(57)【要約】【課題】半導体層と異なる材料の基板を有する半導体発光素子において、発光波長の波長分布σを小さくする。【解決手段】半導体層を有する半導体発光素子の製造方法であって、半導体層が成膜される面に対向する裏面の表面粗さＲａが０．０００１μｍ〜３．０μｍであり、且つ反り量Ｈが−３０μｍ≦Ｈ＜０の範囲である基板１１に半導体層を成膜する半導体層成膜工程と、半導体層が成膜された基板１１の裏面を研削する研削工程と、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。【選択図】図１
2011009563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層を有する半導体発光素子の製造方法であって、
半導体層が成膜される面に対向する裏面の表面粗さＲａが０．０００１μｍ〜３．０μｍであり、且つ反り量Ｈが±３０μｍの範囲である基板に当該半導体層を成膜する半導体層成膜工程と、
前記半導体層が成膜された前記基板の前記裏面を研削する研削工程と、
を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記半導体層成膜工程において、前記基板と異なる材料を用いて前記半導体層を成膜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。
【請求項３】
前記半導体層成膜工程における前記基板の直径Ｄと厚さｄとが、下記式（１）の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子の製造方法。
０．７×１０２≦（Ｄ／ｄ）≦１．５×１０２          （１）
【請求項４】
前記半導体層が、ＩＩＩ族化合物半導体を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記基板と前記半導体層との間に、スパッタ法により中間層を成膜する中間層形成工程を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
半導体層が成膜される面に対向する裏面の表面粗さＲａが０．０００１μｍ〜３．０μｍであり、且つ反り量Ｈが±３０μｍの範囲である基板上にＩＩＩ族化合物半導体を含む当該半導体層を成膜し、その後、当該基板の当該裏面を研削することにより得られることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
前記基板の直径Ｄと厚さｄとが、下記式（１）の関係を満たすことを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子。
０．７×１０２≦（Ｄ／ｄ）≦１．５×１０２          （１）
【請求項８】
前記基板は、サファイアから構成されることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
同一基板内の発光波長の標準偏差σが５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記ＩＩＩ族化合物半導体が、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体である請求項６乃至９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の製造方法及び半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層等の化合物半導体層を有する半導体発光素子は、サファイア単結晶等からなる基板上に化合物半導体層を成膜し、その上にさらに正極や負極等を設けた後、基板の被研削面を研削及び研磨し、その後、適当な形状に切断することにより発光素子チップとして調製される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１７７５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、化合物半導体層を構成する材料が基板を構成する材料と異なる場合、基板と化合物半導体層との熱膨張係数に差が生じる。そのため、基板に反りが生じることが知られている。基板の反り量が大きくなると、半導体発光素子から得られる発光波長の標準偏差σ（以下、「波長分布」ということがある。単位：ｎｍ）が大きくなり、製品の不良率が著しく増大する。このような現象は、基板の直径が大きくなると顕著になる傾向がある。
本発明の目的は、基板と異なる材料を用いて成膜された半導体層を有する半導体発光素子において、同一基板内における発光層の発光波長の標準偏差σを小さくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、半導体層を有する半導体発光素子の製造方法であって、半導体層が成膜される面に対向する裏面の表面粗さＲａが０．０００１μｍ〜３．０μｍであり、且つ反り量Ｈが±３０μｍの範囲である基板に半導体層を成膜する半導体層成膜工程と、半導体層が成膜された基板の裏面を研削する研削工程とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法が提供される。
【０００６】
また、半導体層製膜工程において基板と異なる材料を用いて半導体層を製膜することを特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
また、半導体層製膜工程における基板の直径Ｄと厚さｄとが、下記式（１）の関係を満たすことを特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
０．７×１０２≦（Ｄ／ｄ）≦１．５×１０２          （１）
ここで、半導体層が、ＩＩＩ族化合物半導体を含むことが好ましく、またＩＩＩ族窒化物化合物半導体を含むことが好ましい。
【０００７】
さらにまた、基板と半導体層との間に、スパッタ法により中間層を成膜する中間層形成工程を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
【０００８】
また、別の観点によれば、半導体層が成膜される面に対向する裏面の表面粗さＲａが０．０００１μｍ〜３．０μｍであり、且つ反り量Ｈが±３０μｍの範囲である基板上にＩＩＩ族化合物半導体を含む半導体層を成膜し、その後、基板の裏面を研削することにより得られることを特徴とする半導体発光素子が提供される。
ここで、基板の直径Ｄと厚さｄとが、下記式（１）の関係を満たすことが好ましい。
０．７×１０２≦（Ｄ／ｄ）≦１．５×１０２          （１）
また、基板は、サファイアから構成されることが好ましい。
【０００９】
また、本発明においては、同一基板内の発光波長の標準偏差σが５ｎｍ以下である半導体発光素子が提供される。
さらに、本発明においては、ＩＩＩ族化合物半導体を含む半導体層が、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造方法によれば、本構成を有しない場合と比べ、半導体層が成膜される面に対向する裏面の表面粗さＲａが０．０００１μｍ〜３．０μｍであり、且つ反り量Ｈが±３０μｍの範囲である基板に半導体層を成膜する半導体層成膜工程と、半導体層が成膜された基板の裏面を研削する研削工程とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法により、同一基板内における発光層の発光波長の標準偏差σが小さい半導体ウェーハが高収率で得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態において製造される半導体発光素子の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するための一例であり、実際の大きさを表すものではない。
【００１３】
（半導体発光素子）
本実施の形態において製造される半導体発光素子は、基板と基板上に成膜された化合物半導体層とを有している。化合物半導体層を構成する化合物半導体としては、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ−ＩＶ族化合物半導体等が挙げられる。本実施の形態では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が好ましく、中でも、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体が好ましい。以下に、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体から構成された化合物半導体層を有する半導体発光素子を例に挙げて説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態において製造される半導体発光素子の一例を説明する図である。図１に示すように、半導体発光素子１は、基板１１上に形成された中間層１２の上に、下地層１３、ｎ型半導体層１４、発光層１５、ｐ型半導体層１６が順次積層され、これらはＩＩＩ族化合物半導体層２０を構成している。
さらに、ｐ型半導体層１６上に透明正極１７が積層され、その上に正極ボンディングパッド１８が形成されるとともに、ｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ａに形成された露出領域１４ｄに負極１９が積層されている。
【００１５】
ここで、ＩＩＩ族化合物半導体からなる下地層１３上に成膜されたｎ型半導体層１４は、ｎ型コンタクト層１４ａ及びｎ型クラッド層１４ｂを有する。発光層１５は、障壁層１５ａ及び井戸層１５ｂが交互に積層された構造を有する。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が積層されている。
本実施の形態では、基板１１上に成膜された化合物半導体層（中間層１２、下地層１３及びＩＩＩ族化合物半導体層２０を合わせた層）３０の合計の厚さは、好ましくは３μ以上、さらに好ましくは５μ以上、さらに望ましくは８μ以上である。また、これらの合計の厚さは、好ましくは１５μｍ以下がよい。
前述した化合物半導体層３０の合計の厚さが過度に薄いと、特に、下地層１３及びｎ型半導体層１４の膜厚が薄いと、その後に積層する発光層１５及びｐ型半導体層１６の結晶性が悪くなるため、半導体発光素子１を形成した場合は発光強度が弱くなる傾向がある。
【００１６】
（半導体発光素子の製造方法）
次に、半導体発光素子１の製造方法について説明する。本実施の形態において半導体発光素子１は、基板１１上にＩＩＩ族化合物半導体層２０を成膜し（半導体層成膜工程）、次いで、ＩＩＩ族化合物半導体層２０を成膜した基板１１を予め定めた厚さになるように研削し（研削工程）、その後、チップの大きさに切断して形成される。
【００１７】
（半導体層成膜工程）
先ず、直径Ｄと厚さｄとを有するサファイア製の基板１１上に、Ｖ族元素を含むガスと金属材料とをプラズマで活性化して反応させ、ＩＩＩ族窒化物からなる中間層１２を成膜する。続いて、成膜した中間層１２上に、下地層１３、ｎ型半導体層１４、発光層１５、及びｐ型半導体層１６を順次積層する。
【００１８】
本実施の形態では、基板１１として、化合物半導体層（中間層１２、下地層１３及びＩＩＩ族化合物半導体層２０を合わせた層）３０が成膜される面に対向する裏面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が、０．０００１μｍ〜３．０μｍであり、好ましくは、Ｒａが、  ０．０００１μｍ〜１．０μｍ、更に好ましくは０．５μｍ〜１．０μｍであるものを使用する。
ここで、表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に基づく表面形状の粗さ形状パラメータであって、平均線から絶対値偏差の平均値を表す。
また、基板１１の化合物半導体層３０が成膜される面（表面）の表面粗さＲａは、裏面と比べて同等もしくは小さいことが好ましく、具体的には、０．０００１μｍ程度である。
化合物半導体層３０が成膜される前の基板１１の裏面の表面粗さＲａが上述した範囲以外の場合、得られる半導体発光素子１の波長分布が大きくなる傾向がある。
【００１９】
基板１１の、化合物半導体層３０が成膜される前の裏面の表面粗さＲａを調整する方法は特に限定されない。例えば、シリカ、アルミナ、ダイヤモンド等の所定の粒径の砥粒をレジンボント、メタルボンド、ビトリファイドボンド等で固定したダイヤモンドホールを用いた研削方法、所定の粒径を溶液に調合したスラリーを真鍮、銅、鋳鉄など金属製の定盤に供給して研磨する方法、シリカを溶液に分散させたスラリーを研磨パッドに供給して研磨する方法、酸やアルカリ液を用いたエッチング処理等が挙げられる。本実施の形態では、ダイヤモンド砥粒の粒径サイズを変えることにより、表面粗さＲａを調整している。
【００２０】
本実施の形態では、化合物半導体層３０が成膜される前の基板１１は、基板１１の反り量Ｈが、−３０μｍ≦Ｈ≦３０μｍの範囲、好ましくは、０＜Ｈ≦３０μｍ及び−３０μｍ≦Ｈ＜０の範囲から選ばれる。また、基板１１の反り量Ｈが、−３０μｍ≦Ｈ＜０の範囲から選ばれることが好ましく、さらに、−１０μｍ＜Ｈ＜０の範囲から選ばれることが、より好ましい。
【００２１】
ここで、基板１１の反り量Ｈとは、前述した化合物半導体層３０を成膜する前にレーザ光斜入射干渉計（フラットネステスター）により常温下で測定されたＳＯＲＩ値として定義される。ＳＯＲＩ値（ＳＥＭＩ規格準拠：Ｍ１−０３０２）は次のように測定される。
先ず、基板１１を非吸着の状態にして、基板１１表面の高さ座標をマッピング測定する。次にマッピング測定データから基準平面（最小２乗平面）を算出し、その基準平面からの最大値と最小値との差の値をＳＯＲＩ値とする。但し、このとき、ＳＯＲＩ値は絶対値のため、反り方向は鳥瞰図もしくはＢＯＷ値より判断する。ＢＯＷ値とは、非吸着での基板径の中心を起点とし、起点から距離が一番離れている所に対して、その起点が基準平面（最小２乗平面）よりも上か下かで符号をつける。下の場合はマイナス値となる。故に、基板１１の反り方向が凸状の場合にはプラス値、凹状の場合はマイナス値とする。本明細書において、基板１１の反り方向がプラス値（凸状）の場合、凸状面に前述した化合物半導体層３０を成膜し、反り方向がマイナス値（凹状）の場合、凹状面に前述した化合物半導体層３０を成膜することになる。
【００２２】
本実施の形態では、前述の化合物半導体層３０を成膜する際に使用する基板１１の直径Ｄは、通常、５０ｍｍ〜１５５ｍｍの範囲から選択される。また、基板１１の厚さｄは、通常、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ、好ましくは０．４ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲から選択される。
ここで、本実施の形態では、特に、基板１１の直径Ｄが５０ｍｍ〜５１ｍｍ（約２インチ）や１００ｍｍ〜１０２ｍｍ（約４インチ）程度の場合、基板１１の反り量Ｈが、−１０μｍ＜Ｈ＜０の範囲から選ばれることが好ましい。
【００２３】
本実施の形態では、化合物半導体層３０を成膜する際に使用する基板１１の直径Ｄ及び厚さｄが、下記式（１）の関係を満たすことが好ましい。
０．７×１０２≦（Ｄ／ｄ）≦１．５×１０２      （１）
本実施の形態において、基板１１上に化合物半導体層３０を成膜する際に、直径Ｄと厚さｄとの関係が上記式（１）を満たすような基板１１を選択すると、その後のエピタキシャル成長させる化合物半導体層３０の製造工程に悪い影響を与えることなく、同一基板内における発光層１５の発光波長の波長分布が小さくなる。ここで、化合物半導体ウェーハとは、基板１１上に、化合物半導体層３０を成膜したものである。
【００２４】
ここで、化合物半導体層３０を成膜する際に使用する基板１１の直径Ｄと基板１１の厚さｄとの比（Ｄ／ｄ）が、過度に小さいと、発光波長の波長分布は変動が小さく安定するものの、基板１１そのものの原材料使用量が増加するため基板１１のコストアップ要因となる。さらに、後述する基板１１の研削処理によって研削する作業量が増加するため、生産性が悪くなる傾向がある。
【００２５】
また、（Ｄ／ｄ）が、過度に大きいと、化合物半導体ウェーハの反り量Ｈが大きくなるため、同一基板内における発光層の発光波長の波長分布が大きくなり、半導体発光素子１の歩留まりが低下する傾向がある。さらに、基板１１の厚さｄのバラツキが厚さ公差内であっても発光波長の波長分布が変動し、安定した化合物半導体ウェーハの製造が困難となる。また、化合物半導体ウェーハの反り量Ｈが、予め定めた大きさより大きくなると、半導体発光素子１を製造する過程において、フォトレジストの露光不良、ロボット搬送ミス、プローブによる電気特性測定の不安定化、レーザ加工時のフォーカシング不安定化等の収率低下の要因となる。この場合、基板１１の厚さ公差を狭く管理する方法もあるが、基板１１の製造が非常に難しくなり、コストアップの要因となる。
【００２６】
本実施の形態では、前述した基板１１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際、中間層１２は、スパッタ法を用いて、プラズマで活性化して反応した原料を基板１１上に成膜することが好ましい（中間層形成工程）。ここで、Ｖ族元素を窒素とし、中間層１２を成膜する際のガス中における窒素のガス分率を５０％〜９９％以下の範囲とするとともに、中間層１２を単結晶組織として形成する。これにより、短時間で結晶性を有する中間層１２が、異方性を持つ配向膜として基板１１上に成膜される。その結果、中間層１２上に、中間層１２を設けない場合と比較して、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体が成長する。
【００２７】
本実施の形態では、中間層１２をスパッタ法によって形成した後、その上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって、下地層１３、ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６を順次成膜することが好ましい。
ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ２）又は窒素（Ｎ２）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）又はトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）又はトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）等が用いられる。
ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）又はジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ４）、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）、テトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。
【００２８】
尚、窒化ガリウム系化合物半導体は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ以外にも、他のＩＩＩ族元素が含有してもよい。例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂｅ等のドーパント元素が挙げられる。さらに、意図的に添加した元素に限らず、成膜条件等に依存して必然的に含まれる不純物や、原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含む場合もある。
【００２９】
尚、下地層１３をＭＯＣＶＤ法によって形成した後、ｎ型コンタクト層１４ａ及びｎ型クラッド層１４ｂの各層をスパッタ法で形成し、その上の発光層１５をＭＯＣＶＤ法で形成し、次いで、ｐ型半導体層１６を構成するｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を反応性スパッタ法で形成してもよい。
【００３０】
前述した直径Ｄ及び厚さｄを有する基板１１上に中間層１２、下地層１３及びＩＩＩ族化合物半導体層２０を成膜した後、ＩＩＩ族化合物半導体層２０のｐ型半導体層１６上に透明正極１７が積層され、その上に正極ボンディングパッド１８が形成される。さらに、ｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ａに形成された露出領域１４ｄに負極１９が設けられたウェーハが形成される。
【００３１】
（研削工程）
前述した化合物半導体層３０を成膜した基板１１は、その後、基板１１の被研削面（裏面）を、予め定めた厚さになるまで研削及び研磨する。本実施の形態では、市販の研削機（図示せず）にウェーハを取り付け、約２０分間程度の研削工程により、ウェーハの基板１１の厚さは、例えば、約９００μｍから約１２０μｍ迄減少する。本実施の形態では、各ウェーハの基板１１の被研削面を研削・研磨する際に、研削材または研磨材を供給する。研削材または研磨材の種類は特に限定されず、市販のスラリー型の研削材または研磨材を使用する。さらに、本実施の形態では、研削工程に続き、約１５分間の研磨工程を行うことにより、基板１１の厚さは、約１２０μｍから約８０μｍ程度に研磨される。
次いで、基板１１の厚さが調整されたウェーハは、例えば、３５０μｍ角の正方形に切断することにより、基板１１上に中間層１２、下地層１３及びＩＩＩ族化合物半導体層２０が成膜された半導体発光素子１が形成される。
【００３２】
（基板１１）
次に、半導体発光素子１を構成する各層の材料について説明する。
基板１１は、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体とは異なる材料から構成され、基板１１上にＩＩＩ族窒化物半導体結晶がエピタキシャル成長される。基板１１を構成する材料としては、例えば、サファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：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。これらの中でも、サファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）が好ましい。
【００３３】
（中間層１２）
前述したように、本実施の形態では、基板１１はＩＩＩ族窒化物化合物半導体とは異なる材料から構成される。このため、後述するようにＩＩＩ族化合物半導体層２０を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により成膜する際に、バッファ機能を発揮する中間層１２を基板１１上に設けることが好ましい。特に、中間層１２が単結晶構造であることは、バッファ機能の面から好ましい。単結晶構造を有する中間層１２を基板１１上に成膜した場合、中間層１２のバッファ機能が有効に作用し、中間層１２上に成膜される下地層１３とＩＩＩ族化合物半導体層２０は、良好な配向性及び結晶性を持つ結晶膜となる。
中間層１２は、Ａ１を含有することが好ましく、ＩＩＩ族窒化物であるＡ１Ｎを含むことが特に好ましい。中間層１２を構成する材料としては、一般式Ａ１ＧａＩｎＮで表されるＩＩＩ族窒化物化合物半導体であれば特に限定されない。さらに、Ｖ族として、ＡｓやＰが含有されても良い。中間層１２が、Ａ１を含む組成の場合、Ａ１ＧａＮとすることが好ましく、Ａ１の組成が５０％以上であることが好ましい。
【００３４】
下地層１３に用いる材料としては、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物（ＧａＮ系化合物半導体）が用いられ、特に、Ａ１ＧａＮ、又はＧａＮを好適に用いることができる。下地層１３の膜厚は０．１μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。
【００３５】
（ｎ型半導体層１４）
ｎ型半導体層１４は、ｎ型コンタクト層１４ａ及びｎ型クラッド層１４ｂから構成される。ｎ型コンタクト層１４ａとしては、下地層１３と同様にＧａＮ系化合物半導体が用いられる。また、下地層１３及びｎ型コンタクト層１４ａ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く、これらの合計の膜厚を０．１μｍ〜２０μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１５μｍ、さらに好ましくは１μｍ〜１２μｍの範囲に設定することが好ましい。
【００３６】
ｎ型クラッド層１４ｂは、Ａ１ＧＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等によって形成することが可能である。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。ＧａＩｎＮとする場合には、後述する発光層１５を構成する井戸層１５ｂ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。ｎ型クラッド層１４ｂの膜厚は、好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。
【００３７】
（発光層１５）
発光層１５は、窒化ガリウム系化合物半導体からなる障壁層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井戸層１５ｂとが交互に繰り返して積層され、且つ、ｎ型半導体層１４側及びｐ型半導体層１６側に障壁層１５ａが配される順で積層して形成される。本実施の形態では、発光層１５は、６層の障壁層１５ａと５層の井戸層１５ｂとが交互に繰り返して積層され、発光層１５の最上層及び最下層に障壁層１５ａが配され、各障壁層１５ａ間に井戸層１５ｂが配される構成とされている。
【００３８】
障壁層１５ａとしては、例えば、インジウムを含有した窒化ガリウム系化合物半導体からなる井戸層１５ｂよりもバンドギャップエネルギーが大きいＡ１ｃＧａ１−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、Ｇａ１−ｓＩｎｓＮ（０＜ｓ＜０．４）等の窒化ガリウムインジウムを用いることができる。
井戸層１５ｂの膜厚としては、特に限定されないが、量子効果が得られる程度の膜厚、即ち臨界膜厚領域であることが好ましい。例えば、井戸層１５ｂの膜厚は、１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲であることが好ましく、２ｎｍ〜６ｎｍの膜厚であればより好ましい。
【００３９】
（ｐ型半導体層１６）
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から構成される。ｐ型クラッド層１６ａとしては、好ましくは、Ａ１ｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４）が挙げられる。ｐ型クラッド層１６ａの膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜４００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
ｐ型コンタクト層１６ｂとしては、少なくともＡ１ｅＧａ１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５）を含んでなる窒化ガリウム系化合物半導体層が挙げられる。ｐ型コンタクト層１６ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００４０】
（透明正極１７）
透明正極１７を構成する材料としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３）等の従来公知の材料が挙げられる。また、透明正極１７の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。透明正極１７は、ｐ型半導体層１６上のほぼ全面を覆うように形成しても良く、格子状や樹形状に形成しても良い。
【００４１】
（正極ボンディングパッド１８）
透明正極１７上に形成される電極としての正極ボンディングパッド１８は、例えば、従来公知のＡｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ等の材料から構成される。正極ボンディングパッド１８の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。
正極ボンディングパッド１８の厚さは、１００ｎｍ〜１，０００ｎｍの範囲内であり、好ましくは３００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内である。
【００４２】
（負極１９）
図１に示すように、負極１９は、基板１１上に成膜された中間層１２及び下地層１３の上にさらに成膜されたＩＩＩ族化合物半導体層２０（ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６）において、ｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ａに接するように形成される。このため、負極１９を形成する際は、ｐ型半導体層１６、発光層１５及びｎ型半導体層１４の一部を除去し、ｎ型コンタクト層１４ａの露出領域１４ｄを形成し、この上に負極１９を形成する。
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、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。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
実施例において使用したサファイア基板の裏面の表面粗さＲａ、反り量Ｈと、化合物半導体ウェーハから得られた発光波長の標準偏差σ（波長分布）の評価方法は以下の通りである。
【００４４】
（１）サファイア基板の裏面の表面粗さＲａ
サファイア基板の裏面の表面粗さＲａは、表面粗さ測定器（株式会社小坂研究所製：Ｓｕｒｆｃｏｒｄｅｒ  ＳＥ３０Ｄ）を用いて測定した。ただし、Ｒａが０．００１μｍ以下のものについては、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いた。
【００４５】
（２）サファイア基板の反り量Ｈ
サファイア基板の反り量Ｈは、レーザ光斜入射干渉計（株式会社ニデック社製：フラットネステスターＦＴ−１７）により測定したＳＯＲＩ値により評価した。ＳＯＲＩ値は、サファイア基板をフラットネステスターのバウチャックに吸着し、垂直より手前方向に８度傾斜した状態で測定した。測定はサファイア基板の外周１ｍｍを除いた（インサイド値１ｍｍ）範囲とした。
【００４６】
（３）化合物半導体ウェーハから得られた発光波長の標準偏差σ（波長分布）
発光波長の波長分布の測定は、本発明において限定されないが、好ましくはＰＬマッパー（ＡＣＣＥＮＴ社製：ＲＰＭ−Σ）を用いて測定することができる。
【００４７】
（実施例１〜実施例５、比較例１〜比較例３）
表１に示す裏面の表面粗さＲａ、反り量Ｈ、直径Ｄ、厚さｄを有するサファイア製の基板１１を使用した。但し、表１に記載の実施例及び比較例において、化合物半導体層が成膜された基板主面（おもて面）の表面粗さＲａ（μｍ）は、０．１５ｎｍ程度に統一した。
図１に示すように、この基板１１上に、スパッタ法によりＡｌＮからなる中間層１２を０．０５μｍ成膜し、その上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって、厚さ８μｍのアンドープＧａＮからなる下地層１３及び厚さ２μｍのＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層１４ａを成膜したウェーハを作成した。さらに、その上に、ＭＯＣＶＤによって厚さ２５０ｎｍのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｎ型クラッド層１４ｂを形成した後、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮからなる障壁層１５ａおよび厚さ２．５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる井戸層１５ｂを交互に５回積層し、最後に障壁層１５ａを設けた多重量子井戸構造の発光層１５を形成した。
【００４８】
さらに、発光層１５の上に、厚さ１０ｎｍのＭｇドープＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｐ型クラッド層１６ａ、厚さ１５０ｎｍのＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト層１６ｂを順に形成した。
尚、窒化ガリウム系化合物半導体層の積層は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。
次に、ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１６ｂ上に、厚さ２５０ｎｍのＩＺＯからなる透明正極１７を形成した後、ＳｉＯ２からなる保護膜を形成した。
その後、基板１１の裏面を予め定めた厚さになるまで研削し、続いて、研磨し、さらに、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で発光素子用のウェーハを製造した。
得られたウェーハについて、前述のＰＬマッパー（ＡＣＣＥＮＴ社製：ＲＰＭ−Σ）により波長分布を測定した。結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2011009563.tif 000003
【００５０】
表１に示す結果から、裏面の表面粗さＲａが、０．０００１μｍ〜３．０μｍの範囲であり、且つ、反り量Ｈが±３０μｍの範囲であるサファイア基板を使用し、化合物半導体層を成膜して調製した化合物半導体ウェーハ（実施例１〜実施例５）は、発光波長の標準偏差（波長分布）σが５ｎｍ以下の良好な数値を示すことが分かる。
【００５１】
表１に示す結果から、直径Ｄと厚さｄとが、前述した式（１）の関係を満たし、反り量Ｈが−３０μｍ≦Ｈ≦３０μｍの範囲である基板１１を使用し、且つ基板１１上に合計の厚さが約１０μｍの化合物半導体層を成膜して調製した化合物半導体ウェーハについて、実施例１〜実施例５に示すように、発光波長の波長分布σが４ｎｍ以下の良好な数値を示すことが分かる。
【００５２】
これに対し、比較例として、前述した式（１）の関係を満たしても、裏面の表面粗さＲａが０．０００１μｍ〜３．０μｍの範囲を満たさない場合は、波長分布σは悪くなる（比較例１，２）。
また、比較例として、反り量Ｈが−３０μｍ≦Ｈ＜３０μｍの範囲であっても、前述した式（１）の関係を満たさない場合は、波長分布σが測定できないほど大きく乱れることが分かる（比較例３）。
【符号の説明】
【００５３】
１…半導体発光素子、１１…基板、１２…中間層、１３…下地層、１４…ｎ型半導体層、１５…発光層、１６…ｐ型半導体層、１７…透明正極、１８…正極ボンディングパッド、１９…負極、２０…ＩＩＩ族化合物半導体層、３０…化合物半導体層
【図１】
2011009563.tif 000004