JP3433075B2 - Method of manufacturing nitride semiconductor device - Google Patents
Method of manufacturing nitride semiconductor deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザや発
光ダイオードに使用可能な窒化物系半導体素子の製造方
法に係わり、特に電極との良好なオーミックコンタクト
を有し、低抵抗で低動作電圧の窒化物系半導体素子の製
造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a nitride-based semiconductor device that can be used in a semiconductor laser or a light emitting diode, and particularly has good ohmic contact with an electrode, low resistance, and low operating voltage. The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor device .
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、青色から紫外域にかけての短波長
領域の発光ダイオード(以下、LEDともいう)や半導
体レーザ(以下、LDともいう)用の材料として、Ga
Nを始めとしてAlGaN等の窒化物系半導体が注目さ
れている。また特に、InGaAlN系混晶は、 III−
V族化合物半導体混晶中で最大の直接遷移型エネルギー
ギャップを有し、0.2〜0.6μm帯、即ち赤色〜紫
色領域の発光素子材料として注目されている。2. Description of the Related Art In recent years, Ga has been used as a material for a light emitting diode (hereinafter, also referred to as an LED) and a semiconductor laser (hereinafter, also referred to as an LD) in a short wavelength range from blue to ultraviolet.
Nitride-based semiconductors such as AlGaN are attracting attention as well as N. In particular, the InGaAlN mixed crystal is III-
It has the largest direct transition type energy gap in the V-group compound semiconductor mixed crystal, and is attracting attention as a light emitting device material in the 0.2 to 0.6 μm band, that is, in the red to violet region.
【0003】この種の窒化物系半導体材料を用いた半導
体発光素子では、電流注入層や電極とのコンタクト層と
して、窒化物系半導体からなるp型伝導層及びn型伝導
層を必要とする。A semiconductor light emitting device using a nitride-based semiconductor material of this type requires a p-type conduction layer and an n-type conduction layer made of a nitride-based semiconductor as a current injection layer and a contact layer with an electrode.
【0004】電流注入型の発光素子を製造する場合、p
n接合型を基本とするためにp型伝導層並びにn型伝導
層の伝導型及び伝導率(アクセプタ濃度、キャリア濃
度)等の制御が不可欠である。InAlGaN系材料に
おいては、n型伝導層に関しては、Siを不純物として
用いることにより、伝導型を比較的容易に制御可能であ
る。When manufacturing a current injection type light emitting device, p
Since the n-junction type is basically used, control of the conductivity type and conductivity (acceptor concentration, carrier concentration) of the p-type conductive layer and the n-type conductive layer is essential. In the InAlGaN-based material, the conductivity type of the n-type conductive layer can be controlled relatively easily by using Si as an impurity.
【0005】一方、p型伝導層に関しては、伝導型及び
伝導率(アクセプタ濃度,キャリア濃度)の制御が困難
である。このp型伝導層を形成するには通常、ドーパン
トとしてマグネシウム(Mg)又は亜鉛(Zn)を用
い、水素キャリアガス(H2 )及びアンモニアガス(N
H3 )中に、1100℃程度の高温に保持した成長基板
を設置し、この成長基板上にGa原料やAl原料を供給
する方式がある。On the other hand, it is difficult to control the conductivity type and the conductivity (acceptor concentration, carrier concentration) of the p-type conductive layer. To form this p-type conductive layer, magnesium (Mg) or zinc (Zn) is usually used as a dopant, and a hydrogen carrier gas (H 2 ) and an ammonia gas (N
There is a system in which a growth substrate kept at a high temperature of about 1100 ° C. is installed in H 3 ) and Ga raw material and Al raw material are supplied onto the growth substrate.
【0006】しかしながら、この方式で作成したMgド
ープGaN層及びAlGaN層などのMgドープ窒化物
系半導体層は高抵抗を示し、p型伝導を示さない。However, the Mg-doped nitride-based semiconductor layers such as the Mg-doped GaN layer and the AlGaN layer produced by this method show high resistance and do not show p-type conduction.
【0007】これは例えば、Zn及びMgの不純物の準
位が深いことや、特にMOCVD法による成長では、原
料ガスとしてのアンモニア(NH3 )やキャリアガスと
しての水素から分解した活性な水素原子或いはその他の
残留不純物の存在により、MgやZnのアクセプタへの
活性化が妨げられると考えられる(J.A.Van Vechtenet
al.,Jpn.J.Appl.Phys.31(1992)3662 )。This is because, for example, the impurity levels of Zn and Mg are deep, and particularly in the case of growth by MOCVD, active hydrogen atoms decomposed from ammonia (NH 3 ) as a source gas or hydrogen as a carrier gas or The presence of other residual impurities may prevent activation of Mg and Zn to acceptors (JAVan Vechtenet
al., Jpn.J.Appl.Phys.31 (1992) 3662).
【0008】MgドープInAlGaN層はMOCVD
法で成長させる場合、Mgド−プ層を成長中或いは成長
後に基板温度を室温まで降温する間にNH3 やキャリア
ガスからの水素がMgと共に結晶中に取り込まれ、Mg
アクセプタをH+ が不活性化させてしまうため、結果と
して高抵抗層になる。例えば、Mgが1×1020cm-3
の濃度でGaNにドープされた場合、水素濃度も1×1
020cm-3程度と同程度取り込まれる。このMgドープ
GaN層は、同条件で成長させたアンドープ又はSiド
ープGaN層に比ベ、10倍以上の水素濃度となってお
り、ホール測定やC−V測定などにより、as gro
wnでは高抵抗であることが確認されている。The Mg-doped InAlGaN layer is MOCVD
In the case of growing by the method, during the growth of the Mg doped layer or after the growth, the substrate temperature is lowered to room temperature, and NH 3 and hydrogen from the carrier gas are taken into the crystal together with Mg,
H + inactivates the acceptor, resulting in a high resistance layer. For example, Mg is 1 × 10 20 cm -3
When GaN is doped at a concentration of 1, the hydrogen concentration is also 1 × 1
It is taken in as much as about 0 20 cm -3 . This Mg-doped GaN layer has a hydrogen concentration 10 times or more that of an undoped or Si-doped GaN layer grown under the same conditions, and as-gross is determined by Hall measurement or CV measurement.
It has been confirmed that wn has high resistance.
【0009】こうしたas grownで高抵抗である
MgドープGaN層に対し、電子線照射(H.Amano et a
l.,Jpn.J.Appl.Phys.28(1989)L2112)や熱処理(S.Naka
muraet al.,Jpn.J.Appl.Phys.31(1992)1258)により、
Mgの活性化率が向上することが見出され、高輝度LE
Dの実用化やLD発振の実現がなされている(S.Nakamu
ra et al.,Jpn.J.Appl.Phys.35,(1996)L74. )。[0009] Electron beam irradiation (H. Amano et a
L., Jpn.J.Appl.Phys.28 (1989) L2112) and heat treatment (S.Naka
mura et al., Jpn.J.Appl.Phys.31 (1992) 1258),
It was found that the activation rate of Mg is improved, and high brightness LE
Practical application of D and realization of LD oscillation have been made (S. Nakamu
ra et al., Jpn.J.Appl.Phys.35, (1996) L74.).
【0010】よって、一般的には、Mgドープ窒化物系
半導体層は、その形成後に600℃〜800℃程度の窒
素ガス雰囲気中で水素を離脱させるための熱処理等の後
工程が施される。Therefore, in general, the Mg-doped nitride-based semiconductor layer is subjected to a post-process such as a heat treatment for desorbing hydrogen in a nitrogen gas atmosphere at about 600 ° C. to 800 ° C. after its formation.
【0011】このような熱処理工程の後、Mgドープ窒
化物系半導体層は、Mgの活性化によりp型伝導を示す
ものの、成長層最表面に高抵抗層を生じてしまう。以
下、成長層最表面に高抵抗層を生じる理由を詳細に説明
する。After such a heat treatment step, the Mg-doped nitride semiconductor layer shows p-type conduction due to activation of Mg, but a high resistance layer is formed on the outermost surface of the growth layer. The reason why the high resistance layer is formed on the outermost surface of the growth layer will be described in detail below.
【0012】図37は窒化物系半導体を用いた典型的な
青色半導体レーザの構造を示す模式図である。この青色
半導体レーザは、有機金属気相成長法(MOCVD)法
により、サファイア基板1上に、バッファ層(図示せ
ず)、GaN下地層2、GaNコンタクト層3、n型A
lGaN電流注入層4、InGaNを用いた多重量子井
戸(MQW)構造を有する活性層5、p型AlGaN電
流注入層6、p型電極を形成するためのp型GaNコン
タクト層7が順次形成された多層構造を有している。FIG. 37 is a schematic view showing the structure of a typical blue semiconductor laser using a nitride semiconductor. This blue semiconductor laser has a buffer layer (not shown), a GaN base layer 2, a GaN contact layer 3, and an n-type A on a sapphire substrate 1 by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
An lGaN current injection layer 4, an active layer 5 having a multiple quantum well (MQW) structure using InGaN, a p-type AlGaN current injection layer 6, and a p-type GaN contact layer 7 for forming a p-type electrode were sequentially formed. It has a multilayer structure.
【0013】この種の多層構造の形成時には、一般に、
InGaN系の活性層5以外はキャリアガスとして水素
が使用される。一方、InGaN活性層5の形成時に
は、キャリアガスとして窒素が使用される。また、この
多層構造において、p型AlGaN電流注入層6及びp
型GaNコンタクト層7を形成時には、p型ドーパント
としてMgが使用される。なお、Mgは成長中には活性
化しないため、多層構造はその形成後に窒素雰囲気で熱
処理される。During the formation of this type of multilayer structure, generally,
Hydrogen is used as a carrier gas except for the InGaN-based active layer 5. On the other hand, when forming the InGaN active layer 5, nitrogen is used as a carrier gas. In this multilayer structure, the p-type AlGaN current injection layer 6 and p
When forming the type GaN contact layer 7, Mg is used as a p-type dopant. Since Mg is not activated during growth, the multilayer structure is heat-treated in a nitrogen atmosphere after its formation.
【0014】この熱処理の後、ドライエッチング法によ
り、多層構造の一部がGaNコンタクト層3に達する深
さまで除去され、しかる後、GaNコンタクト層3上に
n側電極8が形成される。また、除去されなかったp型
GaNコンタクト層7上にはp側電極9が形成される。
このように各電極8,9が形成された試料がへき開さ
れ、共振器端面が形成されて、青色半導体レーザが製造
される。After this heat treatment, a part of the multilayer structure is removed to a depth reaching the GaN contact layer 3 by the dry etching method, and then the n-side electrode 8 is formed on the GaN contact layer 3. Further, the p-side electrode 9 is formed on the p-type GaN contact layer 7 that has not been removed.
The sample having the electrodes 8 and 9 thus formed is cleaved to form a cavity end facet, and a blue semiconductor laser is manufactured.
【0015】しかしながら、この青色半導体レーザは、
p型GaNコンタクト層7の最表面に高抵抗部を有する
ため、動作電圧が高く、素子にレーザ発振に必要な電流
の注入が困難となっている。また、レーザ発振に必要な
電流を注入しようとすると、動作電圧が20V以上に上
昇し、p側電極9近傍が破壊されてしまう。このような
問題を解決するためには、p側電極9のコンタクト抵抗
を低減させることが必須である。However, this blue semiconductor laser is
Since the p-type GaN contact layer 7 has the high resistance portion on the outermost surface, the operating voltage is high, and it is difficult to inject a current necessary for laser oscillation into the device. Further, if an attempt is made to inject a current required for laser oscillation, the operating voltage rises to 20 V or higher, and the vicinity of the p-side electrode 9 is destroyed. In order to solve such a problem, it is essential to reduce the contact resistance of the p-side electrode 9.
【0016】次に、この青色半導体レーザについて、窒
素雰囲気中の熱処理前後のMg,炭素,水素,酸素の深
さ方向の濃度分布を二次イオン質量分析(以下、SIM
Sという)により調べた。その結果、図38に示すよう
に、Mgの濃度は熱処理の前後共に深さ方向に一定であ
る。一方、炭素(C),水素(H),酸素(O)は、熱
処理前に、試料の深さ方向に沿ってほぼ一定の濃度分布
を示すが、熱処理後に、試料の成長層最表面に、成長層
内部よりも多量に検出される。例えば、顕著なときに
は、炭素、水素は、成長層最表面に、成長層内部よりも
1〜2桁も多く検出されることがある。Next, regarding this blue semiconductor laser, the concentration distribution of Mg, carbon, hydrogen, and oxygen in the depth direction before and after heat treatment in a nitrogen atmosphere was measured by secondary ion mass spectrometry (hereinafter, SIM).
S)). As a result, as shown in FIG. 38, the concentration of Mg is constant in the depth direction before and after the heat treatment. On the other hand, carbon (C), hydrogen (H), and oxygen (O) show a substantially constant concentration distribution along the depth direction of the sample before the heat treatment, but after the heat treatment, on the outermost surface of the growth layer of the sample, It is detected in a larger amount than in the growth layer. For example, when it is remarkable, carbon and hydrogen may be detected on the outermost surface of the growth layer by 1 to 2 orders of magnitude more than inside the growth layer.
【0017】従って、p型GaNコンタクト層7とp側
電極9とのコンタクト抵抗が高く、素子電圧が高くなる
原因としては、水素が熱処理により成長層内部から表面
に拡散し、最表面に多量に残存することにより、表面で
Mgと結びついてMgが不活性化されることが挙げられ
る。また、炭素は成長層内部からの拡散又は熱処理時に
生じた表面の汚染物などが原因で成長層最表面に多く存
在する。また、酸素は、熱処理時に生じた表面酸化膜、
又は成長層内部からの拡散によると考えられる。Therefore, the reason why the contact resistance between the p-type GaN contact layer 7 and the p-side electrode 9 is high and the device voltage is high is that hydrogen is diffused from the inside of the growth layer to the surface by heat treatment and a large amount of hydrogen is present on the outermost surface. It can be mentioned that the residual causes the Mg to be inactivated by binding with Mg on the surface. Further, a large amount of carbon is present on the outermost surface of the growth layer due to diffusion from the inside of the growth layer or surface contaminants generated during heat treatment. In addition, oxygen is a surface oxide film generated during heat treatment,
Or, it is considered to be due to diffusion from the inside of the growth layer.
【0018】なお、成長層最表面に酸素、炭素が多い場
合には次の(1)〜(3)に示すような問題がある。
(1)Mg等のドーパントの活性化率を低下させ、キャ
リア密度を低下させる問題がある。(2)電極との良好
なオーミックコンタクトがとれない問題がある。これら
(1)〜(2)は、p側電極9とのコンタクト抵抗を上
昇させ、素子の動作電圧を増加させ、素子寿命を短縮さ
せる等、信頼性を低下させてしまう。さらに、(3)貫
通転位や積層欠陥等の結晶欠陥を介して不純物を拡散さ
せ、リーク電流を増大させてしまう問題がある。When the outermost surface of the growth layer is rich in oxygen and carbon, there are problems as shown in the following (1) to (3).
(1) There is a problem that the activation rate of a dopant such as Mg is lowered and the carrier density is lowered. (2) There is a problem that good ohmic contact with the electrode cannot be obtained. These (1) and (2) increase the contact resistance with the p-side electrode 9, increase the operating voltage of the element, shorten the element life, and reduce reliability. Further, (3) there is a problem that impurities are diffused through crystal defects such as threading dislocations and stacking faults, and leak current is increased.
【0019】また、このような窒化物系半導体素子で
は、熱処理を必要とするものの、p型層の膜厚や各層の
組成等、素子構造の違いにより成長層中のMgが十分活
性化するのに要する熱処理時間が異なり、水素の拡散を
考慮した計算によりある程度、熱処理時間が見積もれる
とは言え、熱処理温度における熱処理時間の最適値を決
定するのは容易でない。Although such a nitride-based semiconductor device requires heat treatment, Mg in the growth layer is sufficiently activated due to differences in device structure such as the thickness of the p-type layer and the composition of each layer. Although the heat treatment time required for the heat treatment is different and the heat treatment time can be estimated to some extent by calculation considering the diffusion of hydrogen, it is not easy to determine the optimum value of the heat treatment time at the heat treatment temperature.
【0020】即ち、熱処理を必要とするが、水素を解離
させるのに最適な熱処理温度や時間が不明確であるた
め、p型伝導層6,7内に水素が残存していたり、過剰
な熱処理により、Mgの活性化率を低下させている可能
性が高い。また、このように内部に残存する水素は、素
子全体の抵抗を高くさせ、コンタクト抵抗と同様に素子
の動作電圧を上昇させる原因となっている。That is, although heat treatment is required, the optimum heat treatment temperature and time for dissociating hydrogen are unclear, so that hydrogen remains in the p-type conductive layers 6 and 7, or excessive heat treatment is performed. Therefore, it is highly possible that the activation rate of Mg is reduced. Further, the hydrogen remaining inside as described above causes the resistance of the entire device to be high, and causes the operating voltage of the device to rise in the same manner as the contact resistance.
【0021】ところで、係る問題を解決する観点から熱
処理過程を用いずにp型伝導層6,7を得る試みが特開
平8−125222号公報に開示されている。この公報
には、成長終了後の降温過程において、雰囲気ガスを水
素ガス,アンモニアガス以外の不活性ガスに置換するこ
とにより、p型伝導層6,7を得る方法が記載されてい
る。しかしながら、この方法では、熱処理工程は不要で
あるが、前述したように、残存水素等の存在により成長
層内に高抵抗層が形成されるため、良好なオーミックコ
ンタクトが得られず、素子特性が向上しないと考えられ
る。また、同公報には、窒素雰囲気中で成長した例が示
されているが、この方法で得られたMgドープ層は、抵
抗率108 Ωcm以上の絶縁体であることが示されてい
る。From the viewpoint of solving such a problem, an attempt to obtain the p-type conductive layers 6 and 7 without using a heat treatment process is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-125222. This publication describes a method of obtaining the p-type conductive layers 6 and 7 by replacing the atmosphere gas with an inert gas other than hydrogen gas and ammonia gas in the temperature decreasing process after the growth is completed. However, this method does not require a heat treatment step, but as described above, since a high resistance layer is formed in the growth layer due to the presence of residual hydrogen, good ohmic contact cannot be obtained, and device characteristics Not expected to improve. The publication also shows an example of growth in a nitrogen atmosphere, but it is shown that the Mg-doped layer obtained by this method is an insulator having a resistivity of 10 8 Ωcm or more.
【0022】[0022]
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように窒化
物系半導体素子及びその製造方法では、Mgを活性化さ
せるために成長後に熱処理や電子線照射等の特別な処理
を必要とするので、手間がかかり、生産性を低下させ、
高コスト化を招く問題があると共に、処理工程の増加に
よる歩留り低下や結晶の品質劣化という問題がある。As described above, the nitride semiconductor device and the method for manufacturing the same require special treatments such as heat treatment and electron beam irradiation after growth in order to activate Mg. It takes time, reduces productivity,
In addition to the problem of high cost, there is a problem of yield reduction and deterioration of crystal quality due to an increase in processing steps.
【0023】また、成長後の熱処理により、水素,炭素
及び酸素が成長層の表面に多量に存在しておりp型Ga
Nコンタクト層7のコンタクト抵抗を高くさせ、素子の
動作電圧を上昇させる問題がある。また、p側電極9近
傍の劣化により、LEDの動作寿命が実用化レベルに達
せず、信頼性を低下させる問題がある。Further, due to the heat treatment after the growth, a large amount of hydrogen, carbon and oxygen are present on the surface of the growth layer, resulting in the p-type Ga.
There is a problem that the contact resistance of the N contact layer 7 is increased and the operating voltage of the device is increased. Further, there is a problem that the operating life of the LED does not reach the practical level and the reliability is lowered due to the deterioration in the vicinity of the p-side electrode 9.
【0024】また、LDの場合、p側電極9とのコンタ
クト抵抗が高いと、レーザ発振が困難となったり、LE
Dと同様に、p側電極9近傍の劣化に起因して動作寿命
が著しく短いという問題がある。Further, in the case of LD, if the contact resistance with the p-side electrode 9 is high, laser oscillation becomes difficult, or LE
Similar to D, there is a problem that the operating life is extremely short due to deterioration in the vicinity of the p-side electrode 9.
【0025】本発明は上記実情を考慮してなされたもの
で、成長後の熱処理や電子線照射等の特別な処理を不要
として低廉化及び生産性の向上を図りつつ、p型伝導層
の品質を向上させ、もって、素子寿命を長くして信頼性
を向上し得る窒化物系半導体素子の製造方法を提供する
ことを目的とする。The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and the quality of the p-type conductive layer can be improved while reducing the cost and improving the productivity by eliminating the need for special treatments such as heat treatment and electron beam irradiation after the growth. Therefore, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a nitride-based semiconductor device, which can improve the reliability of the device and thus improve the reliability.
【0026】また、本発明の目的は、p型伝導層の伝導
型を容易に制御でき、低抵抗で良好なオーミックコンタ
クトを有し、低動作電圧で動作する窒化物系半導体素子
の製造方法を提供することにある。Further, an object of the present invention can easily control the conductivity type of p-type conductive layer, having a good ohmic contact with low resistance, the nitride-based semiconductor device operating at a low operating voltage
It is to provide a manufacturing method of.
【0027】[0027]
【課題を解決するための手段】(構成)上記課題を解決
するために本発明は、次のような構成を採用している。(Structure) In order to solve the above problems, the present invention adopts the following structure.
【0028】[0028]
【0029】[0029]
【0030】[0030]
【0031】即ち、本発明(請求項1)は、基板上に、
有機金属気相成長法により、少なくともn型伝導を有し
窒素を構成元素として含む化合物半導体層を形成する工
程と、p型伝導を有し窒素を構成元素として含む化合物
半導体層を形成する工程とを含む窒化物系半導体素子の
製造方法において、前記p型伝導を有し窒素を構成元素
として含む化合物半導体層を形成する工程は、有機金属
気相成長法により、少なくともp型ドーパント原料並び
にアンモニア(NH3 )を含む原料ガス、及びCO,C
O2 の濃度0.1〜10 vol ppbの範囲に精製された不
活性ガスからなるキャリアガスを用いることを特徴とす
る。 That is, according to the present invention (claim 1 ),
A step of forming a compound semiconductor layer having at least n-type conductivity and containing nitrogen as a constituent element, and a step of forming a compound semiconductor layer having p-type conductivity and containing nitrogen as a constituent element, by metalorganic vapor phase epitaxy. In the method of manufacturing a nitride-based semiconductor device containing, in the step of forming the compound semiconductor layer having p-type conductivity and containing nitrogen as a constituent element, at least the p-type dopant raw material and ammonia ( NH 3 ) -containing source gas and CO, C
The use of O 2 concentration 0.1 to 10 vol ppb range carrier gas of purified non <br/> active gas, characterized.
【0032】[0032]
【0033】ここで、p型伝導を有し窒素を構成元素と
して含む化合物半導体層を形成する工程は、V族原料と
III族原料の供給量(mol)比(V/III 比)を、G
aNの場合は3000以下、GaAlNの場合は360
0以下、InGaNの場合は30000以下の条件で行
われることが望ましい。Here, the step of forming a compound semiconductor layer having p-type conductivity and containing nitrogen as a constituent element is performed by using a group V source material.
The supply amount (mol) ratio (V / III ratio) of the group III raw material is
3000 or less for aN, 360 for GaAlN
It is desirable that the condition is 0 or less, and in the case of InGaN, the condition is 30,000 or less .
【0034】また、p型伝導を有し窒素を構成元素とし
て含む化合物半導体層を素子用多層構造の最表面層とし
て形成し、前記p型伝導を有する最表面層を形成する工
程の後に、成膜のための有機金属原料の供給を停止し、
p型ドーパント原料及び実質的に不活性なキャリアガス
を所定時間、所定温度で供給するか、又は降温過程で供
給することが望ましい。Further, after the step of forming a compound semiconductor layer having p-type conductivity and containing nitrogen as a constituent element as the outermost surface layer of the multilayer structure for devices and forming the outermost surface layer having p-type conduction, Stop the supply of organometallic raw materials for the membrane,
The p-type dopant raw material and substantially inert carrier gas given time, or supplied at a predetermined temperature, or subjected in the cooling process
It is desirable to pay .
【0035】[0035]
【0036】また、p型ドーパント原料は、有機マグネ
シウム(Mg)化合物であることが望ましい。The p-type dopant material is preferably an organic magnesium (Mg) compound.
【0037】また、所定時間とは30秒以上で1時間以
内とし、前記所定温度とは300℃以上で成長温度以下
とし、前記降温過程とは前記所定時間、所定温度の範囲
内での自然降温及びスロープ降温とすることが望まし
い。The predetermined time is 30 seconds or more and less than 1 hour, the predetermined temperature is 300 ° C. or higher and the growth temperature or lower, and the temperature lowering process is a natural temperature decrease within the predetermined time and the predetermined temperature range. And it is desirable to decrease the slope temperature.
【0038】[0038]
【0039】また、本発明(請求項4)は、基板上に、
少なくともn型伝導を有し窒素を構成元素として含む化
合物半導体層と、p型伝導を有し窒素を構成元素として
含む化合物半導体層と、電極との積層構造を備えた窒化
物系半導体素子の製造方法において、少なくともp型ド
ーパント原料、アンモニア(NH3 )を含む原料ガス及
びキャリアガスを用いて、p型不純物を添加した窒素を
構成元素として含む化合物半導体層を素子用多層構造の
最表面層として形成し、前記p型不純物を添加した最表
面層を形成する工程の後に、成膜のための有機金属原料
の供給を停止し、p型ドーパント原料、及びキャリアガ
スを所定時間、所定温度で供給するか、又は降温過程で
供給することを特徴とする。The present invention (Claim 4 ) is characterized in that
Manufacture of a nitride-based semiconductor device having a laminated structure of a compound semiconductor layer having at least n-type conductivity and containing nitrogen as a constituent element, a compound semiconductor layer having p-type conductivity and containing nitrogen as a constituent element, and an electrode In the method, at least a p-type dopant raw material, a raw material gas containing ammonia (NH 3 ), and a carrier gas are used, and a compound semiconductor layer containing p-type impurity-added nitrogen as a constituent element is used as an outermost surface layer of a device multilayer structure. After the step of forming and forming the outermost surface layer to which the p-type impurity is added, the supply of the organometallic raw material for film formation is stopped, and the p-type dopant raw material and the carrier gas are supplied for a predetermined time at a predetermined temperature. Or during the cooling process
It is characterized by supplying .
【0040】[0040]
【0041】ここで、p型ドーパント原料は、有機マグ
ネシウム(Mg)化合物であることが望ましい。Here, the p-type dopant material is preferably an organic magnesium (Mg) compound.
【0042】[0042]
【0043】また、所定時間とは30秒以上で1時間以
内とし、前記所定温度とは300℃以上で成長温度以下
とし、前記降温過程とは前記所定時間、所定温度の範囲
内での自然降温及びスロープ降温とすることが望まし
い。The predetermined time is 30 seconds or more and less than 1 hour, the predetermined temperature is 300 ° C. or higher and the growth temperature or lower, and the temperature lowering process is the natural temperature decrease within the predetermined time and the predetermined temperature range. And it is desirable to decrease the slope temperature.
【0044】[0044]
【0045】[0045]
【0046】[0046]
【0047】[0047]
【0048】(作用)本発明によれば、Inx Aly G
az B1-x-y-z Nm Pn As1-m-n などのp型化合物半
導体層の表面付近における酸素濃度の最大値は、面内に
おける酸素濃度の平均値の5倍以下であることを特徴と
する。また、好ましくは3倍以下であり、さらに好まし
くは2倍以下である。これにより、ウェハ面内に局所的
に酸素濃度の高い領域が存在しないため、不均一注入
(電流)、非発光領域の生成、導波への影響、その他、
抵抗、エレクトロマイグレーション、歪み、熱特性等へ
の悪影響を排除でき、信頼性をより向上させることがで
きる。(Operation) According to the present invention, In x Al y G
a z B 1-xyz N m P n As 1-mn and other p-type compound semiconductor layers have a maximum oxygen concentration in the vicinity of the surface that is 5 times or less than the average in-plane oxygen concentration. To do. Further, it is preferably 3 times or less, more preferably 2 times or less. As a result, there is no region with high oxygen concentration locally in the wafer surface, so non-uniform injection (current), generation of non-emission region, influence on waveguiding, etc.
It is possible to eliminate adverse effects on resistance, electromigration, distortion, thermal characteristics, etc., and further improve reliability.
【0049】また、Inx Aly Gaz B1-x-y-z Nm
Pn As1-m-n などのp型化合物半導体層の表面付近に
おける炭素濃度の最大値は、面内における炭素濃度の平
均値の5倍以下であることを特徴とする。また前述同様
に、好ましくは3倍以下であり、さらに好ましくは2倍
以下である。これにより、ウェハ面内に局所的に炭素濃
度の高い領域が存在しないため、前述同様に、不均一注
入(電流)、非発光領域の生成などの悪影響を排除で
き、信頼性をより向上させることができる。Further, In x Al y Ga z B 1-xyz N m
The maximum carbon concentration in the vicinity of the surface of a p-type compound semiconductor layer such as P n As 1-mn is characterized by being 5 times or less the average value of the in-plane carbon concentration. Further, as in the above, it is preferably 3 times or less, more preferably 2 times or less. As a result, since there is no locally high carbon concentration region in the wafer surface, it is possible to eliminate adverse effects such as non-uniform implantation (current) and generation of non-light emitting region, and improve reliability, as described above. You can
【0050】また、p型化合物半導体層を成長する際の
キャリアガス中のCO,CO2 の濃度やH2 の濃度、更
には原料供給比(V/III )を規定することにより、成
長後の熱処理工程無しでp型添加不純物が活性化し、高
いアクセプタ濃度、キャリア濃度のp型電気伝導層が得
られ、素子の初期特性、信頼性、生産性、コストが大幅
に向上する。さらに、p側電極とのコンタクト抵抗の低
減により、素子の動作電圧が低減でき、素子の初期特
性、歩留まり、信頼性が大幅に向上する。In addition, the CO and CO 2 concentrations in the carrier gas and the H 2 concentration in the growth of the p-type compound semiconductor layer, and the raw material supply ratio (V / III) are regulated, so that The p-type additive impurities are activated without a heat treatment step, and a p-type electrically conductive layer having a high acceptor concentration and carrier concentration is obtained, and the initial characteristics, reliability, productivity, and cost of the device are significantly improved. Furthermore, since the contact resistance with the p-side electrode is reduced, the operating voltage of the element can be reduced, and the initial characteristics, yield, and reliability of the element are significantly improved.
【0051】[0051]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0052】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係わる半導体レーザの構造を示す断面図で
ある。この半導体レーザは、サファイア基板11上に、
図示しないバッファ層を介し、アンドープGaN下地層
12、n型GaNコンタクト層13、n型AlGaN電
流注入層14、GaN光ガイド層15、InGaN活性
層16、GaN光ガイド層17、p型AlGaN電流注
入層18及びp型GaNコンタクト層19が順次、形成
された多層構造を有している。(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor laser according to the embodiment of FIG. This semiconductor laser is provided on a sapphire substrate 11,
An undoped GaN base layer 12, an n-type GaN contact layer 13, an n-type AlGaN current injection layer 14, a GaN light guide layer 15, an InGaN active layer 16, a GaN light guide layer 17, and a p-type AlGaN current injection via a buffer layer (not shown). The layer 18 and the p-type GaN contact layer 19 have a multilayer structure in which they are sequentially formed.
【0053】この多層構造は、その一部がp型GaNコ
ンタクト層19の最表面からn型GaNコンタクト層1
3に達する深さまでドライエッチング法により除去さ
れ、これにより露出されたGaNコンタクト層13上に
はn側電極20が形成されている。A part of this multilayer structure extends from the outermost surface of the p-type GaN contact layer 19 to the n-type GaN contact layer 1.
The n-side electrode 20 is formed on the GaN contact layer 13 exposed by the dry etching method up to the depth reaching 3.
【0054】但し、主キャリアガスである窒素以外に少
量の水素ガスを用いている。これはInGaN系活性層
の変質防止のため、活性層成長後は低温成長を実施する
ことが望ましいが、この際に、原料の分解効率を高め、
成長速度を増加させる効果と、成長層表面の平坦性を向
上させる効果、さらには有機Mg原料の分解効率を高
め、成長層へのMgの取り込まれを増加させる効果があ
るためである。However, a small amount of hydrogen gas is used in addition to nitrogen which is the main carrier gas. In order to prevent alteration of the InGaN-based active layer, it is desirable to carry out low temperature growth after the growth of the active layer.
This is because it has the effect of increasing the growth rate, the effect of improving the flatness of the growth layer surface, and the effect of increasing the decomposition efficiency of the organic Mg raw material and increasing the incorporation of Mg into the growth layer.
【0055】また、多層構造で除去されない部分のp型
GaNコンタクト層19上には電流狭窄のためのSiO
2 層21が選択的に形成され、このSiO2 層21及び
p型GaNコンタクト層19上にp側電極22が形成さ
れている。On the p-type GaN contact layer 19 which is not removed in the multilayer structure, SiO for current confinement is formed.
The two layers 21 are selectively formed, and the p-side electrode 22 is formed on the SiO 2 layer 21 and the p-type GaN contact layer 19.
【0056】本実施形態に係わる半導体レーザは、この
ように多層構造にn側電極及びp側電極を有している。The semiconductor laser according to the present embodiment thus has the n-side electrode and the p-side electrode in the multilayer structure.
【0057】なお、詳細は後述するが、p型AlGaN
電流注入層18及びp型GaNコンタクト層19の形成
時、及び形成後の降温過程には、Mg−水素の複合体の
形成を阻止してMgの活性化を図る観点から、キャリア
ガスとして窒素が用いられている。また、p型ドーパン
トを含む有機原料のキャリアガスとしては、有機原料の
分解効率を向上させる観点から水素が用いられる。Although the details will be described later, p-type AlGaN
During formation of the current injection layer 18 and the p-type GaN contact layer 19 and during the temperature lowering process after formation, nitrogen is used as a carrier gas from the viewpoint of preventing the formation of the Mg-hydrogen complex and activating Mg. It is used. Hydrogen is used as the carrier gas for the organic raw material containing the p-type dopant from the viewpoint of improving the decomposition efficiency of the organic raw material.
【0058】次に、以上のような半導体レーザの製造方
法及び作用について説明する。Next, the manufacturing method and operation of the above semiconductor laser will be described.
【0059】この半導体レーザは、周知のMOCVD法
により作成される。具体的には例えば、有機金属原料と
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(TM
I)、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2
Mg)が使用される。ガス原料としては、アンモニア
(NH3 )、シラン(SiH4 )が使用される。キャリ
アガスとしては水素及び窒素が使用される。This semiconductor laser is manufactured by the well-known MOCVD method. Specifically, for example, as an organic metal raw material, trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), trimethylindium (TM)
I), biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2
Mg) is used. Ammonia (NH 3 ) and silane (SiH 4 ) are used as gas raw materials. Hydrogen and nitrogen are used as carrier gases.
【0060】まず、サファイア基板11は、有機洗浄及
び酸洗浄された後、MOCVD装置の反応室内にて、高
周波加熱されるサセプタ上に設置される。次いで、サフ
ァイア基板11は、常圧にて、水素が25L/分の流量
で導入される雰囲気中で、温度1200℃で約10分
間、気相エッチングされ、表面の自然酸化膜が除去され
る。First, the sapphire substrate 11 is subjected to organic cleaning and acid cleaning, and then placed on the susceptor which is heated by high frequency in the reaction chamber of the MOCVD apparatus. Next, the sapphire substrate 11 is subjected to vapor phase etching at a temperature of 1200 ° C. for about 10 minutes in an atmosphere in which hydrogen is introduced at a flow rate of 25 L / min under normal pressure, and the native oxide film on the surface is removed.
【0061】次いで、サファイア基板11上に、550
℃程度の低温にてバッファ層が形成された後、基板温度
1100℃、キャリアガスとして水素が20.5L/分
で流され、アンモニアが9.5L/分、TMGが100
cc/分の流量で60分間供給されることにより、バッ
ファ層上にアンドープGaN下地層12が形成される。Then, 550 is formed on the sapphire substrate 11.
After the buffer layer is formed at a low temperature of about 0 ° C, the substrate temperature is 1100 ° C, hydrogen as a carrier gas is flowed at 20.5 L / min, ammonia is 9.5 L / min, and TMG is 100%.
The undoped GaN underlayer 12 is formed on the buffer layer by being supplied at a flow rate of cc / min for 60 minutes.
【0062】さらに、SiH4 が10cc/分の流量で
流されることにより、n型GaNコンタクト層13が形
成され、続いて、TMAが60cc/分で流されること
により、n型AlGaN電流注入層14が形成される。
ここで、SiH4 及びTMAが供給停止とされ、GaN
光ガイド層15が、前述したアンドープGaN下地層1
2と同様の成長条件で形成される。Further, SiH 4 is flown at a flow rate of 10 cc / min to form the n-type GaN contact layer 13, and then TMA is flown at 60 cc / min, whereby the n-type AlGaN current injection layer 14 is formed. Is formed.
Here, the supply of SiH 4 and TMA is stopped, and GaN
The light guide layer 15 is the undoped GaN base layer 1 described above.
It is formed under the same growth conditions as 2.
【0063】その後、この基板温度が780℃まで降温
され、キャリアガスが窒素20.5L/分に切替えら
れ、アンモニアが9.5L/分、TMGが9cc/分、
TMIが465cc/分の流量で約30分間導入される
ことにより、InGaN活性層16が形成される。Thereafter, the substrate temperature is lowered to 780 ° C., the carrier gas is switched to 20.5 L / min of nitrogen, 9.5 L / min of ammonia, 9 cc / min of TMG,
The InGaN active layer 16 is formed by introducing TMI at a flow rate of 465 cc / min for about 30 minutes.
【0064】InGaN活性層16の形成後、基板温度
が再び1100℃に昇温され、1100℃に達したと
き、キャリアガスが再び水素20.5/分に切替えら
れ、GaN光ガイド層17が、GaN光ガイド層15と
同様の成長条件で形成される。After the InGaN active layer 16 was formed, the substrate temperature was raised again to 1100 ° C., and when it reached 1100 ° C., the carrier gas was switched again to hydrogen 20.5 / min, and the GaN optical guide layer 17 was changed to It is formed under the same growth conditions as the GaN light guide layer 15.
【0065】なお、GaN光ガイド層17は、窒素をキ
ャリアガスとして用いることもできる。この場合、活性
層であるInGaN層16を高温の水素にさらすことに
よる蒸発を抑制する効果も合わせて期待できる。The GaN light guide layer 17 may use nitrogen as a carrier gas. In this case, the effect of suppressing evaporation caused by exposing the InGaN layer 16 which is the active layer to high temperature hydrogen can be expected together.
【0066】以降の成長過程及び降温過程におけるキャ
リアガスを以下のように変化させ、本発明に係わる具体
例と、従来に係わる比較例1〜2との3種類の窒化物系
青色半導体レーザを作成し、特性を比較した。By changing the carrier gas in the subsequent growth process and temperature lowering process as follows, three types of nitride-based blue semiconductor lasers of the specific example according to the present invention and the comparative examples 1 and 2 related to the prior art were prepared. Then, the characteristics were compared.
【0067】[具体例]本発明に従い、p型伝導層を形
成した。即ち、p型伝導層の成長過程、及びその後の降
温過程におけるキャリアガスとして窒素を用いる方法で
次のように作成した。Specific Example A p-type conductive layer was formed according to the present invention. That is, it was prepared as follows by using nitrogen as a carrier gas in the growth process of the p-type conductive layer and the subsequent temperature lowering process.
【0068】GaN光ガイド層17の形成後、キャリア
ガスが窒素20.5L/分に切替えられ、アンモニアが
9.5L/分、TMGが100cc/分、TMAが60
cc/分、及びp型ドーパント原料のCp2 Mgが25
cc/分供給され、GaN光ガイド層17上に、0.2
5μm厚のp型AlGaN電流注入層18が形成され
る。また、Cp2 Mgが50cc/分に増加され、0.
7μm厚のp型GaNコンタクト層19が形成される。After forming the GaN optical guide layer 17, the carrier gas is switched to nitrogen 20.5 L / min, ammonia 9.5 L / min, TMG 100 cc / min, and TMA 60.
cc / min, and Cp 2 Mg of p-type dopant raw material is 25
cc / min, and 0.2 on the GaN light guide layer 17.
A 5 μm thick p-type AlGaN current injection layer 18 is formed. Also, Cp 2 Mg was increased to 50 cc / min, and
A p-type GaN contact layer 19 having a thickness of 7 μm is formed.
【0069】但し、主キャリアガスである窒素以外に少
量の水素ガスを用いてもよい。これはInGaN系活性
層の変質防止のため、活性層成長後は低温成長を実施す
ることが望ましいが、この際に原料の分解効率を高め、
成長速度を増加させる効果と、成長層表面の平坦性を向
上させる効果、さらには有機Mg原料の分解効率を高
め、成長層へのMgの取り込まれを増加させる効果があ
るためである。なお、反応管中に導入する水素濃度は適
宜選択可能であるが、7容量%以下、好ましくは2容量
%以下が望ましい。However, a small amount of hydrogen gas may be used in addition to nitrogen as the main carrier gas. In order to prevent the deterioration of the InGaN-based active layer, it is desirable to carry out low temperature growth after the growth of the active layer.
This is because it has the effect of increasing the growth rate, the effect of improving the flatness of the growth layer surface, and the effect of increasing the decomposition efficiency of the organic Mg raw material and increasing the incorporation of Mg into the growth layer. The concentration of hydrogen introduced into the reaction tube can be appropriately selected, but is preferably 7% by volume or less, and more preferably 2% by volume or less.
【0070】また、p型伝導層の成長過程において、主
キャリアガスとして用いる窒素に対するアンモニアガス
(NH3 )の比は0.5付近が良く、0.1〜10の範
囲内であることが望ましい。この比が低い場合、島状成
長が生じ、良好なモフォロジが得られず、高い場合には
結晶性が悪い等の問題が生じる。Further, in the growth process of the p-type conductive layer, the ratio of ammonia gas (NH 3 ) to nitrogen used as the main carrier gas is preferably around 0.5, and preferably in the range of 0.1-10. . When this ratio is low, island-like growth occurs and good morphology cannot be obtained, and when it is high, problems such as poor crystallinity occur.
【0071】p型GaNコンタクト層19成長後、有機
金属原料の供給が停止され、窒素キャリアガス20.5
/分、及びアンモニア9.5L/分のみが引き続き供給
され、基板温度が自然降温された。但し、アンモニアの
供給は基板温度が350℃に達した際に停止される。After the growth of the p-type GaN contact layer 19, the supply of the organometallic raw material is stopped and the nitrogen carrier gas 20.5
/ Min, and only 9.5 L / min of ammonia were continuously supplied, and the substrate temperature was naturally lowered. However, the supply of ammonia is stopped when the substrate temperature reaches 350 ° C.
【0072】[比較例1]従来と同様の方法である。即
ち、前述した本発明の具体例の成長条件中、p型伝導層
の成長過程、及びその後の降温過程において、主キャリ
アガスとして水素を用いたものである。[Comparative Example 1] A method similar to the conventional method is used. That is, hydrogen is used as the main carrier gas in the growth process of the p-type conductive layer under the growth conditions of the above-described embodiment of the present invention and in the subsequent temperature decrease process.
【0073】[比較例2]前述した本発明の具体例の成
長条件中、p型伝導層の成長過程にて主キャリアガスに
水素を用いたものである。なお、成長後の降温過程で
は、本発明の具体例と同様に主キャリアガスに窒素を用
いている。Comparative Example 2 Hydrogen was used as the main carrier gas in the growth process of the p-type conductive layer under the growth conditions of the above-described specific example of the present invention. In the cooling process after growth, nitrogen is used as the main carrier gas as in the specific example of the present invention.
【0074】(評価)
(C−V測定)これら、具体例、比較例1及び比較例2
の3種類の試料について、C−V測定を行ない、p型伝
導層のアクセプタ濃度を測定した。(Evaluation) (CV measurement) These, specific examples, comparative examples 1 and 2
The CV measurement was performed on the three types of samples to measure the acceptor concentration of the p-type conductive layer.
【0075】その結果、具体例の試料は、熱処理無しで
p型伝導層を得た。この具体例の試料におけるp型Al
GaN電流注入層18はアクセプタ濃度が6×1018c
m-3であり、p型GaNコンタクト層19はアクセプタ
濃度が9×1018cm-3である。即ち、具体例の試料で
は、両p型伝導層18,19共にMgがアクセプタとし
て活性化していた。As a result, for the sample of the specific example, a p-type conductive layer was obtained without heat treatment. P-type Al in the sample of this example
The GaN current injection layer 18 has an acceptor concentration of 6 × 10 18 c
m −3 , and the p-type GaN contact layer 19 has an acceptor concentration of 9 × 10 18 cm −3 . That is, in the sample of the specific example, both p-type conductive layers 18 and 19 were activated by Mg as an acceptor.
【0076】一方、比較例1及び比較例2の試料は、熱
処理無しでは高抵抗であり、p型化しなかった。次に、
これら比較例1及び比較例2の試料を窒素雰囲気中で7
50℃、30分間、熱処理した後、同様にC−V測定を
行なったところ、p型AlGaN電流注入層18はアク
セプタ濃度が4×1018cm-3となり、p型GaNコン
タクト層19はアクセプタ濃度が4×1018cm-3とな
って、Mgがアクセプタとして活性化していた。On the other hand, the samples of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 had high resistance without heat treatment and did not become p-type. next,
The samples of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were subjected to 7 in a nitrogen atmosphere.
After heat treatment at 50 ° C. for 30 minutes, the same CV measurement was performed. The p-type AlGaN current injection layer 18 had an acceptor concentration of 4 × 10 18 cm −3 , and the p-type GaN contact layer 19 had an acceptor concentration. Was 4 × 10 18 cm −3, and Mg was activated as an acceptor.
【0077】(I−V測定)一方、これら3種類の試料
に対し、前述同様に、n型電極20及びp型電極22を
形成して図1に示す構造の電極付試料を作成した。(IV measurement) On the other hand, an n-type electrode 20 and a p-type electrode 22 were formed on these three types of samples in the same manner as described above to prepare a sample with electrodes having the structure shown in FIG.
【0078】具体例の電極付試料は、良好なオーミック
接触が得られた。Good ohmic contact was obtained from the sample with electrode of the specific example.
【0079】一方、比較例1及び比較例2の電極付試料
は、いずれもオーミック接触が不良であった。On the other hand, the samples with electrodes of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were all poor in ohmic contact.
【0080】(レーザ発振特性)次に、これら3種類の
電極付試料から半導体レーザを作成し、その特性を評価
した。(Laser oscillation characteristic) Next, a semiconductor laser was prepared from these three types of electrode-attached samples, and the characteristic was evaluated.
【0081】即ち、これら3種類の電極付試料(ウエハ
ー)が350μmの大きさにへき開されて共振器ミラー
が形成され、3種類の半導体レーザが作成された。That is, these three types of electrode-attached samples (wafers) were cleaved to a size of 350 μm to form a resonator mirror, and three types of semiconductor lasers were produced.
【0082】具体例の半導体レーザは、動作電圧5V、
しきい値電流密度5kA/cm2 において、波長420
nmの室温連続発振が得られた。The semiconductor laser of the specific example has an operating voltage of 5V,
At a threshold current density of 5 kA / cm 2 , a wavelength of 420
A room temperature continuous wave of nm was obtained.
【0083】一方、比較例1及び比較例2の半導体レー
ザは、動作電圧が35Vまで増加し、レーザ発振せず、
p側電極付近の劣化によって素子が破壊された。On the other hand, in the semiconductor lasers of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the operating voltage increased to 35 V, laser oscillation did not occur,
The element was destroyed due to deterioration in the vicinity of the p-side electrode.
【0084】(深さ方向の不純物濃度分布)次に、これ
ら3種類の試料間の熱処理前後において、SIMS分析
により、成長層の深さ方向に沿ってマグネシウム(M
g),水素(H),炭素(C),酸素(O)の各濃度分
布を調べた。(Impurity Concentration Distribution in the Depth Direction) Next, before and after the heat treatment between these three types of samples, the magnesium (M
g), hydrogen (H), carbon (C), oxygen (O) concentration distributions were examined.
【0085】具体例の試料は、図2(a)に示すよう
に、Mg濃度が深さ方向に沿って約5×1019cm-3で
一定であった。また、具体例の試料は、水素濃度が検出
下限(2×1018cm-3)以下であり、成長層最表面で
も水素が検出されない。また、具体例の試料は、炭素濃
度が成長層内で2×1017cm-3程度で一定であった。
また、具体例の試料は、酸素濃度が検出下限(1×10
17cm-3)以下であった。In the sample of the specific example, as shown in FIG. 2A, the Mg concentration was constant at about 5 × 10 19 cm −3 along the depth direction. In addition, the hydrogen concentration of the sample of the specific example is the lower limit of detection (2 × 10 18 cm −3 ) or less, and hydrogen is not detected even on the outermost surface of the growth layer. The carbon concentration of the sample of the specific example was constant at about 2 × 10 17 cm −3 in the growth layer.
Moreover, the oxygen concentration of the sample of the specific example is lower than the detection lower limit (1 × 10 5
It was less than 17 cm -3 ).
【0086】一方、比較例1及び比較例2は、図2
(b)に示すように、Mg濃度に関しては、熱処理の前
後にかかわらず、具体例の試料と同様に約5×1019c
m-3であった。On the other hand, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are shown in FIG.
As shown in (b), the Mg concentration was about 5 × 10 19 c regardless of before and after the heat treatment, similar to the sample of the specific example.
It was m -3 .
【0087】また、比較例1及び比較例2は、熱処理前
に、水素濃度が約4×1019cm-3であった。また、比
較例1及び比較例2は、熱処理後に、水素濃度が、多層
成長膜内部では検出下限(2×1018cm-3)以下であ
ったが、成長層最表面では約3×1019cm-3となっ
た。また、比較例1及び比較例2では、さらに熱処理を
30分加えても、成長層最表面では3×1019cm-3程
度の水素が検出された。In Comparative Examples 1 and 2, the hydrogen concentration was about 4 × 10 19 cm -3 before the heat treatment. Further, in Comparative Examples 1 and 2, the hydrogen concentration after the heat treatment was below the detection limit (2 × 10 18 cm −3 ) inside the multilayer growth film, but about 3 × 10 19 at the outermost surface of the growth layer. It became cm -3 . Further, in Comparative Examples 1 and 2, hydrogen was detected at about 3 × 10 19 cm −3 on the outermost surface of the growth layer even if the heat treatment was further applied for 30 minutes.
【0088】さらに、比較例1及び比較例2は、熱処理
前に、炭素濃度が成長層内で約3×1017cm-3で一定
であった。また、比較例1及び比較例2は、熱処理後
に、炭素濃度が成長層表面で8×1019cm-3程度に増
加していた。また、比較例1及び比較例2では、熱処理
前の酸素濃度は検出下限(1×1017cm-3)以下であ
ったが、熱処理後は表面付近で約7×1018cm-3検出
された。なお、この熱処理後の酸素濃度の約7×1018
cm-3は、最低の測定結果を抽出したものであり、通
常、これより約1桁以上は高い値を示す。Further, in Comparative Examples 1 and 2, the carbon concentration was constant at about 3 × 10 17 cm -3 in the growth layer before the heat treatment. Further, in Comparative Examples 1 and 2, after the heat treatment, the carbon concentration was increased to about 8 × 10 19 cm −3 on the growth layer surface. In Comparative Examples 1 and 2, the oxygen concentration before the heat treatment was below the lower limit of detection (1 × 10 17 cm −3 ), but after the heat treatment, about 7 × 10 18 cm −3 was detected near the surface. It was The oxygen concentration after this heat treatment is about 7 × 10 18
cm -3 is an extraction of the lowest measurement result, and usually shows a value higher by about one digit or more.
【0089】(面内方向の不純物濃度分布)次に、具体
例の試料及び比較例1の試料について、SIMS分析に
より、p型コンタクト層の表面付近の不純物濃度の面内
分布を調べた。具体例及び比較例1の試料における、炭
素(C),酸素(O),水素(H),珪素(Si)に関
して調べた。これらの結果を図3〜図10に示す。な
お、これらの図は、不純物濃度の面内分布に対応し、面
内での各不純物のクラスターのカウント数が、図中右側
におけるカウント数と濃淡との対応テーブルに基づき、
マッピングにより示される。(In-Plane Impurity Concentration Distribution) Next, with respect to the sample of the specific example and the sample of Comparative Example 1, the in-plane distribution of the impurity concentration near the surface of the p-type contact layer was examined by SIMS analysis. The samples of the specific example and the comparative example 1 were examined for carbon (C), oxygen (O), hydrogen (H), and silicon (Si). These results are shown in FIGS. Incidentally, these figures correspond to the in-plane distribution of the impurity concentration, and the count number of each impurity cluster in the plane is based on the correspondence table between the count number and the shade on the right side of the figure,
Indicated by mapping.
【0090】具体例の試料は、図3,図4,図5及び図
6に示すように、表面から100nmだけ深い位置での
炭素濃度,酸素濃度,水素濃度及び珪素濃度の面内分布
が略均一であり、いずれの不純物に関しても局所的に高
い部分が存在しない。即ち、具体例の試料は、各不純物
の濃度の最大値が面内における同一不純物の濃度の平均
値の5倍以下であった。As shown in FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5 and FIG. 6, the sample of the specific example has a substantially in-plane distribution of carbon concentration, oxygen concentration, hydrogen concentration and silicon concentration at a position deeper than 100 nm from the surface. It is uniform and there is no locally high part for any impurities. That is, in the sample of the specific example, the maximum concentration of each impurity was 5 times or less than the average concentration of the same impurity in the plane.
【0091】次に、比較例1の試料の結果について、図
面の表示法を述べた後に説明する。図7,図8,図9及
び図10は、前述した図3等と同じであり、各不純物の
クラスターのカウント数を濃淡で分けて示している。Next, the results of the sample of Comparative Example 1 will be described after describing the method of displaying the drawings. 7, FIG. 8, FIG. 9 and FIG. 10 are the same as FIG. 3 described above and the like, and the count numbers of the clusters of each impurity are shown by dividing them into shades.
【0092】ここで、比較例1の試料は、図7,図8,
図9及び図10に示すように、炭素濃度,酸素濃度,水
素濃度及び珪素濃度の面内分布に関し、面内に局所的に
高い部分が存在する。Here, the samples of Comparative Example 1 are shown in FIGS.
As shown in FIGS. 9 and 10, regarding the in-plane distribution of carbon concentration, oxygen concentration, hydrogen concentration, and silicon concentration, there are locally high portions in the plane.
【0093】即ち、比較例1における不純物濃度の値
は、高濃度の部分が平均的な濃度の部分に比べ、1桁程
度も高い。特に、炭素濃度は、高濃度の部分の値が3×
1019cm-3であり、平均的な濃度の部分の値が2×1
017cm-3であった。即ち、比較例1は、炭素濃度に関
し、高濃度の部分が平均的な濃度の部分に比べ、2桁程
度も高い。That is, the value of the impurity concentration in Comparative Example 1 is higher by about one digit in the high concentration portion than in the average concentration portion. In particular, for the carbon concentration, the value of the high concentration part is 3 ×
10 19 cm -3 , and the value of the average density part is 2 × 1
It was 0 17 cm -3 . That is, in Comparative Example 1, the high carbon concentration is about two orders of magnitude higher than the average carbon concentration.
【0094】また比較例1においては、図7及び図8に
示すように、炭素濃度及び酸素濃度(図示せず)の局所
的に高い部分が最表面から1μmの深さでも存在する。
一方、具体例の試料は、このような炭素濃度及び酸素濃
度の局所的に高い部分は存在しない。なお、具体例の試
料では、アニール処理を施すことにより、上述のような
炭素濃度及び酸素濃度の局所的に高い部分が生じる。Further, in Comparative Example 1, as shown in FIGS. 7 and 8, locally high carbon and oxygen concentrations (not shown) are present even at a depth of 1 μm from the outermost surface.
On the other hand, the sample of the specific example does not have such locally high carbon concentration and oxygen concentration. In addition, in the sample of the specific example, a portion where the carbon concentration and the oxygen concentration are locally high as described above is generated by performing the annealing treatment.
【0095】比較例1では、炭素濃度及び酸素濃度の局
所的に高い部分が存在することにより、不均一注入(電
流)非発光領域の生成、導波への影響、その他、抵抗、
エレクトロマイグレーション、歪み、熱特性等への悪影
響が生じ、素子の信頼性を低下させる。なお、本発明に
係わる具体例では、このような問題はない。In Comparative Example 1, due to the presence of locally high carbon and oxygen concentrations, the generation of non-uniform injection (current) non-emission regions, the influence on the waveguiding, the resistance,
Electromigration, distortion, thermal properties, etc. are adversely affected, reducing the reliability of the device. The specific example according to the present invention does not have such a problem.
【0096】また、特に述べなかったが、水素濃度及び
珪素濃度に関しても、比較例1では局所的に高い部分が
存在する一方、具体例では局所的に高い部分が存在しな
い。Further, although not particularly mentioned, the hydrogen concentration and the silicon concentration also have locally high portions in Comparative Example 1, but do not have locally high portions in the specific example.
【0097】(キャリアガスによる特性の変化)次に、
本発明において主キャリアガスを窒素ガスとしたことに
よる特性の違いを本発明に係わる具体例と従来に係わる
比較例1とを用いて調べた。その結果を図11〜図14
に示す。なお、各図中の“nitorogen carrier gas ”は
具体例を示し、“hidrogen carrier gas”は比較例1を
示す。(Change in characteristics due to carrier gas) Next,
In the present invention, the difference in characteristics due to the use of nitrogen gas as the main carrier gas was examined using a specific example according to the present invention and a conventional comparative example 1. The results are shown in FIGS.
Shown in. In addition, "nitorogen carrier gas" in each figure shows a specific example, and "hidrogen carrier gas" shows Comparative Example 1.
【0098】図11はGaN層における成長速度(膜
厚)のウェハ面内分布を示す図であり、膜厚の面内分布
に対応する。図中、縦軸は膜厚に対応する成長速度を示
す。なお、成長速度は、膜厚を成長時間で除して得た値
である。膜厚は、周知の走査型電子顕微鏡(SEM)に
より測定された。横軸は、ウェハ内におけるガスの上流
側の所定位置を“front ”として示し、下流側の所定位
置を“back”として示している。ウェハの中心の位置は
“center”として示している。図示するように、具体例
の膜厚分布は、ウェハ面内で略均一である。一方、比較
例の膜厚分布は、“front ”と“back”との間でV字型
に不均一となっている。FIG. 11 is a diagram showing the in-plane distribution of the growth rate (film thickness) in the GaN layer, which corresponds to the in-plane distribution of the film thickness. In the figure, the vertical axis represents the growth rate corresponding to the film thickness. The growth rate is a value obtained by dividing the film thickness by the growth time. The film thickness was measured by a well-known scanning electron microscope (SEM). The horizontal axis indicates a predetermined position on the upstream side of the gas in the wafer as "front" and a predetermined position on the downstream side as "back". The position of the center of the wafer is shown as "center". As shown in the drawing, the film thickness distribution of the specific example is substantially uniform within the wafer surface. On the other hand, the film thickness distribution of the comparative example is non-uniform in a V shape between “front” and “back”.
【0099】図12はGaN層における成長速度(膜
厚)の成長温度依存性を示す図であり、膜厚の成長温度
依存性に対応する。縦軸は、GaN層の中央部における
成長速度(膜厚/成長時間)を示す。膜厚測定は、周知
のSEMが用いられた。横軸は成長温度を示す。図示す
るように、具体例は1000℃〜1100℃の成長温度
にてGaN層の膜厚が略一定である。一方、比較例1
は、1050℃〜1120℃に成長温度が上がるにつれ
て膜厚が低下している。FIG. 12 is a graph showing the growth temperature dependence of the growth rate (film thickness) in the GaN layer, which corresponds to the growth temperature dependence of the film thickness. The vertical axis represents the growth rate (film thickness / growth time) at the center of the GaN layer. A well-known SEM was used for film thickness measurement. The horizontal axis shows the growth temperature. As shown, in the specific example, the film thickness of the GaN layer is substantially constant at the growth temperature of 1000 ° C to 1100 ° C. On the other hand, Comparative Example 1
The film thickness decreases as the growth temperature rises from 1050 ° C to 1120 ° C.
【0100】図13はp型伝導層18,19におけるア
クセプタ濃度(p型キャリア密度)の成長温度依存性を
示す図である。アクセプタ濃度は、周知のC−V法によ
り測定された。図示するように、具体例は1000℃〜
1100℃の成長温度にてアクセプタ濃度が略一定であ
る。一方、比較例1は、1050℃〜1150℃に成長
温度が上がるにつれてアクセプタ濃度が増加している。FIG. 13 is a diagram showing the growth temperature dependence of the acceptor concentration (p-type carrier density) in the p-type conductive layers 18 and 19. The acceptor concentration was measured by the well-known CV method. As shown, a specific example is 1000 ° C
The acceptor concentration is almost constant at the growth temperature of 1100 ° C. On the other hand, in Comparative Example 1, the acceptor concentration increases as the growth temperature rises from 1050 ° C to 1150 ° C.
【0101】図14は電流注入(クラッド)層に用いら
れるGaAlN層におけるAl組成のウェハ面内分布を
示す図である。縦軸はAl組成を示し、横軸は図11と
同じである。Al組成は、周知のX線回折により測定さ
れた。図示するように、具体例のAl組成のばらつき
は、比較例1のAl組成のばらつきよりも小さい。FIG. 14 is a diagram showing the in-plane distribution of the Al composition in the GaAlN layer used for the current injection (cladding) layer. The vertical axis shows the Al composition, and the horizontal axis is the same as in FIG. The Al composition was measured by the well-known X-ray diffraction. As shown in the figure, the variation in the Al composition of the specific example is smaller than the variation in the Al composition of the comparative example 1.
【0102】以上の実験結果から、p型伝導層となる薄
膜層を水素キャリアガス中で成長させ、成長後の熱処理
によりp型化させる比較例1及び比較例2では、多層構
造最表面、即ち発光素子の場合にはp型コンタクト層の
最表面に熱処理によると推測される水素、炭素及び酸素
の濃度の増加が見られ、この水素の存在により最表面に
存在するMgが不活性化している、また同時に最表面に
存在する炭素及び酸素により高抵抗化されており、p側
電極とのオーミック接触が得られないと考えられる。From the above experimental results, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in which a thin film layer to be a p-type conductive layer is grown in a hydrogen carrier gas and is made into p-type by a heat treatment after growth, the outermost surface of the multilayer structure, that is, In the case of a light emitting device, an increase in the concentration of hydrogen, carbon and oxygen presumed to be caused by heat treatment is observed on the outermost surface of the p-type contact layer, and the presence of this hydrogen deactivates Mg existing on the outermost surface. At the same time, the resistance is increased by carbon and oxygen existing on the outermost surface, and it is considered that ohmic contact with the p-side electrode cannot be obtained.
【0103】一方、本発明に係わる具体例の試料では、
成長過程のキャリアガスが実質的に窒素ガスであること
から、Mgに水素が結合しにくいのでMgが熱処理無し
に活性化できるので、成長後の熱処理を不要として熱処
理に起因する成長層最表面への水素、炭素及び酸素等の
偏在を無くし、水素によるMgの不活性化と、炭素及び
酸素による表面の高抵抗化とを阻止することができる。On the other hand, in the sample of the specific example according to the present invention,
Since the carrier gas in the growth process is substantially nitrogen gas, it is difficult for hydrogen to bond to Mg, and Mg can be activated without heat treatment. It is possible to eliminate the uneven distribution of hydrogen, carbon, oxygen and the like, and to prevent the inactivation of Mg by hydrogen and the high resistance of the surface by carbon and oxygen.
【0104】即ち、本実施形態によれば、成長後の熱処
理を不要として低廉化及び生産性の向上を図りつつ、p
型伝導層の品質を向上させ、発光ダイオードに比べ高電
流注入が必要な半導体レーザでも素子の動作電圧を大幅
に低減でき、レーザ発振を容易化させ、素子寿命を大幅
に延長させ、信頼性を向上させることができる。That is, according to the present embodiment, the heat treatment after the growth is unnecessary, the cost is reduced and the productivity is improved, and p
By improving the quality of the mold conduction layer, the operating voltage of the device can be greatly reduced even in semiconductor lasers that require higher current injection compared to light emitting diodes, laser oscillation is facilitated, the device life is greatly extended, and reliability is improved. Can be improved.
【0105】また、本実施形態によれば、従来方式の比
較例1とは異なり、局所的に炭素濃度や酸素濃度などの
高い領域が存在しないため、不均一な電流注入、非発光
領域の生成、導波への影響、その他、抵抗、エレクトロ
マイグレーション、歪み、熱特性への悪影響などを排除
でき、信頼性をより向上させることができる。Further, according to the present embodiment, unlike Comparative Example 1 of the conventional method, there is no region where the carbon concentration or oxygen concentration is locally high, so that non-uniform current injection and non-emission region generation are generated. The influence on the waveguide, the resistance, the electromigration, the distortion, and the bad influence on the thermal characteristics can be eliminated, and the reliability can be further improved.
【0106】さらに、本実施形態によれば、主キャリア
ガスとして窒素ガスを用い、その他のキャリアガスとし
て水素ガスを少量含有しているので、半導体層中のMg
については窒素ガスにより活性化を促進し、原料ガス中
のMgについては水素ガスにより原料ガスの分解を促進
してMgを半導体層中に混入させ易くするので、より一
層、Mgの活性化率の向上を図ることができる。Further, according to this embodiment, since nitrogen gas is used as the main carrier gas and a small amount of hydrogen gas is contained as the other carrier gas, Mg in the semiconductor layer is
With respect to, the activation of nitrogen gas is promoted, and with regard to Mg in the source gas, hydrogen gas promotes decomposition of the source gas to facilitate mixing of Mg into the semiconductor layer. It is possible to improve.
【0107】また、本実施形態によれば、窒素ガスの流
量としては、水素ガスの流量の5倍乃至2000倍の範
囲内にあるので、窒素が5倍よりも少なくてMgの活性
化の妨げられる成長雰囲気と、窒素が2000倍よりも
多くてMgの原料ガスの分解の妨げられる成長雰囲気と
を除外できるため、前述した作用効果を容易かつ確実に
奏することができ、製造工程の安定性を向上させること
ができる。Further, according to the present embodiment, the flow rate of nitrogen gas is in the range of 5 times to 2000 times the flow rate of hydrogen gas, so the nitrogen content is less than 5 times and the activation of Mg is hindered. The growth atmosphere and the growth atmosphere in which the amount of nitrogen is more than 2000 times and which hinders the decomposition of the raw material gas of Mg can be excluded, so that the above-described operational effects can be easily and reliably achieved, and the stability of the manufacturing process can be improved. Can be improved.
【0108】また、本実施形態によれば、p型Inx A
ly Gaz B1-x-y-z Nm Pn As1-m-n (0<x、0
≦y、0≦z、0<x+y+z≦1、0<m、0≦n、
0<m+n≦1を含む)層の成長温度としては、500
℃乃至1230℃の範囲内にあるので、500℃よりも
低温であって成長中にp型伝導の得られない温度領域
と、1230℃よりも高温であって良好な結晶の得られ
ない温度領域とを除外できるため、前述した作用効果を
容易かつ確実に奏することができ、製造工程の安定性を
向上させることができる。Further, according to this embodiment, p-type In x A
l y Ga z B 1-xyz N m P n As 1-mn (0 <x, 0
≦ y, 0 ≦ z, 0 <x + y + z ≦ 1, 0 <m, 0 ≦ n,
(Including 0 <m + n ≦ 1) The growth temperature of the layer is 500
C. to 1230.degree. C., the temperature range is lower than 500.degree. C. and p-type conduction is not obtained during growth, and the temperature range is higher than 1230.degree. C. and good crystal is not obtained. Since it is possible to exclude and, it is possible to easily and surely obtain the above-described operational effects, and it is possible to improve the stability of the manufacturing process.
【0109】また、本実施形態の製造工程の安定性に関
しては図11〜図14にも示した通りである。The stability of the manufacturing process of this embodiment is as shown in FIGS. 11 to 14.
【0110】即ち、本実施形態によれば、膜厚の面内分
布が大幅に改善されるので、歩留まりや信頼性を向上さ
せることができる。また、本実施形態は、従来に比べ、
膜厚の成長温度依存性が少ないので、成長毎(run to r
un)における膜厚のばらつきを大幅に減少でき、前述し
た歩留まり及び信頼性に加え、再現性をも向上できる。That is, according to this embodiment, the in-plane distribution of the film thickness is significantly improved, so that the yield and reliability can be improved. In addition, this embodiment is
Since the growth temperature has little dependency on the growth temperature, each growth (run to r
Un), the variation in film thickness can be greatly reduced, and the reproducibility can be improved in addition to the above-mentioned yield and reliability.
【0111】また、本実施形態は、従来に比べ、p型伝
導層におけるアクセプタ濃度の成長温度依存性を大幅に
改善できるので、ウェハ面内や成長毎(run to run)の
アクセプタ濃度のばらつきを低減でき、再現性、歩留ま
り及び信頼性を向上できる。Further, according to the present embodiment, the dependence of the acceptor concentration in the p-type conductive layer on the growth temperature can be greatly improved as compared with the prior art, so that variations in the acceptor concentration within the wafer surface or between the growth (run to run) can be suppressed. It can be reduced and reproducibility, yield and reliability can be improved.
【0112】また、本実施形態は、従来に比べ、電流注
入層に用いるGaAlN層のAl組成分布を大幅に改善
できるので、再現性、歩留まり及び信頼性を向上でき
る。Further, according to the present embodiment, the Al composition distribution of the GaAlN layer used for the current injection layer can be greatly improved as compared with the prior art, so that the reproducibility, the yield and the reliability can be improved.
【0113】またさらに、本実施形態は、従来に比べ、
成長温度を40〜60℃程度も低下させることができ
る。即ち、従来、低温成長のInGaN系活性層は、特
に高いIn組成をもつ場合、上部に高温成長のp型電流
注入(クラッド)層並びにp型コンタクト層が形成され
ると、その高温により変質して結晶品質が低下してしま
う問題がある。一方、本実施形態では、成長温度を低下
できるので、このような問題を解決でき、活性層の品質
を保持することができる。Furthermore, the present embodiment is different from the conventional one in that
The growth temperature can be lowered by about 40 to 60 ° C. That is, conventionally, a low-temperature-grown InGaN-based active layer has a particularly high In composition, and when a high-temperature-grown p-type current injection (clad) layer and a p-type contact layer are formed on the upper portion of the InGaN-based active layer, it is altered by the high temperature. Therefore, there is a problem that the crystal quality is deteriorated. On the other hand, in the present embodiment, since the growth temperature can be lowered, such a problem can be solved and the quality of the active layer can be maintained.
【0114】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態に係わる半導体レーザについて説明する。(Second Embodiment) Next, a semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention will be described.
【0115】図15はこの半導体レーザの構造を示す断
面図である。この半導体レーザは、サファイア基板31
上に、バッファ層32、n型GaN層33、n型AlG
aN電流注入層34、GaN層35、多重量子井戸構造
(MQW)の活性層領域36、GaN層37、p型Al
GaN電流注入層38が形成されている。FIG. 15 is a sectional view showing the structure of this semiconductor laser. This semiconductor laser has a sapphire substrate 31.
On top, a buffer layer 32, an n-type GaN layer 33, and an n-type AlG
aN current injection layer 34, GaN layer 35, active layer region 36 of multiple quantum well structure (MQW), GaN layer 37, p-type Al
The GaN current injection layer 38 is formed.
【0116】ここで、n型AlGaN電流注入層34乃
至p型AlGaN電流注入層38は、高抵抗のGaN層
39を用いる埋込みメサ構造をしたダブルヘテロ構造を
形成している。Here, the n-type AlGaN current injection layer 34 to the p-type AlGaN current injection layer 38 form a double hetero structure having a buried mesa structure using a high-resistance GaN layer 39.
【0117】さらに、p型AlGaN電流注入層38及
び高抵抗のGaN層39の上には、p型GaN層40及
びp型GaNコンタクト層41が形成されている。Further, a p-type GaN layer 40 and a p-type GaN contact layer 41 are formed on the p-type AlGaN current injection layer 38 and the high resistance GaN layer 39.
【0118】p型GaNコンタクト層41上には、p側
電極43が形成されている。エッチング等により一部が
露出されたn型GaN層33上には、n側電極42が形
成されている。A p-side electrode 43 is formed on the p-type GaN contact layer 41. An n-side electrode 42 is formed on the n-type GaN layer 33 which is partially exposed by etching or the like.
【0119】次に、以上のような半導体レーザの製造方
法及び作用について説明する。Next, the manufacturing method and operation of the above semiconductor laser will be described.
【0120】まず、サファイア基板31は、有機溶媒及
び酸によって洗浄された後、MOCVD装置の加熱可能
なサセプタ上に載置される。次に、水素が20L/分の
流量で流されながら、温度1200℃で約10分間、サ
ファイア基板表面は気相エッチングされる。次に、温度
が550℃まで降温され、サファイア基板31上にバッ
ファ層32が形成される。次に温度が1100℃まで昇
温され、水素が15L/分、窒素が5L/分、TMGが
100cc/分、アンモニアが10L/分、シランが5
cc/分の流量でそれぞれ約1時間流されて、n型Ga
N層33が約2μmの厚さに形成される。First, the sapphire substrate 31 is washed with an organic solvent and an acid, and then placed on the heatable susceptor of the MOCVD apparatus. Next, while flowing hydrogen at a flow rate of 20 L / min, the surface of the sapphire substrate is vapor-phase etched at a temperature of 1200 ° C. for about 10 minutes. Next, the temperature is lowered to 550 ° C., and the buffer layer 32 is formed on the sapphire substrate 31. Next, the temperature is raised to 1100 ° C., hydrogen is 15 L / min, nitrogen is 5 L / min, TMG is 100 cc / min, ammonia is 10 L / min, and silane is 5 L / min.
The n-type Ga is supplied at a flow rate of cc / min for about 1 hour each.
The N layer 33 is formed to a thickness of about 2 μm.
【0121】これに、温度を1100℃で保持した状態
で、TMA50cc/分の流量を約15分間加えること
によってn型AlGaN電流注入層34が約500nm
の厚さに形成された後、再度TMAの供給が停止され、
約10分間の供給でGaN層35が約200nmの厚さ
に形成される。While maintaining the temperature at 1100 ° C., a TMA flow rate of 50 cc / min for about 15 minutes was applied to the n-type AlGaN current injection layer 34 to a thickness of about 500 nm.
, The TMA supply is stopped again,
The GaN layer 35 is formed to a thickness of about 200 nm by supplying for about 10 minutes.
【0122】次に、TMGの供給が停止され、基板温度
が780℃まで降温される。この温度で、TMGが10
cc/分、アンモニアが10L/分、水素が30cc/
分、窒素が約19.7L/分流され、この中にTMIが
流量140cc/分と15cc/分との組合せで約1.
5分ずつ20回繰り返し切り替えられて供給され、最後
に15cc/分で3分間供給されることにより、多重量
子井戸構造(MQW)の活性層領域36が形成される。Next, the supply of TMG is stopped and the substrate temperature is lowered to 780 ° C. TMG is 10 at this temperature
cc / min, ammonia 10 L / min, hydrogen 30 cc / min
Minute, nitrogen is flowed at about 19.7 L / minute, and the TMI is about 1.1 at a combination of a flow rate of 140 cc / minute and 15 cc / minute.
The active layer region 36 of the multi-quantum well structure (MQW) is formed by repeatedly switching and supplying each 5 minutes for 20 times and finally supplying 15 cc / min for 3 minutes.
【0123】次に、水素が40cc/分、窒素が19.
96L/分、アンモニアが10L/分の流量で流されな
がら、1100℃まで4分間かけて昇温される。昇温時
の雰囲気が水素であると活性層領域がエッチングされる
ので、この過程での雰囲気は窒素であることが望まし
い。Next, hydrogen was 40 cc / min and nitrogen was 19.
The temperature is raised to 1100 ° C. over 4 minutes while flowing ammonia at a flow rate of 96 L / min and 10 L / min. Since the active layer region is etched when the atmosphere at the time of temperature rise is hydrogen, the atmosphere in this process is preferably nitrogen.
【0124】次に、温度が1100℃で保持され、水素
が500cc/分、窒素が14.5L/分、TMGが1
00cc/分、アンモニアが10L/分、Cp2 Mgが
50cc/分の流量で約10分間供給されて、GaN層
37が約200nmの厚さで形成される。Next, the temperature is maintained at 1100 ° C., hydrogen is 500 cc / min, nitrogen is 14.5 L / min, and TMG is 1
00 cc / min, 10 L / min of ammonia and 50 cc / min of Cp 2 Mg are supplied for about 10 minutes to form the GaN layer 37 with a thickness of about 200 nm.
【0125】これにTMAが50cc/分の流量で約1
5分間加えられることによってp型AlGaN電流注入
層38が約500nmの厚さに形成される。ただし、上
記p型層を形成する際の有機金属原料のキャリアガスは
水素とした。この状態で室温まで降温し、MOCVD装
置から取り出し、周知の熱CVD装置内で表面に幅20
μmのSiO2 膜が形成される。次に、ウエハーをRI
E装置内に置き、開口部がBCl3 ガスによってメサ構
造にエッチング除去される。このようにして作製された
ウエハーは再びMOCVD装置内のサセプター上に載置
され、窒素30L/分の中で1100℃まで昇温され
る。TMA is added to this at a flow rate of about 50 cc / min.
The p-type AlGaN current injection layer 38 is formed to a thickness of about 500 nm by being applied for 5 minutes. However, hydrogen was used as the carrier gas of the organometallic raw material when forming the p-type layer. In this state, the temperature is lowered to room temperature, taken out from the MOCVD apparatus, and the width of the surface is reduced by 20 in a well-known thermal CVD apparatus.
A μm SiO 2 film is formed. Next, the wafer is RI
Placed in the E apparatus, the opening is etched away by BCl 3 gas to the mesa structure. The wafer thus manufactured is again placed on the susceptor in the MOCVD apparatus and heated to 1100 ° C. in 30 L / min of nitrogen.
【0126】次に、温度1100℃で、水素が500c
c/分、窒素が14.5L/分、TMGが100cc/
分、アンモニアが10L/分、DMZ(ジメチルジン
ク)が50cc/分の流量で約1時間供給され、i型G
aN層39によりn型AlGaN電流注入層34からp
型AlGaN電流注入層38までが埋込構造とされる。
このようなi型GaN層の形成を、本実施形態ではメサ
エッチング後の成長で形成したが、エッチング除去せず
に水素や酸素などをイオン注入することによって作製す
ることも可能である。例えば、水素では200keV、
1×1014cm-2の注入で実現することができる。Next, at a temperature of 1100.degree.
c / min, nitrogen 14.5 L / min, TMG 100 cc /
Min, ammonia 10 L / min, DMZ (dimethyl zinc) at a flow rate of 50 cc / min for about 1 hour, i-type G
The aN layer 39 allows the n-type AlGaN current injection layer 34 to p
The embedded structure extends up to the AlGaN current injection layer 38.
Although such an i-type GaN layer is formed by growth after mesa etching in the present embodiment, it can be formed by ion implantation of hydrogen, oxygen or the like without etching removal. For example, 200 keV for hydrogen,
It can be realized by implanting 1 × 10 14 cm -2 .
【0127】次に、温度が1100℃で保持されたま
ま、水素が30L/分で約1分間流され、p型AlGa
N電流注入層38上に残っているSiO2 がエッチング
除去される。Next, while maintaining the temperature at 1100 ° C., hydrogen was flowed at 30 L / min for about 1 minute to produce p-type AlGa.
The SiO 2 remaining on the N current injection layer 38 is removed by etching.
【0128】次に、温度が1100℃で保持されたま
ま、主キャリアガスが水素から窒素へ切り替えられ、水
素が500cc/分、窒素が14.5L/分、TMGが
100cc/分、アンモニアが10L/分、Cp2 Mg
が50cc/分の流量で約27分間供給されて、p型G
aN層40が約900nmの厚さに形成される。さら
に、Cp2 Mgが150cc/分に流量が増加され、3
分間供給されることによって、p型GaN層41が厚さ
100nmで形成される。この層は熱処理などの後工程
を必要とせずにp型結晶を実現できた。さらに、これら
の層40及び41を成長する際には、3×1016cm-3
程度のZnを加えておくことにより、キャリアの不活性
化機構が低減され、キャリア濃度は約2倍に増加した。Next, while maintaining the temperature at 1100 ° C., the main carrier gas was switched from hydrogen to nitrogen, and hydrogen was 500 cc / min, nitrogen was 14.5 L / min, TMG was 100 cc / min, and ammonia was 10 L. / Min, Cp 2 Mg
Is supplied at a flow rate of 50 cc / min for about 27 minutes, and p-type G
The aN layer 40 is formed to a thickness of about 900 nm. Furthermore, the flow rate was increased to 150 cc / min for Cp 2 Mg, and 3
By being supplied for a minute, the p-type GaN layer 41 is formed with a thickness of 100 nm. This layer could realize a p-type crystal without requiring a post-process such as heat treatment. Furthermore, when growing these layers 40 and 41, 3 × 10 16 cm −3
By adding a certain amount of Zn, the carrier inactivation mechanism was reduced, and the carrier concentration was increased about twice.
【0129】次に、TMG及びCp2 Mgの供給が停止
され、基板温度が室温まで降温される。ただし、110
0℃から350℃までは水素500cc/分、窒素1
4.5L/分、アンモニア10L/分が引き続き供給さ
れ続け、350℃でアンモニアの供給が停止される。Next, the supply of TMG and Cp 2 Mg is stopped, and the substrate temperature is lowered to room temperature. However, 110
From 0 ℃ to 350 ℃, hydrogen 500cc / min, nitrogen 1
4.5 L / min and 10 L / min of ammonia are continuously supplied, and the supply of ammonia is stopped at 350 ° C.
【0130】このようにして形成されたレーザ構造を、
MOCVD装置から取り出し、周知の真空蒸着法やスパ
ッタ法などを用いて、n型GaN層33に対しては、P
t (厚さ50nm) 、Ni(厚さ50nm) 、Au(厚
さ2μm)をこの順で形成し、良好なオーミック接触を
もつn側電極42とした。一方、p型GaN層41側
に、順にPd(厚さ20nm)、Ti(厚さ30n
m)、Pt(厚さ20nm)、Au(厚さ2μm)を形
成し、窒素中500℃、1分間の熱処理を施すことによ
り、7×10-3Ωcm2 程度のオーミックなp側電極4
3とした。ここでは、電極に上述したものを用いたが、
これらに示した金属と、Al、Sc、Mg、Si、Cr
などとの積層構造或いは合金層などを使用可能である。The laser structure thus formed is
The n-type GaN layer 33 is taken out from the MOCVD apparatus and then, by a well-known vacuum deposition method or sputtering method, P
t (thickness 50 nm), Ni (thickness 50 nm), and Au (thickness 2 μm) were formed in this order to form the n-side electrode 42 having good ohmic contact. On the other hand, Pd (thickness: 20 nm) and Ti (thickness: 30 n) are sequentially provided on the p-type GaN layer 41 side.
m), Pt (thickness: 20 nm), and Au (thickness: 2 μm) are formed and subjected to heat treatment in nitrogen at 500 ° C. for 1 minute to form an ohmic p-side electrode 4 of about 7 × 10 −3 Ωcm 2.
It was set to 3. Here, the electrodes described above were used,
Metals listed above and Al, Sc, Mg, Si, Cr
It is possible to use a laminated structure or an alloy layer.
【0131】次に、このレーザ構造は基板側からスクラ
イバなどにより、へき開され、共振器ミラーが形成され
た。このようにして作製された半導体レーザは波長42
0nmで連続発振した。また、この素子の動作電圧は
4.7Vでしきい電流密度は3kA/cm2 であった。Next, this laser structure was cleaved from the substrate side by a scriber or the like to form a resonator mirror. The semiconductor laser thus manufactured has a wavelength of 42
It oscillated continuously at 0 nm. The operating voltage of this device was 4.7 V and the threshold current density was 3 kA / cm 2 .
【0132】上述したように第2の実施形態によれば、
第1の実施形態の効果に加え、内部電流狭窄構造の青色
半導体レーザを実現させることができる。As described above, according to the second embodiment,
In addition to the effects of the first embodiment, a blue semiconductor laser having an internal current constriction structure can be realized.
【0133】なお、第2の実施形態の変形例としては、
2つのp型GaN層40,41を形成する際の主キャリ
アガスの切替えタイミングを変えるものがある。即ち、
上述した成長条件において、下層のp型GaN層40の
形成時には、主キャリアガスは水素のままとし、最上層
のp型GaN層41の形成前に、主キャリアガスを窒素
に切り替え、しかる後、このp型GaN層41を形成し
ても、本発明と同様に高いMg活性化率が得られる。As a modification of the second embodiment,
Some change the switching timing of the main carrier gas when forming the two p-type GaN layers 40 and 41. That is,
Under the growth conditions described above, when the lower p-type GaN layer 40 is formed, the main carrier gas remains hydrogen, and the main carrier gas is switched to nitrogen before the uppermost p-type GaN layer 41 is formed. Even if this p-type GaN layer 41 is formed, a high Mg activation rate can be obtained as in the present invention.
【0134】理由は、下層のp型GaN層40の形成時
にMgが活性化されなくても、最上層のp型GaN層4
1の形成時に、成長温度が1100℃と高温であるた
め、ある種の熱処理効果が下層のp型GaN層40に作
用するものと推測される。なお、上層のp型GaN層4
1は、元々窒素雰囲気中で形成されるので、Mgの活性
化率が高いのは言うまでもない。The reason is that even if Mg is not activated when the lower p-type GaN layer 40 is formed, the uppermost p-type GaN layer 4 is formed.
Since the growth temperature is as high as 1100 ° C. at the time of forming 1, the certain heat treatment effect is presumed to act on the lower p-type GaN layer 40. In addition, the upper p-type GaN layer 4
Since 1 is originally formed in a nitrogen atmosphere, it goes without saying that the activation rate of Mg is high.
【0135】(第3の実施形態)次に、本発明の第3の
実施形態に係わる発光ダイオードについて説明する。(Third Embodiment) Next, a light emitting diode according to a third embodiment of the present invention will be described.
【0136】図16はこの発光ダイオードの構造を示す
断面図である。この発光ダイオードは、n型の2H型S
iC基板51を有しており、基板51上にGaNとSi
Cとが1:9で混在した混在層52が形成され、混在層
52上にn型GaN層53、n型InGaN発光層5
4、p型GaN層55がこの順で積層されている。使用
されるドーパントは、n型GaN層53がSi、p型G
aN層55がMgである。n型InGaN層54とp型
GaN層55成長中のみ主キャリアガスとして窒素が使
用され、原料ガスとしてアンモニアと有機Ga原料とが
使用され、p型ドーバントとして有機Mg原料が使用さ
れる。また、有機Mg原料のキャリアガスには水素が使
用される。FIG. 16 is a sectional view showing the structure of this light emitting diode. This light emitting diode is an n-type 2H-type S
It has an iC substrate 51, and GaN and Si are provided on the substrate 51.
A mixed layer 52 in which C and 1: 9 are mixed is formed, and the n-type GaN layer 53 and the n-type InGaN light emitting layer 5 are formed on the mixed layer 52.
4, the p-type GaN layer 55 is laminated in this order. The dopants used are Si for the n-type GaN layer 53 and p-type G.
The aN layer 55 is Mg. Nitrogen is used as a main carrier gas only during the growth of the n-type InGaN layer 54 and the p-type GaN layer 55, ammonia and an organic Ga raw material are used as raw material gases, and an organic Mg raw material is used as a p-type dopant. Further, hydrogen is used as a carrier gas for the organic Mg raw material.
【0137】一方、n型InGaN層54とp型GaN
層55以外の層の成長時には主キャリアガスとして水素
が使用される。p型及びn型GaN層55,53のキャ
リア濃度はいずれも2×1018cm-3である。On the other hand, the n-type InGaN layer 54 and the p-type GaN
Hydrogen is used as a main carrier gas when growing layers other than the layer 55. The carrier concentration of each of the p-type and n-type GaN layers 55 and 53 is 2 × 10 18 cm −3 .
【0138】また、SiC基板51にはn側電極56が
形成され、p型GaN層55にはp側電極57が形成さ
れる。An n-side electrode 56 is formed on the SiC substrate 51, and a p-side electrode 57 is formed on the p-type GaN layer 55.
【0139】このようにして得られた多層膜にn及びp
電極を形成して、発光ダイオードを作製したところ、前
述同様に、p側電極のコンタクト抵抗を低減できたこと
により、素子寿命が従来の約5倍に改善され、信頼性が
大幅に向上された。N and p were added to the multilayer film thus obtained.
When the light emitting diode was manufactured by forming the electrodes, the contact life of the p-side electrode was reduced, and the device life was improved to about 5 times that of the conventional one, and the reliability was greatly improved, as described above. .
【0140】(第4の実施形態)次に、本発明の第4の
実施形態に係わる半導体レーザについて図1を用いて説
明する。(Fourth Embodiment) Next, a semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0141】即ち、本実施形態は、具体例の形態(第1
の実施形態)に加え、減圧成長法、光励起法、クラッキ
ング法のいずれかを用いてプラズマ状態の窒素を供給す
ることにより、p型AlGaN電流注入層18及びp型
GaNコンタクト層19を形成するものである。That is, the present embodiment is based on a specific example (first
In addition to the above embodiment), nitrogen in a plasma state is supplied by using any one of a low pressure growth method, a photoexcitation method, and a cracking method to form the p-type AlGaN current injection layer 18 and the p-type GaN contact layer 19. Is.
【0142】具体的には例えば、前述同様に、GaN光
ガイド層17が形成された後、主キャリアガスが水素か
ら窒素に切り替えられると共に、TMG、TMA及びこ
れら原料ガスのキャリアガスとしての水素ガスの供給が
停止される。Specifically, for example, as described above, after the GaN optical guide layer 17 is formed, the main carrier gas is switched from hydrogen to nitrogen, and TMG, TMA, and hydrogen gas as a carrier gas for these source gases are used. Supply is stopped.
【0143】続いて、上記のいずれかの方法により、活
性窒素原子の供給が可能な状態に達するまで基板温度を
降温する、NH3 を供給しつづけるなどの方法で、基板
上に既に形成した成長層からのGa、In、N等の解離
を抑制する。Then, by any of the above-mentioned methods, the substrate temperature is lowered until the state where the supply of active nitrogen atoms is achieved, NH 3 is continuously supplied, and the like, and the growth already formed on the substrate is performed. Dissociation of Ga, In, N, etc. from the layer is suppressed.
【0144】次に、窒素ガス及び上記原料ガスが一定量
導入され、排気速度等の調節により反応室内が所定の圧
力とされる。Next, a fixed amount of nitrogen gas and the above-mentioned raw material gas are introduced, and the reaction chamber is adjusted to a predetermined pressure by adjusting the exhaust speed and the like.
【0145】ここで、反応室内に発生したプラズマ等に
より、p型AlGaN電流注入層18及びp型GaNコ
ンタクト層19が順次形成される。Here, the p-type AlGaN current injection layer 18 and the p-type GaN contact layer 19 are sequentially formed by the plasma generated in the reaction chamber.
【0146】以下、原料ガスの供給が停止され、基板温
度が自然降温される。After that, the supply of the source gas is stopped and the substrate temperature is naturally lowered.
【0147】なお、以下の電極形成工程などは前述と同
様であり、青色半導体レーザが形成される。The following electrode forming steps are the same as those described above, and a blue semiconductor laser is formed.
【0148】この青色半導体レーザは、約30mAとい
う低しきい値電流で室温連続発振することができた。This blue semiconductor laser was capable of continuous oscillation at room temperature with a low threshold current of about 30 mA.
【0149】上述したように第4の実施形態によれば、
窒素プラズマ等の活性窒素原子を用いて、p型AlGa
N電流注入層18及びp型GaNコンタクト層19を形
成することにより、窒素空孔密度を低減でき、MgがG
aのサイトに入り易くなることにより、第1の実施形態
と同等以上の効果を得ることができた。As described above, according to the fourth embodiment,
Using active nitrogen atoms such as nitrogen plasma, p-type AlGa
By forming the N current injection layer 18 and the p-type GaN contact layer 19, the nitrogen vacancy density can be reduced, and the Mg content of G
By easily entering the site a, it was possible to obtain the same or higher effects as those of the first embodiment.
【0150】また、活性層窒素原子の供給により、アン
モニアの使用量を低減でき、これにより、膜中のMgの
活性化率がより向上し、さらに生産コストを大幅に低減
できる。Further, by supplying nitrogen atoms in the active layer, the amount of ammonia used can be reduced, whereby the activation rate of Mg in the film can be further improved and the production cost can be greatly reduced.
【0151】なお、数Torr程度以下の雰囲気にする
ことにより、Ga(Al)Nのうち、Nのサイトの空孔
が多く発生し、このNのサイトにMgが入って不活性化
し易かったことも考えられる。しかしながら、本実施形
態によれば、窒素プラズマを用いているので、Ga(A
l)NにおけるNのサイトの空孔が減少し、MgがGa
のサイトに入って活性化したので、青色半導体レーザの
室温連続発振を実現することができた。It should be noted that, by setting the atmosphere to about several Torr or less, many voids were generated at N sites in Ga (Al) N, and Mg was easily introduced into the N sites to be inactivated. Can also be considered. However, according to this embodiment, since the nitrogen plasma is used, Ga (A
l) The number of N-site vacancies in N is reduced and Mg becomes Ga.
Since it entered the site and was activated, the room temperature continuous oscillation of the blue semiconductor laser could be realized.
【0152】また、本実施形態は、第2の実施形態に係
わるp型GaN層40,41、第3の実施形態に係わる
p型GaN層55についても同様に適用可能である。即
ち、これらp型GaN層40,41,55をプラズマを
用いて形成しても、本実施形態と同様にMgの活性化率
を向上させることができる。また、プラズマとしては、
直流プラズマ、高周波プラズマ、マイクロ波プラズマの
いずれを用いてもよい。The present embodiment is also applicable to the p-type GaN layers 40 and 41 according to the second embodiment and the p-type GaN layer 55 according to the third embodiment. That is, even if these p-type GaN layers 40, 41, 55 are formed by using plasma, the activation rate of Mg can be improved similarly to the present embodiment. Moreover, as plasma,
Any of DC plasma, high frequency plasma, and microwave plasma may be used.
【0153】(第5の実施形態)以上は、Inを含まな
いp型GaN系半導体層を電極とのコンタクト層に用い
た場合の各実施形態であった。次に、第5〜第9の実施
形態として、Inを含むGaN系半導体(Inx Aly
Gaz B1-x-y-z Nm Pn As1-m-n (0<x、0≦
y、0≦z、0<x+y+z≦1、0<m、0≦n、0
<m+n≦1を含む))層を電極とのコンタクト層に用
いた場合の各実施形態について説明する。なお、始めに
原理的な実施形態を説明し、続いて具体的な実施形態に
ついて述べる。また、基板温度やキャリアガスの流量な
どは、前述した第1〜第2の実施形態と同様のため、以
下の各実施形態ではその詳しい説明は省略する。(Fifth Embodiment) The above is each of the embodiments in which the p-type GaN-based semiconductor layer containing no In is used as the contact layer with the electrode. Next, as the fifth to ninth embodiments, a GaN-based semiconductor containing In (In x Al y
Ga z B 1-xyz N m P n As 1-mn (0 <x, 0 ≦
y, 0 ≦ z, 0 <x + y + z ≦ 1, 0 <m, 0 ≦ n, 0
Each embodiment will be described in the case of using a layer <m + n ≦ 1)) as a contact layer with an electrode. Note that the principle embodiment will be described first, and then the specific embodiment will be described. Further, since the substrate temperature, the flow rate of the carrier gas, and the like are the same as those in the above-described first and second embodiments, detailed description thereof will be omitted in each of the following embodiments.
【0154】図17は本発明の第5の実施形態に係わる
窒化物系半導体素子の原理的な層構成を示す断面図であ
る。この窒化物系半導体素子は、サファイア基板61上
に、n型GaN(Inx Aly Ga1-x-y Nにてx=y
=0)層62、p型GaN層63、p型InGaN(I
nx Aly Ga1-x-y Nにて、0<x<1、0=y)層
64が順次形成されている。なお、この構造によれば、
p型GaN層63とn型GaN層62とでpn接合が形
成される。FIG. 17 is a sectional view showing the principle of the layer structure of a nitride semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. The nitride-based semiconductor element, on the sapphire substrate 61, n-type GaN (In x Al y Ga at 1-xy N x = y
= 0) layer 62, p-type GaN layer 63, p-type InGaN (I
at n x Al y Ga 1-xy N, 0 <x <1,0 = y) layer 64 are sequentially formed. According to this structure,
A pn junction is formed by the p-type GaN layer 63 and the n-type GaN layer 62.
【0155】(深さ方向の不純物濃度分布)図17に示
す本発明構造について、図18(a)に示すように、S
IMS分析により、成長層の深さ方向に沿ってMg及び
水素(H)の各濃度分布を調べた。また、比較のため
に、本発明構造からp型InGaN層64を省略した従
来構造についても図18(b)に示すように、深さ方向
に沿って不純物濃度分布を調べた。(Impurity Concentration Distribution in the Depth Direction) For the structure of the present invention shown in FIG. 17, as shown in FIG.
By the IMS analysis, each concentration distribution of Mg and hydrogen (H) was investigated along the depth direction of the growth layer. For comparison, the impurity concentration distribution was examined along the depth direction of the conventional structure in which the p-type InGaN layer 64 was omitted from the structure of the present invention, as shown in FIG. 18 (b).
【0156】その結果、両図からわかるように、p型G
aN層63及びp型InGaN層64の両層のMg濃度
が5×1019cm-3のとき、従来(製法)構造によるp
型GaN層の水素濃度が8×1019cm-3であるのに対
し、本発明構造の、p型InGaN層64及びp型Ga
N層63の両層の水素濃度は6×1019cm-3である。
この値は、従来のp型GaN層の成長後、窒素中で75
0℃で30分間の熱処理を加えた後の水素濃度とほぼ同
一値である。As a result, as can be seen from both figures, p-type G
When the Mg concentration of both the aN layer 63 and the p-type InGaN layer 64 is 5 × 10 19 cm −3 , the p concentration obtained by the conventional (manufacturing method) structure is increased.
The hydrogen concentration of the p-type GaN layer is 8 × 10 19 cm −3 , whereas the p-type InGaN layer 64 and the p-type Ga of the structure of the present invention are used.
The hydrogen concentration of both layers of the N layer 63 is 6 × 10 19 cm −3 .
This value is 75 in nitrogen after the growth of the conventional p-type GaN layer.
It is almost the same value as the hydrogen concentration after the heat treatment at 0 ° C. for 30 minutes.
【0157】また、図示はしないが、p型InGaN層
64は、表面付近の酸素濃度が5×1018cm-3以下で
あり、表面付近の炭素濃度が5×1019cm-3以下であ
って、夫々最表面から100nm以上深い位置から基板
側に向けて3〜10×1017cm-3の範囲内で略均一と
なっていた。即ち、表面付近に加え、素子内も充分に低
抵抗となっていた。一方、従来のp型GaN層は、表面
付近の酸素濃度、表面付近の炭素濃度共に、夫々1桁以
上高い値であった。Although not shown, the p-type InGaN layer 64 has an oxygen concentration near the surface of 5 × 10 18 cm −3 or less and a carbon concentration near the surface of 5 × 10 19 cm −3 or less. Then, they were substantially uniform within a range of 3 to 10 × 10 17 cm −3 from the position deeper than 100 nm from the outermost surface toward the substrate side. That is, the resistance was sufficiently low not only near the surface but also inside the element. On the other hand, in the conventional p-type GaN layer, both the oxygen concentration near the surface and the carbon concentration near the surface were higher by one digit or more.
【0158】(C−V測定)図19は以上のSIMS分
析の試料に対し、C−V測定にて実質的なアクセプタ濃
度を測定した結果を示す図である。本発明構造のp型I
nGaN層64は窒素リッチの雰囲気で成長するため、
as grownでも低抵抗のp型層となる。このとき
のp型GaN層63は、図示するように、as gro
wnで低抵抗のp型層となり、その値(5.4×1018
cm-3)は、従来構造のp型GaN層(as grow
nでは高抵抗)の成長後、窒素雰囲気中で熱処理後に得
られる値とほぼ等しい。即ち、Inを含む半導体層であ
るp型InGaN層64を上層に備えたので、下層のp
型GaN層63中への水素の取り込まれが抑制され、M
gの活性化が促進されると考えられる。(C-V measurement) FIG. 19 is a diagram showing the results of measuring the substantial acceptor concentration by C-V measurement for the above SIMS analysis samples. P-type I of the structure of the present invention
Since the nGaN layer 64 grows in a nitrogen-rich atmosphere,
Even as grown, the p-type layer has a low resistance. At this time, the p-type GaN layer 63 is, as shown,
It becomes a low resistance p-type layer at wn, and its value (5.4 × 10 18
cm −3 ) is a p-type GaN layer (as grow) having a conventional structure.
n is high resistance), and is substantially equal to the value obtained after heat treatment in a nitrogen atmosphere after growth. That is, since the p-type InGaN layer 64, which is a semiconductor layer containing In, is provided in the upper layer, the p-type InGaN layer 64 in the lower layer is formed.
Uptake of hydrogen into the n-type GaN layer 63 is suppressed, and M
It is thought that the activation of g is promoted.
【0159】(変形構成)なお、図17に示す本発明構
造は、図20に示すように、p型InGaN層64に代
えて、n型InGaN(Inx Aly Ga1-x-y Nにて
0<x<1、0=y)層65を最上層に備えてもよい。(Modified Structure) In the structure of the present invention shown in FIG. 17, as shown in FIG. 20, n-type InGaN (In x Al y Ga 1-xy N) is used instead of the p-type InGaN layer 64. <X <1, 0 = y) The layer 65 may be provided as the uppermost layer.
【0160】また、本発明構造は、p型GaN層63と
p型InGaN層64の間に、p型InGaN層64よ
りもInの成分比の低いp型InGaN層を介在させて
設け、容易に格子整合をとるようにしてもよい。Further, in the structure of the present invention, a p-type InGaN layer having a lower In component ratio than the p-type InGaN layer 64 is provided between the p-type GaN layer 63 and the p-type InGaN layer 64, so that the structure can be easily formed. Lattice matching may be performed.
【0161】また、図21に示すように、アンドープi
型InGaN層66を挟んでp型GaN層63とn型G
aN層62とでpin接合を形成してもよい。本発明
は、pn接合又はpin接合のいずれを適用してもよ
い。As shown in FIG. 21, the undoped i
P-type GaN layer 63 and n-type G sandwiching the n-type InGaN layer 66
You may form a pin junction with the aN layer 62. The present invention may apply either a pn junction or a pin junction.
【0162】また、図22に示すように、表面モフォロ
ジの改善のため、n型GaN層62とサファイア基板6
1との間に、GaNバッファ層71やアンドープ又はn
- 型GaN層72を形成してもよい。さらに、アンドー
プi型InGaN層66の下層にn型AlGaN層73
を形成し、アンドープi型InGaN層66の上層にp
型AlGaN層74を形成し、これら両AlGaNクラ
ッド層73,74とアンドープi型InGaN層66と
でpin接合を形成してもよい。Further, as shown in FIG. 22, in order to improve the surface morphology, the n-type GaN layer 62 and the sapphire substrate 6 are formed.
1 and the GaN buffer layer 71, undoped or n
The --type GaN layer 72 may be formed. Further, an n-type AlGaN layer 73 is formed below the undoped i-type InGaN layer 66.
To form a p-layer on the undoped i-type InGaN layer 66.
The type AlGaN layer 74 may be formed, and a pin junction may be formed between the AlGaN cladding layers 73 and 74 and the undoped i-type InGaN layer 66.
【0163】(第6の実施形態)図23は本発明の第6
の実施形態に係わる窒化物系半導体素子の原理的な構成
を示す断面図である。この窒化物系半導体素子は、電流
狭窄構造を有するものであり、サファイア基板81上
に、アンドープGaN下地層82、n型GaNコンタク
ト層83、アンドープInGaN活性層84及びp型G
aN電流注入層85が順次形成されている。(Sixth Embodiment) FIG. 23 shows a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the theoretical configuration of the nitride-based semiconductor element according to the embodiment of FIG. This nitride-based semiconductor device has a current constriction structure, and is formed on a sapphire substrate 81 with an undoped GaN base layer 82, an n-type GaN contact layer 83, an undoped InGaN active layer 84, and a p-type G.
The aN current injection layer 85 is sequentially formed.
【0164】また、p型GaN電流注入層85上には、
複数のn型GaN電流狭窄層86が選択的に形成されて
いる。また、p型GaN電流注入層85上及びn型Ga
N電流狭窄層86上には、p型InGaNコンタクト層
87が形成されている。Further, on the p-type GaN current injection layer 85,
A plurality of n-type GaN current confinement layers 86 are selectively formed. In addition, on the p-type GaN current injection layer 85 and the n-type Ga
A p-type InGaN contact layer 87 is formed on the N-current confinement layer 86.
【0165】次に、以上のような電流狭窄構造を有する
窒化物系半導体素子の製造方法及び作用について説明す
る。Next, the manufacturing method and operation of the nitride semiconductor device having the above current constriction structure will be described.
【0166】この窒化物系半導体素子は、図24(a)
に示すように、1回目のMOCVD成長により、サファ
イア基板81上に、アンドープGaN層82、n型Ga
N層83、アンドープGaN活性層84、p型GaN電
流注入層85、n型GaN電流狭窄層86が同一チャン
バー内で連続的に形成されている。その後、図24
(b)に示すように、n型GaN電流狭窄層86が部分
的にエッチング除去される。しかる後、図24(c)に
示すように、2回目のMOCVD成長(再成長)によ
り、p型InGaNコンタクト層87が形成される。This nitride semiconductor device is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the undoped GaN layer 82 and the n-type Ga are formed on the sapphire substrate 81 by the first MOCVD growth.
The N layer 83, the undoped GaN active layer 84, the p-type GaN current injection layer 85, and the n-type GaN current confinement layer 86 are continuously formed in the same chamber. After that, FIG.
As shown in (b), the n-type GaN current confinement layer 86 is partially removed by etching. Then, as shown in FIG. 24C, the p-type InGaN contact layer 87 is formed by the second MOCVD growth (regrowth).
【0167】なお、p型ドーパントには、Mg又はZn
が用いられる。The p-type dopant is Mg or Zn.
Is used.
【0168】以上の製造方法によると、再成長により形
成されたp型InGaNコンタクト層87は、前述同様
に低酸素濃度及び低炭素濃度を有し、熱処理をせずとも
低抵抗のp型層となる。According to the above manufacturing method, the p-type InGaN contact layer 87 formed by re-growth has a low oxygen concentration and a low carbon concentration as described above, and is a p-type layer having a low resistance without heat treatment. Become.
【0169】また、1回目に成長させたp型GaN電流
注入層85のうち、上層のn型GaN電流ブロック層8
6が除去された部分、即ち再成長時に表面がチャンバー
内で露出していた部分は、C−V測定の結果、アクセプ
タ濃度が3×1018cm-3のp型低抵抗層であった(S
IMS分析の結果、Mg濃度は2×1019cm-3であっ
た)。Of the p-type GaN current injection layer 85 grown for the first time, the upper n-type GaN current blocking layer 8 is formed.
The part where 6 was removed, that is, the part where the surface was exposed in the chamber at the time of regrowth was a p-type low resistance layer with an acceptor concentration of 3 × 10 18 cm −3 as a result of CV measurement ( S
As a result of IMS analysis, the Mg concentration was 2 × 10 19 cm −3 ).
【0170】一方、p型GaN電流注入層85のうち、
n型GaN電流ブロック層86で覆われた部分は再成長
中にp型低抵抗とはならなかった。On the other hand, of the p-type GaN current injection layer 85,
The portion covered with the n-type GaN current blocking layer 86 did not have the p-type low resistance during the regrowth.
【0171】上述したように本実施形態によれば、再成
長により、p型InGaNコンタクト層87を形成する
ので、熱処理を不要としつつ低抵抗のp型層を得られる
と共に、電流狭窄をより促進させることができる。As described above, according to the present embodiment, since the p-type InGaN contact layer 87 is formed by re-growth, a low-resistance p-type layer can be obtained without the need for heat treatment, and the current constriction is further promoted. Can be made.
【0172】(変形構成)なお、本実施形態の構造は、
図25に示すように、サファイア基板81と、アンドー
プGaN下地層82との間に、GaNバッファ層82a
を設けてもよい。また、図25に示すように、アンドー
プInGaN活性層84とn型GaNコンタクト層83
との間に、n型AlGaN電流注入層91を設けると共
に、p型GaN電流注入層85に代えて、p型AlGa
N電流注入層95を備えてもよい。また、p型GaN電
流注入層85又はp型AlGaN電流注入層95のいず
れでも、n型GaN電流狭窄層86又はn型InGaN
電流狭窄層のうちの所望の層が使用可能である。(Modified Structure) The structure of this embodiment is as follows.
As shown in FIG. 25, the GaN buffer layer 82 a is provided between the sapphire substrate 81 and the undoped GaN base layer 82.
May be provided. In addition, as shown in FIG. 25, an undoped InGaN active layer 84 and an n-type GaN contact layer 83.
And an n-type AlGaN current injection layer 91 are provided between them and the p-type GaN current injection layer 85.
The N current injection layer 95 may be provided. Further, in either the p-type GaN current injection layer 85 or the p-type AlGaN current injection layer 95, the n-type GaN current confinement layer 86 or the n-type InGaN is formed.
Any of the current confinement layers can be used.
【0173】(第7の実施形態)図26は本発明の第7
の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断面図で
あり、図24(a)〜(c)及び図25と同一部分には
同一符号を付して説明する。この半導体レーザは、サフ
ァイア基板81上に、GaNバッファ層82a、アンド
ープGaN下地層82、n型GaNコンタクト層83、
n型AlGaN電流注入層91、アンドープGaNガイ
ド層92、MQW構造のアンドープAlGaN活性層9
3、p型GaNガイド層94、p型AlGaN電流注入
層95、p型GaN電流注入層85が順次形成されてい
る。(Seventh Embodiment) FIG. 26 shows a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor laser according to the embodiment of the present invention, in which the same parts as those in FIGS. 24A to 24C and FIG. This semiconductor laser includes a GaN buffer layer 82a, an undoped GaN base layer 82, an n-type GaN contact layer 83, and a GaN buffer layer 82a on a sapphire substrate 81.
n-type AlGaN current injection layer 91, undoped GaN guide layer 92, MQW-structured undoped AlGaN active layer 9
3, a p-type GaN guide layer 94, a p-type AlGaN current injection layer 95, and a p-type GaN current injection layer 85 are sequentially formed.
【0174】p型GaN電流注入層85上には、n型G
aN電流狭窄層86が選択的に形成されている。また、
p型GaN電流注入層85上並びにn型GaN電流狭窄
層86上には、p型InGaNコンタクト層87が形成
されている。On the p-type GaN current injection layer 85, n-type G
The aN current confinement layer 86 is selectively formed. Also,
A p-type InGaN contact layer 87 is formed on the p-type GaN current injection layer 85 and the n-type GaN current confinement layer 86.
【0175】p型InGaNコンタクト層87上にはp
側電極97が形成されている。エッチング等により一部
が露出されたn型GaNコンタクト層83上にはn側電
極96が形成されている。P is formed on the p-type InGaN contact layer 87.
The side electrode 97 is formed. An n-side electrode 96 is formed on the n-type GaN contact layer 83 which is partially exposed by etching or the like.
【0176】次に、以上のような半導体レーザの製造方
法及び作用について説明する。Next, the manufacturing method and operation of the above semiconductor laser will be described.
【0177】図27(a)に示すように、サファイア基
板81の上に、MOCVD法により、50nm厚のアン
ドープGaN(Inx Aly Ga1-x-y Nでx=y=
0)バッファ層82a、2μm厚のアンドープGaN下
地層82、4μm厚のn型GaNコンタクト層83、
0.3μm厚のn型Alq Ga1-q N(0≦q≦1)電
流注入層91、0.1μm厚のアンドープGaNガイド
層92、Inx Gay Al1-x-y Nからなる総計膜厚
0.1μmの多重量子井戸構造からなるアンドープIn
GaN活性層93、0.1μm厚のp型GaNガイド層
94、0.3μm厚のp型Alq Ga1-q N(0≦q≦
1)電流注入層95、0.5μm厚のp型GaN電流注
入層85、1μm厚のn型GaN(Alq Ga1-q Nで
q=0)電流狭窄層86が連続成長により形成される。As shown in FIG. 27 (a), undoped GaN (In x Al y Ga 1-xy N) with a thickness of 50 nm is formed on the sapphire substrate 81 by MOCVD, and x = y =
0) buffer layer 82a, 2 μm thick undoped GaN base layer 82, 4 μm thick n-type GaN contact layer 83,
0.3 μm thick n-type Al q Ga 1-q N (0 ≦ q ≦ 1) current injection layer 91, 0.1 μm thick undoped GaN guide layer 92, In x Ga y Al 1-xy N Undoped In consisting of multiple quantum well structure with thickness of 0.1 μm
GaN active layer 93, 0.1 μm thick p-type GaN guide layer 94, 0.3 μm thick p-type Al q Ga 1-q N (0 ≦ q ≦
1) Current injection layer 95, 0.5 μm-thick p-type GaN current injection layer 85, 1 μm-thick n-type GaN (Al q Ga 1-q N q = 0) current confinement layer 86 is formed by continuous growth. .
【0178】なお、n型の不純物密度はモノシラン(S
iH4 )の導入により、適宜制御される。同様に、p型
の不純物密度はビスシクロペンタジエニルマグネシウム
(Cp2 Mg)の導入により、適宜制御される。The n-type impurity density is monosilane (S
It is appropriately controlled by the introduction of iH 4 ). Similarly, the p-type impurity density is appropriately controlled by introducing biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg).
【0179】次に、図27(b)に示すように、n型G
aN電流狭窄層86上を部分的にパターニングし、エッ
チング等によりp型GaN電流注入層85を最表面に露
出させるように部分的にn型GaN電流狭窄層86が除
去される。Next, as shown in FIG. 27B, n-type G
The aN current constriction layer 86 is partially patterned, and the n-type GaN current confinement layer 86 is partially removed by etching or the like so that the p-type GaN current injection layer 85 is exposed at the outermost surface.
【0180】また、p型GaN電流注入層85上並びに
n型GaN電流狭窄層86上には、図27(c)に示す
ように、MOCVD法により、1.5μm厚のp型In
GaN(Inx Aly Ga1-x-y Nにて、0<x≦0.
3、y=0)コンタクト層87が形成される。このと
き、成長温度は750℃〜1100℃とし、原料ガスの
キャリアガスには水素を用い、主キャリアガスとしては
窒素ガスを用いている。On the p-type GaN current injection layer 85 and the n-type GaN current confinement layer 86, as shown in FIG. 27C, a p-type In layer having a thickness of 1.5 μm was formed by MOCVD.
GaN (In x Al y Ga 1-xy N, 0 <x ≦ 0.
3, y = 0) The contact layer 87 is formed. At this time, the growth temperature is 750 ° C. to 1100 ° C., hydrogen is used as the carrier gas of the source gas, and nitrogen gas is used as the main carrier gas.
【0181】ここで、得られたウェハはMOCVD炉か
ら取り出され、部分的にSiO2 等によってマスキング
され、図28(a)に示すように、n型GaNコンタク
ト層83まで達する深さにエッチングされる。Here, the obtained wafer was taken out of the MOCVD furnace, partially masked with SiO 2 or the like, and etched to a depth reaching the n-type GaN contact layer 83 as shown in FIG. 28 (a). It
【0182】次に、サファイア基板81は、GaN系半
導体層82a〜95を堆積した側と反対側の面の研磨等
により、100μm程度の厚さに形成される。Next, the sapphire substrate 81 is formed to a thickness of about 100 μm by polishing the surface opposite to the side on which the GaN-based semiconductor layers 82a to 95 are deposited.
【0183】図28(b)に示すように、n型GaNコ
ンタクト層83上に例えばTi−Au等の金属によるn
側電極96が形成される。しかる後、マスクのSiO2
等が除去され、図28(c)に示すように、p型InG
aNコンタクト層87上に例えばPt、Ti/Au、N
i等からなるp側電極97が形成される。As shown in FIG. 28B, an n-type GaN contact layer 83 made of a metal such as Ti-Au is formed on the n-type GaN contact layer 83.
The side electrode 96 is formed. After that, mask SiO 2
Etc. are removed, and as shown in FIG. 28C, p-type InG
On the aN contact layer 87, for example, Pt, Ti / Au, N
A p-side electrode 97 made of i or the like is formed.
【0184】なお、ここで、p型InGaNコンタクト
層87は、表面酸素濃度が5×1018cm-3以下であ
り、表面炭素濃度が5×1019cm-3以下であり、低抵
抗で良好なオーミックコンタクトを有していた。Here, the p-type InGaN contact layer 87 has a surface oxygen concentration of 5 × 10 18 cm −3 or less and a surface carbon concentration of 5 × 10 19 cm −3 or less, which is low resistance and good. Had a good ohmic contact.
【0185】このように得られたウェハはスクライブや
へき開、或いはドライエッチング等により、適当な大き
さに切り分けて、多数のチップを得る。そうしてこれら
のチップを所定のステム(ワイヤーフレーム)にマウン
トし、ワイヤボンディング後モールディングすれば、本
発明のGaN系レーザが完成される。The wafer thus obtained is cut into a suitable size by scribing, cleaving, or dry etching to obtain a large number of chips. Then, these chips are mounted on a predetermined stem (wire frame), and after wire bonding and molding, the GaN laser of the present invention is completed.
【0186】この半導体レーザは、発光波長400nm
にて低しきい値で発振する良好な特性を得ることができ
た。This semiconductor laser has an emission wavelength of 400 nm.
It was possible to obtain good characteristics that oscillate at a low threshold.
【0187】上述したように本実施形態によれば、従来
と比べ、プロセスを簡略化することができる。即ち、本
実施形態によれば、従来の連続エピタキシャル成長に加
え、p型InGaN系半導体層を成長させるという単純
な工程を付加するだけで、p型クラッド層及びp型コン
タクト層の水素の取り込みに関したアクセプタの不活性
化を抑制させることができる。As described above, according to this embodiment, the process can be simplified as compared with the conventional case. That is, according to this embodiment, hydrogen is taken into the p-type cladding layer and the p-type contact layer only by adding a simple step of growing a p-type InGaN-based semiconductor layer to the conventional continuous epitaxial growth. Inactivation of the acceptor can be suppressed.
【0188】よって、実質的には熱処理等が無くなるた
め、製造工程が減少される。また成長後の熱処理という
工程による表面の汚染や不純物の結晶中での拡散等によ
る素子特性の低下を招く要因を除去することができる。Therefore, since the heat treatment and the like are substantially eliminated, the number of manufacturing steps is reduced. Further, it is possible to eliminate the factors that cause deterioration of device characteristics due to surface contamination and diffusion of impurities in the crystal due to a heat treatment after growth.
【0189】また、表面の酸素濃度、炭素濃度を低減で
きるので、低抵抗で良好なオーミックコンタクトを形成
でき、動作電圧を低下させ、もって、発光波長400n
mにて低しきい値(低動作電圧)で発振する良好な特性
の半導体レーザを得ることができた。Further, since the oxygen concentration and carbon concentration on the surface can be reduced, a good ohmic contact with low resistance can be formed, and the operating voltage can be lowered.
It was possible to obtain a semiconductor laser with good characteristics that oscillates at a low threshold value (low operating voltage) at m.
【0190】さらに、p型ドーパントの種類(Mg
等)、p型InGaNコンタクト層87の膜厚(50n
m〜1500nm)やInの成分比x(0<x≦0.
3)、キャリアガスの種類(水素ガスやアンモニアを含
む原料ガス、窒素ガスからなるキャリアガス)及び流量
(窒素ガス:水素ガス=5〜2000:1)などが適切
な範囲内にあるので、以上の効果を容易且つ確実に実現
させることができ、素子特性や製造工程の安定性を向上
させることができる。Furthermore, the type of p-type dopant (Mg
Etc.), the film thickness of the p-type InGaN contact layer 87 (50 n
m-1500 nm) and the component ratio x of In (0 <x ≦ 0.
3), the type of carrier gas (raw material gas containing hydrogen gas and ammonia, carrier gas consisting of nitrogen gas), flow rate (nitrogen gas: hydrogen gas = 5 to 2000: 1), etc. are within appropriate ranges. The effect of can be easily and surely realized, and the element characteristics and the stability of the manufacturing process can be improved.
【0191】(変形構成)なお、本発明の第7の実施形
態は、図29に示すように、1回目の成長におけるp型
GaN電流注入層85が省略された構造でも良い。この
場合、2回目の成長により形成される層は、図30に示
すように、p型GaN層85aとp型InGaNコンタ
クト層87との2層構造であっても良い。(Modified Structure) The seventh embodiment of the present invention may have a structure in which the p-type GaN current injection layer 85 in the first growth is omitted as shown in FIG. In this case, the layer formed by the second growth may have a two-layer structure of a p-type GaN layer 85a and a p-type InGaN contact layer 87, as shown in FIG.
【0192】(第8の実施形態)次に、本発明の第8の
実施形態に係わる半導体レーザについて説明する。(Eighth Embodiment) Next, a semiconductor laser according to an eighth embodiment of the present invention will be described.
【0193】図31はこの半導体レーザの原理的な構成
を示す断面図であり、図23と同一部分には同一符号を
付して説明する。この半導体レーザは、屈折率導波型構
造を有するものであり、サファイア基板81上に、アン
ドープGaN下地層82、n型GaNコンタクト層8
3、アンドープInGaN活性層84及びp型GaN電
流注入層85が順次形成されている。FIG. 31 is a sectional view showing the principle structure of this semiconductor laser, and the same parts as in FIG. This semiconductor laser has a refractive index guided structure, and includes an undoped GaN base layer 82 and an n-type GaN contact layer 8 on a sapphire substrate 81.
3, an undoped InGaN active layer 84 and a p-type GaN current injection layer 85 are sequentially formed.
【0194】p型GaN電流注入層85は、選択エッチ
ングによりリッジが形成されている。また、p型GaN
電流注入層85は、リッジ以外の部分上に複数のn型I
nGaN電流光閉込め層98が選択的に形成されてい
る。また、p型GaN電流注入層85のリッジ上及びn
型InGaN光閉込め層98上には、p型InGaNコ
ンタクト層87が形成されている。The p-type GaN current injection layer 85 has a ridge formed by selective etching. In addition, p-type GaN
The current injection layer 85 has a plurality of n-type I on a portion other than the ridge.
An nGaN current / light confinement layer 98 is selectively formed. In addition, on the ridge of the p-type GaN current injection layer 85 and n
A p-type InGaN contact layer 87 is formed on the type InGaN light confinement layer 98.
【0195】次に、以上のような屈折率導波型構造を有
する半導体レーザの製造方法及び作用について説明す
る。Next, the manufacturing method and operation of the semiconductor laser having the above-described refractive index guided structure will be described.
【0196】この半導体レーザは、図32(a)に示す
ように、1回目の成長により、サファイア基板81上
に、アンドープGaN層82、n型GaN層83、アン
ドープGaN活性層84、p型GaN層85が同一チャ
ンバー内で連続的に形成される。その後、図32(b)
に示すように、p型GaN層85が部分的にエッチング
除去されてリッジが形成される。また、図32(c)に
示すように、このリッジ上にはSiO2 等のマスク99
が形成される。次に、n型InGaN層98が再成長
(2回目の成長)により、SiO2 等のマスク99以外
のp型GaN層85上に選択成長される。その後、マス
ク99が除去され、3回目の成長により、図32(d)
に示すように、p型InGaN層87がp型GaN層8
5のリッジ上及びn型InGaN層98上に形成され
る。In this semiconductor laser, as shown in FIG. 32A, the undoped GaN layer 82, the n-type GaN layer 83, the undoped GaN active layer 84, and the p-type GaN are formed on the sapphire substrate 81 by the first growth. Layers 85 are successively formed in the same chamber. Then, FIG. 32 (b)
The p-type GaN layer 85 is partially etched away to form a ridge, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 32C, a mask 99 of SiO 2 or the like is formed on this ridge.
Is formed. Next, the n-type InGaN layer 98 is selectively grown on the p-type GaN layer 85 other than the mask 99 such as SiO 2 by re-growth (second growth). After that, the mask 99 is removed, and the third growth is performed, so that FIG.
, The p-type InGaN layer 87 is replaced by the p-type GaN layer 8
5 and the n-type InGaN layer 98.
【0197】以上のような屈折率導波型構造としても、
電流狭窄構造と同様にp型InGaNコンタクト層87
が低酸素濃度及び低炭素濃度を有して低抵抗で良好なオ
ーミックコンタクトを得られるため、発光波長400n
mにて低しきい値で発振する良好な特性を得ることがで
きる。Even with the refractive index guided structure as described above,
Similar to the current confinement structure, p-type InGaN contact layer 87
Has a low oxygen concentration and a low carbon concentration to obtain a good ohmic contact with a low resistance.
It is possible to obtain good characteristics of oscillating at a low threshold value at m.
【0198】(変形構成)なお、本実施形態の構造は、
図33に示すように、サファイア基板81と、アンドー
プGaN下地層82との間に、GaNバッファ層82a
を設けてもよい。また、図33に示すように、アンドー
プInGaN活性層84とn型GaNコンタクト層83
との間に、n型AlGaN電流注入層91を設けると共
に、p型GaN電流注入層85に代えて、p型AlGa
N電流注入層95を備えてもよい。(Modified Structure) The structure of this embodiment is as follows.
As shown in FIG. 33, the GaN buffer layer 82 a is provided between the sapphire substrate 81 and the undoped GaN base layer 82.
May be provided. In addition, as shown in FIG. 33, an undoped InGaN active layer 84 and an n-type GaN contact layer 83.
And an n-type AlGaN current injection layer 91 are provided between them and the p-type GaN current injection layer 85.
The N current injection layer 95 may be provided.
【0199】また、p型AlGaN電流注入層95を備
えた場合、n型InGaN光閉込め層98に代えて、n
型GaNを光閉込め層として使用してもよい。即ち、n
型Inx Ga1-x N(0≦x≦1)光閉込め層98にお
いて、Inの成分比xを0としてもよい。なお、n型G
aNを使用せず、p型AlGaN電流注入層95にn型
InGaN光閉込め層98を用いても良いことはいうま
でもない。When the p-type AlGaN current injection layer 95 is provided, the n-type InGaN light confining layer 98 is replaced with n.
-Type GaN may be used as the optical confinement layer. That is, n
In the In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) type light confining layer 98, the In component ratio x may be zero. In addition, n-type G
Needless to say, the n-type InGaN optical confinement layer 98 may be used for the p-type AlGaN current injection layer 95 without using aN.
【0200】(第9の実施形態)図34は本発明の第9
の実施形態に係わる半導体レーザの構造を示す断面図で
あり、図32(a)〜(d)及び図33と同一部分には
同一符号を付して説明する。この半導体レーザは、サフ
ァイア基板81上に、GaNバッファ層82a、アンド
ープGaN下地層82、n型GaNコンタクト層83、
n型AlGaN電流注入層91、アンドープGaNガイ
ド層92、MQW構造のアンドープInGaN活性層9
3、p型GaNガイド層94及びp型AlGaN電流注
入層95が順次形成されている。(Ninth Embodiment) FIG. 34 shows a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 34 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor laser according to the embodiment of the present invention, in which the same parts as those in FIGS. 32 (a) to (d) and FIG. This semiconductor laser includes a GaN buffer layer 82a, an undoped GaN base layer 82, an n-type GaN contact layer 83, and a GaN buffer layer 82a on a sapphire substrate 81.
n-type AlGaN current injection layer 91, undoped GaN guide layer 92, MQW structure undoped InGaN active layer 9
3, a p-type GaN guide layer 94 and a p-type AlGaN current injection layer 95 are sequentially formed.
【0201】p型AlGaN電流注入層95上は選択エ
ッチングによりリッジが形成されている。p型AlGa
N電流注入層95は、リッジ以外の部分上に複数のn型
InGaN電流光閉込め層98が選択的に形成されてい
る。また、p型AlGaN電流注入層95のリッジ上及
びn型InGaN光閉込め層98上には、p型InGa
Nコンタクト層87が形成されている。A ridge is formed on the p-type AlGaN current injection layer 95 by selective etching. p-type AlGa
In the N current injection layer 95, a plurality of n-type InGaN current light confinement layers 98 are selectively formed on a portion other than the ridge. Further, on the ridge of the p-type AlGaN current injection layer 95 and on the n-type InGaN optical confinement layer 98, p-type InGa is formed.
The N contact layer 87 is formed.
【0202】p型InGaNコンタクト層87上にはp
側電極97が形成されている。エッチング等により一部
が露出されたn型GaNコンタクト層83上にはn側電
極96が形成されている。On the p-type InGaN contact layer 87, p
The side electrode 97 is formed. An n-side electrode 96 is formed on the n-type GaN contact layer 83 which is partially exposed by etching or the like.
【0203】次に、以上のような半導体レーザの製造方
法及び作用について説明する。Next, the manufacturing method and operation of the above semiconductor laser will be described.
【0204】前述同様に図35(a)に示すように、サ
ファイア基板81の上に、MOCVD法により、50n
m厚のアンドープGaN(Inx Aly Ga1-x-y Nで
x=y=0)バッファ層82a、2μm厚のアンドープ
GaN下地層82、4μm厚のn型GaNコンタクト層
83、0.3μm厚のn型Alq Ga1-q N(0≦q≦
1)電流注入層91、0.1μm厚のアンドープGaN
ガイド層92、InxGay Al1-x-y Nからなる総計
膜厚0.1μmの多重量子井戸構造からなるアンドープ
InGaN活性層93、0.1μm厚のp型GaNガイ
ド層94、0.3μm厚のp型Alq Ga1-q N(0≦
q≦1)電流注入層95が連続成長により形成される。Similarly to the above, as shown in FIG. 35 (a), 50 n is formed on the sapphire substrate 81 by MOCVD.
m-thick undoped GaN (In x Al y Ga 1-xy N with x = y = 0) buffer layer 82a, 2 μm thick undoped GaN underlayer 82, 4 μm thick n-type GaN contact layer 83, 0.3 μm thick n-type Al q Ga 1-q N (0 ≦ q ≦
1) Current injection layer 91, 0.1 μm thick undoped GaN
Guide layer 92, In x Ga y Al 1 -xy of N a multiple quantum well structure of total thickness 0.1μm undoped InGaN active layer 93,0.1Myuemu p-type GaN guide layer 94,0.3μm thick thickness P-type Al q Ga 1-q N (0 ≦
q ≦ 1) The current injection layer 95 is formed by continuous growth.
【0205】次に、図35(b)に示すように、p型A
lq Ga1-q N(0≦q≦1)電流注入層95上にSi
O2 層99等のパターニング及びマスキングが施され、
エッチング等によりp型Alq Ga1-q N(0≦q≦
1)電流注入層95が選択的に途中まで除去されてリッ
ジが形成される。Next, as shown in FIG. 35B, p-type A
l q Ga 1-q N (0 ≦ q ≦ 1) Si on the current injection layer 95
Patterning and masking of the O 2 layer 99 etc. are performed,
P-type Al q Ga 1-q N (0 ≦ q ≦
1) The current injection layer 95 is selectively removed halfway to form a ridge.
【0206】続いて、図35(c)に示すように、選択
成長によりp型Alq Ga1-q N(0≦q≦1)電流注
入層95のリッジ以外の部分上にn型Inx Ga1-x N
(0≦x≦1)光閉込め層98が2回目の成長により形
成される。Subsequently, as shown in FIG. 35C, n-type In x is formed on the p-type Al q Ga 1 -q N (0 ≦ q ≦ 1) current injection layer 95 except the ridge by selective growth. Ga 1-x N
The (0 ≦ x ≦ 1) light confinement layer 98 is formed by the second growth.
【0207】また、p型AlGaN電流注入層95のリ
ッジ上におけるSiO2 層99等のマスクが除去され
る。さらに、MOCVD法により、図36(a)に示す
ように、p型AlGaN電流注入層95のリッジ上及び
その両側のn型InGaN光閉込め層98上に、1μm
厚のp型のInGaN(Inx Aly Ga1-x-y N、0
<x≦0.3、y=0)層87が形成される。なお前述
同様に、このときの成長温度は750℃〜1000℃と
し、原料ガスのキャリアガスには水素を用い、主キャリ
アガスとしては窒素ガスを用いている。Further, the mask such as the SiO 2 layer 99 on the ridge of the p-type AlGaN current injection layer 95 is removed. Further, by MOCVD, as shown in FIG. 36A, 1 μm is formed on the ridge of the p-type AlGaN current injection layer 95 and on the n-type InGaN light confinement layer 98 on both sides thereof.
The thickness of p-type InGaN of (In x Al y Ga 1- xy N, 0
<X ≦ 0.3, y = 0) Layer 87 is formed. Note that, similarly to the above, the growth temperature at this time is 750 ° C. to 1000 ° C., hydrogen is used as the carrier gas of the source gas, and nitrogen gas is used as the main carrier gas.
【0208】以下前述同様に、このウェハは、図36
(b)に示すように、選択的にn型GaNコンタクト層
83まで達する深さまでエッチングされた後、サファイ
ア基板81が研磨等により100μm程度の厚さに形成
される。Thereafter, in the same manner as described above, this wafer is shown in FIG.
As shown in (b), after selectively etching to a depth reaching the n-type GaN contact layer 83, a sapphire substrate 81 is formed by polishing or the like to have a thickness of about 100 μm.
【0209】また同様に、図36(c)に示すように、
n型GaNコンタクト層83上にn側電極96が形成さ
れ、p型InGaNコンタクト層87上にp側電極97
が形成される。なお、各電極96,97は前述同様の材
料から形成可能である。Similarly, as shown in FIG. 36 (c),
An n-side electrode 96 is formed on the n-type GaN contact layer 83, and a p-side electrode 97 is formed on the p-type InGaN contact layer 87.
Is formed. The electrodes 96 and 97 can be formed of the same material as described above.
【0210】電極付完了後のウェハは、前述同様に、へ
き開などにより、多数のチップに形成される。各チップ
は所定のステム(ワイヤーフレーム)にマウントされ、
ワイヤボンディング後、モールディングされ、完成品の
GaN系レーザに加工される。The wafer after completion of electrode attachment is formed into a large number of chips by cleavage, etc., as described above. Each chip is mounted on a predetermined stem (wire frame),
After wire bonding, it is molded and processed into a finished GaN-based laser.
【0211】この半導体レーザは、前述同様にp型In
GaNコンタクト層87が低酸素濃度及び低炭素濃度で
あって低抵抗で良好なオーミックコンタクトを有し、発
光波長400nmにて低しきい値で発振する良好な特性
を得ることができた。This semiconductor laser is a p-type In similar to the above.
The GaN contact layer 87 had a low oxygen concentration and a low carbon concentration, had a low resistance and good ohmic contact, and could obtain good characteristics of oscillating at a low threshold at an emission wavelength of 400 nm.
【0212】上述したように本実施形態によれば、第7
の実施形態の効果に加え、p型Alq Ga1-q N(0≦
q≦1)層95のリッジ部とリッジ部以外の膜を適当に
定め、n型のInx Ga1-x N(0≦x≦1)層98の
バンドギャップエネルギーをアンドープInGaN活性
層93のバンドギャップエネルギーより小さくするよう
に組成xを適当に決めるより、電流狭窄型構造だけでな
く屈折率導波型構造の半導体レーザをも形成することが
できる。As described above, according to this embodiment, the seventh
In addition to the effect of the embodiment described above, p-type Al q Ga 1-q N (0 ≦
The ridge portion of the q ≦ 1) layer 95 and the film other than the ridge portion are appropriately determined, and the bandgap energy of the n-type In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) layer 98 is set to the undoped InGaN active layer 93. By appropriately determining the composition x so as to be smaller than the band gap energy, it is possible to form not only a current confinement type structure but also a semiconductor laser having a refractive index guided structure.
【0213】(第10の実施形態)図1、図15、図1
6、図28の構造の半導体レーザを有機金属気相成長
(MOCVD)法により、アンモニアガス(NH3 )、
有機金属原料(TMG,TMA,TMI)、及びドーパ
ント原料(Cp2 Mg,SiH4 )を用いて形成する。
但し、p型伝導を有する層のみ、又はn型伝導を有する
層を含む素子用多層膜全ての層を形成する際に用いるキ
ャリアガスを、CO,CO2 の濃度0.1〜10 vol p
pbの不活性ガスからなるキャリアガスとする。CO,C
O2 の濃度がこの範囲よりも多い場合、これらの不純物
が成長層最表面に偏在し易くなるため、p側電極とのコ
ンタクト抵抗が高くなる傾向がある。また、CO,CO
2 の濃度がこの濃度の範囲よりも少ない場合、酸素や炭
素による窒素空孔子点(窒素空孔)を埋める効果が減少
するため、窒素空孔がアクセプタを補償し、素子が高抵
抗化する。(Tenth Embodiment) FIGS. 1, 15, and 1
6, a semiconductor laser having the structure shown in FIG. 28 is formed by ammonia gas (NH 3 ) by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method,
It is formed by using an organic metal raw material (TMG, TMA, TMI) and a dopant raw material (Cp 2 Mg, SiH 4 ).
However, the carrier gas used when forming only the layer having p-type conductivity or all the layers for the device including the layer having n-type conductivity is CO, CO 2 at a concentration of 0.1 to 10 vol p.
The carrier gas is an inert gas of pb. CO, C
When the concentration of O 2 is higher than this range, these impurities tend to be unevenly distributed on the outermost surface of the growth layer, and the contact resistance with the p-side electrode tends to increase. Also, CO, CO
When the concentration of 2 is lower than this concentration range, the effect of filling the nitrogen vacancy points (nitrogen vacancies) by oxygen or carbon is reduced, so that the nitrogen vacancies compensate the acceptor and the device has a high resistance.
【0214】また、p型伝導層作製の際のV族原料と I
II族原料の供給量(mol)比(V/III 比)をGaN
層の成長では3000以下、GaAlNの成長では36
00以下、但しInGaN系半導体層の成長では300
00以下で形成する。V/III 比が上述の値以上になる
と、Mgのアクセプタ又はキャリアへの活性化率が低下
する。Further, the group V raw material and the I
The supply amount (mol) ratio (V / III ratio) of the group II raw material is set to GaN.
3,000 or less for layer growth and 36 for GaAlN growth
00 or less, but 300 for growth of the InGaN-based semiconductor layer
00 or less. When the V / III ratio is equal to or more than the above value, the activation rate of Mg to acceptors or carriers decreases.
【0215】本実施形態により作製した窒化物系半導体
素子におけるp型伝導層のアクセプタ濃度,キャリア濃
度は、従来例(特開平8−325094号,特願平8−
236744号)、更には前述した第1〜第9の実施形
態による場合の2倍以上になり、その結果、p型伝導層
とp側電極とのコンタクト抵抗が低減でき、素子の動作
電圧を大幅に、かつ安定して低減でき、窒化物系半導体
素子の歩留まり、信頼性が大幅に向上する。また、成膜
後に、熱処理等の後処理を必要としないで、従来以上の
特性の良い素子が得られるため、従来の製造に比べ、生
産性,コストの面でも大きなメリットが得られる。The acceptor concentration and carrier concentration of the p-type conductive layer in the nitride semiconductor device manufactured according to this embodiment are the same as those in the conventional example (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-325094, Japanese Patent Application No. 8-3295094).
No. 236744), and more than double that in the case of the above-described first to ninth embodiments, and as a result, the contact resistance between the p-type conductive layer and the p-side electrode can be reduced, and the operating voltage of the device can be greatly increased. In addition, the yield and reliability of the nitride-based semiconductor device can be significantly improved, because the amount can be stably reduced. Further, after the film formation, a post-treatment such as heat treatment is not required, and an element having better characteristics than the conventional one can be obtained, so that a great merit in terms of productivity and cost can be obtained as compared with the conventional manufacturing.
【0216】(第11の実施形態)図1、図15、図1
6、図28の構造の半導体レーザを有機金属気相成長
(MOCVD)法により、アンモニアガス(NH3 )、
有機金属原料(TMG,TMA,TMI)、及びドーパ
ント原料(Cp2 Mg、SiH4 )を用いて形成する。
但し、p型伝導を有する層のみ、又はn型伝導を有する
層を含む素子用多層膜全ての層を形成する際に用いるキ
ャリアガスを、水素(H2 )濃度1 vol ppb以下に精製
された高純度不活性ガスからなるキャリアガスとする。
H2 の濃度がこの範囲よりも多い場合、その不純物が成
長層最表面に偏在し易くなるため、p側電極とのコンタ
クト抵抗が高くなる傾向がある。また、H2 の濃度がこ
の濃度の範囲よりも少ない場合、水素による窒素空孔子
点(窒素空孔)を埋める効果が減少するため、窒素空孔
がアクセプタを補償し、素子が高抵抗化する。(Eleventh Embodiment) FIGS. 1, 15, and 1
6, a semiconductor laser having the structure shown in FIG. 28 is formed by ammonia gas (NH 3 ) by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method,
It is formed by using organic metal raw materials (TMG, TMA, TMI) and dopant raw materials (Cp 2 Mg, SiH 4 ).
However, the carrier gas used when forming only the layer having p-type conduction or all layers of the device multilayer film including the layer having n-type conduction was purified to a hydrogen (H 2 ) concentration of 1 vol ppb or less. The carrier gas is made of a high-purity inert gas.
If the H 2 concentration is higher than this range, the impurities tend to be unevenly distributed on the outermost surface of the growth layer, and the contact resistance with the p-side electrode tends to increase. Further, when the concentration of H 2 is lower than this concentration range, the effect of filling the nitrogen vacancy points (nitrogen vacancies) by hydrogen is reduced, so that the nitrogen vacancies compensate the acceptors and the resistance of the device increases. .
【0217】また、p型伝導層作製の際のV族原料とI
II族原料の供給量(mol)比(V/III 比)をGa
N層の成長では3000以下、GaAlNの成長では3
600以下、但しInGaN系半導体層の成長では30
000以下で形成する。V/III 比が上述の値以上にな
ると、Mgのアクセプタ又はキャリアへの活性化率が低
下する。In addition, when the p-type conductive layer is manufactured, the group V raw material and I are used.
The supply amount (mol) ratio (V / III ratio) of the group II raw material is Ga
3,000 or less for growing N layer, 3 for growing GaAlN
600 or less, but 30 for growth of InGaN-based semiconductor layer
000 or less. When the V / III ratio is equal to or more than the above value, the activation rate of Mg to acceptors or carriers decreases.
【0218】本実施形態により作製した窒化物系半導体
素子におけるp型伝導層のアクセプタ濃度,キャリア濃
度は、従来例(特開平8−325094号,特願平8−
236744号)、更には前述した第1〜第9の実施形
態による場合の3倍以上になり、その結果、p型伝導層
とp側電極とのコンタクト抵抗が低減でき、素子の動作
電圧を大幅に、かつ安定して低減でき、窒化物系半導体
素子の歩留まり、信頼性が大幅に向上する。また、成膜
後に、熱処理等の後処理を必要としないで、従来以上の
特性の良い素子が得られるため、従来の製造に比ぺ、生
産性、コストの面でも大きなメリットが得られる。The acceptor concentration and carrier concentration of the p-type conductive layer in the nitride-based semiconductor device manufactured according to this embodiment are the same as those of the conventional example (Japanese Patent Laid-Open No. 8-325094, Japanese Patent Application No. 8-3295094).
No. 236744), and more than three times that in the case of the above-described first to ninth embodiments, as a result, the contact resistance between the p-type conductive layer and the p-side electrode can be reduced, and the operating voltage of the device can be greatly increased. In addition, the yield and reliability of the nitride-based semiconductor device can be significantly improved, because the amount can be stably reduced. Further, after the film formation, a post-treatment such as a heat treatment is not required, and an element having better characteristics than the conventional one can be obtained, so that a great advantage can be obtained in terms of productivity, cost and efficiency in comparison with the conventional manufacturing.
【0219】(第12の実施形態)第1の実施形態に係
わる半導体レーザの構造(図1に示す)をアンモニアガ
ス、及び有機金属原料(TMG,TMA,TMI)、及
びドーパント原料(Cp2Mg,SiH4 )を用いて形
成する。但し、p型伝導を有する層のみ、又はn型伝導
を有する層を含む素子用多層膜全ての層を形成する際の
キャリアガスを窒素ガスのみ、又は2.5容量%以下の
水素を含む窒素ガスを用いて形成する。(Twelfth Embodiment) The structure of the semiconductor laser according to the first embodiment (shown in FIG. 1) is shown by ammonia gas, organic metal raw materials (TMG, TMA, TMI), and dopant raw material (Cp 2 Mg). , SiH 4 ) is used. However, when forming only the layer having p-type conductivity or all the layers of the device multilayer film including the layer having n-type conductivity, the carrier gas is nitrogen gas alone or nitrogen containing 2.5 vol% or less of hydrogen. It is formed by using gas.
【0220】最表面のp−GaNコンタクト層19形成
後、TMGの供給のみを停止し、基板温度をそのまま保
持し、アンモニアガス,Cp2 Mg及び窒素キャリアガ
スを10分間供給する。その後にCP2 Mgの供給を停
止し、基板温度を350℃まで降温し、350℃でアン
モニアの供給も停止し、窒素キャリアガスのみを供給し
たまま自然冷却する。After forming the p-GaN contact layer 19 on the outermost surface, only the supply of TMG is stopped, the substrate temperature is maintained as it is, and ammonia gas, Cp 2 Mg and nitrogen carrier gas are supplied for 10 minutes. After that, the supply of CP 2 Mg is stopped, the substrate temperature is lowered to 350 ° C., the supply of ammonia is also stopped at 350 ° C., and the nitrogen carrier gas alone is naturally cooled.
【0221】得られた素子の最表面のp−GaNコンタ
クト層19のアクセプタ濃度をC−V測定により評価し
たところ、p−GaNコンタクト層19の成長後にアン
モニアのみを350℃まで供給し続け、その他の原料は
全て供給停止し自然冷却する従来の方法で得られた試料
Aに比べ、1桁以上低い(〜1×1017cm-3)ことが
判った。しかし、この試料のI−V特性を評価したとこ
ろ、試料Aに比ベコンタクト抵抗が大幅に改善され、素
子の動作電圧が約112になった。SIMS分析によ
り、p−GaNコンタクト層19の最表面には層内部の
約10倍のMgが存在した。The acceptor concentration of the p-GaN contact layer 19 on the outermost surface of the obtained device was evaluated by CV measurement. As a result, after the growth of the p-GaN contact layer 19, only ammonia was continuously supplied up to 350 ° C. It was found that all of the raw materials of (1) were lower by one digit or more (up to 1 × 10 17 cm −3 ) as compared with the sample A obtained by the conventional method in which the supply was stopped and natural cooling was performed. However, when the IV characteristics of this sample were evaluated, the contact resistance was significantly improved compared to sample A, and the operating voltage of the device was about 112. According to the SIMS analysis, about 10 times as much Mg was present in the outermost surface of the p-GaN contact layer 19 as in the inside of the layer.
【0222】得られた半導体レーザの素子特性を評価し
たところ、波長405nm、動作電圧4.5V、しきい
値電流37mAで室温連続発振した。When the device characteristics of the obtained semiconductor laser were evaluated, room temperature continuous oscillation was performed at a wavelength of 405 nm, an operating voltage of 4.5 V and a threshold current of 37 mA.
【0223】(第13の実施形態)第12の実施形態と
同様の構造及び成膜方法において、最表面のp−GaN
コンタクト層19の形成後、TMGの供給のみを停止
し、基板温度が800℃に到達するまでアンモニア供給
下で自然冷却し、基板温度が800℃に到達したらアン
モニアの供給を停止し、CP2 Mgと窒素キャリアガス
のみを15分間供給する。その後、CP2 Mgの供給を
停止し、窒素キャリアガスのみを供給した状態で自然冷
却する。(Thirteenth Embodiment) In the same structure and film forming method as in the twelfth embodiment, p-GaN on the outermost surface is used.
After forming the contact layer 19, only the supply of TMG is stopped, the substrate is naturally cooled under the supply of ammonia until the substrate temperature reaches 800 ° C., and when the substrate temperature reaches 800 ° C., the ammonia supply is stopped, and CP 2 Mg is added. And nitrogen carrier gas only for 15 minutes. After that, the supply of CP 2 Mg is stopped, and natural cooling is performed with only the nitrogen carrier gas being supplied.
【0224】得られた素子の最表面のp−GaNコンタ
クト層19のアクセプタ濃度をC−V測定により評価し
たところ、p−GaNコンタクト層19の成長後にアン
モニアのみを350℃まで供給し続け、その他の原料は
全て供給停止し自然冷却する従来の方法で得られた試料
Aと同等であった。この試料のI−V特性を評価したと
ころ、試料Aに比べコンタクト抵抗が改善され、素子の
動作電圧が約3/5になった。SIMS分析により、p
−GaNコンタクト層19の最表面には層内部の約5倍
のMgが存在した。When the acceptor concentration of the p-GaN contact layer 19 on the outermost surface of the obtained device was evaluated by CV measurement, only ammonia was continuously supplied to 350 ° C. after the growth of the p-GaN contact layer 19, and other All of the raw materials of No. 1 were the same as those of Sample A obtained by the conventional method of stopping the supply and naturally cooling. When the IV characteristics of this sample were evaluated, the contact resistance was improved as compared with sample A, and the operating voltage of the device was about 3/5. By SIMS analysis, p
On the outermost surface of the -GaN contact layer 19, about 5 times as much Mg as inside the layer existed.
【0225】得られた半導体レーザの素子特性を評価し
たところ、波長410nm、動作電圧5.5V、しきい
値電流45mAで室温連続発振した。When the device characteristics of the obtained semiconductor laser were evaluated, room temperature continuous oscillation was performed at a wavelength of 410 nm, an operating voltage of 5.5 V and a threshold current of 45 mA.
【0226】(第14の実施形態)第12の実施形態と
同様の構造及び成膜方法において、最表面のp−GaN
コンタクト層19の形成後、TMGの供給のみを停止
し、基板温度が900℃に到達するまでアンモニア供給
下で自然冷却し、基板温度が950℃に到達したらアン
モニアの供給を停止し、CP2 Mgと窒素キャリアガス
を供給しながら750℃まで10分間供給しながらスロ
ープ降温する。基板温度が700℃に到達したらCP2
Mgの供給を停止し、窒素キャリアガスのみを供給した
状態で自然冷却する。(Fourteenth Embodiment) In the same structure and film forming method as in the twelfth embodiment, p-GaN on the outermost surface is used.
After forming the contact layer 19, only the supply of TMG is stopped, the substrate is naturally cooled under the supply of ammonia until the substrate temperature reaches 900 ° C., and when the substrate temperature reaches 950 ° C., the ammonia supply is stopped and CP 2 Mg is added. Then, the temperature of the slope is lowered while supplying nitrogen carrier gas to 750 ° C. for 10 minutes. CP 2 when substrate temperature reaches 700 ℃
The supply of Mg is stopped, and natural cooling is performed in the state where only the nitrogen carrier gas is supplied.
【0227】得られた素子の最表面のp−GaNコンタ
クト層19のアクセプタ濃度をC−V測定により評価し
たところ、p−GaNコンタクト層19の成長後にアン
モニアのみを350℃まで供給し続け、その他の原料は
全て供給停止し自然冷却する従来の方法で得られた試料
Aと同等のアクセプタ濃度が得られた。また、この試料
のI−V特性を評価したところ、試料Aに比べコンタク
ト抵抗が大幅に改善され、素子の動作電圧が約1/4に
なった。SIMS分祈により、p−GaNコンタクト層
19の最表面には層内部の約20倍のMgが存在した。The acceptor concentration of the p-GaN contact layer 19 on the outermost surface of the obtained device was evaluated by CV measurement. As a result, after the growth of the p-GaN contact layer 19, only ammonia was continuously supplied up to 350 ° C. As for the raw material, the acceptor concentration equivalent to that of the sample A obtained by the conventional method of stopping the supply and naturally cooling was obtained. Further, when the IV characteristics of this sample were evaluated, the contact resistance was significantly improved compared to sample A, and the operating voltage of the device was reduced to about 1/4. As a result of SIMS analysis, about 20 times more Mg than the inside of the layer was present on the outermost surface of the p-GaN contact layer 19.
【0228】得られた半導体レーザの素子特性を評価し
たところ、波長407nm、動作電圧4.0V、しきい
値電流32mAで室温連続発振した。When the device characteristics of the obtained semiconductor laser were evaluated, continuous oscillation at room temperature with a wavelength of 407 nm, an operating voltage of 4.0 V and a threshold current of 32 mA was performed.
【0229】上記3つの実施形態(第12〜第14の実
施形態)に示すように、最表面のp側コンタクト層の形
成後に、TMG等の成膜用原料の供給を停止し、Mgを
空流しすることにより、低いコンタクト抵抗が実現でき
ることが示された。As shown in the above three embodiments (the twelfth to fourteenth embodiments), after the p-side contact layer on the outermost surface is formed, the supply of the film-forming raw material such as TMG is stopped and the Mg is emptied. It was shown that a low contact resistance can be realized by pouring.
【0230】(第15の実施形態)上記3つの実施形態
(第12〜第14の実施形態)を水素キャリアガスを用
いて形成する従来の半導体発光素子の製造方法でも、成
長後にMgを所定時間、所定温度以上で空流しすること
で、p側コンタクト抵抗低減の効果が得られる。但し、
従来の水素キャリアガスを用いる半導体発光素子の製造
方法では、素子用多層構造を作製した後、Mgを活性化
させるための熱処理が必要である。(Fifteenth Embodiment) Even in the conventional method for manufacturing a semiconductor light emitting device in which the above three embodiments (twelfth to fourteenth embodiments) are formed by using a hydrogen carrier gas, Mg is grown for a predetermined time after growth. The effect of reducing the p-side contact resistance can be obtained by idling at a predetermined temperature or higher. However,
In the conventional method for manufacturing a semiconductor light emitting device using a hydrogen carrier gas, it is necessary to perform a heat treatment for activating Mg after manufacturing the device multilayer structure.
【0231】(第16の実施形態)第1の実施形態に係
わる半導体レーザの構造(図1に示す)をp型伝導を有
する層のみ、又はn型伝導を有する層を含む素子用多層
膜の全ての層をアンモニアガス、及び有機金属原料(T
MG,TMA,TMI)、及びドーパント原料(Cp2
Mg,SiH4 )を用いて形成する。但し、p型伝導を
有する層のみ、又は素子用多層膜全ての層を形成する際
のキャリアガスを窒素ガスのみ、又は2.5容量%以下
の水素を含む窒素ガスを用いて形成する。(Sixteenth Embodiment) The structure of the semiconductor laser according to the first embodiment (shown in FIG. 1) is a layered film for an element including only a layer having p-type conduction or a layer having n-type conduction. Ammonia gas and organometallic raw materials (T
MG, TMA, TMI), and dopant raw material (Cp 2
It is formed by using Mg, SiH 4 ). However, only a layer having p-type conductivity or a carrier gas for forming all layers of the device multilayer film is formed using only nitrogen gas or nitrogen gas containing 2.5% by volume or less of hydrogen.
【0232】最表面のp−GaNコンタクト層19の上
部に、p−GaNとp−In0.2 Ga0.8 Nをそれぞれ
2nm以下の膜厚で交互に積層した超格子構造を有する
層23を形成する。前記p型の超格子構造を有する層2
3を形成後、TMGの供給のみを停止し、基板温度をそ
のまま保持し、アンモニアガス,CP2 Mg及び窒素キ
ャリアガスを2分間供給する。その後にCP2 Mgの供
給を停止し、基板温度を350℃まで降温し、350℃
でアンモニアの供給も停止し、窒素キャリアガスのみを
供給したまま自然冷却する。On the uppermost p-GaN contact layer 19, a layer 23 having a superlattice structure in which p-GaN and p-In 0.2 Ga 0.8 N are alternately laminated with a film thickness of 2 nm or less is formed. Layer 2 having the p-type superlattice structure
After forming No. 3, only the supply of TMG is stopped, the substrate temperature is kept as it is, and ammonia gas, CP 2 Mg and nitrogen carrier gas are supplied for 2 minutes. After that, the supply of CP 2 Mg is stopped, the substrate temperature is lowered to 350 ° C.,
Then, the supply of ammonia is also stopped, and natural cooling is performed while supplying only the nitrogen carrier gas.
【0233】得られた半導体レーザ用多層構造の一部が
前記p−GaNとp−In0.2 Ga0.8 Nを交互に積層
した超格子構造を有する層23の最表面層からn型Ga
Nコンタクト層13に達する深さまでドライエッチング
法により除去され、これにより露出されたGaNコンタ
クト層13上にはn型電極20が形成されている。ま
た、多層構造の除去されていない部分のp型の超格子構
造を有する層23上には電流狭窄のためのSiO2 層2
1が選択的に形成され、このSiO2 層21及びp型の
超格子構造を有する層23上にp型電極22が形成され
ている。A part of the obtained multilayer structure for a semiconductor laser is a layer 23 having a superlattice structure in which p-GaN and p-In 0.2 Ga 0.8 N are alternately laminated from the outermost surface layer to the n-type Ga layer.
The n-type electrode 20 is formed on the GaN contact layer 13 exposed by the dry etching method to a depth reaching the N contact layer 13. Further, the SiO 2 layer 2 for current confinement is formed on the layer 23 having the p-type superlattice structure in the part of the multi-layer structure which is not removed.
1 is selectively formed, and the p-type electrode 22 is formed on the SiO 2 layer 21 and the layer 23 having the p-type superlattice structure.
【0234】得られた半導体レーザの素子特性を評価し
たところ、波長405nm、動作電圧4.0V、しきい
値電流30mAで室温連続発振した。超格子構造を有す
るp側コンタクト層23の効果により、低いコンタクト
抵抗が実現できた。When the device characteristics of the obtained semiconductor laser were evaluated, continuous oscillation at room temperature was performed at a wavelength of 405 nm, an operating voltage of 4.0 V and a threshold current of 30 mA. Due to the effect of the p-side contact layer 23 having a superlattice structure, low contact resistance can be realized.
【0235】(他の実施形態)なお、本発明は、製造工
程中のキャリアガスとドーパントとの組合せを最適化
し、熱処理なしでドーパントの活性化を促進させると共
に、成長層最表面の酸素濃度と炭素濃度とを最適化して
コンタクト抵抗を減少させるという技術を用いるため、
例示したダブルヘテロ(DH)構造の電流狭窄型構造又
は屈折率導波型構造などに限らず、ダブルヘテロ構造以
外のホモ接合構造やシングルヘテロ(SH)構造をも包
含し、さらに、ダブルヘテロ構造であっても電流狭窄型
構造及び屈折率導波型構造以外の他の構造をも包含する
ことはいうまでもない。(Other Embodiments) The present invention optimizes the combination of the carrier gas and the dopant in the manufacturing process to accelerate the activation of the dopant without heat treatment, and to improve the oxygen concentration on the outermost surface of the growth layer. Since the technique of optimizing the carbon concentration and reducing the contact resistance is used,
The present invention is not limited to the current confinement type structure or the refractive index guiding type structure of the double hetero (DH) structure illustrated, but also includes a homojunction structure and a single hetero (SH) structure other than the double hetero structure, and a double hetero structure. However, it goes without saying that other structures besides the current constriction type structure and the refractive index guiding type structure are included.
【0236】また本発明は、窒化物系半導体を用いたL
EDやLDなどの発光素子のみならず、pチャネルHE
MT又はHBT等の電子デバイスへの応用も可能であ
る。Further, the present invention uses L using a nitride semiconductor.
Not only light-emitting devices such as ED and LD, but also p-channel HE
Application to electronic devices such as MT or HBT is also possible.
【0237】また、主キャリアガスとして窒素以外にア
ルゴン(Ar)やヘリウム(He)等の不活性ガスを用
いても本発明と同様の効果が得られる。Further, the same effect as the present invention can be obtained by using an inert gas such as argon (Ar) or helium (He) other than nitrogen as the main carrier gas.
【0238】上述した説明では、p型層の成長時に実質
的に窒素等の不活性ガスからなるキャリアガスを用いて
いるが、LEDやLD等の窒化物系半導体素子を作成す
る際のn型層成長時にも窒素キャリアガスを用いること
が可能である。即ち、素子用多層膜成長時の全ての層の
形成を主キャリアガスとして窒素等の不活性ガスを用い
て行なうことができる。In the above description, the carrier gas which substantially consists of an inert gas such as nitrogen is used during the growth of the p-type layer. However, when the nitride-based semiconductor element such as LED or LD is manufactured, It is possible to use a nitrogen carrier gas also during layer growth. That is, all layers during the growth of the device multilayer film can be formed by using an inert gas such as nitrogen as a main carrier gas.
【0239】なお、本発明は、成長後の熱処理無しで十
分に良好な特性の窒化物系半導体素子を提供できるが、
例えば更なる特性の向上を図る等の所望により、成長後
に熱処理を加えてもよい。即ち、本発明は成長後の熱処
理を禁止するものではない。本発明は成長後の熱処理を
省略可能としたものである。The present invention can provide a nitride semiconductor device having sufficiently good characteristics without heat treatment after growth.
If desired, for example, to further improve the characteristics, a heat treatment may be applied after the growth. That is, the present invention does not prohibit heat treatment after growth. The present invention makes it possible to omit the heat treatment after growth.
【0240】その他、本発明はその要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施できる。Besides, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the gist thereof.
【0241】[0241]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、I
nx Aly Gaz B1-x-y-z Nm PnAs1-m-n などの
p型化合物半導体層の表面付近における酸素濃度の最大
値や炭素濃度の最大値が、面内における酸素濃度の平均
値の5倍以下となるようにしている。従って、ウェハ面
内に局所的に酸素濃度の高い領域が存在しないため、不
均一注入(電流)、非発光領域の生成、導波への影響、
その他、抵抗、エレクトロマイグレーション、歪み、熱
特性等への悪影響を排除でき、信頼性をより向上させる
ことができる。As described above, according to the present invention, I
n x Al y Ga z B 1 -xyz N m P n As 1-mn is the maximum value of the maximum value and the carbon concentration of the oxygen concentration near the surface of the p-type compound semiconductor layer, such as the average value of the oxygen concentration in a plane 5 times or less. Therefore, since there is no locally high oxygen concentration region in the wafer surface, non-uniform injection (current), generation of non-emission region, influence on waveguiding,
Besides, adverse effects on resistance, electromigration, distortion, thermal characteristics, etc. can be eliminated, and reliability can be further improved.
【0242】また、p型化合物半導体層を成長する際の
キャリアガス中のCO,CO2 の濃度やH2 の濃度、更
には原料供給比(V/III )を規定することにより、成
長後の熱処理工程無しでp型添加不純物が活性化し、高
いアクセプタ濃度、キャリア濃度のp型電気伝導層が得
られ、素子の初期特性、信頼性、生産性、コストが大幅
に向上する。さらに、p側電極とのコンタクト抵抗の低
減により、素子の動作電圧が低減でき、素子の初期特
性、歩留まり、信頼性が大幅に向上する。Further, the CO, CO 2 and H 2 concentrations in the carrier gas when the p-type compound semiconductor layer is grown, and the raw material supply ratio (V / III) are regulated. The p-type additive impurities are activated without a heat treatment step, and a p-type electrically conductive layer having a high acceptor concentration and carrier concentration is obtained, and the initial characteristics, reliability, productivity, and cost of the device are significantly improved. Furthermore, since the contact resistance with the p-side electrode is reduced, the operating voltage of the element can be reduced, and the initial characteristics, yield, and reliability of the element are significantly improved.
【図1】第1の実施形態に係る半導体レーザの構造を示
す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a semiconductor laser according to a first embodiment.
【図2】第1の実施形態における深さ方向の濃度分布を
比較例の熱処理前後と比較して示す図。FIG. 2 is a diagram showing the concentration distribution in the depth direction in the first embodiment in comparison with before and after heat treatment of a comparative example.
【図3】同実施形態における炭素濃度の面内分布をディ
スプレー上に表示した中間調画像の写真。FIG. 3 is a photograph of a halftone image in which the in-plane distribution of carbon concentration in the same embodiment is displayed on a display.
【図4】同実施形態における酸素濃度の面内分布をディ
スプレー上に表示した中間調画像の写真。FIG. 4 is a photograph of a halftone image in which an in-plane distribution of oxygen concentration in the same embodiment is displayed on a display.
【図5】同実施形態における水素濃度の面内分布をディ
スプレー上に表示した中間調画像の写真。FIG. 5 is a photograph of a halftone image in which the in-plane distribution of hydrogen concentration in the same embodiment is displayed on a display.
【図6】同実施形態における珪素濃度の面内分布をディ
スプレー上に表示した中間調画像の写真。FIG. 6 is a photograph of a halftone image in which the in-plane distribution of silicon concentration is displayed on the display in the same embodiment.
【図7】比較例における炭素濃度の面内分布(深さ10
0nm)をディスプレー上に表示した中間調画像の写
真。FIG. 7 shows an in-plane distribution of carbon concentration in a comparative example (depth 10
(0 nm) is a photograph of a halftone image displayed on the display.
【図8】比較例における酸素濃度の面内分布をディスプ
レー上に表示した中間調画像の写真。FIG. 8 is a photograph of a halftone image in which the in-plane distribution of oxygen concentration in Comparative Example is displayed on a display.
【図9】比較例における水素濃度の面内分布をディスプ
レー上に表示した中間調画像の写真。FIG. 9 is a photograph of a halftone image in which the in-plane distribution of hydrogen concentration in Comparative Example is displayed on a display.
【図10】比較例における珪素濃度の面内分布をディス
プレー上に表示した中間調画像の写真。FIG. 10 is a photograph of a halftone image in which the in-plane distribution of silicon concentration in Comparative Example is displayed on a display.
【図11】GaN層における成長速度のウェハ面内分布
を窒素キャリアガスと水素キャリアガスとで比較して示
す図。FIG. 11 is a view showing a wafer in-plane distribution of a growth rate in a GaN layer in comparison with a nitrogen carrier gas and a hydrogen carrier gas.
【図12】GaN層における成長速度の成長温度依存性
を窒素キャリアガスと水素キャリアガスとで比較して示
す図。FIG. 12 is a diagram showing the growth temperature dependence of the growth rate in a GaN layer, comparing nitrogen carrier gas and hydrogen carrier gas.
【図13】p型伝導層におけるアクセプタ濃度の成長温
度依存性を窒素キャリアガスと水素キャリアガスとで比
較して示す図。FIG. 13 is a diagram showing the dependency of acceptor concentration on the growth temperature in a p-type conductive layer in comparison with a nitrogen carrier gas and a hydrogen carrier gas.
【図14】電流注入層に用いられるGaAlN層におけ
るAl組成のウェハ面内分布を窒素キャリアガスと水素
キャリアガスとで比較して示す図。FIG. 14 is a diagram showing the in-wafer distribution of Al composition in a GaAlN layer used as a current injection layer in comparison between a nitrogen carrier gas and a hydrogen carrier gas.
【図15】第2の実施形態に係る半導体レーザの構造を
示す断面図。FIG. 15 is a sectional view showing a structure of a semiconductor laser according to a second embodiment.
【図16】第3の実施形態に係る発光ダイオードの構造
を示す断面図。FIG. 16 is a sectional view showing a structure of a light emitting diode according to a third embodiment.
【図17】第5の実施形態に係る窒化物系半導体素子の
構造を示す断面図。FIG. 17 is a sectional view showing the structure of a nitride-based semiconductor device according to a fifth embodiment.
【図18】同実施形態における深さ方向の不純物濃度分
布を従来と比較して示す図。FIG. 18 is a view showing an impurity concentration distribution in the depth direction in the same embodiment as compared with a conventional one.
【図19】同実施形態におけるC−V測定結果を従来と
比較して示す図。FIG. 19 is a view showing a CV measurement result in the same embodiment in comparison with a conventional one.
【図20】同実施形態における変形構成を示す図。FIG. 20 is a diagram showing a modified configuration of the same embodiment.
【図21】同実施形態における変形構成を示す図。FIG. 21 is a view showing a modified configuration of the same embodiment.
【図22】同実施形態における変形構成を示す図。FIG. 22 is a view showing a modified configuration of the same embodiment.
【図23】第6の実施形態に係る窒化物系半導体素子の
原理的な構成を示す断面図。FIG. 23 is a cross-sectional view showing the theoretical structure of a nitride-based semiconductor device according to a sixth embodiment.
【図24】同実施形態における製造工程図。FIG. 24 is a manufacturing process diagram in the embodiment.
【図25】同実施形態における変形構成を示す図。FIG. 25 is a view showing a modified configuration of the same embodiment.
【図26】第7の実施形態に係る半導体レーザの構成を
示す断面図。FIG. 26 is a sectional view showing the structure of a semiconductor laser according to a seventh embodiment.
【図27】同実施形態における製造工程図。FIG. 27 is a manufacturing process diagram in the embodiment.
【図28】同実施形態における製造工程図。FIG. 28 is a manufacturing process diagram in the embodiment.
【図29】同実施形態における変形構成を示す図。FIG. 29 is a view showing a modified configuration of the same embodiment.
【図30】同実施形態における変形構成を示す図。FIG. 30 is a view showing a modified configuration of the same embodiment.
【図31】第8の実施形態に係る半導体レーザの原理的
な構成を示す断面図。FIG. 31 is a sectional view showing the principle configuration of a semiconductor laser according to an eighth embodiment.
【図32】同実施形態における製造工程図。FIG. 32 is a manufacturing process diagram in the embodiment.
【図33】同実施形態における変形構成を示す図。FIG. 33 is a view showing a modified configuration of the same embodiment.
【図34】第9の実施形態に係る半導体レーザの構造を
示す断面図。FIG. 34 is a sectional view showing the structure of the semiconductor laser according to the ninth embodiment.
【図35】同実施形態における製造工程図。FIG. 35 is a manufacturing process drawing in the embodiment.
【図36】同実施形態における製造工程図。FIG. 36 is a manufacturing process diagram in the embodiment.
【図37】従来の青色半導体レーザの構造を示す模式図FIG. 37 is a schematic view showing the structure of a conventional blue semiconductor laser.
【図38】従来の熱処理前後における深さ方向の濃度分
布を示す図FIG. 38 is a diagram showing the concentration distribution in the depth direction before and after the conventional heat treatment.
11,31,61,81…サファイア基板 12,82…アンドープGaN下地層 13,33,62,83…n型GaNコンタクト層 14,34,91…n型AlGaN電流注入層 15,35…GaN光ガイド層 16,36,66,84,93…InGaN活性層 17…GaN光ガイド層 18,38…p型AlGaN電流注入層 19,41…p型GaNコンタクト層 20,42,56,96…n側電極 21…SiO2 層 22,43,57,97…p側電極 23…超格子層 32…バッファ層 37…GaN層 38…p型AlGaN電流注入層 39…高抵抗のGaN層 40…p型GaN層 51…n型の2H型SiC基板 52…混在層 53…n型GaN層 54…n型InGaN発光層 55…p型GaN層 63,85…p型GaN層 64,87…p型InGaN層 65…n型InGaN層 82a…GaNバッフア層 86…n型GaN電流狭窄層 92…アンドープGaNガイド層 94…p型GaNガイド層 95…p型AlGaN電流注入(クラッド)層 98…n型InGaN(光閉じ込め)層 99…SiO2 マスク11, 31, 61, 81 ... Sapphire substrate 12, 82 ... Undoped GaN underlayer 13, 33, 62, 83 ... N-type GaN contact layer 14, 34, 91 ... N-type AlGaN current injection layer 15, 35 ... GaN optical guide Layers 16, 36, 66, 84, 93 ... InGaN active layer 17 ... GaN optical guide layer 18, 38 ... p-type AlGaN current injection layer 19, 41 ... p-type GaN contact layer 20, 42, 56, 96 ... n-side electrode 21 ... SiO 2 layers 22, 43, 57, 97 ... P-side electrode 23 ... Superlattice layer 32 ... Buffer layer 37 ... GaN layer 38 ... P-type AlGaN current injection layer 39 ... High-resistance GaN layer 40 ... P-type GaN layer 51 ... n-type 2H-type SiC substrate 52 ... mixed layer 53 ... n-type GaN layer 54 ... n-type InGaN light-emitting layer 55 ... p-type GaN layers 63, 85 ... p-type GaN layers 64, 87 ... p-type In aN layer 65 ... n-type InGaN layer 82a ... GaN buffer layer 86 ... n-type GaN current confinement layer 92 ... undoped GaN guide layer 94 ... p-type GaN guide layer 95 ... p-type AlGaN current injection (cladding) layer 98 ... n-type InGaN (Light confinement) layer 99 ... SiO 2 mask
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−32113(JP,A) 特開 平9−92883(JP,A) 特開 平8−148718(JP,A) 特開 平5−243613(JP,A) 特開 平8−213651(JP,A) 特開 平2−275682(JP,A) 特開 平10−135575(JP,A) 特開 平10−154829(JP,A) 特開 平10−242514(JP,A) 特開 平10−247745(JP,A) 特開 平10−247761(JP,A) 特開 平10−247760(JP,A) 特開 平9−321389(JP,A) 特開 平10−223542(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50 H01L 21/205 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-8-32113 (JP, A) JP-A-9-92883 (JP, A) JP-A-8-148718 (JP, A) JP-A-5-243613 (JP , A) JP 8-213651 (JP, A) JP 2-275682 (JP, A) JP 10-135575 (JP, A) JP 10-154829 (JP, A) JP 10-242514 (JP, A) JP-A-10-247745 (JP, A) JP-A-10-247761 (JP, A) JP-A-10-247760 (JP, A) JP-A-9-321389 (JP, A) A) JP-A-10-223542 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 33/00 H01S 5/00-5/50 H01L 21/205
Claims (6)
なくともn型伝導を有し窒素を構成元素として含む化合
物半導体層を形成する工程と、p型伝導を有し窒素を構
成元素として含む化合物半導体層を形成する工程とを含
む窒化物系半導体素子の製造方法において、 前記p型伝導を有し窒素を構成元素として含む化合物半
導体層を形成する工程は、有機金属気相成長法により、
少なくともp型ドーパント原料並びにアンモニア(NH
3 )を含む原料ガス、及びCO,CO2 の濃度0.1〜
10 vol ppbの範囲に精製された不活性ガスからなるキ
ャリアガスを用いることを特徴とする窒化物系半導体素
子の製造方法。1. A step of forming a compound semiconductor layer having at least n-type conductivity and containing nitrogen as a constituent element on a substrate by metalorganic vapor phase epitaxy, and nitrogen having p-type conductivity as a constituent element. And a step of forming a compound semiconductor layer containing nitrogen as a constituent element having p-type conductivity. ,
At least p-type dopant raw material and ammonia (NH
3 ) the raw material gas containing CO, and the concentration of CO and CO 2 are 0.1 to 0.1
A method of manufacturing a nitride semiconductor device, characterized in that a carrier gas made of an inert gas purified to a range of 10 vol ppb is used.
含む化合物半導体層を形成する工程は、V族原料と III
族原料の供給量(mol)比(V/III 比)を、GaN
の場合は3000以下、GaAlNの場合は3600以
下、InGaNの場合は30000以下の条件で行われ
ることを特徴とする請求項1記載の窒化物系半導体素子
の製造方法。2. The step of forming a compound semiconductor layer having p-type conduction and containing nitrogen as a constituent element comprises a group V source and III
The supply amount (mol) ratio (V / III ratio) of the group raw material is
In case of, 3000 or less, in case of GaAlN, 3600 or less
Under production method for a nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the case of InGaN performed in 30000 the following conditions.
含む化合物半導体層を素子用多層構造の最表面層として
形成し、前記p型伝導を有する最表面層を形成する工程
の後に、成膜のための有機金属原料の供給を停止し、p
型ドーパント原料及び実質的に不活性なキャリアガスを
所定時間、所定温度で供給するか、又は降温過程で供給
することを特徴とする請求項1又は2記載の窒化物系半
導体素子の製造方法。3. A compound semiconductor layer having p-type conductivity and containing nitrogen as a constituent element is formed as an outermost surface layer of a multilayer structure for a device, and after the step of forming the outermost surface layer having p-type conduction, The supply of the organometallic raw material for film formation is stopped, and p
Type dopant material and a predetermined time substantially inert carrier gas, or supplied at a predetermined temperature, or supplied in the cooling process
The method for manufacturing a nitride-based semiconductor device according to claim 1, wherein
を構成元素として含む化合物半導体層と、p型伝導を有
し窒素を構成元素として含む化合物半導体層と、電極と
の積層構造を備えた窒化物系半導体素子の製造方法にお
いて、 少なくともp型ドーパント原料、アンモニア(NH3 )
を含む原料ガス及びキャリアガスを用いて、p型不純物
を添加した窒素を構成元素として含む化合物半導体層を
素子用多層構造の最表面層として形成し、前記p型不純
物を添加した最表面層を形成する工程の後に、成膜のた
めの有機金属原料の供給を停止し、p型ドーパント原
料、及びキャリアガスを所定時間、所定温度で供給する
か、又は降温過程で供給することを特徴とする窒化物系
半導体素子の製造方法。4. A laminated structure of a compound semiconductor layer having at least n-type conductivity and containing nitrogen as a constituent element, a compound semiconductor layer having p-type conductivity and containing nitrogen as a constituent element, and an electrode on a substrate. In the method for manufacturing a nitride-based semiconductor device, at least the p-type dopant raw material, ammonia (NH 3 )
A compound semiconductor layer containing p-type impurity-added nitrogen as a constituent element is formed as an outermost surface layer of a device multi-layer structure by using a source gas and a carrier gas containing after the formation to process, to stop the supply of the organic metal raw material for film formation, p-type dopant material, and the carrier gas a predetermined time, or supplied at a predetermined temperature, or wherein the supply with cooling process Manufacturing method of nitride semiconductor device.
ウム(Mg)化合物であることを特徴とする請求項1〜
4の何れかに記載の窒化物系半導体素子の製造方法。5. The p-type dopant material is an organic magnesium (Mg) compound .
4. The method for manufacturing a nitride-based semiconductor device according to any one of 4 above.
とし、前記所定温度とは300℃以上で成長温度以下と
し、前記降温過程とは前記所定時間、所定温度の範囲内
での自然降温及びスロープ降温とすることを特徴とする
請求項3又は4記載の窒化物系半導体素子の製造方法。6. The predetermined time is 30 seconds or more and less than 1 hour, the predetermined temperature is 300 ° C. or higher and the growth temperature or lower, and the temperature lowering process is the natural time within the predetermined time and predetermined temperature range. 5. The method for manufacturing a nitride-based semiconductor device according to claim 3, wherein the temperature is lowered and the slope is lowered.
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