(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ系結晶が成長可能なベース基板面に、マスク領域と非マスク領域とを形成するようにマスク層が設けられ、マスク層はそれ自身の表面からは実質的にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料からなり、
非マスク領域を結晶成長の出発点としてマスク層上を覆うまで成長した第一のＧａＮ系結晶層と、その上に成長した第二のＧａＮ系結晶層とを有し、
第一のＧａＮ系結晶層は、Ａｌ組成が実質的に０であり、該第一のＧａＮ系結晶層がマスク層を覆った瞬間においてＡｌ組成の増加が開始しており、それによって第一のＧａＮ系結晶層は第二のＧａＮ系結晶層へと切り換わっており、
第二のＧａＮ系結晶層には、第一のＧａＮ系結晶層との境界から層の厚さが増すにつれてＡｌ組成が増加するＡｌＧａＮ結晶層部分が含まれていることを特徴とするＧａＮ系結晶基材。
【請求項２】
第二のＧａＮ系結晶層のＡｌ組成が増加する部分における、Ａｌ組成の初期値が０．０１以下である請求項１記載のＧａＮ系結晶基材。
【請求項３】
マスク層の形成パターンが、帯状のマスク層を縞状に配置してなるストライプ状のマスクパターンであって、前記帯状のマスク層の長手方向が第一のＧａＮ系結晶層に対して〈１−１００〉方向に伸びるものである請求項１記載のＧａＮ系結晶基材。
【請求項４】
第一のＧａＮ系結晶層がＧａＮ結晶層であり、第二のＧａＮ系結晶層がＡｌＧａＮ結晶層である請求項１記載のＧａＮ系結晶基材。
【請求項５】
ベース基板の上面を基準とする、非マスク領域での第一のＧａＮ系結晶層の厚さが、０．１μｍ〜３μｍ以下である請求項１記載のＧａＮ系結晶基材。
【請求項６】
上記請求項１〜５のいずれかに記載のＧａＮ系結晶基材を製造するための方法であって、
ＧａＮ系結晶が成長可能なベース基板面に、マスク領域と非マスク領域とを形成するようにマスク層を設け、マスク層の材料をそれ自身の表面からは実質的にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料とし、非マスク領域を結晶成長の出発点として、第一のＧａＮ系結晶層としてのＧａＮ系結晶を成長させ、
第一のＧａＮ系結晶層がマスク層上を覆うまではＧａＮ系結晶のＡｌ組成を実質的に０とし、第一のＧａＮ系結晶層がマスク層上を覆った瞬間においてＡｌ組成の増加を開始することによって第二のＧａＮ系結晶層へと切り換え、該第二のＧａＮ系結晶層の厚さが増すにつれてＡｌ組成が増加する部分を形成する工程を含むことを特徴とするＧａＮ系結晶基材の製造方法。
【請求項７】
Ａｌ組成が増加する部分を形成するに際し、Ａｌ組成の初期値を０．０１以下としてＡｌ組成を増加させるものである請求項６記載の製造方法。
【請求項８】
ベース基板の上面を基準とする、非マスク領域での第一のＧａＮ系結晶層の厚さが、０．１μｍ〜３μｍ以下である請求項６記載のＧａＮ系結晶基材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＮ系結晶を用いた半導体発光素子（ＧａＮ系発光素子）などに用いられるＧａＮ系結晶基材を得るための技術分野に属し、特に、Ａｌ組成を有するＧａＮ系結晶に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ系発光素子は、近年、高輝度の発光ダイオード（ＬＥＤ）が実現されたのを機会に研究が活発に行われており、半導体レーザーの室温連続発振の報告も聞かれる様になっている。例えば、高輝度ＬＥＤでは緑色・青色が、半導体レーザー（ＬＤ）では紫色が実現されている。
【０００３】
従来、ＧａＮ系発光素子の発光部の材料としては、ＩｎＧａＮが多く用いられている。発光部とは、例えば、ＬＥＤではｐｎ接合の空乏層部分やダブルヘテロ接合構造の活性層などであり、ＬＤではストライプ構造のストライプ部分などである。ＩｎＧａＮは、緑色〜青色の短い波長の発光が得られ、しかも高い発光効率が得られる材料である。
【０００４】
しかし、情報信号の伝達・記録の高密度化などに伴い、ＧａＮ系発光素子には、青色光から紫外線へと、より短い波長光を発することが求められている。そのためには、発光部の材料として、ＩｎＧａＮからＩｎ組成を減らしてＧａＮに近づけて行く必要がある。それに伴い、クラッド層など周囲の層は、キャリアの閉じこめ、光の透過（ＬＥＤの場合）、光の閉じこめ（ＬＤの場合）、などの役割を果たすことが必要となる。従って、該周囲の層は、発光部よりもバンドギャップの大きな材料、即ち、ＡｌＧａＮなどＡｌ組成を増やした材料（ＡｌＧａＮ系材料と呼ぶ）によって形成されねばならない。
【０００５】
一方、ＧａＮ系発光素子を作製する一般的な方法は、結晶基板にサファイアの単結晶を用い、その上にバッファ層を介して種々のＧａＮ系結晶層を成長させ、所望のＧａＮ系結晶層を発光部として用いるというものである。しかし、このような方法によって成長させたＧａＮ系結晶層内には、結晶基板との格子不整合などに起因する転位が高密度に存在する。転位は、ＧａＮ系結晶が成長して厚みが増しても上方に継承され、転位線（貫通転位）と呼ばれる連続した欠陥部分となって素子の特性を損なう。
【０００６】
これに対して、マスク層を用いて低転位なＧａＮ系結晶を得る方法が報告されている。以下、この方法を、「マスク法」と呼んで説明する。
マスク法は、図２（ａ）に示すように、先ず、ベース基板（結晶基板）１０上に、ＧａＮ系結晶が成長し得ない材料（ＳｉＯ2 など）からなるマスク層２０を、特定のパターンを描いて形成する。そして、ベース基板上においてマスク層２０が形成されていない領域（非マスク領域）１０ａを出発面としてＧａＮ系結晶を成長させる。結晶がマスク層２０の高さまで成長した後も結晶成長を継続すると、ＧａＮ系結晶は厚さ方向に成長するだけでなく、マスク層２０の上面に沿って横方向にも成長し、図２（ｂ）に示すように、マスク層２０を埋め込んで覆うＧａＮ系結晶層３０となる。このとき、ＧａＮ系結晶層３０中には、例えばマスク層の上方の部分３０ａなど特定の部分に、転位線の伝搬の少ない低転位な部分が形成されているのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、マスク法によって、ＡｌＧａＮ系材料を結晶成長させようとすると、本来ＧａＮ系結晶が成長し得ないことを前提としているマスク層上面から、ＡｌＧａＮ系材料が多結晶的に成長し、マスク法のプロセスが達成されず、結晶品質が低下するという問題がある。
【０００８】
これはＡｌが非常に活性であって、Ａｌ反応種のマスク層上での拡散長が短いために、マスク材料のＳｉＯ2 と反応しやすく、また、マスク層上で他の反応種と反応し堆積し易く、マスク層上に結晶成長の核となる部分が発生し易いことが原因と考えられる。
【０００９】
また従来のマスク法では、ＡｌＧａＮ系結晶を成長させる場合、結晶性向上のために、サファイア基板上にバッファ層を介して先ずＧａＮの表層を数μｍ成長させてベース基板とし、そのベース基板上にＡｌＧａＮ系結晶層を成長させるのが通常である。しかし、このような方法では、結晶性は向上しても、ＧａＮ結晶とＡｌＧａＮ系結晶との互いの熱膨張係数の差、および素子全体を完成させるまでに繰り返される温度の上昇と降下によって、これらの層のいずれかまたは両方にクラックが発生するという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記問題を解決し、低転位でクラックの少ない状態として形成された、ＡｌＧａＮ系結晶層を有するＧａＮ系結晶基材を提供し、その製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のＧａＮ系結晶基材とその製造方法は次の特徴を有するものである。
（１）ＧａＮ系結晶が成長可能なベース基板面に、マスク領域と非マスク領域とを形成するようにマスク層が設けられ、マスク層はそれ自身の表面からは実質的にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料からなり、非マスク領域を結晶成長の出発点としてマスク層上を覆うまで成長した第一のＧａＮ系結晶層と、その上に成長した第二のＧａＮ系結晶層とを有し、第一のＧａＮ系結晶層は、Ａｌ組成が実質的に０であり、該第一のＧａＮ系結晶層がマスク層を覆った瞬間においてＡｌ組成の増加が開始しており、それによって第一のＧａＮ系結晶層は第二のＧａＮ系結晶層へと切り換わっており、第二のＧａＮ系結晶層には、第一のＧａＮ系結晶層との境界から層の厚さが増すにつれてＡｌ組成が増加するＡｌＧａＮ結晶層部分が含まれていることを特徴とするＧａＮ系結晶基材。
（２）第二のＧａＮ系結晶層のＡｌ組成が増加する部分における、Ａｌ組成の初期値が０．０１以下である上記（１）記載のＧａＮ系結晶基材。
（３）マスク層の形成パターンが、帯状のマスク層を縞状に配置してなるストライプ状のマスクパターンであって、前記帯状のマスク層の長手方向が第一のＧａＮ系結晶層に対して〈１−１００〉方向に伸びるものである上記（１）記載のＧａＮ系結晶基材。
（４）第一のＧａＮ系結晶層がＧａＮ結晶層であり、第二のＧａＮ系結晶層がＡｌＧａＮ結晶層である上記（１）記載のＧａＮ系結晶基材。
（５）ベース基板の上面を基準とする、非マスク領域での第一のＧａＮ系結晶層の厚さが、０．１μｍ〜３μｍ以下である上記（１）記載のＧａＮ系結晶基材。
（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載のＧａＮ系結晶基材を製造するための方法であって、ＧａＮ系結晶が成長可能なベース基板面に、マスク領域と非マスク領域とを形成するようにマスク層を設け、マスク層の材料をそれ自身の表面からは実質的にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料とし、非マスク領域を結晶成長の出発点として、第一のＧａＮ系結晶層としてのＧａＮ系結晶を成長させ、第一のＧａＮ系結晶層がマスク層上を覆うまではＧａＮ系結晶のＡｌ組成を実質的に０とし、第一のＧａＮ系結晶層がマスク層上を覆った瞬間においてＡｌ組成の増加を開始することによって第二のＧａＮ系結晶層へと切り換え、該第二のＧａＮ系結晶層の厚さが増すにつれてＡｌ組成が増加する部分を形成する工程を含むことを特徴とするＧａＮ系結晶基材の製造方法。
（７）Ａｌ組成が増加する部分を形成するに際し、Ａｌ組成の初期値を０．０１以下としてＡｌ組成を増加させるものである上記（６）記載の製造方法。
（８）ベース基板の上面を基準とする、非マスク領域での第一のＧａＮ系結晶層の厚さが、０．１μｍ〜３μｍ以下である上記（６）記載のＧａＮ系結晶基材。
【００１７】
本発明でいう「ＧａＮ系」とは、ＩｎX ＧａY ＡｌZ Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で示される化合物半導体のグループに属することを意味する。従って、「ＡｌＧａＮ系」とは、前記式において、０＜Ｚ≦１である。
【００１８】
本明細書では、ＧａＮ系結晶やサファイア基板などの六方格子結晶の格子面を４つのミラー指数（ｈｋｉｌ）によって指定する場合があれば、記載の便宜上、指数が負のときには、その指数の前にマイナス記号を付けて表記するものとし、この負の指数に関する表記方法以外は、一般的なミラー指数の表記方法に準じる。従って、ＧａＮ系結晶の場合では、Ｃ軸に平行なプリズム面（特異面）は６面あるが、例えば、その１つの面は（１−１００）と表記し、６面を等価な面としてまとめる場合には｛１−１００｝と表記する。また、前記｛１−１００｝面に垂直でかつＣ軸に平行な面を等価的にまとめて｛１１−２０｝と表記する。また、（１−１００）面に垂直な方向は〔１−１００〕、それと等価な方向の集合を〈１−１００〉とし、（１１−２０）面に垂直な方向は〔１１−２０〕、それと等価な方向の集合を〈１１−２０〉と表記する。但し、図面にミラー指数を記入する場合があれば、指数が負のときには、その指数の上にマイナス記号を付けて表記し、ミラー指数の一般的な表記方法に全て準じる。本発明でいう結晶方位は、全て、ベース基板上に成長したＧａＮ系結晶を基準とする方位である。
【００１９】
「マスク領域」（即ち、マスクされた領域）と「非マスク領域」（即ち、マスクされていない領域）は、ともにベース基板面内の領域である。マスク層の上面の領域は、マスク領域に等しいものとみなし、同義として説明に用いる。
【００２０】
【作用】
マスク法を用いてＧａＮ系結晶を成長させるに際し、第一のＧａＮ系結晶層がマスク層を覆うまではＡｌ組成を実質的に０とすることによって、マスク層上における該結晶のポリクリスタル成長が抑制され、マスク法の良好なプロセスが達成され、低転位な結晶部分が得られる。
また、該結晶がマスク層を覆った後は、層の厚さが増すにつれて、Ａｌ組成を０．０１以下の小さい値、好ましくは実質的に０から増加させる部分を設けることによって、クラックの発生が抑えられた、好ましい品質のＡｌＧａＮ系結晶層が得られる。以下、Ａｌ組成が実質的に０の材料をＧａＮとし、Ａｌ組成を増加させた材料をＡｌＧａＮとして説明するが、それらの説明の材料に、適当なＩｎ組成を加えてもよい。
【００２１】
また、クラックの発生を軽減するためには、マスク層を覆うＧａＮ結晶の厚さをできる限り薄くするのが好ましい。従って、本発明ではＧａＮ結晶がマスク層を覆った時点で、Ａｌ組成の増加を開始するのが好ましい態様となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明によるＧａＮ系結晶基材を示すと同時にその製造方法を説明する。
本発明によるＧａＮ系結晶基材は、図１に示すように、ベース基板Ｂ、マスク層３、第一のＧａＮ系結晶層（以下「第一層」）１、第二のＧａＮ系結晶層（以下「第二層」）２とを有する。マスク層３は、ベース基板Ｂの基板面上に、マスク領域と非マスク領域４とを形成するよう設けられる。第一層１は、非マスク領域４を結晶成長の出発点としてマスク層上を覆うまで成長した層であり、Ａｌ組成は実質的に０である。第二層２は、第一層１の上に成長した層である。第二層２には、第一層１との境界から所定の厚さとなる部分まで、層の厚さが増すにつれてＡｌ組成が増加する部分が形成された構造となっている。
【００２３】
ベース基板は、ＧａＮ系結晶がＣ軸を厚み方向として成長可能なものであればよく、例えば、サファイア、水晶、ＳｉＣなどが挙げられる。なかでも、サファイアのＣ面、Ａ面、６Ｈ−ＳｉＣ基板、特にＣ面サファイア基板が好ましい。
【００２４】
また、上記基板を基礎の結晶基板として、その表面に、バッファ層を設けた状態のものをベース基板としても良い。バッファ層の材料は、公知の材料を用いてよいが、第一層、第二層との熱膨張係数差をより小さくしてクラック発生を抑制し、また、発光素子を構成したとき光吸収を抑制する意図から、ＡｌX Ｇａ1-X Ｎ（０＜ｘ≦１）が好ましい。
【００２５】
さらに、ベース基板の少なくとも表層をＧａＮ系結晶層としてもよい。例えば、図１に示すように、サファイアなどの基礎の結晶基板Ｂ１の表面に、バッファ層Ｂ２を介して、ＧａＮ系結晶層Ｂ３を表層として成長させ、これをベース基板Ｂとして用いる態様である。
【００２６】
マスク層には、それ自身の表面からは実質的にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料を用いる。このような材料としては、ＳｉＯ2 、ＳｉＮｘ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 などが例示される。またこれら材料の積層構造とすることも可能である。
【００２７】
マスク層の形成パターンは、丸・楕円・星・六角形などの開口部があるものや、帯状になったものなど任意の形状でよいが、ＧａＮ系結晶の成長のしかたや、転位線の伝搬のしかたに大きな影響を与える重要なものである。特に、マスク領域と非マスク領域との境界線の方向が重要である。この境界線の方向について次に説明する。
【００２８】
（ａ）マスク領域と非マスク領域との境界線を〈１−１００〉方向の直線とする場合、この境界線を越えてマスク層の上面に沿って横方向に成長するＧａＮ系結晶の面は｛１１−２０｝面となる。｛１１−２０｝面はオフファセットであるため、ファセットな｛１−１００｝面に比べて、ＧａＮ系結晶は横方向に高速に成長する。横方向成長速度が速くなると、｛１−１０１｝面などの斜めファセットは形成され難い。その結果、マスク層を平坦に埋め込んだときのＧａＮ系結晶層の厚さは、下記（ｂ）の場合に比べ薄くて済む。
この場合、貫通転位はＣ軸方向にそのまま伝播し、マスク層の上方が低転位となる。
【００２９】
（ｂ）マスク領域と非マスク領域との境界線を〈１１−２０〉方向の直線とする場合、ファセットな｛１−１００｝面がこの境界線を越えて横方向に成長する面となり、横方向への成長速度は遅くなる。横方向成長速度に対しＣ軸方向の成長速度が速いため、｛１−１０１｝面などの斜めファセットが形成され易く、ピラミッド状の形状が先ず形成されてから平坦化する。その結果、マスク層を平坦に埋め込むには、ＧａＮ系結晶層はある程度の厚さが必要となる。
この場合、貫通転位はマスク層の上方側に向かって伝播し、非マスク領域の上方が低転位となる。
【００３０】
マスク層の形成パターンの効果を顕著に現すパターンの一例として、ストライプ状のパターンが挙げられる。ストライプ状のパターンは、帯状のマスク層を縞状に配置したパターンであって、帯状のマスク領域と帯状の非マスク領域とが交互に並ぶ。この帯の長手方向が、上記したマスク領域と非マスク領域との境界線の方向である。以下、マスク層の形成パターンをストライプ状のパターンとする場合について説明する。
【００３１】
マスク層の厚さは、通常５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度が好ましい。マスク層の形成パターンをストライプ状のパターンとする場合、個々の帯状のマスク層の幅は、０．１μｍ〜１０μｍ程度が好ましく、帯状のマスク層の幅と、帯状の非マスク領域の幅との比などは、従来のマスク法を参考としてもよい。
【００３２】
マスク法を適用し、第一層（Ａｌ組成≒０）、第二層を成長させる場合の結晶成長法は、ＨＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ法などがよい。厚膜を作製する場合はＨＶＰＥ法が好ましいが、薄膜を形成する場合はＭＯＣＶＤ法が好ましい。
【００３３】
また、マスク法を適用する時の成長雰囲気ガスは水素・窒素・アルゴン・ヘリウム等が上げられるが、下記のように、成長速度の方向性や成長時に現れる結晶の形状などを顕著に制御する上で水素・窒素が望ましい。
【００３４】
水素雰囲気で成長を行った場合、Ｃ軸方向の成長速度が速くなる。ストライプ状のパターンとの組み合わせにおいて、マスク層の長手方向を〈１１−２０〉方向とした場合、平坦に埋め込むには、より顕著に厚みが必要となる。一方、マスクの長手方向を〈１１−２０〉方向とした場合、平坦に埋め込むには、前記〈１１−２０〉方向の場合に比べれば薄くて済む。
【００３５】
窒素雰囲気で成長を行った場合、水素雰囲気の場合に比べＣ軸方向の成長速度が遅くなるため、相対的に横方向成長速度が速くなり、第一層はマスク層上をより薄い段階で覆うことになる。マスク層の長手方向を〈１−１００〉方向とした場合、この効果は顕著になる。
【００３６】
この様に成長条件を変化させる事で埋め込み厚さ・低転位領域形成部を制御できるためにデバイス設計の自由度が上がる。
本発明においては第一層と第二層との熱膨張係数差を小さくし、クラックの発生を抑制する方がよいので、第一層はできるだけ薄い方が好ましい。従って、マスク法を適用する場合の条件としては、▲１▼マスクの長手方向を〈１−１００〉方向とし、▲２▼ＭＯＣＶＤ法を用い、▲３▼結晶成長時の雰囲気として窒素リッチなガスとする条件が最適である。
【００３７】
第一層は、マスク層の上面に沿って横方向に成長する間に、厚さ方向にも成長を続けているから、マスク層の上面を覆った瞬間における第一層の厚さＴ（ベース基板Ｂの上面を基準とする、非マスク領域での厚さ）は、第一層の横方向の成長速度、および、マスク層の幅Ｗによって左右される。従って、マスク層の幅Ｗを小さくすることで、厚さＴの数値自体は小さくなるが、上記▲１▼〜▲３▼の条件によって、マスク層の幅Ｗに対する第一層の厚さＴの比を、より小さくすることも可能となるのである。
【００３８】
第一層の材料は、ＧａＮ系材料ＩｎX ＧａY ＡｌZ Ｎのうち、Ａｌ組成が実質的に０のものであればよい。後述のとおり第二層はＡｌＧａＮとするのが好ましく、その場合、第二層の最下部はＧａＮになっている。従って、第二層との熱膨張係数差を小さくする点からは、第一層の材料もＧａＮとするのが好ましい。
【００３９】
第一層はできる限り薄い層であることが好ましいことから、第一層がマスク層を覆った瞬間から第二層とするのがよい。第一層の厚さ（図１において、ベース基板の上面を基準とする、非マスク領域での厚さＴ）は、マスク層の幅や上記▲１▼〜▲３▼の結晶成長条件を選択して決定すればよく、クラックが入らず光吸収が無いなどの点から、０．１μｍ〜３μｍ以下とするのが好ましい。
【００４０】
第二層は、ＡｌＧａＮ系材料であればよいが、光吸収の抑制や熱膨張係数差を小さくする点から、ＡｌX Ｇａ1-X Ｎ（０＜ｘ≦１）が最も好ましい。
第二層におけるＡｌ組成が増加する部分は、第二層において、少なくとも第一層との境界面側に確保されていればよい。例えば、▲１▼第一層との境界面から、所定の厚さまではＡｌ組成が増加し、その部分から上はＡｌ組成が一定あるいは減少・変動するような態様、▲２▼第二層の厚さ全体にわたってＡｌ組成が増加するような態様、などであってもよい。
【００４１】
第二層におけるＡｌ組成の増加は、目的の組成比となるまで連続的かつ無段階的な増加や、また、第二層をさらに任意の層数に分けた層毎の段階的なＡｌ組成の増加などであってよい。いずれの場合であっても、Ａｌ組成の増加の程度は、直線的、曲線的など任意に選択してよい。
第二層のＡｌ組成を連続的かつ無段階的に増加させながら結晶成長させる方法としては、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥなどが挙げられる。
【００４２】
第二層のＡｌ組成が増加する部分におけるＡｌ組成の初期値、即ち、第二層が第一層上に成長を開始した時点における最初のＡｌ組成は、第一層との熱膨張係数差をより小さくする点から、組成比０．０１以下、特に実質的に０とするのが好ましい。従って、第一層としてＧａＮ結晶を成長させ、第二層はＧａＮ結晶から成長を開始して、層厚の増加と共に、所望のＡｌＧａＮ組成となるまでＡｌ組成を増加させる組み合わせが最も好ましい。
【００４３】
第一層と第二層とは、同じ結晶成長装置内で、その場で原料供給を切り換えて行き、明確な界面を設けない態様としてもよい。また、第一層と第二層の結晶成長方法を目的に応じて変えてもよい。
【００４４】
【実施例】
実施例１
本実施例では、第一層をＧａＮ、第二層をＡｌＧａＮとするＧａＮ系結晶基材を製作した。
〔ベース基板の形成〕
図１に示すように、サファイアＣ面基板Ｂ１上に、ＡｌＧａＮ低温バッファ層Ｂ２を成長させ、次にｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層Ｂ３を２μｍ成長させて、ベース基板Ｂとした。
【００４５】
〔マスク層の形成〕
スパッタリング装置にてベース基板Ｂの基板面にＳｉＯ2 マスク層ｍを形成した。ＳｉＯ2 マスク層の形成パターンは、ストライプ状であって、個々の帯状のマスク層の長手方向を、ベース基板表層Ｂ３の結晶における〈１−１００〉方向になるように形成した。マスク層の厚さは０．１μｍ、マスク層の幅は４μｍ、非マスク領域の幅は４μｍである。
【００４６】
〔第一層の形成〕
この試料をＭＯＣＶＤ装置内に配置し、窒素雰囲気下で、１０００℃まで昇温しＴＭＧ、アンモニア、シランを３０分間流し、非マスク領域を結晶成長の出発点として、ｎ−ＧａＮ層を第一層１として成長させた。マスク層がＧａＮで覆われる時点まで成長を続けたところ、非マスク領域におけるベース基板上面からの第一層の厚さは１．８μｍであった。
【００４７】
〔第二層の形成〕
次に、ＴＭＧ、アンモニア、シランに加え、ＴＭＡの流量を初期値を０とし、全層厚にわたってＡｌ組成が０から０．２まで変化するように、従って第二層の表層付近がＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎとなるように、ＴＭＡの流量を増加させて流し、全層厚３μｍとなるまで成長させて第二層とし、本発明のＧａＮ系結晶基材を得た。
【００４８】
第二層のＡｌＧａＮ結晶は、マスク層の上方に低転位な領域を有するものであった。また、２インチウエハー面内でクラックの発生は観られなかった。
【００４９】
実施例２
本実施例では、上記実施例１で得られたＧａＮ系結晶基材上に、さらに発光部を形成し、紫外線（３７０ｎｍ）発光素子を製作した。
〔ＤＨ構造の形成〕
上記実施例１で得られたＧａＮ系結晶基材の第二層をｎ型クラッド層として用い、その表面に、活性層としてＩｎＧａＮ層を５０ｎｍ形成した。
続いてｐ型クラッド層としてＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層を０．１μｍ形成した。
【００５０】
〔電極等の形成〕
ｐ型クラッド層上に、コンタクト層として、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層を０．２μｍ成長させた。コンタクト層上にｐ型電極を形成し、また、ドライエッチングによりｎ型クラッド層（ＧａＮ系結晶基材の第二層）を部分的に露出させてｎ型電極を形成し、ＬＥＤを完成させた。
【００５１】
〔評価〕
このＬＥＤをＴｏ−１８ステム台にマウントし、出力の測定を行ったところ、波長３７０ｎｍ、２０ｍＡで１ｍＷのものが得られた。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によって、低転位でクラックの少ないＡｌＧａＮ系結晶層（第二層）が得られる。従って、当該基材を用いて紫外域の波長光を発する発光素子を構成すれば、第二層は、光の透過（ＬＥＤの場合）、光の閉じこめ（ＬＤの場合）、などの役割を果たすクラッド層として好ましく用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるＧａＮ系結晶基材を模式的に示す断面図である。同図は、当該結晶基材を部分的に拡大したものであり、マスク層だけにハッチングを施している。
【図２】マスク法によってＧａＮ系結晶が成長するようすを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１  第一層
２  第二層
３  マスク層
４  非マスク領域
Ｂ  ベース基板
【図１】
0003650531.tif 000002
【図２】
0003650531.tif 000003