(57)【要約】【課題】半極性面を主面とするＧａＮ基板上にＩｎを含む活性層を成長させる際に、Ｉｎが取り込まれる割合を高めることができる半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】ｃ面からのオフ角が２０°以上２８°以下の範囲に含まれる主面を有するＧａＮ基板１５上にＩｎＧａＮ井戸層５ａを成長させる工程において、成長温度を６００℃以上７００℃以下の範囲に含まれる温度とし、Ｎ原料ガスの流量ＱVとＩｎの原料ガスの流量ＱInとのモル流量比（ＱV／ＱIn）を９０００以上３００００以下の範囲に含まれる値とし、井戸層５ａの成長速度を０．０１［μｍ／時］以上０．１［μｍ／時］以下の範囲に含まれる速度とし、井戸層５ａの一層毎の厚さを１０ｎｍ以下とする。【選択図】図１
2009231609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウムを含む一又は複数のIII族窒化物半導体層を有する活性層を窒化ガリウム基板上に備える半導体発光素子の製造方法であって、
（０００１）面からのオフ角が２０°以上２８°以下の範囲に含まれる主面を有する前記窒化ガリウム基板上に前記III族窒化物半導体層を成長させる工程を備え、
前記工程における成長温度が６００℃以上７００℃以下の範囲に含まれ、
前記工程におけるＶ族元素の原料ガスの流量ＱV［ｍｏｌ／分］とインジウムの原料ガスの流量ＱIn［ｍｏｌ／分］とのモル流量比（ＱV／ＱIn）が９０００以上３００００以下の範囲に含まれ、
前記工程における前記III族窒化物半導体層の成長速度が０．０１［μｍ／時］以上０．１［μｍ／時］以下の範囲に含まれ、
前記III族窒化物半導体層の一層毎の厚さが１０ｎｍ以下である
ことを特徴とする、半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、III族窒化物系の半導体発光素子として、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板上に、インジウム（Ｉｎ）を含む活性層が形成されたものがある。このような半導体発光素子において、ｃ面すなわち（０００１）面を主面とするＧａＮ基板を用いた場合、Ｉｎを含む活性層に比較的大きな歪みが生じてしまう。このため、ピエゾ電界による量子シュタルク効果が生じ電子および正孔が空間分離されて発光効率が低下するといった問題や、或いは電流注入量に応じてピエゾ電界がスクリーニングされ、発光波長が短波長側にシフトするといった問題が生じる。
【０００３】
そこで、このような半導体発光素子を作製する際には、ピエゾ電界を抑えるために半極性面を主面とするＧａＮ基板が用いられる。例えば、非特許文献１には、半極性面を主面とするＧａＮ基板を用いてＬＥＤを作製する技術が開示されている。この文献では、（１１−２２）面を主面とするＧａＮ基板上にＩｎＧａＮ活性層を含むＬＥＤ構造を形成し、緑色のＥＬ（ElectroLuminescence）を実現している。
【非特許文献１】Mitsuru FUNATO etal., ”Blue, Green, and Amber InGaN/GaN Light-Emitting Diodes on Semipolar {11-22}GaN Bulk Substrates ”, Japanese Journal of Applied Physics Vol.45, No.26, pp.L659-L662,(2006)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｉｎを含む活性層がＧａＮ基板上に形成された半導体発光素子を実用化しようとした場合には、次の問題が生じる。すなわち、半極性面を主面とするＧａＮ基板上にＩｎを含む活性層を成長させた場合、ｃ面を主面とするＧａＮ基板上にＩｎを含む活性層を成長させた場合と比較して、活性層においてＩｎが取り込まれる割合が小さくなる。例えば、ｃ面ＧａＮ基板上にＩｎＧａＮ層を成長させた場合にＩｎの組成比を２０％程度にできる成長条件でもってオフ角１８°のＧａＮ基板上にＩｎＧａＮ層を成長させると、Ｉｎの組成比は８．３％程度に低下する。更にオフ角を増し、同条件でもってオフ角２８°のＧａＮ基板上にＩｎＧａＮ層を成長させると、Ｉｎの組成比は５．８％程度まで大きく低下する。したがって、緑色の発光波長を得たいと考えても青紫色の発光波長しか得られないといったように、所望の発光波長を有する半導体発光素子を安定的に得ることが困難となる。
【０００５】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、半極性面を主面とするＧａＮ基板上にＩｎを含む活性層を成長させる際に、Ｉｎが取り込まれる割合を高めることができる半導体発光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】
【０００６】
上記した課題を解決するために、本発明による半導体発光素子の製造方法は、インジウムを含む一又は複数のIII族窒化物半導体層を有する活性層を窒化ガリウム基板上に備える半導体発光素子の製造方法であって、（０００１）面からのオフ角が２０°以上２８°以下の範囲に含まれる主面を有する窒化ガリウム基板上にIII族窒化物半導体層を成長させる工程を備え、工程における成長温度が６００℃以上７００℃以下の範囲に含まれ、工程におけるＶ族元素の原料ガスの流量ＱV［ｍｏｌ／分］とインジウムの原料ガスの流量ＱIn［ｍｏｌ／分］とのモル流量比（ＱV／ＱIn）が９０００以上３００００以下の範囲に含まれ、工程におけるIII族窒化物半導体層の成長速度が０．０１［μｍ／時］以上０．１［μｍ／時］以下の範囲に含まれ、III族窒化物半導体層の一層毎の厚さが１０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【０００７】
前述したように、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層を半極性面を主面とするＧａＮ基板上に成長させる際、ｃ面上に成長させる場合と比較してＩｎが取り込まれる割合が小さくなってしまう。そこで、本発明者は、Ｉｎの原料ガスの供給量を増やすことを考えた。しかし、従来の成長条件を維持したままＩｎ原料ガスの供給量のみ増えると、当該III族窒化物半導体層の結晶性が低下してしまう。この問題に対し、III族窒化物半導体層の成長速度を下げることが解決方法の一つとして挙げられるが、成長速度を下げるとＩｎの離脱が生じて結果的にＩｎの取り込み割合を十分に増やすことができない。
【０００８】
そこで、本発明者は、半極性基板でも特にｃ面からのオフ角が２０°以上２８°以下の範囲に含まれる主面を有するＧａＮ基板を用い、従来の成長条件と比べてIII族窒化物半導体層の成長温度をより低くすることでＩｎの付着率を高めつつ、成長速度も併せて低くすることで、Ｉｎの取り込み割合を増加させることに成功した。すなわち、上記した半導体発光素子の製造方法によれば、上記したオフ角を有するＧａＮ基板上にIII族窒化物半導体層を成長させる際に、成長温度を６００℃以上７００℃以下の範囲とし、Ｖ族元素（例えば窒素）の原料ガスの流量ＱV［ｍｏｌ／分］とインジウムの原料ガスの流量ＱIn［ｍｏｌ／分］とのモル流量比（ＱV／ＱIn）を９０００以上３００００以下の範囲とし、III族窒化物半導体層の成長速度を０．０１［μｍ／時］以上０．１［μｍ／時］以下の範囲とすることにより、良好な結晶性を維持したままＩｎの取り込み割合を高めることができる。
【０００９】
また、このような成長条件ではＩｎのドロップレットが生じるおそれがあるが、当該III族窒化物半導体層の一層毎の厚さが１０ｎｍ以下であれば、ドロップレットが生じる前に成長を完了させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による半導体発光素子の製造方法によれば、半極性面を主面とするＧａＮ基板上にＩｎを含む活性層を成長させる際に、Ｉｎが取り込まれる割合を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体発光素子の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法によって製造される半導体発光素子の一例として、半導体発光素子１の構成を概略的に示す側断面図である。半導体発光素子１としては、例えば面発光の発光ダイオードがある。半導体発光素子１は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層３と、Ｉｎを含む一又は複数のIII族窒化物半導体層を有する活性層５と、ｐ型ＡｌＧａＮ半導体層７と、ｐ型窒化ガリウム系半導体層９と、電極１１とを備えている。活性層５は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層３上に設けられている。ｐ型ＡｌＧａＮ層７は、活性層５上に設けられている。ｐ型窒化ガリウム系半導体層９は、ｐ型ＡｌＧａＮ層７上に設けられている。電極１１は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層９に接触しており、例えばアノード電極である。この接触は、好ましくはオーミック接触である。
【００１３】
ｎ型窒化ガリウム系半導体層３は、下部クラッド層として機能する。ｎ型窒化ガリウム系半導体層３の一例としては、厚さ２０００［ｎｍ］のｎ型ＧａＮ半導体層が好適である。また、ｐ型ＡｌＧａＮ半導体層７は、活性層５からの電子リークを低減して発光効率を高めるための電子ブロック層として機能する。ｐ型ＡｌＧａＮ半導体層７の厚さは、例えば２０［ｎｍ］である。また、ｐ型窒化ガリウム系半導体層９は、電極１１と電気的に導通するためのコンタクト層として機能する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層９の一例としては、厚さ５０［ｎｍ］のｐ型ＧａＮ半導体層が好適である。
【００１４】
半導体発光素子１はｎ型ＧａＮ基板１５を更に含む。ｎ型ＧａＮ基板１５は、主面１５ａを有している。主面１５ａの（０００１）面すなわちｃ面からのオフ角は、２０°以上２８°以下の範囲に含まれ、例えば２３°である。ｎ型ＧａＮ基板１５の主面１５ａ上にはｎ型ＡｌＧａＮ層１７が設けられており、またｎ型ＧａＮ基板１５の裏面上には電極１９（カソード電極）が接触している。ｎ型窒化ガリウム系半導体層３はｎ型ＡｌＧａＮ層１７上に設けられている。ｎ型ＡｌＧａＮ層１７の厚さは、例えば２０［ｎｍ］である。
【００１５】
活性層５は、例えば量子井戸構造を有することができ、ＩｎＧａＮ井戸層５ａおよび障壁層５ｂを含む。井戸層５ａは、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層であり、例えばＩｎＧａＮからなることができる。障壁層５ｂは、窒化ガリウム系半導体からなり、例えば井戸層５ａのインジウム組成よりも少ないインジウム組成のＩｎＧａＮからなることができる。なお、障壁層５ｂの材料としては、必要な場合にはＧａＮであることができる。活性層５の構造は、単一または多重の量子井戸構造に限定されることなく、単一のＩｎＧａＮ層からなることもできる。井戸層５ａの一層毎の厚さは１０［ｎｍ］以下であり、例えば５［ｎｍ］である。障壁層５ｂの厚さは井戸層５ａより厚いことが好ましく、障壁層５ｂの一層毎の厚さは例えば１５［ｎｍ］である。活性層５からの光Ｌは、電極１１を介して出射される。
【００１６】
半導体発光素子１はｎ型窒化ガリウム系緩衝層２１を更に含む。ｎ型窒化ガリウム系緩衝層２１は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層３と活性層５との間に設けられている。ＩｎＧａＮからなる井戸層５ａのｃ軸格子定数は、ＧａＮからなるｎ型窒化ガリウム系半導体層３のｃ軸格子定数（０．５１８５１ｎｍ）よりも大きい。この半導体発光素子１においては、ｎ型窒化ガリウム系半導体層３と活性層５との格子定数の違いを補償するためにｎ型窒化ガリウム系緩衝層２１が用いられる。これにより、活性層５はＧａＮの影響を受けることなく成長可能である。
【００１７】
半導体発光素子１では、ｎ型窒化ガリウム系緩衝層２１は低温成長ＩｎＧａＮからなることが好ましく、ｎ型窒化ガリウム系緩衝層２１の厚さは例えば５０［ｎｍ］である。低温成長ＩｎＧａＮの成長温度は、例えば８００℃以下であることが好ましく、また例えば３００℃以上であることが好ましい。
【００１８】
図２は、本実施の形態に係る、半導体発光素子１を製造する方法の主要な工程を示すフローチャートである。また、図３および図４は、図２に示した各工程を説明するための図である。まず、図２の工程Ｓ１０１では、図３（ａ）に示すように、ｃ面からのオフ角が２０°以上２８°以下の範囲に含まれる主面４０ａを有するｎ型のＧａＮウェハ４０を準備する。次に、工程Ｓ１０３において、エピタキシャルウエハといった基板生産物を製造する。工程Ｓ１０３ａでは、図３（ｂ）に示すように、ｎ型ＧａＮウェハ４０上にｎ型ＡｌＧａＮ層４１、ｎ型窒化ガリウム系半導体層４２、およびｎ型窒化ガリウム系緩衝層４３を主面４０ａ上にエピタキシャル成長させる。これらの各層の厚さは、例えばｎ型ＡｌＧａＮ層４１が２０［ｎｍ］、ｎ型窒化ガリウム系半導体層４２が２０００［ｎｍ］、ｎ型窒化ガリウム系緩衝層４３が５０［ｎｍ］である。ｎ型窒化ガリウム系半導体層４２はＧａＮであることが好ましく、ｎ型窒化ガリウム系緩衝層４３は低温成長ＩｎＧａＮであることが好ましい。
【００１９】
続く工程Ｓ１０３ｂでは、図４（ａ）に示すように、Ｉｎを含む一又は複数のIII族窒化物半導体層を有する活性層４４をｎ型窒化ガリウム系緩衝層４３上に形成する。本実施形態では、活性層４４に含まれる井戸層が上記III族窒化物半導体層に相当し、ｎ型窒化ガリウム系緩衝層４３上に井戸層および障壁層を交互にエピタキシャル成長させることにより、活性層４４を形成する。活性層４４の井戸層はＩｎＧａＮを成長して形成され、活性層４４の障壁層はＩｎＧａＮまたはＧａＮを成長して形成される。井戸層の一層毎の厚さは１０［ｎｍ］以下であり、例えば５［ｎｍ］である。障壁層の厚さは例えば１５［ｎｍ］である。なお、厚さ２０００［ｎｍ］のｎ型窒化ガリウム系半導体層４２上に低温成長ＩｎＧａＮからなるｎ型窒化ガリウム系緩衝層４３を設けているので、活性層４４におけるＩｎＧａＮ井戸層の歪みの影響が緩和される。また、前述したように、ＧａＮウェハ４０の主面４０ａのｃ面からのオフ角は、２０°以上２８°以下の範囲に含まれる。換言すれば、主面４０ａの法線は、ｃ軸に対し２０°以上２８°以下の範囲で傾いている。これにより、ピエゾ電界の影響を低減可能な半導体発光素子を作製できる。
【００２０】
続く工程Ｓ１０３ｃでは、図４（ｂ）に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮ半導体層４５およびｐ型窒化ガリウム系半導体層４６を活性層４４上にエピタキシャル成長させる。ｐ型ＡｌＧａＮ半導体層４５は例えば電子ブロック層であり、ｐ型窒化ガリウム系半導体層４６は例えばコンタクト層である。これらの各層の厚さは、例えばｐ型ＡｌＧａＮ半導体層４５が２０［ｎｍ］、ｐ型窒化ガリウム系半導体層４６が５０［ｎｍ］である。ｐ型窒化ガリウム系半導体層４６は例えばＧａＮを成長して形成される。以上の工程により、エピタキシャルウェハが作製される。
【００２１】
工程Ｓ１０５では、エピタキシャルウェハのｐ型窒化ガリウム系半導体層４６上に半透明電極（アノード電極）を形成する。更に、ＧａＮウェハ４０の裏面上に別の電極（カソード電極）を形成する。最後に、このエピタキシャルウェハをチップ状に分割することにより、本実施形態の半導体発光素子１が完成する。
【００２２】
ここで、図５を参照しつつ活性層４４の成長方法の具体例について更に詳細に説明する。図５は、活性層４４を成長させる際のＧａＮウェハ４０の温度の遷移（図５（ａ））と、原料ガスの供給／非供給の状態（図５（ｂ））とを示すグラフである。まず、期間Ｔ１において井戸層となるＩｎＧａＮ結晶を成長させる。井戸層を成長させる工程においては、井戸層の成長温度を６００℃以上７００℃以下の範囲に含まれる任意の温度とする。一般的に、ＩｎＧａＮ結晶を成長させる温度は十分な結晶性を担保するため７８０℃程度に設定されることが多く、本実施形態における井戸層の成長温度はこれより低く設定される。なお、好適な成長温度は例えば６５０℃である。また、ここでいう成長温度は、ＧａＮウェハ４０の温度（基板温度）に置き換えることができる。
【００２３】
また、井戸層を成長させる工程においては、Ｖ族元素の原料ガス（例えばアンモニア）の流量ＱV［ｍｏｌ／分］とＩｎの原料ガス（例えばトリメチルインジウム）の流量ＱIn［ｍｏｌ／分］とのモル流量比（ＱV／ＱIn）を、９０００以上３００００以下の範囲に含まれる任意の数値とする。一般的に、ＩｎＧａＮ結晶を成長させる際の上記モル流量比は、ドロップレットの発生を防止するため４００００程度に設定されることが多く、本実施形態におけるモル流量比はこれより低く（すなわちＩｎ原料ガスが比較的多くなるように）設定される。なお、好適なモル流量比は例えば２４０００である。
【００２４】
また、井戸層を成長させる工程においては、当該井戸層の成長速度を、０．０１［μｍ／時］以上０．１［μｍ／時］以下の範囲に含まれる任意の速度とする。一般的に、ＩｎＧａＮ結晶の成長速度は０．１５［μｍ／時］程度に設定されることが多く、本実施形態における井戸層の成長速度はこれより遅く設定される。なお、好適な成長速度は例えば０．０６［μｍ／時］である。
【００２５】
続いて、期間Ｔ２において障壁層となるＧａＮ結晶を成長させる。障壁層を成長させる工程では、Ｉｎの原料ガスであるトリメチルインジウムの供給を停止するとともに、ＧａＮウェハ４０の温度を例えば８２０℃に上昇させ、ＧａＮ結晶を成長させる。なお、障壁層としてＩｎＧａＮ結晶を成長させる場合には、トリメチルインジウムの供給量を期間Ｔ１から低下させつつＧａＮウェハ４０の温度を例えば８２０℃に上昇させるとよい。
【００２６】
活性層４４の成長工程では、上記期間Ｔ２の後の期間Ｔ３〜Ｔ６において、活性層および障壁層を交互に成長させる。すなわち、期間Ｔ２後の期間Ｔ３および期間Ｔ５において期間Ｔ１と同じ成長条件にて井戸層を成長させ、期間Ｔ３後の期間Ｔ４、および期間Ｔ５後のＴ６において期間Ｔ２と同じ成長条件にて障壁層を成長させる。
【００２７】
以上に述べた製造方法により得られる作用効果について、本発明者が解決課題を得、その解決に至った過程と併せて説明する。まず、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層（例えばＩｎＧａＮ井戸層）を有する活性層において緑色発光が得られる成長条件を決定するため、ｃ面に対するオフ角が異なる複数のＧａＮウェハを用意し、これらのＧａＮウェハ上にＩｎＧａＮ結晶を同じ成長条件で成長させた。図６はその結果を示すグラフであり、ｃ面に対するオフ角と、ＩｎＧａＮ結晶におけるＩｎ組成比との関係を示している。図６に示すように、オフ角が０°の場合（すなわちｃ面を主面とするＧａＮウェハ上にＩｎＧａＮ結晶を成長させた場合）と比較して、オフ角が０°より大きい場合にはＩｎ組成比が小さくなっており、オフ角が大きくなるほどＩｎ組成比がより小さくなることが判明した。例えば、ｃ面を主面とするＧａＮウェハ上にＩｎＧａＮ結晶を成長温度７５０℃、成長速度０．１５［μｍ／ｈ］で成長させた場合、青色発光を得ることが可能な２０％程度のＩｎ組成比を実現できた。しかし、同じ成長条件でオフ角１８°，２８°のＧａＮウェハ上にＩｎＧａＮ結晶を成長させた場合、Ｉｎ組成比はそれぞれ８．３％，５．８％となり、オフ角が大きくなるに従ってＩｎ組成比は減少した。オフ角１８°，２８°を有するこれらのＧａＮウェハを用いて従来の方法に従い発光ダイオードを作製したところ、発光波長は４１０［ｎｍ］〜４３０［ｎｍ］の青紫色領域となり、所望の緑色発光は観察されなかった。
【００２８】
そこで、本発明者は、オフ角を有するＧａＮウェハ上に成長したＩｎを含むIII族窒化物半導体層の長波長化を図るべく、Ｉｎ組成比を増大させるための方法を探求した。その結果、従来より一般的に採用されてきた成長条件と比較して当該III族窒化物半導体層の成長温度および成長速度を下げ、Ｉｎ原料ガスのモル流量比を高めることで、上記問題を解決できることを見出した。
【００２９】
すなわち、本発明者は、半極性基板でも特にｃ面からのオフ角が２０°以上２８°以下の範囲に含まれる主面を有するＧａＮウェハを用い、従来の成長条件と比べてIII族窒化物半導体層の成長温度をより低くすることでＩｎの付着率を高めつつ、成長速度も併せて低くすることで、Ｉｎの取り込み割合を増加させることに成功した。具体的には、上記オフ角を有するＧａＮウェハ上にIII族窒化物半導体層を成長させる際に、成長温度を６００℃以上７００℃以下の範囲とし、Ｖ族元素（例えばＮ）の原料ガスの流量ＱV［ｍｏｌ／分］とＩｎの原料ガスの流量ＱIn［ｍｏｌ／分］とのモル流量比（ＱV／ＱIn）を９０００以上３００００以下の範囲とし、III族窒化物半導体層の成長速度を０．０１［μｍ／時］以上０．１［μｍ／時］以下の範囲とすることにより、良好な結晶性を維持したままＩｎの取り込み割合を高め得ることを見出した。
【００３０】
ここで、図７は上記実施形態に係る製造方法により得られる半導体発光素子の電流−ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）特性の一例であり、横軸は供給電流値（ｍＡ）を示し、縦軸はＥＬ強度（μＷ）を示している。また、図８は上記実施形態に係る製造方法により得られる半導体発光素子の発光スペクトルの一例であり、横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は光強度（分光器の出力、単位はｍＶ）を示している。図８に示されるように、上記実施形態に係る製造方法によって、波長５１０［ｎｍ］の緑色発光を観察することができた。
【００３１】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法によれば、ｃ面を主面とするＧａＮウェハを使用した場合と比較してピエゾ電界が小さく、且つ高いＩｎ組成を有する活性層においてブルーシフトが抑えられた緑色発光の半導体発光素子を作製できる。
【００３２】
また、本実施形態では活性層４４を多重量子井戸構造とし、ＩｎＧａＮ井戸層の上に成長するＧａＮ障壁層の成長温度をＩｎＧａＮ井戸層の成長温度より高い８２０℃としている。これにより、ＧａＮ障壁層を成長させる際にＩｎＧａＮ井戸層に対するアニール効果も得ることができる。
【００３３】
また、上記方法により得られるIII族窒化物半導体層のＩｎ組成を調べるため、厚さ５０［ｎｍ］のＩｎＧａＮ単層を上記方法によりＧａＮウェハ上に成長させたところ、当該層の表面に直径数１０［ｎｍ］の粒状物が観察された。この粒状物をＸ線回折および組成分析により特定した結果、Ｉｎドロップレットであることがわかった。しかし、上記方法によりＧａＮウェハ上に厚さ３［ｎｍ］のＩｎＧａＮ井戸層を成長させた場合には、Ｉｎドロップレットは生じないことがＴＥＭ観察により確認された。すなわち、上記方法により成長させるＩｎＧａＮ層の厚さが極めて薄い（１０ｎｍ以下）場合には、Ｉｎドロップレットが生じる前に成長が完了するものと考えられる。
【００３４】
このように、上記方法に係る成長条件は、例えば厚さ５０［ｎｍ］といった厚いＩｎＧａＮ層を形成するとＩｎドロップレットができる程度にＩｎ原料ガスの供給量が多い成長条件である。オフ角が比較的大きいＧａＮウェハの主面では、表面ステップ密度が大きく且つｃ面テラス幅が小さいので、Ｉｎ原料ガスの供給量が多いことによりＩｎがサーファクタントとして作用し、ステップ端において取り込まれにくいＩｎの供給量が増え、ＩｎＧａＮ結晶中に多く取り込まれるようになったものと考えられる。また、テラス幅が小さいＧａＮウェハの主面をＩｎがサーファクタントとしてマイグレーションするので、当該ＩｎＧａＮ結晶の成長温度が低くても結晶品質の低下が抑制されたものと考えられる。
【００３５】
なお、厚さ５０［ｎｍ］のＩｎＧａＮ単層を成長させる際、Ｉｎ原料ガスのモル流量比を低下させると、Ｉｎドロップレットは次第に観察されなくなったが、Ｉｎ組成比が低下して発光波長が短波化してしまい、緑色発光を実現できなかった。また、比較のためｃ面を主面とするＧａＮウェハを用いて上記方法に係る成長条件でＩｎＧａＮ結晶を成長させたところ、Ｉｎドロップレットの発生状況は、オフ角を有するＧａＮウェハを使用した場合と同等となった。しかし、厚膜でＩｎドロップレットが生じない程度にＩｎ原料ガスのモル流量比を低下させたところ、十分な発光は得られなかった。
【００３６】
＜実施例＞
次に、一実施例として、半極性面を主面とするＧａＮウェハ上に多重量子井戸構造の活性層を成長させた例について説明する。まず、ｃ面に対するオフ角がａ軸方向に２３°であるＧａＮウェハを用意した。そして、ＩｎＧａＮ井戸層およびＧａＮ障壁層を交互に３層ずつＧａＮウェハ上に成長させた。ＩｎＧａＮ井戸層を成長させる際には、成長温度を６５０℃とし、Ｇａの原料ガスであるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）の流量を１．５［ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／分）］とし、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）の流量を１９０［ｓｃｃｍ］とし、アンモニア（ＮＨ3）の流量を２９．６［ｓｌｍ（標準リットル／分）］とした。すなわち、Ｉｎ原料ガスのモル流量ＱIn［ｍｏｌ／分］とＧａ原料ガスのモル流量ＱGa［ｍｏｌ／分］とのモル流量比（ＱIn／ＱGa）を０．７５とし、Ｎ原料ガスのモル流量ＱV［ｍｏｌ／分］とモル流量ＱInとのモル流量比（ＱV／ＱIn）を２４０００とした。これにより、このＩｎＧａＮ井戸層を成長させる際の成長速度は０．０６［μｍ／時］となった。なお、ＩｎＧａＮ井戸層の厚さを５［ｎｍ］とした。
【００３７】
このような発光素子に電流を供給したところ、緑色発光を好適に得ることができた。また、発光波長の短波長化（ブルーシフト）について調べたところ、供給電流量２０［ｍＡ］〜２００［ｍＡ］の範囲における波長変化は１７［ｎｍ］であった。なお、ｃ面を主面とするＧａＮウェハ上にこれと同様の多重量子井戸構造を作製し（但し、ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度を、ＥＬ発光が得られる７５０℃とした）、発光波長のブルーシフトについて調べたところ、上記電流範囲における波長変化は２７［ｎｍ］であった。したがって、ピエゾ電界が低減してブルーシフトが抑えられていることが確認された。また、ｃ面に対するオフ角がａ軸方向に２８°であるＧａＮウェハを用いて、上記と同様の多重量子井戸構造を作製し、発光波長のブルーシフトについて調べたところ、上記電流範囲における波長変化は１０［ｎｍ］であり、ブルーシフトが更に抑えられることが確認された。
【００３８】
本発明による半導体発光素子の製造方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、ＧａＮウェハ（ＧａＮ基板）上に成長させるIII族窒化物半導体層の例として、ＩｎＧａＮからなる井戸層を例示した。本発明におけるIII族窒化物半導体層はこれに限られず、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体であれば他の組成を有してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法によって製造される半導体発光素子の一例を概略的に示す側断面図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る、半導体発光素子を製造する方法の主要な工程を示すフローチャートである。
【図３】図３は、図２に示した各工程を説明するための図である。
【図４】図４は、図２に示した各工程を説明するための図である。
【図５】図５は、（ａ）活性層を成長させる際のＧａＮウェハの温度の遷移と、（ｂ）原料ガスの供給／非供給の状態とを示すグラフである。
【図６】図６は、ｃ面に対するオフ角と、ＩｎＧａＮ結晶におけるＩｎ組成比との関係を示している。
【図７】図７は、実施形態に係る製造方法により得られる半導体発光素子の電流−ＥＬ特性の一例であり、横軸は供給電流値を示し、縦軸はＥＬ強度を示している。
【図８】図８は、実施形態に係る製造方法により得られる半導体発光素子の発光スペクトルの一例であり、横軸は波長を示し、縦軸は光強度を示している。
【符号の説明】
【００４０】
１…半導体発光素子、３，４２…ｎ型窒化ガリウム系半導体層、５，４４…活性層、５ａ…井戸層、５ｂ…障壁層、７，４５…ｐ型ＡｌＧａＮ半導体層、９，４６…ｐ型窒化ガリウム系半導体層、１１，１９…電極、１５…ｎ型ＧａＮ基板、１５ａ…主面、１７，４１…ｎ型ＡｌＧａＮ層、２１，４３…ｎ型窒化ガリウム系緩衝層、４０…ｎ型ＧａＮウェハ。
【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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