(57)【要約】【課題】本発明の目的は、Ｒ面サファイア基板上に高品質なＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体層を有するＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体を提供することである。【解決手段】Ｒ面サファイアからなる基板、該基板上に形成された窒化アルミニウムガリウムからなるバッファ層および該バッファ層上に形成されたＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体からなる下地層を含有し、該下地層表面のピット密度が１×１０10ｃｍ-2以下であることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ面サファイア（α―Ａｌ2Ｏ3）からなる基板、該基板上に形成された窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ：０≦Ｘ≦１）からなるバッファ層および該バッファ層上に形成されたＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌXＧａYＩｎZＮ1-aＭa：０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦ａ＜１である。）からなる下地層を含有し、該下地層表面のピット密度が１×１０10ｃｍ-2以下であることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【請求項２】
下地層の膜厚が２０μｍ以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【請求項３】
下地層がＧａＮからなる請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【請求項４】
バッファ層が窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ：０．５≦Ｘ≦１）からなる請求項１〜３のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【請求項５】
バッファ層が島状結晶塊である請求項１〜４のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【請求項６】
バッファ層が柱状結晶である請求項１〜４のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【請求項７】
柱状結晶が、その側面が基板面とおおむね垂直であるように基板上に付着している請求項６に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【請求項８】
Ｒ面サファイア（α―Ａｌ2Ｏ3）からなる基板上に窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ：０≦Ｘ≦１）からなるバッファ層を成長させる第一工程および該バッファ層上にＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌXＧａYＩｎZＮ1-aＭa：０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦ａ＜１である。）からなる下地層を成長させる第二工程からなり、該第二工程の基板温度を３段階以上に分けて上昇させつつ行なうことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の製造方法。
【請求項９】
第二工程の第１段階での基板温度をＴ１、第２段階での基板温度をＴ２、第３段階での基板温度をＴ３とするとき、７００℃＜Ｔ１＜１０５０℃、１０００℃＜Ｔ２＜１１００℃、１１００℃＜Ｔ３＜１２００℃およびＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３である請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の製造方法。
【請求項１０】
第一工程の基板温度が第二工程のそれよりも高い請求項８または９に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の製造方法。
【請求項１１】
第一工程のＶ族元素（窒素）とＩＩＩ族元素との比（Ｖ／ＩＩＩ比）が２００以下（Ｖ／ＩＩＩ比が０の場合を含む）である請求項８〜１０のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の製造方法。
【請求項１２】
第一工程での窒素原料がリアクタ内に付着した付着物の分解生成物である請求項８〜１１のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の製造方法。
【請求項１３】
第二工程の窒素原料がアンモニア（ＮＨ3）である請求項８〜１２のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の製造方法。
【請求項１４】
請求項８〜１２のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されたＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【請求項１５】
請求項１〜７および１４のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体を用いてなるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
請求項１５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子からなるランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体およびその製造方法に関し、特に安価なＲ面サファイア基板上に高品質なＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体層を有するＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体は、可視光から紫外光領域に相当するエネルギーの直接遷移型のバンドギャップをもち高効率な発光が可能であるため、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）としての製品化が成されている。また窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）とのヘテロ接合界面では、ＩＩＩ族窒化物半導体に特徴的な圧電効果による２次元電子層が発現するなど、電子デバイスとしても従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体では得られない特性が得られるポテンシャルを持っている。
【０００３】
ＩＩＩ族窒化物半導体は、単結晶の育成温度で２０００気圧に及ぶ窒素の解離圧があるため、単結晶の育成が困難であり、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のようにエピタキシャル成長に使用する基板として、そのＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶基板を利用することは現状では困難である。そこで、エピタキシャル成長に使用する基板としては、サファイア（α-Ａｌ2Ｏ3）単結晶や炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶等の異種の材質からなる基板が用いられる。
【０００４】
これらの異種基板と、その上にエピタキシャル成長させるＩＩＩ族窒化物半導体結晶の間には大きな格子不整合が存在する。例えばＣ面サファイアと窒化ガリウム（ＧａＮ）の間には１６％、ＳｉＣと窒化ガリウムの間には６％の格子不整合が存在する。一般にこのような大きな格子不整合の存在する場合には、基板上に結晶を直接エピタキシャル成長させることが困難であり、成長させても結晶性の良好な結晶は得られない。そこで、サファイア単結晶基板やＳｉＣ単結晶基板の上に有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりＩＩＩ族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長する場合、特許第３０２６０８７号公報や特開平４−２９７０２３号公報に示されているように、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やＡｌＧａＮで構成される低温バッファ層と呼ばれる層を基板の上にまず堆積し、その上に高温でＩＩＩ族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる方法が一般に行われてきた。
【０００５】
このバッファ層技術を用いることにより高品質のＩＩＩ族窒化物半導体結晶が作製可能になり、青色〜緑色ＬＥＤや紫色ＬＤなどが実用化した。
【０００６】
また、前記低温バッファ層技術を使わない試みもなされている（例えば、国際公開第０２／１７３６９号パンフレットおよび特開２００３−２４３３０２号公報参照）。この技術を用いたＬＥＤで低温バッファ層ＬＥＤと同等の高効率青色ＬＥＤが得られている。
【０００７】
青色ＬＥＤで用いられているＧａＩｎＮ発光層はＧａＮに対して格子不整合系であり、通常ＧａＮ系結晶の（０００１）面を成長させた、例えばＧａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ層には約１ＭＶ／ｃｍ という非常に大きなピエゾ電界が発生することが報告されている。（例えば、Ｔ.Ｔａｋｅｕｃｈｉ ｅｔ ａｌ.,Ｊｐｎ. Ｊ. Ｐｈｙｓ. Ｖｏｌ.３６(１９９７) ｐｐ.Ｌ３８２−Ｌ３８５参照）。
【０００８】
一般に量子井戸層内部に電界が存在すると、電界が大きくなるに従い、量子井戸層のエネルギー帯は大きく傾くため電子、正孔の波動関数の形状は互い違いに偏り、両波動関数の重なり積分は小さくなる。言い換えると、発光効率もしくは吸収効率が下がるという光学的特性の大きな変化（量子閉じこめシュタルク効果）が起こる（Ｄ.Ａ.Ｂ.Ｍｉｌｌｅｒ ｅｔ. ａｌ.,Ｐｈｙｓ.Ｒｅｖ.Ｌｅｔｔ. ５３(１９８４)２１７３.参照）。このようなピエゾ電界によって発光素子等デバイス特性の劣化が生じ問題となっている。
【０００９】
ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの外部量子効率は紫色で４３％、青色で４０％であるのに対して緑色に関しては１５％程度であり、長波長領域の緑色ＬＥＤの高効率化が望まれている。緑色ＬＥＤの外部量子効率が低い要因としては、発光層ＧａＩｎＮの結晶性の悪化（Ｉｎ組成増加による結晶の劣化）のみならず、先に述べた長波長化によりエピゾ電界による影響が顕著になることが考えられる。
【００１０】
エピゾ電界の低減策として、成長面方位によってピエゾ電界を制御する方法が知られている（例えば、特開平１１−１１２０２９号公報参照）。これによれば、成長方位を傾けていくとピエゾ電界が減少し、エピゾ電界の発生しない面方位として、例えばＡ面（１１−２０）、Ｍ面（１０−１０）などが挙げられている。Ａ面（１１−２０）エピを得る方法としては例えば基板としてＲ面サファイアを適用することが知られている。（例えば、Ｌｅｉ ｅｔ. ａｌ.,Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.，Ｖｏｌ．８０(１９９３)，ｐｐ．４４３０参照）
【００１１】
サファイア基板の中でＲ面が最も製造コストが低く、現状では８インチ程度の大口径化が可能である。一方、通常用いられているＣ面サファイア基板はサファイア基板の中で製造が難しく高価であるため、この基板上に作製したＬＥＤは高価なものになっている。
【００１２】
従って、Ｒ面サファイア基板を利用したＬＥＤが作製できれば、長波長の緑色ＬＥＤの高効率化および製造コストの減少が可能となり、極めて有用であると考えられる。しかしながら、Ｒ面サファイア基板上に作製されたＩＩＩ族窒化物半導体は表面にピットが発生しやすく、Ｒ面サファイア基板上に高品質なＩＩＩ族窒化物半導体層を作製することは困難であった。
【００１３】
Ｒ面サファイア基板上でのＧａＮ成長においては、横方向成長法などの成長技術によってＧａＮ層の厚さを７５μｍ程度と厚くすることにより、表面平坦性を改良することが試みられている（例えば、Ｃ．Ｑ．Ｃｈｅｎ ｅｔ.ａｌ.,Ｊｐｎ.Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.，Ｖｏｌ．４２(２００３)，ｐｐ．Ｌ６４０参照）。横方向成長においてはマスクパターンの形成や再成長による複数回の成長が必要となり工程が複雑になる。また厚膜のＩＩＩ族窒化物半導体層が必要となり、コスト的にも大きくなる。
【００１４】
またＲ面サファイア基板とＩＩＩ族窒化物半導体層との間に酸化亜鉛層を導入する試みがなされている（例えば、特開平７−２４０３７４号公報参照）。この方法においては酸化亜鉛層をスパッタリング法により形成するため、複数回の成長が必要となる。
【００１５】
【特許文献１】特許第３０２６０８７号公報
【特許文献２】特開平４−２９７０２３号公報
【特許文献３】国際公開第０２／１７３６９号パンフレット
【特許文献４】特開２００３−２４３３０２号公報
【特許文献５】特開平１１−１１２０２９号公報
【特許文献６】特開平７−２４０３７４号公報
【非特許文献１】Ｔ.Ｔａｋｅｕｃｈｉ ｅｔ ａｌ.,Ｊｐｎ. Ｊ. Ｐｈｙｓ. ，Ｖｏｌ.３６(１９９７) ，ｐｐ.Ｌ３８２−Ｌ３８５
【非特許文献２】Ｌｅｉ ｅｔ. ａｌ.,Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.，Ｖｏｌ．８０(１９９３)，ｐｐ．４４３０
【非特許文献３】Ｃ．Ｑ．Ｃｈｅｎ ｅｔ.ａｌ.,Ｊｐｎ.Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.，Ｖｏｌ．４２(２００３)，ｐｐ．Ｌ６４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、Ｒ面サファイア基板上に高品質なＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体層を有するＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体を提供することである。また、Ｒ面サファイア基板上に高品質なＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体層を有するＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の簡易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】
【００１７】
本発明は、下記の発明を提供する。
（１）Ｒ面サファイア（α―Ａｌ2Ｏ3）からなる基板、該基板上に形成された窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ：０≦Ｘ≦１）からなるバッファ層および該バッファ層上に形成されたＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌXＧａYＩｎZＮ1-aＭa：０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦ａ＜１である。）からなる下地層を含有し、該下地層表面のピット密度が１×１０10ｃｍ-2以下であることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【００１８】
（２）下地層の膜厚が２０μｍ以下である上記１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【００１９】
（３）下地層がＧａＮからなる上記１または２項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【００２０】
（４）バッファ層が窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ：０．５≦Ｘ≦１）からなる上記１〜３項のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【００２１】
（５）バッファ層が島状結晶塊である上記１〜４項のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【００２２】
（６）バッファ層が柱状結晶である上記１〜４項のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【００２３】
（７）柱状結晶が、その側面が基板面とおおむね垂直であるように基板上に付着している上記６項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【００２４】
（８）Ｒ面サファイア（α―Ａｌ2Ｏ3）からなる基板上に窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ：０≦Ｘ≦１）からなるバッファ層を成長させる第一工程および該バッファ層上にＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌXＧａYＩｎZＮ1-aＭa：０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦ａ＜１である。）からなる下地層を成長させる第二工程からなり、該第二工程の基板温度を３段階以上に分けて上昇させつつ行なうことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の製造方法。
【００２５】
（９）第二工程の第１段階での基板温度をＴ１、第２段階での基板温度をＴ２、第３段階での基板温度をＴ３とするとき、７００℃＜Ｔ１＜１０５０℃、１０００℃＜Ｔ２＜１１００℃、１１００℃＜Ｔ３＜１２００℃およびＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３である上記８項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の製造方法。
【００２６】
（１０）第一工程の基板温度が第二工程のそれよりも高い上記８または９項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の製造方法。
【００２７】
（１１）第一工程のＶ族元素（窒素）とＩＩＩ族元素との比（Ｖ／ＩＩＩ比）が２００以下（Ｖ／ＩＩＩ比が０の場合を含む）である上記８〜１０項のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の製造方法。
【００２８】
（１２）第一工程での窒素原料がリアクタ内に付着した付着物の分解生成物である上記８〜１１項のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の製造方法。
【００２９】
（１３）第二工程の窒素原料がアンモニア（ＮＨ3）である上記８〜１２項のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の製造方法。
【００３０】
（１４）上記８〜１２項のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されたＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体。
【００３１】
（１５）上記１〜７および１４項のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体を用いてなるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【００３２】
（１６）上記１５項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子からなるランプ。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体の成長温度を制御するという簡易な方法で、Ｒ面サファイア基板上に高品質かつ安価なＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体層を積層することができる。また、得られたＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体はＩＩＩ族窒化物半導体層が２０μｍ以下と薄いにもかかわらず、表面のピット密度は１×１０10ｃｍ-2以下と極めて平坦であり、安価で高効率の発光素子の材料として極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１は、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の一例の断面を模式的に示した図である。図１において、１はＲ面サファイア基板であり、２は窒化アルミニウムガリウムからなるバッファ層であり、３はＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体からなる下地層である。
【００３５】
ここでＲ面サファイアとはα-Ａｌ2Ｏ3結晶の（１−１０２）面を意味する。Ｒ面サファイアのオフ角は、Ｒ面に立てた垂線（Ｒ軸）と実際の結晶面に立てた垂線のなす角を意味する。本発明において、基板はオフ角のないオンアクシス（ｏｎ-ａｘｉｓ）でも良いしオフ角を付与したものであっても良い。オフ角を付与する場合は５°以下のものが望ましい。基板の厚さは特に制限はないが、１００μｍ〜１０００μｍ程度が望ましい。表面の仕上げに関してはＣ面サファイア基板と同様、平坦度の良好なものを用いることが望ましい（例えば、ＴＴＶ＜１０μｍ、表面粗さ（Ｒａ）＜０．１２ｎｍなど）。
【００３６】
Ｒ面サファイア基板１上へバッファ層２および下地層３を形成させるためのＩＩＩ族窒化物半導体の形成方法は特に限定されず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、などＩＩＩ族窒化物半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法である。ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ2）または窒素（Ｎ2）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ3）、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）などが用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ4）またはジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ4）や、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ3）4Ｇｅ）やテトラエチルゲルマニウム（（Ｃ2Ｈ5）4Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。ＭＢＥ法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として利用できる。ｐ型にはＭｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ2Ｍｇ）を用いる。
【００３７】
バッファ層２は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ：０≦Ｘ≦１）から構成される。中でも、Ａｌの含有量の多い組成であるＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．５≦Ｘ≦１）が、その上に形成されるＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体からなる下地層３の平坦性の観点から望ましい。Ｘが０．７以上であることが更に望ましく、ＡｌＮ（Ｘ＝１）が特に望ましい。
【００３８】
バッファ層２の膜厚は０．００１〜０．５μｍが好ましく、さらに好ましくは０．００５〜０．５μｍであり、特に好ましくは０．００５〜０．３μｍである。膜厚が上記範囲内であれば、その上に成長させるＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶モホロジーが良好となり結晶性が改善される。バッファ層が薄い場合、その上積まれるＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体層の表面平坦性が悪化するため望ましくない。また厚い場合は成長時間が長くなり実用的でない。
【００３９】
バッファ層２は島状結晶塊から構成されることが好ましい。すなわち、幅が１ｎｍから５００ｎｍ、高さが５ｎｍから１００ｎｍ程度の島状の粒子塊が密集した島状結晶塊の集合である。バッファ層を島状結晶とすることにより、結晶層に粒界を多く生じるため金属晶や液滴がそこに残留しやすくなり、より金属過剰な層として機能するという効果が得られ、その上に形成されるＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体層の表面平坦性がさらに改良されると考えられる。また、島状結晶の分布があまり密ではなく、結晶塊と結晶塊の間に基板表面が見えるような構造であっても構わない。この場合、結晶成長速度の異なる領域が表面に混在するので、選択成長の効果により貫通転位の密度が少なくなり、Ａ面ＩＩＩ族窒化物半導体層のより良好な結晶が作製できる。
【００４０】
また、バッファ層２は柱状結晶塊から構成されることも好ましい。すなわち、幅が０．１ｎｍから１００ｎｍ、高さが１０ｎｍから５００ｎｍ程度の柱状の粒子が集合した柱状結晶である。柱状結晶はその側面が基板面とおおむね垂直であるように基板上に付着していることが好ましい。バッファ層を柱状結晶とすることにより、結晶層に粒界を多く生じるため金属晶や液滴がそこに残留しやすくなり、より金属過剰な層として機能するという効果が得られ、その上に形成されるＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体層の表面平坦性がさらに改良されると考えられる。
【００４１】
バッファ層の結晶状態は、得られたＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察することにより判別できる。
【００４２】
本発明では、バッファ層２を形成する第一工程には特開２００３−２４３３０２号公報などに開示されている格子不整合結晶エピタキシャル成長技術を用いることが好ましい。ＩＩＩ族窒化物半導体結晶を作製することが可能な高温でＡｌＮ結晶膜を作製するこの方法は、Ｃ面サファイアのみならずＲ面サファイアにおいても良好なエピタキシャル成長技術である。
【００４３】
本発明の第一工程では、ＩＩＩ族原料と同時にアンモニア、アルキルアミン類、ヒドラジン類、等のＶ族原料を供給することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体を形成する。本発明では、第一工程においてＩＩＩ族原料を供給する際のＶ／ＩＩＩ比を２００以下とする。さらに好ましくは１５０以下とし、更に好ましくは１００以下とする。Ｖ／ＩＩＩ比をこのように設定することにより、より金属過剰の化合物半導体結晶を生じやすく、バッファ層は柱状結晶となり、その上に積層されるＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体結晶の表面平坦性が改良されるという効果がある。
【００４４】
本発明においては、Ｖ／ＩＩＩ比が０、すなわちＶ族原料の供給量が０であっても良い。但しこの場合、意図して供給するＶ族原料が０であっても、反応炉の壁面や天板やサセプタなどに付着した付着物の分解から供給される窒素によりＩＩＩ族窒化物半導体が形成されることが必要である。この場合、反応炉の壁面や天板やサセプタなどに付着した付着物の組成や量を適正に制御する必要がある。具体的には、成長終了後の反応炉のベーキング時間や温度を調節したり、行うこと自体を停止したりする。また、低温バッファ法を用いた成長には一般的な技術であるサーマルクリーニングと呼ばれる工程も、時間や温度を調節したり、行うこと自体を停止したりする。一例を述べると、前回の成長を行ったあとベーキングを行わず、サーマルクリーニングを６００℃において１０分間行った後で、第一工程として基板を１１５０℃として金属含有化合物のみを流通させ、その後第二工程である結晶成長を行ったところ、良好なＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体結晶を作製することができた。
【００４５】
本発明の第一工程では、雰囲気ガスとして、水素、希ガス、窒素等の単独ガスまたは混合ガスを用いることが出来る。雰囲気ガスとして窒素を用いた場合には窒素ガスは原料ガスとしても機能している場合がある。
【００４６】
また、第一工程を行う際の雰囲気の圧力は１ｋＰａ〜１００ｋＰａとすることが出来る。望ましくは、１００ｋＰａ以下とし、更に望ましくは１０ｋＰａ以下とする。第一工程における圧力が低いと、作製されるバッファ層の表面が平坦となり、その上に成長するＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体からなる下地層の表面も平坦化しやすいという効果がある。
【００４７】
また本発明では、第一工程を行う際の基板の温度と第二工程を行う際の基板の温度は特に規定しないが、第一工程を行い際の基板の温度は次の第二工程を行う際の基板の温度と同じか、またはより高いことが望ましい。第一工程の基板温度をより高くすることにより、ＩＩＩ族原料ガスである有機金属化合物分子の分解が効率良く行われ、形成される結晶内に未分解のアルキル基などによる不純物が混入されないという利点がある。また第一工程の基板温度が高い方が第二工程で積まれるＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体層の表面平坦性が良好になる傾向がある。
【００４８】
本発明において、下地層を構成するＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体としては、例えば一般式ＡｌXＧａYＩｎZＮ1-aＭa（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦ａ＜１である。）で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体が多数知られており、本発明においても、それら周知のＩＩＩ族窒化物半導体を含めて一般式ＡｌXＧａYＩｎZＮ1-aＭa（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦ａ＜１である。）で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体を何ら制限なく用いることができる。これらの中でも、得られる下地層の表面平坦性の観点から、ＧａＮが好ましい。
ここでＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体とはＩＩＩ族窒化物半導体結晶の（１１−２０）面を意味する。
【００４９】
下地層の厚さは、その表面平坦性に優れていれば、薄ければ薄いほど製造コストが安く有利である。本発明の製造方法によれば、２０μｍ以下という厚さで、表面のピット密度が１×１０10ｃｍ-2以下という非常に表面平坦性に優れた下地層が得られる。下地層の厚さはさらに好ましくは１０μｍ以下であり、特に好ましくは５μｍ以下である。また薄すぎると表面平坦性に劣るので、１μｍ以上が好ましく、３μｍ以上がさらに好ましい。
【００５０】
下地層表面のピット密度は、その上に形成される素子を構成するＩＩＩ族窒化物半導体層の結晶性を考慮すると、少なくとも１×１０10ｃｍ-2以下であることが必要である。好ましくは、５×１０9ｃｍ-2以下である。
【００５１】
下地層表面のピット密度は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）観察により測定することができる。本発明では、測定エリアを５μｍ×５μｍとし、面内５点の平均値を求めピット密度を算出した。
【００５２】
下地層を形成する本発明の第ニ工程では、ＩＩＩ族原料と窒素原料を用いて、第一工程でバッファ層を形成した基板上にＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体結晶を気相成長させる。成長させるＩＩＩ族窒化物半導体結晶がＧａＮであると、ＧａＮはＩＩＩ族窒化物半導体の中でも、２次元成長しやすいため平坦な結晶膜としやすく好ましい。ＧａＮによって、一旦平坦で良好な結晶膜を作製させておくと、その上に様々な組成のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を使った半導体デバイス構造を作製することが容易となる。
【００５３】
第二工程で使用する窒素原料としては、アンモニア（ＮＨ3）が気体であって取り扱いが容易であり、市場に多数流通していて価格も安価であるため好ましい。ＩＩＩ族原料としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ターシャリブチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、ターシャリブチルガリウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、ターシャリブチルインジウム、シクロペンタジエニルインジウム、を用いることができる。また、第二工程でＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体結晶を成長する際のＶ／ＩＩＩ比は、５００〜２００００とするのが好ましい。さらに好ましくはＶ／ＩＩＩ比は、５００〜２０００であり、Ｖ／ＩＩＩ小さい方がピットの発生が抑制され、表面の平坦性が向上する。
【００５４】
Ａ面ＩＩＩ族窒化物半導体からなる下地層３の平坦化速度を上げるためには（言い換えると、薄い膜で均一性の良好となる条件）、第二工程で基板温度を段階的に上昇させることが必要である。低温のみでの成長ではピットの発生が抑えられず、表面に残ってしまうため平坦性が悪化する。一方、第二工程において初期から高温で積層するとＩＩＩ族窒化物半導体結晶表面が荒れてしまうため、好ましくない。第二工程において初期は低温で積層することが重要である。初期に低温で積層することにより、第一工程のバッファ層とＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体結晶との濡れ性が良好になり格子ミスマッチ起因による転位を吸収する効果がある。成長初期から高温にすると転位を吸収することができず、結晶性が悪化する。初期に低温で積みある程度転位を吸収した後、基板温度を上げることにより膜の平坦化による２次元化が促進され、ピット発生が低減し平坦性が向上する。
【００５５】
一例を挙げると第二工程において、成長の第１段階での基板温度をＴ１、第２段階での基板温度をＴ２、第３段階での基板温度をＴ３とするとき、７００℃＜Ｔ１＜１０５０℃、１０００℃＜Ｔ２＜１１００℃、１１００℃＜Ｔ３＜１２００℃およびＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３で成長させる。
【００５６】
第二工程での雰囲気の圧力は１ｋＰａから１００ｋＰａとするのが好ましい。さらに好ましくは１０〜１００ｋＰａである。
【００５７】
本発明では、上記の第一および第二工程を有するＩＩＩ族窒化物半導体結晶の製造方法により、ピット密度の少ない結晶性の良いＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体結晶をＲ面サファイア基板上に形成することができる。さらにその上にＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を形成することにより、発光ダイオードやレーザダイオード、或いは電子デバイス等の作製に用いられる積層構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャルウェーハを作製することが出来る。
【００５８】
次に、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の応用例として、この積層構造体上に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層およびｐ型層をこの順序で設けた発光素子について説明する。
【００５９】
ｎ型層は、通常、ｎコンタクト層およびｎクラッド層から構成される。ｎコンタクト層としては、ＡｌXＧａ1-XＮ層（０≦ｘ≦１、好ましくは０≦ｘ≦０．５）から構成されることが好ましい。ｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０17〜１×１０19／ｃｍ3、好ましくは１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3の濃度で含有すると、ｎオーミック電極との良好なオーミック接触の維持、クラック発生の抑制、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅである。
【００６０】
ｎコンタクト層と発光層との間に、ｎクラッド層を設けることが好ましい。ｎコンタクト層の最表面に生じた平坦性の悪化を埋めることできるからである。ｎクラッド層はＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどで形成することが可能である。これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ＧａＩｎＮとする場合には、発光層のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。
【００６１】
ｎクラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは０．００５〜０．５μｍであり、より好ましくは０．００５〜０．１μｍである。ｎクラッド層のｎ型ドープ濃度は１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および素子の動作電圧低減の点で好ましい。
【００６２】
発光層としては、ＩＩＩ族窒化物半導体、好ましくはＧａ1-sＩｎsＮ（０＜ｓ＜０．４）のＩＩＩ族窒化物半導体が挙げられる。発光層の膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚、即ち臨界膜厚が挙げられ、例えば好ましくは１〜１０ｎｍであり、より好ましくは２〜６ｎｍである。膜厚が上記範囲であると発光出力の点で好ましい。臨界膜厚より厚い場合はｎ型層および発光層間の格子定数のズレ（Δａ）が大きくなり発光特性が悪化する。また、発光層は、上記のような単一量子井戸（ＳＱＷ）構造の他に、上記Ｇａ1-sＩｎsＮを井戸層として、この井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌcＧａ1-cＮ（０≦ｃ＜０．３）障壁層とからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造としてもよい。また、井戸層および障壁層には、不純物をドープしてもよい。
【００６３】
ＡｌcＧａ1-cＮ障璧層の成長温度は７００℃以上の温度が好ましく、さらに好ましくは８００〜１１００℃で成長させると結晶性が良好になるため好ましい。ＧａＩｎＮ井戸層は６００〜９００℃、好ましくは７００〜９００℃で成長させる。すなわちＭＱＷの結晶性を良好にするためには層間で成長温度を変化させることが好ましい。
【００６４】
ｐ型層は、通常、ｐクラッド層およびｐコンタクト層から構成される。ｐクラッド層としては、発光層のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ≦０．４）のものが挙げられる。ｐクラッド層が、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐクラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは０．０１〜０．４μｍである。ｐクラッド層のｐ型ドープ濃度は、１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０19〜１×１０20／ｃｍ3である。ｐ型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
【００６５】
ｐコンタクト層としては、少なくともＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜０．３）を含んでなるＩＩＩ族窒化物半導体層が好ましい。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持およびｐオーミック電極との良好なオーミック接触の点で好ましい。ｐ型ドーパントを１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3の濃度で、好ましくは５×１０19〜５×１０20／ｃｍ3の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇが挙げられる。膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜０．５μｍが好ましい。膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
【００６６】
ｎコンタクト層およびｐコンタクト層にはそれぞれｎオーミック電極およびｐオーミック電極をこの技術分野でよく知られた慣用の手段で設ける。それぞれの構造も従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
【００６７】
本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は優れた発光効率を有するので、この発光素子から高輝度のＬＥＤランプを作製することができる。従って、この技術によって作製したチップを組み込んだ携帯電話、ディスプレイおよびパネル類などの電子機器や、その電子機器を組み込んだ自動車、コンピュータおよびゲーム機などの機械装置類は低電力での駆動が可能となり、高い特性を実現することが可能である。特に、携帯電話、ゲーム機、玩具および自動車部品などのバッテリー駆動させる機器類において省電力の効果を発揮する。
【実施例】
【００６８】
以下に、実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００６９】
（実施例１）
図２は本実施例で作製したＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の断面を示した模式図であり、図３は本実施例における各工程の温度プロファイルを示した図である。上記構造体は一般的な減圧ＭＯＣＶＤ手段を利用して以下の手順で形成した。先ず、Ｒ面サファイア基板１を、高周波（ＲＦ）誘導加熱式ヒータで成膜温度に加熱される半導体用高純度グラファイト製のサセプタ上に載置した。載置後、ステンレス鋼製の気相成長反応炉内に窒素ガスを流通し、炉内をパージした。
【００７０】
気相成長反応炉内に、窒素ガスを８分間に亘って流通させた後、誘導加熱式ヒータを作動させ、基板１の温度を、１０分間で室温から６００℃に昇温した。基板１の温度を６００℃に保ったまま、水素ガスと窒素ガスを流通させて、気相成長反応炉内の圧力を１５ｋＰａとした。この温度及び圧力下で２分間、放置して、基板１の表面をサーマルクリーニングした。サーマルクリーニングの終了後、気相成長反応炉内への窒素ガスの供給を停止した。水素ガスの供給は継続させた。
【００７１】
その後、水素雰囲気中で、基板１の温度を１１５０℃に昇温させた。１１５０℃で温度が安定したのを確認した後、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）の蒸気を随伴する水素ガスを１５分３０秒間、気相成長反応炉内へ供給した。これより、気相成長反応炉の内壁に以前より付着していた窒素（Ｎ）を含む堆積沈着物の分解により生じる窒素（Ｎ）原子と反応させて、サファイア基板１上に、１００ｎｍ程度の厚さの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）薄膜からなるバッファ層２を形成させた。ＴＭＡｌの蒸気を随伴する水素ガスの気相成長反応炉内への供給を停止しバッファ層２の成長を終了させた後、４分間待機し、気相成長炉内に残ったＴＭＡｌを完全に排出した。成長した膜の面方位をＸ線回折で評価したところ、（１１−２０）面（Ａ面）が成長した。
【００７２】
続いて、アンモニア（ＮＨ3）ガスを気相成長反応炉内に供給し始めてから４分が経過した後、アンモニアガスの流通を続けながら、サセプタの温度を１０４０℃に降温した。サセプタの温度が１０４０℃になったのを確認した後、暫時、温度が安定するのを待ち、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）の気相成長反応炉内への供給を開始し、アンドープのＧａＮからなる第一下地層３ａを所定の膜厚まで成長させた。第一下地層３ａの層厚は１μｍとした。この時のＶ／ＩＩＩ比は８００であった。
【００７３】
次にサセプタの温度を１０８０℃に昇温した。サセプタの温度が１０８０℃になったのを確認した後、暫時、温度が安定するのを待ち、ＴＭＧａの気相成長反応炉内への供給を再開し、アンドープのＧａＮからなる第二下地層３ｂを所定の膜厚まで成長させた。第二下地層３ｂの層厚は１μｍとした。この時のＶ／ＩＩＩ比は８００であった。
【００７４】
次にサセプタの温度を１１１０℃に昇温した。サセプタの温度が１１１０℃になったのを確認した後、暫時、温度が安定するのを待ち、ＴＭＧａの気相成長反応炉内への供給を再開し、アンドープのＧａＮからなる第三下地層３ｃを所定の膜厚まで成長させた。第三下地層３ｃの層厚は２μｍとした。この時のＶ／ＩＩＩ比は８００であった。
【００７５】
上記の第三下地層３ｃの成長を行なったあと、ＴＭＧａの配管のバルブを切り替え、原料の反応炉への供給を終了して成長を停止した。第三下地層３ｃの成長を終了した後、誘導加熱式ヒータへの通電を停止して、基板の温度を室温まで２０分をかけて降温した。降温中は、反応炉内の雰囲気を成長中と同じようにアンモニアと窒素と水素から構成したが、基板の温度が４００℃となったのを確認後、アンモニアと水素の供給を停止した。その後、窒素ガスを流通しながら基板温度を室温まで降温し、試料を大気中に取り出した。
【００７６】
以上の工程により、Ｒ面サファイア基板１上にＡｌＮバッファ層２を介してＧａＮ層を形成した。成長面は鏡面であった。成長したＧａＮ層の面方位をＸ線回折で評価したところ、ＡｌＮと同様（１１−２０）面（Ａ面）のＧａＮが成長していた。
【００７７】
次に、上記の方法で成長を行なったアンドープＧａＮ層の結晶性を評価するためにＸ線ロッキングカーブ（ＸＲＣ）測定を行った。測定には、Ｃｕβ線Ｘ線発生源を光源として用いて、対称入射面である（１１−２０）面と非対称入射面である（０００２）面で行った。Ｒ面サファイア上へのＧａＮの成長の場合、（１１−２０）面のＸＲＣスペクトル半値幅は成長方向における結晶性の指標となり、（０００２）面のＸＲＣスペクトル半値幅は成長面内の結晶性の指標となる。この測定の結果、本発明の方法で作製したアンドープＧａＮ層は、（１１−２０）面の測定では半値幅４００ａｒｃｓｅｃ、（０００２）面では半値幅７００ａｒｃｓｅｃを示し、良好な値が得られた。
【００７８】
また、上記のＧａＮ層の表面を一般的な光学顕微鏡を用いて観察した。その結果、表面状態はＣ面サファイア上のＧａＮと比較してうねりは大きくかったが表面には成長ピットは見られず、良好なモホロジーの表面が観察された。Ｃ面サファイア基板と同様、厚さ４μｍ程度で良好なＧａＮ層の作製が可能になった。また原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で５μｍ×５μｍでの観察を行い、平均的なピット密度を求めた結果、１×１０9ｃｍ-2個程度であった。
【００７９】
また、バッファ層の断面を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したところ、サファイア基板面と略垂直方向に多数の粒界を持つＡｌＮ膜が観察された。膜厚は１００ｎｍ程度であり、粒界と粒界の距離は５ｎｍから５０ｎｍであった。この層は、縦長の柱状結晶の集合体からなる層であると思われる。
【００８０】
（実施例２）
実施例１で作製した積層構造体の上にさらにＩＩＩ族窒化物半導体層を積層させ、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を作製した。図４は、本実施例で作製したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の断面構造を模式的に示した図である。
【００８１】
実施例１に記載の操作を繰り返して第三下地層３ｃまでを作製した後、引き続いてＳｉドープｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層４ａを形成した。ｎ型コンタクト層４ａを積層した後、７３０℃で、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなるｎ型クラッド層４ｂを積積した。このｎ型クラッド層４ｂは、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）をガリウム源とし、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）をインジウム源として成長させ、層厚は１２．５ｎｍとした。
【００８２】
次に、基板１の温度を７３０℃として、ＧａＮからなる障壁層５ａと、Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎよりなる井戸層５ｂとを含む５周期構造の多重量子井戸構造発光層５をｎ型クラッド層４ｂ上に設けた。多重量子井戸構造の発光層５にあっては、先ず、ＧａＮ障壁層５ａをｎ型クラッド層４ｂに接合させて設けた後、井戸層と障壁層とを５回繰り返して設け、最後がまた障壁層となる構造とした。
【００８３】
ＧａＮ障壁層５ａは、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）をガリウム源として成長させた。層厚は１５ｎｍとし、アンドープとした。Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ井戸層５ｂは、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）をガリウム源とし、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）をインジウム源として成長させた。層厚は、３．５ｎｍとし、アンドープとした。
【００８４】
多重量子井戸構造からなる発光層５上には、マグネシウム（Ｍｇ）をドーピングしたｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐ型クラッド層６ａを形成した。層厚は１０ｎｍとした。ｐ型クラッド層６ａ上には、更に、Ｍｇをドーピングしたｐ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎからなるｐ型コンタクト層６ｂを形成した。Ｍｇのドーピング源には、ビスーシクロペンタジエニルＭｇを用いた。Ｍｇは、ｐ型コンタクト層６ｂの正孔濃度が８×１０17ｃｍ-3となる様に添加した。ｐ型コンタクト層６ｂの層厚は１５０ｎｍとした。
【００８５】
ｐ型コンタクト層６ｂの成長を終了した後、誘導加熱式ヒータへの通電を停止して、基板１の温度を、室温迄、約２０分間で降温した。降温中は、気相成長反応炉内の雰囲気を窒素のみから構成した。基板１の温度が室温まで降温したのを確認して、積層構造体を気相成長反応炉より外部へ取り出した。この時点で、上記のｐ型コンタクト層６ｂは、ｐ型キャリア（Ｍｇ）を電気的に活性化するためのアニール処理を行わなくても、既に、ｐ型の伝導性を示した。
【００８６】
次いで、公知のフォトリソグラフィー技術及び一般的なドライエッチング技術を利用して、ｎ型オーミック電極７を形成する予定の領域に限り、ｎ型コンタクト層４ａを露出させた。露出させた表面に、チタンおよび金を積層した（半導体側がチタン）ｎ型オーミック電極７を形成した。残置した積層構造体の表面をなすｐ型コンタクト層６ｂの表面の全域には、一般的な真空蒸着手段、及び公知のフォトリソグラフィー手段等を利用して、半導体側から順に、ニッケルおよび金を積層させたｐ型オーミック電極８を形成した。
【００８７】
然る後、３５０μｍ角の正方形のＬＥＤチップに切断し、リードフレーム上に載置し、金導線をリードフレームに結線して、リードフレームよりＬＥＤチップへ素子駆動電流を流せる様にした。
【００８８】
リードフレームを介してｎ型およびｐ型オーミック電極７および８間に順方向に素子駆動電流を流した。順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は３．７Ｖであった。また、２０ｍＡの順方向電流を流した際の出射される青色帯発光の中心波長は４６０ｎｍであった。また、一般的な積分球を使用して測定される発光の強度は、５ｍＷに達し、高い強度の発光をもたらすＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られた。
【００８９】
（比較例１）
下地層を形成するＧａＮ層を基板温度１０４０℃一定のもとで４μｍ成長させたことを除いて、実施例１と同様にＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体を作製した。なお、図５は本比較例における各工程の温度プロファイルを示した図である。得られた構造体の表面は白濁した状態で不透明膜であり、光学顕微鏡観察した結果、ＧａＮ層表面には成長ピットが多く発生した。ＡＦＭ観察ではピットが多いため（＞１０10ｃｍ-2個）ピット密度を求めることができなかった。
【００９０】
（比較例２）
下地層を形成するＧａＮ層を基板温度１０４０℃一定のもとで１０μｍ成長させたことを除いて、実施例１と同様にＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体を作製した。得られた構造体の表面は、比較例１と比較してピット密度は低減したが、なお多数の成長ピットが発生していた。比較例１と同様に、ピット密度は１×１０10ｃｍ-2個以上であった。
【００９１】
（比較例３）
下地層を形成するＧａＮ層を基板温度１１１０℃一定のもとで１０μｍ成長させたことを除いて、実施例１と同様にＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体を作製した。得られた構造体の表面は白濁した状態で不透明膜であり、光学顕微鏡観察した結果、連続膜を形成しておらず、非常に表面が荒れていた。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体は、Ｒ面サファイア基板上に高品質なＡ面ＩＩＩ族窒化物半導体層を有するので、発光素子等の材料として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明のＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の一例の断面を模式的に示した図である。
【図２】実施例１で作製したＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体の断面を示した模式図である。
【図３】実施例１における各工程の温度プロファイルを示した図である。
【図４】実施例２で作製したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の断面を示した模式図である。
【図５】比較例１における各工程の温度プロファイルを示した図である。
【符号の説明】
【００９４】
１    基板
２    バッファ層
３    下地層
３ａ    第一下地層
３ｂ    第二下地層
３ｃ    第三下地層
４ａ    ｎ型コンタクト層
４ｂ    ｎ型クラッド層
５    発光層
５ａ    障壁層
５ｂ    井戸層
６ａ    ｐ型クラッド層
６ｂ    ｐ型コンタクト層
７    ｎ型オーミック電極
８    ｐ型オーミック電極
【図１】
2007103774.tif 000003
【図２】
2007103774.tif 000004
【図３】
2007103774.tif 000005
【図４】
2007103774.tif 000006
【図５】
2007103774.tif 000007