(57)【要約】【課題】結晶性を向上させつつ、表面欠陥の発生を抑制させる。【解決手段】複数の凸部が所定の間隔で一列に設けられて構成される複数の凸部列を有する基板と、凸部列が設けられた前記基板の面上に設けられるIII族窒化物半導体層と、を備え、複数の凸部列は、隣接する凸部が第１の間隔で配される第１凸部列と、隣接する凸部が第１の間隔とは異なる第２の間隔で配される第２凸部列とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の凸部が所定の間隔で一列に設けられて構成される複数の凸部列を有する基板と、
前記凸部列が設けられた前記基板の面上に設けられるIII族窒化物半導体層と、を備え、
複数の前記凸部列は、隣接する前記凸部が第１の間隔で配される第１凸部列と、隣接する前記凸部が前記第１の間隔とは異なる第２の間隔で配される第２凸部列と、を備える
ことを特徴とする窒化物半導体テンプレート。
【請求項２】
前記第１凸部列を構成する複数の前記凸部と前記第２凸部列を構成する複数の前記凸部とによって、前記第１の間隔又は前記第２の間隔のうち、短い方の間隔を一辺とする正六角形が形成されるように、前記第１凸部列及び前記第２凸部列がそれぞれ配列されている
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体テンプレート。
【請求項３】
前記第１の間隔及び前記第２の間隔はそれぞれ、５μｍ以下であり、
前記III族窒化物半導体層の厚さは、４μｍ以上１０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体テンプレート。
【請求項４】
前記III族窒化物半導体層は、第１窒化物半導体層と第２窒化物半導体層とを備えており、
前記第１窒化物半導体層及び第２窒化物半導体層には、それぞれ異なる添加物が含まれている、又は、前記第１窒化物半導体層又は第２窒化物半導体層のいずれか一方には添加物が含まれており、他方には添加物が含まれていない
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート。
【請求項５】
前記III族窒化物半導体層の表面比抵抗が１０Ω／□以上２５Ω／□以下である
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート。
【請求項６】
前記III族窒化物半導体層は、Ｘ線回折により測定される（０００４）面の最大回折ピークの半値幅が５０秒以上１００秒以下である
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート。
【請求項７】
前記III族窒化物半導体層は、ＧａＮを主成分とする
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート。
【請求項８】
前記基板と前記III族窒化物半導体層との間には、バッファ層が設けられている
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート。
【請求項９】
前記バッファ層の厚さは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体テンプレート。
【請求項１０】
前記凸部は、ピラミッド形状、円錐形状、半球形状のいずれかである
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート。
【請求項１１】
前記凸部の高さは、０．５μｍ以上３．０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート。
【請求項１２】
隣接する凸部が第１の間隔で配される第１凸部列と、隣接する前記凸部が前記第１の間隔とは異なる第２の間隔で配される第２凸部列とが形成されるように、基板上に複数の前記凸部を形成する工程と、
複数の前記凸部が設けられた前記基板上に、III族窒化物半導体層をハイドライド気相成長法によって成長させて形成する工程を有する
ことを特徴とする窒化物半導体テンプレートの製造方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート上に、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を備える発光部を形成する工程と、
前記発光部に、前記窒化物半導体テンプレートを露出させる露出領域を形成する工程と、
前記発光部の表面上に第１電極を形成し、前記露出領域に第２電極を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体テンプレート、窒化物半導体テンプレートの製造方法及び発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子（以下、単に「発光素子」とも言う。）は、例えばサファイア等を含有する基板を備える窒化物半導体テンプレートを備えている。発光素子は、窒化物半導体テンプレートの表面上に、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）層等のｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を順次成長させることで発光部を形成し、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層のそれぞれに外部取り出し電極を形成することで構成されている。このような発光素子では、発光層で生じた光をどれだけ効率よく取り出せるかが重要な課題となっている。すなわち、発光素子の光取り出し効率（発光出力）を向上させることが重要となっている。
【０００３】
そこで、窒化物半導体テンプレートが備える基板上に凹凸加工を施す技術が開示されている。例えば、第１層としての結晶基板や、いわゆるＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）等の基板の表面に凹凸加工を施す技術が開示されている（例えば特許文献１、特許文献２参照。）。これにより、発光素子の内部への光閉じ込めを低減することができる。従って、発光素子の光取り出し効率を向上させることができ、発光素子の高輝度化が図れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８０６１１号公報
【特許文献２】特開２０１１−９１３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の結晶基板やＰＳＳ等の基板の表面に形成された隣接する凸部間の間隔によって、窒化物半導体テンプレートの特性、すなわち窒化物半導体テンプレートの結晶性が変化する。窒化物半導体テンプレートの結晶性は、発光素子の特性に大きな影響を与える。窒化物半導体テンプレートの特性が変化すると、発光素子の特性が変化する。結晶性の指標となるのが、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により測定される（０００４）面の最大回折ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）である。すなわち、基板上の凸部の間隔を変えると、窒化物半導体テンプレートの（０００４）面の半値幅が変わる。
【０００６】
具体的には、基板の凸部間の間隔が狭くなると、窒化物半導体テンプレートの（０００４）面の半値幅が広くなる傾向がある。すなわち、基板の凸部間の間隔が狭くなると、窒化物半導体テンプレートに多くの結晶欠陥が発生し、窒化物半導体テンプレートの結晶性が低下する傾向がある。このような窒化物半導体テンプレートが用いられた発光素子は、内部量子効率が低下するため、光取り出し効率を向上させることができない場合がある。
【０００７】
一方、基板の凸部間の間隔が広くなると、窒化物半導体テンプレートの（０００４）面の半値幅は狭くなる傾向がある。すなわち、窒化物半導体テンプレートの結晶性が良好となる傾向がある。しかしながら、窒化物半導体テンプレートの表面にピット等の表面欠陥が発生する場合がある。表面欠陥が発生した基板を用いた発光素子は、光取り出し効率が低下したり、逆方向電圧やＥＳＤ（Electro-Static Discharge；静電気放電）が低くなる場合があり、発光素子の不良原因の一つになる場合があった。また、発光素子の初期不良が出なくても、信頼性に問題が出る可能性が非常に大きくなる場合があった。  
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、結晶性を向上させつつ、表面欠陥の発生を抑制できる窒化物半導体テンプレート、窒化物半導体テンプレートの製造方法及び発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様によれば、複数の凸部が所定の間隔で一列に設けられて構成される複数の凸部列を有する基板と、前記凸部列が設けられた前記基板の面上に設けられるIII族窒化物半導体層と、を備え、複数の前記凸部列は、隣接する前記凸部が第１の間隔で配される第１凸部列と、隣接する前記凸部が前記第１の間隔とは異なる第２の間隔で配される第２凸部列と、を備える窒化物半導体テンプレートが提供される。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、前記第１凸部列を構成する複数の前記凸部と前記第２凸部列を構成する複数の前記凸部とによって、前記第１の間隔又は前記第２の間隔のうち、短い方の間隔を一辺とする正六角形が形成されるように、前記第１凸部列及び前記第２凸部列がそれぞれ配列されている第１の態様の窒化物半導体テンプレートが提供される。
【００１１】
本発明の第３の態様によれば、前記第１の間隔及び前記第２の間隔はそれぞれ、５μｍ以下であり、前記III族窒化物半導体層の厚さは、４μｍ以上１０μｍ以下である第１又は第２の態様の窒化物半導体テンプレートが提供される。
【００１２】
本発明の第４の態様によれば、前記III族窒化物半導体層は、第１窒化物半導体層と第２窒化物半導体層とを備えており、前記第１窒化物半導体層及び第２窒化物半導体層には、それぞれ異なる添加物が含まれている、又は、前記第１窒化物半導体層又は第２窒化物半導体層のいずれか一方には添加物が含まれており、他方には添加物が含まれていない第１ないし第３の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレート。
【００１３】
本発明の第５の態様によれば、前記III族窒化物半導体層の表面比抵抗が１０Ω／□以上２５Ω／□以下である第１ないし第４の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレートが提供される。
【００１４】
本発明の第６の態様によれば、前記III族窒化物半導体層は、Ｘ線回折により測定される（０００４）面の最大回折ピークの半値幅が５０秒以上１００秒以下である第１ないし第５の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレートが提供される。
【００１５】
本発明の第７の態様によれば、前記III族窒化物半導体層は、ＧａＮを主成分とする第１ないし第６の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレートが提供される。
【００１６】
本発明の第８の態様によれば、前記基板と前記III族窒化物半導体層との間には、バッファ層としてのＡｌＮ層が設けられている第１ないし第７の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレートが提供される。
【００１７】
本発明の第９の態様によれば、前記バッファ層の厚さは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である第８の態様の窒化物半導体テンプレートが提供される。
【００１８】
本発明の第１０の態様によれば、前記凸部は、ピラミッド形状、円錐形状、半球形状のいずれかである第１ないし第９の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレートが提供される。
【００１９】
本発明の第１１の態様によれば、前記凸部の高さは、０．５μｍ以上３．０μｍ以下である第１ないし第１０の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレートが提供される。
【００２０】
本発明の第１２の態様によれば、隣接する凸部が第１の間隔で配される第１凸部列と、隣接する前記凸部が前記第１の間隔とは異なる第２の間隔で配される第２凸部列とが形成されるように、基板上に複数の前記凸部を形成する工程と、複数の前記凸部が設けられた前記基板上に、III族窒化物半導体層をハイドライド気相成長法によって成長させて形成する工程を有する窒化物半導体テンプレートの製造方法が提供される。
【００２１】
本発明の第１３の態様によれば、第１ないし第１２の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレート上に、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を備える発光部を形成する工程と、前記発光部に、前記窒化物半導体テンプレートを露出させる露出領域を形成する工程と、前記発光部の表面上に第１電極を形成し、前記露出領域に第２電極を形成する工程と、を有する発光素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にかかる窒化物半導体テンプレート、窒化物半導体テンプレートの製造方法及び発光素子の製造方法によれば、結晶性を向上させつつ、表面欠陥の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体テンプレートの断面概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体テンプレートが備える基板の概略構成図であり、（ａ）は基板の上面図を示し、（ｂ）は基板の縦断面概略図を示し、（ｃ）は基板の上面部分拡大図を示す。
【図３】バッファ層の適正膜厚値を示すグラフ図である。
【図４】本発明の一実施形態で好適に用いられるハイドライド気相成長装置の概略構成図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る発光素子の断面概略図である。
【図６】本発明の一実施例に係る発光素子を形成する発光素子用エピタキシャルウエハの断面概略図である。
【図７】本発明の比較例に係る窒化物半導体テンプレートが備える基板の上面部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の一実施形態にかかる窒化物半導体テンプレート及びこの窒化物半導体テンプレートを用いた半導体発光素子（半導体発光装置）について説明する。
【００２５】
（１）窒化物半導体テンプレート
まず、本実施形態にかかる窒化物半導体テンプレートについて、主に図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る窒化物半導体テンプレートの断面概略図である。図２は、本実施形態に係る窒化物半導体テンプレートが備える基板の概略構成図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態にかかる窒化物半導体テンプレート１０は、基板１１上に、バッファ層１２と、III族窒化物半導体層１３とを成長させて構成されている。
【００２７】
基板１１としては、基板１１上にIII族窒化物半導体層１３を成長させて形成できる材料で構成されていれば、特に限定されるものではない。例えば、ＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）等のサファイア基板を用いるとよい。なお、ＰＳＳとは、サファイア基板の表面に、エッチング処理（プラズマ処理）によって微小な凹凸構造を形成した基板である。また、例えば図２（ａ）に示すように、基板１１は、上面視にて略円形の形状に成形されている。この他、基板１１は、例えば上面視にて略矩形等の形状に成形されていてもよい。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、基板１１の片面、すなわちバッファ層１２が接する表面には、複数の凸部１４が設けられている。凸部１４は、例えば図２（ｂ）に示すように、半球状に形成されている。また、図２（ｃ）に示すように、凸部１４は、基板１１上に所定の間隔で一列に設けられ、凸部列１５を形成している。基板１１には、複数の凸部列１５が設けられている。複数の凸部列１５は、隣接する凸部１４が第１の間隔ｄ１で配される第１凸部列１７と、隣接する凸部１４が第１の間隔ｄ１とは異なる第２の間隔ｄ２で配される第２凸部列１８と、を備えている。
【００２９】
これにより、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性を向上させつつ、窒化物半導体テンプレート１０の表面欠陥の発生を抑制できる。従って、後述するように、窒化物半導体テンプレート１０を用いて青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）等の発光素子５０が形成された場合、発光素子５０の光取り出し効率を向上せることができる。
【００３０】
例えば図２（ｃ）に示すように、第１凸部列１７を構成する複数の凸部１４と、第２凸部列１８を構成する複数の凸部１４とによって、第１の間隔ｄ１又は第２の間隔ｄ２のうち、短い方の間隔（本実施形態では第１の間隔ｄ１）の長さを一辺とする正六角形が形成されるように、第１凸部列１７及び第２凸部列１８がそれぞれ基板１１上に配列されているとよい。すなわち、凸部１４は、図２（ｃ）に一点鎖線で示すように、１つの正六角形と正六角形の対向する２辺に形成される２つの正三角形とによって形成される平行四辺形が、同期的に繰り返されるように、基板１１上に形成されているとよい。これにより、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性をより向上させつつ、窒化物半導体テンプレート１０の表面欠陥の発生をより抑制できる。
【００３１】
第１の間隔ｄ１及び第２の間隔ｄ２はそれぞれ５μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上５．０μｍ以下であるとよい。第１の凸部列１７及び第２の凸部列１８をそれぞれ構成する隣接する凸部１４，１４間の間隔が狭すぎると、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性を向上させにくい場合がある。これは、基板１１上にIII族窒化物半導体層１３を成長させる際、成長の初期段階における島状成長が少なくなり、III族窒化物半導体層１３が平坦となるのが早いためである。また、凸部１４，１４間の間隔が５μｍを超えると、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性を向上させることはできるが、窒化物半導体テンプレート１０に表面欠陥が発生しやすくなる。
【００３２】
凸部１４の高さｈは、０．５μｍ以上３．０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上２．０μｍ以下であるとよい。凸部１４の高さｈが０．５μｍ未満であると、基板１１の凸部１４に起因して、III族窒化物半導体層１３に形成される凹部の高さが低くなる。このため、基板１１上にIII族窒化物半導体層１３を成長させる際、成長の初期段階における島状成長が少なくなり、III族窒化物半導体層１３が平坦となるのが早くなる。このため、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性を向上させにくい場合がある。凸部１４の高さｈが３．０μｍを超えると、基板１１上にIII族窒化物半導体層１３を成長させる際、III族窒化物半導体層１３が平坦となるのが遅くなる。従って、III族窒化物半導体層１３の表面にピット等の表面欠陥が発生しやすくなる。表面欠陥の発生を抑制しようとすると、III族窒化物半導体層１３の膜厚を厚くする必要がある。
【００３３】
図１に示すように、凸部１４が設けられた基板１１の表面上には、バッファ層１２として、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層が設けられている。バッファ層１２の構成材料は、目的や用途等に応じて適宜選択される。バッファ層１２の厚さは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるとよい。バッファ層１２の厚さによって、バッファ層１２の結晶欠陥数が異なるため、バッファ層１２の厚さには適正値がある。すなわち、図３に示すように、バッファ層１２の厚さが厚すぎたり、薄すぎたりすると、Ｘ線回折による回折ピーク値の半値幅（ＦＷＨＭ）が広くなる。その結果、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性が低下する場合がある。
【００３４】
バッファ層１２上には、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主成分とするIII族窒化物半導体層１３が設けられている。すなわち、バッファ層１２上には、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）等のIII族窒化物半導体層１３が設けられている。
【００３５】
III族窒化物半導体層１３の基板１１側の面には、基板１１に形成された凹凸に対応する凹凸が形成される。これにより、III族窒化物半導体層１３の結晶性が制御される。従って、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性を向上させることができる。
【００３６】
このように、基板１１に形成された凹凸に対応する凹凸が形成されたIII族窒化物半導体層１３では、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により測定される（０００４）面の最大回折ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）が５０秒以上１００秒以下である。すなわち、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性を向上させることができる。従って、窒化物半導体テンプレート１０を用いて形成した発光素子５０の光取り出し効率が向上する。ＦＷＨＭが５０秒未満であると、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性は向上させることができるが、窒化物半導体テンプレート１０に表面欠陥が発生する場合がある。また、ＦＷＨＭが１００秒を超えると、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性が低下する場合がある。
【００３７】
III族窒化物半導体層１３は、基板１１側から順に第１窒化物半導体層２０と第２窒化物半導体層２１とを備えている。第１窒化物半導体層２０及び第２窒化物半導体層は、所定の添加物（不純物）を所定濃度含む添加物層である。第１窒化物半導体層２０及び第２窒化物半導体層２１にはそれぞれ、異なる添加物が含まれている。あるいは、第１窒化物半導体層２０及び第２窒化物半導体層２１は、いずれか一方が、所定の添加物を含む添加物層であり、他方が添加物を含まないアンドープ層で構成されていてもよい。なお、第１窒化物半導体層２０、第２窒化物半導体層２１に含ませる添加物としては、例えばシリコン（Ｓｉ）やマグネシウム（Ｍｇ）等を用いることができる。
【００３８】
III族窒化物半導体層１３の厚さ（すなわち、第１窒化物半導体層２０及び第２窒化物半導体層２１の合計厚さ）は、４μｍ以上１０μｍ以下であるとよい。さらに再現性等を考慮すると、III族窒化物半導体層１３の厚さは、５μｍ以上９μｍ以下であるとより良い。これにより、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性をより向上させつつ、表面欠陥の発生をより抑制できる。
【００３９】
III族窒化物半導体層１３の厚さが４μｍ未満であると、III族窒化物半導体層１３の結晶性が低下する場合がある。すなわち、窒化物半導体テンプレート１０は、横方向に電流が流れる部分であるため、低抵抗である必要がある。このため、III族窒化物半導体層１３の厚さが４μｍ未満であると、低抵抗化するために、高濃度の添加物を添加（ドープ）したり、添加する添加物の量を増やす必要が生じる。すなわち、III族窒化物半導体層１３のキャリア濃度を高くする必要がある場合がある。その結果、ＦＷＨＭが１００秒を超え、III族窒化物半導体層１３の結晶性が低下する場合がある。なお、III族窒化物半導体層１３の低抵抗化を行わない場合は、III族窒化物半導体層１３の厚さが４μｍ未満であっても、結晶性を向上させることができる。しかしながら、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子５０が、低抵抗でないIII族窒化物半導体層１３を備える窒化物半導体テンプレート１０を用いて形成された場合、発光素子５０の特性の一つである駆動電圧（順方向電圧（Ｖｆ））が高くなってしまう場合がある。すなわち、低抵抗でないIII族窒化物半導体層１３を備える窒化物半導体テンプレート１０は、発光素子５０に用いることができない場合がある。
【００４０】
また、III族窒化物半導体層１３の厚さが１０μｍを超えると、ＦＷＨＭを１００秒以下にすることができ、III族窒化物半導体層１３の結晶性を向上させることはできる。また、III族窒化物半導体層１３のキャリア濃度を高くすることなく、低抵抗化を実現できる。従って、発光素子５０が、膜厚が１０μｍを超えるIII族窒化物半導体層１３を備える窒化物半導体テンプレート１０を用いて形成されている場合、順方向電圧が高くなることを抑制できる。しかしながら、基板１１とIII族窒化物半導体層１３とはそれぞれ異なる材料で形成されている。このため、III族窒化物半導体層１３の厚さが１０μｍを超えると、窒化物半導体テンプレート１０に大きな反りが発生する場合がある。このような反りが発生した窒化物半導体テンプレート１０を用いて発光素子５０を形成する場合、窒化物半導体テンプレート１０上に成長させる発光部としての発光層５２の成長に問題が生じる場合がある。その結果、発光素子５０の発光出力が低下する、すなわち光取り出し効率が低下する場合がある。また、例えば、発光層５２が、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子井戸構造で形成されている場合、反りが発生した窒化物半導体テンプレート１０を用いた発光素子５０は、反りの影響で、発光層５２に含まれるインジウム（Ｉｎ）濃度が面内で不均一になる場合がある。従って、発光素子５０の発光波長の面内分布が悪化し、歩留まりが低下する場合がある。また、III族窒化物半導体層１３の膜厚を厚くするので、製造コストが高くなる場合もある。
【００４１】
III族窒化物半導体層１３（窒化物半導体テンプレート１０）は、表面比抵抗が１０Ω／□以上２５Ω／□以下であるとよい。これにより、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性を向上させつつ、表面欠陥の発生を抑制できる。III族窒化物半導体層１３の表面比抵抗は低い方が良いが、低くするためには、III族窒化物半導体層１３の膜厚を厚くする、又は、III族窒化物半導体層１３のキャリア濃度を高くする必要があるため、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性が低下したり、表面欠陥が発生する場合がある。
【００４２】
III族窒化物半導体層１３は、気相成長法によって基板１１の上に成長させることで形成される。気相成長法としては、例えば、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ：Hydride Vapor Epitaxy）、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）等の種々の方法を用いることができる。特に、ＨＶＰＥ法は基板１１上に結晶を成長させる成長速度が速いため、ＨＶＰＥ法が用いられると、窒化物半導体テンプレート１０の製造時間を短くすることができる。従って、製造コストを低減できる。
【００４３】
ここで、基板１１上にIII族窒化物半導体層１３を成長させて形成するハイドライド気相成長装置（ＨＶＰＥ装置）３０について図４を用いて説明する。図４は、ＨＶＰＥ装置３０の概略構成図を示す。
【００４４】
図４に示すように、ＨＶＰＥ装置３０は、例えば石英等により構成される反応炉３１を備えている。反応炉３１の外周には、反応炉３１内を加熱する第１ヒータ３２及び第２ヒータ３３が設けられている。主に第１ヒータ３２によって加熱される反応炉３１内の領域は原料部３４として機能し、主に第２ヒータ３３によって加熱される反応炉３１内の領域は成長部３５として機能する。原料部３４は、第１ヒータ３２によって例えば６００℃〜９００℃に加熱され、後述する反応ガスとＧａ又はＡｌとを反応させてIII族原料ガスを生成する空間である。また、成長部３５は、第２ヒータ３３によって例えば１１００℃程度に加熱され、後述する第１のIII族原料ガス供給管４０又は第２のIII族原料ガス供給管４１から反応炉３１内に供給されるIII族原料ガスと、後述するＶ族原料ガス供給管３９から反応炉３１内に供給されるＶ族原料ガスとを反応させ、基板１１上にIII族窒化物半導体層１３であるＧａＮ層を成長させる空間である。
【００４５】
反応炉３１内の成長部３５には、反応炉３１内で基板１１を支持する基板支持部としてのサセプタ３６が設けられている。基板１１は、成長面がガス供給口に対向するようにサセプタ３６上に支持されている。サセプタ３６は、例えばカーボンによって構成されており、表面が炭化シリコン（ＳｉＣ）で覆われている。サセプタ３６には、例えば高純度の石英で形成される回転軸３７が設けられている。回転軸３７が回転されることによって、サセプタ３６が所定の速度（例えば３ｒ／ｍｉｎ〜１００ｒ／ｍｉｎ）で回転する、すなわち基板１１が回転するように構成されている。
【００４６】
反応炉３１には、ドーピングガス供給管３８、Ｖ族原料ガス供給管３９、第１のIII族原料ガス供給管４０、第２のIII族原料ガス供給管４１がそれぞれ接続されている。ドーピングガス供給管３８、Ｖ族原料ガス供給管３９、第１のIII族原料ガス供給管４０、第２のIII族原料ガス供給管４１はそれぞれ、例えば高純度の石英で形成されているとよい。
【００４７】
ドーピングガス供給管３８には、ドーピングガス供給源が接続されている。ドーピングガス供給管３８からは、ドーピングガスとして、例えば窒素（Ｎ２）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガス、水素（Ｈ２）ガス等で所定濃度（例えば１００ｐｐｍ）に希釈されたジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスが反応炉３１内の成長部３５に供給される。ドーピングガスとしては、この他、例えば、ＳｉＨＣｌ３ガス、ＳｉＨ３Ｃｌガス、ＳｉＣｌ４ガス、又はこれらの混合ガスをＮ２ガスやＡｒガスで希釈したものを用いてもよい。
【００４８】
なお、ドーピングガス供給管３８からは、ドーピングガスと併行して、キャリアガスとしての例えばＨ２ガス、Ｎ２ガス、あるいはこれらの混合ガスを供給してもよい。また、添加物の添加（ドーピング）を行わない場合、ドーピングガス供給管３８からは、例えばＨ２ガスや、Ｎ２ガス、又はＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを反応炉３１内に供給してもよい。また、ドーピングガス供給管３８からは、基板１１にIII族窒化物半導体層１３を成長させた後、反応炉３１内に付着した付着物等の除去を行うクリーニングガスとして、例えばＨＣｌガスや、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス等を反応炉３１内に供給してもよい。
【００４９】
Ｖ族原料ガス供給管３９には、Ｖ族原料ガス供給源が接続されている。Ｖ族原料ガス供給管３９からは、Ｖ族原料ガスとして例えばアンモニア（ＮＨ３）ガス等が反応炉３１内の成長部３５に供給される。
【００５０】
Ｖ族原料ガス供給管３９からは、例えばＶ族原料ガスと併行して、キャリアガスとしての例えば水素（Ｈ２）ガス、Ｎ２ガス、あるいはこれらの混合ガスを供給してもよい。なお、Ｖ族原料ガス供給管３９からは、キャリアガスのみを反応炉３１内に供給してもよい。
【００５１】
第１のIII族原料ガス供給管４０には、Ｇａ溶液（Ｇａ融液）が貯留されるＧａ溶液タンク４２及び反応ガス供給源が接続されている。Ｇａ溶液タンク４２は、後述する反応炉３１内の原料部３４に設けられている。Ｇａ溶液タンク４２は、例えば高純度の石英で形成されているとよい。第１のIII族原料ガス供給管４０からは、まず、反応ガスとして例えば塩化水素（ＨＣｌ）ガスがＧａ溶液タンク４２内に供給される。反応ガスがＧａ溶液タンク４２内に供給されることで、III族原料ガスであるＧａＣｌガスが生成される。そして、第１のIII族原料ガス供給管４０から、反応炉３１内の成長部３５へＧａＣｌガスが供給される。
【００５２】
なお、第１のIII族原料ガス供給管４０からは、III族原料ガスと併行して、キャリアガスとしての例えばＨ２ガス、Ｎ２ガス、あるいはこれらの混合ガスを供給してもよい。
【００５３】
第２のIII族原料ガス供給管４１には、Ａｌ溶液（Ａｌ融液）が貯留されるＡｌ溶液タンク４３及び反応ガス供給源が接続されている。Ａｌ溶液タンク４３は、後述する反応炉３１内の原料部３４に設けられている。Ａｌ溶液タンク４３は、例えば高純度の石英で形成されているとよい。第２のIII族原料ガス供給管４１からは、まず、反応ガスとして例えばＨＣｌガスがＡｌ溶液タンク４３内に供給される。反応ガスがＡｌ溶液タンク４３内に供給されることで、III族原料ガスであるＡｌＣｌガスが生成される。そして、第１のIII族原料ガス供給管４０から、反応炉３１内の成長部３５へＡｌＣｌガスが供給される。
【００５４】
なお、第２のIII族原料ガス供給管４１からは、III族原料ガスと併行して、キャリアガスとしての例えば水素（Ｈ２）ガス、Ｎ２ガス、あるいはこれらの混合ガスを供給してもよい。
【００５５】
反応炉３１には、排気管４４が接続されている。排気管４４は、反応炉３１内のガスを反応炉３１外へ排出するように構成されている。
【００５６】
このようなＨＶＰＥ装置３０を用いることで、基板１１上にIII族窒化物半導体層１３をハイドライド気相成長させて形成することができる。また、III族窒化物半導体層１３の成長速度を６０μｍ／ｈｒ以上、好ましくは３００μｍ／ｈｒ程度まで上げることができる。
【００５７】
（２）窒化物半導体テンプレートの製造方法
次に、本発明の一実施形態に係る上述の窒化物半導体テンプレート１０の製造方法について説明する。
【００５８】
（凹凸形成工程）
本実施形態に係る窒化物半導体テンプレート１０の製造方法では、まず、例えばＰＳＳ等のサファイア基板を準備する。そして、基板１１に凹凸加工を施して、基板１１のバッファ層１２が設けられる面に所定の凸部１４を形成する。すなわち、基板１１上に複数の凸部１４を形成し、基板１１上に隣接する凸部１４が第１の間隔ｄ１で配される第１凸部列１７と、隣接する凸部１４が第１の間隔ｄ１とは異なる第２の間隔ｄ２で配される第２凸部列１８とを形成する。
【００５９】
（基板搬入工程）
凸部を形成した基板１１を、反応炉３１内に搬入し、サセプタ３６上に載置（装填）する。
【００６０】
（バッファ層形成工程）
凹凸を形成した基板１１の面上に、例えば図４に示すＨＶＰＥ装置３０を用いて、バッファ層１２として、所定の厚さ（例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下）のＡｌＮ層を成長させて形成する。すなわち、第２ヒータ３３によって基板１１を所定の温度（例えば１１００℃）に加熱するとともに、第１ヒータ３２によって反応炉３１の原料部３４を加熱する。
【００６１】
基板１１が所定の温度に達するとともに、反応炉３１の原料部３４が所定の温度に達したら、排気管４４から排気しつつ、第２のIII族原料ガス供給管４１内へ反応ガスであるＨＣｌガスの供給を開始し、Ａｌ溶液タンク４３内へＨＣｌガスを供給し、ＡｌＣｌガスの生成を開始する。そして、第２のIII族原料ガス供給管４１から、ＡｌＣｌガスを反応炉３１内に供給する。このとき、第２のIII族原料ガス供給管４１に、キャリアガスとして例えばＨ２ガス、Ｎ２ガスを流すとよい。反応炉３１内へのＡｌＣｌガスの供給と併行して、Ｖ族原料ガス供給管３９からＶ族原料ガスとしてＮＨ３ガスを反応炉３１内に供給する。このとき、Ｖ族原料ガス供給管３９に、キャリアガスとして例えばＨ２ガスを流すとよい。そして、反応炉３１内の成長部３５でIII族原料ガスであるＡｌＣｌガスと、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスとを反応させて、基板１１上に所定の厚さ（例えば２０ｎｍ）のバッファ層１２としてのＡｌＮ層を成長させて形成する。ＡｌＮ層の厚さが所定の厚さに達したら、反応炉３１内へのＡｌＣｌガス及びＮＨ３ガスの供給を停止する。
【００６２】
（III族窒化物半導体層形成工程）
次に、バッファ層１２としてのＡｌＮ層上に、所定の厚さ（例えば４μｍ以上１０μｍ以下）のIII族窒化物半導体層１３を形成する。すなわち、まず、ＡｌＮ層上に第１窒化物半導体層２０を形成する。例えば図４に示すＨＶＰＥ装置３０を用い、排気管４４から排気しつつ、第１のIII族原料ガス供給管４０内へ反応ガスであるＨＣｌガスの供給を開始し、Ｇａ溶液タンク４２内へＨＣｌガスを供給し、III族原料ガスであるＧａＣｌガスの生成を開始する。そして、第１のIII族原料ガス供給管４０から、ＧａＣｌガスを反応炉３１内に供給する。このとき、第１のIII族原料ガス供給管４０に、キャリアガスとして例えばＨ２ガス、Ｎ２ガスを流すとよい。反応炉３１内へのＧａＣｌガスの供給と併行して、Ｖ族原料ガス供給管３９からＶ族原料ガスとしてのＮＨ３ガスを反応炉３１内に供給する。このとき、Ｖ族原料ガス供給管３９に、キャリアガスとして例えばＨ２ガスを流すとよい。そして、反応炉３１内の成長部３５でIII族原料ガスであるＧａＣｌガスと、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスとを反応させて、基板１１上に、第１窒化物半導体層２０として、添加物を添加（ドープ）しないアンドープ層である所定の厚さ（例えば２０ｎｍ）のＧａＮ層を成長させて形成する。ＧａＮ層の厚さが所定の厚さに達したら、反応炉３１内へのＧａＣｌガス及びＮＨ３ガスの供給を停止する。
【００６３】
次に、第１窒化物半導体層２０上に第２窒化物半導体層２１を成長させて形成する。すなわち、例えば図４に示すＨＶＰＥ装置３０を用い、排気管４４から排気しつつ、第１のIII族原料ガス供給管４０内へ反応ガスであるＨＣｌガスの供給を開始し、Ｇａ溶液タンク４２内へＨＣｌガスを供給し、III族原料ガスであるＧａＣｌガスの生成を開始する。そして、第１のIII族原料ガス供給管４０から、ＧａＣｌガスを反応炉３１内に供給する。このとき、第１のIII族原料ガス供給管４０に、キャリアガスとして例えばＨ２ガス、Ｎ２ガスを流すとよい。反応炉３１内へのＧａＣｌガスの供給と併行して、Ｖ族原料ガス供給管３９からＶ族原料ガスとしてのＮＨ３ガスを反応炉３１内に供給する。このとき、Ｖ族原料ガス供給管３９に、キャリアガスとして例えばＨ２ガスを流すとよい。また、反応炉３１内へのＧａＣｌガスの供給及びＮＨ３ガスの供給と併行して、ドーピングガス供給管３８から、ドーピングガスとして例えばＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを窒素（Ｎ２）ガス又はアルゴン（Ａｒ）ガスで希釈したガスの供給を開始する。そして、反応炉３１内の成長部３５でIII族原料ガスであるＧａＣｌガスと、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスとを反応させつつ、不純物としてＳｉを添加（ドーピング）する。そして、基板１１上に、第２窒化物半導体層２１として、Ｓｉがドープされたドープ層である所定の厚さ（例えば２０ｎｍ）のＧａＮ層を成長させて形成する。ＧａＮ層の厚さが所定の厚さに達したら、反応炉３１内へのＧａＣｌガス、ＮＨ３ガス、ドーピングガスの供給を停止する。
【００６４】
（パージ工程）
反応炉３１内へのＧａＣｌガス、ＮＨ３ガス、ドーピングガスの供給を停止した後、Ｖ族原料ガス供給管３９、第１のIII族原料ガス供給管４０、第２のIII族原料ガス供給管４１の少なくともいずれかから、例えばＮ２ガス等の不活性ガスの供給を開始する。これにより、反応炉３１内をＮ２ガスによりパージし、反応炉３１内に残留している残留ガスや反応生成物を除去する。また、第１ヒータ３２及び第２ヒータ３３による加熱を停止し、反応炉３１内及び基板１１を降温させる。
【００６５】
（基板搬出工程）
パージ工程が終了し、反応炉３１内及び基板１１が所定の温度まで降温したら、サセプタ３６から基板１１を脱装して、基板１１を反応炉３１外へ搬出し、本実施形態に係る窒化物半導体テンプレート１０の製造工程を終了する。
【００６６】
（３）発光素子
次に、上述の窒化物半導体テンプレート１０を用いた発光素子５０について、主に図５を用いて説明する。図５は、本実施形態にかかる発光素子５０の断面概略図である。
【００６７】
図５に示すように、発光素子５０は、窒化物半導体テンプレート１０上に発光部を備えて構成されている。すなわち、発光素子５０は、窒化物半導体テンプレート１０上に、発光部として、ｎ型半導体層５１と、発光層５２と、ｐ型半導体層５３とがこの順に成長されて形成されている。
【００６８】
ｎ型半導体層５１として、例えばｎ型ＧａＮ層が成長されて形成されている。ｎ型半導体層５１は、所定のｎ型不純物を所定濃度含む。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）等を用いることができる。ｎ型半導体層５１の厚さは、１０μｍ以上１５μｍ以下程度であるとよい。これにより、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性、すなわちIII族窒化物半導体層１３の結晶性を改善し、より向上させることができる。
【００６９】
発光層５２は、バリア層と井戸層とからなる多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）層で構成されている。すなわち、発光層５２は、例えばＩｎＧａＮ層を井戸層とし、この井戸層よりもバンドギャップの大きい例えばＧａＮ層を量子障壁層とし、井戸層と量子障壁層とを１層ずつ交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。なお、発光層５２は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造を有していてもよい。また、発光層５２は、不純物の添加を行わないアンドープの化合物半導体で構成されている。発光層５２の厚さは、数１００ｎｍ程度であるとよい。
【００７０】
ｐ型半導体層５３として、例えばｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とが、発光層５２の側から順に成長されて形成されている。ｐ型半導体層５３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型半導体層５３の厚さは、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるとよい。
【００７１】
なお、ｎ型半導体層５１、発光層５２、ｐ型半導体層５３の成長方法としては、種々の気相成長法を用いることができる。例えば、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）や分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法）などの気相成長法や、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いることができる。この中でも、ＭＯＶＰＥ法によると、迅速に結晶性の良いものが得られる。
【００７２】
ｐ型半導体層５３の表面上には、第１電極５４が設けられている。第１電極５４は、ｐ型半導体層５３側から順に、例えばニッケル（Ｎｉ）層、金（Ａｕ）層が積層されて構成されている。
【００７３】
第１電極５４上には、電極パッド５５が形成されている。また、電極パッド５５は、第１電極５４より小さく形成されている。電極パッド５５は、第１電極５４と略同一形状に形成されていてもよい。電極パッド５５は、第１電極５４側から順に、例えばチタン（Ｔｉ）層、Ａｕ層が積層されて構成されている。電極パッド５５は、例えばワイヤボンディング用電極パッドとして構成されている。
【００７４】
発光部には、窒化物半導体テンプレート１０の表面、すなわちIII族窒化物半導体層１３を露出させる露出領域５６が形成されている。露出領域５６には、第２電極５７が設けられている。第２電極５７は、ｎ型半導体層５２側から順に、例えばＴｉ層、アルミニウム（Ａｌ）層が積層されて構成されている。第２電極５７は、例えばダイボンディング用電極として構成されている。
【００７５】
（４）発光素子の製造方法
次に、本実施形態に係る発光素子の製造方法について説明する。
【００７６】
（発光部形成工程）
窒化物半導体テンプレート１０上に、発光部を成長して形成する。すなわち、まず、III族窒化物半導体層１３（第２窒化物半導体層２１）の表面上に、ｎ型半導体層５１として例えばｎ型ＧａＮ層を、例えばＭＯＶＰＥ法により成長させて形成する。ｎ型半導体層５１上に、発光層５２として、井戸層としてのＩｎＧａＮ層と、量子障壁層としてのＧａＮ層とから成るＭＱＷ層を、例えばＭＯＶＰＥ法により成長させて形成する。そして、発光層５２上に、発光層５２の側から、ｐ型半導体層５３として例えばｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを順に、例えばＭＯＶＰＥ法により成長させて形成する。
【００７７】
（露出領域形成工程）
次に、窒化物半導体テンプレート１０上に形成した発光部に、窒化物半導体テンプレート１０（III族窒化物半導体層１３が備える第２窒化物半導体層２１）を露出させる露出領域５６を形成する。すなわち、例えば、発光部の上面、すなわちｐ型半導体層５３の上面の所定位置に、レジストパターンを形成する。続いて、レジストパターンをマスクとして、ｐ型半導体層５３、発光層５２及びｎ型半導体層５１をエッチング（例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching））により部分的に除去する。なお、ｐ型半導体層５３、発光層５２及びｎ型半導体層５１のエッチングは、同時に行ってもよく、別々に行ってもよい。これにより、発光部の所定位置に、窒化物半導体テンプレート１０を露出される露出領域５６が形成される。また、例えば図５に示すように、露出領域５６は、ｐ型半導体層５３、発光層５２及びｎ型半導体層５１に加えて、窒化物半導体テンプレート１０が備える第２窒化物半導体層２１の所定位置にエッチングを行い、所定深さの凹部を設けてもよい。
【００７８】
（第１電極形成工程）
次に、ｐ型半導体層５３の上面の一部に、第１電極５４を形成する。具体的には、例えばフォトリソグラフィ法を用いて所定形状のレジストパターンをｐ型半導体層５３上に形成する。続いて、真空蒸着法やスパッタ法等により、例えばＮｉ、Ａｕをこの順に蒸着した後、リフトオフ法によりレジストパターンを除去する。これにより、所定形状の第１電極５４が、ｐ型半導体層５３の上面の一部に形成される。
【００７９】
続いて、例えばフォトリソグラフィ法及び真空蒸着法やスパッタ法等を用いたリフトオフ法により、第１電極５４上に、例えばＴｉとＡｕとをこの順に蒸着して、電極パッド５５を形成する。
【００８０】
（第２電極形成工程）
次に、露出領域５６から露出する窒化物半導体テンプレート１０（すなわち第２窒化物半導体層２１）上の一部に、第２電極５７を形成する。具体的には、例えばフォトリソグラフィ法を用いて所定形状のレジストパターンを露出領域５６から露出する第２窒化物半導体層２１上に形成する。続いて、真空蒸着法やスパッタ法等により、例えばＴｉ、Ａｌをこの順に蒸着した後、リフトオフ法によりレジストパターンを除去する。これにより、所定形状の第２電極５６が、露出領域５６から露出する第２窒化物半導体層２１上の一部に形成される。
【００８１】
そして、本実施形態に係る発光素子５０が得られ、その製造工程を終了する。
【００８２】
（５）本実施形態にかかる効果
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。
【００８３】
（ａ）本実施形態によれば、基板１１には、複数の凸部１４が所定の間隔で一列に設けられて構成される複数の凸部列１５が設けられている。複数の凸部列１５は、隣接する凸部１４が第１の間隔ｄ１で配される第１凸部列１７と、隣接する凸部１４が第１の間隔ｄ１とは異なる第２の間隔ｄ２で配される第２凸部列１８と、を備えている。そして、基板１１の凸部列１５が設けられた面側には、III族窒化物半導体層１３が設けられている。これにより、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性を向上させつつ、窒化物半導体テンプレート１０の表面欠陥の発生を抑制できる。従って、この窒化物半導体テンプレート１０を用いて形成された発光素子５０の光取り出し効率を向上させることができる。すなわち、窒化物半導体テンプレート１０は、結晶欠陥を少なくして結晶性を向上させ、内部量子効率を高める役割と、順方向電圧（Ｖｆ）を低くする役割とを果たすことができる。
【００８４】
（ｂ）本実施形態によれば、第１の間隔ｄ１及び第２の間隔ｄ２はそれぞれ、５μｍ以下である。また、III族窒化物半導体層１３の厚さは、４μｍ以上１０μｍ以下である。これにより、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性をより向上させつつ、窒化物半導体テンプレート１０の表面欠陥の発生をより抑制できる。
【００８５】
（ｃ）本実施形態によれば、凸部１４の高さは、０．５μｍ以上３．０μｍ以下である。これにより、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性をより向上させつつ、窒化物半導体テンプレート１０の表面欠陥の発生をより抑制できる。
【００８６】
（ｄ）本実施形態によれば、III族窒化物半導体層１３（窒化物半導体テンプレート１０）の、Ｘ線回折により測定される（０００４）面の最大回折ピークの半値幅が５０秒以上１００秒以下であり、結晶欠陥が少なく、良好な結晶性を有する。
【００８７】
（ｅ）本実施形態によれば、III族窒化物半導体層１３（窒化物半導体テンプレート１０）の表面比抵抗が１０Ω／□以上２５Ω／□以下である。これにより、窒化物半導体テンプレート１０の結晶性をより向上させつつ、窒化物半導体テンプレート１０の表面欠陥の発生をより抑制できる。
【００８８】
（ｆ）本実施形態によれば、III族窒化物半導体層１３は、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）装置３０を用い、ＨＶＰＥ法によって基板１１上に成長されて形成されている。これにより、III族窒化物半導体層１３の成長速度を速くすることができ、生産性を向上させることができる。従って、窒化物半導体テンプレート１０の製造コストを抑えることができる。
【００８９】
（ｇ）本実施形態によれば、上述した窒化物半導体テンプレート１０を用い、III族窒化物半導体層１３上に、発光部としてｎ型半導体層５１、発光層５２及びｐ型半導体層５３を成長させて形成することで、発光素子５０を形成している。これにより、発光素子５０の光取り出し効率を向上させることができる。
【００９０】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本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る。
【００９１】
上述の実施形態では、複数の凸部列１５が、隣接する凸部１４，１４が第１の間隔ｄ１で配される第１凸部列群１７と、隣接する凸部１４，１４が第２の間隔ｄ２で配される第２凸部列１８とを備える場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば複数の凸部列１５は、隣接する凸部１４，１４が第１の間隔ｄ１で配される第１凸部列群１７と、隣接する凸部１４，１４が第２の間隔ｄ２で配される第２凸部列１８と、隣接する凸部１４，１４が第１の間隔ｄ１と第２の間隔ｄ２とは異なる第３の間隔で配される第３凸部列群とを備えて構成されていてもよい。
【００９２】
上述の実施形態では、例えば図２（ｃ）に示すように凸部１４の形状を半球形状としたが、これに限定されるものではない。この他、凸部１４の形状は、例えばピラミッド形状、円錐形状等であってもよい。
【００９３】
上述の実施形態ではバッファ層１２を設けたが、これに限定されるものではない。すなわち、バッファ層１２は、必要に応じて省略してもよい。
【００９４】
上述の実施形態では、ホットウォール型のＨＶＰＥ装置３０を用いたが、コールドウォール型のＨＶＰＥ装置３０を用いてもよい。
【実施例】
【００９５】
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００９６】
（実施例１）
［窒化物半導体テンプレートの製作］
実施例１では、基板１１として、厚さが９００μｍ、直径が１００ｍｍ（４インチ）のＰＳＳを用いた。また、基板１１上には、隣接する凸部１４が２μｍの間隔（第１の間隔）で配された第１凸部列１７と、隣接する凸部１４が４μｍの間隔（第２の間隔）で配された第２凸部列１８とを設けた。また、、第１凸部列１７を構成する複数の凸部１４と、第２凸部列１８を構成する複数の凸部１４とによって、第１の間隔ｄ１又は第２の間隔ｄ２のうち、短い方の間隔（本実施形態では第１の間隔ｄ１）の長さを一辺とする正六角形が形成されるように、第１凸部列１７及び第２凸部列１８をそれぞれ基板１１上に配列した。
【００９７】
次に、図４に示すＨＶＰＥ装置３０を用いて、基板１１の凸部１４が形成された面上にバッファ層１２として、２０ｎｍの厚さのＡｌＮ層を成長させて形成した。すなわち、まず、サセプタ３６上に基板１１を載置する。続いて、ドーピングガス供給管３８、Ｖ族原料ガス供給管３９、第１のIII族原料ガス供給管４０、又は第２のIII族原料ガス供給管４１の少なくともいずれかから反応炉３１内に窒素ガス（純窒素ガス）を供給し、反応炉３１内をパージし、反応炉３１内を窒素雰囲気にした。そして、ドーピングガス供給管３８、Ｖ族原料ガス供給管３９、第１のIII族原料ガス供給管４０、又は第２のIII族原料ガス供給管４１のいずれかから、３ｓｍｌの水素（Ｈ２）ガスと７ｓｍｌの窒素（Ｎ２）ガスとの混合ガスを反応炉３１内に供給しつつ、第１ヒータ３２によって、反応炉３１内の原料部３４を約８５０℃に加熱し、第２ヒータ３３によって、基板１１（反応炉３１内の成長部３５）を約１１００℃に加熱し、１０分間保持した。このとき、反応炉３１内の圧力は常圧（１気圧）とした。なお、後述するIII族窒化物形成工程が終了するまでの間は、基板１１の温度及び反応炉３１内の圧力は、上記の温度及び圧力に維持した。基板１１の温度が所定の温度に達したら、第１のIII族原料ガス供給管４０から、５０ｓｃｃｍの塩化水素（ＨＣｌ）ガスを、Ａｌ溶液タンク４３内に供給し、III族原料ガスであるＡｌＣｌガスを生成した。そして、ＡｌＣｌガスを、反応炉３１内に供給した。なお、第２のIII族原料ガス供給管４１には、ＨＣｌガスと共に、キャリアガスとして、２ｓｌｍのＨ２ガスと、１ｓｌｍのＮ２ガスとを流した。第２のIII族原料ガス供給管４１から反応炉３１内へのＡｌＣｌガスの供給と併行して、Ｖ族原料ガス供給管３９から、Ｖ族原料ガスとして、５０ｓｃｃｍのアンモニア（ＮＨ３）ガスを反応炉３１内へ供給した。なお、Ｖ族原料ガス供給管３９には、ＮＨ３ガスと共に、キャリアガスとして、１ｓｌｍのＨ２ガスを流した。そして、反応炉３１内の成長部３５でIII族原料ガスであるＡｌＣｌガスと、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスとを反応させて、基板１１上にＡｌＮ層を成長させる。なお、ＡｌＮ層の成長時間は、４５秒間とした。これにより、基板１１上に厚さが２０ｎｍのＡｌＮ層を成長させて形成した。
【００９８】
続いて、バッファ層１２としてのＡｌＮ層上に、第１窒化物半導体層２０と第２窒化物半導体層２１とを備えるIII族窒化物半導体層１３を形成した。まず、ＡｌＮ層上に、第１窒化物半導体層２０として、添加物を添加しないアンドープのＧａＮ層を形成した。すなわち、第１のIII族原料ガス供給管４０から、５０ｓｃｃｍのＨＣｌガスをＧａ溶液タンク４２内に供給し、III族原料ガスであるＧａＣｌガスを生成した。そして、ＧａＣｌガスを反応炉３１内に供給した。なお、第１のIII族原料ガス供給管４０には、ＨＣｌガスと共に、キャリアガスとして、２ｓｌｍのＨ２ガスと、１ｓｌｍのＮ２ガスを流した。第１のIII族原料ガス供給管４０から反応炉３１内へのＧａＣｌガスの供給と併行して、Ｖ族原料ガス供給管３９から、Ｖ族原料ガスとして、２ｓｌｍのアンモニア（ＮＨ３）ガスを反応炉３１内へ供給した。なお、Ｖ族原料ガス供給管３９には、ＮＨ３ガスと共に、キャリアガスとして、１ｓｌｍのＨ２ガスを流した。そして、反応炉３１内の成長部３５でIII族原料ガスであるＧａＣｌガスと、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスとを反応させて、ＡｌＮ層上にＧａＮ層を成長させる。なお、ＧａＮ層の成長速度は６０μｍ／ｈｒとし、ＧａＮ層の成長時間は６分間とした。これにより、ＡｌＮ層上に厚さが５μｍのＧａＮ層を成長させて形成した。
【００９９】
続いて、第１窒化物半導体層２０であるアンドープのＧａＮ層上に、第２窒化物半導体層２１として、添加物であるシリコン（Ｓｉ）を添加したＧａＮ層（以下、ＳｉドープＧａＮ層ともいう。）を形成した。すなわち、第１のIII族原料ガス供給管４０から、５０ｓｃｃｍのＨＣｌガスをＧａ溶液タンク４２内に供給し、III族原料ガスであるＧａＣｌガスを生成した。そして、ＧａＣｌガスを反応炉３１内に供給した。なお、第１のIII族原料ガス供給管４０には、ＨＣｌガスと共に、キャリアガスとして、２ｓｌｍのＨ２ガスと、１ｓｌｍのＮ２ガスとを流した。第１のIII族原料ガス供給管４０から反応炉３１内へのＧａＣｌガスの供給と併行して、Ｖ族原料ガス供給管３９から、Ｖ族原料ガスとして、２ｓｌｍのＮＨ３ガスを反応炉３１内へ供給した。なお、Ｖ族原料ガス供給管３９には、ＮＨ３ガスと共に、キャリアガスとして、１ｓｌｍのＨ２ガスを流した。ＧａＣｌガス及びＮＨ３ガスの反応炉３１内への供給と併行して、ドーピングガス供給管３８から、Ｎ２ガスで希釈した所定量のＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを反応炉３１内へ供給した。そして、反応炉３１内の成長部３５でIII族原料ガスであるＧａＣｌガスと、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスと、ドーピングガスであるＳｉＨ２Ｃｌ２ガスとを反応させて、第１窒化物半導体層２０層上にＳｉドープＧａＮ層を成長させる。なお、ＳｉドープＧａＮ層の成長速度は６０μｍ／ｈｒとし、ＧａＮ層の成長時間は２分間とした。これにより、ＧａＮ層上に厚さが２μｍのＳｉドープＧａＮ層を成長させて形成した。
【０１００】
その後、第１ヒータ３２及び第２ヒータ３３による反応炉３１内の加熱を停止する。そして、例えばＶ族原料ガス供給管３９から、２ｓｌｍのＮＨ３ガスと８ｓｌｍのＮ２ガスとを反応炉３１内へ供給しつつ、基板１１の温度を室温付近まで冷却して、窒化物半導体テンプレート１０を得た。これを実施例１の試料とした。
【０１０１】
その後、ドーピングガス供給管３８、Ｖ族原料ガス供給管３９、第１のIII族原料ガス供給管４０、又は第２のIII族原料ガス供給管４１の少なくともいずれかから反応炉３１内に窒素ガス（純窒素ガス）を供給し、反応炉３１内をパージし、反応炉３１内を窒素雰囲気にした。そして、反応炉３１内から、実施例１の試料である窒化物半導体テンプレート１０を搬出した。
【０１０２】
［窒化物半導体テンプレートの評価］
実施例１の試料である窒化物半導体テンプレート１０を、表面検査装置によりピット（表面欠陥）の発生の有無を検査した。検査範囲は、窒化物半導体テンプレート１０の外周部２ｍｍを除いた範囲とした。その結果、１μｍ以上のピットは発生していないことを確認した。また、光学顕微鏡で実施例１の試料の表面を観察したところ、ピットの発生は確認できなかった。
【０１０３】
実施例１の試料は、Ｘ線回折により測定される（０００４）面の最大回折ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）が７３．８秒であることを確認した。すなわち、窒化物半導体テンプレート１０は、良好な結晶性を有することを確認した。
【０１０４】
また、非接触の比抵抗測定器を用い、実施例１の試料の表面比抵抗を測定した。その結果、表面比抵抗は１９Ω／□であることを確認した。
【０１０５】
なお、上述の実施例１の試料と同様の窒化物半導体テンプレート１０を、１０枚製作し、同様の評価を行った。その結果、１０枚の窒化物半導体テンプレート１０のうち、２枚に２〜５個のピットが発生していることを確認したが、残りの８枚にはピットが発生していないことを確認した。
【０１０６】
［発光素子の製作］
次に、実施例１の試料である窒化物半導体テンプレート１０上に、ＭＯＶＰＥ法にて発光部を成長させて設けた。すなわち、実施例１の試料である窒化物半導体テンプレート１０の第２窒化物半導体層２１上に、第２窒化物半導体層２１の側から、ｎ型半導体層５１と、発光層５２と、ｐ型半導体層５３とを順にエピタキシャル成長させた。具体的には、まず、実施例１の試料である窒化物半導体テンプレート１０をＭＯＶＰＥ装置に搬入する。そして、第２窒化物半導体層２１としてのＳｉドープＧａＮ層上に、ｎ型半導体層５１として、ｎ型ＧａＮ層を成長させて形成する。そして、ｎ型ＧａＮ層上に、発光層５２として、井戸層であるＩｎＧａＮ層と量子障壁層であるＧａＮ層とを６ペア成長させて多重量子井戸層を形成した。そして、発光層５２上に、ｐ型半導体層５３として、発光層５２の側から、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを順に成長させて形成した。そして、例えば図６に示すような、発光素子用エピタキシャルウエハを製作した。
【０１０７】
発光素子用エピタキシャルウエハに、第１電極５４及び第２電極５７を形成した。すなわち、まず、ｐ型半導体層５３、発光層５２及びｎ型半導体層５１の所定位置をエッチング（例えばＲＩＥ）により部分的に除去して、実施例１の試料である窒化物半導体テンプレート１０を露出させる露出領域５６を形成した。そして、ｐ型半導体層５３の上面の一部に、ｐ型半導体層５３の側から、Ｎｉ、Ａｕを順に蒸着させて、第１電極５４としてＮｉ／Ａｕ半透明電極を形成した。次に、Ｎｉ／Ａｕ半透明電極上に電極パッド５５を形成した。次に、露出領域５６から露出した窒化物半導体テンプレート１０上の一部に、窒化物半導体テンプレート１０の側から、Ｔｉ、Ａｌを順に蒸着させて、第２電極５７としてＴｉ／Ａｌ電極を形成した。そして、実施例１の試料を用いた青色ＬＥＤ（発光素子）を得た。
【０１０８】
［発光素子の評価］
実施例１の試料を用いた発光素子の発光特性を、通電電流２０ｍＡにて評価した。その結果、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を達成することを確認した。すなわち、良好な結晶性を有し、表面欠陥の発生が抑制された実施例１の試料を用いた発光素子は、内部量子効率が向上し、発光出力が高くなった（光取り出し効率が向上した）ことが確認できた。
【０１０９】
また、実施例１の試料を用いた発光素子の信頼性試験を行った。すなわち、室温で、通電電流５０ｍＡの条件下で、１０００ｈｒの通電試験を実施した。その結果、相対出力は９８％であり、高い信頼特性を有していることを確認した。なお、相対出力とは、下記の式１により算出される値である。
（式１）相対出力＝（１６８時間通電後発光出力／初期発光出力）×１００
【０１１０】
（実施例２）
実施例２では、III族窒化物半導体層１３の厚さを、４μｍ以上１０μｍ以下の範囲内で、実施例１とは異なる厚さとしたことを除くその他の点は、上述の実施例１と同様にして、窒化物半導体テンプレート１０を製作した。これを実施例２の試料とした。実施例２の試料である窒化物半導体テンプレートの評価は、実施例１とほぼ同様の結果であることを確認した。また、上述の実施例１と同様にして、実施例２の試料を用いて発光素子を製作した。この発光素子の評価は、実施例１とほぼ同様の結果であることを確認した。
【０１１１】
（実施例３）
実施例３では、基板１１に設けられる凸部１４の高さｈを、０．５μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内で、実施例１とは異なる厚さとしたことを除くその他の点は、上述の実施例１と同様にして、窒化物半導体テンプレート１０を製作した。これを実施例３の試料とした。実施例３の試料である窒化物半導体テンプレートの評価は、実施例１とほぼ同様の結果であることを確認した。また、上述の実施例１と同様にして、実施例３の試料を用いて発光素子を製作した。この発光素子の評価は、実施例１とほぼ同様の結果であることを確認した。
【０１１２】
（比較例１）
比較例１では、例えば図７に示すように、基板上に設けられた凸部列が、すべて隣接する凸部が２μｍの間隔で配されていることを除くその他の点は、上述の実施例１と同様にして、窒化物半導体テンプレートを製作した。これを比較例１の試料とした。また、上述の実施例１と同様にして、比較例１の試料を用いて発光素子を製作した。
【０１１３】
［窒化物半導体テンプレートの評価］
比較例１の試料である窒化物半導体テンプレートを、表面検査装置によりピット（表面欠陥）の発生の有無を検査した。検査範囲は、窒化物半導体テンプレートの外周部２ｍｍを除いた範囲とした。その結果、１μｍ以上３μｍ以下のピットが数百個発生していることを確認した。また、光学顕微鏡で比較例１の試料の表面を観察したところ、比較例１の試料の表面にピットが発生していることを確認した。また、ピットは、比較例１の試料の表面に局所的に発生しているわけではなく、比較例１の試料の表面全体に発生していることを確認した。
【０１１４】
比較例１の試料は、Ｘ線回折により測定される（０００４）面の最大回折ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）が１１７．６秒であることを確認した。すなわち、比較例１は、実施例１と比べて、ＦＷＨＭが約４４秒広くなっており、窒化物半導体テンプレートは、結晶欠陥が多く、結晶性が低下していることを確認した。
【０１１５】
また、非接触の比抵抗測定器を用い、比較例１の試料の表面比抵抗を測定した。その結果、表面比抵抗は１９Ω／□であることを確認した。
【０１１６】
［発光素子の評価］
比較例１の試料を用いた発光素子の発光特性を、通電電流２０ｍＡにて評価した。その結果、発光ピーク波長は約４５０ｎｍであり、順方向電圧は３．２２Ｖ、発光出力は１８ｍＷであった。すなわち、比較例１の試料である窒化物半導体テンプレートのＦＷＨＭが広く、結晶欠陥が多いため、比較例１の試料を用いた発光素子は内部量子効率が低下していることを確認した。
【０１１７】
また、比較例１の試料を用いた発光素子の信頼性試験を行った。すなわち、室温で、通電電流５０ｍＡの条件下で、１０００ｈｒの通電試験を実施した。その結果、相対出力は８７％であり、信頼特性が低いことを確認した。なお、相対出力は上記の式１により算出した。
【０１１８】
（比較例２）
比較例２では、基板上に設けられた凸部列が、すべて隣接する凸部が４μｍの間隔で配されていることを除くその他の点は、上述の実施例１と同様にして、窒化物半導体テンプレートを製作した。これを比較例２の試料とした。また、上述の実施例１と同様にして、比較例２の試料を用いて発光素子を製作した。
【０１１９】
［窒化物半導体テンプレートの評価］
比較例１の試料は、Ｘ線回折により測定される（０００４）面の最大回折ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）が７２．５秒であり、実施例１の試料のＦＷＨＭと同程度であることを確認した。しかしながら、光学顕微鏡で比較例２の試料の表面を観察したところ、比較例２の試料の表面に、比較例１よりも多くのピットが発生していることを確認した。
【０１２０】
また、非接触の比抵抗測定器を用い、比較例２の試料の表面比抵抗を測定した。その結果、表面比抵抗は１６Ω／□であり、実施例１の試料や比較例１の試料と同程度であることを確認した。
【０１２１】
［発光素子の評価］
比較例２の試料を用いた発光素子の発光特性を、通電電流２０ｍＡにて評価した。その結果、発光ピーク波長は約４５０ｎｍであり、順方向電圧は３．２３Ｖ、発光出力は２０ｍＷであった。すなわち、比較例２の試料に例えばピット等の表面欠陥が多く発生しているため、比較例１の試料を用いた発光素子は内部量子効率が低下していることを確認した。
【０１２２】
また、比較例２の試料を用いた発光素子の信頼性試験を行った。すなわち、室温で、通電電流５０ｍＡの条件下で、１０００ｈｒの通電試験を実施した。その結果、相対出力は６２％であり、信頼特性が低いことを確認した。なお、相対出力は上記の式１により算出した。
【０１２３】
上述の比較例２の試料と同様の試料を複数製作し、比較例２の試料と同様の試料を用いた発光素子を複数製作し、それぞれ実施例１（比較例２）と同様の評価を行った。比較例２と同様の試料は、多数のピットが発生した試料と、ピットの発生が殆どない試料とが存在することを確認した。また、比較例２の試料と同様の試料を用いた発光素子は、逆方向電圧（Ｖｒ）が極端に低くなる発光素子が多く存在することを確認した。また、比較例２の試料と同様の試料を用いた発光素子は、極端に信頼特性が低い発光素子が散見されることを確認した。すなわち、比較例２の試料と同様の試料を用いた発光素子発光出力が高く、信頼特性の高い発光素子と、極端に発光出力が低く、極端に信頼特性が低い発光素子とに分かれ、歩留まりが非常に低くなることを確認した。これは、ピットの発生が殆どない試料を用いた発光素子は、良好な信頼特性を有し、多数のピットが発生した試料を用いた発光素子は、信頼特性が極端に低いということであるものと考えられる。
【符号の説明】
【０１２４】
１０    窒化物半導体テンプレート
１１    基板
１３    III族窒化物半導体層
１４    凸部
１５    凸部列
１７    第１凸部列
１８    第２凸部列
ｄ１    第１の間隔
ｄ２    第２の間隔
【図１】
2014107333.tif 000003
【図２】
2014107333.tif 000004
【図３】
2014107333.tif 000005
【図４】
2014107333.tif 000006
【図５】
2014107333.tif 000007
【図６】
2014107333.tif 000008
【図７】
2014107333.tif 000009