(57)【要約】【課題】多重量子井戸構造の発光層を有するＧａＮ系半導体発光素子の新規な製造方法を提供する。【解決手段】半導体発光素子の製造方法において、ｎ型層側からＩｎＧａＮ部分障壁層とＧａＮ部分障壁層とが積層された障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを成長させる工程は、キャリアガスにＮ２とＨ２とを用い、キャリアガスにＮ２を用いて有機ガリウム原料及び有機インジウム原料を供給しＩｎＧａＮ部分障壁層を成長させ、有機インジウム原料の供給を停止するのと同時にキャリアガスをＮ２からＨ２を８５％以上含むガスに切り替えてＧａＮ部分障壁層を成長させ、キャリアガスをＨ２を８５％以上含むガスとしたまま有機インジウム原料の供給を再開し有機インジウム原料の供給再開タイミングよりも遅いタイミングでキャリアガスをＨ２を８５％以上含むガスからＮ２に切り替えてＩｎＧａＮ井戸層を成長させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長基板上方に、ｎ型ＧａＮ系半導体層を形成する工程と、
前記ｎ型ＧａＮ系半導体層上に、発光層を形成する工程と、
前記発光層上に、ｐ型ＧａＮ系半導体層を形成する工程と
を有し、
前記発光層を形成する工程は、
前記ｎ型ＧａＮ系半導体層側からＩｎＧａＮ部分障壁層とＧａＮ部分障壁層とが積層されたＩｎＧａＮ／ＧａＮ障壁層と、ＩｎＧａＮ井戸層とを交互に成長させる工程を有し、
前記ＩｎＧａＮ／ＧａＮ障壁層と前記ＩｎＧａＮ井戸層とを成長させる工程は、
キャリアガスとしてＮ２とＨ２とを用い、
キャリアガスとしてＮ２を用いて有機ガリウム原料及び有機インジウム原料を供給し、前記ＩｎＧａＮ部分障壁層を成長させる工程と、
前記ＩｎＧａＮ部分障壁層の成長の後、有機インジウム原料の供給を停止するのと同時に、キャリアガスをＮ２からＨ２を８５％以上含むガスに切り替えて、有機ガリウム原料を供給し、前記ＧａＮ部分障壁層を成長させる工程と、
前記ＧａＮ部分障壁層の成長の後、キャリアガスを、Ｈ２を８５％以上含むガスとしたまま有機インジウム原料の供給を再開し、さらに、有機インジウム原料の供給再開タイミングよりも遅いタイミングで、キャリアガスを、Ｈ２を８５％以上含むガスからＮ２に切り替えて、有機ガリウム原料及び有機インジウム原料を供給し、前記ＩｎＧａＮ井戸層を成長させる工程と
を有する半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記ＩｎＧａＮ井戸層を成長させる工程において、前記有機インジウム原料の供給を再開するタイミングから、キャリアガスを、Ｈ２を８５％以上含むガスからＮ２に切り替えるタイミングまでの期間は、この期間にＧａＮ層が２モノレイヤー以下成長するように設定されている請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記ＩｎＧａＮ／ＧａＮ障壁層と前記ＩｎＧａＮ井戸層とを成長させる工程は、一定温度で行われる請求項１または２に記載の半導体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、半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系半導体発光素子における多重量子井戸構造の発光層は、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とを積層して形成することができる（例えば特許文献１、２参照）。井戸層として、ＩｎＧａＮ層を用いることができる。障壁層として、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを積層した構造が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−８７９０８号公報
【特許文献２】特開２００９−２３９２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一目的は、多重量子井戸構造の発光層を有するＧａＮ系半導体発光素子の新規な製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点によれば、
成長基板上方に、ｎ型ＧａＮ系半導体層を形成する工程と、
前記ｎ型ＧａＮ系半導体層上に、発光層を形成する工程と、
前記発光層上に、ｐ型ＧａＮ系半導体層を形成する工程と
を有し、
前記発光層を形成する工程は、
前記ｎ型ＧａＮ系半導体層側からＩｎＧａＮ部分障壁層とＧａＮ部分障壁層とが積層されたＩｎＧａＮ／ＧａＮ障壁層と、ＩｎＧａＮ井戸層とを交互に成長させる工程を有し、
前記ＩｎＧａＮ／ＧａＮ障壁層と前記ＩｎＧａＮ井戸層とを成長させる工程は、
キャリアガスとしてＮ２とＨ２とを用い、
キャリアガスとしてＮ２を用いて有機ガリウム原料及び有機インジウム原料を供給し、前記ＩｎＧａＮ部分障壁層を成長させる工程と、
前記ＩｎＧａＮ部分障壁層の成長の後、有機インジウム原料の供給を停止するのと同時に、キャリアガスをＮ２からＨ２を８５％以上含むガスに切り替えて、有機ガリウム原料を供給し、前記ＧａＮ部分障壁層を成長させる工程と、
前記ＧａＮ部分障壁層の成長の後、キャリアガスを、Ｈ２を８５％以上含むガスとしたまま有機インジウム原料の供給を再開し、さらに、有機インジウム原料の供給再開タイミングよりも遅いタイミングで、キャリアガスを、Ｈ２を８５％以上含むガスからＮ２に切り替えて、有機ガリウム原料及び有機インジウム原料を供給し、前記ＩｎＧａＮ井戸層を成長させる工程と
を有する半導体発光素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
例えば、ＧａＮ部分障壁層成長に続くＩｎＧａＮ井戸層の成長時、有機インジウム原料の供給再開と同時にキャリアガスをＮ２に切り替える製造方法に比べて、形成される素子の特性向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、ＭＯＣＶＤ装置の概略断面図である。
【図２】図２Ａは、実施例による半導体発光素子の概略断面図であり、図２Ｂは、実施例による発光層の積層構造を示す概略断面図である。
【図３】図３は、実施例による発光層の形成工程を示す概略的なタイミングチャートである。
【図４】図４は、比較例による発光層の形成工程を示す概略的なタイミングチャートである。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂはそれぞれ、実施例及び比較例による発光素子のＰＬ強度と発光波長との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
まず、図１を参照して、半導体発光素子の製造に用いられる有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）装置について説明する。図１は、ＭＯＣＶＤ装置の概略断面図である。
【０００９】
反応容器１内に、カーボンサセプタ２が配置されている。カーボンサセプタ２上に、成長基板３が載置される。カーボンサセプタ２は、成長基板３の載置面に垂直な軸の周りに所望の速度で回転させることができる。ヒータ４が、成長基板３の温度を調整する。基板温度は、熱電対（または放射温度計）５でサセプタ温度を測定し、測定された温度に基づいてヒータ電源６を制御することにより制御される。
【００１０】
フローチャネル（反応ガス噴射管）７から、成長基板３上に所望のタイミングで所望のガスを供給することにより、所望の半導体結晶層を成長させることができる。フローチャネル７に、ガス供給系８ａ〜８ｅより各種ガスが供給される。
【００１１】
ガス供給系８ａは、材料ガスとしてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を供給する。
【００１２】
材料ガスＴＥＧａ、ＴＭＧａ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、及びＣｐ２Ｍｇは、それぞれバブリングにより供給される。ＴＥＧａ及びＴＭＩのバブリングガスとして、例えばＮ２が用いられ、流量は例えば各１５０ｓｃｃｍである。ＴＭＧａ、ＴＭＡ、及びＣｐ２Ｍｇのバブリングガスとして、例えばＨ２が用いられ、流量はそれぞれ例えば５０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、３００ｓｃｃｍである。
【００１３】
材料ガスＴＥＧａ、ＴＭＧａ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、Ｃｐ２Ｍｇのそれぞれの流量、及び、供給開始・停止の切り替えが、ガス流量調整装置９ａ及びバルブ１０ａで制御される。
【００１４】
ガス供給系８ｂは、ガス供給系８ａから供給された材料ガスＴＥＧａ、ＴＭＧａ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、及びＣｐ２Ｍｇを搬送するキャリアガス（ＭＯ用キャリアガス）として、Ｈ２またはＮ２を切り替えて供給することができる。ＭＯ用キャリアガスＨ２、Ｎ２のそれぞれの流量、及び、供給開始・停止の切り替えが、ガス流量調整装置９ｂ及びバルブ１０ｂで制御される。ガス供給系８ａ及び８ｂが、ＭＯライン８ＭＯを形成する。
【００１５】
ガス供給系８ｃは、窒素原料となる反応性ガスとしてＮＨ３を供給し、ガス供給系８ｄは、材料ガスとしてジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を供給する。反応性ガスＮＨ３、材料ガスＳｉ２Ｈ６のそれぞれの流量、及び、供給開始・停止の切り替えが、ガス流量調整装置９ｃ、９ｄ及びバルブ１０ｃ、１０ｄで制御される。
【００１６】
ガス供給系８ｅは、ガス供給系８ｃから供給された反応性ガスＮＨ３、及び、ガス供給系８ｄから供給された材料ガスＳｉ２Ｈ６を搬送するキャリアガス（Ｇａｓ用キャリアガス）として、Ｈ２またはＮ２を切り替えて供給することができる。Ｇａｓ用キャリアガスＨ２、Ｎ２のそれぞれの流量、及び、供給開始・停止の切り替えが、ガス流量調整装置９ｅ及びバルブ１０ｅで制御される。ガス供給系８ｃ、８ｄ及び８ｅが、Ｇａｓライン８Ｇａｓを形成する。制御装置１１が、各種ガスの供給状態を制御する。
【００１７】
反応容器１に、圧力計１２、圧力制御弁１３、及び排気ポンプ１４が取り付けられ、排気ポンプ１４により排気が行われる。
【００１８】
次に、図２Ａ、図２Ｂ及び図３を参照して、本発明の実施例による半導体発光素子の製造方法について説明する。本実施例では、ＧａＮ系半導体発光素子が形成される。ここで、ＧａＮ系半導体は、少なくともＧａ及びＮを含む。
【００１９】
図２Ａは、実施例による半導体発光素子の概略断面図であり、図２Ｂは、実施例による発光層の積層構造を示す概略断面図である。図３は、実施例による発光層の形成工程を示す概略的なタイミングチャートである。
【００２０】
まず、ＭＯＣＶＤ装置のカーボンサセプタ上へ成長基板２１をセットする。成長基板２１として、例えば、２インチＣ面サファイア基板が用いられる。次に、ＭＯＣＶＤ装置の反応容器を真空排気し、不活性ガス、例えばＮ２で置換を行い、圧力を大気圧まで戻す。次に、カーボンサセプタを回転させることにより、成長基板２１を１０ｒｐｍで回転させる。次に、フローチャネルよりＨ２ガスを１０ＳＬＭ供給しながら、基板温度を１１５０℃まで昇温し、この状態で１０分間保持して、基板表面の酸化膜を除去する。
【００２１】
その後、基板温度を５７０℃まで降温し、温度が安定するまで待つ。続いて、ＮＨ３を例えば５ＳＬＭ供給するとともに、ＭＯライン及びＧａｓラインにそれぞれＨ２キャリアガスを例えば１ＳＬＭ供給する。この状態で基板温度が安定するまで待つ。その後、ＴＭＧａを例えば５ｓｃｃｍ供給し、例えば２００ｓｅｃの成長を行って、ＧａＮバッファ層２２を形成する。バッファ層２２の成長後、ＴＭＧａの供給を停止する。
【００２２】
次に、基板温度を１２００℃まで昇温し、ＮＨ３を例えば４ＳＬＭ供給するとともに、ＭＯライン及びＧａｓラインにそれぞれＨ２キャリアガスを例えば２ＳＬＭ供給する。この状態で基板温度が安定するまで待つ。その後、ＴＭＧａを例えば１５ｓｃｃｍ供給し、例えば２０ｍｉｎの成長を行って、アンドープＧａＮ層２３を成長する。
【００２３】
続いてさらに、ｎ型ドーパント材料であるＳｉ２Ｈ６を０．２ｓｃｃｍ供給し、９０ｍｉｎの成長を行って、ｎ型ＧａＮ層２４を成長する。ｎ型ＧａＮ層２４の成長後、ＴＭＧａおよびＳｉ２Ｈ６の供給を停止する。
【００２４】
次に、基板温度を９００℃まで降温し、ＮＨ３を例えば４ＳＬＭ供給するとともに、ＭＯライン及びＧａｓラインにそれぞれＮ２キャリアガスを例えば２．０ＳＬＭ供給する。この状態で基板温度が安定するまで待つ。
【００２５】
その後、ＴＥＧａを例えば３５ｓｃｃｍ供給し、例えば５０ｓｅｃの成長を行って、ＧａＮ層を成長する。続いてさらに、ＴＭＩを例えば５０ｓｃｃｍ供給し、例えば５０ｓｅｃの成長を行って、ＩｎＧａＮ層を成長する。このようなＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を４ペア積層し、最後にＧａＮ層を例えば５０ｓｅｃ成長して、超格子構造（ＳＬＳ）層２５を形成する。その後、ＴＥＧａ及びＴＭＩの供給を停止する。
【００２６】
次に、ＳＬＳ層２５上に、多重量子井戸構造の発光層２６を形成する。図２Ｂに示すように、発光層２６は、第１障壁層２６Ａ上に、井戸層２６Ｂと障壁層２６Ｃとが交互に積層された構造を有する。障壁層２６Ｃは、部分障壁層２６Ｃ１と部分障壁層２６Ｃ２とが積層された構造を取る。
【００２７】
第１障壁層２６Ａとして、例えばＧａＮ層が用いられる。井戸層２６Ｂは、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ井戸層であり、井戸層の好ましいＩｎ組成ｘは、例えば０．２≦ｘ≦０．３の範囲である。障壁層２６Ｃは、素子の積層のｎ型半導体層側（図２Ａ、図２Ｂの下方側）からＩｎＧａＮ部分障壁層２６Ｃ１とＧａＮ部分障壁層２６Ｃ２とが積層されたＩｎＧａＮ／ＧａＮ障壁層である。ＩｎｙＧａ１−ｙＮ部分障壁層２６Ｃ１の好ましいＩｎ組成ｙは、例えば０＜ｙ≦０．１、より好ましくは０＜ｙ≦０．０５の範囲である。
【００２８】
なお、第１障壁層２６Ａは、ＩｎＧａＮ層で形成してもよい。この場合の第１障壁層２６ＡのＩｎ組成は、ＩｎＧａＮ部分障壁層２６Ｃ１のＩｎ組成以上、ＩｎＧａＮ井戸層２６ＢのＩｎ組成未満とすることが好ましい。
【００２９】
図３のタイミングチャートは、発光層２６の成長工程における有機ガリウム原料（例えばＴＥＧａ）及び有機インジウム原料（例えばＴＭＩ）の供給状態の時間変化と、Ｎ２キャリアガス及びＨ２キャリアガスの供給状態の時間変化を示す。
【００３０】
図３のタイミングチャートに示す工程ＡはＧａＮ第１障壁層２６Ａの形成工程、工程ＢはＩｎＧａＮ井戸層２６Ｂの形成工程、工程Ｃ１はＩｎＧａＮ部分障壁層２６Ｃ１の形成工程、工程Ｃ２はＧａＮ部分障壁層２６Ｃ２の形成工程を示す。
【００３１】
ＳＬＳ層２５の形成後、基板温度を例えば８３０℃まで降温し、ＮＨ３を例えば４ＳＬＭ供給するとともに、ＭＯライン及びＧａｓラインにそれぞれＨ２キャリアガスを例えば２ＳＬＭ供給する。この状態で基板温度が安定するまで待つ。その後、ＴＥＧａを例えば５ｓｃｃｍ供給し、例えば１５０ｓｅｃの成長を行って、ＧａＮによる第１障壁層２６Ａを成長する。
【００３２】
次に、ＭＯライン及びＧａｓラインのキャリアガスをＮ２に切り替える（流量はそれぞれ例えば２ＳＬＭ）。そして、さらにＴＭＩを例えば８０ｓｃｃｍ供給し、例えば１００ｓｅｃの成長を行って、ＩｎＧａＮによる井戸層２６Ｂを成長する。
【００３３】
次に、ＴＭＩの流量を例えば２ｓｃｃｍに減少させ、例えば６５ｓｅｃの成長を行って、ＩｎＧａＮによる部分障壁層２６Ｃ１を成長する。
【００３４】
次に、ＴＭＩの供給を停止し、ＴＭＩ供給停止のタイミングと同時に、ＭＯライン及びＧａｓラインのキャリアガスをＨ２に切り替える（流量はそれぞれ例えば２ＳＬＭ）。例えば６５ｓｅｃの成長を行って、ＧａＮによる部分障壁層２６Ｃ２を成長する。
【００３５】
次に、ＴＭＩの供給を、流量を例えば８０ｓｃｃｍとして再開し、例えば１００ｓｅｃの成長を行って、ＩｎＧａＮによる井戸層２６Ｂを成長する。ＩｎＧａＮによる井戸層２６Ｂの成長中、ＴＭＩ供給再開のタイミングより遅らせて、ＭＯライン及びＧａｓラインのキャリアガスをＨ２からＮ２に切り替える。Ｎ２キャリアガスの流量は、ＭＯライン及びＧａｓラインのそれぞれで、例えば２ＳＬＭである。
【００３６】
ＴＭＩ供給再開のタイミングから、キャリアガスをＨ２からＮ２に切り替えるタイミングまでの好適な遅れ時間は、制御のしやすさなども考えて、１ｓｅｃ以上あるとよい。例えば１ｓｅｃ〜２ｓｅｃである。また、３０ｓｅｃ以下で切り替えるのが好ましい。この遅れ幅（３０ｓｅｃ以下）を、半導体層の成長厚さで表すと、例えば２モノレイヤー以下と見積もられる。
【００３７】
その後、ＩｎＧａＮ部分障壁層２６Ｃ１の形成工程Ｃ１、ＧａＮ部分障壁層２６Ｃ２の形成工程Ｃ２、及び（Ｈ２からＮ２へのキャリアガス切り替え遅延を伴う）ＩｎＧａＮ井戸層２６Ｂの形成工程Ｂを繰り返す。
【００３８】
障壁層と、障壁層上の井戸層とをペアとして例えば９ペア積層し、最上層に最終障壁層を形成して、発光層２６の全体が形成される。図２Ｂに示す例では、ＧａＮ第１障壁層２６Ａ上にＩｎＧａＮ井戸層２６Ｂを形成した１ペア目上に、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ障壁層２６Ｃ上にＩｎＧａＮ井戸層２６Ｂを形成したペアが８ペア分形成されて９ペアの積層が形成され、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ第９障壁層２６Ｃ上にＩｎＧａＮ井戸層２６Ｂが形成された９ペア目上に、例えばＧａＮによる最終障壁層２６Ｄが形成される。
【００３９】
ＧａＮ最終障壁層２６Ｄは、ＭＯライン及びＧａｓラインにそれぞれＨ２キャリアガスを例えば２ＳＬＭ供給し、ＴＥＧａを例えば５ｓｃｃｍ供給し、例えば１５０ｓｅｃの成長を行って形成される。なお、最終障壁層２６Ｄは、ＩｎＧａＮ層、あるいはＩｎＧａＮ／ＧａＮ層で形成してもよい。
【００４０】
発光層２６の形成後、基板温度を１０００℃まで昇温し、ＮＨ３を例えば４ＳＬＭ供給するとともに、ＭＯライン及びＧａｓラインにそれぞれＨ２キャリアガスを例えば３ＳＬＭ供給する。この状態で基板温度が安定するまで待つ。その後、ＴＭＧａを例えば１ｓｃｃｍ、ＴＭＡを例えば１ｓｃｃｍ供給するとともに、ｐ型ドーパントとしてＣｐ２Ｍｇを例えば１５ｓｃｃｍ供給し、例えば５００ｓｅｃの成長を行って、キャリアブロック層となるｐ型ＡｌＧａＮ層２７を成長する。
【００４１】
次に、基板温度を１１００℃まで昇温し、ＮＨ３を例えば４ＳＬＭ供給するとともに、ＭＯライン及びＧａｓラインにそれぞれＨ２キャリアガスを例えば３ＳＬＭ供給する。この状態で基板温度が安定するまで待つ。その後、ＴＭＧａを例えば３．５ｓｃｃｍ、Ｃｐ２Ｍｇを例えば１５ｓｃｃｍ供給し、例えば３００ｓｅｃの成長を行って、ｐ型ＧａＮ層２８を形成する。
【００４２】
続いて、ＴＭＧａの流量を例えば１．７５ｓｃｃｍに、Ｃｐ２Ｍｇの流量を例えば２００ｓｃｃｍに変更し、例えば２０ｓｅｃの成長を行って、ｐ側コンタクト層となるｐ＋型ＧａＮ層２９を成長する。
【００４３】
ｐ＋型ＧａＮ層２９の形成後、材料ガスの供給を停止し、Ｎ２ガスのフローにて、成長ウェハの温度を下げ、半導体層の成長を終了する。このようにして、実施例による半導体発光素子が形成される。
【００４４】
以上説明したように、本実施例による半導体発光素子において、多重量子井戸構造の発光層は、井戸層をＩｎＧａＮ層とし、障壁層に、ｎ型半導体層側にＩｎＧａＮ層が形成された積層障壁層であるＩｎＧａＮ／ＧａＮ層を用いる。キャリアガスは、基本的に、ＩｎＧａＮの成長ではＮ２を用い、ＧａＮの成長ではＨ２を用いる。ただし、ＧａＮ部分障壁層の成長後、ＩｎＧａＮ井戸層の成長の初期は、ＧａＮ部分障壁層成長に用いたＨ２キャリアガスをそのまま用い、ＩｎＧａＮ井戸層の成長中にキャリアガスをＨ２からＮ２に切り替える。
【００４５】
実施例による発光層の成長工程は、温度一定とすることができる。温度一定とすることにより、途中で温度を変化させる手間が省ける。なお、好適な成長温度条件は、例示した８３０℃に限定されず、例えば８００℃〜９００℃の範囲内とすることができる。その他、半導体層成長における種々の成長条件は、必要に応じて適宜変更することができる。
【００４６】
次に、図４を参照して、比較例による半導体発光素子について説明する。比較例の半導体発光素子は、実施例の半導体素子と同様な構造を有するが、発光層２６の成長工程が異なる。図４は、比較例の発光層２６の成長工程における有機ガリウム原料及び有機インジウム原料の供給状態の時間変化と、Ｎ２キャリアガス及びＨ２キャリアガスの供給状態の時間変化を示すタイミングチャートである。
【００４７】
比較例では、ＧａＮ部分障壁層成長後、ＴＭＩ供給を再開しＩｎＧａＮ井戸層成長を再開するタイミングと同時に、キャリアガスをＨ２からＮ２に切り替えている。他の成長条件は実施例と同様である。
【００４８】
次に、実施例及び比較例の方法に基づいて作製した半導体発光素子の特性を評価した実験について説明する。室温におけるエレクトロルミネセンス（ＥＬ)特性を評価した。これは、順方向に２０ｍＡの電流を通電した際、フォトダイオード（ＰＤ）にて受光した発光強度を換算・算出して出力電圧を得て、マルチチャンネル分光器により波長を測定したものである。
【００４９】
比較例の発光素子は、発光強度が１１１．４３ｍＶであり、発光波長は４４０ｎｍであった。一方、実施例の発光素子は、発光強度が１１８．６６ｍＶであり、発光波長は４４２ｎｍであった。室温ＥＬ強度（波長４４０ｎｍにて換算）は、比較例を１．００とすると、実施例は１．０９であった。
【００５０】
図５Ａ及び図５Ｂはそれぞれ、実施例及び比較例による発光素子のフォトルミネセンス（ＰＬ）強度と発光波長との関係を示すグラフである。実線が８Ｋ、破線が３００Ｋにおける特性を示す。積算強度比（３００Ｋ／８Ｋ）は、比較例では０．６０、実施例では０．６７であった。８Ｋ時のＰＬスペクトル半値幅は、比較例では７．０ｎｍ、実施例では５．３ｎｍであった。
【００５１】
このように、実施例の素子は、比較例の素子に対して、室温ＥＬ強度や積算強度比の上昇、ＰＬスペクトル半値幅の減少を示すことがわかった。ここで、室温と低温でのＰＬスペクトルの積算強度比の上昇は、素子の内部量子効率向上を示しているものと考えられる。また、低温ＰＬスペクトルの半値幅の減少は、発光層内でのＩｎ組成揺らぎの減少を示しているものと考えられる。
【００５２】
比較例の素子に比べて実施例の素子の特性が向上する理由について考察する。なお、以下の考察は１つの考え方を例示するものである。実施例の発光層成長では、ＧａＮ部分障壁層成長の後、ＩｎＧａＮ井戸層成長の初期は、キャリアガスをＨ２のままとし、その後キャリアガスをＮ２に切り替えている。
【００５３】
結晶成長は、最初の結晶核ができ、そこから２次元的に結晶薄膜が成長していく。実施例のように、ＩｎＧａＮ井戸層成長の初期にＨ２が介在すると、最初の結晶核はＩｎＧａＮではなくＧａＮになると考えられる。従って、２次元的な成長が進む際、ＧａＮが成長しやすくなると考えられる。その後Ｈ２が排気されていく過程で、ＧａＮ系半導体薄膜のＩｎ組成が、微視的に見て傾斜的に井戸層組成まで変化すると考えられる。
【００５４】
ほぼＧａＮが１モノレイヤー〜数モノレイヤー成長した後に、ＩｎＧａＮ成長へ変化するものと推測され、例えば２モノレイヤー程度の成長時間以下のＨ２供給が、好ましいと思われる。
【００５５】
このようにして、実施例の方法では、比較例に比べて、ＧａＮ部分障壁層とＩｎＧａＮ井戸層との界面における結晶の歪みが低減するのではないかと推測される。なお、１モノレイヤーも成長できないような、１ｓｅｃ〜２ｓｅｃ程度のＨ２供給時間（キャリアガスの切替遅延時間）でも、Ｈ２供給の効果は得られている。
【００５６】
なお、実施例及び比較例の発光素子の発光層は、ＩｎＧａＮ部分障壁層上にＧａＮ部分障壁層が積層され、ＧａＮ部分障壁層上にＩｎＧａＮ井戸層が積層される。ＧａＮ部分障壁層上に積層されるＩｎＧａＮ井戸層は、（ＩｎＧａＮ部分障壁層に比べ）Ｉｎ組成が高く、ＧａＮ部分障壁層とＩｎＧａＮ井戸層との界面で結晶の歪が生じやすい。
【００５７】
以上説明したように、本実施例によれば、ＧａＮ部分障壁層上に形成するＩｎＧａＮ井戸層の成長初期のＨ２供給を、キャリアガスの切り替えにより制御することができる。
【００５８】
なお、上記実施例では、ＧａＮ部分障壁層成長、及び、ＩｎＧａＮ井戸層の成長初期に、キャリアガスとして１００％のＨ２ガスを用いた。しかし、ＩｎＧａＮ井戸層の成長初期にＨ２を供給するという観点からは、１００％のＨ２キャリアガスを用いなくともよいと考えられる。本願発明者の経験的に、Ｎ２及びＨ２からなるキャリアガス中のＨ２含有比率（体積比）は、８５％以上とすることが好ましいようであり、Ｎ２ガス：Ｈ２ガスの分子量比としては概ね２：１以上のＨ２を含むガスを用いることが好ましいようである。なお、Ｈ２、Ｎ２の分子量はそれぞれ２．０１６、２８．０１である。
【００５９】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００６０】
１  反応容器
２  カーボンサセプタ
３  成長基板
４  ヒータ
５  熱電対（または放射温度計）
６  ヒータ電源
７  フローチャネル（反応ガス噴射管）
８ａ〜８ｄ  ガス供給系
９ａ〜９ｄ  ガス流量調整装置
１０ａ、１０ｂ  バルブ
１１  制御装置
１２  圧力計
１３  圧力制御弁
１４  排気ポンプ
２１  サファイア基板
２２  ＧａＮバッファ層
２３  アンドープＧａＮ層
２４  ｎ型ＧａＮ層
２５  ＳＬＳ層
２６  発光層
２６Ａ  ＩｎＧａＮ第１障壁層
２６Ｂ  ＩｎＧａＮ井戸層
２６Ｃ  積層障壁層
２６Ｃ１  ＩｎＧａＮ部分障壁層
２６Ｃ２  ＧａＮ部分障壁層
２７  ｐ型ＡｌＧａＮ層
２８  ｐ＋型ＧａＮ層
【図１】
2014187272.tif 000003
【図２】
2014187272.tif 000004
【図３】
2014187272.tif 000005
【図４】
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【図５】
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