(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒーターを用いて任意の温度に加熱されたα−Ａｌ２Ｏ３基板に対して、スパッタリング法によってＩＩＩ族窒化物半導体薄膜をエピタキシャル成長させるエピタキシャル膜形成方法であって、
前記α−Ａｌ２Ｏ３基板を、前記ヒーターの基板対向面と所定距離だけ離間して保持する工程と、
前記所定距離だけ離間して保持された状態で、前記α−Ａｌ２Ｏ３基板上にＩＩＩ族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成する工程と
を有することを特徴とするエピタキシャル膜形成方法。
【請求項２】
真空排気可能な真空容器と、
α−Ａｌ２Ｏ３基板を支持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持された前記α−Ａｌ２Ｏ３基板を任意の温度に加熱できるヒーターとを備えた真空処理装置を用いて、前記α−Ａｌ２Ｏ３基板上にスパッタリング法によりＩＩＩ族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成するエピタキシャル膜形成方法であって、
前記基板保持手段に保持された前記α−Ａｌ２Ｏ３基板を、前記ヒーターの基板対向面と所定距離だけ離間して保持した状態で、前記α−Ａｌ２Ｏ３基板上にＩＩＩ族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成することを特徴とするエピタキシャル膜形成方法。
【請求項３】
前記α−Ａｌ２Ｏ３基板を搬送して、前記α−Ａｌ２Ｏ３基板を前記ヒーターの基板対向面と前記所定距離だけ離間して保持されるように前記基板保持手段に保持させる基板搬送工程と、
前記基板搬送工程によって前記基板保持手段に保持された前記α−Ａｌ２Ｏ３基板を、前記ヒーターにより任意の温度に加熱する基板加熱工程と、
前記基板加熱工程によって加熱された前記α−Ａｌ２Ｏ３基板上にＩＩＩ族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成する成膜工程と
を有することを特徴とする請求項２に記載のエピタキシャル膜形成方法。
【請求項４】
前記基板保持手段は、前記α−Ａｌ２Ｏ３基板の重力方向下側の面に当接した状態で、前記α−Ａｌ２Ｏ３基板を保持することを特徴とする請求項２に記載のエピタキシャル膜形成方法。
【請求項５】
真空排気可能な真空容器と、
基板を支持するための基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板を任意の温度に加熱できるヒーターと、
前記真空容器内に設けられ、ターゲットを取り付けることが可能なターゲット電極とを備え、
前記基板保持手段は、前記真空容器内において、前記ターゲット電極の重力方向下側に設けられた真空処理装置であって、
前記ヒーターを用いて任意の温度に加熱されたα−Ａｌ２Ｏ３基板である前記基板上にＩＩＩ族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜をスパッタリング法によってエピタキシャル成長させる際に、前記基板を前記ヒーターの基板対向面と所定距離だけ離間して保持することを特徴とする真空処理装置。
【請求項６】
前記基板保持手段は、成膜時に、前記基板の外縁部分を重力方向下側から支持するように構成されている基板支持部と、該基板支持部と一体に形成され、前記ヒーターに接して配設される載置部とを有し、
前記載置部を前記ヒーターに接して配設した際に、前記基板支持部は前記ヒーターの基板対向面と第２の所定距離だけ離間して配置されていることを特徴とする請求項５に記載の真空処理装置。
【請求項７】
前記基板支持部は、前記基板の外縁部分を支持するように構成されたリング状の絶縁部材であることを特徴とする請求項６に記載の真空処理装置。
【請求項８】
前記リング状の絶縁部材の外周部分を支持するリング状の導電材をさらに備え、
前記リング状の導電材には高周波電力が印加されることを特徴とする請求項７に記載の真空処理装置。
【請求項９】
請求項１に記載されたエピタキシャル膜形成方法を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載されたエピタキシャル膜形成方法によって作製されたＩＩＩ族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体発光素子を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項２に記載されたエピタキシャル膜形成方法を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項２に記載されたエピタキシャル膜形成方法によって作製されたＩＩＩ族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体発光素子を備えることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャル膜形成方法，真空処理装置、半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子、照明装置に係り、特に、高品質なエピタキシャル膜を形成可能なエピタキシャル膜形成方法、および真空処理装置、ならびにこのようなエピタキシャル膜を用いた半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子、および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体は、ＩＩＩＢ族元素（以下、単にＩＩＩ元素）であるアルミニウム（Ａｌ）原子、ガリウム（Ｇａ）原子、インジウム（Ｉｎ）原子と、ＶＢ族元素（以下、単にＶ族元素）である窒素（Ｎ）原子との化合物、すなわち、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、およびそれらの混晶（ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＮ）として得られる化合物半導体材料である。このようなＩＩＩ族窒化物半導体は、遠紫外・可視・近赤外域にかけての幅広い波長領域をカバーする発光ダイオード（ＬＥＤ：  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、レーザダイオード（ＬＤ：  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）、太陽電池（ＰＶＳＣ：  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ）、フォトダイオード（ＰＤ：  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）等の光素子や、高周波・高出力用途の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：  Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：  Ｍｅｔａｌ‐Ｏｘｉｄｅ‐Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の電子素子への応用が期待されている材料である。【０００３】
通常、上記の様な応用を実現するためには、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を単結晶基板上にエピタキシャル成長させ、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶膜（エピタキシャル膜）を得ることが必要である。このようなエピタキシャル膜を得るうえでは、エピタキシャル膜と同一の材料からなる基板を用いてホモエピタキシャル成長を行うことが最も望ましい。【０００４】
しかしながら、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる単結晶基板は極めて高価であるため、一部の応用を除いて利用されておらず、主にサファイア（α‐Ａｌ２Ｏ３）や炭化珪素（ＳｉＣ）などの異種基板上へのヘテロエピタキシャル成長により単結晶膜が得られている。特に、α‐Ａｌ２Ｏ３基板は安価であり、且つ、大面積で高品質のものが得られるようになっていることから、市場に出回っているＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を用いたＬＥＤでは、ほぼ全てがα‐Ａｌ２Ｏ３基板を利用している。【０００５】
ところで、このようなＩＩＩ族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル成長には、高い生産性と高品質なエピタキシャル膜が得られる有機金属化合物化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法が用いられている。しかしＭＯＣＶＤ法は、生産コストが高いことやパーティクルを発生しやすく高い歩留まりを得ることが難しいことなどの問題がある。【０００６】
一方、スパッタリング法は、生産コストを低く抑えることが可能で、パーティクルの発生確率も低いという特徴がある。従って、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の成膜プロセスの少なくとも一部をスパッタリング法に置き換えることができれば、上記の問題の少なくとも一部を解決できる可能性がある。【０００７】
しかしながら、スパッタリング法により作製したＩＩＩ族窒化物半導体薄膜は、ＭＯＣＶＤ法で作製したものに比べて結晶品質が悪くなりやすいという問題がある。例えば、スパッタリング法を用いて作製したＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の結晶性については非特許文献１に開示されている。非特許文献１では、α‐Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板上に高周波マグネトロンスパッタリング法を用いてｃ軸配向のＧａＮ膜をエピタキシャル成長させており、ＧａＮ（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ（ＸＲＣ）測定において、その半値全幅（ＦＷＨＭ）が３５．１ａｒｃｍｉｎ（２１０６ａｒｃｓｅｃ）であることが記載されている。この値は、現在、市場に出回っているα‐Ａｌ２Ｏ３基板上のＧａＮ膜に比べて極めて大きな値であり、後述するチルトのモザイク広がりが大きく、結晶品質が劣っていることを示している。【０００８】
すなわち、スパッタリング法をＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の成膜プロセスとして採用するためには、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるエピタキシャル膜のモザイク広がりを小さくし、高い結晶品質を得ることが必要である。【０００９】
なお、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるエピタキシャル膜の結晶品質を表す指標として、チルトのモザイク広がり（基板垂直方向の結晶方位のバラつき）と、ツイストのモザイク広がり（面内方向の結晶方位のバラつき）とがある。図１０Ａ〜図１０Ｄは、α−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板上にｃ軸配向でエピタキシャル成長したＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶の模式図である。図１０Ａ〜図１０Ｄにおいて、符号９０１はα−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板、符号９０２〜９１１はＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶、符号ｃｆはＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶のｃ軸の向き、ｃｓはα−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板のｃ軸の向き、ａｆはＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶のａ軸の向き、ａｓはα−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板のａ軸の向き、である。【００１０】
ここで図１０Ａは、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶が、チルトのモザイク広がりを有して形成されている様子を鳥瞰図により現したものであり、図１０Ｂは、その一部の断面構造を示している。これら図から分かるように、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶９０２、９０３、９０４のｃ軸の向きｃｆは、基板のｃ軸の向きｃｓと概ね平行で、全体に対して支配的な基板垂直方向の結晶方位となっているのに対し、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶９０５、９０６のｃ軸の向きｃｆは、上記の支配的な基板垂直方向の結晶方位から僅かにずれて形成されている。また図１０Ｃは、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶が、ツイストのモザイク広がりを有して形成されている様子を鳥瞰図により現したものであり、図１０Ｄはその上面図を示している。これら図から分かるように、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶９０７、９０８、９０９のａ軸の向きａｆは、α−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板のａ軸の向きａｓとの成す角が概ね３０°で、全体に対して支配的な面内方向の結晶方位となっているのに対し、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶９１０、９１１のａ軸の向きａｆは、上記の支配的な面内方向の結晶方位から僅かにずれて形成されている。【００１１】
このような、全体に対して支配的な結晶方位からのバラつきをモザイク広がりと呼び、特に、基板垂直方向の結晶方位のバラつきをチルトのモザイク広がり、面内方向の結晶方位のバラつきをツイストのモザイク広がりと言う。チルトやツイストのモザイク広がりは、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の内部に形成された螺旋転位や刃状転位などの欠陥の密度との間に相関があることが知られており、チルトやツイストのモザイク広がりを小さくすることで、上記の欠陥の密度が低減され、高品質なＩＩＩ族窒化物半導体薄膜が得られやすい。  
なお、チルトやツイストのモザイク広がりの大きさは、基板表面に平行に形成された特定の格子面（対称面）や、基板表面に垂直に形成された特定の格子面に対してＸＲＣ測定を行い、得られた回折ピークのＦＷＨＭを調べることで評価することができる。【００１２】
なお、図１０Ａ〜図１０Ｄや上記の説明は、チルトやツイストのモザイク広がりを、概念的にわかりやすく説明するもので、何ら厳密性を保証するものではない。例えば、上記の全体に対して支配的な基板垂直方向の結晶方位や、全体に対して支配的な面内方向の結晶方位は、必ずしもα−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板のｃ軸やａ軸の向きと完全に一致しない場合がある。更に、図１０Ｄに示すような結晶と結晶の間の隙間は、必ずしも形成されない場合がある。重要なことは、モザイク広がりとは、支配的な結晶方位からのバラつきの度合いを示しているということである。【００１３】
また一般に、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜には、図１１に示すような＋ｃ極性と−ｃ極性の成長様式があり、−ｃ極性の成長に比べて＋ｃ極性の成長の方が良質なエピタキシャル膜が得られやすいことが知られている。従って、スパッタリング法をＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の成膜プロセスとして採用するうえで、＋ｃ極性のエピタキシャル膜が得られることが望ましい。【００１４】
なお、本明細書中では、「＋ｃ極性」とはＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮに関し、それぞれＡｌ極性、Ｇａ極性、Ｉｎ極性を意味する用語とする。また、「−ｃ極性」とはＮ極性を意味する用語とする。【００１５】
一方、従来より、良質なＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を得るための数多くの試みがなされている（特許文献１，２参照）。【００１６】
特許文献１には、スパッタリング法を用いてＩＩＩ族窒化物半導体薄膜（特許文献１では、ＡｌＮ）をα‐Ａｌ２Ｏ３基板上に成膜する前に、基板に対するプラズマ処理を行うことで、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の高品質化を実現する方法、とりわけ、チルトのモザイク広がりが極めて小さなＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を得る方法が開示されている。【００１７】
また、特許文献２には、基板上にＩＩＩ族窒化物半導体（特許文献２においては、ＩＩＩ族窒化物化合物）からなる緩衝層（特許文献２においては中間層）をスパッタリング法により形成し、このＩＩＩ族窒化物半導体からなる緩衝層上に下地膜を備えるｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を順次積層するＩＩＩ族窒化物半導体（特許文献２においては、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体）発光素子の製造方法が開示されている。【００１８】
特許文献２において、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる緩衝層を形成する手順としては、基板に対してプラズマ処理を施す前処理工程と、前処理工程に次いでスパッタリング法によりＩＩＩ族窒化物半導体からなる緩衝層を成膜する工程とを備えていることが記載されている。また、特許文献２において、基板およびＩＩＩ族窒化物半導体からなる緩衝層の好ましい形態として、α‐Ａｌ２Ｏ３基板およびＡｌＮが用いられており、下地膜を備えるｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層の成膜方法としては、ＭＯＣＶＤ法が好ましく用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００９／０９６２７０号
【特許文献２】特開２００８−１０９０８４号公報
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】Ｙ．  Ｄａｉｇｏ，  Ｎ．  Ｍｕｔｓｕｋｕｒａ，「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ＧａＮ  ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｆｉｌｍ  ｂｙ  ｕｌｔｒａ  ｈｉｇｈ  ｖａｃｕｕｍ  ｒ．ｆ．  ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ」、Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  ４８３  （２００５）  ｐ３８−４３．
【発明の概要】
【００２１】
以上から明らかなように、特許文献１に記載された技術は、チルトのモザイク広がりを低減することができ、有力な技術であるが、スパッタリング法を用いてさらに高品質なエピタキシャル膜を形成するためにはまだ改善すべき課題が残されている。特に、前述のように＋ｃ極性の成長ができれば良質のエピタキシャル膜を形成することができるので、基板全面において、＋ｃ極性のＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を形成することが望まれるが、特許文献１には、所望の極性を得るための具体的手段は述べられていない。本発明者らが特許文献１に開示された技術の確認実験を行なった結果、得られたＩＩＩ族窒化物半導体薄膜は、モザイク広がりの少ないエピタキシャル膜として得られているものの、＋ｃ極性と−ｃ極性が混在していた。従って、特許文献１に開示された技術だけでは＋ｃ極性のＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を得られないことは明らかである。
【００２２】
また、特許文献２に記載された技術は、以下の観点で必ずしも十分なものではないと言わざるを得ない。  
すなわち、特許文献２には、スパッタリング法を用いて成膜したＩＩＩ族窒化物半導体からなる緩衝層について、極性の制御方法が記載されていない。本発明者らが、特許文献２に開示された技術の確認実験を行なった結果においても、得られた発光素子では良好な発光特性を得ることができなかった。
【００２３】
本発明者らは、上記特許文献２における確認実験で得られた発光素子について更に調査したところ、スパッタリング法を用いて成膜したＩＩＩ族窒化物半導体からなる緩衝層が、＋ｃ極性と−ｃ極性とが混在したエピタキシャル膜となっていることがわかった。より詳しくは、下地膜を備えるｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層をＭＯＣＶＤ法により順次積層しても、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる緩衝層における極性の混在に起因した反位境界などの欠陥が素子内部に多く形成され、発光特性を低下させていた。すなわち、特許文献２に開示された技術だけでは、＋ｃ極性のＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を得られず、良好な発光特性の発光素子を得られないことが明らかである。
【００２４】
このように、特許文献１、２に開示されている従来技術だけでは、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の極性の制御、すなわち、＋ｃ極性のエピタキシャル膜を得ることが難しく、より良好な発光素子を得ることは困難であった。
【００２５】
さらに、本発明者らは、上記の特許文献１、２の確認実験の結果から、スパッタリング法を用いて作製したＩＩＩ族窒化物半導体薄膜が極性の混在したエピタキシャル膜であるときには、素子内部に形成された反位境界などの欠陥による素子特性の低下は避けられないとの結論を得た。
【００２６】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、＋ｃ極性のエピタキシャル膜をスパッタリング法により作製することが可能なエピタキシャル膜形成方法、及びこのエピタキシャル膜形成方法に適した真空処理装置を提供すること、さらに、このエピタキシャル膜を用いた半導体発光素子の製造方法、ならびにこの製造方法により製造した半導体発光素子および照明装置を提供することにある。
【００２７】
本発明者らは、鋭意研究の結果、後述するように、エピタキシャル膜の極性が基板ホルダーへの基板の載置方法に左右されるという新しい知見を得て、本発明を完成させた。
【００２８】
上記目的を達成するために、本発明は、ヒーターを用いて任意の温度に加熱されたα−Ａｌ２Ｏ３基板に対して、スパッタリング法によってＩＩＩ族窒化物半導体薄膜をエピタキシャル成長させるエピタキシャル膜形成方法であって、前記α−Ａｌ２Ｏ３基板を、前記ヒーターの基板対向面と所定距離だけ離間して保持する工程と、前記所定距離だけ離間して保持された状態で、前記α−Ａｌ２Ｏ３基板上にＩＩＩ族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２９】
また、本発明は、真空排気可能な真空容器と、α−Ａｌ２Ｏ３基板を支持する基板保持手段と、前記基板保持手段に保持された前記α−Ａｌ２Ｏ３基板を任意の温度に加熱できるヒーターとを備えた真空処理装置を用いて、前記α−Ａｌ２Ｏ３基板上にスパッタリング法によりＩＩＩ族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成するエピタキシャル膜形成方法であって、前記基板保持手段に保持された前記α−Ａｌ２Ｏ３基板を、前記ヒーターの基板対向面と所定距離だけ離間して保持した状態で、前記α−Ａｌ２Ｏ３基板上にＩＩＩ族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成することを特徴とする。
【００３０】
さらに、本発明は、真空処理装置であって、真空排気可能な真空容器と、基板を支持するための基板保持手段と、前記基板保持手段に保持された前記基板を任意の温度に加熱できるヒーターと、前記真空容器内に設けられ、ターゲットを取り付けることが可能なターゲット電極とを備え、前記基板保持手段は、前記真空容器内において、前記ターゲット電極の重力方向下側に設けられ、前記ヒーターを用いて任意の温度に加熱されたα−Ａｌ２Ｏ３基板である前記基板上にＩＩＩ族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜をスパッタリング法によってエピタキシャル成長させる際に、前記基板を前記ヒーターの基板対向面と所定距離だけ離間して保持することを特徴とする。
【００３１】
本発明によれば、チルトやツイストのモザイク広がりが少なく、且つ、＋ｃ極性のＩＩＩ族窒化物半導体のエピタキシャル膜をα‐Ａｌ２Ｏ３基板上にスパッタリング法を用いて作製することが可能となる。また、このスパッタリング法により作製したＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル膜を用いることにより、ＬＥＤ、ＬＤなどの発光素子の発光特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る高周波スパッタリング装置の断面概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るヒーターの断面概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るヒーターの他の断面概略図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に係るヒーター電極の構成例を示す上面図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態に係るヒーター電極の構成例を示す上面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るヒーターと基板保持装置の断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る基板保持装置の第二の構成例を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る基板保持装置の第三の構成例を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るホルダー支持部の構成例を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るエピタキシャル膜形成方法により形成されたエピタキシャル膜を用いて作製されるＬＥＤ構造の一例を示す断面図である。
【図１０Ａ】ＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶のチルトおよびツイストのモザイク広がりを示す模式図である。
【図１０Ｂ】ＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶のチルトおよびツイストのモザイク広がりを示す模式図である。
【図１０Ｃ】ＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶のチルトおよびツイストのモザイク広がりを示す模式図である。
【図１０Ｄ】ＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶のチルトおよびツイストのモザイク広がりを示す模式図である。
【図１１】ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜における＋ｃ極性と−ｃ極性を示す模式図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の、ＣＡＩＣＩＳＳ測定による測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００３４】
（実施形態）  
本発明に関する主な特徴は、α−Ａｌ２Ｏ３基板上に、例えば高周波スパッタリング法といったスパッタリング法によりＩＩＩ族窒化物半導体薄膜をエピタキシャル成長させる際に、ヒーターにより加熱されたα−Ａｌ２Ｏ３基板をヒーターの基板対向面から所定距離だけ離間して保持しながら、ＩＩＩ族窒化物半導体の成膜を行うことにある。以下、図面を参照して本発明を説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変できることは勿論である。
【００３５】
図１乃至図９は本発明の一実施形態に係る真空処理装置（高周波スパッタリング装置）若しくは成膜されたエピタキシャル膜を用いて作製されるＬＥＤ構造についての図である。図１は高周波スパッタリング装置の断面概略図、図２はヒーターの断面概略図、図３は他のヒーターの断面概略図、図４Ａ、４Ｂはヒーター電極の上面図の構成例、図５はヒーターと基板保持装置の断面図、図６は基板保持装置の第二の構成例、図７は基板保持装置の第三の構成例、図８は基板保持装置の支持部の拡大図、図９は成膜されたエピタキシャル膜を用いて作製されるＬＥＤ構造の断面図の一例である。なお、図面の煩雑化を防ぐため一部を除いて省略している。
【００３６】
図１は、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の成膜に用いたスパッタリング装置の一例の概略構成図である。スパッタリング装置Ｓを示した図１において、符号１０１は真空容器、符号１０２はターゲット電極、符号９９は基板ホルダー、符号１０３はヒーター、符号５０３は基板保持装置、符号１０５はターゲットシールド、符号１０６は高周波電源、符号１０７は基板、符号１０８はターゲット、符号１０９はガス導入機構、符号１１０は排気機構、符号１１２はリフレクタ、符号１１３は絶縁材、符号１１４はチャンバーシールド、符号１１５は磁石ユニット、符号１１６はターゲットシールド保持機構、符号２０３はヒーター電極をそれぞれ示している。また、符号５５０は基板保持装置５０３を支持するホルダー支持部である。
【００３７】
真空容器１０１はステンレスやアルミニウム合金などの金属部材を用いて構成され、電気的に接地されている。また、真空容器１０１は不図示の冷却機構により壁面の温度上昇を防止ないしは低減している。さらに、真空容器１０１は、不図示のマスフローコントローラを介してガス導入機構１０９と接続され、不図示のバリアブルコンダクタンスバルブを介して排気機構１１０と接続されている。
【００３８】
ターゲットシールド１０５はターゲットシールド保持機構１１６を介して真空容器１０１に取り付けられている。ターゲットシールド保持機構１１６およびターゲットシールド１０５は、ステンレスやアルミニウム合金などの金属部材とすることができ、真空容器１０１と直流的に同電位になっている。
【００３９】
ターゲット電極１０２は、絶縁材１１３を介して真空容器１０１に取り付けられている。また、ターゲット１０８はターゲット電極１０２に取り付けられ、ターゲット電極１０２は不図示のマッチングボックスを介し高周波電源１０６に接続されている。ターゲット１０８は、ターゲット電極１０２に直接取り付けてもよく、また銅（Ｃｕ）などの金属部材からなる不図示のボンディングプレートを介してターゲット電極１０２に取り付けてもよい。
【００４０】
また、ターゲット１０８は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの少なくとも一つを含む金属ターゲット、若しくは、上記ＩＩＩ族元素の少なくとも一つを含む窒化物ターゲットであってもよい。ターゲット電極１０２には、ターゲット１０８の温度上昇を防止するための不図示の冷却機構が備えられている。また、ターゲット電極１０２には、磁石ユニット１１５が内蔵されている。高周波電源１０６としては１３．５６ＭＨｚのものが工業的に利用しやすいが、他の周波数を用いることや、高周波に直流を重畳すること、あるいはそれらをパルスで用いることも可能である。
【００４１】
チャンバーシールド１１４は、真空容器１０１に取り付けられ、成膜時の真空容器１０１への膜の付着を防止している。
【００４２】
基板ホルダー９９は、ヒーター１０３、基板保持装置５０３、リフレクタ１１２を主要な構成要素として有している。ヒーター１０３はヒーター電極２０３を内蔵している。基板保持装置５０３は、基板に接する部分が少なくとも絶縁部材であり、リフレクタ１１２若しくはシャフト（不図示）などによって固定されている。基板１０７を基板保持装置５０３に保持することで、ヒーター１０３の基板対向面Ｐから所定の隙間を有して配置することができる。なお、基板保持装置５０３の詳細な例については後述する。
【００４３】
本実施形態においては、図１に示すように、真空容器１０１内において、重力方向上側にターゲットを配置可能なターゲット電極１０２を配置し、該ターゲット電極１０２よりも重力方向下側に基板ホルダー９９を配置している。従って、重力を利用して基板１０７を基板保持装置５０３に保持させることができるので、基板保持装置５０３の基板支持部（後述する符号５０３ａなど）に基板１０７を載置するだけで、基板１０７の全面をターゲット１０８側に晒すことができ、基板１０７全面にエピタキシャル膜形成を行うことができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、真空容器１０１の重力方向上側にターゲット電極１０２を配置し、該ターゲット電極１０２よりも重力方向下側に基板ホルダー９９を配置した例について示したが、真空容器１０１の重力方向上側に基板ホルダー９９を設置し、該基板ホルダー９９よりも重力方向下側にターゲット電極１０２を配置するようにしても良い。
【００４５】
図２または図３は、ヒーター１０３の構造例を示している。図２において、符号２０１はベース、符号２０２はベースコート、符号２０３はヒーター電極、符号２０４はバックサイドコート、符号２０５はオーバーコートである。なお、符号Ｐは後述する基板保持装置５０３に保持された状態の基板に対向するヒーター１０３の上面（基板対向面）である。
【００４６】
ベース２０１はグラファイトであり、ヒーター電極２０３、バックサイドコート２０４はパイロリティックグラファイト（ＰＧ：Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  Ｇｒａｈｉｔｅ）であり、ベースコート２０２、オーバーコート２０５はパイロリティックボロンナイトライド（ＰＢＮ：Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）である。なお、ＰＢＮからなるベースコート２０２とオーバーコート２０５は高抵抗材料である。
【００４７】
このような構成により、ヒーター１０３は所定の波長帯域の赤外線を放出することができ、基板を任意の温度に加熱することができる。
【００４８】
図３は、ヒーターの他の構成例であり、符号３０１はベース、符号３０２はヒーター電極、符号３０３はバックサイドコート、符号３０４はオーバーコートである。ベース３０１はボロンナイトライド（ＢＮ：Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）であり、ヒーター電極３０２、バックサイドコート３０３はＰＧであり、オーバーコート３０４はＰＢＮである。なお、ＢＮからなるベース３０１とＰＢＮからなるオーバーコート３０４は高抵抗材料である。
【００４９】
なお、上記のヒーターを構成する材料は、従来の赤外線ランプに比べてα‐Ａｌ２Ｏ３基板を加熱する効率が高いため好ましく用いられているが、α‐Ａｌ２Ｏ３基板を所定の温度に加熱することができれば、これに限定されるのもではない。
【００５０】
図４Ａ、４Ｂにヒーター電極２０３（または３０２）の構成例（上面図）を示す。  
ヒーター１０３に内蔵されたヒーター電極２０３（または３０２）は図４Ａ、４Ｂのような電極パターンを有している。この電極パターンに電源（不図示）を接続し、直流または交流の電圧を印加することで、ヒーター電極２０３（または３０２）に電流が流れ、発生したジュール熱によりヒーター１０３が加熱される。基板はヒーター１０３から放射される赤外線により加熱される。
【００５１】
なお、電極パターンは、図４Ａ、４Ｂに限定されない。図４Ａ、４Ｂのような電極パターンを用いることにより、基板１０７の全面に均一に熱を付与することができるので、基板全面になるべく均一に熱が作用するような電極パターンを用いることは望ましい。しかしながら、本発明では、基板に対して均一に熱を作用させるような電極パターンを用いても、＋ｃ極性のエピタキシャル膜を成膜できることが重要であり、電極パターンそのものをどのような形状にするかは本質ではない。従って、本実施形態では、図４Ａ、４Ｂに示す電極パターンに限定されることなく、いずれの電極パターンも本実施形態に適用できることは言うまでも無い。
【００５２】
上記図２および図３に示したヒーター１０３の構造例において、図４Ａ、４Ｂに示すようなパターンのヒーター電極２０３または３０２を形成した側の面を、符号Ｐを付してヒーター１０３の基板対向面としたが、ヒーター１０３は、図２または図３に示したヒーター１０３を裏返しにした構造、すなわち図２および図３に符号Ｐで示した面と反対の面を基板対向面としてもよい。この場合、バックサイドコート２０４または３０３を介して基板を加熱することになるため、基板加熱の電力効率が低下するものの、バックサイドコート２０４または３０３が均熱の役割を果たし、基板に対して均一に熱を作用させる効果がある。
【００５３】
図５は、ヒーターと基板保持装置（第一の構成例）の断面図である。図５において、符号１０３はヒーター、符号２０３はヒーター電極、符号５０３は基板保持装置、符号５０４は基板である（ホルダー支持部５５０は不図示）。基板保持装置５０３は同一断面を有する略リング状の部材であり、基板の外縁部分を下方（重力方向下側、すなわち、ヒーター１０３側）から支持するための絶縁部材からなる基板支持部５０３ａを備えている。基板支持部５０３ａはヒーター１０３の基板対向面Ｐとの間にｄ１の隙間を空けて設置されている。また、基板５０４とヒーター１０３の基板対向面Ｐとの間にはｄ２の隙間が設けられている。このように、基板５０４が基板支持部５０３ａに支持された際に、基板５０４がヒーター１０３の基板対向面Ｐから所定の隙間（例えば、ｄ２）を有して配置されるように、基板支持部５０３ａは設けられている。ｄ１の隙間としては、０．４ｍｍ以上が望ましく、ｄ２の隙間としては、０．５ｍｍ以上が望ましく用いられる。
【００５４】
隙間ｄ１が０．４ｍｍ未満の場合は、外周部に極性の混在したＩＩＩ族窒化物半導体薄膜が形成されやすく、隙間ｄ２が０．５ｍｍ未満の場合は、基板全面に極性の混在したＩＩＩ族窒化物半導体薄膜が形成されやすくなるため好ましくない。
【００５５】
このように、基板保持装置５０３の下側面とヒーター１０３の基板対向面Ｐとの間には、０．４ｍｍ以上の隙間ｄ１が設けられている。同様に、基板５０４とヒーター１０３の基板対向面Ｐとの間には、０．５ｍｍ以上の隙間ｄ２が設けられている。
【００５６】
なお、上記ｄ１およびｄ２は、広くするとヒーター１０３による基板５０４の加熱効率が低下するため、広げすぎるのは好ましくない。また、ｄ１およびｄ２、特にｄ２は、広げ過ぎるとヒーター１０３と基板５０４の間の空間にプラズマが発生してしまい、本発明の効果が失われてしまうことがあるため、５ｍｍ以下にすることが望ましく、より好ましくは２ｍｍ以下にすることが望ましい。
【００５７】
図６と図７に、基板保持装置の他の構成例について説明する。  
図６は、基板保持装置の第二の構成例を示している。図６において、符号５０４は基板、符号６０３は基板保持装置である（ホルダー支持部５５０は不図示）。基板保持装置６０３は、同一断面を有する略リング状の部材であり、下方から基板５０４を保持するための絶縁部材からなる基板支持部６０３ａと、基板支持部６０３ａの外周に一体に構成された載置部６０３ｂとを備えている。載置部６０３ｂがヒーター１０３の基板対向面Ｐに載置された状態では、基板支持部６０３ａの裏側（ヒーター１０３と対向する側）とヒーター１０３の基板対向面Ｐとの間には隙間ｄ１が、基板５０４とヒーター１０３の基板対向面Ｐとの間には隙間ｄ２がそれぞれ設けられる。隙間ｄ１としては、０．４ｍｍ以上が望ましく、隙間ｄ２としては、０．５ｍｍ以上が望ましい。
【００５８】
図７は、基板保持装置の第三の構成例を示している。図７において、符号５０４は基板、符号７０３は基板保持装置である。基板保持装置７０３は、同一断面を有する略リング状の部材であり、第一の基板保持装置７０４及び第二の基板保持装置７０５を有している。第二の基板保持装置７０５は導電性のリングで構成され、不図示のマッチングボックスを介して不図示の高周波電源に接続されている。このため、Ｎ２や希ガスなどのガスを含有した雰囲気において、第二の基板保持装置７０５に高周波電力を供給することで、基板近傍にプラズマを発生させ、基板の表面処理を行うことが可能である。
【００５９】
また、第一の基板保持装置７０４は、下方から基板５０４を支持するための絶縁部材からなる基板支持部７０４ａを備えている。基板支持部７０４ａの裏側とヒーター１０３の基板対向面Ｐとの間には隙間ｄ１が、基板５０４とヒーター１０３の基板対向面Ｐとの間には隙間ｄ２がそれぞれ設けられている。ｄ１の隙間としては、０．４ｍｍ以上が望ましく、ｄ２の隙間としては、０．５ｍｍ以上が望ましく用いられる。
【００６０】
なお、図７中、ホルダー支持部７５０は不図示であるが、その拡大図を図８に図示する。
図８は基板保持装置７０３の支持部（ホルダー支持部７５０）の拡大図である。ホルダー支持部７５０は、第二の基板保持装置７０５を支持する構造であり、導電材７５１、絶縁材７５３、およびステンレスパイプ７５５を主要な構成要素としている。導電材７５１は、真空容器１０１の外側に設けられた高周波電源７５７および第二の基板保持装置７０５に電気的に接続されている。よって、第二の基板保持装置７０５には導電材７５１を介して高周波電源７５７から高周波電力が供給される。導電材７５１は絶縁材７５３とステンレスパイプ７５５とで覆われている。また、導電材７５１と真空容器１０１との絶縁も絶縁材７５３によって確保している。このように、ホルダー支持部７５０は、第二の基板保持装置７０５を支持すると共に、該第二の基板保持装置７０５に電力を供給するように構成されている。
【００６１】
なお、図８に示したホルダー支持部７５０は、第二の基板保持装置７０５に高周波電力を供給するため導電材７５１を有する構造とされているが、基板保持装置５０３、６０３を支持するホルダー支持部５５０（図１参照）では導電材７５１は必要ない。
【００６２】
なお、基板保持装置の第一〜第三の構成例（図５〜図７）においては、基板支持部５０３ａ、６０３ａ、７０４ａをそれぞれ、リング状の絶縁部材を用いているが、リング状でなくても良い。例えば、基板支持部５０３ａ、６０３ａ、７０４ａを、開口部が形成されていない板状の絶縁部材としても良い。この場合は、基板支持部をヒーター１０３から所定の隙間（例えば、ｄ１）を有して配置することは言うまでもない。ただし、本実施形態のように、基板支持部をリング状にすることにより、基板１０７とヒーター１０３の基板対向面Ｐとを所定の隙間を有して配置しつつ、基板１０７をヒーター１０３に晒すことができる。従って、効率良く基板１０７を加熱できるので、基板支持部をリング状にすることは好ましい形態である。
【００６３】
また、基板支持部５０３ａ、６０３ａ、７０４ａに用いられる絶縁部材としては、例えば、石英、サファイア、アルミナ等を用いることができる。
【００６４】
ヒーター１０３の構造は、図２または図３に示すいずれの構造を用いてもよいし、これらが裏返しになった構造でもよく、本実施形態ではヒーターの構造が本質ではないので他の構造のヒーターを用いてもよい。もちろん、ヒーター電極がヒーターの基板対向面Ｐにむき出して配置されるヒーターの構造であってもよい。  
基板保持装置５０３、６０３、７０３の構造は、図５、図６、図７に示すいずれの構造を用いてもよいし、他の構造の基板保持装置を用いてもよい。本実施形態で重要なことは、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の成膜において、基板をヒーターの基板対向面Ｐから所定距離、離間して配置することである。本実施形態においては、ヒーターの基板対向面Ｐと基板との間の空間を隙間としているが、この隙間に絶縁部材を充填しても同様の効果が得られると考えられる。従って、基板をヒーターの基板対向面Ｐから所定距離、離間して配置できる構造であれば、図５〜図７に限らずいずれの構造の基板保持装置を用いても良いのである。例えば、リフトピンの昇降により基板受け渡しを行う機構を有する装置の場合、リフトピンを用いて基板をヒーター１０３の基板対向面Ｐから所定の隙間を有する位置に保持してもよい。ただしこの場合、基板の外周のヒーター１０３との隙間から膜が回り込み、ヒーター１０３の基板対向面Ｐに膜が付着して、ヒーター１０３からの輻射が経時的に変化してしまうので、本実施形態が望ましい形態である。
【００６５】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の成膜を行う前に、図７に示す第二の基板保持装置７０５（第三の構成例）に接続された高周波電源７５７を用いて基板近傍にプラズマを発生させ、基板表面に付着した水分や炭化水素などの成分を除去しても良い。さらに、ヒーター電極の構造は、図４Ａ、４Ｂに示すどちらのパターンを用いてもよいし、上述のように他の構造のパターンを用いても良い。
【００６６】
図６の構造は、図５の構造に比べて、ヒーター１０３の基板対向面Ｐとの隙間ｄ１やｄ２を正確に制御しやすいことから、好ましく用いられる。また、図７の構造を用いれば、基板表面に付着した水分や炭化水素などの成分を除去することが可能となり、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の結晶性に関する再現性が向上するため、好ましく用いられる。
【００６７】
図９は、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の製造方法を用いて作製した半導体発光素子としての発光ダイオード（ＬＥＤ）の断面構造の一例である。図９において、符号８０１はα−Ａｌ２Ｏ３基板、符号８０２は緩衝層、符号８０３はＩＩＩ族窒化物半導体中間層、符号８０４はｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、符号８０５はＩＩＩ族窒化物半導体活性層、符号８０６はｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、符号８０７はｎ型電極、符号８０８はｐ型ボンディングパッド電極、符号８０９は保護層、符号８１０は透光性電極である。
【００６８】
緩衝層８０２を構成する材料としてはＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮが好ましく用いられる。ＩＩＩ族窒化物半導体中間層８０３、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０４、ＩＩＩ族窒化物半導体活性層８０５、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０６を構成する材料としては、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮが好ましく用いられる。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０４には上記材料中に珪素（Ｓｉ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０６には上記材料中にマグネシウム（Ｍｇ）または亜鉛（Ｚｎ）、それぞれを微量添加して導電性の制御を行うことが好ましい。更に、ＩＩＩ族窒化物半導体活性層８０５は、上記材料の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を形成することが望ましい。また、上述した発光ダイオード（ＬＥＤ）を用い照明装置を構成することができる。
【００６９】
以下、図面を参考にしながら、本発明に係るスパッタリング装置を用いてＩＩＩ族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜形成方法を説明する。本実施形態においては、以下の第一から第四の工程を有する方法によってα−Ａｌ２Ｏ３基板上にエピタキシャル膜を形成する。
【００７０】
まず、第一の工程として、排気機構１１０により所定の圧力に保持された真空容器１０１に基板１０７を導入する。この際、基板（α−Ａｌ２Ｏ３基板）１０７は不図示の搬送ロボットにより、ヒーター１０３の上部まで搬送され、ヒーター１０３から突き出た不図示のリフトピンの上部に載置される。その後、基板１０７を保持したリフトピンを降下させ、基板保持装置５０３に基板１０７を配置する。
【００７１】
次に、第二の工程として、ヒーター１０３に内蔵されたヒーター電極２０３に印加する電圧を制御し、基板１０７を所定温度に保持する。この際、ヒーター１０３に内蔵された熱電対（不図示）を用いてヒーター１０３の温度をモニターするか、真空容器１０１に設置された不図示のパイロメータを用いてヒーター１０３の温度をモニターし、それらの温度が所定の温度となるように制御する。
【００７２】
次に、第三の工程として、ガス導入機構１０９よりＮ２ガス、希ガス、Ｎ２ガスと希ガスの混合ガスのいずれかを真空容器１０１へ導入し、マスフローコントローラ（不図示）およびバリアブルコンダクタンスバルブ（不図示）によって真空容器１０１の圧力が所定の圧力となるように設定する。
【００７３】
最後に、第四の工程として、高周波電源１０６より高周波電力を印加し、ターゲット１０８前面に高周波プラズマを発生させ、プラズマ中のイオンがターゲット１０８を構成する元素をたたき出すことにより、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を成膜する。なお、ターゲット１０８に金属ターゲットを用いた場合、プロセスガスとしてはＮ２ガスまたはＮ２ガスと希ガスの混合ガスが好ましく用いられ、ターゲット１０８の表面、基板１０７の表面、ターゲット１０８と基板１０７の間の空間のうち、少なくとも一つの領域で金属ターゲットを構成するＩＩＩ族元素が窒化し、基板上にＩＩＩ族窒化物半導体薄膜が形成される。
【００７４】
また、窒化物ターゲットを用いた場合には、Ｎ２ガス、希ガス、Ｎ２ガスと希ガスの混合ガスのいずれかが好ましく用いられ、ターゲット表面からは原子または窒化物分子の形態でスパッタ粒子が放出される。ターゲット表面から原子として放出されたＩＩＩ族元素は、ターゲット１０８の表面、基板１０７の表面、ターゲット１０８と基板１０７の間の空間のうち、少なくとも一つの領域で窒化し、基板上にＩＩＩ族窒化物半導体薄膜が形成される。一方、ターゲット表面から放出された窒化物分子の大部分は、基板に到達し、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を形成する。
【００７５】
ターゲット表面から放出された窒化物分子の一部は、基板１０７の表面、又はターゲット１０８と基板１０７の間の空間で解離する可能性があるが、解離により生成されたＩＩＩ族元素は、基板１０７の表面、ターゲット１０８と基板１０７の間の空間のいずれか一方で、再度窒化され、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を形成する。
【００７６】
第一の工程における所定の圧力は、５×１０−４Ｐａ未満であることが望ましく、それ以上では、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の内部に酸素等の不純物が取り込まれ、良好なエピタキシャル膜が得られにくい。また、第一の工程におけるヒーター１０３の温度について特に限定するものではないが、生産性の観点からは成膜時の基板温度を得るための温度に設定しておくことが望ましい。
【００７７】
第二の工程における所定の温度は、第四の工程における成膜温度に設定しておくことが生産性の観点から望ましく、また、第三の工程における所定の圧力は、第四の工程における成膜圧力に設定しておくことが生産性の観点から望ましい。第二の工程および第三の工程とは、実施のタイミングが入れ替わってもよく、また、同時に実施されても良い。また、第二の工程で設定された温度および第三の工程で設定された圧力は、少なくとも第四の工程を開始するまで保持されていることが生産性の観点から望ましい。
【００７８】
第四の工程を行う際の基板温度は、１００〜１２００℃の範囲となるように設定することが望ましく、更に４００〜１０００℃の範囲とすると好適である。１００℃未満の場合は、アモルファス構造の混在した膜が形成されやすく、１２００℃より高い温度では、膜自体が形成されないか、形成されたとしても熱応力のために欠陥の多いエピタキシャル膜が得られやすい。また、成膜圧力は０．１〜１００ｍＴｏｒｒ（１．３３×１０−２〜１．３３×１０１Ｐａ）の範囲に設定されることが望ましく、更に、１．０〜１０ｍＴｏｒｒ（１．３３×１０−１〜１．３３Ｐａ）の範囲に設定されると好適である。
【００７９】
０．１ｍＴｏｒｒ（１．３３×１０−２Ｐａ）未満では、高エネルギー粒子が基板表面に入射されやすくなるため、良質なＩＩＩ族窒化物半導体薄膜が得られにくく、１００ｍＴｏｒｒ（１．３３×１０１Ｐａ）より高い圧力では、成膜速度が極端に遅くなるため好ましくない。第四の工程を開始する際には、真空容器１０１の圧力を一時的に成膜圧力以上に高めて、プラズマの発生を促進することも可能である。この場合、プロセスガスの少なくとも一種類のガス流量を一時的に多く導入することで成膜圧力を高めてもよく、また、バリアブルコンダクタンスバルブ（不図示）の開度を一時的に小さくすることで成膜圧力を高めてもよい。
【００８０】
さらに、第一の工程の前には、前処理室（不図示）に基板１０７を搬送し、成膜温度以上の温度での基板１０７の熱処理やプラズマ処理を行う工程を有してもよいことももちろんである。
【００８１】
本実施形態における方法で形成されるＩＩＩ族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜としては、図９に示す緩衝層８０２、ＩＩＩ族窒化物半導体中間層８０３、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０４、ＩＩＩ族窒化物半導体活性層８０５、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０６が挙げられる。上記全ての層を本発明に係るスパッタリング装置（エピタキシャル膜形成方法）を用いて作製してもよく、また、いずれかの層に限定して本発明に係るスパッタリング装置（エピタキシャル膜形成方法）を用いて作製してもよい。
【００８２】
例えば、図９のＬＥＤの素子工程の第一の例として、緩衝層８０２を本発明に係るスパッタリング装置（エピタキシャル膜形成方法）を用いて作製し、その後、ＭＯＣＶＤ法を用いてＩＩＩ族窒化物半導体中間層８０３、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０４、ＩＩＩ族窒化物半導体活性層８０５、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０６を順次積層することで、エピタキシャルウェハーを作製する方法がある。
【００８３】
また、第二の例として、緩衝層８０２およびＩＩＩ族窒化物半導体中間層８０３を本発明に係るスパッタリング装置（エピタキシャル膜形成方法）を用いて作製し、その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０４、ＩＩＩ族窒化物半導体活性層８０５、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０６を順次積層することで、エピタキシャルウェハーを作製する方法がある。
【００８４】
第三の例としては、緩衝層８０２、ＩＩＩ族窒化物半導体中間層８０３およびｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０４を本発明に係るスパッタリング装置（エピタキシャル膜形成方法）を用いて作製し、その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＩＩＩ族窒化物半導体活性層８０５、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０６を順次積層することで、エピタキシャルウェハーを作製する方法がある。
【００８５】
第四の例としては、緩衝層８０２、ＩＩＩ族窒化物半導体中間層８０３、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０４およびＩＩＩ族窒化物半導体活性層８０５を本発明に係るスパッタリング装置（エピタキシャル膜形成方法）を用いて作製し、その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０６を作製することで、エピタキシャルウェハーを作製する方法がある。
【００８６】
第五の例としては、緩衝層８０２、ＩＩＩ族窒化物半導体中間層８０３、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０４およびＩＩＩ族窒化物半導体活性層８０５、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層８０６を本発明に係るスパッタリング装置（エピタキシャル膜形成方法）を用いて作製することで、エピタキシャルウェハーを作製する方法がある。
【００８７】
このようにして得たエピタキシャルウェハーに対し、リソグラフィー技術およびＲＩＥ（反応性イオンエッチング）技術を用い、図９に示すように透光性電極８１０、ｐ型ボンディングパッド電極８０８、ｎ型電極８０７、保護膜８０９を形成することによりＬＥＤ構造を得ることができる。なお、透光性電極８１０、ｐ型ボンディングパッド電極８０８、ｎ型電極８０７、保護膜８０９の材料は特に限定されず、この技術分野でよく知られた材料を制限なく用いることができる。
【００８８】
（第一の実施例）  
本発明の第一の実施例として、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の成膜方法を用いてＡｌＮ膜をα−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板上に成膜した例、より詳しくは、基板保持装置によりヒーターの基板対向面との隙間を有して載置したα−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板上にスパッタリング法を用いてＡｌＮ膜を形成した例について説明する。なお、本実施例において、ＡｌＮ膜は図１と同様のスパッタリング装置を用いて成膜し、ヒーターの構造は図２、ヒーター電極のパターンは図４Ａ、基板保持装置は図５と同様のものを用いた。また、図５における基板支持部５０３ａとヒーター１０３の基板対向面Ｐとの間の隙間ｄ１と基板５０４とヒーター１０３の基板対向面Ｐとの間の隙間ｄ２は、それぞれ、１ｍｍ、２ｍｍとした。
【００８９】
本実施例においては、先ず、第一の工程により1×１０−４Ｐａ以下に保持された真空容器１０１にα−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板を搬送して基板保持装置５０３に配置し、第二の工程により基板を第四の工程の成膜温度である５５０℃に保持した。このときヒーター１０３は、内蔵した熱電対のモニター値が７５０℃になるよう制御した。次に、第三の工程によりＮ２とＡｒの混合ガスをＮ２／（Ｎ２＋Ａｒ）：２５％となるように導入し、真空容器１０１の圧力を第四の工程の成膜圧力である３．７５ｍＴｏｒｒ（０．５Ｐａ）に設定した。この状態で第四の工程により高周波電源１０６から２０００Ｗの高周波電力を金属Ａｌからなるターゲット１０８に印加し、スパッタリング法により基板上に膜厚５０ｎｍのＡｌＮ膜を形成した。
【００９０】
なお、本実施例における成膜温度は、熱電対を埋め込んだα−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板によりあらかじめ基板温度測定を行い、その時の、α−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板の温度と、ヒーターに内蔵した熱電対のモニター値、すなわち、ヒーターの温度との関係より設定したものである。
【００９１】
本実施例において、作製したＡｌＮ膜は、対称反射位置での２θ／ωスキャンモードのＸ線回折（ＸＲＤ）測定と、対称面に対するωスキャンモードでのＸＲＣ測定、Ｉｎ−ｐｌａｎｅ配置でのφスキャンモードのＸＲＣ測定、および、同軸型直衝突イオン散乱分光（ＣＡＩＣＩＳＳ：Ｃｏａｘｉａｌ  Ｉｍｐａｃｔ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ｉｏｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）測定により評価した。ここで、対称反射位置での２θ／ωスキャンモードのＸＲＤ測定は結晶配向の確認に用い、対称面に対するωスキャンモードでのＸＲＣ測定とＩｎ−ｐｌａｎｅ配置でのφスキャンモードでのＸＲＣ測定は、それぞれ、チルトとツイストのモザイク広がりの評価に用いた。また、ＣＡＩＣＩＳＳ測定は極性の判定手段として用いた。
【００９２】
まず、本実施例において作製したＡｌＮ膜に対し、対称反射位置での２θ／ωスキャンモードのＸＲＤ測定を、測定範囲を２θ＝２０〜６０°の範囲として行なったところ、ＡｌＮ（０００２）面とα−Ａｌ２Ｏ３（０００６）面の回折ピークのみが観測され、ＡｌＮの他の格子面を示す回折ピークは観測されなかった。このことから、得られたＡｌＮ膜がｃ軸配向していることがわかった。
【００９３】
次に、本実施例で作製したＡｌＮ膜に対し、対称面に対するωスキャンモードでのＸＲＣ測定を行った。なお、測定にはＡｌＮ（０００２）面を用いた。得られたＸＲＣプロファイルのＦＷＨＭは、検出器をオープンディテクタ状態とした場合は４５０ａｒｃｓｅｃ以下、検出器にアナライザー結晶を挿入した場合には１００ａｒｃｓｅｃ以下であり、作製したＡｌＮ膜におけるチルトのモザイク広がりが非常に小さいことを確認した。また、作成条件によっては、検出器にアナライザー結晶を挿入した場合のＸＲＣ測定で、ＦＷＨＭが２０ａｒｃｓｅｃ以下となるものも得られている。  
なお、検出器をオープンディテクタ状態とした場合が本来のＸＲＣ測定であるが、本実施例のように膜厚が薄い試料の場合には、膜厚効果や格子緩和によってＸＲＣプロファイルのＦＷＨＭが広がり、モザイク広がりを正しく評価することが困難となる。そのため、近年では上記のように、検出器にアナライザー結晶を挿入した場合も広義のＸＲＣ測定として扱われている。以下、特に断らない限り、ＸＲＣ測定ではオープンディテクタ状態を用いていることとする。
【００９４】
次に、本実施例で作製したＡｌＮ膜に対し、Ｉｎ−ｐｌａｎｅ配置でφスキャンモードのＸＲＣ測定を行った。なお、測定にはＡｌＮ｛１０−１０｝面を用いている。得られたＸＲＣプロファイルには６０°間隔に６本の回折ピークが現れ、ＡｌＮ膜が六回対称性を有していること、すなわち、ＡｌＮ膜がエピタキシャル成長していることが確認できた。また、最大強度の回折ピークから求めたＦＷＨＭは２．０°以下であり、作製したＡｌＮ膜のツイストのモザイク広がりが比較的小さいことがわかった。なお、α−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板とＡｌＮ膜の面内結晶方位を比較したところ、α−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板のａ軸に対してＡｌＮ膜のａ軸が３０°面内回転していることを確認できた。これは、ＡｌＮ膜をα−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板上にエピタキシャル成長した際の一般的なエピタキシャル関係でＡｌＮ膜が形成されていることを示している。
【００９５】
図１２は、本実施例で作製したＡｌＮ膜に対し、ＣＡＩＣＩＳＳ測定を行った結果である。本測定において、Ａｌ信号をＡｌＮ［１１−２０］方位から入射角度を変えて検出しており、入射角度が７０°付近のピークが単一の形状として得られていることがわかる。このことは、得られたＡｌＮ膜が＋ｃ極性（Ａｌ極性）となっていることを示している。
【００９６】
以上のことから、本実施例において作製したＡｌＮ膜は、＋ｃ極性（Ａｌ極性）で、且つ、チルトのモザイク広がりが極めて小さなｃ軸配向エピタキシャル膜となっていることが確認できた。すなわち、本発明によれば、チルトおよびツイストのモザイク広がりを低減しつつ、＋ｃ極性のＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を得られることが明らかとなった。
【００９７】
さらに、本実施例では、図１に示すように、重力方向上側にターゲットを保持するためのターゲット電極１０２を配置し、基板ホルダー９９を重力方向下側に配置しているので、基板１０７を保持するために該基板１０７の被成膜面の一部を支持部材（例えば、支持爪）等により覆う必要が無い。従って、基板１０７の被成膜面の全面をターゲット１０８に対して露出することができる。よって、本実施例によれば、基板１０７の被成膜面の全面に、チルトおよびツイストのモザイク広がりを抑え、かつ均一な＋ｃ極性のＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を形成することができる。
【００９８】
（第二の実施例）  
次に、本発明の第二の実施例として、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の成膜方法を用いて作製したＡｌＮ膜を緩衝層とし、その上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンドープＧａＮ膜を形成した例について説明する。
【００９９】
スパッタリング法を用いて、α−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板上にＡｌＮ膜を第一の実施例と同じ条件で形成し、その後、ＭＯＣＶＤ装置にウェハーを導入して、５μｍの膜厚のアンドープＧａＮ膜を形成した。
【０１００】
得られたアンドープＧａＮ膜の表面は鏡面であり、対称反射位置での２θ／ωスキャンモードのＸＲＤ測定では、アンドープＧａＮ膜がｃ軸配向していることが示された。次に、対称面としてＧａＮ（０００２）面を用いたωスキャンモードのＸＲＣ測定と、Ｉｎ−ｐｌａｎｅ配置でＧａＮ｛１０−１０｝面に対するφスキャンモードのＸＲＣ測定を行ったところ、それぞれのＦＷＨＭが２５０ａｒｃｓｅｃ以下、５００ａｒｃｓｅｃ以下となっていることを確認した。このことから、得られたアンドープＧａＮ膜が、チルトおよびツイストのモザイク広がりが小さい高品質な結晶として得られていることがわかった。更に、ＣＡＩＣＩＳＳ測定より、得られたアンドープＧａＮ膜の極性が＋ｃ極性（Ｇａ極性）となっていることを確認した。これは、第一の実施例において説明したように、緩衝層として用いたＡｌＮ膜の極性が＋ｃ極性に制御できているため、その上に形成したアンドープＧａＮ膜もその極性を引き継いだ結果と考えることができる。
【０１０１】
以上のことから、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の成膜方法を用いて作製した、＋ｃ極性に制御されたＡｌＮ膜を緩衝層とすることにより、その上にＭＯＣＶＤ法を用いて成長させたアンドープＧａＮ膜を、モザイク広がりが少なく、＋ｃ極性に制御された高品質なエピタキシャル膜として得ることが可能となる。すなわち、α−Ａｌ２Ｏ３基板上に、＋ｃ極性のＩＩＩ族窒化物半導体薄膜をエピタキシャル成長させることができる。
【０１０２】
なお、本実施例ではアンドープＧａＮ膜をＭＯＣＶＤ法により形成しているが、スパッタリング法を用いても同様の結果を得ることができることを確認している。
【０１０３】
（第三の実施例）  
本発明の第三の実施例として、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の成膜方法を用いて作製したＡｌＮ膜を緩衝層とし、その上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンドープＧａＮからなるＩＩＩ族窒化物半導体中間層、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、ＩｎＧａＮとＧａＮのＭＱＷ構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体活性層、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層を順次エピタキシャル成長し、更に、ｎ型電極層、透光性電極、ｐ型電極層、保護膜まで形成した後、ウェハーをスクライブにより分離しＬＥＤ素子を作製した例について説明する。
【０１０４】
スパッタリング法を用いて、α−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板上にＡｌＮ膜を第一の実施例と同じ条件で形成し、その後、ＭＯＣＶＤ装置にウェハーを導入して、５μｍの膜厚のアンドープＧａＮからなるＩＩＩ族窒化物半導体中間層、２μｍの膜厚のＳｉドープＧａＮからなるｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、ＧａＮに始まりＧａＮに終わる積層構造であって、３ｎｍの膜厚の５層のＩｎＧａＮと１６ｎｍの膜厚の６層のＧａＮとを交互に積層したＭＱＷ構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体活性層、２００ｎｍの膜厚のＭｇドープＧａＮからなるｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層を形成した。
【０１０５】
得られたエピタキシャルウェハーに対し、リソグラフィー技術およびＲＩＥ技術を用い、図９に示すように透光性電極８１０、ｐ型ボンディングパッド電極８０８、ｎ型電極８０７、保護膜８０９を形成した。なお本実施例では、透光性電極としてＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）、ｐ型ボンディングパッド電極としてチタン（Ｔｉ）、Ａｌ、金（Ａｕ）を積層した構造、ｎ型電極としてニッケル（Ｎｉ）、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕを積層した構造、保護膜としてＳｉＯ２を用いた。
【０１０６】
このようにして得られたＬＥＤ構造を形成したウェハーをスクライブにより３５０μｍ角のＬＥＤチップに分離し、このＬＥＤチップを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ＬＥＤ素子とした。
【０１０７】
得られたＬＥＤ素子のｐ型ボンディングパッド電極とｎ型電極とに順方向電流を流したところ、電流２０ｍＡにおける順方向電圧が３．０Ｖ、発光波長が４７０ｎｍ、発光出力が１５ｍＷという良好な発光特性を示した。このような特性は、作製したウェハーほぼ全面から作製されたＬＥＤ素子について、ばらつきなく得られた。
【０１０８】
以上のことから、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の成膜方法を用いて作製した、＋ｃ極性に制御されたＡｌＮ膜を緩衝層とすることにより、良好な発光特性を有するＬＥＤ素子を得ることができた。なお、本実施例ではアンドープＧａＮからなるＩＩＩ族窒化物半導体中間層、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、ＩｎＧａＮとＧａＮとのＭＱＷ構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体活性層、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層をＭＯＣＶＤ法により形成しているが、スパッタリング法を用いてこれらの層を作製しても同様の結果を得ることができることを確認している。
【０１０９】
（第一の比較例）  
本発明の第一の比較例として、本発明に特徴的な基板保持装置を用いずヒーター上に接して載置したα−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板上にスパッタリング法を用いてＡｌＮ膜を形成した例について説明する。なお、本比較例において、ＡｌＮ膜は載置方法（α−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板をヒーターから隙間を有して配置すること）を除いて第一の実施例と同一のスパッタリング装置、ヒーター、ヒーター電極を用いて成膜した。また、ＡｌＮ膜の成膜条件も第一の実施例と同一の条件を用いた。
【０１１０】
本比較例において作製したＡｌＮ膜に対し、対称反射位置での２θ／ωスキャンモードのＸＲＤ測定と、ＡｌＮ（０００２）面に対するωスキャンモードでのＸＲＣ測定（検出器にアナライザー結晶を挿入した場合と、オープンディテクタ状態の場合）、ＡｌＮ｛１０−１０｝面に対するφスキャンモードでのＸＲＣ測定を行なったところ、第一の実施例で得られたＡｌＮ膜と同様にｃ軸配向のエピタキシャル膜が得られており、チルトおよびツイストのモザイク広がりも同程度であることがわかった。  
一方、本比較例において作製したＡｌＮ膜に対してＣＡＩＣＩＳＳ測定を行ったところ、＋ｃ極性（Ａｌ極性）と−ｃ極性（Ｎ極性）が混在した膜であることが示された。
【０１１１】
以上のことから、α−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板をヒーターに接して載置した場合には、＋ｃ極性のＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を得られないことが明らかとなった。
【０１１２】
（第二の比較例）  
次に、本発明の第二の比較例として、ヒーター上に接して載置したα−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板上にスパッタリング法を用いてＡｌＮからなる緩衝層を形成し、その上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンドープＧａＮ膜を形成した例について説明する。なお、本比較例において、ＡｌＮからなる緩衝層は第一の比較例と同一のスパッタリング装置、ヒーター、ヒーター電極および成膜条件にて成膜を行い、アンドープＧａＮ膜は、第二の実施例と同様の条件にて成膜を行なった。
【０１１３】
スパッタリング法を用いて、α−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板上にＡｌＮからなる緩衝層を第一の比較例と同一のスパッタリング装置、ヒーター、ヒーター電極および成膜条件にて成膜を行い、その後、ＭＯＣＶＤ装置にウェハーを導入して、５μｍの膜厚のアンドープＧａＮ膜を形成した。
【０１１４】
得られたアンドープＧａＮ膜の表面は白濁しており、対称反射位置での２θ／ωスキャンモードのＸＲＤ測定では、アンドープＧａＮ膜がｃ軸配向していることが示された。次に、対称面としてＧａＮ（０００２）面を用いたωスキャンモードでのＸＲＣ測定と、Ｉｎ−ｐｌａｎｅ配置でＧａＮ｛１０−１０｝面に対するφスキャンモードでのＸＲＣ測定を行ったところ、それぞれのＦＷＨＭが３６０ａｒｃｓｅｃ程度、１０００ａｒｃｓｅｃ程度となっていることを確認した。このことから、本比較例により得られたアンドープＧａＮ膜が、第二の実施例で得られたアンドープＧａＮ膜に比べてチルトおよびツイストのモザイク広がりが大きい低品質な結晶として得られていることがわかった。
【０１１５】
更に、ＣＡＩＣＩＳＳ測定より、得られたアンドープＧａＮ膜の極性が＋ｃ極性（Ｇａ極性）と−ｃ極性（Ｎ極性）の混在した膜となっていることを確認した。これは、第一の比較例において説明したように、ＡｌＮからなる緩衝層が＋ｃ極性と−ｃ極性との混在した膜になっているため、その上に形成したアンドープＧａＮ膜もその混在した極性を引き継いだ結果と考えることができる。
【０１１６】
以上のことから、α−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板をヒーターに接して載置したスパッタリング法によりＡｌＮからなる緩衝層を形成した場合、その上にＭＯＣＶＤ法を用いて成長させたアンドープＧａＮ膜は低品質なエピタキシャル膜として得られる。なお、本比較例ではアンドープＧａＮ膜をＭＯＣＶＤ法により形成しているが、スパッタリング法を用いても同様の結果となることを確認している。
【０１１７】
（第三の比較例）  
本発明の第三の比較例として、α−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板をヒーターに接して載置したスパッタリング法によりＡｌＮからなる緩衝層を形成し、その上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンドープＧａＮからなるＩＩＩ族窒化物半導体中間層、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、ＩｎＧａＮとＧａＮとのＭＱＷ構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体活性層、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層を順次エピタキシャル成長し、更に、ｎ型電極層、透光性電極、ｐ型電極層、保護膜まで形成した後、ウェハーをスクライブにより分離しＬＥＤ素子を作製した例について説明する。なお、ＡｌＮからなる緩衝層の成膜方法は第一の比較例と同様であり、ＭＯＣＶＤ法を用いて成膜したアンドープＧａＮからなるＩＩＩ族窒化物半導体中間層、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、ＩｎＧａＮとＧａＮとのＭＱＷ構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体活性層、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と、その後形成したｎ型電極層、透光性電極、ｐ型電極層、保護膜の材料や成膜方法、およびその後の、素子化の工程については全て第三の実施例と同様である。
【０１１８】
得られたＬＥＤ素子のｐ型ボンディングパッド電極とｎ型電極とに順方向電流を流したところ、ＬＥＤ素子からは良好なダイオード特性が得られず、また、可視光領域での十分な発光強度も得られないなど、良好な素子特性が得られなかった。このような特性は、作製したウェハーほぼ全面から作製されたＬＥＤ素子について同様の結果であった。
【０１１９】
以上のことから、α−Ａｌ２Ｏ３（０００１）基板をヒーターに接して載置したスパッタリング法により、ＡｌＮからなる緩衝層を形成した場合、良好な発光特性を有するＬＥＤ素子を得ることができないことが明らかとなった。なお、本実施例ではアンドープＧａＮからなるＩＩＩ族窒化物半導体中間層、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、ＩｎＧａＮとＧａＮとのＭＱＷ構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体活性層、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層をＭＯＣＶＤ法により形成しているが、スパッタリング法を用いても同様の結果であることを確認している。
【０１２０】
このように、本発明の大きな特徴は、α−Ａｌ２Ｏ３基板上に＋ｃ極性のＩＩＩ族窒化物半導体のエピタキシャル膜を形成するために、基板の載置方法に着目した点にあり、この均一な＋ｃ極性のエピタキシャル膜を得るために基板ホルダーに工夫を加えること、特に、基板ホルダーにて保持される基板の位置と、基板ホルダーが備えるヒーターとの位置関係を特定の関係にすることは従来には無い技術思想である。
【０１２１】
本発明では、上記本発明に特有の技術思想の下、基板をヒーターの基板対向面と所定の距離だけ離間して配置するための基板保持装置（基板支持部）を基板ホルダーに設け、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の成膜において基板をヒーターの基板対向面から離間させている。このように基板ホルダーを構成することにより、上述の第一〜第三の実施例および第一〜第三の比較例にて示したように、スパッタリング法により、チルトおよびツイストのモザイク広がりを低減し、かつ均一な＋ｃ極性を有するＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を形成することができる。
【０１２２】
なお、上記実施形態および実施例では、真空容器に基板のみを導入する場合について示したが、トレイを使用して基板を導入してもよく、本発明の思想の下、基板を載置したトレイが基板保持装置に配置される際、基板および基板を載置したトレイがヒーターと所定の距離だけ離間して配置されればよい。また、基板保持装置５０３や６０３、あるいは基板支持部７０４をトレイとして使用して基板を導入してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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