CN110589757A - 氮化铝基板及iii族氮化物层叠体 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种高效率、高品质的III族氮化物半导体元件，并且目的还在于，提供用于制作该III族氮化物半导体元件的新型的氮化铝基板(氮化铝单晶基板)。本发明提供一种氮化铝基板，是由氮化铝构成的基板，其至少在表面具有以相对于纤锌矿结构的(0001)面在0.05°以上0.40°以下的范围内向m轴方向倾斜的面作为主面的氮化铝单晶层。

Description

氮化铝基板及III族氮化物层叠体
本申请是下述申请的分案申请：
发明名称：氮化铝基板及III族氮化物层叠体
国际申请日：2013年9月4日
国际申请号：PCT/JP2013/073806
国家申请号：201380041307.X
技术领域
本发明涉及一种新型的氮化铝基板。具体而言，涉及一种具有氮化铝单晶层的新型的氮化铝基板，所述氮化铝单晶层具有特定的倾斜的面作为主面。
背景技术
氮化铝是禁带宽度大到约6.2eV、且为直接跃迁型的半导体。由此，氮化铝与属于III族氮化物的氮化镓(GaN)、和氮化铟(InN)的混晶、特别是Al在III族元素中所占的比例为50原子％以上的混晶(以下有时也称作Al系III族氮化物单晶。)有望被用作紫外光发光元件材料。
为了形成紫外发光元件等半导体元件，需要在与n电极电接合的n形半导体层和与p电极电接合的p形半导体层之间形成包含包层(clad-layer)、活性层等的层叠结构。此外，从发光效率的方面考虑，在任意一层中都为高的晶体品质十分重要，即，晶体的位错或点缺陷少、以及晶体组成分布均匀、杂质浓度低十分重要。
为了形成具有高的晶体品质的层叠结构，不仅需要晶体排列的单一性，而且晶体生长面的平坦性必须高。如果将生长面保持高平坦性地进行晶体生长，在生长面内就没有组成的波动，可以得到低杂质浓度的膜。其结果是，可以制作高效率的发光元件。由于作为发光层的量子阱层通常具有数nm单位的微细的结构，因此量子阱层表面的平坦性尤其重要。通过使表面平坦，就有望改善面内的组成分布及杂质浓度。
关于生长面的平坦性，报告过几个在使III族氮化物单晶在其表面生长的晶体生长用基板中研究其表面(主面)的偏斜角(off angle)的例子。例如，已知有作为晶体生长用基板使用蓝宝石基板、在具有特定的偏斜角的蓝宝石基板上使氮化镓(GaN)生长的方法(例如参照非专利文献1)。另外，还已知有作为晶体生长用基板规定了碳化硅(SiC)基板的偏斜角的例子(例如参照专利文献1)。
根据非专利文献1，如果在以相对于c面((0001)面)倾斜了0.5°～2°的面作为主面的蓝宝石基板上生长氮化铝缓冲层、以及GaN层，则偏斜角越小，生长面的平坦性就越是提高。这是因为，通过将基板表面相对于c面在恰当的范围内倾斜，就会在表面整齐地排列分子台阶(以下简称为台阶)，在基板上生长III族氮化物单晶时，提供给基板表面的原子种容易被纳入台阶中，可以得到平坦性高的优质的晶体。
但是，由于蓝宝石基板是与III族氮化物组成不同的异种基板，因此作为III族氮化物的晶体生长用基板而言是不利的。这是因为，由于由蓝宝石基板与III族氮化物的晶格常数的失配导致的晶体缺陷、裂纹的产生，从而无法得到高品质的晶体层。另外，使III族氮化物在高温下生长，然而热膨胀系数与III族氮化物不同的蓝宝石会产生热膨胀差，从这一点考虑也是不利的。基于相同的理由，SiC基板也是不利的。特别是，该趋势在使紫外发光元件形成所必需的III族元素中Al所占的比例为50原子％以上的混晶的Al系III族氮化物单晶生长的情况下会变得明显。
为此，还报告过将III族氮化物基板作为晶体生长用基板、并限定了其偏斜角的例子(例如参照专利文献2)。具体而言，记载了在与c面平行(相对于c面具有小于0.05°的范围的偏斜角)、或相对于c面具有0.05°以上15°以下的范围内的偏斜角的III族氮化物基板上外延生长半导体层的方法。报告显示，通过实质性地与c面平行，可以形成结晶性良好的半导体层，获得特性良好的器件。另一方面，报告显示，通过设为0.05°以上15°以下，可以形成缺陷少的半导体层。
在该专利文献2中，针对相对于c面具有0°以上15°以下的范围内的偏斜角的III族氮化物基板进行了记载，然而在实施例中，却没有明示该III族氮化物基板的偏斜角。此外，在实施例中，给出了在利用化学机械研磨(CMP)将表面粗糙度(Ra)设为0.09～0.41nm的氮化铝单晶基板上层叠了由Al的比例为20原子％以下的混晶构成的半导体层的例子。由于该实施例中得到的器件(在氮化铝单晶基板上层叠了半导体层的半导体元件)具有高的光输出(是特性良好的半导体器件)，因此考虑使用与c面平行(相对于c面具有小于0.05°的范围的偏斜角)的氮化铝单晶基板。
在专利文献3中，记载了相对于c面具有0.03～1.0°的偏斜角(θ)、偏斜方向相对于m轴方向的偏移角为0.5～16°、在基板表面不包含 的区域的氮化物半导体自立基板，具体而言公开了GaN基板。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:X.Q.Shen and H.Okumura,Journal of Crystal Growth,300(2007)75-78
专利文献
专利文献1:日本特开平11－233391号公报
专利文献2:日本特开2007－5526号公报
专利文献3:日本特开2009－135441号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在制造深紫外发光元件的情况下，如前所述，需要含有Al的III族氮化物单晶的混晶层(例如由AlGaN等构成的混晶层)。该情况下，认为通过作为层叠该混晶层的晶体生长用基板使用晶格常数与该混晶层接近的氮化铝单晶基板，就可以形成位错非常少的高品质的发光元件层。Al的比例越高，例如在层叠由Al的比例为50原子％以上的Al系III族氮化物单晶构成的混晶层的情况下，使用氮化铝单晶基板就越加有利。
由此，本发明人等依照专利文献2中记载的方法，在氮化铝单晶基板上生长了由Al的比例为50原子％以上的III族氮化物单晶构成的混晶层。其结果是，判明在以下的方面有改善的余地。具体而言，判明在将表面粗糙度(Ra)设为0.40nm以下、具有0°以上15°以下的偏斜角的该氮化铝单晶基板的表面(主面)上生长由Al的比例为50原子％以上的III族氮化物单晶构成的混晶层后，会有混晶层的平坦性降低、混晶层的组成分布的波动扩大、或者杂质浓度增大的情况。即发现，在生长由Al的比例为50原子％以上的III族氮化物单晶构成的混晶层的情况下，为了提高该混晶层的平滑性、使得组成分布更加均匀、或者降低杂质浓度，而不能直接应用现有技术。特别是发现，与使用了与c面平行的(相对于c面具有小于0.05°的范围的偏斜角的)氮化铝单晶基板的情况相比，需要进一步改善混晶层的平坦性，另外，需要将混晶层进行更加均匀的组成分布，或者需要降低杂质浓度。
另外，在将具体地只例示出GaN基板的专利文献3中记载的方法应用于具有氮化铝单晶层的基板中后，结果判明，该情况下，也有混晶层的组成分布的波动扩大、或者杂质浓度增大的情况。
因而，本发明的目的在于，提供一种由氮化铝构成的基板，可以在其表面生长平坦性良好、具有均匀的组成分布、且杂质浓度低的高品质的III族氮化物单晶层。
特别是提供如下的氮化铝基板，即，在生长满足以Al1－(x+y+z)GaxInyBzN(其中，x、y及z各自独立地为0以上且小于0.5的有理数，x、y及z的和小于0.5。)表示的组成的AlGaInBN层的情况下，能使生长层的生长面的平坦性高，生长层的组成分布均匀且杂质浓度低。
此外，本发明的另一个目的在于，提供一种高品质的发光元件。
用于解决问题的方案
本发明人等为了解决上述问题进行了深入研究。此外，考虑到热膨胀等物理性质，对将由氮化铝构成的基板作为晶体生长用基板使用的情况下，可以生长高品质的III族氮化物单晶的条件进行了各种研究。其中，对由氮化铝构成的基板的生长晶体的面(晶体生长面)的偏斜角进行研究后，发现通过比以往更加严格地控制氮化铝基板的偏斜角，就可以解决上述问题，从而完成了本发明。
即，第一项本发明为一种氮化铝基板，是由氮化铝构成的基板，其特征在于，
至少在表面具有以相对于纤锌矿结构的(0001)面在0.05°以上0.40°以下的范围内向m轴方向倾斜的面作为主面的氮化铝单晶层。在本发明的氮化铝基板中，优选所述主面还在0.00°以上0.40°以下的范围内向a轴方向倾斜。
另外，第二项本发明为一种III族氮化物层叠体，在所述氮化铝单晶层的主面上，具有满足以Al1－(x+y+z)GaxInyBzN(其中，x、y及z各自独立地为0以上且小于0.5的有理数，x、y及z的和小于0.5。)表示的组成的AlGaInBN层。
根据本发明，可以容易地获得如下的III族氮化物层叠体，其是具有AlGaInBN层的III族氮化物层叠体，所述AlGaInBN层的组成为，在所述Al1－(x+y+z)GaxInyBzN中，x为大于0且小于0.5的有理数，y及z为0以上且小于0.5的有理数，x、y及z的和大于0且小于0.5，在该AlGaInBN层的300K下的光致发光测定中，在4.56eV以上且小于5.96eV处观测到该AlGaInBN层的能带端发光峰，该发光峰的半值宽度为225meV以下。
另外，还可以得到如下的III族氮化物层叠体，即，在所述氮化铝单晶层的主面上，直接层叠AlN层(在所述Al1－(x+y+z)GaxInyBzN中，x、y及z为0)，在该AlN层的300K下的光致发光测定中，该AlN結晶的能带端发光峰的半值宽度为145meV以下，该AlN层的表面粗糙度(Ra)为0.2nm以下。而且，所谓能带端发光是因价电子带的上端的空穴与导带的底部的电子复合而产生的晶体中所固有的发光，其发光能量反映出晶体的组成。
另外，发光波长λ(nm)和与之对应的能量E(eV)可以利用E＝1240/λ的公式进行转换。
此外，第三项本发明为一种III族氮化物半导体元件，其至少具有所述III族氮化物层叠体中的氮化铝单晶层、以及所述AlGaInBN层部分。
发明效果
通过使用本发明的氮化铝基板作为III族氮化物单晶层的晶体生长用基板，可以提高该III族氮化物单晶层的生长面的平坦性。此外，可以使得III族氮化物单晶层的组成分布更加均匀，形成杂质浓度低的材料。其结果是，可以制造高品质的发光元件。其中，本发明的氮化铝基板在其上生长晶格常数接近的满足以Al1－(x+y+z)GaxInyBzN(其中，x、y及z各自独立地为0以上且小于0.5的有理数，x、y及z的和小于0.5。)表示的组成的AlGaInBN层的情况下，会发挥特别优异的效果。由此，具有本发明的氮化铝基板的III族氮化物层叠体可以作为深紫外发光元件使用。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的氮化铝基板的剖面图。
图2是本发明的一个实施方式的III族氮化物半导体元件的剖面图。
具体实施方式
本发明提供一种氮化铝基板，是由氮化铝构成的基板，在表面具有以具有特定的偏斜角的面作为主面的氮化铝单晶层。本发明的氮化铝基板是在该氮化铝单晶层的主面上生长III族氮化物单晶层的晶体生长用基板。此外，将包含该氮化铝单晶层部分和形成于其上的III族氮化物单晶层的结构体作为发光元件使用。
首先，对本发明的氮化铝基板进行说明。
(氮化铝基板)
图1是示意性地表示本发明的氮化铝基板的剖面的图。本发明的氮化铝基板由氮化铝构成，是至少在表面具有以相对于纤锌矿结构的(0001)面在0.05°以上0.40°以下的范围内向m轴方向倾斜的面作为主面的氮化铝单晶层的氮化铝基板。即，是至少在表面具有作为氮化铝基板的主面1与c面2所成的角的偏斜角3为0.05°以上0.40°以下的范围的氮化铝单晶层的氮化铝基板。而且，所述的所谓主面，是氮化铝单晶层的具有最大的面积的部分，是成为氮化铝基板的表面的面。此外，在该主面上，生长III族氮化物，例如下面详述的AlGaInBN层。
该氮化铝基板仅由氮化铝构成。也就是说，本发明的氮化铝基板不包括在蓝宝石、SiC基板上形成由氮化铝构成的单晶层的层叠基板。可以认为在使用此种包含异种的材质(蓝宝石、SiC)的基板的情况下，与III族氮化物单晶层的晶格常数差及热膨胀差是一个原因，然而无法获得高品质的III族氮化物层叠体。特别是，难以降低III族氮化物层叠体的位错密度。
本发明的氮化铝基板是至少在表面具有以相对于纤锌矿结构的(0001)面在0.05°以上0.40°以下的范围内向m轴方向倾斜的面作为主面的氮化铝单晶层的氮化铝基板。由此，只要是具有该氮化铝单晶层的基板，则既可以是氮化铝单晶层的单一基板，也可以是多层基板。在采用多层基板的情况下，只要是在由氮化铝构成的多晶层或非晶层(非单晶层)的基板上层叠有上述氮化铝单晶层的基板即可。但是，在使用具有多晶层、或非晶层(非单晶层)的多层的氮化铝基板制造III族氮化物层叠体、以及III族氮化物半导体元件的情况下，也可以除去该非单晶层部分。也就是说，本发明的III族氮化物层叠体、以及本发明的III族氮化物半导体元件只要包含所述氮化铝单晶层的部分即可。
另外，本发明的氮化铝基板也可以是层叠有杂质的浓度不同的氮化铝单晶层的基板。该情况下，在成为氮化铝单晶层的部分，杂质越少越好。
本发明的氮化铝基板中，生长III族氮化物的氮化铝单晶层的主面(氮化铝基板的表面)必须是相对于纤锌矿结构的(0001)面在0.05°以上0.40°以下的范围内向m轴方向倾斜的面。通过使主面为在所述范围内向m轴方向倾斜的面，就可以实现在其面上生长的III族氮化物单晶层的表面的平坦化、组成分布的均匀化、杂质浓度降低。在该主面向m轴方向倾斜的角度小于0.05°的情况下，无法在生长中的晶体表面形成规则的台阶，成为以无规的核形成为起点的生长模式，生长面的凹凸变大，因此不够理想。另外，如果该主面向m轴方向倾斜的角度大于0.40°，则会形成台阶间的高低差并非由单原子层构成而是由数个原子层构成的所谓的台阶聚并，生长面的凹凸变大，因此不够理想。这是因为，如果生长面的凹凸变大，则形成混晶的原子的一部分就会在表面偏析而在组成分布中产生波动，或者杂质浓度增大。为了形成生长面的台阶由单原子层构成的规则且平坦的表面，该主面优选为相对于纤锌矿结构的(0001)面在0.05°以上0.35°以下的范围内向m轴方向倾斜的面，更优选为在0.10°以上0.35°以下的范围内向m轴方向倾斜的面，特别优选为在0.11°以上0.32°以下的范围内向m轴方向倾斜的面。
此种氮化铝基板中，作为偏斜角的方向，即，作为c面与氮化铝基板表面(主面)所成的角度为最大的方向，除了m轴方向以外，还有a轴方向。本发明中，只要氮化铝单晶层的主面是相对于纤锌矿结构的(0001)面在0.05°以上0.40°以下的范围内向m轴方向倾斜的面，则对于该向a轴方向倾斜的角度没有特别限制。但是，为了制造更高品质的III族氮化物层叠体，氮化铝单晶的主面优选为相对于纤锌矿结构的(0001)面在0.00°以上0.40°以下的范围内向a轴方向倾斜的面。
在所述主面相对于纤锌矿结构的(0001)面在所述范围内向m轴方向倾斜的情况下，通过使用在a轴方向上完全不倾斜的面，就可以制造在该面上表面的平坦性特别优异、组成分布均匀化、杂质浓度低的高品质的III族氮化物单晶层。
另外，在所述主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面在所述范围内向m轴方向倾斜、并且在大于0.00°且为0.40°以下的范围内还向a轴方向倾斜的面的情况下，台阶形成更加稳定，可以稳定地生长III族氮化物单晶层。其中，优选所述主面相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向在0.05°以上0.35°以下的范围内倾斜、并且向a轴方向在0.05°以上0.35°以下的范围内倾斜，更优选向m轴方向在0.10°以上0.35°以下的范围内倾斜、并且向a轴方向在0.10°以上0.35°以下的范围内倾斜，特别优选向m轴方向在0.11°以上0.32°以下的范围内倾斜、并且向a轴方向在0.11°以上0.32°以下的范围内倾斜。
而且，氮化铝单晶层的主面的偏斜角可以利用公知的方法测定。具体而言，可以利用X射线测定求出。本发明中，只要针对氮化铝单晶层的c面测定该氮化铝单晶层的主面相对于m或a轴方向所具有的偏斜角即可。
本发明中，氮化铝单晶层只要m轴方向的偏斜角满足所述范围，就没有特别限制，然而优选具有以下的物理性质。例如，氮化铝单晶的位错密度优选为1×106cm－2以下。氮化铝单晶层中所含的O、Si、C、B的合计杂质量优选为1×1018atoms/cm2以下。氮化铝单晶层的晶体品质、例如(0002)面及(10－10)面的摇摆曲线的半值宽度优选为400arcsec以下。另外，在氮化铝基板中主面的曲率半径优选为1m以上。曲率半径的上限越大越好，然而如果考虑工业化生产，则为10000m以下。通过使用满足如上所示的要件的氮化铝单晶层，就可以制造更高品质的III族氮化物层叠体、以及III族氮化物半导体元件。
本发明中，氮化铝基板的厚度没有特别限制，然而优选为以下的范围。具体而言，在氮化铝基板由仅为氮化铝单晶层的单层构成的情况下，优选为10～2000μm。另外，在由包含非单晶的氮化铝的层(非单晶层)和氮化铝层构成的情况下，氮化铝层的厚度优选为0.005～300μm，非单晶层的厚度优选为10～2000μm。
通过使氮化铝基板、以及氮化铝单晶层的厚度满足所述范围，就可以得到更高品质的III族氮化物层叠体、以及III族氮化物半导体元件，并且它们的制造变得容易。
本发明的氮化铝基板的特征在于以相对于纤锌矿结构的(0001)面在0.05°以上0.40°以下的范围内向m轴方向倾斜的面作为主面的氮化铝单晶层部分。该氮化铝单晶层可以通过先利用公知的方法制造氮化铝单晶层，再对所得的氮化铝单晶层实施研磨等，特别是实施化学机械研磨(CMP)的加工而制造。
(氮化铝基板的制造：构成氮化铝单晶层的氮化铝单晶的生长)
首先，具体而言，利用氢化物气相生长法(HVPE；Hydride vapor phase epitaxy)、有机金属气相生长法(MOCVD；Metalorganic chemical vapor deposition)、升华法(PVT；Physical Vapor Transport)、分子束外延法(MBE；Molcular beam epitaxy)等气相生长法、或LPE法(Liquid phase epitaxy)等液层生长法、或者它们的组合，使氮化铝单晶层生长。其中，如果考虑生产性、最终得到的III族氮化物半导体元件的光导出等，优选利用HVPE法使氮化铝单晶层生长。特别是，构成氮化铝单晶层的部分优选利用HVPE法来制造。
作为本发明的氮化铝基板为单层时的制造方法，例如可以利用日本特开2009－190960号公报中记载的方法来制造。另外，具有多晶层、或非晶质层的多层基板例如可以利用日本特开2009-161390中记载的方法来制造。特别是在制作晶体品质良好、并且紫外光透过性良好的氮化铝基板的情况下，也可以像Y.Kumagai，et.al.Applied Physics Express5(2012)055504中报告的那样，使用在利用升华法制作的氮化铝基板上利用HVPE法生长单晶氮化铝的厚膜而得的层叠体。该情况下，氮化铝单晶层优选设为利用HVPE法生长的单晶氮化铝的厚膜。另外，上述层叠体也可以除去升华法基板部分，设为由该单晶氮化铝的厚膜构成的单层的氮化铝基板。
(氮化铝单晶层的制造：主面的加工方法)
通过对利用上述方法准备的氮化铝基板的该基板面进行研磨，就可以加工为作为第一项本发明的至少在表面具有以相对于纤锌矿结构的(0001)面在0.05°以上0.40°以下的范围内向m轴方向倾斜的面作为主面的氮化铝单晶层的氮化铝基板。例如，可以将一般在准备Epi-ready基板时所用的CMP法(Chemical mechanical polishing)作为研磨方法使用。如果考虑研磨后的基板表面的平坦性，则优选为CMP研磨。本实施方式中，对c面氮化铝基板进行研磨。
CMP中，使用分散有磨料的料浆对氮化铝基板进行化学式及机械式研磨。所谓“机械式”，是指一边将氮化铝基板在由2个研磨垫夹持的状态下旋转一边供给料浆并进行物理性的研磨。所谓“化学式”，是指通过将料浆设为酸性或碱性而对氮化铝基板的表面进行化学性的蚀刻。CMP法中，通过将机械式研磨和化学式研磨组合，就可以高效地获得具有平坦的表面的基板。在机械式研磨时，将氮化铝基板保持在可以调整倾斜角的保持台上，设定保持台的倾斜角使得研磨面(成为主面)相对于纤锌矿结构的(0001)面达到上述给定角度，进行研磨。
对于研磨垫推压氮化铝基板的力的大小、以及研磨垫的转速，只要适当地调整即可，没有特别限制。在研磨垫推压氮化铝基板的力过大的情况下，或者在转速过快的情况下，氮化铝基板就有可能断裂。另一方面，在研磨垫推压氮化铝基板的力过小的情况下，或者在转速过慢的情况下，就会有研磨速度变慢的缺点。
料浆中的磨料只要是比氮化铝硬的材料就没有特别限制，可以举出金刚石、SiC、Al2O3等。料浆的pH没有特别限制，然而一般在pH8以上的碱性条件下或pH6以下的酸性条件下进行。磨料的粒径没有特别限制，然而从粒径大的磨料起依次适当地使用直径为0.1μm～15μm的范围的磨料。
利用如上所述的方法加工氮化铝单晶层，形成氮化铝单晶层的主面即可。下面，对包含该氮化铝单晶层的III族氮化物层叠体、以及III族氮化物半导体元件进行说明。
(III族氮化物层叠体、以及III族氮化物半导体元件)
本发明中，在利用如上所述的方法制造的氮化铝基板的表面(氮化铝单晶层的主面)，生长III族氮化物单晶层。此后，制造III族氮化物层叠体、以及包含该层叠体的III族氮化物半导体元件。
以下，对作为本发明的一个实施方式的III族氮化物半导体元件(发光元件)的实施方式进行说明。如图2所示，III族氮化物半导体元件10具有在氮化铝基板11上依次层叠了n层12(n型包层)、量子阱层13、p层14(p型包层)、p型帽层15的结构。此外，在n层12中形成有负极20，在p型帽层15中形成有正极21。各层没有特别限制，然而优选利用MOCVD法(有机金属气相生长法)生长。
另外，在形成n层12前，出于提高晶体品质的目的，也可以形成具有与氮化铝基板(氮化铝单晶层)及n层相同或处于它们的中间的晶格常数的缓冲层。该缓冲层的厚度没有特别限制，然而优选为2nm～1000nm。但是，如果使用晶体品质良好的氮化铝基板，则即使不形成该缓冲层，也可以形成良好的III氮化物半导体元件。
n层12的施体杂质原子没有特别限制，然而可以使用Si。浓度没有特别限制，然而优选为1017～1020cm－3。而且，n层12的厚度没有特别限制，然而优选为200nm～3000nm。
量子阱层13优选由将势阱层和势垒层反复层叠而得的多重量子阱结构(MQW(Multi quantum well)结构)构成。另外，量子阱层13的厚度也没有特别限制，然而优选势阱层为1～5nm，势垒层为2～50nm。反复次数也没有特别限制，然而优选为1次到10次。
p层14掺杂有受体杂质原子，并且显示出p型特性。受体杂质没有特别限制，然而可以举出Mg、Zn、Ca、Cd、Be等，其中优选Mg、Be。另外，施体杂质原子的浓度优选为1017～1020cm－3。p层14的厚度也没有特别限制，然而优选为5～200nm。
另外，在形成p层14前，出于提高电子注入效率的目的，也可以形成具有比该p层更大的带隙能量的电子阻挡层。该阻挡层的厚度没有特别限制，然而优选为2nm～100nm。
p型帽层15是容易获得高的空穴浓度、并用于与构成正极21的金属取得欧姆接触性的层，优选由GaN层构成。p型帽层15掺杂有受体杂质原子，杂质原子的浓度优选为1017～1020cm－3。该p型帽层15只要改变原料气体、施体杂质原子的原料气体的供给比，调整为达到所需的组成即可。p型帽层的厚度也没有特别限制，然而优选为2～3000nm。
本发明的III族氮化物层叠体在氮化铝基板上至少具有由III族氮化物单晶构成的层。其中，本发明的氮化铝基板在至少一层的III族氮化物单晶层是满足以Al1－(x+y+z)GaxInyBzN(其中，x、y及z各自独立地为0以上且小于0.5的有理数，x、y及z的和小于0.5。)表示的组成的AlGaInBN层的情况下，就会发挥优异的效果。也就是说，在其上形成晶格常数与氮化铝基板接近的III族氮化物单晶层的情况下，会发挥优异的效果。而且，所述AlGaInBN层只要存在于氮化铝基板上即可，既可以直接层叠于氮化铝基板的主面上，也可以夹隔着其他的III族氮化物单晶层层叠。特别优选在氮化铝基板的主面上直接层叠所述AlGaInB层(包括AlN层)。更具体而言，在制成深紫外发光元件的情况下，优选n层、p层成为所述AlGaInBN层。由此，例如，量子阱层中的势阱层也可以由Al的含量小于50原子％的III族氮化物单晶层形成。
另外，所述AlGaInBN层更优选在Al1－(x+y+z)GaxInyBzN中满足0≤X≤0.4、0≤Y≤0.01、0≤Z≤0.01、以及0≤X+Y+Z≤0.42，进一步优选满足0.2≤X≤0.4、0≤Y≤0.01、0≤Z≤0.01、以及0.2≤X+Y+Z≤0.42。
(III族氮化物层叠体的特性)
本发明的III族氮化物层叠体没有特别限制，然而可以使之具有以下的特性。
在本发明的III族氮化物层叠体中，在将AlGaNInN层设为在Al1－(x+y+z)GaxInyBzN中x为大于0且小于0.5的有理数、y及z为0以上且小于0.5的有理数、x、y及z的和大于0且小于0.5的层的情况下，该AlGaInBN层在300K下的光致发光测定中，在4.56eV以上且小于5.96eV观测到该AlGaInBN层的能带端发光峰，该峰的半值宽度可以设为225meV以下。此外，该AlGaInBN层还可以将其表面粗糙度(Ra)设为1.0nm以下。也就是说，由于该半值宽度为225meV以下，因此会成为组成分布更加均匀且杂质浓度低的高品质的III族氮化物层叠体。另外，由于表面粗糙度(Ra)为1.0nm以下，因此会成为平坦性高的III族氮化物层叠体。通常，如果该发光峰移向低能量侧，则容易三维生长，因此会有生长面的组成的波动变大的趋势。如果考虑这些，则优选III族氮化物层叠体的AlGaInBN层在4.56eV以上且小于5.96eV观测到发光峰，该半值宽度为225meV以下，表面粗糙度(Ra)设为1.0nm以下。此外，更优选在4.56eV以上且小于5.96eV观测到该发光峰，该半值宽度为225meV以下，表面粗糙度(Ra)设为1.0nm以下。通常，如果考虑工业上的生产性，则III族氮化物层叠体的AlGaInBN层优选在4.56eV以上且小于5.39eV以下观测到该发光峰，该半值宽度为50meV以上225meV以下，表面粗糙度(Ra)设为0.05nm以上1.0nm以下。该情况下的优选的AlGaInBN的组成更优选满足0＜X≤0.4、0≤Y≤0.01、0≤Z≤0.01、以及0＜X+Y+Z≤0.42，进一步优选满足0.2≤X≤0.4、0≤Y≤0.01、0≤Z≤0.01、以及0.2≤X+Y+Z≤0.42。
另外，在本发明的III族氮化物层叠体中，在氮化铝单晶层的主面上直接层叠AlN层(在所述Al1－(x+y+z)GaxInyBzN中x、y及z为0的AlGaInBN层)的情况下，该AlN层在300K下的光致发光测定中，该AlN结晶的能带端发光峰的半值宽度为145meV以下，表面粗糙度(Ra)可以设为0.2nm以下。通常，如果考虑工业上的生产性，则III族氮化物层叠体的AlN层优选该半值宽度为120meV以上145meV以下，表面粗糙度(Ra)设为0.05nm以上0.2nm以下。
包含此种III族氮化物层叠体的III族氮化物半导体元件可以作为高品质的发光元件使用。
(III族氮化物层叠体、以及III族氮化物半导体元件的制造方法)
III族氮化物层叠体、以及III族氮化物半导体元件可以依照公知的方法，使用MOCVD法制造。
即，将氮化铝基板11设置于MOCVD装置中，在流通作为载气的氢气的状态下设为所期望的温度，并供给原料气体，由此生长所期望的AlGaInBN层。作为III族原料，可以使用三甲基铝(TMA)及三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMIn)、三乙基硼(TEB)、作为V族原料的氨(NH3)等。也可以在这些气体之外，还适当地供给施体杂质原子的原料气体。例如，在获得n层12的情况下，可以向反应炉内导入四乙基硅烷，在获得p层14的情况下，可以将环戊二烯基镁(Cp2Mg)与载气、III族原料气体、V族原料气体一起导入而使之生长。
利用以上的方法，就可以制造本发明的III族氮化物层叠体。而且，上述方法是本发明的III族氮化物层叠体的制造方法的一例。
(n电极(负极20)、p电极(正极21)的形成方法)
负极20、正极21的形成方法没有特别限制，可以采用公知的方法。负极20是在利用公知的方法蚀刻而露出的n层12上形成。作为负极材料可以举出Al、Au、Ni、Cu等。正极21在p型帽层15上形成。作为正极材料可以举出Al、Au、Ni、Cu等。
如上所述地可以制造出本发明的III族氮化物半导体元件。
利用上述方法得到的III族氮化物层叠体由于在本发明的氮化铝基板上生长，因此成为位错密度小、组成分布均匀、杂质浓度低、平坦性高的层叠体。其结果是，包含该III族氮化物层叠体的III族氮化物半导体元件(发光元件)成为高品质的元件。
实施例
以下，参照附图对本发明的具体的实施例、比较例进行说明，然而本发明并不限定于这些实施例。
(晶体品质的评价：III族氮化物单晶层(III族氮化物层叠体)的晶体品质的评价)
(光学特性评价)
晶体品质利用300K下的光致发光(以下有时也简称为“PL”)测定进行了评价。这是因为，PL测定中的量子阱层的发光峰的半值宽度由量子阱层内的组成的波动或杂质浓度引起。该半值宽度的评价可以利用使用了上述III族氮化物层叠体或III氮化物半导体元件的PL测定进行。本发明中，在图2中，进行了由氮化铝基板11、n层12、以及量子阱层13构成的层叠体(实施例1～3、比较例1～4)、由氮化铝基板11及n层12构成的层叠体(实施例4～6、比较例5～8)、以及在氮化铝基板11上直接层叠AlN层的层叠体(实施例7～9、比较例9～12)的PL测定，并进行了III族氮化物单晶层的评价(组成分布的评价)。PL测定使用193nmArF准分子激光器实施。而且，理所当然，可以说该半值宽度越短，则组成分布越均匀。
(表面粗糙度的评价：III族氮化物单晶层(III族氮化物层叠体)的表面粗糙度的评价)
(表面形貌评价)
氮化铝基板的AlN单晶层、n层及量子阱层的表面粗糙度的评价是使用原子力显微镜(AFM)测定2μm×2μm的范围而评价。这是因为，认为当晶体表面的粗糙度变大时，量子阱层内的组成的波动或杂质原子的引入就会增大。表面粗糙度利用Ra进行了评价。所谓Ra，是JIS B 0601中记载的表面粗糙度评价指标之一，是指如下得到的值，即，从粗糙度曲面中，沿其平均值的方向抽取基准面积(此处为2μm×2μm)，将从该抽取部分的平均面到测定曲面的偏差的绝对值相加，将其用基准面积平均而得。而且，理所当然，可以说该Ra的值越小，则表面越平坦。
实施例1
研削厚度约500μm的由氮化铝单晶构成的c面氮化铝基板的表面及背面，进行CMP研磨。此后，得到氮化铝基板的主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.11°的面的、厚200μm的氮化铝基板(仅由AlN单晶层构成的氮化铝基板)。该氮化铝基板的曲率半径为20m，表面粗糙度(Ra)为0.17nm。另外，相对于纤锌矿结构的(0001)面的a轴方向的倾斜为0.00°。
在该氮化铝基板上，利用MOCVD法形成1μm的掺杂有Si的n层(Al0.7Ga0.3N)。其后，在该n层上，利用MOCVD法以使量子阱层为以下的结构的方式形成势垒层、势阱层。势垒层为2nm，以满足Al0.35Ga0.65N的组成的方式形成，势阱层为7nm，以满足Al0.7Ga0.3N的组成的方式形成。反复形成3次该势垒层、势阱层，将这些层作为量子阱层。生长条件设为，生长温度为1050℃，V/III比为1400，体系内压力为50mbar，供给作为原料气体的TMA、TMG、以及用氢稀释了的氨(9.8slm)。
将所得的基板(III族氮化物层叠体)冷却并从MOCVD装置中取出，进行PL测定。其结果是，由量子阱层引起的发光峰的峰位置为4.76eV，半值宽度为197meV。表面粗糙度(Ra)为0.18nm。将结果汇总在表1中。
实施例2
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.23°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例1相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层及量子阱层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由量子阱层引起的发光峰的峰位置为4.86eV，半值宽度为203meV。表面粗糙度(Ra)为0.20nm。将结果汇总在表1中。
实施例3
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.32°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例1相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层及量子阱层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由量子阱层引起的发光峰的峰位置为4.79eV，半值宽度为208meV。表面粗糙度(Ra)为0.30nm。将结果汇总在表1中。
实施例4
在与实施例1相同的氮化铝基板上，利用MOCVD法仅形成了1μm的掺杂有Si的n层(Al0.7Ga0.3N)。生长条件设为，生长温度为1050℃，V/III比为1400，体系内压力为50mbar，供给作为原料气体的TMA、TMG、以及用氢稀释了的氨(9.8slm)。
将所得的基板(III族氮化物层叠体)冷却并从MOCVD装置中取出，进行了PL测定。其结果是，由n层引起的发光峰的峰位置为5.17eV，半值宽度为211meV。表面粗糙度(Ra)为0.17nm。将结果汇总在表1中。
实施例5
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.23°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例4相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由n层引起的发光峰的峰位置为5.15eV，半值宽度为219meV。表面粗糙度(Ra)为0.21nm。将结果汇总在表1中。
实施例6
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.32°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例4相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。将结果汇总在表1中。
在生长n层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由n层引起的发光峰的峰位置为5.12eV，半值宽度为220meV。表面粗糙度(Ra)为0.24nm。将结果汇总在表1中。
实施例7
在与实施例1相同的氮化铝基板上，利用MOCVD法仅形成0.2μm的掺杂有Si的AlN层。生长条件设为，生长温度为1200℃，V/III比为2500，体系内压力为35mbar，供给作为原料气体的TMA、TMG、以及用氢稀释了的氨(8.5slm)。
将所得的基板(III族氮化物层叠体)冷却并从MOCVD装置中取出，进行了PL测定。其结果是，由AlN层引起的发光峰的峰位置为5.96eV，半值宽度为140meV。表面粗糙度(Ra)为0.08nm。将结果汇总在表1中。
实施例8
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.23°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例7相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长AlN层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由AlN层引起的发光峰的峰位置为5.96eV，半值宽度为141meV。表面粗糙度(Ra)为0.09nm。将结果汇总在表1中。
实施例9
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.32°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例7相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长AlN层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由AlN层引起的发光峰的峰位置为5.96eV，半值宽度为141meV。表面粗糙度(Ra)为0.09nm。将结果汇总在表1中。
实施例10
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.14°、向a轴方向倾斜了0.24°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例1相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层及量子阱层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由量子阱层引起的发光峰的峰位置为4.84eV，半值宽度为208meV。表面粗糙度(Ra)为0.29nm。将结果汇总在表1中。
实施例11
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.23°、向a轴方向倾斜了0.19°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例1相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层及量子阱层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由量子阱层引起的发光峰的峰位置为4.83eV，半值宽度为209meV。表面粗糙度(Ra)为0.23nm。将结果汇总在表1中。
实施例12
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.30°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例1相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层及量子阱层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由量子阱层引起的发光峰的峰位置为4.85eV，半值宽度为199meV。表面粗糙度(Ra)为0.11nm。将结果汇总在表1中。
实施例13
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.32°、向a轴方向倾斜了0.11°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例1相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层及量子阱层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由量子阱层引起的发光峰的峰位置为4.87eV，半值宽度为206meV。表面粗糙度(Ra)为0.22nm。将结果汇总在表1中。
实施例14
在与实施例10相同的氮化铝基板上，利用MOCVD法仅形成了1μm的掺杂有Si的n层(Al0.7Ga0.3N)。生长条件设为，生长温度为1050℃，V/III比为1400，体系内压力为50mbar，供给作为原料气体的TMA、TMG、以及用氢稀释了的氨(9.8slm)。
将所得的基板(III族氮化物层叠体)冷却并从MOCVD装置中取出，进行了PL测定。其结果是，由n层引起的发光峰的峰位置为5.20eV，半值宽度为215meV。表面粗糙度(Ra)为0.20nm。将结果汇总在表1中。
实施例15
在与实施例11相同的氮化铝基板上，利用MOCVD法仅形成了1μm的掺杂有Si的n层(Al0.7Ga0.3N)。生长条件设为，生长温度为1050℃，V/III比为1400，体系内压力为50mbar，供给作为原料气体的TMA、TMG、以及用氢稀释了的氨(9.8slm)。
将所得的基板(III族氮化物层叠体)冷却并从MOCVD装置中取出，进行了PL测定。其结果是，由n层引起的发光峰的峰位置为5.16eV，半值宽度为218meV。表面粗糙度(Ra)为0.25nm。将结果汇总在表1中。
实施例16
在与实施例12相同的氮化铝基板上，利用MOCVD法仅形成了1μm的掺杂有Si的n层(Al0.7Ga0.3N)。生长条件设为，生长温度为1050℃，V/III比为1400，体系内压力为50mbar，供给作为原料气体的TMA、TMG、以及用氢稀释了的氨(9.8slm)。
将所得的基板(III族氮化物层叠体)冷却并从MOCVD装置中取出，进行了PL测定。其结果是，由n层引起的发光峰的峰位置为5.16eV，半值宽度为209meV。表面粗糙度(Ra)为0.15nm。将结果汇总在表1中。
实施例17
在与实施例13相同的氮化铝基板上，利用MOCVD法仅形成了1μm的掺杂有Si的n层(Al0.7Ga0.3N)。生长条件设为，生长温度为1050℃，V/III比为1400，体系内压力为50mbar，供给作为原料气体的TMA、TMG、以及用氢稀释了的氨(9.8slm)。
将所得的基板(III族氮化物层叠体)冷却并从MOCVD装置中取出，进行了PL测定。其结果是，由n层引起的发光峰的峰位置为5.17eV，半值宽度为216meV。表面粗糙度(Ra)为0.30nm。将结果汇总在表1中。
比较例1
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.03°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例1相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层及量子阱层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由量子阱层引起的发光峰的峰位置为4.74eV，半值宽度为248meV。表面粗糙度(Ra)为2.03nm。将结果汇总在表1中。
比较例2
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.41°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例1相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层及量子阱层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由量子阱层引起的发光峰的峰位置为4.67eV，半值宽度为231meV。表面粗糙度(Ra)为0.63nm。将结果汇总在表1中。
比较例3
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.64°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例1相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层及量子阱层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由量子阱层引起的发光峰的峰位置为4.70eV，半值宽度为235meV。表面粗糙度(Ra)为0.70nm。将结果汇总在表1中。
比较例4
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.81°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例1相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层及量子阱层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由量子阱层引起的发光峰的峰位置为4.68eV，半值宽度为252meV。表面粗糙度(Ra)为2.34nm。将结果汇总在表1中。
比较例5
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.03°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例4相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由n层引起的发光峰的峰位置为5.16eV，半值宽度为251meV。表面粗糙度(Ra)为1.30nm。将结果汇总在表1中。
比较例6
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.41°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例4相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由n层引起的发光峰的峰位置为5.13eV，半值宽度为230meV。表面粗糙度(Ra)为0.30nm。将结果汇总在表1中。
比较例7
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.81°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例4相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由n层引起的发光峰的峰位置为5.08eV，半值宽度为267meV。表面粗糙度(Ra)为1.57nm。将结果汇总在表1中。
比较例8
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.03°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例7相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长AlN层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由AlN层引起的发光峰的峰位置为5.96eV，半值宽度为153meV。表面粗糙度(Ra)为0.48nm。将结果汇总在表1中。
比较例9
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.41°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例7相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长AlN层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由AlN层引起的发光峰的峰位置为5.96eV，半值宽度为141meV。表面粗糙度(Ra)为0.29nm。将结果汇总在表1中。
比较例10
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.81°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例7相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度、a轴方向的倾斜)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长AlN层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由AlN层引起的发光峰的峰位置为5.96eV，半值宽度为155meV。表面粗糙度(Ra)为0.51nm。将结果汇总在表1中。
比较例11
除了使用主面具有相对于纤锌矿结构的(0001)面向m轴方向倾斜了0.42°、向a轴方向倾斜0.15°的面的氮化铝基板以外，进行了与实施例1相同的操作、评价。主面的偏斜角以外的物理性质(晶体品质、曲率半径、表面粗糙度(Ra)、厚度)使用了与实施例1中使用的氮化铝基板同等的值。
在生长n层及量子阱层后，进行了所得的基板(III族氮化物层叠体)的PL测定，其结果是，由量子阱层引起的发光峰的峰位置为4.81eV，半值宽度为241meV。表面粗糙度(Ra)为0.72nm。将结果汇总在表1中。
比较例12
在与比较例11相同的氮化铝基板上，利用MOCVD法仅形成了1μm的掺杂有Si的n层(Al0.7Ga0.3N)。生长条件设为，生长温度为1050℃，V/III比为1400，体系内压力为50mbar，供给作为原料气体的TMA、TMG、以及用氢稀释了的氨(9.8slm)。
将所得的基板(III族氮化物层叠体)冷却并从MOCVD装置中取出，进行了PL测定。其结果是，由n层引起的发光峰的峰位置为5.19eV，半值宽度为237meV。表面粗糙度(Ra)为0.37nm。将结果汇总在表1中。
[表1]
根据以上的结果可知，实施例中得到的III族氮化物层叠体的组成分布波动少，杂质浓度低，且表面粗糙度(Ra)小。另外可知，如实施例1～3中所示，如果在实施例4～6中所示的高品质的n层(AlGaInBN层)上生长量子阱层，则该量子阱层也是高品质的层。
附图标记说明：
1：基板主面；2：c面；3：偏斜角；10III族氮化物半导体元件；11：氮化铝基板；12：n层；13：量子阱层；14：p层；15：p型帽层；20：负极；21：正极。

Claims (5)

1.一种III族氮化物层叠体，其特征在于，
具有由氮化铝构成的氮化铝基板，所述氮化铝基板至少在表面具有以相对于纤锌矿结构的(0001)面在0.05°以上且0.40°以下的范围内向m轴方向倾斜的面作为主面的氮化铝单晶层，
在所述氮化铝基板的所述氮化铝单晶层的主面上，直接层叠掺杂有Si的满足以Al1－(x+y+z)GaxInyBzN表示的组成的AlGaInBN层，其中，x、y及z各自独立地为0以上且小于0.5的有理数，x、y及z的和小于0.5。
2.根据权利要求1所述的III族氮化物层叠体，其特征在于，
具有在所述Al1－(x+y+z)GaxInyBzN中，x为大于0且小于0.5的有理数，y及z为0以上且小于0.5的有理数，x、y及z的和大于0且小于0.5的组成的AlGaInBN层，
在该AlGaInBN层的300K下的光致发光测定中，在4.56eV以上且小于5.96eV处观测到该AlGaInBN层的能带端发光峰，该发光峰的半值宽度为225meV以下。
3.根据权利要求1所述的III族氮化物层叠体，其特征在于，
在所述氮化铝单晶层的主面上，直接层叠掺杂有Si的AlN层，即在所述Al1－(x+y+z)GaxInyBzN中，x、y及z为0，
在该AlN层的300K下的光致发光测定中，该AlN晶体的能带端发光峰的半值宽度为145meV以下，
该AlN层的表面粗糙度Ra为0.2nm以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的III族氮化物层叠体，其特征在于，
所述主面相对于纤锌矿结构的(0001)面在0.00°以上且0.40°以下的范围内向a轴方向倾斜。
5.一种III族氮化物半导体元件，其至少具有权利要求1至4中任一项所述的III族氮化物层叠体中的氮化铝单晶层、以及所述AlGaInBN层部分。
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