WO2016020990A1 - 窒化物半導体テンプレート及び発光素子 - Google Patents

窒化物半導体テンプレート及び発光素子 Download PDF

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aln
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semiconductor layer
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今野　泰一郎
藤倉　序章
秀聖 根本
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株式会社サイオスク
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Definitions

  • the present invention relates to a nitride semiconductor template and a light emitting device.
  • a sapphire substrate, an AlN buffer layer containing Cl formed on the sapphire substrate, an AlN buffer layer containing no Cl formed on an AlN buffer layer containing Cl, and an AlN containing no Cl A device having an element structure layer not containing Cl formed on a buffer layer is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the AlN buffer layer containing Cl of the semiconductor device disclosed in Patent Document 1 contains Cl because it is formed using a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method using chloride as a raw material.
  • the AlN buffer layer not containing Cl does not contain Cl because it is formed using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD: Metal ⁇ ⁇ Organic Chemical Vapor Deposition) using no chloride as a raw material.
  • MOCVD Metal organic chemical vapor deposition
  • an AlN buffer layer containing no Cl formed by MOCVD method prevents diffusion of Cl from an AlN buffer layer containing Cl formed by HVPE method, and increases the contact resistance of the ohmic electrode. Can be prevented.
  • AlN buffer layer containing Cl is formed under a constant growth condition, and thus is considered to have a uniform Cl concentration distribution.
  • AlCl and NH 3 are usually used as raw materials, but AlCl and NH 3 are likely to react in the gas phase. For this reason, it is difficult to react before reaching the substrate surface and to grow a sufficiently high quality AlN layer on the substrate. It should be noted that such a problem could not be solved by adjusting the crystal growth conditions such as increasing the flow rate of the source gas.
  • One of the objects of the present invention is to solve the above problems, and to provide a nitride semiconductor template in which the AlN layer and the nitride semiconductor layer formed thereon have sufficient quality, and a light emitting device manufactured using the same Is to provide.
  • One embodiment of the present invention provides the nitride semiconductor templates [1] to [8] in order to achieve the above object.
  • a substrate, an AlN layer containing Cl formed on the substrate, and a nitride semiconductor layer formed on the AlN layer, and the region of the substrate side in the AlN layer A nitride semiconductor template, wherein a concentration of Cl is higher than a concentration of Cl in a region on the nitride semiconductor layer side.
  • the AlN layer includes a first AlN film and a second AlN film on the first AlN film having a lower concentration of Cl than the first AlN film.
  • the half width of the (0004) plane X-ray rocking curve of the nitride semiconductor layer is 300 arcsec or less, and the half width of the (1012) plane X-ray rocking curve is 400 arcsec or less.
  • another aspect of the present invention provides a light emitting device according to [9].
  • a light emitting device comprising the nitride semiconductor template according to any one of [1] to [8], and a light emitting layer formed on the nitride semiconductor template.
  • nitride semiconductor template in which the AlN layer and the nitride semiconductor layer formed thereon have sufficient quality, and a light emitting device manufactured using the nitride semiconductor template.
  • FIG. 1A is a vertical sectional view of the nitride semiconductor template according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a vertical sectional view of the nitride semiconductor template according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a vertical sectional view of a modification of the nitride semiconductor template according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is a vertical cross-sectional view of a modification of the nitride semiconductor template according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a vertical sectional view of the HVPE apparatus for manufacturing the semiconductor template according to the first embodiment.
  • FIG. 4A is a vertical cross-sectional view of an epitaxial wafer for a light emitting device according to the second embodiment.
  • FIG. 4B is a vertical cross-sectional view of an epitaxial wafer for a light emitting device according to the second embodiment.
  • FIG. 5A is a vertical cross-sectional view of the light emitting device according to the second embodiment.
  • FIG. 5B is a vertical cross-sectional view of the light emitting device according to the second embodiment.
  • 6 is a graph showing the Cl concentration of a nitride semiconductor template obtained by SIMS analysis according to Example 1.
  • FIG. FIG. 7 shows the relationship between the flow rate of HCl gas introduced from the doping line during the growth of the second AlN film and the half width of the X-ray rocking curve of the (0004) plane of the nitride semiconductor layer according to Example 4. It is a graph showing.
  • FIG. 7 shows the relationship between the flow rate of HCl gas introduced from the doping line during the growth of the second AlN film and the half width of the X-ray rocking curve of the (0004) plane of the nitride semiconductor layer according to Example 4.
  • FIG. 8 shows the relationship between the flow rate of HCl gas introduced from the doping line during the growth of the second AlN film and the half width of the X-ray rocking curve of the (1012) plane of the nitride semiconductor layer according to Example 4. It is a graph showing.
  • FIG. 9 is a vertical sectional view of a nitride semiconductor template according to a comparative example.
  • FIG. 10 shows the relationship between the flow rate of HCl gas introduced from the doping line during the growth of the second AlN film and the half width of the X-ray rocking curve of the (0004) plane of the nitride semiconductor layer, and the nitride semiconductor layer It is a graph showing the relationship with the number of pits of the surface.
  • a nitride semiconductor template 10a shown in FIG. 1A includes a substrate 11, an AlN layer 12a containing Cl formed on the substrate 11, and a nitride semiconductor layer 13 formed on the AlN layer 12a.
  • a nitride semiconductor template 10b shown in FIG. 1B includes a substrate 11, an AlN layer 12b containing Cl formed on the substrate 11, and a nitride semiconductor layer 13 formed on the AlN layer 12b.
  • the AlN layer 12 a of the nitride semiconductor template 10 a includes a first AlN film 121 and a second AlN film 122 on the first AlN film 121 having a lower Cl concentration than the first AlN film 121.
  • the AlN layer 12b of the nitride semiconductor template 10b is a layer in which the concentration of Cl decreases from the substrate 11 side toward the nitride semiconductor layer 13 side. Therefore, in both the AlN layer 12a and the AlN layer 12b, the concentration of Cl in the region on the substrate 11 side is higher than the concentration of Cl in the region on the nitride semiconductor layer 13 side.
  • the substrate 11 is, for example, a sapphire substrate. Further, as the substrate 11, a PSS (Patterned Sapphire Substrate) substrate having a plurality of convex portions formed on the surface may be used. The height of the convex portion on the surface of the PSS substrate is preferably 2.0 ⁇ m or less.
  • the AlN layer 12a and the AlN layer 12b are AlN crystal films formed by epitaxial growth by the HVPE method.
  • the AlN layer 12 a and the AlN layer 12 b function as a buffer layer between the substrate 11 and the nitride semiconductor layer 13.
  • the HVPE method is a growth method using metal chloride gas and ammonia gas as raw materials.
  • HVPE is characterized by a high crystal growth rate.
  • MOVPE metal-organic vapor phase epitaxy
  • MBE molecular beam epitaxy
  • the crystal growth rate is 10 ⁇ m / h or more and 300 ⁇ m / h or less.
  • AlCl and NH 3 are usually used as raw materials, but AlCl and NH 3 are likely to react in the gas phase. For this reason, it is difficult to react before reaching the substrate surface and to grow a sufficiently high quality AlN layer on the substrate.
  • the flow rate of the HCl gas flowing simultaneously with the source gas is reduced, the generation of the ungrown region can be prevented.
  • the flow rate is too small, pits are generated at the center of the upper surface of the nitride semiconductor layer.
  • the yield of elements formed using the template including the nitride semiconductor layer is lowered.
  • a light emitting element such as an LED element
  • it may cause defects such as a decrease in light emission output and a decrease in reverse voltage or electrostatic discharge (ESD) resistance. Even if no initial failure occurs, there is a great possibility that the reliability will decrease. For this reason, suppression of pits on the surface of the nitride semiconductor layer 13 is also important.
  • the AlN layer 12a of the nitride semiconductor template 10a and the AlN layer 12b of the nitride semiconductor template 10b according to the present embodiment are formed by the HVPE method in which HCl gas flows simultaneously with the source gas. It is controlled to increase in the first half and decrease in the second half of the growth. This is because the generation of pits on the surface of the nitride semiconductor layer 13 is suppressed by increasing the flow rate of HCl gas in the first growth period of the AlN layers 12a and 12b, and the flow rate of HCl gas is decreased in the later growth stage. This is because the crystal quality of the layer 13 can be improved.
  • the AlN includes the first AlN film 121 and the second AlN film 122 having a lower Cl concentration than the first AlN film 121.
  • the Cl concentration of the first AlN film 121 of the AlN layer 12a is 1 ⁇ 10 16 to 1 ⁇ 10 17 atoms / cm 3
  • the second AlN film The Cl concentration of 122 is preferably 1 ⁇ 10 16 atoms / cm 3 or less
  • the Cl concentration in the region on the substrate 11 side of the AlN layer 12b is 1 ⁇ 10 16 to 1 ⁇ 10 17 atoms / cm 3 or less.
  • the Cl concentration in the region of the AlN layer 12b on the nitride semiconductor layer 13 side is preferably 1 ⁇ 10 16 atoms / cm 3 or less.
  • the first AlN film 121 of the AlN layer 12a and the region of the AlN layer 12b on the substrate 11 side have a high Cl concentration. That is, it is preferable to increase the flow rate of HCl gas in the first growth stage of the AlN layers 12a and 12b, compared to the case of using a normal substrate having no irregularities on the surface.
  • the Cl concentration in the second AlN film 122 of the AlN layer 12a and the region of the AlN layer 12b on the nitride semiconductor layer 13 side is larger than zero.
  • a Cl concentration of zero means that these regions are formed without flowing HCl gas.
  • HCl gas is not flowed, as described above, AlCl and NH 3 are formed on the substrate 11. It reacts before reaching the surface and cannot form AlN layers 12a and 12b of sufficient quality. Further, a reaction product of AlCl and NH 3 is deposited at the outlet of the source gas of the HVPE apparatus, which may hinder the growth of the nitride semiconductor layer 13 and deteriorate the characteristics. In this case, in particular, the film thickness uniformity of the nitride semiconductor layer 13 is impaired.
  • the thickness of the AlN layers 12a and 12b is preferably 10 nm or more and 500 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 300 nm or less. If the thickness is less than 10 nm, the generation of pits on the surface of the nitride semiconductor layer 13 may not be sufficiently suppressed. Further, if the thickness exceeds 500 nm, the crystal quality of the nitride semiconductor layer 13 may be deteriorated, and there is a problem that the manufacturing cost increases because the growth time increases.
  • the configuration of the AlN layer of the nitride semiconductor template according to the present embodiment is not limited to the configuration of the AlN layers 12a and 12b.
  • another AlN film having an intermediate Cl concentration between them may be formed between the first AlN film 121 and the second AlN film 122 of the AlN layer 12a, and the first AlN film Even if an AlN film is formed between the first AlN film 122 and the second AlN film 122, the ClN concentration gradually or stepwise decreases from the first AlN film 121 side toward the second AlN film 122 side. Good.
  • the nitride semiconductor layer 13 usually does not contain a dopant.
  • the nitride semiconductor layer 13 Since the nitride semiconductor layer 13 grows on the AlN layer 12a or 12b, it has a high crystal quality. Specifically, the half width of the X-ray rocking curve of the (0004) plane of the nitride semiconductor layer 13 is 300 arcsec or less, and the half width of the X-ray rocking curve of the (1012) plane is 400 arcsec or less. preferable.
  • the nitride semiconductor layer 13 has a crystal quality such that the full width at half maximum of the X-ray rocking curve falls within this range, an element such as a light-emitting element having good characteristics is formed using the nitride semiconductor template 10a or 10b. Can do.
  • the nitride semiconductor layer 13 is preferably formed by the HVPE method having a high crystal growth rate, and is preferably formed at a growth rate of 30 ⁇ m / h or more and 300 ⁇ m / h or less. This is because if the growth rate is less than 30 ⁇ m / h, it takes too much time for crystal growth, and improvement in crystal quality corresponding to the length of the growth time cannot be expected. Further, when the growth rate exceeds 300 ⁇ m / h, it may be difficult to control the state of the nitride semiconductor layer 13 such as the film thickness.
  • the crystal growth typically takes about 6 hours. It is necessary for. Since about half of this time is the time for growing the nitride semiconductor layer 13, the HVPE method having a high crystal growth rate is used for the growth of the nitride semiconductor layer 13, thereby greatly increasing the manufacturing time of the epitaxial wafer. The manufacturing cost can be drastically reduced.
  • FIG. 2A and FIG. 2B are vertical sectional views of modifications of the nitride semiconductor template according to the first embodiment.
  • the nitride semiconductor templates 10c and 10d shown in FIGS. 2A and 2B have the n-type nitride semiconductor layer 14 on the nitride semiconductor layer 13, respectively, in that the nitride semiconductor templates shown in FIGS. Different from 10a, 10b.
  • a donor for example Si at a concentration of 8 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 .
  • the nitride semiconductor layer 14 is usually a donor source gas, for example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), which is a source gas of Si, in the process of epitaxially growing a nitride semiconductor crystal constituting the undoped nitride semiconductor layer 13. It is formed by introducing gas. That is, the non-doped nitride semiconductor crystal grown before the donor source gas is introduced constitutes the nitride semiconductor layer 13, and the n-type nitride semiconductor crystal grown after the donor source gas is introduced is the nitride semiconductor layer 14. Configure. In this case, the growth conditions such as temperature and pressure of the nitride semiconductor layer 13 and the nitride semiconductor layer 14 may be the same.
  • the nitride semiconductor layer 14 grows on the nitride semiconductor layer 13, it has a high crystal quality equivalent to that of the nitride semiconductor layer 13.
  • the thickness of the nitride semiconductor layer 13 and the thickness of the nitride semiconductor layer 14 are generally the same as the thickness of the nitride semiconductor layer 13 when the nitride semiconductor layer 14 is not formed. Is set to be approximately equal to That is, the total thickness of nitride semiconductor layer 13 and nitride semiconductor layer 14 of nitride semiconductor templates 10c and 10d is substantially equal to the thickness of nitride semiconductor templates 10a and 10b.
  • FIG. 3 is a vertical sectional view of the HVPE apparatus for manufacturing the semiconductor template according to the first embodiment.
  • the AlN layers 12a and 12b and the nitride semiconductor layer 13 are grown on the substrate 11 on which the source region 3a in which the source gases of the AlN layers 12a and 12b and the nitride semiconductor layer 13 are generated. It has a growing region 3b.
  • the raw material region 3a and the growth region 3b are heated to, for example, about 850 ° C. and 1100 ° C. by the heater 4a and the heater 4b, respectively.
  • the raw material region 3a is located upstream of the flow of the raw material gas and the like, and the growth region 3b is located downstream.
  • four gas supply lines including a doping line 61, a group V line 62, a group III (Ga) line 63, and a group III (Al) line 64 are directed from the source region 3 a to the growth region 3 b. 60 is installed.
  • group III line 63 From the group III line 63, hydrogen gas, nitrogen gas or a mixed gas thereof is supplied as carrier gas together with HCl gas.
  • a tank 7 for containing metal gallium (Ga) In the middle of the group III line 63, there is a tank 7 for containing metal gallium (Ga), and in the tank 7 is a Ga melt 7 a.
  • metal Ga reacts to generate GaCl gas, which is sent out to the growth region 3b.
  • group III line 64 From the group III line 64, hydrogen gas, nitrogen gas or a mixed gas thereof is supplied as carrier gas together with HCl gas.
  • a tank 8 for containing metal aluminum (Al) In the middle of the group III line 64, there is a tank 8 for containing metal aluminum (Al), and in the tank 8 is a solid Al pellet 8 a.
  • metal Al reacts to generate AlCl 3 gas, which is sent to the growth region 3b.
  • a mixed gas of hydrogen / nitrogen is introduced, and a dopant such as an n-type GaN layer is added.
  • a dopant such as an n-type GaN layer
  • dichlorosilane gas hydrogen dilution, 100 ppm
  • HCl gas, hydrogen gas, and nitrogen gas are introduced.
  • the nitride semiconductor layer 14 is formed, 20 sccm of dichlorosilane gas and 100 sccm of HCl gas are introduced.
  • hydrochloric acid gas, hydrogen gas, and nitrogen gas are introduced from the doping line 61 when baking is performed to remove GaN-based deposits that have adhered to the HVPE apparatus 1 after crystal growth.
  • a tray 5 rotating at a rotational speed of about 3 to 100 r / min is installed, and the substrate 11 is installed on the surface 5a (installation surface) of the tray 5 facing the outlet 60a of the gas supply line 60. .
  • Various source gases introduced from the outlet 60a react on the surface of the substrate 11 to grow the AlN layers 12a and 12b and the nitride semiconductor layer 13.
  • the raw material gas or the like that flows behind the substrate 11 is exhausted through the line 9 from the most downstream portion.
  • Each pipe of the gas supply line 60, tanks 7 and 8, and the rotating shaft 5b of the tray are made of high-purity quartz, and the tray 5 is made of SiC-coated carbon.
  • the second embodiment is a mode of a light emitting element as an example of an element formed using the nitride semiconductor template according to the first embodiment.
  • FIGS. 4A and 4B are vertical sectional views of an epitaxial wafer for a light emitting device according to the second embodiment.
  • Epitaxial wafer 20a is a wafer formed using nitride semiconductor template 10a according to the first embodiment, and epitaxial wafer 20b is formed using nitride semiconductor template 10c according to the first embodiment. The wafer to be processed.
  • Epitaxial wafer 20a includes nitride semiconductor template 10a, n-type GaN layer 21 formed on nitride semiconductor template 10a, and six pairs of InGaN / GaN formed on n-type GaN layer 21.
  • the light emitting layer includes a multiple quantum well layer 22, a p-type AlGaN layer 23 formed on the multiple quantum well layer 22, and a p-type GaN contact layer 24 formed on the p-type AlGaN layer 23.
  • the epitaxial wafer 20b differs from the epitaxial wafer 20a in that it has a nitride semiconductor template 10c instead of the nitride semiconductor template 10a.
  • the substrate 11 in the epitaxial wafers 20a and 20b is, for example, a sapphire substrate.
  • the total thickness of the multiple quantum well layer 22 is, for example, several hundred nm.
  • the thickness of the p-type AlGaN layer 23 is, for example, 200 to 500 nm.
  • the nitride semiconductor layer 13 in the epitaxial wafer 20a is a thick GaN layer having a thickness of about 10 to 15 ⁇ m, for example.
  • the reason why the nitride semiconductor layer 13 is thick in the epitaxial wafer 20a is to improve the crystal quality.
  • the nitride semiconductor layer 13 and the nitride semiconductor layer 14 in the epitaxial wafer 20b are, for example, an undoped GaN layer and an n-type GaN layer, respectively.
  • the thickness of the nitride semiconductor layer 13 and the thickness of the nitride semiconductor layer 14 The total length is about 10 to 15 ⁇ m.
  • FIG. 5A and 5B are vertical cross-sectional views of the light-emitting element according to the second embodiment.
  • the light emitting element 30a is an LED element formed using the epitaxial wafer 20a
  • the light emitting element 30b is an LED element formed using the epitaxial wafer 20b.
  • the light emitting element 30a includes an epitaxial wafer 20a, a Ti / Al electrode 33 formed on a part of the exposed region of the n-type GaN layer 21 of the epitaxial wafer 20a, and a Ni formed on the p-type GaN contact layer 24. / Au translucent electrode 31 and electrode pad 32 formed on Ni / Au translucent electrode 31.
  • the light emitting element 30b includes an epitaxial wafer 20b, a Ti / Al electrode 33 formed on a part of the nitride semiconductor layer 14 exposed on the epitaxial wafer 20b, and a Ni formed on the p-type GaN contact layer 24. / Au translucent electrode 31 and electrode pad 32 formed on Ni / Au translucent electrode 31.
  • the light emitting elements 30a and 30b can emit light with high luminance.
  • the light emitting element 30b has the nitride semiconductor layer 14, and is different from the light emitting element 30a in that the Ti / Al electrode 33 is connected to the nitride semiconductor layer 14, but has substantially the same characteristics as the light emitting element 30a.
  • nitride semiconductor template 10b may be used instead of the nitride semiconductor template 10a of the epitaxial wafer 20a and the light emitting element 30a.
  • a nitride semiconductor template 10d may be used instead of the nitride semiconductor template 10c of the epitaxial wafer 20b and the light emitting element 30b.
  • the high-quality nitride semiconductor layer 13 is grown on the AlN layer 12a or 12b.
  • Quality nitride semiconductor templates 10a, 10b, 10c or 10d can be obtained.
  • the light emitting element 30a or 30b having high luminance and excellent reliability can be reduced.
  • elements other than light emitting elements, such as a transistor can also be manufactured using the nitride semiconductor template 10a, 10b, 10c, or 10d.
  • a nitride semiconductor template and an epitaxial wafer for a light emitting element are formed using the HVPE apparatus 1 according to the first embodiment.
  • Example 1 Manufacture of nitride semiconductor templates
  • a flat sapphire substrate having a thickness of 900 ⁇ m and a diameter of 100 mm (4 inches) was used as the substrate 11.
  • the substrate 11 is set on the tray 5 of the HVPE apparatus 1, pure nitrogen is flowed to drive out the atmosphere in the furnace.
  • the substrate temperature was set to 1100 ° C. and held for 10 minutes.
  • sccm of HCl gas, 2 slm of hydrogen gas, 1 slm of nitrogen, 50 sccm of NH 3 gas and 1 slm of hydrogen gas are introduced from the group V line 62 from the group III (Al) line 64, and 1 slm of hydrogen gas is introduced from the doping line 61.
  • a gas was introduced at 400 sccm and nitrogen gas at 2.6 slm, and an AlN crystal film was grown on the substrate 11 for 24 seconds to form a first AlN film 121.
  • an AlN crystal film was grown on the first AlN film 121 for 24 seconds to form a second AlN film 122.
  • the flow rate of HCl gas introduced from the doping line 61 was 20 sccm, and the flow rate of nitrogen gas was 3 slm.
  • the flow rates of other gases are the same as the conditions for the first AlN film 121.
  • a first AlN film 121 having a thickness of 10 nm and a second AlN film 122 having a thickness of 10 nm were formed, and an AlN layer 12a having a thickness of 20 nm was obtained.
  • nitride semiconductor template 10a is obtained.
  • the substrate temperature was lowered to near room temperature while flowing NH 3 gas at 2 slm and nitrogen gas at 8 slm. Thereafter, a nitrogen purge was performed for several tens of minutes, and after the inside of the furnace of the HVPE apparatus 1 was set to a nitrogen atmosphere, the nitride semiconductor template 10a was taken out from the HVPE apparatus 1.
  • the crystal growth of the AlN layer 12a and the nitride semiconductor layer 13 was all performed under normal pressure (1 atm).
  • the nitride semiconductor template 10a obtained by the above process was inspected by a surface inspection apparatus.
  • the area excluding the outer peripheral portion having a width of 1 mm of the nitride semiconductor template 10a was set as the inspection range.
  • pits having a size of 1 ⁇ m or more were zero.
  • the half width of the X-ray rocking curve of the (0004) plane of the nitride semiconductor layer 13 was measured and found to be 220 arcsec. Moreover, it was 291 arcsec when the half value width of the X-ray rocking curve of (1012) plane was measured.
  • the above evaluation was performed on the other nine nitride semiconductor templates 10a. As a result, 1 to 3 pits were confirmed in 2 out of a total of 10 nitride semiconductor templates 10a, and no pits were confirmed in the remaining 8 sheets. Further, the variation in the half width of the X-ray rocking curve of the 10 nitride semiconductor templates 10a was within ⁇ 10 arcsec.
  • FIG. 6 is a graph showing the Cl concentration of the nitride semiconductor template 10a of the present example obtained by SIMS analysis.
  • the horizontal axis of FIG. 6 is based on the position of about 5 ⁇ m from the surface of the nitride semiconductor template 10a (0 nm), the region deeper than 30 nm is the region of the substrate 11 which is a sapphire substrate, and the region of depth 20-30 nm is The region of the first AlN film 121 and the region having a depth of 10 to 20 nm are the regions of the second AlN film 122.
  • the Cl concentration in the region of the first AlN film 121 is lower than the Cl concentration in the second AlN film 122.
  • the n-type GaN layer 21, the multiple quantum well layer 22, the p-type AlGaN layer 23, and the p-type GaN contact layer 24 are grown on the obtained nitride semiconductor template 10a by the MOVPE method, and the epitaxial wafer 20a. Formed. Thereafter, the temperature of the growth furnace was lowered to around room temperature, and the epitaxial wafer 20a was taken out from the MOVPE apparatus.
  • the surface of the obtained epitaxial wafer 20a is partially removed by RIE (Reactive Ion Etching) to expose a part of the n-type GaN layer 21, and a Ti / Al electrode 33 is formed on the exposed portion. did. Further, a Ni / Au translucent electrode 31 and an electrode pad 32 were formed on the p-type GaN contact layer 24 to manufacture a blue LED as the light emitting element 30a.
  • RIE Reactive Ion Etching
  • the relative output is a value obtained by multiplying the value obtained by dividing the light emission output after energization for 1000 hours by the light emission output at the start of the test by 100.
  • Example 2 Manufacture of nitride semiconductor templates
  • the nitride semiconductor template 10b was formed.
  • the formation conditions of the layers other than the AlN layer are the same as those of the nitride semiconductor template 10a of the first embodiment, a specific description is omitted.
  • the substrate 11 is set on the tray 5 of the HVPE apparatus 1, pure nitrogen is flowed to drive out the atmosphere in the furnace.
  • the substrate temperature was set to 1100 ° C. and held for 10 minutes.
  • the growth of the AlN crystal film was continued while gradually decreasing the flow rate of HCl gas from the doping line 61 from 400 sccm (starting flow rate) to 20 sccm (ending flow rate) to form an AlN layer 12b having a thickness of 10 nm.
  • the nitride semiconductor layer 13 was formed on the AlN layer 12b, and the nitride semiconductor template 10b was obtained.
  • nitride semiconductor template 10b obtained by the above process was inspected by the same method as in Example 1. As a result of the inspection, pits having a size of 1 ⁇ m or more were zero. Moreover, even when the surface was observed with an optical microscope, pits were not confirmed.
  • the half width of the X-ray rocking curve of the (0004) plane and the (1012) plane of the nitride semiconductor layer 13 was measured. A half width equivalent to that of the nitride semiconductor template 10a of Example 1 was obtained.
  • the light emitting element 30a was manufactured according to the process similar to Example 1 using the obtained nitride semiconductor template 10b.
  • the crystal growth on nitride semiconductor template 10b was performed simultaneously with the crystal growth on nitride semiconductor template 10a of Example 1.
  • Example 3 Manufacture of nitride semiconductor templates
  • the nitride semiconductor template 10a was formed by changing the thickness of the second AlN film 122 of the first example.
  • the conditions other than the thickness of the second AlN film 122 are the same as those of the nitride semiconductor template 10a of the first embodiment, a specific description is omitted.
  • the flow rates of various gases introduced during the growth of the second AlN film 122 are the same as those in Example 1, and the second AlN film 122 having a different thickness was formed by changing the growth time. Then, three types of nitride semiconductor templates 10a in which the thickness of the second AlN film 122 is 300 nm, 500 nm, and 700 nm, respectively, were formed.
  • Example 1 when the full width at half maximum of the X-ray rocking curve of the (1012) plane of the nitride semiconductor layer 13 was measured for the nitride semiconductor template 10a in which the thickness of the second AlN film 122 was 500 nm, Example 1 was obtained. A full width at half maximum of 20 arcsec was obtained.
  • Example 1 A full width at half maximum of about 60 arcsec was obtained.
  • the light emitting element 30a was manufactured by the same process as Example 1 using the three types of nitride semiconductor templates 10a.
  • the second AlN film 122 was formed from a nitride semiconductor template 10a having a thickness of 300 nm.
  • the light emitting element 30a formed from the nitride semiconductor template 10a having the thickness of the light emitting element 30a and the second AlN film 122 of 500 nm the same excellent results as in Example 1 were obtained.
  • the characteristics were lower than those of the light emitting element 30a of Example 1.
  • Example 4 Manufacture of nitride semiconductor templates
  • the nitride semiconductor template 10a was formed by changing the flow rate of HCl gas introduced from the doping line 61 during the growth of the second AlN film 122 of Example 1.
  • the formation conditions of the layers other than the second AlN film 122 and the flow rate of the gas other than the HCl gas introduced from the doping line 61 introduced during the growth of the second AlN film 122 are the same as those in the first embodiment. Therefore, a specific description is omitted.
  • nitride semiconductor templates 10a having different flow rates of HCl gas introduced from the doping line 61 during the growth of the second AlN film 122 were manufactured.
  • the flow rates of HCl gas from the doping line 61 during the growth of the second AlN film 122 of the seven types of nitride semiconductor templates 10a are 50 sccm, 75 sccm, 100 sccm, 200 sccm, 300 sccm, 400 sccm, and 500 sccm, respectively.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the flow rate of HCl gas introduced from the doping line 61 during the growth of the second AlN film 122 and the half width of the X-ray rocking curve of the (0004) plane of the nitride semiconductor layer 13. It is.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the flow rate of HCl gas introduced from the doping line 61 during the growth of the second AlN film 122 and the half width of the X-ray rocking curve of the (1012) plane of the nitride semiconductor layer 13. It is.
  • the flow rate of HCl gas introduced from the doping line 61 during the growth of the second AlN film 122 is increased, and introduced from the doping line 61 during the growth of the first AlN film 121.
  • the flow rate of the HCl gas approaches 400 sccm, the full width at half maximum increases, that is, the crystal quality of the nitride semiconductor layer 13 decreases.
  • nitride semiconductor template 50 shown in FIG. 9 was manufactured.
  • the AlN layer 51 of the nitride semiconductor template 50 is 20 nm, which is the same as the AlN layer 12a of the first embodiment.
  • the formation conditions of the layers other than the AlN layer are the same as those of the nitride semiconductor template 10a of the first embodiment, a specific description is omitted.
  • nitride semiconductor templates 50 having different flow rates of HCl gas introduced from the doping line 61 during the growth of the AlN layer 51 were manufactured.
  • the other gas flow rates are the same as those of the first AlN film 121 of the first embodiment.
  • the flow rates of HCl gas from the doping line 61 during the growth of the AlN layer 51 of the eight types of nitride semiconductor templates 50 are 20 sccm, 50 sccm, 75 sccm, 100 sccm, 200 sccm, 300 sccm, 400 sccm, and 500 sccm, respectively.
  • FIG. 10 shows the relationship between the flow rate of HCl gas introduced from the doping line 61 during the growth of the second AlN film 122 and the half width of the X-ray rocking curve of the (0004) plane of the nitride semiconductor layer 13, and nitriding.
  • 4 is a graph showing the relationship with the number of pits on the surface of the physical semiconductor layer 13;
  • the flow rate of HCl gas from the doping line 61 during the growth of the AlN layer 51 is 400 sccm or more, the number of pits can be reduced to zero, but the nitride semiconductor layer 13 is formed on the outer periphery of the nitride semiconductor template 50. An ungrown region has occurred.
  • a light emitting device was manufactured by using the eight types of nitride semiconductor templates 50 in the same manner as in Example 1.
  • the crystal growth on the nitride semiconductor template 50 was performed simultaneously with the crystal growth on the nitride semiconductor template 10a of Example 1.
  • a nitride semiconductor template in which an AlN layer and a nitride semiconductor layer formed thereon have sufficient quality.
  • Nitride semiconductor template 11 Substrate 12a, 12b AlN layer 121 First AlN film 122 Second AlN film 13, 14 Nitride semiconductor layer 30a, 30b Light emitting element

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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

窒化物半導体テンプレート及び発光素子
　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。
国際公開第２００８／０１２８７７号
　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。
図１Ａ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２Ａ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。 図４Ａ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５Ａ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６は、実施例１に係る、ＳＩＭＳ分析により得られた窒化物半導体テンプレートのＣｌ濃度を示すグラフである。 図７は、実施例４に係る、第２のＡｌＮ膜の成長時にドーピングラインから導入されるＨＣｌガスの流量と、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との関係を表すグラフである。 図８は、実施例４に係る、第２のＡｌＮ膜の成長時にドーピングラインから導入されるＨＣｌガスの流量と、窒化物半導体層の（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。 図９は、比較例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１０は、第２のＡｌＮ膜の成長時にドーピングラインから導入されるＨＣｌガスの流量と、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との関係、及び窒化物半導体層の表面のピット数との関係を表すグラフである。
〔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。
　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。
　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。
（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
（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。
〔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。
　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。
　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。
（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。
　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。
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　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。
（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。
　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

Claims (9)

  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、
    　請求項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、
    　請求項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、
    　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  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、
    　請求項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、
    　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。
  9. 　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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