JP6266145B2 - 窒化物半導体自立基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属塩化物ガス発生装置、ハイドライド気相成長装置及び窒化物半導体テン
プレートの製造方法に関する。

窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウム
ガリウム（ＩｎＧａＮ）などのIII族窒化物半導体は、赤色から紫外の発光が可能な発光
素子材料として注目を集めている。これらの窒化物半導体の結晶成長法の一つに、金属塩
化物ガスとアンモニアを原料とするハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ：Hydride Vapor
Phase Epitaxy）がある。

ＨＶＰＥ法の特徴としては、他の成長法（有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ：Metal-Or
ganic Vapor Phase Epitaxy法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epit
axy法）で典型的な数μｍ／ｈｒの成長速度と比較して格段に大きな１０μｍ／ｈｒ以上
から１００μｍ／ｈｒ以上の成長速度が得られる点が挙げられる。このため、ＧａＮ自立
基板（例えば、特許文献１参照。）やＡｌＮ自立基板の製造に良く用いられる。ここで「
自立基板」とは、自らの形状を保持でき、ハンドリングに不都合が生じない程度の強度を
有する基板をいう。

また、窒化物半導体からなる半導体発光素子（発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitti
ng Diode）など）は、通常サファイア基板上に形成されるが、その結晶成長に際しては、
基板の表面にバッファ層を形成した後、その上にｎ層を含む６〜１５μｍ程度の厚いＧａ
Ｎ層を成長し、その上にＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸の発光層（合計で数１００ｎｍ
厚）、ｐ層（２００〜５００ｎｍ厚）の順に成長が行われる。発光層の下側のＧａＮ層が
厚いのは、サファイア基板上のＧａＮの結晶性を改善するなどのためである。その後、電
極形成などを行い、最終的には後述する図１１のような素子構造が形成される。ＭＯＶＰ
Ｅ法での成長の場合、結晶成長工程は典型的には６時間程度の時間を要するが、このうち
の半分程度は、テンプレート部分と呼ばれる発光層の下側のＧａＮ層を成長するために必
要な時間である。

以上のことから、テンプレート部分の成長に成長速度の格段に速いＨＶＰＥ法を適用で
きれば、大幅な成長時間の短縮が可能となり、ＬＥＤ用のウエハの製造コストを劇的に低
減することが可能となる。しかし、製造コストを低くできるＨＶＰＥ法でテンプレート部
分を成長させると、意図しない不純物の混入が多く、現状では良質のテンプレートを作製
するのが困難である。

窒化物半導体を製造するために用いられるＨＶＰＥ装置は、一般的に、主原料としてＧ
ａ、ＮＨ₃ガス、ＨＣｌガスが用いられる。また、膜の生成を有効に行うことができる必
要成長温度は、１０００℃以上と高温である。このため、ガス導入管や反応炉の材料とし
ては、高温で反応性の高いＮＨ₃ガスやＨＣｌガスに対して化学的耐性と耐熱性を有する
、例えば石英が用いられる。具体的には、ＨＶＰＥ装置は、後述する図１２に示すような
構造を有しており、上流側の原料部と下流側の成長部とに分けられた円筒状の石英製の反
応炉を有し、反応炉の上流側の開放端をステンレス鋼（ＳＵＳ）製の上流側フランジで閉
塞し、反応炉の下流側の開放端をステンレス鋼（ＳＵＳ）製の下流側フランジで閉塞し、
上流側フランジを貫通して原料部から成長部に向けて石英製のガス導入管を設置している
。石英製のガス導入管を上流側フランジに直接取り付けることはできないため、ガス導入
管の上流側の端部の外側にＳＵＳ製の配管を接続し、この配管を上流側フランジに取り付
けている。これは一般的な方法であり、全てのＨＶＰＥ装置がこの方法を用いていると言
っても過言ではない。

特許第３８８６３４１号公報 特開２００２−３０５１５５号公報

上記構成のＨＶＰＥ装置では、最も高温になる成長部からの輻射熱がＳＵＳ製の配管に
伝わって配管部分が高温になる。配管が高温になると、配管内を流れるガスが配管の構成
材料と反応しやすくなり、このガスによって配管部分の構成材料が削り取られ（腐食され
）、この削り取られた配管部分の構成材料が窒化物半導体テンプレートを構成する窒化物
半導体層中に意図しない不純物として混入する場合がある。特にこれらは、腐食性ガスで
あるＮＨ₃やＨＣｌが流れる配管部分からの不純物混入が顕著である。

本明細書や請求項において、「窒化物半導体テンプレート」あるいは単に「テンプレー
ト」とは、基板と発光層の下側を構成するGaN層やバッファ層などの窒化物半導体層を含
んだものを意味する。さらに、テンプレート部分とは、「窒化物半導体テンプレート」中
の窒化物半導体層を意味する。

したがって、本発明の目的は、窒化物半導体テンプレートへの意図しない不純物の混入
を抑制した金属塩化物ガス発生装置、ハイドライド気相成長装置、及び窒化物半導体テン
プレートの製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上述の課題を達成すべく鋭意検討を行った結果、１０００℃以上で使用
される金属塩化物ガス発生装置を用いて作製した窒化物半導体テンプレートを構成する窒
化物半導体層中に意図せずに混入している不純物は、ガス導入口のＳＵＳ配管が高温にな
ることによって配管を流れるガスにより、配管の構成材料が腐食され、不純物として混入
していることを発見した。意図せずに混入している不純物は、ガス導入口のＳＵＳ配管が
高温になることによって配管を流れるガスにより、配管の構成材料が腐食され、不純物と
して混入していることを発見した。

ヒータ部からの輻射熱を抑えることで、ある程度ガス導入口のＳＵＳ配管部分の温度上
昇を抑えることができる。しかし、上記方法には、限界があることが分かった。その理由
は、上記ガス導入管の材料、具体的には石英が透光性を有する材料であることで、ガス導
入管が光導波路となり前記ガス導入口のＳＵＳ配管部分が高温になり、その影響によって
意図しない不純物の混入があることを発見した。

このため、ガス導入口のＳＵＳ配管部分の温度上昇を抑えるために、石英製のガス導入
管の一部を不透明化した。その結果、金属塩化物ガス発生装置、及びハイドライド気相成
長装置での光導波路現象を抑制できることを見出し、窒化物半導体テンプレートを構成す
る窒化物半導体層中への意図しない不純物の混入を抑制できることを発見した。

「光導波路現象」とは、ガス導入管が光導波路となって輻射熱を導波させる現象をいう
。ガス導入管の下流側で発生した輻射熱（具体的には、金属塩化物ガス発生装置の成長部
ヒータや窒化物半導体層の成長部からの輻射熱）は、ガス導入管の抑制部によって抑制さ
れ、上流側端部に熱が伝わりにくくなり、上流側端部の温度上昇を抑制する。ガス導入管
から導入するガスに上流側端部の配管構成材料が不純物として混入するのを抑制する。

本発明は、上記目的を達成するため、金属を収容する収容部を上流側に有し、成長用の基板が配置される成長部を下流側の原料部に有する反応炉と、前記反応炉の内部を所定の温度に加熱する原料部ヒータ及び成長部ヒータと、ガス導入口を有する上流側端部と、前記上流側端部から前記収容部を経由して前記成長部に至るように配置され、前記上流側端部から塩化物ガスを導入して前記収容部に供給し、前記塩化物ガスと前記収容部内の前記金属とが反応して生成された金属塩化物ガスを前記成長部に供給するガス導入管とを備え、前記ガス導入管は、前記成長部ヒータ又は前記成長部からの輻射熱を導波させる光導波路現象を抑制する抑制部を有し、前記収容部はＧａタンクを含み、前記Ｇａタンクを経由する前記ガス導入管の前記抑制部の位置が、前記上流側端部と前記Ｇａタンクとの間に設けられている、金属塩化物ガス発生装置を提供する。

前記ガス導入管は、石英ガラスから形成され、前記抑制部は、不透明の石英ガラスから
形成された不透明部でもよい。前記ガス導入管の前記不透明部の長手方向の長さが、１０
ｍｍ以上２００ｍｍ以下が好ましい。前記ガス導入管の前記不透明部の位置が、前記上流
側端部と前記収容部との間に設けられているのが好ましい。前記ガス導入管の前記抑制部
は、前記ガス導入管に形成され、凸部で構成されるものでもよい。

前記反応炉内に、前記上流側端部側と前記成長部側との間を熱的に遮断する熱遮蔽板を
、さらに備えてもよい。

また、本発明は、上記目的を達成するため、上記金属塩化物ガス発生装置を備えたハイ
ドライド気相成長装置を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、異種基板上に窒化物半導体層を形成した窒化物半導体テンプレートの製造方法において、所定の温度に前記異種基板を加熱するための成長部ヒータを備え、且つ上流側にガス導入管を備えた反応炉の下流側に前記異種基板を設置するとともに、前記成長部ヒータ又は前記異種基板からの輻射熱を導波させる光導波路現象を抑制する抑制部を有するガス導入管の上流側端部から塩化物ガスを導入して、金属を収容する収容部に供給し、前記ガス導入管を通して、前記塩化物ガスと前記収容部内の前記金属とが反応して生成された金属塩化物ガスを前記異種基板上に供給することで、前記窒化物半導体層が、塩素を含有し、鉄濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3未満であり、かつ、クロム濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3未満となるように形成され、前記収容部はＧａタンクを含み、前記Ｇａタンクを経由する前記ガス導入管の前記抑制部の位置が、前記上流側端部と前記Ｇａタンクとの間に設けられている、窒化物半導体テンプレートの製造方法を提供する。

本発明によれば、金属塩化物ガス発生装置内、又はハイドライド気相成長装置内での光
導波路現象を抑制するとともに、意図しない不純物の混入を抑制した窒化物半導体テンプ
レートの製造方法を提供できる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＨＶＰＥ装置の概略の構成例を示す図である。 図２は、第１の実施の形態に係るＡｌタンクの拡大模式図を示す図である。 図３は、本発明の第２の実施の形態に係るＨＶＰＥ装置の概略の構成例を示す図である。 図４は、本発明の第３の実施の形態に係るＨＶＰＥ装置の概略の構成例を示す図である。 図５は、本発明の第４の実施の形態に係る窒化物半導体テンプレートの断面図である。 図６（ａ）は、実施例１のガス導入管の写真、図６（ｂ）は、比較例１のガス導入管の写真である。 図７は、実施例１におけるＦｅのＳＩＭＳ分析結果を示すグラフである。 図８は、実施例１におけるＣｒのＳＩＭＳ分析結果を示すグラフである。 図９は、実施例１におけるＮｉのＳＩＭＳ分析結果を示すグラフである。 図１０は、実施例１に係る半導体発光素子用エピタキシャルウエハの断面図である。 図１１は、実施例１に係る半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）の断面図である。 図１２は、比較例１に係るＨＶＰＥ装置を模式的に示す図である。 図１３は、本発明の変形例４に係るショットキーバリアダイオードを示す 断面図である。 図１４は、本発明の比較例６に係るガス導入管の要部断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中の符号は、
実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明
を省略する。

［実施の形態の要約］
本実施の形態に係る金属塩化物ガス発生装置は、金属を収容する収容部を上流側の原料
部に有し、成長用の基板が配置される成長部を下流側に有する反応炉と、前記反応炉の内
部を所定の温度に加熱する原料部ヒータ及び成長部ヒータと、ガス導入口を有する上流側
端部と、前記上流側端部から前記収容部を経由して前記成長部に至るように配置され、前
記上流側端部から塩化物ガスを導入して前記収容部に供給し、前記塩化物ガスと前記収容
部内の前記金属とが反応して生成された金属塩化物ガスを前記成長部に供給するガス導入
管とを備え、前記ガス導入管は、前記成長部ヒータ又は前記成長部からの輻射熱を導波さ
せる光導波路現象を抑制する抑制部を有するものである。

ガス導入管の抑制部は、不透明の石英ガラスからなる不透明部でもよい。ガス導入管の
抑制部は、ガス導入管に形成された凸部によって構成されてもよい。凸部で輻射熱が散乱
されるので、上流側端部に熱が伝わりにくくなる。

反応炉内に、上流側端部側と成長部側との間を熱的に遮断する熱遮蔽板を設けてもよい
。これにより、輻射熱による上流側端部の熱が伝わりにくくなり、上流側端部の温度上昇
をより一層抑制する。

また、本実施の形態に係るハイドライド気相成長装置（以下「ＨＶＰＥ装置」という）
は、上記金属塩化物ガス発生装置を備えたものである。

また、異種基板上に窒化物半導体層を形成した窒化物半導体テンプレートの製造方法に
おいて、所定の温度に前記異種基板を加熱するための成長部ヒータを備え、且つ上流側に
ガス導入管を備えた反応炉の下流側に前記異種基板を設置するとともに、前記成長部ヒー
タ又は前記異種基板からの輻射熱を導波させる光導波路現象を抑制する抑制部を有するガ
ス導入管を通して、前記反応炉上流側のガス導入管から腐食性ガスを含む原料ガスを前記
異種基板上に供給することで、前記窒化物半導体層が、塩素を含有し、鉄濃度が１×１０
¹⁷ｃｍ^-3未満であり、かつ、クロム濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3未満となるように形成される
窒化物半導体テンプレートの製造方法である。

ＨＶＰＥ装置によって製造された窒化物半導体層からなる窒化物半導体テンプレートは
、異種基板上に、異種基板とは異なる材料であって、互いに同種の材料からなる複数の窒
化物半導体層を形成したものである。また、本実施の形態に係る窒化物半導体テンプレー
トは、塩素を含む窒化物半導体層を有する窒化物半導体テンプレートであって、この窒化
物半導体層に含まれる鉄濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3未満、かつ、クロム濃度が１×１０¹⁶ｃ
ｍ^-3未満である。

塩素を含む窒化物半導体層としているのは、本発明においては、窒化物半導体層をＨＶ
ＰＥ法において成長させているが、ＨＶＰＥ法で成膜した場合は、原料として塩化水素（
ＨＣｌ）や塩素等の塩化物ガスを用いてＧａＣｌを生成し、このＧａＣｌをＧａ源として
ＧａＮを成膜しているため、どうしてもエピタキシャル層膜中に若干のＣｌが含まれるこ
とになる。一方、ＭＯＶＰＥ法など他の方法で成膜した場合は、Ｇａ源としてＴＥＧ（ト
リエチルガリウム）やＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、Ｃｌを含む材料を使用しな
いため、エピタキシャル層膜中にＣｌは混入しない。そのため、エピタキシャル層膜中の
Ｃｌ濃度を分析すれば、ＨＶＰＥ法で成膜されたことは確認できる。

上記窒化物半導体テンプレートは、平坦なサファイア基板を用いた場合、Ｘ線回折（Ｘ
ＲＤ：X-ray diffraction）の（０００４）面の半値幅（ＦＷＨＭ：Full width at half
maximum）が１８０秒以上４００秒以下が望ましい。上記窒化物半導体テンプレートは、
Ｓｉ濃度が５×１０¹⁸〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3の範囲で、ＳｉドープされたＳｉドープＧａＮ
層を備えたものでもよい。ＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）を用いた場合は、Ｘ
線回折（ＸＲＤ）における、窒化物半導体層の（０００４）面の半値幅が５０秒以上３０
０秒以下であることが望ましい。ＰＳＳを用いた場合は、基板表面の凹凸によるＥＬＯ（
Epitaxially Lateral Overgrowth）効果で平坦基板を用いた場合よりも半値幅が狭くなる
。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＨＶＰＥ装置の概略の構成例を示す図である
。このＨＶＰＥ装置１は、上流側の原料部３ａと下流側の成長部３ｂに分かれており、そ
れぞれが別々の原料部ヒータ４ａ、成長部ヒータ４ｂによりそれぞれ約８５０℃、１１０
０℃に加熱される。

また、ＨＶＰＥ装置１は、円筒形状の反応炉２を有し、反応炉２の上流側の開放端がＳ
ＵＳ製の上流側フランジ９Ａで閉塞され、反応炉２の下流側の開放端がＳＵＳ製の下流側
フランジ９Ｂで閉塞されている。そして上流側フランジ９Ａを貫通して原料部３ａから成
長部３ｂに向けて、ドーピングライン６１、Ｖ族ライン６２、III族（Ｇａ）ライン６３
、III族（Ａｌ）ライン６４の４系統のガス供給ライン６が設置されている。

（ガス供給ラインの構造）
ドーピングライン６１、Ｖ族ライン６２、III族（Ｇａ）ライン６３、III族（Ａｌ）ラ
イン６４は、同様のガス導入管６０を用いて構成されている。ガス導入管６０は、ガス導
入口６５ａを有する上流側端部６５から成長部３ｂに至るように配置されている。但し、
III族（Ｇａ）ライン６３は、後述するＧａタンク７を経由し、III族（Ａｌ）ライン６４
は、後述するＡｌタンク８を経由して成長部３ｂに至るように配置されている。

ガス導入管６０は、例えば高純度の石英ガラスから形成されている。石英ガラスとして
は、例えば溶融石英ガラスを用いることができる。石英製のガス導入管６０を上流側フラ
ンジ９Ａに直接取り付けることができないため、ガス導入管６０の上流側の端部の外側に
ＳＵＳ等の金属からなる配管を接続した上流側端部６５を上流側フランジ９Ａに取り付け
ている。

ガス導入管６０は、石英製の導入管の全長は、特に規定するものではなく、任意選定で
きる。例えば、本実施の形態においては、全長３０ｃｍ〜１ｍと様々な長尺の石英製の導
入管を用いることができる。

ガス供給ライン６は、ガス導入管６０の一部に不透明の石英からなる不透明部６０ｂを
有する。これは、ガス供給ライン６の反応炉２への入り口付近の温度上昇を抑えるためで
ある。ガス導入管６０は石英製であることから光導波路となり、原料部ヒータ４ａ、成長
部ヒータ４ｂからによって加熱された部分からの輻射熱が上流側端部６５に伝わり、上流
側端部６５の温度が上昇する。この温度上昇を不透明部６０ｂにより光導波路効果（現象
）を抑制し、ガス供給ライン６のガス導入口６５ａ（上流側端部６５）付近の温度上昇を
抑制することができる。

不透明部６０ｂを有する石英管は、予め石英製の導入管の一部が不透明になるように製
造しておく。例えば、火炎溶融という製法により不透明部６０ｂを形成する。なお、ガス
導入管６０は、不透明石英ガラスからなる管（不透明部６０ｂ）と透明石英ガラスからな
る管とを接続して構成してもよい。不透明にする範囲は導入管全長のうち１０ｍｍ以上２
００ｍｍ以下であることが好ましい。また、ガス導入管６０を透明な合成石英ガラスで構
成し、ガス導入管６０の一部分の内部若しくは外部、又はガス導入管６０の一部分の内外
部に凹凸ができるように構成してもよい。例えば、サンドブラスト等を用いて、いわゆる
曇りガラスのように構成することができる。使用する導入管長に関わらず、不透明部６０
ｂの長さは上記範囲とすることができる。

不透明部６０ｂの長さは、最低でも１０ｍｍ以上あればよいが、長ければ長いほど温度
上昇抑制効果は高くなる。ガス供給ライン６全部を不透明部６０ｂにすることも考えられ
るが、全てを不透明部６０ｂにすると形状の精度が悪くなるため、ガス導入口６５ａ（上
流側端部６５）付近での取り付けに問題が出る。このため不透明部６０ｂの好ましい長さ
は、１０〜２００ｍｍ程度である。

また、金属塩化物ガス発生装置内又はＨＶＰＥ装置内の全てのガス導入管６０を不透明
部６０ｂを有する石英製導入管としてもよいし、使用するガス導入管６０のうち、数本を
不透明部６０ｂを有する石英製導入管としてもよい。ガス導入管の全てを、不透明部６０
ｂを有する石英製導入管とした方が、不必要な不純物の混入を抑制する効果が高いのはも
ちろんであるが、最低限腐食ガスであるＨＣｌが流れるIII族（Ｇａ）ライン６３、III族
（Ａｌ）ライン６４に、不透明部６０ｂを有する石英製導入管を設けていれば、ある程度
の光導波路現象の抑制効果を得られ、窒化物半導体層への意図しない不純物の混入を抑え
られると考えられる。

（ガス供給ラインから供給するガス）
ドーピングライン６１からは、ドーピングを行わない場合など、例えばアンドープＧａ
Ｎ層（ｕｎ−ＧａＮ層）成長時には、水素、窒素、又は水素と窒素の混合ガスが導入され
る。ｎ型ＧａＮ層（ｎ−ＧａＮ層）成長時にはＳｉ原料としてのジクロロシラン（水素希
釈１００ｐｐｍ）及びＨＣｌガスと共に、水素、窒素、又は水素と窒素の混合ガスが導入
される。また、ドーピングライン６１からは、成長後にＨＶＰＥ装置１内に付着したＧａ
Ｎ系の付着物を除去するベーキング時には、ＨＣｌガスと共に、水素、窒素、又は水素と
窒素の混合ガスが導入される。

Ｖ族ライン６２からは、窒素原料としてのアンモニア（ＮＨ₃）と共に、キャリアガス
として水素、窒素、又は水素と窒素の混合ガスが供給される。

III族ライン（Ｇａ）６３からは、塩化水素（ＨＣｌ）と共に、キャリアガスとして水
素、窒素、又は水素と窒素の混合ガスが塩化物ガスとして供給される。III族（Ｇａ）ラ
イン６３の途中には、金属ガリウム（Ｇａ）溶液７ａを収容した収容部としての高純度石
英製のＧａタンク７が配置されている。このＧａタンク７でＨＣｌガスと金属Ｇａが反応
して金属塩化物ガスとしてのＧａＣｌガスが生成され、ＧａＣｌガスが成長部３ｂへと送
り出される。

III族ライン（Ａｌ）６４からは、塩化水素（ＨＣｌ）と共に、キャリアガスとして水
素、窒素、又は水素と窒素の混合ガスが塩化物ガスとして供給される。III族（Ａｌ）ラ
イン６４の途中には、図２にも示すように、金属のＡｌペレット８ａを収容した収容部と
しての高純度石英製のＡｌタンク８が配置されている。このＡｌタンク８でＨＣｌガスと
金属Ａｌが反応して金属塩化物ガスとしてのＡｌＣｌ₃ガスが生成され、ＡｌＣｌ₃ガスが
成長部３ｂへと送り出される。Ａｌタンク８は、Ａｌペレット８ａが溶けない温度領域に
設置されている。何故ならば、Ａｌが溶解するとＨＣｌガスとＡｌペレット８ａが反応し
たときにＡｌＣｌとなり、ＡｌＣｌになるとＨＶＰＥ装置１内にある石英製の材料が腐食
してしまうためである。なお、III族ライン（Ｇａ）６３、III族ライン（Ａｌ）６４、Ｇ
ａタンク７及びＡｌタンク８は、金属塩化物ガス発生装置を構成する。

（成長部）
成長部３ｂには、３〜１００ｒ／ｍｉｎ程度で回転するトレー５が設置され、そのガス
供給ライン６のガス出口６０ａと対向した設置面５ａ上にサファイア基板１１が設置され
ている。サファイア基板１１以降に流れた原料ガスは、最下流部から排気管２ａを介して
排気される。本実施の形態及び後述する実施の形態や実施例での成長では全て常圧の１．
０１３×１０⁵Ｐａ（１気圧）にて実施した。トレー５及び回転軸５ｂは、本実施の形態
では、カーボン製であるが、ＳｉＣコートのカーボン製や高純度石英製等の他の材料でも
よい。トレー５の設置面５ａは、原料ガスの流れる方向に対して、垂直にセットされてい
るが、水平にセットされてもよい。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、ガス導入管６０の一部を不透明部６０ｂとしたので、成長部ヒ
ータ４ｂ又は成長部３ｂから発せられる輻射熱のガス導入管６０の上流側への導波（光導
波路効果（現象））が抑制されることにより、ガス導入管６０のガス導入口６５ａ（上流
側端部６５）付近の温度が上昇しにくくなる。そのため、ＳＵＳ製の配管、すなわち上流
側端部６５と、この上流側端部６５を流れるＨＣｌガスとの反応（腐食）も起こりにくく
、ＳＵＳ製の上流側端部６５からＳＵＳ部品起因の不純物が窒化物半導体層に入り込むの
を抑制することができる。

［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るＨＶＰＥ装置の概略の構成例を示す図である
。本実施の形態は、第１の実施の形態のＨＶＰＥ装置１において、第１及び第２の熱遮蔽
板１３Ａ、１３Ｂを付加したものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている
。

すなわち、本実施の形態のＨＶＰＥ装置１は、反応炉２内で最も高温になる成長部３ｂ
と原料部３ａとの間に、第１の熱遮蔽板１３Ａを配置し、上流側フランジ９Ａと第１の熱
遮蔽板１３Ａの間に、第２の熱遮蔽板１３Ｂを配置したものである。第１及び第２の熱遮
蔽板１３Ａ、１３Ｂを配置することにより、成長部３ｂからの輻射熱も抑制でき、上記ガ
ス供給ライン６のガス導入口６５ａ（上流側端部６５）付近の温度上昇を更に抑制するこ
とができる。

第１及び第２の熱遮蔽板１３Ａ、１３Ｂは、例えば石英、カーボン、又はこれらの材料
にコーティングしたもの、例えばＳｉＣコーティングしたものから形成されるが、ガス導
入口６５ａ側の熱遮蔽板１３Ｂは石英製、成長部３ｂ側の熱遮蔽板１３Ａはカーボン製が
好ましい。また、熱遮蔽板は、数が多ければ多いほど熱遮断効果があるが、ある程度の枚
数を設けると、それ以上枚数を増やしても熱遮断効果はあまり上がらない。更に上記ガス
供給ライン６の不透明部６０ｂにより、ガス導入口６５ａ（上流側端部６５）付近への大
幅な熱遮断効果があるため、熱遮蔽板１３の数は、１〜５枚程度が好ましく、それ以上の
数量にしても効果はほとんど無い。

［第３の実施の形態］
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るＨＶＰＥ装置の概略の構成例を示す図である
。本実施の形態は、第１の実施の形態のＨＶＰＥ装置１において、トレー５の設置面５ａ
が原料ガスの流れる方向に対して水平になるように配置したものであり、他は第１の実施
の形態と同様に構成されている。回転軸５ｂの動力の伝達方向が図示しない傘歯車等を介
して９０°変換されてトレー５が回転するように構成されている。

本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、意図しない不純物の混入を抑制
することができる。また、トレー５の設置面５ａが原料ガスの流れる方向に対して水平に
なるように配置したことにより、膜厚の面内均一化が容易になる。

［第４の実施の形態］
図５は、本発明の第４の実施の形態に係る窒化物半導体テンプレートの製造方法により
形成された窒化物半導体テンプレートの断面図である。この窒化物半導体テンプレート１
０は、図１、図３又は図４に示すＨＶＰＥ装置１を用いて作製したものであり、サファイ
ア基板１１を有し、このサファイア基板１１上に、ＡｌＮバッファ層１４を形成し、Ａｌ
Ｎバッファ層１４上に第１層としてアンドープＧａＮ層（ｕｎ−ＧａＮ層）１５を形成し
、アンドープＧａＮ層１５上に第２層としてＳｉドープＧａＮ層（Ｓｉ−ＧａＮ層）１６
を形成したものである。アンドープＧａＮ層１５及びＳｉドープＧａＮ層１６は、窒化物
半導体層の一例である。

窒化物半導体テンプレート１０は、ＡｌＮバッファ層１４及びアンドープＧａＮ層１５
のみであると、結晶性は良くなる。しかし、窒化物半導体テンプレート１０は、電流が流
れる部分であるので、当然Ｓｉ等のｎ型不純物を添加する必要がある。このため窒化物半
導体テンプレート１０は、ＳｉドープＧａＮ層１６を設けてＳｉ濃度を５×１０¹⁸〜５×
１０¹⁹ｃｍ^-3とするのが好ましい。本実施の形態では、Ｓｉ濃度を１×１０¹⁹ｃｍ^-3とし
た。すなわち、本実施の形態は、Ｓｉ濃度を低くして結晶性を向上させたものではなく、
Ｓｉ濃度を１９乗添加しても、意図しない不純物の混入を抑制してＸ線回折（ＸＲＤ）の
（０００４）面の半値幅（ＦＷＨＭ）を狭くし、結晶性が良好な窒化物半導体テンプレー
ト１０を得るようにしたものである。

本実施の形態によれば、意図しない不純物の混入を抑制できる上記金属塩化物ガス発生
装置の開発により、高効率の半導体発光素子に好適に用いることができる窒化物半導体テ
ンプレート１０を提供することができる。また、窒化物半導体をＨＶＰＥ法で形成するこ
とにより、成長時間を格段に短縮することに成功している。このため低コストで高性能の
発光素子用の窒化物半導体テンプレート１０を提供することができる。つまりこの窒化物
半導体テンプレート１０は、高輝度の半導体発光素子に有用なテンプレートと言える。

次ぎに、本発明を以下の実施例で、より詳細に説明するが、本発明はそれらに限定され
るものではない。

実施例１において、図１に示すような構成のＨＶＰＥ装置１を用いて図５に示す窒化物
半導体テンプレート１０を作製した。実施例１では、４系統のガス供給ライン６に、一部
が図６（ａ）に示すような不透明部６０ｂが設けられた溶融石英ガラス（例えば、東ソー
株式会社製ＯＰ−１、ＯＰ−３）からなるガス導入管６０を用いた。図６において、左側
が上流側、右側が下流側である。不透明部６０ｂの長さは１００ｍｍであり、III族（Ｇ
ａ）ライン６３の不透明部６０ｂは、ガス導入口６５ａとＧａタンク７の間に位置するよ
うにした。ドーピングライン６１、Ｖ族ライン６２、III族（Ａｌ）ライン６４の不透明
部６０ｂの位置は、上流側フランジ９Ａからの距離が、III族（Ｇａ）ライン６３の上流
側フランジ９Ａから不透明部６０ｂまでの距離とほぼ等しい距離となるように設置した。
なお、図６（ｂ）は、後述する比較例として用いた不透明部６０ｂを有していないガス導
入管６０を示す。

サファイア基板１１は、厚さ９００μｍ、直径１００ｍｍ（４インチ）のものを用いた
。先ず、サファイア基板１１上にＡｌＮバッファ層１４を約２０ｎｍ成膜し、ＡｌＮバッ
ファ層１４上にアンドープＧａＮ層１５を約６μｍ成長し、アンドープＧａＮ層１５上に
ＳｉドープＧａＮ層１６を約２μｍ成長した。

ＨＶＰＥ成長は、以下のように実施した。サファイア基板１１を図１に示すＨＶＰＥ装
置１のトレー５にセットした後、純窒素を流して反応炉２内の大気を追い出す。次に水素
３ｓｌｍと窒素７ｓｌｍの混合ガス中で基板温度を１１００℃として１０分間保持した。
その後、III族（Ａｌ）ライン６４にＨＣｌガス１００ｓｃｃｍと、キャリアガスとして
窒素を２４００ｓｃｃｍを流し、Ｖ族ライン６２からＮＨ₃１００ｓｃｃｍとキャリアガ
スとして水素を２４００ｓｃｃｍ流して、ＡｌＮバッファ層１４を成長した。成長時間は
、１ｍｉｎである。この成長時間は、窒化物半導体テンプレート１０を作製する前に、別
にＡｌＮバッファ層１４を、約１μｍ成長して成長速度を求め、約２０ｎｍになるように
決めた成長時間である。

III族（Ａｌ）ライン６４及びＶ族ライン６２以外のドーピングライン６１とIII族（Ｇ
ａ）ライン６３には、それぞれ窒素ガスを２５００ｓｃｃｍ流している。これは総流量を
一定にするためであり、今回の総流量は、１０ｓｌｍである。

III族（Ｇａ）ライン６３からＨＣｌを５０ｓｃｃｍ、水素を１０００ｓｃｃｍ、窒素
を１４５０ｓｃｃｍ、Ｖ族ライン６２からＮＨ₃を２０００ｓｃｃｍとキャリアガスとし
て水素を５００ｓｃｃｍ流して、ＡｌＮバッファ層１４上にアンドープＧａＮ層１５を６
０μｍ／ｈｒの成長速度で成長した。成長時間は、６ｍｉｎである。この成長時間も、上
記ＡｌＮバッファ層１４のときと同様の方法で、成長速度を求めて決定した。上記したガ
ス供給ライン６以外のドーピングライン６１やIII族（Ａｌ）ライン６４には、各々窒素
ガスを２５００ｓｃｃｍ流している。

第１層のアンドープＧａＮ層１５の成長後、基本条件は第１層のアンドープＧａＮ層１
５と同じで、続けてドーピングライン６１からＳｉ原料であるジクロロシランを２ｍｉｎ
間導入して第２層のＳｉドープＧａＮ層１６を成長した。このときのジクロロシランの流
量は１００ｓｃｃｍ、キャリアガスとしての窒素ガスは２４００ｓｃｃｍである。このと
きのIII族（Ａｌ）ライン６４には、窒素ガスが２５００ｓｃｃｍ流れている。

ＳｉドープＧａＮ層１６の成長後、ＮＨ₃と窒素を流しつつ（総流量は１０ｓｌｍ）、
基板温度が５００℃になるまで冷却し、５００℃より低い温度になった時点で、ＮＨ₃を
止めて、窒素ガスのみとし（総流量は１０ｓｌｍ）、反応炉２内を窒素雰囲気にしてから
室温付近まで冷却した。その後、窒化物半導体テンプレート１０を取り出した。

上記のように作製された窒化物半導体テンプレート１０のＸ線回折（ＸＲＤ）の（００
０４）面の半値幅（ＦＷＨＭ）は、２２５．１秒であった。また、不純物を分析するため
、ＳＩＭＳ分析を行った。ＳＩＭＳ分析を行った元素は、ＳＵＳ部品起因による不純物と
して考えられるＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉの３種類とした。

図７に、ＦｅのＳＩＭＳ分析結果を示す。図７には比較例１の結果も同時に示す。実施
例１のアンドープＧａＮ層（ｕｎ−ＧａＮ層）１５、及びＳｉドープＧａＮ層（Ｓｉ−Ｇ
ａＮ層）１６のＦｅ濃度は約２×１０¹⁵ｃｍ^-3となり、比較例１の約２．５〜８×１０¹⁷
ｃｍ^-3に比べて約２桁低くなったことが確認された。比較例１のＨＶＰＥ装置及び窒化物
半導体テンプレート１０の成長条件については、後述する。

図８には、ＣｒのＳＩＭＳ分析結果を示す。図８には比較例１の結果も同時に示す。実
施例１のアンドープＧａＮ層（ｕｎ−ＧａＮ層）１５及びＳｉドープＧａＮ層（Ｓｉ−Ｇ
ａＮ層）１６のＣｒ濃度はＳＩＭＳ分析の検出下限である２×１０¹⁴ｃｍ^-3以下となり、
比較例１の約０．２〜２×１０¹⁶ｃｍ^-3に比べて約２桁から１／５程度に低くなったこと
が確認された。

図９には、ＮｉのＳＩＭＳ分析結果を示す。図９には比較例１の結果も同時に示す。比
較例１では、アンドープＧａＮ層（ｕｎ−ＧａＮ層）１５及びＳｉドープＧａＮ層（Ｓｉ
−ＧａＮ層）１６のＮｉ濃度はＳＩＭＳ分析において、ばらつきはあるが、大よそ１．０
×１０¹⁶ｃｍ^-3程度であり、検出可能レベルであったが、実施例１では、アンドープＧａ
Ｎ層（ｕｎ−ＧａＮ層）１５及びＳｉドープＧａＮ層（Ｓｉ−ＧａＮ層）１６のＮｉ濃度
は、ＳＩＭＳ分析の検出下限（４×１０¹⁵ｃｍ^-3）以下となった。

以上のようにＸ線回折（ＸＲＤ）の（０００４）面の半値幅（ＦＷＨＭ）が狭くなり、
結晶性が良くなったことが分かった。その原因は不純物混入の抑制に成功したことによる
ものであり、本実施例１の効果が確認された。また、ＨＶＰＥ装置１により成長したアン
ドープＧａＮ層（ｕｎ−ＧａＮ層）１５及びＳｉドープＧａＮ層（Ｓｉ−ＧａＮ層）１６
には、極微量のＣｌが含まれていることも確認した。

この結果より、窒化物半導体テンプレート１０が、意図しない不純物の低減によって良
質になったことが確認できた。本結果の効果を更に確認するため、窒化物半導体テンプレ
ート１０上にＭＯＶＰＥ法にて発光素子用のエピタキシャル成長を行い（図１０参照）、
半導体発光素子（図１１参照）まで作製して効果の確認を行った。

（半導体発光素子の製造方法）
次に、半導体発光素子の製造方法について、図面を参照して説明する。

図１０は、本発明の実施例に係る半導体発光素子用エピタキシャルウエハ２０の断面図
を、図１１には、本発明の実施例に係る半導体発光素子の断面図を示す。

具体的には、図５に示す窒化物半導体テンプレート１０上にｎ型のＧａＮ層２１を成長
し、ｎ型ＧａＮ層２１上にＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層２２を６ペア成長し、更に
その上にｐ型ＡｌＧａＮ層２３及びｐ型ＧａＮコンタクト層２４を成長した後にＭＯＶＰ
Ｅ装置の温度を室温付近まで下げて、図１０に示す半導体発光素子用エピタキシャルウエ
ハ２０をＭＯＶＰＥ装置から取り出した。なお、半導体発光素子用エピタキシャルウエハ
２０は、本実施形態の一例である。

その後、得られた半導体発光素子用エピタキシャルウエハ２０の表面をＲＩＥ（Reacti
ve Ion Etching）により部分的に除去し、窒化物半導体テンプレート１０のＳiドープＧ
ａＮ層１６の一部を露出させた。その後、その露出部にＴｉ／Ａｌ電極３１を形成した。
更にｐ型ＧａＮコンタクト層２４上にＮｉ／Ａｕ半透明電極３２及びｐ側電極パッド３３
を形成して、図１１に示す半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）３０を作製した。半導体発
光素子（青色ＬＥＤ素子）３０は、本実施形態の一例である。

半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）３０の発光特性を通電電流２０ｍＡにて評価した所
、発光ピーク波長は約４５０ｎｍであり、順方向電圧は３．２５Ｖ、発光出力１５ｍＷを
達成した。また、半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）３０の信頼性試験を、室温、５０ｍ
Ａ通電の条件下で１０００ｈｒの通電試験を実施した。その結果、相対出力は９８％であ
り十分に良い信頼性特性を有していることも確認された。相対出力とは、次に示す内容で
ある。相対出力＝（１０００ｈｒ通電後の発光出力／初期発光出力）×１００である。

実施例２は、図３に示すＨＶＰＥ装置１にて、窒化物半導体テンプレート１０を作製し
た。つまり、実施例１に、更に熱遮蔽板１３を設けたＨＶＰＥ装置１にて窒化物半導体テ
ンプレート１０を作製した。前記以外の項目、例えば窒化物半導体テンプレート１０の作
製条件や半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）素子３０の作製方法や評価方法に関しては、
上記した実施例１と全く同じである。

実施例２で作製した窒化物半導体テンプレート１０の意図しない不純物濃度は、実施例
１と略同じであった。

しかし、上記のように作製された窒化物半導体テンプレート１０をＸ線回折（ＸＲＤ）
の（０００４）面の半値幅（ＦＷＨＭ）は、２１３．６秒となった。

実施例２の条件で作製された半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）３０の評価を行った所
、発光ピーク波長、順方向電圧、発光出力、信頼性全てにおいて実施例１と同等であるこ
とが確認された。

実施例３は、図１に示すＨＶＰＥ装置１にて、窒化物半導体テンプレート１０を作製し
た。つまり実施例３は、実施例１と殆ど同じである。このため実施例３では、実施例１と
異なる項目のみ後述する。

実施例１では、III族（Ａｌ）ライン６４にＨＣｌガス１００ｓｃｃｍと、キャリアガ
スとして窒素を２４００ｓｃｃｍ流し、Ｖ族ライン６２からＮＨ₃１００ｓｃｃｍとキャ
リアガスとして水素を２４００ｓｃｃｍ流して、ＡｌＮバッファ層１４を成長したが、実
施例３では、III族（Ａｌ）ライン６４のキャリアガスとして窒素を１４００ｓｃｃｍ、
Ｖ族ライン６２のキャリアガスとして水素を１０００ｓｃｃｍ流して成長した。

また、更にアンドープＧａＮ層１５の成長時も、III族（Ｇａ）ライン６３からＨＣｌ
を５０ｓｃｃｍ、水素を２０００ｓｃｃｍ、窒素を４５０ｓｃｃｍ、Ｖ族ライン６２から
ＮＨ₃を１５００ｓｃｃｍとキャリアガスとして水素を１０００ｓｃｃｍ流して成長した
。

実施例３で作製した窒化物半導体テンプレート１０の意図しない不純物濃度は、実施例
１と略同じであった。

しかし、上記のように作製された窒化物半導体テンプレート１０をＸ線回折（ＸＲＤ）
の（０００４）面の半値幅（ＦＷＨＭ）は、１８１．３秒となった。

実施例３の条件で作製された半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）３０の評価を行った所
、発光ピーク波長、順方向電圧、発光出力、信頼性全てにおいて実施例１と同等であるこ
とが確認された。

実施例３で窒化物半導体テンプレート１０のＸ線回折（ＸＲＤ）の（０００４）面の半
値幅（ＦＷＨＭ）が狭くなったが、これは水素リッチ成長による効果である。

水素リッチとすることで、エッチング効果等により、横方向成長が抑制され、島状成長
が促進される。その後、ＥＬＯ的効果によって島と島が選択的に成長することで、転位が
減少し、その結果半値幅（ＦＷＨＭ）が狭くなった。

実施例４は、図１に示すＨＶＰＥ装置１にて、窒化物半導体テンプレート１０を作製し
た。但し、ガス導入管６０の一部の不透明部６０ｂの長さが異なる。実施例１では、全て
のガス導入管６０の不透明部６０ｂの長さを１００ｍｍとしたが、実施例４では不透明部
６０ｂの長さを全てのガス導入管６０で１０ｍｍと短くした。この点のみが実施例１との
相違点であって、その他は全て実施例１と同じである。

実施例４で作製した窒化物半導体テンプレート１０の意図しない不純物濃度は、実施例
１と略同じであった。

しかし、上記のように作製された窒化物半導体テンプレート１０のＸ線回折（ＸＲＤ）
の（０００４）面の半値幅（ＦＷＨＭ）は、２２９．３秒となった。

実施例４の条件で作製された半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）３０の評価を行った所
、発光ピーク波長、順方向電圧、発光出力、信頼性全てにおいて、実施例１と同等である
ことが確認された。

実施例４では、実施例１よりもＸ線回折（ＸＲＤ）の（０００４）面の半値幅（ＦＷＨ
Ｍ）が若干広くなって悪化したが、バラツキ程度の差異である。このためガス導入管６０
の不透明部６０ｂの長さは、１０ｍｍ程度あれば十分であることが確認された。しかし、
悪化傾向があることから、１０ｍｍよりも短くなるとＸ線回折（ＸＲＤ）の（０００４）
面の半値幅（ＦＷＨＭ）は大幅に広くなる可能性も示している。

以上の結果から、ガス導入管６０の不透明部６０ｂの長さは、１０ｍｍ以上が好ましい
。また、ガス導入管６０の不透明部６０ｂの長さは、２００ｍｍよりも長くしてもよいが
、あまり長くしても効果は変わらない。このためガス導入管６０の不透明部６０ｂの長さ
は、１０〜２００ｍｍの間で調整可能であり、１０〜１００ｍｍ程度がより望ましい。

実施例５は、図４に示すＨＶＰＥ装置１にて、窒化物半導体テンプレート１０を作製し
た。図４は、図１と略同じであるが、トレー５が水平に設置されていることが相違である
。前記により、当然サファイア基板１１も設置面５ａ上に置かれるため、水平になる。

サファイア基板１１は回転軸５ｂとトレー５内にある歯車によって、回転する機構にな
っている。つまり上記以外の構成は、全て実施例１と同じ条件で成長している。また、素
子作製等についても、全て実施例１と同じである。

実施例５で作製した窒化物半導体テンプレート１０の意図しない不純物濃度は、実施例
１と略同じであった。

しかし、上記のように作製された窒化物半導体テンプレート１０をＸ線回折（ＸＲＤ）
の（０００４）面の半値幅（ＦＷＨＭ）は、２１０．７秒となった。

実施例５の条件で作製された半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）３０の評価を行った所
、発光ピーク波長、順方向電圧、発光出力、信頼性全てにおいて実施例１と同等であるこ
とが確認された。

（比較例１）
図１２は、比較例１に係るＨＶＰＥ装置を示す。比較例１のＨＶＰＥ装置１は、図１に
示すＨＶＰＥ装置１とは、ガス供給ライン６の不透明部６０ｂが無く、全て透明な石英で
形成されている点が相違し、他は図１に示すＨＶＰＥ装置１と同様に構成されている。

比較例１で作製した窒化物半導体テンプレート１０の構造は、実施例で示した図５と同
じである。また、成長条件も実施例１と同じである。更に比較例１で作製した半導体発光
素子用エピタキシャルウエハ２０（図１０参照）及び半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）
３０（図１１参照）rの構造及び作製方法、また、成長条件も実施例１と同じである。つ
まり実施例１のＨＶＰＥ装置のガス導入管６０の不透明部６０ｂが無い（ガス導入管６０
は、全て透明な石英）だけで、それ以外は全て実施例１と同じである。

上記のように作製された窒化物半導体テンプレート１０をＸ線回折（ＸＲＤ）の（００
０４）面の半値幅（ＦＷＨＭ）は、４５０．１秒であった。つまり実施例１のＸ線回折（
ＸＲＤ）の（０００４）面の半値幅（ＦＷＨＭ）は、２２５．１秒であったことから、比
較例１に比べて約半減したことが分かる。不純物濃度に関しては、実施例１で既に示して
いるので省略する（図７から図９参照）。

半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）３０の発光特性を通電電流を２０ｍＡにて評価した
所、発光ピーク波長は約４５２ｎｍであり、順方向電圧は３．１２Ｖ、発光出力は１０ｍ
Ｗであった。つまりＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉなどの意図しない不純物の混入によって、結晶欠陥
が多くなり、その結果としてＸ線回折（ＸＲＤ）の（０００４）面の半値幅（ＦＷＨＭ）
が広くなった。結晶欠陥により、内部量子効率が悪化して、発光出力が低くなったことが
分かる。また、該結晶欠陥によってリーク電流も増大し、結果的に順方向電圧も低くなっ
たことが分かる。言い換えれば、実施例１によって意図しない不純物の混入を抑制したこ
とで、内部量子効率が向上して、半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）３０の発光出力が高
まったことが分かる。

また、比較例１についても半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）３０の信頼性試験を行っ
た。信頼性試験方法及び条件も、実施例１と全く同じである。１０００ｈｒ通電後の相対
出力は８３％であり、信頼性があまり良くないことが確認された。結晶性が悪く発光効率
が悪いため、信頼性が良くないのは当然の結果である。相対出力とは、実施例１で示した
次の内容である。相対出力＝（１０００ｈｒ通電後の発光出力／初期発光出力）×１００
である。

（比較例２）
比較例２は、比較例１と同様に、図１２に示すような構成のＨＶＰＥ装置１を用いた。
比較例２で作製した窒化物半導体テンプレート１０の構造は、実施例１で示した図５と同
じである。また、成長条件については、成長時の基板温度が９５０℃である以外は、全て
実施例１と同じである。要するに比較例２は、比較例１と成長温度が異なるだけで、それ
以外は全く同じである。

成長温度を９５０℃と下げたのは、成長温度を低くすることで、上流側端部６５の温度
上昇を抑制し、意図しない不純物の混入を防止することにしたためである。

上記のように作製された窒化物半導体テンプレート１０をＸ線回折（ＸＲＤ）の（００
０４）面の半値幅（ＦＷＨＭ）は、４４２．５秒であった。不純物濃度は図示しないが、
実施例１よりも多いことが確認された。しかし、比較例１よりも意図しない不純物の濃度
は、低くなった。つまり成長温度を低くしたことで、上流側端部６５の温度上昇が抑えら
れ、その効果によって意図しない不純物の混入を抑えられた。

しかし、窒化物半導体テンプレート１０をＸ線回折（ＸＲＤ）の（０００４）面の半値
幅（ＦＷＨＭ）は、４４２．５秒と広くなった。これは成長温度が低いことによる結晶性
悪化のためである。つまり成長温度としての９５０℃は、良好な結晶成長ができない温度
であることが確認された。

半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）３０の発光特性を、２０ｍＡの通電電流にて評価し
た所、発光ピーク波長は約４５１ｎｍであり、順方向電圧は３．１７Ｖ、発光出力は１０
ｍＷであった。つまり成長温度を低くしてＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉなどの意図しない不純物の混
入を抑止した場合、結晶欠陥が多くなり、その結果としてＸ線回折（ＸＲＤ）の（０００
４）面の半値幅（ＦＷＨＭ）が広くなる。結晶欠陥により、内部量子効率が悪化して、発
光出力が低くなったことが分かる。また、該結晶欠陥によってリーク電流も増大し、結果
的に順方向電圧も低くなったことが分かる。

更にまた、比較例２についても半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）３０の信頼性試験を
行った。信頼性試験方法及び条件も、実施例１と全く同じである。１０００ｈｒ通電後の
相対出力は８４％であり、信頼性があまり良くないことが確認された。結晶性が悪く発光
効率が悪いため、信頼性が良くないのは当然の結果である。

（変形例１）
上記実施の形態では、平坦なサファイア基板を用いたが、サファイア基板に凹凸を形成
した所謂ＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）を用いても同様の効果が得られる。Ｐ
ＳＳを用いた場合は、ＥＬＯ的効果により、Ｘ線回折（ＸＲＤ）の（０００４）面の半値
幅（ＦＷＨＭ）は、平坦基板を用いた本実施例よりも狭くなる。よって、ＰＳＳを用いた
場合の（０００４）面の半値幅（ＦＷＨＭ）は５０秒〜２５０秒であることが望ましい。

（変形例２）
上記実施の形態及び上記実施例におけるＧａＮ層の成長速度は６０μｍ／ｈｒであるが
、成長速度は３００μｍ／ｈｒ程度まで上げることも可能である。

（変形例３）
上記実施の形態及び上記実施例は、基板上に設けるＧａＮ系膜に関するものであるため
、バッファ層がＡｌＮではなくても本発明の意図する効果は得られる。

（変形例４）
図１３は、本発明の変形例４に係るショットキーバリアダイオードを示す断面図である
。ショットキーバリアダイオード４０は、サファイア基板４１を有し、このサファイア基
板４１上にｎ型ＧａＮ層４２を３．５〜８μｍ成長し、ｎ型ＧａＮ層４２上にオーミック
電極４３及びショットキー電極４４を形成したものである。

ｎ型ＧａＮ層４２は、例えばＳｉをドープしたものであり、キャリア濃度は４×１０¹⁷
ｃｍ^-3である。

オーミック電極４３は、ｎ型ＧａＮ層４２上に、例えばＴｉ／Ａｌからなる２層構造と
なっている。

ショットキー電極４４は、ｎ型ＧａＮ層４２上に、例えば５０ｎｍのＮｉ層、厚さ５０
０ｎｍのＡｕ層をこの順で形成したＮｉ／Ａｕからなる２層構造となっている。

（変形例５）
上記実施の形態及び上記実施例では、ガス導入管の一部を不透明の材料にしたが、不透
明部がほとんどで、精度が必要な部分にのみ透明の材料で構成された導入管を用いてもよ
い。

（変形例６）
上記実施の形態及び上記実施例では、ガス導入管の一部を不透明の材料にしたが、光導
波路現象を抑えられれば、他の方法でもよい。例えば、図１４に示すように、透明な石英
ガラスからなる複数のガス導入管６０を複数の接続箇所である溶接部６０ｃで接続しても
よい。溶接部６０ｃは内側に突出した凸部を有することにより、光が散乱してある程度光
を遮断することができる。このような接続部を複数箇所設ければ、本発明と同様な効果が
得られることは、容易推考である。また、石英導入管内部に成長に影響のない程度の凸部
を設けることで光を散乱させることも考えられる。

（変形例７）
ガス導入管を透明な合成石英ガラスで構成し、ガス導入管の一部分の内部若しくは外部
、又はガス導入管の一部分の内外部に微小な凹凸を形成した、いわゆる曇りガラスとして
も本発明と同様の効果が得られることは、容易に推考である。例えば、透明な石英ガラス
を曇りガラス状にする方法としては、サンドブラスト等がある。

（変形例８）
上記実施の形態及び上記実施例では、窒化物半導体として窒化物半導体テンプレートに
ついて説明したが、当然本発明の金属塩化物ガス発生装置を用いて自立基板を作製しても
、同様の効果が得られる。

なお、本発明は、上記実施の形態、上記実施例、上記変形例に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々に変形実施可能である。例えば上記実施の形態及び上記実施例では、金属塩化物ガス発生装置をＨＶＰＥ法に適用した場合について説明したが、他の成長法に適用してもよい。
［付記項１］
金属を収容する収容部を上流側の原料部に有し、成長用の基板が配置される成長部を下流側に有する反応炉と、
前記反応炉の内部を所定の温度に加熱する原料部ヒータ及び成長部ヒータと、
ガス導入口を有する上流側端部と、
前記上流側端部から前記収容部を経由して前記成長部に至るように配置され、前記上流側端部から塩化物ガスを導入して前記収容部に供給し、前記塩化物ガスと前記収容部内の前記金属とが反応して生成された金属塩化物ガスを前記成長部に供給するガス導入管とを備え、
前記ガス導入管は、前記成長部ヒータ又は前記成長部からの輻射熱を導波させる光導波路現象を抑制する抑制部を有し、
前記収容部はＧａタンクを含み、前記Ｇａタンクを経由する前記ガス導入管の前記抑制部の位置が、前記上流側端部と前記Ｇａタンクとの間に設けられている、金属塩化物ガス発生装置。
［付記項２］
前記ガス導入管は、石英ガラスから形成され、前記抑制部は、不透明の石英ガラスから形成された不透明部である付記項１に記載の金属塩化物ガス発生装置。
［付記項３］
前記ガス導入管の前記不透明部の長手方向の長さが、１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である付記項２に記載の金属塩化物ガス発生装置。
［付記項４］
前記収容部は更にＡｌタンクを含み、前記Ａｌタンクを経由する前記ガス導入管の前記抑制部の位置が、前記成長部と前記Ａｌタンクの間に設けられている、付記項１から３のいずれか１項に記載の金属塩化物ガス発生装置。
［付記項５］
前記Ｇａタンクと前記成長部との間には、前記抑制部が設けられていない、付記項１から４のいずれか１項に記載の金属塩化物ガス発生装置。
［付記項６］
前記ガス導入管の前記抑制部は、前記ガス導入管に形成され、凸部で構成される付記項１に記載の金属塩化物ガス発生装置。
［付記項７］
前記反応炉内に、前記上流側端部側と前記成長部側との間を熱的に遮断する熱遮蔽板を、さらに備えた付記項１から６のいずれか１項に記載の金属塩化物ガス発生装置。
［付記項８］
付記項１から７のいずれか１項に記載の金属塩化物ガス発生装置を備えたハイドライド気相成長装置。

１…ＨＶＰＥ装置、２…反応炉、２ａ…排気管、３ａ…原料部、３ｂ…成長部、４ａ…原
料部ヒータ、４ｂ…成長部ヒータ、５…トレー、５ａ…設置面、５ｂ…回転軸、６…ガス
供給ライン、７…Ｇａタンク、７ａ…Ｇａ溶液、８…Ａｌタンク、８ａ…Ａｌペレット、
９Ａ…上流側フランジ、９Ｂ…下流側フランジ、１０…窒化物半導体テンプレート、１１
…サファイア基板、１３…熱遮蔽板、１３Ａ…第１の熱遮蔽板、１３Ｂ…第２の熱遮蔽板
、１４…ＡｌＮバッファ層、１５…アンドープＧａＮ層、１６…ＳｉドープＧａＮ層、２
０…半導体発光素子用エピタキシャルウエハ、２１…ｎ型ＧａＮ層、２２…ＩｎＧａＮ／
ＧａＮ多重量子井戸層、２３…ｐ型ＡｌＧａＮ層、２４…ｐ型ＧａＮコンタクト層、３０
…半導体発光素子（青色ＬＥＤ素子）、３１…Ｔｉ／Ａｌ電極、３２…Ｎｉ／Ａｕ半透明
電極、３３…ｐ側電極パッド、４０…ショットキーバリアダイオード、４１…サファイア
基板、４２…ｎ型ＧａＮ層、４３…オーミック電極、４４…ショットキー電極、６０…ガ
ス導入管、６０ａ…ガス出口、６０ｂ…不透明部、６０ｃ…溶接部、６１…ドーピングラ
イン、６２…Ｖ族ライン、６３…III族（Ｇａ）ライン、６４…III族（Ａｌ）ライン、６
５…上流側端部、６５ａ…ガス導入口

Claims (1)

1. 異種基板上に窒化物半導体層を形成した窒化物半導体自立基板の製造方法において、
   所定の温度に前記異種基板を加熱するための成長部ヒータを備え、且つ上流側にガス導入管を備えた反応炉の下流側に前記異種基板を設置するとともに、
   前記成長部ヒータ又は前記異種基板からの輻射熱を導波させる光導波路現象を抑制する抑制部を有するガス導入管の上流側端部から塩化物ガスを導入して、金属を収容する収容部に供給し、前記ガス導入管を通して、前記塩化物ガスと前記収容部内の前記金属とが反応して生成された金属塩化物ガスを前記異種基板上に供給することで、
   前記窒化物半導体層が、塩素を含有し、鉄濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3未満であり、かつ、クロム濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3未満となるように形成され、
   前記収容部はＧａタンクを含み、前記Ｇａタンクを経由する前記ガス導入管の前記抑制部の位置が、前記上流側端部と前記Ｇａタンクとの間に設けられている、
   窒化物半導体自立基板の製造方法。