JPWO2016020990A1 - 窒化物半導体テンプレート及び発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＡｌＮ層及びその上に形成される窒化物半導体層が十分な品質を有する窒化物半導体テンプレート、及びそれを用いて製造される発光素子を提供する。【解決手段】本発明の一態様において、基板１１と、基板１１上に形成されたＣｌを含むＡｌＮ層１２ａと、ＡｌＮ層１２ａ上に形成された窒化物半導体層１３と、を有し、ＡｌＮ層１２ａにおいて、基板１１側の領域のＣｌの濃度が、窒化物半導体層１３側の領域のＣｌの濃度よりも高い、窒化物半導体テンプレート１０ａを提供する。
Description
本発明は、窒化物半導体テンプレート及び発光素子に関する。
従来の半導体装置として、サファイア基板と、サファイア基板上に形成されたＣｌを含むＡｌＮバッファ層と、Ｃｌを含むＡｌＮバッファ層上に形成されたＣｌを含まないＡｌＮバッファ層と、Ｃｌを含まないＡｌＮバッファ層上に形成されたＣｌを含まない素子構成層とを有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に開示された半導体装置のＣｌを含むＡｌＮバッファ層は、塩化物を原料として用いるハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ：Hydride Vapor Phase Epitaxy）法を用いて形成されるためにＣｌを含み、Ｃｌを含まないＡｌＮバッファ層は、塩化物を原料として用いない有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を用いて形成されるためにＣｌを含まない。
特許文献１によれば、ＭＯＣＶＤ法により形成されるＣｌを含まないＡｌＮバッファ層は、ＨＶＰＥ法により形成されるＣｌを含むＡｌＮバッファ層からのＣｌの拡散を防ぎ、オーミック電極のコンタクト抵抗の増加を防止することができる。
なお、上記のＣｌを含むＡｌＮバッファ層は、一定の成長条件で形成されるため、均一なＣｌ濃度分布を有すると考えられる。
ＡｌＮ層をＨＶＰＥ法で形成する場合、通常、ＡｌＣｌとＮＨ3が原料として用いられるが、ＡｌＣｌとＮＨ3は気相中で反応しやすい。このため、基板表面に達する前に反応し、基板上に十分な品質のＡｌＮ層を成長させることが難しい。なお、原料ガスの流速を挙げる等の結晶成長条件の調整によっては、このような問題を解決することはできなかった。
本発明の目的の１つは、上記の問題を解決し、ＡｌＮ層及びその上に形成される窒化物半導体層が十分な品質を有する窒化物半導体テンプレート、及びそれを用いて製造される発光素子を提供することにある。
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、［１］〜［８］の窒化物半導体テンプレートを提供する。
［１］基板と、前記基板上に形成されたＣｌを含むＡｌＮ層と、前記ＡｌＮ層上に形成された窒化物半導体層と、を有し、前記ＡｌＮ層において、前記基板側の領域の前記Ｃｌの濃度が、前記窒化物半導体層側の領域の前記Ｃｌの濃度よりも高い、窒化物半導体テンプレート。
［２］前記ＡｌＮ層は、第１のＡｌＮ膜と、前記第１のＡｌＮ膜よりも前記Ｃｌの濃度が低い、前記第１のＡｌＮ膜上の第２のＡｌＮ膜を含む、前記［１］に記載の窒化物半導体テンプレート。
［３］前記ＡｌＮ層は、前記基板側から前記窒化物半導体層側に向かって前記Ｃｌの濃度が低下する層を含む、前記［１］に記載の窒化物半導体テンプレート。
［４］前記窒化物半導体層の（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が３００ａｒｃｓｅｃ以下であり、かつ、（１０１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が４００ａｒｃｓｅｃ以下である、前記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレート。
［５］前記ＡｌＮ層の厚さが１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である、前記［１］〜［４］のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレート。
［６］前記基板がサファイア基板である、前記［１］〜［５］のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレート。
［７］前記基板が、表面に複数の凸部が形成されたＰＳＳ基板である、前記［６］に記載の窒化物半導体テンプレート。
［８］前記窒化物半導体層がＧａＮ層である、前記［１］〜［７］のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレート。
また、本発明の他の態様は、上記目的を達成するために、［９］の発光素子を提供する。
［９］前記［１］〜［８］のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレートと、前記窒化物半導体テンプレート上に形成された発光層と、を有する、発光素子。
本発明によれば、ＡｌＮ層及びその上に形成される窒化物半導体層が十分な品質を有する窒化物半導体テンプレート、及びそれを用いて製造される発光素子を提供することができる。
〔第１の実施の形態〕
（窒化物半導体テンプレートの構成）
図１Ａ、図１Ｂは、第１の実施の形態に係る窒化物半導体テンプレートの垂直断面図である。
（窒化物半導体テンプレートの構成）
図１Ａ、図１Ｂは、第１の実施の形態に係る窒化物半導体テンプレートの垂直断面図である。
図１Ａに示される窒化物半導体テンプレート１０ａは、基板１１と、基板１１上に形成されたＣｌを含むＡｌＮ層１２ａと、ＡｌＮ層１２ａ上に形成された窒化物半導体層１３と、を有する。
図１Ｂに示される窒化物半導体テンプレート１０ｂは、基板１１と、基板１１上に形成されたＣｌを含むＡｌＮ層１２ｂと、ＡｌＮ層１２ｂ上に形成された窒化物半導体層１３と、を有する。
窒化物半導体テンプレート１０ａのＡｌＮ層１２ａは、第１のＡｌＮ膜１２１と、第１のＡｌＮ膜１２１よりもＣｌの濃度が低い、第１のＡｌＮ膜１２１上の第２のＡｌＮ膜１２２を含む。また、窒化物半導体テンプレート１０ｂのＡｌＮ層１２ｂは、基板１１側から窒化物半導体層１３側に向かってＣｌの濃度が低下する層である。このため、ＡｌＮ層１２ａとＡｌＮ層１２ｂのいずれも、基板１１側の領域のＣｌの濃度が、窒化物半導体層１３側の領域のＣｌの濃度よりも高い。
基板１１は、例えば、サファイア基板である。また、基板１１として、表面に複数の凸部が形成されたＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）基板を用いてもよい。このＰＳＳ基板の表面の凸部の高さは、２．０μｍ以下であることが好ましい。
ＡｌＮ層１２ａとＡｌＮ層１２ｂは、ＨＶＰＥ法によるエピタキシャル成長により形成されるＡｌＮ結晶膜である。ＡｌＮ層１２ａとＡｌＮ層１２ｂは、基板１１と窒化物半導体層１３との間のバッファ層として機能する。ＨＶＰＥ法は、金属塩化物ガスとアンモニアガスを原料とする成長法である。
ＨＶＰＥ法は、結晶成長速度が速いことを特徴とする。例えば、有機金属気相成長（MOVPE：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法や分子線エピタキシー（MBE：Molecular Beam Epitaxy）法の典型的な成長速度が数μｍ／ｈであるのに対し、ＨＶＰＥ法の結晶成長速度は１０μｍ／ｈ以上から３００μｍ／ｈ以下である。
上述のように、ＡｌＮ層をＨＶＰＥ法で形成する場合、通常、ＡｌＣｌとＮＨ3が原料として用いられるが、ＡｌＣｌとＮＨ3は気相中で反応しやすい。このため、基板表面に達する前に反応し、基板上に十分な品質のＡｌＮ層を成長させることが難しい。
そこで、本発明者らは、鋭意研究の結果、ＨＶＰＥ法によりＡｌＮ層を成長させる際に原料ガスと同時にＨＣｌガスを流すことにより、このような問題を解決できることを見いだした。
しかしながら、原料ガスと同時にＨＣｌガスを流しさえすれば無条件で高品質のＡｌＮ層が得られるわけではない。流量が多過ぎると、ＡｌＮ層上にエピタキシャル成長する窒化物半導体層のＸ線ロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）が大きくなる、すなわち窒化物半導体層の結晶品質が悪くなる。このため、この窒化物半導体層を含むテンプレートを用いて形成される素子の歩留まりが低下する。また、基板上の外周部分に、窒化物半導体層が成長しない、いわゆる未成長領域が発生するという問題も生じる。
一方、原料ガスと同時に流すＨＣｌガスの流量を減らすと、上記の未成長領域の発生を防ぐことができるが、流量が少なすぎると、窒化物半導体層の上面の中央部にピットが生じる。この場合も、窒化物半導体層を含むテンプレートを用いて形成される素子の歩留まりが低下する。例えば、ＬＥＤ素子等の発光素子を形成する場合は、発光出力の低下、逆方向電圧や静電気放電（ＥＳＤ）の耐性の低下等の不良の原因となる。また初期不良が生じなくても、信頼性が低下する可能性が非常に大きくなる。このため、窒化物半導体層１３の表面のピットの抑制も重要である。
本実施の形態の窒化物半導体テンプレート１０ａのＡｌＮ層１２ａと、窒化物半導体テンプレート１０ｂのＡｌＮ層１２ｂは、原料ガスと同時にＨＣｌガスを流すＨＶＰＥ法により形成されるが、ＨＣｌガスの流量は、成長前期に多く、成長後期に少なくなるように制御される。これは、ＡｌＮ層１２ａ及び１２ｂの成長前期においてＨＣｌガスの流量を多くすることによって窒化物半導体層１３の表面におけるピットの発生を抑え、成長後期においてＨＣｌガスの流量を少なくすることによって窒化物半導体層１３の結晶品質を向上させることができるためである。
その結果、ＨＣｌガスの流量が多いほど多くのＣｌがＡｌＮ層に取り込まれるため、第１のＡｌＮ膜１２１と第１のＡｌＮ膜１２１よりもＣｌの濃度が低い第２のＡｌＮ膜１２２を含むＡｌＮ層１２ａ、又は、基板１１側から窒化物半導体層１３側に向かってＣｌの濃度が低下するＡｌＮ層１２ｂが形成される。
具体的には、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）分析で、ＡｌＮ層１２ａの第１のＡｌＮ膜１２１のＣｌ濃度は１×１０16〜１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であり、第２のＡｌＮ膜１２２のＣｌ濃度は１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることが好ましく、また、ＡｌＮ層１２ｂの基板１１側の領域のＣｌ濃度は１×１０16〜１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であり、ＡｌＮ層１２ｂの窒化物半導体層１３側の領域のＣｌ濃度は１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることが好ましい。
なお、基板１１としてＰＳＳ基板を用いる場合は、表面に凹凸のない通常の基板を用いる場合と比較して窒化物半導体層１３にピットが生じやすいため、表面に凹凸のない通常の基板を用いる場合よりも、ＡｌＮ層１２ａの第１のＡｌＮ膜１２１、及びＡｌＮ層１２ｂの基板１１側の領域のＣｌ濃度が高いことが好ましい。すなわち、表面に凹凸のない通常の基板を用いる場合よりも、ＡｌＮ層１２ａ及び１２ｂの成長前期のＨＣｌガスの流量を多くすることが好ましい。
また、ＡｌＮ層１２ａの第２のＡｌＮ膜１２２、及びＡｌＮ層１２ｂの窒化物半導体層１３側の領域のＣｌ濃度は、ゼロよりも大きい。Ｃｌ濃度がゼロであることは、これらの領域がＨＣｌガスを流さない状態で形成されていることを意味するが、ＨＣｌガスを流さない場合、上述のように、ＡｌＣｌとＮＨ3が基板１１の表面に到達する前に反応し、十分な品質のＡｌＮ層１２ａ及び１２ｂを形成することができない。また、ＨＶＰＥ装置の原料ガスの出口においてＡｌＣｌとＮＨ3の反応物が堆積し、窒化物半導体層１３の成長を妨げ、特性を悪化させる場合がある。この場合、特に、窒化物半導体層１３の膜厚の均一性が損なわれる。
ＡｌＮ層１２ａ及び１２ｂの厚さは、１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であることがより好ましい。厚さが１０ｎｍに満たないと、窒化物半導体層１３の表面におけるピットの発生を十分に抑えられない場合がある。また、厚さが５００ｎｍを超えると、窒化物半導体層１３の結晶品質が低下するおそれがあり、また、成長時間が増えるために製造コストが大きくなるという問題がある。
なお、本実施の形態に係る窒化物半導体テンプレートのＡｌＮ層の構成は、ＡｌＮ層１２ａ及び１２ｂの構成に限られない。例えば、ＡｌＮ層１２ａの第１のＡｌＮ膜１２１と第２のＡｌＮ膜１２２との間に、それらの中間のＣｌ濃度を有する他のＡｌＮ膜が形成されてもよく、また、第１のＡｌＮ膜１２１と第２のＡｌＮ膜１２２との間に、第１のＡｌＮ膜１２１側から第２のＡｌＮ膜１２２側に向かってＣｌの濃度が徐々にまたはステップ状に低下するＡｌＮ膜が形成されてもよい。
窒化物半導体層１３は、組成式ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される窒化物半導体からなり、例えば、ＧａＮからなる。窒化物半導体層１３は、通常、ドーパントを含まない。
窒化物半導体層１３は、ＡｌＮ層１２ａ又は１２ｂ上に成長するため、高い結晶品質を有する。具体的には、窒化物半導体層１３の（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が３００ａｒｃｓｅｃ以下であり、かつ、（１０１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が４００ａｒｃｓｅｃ以下であることが好ましい。窒化物半導体層１３が、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅がこの範囲に収まる程度の結晶品質を有する場合、窒化物半導体テンプレート１０ａ又は１０ｂを用いて、特性のよい発光素子等の素子を形成することができる。
また、窒化物半導体層１３は、結晶成長速度の速いＨＶＰＥ法により形成されることが好ましく、３０μｍ／ｈ以上、３００μｍ／ｈ以下の成長速度で形成されることが好ましい。成長速度が３０μｍ／ｈに満たないと、結晶成長に時間が掛かり過ぎ、また、成長時間の長さに見合うだけの結晶品質の向上は見込めないためである。また、成長速度が３００μｍ／ｈを超えると、窒化物半導体層１３の膜厚等の状態の制御が困難になる場合がある。
例えば、窒化物半導体テンプレート１０ａ又は１０ｂを用いてＬＥＤ素子用のエピタキシャルウエハを形成する場合に、エピタキシャルウエハの各結晶層をＭＯＶＰＥ法で成長させると、典型的には６時間程度の時間が結晶成長に要される。この時間の半分程度は、窒化物半導体層１３を成長させるための時間であるため、窒化物半導体層１３の成長に結晶成長速度の速いＨＶＰＥ法を用いることにより、エピタキシャルウエハの製造時間を大幅に短縮することができ、また、それに伴って製造コストを劇的に低減することができる。
図２Ａ、図２Ｂは、第１の実施の形態に係る窒化物半導体テンプレートの変形例の垂直断面図である。
図２Ａ、図２Ｂに示される窒化物半導体テンプレート１０ｃ、１０ｄは、それぞれ窒化物半導体層１３上にｎ型の窒化物半導体層１４を有する点において、図１Ａ、図１Ｂに示される窒化物半導体テンプレート１０ａ、１０ｂと異なる。
窒化物半導体層１４は、組成式ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される窒化物半導体を母材として、ドナー、例えば、濃度８×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3のＳｉ、を含む。
窒化物半導体層１４は、通常、アンドープの窒化物半導体層１３を構成する窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる過程において、ドナーの原料ガス、例えば、Ｓｉの原料ガスであるジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）ガスを導入することにより形成される。すなわち、ドナーの原料ガスの導入前に成長したノンドープの窒化物半導体結晶が窒化物半導体層１３を構成し、ドナーの原料ガスの導入後に成長したｎ型の窒化物半導体結晶が窒化物半導体層１４を構成する。この場合、窒化物半導体層１３と窒化物半導体層１４の温度、圧力等の成長条件は同じであってもよい。
窒化物半導体層１４は、窒化物半導体層１３上に成長するため、窒化物半導体層１３と同等の高い結晶品質を有する。
窒化物半導体層１４を形成する場合、通常、窒化物半導体層１３の厚さと窒化物半導体層１４の厚さは、その合計が窒化物半導体層１４を形成しない場合の窒化物半導体層１３の厚さとほぼ等しくなるように設定される。すなわち、窒化物半導体テンプレート１０ｃ、１０ｄの窒化物半導体層１３の厚さと窒化物半導体層１４の厚さの合計は、窒化物半導体テンプレート１０ａ、１０ｂの厚さとほぼ等しい。
（ＨＶＰＥ装置の構成）
図３は、第１の実施の形態に係る半導体テンプレートを製造するためのＨＶＰＥ装置の垂直断面図である。ＨＶＰＥ装置１は、ＡｌＮ層１２ａ、１２ｂ、及び窒化物半導体層１３の原料ガスが生成される原料領域３ａと、設置された基板１１上にＡｌＮ層１２ａ、１２ｂ、及び窒化物半導体層１３が成長する成長領域３ｂを有する。
図３は、第１の実施の形態に係る半導体テンプレートを製造するためのＨＶＰＥ装置の垂直断面図である。ＨＶＰＥ装置１は、ＡｌＮ層１２ａ、１２ｂ、及び窒化物半導体層１３の原料ガスが生成される原料領域３ａと、設置された基板１１上にＡｌＮ層１２ａ、１２ｂ、及び窒化物半導体層１３が成長する成長領域３ｂを有する。
原料領域３ａと成長領域３ｂは、それぞれヒータ４ａとヒータ４ｂにより、例えば、約８５０℃と１１００℃にそれぞれ加熱される。因みに、原料領域３ａが原料ガス等の流れの上流に位置し、成長領域３ｂが下流に位置する。
また、ＨＶＰＥ装置１においては、原料領域３ａから成長領域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６０が設置されている。
Ｖ族ライン６２からは、窒素源であるＮＨ3ガスとともに、キャリアガスとして水素ガス、窒素ガス或いはこれらの混合ガスが供給される。
ＩＩＩ族ライン６３からは、ＨＣｌガスと共にキャリアガスとして水素ガス、窒素ガス或いはこれらの混合ガスが供給される。ＩＩＩ族ライン６３の途中には金属ガリウム（Ｇａ）を入れるタンク７があり、そのタンク７の中にＧａ融液７ａがある。ＩＩＩ族ライン６３にＨＣｌガスを流すことによって、金属Ｇａが反応してＧａＣｌガスが生成され、成長領域３ｂへと送り出される。
ＩＩＩ族ライン６４からは、ＨＣｌガスと共にキャリアガスとして水素ガス、窒素ガス或いはこれらの混合ガスが供給される。ＩＩＩ族ライン６４の途中には金属アルミニウム（Ａｌ）を入れるタンク８があり、そのタンク８の中に固体のＡｌペレット８ａがある。ＩＩＩ族ライン６４にＨＣｌガスを流すことによって、金属Ａｌが反応してＡｌＣｌ3ガスが生成され、成長領域３ｂへと送り出される。
ドーピングライン６１からは、アンドープＧａＮ層（ｕｎ−ＧａＮ層）等のドーパントを含まない結晶層を成長させる場合には、例えば、水素／窒素の混合ガスが導入され、ｎ型ＧａＮ層等のドーパントを含む結晶層を成長させる場合には、例えば、Ｓｉ源であるジクロロシランガス（水素希釈、１００ｐｐｍ）と、ＨＣｌガス、水素ガス、及び窒素ガスが導入される。例えば、窒化物半導体層１４を形成する場合、ジクロロシランガスを２０ｓｃｃｍと、ＨＣｌガスを１００ｓｃｃｍ導入する。また、結晶成長後にＨＶＰＥ装置１内に付着したＧａＮ系の付着物を除去するために行うベーキングの際には、ドーピングライン６１から、塩酸ガス、水素ガス、及び窒素ガスが導入される。
成長領域３ｂには３〜１００ｒ／ｍｉｎ程度の回転数で回転するトレー５が設置され、ガス供給ライン６０の出口６０ａと対向したトレー５の面５ａ（設置面）上に基板１１が設置される。出口６０ａから導入される各種の原料ガスが基板１１の表面上で反応することにより、ＡｌＮ層１２ａ、１２ｂ、及び窒化物半導体層１３が成長する。基板１１の後方に流れた原料ガス等は、最下流部からライン９を通り排気される。
ガス供給ライン６０の各々の配管、タンク７、８、トレーの回転軸５ｂは高純度石英製であり、トレー５はＳｉＣコートのカーボン製である。
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係る窒化物半導体テンプレートを用いて形成される素子の一例としての、発光素子についての形態である。なお、窒化物半導体テンプレートの構成等、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係る窒化物半導体テンプレートを用いて形成される素子の一例としての、発光素子についての形態である。なお、窒化物半導体テンプレートの構成等、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
（エピタキシャルウエハの構成）
図４Ａ、図４Ｂは、第２の実施の形態に係る、発光素子用のエピタキシャルウエハの垂直断面図である。
図４Ａ、図４Ｂは、第２の実施の形態に係る、発光素子用のエピタキシャルウエハの垂直断面図である。
エピタキシャルウエハ２０ａは、第１の実施の形態に係る窒化物半導体テンプレート１０ａを用いて形成されるウエハであり、エピタキシャルウエハ２０ｂは、第１の実施の形態に係る窒化物半導体テンプレート１０ｃを用いて形成されるウエハである。
エピタキシャルウエハ２０ａは、窒化物半導体テンプレート１０ａと、窒化物半導体テンプレート１０ａ上に形成されたｎ型ＧａＮ層２１と、ｎ型ＧａＮ層２１上に形成された、６ペアのＩｎＧａＮ／ＧａＮから構成される発光層としての多重量子井戸層２２と、多重量子井戸層２２上に形成されたｐ型ＡｌＧａＮ層２３と、ｐ型ＡｌＧａＮ層２３上に形成されたｐ型ＧａＮコンタクト層２４を有する。
エピタキシャルウエハ２０ｂは、窒化物半導体テンプレート１０ａの代わりに窒化物半導体テンプレート１０ｃを有する点で、エピタキシャルウエハ２０ａと異なる。
エピタキシャルウエハ２０ａ、２０ｂにおける基板１１は、例えば、サファイア基板である。また、多重量子井戸層２２の合計の厚さは、例えば、数１００ｎｍである。また、ｐ型ＡｌＧａＮ層２３の厚さは、例えば、２００〜５００ｎｍである。
エピタキシャルウエハ２０ａにおける窒化物半導体層１３は、例えば、厚さ１０〜１５μｍ程度の厚いＧａＮ層である。エピタキシャルウエハ２０ａにおける窒化物半導体層１３が厚いのは、結晶品質の改善等のためである。
また、エピタキシャルウエハ２０ｂにおける窒化物半導体層１３と窒化物半導体層１４は、例えば、それぞれアンドープのＧａＮ層とｎ型のＧａＮ層であり、窒化物半導体層１３の厚さと窒化物半導体層１４の厚さの合計は、１０〜１５μｍ程度である。
（発光素子の構成）
図５Ａ、図５Ｂは、第２の実施の形態に係る発光素子の垂直断面図である。
図５Ａ、図５Ｂは、第２の実施の形態に係る発光素子の垂直断面図である。
発光素子３０ａは、エピタキシャルウエハ２０ａを用いて形成されるＬＥＤ素子であり、発光素子３０ｂは、エピタキシャルウエハ２０ｂを用いて形成されるＬＥＤ素子である。
発光素子３０ａは、エピタキシャルウエハ２０ａと、エピタキシャルウエハ２０ａのｎ型ＧａＮ層２１の一部の露出した領域上に形成されたＴｉ／Ａｌ電極３３と、ｐ型ＧａＮコンタクト層２４上に形成されたＮｉ／Ａｕ半透明電極３１と、Ｎｉ／Ａｕ半透明電極３１上に形成された電極パッド３２と、を有する。
発光素子３０ｂは、エピタキシャルウエハ２０ｂと、エピタキシャルウエハ２０ｂの窒化物半導体層１４の一部の露出した領域上に形成されたＴｉ／Ａｌ電極３３と、ｐ型ＧａＮコンタクト層２４上に形成されたＮｉ／Ａｕ半透明電極３１と、Ｎｉ／Ａｕ半透明電極３１上に形成された電極パッド３２と、を有する。
ｎ型ＧａＮ層２１、多重量子井戸層２２、ｐ型ＡｌＧａＮ層２３は、高い結晶品質を有する窒化物半導体層１３又は窒化物半導体層１４上に成長するため、窒化物半導体層１３又は窒化物半導体層１４と同様に、高い結晶品質を有する。このため、発光素子３０ａ、３０ｂは、高輝度の光を発することができる。
発光素子３０ｂは、窒化物半導体層１４を有し、窒化物半導体層１４にＴｉ／Ａｌ電極３３が接続される点で発光素子３０ａと異なるが、発光素子３０ａとほぼ同じ特性を有する。
なお、上記のエピタキシャルウエハ２０ａ及び発光素子３０ａの窒化物半導体テンプレート１０ａの代わりに、窒化物半導体テンプレート１０ｂを用いてもよい。また、上記のエピタキシャルウエハ２０ｂ及び発光素子３０ｂの窒化物半導体テンプレート１０ｃの代わりに、窒化物半導体テンプレート１０ｄを用いてもよい。
（実施の形態の効果）
上記第１の実施の形態によれば、ＨＶＰＥ法により、ＨＣｌガスの流量を制御しながらＡｌＮ層１２ａ又は１２ｂを形成することにより、その上に高品質の窒化物半導体層１３を成長させ、高品質の窒化物半導体テンプレート１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、又は１０ｄを得ることができる。
上記第１の実施の形態によれば、ＨＶＰＥ法により、ＨＣｌガスの流量を制御しながらＡｌＮ層１２ａ又は１２ｂを形成することにより、その上に高品質の窒化物半導体層１３を成長させ、高品質の窒化物半導体テンプレート１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、又は１０ｄを得ることができる。
そして、上記第２の実施の形態によれば、その高品質の窒化物半導体テンプレート１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、又は１０ｄを用いることにより、高輝度かつ信頼性に優れた発光素子３０ａ、又は３０ｂを低コストで製造することができる。なお、窒化物半導体テンプレート１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、又は１０ｄを用いて、トランジスタ等の発光素子以外の素子を製造することもできる。
以下に、窒化物半導体テンプレート及び発光素子を上記実施の形態に基づいて製造し、評価した結果について述べる。以下の実施例において、窒化物半導体テンプレート、及び発光素子用のエピタキシャルウエハは、第１の実施の形態に係るＨＶＰＥ装置１を用いて形成される。
〔実施例１〕
（窒化物半導体テンプレートの製造）
本実施例においては、基板１１として、厚さが９００μｍ、直径が１００ｍｍ（４インチ）の、表面の平坦なサファイア基板を用いた。
（窒化物半導体テンプレートの製造）
本実施例においては、基板１１として、厚さが９００μｍ、直径が１００ｍｍ（４インチ）の、表面の平坦なサファイア基板を用いた。
まず、基板１１をＨＶＰＥ装置１のトレー５にセットした後、純窒素を流し炉内の大気を追い出す。次に、水素３ｓｌｍと窒素７ｓｌｍの混合ガス中にて、基板温度を１１００℃として、１０分間保持した。
次に、ＩＩＩ族（Ａｌ）ライン６４からＨＣｌガスを５０ｓｃｃｍ、水素ガスを２ｓｌｍ、窒素を１ｓｌｍ、Ｖ族ライン６２からＮＨ3ガスを５０ｓｃｃｍと水素ガスを１ｓｌｍ導入し、更にドーピングライン６１からはＨＣｌガスを４００ｓｃｃｍ、窒素ガスを２．６ｓｌｍ導入し、基板１１上にＡｌＮ結晶膜を２４秒間成長させて、第１のＡｌＮ膜１２１を形成した。
さらに、第１のＡｌＮ膜１２１上にＡｌＮ結晶膜を２４秒間成長させて、第２のＡｌＮ膜１２２を形成した。このとき、ドーピングライン６１から導入するＨＣｌガスの流量を２０ｓｃｃｍ、窒素ガスの流量を３ｓｌｍとした。その他のガスの流量は、第１のＡｌＮ膜１２１の条件と同じである。その結果、厚さ１０ｎｍの第１のＡｌＮ膜１２１と厚さ１０ｎｍの第２のＡｌＮ膜１２２が形成され、厚さ２０ｎｍのＡｌＮ層１２ａが得られた。
次に、ＩＩＩ族（Ｇａ）ライン６３からＨＣｌガスを１００ｓｃｃｍ、水素ガスを２ｓｌｍ、窒素ガスを１ｓｌｍ、Ｖ族ライン６２からＮＨ3ガスを２ｓｌｍと水素ガスを１ｓｌｍ導入し、ＡｌＮ層１２ａ上にアンドープのＧａＮ結晶膜を６０μｍ／ｈ（１μｍ／ｍｉｎ）の成長速度で５分間成長させ、窒化物半導体層１３としての厚さ５μｍのアンドープＧａＮ層を形成した。ここまでの工程を経て、窒化物半導体テンプレート１０ａが得られた。
次に、ＮＨ3ガスを２ｓｌｍと窒素ガスを８ｓｌｍ流しつつ、基板温度を室温付近まで下げた。その後、数１０分間窒素パージを行い、ＨＶＰＥ装置１の炉内を窒素雰囲気としてから、窒化物半導体テンプレート１０ａをＨＶＰＥ装置１から取り出した。
本実施例において、上記のＡｌＮ層１２ａと窒化物半導体層１３の結晶成長は、全て常圧（１気圧）下にて実施した。
（窒化物半導体テンプレートの評価）
上記の工程により得られた窒化物半導体テンプレート１０ａを表面検査装置により検査した。ここで、窒化物半導体テンプレート１０ａの幅１ｍｍの外周部を除いたエリアを検査範囲とした。検査の結果、１μｍ以上の大きさのピットはゼロであった。また光学顕微鏡で表面を観察しても、ピットは確認されなかった。
上記の工程により得られた窒化物半導体テンプレート１０ａを表面検査装置により検査した。ここで、窒化物半導体テンプレート１０ａの幅１ｍｍの外周部を除いたエリアを検査範囲とした。検査の結果、１μｍ以上の大きさのピットはゼロであった。また光学顕微鏡で表面を観察しても、ピットは確認されなかった。
次に、窒化物半導体テンプレート１０ａの窒化物半導体層１３の結晶品質を評価するため、窒化物半導体層１３の（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、２２０ａｒｃｓｅｃであった。また、（１０１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、２９１ａｒｃｓｅｃであった。
さらに、上記の評価を他の９枚の窒化物半導体テンプレート１０ａについて実施した。その結果、合計１０枚の窒化物半導体テンプレート１０ａのうち、２枚に１〜３個のピットが確認され、残りの８枚にはピットは確認されなかった。また、１０枚の窒化物半導体テンプレート１０ａのＸ線ロッキングカーブの半値幅のばらつきは±１０ａｒｃｓｅｃ以内であった。
図６は、ＳＩＭＳ分析により得られた、本実施例の窒化物半導体テンプレート１０ａのＣｌ濃度を示すグラフである。図６の横軸は、窒化物半導体テンプレート１０ａの表面から約５μｍの位置を基準（０ｎｍ）としており、３０ｎｍよりも深い領域はサファイア基板である基板１１の領域、深さ２０〜３０ｎｍの領域は第１のＡｌＮ膜１２１の領域、深さ１０〜２０ｎｍの領域は第２のＡｌＮ膜１２２の領域である。
図６に示されるように、第１のＡｌＮ膜１２１の領域のＣｌ濃度は、第２のＡｌＮ膜１２２のＣｌ濃度よりも低い。
（発光素子の製造）
次に、得られた窒化物半導体テンプレート１０ａ上に、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＮ層２１、多重量子井戸層２２、ｐ型ＡｌＧａＮ層２３、及びｐ型ＧａＮコンタクト層２４を成長させ、エピタキシャルウエハ２０ａを形成した。その後、成長炉の温度を室温付近に下げ、エピタキシャルウエハ２０ａをＭＯＶＰＥ装置から取出した。
次に、得られた窒化物半導体テンプレート１０ａ上に、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＮ層２１、多重量子井戸層２２、ｐ型ＡｌＧａＮ層２３、及びｐ型ＧａＮコンタクト層２４を成長させ、エピタキシャルウエハ２０ａを形成した。その後、成長炉の温度を室温付近に下げ、エピタキシャルウエハ２０ａをＭＯＶＰＥ装置から取出した。
次に、得られたエピタキシャルウエハ２０ａの表面をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により部分的に除去し、ｎ型ＧａＮ層２１の一部を露出させて、この露出部分上にＴｉ／Ａｌ電極３３を形成した。さらに、p型ＧａＮコンタクト層２４上にＮｉ／Ａｕ半透明電極３１及び電極パッド３２を形成して、発光素子３０ａとしての青色ＬＥＤを製造した。
（発光素子の評価）
得られた発光素子３０ａに２０ｍＡの電流を流して発光特性を評価したところ、発光ピーク波長は約４５０ｎｍであり、順方向電圧は３．２５Ｖ、発光出力は３０ｍＷを達成した。また、室温下で５０ｍＡの電流を１０００時間流す通電試験により、発光素子３０ａの信頼性を評価したところ、相対出力は９８％であり十分に高い信頼性を有していることが確認された。ここで、相対出力とは、１０００時間通電後の発光出力を試験開始時の発光出力で除した値に１００を乗じた値である。
得られた発光素子３０ａに２０ｍＡの電流を流して発光特性を評価したところ、発光ピーク波長は約４５０ｎｍであり、順方向電圧は３．２５Ｖ、発光出力は３０ｍＷを達成した。また、室温下で５０ｍＡの電流を１０００時間流す通電試験により、発光素子３０ａの信頼性を評価したところ、相対出力は９８％であり十分に高い信頼性を有していることが確認された。ここで、相対出力とは、１０００時間通電後の発光出力を試験開始時の発光出力で除した値に１００を乗じた値である。
なお、本実施例において、窒化物半導体層１３の成長速度を３００μｍ／ｈまで上げた場合であっても、同等の品質の窒化物半導体テンプレート１０ａ、及び発光素子３０ａが得られることを確かめた。
〔実施例２〕
（窒化物半導体テンプレートの製造）
本実施例では、窒化物半導体テンプレート１０ｂを形成した。ここで、ＡｌＮ層以外の層の形成条件は実施例１の窒化物半導体テンプレート１０ａと同じであるので、具体的な説明を省略する。
（窒化物半導体テンプレートの製造）
本実施例では、窒化物半導体テンプレート１０ｂを形成した。ここで、ＡｌＮ層以外の層の形成条件は実施例１の窒化物半導体テンプレート１０ａと同じであるので、具体的な説明を省略する。
まず、基板１１をＨＶＰＥ装置１のトレー５にセットした後、純窒素を流し炉内の大気を追い出す。次に、水素３ｓｌｍと窒素７ｓｌｍの混合ガス中にて、基板温度を１１００℃として、１０分間保持した。
次に、ＩＩＩ族（Ａｌ）ライン６４からＨＣｌガスを５０ｓｃｃｍ、水素ガスを２ｓｌｍ、窒素を１ｓｌｍ、Ｖ族ライン６２からＮＨ3ガスを５０ｓｃｃｍと水素ガスを１ｓｌｍ導入し、更にドーピングライン６１からはＨＣｌガスを４００ｓｃｃｍ、窒素ガスを２．６ｓｌｍ導入し、基板１１上にＡｌＮ結晶膜の成長を開始した。
そして、ドーピングライン６１からのＨＣｌガスの流量を４００ｓｃｃｍ（開始時流量）から２０ｓｃｃｍ（終了時流量）まで徐々に低減させつつＡｌＮ結晶膜の成長を続け、厚さ１０ｎｍのＡｌＮ層１２ｂを形成した。
その後、ＡｌＮ層１２ｂ上に窒化物半導体層１３を形成し、窒化物半導体テンプレート１０ｂを得た。
（窒化物半導体テンプレートの評価）
上記の工程により得られた窒化物半導体テンプレート１０ｂの表面を、実施例１と同様の方法により検査した。検査の結果、１μｍ以上の大きさのピットはゼロであった。また光学顕微鏡で表面を観察しても、ピットは確認されなかった。
上記の工程により得られた窒化物半導体テンプレート１０ｂの表面を、実施例１と同様の方法により検査した。検査の結果、１μｍ以上の大きさのピットはゼロであった。また光学顕微鏡で表面を観察しても、ピットは確認されなかった。
次に、窒化物半導体テンプレート１０ｂの窒化物半導体層１３の結晶品質を評価するため、窒化物半導体層１３の（０００４）面及び（１０１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、実施例１の窒化物半導体テンプレート１０ａと同等の半値幅が得られた。
（発光素子の製造）
次に、得られた窒化物半導体テンプレート１０ｂを用いて、実施例１と同様の工程により、発光素子３０ａを製造した。なお、窒化物半導体テンプレート１０ｂ上の結晶成長は、実施例１の窒化物半導体テンプレート１０ａ上の結晶成長と同時に行った。
次に、得られた窒化物半導体テンプレート１０ｂを用いて、実施例１と同様の工程により、発光素子３０ａを製造した。なお、窒化物半導体テンプレート１０ｂ上の結晶成長は、実施例１の窒化物半導体テンプレート１０ａ上の結晶成長と同時に行った。
（発光素子の評価）
得られた発光素子３０ａに対して、実施例１と同様の発光特性の評価及び信頼性の評価を実施したところ、実施例１と同等の優れた結果が得られた。
得られた発光素子３０ａに対して、実施例１と同様の発光特性の評価及び信頼性の評価を実施したところ、実施例１と同等の優れた結果が得られた。
〔実施例３〕
（窒化物半導体テンプレートの製造）
本実施例では、実施例１の第２のＡｌＮ膜１２２の厚さを変えて窒化物半導体テンプレート１０ａを形成した。ここで、第２のＡｌＮ膜１２２の厚さ以外の条件は実施例１の窒化物半導体テンプレート１０ａと同じであるので、具体的な説明を省略する。
（窒化物半導体テンプレートの製造）
本実施例では、実施例１の第２のＡｌＮ膜１２２の厚さを変えて窒化物半導体テンプレート１０ａを形成した。ここで、第２のＡｌＮ膜１２２の厚さ以外の条件は実施例１の窒化物半導体テンプレート１０ａと同じであるので、具体的な説明を省略する。
第２のＡｌＮ膜１２２の成長時に導入される各種ガスの流量は、実施例１と同じであり、成長時間を変更することにより、厚さの異なる第２のＡｌＮ膜１２２を形成した。そして、第２のＡｌＮ膜１２２の厚さがそれぞれ３００ｎｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍである３種の窒化物半導体テンプレート１０ａを形成した。
（窒化物半導体テンプレートの評価）
第２のＡｌＮ膜１２２の厚さが３００ｎｍである窒化物半導体テンプレート１０ａに対して、窒化物半導体層１３の（１０１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、実施例１よりも１５ａｒｃｓｅｃほど大きい半値幅が得られた。
第２のＡｌＮ膜１２２の厚さが３００ｎｍである窒化物半導体テンプレート１０ａに対して、窒化物半導体層１３の（１０１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、実施例１よりも１５ａｒｃｓｅｃほど大きい半値幅が得られた。
また、第２のＡｌＮ膜１２２の厚さが５００ｎｍである窒化物半導体テンプレート１０ａに対して、窒化物半導体層１３の（１０１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、実施例１よりも２０ａｒｃｓｅｃほど大きい半値幅が得られた。
また、第２のＡｌＮ膜１２２の厚さが７００ｎｍである窒化物半導体テンプレート１０ａに対して、窒化物半導体層１３の（１０１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、実施例１よりも６０ａｒｃｓｅｃほど大きい半値幅が得られた。
（発光素子の製造）
次に、３種の窒化物半導体テンプレート１０ａを用いて、実施例１と同様の工程により、発光素子３０ａを製造した。
次に、３種の窒化物半導体テンプレート１０ａを用いて、実施例１と同様の工程により、発光素子３０ａを製造した。
（発光素子の評価）
得られた発光素子３０ａに対して、実施例１と同様の発光特性の評価及び信頼性の評価を実施したところ、第２のＡｌＮ膜１２２の厚さが３００ｎｍである窒化物半導体テンプレート１０ａから形成された発光素子３０ａ、及び第２のＡｌＮ膜１２２の厚さが５００ｎｍである窒化物半導体テンプレート１０ａから形成された発光素子３０ａについては、実施例１と同等の優れた結果が得られた。
得られた発光素子３０ａに対して、実施例１と同様の発光特性の評価及び信頼性の評価を実施したところ、第２のＡｌＮ膜１２２の厚さが３００ｎｍである窒化物半導体テンプレート１０ａから形成された発光素子３０ａ、及び第２のＡｌＮ膜１２２の厚さが５００ｎｍである窒化物半導体テンプレート１０ａから形成された発光素子３０ａについては、実施例１と同等の優れた結果が得られた。
一方、第２のＡｌＮ膜１２２の厚さが７００ｎｍである窒化物半導体テンプレート１０ａから形成された発光素子３０ａについては、実施例１の発光素子３０ａよりも特性が低下するという結果が得られた。
〔実施例４〕
（窒化物半導体テンプレートの製造）
本実施例では、実施例１の第２のＡｌＮ膜１２２の成長時にドーピングライン６１から導入されるＨＣｌガスの流量を変えて、窒化物半導体テンプレート１０ａを形成した。ここで、第２のＡｌＮ膜１２２以外の層の形成条件、及び第２のＡｌＮ膜１２２の成長時に導入される、ドーピングライン６１からのＨＣｌガス以外のガスの流量は実施例１と同じであるので、具体的な説明を省略する。
（窒化物半導体テンプレートの製造）
本実施例では、実施例１の第２のＡｌＮ膜１２２の成長時にドーピングライン６１から導入されるＨＣｌガスの流量を変えて、窒化物半導体テンプレート１０ａを形成した。ここで、第２のＡｌＮ膜１２２以外の層の形成条件、及び第２のＡｌＮ膜１２２の成長時に導入される、ドーピングライン６１からのＨＣｌガス以外のガスの流量は実施例１と同じであるので、具体的な説明を省略する。
本実施例では、第２のＡｌＮ膜１２２の成長時にドーピングライン６１から導入されるＨＣｌガスの流量が異なる７種の窒化物半導体テンプレート１０ａを製造した。７種の窒化物半導体テンプレート１０ａの第２のＡｌＮ膜１２２の成長時のドーピングライン６１からのＨＣｌガスの流量は、それぞれ、５０ｓｃｃｍ、７５ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍ、３００ｓｃｃｍ、４００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍである。
（窒化物半導体テンプレートの評価）
上記の工程により得られた７種の窒化物半導体テンプレート１０ａの窒化物半導体層１３の（０００４）面及び（１０１２）のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定した。
上記の工程により得られた７種の窒化物半導体テンプレート１０ａの窒化物半導体層１３の（０００４）面及び（１０１２）のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定した。
以下の表１、及び図７、８にそれらの評価結果を示す。図７は、第２のＡｌＮ膜１２２の成長時にドーピングライン６１から導入されるＨＣｌガスの流量と、窒化物半導体層１３の（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅との関係を表すグラフである。図８は、第２のＡｌＮ膜１２２の成長時にドーピングライン６１から導入されるＨＣｌガスの流量と、窒化物半導体層１３の（１０１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅との関係を表すグラフである。
なお、表１、及び図７、８中の、第２のＡｌＮ膜１２２の成長時にドーピングライン６１から導入されるＨＣｌガスの流量が２０ｓｃｃｍであるときの値は、実施例１の窒化物半導体テンプレート１０ａのものである。
表１、図７、８に示されるように、第２のＡｌＮ膜１２２の成長時にドーピングライン６１から導入されるＨＣｌガスの流量を増やし、第１のＡｌＮ膜１２１の成長時にドーピングライン６１から導入されるＨＣｌガスの流量である４００ｓｃｃｍに近づけていくと、半値幅が増加する、すなわち窒化物半導体層１３の結晶品質が低下する。
〔比較例〕
（窒化物半導体テンプレートの製造）
比較例として、図９に示される窒化物半導体テンプレート５０を製造した。窒化物半導体テンプレート５０のＡｌＮ層５１は、実施例１のＡｌＮ層１２ａと同じ２０ｎｍである。ここで、ＡｌＮ層以外の層の形成条件は実施例１の窒化物半導体テンプレート１０ａと同じであるので、具体的な説明を省略する。
（窒化物半導体テンプレートの製造）
比較例として、図９に示される窒化物半導体テンプレート５０を製造した。窒化物半導体テンプレート５０のＡｌＮ層５１は、実施例１のＡｌＮ層１２ａと同じ２０ｎｍである。ここで、ＡｌＮ層以外の層の形成条件は実施例１の窒化物半導体テンプレート１０ａと同じであるので、具体的な説明を省略する。
本比較例では、ＡｌＮ層５１の成長時にドーピングライン６１から導入されるＨＣｌガスの流量が異なる８種の窒化物半導体テンプレート５０を製造した。なお、その他のガスの流量は実施例１の第１のＡｌＮ膜１２１と同様である。８種の窒化物半導体テンプレート５０のＡｌＮ層５１の成長時のドーピングライン６１からのＨＣｌガスの流量は、それぞれ、２０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、７５ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍ、３００ｓｃｃｍ、４００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍである。
（窒化物半導体テンプレートの評価）
上記の工程により得られた８種の窒化物半導体テンプレート５０の表面を、実施例１と同様の方法により検査した。また、窒化物半導体層１３の（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定した。以下の表２、及び図１０にそれらの評価結果を示す。図１０は、第２のＡｌＮ膜１２２の成長時にドーピングライン６１から導入されるＨＣｌガスの流量と、窒化物半導体層１３の（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅との関係、及び窒化物半導体層１３の表面のピット数との関係を表すグラフである。
上記の工程により得られた８種の窒化物半導体テンプレート５０の表面を、実施例１と同様の方法により検査した。また、窒化物半導体層１３の（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定した。以下の表２、及び図１０にそれらの評価結果を示す。図１０は、第２のＡｌＮ膜１２２の成長時にドーピングライン６１から導入されるＨＣｌガスの流量と、窒化物半導体層１３の（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅との関係、及び窒化物半導体層１３の表面のピット数との関係を表すグラフである。
表２、図１０に示されるように、ＡｌＮ層５１の成長時のドーピングライン６１からのＨＣｌガスの流量が２００ｓｃｃｍ以下であるときは、表面欠陥であるピットが窒化物半導体層１３の表面に多数発生し、窒化物半導体テンプレートとして使用できない状態であった。
ＡｌＮ層５１の成長時のドーピングライン６１からのＨＣｌガスの流量が４００ｓｃｃｍ以上であるときは、ピット数をゼロにすることができたが、窒化物半導体テンプレート５０の外周部に窒化物半導体層１３の未成長領域が発生した。
ＡｌＮ層５１の成長時のドーピングライン６１からのＨＣｌガスの流量が３００ｓｃｃｍであるときは、窒化物半導体層１３の未成長領域を無くすことはできたが、ピットが存在し、また、（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅も４５１ａｒｃｓｅｃと大きく、高品質の窒化物半導体層１３を得ることができなかった。
（発光素子の製造）
次に、８種の窒化物半導体テンプレート５０を用いて、実施例１と同様の工程により、発光素子を製造した。なお、窒化物半導体テンプレート５０上の結晶成長は、実施例１の窒化物半導体テンプレート１０ａ上の結晶成長と同時に行った。
次に、８種の窒化物半導体テンプレート５０を用いて、実施例１と同様の工程により、発光素子を製造した。なお、窒化物半導体テンプレート５０上の結晶成長は、実施例１の窒化物半導体テンプレート１０ａ上の結晶成長と同時に行った。
（発光素子の評価）
得られた発光素子に対して、実施例１と同様の発光特性の評価及び信頼性の評価を実施したところ、いずれの発光素子についても、良好な結果は得られなかった。
得られた発光素子に対して、実施例１と同様の発光特性の評価及び信頼性の評価を実施したところ、いずれの発光素子についても、良好な結果は得られなかった。
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明は、上記実施の形態及び実施例に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
また、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
ＡｌＮ層及びその上に形成される窒化物半導体層が十分な品質を有する窒化物半導体テンプレートを提供する。
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 窒化物半導体テンプレート
１１ 基板
１２ａ、１２ｂ ＡｌＮ層
１２１ 第１のＡｌＮ膜
１２２ 第２のＡｌＮ膜
１３、１４ 窒化物半導体層
３０ａ、３０ｂ 発光素子
１１ 基板
１２ａ、１２ｂ ＡｌＮ層
１２１ 第１のＡｌＮ膜
１２２ 第２のＡｌＮ膜
１３、１４ 窒化物半導体層
３０ａ、３０ｂ 発光素子
［４］前記窒化物半導体層の（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が３００ａｒｃｓｅｃ以下であり、かつ、（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が４００ａｒｃｓｅｃ以下である、前記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレート。
窒化物半導体層１３は、ＡｌＮ層１２ａ又は１２ｂ上に成長するため、高い結晶品質を有する。具体的には、窒化物半導体層１３の（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が３００ａｒｃｓｅｃ以下であり、かつ、（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が４００ａｒｃｓｅｃ以下であることが好ましい。窒化物半導体層１３が、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅がこの範囲に収まる程度の結晶品質を有する場合、窒化物半導体テンプレート１０ａ又は１０ｂを用いて、特性のよい発光素子等の素子を形成することができる。
次に、窒化物半導体テンプレート１０ａの窒化物半導体層１３の結晶品質を評価するため、窒化物半導体層１３の（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、２２０ａｒｃｓｅｃであった。また、（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、２９１ａｒｃｓｅｃであった。
次に、窒化物半導体テンプレート１０ｂの窒化物半導体層１３の結晶品質を評価するため、窒化物半導体層１３の（０００４）面及び（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、実施例１の窒化物半導体テンプレート１０ａと同等の半値幅が得られた。
（窒化物半導体テンプレートの評価）
第２のＡｌＮ膜１２２の厚さが３００ｎｍである窒化物半導体テンプレート１０ａに対して、窒化物半導体層１３の（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、実施例１よりも１５ａｒｃｓｅｃほど大きい半値幅が得られた。
第２のＡｌＮ膜１２２の厚さが３００ｎｍである窒化物半導体テンプレート１０ａに対して、窒化物半導体層１３の（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、実施例１よりも１５ａｒｃｓｅｃほど大きい半値幅が得られた。
また、第２のＡｌＮ膜１２２の厚さが５００ｎｍである窒化物半導体テンプレート１０ａに対して、窒化物半導体層１３の（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、実施例１よりも２０ａｒｃｓｅｃほど大きい半値幅が得られた。
また、第２のＡｌＮ膜１２２の厚さが７００ｎｍである窒化物半導体テンプレート１０ａに対して、窒化物半導体層１３の（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、実施例１よりも６０ａｒｃｓｅｃほど大きい半値幅が得られた。
（窒化物半導体テンプレートの評価）
上記の工程により得られた７種の窒化物半導体テンプレート１０ａの窒化物半導体層１３の（０００４）面及び（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定した。
上記の工程により得られた７種の窒化物半導体テンプレート１０ａの窒化物半導体層１３の（０００４）面及び（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定した。
以下の表１、及び図７、８にそれらの評価結果を示す。図７は、第２のＡｌＮ膜１２２の成長時にドーピングライン６１から導入されるＨＣｌガスの流量と、窒化物半導体層１３の（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅との関係を表すグラフである。図８は、第２のＡｌＮ膜１２２の成長時にドーピングライン６１から導入されるＨＣｌガスの流量と、窒化物半導体層１３の（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅との関係を表すグラフである。
Claims (9)
- 基板と、
前記基板上に形成されたＣｌを含むＡｌＮ層と、
前記ＡｌＮ層上に形成された窒化物半導体層と、
を有し、
前記ＡｌＮ層において、前記基板側の領域の前記Ｃｌの濃度が、前記窒化物半導体層側の領域の前記Ｃｌの濃度よりも高い、窒化物半導体テンプレート。 - 前記ＡｌＮ層は、第１のＡｌＮ膜と、前記第１のＡｌＮ膜よりも前記Ｃｌの濃度が低い、前記第１のＡｌＮ膜上の第２のＡｌＮ膜を含む、
請求項１に記載の窒化物半導体テンプレート。 - 前記ＡｌＮ層は、前記基板側から前記窒化物半導体層側に向かって前記Ｃｌの濃度が低下する層を含む、
請求項１に記載の窒化物半導体テンプレート。 - 前記窒化物半導体層の（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が３００ａｒｃｓｅｃ以下であり、かつ、（１０１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が４００ａｒｃｓｅｃ以下である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレート。 - 前記ＡｌＮ層の厚さが１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレート。 - 前記基板がサファイア基板である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレート。 - 前記基板が、表面に複数の凸部が形成されたＰＳＳ基板である、
請求項６に記載の窒化物半導体テンプレート。 - 前記窒化物半導体層がＧａＮ層である、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレート。 - 請求項１〜８のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレートと、
前記窒化物半導体テンプレート上に形成された発光層と、
を有する、発光素子。
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