JP4806993B2

JP4806993B2 - Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体膜の形成方法

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Publication number: JP4806993B2
Application number: JP2005225777A
Authority: JP
Inventors: 晋吉本; 孝史京野; 昌紀上野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2025-08-03
Also published as: JP2007042886A

Description

本発明は、III−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法及び半導体素子に関する。

不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を用いてｐ型のIII−Ｖ族化合物半導体膜を形成する場合、いわゆる「ドーピング遅れ」と呼ばれる現象により、III−Ｖ族化合物半導体膜中のマグネシウム濃度が著しく低下する問題がある（例えば特許文献１，２参照）。
特開２００４−２２６３０号公報特開平６−１３３３４号公報

上記特許文献１では、Ｖ族元素としてリン（Ｐ）を含むIII−Ｖ族化合物半導体膜を形成することによって、ドーピング遅れによる問題を回避しようとしている。また、上記特許文献２では、アルミニウム（Ａｌ）を含むIII−Ｖ族化合物半導体膜を形成することによって、ドーピング遅れによる問題を回避しようとしている。

しかしながら、特許文献１，２に記載されたIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法では、III−Ｖ族化合物半導体膜がリン又はアルミニウムを含むことが必須の要件となるので、III−Ｖ族化合物半導体膜を構成する材料の選択の自由度は低い。

そこで本発明は、材料選択の自由度が高く、マグネシウム濃度の低下を抑制できるIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法及びIII−Ｖ族化合物半導体膜を備えた半導体素子を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法は、(ａ)有機金属気相成長装置を用いて、マグネシウムを含むｐ型のIII−Ｖ族化合物半導体膜を基板上に形成する工程と、（ｂ）前記III−Ｖ族化合物半導体膜の形成に先立って、前記基板上にマグネシウムを含むガスを供給する工程とを含む。

本発明のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法では、III−Ｖ族化合物半導体の材料選択の自由度が高く、得られるIII−Ｖ族化合物半導体膜中のマグネシウム濃度の低下が抑制されている。この理由は次のように推察される。

通常、有機金属気相成長装置を用いて、マグネシウムを含むｐ型のIII−Ｖ族化合物半導体膜を基板上に形成する場合、初期段階において、マグネシウムが例えば有機金属気相成長装置及び配管の内壁等に付着してしまうと考えられる。これに対して本発明では、III−Ｖ族化合物半導体膜の形成に先立って基板上にマグネシウムを含むガスを供給することによって、例えば有機金属気相成長装置及び配管の内壁等に付着するマグネシウムの量又は基板表層のマグネシウム濃度を予め飽和させることができると考えられる。その結果、膜形成開始時から安定して高いマグネシウム濃度のIII−Ｖ族化合物半導体膜を形成できると推察される。

また、前記マグネシウムを含むガスは、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム又はビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウムを含むことが好ましい。この場合、マグネシウムがドープされたｐ型のIII−Ｖ族化合物半導体膜が好適に得られる。

本発明の半導体素子は、基板上に設けられたｎ型の半導体層と、前記半導体層上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられており、上述のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法によって形成されたｐ型のIII−Ｖ族化合物半導体膜とを備える。

本発明の半導体素子は、上述のIII−Ｖ族化合物半導体の形成方法によって形成されたIII−Ｖ族化合物半導体を備える。このため、III−Ｖ族化合物半導体の材料選択の自由度が高く、得られるIII−Ｖ族化合物半導体膜中のマグネシウム濃度の低下が抑制されている。

本発明によれば、材料選択の自由度が高く、マグネシウム濃度の低下を抑制できるIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法及びIII−Ｖ族化合物半導体膜を備えた半導体素子が提供される。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

図１は、実施形態に係るIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法を好適に実施するための有機金属気相成長装置を模式的に示す図面である。図１中、「ＭＦＣ」はマスフローコントローラーを意味する。図１に示される有機金属気相成長装置１０は反応炉１２を備える。有機金属気相成長装置１０は例えばＭＯＣＶＤ装置である。反応炉１２は、例えばガス導入口１２ａ，１２ｂを有する。ガス導入口１２ａからは、原料ガスＧ１が反応炉１２内に導入され、ガス導入口１２ｂからは、原料ガスＧ２が反応炉１２内に導入される。

原料ガスＧ１は、マグネシウム（Ｍｇ）を含む。マグネシウムは、例えばシリンダ等のマグネシウム供給源２６から配管を通して供給されるガスＧ３に含まれる。ガスＧ３は、例えば、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）又はビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム等を含む。

原料ガスＧ１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）及びガリウム（Ｇａ）を含む。アルミニウムは、例えばシリンダ等のアルミニウム供給源２４から配管を通して供給されるガスＧ４に含まれる。ガスＧ４は、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等を含む。インジウムは、例えばシリンダ等のインジウム供給源２２から配管を通して供給されるガスＧ５に含まれる。ガスＧ５は、例えばトリメチルインジウム（ＴＭＩ）等を含む。ガリウムは、例えばシリンダ等のガリウム供給源２０から配管を通して供給されるガスＧ６に含まれる。ガスＧ６は、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）等を含む。また、原料ガスＧ１は、例えばＨ_２／Ｎ_２等のキャリアガスＧ９を含む。キャリアガスＧ９は、キャリアガス供給源１８から配管を通して供給される。また、ガスＧ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６は、例えばＨ_２／Ｎ_２等のキャリアガスＧ９を含む。キャリアガスＧ９は、キャリアガス供給源１８から配管を通してマグネシウム供給源２６、アルミニウム供給源２４、インジウム供給源２２及びガリウム供給源２０にそれぞれ供給される。これにより、飽和蒸気圧に依存した量のガスＧ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６を反応炉１２内に供給することができる。

原料ガスＧ２は、例えばシラン（ＳｉＨ_４）等のガスＧ７、例えばアンモニア（ＮＨ_３）等のガスＧ８、キャリアガスＧ９等を含むことが好ましい。ガスＧ７は、ガス供給源１４から供給される。ガスＧ８は、ガス供給源１６から供給される。

図２は、実施形態に係るIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法の各工程を模式的に示す図面である。本実施形態に係るIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法は、上述の有機金属気相成長装置１０を用いて好適に実施される。

（基板載置工程）
まず、図２(ａ)に示されるように、反応炉１２内のサセプタ２８上に基板３０を載置する。基板３０としては、例えば、ＧａＮ基板、サファイア基板等が挙げられる。また、基板３０は、ＧａＮ基板とＧａＮ基板上に設けられた積層体とを含むものであってもよい。

（プリフロー工程）
続いて、図２(ａ)に示されるように、基板３０上に原料ガスＧ１及び必要に応じて原料ガスＧ２を供給する。原料ガスＧ１はマグネシウムを含む。原料ガスＧ１及びＧ２は、基板３０上に実質的に膜を形成しないようなガスであることが好ましい。また、原料ガスＧ１及びＧ２は、III族元素を含まないことが好ましい。原料ガスＧ１は、例えば、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを含む。原料ガスＧ２は、例えば、アンモニアを含む。アンモニアを含む原料ガスＧ２を反応炉１２内に供給すると、高温においても反応炉１２内の窒素分圧の低下を抑制できる。その結果、例えば窒化物半導体から構成される基板３０の窒素抜けを抑制することができる。

（III−Ｖ族化合物半導体膜形成工程）
次に、図２(ｂ)に示されるように、基板３０上にマグネシウムを含むｐ型のIII−Ｖ族化合物半導体膜３２を形成する。III−Ｖ族化合物半導体膜３２は、例えばＡｌＧａＮ膜又はＧａＮ膜等の窒化物半導体膜であることが好ましい。III−Ｖ族化合物半導体膜３２中のマグネシウム濃度は、１×１０^１９ｃｍ^−３以上であることが好ましい。III−Ｖ族化合物半導体膜３２中のマグネシウム濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上である場合、III−Ｖ族化合物半導体膜３２を半導体素子のｐ型半導体層として好適に用いることができる。III−Ｖ族化合物半導体膜３２は、反応炉１２内に原料ガスＧ１，Ｇ２を導入することによって形成されることが好ましい。III−Ｖ族化合物半導体膜３２は、例えばエピタキシャル膜である。

本実施形態のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法では、III−Ｖ族化合物半導体膜３２を構成するIII族元素及びＶ族元素として、種々の元素を用いることができる。よって、III−Ｖ族化合物半導体の材料選択の自由度が高い。また、プリフロー工程を実施することによって、得られるIII−Ｖ族化合物半導体膜３２中のマグネシウム濃度の低下が抑制される。

通常、有機金属気相成長装置１０を用いて、マグネシウムを含むｐ型のIII−Ｖ族化合物半導体膜を基板３０上に形成する場合、初期段階において、原料ガスＧ１に含まれるマグネシウムが例えば有機金属気相成長装置１０の反応炉１２若しくは配管等の表面に付着すると考えられる。その結果、通常のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法では、いわゆるドーピング遅れの問題が生じてしまうと考えられる。

これに対して本実施形態では、III−Ｖ族化合物半導体膜３２の形成に先立って基板３０上にマグネシウムを含む原料ガスＧ１を供給することによって、例えば有機金属気相成長装置１０の反応炉１２若しくは配管等の表面に予めマグネシウムを付着させることができる。このため、III−Ｖ族化合物半導体膜３２を形成する前に、例えば有機金属気相成長装置１０の反応炉１２若しくは配管等の表面に付着するマグネシウムの量を飽和させることができると考えられる。よって、本実施形態では、いわゆるドーピング遅れの問題を回避することができると考えられる。その結果、得られるIII−Ｖ族化合物半導体膜３２中のマグネシウム濃度を十分に向上させることができると推察される。

また、原料ガスＧ１は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）又はビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウムを含むことが好ましい。この場合、マグネシウムがドープされたｐ型のIII−Ｖ族化合物半導体膜３２が好適に得られる。

図３は、実施形態に係る半導体素子を模式的に示す断面図である。図３に示される半導体光素子４０（半導体素子）は、基板４２上に設けられたｎ型の半導体層４４と、半導体層４４上に設けられた活性層４６と、活性層４６上に設けられたｐ型のIII−Ｖ族化合物半導体膜４８とを備える。半導体光素子４０としては、例えば半導体レーザ、発光ダイオード等の半導体発光素子が挙げられる。半導体光素子４０は、例えば、基板４２上に、半導体層４４、活性層４６及びIII−Ｖ族化合物半導体膜４８を順に形成することによって製造される。

基板４２としては、基板３０と同様のものが挙げられる。半導体層４４としては、例えばｎ型のＧａＮ層等が挙げられる。活性層４６は、量子井戸構造を有することが好ましい。具体的には、活性層４６は、ＩｎＧａＮ井戸層及びＩｎＧａＮバリア層が交互に配列されてなることが好ましい。この場合、半導体光素子４０として、例えば青色発光ダイオードが好適に得られる。

ここで、III−Ｖ族化合物半導体膜４８は、III−Ｖ族化合物半導体膜３２と同様に、本実施形態のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法によって形成される。したがって、III−Ｖ族化合物半導体膜４８を構成するIII−Ｖ族化合物半導体の材料選択の自由度は高い。また、得られるIII−Ｖ族化合物半導体膜４８中のマグネシウム濃度の低下は抑制されている。

図４は、別の実施形態に係る半導体素子を模式的に示す断面図である。図４に示される半導体光素子５０（半導体素子）は、基板４２上に設けられた積層体５８を備える。積層体５８は、ｎ型の半導体層４４と、半導体層４４上に設けられた活性層４６と、活性層４６上に設けられたｐ型のIII−Ｖ族化合物半導体膜５２と、III−Ｖ族化合物半導体膜５２上に設けられたｐ型のIII−Ｖ族化合物半導体膜５４と、III−Ｖ族化合物半導体膜５４上に設けられたｐ型のIII−Ｖ族化合物半導体膜５６とを備える。半導体光素子５０は、例えば、基板４２上に、半導体層４４、活性層４６、III−Ｖ族化合物半導体膜５２，５４，５６を順に形成することによって製造される。

III−Ｖ族化合物半導体膜５２は、例えばｐ型ＡｌＧａＮ層であり、III−Ｖ族化合物半導体膜５４は、例えばｐ型ＧａＮ層であり、III−Ｖ族化合物半導体膜５６は、例えばハイドープｐ型ＧａＮ層である。

ここで、III−Ｖ族化合物半導体膜５２，５４，５６のうち少なくとも１つの膜は、III−Ｖ族化合物半導体膜３２と同様に、本実施形態のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法によって形成される。

例えば、III−Ｖ族化合物半導体膜５２が本実施形態のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法によって形成される場合、III−Ｖ族化合物半導体膜５２，５４，５６のいずれにおいても、III−Ｖ族化合物半導体の材料選択の自由度が高く、マグネシウム濃度の低下が抑制される。また、例えば、III−Ｖ族化合物半導体膜５４が本実施形態のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法によって形成される場合、III−Ｖ族化合物半導体膜５４，５６のいずれにおいても、III−Ｖ族化合物半導体の材料選択の自由度が高く、マグネシウム濃度の低下が抑制される。さらに、例えば、III−Ｖ族化合物半導体膜５６が本実施形態のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法によって形成される場合、III−Ｖ族化合物半導体膜５６において、III−Ｖ族化合物半導体の材料選択の自由度が高く、マグネシウム濃度の低下が抑制される。

図５は、図４に示される半導体素子を製造する際のガスＧ３の流量の時間変化を示すタイミングチャートである。時刻ｔ１は、活性層４６の形成終了時刻を示す。時刻ｔ３は、III−Ｖ族化合物半導体膜５２の形成開始時刻を示し、時刻ｔ４は、III−Ｖ族化合物半導体膜５２の形成終了時刻を示す。したがって、時刻ｔ３〜ｔ４の間ガスＧ３を供給し続けることによって、III−Ｖ族化合物半導体膜５２が形成される。

同様に、時刻ｔ６は、III−Ｖ族化合物半導体膜５４の形成開始時刻を示し、時刻ｔ７は、III−Ｖ族化合物半導体膜５４の形成終了時刻を示す。したがって、時刻ｔ６〜ｔ７の間ガスＧ３を供給し続けることによって、III−Ｖ族化合物半導体膜５４が形成される。

また同様に、時刻ｔ９は、III−Ｖ族化合物半導体膜５６の形成開始時刻を示し、時刻ｔ１０は、III−Ｖ族化合物半導体膜５６の形成終了時刻を示す。したがって、時刻ｔ９〜ｔ１０の間ガスＧ３を供給し続けることによって、III−Ｖ族化合物半導体膜５６が形成される。

プロセスＰ１では、時刻ｔ１と時刻ｔ３との間における時刻ｔ２において、ガスＧ３の供給を開始する。これにより、III−Ｖ族化合物半導体膜５２，５４，５６のマグネシウム濃度が向上する。

プロセスＰ２では、時刻ｔ４と時刻ｔ６との間における時刻ｔ５において、ガスＧ３の供給を開始する。これにより、III−Ｖ族化合物半導体膜５４，５６のマグネシウム濃度が向上する。また、時刻ｔ１〜ｔ３の間においてガスＧ３を供給していないので、プロセスＰ１に比べて、活性層４６にマグネシウムが拡散することを抑制することができる。

プロセスＰ３では、時刻ｔ５に加えて、時刻ｔ７と時刻ｔ９との間における時刻ｔ８においてもガスＧ３の供給を開始する。これにより、III−Ｖ族化合物半導体膜５４，５６のマグネシウム濃度が向上する。この場合、プロセスＰ２に比べて、III−Ｖ族化合物半導体膜５６中のマグネシウム濃度を向上させることができる。例えば、高いドーピング濃度が必要とされるコンタクト層としてIII−Ｖ族化合物半導体膜５６を用いる場合、マグネシウム濃度を一層向上させることが好ましい。

プロセスＰ４では、時刻ｔ４〜ｔ６及び時刻ｔ７〜ｔ９の間においてガスＧ３を供給し続ける。この場合、プロセスＰ３に比べて、III−Ｖ族化合物半導体膜５４，５６中のマグネシウム濃度を向上させることができる。

なお、時刻ｔ１〜ｔ３、時刻ｔ４〜ｔ６、及び時刻ｔ７〜ｔ９において、それぞれガスＧ３を連続的に供給し続けてもよいし、間欠的に供給してもよい。また、ガスＧ３の流量は、III−Ｖ族化合物半導体膜５２，５４，５６の形成時と同じでもよいし異なってもよい。

図６は、図４に示される半導体素子において原子濃度の深さ方向プロファイルの一例を示すグラフである。なお、深さが０の位置とは、III−Ｖ族化合物半導体膜５６の表面に相当する。グラフ中、プロファイルＣ１はインジウム濃度の深さ方向プロファイルを示し、プロファイルＣ２はアルミニウム濃度の深さ方向プロファイルを示す。また、プロファイルＣ３はプリフロー工程を実施した場合のマグネシウム濃度の深さ方向プロファイルを示し、プロファイルＣ４はプリフロー工程を実施しなかった場合のマグネシウム濃度の深さ方向プロファイルを示す。グラフから、プリフロー工程を実施することによって、マグネシウム濃度が向上すると共にマグネシウム濃度の深さ方向プロファイルが急峻になることが分かる。

なお、図６のグラフは、具体的には下記構造を有する半導体素子を用いた場合の二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ：Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer）の測定結果を示す。
・III−Ｖ族化合物半導体膜５６：ハイドープｐ型ＧａＮ層（厚さ２５ｎｍ）
・III−Ｖ族化合物半導体膜５４：ｐ型ＧａＮ層（厚さ２５ｎｍ）
・III−Ｖ族化合物半導体膜５２：ｐ型ＡｌＧａＮ層（厚さ２０ｎｍ、Ａｌ組成が０．１２）
・活性層４６：ＩｎＧａＮバリア層（厚さ１５ｎｍ、Ｉｎ組成が０．０１）及びＩｎＧａＮ井戸層（厚さ１．６ｎｍ、Ｉｎ組成が０．１５）からなる多重量子井戸構造
・半導体層４４：ｎ型ＧａＮ層（厚さ２μｍ）
・基板４２：ＧａＮ基板（厚さ４００μｍ）

図７は、別の実施形態に係る半導体素子を模式的に示す断面図である。図７に示される半導体光素子６０（半導体素子）は、ｎ型電極６２と、ｐ型電極６４と、ｎ型電極６２及びｐ型電極６４の間に配置された基板４２と、基板４２とｐ型電極６４との間に配置された積層体５８とを備える。ｐ型電極６４は、導電性接着剤の硬化物６６を介してリードフレーム６８のマウント部６８ｂ上に電気的に接続されている。ｎ型電極６２は、ワイヤボンディング７０によってリードフレーム６８のリード部６８ａに電気的に接続されている。ｎ型電極６２の形状は、例えば直径がｄ１の円柱である。ｄ１は、例えば１００μｍである。また、ｐ型電極６４の形状は、例えば一辺がｄ２の正方形を断面とする角柱である。ｄ２は、例えば３００μｍである。

ｎ型電極６２、基板４２、積層体５８、ｐ型電極６４及び導電性接着剤の硬化物６６は、エポキシ系樹脂封止７４によって覆われている。エポキシ系樹脂封止７４上には、必要に応じて樹脂レンズ７６が設けられている。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
まず、有機金属気相成長装置の反応炉内のサセプタ上に半絶縁性のＧａＮ基板を載置した（基板載置工程）。このＧａＮ基板上に、以下のようにＧａＮ層を形成した。なお、原料ガスとしては、トリメチルガリウム、アンモニア及びビスシクロペンタジエニルマグネシウムを適宜用いた。

まず、温度を１１００℃としてＨ_２及びＮＨ_３を反応炉内に導入することによって、ＧａＮ基板のクリーニングを行った。次に、温度１１５０℃で厚さ２μｍのＧａＮ層をＧａＮ基板上に形成した。

次に、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム及びアンモニアのみを４０秒間反応炉内に供給した（プリフロー工程）。

続いて、温度１１００℃でマグネシウムをドープしながら厚さ５００ｎｍのｐ型のＧａＮ層をＧａＮ層上に形成した（III−Ｖ族化合物半導体膜形成工程）。

次に、反応炉内からＧａＮ基板を取り出して、ｐ型のＧａＮ層上にｐ型電極を形成した。ここで、ｐ型電極の接触抵抗を伝送線路法（ＴＬＭ：Transmission Line Model）により測定するために、ｐ型電極を所定の形状に加工した。

ｐ型電極の接触抵抗を測定した結果、接触抵抗は１×１０^−３Ω・ｃｍ^２以下であった。よって、ｐ型のＧａＮ層は、ＬＥＤのｐ型半導体層として好適に用いることができることが示された。

（実施例２）
まず、有機金属気相成長装置の反応炉内のサセプタ上にサファイア基板を載置した（基板載置工程）。このサファイア基板上に、以下のようにＧａＮ層を形成した。なお、原料ガスとしては、トリメチルガリウム、アンモニア及びビスシクロペンタジエニルマグネシウムを適宜用いた。

まず、温度を１１００℃としてＨ_２を反応炉内に導入することによって、サファイア基板のクリーニングを行った。次に、温度４７５℃で厚さ２５ｎｍのＧａＮバッファ層をサファイア基板上に形成した。続いて、温度１１６０℃で厚さ５μｍのＧａＮ層をＧａＮバッファ層上に形成した。

次に、反応炉内からサファイア基板を取り出して、ｐ型のＧａＮ層上にｐ型電極を形成した。ここで、ｐ型電極の接触抵抗を伝送線路法（ＴＬＭ：Transmission Line Model）により測定するために、ｐ型電極を所定の形状に加工した。

（実施例３）
まず、有機金属気相成長装置の反応炉内のサセプタ上にＧａＮ基板を載置した（基板載置工程）。このＧａＮ基板上に、以下のようにＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層等を形成した。なお、原料ガスとしては、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、アンモニア、シラン及びビスシクロペンタジエニルマグネシウムを適宜用いた。

まず、反応炉内を常圧に維持しながら温度１１００℃で厚さ２μｍのｎ型ＧａＮ層をＧａＮ基板上に形成した。

温度を８２０℃に下げた後、ｎ型ＧａＮ層上に、厚さ１５ｎｍの６層のＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎバリア層と、厚さ１．６ｎｍの５層のＩｎ_０．１６Ｇａ_０．８４Ｎ井戸層とを交互に形成した。これにより、量子井戸構造を有する活性層をｎ型ＧａＮ層上に形成した。温度を１１００℃に上げた後、マグネシウムをドープしながら厚さ２０ｎｍのＡｌ_０．１２Ｇａ_０．９８Ｎ層を活性層上に形成した。

続いて、マグネシウムをドープしながら厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層を形成した（III−Ｖ族化合物半導体膜形成工程）。

次に、反応炉内からＧａＮ基板を取り出して、大気中にて６００℃で１０分間熱処理を行った。これにより、マグネシウムがドープされた層の低抵抗化を行った。

次に、フォトリソグラフィー技術及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて、ｐ型ＧａＮ層からｎ型ＧａＮ層まで塩素系エッチングガスを用いてエッチングを行った。これにより、素子分離を行った。

次に、ＧａＮ基板の裏面上に、フォトリソグラフィー技術及び蒸着法を用いて４００μｍピッチで素子の中心に直径１００μｍのｎ型電極を形成した。具体的には、まず、厚さ１００ｎｍのＴｉ膜及び厚さ２５００ｎｍのＡｕ膜をこの順でＧａＮ基板の裏面上に形成した。その後、６００℃、Ｎ_２雰囲気下で熱処理を行うことにより合金化を行った。

一方、ｐ型ＧａＮ層上に、全面にわたって蒸着法を用いてｐ型電極を形成した。具体的には、まず、厚さ５ｎｍのＮｉ膜及び厚さ５ｎｍのＡｕ膜をこの順でｐ型ＧａＮ層上に形成した。その後、６００℃、Ｎ_２雰囲気下で熱処理を行うことにより合金化を行った。

次に、所定の形状となるようにＧａＮ基板にスクライブを施し、チップ化することによって３００μｍ角の発光素子を得た。

次に、リードフレームのマウント部上に導電性接着剤を塗布し、導電性接着剤を介して発光素子のｐ型電極をマウント部に付着させた。導電性接着剤としては、熱伝導性の高いＡｇ系導電性接着剤を用いた。リードフレームとしては、熱伝導性の高いＣｕＷ系リードフレームを用いた。

次に、リードフレームのリード部とｎ型電極とをワイヤボンディングにより電気的に接続した。続いて、エポキシ系樹脂を用いて樹脂封止を行い、発光素子のランプ化を行った。このようにして、図７に示されるような実施例３の半導体光素子を得た。

実施例３の半導体光素子において、ｐ型電極とｎ型電極との間に２０ｍＡの電流を流し、積分球を用いて光出力の測定を行った。測定の結果、光出力は９．２ｍＷであり、駆動電圧は３．７Ｖであった。

（比較例１）
プリフロー工程を実施しなかった以外は実施例３と同様にして、比較例１の半導体光素子を得た。

比較例１の半導体光素子において、ｐ型電極とｎ型電極との間に２０ｍＡの電流を流し、積分球を用いて光出力の測定を行った。測定の結果、光出力は６．８ｍＷであり、駆動電圧は４．２Ｖであった。

したがって、プリフロー工程を実施することによって、得られる半導体光素子の光出力特性及び駆動電圧特性の両方を向上できることが分かった。

実施形態に係るIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法を好適に実施するための有機金属気相成長装置を模式的に示す図面である。実施形態に係るIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法の各工程を模式的に示す図面である。実施形態に係る半導体素子を模式的に示す断面図である。別の実施形態に係る半導体素子を模式的に示す断面図である。図４に示される半導体素子を製造する際のガスＧ３の流量の時間変化を示すタイミングチャートである。図４に示される半導体素子において原子濃度の深さ方向プロファイルの一例を示すグラフである。別の実施形態に係る半導体素子を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０…有機金属気相成長装置、３０，４２…基板、３２，４８，５２，５４，５６…III−Ｖ族化合物半導体膜、４０，５０…半導体光素子（半導体素子）、４４…半導体層、４６…活性層、Ｇ１…原料ガス（マグネシウムを含むガス）。

Claims

有機金属気相成長装置を用いて、マグネシウムを含むｐ型の第１III−Ｖ族化合物半導体膜を基板上に形成する工程と、
前記第１III−Ｖ族化合物半導体膜の形成に先立って、前記基板上にマグネシウムを含みIII族元素を含まないガスを供給する工程と、
有機金属気相成長装置を用いて、前記第１III−Ｖ族化合物半導体膜上に、前記第１III−Ｖ族化合物半導体膜より高い濃度のマグネシウムを含むｐ型の第２III−Ｖ族化合物半導体膜を形成する工程と、
前記第１III−Ｖ族化合物半導体膜を形成した後、前記第２III−Ｖ族化合物半導体膜の形成に先立って、前記第１III−Ｖ族化合物半導体膜上にマグネシウムを含みIII族元素を含まないガスを供給する工程と、
を含み、
前記第１III−Ｖ族化合物半導体膜及び前記第２III−Ｖ族化合物半導体膜が、窒化物半導体膜である、III−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法。
前記マグネシウムを含むガスは、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム又はビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウムを含む、請求項１に記載のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法。