(57)【要約】【課題】サファイア基板上にＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ，ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物系半導体層をＭＯＶＰＥ法によって成長させる際、低温バッファ層の堆積前に行う水素熱処理を不要とし、画一的な水素熱処理を行い、かつ、品質の良好な窒化物系半導体層を得る。【解決手段】半導体成長装置とは別の装置を用いて、サファイア基板の主面に予め還元作用を施す。【選択図】図１
2004111848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面上にＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物系半導体層を成長させるためのサファイア基板であって、前記主面に還元作用を施したものであることを特徴とするサファイア基板。
【請求項２】
前記還元作用として、少なくとも水素を含み、かつ酸素を含まない雰囲気中で熱処理したことを特徴とする請求項１記載のサファイア基板。
【請求項３】
前記熱処理の温度が９００℃以上であることを特徴とする請求項２記載のサファイア基板。
【請求項４】
前記還元作用として、少なくとも水素を含み、かつ酸素を含まない雰囲気中でプラズマ処理したことを特徴とする請求項１記載のサファイア基板。
【請求項５】
前記還元作用を施す前における前記主面の二乗平均平方根表面粗さが０．２ｎｍ以下であり、かつ前記熱処理によって表面粗さの数値を増大させたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のサファイア基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のサファイア基板の主面上にＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物系半導体層を有するエピタキシャル基板。
【請求項７】
請求項６に記載したエピタキシャル基板の製造方法であって、前記窒化物系半導体層を成長させる装置とは別の装置を用いて、前記主面を水素雰囲気中で熱処理する工程を有することを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主面上にＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体層を成長させるためのサファイア基板とそれを用いた窒化物半導体のエピタキシャル基板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、あるいは、それらの混晶であるＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）などの３族窒化物半導体は発光素子や電子走行素子に用いることができる。窒化物半導体は大型のバルク単結晶が成長できないため、一般的にはサファイアを基板に用いてヘテロエピタキシャル成長させている。
【０００３】
３族窒化物系半導体のエピタキシャル成長には、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、ハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法など、種々の方法が取られているが、現段階において発光素子などの製造で実用化されているのはＭＯＶＰＥ法である。
【０００４】
ＭＯＶＰＥ法による３族窒化物系半導体層の結晶成長は、サファイア基板上に低温バッファ層を介して行われることが一般的で、例えば、特許文献１ではＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を低温バッファ層に用いた例が挙げられている。また、低温バッファ層の堆積前に、前処理としてサファイア基板を水素雰囲気中で熱処理することも一般的で、前記公報でもそれが説明されている。
【０００５】
まず、図７のようなサファイア基板１を用い、２リットル／分の流量の水素を大気圧で供給しつつサファイア基板１の温度を１１００℃まで上げて１０分熱処理した後、４００〜８００℃に降温して非晶質のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）からなる低温バッファ層７ａを１００〜５００Åの厚みで堆積し、その後ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）からなるｎ型層７ｂ、および発光層７ｃ、ｐ型層７ｄをで順次積層することで発光ダイオード構造を形成している。
【０００６】
ここで、水素熱処理は、半導体成長炉内で低温バッファ層の堆積直前に行われている。
【０００７】
また、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物系半導体層を１層、あるいは、数層エピタキシャル成長させて、前記のような発光ダイオードの他、種々の半導体装置を形成することができるが、より上層の成長を容易に行うため、下地層の窒化物系半導体層をサファイア基板上に予め形成しておき、エピタキシャル基板を構成する。
【０００８】
【特許文献１】
特許３１８４３４１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
窒化物系半導体の結晶成長方法や、それを用いた半導体装置の作製方法に関しては多数の報告があるのに対し、上述したような低温バッファ層堆積前の水素熱処理は３族窒化物系半導体のエピタキシャル成長時に必ず行われているにも関わらず、そのメカニズムは未だ明確になっていない。このため、その条件は確立されたものであるとは言えず、サファイア基板の状態や半導体成長装置の反応炉構造によっては十分な前処理となっていないことが多い。また、水素熱処理が不十分であると３族窒化物系半導体の成長が異常モードとなることは知られていない。高温で長時間水素熱処理を行えば効果は得られるものの、製造時間の増加に繋がり、製造コストを上昇させてしまう。また、３族窒化物系半導体成長炉は処理能力が限られているため、３族窒化物系半導体成長炉内で水素熱処理を行うことによって製造時間の増加を抑制するには限界がある。
【００１０】
従って、本発明は、低温バッファ層の堆積前に行う水素熱処理を省略してもＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される３族窒化物系半導体層の良好な結晶を成長させることを可能とするサファイア基板を提供し、それを用いた窒化物半導体のエピタキシャル基板の製造を容易にすることを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主面上にＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物系半導体層を成長させるためのサファイア基板であって、前記主面に還元作用を施したことを特徴とする。
【００１２】
本発明者が誠意研究を行った結果、水素熱処理は成長直前に行う必要がないことを見出した。これにより、３族窒化物系半導体成長装置とは別の装置を用いて、同時に多数のサファイア基板に対して水素熱処理を行うことが可能となる。水素熱処理は、処理空間の大きい水素熱処理装置を用い、基板温度が９００℃以上、好ましくは１０００℃以上となるように昇温する。また、上記と別の手段としては、サファイア基板に対して水素プラズマ処理を行うことでも、同様の効果が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明のサファイア基板１を示す概略図である。本発明のサファイア基板１は、半導体成長装置とは別の装置内で主面に還元作用を施した表面部１ａを有するものである。
【００１４】
図２は窒化物系半導体エピタキシャル基板２であり、上記サファイア基板１の表面部１上に低温バッファ層２ａ、および、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物系半導体層２ｂを有する。
【００１５】
ここで、本発明における還元処理工程について以下に説明する。水素は所謂還元雰囲気であり、アルミニウム酸化物であるサファイア（Ａｌ２Ｏ３）の表面を還元して一部のＯ原子を除去する働きがある。Ｏ原子が除去されたサファイア基板の表面部１ａ上に、良好な３族窒化物系半導体層２ａがエピタキシャル成長できる。
【００１６】
熱処理の場合、その還元作用には温度依存性があり、サファイア基板に対しては９００℃以上、好ましくは１０００℃以上の温度で水素雰囲気に曝す必要がある。特許文献１においては、水素熱処理は１１００℃の温度でなされているが、実際には９００℃以上であればその効果が出ることが本発明に係る研究にて明らかになった。
【００１７】
本発明におけるサファイア基板１は、公知の結晶成長方法を用いて製造したものでよく、ＥＦＧ法やチョクラルスキー法など種々の方法が挙げられるが、そのいずれであっても良い。サファイア基板１の面方位もＣ面（０００１）、Ａ面（１１−２０）、Ｒ面（０１−１２）などの代表的な面には限定されないし、それらから若干傾斜させたものであってもよい。
【００１８】
サファイア基板１の主面は、公知の加工方法によって仕上げられ、例えば、固定砥石による研削加工、スラリーを用いた機械研磨加工または化学機械研磨加工を順次行い、平滑となっていれば良い。半導体成長用として用いられるサファイア基板１の表面の平滑性は、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ。以下、ＡＦＭと記す。）で測定される二乗平均平方根（Ｒｏｏｔ　Ｍｅａｎ　Ｓｑｕａｒｅ、以下ＲＭＳと記す。）の表面粗さで表されるが、通常０．２ｎｍ未満とする。
【００１９】
ところが、水素熱処理を行った後のサファイア基板１の表面部１ａは、還元作用によって表面が荒れる。図３は、温度を変えて水素熱処理を行った場合のＡＦＭ像の模式図である。（ａ）から（ｄ）は順に４００、１０００、１１５０、１２００℃の場合のものであるが、処理温度が高くなるに伴ってピット密度が増加している。図４に示される水素熱処理温度とサファイア基板の表面粗さＲＭＳの関係を見ると、水素熱処理温度が高いほど表面が荒れ、表面粗さが増大していることが分かる。図４からは、１０００℃以下の温度による水素熱処理では面粗さに変化が無いようにも取れるが、後述するようにピットこそ確認できなくても、９００℃以上の温度においては還元作用が生じているものと理解し得る。従って、水素熱処理の効果として、表面粗さが０．２ｎｍ未満の値であるサファイア基板１の表面が荒れ、面粗さが増大すると言える。
【００２０】
また、Ｘ線光電子分光法によるサファイア基板１の表面部１ａの組成分析では、水素熱処理の前後で、Ａｌ原子数のＯ原子数に対する割合が増加しており、水素熱処理によりＡｌリッチな表面となり、還元作用の効果が確認できる。
【００２１】
次に、低温バッファ層２ａの堆積条件、および、窒化物系層２ｂの成長条件を一定とし、水素熱処理の温度を変更した場合について説明する。水素熱処理の温度が９００℃以上の場合では良好な窒化物半導体層２ｂがエピタキシャル成長し、その表面は図５（ａ）に示す模式図のように綺麗な原子ステップを有することがＡＦＭによって観察された。これに対し、９００℃未満ではその膜は、目視による確認にて白濁した膜が得られ、その模式図は図５（ｂ）のようになり、大きさが約１０μｍ程度の六角形のドメインが主体的な多結晶膜となるのが分かる。
【００２２】
これらの結果から、還元作用によりサファイア基板の表面部１ａがＡｌリッチとなると平滑な窒化物半導体層２ｂが成長し、逆にＯ原子が表面に多く残っていると多結晶膜が堆積するものと推測される。図３および４のようにＡＦＭによる評価では確認できないまでも、９００℃以上ではサファイア基板１の表面部１ａは還元作用によってＡｌリッチになっているものと考えられる。
【００２３】
ここで、窒化物系半導体層２ｂが多結晶膜となると良好な半導体装置の作製は困難である。よって、水素熱処理の温度は９００℃以上、好ましくは１０００℃以上とすることが望ましい。熱処理温度は高いほど還元作用を促進するので一般的にはより高温で行うのが良いが、１３００℃を越える温度では加熱に要する電力が大きくなり過ぎて問題である。
【００２４】
このように、サファイア基板１の主面の表面部１ａはその上に成長させる窒化物系半導体層２ｂの成長モードに影響があり、その変化を生じさせる水素熱処理は大変重要な工程であると言える。
【００２５】
一方、水素熱処理によって表面部１ａが還元されたサファイア基板１は、大気雰囲気中で放置すると、大気中の酸素によって再度酸化されると思われがちである。すなわち、水素熱処理を行ったサファイア基板１は、一度大気に曝すと十分な水素熱処理なしでは平滑な窒化物半導体層２ｂが成長しないと考えられてきた。しかしながら、本発明に係る研究によると、実際はそのようなことはない。
【００２６】
９００℃以上の高温で水素熱処理を行ったサファイア基板１を一度長時間大気雰囲気に曝し、それに対して従来なら上記のように多結晶膜となるような９００℃未満の温度での水素熱処理を行い、これに引き続いて低温バッファ層２ａを介して窒化物半導体層２ｂを成長すると、意外にも平滑な膜が得られる。これは、従来技術のように水素熱処理は低温バッファ層２ａの堆積直前に行う必要性がなく、一度水素熱処理を行いさえすればその効果は大気に触れても持続し、Ａｌリッチな表面は急速に酸化されることはないことを示している。そして、大気中放置の時間を変化させて同様の実験を行った結果、大気暴露が２００日間であっても、常に平滑な単結晶の窒化物系半導体層２ｂが可能であった。
【００２７】
故に、サファイア基板の水素熱処理は、従来技術のように半導体成長装置内で行う必要がなく、水素を流すことのできる他の水素熱処理装置を用いて、半導体成長工程と並行して熱処理工程を行うことで製造時間を短縮できる。
【００２８】
２００日を越える大気中放置の日数については把握できていないが、現実的にその程度の日数で問題はない。
【００２９】
また、半導体成長装置は、成長させる窒化物半導体層２ｂの特性の均一性に関する問題から、投入できるサファイア基板の数に制限があるため、多数のサファイア基板を水素熱処理することが不可能であるのに対し、大型の水素熱処理装置を作製することは容易である。
【００３０】
また、半導体成長装置は反応炉構造などが多種に渡るため、半導体成長装置内での水素熱処理は、それぞれの装置に適合した条件を必要とする。これに起因して不十分な水素熱処理により窒化物系半導体層２ｂが多結晶となるなどの問題を生じている。そこで、半導体成長装置とは別の水素熱処理装置により一度に多数のサファイア基板に水素熱処理を画一的に施すことで製品の品質を安定化させることができるという点でも本発明は優れている。
【００３１】
また、水素熱処理時の雰囲気は、水素のみであることが好ましいが、少なくとも水素を含み、かつ、酸素を含んでいなければ良く、水素分圧に応じて処理時間を調節すれば良い。熱処理雰囲気が酸素を含んでいるとサファイア基板１の表面部１ａを酸化してしまうので、実質的には酸素を含んではならない。オゾンや酸素原子からなる他の活性種も用いてはならないし、また、例えば水蒸気のような、酸素原子を含む他の化合物ガスからなるプラズマもサファイア基板１の表面部１ａに酸素原子を供給し得るので用いることができない。
【００３２】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。還元作用を施す方法としては、水素熱処理の代わりに、水素プラズマ処理を用いることができる。プラズマ処理は、水素のみのガスからなるプラズマを用いるのが好ましいが、少なくとも水素を含み、かつ、酸素を含まない混合ガスのプラズマを用いれば良い。
【００３３】
プラズマ処理は、ガスをプラズマ化することによって高いエネルギーを持つ活性種が生じ、サファイア基板１が低温であってもその表面を処理することが可能となる。これにより、サファイア基板１を加熱する必要性がないというメリットがあるが、サファイア基板１は室温から４００℃の範囲で加熱しても良く、そうするとプラズマ処理の効果を補うこともできる。また、水素の分圧に応じて、印加する電力や処理時間を調節すれば良い。酸素からなるを含んでいるとサファイア基板１の表面部１ａを酸化してしまうので、酸素は実質的には含んではならない。オゾンや酸素原子を含む他の活性種も用いてはならないし、また、例えば水蒸気のような、酸素原子を含む化合物ガスからなるプラズマもサファイア基板１の表面部１ａに酸素原子を供給し得るので用いることができない。
【００３４】
次に、前記のサファイア基板の製造方法について説明する。
【００３５】
まず、還元作用として水素熱処理を行う場合について、以下に説明する。
【００３６】
サファイア基板１の水素熱処理は水素熱処理装置を用いて行う。水素熱処理装置は、水素の流量を制御でき、サファイア基板１の温度を少なくとも９００℃以上に、かつ、均一に上げることができるヒーターを有していればよい。サファイア基板１の枚数を多くできるようなものとすると製造効率を上げることができる。
【００３７】
まず、処理室内に図１のようなサファイア基板１をセットし、処理室内の雰囲気を真空ポンプによって排気し、水素で置換する。水素ガスは純化装置によって高純度となったものを用いるべきである。主面が治具等で隠れないようにし、主面全体に水素が曝されるようにしておく。水素の流量は、処理室の構造、特に断面積にもよるが、５００〜５０００ＳＣＣＭとするのが良く、ポンプによって処理室から排気する。
【００３８】
次に、ヒーターによりサファイア基板１を昇温し、９００℃以上、好ましくは１０００℃以上とする。温度が安定してから５分以上保持すれば、サファイア基板１の表面部１ａを還元することができる。その後降温して処理室を真空排気した後、窒素ガスで雰囲気を置換し、サファイア基板１を取り出す。このようにして主面の表面部１ａが還元されたサファイア基板１が得られる。
【００３９】
次に、半導体成長装置内にて行う窒化物系半導体成長工程について説明する。窒化物系半導体層２ｂは上記サファイア基板１上に、例えばＭＯＶＰＥ法によってエピタキシャル成長させる。まず、熱処理装置内で主面の表面部１ａが還元されたサファイア基板１に低温バッファ層２ａを堆積し、堆積時の温度よりも高い温度まで昇温して低温バッファ層２ａを単結晶化する。この時の温度はそれぞれ５００〜８００℃程度（堆積時）、８００〜１３００℃程度（単結晶化時）とするのが好ましい。低温バッファ層の厚さは、１０〜１００ｎｍ程度であるのがよい。ついで、低温バッファ層２ａ　上にＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体層２ｂを少なくとも一層形成する。このようにして、結晶性、モフォロジーが良好なエピタキシャル基板２を得ることができる。
【００４０】
さらに、半導体装置として発光ダイオードを作製する場合、前記エピタキシャル基板２上に、例えば図６に示すように、約０．１〜１０μｍの低抵抗ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層６ａ、約２０〜８０ｎｍの半絶縁ＧａｘＩｎ１−ｘＮ発光層６ｂ、約０．１〜１０μｍの低抵抗ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層６ｃを順次成長して、発光ダイオード構造を形成する。その後、フォトリソグラフィー技術およびエッチングによって段差を形成し、Ｎｉ／Ａｌからなるｐ側電極６ｄおよびＴｉ／Ａｌからなるｎ側電極６ｅをそれぞれ形成すればよい。このようにして窒化物半導体層ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）からなる発光ダイオードを作製することができる。
【００４１】
ここで、本発明のサファイア基板１を用いて成長される窒化物系半導体の応用は、前記の発光ダイオードのみならず、レーザ素子や、電界効果トランジスタなどの電子走行素子、あるいは、電力素子など、いずれの半導体素子を含むものであっても良い。
【００４２】
次に、還元作用として水素プラズマ処理を用いる場合の製造方法について、以下に説明する。
【００４３】
サファイア基板１の水素プラズマ処理は、水素プラズマ処理装置を用いて行う。水素熱処理装置は、水素の流量を制御でき、プラズマを発生できる発振器とプラズマの電力を損失しないための整合器を有していれば良い。サファイア基板１の温度を加熱する必要はないが、室温から４００℃の範囲で加熱する場合には、均一に上げることができるヒーターを有していればよい。プラズマを減圧で発生させるために、真空ポンプを用いて排気できるようにしても良い。さらに、サファイア基板１の枚数を多くできるようなものとすると製造効率を上げることができる。
【００４４】
水素の分圧や印加電力など条件は様々であるが、プラズマ処理の時間を調整して還元作用を得られるようにするのが良い。このようにすると、還元作用によってＡｌリッチとなっている表面部１ａを有するサファイア基板１を得ることができる。
【００４５】
このようなサファイア基板１を用いれば、良好なＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）層を有するエピタキシャル基板を製造することができ、また、画一的な還元作用によって製品の品質を向上させることができる。
【００４６】
【実施例】
（第１の実施例）
まず、主面がサファイア基板１の配置用治具に触れないよう注意しつつ、水素熱処理装置の処理室に図１のようなサファイア基板１をセットした。処理室内雰囲気を真空排気し、水素を処理室に導入した。ポンプで排気しつつ、流量２０００ＳＣＣＭの水素を流し続けた。次に温度を１０００℃まで昇温し、安定してから５分の間保持した。その後、室温まで温度を下げ、処理室内雰囲気を窒素で置換してサファイア基板１を取り出した。このようにして、主面の表面部１ａが還元されたサファイア基板１を得た。
【００４７】
その後、半導体成長装置にサファイア基板１を移し、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、および、アンモニア（ＮＨ３）を用いたＭＯＶＰＥ法により、図２のようにＡｌＮからなる低温バッファ層２ａを介してＧａＮからなる窒化物系半導体層２ｂを成長した。キャリアガスとしては水素を使用した。低温バッファ層２ａの堆積直前には、水素熱処理を行わなかった。このようにしてエピタキシャル基板２を得た。
【００４８】
以上のようにして得られたＧａＮ層の結晶性は優れており、モフォロジーも良好で、半導体装置の製造に適していた。上記のように、水素熱処理の工程を半導体成長装置とは別の装置である水素熱処理装置で行ったので、水素熱処理と窒化物半導体層の成長とを同時に並行して行うことができ、半導体装置の製造時間を短縮し、製造効率を向上させることができた。また、サファイア基板１に対して画一的な水素熱処理を行うことができ、多結晶膜の形成など異常な成長モードを生じることなく、品質の安定化にも繋がった。
【００４９】
（第２の実施例）
第１の実施例と同様に、水素熱処理装置を用いて主面を水素熱処理したサファイア基板上に、ＭＯＶＰＥによってＡｌＮからなる低温バッファ層２ａを介してＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層２ｂの成長行い、モフォロジーと結晶性の良好なエピタキシャル基板２を得た。
【００５０】
（第３の実施例）
第１の実施例と同様に、水素熱処理装置を用いて主面を水素熱処理したサファイア基板上に、ＭＯＶＰＥ法によってＡｌＮからなる低温バッファ層２ａを介してＧａ０．８Ｉｎ０．２Ｎ層からなる窒化物系半導体層２ｂの成長行い、モフォロジーと結晶性の良好なエピタキシャル基板２を得た。但し、原料ガスとしてはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）も加えて用いた。
【００５１】
（第４の実施例）
まず、水素熱処理装置の処理室に図１のようなサファイア基板１をセットした。処理室内雰囲気を真空排気し、水素を処理室に導入した。真空ポンプで排気しつつ、流量２０００ＳＣＣＭの水素を流し続けた。真空ポンプは、回転の周波数を調整して、ガス圧力が１５０Ｐａとなるようにした。１００Ｗの高周波電力を印加して水素プラズマを発生させ、整合器を用いて電力の損失を低減した。その状態で、５分間保持してサファイア基板１の主面にプラズマを照射した後、高周波電力を停止し、処理室内雰囲気を窒素で置換してサファイア基板１を取り出した。このようにして、主面の表面部１ａが還元されたサファイア基板１を得た。
【００５２】
さらに、第１の実施例と同様に、半導体成長装置にサファイア基板１を移し、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、および、アンモニア（ＮＨ３）を用いたＭＯＶＰＥ法により、図２のようにＡｌＮからなる低温バッファ層２ａを介してＧａＮからなる窒化物系半導体層２ｂを成長した。キャリアガスとしては水素を使用した。低温バッファ層２ａの堆積直前には、水素熱処理を行わなかった。このようにしてモフォロジーと結晶性の良好なエピタキシャル基板２を得た。
【００５３】
（第５の実施例）
第４の実施例と同様に、水素プラズマ処理装置を用いて主面を水素プラズマ処理したサファイア基板上に、ＭＯＶＰＥ法によってＡｌＮからなる低温バッファ層２ａを介してＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層２ｂの成長行い、モフォロジーと結晶性の良好なエピタキシャル基板２を得た。
【００５４】
（第６の実施例）
第４の実施例と同様に、水素プラズマ処理装置を用いて主面を水素プラズマ処理したサファイア基板上に、ＭＯＶＰＥ法によってＡｌＮからなる低温バッファ層２ａを介してＧａ０．８Ｉｎ０．２Ｎ層からなる窒化物系半導体層２ｂの成長行い、モフォロジーと結晶性の良好なエピタキシャル基板２を得た。但し、原料ガスとしてはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）も加えて用いた。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、水素熱処理によって主面の表面部が還元されたサファイア基板を作製することによって、低温バッファ層の堆積直前の水素熱処理を無くし、製造時間の短縮が可能となった。また、画一的な水素熱処理によって品質の安定した窒化物系半導体の製品を製造することを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサファイア基板を示す断面図である。
【図２】本発明のエピタキシャル基板を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は従来のサファイア基板の製造方法を説明する主面の模式図である。
【図４】本発明のサファイア基板の製造方法におけるアニール温度と表面粗さの関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｂ）は、本発明のエピタキシャル基板を説明する主面の模式図である。
【図６】本発明のエピタキシャル基板を用いた発光ダイオード構造を示す断面図である。
【図７】従来の発光ダイオードを示す断面図である。
【符号の説明】
１　サファイア基板
１ａ　表面部
２　エピタキシャル基板
【図１】
2004111848.tif 000003
【図２】
2004111848.tif 000004
【図３】
2004111848.tif 000005
【図４】
2004111848.tif 000006
【図５】
2004111848.tif 000007
【図６】
2004111848.tif 000008
【図７】
2004111848.tif 000009