(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面および該第１の主面と対向する第２の主面を有し、該第２の主面に窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる基板であって、化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体から成り、前記第１の主面に窒素欠損部を有していることを特徴とする基板。
【請求項２】
前記第１の主面に凹凸構造が形成されていることを特徴とする請求項１記載の基板。
【請求項３】
成膜装置内において、化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体から成り、第１の主面に窒素欠損部を有している基板を、グラファイトから成るサセプター上に前記第１の主面側を載せて設置し、
次に、前記成膜装置内に３族元素原料と５族元素原料を供給することにより、前記基板の前記第１の主面に対向する第２の主面に化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法。
【請求項４】
前記基板は、前記第１の主面に凹凸構造が形成されていることを特徴とする請求項３記載の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法。
【請求項５】
前記サセプターは、グラファイト製の本体部と、前記本体部の表面に形成された炭化珪素層とを有することを特徴とする請求項３または４記載の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法。
【請求項６】
請求項１または２記載の基板の第２の主面に化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば窒化ガリウム系化合物半導体を成長させるための窒化ガリウム系化合物半導体から成る基板、それを用いた窒化ガリウム系化合物半導体の成長用方法、及び窒化ガリウム系化合物半導体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体としての窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化インジウム（ＩｎＮ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等は、直接遷移型の化合物半導体であり、また広いバンドギャップ（ワイドバンドギャップ）を持つため、青色光、青紫色光または紫色光の発光ダイオードやレーザダイオード等の発光素子、フォトディテクターや火炎センサー等の受光素子として利用されている。
【０００３】
また、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）、ＭＥＳＦＥＴ（Metal-Semiconductor  ＦＥＴ）、ＭＩＳＦＥＴ（Metal-Insulator-Semiconductor  ＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）等の電子素子において、窒化ガリウム系化合物半導体を用いたものは、ＧａＡｓに近いキャリア輸送特性を有し、ワイドバンドギャップを持ち、破壊電界が高いことから、高周波及び高出力トランジスタの材料として有望視されている。
【０００４】
特に、近年では青色光発光素子、紫色光発光素子、紫外光発光素子等の窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光素子からの発光を受け、波長変換された光を発する蛍光体及び燐光体を設けた照明装置の製品開発が進んでいる。このような照明装置では、蛍光体及び燐光体の変換効率を向上させることと、発光素子の発光効率を向上させることが重要課題となっている。
【０００５】
発光素子の発光効率を向上させるためには内部量子効率を向上させることが重要であり、そのためには非発光再結合中心となる結晶欠陥を低減した窒化ガリウム系化合物半導体を成長させる必要がある。
【０００６】
窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長には、窒化ガリウム系化合物半導体と格子整合性の高い良質な基板が実現していないため、サファイア基板や窒化珪素（６Ｈ−ＳｉＣ）基板等の異種材料（窒化ガリウム系化合物半導体との格子整合性が低い材料）の単結晶からなる基板を用いている。因みに、サファイア基板とＧａＮでは格子不整合が１３．８％、熱膨張係数差が３．２×１０−６／Ｋであり、６Ｈ−ＳｉＣ基板とＧａＮでは格子不整合が３．４％、熱膨張係数差が１．７×１０−６／Ｋである。
【０００７】
これらの窒化ガリウム系化合物半導体との格子不整合性が大きい基板を用いた窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル成長においては、基板と窒化ガリウム系化合物半導体との間に歪み緩衝層（バッファ層）を挿入することが実施されている。具体的には、サファイアから成る基板上にＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体を成長させる場合、低温（４００〜８００℃）でＡｌＮもしくはＧａＮから成るバッファ層を成長させた後に、窒化ガリウム系化合物半導体を成長させる方法が採られている。この場合、サファイアから成る基板上に低温堆積させたＡｌＮもしくはＧａＮから成るバッファ層は、ほとんどアモルファス状態で堆積する。
【０００８】
その後、バッファ層は昇温過程において結晶化し、柱状組織を形成する。次に、柱状組織が形成されたＡｌＮもしくはＧａＮから成るバッファ層上に、窒化ガリウム系化合物半導体が隣接する柱状構造を埋め込むように成長が進み、平坦な表面を持つ窒化ガリウム系化合物半導体層が成長する。従って、上記の窒化ガリウム系化合物半導体の成長過程では、初期成長は３次元的な島状成長から始まり、最終的に２次元的な層状成長になる。そのため、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板上にガリウム砒素化合物半導体を成長させるようなホモエピタキシャル成長にみられる２次元の層状成長の過程に比べて、Ｇａ元素とＮ元素の積層順序が反転した反位領域境界（inversion domain boundary）、微結晶と微結晶が横方向成長して合体する際に発生すると考えられる欠陥が多く発生する。
【０００９】
従って、サファイアから成る基板上に窒化ガリウム系化合物半導体を成長させた場合、その窒化ガリウム系化合物半導体中には密度１×１０８〜１×１０１０ｃｍ−２の転位が生じる。
【００１０】
近年、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）とエピタキシャル横方向成長法（ＥＬＯ法）を組み合わせて、ＧａＮとサファイアから成る基板との界面から引き継がれる貫通転位を横方向に湾曲させ、数百μｍの厚さに成長させたＧａＮ層をサファイアから成る基板から剥離し、窒化ガリウム系化合物半導体成長用等のバルク結晶の基板として用いることがある。このようなＧａＮバルク結晶から成る基板の転位密度は、１×１０６〜１×１０７ｃｍ−２であり、ＧａＮホモエピタキシー成長に用いられる。
【特許文献１】特開平２−２２９４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の窒化ガリウム系化合物半導体の成長においては、窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル成長層と基板との間の格子不整合を緩和する目的で、低温堆積層に代表されるような歪み緩衝層（バッファ層）を、基板と窒化ガリウム系化合物半導体との間に挿入することが用いられている。歪み緩衝層の挿入によって、窒化ガリウム系化合物半導体と大きな格子不整合性を有するサファイア等から成る基板上にも、発光素子や電子デバイス等のデバイスに応用可能な窒化ガリウム系化合物半導体層の成長が可能になった。
【００１２】
しかし、照明装置への応用を目的とした高発光効率の発光素子の実現を考えた場合、サファイア等から成る基板上に形成された窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶品質は決して十分なものとは言えない。発光素子の発光効率の向上には、非発光再結合中心となる欠陥密度の低減が必須であるが、この点で化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板を用いると、その上に成長させる窒化ガリウム系化合物半導体層と同じ熱膨張係数及び格子定数であるホモエピタキシャル成長であるため、成長の初期からレイヤー・バイ・レイヤーモードの実現が期待されている。
【００１３】
窒化ガリウム系化合物半導体の実際の成長においては、グラファイト等から成るサセプター上に基板を設置し、成長を行う。サセプターは抵抗加熱ヒーターによる熱接触や、高周波誘導によりサセプター内で発生した渦電流により加熱される。このように加熱されたサセプターから基板へは、熱接触または熱輻射により基板へ熱伝導し、基板が加熱されて基板の表面が所望の成長温度に達する。
【００１４】
しかしながら、Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体から成る基板は光透過性であるため、サセプターからの熱輻射を吸収できず、有効に加熱することができない。したがって、サセプターからの熱伝導を主に基板表面は加熱されるため、成膜装置の制御温度の上限値に対して、基板の表面はそれより低い成長温度しか実現できない。
【００１５】
また通常、サセプターには基板を固定するためのザグリ加工を施しているが、このザグリ部分と基板の縁の部分が接触し、熱接触による熱移動が伴うため、基板の中心と縁の部分で窒化ガリウム系化合物半導体の成長温度に分布を有することになる。特に、基板が熱輻射による熱受容がない場合、成長温度に大きな分布が生じる。成長温度の大きな分布により、基板の成長面の面内において、窒化ガリウム系化合物半導体層の厚み分布、混晶組成比の分布、更に半導体不純物濃度の分布などが生じる。
【００１６】
従って、本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、成膜装置内においてサセプター上に窒化ガリウム系化合物半導体から成る基板を設置し、その基板上に窒化ガリウム系化合物半導体層を成長する際に、加熱されたサセプターの熱を基板へ有効に熱伝導させることによって所望の成長温度で窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させることができ、また、基板の成長面の面内における成長温度の分布を小さすることによって窒化ガリウム系化合物半導体層の厚み分布、混晶組成比の分布、半導体不純物濃度の分布などを低減することのできる基板を提供することである。また、その基板を用いた窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の基板は、第１の主面および該第１の主面と対向する第２の主面を有し、該第２の主面に窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる基板であって、化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体から成り、第１の主面に窒素欠損部を有していることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の基板は好ましくは、前記第１の主面に凹凸構造が形成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は、成膜装置内において、化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体から成り、第１の主面に窒素欠損部を有している基板を、グラファイトから成るサセプター上に前記第１の主面側を載せて設置し、次に、前記成膜装置内に３族元素原料と５族元素原料を供給することにより、前記基板の前記第１の主面に対向する第２の主面に化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は好ましくは、前記基板は、前記第１の主面に凹凸構造が形成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は好ましくは、前記サセプターは、グラファイト製の本体部と、前記本体部の表面に形成された炭化珪素層とを有することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体は、上記本発明の基板の第２の主面に化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の基板は、化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体から成り、第１の主面に窒素欠損部を有していることから、窒素欠損部において基板の第１の主面（成長面と反対側の面）に入射した熱輻射による電磁波は、空孔子の非弾性散乱を受け、この非弾性散乱によって光子のエネルギー損失が熱エネルギーとなり基板は加熱される。これにより、基板の成長面（第２の主面）の温度を所望の成長温度にすることが容易にでき、また、基板の成長面における成長温度の分布を均一にすることができる。
【００２４】
また、本発明の基板は好ましくは、第１の主面に凹凸構造が形成されていることから、凹凸構造が形成された第１の主面と、凹凸構造が形成されていない第２の主面とでは、外部との界面における実効的な屈折率の差が異なる。凹凸構造が形成された第１の主面は、凹凸構造によって外部（サセプター）との界面における実効的な屈折率の差が小さくなるため、第１の主面（成長面と反対側の面）に入射した熱輻射による電磁波は、第１の主面から効率よく吸収される。一方、凹凸構造が形成されていない第２の主面（成長面）は、外部（空気）との界面における実効的な屈折率の差が大きいため、第２の主面に入射した熱輻射による電磁波は、第２の主面で大部分が基板内に反射されて一部が基板に吸収される。その結果、熱輻射を有効的に利用した基板の加熱が可能となり、基板の成長面を所望の成長温度にすることがより容易にでき、また、基板の成長面における成長温度の分布をより均一にすることができる。
【００２５】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は、成膜装置内において、化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体から成り、第１の主面に窒素欠損部を有している基板を、グラファイトから成るサセプター上に第１の主面側を載せて設置し、次に、成膜装置内に３族元素原料と５族元素原料を供給することにより、基板の第１の主面に対向する第２の主面に化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させることから、窒素欠損部において基板の第１の主面に入射した熱輻射による電磁波は、空孔子の非弾性散乱を受け、この非弾性散乱によって光子のエネルギー損失が熱エネルギーとなり基板は加熱される。これにより、基板の成長面（第２の主面）の温度を所望の成長温度にすることが容易にでき、また、基板の成長面における成長温度の分布を均一にすることができる。従って、このような基板の成長面に３族元素原料と５族元素原料を供給することにより、厚み分布、混晶組成比の分布、半導体不純物濃度の分布などが低減された窒化ガリウム系化合物半導体を成長することができる。
【００２６】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は好ましくは、基板は、第１の主面に凹凸構造が形成されていることから、凹凸構造が形成された第１の主面と、凹凸構造が形成されていない第２の主面とでは、外部との界面における実効的な屈折率の差が異なる。凹凸構造が形成された第１の主面は、凹凸構造によって外部（サセプター）との界面における実効的な屈折率の差が小さくなるため、第１の主面（成長面と反対側の面）に入射した熱輻射による電磁波は、第１の主面から効率よく吸収される。一方、凹凸構造が形成されていない第２の主面（成長面）は、外部（空気）との界面における実効的な屈折率の差が大きいため、第２の主面に入射した熱輻射による電磁波は、第２の主面で大部分が基板内に反射されて一部が基板に吸収される。その結果、熱輻射を有効的に利用した基板の加熱が可能となり、基板の成長面を所望の成長温度にすることがより容易にでき、また、基板の成長面における成長温度の分布をより均一にすることができる。従って、このような基板の成長面に３族元素原料と５族元素原料を供給することにより、厚み分布、混晶組成比の分布、半導体不純物濃度の分布などがより低減された窒化ガリウム系化合物半導体層を成長することができる。
【００２７】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は好ましくは、サセプターは、グラファイト製の本体部と、本体部の表面に形成された炭化珪素層とを有することから、窒化ガリウム系化合物半導体とグラファイト製の本体部との界面における実効的な屈折率を小さくすることができ、第１の主面（成長面と反対側の面）に入射した熱輻射による電磁波は、第１の主面から効率よく吸収されることとなる。
【００２８】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体は、上記本発明の基板の第２の主面に化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていることから、基板の成長面における成長温度の分布を均一として窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されるため、結晶の均一性の高い窒化ガリウム系化合物半導体となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の基板及び窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法について詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の基板及び窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法について実施の形態の１例を示す断面図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ成長方法の工程毎の断面図である。図１において、１は基板、１ａは窒素欠損部、２は窒化ガリウム系化合物半導体である。
【００３１】
なお、窒化ガリウム系化合物半導体２は少なくとも１層の窒化ガリウム系化合物半導体層から成る。
【００３２】
本発明の基板１は、化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体から成り、第１の主面に窒素欠損部１ａを有している構成である。この構成により、窒素欠損部１ａにおいて基板１の第１の主面（成長面と反対側の面）に入射した熱輻射による電磁波は、空孔子の非弾性散乱を受け、この非弾性散乱によって光子のエネルギー損失が熱エネルギーとなり基板１は加熱される。これにより、基板１の成長面（第２の主面）の温度を所望の成長温度にすることが容易にでき、また、基板１の成長面における成長温度の分布を均一にすることができる。
【００３３】
基板１の第１の主面に形成される窒素欠損部１ａは、Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される基板１を、水素ガス等の還元性雰囲気や真空中などで加熱処理（温度４００℃〜１２００℃程度）を施すことにより、基板１から窒素の熱離脱が生じ、窒素欠損を生じさせることによって、形成できる。還元性雰囲気の気圧は１０１３ｈＰａ（ヘクトパスカル）以下である。１０１３ｈＰａを超えると、大気圧以上の圧力となるため、高圧に耐えられる特殊な装置が必要となる。
【００３４】
また、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）法などのドライエッチング法によるイオン衝突により、窒素欠損部１ａを形成することができる。
【００３５】
窒素欠損部１ａの厚みは０．６〜１μｍ程度がよい。サセプターからの熱輻射による電磁波の波長は１．８〜２．０μｍであり、窒化ガリウム系化合物半導体中においては０．６〜１μｍである。したがって、熱輻射による電磁波を窒素欠損部１ａで吸収するには、電磁波の波長程度の厚さが適している。１μｍよりも厚い場合、窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性が劣化する傾向がある。
【００３６】
窒素欠損部１ａの厚みは、水素ガス等の還元性雰囲気ガスの濃度、真空中などで加熱処理する際の加熱条件などを調整することにより、制御することができる。また、反応性イオンエッチング法などのドライエッチング法によるイオン衝突により窒素欠損部１ａを形成する際のイオンの衝突個数、衝突エネルギーを調整することによっても、窒素欠損部１ａの厚みを制御することができる。
【００３７】
窒素欠損部１ａの存在は、陽電子消滅法によって特定できる。この陽電子消滅法は、具体的には、以下のような方法である。即ち、窒化ガリウム系化合物半導体に陽電子を照射すると、陽電子が窒化ガリウム半導体中の空格子欠陥中の電子と対消滅し、消滅により生じたγ線を測定する方法である。従って、陽電子照射により基板１から発生したγ線が検出された場合、窒素欠損部１ａが形成されていることを特定できる。
【００３８】
また、目視においても可視光線が空格子部分で散乱し、窒化ガリウム系化合物半導体から成る基板が薄い茶褐色になっていることによって確認できる。
【００３９】
また、本発明の基板１は、第１の主面に凹凸構造が形成されていることが好ましい。この場合、凹凸構造が形成された第１の主面と、凹凸構造が形成されていない第２の主面とでは、外部（空気）との界面における実効的な屈折率の差が異なる。凹凸構造が形成された第１の主面は、凹凸構造によって外部（サセプター）との界面における実効的な屈折率の差が小さくなるため、第１の主面（成長面と反対側の面）に入射した熱輻射による電磁波は、第１の主面から効率よく吸収される。一方、凹凸構造が形成されていない第２の主面（成長面）は、外部（空気）との界面における実効的な屈折率の差が大きいため、第２の主面に入射した熱輻射による電磁波は、第２の主面で大部分が基板内に反射されて一部が基板１に吸収される。その結果、熱輻射を有効的に利用した基板１の加熱が可能となり、基板１の成長面を所望の成長温度にすることがより容易にでき、また、基板１の成長面における成長温度の分布をより均一にすることができる。
【００４０】
また、基板１の第１の主面と外部との屈折率の差と、第２の主面と外部との屈折率の差が異なることから、屈折率の異なる実質的に１つの界面での反射が生じる。その結果、サセプターと基板１の第１の主面との間で多重反射が起こる。多重反射により基板１における熱輻射の吸収量が多くなる。その結果、サセプターから基板１に有効に伝熱することができる。
【００４１】
基板１の第１の主面に形成される凹凸構造は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）法などのドライエッチング法によって形成できる。ドライエッチング法は、ウェットエッチング法に比べて、凹凸の形状及び大きさの加工精度が良い。従って、凹凸の形状及び大きさを精密に制御して設計することにより、第１の主面における外部（サセプター）との実効的な屈折率の差を精度よく調整することができ、熱輻射の吸収量を精度よく調整することができる。
【００４２】
また、ドライエッチングによるイオン衝突により、基板１の第１の主面に窒素欠損部１ａ及び凹凸構造を同時に形成することも可能である。
【００４３】
更に、基板１の第１の主面が−ｃ面（Ｎ極性面）、第２の主面が＋ｃ面（Ｇａ極性面）である場合、凹凸構造を形成するためには、ＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液によるウェットエッチングが好ましい。Ｎ極性面である−ｃ面はＫＯＨ水溶液によって凹凸加工が可能である。
【００４４】
基板１の第１の主面に形成される凹凸構造は、凹凸の周期が０．６〜１μｍ以下である周期構造を有するものであることが好ましい。この場合、基板１の第１の主面と外部（サセプター）との界面の実効的な屈折率を連続して変化させることができ、基板１に熱輻射による電磁波を効果的に吸収させることができる。
【００４５】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体２の成長方法は、成膜装置内において、化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体から成り、第１の主面に窒素欠損部１ａを有している基板１を、グラファイトから成るサセプター上に第１の主面側を載せて設置し、次に、成膜装置内に３族元素原料と５族元素原料を供給することにより、基板１の第１の主面に対向する第２の主面に化学式Ｇａ１−ｘ−ｙＩｎｙＡｌｘＮ（ただし、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる構成である。
【００４６】
また、基板１は、第１の主面に凹凸構造が形成されていることが、上述した理由で好ましい。
【００４７】
本発明における窒化ガリウム系化合物半導体２を成長する成膜装置は、水素ガス等の還元性雰囲気の供給、及びガスの分圧比の調整や真空中などで加熱処理を容易に行うことができる点でＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）装置が好ましい。
【００４８】
また、基板１の成長面に窒化ガリウム系化合物半導体２を成長させる際の基板１の加熱温度は６００℃以上がよい。その温度域で基板１の成長面にアンモニアガス（ＮＨ３）などの窒素源を供給することにより、基板１の成長面での窒素の吸着、離脱の均衡がとれ、それ以上反応が進まない成長の自己停止状態になる。しかしながら、基板１の第１の主面にはアンモニアガスは供給されないため、第１の主面には窒素欠損部１ａが形成され、そのまま連続して窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させることができる。
【００４９】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体２が発光素子を構成するものである場合、その窒化ガリウム系化合物半導体２の層構成は以下のようになる。
【００５０】
即ち、例えば窒化ガリウム系化合物半導体２は、化学式Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｉｎｙ１Ａｌｘ１Ｎ（ただし、０＜ｘ１＋ｙ１＜１、ｘ１＞０、ｙ１≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体から成る第１導電型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、化学式Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｉｎｙ２Ａｌｘ２Ｎ（ただし、０＜ｘ２＋ｙ２＜１、ｘ２＞０、ｙ２≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体から成る第２導電型の窒化ガリウム系化合物半導体層との間に、化学式Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｉｎｙ３Ａｌｘ３Ｎ（ただし、０＜ｘ３＋ｙ３＜１、ｘ３＞０、ｙ３≧０）で表される窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層が挟まれて接合されている構成（ただし、ｘ１，ｘ２＞ｘ３、ｙ１，ｙ２≦ｙ３である。
【００５１】
また、例えば第１導電型及び第２導電型は、それぞれｐ型及びｎ型である。窒化ガリウム系化合物半導体層をｐ型とするには、元素周期律表において２（II）族の元素であるマグネシウム（Ｍｇ）等をドーパントとして、窒化ガリウム系化合物半導体に混入させればよい。また、窒化ガリウム系化合物半導体をｎ型とするには、元素周期律表において４（IV）族の元素であるシリコン（Ｓｉ）等をドーパントとして窒化ガリウム系化合物半導体に混入させればよい。
【００５２】
また、第１導電型及び第２導電型の窒化ガリウム系化合物半導体層は、両方ともアルミニウム（Ａｌ）を含む窒化ガリウム系化合物半導体から成るものとし、いずれも発光層に含まれるアルミニウムよりもその含有量を多くする。このようにすると、第１及び第２導電型の窒化ガリウム系化合物半導体層の禁制帯幅が両方とも発光層の禁制帯幅よりも大きくなるので、発光層に電子と正孔とを閉じ込めて、これらの電子と正孔を効率良く再結合させて強い発光強度で発光させることができる。
【００５３】
また、第１及び第２導電型の窒化ガリウム系化合物半導体層は、アルミニウムを含んだ窒化ガリウム系化合物半導体からなることにより、第１及び第２導電型の窒化ガリウム系化合物半導体層における禁制帯幅が比較的大きくなり、第１及び第２導電型の窒化ガリウム系化合物半導体層における紫外光等の短波長側の光の吸収を小さくすることができる。
【００５４】
なお、第１導電型及び第２導電型の窒化ガリウム系化合物半導体層は、それぞれｎ型及びｐ型としても構わない。
【００５５】
また、第１導電型及び第２導電型の窒化ガリウム系化合物半導体層にはそれぞれ、発光層に電流を注入するための導電層（電極）を形成する。これにより、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）等の発光素子が形成される。
【００５６】
また、発光層を成す窒化ガリウム系化合物半導体層の組成は、所望の発光波長が得られる適当なものに設定すればよい。例えば、発光層を、アルミニウムもインジウムも含まないＧａＮからなるものとすれば、禁制帯幅は約３．４エレクトロンボルト（ｅＶ）となり、約３６５ナノメートル（ｎｍ）の発光波長である紫外光によって発光層を発光させることができる。また、これよりも発光波長を短波長とする場合、発光層は、禁制帯幅を大きくする元素であるアルミニウムを発光波長に応じて設定される量だけ含ませた窒化ガリウム系化合物半導体から成るものとすればよい。
【００５７】
また、発光層に禁制帯幅を小さくする元素であるインジウム（Ｉｎ）を含有させてもよく、所望の発光波長となるようにアルミニウムをより多く含有させる等して、アルミニウム，インジウム及びガリウムの組成比を適宜設定すればよい。また、発光層は、禁制帯幅の広い障壁層と禁制帯幅の狭い井戸層とから成る量子井戸構造が複数回繰り返し規則的に積層された超格子である多層量子井戸構造（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）としてもよい。
【００５８】
このような発光素子は次のように動作する。即ち、発光層を含む窒化ガリウム系化合物半導体にバイアス電流を流して、発光層で波長３５０〜４００ｎｍ程度の紫外光〜近紫外光を発生させ、発光素子の外側にその紫外光〜近紫外光を取り出すように動作する。
【００５９】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法によって得られた窒化ガリウム系化合物半導体を用いて照明装置を製造することもできる。この照明装置は、上記の発光素子と、発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体及び燐光体の少なくとも一方とを具備している構成である。この構成により、輝度及び照度の高い照明装置を得ることができる。この照明装置は、発光素子を透明樹脂等で覆うか内包するようにし、その透明樹脂等に蛍光体や燐光体を混入させた構成とすればよく、蛍光体や燐光体によって発光素子の紫外光〜近紫外光を白色光等に変換するものとすることができる。また、集光性を高めるために透明樹脂等に凹面鏡等の光反射部材を設けることもできる。このような照明装置は、従来の蛍光灯等よりも消費電力が小さく、小型であることから、小型で高輝度の照明装置として有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の基板及び窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法について実施の形態の一例を示し、（ａ）〜（ｃ）は各工程における基板の断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１：基板
１ａ：窒素欠損部
２：窒化ガリウム系化合物半導体
【図１】
0004949181.tif 000002