JP4543898B2 - 窒化物半導体素子を製造する方法および窒化物半導体素子 - Google Patents

Description

本発明は、窒化物半導体素子を製造する方法及び窒化物半導体素子に関する。

特許文献１には、１０６ｃｍ−２以下の低転位のＧａＮ単結晶を製造する方法が記載されている。この方法では、気相成長の成長表面が平面でなく、三次元的なファセット構造を持つようにＧａＮ単結晶厚膜を成長する。ファセット構造を持ったまま、ファセット構造を埋め込まないで成長させることにより転位を低減するようにすると、単結晶窒化ガリウムが成長される。その後、単結晶ＧａＮ基板を形成するために、機械的な加工により単結晶ＧａＮ基板に平坦にし、さらに単結晶ＧａＮ基板の加工表面を研磨することにより鏡面を得る。この単結晶ＧａＮ基板は、成長面に対してほぼ垂直に線状の高転位領域を有しており、その線状欠陥領域の密度が１０５ｃｍ−２以下である。

特許文献２には、単結晶窒化ガリウム基板およびその成長方法が記載されている。下地基板の上に規則正しく種パターンを設けてその上にファセットよりなるピットを形成し、該ピットを維持しながらＧａＮをファセット成長する。ファセット成長により、ファセット面よりなるピット底部に高転位領域を形成し、該領域へ転位を集めてその周囲を低転位化する。この結晶を用いて窒化ガリウムを得る。
特開２００１−１０２３０７号公報 特開２００３−１６５７９９号公報

上記の特許文献に記載された窒化ガリウム基板は、単結晶から成り、またその表面に分布した高転位領域とこれら高転位領域を囲む低転位領域とを有する。この窒化ガリウム基板上にエピタキシャル成長した時、高転位領域上では正常にエピタキシャル層が成長せず、ピットが形成される。発光ダイオードといった窒化物半導体素子を作製して電流を流すと、ピット部分からリークが発生し、良好な発光特性が得られない。また、ダイオードといった窒化物半導体素子を作製して電流を流すと、ピット部分からリークが発生し、良好な電流−電圧特性が得られない。したがって、求められていることは、窒化物半導体素子においてピットに起因するリーク電流を低減することである。

そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みて為されたものであり、基板の高転位領域に起因するピットを低減できる窒化物半導体素子を製造する方法を提供することを目的とし、また基板の高転位領域に起因するピットが低減された窒化物半導体素子を提供することを目的としている。

本発明の一側面は窒化物半導体素子を製造する方法である。この方法は、（ａ）複数の高転位エリアおよび該高転位エリアを囲む低転位エリアを含む主面を有するIII族窒化物基板を準備する工程を備え、前記高転位エリアにおける欠陥密度は前記低転位エリアの欠陥密度より大きく、前記高転位エリアは前記主面において欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）で分布しており、（ｂ）３マイクロメートル／時間以上の成長速度で前記III族窒化物基板の主面上に窒化ガリウム膜を成長する工程を備え、該窒化ガリウム膜の表面はピット面密度Ｄ（Ｐ）で分布するピットを有しており、欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）に対するピット面密度Ｄ（Ｐ）の比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））はゼロより大きく０．８より小さい。

この方法によれば、３マイクロメートル／時間以上の成長速度で窒化ガリウム膜を成長しているので、III族窒化物基板基板の表面に現れる高転位領域に起因して発生するピットの面密度、つまりピット面密度Ｄ（Ｐ）を小さくできる。この結果、ピット面密度Ｄ（Ｐ）は、０＜（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））＜０．８程度まで小さくなる。

本発明の別の側面は窒化物半導体素子を製造する方法である。この方法は、（ａ）高転位エリアおよび該高転位エリアを囲む低転位エリアを含む主面を有するIII族窒化物基板を準備する工程を備え、前記高転位エリアにおける欠陥密度は前記低転位エリアの欠陥密度より大きく、前記高転位エリアは前記主面において欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）で分布しており、（ｂ）摂氏１０５０度以上の成長温度で前記III族窒化物基板の主面上に窒化ガリウム膜を成長する工程を備え、該窒化ガリウム膜の表面はピット面密度Ｄ（Ｐ）で分布するピットを有しており、前記欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）に対する前記ピット面密度Ｄ（Ｐ）の比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））はゼロより大きく０．４より小さい。

この方法によれば、摂氏１０５０度以上の成長温度でIII族窒化物基板の主面上に窒化ガリウム膜を成長するので、III族窒化物基板基板の表面に現れる高転位領域に起因して発生するピットの面密度、つまりピット面密度Ｄ（Ｐ）を小さくできる。この結果、ピット面密度Ｄ（Ｐ）は０＜（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））＜０．４程度まで小さくなる。

本発明の別の側面は窒化物半導体素子を製造する方法である。この方法は、（ａ）高転位エリアおよび該高転位エリアを囲む低転位エリアを含む主面を有するIII族窒化物基板を準備する工程を備え、前記高転位エリアにおける欠陥密度は前記低転位エリアの欠陥密度より大きく、前記高転位エリアは前記主面において欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）で分布しており、（ｂ）３マイクロメートル／時間以上の成長速度で前記III族窒化物基板の主面上に窒化ガリウムを堆積して５マイクロメートル以下のピットサイズの窒化ガリウム膜を形成する工程を備える。

この方法によれば、３マイクロメートル／時間以上の成長速度で前記III族窒化物基板の主面上に窒化ガリウム膜を成長するので、III族窒化物基板基板の表面に現れる高転位領域に起因して発生するピットのサイズを小さくできる。この結果、ピットの最大サイズは５マイクロメートル以下にまで小さくなる。

本発明の別の側面は、窒化物半導体素子を製造する方法である。この方法は、（ａ）高転位エリアおよび該高転位エリアを囲む低転位エリアを含む主面を有するIII族窒化物基板を準備する工程を備え、前記高転位エリアにおける欠陥密度は前記低転位エリアの欠陥密度より大きく、前記高転位エリアは前記主面において欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）で分布しており、（ｂ） 摂氏１０５０度以上の成長温度で前記III族窒化物基板の主面上に窒化ガリウムを堆積して５マイクロメートル以下のピットサイズの窒化ガリウム膜を形成する工程を備える。

この方法によれば、摂氏１０５０度以上の成長温度でIII族窒化物基板の主面上に窒化ガリウム膜を成長するので、III族窒化物基板基板の表面に現れる高転位領域に起因して発生するピットのサイズを小さくできる。この結果、ピットの最大サイズは５マイクロメートル以下にまで小さくなる。

本発明に係る窒化物半導体素子を製造する方法では、前記窒化ガリウム層の厚さは６マイクロメートル以下であることが好ましい。

窒化ガリウム層の厚さが６マイクロメートルを越えると、ピットのサイズが膜厚の増加とともに大きくなる。

本発明に係る方法は、（ｃ）前記窒化ガリウム膜の成長に先立って、前記III族窒化物基板の主面上にＡｌ _Ｘ Ｇａ _１−Ｘ Ｎ膜（０＜Ｘ≦１）を成長する工程を更に備えることが好ましい。

この方法によれば、ＡｌＧａＮは、III族窒化物基板の表面上だけでなくこの表面上に付着している汚染物質上にも成長して、ＡｌＧａＮ膜の表面は平坦になる。これ故に、窒化ガリウム膜の成長にために好適な下地を提供できる。

本発明の更なる別の側面によれば、窒化物半導体素子は、（ａ）複数の高転位エリアおよび該高転位エリアを囲む低転位エリアを含む主面と該主面と反対側の裏面とを有するIII族窒化物支持基体と、（ｂ）前記III族窒化物支持基体上に設けられた窒化ガリウム層を含む窒化ガリウム系半導体領域と、（ｃ）前記窒化ガリウム系半導体領域上に設けられた第１の電極と、（ｄ）前記III族窒化物支持基体の前記裏面に上に設けられた第２の電極と備え、前記高転位エリアにおける欠陥密度は前記低転位エリアの欠陥密度より大きく、前記高転位エリアは前記主面において欠陥面密度Ｄ（Ｈ）で分布しており、前記窒化ガリウム系半導体領域の厚さがＴマイクロメートルであり、前記窒化ガリウム系半導体領域の最上層の表面は、前記欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）より小さいピット面密度Ｄ（Ｐ）で分布するピットを有しており、前記表面における該ピットのサイズは１マイクロメートル以上であり１０マイクロメートル以下の範囲であり、前記表面における該ピットの深さは０．１マイクロメートル以上でありＴマイクロメートル以下の範囲である。

窒化物半導体素子の作製において、窒化ガリウム系半導体領域の窒化ガリウム層の表面には、高転位エリアに起因するピットが形成される。該ピットが形成されないように成膜条件で窒化ガリウムを堆積することも可能である。しかしながら、このような条件で堆積された窒化ガリウムの結晶品質はあまりよくない。一方、第１および第２の電極の一方から他方へIII族窒化物支持基体および窒化ガリウム系半導体領域を横切って電流が流れる縦型窒化物半導体素子では、形成されたあらゆるピットが窒化物半導体素子の特性を悪化させているわけではなく、サイズや深さが以下のようなピットであれば、窒化物半導体素子は所望の範囲の特性を示すことを発明者らは発見した。すなわち、ピットのサイズは１マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下の範囲であり、表面における該ピットの深さは０．１マイクロメートル以上Ｔマイクロメートル以下の範囲である。

本発明に係る窒化物半導体素子では、前記欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）に対する前記ピット面密度Ｄ（Ｐ）の比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））はゼロより大きく０．８より小さいことが好ましい。この範囲のＤ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ）によれば、窒化物半導体素子は良好な電流−電圧特性を示す。

本発明に係る窒化物半導体素子では、前記欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）に対する前記ピット面密度Ｄ（Ｐ）の比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））はゼロより大きく０．４より小さいことが好ましい。この窒化物半導体素子によれば、この範囲のＤ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ）によれば、窒化物半導体素子は良好な電流−電圧特性を示す。

本発明に係る窒化物半導体素子では、前記表面における前記ピットの最大サイズは５マイクロメートル以下であることが好ましい。

ピットの最大サイズが５マイクロメートル以下であれば、窒化物半導体素子の特性は、この範囲のピットからあまり影響されない。

本発明に係る窒化物半導体素子では、前記ピット面密度Ｄ（Ｐ）がゼロより大きく８００ｃｍ ^−２ 未満であり、当該窒化物半導体素子のチップ面積が０．１２２５平方ミリメートル以下であることが好ましい。ピット面密度Ｄ（Ｐ）が８００ｃｍ ^−２ 未満であれば、一辺のサイズが３５０マイクロメートル以下に相当する窒化物半導体素子は良好な特性を示す。

本発明に係る窒化物半導体素子では、前記ピット面密度Ｄ（Ｐ）がゼロより大きく２５ｃｍ ^−２ 未満であり、当該窒化物半導体素子のチップ面積が４平方ミリメートル以下であることが好ましい。ピット面密度Ｄ（Ｐ）が２５ｃｍ ^−２ 未満であれば、一辺のサイズが２ミリメートル以下に相当する窒化物半導体素子は良好な特性を示す。

本発明に係る窒化物半導体素子では、前記窒化ガリウム層の厚さは６マイクロメートル以下であることが好ましい。窒化ガリウム層の厚さが６マイクロメートルを越えると、ピットのサイズが膜厚の増加とともに大きくなり、素子の特性を悪化させる。

本発明に係る窒化物半導体素子は、前記III族窒化物支持基体と前記窒化ガリウム層との間に設けられたＡｌ _Ｘ Ｇａ _１−Ｘ Ｎ層（０＜Ｘ≦１）を更に備えることができる。

この窒化物半導体素子によれば、ＡｌＧａＮはIII族窒化物基板の表面上に付着している汚染物質上にも成長するので、ＡｌＧａＮ層の表面モフォロジは良好である。これ故に、窒化ガリウム層の成長のために好適な下地を提供できる。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、III族窒化物基板の高転位領域に起因するピットを低減できる窒化物半導体素子を製造する方法が提供される。また、本発明によれば、基板の高転位領域に起因するピットが低減された窒化物半導体素子が提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物半導体素子を製造する方法および窒化物半導体素子に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

（第１の実施の形態）
図１（Ａ）は、窒化物半導体素子を製造する方法を説明する図面である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示された破線ＢＯＸ内のIII族窒化物基板の拡大図を示す図面である。図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は、窒化物半導体素子を製造する方法を説明する図面である。

図１（Ａ）を参照すると、準備された窒化ガリウム基板１５といったIII族窒化物基板が成膜装置１１のサセプタ１３上に置かれている。III族窒化物基板としてはＡｌ _Ｘ Ｇａ _１−Ｘ Ｎ（０≦Ｘ≦１）基板を使用できる。引き続く説明では、III族窒化物基板として、窒化ガリウム基板１５を参照しながら行われる。成膜装置１１としては、例えば、有機金属気相成長装置を使用できる。

窒化ガリウム基板１５は、図１（Ｂ）に示されるような構造を有する。窒化ガリウム基板１５の主面１５ａには、後の工程においてIII族窒化物が堆積される。図１（Ｂ）を参照すると、縦型III族窒化物半導体素子のための窒化ガリウム（ＧａＮ）基板１５における高転位領域１５ｃおよび低転位領域１５ｄの一配置が示されている。高転位領域１５ｃの各々は低転位領域１５ｄに囲まれており、窒化ガリウム基板１５の主面１５ａから裏面１５ｂへ伸びている。窒化ガリウム基板１５の主面１５ａは、比較的大きい貫通転位密度を有する高転位領域１５ｃが現れた第１のエリア１５ｅと、比較的小さい貫通転位密度を有する低転位領域１５ｄが現れた第２のエリア１５ｆとを有する。高転位領域１５ｃは低転位領域１５ｄに囲まれているので、主面１５ａにおいて、第１のエリア１５ｅは、第２のエリア１５ｆ内にドット状に分布している。全体として貫通転位密度は、例えば１×１０ ^８ ｃｍ ^−２ 以下である。例えば、高転位領域１５ｃは、窒化ガリウム基板１５において不規則（ランダム）に配置されていている。基板１５の主面１５ａにおける高転位領域１５ｃの欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）は、例えば１００個／ｃｍ ^２ 以上１×１０ ^５ 個／ｃｍ ^２ 以下である。また、窒化ガリウム基板１５の主面１５ａの面積に占める第１のエリア１５ｅの表面積の割合は、例えば１パーセント以下である。高転位領域１５ｃにおける転位密度は、例えば３×１０ ^７ ｃｍ ^−２ 以下であり、低転位領域１５ｄにおける転位密度は、例えば５×１０ ^６ ｃｍ ^−２ 以下である。このエピタキシャル基板１５によれば、転位密度が小さいので、エピタキシャル層中の転位が減少する。

窒化ガリウム基板１５上に窒化ガリウム系半導体領域を成長する。まず、図２（Ａ）に示されるように、３マイクロメートル／時間以上の成長速度で窒化ガリウム膜を窒化ガリウム基板１５の主面１５ａ上に成長する。これにより、エピタキシャル基板が提供される。窒化ガリウム膜１７の表面１７ａはピット面密度Ｄ（Ｐ）で分布するピット（図３（Ｂ）に示される参照番号２１または図３（Ｃ）に示される参照番号２３）を有している。欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）に対するピット面密度Ｄ（Ｐ）の比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））はゼロより大きく０．８より小さい。この結果、エピタキシャル基板Ｅ１が提供される。

この方法によれば、３マイクロメートル／時間以上の成長速度で窒化ガリウム膜１７を成長しているので、窒化ガリウム基板１５の表面１５ａに現れる高転位エリア１５ｅに起因して発生するピット（図３（Ｂ）に示される参照番号２１または図３（Ｃ）に示される参照番号２３）の面密度を小さくできる。この結果、ピット面密度Ｄ（Ｐ）は、０＜（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））＜０．８程度まで小さくなる。

また、窒化ガリウム膜１５の成長に先立って、窒化ガリウム基板１５の主面１５ａ上にＡｌ _Ｘ Ｇａ _１−Ｘ Ｎ膜（０＜Ｘ≦１）１９を成長することが好ましい。ＡｌＧａＮは、窒化ガリウム基板１５の表面１５ａ上だけでなくこの表面１５ａ上に付着している汚染物質上にも成長して、ＡｌＧａＮ膜１９の表面１９ａは良好なモフォロジを示す。これ故に、窒化ガリウム膜１５の成長にために好適な下地を提供できる。

図３（Ａ）を参照すると、窒化ガリウム基板１５の主面１５ａに高転位エリア１５ｅ（例示的に２５個の高転位エリア）がドットにより示されている。図３（Ｂ）を参照すると、図３（Ａ）に示された窒化ガリウム基板１５上に窒化ガリウム膜１７が本実施の形態に係る条件で堆積されている。ＧａＮ膜１７の表面１７ａには、ピット面密度Ｄ（Ｐ）でピット２１が形成される。個々のピット２１は、図示されていないが複数のファセットからなり、ＧａＮ基板１５の主面１５ａの高転位エリア１５ｅと対応している。また、図３（Ｃ）を参照すると、図３（Ａ）に示された窒化ガリウム基板１５上に、ＡｌＧａＮ膜１９およびＧａＮ膜１７が本実施の形態に係る条件で堆積されている。ＧａＮ膜１７の表面１７ａには、ピット面密度Ｄ（Ｐ）でピット２３が形成される。個々のピット２３は、ピット２１と同様に複数のファセットからなり、窒化ガリウム基板１５の主面１５ａの高転位エリア１５ｅと対応している。ピット２１（２３）は、同一の開口サイズおよび深さを持つことはなく、サイズおよび深さは互いに異なっている。

図２（Ｂ）に示されるように、引き続いて、窒化ガリウム系半導体領域を形成する。窒化ガリウム膜１７上には、量子井戸構造を有する活性領域２５、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２７およびｐ型コンタクト層２９を順に成長する。この結果、エピタキシャル基板Ｅ２が提供される。

図２（Ｃ）に示されるように、アノードのための第１の電極膜３１をｐ型コンタクト層２９上に形成するとともに、カソードのための第２の電極膜３３を窒化ガリウム基板１５の裏面１５ｂに形成する。この結果、基板生産物３５が提供される。基板生産物３５を切断して、多数の半導体チップを作製する。

本実施の形態の一変形例では、図４（Ａ）に示されるように、摂氏１０５０度以上の成長温度で窒化ガリウム基板１５の主面１５ａ上に窒化ガリウム膜３７を成長する。高転位エリア面密度Ｄ（Ｈ）に対するピット面密度Ｄ（Ｐ）の比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））はゼロより大きく０．４より小さい。これにより、エピタキシャル基板Ｅ３が提供される。摂氏１０５０度以上の成長温度でIII族窒化物基板の主面上に窒化ガリウム膜を成長するので、III族窒化物基板の表面の高転位エリアに起因して発生するピットの面密度を小さくできる。この結果、ピット面密度Ｄ（Ｐ）は０＜（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））＜０．４程度まで小さくなる。また、窒化ガリウム膜３７の成長に先立って、Ａｌ _Ｘ Ｇａ _１−Ｘ Ｎ膜（０＜Ｘ≦１）１９を成長することが好ましい。

図４（Ｂ）に示されるように、窒化ガリウム系半導体領域を形成する。この形成のために、窒化ガリウム膜３７上に、量子井戸構造を有する活性領域２５、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２７およびｐ型コンタクト層２９を順に成長する。この結果、エピタキシャル基板Ｅ４が提供される。また、図４（Ｃ）に示されるように、アノードのための第１の電極膜３１をｐ型コンタクト層２９上に形成するとともに、カソードのための第２の電極膜３３を窒化ガリウム基板１５の裏面１５ｂに形成する。基板生産物４１を切断して、多数の半導体チップを作製する。

（実施例１）
以下の通り、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、シクロペンタジエニルマグネシウムを原料として用いて有機金属気相成長法により青色発光ダイオードを作製する。９００ｃｍ ^−２ の転位エリア面密度Ｄ（Ｈ）を有するｎ型ＧａＮ（０００１）)基板をサセプタ上に配置し、有機金属気相成長装置の圧力を３０ｋＰａにコントロールしながら有機金属気相成長装置にアンモニア（ＮＨ _３ ）および水素（Ｈ _２ ）を供給する。摂氏１０５０度の基板温度で１０分間の予備クリーニングを行う。その後に、基板温度を摂氏１１３０度に、有機金属気相成長装置の圧力を１０１ｋＰａに上昇する。トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモニア、シランを有機金属気相成長装置に供給して、５０ｎｍの厚さのｎ型Ａｌ _０．１２ Ｇａ _０．８８ Ｎ膜を成長する。次いで、摂氏１１００度の基板温度および１０１ｋＰａの圧力で厚さ２マイクロメートルの窒化ガリウムバッファ膜を成長速度４μｍ／ｈで成長する。その後に、基板温度を摂氏８００度に下げて、３周期の多重量子井戸構造（ＩｎＧａＮ障壁層：１５ｎｍ、ＩｎＧａＮ井戸層：３ｎｍ）からなる発光層を成長する。基板温度を摂氏１０５０度に上昇させて、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、アンモニア、シクロペンタジエニルマグネシウムを有機金属気相成長装置に供給して、厚さ２０ｎｍのＭｇドープＡｌ _０．１２ Ｇａ _０．８８ Ｎ膜を成長する。この後に、トリメチルガリウム、アンモニア、シクロペンタジエニルマグネシウムを有機金属気相成長装置に供給して、厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ膜を成長する。これによりＬＥＤエピタキシャル構造を有するエピタキシャル基板が得られる。

このエピタキシャル基板の表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、ＧａＮ基板の高転位エリアの位置に対応するところに約３μｍ径のピットが存在しており、ピット面密度Ｄ（Ｐ）は４００ｃｍ ^−２ である。したがって、Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ）＝０．４４である。

エピタキシャル基板のｐ型ＧａＮ膜上に半透明アノード電極を形成すると共に、ＧａＮ基板の裏面にカソード電極を形成する。そして、３５０μｍ角の発光ダイオードベアチップの青色発光ダイオードに連続電流印加を行うと、青色発光ダイオードは、電流値２０ｍＡおよび波長４５０ｎｍで４ｍＷの光出力を示す。一方、２ｍｍ角の発光ダイオードベアチップの青色発光ダイオードに連続電流印加を行うと、図５に示すリーキーな電流電圧特性を示す。リーキーな青色発光ダイオードは発光しない。

（実施例２）
９００ｃｍ ^−２ の転位エリア面密度Ｄ（Ｈ）を有するｎ型ＧａＮ（０００１）基板に摂氏１０５０度の基板温度で１０分間の予備クリーニングを行った後に、摂氏１０５０度の基板温度および１０１ｋＰａの圧力で５０ｎｍの厚さのｎ型Ａｌ _０．１２ Ｇａ _０．８８ Ｎ膜を成長する。次いで、摂氏１１３０度の基板温度で１０１ｋＰａの圧力を保持したまま、厚さ２マイクロメートルの窒化ガリウムバッファ膜を成長速度９μｍ／ｈで成長する。その後の工程は、実施例１と同様である。完成したＬＥＤエピタキシャル構造を有するエピタキシャル基板の表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、基板の高転位エリアの位置に対応するところに直径約３μｍ程度のピットが存在しており、ピット面密度Ｄ（Ｐ）は１２ｃｍ ^−２ である。したがって、Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））＝０．０１３である。

エピタキシャル基板のｐ型ＧａＮ膜上に半透明アノード電極を形成すると共に、ＧａＮ基板の裏面にカソード電極を形成する。そして、２ｍｍ角の発光ダイオードベアチップの青色発光ダイオードに連続電流印加を行うと、青色発光ダイオードは、電流値２０ｍＡおよび波長４５０ｎｍで４ｍＷの光出力を示す。２ｍｍ角の発光ダイオードベアチップの青色発光ダイオードに連続電流印加を行うと、図６に示すような良好な電流電圧特性を示す。ベアチップの青色発光ダイオードは、電流値５００ｍＡおよび波長４５０ｎｍで１００ｍＷの光出力を示す。

（実施例３）
実施例２に示された発光ダイオードの作製において、n型ＧａＮ層をいくつかの成長速度で形成する。図７は、成長速度とピット径との関係を示す図面である。図７を参照すると、
成長速度 ピット径
２．２μｍ／ｈ ５μｍ以下
４．２μｍ／ｈ ３μｍ以下
９μｍ／ｈ ２μｍ以下
であり、成膜温度は摂氏１１００度である。
成長速度３μｍ／ｈ以上であれば、成膜速度およびピット径のばらつきを考慮しても、窒化ガリウム膜の表面に形成されるピット径が５μｍ以下にできる。したがって、窒化ガリウム基板の表面に現れる高転位領域に起因して発生するピットのサイズを小さくできる。３マイクロメートル／時間以上の成長速度で窒化ガリウム基板の主面上に窒化ガリウムを堆積して５マイクロメートル以下の最大ピットサイズの窒化ガリウム膜を形成できる。

図８は、成長速度と比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））との関係を示す図面である。成長速度３μｍ／ｈを越えれば、（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））を０．８未満にできる。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）および図９（Ｃ）は、窒化ガリウム膜の表面の顕微鏡写真を示す図面である。それぞれの膜厚は２マイクロメートルである。これらの図面は、成膜速度を２．２μｍ／ｈ、４．２μｍ／ｈ、９μｍ／ｈと変化させると、ピットのサイズが小さくなることを示している。

図１０は成長温度とピット径との関係を示す図面である。図１０を参照すると、
成長速度 ピット径
摂氏１０３０度 ５μｍ以下
摂氏１１００度 ３μｍ以下
摂氏１１３０度 ２μｍ以下
である。成長温度が摂氏１０３０度を越えれば、成膜温度およびピット径のばらつきを考慮しても、窒化ガリウム膜の表面に形成されるピット径が５μｍ以下にできる。したがって、窒化ガリウム基板の表面に現れる高転位領域に起因して発生するピットのサイズを小さくできる。摂氏１０５０度以上の成長温度で窒化ガリウム基板の主面上に窒化ガリウムを堆積して５マイクロメートル以下の最大ピットサイズの窒化ガリウム膜を形成できる。

図１１は、成長温度と比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））との関係を示す図面である。成長温度が摂氏１１００度を越えれば、（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））を０．４未満にできる。

図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）は、窒化ガリウム膜の表面の顕微鏡写真を示す図面である。それぞれの膜厚は２マイクロメートルである。これらの図面は、成膜速度９μｍ／ｈにおいて、成膜温度を摂氏１１００度、摂氏１１３０度と変化させると、ピットのサイズが小さくなることを示している。

また、図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）は、窒化ガリウム膜の表面の顕微鏡写真を示す図面である。それぞれの膜厚は２マイクロメートルである。これらの図面は、成膜速度４．２μｍ／ｈにおいて、成膜温度を摂氏１０３０度、摂氏１１００度と変化させると、ピットのサイズが小さくなることを示している。

図１４は、窒化ガリウム膜の厚さとピット径との関係を示す図面である。図１４を参照すると、
窒化ガリウム膜の厚さ ピット径
２μｍ ２μｍ以下
６μｍ ５μｍ以下
９μｍ ８μｍ以下
である。成膜温度は摂氏１１３０度であり、また成膜速度は９μｍ／ｈである。図１４の結果によれば、窒化ガリウム膜の厚さが厚くなると、ピット径も大きくなる。窒化ガリウム層の好適な厚さは６マイクロメートル以下である。窒化ガリウム層の厚さが６マイクロメートルを越えると、ピットのサイズが５マイクロメートを越える。また、窒化ガリウム層の厚さは０．５マイクロメートル以上であれば、良好なＬＥＤ特性を得ることができる。

図１５は、窒化ガリウム膜の厚さと比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））との関係を示す図面である。窒化ガリウム膜が厚くなっても、比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））は実質的に変化しない。成膜温度は摂氏１１３０度であり、成膜速度は９μｍ／ｈであり、また圧力は１０１キロパスカルである。

図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）および図１６（Ｃ）は、窒化ガリウム膜の表面の顕微鏡写真を示す図面である。それぞれの成膜速度は９μｍ／ｈである。これらの図面は、膜厚が２μｍ、６μｍ、９μｍと厚くなるにつれて、ピットのサイズが大きくなることを示している。

図１７は、比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））と発光ダイオード（２ｍｍ角）の歩留まりの関係を示す図面である。アノード電極はコンタクト層の全面に設けられ、またカソード電極は窒化ガリウム支持基体の裏面の全面に設けられている。図１７を参照すると、比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））が０．４を越えると、実質的に歩留まりはゼロである。比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））が０．３以下であれば、歩留まりが実用的なレベルを越える。また、（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））が０．０１以下であれば、歩留まりが良好である。

（第２の実施の形態）
図１８は、第２の実施の形態に係る窒化物半導体素子を示す図面である。窒化物半導体素子５１は、窒化ガリウム支持基体５３といったIII族窒化物支持基体と、窒化ガリウム系半導体領域５５と、第１の電極５７と、第２の電極５９と備える。窒化物半導体素子５１は、図１（Ａ）に示される窒化ガリウム基板上に複数のエピタキシャル膜を成長して作製された半導体生産物を分割して形成された半導体チップであるので、窒化ガリウム支持基体５３の主面５３ａも、窒化ガリウム基板１５の主面と同様に、複数の高転位エリアおよび該高転位エリアを囲む低転位エリアを含んでおり、高転位エリアにおける欠陥密度は低転位エリアの欠陥密度より大きい。また、高転位エリアは主面５３ａにおいて欠陥面密度Ｄ（Ｈ）で分布している。第１の電極５７は、窒化ガリウム系半導体領域５５上に設けられている。第２の電極５９は、窒化ガリウム支持基体５３の裏面５３ｂ上に設けられている。窒化ガリウム系半導体領域５５の厚さはＴマイクロメートルである。

窒化ガリウム系半導体領域５５の最上層の表面５５ａには、欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）より小さいピット面密度Ｄ（Ｐ）で分布するピットが形成されている。個々のピットは、窒化ガリウム支持基体５３の主面５３ａ上の高転位エリアに対応している。窒化ガリウム系半導体領域５５は、窒化ガリウム支持基体５３上に設けられた窒化ガリウム層６１を含む。これ故に、表面５５ａにおける該ピットのサイズは１マイクロメートル以上であり１０マイクロメートル以下の範囲であり、また表面５５ａにおける該ピットの深さは０．１マイクロメートル以上でありＴマイクロメートル以下の範囲である。

窒化物半導体素子５１の作製において、窒化ガリウム系半導体領域５５の窒化ガリウム層６１の表面には、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示されるように、支持基体５３（基板１５）の高転位エリアに起因するピットが形成される。該ピットが形成されないように成膜条件で窒化ガリウムを堆積することも可能である。しかしながら、このような条件で堆積された窒化ガリウムの結晶品質は、許容可能な程度であるけれども、あまりよくない。第１および第２の電極の一方から他方へ窒化ガリウム支持基体５３および窒化ガリウム系半導体領域５５を横切って電流が流れる縦型窒化物半導体素子では、形成されたあらゆるピットが窒化物半導体素子５１の特性を悪化させているわけではなく、サイズや深さが以下のようなピットであれば、窒化物半導体素子は所望の範囲の特性を示すことを発明者は発見した。すなわち、表面５５ａにおけるピットのサイズは１マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下の範囲であり、表面５５ａにおける該ピットの深さは０．１マイクロメートル以上Ｔマイクロメートル以下の範囲である。

図１８に示されるように、窒化ガリウム支持基体５３は、多数の高転位領域５３ｃを含む。これら高転位領域５３ｃのいくつかに起因して、窒化ガリウム系半導体領域５５の表面５５ａ（本実施例では、最上層のコンタクト層の表面）には、対応するピット（図１８には描かれていない）が現れる。図１９は、窒化ガリウム系半導体領域５５の表面５５ａに形成されたピットＰ１、Ｐ２、Ｐ３を示す模式図である。窒化ガリウム支持基体５３の表面には、高欠陥エリアＨＤ１、ＨＤ２、ＨＤ３が位置している。ピットＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、それぞれ、高欠陥エリアＨＤ１、ＨＤ２、ＨＤ３から窒化ガリウム系半導体領域５５内を縫うように伸びる転位群ＴＤ１、ＴＤ２、ＴＤ３と関連している。図示にように、ピットＰ１、P２、P３のサイズＤｉａおよび深さＤｅｐは様々である。

表面５５ａにおけるピットのサイズＤｉａが１０マイクロメートル以下であれば、窒化物半導体素子は所望の範囲の特性を示す。表面５５ａにおけるピットのサイズＤｉａが１マイクロメートル以上であれば、結晶品質が良好である。表面５５ａにおけるピットＰの深さＤｅｐは０．１マイクロメートル以上であれば、結晶品質が良好である。表面５５ａにおけるピットＰの深さＤｅｐは、窒化ガリウム系半導体領域５５の厚み以下であれば、、窒化物半導体素子は所望の範囲の特性を示す。

ピットを埋め込むような条件“減圧”で無理に窒化ガリウム膜を成長すると、その結晶品質が悪化する。つまり、上記のサイズＤｉａおよび深さＤｅｐを有するピットＰを実現する窒化ガリウム層６１の結晶品質は、該ピットが形成されないように成膜条件で形成された窒化ガリウム層の結晶品質に比べて良好である。また、ピットのサイズおよび深さが上記の範囲であれば、窒化物半導体素子５１の特性への影響は小さい。

好適な実施例では、ｎ型Ａｌ _Ｘ Ｇａ _１−Ｘ Ｎ（０＜Ｘ≦１）層６３が、ｎ型窒化ガリウム支持基体５３とｎ型窒化ガリウム層６１との間に設けられる。ＡｌＧａＮは窒化ガリウム基板の表面上に付着している汚染物質上にも成長するので、ＡｌＧａＮ層６３の表面モフォロジは良好である。これ故に、ｎ型窒化ガリウム層６１の成長にために好適な下地を提供できる。

窒化物半導体素子５１は、発光ダイオードとして使用できる構造を有しており、図１８に示されるように、窒化ガリウム層６１上に設けられた発光領域６５と、発光領域６５上に設けられたｐ型窒化ガリウム系半導体層６７と、ｐ型窒化ガリウム系半導体層６７上に設けられたｐ型コンタクト層６９とを有する。発光領域６５は井戸層６５ａおよび障壁層６５ｂを含む。第１の電極５７は、例えば半透明電極であり、またｐ型コンタクト層６９の表面全体を覆うように設けられることができる。第１の電極５７上には、パッド電極７１が設けられている。

図８を参照しながら説明された成膜条件を用いて作製された窒化物半導体素子では、欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）に対するピット面密度Ｄ（Ｐ）の比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））はゼロより大きく０．８より小さくなる。この範囲のＤ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ）によれば、窒化物半導体素子は良好な電流−電圧特性を示す。

また、図１１を参照しながら説明したような成膜条件を用いて作製された窒化物半導体素子では、ピット面密度Ｄ（Ｐ）の比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））はゼロより大きく０．４より小さくなる。この範囲のＤ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ）によれば、窒化物半導体素子は良好な電流−電圧特性を示す。

図１４を参照しながら説明したように、表面５５ａにおけるピットＰの最大サイズＰは５マイクロメートル以下であれば、窒化物半導体素子５１の特性は、この範囲のピットからあまり影響されない。図１４を参照しながら説明したように、窒化ガリウム層６１の厚さは６マイクロメートル以下であることが好ましい。窒化ガリウム層の厚さが６マイクロメートルを越えると、ピットのサイズが膜厚の増加とともに大きくなる。また、窒化ガリウム層の厚さは０．５マイクロメートル以上であれば、ＬＥＤ特性は良好である。

高転位エリアが基板表面に分布する窒化ガリウム支持体を用いる窒化物半導体素子ではピット面密度Ｄ（Ｐ）が８００ｃｍ ^−２ 未満であれば、チップ面積０．１２２５ｍｍ ^２ 以下（一辺が３５０マイクロメートル以下のサイズに対応）の窒化物半導体素子は良好な特性を示すと共に、実用的な歩留まりが実現される。ピット面密度Ｄ（Ｐ）が８００ｃｍ ^−２ 未満であり且つチップ面積が０．１２２５ｍｍ ^２ 以下であれば、ピットを一つも含まない素子が得られるので、なお良い。

高転位エリアが基板表面に分布する窒化ガリウム支持体を用いる窒化物半導体素子ではピット面密度Ｄ（Ｐ）が２５ｃｍ ^−２ 未満であれば、チップ面積４ｍｍ ^２ 以下（一辺のサイズが２ミリメートル以下のサイズに対応）の窒化物半導体素子は良好な特性を示すと共に、実用的な歩留まりが実現される。ピット面密度Ｄ（Ｐ）が２５ｃｍ ^−２ 未満であり且つチップ面積が４ｍｍ ^２ 以下であれば、ピットを一つも含まない素子が得られる。

窒化物半導体素子としては、発光ダイオードといった半導体発光素子に限定されない。図２０（Ａ）は、第２の実施の形態に係る窒化物半導体素子の一変形例を示す図面である。ショットキダイオード８１は、窒化ガリウム支持基体５３といったIII族窒化物支持基体と、窒化ガリウム系半導体領域８５と、第１の電極（ショットキ電極）８７と、第２の電極８９（オーミック電極）と備える。窒化ガリウム系半導体領域８５の厚さはＴマイクロメートルであり、窒化ガリウム系半導体領域８５はＧａＮ層６１を含むことができ、また必要な場合には、ＡｌＧａＮ層６３を含むことができる。

図２０（Ｂ）は、第２の実施の形態に係る窒化物半導体素子の別の変形例を示す図面である。ｐｎ接合ダイオード９１は、窒化ガリウム支持基体５３といったIII族窒化物支持基体５３と、窒化ガリウム系半導体領域９５と、第１の電極９７（オーミック電極）と、第２の電極９９（オーミック電極）と備える。窒化ガリウム系半導体領域９５の厚さはＴマイクロメートルであり、窒化ガリウム系半導体領域９５はＧａＮ層６１およびｐ型窒化ガリウム系半導体層９３を含むことができ、また必要な場合には、ＡｌＧａＮ層６３を含むことができる。ｐ型窒化ガリウム系半導体層９３は、例えばｐ型ＧａＮ層であることができる。

（実施例３）
以下の通り、有機金属気相成長法によりショットキダイオードを作製する。９００ｃｍ ^−２ の転位エリア面密度Ｄ（Ｈ）を有するｎ型ＧａＮ（０００１）)基板をサセプタ上に配置し、有機金属気相成長装置の圧力を３０ｋＰａにコントロールしながら有機金属気相成長装置にアンモニア（ＮＨ _３ ）および水素（Ｈ _２ ）を供給する。摂氏１０５０度の基板温度で１０分間の予備クリーニングを行う。その後に、基板温度を摂氏１１３０度に、有機金属気相成長装置の圧力を１０１ｋＰａに上昇する。トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモニア、シランを有機金属気相成長装置に供給して、５０ｎｍの厚さのｎ型Ａｌ _０．１２ Ｇａ _０．８８ Ｎ膜を成長する。次いで、摂氏１１３０度の基板温度および１０１ｋＰａの圧力で、５×１０ ^１５ ｃｍ ^−３ キャリア濃度および３マイクロメートルの厚さを有する窒化ガリウムバッファ膜を成長速度４μｍ／ｈで成長する。これによりＬＥＤエピタキシャル構造を有するエピタキシャル基板が得られる。

ＧａＮ基板の裏面にオーミック電極（カソード）を形成し、エピタキシャル基板のｎ型ＧａＮ膜上にショットキ電極（アノード）を形成する。オーミック電極およびショットキ電極の形成に先立って、ＨＣｌ溶液を用いてエピタキシャル基板を室温で約１分程度行う。オーミック電極は、有機洗浄した後にＧａＮ基板の裏面全体に形成し、またオーミック電極の構造は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ（２９ｎｍ／１００ｎｍ／２０ｎｍ／３００ｎｍ）であり、これらの金属膜をＥＢ蒸着法により堆積する。オーミック電極を形成した後に、摂氏６００度で約１分の合金化を行う。ショットキ電極は、５００ｎｍの金膜を抵抗加熱蒸着法でＧａＮエピタキシャル膜上に堆積する。ショットキ電極は、例えば直径８００マイクロメートルの円形である。このように作製した半導体素子を試料Ａとして参照する。

次いで、試料Ｂを作製する。９００ｃｍ ^−２ の転位エリア面密度Ｄ（Ｈ）を有するｎ型ＧａＮ（０００１）基板をサセプタ上に配置し、有機金属気相成長装置の圧力を３０ｋＰａにコントロールしながら有機金属気相成長装置にアンモニア（ＮＨ _３ ）および水素（Ｈ _２ ）を供給する。摂氏１０５０度の基板温度で１０分間の予備クリーニングを行う。その後に、摂氏１１３０度の基板温度および有機金属気相成長装置の圧力を１０１ｋＰａまで上昇する。トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモニア、シランを有機金属気相成長装置に供給して、５０ｎｍの厚さのｎ型Ａｌ _０．１２ Ｇａ _０．８８ Ｎ膜を成長する。次いで、摂氏１１３０度の基板温度および１０１ｋＰａの圧力で、５×１０ ^１５ ｃｍ ^−３ キャリア濃度および３マイクロメートルの厚さを有する窒化ガリウムバッファ膜を成長速度９μｍ／ｈで成長する。これによりＬＥＤエピタキシャル構造を有するエピタキシャル基板が得られる。試料Ａと同様に、オーミック電極およびショットキ電極を作製する。

試料Ａの逆方向Ｉ−Ｖ特性はショットキダイオードがリーキであることを示しているが、試料Ｂの逆方向Ｉ−Ｖ特性は良好である。

III族窒化物支持基体上に窒化ガリウム半導体膜を設ける構造は、多くの半導体素子が持つ。図面を参照しながら説明しないが、窒化物半導体素子は、第２の実施の形態において説明した半導体素子に加えて、ＭＩＳ縦型電界効果トランジスタおよび縦型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等であることができる。窒化物半導体素子は、発光ダイオード、ショットキダイオード、ｐｎ接合ダイオード、ＭＩＳ縦型電界効果トランジスタおよび縦型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの少なくともいずれかを含む。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１（Ａ）は、窒化物半導体素子を製造する方法を説明する図面である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示された破線内のIII族窒化物基板の拡大図を示す図面である。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は、窒化物半導体素子を製造する方法を説明する図面である。 図３（Ａ）は、窒化ガリウム基板の表面の高転位エリアの分布を示す図面である。図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、図１（Ａ）に示された基板上に形成された窒化ガリウム膜の表面のピットの分布を示す図面である。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）は、窒化物半導体素子を製造する方法の一変形例を説明する図面である。 図５は、２ｍｍ角の発光ダイオードベアチップの青色発光ダイオード（実施例１）のリーキーな電流電圧特性（実施例１）を示す図面である。 図６は、２ｍｍ角の発光ダイオードベアチップの青色発光ダイオード（実施例２）の良好な電流電圧特性を示す図面である。 図７は、成長速度とピット径との関係を示す図面である。 図８は、成長速度と比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））との関係を示す図面である。 図９（Ａ）、図９（Ｂ）および図９（Ｃ）は、窒化ガリウム膜の表面の顕微鏡写真を示す図面である。 図１０は、成長温度とピット径との関係を示す図面である。 図１１は、成長温度と比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））との関係を示す図面である。 図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）は、窒化ガリウム膜の表面の顕微鏡写真を示す図面である。 図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）は、窒化ガリウム膜の表面の顕微鏡写真を示す図面である。 図１４は、窒化ガリウム膜の厚さとピット径との関係を示す図面である。 図１５は、窒化ガリウム膜の厚さと比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））との関係を示す図面である。 図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）および図１６（Ｃ）は、窒化ガリウム膜の表面の顕微鏡写真を示す図面である。 図１７は、比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））と発光ダイオード（２ｍｍ角）の歩留まりの関係を示す図面である。 図１８は、第２の実施の形態に係る窒化物半導体素子を示す図面である。 図１９は、窒化ガリウム系半導体領域の表面に形成された様々なピットを示す模式図である。 図２０（Ａ）は、第２の実施の形態に係る窒化物半導体素子の一変形例を示す図面である。図２０（Ｂ）は、第２の実施の形態に係る窒化物半導体素子の別の変形例を示す図面である。

符号の説明

１１…成膜装置、１３…サセプタ、１５…窒化ガリウム基板、１５ｃ…高転位領域、１５ｄ…低転位領域、１５ｅ…第１のエリア、１５ｆ…第２のエリア、１７…窒化ガリウム膜、１９…ＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜、２１、２３…ピット、２５…活性領域、２７…ｐ型窒化ガリウム系半導体層、２９…ｐ型コンタクト層、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４…エピタキシャル基板、３１…第１の電極膜、３３…第２の電極膜、３５…基板生産物、３７…窒化ガリウム膜、５１…窒化物半導体素子、５３…窒化ガリウム支持基体、５５…窒化ガリウム系半導体領域、５７…第１の電極、５９…第２の電極、６１…窒化ガリウム層、ＨＤ１、ＨＤ２、ＨＤ３…高欠陥エリア、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…ピット、ＴＤ１、ＴＤ２、ＴＤ３…転位群、Ｄｉａ…ピットのサイズ、Ｄｅｐ…ピットの深さ、６３…ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層、６５…発光領域、６７…ｐ型窒化ガリウム系半導体層、６９…ｐ型コンタクト層、７１…パッド電極、８１…ショットキダイオード、９１…ｐｎ接合ダイオード

Claims (14)

1. 窒化物半導体素子を製造する方法であって、
   複数の高転位エリアおよび該高転位エリアを囲む低転位エリアを含む主面を有するIII族窒化物基板を準備する工程を備え、前記高転位エリアにおける欠陥密度は前記低転位エリアの欠陥密度より大きく、前記高転位エリアは前記主面において欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）で分布しており、前記高転位エリアは、前記III族窒化物基板の前記主面においてランダムに分布しており、
   ３マイクロメートル／時間以上の成長速度で前記III族窒化物基板の主面上に窒化ガリウム膜を成長する工程を備え、前記窒化ガリウム膜の厚さは６マイクロメートル以下であり、該窒化ガリウム膜の表面はピット面密度Ｄ（Ｐ）で分布するピットを有しており、前記欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）に対するピット面密度Ｄ（Ｐ）の比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））はゼロより大きく０．８より小さく、
   前記窒化ガリウム膜の上に窒化ガリウム系半導体領域を形成してエピタキシャル基板を形成する工程を備え、前記窒化ガリウム系半導体領域の最上層の表面には、前記高転位エリアのうちのいくつかに起因してピットが形成されており、
   前記エピタキシャル基板の前記窒化ガリウム系半導体領域の表面に電極を形成する工程を備える、ことを特徴とする方法。
2. 窒化物半導体素子を製造する方法であって、
   高転位エリアおよび該高転位エリアを囲む低転位エリアを含む主面を有するIII族窒化物基板を準備する工程を備え、前記高転位エリアにおける欠陥密度は前記低転位エリアの欠陥密度より大きく、前記高転位エリアは前記主面において欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）で分布しており、前記高転位エリアは、前記III族窒化物基板の前記主面においてランダムに分布しており、
   摂氏１０５０度以上の成長温度で前記III族窒化物基板の主面上に窒化ガリウム膜を成長する工程を備え、前記窒化ガリウム膜の厚さは６マイクロメートル以下であり、該窒化ガリウム膜の表面はピット面密度Ｄ（Ｐ）で分布するピットを有しており、前記欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）に対する前記ピット面密度Ｄ（Ｐ）の比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））はゼロより大きく０．４より小さく、
   前記窒化ガリウム膜の上に窒化ガリウム系半導体領域を形成してエピタキシャル基板を形成する工程を備え、前記窒化ガリウム系半導体領域の最上層の表面には、前記高転位エリアのうちのいくつかに起因してピットが形成されており、
   前記エピタキシャル基板の前記窒化ガリウム系半導体領域の表面に電極を形成する工程を備える、ことを特徴とする方法。
3. 窒化物半導体素子を製造する方法であって、
   高転位エリアおよび該高転位エリアを囲む低転位エリアを含む主面を有するIII族窒化物基板を準備する工程を備え、前記高転位エリアにおける欠陥密度は前記低転位エリアの欠陥密度より大きく、前記高転位エリアは前記主面において欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）で分布しており、前記高転位エリアは、前記III族窒化物基板の前記主面においてランダムに分布しており、
   ３マイクロメートル／時間以上の成長速度で前記III族窒化物基板の主面上に窒化ガリウムを堆積して５マイクロメートル以下のピットサイズの窒化ガリウム膜を形成する工程を備え、前記窒化ガリウム膜の厚さは６マイクロメートル以下であり、
   前記窒化ガリウム膜の上に窒化ガリウム系半導体領域を形成してエピタキシャル基板を形成する工程を備え、前記窒化ガリウム系半導体領域の最上層の表面には、前記高転位エリアのうちのいくつかに起因してピットが形成されており、
   前記エピタキシャル基板の前記窒化ガリウム系半導体領域の表面に電極を形成する工程を備える、ことを特徴とする方法。
4. 窒化物半導体素子を製造する方法であって、
   高転位エリアおよび該高転位エリアを囲む低転位エリアを含む主面を有するIII族窒化物基板を準備する工程を備え、前記高転位エリアにおける欠陥密度は前記低転位エリアの欠陥密度より大きく、前記高転位エリアは前記主面において欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）で分布しており、前記高転位エリアは、前記III族窒化物基板の前記主面においてランダムに分布しており、
   摂氏１０５０度以上の成長温度で前記III族窒化物基板の主面上に窒化ガリウムを堆積して５マイクロメートル以下の最大ピットサイズの窒化ガリウム膜を形成する工程を備え、前記窒化ガリウム膜の厚さは６マイクロメートル以下であり、
   前記窒化ガリウム膜の上に窒化ガリウム系半導体領域を形成してエピタキシャル基板を形成する工程を備え、前記窒化ガリウム系半導体領域の最上層の表面には、前記高転位エリアのうちのいくつかに起因してピットが形成されており、
   前記エピタキシャル基板の前記窒化ガリウム系半導体領域の表面に電極を形成する工程を備える、ことを特徴とする方法。
5. 前記III族窒化物基板の裏面に、別の電極を形成する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載された方法。
6. 前記窒化ガリウム膜の成長に先立って、前記III族窒化物基板の主面上にＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ膜（０＜Ｘ≦１）を成長する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載された方法。
7. 複数の高転位エリアおよび該高転位エリアを囲む低転位エリアを含む主面と該主面と反対側の裏面とを有するIII族窒化物支持基体と、
   前記III族窒化物支持基体上に設けられた窒化ガリウム層を含む窒化ガリウム系半導体領域と、
   前記窒化ガリウム系半導体領域上に設けられた第１の電極と、
   前記III族窒化物支持基体の前記裏面の上に設けられた第２の電極と
   を備え、
   前記高転位エリアにおける欠陥密度は前記低転位エリアの欠陥密度より大きく、前記高転位エリアは前記主面において欠陥面密度Ｄ（Ｈ）で分布しており、
   前記窒化ガリウム系半導体領域の厚さがＴマイクロメートルであり、
   前記窒化ガリウム系半導体領域の最上層の表面には、ピットが形成されており、
   前記窒化ガリウム系半導体領域の最上層の表面は、前記欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）より小さいピット面密度Ｄ（Ｐ）で分布し前記高転位エリアのうちのいくつかに起因したピットを有しており、
   前記表面における該ピットのサイズは１マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下の範囲であり、
   前記表面における該ピットの深さは０．１マイクロメートル以上でありＴマイクロメートル以下の範囲であり、
   前記高転位エリアは、前記III族窒化物支持基体の前記主面においてランダムに分布しており、
   前記窒化ガリウム層の厚さは６マイクロメートル以下である、ことを特徴とする窒化物半導体素子。
8. 前記欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）に対する前記ピット面密度Ｄ（Ｐ）の比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））はゼロより大きく０．８より小さい、ことを特徴とする請求項７に記載された窒化物半導体素子。
9. 前記欠陥エリア面密度Ｄ（Ｈ）に対する前記ピット面密度Ｄ（Ｐ）の比（Ｄ（Ｐ）／Ｄ（Ｈ））はゼロより大きく０．４より小さい、ことを特徴とする請求項８に記載された窒化物半導体素子。
10. 前記表面における前記ピットの最大サイズは５マイクロメートル以下である、ことを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載された窒化物半導体素子。
11. 前記ピット面密度Ｄ（Ｐ）がゼロより大きく８００ｃｍ^−２未満であり、
    当該窒化物半導体素子のチップ面積が０．１２２５平方ミリメートル以下である、ことを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載された窒化物半導体素子。
12. 前記ピット面密度Ｄ（Ｐ）がゼロより大きく２５ｃｍ^−２未満であり、
    当該窒化物半導体素子のチップ面積が４平方ミリメートル以下である、ことを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載された窒化物半導体素子。
13. 前記第１の電極は、前記窒化ガリウム系半導体領域の前記表面の全面に設けられている、ことを特徴とする請求項７から１２のいずれか一項に記載された窒化物半導体素子。
14. 前記III族窒化物支持基体と前記窒化ガリウム層との間に設けられたＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ層（０＜Ｘ＜１）を更に備える、ことを特徴とする請求項７から１３のいずれか一項に記載された窒化物半導体素子。

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