(57)【要約】【課題】ｎ型ＡｌＧａＮの結晶品質を向上するため、所定の範囲内の結晶品質を有したＡｌＮ層上に形成されたｎ型ＡｌＧａＮを含む窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】所定の範囲内の結晶品質を有したＡｌＮ層２２と、前記ＡｌＮ層２２上に形成された、所定のＡｌ組成比を有したｎ型ＡｌＧａＮとを含む窒化物半導体素子。また、ＡｌＮ層２２は、所定の範囲内の結晶品質として、（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅が３５０〜５２０（ａｒｃｓｅｃ）に応じた結晶品質を有し、ｎ型ＡｌＧａＮは、所定のＡｌ組成比として、４０％〜７０％のＡｌ組成比を有する。【選択図】図１
2019121655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の範囲内の結晶品質を有したＡｌＮ層と、
前記ＡｌＮ層上に形成された、所定のＡｌ組成比を有したｎ型ＡｌＧａＮと、
を含む窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記ＡｌＮ層は、前記所定の範囲内の結晶品質として、（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅が３５０〜５２０（ａｒｃｓｅｃ）に応じた結晶品質を有し、
前記ｎ型ＡｌＧａＮは、前記所定のＡｌ組成比として、４０％〜７０％のＡｌ組成比を有した、
請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記ＡｌＮ層は、前記所定の範囲内の結晶品質として、前記（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅が３８０〜５２０（ａｒｃｓｅｃ）に応じた結晶品質を有し、
前記ｎ型ＡｌＧａＮは、前記所定のＡｌ組成比として、４０％〜６０％のＡｌ組成比を有した、
請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記ＡｌＮ層は、前記所定の範囲内の結晶品質として、前記（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅が４１０〜４９０（ａｒｃｓｅｃ）に応じた結晶品質を有し、
前記ｎ型ＡｌＧａＮは、前記所定のＡｌ組成比として、４０％〜５０％のＡｌ組成比を有した、
請求項３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
所定の範囲内の結晶品質を有したＡｌＮ層を形成する工程と、
前記ＡｌＮ層上に位置して、所定のＡｌ組成比を有したｎ型ＡｌＧａＮを形成する工程と、
を備える窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記所定の範囲内の結晶品質を有したＡｌＮ層を形成する工程は、成長温度を変更する工程、Ｇａのドーピング量を変更する工程、及びＡｌＮ層の膜厚を変更する工程のうち少なくとも１つ以上の工程を含む、
請求項５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、トランジスタや、発光ダイオード等の窒化物半導体素子が提供されており、結晶の品質結晶品質を向上させた窒化物半導体素子の開発が進められている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１６７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の窒化物半導体素子は、単結晶基板と、単結晶基板の一表面上に形成されたＡｌＮ層と、前記ＡｌＮ層上に形成された第１導電形の第１窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層における前記ＡｌＮ層側とは反対側に形成されたＡｌＧａＮ系材料からなる発光層と、前記発光層における前記第１窒化物半導体層側とは反対側に形成された第２導電形の第２窒化物半導体層とを備えた窒化物半導体素子であって、前記ＡｌＮ層におけるＮ極性のＡｌＮ結晶の密度が１０００個／ｃｍ２以下であり、前記ＡｌＮ層におけるＡｌＮ（１０−１２）面に対するＸ線回折のωスキャンによるＸ線ロッキングカーブの半値幅が５００arcsec以下である構成を有する。特許文献１に記載の窒化物半導体素子では、ＡｌＮ層の結晶品質を向上させることにより、窒化物半導体素子の電気的特性の信頼性の向上を図っている。
【０００５】
しかし、本発明者らは、ＡｌＮ層上に第１窒化物半導体層としてのｎ型ＡｌＧａＮが形成される窒化物半導体素子では、前記ＡｌＮ層の結晶品質を向上させたとしても、第１窒化物半導体層としてのｎ型ＡｌＧａＮの結晶品質は、必ずしも向上することは限らないこと、及び、前記ＡｌＮ層は、所定の範囲内の結晶品質のときに、前記ｎ型ＡｌＧａＮの結晶品質を向上させることができるとの知見を得た。
【０００６】
そこで、本発明は、ｎ型ＡｌＧａＮの結晶品質を向上するため、所定の範囲内の結晶品質を有したＡｌＮ層上に形成されたｎ型ＡｌＧａＮを含む窒化物半導体素子及び窒化物半導体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】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、所定の範囲内の結晶品質を有したＡｌＮ層と、前記ＡｌＮ層上に形成された、所定のＡｌ組成比を有したｎ型ＡｌＧａＮとを含む、窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ｎ型ＡｌＧａＮの結晶品質を向上するため、所定の範囲内の結晶品質を有したＡｌＮ層上に形成されたｎ型ＡｌＧａＮを含む窒化物半導体素子及び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】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体素子の構成を概略的に示す縦断面図である。
【図２】図２は、ｎ−ＡｌＧａＮミックス値及び半導体素子の発光出力のデータを示す図ある。
【図３】図３は、図２に示すｎ−ＡｌＧａＮミックス値と半導体素子の発光出力との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、ＡｌＮミックス値及びｎ−ＡｌＧａＮミックス値のデータを示す図である。
【図５】図５は、図４に示すＡｌＮミックス値及びｎ−ＡｌＧａＮのミックス値の相関関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。また、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の窒化物半導体素子の寸法比と一致するものではない。
【００１１】
（窒化物半導体素子の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体素子の構成を概略的に示す縦断面図である。窒化物半導体素子１には、例えば、トランジスタ、レーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等が含まれる。本実施の形態では、窒化物半導体素子１（以下、単に「半導体素子１」ともいう。）として、紫外領域の波長の光（特に、中心波長が２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの深紫外光）を発する発光ダイオードを例に挙げて説明する。
【００１２】
図１に示すように、半導体素子１は、基板１０と、バッファ層２０と、ｎ型クラッド層３０と、多重量子井戸層を含む活性層４０と、電子ブロック層５０と、ｐ型クラッド層７０と、ｐ型コンタクト層８０と、ｎ側電極９０と、ｐ側電極９２とを含んで構成されている。
【００１３】
半導体素子１を構成する半導体には、例えば、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）にて表される２元系、３元系若しくは４元系のIII族窒化物半導体を用いることができる。また、これらのIII族元素の一部は、ホウ素（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置き換えても良く、また、Ｎの一部をリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置き換えても良い。
【００１４】
基板１０は、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）を含むサファイア基板である。基板１０には、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板の他に、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板や、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）基板を用いてもよい。
【００１５】
バッファ層２０は、基板１０上に形成されている。バッファ層２０は、ＡｌＮ層２２と、ＡｌＮ層２２上に形成されるアンドープのｕ−ＡｌｐＧａ１−ｐＮ層２４（０≦ｐ≦１）を含んで構成されている。ＡｌＮ層２２は、所定の範囲内の結晶品質を有している。詳細は、後述する。また、基板１０及びバッファ層２０は、下地構造部２を構成する。なお、基板１０がＡｌＮ基板またはＡｌＧａＮ基板である場合、バッファ層２０は必ずしも設けなくてもよい。
【００１６】
ｎ型クラッド層３０は、下地構造部２上に形成されている。ｎ型クラッド層３０は、ｎ型ＡｌＧａＮ（以下、単に「ｎ−ＡｌＧａＮ」ともいう。）により形成された層であり、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされたＡｌｑＧａ１−ｑＮ層（０≦ｑ≦１）である。なお、ｎ型の不純物としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、炭素（Ｃ）等を用いてもよい。ｎ型クラッド層３０は、１μｍ〜５μｍ程度の厚さを有している。ｎ型クラッド層３０は、単層でもよく、多層構造でもよい。
【００１７】
多重量子井戸層を含む活性層４０は、ｎ型クラッド層３０上に形成されている。活性層４０は、ＡｌｒＧａ１−ｒＮを含んで構成される多重量子井戸層のｎ型クラッド層３０側の障壁層４２ａ、及び後述する電子ブロック層５０側の障壁層４２ｃを含む３層の障壁層４２ａ，４２ｂ，４２ｃとＡｌｓＧａ１−ｓＮを含んで構成される３層の井戸層４４ａ，４４ｂ，４４ｃ（０≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、ｒ＞ｓ）とを交互に積層した多重量子井戸層を含む層である。なお、本実施の形態では、活性層４０に障壁層４２及び井戸層４４は各３層ずつ設けたが、必ずしも３層に限定されるものではなく、２層以下でもよく、４層以上でもよい。
【００１８】
電子ブロック層５０は、活性層４０上に形成されている。電子ブロック層５０は、ＡｌＮにより形成されている。電子ブロック層５０は、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の厚さを有している。なお、電子ブロック層５０は、ｐ型ＡｌＧａＮ（以下、単に「ｐ−ＡｌＧａＮ」ともいう。）により形成された層を含んでもよい。また、電子ブロック層５０は、必ずしもｐ型の半導体層に限られず、アンドープの半導体層でもよい。
【００１９】
ｐ型クラッド層７０は、電子ブロック層５０上に形成されている。ｐ型クラッド層７０は、ｐ−ＡｌＧａＮにより形成される層であり、例えば、ｐ型の不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＡｌｔＧａ1-ｔＮクラッド層（０≦ｔ≦１）である。なお、ｐ型の不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いてもよい。ｐ型クラッド層７０は、３００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の厚さを有している。
【００２０】
ｐ型コンタクト層８０は、ｐ型クラッド層７０上に形成されている。ｐ型コンタクト層８０は、例えば、Ｍｇ等の不純物が高濃度にドープされたｐ型のＧａＮ層である。
【００２１】
ｎ側電極９０は、ｎ型クラッド層３０の一部の領域上に形成されている。ｎ側電極９０は、例えば、ｎ型クラッド層３０の上にチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／Ｔｉ／金（Ａｕ）が順に積層された多層膜で形成される。
【００２２】
ｐ側電極９２は、ｐ型コンタクト層８０の上に形成されている。ｐ側電極９２は、例えば、ｐ型コンタクト層８０の上にニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）が順に積層された多層膜で形成される。
【００２３】
（ｎ−ＡｌＧａＮの結晶品質と半導体素子の発光出力との関係）
次に、図２及び図３を参照して、ｎ型クラッド層３０を形成するｎ−ＡｌＧａＮの結晶の品質（単に、「結晶品質」ともいう。なお、「結晶性」との表現を用いることもできる。）と半導体素子の発光出力との関係を説明する。発明者らは、ｎ型クラッド層３０を形成するｎ−ＡｌＧａＮの結晶品質と半導体素子１の発光出力との関係を評価することを目的として、ｎ−ＡｌＧａＮのミックス値（以下、単に「ｎ−ＡｌＧａＮミックス値」ともいう。）と半導体素子１の発光出力との関係を調べる実験を行った。ここで、ｎ−ＡｌＧａＮミックス値とは、ｎ−ＡｌＧａＮ結晶の（１０−１２）面（Ｍｉｘｅｄ面）に対するＸ線回折のωスキャンにより得られるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）であり、ｎ−ＡｌＧａＮの結晶品質を示す代表的な指標の一例である。ｎ−ＡｌＧａＮミックス値は、値が小さいほどｎ−ＡｌＧａＮの結晶品質が良いことを意味する。
【００２４】
図２は、ｎ−ＡｌＧａＮミックス値及び半導体素子の発光出力のデータを表で示す図ある。図３は、図２に示すｎ−ＡｌＧａＮミックス値と半導体素子の発光出力との関係を示すグラフである。図３の横軸は、ｎ−ＡｌＧａＮミックス値（ａｒｃｓｅｃ）を示し、縦軸は、半導体素子１の発光出力（任意単位）を示す。また、図３の実線は、ｎ−ＡｌＧａＮミックス値（ａｒｃｓｅｃ）に対する半導体素子１の発光出力（任意単位）の変化の傾向を概略的に示す補助線である。図３の一点鎖線は、５００ａｒｃｓｅｃを示す補助線である。なお、発光出力は、種々の公知の方法で測定することが可能であるが、本実施例では、一例として、上述したｎ側電極９０及びｐ側電極９２の間に電流を流し、半導体素子１の下側に設置した光検出器により測定した。
【００２５】
図２及び図３に示すように、半導体素子１の発光出力は、ｎ−ＡｌＧａＮミックス値が５００ａｒｃｓｅｃの前後で変化する。具体的には、ｎ−ＡｌＧａＮミックス値が５００ａｒｃｓｅｃを超えると、半導体素子１の発光出力が低下しはじめる。この実験は、半導体素子１の発光出力の低下を抑制するには、好ましくはｎ−ＡｌＧａＮミックス値が５５０ａｒｃｓｅｃ以下、さらに好ましくはｎ−ＡｌＧａＮミックス値が５００ａｒｃｓｅｃ以下であることを示している。
【００２６】
（ＡｌＮミックス値とｎ−ＡｌＧａＮミックス値との関係）
次に、図４及び図５を参照して、ＡｌＮのミックス値（以下、単に「ＡｌＮミックス値」ともいう。）とｎ−ＡｌＧａＮミックス値との関係を説明する。ＡｌＮミックス値は、ＡｌＮ層２２を形成するＡｌＮの結晶の（１０−１２）面（Ｍｉｘｅｄ面）に対するＸ線回折のωスキャンにより得られるＸ線ロッキングカーブの半値幅（ａｒｃｓｅｃ）であり、ＡｌＮの結晶品質を示す代表的な指標の一例である。ＡｌＮミックス値は、値が小さいほどＡｌＮの結晶品質が良いことを意味する。発明者らは、鋭意検討の結果、ＡｌＮミックス値とｎ−ＡｌＧａＮミックス値と間には相関関係があることを見出した。以下、詳細を説明する。
【００２７】
具体的には、発明者らは、まず、４０％〜７０％のＡｌＮモル分率（％）（以下、「Ａｌ組成比」ともいう。）を有するｎ−ＡｌＧａＮにより形成されたｎ型クラッド層３０を含む上記の半導体素子１を１２２個作製した。次に、この１２２個の半導体素子１をＡｌ組成比の範囲別に３つのグループ（グループＡ、グループＢ及びグループＣ）に分類した。そして、グループごとに、各半導体素子１のＡｌＮミックス値、及びｎ−ＡｌＧａＮミックス値を測定した。
【００２８】
図４は、ＡｌＮミックス値及びｎ−ＡｌＧａＮミックス値のデータを表で示す図である。図４に示すように、グループＡには、６０％〜７０％のＡｌ組成比を有するｎ−ＡｌＧａＮにより形成されたｎ型クラッド層３０を有す半導体素子１を分類した。グループＢには、５０％〜６０％のＡｌ組成比を有するｎ−ＡｌＧａＮにより形成されたｎ型クラッド層３０を有する半導体素子１を分類した。グループＣには、４０％〜５０％のＡｌ組成比を有するｎ−ＡｌＧａＮにより形成されたｎ型クラッド層３０を有する半導体素子１を分類した。なお、グループＡには、上記１２２個のうちの４４個の半導体素子１が分類された。グループＢには、上記１２２個のうちの６２個のサンプルが分類された。グループＣには、上記１２２個のうちの１６個のサンプルが分類された。
【００２９】
図５は、図４に示すＡｌＮミックス値及びｎ−ＡｌＧａＮミックス値の相関関係を示すグラフである。図５の三角印は、グループＡに分類された半導体素子１のデータを示す。四角印は、グループＢに分類された半導体素子１のデータを示す。丸印は、グループＣに分類された半導体素子１のデータを示す。また、図５の一点鎖線は、グループＡの半導体素子１のデータにおいて、ＡｌＮミックス値に対するｎ−ＡｌＧａＮミックス値の変化の傾向を概略的に示す線である。破線は、グループＢの半導体素子１のデータにおいて、ＡｌＮミックス値に対するｎ−ＡｌＧａＮミックス値の変化の傾向を概略的に示す線である。点線は、グループＣの半導体素子１のデータにおいて、ＡｌＮミックス値に対するｎ−ＡｌＧａＮミックス値の変化の傾向を概略的に示す線である。細線は、ｎ−ＡｌＧａＮミックス値の５００arcsecを示す線である。
【００３０】
図５に示すように、ＡｌＮミックス値に対するｎ−ＡｌＧａＮミックス値のグラフは、下側に略凸状の形状を有している。換言すれば、ＡｌＮミックス値とｎ−ＡｌＧａＮミックス値との間には、ＡｌＮミックス値に対してｎ−ＡｌＧａＮミックス値の極小値が存在するような関係がある。
【００３１】
具体的には、グループＡ、すなわちｎ−ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が６０％〜７０％の半導体素子１では、ＡｌＮミックス値が３９０±１０ａｒｃｓｅｃの近辺にｎ−ＡｌＧａＮミックス値の極小値が存在する（図５の一点鎖線参照）。グループＢ、すなわちｎ−ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が５０％〜６０％の半導体素子１では、ＡｌＮミックス値が４５０±１０ａｒｃｓｅｃの近辺にｎ−ＡｌＧａＮミックス値の極小値が存在する（図５の破線参照）。グループＣ、すなわちｎ−ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が４０％〜５０％の半導体素子１では、ＡｌＮミックス値が４５０±１０ａｒｃｓｅｃの近辺にｎ−ＡｌＧａＮミックス値の極小値が存在する（図５の破線参照）。
【００３２】
これらの結果は、ＡｌＮミックス値が特定の値（ｎ−ＡｌＧａＮミックス値が極小値となるときのＡｌＮミックス値）よりも大きい場合、ｎ−ＡｌＧａＮミックス値は、ＡｌＮミックス値が小さくなるとともに小さくなること、及びＡｌＮミックス値が該特定の値以下の場合、ｎ−ＡｌＧａＮミックス値は、ＡｌＮミックス値が小さくなるとともに大きくなることを示している。すなわち、上記の結果は、ｎ−ＡｌＧａＮの結晶品質は、ＡｌＮが所定の範囲内の結晶品質を有する場合、ＡｌＮの結晶品質に伴って良くなる一方で、ＡｌＮが所定の結晶品質以上になった場合、ＡｌＮの結晶品質がさらに良くなったとしてもｎ−ＡｌＧａＮの結晶品質は、低下するということを示している。この結果を上述した半導体素子１に当てはめると、ＡｌＮ層２２は、所定の結晶品質のときに、ｎ型ＡｌＧａＮの結晶品質を向上させることができるといえる。
【００３３】
また、グループＡ、グループＢ及びグループＣの結果にはいずれも、ｎ−ＡｌＧａＮミックス値が５００ａｒｃｓｅｃを超えるものと、５００ａｒｃｓｅｃ以下のものとがともに存在する。すなわち、５００±１０ａｒｃｓｅｃ以下のｎ−ＡｌＧａＮミックス値を与え得るＡｌＮミックス値の所定の範囲が存在する。
【００３４】
上述したように、ｎ−ＡｌＧａＮミックス値が５００±１０ａｒｃｓｅｃ以下のとき、半導体素子１の発光出力の低下が抑制される（図３参照）。この図３に示された結果を図５に示すデータに適用すると、ＡｌＮミックス値が所定の範囲にある場合に、ｎ−ＡｌＧａＮミックス値が５００ａｒｃｓｅｃ±１０以下に抑えられ、半導体素子１の発光出力の低下が抑制されると考えられる。換言すれば、ＡｌＮが所定の範囲の結晶品質を有するとき、半導体素子１の発光出力の低下が抑制されると考えられる。
【００３５】
具体的には、図５に示すように、グループＡの結果において、ＡｌＮミックス値の所定の範囲は、４８０ａｒｃｓｅｃ以下である。グループＢの結果において、ＡｌＮミックス値の所定の範囲は、３８０〜５２０ａｒｃｓｅｃである。グループＣの結果において、ＡｌＮミックス値の所定の範囲は、４１０〜４９０ａｒｃｓｅｃである。グループＢ及びグループＣの結果が示すように、ＡｌＮミックス値は、半導体素子１の発光出力の低下を抑制するために第１の所定の値以上の値と第２の所定の値以下の値とによって定まる所定の範囲を有する。すなわち、ＡｌＮミックス値には、半導体素子１の発光出力の低下を抑制するための下限値と上限値とによって定まる所定の範囲が存在する。
【００３６】
上記グループＡ、グループＢ及びグループＣの結果をまとめると、ｎ−ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が４０％〜７０％において、ＡｌＮミックス値の所定の範囲は、３５０〜４８０ａｒｃｓｅｃである。特に、グループＢ及びグループＣの結果をまとめると、ｎ−ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が４０％〜６０％において、ＡｌＮミックス値の所定の範囲は、３８０〜５２０ａｒｃｓｅｃである。
【００３７】
以上を換言すれば、ｎ−ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が４０％〜７０％において、ＡｌＮ層２２は、所定の範囲内の結晶品質として、（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅が３５０〜５２０ａｒｃｓｅｃに応じた結晶品質を有する。また、ｎ−ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が４０％〜６０％において、ＡｌＮ層２２は、所定の範囲内の結晶品質として、（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅が３８０〜５２０ａｒｃｓｅｃに応じた結晶品質を有する。また、ｎ−ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が４０％〜５０％において、ＡｌＮ層２２は、所定の範囲内の結晶品質として、（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅が４１０〜４９０ａｒｃｓｅｃに応じた結晶品質を有する。
【００３８】
（半導体素子の製造方法）
次に、半導体素子１の製造方法について説明する。基板１０上にバッファ層２０、ｎ型クラッド層３０、活性層４０、電子ブロック層５０、ｐ型クラッド層７０を、この順に連続的に高温成長させて形成する。これら層の成長には、有機金属化学気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ法（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）、ハライド気相エピタキシ法（Halide Vapor Phase Epitaxy：ＮＶＰＥ）等の周知のエピタキシャル成長法を用いて形成することができる。
【００３９】
バッファ層２０のＡｌＮ層２２を形成する工程は、ＡｌＮ結晶の（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅が所定の範囲内になるように形成する工程を含む。ＡｌＮ層２２の形成をＭＯＣＶＤで行う場合、例えば、成長温度を１１５０〜１３５０℃の範囲とし、Ｇａのドーピング量を約１ｘ１０１７〜１ｘ１０１８（ｃｍ−３）の範囲とし、ＡｌＮ層２２の膜厚を約２μｍとする条件下で結晶成長を行うことができる。
【００４０】
成長温度を高くすると、ＡｌＮ結晶の（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅を小さくすることができる。また、Ｇａのドーピング量を多くすると、ＡｌＮ結晶の（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅を小さくすることができる。また、ＡｌＮ層２２の膜厚を２μｍよりも厚くすると、ＡｌＮ結晶の（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅を小さくすることができる。したがって、成長温度、Ｇａのドーピング量、ＡｌＮ層２２の膜厚のうち少なくとも１つ以上の条件を適宜変更することにより、所望のＸ線ロッキングカーブの半値幅を有するＡｌＮ層２０を形成することができる。すなわち、ＡｌＮ層２２を形成する工程は、所定の結晶品質を得るために、成長温度を変更する工程、Ｇａのドーピング量を変更する工程、及びＡｌＮ層２２の膜厚を変更する工程のうち少なくとも１つ以上の工程を含む。
【００４１】
また、ｎ型クラッド層３０を形成する工程は、ｎ−ＡｌＧａＮが所定のＡｌ組成比を有するように形成する工程を含む。
【００４２】
次に、ｐ型クラッド層７０の上にマスクを形成し、マスクが形成されていない露出領域の活性層４０、電子ブロック層５０、及びｐ型クラッド層７０を除去する。活性層４０、電子ブロック層５０、及びｐ型クラッド層７０の除去は、例えば、プラズマエッチングにより行うことができる。ｎ型クラッド層３０の露出面３０ａ（図１参照）上にｎ側電極９０を形成し、マスクを除去したｐ型コンタクト層８０上にｐ側電極９２を形成する。ｎ側電極９０及びｐ側電極９２は、例えば、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法などの周知の方法により形成することができる。以上により、図１に示す半導体素子１が形成される。
【００４３】
（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る半導体素子１は、（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅が所定の範囲内であるＡｌＮ層２２と、所定のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成されたｎ型クラッド層３０とを含む。ｎ型ＡｌＧａＮが所定のＡｌ組成比を有する場合において、ＡｌＮ層２２の（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅を所定の範囲内とすることより、ｎ型ＡｌＧａＮの結晶品質の低下を抑制することが可能となる。この結果、半導体素子１の発光出力の低下を抑制することが可能となる。
【００４４】
（実施形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
【００４５】
［１］所定の範囲内の結晶品質を有したＡｌＮ層（２２）と、前記ＡｌＮ層上に形成された、所定のＡｌ組成比を有したｎ型ＡｌＧａＮと、を含む窒化物半導体素子（１）。
［２］前記ＡｌＮ層（２２）は、前記所定の範囲内の結晶品質として、（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅が３５０〜５２０（ａｒｃｓｅｃ）に応じた結晶品質を有し、前記ｎ型ＡｌＧａＮは、前記所定のＡｌ組成比として、４０％〜７０％のＡｌ組成比を有した、前記［１］に記載の窒化物半導体素子（１）。
［３］前記ＡｌＮ層（２２）は、前記所定の範囲内の結晶品質として、前記（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅が３８０〜５２０（ａｒｃｓｅｃ）に応じた結晶品質を有し、前記ｎ型ＡｌＧａＮは、前記所定のＡｌ組成比として、４０％〜６０％のＡｌ組成比を有した、前記［２］に記載の窒化物半導体素子（１）。
［４］前記ＡｌＮ層（２２）は、前記所定の範囲内の結晶品質として、前記（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅が４１０〜４９０（ａｒｃｓｅｃ）に応じた結晶品質を有し、前記ｎ型ＡｌＧａＮは、前記所定のＡｌ組成比として、４０％〜５０％のＡｌ組成比を有した、前記［３］に記載の窒化物半導体素子（１）。
［５］所定の範囲内の結晶品質を有したＡｌＮ層（２２）を形成する工程と、前記ＡｌＮ層上に位置して、所定のＡｌ組成比を有したｎ型ＡｌＧａＮを形成する工程と、を備える窒化物半導体素子（１）の製造方法。
［６］前記所定の範囲内の結晶品質を有したＡｌＮ層（２２）を形成する工程は、成長温度を変更する工程、Ｇａのドーピング量を変更する工程、及びＡｌＮ層（２２）の膜厚を変更する工程のうち少なくとも１つ以上の工程を含む、請求項５に記載の窒化物半導体素子（１）の製造方法。
【符号の説明】
【００４６】
１…窒化物半導体素子（半導体素子）
２…下地構造部
１０…基板
２０…バッファ層
２２…ＡｌＮ層
２４…ｕ−ＡｌｐＧａ１−ｐＮ層
３０…ｎ型クラッド層
３０ａ…露出面
４０…活性層
４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…障壁層
４４，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ…井戸層
５０…電子ブロック層
７０…ｐ型クラッド層
８０…ｐ型コンタクト層
９０…ｎ側電極
９２…ｐ側電極
【図１】
2019121655.tif 000003
【図２】
2019121655.tif 000004
【図３】
2019121655.tif 000005
【図４】
2019121655.tif 000006
【図５】
2019121655.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月25日(2019.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅を示すミックス値が第１の値以上となる結晶品質を有したＡｌＮ層と、
前記ＡｌＮ層上に形成され、前記ミックス値が前記第１の値に応じて特定される第２の値以下となる結晶品質を有し、所定のＡｌ組成比を有したｎ型ＡｌＧａＮと、
を含む窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記ＡｌＮ層は、前記ミックス値が３５０〜５２０（ａｒｃｓｅｃ）に応じた結晶品質を有し、
前記ｎ型ＡｌＧａＮは、前記所定のＡｌ組成比として、４０％〜７０％のＡｌ組成比を
有した、
請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記ＡｌＮ層は、前記ミックス値が３８０〜５２０（ａｒｃｓｅｃ）に応じた結晶品質を有し、
前記ｎ型ＡｌＧａＮは、４０％〜６０％のＡｌ組成比を有した、
請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記ＡｌＮ層は、前記ミックス値が４１０〜４９０（ａｒｃｓｅｃ）に応じた結晶品質を有し、
前記ｎ型ＡｌＧａＮは、前記所定のＡｌ組成比として、４０％〜５０％のＡｌ組成比を有した、
請求項３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅を示すミックス値が第１の値以上となる結晶品質を有したＡｌＮ層を形成する工程と、
前記ＡｌＮ層上に位置して、前記ミックス値が前記第１の値に応じて特定される第２の値以下となる結晶品質を有し、所定のＡｌ組成比を有したｎ型ＡｌＧａＮを形成する工程と、
を備える窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記所定の範囲内の結晶品質を有したＡｌＮ層を形成する工程は、成長温度を変更する工程、Ｇａのドーピング量を変更する工程、及びＡｌＮ層の膜厚を変更する工程のうち少なくとも１つ以上の工程を含む、
請求項５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅を示すミックス値が第１の値以上となる結晶品質を有したＡｌＮ層と、前記ＡｌＮ層上に形成され、前記ミックス値が前記第１の値に応じて特定される第２の値以下となる結晶品質を有し、所定のＡｌ組成比を有したｎ型ＡｌＧａＮとを含む、窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法を提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
具体的には、グループＡ、すなわちｎ−ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が６０％〜７０％の半導体素子１では、ＡｌＮミックス値が３９０±１０ａｒｃｓｅｃの近辺にｎ−ＡｌＧａＮミックス値の極小値が存在する（図５の一点鎖線参照）。グループＢ、すなわちｎ−ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が５０％〜６０％の半導体素子１では、ＡｌＮミックス値が４５０±１０ａｒｃｓｅｃの近辺にｎ−ＡｌＧａＮミックス値の極小値が存在する（図５の破線参照）。グループＣ、すなわちｎ−ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が４０％〜５０％の半導体素子１では、ＡｌＮミックス値が４５０±１０ａｒｃｓｅｃの近辺にｎ−ＡｌＧａＮミックス値の極小値が存在する（図５の点線参照）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
［１］（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅を示すミックス値が第１の値以上となる結晶品質を有したＡｌＮ層（２２）と、前記ＡｌＮ層上に形成され、前記ミックス値が前記第１の値に応じて特定される第２の値以下となる結晶品質を有し、所定のＡｌ組成比を有したｎ型ＡｌＧａＮと、を含む窒化物半導体素子（１）。
［２］前記ＡｌＮ層（２２）は、前記ミックス値が３５０〜５２０（ａｒｃｓｅｃ）に応じた結晶品質を有し、前記ｎ型ＡｌＧａＮは、前記所定のＡｌ組成比として、４０％〜７０％のＡｌ組成比を有した、前記［１］に記載の窒化物半導体素子（１）。
［３］前記ＡｌＮ層（２２）は、前記ミックス値が３８０〜５２０（ａｒｃｓｅｃ）に応じた結晶品質を有し、前記ｎ型ＡｌＧａＮは、前記所定のＡｌ組成比として、４０％〜６０％のＡｌ組成比を有した、前記［２］に記載の窒化物半導体素子（１）。
［４］前記ＡｌＮ層（２２）は、前記ミックス値が４１０〜４９０（ａｒｃｓｅｃ）に応じた結晶品質を有し、前記ｎ型ＡｌＧａＮは、前記所定のＡｌ組成比として、４０％〜５０％のＡｌ組成比を有した、前記［３］に記載の窒化物半導体素子（１）。
［５］（１０−１２）面に対するＸ線ロッキングカーブの半値幅を示すミックス値が第１の値以上となる結晶品質を有したＡｌＮ層（２２）を形成する工程と、前記ＡｌＮ層上に位置して、前記ミックス値が前記第１の値に応じて特定される第２の値以下となる結晶品質を有し、所定のＡｌ組成比を有したｎ型ＡｌＧａＮを形成する工程と、を備える窒化物半導体素子（１）の製造方法。
［６］前記所定の範囲内の結晶品質を有したＡｌＮ層（２２）を形成する工程は、成長温度を変更する工程、Ｇａのドーピング量を変更する工程、及びＡｌＮ層（２２）の膜厚を変更する工程のうち少なくとも１つ以上の工程を含む、請求項５に記載の窒化物半導体素子（１）の製造方法。