知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ 信越半導体株式会社の特許一覧 ▶ 信越化学工業株式会社の特許一覧
特開2023-13403紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ及びその製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023013403
(43)【公開日】2023-01-26
(54)【発明の名称】紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
C30B 29/38 20060101AFI20230119BHJP
H01L 21/20 20060101ALI20230119BHJP
H01L 21/265 20060101ALI20230119BHJP
H01L 21/02 20060101ALI20230119BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20230119BHJP
H01L 33/32 20100101ALI20230119BHJP
【ＦＩ】
C30B29/38 D
H01L21/20
H01L21/265 Q
H01L21/02 B
H01L21/205
H01L33/32
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021117554
(22)【出願日】2021-07-16
(71)【出願人】
【識別番号】000190149
【氏名又は名称】信越半導体株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000002060
【氏名又は名称】信越化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100102532
【弁理士】
【氏名又は名称】好宮 幹夫
(74)【代理人】
【識別番号】100194881
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 俊弘
(74)【代理人】
【識別番号】100215142
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 徹
(72)【発明者】
【氏名】土屋 慶太郎
(72)【発明者】
【氏名】山田 雅人
(72)【発明者】
【氏名】永田 和寿
【テーマコード（参考）】
4G077
5F045
5F152
5F241
【Ｆターム（参考）】
4G077AA03
4G077AB02
4G077AB08
4G077BE11
4G077DB08
4G077EB01
4G077HA02
5F045AA04
5F045AB17
5F045AC01
5F045AC08
5F045AC12
5F045AC19
5F045AD15
5F045AE23
5F045AF05
5F045AF09
5F045CA10
5F045DA52
5F045DA55
5F045HA03
5F045HA16
5F152LL05
5F152LN18
5F152LP01
5F152MM10
5F152MM18
5F152NN13
5F152NN15
5F152NN16
5F152NP09
5F152NP27
5F152NQ09
5F241AA03
5F241AA40
5F241CA04
5F241CA05
5F241CA40
5F241CA65
5F241CA73
5F241CB36
5F241FF16
(57)【要約】
【課題】安価で光取り出し効率の良い高品質のＡｌＮ等のＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層を有する紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハとその製造方法を提供する。
【解決手段】紫外光に透明で耐熱性のある第一支持基板と、該第一支持基板上に、貼り合わせにより接合されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶の種結晶層と、該種結晶層上に、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）を主成分とする第一導電型クラッド層と、ＡｌＧａＮ系活性層と、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）を主成分とする第二導電型クラッド層とが順に積層成長されたエピタキシャル層を有する紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ。
【選択図】図１
【解決手段】紫外光に透明で耐熱性のある第一支持基板と、該第一支持基板上に、貼り合わせにより接合されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶の種結晶層と、該種結晶層上に、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）を主成分とする第一導電型クラッド層と、ＡｌＧａＮ系活性層と、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）を主成分とする第二導電型クラッド層とが順に積層成長されたエピタキシャル層を有する紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
紫外光に透明で耐熱性のある第一支持基板と、
該第一支持基板上に、貼り合わせにより接合されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶の種結晶層と、
該種結晶層上に、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）を主成分とする第一導電型クラッド層と、ＡｌＧａＮ系活性層と、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）を主成分とする第二導電型クラッド層とが順に積層成長されたエピタキシャル層を有することを特徴とする紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ。
該第一支持基板上に、貼り合わせにより接合されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶の種結晶層と、
該種結晶層上に、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）を主成分とする第一導電型クラッド層と、ＡｌＧａＮ系活性層と、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）を主成分とする第二導電型クラッド層とが順に積層成長されたエピタキシャル層を有することを特徴とする紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ。
【請求項2】
前記第一支持基板の主成分が、合成石英またはサファイヤであることを特徴とする請求項１に記載の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ。
【請求項3】
前記ＡｌＧａＮ系活性層がＭＱＷ構造で形成されており、Ａｌ、Ｇａ、Ｎ以外の構成元素としてＩｎが存在し、該Ｉｎの割合が１％未満であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ。
【請求項4】
前記ＡｌＧａＮ系活性層が、２５℃、０．２Ａ／ｍｍ２の電流注入時に発光するスペクトルのピーク波長λｐが２３５ｎｍより短波長であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ。
【請求項5】
前記種結晶層のバンドギャップが、前記ＡｌＧａＮ系活性層のバンドギャップよりも大きいものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ。
【請求項6】
前記種結晶層は、エピタキシャル成長面がＣ面であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ。
【請求項7】
紫外光に透明で耐熱性のある第一支持基板上に、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜Ｘ≦１）単結晶より剥離転写して種結晶層を貼り合わせて貼り合わせ基板を作製する工程と、
該貼り合わせ基板上に、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）を主成分とする第一導電型クラッド層と、ＡｌＧａＮ系活性層と、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）を主成分とする第二導電型クラッド層とを順にエピタキシャル成長させたエピタキシャル層を形成する工程を含む紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法。
該貼り合わせ基板上に、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）を主成分とする第一導電型クラッド層と、ＡｌＧａＮ系活性層と、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）を主成分とする第二導電型クラッド層とを順にエピタキシャル成長させたエピタキシャル層を形成する工程を含む紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項8】
前記第一支持基板を、合成石英またはサファイヤが主成分のものとすることを特徴とする請求項７に記載の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項9】
前記ＡｌＧａＮ系活性層をＭＱＷ構造で形成し、Ａｌ、Ｇａ、Ｎ以外の構成元素としてＩｎを含め、該Ｉｎの割合を１％未満とすることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項10】
前記ＡｌＧａＮ系活性層を、２５℃、０．２Ａ／ｍｍ２の電流注入時に発光するスペクトルのピーク波長λｐが２３５ｎｍより短波長のものとすることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項11】
前記種結晶層を、バンドギャップが前記ＡｌＧａＮ系活性層のバンドギャップよりも大きいものとすることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項12】
前記種結晶層のエピタキシャル成長面をＣ面とすることを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
窒化物系半導体材料を活用した深紫外線発光ダイオードは殺菌用光源として水銀レス、長寿命、コンパクト化、軽量化、省エネ等の観点から、近年、市場拡大が期待されている。
【0003】
しかしながらこれらの深紫外線発光ダイオード用エピタキシャル基板は、サファイア基板やＡｌＮ基板を下地基板としてハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法でＡｌＮ層を成長させている（特許文献１）。格子定数の異なるサファイヤやＳｉＣといった材料基板上にＡｌＮ層が形成されている場合、格子ミスマッチによる欠陥が発生し、内部量子効率を落としエネルギー変換効率が低下する傾向にある。
また、２５０ｎｍより短波長の場合、その影響がさらに著しくなる。
また、２５０ｎｍより短波長の場合、その影響がさらに著しくなる。
【0004】
また、格子定数の比較的近いＧａＮ単結晶自立基板はそのバンドギャップから光吸収基板となり外部量子効率を低下させる。ＡｌＮ単結晶自立基板は非常に高品質なエピタキシャル用の基板として有望であるが製造が難しく、非常に高価な材料である。その為、高出力、高効率の殺菌用の深紫外線発光ダイオードの普及に問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第６０４２５４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
安価で高品質な深紫外線発光ダイオードを作製するため、ＡｌＮセラミックスからなる基板を用いて深紫外線発光ダイオードを作製することが考えられる。
しかしながら、ＡｌＮセラミックス基板が不透明なため、基板側から光を取り出すことが困難であった。
しかしながら、ＡｌＮセラミックス基板が不透明なため、基板側から光を取り出すことが困難であった。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、安価で光取り出し効率の良い高品質のＡｌＮ等のＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層を有する紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハとそ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】
【0008】
上記目的を達成するために、本発明は、紫外光に透明で耐熱性のある第一支持基板と、
該第一支持基板上に、貼り合わせにより接合されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶の種結晶層と、
該種結晶層上に、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）を主成分とする第一導電型クラッド層と、ＡｌＧａＮ系活性層と、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）を主成分とする第二導電型クラッド層とが順に積層成長されたエピタキシャル層を有することを特徴とする紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハを提供する。
該第一支持基板上に、貼り合わせにより接合されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶の種結晶層と、
該種結晶層上に、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）を主成分とする第一導電型クラッド層と、ＡｌＧａＮ系活性層と、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）を主成分とする第二導電型クラッド層とが順に積層成長されたエピタキシャル層を有することを特徴とする紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハを提供する。
【0009】
このような紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハであれば、基板側から光を取り出すことができるため、光取り出し効率が向上した高品質のものとすることができる。
また、種結晶層が貼り合わせにより接合されたものであるので、例えば、貼り合わせで分離した高価な窒化物半導体単結晶の種基板を再生して使用することができ、工程全体の材料コストを著しく低下させることができる。その結果、本発明のエピタキシャルウェーハも安価なものとなる。
また、種結晶層が貼り合わせにより接合されたものであるので、例えば、貼り合わせで分離した高価な窒化物半導体単結晶の種基板を再生して使用することができ、工程全体の材料コストを著しく低下させることができる。その結果、本発明のエピタキシャルウェーハも安価なものとなる。
【0010】
また、前記第一支持基板の主成分が、合成石英またはサファイヤであるものとすることができる。
【0011】
従来品の第一支持基板の材質として用いられているセラミックスは、粉末の原料を成型、焼結して作製するため、表面に空隙が発生しやすいので、平坦化する工程（ＣＶＤと研磨）で空隙を埋めて研磨しているが、完全になくすことは難しい。セラミックスの空隙部分が陥没して種結晶層の結晶性が失われるので、欠陥となって歩留まりが低下することが懸念されている。しかしながら、上記のような材質であれば、比較的安価であるし、より確実に、紫外光に対して透明で、表面粗さが少なく、高熱で変形、破損、蒸発しないウェーハとすることができる。すなわち、第一支持基板がセラミックス基板であって欠陥が発生しやすい従来品に比べて、より一層、安価で結晶性が改善された高品質な紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハとなる。
【0012】
また、前記ＡｌＧａＮ系活性層がＭＱＷ構造で形成されており、Ａｌ、Ｇａ、Ｎ以外の構成元素としてＩｎが存在し、該Ｉｎの割合が１％未満であるものとすることができる。
【0013】
このようなＭＱＷ構造で形成されていることで再結合が促進され、内部量子効率が向上する。
【0014】
また、前記ＡｌＧａＮ系活性層が、２５℃、０．２Ａ／ｍｍ２の電流注入時に発光するスペクトルのピーク波長λｐが２３５ｎｍより短波長であるものとすることができる。
【0015】
このようなピーク波長を有するものであれば、特に殺菌用光源として有用な紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハとなる。
【0016】
また、前記種結晶層のバンドギャップが、前記ＡｌＧａＮ系活性層のバンドギャップよりも大きいものとすることができる。
【0017】
このようなものであれば、より確実に、光が基板側の種結晶層に吸収されないようにすることができる。
【0018】
また、前記種結晶層は、エピタキシャル成長面がＣ面であるものとすることができる。
【0019】
このようなエピタキシャル成長面であれば、結晶成長が容易で、かつ、品質の良い薄膜となる。
【0020】
また本発明は、紫外光に透明で耐熱性のある第一支持基板上に、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜Ｘ≦１）単結晶より剥離転写して種結晶層を貼り合わせて貼り合わせ基板を作製する工程と、
該貼り合わせ基板上に、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）を主成分とする第一導電型クラッド層と、ＡｌＧａＮ系活性層と、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）を主成分とする第二導電型クラッド層とを順にエピタキシャル成長させたエピタキシャル層を形成する工程を含む紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
該貼り合わせ基板上に、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）を主成分とする第一導電型クラッド層と、ＡｌＧａＮ系活性層と、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）を主成分とする第二導電型クラッド層とを順にエピタキシャル成長させたエピタキシャル層を形成する工程を含む紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【0021】
このような製造方法であれば、基板側から光を取り出すことができ、光取り出し効率が向上した高品質で、かつ、安価な紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハを製造することができる。
【0022】
また、前記第一支持基板を、合成石英またはサファイヤが主成分のものとすることができる。
【0023】
このようにすれば、比較的安価であるし、より確実に、紫外光に対して透明で、表面粗さが少なく、高熱で変形、破損、蒸発しないウェーハとすることができ、より一層、安価で結晶性が改善された高品質な紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハを得ることができる。
【0024】
また、前記ＡｌＧａＮ系活性層をＭＱＷ構造で形成し、Ａｌ、Ｇａ、Ｎ以外の構成元素としてＩｎを含め、該Ｉｎの割合を１％未満とすることができる。
【0025】
このようなＭＱＷ構造を形成することにより再結合が促進され、内部量子効率が向上する。
【0026】
また、前記ＡｌＧａＮ系活性層を、２５℃、０．２Ａ／ｍｍ２の電流注入時に発光するスペクトルのピーク波長λｐが２３５ｎｍより短波長のものとすることができる。
【0027】
このようなピーク波長を有するものとすれば、特に殺菌用光源として有用な紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハを製造することができる。
【0028】
また、前記種結晶層を、バンドギャップが前記ＡｌＧａＮ系活性層のバンドギャップよりも大きいものとすることができる。
【0029】
このようにすれば、より確実に、光が基板側の種結晶層に吸収されないようにすることができる。
【0030】
また、前記種結晶層のエピタキシャル成長面をＣ面とすることができる。
【0031】
このようにすれば、結晶成長が容易で、かつ、品質の良い薄膜を得ることができる。
【発明の効果】
【0032】
本発明の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ及びその製造方法であれば、安価で光取り出し効率の高い高品質な紫外線発光ダイオードのエピタキシャルウェーハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハの一例を示す概略図である。
【図2】紫外線発光素子層の一例を示す概略図である。
【図3】本発明の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
以下、本発明について図面を参照して実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上述のように、紫外線領域（特には深紫外線領域（ＵＶＣ：２００～２９０ｎｍ））の発光ダイオード用に好適な、安価で高品質なエピタキシャルウェーハが求められていた。
発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、紫外光に透明で耐熱性のある第一支持基板と、該第一支持基板上に、貼り合わせにより接合されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶の種結晶層と、該種結晶層上に、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）を主成分とする第一導電型クラッド層と、ＡｌＧａＮ系活性層と、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）を主成分とする第二導電型クラッド層とが順に積層成長されたエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハにより、安価で光取り出し効率の良い高品質なエピタキシャルウェーハを提供することができることを見出し、この発明を完成させた。
上述のように、紫外線領域（特には深紫外線領域（ＵＶＣ：２００～２９０ｎｍ））の発光ダイオード用に好適な、安価で高品質なエピタキシャルウェーハが求められていた。
発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、紫外光に透明で耐熱性のある第一支持基板と、該第一支持基板上に、貼り合わせにより接合されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶の種結晶層と、該種結晶層上に、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）を主成分とする第一導電型クラッド層と、ＡｌＧａＮ系活性層と、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）を主成分とする第二導電型クラッド層とが順に積層成長されたエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハにより、安価で光取り出し効率の良い高品質なエピタキシャルウェーハを提供することができることを見出し、この発明を完成させた。
【0035】
以下、図面を参照して説明する。
図１に示す本発明の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ１００は、貼り合わせによって作製された基板（貼り合わせ基板１）と、窒化物半導体からなる紫外線発光素子層２を有する。
貼り合せ基板１は、第一支持基板３と接着層４と種結晶層５とを有しており、第一支持基板３上に、種結晶（種結晶層５）を貼り合わせて接合されたものである。ここでは、第一支持基板３と種結晶層５とが接着層４により接合されて作製されたものである。
図１に示す本発明の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ１００は、貼り合わせによって作製された基板（貼り合わせ基板１）と、窒化物半導体からなる紫外線発光素子層２を有する。
貼り合せ基板１は、第一支持基板３と接着層４と種結晶層５とを有しており、第一支持基板３上に、種結晶（種結晶層５）を貼り合わせて接合されたものである。ここでは、第一支持基板３と種結晶層５とが接着層４により接合されて作製されたものである。
【0036】
第一支持基板３は、紫外光に透明であり、耐熱性を有していれば材質等は特に限定されない。例えば、少なくとも波長２３０ｎｍにおける光透過率が７０％以上であり、また、１０００℃を超える高温での処理において、溶融、剥離、破損しない耐熱性を有している基板を用いることができる。より具体的な例を挙げると、合成石英やサファイヤを主成分とする基板を用いることができる。特には合成石英基板やサファイヤ基板とすることができる。これらは従来品のセラミックス製のものと比べて安価であるし、表面粗さが小さく、そのため、貼り合わせで接合された種結晶層５の結晶性が損なわれてしまうのを防ぐことができる。その結果、種結晶層５、さらには紫外線発光素子層２をより高品質なものとすることができ、優れた紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハとなる。
【0037】
ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶からなる種結晶層５は、下記の方法に限定されないが、例えば、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶自立基板またはＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）エピタキシャル基板を用意し（種基板）、該基板にイオン注入を行い、脆弱層を形成し、第一支持基板３と貼り合わせた後に脆弱層で剥離転写することによって、第一支持基板３上に作製することができる。
種結晶層５がこのような貼り合わせによるものであるため、貼り合わせ元の上記の自立基板等（すなわち、種結晶層５の剥離で分離された種基板）を、表面研磨してイオン注入面とすることによって、更に別の本発明の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハを作製する際の種結晶層のために繰り返し利用することができる。このように、比較的高価なＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶の基板を繰り返し有効に使うことができるため、全体としてコストを抑制することができ、その結果、種結晶層５、さらには本発明の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ１００は安価なものとなる。
種結晶層５がこのような貼り合わせによるものであるため、貼り合わせ元の上記の自立基板等（すなわち、種結晶層５の剥離で分離された種基板）を、表面研磨してイオン注入面とすることによって、更に別の本発明の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハを作製する際の種結晶層のために繰り返し利用することができる。このように、比較的高価なＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶の基板を繰り返し有効に使うことができるため、全体としてコストを抑制することができ、その結果、種結晶層５、さらには本発明の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ１００は安価なものとなる。
【0038】
さらには、種結晶層５のバンドギャップが、後述するＡｌＧａＮ系活性層のバンドギャップよりも大きいものであることが好ましい。種結晶層５での光の吸収を防止し、より確実に、より効率良く光を取り出すことができるためである。また、種結晶層５は、エピタキシャル成長面がＣ面であるのが好ましい。このようなものであれば、結晶成長がより容易で高品質の薄膜（紫外線発光素子層２）が得られる。
【0039】
なお、接着層４は第一支持基板３と種結晶層５とを接合するものであり、例えばＳｉＯ２などの紫外光に対して透明な層とすることができる。
あるいは、貼り合わせ基板１がこのような接着層４で接合されたものではなく、種結晶層５となるＡｌＧａＮ単結晶の表面をプラズマやアルゴンイオンエッチングによって、活性化してアモルファス層を形成し、加圧、加熱する方法で第一支持基板３と貼り合わせて接合されたものとすることもできる。
あるいは、貼り合わせ基板１がこのような接着層４で接合されたものではなく、種結晶層５となるＡｌＧａＮ単結晶の表面をプラズマやアルゴンイオンエッチングによって、活性化してアモルファス層を形成し、加圧、加熱する方法で第一支持基板３と貼り合わせて接合されたものとすることもできる。
【0040】
貼り合わせ基板１上には、紫外線発光素子層２が気相成長されている。紫外線発光素子層２の一例の概略を図２に示す。以下に、紫外線発光素子層の構成について詳細に記述する。
貼り合わせ基板１上にホモエピタキシャル層６がエピタキシャル成長されている。ホモエピタキシャル層は、結晶品質を向上させるために導入され、厚さ１００ｎｍ～５００ｎｍの範囲で設計することができる。ホモエピタキシャル層は、デバイスの設計により省略することもできる。
貼り合わせ基板１上にホモエピタキシャル層６がエピタキシャル成長されている。ホモエピタキシャル層は、結晶品質を向上させるために導入され、厚さ１００ｎｍ～５００ｎｍの範囲で設計することができる。ホモエピタキシャル層は、デバイスの設計により省略することもできる。
【0041】
第一導電型クラッド層７（ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）が主成分）はＡｌＧａＮ系活性層８へ電子を供給するために形成されているものであり、特に膜厚は限定されないが、例えば２．５μｍとすることができる。
ＡｌＧａＮ系活性層８は、量子井戸構造を有しており、障壁層９と井戸層１０が交互に積層されている（ＭＱＷ構造）。なお、例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｎ以外の構成元素としてＩｎが存在し、該Ｉｎの割合が１％未満であるものとすることができる。このようなものであれば、内部量子効率が向上され、より効率良く発光させることができるので好ましい。また、ＡｌＧａＮ系活性層８は、２５℃、０．２Ａ／ｍｍ２の電流注入時に発光するスペクトルのピーク波長λｐが２３５ｎｍより短波長であるものとすることができ、このようなものであれば特には深紫外線領域の光をより確実に得ることができ、殺菌用光源として有用である。特に膜厚は限定されないが、例えば障壁層６ｎｍ、井戸層１．５ｎｍで３層積層とすることができる。
第二導電型クラッド層１１（ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）が主成分）は、ＡｌＧａＮ系活性層８へ正孔を供給するために形成されているものである。特に膜厚は限定されないが、例えば３０ｎｍとすることができる。
これらの層が順にエピタキシャル成長により積層されている。
ＡｌＧａＮ系活性層８は、量子井戸構造を有しており、障壁層９と井戸層１０が交互に積層されている（ＭＱＷ構造）。なお、例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｎ以外の構成元素としてＩｎが存在し、該Ｉｎの割合が１％未満であるものとすることができる。このようなものであれば、内部量子効率が向上され、より効率良く発光させることができるので好ましい。また、ＡｌＧａＮ系活性層８は、２５℃、０．２Ａ／ｍｍ２の電流注入時に発光するスペクトルのピーク波長λｐが２３５ｎｍより短波長であるものとすることができ、このようなものであれば特には深紫外線領域の光をより確実に得ることができ、殺菌用光源として有用である。特に膜厚は限定されないが、例えば障壁層６ｎｍ、井戸層１．５ｎｍで３層積層とすることができる。
第二導電型クラッド層１１（ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）が主成分）は、ＡｌＧａＮ系活性層８へ正孔を供給するために形成されているものである。特に膜厚は限定されないが、例えば３０ｎｍとすることができる。
これらの層が順にエピタキシャル成長により積層されている。
【0042】
また、電極との接触抵抗を低減するため、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層１２が形成されている。特に膜厚は限定されないが、例えば６０ｎｍとすることができる。本件の場合、第二導電型クラッド層１１の導電型に合わせてＰ／Ｎを逆転した層配置でもよい。
【0043】
以下に、本発明の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法について説明する。大きく分けて、貼り合わせ基板１の製造工程と、その貼り合わせ基板１上への紫外線発光素子層２の製造工程とからなる。図３に本発明の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ１００の製造方法の一例を示す。
まず、貼り合わせ基板１の製造工程について説明する。
ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶の種基板１３（例えばＡｌＮ基板）を用意して一つの面（イオン注入面）からイオン注入を行う（工程Ａ）。このとき注入するイオンは、例えば、水素イオンや希ガスイオンなどとすることができる。これにより、種基板１３内に、剥離位置となる脆弱層（ダメージ層）１４を形成する（工程Ｂ）。
次に、種基板１３のイオン注入面を、別途用意した第一支持基板３（例えば合成石英基板）上に形成した接着層４（例えばＳiＯ２層）と接合して接合基板１５とする（工程Ｃ）。
まず、貼り合わせ基板１の製造工程について説明する。
ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶の種基板１３（例えばＡｌＮ基板）を用意して一つの面（イオン注入面）からイオン注入を行う（工程Ａ）。このとき注入するイオンは、例えば、水素イオンや希ガスイオンなどとすることができる。これにより、種基板１３内に、剥離位置となる脆弱層（ダメージ層）１４を形成する（工程Ｂ）。
次に、種基板１３のイオン注入面を、別途用意した第一支持基板３（例えば合成石英基板）上に形成した接着層４（例えばＳiＯ２層）と接合して接合基板１５とする（工程Ｃ）。
【0044】
そして、接合基板１５における種基板１３の脆弱層１４で、種基板１３を分離する（工程Ｄ）。このようにすることによって、第一支持基板３の上の接着層４の上にＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）単結晶膜が種結晶層５として薄膜転写され、第一支持基板３、接着層４、種結晶層５が積層された貼り合わせ基板１となる。なお、必要に応じて表面を例えば研磨等することができる（工程Ｅ）。
一方、分離された種基板１３の残部は、再びこの表面を研磨してイオン注入面とすることによって、更に別の貼り合わせ基板を作製する際の種結晶層のために繰り返し利用することができる。
一方、分離された種基板１３の残部は、再びこの表面を研磨してイオン注入面とすることによって、更に別の貼り合わせ基板を作製する際の種結晶層のために繰り返し利用することができる。
【0045】
次に、図２、３を参照して、紫外線発光素子層２（特に深紫外線領域の発光ダイオード用に好適なエピタキシャル層）の製造工程を示す（工程Ｆ）。
［１］反応炉への導入
貼り合わせ基板１をＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に導入する。貼り合わせ基板１を反応炉に導入する前に、薬品によりクリーニングを行う。貼り合わせ基板１を反応炉内に導入後、窒素などの高純度不活性ガスで炉内を満たして、炉内のガスを排気する。
［１］反応炉への導入
貼り合わせ基板１をＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に導入する。貼り合わせ基板１を反応炉に導入する前に、薬品によりクリーニングを行う。貼り合わせ基板１を反応炉内に導入後、窒素などの高純度不活性ガスで炉内を満たして、炉内のガスを排気する。
【0046】
［２］貼り合わせ基板表面を炉内でクリーニングする工程
貼り合わせ基板１を反応炉内で加熱して、基板の表面をクリーニングする。クリーニングを行う温度は、貼り合わせ基板表面の温度で１０００℃から１２００℃の間で決めることができるが、特に１０５０℃でクリーニングを行うことで清浄な表面を得ることができる。
クリーニングは、炉内の圧力が減圧された後に実施し、炉内圧力は２００ｍｂａｒから３０ｍｂａｒの間で決めることができる。炉内には、水素、窒素、アンモニアなどからなる混合カスを供給した状態で、例えば１０分間程度クリーニングを行う。これらの条件は一例であり、特に限定されるものではない。
貼り合わせ基板１を反応炉内で加熱して、基板の表面をクリーニングする。クリーニングを行う温度は、貼り合わせ基板表面の温度で１０００℃から１２００℃の間で決めることができるが、特に１０５０℃でクリーニングを行うことで清浄な表面を得ることができる。
クリーニングは、炉内の圧力が減圧された後に実施し、炉内圧力は２００ｍｂａｒから３０ｍｂａｒの間で決めることができる。炉内には、水素、窒素、アンモニアなどからなる混合カスを供給した状態で、例えば１０分間程度クリーニングを行う。これらの条件は一例であり、特に限定されるものではない。
【0047】
［３］ホモエピタキシャル層を成長する工程
この工程では、規定の炉内圧力および基板温度において、原料であるＡｌ，Ｇａ，Ｎ源となるガスを導入することによって、貼り合わせ基板１上に、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）をエピタキシャル成長させる（ホモエピタキシャル層６）。
この工程では、例えば炉内圧力は５０ｍｂａｒ、基板温度１１２０℃で成長を行うことができる。Ａｌ源としてはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ），Ｇａ源としてはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ），Ｎ源としてはアンモニア（ＮＨ３）を用いることができる。また、所望のＡｌ組成の混晶を得るために、原料ガスの材料効率を考慮して、薄膜中に取り込まれるＡｌ／Ｇａ比が設定している比率になるように、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａの流量を設定する。この工程では、ＴＭＡｌの流量を標準状態で例えば０．２４Ｌ／ｍｉｎ（２４０ｓｃｃｍ），ＮＨ３の流量は例えば２．０Ｌ／ｍｉｎ（２０００ｓｃｃｍ）でＡｌＮの成長を行うことができる。ＴＭＡｌ，ＴＭＧａ，ＮＨ３のキャリアガスは例えば水素を使用することができる。これらの条件は一例であり、特に限定されるものではない。
この工程では、規定の炉内圧力および基板温度において、原料であるＡｌ，Ｇａ，Ｎ源となるガスを導入することによって、貼り合わせ基板１上に、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）をエピタキシャル成長させる（ホモエピタキシャル層６）。
この工程では、例えば炉内圧力は５０ｍｂａｒ、基板温度１１２０℃で成長を行うことができる。Ａｌ源としてはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ），Ｇａ源としてはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ），Ｎ源としてはアンモニア（ＮＨ３）を用いることができる。また、所望のＡｌ組成の混晶を得るために、原料ガスの材料効率を考慮して、薄膜中に取り込まれるＡｌ／Ｇａ比が設定している比率になるように、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａの流量を設定する。この工程では、ＴＭＡｌの流量を標準状態で例えば０．２４Ｌ／ｍｉｎ（２４０ｓｃｃｍ），ＮＨ３の流量は例えば２．０Ｌ／ｍｉｎ（２０００ｓｃｃｍ）でＡｌＮの成長を行うことができる。ＴＭＡｌ，ＴＭＧａ，ＮＨ３のキャリアガスは例えば水素を使用することができる。これらの条件は一例であり、特に限定されるものではない。
【0048】
［４］第一導電型クラッド層を成長する工程
この工程は、ホモエピタキシャル層６の上に第一導電型クラッド層７を成長する工程である。
この工程では、反応炉内を規定の炉内圧力、基板温度に保持した後、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａ，ＮＨ３，およびｎ型導電性にするための不純物ガスを、炉内に供給して第一導電型クラッド層７を成長する。第一導電型クラッド層７は、主成分がＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）で表される組成で自由に作製することができるが、一例としてＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎとすることができる。組成を変えて複数層形成してもよい。
この工程の炉内圧力は例えば７５ｍｂａｒ，基板温度は１１００℃とすることができる。所望のＡｌ組成の混晶を得るために、原料ガスの材料効率を考慮して、薄膜中に取り込まれるＡｌ／Ｇａ比が設定している比率になるように、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａの流量を設定する。これらの値は、一例であり特に限定されるものではない。
ｎ型導電性にするための不純物ガスは、モノシラン（ＳｉＨ４）を用いることができる。原料ガスを輸送するためのキャリアガスは、水素を用いることができる。なお、不純物ガスとして、テトラエチルシランを用いてもよい。
この工程は、ホモエピタキシャル層６の上に第一導電型クラッド層７を成長する工程である。
この工程では、反応炉内を規定の炉内圧力、基板温度に保持した後、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａ，ＮＨ３，およびｎ型導電性にするための不純物ガスを、炉内に供給して第一導電型クラッド層７を成長する。第一導電型クラッド層７は、主成分がＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５＜ｙ≦１）で表される組成で自由に作製することができるが、一例としてＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎとすることができる。組成を変えて複数層形成してもよい。
この工程の炉内圧力は例えば７５ｍｂａｒ，基板温度は１１００℃とすることができる。所望のＡｌ組成の混晶を得るために、原料ガスの材料効率を考慮して、薄膜中に取り込まれるＡｌ／Ｇａ比が設定している比率になるように、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａの流量を設定する。これらの値は、一例であり特に限定されるものではない。
ｎ型導電性にするための不純物ガスは、モノシラン（ＳｉＨ４）を用いることができる。原料ガスを輸送するためのキャリアガスは、水素を用いることができる。なお、不純物ガスとして、テトラエチルシランを用いてもよい。
【0049】
［５］ＡｌＧａＮ系活性層を成長する工程
この工程は、第一導電型クラッド層７の上にＡｌＧａＮ系活性層８を成長する工程である。この工程では、反応炉内を規定の炉内圧力、基板温度に保持した後、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａ，ＮＨ３を炉内に供給してＡｌＧａＮ系活性層８を成長する。ＡｌＧａＮ系活性層８は、一例として障壁層９：Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ，井戸層１０：Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ｎとすることができる。また、この工程の炉内圧力は例えば７５ｍｂａｒ，基板温度は１１００℃とすることができる。各層で所望のＡｌ組成の混晶を得るために、原料ガスの材料効率を考慮して、薄膜中に取り込まれるＡｌ／Ｇａ比が設定している比率になるように、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａの流量を設定する。これらの値は、一例であり特に限定されるものではない。
この工程は、第一導電型クラッド層７の上にＡｌＧａＮ系活性層８を成長する工程である。この工程では、反応炉内を規定の炉内圧力、基板温度に保持した後、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａ，ＮＨ３を炉内に供給してＡｌＧａＮ系活性層８を成長する。ＡｌＧａＮ系活性層８は、一例として障壁層９：Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ，井戸層１０：Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ｎとすることができる。また、この工程の炉内圧力は例えば７５ｍｂａｒ，基板温度は１１００℃とすることができる。各層で所望のＡｌ組成の混晶を得るために、原料ガスの材料効率を考慮して、薄膜中に取り込まれるＡｌ／Ｇａ比が設定している比率になるように、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａの流量を設定する。これらの値は、一例であり特に限定されるものではない。
【0050】
［６］第二導電型クラッド層を成長する工程
この工程は、ＡｌＧａＮ系活性層８の上に第二導電型クラッド層１１を成長する工程である。この工程では、反応炉内を規定の炉内圧力、基板温度に保持した後、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａ，ＮＨ３，およびｐ型導電性にするための不純物原料を、炉内に供給して第二導電型クラッド層１１を成長する。第二導電型クラッド層１１は、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）で表される組成で自由に作製することができるが、一例としてＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎとすることができる。組成を変えて複数層形成してもよい。
この工程の炉内圧力は例えば７５ｍｂａｒ，基板温度は１１００℃とすることができる。所望のＡｌ組成の混晶を得るために、原料ガスの材料効率を考慮して、薄膜中に取り込まれるＡｌ／Ｇａ比が設定している比率になるように、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａの流量を設定する。これらの値は、一例であり特に限定されるものではない。
ｐ型導電性にするための不純物原料は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることができる。また、原料ガスを輸送するためのキャリアガスは、水素を用いることができる。
この工程は、ＡｌＧａＮ系活性層８の上に第二導電型クラッド層１１を成長する工程である。この工程では、反応炉内を規定の炉内圧力、基板温度に保持した後、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａ，ＮＨ３，およびｐ型導電性にするための不純物原料を、炉内に供給して第二導電型クラッド層１１を成長する。第二導電型クラッド層１１は、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．５＜ｚ≦１）で表される組成で自由に作製することができるが、一例としてＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎとすることができる。組成を変えて複数層形成してもよい。
この工程の炉内圧力は例えば７５ｍｂａｒ，基板温度は１１００℃とすることができる。所望のＡｌ組成の混晶を得るために、原料ガスの材料効率を考慮して、薄膜中に取り込まれるＡｌ／Ｇａ比が設定している比率になるように、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａの流量を設定する。これらの値は、一例であり特に限定されるものではない。
ｐ型導電性にするための不純物原料は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることができる。また、原料ガスを輸送するためのキャリアガスは、水素を用いることができる。
【0051】
［７］ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を成長する工程
この工程は、第二導電型クラッド層１１の上にｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層１２を成長する工程である。この工程では、反応炉内を規定の炉内圧力、基板温度に保持した後、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａ，ＮＨ３，およびｐ型導電性にするための不純物原料を、炉内に供給してｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層１２を成長する。この工程の炉内圧力は例えば７５ｍｂａｒ，基板温度は１１００℃とすることができる。これらの値は、一例であり特に限定されるものではない。
ｐ型導電性にするための不純物原料は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることができる。また、原料ガスを輸送するためのキャリアガスは、水素を用いることができる。
この工程は、第二導電型クラッド層１１の上にｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層１２を成長する工程である。この工程では、反応炉内を規定の炉内圧力、基板温度に保持した後、原料のＴＭＡｌ，ＴＭＧａ，ＮＨ３，およびｐ型導電性にするための不純物原料を、炉内に供給してｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層１２を成長する。この工程の炉内圧力は例えば７５ｍｂａｒ，基板温度は１１００℃とすることができる。これらの値は、一例であり特に限定されるものではない。
ｐ型導電性にするための不純物原料は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることができる。また、原料ガスを輸送するためのキャリアガスは、水素を用いることができる。
【0052】
［８］活性化アニール工程
この工程では、加熱炉内で所定の温度、時間でウェーハをアニールすることで、第二導電型クラッド層１１、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層１２のｐ型不純物を活性化させる。加熱炉内での活性化は、例えば７５０℃で１０分とすることができる。
この工程では、加熱炉内で所定の温度、時間でウェーハをアニールすることで、第二導電型クラッド層１１、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層１２のｐ型不純物を活性化させる。加熱炉内での活性化は、例えば７５０℃で１０分とすることができる。
【0053】
本発明の製造方法で、紫外線領域（特には深紫外線領域）の発光ダイオード用エピタキシャルウェーハ１００を作製することで、簡便なエピタキシャル層で、ボイドによる欠陥が少ない基板を得ることができるので、エピタキシャル工程の生産性を向上させることができる。
また、種結晶層の剥離転写をした後のＡｌＮ単結晶基板やＡｌＧａＮ単結晶基板を回収して、再研磨することにより、高価な化合物半導体単結晶基板を種基板として再利用して種結晶層を新たに剥離転写できるので、紫外線領域の発光ダイオード用エピタキシャル基板を安価に製造することができる。
また、種結晶層の剥離転写をした後のＡｌＮ単結晶基板やＡｌＧａＮ単結晶基板を回収して、再研磨することにより、高価な化合物半導体単結晶基板を種基板として再利用して種結晶層を新たに剥離転写できるので、紫外線領域の発光ダイオード用エピタキシャル基板を安価に製造することができる。
【実施例0054】
以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
図１、２に示すような深紫外線発光ダイオード用エピタキシャルウェーハを、図３のような本発明の製造方法により製造した。すなわち、貼り合わせ基板の製造工程Ａ－Ｅと、紫外線発光素子層の製造工程Ｆ（前述した工程［１］－［８］）により製造した。
サファイヤ基板上に、ＳｉＯ２からなる接着層（平坦化層）を２μｍ成長し、平坦化のため表面にＣＭＰ加工を行った。その後、上記のサファイヤ基板にＡｌＮ単結晶からなる種結晶（種基板）を常温接合で貼り合わせて剥離転写した基板（貼り合わせ基板）を準備した。
貼り合わせ基板上に、ＭＯＶＰＥ法でＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎを１００ｎｍ成長し、その上にｎ型Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎを２．５μｍ成長した。その上に、３層の障壁層：Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ、井戸層：Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ｎからなる量子井戸構造を形成した。その後、ｐ型Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎ層とｐ型ＧａＮコンタクト層を形成した。
（実施例）
図１、２に示すような深紫外線発光ダイオード用エピタキシャルウェーハを、図３のような本発明の製造方法により製造した。すなわち、貼り合わせ基板の製造工程Ａ－Ｅと、紫外線発光素子層の製造工程Ｆ（前述した工程［１］－［８］）により製造した。
サファイヤ基板上に、ＳｉＯ２からなる接着層（平坦化層）を２μｍ成長し、平坦化のため表面にＣＭＰ加工を行った。その後、上記のサファイヤ基板にＡｌＮ単結晶からなる種結晶（種基板）を常温接合で貼り合わせて剥離転写した基板（貼り合わせ基板）を準備した。
貼り合わせ基板上に、ＭＯＶＰＥ法でＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎを１００ｎｍ成長し、その上にｎ型Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎを２．５μｍ成長した。その上に、３層の障壁層：Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ、井戸層：Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ｎからなる量子井戸構造を形成した。その後、ｐ型Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎ層とｐ型ＧａＮコンタクト層を形成した。
【0055】
実施例で作製したエピタキシャル基板では、後述する比較例１と比較して欠陥が著しく減少し、欠陥密度が０．３２個／ｃｍ２まで減少した。比較例１ではセラミックス基板の除去工程が必要であるが、実施例では、基板側より紫外光を取り出すことができるので、光取り出し効率が良いし、より安価に製造することができた。また、比較例２と比較して、貫通転位密度が少なく、発光効率の良いデバイスができた。
【0056】
（比較例１）
ＡｌＮのセラミックスで作製された基板上に、ＳｉＯ２からなる平坦化層を２μｍ成長し、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎ単結晶からなる種結晶を貼り合わせて剥離転写した基板（貼り合わせ基板）を準備した。
貼り合わせ基板上に、ＭＯＶＰＥ法でＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎを１００ｎｍ成長し、その上にｎ型Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎを２．５μｍ成長した。その上に、３層の障壁層：Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ，井戸層：Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ｎからなる量子井戸構造を形成した。その後、ｐ型Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎ層とｐ型ＧａＮコンタクト層を形成した。
ＡｌＮのセラミックスで作製された基板上に、ＳｉＯ２からなる平坦化層を２μｍ成長し、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎ単結晶からなる種結晶を貼り合わせて剥離転写した基板（貼り合わせ基板）を準備した。
貼り合わせ基板上に、ＭＯＶＰＥ法でＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎを１００ｎｍ成長し、その上にｎ型Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎを２．５μｍ成長した。その上に、３層の障壁層：Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ，井戸層：Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ｎからなる量子井戸構造を形成した。その後、ｐ型Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎ層とｐ型ＧａＮコンタクト層を形成した。
【0057】
比較例１で作製したエピタキシャル基板では、セラミックスの凹凸により、エピタキシャル基板に欠陥が発生し、欠陥密度が１２．２個／ｃｍ２発生していた。また、セラミックス基板は深紫外光を透過しないため、ＬＥＤを作製した時に、実施例と比較して光取り出し効率が悪化した。
より具体的には、実施例が８％、比較例１は４％以下で多くは３％程度であった。
より具体的には、実施例が８％、比較例１は４％以下で多くは３％程度であった。
【0058】
（比較例２）
以下のようにして、サファイヤ基板を用いた深紫外線領域の発光ダイオード用エピタキシャル基板を製造した。
［１］反応炉への導入
サファイヤ基板をＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に導入した。サファイヤ基板を反応炉に導入する前に、薬品によりクリーニングを行った。サファイヤ基板を反応炉内に導入後、窒素などの高純度不活性ガスで炉内を満たして、炉内のガスを排気した。
以下のようにして、サファイヤ基板を用いた深紫外線領域の発光ダイオード用エピタキシャル基板を製造した。
［１］反応炉への導入
サファイヤ基板をＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に導入した。サファイヤ基板を反応炉に導入する前に、薬品によりクリーニングを行った。サファイヤ基板を反応炉内に導入後、窒素などの高純度不活性ガスで炉内を満たして、炉内のガスを排気した。
【0059】
［２］サファイヤ基板を炉内でクリーニングする工程
サファイヤ基板を反応炉内で加熱して、基板の表面のクリーニングを行った。クリーニングは１０３０℃の温度で行った。また、炉内圧力は１５０ｍｂａｒとした。炉内には、水素あるいは窒素を供給した状態で１０分間クリーニングを行った。
サファイヤ基板を反応炉内で加熱して、基板の表面のクリーニングを行った。クリーニングは１０３０℃の温度で行った。また、炉内圧力は１５０ｍｂａｒとした。炉内には、水素あるいは窒素を供給した状態で１０分間クリーニングを行った。
【0060】
［３］バッファー層を成長する工程
この工程では、規定の炉内圧力および基板温度において、原料であるＡｌ，Ｇａ，Ｎ源となるガスを導入することによって、サファイヤ基板上に、エピタキシャル層の結晶性を改善するためのバッファー層を成長する。基板上の核形成層と成長条件を調整し、低速で成長する低速成長層と高速成長層を繰り返すことにより転位を低減する層を形成した。紫外ＬＥＤとして好適な基板を得るために、バッファー層を３μｍ成長した。
この工程では、規定の炉内圧力および基板温度において、原料であるＡｌ，Ｇａ，Ｎ源となるガスを導入することによって、サファイヤ基板上に、エピタキシャル層の結晶性を改善するためのバッファー層を成長する。基板上の核形成層と成長条件を調整し、低速で成長する低速成長層と高速成長層を繰り返すことにより転位を低減する層を形成した。紫外ＬＥＤとして好適な基板を得るために、バッファー層を３μｍ成長した。
【0061】
［４］第一導電型クラッド層を成長する工程～［８］活性化アニール工程は、実施例と同じ条件で、深紫外線領域の発光ダイオード用エピタキシャル基板を作製した。
【0062】
実施例と比較例１、２で作製された深紫外線発光ダイオード用エピタキシャル基板のＸＲＤロッキングカーブ測定を行った結果を表１に示す。
特に実施例と比較例２の結果を比較してみたところ、実施例の深紫外線発光ダイオード用エピタキシャル基板のＡｌＮ（０００２）のＸＲＤロッキングカーブのＦＷＨＭが４３ａｒｃｓｅｃであるのに対して、比較例２のＦＷＨＭは５４１ａｒｃｓｅｃであり、実施例は比較例２に比べて結晶性の良いエピタキシャルウェーハを得ることができた。
このように、本発明のように貼り合わせにより形成した種結晶層の上でエピタキシャル成長することによって、より結晶性の高い高品質なエピタキシャルウェーハを得られる。
特に実施例と比較例２の結果を比較してみたところ、実施例の深紫外線発光ダイオード用エピタキシャル基板のＡｌＮ（０００２）のＸＲＤロッキングカーブのＦＷＨＭが４３ａｒｃｓｅｃであるのに対して、比較例２のＦＷＨＭは５４１ａｒｃｓｅｃであり、実施例は比較例２に比べて結晶性の良いエピタキシャルウェーハを得ることができた。
このように、本発明のように貼り合わせにより形成した種結晶層の上でエピタキシャル成長することによって、より結晶性の高い高品質なエピタキシャルウェーハを得られる。
【0063】
【表1】
【0064】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【0065】
１…貼り合わせ基板、 ２…紫外線発光素子層、
３…第一支持基板、 ４…接着層、 ５…種結晶層、
６…ホモエピタキシャル層、 ７…第一導電型クラッド層、
８…ＡｌＧａＮ系活性層、 ９…障壁層、 １０…井戸層、
１１…第二導電型クラッド層、 １２…ｐ型ＡｌＧａｎコンタクト層、
１３…種基板、 １４…脆弱層、 １５…接合基板、
１００…本発明の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ。
３…第一支持基板、 ４…接着層、 ５…種結晶層、
６…ホモエピタキシャル層、 ７…第一導電型クラッド層、
８…ＡｌＧａＮ系活性層、 ９…障壁層、 １０…井戸層、
１１…第二導電型クラッド層、 １２…ｐ型ＡｌＧａｎコンタクト層、
１３…種基板、 １４…脆弱層、 １５…接合基板、
１００…本発明の紫外線発光素子用エピタキシャルウェーハ。
【図1】
【図2】
【図3】