JP2008135462A - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法、及びｉｉｉ族窒化物半導体発光素子、並びにランプ - Google Patents

Abstract

【課題】スパッタ法によって基板上に良好な結晶性を有するＩＩＩ族窒化物半導体を短時間で形成できるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】基板１１と半導体層２０とを備えたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１の製造方法であって、基板１１上にスパッタ法によって多結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなるバッファ層１２を形成するバッファ層形成工程と、バッファ層１２上に単結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなり、ｎ型半導体層１４の下層となる下地層１４ａを形成する下地層形成工程と、下地層１４ａ上にスパッタ法によってｎ型半導体層１４、発光層１５、ｐ型半導体層１６を順に形成する半導体層形成工程とを含み、下地層形成工程では、分圧を２０〜６０％とする窒素ガスと残部をなす不活性ガスとを含む雰囲気内でスパッタ法により下地層１４ａの形成を行なうＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、電子デバイス等に、好適に用いられるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法、及びＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、並びにＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を用いたランプに関する。

ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、可視光から紫外光領域の範囲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有し、発光効率に優れていることから、ＬＥＤやＬＤ等の発光素子として用いられている。
また、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、電子デバイスに用いた場合でも、従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた場合に比べ、優れた特性を有する電子デバイスが得られる。

このようなＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌＧａＩｎＮ）は、一般的に、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウムおよびアンモニアを原料として、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によって製造されている。ＭＯＣＶＤ法は、キャリアガスに原料の蒸気を含ませて基板表面に運搬し、加熱された基板との反応で分解することにより、結晶を成長させる方法である。

一般に、ＩＩＩ族窒化物半導体は、ＩＩＩ族窒化物半導体とは異なる材料からなるウエーハ（異種基板）上に、結晶をエピタキシャル成長させる方法によって形成されている。異種基板とＩＩＩ族窒化物半導体の結晶との間には大きな格子不整合が存在する。基板と基板上に成長された結晶との間の大きな格子不整合は、基板上に成長された結晶の結晶性を低下させ、基板上に結晶を直接エピタキシャル成長させることを困難にしている。しかし、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる基板は、いまだ市販されていない。

そこで、この問題を解決するために、特許文献１や特許文献２に記載されているように、基板上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やＡｌＧａＮからなるバッファ層を堆積し、バッファ層上に、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行われている。

このような、基板上にバッファ層を成膜し、バッファ層上にＩＩＩ族窒化物半導体を成膜する技術としては、例えば、高周波スパッタで成膜したバッファ層上にＭＯＣＶＤ法で同じ組成の結晶を成長させる技術（特許文献３）などがある。さらに、安定して良好なＩＩＩ族窒化物半導体層の結晶を得るために、バッファ層の成長後、アンモニアと水素からなる混合ガス中でアニールする技術（特許文献４）や、バッファ層を４００℃以上の温度でＤＣスパッタにより成膜する技術（特許文献５）が提案されている。

一方、ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶をスパッタによって形成する研究も行われている。例えば、特許文献６には、高抵抗のＧａＮを積層することを目的として、サファイア基板上に直接スパッタ法を用いてＧａＮを成膜する方法が記載されている。

また、非特許文献１には、Ｎ_２ガスを用いた高周波マグネトロンスパッタリングによってＳｉ（１００）面およびＡｌ_２Ｏ_３（０００１）面上にＧａＮ膜を成膜する技術が記載されている。

また、非特許文献２には、カソードとターゲットとを向かい合わせ、基板とターゲットとの間にメッシュを入れた装置を用いてＧａＮを成膜する技術が記載されている。
特許第３０２６０８７号公報 特開平４−２９７０２３号公報 特公平５−８６６４６号公報 特許第３４４０８７３号公報 特許第３７００４９２号公報 特開昭６０−３９８１９号公報 ２１世紀連合シンポジウム論文集、Ｖｏｌ ２ｎｄ、ｐ２９５（２００３） Ｖａｃｕｕｍ、Ｖｏｌ６６、Ｐ２３３（２００２）

しかしながら、従来の技術では、基板上に良好な結晶性を有するＩＩＩ族窒化物半導体を効率よく形成することはできなかった。
例えば、基板上にＩＩＩ族窒化物半導体をスパッタ法によって形成する場合、ＭＯＣＶＤ法を用いる場合と比較して、短時間で効率よく形成することができる。しかしながら、従来の技術では、スパッタ法によって基板上にＩＩＩ族窒化物半導体を形成する場合には、基板とＩＩＩ族窒化物半導体の結晶との間の格子不整合に起因するＩＩＩ族窒化物半導体の結晶性の低下を十分に抑制することはできなかった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、スパッタ法によって基板上に良好な結晶性を有するＩＩＩ族窒化物半導体を短時間で形成することのできるＩＩＩ族窒化物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。
さらに、上記の製造方法で得られるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、並びにランプを提供することを目的とする。

本発明者等は、上記問題を解決するために鋭意検討した結果、ＩＩＩ族窒化物半導体の下層に、下地層として単結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）層を形成することで、下地層上に良好な結晶性を有するＩＩＩ族窒化物半導体をスパッタ法によって効率よく形成できることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明は以下に関する。

［１］基板と、ＩＩＩ族窒化物半導体から各々なるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層が下から順に積層された半導体層とを備えたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法であって、前記基板上にスパッタ法によって多結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなるバッファ層を形成するバッファ層形成工程と、前記バッファ層上に単結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなり、前記ｎ型半導体層の下層となる下地層を形成する下地層形成工程と、前記下地層上にスパッタ法によって前記ｎ型半導体層、前記発光層、前記ｐ型半導体層を順に形成する半導体層形成工程とを含み、前記下地層形成工程では、分圧を２０〜６０％とする窒素ガスと残部をなす不活性ガスとを含む雰囲気内でスパッタ法により前記下地層の形成を行なうことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
［２］前記ｎ型半導体層がＳｉドープのＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなるｎ型コンタクト層を含み、前記半導体層形成工程が、前記ｎ型コンタクト層を形成する工程を含むことを特徴とする［１］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
［３］前記ｐ型半導体層がＭｇドープのＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなるｐ型コンタクト層を含み、前記半導体層形成工程が、前記ｐ型コンタクト層を形成する工程を含むことを特徴とする［１］または［２］にＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
［４］前記発光層がＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる井戸層を有する量子井戸構造であり、前記半導体層形成工程が、前記量子井戸構造を形成する工程を含むことを特徴とする［１］〜［３］のいずれかにＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。

［５］［１］〜［４］のいずれかに記載の製造方法を用いて得られたことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
［６］［５］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が用いられてなることを特徴とするランプ。

本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法は、単結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなり、前記ｎ型半導体層の下層となる下地層を形成する下地層形成工程を備えているため、下地層上にスパッタ法によって効率よく良好な結晶性を有するｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を順に形成することができる。
また、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法では、スパッタ法によってｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を形成するので、例えば、直径４〜６インチの大口径の基板に対しても、面内均一なＩＩＩ族窒化物半導体層を安定して形成することができる。したがって、本発明により、量産性に優れたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を提供できる。

さらに、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子並びにランプは、本発明の製造方法によって得られたＩＩＩ族窒化物半導体を用いたものであるので、ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶性が良好なものとなり、優れた発光特性を備えたものとなる。

以下、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法、及びＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、並びにランプの一実施形態について、図面を適宜参照して説明する。

［ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子（以下、「発光素子」と略記することがある）］
図１は、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一例を模式的に示した概略断面図である。また、図２は、図１に示すＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の平面構造を示す概略図である。
本実施形態の発光素子は、後述する本発明の発光素子の製造方法を用いて得られたものである。本実施形態の発光素子は、図１に示すように、一面電極型のものであり、基板１１上に、バッファ層１２と、下地層１４ａと、ＩＩＩ族元素としてＧａを含有するＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層２０とが形成されているものである。半導体層２０は、図１に示すように、ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６の各層がこの順で積層されてなるものである。

［発光素子の積層構造］
＜基板＞
本実施形態の発光素子１において、基板１１に用いることができる材料としては、例えば、サファイア、ＳｉＣ、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等が挙げられるが、サファイア、ＳｉＣなど六方晶構造の材料を用いることが特に好ましい。

また、基板の大きさは、通常直径２インチ程度であるが、量産性に優れた直径４〜６インチの基板を使用することが望ましい。
なお、本実施形態では、後述するようにスパッタ法により半導体層２０を形成するが、スパッタ法は各層の成膜時における基板１１の温度を低く抑えることが可能なので、基板１１にダメージを与えることなく基板上への各層の成膜が可能である。このため、本実施形態では、高温で分解してしまう性質を持つ材料からなる基板１１を支障なく用いることができる。

＜バッファ層＞
本実施形態の発光素子１においては、基板１１上に、幅１〜１００ｎｍの柱状結晶の集合体からなる多結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなるバッファ層１２が成膜されている。バッファ層１２は、基板１１を高温における化学反応から守る目的や、基板１１の材料と半導体層２０との格子定数の違いを緩和する目的、あるいは、結晶成長のための核発生を促すための層として形成される。

また、バッファ層１２の膜厚は５ｎｍ〜５００ｎｍとするのが好ましい。

また、バッファ層１２は、基板１１の表面１１ａの少なくとも６０％以上、好ましくは８０％以上を覆っている必要があり、９０％以上を覆うように形成されていることが好ましい。また、バッファ層１２は、表面１１ａの１００％、即ち、基板１１の表面１１ａ上を隙間無く覆うように形成されていることが最も好ましい。
バッファ層１２が基板１１の表面１１ａを覆う領域が小さくなると、基板１１が大きく露出した状態となる。このため、バッファ層１２上に成膜される下地層１４ａと基板１１上に直接成膜される下地層１４ａとの格子定数が異なるものとなり、均一な結晶とならず、ヒロックやピットを生じてしまう恐れがある。

また、バッファ層１２は、基板１１の表面１１ａに加え、側面を覆うようにして形成されていても良く、さらに、基板１１の裏面を覆うようにして形成しても良い。

＜下地層＞
本実施形態の下地層１４ａは、単結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなる。下地層１４ａの材料は、バッファ層１２と同じであっても異なっていても構わないが、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ層は、好ましくは０≦ｙ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｙ≦０．１から構成されることがより好ましい。

下地層１４ａの膜厚は０．１〜８μｍとするのが結晶性の良い下地層１４ａを得るために好ましい。好ましくは０．１〜２μｍとすると製造に要する時間を短縮できて生産性を向上させることが出来る。

下地層１４ａには、必要に応じて、ｎ型不純物を１×１０^１７〜１×１０^１９／ｃｍ^３の範囲内であればドープしても良いが、アンドープ（＜１×１０^１７／ｃｍ^３）とすることもでき、発光素子１の構造に合わせて任意に選ぶことができるが、アンドープの方が良好な結晶性の維持という点で好ましい。
下地層１４ａにドープされる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が挙げられる。

＜半導体層＞
図１に示すように、半導体層２０は、ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６を備えている。
「ｎ型半導体層」
ｎ型半導体層１４は、下地層１４ａ上に積層され、ｎ型コンタクト層１４ｂ及びｎ型クラッド層１４ｃから構成されている。なお、ｎ型コンタクト層１４ｂをｎ型クラッド層１４ｃと兼用とし、ｎ型クラッド層１４ｃを省略することもできる。

（ｎ型コンタクト層）
ｎ型コンタクト層１４ｂは、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる。ｎ型コンタクト層１４ｂは、下地層１４ａと同様にＡｌ_ＸＧａ_１―ＸＮ（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。
また、ｎ型コンタクト層１４ｂには、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１×１０^１７〜１×１０^１９／ｃｍ^３、好ましくは１×１０^１８〜１×１０^１９／ｃｍ^３の濃度で含有すると、負極との良好なオーミック接触の維持の点で好ましい。ｎ型コンタクト層１４ｂにドープされる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である。

なお、下地層１４ａ及びｎ型コンタクト層１４ｂを構成する窒化ガリウム系化合物半導体は同一組成であることが好ましい。

また、ｎ型コンタクト層１４ｂの膜厚は０．２〜２μｍの範囲とすることが好ましい。ｎ型コンタクト層１４ｂの膜厚が上記範囲であると、半導体の結晶性が良好に維持される。また、本実施形態においては、後述する製造方法により、結晶性が良く比抵抗の小さいｎ型コンタクト層１４ｂが得られるので、ｎ型コンタクト層１４ｂの膜厚を１μｍ以下としたとしても、発光素子１として十分な電流広がりが得られる。

（ｎ型クラッド層）
ｎ型コンタクト層１４ｂと発光層１５との間には、ｎ型クラッド層１４ｃを設けることが好ましい。ｎ型クラッド層１４ｃを設けることにより、活性層への電子供給、格子定数差の緩和などの効果が得られる。
ｎ型クラッド層１４ｃは、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ等により成膜することができる。また、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。

ｎ型クラッド層１４ｃには、ｎ型不純物がドープされていてもよいが、ｎ型不純物がドープされていなくてもよい。ｎ型クラッド層１４ｃにｎ型不純物がドープされている場合、ｎ型不純物のドープ濃度は１×１０^１７〜１×１０^２０／ｃｍ^３の範囲が好ましく、より好ましくは１×１０^１８〜１×１０^１９／ｃｍ^３の範囲である。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発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。また、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である。

＜発光層＞
発光層１５は、ｎ型半導体層１４上に積層されるとともにｐ型半導体層１６がその上に積層される層である。発光層１５は、多重量子井戸構造、単一量子井戸構造、バルク構造などを採ることができる。多重量子井戸構造の発光層１５は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる１層以上の障壁層１５ａと、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体からなる２層以上の井戸層１５ｂとが交互に積層されたものである。ｎ型半導体層１４側及びｐ型半導体層１６側に配されるのは、障壁層１５ａであってもよいし、井戸層１５ｂであってもよい。本実施形態においては、図１に示すように、発光層１５は、図１に示すように、障壁層１５ａと井戸層１５ｂとが交互に積層され、２層の井戸層１５ｂの間に１層の障壁層１５ａが配された多重量子井戸構成とされている。

なお、本実施形態では、後述するように、スパッタ法で発光層１５を形成するため、発光層１５は単一量子井戸構造あるいは井戸層の数が３層以下の多重量子井戸構造とするのが好ましい。すなわち、スパッタ法では、異なる組成の層を積層する際にスパッタ装置を変えることが普通であるため、積層する障壁層１５ａおよび井戸層１５ｂの数が少ない方が、スパッタ装置を変更する回数が少なくなり、効率的に発光部１５の構造を形成することができるため好ましい。

障壁層１５ａとしては、例えば、井戸層１５ｂよりもバンドギャップエネルギーが大きいＡｌ_ｃＧａ_１−ｃＮ（０≦ｃ＜０．３）等の窒化ガリウム系化合物半導体を、好適に用いることができる。
また、井戸層１５ｂには、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体として、例えば、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）等の窒化ガリウムインジウムを用いることができる。

＜ｐ型半導体層＞
ｐ型半導体層１６は、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂから構成されている。なお、ｐ型コンタクト層１６ｂがｐ型クラッド層１６ａを兼ねる構成であってもよい。

（ｐ型クラッド層）
ｐ型クラッド層１６ａとしては、発光層１５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１５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、Ａｌ_ｄＧａ_１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４、好ましくは０．１≦ｄ≦０．３）が好ましい。ｐ型クラッド層１６ａが、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１５へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。

ｐ型クラッド層１６ａのｐ型ドープ濃度は、１×１０^１８〜１×１０^２１／ｃｍ^３が好ましく、より好ましくは１×１０^１９〜１×１０^２０／ｃｍ^３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。ｐ型クラッド層１６ａにドープされる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。

（ｐ型コンタクト層）
ｐ型コンタクト層１６ｂは、少なくともＡｌ_ｅＧａ_１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５、好ましくは０≦ｅ≦０．２、より好ましくは０≦ｅ≦０．１）を含んでなる窒化ガリウム系化合物半導体層である。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（後述の透光性電極１７を参照）との良好なオーミック接触の点で好ましい。

また、ｐ型コンタクト層１６ｂは、ｐ型ドーパントを１×１０^１８〜１×１０^２１／ｃｍ^３の範囲の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持の点で好ましく、より好ましくは５×１０^１９〜５×１０^２０／ｃｍ^３の範囲である。ｐ型コンタクト層１６ｂにドープされる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。

＜透光性正極＞
透光性正極１７は、ｐ型半導体層１６上に形成された透光性を有する電極である。
透光性正極１７の材質としては、特に限定されず、ＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２）、ＡＺｎＯ（ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３）、ＩＺｎＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−ＧｅＯ_２）等の材料を用いることができる。また、透光性正極１７としては、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。
また、透光性正極１７は、ｐ型半導体層１６上の全面を覆うように形成しても構わないし、隙間を開けて格子状や樹形状に形成しても良い。

＜正極ボンディングパッド＞
正極ボンディングパッド１８は、図２に示すように透光性正極１７上に形成された略円形の電極である。
正極ボンディングパッド１８の材料としては、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕ等を用いた各種構造が周知であり、これら周知の材料、構造のものを何ら制限無く用いることができる。
正極ボンディングパッド１８の厚さは、１００〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。また、ボンディングパッドの特性上、厚さが大きい方が、ボンダビリティーが高くなるため、正極ボンディングパッド１８の厚さは３００ｎｍ以上とすることがより好ましい。さらに、製造コストの観点から５００ｎｍ以下とすることが好ましい。

＜負極＞
負極１９は、半導体層２０を構成するｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ｂに接するものである。このため、負極１９は、図１および図２に示すように、発光層１５、ｐ型半導体層１６、及びｎ型半導体層１４の一部を除去してｎ型コンタクト層１４ｂを露出させてなる露出領域１４ｄの上に略円形状に形成されている。
負極１９の材料としては、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができる。

［発光素子の製造方法］
次に、本発明の発光素子の製造方法を説明する。
図１に示す発光素子１を製造するには、まず、基板１１上に半導体層２０の形成された図３に示す積層半導体１０を形成する。
図３に示す積層半導体１０を形成するには、まず、基板１１を用意する。基板１１は、前処理を施してから使用することが望ましい。基板１１の前処理としては、例えば、基板１１としてシリコンからなる基板１１を用いる場合には、よく知られたＲＣＡ洗浄方法などの湿式の方法を行いて、表面を水素終端させておく方法を用いることができる。このことにより、成膜プロセスが安定する。

また、基板１１の前処理は、例えば、スパッタ装置のチャンバ内に基板１１を配置し、バッファ層１２を形成する前にスパッタする方法によって行ってもよい。具体的には、チャンバ内において、基板１１をＡｒやＮ_２のプラズマ中に曝す事によって表面を洗浄する前処理を行なうことができる。ＡｒガスやＮ_２ガスなどのプラズマを基板１１の表面に作用させることで、基板１１表面に付着した有機物や酸化物を除去することができる。この場合、ターゲットにパワーを印加せずに、基板１１とチャンバとの間に電圧を印加すれば、プラズマ粒子が効率的に基板１１に作用する。

基板１１に前処理を行なった後、基板１１上にスパッタ法により図３に示すバッファ層１２を成膜する。
その後、バッファ層１２の成膜された基板１１上に、スパッタ法によって、図３に示す下地層１４ａを成膜する。

本実施形態では、下地層１４ａ上に形成される半導体層２０（ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６）を以下に示すスパッタ法により形成する。したがって、バッファ層１２および下地層１４ａをスパッタ法により形成することで、基板１１上に形成するＩＩＩ族窒化物半導体からなる層をすべてスパッタ法で形成することができる。

ここで、バッファ層１２、下地層１４ａ、半導体層２０となるＩＩＩ族窒化物半導体からなる各層を形成するスパッタ法について説明する。
「スパッタ法」
まず、基板１１上に形成するバッファ層１２、下地層１４ａ、半導体層２０のすべての層に共通する事項について説明する。
ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層をスパッタ法で形成する場合、一般にＩＩＩ族金属をターゲットにし、スパッタ装置のチャンバ内に窒素を含むガス（Ｎ_２ガスなど）を導入し、気相中でＩＩＩ族金属と窒素とを反応させるリアクティブスパッタ法を用いる。スパッタ法としては、ＲＦスパッタを用いてもよいしＤＣスパッタを用いてもよいが、リアクティブスパッタ法を用いた場合には、連続的に放電させるＤＣスパッタでは帯電が激しく、成膜レートのコントロールが困難である。このため、ＲＦスパッタを用いることや、パルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタを用いることが望ましい。

また、ＲＦスパッタを用いた場合には、帯電を回避するために、マグネットの位置をターゲット内で移動させることが望ましい。具体的なマグネットの移動は、装置により選択することができ、揺動させたり、回転運動させたりすることができる。

また、スパッタ法によってＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する際には、高エネルギーの反応種を基板に供給することが望ましい。このため、スパッタ装置内におけるプラズマ中に基板が位置されるとともに、ターゲットと基板とが対面するように基板が位置されることが望ましい。また、基板とターゲットとの距離は１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲とすることが望ましい。また、スパッタ装置のチャンバ内には、不純物がないことが望ましいため、チャンバ内の到達真空度は１．０×１０^−３Ｐａ以下であることが望ましい。

次に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層をスパッタ法で形成する場合における以下の製造条件（雰囲気、成膜速度、基板温度、バイアス・パワー、圧力）について説明する。
（雰囲気）
スパッタ装置のチャンバ内の雰囲気には、窒素（Ｎ_２）ガスが含まれる。窒素ガスは、チャンバ内でプラズマ化されて分解し、結晶成長の原料となる。なお、本発明においては、窒素ガスに代えて、アンモニアや窒素化合物など、活性ガスとして用いることができる窒化物原料ガスを何ら制限されることなく用いることができる。しかし、窒化物原料ガスとして窒素（Ｎ_２）を用いた場合には、装置として簡便なものを用いることができるため、好ましい。

また、チャンバ内の雰囲気ガスは、ターゲットを効率よくスパッタするために、窒素ガス以外の残部を、アルゴン（Ａｒ）などの重くて反応性の低い不活性ガスとする。窒素と不活性ガスの流量に対する窒素流量の比は、窒素が２０％〜９８％であることが望ましい。窒素が２０％より少ない流量比ではスパッタ金属が金属のまま付着するし、９８％より多い流量比では不活性ガスの量が少ないため、スパッタ速度が低下する。特に望ましくは２５％〜９０％である。なお、残部の不活性ガスには水素ガス（Ｈ_２）などのガスが含まれていても良い。

（成膜速度）
成膜速度は、０．０１ｎｍ／ｓ〜１０ｎｍ／ｓの範囲とすることが好ましい。成膜速度が０．０１ｎｍ／ｓ未満だと、成膜プロセスが長時間となってしまい、工業生産的に無駄が大きくなる。また、成膜速度が１０ｎｍ／ｓを超えると、形成された膜が結晶体とならずに非晶質となり、良好な膜を得ることが困難となる。

（基板温度）
半導体層の形成時の基板温度は、３００〜１２００℃とすることができ、４００〜１１００℃であることが望ましい。基板の温度が上記下限未満だと、基板上でのマイグレーションが抑制され、結晶性の良い半導体層の結晶を成膜することができない場合がある。また、基板の温度が上記上限を超えると、半導体層の結晶が分解する虞がある。

（バイアス・パワー）
結晶成長時のマイグレーションを活発にするために、基板側にかかるバイアス、およびターゲット側にかかるパワーは大きいほうが良い。例えば、成膜時の基板にかけるバイアスを１．５Ｗ／ｃｍ^２以上とすることが好ましい。また、成膜時にターゲットに印加するパワーを１．５Ｗ／ｃｍ^２〜５ｋＷ／ｃｍ^２の範囲とすることが好ましい。ターゲットに印加するパワーを上記範囲とすることにより、大きなパワーの反応種を生成することができ、この反応種を高い運動エネルギーで基板へ供給することができる。このことにより、基板上におけるマイグレーションが活発になる。また、ターゲットに印加するパワーを、上記範囲を超えるパワーとした場合、基板に成長するＩＩＩ族窒化物半導体層の結晶性が低下するため好ましくない。

（圧力）
チャンバ内の圧力は、０．３Ｐａ以上とすることが好ましい。チャンバ内の圧力を０．３Ｐａ未満とすると、窒素の存在量が小さくなり過ぎ、スパッタされた金属が窒化物とならない状態で基板上に付着する虞がある。また、チャンバ内の圧力の上限は特に限定されないが、プラズマを発生させることができる程度の圧力に抑制することが必要である。

ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層をスパッタ法で形成する場合、形成されるＩＩＩ族窒化物半導体の組成は、ターゲットを構成するＩＩＩ族金属の組成を所望の値に調整することによりコントロールすることができる。
例えば、ＧａＮ層を形成する場合にはターゲットとしてＧａ金属を用い、ＡｌＧａＮ層を形成する場合にはターゲットとしてＡｌＧａ合金を用い、ＩｎＧａＮ層を形成する場合にはターゲットとしてＩｎＧａ合金を用いる。このようにスパッタ法により形成されるＩＩＩ族窒化物半導体の組成は、ターゲットを構成するＩＩＩ族金属の組成に応じて変化する。したがって、予め実験により決定された組成のターゲットを用いることで、所望の組成のＩＩＩ族窒化物半導体を形成することが出来る。

また、ＩＩＩ族窒化物半導体層への不純物のドーピングは、ターゲットとしてＩＩＩ族金属と不純物原料とを用いることによって行うことが出来る。
例えば、スパッタ法により、ＳｉをドーピングしたＧａＮ層を形成する場合には、ターゲットとしてＧａ金属とＳｉとを用いることによって行なうことができる。Ｓｉは室温ではＧａに固溶しないので、ターゲットとしてＧａ金属とＳｉの小片とを配置しておくことで、ＳｉをドープしたＧａＮ層を形成できる。なお、ターゲットとして用いるＧａ金属とＳｉとの割合と、形成されるＳｉドープされたＧａＮ層中のドーピング濃度との関係を実験的に求めることで、ＳｉドープされたＧａＮ層中のドーピング濃度を制御することができる。

また、例えば、スパッタ法により、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮ層を形成する場合には、ターゲットとしてＡｌＧａ合金とＭｇとを用いることによって行なうことができる。ＭｇはＡｌＧａ合金に固溶してＡｌＧａＭｇ合金となるものであるので、ターゲットとしてＡｌＧａＭｇ合金を用いることで、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮを形成することが出来る。なお、ターゲットとして用いるＡｌＧａＮ中のＭｇの濃度と、得られたＭｇドープされたＡｌＧａＮ層中のドーピング濃度との関係を実験的に求めることで、ＭｇドープされたＡｌＧａＮ層中のドーピング濃度を制御することが出来る。

基板上に、バッファ層１２、下地層１４ａ、ｎ型半導体層１４、発光層１５、ｐ型半導体層１６の各層をスパッタ法で形成する場合、ターゲットは、各層毎に変更する必要がある。従って、形成する層の種類に対応した数だけ、ターゲットの配置されたチャンバを有するスパッタ装置を用意しておき、層毎にスパッタ装置を変えて形成する。このことにより、所望の構造の発光素子を効率よく製造することができる。なお、各層の層厚は、成膜速度および／または成膜時間を調整することで制御できる。

次に、基板１１上に形成するバッファ層１２、下地層１４ａのみに固有の事項についてそれぞれ説明する。
（バッファ層）
バッファ層１２は、成長温度を室温〜８００℃の範囲とするのが好ましく、３００〜８００℃の範囲とするのがより好ましい。

（下地層）
本実施形態において下地層１４ａを形成する際には、多結晶のバッファ層１２の上に単結晶である下地層１４ａとなる層を形成することになる。このため、下地層１４ａの成長の際におけるＩＩＩ族金属と窒素ガスとの反応条件を最適化することが望ましい。
例えば、多結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなるバッファ層１２の上に、単結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなる下地層１４ａをスパッタ法で形成する場合、スパッタ装置のチャンバ内の雰囲気は、窒素ガスと不活性ガスの流量に対する窒素流量の比（窒素ガスの分圧）を２０％〜６０％とする。窒素ガスの分圧を６０％以下にすることにより、下地層１４ａとなるＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）層をＧａ−ｒｉｃｈな状態で成長させることができ、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）結晶の横方向への成長を促進することができる。その結果、多結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ層からなるバッファ層１２上に、単結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）層からなる下地層１４ａを成長することができる。

このようなスパッタ法を用いて、基板１１上に、バッファ層１２、下地層１４ａ、半導体層２０の各層が形成されることによって、図３に示す積層半導体１０が得られる。
その後、図３に示す積層半導体１０のｐ型コンタクト層１６ｂ上に、フォトリソグラフィー法を用いて透光性正極１７および正極ボンディングパッド１８を順次形成する。
次いで、透光性正極１７および正極ボンディングパッド１８の形成された積層半導体１０をドライエッチングすることにより、ｎ型コンタクト層１４ｂ上の露出領域１４ｄを露出させる。
その後、露出領域１４ｄ上に、フォトリソグラフィー法を用いて負極１９を形成することにより、図１および図２に示す発光素子１が得られる。

本実施形態の発光素子１の製造方法は、単結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなり、ｎ型半導体層１４の下層となる下地層１４ａを形成する工程を備えている。単結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなる下地層１４ａの上には、スパッタ法により結晶性の良いＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６を容易に効率よく形成することができる。
また、スパッタ法により、バッファ層１２、下地層１４ａ、半導体層２０を形成することで、例えば、直径４〜６インチの大口径の基板に対しても、面内均一なバッファ層１２、下地層１４ａ、半導体層２０を安定して形成することができる。
さらに、スパッタ法は、ＭＯＣＶＤ法と比較して、ダストなどのチャンバ内のコンタミネーションが少ない。
また、スパッタ法では、反応させる雰囲気中に水素を多く含まないので、熱処理を用いずともｐ型コンタクト層１６ｂおよびｐ型クラッド層１６ａを高キャリア濃度のｐ型半導体層１６とすることができる。
このように本実施形態の発光素子の製造方法によれば、結晶性および量産性に優れ、均一な特性を有するＩＩＩ族窒化物半導体層を備えた発光素子を提供できる。

なお、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、上述の発光素子の他、レーザ素子や受光素子等の光電気変換素子、又は、ＨＢＴやＨＥＭＴ等の電子デバイスなどに用いることができる。これらの半導体素子は、各種構造のものが多数知られており、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の構造は、これら周知の素子構造を含めて何ら制限されない。

［ランプ］
本発明のランプは、本発明の発光素子が用いられてなるものである。
本発明のランプとしては、例えば、本発明の発光素子と蛍光体とを組み合わせてなるものを挙げることができる。発光素子と蛍光体とを組み合わせたランプは、当業者周知の手段によって当業者周知の構成とすることができる。また、従来より、発光素子と蛍光体と組み合わせることによって発光色を変える技術が知られており、本発明のランプにおいてもこのような技術を何ら制限されることなく採用することが可能である。

例えば、ランプに用いる蛍光体を適正に選定することにより、発光素子より長波長の発光を得ることも可能となり、また、発光素子自体の発光波長と蛍光体によって変換された波長とを混ぜることにより、白色発光を呈するランプとすることもできる。

図４は、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を用いて構成したランプの一例を模式的に示した概略図である。図４に示すランプ３は、砲弾型のものであり、図１に示す発光素子１が用いられている。図４に示すように、発光素子１の正極ボンディングパッド（図４に示す符号１８参照）がワイヤー３３で２本のフレーム３１、３２の内の一方（図４ではフレーム３１）に接着され、発光素子１の負極（図２に示す符号１９参照）がワイヤー３４で他方のフレーム３２に接合されることにより、発光素子１が実装されている。また、発光素子１の周辺は、透明な樹脂からなるモールド３５でモールドされている。

本発明のランプは、本発明の発光素子が用いられてなるものであるので、量産性に優れ、優れた発光特性を備えたものとなる。
なお、本発明のランプは、一般用途の砲弾型、携帯のバックライト用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等いかなる用途にも用いることができる。

次に、本発明を、実施例および比較例を示してより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。

［実施例１］
基板上にＲＦスパッタ法により、バッファ層、下地層、ｎ型コンタクト層とｎ型クラッド層とからなるｎ型半導体層、井戸層と障壁層と井戸層の３層からなる多重量子井戸構造を有する発光層、ｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層とからなるｐ型半導体層の合計９層を順次形成した。
スパッタには、９つのチャンバを有するスパッタ装置を用い、９つのチャンバを順に移動しながら、以下に示すように前記９つの層を基板上に順に積層した。

（バッファ層）
第１のチャンバとしては、高周波式の電源を持ち、ターゲット内でマグネットを回転させることにより、磁場の掛かる位置を動かすことができる機構を持っているものを用いた。
はじめに、直径４インチの（０００１）ｃ面サファイア基板を用意し、片面のみをエピタキシャル成長に使用できる程度に鏡面研磨し、特に湿式の前処理を行わずに第１のチャンバの中へ導入した。次いで、第１のチャンバ内で基板を７５０℃まで加熱し、窒素ガスを１５ｓｃｃｍの流量で導入した後、チャンバ内の圧力を０．０８Ｐａに保持し、基板側に５０Ｗの高周波バイアスを印加して、窒素プラズマに晒すことにより、基板表面を洗浄した。

続いて、第１のチャンバ内にアルゴンおよび窒素ガスを導入し、基板温度を５００℃まで低下させた。そして、２０００Ｗの高周波バイアスを金属Ａｌターゲット側に印加し、炉内の圧力を０．５Ｐａに保ち、Ａｒガスを１５ｓｃｃｍ、窒素ガスを５ｓｃｃｍ流通させ（ガス全体に対する窒素の比は２５％）、成長速度０．１２ｎｍ／秒で、基板上に５０ｎｍの柱状結晶の多結晶のＡｌＮからなるバッファ層を成膜した。なお、ターゲット内のマグネットは、基板洗浄の際もバッファ層成膜の際も、回転させておいた。

（下地層）
第２のチャンバとしては、高周波式の電源を持ち、四角形のＧａターゲット内をマグネットがスイープすることで、磁場の掛かる位置を移動できる機構を持っているものを用いた。また、Ｇａターゲット内には冷媒を流通させるための配管を設置し、配管内に２０℃に冷却した冷媒を流通させて、熱によるＧａの融解を防いだ。

そして、第２のチャンバ内にバッファ層の形成された基板を搬送し、第２のチャンバ内にアルゴンおよび窒素ガスを導入した後、基板温度を１０００℃まで上昇させた。次いで、２０００Ｗの高周波バイアスを金属Ｇａターゲット側に印加し、炉内の圧力を０．５Ｐａに保ち、Ａｒガスを１０ｓｃｃｍ、窒素ガスを１０ｓｃｃｍ流通させ（ガス全体に対する窒素の比は５０％）、成長速度２ｎｍ／秒で、バッファ層上に２μｍのノンドープの単結晶のＧａＮからなる下地層を成膜した。

ここで、下地層の結晶状態を評価するために、上記と同様の基板上に、上記と同様にして、バッファ層および下地層を形成した評価用の試験体を形成した。そして、上記試験体の対称面である（０００２）面と非対称面である（１０−１０）面について、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た。
一般的に、ＩＩＩ族窒化物半導体では、（０００２）面のＸＲＣスペクトル半値幅は、結晶の平坦性（モザイシティ）の指標となり、（１０−１０）面のＸＲＣスペクトル半値幅は、転位密度（ツイスト）の指標となる。Ｘ線ロッキングカーブの測定の結果、上記試験体の下地層は、（０００２）面では半値幅８０ａｒｃｓｅｃ、（１０−１０）面では半値幅２５０ａｒｃｓｅｃを示した。このことにより、上記試験体の下地層は、結晶性に優れていることが確認できた。

（ｎ型コンタクト層）
第３のチャンバでは、ターゲットとしてＧａ金属とＳｉの小片とを配置した。そして、第３のチャンバ内に下地層までの各層の形成された基板を搬送し、Ａｒガスを５ｓｃｃｍ、窒素ガスを１５ｓｃｃｍ流通させ（ガス全体に対する窒素の比は７５％）、成長速度１ｎｍ／秒、その他の条件は下地層の形成の場合と同じとし、１×１０^１９ｃｍ^−３のＳｉ濃度を有する０．８μｍのＧａＮからなるｎ型コンタクト層を形成した。

（ｎ型クラッド層）
第４のチャンバでは、ターゲットとしてＩｎＧａ合金とＳｉの小片とを配置した。そして、第４のチャンバ内にｎ型コンタクト層までの各層の形成された基板を搬送し、アルゴンおよび窒素ガスを導入した後、基板温度を８００℃まで上昇させ、Ａｒガスを５ｓｃｃｍ、窒素ガスを１５ｓｃｃｍ流通させ（ガス全体に対する窒素の比は７５％）、成長速度１ｎｍ／秒、その他の条件は下地層の形成の場合と同じとし、１８ｎｍの膜厚を有する５×１０^１８ｃｍ^−３のＳｉ濃度のＩｎ_０．１Ｇａ^０．９Ｎからなるｎ型クラッド層を形成した。

（井戸層）
続いて、第５のチャンバ内にｎ型クラッド層までの各層の形成された基板を搬送し、ターゲットとしてＩｎＧａ合金からなるものを用いたこと以外の条件はｎ型クラッド層の形成の場合と同じとし、２ｎｍの膜厚を有するノンドープのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎからなる井戸層を形成した。

（障壁層）
続いて、第６のチャンバ内に井戸層までの各層の形成された基板を搬送し、ターゲットとしてＧａ金属とＳｉの小片とを配置したこと以外の条件はｎ型クラッド層の形成の場合と同じとし、１０ｎｍの膜厚を有する５×１０^１７ｃｍ^−３のＳｉ濃度のＧａＮからなる障壁層を形成した。

（井戸層）
続いて、第７のチャンバ内に井戸層までの各層の形成された基板を搬送し、第５のチャンバ内で井戸層を形成したときと同じ条件で、２ｎｍの膜厚を有するノンドープのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎからなる井戸層を形成した。

（ｐ型クラッド層）
続いて、第８のチャンバ内に井戸層までの各層の形成された基板を搬送し、ターゲットとしてＡｌＧａＭｇ合金からなるものを用いたこと以外の条件はｎ型コンタクト層の形成の場合と同じとし、５ｎｍの膜厚を有する１×１０^１９ｃｍ^−３のＭｇ濃度のＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎからなるｐ型クラッド層を形成した。

（ｐ型コンタクト層）
続いて、第９のチャンバ内にｐ型クラッド層までの各層の形成された基板を搬送し、ターゲットとして第８のチャンバのターゲットと比較してＡｌの割合を少なくしたＡｌＧａＭｇ合金からなるものを用いたこと以外の条件はｎ型コンタクト層の形成の場合と同じとし、２００ｎｍの膜厚を有する１×１０^１９ｃｍ^−３のＭｇ濃度のＡｌ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層を形成した。

以上のようにして、基板上に、バッファ層、下地層、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層、井戸層、障壁層、井戸層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層の合計９層が形成された実施例１のウェーハを得た。
次いで、実施例１のウェーハを用いて以下に示すようにして発光素子を作製した。
まず、実施例１のウェーハのｐ型コンタクト層上に、フォトリソグラフィー法を用いてＩＴＯからなる透光性電極と、表面側から順にチタン、アルミニウム、金を積層した構造を有する正極ボンディングパッドとを順次形成した。
次いで、透光性電極および正極ボンディングパッドの形成された積層半導体をドライエッチングすることにより、ｎ型コンタクト層上の露出領域を露出させ、露出領域上に、フォトリソグラフィー法を用いてＮｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＡｕの４層よりなる負極を形成し、実施例１の発光素子を得た。

このようにして得られた実施例１の発光素子の基板の裏側を研削及び研磨してミラー状の面とし、３５０μｍ角の正方形に切断しチップとした。そして、チップを電極が上になるようにリードフレーム上に載置し、金線でリードフレームに結線することにより、発光ダイオードとした。

このように得られた発光ダイオードの正極ボンディングパッド１８及び負極１９の電極間に順方向電流を流した。
その結果、電流２０ｍＡにおける順方向電圧は３．０Ｖであった。また、ｐ型半導体層１６側の透光性電極１７を通して発光状態を観察したところ、発光波長は４７０ｎｍであり、発光出力は１５ｍＷであった。このことより、実施例１の発光素子は、優れた発光特性を備えていることが確認できた。また、実施例１の発光素子の特性は、実施例１のウェーハのほぼ全面から作製された発光ダイオードについて、ばらつきなく得られた。

［実施例２］
下地層を成膜する際に、Ａｒガスを８ｓｃｃｍ、窒素ガスを１２ｃｃｍ流通させた（ガス全体に対する窒素の比は６０％）こと以外は、実施例１と同様にして、基板上のバッファ層上に下地層を成膜し、下地層の結晶状態を評価するための評価用の試験体を形成した。そして、実施例１と同様にして、対称面である（０００２）面と非対称面である（１０−１０）面について、Ｘ線ロッキングカーブ（ＸＲＣ）測定を行った。Ｘ線ロッキングカーブの測定の結果、実施例２の試験体の下地層は、（０００２）面では半値幅１５０ａｒｃｓｅｃ、（１０−１０）面では半値幅３５０ａｒｃｓｅｃを示した。このことにより、実施例２の試験体の下地層は、結晶性に優れていることが確認できた。

また、下地層を成膜する際に、Ａｒガスを８ｓｃｃｍ、窒素ガスを１２ｃｃｍ流通させた（ガス全体に対する窒素の比は６０％）こと以外は、実施例１と同様にして、発光ダイオードを得た。そして、このように得られた発光ダイオードの正極ボンディングパッド１８及び負極１９の電極間に順方向電流を流した。
その結果、電流２０ｍＡにおける順方向電圧は３．０Ｖであった。また、ｐ型半導体層１６側の透光性電極１７を通して発光状態を観察したところ、発光波長は４７０ｎｍであり、発光出力は１４ｍＷであった。このことより、実施例２の発光素子は、優れた発光特性を備えていることが確認できた。また、実施例２の発光素子の特性は、実施例２のウェーハのほぼ全面から作製された発光ダイオードについて、ばらつきなく得られた。

［比較例１］
下地層を成膜する際に、Ａｒガスを６ｓｃｃｍ、窒素ガスを１４ｃｃｍ流通させた（ガス全体に対する窒素の比は７０％）こと以外は、実施例１と同様にして、基板上のバッファ層上に下地層を成膜し、下地層の結晶状態を評価するための評価用の試験体を形成した。そして、実施例１と同様にして、対称面である（０００２）面と非対称面である（１０−１０）面について、Ｘ線ロッキングカーブ（ＸＲＣ）測定を行った。Ｘ線ロッキングカーブの測定の結果、比較例１の試験体の下地層は、（０００２）面では半値幅５００ａｒｃｓｅｃ、（１０−１０）面では半値幅１３００ａｒｃｓｅｃを示した。

また、下地層を成膜する際に、Ａｒガスを６ｓｃｃｍ、窒素ガスを１４ｃｃｍ流通させた（ガス全体に対する窒素の比は７０％）こと以外は、実施例１と同様にして、発光ダイオードを得た。そして、このように得られた発光ダイオードの正極ボンディングパッド１８及び負極１９の電極間に順方向電流を流した。
その結果、電流がリークし、ダイオード特性を示さなかった。また、正極ボンディングパッド１８を介して発光を観察したが、発光が観察されなかった。

実施例１、実施例２、比較例１の結果より、実施例１および実施例２の試験体の下地層が、比較例１の試験体の下地層と比較して、結晶性が優れていることが確認できた。
また、実施例１、実施例２、比較例１の結果より、下地層を成膜する際に、スパッタ装置のチャンバ内の雰囲気における窒素ガスとアルゴンガスの流量に対する窒素流量の比（窒素ガスの分圧）を、２０％〜６０％とすることで、良好な結晶性が得られ、優れた発光特性を有する発光素子が得られることが分かった。

本発明方法により得られるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、量産性に優れ、優れた発光特性を有する。従って、優れた特性を有する半導体発光素子を効率よく作製することができる。

図１は、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一例を模式的に示した概略断面図である。 図２は、図１に示すＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の平面構造を示す概略図である。 図３は、図１に示すＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための図であり、積層半導体を模式的に示した概略断面図である。 図４は、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を用いて構成したランプの一例を模式的に示した概略図である。

符号の説明

１…ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子（発光素子）、３…ランプ、１０…積層半導体、１１…基板、１２…バッファ層、１４ａ…下地層、１４…ｎ型半導体層、１５…発光層、１６…ｐ型半導体層、１７…透光性正極、２０…半導体層。

Claims (6)

1. 基板と、ＩＩＩ族窒化物半導体から各々なるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層が下から順に積層された半導体層とを備えたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
   前記基板上にスパッタ法によって多結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなるバッファ層を形成するバッファ層形成工程と、
   前記バッファ層上に単結晶のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなり、前記ｎ型半導体層の下層となる下地層を形成する下地層形成工程と、
   前記下地層上にスパッタ法によって前記ｎ型半導体層、前記発光層、前記ｐ型半導体層を順に形成する半導体層形成工程とを含み、
   前記下地層形成工程では、分圧を２０〜６０％とする窒素ガスと残部をなす不活性ガスとを含む雰囲気内でスパッタ法により前記下地層の形成を行なうことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
2. 前記ｎ型半導体層がＳｉドープのＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなるｎ型コンタクト層を含み、
   前記半導体層形成工程が、前記ｎ型コンタクト層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
3. 前記ｐ型半導体層がＭｇドープのＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなるｐ型コンタクト層を含み、
   前記半導体層形成工程が、前記ｐ型コンタクト層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１または請求項２にＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
4. 前記発光層がＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる井戸層を有する量子井戸構造であり、
   前記半導体層形成工程が、前記量子井戸構造を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかにＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の製造方法を用いて得られたことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
6. 請求項５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が用いられてなることを特徴とするランプ。

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