JP4618465B2

JP4618465B2 - ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法および半導体素子の製造方法

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界を印加してｐ型不純物の活性化を図るｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法および半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ，ＡｌＧａＮ混晶あるいはＡｌＩｎＧａＮ混晶などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、可視領域から紫外領域までの発光を得ることができる発光素子の構成材料として、あるいは電子素子の構成材料として有望視されている。特に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）については既に実用化が図られており、大きな注目を集めている。また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザ（ＬＤ；Laser Diode ）の実現も報告されており、光ディスク装置の光源を初めとした応用が期待されている。
【０００３】
このような素子の実用化を図る際には、デバイスとして使用し得る程度の高品質な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を作製することが重要である。特に、光デバイスにおいては、効率よく電流を流すために高品質のｐ型およびｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を作製することが望まれる。
【０００４】
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、一般に、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；ＭＯＣＶＤ）法などを用いて基板の上にエピタキシャル成長させることにより作製される。その際、ｎ型の半導体は、ケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物を添加して成長させることにより容易に得られる。一方、ｐ型の半導体は、マグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加して成長させただけでは十分なものを得ることができず、何らかの方法によりｐ型不純物を活性化する必要がある。
【０００５】
ｐ型不純物を活性化させる方法としては、これまでにも種々提案されているが、例えば特許第２５４０７９１号公報には、ＭＯＣＶＤ法により窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させたのち、実質的に水素を含まない雰囲気中において４００℃以上の温度でアニールを行って、ｐ型不純物を活性化する方法が記載されている。また、特開平９−１６２４４２号公報には、ｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合を形成したのち、これをよぎる静電界を形成し、ｐ型不純物を活性化する方法が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許第２５４０７９１号公報に記載されている方法では、加熱時の雰囲気が限定されており、製造における自由度が低いという問題があった。しかも、実用上十分な活性化を得るには６００℃以上の高温で１０分〜２０分間にわたりアニールする必要があり、その際に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から窒素も抜けてしまうので、窒素の離脱を防止するための保護膜を形成しなければならないという問題もあった。更に、例えばレーザ照射によりアニールするようにしても、発光素子を形成する場合など、１０分〜２０分間にわたって高温状態となるので、活性層の構成元素が拡散して超格子構造の急峻性が崩れたり、ｐ型半導体層中のｐ型不純物が拡散して活性層に入り込んだりして、発光特性が劣化してしまうという問題もあった。また、特開平９−１６２４４２号公報に記載されている方法では、ｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合をよぎる静電界を形成するために、ｐ側とｎ側とに電極を形成しなければならず、量産には適さないという問題があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単にｐ型不純物を活性化することができるｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法およびそれを用いた半導体素子の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によるｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法は、基板に、３Ｂ族元素のうちの少なくとも１種と、５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素と、ｐ型不純物とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成し、一対の高周波電極の間に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成した基板を配置し、一対の高周波電極の一方に基板を載せ、一対の高周波電極の他方を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に接触させて、一対の高周波電極の間に高周波電圧を印加して高周波電界を発生させることにより、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に高周波電界を印加するものである。
【０００９】
本発明による半導体素子の製造方法は、基板に、３Ｂ族元素のうちの少なくとも１種と、５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素と、ｐ型不純物とを含有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成し、一対の高周波電極の間に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成した基板を配置し、一対の高周波電極の一方に基板を載せ、一対の高周波電極の他方を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に接触させて、一対の高周波電極の間に高周波電圧を印加して高周波電界を発生させることにより、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に高周波電界を印加してｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成する工程を含むものである。
【００１０】
本発明によるｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法および本発明による半導体素子の製造方法では、高周波電界の印加によりｐ型不純物が活性化し、キャリア濃度が増大する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施の形態に係るｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法の一工程を表すものである。このｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法は、ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）およびホウ素（Ｂ）などからなる短周期型周期表の３Ｂ族元素のうちの少なくとも１種と、窒素（Ｎ），ヒ素（Ａｓ）およびリン（Ｐ）などからなる短周期型周期表の５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素と、ｐ型不純物とを含むｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を製造する方法である。ｐ型不純物としては、例えば、マグネシウム，亜鉛（Ｚｎ），炭素（Ｃ），ベリリウム（Ｂｅ），カルシウム（Ｃａ），バリウム（Ｂａ），およびカドミウム（Ｃｄ）からなる群のうちの少なくとも１種（例えば、マグネシウム）を用いることができる。このようなｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体には、例えばｐ型ＧａＮ，ｐ型ＩｎＮ，ｐ型ＡｌＮ，ｐ型ＡｌＧａＮ混晶，ｐ型ＧａＩｎＮ混晶あるいはｐ型ＡｌＩｎＧａＮ混晶などがある。
【００１３】
本実施の形態では、まず、図１に示したように、例えばサファイア（α−Ａｌ₂Ｏ₃）よりなる基板１１のｃ面に、例えばＭＯＣＶＤ法により、上述した３Ｂ族元素のうちの少なくとも１種と、上述した５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素と、ｐ型不純物としての例えばマグネシウムとを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２を成長させる。
【００１４】
ＭＯＣＶＤを行う際の原料には、ガリウムの原料ガスとして例えばトリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）、アルミニウムの原料ガスとして例えばトリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、インジウムの原料ガスとして例えばトリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ）、ホウ素の原料ガスとして例えばトリメチルホウ素（（ＣＨ₃）₃Ｂ）、窒素の原料ガスとして例えばアンモニア（ＮＨ₃）をそれぞれ用いる。また、マグネシウムの原料ガスとしては例えばビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ₅Ｈ₅）₂Ｍｇ）を用いる。
【００１５】
なお、成長させた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２には、例えば１×１０¹⁹個／ｃｍ³〜１×１０²⁰個／ｃｍ³程度の水素原子が存在している。この水素原子は、ＭＯＣＶＤを行った際に、窒素の原料ガスであるアンモニアが分解して生成されたものであり、ｐ型不純物と結合し易い性質を有している。
【００１６】
次いで、以下に述べる不純物活性化装置を用いて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２に含まれるｐ型不純物を活性化させる。図２はここで用いる不純物活性化装置の概略構造を表すものである。この不純物活性化装置はチャンバ２０を備えており、チャンバ本体２１の内部には、高周波電圧が印加される一対のＲＦ（Radio Frequency ；高周波）電極２２，２３がそれぞれ配設されている。ＲＦ電極２２は例えば支持台２４に固設され、ＲＦ電極２３は例えば昇降可能な支持部材２５により支持されている。
【００１７】
ＲＦ電極２３のＲＦ電極２２と反対側には、熱電対２６が密着して設けられていると共に、ヒータ２７などの加熱機構が設けられている。熱電対２６およびヒータ２７は、それぞれ図示しない電源に対して接続されている。一方、ＲＦ電極２２には、コイル３１および可変キャパシタ３２，３３などからなるインピーダンスマッチング部３０および増幅器４１を介してＲＦジェネレータ４２が接続されている。ＲＦジェネレータ４２からは例えば１００ｋＨｚ〜４００ＭＨｚの高周波が発生し、この高周波は増幅器４１により所定のレベルに増幅される。増幅器４１により増幅された高周波は、モニタ部４３においてモニタリングされるようになっている。
【００１８】
また、チャンバ２０には、真空ポンプ５０および図示しない加圧装置がそれぞれ接続されており、チャンバ本体２１の内部圧力および雰囲気を調節できるようになっている。
【００１９】
本実施の形態では、ＲＦ電極２２，２３の間に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２を形成した基板１１を配置し、ＲＦ電極２３と窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２とが例えば接触するように支持部材２５によりＲＦ電極２３の位置を調整する。そののち、ＲＦ電極２２，２３の間に高周波電圧を印加してチャンバ２０に高周波電界を発生させ、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２に高周波電界を印加する。これにより、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２に存在する水素が外部に放出され、ｐ型不純物が活性化される。
【００２０】
これは次のような原理に基づくものと考えられる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２に高周波電界を印加すると、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２に存在する電子がｐ型不純物と水素との結合を攻撃し、その結合を切断する。ｐ型不純物との結合を切断された水素は、イオン（Ｈ⁺）あるいはラジカル（Ｈ^*）の形で窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２に存在していると考えられる。このうちイオンの形（Ｈ⁺）で浮遊している水素は、電界により加速され、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２とＲＦ電極２３との間の隙間から水素分子（Ｈ₂）となって放出される。また、ラジカルの形（Ｈ^*）で浮遊している水素は、電界により加速された水素イオン（Ｈ⁺）あるいは電子の運動エネルギーが衝突により伝達され、拡散が助長されて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２とＲＦ電極２３との間の隙間から水素分子（Ｈ₂）となって放出される。
【００２１】
これに対して、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２に高周波電界ではなく静電界を印加しても、基板１１がサファイアなどの絶縁材料よりなる場合には電流が注入されず、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２中のプラスイオンと電子とが電場を打ち消すので、電界の効果は期待できない。すなわち、水素は放出されず、ｐ型不純物は活性化されない。
【００２２】
高周波電界を印加する際には、高周波電界の周波数は例えば零Ｈｚよりも大きく１００ＧＨｚ以下とすることが好ましい。不純物活性化装置を製造する上で１００ＧＨｚよりも大きい周波数を高出力で実現するのは難しく、インピーダンスマッチングも難しいからである。より好ましい周波数の範囲は１０ｋＨｚ以上４００ＭＨｚ以下であり、更に好ましい範囲は１ＭＨｚ以上４０ＭＨｚである。周波数が大きすぎるとインピーダンスマッチングが難しく、周波数が小さすぎると窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２中における電子の移動回数が少なくなり、活性化に時間を要すると考えられるからである。電界強度は例えば１００Ｖ／ｃｍ以上１．５ＭＶ／ｃｍ以下とすることが好ましい。１００Ｖ／ｃｍよりも小さいと窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２に存在する電子を加速するためのエネルギーが小さく、ｐ型不純物と水素との結合を切断することができず、１．５ＭＶ／ｃｍよりも大きいと窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が電界により破壊されてしまうからである。
【００２３】
チャンバ本体２１の内部圧力は減圧，常圧あるいは加圧のいずれでもよく、雰囲気は窒素ガス，不活性ガスあるいは大気とすることが好ましい。但し、加圧状態とする場合には、圧力を１×１０⁶Ｐａ（１０ａｔｍ）以下とすることが好ましい。１×１０⁶Ｐａよりも高くするのは不純物活性化装置を製造する上で難しいからである。また、１×１０^-2Ｐａ以下の真空雰囲気、特に１×１０^-3Ｐａ以下の超高真空雰囲気とすれば、放電を防止することができると共に、水素が放出され易いので好ましい。
【００２４】
また、バイアスの無い高周波電界を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２に印加するようにしてもよいが、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２側のＲＦ電極２３をマイナス側、基板１１側のＲＦ電極２２をプラス側となるようにバイアスさせた高周波電界を印加するようにしてもよい。その場合、チャンバ本体２１の内部を不活性ガス雰囲気とし、内部圧力を１×１０^-2Ｐａ以上から大気圧としてプラズマを発生させることにより、セルフバイアスを発生させるようにしてもよく、直流電源を用いて制御することによりバイアスを発生させるようにしてもよい。
【００２５】
なお、高周波電界を印加する際には、ヒータ２７により窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２を加熱してもよく、加熱しなくてもよい。加熱してもしなくてもｐ型不純物の活性化に大きな違いは生じない。但し、加熱する場合には、加熱温度を４００℃未満とすることが好ましい。加熱温度を４００℃以上とすると、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２から窒素が離脱しやすくなり、結晶性が低下してしまうからである。ちなみに、熱電対２６により測定される温度は高周波電界を印加してもほとんど変化せず、ほぼヒータ２７による加熱温度となる。
【００２６】
これにより、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２はｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体となる。
【００２７】
次に、このｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法を用いた具体的な半導体素子、例えば半導体レーザの製造方法について説明する。
【００２８】
図３は本実施の形態に係るｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法を用いて作製する半導体レーザの構成を表すものである。まず、例えば、上述した３Ｂ族元素のうちの所定の元素の原料である有機金属、窒素の原料であるアンモニア、ｐ型不純物として添加するマグネシウムの原料である有機金属およびｎ型不純物として添加するケイ素（Ｓｉ）の原料であるモノシラン（ＳｉＨ₄）をそれぞれ用意する。次いで、例えば、サファイアよりなる基板６１を図示しないＭＯＣＶＤ装置内に配置し、ＭＯＣＶＤ法により基板６１のｃ面にＧａＮよりなるバッファ層６２を形成する。
【００２９】
続いて、バッファ層６２の上に、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層である各層をそれぞれ成長させる。すなわち、例えば、ケイ素を添加したｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層６３，ケイ素を添加したｎ型ＡｌＧａＮ混晶よりなるｎ型クラッド層６４，ケイ素を添加したｎ型ＧａＮよりなるｎ型ガイド層６５を順次成長させる。そののち、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上に、例えば組成の異なるＧａ_xＩｎ_1-xＮ（但し、１≧ｘ≧０）混晶層を積層した多重量子井戸構造を有する活性層６６を成長させる。
【００３０】
活性層６６を成長させたのち、活性層６６の上に、ｐ型不純物を含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる各層をそれぞれ成長させる。すなわち、例えば、マグネシウムを添加したＧａＮよりなるｐ型ガイド層６７，マグネシウムを添加したＡｌＧａＮ混晶よりなるｐ型クラッド層６８およびマグネシウムを添加したＧａＮよりなるｐ側コンタクト層６９を順次成長させる。
【００３１】
そののち、例えば図２に示した不純物活性化装置と同様の装置を用いて、先のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法において説明した方法と同様の方法によりｐ型ガイド層６７，ｐ型クラッド層６８およびｐ側コンタクト層６９に含まれるｐ型不純物を活性化させ、これらをｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる層とする。
【００３２】
更に、ｐ型コンタクト層６９の上に、後述するｎ側電極７１の形成位置に対応してストライプ形状の図示しないレジストパターンを形成する。そののち、このレジストパターンをマスクとして例えばＲＩＥ（Reactive Ion etching；反応性イオンエッチング）法により、ｐ型コンタクト層６９，ｐ型クラッド層６８，ｐ型ガイド層６７，活性層６６，ｎ型ガイド層６５およびｎ型クラッド層６４を順次選択的に除去し、ｎ側コンタクト層６３を露出させる。次いで、図示しないレジストパターンを除去し、露出させたｎ側コンタクト層６３の上にｎ側電極７１を形成する。また、ｐ側コンタクト層６９の上にｐ側電極７２を形成する。これにより、図３に示した半導体レーザが完成する。
【００３３】
このように本実施の形態に係るｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法によれば、高周波電界を印加するようにしたので、窒素の離脱を防止するための保護膜や、あるいは電流を注入するための電極などを形成する必要がなく、簡単な装置を用いて簡単に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体中の水素を放出させることができ、ｐ型不純物を活性化することができる。よって、量産性に優れ、容易に実用化を図ることができる。
【００３４】
また、特開平９−１６２４４２号公報に記載の方法では窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に電界印加用の電極を形成するので、たとえ水素透過性の金属により電極を構成しても電極により水素の拡散および放出が阻害されてしまうのに対して、本実施の形態によれば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２とＲＦ電極２３との間の隙間から水素が放出されるので、水素の放出効率を高めることができる。
【００３５】
更に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２をヒータ２７などの加熱機構により加熱する必要がなく、加熱したとしても４００℃未満の低温で十分であるので、加熱時間および冷却時間が不要あるいは短くすることができ、製造効率を高めることができる。また、高耐熱の部材も不要であり、製造装置を簡素化することができる。更に、高温で長時間保持する必要もないので、窒素が離脱するのを防止することができ、結晶性に優れた低抵抗のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を製造することができる。よって、この方法を用いて半導体素子（ここでは、半導体レーザ）を作製すれば、素子特性を向上させることができる。具体的には、発光効率を向上させることや、素子の寿命を長くすることができる。
【００３６】
【実施例】
更に、本発明の具体的な実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３７】
実施例１〜１６として、まず、図４に示したように、サファイアよりなる基板８１を用意し、基板８１のｃ面に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ４０ｎｍの不純物を添加しないundope−ＧａＮよりなるバッファ層８２，厚さ１．０μｍの不純物を添加しないundope−ＧａＮよりなる下地層８３および厚さ１．０μｍのｐ型不純物としてマグネシウムを添加した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８４を順次成長させた。次いで、図２と同様の不純物活性化装置を用いて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８４に高周波電界を印加し、ｐ型不純物を活性化させてｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とした。
【００３８】
その際、実施例１〜１６で、電圧，電界強度および印加時間を表１に示したようにそれぞれ変化させた。なお、実施例１〜１６で、高周波電界の周波数は１３．５６ＭＨｚとし、チャンバ２０内の雰囲気は１×１０^-3Ｐａ以下の超高真空とした。また、実施例１〜１２については、ヒータ２７により窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８４を３００℃に加熱し、実施例１３〜１６については、ヒータ２７による加熱を行わなかった。この加熱温度は熱電対２６により測定した値である。熱電対２６による測定値は、高周波電界を印加してもほとんど変化しなかった。
【００３９】
【表１】

【００４０】
このようにして得られた実施例１〜１６の試料について、５ｍｍ角に切断し、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面の四隅に電極をそれぞれ形成して、ホール測定を行った。なお、電極は、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の側からニッケル（Ｎｉ）層，白金層および金層を順次積層して構成した。表２にホール測定により得られた比抵抗，移動度およびキャリア濃度をそれぞれ示す。また、図５に比抵抗と電界強度×印加時間（電界強度と印加時間との積）との関係を、図６にキャリア濃度と電界強度×印加時間との関係をそれぞれ示す。表２から分かるように、本実施例によれば、いずれも比抵抗が低下し、キャリア濃度が増大していた。
【００４１】
【表２】

【００４２】
また、本実施例に対する比較例として、高周波電界に代えて電界強度７０ｋＶ／ｃｍの静電界を１０分間印加したことを除き、実施例１と同様にして試料を作製した。この比較例についても、実施例１と同様にしてホール測定を行ったところ、ｐ型不純物の活性化は確認できなかった。
【００４３】
すなわち、これら実施例１〜１６および比較例の結果から、高周波電界を印加することにより容易にｐ型不純物を活性化できることが分かった。また、図５および図６から分かるように、比抵抗は電界強度と印加時間との積が増大するに従って低下すると共に、キャリア濃度は電界強度と印加時間との積が増大するに従って増加し、両方とも電界強度と印加時間との積が１５００（ｋＶ／ｃｍ）×（ｓｅｃ）を超えるとほぼ一定となる傾向が見られた。更に、実施例１〜１２と実施例１３〜１６とを比較すれば分かるように、ヒータ２７により窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８４を加熱してもしなくても、比抵抗およびキャリア濃度共に値に差がなかった。すなわち、ヒータ２７などの加熱機構により窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８４を加熱しなくても、ｐ型不純物を活性化できることが分かった。
【００４４】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、ＲＦ電極２３を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２に接触させるようにしたが、ＲＦ電極２３を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２から離間させて配置するようにしてもよい。
【００４５】
また、上記実施の形態では、水素を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２とＲＦ電極２３との間の隙間から放出させる場合について説明したが、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２の表面が平坦でＲＦ電極２３との密着性が高い場合には、ＲＦ電極２３を水素を吸蔵または透過可能な物質により構成するか、またはＲＦ電極２３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２側の面に水素を吸蔵または透過可能な物質よりなる水素放出補助部材を設けるようにしてもよい。このように構成すれば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２とＲＦ電極２３との間の隙間が少ない場合でも、水素の放出が阻害されることを防止することができる。なお、水素を吸蔵または透過可能な物質としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）とランタン（Ｌａ）あるいはマグネシウム（Ｍｇ）との合金、チタン（Ｔｉ）とマンガン（Ｍｎ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ）あるいはバナジウム（Ｖ）との合金、亜鉛（Ｚｎ）とマンガンとの合金、バナジウムとチタンとクロム（Ｃｒ）との合金、またはパラジウム（Ｐｄ）が挙げられる。
【００４６】
更に、上記実施の形態では、ＭＯＣＶＤ法により窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１２を成長させる場合について説明したが、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシー）法，ハイドライド気相成長法あるいはハライド気相成長法などの他の方法により形成するようにしてもよい。なお、ハイドライド気相成長法とはハイドライド（水素化物）が反応もしくは原料ガスの輸送に寄与する気相成長法のことであり、ハライド気相成長法とはハライド（ハロゲン化物）が反応もしくは原料ガスの輸送に寄与する気相成長法のことである。
【００４７】
加えて、上記実施の形態では、サファイアよりなる基板１１，６１を用いるようにしたが、ＧａＮあるいはＳｉＣなどの他の材料よりなる基板を用いるようにしてもよい。
【００４８】
更にまた、上記実施の形態では、半導体素子の製造方法として半導体レーザの製造方法を具体例に挙げて説明したが、本発明は、発光ダイオードあるいはヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を必要とする他の半導体素子を製造する場合についても適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項５のいずれか１に記載のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法、または請求項６記載の半導体素子の製造方法によれば、基板に、３Ｂ族元素のうちの少なくとも１種と、５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素と、ｐ型不純物とを含有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成し、一対の高周波電極の間に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成した基板を配置し、一対の高周波電極の一方に基板を載せ、一対の高周波電極の他方を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に接触させて、一対の高周波電極の間に高周波電圧を印加して高周波電界を発生させることにより、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に高周波電界を印加するようにしたので、窒素の離脱を防止するための保護膜や、あるいは電流を注入するための電極などを形成する必要がなく、簡単な装置を用いて簡単に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体中の水素を放出させることができ、ｐ型不純物を活性化することができる。よって、量産性に優れ、容易に実用化を図ることができるという効果を奏する。
【００５０】
また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の表面が電界を印加するために形成された電極で覆われることがないので、水素の放出効率を高めることができるという効果も奏する。
【００５１】
更に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をヒータなどの加熱機構により加熱する必要がなく、加熱したとしても４００℃未満の低温で十分であるので、加熱時間および冷却時間が不要あるいは短くすることができ、製造効率を高めることができると共に、高耐熱の部材も不要であり、製造装置を簡素化することができるという効果も奏する。加えて、高温で長時間保持する必要もないので、窒素が離脱するのを防止することができ、結晶性に優れた低抵抗のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を得ることができる。よって、半導体素子の特性を向上させることができるという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法の一工程を表す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法に用いる不純物活性化装置の概略を表す構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法を用いて作製する半導体レーザの構成を表す断面図である。
【図４】本発明の実施例において作製した試料の構成を表す断面図である。
【図５】本発明の実施例に係るｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の比抵抗と電界強度×印加時間との関係を表す特性図である。
【図６】本発明の実施例に係るｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のキャリア濃度と電界強度×印加時間との関係を表す特性図である。
【符号の説明】
１１，６１，８１…基板、１２…窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、２０…チャンバ、２１…チャンバ本体、２２，２３…ＲＦ電極、２４…支持台、２５…支持部材、２６…熱電対、２７…ヒータ、３０…インピーダンスマッチング部、３１…コイル、３２，３３…可変キャパシタ、４１…増幅器、４２…ＲＦジェネレータ、４３…モニタ部、５０…真空ポンプ、６２…バッファ層、６３…ｎ側コンタクト層、６４…ｎ型クラッド層、６５…ｎ型ガイド層、６６…活性層、６７…ｐ型ガイド層、６８…ｐ型クラッド層、６９…ｐ側コンタクト層、７１…ｎ側電極、７２…ｐ側電極、８２…バッファ層、８３…下地層、８４…窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層

Claims

基板に、３Ｂ族元素のうちの少なくとも１種と、５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素と、ｐ型不純物とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成し、一対の高周波電極の間に、前記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成した基板を配置し、前記一対の高周波電極の一方に前記基板を載せ、前記一対の高周波電極の他方を前記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に接触させて、前記一対の高周波電極の間に高周波電圧を印加して高周波電界を発生させることにより、前記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に高周波電界を印加するｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
高周波電界を印加することにより、前記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体中の水素（Ｈ）を放出させる請求項１記載のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
高周波電界の周波数を１００ＧＨｚ以下とする請求項１記載のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
高周波電界の電界強度を１００Ｖ／ｃｍ以上１．５ＭＶ／ｃｍ以下とする請求項１記載のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
減圧下，常圧下あるいは１×１０⁶ Ｐａ以下の加圧下において高周波電界を印加する請求項１記載のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
基板に、３Ｂ族元素のうちの少なくとも１種と、５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素と、ｐ型不純物とを含有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成し、一対の高周波電極の間に、前記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成した基板を配置し、前記一対の高周波電極の一方に前記基板を載せ、前記一対の高周波電極の他方を前記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に接触させて、前記一対の高周波電極の間に高周波電圧を印加して高周波電界を発生させることにより、前記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に高周波電界を印加してｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成する工程を含む半導体素子の製造方法。