(57)【要約】【課題】優れた結晶性を有する窒化物層をその上方に再現性良く形成する。【解決手段】ｃ面を主面とするサファイア基板とアルミニウムを含有するターゲットとを１００ｍｍ以上２５０ｍｍ以下の距離をあけて配置する工程と、基板とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法により基板の表面上に基板の成長面の法線方向に伸長する結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなるアルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程と、アルミニウム含有窒化物中間層上に窒化物半導体を形成する工程と、を含み、基板とターゲットとを配置する工程において、基板に対してターゲットを傾けて基板とターゲットとを配置することを特徴とする窒化物半導体の製造方法である。【選択図】図４
2014241417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｃ面を主面とするサファイア基板とアルミニウムを含有するターゲットとを１００ｍｍ以上２５０ｍｍ以下の距離をあけて配置する工程と、
前記基板と前記ターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法により前記基板の表面上に前記基板の成長面の法線方向に伸長する結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなるアルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程と、
前記アルミニウム含有窒化物中間層上に窒化物半導体を形成する工程と、を含み、
前記基板と前記ターゲットとを配置する工程において、前記基板に対して前記ターゲットを傾けて前記基板と前記ターゲットとを配置することを特徴とする、窒化物半導体の製造方法。
【請求項２】
ｃ面を主面とするサファイア基板とアルミニウムを含有するターゲットとを間隔をあけて配置する工程と、
前記基板と前記ターゲットとの間に窒素ガスを導入する工程と、
前記基板と前記ターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法により前記基板の表面上に前記基板の成長面の法線方向に伸長する結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなるアルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程と、
前記アルミニウム含有窒化物中間層上に窒化物半導体を形成する工程と、を含み、
前記基板と前記ターゲットとを配置する工程において、前記基板に対して前記ターゲットを傾けて前記基板と前記ターゲットとを配置することを特徴とする、窒化物半導体の製造方法。
【請求項３】
前記基板と前記ターゲットとを配置する工程と、前記アルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程との間に、前記基板と前記ターゲットとの間に窒素ガスを導入する工程をさらに含む、請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体の製造方法。
【請求項４】
ｃ面を主面とするサファイア基板とアルミニウムを含有するターゲットとを１００ｍｍ以上２５０ｍｍ以下の距離をあけて配置する工程と、
前記基板と前記ターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法により前記基板の表面上に前記基板の成長面の法線方向に伸長する結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなるアルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程と、
前記アルミニウム含有窒化物中間層上に窒化物層を形成する工程と、を含み、
前記基板と前記ターゲットとを配置する工程において、前記基板に対して前記ターゲットを傾けて前記基板と前記ターゲットとを配置することを特徴とする、窒化物層の製造方法。
【請求項５】
前記基板と前記ターゲットとを配置する工程と、前記アルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程との間に、前記基板と前記ターゲットとの間に窒素ガスを導入する工程をさらに含む、請求項４に記載の窒化物層の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム含有窒化物中間層の製造方法、窒化物層の製造方法および窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（ＩＩＩ族窒化物半導体）は、赤外から紫外領域の波長を有する光のエネルギに相当するバンドギャップを有しているため、赤外から紫外領域の波長を有する光を発光する発光素子やその領域の波長を有する光を受光する受光素子の材料として有用である。
【０００３】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体は、ＩＩＩ族窒化物半導体を構成する原子間の結合が強く、絶縁破壊電圧が高く、飽和電子速度が大きいことから、耐高温・高出力・高周波トランジスタなどの電子デバイスの材料としても有用である。
【０００４】
さらに、ＩＩＩ族窒化物半導体は、環境を害することがほとんどなく、取り扱いやすい材料としても注目されている。
【０００５】
上述したような優れた材料であるＩＩＩ族窒化物半導体を用いて実用的な窒化物半導体素子を作製するためには、所定の基板上にＩＩＩ族窒化物半導体の薄膜からなるＩＩＩ族窒化物半導体層を積層して、所定の素子構造を形成する必要がある。
【０００６】
ここで、基板としては、基板上にＩＩＩ族窒化物半導体を直接成長させることが可能な格子定数や熱膨張係数を有するＩＩＩ族窒化物半導体からなる基板を用いることが最も好適であり、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる基板としては、たとえば窒化ガリウム（ＧａＮ）基板などを用いることが好ましい。
【０００７】
しかしながら、ＧａＮ基板は、現状ではその寸法が直径２インチ以下と小さく、また非常に高価であるため、実用的ではない。
【０００８】
そのため、現状では、窒化物半導体素子の作製用の基板としては、ＩＩＩ族窒化物半導体とは格子定数差および熱膨張係数差が大きいサファイア基板や炭化珪素（ＳｉＣ）基板などが用いられている。
【０００９】
サファイア基板と代表的なＩＩＩ族窒化物半導体であるＧａＮとの間には約１６％程度の格子定数差が存在する。また、ＳｉＣ基板とＧａＮとの間には約６％程度の格子定数差が存在する。このような大きな格子定数差が基板とその上に成長するＩＩＩ族窒化物半導体との間に存在する場合には、基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶をエピタキシャル成長させることは一般的に困難である。たとえば、サファイア基板上に直接ＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させた場合には、ＧａＮ結晶の３次元的な成長が避けられず、平坦な表面を有するＧａＮ結晶が得られないという問題がある。
【００１０】
そこで、基板とＩＩＩ族窒化物半導体との間に、基板とＩＩＩ族窒化物半導体との間の格子定数差を解消させるための所謂バッファ層と呼ばれる層を形成することが一般的に行なわれている。
【００１１】
たとえば、特許文献１には、サファイア基板上にＡｌＮのバッファ層をＭＯＶＰＥ法によって形成した後に、ＡｌxＧａ1-xＮからなるＩＩＩ族窒化物半導体を成長させる方法が記載されている。
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載の方法においても、平坦な表面を有するＡｌＮのバッファ層を再現性良く得ることは困難であった。これは、ＭＯＶＰＥ法によってＡｌＮのバッファ層を形成する場合には、原料ガスとして用いられるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスとアンモニア（ＮＨ3）ガスとが気相中で反応しやすいためと考えられる。
【００１３】
したがって、特許文献１に記載の方法においては、表面が平坦であって、かつ欠陥密度が小さい高品質のＡｌxＧａ1-xＮからなるＩＩＩ族窒化物半導体をＡｌＮのバッファ層上に再現性良く成長させることは困難であった。
【００１４】
また、たとえば特許文献２には、サファイア基板上に直流バイアスを印加した高周波スパッタ法でＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）バッファ層を形成する方法が開示されている。
【００１５】
しかしながら、特許文献２に記載されている方法によってＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）バッファ層上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体は、特許文献３の段落[０００４]および特許文献４の段落[０００４]に記載されているように、優れた結晶性を有するものではなかった。
【００１６】
そこで、特許文献３には、ＤＣマグネトロンスパッタ法で形成したＩＩＩ族窒化物半導体からなるバッファ層を水素ガスとアンモニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理する方法が提案されており、また、特許文献４には、４００℃以上に昇温されたサファイア基板上にＤＣマグネトロンスパッタ法によって５０オングストローム以上３０００オングストローム以下の膜厚のＩＩＩ族窒化物半導体からなるバッファ層を形成する方法が提案されている。
【００１７】
また、特許文献５には、７５０℃に加熱されたサファイア基板上に高周波スパッタ法によってＡｌＮの柱状結晶からなるバッファ層を形成する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特許第３０２６０８７号公報
【特許文献２】特公平５−８６６４６号公報
【特許文献３】特許第３４４０８７３号公報
【特許文献４】特許第３７００４９２号公報
【特許文献５】特開２００８−３４４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記の特許文献３〜５に記載の方法によりＩＩＩ族窒化物半導体からなるバッファ層を形成し、そのバッファ層上にＩＩＩ族窒化物半導体層を形成した場合にも優れた結晶性を有するＩＩＩ族窒化物半導体層を再現性良く形成することはできず、その結果、良好な特性を有する窒化物半導体素子を再現性良く作製することができなかった。
【００２０】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、優れた結晶性を有する窒化物層をその上方に再現性良く形成することができるアルミニウム含有窒化物中間層の製造方法、その窒化物層の製造方法およびその窒化物層を用いた窒化物半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の第１の態様によれば、基板とアルミニウムを含有するターゲットとを１００ｍｍ以上２５０ｍｍ以下の距離をあけて配置する工程と、基板とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法により基板の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程と、を含む、アルミニウム含有窒化物中間層の製造方法を提供することができる。
【００２２】
ここで、本発明の第１の態様のアルミニウム含有窒化物中間層の製造方法においては、基板とターゲットとを配置する工程と、アルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程との間に、基板とターゲットとの間に窒素ガスを導入する工程をさらに含むことが好ましい。
【００２３】
また、本発明の第１の態様のアルミニウム含有窒化物中間層の製造方法においては、基板とターゲットとを配置する工程において、基板に対してターゲットを傾けて基板とターゲットとを配置することが好ましい。
【００２４】
本発明の第２の態様によれば、基板とアルミニウムを含有するターゲットとを間隔をあけて配置する工程と、基板とターゲットとの間に窒素ガスを導入する工程と、基板とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法により基板の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程と、を含む、アルミニウム含有窒化物中間層の製造方法を提供することができる。
【００２５】
ここで、本発明の第２の態様のアルミニウム含有窒化物中間層の製造方法においては、基板とターゲットとを配置する工程において、基板に対してターゲットを傾けて基板とターゲットとを配置することが好ましい。
【００２６】
また、本発明の第３の態様によれば、基板とアルミニウムを含有するターゲットとを間隔をあけて基板に対してターゲットを傾けて配置する工程と、基板とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法により基板の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程と、を含むアルミニウム含有窒化物中間層の製造方法を提供することができる。
【００２７】
本発明の第４の態様によれば、基板とアルミニウムを含有するターゲットとを１００ｍｍ以上２５０ｍｍ以下の距離をあけて配置する工程と、基板とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法により基板の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程と、アルミニウム含有窒化物中間層上に窒化物層を形成する工程と、を含む、窒化物層の製造方法を提供することができる。
【００２８】
ここで、本発明の第４の態様の窒化物層の製造方法は、基板とターゲットとを配置する工程と、アルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程との間に、基板とターゲットとの間に窒素ガスを導入する工程をさらに含むことが好ましい。
【００２９】
また、本発明の第４の態様の窒化物層の製造方法においては、基板とターゲットとを配置する工程において、基板に対してターゲットを傾けて基板とターゲットとを配置することが好ましい。
【００３０】
本発明の第５の態様によれば、基板とアルミニウムを含有するターゲットとを間隔をあけて配置する工程と、基板とターゲットとの間に窒素ガスを導入する工程と、基板とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法により基板の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程と、アルミニウム含有窒化物中間層上に窒化物層を形成する工程と、を含む、窒化物層の製造方法を提供することができる。
【００３１】
ここで、本発明の第５の態様の窒化物層の製造方法においては、基板とターゲットとを配置する工程において、基板に対してターゲットを傾けて基板とターゲットとを配置することが好ましい。
【００３２】
また、本発明の第６の態様によれば、基板とアルミニウムを含有するターゲットとを間隔をあけて基板に対してターゲットを傾けて配置する工程と、基板とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法により基板の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程と、アルミニウム含有窒化物中間層上に窒化物層を形成する工程と、を含む、窒化物層の製造方法を提供することができる。
【００３３】
また、本発明の第７の態様によれば、基板とアルミニウムを含有するターゲットとを１００ｍｍ以上２５０ｍｍ以下の距離をあけて配置する工程と、基板とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法により基板の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程と、アルミニウム含有窒化物中間層上に窒化物半導体層を形成する工程と、を含む、窒化物半導体素子の製造方法を提供することができる。
【００３４】
ここで、本発明の第７の態様の窒化物半導体素子の製造方法は、基板とターゲットとを配置する工程と、アルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程との間に、基板とターゲットとの間に窒素ガスを導入する工程をさらに含むことが好ましい。
【００３５】
また、本発明の第７の態様の窒化物半導体素子の製造方法においては、基板とターゲットとを配置する工程において、基板に対してターゲットを傾けて基板とターゲットとを配置することが好ましい。
【００３６】
また、本発明の第８の態様によれば、基板とアルミニウムを含有するターゲットとを間隔をあけて配置する工程と、基板とターゲットとの間に窒素ガスを導入する工程と、基板とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法により基板の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程と、アルミニウム含有窒化物中間層上に窒化物半導体層を形成する工程と、を含む、窒化物半導体素子の製造方法を提供することができる。
【００３７】
ここで、本発明の第８の態様の窒化物半導体素子の製造方法においては、基板とターゲットとを配置する工程において、基板に対してターゲットを傾けて基板とターゲットとを配置することが好ましい。
【００３８】
また、本発明の第９の態様によれば、基板とアルミニウムを含有するターゲットとを間隔をあけて基板に対してターゲットを傾けて配置する工程と、基板とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法により基板の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層を形成する工程と、アルミニウム含有窒化物中間層上に窒化物半導体層を形成する工程と、を含む、窒化物半導体素子の製造方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、優れた結晶性を有する窒化物層をその上方に再現性良く形成することができるアルミニウム含有窒化物中間層の製造方法、その窒化物層の製造方法およびその窒化物層を用いた窒化物半導体素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の窒化物半導体素子の一例である実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図である。
【図２】実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例における製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図３】基板の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層を積層するのに用いられるＤＣマグネトロンスパッタ装置の一例の模式的な構成図である。
【図４】基板の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層を積層するのに用いられるＤＣマグネトロンスパッタ装置の他の一例の模式的な構成図である。
【図５】基板の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層を積層するのに用いられるＤＣマグネトロンスパッタ装置のさらに他の一例の模式的な構成図である。
【図６】実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例における製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図７】実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例における製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図８】実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例における製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図９】実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子を用いた発光装置の一例の模式的な断面図である。
【図１０】本発明の窒化物半導体素子の他の一例である実施の形態２の窒化物半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【図１１】実施の形態２の窒化物半導体レーザ素子の製造方法の一例における製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１２】実施の形態２の窒化物半導体レーザ素子の製造方法の一例における製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１３】本発明の窒化物半導体素子の他の一例である実施の形態３の窒化物半導体トランジスタ素子の模式的な断面図である。
【図１４】実施の形態３の窒化物半導体トランジスタ素子の製造方法の一例における製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１５】実験例１〜１５の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１６】実験例１〜８および１３〜１５のＡｌＮバッファ層の形成に用いられたＤＣマグネトロンスパッタ装置の模式的な構成図である。
【図１７】実験例１〜１５の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１８】実験例１〜１５の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１９】実験例１〜１５の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図２０】実験例１〜１５の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図２１】実験例１〜１５の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図２２】実験例９〜１２のＡｌＮバッファ層の形成に用いられたＤＣマグネトロンスパッタ装置の模式的な構成図である。
【図２３】実験例１〜８におけるＧａＮ下地層の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）とＡｌターゲットの表面の中心とサファイア基板のｃ面との最短距離ｄ（ｍｍ）との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００４２】
＜実施の形態１＞
図１に、本発明の窒化物半導体素子の一例である実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図を示す。
【００４３】
ここで、実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子１００は、基板１と、基板１の表面に接して設置されたアルミニウム含有窒化物中間層２と、アルミニウム含有窒化物中間層２の表面に接して設置された窒化物半導体下地層３と、窒化物半導体下地層３の表面に接して設置されたｎ型窒化物半導体コンタクト層４と、ｎ型窒化物半導体コンタクト層４の表面に接して設置されたｎ型窒化物半導体クラッド層５と、ｎ型窒化物半導体クラッド層５の表面に接して設置された窒化物半導体活性層６と、窒化物半導体活性層６の表面に接して設置されたｐ型窒化物半導体クラッド層７と、ｐ型窒化物半導体クラッド層７の表面に接して設置されたｐ型窒化物半導体コンタクト層８と、ｐ型窒化物半導体コンタクト層８の表面に接して設置された透光性電極層９と、を備えている。そして、ｎ型窒化物半導体コンタクト層４の露出表面に接するようにしてｎ側電極１１が設置されており、透光性電極層９の表面に接するようにしてｐ側電極１０が設置されている。
【００４４】
以下、実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子１００の製造方法の一例について説明する。
【００４５】
まず、図２の模式的断面図に示すように、基板１の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層２を積層する。ここで、アルミニウム含有窒化物中間層２は、基板１とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法によって形成される。
【００４６】
図３に、基板１の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層２を積層するのに用いられるＤＣマグネトロンスパッタ装置の一例の模式的な構成を示す。
【００４７】
ここで、ＤＣマグネトロンスパッタ装置は、チャンバ２１と、チャンバ２１の内部の下方に設置されたヒータ２３とヒータ２３と向かい合うようにして設置されたカソード２８と、チャンバ２１の内部のガスをチャンバ２１の外部に放出するための排気口２５と、を備えている。
【００４８】
なお、ヒータ２３はヒータ支持材２４によって支持されている。また、カソード２８は、アルミニウムからなるＡｌターゲット２６と、マグネット支持材２９に支持されたマグネット２７とを有している。また、チャンバ２１には、チャンバ２１の内部にアルゴンガスを供給するためのＡｒガス供給管３０と、チャンバ２１の内部に窒素ガスを供給するためのＮ2ガス供給管３１とが接続されている。
【００４９】
そして、基板１の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層２を積層するにあたっては、まず、以上のような構成のＤＣマグネトロンスパッタ装置の内部のヒータ２３上に基板１が設置される。基板１は、基板１の成長面（アルミニウム含有窒化物中間層２が成長する面）がＡｌターゲット２６の表面と向かい合うようにして所定の距離ｄをあけて配置される。
【００５０】
基板１としては、たとえば、ａ面、ｃ面、ｍ面またはｒ面などの露出面を有するサファイア（Ａｌ2Ｏ3）単結晶、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）単結晶、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ2単結晶、ＬｉＧａＯ2単結晶、ＭｇＯ単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶またはＺｒＢ2などのホウ化物単結晶などからなる基板を用いることができる。なお、基板１の成長面の面方位は特に限定されるものではなく、ジャスト基板やオフ角を付与した基板などを適宜用いることができるが、なかでも、基板１としてサファイア単結晶からなるサファイア基板を用い、サファイア基板のｃ面上に後述するアルミニウム含有窒化物中間層２を形成した場合には、結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなる良好な結晶性のアルミニウム含有窒化物中間層２を積層することができる傾向が大きくなる点で好ましい。
【００５１】
また、上記の距離ｄは、Ａｌターゲット２６の表面の中心と、基板１の成長面との間の最短距離を意味しており、その距離ｄは、１００ｍｍ以上２５０ｍｍ以下とされることが好ましく、１２０ｍｍ以上２１０ｍｍ以下とされることがより好ましく、１５０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下とされることがさらに好ましい。これは、ＤＣマグネトロンスパッタ法によるアルミニウム含有窒化物中間層２の積層時には高エネルギの反応種が基板１に供給されることになるが、上記の距離ｄを１００ｍｍ以上とした場合には、上記の反応種が基板１の成長面に与えるダメージを小さくすることができ、上記の距離ｄを２５０ｍｍ以下とした場合には、プラズマ放電が起きやすくなるとともにアルミニウム含有窒化物中間層２の形成速度も大きくなるため、基板１の成長面の法線方向（垂直方向）に伸長する結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなる良好な結晶性のアルミニウム含有窒化物中間層２を積層することができる傾向にある。したがって、このような良好な結晶性のアルミニウム含有窒化物中間層２の表面上に窒化物層を成長させることによって、転位密度が低く結晶性に優れた窒化物層（本実施の形態では窒化物半導体下地層３）を再現性良く得ることができ、ひいては良好な特性を有する窒化物半導体素子を再現性良く作製することができる。
【００５２】
また、上記の距離ｄを１２０ｎｍ以上２１０ｎｍ以下とした場合、特に１５０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下とした場合には、さらに良好な結晶性のアルミニウム含有窒化物中間層２を積層することができるため、そのようなアルミニウム含有窒化物中間層２の表面上にはさらに転位密度が低く結晶性に優れる窒化物層を再現性良く成長させることができる傾向が大きくなり、ひいてはさらに良好な特性を有する窒化物半導体素子を再現性良く作製することができる傾向が大きくなる。
【００５３】
次に、チャンバ２１の内部にＡｒガス供給管３０からアルゴンガスを供給するとともにＮ2ガス供給管３１から窒素ガスを供給することによって、基板１とＡｌターゲット２６との間にアルゴンガスおよび窒素ガスを導入する。そして、基板１とＡｌターゲット２６との間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加することによって基板１とＡｌターゲット２６との間のアルゴンガスおよび窒素ガスのプラズマを発生させる。これにより、Ａｌターゲット２６のスパッタが行なわれることによって、基板１の表面上にアルミニウムと窒素との化合物からなるアルミニウム含有窒化物中間層２が積層する。なお、ＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式は、Ａｌターゲット２６のスパッタリング中において、所定の大きさの直流電圧（時間によって方向が変化しない電圧）を基板１とＡｌターゲット２６との間に連続的に印加する方式である。
【００５４】
ここで、チャンバ２１の内部に供給されるガスにおいて窒素ガスが占める体積比率（窒素比率：％）は５０％以上であることが好ましく、７５％以上であることがより好ましく、１００％であること（窒素ガスのみが供給されること）が最も好ましい。上記の窒素比率が５０％以上とした場合、特に７５％以上とした場合には、アルミニウム含有窒化物中間層２中に取り込まれる不純物の量を抑えることができるため、アルミニウム含有窒化物中間層２の結晶性を向上させることができる。また、上記の窒素比率が１００％である場合には、チャンバ２１の内部に窒素ガスのみが供給されることになるため、アルミニウム含有窒化物中間層２の結晶性をさらに大きく向上させることができる。このように結晶性に優れたアルミニウム含有窒化物中間層２の表面上に窒化物層を成長させた場合には転位密度が低く結晶性に優れる窒化物層が再現性良く得られる傾向にあり、ひいては良好な特性を有する窒化物半導体素子を再現性良く作製することができる傾向が大きくなる。
【００５５】
なお、上記においては、チャンバ２１の内部にアルゴンガスと窒素ガスとを供給す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く、たとえば、窒素ガスの少なくとも一部をアンモニアガスに置き換えてもよく、アルゴンガスの少なくとも一部を水素ガスに置き換えてもよい。
【００５６】
図４に、基板１の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層２を積層するのに用いられるＤＣマグネトロンスパッタ装置の他の一例の模式的な構成を示す。図４に示す構成のＤＣマグネトロンスパッタ装置は、基板１とＡｌターゲット２６との間に間隔をあけて基板１の成長面に対してＡｌターゲット２６を傾けて配置している点に特徴がある。
【００５７】
ここで、Ａｌターゲット２６は、基板１の成長面の法線方向に対して角度θだけ傾けて配置されている。ここで、結晶性に優れたアルミニウム含有窒化物中間層２を積層する観点からは、角度θは１０°以上４５°以下であることが好ましく、２０°以上４５°以下であることがより好ましい。
【００５８】
このように、基板１とＡｌターゲット２６との間に間隔をあけて基板１の成長面に対してＡｌターゲット２６を傾けて配置した状態で、基板１とＡｌターゲット２６との間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加してＤＣマグネトロンスパッタ法によってアルミニウム含有窒化物中間層２を積層した場合には、アルミニウム含有窒化物中間層２の積層時に基板１に供給される高エネルギの反応種による基板１の成長面へのダメージを低減することができるため、結晶性に優れたアルミニウム含有窒化物中間層２を積層することができる傾向にある。
【００５９】
また、基板１の成長面に対してＡｌターゲット２６を傾けて配置することにより、基板１の成長面内におけるアルミニウム含有窒化物中間層２の厚さの均一性と結晶性の均一性とが向上するため、基板１の成長面内における窒化物半導体素子の特性の均一性が向上し、窒化物半導体素子の歩留まりが向上する傾向にある。
【００６０】
特に、基板１の成長面の口径が１００ｍｍ（４インチ）、１２５ｍｍ（５インチ）、１５０ｍｍ（６インチ）と大きくなるほど、上記の均一性の向上の効果が顕著に現れる傾向にある。
【００６１】
また、図４に示す構成のＤＣマグネトロンスパッタ装置においても、Ａｌターゲット２６の表面の中心と、基板１の成長面との間の最短距離ｄは、１００ｍｍ以上２５０ｍｍ以下とされることが好ましく、１２０ｍｍ以上２１０ｍｍ以下とされることがより好ましく、１５０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下とされることがさらに好ましい。図４に示す構成のＤＣマグネトロンスパッタ装置においても、上記の最短距離ｄを上記のように設定することによって、上述した理由により、さらに結晶性に優れたアルミニウム含有窒化物中間層２を積層することができる傾向にある。
【００６２】
また、図４に示す構成のＤＣマグネトロンスパッタ装置においても、チャンバ２１の内部に供給されるガスにおいて窒素ガスが占める体積比率（窒素比率：％）は５０％以上であることが好ましく、７５％以上であることがより好ましく、１００％であること（窒素ガスのみが供給されること）が最も好ましい。図４に示す構成のＤＣマグネトロンスパッ
タ装置においても、チャンバ２１の内部に供給されるガスの窒素比率を上記のように設定することによって、上述した理由により、さらに結晶性に優れたアルミニウム含有窒化物中間層２を積層することができる傾向にある。
【００６３】
図５に、基板１の表面上にアルミニウム含有窒化物中間層２を積層するのに用いられるＤＣマグネトロンスパッタ装置のさらに他の一例の模式的な構成を示す。図５に示す構成のＤＣマグネトロンスパッタ装置は、基板１と間隔をあけて基板１の成長面に対して傾くように配置された第１のＡｌターゲット２６ａを有する第１のカソード２８ａと、基板１と間隔をあけて基板１の成長面に対して傾くように配置された第２のＡｌターゲット２６ｂを有する第２のカソード２８ｂと、を備えている点に特徴がある。
【００６４】
ここで、第１のカソード２８ａは、第１のＡｌターゲット２６ａと、第１のマグネット支持材２９ａに支持された第１のマグネット２７ａとを有している。また、第２のカソード２８ｂは、第２のＡｌターゲット２６ｂと、第２のマグネット支持材２９ｂに支持された第２のマグネット２７ｂとを有している。
【００６５】
また、第１のＡｌターゲット２６ａは、基板１の成長面の法線方向に対して角度θ１だけ傾けて配置されている。ここで、結晶性に優れたアルミニウム含有窒化物中間層２を積層する観点からは、角度θ１は１０°以上４５°以下であることが好ましく、２０°以上４５°以下であることがより好ましい。
【００６６】
また、第２のＡｌターゲット２６ｂは、基板１の成長面の法線方向に対して角度θ２だけ傾けて配置されている。ここで、結晶性に優れたアルミニウム含有窒化物中間層２を積層する観点からは、角度θ２は１０°以上４５°以下であることが好ましく、２０°以上４５°以下であることがより好ましい。
【００６７】
なお、結晶性に優れたアルミニウム含有窒化物中間層２を積層する観点からは、上記の角度θ１またはθ２のいずれか一方が上記の範囲に設定されることが好ましく、θ１およびθ２の双方が上記の範囲に設定されることがさらに好ましい。
【００６８】
また、図５においては、基板の成長面に対して傾いて配置されたＡｌターゲットを２つ設置したＤＣマグネトロンスパッタ装置について説明したが、アルミニウム含有窒化物中間層２の成膜速度を向上させる観点からは、基板の成長面に対して傾いて配置されたＡｌターゲットはたとえば３つ、４つ、５つなどに増設することが可能である。
【００６９】
図５に示す構成のＤＣマグネトロンスパッタ装置において、第１のＡｌターゲット２６ａの表面の中心と、基板１の成長面との間の最短距離ｄ１は、１００ｍｍ以上２５０ｍｍ以下とされることが好ましく、１２０ｍｍ以上２１０ｍｍ以下とされることがより好ましく、１５０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下とされることがさらに好ましい。図５に示す構成のＤＣマグネトロンスパッタ装置において、上記の最短距離ｄ１を上記のように設定することによって、上述した理由により、さらに結晶性に優れたアルミニウム含有窒化物中間層２を積層することができる傾向にある。
【００７０】
また、図５に示す構成のＤＣマグネトロンスパッタ装置において、第２のＡｌターゲット２６ｂの表面の中心と、基板１の成長面との間の最短距離ｄ２は、１００ｍｍ以上２５０ｍｍ以下とされることが好ましく、１２０ｍｍ以上２１０ｍｍ以下とされることがより好ましく、１５０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下とされることがさらに好ましい。図６に示す構成のＤＣマグネトロンスパッタ装置において、上記の最短距離ｄ２を上記のように設定することによって、上述した理由により、さらに結晶性に優れたアルミニウム含有窒化物中間層２を積層することができる傾向にある。
【００７１】
なお、結晶性に優れたアルミニウム含有窒化物中間層２を積層する観点からは、上記の最短距離ｄ１またはｄ２のいずれか一方が上記の範囲に設定されることが好ましく、ｄ１およびｄ２の双方が上記の範囲に設定されることがさらに好ましい。
【００７２】
また、図５に示す構成のＤＣマグネトロンスパッタ装置においても、チャンバ２１の内部に供給されるガスにおいて窒素ガスが占める体積比率（窒素比率：％）は５０％以上であることが好ましく、７５％以上であることがより好ましく、１００％であること（窒素ガスのみが供給されること）が最も好ましい。図５に示す構成のＤＣマグネトロンスパッタ装置においても、チャンバ２１の内部に供給されるガスの窒素比率を上記のように設定することによって、上述した理由により、さらに結晶性に優れたアルミニウム含有窒化物中間層２を積層することができる傾向にある。
【００７３】
上述したように、本実施の形態においては、基板とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加するＤＣマグネトロンスパッタ法によるアルミニウム含有窒化物中間層の積層時に、以下の（ａ）〜（ｃ）の少なくとも１つの条件を採用することによって、基板の成長面の法線方向に伸長する結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなる良好な結晶性のアルミニウム含有窒化物中間層を基板の成長面上に積層している。そして、このような良好な結晶性のアルミニウム含有窒化物中間層の表面上に窒化物層を成長させることによって、転位密度が低く結晶性に優れた窒化物層を再現性良く得ることができ、ひいては良好な特性を有する窒化物半導体素子を再現性良く作製することができるようになる。
（ａ）ターゲットの表面の中心と基板の成長面との間の最短距離を１００ｍｍ以上２５０ｍｍ以下とすること、より好ましくは１２０ｍｍ以上２１０ｍｍ以下とすること、さらに好ましくは１５０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下とすること。
（ｂ）ＤＣマグネトロンスパッタ装置に供給されるガスにおいて窒素ガスが占める体積比率（窒素比率：％）を５０％以上とすること、より好ましくは７５％以上とすること、さらに好ましくは１００％とすること（窒素ガスのみが供給されること）。
（ｃ）基板の成長面に対してターゲットを傾けて配置すること。
【００７４】
なお、基板の成長面上に良好な結晶性のアルミニウム含有窒化物中間層を積層するためには、上記の条件（ａ）〜（ｃ）のいずれか１つの条件を採用すればよいが、より良好な結晶性のアルミニウム含有窒化物中間層を得るためには上記の条件（ａ）〜（ｃ）のいずれか２つの条件を採用することが好ましく、上記の条件（ａ）〜（ｃ）のすべての条件を採用することが最も好ましい。
【００７５】
また、アルミニウム含有窒化物中間層２は、基板１の成長面を隙間なく覆っていることが好ましい。基板１の成長面がアルミニウム含有窒化物中間層２から露出している場合には、アルミニウム含有窒化物中間層２上に形成される窒化物層にヒロック（hillock）や
ピット（pit）が生じるおそれがある。
【００７６】
なお、アルミニウム含有窒化物中間層２としては、たとえばＡｌx0Ｇａy0Ｎの式で表わされる窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ０≦１、０≦ｙ０≦１、ｘ０＋ｙ０≠０）を積層することができ、なかでも、基板１の成長面の法線方向に伸長する結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなる良好な結晶性のアルミニウム含有窒化物中間層２を得る観点からはＡｌＮの式で表わされる窒化物半導体（窒化アルミニウム）からなる窒化物半導体層を積層することが好ましい。
【００７７】
また、基板１の成長面上に積層されるアルミニウム含有窒化物中間層２の厚さは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好ましい。アルミニウム含有窒化物中間層２の厚さが５ｎｍ未満である場合には、アルミニウム含有窒化物中間層２がバッファ層としての機能を十分に発揮しないおそれがある。また、アルミニウム含有窒化物中間層２の厚さが１００ｎｍを超える場合にはバッファ層としての機能が向上することなく、アルミニウム含有窒化物中間層２の形成時間だけが長くなるおそれがある。また、アルミニウム含有窒化物中間層２のバッファ層としての機能を面内において均一に発揮させる観点からは、アルミニウム含有窒化物中間層２の厚さを１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【００７８】
また、アルミニウム含有窒化物中間層２の積層時における基板１の温度は、３００℃以上１０００℃以下であることが好ましい。アルミニウム含有窒化物中間層２の積層時における基板１の温度が３００℃未満である場合には、アルミニウム含有窒化物中間層２が基板１の成長面の全面を覆うことができず、基板１の成長面の一部がアルミニウム含有窒化物中間層２から露出するおそれがある。また、アルミニウム含有窒化物中間層２の積層時における基板１の温度が１０００℃を超える場合には、基板１の成長面での原料のマイグレーションが活発になりすぎて、柱状結晶の集合体というよりはむしろ単結晶の膜に近いアルミニウム含有窒化物中間層２が形成されて、アルミニウム含有窒化物中間層２のバッファ層としての機能が低下するおそれがある。
【００７９】
また、アルミニウム含有窒化物中間層２の積層時におけるチャンバ２１の内部の圧力は、０．２Ｐａ以上であることが好ましい。アルミニウム含有窒化物中間層２の積層時におけるチャンバ２１の内部の圧力が０．２Ｐａ未満である場合には、チャンバ２１の内部における窒素量が少なくなって、Ａｌターゲット２６からスパッタされたアルミニウムが窒化物とならない状態で基板１の成長面上に付着するおそれがある。また、アルミニウム含有窒化物中間層２の積層時におけるチャンバ２１の内部の圧力の上限は特に限定されず、チャンバ２１の内部にプラズマを発生させることができる程度の圧力であればよい。
【００８０】
また、アルミニウム含有窒化物中間層２の積層時においてチャンバ２１の内部に不純物が存在しないことが望ましいため、良好な結晶性を有するアルミニウム含有窒化物中間層２を得る観点からは、スパッタ直前のチャンバ２１の内部の圧力は１×１０-3Ｐａ以下であることが好ましい。
【００８１】
また、アルミニウム含有窒化物中間層２の形成速度は、０．０１ｎｍ／秒以上１ｎｍ／秒以下であることが好ましい。アルミニウム含有窒化物中間層２の形成速度が０．０１ｎｍ／秒未満である場合にはアルミニウム含有窒化物中間層２が基板１の成長面上に均一に広がって成長せずに島状に成長して基板１の成長面を均一にアルミニウム含有窒化物中間層２が覆うことができず、基板１の成長面がアルミニウム含有窒化物中間層２から露出するおそれがある。また、アルミニウム含有窒化物中間層２の形成速度が１ｎｍ／秒を超える場合には、アルミニウム含有窒化物中間層２が非晶質となって、アルミニウム含有窒化物中間層２上に転位密度が小さく優れた結晶性を有する窒化物層を成長させることができなくなるおそれがある。
【００８２】
また、アルミニウム含有窒化物中間層２の積層前の基板１の成長面については前処理を行なってもよい。ここで、基板１の成長面の前処理の一例としては、シリコン基板に対してよく行なわれるものと同様のＲＣＡ洗浄を行なうことによって、基板１の成長面を水素終端化する処理が挙げられる。これにより、基板１の成長面上に良好な結晶性のアルミニウム含有窒化物中間層２を再現性良く積層することができる傾向にある。
【００８３】
また、基板１の成長面の前処理の他の一例としては、基板１の成長面を窒素ガスのプラズマに曝す処理が挙げられる。これにより、基板１の成長面に付着した有機物や酸化物などの異物を除去し、基板１の成長面の状態を整えることができる傾向にある。特に、基板１がサファイア基板である場合には、基板１の成長面を窒素ガスのプラズマに曝すことによって、基板１の成長面が窒化されて、基板１の成長面上に積層されるアルミニウム含有窒化物中間層２が面内で均一に形成されやすくなる傾向にある。
【００８４】
次に、図６の模式的断面図に示すように、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によって、アルミニウム含有窒化物中間層２の表面上に窒化物半導体下
地層３を積層する。
【００８５】
ここで、窒化物半導体下地層３としては、たとえばＡｌx1Ｇａy1Ｉｎz1Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１≠０）を積層することができるが、柱状結晶の集合体からなるアルミニウム含有窒化物中間層２中の転位などの結晶欠陥を引き継がないようにするためにはＩＩＩ族元素としてＧａを含むものであることが好ましい。アルミニウム含有窒化物中間層２中の転位を引き継がないようにするためにはアルミニウム含有窒化物中間層２との界面付近で転位をループさせる必要があるが、窒化物半導体下地層３がＧａを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる場合には転位のループが生じやすい。したがって、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体下地層３を用いることによって、アルミニウム含有窒化物中間層２との界面付近で転位をループ化して閉じ込めて、アルミニウム含有窒化物中間層２から窒化物半導体下地層３に転位が引き継がれるのを抑えることができる。特に、窒化物半導体下地層３がＡｌx1Ｇａy1Ｎ（０＜ｘ１＜１、０＜ｙ１＜１）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる場合、特にＧａＮからなる場合には、アルミニウム含有窒化物中間層２との界面付近で転位をループ化して閉じ込めることができるため、転位密度が小さく良好な結晶性を有する窒化物半導体下地層３が得られる傾向にある。
【００８６】
また、窒化物半導体下地層３の積層直前のアルミニウム含有窒化物中間層２の表面を熱処理を行なってもよい。この熱処理によって、アルミニウム含有窒化物中間層２の表面の清浄化と結晶性の向上を図ることができる傾向にある。この熱処理は、たとえばＭＯＣＶＤ法が用いられるＭＯＣＶＤ装置内で行なうことができ、熱処理時の雰囲気ガスとしては、たとえば水素ガスや窒素ガスなどを用いることができる。また、上記の熱処理時におけるアルミニウム含有窒化物中間層２の分解を防ぐためには、熱処理時の雰囲気ガスにアンモニアガスを混合してもよい。また、上記の熱処理は、たとえば９００℃以上１２５０℃以下の温度でたとえば１分間以上６０分間以下の時間行なうことができる。
【００８７】
なお、窒化物半導体下地層３には、ｎ型ドーパントが１×１０17ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下の範囲でドーピングされていてもよいが、良好な結晶性を維持する観点からは窒化物半導体下地層３はアンドープであることが好ましい。なお、ｎ型ドーパントとしては、たとえばシリコン、ゲルマニウムおよび錫などを用いることができ、なかでもシリコンおよび／またはゲルマニウムを用いることが好ましい。
【００８８】
また、窒化物半導体下地層３の積層時の基板１の温度は８００℃以上１２５０℃以下であることが好ましく、１０００℃以上１２５０℃以下であることがより好ましい。窒化物半導体下地層３の積層時の基板１の温度が８００℃以上１２５０℃以下である場合、特に１０００℃以上１２５０℃以下である場合には、結晶性に優れた窒化物半導体下地層３を成長させることができる傾向にある。
【００８９】
次に、図７の模式的断面図に示すように、ＭＯＣＶＤ法によって、窒化物半導体下地層３の表面上に、ｎ型窒化物半導体コンタクト層４、ｎ型窒化物半導体クラッド層５、窒化物半導体活性層６、ｐ型窒化物半導体クラッド層７およびｐ型窒化物半導体コンタクト層８をこの順に積層して積層体を形成する。
【００９０】
ここで、ｎ型窒化物半導体コンタクト層４としては、たとえば、Ａｌx2Ｇａy2Ｉｎz2Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≠０）にｎ型ドーパントをドーピングした層などを積層することができる。
【００９１】
なかでも、ｎ型窒化物半導体コンタクト層４は、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０≦ｘ２≦１、好ましくは０≦ｘ２≦０．５、より好ましくは０≦ｘ２≦０．１）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体にｎ型ドーパントとしてシリコンがドーピングされた窒化物半導体層であることが好ましい。
【００９２】
また、ｎ型窒化物半導体コンタクト層４へのｎ型ドーパントのドーピング濃度は、ｎ側電極１１との良好なオーミック接触の維持、ｎ型窒化物半導体コンタクト層４におけるクラックの発生の抑制および良好な結晶性の維持の観点から、５×１０17ｃｍ-3以上５×１０19ｃｍ-3以下の範囲内であることが好ましい。
【００９３】
また、窒化物半導体下地層３とｎ型窒化物半導体コンタクト層４との厚さの合計は、これらの層の良好な結晶性を維持する観点から、４μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましく、６μｍ以上１５μｍ以下であることがさらに好ましい。窒化物半導体下地層３とｎ型窒化物半導体コンタクト層４との厚さの合計が４μｍ未満である場合にはこれらの層の結晶性が悪化したり、これらの層の表面にピット（pit）が生じるおそれがある。一方、窒化物半導体下地層３とｎ型窒化物半導体コンタクト層４との厚さの合計が１５μｍを超える場合には、基板１の反りが大きくなって、素子の収率低下を招くおそれがある。また、窒化物半導体下地層３とｎ型窒化物半導体コンタクト層４との厚さの合計が４μｍ以上１５μｍ以下である場合、特に６μｍ以上１５μｍ以下である場合には、これらの層の結晶性を良好なものとすることができるとともに、基板１の反りが大きくなって、素子の収率低下を有効に防止することができる傾向にある。なお、これらの層の厚さの合計のうちｎ型窒化物半導体コンタクト層４の厚さの上限は特に限定されるものではない。
【００９４】
また、ｎ型窒化物半導体クラッド層５としては、たとえば、Ａｌx3Ｇａy3Ｉｎz3Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、ｘ３＋ｙ３＋ｚ３≠０）にｎ型ドーパントをドーピングした層などを積層することができる。ｎ型窒化物半導体クラッド層５は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる複数の窒化物半導体層をヘテロ接合した構造や超格子構造であってもよい。また、ｎ型窒化物半導体クラッド層５の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であり、より好ましくは０．００５μｍ以上０．１μｍ以下である。ｎ型窒化物半導体クラッド層５へのｎ型ドーパントのドーピング濃度については、良好な結晶性維持および素子の動作電圧低減の観点から、１×１０17ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下であることが好ましく、１×１０18ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下であることがより好ましい。
【００９５】
また、窒化物半導体活性層６がたとえば単一量子井戸（ＳＱＷ）構造を有する場合には、窒化物半導体活性層６としては、たとえば、Ｇａ1-z4Ｉｎz4Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０＜ｚ４＜０．４）を量子井戸層とするものを用いることができる。また、窒化物半導体活性層６の厚みは特に限定されないが、発光出力を向上させる観点からは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましく、１ｎｍ以上６ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００９６】
窒化物半導体活性層６がたとえばＧａ1-z4Ｉｎz4Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０＜ｚ４＜０．４）を量子井戸層とする単一量子井戸（ＳＱＷ）構造からなる場合には、所望の発光波長となるように、窒化物半導体活性層６のＩｎ組成や厚さが制御される。しかしながら、窒化物半導体活性層６の形成時の基板１の温度が低いと結晶性が悪化するおそれがある一方で、窒化物半導体活性層６の形成時の基板１の温度が高いとＩｎＮの昇華が顕著になって固相中へのＩｎの取り込まれ効率が低減してＩｎ組成が変動するおそれがある。そのため、Ｇａ1-z4Ｉｎz4Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０＜ｚ４＜０．４）を井戸層とする単一量子井戸（ＳＱＷ）構造からなる窒化物半導体活性層６の形成時の基板１の温度は７００℃以上９００℃以下であることが好ましく、７５０℃以上８５０℃以下であることがより好ましい。
【００９７】
また、窒化物半導体活性層６としては、たとえば、Ｇａ1-z4Ｉｎz4Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０＜ｚ４＜０．４）を量子井戸層とし、この井戸層よりもバンドギャップの大きいＡｌx5Ｇａy5Ｉｎz5Ｎの式で表わされる窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ５≦１、０≦ｙ５≦１、０≦ｚ５≦１、ｘ５＋ｙ５＋ｚ５≠０）を量子障壁層とを交互に１層ずつ積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有するものを用いることもできる。なお、上記の量子井戸層および／または量子障壁層にはｎ型またはｐ型のドーパントがドーピングされていてもよい。
【００９８】
また、ｐ型窒化物半導体クラッド層７としては、たとえばＡｌx6Ｇａy6Ｉｎz6Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ６≦１、０≦ｙ６≦１、０≦ｚ６≦１、ｘ６＋ｙ６＋ｚ６≠０）にｐ型ドーパントをドーピングした層などを積層することができ、なかでもＡｌx6Ｇａ1-x6Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０＜ｘ６≦０．４、好ましくは０．１≦ｘ６≦０．３）にｐ型ドーパントをドーピングした層を積層することが好ましい。なお、ｐ型ドーパントとしては、たとえばマグネシウムなどを用いることができる。
【００９９】
また、ｐ型窒化物半導体クラッド層７のバンドギャップは、窒化物半導体活性層６への光閉じ込めの観点から、窒化物半導体活性層６のバンドギャップよりも大きくすることが好ましい。また、ｐ型窒化物半導体クラッド層７の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．０１μｍ以上０．４μｍ以下であり、より好ましくは０．０２μｍ以上０．１μｍ以下である。良好な結晶性のｐ型窒化物半導体クラッド層７を得る観点からは、ｐ型窒化物半導体クラッド層７へのｐ型ドーパントのドーピング濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上１×１０21ｃｍ-3以下であることが好ましく、１×１０19ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下であることがより好ましい。
【０１００】
また、ｐ型窒化物半導体コンタクト層８としては、たとえばＡｌx7Ｇａy7Ｉｎz7Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ７≦１、０≦ｙ７≦１、０≦ｚ７≦１、ｘ７＋ｙ７＋ｚ７≠０）にｐ型ドーパントをドーピングした層などを積層することができ、なかでもＧａＮ層にｐ型ドーパントをドーピングした層を用いることが良好な結晶性の維持および良好なオーミック接触を得る観点から好ましい。
【０１０１】
また、ｐ型窒化物半導体コンタクト層８へのｐ型ドーパントのドーピング濃度は、良好なオーミック接触の維持、ｐ型窒化物半導体コンタクト層８におけるクラックの発生の抑制および良好な結晶性の維持の観点から、１×１０18ｃｍ-3以上１×１０21ｃｍ-3以下の範囲内であることが好ましく、５×１０19ｃｍ-3以上５×１０20ｃｍ-3以下の範囲内であることがより好ましい。また、ｐ型窒化物半導体コンタクト層８の厚さは特に限定されるものではないが、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の発光出力を向上させる観点からは、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であることがより好ましい。
【０１０２】
上記のｎ型窒化物半導体コンタクト層４、ｎ型窒化物半導体クラッド層５、窒化物半導体活性層６、ｐ型窒化物半導体クラッド層７およびｐ型窒化物半導体コンタクト層８がそれぞれＩＩＩ族窒化物半導体から構成される場合には、これらの層はたとえば以下のようにしてＭＯＣＶＤ法によって積層される。
【０１０３】
すなわち、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉の内部に、たとえばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）からなる群から選択された少なくとも１つのＩＩＩ族元素の有機金属原料ガスと、たとえばアンモニアなどの窒素原料ガスとを供給してこれらを熱分解し、反応させることによって積層することができる。
【０１０４】
また、ｎ型ドーパントであるシリコンをドーピングする場合には、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉の内部に、たとえばシラン（ＳｉＨ4）をドーピングガスとして上記の原料ガスに加えて供給することにより、シリコンをドーピングすることが可能である。
【０１０５】
また、ｐ型ドーパントであるマグネシウムをドーピングする場合には、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉の内部に、たとえばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ2Ｍｇ）をドーピングガスとして上記の原料ガスに加えて供給することにより、マグネシウムをドーピングすることが可能である。
【０１０６】
次に、図８の模式的断面図に示すように、ｐ型窒化物半導体コンタクト層８の表面上にたとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透光性電極層９を形成した後に、透光性電極層９の表面上にｐ側電極１０を形成する。その後、ｐ側電極１０の形成後の積層体の一部をエッチングにより除去することによって、ｎ型窒化物半導体コンタクト層４の表面の一部を露出させる。
【０１０７】
その後、図１に示すように、ｎ型窒化物半導体コンタクト層４の露出した表面上にｎ側電極１１を形成することによって、実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子１００を作製することができる。
【０１０８】
以上のようにして作製された実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子１００においては、上述のように、基板１の成長面の法線方向（垂直方向）に伸長する結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなる良好な結晶性のアルミニウム含有窒化物中間層２の表面上に窒化物半導体下地層３、ｎ型窒化物半導体コンタクト層４、ｎ型窒化物半導体クラッド層５、窒化物半導体活性層６、ｐ型窒化物半導体クラッド層７およびｐ型窒化物半導体コンタクト層８がこの順序で積層されているため、アルミニウム含有窒化物中間層２の表面上に積層されたこれら層については転位密度が低くなり優れた結晶性を有している。したがって、このような優れた結晶性を有する層から形成された実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子１００は、動作電圧が低く、発光出力の高い素子となる。
【０１０９】
図９に、実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子１００を用いた発光装置の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図９に示す構成の発光装置２００は、実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子１００を第１のリードフレーム４１上に設置した構成を有している。そして、窒化物半導体発光ダイオード素子１００のｐ側電極１０と第１のリードフレーム４１とが第１のワイヤ４５で電気的に接続されているとともに、窒化物半導体発光ダイオード素子１００のｎ側電極１１と第２のリードフレーム４２とが第２のワイヤ４４で電気的に接続されている。さらに、透明なモールド樹脂４３で窒化物半導体発光ダイオード素子１００がモールドされていることによって、発光装置２００は砲弾型の形状とされている。
【０１１０】
図９に示す構成の発光装置は、実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子１００を用いていることから、動作電圧が低く、発光出力の高い発光装置とすることができる。
【０１１１】
＜実施の形態２＞
本実施の形態においては、窒化物半導体発光ダイオード素子ではなく、窒化物半導体レーザ素子を作製した点に特徴がある。
【０１１２】
図１０に、本発明の窒化物半導体素子の他の一例である実施の形態２の窒化物半導体レーザ素子の模式的な断面図を示す。
【０１１３】
実施の形態２の窒化物半導体レーザ素子においては、基板１の表面上に、アルミニウム含有窒化物中間層２、窒化物半導体下地層３、ｎ型窒化物半導体クラッド層５４、ｎ型窒化物半導体光ガイド層５５、窒化物半導体活性層５６、窒化物半導体保護層５７、ｐ型窒化物半導体光ガイド層５８、ｐ型窒化物半導体クラッド層５９およびｐ型窒化物半導体コンタクト層６０がこの順序で積層されている。そして、ｐ型窒化物半導体クラッド層５９の上面およびｐ型窒化物半導体コンタクト層６０の側面をそれぞれ覆うようにして絶縁膜６１が形成されている。また、ｎ型窒化物半導体クラッド層５４の露出表面に接するようにしてｎ側電極１１が設置されており、ｐ型窒化物半導体コンタクト層６０の露出表面に接するようにしてｐ側電極１０が設置されている。
【０１１４】
以下、実施の形態２の窒化物半導体レーザ素子の製造方法の一例について説明する。まず、図１１の模式的断面図に示すように、実施の形態１と同様にして、基板１の成長面上に、アルミニウム含有窒化物中間層２および窒化物半導体下地層３をこの順序で積層した後に、ＭＯＣＶＤ法によってｎ型窒化物半導体クラッド層５４、ｎ型窒化物半導体光ガイド層５５、窒化物半導体活性層５６、窒化物半導体保護層５７、ｐ型窒化物半導体光ガイド層５８、ｐ型窒化物半導体クラッド層５９およびｐ型窒化物半導体コンタクト層６０をこの順序で積層して積層体を形成する。
【０１１５】
ここで、ｎ型窒化物半導体クラッド層５４としては、たとえばＡｌx8Ｇａy8Ｉｎz8Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ８≦１、０≦ｙ８≦１、０≦ｚ８≦１、ｘ８＋ｙ８＋ｚ８≠０）にｎ型ドーパントをドーピングした層などを積層することができる。
【０１１６】
また、ｎ型窒化物半導体光ガイド層５５としては、たとえばＡｌx9Ｇａy9Ｉｎz9Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ９≦１、０≦ｙ９≦１、０≦ｚ９≦１、ｘ９＋ｙ９＋ｚ９≠０）にｎ型ドーパントをドーピングした層などを積層することができる。
【０１１７】
また、窒化物半導体活性層５６としては、たとえば、互いに組成の異なる、Ａｌx10Ｇａy10Ｉｎz10Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ１０≦１、０≦ｙ１０≦１、０≦ｚ１０≦１、ｘ１０＋ｙ１０＋ｚ１０≠０）と、Ａｌx11Ｇａy11Ｉｎz11Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ１１≦１、０≦ｙ１１≦１、０≦ｚ１１≦１、ｘ１１＋ｙ１１＋ｚ１１≠０）とを１層ずつ交互に積層した層などを積層することができる。
【０１１８】
また、窒化物半導体保護層５７としては、たとえばＡｌx12Ｇａy12Ｉｎz12Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ１２≦１、０≦ｙ１２≦１、０≦ｚ１２≦１、ｘ１２＋ｙ１２＋ｚ１２≠０）などを積層することができる。
【０１１９】
また、ｐ型窒化物半導体光ガイド層５８としては、たとえばＡｌx13Ｇａy13Ｉｎz13Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ１３≦１、０≦ｙ１３≦１、０≦ｚ１３≦１、ｘ１３＋ｙ１３＋ｚ１３≠０）にｐ型ドーパントをドーピングした層などを積層することができる。
【０１２０】
また、ｐ型窒化物半導体クラッド層５９としては、たとえばＡｌx14Ｇａy14Ｉｎz14Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ１４≦１、０≦ｙ１４≦１、０≦ｚ１４≦１、ｘ１４＋ｙ１４＋ｚ１４≠０）にｐ型ドーパントをドーピングした層などを積層することができる。
【０１２１】
また、ｐ型窒化物半導体コンタクト層６０としては、たとえばＡｌx15Ｇａy15Ｉｎz15Ｎの式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層（０≦ｘ１５≦１、０≦ｙ１５≦１、０≦ｚ１５≦１、ｘ１５＋ｙ１５＋ｚ１５≠０）にｐ型ドーパントをドーピングした層などを積層することができる。
【０１２２】
次に、図１２の模式的断面図に示すように、図１１に示す積層体のｐ型窒化物半導体クラッド層５９およびｐ型窒化物半導体コンタクト層６０のそれぞれの一部をエッチングなどにより除去することによってｐ型窒化物半導体クラッド層５９の表面の一部を露出させるとともに、図１１に示す積層体の一部をエッチングなどにより除去することによってｎ型窒化物半導体クラッド層５４の表面の一部を露出させる。
【０１２３】
その後、図１０に示すように、ｐ型窒化物半導体コンタクト層６０の表面を露出させる一方でｐ型窒化物半導体クラッド層５９の露出表面を覆うようにたとえば酸化ケイ素などからなる絶縁膜６１を形成する。そして、ｎ型窒化物半導体クラッド層５４の露出した表面上にｎ側電極１１を形成するとともに、ｐ型窒化物半導体コンタクト層６０と接するｐ側電極１０を絶縁膜６１上に形成することによって、実施の形態２の窒化物半導体レーザ素子を作製することができる。
【０１２４】
ここで、実施の形態２の窒化物半導体レーザ素子においても、実施の形態１と同様に、基板とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加するＤＣマグネトロンスパッタ法によるアルミニウム含有窒化物中間層２の積層時に、上記の（ａ）〜（ｃ）の少なくとも１つの条件を採用することによって、基板１の成長面の法線方向に伸長する結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなる良好な結晶性のアルミニウム含有窒化物中間層２を基板１の成長面上に積層している。そして、このような良好な結晶性を有するアルミニウム含有窒化物中間層２の表面上に窒化物半導体下地層３、ｎ型窒化物半導体クラッド層５４、ｎ型窒化物半導体光ガイド層５５、窒化物半導体活性層５６、窒化物半導体保護層５７、ｐ型窒化物半導体光ガイド層５８、ｐ型窒化物半導体クラッド層５９およびｐ型窒化物半導体コンタクト層６０をこの順序で成長させている。
【０１２５】
したがって、実施の形態２の窒化物半導体レーザ素子においても、アルミニウム含有窒化物中間層２の表面上に積層されたそれぞれの層について転位密度を低くして高い結晶性を有する層とすることができるため、動作電圧が低く、発光出力の高い素子とすることができる。
【０１２６】
＜実施の形態３＞
本実施の形態においては、窒化物半導体発光ダイオード素子や窒化物半導体レーザ素子などの発光デバイスではなく、電子デバイスの一例である窒化物半導体トランジスタ素子を作製した点に特徴がある。
【０１２７】
図１３に、本発明の窒化物半導体素子の他の一例である実施の形態３の窒化物半導体トランジスタ素子の模式的な断面図を示す。
【０１２８】
ここで、実施の形態３の窒化物半導体トランジスタ素子においては、基板１の成長面上に、アルミニウム含有窒化物中間層２および窒化物半導体下地層３がこの順序で積層されており、窒化物半導体下地層３の表面上にアンドープＧａＮなどからなる窒化物半導体電子走行層７１が積層され、窒化物半導体電子走行層７１の表面上にｎ型ＡｌＧａＮなどからなるｎ型窒化物半導体電子供給層７２が積層されている。そして、ｎ型窒化物半導体電子供給層７２の表面上にソース電極７４、ドレイン電極７５およびゲート電極７３が形成されている。
【０１２９】
以下、実施の形態３の窒化物半導体トランジスタ素子の製造方法の一例について説明する。まず、実施の形態１と同様にして、基板１の成長面上に、アルミニウム含有窒化物中間層２および窒化物半導体下地層３をこの順序で積層する。
【０１３０】
次に、図１４の模式的断面図に示すように、ＭＯＣＶＤ法によって、窒化物半導体下地層３の表面上に窒化物半導体電子走行層７１を積層し、窒化物半導体電子走行層７１の表面上にｎ型窒化物半導体電子供給層７２を積層する。
【０１３１】
その後、図１３に示すように、ｎ型窒化物半導体電子供給層７２の表面上に、ソース電極７４、ドレイン電極７５およびゲート電極７３をそれぞれ形成することによって、実施の形態３の窒化物半導体トランジスタ素子を作製することができる。
【０１３２】
ここで、実施の形態３の窒化物半導体トランジスタ素子においても、実施の形態１と同様に、基板とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加するＤＣマグネトロンスパッタ法によるアルミニウム含有窒化物中間層２の積層時に、上記の（ａ）〜（ｃ）の少なくとも１つの条件を採用することによって、基板１の成長面の法線方向に伸長する結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなる良好な結晶性のアルミニウム含有窒化物中間層２を基板１の成長面上に積層している。そして、このような良好な結晶性を有するアルミニウム含有窒化物中間層２の表面上に窒化物半導体下地層３、窒化物半導体電子走行層７１およびｎ型窒化物半導体電子供給層７２をこの順序で成長させている。
【０１３３】
したがって、実施の形態３の窒化物半導体トランジスタ素子においても、アルミニウム含有窒化物中間層２の表面上に積層されたそれぞれの層については転位密度が低く結晶性に優れた層とすることができるため、電子移動度などの特性が向上した素子とすることができる。
【実施例】
【０１３４】
＜実験例１＞
まず、図１５の模式的断面図に示すサファイア基板１０１を図１６に示すＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ装置のチャンバ２１の内部のヒータ２３上に設置した。
【０１３５】
ここで、サファイア基板１０１のｃ面がＡｌターゲット２６の表面と対向し、かつＡｌターゲット２６の表面の中心とサファイア基板１０１のｃ面との最短距離ｄが５０ｍｍとなるようにサファイア基板１０１を設置した。その後、ヒータ２３によってサファイア基板１０１を５００℃の温度に加熱した。
【０１３６】
次に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置のチャンバ２１の内部に窒素ガスのみを２０ｓｃｃｍの流量で供給した後に、サファイア基板１０１の温度は５００℃に維持した。
【０１３７】
そして、サファイア基板１０１とＡｌターゲット２６との間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により３０００Ｗのバイアス電圧を印加して窒素プラズマを生成した。引き続いて、チャンバ２１の内部の圧力を０．５Ｐａに保持し、チャンバ２１の内部に窒素ガス（ガス全体に対する窒素ガスの体積比率は１００％）を２０ｓｃｃｍの流量で供給することによって、ＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法を用いた反応性スパッタにより、図１７の模式的断面図に示すように、サファイア基板１０１のｃ面上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の柱状結晶の集合体からなる厚さ２５ｎｍのＡｌＮバッファ層１０２を積層した。このときのＡｌＮバッファ層１０２の形成速度は０．０４ｎｍ／秒であった。
【０１３８】
なお、図１６に示すＤＣマグネトロンスパッタ装置のカソード２８中のマグネット２７は、サファイア基板１０１のｃ面の窒化中およびＡｌＮバッファ層１０２の積層中のいずれの場合にも揺動させておいた。また、ＡｌＮバッファ層１０２の積層は、予め測定しておいたＡｌＮバッファ層１０２の成膜速度にしたがって所定の時間だけ行なわれ、ＡｌＮバッファ層１０２の厚さが２５ｎｍとなったところで窒素プラズマを停止してサファイア基板１０１の温度を低下させた。また、スパッタ直前のチャンバ２１の内部の圧力は１×１０-4Ｐａ以下であった。
【０１３９】
次に、ＡｌＮバッファ層１０２の積層後のサファイア基板１０１をＤＣマグネトロンスパッタ装置のチャンバ２１から取り出し、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉の内部に設置した。ここで、ＡｌＮバッファ層１０２の積層後のサファイア基板１０１は、高周波誘導加熱式ヒータで加熱するため、グラファイト製のサセプタ上に設置された。なお、ＡｌＮバッファ層１０２の積層後のサファイア基板１０１を抵抗加熱式ヒータで加熱する場合には、ＡｌＮバッファ層１０２の積層後のサファイア基板１０１は、グラファイト製のサセプタ上に設置される石英製のトレイ上に設置される。
【０１４０】
その後、反応炉の内部にアンモニアガスを供給しながら、キャリアガスとして窒素ガスおよび水素ガスを供給した状態でサファイア基板１０１の温度を約１５分間かけて１１２５℃まで上昇させた。ここで、反応炉の内部の圧力を常圧とし、キャリアガスである水素ガスと窒素ガスの流量比（水素ガスの流量／窒素ガスの流量）を５０／５０とした。そして、サファイア基板１０１の温度が１１２５℃で安定したのを確認した後、ＴＭＧガスの反応炉の内部への供給を開始して、図１８の模式的断面図に示すように、ＡｌＮバッファ層１０２の表面上に厚さ５μｍのアンドープのＧａＮからなるＧａＮ下地層１０３をＭＯＣＶＤ法により積層した。なお、アンモニアガスは、ＩＩＩ族元素に対するＶ族元素のモル比（Ｖ族元素のモル数／ＩＩＩ族元素のモル数）が１５００となるように反応炉の内部に供給された。
【０１４１】
その後、ＧａＮ下地層１０３の積層後のサファイア基板１０１を反応炉から取り出した。そして、薄膜Ｘ線回折法を用いて、ＧａＮ下地層１０３のＸ線ロッキングカーブを測定し、そのＸ線ロッキングカーブからＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）を算出した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実験例１におけるＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅は３８２（ａｒｃｓｅｃ）であった。
【０１４２】
次に、サファイア基板１０１の温度を１１２５℃として、Ｓｉのドーピング濃度が１×１０19／ｃｍ3となるようにシランガスを反応炉の内部に供給することによって、図１９の模式的断面図に示すように、ＧａＮ下地層１０３の表面上に厚さ３μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層１０４をＭＯＣＶＤ法により積層した。
【０１４３】
次に、反応炉の内部へのＴＭＧガスおよび水素ガスの供給を停止した後に、サファイア基板１０１の温度を８００℃に低下させた。そして、反応炉の内部の状態が安定するのを確認した後に、原料ガスとしてのＴＭＧガス、ＴＭＩガスおよびアンモニアガスを反応炉の内部に供給し、さらにはＳｉのドーピング濃度が１×１０18／ｃｍ3となるようにシランガスを反応炉の内部に供給することによって、図１９に示すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の表面上に厚さ８ｎｍのＳｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層１０５を積層した。
【０１４４】
次に、シランガスの供給を停止した後に、ＴＭＧガスおよびＴＭＩガスを供給することによってＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる量子井戸層を３ｎｍの厚さに積層した。
【０１４５】
以上のような量子障壁層と量子井戸層の形成手順を繰り返すことによって、図１９に示すように、７層のｎ型ＧａＮからなる量子障壁層と６層のＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる量子井戸層とが１層ずつ交互に積層された多重量子井戸構造のＭＱＷ活性層１０６をｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層１０５の表面上に積層した。
【０１４６】
次に、サファイア基板１０１の温度を１１００℃まで上昇させ、キャリアガスを窒素ガスから水素ガスに変更した。そして、反応炉の内部にＴＭＧガス、ＴＭＡガスおよびＣＰ2Ｍｇガスを供給して、その後２分間に亘って供給した後、ＴＭＧガスおよびＴＭＡガスの供給を停止した。これにより、図１９に示すように、厚さ２０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層１０７をＭＱＷ活性層１０６の表面上に積層した。
【０１４７】
次に、サファイア基板１０１の温度を１１００℃に保持するとともに、反応炉の内部にアンモニアガスを供給しながら、ＴＭＡガスの供給を停止した。その後、反応炉の内部へのＴＭＧガスとＣＰ2Ｍｇガスの供給量を変更することによって、図１９に示すように、厚さ０．２μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層１０８をｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層１０７の表面上に積層した。
【０１４８】
ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の積層後は、直ちにヒータへの通電を停止するとともに、反応炉の内部に供給されるキャリアガスを水素ガスから窒素ガスに変更した。そして、サファイア基板１０１の温度が３００℃以下になったことを確認して、上記の層の積層後のサファイア基板１０１を反応炉から取り出した。
【０１４９】
次に、図１９に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の表面上にＩＴＯ層１０９を形成した後に、ＩＴＯ層１０９の表面上にチタン層、アルミニウム層および金層をこの順序で積層することによってｐ側ボンディングパッド電極１１０を形成した。
【０１５０】
次に、図２０の模式的断面図に示すように、ｐ側ボンディングパッド電極１１０の形成後の積層体の一部をドライエッチングにより除去することによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の表面の一部を露出させた。
【０１５１】
その後、図２１の模式的断面図に示すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の露出した表面上にニッケル層、アルミニウム層、チタン層および金層をこの順序で積層することによってｎ側ボンディングパッド電極１１１を形成した。
【０１５２】
そして、サファイア基板１０１の裏面を研削および研磨してミラー状の面とした後に、サファイア基板１０１を３５０μｍ角の正方形状のチップに分割することによって、実験例１の窒化物半導体発光ダイオード素子を作製した。
【０１５３】
以上のようにして作製した実験例１の窒化物半導体発光ダイオード素子のｐ側ボンディングパッド電極１１０とｎ側ボンディングパッド電極１１１との間に２０ｍＡの順方向電流を流したところ、順方向電流２０ｍＡにおける順方向電圧は３．３Ｖであった。なお、この順方向電圧は窒化物半導体発光ダイオード素子の動作電圧に相当する。また、ＩＴＯ層１０９を通して実験例１の窒化物半導体発光ダイオード素子の発光を観察したところ、その発光波長は４４５ｎｍであり、発光出力は２２．３ｍＷであった。これらの結果を表１に示す。
【０１５４】
＜実験例２〜８＞
実験例２〜８においては、Ａｌターゲット２６の表面の中心とサファイア基板１０１のｃ面との最短距離ｄをそれぞれ７５ｍｍ（実験例２）、１００ｍｍ（実験例３）、１５０ｍｍ（実験例４）、１８０ｍｍ（実験例５）、２１０ｍｍ（実験例６）、２５０ｍｍ（実験例７）および２８０ｍｍ（実験例８）としたこと以外は実験例１と同様にして、ＡｌＮバッファ層１０２およびＧａＮ下地層１０３を形成して、ＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）を算出した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実験例２〜８におけるＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）はそれぞれ２７３（実験例２）、４２（実験例３）、４０（実験例４）、３４（実験例５）、４０（実験例６）、５０（実験例７）および２４２（実験例８）であった。
【０１５５】
また、実験例２〜８においては、上記の変更以外は実験例１と同様にして、窒化物半導体発光ダイオード素子（実験例２〜８の窒化物半導体発光ダイオード素子）をそれぞれ作製した。そして、実験例２〜８の窒化物半導体発光ダイオード素子のそれぞれについて、順方向電流２０ｍＡにおける順方向電圧、発光波長および発光出力を測定した。その結果を表１に示す。
【０１５６】
表１に示すように、実験例２〜８の窒化物半導体発光ダイオード素子の順方向電流２０ｍＡにおける順方向電圧はそれぞれ、３．２Ｖ（実験例２）、３．０Ｖ（実験例３）、２．９Ｖ（実験例４）、２．９Ｖ（実験例５）、３．０Ｖ（実験例６）、３．０Ｖ（実験例７）および３．２Ｖ（実験例８）であった。
【０１５７】
また、表１に示すように、実験例２〜８の窒化物半導体発光ダイオード素子の発光波長はそれぞれ、４４７ｎｍ（実験例２）、４４８ｎｍ（実験例３）、４４５ｎｍ（実験例４）、４４８ｎｍ（実験例５）、４４７ｎｍ（実験例６）、４４８ｎｍ（実験例７）および４５０ｎｍ（実験例８）であった。
【０１５８】
また、表１に示すように、実験例２〜８の窒化物半導体発光ダイオード素子の発光出力はそれぞれ、２３．８ｍＷ（実験例２）、２５．０ｍＷ（実験例３）、２５．８ｍＷ（実験例４）、２５．５ｍＷ（実験例５）、２５．１ｍＷ（実験例６）、２４．８ｍＷ（実験例７）および２３．１ｍＷ（実験例８）であった。
【０１５９】
＜実験例９〜１２＞
実験例９〜１２においては、図２２に示す構成のＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ装置を用い、サファイア基板１０１のｃ面の法線方向に対するＡｌターゲットの傾斜角度θをそれぞれ１０°（実験例９）、２０°（実験例１０）、４５°（実験例１１）および５０°（実験例１２）としたこと以外は実験例１と同様にして、ＡｌＮバッファ層１０２およびＧａＮ下地層１０３を形成して、ＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）を算出した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実験例９〜１２におけるＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）はそれぞれ、４０（実験例９）、３３（実験例１０）、３５（実験例１１）および１８０（実験例１２）であった。
【０１６０】
また、実験例９〜１２においては、上記の変更以外は実験例１と同様にして、窒化物半導体発光ダイオード素子（実験例９〜１２の窒化物半導体発光ダイオード素子）をそれぞれ作製した。そして、実験例９〜１２の窒化物半導体発光ダイオード素子のそれぞれについて、順方向電流２０ｍＡにおける順方向電圧、発光波長および発光出力を測定した。その結果を表１に示す。
【０１６１】
表１に示すように、実験例９〜１２の窒化物半導体発光ダイオード素子の順方向電流２０ｍＡにおける順方向電圧はそれぞれ、３．０Ｖ（実験例９）、２．９Ｖ（実験例１０）、３．０Ｖ（実験例１１）および３．２Ｖ（実験例１２）であった。
【０１６２】
また、表１に示すように、実験例９〜１２の窒化物半導体発光ダイオード素子の発光波長はそれぞれ、４４９ｎｍ（実験例９）、４５１ｎｍ（実験例１０）、４４８ｎｍ（実験例１１）および４４７ｎｍ（実験例１２）であった。
【０１６３】
また、表１に示すように、実験例９〜１２の窒化物半導体発光ダイオード素子の発光出力はそれぞれ、２５．０ｍＷ（実験例９）、２５．６ｍＷ（実験例１０）、２４．８ｍＷ（実験例１１）および２２．２ｍＷ（実験例１２）であった。
【０１６４】
＜実験例１３〜１５＞
実験例１３〜１５においては、図１６に示すチャンバ２１の内部に供給されるガスを窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスにしたこと以外は実験例１と同様にして、ＡｌＮバッファ層１０２およびＧａＮ下地層１０３を形成して、ＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）を算出した。その結果を表１に示す。なお、実験例１３〜１５においては、チャンバ２１の内部に供給されるガスにおいて窒素ガスが占める体積比率（窒素比率）はそれぞれ、７５％（実験例１３）、５０％（実験例１４）および２５％（実験例１５）であった。表１に示すように、実験例１３〜１５におけるＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）はそれぞれ、７７（実験例１３）、２２２（実験例１４）および４２２（実験例１５）であった。
【０１６５】
また、実験例１３〜１５においては、上記の変更以外は実験例１と同様にして、窒化物半導体発光ダイオード素子（実験例１３〜１５の窒化物半導体発光ダイオード素子）をそれぞれ作製した。そして、実験例１３〜１５の窒化物半導体発光ダイオード素子のそれぞれについて、順方向電流２０ｍＡにおける順方向電圧、発光波長および発光出力を測定した。その結果を表１に示す。
【０１６６】
表１に示すように、実験例１３〜１５の窒化物半導体発光ダイオード素子の順方向電流２０ｍＡにおける順方向電圧はそれぞれ、３．１Ｖ（実験例１３）、３．２Ｖ（実験例１４）および３．３Ｖ（実験例１５）であった。
【０１６７】
また、表１に示すように、実験例１３〜１５の窒化物半導体発光ダイオード素子の発光波長はそれぞれ、４４７ｎｍ（実験例１３）、４４８ｎｍ（実験例１４）および４４９ｎｍ（実験例１５）であった。
【０１６８】
また、表１に示すように、実験例１３〜１５の窒化物半導体発光ダイオード素子の発光出力はそれぞれ、２４．３ｍＷ（実験例１３）、２２．１ｍＷ（実験例１４）および２１．５ｍＷ（実験例１５）であった。
【０１６９】
【表１】
2014241417.tif 000003
【０１７０】
（評価）
表１に示すように、Ａｌターゲット２６の表面の中心とサファイア基板１０１のｃ面との最短距離ｄ（ｍｍ）が１００ｍｍ以上２５０ｍｍ以下の範囲内にある実験例３〜７においては、最短距離ｄがこの範囲外にある実験例１、２および８と比べて、ＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）が極端に狭くなっていることから優れた結晶性のＧａＮ下地層１０３が得られており、また順方向電圧が低くかつ発光出力が高い優れた特性の窒化物半導体発光ダイオード素子が得られることがわかった。
【０１７１】
また、表１に示すように、上記の最短距離ｄ（ｍｍ）が１５０ｍｍ以上２１０ｍｍ以下の範囲内にある実験例４〜６においては、最短距離ｄがこの範囲外にある実験例３および７と比べて、ＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）が狭くなっていることから優れた結晶性のＧａＮ下地層１０３が得られており、また順方向電圧が低くかつ発光出力が高い優れた特性の窒化物半導体発光ダイオード素子が得られることがわかった。
【０１７２】
また、表１に示すように、上記の最短距離ｄ（ｍｍ）が１５０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下の範囲内にある実験例４〜５においては、最短距離ｄがこの範囲外にある実験例６と比べて、ＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）が狭くなっていることから優れた結晶性のＧａＮ下地層１０３が得られており、また順方向電圧が低くかつ発光出力が高い優れた特性の窒化物半導体発光ダイオード素子が得られることがわかった。
【０１７３】
図２３に、実験例１〜８におけるＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）とＡｌターゲット２６の表面の中心とサファイア基板１０１のｃ面との最短距離ｄ（ｍｍ）との関係を示す。なお、図２３において、縦軸がＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）であり、横軸がＡｌターゲット２６の表面の中心とサファイア基板１０１のｃ面との最短距離ｄ（ｍｍ）を示している。
【０１７４】
図２３に示すように、Ａｌターゲット２６の表面の中心とサファイア基板１０１のｃ面との最短距離ｄが１００ｍｍ以上２５０ｍｍ以下の範囲内のときにはＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）が極端に狭くなっており、ＧａＮ下地層１０３の結晶性が大きく優れていることがわかる。
【０１７５】
また、図２３に示すように、ＧａＮ下地層１０３の結晶性をさらに優れたものとする観点からは、ＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）がさらに狭くなるように、上記の最短距離ｄを１５０ｍｍ以上２１０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、１５０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下の範囲内とすることが特に好ましいことがわかる。
【０１７６】
また、表１に示すように、サファイア基板１０１のｃ面の法線方向に対するＡｌターゲットの傾斜角度θが１０°以上４５°以下の範囲内にある実験例９〜１１においては、その傾斜角度θが５０°である実験例１２と比べて、ＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）が極端に狭くなっていることから優れた結晶性のＧａＮ下地層１０３が得られており、また順方向電圧が低くかつ発光出力が高い優れた特性の窒化物半導体発光ダイオード素子が得られることがわかった。
【０１７７】
また、表１に示すように、サファイア基板１０１のｃ面の法線方向に対するＡｌターゲットの傾斜角度θが２０°以上４５°以下の範囲内にある実験例１０〜１１においては、その傾斜角度θが１０°である実験例９と比べて、ＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）が狭くなっていることから優れた結晶性のＧａＮ下地層１０３が得られており、また順方向電圧が低くかつ発光出力が高い優れた特性の窒化物半導体発光ダイオード素子が得られることがわかった。
【０１７８】
また、表１に示すように、チャンバ２１の内部に供給されるガスの窒素比率が５０％以上の範囲内にある実験例４および１３〜１４においては、窒素比率がその範囲内にない実験例１５と比べて、ＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）が狭くなっていることから優れた結晶性のＧａＮ下地層１０３が得られており、また順方向電圧が低くかつ発光出力が高い優れた特性の窒化物半導体発光ダイオード素子が得られることがわかった。
【０１７９】
また、表１に示すように、チャンバ２１の内部に供給されるガスの窒素比率が７５％以上の範囲内にある実験例４および１３においては、窒素比率がその範囲内にない実験例１４と比べて、ＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）が狭くなっていることから優れた結晶性のＧａＮ下地層１０３が得られており、また順方向電圧が低くかつ発光出力が高い優れた特性の窒化物半導体発光ダイオード素子が得られることがわかった。
【０１８０】
さらに、表１に示すように、チャンバ２１の内部に供給されるガスの窒素比率が１００％である実験例４においては、窒素比率が１００％ではない実験例１３と比べて、ＧａＮ下地層１０３の（００４）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）が狭くなっていることから優れた結晶性のＧａＮ下地層１０３が得られており、また順方向電圧が低くかつ発光出力が高い優れた特性の窒化物半導体発光ダイオード素子が得られることがわかった。
【０１８１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１８２】
本発明は、アルミニウム含有窒化物中間層の製造方法、窒化物層の製造方法および窒化物半導体素子の製造方法に利用することができる。特に、本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた窒化物半導体発光ダイオード素子、窒化物半導体レーザ素子および窒化物半導体トランジスタ素子などの製造に好適に利用することができる可能性がある。
【符号の説明】
【０１８３】
１  基板、２  アルミニウム含有窒化物中間層、３  窒化物半導体下地層、４  ｎ型窒化物半導体コンタクト層、５  ｎ型窒化物半導体クラッド層、６  窒化物半導体活性層、７  ｐ型窒化物半導体クラッド層、８  ｐ型窒化物半導体コンタクト層、９  透光性電極層、１０  ｐ側電極、１１  ｎ側電極、２１  チャンバ、２３  ヒータ、２４  ヒータ支持材、２５  排気口、２６  Ａｌターゲット、２６ａ  第１のＡｌターゲット、２６ｂ  第２のＡｌターゲット、２７  マグネット、２７ａ  第１のマグネット、２７ｂ  第２のマグネット、２８  カソード、２８ａ  第１のカソード、２８ｂ  第２のカソード、２９  マグネット支持材、２９ａ  第１のマグネット支持材、２９ｂ  第２のマグネット支持材、３０  Ａｒガス供給管、３１  Ｎ2ガス供給管、４１  第１のリードフレーム、４２  第２のリードフレーム、４３  モールド樹脂、４４  第２のワイヤ、４５  第１のワイヤ、５４  ｎ型窒化物半導体クラッド層、５５  ｎ型窒化物半導体光ガイド層、５６  窒化物半導体活性層、５７  窒化物半導体保護層、５８  ｐ型窒化物半導体光ガイド層、５９  ｐ型窒化物半導体クラッド層、６０  ｐ型窒化物半導体コンタクト層、６１  絶縁膜、７１  窒化物半導体電子走行層、７２  ｎ型窒化物半導体電子供給層、７３  ゲート電極、７４  ソース電極、７５  ドレイン電極、１００  窒化物半導体発光ダイオード素子、１０１  サファイア基板、１０２  ＡｌＮバッファ層、１０３  ＧａＮ下地層、１０４  ｎ型ＧａＮコンタクト層、１０５  ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層、１０６  ＭＱＷ活性層、１０７  ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層、１０８  ｐ型ＧａＮコンタクト層、１０９  ＩＴＯ層、１１０  ｐ側ボンディングパッド電極、１１１  ｎ側ボンディングパッド電極、２００  発光装置。
【図１】
2014241417.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2014241417.tif 000024
【図２２】
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【図２３】
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