Ｅ１自体が主要な酸素供給源となることを低減できる。この後に、図３の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１０６では、真空を破ることなく、成膜装置１０ｃの真空チャンバにおいて、活性層１７を含む半導体積層１３の上に窒化ガリウム系半導体層３３を成長して、新たなエピ生産物Ｅ２を形成することができる。窒化ガリウム系半導体層３３は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、等からなることができる。窒化ガリウム系半導体層３３の厚さは例えば2ｎｍ以上300ｎｍ以下であることができる。成膜はｐ型ドーパントを供給しながら行われる。成膜装置１０ｃでは、分子ビームエピタキシ法を用いて行われる成膜が可能である。この成膜を例えば分子ビームエピタキシ法を用いて行うことによって、５×１０１６ｃｍ−３より小さい酸素濃度の範囲を有する低酸素濃度を達成可能である。また、この方法では、窒化ガリウム系半導体層３３は、改質により酸素濃度を低めた下地半導体表面上に成長されるので、低酸素の成長が可能である分子ビームエピタキシ法の特徴を生かすことができる。この成膜によって成長されたIII族窒化物半導体の酸素濃度を低減できる。半導体積層１３上に窒化ガリウム系半導体層３３を成長して、基板１１の主面１１ａ上に、半導体積層１６を形成する。
【００５８】
電極が接触を成す窒化ガリウム系半導体層３３の下地となる半導体積層１２は、有機金属気相成長法を用いて成長されることが好ましい。有機金属気相成長法を用いた成長により、その半導体積層は、第１の窒化ガリウム系半導体領域より大きな酸素を含むことになり、良好な平坦性及び良好な結晶品質が得られやすい。
【００５９】
半導体積層１３の窒化ガリウム系半導体層２９は、その上に成長される窒化ガリウム系半導体層３３の酸素濃度より大きい酸素濃度を有することができる。窒化ガリウム系半導体層３３は、基板１１のIII族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度（既に説明された様々な角度範囲における技術寄与を提供する角度）をなす上面を有する。窒化ガリウム系半導体層３３にはｐ型ドーパントが添加されて、この窒化ガリウム系半導体層３３は、酸素不純物による補償に打ち勝ってｐ型導電性を有する。窒化ガリウム系半導体層３３の上面は、基板１１の主面１１ａを引き継いで半極性及び無極性のいずれか一方を有する。窒化ガリウム系半導体層３３が窒化ガリウム系半導体領域１９の酸素濃度より大きい酸素濃度を有するので、窒化ガリウム系半導体領域１９の平坦性が良好にあり、平坦性及び酸素濃度に基づく寄与により半極性又は無極性の半導体面に良好な電気的接触が提供される。
【００６０】
窒化ガリウム系半導体層３３は、引き続く工程でこの層上に電極が形成されるとき、コンタクト層として働く。また、好適な実施例では、このコンタクト層はｐ導電性を有することができる。この実施例では、窒化ガリウム系半導体層３３上には、後の工程おいて電極のための金属が堆積されるので、窒化ガリウム系半導体層３３には所望の導電型のドーパント、例えばマグネシウム、亜鉛といったｐ型ドーパントを添加することが好ましい。ｐ型ドーパント濃度は例えば1×1019ｃｍ−３以上1×1021ｃｍ−３以下であることができる。この製造方法によれば、ｐ型窒化ガリウム系半導体層３３にオーミック接触を成す電極を形成できる。また、酸素濃度が５×１０１６ｃｍ−３より小さいので、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域への良好な電気的接触を提供できるｐ型ドーパント濃度を低減できる。電極に接しているｐ型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度の低減は駆動電圧低減に有効である。
【００６１】
次いで、エピ生産物Ｅ２を成膜装置１０ｃから取り出して成膜装置１０ｄに配置した後に、図３の（ｂ）部に示されるように、工程Ｓ１０７では、処理装置１０ｄの真空チャンバにおいて第２のエピ生産物Ｅ２の主面に表面保護のための絶縁膜３５を成膜して、基板生産物ＳＰ１を形成する。絶縁膜は例えばシリコン酸化物からなることができる。なお、必要な場合には、基板生産物ＳＰ１の形成に先立って、リッジ構造等の素子構造を有するような加工をエピ生産物Ｅ２に行うことができる。
【００６２】
この後に、図３の（ｃ）部に示されるように、工程Ｓ１０８では、成膜装置１０ｅの真空チャンバにおいて基板生産物ＳＰ１の主面に電極膜３７を形成して、基板生産物ＳＰ２を形成する。導電膜３７を成膜した後に、電極を形成する。電極の形成は例えばリフトオフ法を用いることができる。リフトオフ法を用いるときは、導電膜３７の成長前に、電極の形状を規定するマスクを基板生産物ＳＰ２上に形成する。
【００６３】
次いで、図４の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１０９では、リフトオフを用いて導電膜３７にパターン形成されて、ｐ型窒化ガリウム系半導体層３３に接触を成す電極３８を形成する。基板生産物ＳＰ３では、絶縁層３５ａに設けられた電気的接続のための開口を介して、電極３８が、ｐ型窒化ガリウム系半導体層３３にオーミック接触を成す。また、必要に応じて裏面研磨した後に、基板生産物ＳＰ２の裏面には電極３９が形成される。これによって、基板生産物ＳＰ３が形成される。好適な実施例では、ｐ型窒化ガリウム系半導体層３３はｐ型ＧａＮからなり、電極３８はパラジウム（Ｐｄ）からなることができる。
【００６４】
この作製方法によれば、窒化ガリウム系半導体層３３は不純物として酸素を含み、窒化ガリウム系半導体領域３３の酸素濃度は、５×１０１６ｃｍ−３より小さい。酸素の取り込みによって平坦性が向上する半極性及び無極性の基板１１を用いる半導体素子において、窒化ガリウム系半導体領域の酸素濃度を５×１０１６ｃｍ−３より小さくすることによって、平坦度を損なうことなく、高純度のエピタキシャル膜を利用できる。電極３８は、平坦でかつ低酸素濃度の上記領域に接触を成すので、この接触の電気的特性は良好にできる。なお、当該方法は、例えば導電膜３７を成膜した後に電極３８のためのアロイを行わないようにしてもよい。電極３８のためのアロイを行わないことにより、加熱による電極劣化や電極と半導体の界面異常を防ぐという利点がある。
【００６５】
次の工程では、基板生産物ＳＰ３の分離を行って、III族窒化物半導体発光素子４１を得る。図４の（ｂ）部を参照すると、III族窒化物半導体発光素子４１は、第１導電型III族窒化物半導体層４３と、第１導電型III族窒化物半導体層４３の主面の上に設けられた活性層４５と、活性層４５の主面の上に設けられた第１のIII族窒化物半導体層４９と、第１のIII族窒化物半導体層４９の主面の上に設けられる第２のIII族窒化物半導体層５１と、第２のIII族窒化物半導体層５１の主面５１ａの上に設けられる電極５３とを備える。第２のIII族窒化物半導体層５１は第１のIII族窒化物半導体層４９に第１の接合Ｊ１を成す。電極５３と、第２のIII族窒化物半導体層５１と第２の接合Ｊ２を成す。図４の（ｂ）部に示される実施例では、ｃ軸はｍ軸の方向に傾斜している。端面５７ａ及び５７ｂは光共振器のために設けられる。
【００６６】
第１及び第２の接合Ｊ１、Ｊ２は、第１導電型III族窒化物半導体層４３のｃ軸ＶＣ４３に直交する基準面に対して傾斜する。活性層４５の主面は、第１導電型III族窒化物半導体層４３のｃ軸ＶＣ４３に直交する基準面に対して傾斜する。活性層４５を構成する井戸層４５ｂ及び障壁層４５ａは、第１導電型III族窒化物半導体層４３のｃ軸ＶＣ４３に直交する基準面に対して傾斜する平面に沿って延在する。第１及び第２のIII族窒化物半導体層４９、５１は第２導電型を有する。
【００６７】
このIII族窒化物半導体発光素子４１によれば、第２の接合Ｊ２がｃ軸ＶＣ４３に直交する基準面に対して傾斜しているので、電極５３は。絶縁層５０の開口５０ａを介して第２のIII族窒化物半導体層５１の半極性面に接合する。この半極性面５１ａに電極５３が接合を成すので、第２の接合Ｊ２は良好なオーミック特性を示す。第１及び第２の接合Ｊ１、Ｊ２は、主面５５ａに対して実質的に平行であり、第１及び第２の接合Ｊ１、Ｊ２は、基準軸に直交する面を基準にして、既に説明した角度範囲で傾斜することが好ましい。
【００６８】
III族窒化物半導体発光素子４１は、支持基体５５を更に備えることができ、支持基体５５はIII族窒化物半導体からなる主面５５ａを有する。支持基体５５の主面５５ａは、該III族窒化物半導体のｃ軸ＶＣ５５（ｃ軸ＶＣ４３と実質的に同じ向き）に沿って延びる基準軸に直交する面から１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜する。III族窒化物半導体層４３、活性層４５、III族窒化物半導体層４９、及びIII族窒化物半導体層５１は、支持基体５５の主面５５ａの法線Ｎｘの方向に配列される。支持基体５５の主面５５ａは、既に説明したように、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から６３度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜することが好適である。
【００６９】
III族窒化物半導体層５１における酸素濃度は５×１０１６ｃｍ−３以下であることが好ましく、これによって良好なオーミック性を得ることができる。活性層４５は、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム系半導体層を含み、活性層４５は例えば５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲にピーク発光波長を有するように設けられる。
【００７０】
III族窒化物半導体層５１にはｐ型ドーパントが添加されて、III族窒化物半導体層５１はｐ型導電性を有する。このIII族窒化物半導体素子４１によれば、III族窒化物半導体層５１の酸素濃度が５×１０１６ｃｍ−３より小さい範囲であるので、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域への良好な電気的接触を提供できるｐ型ドーパント濃度を低減できる。電極５３に接しているｐ型窒化ガリウム系半導体における酸素濃度の低減は、駆動電圧低減に有効である。
【００７１】
III族窒化物半導体層４９にはｐ型ドーパントが添加されて、III族窒化物半導体層４９はｐ型導電性を有する。III族窒化物半導体層４９はIII族窒化物半導体層５１の酸素濃度より大きい酸素濃度を有する。III族窒化物半導体層４９の主面４９ａは支持基体５５のIII族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度をなす。III族窒化物半導体層４９の最表面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する。III族窒化物半導体発光素子４１によれば、III族窒化物半導体層４９はIII族窒化物半導体層５１の酸素濃度より大きい酸素濃度を有するので、III族窒化物半導体層５１の表面モフォロジをより良好にできる。III族窒化物半導体層５１の表面モフォロジを向上できるので、平坦性及び酸素濃度の観点から半極性又は無極性の半導体面が良好な電気的接触を提供できる。
【００７２】
（実施例１）
この実施例では、｛２０−２１｝面上に窒化物半導体レーザを作製する。まず、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）法によるエピ生産物を作製する工程を行う。｛２０−２１｝ＧａＮ基板を用意する。このＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置のチャンバ内にセットする。原料として，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）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、モノシラン(ＳｉＨ４)、アンモニア（ＮＨ３）を使用する。基板温度を摂氏１０５０度に保持し、アンモニア及び水素を成長炉に供給して、サーマルクリーニングを行う。次いで、以下の半導体積層を成長する。ｎ型Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎクラッド層を摂氏１０５０度で成長する。摂氏８４０度の基板温度に下げた後に、ｎ側のＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層を成長する。ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸活性層を成長する。ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度は摂氏790度であり、ＩｎＧａＮ障壁層の成長温度は摂氏840度である。ＩｎＧａＮ井戸層の厚さは３ｎｍであり、ＩｎＧａＮ障壁層の厚さは１５ｎｍである。摂氏８４０度の基板温度に下げた後に、ｐ側のＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層を成長する。摂氏１０００度の基板温度で、厚さ20nmのＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層及び厚さ400nmのｐ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層を成長する。ｐ型クラッド層の酸素濃度範囲は例えば3×1016ｃｍ−３以下である。
【００７３】
基板温度を室温に下げた後に、エピ生産物を成長炉から取り出す。次いで、ｐ型ＧａＮコンタクト層をＭＢＥ装置で成長する。ＭＢＥ装置に配置する前に、硫酸過水で2分間で洗浄する。この成長では、以下原料として，ガリウムフラックス（Ｋ−セル）、マグネシウムフラックス（Ｋ−セル）、窒素ラジカル（ＲＦ−プラズマ）を用いる。このエピ生産物をＭＢＥ装置にセットした後に、750度まで基板温度を上げ、ガリウムフラックス（例えば、フラックス量：1.5×10-6Torr）をあてながら30分間保持する。この処置の後に、基板温度を摂氏７２０度に下げた後に、ｐ型ＧａＮ膜を成長して、エピ生産物を形成する。基板温度を室温まで下げた後に、エピ生産物をＭＢＥ装置から取り出す。図５の（ａ）部に示されるように、このエピ生産物を「Ａ」と呼ぶ。
【００７４】
別のデバイスを作製するために、Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層を成長した後に、続けてＭＯＣＶＤ装置でコンタクト層を形成して、別のエピ生産物を形成する。図５の（ｂ）部に示されるように、このエピ生産物を「Ｃ」と呼ぶ。
【００７５】
これらのエピ生産物Ａ、Ｃを用いてデバイスを形成する。エピ生産物上にレジストをスピンコータを用いて均一に塗布する。フォトマスクとアライナを用いて、露光・現像により幅２μｍのストライプ状のパターンを形成してレジスト膜マスクを形成する。全面にパラジウム電極膜を蒸着する。レジストを有機溶剤で除去して、その上のパラジウム（Ｐｄ）膜ごとリフトオフ（剥離）する。これによって、ストライプ状のＰｄ電極が形成される。基板の裏面を研磨した後に、裏面電極を形成する。これらの電極工程により作製された基板生産物を幅６００μｍで分離して、レーザーバーを形成する。
【００７６】
図５は、エピ生産物Ａ及びＣからそれぞれ作製した窒化物半導体レーザＤＡ及びＤＣの構造を模式的に示す図面である。エピ生産物Ａから作製した窒化物半導体レーザＤＡに１００ｍＡの電流を印加するとき、波長530ｎｍの波長でレーザ発振を行う。このときの駆動電圧は８．４ボルトである。また、エピ生産物Ｃから作製した窒化物半導体レーザＤＣに１００ｍＡの電流を印加するとき、波長530ｎｍの波長でレーザ発振を行う。このときの駆動電圧は９．３ボルトである。
【００７７】
（実施例２）
この実施例では、エピ生産物の｛２０−２１｝面上の半導体積層の酸素濃度を測定する。まず、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）法によるエピ生産物を作製する工程を行う。｛２０−２１｝ＧａＮ基板を用意する。このＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置のチャンバ内にセットする。原料として，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）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、モノシラン(ＳｉＨ４)、アンモニア（ＮＨ３）を使用する。基板温度を摂氏１０５０度に保持し、アンモニア及び水素を成長炉に供給して、サーマルクリーニングを行う。次いで、以下の半導体積層を成長する。ｎ型ＧａＮ層を摂氏１０５０度で成長する。摂氏１０００度の基板温度に下げた後に、ｐ型ＧａＮ層を成長する。
【００７８】
基板温度を室温に下げた後に、エピ生産物を成長炉から取り出す。次いで、ｐ型ＧａＮコンタクト層をＭＢＥ装置で成長する。この成長では、以下原料として，ガリウムフラックス（Ｋ−セル）、マグネシウムフラックス（Ｋ−セル）、窒素ラジカル（ＲＦ−プラズマ）を用いる。基板温度を摂氏７２０度にあげて、ｐ型ＧａＮ膜を成長して、エピ生産物を形成する。本実施例では、このｐ型ＧａＮ層は、５×１０１６ｃｍ−３より小さい酸素濃度を達成可能な成膜条件（ガリウムフラックス量1.4×10-6Torr、窒素プラズマ（窒素流量１．３ｃｃ、250Wでプラズマ化）、基板温度720度）を用いて成膜される。基板温度を室温まで下げた後に、ｐｎ接合ダイオードを含むエピ生産物をＭＢＥ装置から取り出す。このエピ生産物を「Ｂ」と呼ぶ。
【００７９】
このエピ生産物Ｂを二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法で酸素の分析を行う。図６は、酸素のＳＩＭＳ分析結果を示す図面である。ＭＯＣＶＤ法で成長した半導体層では、ｎ型層及びｐ型層においても酸素濃度が６×１０１７ｃｍ−３程度と高いのに対して，ＭＢＥ法で成長した半導体層では、その酸素濃度が、測定限界に相当する２×１０１６ｃｍ−３程度まで低い。この層をコンタクト層として利用することは、駆動電圧低減に有利であるといえる。ここで，ＭＯＣＶＤ法のＧａＮ膜とＭＢＥ法のＧａＮ膜との界面ＩＦで酸素のパイルアップが観察されるけれども、このパイルアップは、ＭＯＣＶＤ装置からＭＢＥ装置への移動の際に適当な洗浄工程またはＭＢＥ装置内でのサーマルクリーニング工程などを行うことによって更に下げることが可能である。ＭＢＥ装置に配置する前に、エピ生産物を例えば硫酸過水で洗浄することができる。また、エピ生産物をＭＢＥ装置にセットした後に、例えばサーマルクリーニングのために基板を昇温した後にガリウムフラックス照射を行うことができる。
【００８０】
半極性又は無極性を示す主面を有する窒化物基板上では、例えば５×１０１６ｃｍ−３以上の酸素を含有するとき、表面モフォロジが非常に平坦になる。しかしながら、酸素は窒化ガリウム中においてｎ型不純物として作用するので、高抵抗層やｐ型半導体領域を作製するには不向きである。また、エピタキシャル成長で主流であるＭＯＣＶＤ法を結晶成長に用いるとき、超高真空にして脱酸素処理を行わないので、成長炉中の部材、原料、や成膜雰囲気に酸素が残留することになる。これ故に、ＭＯＣＶＤ法では、酸素濃度５×１０１６ｃｍ−３より小さいエピタキシャル膜を作製すること容易ではない。一方、分子ビームエピタキシ法では、背圧が超高真空（１×１０１１Ｔｏｒｒ以下）であるので、成長炉中の部材、原料、や成膜雰囲気を非常に低酸素に保つことができ、エピタキシャル成長の工程内において成長炉の切り替えを行うけれども、５×１０１６ｃｍ−３以下の酸素濃度の窒化ガリウムエピタキシャル層の成長が可能となる。そこで、III族窒化物半導体素子における半導体層の一部分、例えばコンタクト層（例えば厚さ５０ｎｍ程度）だけをＭＢＥ法で作製する。このとき、非常に低い酸素濃度を有するｐ型半導体層の形成が、酸素を含むことにより平坦性を失うことなく可能となり、良好な特性のIII族窒化物半導体素子を作製できる。例えば、（２０−２１）面上に窒化物半導体系緑色レーザを、ＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型クラッド層まで作製した後に、続いてｐ型コンタクト層をＭＢＥ法で作製する。このとき、ＭＢＥ法で成長されたｐ型コンタクト層の酸素濃度が低いので、キャリア補償の影響をほとんど受けることが無く、またその上に形成した電極（例えばＰｄ）と良好なオーミック特性を示す。
【００８１】
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】
【００８２】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、極性面と異なる半導体面への電極の接触に良好なコンタクト特性を提供できるIII族窒化物半導体素子が提供される。また、本実施形態によれば、このIII族窒化物半導体素子を作製する方法が提供される。
【符号の説明】
【００８３】
１０ａ、１０ｃ…成長炉、１０ｂ…処理装置、１１…基板、１２…半導体積層、１３…半導体積層、１３ａ…半導体積層の表面、１４…自然酸化物、Ｅ１、Ｅ２…エピタキシャル基板、１５…ｎ型III族窒化物半導体領域、１７…活性層、１９…ｐ型III族窒化物半導体領域、２１…量子井戸構造、２３…障壁層、２５…井戸層、２７…電子ブロック層、２９…ｐ型クラッド層、３３…窒化ガリウム系半導体層、３７…導電膜、４１…III族窒化物半導体発光素子、４３…第１導電型III族窒化物半導体層、４５…第１導電型III族窒化物半導体層、４７…活性層、４９…第１のIII族窒化物半導体層、５１…第２のIII族窒化物半導体層、５３…電極、Ｊ１、Ｊ２…接合、５５…支持基体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体素子であって、
III族窒化物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た第１の窒化ガリウム系半導体領域と、
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の主面に接触を成す電極と、
を備え、
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は不純物として酸素を含み、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の酸素濃度は、５×１０１６ｃｍ−３より小さく、
前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度を成し、前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する、III族窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域にはｐ型ドーパントが添加されて、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有する、請求項１に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項３】
窒化ガリウム系半導体からなり、前記基板の前記主面の上に設けられた第２の窒化ガリウム系半導体領域を更に備え、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の前記酸素濃度より大きい酸素濃度を有し、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は、前記基板の前記III族窒化物半導体の前記ｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度をなす上面を有し、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域にはｐ型ドーパントが添加されて、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有し、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域の前記上面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する、請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上１７０度以下である、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下の範囲にある、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記基板の前記主面の上に設けられた活性層を更に備え、
前記活性層は、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域と前記基板との間に設けられる、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記基板の前記主面の上に設けられ量子井戸構造を有する活性層を更に備え、
前記活性層は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域と前記基板との間に設けられる、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記活性層はＩｎＧａＮ層を含む、請求項６又は請求項７に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は４３度以上８０度以下又は１００度以上１３７度以下の範囲にある、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記III族窒化物半導体の前記ｃ軸は該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜しており、
前記基板の前記主面の法線と該III族窒化物半導体の前記基準軸とのなす角度は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲にある、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項１１】
前記基板の前記主面の法線と該III族窒化物半導体の前記基準軸とのなす角度は６３度以上８０度以下の範囲にある、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項１２】
前記基板の前記主面の法線と該III族窒化物半導体の前記基準軸とのなす角度は１００度以上１１７度以下の範囲にある、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項１３】
III族窒化物半導体素子を作製する方法であって、
第１のエピ生産物を第１の成膜装置から取り出した後に第２の成膜装置に配置する工程と、
前記第２の成膜装置において第１の窒化ガリウム系半導体領域を前記第１のエピ生産物の主面の上に成長して第２のエピ生産物を形成する工程と、
前記第２のエピ生産物の前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の主面に接触を成す電極を形成する工程と、
を備え、
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は、５×１０１６ｃｍ−３より小さい酸素濃度を有し、
前記第１のエピ生産物は、III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を含み、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は該基板の前記主面の上に設けられ、
前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度を成し、前記基板の前記主面及び前記第１のエピ生産物の前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する、III族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項１４】
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型ドーパントを添加しながら成長されて、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有する、請求項１３に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項１５】
前記第２の成膜装置に配置するに先だって、前記第１の成膜装置において第２の窒化ガリウム系半導体領域を前記基板の前記主面の上に成長して前記第１のエピ生産物を形成する工程と、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域を成長した後に、前記第１の成膜装置から前記第１のエピ生産物を取り出す工程と、
を更に備え、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は、窒化ガリウム系半導体からなり、該窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度をなす上面を有し、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域の酸素濃度は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の前記酸素濃度より大きく、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型ドーパントを添加しながら成長されて、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有し、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域の前記上面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する、請求項１３又は請求項１４に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項１６】
前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上１７０度以下である、請求項１３〜請求項１５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項１７】
前記第１のエピ生産物を前記第１の成膜装置から取り出した後であって前記第１のエピ生産物を前記第２の成膜装置を配置するに先立って、前記第１のエピ生産物を洗浄する工程を更に備える、請求項１３〜請求項１６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項１８】
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域を成長した後に、前記第２の成膜装置において前記第１のエピ生産物の主面のクリーニングを行う工程を更に備え、
前記クリーニングは、前記第２の成膜装置の真空チャンバ内において前記第１のエピ生産物の前記主面にガリウムフラックスを照射することによって行われる、請求項１３〜請求項１７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項１９】
前記基板の前記主面の上に活性層を前記第１の成膜装置において成長する工程を更に備え、
前記活性層は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域と前記基板との間に設けられる、請求項１３〜請求項１８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項２０】
前記活性層は、量子井戸構造を有する活性層を含む、請求項１９に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項２１】
前記活性層はＩｎＧａＮ層を含む、請求項１９又は請求項２０に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項２２】
前記第１の成膜装置において前記第２の窒化ガリウム系半導体領域を有機金属気相成長法を用いて成膜し、
前記第２の成膜装置において前記第１の窒化ガリウム系半導体領域を分子ビームエピタキシ法を用いて行われる、請求項１３〜請求項２１のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項２３】
前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下の範囲にある、請求項１３〜請求項２２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項２４】
前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は４３度以上８０度以下又は１００度以上１３７度以下の範囲にある、請求項１３〜請求項２３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項２５】
前記III族窒化物半導体の前記ｃ軸は該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜しており、
前記基板の前記主面の法線と前記基準軸とのなす角度は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲にある、請求項１３〜請求項２４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項１】
III族窒化物半導体素子であって、
III族窒化物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た第１の窒化ガリウム系半導体領域と、
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の主面に接触を成す電極と、
を備え、
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は不純物として酸素を含み、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の酸素濃度は、５×１０１６ｃｍ−３より小さく、
前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度を成し、前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する、III族窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域にはｐ型ドーパントが添加されて、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有する、請求項１に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項３】
窒化ガリウム系半導体からなり、前記基板の前記主面の上に設けられた第２の窒化ガリウム系半導体領域を更に備え、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の前記酸素濃度より大きい酸素濃度を有し、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は、前記基板の前記III族窒化物半導体の前記ｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度をなす上面を有し、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域にはｐ型ドーパントが添加されて、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有し、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域の前記上面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する、請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上１７０度以下である、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下の範囲にある、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記基板の前記主面の上に設けられた活性層を更に備え、
前記活性層は、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域と前記基板との間に設けられる、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記基板の前記主面の上に設けられ量子井戸構造を有する活性層を更に備え、
前記活性層は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域と前記基板との間に設けられる、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記活性層はＩｎＧａＮ層を含む、請求項６又は請求項７に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は４３度以上８０度以下又は１００度以上１３７度以下の範囲にある、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記III族窒化物半導体の前記ｃ軸は該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜しており、
前記基板の前記主面の法線と該III族窒化物半導体の前記基準軸とのなす角度は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲にある、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項１１】
前記基板の前記主面の法線と該III族窒化物半導体の前記基準軸とのなす角度は６３度以上８０度以下の範囲にある、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項１２】
前記基板の前記主面の法線と該III族窒化物半導体の前記基準軸とのなす角度は１００度以上１１７度以下の範囲にある、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
【請求項１３】
III族窒化物半導体素子を作製する方法であって、
第１のエピ生産物を第１の成膜装置から取り出した後に第２の成膜装置に配置する工程と、
前記第２の成膜装置において第１の窒化ガリウム系半導体領域を前記第１のエピ生産物の主面の上に成長して第２のエピ生産物を形成する工程と、
前記第２のエピ生産物の前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の主面に接触を成す電極を形成する工程と、
を備え、
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は、５×１０１６ｃｍ−３より小さい酸素濃度を有し、
前記第１のエピ生産物は、III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を含み、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は該基板の前記主面の上に設けられ、
前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度を成し、前記基板の前記主面及び前記第１のエピ生産物の前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する、III族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項１４】
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型ドーパントを添加しながら成長されて、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有する、請求項１３に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項１５】
前記第２の成膜装置に配置するに先だって、前記第１の成膜装置において第２の窒化ガリウム系半導体領域を前記基板の前記主面の上に成長して前記第１のエピ生産物を形成する工程と、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域を成長した後に、前記第１の成膜装置から前記第１のエピ生産物を取り出す工程と、
を更に備え、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は、窒化ガリウム系半導体からなり、該窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する基準平面を基準にしてゼロより大きい角度をなす上面を有し、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域の酸素濃度は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域の前記酸素濃度より大きく、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型ドーパントを添加しながら成長されて、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域はｐ型導電性を有し、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域の前記上面は半極性及び無極性のいずれか一方を有する、請求項１３又は請求項１４に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項１６】
前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上１７０度以下である、請求項１３〜請求項１５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項１７】
前記第１のエピ生産物を前記第１の成膜装置から取り出した後であって前記第１のエピ生産物を前記第２の成膜装置を配置するに先立って、前記第１のエピ生産物を洗浄する工程を更に備える、請求項１３〜請求項１６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項１８】
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域を成長した後に、前記第２の成膜装置において前記第１のエピ生産物の主面のクリーニングを行う工程を更に備え、
前記クリーニングは、前記第２の成膜装置の真空チャンバ内において前記第１のエピ生産物の前記主面にガリウムフラックスを照射することによって行われる、請求項１３〜請求項１７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項１９】
前記基板の前記主面の上に活性層を前記第１の成膜装置において成長する工程を更に備え、
前記活性層は前記第１の窒化ガリウム系半導体領域と前記基板との間に設けられる、請求項１３〜請求項１８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項２０】
前記活性層は、量子井戸構造を有する活性層を含む、請求項１９に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項２１】
前記活性層はＩｎＧａＮ層を含む、請求項１９又は請求項２０に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項２２】
前記第１の成膜装置において前記第２の窒化ガリウム系半導体領域を有機金属気相成長法を用いて成膜し、
前記第２の成膜装置において前記第１の窒化ガリウム系半導体領域を分子ビームエピタキシ法を用いて行われる、請求項１３〜請求項２１のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項２３】
前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下の範囲にある、請求項１３〜請求項２２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項２４】
前記基板の前記主面の法線と前記III族窒化物半導体の前記基準軸となす角度は４３度以上８０度以下又は１００度以上１３７度以下の範囲にある、請求項１３〜請求項２３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【請求項２５】
前記III族窒化物半導体の前記ｃ軸は該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜しており、
前記基板の前記主面の法線と前記基準軸とのなす角度は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲にある、請求項１３〜請求項２４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子を作製する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８２２０３（Ｐ２０１２−１８２２０３Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４２５３１（Ｐ２０１１−４２５３１）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【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９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【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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