JPWO2012056928A1 - 光学素子の製造方法 - Google Patents

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Abstract

最表面が窒化アルミニウム単結晶面１１ａである窒化アルミニウム種基板１１上に、窒化アルミニウム単結晶層１２を形成し、前記窒化アルミニウム単結晶層１２上に、光学素子層２０を形成して光学素子用積層体２を作製し、前記積層体２から前記窒化アルミニウム種基板１１を除去する工程を含む光学素子２２の製造方法に関する。本発明の方法により、紫外線透過率が高く、しかも転位密度が低い窒化アルミニウム単結晶層を基板とする光学素子を提供する。

Description

本発明は、新規な光学素子製造方法および光学素子用積層体に関する。特に、窒化アルミニウム種基板上に、光学特性に優れた窒化アルミニウム単結晶層を形成し、前記窒化アルミニウム単結晶層上に光学素子層を形成し、前記窒化アルミニウム種基板を除去する工程を含む光学素子の製造方法に関する。また、本発明は、窒化アルミニウム種基板と、該窒化アルミニウム種基板上に形成された光学特性に優れた窒化アルミニウム単結晶層と、該窒化アルミニウム単結晶層上に形成された光学素子とを含む光学素子用積層体に関する。該光学素子用積層体は、光学素子の製造工程における中間生成物であり、光学素子の製造工程において、中間生成物の移送、保管等を容易にし、製造効率の向上に寄与する。
アルミニウム（Ａｌ）を含むIII族窒化物半導体は、波長２００ｎｍから３６０ｎｍに相当する紫外領域において直接遷移型のバンド構造を持つため、高効率な紫外発光デバイスの作製が可能である。
III族窒化物半導体デバイスは、一般に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、もしくはハライド気相エピタキシー法（ＨＶＰＥ法）等の化学気相成長法によって、単結晶基板上にIII族窒化物半導体薄膜を結晶成長させることにより製造される。
上記紫外発光デバイスを製造する場合には、Ａｌを含むIII族窒化物半導体結晶と格子定数および熱膨張係数の整合性の良い基板の入手が困難である。そのため、一般的には、サファイア基板や炭化ケイ素基板などの異種材料基板上に、Ａｌを含むIII族窒化物半導体結晶が形成される。しかしながら、サファイア基板のような異種材料基板を種基板として用いる場合、III族窒化物半導体結晶層と種基板との格子定数差が大きいために、III族窒化物半導体結晶層と種基板との界面でIII族窒化物半導体結晶層中に高密度の転位が発生し、その結果、デバイス層中の転位密度も高くなってしまうという問題がある。
そのため、III族窒化物の種基板（同種基板）上に、Ａｌを含むIII族窒化物半導体結晶を形成する方法として、以下の方法が提案されている。具体的には、先ず、異種材料基板上に、Ａｌを含むIII族窒化物単結晶薄膜層、およびＡｌを含むIII族窒化物非単結晶層を積層する。次いで、該異種材料基板を除去し、露出した該薄膜層上に、さらに、Ａｌを含むIII族窒化物単結晶層を積層させる。その後、少なくとも、Ａｌを含むIII族窒化物非単結晶層部分を除去し、Ａｌを含むIII族窒化物単結晶層よりなる自立基板を種基板として使用する方法である（特許文献１参照）。しかしながら、Ａｌを含むIII族窒化物単結晶層を取り出して自立基板とするこの方法において、高品質な自立基板を得、さらに、高品質な紫外発光デバイスを得るためには、以下の点で改善の余地があった。つまり、上記方法において、高品質であって、優れた強度を有する自立基板を得るためには、研磨、切断等による取り出しが必要になるが、これらの操作、および自立基板の強度を考慮すると、Ａｌを含むIII族窒化物単結晶層を十分に厚くする必要があった。Ａｌを含むIII族窒化物単結晶層を厚くすると、やはり生産性が低下し、さらには、該単結晶層自体にクラックが発生し易くなるため、これらの点で改善の余地があった。
また、昇華法に代表される物理気相法によって作製したIII族窒化物の種基板（同種基板）上にＡｌを含むIII族窒化物半導体結晶を形成させる方法もある。この場合は、III族窒化物半導体結晶層との格子定数差が小さい同種基板を用いるため、III族窒化物半導体結晶層と種基板との界面での転位の発生を抑制することができる。また、一般的に、物理気相法では低転位密度のIII族窒化物の種結晶が得られるため、このような基板を使用することによって、III族窒化物半導体結晶層中の転位密度を低減できるという利点がある（非特許文献１）。しかしながら、一般的に、物理気相法で作製した種基板中には不純物もしくは点欠陥が多く存在するため、該種基板は、波長２００ｎｍから３００ｎｍにおける吸収係数が著しく大きいという欠点がある（非特許文献２）。その結果、紫外光が基板に吸収されるため、高効率の光学素子、特に高効率の紫外ＬＥＤを作製することは困難であった。
国際公開ＷＯ２００９／０９０８２１号パンフレット
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ（アプライド フィジックス エクスプレス） ３（２０１０）０７２１０３ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ（ジャーナル オブ アプライド フィジックス）１０３，０７３５２２（２００８）
光学素子を高効率で製造するうえでは、転位密度が低く、光透過効率の高い自立基板が不可欠である。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、紫外線透過率が高く、しかも転位密度が低い窒化アルミニウム単結晶層を自立基板とする光学素子を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明は、下記事項を要旨として含む。
（１）最表面が窒化アルミニウム単結晶面である窒化アルミニウム種基板上に、化学気相成長法により窒化アルミニウム単結晶層を形成する第１の工程と、
前記窒化アルミニウム単結晶層上に、光学素子層を形成して光学素子用積層体を得る第２の工程と、
前記光学素子用積層体から前記窒化アルミニウム種基板を除去する第３の工程と
を含む光学素子の製造方法。
（２） 前記第１の工程における前記窒化アルミニウム単結晶層の厚みは５０μｍ以上である（１）に記載の光学素子の製造方法。
（３） 前記第２の工程における前記光学素子層はＬＥＤ素子層であることを特徴とする（１）または（２）に記載の光学素子の製造方法。
（４） 最表面が窒化アルミニウム単結晶面である窒化アルミニウム種基板と、
前記窒化アルミニウム種基板上に形成された窒化アルミニウム単結晶層と、
前記窒化アルミニウム単結晶層上に形成された光学素子層と、を有する光学素子用積層体。
（５） 前記窒化アルミニウム単結晶層の波長２４０ｎｍから３００ｎｍにおける吸収係数が３０ｃｍ−１以下である（４）に記載の光学素子用積層体。
（６） 前記窒化アルミニウム単結晶層の転位密度が１０９ｃｍ−２以下である（４）または（５）に記載の光学素子用積層体。
本発明によれば、紫外線透過率が高く、しかも転位密度が低い窒化アルミニウム単結晶層を自立基板とする光学素子が製造できる。また、本発明に係わる光学素子用積層体は、窒化アルミニウム単結晶層と光学素子層の基板として、同種基板である窒化アルミニウム種基板を有するため、輸送時の破損等が起こりにくくハンドリングが容易である。
図１は本発明の積層体の製造工程の一態様を示す概略図である。
本発明の光学素子の製造方法は、図１に示すように、最表面が窒化アルミニウム単結晶面１１ａである窒化アルミニウム種基板１１上に、化学気相成長法により窒化アルミニウム単結晶層１２を形成する第１の工程と、前記窒化アルミニウム単結晶層１２上に、光学素子層２０を形成して光学素子用積層体２を得る第２の工程と、前記光学素子用積層体２から前記窒化アルミニウム種基板１１を除去する第３の工程とを含む。
（第１の工程）
本発明の第１の工程では、同種基板である窒化アルミニウム種基板１１上に、化学気相成長法により窒化アルミニウム単結晶層１２を形成して第１の積層体（自立基板）１を得る。
最表面が窒化アルミニウム単結晶面１１ａである窒化アルミニウム種基板１１の製造方法には特に限定はなく、公知の方法が用いられる。たとえば、窒化アルミニウム種基板１１は、化学気相成長法により作製され、最表面に窒化アルミニウム単結晶面を有する窒化アルミニウム基板であってもよく、昇華法などの物理気相法により作製された窒化アルミニウム単結晶基板であってもよい。
本発明の一実施形態として、化学気相成長法により作製され、最表面に窒化アルミニウム単結晶面を有する窒化アルミニウム単結晶種基板について、以下に説明する。
化学気相成長法により作製され、最表面が窒化アルミニウム単結晶面の窒化アルミニウム種基板としては、たとえば、特開２０１０−８９９７１に提案されるような窒化アルミニウム単結晶基板を用いてもよい。また、ＷＯ２００９／０９０８２１、特開２０１０−１０６１３に提案されるような窒化アルミニウム非単結晶層を含む窒化アルミニウム系積層体を用いてもよい。
このような化学気相成長法で作製される種基板の中でも、種基板自体の生産性、下記に詳述する第３の工程の実施のし易さを考慮すると、窒化アルミニウム非単結晶層を含む窒化アルミニウム系積層体を用いることが好ましい。具体的には、多結晶、非晶質、又はこれらの混合からなる窒化アルミニウム非単結晶層上に、最表面を形成する窒化アルミニウム単結晶薄膜層が積層された窒化アルミニウム系積層体を用いることが好ましい。さらに、該窒化アルミニウム系積層体の生産性、最表面の結晶性を考慮すると、最表面を形成する窒化アルミニウム単結晶薄膜層の厚みが１０ｎｍ以上１．５μｍ以下であって、該窒化アルミニウム非単結晶層の厚みが該窒化アルミニウム単結晶薄膜層の１００倍以上である窒化アルミニウム系積層体を用いることが好ましい。
このような窒化アルミニウム系積層体は、非単結晶層を有するため、紫外線透過率は低く、光学素子の構成部材としては不適当であるが、本発明では種基板自体が製造過程で除去されるため、最終製品となる光学素子においては特に問題とはならない。また、サファイア基板などの異種基板とは異なり、同じ窒化アルミニウムからなる積層体であるため、熱膨張係数差が小さいという利点もある。さらに、非単結晶層は、第３の工程で除去し易いという利点もある。
上記のような窒化アルミニウム種基板１１の最表面に位置する窒化アルミニウム単結晶面１１ａ上に、化学気相成長法により窒化アルミニウム単結晶層１２を形成する方法には特に限定はなく、公知の方法が用いられる。化学気相成長法としては、ＨＶＰＥ法等が一般的である。
こうして得られる窒化アルミニウム単結晶層１２は、波長２４０ｎｍから３００ｎｍにおける吸収係数が３０ｃｍ−１以下と低く、転位密度は１０９ｃｍ−２以下とすることができる。
なお、第１の工程において形成される窒化アルミニウム単結晶層１２の厚みは、製造コストの観点からは薄いほど好ましいが、製造工程におけるハンドリングを容易にし、またクラックなどの発生による歩留まり低下を抑制する、という観点から、５０μｍ以上であることが好ましく、実用的な観点等から、さらに好ましくは１００〜３００μｍ、特に１００〜２５０μｍであることが好ましい。
本発明によれば、窒化アルミニウム単結晶層１２の厚みを５００μｍ以下、さらには３００μｍ以下、特には２５０μｍ以下としても、製造工程におけるハンドリングを容易にできる。これは、光学素子層２０が、最終的に除去される窒化アルミニウム種基板１１を有する第１の積層体（自立基板）上に形成されるためである。つまり、窒化アルミニウム種基板１１を有するため、窒化アルミニウム単結晶層１２の厚みが薄くても、第１の積層体（自立基板）が十分な強度を有するからである。さらに、本発明により得られる光学素子２２は、比較的薄い厚みの窒化アルミニウム単結晶層１２を有するため、紫外線透過率を高めることができる。窒化アルミニウム単結晶層１２が厚くなると紫外線を透過し難くなるが、本発明の方法によれば、該単結晶層１２を薄くできるため、この点でも有利となる。
本発明において、窒化アルミニウム種基板１１の厚みも、特に制限されるものではないが、下記に詳述する光学素子積層体の生産性、ハンドリング性、および第３の工程の容易さを考慮すると、１００〜５００μｍであることが好ましい。なお、該種基板として前記窒化アルミニウム系積層体を使用した場合には、該積層体自体の厚みが前記範囲を満足することが好ましい。
また、窒化アルミニウム単結晶層１２の形成後の表面粗さは、特に限定されるものではない。ただし、窒化アルミニウム単結晶層１２の成長直後の表面が粗く、それによって第２の工程において形成される光学素子層の性能を低下させてしまう場合は、第１の工程終了後に窒化アルミニウム単結晶層１２の表面研磨を行い、表面を平滑にすることが好ましい。第２の工程で高品質の光学素子層を得るためには、窒化アルミニウム単結晶層１２の表面粗さが、二乗平均粗さ（ＲＭＳ値）で５ｎｍ以下であることが好ましく、さらに１ｎｍ以下であることが好ましい。この研磨を実施する場合も、種基板部分を有する基板を取り扱うため、十分な強度を有し、研磨を容易に行うことができる。
（第２の工程）
本発明の第２の工程では、第１の工程で得られた、第１の積層体（自立基板）１上に光学素子層２０を形成して、第２の積層体、すなわち光学素子用積層体２を得る。
窒化アルミニウム単結晶層１２上に、光学素子層２０を形成する方法には、特に限定はなく、公知の方法が用いられる。通常は、光学素子層２０はＭＯＣＶＤ法等の化学気相成長法により形成される。
本発明の一実施形態として、ＭＯＣＶＤ法による光学素子層２０の形成について以下に説明する。
ＭＯＣＶＤ法は、有機金属III族原料ガスと、窒素源原料ガスを基板上に供給し、該基板上に、III族窒化物単結晶層を成長させるものである。本発明で使用する原料ガスは、目的とするIII族窒化物単結晶層の組成に応じて、公知の原料が特に制限なく使用できる。具体的には、III族原料ガスとしては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、又はトリメチルインジウムのガスを使用することが好ましい。なお、これらIII族原料は、成長させるIII族窒化物単結晶層の組成に応じて、その原料の種類、使用割合を適宜決定すればよい。また、窒素源ガスとしては、アンモニアガスを使用することが好ましい。さらに、導電性の制御を目的として添加する不純物原料ガスとしては、Ｐ型不純物原料ガスとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウム、Ｎ型不純物原料ガスとしてモノシランもしくはテトラエチルシランを用いることが好ましい。また、本発明で使用するＭＯＣＶＤ装置については、本発明を実施できる構造であれば、特に制限されるものではなく、公知の装置、または市販のＭＯＣＶＤ装置を用いることができる。
以下、一般的な光学素子であるＬＥＤを製造する例について、詳しく説明する。また、以下に説明するＬＥＤ構造は、基板上にＮ型III族窒化物半導体層、活性層、Ｐ型III族窒化物半導体層、Ｐ型III族窒化物コンタクト層を順次積層させた構造を例に説明しているが、本発明は以下の構造に限定されるものではない。
まず、第１の工程で得られた第１の積層体１（自立基板１）をＭＯＣＶＤ装置内に設置した後、自立基板１を１０５０℃以上、さらに好ましくは１１５０℃以上に加熱し、水素雰囲気中で保持することにより自立基板表面のクリーニングを行った後、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、モノシランもしくはテトラエチルシラン、および原料ガスのキャリアガスとして水素、窒素などをＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｎ型III族窒化物半導体層を形成する。
また、上記Ｎ型III族窒化物半導体層を形成する前に、Ｎ型特性を向上させることを目的として、バッファ層を形成することも出来る。この場合、バッファ層としては、該III族窒化物半導体層および窒化アルミニウム単結晶層と同一もしくは中間の格子定数を有するＮ型III族窒化物層であることが好ましい。さらに、バッファ層は単一層でもよく、組成の異なる複数の積層体とすることもできる。
次いで、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、および原料ガスのキャリアガスとして水素、窒素などをＭＯＣＶＤ装置内に導入し、発光層となる量子井戸構造を形成する。ここで、量子井戸構造とは、厚み数〜数十ｎｍの井戸層と、該井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きい障壁層を組み合わせた積層構造であり、上記井戸層のバンドギャップエネルギーや障壁層膜厚などは、所望とする光学特性が得られるように適宜設定すればよい。また、上記原料に加えて、光学特性を向上させるなどの目的で、トリメチルインジウム、Ｎ型もしくはＰ型不純物原料を加えても良い。
次いで、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、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、および原料ガスのキャリアガスとして水素、窒素などをＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｐ型III族窒化物半導体層を形成する。その後、トリメチルガリウム、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、および原料ガスのキャリアガスとして水素、窒素などをＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｐ型III族窒化物半導体コンタクト層を形成する。ここで、上記III族窒化物半導体層を形成する際の原料供給比、成長温度、Ｖ族元素（窒素等）とIII族元素との比（Ｖ／III比）などは、所望の光学特性および導電特性が得られるよう適宜設定すればよい。
なお、本発明の光学素子用積層体２は、上記第２の工程を経て得られる中間生成物であり、窒化アルミニウム種基板と、該窒化アルミニウム種基板上に形成された光学特性に優れた窒化アルミニウム単結晶層と、該窒化アルミニウム単結晶層上に形成された光学素子とを含む。本発明の光学素子用積層体２は、光学素子の製造工程において、その移送、保管等を容易にし、製造効率を向上する。
（第３の工程）
本発明の第３の工程では、第２の工程で得られた光学素子用積層体２から窒化アルミニウム種基板１１を除去して、光学素子２２を得る。
ここで、上記のプロセスによって製造した光学素子２２をデバイスとして機能させる為には、所定の導電層を露出させるエッチング処理、導電層表面への電極形成処理など、素子化のための加工を施す必要がある。本発明の第３の工程は、前記素子化のための加工工程を行う前に行うこともできるし、素子化のための加工を行った後に実施することもできる。素子化のための加工工程と本発明の第３の工程を行う順序は、生産性やハンドリング性等を考慮して、本発明の実施に際し適宜決定すればよい。
光学素子用積層体２から窒化アルミニウム種基板１１を除去する方法には、特に限定はなく、研磨、反応性イオンエッチング、アルカリ溶液などを利用した湿式エッチングなどの公知の方法を用いることができるが、研磨によって除去することが好ましい。
また、上記第３の工程終了後に、前記窒化アルミニウム種基板１１を除去した側の、前記窒化アルミニウム単結晶層１２表面に凹凸を形成することも、該光学素子の性能を向上させる手段として好適に用いることができる。例えばＬＥＤに上記凹凸形成プロセスを適用した場合は、該凹凸の存在により、前記基板表面での全反射量が低減し、結果的にＬＥＤの発光特性を向上させることが可能となる。
このように得られた光学素子２２は、必要に応じチップ化等の処理が施され、さまざまな用途に用いられる。光学素子としては、たとえば、ＬＥＤ（発光ダイオード）などが挙げられる。
上述した本発明の一実施形態では、化学気相成長法により作製される同種基板である窒化アルミニウム単結晶種基板１１上に、化学気相成長法により窒化アルミニウム単結晶層１２を形成して第１の積層体（自立基板）１を用意する。このとき、該窒化アルミニウム単結晶種基板１１の転位密度が低いために、窒化アルミニウム単結晶層１２、およびその上に形成される光学素子層２０においても転位密度の低減が可能となる。しかも、該窒化アルミニウム単結晶層１２は、化学気相成長法により形成されるため、低転位かつ高い紫外線透過効率を実現できる。さらに、該窒化アルミニウム単結晶層１２と、光学素子層２０との屈折効率差が小さいため、光取り出し効率も従来と比べ向上する。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。例えば、窒化アルミニウム単結晶種基板１１は上述の化学気相成長法以外にも、昇華法などの物理気相成長法によって作製されたものであっても良い。
また、たとえば、上述した実施形態では、本発明に係わる光学素子として、紫外発光素子を例示したが、本発明に係る電子部品としては、発光ダイオード素子等の発光素子に限定されない。本発明の光学素子の製造方法は、たとえば、紫外線から赤外線までの幅広い領域の感度を有する半導体素子を封止した受光素子の製造にも応用できる。
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
（窒化アルミニウム種基板１１の準備）
窒化アルミニウム種基板１１は、ＷＯ２００９／０９０８２１に記載の方法により作製した。この窒化アルミニウム種基板１１は、窒化アルミニウム単結晶面１１ａを構成する窒化アルミニウム単結晶薄膜層の厚みが２００ｎｍであって、その下の窒化アルミニウム非単結晶層（窒化アルミニウム多結晶層）の厚みが３００μｍである積層体を用いた。また、この窒化アルミニウム種基板１１は、８ｍｍ角のものを２枚準備した。
（第１の工程）
２枚の前記窒化アルミニウム種基板１１を窒化アルミニウム単結晶面１１ａが最表面となるようにＨＶＰＥ装置内のサセプター上に設置した後、水素を１０ｓｌｍ、アンモニアを２００ｓｃｃｍの流量で流しながら、該窒化アルミニウム種基板１１を１４５０℃に加熱し、２０分間保持することにより表面クリーニングを行った。次いで、５００℃に加熱した金属アルミニウムと塩化水素ガスを反応させて得られる三塩化アルミニウムガス５ｓｃｃｍ、アンモニアガス１５ｓｃｃｍ、キャリアガスとして窒素１５００ｓｃｃｍ、水素５０００ｓｃｃｍを窒化アルミニウム種基板１１上に供給し、窒化アルミニウム単結晶層１２を１５０μｍ成長させた。
窒化アルミニウム単結晶層１２の表面を微分干渉光学顕微鏡で観察し、いずれのサンプルも窒化アルミニウム単結晶層１２の表面がクラックフリーであることを確認した。また、窒化アルミニウム単結晶層１２の表面は、局所的には非常に平坦であるものの、８ｍｍ角全体としては、比較的大きな凹凸が基板全面に存在している状態であった。
（窒化アルミニウム単結晶層１２の研磨、および評価）
次いで、上記窒化アルミニウム単結晶層１２の表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）研磨によって、ＲＭＳ値が１ｎｍ以下になるまで研磨し、第１の積層体１（自立基板１）を得た。
ここで、作製した自立基板１の１枚について、窒化アルミニウム単結晶層１２の特性を評価するため、裏面の窒化アルミニウム非単結晶層（窒化アルミニウム多結晶層）を機械研磨により除去し、その後ＣＭＰ研磨によってＲＭＳ値が５ｎｍ以下になるまで研磨することにより、略両面鏡面状態の窒化アルミニウム単結晶層１２の単体を取り出した。研磨後の窒化アルミニウム単結晶層１２の膜厚は１００μｍであった。透過型電子顕微鏡を用いた平面観察によって（加速電圧３００ｋＶ）、研磨後の窒化アルミニウム単結晶層１２表面の貫通転位密度を測定したところ、３×１０８ｃｍ−２であった。また、紫外可視分光光度計（島津製作所製ＵＶ−２５５０）により、該窒化アルミニウム単結晶層１２の透過率を測定したところ、波長２４０ｎｍから３５０ｎｍにおける外部透過率は４０％以上であった。また、窒化アルミニウム単結晶の屈折率を２．４とし、上記膜厚と透過率から吸収係数を算出したところ、波長２４０ｎｍから３５０ｎｍにおける吸収係数は２０ｃｍ−１以下であった。
（第２の工程）
次いで、第１の積層体１（自立基板１）の１枚を、研磨された窒化アルミニウム単結晶層１２表面が最表面となるようにＭＯＣＶＤ装置内のサセプター上に設置した。その後、水素を１３ｓｌｍの流量で流しながら、該自立基板１を１２５０℃まで加熱し、１０分間保持することで表面クリーニングを行った。
次いで、自立基板１の温度を１２００℃とし、トリメチルアルミニウム流量が２５μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が１ｓｌｍ、全流量が１０ｓｌｍ、圧力が５０Ｔｏｒｒの条件で、該窒化アルミニウム単結晶層１２上に窒化アルミニウムバッファ層を厚さ０．１μｍ形成した。次いで、サセプター上の基板温度を１１２０℃とし、トリメチルガリウム流量が２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルアルミニウムが３５μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が１．５ｓｌｍ、全流量が１０ｓｌｍ、圧力が５０Ｔｏｒｒの条件でＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎバッファ層を０．２μｍ形成した。さらに、テトラエチルシラン３ｎｍｏｌ／ｍｉｎを同時に供給した以外はバッファ層と同条件で、Ｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層を１．２μｍ形成した。
次いで、トリメチルガリウム流量を４０μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルアルミニウムを３μｍｏｌ／ｍｉｎとした以外はバッファ層と同条件で、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ井戸層を２ｎｍ形成した。次いで、バッファ層と同条件で障壁層を１５ｎｍ形成した。この井戸層と障壁層の成長を３回繰り返すことにより３重量子井戸層を形成した。
次いで、トリメチルガリウム流量を１５μｍｏｌ／ｍｉｎとし、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム０．８μｍｏｌ／ｍｉｎを同時に供給した以外はバッファ層と同条件で、Ｐ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ｎ層を２０ｎｍ形成した。次いで、トリメチルガリウム流量を４０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム０．３μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が２．０ｓｌｍ、全流量が８ｓｌｍ、圧力が１５０Ｔｏｒｒの条件でＰ型ＧａＮコンタクト層を０．２μｍ形成した。この基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、窒素雰囲気中、２０分間、８００℃の条件で熱処理を行った。
次いで、ＩＣＰエッチング装置により該基板の一部をＳｉドーピングＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層が露出するまでエッチングした後、該露出表面に真空蒸着法によりＴｉ（２０ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）／Ｔｉ（２０ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）電極を形成し、窒素雰囲気中、１分間、１０００℃の条件で熱処理を行った。次いで、上記Ｐ型ＧａＮコンタクト層上に真空蒸着法によりＮｉ（２０ｎｍ）／Ａｕ（１００ｎｍ）電極を形成し、窒素雰囲気中、５分間、５００℃の条件で熱処理を行った。
以上のようにして、第１の積層体の窒化アルミニウム単結晶層１２上に、光学素子層２０が積層された第２の積層体２（光学素子用積層体２）を作製した。このようにして作製した光学素子用積層体２の直流１０ｍＡ動作時における素子裏面から発光特性を評価したところ、発光波長２６５ｎｍの微弱なシングル発光ピークを確認することができた。
（第３の工程）
前記光学素子用積層体２の裏面の窒化アルミニウム非単結晶層（窒化アルミニウム多結晶層）を機械研磨により除去し、その後ＣＭＰ研磨によってＲＭＳ値が５ｎｍ以下になるまで研磨して、光学素子２２を作製した。なお、この光学素子２２の厚みは、約１００μｍであった。この光学素子２２を光学素子用積層体２と同様の方法で発光測定を行ったところ、発光波長２６５ｎｍのシングルピーク発光であり、この光学素子２２の発光ピーク強度は、光学素子用積層体２の強度よりも１０倍以上であることが確認された。
２ 第２の積層体（光学素子用積層体）
１ 第１の積層体（自立基板）
１１ 窒化アルミニウム種基板
１１ａ 窒化アルミニウム単結晶面
１２ 窒化アルミニウム単結晶層
２０ 光学素子層
２２ 光学素子

Claims (6)

  1. 最表面が窒化アルミニウム単結晶面である窒化アルミニウム種基板上に、化学気相成長法により窒化アルミニウム単結晶層を形成する第１の工程と、
    前記窒化アルミニウム単結晶層上に、光学素子層を形成して光学素子用積層体を得る第２の工程と、
    前記光学素子用積層体から前記窒化アルミニウム種基板を除去する第３の工程と
    を含む光学素子の製造方法。
  2. 前記第１の工程における前記窒化アルミニウム単結晶層の厚みは５０μｍ以上である請求項１に記載の光学素子の製造方法。
  3. 前記第２の工程における前記光学素子層はＬＥＤ素子層であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。
  4. 最表面が窒化アルミニウム単結晶面である窒化アルミニウム種基板と、
    前記窒化アルミニウム種基板上に形成された窒化アルミニウム単結晶層と、
    前記窒化アルミニウム単結晶層上に形成された光学素子層と、を有する光学素子用積層体。
  5. 前記窒化アルミニウム単結晶層の２４０ｎｍから３００ｎｍにおける吸収係数が３０ｃｍ−１以下である請求項４に記載の光学素子用積層体。
  6. 前記窒化アルミニウム単結晶層の転位密度が１０９ｃｍ−２未満である請求項４または５に記載の光学素子用積層体。
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