JP2005235908A - 窒化物半導体積層基板及びＧａＮ系化合物半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上部に形成される窒化物半導体層を含む機能素子に対する構造的制約を緩和できる、低貫通転位のＡｌＧａＮ或いはＡｌＮを用いた窒化物半導体積層基板を提供する。
【解決手段】基板１上に、直接或いはＡｌＮまたはＡｌＧａＮを主とする１または複数の窒化物半導体層１１を介して形成されたＡｌＮまたはＡｌＧａＮを主とする第１半導体層１２を備えてなり、その上部に窒化物半導体層を含む機能素子２０を形成するための窒化物半導体積層基板１０であって、第１半導体層１２は、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮの基板１の表面と平行な横方向への結晶成長を促進させるアルカリ金属元素または２属元素の中から選択される微量の横方向成長促進物質を添加して形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、受光素子や発光素子等の機能素子を上部に形成するための窒化物半導体積層基板、及び、当該窒化物半導体積層基板を用いたＧａＮ系化合物半導体装置に関する。

ＧａＮ系化合物半導体（一般式：Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ）は直接遷移型のエネルギバンド構造を有し、そのバンドギャップエネルギが室温で１．９ｅＶ〜６．２ｅＶに及ぶワイドバンドギャップであるため、紫外域から可視光域をカバーする発光ダイオード、レーザダイオード、及び、紫外線センサ等の受光素子として広範な応用が可能である。一般的に、検出対象とする波長範囲の光に対して感度を有する材料であれば受光素子として利用することができる。例えば、炭化水素が燃焼した場合に紫外域に現れる発光を選択的に検出することが要求される紫外線受光素子（火炎センサ）の場合には、紫外域に感度を有する材料として、ＡｌＧａＮ等のＧａＮ系化合物半導体が用いられる。ここで、受光領域のデバイス構造としては、ＰＮ接合型やＰＩＮ接合型のフォトダイオード構造、ショットキーダイオード構造、フォトトランジスタ構造等が考えられる。しかし、火炎センサに応用する場合、受光素子の性能として幾つかの要求を満たさなければならない。

先ず、室内光や太陽光等の外乱光と区別して火炎光のみを選択的に受光するために、外乱光スペクトルの短波長端をカットオフ波長（感度域の長波長端）として設定すべく、受光領域を形成するＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮのバンドギャップエネルギ、つまり、ＡｌＮ組成比ｘ（ＡｌＮモル分率ともいう）を調整しなければいけない。しかし、欠陥準位や三元混晶による組成ずれによりバンドギャップ内に準位が形成され、これがカットオフ波長の長波長側でも感度を生じさせ、当該波長に対して光吸収が行われることで感度差が小さくなり、つまり、選択性が低下する。特に、ＡｌＮ組成比が大きくなる程に顕著となり、火炎センサとしての応用において、特に重要な課題となる。

また、受光素子に照射される火炎光が微弱である場合には、発生するキャリアの数と、膜中の欠陥準位にトラップされるキャリアの数とが競合するような関係になり、光照射に対する応答速度が非常に遅くなる場合がある。更に、トラップ準位からのキャリアの放出が温度に対して非常に敏感であるため、温度上昇に伴って急激にキャリアの放出が行われて暗電流が増加する場合がある。暗電流が大きいと、微弱な火炎光を吸収して発生した光電流が暗電流に埋もれてしまうため、この暗電流を非常に低いレベルにまで低減することが必要となる。

従って、紫外域の微弱な照射光を高温条件下で測定する必要がある火炎センサにとっては、受光領域のＡｌＧａＮのＡｌＮ組成比を所定のカットオフ波長となるように設定するとともに、当該ＡｌＮ組成比に対して、結晶品質が良好であり、キャリアをトラップする再結合中心となり得る貫通転位等の少ない半導体層をデバイス層（受光層）として得ることが必須の要件となる。

従来、デバイス層中の貫通転位密度をできるだけ低いレベルに低減するために、サファイア等の平坦性の高い基板上に、数１０ｎｍの厚さで低温堆積されたバッファ層（例えば、約１０５０℃以下の基板表面温度で成長）を設け、その上に受光領域を含むデバイス層を形成して受光素子を作製する方法がある。ここで、低温堆積されたバッファ層を設ける理由は、サファイア基板の結晶成長面の格子間隔（約０．２７５ｎｍ）と、受光領域のＡｌＧａＮの格子間隔（約０．３１〜約０．３２ｎｍ）との間の格子不整合を緩和し、格子不整合により発生し得る受光領域中の貫通転位を少なくさせることにある。

また、サファイア基板とデバイス層との間に単層のバッファ層ではなく、複数のバッファ層を設ける方法もある（例えば、下記の非特許文献１に開示されている）。例えば、サファイア基板上に、ＡｌＮからなる低温堆積バッファ層と、ＧａＮからなる結晶改善層と、ＡｌＮからなる低温堆積中間層という多層の窒化物半導体基板層（下地構造）を設け、その上にデバイス層を設けることで、単層のバッファ層を設けた場合以上に、基板と受光領域との間の格子不整合を緩和することが可能となる。これは、低温堆積中間層を介しても、低温堆積中間層上に成長させるＡｌＧａＮ層がＧａＮからなる結晶改善層の結晶品質を引き継いで成長する性質があり、しかも、低温堆積中間層によって、ＧａＮとＡｌＧａＮとの間の格子不整合によって、ＡｌＧａＮ層が臨界膜厚（弾性限界）を超えるとクラックが生じるという問題を解決できるためである。
Ｍ． Ｉｗａｙａ，他，"Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｔｃｈ Ｐｉｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎ Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ Ｖａｐｏｒ ＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ−Ｇｒｏｗｎ ＧａＮ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ ｂｙ Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ Ｂｕｆｆｅｒ Ｌａｙｅｒ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｇｒｏｗｎ ＧａＮ"，Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｖｏｌ．３７ ｐｐ．Ｌ３１６−Ｌ３１８，１９９８年３月

しかしながら、非特許文献１に開示された多層の窒化物半導体基板層の場合、例えば、ＡｌＧａＮを主とする受光素子を構成するデバイス層をその上部に形成する場合、窒化物半導体基板層内にＧａＮ層からなる結晶改善層を有するため、基板側から光を入射させると、ＡｌＧａＮよりバンドギャップエネルギの小さいＧａＮ層内で検出対象波長の入射光が吸収されてしまうため、入射光は上部からの入射に制限される。

また、デバイス層（例えば、受光層）が上部入射に制限されるとすれば、如何なる具体的な構造とすれば、低貫通転位密度の下地構造上に火炎センサとしての使用に耐え得るデバイス層が実現できるかを解決しなければいけない。

例えば、デバイス層の受光構造として、ＰＮ接合型やＰＩＮ接合型のフォトダイオード構造を想定した場合に、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＡｌＧａＮ層の何れを上側にするにせよ、上側のＡｌＧａＮ層とのオーミック電極として検出対象波長の光を透過する材料を選ぶか、部分的に開口部を設けたメッシュ状の電極パターンとする等の工夫が必要となり、受光感度を低下させる要因、製造コスト高騰の要因となる。更に、上側にｐ型ＡｌＧａＮ層を配置する場合は、ＡｌＮ組成比が大きいとｐ型活性化が困難となり、十分な低抵抗層が得られないため、ＡｌＮ組成を２０％以下に制限する必要が生じ、このため、ＡｌＮ組成比の大きいｐ型ＡｌＧａＮ層とは別に、電極とオーミック接触するためのＡｌＮ組成を２０％以下のｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を設ける必要がある。しかし、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層において、検出対象波長の入射光の吸収が起こるため、当該ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚を薄くしなければならないが、膜厚が薄いとｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の寄生抵抗が大きくなり、メッシュ状電極の場合の受光用の開口を大きくできないという問題が生じ、更に、受光感度を低下させる要因となる。また、上側にｎ型ＡｌＧａＮ層を配置する場合は、ｎ型ＡｌＧａＮ層よりｐ型ＡｌＧａＮ層を先に形成する必要があるが、ｐ型ＡｌＧａＮ層の成長時にｐ型不純物を供給する原料ガスのメモリ効果（配管内壁に残留した残留不純物による影響）が、ｎ型不純物より大きいため、製造工程上、上側にｎ型ＡｌＧａＮ層を配置するのは好ましくないという問題もある。同様の問題は発光素子においても妥当する。

そこで、非特許文献１に開示された多層の窒化物半導体基板層において、ＧａＮ層からなる結晶改善層を、デバイス層を構成するＡｌＧａＮよりＡｌＮ組成比の大きいＡｌＧａＮ或いはＡｌＮを用いて形成することで、上記問題が、理論上は一応解消される。しかし、一般に、ＧａＮは上方（基板面に垂直な方向）と横方向（基板面に平行な方向）に結晶成長する傾向があるのに対し、ＡｌＧａＮ或いはＡｌＮは上方への結晶成長が優勢であるため、結晶改善層を所定の膜厚以上で成長させて、その成長過程において横方向への転位の結合を図って低転位化するには、ＧａＮを用いた方が有利と考えられる。そこで、低貫通転位のＡｌＧａＮ或いはＡｌＮを用いた窒化物半導体基板層を得るのは一般に困難と考えられていた。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記問題点を解消し、上部に形成される窒化物半導体層を含む機能素子に対する構造的制約を緩和できる、低貫通転位のＡｌＧａＮ或いはＡｌＮを用いた窒化物半導体積層基板、及び、それを用いたＧａＮ系化合物半導体装置を提供することにある。

この目的を達成するための本発明に係る窒化物半導体積層基板の第一の特徴構成は、基板上に、直接或いはＡｌＮまたはＡｌＧａＮを主とする１または複数の窒化物半導体層を介して形成されたＡｌＮまたはＡｌＧａＮを主とする第１半導体層を備えてなり、その上部に窒化物半導体層を含む機能素子を形成するための窒化物半導体積層基板であって、前記第１半導体層は、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮの前記基板の表面と平行な横方向への結晶成長を促進させる横方向成長促進物質を添加して形成される点にある。

上記第一の特徴構成によれば、窒化物半導体積層基板内にＧａＮ層が存在しないため、窒化物半導体積層基板内にＧａＮ層が存在することに起因する上述の問題点が解消されるとともに、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮを主とする第１半導体層内において横方向成長が促進され、それに伴い転位の結合が促進され、第１半導体層表面に現れる貫通転位を低減できる。この結果、窒化物半導体積層基板の上部に形成される機能素子を構成する窒化物半導体層の結晶品質が向上し、当該機能素子の高性能化が図れる。

同第二の特徴構成は、上記第一の特徴構成に加えて、前記第１半導体層は、前記横方向成長促進物質として、微量のアルカリ金属元素または２属元素の中から選択される物質を添加して形成される点にある。

同第三の特徴構成は、上記第一または第二の特徴構成に加えて、前記横方向成長促進物質は、Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａの内の少なくとも１つの元素を含む点にある。

上記第二または第三の特徴構成によれば、微量のアルカリ金属元素または２属元素の中から選択される物質、例えば、Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ等が、横方向成長促進物質として機能し、上記第一の特徴構成の作用及び効果を奏する。

同第四の特徴構成は、上記何れかの特徴構成に加えて、単結晶基板と、前記単結晶基板上に、３００℃〜８００℃の温度範囲内の低温成長により形成されたＡｌＮまたはＡｌＧａＮを主とする低温堆積バッファ層と、前記低温堆積バッファ層上に形成された前記第１半導体層とを備えてなる点にある。

上記第四の特徴構成によれば、低温堆積バッファ層によって、基板と第１半導体層間の格子不整合が緩和されるので、第１半導体層におけるクラック等の発生を防止できる。この結果、厚膜の第１半導体層を形成できるため、その結晶成長過程で転位の結合が図れる、効果的に低転位化が図れる。

同第五の特徴構成は、上記第四の特徴構成に加えて、前記第１半導体層上に、３００℃〜８００℃の温度範囲の低温成長によるＡｌＮまたはＡｌＧａＮを主とする第２の低温堆積バッファ層を有する点にある。上記第五の特徴構成によれば、第１半導体層と第２の低温堆積バッファ層上に形成される窒化物半導体層との間の格子不整合を緩和できる。

同第六の特徴構成は、上記第四または第五の特徴構成に加えて、前記第１半導体層の成長温度が１２８０℃以上である点にある。上記第六の特徴構成によれば、第１半導体層として低転位のものが得られる。

同第七の特徴構成は、上記何れかの特徴構成に加えて、前記第１半導体層の膜厚が、５００ｎｍ以上である点にある。上記第七の特徴構成によれば、第１半導体層内で転位の結合頻度が、膜厚に比例して増加するため、第１半導体層表面に現れる貫通転位が減少して、高品位の低貫通転位密度の窒化物半導体積層基板が得られる。

同第八の特徴構成は、上記第一乃至第三の何れかの特徴構成に加えて、単結晶基板と、前記単結晶基板上に、１０５０℃以上の高温で５００ｎｍ以上の膜厚に成長させた少なくとも１層のＡｌＮ層と、前記ＡｌＮ層上に形成された前記第１半導体層とを備えてなる点にある。

上記第八の特徴構成において、上記第一の特徴構成における基板と第１半導体層間に、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮを主とする１または複数の窒化物半導体層が存在する場合の当該窒化物半導体層に、１０５０℃以上の高温で５００ｎｍ以上の膜厚に成長させた少なくとも１層のＡｌＮ層が相当する。上記第八の特徴構成によれば、かかる厚膜の高温堆積バッファ層としてのＡｌＮ層上に、第１半導体層を設けることで、第１半導体層での横方向成長でＡｌＮ層上に現れた貫通転位が、そのまま上方に進行するのではなく、横方向に結合して減少する低転位化効果が期待される。

同第九の特徴構成は、上記何れかの特徴構成に加えて、前記第１半導体層は、ＡｌＮ組成比が５０％以上のＡｌＧａＮを主とする窒化物半導体層である点にある。

上記第九の特徴構成によれば、窒化物半導体積層基板内に存在する窒化物半導体のバンドギャップエネルギがＡｌＮ組成比が５０％のＡｌＧａＮのバンドギャップエネルギ（約４．７５ｅＶ）以上であるので、例えば、上部に形成される機能素子が受光素子である場合、約２６０ｎｍより長波長の光を吸収しないため、約２６０ｎｍ以上の検出対象波長の光を基板側から入射させることができ、上面入射の場合に生じるデバイス層構造上の問題を解決して、高性能の紫外線受光素子として使用可能な受光素子を実現できる。

この目的を達成するための本発明に係るＧａＮ系化合物半導体装置の第一の特徴構成は、上記何れかの特徴構成の窒化物半導体積層基板上に、ＧａＮ系化合物半導体からなる前記機能素子を構成するデバイス層を備えてなる点にある。

上記ＧａＮ系化合物半導体装置の第二の特徴構成は、上記第一の特徴構成に加えて、前記機能素子が受光素子であって、前記デバイス層内にＡｌＧａＮを主とする受光領域を備えてなる点にある。

上記ＧａＮ系化合物半導体装置の第三の特徴構成は、上記第二の特徴構成に加えて、前記受光領域のバンドギャップエネルギが３．６ｅＶ以上である点にある。

上記ＧａＮ系化合物半導体装置の第四の特徴構成は、上記第二または第三の特徴構成に加えて、前記受光領域に、前記窒化物半導体積層基板を通して受光対象波長域の光が入射する点にある。

上記ＧａＮ系化合物半導体装置の第五の特徴構成は、上記第一の特徴構成に加えて、前記機能素子が発光素子であって、前記デバイス層内にＡｌＧａＮを主とする活性層を備えてなる点にある。

上記ＧａＮ系化合物半導体装置の第六の特徴構成は、上記第五の特徴構成に加えて、前記活性層で発光した光が、前記窒化物半導体積層基板を通して出射する点にある。

上記ＧａＮ系化合物半導体装置の第一乃至第六の特徴構成によれば、高品質の窒化物半導体積層基板上に、高性能の機能素子、受光素子、発光素子を実現できる。

特に、上記受光素子は、バンドギャップエネルギが３．６ｅＶ以上のＡｌＧａＮを主とする受光領域を備えることにより、３．６ｅＶ以上のエネルギを有する光が吸収されることで、波長約３４４ｎｍ（３．６ｅＶ）以下の波長の紫外線を上記受光領域によって選択的に検出することができる。

更に、バンドギャップエネルギが４．１ｅＶ、４．３ｅＶ、或は、４．６ｅＶ以上のＡｌＧａＮを主とする受光領域を備えるとすれば、上記受光領域において夫々４．１ｅＶ、４．３ｅＶ、或は、４．６ｅＶ以上のエネルギを有する光が吸収されることで、波長約３００ｎｍ（４．１ｅＶ）以下、約２９０ｎｍ（４．３ｅＶ）以下、或は、約２８０ｎｍ（４．６ｅＶ）以下の波長の紫外線を上記受光領域によって検出することができる。

ここで、バンドギャップエネルギが４．１ｅＶ以上のＡｌＧａＮを主とする受光領域を備えるとすれば、波長約３００ｎｍを超える波長の光、即ち、各種照明機器などからの室内光に対しては上記受光領域が感度を有さないので、波長約３００ｎｍ以下の紫外線を含む例えば火炎光に対して選択的に感度を有する紫外線受光素子（火炎センサ）を得ることができる。

また、バンドギャップエネルギが４．３ｅＶ以上のＡｌＧａＮを主とする受光領域を備えるとすれば、４．３ｅＶ以上（波長約２９０ｎｍ以下）のエネルギを有する光が吸収されることで、紫外線受光素子に照射される光に太陽光等の外乱光が含まれていたとしても、波長約２９０ｎｍ以下ではそれらの外乱光の光強度が非常に小さくなり、波長約２９０ｎｍ以下の紫外線を含む例えば火炎光に対して選択的に感度を有する、太陽光等の外乱光の影響を極めて受けにくい紫外線受光素子（火炎センサ）を得ることができる。

更に、バンドギャップエネルギが４．６ｅＶ以上のＡｌＧａＮを主とする受光領域を備えるとすれば、４．６ｅＶ以上（波長約２８０ｎｍ以下）のエネルギを有する光が吸収されることで、紫外線受光素子に照射される光に太陽光等の外乱光が含まれていたとしても、各種照明機器などからの室内光および太陽光（自然光）に対しては上記受光領域が感度を有さないので、波長約２８０ｎｍ以下の紫外線を含む例えば火炎光に対して選択的に感度を有する、室内光や太陽光等の外乱光の影響を受けない紫外線受光素子（火炎センサ）を得ることができる。

また、上記発光素子は、活性層のＡｌＧａＮのＡｌＮ組成比を適当に選択することで、光エネルギが３．４ｅＶから６．２ｅＶの発光を得ることができる。

特に、窒化物半導体積層基板を通過して光の入射または出射を行う受光素子や発光素子の場合、窒化物半導体積層基板を通過する光の吸収波長域の長波長端を、ＡｌＮ組成比が大きいほど短波長化できるので、ＡｌＮ組成比を２０％以上（波長約３１５〜３３０ｎｍ以下）或いは４０％以上（波長約２８０ｎｍ以下）に設定できれば、それだけ受光波長域及び発光波長域の設定自由度が広くなる。更に、上面からの光の出入りを回避できるため、デバイス層上部にＡｌＮ組成比の低いＡｌＧａＮ層或いはＧａＮ層を設けてｐ型電極とのオーミック接触を完全に図れるとともに、透明電極やメッシュ上の電極を採用する必要がなく製造コストを抑制し、素子の高性能化が図れる。

この目的を達成するための本発明に係る窒化物半導体形成方法の特徴構成は、上部に窒化物半導体層を含む機能素子を形成するための窒化物半導体積層基板内のＡｌＮ層またはＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させる窒化物半導体形成方法であって、前記ＡｌＮ層または前記ＡｌＧａＮ層の結晶成長時に、微量のアルカリ金属元素または２属元素の中から選択される物質を添加する点にある。

上記特徴構成の窒化物半導体形成方法によれば、窒化物半導体積層基板内のＡｌＮ層またはＡｌＧａＮ層において横方向成長が促進され、それに伴い転位の結合が促進され、ＡｌＮ層またはＡｌＧａＮ層表面に現れる貫通転位を低減できる。この結果、窒化物半導体積層基板の上部に形成される機能素子を構成する窒化物半導体層の結晶品質が向上し、当該機能素子の高性能化が図れる。

本発明に係る窒化物半導体積層基板及びＧａＮ系化合物半導体装置（以下、適宜「本発明基板」及び「本発明装置」という。）の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。

〈第１実施形態〉
図１に、第１実施形態に係る本発明基板１０の断面構造を示す。図１に示すように、本発明基板１０は、先ず、（０００１）サファイア基板１上に、３００℃〜８００℃の温度範囲内、例えば５００℃の低温でＡｌＮの第１低温堆積バッファ層１１が、トリメチルアルミニウム（Ａｌ源）、アンモニア（窒素源）などの各原料ガスを使用したＭＯＣＶＤ法（有機金属化合物気相成長法）を用いて厚さ２０ｎｍで形成される。次に、約１２８０℃以上の高温、例えば１３００℃でＡｌＮの第１半導体層１２が、上記各原料ガスを使用したＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さ５００ｎｍ以上、例えば１μｍの厚さで第１低温堆積バッファ層１１上に形成される。ここで、第１半導体層１２のＡｌＮは単結晶としてエピタキシャル成長する。引き続き、ＭＯＣＶＤ法で、第１低温堆積バッファ層１１と同じ条件で、ＡｌＮの第２低温堆積バッファ層（第２の低温堆積バッファ層）１３が厚さ２０ｎｍで第１半導体層１２上に形成され、本発明基板１０が作製される。

ここで、第１低温堆積バッファ層１１、第１半導体層１２、第２低温堆積バッファ層１３の何れかをＡｌＧａＮ層として形成する場合は、上記原料ガスにトリメチルガリウム（Ｇａ源）が追加される。

第１半導体層１２のＭＯＣＶＤ法による結晶成長時は、上記各原料ガスを反応室内に供給するとともに、Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ等のアルカリ金属元素または２属元素の中から選択される物質を微量添加する。かかる物質として、Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ等の元素を含む化合物を用いる。

尚、本発明基板１０によれば、第１低温堆積バッファ層１１によって、サファイア基板１と第１半導体層１２の格子不整合による第１半導体層１２内のクラックの発生が回避され、しかも、第１半導体層１２の結晶成長時に横方向成長（ｃ軸と垂直な方向）がＬｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ等の微量の添加により促進されるため、第１半導体層１２内の転位が横方向に結合して消滅するので、第１半導体層１２の表面上に現れる貫通転位が低減される。更に、第２低温堆積バッファ層１３によって、第１半導体層１２と本発明基板１０上に形成されるデバイス層の窒化物半導体層との間の格子不整合を緩和するとともに、第１半導体層１２で改善された結晶品質を上部のデバイス層に引き継ぐことができる。このように、本発明基板１０によれば、改善された結晶品質を上部のデバイス層に対して提供できるので、その上部の機能素子を構成するＡｌＧａＮ層の結晶品質を良好なものとでき、機能素子の高性能化が図れ、例えば、高量子効率の発光素子、低暗電流、高感度の受光素子が得られる。

〈第２実施形態〉
次に、第１実施形態の本発明基板１０上に、機能素子として受光素子を構成するデバイス層２０を形成してなる本発明装置２について説明する。以下、第２実施形態でデバイス層２０に形成される受光素子構造として、ＰＩＮ接合型フォトダイオードを示す。

図２に示すように、上記要領で形成された本発明基板１０上に、ｎ型ＡｌＧａＮ層２１、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２、ｐ型ＡｌＧａＮ超格子層２３、及び、ｐ型ＡｌＧａＮ層２４を順次積層してデバイス層２０を形成する。

ｎ型ＡｌＧａＮ層２１は、トリメチルアルミニウム（Ａｌ源）、トリメチルガリウム（Ｇａ源）、アンモニア（窒素源）などの各原料ガスを使用し、ｎ型不純物の原料ガスとして、ＳｉＨ_４（モノシラン）ガスを流しながら、Ｓｉ（シリコン）を注入（ドープ）したｎ型ＡｌＧａＮ層２１を成長させる。ここで、ｎ型ＡｌＧａＮ層２１のＡｌＮ組成比は、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２のＡｌＮ組成比以上とし、本実施形態では、両層ともに４０％とする。また、ｎ型ＡｌＧａＮ層２１の膜厚は５００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲とし、例えば、１０００ｎｍとする。引き続き、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２が、ＭＯＣＶＤ法を用いて膜厚約１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で、例えば、２００ｎｍで形成される。

次に、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２の上に、ｐ型ＡｌＧａＮ超格子層２３を形成する。ｐ型ＡｌＧａＮ超格子層２３は、膜厚２ｎｍのｐ型ＧａＮ層（井戸層）と膜厚３ｎｍのＡｌＮ層（バリア層）を順次積層したもの（膜厚５ｎｍ）を２０層繰り返し積層した多重量子井戸として形成される。この結果、ｐ型ＡｌＧａＮ超格子層２３は、ＡｌＮ組成比が実行的に４０％となるｐ型ＡｌＧａＮ層と等価な膜厚１００ｎｍの半導体層となる。ｐ型ＡｌＧａＮ超格子層２３のｐ型ＧａＮ層とＡｌＮ層は、Ａｌ、Ｇａ、Ｎの原料として上記の各原料ガスを使用し、ＭＯＣＶＤ法を用いて作成される。ｐ型ＧａＮ層のｐ型不純物のドーピングは、ＧａＮ層の成長時にｐ型不純物の原料ガスとして、Ｃｐ_２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）ガスを流しながら、Ｍｇ（マグネシウム）を注入（ドープ）する。ここで、ｐ型ＡｌＧａＮ超格子層２３のＡｌＮ組成比は、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２のＡｌＮ組成比と同じとし、本実施形態では、両層ともに４０％とする。尚、ｐ型ＡｌＧａＮ超格子層２３のＡｌＮ組成比は、ｐ型ＧａＮ層とＡｌＮ層の膜厚比を調整することで変更できる。尚、ｐ型ＡｌＧａＮ超格子層２３は、超格子構造（多重量子井戸構造）を用いて形成することで、バルクｐ型ＡｌＧａＮ中に生成される欠陥によるバンドギャップ内のトラップ準位によって、受光感度域より長波長側、２８０ｎｍ〜３６０ｎｍ程度の波長範囲に感度が発生し、キャリアが拡散するのを抑制して、受光感度の選択性向上に寄与する。

引き続き、ＭＯＣＶＤ法を用い、Ａｌ、Ｇａ、Ｎの原料として上記の各原料ガスを使用し、ｐ型不純物の原料ガスとして、Ｃｐ_２Ｍｇガスを流しながら、Ｍｇを注入したｐ型ＡｌＧａＮ層２４を膜厚約２０ｎｍで成長させる。ここで、ｐ型ＡｌＧａＮ層２４は、後述するｐ型電極２６とのオーミック接触を確実にし、十分なｐ型活性化を行って低抵抗化するために、ＡｌＮ組成比を２０％以下としたコンタクト層であり、ＡｌＮ組成比が０％のｐ型ＧａＮ層であっても構わない。

上記要領で、デバイス層２０が積層形成された後、ｎ型ＡｌＧａＮ層２１が部分的に露出するようにデバイス層２０をエッチング除去し、その露出部位にｎ型電極２５が形成され、ｐ型ＡｌＧａＮ層２４上にはｐ型電極２６が形成される。ここで、ｐ型電極２６及びｎ型電極２５は、夫々の極性に応じてＡｌ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｔｉ等の公知の材料を公知の方法で作製すればよい。例えば、ｐ型電極２６として、第１層にＰｄ（パラジウム）、第２層にＡｕ（金）を夫々１０ｎｍずつ蒸着し所定の平面形状にパターニングする。また、ｐ型電極２６またはｎ型電極２５として、ＺｒＢ₂を電極材料として用いてもよい。尚、検出対象波長の光は基板側から入射させるので、ｐ型電極２６は、特に透明電極材料を使用する必要や、メッシュ状に光透過窓を加工する必要がない。

図２に示した本発明装置２に対して外部から光が照射された場合、その光は基板１側から、本発明基板１０とｎ型ＡｌＧａＮ層２１とを透過して受光領域であるｉ型ＡｌＧａＮ層２２に入射して吸収され、光キャリアが発生する。ｐ型電極２６及びｎ型電極２５の間には所定の逆バイアス電界が印加されており、発生された光キャリアは光電流として外部に出力される。

デバイス層２０を構成する各Ａｌ_xＧａ_1-xＮ層（０≦ｘ≦１）のバンドギャップエネルギはＡｌＮ組成比ｘを変えることで調整され、ＡｌＮ組成比ｘとバンドギャップエネルギとは図３に示すような関係で示される。図３から読み取れるように、ＡｌＮ組成比ｘを変えることで、Ａｌ_xＧａ_1-xＮのバンドギャップエネルギを３．４２ｅＶから６．２ｅＶにまで調整することができる。従って、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２で吸収可能な光の波長範囲（感度域）の長波長端は約３６０ｎｍ〜約２００ｎｍの間で調整可能である。

また、本発明装置２において火炎の光を検出する場合には、図４の発光スペクトルに示すような火炎の発光を吸収できるだけのバンドギャップエネルギを有する受光領域を形成すればよい。尚、図４に示す火炎の発光スペクトルは、ガス（炭化水素）を燃焼させた際に発生する火炎のスペクトルである。また、太陽光のスペクトルと、各種照明機器からの光による室内光のスペクトルも同時に示す。

以下は、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２のバンドギャップエネルギとＡｌＮ組成比の関係について説明する。他のｐ型ＡｌＧａＮ超格子層２３とｎ型ＡｌＧａＮ層２１のＡｌＮ組成比は、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２のＡｌＮ組成比との相対的な関係で決定される。本発明装置２に波長選択性を持たせるためには、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２におけるＡｌＮ組成比を調整して、そのバンドギャップエネルギを所望の値に設定することが行われる。例えば、波長約３４４ｎｍ以下の波長域に比較的大きい強度で現れる火炎の光を選択的に受光することのできる火炎センサを作製したい場合には、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２のバンドギャップエネルギが３．６ｅＶ以上となるようにＡｌＮ組成比ｘ＝０．０５（５％）、或いはそれ以上とすればよい。或いは、約３００ｎｍ以上の波長域に含まれる、各種照明機器からの光（室内光）を受光せずに、検出対象波長範囲にある火炎の光を受光するような火炎センサを作製したい場合には、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２のバンドギャップエネルギが４．１ｅＶ以上となるようにＡｌＮ組成比ｘ＝０．２５（２５％）、或いはそれ以上とすればよい。また、約２８０ｎｍ以上の波長域に含まれる、太陽光からの光を受光せずに、検出対象波長範囲にある火炎の光のみを受光するような火炎センサを作製したい場合には、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２のバンドギャップエネルギが４．４ｅＶ以上となるようにＡｌＮ組成比ｘ＝０．３５（３５％）、或いはそれ以上とすればよい。本実施形態では、ＡｌＮ組成比を４０％としている。

更に、弱い光強度であれば太陽光などの外乱光がｉ型ＡｌＧａＮ層２２において吸収されても構わない場合には、受光領域のバンドギャップエネルギが４．３ｅＶ以上（波長約２９０ｎｍ以下）となるようにＡｌＮ組成比ｘ＝０．３１（３１％）、或いはそれ以上とすればよい。波長約２９０ｎｍ以下では図４に示すようにそれらの外乱光の光強度が非常に小さくなり、他方で火炎の光は大きいので、結果として火炎の光が存在することを検出することができる。

更に、本発明装置２がエンジン内部などの閉鎖空間に設置され、そこで燃焼される燃料の発光を検出したい場合には、上述した室内光や太陽光が存在しないため、それらを排除するような大きいバンドギャップエネルギを設定する必要はない。そのため、検出対象波長範囲にある火炎の光の中でも特に炭化水素を含む化合物（エンジンで燃焼される燃料）を燃焼させた場合に観測されるＯＨラジカルの発光に起因する発光ピーク（波長約３１０ｎｍ（３１０ｎｍ±１０ｎｍ）：４．０ｅＶ）の光（波長３１０ｎｍ以上３４４ｎｍ以下の火炎の光）を選択的に受光することのできる受光素子を作製した場合には、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２のバンドギャップエネルギが３．６ｅＶ以上４．０ｅＶ以下となるように、ＡｌＮ組成比ｘを０．０５（５％）以上０．２３（２３％）以下とすればよい。

尚、上述したＡｌＮ組成比ｘとバンドギャップエネルギとの関係は理論値に基づいて説明したものであり、ＡｌＮ組成比ｘが同じになるように成膜を行ったとしても実際に得られるＡｌＧａＮ層のバンドギャップエネルギが異なる可能性もある。例えば、三元混晶化合物であるＡｌＧａＮの場合には、二元化合物であるＧａＮが生成され易く、その結果、バンドギャップエネルギが低エネルギ側（長波長側）にシフトする傾向にある。従って、理論値通りのバンドギャップエネルギを得たい場合には、ＡｌＮ組成比を予め大きく設定した上で成膜することが行われることもある。

〈第３実施形態〉
図５に、第３実施形態に係る本発明基板３０の断面構造を示す。図５に示すように、本発明基板３０は、先ず、（０００１）サファイア基板１上に、約１０５０℃以上、好ましくは、約１２００℃以上、より好ましくは、約１２８０℃以上の高温、例えば１３００℃の高温でＡｌＮ層３１が、第１実施形態と同様の各原料ガスを使用したＭＯＣＶＤ法を用いて厚さ５００ｎｍ以上、例えば１μｍの厚さで形成される。次に、約１０５０℃〜１２５０℃の温度範囲内でＡｌＮの第１半導体層３２が、上記各原料ガスを使用したＭＯＣＶＤ法を用いて、約５００ｎｍ〜１μｍの厚さでＡｌＮ層３１上に形成され、本発明基板１０が作製される。ここで、ＡｌＮ層３１及び第１半導体層３２のＡｌＮは単結晶としてエピタキシャル成長する。

ここで、ＡｌＮ層３１及び第１半導体層３２の何れかをＡｌＧａＮ層として形成する場合は、上記原料ガスにトリメチルガリウム（Ｇａ源）が追加される。

第１半導体層３２のＭＯＣＶＤ法による結晶成長時は、第１実施形態と同様に、上記各原料ガスを反応室内に供給するとともに、Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ等のアルカリ金属元素または２属元素の中から選択される物質を微量添加する。かかる物質として、Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ等の元素を含む化合物を用いる。尚、Ｃａ、ＭｇはＰ型ドーパントとして、そのまま使用できる。

尚、本発明基板３０によれば、第１半導体層３２の結晶成長時に横方向成長（ｃ軸と垂直な方向）がＬｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ等の微量の添加により促進されるため、第１半導体層１２内の転位が横方向に結合して消滅するので、ＡｌＮ層３１の表面に現れた貫通転位が、そのまま上方に進行するのではなく、横方向に結合して低減される。従って、第１半導体層３２の表面では貫通転位の低減が図れる。このように、本発明基板３０によれば、改善された結晶品質を上部のデバイス層に対して提供できるので、その上部の機能素子を構成するＡｌＧａＮ層の結晶品質を良好なものとでき、機能素子の高性能化が図れ、例えば、高量子効率の発光素子、低暗電流、高感度の受光素子が得られる。

〈第４実施形態〉
次に、第１実施形態の本発明基板１０上に、機能素子として発光素子を構成するデバイス層４０を形成してなる本発明装置３について説明する。以下、第４実施形態でデバイス層４０に形成される発光素子構造として、発光ダイオードを示す。

図６に示すように、上記要領で形成された本発明基板１０上に、ｎ型ＡｌＧａＮからなる第１クラッド層４１、多重量子井戸構造のｉ型ＧａＮ／ｉ型ＡｌＧａＮからなる多重量子井戸活性層４２、ｐ型ＡｌＧａＮからなるブロッキング層４３、ｐ型ＡｌＧａＮからなる第２クラッド層４４、及び、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層４５を順次積層してデバイス層４０を形成する。

第１クラッド層４１は、上記各原料ガスを使用し、ｎ型不純物の原料ガスとして、ＳｉＨ_４ガスを流しながら、ＭＯＣＶＤ法を用いてＳｉを注入したｎ型ＡｌＧａＮ層を成長させて形成する。ここで、ｎ型ＡｌＧａＮのＡｌＮ組成比は２０％とする。

多重量子井戸活性層４２は、例えば、膜厚３ｎｍのＧａＮ層（井戸層）と膜厚９ｎｍのＡｌＧａＮ層（バリア層）を順次積層したもの（膜厚１２ｎｍ）を例えば５層繰り返し積層して形成される。ＡｌＧａＮ層（バリア層）のＡｌＮ組成比は例えば１０％とする。

次に、多重量子井戸活性層４２の上に、ｐ型ＡｌＧａＮからなるブロッキング層４３を膜厚２０ｎｍで、ｐ型ＡｌＧａＮからなる第２クラッド層４４を例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍの膜厚で、及び、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層４５を５０ｎｍの膜厚で順次積層するが、ｐ型ＡｌＧａＮまたはＧａＮ層は、Ａｌ、Ｇａ、Ｎの原料として上記の各原料ガスを使用し、ＭＯＣＶＤ法を用いて作成される。ｐ型ＡｌＧａＮまたはＧａＮ層のｐ型不純物のドーピングは、ｐ型不純物の原料ガスとして、Ｃｐ_２Ｍｇガスを流しながら、Ｍｇを注入する。ここで、ブロッキング層４３及び第２クラッド層４４のＡｌＮ組成比は、本実施形態では、夫々４０％と２０％とする。

上記要領で、デバイス層４０が積層形成された後、ｎ型ＡｌＧａＮ第１クラッド層４１が部分的に露出するようにデバイス層４０をエッチング除去し、その露出部位にｎ型電極４６が形成され、ｐ型ＧａＮコンタクト層４５上にはｐ型電極４７が形成される。ここで、ｐ型電極４７及びｎ型電極４６は、第２実施形態と同様に夫々の極性に応じてＡｌ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｔｉ等の公知の材料を公知の方法で作製すればよい。

ｐ型電極４７及びｎ型電極４６間に電圧を印加して電流を流すことにより、多重量子井戸活性層４２に電子及び正孔が注入され、そのバンドギャップに対応する波長の発光が得られる。本実施形態では、本発明基板１０に当該波長の光を吸収するＧａＮ層が存在しないため、発光した光を基板側から放射させることができるので、ｐ型電極４７は、特に透明電極材料を使用する必要や、メッシュ状に光透過窓を加工する必要がない。

〈１〉上記第１及び第３実施形態において、本発明に係る窒化物半導体積層基板１０，３０を例示したが、窒化物半導体積層基板の構造として、上記各実施形態以外のものを使用しても構わない。窒化物半導体積層基板内に、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮ層が存在する場合に、上記各実施形態で示したように横方向成長を促進させることで、同様の効果が期待される。

〈２〉上記第３実施形態において、本発明に係る窒化物半導体積層基板３０を例示したが、ここで、ＡｌＮ層３１は、同じ成長温度、同じ組成の単一層で構成されるが、２層以上で構成しても構わない。例えば、下層をＡｌＮ層として上層を第１半導体層３２と同じＡｌＮ組成比のＡｌＧａＮ層としても構わない。

〈３〉上記第２及び第４実施形態では、第１実施形態の窒化物半導体積層基板１０を用いたが、第３実施形態の窒化物半導体積層基板３０、或いは、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮ層に対して横方向成長を促進させた他の構造の窒化物半導体積層基板を用いても構わない。

〈４〉上記第２及び第４実施形態では、デバイス層２０，４０内のｐ型ＡｌＧａＮ層の成長に係るｐ型不純物としてＭｇを用いたが、ｐ型ＡｌＧａＮ層のＡｌＮ組成比が２０％以上の場合においても十分なｐ型活性化を得ようとすれば、ｐ型不純物としてＭｇに代えてＢｅ（ベリリウム）を用いるのも好ましい実施形態である。この場合、Ｂｅのドーパントとして、例えば、Ｃｐ_２Ｂｅ（ビスシクロペンタジエニルベリリウム）、或いは、（Ｒ−Ｃｐ）_２Ｂｅガス［ビス（Ｒ−シクロペンタジエニル）ベリリウム］ガス（Ｒは１〜４価のアルキル基）を用いるのが好ましい。

〈５〉上記第２実施形態では、受光素子を構成するデバイス層２０として、ＰＩＮ接合型フォトダイオード構造を採用し、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２に隣接するｐ型ＡｌＧａＮ層として超格子構造によりｐ型ＡｌＧａＮ超格子層２３として形成したが、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２のＡｌＮ組成比が小さい場合等において、超格子構造を採用せず、バルク単結晶で形成しても構わない。

更に、ｐ型ＡｌＧａＮ層を、実効的なＡｌＮ組成比が４０％のｐ型ＡｌＧａＮ超格子層２３と、ＡｌＮ組成比が２０％以下のｐ型ＡｌＧａＮ層２４の２段に分離して構成したが、ｐ型不純物或いはｐ型活性化法を適当に選択することで、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２と同じＡｌＮ組成比の１層で構成されるｐ型ＡｌＧａＮ層を形成しても構わない。

〈６〉上記第２実施形態では、受光素子として、ＰＩＮ接合型フォトダイオードで構成されるものを例示したが、受光素子は、ＰＩＮ接合型フォトダイオード以外に、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２のないＰＮ接合型フォトダイオード、ショットキー型フォトダイオードであってもよい。更に、受光機構として、フォトダイオード構造以外に、フォトコンダクタ構造、フォトトランジスタ構造を採用してもよい。

〈７〉上記第４実施形態では、発光素子としてのデバイス層４０の構造として、発光ダイオードの素子構造で構成されたものを例示したが、デバイス層４０は、これに限定されるものではない。発光機構として、発光ダイオード構造以外に、半導体レーザ構造を採用してもよい。

〈８〉上記各実施形態では、基板１として、（０００１）サファイア基板を用いたが、基板１はこれに限定されるものではなく、他の面方位のサファイア基板、或いは、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｒＢ_２等の他の単結晶基板を用いてもよい。但し、基板１が受光波長或いは発行波長の光に対して透明でない場合は、基板１側からの入射或いは出射を可能とするために、基板１を裏面側から部分的にエッチングして入射窓（出射窓）を開口する。

〈９〉上記各実施形態において例示した、各層の膜厚、成長温度、使用原料、材料は、あくまでも一例であり、本発明の技術思想の範囲内において適宜変更可能である。また、各半導体層は、ＭＯＣＶＤ法を用いたが、一部または全部を他の成膜方法を用いて形成しても構わない。例えば、デバイス層２０或いはデバイス層２０の内のｉ型ＡｌＧａＮ層２２等をＭＢＥ（分子線エピタキシ）法を用いて形成しても構わない。

本発明に係る窒化物半導体積層基板の一実施形態の概略構成を示す素子断面図 本発明に係るＧａＮ系化合物半導体装置（受光素子）の一実施形態の概略構成を示す素子断面図 ＡｌＧａＮのバンドギャップエネルギを示すグラフ 火炎の光、太陽光、および室内光のスペクトルを示すグラフ 本発明に係る窒化物半導体積層基板の別実施形態の概略構成を示す素子断面図 本発明に係るＧａＮ系化合物半導体装置（発光素子）の一実施形態の概略構成を示す素子断面図

符号の説明

１ 基板
２ 本発明に係るＧａＮ系化合物半導体装置（受光素子）
３ 本発明に係るＧａＮ系化合物半導体装置（発光素子）
１０ 本発明に係る窒化物半導体積層基板
１１ 第１低温堆積バッファ層
１２ 第１半導体層
１３ 第２低温堆積バッファ層
２０ デバイス層
２１ ｎ型ＡｌＧａＮ層
２２ ｉ型ＡｌＧａＮ層
２３ ｐ型ＡｌＧａＮ超格子層
２４ ｐ型ＡｌＧａＮ層
２５ ｎ型電極
２６ ｐ型電極
３０ 本発明に係る窒化物半導体積層基板
３１ 高温堆積ＡｌＮ層
３２ 第１半導体層
４０ デバイス層
４１ 第１クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＮ層）
４２ 多重量子井戸活性層（ｉ型ＧａＮ／ｉ型ＡｌＧａＮ）
４３ ブロッキング層（ｐ型ＡｌＧａＮ）
４４ 第２クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）
４５ コンタクト層（ｐ型ＧａＮ層）
４６ ｎ型電極
４７ ｐ型電極

Claims (16)

1. 基板上に、直接或いはＡｌＮまたはＡｌＧａＮを主とする１または複数の窒化物半導体層を介して形成されたＡｌＮまたはＡｌＧａＮを主とする第１半導体層を備えてなり、その上部に窒化物半導体層を含む機能素子を形成するための窒化物半導体積層基板であって、
   前記第１半導体層は、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮの前記基板の表面と平行な横方向への結晶成長を促進させる横方向成長促進物質を添加して形成されることを特徴とする窒化物半導体基板。
2. 前記第１半導体層は、前記横方向成長促進物質として、微量のアルカリ金属元素または２属元素の中から選択される物質を添加して形成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体積層基板。
3. 前記横方向成長促進物質は、Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａの内の少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体基板。
4. 単結晶基板と、前記単結晶基板上に、３００℃〜８００℃の温度範囲内の低温成長により形成されたＡｌＮまたはＡｌＧａＮを主とする低温堆積バッファ層と、前記低温堆積バッファ層上に形成された前記第１半導体層とを備えてなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の窒化物半導体積層基板。
5. 前記第１半導体層上に、３００℃〜８００℃の温度範囲の低温成長によるＡｌＮまたはＡｌＧａＮを主とする第２の低温堆積バッファ層を有することを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体積層基板。
6. 前記第１半導体層の成長温度が１２８０℃以上であることを特徴とする請求項４または５に記載の窒化物半導体積層基板。
7. 前記第１半導体層の膜厚が、５００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の窒化物半導体積層基板。
8. 単結晶基板と、前記単結晶基板上に、１０５０℃以上の高温で５００ｎｍ以上の膜厚に成長させた少なくとも１層のＡｌＮ層と、前記ＡｌＮ層上に形成された前記第１半導体層とを備えてなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の窒化物半導体積層基板。
9. 前記第１半導体層は、ＡｌＮ組成比が５０％以上のＡｌＧａＮを主とする窒化物半導体層であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の窒化物半導体積層基板。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載の窒化物半導体積層基板上に、ＧａＮ系化合物半導体からなる前記機能素子を構成するデバイス層を備えてなるＧａＮ系化合物半導体装置。
11. 前記機能素子が受光素子であって、前記デバイス層内にＡｌＧａＮを主とする受光領域を備えてなる請求項１０に記載のＧａＮ系化合物半導体装置。
12. 前記受光領域のバンドギャップエネルギが３．６ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１１に記載のＧａＮ系化合物半導体装置。
13. 前記受光領域に、前記窒化物半導体積層基板を通して受光対象波長域の光が入射することを特徴とする請求項１１または１２に記載の受光素子。
14. 前記機能素子が発光素子であって、前記デバイス層内にＡｌＧａＮを主とする活性層を備えてなる請求項１０に記載のＧａＮ系化合物半導体装置。
15. 前記活性層で発光した光が、前記窒化物半導体積層基板を通して出射することを特徴とする請求項１３に記載の発光素子。
16. 上部に窒化物半導体層を含む機能素子を形成するための窒化物半導体積層基板内のＡｌＮ層またはＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させる窒化物半導体形成方法であって、
    前記ＡｌＮ層または前記ＡｌＧａＮ層の結晶成長時に、微量のアルカリ金属元素または２属元素の中から選択される物質を添加することを特徴とする窒化物半導体形成方法。

Images