(57)【要約】【課題】熱放散が良好でかつ紫外光等の短波長領域の光に対する基材の反射性を向上することができ、III族窒化物の半導体層と金属の基材との間に界面反応層が形成されない高品質な半導体基板とその製造方法を提供する。【解決手段】ロジウムからなる基材２と、基材２の表面にIII族窒化物からなる半導体層３とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロジウムからなる基材と、前記基材の表面にIII族窒化物からなる半導体層とを備えたことを特徴とする半導体基板。
【請求項２】
表面にロジウム薄膜が形成された基材と、前記ロジウム薄膜の表面にIII族窒化物からなる半導体層とを備えたことを特徴とする半導体基板。
【請求項３】
前記III族窒化物は、少なくともＩｎ、Ｇａ、Ａｌのいずれかを含んで構成され、下記化学式（Ｉ）によって表されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体基板。
ＩｎＸＧａＹＡｌ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）…（Ｉ）
【請求項４】
前記III族窒化物の結晶構造が単結晶であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体基板。
【請求項５】
前記半導体層はロジウムの（１１１）面に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体基板。
【請求項６】
ロジウムからなる基材の表面に、ＰＬＤ法、ＰＥＤ法、スパッタリング法のいずれかを用い、３５０℃以上かつ５５０℃以下の温度範囲でIII族窒化物の半導体層を形成する工程を有することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項７】
基材上に形成されたロジウム薄膜の表面に、ＰＬＤ法、ＰＥＤ法、スパッタリング法のいずれかを用い、３５０℃以上かつ５５０℃以下の温度範囲でIII族窒化物の半導体層を形成する工程を有することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記半導体層を形成する工程の前に、前記基材の前記半導体層の形成面を平坦化する平坦化工程を有することを特徴とする請求項６記載の半導体基板の製造方法。
【請求項９】
前記半導体層を形成する工程の前に、前記ロジウム薄膜の前記半導体層の形成面を平坦化する平坦化工程を有することを特徴とする請求項７記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
前記平坦化工程は、機械研磨あるいは機械化学研磨によって前記形成面を研磨する工程と、前記基材を超高真空チャンバー中で熱処理を行う工程とを有することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体層の形成面はロジウムの（１１１）面であることを特徴とする請求項６ないし請求項１０のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の半導体基板を備え、前記半導体層により紫外線発光素子が形成されていることを特徴とする紫外線発光装置。
【請求項１３】
前記紫外線発光素子は、前記半導体層が複数積層されて形成されていることを特徴とする請求項１２記載の紫外線発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板とその製造方法および紫外線発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、短波長の光学素子として、ガリウム窒化物（ＧａＮ）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、およびこれらの化合物が注目されている。従来から、これらのIII族窒化物の半導体層を成長させるための基材としてサファイアが広く用いられている。サファイアは化学的な安定性が高いという利点があるが、一方で熱伝導率が低いという課題があり、基材上に形成した光学素子等の半導体素子の性能を低下させる要因となっている。
このため、III族窒化物の半導体層を成長させる基材として、熱伝導率の高い金属等を用いて熱放散を改善し、基材上の半導体素子の性能を改善できる半導体基板が知られている。このような半導体基板としては、サファイア基板上に形成した半導体層をレーザリフトオフ法により剥離させ、銅やシリコン等の高熱伝導率の基材上に移設するものが知られている。（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、近年、基材上に形成した光学素子の光取り出し効率を向上させることが望まれている。上述の非特許文献１では、光反射性の高い銀（Ａｇ）の基材上に光学素子を形成することで、光学素子から基材側に発せられる光を反射させ、光取り出し効率の向上を図っている。
【非特許文献１】R.H.Horng et al, “High-power GaN light-emitting diodes with patterned copper substrates by electroplating”, Physica Status Solidi (a), Volume 201, Issue 12, 2004. pp.2786-2790
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述の非特許文献１では、サファイア基板上に形成した半導体層を剥離させ、別の基材上に移設する工程を必要とするため、製造工程が複雑で製造が困難であるだけでなく、歩留まりが著しく低下する。このため、金属の基材上に、III族窒化物の半導体層を直接成長させる技術が要望されている。
【０００５】
しかしながら、例えば、ＭＯＣＶＤ法等の従来の技術を用いて金属の基材上にIII族窒化物の半導体層を形成した場合、III族窒化物と金属の基材との間で深刻な界面反応が生じ、半導体素子の性能が著しく低下するという課題がある。
また、光学素子の光取り出し効率を向上させるために基材としてＡｇを用いた場合、可視光領域における光反射性は良好であるが、紫外光等の短波長領域における光反射性が著しく低下するという課題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、熱放散が良好でかつ紫外光等の短波長領域の光に対する基材の反射性を向上することができ、III族窒化物の半導体層と金属の基材との間に界面反応層が形成されない高品質な半導体基板とその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の半導体基板は、ロジウムからなる基材と、前記基材の表面にIII族窒化物からなる半導体層とを備えたことを特徴とする。
このように構成することで、サファイア等と比較して熱伝導性に優れ、銀（Ａｇ）等と比較して紫外線等の短波長の光に対する反射性に優れたロジウム（Ｒｈ）上にIII族窒化物の半導体層が形成される。
したがって、半導体基板の熱放散をサファイア等の基材を用いた場合よりも大幅に向上させることができるだけでなく、紫外線等の短波長の光に対する基材の反射性をＡｇ等の基材を用いた場合よりも大幅に向上させることができる。また、基材上に形成された半導体層を用いて基材上に半導体素子を形成することができる。
【０００８】
また、本発明の半導体基板は、表面にロジウム薄膜が形成された基材と、前記ロジウム薄膜の表面にIII族窒化物からなる半導体層とを備えたことを特徴とする。
このように構成することで、サファイア等と比較して熱伝導性に優れ、銀（Ａｇ）等と比較して紫外線等の短波長の光に対する反射性に優れたロジウム（Ｒｈ）上にIII族窒化物の半導体層が形成される。
したがって、半導体基板の熱放散をサファイア等の基材を用いた場合よりも大幅に向上させることができるだけでなく、紫外線等の短波長の光に対する基材の反射性をＡｇ等の基材を用いた場合よりも大幅に向上させることができる。また、基材上に形成された半導体層を用いて基材上に半導体素子を形成することができる。
【０００９】
また、本発明の半導体基板は、前記III族窒化物は、少なくともＩｎ、Ｇａ、Ａｌのいずれかを含んで構成され、下記化学式（Ｉ）によって表されることを特徴とする。
ＩｎＸＧａＹＡｌ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）…（Ｉ）
このように構成することで、熱伝導性に優れ、紫外線等の短波長の光に対する反射性に優れた基材上に、化学式（Ｉ）によって表されるIII族窒化物の半導体層を用いて紫外線発光素子等の半導体素子を形成することができる。
【００１０】
また、本発明の半導体基板は、前記III族窒化物の結晶構造が単結晶であることを特徴とする。
このように構成することで、半導体層の半導体特性を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の半導体基板は、前記半導体層はロジウムの（１１１）面に形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、III族窒化物のエピタキシャル成長に適した面に半導体層を形成し、半導体層の品質を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の半導体基板の製造方法は、ロジウムからなる基材の表面に、ＰＬＤ法、ＰＥＤ法、スパッタリング法のいずれかを用い、３５０℃以上かつ５５０℃以下の温度範囲でIII族窒化物の半導体層を形成する工程を有することを特徴とする。
このように製造することで、高いエネルギーで半導体層の材料を蒸発させ、従来のＭＯＣＶＤ法等と比較して低い温度範囲である３５０℃以上かつ５５０℃以下の温度範囲で基材上にIII族窒化物の半導体層を成長させることができる。これにより、半導体層と基材との間での界面反応を防止し、半導体層と基材との間に界面反応層が形成されることを防止できる。したがって、熱伝導性に優れ、紫外線等の短波長の光に対する反射性に優れた基材上に、界面反応層のない高品質な半導体層を形成することができる。
【００１３】
また、本発明の半導体基板の製造方法は、基材上に形成されたロジウム薄膜の表面に、ＰＬＤ法、ＰＥＤ法、スパッタリング法のいずれかを用い、３５０℃以上かつ５５０℃以下の温度範囲でIII族窒化物の半導体層を形成する工程を有することを特徴とする。
このように製造することで、高いエネルギーで半導体層の材料を蒸発させ、従来のＭＯＣＶＤ法等と比較して低い温度範囲である３５０℃以上かつ５５０℃以下の温度範囲でロジウム薄膜上にIII族窒化物の半導体層を成長させることができる。これにより、半導体層とロジウム薄膜との間での界面反応を防止し、半導体層とロジウム薄膜との間に界面反応層が形成されることを防止できる。したがって、熱伝導性に優れ、紫外線等の短波長の光に対する反射性に優れたロジウム薄膜上に、界面反応層のない高品質な半導体層を形成することができる。
【００１４】
また、本発明の半導体基板の製造方法は、前記半導体層を形成する工程の前に、前記基材の前記半導体層の形成面を平坦化する平坦化工程を有することを特徴とする。
このように製造することで、基材の半導体層の形成面に均一に半導体層を成長させることができる。これにより、半導体層の品質を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明の半導体基板の製造方法は、前記半導体層を形成する工程の前に、前記ロジウム薄膜の前記半導体層の形成面を平坦化する平坦化工程を有することを特徴とする。
このように製造することで、ロジウム薄膜の半導体層の形成面に均一に半導体層を成長させることができる。これにより、半導体層の品質を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の半導体基板の製造方法は、前記平坦化工程は、機械研磨あるいは機械化学研磨によって前記形成面を研磨する工程と、前記基材を超高真空チャンバー中で熱処理を行う工程とを有することを特徴とする。
このように製造することで、半導体層の形成面を原子レベルまで平坦化することができる。これにより、半導体層の形成面をIII族窒化物のエピタキシャル成長に適した状態とし、半導体層の品質をより向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の半導体基板の製造方法は、前記半導体層の形成面はロジウムの（１１１）面であることを特徴とする。
このように製造することで、III族窒化物のエピタキシャル成長に適した面に半導体層を形成し、半導体層の品質を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の紫外線発光装置は、前記半導体基板を備え、前記半導体層により紫外線発光素子が形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、紫外線発光素子によって基材側に発せられた紫外光をロジウムの基材あるいは薄膜の表面によって反射させ、紫外線発光装置の紫外線の取り出し効率を向上させることができる。また、ロジウムの基材または薄膜によって半導体層の熱放散を促進し、紫外線発光素子の性能が低下することを防止することができる。
【００１９】
また、本発明の紫外線発光装置は、前記紫外線発光素子は、前記半導体層が複数積層されて形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、用途に合わせて半導体層の組成を最適化し、紫外線発光素子の性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、半導体基板の熱放散をサファイア等の基材を用いた場合よりも大幅に向上させることができるだけでなく、紫外線等の短波長の光に対する基材の反射性をＡｇ等の基材を用いた場合よりも大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔半導体基板〕
図１に示すように、半導体基板１は、ロジウム（Ｒｈ）によって形成された基材２上に、半導体層３を備えて構成されている。半導体層３は下記の化学式（Ｉ）によって表される単結晶III族窒化物によって形成されている。
ＩｎＸＧａＹＡｌ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）…（Ｉ）
本実施形態において、半導体層３はＡｌＮ（上記の化学式（Ｉ）においてＸ＝０、Ｙ＝０の場合）によって形成されている。
【００２２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
半導体基板１の基材２を構成するＲｈの熱伝導率は約１５０Ｗ/ｍｋである。したがって、熱伝導率が約３３Ｗ／ｍｋであるサファイアと比較して熱伝導性に優れているので、半導体基板１の熱放散を従来よりも大幅に向上させることができる。
【００２３】
また、図２に示すように、例えば、波長が約３００ｎｍの短波長の光に対する反射率は、Ｒｈが約７０％であるのに対し、Ａｇは約１５％に低下する。このように、Ａｇと比較して、紫外線等の短波長の光に対する反射性に優れたＲｈによって基材２が形成されているので、基材２の紫外線等の短波長の光に対する反射率をＡｇ等の基材を用いた場合よりも大幅に向上させることができる。
【００２４】
また、基材２上に化学式（Ｉ）によって表されるIII族窒化物であるＡｌＮやＧａＮ等、紫外線発光ダイオードの半導体層として機能する半導体層３を形成し、後述するように、半導体層３を用いて紫外線発光素子を形成することができる。また、半導体層３は単結晶のＡｌＮによって形成されているので、非単結晶の半導体層を形成した場合と比較して半導体層３の半導体特性を向上させることができる。
【００２５】
〔半導体基板の製造方法〕
次に、本実施形態の半導体基板１の製造方法について説明する。
（基材平坦化工程）
図１に示すように、まず、単結晶のＲｈによって形成された基材２の（１１１）面を半導体層３の形成面４とし、機械研磨あるいは機械化学研磨によって研磨する。機械研磨あるいは機械化学研磨においては、例えば、粒径が約３μｍのダイアモンドスラリーを用いて１５分研磨した後、粒径が約０．５μｍのダイアモンドスラリーを用いて１５分研磨する。次いで、研磨された半導体層３の形成面４を、例えば、有機溶剤等によって洗浄する。これにより、半導体層３の形成面４は鏡面研磨された状態となり、ＡｌＮのエピタキシャル成長に適した状態となる。
【００２６】
次いで、研磨された基材２を超高真空のＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）チャンバー内に移動させ、バックグラウンド圧力が、例えば、約６×１０−１０Ｔｏｒｒ、温度が約８００℃の状態で熱処理する。このとき、半導体層３の形成面４の酸素および炭素を、単色のＡｌ−Ｋα（１４８６．７ｅＶ）のＸ線源を用いたＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy：Ｘ線光電子分光）法により測定した。
【００２７】
その結果、図３および図４に示すように、熱処理の温度を上昇させるにしたがって、半導体層３の形成面４の汚染として検出される酸素Ｏ１ｓ（図３参照）および炭素Ｃ１ｓ（図４参照）のＸＰＳスペクトルの頂点の起伏はなだらかになり、約８００℃以上でほぼ起伏のない平坦なものとなった。このとき、基材２の酸素（Ｏ）および炭素（Ｃ）の表面濃度は、それぞれ約２．７％および約２．２％まで減少した。したがって、上述のように、約８００℃以上の温度で基材２を熱処理することで、半導体層３の形成面４の汚染を十分に除去し、清浄な形成面４を得ることができる。
【００２８】
また、熱処理中に半導体層３の形成面４をＲＨＥＥＤ（Reflection High Energy Electron Diffraction：反射高速電子線回折）法により解析したところ、形成面４の原子レベルでの凹凸を表すドット状やリング状の回折パターンが観測され、熱処理温度の上昇に伴って徐々に平坦な表面を表す縞状の回折パターンへと変遷していった。したがって、上述のように熱処理することで、基材２の半導体層３の形成面４を原子レベルまで平坦化することができる。
【００２９】
（半導体層形成工程）
次に、熱処理によって温度が約８００℃以上まで上昇した基材２を約４５０℃の温度まで冷却した後、原子レベルまで平坦化された半導体層３の形成面４にＰＬＤ法によってＡｌＮをエピタキシャル成長させ、基材２上に約４５０℃の温度で半導体層３を直接形成する。まず、焼結したＡｌＮのターゲット（９９．９９％）を、上述のＰＬＤチャンバー内で、例えば、波長約２４８ｎｍ、周波数約２０ｎｓのＫｒＦエキシマレーザにより、約１．０×１０−２Ｔｏｒｒの圧力の窒素雰囲気下で蒸発させる。そして、基材２の半導体層３の形成面４にＡｌＮを蒸着させ、約２０ｎｍの厚さの半導体層３を形成する。ここで、ＫｒＦエキシマレーザのエネルギー密度および繰り返し周波数は、それぞれ約３．０Ｊ／ｃｍ２および約３０Ｈｚである。
【００３０】
このように、半導体層３の形成にＰＬＤ法を採用することで、ＡｌＮのターゲットを蒸発させ、元素を高い運動エネルギーで供給することができる。したがって、例えば、約３５０℃以上かつ５５０℃以下の温度で基材２の半導体層３の形成面４にＡｌＮを成長させることができる。
【００３１】
次に、上述のように約４５０℃の温度で形成した半導体層３をＲＨＥＥＤ法により解析したところ、図５に示すように、明瞭なスポット状の回折パターンが観測された。この結果は、基材２の半導体層３の形成面４であるＲｈ（１１１）面上にＡｌＮ（０００１）がエピタキシャル成長したことを示している。
【００３２】
また、このＲＨＥＥＤ法により得られた回折パターンから、面内のエピタキシャル関係は、格子不整合度が１５．７％となるＡｌＮ[１１−２０]／／Ｒｈ[１−１０]であることが導かれる。このように、Ｒｈの六角形の結晶構造上にＡｌＮの六角形の結晶構造が重なって形成されることで、界面エネルギーを低下させて界面反応を防止し、界面反応層が形成されることを防止することができる。
【００３３】
次に、半導体層３の表面をＧＩＸＲ（Grazing Incidence X-ray Reflectively：Ｘ線反射率）法により解析し、図６に示す結果を得た。この解析結果に論理的フィッティングを掛けたところ、界面反応層が存在しないことを示す結果が得られた。すなわち、この結果は基材２と半導体層３との間に急峻なヘテロ界面を得ることができたことを示している。これは、上述のＲＨＥＥＤ法により得られた結果を裏付けるものである。
【００３４】
次に、半導体層３の表面をＥＢＳＤ（Electron Back Scattering Diffraction：電子線後方散乱回折）法により解析し、図７に示すＡｌＮ｛１１−２４｝ＥＢＳＤ極点図を得た。この結果は、面内のエピタキシャル関係がＡｌＮ[１１−２０]／／Ｒｈ[１−１０]であることであることを示している。これは、上述のＲＨＥＥＤ法の結果を裏付けるものである。また、図７はＡｌＮに３０°回転ドメインが存在しない高品質のエピタキシャルな半導体層３が形成されていることを示している。
【００３５】
次に、半導体層３の表面をＸＰＳ法により解析したところ、図８に示すようにＲｈ３ｄピークは観測されず、半導体層３の表面へのＲｈ原子の拡散は見られなかった。この結果は、上述の製造方法によって界面層が生じることなく、高品質の半導体層３が形成されたことを示している。
【００３６】
一方、上述の方法により形成された半導体層３と比較するため、従来のＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシー）法等を想定し、約７５０℃の温度で基材２の半導体層３の形成面４上にＡｌＮを成長させて半導体層を形成した。そして、形成した半導体層をＲＨＥＥＤ法により解析したところ、図９に示すように、リング状のパターンが観測された。この結果は、基材２上に多結晶のＡｌＮが形成されたことを示している。
【００３７】
また、上述の７５０℃の温度で形成した半導体層の表面をＧＩＸＲ法により解析し、図１０に示す結果を得た。この測定結果に論理的フィッティングを施したところ、約１２ｎｍの界面反応層が存在することを示す結果が得られた。
次いで、６５０℃の温度で同様に半導体層を形成し、ＲＨＥＥＤにより解析したところ、図５に示すようなスポット状のパターンの上に、図９に示すようなリング状のパターンが重なったパターンが観測された。この結果は、基材２上の半導体層に依然として多結晶のＡｌＮが存在するが、（０００１）構造が優位になり始めていることを示している。
【００３８】
次いで、３５０℃および５５０℃の温度で同様に半導体層を形成し、ＲＨＥＥＤ法により解析したところ、図５に示すように、明瞭なスポット状のパターンが観測された。この結果は、４５０℃の温度で半導体層３を形成した場合と同様に、基材２の半導体層の形成面であるＲｈ（１１１）面上にＡｌＮ（０００１）がエピタキシャル成長したことを示している。さらに、３５０℃よりも低い温度で同様に半導体層を形成しＲＨＥＥＤ法により解析したところ、図９に示すようなリング状のパターンが測定された。この結果は、３５０℃よりも低い温度では、基材２上の半導体層は多結晶のＡｌＮによって形成されることを示している。
【００３９】
また、上述のように、３５０℃、４５０℃、５５０℃、６５０℃および７５０℃の温度で形成した半導体層をそれぞれＧＩＸＲ法により解析し、それぞれ論理的フィッティングを掛けることにより、図１１に示す結果を得た。図１１は、約３５０℃以上かつ５５０℃以下の温度範囲では、基材２と半導体層との間に界面反応層が形成されることを防止でき、界面反応層が存在しない急峻なヘテロ界面が形成されることを示している。また、５５０℃よりも高い温度範囲では基材２と半導体層との間に界面反応層が形成されることを示している。
【００４０】
さらに、これらの異なる温度によって形成された半導体層の表面をＸＰＳ法により解析し、図１２に示す結果を得た。図１２に示すように、６５０℃および７５０℃の温度で形成された半導体層ではＲｈ３ｄピークが観測された。このときのＲｈの表面濃度の推定値はそれぞれ０.１％および０．６％であった。この結果は、基材２と半導体層との間の界面反応により、半導体層にＲｈ原子が拡散したことを示している。
【００４１】
一方、５５０℃以下の温度ではＲｈ３ｄピークは観測されず、半導体層表面へのＲｈ原子の拡散は見られなかった。この結果は、５５０℃以下の温度で半導体層を形成することで、基材と半導体層との間での界面反応を防止し、界面反応層が形成されることを防止でき、基材２と半導体層との間に急峻なヘテロ界面が形成されることを示している。
【００４２】
また、上述のように４５０℃の温度で形成した半導体層３を、４５０℃、５５０℃、６５０℃、および７５０℃の温度で熱処理し、それぞれＧＩＸＲ法により解析し、論理的フィッティングを掛けることにより、図１３に示す結果を得た。図１３に示すように、半導体層３が熱処理によって５５０℃よりも高い温度になっても、基材２と半導体層３との間に界面反応層が形成されることはなく、急峻なヘテロ界面を維持することができる。
【００４３】
さらに、これらの熱処理した半導体層３の表面をＸＰＳ法により解析し、図１４に示す結果を得た。図１４に示すように、Ｒｈ３ｄピークは観測されず、約４５０℃、すなわち３５０℃以上かつ５５０℃以下の温度範囲で形成された半導体層は、５５０℃よりも高い温度での熱処理によっても、Ｒｈ原子が半導体層の表面に拡散することがないことを示している。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態の半導体基板の製造方法によれば、ＰＬＤ法を用い、３５０℃以上かつ５５０℃以下の温度範囲でＡｌＮの半導体層３を形成することで、半導体層３と基材２との間での界面反応を防止し、半導体層３と基材２との間に界面反応層が形成されることを防止できる。したがって、熱伝導性に優れ、紫外線等の短波長の光に対する反射性に優れたＲｈの基材２上に、界面反応層のない高品質なＡｌＮの半導体層３を形成することができる。
【００４５】
また、半導体層３を形成する工程の前に、基材２の半導体層３の形成面４を原子レベルまで平坦化することで、半導体層３の形成面４にＡｌＮの半導体層３をエピタキシャル成長させることができる。これにより、半導体層３の品質を向上させることができる。
また、形成した半導体層３を５５０℃よりも高い温度で熱処理しても、急峻なヘテロ界面を維持することができ、Ｒｈ原子が半導体層３の表面に拡散することがないので、半導体層３上に、さらにＧａＮ等のIII族窒化物の半導体層をエピタキシャル成長させることができる。
【００４６】
〔紫外線発光装置〕
次に、本実施形態の紫外線発光装置について説明する。
図１５に示すように、紫外線発光装置１０は、上述した半導体基板１の半導体層３上にＧａＮからなる第二の半導体層５を備えている。ＡｌＮからなる半導体層３、ＧａＮからなる半導体層５、および図示しない配線等により、基材２上に紫外線発光素子６が形成されている。
【００４７】
また、本実施形態の別の紫外線発光装置２０は、図１６に示すように、支持基板７上に上述したＲｈからなる基材２およびＡｌＮからなる半導体層３が形成され、半導体層３上にＧａＮからなる第二の半導体層５を備えている。また、図１５に示す紫外線発光装置１０と同様に、ＡｌＮからなる半導体層３、ＧａＮからなる半導体層５、および図示しない配線等により、基材２上に紫外線発光素子６が形成されている。支持基板７としては、例えば、ガラス等の絶縁材料、金属等の導電材料、シリコン等の半導体材料等を用いることができる。
【００４８】
上述のように、紫外線発光素子６は紫外線等の短波長の光に対する反射率の高いＲｈからなる基材２上に形成されているので、紫外線発光素子６によって基材２側に発せられた紫外光を基材２の表面で反射させ、紫外線発光装置１０，２０の紫外線の取り出し効率を向上させることができる。また、サファイア等の従来の基材と比較して熱伝導率の高いＲｈからなる基材２によって半導体層３の熱放散を促進し、半導体層３の温度上昇により紫外線発光素子６の性能が低下することを防止することができる。
【００４９】
尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施形態で説明した半導体基板では、ロジウムからなる基材上に半導体層を形成する場合について説明したが、例えば、金属等の支持基材上にロジウム薄膜を形成し、ロジウム薄膜上に半導体層を形成してもよい。これにより、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５０】
また、基材上に３５０℃以上かつ５５０℃以下の温度でIII族窒化物の半導体層をエピタキシャル成長させる方法として、ＰＬＤ法以外の方法を用いてもよい。ＰＬＤ法以外の方法としては、ＰＥＤ（Pulsed Electron Deposition：パルス電子線堆積）法またはスパッタリング法等、高いエネルギーでIII族窒化物を蒸着させる方法を用いることで、上述の温度範囲で基材上にIII族窒化物の半導体層をエピタキシャル成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態における半導体基板の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態における基材の光の波長と反射率の関係を表す図である。
【図３】同、半導体層形成面の酸素（Ｏ１ｓ）のＸＰＳスペクトルを表す図である。
【図４】同、半導体層形成面の炭素（Ｃ１ｓ）のＸＰＳスペクトルを表す図である。
【図５】本発明の実施形態における半導体層のＲＨＥＥＤ法の回折パターンである。
【図６】同、半導体層のＧＩＸＲ法による解析結果を示す図である。
【図７】同、半導体層のＡｌＮ｛１１−２４｝ＥＢＳＤ極点図である。
【図８】同、半導体層のＸＰＳスペクトルを表す図である。
【図９】従来の方法で形成した半導体層のＲＨＥＥＤ法の回折パターンである。
【図１０】同、半導体層のＧＩＸＲ法による解析結果を示す図である。
【図１１】半導体層の形成温度と界面反応層の厚さとの関係を示す図。
【図１２】異なる温度で形成された半導体層のＸＰＳスペクトルを表す図。
【図１３】本発明の実施形態における半導体層の熱処理温度と界面反応層の厚さとの関係を示す図。
【図１４】本発明の実施形態における半導体層の熱処理後のＸＰＳスペクトルを表す図。
【図１５】本発明の実施形態における紫外線発光装置の概略構成を表す断面図である。
【図１６】本発明の実施形態における別の紫外線発光装置の概略構成を表す断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  半導体基板
２  基材
３  半導体層
４  形成面
５  半導体層
６  紫外線発光素子
１０  紫外線発光装置
２０  紫外線発光装置
【図１】
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【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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