WO2016017506A1 - 窒化物半導体ウエハおよびその製造方法 - Google Patents

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semiconductor layer
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藤倉　序章
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住友化学株式会社
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    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Definitions

  • the present invention relates to a nitride semiconductor wafer and a method for manufacturing the same.
  • Nitride semiconductors such as GaN, AlGaN, and GaInN are attracting attention as light emitting element materials capable of emitting red to ultraviolet light.
  • a nitride semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED) made of such a nitride semiconductor (hereinafter also simply referred to as “light emitting device”) is manufactured by subjecting a nitride semiconductor wafer to device processing.
  • a nitride semiconductor wafer is formed, for example, by sequentially growing a nitride semiconductor layer (for example, an n-type GaN layer) and a light emitting unit (for example, a light emitting layer) on a substrate (for example, Patent Document 1). See).
  • a nitride semiconductor wafer is manufactured using a method of manufacturing from scratch using a substrate and a so-called nitride semiconductor template (hereinafter also simply referred to as “template”) in which a nitride semiconductor layer is grown on the substrate.
  • template a so-called nitride semiconductor template
  • a manufacturing method for example, a nitride semiconductor wafer can be obtained by purchasing a template and growing a light emitting portion on the nitride semiconductor layer of the template. Therefore, the number of steps can be simplified.
  • the light emission efficiency of the light emitting element corresponds to the crystallinity of the light emitting portion, and the higher the crystallinity, the higher the light emission efficiency.
  • the crystallinity of the light emitting part generally depends on the crystallinity of the template nitride semiconductor layer on which the light emitting part is grown. In other words, when the crystallinity of the nitride semiconductor layer is low, the crystallinity of the light emitting portion grown thereon may be lowered. Therefore, high crystallinity is required for the nitride semiconductor layer of the template in order to obtain a light emitting device having excellent light emitting characteristics.
  • the nitride semiconductor layer is generally grown thick in the template.
  • the nitride semiconductor layer has a thickness of about 10 ⁇ m, for example.
  • Examples of the growth method for growing the nitride semiconductor layer include a metal organic vapor phase epitaxy method (MOVPE method) and a hydride vapor phase epitaxy method (HVPE method).
  • MOVPE method metal organic vapor phase epitaxy method
  • HVPE method hydride vapor phase epitaxy method
  • the MOVPE method since the growth rate is as low as several ⁇ m / hr, in order to grow a nitride semiconductor layer that is generally formed thick, the growth time is long and the manufacturing cost may be high.
  • the HVPE method is generally used, which has a higher growth rate than the MOVPE method and has a growth rate of 10 ⁇ m / hr or more or 100 ⁇ m / hr or more.
  • a light emitting portion having excellent crystallinity is formed by growing the light emitting portion again (that is, regrowth) on a template formed by, for example, the HVPE method.
  • the light emitting portion for example, an n-type semiconductor layer made of a nitride semiconductor, a light emitting layer having a multiple quantum well structure, and a p-type semiconductor layer are sequentially formed from the template side.
  • the light emitting layer having a multiple quantum well structure has a stacked structure in which barrier layers and well layers are alternately grown.
  • the well layer closest to the p-type semiconductor layer that is, the well layer located at the top of the stacked structure (hereinafter also referred to as the top well layer) emits the strongest light.
  • the uppermost well layer greatly contributes to the light emission characteristics of the light emitting element.
  • the uppermost well layer in the light emitting layer is formed above the template nitride semiconductor layer via an n-type semiconductor layer, a plurality of barrier layers, and a well layer. That is, the uppermost well layer is located a predetermined distance t away from the growth surface of the nitride semiconductor layer.
  • the distance t corresponds to the thickness of the growth film (that is, the growth film thickness) from the growth surface of the template (hereinafter also referred to as the regrowth interface) on which the light emitting portion is regrown to the uppermost well layer of the light emitting layer.
  • the distance t is about 2 ⁇ m or more from the viewpoint of obtaining predetermined light emission characteristics.
  • nitride semiconductor wafers have been further improved in productivity and reduced in cost. Therefore, there is a demand for reducing the distance t in the nitride semiconductor wafer to make it thinner.
  • the reduction of the growth film thickness for example, it is conceivable to reduce the thickness of the n-type semiconductor layer located below the uppermost well layer of the light emitting layer.
  • the distance t from the regrowth interface of the template to the uppermost well layer of the light emitting layer is about 1 ⁇ m or less, the light emitting characteristics of the manufactured light emitting element cannot be obtained sufficiently.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object the nitride semiconductor wafer capable of obtaining a light-emitting element having a thin growth film thickness, excellent productivity, and sufficient light-emitting characteristics, and a method for manufacturing the same. Is to provide.
  • the present inventors have examined this point, and in the nitride semiconductor wafer, oxygen, which is an impurity, is inevitably mixed into the light emitting portion during the production thereof, so that sufficient light emission characteristics can be obtained. Not confirmed.
  • a light emitting portion for example, a multiple quantum well structure is formed on the template by the MOVPE method. Re-grow the light emitting layer. Specifically, first, a template is formed by growing a nitride semiconductor layer on a substrate in an HVPE apparatus. Thereafter, the formed template is unloaded from the HVPE apparatus and loaded into the MOVPE apparatus. Then, a nitride semiconductor wafer is manufactured by re-growing (that is, re-growing) a light emitting portion or the like on the template in the MOVPE apparatus.
  • the nitride semiconductor layer and the light emitting portion are grown by different growth methods instead of continuous growth (that is, continuous growth) by the same growth method.
  • the regrowth indicates that the light emitting portion is regrowth again after the growth of the nitride semiconductor layer, and is not limited to the case of growing by a different growth method as described above. In some cases, the light emitting part is grown again on the stored template.
  • the template In the manufacture of a nitride semiconductor wafer using a template, since it is not continuous growth, the template is moved from the HVPE apparatus to the MOVPE apparatus. During this movement, the template is exposed to the atmosphere and oxidized, and an oxide film is formed on the growth surface (that is, the regrowth interface) of the nitride semiconductor layer. Due to the formation of the oxide film, the regrowth interface of the template is in a high oxygen concentration state.
  • the light emitting portion When the light emitting portion is regrown on the template on which the oxide film is formed, the light emitting portion is regrown on the nitride semiconductor layer via the oxide film.
  • oxygen for example, oxygen atoms
  • a growth film is gradually regrown in an environment heated to about 600 ° C. to 1000 ° C., and the film thickness is increased, so that a light emitting part (for example, an n-type semiconductor layer or A light emitting layer having a multiple quantum well structure) is formed.
  • the oxide film is also heated, so that oxygen contained in the oxide film is activated.
  • the activated oxygen is mixed into the light emitting part by gradually diffusing from the oxide film to the regrown n-type semiconductor layer, the light emitting layer having a multiple quantum well structure, and the like.
  • the light emission characteristics tend to be lowered.
  • oxygen is mixed into the uppermost well layer that greatly contributes to the light emission characteristics, and the oxygen concentration of the uppermost well layer is increased, the light emission characteristics are significantly deteriorated.
  • the distance t from the regrowth interface of the template to the uppermost well layer is about 2 ⁇ m or more, and the regrowth is made thick. That is, the total thickness of the n-type semiconductor layer regrown on the template and the light emitting layer excluding the uppermost well layer is about 2 ⁇ m or more.
  • oxygen diffuses in order from the oxide film to the n-type semiconductor layer and the light emitting layer, but hardly diffuses to the uppermost well layer of the light emitting layer. As a result, a significant decrease in light emission characteristics was suppressed.
  • the distance t when the distance t is reduced and re-grown as thin as 1 ⁇ m or less, oxygen is diffused and mixed from the oxide film to the uppermost well layer, so that the light emission characteristics are remarkably deteriorated.
  • the case where the distance t is reduced is, for example, the case where the thickness of the n-type semiconductor layer is reduced, or the case where the thickness of the light emitting layer is reduced by reducing the number of pairs of the barrier layer and the well layer.
  • oxygen mixed in the manufacturing process diffuses to the uppermost well layer of the light emitting layer during the regrowth, so that the light emitting characteristics are deteriorated.
  • a nitride semiconductor wafer is manufactured using a template, it has been difficult to achieve both a reduction in the grown film thickness and high light emission characteristics.
  • the present inventor considered that it is important to grasp the distance (hereinafter also referred to as the diffusion distance) in which oxygen diffuses in order to achieve both a reduction in the growth film thickness and high emission characteristics. . That is, if the distance t from the regrowth interface of the template to the uppermost well layer is greater than or equal to the oxygen diffusion distance (or the oxygen diffusion distance leading to an oxygen concentration that causes a problem with the light emission characteristics), oxygen is contained in multiple quantum wells. Even if it diffuses in the light emitting layer of the structure, it is considered that it does not diffuse to the uppermost well layer (or does not become an oxygen concentration that causes a problem in the light emitting characteristics), and the deterioration of the light emitting characteristics can be suppressed.
  • the diffusion distance the distance in which oxygen diffuses in order to achieve both a reduction in the growth film thickness and high emission characteristics.
  • the growth film thickness can be adjusted according to the oxygen diffusion distance, the growth film thickness will not be increased unnecessarily. As a result, it was considered that the growth film thickness can be reduced as a result, and the productivity of the nitride semiconductor wafer can be improved.
  • the oxygen diffusion distance greatly depends on the growth temperature during regrowth, in particular, the maximum value T MAX of the growth temperature. That is, as the maximum value T MAX of the growth temperature is higher, oxygen diffuses farther, so that the oxygen diffusion distance becomes longer.
  • T MAX of the growth temperature is higher, oxygen diffuses farther, so that the oxygen diffusion distance becomes longer.
  • the oxygen diffusion distance depends on the temperature, it is difficult to accurately grasp the numerical value.
  • the present inventor tried to obtain the minimum distance t min corresponding to the theoretical value of the oxygen diffusion distance at which the light emission characteristics of the light emitting element are not deteriorated due to the diffusion and mixing of oxygen into the uppermost well layer.
  • the deterioration of the light emission characteristics means that the light emitting device manufactured from the nitride semiconductor wafer of the present invention manufactured using a template with respect to the light emission output at the time of 20 mA energization of the light emitting device having the same structure manufactured by continuous growth.
  • the light emission output when the current of 20 mA is applied is less than 50%.
  • the present inventor has examined the correlation between the oxygen diffusion distance and the temperature in obtaining the minimum distance t min corresponding to the theoretical value of the oxygen diffusion distance. Diffusion of oxygen, oxygen atoms, the activation energy corresponding to the barrier energy E a for diffusing nitride semiconductor layer (i.e., kinetic energy) is shown to move by overcoming the. The distance traveled by this oxygen corresponds to the oxygen diffusion distance.
  • the diffusion distance of oxygen is determined by the diffusion constant of oxygen atoms, and the diffusion distance increases as the diffusion constant increases. It is considered that the diffusion constant of oxygen atoms can be expressed by the equation A ⁇ exp ( ⁇ E a / kT) using the temperature T and the barrier energy E a for diffusing oxygen.
  • A is a constant and k is a Boltzmann constant.
  • the oxygen diffusion constant that is, the oxygen diffusion distance
  • depends on the temperature T and a so-called Arrhenius relationship with the temperature T is considered to hold.
  • the present inventor creates an Arrhenius plot from the minimum distance t min corresponding to the theoretical value of the oxygen diffusion distance and the maximum value T MAX of the growth temperature, and the maximum value T MAX of the growth temperature from the Arrhenius plot.
  • a relational expression between the minimum distance t min was obtained.
  • the present inventor sets the distance t min from the regrowth interface of the template to the uppermost well layer of the light emitting layer when actually regrowing the light emitting portion, as the minimum distance t min calculated from a predetermined relational expression (that is, The theoretical value of the oxygen diffusion distance) was found to make it possible to suppress the mixing of oxygen into the uppermost well layer of the light emitting layer.
  • the present invention has been made based on the above findings and is as follows.
  • a light emitting layer having a multiple quantum well structure made of a regrown nitride semiconductor is formed above a nitride semiconductor template having a nitride semiconductor layer as an uppermost layer, and a p-type nitride.
  • the distance t from the regrowth interface of the nitride semiconductor layer of the semiconductor template to the uppermost well layer is 1 ⁇ m or less, and the oxygen concentration in the uppermost well layer is 5.0 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or less.
  • a nitride semiconductor wafer is provided.
  • the nitride semiconductor wafer according to the first aspect wherein the distance t is 500 nm or less.
  • the nitride semiconductor wafer according to the first aspect or the second aspect further comprising an n-type nitride semiconductor layer between the nitride semiconductor layer and the multiple quantum well structure.
  • the nitride semiconductor wafer according to the first aspect or the second aspect wherein the light emitting layer having the multiple quantum well structure is provided immediately above the nitride semiconductor layer.
  • a light emitting layer having a multiple quantum well structure made of a regrown nitride semiconductor above a nitride semiconductor template having a nitride semiconductor layer as an uppermost layer, and a p-type nitride A method of manufacturing a nitride semiconductor wafer in which a semiconductor layer is laminated, wherein the light emitting layer having the multiple quantum well structure and the p-type nitride semiconductor layer are disposed above the nitride semiconductor layer of the nitride semiconductor template.
  • the regrowth step includes: The distance t [nm] from the regrowth interface of the nitride semiconductor layer to the uppermost well layer of the nitride semiconductor template and the maximum value T MAX [° C.] of the regrowth growth temperature are expressed by the following relational expression (1). Satisfied Rutotomoni said distance t is a manufacturing method of the nitride semiconductor wafer to be re-grown so as to 1 ⁇ m or less is provided. t ⁇ 3.682 ⁇ 10 6 ⁇ exp ⁇ E a / k (T MAX +273) ⁇ (1) (In the formula, E a is 0.915 [eV], and k is Boltzmann constant)
  • a nitride semiconductor wafer having a thin growth film thickness excellent productivity, and capable of producing a light emitting device having sufficient light emitting characteristics.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor wafer according to an embodiment of the present invention.
  • the nitride semiconductor wafer 1 of the present embodiment is formed using a nitride semiconductor template 10 in which a nitride semiconductor layer 12 is grown on a substrate 11, and a light emitting unit 20 is regrown on the nitride semiconductor layer 12. Is formed. That is, the nitride semiconductor layer 12 and the light emitting portion 20 are not formed by continuous growth, but are formed separately by growing the light emitting portion 20 after the nitride semiconductor layer 12 is grown.
  • a nitride semiconductor wafer 1 has a light emitting portion on a nitride semiconductor template 10 (hereinafter also simply referred to as “template 10”) having a nitride semiconductor layer 12 as an uppermost layer.
  • template 10 nitride semiconductor template 10
  • an n-type nitride semiconductor layer 21, a light emitting layer 22 having a multiple quantum well structure, and a p-type nitride semiconductor layer 23 are regrown in this order.
  • the template 10 is formed by growing a nitride semiconductor on the substrate 11 and has a structure in which the substrate 11 and the nitride semiconductor layer 12 are laminated.
  • the substrate 11 is not particularly limited as long as it can be formed by growing the nitride semiconductor layer 12 on the surface.
  • a sapphire substrate, a ZnO substrate, a SiC substrate, a Si substrate, a GaAs substrate, a GaN substrate, an AlN substrate, an AlGaN substrate, or the like can be used as the substrate 11, for example.
  • the nitride semiconductor layer 12 is formed on the substrate 11 and has a regrowth interface 12a in which the light emitting portion 20 is formed by regrowth.
  • the nitride semiconductor layer 12 is made of, for example, gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), gallium aluminum nitride (AlGaN), gallium aluminum indium nitride (InAlGaN), or the like.
  • a buffer layer may be provided between the substrate 11 and the nitride semiconductor layer 12. Examples of the buffer layer include a low-temperature grown GaN layer and an AlN layer, and a high-temperature grown AlN layer.
  • the nitride semiconductor layer 12 may contain an n-type impurity such as silicon (Si) or germanium (Ge), or may be an n-type semiconductor layer.
  • the content of the n-type impurity is appropriately selected according to the use of the template.
  • the thickness of the nitride semiconductor layer 12 is not particularly limited, and can be, for example, 2 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the nitride semiconductor layer 12 is improved in crystallinity by having a predetermined thickness, and improves the crystallinity of the light emitting portion 20 that is regrown on the regrown interface 12a.
  • a method for growing the nitride semiconductor layer 12 is not particularly limited, and an HVPE method with a high growth rate is preferable, but a MOVFE method or the like may be used.
  • the regrowth interface 12a is oxidized when the template 10 is exposed to the atmosphere, and an oxide film (not shown) is formed.
  • the light emitting unit 20 is formed on the regrowth interface 12a of the nitride semiconductor layer 12 by regrowth.
  • an n-type nitride semiconductor layer 21 made of a nitride semiconductor, a light emitting layer 22 having a multiple quantum well structure, and a p-type nitride semiconductor layer 23 are formed by regrowth in this order as the light emitting unit 20.
  • a MOVPE method that can form a thin semiconductor layer of several nm with good controllability and obtain good crystallinity is used.
  • the n-type nitride semiconductor layer 21 is formed on the regrowth interface 12 a of the nitride semiconductor layer 12.
  • n-type nitride semiconductor layer 21 for example, an n-type GaN layer is grown.
  • N-type nitride semiconductor layer 21 contains a predetermined concentration of a predetermined n-type impurity.
  • silicon (Si), selenium (Se), tellurium (Te), or the like can be used as the n-type impurity.
  • the thickness of n-type nitride semiconductor layer 21 is not particularly limited, and can be, for example, 0 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
  • the light emitting layer 22 having a multiple quantum well structure has a stacked structure formed by alternately growing well layers 24 and barrier layers 25 on the n-type nitride semiconductor layer 21.
  • the well layer 24 closest to the p-type nitride semiconductor layer 23 among the plurality of well layers 24 is the uppermost well layer 24 ′.
  • an InGaN layer is used as the well layer 24, and a GaN layer is used as the barrier layer 25, for example.
  • the thickness of the well layer 24 constituting the light emitting layer 22 can be, for example, 1 nm to 5 nm, and the thickness of the barrier layer 25 can be 5 nm to 30 nm.
  • a plurality of pairs of the well layer 24 and the barrier layer 25 are formed so as to obtain a desired light emission output.
  • the p-type nitride semiconductor layer 23 is formed on the light emitting layer 22 having a multiple quantum well structure, and is formed above the uppermost well layer 24 ′ of the light emitting layer 22 having a multiple quantum well structure.
  • a p-type nitride semiconductor layer 23 for example, a p-type AlGaN layer or a p-type GaN layer is used.
  • a p-type nitride semiconductor layer 23 for example, a p-type AlGaN layer and a p-type GaN layer may be grown sequentially from the regrowth interface 12a side.
  • Each of the p-type nitride semiconductor layers 23 includes a predetermined concentration of a predetermined p-type impurity.
  • the p-type impurity for example, magnesium (Mg), zinc (Zn), carbon (C), or the like can be used.
  • the thickness of the p-type nitride semiconductor layer 23 is not specifically limited, For example, it can be 200 nm or more and 1000 nm or less.
  • the nitride semiconductor wafer 1 of the present embodiment has an n-type nitride semiconductor layer 21, a multiple quantum well as the light emitting unit 20 by regrowth of a nitride semiconductor on the regrowth interface 12 a of the nitride semiconductor layer 12.
  • a light emitting layer 22 and a p-type nitride semiconductor layer 23 having a structure are formed.
  • the distance t from the regrowth interface 12a of the nitride semiconductor layer 12 to the uppermost well layer 24 ′ in the light emitting layer 22 having the multiple quantum well structure is 1 ⁇ m or less.
  • the sum of the thickness t 1 of the n-type nitride semiconductor layer 21 and the thickness t 2 of the light emitting layer 22 excluding the uppermost well layer 24 ′ is 1 ⁇ m or less.
  • the distance t is preferably 500 nm or less, more preferably 200 nm or more and 500 nm or less.
  • the oxygen concentration is 5.0 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or less, and the mixing of oxygen due to diffusion is reduced. For this reason, in the uppermost well layer 24 ', the deterioration of crystallinity is suppressed, and the deterioration of the light emission characteristics is suppressed.
  • the oxygen concentration is measured in the thickness direction of the uppermost well layer 24 'by, for example, secondary ion mass spectrometry (SIMS).
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • the thickness t 1 of the n-type nitride semiconductor layer 21 and the thickness t 2 of the light emitting layer 22 excluding the uppermost well layer 24 ′ are not particularly limited, and the total is 1 ⁇ m or less. It is possible to change as appropriate.
  • a sapphire substrate is prepared as the substrate 11.
  • nitride semiconductor layer 12 ⁇ Growth of nitride semiconductor layer 12>
  • a sapphire substrate is carried into the HVPE apparatus as the substrate 11.
  • a predetermined source gas is supplied onto a sapphire substrate as the substrate 11 to grow a GaN layer having a predetermined thickness (for example, 2 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less) as the nitride semiconductor layer 12.
  • the template 10 is obtained.
  • the template 10 is transported from the HVPE apparatus into the MOVPE apparatus. Further, after being stored for a predetermined time, the template 10 may be transported from the HVPE apparatus into the MOVPE apparatus. At this time, since the template 10 is exposed to the atmosphere, the GaN layer as the nitride semiconductor layer 12 is oxidized, and an oxide film is formed on the regrowth interface 12a.
  • a regrowth process is performed in which the light emitting unit 20 is regrown on the nitride semiconductor layer 12.
  • the distance t [nm] from the regrowth interface 12a of the nitride semiconductor layer 12 to the uppermost well layer 24 ′ and the maximum value T MAX [° C.] of the regrowth growth temperature are expressed by the following relational expression (1 ) And is regrown so that the distance t is 1 ⁇ m or less.
  • t ⁇ t min 3.682 ⁇ 10 6 ⁇ exp ⁇ E a / k (T MAX +273) ⁇ (1) (In the formula, E a is 0.915 [eV], and k is Boltzmann constant)
  • the growth condition of the light emitting unit 20 is determined based on the relational expression (1), and then the light emitting unit 20 is regrown based on the determined growth condition.
  • the relational expression (1) for determining the growth condition, the determination of the growth condition based on the relational expression (1), and the regrowth of the light emitting unit 20 based on the growth condition will be described.
  • the relational expression (1) is a relational expression obtained from an Arrhenius plot of the minimum distance t min at which the light emitting characteristics of the light emitting element do not deteriorate and the maximum value T MAX of the growth temperature obtained from experiments (examples described later). It is.
  • the distance t indicates the growth film thickness from the regrowth interface 12 a of the nitride semiconductor layer 12 to the uppermost well layer 24 ′ of the light emitting layer 22. That is, the distance t indicates the thickness of the grown film (growth film thickness) that is actually grown from the regrowth interface 12a until the uppermost well layer 24 'is formed.
  • the distance t min indicates the minimum distance at which the light emitting characteristics of the light emitting element do not deteriorate, and corresponds to the theoretical value of the oxygen diffusion distance at a predetermined temperature.
  • t min is obtained from the Arrhenius plot with the maximum value T MAX of the growth temperature. That is, as shown in the relational expression (1), the minimum distance t min is a function of the maximum value T MAX of the growth temperature, and is calculated by the maximum value T MAX of the growth temperature.
  • the maximum value T MAX of the growth temperature indicates the maximum value among the growth temperatures when the layers constituting the light emitting unit 20 are grown.
  • the growth temperature range of each layer constituting the light emitting unit 20 is, for example, that the n-type nitride semiconductor layer 21 is 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, the light emitting layer 22 is 600 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, and the p-type nitride semiconductor layer 23 is It is 700 degreeC or more and 1000 degrees C or less.
  • the maximum value T MAX of the growth temperature is at least 800 ° C.
  • the maximum value T MAX of the growth temperature is 1000 ° C. at most.
  • the growth conditions for regrowing the light emitting unit 20 are determined. In determining the growth conditions, first, the maximum value T MAX of the growth temperature in regrowth is determined. Subsequently, the distance t min at the maximum value T MAX of the determined growth temperature is obtained from the relational expression (1). Then, the distance t is determined based on the obtained distance t min .
  • the maximum value T MAX of the growth temperature is determined.
  • the maximum value T MAX of the growth temperature is determined by the growth temperature of each layer constituting the light emitting unit 20.
  • the light emitting unit 20 includes an n-type nitride semiconductor layer 21, a light emitting layer 22, and a p-type nitride semiconductor layer 23, and the growth temperature of each is appropriately selected from a predetermined temperature range.
  • the maximum is the maximum value T MAX of the growth temperature.
  • a distance t min at the maximum value T MAX of the determined growth temperature is obtained.
  • the distance t min is obtained by substituting the determined maximum value T MAX of the growth temperature into the relational expression (1).
  • the distance t min corresponds to the theoretical value of the oxygen diffusion distance at a predetermined temperature, and indicates the minimum distance at which the light emitting characteristics of the light emitting element do not deteriorate.
  • the distance t is determined based on the obtained distance t min .
  • the distance t indicates the growth film thickness from the regrowth interface 12a to the uppermost well layer 24 ′ that is actually grown.
  • Respective thicknesses t 1 and the thickness t 2 may be changed as appropriate, by each of a thickness of predetermined value, it is possible to change the distance t as appropriate.
  • the distance t is set so that oxygen contained in the oxide film formed at the regrowth interface 12a does not diffuse and enter the uppermost well layer 24 ′.
  • the upper limit value of the distance t is not particularly limited as long as the distance t min is 1 ⁇ m or more, but it is preferably thin from the viewpoint of improving the productivity by reducing the growth film thickness.
  • the growth conditions are determined as follows. Re-growth of each layer constituting the light emitting unit 20 with the growth temperature of the n-type nitride semiconductor layer 21 being 890 ° C., the growth temperature of the light emitting layer 22 being 700 ° C., and the growth temperature of the p-type nitride semiconductor layer 23 being 800 ° C.
  • the maximum value T MAX of the growth temperature is 890 ° C.
  • the distance t min is determined to be 350 nm from the relational expression (1). Based on the obtained distance t min (350 nm), the distance t is set to 350 nm or more.
  • the distance t is the sum of the thickness t 1 of the n-type nitride semiconductor layer 21 and the thickness t 2 of the light emitting layer 22 excluding the uppermost well layer 24 ′, the sum (t 1 + t 2 ) of these is 350 nm.
  • the thickness t 1 and the thickness t 2 are respectively determined. Since the thickness t 1 and the thickness t 2 are not particularly limited, for example, the thickness t 1 can be set to 200 nm and the thickness t 2 can be set to 150 nm. Since the thickness t 1 and the thickness t 2 can be changed as appropriate so that the total is 350 nm or more, the thickness t 1 can be 50 nm and the thickness t 2 can be 300 nm.
  • the light emitting unit 20 is regrown based on the growth conditions determined as described above.
  • the regrowth of the light emitting unit 20 is performed at a growth temperature that does not exceed the maximum value T MAX (for example, 890 ° C.) of the growth temperature determined by the growth conditions.
  • a predetermined source gas is supplied onto the regrowth interface 12 a of the nitride semiconductor layer 12 to grow an n-type GaN layer having a thickness t 1 (for example, 200 nm) as the n-type nitride semiconductor layer 21. During this growth, oxygen contained in the oxide film diffuses and enters the n-type nitride semiconductor layer 21.
  • a predetermined source gas is supplied onto the n-type nitride semiconductor layer 21, and an InGaN layer as the well layer 24 and a GaN layer as the barrier layer 25 are alternately grown, so that a multiple quantum well having a predetermined thickness is obtained.
  • a light emitting layer 22 having a structure is formed. In the growth of the light emitting layer 22, the total of the thickness t 1 (eg, 200 nm) of the n-type nitride semiconductor layer 21 and the thickness t 2 (eg, 150 nm) of the light emitting layer 22 excluding the uppermost well layer 24 ′ is t.
  • the uppermost well layer 24 ' is grown. That is, the uppermost well layer 24 'is formed on the regrowth interface 12a via the n-type nitride semiconductor layer 21 and the light emitting layer 22, and the distance t (thickness t) between the regrowth interface 12a. 1 + t 2 ).
  • oxygen contained in the oxide film of the template diffuses, or oxygen that is diffused and mixed into the n-type nitride semiconductor layer 21 further diffuses and enters a part of the light emitting layer 22. Will do.
  • the uppermost well layer 24 ′ is located at a distance t min (theoretical value of the oxygen diffusion distance at a predetermined temperature) or more from the regrowth interface 12 a, and oxygen in the regrowth process Diffusion / mixing is suppressed.
  • a predetermined source gas was supplied onto the uppermost well layer 24 ′ of the light emitting layer 22, and a p-type GaN layer was grown as the p-type nitride semiconductor layer 23.
  • Oxygen diffusion also occurs during the regrowth of the p-type nitride semiconductor layer 23.
  • the distance t is t min or more, oxygen diffusion into the uppermost well layer 24 'is suppressed.
  • the oxygen concentration of the uppermost well layer 24 ′ becomes 5.0 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or less.
  • nitride semiconductor wafer 1 After the regrowth process, the nitride semiconductor wafer 1 is unloaded from the MOVPE apparatus to obtain the nitride semiconductor wafer 1 of the present embodiment.
  • the nitride semiconductor wafer has a distance t from the regrowth interface to the uppermost well layer of 1 ⁇ m or less, and an oxygen concentration in the uppermost well layer of 5.0 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or less.
  • the growth film thickness is thin and the productivity is excellent.
  • the uppermost well layer which greatly contributes to the light emission characteristics, has a low oxygen concentration, and the deterioration of the light emission characteristics due to the mixing of oxygen is suppressed.
  • the distance t from the regrowth interface to the uppermost well layer and the maximum value T MAX of the regrowth growth temperature satisfy a predetermined relational expression, and the distance t is 1 ⁇ m or less. It is regrowth to become. Thereby, when the light emitting portion is regrown on the template, it is possible to suppress the diffusion of oxygen to the uppermost well layer that greatly contributes to the light emission characteristics. In addition, since the minimum distance (growth film thickness) that does not deteriorate the light emission characteristics can be obtained from the growth temperature, re-growth corresponding to the growth film thickness can reduce the growth film thickness and improve productivity. .
  • the present invention is not limited to this.
  • the light emitting layer may be provided immediately above the nitride semiconductor layer of the template without providing the n-type nitride semiconductor layer.
  • the thickness t 1 of the n-type nitride semiconductor layer as 0, may be formed only the light-emitting layer. In this case, set such that the thickness t 2 of the light-emitting layer excluding the uppermost well layer distance t min or more.
  • a nitride semiconductor wafer is manufactured by growing by the HVPE method and then re-growing by the MOVPE method.
  • the present invention is not limited to this.
  • the template is taken out and a nitride semiconductor wafer is manufactured again by the MOVPE method. it can.
  • a nitride semiconductor wafer was manufactured, and then an LED element was manufactured.
  • a nitride semiconductor layer serving as a template layer is formed on a sapphire substrate having a thickness of 650 ⁇ m and a diameter of 100 mm by growing a high-temperature grown aluminum nitride (AlN) layer as a buffer layer by HVPE to 150 nm and then forming a template layer.
  • AlN aluminum nitride
  • GaN n-type gallium nitride
  • an n-type GaN layer (thickness t 1 ), a light emitting layer having a multiple quantum well structure (thickness 78 nm :) composed of InGaN / GaN, and a p-type AlGaN layer and a p-type light emitting portion by MOVPE method.
  • a p-type nitride semiconductor layer (thickness 300 nm) composed of a p-type GaN contact layer was regrown to produce a nitride semiconductor wafer.
  • the maximum value T MAX of the growth temperature is variously changed in the regrowth of the light emitting portion, and the thickness is changed in the regrowth of the maximum value T MAX of each growth temperature. It was produced nitride semiconductor wafer to change the t 1 variously. The nitride semiconductor wafer was subjected to electrode formation and the like to produce LED elements, and the light emission output when the LED elements were energized with 20 mA was measured.
  • the LED elements of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to 20 mA energization with respect to the light emission output at the time of 20 mA energization of the LED elements of the same structure produced by continuous growth.
  • the ratio of luminous output at the time was calculated.
  • the minimum distance tmin at which this ratio is approximately 50% and the light emission characteristics of the LED element are not deteriorated was determined.
  • FIG. 2 shows the data of these measurement results with the logarithm of the value of t min [nm] with respect to the vertical axis y and 1000 / (T MAX +273) [K ⁇ 1 ] with respect to the horizontal axis x.
  • FIG. 2 is an Aurenius plot. From the slope of the straight line shown in FIG. 2 for approximating the plot by a broken line, Motomari barrier energy (activation energy) E a for the oxygen atom as described above is diffused, constant portion of the diffusion distance is obtained from the y-intercept. That is, the straight line in FIG.
  • the distance t min and the maximum value T MAX of the growth temperature have a high correlation.
  • the distance t min with high reliability can be obtained from the maximum value T MAX of the growth temperature. it can.

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Abstract

　最上層に窒化物半導体層を有する窒化物半導体テンプレートの上方に、再成長させた窒化物半導体からなる多重量子井戸構造の発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを積層した窒化物半導体ウエハであって、多重量子井戸構造の発光層における井戸層のうちｐ型窒化物半導体層に最も近い井戸層を最上井戸層としたとき、窒化物半導体テンプレートの窒化物半導体層の再成長界面から最上井戸層までの距離ｔが、１μｍ以下であり、且つ、最上井戸層における酸素濃度が、５．０×１０１６ｃｍ－３以下である窒化物半導体ウエハが提供される。

Description

窒化物半導体ウエハおよびその製造方法
　本発明は、窒化物半導体ウエハおよびその製造方法に関する。
　ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮなどの窒化物半導体は、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。このような窒化物半導体からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）などの窒化物半導体発光素子（以下、単に「発光素子」とも言う。）は、窒化物半導体ウエハに素子加工を施すことで作製される。窒化物半導体ウエハは、例えば、基板上に、窒化物半導体層（例えばｎ型ＧａＮ層）と、発光部（例えば発光層など）とが順次成長されることで形成される（例えば、特許文献１を参照）。
　窒化物半導体ウエハの製造としては、基板を用いて一から製造する方法と、基板上に窒化物半導体層が成長された、いわゆる窒化物半導体テンプレート（以下、単に「テンプレート」とも言う）を用いて製造する方法とがある。テンプレートを用いた製造方法では、例えば、テンプレートを購入し、テンプレートの窒化物半導体層上に発光部を成長させることで窒化物半導体ウエハが得られるため、工程数を簡略化することができる。
　ところで、窒化物半導体ウエハから作成される発光素子においては、発光効率に優れていることが重要となる。発光素子の発光効率は発光部の結晶性に対応しており、その結晶性が高いほど発光効率は高くなる。発光部の結晶性は、一般に、発光部が成長されるテンプレートの窒化物半導体層の結晶性に依存している。すなわち、窒化物半導体層の結晶性が低いと、その上に成長される発光部の結晶性も低下する場合がある。したがって、発光特性に優れる発光素子を得るために、テンプレートの窒化物半導体層には高い結晶性が要求される。
　窒化物半導体層の結晶性を向上させるため、テンプレートにおいては、窒化物半導体層が一般に厚く成長されている。窒化物半導体層は例えば１０μｍ程度の厚さを有する。窒化物半導体層を成長させる成長方法としては、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）やハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）などが挙げられる。ただし、ＭＯＶＰＥ法では、成長速度が数μｍ／ｈｒと遅いため、一般に厚く形成される窒化物半導体層を成長させるには成長時間が長く、製造コストが高くなる場合がある。そこで、窒化物半導体層の成長方法としては、一般に、ＭＯＶＰＥ法と比較して成長速度が早く、成長速度が１０μｍ／ｈｒ以上あるいは１００μｍ／ｈｒ以上であるＨＶＰＥ法が用いられる。
　窒化物半導体ウエハにおいては、例えばＨＶＰＥ法により形成されるテンプレート上に発光部が再び成長される（即ち、再成長される）ことで、結晶性に優れる発光部が形成される。この発光部としては、例えば、窒化物半導体からなるｎ型半導体層、多重量子井戸構造の発光層およびｐ型半導体層がテンプレート側から順に形成される。多重量子井戸構造の発光層は、バリア層と井戸層とが交互に成長される積層構造を有する。多重量子井戸構造の発光層においては、ｐ型半導体層に最も近い井戸層、つまり積層構造の最上部に位置する井戸層（以下、最上井戸層ともいう）が最も強く発光する。最上井戸層は、発光素子の発光特性に大きく寄与している。
　発光層における最上井戸層は、テンプレートの窒化物半導体層の上方に、ｎ型半導体層や複数のバリア層および井戸層を介して形成される。つまり、最上井戸層は、窒化物半導体層の成長面から所定の距離ｔ離れて位置している。距離ｔは、発光部が再成長されるテンプレートの成長面（以下、再成長界面ともいう）から発光層の最上井戸層までの成長膜の厚さ（即ち、成長膜厚）に対応する。従来の窒化物半導体ウエハにおいては、所定の発光特性を得る観点から、距離ｔは２μｍ程度かそれ以上となっていた。
特開２００２－２８０６１１号公報
　近年、窒化物半導体ウエハには、更なる生産性の向上、及びコストの低減が図られている。このため、窒化物半導体ウエハにおいては、距離ｔ低減して薄膜化したいという要請がある。成長膜厚の低減としては、例えば、発光層の最上井戸層よりも下部に位置するｎ型半導体層の厚さを低減することが考えられる。もしくは、多重量子井戸構造の発光層におけるバリア層および井戸層のペア数を低減して、発光層の厚さを低減することが考えられる。
　しかしながら、テンプレートの再成長界面から発光層の最上井戸層までの距離ｔを１μｍ程度あるいはそれ以下とした窒化物半導体ウエハでは、作製される発光素子の発光特性が十分に得られなかった。
　本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、成長膜厚が薄く、生産性に優れると共に、十分な発光特性の発光素子が得られる窒化物半導体ウエハおよびその製造方法を提供することにある。
　上述したように、窒化物半導体ウエハにおいて、テンプレートの再成長界面から発光層の最上井戸層までの距離ｔを小さくすると、発光素子に作製したときに十分な発光特性を得られない。この点につき、本発明者らは検討を行ったところ、窒化物半導体ウエハにおいては、その製造の際、不純物である酸素が発光部などへ不可避的に混入するため、十分な発光特性を得られないことが確認された。
　ここで、窒化物半導体ウエハの製造工程、およびその工程において混入する酸素について説明をする。
　上述したように、窒化物半導体ウエハの製造においては、例えば、ＨＶＰＥ法により基板上に窒化物半導体層を成長させてテンプレートを形成した後、ＭＯＶＰＥ法によりテンプレート上に発光部（例えば多重量子井戸構造の発光層など）を再成長させる。具体的には、まず、ＨＶＰＥ装置において基板上に窒化物半導体層を成長させてテンプレートを形成する。その後、形成されたテンプレートをＨＶＰＥ装置から搬出して、ＭＯＶＰＥ装置へと搬入する。そして、ＭＯＶＰＥ装置においてテンプレート上に発光部などを再び成長させる（即ち、再成長させる）ことで、窒化物半導体ウエハを製造する。このように、テンプレートを用いた窒化物半導体ウエハの製造においては、同一の成長方法による連続的な成長（即ち、連続成長）ではなく、窒化物半導体層と発光部とをそれぞれ異なる成長方法により成長させる。なお、本発明において、再成長とは、窒化物半導体層の成長後に発光部を再び再成長させることを示しており、上述のように異なる成長方法により成長させる場合だけでなく、例えば、所定の間、保管したテンプレート上に発光部を再び成長させるような場合も含む。
　テンプレートを用いた窒化物半導体ウエハの製造では、連続成長ではないため、テンプレートのＨＶＰＥ装置からＭＯＶＰＥ装置への移動が伴う。この移動の際、テンプレートは大気に曝されて酸化され、その窒化物半導体層の成長面（即ち、再成長界面）に酸化膜が形成される。酸化膜の形成により、テンプレートの再成長界面は、酸素濃度が高い状態となる。
　この酸化膜が形成されたテンプレートに発光部を再成長させると、発光部は、酸化膜を介して窒化物半導体層上に再成長される。この結果、再成長の際に、酸化膜に含まれる酸素（例えば、酸素原子）が発光部へと拡散してしまう。具体的には、ＭＯＶＰＥ装置において、６００℃～１０００℃程度に加熱された環境下で成長膜を徐々に再成長させて、その膜厚を増加させることで、発光部（例えばｎ型半導体層や多重量子井戸構造の発光層など）が形成される。この再成長の際、酸化膜も加熱されるため、酸化膜に含まれる酸素が活性化される。活性化された酸素は、酸化膜から、再成長されるｎ型半導体層、多重量子井戸構造の発光層などへと徐々に拡散することによって、発光部へと混入する。
　酸素の発光部への混入により発光部の酸素濃度が高くなると、発光特性が低下する傾向がある。特に、発光特性に大きく寄与する最上井戸層に酸素が混入し、最上井戸層の酸素濃度が高くなると、発光特性が著しく低下することになる。
　従来においては、上述したように、テンプレートの再成長界面から最上井戸層までの距離ｔを２μｍ程度かそれ以上として厚く再成長させていた。つまり、テンプレート上に再成長されるｎ型半導体層と最上井戸層を除く発光層との合計の厚さを２μｍ程度かそれ以上としていた。これにより、従来においては、酸素が酸化膜からｎ型半導体層及び発光層へと順に拡散するものの、発光層の最上井戸層までは拡散しにくい。その結果、発光特性の著しい低下が抑制されていた。
　一方、距離ｔを低減して１μｍ以下と薄く再成長させるような場合、酸素が酸化膜から最上井戸層まで拡散して混入するため、発光特性が著しく低下することとなっていた。距離ｔを低減する場合とは、例えばｎ型半導体層の厚さを低減する場合、もしくはバリア層および井戸層のペア数を減少させて発光層の厚さを低減する場合である。
　このように、テンプレートを用いて製造された窒化物半導体ウエハにおいては、製造工程において混入する酸素が、再成長の際に発光層の最上井戸層へ拡散するため、発光特性が低下していた。その結果、テンプレートを用いて窒化物半導体ウエハを製造する場合、成長膜厚を小さくすることと、高い発光特性を得ることとを両立することが困難となっていた。
　以上のことから、本発明者は、成長膜厚の低減と高い発光特性とを両立するには、酸素が拡散する距離（以下、拡散距離ともいう）を把握することが重要であると考えた。すなわち、テンプレートの再成長界面から最上井戸層までの距離ｔを、酸素の拡散距離（あるいは発光特性に問題を与える酸素濃度に至るまでの酸素の拡散距離）以上とすれば、酸素が多重量子井戸構造の発光層内に拡散したとしも最上井戸層までは拡散せず（あるいは発光特性に問題を与えるまでの酸素濃度とはならず）、発光特性の低下を抑制できるものと考えた。しかも、酸素の拡散距離に対応させて成長膜厚を調整できれば、成長膜厚を不必要に増加させることがない。これにより、結果的に成長膜厚を低減し、窒化物半導体ウエハの生産性を向上できるものと考えた。
　酸素の拡散距離は、再成長の際の成長温度、特に成長温度の最大値ＴＭＡＸに大きく依存することが知られている。すなわち、成長温度の最大値ＴＭＡＸが高いほど酸素はより遠くまで拡散するため、酸素の拡散距離はより大きくなる。ただし、酸素の拡散距離は、温度に依存することが知られているものの、その数値を正確に把握することまでは困難である。
　このため、本発明者は、酸素の拡散距離の理論値に相当する、最上井戸層への酸素の拡散及び混入によって発光素子の発光特性が劣化しない最小の距離ｔｍｉｎを求めようと試みた。なお、発光特性が劣化するとは、連続成長で作製した同一構造の発光素子の２０ｍＡ通電時の発光出力に対して、テンプレートを用いて作製される本発明の窒化物半導体ウエハから作製される発光素子の２０ｍＡ通電時の発光出力が５０％未満となる状態を言う。
　本発明者は、酸素の拡散距離の理論値に相当する最小の距離ｔｍｉｎを求めるにあたって、酸素の拡散距離と温度との相関関係について検討を行った。酸素の拡散は、酸素原子が、窒化物半導体層中を拡散するための障壁エネルギーＥａに相当する活性化エネルギー（即ち、運動エネルギー）に打ち勝って移動することを示す。この酸素が移動する距離が酸素の拡散距離に対応する。酸素の拡散距離は、酸素原子の拡散定数によって決定され、拡散定数が大きいほど拡散距離も大きくなる。酸素原子の拡散定数は、温度Ｔと、酸素が拡散するための障壁エネルギーＥａとを用いて、Ａ×ｅｘｐ（－Ｅａ／ｋＴ）という式に表すことができると考えられる。ここで、Ａは常数、ｋはボルツマン常数である。この式によれば、酸素の拡散定数（即ち、酸素の拡散距離）は温度Ｔに依存しており、温度Ｔとの間に、いわゆるアレニウスの関係が成り立つことが考えられる。
　そこで、本発明者は、酸素の拡散距離の理論値に相当する最小の距離ｔｍｉｎと成長温度の最大値ＴＭＡＸとからアレニウスプロットを作成し、そのアレニウスプロットから成長温度の最大値ＴＭＡＸと最小の距離ｔｍｉｎとの間の関係式を求めた。そして、本発明者は、実際に発光部を再成長させる際にテンプレートの再成長界面から発光層の最上井戸層までの距離ｔを、所定の関係式から算出される最小の距離ｔｍｉｎ（即ち、酸素の拡散距離の理論値）以上とすることによって、発光層の最上井戸層への酸素の混入を抑制できることを見出した。また、最上井戸層における酸素濃度を低減し、所定の濃度範囲とすることによって、発光素子に形成した場合に十分な発光特性を得られることを見出した。しかも、酸素の拡散距離ないし発光素子の発光特性が劣化しない最小の距離ｔｍｉｎに対応させて再成長できるため、成長膜厚を低減し、生産性を向上できることを見出した。
　本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、以下の通りである。
　本発明の第１の態様によれば、　最上層に窒化物半導体層を有する窒化物半導体テンプレートの上方に、再成長させた窒化物半導体からなる多重量子井戸構造の発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを積層した窒化物半導体ウエハであって、前記多重量子井戸構造の発光層における井戸層のうち前記ｐ型窒化物半導体層に最も近い井戸層を最上井戸層としたとき、前記窒化物半導体テンプレートの前記窒化物半導体層の再成長界面から前記最上井戸層までの距離ｔが、１μｍ以下であり、且つ、前記最上井戸層における酸素濃度が、５．０×１０１６ｃｍ－３以下である窒化物半導体ウエハが提供される。
　本発明の第２の態様によれば、前記距離ｔが、５００ｎｍ以下である、第１の態様の窒化物半導体ウエハが提供される。
　本発明の第３の態様によれば、前記窒化物半導体層と前記多重量子井戸構造との間にｎ型窒化物半導体層をさらに備える、第１の態様又は第２の態様の窒化物半導体ウエハが提供される。
　本発明の第４の態様によれば、前記多重量子井戸構造の発光層を、前記窒化物半導体層の直上に備える、第１の態様又は第２の態様の窒化物半導体ウエハが提供される。
　本発明の第５の態様によれば、最上層に窒化物半導体層を有する窒化物半導体テンプレートの上方に、再成長させた窒化物半導体からなる多重量子井戸構造の発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを積層した窒化物半導体ウエハの製造方法であって、前記窒化物半導体テンプレートの前記窒化物半導体層の上方に、前記多重量子井戸構造の発光層と前記ｐ型窒化物半導体層とを順に再成長する再成長工程を有し、前記多重量子井戸構造の発光層における井戸層のうち前記ｐ型窒化物半導体層に最も近い井戸層を最上井戸層としたとき、前記再成長工程では、前記窒化物半導体テンプレートの前記窒化物半導体層の再成長界面から前記最上井戸層までの距離ｔ［ｎｍ］と、再成長する成長温度の最大値ＴＭＡＸ［℃］とが下記関係式（１）を満足すると共に前記距離ｔが１μｍ以下となるように再成長する窒化物半導体ウエハの製造方法が提供される。
　ｔ≧３．６８２×１０６×ｅｘｐ｛－Ｅａ／ｋ（ＴＭＡＸ＋２７３）｝・・・（１）
（ただし、式中、Ｅａは０．９１５［ｅＶ］、ｋはボルツマン定数を示す）
　本発明によれば、成長膜厚が薄く、生産性に優れると共に、十分な発光特性の発光素子を作製できる窒化物半導体ウエハが得られる。
本明細書に係る発明の一実施形態に係る窒化物半導体ウエハの断面図である。 再成長時の成長温度の最大値ＴＭＡＸと距離ｔｍｉｎとの相関を示す図である。
　［本明細書に係る発明の一実施形態］
　以下、本明細書に係る発明の一実施形態について説明をする。
（１）窒化物半導体ウエハ
　まず、本実施形態に係る窒化物半導体ウエハについて図１を用いて説明をする。図１は、本明細書に係る発明の一実施形態に係る窒化物半導体ウエハの断面図である。
　本実施形態の窒化物半導体ウエハ１は、基板１１上に窒化物半導体層１２が成長された窒化物半導体テンプレート１０を用いて形成されており、窒化物半導体層１２上に発光部２０を再成長させて形成されている。つまり、窒化物半導体層１２と発光部２０とは連続成長で形成されておらず、窒化物半導体層１２を成長させた後、発光部２０を再成長させることで別々に形成されている。
　本実施形態に係る窒化物半導体ウエハ１は、図１に示すように、最上層に窒化物半導体層１２を有する窒化物半導体テンプレート１０（以下、単に「テンプレート１０」ともいう）上に、発光部２０として、ｎ型窒化物半導体層２１、多重量子井戸構造の発光層２２およびｐ型窒化物半導体層２３がこの順に再成長されている。
　テンプレート１０は、基板１１上に窒化物半導体を成長させて形成されており、基板１１と、窒化物半導体層１２とを積層させた構造を有している。
　基板１１は、その面上に窒化物半導体層１２を成長させて形成できるものであれば、特に限定されない。基板１１としては、例えば、サファイア基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、ＡｌＧａＮ基板などを用いることができる。この中でも、サファイア基板を用いることが好ましく、特にＬＥＤ用としてはサファイア基板の表面に凹凸が施されたＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）基板を用いることが好ましい。
　窒化物半導体層１２は、基板１１上に形成されており、発光部２０が再成長により形成される再成長界面１２ａを有している。窒化物半導体層１２としては、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）、窒化ガリウムアルミニウムインジウム（ＩｎＡｌＧａＮ）などから構成される。また、基板１１と窒化物半導体層１２との間にバッファ層を設けてもよい。バッファ層としては、低温成長のＧａＮ層、ＡｌＮ層など、あるいは高温成長のＡｌＮ層などが挙げられる。なお、窒化物半導体層１２は、例えばシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）などのｎ型不純物を含有してもよく、ｎ型半導体層としてもよい。ｎ型不純物の含有量は、テンプレートの用途などに応じて適宜選定される。
　窒化物半導体層１２の厚さは、特に限定されず、例えば２μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。窒化物半導体層１２は、所定の厚さを有することで結晶性が改善されており、再成長界面１２ａ上に再成長される発光部２０の結晶性を向上させる。窒化物半導体層１２の成長方法としては、特に限定されず、成長速度が速いＨＶＰＥ法が好ましいが、ＭＯＶＦＥ法などを用いてもよい。なお、上述したように、再成長界面１２ａは、テンプレート１０が大気中に曝された際に酸化されており、酸化膜（図示略）が形成されている。
　発光部２０は、窒化物半導体層１２の再成長界面１２ａ上に再成長により形成されている。本実施形態においては、発光部２０として、窒化物半導体からなるｎ型窒化物半導体層２１、多重量子井戸構造の発光層２２およびｐ型窒化物半導体層２３がこの順に再成長により形成されている。発光部２０の成長方法としては、数ｎｍの薄い半導体層を制御性よく形成でき、かつ良好な結晶性を得られるＭＯＶＰＥ法が用いられる。
　ｎ型窒化物半導体層２１は、窒化物半導体層１２の再成長界面１２ａ上に形成されている。ｎ型窒化物半導体層２１としては、例えばｎ型ＧａＮ層が成長されている。ｎ型窒化物半導体層２１は、所定のｎ型不純物を所定濃度含んでいる。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）などを用いることができる。ｎ型窒化物半導体層２１の厚さは、特に限定されず、例えば０μｍ以上１μｍ以下とすることができる。
　多重量子井戸構造の発光層２２は、ｎ型窒化物半導体層２１上に井戸層２４とバリア層２５とを交互に成長させて形成される積層構造を有している。この積層構造において、複数の井戸層２４のうちｐ型窒化物半導体層２３に最も近い井戸層２４が最上井戸層２４´となっている。井戸層２４としては、例えばＩｎＧａＮ層が用いられ、バリア層２５としては、例えばＧａＮ層が用いられる。発光層２２を構成する井戸層２４の厚さは、例えば１ｎｍ以上５ｎｍ以下、バリア層２５の厚さは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることができる。井戸層２４およびバリア層２５は、所望の発光出力が得られるように、複数ペア形成される。
　ｐ型窒化物半導体層２３は、多重量子井戸構造の発光層２２上に形成されており、多重量子井戸構造の発光層２２の最上井戸層２４´の上方に形成されている。ｐ型窒化物半導体層２３としては、例えばｐ型ＡｌＧａＮ層やｐ型ＧａＮ層が用いられる。なお、ｐ型窒化物半導体層２３としては、例えばｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とが、再成長界面１２ａ側から順に成長されていてもよい。ｐ型窒化物半導体層２３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型窒化物半導体層２３の厚さは、特に限定されず、例えば２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができる。
　本実施形態の窒化物半導体ウエハ１は、窒化物半導体層１２の再成長界面１２ａ上に、窒化物半導体を再成長させることで、発光部２０として、ｎ型窒化物半導体層２１、多重量子井戸構造の発光層２２およびｐ型窒化物半導体層２３が形成されている。そして、窒化物半導体層１２の再成長界面１２ａから、多重量子井戸構造の発光層２２における最上井戸層２４´までの距離ｔが、１μｍ以下となっている。すなわち、ｎ型窒化物半導体層２１の厚さｔ１と、最上井戸層２４´を除いた発光層２２の厚さｔ２との合計が、１μｍ以下となっている。好ましくは、距離ｔが５００ｎｍ以下、より好ましくは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下となっている。これにより、発光部２０の成長時間を短縮し、窒化物半導体ウエハ１の生産性を向上できる。
　また、多重量子井戸構造の発光層２２における最上井戸層２４´では、酸素濃度が５．０×１０１６ｃｍ－３以下となっており、拡散による酸素の混入が低減されている。このため、最上井戸層２４´は結晶性の悪化が抑制されており、発光特性の低下が抑制されている。
　なお、酸素濃度は、例えば２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）により、最上井戸層２４´の厚さ方向に測定される。
　また、本実施形態においては、ｎ型窒化物半導体層２１の厚さｔ１、および最上井戸層２４´を除いた発光層２２の厚さｔ２は、特に限定されず、その合計が１μｍ以下となるように適宜変更することが可能である。
（２）窒化物半導体ウエハの製造方法
　次に、上述の窒化物半導体ウエハ１の製造方法について説明をする。本実施形態においては、テンプレート１０を形成し、そのテンプレート１０を用いて窒化物半導体ウエハ１を製造する。
　〈基板１１の準備〉
　まず、基板１１として例えばサファイア基板を準備する。
　〈窒化物半導体層１２の成長〉
　次に、基板１１として例えばサファイア基板をＨＶＰＥ装置内に搬入する。ＨＶＰＥ装置において、基板１１としてのサファイア基板上に所定の原料ガスを供給し、窒化物半導体層１２として所定の厚さ（例えば２μｍ以上５０μｍ以下）のＧａＮ層を成長させる。これにより、テンプレート１０を得る。
　〈テンプレート１０の搬送〉
　次に、テンプレート１０をＨＶＰＥ装置からＭＯＶＰＥ装置内に搬送する。また、所定の間、保管した後に、テンプレート１０をＨＶＰＥ装置からＭＯＶＰＥ装置内に搬送してよい。この際、テンプレート１０が大気に曝されるので、窒化物半導体層１２としてのＧａＮ層が酸化され、その再成長界面１２ａには酸化膜が形成される。
　〈発光部２０の再成長工程〉
　次に、ＭＯＶＰＥ装置において、窒化物半導体層１２上に発光部２０を再成長させる再成長工程を行う。再成長工程では、窒化物半導体層１２の再成長界面１２ａから最上井戸層２４´までの距離ｔ［ｎｍ］と、再成長する成長温度の最大値ＴＭＡＸ［℃］とが下記関係式（１）を満足すると共に距離ｔが１μｍ以下となるように再成長する。
　ｔ≧ｔｍｉｎ＝３．６８２×１０６×ｅｘｐ｛－Ｅａ／ｋ（ＴＭＡＸ＋２７３）｝・・・（１）
（ただし、式中、Ｅａは０．９１５［ｅＶ］、ｋはボルツマン定数を示す）
　具体的には、再成長工程では、関係式（１）に基づいて発光部２０の成長条件を決定し、その後、決定された成長条件に基づいて発光部２０の再成長を行う。以下、成長条件を決定するための関係式（１）、関係式（１）に基づく成長条件の決定、および成長条件に基づく発光部２０の再成長について説明をする。
　（関係式（１））
　関係式（１）は、実験（後述の実施例）から得られた、発光素子の発光特性が劣化しない最小の距離ｔｍｉｎと成長温度の最大値ＴＭＡＸとのアレニウスプロットから求められた関係式である。
　関係式（１）において、距離ｔは、窒化物半導体層１２の再成長界面１２ａから発光層２２の最上井戸層２４´までの成長膜厚を示す。つまり、距離ｔは、再成長界面１２ａから最上井戸層２４´を形成するまでに実際に成長される成長膜の厚さ（成長膜厚）を示す。図１に示すように、発光部２０として、ｎ型半導体層２１、多重量子井戸構造の発光層２２、およびｐ型半導体層２３を形成する場合、距離ｔは、ｎ型窒化物半導体層２１の厚さｔ１と、最上井戸層２４´を除く発光層２２の厚さｔ２との合計となる（ｔ＝ｔ１＋ｔ２）。
　また、関係式（１）において、距離ｔｍｉｎは、発光素子の発光特性が劣化しない最小の距離を示しており、所定の温度における酸素の拡散距離の理論値に相当する。ｔｍｉｎは、上述のように、成長温度の最大値ＴＭＡＸとのアレニウスプロットから求められる。すなわち、関係式（１）に示すように、最小の距離ｔｍｉｎは成長温度の最大値ＴＭＡＸの関数となっており、成長温度の最大値ＴＭＡＸによって算出される。
　また、関係式（１）において、成長温度の最大値ＴＭＡＸは、発光部２０を構成する各層を成長させるときの成長温度のうち最大のものを示す。発光部２０を構成する各層の成長温度の範囲は、例えば、ｎ型窒化物半導体層２１が８００℃以上１０００℃以下、発光層２２が６００℃以上９００℃以下、ｐ型窒化物半導体層２３が７００℃以上１０００℃以下となっている。このため、成長温度の最大値ＴＭＡＸは、少なくとも８００℃となる。一方、成長温度の最大値ＴＭＡＸは、多くとも１０００℃となる。成長温度の最大値ＴＭＡＸが１０００℃よりも高くなると、酸素の拡散がより促進されるため、距離ｔｍｉｎが１μｍよりも大きくなる。そのため、成長温度の最大値ＴＭＡＸが１０００℃よりも高い場合、距離ｔを１μｍ以下とするのが困難となる。
　（成長条件の決定）
　上述の関係式（１）に基づいて、発光部２０を再成長させる成長条件を決定する。成長条件の決定にあたっては、まず、再成長における成長温度の最大値ＴＭＡＸを決定する。続いて、関係式（１）から、決定された成長温度の最大値ＴＭＡＸにおける距離ｔｍｉｎを求める。そして、求められた距離ｔｍｉｎに基づいて、距離ｔを決定する。
　具体的には、まず、成長温度の最大値ＴＭＡＸを決定する。
　成長温度の最大値ＴＭＡＸは、発光部２０を構成する各層の成長温度によって決定される。発光部２０は、ｎ型窒化物半導体層２１、発光層２２、およびｐ型窒化物半導体層２３から構成されており、それぞれの成長温度は所定の温度範囲から適宜選択する。各層の成長温度のうち、最大のものが成長温度の最大値ＴＭＡＸとなる。
　続いて、決定された成長温度の最大値ＴＭＡＸにおける距離ｔｍｉｎを求める。
　距離ｔｍｉｎは、関係式（１）に、決定された成長温度の最大値ＴＭＡＸを代入することにより求められる。距離ｔｍｉｎは、上述したように、所定の温度における酸素の拡散距離の理論値に相当し、発光素子の発光特性が劣化しない最小の距離を示す。
　続いて、求められた距離ｔｍｉｎに基づいて距離ｔを決定する。
　距離ｔは、上述したように、実際に成長させる、再成長界面１２ａから最上井戸層２４´までの成長膜厚を示す。距離ｔは、図１に示すような場合、ｎ型窒化物半導体層２１の厚さｔ１と最上井戸層２４´を除く発光層２２の厚さｔ２との合計となる（ｔ＝ｔ１＋ｔ２）。それぞれの厚さｔ１及び厚さｔ２は適宜変更することができ、それぞれの厚さを所定の数値とすることによって、距離ｔを適宜変更することができる。本実施形態では、成長温度の最大値ＴＭＡＸが所定の場合において、再成長界面１２ａに形成される酸化膜に含まれる酸素が最上井戸層２４´まで拡散して混入しないように、距離ｔを、求められた距離ｔｍｉｎ以上とする（距離ｔ≧距離ｔｍｉｎとする）。つまり、ｎ型窒化物半導体層２１の厚さｔ１と最上井戸層２４´を除く発光層２２の厚さｔ２との合計が、距離ｔｍｉｎ以上となるようにする。距離ｔを距離ｔｍｉｎよりも小さくする（距離ｔ＜距離ｔｍｉｎとする）と、酸素が酸化膜から最上井戸層２４´まで拡散して混入するため、発光特性が低下するおそれがある。距離ｔの上限値は、距離ｔｍｉｎ以上１μｍ以下であれば特に限定されないが、成長膜厚を低減して生産性を向上させる観点からは薄いことが好ましい。
　例えば、成長条件は以下のように決定される。
　発光部２０を構成する各層について、ｎ型窒化物半導体層２１の成長温度を８９０℃、発光層２２の成長温度を７００℃、ｐ型窒化物半導体層２３の成長温度を８００℃として、再成長する場合、成長温度の最大値ＴＭＡＸは８９０℃となる。
　この成長温度の最大値ＴＭＡＸ（８９０℃）においては、関係式（１）から、距離ｔｍｉｎは３５０ｎｍと求められる。
　そして、求められた距離ｔｍｉｎ（３５０ｎｍ）に基づいて、距離ｔを３５０ｎｍ以上とする。距離ｔは、ｎ型窒化物半導体層２１の厚さｔ１と最上井戸層２４´を除く発光層２２の厚さｔ２との合計となるので、これらの合計（ｔ１＋ｔ２）が３５０ｎｍ以上となるように、厚さｔ１および厚さｔ２をそれぞれ決定する。厚さｔ１および厚さｔ２は、特に限定されないので、例えば、厚さｔ１を２００ｎｍ、厚さｔ２を１５０ｎｍとすることができる。厚さｔ１および厚さｔ２は、その合計が３５０ｎｍ以上となるように適宜変更できるため、厚さｔ１を５０ｎｍ、厚さｔ２を３００ｎｍとすることもできる。
　（発光部２０の再成長）
　次に、ＭＯＶＰＥ装置において、上述のように決定された成長条件に基づいて、発光部２０の再成長を行う。発光部２０の再成長においては、成長条件で決定した成長温度の最大値ＴＭＡＸ（例えば８９０℃）を超えない成長温度で行う。
　窒化物半導体層１２の再成長界面１２ａ上に、所定の原料ガスを供給し、ｎ型窒化物半導体層２１として厚さｔ１（例えば２００ｎｍ）のｎ型ＧａＮ層を成長させる。なお、この成長の際に、酸化膜に含まれる酸素が拡散し、ｎ型窒化物半導体層２１中に混入する。
　続いて、ｎ型窒化物半導体層２１上に、所定の原料ガスを供給し、井戸層２４としてＩｎＧａＮ層およびバリア層２５としてＧａＮ層を交互に成長させて、所定の厚さを有する多重量子井戸構造の発光層２２を形成する。発光層２２の成長では、ｎ型窒化物半導体層２１の厚さｔ１（例えば２００ｎｍ）と、最上井戸層２４´を除いた発光層２２の厚さｔ２（例えば１５０ｎｍ）との合計がｔｍｉｎ（例えば３５０ｎｍ）以上となった時点で、最上井戸層２４´を成長させる。つまり、最上井戸層２４´は、再成長界面１２ａ上にｎ型窒化物半導体層２１および発光層２２を介して形成されることになり、再成長界面１２ａとの間に距離ｔ（厚さｔ１＋ｔ２）をおいて位置する。
　発光層２２の再成長では、テンプレートの酸化膜に含まれる酸素が拡散し、またはｎ型窒化物半導体層２１に拡散して混入している酸素がさらに拡散し、発光層２２の一部へ混入することになる。しかし、本実施形態では、最上井戸層２４´は、再成長界面１２ａから距離ｔｍｉｎ（所定の温度における酸素の拡散距離の理論値）以上離間して位置しており、再成長工程における酸素の拡散・混入が抑制される。
　続いて、発光層２２の最上井戸層２４´上に、所定の原料ガスを供給し、ｐ型窒化物半導体層２３としてｐ型ＧａＮ層を成長させて形成した。なお、このｐ型窒化物半導体層２３の再成長においても酸素の拡散が生じるが、距離ｔをｔｍｉｎ以上としているため、最上井戸層２４´への酸素の拡散は抑制されている。これにより、最上井戸層２４´の酸素濃度は５．０×１０１６ｃｍ－３以下となる。
　〈窒化物半導体ウエハ１の搬出〉
　再成長工程の後、ＭＯＶＰＥ装置から窒化物半導体ウエハ１を搬出し、本実施形態の窒化物半導体ウエハ１を得る。
　［本実施形態に係る効果］
　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。
　本実施形態では、窒化物半導体ウエハは、再成長界面から最上井戸層までの距離ｔが１μｍ以下であり、最上井戸層における酸素濃度が５．０×１０１６ｃｍ－３以下となっている。これにより、成長膜厚が薄く、生産性に優れている。また、発光特性に大きく寄与する最上井戸層は酸素濃度が低く、酸素の混入による発光特性の低下が抑制されている。
　本実施形態では、発光部の再成長において、再成長界面から最上井戸層までの距離ｔと再成長する成長温度の最大値ＴＭＡＸとが所定の関係式を満足すると共に、距離ｔが１μｍ以下となるように再成長させている。これにより、テンプレート上に発光部を再成長させるときに、発光特性に大きく寄与する最上井戸層への酸素の拡散を抑制することができる。また、成長温度から、発光特性が劣化しない最小の距離（成長膜厚）を得られるため、その成長膜厚に対応させて再成長することで、成長膜厚を低減し、生産性を向上できる。
　［他の実施形態］
　以上、本明細書に係る発明の一実施形態について具体的に説明したが、本明細書に係る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、窒化物半導体層と多重量子井戸層との間にｎ型窒化物半導体層をさらに備える窒化物半導体ウエハの場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明においては、ｎ型窒化物半導体層を設けずに、テンプレートの窒化物半導体層の直上に発光層を設けてもよい。つまり、ｎ型窒化物半導体層の厚さｔ１を０として、発光層のみを形成してもよい。このとき、最上井戸層を除いた発光層の厚さｔ２を距離ｔｍｉｎ以上となるように設定する。
　上述の実施形態では、ＨＶＰＥ法により成長させてテンプレートを形成した後、ＭＯＶＰＥ法により再成長させて窒化物半導体ウエハを製造する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明においては、例えばＭＯＶＰＥ法によりテンプレートを形成した後、テンプレートを搬出し、再度ＭＯＶＰＥ法により窒化物半導体ウエハを製造する場合であっても、酸素の拡散による発光特性の低下を抑制することができる。
　次に、本明細書に係る発明の実施例について説明をする。これらの実施例は、本発明に係る窒化物半導体ウエハの一例であって、本発明はこれらの実施例により限定されない。
　本実施例では、窒化物半導体ウエハを製造し、それからＬＥＤ素子を作製した。　具体的には、厚さ６５０μｍ、直径１００ｍｍのサファイア基板上に、ＨＶＰＥ法により、バッファ層として高温成長の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層を１５０ｎｍ成長させて形成した後、テンプレート層となる窒化物半導体層としてｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層を８μｍ成長させてテンプレートを形成した。このテンプレート上に、ＭＯＶＰＥ法により、発光部として、ｎ型ＧａＮ層（厚さｔ１）、ＩｎＧａＮ／ＧａＮからなる多重量子井戸構造の発光層（厚さ７８ｎｍ：）、およびｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮコンタクト層とからなるｐ型窒化物半導体層（厚さ３００ｎｍ）を再成長させて、窒化物半導体ウエハを製造した。
　実施例１～５及び比較例１，２では、発光部の再成長において、成長温度の最大値ＴＭＡＸを種々に変更すると共に、それぞれの成長温度の最大値ＴＭＡＸの再成長において、厚さｔ１を種々に変更した窒化物半導体ウエハを製造した。それら窒化物半導体ウエハに対して電極形成等を行ってＬＥＤ素子を作製し、ＬＥＤ素子の２０ｍＡ通電時の発光出力を測定した。これらＬＥＤ素子の発光出力を評価するために、連続成長で作製した同一構造のＬＥＤ素子の２０ｍＡ通電時の発光出力に対して、実施例１～５及び比較例１，２のＬＥＤ素子の２０ｍＡ通電時の発光出力の割合を算出した。この割合がほぼ５０％となる、ＬＥＤ素子の発光特性が劣化しない最小の距離ｔｍｉｎを求めた。
　実施例１では、ＴＭＡＸ＝８２０℃、ｔｍｉｎ＝２４０ｎｍであり、実施例２では、ＴＭＡＸ＝８９０℃、ｔｍｉｎ＝３５０ｎｍであり、実施例３では、ＴＭＡＸ＝９５０℃、ｔｍｉｎ＝５００ｎｍであり、実施例４では、ＴＭＡＸ＝９８０℃、ｔｍｉｎ＝８００ｎｍであり、実施例５では、ＴＭＡＸ＝１０２０℃、ｔｍｉｎ＝１０００ｎｍであり、比較例１では、ＴＭＡＸ＝１０５０℃、ｔｍｉｎ＝１４００ｎｍであり、比較例２では、ＴＭＡＸ＝１１２０℃、ｔｍｉｎ＝２０００ｎｍであった。
　図２は、これらの測定結果のデータを、縦軸ｙに関してｔｍｉｎ［ｎｍ］の値を対数で表示し、横軸ｘに関しては１０００／（ＴＭＡＸ＋２７３）［Ｋ－１］で表示した。図２はアウレニウスプロットである。プロットを近似する図２に破線で示す直線の傾きから、上述した酸素原子が拡散するための障壁エネルギー（活性化エネルギー）Ｅａが求まり、ｙ切片から拡散距離の定数部分が求まる。すなわち、図２の直線は、
　ｔｍｉｎ＝３．６８２×１０６×ｅｘｐ｛－Ｅａ／ｋ（ＴＭＡＸ＋２７３）｝
　（ただし、式中、Ｅａ＝０．９１５［ｅＶ］（＝０．９５１×１．６×１０－１９［Ｊ］）、ｋはボルツマン定数であり、ｋ＝１．３８×１０－２３［Ｊ・Ｋ－１］）となる。
　図２に示すように、距離ｔｍｉｎと成長温度の最大値ＴＭＡＸとは高い相関性を有しており、例えば成長温度の最大値ＴＭＡＸから、信頼性の高い距離ｔｍｉｎを得ることができる。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
　請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
　１　窒化物半導体ウエハ
１０　テンプレート
１１　基板
１２　窒化物半導体層
２０　発光部
２１　ｎ型窒化物半導体層
２２　発光層
２３　ｐ型窒化物半導体層
２４　井戸層
２４´　最上井戸層

Claims (5)

  1. 　最上層に窒化物半導体層を有する窒化物半導体テンプレートの上方に、再成長させた窒化物半導体からなる多重量子井戸構造の発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを積層した窒化物半導体ウエハであって、
    　前記多重量子井戸構造の発光層における井戸層のうち前記ｐ型窒化物半導体層に最も近い井戸層を最上井戸層としたとき、
    　前記窒化物半導体テンプレートの前記窒化物半導体層の再成長界面から前記最上井戸層までの距離ｔが、１μｍ以下であり、且つ、
    　前記最上井戸層における酸素濃度が、５．０×１０１６ｃｍ－３以下である
    ことを特徴とする窒化物半導体ウエハ。
  2. 　前記距離ｔが、５００ｎｍ以下である
    ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体ウエハ。
  3. 　前記窒化物半導体層と前記多重量子井戸構造との間にｎ型窒化物半導体層をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体ウエハ。
  4. 　前記多重量子井戸構造の発光層を、前記窒化物半導体層の直上に備える
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体ウエハ。
  5. 　最上層に窒化物半導体層を有する窒化物半導体テンプレートの上方に、再成長させた窒化物半導体からなる多重量子井戸構造の発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを積層した窒化物半導体ウエハの製造方法であって、
    　前記窒化物半導体テンプレートの前記窒化物半導体層の上方に、前記多重量子井戸構造の発光層と前記ｐ型窒化物半導体層とを順に再成長する再成長工程を有し、
    　前記多重量子井戸構造の発光層における井戸層のうち前記ｐ型窒化物半導体層に最も近い井戸層を最上井戸層としたとき、
    　前記再成長工程では、
    　前記窒化物半導体テンプレートの前記窒化物半導体層の再成長界面から前記最上井戸層までの距離ｔ［ｎｍ］と、再成長する成長温度の最大値ＴＭＡＸ［℃］とが下記関係式（１）を満足すると共に前記距離ｔが１μｍ以下となるように再成長する
    ことを特徴とする窒化物半導体ウエハの製造方法。
    　ｔ≧３．６８２×１０６×ｅｘｐ｛－Ｅａ／ｋ（ＴＭＡＸ＋２７３）｝・・・（１）
    　（ただし、式中、Ｅａは０．９１５［ｅＶ］、ｋはボルツマン定数を示す）
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