JP6436694B2 - 窒化物半導体テンプレートの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、窒化物半導体テンプレートの製造方法に関する。
例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等の窒化物半導体発光素子（以下、単に「発光素子」とも言う。）は、窒化物半導体テンプレート上に、発光素子構造として、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）等からなるｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を順次成長させて形成されている。窒化物半導体テンプレートは、例えばサファイア基板上に、バッファ層、窒化物半導体層を順次成長させることで形成されている。このような発光素子では、発光層で生じた光をどれだけ効率よく取り出せるかが重要な課題となっている。すなわち、発光素子の光取り出し効率（発光出力）を向上させることが重要となっている。
そこで、発光素子の光取り出し効率を向上させるため、基板の上面に、円錐状や多角形錐状等の凸部を形成する凹凸加工を施したＰＳＳ基板（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｓａｐｐｈｉｒｅ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）が提案されている（例えば特許文献１参照）。そして、ＰＳＳ基板上に所定厚さのバッファ層を成長させて形成し、バッファ層上にＧａＮ層等の窒化物半導体層を表面が平坦になるまで成長させて形成することで、窒化物半導体テンプレートが形成されている。このような凹凸加工が施されたＰＳＳ基板が用いられた窒化物半導体テンプレート上に、発光層等を成長させて形成された発光素子は、発光素子の内部への光の閉じ込めを低減でき、発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。
また、窒化物半導体テンプレートの基板として、このような凹凸加工が施されたＰＳＳ基板が用いられると、基板上に例えばＧａＮ層等の窒化物半導体層を成長させる際、窒化物半導体層の成長の初期段階において、窒化物半導体層の島状成長が促進されることで、窒化物半導体層の結晶中での転位同士の会合を増加させることができ、転位の消滅を増加させることができる。従って、凹凸加工が施されていない平坦なサファイア基板（以下では、平坦基板とも言う。）を用いた場合と比較して、結晶中の転位が少ない窒化物半導体層を形成することができる。すなわち、凹凸加工が施されたサファイア基板が用いられると、窒化物半導体層の結晶性を向上させることができる。
特開２００２−２８０６１１号公報
しかしながら、窒化物半導体テンプレートの基板として凹凸加工が施されたサファイア基板が用いられると、平坦基板が用いられた場合と比べて、デバイス動作の障害となる表面ピットが発生しやすくなる場合があった。
すなわち、サファイア基板の円錐状等の凸部の頂上付近では、凸部の他の箇所と比べて曲率半径が小さい。このため、凸部の頂上や頂上付近には、多数の原子ステップが存在する。凸部が形成された基板上にバッファ層を成長させる際、バッファ層の成長の初期段階においては、基板の凸部の頂上や頂上付近に成長されたバッファ層に多数の原子ステップが残留する。このため、バッファ層の成長が進んでバッファ層の表面が平滑になる（原子ステップがない結晶面となる）までは、凸部の頂上や頂上付近でのバッファ層の成長速度が、他の箇所よりも速くなる傾向にある。従って、バッファ層の成長が進んでバッファ層が厚くなるにつれて、例えば図６に示すように、バッファ層６１は、サファイア基板の凸部６２の頂上で尖ったような形状に形成されてしまう場合があった。バッファ層６１が凸部６２の頂上で尖ったような形状に形成されると、凸部６２の頂上付近では、表面エネルギが増大し、バッファ層６１の成長条件に変調がきたされる。このため、凸部６２の頂上付近では、バッファ層６１に極性の反転したインバージョンドメイン（ＩＤ：Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｄｏｍａｉｎ）６３が発生し易くなる。バッファ層６１にＩＤ６３が存在すると、バッファ層６１上に窒化物半導体層６４が成長された場合、バッファ層６１のＩＤ６３上に成長された窒化物半導体層６４にもＩＤ６５が発生する。Ｎ極性のＩＤ６５の成長速度は、ＩＤのないIII族極性（Ｇａ極性など）の窒化物半導体層６４の成長速度よりも遅く、ＩＤ６５上方にピット６７が発生する。従って、窒化物半導体層６４を厚く成長させても、窒化物半導体層６４の表面上、すなわち窒化物半導体テンプレート６６の表面上に、ピット６７が残留してしまう。
そこで、本発明は、上記課題を解決し、表面ピットの発生を抑制できる窒化物半導体テンプレートの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様によれば、円錐状又は角錐状の凸部が表面に格子状に配置されて形成されたサファイア基板上に、前記凸部の頂上幅以下で且つ１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下の厚さにバッファ層を成長させて形成する工程と、前記バッファ層上に窒化物半導体層を成長させて形成する工程と、を有する窒化物半導体テンプレートの製造方法が提供される。
本発明の第２の態様によれば、前記バッファ層を形成する工程では、前記バッファ層として、ＧａＮ層又はＡｌＮ層を６００℃以下の温度で成長させる第１の態様の窒化物半導体テンプレートの製造方法が提供される。
本発明の第３の態様によれば、前記バッファ層を形成する工程では、前記バッファ層として、ＡｌＮ層を１０００℃以上の温度で成長させる第１の態様の窒化物半導体テンプレートの製造方法が提供される。
本発明の第４の態様によれば、前記窒化物半導体層を形成する工程では、前記窒化物半導体層として、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層のいずれかを成長させて形成する第１ないし第３の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレートの製造方法が提供される。
本発明の第５の態様によれば、前記バッファ層及び前記窒化物半導体層は、ＨＶＰＥ法又はＭＯＶＰＥ法によって成長される第１ないし第４の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレートの製造方法が提供される。
本発明にかかる窒化物半導体テンプレートの製造方法によれば、表面ピットの発生を抑制できる。
本発明の一実施形態に係る窒化物半導体テンプレートの断面概略図である。 本発明の一実施形態に係るサファイア基板上に形成された凸部の頂上幅の算出方法を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るサファイア基板上に形成された凸部の形状をＡＦＭ測定により測定する様子を示す概略図である。 本発明の一実施形態で好適に用いられるハイドライド気相成長装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る発光素子の断面概略図である。 従来の窒化物半導体テンプレートの一部を拡大して示す断面概略図である。 従来のＡＦＭ測定による凸部の形状の測定方法を示す概略図である。
以下に、本発明の一実施形態にかかる窒化物半導体テンプレート及びこの窒化物半導体テンプレートを用いた半導体発光素子について説明する。
（１）窒化物半導体テンプレート
まず、本実施形態にかかる窒化物半導体テンプレートについて、主に図１及び図２を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態にかかる窒化物半導体テンプレート１０は、サファイア基板１１上に、バッファ層１２と、窒化物半導体層１３とを順次成長させて構成されている。
サファイア基板１１は、窒化物半導体を成長させる成長面となる、その表面（主面）１１ａには、図１及び図２に示すように、円錐状又は角錐状（三角錐状、四角錐状、六角錐状など）の凸部１４が形成されている。凸部１４は、サファイア基板１１の表面１１ａに格子状（三角格子状、正方格子状など）に配置されて形成されている。サファイア基板１１の表面１１ａは、Ｃ面とするのが好ましい。凸部１４は、例えば、平坦なサファイア基板の表面にフォトリソグラフィ及びドライエッチングにより形成される。
凸部１４は、図２に示すように、表面１１ａから凸部１４頂上までの高さｈを０．３μｍ以上３μｍ以下、凸部１４底部の幅Ｄを０．３μｍ以上４μｍ以下、隣接する凸部１４の底部間の距離Ｓを０．１μｍ以上２μｍ以下、隣接する凸部１４，１４間のピッチＰを０．４μｍ以上６μｍ以下とするのが好ましい。また、円錐状又は角錐状の凸部１４の頂上幅ｗは０．０１μｍ以上０．３３μｍ以下とするのが好ましい。
凸部１４が形成されたサファイア基板１１として、市販のＰＳＳ基板（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｓａｐｐｈｉｒｅ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）を用いてもよい。また、サファイア基板１１は、上面視にて略円形の円形基板でも、あるいは矩形基板などでもよい。
このように円錐状又は角錐状の凸部１４が格子状に形成されたサファイア基板１１を用いることにより、サファイア基板１１上に窒化物半導体層１３を成長させる際に、窒化物半導体層１３の島状成長を促進でき、窒化物半導体層１３の結晶中での転位同士の会合による消滅を増加させることができ、窒化物半導体層１３の低転位化が図れる。また、窒化物半導体テンプレート１０を用いて青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）等の発光素子が形成された場合、発光素子の光取り出し効率を向上せることができる。
凸部１４が設けられたサファイア基板１１上には、バッファ層１２として、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）層、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層等が例えば６００℃以下の低温の成長温度で成長されて形成されている。バッファ層１２は、例えば１０００℃以上の高温の成長温度で成長させたＡｌＮ層等であってもよい。
バッファ層１２は、凸部１４の頂上幅ｗ以下で、且つ１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下の厚さに形成されている。凸部１４の頂上幅ｗは、凸部１４の頂部の曲率半径に関連・関係した長さであり、凸部１４の頂部の上方に次第に成長していくバッファ層１２の形状を規定するものである。バッファ層１２の厚さとしては、凸部１４の頂部の上方におけるバッファ層１２の厚さ、あるいは凸部１４が形成されていないサファイア基板１１の表面１１ａ上におけるバッファ層１２の厚さとするのがよい。
また、上記箇所などの実際のバッファ層１２の厚さの測定・管理が難しい場合には、次に示す簡易な方法で、バッファ層１２の厚さの形成・管理を行うようにしてもよい。すなわち、凸部１４が形成されていない平坦なサファイア基板（以下では、「平坦基板」とも言う。）上に形成したバッファ層（以下では、「平坦バッファ層」とも言う。）の厚さが、凸部１４の頂上幅ｗ以下で、１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下となる成長条件（例えば所定のガスの供給流量及び成長時間等）を求め、この成長条件と同一の成長条件で本実施形態の凸部１４が形成されたサファイア基板１１上にバッファ層１２を成長させて形成する。この場合、平坦なサファイア基板上に成長する平坦バッファ層と、凸部１４が形成されたサファイア基板１１上に成長するバッファ層１２との成長速度の違いを考慮して、上記成長条件を調整するようにしてもよい。
バッファ層１２を上記の厚さとすることにより、窒化物半導体層１３の表面ピットの発生を抑制でき、結晶性を向上させることができる。すなわち、バッファ層１２の厚さを凸部１４の頂上幅ｗ以下とすることにより、あるいは平坦バッファ層の厚さが凸部１４の頂上幅ｗ以下となるような成長条件の下で、バッファ層１２が成長されて形成されることにより、バッファ層１２が、凸部１４の頂上部で他の箇所よりも厚く形成され、バッファ層１２が凸部１４の頂上部で尖ったような形状に形成されてしまうことを抑制できる。これにより、凸部１４の頂上や頂上付近に位置する箇所で、バッファ層１２にインバージョンドメイン（ＩＤ）が発生することを抑制できる。従って、凸部１４の頂上や頂上付近の上方の窒化物半導体層１３にＩＤが発生することを抑制できる。その結果、デバイス動作の障害となる窒化物半導体テンプレート１０の表面、すなわち窒化物半導体層１３の表面にピットが発生することを抑制できる。
バッファ層１２が、１０ｎｍ未満の厚さに形成され、あるいは平坦バッファ層の厚さが１０ｎｍ未満となるような成長条件の下で成長されて形成されると、バッファ層１２によるサファイア基板１１表面の被覆率が低くなるため、表面ピットの発生を抑制する効果が見られなくなる。一方、バッファ層１２の厚さが凸部１４の頂上幅ｗ以下であっても、バッファ層１２が３３０ｎｍを超える厚さに形成され、あるいは平坦バッファ層の厚さが３３０ｎｍを超えるような成長条件の下で成長されて形成されると、バッファ層１２自体の結晶品質が低下するため、バッファ層１２のＩＤの発生を抑制できず、窒化物半導体テンプレート１０の表面ピットの発生を抑制できない。従って、バッファ層１２の厚さは、１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下の厚さとする。
ここで、凸部１４の頂上幅ｗは、次のように定義した。すなわち、図２に示すように、測定されたサファイア基板１１表面の凸部１４の外形線（凸部１４の頂点を含む縦断面の輪郭線）１６における凸部１４の高さｈの半分の位置（ｈ／２）の点での２つの接線Ｌ１，Ｌ２（接線Ｌ１，Ｌ２は点Ｔ３で交わる）と、凸部１４の外形線１６の頂点Ｔ０と接し、サファイア基板１１の凸部１４が形成されていない表面１１ａと平行である平行線Ｌ３とにより形成される三角形Ｔ１Ｔ２Ｔ３の底辺Ｔ１Ｔ２の長さを凸部１４の頂上幅ｗと定義した。
図３に示すように、凸部１４の外形線１６の測定は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により、先鋭化した探針１５を用い、探針１５を凸部１４に沿って移動させることで行われる。凸部１４の形状（外形線１６）の測定は、例えば、一の凸部１４上の複数箇所で探針１５の先端の位置情報を読み取り、各情報をそれぞれプロットして行う。凸部１４の外形線１６の測定には、探針１５として、例えば、エッチングにより先端の曲率半径を１０ｎｍ程度と先鋭化したシリコン製等の探針や、直径が１ｎｍ程度であるカーボンナノチューブにより形成された探針を用いるとよい。これにより、サファイア基板１１上に形成された凸部１４の曲率半径（凸部１４の頂上幅ｗ）が小さい場合であっても、凸部１４の頂上部（先端）の外形を精密に測定できる。
これに対し、従来のＡＦＭ測定やＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）測定では、ｎｍレベルでの検出が困難な場合があるため、凸部１４の頂上部の外形を精密に測定できない場合があった。例えばＡＦＭ測定では、探針の先端の曲率半径が通常数１００ｎｍであることが多い。このため、図７に示すように、ＡＦＭ測定では、例えば曲率半径が数１００ｎｍ程度かそれ以下である凸部１４の頂上部を測定しようとすると、図７に実線で示す実際の凸部１４の外形よりも大きな、図７に一点鎖線で示すような探針１５’の先端形状を反映した外形線１６’が観察されてしまう。また、ＳＥＭ測定では、そもそもサファイア基板１１の凸部１４の頂上を通る断面を得るのが困難である。
図１に示すように、バッファ層１２上には、所定厚さ（例えば４μｍ）の窒化物半導体層１３が成長されて形成されている。すなわち、窒化物半導体層１３は、その表面が平坦になるまでバッファ層１２上に成長されている。窒化物半導体層１３として、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）層、窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）層、窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）層等を成長させるとよい。
バッファ層１２及び窒化物半導体層１３は、気相成長法によってサファイア基板１１上に成長されて形成されるとよい。気相成長法としては、例えば、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ：Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法がある。あるいは、分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いることができる。特に、ＨＶＰＥ法はサファイア基板１１上に結晶を成長させる成長速度が速いため、ＨＶＰＥ法が用いられると、窒化物半導体テンプレート１０の製造時間を短くすることができる。従って、製造コストを低減できる。
ここで、サファイア基板１１上にバッファ層１２及び窒化物半導体層１３を成長させて形成するハイドライド気相成長装置（ＨＶＰＥ装置）３０について図４を用いて説明する。図４は、ＨＶＰＥ装置３０の概略構成図を示す。
図４に示すように、ＨＶＰＥ装置３０は、例えば石英等により構成される反応炉３１を備えている。反応炉３１の外周には、反応炉３１内を加熱する第１ヒータ３２及び第２ヒータ３３が設けられている。主に第１ヒータ３２によって加熱される反応炉３１内の領域は原料部３４として機能し、主に第２ヒータ３３によって加熱される反応炉３１内の領域は成長部３５として機能する。原料部３４は、第１ヒータ３２によって例えば６００℃〜９００℃に加熱され、後述する反応ガスとガリウム（Ｇａ）又はアルミニウム（Ａｌ）とを反応させて原料ガスを生成する空間である。また、成長部３５は、第２ヒータ３３によって例えば５００℃〜１２００℃に加熱され、後述する第１のIII族原料ガス供給管４０又は第２のIII族原料ガス供給管４１から反応炉３１内に供給されるIII族原料ガスと、後述するＶ族原料ガス供給管３９から反応炉３１内に供給されるＶ族原料ガスとを反応させ、サファイア基板１１上に例えば窒化物半導体層１３としてのＧａＮ層を成長させる空間である。なお、第２ヒータ３３による加熱温度が成長温度となる。
反応炉３１内の成長部３５には、反応炉３１内でサファイア基板１１を支持する基板支持部としてのサセプタ３６が設けられている。サファイア基板１１は、成長面がガス供給口に対向するようにサセプタ３６上に支持されている。サセプタ３６は、例えばカーボンによって構成されており、表面が炭化シリコン（ＳｉＣ）で覆われている。サセプタ３６には、例えば高純度の石英で形成される回転軸３７が設けられている。回転軸３７が回転されることによって、サセプタ３６と共にサファイア基板１１が所定の速度（例えば３ｒ／ｍｉｎ〜１００ｒ／ｍｉｎ）で回転するように構成されている。
反応炉３１には、ドーピングガス供給管３８、Ｖ族原料ガス供給管３９、第１のIII族原料ガス供給管４０、第２のIII族原料ガス供給管４１がそれぞれ設置されている。ドーピングガス供給管３８、Ｖ族原料ガス供給管３９、第１のIII族原料ガス供給管４０、第２のIII族原料ガス供給管４１はそれぞれ、例えば高純度の石英で形成されると共に、反応炉３１へのガスの供給・停止を行う弁（図示せず）がそれぞれ設けられている。
ドーピングガス供給管３８の上流側には、ドーピングガス供給源（図示せず）が接続されている。ドーピングガス供給管３８からは、ドーピングガスとして、例えば窒素（Ｎ２）ガス、水素（Ｈ２）ガス、又はＮ２ガスとＨ２ガスとの混合ガス等によって所定濃度（例えば１００ｐｐｍ）に希釈されたジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスが反応炉３１内の成長部３５に供給される。Ｓｉドーピング原料ガスとしては、この他、例えば、ＳｉＨＣｌ３ガス、ＳｉＨ３Ｃｌガス、ＳｉＣｌ４ガスを用いてもよい。
なお、ドーピングを行わない場合、ドーピングガス供給管３８からは、例えばＨ２ガスや、Ｎ２ガス、又はＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを反応炉３１内に供給してもよい。また、ドーピングガス供給管３８からは、サファイア基板１１に例えば窒化物半導体層１３を成長させた後、反応炉３１内に付着した付着物等の除去を行うクリーニングガスとして、例えばＨＣｌガスや、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス等を反応炉３１内に供給してもよい。
Ｖ族原料ガス供給管３９の上流側には、Ｖ族原料ガス供給源（図示せず）が接続されている。Ｖ族原料ガス供給管３９からは、Ｖ族原料ガスとして例えばアンモニア（ＮＨ３）ガス等が反応炉３１内の成長部３５に供給される。
Ｖ族原料ガス供給管３９からは、例えばＶ族原料ガスと併行して、キャリアガスとしての例えばＨ２ガス、Ｎ２ガス、あるいはこれらの混合ガスを供給してもよい。なお、Ｖ族原料ガス供給管３９からは、キャリアガスのみを反応炉３１内に供給してもよい。
第１のIII族原料ガス供給管４０の反応炉３１内の原料部３４には、Ｇａ（融液）が貯留されるＧａタンク４２が設置されると共に、第１のIII族原料ガス供給管４０の上流側には反応ガス供給源（図示せず）が接続されている。Ｇａタンク４２は、例えば高純度の石英で形成されているとよい。第１のIII族原料ガス供給管４０からは、まず、反応ガスとして例えば塩化水素（ＨＣｌ）ガスがＧａタンク４２内に供給される。反応ガスがＧａタンク４２内に供給されることで、III族原料ガスであるＧａＣｌガスが生成される。そして、第１のIII族原料ガス供給管４０から、反応炉３１内の成長部３５へＧａＣｌガスが供給される。
なお、第１のIII族原料ガス供給管４０からは、III族原料ガスと併行して、キャリアガスとしての例えばＨ２ガス、Ｎ２ガス、あるいはこれらの混合ガスを供給してもよい。
第２のIII族原料ガス供給管４１の反応炉３１内の原料部３４には、Ａｌ（固体）が収容されるＡｌタンク４３が設置されると共に、第２のIII族原料ガス供給管４１の上流側には反応ガス供給源（図示せず）が接続されている。Ａｌタンク４３は、例えば高純度の石英で形成されているとよい。第２のIII族原料ガス供給管４１からは、まず、反応ガスとして例えばＨＣｌガスがＡｌタンク４３内に供給される。反応ガスがＡｌタンク４３内に供給されることで、III族原料ガスであるＡｌＣｌガスが生成される。そして、第２のIII族原料ガス供給管４１から、反応炉３１内の成長部３５へＡｌＣｌガスが供給される。
なお、第２のIII族原料ガス供給管４１からは、III族原料ガスと併行して、キャリアガスとしての例えばＨ２ガス、Ｎ２ガス、あるいはこれらの混合ガスを供給してもよい。
反応炉３１の成長部３５の下流側には、排気管４４が接続されている。排気管４４は、反応炉３１内のガスを反応炉３１外へ排出するように構成されている。
このようなＨＶＰＥ装置３０を用いることで、サファイア基板１１上にバッファ層１２や窒化物半導体層１３をハイドライド気相成長させて形成することができる。これにより、窒化物半導体の成長速度を上げることができる。
（２）窒化物半導体テンプレートの製造方法
次に、本発明の一実施形態に係る上述の窒化物半導体テンプレート１０の製造方法について説明する。なお、本実施形態では、例えば図４に示すＨＶＰＥ装置３０を用いて窒化物半導体テンプレート１０を製造する場合について説明する。
（凸部形成工程）
本実施形態に係る窒化物半導体テンプレート１０の製造方法では、まず、例えば表面が平坦なサファイア基板１１を準備する。そして、サファイア基板１１に凹凸加工を施して、バッファ層１２が成長されるサファイア基板１１の成長面となる表面に所定の凸部１４を格子状に配置させて形成する。
凸部１４は、例えば、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより形成される。すなわち、まず、サファイア基板１１の表面にフォトレジストパターンを形成する。一例として、鏡面研磨されたＣ面サファイア基板の表面の全面に、フォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィによってパターン露光、現像を行い、表面上に円柱状のフォトレジストが格子状に配置されたフォトレジストパターンを形成する。次に、上記のフォトレジストパターンが形成されたサファイア基板１１を、ホットプレートを用いてベークし、フォトレジストを加熱する。このベーク工程では、フォトレジスト中の余分な有機溶剤が蒸発すると共に、円柱状であったフォトレジストは、半球状のフォトレジストに変化する。次に、半球状のフォトレジストが形成されたサファイア基板１１の表面をドライエッチングする。ドライエッチング工程は、一例として、プラズマエッチング装置を用い、プラズマエッチング装置の反応室内にサファイア基板１１を設置し、反応室内に塩素を含む反応性ガスを供給し、反応室内に生成される反応性ガスプラズマを利用して、サファイア基板１１の表面をドライエッチングする。このドライエッチングにより、サファイア基板１１の表面には、円錐状の凸部１４が格子状に配置して形成される。フォトリソグラフィ及びドライエッチングの条件、例えばエッチング時間を変えることで、サファイア基板１１上に形成される凸部１４の曲率半径ないし頂上幅ｗを変更することができる。
（凸部の頂上幅算出工程）
凸部形成工程が終了したら、凸部１４の外形をＡＦＭ測定し、凸部１４の外形の測定結果から凸部１４の頂上幅ｗを算出（測定）する。
すなわち、まず、図３に示すように、先端の曲率半径が小さい探針１５を用い、少なくとも一の凸部１４に沿って探針１５を移動させる。そして、凸部１４上の複数個所で探針１５の位置情報を読み取ってプロットすることで、凸部１４の頂上を含む断面の外形（外形線１６）を測定する。探針１５として、例えば、エッチングにより先端の曲率半径を１０ｎｍ程度と先鋭化した探針や、直径が１ｎｍ程度であるカーボンナノチューブにより形成された探針を用いるとよい。これにより、サファイア基板１１上に形成された凸部１４の曲率半径が小さい場合であっても、凸部１４の頂上部（先端）の形状を精密に測定できる。
凸部１４の外形（外形線１６）を測定したら、図２に示すように、測定した外形（外形線１６）から凸部１４の高さｈを求める。そして、凸部１４の高さｈの半分の位置（ｈ／２）を接点とする２本の接線Ｌ１，Ｌ２を求め、２本の接線Ｌ１，Ｌ２の交点Ｔ３を求める。次いで、凸部１４の外形線１６の頂点Ｔ０を検出し、頂点Ｔ０と接し、サファイア基板１１の凸部１４が形成されていない表面１１ａと平行である平行線Ｌ３を求める。そして、２本の接線Ｌ１，Ｌ２と平行線Ｌ３とにより形成される三角形Ｔ１Ｔ２Ｔ３の底辺Ｔ１Ｔ２の長さを求める。この底辺Ｔ１Ｔ２の長さを凸部１４の頂上幅ｗとする。
（基板搬入工程）
凸部の頂上幅算出工程が終了したら、凸部１４を形成したサファイア基板１１を反応炉３１内に搬入し、サセプタ３６上に載置する。
（バッファ層形成工程）
凸部１４を形成したサファイア基板１１の面上に、バッファ層１２として、上述の凸部の頂上幅算出工程で算出した凸部１４の頂上幅ｗ以下で、１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下である厚さのＡｌＮ層を成長させて形成する。このとき、凸部１４が形成されていない平坦なサファイア基板上に形成した場合の平坦バッファ層の厚さが凸部１４の頂上幅ｗ以下で、１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下となるような成長条件で、バッファ層１２を成長させて形成してもよい。
これにより、バッファ層１２が、凸部１４の頂上部で他の箇所よりも厚く形成され、バッファ層１２が凸部１４の頂上部で尖ったような形状に形成されることを抑制できる。従って、凸部１４の頂上や頂上付近に位置する箇所の上方で、バッファ層１２にインバージョンドメイン（ＩＤ）が発生することを抑制できる。これにより、凸部１４の頂上や頂上付近の上方で、窒化物半導体層１３にＩＤが発生することを抑制でき、その結果、窒化物半導体層１３の表面、すなわち窒化物半導体テンプレート１０の表面にピットが発生することを抑制できる。
すなわち、まず、第２ヒータ３３によってサファイア基板１１を所定の温度（例えば６００℃以下、または１０００℃以上）に加熱するとともに、第１ヒータ３２によって反応炉３１の原料部３４を加熱する。サファイア基板１１が所定の温度に達するとともに、反応炉３１の原料部３４が所定の温度に達したら、排気管４４から排気しつつ、第２のIII族原料ガス供給管４１内へ反応ガスであるＨＣｌガスの供給を開始し、Ａｌタンク４３内へＨＣｌガスを供給し、ＡｌＣｌガスの生成を開始する。そして、第２のIII族原料ガス供給管４１から、ＡｌＣｌガスを反応炉３１内に供給する。反応炉３１内へのＡｌＣｌガスの供給と併行して、Ｖ族原料ガス供給管３９からＶ族原料ガスとしてＮＨ３ガスを反応炉３１内に供給する。このとき、第２のIII族原料ガス供給管４１、Ｖ族原料ガス供給管３９に、キャリアガスとして例えばＨ２ガス、Ｎ２ガスを流すとよい。そして、反応炉３１内の成長部３５でIII族原料ガスであるＡｌＣｌガスと、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスとを反応させて、サファイア基板１１上に所定の厚さのバッファ層１２としてのＡｌＮ層を成長させて形成する。バッファ層１２としてのＡｌＮ層の厚さが所定の厚さに達したら、反応炉３１内へのＡｌＣｌガス及びＮＨ３ガスの供給を停止する。なお、第１ヒータ３２及び第２ヒータ３３による反応炉３１内の加熱は継続したままとする。
（窒化物半導体層形成工程）
バッファ層形成工程が終了したら、バッファ層１２としてのＡｌＮ層上に、窒化物半導体層１３として所定の厚さ（例えば４μｍ以上５０μｍ以下）のＧａＮ層を成長させて形成する。
すなわち、排気管４４から排気しつつ、第１のIII族原料ガス供給管４０内へ反応ガスであるＨＣｌガスの供給を開始し、Ｇａタンク４２内へＨＣｌガスを供給し、III族原料ガスであるＧａＣｌガスの生成を開始する。そして、第１のIII族原料ガス供給管４０から、ＧａＣｌガスを反応炉３１内に供給する。反応炉３１内へのＧａＣｌガスの供給と併行して、Ｖ族原料ガス供給管３９からＶ族原料ガスとしてのＮＨ３ガスを反応炉３１内に供給する。このとき、第１のIII族原料ガス供給管４０、Ｖ族原料ガス供給管３９に、キャリアガスとして例えばＨ２ガス、Ｎ２ガスを流すとよい。そして、反応炉３１内の成長部３５でIII族原料ガスであるＧａＣｌガスと、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスとを反応させて、サファイア基板１１上に、窒化物半導体層１３として、添加物を添加（ドープ）しないアンドープ層である所定の厚さのＧａＮ層を成長させて形成する。ＧａＮ層の厚さが所定の厚さに達したら、反応炉３１内へのＧａＣｌガスの供給を停止する。
なお、反応炉３１内へのＧａＣｌガスの供給及びＮＨ３ガスの供給と併行して、ドーピングガス供給管３８から、ドーピングガスとして例えばＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを窒素（Ｎ２）ガス等で希釈したガスを供給してもよい。すなわち、反応炉３１内の成長部３５でIII族原料ガスであるＧａＣｌガスと、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスとを反応させつつ、不純物としてＳｉを添加（ドーピング）してもよい。この場合、窒化物半導体層１３としてＳｉドープのｎ型ＧａＮ層が形成される。ｎ型ＧａＮ層の厚さが所定の厚さに達したら、反応炉３１内へのＧａＣｌガス及びドーピングガスの供給を停止する。
（パージ工程）
反応炉３１内へのＧａＣｌガスの供給を停止した後、第１のIII族原料ガス供給管４０、第２のIII族原料ガス供給管４１の少なくともいずれかから、例えばＮ２ガス等の不活性ガスの供給を開始する。これにより、反応炉３１内をＮ２ガスによりパージし、反応炉３１内に残留している残留ガスや反応生成物を除去する。また、反応炉３１内への不活性ガス及びＮＨ３ガスの供給を継続したまま、第１ヒータ３２及び第２ヒータ３３による反応炉３１内の加熱を停止し、反応炉３１内及びサファイア基板１１を降温させる。反応炉３１内の温度が、サファイア基板１１上に形成したＧａＮ層が再蒸発しない温度（例えば５００℃程度）まで降温したら、反応炉３１内への不活性ガスの供給を継続したまま、ＮＨ３ガスの供給を停止する。そして、反応炉３１内が室温付近まで降温したら、反応炉３１内への不活性ガスの供給を停止する。
（基板搬出工程）
パージ工程が終了したら、サセプタ３６からサファイア基板１１を取り外し、サファイア基板１１を反応炉３１外へ搬出して、本実施形態に係る窒化物半導体テンプレート１０の製造工程を終了する。
（３）発光素子
次に、上述の窒化物半導体テンプレート１０を用いた発光素子５０について、主に図５を用いて説明する。図５は、本実施形態にかかる発光素子５０の断面概略図である。
図５に示すように、発光素子５０は、窒化物半導体テンプレート１０上に発光部を備えて構成されている。すなわち、発光素子５０は、窒化物半導体テンプレート１０上に、発光部として、ｎ型半導体層５１と、発光層５２と、ｐ型半導体層５３とがこの順に順次成長されて形成されている。
ｎ型半導体層５１として、例えばｎ型ＧａＮ層が成長されて形成されている。ｎ型半導体層５１は、所定のｎ型不純物を所定濃度含んでいるとよい。ｎ型不純物としては、例えばシリコン（Ｓｉ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）等を用いることができる。ｎ型半導体層５１の厚さは、例えば０．２μｍ以上１５μｍ以下程度であるとよい。
発光層５２は、バリア層と井戸層とからなる多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）層で構成されているとよい。すなわち、発光層５２は、例えばＩｎＧａＮ層を井戸層とし、この井戸層よりもバンドギャップの大きい例えばＧａＮ層をバリア層とし、井戸層とバリア層とを１層ずつ交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有するとよい。なお、発光層５２は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造としていてもよい。また、発光層５２は、不純物の添加を行わないアンドープの化合物半導体で構成されているとよい。発光層５２の厚さは、数１００ｎｍ程度であるとよい。
ｐ型半導体層５３として、例えばｐ型ＡｌＧａＮ層やｐ型ＧａＮ層が、発光層５２上に成長されて形成されている。なお、ｐ型半導体層５３として、例えばｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とが、発光層５２の側から順に成長されて形成されていてもよい。ｐ型半導体層５３は、それぞれ所定のｐ型不純物を所定濃度含む。ｐ型不純物としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、炭素（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型半導体層５３の厚さは、例えば２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるとよい。
なお、ｎ型半導体層５１、発光層５２、ｐ型半導体層５３の成長方法としては、種々の気相成長法を用いることができる。例えば、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いることができる。この中でも、ＭＯＶＰＥ法が用いられると、より結晶性の良いものが得られる。
ｐ型半導体層５３の表面上には、第１電極５４が設けられている。第１電極５４は、ｐ型半導体層５３側から順に、例えばニッケル（Ｎｉ）層、金（Ａｕ）層が積層されて構成されているとよい。
第１電極５４上には、電極パッド５５が形成されている。電極パッド５５は、第１電極５４より小さく形成されている。電極パッド５５は、第１電極５４と略同一形状に形成されていてもよい。電極パッド５５は、第１電極５４側から順に、例えばチタン（Ｔｉ）層、Ａｕ層が積層されて構成されているとよい。電極パッド５５は、例えばワイヤボンディング用電極パッドとして構成されている。
発光部には、窒化物半導体テンプレート１０の表面、すなわち窒化物半導体層１３を露出させる露出領域５６が形成されている。露出領域５６には、第２電極５７が設けられている。第２電極５７は、ｎ型の窒化物半導体層１３側から順に、例えばＴｉ層、アルミニウム（Ａｌ）層が積層されて構成されているとよい。第２電極５７は、例えばダイボンディング用電極として構成されている。
（４）発光素子の製造方法
次に、本実施形態に係る発光素子の製造方法について説明する。
（発光部形成工程）
窒化物半導体テンプレート１０上に、発光部を成長させて形成する。すなわち、まず、窒化物半導体層１３の表面上に、ｎ型半導体層５１として例えばｎ型ＧａＮ層を、次いでｎ型半導体層５１上に、発光層５２として、井戸層のＩｎＧａＮ層とバリア層のＧａＮ層とから成るＭＱＷ層を、そして、発光層５２上に、発光層５２の側から、ｐ型半導体層５３として例えばｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを順に、例えばＭＯＶＰＥ法により成長させて形成する。
（露出領域形成工程）
次に、窒化物半導体テンプレート１０上に形成した発光部に、窒化物半導体テンプレート１０（窒化物半導体層１３）を露出させる露出領域５６を形成する。すなわち、例えば、発光部の上面、すなわちｐ型半導体層５３の上面の所定位置に、レジストパターンを形成する。続いて、レジストパターンをマスクとして、ｐ型半導体層５３、発光層５２及びｎ型半導体層５１をエッチング（例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ））により部分的に除去する。なお、ｐ型半導体層５３、発光層５２及びｎ型半導体層５１のエッチングは、同時に行ってもよく、別々に行ってもよい。これにより、発光部の所定位置に、窒化物半導体テンプレート１０が露出された露出領域５６が形成される。また、例えば図５に示すように、露出領域５６は、ｐ型半導体層５３、発光層５２及びｎ型半導体層５１に加えて、窒化物半導体テンプレート１０が備える窒化物半導体層１３の所定位置にもエッチングを行い、所定深さの凹部を設けてもよい。
（第１電極形成工程）
次に、ｐ型半導体層５３の上面の一部に、第１電極５４を形成する。具体的には、例えばフォトリソグラフィ法を用いて所定形状のレジストパターンをｐ型半導体層５３上に形成する。続いて、真空蒸着法やスパッタ法等により、例えばＮｉ、Ａｕをこの順に蒸着した後、リフトオフ法によりレジストパターンを除去する。これにより、所定形状の第１電極５４がｐ型半導体層５３の上面の一部に形成される。
続いて、例えばフォトリソグラフィ法及び真空蒸着法やスパッタ法等を用いたリフトオフ法により、第１電極５４上に、例えばＴｉとＡｕとをこの順に蒸着して、電極パッド５５を形成する。
（第２電極形成工程）
次に、露出領域５６から露出する窒化物半導体テンプレート１０（すなわち窒化物半導体層１３）上の一部に、第２電極５７を形成する。具体的には、例えばフォトリソグラフィ法を用いて所定形状のレジストパターンを露出領域５６から露出する窒化物半導体層１３上に形成する。続いて、真空蒸着法やスパッタ法等により、例えばＴｉ、Ａｌをこの順に蒸着した後、リフトオフ法によりレジストパターンを除去する。これにより、所定形状の第２電極５６が、露出領域５６から露出する窒化物半導体層１３上の一部に形成される。
その後、チップ化等を行うことにより、本実施形態に係る発光素子５０が得られる。
（５）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。
本実施形態によれば、窒化物半導体テンプレート１０は、円錐状又は角錐状の凸部１４が表面に格子状に配置されて形成されたサファイア基板１１と、バッファ層１２と、窒化物半導体層１３とを備えている。バッファ層１２は、凸部１４の頂上幅ｗ以下で、且つ１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下の厚さに形成されている。あるいは、バッファ層１２は、平坦バッファ層の厚さが凸部１４の頂上幅ｗ以下となるような成長条件の下で成長されて形成されている。これにより、窒化物半導体テンプレート１０の窒化物半導体層１３のＩＤ及び表面ピットの発生を抑制できる。
バッファ層１２が凸部１４の頂上幅ｗ以下の厚さに形成されている、あるいは平坦バッファ層の厚さが凸部１４の頂上幅ｗ以下の厚さとなるような成長条件の下でバッファ層１２が成長されて形成されていると、バッファ層１２が凸部１４の頂上部で先が尖ったような形状に形成されることを回避できる。これにより、凸部１４の頂上や頂上付近に位置する箇所の上方の窒化物半導体層１３にＩＤが発生することを抑制でき、表面ピットの発生を抑制できる。
また、バッファ層１２が１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下の厚さに形成される、あるいはバッファ層１２が平坦バッファ層の厚さが１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下となるような成長条件の下で成長されて形成されることで、バッファ層１２の被覆率の低下や結晶品質の低下を抑制でき、ＩＤや表面ピットの発生を抑制する効果が得られる。
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
上述の実施形態では、ＨＶＰＥ法によりサファイア基板１１上にバッファ層１２と窒化物半導体層１３とを順次成長させて窒化物半導体テンプレート１０を形成したが、これに限定されるものではない。この他、ＭＯＶＰＥ法によりサファイア基板１１上にバッファ層１２と窒化物半導体層１３とを成長させてもよい。これにより、バッファ層１２、窒化物半導体層１３の結晶性をより向上させることができる。
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（試料の作製）
本実施例では、厚さが９００μｍ、直径が１００ｍｍ（４インチ）の鏡面研磨されたＣ面サファイア基板の表面に、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、円錐状の凸部１４を三角格子状に配置させて形成した。フォトリソグラフィ及びドライエッチングの条件を変えることにより、凸部１４の形状、大きさを調整した。また、特にドライエッチングのエッチング時間を変えることで、凸部１４の頂上幅ｗを調整し、凸部１４の頂上幅ｗが５ｎｍ〜８７０ｎｍの範囲の種々のサファイア基板１１を作製した。
次に、図４に示すＨＶＰＥ装置３０を用いて、種々の頂上幅ｗを有する上記サファイア基板１１上に、平坦バッファ層の厚さが２ｎｍ〜６００ｎｍとなるような成長条件で、ＡｌＮのバッファ層１２を形成した。平坦バッファ層の厚さとは、凸部１４が形成されていない平坦なサファイア基板に形成したバッファ層の厚さである。そして、ＡｌＮのバッファ層１２上に所定厚さ（４μｍ）のＧａＮの窒化物半導体層１３を成長させて形成し、種々の窒化物半導体テンプレート１０を作製した。
すなわち、まず、サセプタ３６上にサファイア基板１１を載置する。そして、回転軸３７を回転させて、サセプタ３６の回転を開始する。続いて、ドーピングガス供給管３８、Ｖ族原料ガス供給管３９、第１のIII族原料ガス供給管４０、又は第２のIII族原料ガス供給管４１のいずれかから、３ｓｍｌの水素（Ｈ２）ガスと７ｓｍｌの窒素（Ｎ２）ガスとの混合ガスを反応炉３１内に供給しつつ、第１ヒータ３２によって、反応炉３１内の原料部３４を約８５０℃に加熱し、第２ヒータ３３によって、サファイア基板１１（反応炉３１内の成長部３５）を約１０００℃に加熱し、１０分間保持した。このとき、反応炉３１内の圧力は常圧（１気圧）とした。
サファイア基板１１の温度が所定の温度（例えば１０００℃）に達したら、第２のIII族原料ガス供給管４１から、５０ｓｃｃｍの塩化水素（ＨＣｌ）ガスをＡｌタンク４３内に供給し、III族原料ガスであるＡｌＣｌガスを生成した。そして、ＡｌＣｌガスを反応炉３１内に供給した。なお、第２のIII族原料ガス供給管４１には、ＨＣｌガスと共に、キャリアガスとして、２ｓｌｍのＨ２ガスと、１ｓｌｍのＮ２ガスとを流した。第２のIII族原料ガス供給管４１から反応炉３１内へのＡｌＣｌガスの供給と併行して、Ｖ族原料ガス供給管３９から、Ｖ族原料ガスとして、５０ｓｃｃｍのアンモニア（ＮＨ３）ガスを反応炉３１内へ供給した。なお、Ｖ族原料ガス供給管３９には、ＮＨ３ガスと共に、キャリアガスとして、１ｓｌｍのＨ２ガスを流した。そして、反応炉３１内の成長部３５でIII族原料ガスであるＡｌＣｌガスと、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスとを反応させて、サファイア基板１１上にＡｌＮ層を成長させる。なお、ＡｌＮ層の成長時間は、１秒〜３００秒とした。これにより、平坦バッファ層の厚さが２ｎｍ〜６００ｎｍとなる成長条件で、サファイア基板１１上に種々の厚さを有するＡｌＮのバッファ層１２を成長させて形成した。
続いて、バッファ層１２としてのＡｌＮ層上に、ＧａＮの窒化物半導体層１３を成長させて形成した。第１のIII族原料ガス供給管４０から、５０ｓｃｃｍのＨＣｌガスをＧａタンク４２内に供給し、III族原料ガスであるＧａＣｌガスを生成した。そして、ＧａＣｌガスを反応炉３１内に供給した。なお、第１のIII族原料ガス供給管４０には、ＨＣｌガスと共に、キャリアガスとして、２ｓｌｍのＨ２ガスと、１ｓｌｍのＮ２ガスを流した。第１のIII族原料ガス供給管４０から反応炉３１内へのＧａＣｌガスの供給と併行して、Ｖ族原料ガス供給管３９から、Ｖ族原料ガスとして、２ｓｌｍのアンモニア（ＮＨ３）ガスを反応炉３１内へ供給した。なお、Ｖ族原料ガス供給管３９には、ＮＨ３ガスと共に、キャリアガスとして、１ｓｌｍのＨ２ガスを流した。そして、反応炉３１内の成長部３５でIII族原料ガスであるＧａＣｌガスと、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスとを反応させて、ＡｌＮ層上に窒化物半導体層１３として所定厚さ（４μｍ）のＧａＮ層を成長させた。なお、ＧａＮ層の成長時間は６分間とした。
その後、第１ヒータ３２及び第２ヒータ３３による反応炉３１内の加熱を停止する。そして、例えばＶ族原料ガス供給管３９から、２ｓｌｍのＮＨ３ガスと８ｓｌｍのＮ２ガスとを反応炉３１内へ供給しつつ、サファイア基板１１の温度を室温付近まで冷却して、種々の窒化物半導体テンプレート１０を作製した。これを各種試料とした。
すなわち、表１に示すように、各種試料を、凸部１４の頂上幅ｗと平坦バッファ層の厚さとを種々に変更して作製した。
（試料の評価）
これらの各種試料について、表面ピットが発生しているか否かを評価した。そして、任意の１０ｍｍ四方の領域内で確認できたピットの数が０個である試料を「◎」、任意の１０ｍｍ四方の領域内で確認できたピットの数が１〜２個である試料を「○」、任意の１０ｍｍ四方の領域内で確認できたピットの数が３個以上である試料を「×」とし、各試料の評価結果を表１に示す。
Figure 0006436694
表１から、凸部１４が形成されたサファイア基板１１上に、平坦基板に形成する平坦バッファ層の厚さが凸部１４の頂上幅ｗ以下で、且つ１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下の成長条件の下で、バッファ層１２が成長されて形成された試料である窒化物半導体テンプレート１０は、表面ピットの発生が抑制されていることを確認した。
また、上述のように作製した各種試料である窒化物半導体テンプレート１０上に発光部を形成して、種々のＬＥＤを作製した。そして、種々のＬＥＤに２０ｍＡの電流を通電してＬＥＤの発光出力を測定して評価した。その結果、表面ピットの発生が抑制された窒化物半導体テンプレート、すなわち表１中の評価が「◎」及び「○」である窒化物半導体テンプレートを用いて作製したＬＥＤの発光出力は、ＭＯＶＰＥ法により形成したＬＥＤの発光出力と同程度であった。すなわち、ＨＶＰＥ法によりサファイア基板１１上にバッファ層１２と窒化物半導体層１３とを成長させて形成した窒化物半導体テンプレート１０を用いて作製したＬＥＤであっても、ＭＯＶＰＥ法により作製したＬＥＤと同程度の発光出力を得られることを確認した。なお、ＭＯＶＰＥ法により作製したＬＥＤとは、ＭＯＶＰＥ法によりサファイア基板１１上にバッファ層１２と窒化物半導体層１３とを成長させて形成した窒化物半導体テンプレート１０を作製した後、連続して窒化物半導体テンプレート１０上に発光部を形成して作製したＬＥＤである。これに対し、表面ピットが発生していた窒化物半導体テンプレート、すなわち表１中の評価が「×」である窒化物半導体テンプレートを用いて作製したＬＥＤの発光出力は、ＭＯＶＰＥ法により作製したＬＥＤの発光出力の半分以下となることを確認した。
また、ＨＶＰＥ法により作製した窒化物半導体テンプレート１０を用いて作製した各種ＬＥＤ、及びＭＯＶＰＥ法により作製したＬＥＤについてそれぞれ、発光出力の低下率を算出して評価した。すなわち、各種ＬＥＤ及びＭＯＶＰＥ法により作製したＬＥＤについてそれぞれ、６０ｍＡの電流を通電し、通電開始時の発光出力と、１０００時間通電した後の発光出力とを測定し、１０００時間通電後の発光出力の低下率を算出した。その結果、表１中の評価が「○」であった窒化物半導体テンプレート１０を用いて作製したＬＥＤの発光出力の低下率は約１０％であり、ＭＯＶＰＥ法により作製したＬＥＤの発光出力の低下率と同程度であることを確認した。また、表１中の評価が「◎」であった窒化物半導体テンプレート１０を用いて作製したＬＥＤの発光出力の低下率は５％以下であり、ＭＯＶＰＥ法により作製したＬＥＤの発光出力の低下率よりも低いことを確認した。
１０ 窒化物半導体テンプレート
１１ サファイア基板
１１ａ サファイア基板の表面
１３ 窒化物半導体層
１４ 凸部
ｗ 凸部の頂上幅

Claims (5)

  1. 円錐状又は角錐状の凸部が表面に格子状に配置されて形成されたサファイア基板上に、前記凸部の頂上幅以下で且つ１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下の厚さにバッファ層を成長させて形成する工程と、
    前記バッファ層上に窒化物半導体層を成長させて形成する工程と、を有する
    ことを特徴とする窒化物半導体テンプレートの製造方法。
  2. 前記バッファ層を形成する工程では、
    前記バッファ層として、ＧａＮ層又はＡｌＮ層を６００℃以下の温度で成長させる
    ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体テンプレートの製造方法。
  3. 前記バッファ層を形成する工程では、
    前記バッファ層として、ＡｌＮ層を１０００℃以上の温度で成長させる
    ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体テンプレートの製造方法。
  4. 前記窒化物半導体層を形成する工程では、
    前記窒化物半導体層として、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層のいずれかを成長させて形成する
    ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレートの製造方法。
  5. 前記バッファ層及び前記窒化物半導体層は、ＨＶＰＥ法又はＭＯＶＰＥ法によって成長される
    ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレートの製造方法。
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