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CN101684549B - 氮化物半导体装置的制造方法 - Google Patents

氮化物半导体装置的制造方法 Download PDF

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CN101684549B CN200910204779.8A CN200910204779A CN101684549B CN 101684549 B CN101684549 B CN 101684549B CN 200910204779 A CN200910204779 A CN 200910204779A CN 101684549 B CN101684549 B CN 101684549B
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Abstract

本发明制造具有p型氮化物半导体层的氮化物半导体装置，所述p型氮化物半导体层的结晶性良好、电阻率足够低、且Mg的掺杂效率大于0.3％。使用有机金属化合物作为III族原料、使用氨和肼衍生物作为V族原料、以及使用Mg原料气体作为p型杂质原料，在GaN基板(10)(基板)上形成p型GaN层(12)(p型氮化物半导体层)。此时，使含有III族原料、V族原料和p型杂质原料的原料气体的流速大于0.2m/秒。

Description

氮化物半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及使用Mg作为p型杂质的氮化物半导体装置的制造方法，特别是涉及具有p型氮化物半导体层的氮化物半导体装置的制造方法，所述p型氮化物半导体层的结晶性良好、电阻率足够低、且Mg的掺杂效率大于0.3％。
背景技术
近年来，为了实现光盘的高密度化，人们正在积极研究开发能够在蓝色区～紫外线区发光的半导体激光。这种蓝紫色激光二极管(以下，将激光二极管记作LD)具有由GaN、GaPN、GaNAs、InGaN、AlGaN、AlGaInN等形成的氮化物半导体装置。具有AlGaInN系层合结构的氮化物半导体装置已实际应用。
作为氮化物半导体装置的制造方法，有人提案了下述方法：只使用氨作为V族原料来形成p型GaN层，之后只使用三甲基肼作为V族原料来形成p型GaN层(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2003-178987号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在形成p型GaN层时，若使用氨(NH3)作为V族原料，则由氨生成的H自由基进入p型GaN层中。而且，发生H自由基与p型杂质反应的H钝化，存在p型杂质的活化率下降、p型GaN层的电阻率变高的问题。因此，结晶成长后进行热处理使p型杂质活化时，可以降低p型GaN层的电阻率。但是，有时通过热处理，氮(N)自p型GaN层的表面脱离、结晶劣化。
[化学式1]
Figure G2009102047798D00021
另一方面，在形成p型GaN层时，若使用二甲基肼(UDMHy)作为V族原料，则由二甲基肼生成H自由基的同时还生成CH3自由基。由于该CH3自由基与H自由基反应以CH4的形式被排出，所以可以防止H自由基进入到结晶中。
[化学式2]
Figure G2009102047798D00022
但是，若自III族原料的三甲基镓(TMG)中游离的CH3自由基也不以CH4的形式排出，则CH3自由基进入结晶中，碳浓度变高。而且，由于碳补偿了受体，所以电阻率变高。但是，只使用二甲基肼作为V族原料时，用于由CH3自由基生成CH4所必需的H自由基不足。因此，存在p型GaN层的电阻率变高的问题。
[化学式3]
Figure G2009102047798D00023
另外，p型氮化物半导体层的掺杂量必须达到实用上足够的水平。因此，使用Mg作为p型杂质时，要求Mg的掺杂效率大于0.3％。
本发明是为了解决上述课题而设，其目的在于得到具有p型氮化物半导体层的氮化物半导体装置的制造方法，所述p型氮化物半导体层的结晶性良好、电阻率足够低、且Mg的掺杂效率大于0.3％。
解决课题的方法
第1发明为氮化物半导体装置的制造方法，该方法具备：使用有机金属化合物作为III族原料、使用氨和肼衍生物作为V族原料、以及使用Mg原料气体作为p型杂质原料，于基板上形成p型氮化物半导体层的步骤，上述方法的特征在于：在形成上述p型氮化物半导体层时，使含有上述III族原料、上述V族原料和上述p型杂质原料的原料气体的流速大于0.2m/秒。
第2发明为氮化物半导体装置的制造方法，该方法具备：使用有机金属化合物作为III族原料、使用氨作为V族原料、以及使用p型杂质原料，于基板上形成第一p型氮化物半导体层的步骤；以及使用有机金属化合物作为III族原料、使用氨和肼衍生物作为V族原料、以及使用Mg原料气体作为p型杂质原料，于上述第一p型氮化物半导体层上形成第二p型氮化物半导体层的步骤；上述方法的特征在于：在形成上述第二p型氮化物半导体层时，使含有上述III族原料、上述V族原料和上述p型杂质原料的原料气体的流速大于0.2m/秒。
第3发明为氮化物半导体装置的制造方法，该方法具备：于基板上形成n型包覆层(clad layer)的步骤；于上述n型包覆层上形成活性层的步骤；使用有机金属化合物作为III族原料、使用氨作为V族原料、以及使用p型杂质原料，于上述活性层上形成p型包覆层的步骤；以及使用有机金属化合物作为III族原料、使用氨和肼衍生物作为V族原料、以及使用Mg原料气体作为p型杂质原料，于上述p型包覆层上形成p型接触层(contact layer)的步骤；上述方法的特征在于：在形成上述p型接触层时，使含有上述III族原料、上述V族原料和上述p型杂质原料的原料气体的流速大于0.2m/秒。
发明效果
利用本发明，可以制造具有p型氮化物半导体层的氮化物半导体装置，所述p型氮化物半导体层的结晶性良好、电阻率足够低、且Mg的掺杂效率大于0.3％。
附图简述
图1是显示本发明的实施方式1的氮化物半导体装置的截面图。
图2是用于制造本发明的实施方式的氮化物半导体装置的MOCVD装置。
图3是显示p型GaN层成长时的原料气体流速与p型GaN层的Mg的掺杂效率的关系的图。
图4是显示p型GaN层的电阻率的碳浓度依赖性的图。
图5是显示p型GaN层的电阻率的肼/III族原料供给摩尔比依赖性的图。
图6是显示p型GaN层的电阻率的NH3/肼供给摩尔比依赖性的图。
图7是显示p型GaN层的碳浓度的成长温度依赖性的图。
图8是MOCVD装置的变形例。
图9是显示本发明的实施方式2的氮化物半导体装置的截面图。
图10是通过SIMS分析测定的改变p型GaN层的成长时间时的p型AlGaN层中的氢浓度的结果。
图11是显示本发明的实施方式2的氮化物半导体装置的斜视图。
符号说明
10、32：GaN基板(基板)
12：p型GaN层(p型氮化物半导体层)
34：p型Al0.07Ga0.93N层(第一p型氮化物半导体层)
36：p型GaN层(第二p型氮化物半导体层)
38：n型GaN基板(基板)
42：n型Al0.07Ga0.93N包覆层(n型包覆层)
46：活性层
52：p型Al0.07Ga0.93N包覆层(p型包覆层)
54：p型GaN接触层(p型接触层)
具体实施方式
实施方式1
图1是显示本发明的实施方式1的氮化物半导体装置的截面图。该氮化物半导体装置例如是蓝紫色LD的层合结构。但并不限于蓝紫色LD等光半导体装置，例如可以是晶体管等普通半导体装置的层合结构。在作为GaN基板10(基板)的主面的(0001)面上形成有层厚为1μm的p型GaN层12(p型氮化物半导体层)。p型GaN层12的碳浓度为1×1018cm-3以下。
接下来，对本实施方式的氮化物半导体层合结构的制造方法进行说明。结晶成长方法采用MOCVD法。III族原料使用有机金属化合物三甲基镓(TMG)。p型杂质原料使用环戊二烯基镁(CP2Mg)(Mg原料气体)。V族原料使用氨(NH3)和1，2-二甲基肼(肼衍生物)。上述原料气体的载气使用氢(H2)气、氮(N2)气。
图2是用于制造本发明的实施方式的氮化物半导体装置的MOCVD装置。MOCVD装置14具有：碳制的基座16、石英反应管18、高频旋管20、第1气体导入部22、第2气体导入部24、排气口26。基板28被固定在基座16上，并设置在反应管18内。高频旋管20经由基座16来加热基板28。第1气体导入部22将III族原料、p型杂质原料和载气导入反应管18内，第2气体导入部24导入V族原料和载气。排气口26将上述原料气体从反应管18排出。
首先，将主面即(0001)面的GaN基板10(基板)放置在MOCVD装置14的反应炉内，之后一边供给流量为4.5×10-1mol/分钟的氨和流量为20L/分钟的氮气，一边使GaN基板10的温度升至1000℃。
接下来，供给流量为25L/分钟的氮气和流量为2L/分钟的氢气的混合气体作为载气，并供给流量为8.9×10-5mol/分钟的TMG、流量为4.5×10-2mol/分钟的氨、流量为5.6×10-4mol/分钟的1，2-二甲基肼、流量为2.3×10-6mol/分钟的CP2Mg。由此，于GaN基板10的主面上形成p型GaN层12。
形成该p型GaN层12时，使含有III族原料、V族原料和p型杂质原料的原料气体的流速为0.25m/秒。其中，原料气体的流速是由单位时间的III族原料气体、V族原料气体、载气的供给量、反应炉内的压力和反应炉的截面积算出的。改变载气的供给量和反应炉内的压力，以使原料气体的流速发生变化。
接下来，停止TMG和CP2Mg的供给，边供给V族原料边冷却至300℃左右。之后，V族原料的供给也停止，将GaN基板10的温度冷却至室温。需要说明的是，停止供给TMG和CP2Mg时，作为V族原料的氨和1，2-二甲基肼的供给也可以停止。另外，氨的供给也停止，可以一边只供给1，2-二甲基肼一边冷却至300℃左右。由于1，2-二甲基肼的分解温度比氨的分解温度低，所以来自结晶面的氮的再脱离变少，表面形态变好。通过以上步骤制造本实施方式的氮化物半导体装置。
通过SIMS(次级离子质谱分析法)分析来定量本实施方式的氮化物半导体装置的Mg浓度时，p型GaN层12中的Mg浓度为9×1019cm-3，Mg的掺杂效率为0.56％，达到了实用上足够的水平。其中，Mg的掺杂效率是指进入到结晶中的Mg相对于Mg原料气体供给量的比例。
图3是显示p型GaN层成长时的原料气体的流速与p型GaN层的Mg的掺杂效率的关系的图。可知：若原料气体的流速小于0.25m/秒，则Mg的掺杂效率急剧下降。流速为0.17m/秒时，Mg的掺杂效率低至0.13，未达到实用上足够的水平。流速如此慢时Mg的掺杂效率急剧下降，认为这是由于V族原料1，2-二甲基肼与p型杂质原料CP2Mg在气相中发生反应，未进入到结晶中而被排出的缘故。因此，通过提高原料气体的流速，可以抑制气相反应。具体而言，使原料气体的流速大于0.2m/秒时，Mg的掺杂效率大于0.3％，可以实现实用上足够水平的掺杂量。
需要说明的是，若原料气体的流速太大，则结晶的成长效率降低。在本实施方式的情况下，优选使原料气体的流速小于1.0m/秒，进一步优选为小于0.5m/秒。
另外，在图2的MOCVD装置中，通过第1气体导入部22导入p型杂质原料CP2Mg，通过第2气体导入部24导入V族原料1，2-二甲基肼。即，将含有V族原料的原料气体和含有p型杂质原料的原料气体分别导入到GaN基板10的近旁。由此可以防止V族原料1，2-二甲基肼和p型杂质原料CP2Mg在到达GaN基板10的近旁之前发生气相反应。
在本实施方式中，使用氨和肼衍生物作为V族原料，形成p型GaN层12。由肼衍生物生成H自由基的同时生成CH3自由基。由于该CH3自由基与H自由基反应以CH4的形式排出，所以可以防止H自由基进入到结晶中。
利用Van der Pauw法对本实施方式的氮化物半导体装置进行孔(hole)测定时，室温下载体(正孔)浓度为7.0×1017cm-3、电阻率为0.7Ωcm。另一方面，对在p型GaN层成长时只使用氨作为V族原料的同样的层合结构进行了孔测定，但随着成长电阻率变高，无法进行孔测定。于是，施行900℃左右的热处理后进行同样的测定，结果正孔浓度为7.0×1017cm-3、电阻率为1.0Ωcm。因此可知：在本实施方式中，在不施行热处理的情况下可以实现相同程度以下的电阻率。
另外，自III族原料TMG中游离的CH3自由基也必需以CH4的形式排出。但是，当只使用二甲基肼作为V族原料时，用于由CH3自由基生成CH4所必需的H自由基不足。于是，在本实施方式中，添加预定量的氨，以供给生成CH4所必需的量的H自由基。由此可以使p型GaN层12的碳浓度达到1×1018cm-3以下。但是，若H自由基太多，则发生H钝化，所以必需将NH3的供给量抑制在最小限度。
图4是显示p型GaN层的电阻率的碳浓度依赖性的图。1×1016cm-3是碳的检测界限。由该结果可知：p型GaN层12的碳浓度为1×1018cm-3以下，所以p型GaN层12的电阻率充分低至可用作元件的程度。
如上所述，利用本实施方式的方法，可以形成电阻率足够低、Mg的掺杂效率大于0.3％的p型氮化物半导体层。另外，在结晶成长后不必进行用于使p型杂质活化的热处理，所以结晶性良好。
在形成p型GaN层12时，使用氢气与氮气的混合气体作为载气，其中使氢气的体积组成比为x(0≤x≤1)，使氮气的体积组成比为1-x。即，形成p型层时的载气可以是单独的氮气、氮气与氢气的混合气体、或单独的氢气。其中，在GaN基板10的温度为1000℃左右的情况下，氢气没有解离，其仍以氢分子的状态存在，不会进入结晶中。因此，认为进入到结晶中的H自由基是以由NH3分解的H自由基为主体，所以即使单独以氢气作为载气，也可以形成电阻率低的p型GaN层12。
例如，使用氢气∶氮气＝1∶1的混合气体时，将供给流量为10L/分钟的氮气与供给流量为10L/分钟的氢气混合。如此地以混合气体作为载气时，与单独以氮气作为载气时相比，p型GaN层的表面形态良好。另外，利用Van der Pauw法进行孔测定的结果：室温下正孔浓度为5×1017cm-3、率为0.9Ωcm。而若在氮气气氛中进行700℃的热处理时，正孔浓度增大至7×1017cm-3，电阻率减少至0.6Ωcm。与单独使用氮气时相比，如此进行追加热处理时电阻率变低，认为这是由于通过使用混合气体，表面平坦性提高、结晶性得到改善的缘故。
图5是显示p型GaN层的电阻率的肼/III族原料供给摩尔比依赖性的图。肼/III族原料供给摩尔比是指肼的供给摩尔流量与III族原料的供给摩尔流量之比。GaN基板10的温度为1000℃，NH3/肼的供给摩尔比为120，使用氮气与氢气以比例1∶1混合的气体作为载气。其结果，肼/III族原料的供给摩尔比为20～25之间时，电阻率急剧上升。这是由于结晶中所含的碳浓度增加的缘故。另一方面，当肼/III族原料的供给摩尔比不足1时，在结晶中产生V族的空孔，引起结晶劣化。因此，在形成p型GaN层12时，肼衍生物与有机金属化合物的供给摩尔比优选为1以上但不足20，进一步优选为3～15。
图6是显示p型GaN层的电阻率的NH3/肼供给摩尔比依赖性的图。NH3/肼供给摩尔比是指NH3的供给摩尔流量与肼的供给摩尔流量之比。GaN基板10的温度为1000℃，肼的供给摩尔流量与III族原料的供给摩尔流量之比为9.4，使用氮气与氢气以1∶1混合的气体作为载气。其结果，当NH3/肼的供给摩尔比为10以下时，由于H自由基的供给不足、结晶中的碳浓度增加，所以电阻率变高。另一方面，当NH3/肼的供给摩尔比为500～1000之间时，电阻率急剧上升。这是由于通过过量供给NH3使H进入结晶中，发生了H钝化的缘故。因此，在形成p型GaN层12时，氨与肼衍生物的供给摩尔比优选为10以上但不足1000，进一步优选为20～500。
图7是显示p型GaN层的碳浓度的成长温度依赖性的图。成长温度与基板的温度相同。肼/III族原料的供给摩尔比为9.4，NH3/肼的供给摩尔比为120，使用氮气与氢气以比例1∶1混合的气体作为载气。其结果，在800℃～900℃之间结晶中的碳浓度急剧减少。另外，认为成长温度降低时NH3的分解减少，CH3自由基生成CH4而未被排出，进入到结晶中。另一方面，p型GaN的结晶能够成长的温度不足1200℃。因此，在形成p型GaN层12时，GaN基板10的温度优选为800℃以上但不足1200℃，进一步优选为900℃以上但不足1200℃。
图8是MOCVD装置的变形例。进一步具有设置在第1气体导入部22和第2气体导入部24上的第3气体导入部30。第1气体导入部22将III族原料和p型杂质原料导入反应管18内，第2气体导入部24导入V族原料，第3气体导入部30导入载气。利用由该第3气体导入部30导入的载气，可以抑制原料气体向上方的对流。
实施方式2
图9是显示本发明的实施方式2的氮化物半导体装置的截面图。该氮化物半导体装置例如是蓝紫色LD的层合结构。但并不限于蓝紫色LD等光半导体装置，例如可以是晶体管等普通半导体装置的层合结构。
在作为GaN基板32(基板)的主面的(0001)面上形成有层厚为1μm的p型Al0.07Ga0.93N层34(第一p型氮化物半导体层)。该p型Al0.07Ga0.93N层34上形成有层厚为0.02μm的p型GaN层36(第二p型氮化物半导体层)。p型Al0.07Ga0.93N层34中的氢浓度为1×1019cm-3以下，p型GaN层36的氮浓度为1×1018cm-3以下。
接下来，对本实施方式的氮化物半导体装置的制造方法进行说明。结晶成长方法采用MOCVD法。III族原料使用有机金属化合物三甲基镓(TMG)和三甲基铝(TMA)。P型杂质原料使用环戊二烯基镁(CP2Mg)。V族原料使用氨(NH3)和1，2-二甲基肼(肼衍生物)。上述原料气体的载气使用氢(H2)气、氮(N2)气。
首先，将GaN基板32放置在图2或图8的MOCVD装置14的反应炉内，之后一边供给流量为4.5×10-1mol/分钟的氨和流量为20L/分钟的氮气，一边使GaN基板32的温度升至1000℃。
接下来，除了供给氮气和氨，还供给流量为2.4×10-4mol/分钟的TMG、流量为1.4×10-5mol/分钟的TMA、流量为3.0×10-7mol/分钟的CP2Mg。由此在GaN基板32的主面上形成p型Al0.07Ga0.93N层34。
接下来，停止TMA的供给，供给载气，同时供给流量为1.2×10-4mol/分钟的TMG、流量为9.0×10-7mol/分钟的CP2Mg、作为V族原料的流量为4.5×10-2mol/分钟的氨，此外还供给流量为5.6×10-4mol/分钟的1，2-二甲基肼。由此在p型Al0.07Ga0.93N层34上形成p型GaN层36。此时的成长时间为5分钟。另外，在形成p型GaN层36时，使含有III族原料、V族原料和p型杂质原料的原料气体的流速为0.25m/秒。
接下来，停止TMG和CP2Mg的供给，边供给V族原料边冷却至300℃左右。之后，V族原料的供给也停止，将GaN基板32的温度冷却至室温。需要说明的是，当停止供给TMG和CP2Mg时，氨的供给也停止，可以一边只供给1，2-二甲基肼一边冷却至300℃左右。由于1，2-二甲基肼的分解温度比氨的分解温度低，所以来自结晶面的氮的再脱离变少，表面形态变好。通过以上步骤制造本实施方式的氮化物半导体装置。
本实施方式的特征在于：只使用氨作为V族原料来形成p型Al0.07Ga0.93N层34。即，由于碳容易进入含有铝的层，所以在p型Al0.07Ga0.93N层34成长时不使用含碳的肼衍生物。但是，当仅使p型AlGaN层在基板上成长以进行SIMS分析时，氢浓度达到了与Mg浓度相同程度的2.0×1019cm-3。相对于此，在本实施方式中，p型Al0.07Ga0.93N层34的氢浓度为1×1019cm-3以下。之所以可以如此地抑制氢浓度，是由于在p型GaN层36的成长中可以防止p型Al0.07Ga0.93N层34内的氢的进入的缘故。
若p型Al0.07Ga0.93N层34中的氢浓度高，则发生H自由基与p型杂质反应的H钝化，使p型杂质的活化率降低。而且，若进行热处理以使p型杂质活化，则氮(N)自p型半导体层的表面脱离，结晶劣化。相对于此，p型Al0.07Ga0.93N层34由于氢浓度为1×1019cm-3以下，所以电阻率足够低，不需要热处理，结晶性也良好。
图10是通过SIMS分析测定的改变p型GaN层的成长时间时的p型AlGaN层中的氢浓度的结果。此时，p型Al0.07Ga0.93N层34中的Mg浓度为2×1019cm-3。由此，在p型GaN层36的成长时间为0秒、即不成长的情况下，氢浓度为与Mg相同的2×1019cm-3。相对于此，当成长时间为10秒以上时，氢浓度为5×1018cm-3以下。氢浓度变为1×1019cm-3以下时，可以形成电阻率足够低的p型氮化物半导体层。进一步可知：当成长时间为120秒以上时，氢浓度达到2×1018cm-3以下。因此，p型GaN层36的成长时间优选为10秒以上，进一步优选为120秒以上。
利用本实施方式的方法，可以形成电阻率足够低的p型氮化物半导体层。另外，结晶成长后不必进行用于使p型杂质活化的热处理，所以结晶性良好。另外，与实施方式1同样，使原料气体的流速大于0.2m/秒，所以可以使Mg的掺杂效率大于0.3％。
与实施方式1同样，在形成p型GaN层36时，使用氢气与氮气的混合气体作为载气，其中氢气的体积组成比为x(0≤x≤1)，氮气的体积组成比为1-x。即，形成p型层时的载气可以是单独的氮气、氮气与氢气的混合气体、或单独的氢气。
与实施方式1同样，p型GaN层36的成长时间优选为10秒以上，进一步优选为120秒以上。形成p型GaN层36时，肼衍生物与有机金属化合物的供给摩尔比优选为1以上但不足20，进一步优选为3～15。在形成p型GaN层36时，氨与肼衍生物的供给摩尔比优选为10以上但不足1000，进一步优选为20～500。在形成p型GaN层36时，GaN基板32的温度优选为800℃以上但不足1200℃，进一步优选为900℃以上但不足1200℃。
实施方式3
图11是显示本发明的实施方式3的氮化物半导体装置的斜视图。该氮化物半导体装置是脊状波导管型的蓝紫色LD。但并不限于此，也可同样适用于全体蓝紫色LD和发光二极管。
在作为n型GaN基板38(基板)的主面的(0001)面上依次形成有：层厚为1μm的n型GaN缓冲层40、层厚为1.0μm的n型Al0.07Ga0.93N包覆层42(n型包覆层)、层厚为0.1μm的n型GaN光导层44、活性层46、层厚为0.02μm的p型Al0.2Ga0.8N电子阻挡层48、层厚为0.1μm的p型GaN光导层50、层厚为0.4μm的p型Al0.07Ga0.93N包覆层52(p型包覆层)、层厚为0.1μm的p型GaN接触层54(p型接触层)。
活性层46是将3对层厚为3.5nm的In0.12Ga0.88N井层和层厚为7.0nm的GaN阻挡层交替层合的多量子井结构。p型Al0.07Ga0.93N包覆层52和p型GaN接触层54形成波导脊56。波导脊56形成于共振器的宽度方向的中央部分，延伸于作为共振器端面的两劈开面之间。
在波导脊56的侧壁和露出的p型GaN光导层50的表面上配设有硅氧化膜58。在波导脊56的上面设有硅氧化膜58的开口部60，p型GaN接触层54的表面自该开口部60露出。由Pt和Au膜形成的p侧电极62与该露出的p型GaN接触层54进行电气连接。在n型GaN基板38的背面形成有通过真空蒸镀法依次层合有Ti膜和Al膜的n侧电极64。p型Al0.07Ga0.93N包覆层52中的氢浓度为1×1019cm-3以下，p型GaN接触层54的碳浓度为1×1018cm-3以下。
接下来，对本实施方式的氮化物半导体装置进行说明。结晶成长方法采用MOCVD法。III族原料使用有机金属化合物三甲基镓(TMG)、三甲基铝(TMA)、三甲基铟(TMI)。V族原料使用氨(NH3)和1，2-二甲基肼(肼衍生物)。n型杂质原料使用单硅烷(SiH4)，p型杂质原料使用环戊二烯基镁(CP2Mg)。上述原料气体的载气使用氢(H2)气、氮(N2)气。
首先，将n型GaN基板38放置在图2或图8的MOCVD装置的反应炉内，之后边供给氨边将n型GaN基板38的温度升至1000℃。接下来，开始供给TMG和单硅烷，于n型GaN基板38的主面上形成n型GaN缓冲层40。接下来，开始供给TMA，形成n型Al0.07Ga0.93N包覆层42。接下来，停止供给TMA，形成n型GaN光导层44。接下来，停止供给TMG和单硅烷，将n型GaN基板38的温度降至700℃。
接下来，供给TMG、TMI和氨，形成In0.12Ga0.88N井层。然后，停止TMI的供给，供给TMG和氨，形成GaN阻挡层。通过将3对In0.12Ga0.88N井层和GaN阻挡层交替层合，形成多量子井(MQW)结构的活性层46。
接下来，一边供给氨，一边将n型GaN基板38的温度再次升至1000℃。然后，供给TMG、TMA和CP2Mg，于n型GaN基板38的主面上形成p型Al0.2Ga0.8N电子阻挡层48。接下来，停止供给TMA，形成p型GaN光导层50。
接下来，再次开始供给TMA，并分别供给流量为2.4×10-4mol/分钟的TMG、流量为1.4×10-5mol/分钟的TMA、流量为3.0×10-7mol/分钟的CP2Mg、以及作为V族原料的氨，形成p型Al0.07Ga0.93N包覆层52。该p型Al0.07Ga0.93N包覆层52的碳浓度为1×1018cm-3以下。
接下来，停止TMA的供给，供给载气，同时供给流量为1.2×10-4mol/分钟的TMG、流量为9.0×10-7mol/分钟的CP2Mg、流量为4.5×10-2mol/分钟的V族原料氨，此外还供给流量为5.6×10-4mol/分钟的1，2-二甲基肼，形成p型GaN接触层54。在形成该p型GaN接触层54时，使含有III族原料、V族原料和p型杂质原料的原料气体的流速为0.25m/秒。
接下来，停止TMG和CP2Mg的供应，一边供应V族原料，一边冷却至300℃左右。需要说明的是，当停止供给TMG和CP2Mg时，氨的供给也停止，可以一边只供给V族原料1，2-二甲基肼，一边冷却至300℃左右。
接下来，在结晶成长已结束的晶片的整个面上涂布抗蚀剂，利用平版印刷术形成对应于台面状部的形状的抗蚀剂图案。以该抗蚀剂图案作为光掩模，通过反应性离子蚀刻(RIE)法除去p型Al0.07Ga0.93N包覆层52、或者进行蚀刻直至残留少许p型Al0.07Ga0.93N包覆层52的程度。通过该蚀刻形成作为光波导结构的波导脊56。作为RIE的蚀刻气体，例如使用氯系气体。
接下来，在残留有抗蚀剂图案的情况下，例如通过CVD法、真空蒸镀法、溅镀法等，在n型GaN基板38的整个面上形成膜厚为0.2μm的硅氧化膜58。然后，除去抗蚀剂图案，同时利用所谓的剥离(lift off)法除去存在于波导脊56上的硅氧化膜58。由此，在波导脊56上，于硅氧化膜58上形成开口部60。
接下来，例如利用真空蒸镀法在n型GaN基板38的整个面上依次形成Pt膜和Au膜，之后涂布抗蚀剂，通过平版印刷术和湿法蚀刻或干式蚀刻形成p侧电极62。
接下来，利用真空蒸镀法在n型GaN基板38的整个背面依次形成Ti膜和Al膜，以形成n侧电极64，并进行熔合处理，以使n侧电极64与n型GaN基板38进行欧姆接触(ohmic contact，电阻性接触)。
接下来，通过劈开等方法将n型GaN基板38加工成棒状，形成共振器的两端面。然后，对共振器的端面实施包覆，之后将棒劈开(cleavage)成片状，从而制造本实施方式3的氮化物半导体装置。
在本实施方式中，使用氨和肼衍生物作为V族原料，形成p型GaN接触层54，并只使用氨作为V族原料，形成p型Al0.07Ga0.93N包覆层52。由此，与实施方式2同样，可以形成电阻率足够低的p型氮化物半导体层。另外，由于结晶成长后不必进行用于活化p型杂质的热处理，所以结晶性良好。与实施方式1、2同样，由于使原料气体的流速大于0.2m/秒，所以可以使Mg的掺杂效率大于0.3％。
与实施方式1同样，在形成p型GaN接触层54时，使用氢气与氮气的混合气体作为载气，其中氢气的体积组成比为x(0≤x≤1)，氮气的体积组成比为1-x。即，形成p型层时的载气可以是单独的氮气、氮气与氢气的混合气体、或单独的氢气。
与实施方式1同样，p型GaN接触层54的成长时间优选为10秒以上，进一步优选为120秒以上。在形成p型GaN接触层54时，肼衍生物与有机金属化合物的供给摩尔比优选为1以上但不足20，进一步优选为3～15。在形成p型GaN接触层54时，氨与肼衍生物的供给摩尔比优选为10以上但不足1000，进一步优选为20～500。在形成p型GaN接触层54时，n型GaN基板38的温度优选为800℃以上但不足1200℃，进一步优选为900℃以上但不足1200℃。
需要说明的是，在实施方式1～3中，可以使用蓝宝石、SiC、Si晶片等的基板代替GaN基板10、32和n型GaN基板38。可以使用三乙基镓(TEG)代替TMG。作为肼衍生物，可以使用1，1-二甲基肼代替1，2-二甲基肼。
另外，可以使用InxAlyGa1-x-yN层(0≤x≤1、0≤y≤1)代替p型Al0.07Ga0.93N层34、p型GaN层12、36、p型Al0.07Ga0.93N包覆层52或p型GaN接触层54。但是，如实施方式2所述，当下侧的p型氮化物半导体层为AlGaN层、上侧的p型氮化物半导体层为GaN层时，效果最好。

Claims (6)

1.氮化物半导体装置的制造方法，该方法具备：在反应炉内，使用有机金属化合物作为III族原料、使用氨和肼衍生物作为V族原料、以及使用Mg原料气体作为p型杂质原料，于基板上形成p型氮化物半导体层的步骤；
上述方法的特征在于：在上述反应炉内在形成上述p型氮化物半导体层时，使含有上述III族原料、上述V族原料和上述p型杂质原料的原料气体的流速大于0.2m/秒。
2.氮化物半导体装置的制造方法，该方法具备：
使用有机金属化合物作为III族原料、使用氨作为V族原料、以及使用p型杂质原料，于基板上形成第一p型氮化物半导体层的步骤；以及
在反应炉内，使用有机金属化合物作为III族原料、使用氨和肼衍生物作为V族原料、以及使用Mg原料气体作为p型杂质原料，于上述第一p型氮化物半导体层上形成第二p型氮化物半导体层的步骤；
上述方法的特征在于：在形成上述第二p型氮化物半导体层时，在上述反应炉内，使含有上述III族原料、上述V族原料和上述p型杂质原料的原料气体的流速大于0.2m/秒。
3.权利要求2所述的氮化物半导体装置的制造方法，其特征在于：
形成AlGaN层作为上述第一p型氮化物半导体层；
形成GaN层作为上述第二p型氮化物半导体层。
4.氮化物半导体装置的制造方法，该方法具备：
于基板上形成n型包覆层的步骤；
于上述n型包覆层上形成活性层的步骤；
使用有机金属化合物作为III族原料、使用氨作为V族原料、以及使用p型杂质原料，于上述活性层上形成p型包覆层的步骤；以及
在反应炉内，使用有机金属化合物作为III族原料、使用氨和肼衍生物作为V族原料、以及使用Mg原料气体作为p型杂质原料，于上述p型包覆层上形成p型接触层的步骤；
上述方法的特征在于：在形成上述p型接触层时，在上述反应炉内，使含有上述III族原料、上述V族原料和上述p型杂质原料的原料气体的流速大于0.2m/秒。
5.权利要求4所述的氮化物半导体装置的制造方法，其特征在于：
形成AlGaN层作为上述p型包覆层；
形成GaN层作为上述p型接触层。
6.权利要求1～5中任一项所述的氮化物半导体装置的制造方法，其特征在于：将含有上述V族原料的原料气体和含有上述p型杂质原料的原料气体分别导入到上述反应炉内至上述基板的近旁。
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