JP2002319703A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

半導体装置およびその作製方法

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JP2002319703A
JP2002319703A JP2001122716A JP2001122716A JP2002319703A JP 2002319703 A JP2002319703 A JP 2002319703A JP 2001122716 A JP2001122716 A JP 2001122716A JP 2001122716 A JP2001122716 A JP 2001122716A JP 2002319703 A JP2002319703 A JP 2002319703A
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nitride semiconductor
iii nitride
group iii
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JP2001122716A
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Hirokazu Iwata
浩和 岩田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 動作電圧が低く、信頼性の高いIII族窒化物
の半導体装置を提供する。 【解決手段】 第１のｎ型III族窒化物半導体積層構
造，ｐ型III族窒化物半導体積層構造，第２のｎ型III族
窒化物半導体積層構造を少なくとも有するIII族窒化物
半導体積層構造が、基板上に形成されており、第１のｎ
型III族窒化物半導体積層構造には正電極が設けられ、
第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造には負電極が設
けられ、第１のｎ型III族窒化物半導体積層構造のｎ型I
II族窒化物半導体層とｐ型III族窒化物半導体積層構造
のｐ型III族窒化物半導体層とによるトンネルダイオー
ドを有し、また、第２のｎ型III族窒化物半導体積層構
造とｐ型III族窒化物半導体積層構造とによる発光領域
を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子，
ＤＶＤやＣＤ等の光ピックアップ用光源，電子写真用の
書き込み光源，光通信用光源等に用いられる半導体装置
およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＧａＮで代表されるIII族窒化物
半導体を利用した高輝度青色ＬＥＤや３０ｍＷ程度の出
力で発振する紫色ＬＤが実用化されている。これらのII
I族窒化物半導体を利用した発光素子の開発には、ｐ型I
II族窒化物半導体にかかわる技術が重要となっている。
【０００３】しかしながら、III族窒化物半導体は、バ
ンドギャップが大きい上、ｐ型半導体のキャリア濃度が
低いため、ｐ側電極の接触抵抗が高いという問題があ
る。この問題を回避するため、III族窒化物半導体発光
素子の正電極が形成されるコンタクト層に、ｐ型ＧａＮ
を用いるかわりに、ＧａＮよりもバンドギャップエネル
ギーの小さいＩｎＧａＮを用いることが検討されてい
る。これは、バンドギャップエネルギーの小さいＩｎＧ
ａＮをコンタクト層に用いることにより、正電極とｐ型
コンタクト層との間の障壁を低くして良好なオーミック
接触を得ようとするものである。
【０００４】特開平８−９７４６８号（従来技術１）に
は、ｐ型コンタクト層にＩｎＧａＮを用いた半導体発光
素子が示されている。また、特開平１１−３４０５０９
号（従来技術２）には、Ｉｎを含む第１のIII族窒化物
半導体と第１のIII族窒化物半導体とは組成の異なる第
２の窒化物半導体層とが交互に積層された超格子構造を
ｐ型コンタクト層に用いた半導体発光素子が示されてい
る。
【０００５】図１６，図１７は上記従来技術２に開示さ
れている発光ダイオードを示す図である。なお、図１７
は図１６の部分Ａの拡大図である。図１６，図１７を参
照すると、発光ダイオードの積層構造は、サファイア基
板１上に、ＧａＮより成るバッファー層２、アンドープ
ｎ型ＧａＮよりなる第１のｎ型窒化物半導体層３、変調
ドープされたｎ型ＧａＮよりなる第２のｎ型窒化物半導
体層４、アンドープｎ型ＧａＮよりなる第３のｎ型窒化
物半導体層５、アンドープＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎより成る量
子井戸活性層６、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ超格子
より成るｐ側クラッド層７、アンドープＩｎ0.1Ｇａ0.9
Ｎとｐ型ＧａＮよりなる超格子コンタクト層８が順次に
積層されて形成されている。そして、ｎ側電極１１は、
エッチングによって露出された第２のｎ型窒化物半導体
層４上に形成されている。また、ｐ側電極９は、ｐ側コ
ンタクト層８上に形成されている。なお、符号１０はｐ
側パッド電極である。
【０００６】このように、図１６，図１７の発光ダイオ
ードでは、III族窒化物半導体発光素子の正電極が形成
されるコンタクト層に、ｐ型ＧａＮを用いるかわりに、
ＧａＮよりもバンドギャップエネルギーの小さいＩｎＧ
ａＮを用いることにより、正電極とｐ型コンタクト層と
の間の障壁を低くして良好なオーミック接触を得ること
を意図している。
【０００７】また、ｐ型III族窒化物は、ａｓ−ｇｒｏ
ｗｎ（後述する熱処理等の特別な後処理を行わない結晶
成長したままの状態）で低抵抗のｐ型特性を有するもの
を作製することが容易ではないという問題がある。すな
わち、ｐ型III族窒化物は、ｐ型不純物（アクセプタ
ー）に水素が結合し、アクセプターが不活性化されてし
まうため、水素を含む雰囲気での結晶成長や、水素ガス
中や水素を生成するガス中で熱処理を行った場合には高
抵抗化する。従って、水素をキャリアガスとして使用す
るＭＯＣＶＤ等の方法では、ｐ型III族窒化物をａｓ−
ｇｒｏｗｎ（後述する熱処理等の特別な後処理を行わな
い結晶成長したままの状態）で作製することは容易では
ない。
【０００８】この問題を回避するため、ｐ型III族窒化
物の作製方法として、いくつかの方法が提案されてい
る。例えば、特許第２５４０７９１号（従来技術３）に
は、水素や水素を生成する水素化物のガス（ＮＨ3等）
を含まない雰囲気ガス中で、熱処理を行い、結晶中に含
まれる水素の一部を結晶外へ拡散排出し、低抵抗のｐ型
にする方法が示されている。
【０００９】また、特開平８−１２５２２２号（従来技
術４）には、結晶成長終了後の冷却過程を、窒素や不活
性ガス等の水素を含まないガス雰囲気中で行うことで、
低抵抗のｐ型にする方法が示されている。
【００１０】また、結晶成長を水素ガスを含まない系で
行う方法も採られている。これは水素の代わりに窒素を
キャリアガスに使用したＭＯＣＶＤ法や、水素を含まな
い原料を使用するＭＢＥ法である。これらの方法ではａ
ｓ−ｇｒｏｗｎ（結晶成長したのみで、ｐ型化の特別な
処理をしていない状態）でｐ型ＧａＮが得られることが
知られている。
【００１１】また、特許第２８７２０９６号（従来技術
５）には、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の成長後
に、７００℃以上でｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の
みを形成し、ｐ−ｎ接合を持った窒化ガリウム系化合物
半導体ダイオードをａｓ−ｇｒｏｗｎで形成する方法が
示されている。この方法では、負電荷に帯電したアクセ
プターの無いｎ型層では、正電荷に帯電してアクセプタ
ーと結合する水素の拡散速度が遅くなることを利用し
て、水素パシベーションによるｐ型層の高抵抗化を防止
している。すなわち、水素パシベーションの起らない７
００℃以上でｎ型層を成長させて、結晶成長後の冷却時
にｎ型層の下のｐ型層に水素が拡散することを防止して
いる。
【００１２】図１８は特許第２８７２０９６号に開示さ
れている発光ダイオード結晶を示す図である。図１８を
参照すると、この発光ダイオード結晶は、サファイア基
板２０上に、ＧａＮバッファー層２１、Ｍｇドープｐ型
ＧａＮ層２２、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層２３、Ｉｎ
ＧａＮ活性層２４、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層２５が順次
に積層されたものとなっている。ここで、結晶成長温度
は１０３０℃で、結晶成長後は水素とＮＨ3の混合ガス
中で冷却している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術１におけるｐ型ＩｎＧａＮをｐ型コンタクト層に使用
する方法は、ＩｎＧａＮの結晶成長に難があり、接触抵
抗が安定しないという問題があった。すなわち、ＩｎＧ
ａＮは分解温度が低く、水素との反応によってＩｎが容
易に分解してぬけてしまう。このため、積層構造の最表
面に結晶成長したものは結晶成長後の冷却時に欠陥が導
入される場合があり、特性がばらつくなどして、期待通
りの十分低い接触抵抗を有するオーミック接触を得るこ
とは困難であった。
【００１４】また、従来技術２におけるｐ型超格子をｐ
型コンタクト層に使用する方法は、ＩｎＧａＮを最表面
にせずにＧａＮやＡｌＧａＮを最表面にすることが可能
であるが、その厚さはトンネル電流が流れる厚さにする
必要があるので、厚くても数ｎｍである。それ以上厚い
場合は、従来のＧａＮやＡｌＧａＮに電極を形成する場
合と同様に接触抵抗が増加する。厚さが数ｎｍの場合
は、結晶成長後の冷却時やｐ型化のための熱処理時に、
表面の分解が起り、ＩｎＧａＮが露出するなどして、や
はり欠陥が導入される場合がある。その結果として、従
来技術２においても、特性がばらつくなどして、期待通
りの十分低い接触抵抗を有するオーミック接触を得るこ
とは困難であった。また、ｐ型層を低抵抗にするための
熱処理によって超格子構造に含まれる不純物原子や構成
原子が拡散することによって、超格子界面の急峻性や不
純物原子の濃度分布の急峻性等が損なわれる場合があ
り、特性にばらつきが生じる場合があった。
【００１５】また、従来技術３におけるIII族窒化物の
ｐ型化法は、ｐ型不純物を不活性化している水素を熱処
理によって結晶外部へ排出させる方法のため、水素を含
まない雰囲気（一般的には窒素ガス雰囲気）で熱処理が
行われる。しかしながら、この雰囲気においては、窒素
分子からなる窒素ガスは、III族窒化物の生成原料には
ならないために、７００℃を超える高温では結晶表面の
分解が起り、表面抵抗が大きくなるなど、特性の劣化が
生じる場合があった。これは、結晶表面に電極を形成す
る場合に、オーミック接触抵抗が大きくなる等の不具合
が生じる場合があった。また、熱処理工程を必要とする
ため、製造工程の増加と熱処理設備が必要となり、工業
的にはコストがかかるものであった。
【００１６】また、従来技術４は、熱処理工程を必要と
しないので、コスト的には低くできるが、１０００℃程
度の結晶成長温度から室温までの降温を、窒素ガスや不
活性ガスのみの雰囲気で行うので、従来技術３と同様
に、結晶表面の分解が起り、表面抵抗が大きくなるな
ど、特性の劣化が生じる場合があった。
【００１７】また、ＭＢＥ法では、高真空中で結晶成長
を行うため、窒素の解離による欠陥が形成される等、高
品質な結晶成長が行いにくい。また、窒素の供給に課題
があり、成長速度が遅く、ＭＯＣＶＤ法に比べて量産に
は向いていない。一方、ＭＢＥ法と同様に水素を極力含
まない雰囲気でＭＯＣＶＤ法で結晶成長を行った場合、
本願の発明者によるＧａＮの実験では、表面の凹凸が激
しく、結晶性の良いものは成長できなかった。すなわ
ち、水素を含まない雰囲気では、高品質のｐ型ＧａＮを
成長できる条件が狭いと考えられる。
【００１８】また、従来技術５におけるｎ型層を結晶表
面に形成してａｓ−ｇｒｏｗｎでダイオードを作製する
方法では、負電荷に帯電したアクセプターが無いｎ型層
では正電荷に帯電した水素の拡散速度が遅くなることを
利用して、ｐ型層に水素が拡散することを防止してい
る。しかしながら、ｎ型層の厚さが薄い場合や、ｎ型層
にｐ型不純物が含まれる場合には、ｐ型層に水素が拡散
し水素パシベーションを生じる場合がある。ＭＯＣＶＤ
法では一般的にＭｇがｐ型不純物として使用されるが、
Ｍｇはメモリー効果が大きいため、原料配管や反応管内
に蓄積される。そのため、ｐ型層上に連続してｎ型層を
結晶成長させた場合には少なからずＭｇがドーピングさ
れる場合がある。また、結晶成長中にｐ型層からｎ型層
へのＭｇの拡散も少なからずある。すなわち、ｎ型層に
も負電荷に帯電したＭｇが少なからず含まれる。このた
め、水素がｐ型層に拡散し高抵抗化する場合がある。
【００１９】また、従来技術５に示されているｐ−ｎ接
合ダイオードでは、ｐ型層から順に基板上に積層しなけ
ればならない。サファイア基板等の絶縁基板を使用する
場合には、ｐ側電極は積層構造をエッチングして露出さ
せたｐ型層の表面に形成しなければならない。この場
合、電流は断面積の小さい領域を流れることになる。一
般にｐ型層は抵抗が高いので、この構造では、ｐ型層が
結晶上部にある発光素子よりも素子の抵抗は増大するこ
とになり、動作電圧の増加と発熱を招く結果となる。ま
た、III族窒化物半導体の結晶成長を行うことの可能な
導電性基板は、現在、ｎ型のみであるため、従来技術５
の構造の発光素子は導電性基板上には実現できない。最
近開発されたＧａＮ基板もまたｎ型であるため、従来技
術５の構造の発光素子は実現できない。
【００２０】本発明は、上述した従来技術の問題点を解
決することを目的としている。すなわち、本発明は、動
作電圧が低く、信頼性の高いIII族窒化物の半導体装置
およびその作製方法を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、第１のｎ型III族窒化物半
導体積層構造，ｐ型III族窒化物半導体積層構造，第２
のｎ型III族窒化物半導体積層構造を少なくとも有するI
II族窒化物半導体積層構造が、基板上に形成されてお
り、第１のｎ型III族窒化物半導体積層構造には正電極
が設けられ、第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造に
は負電極が設けられ、第１のｎ型III族窒化物半導体積
層構造のｎ型III族窒化物半導体層とｐ型III族窒化物半
導体積層構造のｐ型III族窒化物半導体層とによるトン
ネルダイオードを有し、また、第２のｎ型III族窒化物
半導体積層構造とｐ型III族窒化物半導体積層構造とに
よる発光領域を有していることを特徴としている。
【００２２】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の半導体装置において、前記トンネルダイオードを構
成するｐ型III族窒化物半導体層は、構成元素に少なく
ともＩｎを含んでいることを特徴としている。
【００２３】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の半導体装置において、前記トンネルダイオードを構
成するｐ型III族窒化物半導体層は、構成元素に少なく
ともＩｎを含むIII族窒化物半導体からなるｐ型超格子
構造を有していることを特徴としている。
【００２４】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置におい
て、第１のｎ型III族窒化物半導体積層構造に含まれる
ｎ型III族窒化物半導体層のうち、少なくともトンネル
ダイオードを構成するｎ型III族窒化物半導体層には、
ｐ型III族窒化物半導体層に含まれるｐ型不純物元素と
同一のｐ型不純物が含まれていることを特徴としてい
る。
【００２５】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置におい
て、該半導体装置は、ｎ型ＧａＮ基板上に積層されたII
I族窒化物半導体積層構造からなり、ｎ型ＧａＮ基板の
裏面に、正電極または負電極が形成されていることを特
徴としている。
【００２６】また、請求項６記載の発明は、請求項１乃
至請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置におい
て、該半導体装置は半導体レーザーであることを特徴と
している。
【００２７】また、請求項７記載の発明は、請求項１乃
至請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置におい
て、ｐ型III族窒化物半導体積層構造上に積層されてい
る第１または第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造の
厚さは０．５μｍ以上であることを特徴としている。
【００２８】また、請求項８記載の発明は、第１のｎ型
III族窒化物半導体積層構造，ｐ型III族窒化物半導体積
層構造，第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造を少な
くとも有するIII族窒化物半導体積層構造が、基板上に
形成されており、第１のｎ型III族窒化物半導体積層構
造には正電極が設けられ、第２のｎ型III族窒化物半導
体積層構造には負電極が設けられ、第１のｎ型III族窒
化物半導体積層構造のｎ型III族窒化物半導体層とｐ型I
II族窒化物半導体積層構造のｐ型III族窒化物半導体層
とによるトンネルダイオードを有し、また、第２のｎ型
III族窒化物半導体積層構造とｐ型III族窒化物半導体積
層構造とによる発光領域を有している半導体装置の作製
方法であって、前記III族窒化物半導体積層構造は、結
晶成長後の成長温度からの冷却を、窒素原料を含む雰囲
気中で行うことを特徴としている。
【００２９】また、請求項９記載の発明は、請求項８記
載の半導体装置の作製方法において、前記雰囲気中に含
まれる窒素原料は、アンモニアガスであることを特徴と
している。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本発明の半導体装置は、第１のｎ型
III族窒化物半導体積層構造，ｐ型III族窒化物半導体積
層構造，第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造を少な
くとも有するIII族窒化物半導体積層構造が、基板（例
えば単結晶基板）上に形成されており、第１のｎ型III
族窒化物半導体積層構造には正電極が設けられ、第２の
ｎ型III族窒化物半導体積層構造には負電極が設けら
れ、第１のｎ型III族窒化物半導体積層構造のｎ型III族
窒化物半導体層とｐ型III族窒化物半導体積層構造のｐ
型III族窒化物半導体層とによるトンネルダイオードを
有し、また、第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造と
ｐ型III族窒化物半導体積層構造とによる発光領域を有
していることを特徴としている。
【００３１】このように、本発明の半導体装置の積層構
造は、第１のｎ型III族窒化物半導体積層構造と第２の
ｎ型III族窒化物半導体積層構造とが直接接合しておら
ず、ｐ型III族窒化物半導体積層構造を間に介して接合
している。なお、基板（単結晶基板）上への積層の順序
は、第１のｎ型III族窒化物半導体積層構造，ｐ型III族
窒化物半導体積層構造，第２のｎ型III族窒化物半導体
積層構造の順序であっても良いし、あるいは、第２のｎ
型III族窒化物半導体積層構造，ｐ型III族窒化物半導体
積層構造，第１のｎ型III族窒化物半導体積層構造の順
であっても良い。あるいは、第１のｎ型III族窒化物半
導体積層構造と第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造
が互いに接することなくｐ型III族窒化物半導体積層構
造の上に積層されていても良い。
【００３２】また、本発明の半導体装置は、発光領域
が、第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造とｐ型III族
窒化物半導体積層構造とにより形成されており、ｐ−ｎ
接合あるいは活性層をｐ型III族窒化物半導体とｎ型III
族窒化物半導体とで挟んだ構造を有している。
【００３３】また、第１のｎ型III族窒化物半導体積層
構造のｎ型III族窒化物半導体層とｐ型III族窒化物半導
体積層構造のｐ型III族窒化物半導体層とにより形成さ
れているトンネルダイオードは、具体的には、キャリア
濃度が高いｎ型III族窒化物半導体とｐ型III族窒化物半
導体との接合、あるいは、キャリア濃度が高いｎ型III
族窒化物半導体とｐ型III族窒化物半導体との間にトン
ネル電流の流れる程度の厚さの絶縁型あるいはｐ型ある
いはｎ型の半導体層を挟んだ構造を有している。トンネ
ルダイオードを構成するｎ型III族窒化物半導体層とｐ
型III族窒化物半導体層のキャリア濃度は、トンネルダ
イオード特性を示す程度であれば良いが、望ましくは少
なくともどちらか一方のキャリア濃度が１０19ｃｍ-3以
上のオーダーであるのが良く、さらに望ましくは両方が
１０19ｃｍ-3以上のオーダーであることが望ましい。
【００３４】このような構成の本発明の半導体装置で
は、正，負の電極間に順方向に電圧を印加すると、トン
ネルダイオードに逆バイアスが印加され、第１のｎ型II
I族窒化物半導体積層構造側からｐ型III族窒化物半導体
積層構造側へトンネル電流が流れる。トンネルダイオー
ドに逆バイアスを印加すると電圧の増加に比例して直線
的に電流が流れるので、電圧に比例した電流がｐ型III
族窒化物半導体積層構造へ流れる。一方、発光領域には
順バイアスが印加されるので、ｐ型III族窒化物半導体
積層構造側からホール（正孔）が発光領域に注入され、
また、第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造側から電
子が発光領域に注入され、そこでキャリアの再結合が起
り発光する。
【００３５】なお、本発明の半導体装置は、発光ダイオ
ード，半導体レーザー，あるいはスーパールミネッセン
トダイオード等の種々の形態をとることができる。
【００３６】そして、本発明の半導体装置が例えば半導
体レーザーの形態のものである場合、半導体レーザーの
構造としては、本発明の半導体装置の積層構造を有して
いれば良く、その外は特に限定されるものではない。例
えば、活性層の構造は、ＳＱＷ構造，ＭＱＷ構造，その
他の構造であってもよく、また、キャリアおよび光の閉
じ込め構造も、ダブルヘテロ構造，シングルヘテロ構
造，その他の構造等、特に限定されるものではない。ま
た、面発光レーザー，端面出射型レーザー，その外の形
状のレーザー等、その種類も限定されるものではない。
【００３７】また、本発明において、III族窒化物半導
体とは、Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，ＩｎのIII族元素のうちの少
なくとも１つの元素と窒素との化合物からなる半導体で
ある。また、ｎ型III族窒化物半導体積層構造とは、ｎ
型特性を有するIII族窒化物が少なくとも１層積層され
て形成され、ｎ型特性を有する積層構造である。また、
ｐ型III族窒化物半導体積層構造とは、ｐ型特性を有す
るIII族窒化物が少なくとも１層積層されて形成され、
ｐ型特性を有する積層構造である。ここで、半導体層に
ドーピングされるｐ型不純物としては、ＭＯＣＶＤ法で
は、Ｍｇが使用できる。また、ＭＢＥ法では、Ｂｅが使
用できる。また、ｎ型不純物としては、ＳｉやＧｅが使
用できる。
【００３８】また、上述した本発明の半導体装置におい
て、トンネルダイオードを構成するｐ型III族窒化物半
導体層としては、構成元素に少なくともＩｎを含むもの
を用いることができる。ここで、構成元素に少なくとも
Ｉｎを含むｐ型III族窒化物半導体としては、ＩｎＧａ
ＮやＩｎＡｌＧａＮやＩｎＡｌＮ等が使用可能であり、
Ｉｎを含むｐ型III族窒化物半導体は、Ｉｎの混晶比を
大きくすることで、キャリア濃度の高いものが得られ
る。例えば、ＩｎxＧａ(1-x)Ｎ（０＜ｘ≦１）の場合
は、Ｉｎの混晶比ｘを０．１以上にするのが良く、さら
に望ましくは０．２以上にするのが良い。
【００３９】また、上述した本発明の半導体装置におい
て、トンネルダイオードを構成するｐ型III族窒化物半
導体層としては、構成元素に少なくともＩｎを含むIII
族窒化物半導体からなるｐ型超格子構造を有するものを
用いることもできる。バンドギャップの異なるIII族窒
化物半導体の超格子構造では、不純物の活性化率が上が
るため、実効的なキャリア濃度が増加する。Ｉｎを含む
III族窒化物は、一般的にｐ型不純物の不純物準位がＩ
ｎを含まないものに比べて浅いので、超格子にすること
によって、キャリア濃度が１０19ｃｍ-3を超えるものを
作製することができる。これにより、トンネルダイオー
ドを構成するｐ型III族窒化物半導体層としては、この
キャリア濃度の高いｐ型超格子構造を使用することがで
きる。なお、超格子構造としては、ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ／
ＩｎzＧａ(1-z)Ｎ（０＜ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｚ＜ｙ）
や、ＩｎuＡｌvＧａ(1-u-v)Ｎ／ＩｎsＡｌtＧａ(1-s-t)
Ｎ（０＜ｕ≦１，０＜ｖ≦１，ｕ＋ｖ＝１，０＜ｓ≦
１，０≦ｔ≦１，ｓ＋ｔ＝１）等が使用可能である。ま
た、ｐ型不純物は、超格子全体でｐ型特性を示すように
ドーピングされていればよく、超格子を構成するバンド
ギャップの大きな半導体層あるいはバンドギャップの小
さい半導体層のどちらか一方にドーピングされていて
も、あるいは両方にドーピングされていてもよい。
【００４０】また、上述した本発明の半導体装置におい
て、第１のｎ型III族窒化物半導体積層構造に含まれる
ｎ型III族窒化物半導体層のうち、少なくともトンネル
ダイオードを構成するｎ型III族窒化物半導体層には、
ｐ型III族窒化物半導体層に含まれるｐ型不純物元素と
同一のｐ型不純物が含まれているのが良い。ここで、ｎ
型III族窒化物半導体層に含まれるｐ型不純物の量は、
トンネルダイオードを構成するｐ型III族窒化物半導体
層に含まれるｐ型不純物の量程度で、ｎ型III族窒化物
半導体層中のキャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3以上、望
ましくは、１０20ｃｍ-3程度になるように調節される。
このような半導体装置では、ｎ型III族窒化物半導体層
にあらかじめｐ型不純物が含まれているので、ｐ型不純
物がｐ型III族窒化物半導体層からｎ型III族窒化物半導
体層へ拡散することが抑制される。なお、ｐ型不純物と
しては、ＭｇやＢｅ等が使用可能である。また、ｎ型不
純物としては、ＳｉやＧｅ等が使用可能である。
【００４１】また、上述した本発明の半導体装置におい
て、半導体装置がｎ型ＧａＮ基板上にIII族窒化物半導
体積層構造が積層されて構成されている場合に、ｎ型Ｇ
ａＮ基板の裏面に正電極あるいは負電極を形成すること
もできる。すなわち、本発明の半導体装置においては、
ｎ型ＧａＮ基板上に、第１のｎ型III族窒化物半導体積
層構造，ｐ型III族窒化物半導体積層構造，第２のｎ型I
II族窒化物半導体積層構造の順で、あるいは、第２のｎ
型III族窒化物半導体積層構造，ｐ型III族窒化物半導体
積層構造，第１のｎ型III族窒化物半導体積層構造の順
でIII族窒化物半導体積層構造が形成されたものとなっ
ているが、この場合、ｎ型ＧａＮ基板を第１あるいは第
２のｎ型III族窒化物半導体積層構造の一部とみなし
て、ｎ型ＧａＮ基板の裏面に正電極あるいは負電極を形
成することができる。
【００４２】また、上述した本発明の半導体装置におい
て、ｐ型III族窒化物半導体積層構造上に積層される第
１または第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造の厚さ
は、０．５μｍ以上であるのが良い。
【００４３】すなわち、結晶成長直後のｐ型III族窒化
物半導体層が高抵抗である原因は、アクセプターに水素
が結合し不活性化されているためであると言われてい
る。本願の発明者は、不活性化の原因を調べるために実
験を行った結果、結晶成長後の冷却過程で、雰囲気ガス
中に含まれる水素が結晶中に拡散侵入していることがわ
かった。このことから、ｐ型III族窒化物半導体積層構
造上に積層される第１または第２のｎ型III族窒化物半
導体積層構造の厚さを厚くすることで、積層構造の結晶
成長後の冷却過程で、水素がｐ型III族窒化物半導体層
まで拡散することを防止して、ｐ型III族窒化物半導体
層の高抵抗化を抑制している。本願の発明者は、実験に
より、ｐ型III族窒化物半導体積層構造上に積層される
第１または第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造の厚
さは、約０．５μｍ程度あれば良いことを確認した。こ
のように、ｐ型III族窒化物半導体積層構造上に積層さ
れている第１または第２のｎ型III族窒化物半導体積層
構造の厚さを０．５μｍ以上にするときには、ｐ型III
族窒化物半導体層はアニール等の特別なｐ型活性化処理
を必要とせず、ａｓ−ｇｒｏｗｎ（結晶成長のみの状
態）でｐ型特性を示す。
【００４４】また、上述した本発明の半導体装置を作製
する方法として、半導体装置を構成するIII族窒化物半
導体積層構造は、結晶成長後の成長温度からの冷却を、
窒素原料を含む雰囲気中で行うのが良い。この作製方法
では、結晶表面の分解による高抵抗化が抑制され、かつ
ａｓ−ｇｒｏｗｎで低抵抗のｐ型III族窒化物半導体の
結晶成長を行なうことができる。
【００４５】本願の発明者は、低抵抗のｐ型ＧａＮを得
るため、結晶成長後の冷却を水素を全く含まない窒素雰
囲気で行った。しかしながら、結晶成長したＧａＮは高
抵抗であった。また、別の実験において、結晶成長終了
後に、ガス雰囲気を窒素にし、成長温度で１０分間保持
したところ、表面に多数のステップが形成され、明らか
に分解されているのが判明した。
【００４６】さらに、結晶成長後の冷却雰囲気中に水素
が含まれていても、その濃度がある程度までであれば、
結晶内部への水素拡散は少なく、結晶全体を高抵抗にす
る濃度にはなっていないことを実験により確認した。
【００４７】以上の実験結果から、本願の発明者は、水
素のガス濃度が少ない雰囲気ガスでの冷却においては、
水素パシベーションによるアクセプターの不活性化より
も、結晶表面の分解による結晶性の劣化が原因となって
低抵抗のｐ型結晶が得られないという結論に達した。
【００４８】これにより、第１のｎ型III族窒化物半導
体積層構造，ｐ型III族窒化物半導体積層構造，第２の
ｎ型III族窒化物半導体積層構造を少なくとも有するIII
族窒化物半導体積層構造が、基板上に形成されており、
第１のｎ型III族窒化物半導体積層構造には正電極が設
けられ、第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造には負
電極が設けられ、第１のｎ型III族窒化物半導体積層構
造のｎ型III族窒化物半導体層とｐ型III族窒化物半導体
積層構造のｐ型III族窒化物半導体層とによるトンネル
ダイオードを有し、また、第２のｎ型III族窒化物半導
体積層構造とｐ型III族窒化物半導体積層構造とによる
発光領域を有している半導体装置を作製するのに、III
族窒化物半導体積層構造は、結晶成長後の成長温度から
の冷却を、窒素原料を含む雰囲気中で行うのが良いこと
がわかった。
【００４９】本発明の上記作製方法について説明する。
まず、水素を含むガス雰囲気中で加熱した基板表面に、
半導体装置の積層構造（第１のｎ型III族窒化物半導体
積層構造，ｐ型III族窒化物半導体積層構造，第２のｎ
型III族窒化物半導体積層構造）の結晶成長をＭＯＣＶ
Ｄ等により行う。次いで、結晶成長した基板を成長温度
から冷却する。この時の冷却雰囲気を窒素原料を含むガ
ス雰囲気にする。
【００５０】冷却時のガス雰囲気は、具体的には、窒素
やアルゴン等の不活性ガスと窒素原料との混合ガス、あ
るいは、窒素原料ガスのみを使用することができる。ま
た、これらの雰囲気ガスに数％〜３０％程度までの水素
を加えた混合ガスも使用することができる。
【００５１】窒素原料ガスは、雰囲気ガス中に数パーセ
ント程度含まれていれば結晶表面の分解が抑制される
が、過半数（５０％より多く）が窒素原料であるとより
効果的である。窒素原料としては、モノメチルヒドラジ
ンやジメチルヒドラジン等の有機化合物、アンモニア等
が使用可能である。
【００５２】以上のような方法で作製された積層構造は
その表面の分解が抑制され、高品質の結晶性を有すると
ともに、積層構造中に含まれるｐ型III族窒化物半導体
はａｓ−ｇｒｏｗｎで低抵抗のｐ型特性を示す。
【００５３】なお、ここで、着目すべきは、冷却雰囲気
中に含まれる窒素原料にＮＨ3（アンモニア）ガスを用
いることができることである。
【００５４】従来、低抵抗のｐ型ＧａＮをＮＨ3ガス雰
囲気中で熱処理すると、高抵抗化することが報告されて
おり、高抵抗化したｐ型III族窒化物半導体を熱処理に
よって低抵抗化する場合の雰囲気ガス中にはＮＨ3ガス
が含まれることは好ましくないとされていた。しかる
に、本願の発明者は、結晶成長後の冷却過程では、ＮＨ
3ガスを含んでいても低抵抗のｐ型III族窒化物半導体が
ａｓ−ｇｒｏｗｎで得られることを見出した。さらに、
ＮＨ3を１００％としたガス雰囲気で冷却を行っても低
抵抗のｐ型III族窒化物半導体がａｓ−ｇｒｏｗｎで得
られることが分かった。従来技術と本発明の最大の違い
は、結晶終了後の冷却過程の雰囲気をＮＨ 3を含む雰囲
気にしていることである。冷却時においては、ＮＨ3の
分解によって水素が発生しても、結晶内部へ拡散して、
結晶全体を高抵抗化するには至らず、むしろＮＨ3の分
解により生成される活性窒素が結晶表面の分解を抑制す
るため、結晶表面の高抵抗化が抑制されて、低抵抗のｐ
型III族窒化物半導体がａｓ−ｇｒｏｗｎで得られると
考えられる。なお、ＮＨ3ガスは、雰囲気ガス中に数パ
ーセント程度含まれていれば効果が得られるが、過半数
（５０％より多く）がＮＨ3ガスであるとより効果的で
ある。
【００５５】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。
【００５６】実施例１ 図１は実施例１の半導体装置の構成例であり、実施例１
の半導体装置は端面発光型発光ダイオードとして構成さ
れている。なお、図１は発光ダイオードの光出射方向に
垂直な面での断面図として示されている。図１を参照す
ると、この端面発光型発光ダイオードは、サファイア基
板３０上に、低温ＧａＮバッファー層３１、第２のｎ型
III族窒化物半導体積層構造（ｎ型ＧａＮ層３２、ｎ型
Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層３３、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラ
ッド層３４、Ｉｎ0.15Ｇ0.85ａＮ活性層３５）、ｐ型II
I族窒化物半導体積層構造（ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎク
ラッド層３６、ｐ型ＧａＮ層３７、ｐ型Ｉｎ0.16Ｇａ
0.84Ｎ層３８）、第１のｎ型III族窒化物半導体積層構
造（ｎ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層３９、ｎ型ＧａＮ層４
０）が順次に積層された積層構造からなっている。
【００５７】ここで、ｐ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層３８と
ｎ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層３９とによりトンネルダイオ
ードが構成されている。ｐ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層３８
のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3、ｎ型Ｉｎ0.16Ｇａ
0.84Ｎ層３９のキャリア濃度は１×１０20ｃｍ-3であ
る。
【００５８】また、上記積層構造は、ｎ型ＧａＮ層４０
の表面からｎ型ＧａＮ層３２までエッチングされ、ｎ型
ＧａＮ層３２表面が露出している。そして、ｎ型ＧａＮ
層４０上には、Ｔｉ／Ａｌからなる正電極４１が形成さ
れ、また、露出したｎ型ＧａＮ層３２上には、負電極４
２が形成されている。また、光出射端面は、サファイア
基板をへき開し、III属窒化物半導体積層構造を割るこ
とで形成されている。
【００５９】図１の端面発光型発光ダイオードでは、ｎ
型ＧａＮ層４０上に形成されている正電極４１とｎ型Ｇ
ａＮ層３２上に形成されている負電極４２との間に順方
向に電圧をかけると、活性層３５にキャリアが注入され
て、キャリアの再結合により発光する。発光波長は、４
０９ｎｍであった。
【００６０】次に、図１の発光ダイオードの作製方法を
説明する。発光ダイオードの積層構造の結晶成長はＭＯ
ＣＶＤ法で行った。まず、サファイア基板３０を反応管
にセットし、水素ガス中、１１２０℃で加熱し、基板３
０の表面をクリーニングした。次いで、温度を５２０℃
に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素の混合ガス雰囲気
にし、ＴＭＧを流し、低温ＧａＮバッファー層３１を堆
積した。次いで、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャ
リアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩ，ＳｉＨ4を供給し、ｎ
型ＧａＮ層３２を３μｍの厚さに結晶成長した。次い
で、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素の混
合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャ
リアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩ，ＳｉＨ4を供給し、ｎ
型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層３３を０．１μｍの厚さに結晶成
長した。次いで、温度を１０７０℃に上げ、水素をキャ
リアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＡ，ＳｉＨ4を供給し、ｎ
型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層３４を０．５μｍの厚
さに結晶成長した。次いで、水素ガスの供給を止め、雰
囲気をＮＨ3と窒素の混合ガス雰囲気にし、温度を８１
０℃に下げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩ
を供給し、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層３５を５０ｎｍの
厚さに成長した。
【００６１】次いで、成長雰囲気をＮＨ3と窒素と水素
の混合ガス雰囲気にし、温度を１０７０℃に上げ、水素
をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＡ，（ＥｔＣｐ）2
Ｍｇを組成にあわせて供給し、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ
クラッド層３６を０．５μｍの厚さ、ｐ型ＧａＮ層３７
を５０ｎｍの厚さに順次結晶成長した。次いで、水素ガ
スの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素の混合ガス雰囲
気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャリアガスと
してＴＭＧ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給し、キ
ャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3のｐ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84
Ｎ層３８を５０ｎｍの厚さに積層した。次いで、（Ｅｔ
Ｃｐ）2Ｍｇの供給を止め、ＳｉＨ4を供給し、１×１０
20ｃｍ-3のｎ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層３９を５０ｎｍの
厚さに積層した。次いで、温度を１０５０℃に上げ、水
素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＳｉＨ4を供給し、ｎ
型ＧａＮ層４０を０．２μｍの厚さに結晶成長した。
【００６２】結晶成長終了後、ｐ型層３６，３７，３８
の低抵抗化のため、窒素雰囲気中で、７５０℃で１５分
間の熱処理を行った。次いで、レジストで幅１００μｍ
のストライプパターンを繰り返しピッチ２５０μｍで形
成した。そして、このレジストパターンをマスクとし
て、約１．５μｍの深さをドライエッチングして、ｎ型
ＧａＮ層３２を露出させるとともに幅１００μｍのリッ
ジストライプを形成した。
【００６３】次いで、レジストマスクを除去し、しかる
後に、正電極４１と負電極４２を形成した。電極形成の
工程は次の通りである。すなわち、レジストで２０μｍ
間隔をあけて形成された２列の約９０μｍ幅のヌキスト
ライプパターンを繰り返しピッチ２５０μｍで形成し、
ｎ型ＧａＮ層４０とｎ型ＧａＮ層３２上に、電極材料で
あるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、ウエハーを有機溶
剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された
電極材をリフトオフして、電極パターンを形成した。そ
の後、窒素雰囲気中、４５０℃で熱処理し、正，負のオ
ーミック電極４１，４２を形成した。
【００６４】次いで、サファイア基板３０を薄く研磨
し、リッジストライプに概ね垂直になるように割り、光
出射端面を形成した。
【００６５】実施例２ 図２は実施例２の半導体装置の構成例であり、実施例２
の半導体装置は端面発光型発光ダイオードとして構成さ
れている。なお、図２は発光ダイオードの光出射方向に
垂直な面での断面図として示されている。図２を参照す
ると、この端面発光型発光ダイオードは、サファイア基
板５０上に、低温ＧａＮバッファー層５１、第１のｎ型
III族窒化物半導体積層構造（ｎ型ＧａＮ層５２、ｎ型
Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層５３）、ｐ型III族窒化物半導体
積層構造（ｐ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層５４、ｐ型Ａｌ
0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５５）、第２のｎ型III族窒
化物半導体積層構造（Ｉｎ0.15Ｇ0.85ａＮ活性層５６、
ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層５７、ｎ型ＧａＮ層
５８）が順次に積層された積層構造からなっている。
【００６６】ここで、ｐ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層５４と
ｎ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層５３とによりトンネルダイオ
ードが構成されている。ｐ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層５４
のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3、ｎ型Ｉｎ0.16Ｇａ
0.84Ｎ層５３のキャリア濃度は１×１０20ｃｍ-3であ
る。
【００６７】また、上記積層構造は、ｎ型ＧａＮ層５８
の表面からｎ型ＧａＮ層５２までエッチングされ、ｎ型
ＧａＮ層５２表面が露出している。そして、ｎ型ＧａＮ
層５８上には、Ｔｉ／Ａｌからなる正電極５９が形成さ
れ、また、露出したｎ型ＧａＮ層５２上には、負電極６
０が形成されている。また、光出射端面は、サファイア
基板５０をへき開し、III属窒化物半導体積層構造を割
ることで形成されている。
【００６８】図２の端面発光型発光ダイオードでは、ｎ
型ＧａＮ層５２上に形成されている正電極５９とｎ型Ｇ
ａＮ層５８上に形成されている負電極６０との間に順方
向に電圧をかけると、活性層５６にキャリアが注入され
て、キャリアの再結合により発光する。発光波長は、４
０９ｎｍであった。
【００６９】次に、図２の発光ダイオードの作製方法を
説明する。発光ダイオードの積層構造の結晶成長はＭＯ
ＣＶＤ法で行った。まず、サファイア基板５０を反応管
にセットし、水素ガス中、１１２０℃で加熱し、基板５
０の表面をクリーニングした。次いで、温度を５２０℃
に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素の混合ガス雰囲気
にし、ＴＭＧを流し、低温ＧａＮバッファー層５１を堆
積した。次いで、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャ
リアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩ，ＳｉＨ4を供給し、ｎ
型ＧａＮ層５２を３μｍの厚さに結晶成長した。次い
で、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素の混
合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャ
リアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩ，ＳｉＨ4を供給し、キ
ャリア濃度が１×１０20ｃｍ-3のｎ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84
Ｎ層５３を５０ｎｍの厚さに結晶成長した。次いで、水
素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ）
2Ｍｇを供給し、キャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3のｐ
型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層５４を５０ｎｍの厚さに積層し
た。次いで、温度を１０７０℃に上げ、水素をキャリア
ガスとしてＴＭＧ，ＴＭＡ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給
し、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0 .93Ｎクラッド層５５を０．５μ
ｍの厚さに積層した。次いで、水素ガスの供給を止め、
雰囲気をＮＨ3と窒素の混合ガス雰囲気にし、温度を８
１０℃に下げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭ
Ｉを供給し、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５６を５０ｎｍ
の厚さに成長した。次いで、成長雰囲気をＮＨ3と窒素
と水素の混合ガス雰囲気にし、温度を１０７０℃に上
げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＡ，ＳｉＨ
4を組成にあわせて供給し、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎク
ラッド層５７を０．５μｍの厚さに、ｎ型ＧａＮ層５８
を０．２μｍの厚さに結晶成長した。
【００７０】結晶成長終了後、ｐ型層５４，５５の低抵
抗化のため、窒素雰囲気中で、７５０℃で１５分間の熱
処理を行った。次いで、レジストで幅１００μｍのスト
ライプパターンを繰り返しピッチ２５０μｍで形成し
た。そして、このレジストパターンをマスクとして、約
１．５μｍの深さをドライエッチングして、ｎ型ＧａＮ
層５２を露出させるとともに幅１００μｍのリッジスト
ライプを形成した。
【００７１】次いで、レジストマスクを除去し、しかる
後に、正電極５９と負電極６０を形成した。電極形成の
工程は次の通りである。すなわち、レジストで２０μｍ
間隔をあけて形成された２列の約９０μｍ幅のヌキスト
ライプパターンを繰り返しピッチ２５０μｍで形成し、
ｎ型ＧａＮ層５２とｎ型ＧａＮ層５８上に、電極材料で
あるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、ウエハーを有機溶
剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着された
電極材をリフトオフして、電極パターンを形成した。そ
の後、窒素雰囲気中、４５０℃で熱処理し、正，負のオ
ーミック電極５９，６０を形成した。
【００７２】次いで、サファイア基板５０を薄く研磨
し、リッジストライプに概ね垂直になるように割り、光
出射端面を形成した。
【００７３】実施例３ 図３は実施例３の半導体装置の構成例を示す図であり、
実施例３の半導体装置は端面発光型発光ダイオードとし
て構成されている。なお、図３は発光ダイオードの光出
射方向に垂直な面での断面図として示されている。図３
を参照すると、この端面発光型発光ダイオードは、サフ
ァイア基板７０上に、低温ＧａＮバッファー層７１、ｐ
型ＧａＮ層７２、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層７３、ｐ型Ａ
ｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層７４、第２のｎ型III族窒
化物半導体積層構造（Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層７５、
ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層７６、ｎ型ＧａＮ層
７７）が順次に積層されて発光ダイオード部の積層構造
が形成され、また、ｐ型ＧａＮ層７２上に、ｐ型Ｉｎ
0.16Ｇａ0.84Ｎ層７８、第１のｎ型III族窒化物半導体
積層構造（ｎ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層７９、ｎ型ＧａＮ
層８０）が順次に積層されて正電極コンタクト部の積層
構造が形成されている。
【００７４】ここで、ｐ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層７８と
ｎ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層７９とによりトンネルダイオ
ードが構成されている。ｐ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層７８
のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3、ｎ型Ｉｎ0.16Ｇａ
0.84Ｎ層７９のキャリア濃度は１×１０20ｃｍ-3であ
る。
【００７５】そして、ｎ型ＧａＮ層７７，ｎ型ＧａＮ層
８０上には、それぞれ、Ｔｉ／Ａｌからなる負電極８
２，正電極８１が形成されている。また、光出射端面
は、サファイア基板をへき開し、III属窒化物半導体積
層構造を割ることで形成されている。
【００７６】図３の端面発光型発光ダイオードでは、ｎ
型ＧａＮ層８０上に形成されている正電極８１とｎ型Ｇ
ａＮ層７７上に形成されている負電極８２との間に順方
向に電圧をかけると、活性層７５にキャリアが注入され
て、キャリアの再結合により発光する。発光波長は、４
０９ｎｍであった。
【００７７】次に、図３の発光ダイオードの作製方法を
説明する。発光ダイオードの積層構造の結晶成長はＭＯ
ＣＶＤ法で行った。まず、サファイア基板７０を反応管
にセットし、水素ガス中、１１２０℃で加熱し、基板７
０の表面をクリーニングした。次いで、温度を５２０℃
に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素の混合ガス雰囲気
にし、ＴＭＧを流し、低温ＧａＮバッファー層７１を堆
積した。次いで、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャ
リアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ） 2Ｍｇを
供給し、ｐ型ＧａＮ層７２を３μｍの厚さに結晶成長し
た。次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と
窒素の混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水
素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ）
2Ｍｇを供給し、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層７３を０．１
μｍの厚さに結晶成長した。次いで、温度を１０７０℃
に上げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＡ，
（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給し、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ
クラッド層７４を０．５μｍの厚さに積層した。次い
で、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素の混
合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャ
リアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩを供給し、Ｉｎ0.15Ｇａ
0.85Ｎ活性層７５を５０ｎｍの厚さに成長した。次い
で、成長雰囲気をＮＨ3と窒素と水素の混合ガス雰囲気
にし、温度を１０７０℃に上げ、水素をキャリアガスと
してＴＭＧ，ＴＭＡ，ＳｉＨ4を組成にあわせて供給
し、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層７６を０．５μ
ｍの厚さに、ｎ型ＧａＮ層７７を０．２μｍの厚さに結
晶成長した。
【００７８】次いで、レジストで幅１００μｍのストラ
イプパターンを繰り返しピッチ２５０μｍで形成した。
そして、このレジストパターンをマスクとして、約１．
５μｍの深さをドライエッチングして、ｐ型ＧａＮ層７
２を露出させるとともに幅１００μｍのリッジストライ
プを形成した。
【００７９】次いで、レジストマスクを除去し、しかる
後に、ＳｉＯ2を０．５μｍ堆積し、露出したｐ型Ｇａ
Ｎ層７２上のＳｉＯ2上に再び、幅１００μｍのヌキス
トライプパターンを形成した。次いで、このストライプ
パターンをマスクとして、ＳｉＯ2をパターニングし、
レジストを除去した。
【００８０】次いで、露出したｐ型ＧａＮ層７２上に結
晶成長を行った。まず、温度を８１０℃に上げ、水素を
キャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ）2Ｍ
ｇを供給し、キャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3のｐ型Ｉ
ｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層７８を５０ｎｍの厚さに積層した。
次いで、（ＥｔＣｐ）2Ｍｇの供給を止め、ＳｉＨ4を供
給し、キャリア濃度が１×１０20ｃｍ-3のｎ型Ｉｎ0.16
Ｇａ0.84Ｎ層７９を５０ｎｍの厚さに積層した。次い
で、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとし
てＴＭＧ，ＳｉＨ4を供給し、ｎ型ＧａＮ層８０を０．
２μｍの厚さに積層した。
【００８１】結晶成長終了後、ＳｉＯ2をエッチング除
去し、同時にＳｉＯ2上に堆積した多結晶を除去した。
そして、ｐ型層の低抵抗化のため、窒素雰囲気中で、７
５０℃で１５分間の熱処理を行った。
【００８２】次いで、正電極８１と負電極８２を形成し
た。電極形成の工程は次の通りである。すなわち、レジ
ストで２０μｍ間隔をあけて形成された２列の約９０μ
ｍ幅のヌキストライプパターンを繰り返しピッチ２５０
μｍで形成し、ｎ型ＧａＮ層７７，ｎ型ＧａＮ層８０上
に、電極材料であるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、ウ
エハーを有機溶剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト
上に蒸着された電極材をリフトオフして、電極パターン
を形成した。その後、窒素雰囲気中、４５０℃で熱処理
し、正，負のオーミック電極８１，８２を形成した。
【００８３】次いで、サファイア基板７０を薄く研磨
し、リッジストライプに概ね垂直になるように割り、光
出射端面を形成した。
【００８４】実施例４ 図４は実施例４の半導体装置の構成例を示す図であり、
実施例４の半導体装置は半導体レーザーとして構成され
ている。なお、図４は半導体レーザーの光出射方向に垂
直な面での断面図として示されている。図４を参照する
と、この半導体レーザーは、サファイア基板９０上に、
ＡｌＧａＮ低温バッファー層９１、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ
0.97Ｎコンタクト層９２、ｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラ
ッド層９３、ｎ型ＧａＮガイド層９４、Ｉｎ0.15Ｇａ
0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層（２ペ
ア）９５、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層９６、ｐ型ＧａＮガ
イド層９７、ｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層９８、
ｐ型ＧａＮ層９９、ｐ型Ｉｎ0. 18Ｇａ0.82Ｎ層１００、
ｎ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１０１、ｎ型ＧａＮ層１０２
が順次に積層されて形成されている。
【００８５】ここで、ｐ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１００
とｎ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１０１との接合によりトン
ネルダイオードが構成されている。ｐ型Ｉｎ0.18Ｇａ
0.82Ｎ層１００のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3、ｎ
型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１０１のキャリア濃度は１×１
０20ｃｍ-3である。
【００８６】また、上記積層構造は、ｎ型ＧａＮ層１０
２の表面からｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２
までエッチングされ、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタク
ト層９２の表面が露出している。また、ｎ型ＧａＮ層１
０２の表面からｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層９８
の途中までエッチングされ、電流狭窄リッジ構造５００
が形成されている。
【００８７】そして、リッジ構造５００の最表面のｎ型
ＧａＮ層１０２上と露出したｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコ
ンタクト層９２上には、Ｔｉ／Ａｌからなる正電極１０
３，負電極１０４のオーミック電極がそれぞれ形成され
ている。
【００８８】また、電極形成部以外は絶縁保護膜１０５
としてＳｉＯ2が堆積されており、絶縁保護膜１０５上
には正電極１０３から引き出された配線電極が形成され
ている。この実施例４の半導体レーザーでは、正電極１
０３と配線電極は同じ材料で同時に形成されている。ま
た、積層構造と電流狭窄リッジ構造５００とに概ね垂直
に光共振器端面が形成されている。
【００８９】実施例４の半導体レーザーでは、正，負の
電極１０３，１０４間に順方向に電流を注入すると、活
性層９５にキャリアが注入されて発光し、さらに電流を
増加させるとレーザー発振する。発振波長は約４０９ｎ
ｍである。
【００９０】次に、図４の半導体レーザーの作製方法を
説明する。半導体レーザーの積層構造の結晶成長はＭＯ
ＣＶＤ法で行った。まず、サファイア基板９０を反応管
にセットし、水素ガス中、１１２０℃で加熱し、基板９
０の表面をクリーニングした。次いで、温度を５２０℃
に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素の混合ガス雰囲気
にし、ＴＭＧとＴＭＡを流し、低温ＡｌＧａＮバッファ
ー層９１を堆積した。次いで、温度を１０５０℃に上
げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩ，ＳｉＨ
4を組成にあわせて供給し、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコ
ンタクト層９２を２μｍの厚さ、ｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92
Ｎクラッド層９３を０．７μｍの厚さ、ｎ型ＧａＮガイ
ド層９４を０．１μｍの厚さに順次積層した。次いで、
水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と窒素の混合ガ
ス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水素をキャリア
ガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩを供給し、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85
Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層（２ペア）
９５を成長した。
【００９１】次いで、成長雰囲気をＮＨ3と窒素と水素
の混合ガス雰囲気にし、温度を１０７０℃に上げ、水素
をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＡ，（ＥｔＣｐ）2
Ｍｇを組成にあわせて供給し、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層
９６を２０ｎｍの厚さ、ｐ型ＧａＮガイド層９７を０．
１μｍの厚さ、ｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層９８
を０．７μｍの厚さ、ｐ型ＧａＮ層９９を５０ｎｍの厚
さに順次積層した。次いで、水素ガスの供給を止め、雰
囲気をＮＨ3と窒素の混合ガス雰囲気にし、温度を８１
０℃に下げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭ
Ｉ，（ＥｔＣｐ） 2Ｍｇを供給し、キャリア濃度が１×
１０19ｃｍ-3のｐ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.84Ｎ層１００を５０
ｎｍの厚さに積層した。次いで、（ＥｔＣｐ）2Ｍｇの
供給を止め、ＳｉＨ4を供給し、キャリア濃度が１×１
０20ｃｍ-3のｎ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.84Ｎ層１０１を５０ｎ
ｍの厚さに積層した。次いで、温度を１０５０℃に上
げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＳｉＨ4を供給
し、ｎ型ＧａＮ層１０２を０．２μｍの厚さに結晶成長
した。
【００９２】結晶成長終了後、ｐ型層の低抵抗化のた
め、窒素雰囲気中で、７５０℃で１５分間の熱処理を行
った。次いで、レジストで幅４μｍのストライプパター
ンを繰り返しピッチ１ｍｍで形成した。このレジストパ
ターンをマスクとして、約０．９μｍの深さをドライエ
ッチングして、リッジ５００を形成した。レジストマス
クを除去した後に、さらに、レジストでリッジ５００を
覆う幅５００μｍのストライプパターンを繰り返しピッ
チ１ｍｍで形成した。このレジストパターンをマスクと
して、約１．８μｍの深さドライエッチングして、ｎ型
Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２を露出させた。次
いで、積層構造の表面に絶縁保護膜１０５となるＳｉＯ
2を約０．５μｍの厚さに堆積した。
【００９３】次いで、正電極１０３と負電極１０４を形
成した。電極形成の工程は次の通りである。すなわち、
まず、リッジ５００上部とｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコン
タクト層９２上のＳｉＯ2上に、レジストでヌキストラ
イプパターンを形成した後、ＳｉＯ2をエッチングして
リッジ５００上のｎ型ＧａＮ層１０２とｎ型Ａｌ0.03Ｇ
ａ0.97Ｎコンタクト層９２を露出させる。次いで、レジ
ストを除去し、再度レジストで約４５０μｍ幅のヌキス
トライプパターンをリッジ５００上のｎ型ＧａＮ層１０
２とｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層９２上に形成
し、電極材料であるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、ウ
エハーを有機溶剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト
上に蒸着された電極材をリフトオフして、半導体レーザ
ー積層構造上にのみ正，負の電極パターンを形成した。
その後、窒素雰囲気中、４５０℃で熱処理し、正，負の
オーミック電極１０３，１０４を形成した。
【００９４】次いで、サファイア基板９０を薄く研磨
し、リッジ５００に概ね垂直になるように割り、光共振
器端面を形成した。
【００９５】実施例５ 実施例５の半導体装置は半導体レーザーとして構成され
ている。図５，図６は実施例５の半導体装置の構成例を
示す図であり、実施例５の半導体装置は半導体レーザー
として構成されている。なお、図５は半導体レーザーの
光出射方向に垂直な面での断面図として示されている。
また、図６は図５の部分Ｂの拡大図である。図５，図６
を参照すると、この半導体レーザーは、サファイア基板
１１０上に、ＡｌＧａＮ低温バッファー層１１１、ｎ型
Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層１１２、ｎ型Ａｌ0.08
Ｇａ0.92Ｎクラッド層１１３、ｎ型ＧａＮガイド層１１
４、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子
井戸活性層（２ペア）１１５、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層
１１６、ｐ型ＧａＮガイド層１１７、ｐ型Ａｌ0.08Ｇａ
0.92Ｎクラッド層１１８、ｐ型ＧａＮ層１１９、ｐ型Ｉ
ｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ／ｐ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるｐ
型超格子層（７ペア）１２０、ｎ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ
層１２１、ｎ型ＧａＮ層１２２が順次に積層されて形成
されている。
【００９６】ここで、ｐ型超格子層１２０とｎ型Ｉｎ
0.16Ｇａ0.84Ｎ層１２１との接合によりトンネルダイオ
ードが構成されている。ｐ型超格子層１２０のキャリア
濃度は３×１０19ｃｍ-3、ｎ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層１
２１のキャリア濃度は１×１０ 20ｃｍ-3である。
【００９７】また、上記積層構造は、ｎ型ＧａＮ層１２
２の表面からｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層１１
２までエッチングされ、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタ
クト層１１２の表面が露出している。また、ｎ型ＧａＮ
層１２２表面からｐ型Ａｌ0. 08Ｇａ0.92Ｎクラッド層１
１８の途中までエッチングされ、電流狭窄リッジ構造６
００が形成されている。
【００９８】そして、リッジ構造６００の最表面のｎ型
ＧａＮ層１２２上と露出したｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコ
ンタクト層１１２上には、Ｔｉ／Ａｌからなる正電極１
２３，負電極１２４のオーミック電極がそれぞれ形成さ
れている。
【００９９】また、電極形成部以外は絶縁保護膜１２５
としてＳｉＯ2が堆積されており、絶縁保護膜１２５上
には正電極１２３から引き出された配線電極が形成され
ている。この実施例５の半導体レーザーでは、正電極１
２３と配線電極は同じ材料で同時に形成されている。ま
た、積層構造と電流狭窄リッジ構造６００とに概ね垂直
に光共振器端面が形成されている。
【０１００】また、図６を参照すると、ｐ型超格子層１
２０は、ｐ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ層１２０ａを４ｎｍの
厚さ、ｐ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層１２０ｂを４ｎｍの厚
さに交互に積層されたものとなっている。
【０１０１】実施例５の半導体レーザーでは、正，負の
電極１２３，１２４間に順方向に電流を注入すると、活
性層１１５にキャリアが注入されて発光し、さらに電流
を増加させるとレーザー発振する。発振波長は約４０９
ｎｍである。
【０１０２】次に、図５，図６の半導体レーザーの作製
方法を説明する。半導体レーザーの積層構造の結晶成長
はＭＯＣＶＤ法で行った。まず、サファイア基板１１０
を反応管にセットし、水素ガス中、１１２０℃で加熱
し、基板１１０の表面をクリーニングした。次いで、温
度を５２０℃に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素の混
合ガス雰囲気にし、ＴＭＧとＴＭＡを流し、低温ＡｌＧ
ａＮバッファー層１１１を堆積した。次いで、温度を１
０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ，Ｔ
ＭＩ，ＳｉＨ4を組成にあわせて供給し、ｎ型Ａｌ0.03
Ｇａ0.97Ｎコンタクト層１１２を２μｍの厚さ、ｎ型Ａ
ｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層１１３を０．７μｍの厚
さ、ｎ型ＧａＮガイド層１１４を０．１μｍの厚さに順
次積層した。次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気を
ＮＨ3と窒素の混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に
下げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩを供給
し、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子
井戸活性層（２ペア）１１５を成長した。
【０１０３】次いで、成長雰囲気をＮＨ3と窒素と水素
の混合ガス雰囲気にし、温度を１０７０℃に上げ、水素
をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＡ，（ＥｔＣｐ）2
Ｍｇを組成にあわせて供給し、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層
１１６を２０ｎｍの厚さ、ｐ型ＧａＮガイド層１１７を
０．１μｍの厚さ、ｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層
１１８を０．７μｍの厚さ、ｐ型ＧａＮ層１１９を５０
ｎｍの厚さに順次積層した。
【０１０４】次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気を
ＮＨ3と窒素の混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に
下げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩ，（Ｅ
ｔＣｐ）2Ｍｇを供給し、ｐ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ層１
２０ａを４ｎｍの厚さ、ｐ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層１２
０ｂを４ｎｍの厚さに交互に７回積層し、最後にｐ型Ｉ
ｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ層１２０ａを４ｎｍの厚さに積層し
て、合計６０ｎｍの厚さの超格子１２０を成長した。超
格子１２０のキャリア濃度は３×１０19ｃｍ-3である。
次いで、（ＥｔＣｐ）2Ｍｇの供給を止め、ＳｉＨ4を供
給し、キャリア濃度が１×１０20ｃｍ-3のｎ型Ｉｎ0.16
Ｇａ0.84Ｎ層１２１を５０ｎｍの厚さに積層した。次い
で、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとし
てＴＭＧ，ＳｉＨ4を供給し、ｎ型ＧａＮ層１２２を
０．２μｍの厚さに結晶成長した。
【０１０５】結晶成長終了後、ｐ型層の低抵抗化のた
め、窒素雰囲気中で、７５０℃で１５分間の熱処理を行
った。次いで、レジストで幅４μｍのストライプパター
ンを繰り返しピッチ１ｍｍで形成した。このレジストパ
ターンをマスクとして、約０．９μｍの深さをドライエ
ッチングして、リッジ６００を形成した。レジストマス
クを除去した後に、さらにレジストでリッジ６００を覆
う幅５００μｍのストライプパターンを繰り返しピッチ
１ｍｍで形成した。このレジストパターンをマスクとし
て、約１．８μｍの深さをドライエッチングして、ｎ型
Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層１１２を露出させた。
次いで、積層構造の表面に絶縁保護膜１２５となるＳｉ
Ｏ2を約０．５μｍの厚さに堆積した。
【０１０６】次いで、正電極１２３と負電極１２４を形
成した。電極形成の工程は次の通りである。すなわち、
まず、リッジ６００上部とｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコン
タクト層１１２に、レジストでヌキストライプパターン
を形成した後、ＳｉＯ2をエッチングしてリッジ６００
上のｎ型ＧａＮ層１２２とｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコン
タクト層１１２を露出させる。次いで、レジストを除去
し、再度レジストで約４５０μｍ幅のヌキストライプパ
ターンをリッジ６００上のｎ型ＧａＮ層１２２とｎ型Ａ
ｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト層１１２上に形成し、電極
材料であるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、ウエハーを
有機溶剤に浸し、レジストを溶かしてレジスト上に蒸着
された電極材をリフトオフして、半導体レーザー積層構
造上にのみ正，負の電極パターンを形成した。その後、
窒素雰囲気中、４５０℃で熱処理し、正，負のオーミッ
ク電極１２３，１２４を形成した。
【０１０７】次いで、サファイア基板１１０を薄く研磨
し、リッジ６００に概ね垂直になるように割り、光共振
器端面を形成した。
【０１０８】実施例６ 図７は実施例６の半導体装置の構成例を示す図であり、
実施例６の半導体装置は端面発光型発光ダイオードとし
て構成されている。なお、図７は端面発光型発光ダイオ
ードの光出射端面に垂直な面での断面図として示されて
いる。図７を参照すると、この発光ダイオードは概ね直
方体の形状をしており、発光ダイオードの一側面が光出
射端面となっている。また、発光ダイオードの積層構造
は、ｎ型ＧａＮ基板１３０上に、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97
Ｎ低温バッファー層１３１、ｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎク
ラッド層１３２、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層１３３、ｐ型
Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層１３４、ｐ型ＧａＮ層１
３５、ｐ型Ｉｎ0.18Ｇａ0. 82Ｎ層１３６、ｎ型Ｉｎ0.18
Ｇａ0.82Ｎ層１３７、ｎ型ＧａＮ層１３８が順次に積層
されて形成されている。
【０１０９】ここで、ｐ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１３６
とｎ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１３７との接合によりトン
ネルダイオードが構成されている。ｐ型Ｉｎ0.18Ｇａ
0.82Ｎ層１３６のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3、ｎ
型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１３７のキャリア濃度は１×１
０20ｃｍ-3である。また、ｎ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１
３７，ｎ型ＧａＮ層１３８には、ｎ型不純物のＳｉとｐ
型不純物のＭｇが含まれている。ここで、Ｓｉの濃度は
１×１０20ｃｍ-3、Ｍｇの濃度は３×１０19ｃｍ -3であ
る。
【０１１０】また、この発光ダイオードのｎ型ＧａＮ層
１３８上には、Ｔｉ／Ａｌからなる正電極１３９が形成
されている。また、基板１３０裏面の積層構造が形成さ
れていない側には、Ｔｉ／Ａｌからなる負電極１４０が
形成されている。また、この発光ダイオードの側面は基
板１３０に対して垂直に形成されている。
【０１１１】実施例６の発光ダイオードでは、正，負の
オーミック電極１３９，１４０間に順方向のバイアスを
かけると、発光ダイオードの一側面である光出射端面１
０００から光が外部に出射される。この発光ダイオード
の発光のピーク波長は、約４２０ｎｍであった。
【０１１２】次に、図７の発光ダイオードの作製方法を
説明する。発光ダイオードの積層構造の結晶成長はＭＯ
ＣＶＤ法で行なった。まず、ｎ型ＧａＮ基板１３０を反
応管にセットし、アンモニアガス中、１１２０℃で加熱
し、基板１３０の表面をクリーニングした。次いで、温
度を６００℃に下げ、雰囲気をＮＨ3と窒素と水素の混
合ガス雰囲気にし、ＴＭＡとＴＭＧおよびｎ型ドーパン
トガスであるＳｉＨ4ガスを流し、ｎ型低温Ａｌ0.03Ｇ
ａ0.97Ｎバッファー層１３１を堆積した。次いで、温度
を１０７０℃に上げ、ＴＭＧ，ＴＭＡおよびｎ型不純物
ガスとしてＳｉＨ4を組成にあわせて供給し、ｎ型Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層１３２を０．３μｍの厚さに積
層した。次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ
3と窒素の混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下
げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩを供給
し、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層１３３を成長した。
【０１１３】次いで、ｎ型不純物原料の代わりに、ｐ型
不純物原料である（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成にあわせて
供給し、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層１３４を０．
３μｍの厚さ、ｐ型ＧａＮ層１３５を５０ｎｍの厚さに
順次積層した。次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気
をＮＨ3と窒素の混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃
に下げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩ，
（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給し、キャリア濃度が１×１０
19ｃｍ-3のｐ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１３６を５０ｎｍ
の厚さに積層した。次いで、（ＥｔＣｐ）2ＭｇとＳｉ
Ｈ4を供給し、キャリア濃度が１×１０20ｃｍ-3のｎ型
Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１３７を５０ｎｍの厚さに積層し
た。次いで、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリア
ガスとしてＴＭＧ，ＳｉＨ4，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給
し、ｎ型ＧａＮ層１３８を０．５μｍの厚さに結晶成長
した。
【０１１４】次いで、正電極材料であるＴｉ／Ａｌを積
層構造上面に蒸着した。その後、窒素雰囲気中、４５０
℃で熱処理し、ｎ型ＧａＮ層１３８に正電極１３９を形
成した。次いで、ＧａＮ基板１３０の裏面を研磨して約
１００μｍの厚さにし、ＧａＮ基板１３０の裏面に負電
極材料であるＴｉ／Ａｌを蒸着し、窒素雰囲気で４５０
℃で熱処理して、負電極１４０を形成した。次いで、基
板をへき開して、出射端面１０００，１００１の形成
と、チップ分離を行った。
【０１１５】なお、この実施例６の発光ダイオードは、
ｐ型層がａｓ−ｇｒｏｗｎで低抵抗になっているため、
ｐ型層の低抵抗化のための特別な処理をせずとも、ダイ
オード特性を示し、発光ダイオードとして機能する。
【０１１６】実施例７ 図８，図９，図１０，図１１は実施例７の半導体装置の
構成例を示す図であり、実施例７の半導体装置は半導体
レーザとして構成されている。なお、図８は半導体レー
ザーの斜視図であり、図９は半導体レーザーの光出射方
向に垂直な面での断面図である。また、図１０，図１１
は、それぞれ、図９の部分Ｃ，Ｄの拡大図である。図
８，図９，図１０，図１１を参照すると、半導体レーザ
ーの積層構造２０００は、ｎ型ＧａＮ基板１５０上に、
ｎ型ＡｌＧａＮ低温バッファー層１５１、ｎ型Ａｌ0.03
Ｇａ0.97Ｎ高温バッファー層１５２、Ａｌ0.14Ｇａ0.86
Ｎ／Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ超格子からなるｎ型クラッド層
１５３、ｎ型ＧａＮガイド層１５４、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85
Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層１５５、ｐ
型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１５６、ｐ型ＧａＮガイド層１５
７、Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ／Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ超格子か
らなるｐ型クラッド層１５８、ｐ型ＧａＮ層１５９、ｐ
型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１６０、ｎ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82
Ｎ層１６１、ｎ型ＧａＮ層１６２が順次に積層されて形
成されている。
【０１１７】ここで、ｐ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１６０
とｎ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１６１との接合によりトン
ネルダイオードが構成されている。ｐ型Ｉｎ0.18Ｇａ
0.82Ｎ層１６０のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3、ｎ
型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１６１のキャリア濃度は１×１
０20ｃｍ-3である。また、ｎ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１
６１，ｎ型ＧａＮ層１６２には、ｎ型不純物のＳｉとｐ
型不純物のＭｇが含まれている。ここで、Ｓｉの濃度は
１×１０20ｃｍ-3、Ｍｇの濃度は３×１０19ｃｍ -3であ
る。
【０１１８】また、上記積層構造は、ｎ型ＧａＮ層１６
２表面からｐ型クラッド層１５８の途中までエッチング
され、電流狭窄リッジ構造７００が形成されている。そ
して、リッジ７００の最表面のｎ型層１６２上には、Ｔ
ｉ／Ａｌからなる正電極１６３が形成されている。ま
た、正電極形成部以外は絶縁保護膜１６５としてＳｉＯ
2が堆積されている。そして、積層構造２０００と電流
狭窄リッジ構造７００とに概ね垂直に光共振器端面７０
１，７０２が形成されている。また、ＧａＮ基板１５０
の裏面にはＴｉ／Ａｌからなる負電極１６４が形成され
ている。
【０１１９】また、図１０を参照すると、ｎ型クラッド
層１５３は、ｎ型Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ層１５３ａとｎ型
Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ層１５３ｂとの超格子からなってい
る。
【０１２０】また、図１１を参照すると、ｐ型クラッド
層１５８は、ｐ型Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ層１５８ａとｐ型
Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ層１５８ｂとの超格子からなってい
る。
【０１２１】この半導体レーザーの電極１６３，１６４
間に順方向に電流を注入すると発光し、さらに電流を増
加させるとレーザー発振した。発振波長は約４０９ｎｍ
であった。
【０１２２】次に、図８，図９，図１０，図１１の半導
体レーザーの作製方法を説明する。半導体レーザーの積
層構造の結晶成長はＭＯＣＶＤ法で行った。まず、ｎ型
ＧａＮ基板１５０を反応管にセットし、水素と窒素とア
ンモニアガスの混合ガス中、１１２０℃に加熱し、基板
１５０の表面をクリーニングした。次いで、温度を６０
０℃に下げ、ＮＨ3と窒素と水素の混合ガス雰囲気で、
ＴＭＡとＴＭＧおよびｎ型ドーパントガスであるＳｉＨ
4ガスを流し、ｎ型低温ＡｌＧａＮバッファー層１５１
を堆積した。次いで、温度を１０７０℃に上げ、水素を
キャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＡ、ｎ型不純物ガスと
してＳｉＨ4を組成にあわせて供給し、ｎ型Ａｌ0.03Ｇ
ａ0.97Ｎ高温バッファー層１５２を１μｍの厚さ、ｎ型
Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ／ｎ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ超格子
（各層５ｎｍの厚さで、５０ペア）クラッド層１５３を
０．５μｍの厚さ、ｎ型ＧａＮガイド層１５４を０．１
μｍの厚さに順次積層した。次いで、水素ガスの供給を
止め、雰囲気をＮＨ3と窒素の混合ガス雰囲気にし、温
度を８１０℃に下げ、水素をキャリアガスとしてＴＭ
Ｇ，ＴＭＩを供給し、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇ
ａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層（２ペア）１５５を成長し
た。
【０１２３】次いで、成長雰囲気をＮＨ3と窒素と水素
の混合ガス雰囲気にし、温度を１０７０℃に上げ、水素
をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＡ，ｐ型不純物原料
の（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを組成にあわせて供給し、ｐ型Ａ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１５６を２０ｎｍの厚さ、ｐ型ＧａＮ
ガイド層１５７を０．１μｍの厚さ、ｐ型Ａｌ0.14Ｇａ
0.86Ｎ／ｐ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ超格子（各層５ｎｍの
厚さで、５０ペア）クラッド層１５８を０．５μｍの厚
さ、ｐ型ＧａＮ層１５９を５０ｎｍの厚さに順次積層し
た。次いで、水素ガスの供給を止め、雰囲気をＮＨ3と
窒素の混合ガス雰囲気にし、温度を８１０℃に下げ、水
素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＩ，（ＥｔＣｐ）
2Ｍｇを供給し、キャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3のｐ
型Ｉｎ0.1 8Ｇａ0.82Ｎ層１６０を５０ｎｍの厚さに積層
した。次いで、（ＥｔＣｐ）2ＭｇとＳｉＨ4を供給し、
キャリア濃度が１×１０20ｃｍ-3のｎ型Ｉｎ0.18Ｇａ
0.82Ｎ層１６１を５０ｎｍの厚さに積層した。次いで、
温度を１０５０℃に上げ、水素をキャリアガスとしてＴ
ＭＧ，ＳｉＨ4，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給し、ｎ型Ｇａ
Ｎ層１６２を０．２μｍの厚さに結晶成長した。
【０１２４】結晶成長終了後、反応管内をアンモニアガ
スと窒素ガスを６：４の割合にした混合ガス雰囲気にし
て成長温度から室温まで冷却した。次いで、レジストで
幅４μｍのストライプパターンを繰り返しピッチ３００
μｍで形成した。このレジストパターンをマスクとし
て、約０．７μｍの深さをドライエッチングして、リッ
ジ７００を形成した。次いで、レジストマスクを除去
し、しかる後、絶縁保護膜１６５となるＳｉＯ2を積層
構造の表面に約０．５μｍ堆積した。
【０１２５】次いで、正電極１６３を形成した。正電極
形成の工程は次の通りである。すなわち、まず、リッジ
７００上部に、レジストでヌキストライプパターンを形
成した後、ＳｉＯ2絶縁保護膜１６５をエッチングして
リッジ７００上のｎ型ＧａＮ層１６２を露出させる。次
いで、レジストを除去し、ウエハー表面に正電極材料で
あるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、窒素雰囲気中、４
５０℃で熱処理し、ｎ型ＧａＮ層１６２上に正電極１６
３を形成した。次いで、基板１５０の裏面を研磨し厚さ
を約１００μｍにした後、基板１５０の裏面に負電極材
料であるＴｉ／Ａｌを蒸着した。その後、窒素雰囲気で
４５０℃で熱処理し、負電極１６４を形成した。
【０１２６】次いで、半導体レーザー構造が形成された
ウエハーをリッジ７００に概ね垂直になるようにへき開
し、光共振器端面７０１，７０２を形成した。
【０１２７】なお、実施例７の半導体レーザーは、ｐ型
層がａｓ−ｇｒｏｗｎで低抵抗になっているため、ｐ型
層の低抵抗化のための特別な処理をせずとも、ダイオー
ド特性を示し、半導体レーザーとして機能する。
【０１２８】実施例８ 図１２，図１３，図１４，図１５は実施例８の半導体装
置の構成例を示す図であり、実施例８の半導体装置は半
導体レーザーとして構成されている。なお、図１２は半
導体レーザーの斜視図であり、図１３は半導体レーザー
の光出射方向に垂直な面での断面図である。また、図１
４，図１５は、それぞれ、図１３の部分Ｅ，Ｆの拡大図
である。図１２，図１３，図１４，図１５を参照する
と、半導体レーザーの積層構造３０００は、ｎ型ＧａＮ
基板１７０上に、ｎ型ＡｌＧａＮ低温バッファー層１７
１、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ高温バッファー層１７２、
Ｉｎ 0.04Ａｌ0.24Ｇａ0.72Ｎ層１７３ａとＩｎ0.18Ｇａ
0.82Ｎ層１７３ｂとの超格子からなるｎ型クラッド層１
７３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎガイド層１７４、ＧａＮ／
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ多重量子井戸活性層１７５、ｐ型Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ層１７６、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎガイド層
１７７、Ｉｎ0.04Ａｌ0.24Ｇａ0.72Ｎ層１７８ａとＩｎ
0.18Ｇａ0.82Ｎ層１７８ｂとの超格子からなるｐ型クラ
ッド層１７８、ｐ型ＧａＮ層１７９、ｐ型Ｉｎ0.18Ｇａ
0.82Ｎ層１８０、ｎ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１８１、ｎ
型ＧａＮ層１８２が順次に積層されて形成されている。
【０１２９】ここで、ｐ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１８０
とｎ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１８１との接合によりトン
ネルダイオードが構成されている。ｐ型Ｉｎ0.18Ｇａ
0.82Ｎ層１８０のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3、ｎ
型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１８１のキャリア濃度は１×１
０20ｃｍ-3である。また、ｎ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１
８１には、ｎ型不純物のＳｉとｐ型不純物のＭｇが含ま
れている。ここで、Ｓｉの濃度は１×１０20ｃｍ-3、Ｍ
ｇの濃度は３×１０19ｃｍ-3である。
【０１３０】また、上記積層構造は、ｎ型ＧａＮ層１８
２表面からｐ型クラッド層１７８の途中までエッチング
され、電流狭窄リッジ構造８００が形成されている。そ
して、リッジ８００の最表面のｎ型ＧａＮ層１８２上に
は、Ｔｉ／Ａｌからなる正電極１８３が形成されてい
る。また、正電極形成部以外は絶縁保護膜１８５として
ＳｉＯ2が堆積されている。そして、積層構造３０００
と電流狭窄リッジ構造８００とに概ね垂直に光共振器端
面８０１，８０２が形成されている。また、ＧａＮ基板
１７０の裏面にはＴｉ／Ａｌからなる負電極１８４が形
成されている。
【０１３１】実施例８の半導体レーザーでは、電極１８
３，１８４に順方向に電流を注入すると発光し、さらに
電流を増加させるとレーザー発振した。発振波長は約３
６５ｎｍであった。
【０１３２】次に、図１２，図１３，図１４，図１５の
半導体レーザーの作製方法を説明する。半導体レーザー
の積層構造の結晶成長はＭＯＣＶＤ法で行った。まず、
ｎ型ＧａＮ基板１７０を反応管にセットし、水素と窒素
とアンモニアガスの混合ガス中、１１２０℃に加熱し、
基板１７０の表面をクリーニングした。次いで、温度を
６００℃に下げ、ＮＨ3と窒素と水素の混合ガス雰囲気
で、ＴＭＡとＴＭＧおよびｎ型ドーパントガスであるＳ
ｉＨ4ガスを流し、ｎ型低温ＡｌＧａＮバッファー層１
７１を堆積した。次いで、温度を１０７０℃に上げ、水
素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭＡ，ｎ型不純物ガ
スとしてＳｉＨ4を組成にあわせて供給し、ｎ型Ａｌ
0.03Ｇａ0.97Ｎ高温バッファー層１７２を１μｍの厚さ
に積層した。次いで、温度を８１０℃に下げ、ＴＭＧ，
ＴＭＡ，ＴＭＩ，ｎ型不純物ガスとしてＳｉＨ4を組成
にあわせて供給し、Ｉｎ0.04Ａｌ0.24Ｇａ0.72Ｎ層１７
３ａとＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１７３ｂとの超格子からな
るｎ型クラッド層１７３を０．６μｍの厚さに積層し
た。なお、各層の厚さは、Ｉｎ0.04Ａｌ0.24Ｇａ0.72Ｎ
層１７３ａが１０ｎｍ、Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１７３ｂ
が５ｎｍで、４０周期成長した。
【０１３３】次いで、温度を１０７０℃に上げ、ｎ型Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎガイド層１７４（０．１μｍの厚さ）、
ＧａＮ／Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ多重量子井戸活性層１７５
（３ペア）を順次積層した。次いで、ＴＭＧ，ＴＭＡ，
ｐ型不純物原料の（ＥｔＣｐ） 2Ｍｇを組成にあわせて
供給し、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１７６を２０ｎｍの厚
さ、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎガイド層１７７を０．１μｍ
の厚さに積層した。次いで、温度を８１０℃に下げ、Ｔ
ＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭＩ，ｐ型不純物原料の（ＥｔＣｐ）
2Ｍｇを組成にあわせて供給し、Ｉｎ0.04Ａｌ0.24Ｇａ
0.72Ｎ層１７８ａとＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層１７８ｂとの
超格子からなるｐ型クラッド層１７８を０．６μｍの厚
さに積層した。なお、各層の厚さは、Ｉｎ0.04Ａｌ0.24
Ｇａ0.72Ｎ層１７８ａが１０ｎｍ、Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ
層１７８ｂが５ｎｍで、４０周期成長した。次いで、温
度を１０５０℃に上げ、ｐ型ＧａＮ層１７９を５０ｎｍ
の厚さに積層した。次いで、水素ガスの供給を止め、雰
囲気をＮＨ3と窒素の混合ガス雰囲気にし、温度を８１
０℃に下げ、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ，ＴＭ
Ｉ，（ＥｔＣｐ）2Ｍｇを供給し、キャリア濃度が１×
１０19ｃｍ-3のｐ型Ｉｎ0 .18Ｇａ0.82Ｎ層１８０を５０
ｎｍの厚さに積層した。次いで、（ＥｔＣｐ）2Ｍｇと
ＳｉＨ4を供給し、キャリア濃度が１×１０20ｃｍ-3の
ｎ型Ｉｎ0.18Ｇａ0.8 2Ｎ層１８１を５０ｎｍの厚さに積
層した。次いで、温度を１０５０℃に上げ、水素をキャ
リアガスとしてＴＭＧ，ＳｉＨ4を供給し、ｎ型ＧａＮ
層１８２を０．２μｍの厚さに結晶成長した。結晶成長
終了後、反応管内をアンモニアガスのみの雰囲気にして
成長温度から室温まで冷却した。
【０１３４】次いで、レジストで幅４μｍのストライプ
パターンを繰り返しピッチ３００μｍで形成した。この
レジストパターンをマスクとして、約０．７μｍの深さ
をドライエッチングして、リッジ８００を形成した。次
いで、レジストマスクを除去し、しかる後、絶縁保護膜
１８５となるＳｉＯ2を積層構造の表面に約０．５μｍ
の厚さに堆積した。
【０１３５】次いで、正電極１８３を形成した。正電極
形成の工程は次の通りである。まず、リッジ８００上部
に、レジストでヌキストライプパターンを形成した後、
ＳｉＯ2絶縁保護膜１８５をエッチングしてリッジ８０
０上のｎ型ＧａＮ層１８２を露出させる。次いで、レジ
ストを除去し、ウエハー表面に正電極材料であるＴｉ／
Ａｌを蒸着した。その後、窒素雰囲気中、４５０℃で熱
処理し、ｎ型ＧａＮ層１８２に正電極１８３を形成し
た。次いで、基板１７０の裏面を研磨し、厚さを約１０
０μｍにした後、基板１７０の裏面に負電極材料である
Ｔｉ／Ａｌを蒸着した。その後、窒素雰囲気で４５０℃
で熱処理し、負電極１８４を形成した。
【０１３６】次いで、半導体レーザー構造が形成された
ウエハーをリッジ８００に概ね垂直になるようにへき開
し、光共振器端面８０１，８０２を形成した。
【０１３７】なお、この実施例８の半導体レーザーは、
ｐ型層がａｓ−ｇｒｏｗｎで低抵抗になっているため、
ｐ型層の低抵抗化のための特別な処理をせずとも、ダイ
オード特性を示し、半導体レーザーとして機能する。
【０１３８】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１乃至請
求項７記載の発明によれば、第１のｎ型III族窒化物半
導体積層構造，ｐ型III族窒化物半導体積層構造，第２
のｎ型III族窒化物半導体積層構造を少なくとも有するI
II族窒化物半導体積層構造が、基板上に形成されてお
り、第１のｎ型III族窒化物半導体積層構造には正電極
が設けられ、第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造に
は負電極が設けられ、第１のｎ型III族窒化物半導体積
層構造のｎ型III族窒化物半導体層とｐ型III族窒化物半
導体積層構造のｐ型III族窒化物半導体層とによるトン
ネルダイオードを有し、また、第２のｎ型III族窒化物
半導体積層構造とｐ型III族窒化物半導体積層構造とに
よる発光領域を有しているので、動作電圧が低く、信頼
性の高いIII族窒化物の半導体装置を提供することがで
きる。すなわち、本発明では、正電極がトンネルダイオ
ードのｎ型III族窒化物半導体積層構造側に形成されて
おり、ｎ型III族窒化物半導体はキャリア濃度を１０19
ｃｍ-3以上に高くすることが可能であるので、正電極と
ｎ型III族窒化物半導体との接触抵抗は、ｐ型III族窒化
物半導体に正電極を形成した場合よりも小さくなる。従
って、本発明の半導体装置は、従来のｐ型ＧａＮに正電
極を形成した半導体装置に比べて、動作電圧が低く、大
出力動作が可能である。また、故障原因の一つとなって
いた正電極での発熱も低減されるので、信頼性も向上さ
せることができる。
【０１３９】特に、請求項２記載の発明では、トンネル
ダイオードを構成するｐ型III族窒化物半導体層は構成
元素に少なくともＩｎを含むので、ｐ型III族窒化物半
導体のキャリア濃度を１０19ｃｍ-3程度まで高くするこ
とが可能となり、Ｉｎを含まないｐ型III族窒化物半導
体で構成したトンネルダイオードよりもトンネル電流が
流れやすくなることから、トンネルダイオード部の抵抗
がより低抵抗となり、その結果、半導体装置の動作電圧
をより低くすることができる。
【０１４０】また、請求項３記載の発明では、トンネル
ダイオードを構成するｐ型III族窒化物半導体層は構成
元素に少なくともＩｎを含むIII族窒化物半導体からな
るｐ型超格子構造を有しているので、ｐ型III族窒化物
半導体のキャリア濃度を１０1 9ｃｍ-3以上に高くするこ
とが可能となり、トンネル電流がより流れやすくなるこ
とから、トンネルダイオード部の抵抗がより一層低抵抗
となり、その結果、半導体装置の動作電圧をより一層低
くすることができる。
【０１４１】また、請求項４記載の発明では、第１のｎ
型III族窒化物半導体積層構造に含まれるｎ型III族窒化
物半導体層のうち少なくともトンネルダイオードを構成
するｎ型III族窒化物半導体層には、ｐ型III族窒化物半
導体層に含まれるｐ型不純物元素と同一のｐ型不純物が
含まれているので、ｐ型III族窒化物半導体層からｎ型I
II族窒化物半導体層にｐ型不純物が拡散し、トンネルダ
イオードが破壊されることを防止でき、より信頼性が高
く、長寿命の半導体装置を提供できる。
【０１４２】また、請求項５記載の発明では、請求項１
乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置におい
て、該半導体装置は、ｎ型ＧａＮ基板上に積層されたII
I族窒化物半導体積層構造からなり、ｎ型ＧａＮ基板の
裏面に、正電極あるいは負電極が形成されているので、
従来のサファイア基板のように絶縁性基板上に積層され
た積層構造からなる半導体装置のように正電極と負電極
を同一面側に形成しｎ型半導体層の積層方向と直角方向
の断面積の小さい部分に電流を流す必要が無いので、そ
の分の電圧降下を抑制することができ、半導体装置の動
作電圧をさらに低減することができる。
【０１４３】また、請求項６記載の発明では、請求項１
乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置におい
て、該半導体装置は半導体レーザーであり、正電極の抵
抗が従来のものよりも低減されているので、動作電圧を
低くすることができる。また、大電流を流しても正電極
部での発熱が少なく、高出力動作が可能である。さら
に、発熱による結晶欠陥の発生が抑制されるため、長寿
命となる。また、請求項５のようにｎ型ＧａＮ基板を使
用した場合には、半導体レーザーの光共振器面をへき開
面で形成することが可能となることから、原子寸法のオ
ーダーで平滑な面を共振器にすることができる。その結
果、共振器面での光の散乱損失が低減され、レーザー発
振のしきい電流が低減される。また、実装においても、
フェースダウン実装が可能となることから、高出力動作
が可能となる。
【０１４４】また、請求項７記載の発明では、請求項１
乃至請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置におい
て、ｐ型III族窒化物半導体積層構造上に積層されてい
る第１または第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造の
厚さは０．５μｍ以上であるので（すなわち、ｐ型半導
体上に積層されるｎ型積層構造の厚さは結晶成長後の冷
却中の雰囲気ガスから結晶中に侵入する水素の拡散距離
よりも長い０．５μｍ以上であるので）、水素がｐ型II
I族窒化物半導体結晶中に拡散することを抑制できる。
その結果、ｐ型III族窒化物半導体は、冷却時において
水素パシベーションされることが無いので、ａｓ−ｇｒ
ｏｗｎで低抵抗のｐ型特性を示す。従って、従来ｐ型窒
化物半導体の低抵抗化のために必要とされた熱処理等の
特別な後処理工程が必要でなくなるので、低コストで半
導体装置を作製することができる。また、低抵抗化のた
めの７００℃以上での長時間の熱処理を必要としないの
で、ｐ型もしくはｎ型不純物の熱拡散によるトンネルダ
イオードの劣化が抑制され、熱処理を行ったものよりも
電気特性の優れた半導体装置を提供できる。
【０１４５】また、請求項８，請求項９記載の発明によ
れば、半導体装置を構成するIII族窒化物半導体積層構
造は、結晶成長後の成長温度からの冷却を、窒素原料を
含む雰囲気中で行うことで、結晶表面の分解による高抵
抗化が抑制され、また、水素の結晶中への侵入による水
素パシベーションが抑制され、これにより、ａｓ−ｇｒ
ｏｗｎで低抵抗のｐ型半導体結晶が成長できる。従っ
て、電極形成面の結晶性が良く、低抵抗であるため、電
極の接触抵抗を下げることができる。また、従来ｐ型窒
化物半導体の低抵抗化のために必要とされた熱処理等の
特別な後処理工程が必要でなくなるので、低コストで半
導体装置を作製することができる。また、低抵抗化のた
めの７００℃以上での長時間の熱処理を必要としないの
で、ｐ型もしくはｎ型不純物の熱拡散によるトンネルダ
イオードの劣化が抑制され、熱処理を行ったものよりも
電気特性の優れた半導体装置を作製することができる。
【０１４６】特に、請求項９記載の発明では、請求項８
記載の半導体装置の作製方法において、前記雰囲気中に
含まれる窒素原料がＮＨ3（アンモニア）ガスであるの
で、ＮＨ3の分解によって生成される水素によって、結
晶表面に吸着している未反応の有機原料や有機物の水素
によるクリーニング効果が期待できる。その結果、表面
の汚染による表面抵抗の増加を防止できる。また、アン
モニアガスは、工業的には高純度のものが得られるの
で、不純物による結晶の汚染を防止することができる。
従って、他の窒素原料を使用するよりも、さらに高品質
のIII族窒化物半導体積層構造からなる半導体装置を作
製することができる。
【０１４７】このように、本発明によれば、動作電圧が
低く、発光特性の高く、長寿命、高信頼性、低コストの
半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の半導体装置の構成例を示す
図である。
【図２】本発明の実施例２の半導体装置の構成例を示す
図である。
【図３】本発明の実施例３の半導体装置の構成例を示す
図である。
【図４】本発明の実施例４の半導体装置の構成例を示す
図である。
【図５】本発明の実施例５の半導体装置の構成例を示す
図である。
【図６】図５の半導体装置の部分拡大図である。
【図７】本発明の実施例６の半導体装置の構成例を示す
図である。
【図８】本発明の実施例７の半導体装置の構成例を示す
図である。
【図９】本発明の実施例７の半導体装置の構成例を示す
図である。
【図１０】図９の半導体装置の部分拡大図である。
【図１１】図９の半導体装置の部分拡大図である。
【図１２】本発明の実施例８の半導体装置の構成例を示
す図である。
【図１３】本発明の実施例８の半導体装置の構成例を示
す図である。
【図１４】図１３の半導体装置の部分拡大図である。
【図１５】図１３の半導体装置の部分拡大図である。
【図１６】従来の半導体発光装置を示す図である。
【図１７】図１６の半導体発光装置の部分拡大図であ
る。
【図１８】従来の半導体発光装置を示す図である。
【符号の説明】
３０，５０，７０，９０，１１０ サファイア基板 ３１，５１，７１ 低温ＧａＮバッファー層 ３２，４０，５２，５８，７７，８０，１０２，１２
２，１３８，１６２，１８２ ｎ型ＧａＮ層 ３３ ｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層 ３４，５７，７６ ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッ
ド層 ３５，５６，７５ Ｉｎ0.15Ｇ0.85ａＮ活性層 ３６，５５，７４ ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッ
ド層 ３７，７２，９９，１１９，１３５，１５９，１７９
ｐ型ＧａＮ層 ３８，５４，７８ ｐ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層 ３９，５３，７９，１２１ ｎ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84
Ｎ層 ４１，５９，８１，１０３，１２３，１３９，１６３，
１８３ 正電極 ４２，６０，８２，１０４，１２４，１４０，１６４，
１８４ 負電極 ７３ ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層 ９１，１１１，１５１，１７１ ＡｌＧａＮ低温バ
ッファー層 ９２，１１２ ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎコンタクト
層 ９３，１１３，１３２ ｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎク
ラッド層 ９４，１１４，１５４ ｎ型ＧａＮガイド層 ９５，１１５，１５５ Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ
0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層（２ペア） ９６，１１６，１５６，１７６ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎ層 ９７，１１７，１５７ ｐ型ＧａＮガイド層 ９８，１１８，１３４ ｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎク
ラッド層 １００，１３６，１６０，１８０ ｐ型Ｉｎ0.18Ｇ
ａ0.82Ｎ層 １０１，１３７，１６１，１８１ ｎ型Ｉｎ0.18Ｇ
ａ0.82Ｎ層 １０５，１２５，１６５，１８５ 絶縁保護膜 １２０ａ ｐ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ １２０ｂ ｐ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ １２０ ｐ型Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ／ ｐ型Ｉｎ0.02
Ｇａ0.98Ｎからなるｐ型超格子層（７ペア） １３０，１５０，１７０ ｎ型ＧａＮ基板 １３１ ｎ型 Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ低温バッファー
層 １３３ Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層 １５２，１７２ ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ高温バッ
ファー層 １５３ａ Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ １５３ｂ Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ １５３ Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ ／Ａｌ0.02Ｇａ0.98
Ｎ超格子からなるｎ型クラッド層 １５８ａ Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ １５８ｂ Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ １５８ Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ ／Ａｌ0.02Ｇａ0.98
Ｎ超格子からなるｐ型クラッド層 １７３ａ Ｉｎ0.04Ａｌ0.24Ｇａ0.72Ｎ層 １７３ｂ Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層 １７３ 超格子からなるｎ型クラッド層 １７４ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎガイド層 １７５ ＧａＮ／Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ多重量子井戸活
性層 １７７ ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎガイド層 １７８ａ Ｉｎ0.04Ａｌ0.24Ｇａ0.72Ｎ層 １７８ｂ Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ層 １７８ 超格子からなるｐ型クラッド層 ５００，６００，７００，８００ 電流狭窄リッジ
構造 ７０１，７０２，８０１，８０２ 光共振器端面 １０００ 光出射端面 ２０００，３０００ 半導体レーザーの積層構造
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA08 AA43 CA05 CA40 CA46 CA65 CA73 FF13 FF14 FF16 5F045 AA04 AB14 AB17 AB18 AB32 AC01 AC08 AC12 AD09 AD12 AD14 AF04 AF09 BB16 CA10 CA12 DA53 DA54 DA55 EB15 HA13 HA16 5F073 AA74 AA77 BA01 BA04 BA07 CA07 DA05 DA21 DA31 DA34 EA28 EA29

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１のｎ型III族窒化物半導体積層構
    造，ｐ型III族窒化物半導体積層構造，第２のｎ型III族
    窒化物半導体積層構造を少なくとも有するIII族窒化物
    半導体積層構造が、基板上に形成されており、第１のｎ
    型III族窒化物半導体積層構造には正電極が設けられ、
    第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造には負電極が設
    けられ、第１のｎ型III族窒化物半導体積層構造のｎ型I
    II族窒化物半導体層とｐ型III族窒化物半導体積層構造
    のｐ型III族窒化物半導体層とによるトンネルダイオー
    ドを有し、また、第２のｎ型III族窒化物半導体積層構
    造とｐ型III族窒化物半導体積層構造とによる発光領域
    を有していることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置において、前
    記トンネルダイオードを構成するｐ型III族窒化物半導
    体層は、構成元素に少なくともＩｎを含んでいることを
    特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体装置において、前
    記トンネルダイオードを構成するｐ型III族窒化物半導
    体層は、構成元素に少なくともＩｎを含むIII族窒化物
    半導体からなるｐ型超格子構造を有していることを特徴
    とする半導体装置。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に
    記載の半導体装置において、第１のｎ型III族窒化物半
    導体積層構造に含まれるｎ型III族窒化物半導体層のう
    ち、少なくともトンネルダイオードを構成するｎ型III
    族窒化物半導体層には、ｐ型III族窒化物半導体層に含
    まれるｐ型不純物元素と同一のｐ型不純物が含まれてい
    ることを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
    記載の半導体装置において、該半導体装置は、ｎ型Ｇａ
    Ｎ基板上に積層されたIII族窒化物半導体積層構造から
    なり、ｎ型ＧａＮ基板の裏面に、正電極または負電極が
    形成されていることを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
    記載の半導体装置において、該半導体装置は半導体レー
    ザーであることを特徴とする半導体装置。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に
    記載の半導体装置において、ｐ型III族窒化物半導体積
    層構造上に積層されている第１または第２のｎ型III族
    窒化物半導体積層構造の厚さは０．５μｍ以上であるこ
    とを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項８】 第１のｎ型III族窒化物半導体積層構
    造，ｐ型III族窒化物半導体積層構造，第２のｎ型III族
    窒化物半導体積層構造を少なくとも有するIII族窒化物
    半導体積層構造が、基板上に形成されており、第１のｎ
    型III族窒化物半導体積層構造には正電極が設けられ、
    第２のｎ型III族窒化物半導体積層構造には負電極が設
    けられ、第１のｎ型III族窒化物半導体積層構造のｎ型I
    II族窒化物半導体層とｐ型III族窒化物半導体積層構造
    のｐ型III族窒化物半導体層とによるトンネルダイオー
    ドを有し、また、第２のｎ型III族窒化物半導体積層構
    造とｐ型III族窒化物半導体積層構造とによる発光領域
    を有している半導体装置の作製方法であって、前記III
    族窒化物半導体積層構造は、結晶成長後の成長温度から
    の冷却を、窒素原料を含む雰囲気中で行うことを特徴と
    する半導体装置の作製方法。
  9. 【請求項９】 請求項８記載の半導体装置の作製方法に
    おいて、前記雰囲気中に含まれる窒素原料は、アンモニ
    アガスであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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