技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬氯化物氣體發(fā)生裝置、氫化物氣相生長(zhǎng)裝置、和氮化物半導(dǎo)體模板(template)。

背景技術(shù)：

氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)等氮化物鎵化合物半導(dǎo)體作為能夠發(fā)出從紅色至紫外的光的發(fā)光元件用材料而引起關(guān)注。這些氮化物鎵化合物半導(dǎo)體的結(jié)晶生長(zhǎng)法之一包括以金屬氯化物氣體和氨為原料的氫化物氣相生長(zhǎng)法(HVPE：Hydride Vapor Phase Epitaxy)。

作為HVPE法的特征，可以列舉出與其它生長(zhǎng)法(有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法(MOVPE：Meta1-Organic Vapor Phase Epitaxy)、分子束外延法(MBE：Molecular Beam Epitaxy法)中典型的數(shù)μm/hr的生長(zhǎng)速度相比能夠獲得非常大的10μm/hr以上至100μm/hr以上的生長(zhǎng)速度這一點(diǎn)。因此，可很好地用于GaN自支撐基板(參照專利文獻(xiàn)1)、AlN自支撐基板的制造中。這里，“自支撐基板”是指具有能夠保持自身的形狀、在處理中不會(huì)產(chǎn)生不良的程度的強(qiáng)度的基板。

此外，由氮化物半導(dǎo)體形成的發(fā)光二極管(LED：Light Emitting Diode)通常形成在藍(lán)寶石基板上，但在其結(jié)晶生長(zhǎng)時(shí)，在基板的表面形成緩沖層后，在其上生長(zhǎng)含有n型層的厚度為10～15μm左右的GaN層，并在其上按照InGaN/GaN多量子阱的發(fā)光層(總計(jì)數(shù)百nm厚)、p層(200～500nm厚)的順序進(jìn)行生長(zhǎng)。發(fā)光層的下側(cè)的GaN層厚是為了改善藍(lán)寶石基板上的GaN的結(jié)晶性等。然后，進(jìn)行電極形成等，最終形成如后述圖7那樣的元件構(gòu)造。利用MOVPE法生長(zhǎng)時(shí)，典型情況下結(jié)晶生長(zhǎng)工序需要6小時(shí)左右的時(shí)間，但其中的一半左右是用于生長(zhǎng)被稱為模板部分的、發(fā)光層下側(cè)的氮化物半導(dǎo)體層例如GaN層所需要的時(shí)間。

由以上說明可知，在模板部分的生長(zhǎng)中若使用生長(zhǎng)速度非?？斓腍VPE法，則能夠大幅縮短生長(zhǎng)時(shí)間，能夠急劇降低LED用晶片的制造成本。但是，當(dāng)使用能夠降低制造成本的HVPE法來使模板部分生長(zhǎng)時(shí)，不希望的雜質(zhì)的混入較多，現(xiàn)狀是難以制作優(yōu)質(zhì)的模板。

用于制造氮化物半導(dǎo)體的HVPE裝置通常使用Ga、NH₃氣體、HCl氣體作為主原料。此外，能夠有效進(jìn)行膜的生成的必要生長(zhǎng)溫度是1000℃以上的高溫。因此，作為氣體導(dǎo)入管、反應(yīng)爐的材料，使用對(duì)高溫下反應(yīng)性高的NH₃氣體、HCl氣體具有化學(xué)耐受性和耐熱性的例如石英。具體而言，HVPE裝置具有如后述圖8所示那樣的構(gòu)造，具有分成上游側(cè)的原料部和下游側(cè)的生長(zhǎng)部的圓筒狀的石英制反應(yīng)爐，用不銹鋼(SUS)制的上游側(cè)凸緣(flange)堵塞反應(yīng)爐上游側(cè)的開放端，用SUS制的下游側(cè)凸緣堵塞反應(yīng)爐的下游側(cè)的開放端，貫通上游側(cè)凸緣地從原料部向著生長(zhǎng)部設(shè)置石英制的氣體導(dǎo)入管。由于不能將石英制的氣體導(dǎo)入管直接安裝在上游側(cè)凸緣上，因此在氣體導(dǎo)入管的上游側(cè)的端部的外側(cè)連接SUS制配管，并將該配管安裝在上游側(cè)凸緣上(例如參照專利文獻(xiàn)2。)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利第3886341號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2002－305155號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

但是，上述構(gòu)成的HVPE裝置中，來自溫度最高的生長(zhǎng)部的幅射熱會(huì)傳導(dǎo)至SUS制配管而使配管部分為高溫。當(dāng)配管為高溫時(shí)，配管內(nèi)流動(dòng)的氣體容易與配管的構(gòu)成材料反應(yīng)，配管部分的構(gòu)成材料因該氣體而被剝落(被腐蝕)，該被剝落的配管部分的構(gòu)成材料有時(shí)會(huì)作為不希望的雜質(zhì)而混入氮化物半導(dǎo)體模板中。這些情況在來自腐蝕性氣體NH₃、HCl流動(dòng)的配管部分的雜質(zhì)混入時(shí)尤其顯著。根據(jù)說明書和權(quán)利要求，“氮化物半導(dǎo)體模板”或簡(jiǎn)稱的“模板”是指包含基板和位于發(fā)光層下側(cè)的氮化物半導(dǎo)體層例如GaN層的部件，可以進(jìn)一步包含緩沖層等。

因此，本發(fā)明的目的在于提供抑制了不希望的雜質(zhì)混入氮化物半導(dǎo)體模板的金屬氯化物氣體發(fā)生裝置、氫化物氣相生長(zhǎng)裝置、和氮化物半導(dǎo)體模板。

解決問題的方法

本發(fā)明人等為了完成上述課題進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在使用可在1000℃以上使用的金屬氯化物氣體發(fā)生裝置而制作的氮化物半導(dǎo)體模板中不希望混入的雜質(zhì)是由于氣體導(dǎo)入ロ的SUS配管為高溫而使配管的構(gòu)成材料被配管內(nèi)流動(dòng)的氣體腐蝕，從而作為雜質(zhì)而混入的。

通過抑制來自加熱器部的輻射熱，可以一定程度地抑制氣體導(dǎo)入口的SUS配管部分的溫度上升。但是，已知上述方法存在極限。發(fā)現(xiàn)其原因在于，上述氣體導(dǎo)入管的材料、具體地為石英是具有透光性的材料，從而氣體導(dǎo)入管成為光波導(dǎo)，前述氣體導(dǎo)入ロ的SUS配管部分變成高溫，由于其影響而存在不希望的雜質(zhì)的混入。(“光波導(dǎo)現(xiàn)象”是指氣體導(dǎo)入管成為光波導(dǎo)而導(dǎo)波輻射熱的現(xiàn)象)

因此，為了抑制氣體導(dǎo)入口的SUS配管部分的溫度上升，首先在溫度最高的生長(zhǎng)部和氣體導(dǎo)入口之間設(shè)置隔熱板，抑制輻射熱所致的溫度上升。進(jìn)而發(fā)現(xiàn)，通過在隔熱板與上游側(cè)端部之間使氣體導(dǎo)入管彎曲而改變氣體導(dǎo)入口的位置，并抑制氣體導(dǎo)入口的SUS配管部分變?yōu)楦邷?，可抑制雜質(zhì)的混入。在氣體導(dǎo)入管的下游側(cè)產(chǎn)生的輻射熱(具體而言，來自金屬氯化物氣體發(fā)生裝置的生長(zhǎng)部側(cè)的輻射熱)通過隔熱板、氣體導(dǎo)入管的彎曲構(gòu)造而被抑制，熱量不易傳遞至上游側(cè)端部，從而抑制上游側(cè)端部的溫度上升。抑制上游側(cè)端部的配管構(gòu)成材料作為雜質(zhì)而混入從氣體導(dǎo)入管導(dǎo)入的氣體中。

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種金屬氯化物氣體發(fā)生裝置，所述裝置具有：筒狀的反應(yīng)爐，其在上游側(cè)具有收容金屬的收容部，在下游側(cè)具有配置生長(zhǎng)用的基板的生長(zhǎng)部；透光性的氣體導(dǎo)入管，其按照從具有氣體導(dǎo)入口的上游側(cè)端部起經(jīng)由前述收容部到達(dá)前述生長(zhǎng)部的方式配置，從前述上游側(cè)端部導(dǎo)入氣體，供給至前述收容部，并將前述氣體與前述收容部?jī)?nèi)的前述金屬反應(yīng)而生成的金屬氯化物氣體供給至前述生長(zhǎng)部；隔熱板，其配置在前述反應(yīng)爐內(nèi)，對(duì)前述氣體導(dǎo)入管的前述上游側(cè)端部側(cè)和前述生長(zhǎng)部側(cè)進(jìn)行熱阻斷，前述氣體導(dǎo)入管具有在前述上游側(cè)端部與前述隔熱板之間彎曲的構(gòu)造。

此外，本發(fā)明提供一種具備上述金屬氯化物氣體發(fā)生裝置的氫化物氣相生長(zhǎng)裝置。

此外，本發(fā)明提供一種氮化物半導(dǎo)體模板，其為具有基板和含氯的氮化物半導(dǎo)體層的氮化物半導(dǎo)體模板，前述含氯的氮化物半導(dǎo)體層中鐵濃度小于1×10¹⁷cm^-3。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制不希望的雜質(zhì)混入氮化物半導(dǎo)體模板。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的HVPE裝置的概略構(gòu)成的例子的圖。

圖2是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體模板的剖視圖。

圖3是表示Fe的SIMS分析結(jié)果的圖。

圖4是表示Cr的SIMS分析結(jié)果的圖。

圖5是表示Ni的SIMS分析結(jié)果的圖。

圖6是本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片的剖視圖。

圖7是本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。

圖8是示意性地表示比較例1的HVPE裝置的圖。

圖9表示本發(fā)明的變形例4的肖特基勢(shì)壘二極管的剖視圖。

符號(hào)說明

1，100：HVPE裝置、10：氮化物半導(dǎo)體模板、2：反應(yīng)爐、2a：排氣管、3a：原料部、3b：生長(zhǎng)部、4a：原料部加熱器、4b：生長(zhǎng)部加熱器、5：承載盤、5b：旋轉(zhuǎn)軸、6：氣體供給管路、7：槽、7a：Ga熔液、8A：上游側(cè)凸緣、8B：下游側(cè)凸緣、9：隔熱板、9A：第1隔熱板、9B：第2隔熱板、11：藍(lán)寶石基板、12：AlN緩沖層、13：非摻雜GaN層、14：Si摻雜GaN層、20：半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片、21：n型GaN層、22：InGaN/GaN多量子阱層、23：p型AlGaN層、24：p型GaN接觸層、30：半導(dǎo)體發(fā)光元件、31：Ti/Al電極、32：Ni/Au半透明電極、33：電極襯墊、40：肖特基勢(shì)壘二極管、41：藍(lán)寶石基板、43：n型GaN層、45：歐姆電極、46：肖特基電極、60：氣體導(dǎo)入管、60a：氣體出口、61：V族管路、62：III族管路、63摻雜管路、64：上游側(cè)端部、64a：氣體導(dǎo)入口

具體實(shí)施方式

以下參照附圖說明本發(fā)明的實(shí)施方式。予以說明的是，對(duì)于各圖中實(shí)質(zhì)上具有相同功能的構(gòu)成要素，帶有相同的符號(hào)，省略其重復(fù)說明。

[實(shí)施方式概要]

本實(shí)施方式的金屬氯化物氣體發(fā)生裝置具有：筒狀的反應(yīng)爐，其在上游側(cè)具有收容金屬的收容部，在下游側(cè)具有配置生長(zhǎng)用的基板的生長(zhǎng)部；透光性的氣體導(dǎo)入管，其按照從具有氣體導(dǎo)入口的上游側(cè)端部起經(jīng)由前述收容部到達(dá)前述生長(zhǎng)部的方式配置，從前述上游側(cè)端部導(dǎo)入氣體，供給至前述收容部，并將前述氣體與前述收容部?jī)?nèi)的前述金屬反應(yīng)而生成的金屬氯化物氣體供給至前述生長(zhǎng)部；隔熱板，其配置在前述反應(yīng)爐內(nèi)，對(duì)上游側(cè)端部和生長(zhǎng)部進(jìn)行熱阻斷。特別地，隔熱板在前述氣體導(dǎo)入管的上游側(cè)端部側(cè)與前述氣體導(dǎo)入管的生長(zhǎng)部側(cè)之間進(jìn)行熱阻斷。前述氣體導(dǎo)入管具有在前述上游側(cè)端部與前述隔熱板之間彎曲的構(gòu)造。

上述氣體導(dǎo)入管可以從氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入氯化物氣體。此外，上述隔熱板可以由碳或石英形成。上述上游側(cè)端部可以由金屬形成。

來自生長(zhǎng)部的輻射熱被隔熱板阻擋，抑制氣體導(dǎo)入管的上游側(cè)端部的溫度上升。氣體導(dǎo)入管具有在上游側(cè)端部與隔熱板之間彎曲的構(gòu)造，從而來自生長(zhǎng)部的輻射熱難以傳導(dǎo)至上游側(cè)端部，進(jìn)一步抑制上游側(cè)端部的溫度上升。

此外，本實(shí)施方式的氫化物氣相生長(zhǎng)裝置(以下稱為“HVPE裝置”。)具備上述金屬氯化物氣體發(fā)生裝置。上述金屬氯化物氣體發(fā)生裝置所具有的前述氣體導(dǎo)入管可以由石英形成。

此外，本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體模板為具有基板和含氯的氮化物半導(dǎo)體層的氮化物半導(dǎo)體模板，前述含氯的氮化物半導(dǎo)體層中鐵濃度小于1×10¹⁷cm^-3。氮化物半導(dǎo)體模板是在異種基板上形成了由不同于異種基板的材料且彼此種類相同的材料形成的多個(gè)氮化物半導(dǎo)體層而得的模板。

上述氮化物半導(dǎo)體模板優(yōu)選X射線衍射(XRD：X－ray diffraction)的(0004)面的半值寬度(FWHM：full width at half maximum)為200秒以上300秒以下。上述氮化物半導(dǎo)體模板可以具備以Si濃度為5×10¹⁸～5×10¹⁹cm^-3的范圍摻雜有Si的Si摻雜GaN層。

[第1實(shí)施方式]

圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的HVPE裝置的概略構(gòu)成的例子的圖。該HVPE裝置1被分為上游側(cè)的原料部3a和下游側(cè)的生長(zhǎng)部3b，分別通過各自的原料部加熱器4a、生長(zhǎng)部加熱器4b而分別被加熱至約850℃、1100℃。

此外，HVPE裝置1具有圓筒狀的反應(yīng)爐2，反應(yīng)爐2的上游側(cè)的開放端被SUS制的上游側(cè)凸緣8A堵塞，反應(yīng)爐2的下游側(cè)的開放端被SUS制的下游側(cè)凸緣8B堵塞。并且，貫通上游側(cè)凸緣8A地從原料部3a向著生長(zhǎng)部3b設(shè)置V族管路61、III族(Al和Ga)管路62、摻雜管路63的4系統(tǒng)的氣體供給管路6。

V族管路61、III族管路62和摻雜管路63由同樣的氣體導(dǎo)入管60構(gòu)成。氣體導(dǎo)入管60按照從具有氣體導(dǎo)入口64a的上游側(cè)端部64起到達(dá)生長(zhǎng)部3b的方式配置。其中，III族管路62按照經(jīng)由后述的作為收容部的槽7而到達(dá)生長(zhǎng)部3b的方式配置。上游側(cè)端部64由SUS等金屬形成。氣體導(dǎo)入管60由例如具有透光性的高純度的石英形成。由于不能將石英制的氣體導(dǎo)入管60直接安裝在上游側(cè)凸緣8A上，因此將在氣體導(dǎo)入管60的上游側(cè)的端部的外側(cè)連接有SUS制配管的上游側(cè)端部64安裝在上游側(cè)凸緣8A上。

作為氮原料的氨(NH₃)與作為載氣的氫、氮或它們的混合氣體一起由V族管路61供給。

氯化氫(HCl)與作為載氣的氫、氮或它們的混合氣體一起作為氯化物氣體由III族管路62供給。在III族管路62的中途，設(shè)置有作為收容金屬鎵(Ga)熔液7a的收容部的槽7，在這里，HCl氣體與金屬Ga反應(yīng)而生成作為金屬氯化物氣體的GaCl氣體，GaCl氣體被送至生長(zhǎng)部3b。

在不進(jìn)行摻雜的情況下等，在例如非摻雜GaN層13(un-GaN層)生長(zhǎng)時(shí)，氫/氮的混合氣體由摻雜管路63被導(dǎo)入，在Si摻雜GaN層14生長(zhǎng)時(shí)，作為Si原料的二氯硅烷(氫稀釋，100ppm)和HCl氣體及氫、氮由摻雜管路63被導(dǎo)入。此外，生長(zhǎng)后除去附著于HVPE裝置1內(nèi)的GaN系附著物的烘焙時(shí)，氯化氫氣體和氫、氮由摻雜管路63被導(dǎo)入。

在生長(zhǎng)部3b設(shè)置以3～100r/min左右的轉(zhuǎn)數(shù)旋轉(zhuǎn)的承載盤(tray)5，在其氣體供給管路6的與氣體出口60a對(duì)置的面(設(shè)置面)5a上設(shè)置藍(lán)寶石基板11。在藍(lán)寶石基板11以后流動(dòng)的原料氣體經(jīng)由排氣管2a從最下游部排出。本實(shí)施方式和實(shí)施例中的生長(zhǎng)均在常壓的1.013×10⁵Pa(1個(gè)大氣壓)下實(shí)施。

槽7和承載盤5的旋轉(zhuǎn)軸5b為高純度石英制，承載盤5為覆SiC的碳制。

此外，該HVPE裝置1中，為了抑制氣體供給管路6在反應(yīng)爐2的入口附近的溫度上升、即為了對(duì)上游側(cè)端部64和生長(zhǎng)部3b進(jìn)行熱阻斷，在反應(yīng)爐2內(nèi)溫度最高的生長(zhǎng)部3b與原料部3a之間配置有第1隔熱板9A，在上游側(cè)凸緣8A與第1隔熱板9A之間配置有第2隔熱板9B。通過在生長(zhǎng)部3b與氣體供給管路6的氣體導(dǎo)入口64a之間配置第1和第2隔熱板9A、9B，能夠通過隔熱板9A、9B來阻隔來自生長(zhǎng)部3b的輻射熱，抑制氣體供給管路6的氣體導(dǎo)入口64a(上游側(cè)端部64)附近的溫度上升。

此外，氣體供給管路6按照下述方式在途中彎曲(彎折)，所述方式為：通過第1和第2隔熱板9A、9B的位置設(shè)在反應(yīng)爐2的徑向的大致中心附近、但通過上游側(cè)凸緣8A的位置則從反應(yīng)爐2的徑向的中心偏離。

即，氣體供給管路6維持原樣，在氣體導(dǎo)入口64a與高溫生長(zhǎng)區(qū)域的生長(zhǎng)部3b之間配置有第1和第2隔熱板9A、9B。氣體供給管路6在生長(zhǎng)部3b至第2隔熱板9B為止具有直管部，從第2隔熱板9B至上游凸緣8A之間具有彎曲部。

第1和第2隔熱板9A、9B例如由碳或石英形成，但優(yōu)選氣體導(dǎo)入口64a側(cè)(9B)為石英制，生長(zhǎng)部3b側(cè)(9A)為碳制。此外，隔熱板9A、9B數(shù)量越多越具有隔熱效果，但如果過多則隔熱效果變?nèi)?。因此隔熱?的數(shù)量?jī)?yōu)選為2～5塊左右。

氣體導(dǎo)入管60的偏芯量(直管部的中心與彎曲部的中心之間的距離)越大越有效。本實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)入管60偏芯(彎曲)例如10～20mm左右。優(yōu)選使其以氣體導(dǎo)入管60的直徑以上的長(zhǎng)度偏芯。例如，若氣體導(dǎo)入管60的直徑為10mm，則優(yōu)選最低以偏芯量10mm進(jìn)行偏芯，若氣體導(dǎo)入管60的直徑為20mm，則優(yōu)選最低以偏芯量20mm進(jìn)行偏芯。

(第1實(shí)施方式的效果)

根據(jù)本實(shí)施方式，可以抑制氣體導(dǎo)入管60的氣體導(dǎo)入口64a(上游側(cè)端部64)附近的溫度上升，因此能夠防止雜質(zhì)由SUS制的上游側(cè)端部64進(jìn)入氣體導(dǎo)入管60內(nèi)。

[第2實(shí)施方式]

圖2是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體模板的剖視圖。

該氮化物半導(dǎo)體模板10是使用圖1所示的HVPE裝置1制作的，具有藍(lán)寶石基板11，在該藍(lán)寶石基板11上形成AlN緩沖層12，在AlN緩沖層12上形成作為第1層的非摻雜GaN層13，在非摻雜GaN層13上形成作為第2層的Si摻雜GaN層14。非摻雜GaN層13和Si摻雜GaN層14是氮化物半導(dǎo)體模板的一個(gè)例子。

氮化物半導(dǎo)體模板10僅為非摻雜GaN層時(shí)結(jié)晶性變得良好。但是，氮化物半導(dǎo)體模板10由于是電流流動(dòng)的部分，因此當(dāng)然必需添加Si等n型雜質(zhì)。因此，氮化物半導(dǎo)體模板10的Si濃度優(yōu)選為5×10¹⁸～5×10¹⁹cm^-3。本實(shí)施方式中，將Si濃度設(shè)為1×10¹⁹cm^-3。即，本實(shí)施方式并不是降低Si濃度而提高了結(jié)晶性，即使添加19次方的Si濃度，也抑制不希望的雜質(zhì)的混入，使X射線衍射(XRD)的(0004)面的半值寬度(FWHM)變窄，從而獲得結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體模板。

(第2實(shí)施方式的效果)

根據(jù)本實(shí)施方式，通過開發(fā)能夠抑制不希望的雜質(zhì)的混入的上述金屬氯化物氣體發(fā)生裝置，能夠提供可適合用于高效率的半導(dǎo)體發(fā)光元件的氮化物半導(dǎo)體模板。此外，通過用HVPE法來形成氮化物半導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)了顯著縮短生長(zhǎng)時(shí)間。因此能夠提供低成本且高性能的發(fā)光元件用模板。即該氮化物半導(dǎo)體模板是對(duì)高亮度的半導(dǎo)體發(fā)光元件有用的模板。

接下來，通過以下實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些實(shí)施例限定。

實(shí)施例1

首先說明本發(fā)明的實(shí)施例1。實(shí)施例1中，使用如圖1所示的構(gòu)成的HVPE裝置1來制作圖2所示的氮化物半導(dǎo)體模板。實(shí)施例1中，就隔熱板而言，在氣體導(dǎo)入口64a側(cè)配置第1塊石英制的第2隔熱板9B，在生長(zhǎng)部3b側(cè)配置第2塊碳制的第1隔熱板9A。

藍(lán)寶石基板11使用的是厚度為900μm、直徑為100mm(4英寸)的基板。首先在藍(lán)寶石基板11上將約20nm的A1N緩沖層12成膜，在A1N緩沖層12上生長(zhǎng)約6μm的非摻雜GaN層13，在非摻雜GaN層13上生長(zhǎng)約2μm的Si摻雜GaN層14。

HVPE生長(zhǎng)如下實(shí)施。在將藍(lán)寶石基板11設(shè)置在HVPE裝置1的承載盤5上后，流入純氮，趕出反應(yīng)爐2內(nèi)的大氣。然后，在氫3slm和氮7s1m的混合氣體中，將基板溫度設(shè)為1100℃，保持10分鐘。然后，從III族管路62流入三甲基鋁(TMA)和作為載氣的氫、氮，從V族管路61流入NH₃、氫，生長(zhǎng)AlN緩沖層12。進(jìn)而，以60μm/hr的生長(zhǎng)速度生長(zhǎng)非摻雜GaN層13。作為此時(shí)流入的氣體，由III族管路62流入50sccm的HCl、2slm的氫、1slm的氮，從V族管路61流入2slm的NH₃和lslm的氫。生長(zhǎng)時(shí)間為6min時(shí)間。

第1層的非摻雜GaN層13生長(zhǎng)后，基本的生長(zhǎng)條件與第1層相同地，由摻雜管路63在2分鐘內(nèi)導(dǎo)入Si原料二氯硅烷，生長(zhǎng)第2層的Si摻雜GaN層14。然后，邊流入2slm的NH₃和8slm的氮，邊將基板溫度冷卻至室溫附近。然后進(jìn)行數(shù)十分鐘的氮吹洗(purge)，使反應(yīng)爐2內(nèi)為氮?dú)夥眨缓笕〕龅锇雽?dǎo)體模板10。

對(duì)上述這樣制作的實(shí)施例1的氮化物半導(dǎo)體模板10進(jìn)行X射線衍射(XRD)的(0004)面的半值寬度(FWHM)得到了237.8秒。此外為了分析雜質(zhì)，進(jìn)行了SIMS分析。進(jìn)行了SIMS分析的元素設(shè)為被認(rèn)為是SUS部件起因的雜質(zhì)的Fe、Cr、Ni這三種。

圖3示出Fe的SIMS分析結(jié)果。為了與以往進(jìn)行比較，圖3中也示出比較例1的結(jié)果。實(shí)施例1的非摻雜GaN層(un－GaN)13和Si摻雜GaN層(Si－GaN)14的Fe濃度為約2×10¹⁵，與后述的比較例1的2.5～8.0×10¹⁷相比，確認(rèn)降低了約2個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖4表示Cr的SIMS分析結(jié)果。為了與以往進(jìn)行比較，圖4中也示出比較例1的結(jié)果。實(shí)施例1的非摻雜GaN層(un－GaN)13和Si摻雜GaN層(Si－GaN)14的Cr濃度為1×10¹⁴左右(2×10¹⁴為檢測(cè)下限)，與比較例1的0.2～2×10¹⁵相比，確認(rèn)降低了約1個(gè)數(shù)量級(jí)程度。

圖5表示Ni的SIMS分析結(jié)果。為了與以往進(jìn)行比較，圖5中也示出比較例1的結(jié)果。比較例1中為通過SIMS分析能夠檢測(cè)的濃度，但實(shí)施例1的非摻雜GaN層(un－GaN)13和Si摻雜GaN層(Si－GaN)14的Ni濃度為SIMS分析的檢測(cè)下限(4.0×10¹⁵cm^-3)。

實(shí)施例2

對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例2進(jìn)行說明。實(shí)施例2中使用如圖1所示那樣的構(gòu)成的HVPE裝置1來制作圖2所示的氮化物發(fā)光元件用模板。實(shí)施例2中，除了將生長(zhǎng)非摻雜GaN層13和Si摻雜GaN層14時(shí)的III族管路氣體流量設(shè)為HC150sccm、氫2.5slm、氮0.5slm以外，在與實(shí)施例1同樣的生長(zhǎng)條件下制作氮化物半導(dǎo)體模板10。對(duì)該氮化物半導(dǎo)體模板10利用X射線衍射(XRD)獲得的(0004)面的半值寬度(FWHM)為203.8秒。就非摻雜GaN層13、Si摻雜GaN層14的雜質(zhì)濃度而言，F(xiàn)e濃度為7.0×10¹⁴～9.0×10¹⁵cm^-3左右，Cr濃度為6.0×10¹³～8.0×10¹⁴cm^-3左右，對(duì)于Ni濃度，也與實(shí)施例1同樣地，與比較例1相比被抑制為低濃度，可知(0004)面的半值寬度變窄。

由上述可知X射線衍射(XRD)的(0004)面的半值寬度(FWHM)變低，結(jié)晶性變好，確認(rèn)了其原因在于成功地抑制了雜質(zhì)混入。此外確認(rèn)了，利用HVPE裝置1生長(zhǎng)的非摻雜GaN層13和Si摻雜GaN層14中含有Cl。

由該結(jié)果可以確認(rèn)，氮化物半導(dǎo)體模板10由于雜質(zhì)減少而變得優(yōu)質(zhì)。為了進(jìn)一步確認(rèn)本結(jié)果的效果，在實(shí)施例1、2中制作的氮化物半導(dǎo)體模板10上通過MOVPE法進(jìn)行發(fā)光元件用的外延生長(zhǎng)，制作到半導(dǎo)體發(fā)光元件(參照?qǐng)D7)為止，進(jìn)行效果的確認(rèn)。

(半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方怯)

下面參照附圖說明半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法。

圖6為本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片的剖視圖，圖7為本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。

具體而言，在圖2所示的氮化物半導(dǎo)體模板10上生長(zhǎng)n型GaN層21，在n型GaN層21上生長(zhǎng)6對(duì)InGaN/GaN多量子阱層22，在InGaN/GaN多量子阱層22上生長(zhǎng)p型AlGaN層23和p型GaN接觸層24，生長(zhǎng)上述層疊結(jié)構(gòu)后，將反應(yīng)爐2的溫度降至室溫附近，由MOVPE裝置取出圖6所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片20。

然后，利用RIE(Reactive Ion Etching，反應(yīng)性離子蝕刻)部分除去獲得的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片20的表面，使氮化物半導(dǎo)體模板10的n型GaN層的一部分露出，形成Ti/Al電極31。進(jìn)而在p型GaN接觸層24上形成Ni/Au半透明電極32和電極襯墊33，制作圖7所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件30。

以通電電流20mA評(píng)價(jià)半導(dǎo)體發(fā)光元件30的發(fā)光特性時(shí)，發(fā)光峰值波長(zhǎng)為約450nm，實(shí)現(xiàn)了順向電壓3.25V、發(fā)光輸出功率15mW。此外，對(duì)于半導(dǎo)體發(fā)光元件30的可靠性試驗(yàn)，在室溫、通電50mA的條件下實(shí)施1000hr的通電試驗(yàn)。其結(jié)果是相對(duì)輸出功率為98％，也確認(rèn)了具有足夠良好的可靠性特性。其中，相對(duì)輸出功率＝(通電168小時(shí)后的發(fā)光輸出功率/初期發(fā)光輸出功率)×100。

(比較例1)

圖8示出比較例1的HVPE裝置100。作為比較例1，使用了如圖8所示那樣的構(gòu)成的HVPE裝置100。

比較例1的HVPE裝置100和圖1所示的HVPE裝置1的不同之處在于，氣體供給管路6呈直線狀，未設(shè)置隔熱板9A、9B，其它與圖1所示的HVPE裝置1同樣地構(gòu)成。

比較例1中制作的氮化物半導(dǎo)體模板的構(gòu)造與實(shí)施例所示的圖1相同，生長(zhǎng)條件等也相同。此外，比較例1中制作的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片20(參照?qǐng)D6)和半導(dǎo)體發(fā)光元件30(參照?qǐng)D7)的構(gòu)造及制作、生長(zhǎng)條件也與實(shí)施例1相同。即，除了HVPE裝置的構(gòu)成以外均與實(shí)施例相同。

對(duì)上述這樣制作的氮化物半導(dǎo)體模板10進(jìn)行X射線衍射(XRD)所獲得的(0004)面的半值寬度(FWHM)為450.1秒。即可知，實(shí)施例1與比較例1相比約減小一半。關(guān)于雜質(zhì)濃度，由于已在實(shí)施例1中示出，故省略(參照?qǐng)D3～圖5)。

以通電電流20mA評(píng)價(jià)半導(dǎo)體發(fā)光元件30的發(fā)光特性時(shí)，發(fā)光峰值波長(zhǎng)為約452nm，順向電壓為3.21V，發(fā)光輸出功率為10mW。即，由于Fe、Cr、Ni等雜質(zhì)的混入，結(jié)晶缺陷變多，其結(jié)果是半值寬度也寬。因此可知，內(nèi)部量子效率變差，發(fā)光輸出功率降低。換言之，根據(jù)實(shí)施例1可知，通過抑制雜質(zhì)的混入，內(nèi)部量子效率提高，發(fā)光輸出功率提高。

此外，關(guān)于比較例1，對(duì)于半導(dǎo)體發(fā)光元件30的可靠性試驗(yàn)，也在室溫、通電50mA的條件下實(shí)施1000hr的通電試驗(yàn)。其結(jié)果，確認(rèn)了相對(duì)輸出功率為83％，可靠性不太好。由于結(jié)晶性差，可靠性不好是理所當(dāng)然的結(jié)果。其中，相對(duì)輸出功率＝(通電168小時(shí)后的發(fā)光輸出功率/初期發(fā)光輸出功率)×100。

(比較例2)

作為比較例2，使用了如圖8所示那樣的構(gòu)成的HVPE裝置100。比較例2中制作的氮化物半導(dǎo)體模板10的構(gòu)造、以及比較例2中制作的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片20(參照?qǐng)D6)和半導(dǎo)體發(fā)光元件30(參照?qǐng)D7)的構(gòu)造和制作、生長(zhǎng)條件也與實(shí)施例1相同。

但是，為了防止不希望的雜質(zhì)的混入，將生長(zhǎng)溫度設(shè)為900℃。即，除了將生長(zhǎng)部的溫度設(shè)為900℃以外，均與比較例1相同。

對(duì)上述這樣制作的氮化物半導(dǎo)體模板10進(jìn)行X射線衍射(XRD)的(0004)面的半值寬度(FWHM)為432.5秒。雜質(zhì)濃度未圖示，但為比實(shí)施例1多一些的程度。即通過降低生長(zhǎng)溫度，雖然可以降低不希望的雜質(zhì)，但(0004)面的半值寬度(FWHM)變寬。

以通電電流20mA評(píng)價(jià)半導(dǎo)體發(fā)光元件30的發(fā)光特性時(shí)，發(fā)光峰值波長(zhǎng)為約451nm，順向電壓為3.22V，發(fā)光輸出功率為10mW。即，在降低生長(zhǎng)溫度而抑制Fe、Cr、Ni等不希望的雜質(zhì)的混入時(shí)，結(jié)晶缺陷變多，結(jié)果是半值寬度變寬。因此可知，內(nèi)部量子效率變差，發(fā)光輸出功率降低。

此外，關(guān)于比較例2，對(duì)于半導(dǎo)體發(fā)光元件30的可靠性試驗(yàn)，也在室溫、通電50mA的條件下實(shí)施1000hr的通電試驗(yàn)。其結(jié)果是，確認(rèn)了相對(duì)輸出功率為84％，可靠性不太好。由于結(jié)晶性差，可靠性不好是理所當(dāng)然的結(jié)果。其中，相對(duì)輸出功率＝(通電168小時(shí)后的發(fā)光輸出功率/初期發(fā)光輸出功率)×100。

(變形例1)

本實(shí)施方式使用了平坦的藍(lán)寶石基板，但即使使用在藍(lán)寶石基板上形成了凹凸的所謂PSS基板(Patterned Sapphire Substrate)，也可獲得同樣的效果。

(變形例2)

本發(fā)明中，作為生長(zhǎng)速度，為60μm/hr，但即使生長(zhǎng)速度提高至300μm/hr左右也能夠適用。

(變形例3)

本發(fā)明涉及的是設(shè)置在基板上的GaN系膜，因此即使緩沖層不是AlN也能夠獲得本發(fā)明所謀求的效果。

(變形例4)

圖9是表示本發(fā)明的變形例4的肖特基勢(shì)壘二極管的剖視圖。肖特基勢(shì)壘二極管40具有藍(lán)寶石基板41，在該藍(lán)寶石基板41上生長(zhǎng)3.5～8μm的n型GaN層43，在n型GaN層43上形成了歐姆電極45和肖特基電極46。

n型GaN層43例如為摻雜了Si的層，載體濃度為4×10¹⁷cm^-3。

歐姆電極45形成為在n型GaN層43上依次形成了例如厚度為20nm的Ti層、厚度為200nm的Al層的由Ti/Al構(gòu)成的2層構(gòu)造。

肖特基電極46形成為在n型GaN層43上依次形成了例如厚度為50nm的Ni層、厚度為500nm的Au層的由Ni/Au構(gòu)成的2層構(gòu)造。

此外，本發(fā)明不受上述實(shí)施方式、上述實(shí)施例、上述變形例限定，可以在不脫離發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形實(shí)施。例如，上述實(shí)施方式和上述實(shí)施例中對(duì)將金屬氯化物氣體發(fā)生裝置適用于HVPE法的情況進(jìn)行了說明，但也可適用于其它生長(zhǎng)方法。