JP2012028495A - 半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子、ランプ、電子機器、機械装置 - Google Patents
半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子、ランプ、電子機器、機械装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】下地層の結晶性や不純物の混入に起因する、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層の結晶性低下を防ぎ、かつ、高い出力の得られる半導体発光素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】第一有機金属化学気相成長装置において、基板上に下地層を形成する第一工程と、第二有機金属化学気相成長装置において、前記下地層上に第一ｎ型半導体層、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する第二工程と、を具備してなることを特徴とする半導体発光素子の製造方法を採用する。
【選択図】なし
【解決手段】第一有機金属化学気相成長装置において、基板上に下地層を形成する第一工程と、第二有機金属化学気相成長装置において、前記下地層上に第一ｎ型半導体層、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する第二工程と、を具備してなることを特徴とする半導体発光素子の製造方法を採用する。
【選択図】なし
Description
本発明は、半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子、ランプ、電子機器、機械装置に関し、特に、大電流が印加される場合に好適に用いられ、大電流が印加されることにより高い発光出力が得られる半導体発光素子の製造方法およびこの製造方法を用いて製造された半導体発光素子を備えるランプ、電子機器、機械装置に関する。
従来から、発光ダイオードなどに用いられる半導体発光素子として、基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順次積層してなるものがある。このような半導体発光素子を製造する方法としては、サファイア単結晶などからなる基板上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法）によってｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを連続して順次積層する方法が知られている。
しかしながら、基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを連続して順次積層する場合、これらの層が同一の成長室内で形成されるため、ｎ型半導体層を形成する際に用いた不純物がｐ型半導体層の形成に支障をきたしやすい。そのため、ｐ型半導体層の抵抗率を低くすることが困難であった。
このような問題を解決する技術として、例えば、特許文献１には、所定の基板上に、少なくとも第一導電形の半導体層と第二導電形の半導体層とを順次成膜して化合物半導体装置を製造するに際し、前記それぞれの導電形の半導体層を、導電形に対応した異なる複数の独立した成長室で成膜するようにして成る化合物半導体装置の製造方法が提案されている。
また、最近、半導体発光素子の発光出力を向上させるために、半導体発光素子に大電流が印加される場合が多くなってきている。そのため、このような条件にも耐え得る発光特性の優れた半導体発光素子が求められている。
しかし、第一ｎ型半導体層形成の際に不純物としてＳｉを用いるため、同一の成長室内で下地層と第一ｎ型半導体層を形成すると、成長室内に残留したＳｉが不純物として下地層に混入しやすい。そのため、例えば、ｎ型半導体層までを第一有機金属化学気相成長装置（第一の成長室）で形成したのちに、第二有機金属化学気相成長装置（第二の成長室）で発光層とｐ型半導体層を積層すると、下地層に不純物が混入して結晶性が低くなる。また、下地層の結晶性が低下すると、その後の積層工程において、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を高い結晶性で形成することができない。そのため、半導体発光素子の発光出力が低下するという問題があった。
さらに、第一有機金属化学気相成長装置のみで下地層、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を一貫成長して半導体発光素子を形成させると、下地層の残留応力が大きくなり、その結果基板の反りが大きくなるという問題があった。
さらに、第一有機金属化学気相成長装置のみで下地層、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を一貫成長して半導体発光素子を形成させると、下地層の残留応力が大きくなり、その結果基板の反りが大きくなるという問題があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、下地層への不純物の混入に起因する結晶性の低下が生じにくく、かつ、高い出力の得られる半導体発光素子およびその製造方法を提供することを課題とする。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 第一有機金属化学気相成長装置において、基板上に下地層を形成する第一工程と、第二有機金属化学気相成長装置において、前記下地層上に第一ｎ型半導体層、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する第二工程と、を具備してなることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
〔２〕 前記第二工程において、前記下地層上に前記下地層の再成長層を形成した後に、前記第一ｎ型半導体層を形成することを特徴とする〔１〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔３〕 前記再成長層を０．２μｍ〜５μｍの膜厚で形成することを特徴とする〔１〕または〔２〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔４〕 前記再成長層を形成する際の基板温度を、７００℃〜１２００℃にすることを特徴とする〔１〕乃至〔３〕のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔５〕 前記再成長層を形成する前に、前記第二有機金属化学気相成長装置内において窒素とアンモニアを含む雰囲気中で、圧力１５ｋＰａ〜１００ｋＰａ、前記基板温度５００℃〜１０００℃の条件下で熱処理を行うことを特徴とする〔１〕乃至〔４〕のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔６〕 下地層を設けた基板を準備し、次いで有機金属化学気相成長装置において、前記下地層上に、前記下地層の再成長層と第一ｎ型半導体層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順次積層することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
〔７〕 前記再成長層を形成する前に、前記有機金属化学気相成長装置内において窒素とアンモニアを含む雰囲気中で、圧力１５ｋＰａ〜１００ｋＰａ、前記基板温度５００℃〜１０００℃の条件下で熱処理を行うことを特徴とする〔６〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔８〕 〔１〕乃至〔７〕のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法を用いて製造された半導体発光素子。
〔９〕 基板上に下地層と前記下地層の再成長層と第一ｎ型半導体層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが積層されてなる半導体発光素子。
〔１０〕 〔８〕または〔９〕に記載の半導体発光素子を備えることを特徴とするランプ。
〔１１〕 〔１０〕に記載のランプが組み込まれていることを特徴とする電子機器。
〔１２〕 〔１１〕に記載の電子機器が組み込まれていることを特徴とする機械装置。
〔１〕 第一有機金属化学気相成長装置において、基板上に下地層を形成する第一工程と、第二有機金属化学気相成長装置において、前記下地層上に第一ｎ型半導体層、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する第二工程と、を具備してなることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
〔２〕 前記第二工程において、前記下地層上に前記下地層の再成長層を形成した後に、前記第一ｎ型半導体層を形成することを特徴とする〔１〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔３〕 前記再成長層を０．２μｍ〜５μｍの膜厚で形成することを特徴とする〔１〕または〔２〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔４〕 前記再成長層を形成する際の基板温度を、７００℃〜１２００℃にすることを特徴とする〔１〕乃至〔３〕のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔５〕 前記再成長層を形成する前に、前記第二有機金属化学気相成長装置内において窒素とアンモニアを含む雰囲気中で、圧力１５ｋＰａ〜１００ｋＰａ、前記基板温度５００℃〜１０００℃の条件下で熱処理を行うことを特徴とする〔１〕乃至〔４〕のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔６〕 下地層を設けた基板を準備し、次いで有機金属化学気相成長装置において、前記下地層上に、前記下地層の再成長層と第一ｎ型半導体層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順次積層することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
〔７〕 前記再成長層を形成する前に、前記有機金属化学気相成長装置内において窒素とアンモニアを含む雰囲気中で、圧力１５ｋＰａ〜１００ｋＰａ、前記基板温度５００℃〜１０００℃の条件下で熱処理を行うことを特徴とする〔６〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔８〕 〔１〕乃至〔７〕のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法を用いて製造された半導体発光素子。
〔９〕 基板上に下地層と前記下地層の再成長層と第一ｎ型半導体層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが積層されてなる半導体発光素子。
〔１０〕 〔８〕または〔９〕に記載の半導体発光素子を備えることを特徴とするランプ。
〔１１〕 〔１０〕に記載のランプが組み込まれていることを特徴とする電子機器。
〔１２〕 〔１１〕に記載の電子機器が組み込まれていることを特徴とする機械装置。
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、第一有機金属化学気相成長装置において下地層を形成し、第二有機金属化学気相成長装置において下地層上に第一ｎ型半導体層を形成する。これにより、下地層と第一ｎ型半導体層は異なる成長装置で形成されるため、下地層への不純物混入および不純物混入による下地層の結晶性低下が防がれる。これにより、下地層への不純物の混入に起因する下地層の結晶性低下が生じにくくなる。そのため、下地層の上に結晶性の高い第一ｎ型半導体層、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層することができる。そのため、半導体発光素子の発光出力を向上させることが可能となる。
さらに、２炉の有機金属化学気相成長装置を用いて下地層を形成する工程を経ることにより、下地層の残留応力が低減し、基板の反りの小さい半導体発光素子を形成することが可能となる。即ち、第一有機金属化学気相成長装置において下地層を形成し、そして第二有機金属化学気相成長装置において、下地層上に当該下地層の再成長層又は下地層上に第一ｎ型半導体層を形成することにより、下地層がそれまでに被った熱履歴等によるストレス（残留応力）が緩和され、発光層自体の結晶性向上をもたらすことができる。
さらに、２炉の有機金属化学気相成長装置を用いて下地層を形成する工程を経ることにより、下地層の残留応力が低減し、基板の反りの小さい半導体発光素子を形成することが可能となる。即ち、第一有機金属化学気相成長装置において下地層を形成し、そして第二有機金属化学気相成長装置において、下地層上に当該下地層の再成長層又は下地層上に第一ｎ型半導体層を形成することにより、下地層がそれまでに被った熱履歴等によるストレス（残留応力）が緩和され、発光層自体の結晶性向上をもたらすことができる。
以下、本発明の半導体発光素子１について、図１を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
図１は、本発明の半導体発光素子１の一例を示した断面模式図である。
図１に示す本実施形態の半導体発光素子１は、基板１１と、基板１１上に積層された積層半導体層２０と、積層半導体層２０の上面に積層された透光性電極１５と、透光性電極１５上に積層されたｐ型ボンディングパッド電極１６と、積層半導体層２０の露出面２０ａ上に積層されたｎ型電極１７と、から概略構成されている。
図１に示す本実施形態の半導体発光素子１は、基板１１と、基板１１上に積層された積層半導体層２０と、積層半導体層２０の上面に積層された透光性電極１５と、透光性電極１５上に積層されたｐ型ボンディングパッド電極１６と、積層半導体層２０の露出面２０ａ上に積層されたｎ型電極１７と、から概略構成されている。
ここで、積層半導体層２０は、基板１１側から、少なくともｎ型半導体層１２、発光層１３、ｐ型半導体層１４がこの順に積層されて構成されている。また、図１に示すように、ｎ型半導体層１２、発光層１３、ｐ型半導体層１４は、その一部がエッチング等の手段によって除去されており、除去された部分からｎ型半導体層１２の一部が露出されている。そして、ｎ型半導体層１２の露出面２０ａには、ｎ型電極１７が積層されている。
また、ｐ型半導体層１４の上面には、透光性電極１５およびｐ型ボンディングパッド電極１６が積層されている。これら、透光性電極１５およびｐ型ボンディングパッド電極１６によって、ｐ型電極１８が構成されている。
また、ｐ型半導体層１４の上面には、透光性電極１５およびｐ型ボンディングパッド電極１６が積層されている。これら、透光性電極１５およびｐ型ボンディングパッド電極１６によって、ｐ型電極１８が構成されている。
また、上記ｎ型半導体層１２は、第一ｎ型半導体層としてｎコンタクト層１２ａと第二ｎ型半導体層としてｎクラッド層１２ｂから構成されている。さらに、上記ｐ型半導体層１４は、第一ｐ型半導体層としてｐクラッド層１４ａと第二ｐ型半導体層としてｐコンタクト層１４ｂから構成されている。
また、前記積層半導体層２０に後述のバッファ層２１と下地層２２（再成長層２２ａ）を含めて呼んでもよい。
また、前記積層半導体層２０に後述のバッファ層２１と下地層２２（再成長層２２ａ）を含めて呼んでもよい。
ｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４を構成する半導体としては、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いることが好ましく、窒化ガリウム系化合物半導体を用いることがより好ましい。本発明におけるｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４を構成する窒化ガリウム系化合物半導体としては、一般式ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体を何ら制限なく用いることができる。
本実施形態の半導体発光素子１は、ｐ型電極１８とｎ型電極１７との間に電流を通じることで、積層半導体層２０を構成する発光層１３から発光を発せられるようになっており、発光層１３からの光を、ｐ型ボンディングパッド電極１６の形成された側から取り出すフェイスアップマウント型の発光素子である。なお、本発明の半導体発光素子は、フリップチップ型の発光素子であってもよい。
以下、それぞれの構成について詳細に説明する。
以下、それぞれの構成について詳細に説明する。
＜基板１１＞
基板１１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、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化モリブデン等からなる基板を用いることができる。上記基板の中でも、特に、ｃ面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。また、基板１１の主面側に少なくとも規則的な凹凸形状を設けてもよい。
基板１１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、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化モリブデン等からなる基板を用いることができる。上記基板の中でも、特に、ｃ面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。また、基板１１の主面側に少なくとも規則的な凹凸形状を設けてもよい。
（バッファ層２１）
バッファ層２１は、設けられていなくてもよいが、基板１１と下地層２２との格子定数の違いを緩和して、基板１１の（０００１）Ｃ面上にＣ軸配向した単結晶層の形成を容易にするために、設けられていることが好ましい。バッファ層２１の上に単結晶の下地層２２を積層すると、より一層結晶性の良い下地層２２が積層できる。
バッファ層２１は、設けられていなくてもよいが、基板１１と下地層２２との格子定数の違いを緩和して、基板１１の（０００１）Ｃ面上にＣ軸配向した単結晶層の形成を容易にするために、設けられていることが好ましい。バッファ層２１の上に単結晶の下地層２２を積層すると、より一層結晶性の良い下地層２２が積層できる。
バッファ層２１は、単結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが特に好ましいが、多結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなるものであってもかまわない。
バッファ層２１は、例えば、多結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１μｍ〜０．５μｍのものとすることができる。バッファ層２１の膜厚が０．０１μｍ未満であると、バッファ層２１により基板１１と下地層２２との格子定数の違いを緩和することができない場合がある。また、バッファ層２１の膜厚が０．５μｍを超えると、バッファ層２１としての機能には変化が無いのにも関わらず、バッファ層２１の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する問題がある。
バッファ層２１は、例えば、多結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１μｍ〜０．５μｍのものとすることができる。バッファ層２１の膜厚が０．０１μｍ未満であると、バッファ層２１により基板１１と下地層２２との格子定数の違いを緩和することができない場合がある。また、バッファ層２１の膜厚が０．５μｍを超えると、バッファ層２１としての機能には変化が無いのにも関わらず、バッファ層２１の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する問題がある。
バッファ層２１は、多結晶構造又は単結晶構造を有するものとすることができる。このような多結晶構造又は単結晶構造を有するバッファ層２１を基板１１上にＭＯＣＶＤ法またはスパッタ法にて成膜した場合、バッファ層２１のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体は良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。
（下地層２２）
下地層２２の材料としては、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層２２を形成できるため特に好ましいが、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いてもかまわない。
下地層２２の膜厚は０．１μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上であることが最も好ましい。下地層（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層）２２は１μｍ以上の膜厚で形成されることにより、結晶性が良好となる。また、半導体発光素子の小型化や、形成時間の短縮の観点により、下地層２２の膜厚は１０μｍ以下であることが好ましい。
下地層２２の材料としては、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層２２を形成できるため特に好ましいが、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いてもかまわない。
下地層２２の膜厚は０．１μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上であることが最も好ましい。下地層（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層）２２は１μｍ以上の膜厚で形成されることにより、結晶性が良好となる。また、半導体発光素子の小型化や、形成時間の短縮の観点により、下地層２２の膜厚は１０μｍ以下であることが好ましい。
また、下地層２２の結晶性を良くするために、下地層２２には不純物をドーピングしないことが望ましい。
本実施形態の下地層２２は後述するｎ型半導体層１２、発光層１３、ｐ型半導体層１４とは、異なる成長室で形成されたものである。そのため、下地層２２には、ｎ型半導体層１２形成で用いられたＳｉなどの不純物は混入しない。そのため、結晶性の高い下地層２２が形成される。
本実施形態の下地層２２は後述するｎ型半導体層１２、発光層１３、ｐ型半導体層１４とは、異なる成長室で形成されたものである。そのため、下地層２２には、ｎ型半導体層１２形成で用いられたＳｉなどの不純物は混入しない。そのため、結晶性の高い下地層２２が形成される。
（再成長層２２ａ）
下地層２２上には、下地層２２の再成長層２２ａが形成されていることが好ましい。下地層２２上に再成長層２２ａが形成されていることにより、下地層２２の成長後に第一有機金属化学気相成長装置の成長室内から取り出して、その後第二有機金属化学気相成長装置の成長室内でｎ型半導体層１２を成長させることによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。また、再成長層２２ａを形成することにより、下地層２２（再成長層２２ａ）表面の平坦性を向上させることができる。そのため、再成長層２２ａ上に結晶性の高いｎコンタクト層１２ａを形成することが可能となり、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
下地層２２上には、下地層２２の再成長層２２ａが形成されていることが好ましい。下地層２２上に再成長層２２ａが形成されていることにより、下地層２２の成長後に第一有機金属化学気相成長装置の成長室内から取り出して、その後第二有機金属化学気相成長装置の成長室内でｎ型半導体層１２を成長させることによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。また、再成長層２２ａを形成することにより、下地層２２（再成長層２２ａ）表面の平坦性を向上させることができる。そのため、再成長層２２ａ上に結晶性の高いｎコンタクト層１２ａを形成することが可能となり、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
また、下地層２２と再成長層２２ａは、同一の材料からなることが好ましい。
また、再成長層２２ａの膜厚は、０．２μｍ〜５μｍの範囲内であることが好ましい。再成長層２２ａがこの範囲内の膜厚で形成されていることにより、下地層２２の成長を中断し第一有機金属化学気相成長装置の成長室内から取り出して、その後第二有機金属化学気相成長装置の成長室内で下地層２２の成長を再開することによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。そのため、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
また、再成長層２２ａの膜厚は、０．２μｍ〜５μｍの範囲内であることが好ましい。再成長層２２ａがこの範囲内の膜厚で形成されていることにより、下地層２２の成長を中断し第一有機金属化学気相成長装置の成長室内から取り出して、その後第二有機金属化学気相成長装置の成長室内で下地層２２の成長を再開することによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。そのため、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
一方、再成長層２２ａの膜厚が０．２μｍ未満であると、再成長層２２ａの表面の平坦性が高くならず好ましくない。また、再成長層２２ａの膜厚が５μｍを超えると、第二有機金属化学気相成長装置の成長室内に、再成長層２２ａを形成した後に残される不純物や堆積物の量が多くなる。そのため、不純物や堆積物に起因するｎ型半導体層１２、発光層１３、およびｐ型半導体層１４の不良が生じやすくなる。また、再成長層２２ａの成膜処理時間が長くなるため、半導体発光素子の生産性が低下し、好ましくない。
＜積層半導体層２０＞
（ｎ型半導体層１２）
ｎ型半導体層１２はさらに、ｎコンタクト層（第一ｎ型半導体層）１２ａと、ｎクラッド層（第二ｎ型半導体層）１２ｂから構成されている。
（ｎ型半導体層１２）
ｎ型半導体層１２はさらに、ｎコンタクト層（第一ｎ型半導体層）１２ａと、ｎクラッド層（第二ｎ型半導体層）１２ｂから構成されている。
（ｎコンタクト層１２ａ）
ｎコンタクト層１２ａは、ｎ型電極１７を設けるための層であり、図１に示すように、ｎ型電極１７を設けるための露出面２０ａが形成されている。
ｎコンタクト層１２ａの膜厚は、０．５〜５μｍであることが好ましく、２μｍ〜４μｍの範囲であることがより好ましい。ｎコンタクト層１２ａの膜厚が上記範囲内であると、半導体の結晶性が良好に維持される。
ｎコンタクト層１２ａは、ｎ型電極１７を設けるための層であり、図１に示すように、ｎ型電極１７を設けるための露出面２０ａが形成されている。
ｎコンタクト層１２ａの膜厚は、０．５〜５μｍであることが好ましく、２μｍ〜４μｍの範囲であることがより好ましい。ｎコンタクト層１２ａの膜厚が上記範囲内であると、半導体の結晶性が良好に維持される。
ｎコンタクト層１２ａは、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（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く、ｎ型不純物（不純物）がドープされている。ｎコンタクト層１２ａにｎ型不純物が１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３、好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有されている場合、ｎ型電極１７との良好なオーミック接触の維持の点で好ましい。ｎコンタクト層１２ａに用いられるｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等が挙げられ、ＳｉおよびＧｅが好ましく、Ｓｉが最も好ましい。なお、本実施形態ではｎ型不純物（不純物）として５×１０１８／ｃｍ３程度のＳｉが含有されている。
ｎクラッド層１２ｂは、ｎコンタクト層１２ａと発光層１３との間に設けられている。ｎクラッド層１２ｂは、発光層１３へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めを行なう層であり、ｎコンタクト層１２ａと発光層１３との結晶格子の不整合を緩和する発光層１３のバッファ層としても機能する。また、ｎクラッド層１２ｂはＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどで形成することが可能である。なお、明細書中各元素の組成比を省略してＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮと記述する場合がある。ｎクラッド層１２ｂをＧａＩｎＮで形成する場合には、発光層１３のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましいことは言うまでもない。
ｎクラッド層１２ｂは、単層または超格子構造のどちらの構造であっても構わない。ｎクラッド層１２ｂが単層からなるものである場合、ｎクラッド層１２ｂの膜厚は、５ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
本実施形態においては、ｎクラッド層１２ｂは、単層であってもよいが、組成の異なる２つの薄膜層を繰り返し成長させて１０ペア数（２０層）〜４０ペア数（８０層）からなる超格子構造であることが好ましい。ｎクラッド層１２ｂが超格子構造からなるものである場合、薄膜層の積層数が２０層以上であると、ｎコンタクト層１２ａと発光層１３との結晶格子の不整合をより効果的に緩和することができ、半導体発光素子１の出力を向上させる効果がより顕著となる。しかし、薄膜層の積層数が８０層を超えると、超格子構造が乱れやすくなる場合もあり、発光層１３に悪影響を来たす恐れが生じる。さらに、ｎクラッド層１２ｂの成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する問題がある。
＜発光層１３＞
発光層１３は、障壁層１３ａと井戸層１３ｂとが交互に複数積層された多重量子井戸構造からなる。また、多重量子井戸構造における積層数は３層から１０層であることが好ましく、４層から７層であることがさらに好ましい
発光層１３は、障壁層１３ａと井戸層１３ｂとが交互に複数積層された多重量子井戸構造からなる。また、多重量子井戸構造における積層数は３層から１０層であることが好ましく、４層から７層であることがさらに好ましい
（井戸層１３ｂ）
井戸層１３ｂの膜厚は、１５オングストローム以上５０オングストローム以下の範囲であることが好ましい。井戸層１３ｂの膜厚が上記範囲内であることにより、より高い発光出力を得ることができる。
また、井戸層１３ｂは、Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体であることが好ましい。Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体は、青色の波長領域の強い光を発光するものであるため、好ましい。また、井戸層１３ｂには、不純物をドープすることができる。また、本実施形態における不純物としてはＳｉを用いることが好ましい。ドープ量は１×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３程度が好適である。
井戸層１３ｂの膜厚は、１５オングストローム以上５０オングストローム以下の範囲であることが好ましい。井戸層１３ｂの膜厚が上記範囲内であることにより、より高い発光出力を得ることができる。
また、井戸層１３ｂは、Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体であることが好ましい。Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体は、青色の波長領域の強い光を発光するものであるため、好ましい。また、井戸層１３ｂには、不純物をドープすることができる。また、本実施形態における不純物としてはＳｉを用いることが好ましい。ドープ量は１×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３程度が好適である。
（障壁層１３ａ）
障壁層１３ａの膜厚は、２０オングストローム以上１００オングストローム未満の範囲であることが好ましい。障壁層１３ａの膜厚が薄すぎると、障壁層１３ａ上面の平坦化を阻害し、発光効率の低下やエージング特性の低下を引き起こす。また、障壁層１３ａの膜厚が厚すぎると、駆動電圧の上昇や発光の低下を引き起こす。このため、障壁層１３ａの膜厚は７０オングストローム以下であることがより好ましい。
また、障壁層１３ａは、ＧａＮやＡｌＧａＮのほか、井戸層を構成するＩｎＧａＮよりもＩｎ比率の小さいＩｎＧａＮで形成することができる。中でも、ＧａＮが好適である。また、障壁層１３ａには、不純物をドープすることができる。本実施形態における不純物としてはＳｉを用いることが好ましい。ドープ量は１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３程度が好適である。
障壁層１３ａの膜厚は、２０オングストローム以上１００オングストローム未満の範囲であることが好ましい。障壁層１３ａの膜厚が薄すぎると、障壁層１３ａ上面の平坦化を阻害し、発光効率の低下やエージング特性の低下を引き起こす。また、障壁層１３ａの膜厚が厚すぎると、駆動電圧の上昇や発光の低下を引き起こす。このため、障壁層１３ａの膜厚は７０オングストローム以下であることがより好ましい。
また、障壁層１３ａは、ＧａＮやＡｌＧａＮのほか、井戸層を構成するＩｎＧａＮよりもＩｎ比率の小さいＩｎＧａＮで形成することができる。中でも、ＧａＮが好適である。また、障壁層１３ａには、不純物をドープすることができる。本実施形態における不純物としてはＳｉを用いることが好ましい。ドープ量は１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３程度が好適である。
＜ｐ型半導体層１４＞
ｐ型半導体層１４は、通常、ｐクラッド層１４ａおよびｐコンタクト層１４ｂから構成される。また、ｐコンタクト層１４ｂがｐクラッド層１４ａを兼ねることも可能である。
ｐ型半導体層１４は、通常、ｐクラッド層１４ａおよびｐコンタクト層１４ｂから構成される。また、ｐコンタクト層１４ｂがｐクラッド層１４ａを兼ねることも可能である。
（ｐクラッド層１４ａ）
本実施形態におけるｐクラッド層１４ａは、発光層１３の上に形成されている。ｐクラッド層１４ａは、発光層１３へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入を行なう層である。ｐクラッド層１４ａとしては、発光層１３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１３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、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）からなるものであることが好ましい。ｐクラッド層１４ａが、このようなＡｌＧａＮからなるものである場合、発光層１３へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。
本実施形態におけるｐクラッド層１４ａは、発光層１３の上に形成されている。ｐクラッド層１４ａは、発光層１３へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入を行なう層である。ｐクラッド層１４ａとしては、発光層１３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１３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、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）からなるものであることが好ましい。ｐクラッド層１４ａが、このようなＡｌＧａＮからなるものである場合、発光層１３へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。
ｐクラッド層１４ａの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。ｐクラッド層１４ａのｐ型ドープ濃度は、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３であることが好ましく、より好ましくは１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３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。また、ｐクラッド層１４ａは、薄膜を複数回積層してなる超格子構造であってもよい。
（ｐコンタクト層１４ｂ）
ｐコンタクト層１４ｂは、正極（ｐ型電極）を設けるための層である。ｐコンタクト層１４ｂは、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）からなるものであることが、良好な結晶性の維持およびｐオーミック電極との良好なオーミック接触の点で好ましい。また、ｐコンタクト層１４ｂがｐ型不純物（不純物）を１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３を５×１０１９〜５×１０２０／ｃｍ３の濃度で含有しているものである場合、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えばＭｇを用いることが特に好ましい。
ｐコンタクト層１４ｂは、正極（ｐ型電極）を設けるための層である。ｐコンタクト層１４ｂは、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）からなるものであることが、良好な結晶性の維持およびｐオーミック電極との良好なオーミック接触の点で好ましい。また、ｐコンタクト層１４ｂがｐ型不純物（不純物）を１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３を５×１０１９〜５×１０２０／ｃｍ３の濃度で含有しているものである場合、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えばＭｇを用いることが特に好ましい。
また、ｐコンタクト層１４ｂはｐコンタクト下層と、ｐコンタクト上層とが積層してなり、ｐコンタクト下層にＭｇが１×１０１９／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３程度の濃度で含有され、ｐコンタクト上層にＭｇが２×１０２０／ｃｍ３〜５×１０２０／ｃｍ３程度の濃度で含有されることが特に好ましい。これにより、透光性電極１５と接する部分（ｐコンタクト上層）は高濃度でＭｇが含有され、かつ、その表面は平坦に形成される。そのため、半導体発光素子１の発光出力をより向上させることが可能となる。
また、ｐコンタクト層１４ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０〜５００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５０〜２００ｎｍである。ｐコンタクト層１４ｂの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
＜ｎ型電極１７＞
ｎ型電極１７は、ボンディングパットを兼ねており、積層半導体層２０のｎ型半導体層１２に接するように形成されている。このため、ｎ型電極１７を形成する際には、少なくともｐ半導体層１４および発光層１３の一部を除去してｎ型半導体層１２を露出させ、ｎ型半導体層１２の露出面２０ａ上にボンディングパッドを兼ねるｎ型電極１７を形成する。ｎ型電極１７としては、各種組成や構造が周知であり、これら周知の組成や構造を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
ｎ型電極１７は、ボンディングパットを兼ねており、積層半導体層２０のｎ型半導体層１２に接するように形成されている。このため、ｎ型電極１７を形成する際には、少なくともｐ半導体層１４および発光層１３の一部を除去してｎ型半導体層１２を露出させ、ｎ型半導体層１２の露出面２０ａ上にボンディングパッドを兼ねるｎ型電極１７を形成する。ｎ型電極１７としては、各種組成や構造が周知であり、これら周知の組成や構造を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
（透光性電極１５）
透光性電極１５は、ｐ型半導体層１４の上に積層されるものであり、ｐ型半導体層１４との接触抵抗が小さいものであることが好ましい。また、透光性電極１５は、発光層１３からの光を効率良く半導体発光素子１の外部に取り出すために、光透過性に優れたものであることが好ましい。また、透光性電極１５は、ｐ型半導体層１４の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、優れた導電性を有していることが好ましい。
透光性電極１５は、ｐ型半導体層１４の上に積層されるものであり、ｐ型半導体層１４との接触抵抗が小さいものであることが好ましい。また、透光性電極１５は、発光層１３からの光を効率良く半導体発光素子１の外部に取り出すために、光透過性に優れたものであることが好ましい。また、透光性電極１５は、ｐ型半導体層１４の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、優れた導電性を有していることが好ましい。
透光性電極１５の構成材料としては、Ｉｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｗ、Ｃｅのいずれか一種を含む導電性の酸化物、硫化亜鉛または硫化クロムのうちいずれか一種からなる群より選ばれる透光性の導電性材料が挙げられる。導電性の酸化物としては、ＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ））、ＡＺＯ（酸化アルミニウム亜鉛（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３））、ＧＺＯ（酸化ガリウム亜鉛（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３））、フッ素ドープ酸化錫、酸化チタン等があげられる。
また、透光性電極１５の構造は、従来公知の構造を含めて如何なる構造であってもよい。透光性電極１５は、ｐ型半導体層１４のほぼ全面を覆うように形成してもよく、また、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよい。
（ｐ型ボンディングパッド電極１６）
ｐ型ボンディングパッド電極１６はボンディングパットを兼ねており、透光性電極１５の上に積層されている。ｐ型ボンディングパッド電極１６としては、各種組成や構造が周知であり、これら周知の組成や構造を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
ｐ型ボンディングパッド電極１６は、透光性電極１５上であれば、どこへでも形成することができる。例えばｎ型電極１７から最も遠い位置に形成してもよいし、半導体発光素子１の中心などに形成してもよい。
ｐ型ボンディングパッド電極１６はボンディングパットを兼ねており、透光性電極１５の上に積層されている。ｐ型ボンディングパッド電極１６としては、各種組成や構造が周知であり、これら周知の組成や構造を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
ｐ型ボンディングパッド電極１６は、透光性電極１５上であれば、どこへでも形成することができる。例えばｎ型電極１７から最も遠い位置に形成してもよいし、半導体発光素子１の中心などに形成してもよい。
（保護膜層）
図示しない保護膜層は、必要に応じて透光性電極１５の上面および側面と、ｎ型半導体層１２の露出面２０ａ、発光層１３およびｐ型半導体層１４の側面、ｎ型電極１７およびｐ型ボンディングパッド電極１６の側面や周辺部を覆うよう形成される。保護膜層を形成することにより、半導体発光素子１の内部への水分等の浸入を防止でき、半導体発光素子１の劣化を抑制することができる。
保護膜層としては、絶縁性を有し、３００〜５５０ｎｍの範囲の波長において８０％以上の透過率を有する材料を用いることが好ましく、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を用いることができる。このうちＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３は、ＣＶＤ成膜で緻密な膜が容易に作製でき、より好ましい。
図示しない保護膜層は、必要に応じて透光性電極１５の上面および側面と、ｎ型半導体層１２の露出面２０ａ、発光層１３およびｐ型半導体層１４の側面、ｎ型電極１７およびｐ型ボンディングパッド電極１６の側面や周辺部を覆うよう形成される。保護膜層を形成することにより、半導体発光素子１の内部への水分等の浸入を防止でき、半導体発光素子１の劣化を抑制することができる。
保護膜層としては、絶縁性を有し、３００〜５５０ｎｍの範囲の波長において８０％以上の透過率を有する材料を用いることが好ましく、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を用いることができる。このうちＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３は、ＣＶＤ成膜で緻密な膜が容易に作製でき、より好ましい。
以下、半導体発光素子１の製造方法について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明において参照する図面は、本発明を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体発光素子１の寸法関係とは異なっている。
なお、以下の説明において参照する図面は、本発明を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体発光素子１の寸法関係とは異なっている。
図１に示す、本発明の半導体発光素子１の製造方法は、一例として、まず、図２に示す積層半導体層２０を製造する。積層半導体層２０の製造方法は、基板１１上にバッファ層２１と下地層２２を積層する第一工程と、下地層２２上に下地層２２の再成長層２２ａとｎ型半導体層１２と発光層１３とｐ型半導体層１４とを順次積層する第二工程と、から概略構成されている。
また、本発明の半導体発光素子１の製造方法は、別の実施形態として、下地層２２を設けた基板１１を別途準備し、そして第一有機金属化学気相成長装置内で、前記下地層２２上に、１）ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順次積層する工程を入れてもよく、また２）前記下地層２２の再成長層２２ａとｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順次積層する工程を入れてもよく、さらに、３）前記再成長層を形成する前に、前記有機金属化学気相成長装置内において窒素とアンモニアを含む雰囲気中で、圧力１５ｋＰａ〜１００ｋＰａ、前記基板温度５００℃〜１０００℃の条件下で熱処理（サーマルクリーニング）を行う工程を入れてもよい。
以下、図２を用いて各工程について詳細に説明する。
以下、図２を用いて各工程について詳細に説明する。
＜第一工程＞
はじめに、例えば、サファイア等からなる基板１１を用意する。
次に、基板１１を第一ＭＯＣＶＤ装置（第一有機金属化学気相成長装置）の成長室内に設置し、ＭＯＣＶＤ法によって、基板１１上に、バッファ層２１を形成する。
はじめに、例えば、サファイア等からなる基板１１を用意する。
次に、基板１１を第一ＭＯＣＶＤ装置（第一有機金属化学気相成長装置）の成長室内に設置し、ＭＯＣＶＤ法によって、基板１１上に、バッファ層２１を形成する。
（下地層２２形成工程）
次いで、バッファ層２１上に下地層２２を第一ＭＯＣＶＤ装置内で積層する。なお、本発明では、一例として、サファイア等からなる基板１１上に、ＲＦスパッタリング法を用いてＡｌＮからなるバッファ層２１を形成し、さらに第一ＭＯＣＶＤ装置の成長室内で当該基板上に下地層２２を順次積層してもよい。
次いで、バッファ層２１上に下地層２２を第一ＭＯＣＶＤ装置内で積層する。なお、本発明では、一例として、サファイア等からなる基板１１上に、ＲＦスパッタリング法を用いてＡｌＮからなるバッファ層２１を形成し、さらに第一ＭＯＣＶＤ装置の成長室内で当該基板上に下地層２２を順次積層してもよい。
下地層２２は０．１μｍ以上の膜厚で形成することが好ましく、０．５μｍ以上とすることがより好ましく、１μｍ以上とすることが最も好ましい。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なＡｌｘＧａ１−ｘＮ層が得られやすい。また、半導体発光素子の小型化や、形成時間の短縮の観点により、下地層２２の膜厚は１０μｍ以下とすることが好ましい。
また、下地層２２の結晶性を良くするために、下地層２２には不純物をドーピングしないことが望ましい。
また、下地層２２の結晶性を良くするために、下地層２２には不純物をドーピングしないことが望ましい。
＜第二工程＞
第二工程はさらに、第二ＭＯＣＶＤ装置（第二有機金属化学気相成長装置）において、下地層２２上に下地層２２の再成長層２２ａを形成する工程と、ｎ型半導体層１２を形成する工程と、発光層１３を形成する工程と、ｐ型半導体層１４を形成する工程と、から構成されている。以下それぞれについて詳細を説明する。
第二工程はさらに、第二ＭＯＣＶＤ装置（第二有機金属化学気相成長装置）において、下地層２２上に下地層２２の再成長層２２ａを形成する工程と、ｎ型半導体層１２を形成する工程と、発光層１３を形成する工程と、ｐ型半導体層１４を形成する工程と、から構成されている。以下それぞれについて詳細を説明する。
（再成長層２２ａ形成工程）
まず、下地層２２までの各層の形成された基板１１を第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内に設置する。次いで、ＭＯＣＶＤ法によって下地層２２上に、下地層２２の再成長層２２ａを形成する。このように、下地層２２上に再成長層２２ａを形成することにより、下地層２２の成長を中断し第一有機金属化学気相成長装置の成長室内から取り出して、その後第二有機金属化学気相成長装置の成長室内で下地層２２の成長を再開することによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。また、再成長層２２ａを形成することにより、下地層２２（再成長層２２ａ）表面の平坦性を向上させることができる。そのため、再成長層２２ａ上に結晶性の高いｎコンタクト層１２ａを形成することが可能となり、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
まず、下地層２２までの各層の形成された基板１１を第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内に設置する。次いで、ＭＯＣＶＤ法によって下地層２２上に、下地層２２の再成長層２２ａを形成する。このように、下地層２２上に再成長層２２ａを形成することにより、下地層２２の成長を中断し第一有機金属化学気相成長装置の成長室内から取り出して、その後第二有機金属化学気相成長装置の成長室内で下地層２２の成長を再開することによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。また、再成長層２２ａを形成することにより、下地層２２（再成長層２２ａ）表面の平坦性を向上させることができる。そのため、再成長層２２ａ上に結晶性の高いｎコンタクト層１２ａを形成することが可能となり、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
また、本実施形態においては、再成長層２２ａを形成する前に、下地層２２までの各層の形成された基板１１に、窒素とアンモニアを含む雰囲気中で５００℃〜１０００℃の熱処理（サーマルクリーニング）を行うことが好ましい。熱処理の雰囲気は、窒素とアンモニアを含む雰囲気に代えて、例えば、窒素のみの雰囲気としてもよい。なお、水素のみの雰囲気では再成長層２２ａが分解されて結晶性の悪化を招くため好ましくない。また、このときの第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力は１５〜１００ｋＰａとすることが好ましい。
このような条件で熱処理を行うことにより、下地層２２までの各層の形成された基板１１が第一有機金属化学気相成長装置の成長室内から取り出されることにより表面が汚染されていたとしても、再成長層２２ａを形成する前に汚染物質を除去することができる。これにより、再成長層２２ａの結晶性を向上させることができる。そのため、再成長層２２ａ上に形成されるｎコンタクト層１２ａの結晶性がより一層良好なものとなる。
なお、このような条件で熱処理を行わず、下地層２２表面が汚染されたままである場合、再成長層２２ａ上に形成されるｎコンタクト層１２ａの結晶性が低下する。そのため、逆方向電流（ＩＲ）が低くならず、静電気放電（ＥＳＤ）耐圧が不足し、半導体発光素子１の信頼性が低下する。
なお、このような条件で熱処理を行わず、下地層２２表面が汚染されたままである場合、再成長層２２ａ上に形成されるｎコンタクト層１２ａの結晶性が低下する。そのため、逆方向電流（ＩＲ）が低くならず、静電気放電（ＥＳＤ）耐圧が不足し、半導体発光素子１の信頼性が低下する。
また、下地層２２形成工程における下地層２２の成長条件と、本工程における再成長層２２ａの成長条件は同一とすることが好ましい。すなわち、再成長層２２ａを成長させる際の基板温度は７００℃〜１２００℃とすることが好ましい。再成長層２２ａ形成の際の基板温度をこの範囲内とすることにより、結晶性の高い再成長層２２ａを形成することができる。
また、再成長層２２ａは、０．２μｍ〜５μｍの膜厚で形成することが好ましい。再成長層２２ａをこの範囲内の膜厚で形成することにより、下地層２２の成長を中断し第一有機金属化学気相成長装置の成長室内から取り出して、その後第二有機金属化学気相成長装置の成長室内で下地層２２の成長を再開することによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。そのため、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
（ｎコンタクト層１２ａ積層工程）
次いで前記下地層２２を有する基板上に、ｎコンタクト層１２ａを積層する。
ｎコンタクト層１２ａを成長させる際には、水素雰囲気で、基板１１の温度を１０００℃〜１２００℃の範囲とすることが好ましい。
また、ｎコンタクト層１２ａを成長させる原料としては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）などのＩＩＩ族金属の有機金属原料とアンモニア（ＮＨ３）などの窒素原料とを用い、熱分解によりバッファ層上にＩＩＩ族窒化物半導体層を堆積させる。ＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力は１５〜８０ｋＰａとすることが好ましい。
次いで前記下地層２２を有する基板上に、ｎコンタクト層１２ａを積層する。
ｎコンタクト層１２ａを成長させる際には、水素雰囲気で、基板１１の温度を１０００℃〜１２００℃の範囲とすることが好ましい。
また、ｎコンタクト層１２ａを成長させる原料としては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）などのＩＩＩ族金属の有機金属原料とアンモニア（ＮＨ３）などの窒素原料とを用い、熱分解によりバッファ層上にＩＩＩ族窒化物半導体層を堆積させる。ＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力は１５〜８０ｋＰａとすることが好ましい。
（ｎクラッド層１２ｂ形成工程）
次いで、ｎコンタクト層１２ａ上にｎクラッド層１２ｂを形成する。なお、下地層の再成長層２２ａを形成しない場合は、ｎコンタクト層１２ａを形成する前に、熱処理（サーマルクリーニング）を行うことが好ましい。また、超格子構造のｎクラッド層１２ｂを形成する工程では、膜厚１００オングストローム以下のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第一層と、ｎ側第一層と組成が異なる膜厚１００オングストローム以下のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第二層とを交互に２０層〜８０層繰返し積層する工程とすることができる。ｎ側第一層および／またはｎ側第二層は、Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなるものであることが好ましい。
次いで、ｎコンタクト層１２ａ上にｎクラッド層１２ｂを形成する。なお、下地層の再成長層２２ａを形成しない場合は、ｎコンタクト層１２ａを形成する前に、熱処理（サーマルクリーニング）を行うことが好ましい。また、超格子構造のｎクラッド層１２ｂを形成する工程では、膜厚１００オングストローム以下のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第一層と、ｎ側第一層と組成が異なる膜厚１００オングストローム以下のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第二層とを交互に２０層〜８０層繰返し積層する工程とすることができる。ｎ側第一層および／またはｎ側第二層は、Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなるものであることが好ましい。
（発光層１３形成工程）
次いで、多重量子井戸構造の発光層１３を形成する。まず、井戸層１３ｂと障壁層１３ａとを交互に繰返し積層する。このとき、ｎ型半導体層１２側及びｐ型半導体層１４側に障壁層１３ａが配されるように積層する。
井戸層１３ｂおよび障壁層１３ａの組成や膜厚は、所定の発光波長になるように適宜設定することができる。また、発光層１３の成長させる際の基板温度は６００〜９００℃とすることができ、キャリアガスとしては窒素ガスを用いる。
次いで、多重量子井戸構造の発光層１３を形成する。まず、井戸層１３ｂと障壁層１３ａとを交互に繰返し積層する。このとき、ｎ型半導体層１２側及びｐ型半導体層１４側に障壁層１３ａが配されるように積層する。
井戸層１３ｂおよび障壁層１３ａの組成や膜厚は、所定の発光波長になるように適宜設定することができる。また、発光層１３の成長させる際の基板温度は６００〜９００℃とすることができ、キャリアガスとしては窒素ガスを用いる。
（ｐ型半導体層１４形成工程）
次いで、ｐ型半導体層１４を形成する。ｐ型半導体層１４の形成は、発光層１３上にｐクラッド層１４ａと、ｐコンタクト層１４ｂとを順次積層すればよい。なお、ｐクラッド層１４ａを、超格子構造を含む層とする場合には、膜厚１００オングストローム以下のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第一層と、ｐ側第一層と組成が異なる膜厚１００オングストローム以下ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第二層とを交互に繰返し積層すればよい。
次いで、ｐ型半導体層１４を形成する。ｐ型半導体層１４の形成は、発光層１３上にｐクラッド層１４ａと、ｐコンタクト層１４ｂとを順次積層すればよい。なお、ｐクラッド層１４ａを、超格子構造を含む層とする場合には、膜厚１００オングストローム以下のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第一層と、ｐ側第一層と組成が異なる膜厚１００オングストローム以下ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第二層とを交互に繰返し積層すればよい。
その後、積層半導体層２０のｐ型半導体層１４上に透光性電極１５を積層し、例えば一般に知られたフォトリソグラフィーの手法によって所定の領域以外の透光性電極１５を除去する。
続いて、例えばフォトリソグラフィーの手法によりパターニングして、所定の領域の積層半導体層２０の一部をエッチングしてｎコンタクト層１２ａの第一ｎ型半導体層１２ｃの一部を露出させ、ｎコンタクト層１２ａの露出面２０ａにｎ型電極１７を形成する。
その後、透光性電極１５の上にｐ型ボンディングパッド電極１６を形成する。
以上のようにして、図１に示す半導体発光素子１が製造される。
続いて、例えばフォトリソグラフィーの手法によりパターニングして、所定の領域の積層半導体層２０の一部をエッチングしてｎコンタクト層１２ａの第一ｎ型半導体層１２ｃの一部を露出させ、ｎコンタクト層１２ａの露出面２０ａにｎ型電極１７を形成する。
その後、透光性電極１５の上にｐ型ボンディングパッド電極１６を形成する。
以上のようにして、図１に示す半導体発光素子１が製造される。
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、下地層２２の再成長層２２ａとｎ型半導体層１２を第一有機金属化学気相成長装置とは別の成長室内で形成することにより、ｎ型半導体層１２形成の際に用いた不純物が下地層２２に混入する恐れがない。そのため、下地層２２への不純物混入、および不純物混入による下地層２２の結晶性低下を防ぐことができる。したがって、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、結晶性の高い下地層２２を形成することができ、それにより、下地層２２上に結晶性の高いｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４を形成することができる。これにより、半導体発光素子の発光出力や信頼性を向上させることが可能となる。
＜ランプ３＞
本実施形態のランプ３は、本発明の半導体発光素子１を備えるものであり、上記の半導体発光素子１と蛍光体とを組み合わせてなるものである。本実施形態のランプ３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。例えば、本実施形態のランプ３においては、半導体発光素子１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を何ら制限されることなく採用できる。
本実施形態のランプ３は、本発明の半導体発光素子１を備えるものであり、上記の半導体発光素子１と蛍光体とを組み合わせてなるものである。本実施形態のランプ３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。例えば、本実施形態のランプ３においては、半導体発光素子１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を何ら制限されることなく採用できる。
図３は、図１に示した半導体発光素子１を備えるランプの一例を示した断面模式図である。図３に示すランプ３は、砲弾型のものであり、図１に示す半導体発光素子１が用いられている。図３に示すように、半導体発光素子１のｐ型ボンディングパッド電極１６がワイヤー３３で２本のフレーム３１、３２の内の一方（図３ではフレーム３１）に接続され、半導体発光素子１のｎ型電極１７（ボンディングパッド）がワイヤー３４で他方のフレーム３２に接続されることにより、半導体発光素子１が実装されている。また、半導体発光素子１の周辺は、透明な樹脂からなるモールド３５で封止されている。
本実施形態のランプ３は、上記の半導体発光素子１が用いられてなるものであるので、高い発光出力が得られるものとなる。
また、本実施形態のランプ３を組み込んだバックライト、携帯電話、ディスプレイ、各種パネル類、コンピュータ、ゲーム機、照明などの電子機器や、それらの電子機器を組み込んだ自動車などの機械装置は、高い発光出力が得られる半導体発光素子１を備えたものとなる。特に、バックライト、携帯電話、ディスプレイ、ゲーム機、照明などのバッテリ駆動させる電子機器においては、高い発光出力が得られる半導体発光素子１を具備した優れた製品を提供することができるため、好ましい。
以下に、本発明の半導体発光素子の製造方法を、実施例によりさらに詳細に説明するが、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）
以下に示す方法により、図１に示す半導体発光素子１を製造した。
実施例１の半導体発光素子１では、第一ＭＯＣＶＤ炉の成長室内において、ＡｌＮからなるバッファ層２１を予め形成したサファイア基板１１上に、厚さ６μｍのアンドープＧａＮからなる下地層２２を形成した。このとき、下地層２２の形成の際の基板温度は１１００℃とした。なお、バッファ層２１付きサファイア基板１１は、国際公開番号WO/2009/154215号公報に記載の方法に準じて、サファイア基板の一面に湾曲したお椀状（半球状）の凸部を設け、その加工基板上にスパッタ法によりＡｌＮからなるバッファ層２１を形成したものである。
（実施例１）
以下に示す方法により、図１に示す半導体発光素子１を製造した。
実施例１の半導体発光素子１では、第一ＭＯＣＶＤ炉の成長室内において、ＡｌＮからなるバッファ層２１を予め形成したサファイア基板１１上に、厚さ６μｍのアンドープＧａＮからなる下地層２２を形成した。このとき、下地層２２の形成の際の基板温度は１１００℃とした。なお、バッファ層２１付きサファイア基板１１は、国際公開番号WO/2009/154215号公報に記載の方法に準じて、サファイア基板の一面に湾曲したお椀状（半球状）の凸部を設け、その加工基板上にスパッタ法によりＡｌＮからなるバッファ層２１を形成したものである。
次に、下地層２２まで形成された基板を第一ＭＯＣＶＤ炉から一旦取り出して、第二ＭＯＣＶＤ炉の成長室内に移した。次いで、下地層２２までの各層の形成された基板１１を、窒素とアンモニアを含む雰囲気中で１０００℃の熱処理（サーマルクリーニング）を行った。また、このときの第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力は１０００ｋＰａとした。
その後、下地層２２上に厚さ２μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなるｎコンタクト層１２ａを形成した。ｎコンタクト層１２ａのＳｉ不純物濃度は、５×１０１８／ｃｍ３程度とした。また、ｎコンタクト層１２ａ形成の際の基板温度は１０８０℃、成長室内の圧力は４０ｋＰａとした。
次に、ｎコンタクト層１２ａ上に、厚さ８０ｎｍの超格子構造からなるｎクラッド層１２ｂを形成した。さらに、ｎクラッド層１２ｂ上に障壁層１３ａおよび井戸層１３ｂを５回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層１３を形成した。
次に、ｎコンタクト層１２ａ上に、厚さ８０ｎｍの超格子構造からなるｎクラッド層１２ｂを形成した。さらに、ｎクラッド層１２ｂ上に障壁層１３ａおよび井戸層１３ｂを５回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層１３を形成した。
その後、発光層１３上に厚さ２０ｎｍのＭｇドープ単層Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐクラッド層１４ａ、厚さ１７０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮからなるｐコンタクト層１４ｂを順に積層した。ｐコンタクト層１４ｂはｐコンタクト下層と、ｐコンタクト上層とが積層してなり、ｐコンタクト下層にＭｇが５×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有され、ｐコンタクト上層にＭｇが２×１０２０／ｃｍ３程度の濃度とした。次いで、ｐコンタクト層１４ｂ上に、厚さ２００ｎｍのＩＴＯからなる透光性電極１５を一般に知られたフォトリソグラフィの手法により形成した。
次に、フォトリソグラフィの手法を用いてエッチングを施し、所望の領域にｎコンタクト層１２ａの露出面２０ａを形成し、その上にＴｉ／Ａｕの二層構造のｎ型電極１７を形成した。
また、透光性電極１５の上に、２００ｎｍのＡｌからなる金属反射層と８０ｎｍのＴｉからなるバリア層と１１００ｎｍのＡｕからなるボンディング層とからなる３層構造のｐ型ボンディングパッド構造１６を、フォトリソグラフィの手法を用いて形成した。
以上のようにして、実施例１の半導体発光素子１を得た。
次に、フォトリソグラフィの手法を用いてエッチングを施し、所望の領域にｎコンタクト層１２ａの露出面２０ａを形成し、その上にＴｉ／Ａｕの二層構造のｎ型電極１７を形成した。
また、透光性電極１５の上に、２００ｎｍのＡｌからなる金属反射層と８０ｎｍのＴｉからなるバリア層と１１００ｎｍのＡｕからなるボンディング層とからなる３層構造のｐ型ボンディングパッド構造１６を、フォトリソグラフィの手法を用いて形成した。
以上のようにして、実施例１の半導体発光素子１を得た。
このようにして得られた実施例１の半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．１Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２２ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．５μＡであった。
（実施例２）
実施例１の熱処理（サーマルクリーニング）の際の基板温度を５００℃、第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力を５００ｋＰａとした以外は実施例１と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．１Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２２ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．５μＡであった。
実施例１の熱処理（サーマルクリーニング）の際の基板温度を５００℃、第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力を５００ｋＰａとした以外は実施例１と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．１Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２２ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．５μＡであった。
（実施例３）
実施例１の熱処理（サーマルクリーニング）を行わなかったこと以外は、実施例１と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．２Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２０ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝１．０μＡであった。
実施例１の熱処理（サーマルクリーニング）を行わなかったこと以外は、実施例１と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．２Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２０ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝１．０μＡであった。
（実施例４）
実施例１の熱処理（サーマルクリーニング）の際の基板温度を９５０℃、第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力を９５ｋＰａとした。そののち、下地層２２上に再成長層２２ａを形成した。このとき、再成長層２２ａは以下に示す成長条件で成長させた。
実施例１の熱処理（サーマルクリーニング）の際の基板温度を９５０℃、第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力を９５ｋＰａとした。そののち、下地層２２上に再成長層２２ａを形成した。このとき、再成長層２２ａは以下に示す成長条件で成長させた。
「再成長層２２ａの成長条件」
下地層２２上に膜厚０．２μｍの再成長層２２ａを形成した。このとき、基板温度は１２００℃とした。
下地層２２上に膜厚０．２μｍの再成長層２２ａを形成した。このとき、基板温度は１２００℃とした。
その後、再成長層２２ａ上に実施例１と同じ条件でｎコンタクト層１２ａ、ｎクラッド層１２ｂ、発光層１３、ｐクラッド層１４ａおよびｐコンタクト層１４ｂを順次積層した後に透光性電極１５、透光性電極１５、ｎ型電極１７を順次積層して図１に示す半導体発光素子１を得た。
このようにして得られた実施例１の半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．１Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２３ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．２μＡであった。
このようにして得られた実施例１の半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．１Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２３ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．２μＡであった。
（実施例５）
実施例４の再成長層２２ａ形成の際の基板温度を１１００℃とし、再成長層２２ａを膜厚３．０μｍで形成した以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝２．９Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２３ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．３μＡであった。
実施例４の再成長層２２ａ形成の際の基板温度を１１００℃とし、再成長層２２ａを膜厚３．０μｍで形成した以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝２．９Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２３ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．３μＡであった。
（実施例６）
実施例４の再成長層２２ａ形成の際の基板温度を１０００℃とし、再成長層２２ａを膜厚５．０μｍで形成した以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝２．７Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２２ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．５μＡであった。
実施例４の再成長層２２ａ形成の際の基板温度を１０００℃とし、再成長層２２ａを膜厚５．０μｍで形成した以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝２．７Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２２ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．５μＡであった。
（実施例７）
実施例４の再成長層２２ａ形成の際の基板温度を７００℃とし、再成長層２２ａを膜厚３．０μｍで形成した以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．０Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２１ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．３μＡであった。
実施例４の再成長層２２ａ形成の際の基板温度を７００℃とし、再成長層２２ａを膜厚３．０μｍで形成した以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．０Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２１ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．３μＡであった。
（実施例８）
実施例４の再成長層２２ａ形成の際の基板温度を１０００℃とし、再成長層２２ａを膜厚３．０μｍで形成した以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝２．９Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２３ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．３μＡであった。
実施例４の再成長層２２ａ形成の際の基板温度を１０００℃とし、再成長層２２ａを膜厚３．０μｍで形成した以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝２．９Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２３ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．３μＡであった。
（実施例９）
実施例４の再成長層２２ａ形成の際の基板温度を１２００℃とし、再成長層２２ａを膜厚３．０μｍで形成した以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝２．９Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２２ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．３μＡであった。
実施例４の再成長層２２ａ形成の際の基板温度を１２００℃とし、再成長層２２ａを膜厚３．０μｍで形成した以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝２．９Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２２ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．３μＡであった。
（比較例１）
半導体層２０を第一ＭＯＣＶＤ炉で一貫成長させて熱処理（サーマルクリーニング）を行わず、また、再成長層２２ａを形成しなかった以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．４Ｖ、発光出力Ｐｏ＝１５ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝５．０μＡであった。
半導体層２０を第一ＭＯＣＶＤ炉で一貫成長させて熱処理（サーマルクリーニング）を行わず、また、再成長層２２ａを形成しなかった以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．４Ｖ、発光出力Ｐｏ＝１５ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝５．０μＡであった。
（比較例２）
実施例４の再成長層２２ａ形成の際の基板温度を１０００℃とし、再成長層２２ａを膜厚０．１μｍで形成した以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．２Ｖ、発光出力Ｐｏ＝１７ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝１．０μＡであった。
実施例４の再成長層２２ａ形成の際の基板温度を１０００℃とし、再成長層２２ａを膜厚０．１μｍで形成した以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．２Ｖ、発光出力Ｐｏ＝１７ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝１．０μＡであった。
（比較例３）
実施例４の再成長層２２ａ形成の際の基板温度を５００℃とし、再成長層２２ａを膜厚３．０μｍで形成した以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．４Ｖ、発光出力Ｐｏ＝１８ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝２．０μＡであった。
実施例４の再成長層２２ａ形成の際の基板温度を５００℃とし、再成長層２２ａを膜厚３．０μｍで形成した以外は実施例４と同様な操作を行い、半導体発光素子１を得た。得られた半導体発光素子１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．４Ｖ、発光出力Ｐｏ＝１８ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝２．０μＡであった。
実施例１〜実施例９、比較例１〜比較例３の半導体発光素子の順方向電圧、発光出力（Ｐｏ）、逆方向電流（ＩＲ）の結果を表１に示す。
なお、実施例及び比較例の半導体発光素子１についての順方向電圧Ｖｆは、プローブ針による通電で電流印加値２０ｍＡにおける電圧を測定したものである。同じく、実施例及び比較例の半導体発光素子１についての発光出力（Ｐｏ）は、それぞれＴＯ−１８缶パッケージに実装し、テスターによって印加電流２０ｍＡにおける発光出力を測定したものである。また、逆方向電流（ＩＲ）は、発光素子に対して端子を逆方向に２０Ｖ印加した時の漏れ電流を測定した時の値である。
なお、実施例及び比較例の半導体発光素子１についての順方向電圧Ｖｆは、プローブ針による通電で電流印加値２０ｍＡにおける電圧を測定したものである。同じく、実施例及び比較例の半導体発光素子１についての発光出力（Ｐｏ）は、それぞれＴＯ−１８缶パッケージに実装し、テスターによって印加電流２０ｍＡにおける発光出力を測定したものである。また、逆方向電流（ＩＲ）は、発光素子に対して端子を逆方向に２０Ｖ印加した時の漏れ電流を測定した時の値である。
表１に示すように、実施例１〜実施例９の半導体発光素子１はいずれも、逆方向電流（ＩＲ）が低く、また、比較的低い順方向電圧が得られた。また、いずれの半導体発光素子１も、発光出力（Ｐｏ）が２０ｍＷ以上となり、高輝度で低消費電力であった。また、再成長層２２ａを形成した実施例４〜実施例９の半導体発光素子１では特に高い効果が見られた。
一方、比較例１〜比較例３で得られた半導体発光素子１では、実施例１〜実施例９と比較して発光出力（Ｐｏ）が低く、順方向電圧が比較的高く、かつ、漏れ電流（逆方向電流（IR）の値が大きかった。
一方、比較例１〜比較例３で得られた半導体発光素子１では、実施例１〜実施例９と比較して発光出力（Ｐｏ）が低く、順方向電圧が比較的高く、かつ、漏れ電流（逆方向電流（IR）の値が大きかった。
以上により、実施例１〜実施例９で得られた半導体発光素子１は、下地層への不純物混入および不純物混入による下地層の結晶性低下が防止でき、そのために、下地層の上にそれぞれ結晶性の高い、第一ｎ型半導体層、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層することができる。これにより製造された半導体発光素子の発光出力を向上させることが可能となった。また、本発明の方法により、下地層がそれまでに被った熱履歴等によるストレス（残留応力）が緩和され、第一ｎ型半導体層、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層のそれぞれの結晶性向上をもたらした結果、効果的に発光出力を向上させることができた。また、比較例１〜比較例３の半導体発光素子１と比較して、漏れ電流が小さく高い発光出力が得られることが確認できた。
１…半導体発光素子、３…ランプ、１２…ｎ型半導体層、１２ａ…ｎコンタクト層、１２ｂ…ｎクラッド層、１３…発光層、１４…ｐ型半導体層、２２…下地層、２２ａ…再成長層
Claims (12)
- 第一有機金属化学気相成長装置において、基板上に下地層を形成する第一工程と、
第二有機金属化学気相成長装置において、前記下地層上に第一ｎ型半導体層、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する第二工程と、を具備してなることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記第二工程において、前記下地層上に前記下地層の再成長層を形成した後に、前記第一ｎ型半導体層を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記再成長層を０．２μｍ〜５μｍの膜厚で形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記再成長層を形成する際の基板温度を、７００℃〜１２００℃とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記再成長層を形成する前に、前記第二有機金属化学気相成長装置内において窒素とアンモニアを含む雰囲気中で、圧力１５ｋＰａ〜１００ｋＰａ、前記基板温度５００℃〜１０００℃の条件下で熱処理を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 下地層を設けた基板を準備し、次いで有機金属化学気相成長装置において、前記下地層上に、前記下地層の再成長層と第一ｎ型半導体層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順次積層することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
- 前記再成長層を形成する前に、前記有機金属化学気相成長装置内において窒素とアンモニアを含む雰囲気中で、圧力１５ｋＰａ〜１００ｋＰａ、前記基板温度５００℃〜１０００℃の条件下で熱処理を行うことを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法を用いて製造された半導体発光素子。
- 基板上に下地層と前記下地層の再成長層と第一ｎ型半導体層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが積層されてなる半導体発光素子。
- 請求項８または９に記載の半導体発光素子を備えることを特徴とするランプ。
- 請求項１０に記載のランプが組み込まれていることを特徴とする電子機器。
- 請求項１１に記載の電子機器が組み込まれていることを特徴とする機械装置。
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