(57)【要約】【課題】広い範囲で制御された組成比を有し、結晶性が優れる化合物半導体の膜を用いた半導体素子を製造する方法を提供する。【解決手段】基板上にｎ型半導体およびｐ型半導体を含むように積層して構成された半導体素子の製造方法であって、異なるＩＩＩ族元素による少なくとも２つのターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）を、Ｖ族元素を含むガスによりスパッタリングして、基板１１０上にＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体の膜を形成する工程を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にｎ型半導体およびｐ型半導体を含むように積層して構成された半導体素子の製造方法であって、
異なるＩＩＩ族元素による少なくとも２つのターゲットを、Ｖ族元素を含むガスによりスパッタリングして、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体の膜を前記基板上に形成する工程を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記異なるＩＩＩ族元素による少なくとも２つのターゲットの間に、遮蔽板を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記化合物半導体は、前記ＩＩＩ族元素の少なくとも２つのターゲットのそれぞれに供給されるスパッタリング電力により当該化合物半導体の組成比が設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記基板は、前記少なくとも２つのターゲットのそれぞれに対向する位置に交互に設置されることにより、前記化合物半導体の膜が形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記ＩＩＩ族元素は、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とであって、前記Ｖ族元素は、窒素（Ｎ）であって、前記化合物半導体は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記化合物半導体中のインジウム（Ｉｎ）の組成比ｘが、前記インジウム（Ｉｎ）のターゲットに供給されるスパッタリング電力Ｐ１と前記ガリウム（Ｇａ）のターゲットに供給されるスパッタリング電力Ｐ２とから、
ｘ＝１．２１×Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）
により設定されることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記化合物半導体中のインジウム（Ｉｎ）の組成比ｘが０．７以上の範囲であって、基板温度が１５０℃以上且つ４００℃以下に設定されることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記化合物半導体中のインジウム（Ｉｎ）の組成比ｘが０．３以上且つ０．７未満の範囲であって、基板温度が４００℃を超え且つ８００℃以下に設定されることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記基板は、サファイア、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、石英または非晶質固体（ガラス）から形成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体素子が、半導体発光素子または半導体受光素子であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、なかでも、Ｖ族元素として窒素（Ｎ）を含有する窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）を用いた半導体素子は、青色発光の発光素子のみならず、高周波素子、大電流素子、受光素子、太陽電池などとしても研究が進められている。
とくに、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮの少なくとも二つを含む化合物半導体は、含まれるガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）などの濃度を変化させることにより、バンドギャップを広い範囲で制御できる。
【０００３】
このような化合物半導体の膜の成長は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、分子線結晶成長（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ハイドライド系気相成長（ＨＶＰＥ：Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法などの方法によって行われる。
しかし、ＭＯＣＶＤ法では、形成された膜の結晶性は、基板の格子定数と膜の格子定数との関係において決定されるため、格子定数のずれ（格子不整合）が小さいほど、結晶性に優れた膜となり、格子不整合が大きいほど、結晶性に劣る膜となる。よって、例えばガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）の濃度を任意に設定した窒化膜の形成ができにくかった。
さらに、ＭＯＣＶＤ法では、例えば１０００℃などの温度に基板を設定することが必要であるため、高温で析出しやすいＩｎの濃度を高くすることが困難であった。
【０００４】
これに対し、スパッタリング（スパッタ）法は、運動エネルギを持った粒子（原子、分子）などを基板に衝突させる方法であるため、必ずしも基板の温度を高く設定することを要しない。
特許文献１には、光学研磨したサファイアＣ面基板または光学研磨したガラスに金属を蒸着した導電性基板を用い、金属アルミニウム、金属ガリウム、金属インジウムの少なくとも一つをターゲットとし、該ターゲットと前記基板との間に直流バイアスを印加し、窒素ガスを含有した雰囲気中で高周波スパッタリング法により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）またはＩｎＮをバッファ層として前記基板上に堆積させ、次に前記バッファ層上に該バッファ層と同一組成であるＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）またはＩｎＮをエピタキシャル成長させる化合物半導体の成長方法が記載されている。
特許文献２には、ＧａやＧａ−Ｉｎなどの低融点材料のターゲットを用い、反応性スパッタを行うに際して、ターゲット表面の温度を融点以上に上昇させ、溶融させることにより、形成すべき化合物膜の成長レートを向上させるとともに、膜中に含まれる窒素の量を増加させ、膜質を改善した化合物膜の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１７３８２９号公報
【特許文献２】特開２００５−２７２８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、基板上に結晶性に優れた任意の組成比の化合物半導体の膜を形成することができることが好ましい。特に、Ｉｎを含む化合物半導体の膜においては、高いＩｎ濃度を有する化合物半導体の膜が形成できることが好ましい。
しかし、特許文献１では、ＩｎＮの膜の形成が示されているのみであり、特許文献２では、Ｇａをターゲットに用いたＧａＮの膜およびＧａ−７５％Ｉｎのターゲットを用いたＩｎＧａＮの膜の形成が示されているのみである。
バンドギャップを広い範囲で制御するためには、Ｉｎの組成比がより広い範囲の膜が形成できることが好ましい。
本発明は、広い範囲で制御された組成比を有し、結晶性が優れる化合物半導体の膜を用いた半導体素子を製造する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的のもと、本発明が適用される半導体素子の製造方法は、基板上にｎ型半導体およびｐ型半導体を含むように積層して構成された半導体素子の製造方法であって、異なるＩＩＩ族元素による少なくとも２つのターゲットを、Ｖ族元素を含むガスによりスパッタリングして、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体の膜を基板上に形成する工程を含むことを特徴としている。なお、半導体素子には、半導体発光素子や半導体受光素子等が挙げられる。
ここで、異なるＩＩＩ族元素による少なくとも２つのターゲットの間に、遮蔽板を備えることができる。
この化合物半導体は、ＩＩＩ族元素の少なくとも２つのターゲットのそれぞれに供給されるスパッタリング電力により化合物半導体の組成比が設定されることを特徴とすることができる。
そして、半導体素子の基板は、少なくとも２つのターゲットのそれぞれに対向する位置に交互に設置されることにより、化合物半導体の膜が形成されることを特徴とすることができる。
また、ＩＩＩ族元素は、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とであって、Ｖ族元素は、窒素（Ｎ）であって、化合物半導体は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）であることを特徴とすることができる。
そしてまた、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体中のインジウム（Ｉｎ）の組成比ｘは、インジウム（Ｉｎ）のターゲットに供給されるスパッタリング電力Ｐ１とガリウム（Ｇａ）のターゲットに供給されるスパッタリング電力Ｐ２とから、
ｘ＝１．２１×Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）
により設定されることを特徴とすることができる。
また、化合物半導体中のインジウム（Ｉｎ）の組成比ｘが０．７以上の範囲にあっては、基板温度は１５０℃以上且つ４００℃以下に設定することができる。
一方、化合物半導体中のインジウム（Ｉｎ）の組成比ｘが０．３以上且つ０．７未満の範囲では、基板温度は４００℃を超え且つ８００℃以下に設定することができる。
さらに、基板は、サファイア、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、石英または非晶質固体（ガラス）から形成されていることを特徴とすることができる。
半導体素子は、半導体発光素子または半導体受光素子であることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、広い範囲で制御された組成比を有し、結晶性が優れる化合物半導体の膜を用いて、半導体素子が製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態が適用される半導体素子の製造方法に用いられるスパッタリング（スパッタ）装置の一例の断面構成を示す図である。
【図２】図１に示すスパッタリング装置のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】スパッタリング装置における基板ホルダの表面図である。
【図４】スパッタリング装置を用いて製造される半導体素子の一例としての半導体発光素子の断面構造を示している。
【図５】基板上に下地層を形成する方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】実施例１〜７および比較例１、２における各種製造条件と評価結果との関係を示す図である。
【図７】実施例１、４、６、７および比較例１、２のＸ線回折におけるピークを示す図である。
【図８】実施例１〜７におけるＩｎの組成比ｘとスパッタリング電力比Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される半導体素子の製造方法に用いられるスパッタリング（スパッタ）装置１の一例の断面構成を示す図である。また、図２は、図１に示すスパッタリング装置１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
このスパッタリング装置１は、基板１１０と、基板１１０上に成膜される膜の原料となるターゲット（第１ターゲット２１、第２ターゲット２２）とが対向して配置された平行平板型の構成を有している。なお、本実施の形態では、ターゲットを２個設けたマルチターゲットとしたが、さらに多数のターゲットを備えていてもよい。また、スパッタリング装置１は、平行平板型に限らず、多角形筒型の基板ホルダを用い、垂直な回転軸の周りを回転しながら膜形成を行うカルーセル型であってもよい。
【００１１】
スパッタリング装置１は、内部が減圧状態に維持されてプラズマ放電が形成されるチャンバ１０と、チャンバ１０内に設置され、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２を保持する第１カソード５１および第２カソード５２と、基板１１０を保持し基板１１０が第１ターゲット２１または第２ターゲット２２に対向するように基板１１０を回転させる基板ホルダ６０とを備えている。
これらのうち、チャンバ１０は、円筒状の形状を有し上方に向かう開口が形成されるとともにその内部に第１ターゲット２１、第２ターゲット２２を収容する収容部１１と、円板状の形状を有しこの収容部１１の上部に取り付けられ、基板ホルダ６０を保持する蓋部１２とを備えている。
【００１２】
ここで、収容部１１および蓋部１２は、ステンレス等の金属にて構成されている。また、蓋部１２は、収容部１１に対して開閉自在に取り付けられており、収容部１１に対して閉じられた場合には、収容部１１とともにチャンバ１０を形成する。なお収容部１１と蓋部１２とが対向する部位には、図示しないＯリング等のシール材が取り付けられている。
なお、収容部１１および蓋部１２は接地されて、電位の基準となっている。
【００１３】
また、蓋部１２の中央部には、基板ホルダ６０の回転軸６４を貫通させるための貫通孔が形成されている。そして、この貫通孔と基板ホルダ６０の回転軸６４との間には、基板ホルダ６０を、外気の流入なく回転自在に保持するためのＯリング等による軸シール６３が設けられている。基板ホルダ６０は回転軸６４を中心に矢印Ａで示す方向に回転するようになっている。
さらに、蓋部１２の中央部から偏倚した位置には、外部に設けられたガス供給部７０からチャンバ１０内部にガスを供給するための貫通孔が形成されている。
【００１４】
一方、収容部１１の底面には、チャンバ１０を排気するため、排気管１４が貫通形成されている。また、排気管１４には、排気速度を調節するため排気速度調整弁８１が設けられている。
そして、収容部１１の底面には、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２を取り付けるための貫通孔が設けられている。第１ターゲット２１および第２ターゲット２２は、それぞれが第１カソード５１および第２カソード５２にそれぞれ設けられたターゲットホルダに固定されている。また、ターゲットホルダと収容部１１とは、電気的に絶縁されるとともに、減圧状態が維持できるようＯリング等によるシール材を介して固定されている。
また、収容部１１から延伸して第１ターゲット２１および第２ターゲット２２の周辺部を覆うシールド部材１５が設けられている。シールド部材１５は、収容部１１の電位に保持され、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の周辺部にプラズマ放電が生じ、ターゲット以外（収容部１１やターゲットホルダ）の構成材が膜に混入するのを抑制している。なお、シールド部材１５は、収容部１１と一体となっている必要はなく、別の部材から構成されていてもよい。
さらに、収容部１１の側面には、外部から反応室内部を観察するための貫通孔（図示せず）も形成されている。
【００１５】
基板ホルダ６０は、膜を形成する面が図１において下側になるように基板１１０を搭載できるようになっている。
【００１６】
第１カソード５１および第２カソード５２は、高周波（ＲＦ）スパッタリングの場合には、高周波電力がターゲットに効率よく供給されるように、ターゲットホルダに接続されたコイルおよび可変コンデンサ等からなるインピーダンスマッチング回路を備えている。そして、インピーダンスマッチング回路に電力が供給されるようになっている。一方、直流（ＤＣ）スパッタリングの場合には、第１カソード５１および第２カソード５２のターゲットホルダに直接電力が供給されるようになっている。
また、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の近傍に磁界を発生させることにより電子をマグネトロン運動させて高密度なプラズマ放電を形成するマグネトロン方式の場合には、第１カソード５１または／および第２カソード５２に永久磁石（マグネット）のモジュールが設けられていてもよい。
【００１７】
そして、スパッタリング装置１は、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２のそれぞれに電力を供給する第１電源９１および第２電源９２を備えている。また、スパッタリング装置１は、基板ホルダ６０に電力を供給する第３電源９３を備えている。第３電源９３は、基板１１０表面にイオン衝撃を与える逆スパッタリング（逆スパッタ）を可能にする。
前述したように、高周波スパッタリングの場合には、これらの電源（第１電源９１、第２電源９２、第３電源９３）に高周波電源を用いることになる。一方、直流スパッタリングの場合には、これらの電源（第１電源９１、第２電源９２、第３電源９３）に直流電源を用いることになる。なお、第１電源９１を高周波電源とし、第２電源９２を直流電源とするように、高周波電源と直流電源とを混在して用いてもよい。これらは形成する膜に応じて選択すればよい。
前述したように、スパッタリング装置１の収容部１１および蓋部１２は接地されている。よって、収容部１１および蓋部１２と各電源（第１電源９１、第２電源９２、第３電源９３）との間に、高周波または直流の電圧が印加される。
【００１８】
また、スパッタリング装置１は、基板ホルダ６０を回転軸６４の周りで回転させるための基板ホルダ回転部６２を備えている。基板ホルダ回転部６２はモータ等で構成されており、回転速度を調整することができるようになっている。
さらに、スパッタリング装置１は、基板１１０の温度を制御する基板加熱／冷却部６１を備えている。基板加熱／冷却部６１は、中空状の基板ホルダ６０の内部に、水等の冷媒を循環させて基板１１０を冷却するようになっている。また、基板加熱／冷却部６１は、基板ホルダ６０と蓋部１２との間に設けられたハロゲンランプ等のヒータ６５により、基板ホルダ６０を加熱し、基板ホルダ６０を介して基板１１０を加熱するようになっている。
【００１９】
そして、スパッタリング装置１は、供給管１３からガスをチャンバ１０に供給するガス供給部７０を備えている。本実施の形態では、ガス供給部７０は、Ａｒ源７１から供給されるアルゴンと、Ｎ２源７２から供給されるＶ族元素の一例としての窒素との混合ガスを供給するようになっている。なお、アルゴンは不活性ガスであるため、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の材料とは化合物を生成しないが、窒素はターゲット（第１ターゲット２１および／または第２ターゲット２２）の材料と反応して窒化物を生成する。なお、窒化物はプラズマ内で生成し、窒化物が粒子として基板１１０の表面に飛来し、付着すると考えられる。
窒化物等の化合物を生成させるスパッタリングは反応性スパッタリング（リアクティブスパッタリング）と呼ばれる。
【００２０】
さらにまた、スパッタリング装置１は、第１ターゲット２１の表面を覆う位置（後述する図２のＢ）と覆わない位置（後述する図２のＣ）とに移動できるように設けられた第１シャッタ４１を備えている。同様に、第２ターゲット２２に対して第２シャッタ４２を備えている。
そして、スパッタリング装置１は、第１シャッタ駆動部４３および第２シャッタ駆動部４４を備えている。第１シャッタ駆動部４３および第２シャッタ駆動部４４は、それぞれ第１シャッタ４１および第２シャッタ４２を第１ターゲット２１および第２ターゲット２２の表面を覆う位置（Ｂ）から覆わない位置（Ｃ）へ、また覆わない位置（Ｃ）から覆う位置（Ｂ）へと移動させる。
また、スパッタリング装置１は、第１ターゲット２１と第２ターゲット２２との間に、遮蔽板４５を備えている。遮蔽板４５は、第１ターゲット２１に対向する位置にある基板１１０に第２ターゲット２２からスパッタされた（飛び出した）粒子（原子、分子）が付着するのを抑制するようになっている。同様に、第２ターゲット２２に対向する位置にある基板１１０に第１ターゲット２１からスパッタされた（飛び出した）粒子（原子、分子）が付着するのを抑制するようになっている。
【００２１】
スパッタリング装置１は、第１ターゲット加熱／冷却部５３および第２ターゲット加熱／冷却部５４を備え、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２の温度を、第１カソード５１および第２カソード５２内の水等の冷媒循環またはヒータ加熱により、個別に設定することができるようになっている。
そして、スパッタリング装置１は、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、オイル拡散ポンプなどの真空ポンプを有する排気部８０を備え、排気管１４を介してチャンバ１０の排気を行うことができるようになっている。
【００２２】
そして、スパッタリング装置１は、上述した第１シャッタ駆動部４３、第２シャッタ駆動部４４、第１ターゲット加熱／冷却部５３、第２ターゲット加熱／冷却部５４、基板加熱／冷却部６１、基板ホルダ回転部６２、ガス供給部７０、排気部８０、第１電源９１、第２電源９２および第３電源９３の動作を制御する制御部９５を備えている。
【００２３】
本実施の形態では、排気速度調整弁８１による排気部８０の排気速度の制御とガス供給部７０のガス供給量の制御とにより、チャンバ１０内が予め定められたガス圧に設定されるようになっている。
【００２４】
図２は、図１に示すスパッタリング装置１のＩＩ−ＩＩ断面図であって、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）を取り付けた状態における収容部１１の底面を見た図である。そして、シャッタ（第１シャッタ４１および第２シャッタ４２）が、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の表面を覆わない位置Ｃ（シャッタ開の状態）に移動した状態を示している。シャッタ（第１シャッタ４１および第２シャッタ４２）はターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の表面を覆う位置Ｂ（シャッタ閉の状態）から覆わない位置Ｃ（シャッタ開の状態）へ、また覆わない位置Ｃ（シャッタ開の状態）から覆う位置Ｂ（シャッタ閉の状態）へと軸Ｄを中心に矢印Ｅ方向に移動することができるようになっている。
なお、シャッタ（第１シャッタ４１および第２シャッタ４２）は、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）部分に発生したプラズマ放電が安定するまで、基板１１０に膜が形成されないようにターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）と基板１１０とを隔てる役割を有している。
ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の周囲は、収容部１１の底面に接続され、収容部１１の底面から設けられたシールド部材１５に覆われている。
【００２５】
図３は、図１に示すスパッタリング装置１においてターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）から見上げた基板ホルダ６０の表面図である。本実施の形態では、基板ホルダ６０は、円板状の形状を有し、その外周に近い位置に８枚の基板１１０を保持できるようになっている。しかし、保持する基板１１０の枚数や位置は適宜変更してよい。そして、基板ホルダ６０は、回転軸６４を中心にして、回転するようになっている。
基板１１０上に均一な膜を形成するためには、基板１１０の中心が、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の中心を通過するように、基板１１０とターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）との位置関係を設定することが好ましい。また、基板１１０上に均一な膜を形成するためには、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の直径が、基板１１０の直径より大きいことが好ましい。
なお、本実施の形態では、基板ホルダ６０は、矢印Ａの方向に回転する。さらに、基板１１０が自転する機構を設けて、基板１１０が遊星回転するようにしてもよい。
【００２６】
図４は、上述したスパッタリング装置１を用いて製造される半導体素子の一例としての半導体発光素子ＬＣの断面構造を示している。この半導体発光素子ＬＣは化合物半導体を用いている。
なお、半導体発光素子ＬＣを構成する化合物半導体としては、特に限定されるものではなく、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。そして、以下では、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体を有する半導体発光素子ＬＣを例として説明する。なお、例として図４に示す半導体発光素子ＬＣは、青色光を出力する半導体発光素子ＬＣである。
【００２７】
この半導体発光素子ＬＣは、基板１１０と、基板１１０上に形成された下地層１３０と、下地層１３０上に形成されたｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に形成された発光層１５０と、発光層１５０上に形成されたｐ型半導体層１６０とを備えている。
ここで、ｎ型半導体層１４０は、下地層１３０側に設けられるｎ型コンタクト層１４０ａと発光層１５０側に設けられるｎ型クラッド層１４０ｂとを有している。また、発光層１５０は、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとが交互に積層され、２つの障壁層１５０ａによって１つの井戸層１５０ｂを挟み込んだ構造を有している。さらに、ｐ型半導体層１６０は、発光層１５０側に設けられるｐ型クラッド層１６０ａと最上層に設けられるｐ型コンタクト層１６０ｂとを有する。なお、以下の説明においては、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と称する。
【００２８】
半導体発光素子ＬＣにおいては、ｐ型半導体層１６０のｐ型コンタクト層１６０ｂ上に透明正極１７０が積層され、さらにその上に正極ボンディングパッド１８０が形成されている。さらに、ｎ型半導体層１４０のｎ型コンタクト層１４０ａに形成された露出領域１４０ｃに負極ボンディングパッド１９０が積層されている。
【００２９】
（基板１１０）
基板１１０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１１０上にＩＩＩ族窒化物化合物半導体結晶がエピタキシャル成長される。基板１１０を構成する材料としては、例えば、サファイア、炭化珪素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、シリコン、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、溶融石英（石英）などのガラス等が挙げられる。これらの中でも、サファイア、炭化珪素が好ましい。
【００３０】
（下地層１３０）
下地層１３０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、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）（ＩｎＧａＮ系化合物半導体）を好適に用いることができる。下地層１３０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。
【００３１】
（ｎ型半導体層１４０）
ｎ型半導体層１４０は、ｎ型コンタクト層１４０ａおよびｎ型クラッド層１４０ｂから構成される。
ここで、ｎ型コンタクト層１４０ａとしては、下地層１３０と同様にＩｎＧａＮ系化合物半導体が用いられる。また、下地層１３０およびｎ型コンタクト層１４０ａを構成するＩｎＧａＮ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。
【００３２】
一方、ｎ型クラッド層１４０ｂは、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ等によって形成することが可能である。また、これらの構造をヘテロ接合したものや複数回積層した超格子構造を採用してもよい。ｎ型クラッド層１４０ｂとしてＩｎＧａＮ系化合物半導体を採用した場合には、そのバンドギャップを、発光層１５０のＩｎＧａＮ系化合物半導体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１４０ｂ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。
【００３３】
（発光層１５０）
発光層１５０は、ＧａＮ系化合物半導体からなる障壁層１５０ａと、ＩｎＧａＮ系化合物半導体からなる井戸層１５０ｂとが交互に繰り返して積層され、且つ、ｎ型半導体層１４０側及びｐ型半導体層１６０側にそれぞれ障壁層１５０ａが配される順で積層して形成される。本実施の形態において、発光層１５０は、６層の障壁層１５０ａと５層の井戸層１５０ｂとが交互に繰り返して積層され、発光層１５０の最上層及び最下層に障壁層１５０ａが配され、各障壁層１５０ａ間に井戸層１５０ｂが配される構成となっている。
【００３４】
井戸層１５０ｂには、ＩｎＧａＮ系化合物半導体として、例えば、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）等を用いることができる。
また、障壁層１５０ａとしては、井戸層１５０ｂよりもバンドギャップエネルギーが大きいＡｌｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ≦０．３）等のＧａＮ系化合物半導体を好適に用いることができる。
井戸層１５０ｂの膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚であることが好ましい。
【００３５】
（ｐ型半導体層１６０）
ｐ型半導体層１６０は、ｐ型クラッド層１６０ａおよびｐ型コンタクト層１６０ｂから構成される。ｐ型クラッド層１６０ａとしては、好ましくは、ＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４）のものが挙げられる。ｐ型クラッド層１６０ａ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。
一方、ｐ型コンタクト層１６０ｂとしては、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５）を含んでなるＧａＮ系化合物半導体層が挙げられる。ｐ型コンタクト層１６０ｂ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。
【００３６】
（透明正極１７０）
透明正極１７０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１７０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１７０は、ｐ型半導体層１６０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。
【００３７】
（正極ボンディングパッド１８０）
透明正極１７０上に形成される電極としての正極ボンディングパッド１８０は、例えば、従来公知のＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ等の材料から構成される。正極ボンディングパッド１８０の構造は特に限定されず、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１８０の厚さは、例えば１００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であり、好ましくは３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内である。
【００３８】
（負極ボンディングパッド１９０）
負極ボンディングパッド１９０は、基板１１０上に成膜された下地層１３０の上にさらに成膜された積層半導体層１００（ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０）において、ｎ型半導体層１４０のｎ型コンタクト層１４０ａに接するように形成される。このため、負極ボンディングパッド１９０を形成する際は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を除去し、ｎ型コンタクト層１４０ａの露出領域１４０ｃを形成し、この上に負極ボンディングパッド１９０を形成する。
負極ボンディングパッド１９０の材料としては、正極ボンディングパッド１８０と同じ組成・構造でもよく、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。
【００３９】
（半導体発光素子ＬＣの製造方法）
まず、予め定められた直径と厚さとを有するサファイア製の基板１１０を、図１に示すスパッタリング装置１にセットする。そして、スパッタリング装置１にて、基板１１０上に、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる下地層１３０を形成する。
続いて、下地層１３０が形成された基板１１０上に、図示しないＭＯＣＶＤ装置により、ｎ型コンタクト層１４０ａを形成し、ｎ型コンタクト層１４０ａの上にｎ型クラッド層１４０ｂを形成する。さらに、ｎ型クラッド層１４０ｂの上に発光層１５０すなわち障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとを交互に形成し、発光層１５０の上にｐ型クラッド層１６０ａを形成し、ｐ型クラッド層１６０ａの上にｐ型コンタクト層１６０ｂを形成する。
さらに、ｐ型コンタクト層１６０ｂ上に透明正極１７０を積層し、その上に正極ボンディングパッド１８０を形成する。また、エッチング等を用いてｎ型コンタクト層１４０ａに露出領域１４０ｃを形成し、この露出領域１４０ｃに負極ボンディングパッド１９０を設ける。
その後、基板１１０の下地層１３０の形成面とは反対の面を、予め定められた厚さになるまで研削及び研磨する。
そして、基板１１０の厚さが調整されたウェハを、例えば３５０μｍ角の正方形に切断することにより、半導体発光素子ＬＣを得る。
なお、サファイア製の基板１１０を用いた半導体発光素子ＬＣにおいては、サファイア製の基板１１０と下地層１３０との間に、格子定数の違いを緩和するためにＡｌＮやＡｌＧａＮの中間層が設けられることがある。しかし、本実施の形態では、結晶性に優れた下地層１３０が基板１１０上に直接形成できることから、中間層を設けていない。
【００４０】
では、上述した半導体発光素子ＬＣの製造方法におけるスパッタリング装置１の動作について説明する。
（スパッタリング装置１の動作）
図５は、基板１１０上に下地層１３０を形成する方法を説明するためのフローチャートである。以下では、図１を参照しつつ、図５に示す基板１１０上に下地層１３０を形成するためのフローチャートを説明する。
まず、第１ターゲット２１として板状のＩＩＩ族元素の一例としての金属インジウム（Ｉｎ）が第１カソード５１のターゲットホルダに取り付けられ、第２ターゲット２２として板状のＩＩＩ族元素の一例としての金属ガリウム（Ｇａ）が第２カソード５２のターゲットホルダに取り付けられる。金属ガリウム（Ｇａ）は、融点が２９．８℃であるので、スパッタリング中の温度上昇により溶融しやすい。そこで、溶融による流出を抑制するため、銅（Ｃｕ）などで造られたシャーレ状の容器に入れて第２カソード５２のターゲットホルダに設置するのが好ましい。
【００４１】
そして、予め定められた直径と厚さとを有するサファイア製の８枚の基板１１０を、スパッタリング装置１の蓋部１２を開けて、基板ホルダ６０上に設置する（ステップ２０１）。このとき、下地層１３０を形成する面が基板ホルダ６０の外側を向くように設置する。なお、サファイア製の基板１１０としては、例えば、表面がサファイア結晶のＣ面に対して０．３５°のオフセット角を設けたものを使用しうる。
その後、蓋部１２を閉じて、収容部１１と蓋部１２とを密着させる。
そして、排気部８０により、スパッタリング装置１のチャンバ１０が予め定められた真空度になるまで排気される。
【００４２】
基板ホルダ回転部６２により基板ホルダ６０の回転が開始される。すると、基板ホルダ６０が図１に示す矢印Ａ方向に回転する。回転速度は、例えば５ｒｐｍ以上である。
第１ターゲット加熱／冷却部５３および第２ターゲット加熱／冷却部５４により、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２がそれぞれ予め定められた温度に設定される（ステップ２０２）。第１ターゲット２１と第２ターゲット２２とは異なる温度に設定されてもよい。ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の温度としては、例えば、２０℃、４０℃等が用いうる。金属ガリウム（Ｇａ）の第２ターゲット２２は、２０℃とすれば、固体状態が保たれるが、４０℃とすれば、液体状態になっている。
さらに、基板加熱／冷却部６１により、基板１１０の温度が予め定められた温度に設定される（ステップ２０３）。基板１１０の温度としては、例えば、１５０℃以上且つ８００℃以下、好ましくは１８０℃以上且つ７００℃以下、さらに好ましくは２００℃以上且つ６００℃以下が用いうる。
【００４３】
基板温度が、８００℃を超えると、スパッタにより成膜されたＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる化合物半導体からＩｎが多く昇華したり、成膜中にＩｎが析出しやすくなり、所定のＩｎ組成比ｘ（図８では、ＧａとＩｎの総原子数に対するＩｎ原子数の割合を指し、０〜１の範囲となる。）を有する化合物半導体が形成できなくなる。また、基板温度が、１５０℃未満の温度では、結晶性の良好な膜は得られなくなってしまう。
また、本実施形態では、Ｉｎ組成比ｘが０．７以上を含むＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる化合物半導体では、基板１１０の温度は、１５０℃以上且つ４００℃以下、好ましくは１８０℃以上且つ３５０℃以下、さらに好ましくは２００℃以上且つ３００℃以下の範囲を用いうる。
基板温度が、４００℃を超えると、スパッタにより成膜されたＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる化合物半導体からＩｎが昇華したり、成膜中にＩｎが析出しやすくなり、所定のＩｎ組成比ｘを有する化合物半導体が形成できなくなる。また、基板温度が、１５０℃未満の温度では、結晶性の良好な膜は得られなくなってしまう。
さらにまた、本実施形態では、Ｉｎ組成比ｘが０．７未満のＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる化合物半導体では、基板１１０の温度は、１５０℃以上且つ８００℃以下、好ましくは１８０℃以上且つ７００℃以下、さらに好ましくは２００℃以上且つ６００℃以下の範囲を用いうる。
基板温度が、８００℃を超えると、スパッタにより成膜されたＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる化合物半導体からＩｎが多く昇華したり、成膜中にＩｎが析出しやすくなり、所定のＩｎ組成比ｘを有する化合物半導体が形成できなくなる。また、基板温度が、１５０℃未満の温度では、結晶性の良好な膜は得られなくなってしまう。
さらに、半導体受光素子の場合には、Ｉｎ組成比ｘが０．３以上且つ０．７未満が好ましく、基板１１０の温度も４００℃を超え且つ８００℃以下が好ましい。
【００４４】
なお、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）および基板１１０の温度は、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の近傍および基板ホルダ６０に取り付けられた熱電対などの温度計測手段によって計測され、それぞれの温度が第１ターゲット加熱／冷却部５３、第２ターゲット加熱／冷却部５４、基板加熱／冷却部６１によって、予め定められた温度範囲に制御される。
【００４５】
ガス供給部７０により、予め定められた流量の窒素がチャンバ１０に供給される。そして、排気速度調整弁８１により排気速度を調整して、チャンバ１０内が予め定められたガス圧に調整される。
次に、基板１１０表面の吸着ガスや汚れ等を除去するため、第３電源９３により基板ホルダ６０に高周波電力が供給され、予め定められた時間、基板ホルダ６０上の基板１１０の表面がスパッタリング（逆スパッタリング）される（ステップ２０４）。
なお、逆スパッタリングにおいては、基板１１０表面が荒れるのを抑制するため、質量の大きなアルゴンを混合せず、窒素のみで行うのが好ましい。
【００４６】
ついで、ガス供給部７０により、予め定められた流量のアルゴンと窒素とがチャンバ１０に供給される。そして、排気速度調整弁８１により排気速度を調整して、チャンバ１０内が予め定められたガス圧に調整される。例えば、アルゴンの流量を２ｓｃｃｍ、窒素の流量を５０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍとすることができる。窒素の流量は上記の逆スパッタリングの時と同じでなくともよい。なお、窒素は、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体を形成するための反応ガスなので、０％とすることはできないが、１００％としてもよい。
そして、第１シャッタ４１および第２シャッタ４２を共にシャッタ閉の状態で、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２のそれぞれに第１電源９１および第２電源９２から予め定められた高周波電力または直流電力を供給して、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２の表面近傍にプラズマ放電を発生させる。
プラズマ放電が安定したところで、第１シャッタ４１および第２シャッタ４２をシャッタ開の位置に移動させて、基板１１０表面に下地層１３０を形成する（ステップ２０５）。
【００４７】
本実施の形態では、回転する基板ホルダ６０上の基板１１０は、第１ターゲット２１と第２ターゲット２２とに対向する位置を交互に通過する。したがって、第１ターゲット２１から飛来した粒子と第２ターゲット２２から飛来した粒子とが交互に積層されていき、これらの粒子が混合した膜が形成される。そして、第１ターゲット２１から飛来する粒子と第２ターゲット２２から飛来する粒子との割合はそれぞれのターゲットに供給される電力により調整することができるようになっている。すなわち、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体の膜の組成比が、第１ターゲット２１に供給される第１スパッタリング電力Ｐ１（後述する図６参照）と第２ターゲット２２に供給される第２スパッタリング電力Ｐ２（後述する図６参照）とによって決められる。
【００４８】
そして、予め定められた膜厚の下地層１３０が形成されたら、第１シャッタ４１および第２シャッタ４２をそれぞれシャッタ閉の位置に移動させて、膜の形成を終了する。下地層１３０の膜厚は、予め行なった膜形成における膜厚と形成時間との関係から、膜形成時間（シャッタ開からシャッタ閉までの時間）により制御すればよい。
この後、プラズマ放電を停止するとともに、チャンバ１０からガスを排気する。次に、基板１１０の温度およびターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の温度が、チャンバ１０内を大気圧に戻してよい状態になるまで待つ。そして、ガス供給部７０により窒素をチャンバ１０内に供給する等により大気圧に戻し、蓋部１２を開けて、下地層１３０が形成された基板１１０を取り出す。
以上のようにして、スパッタリング装置１により、基板１１０上にＩＩＩ族窒化物である下地層１３０が形成される。
そして、前述した半導体発光素子ＬＣの製造方法を経て、図４に示す半導体発光素子ＬＣが製造される。
【００４９】
なお、上述した半導体発光素子ＬＣの製造方法では、スパッタリング装置１を用いて基板１１０上に下地層１３０の形成を行っている。これに引き続く、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０、ｐ型半導体層１６０についても、スパッタリング装置１を用いて、上述したと同様の手順により形成することができる。
一方、本発明では、前述したスパッタリング装置１を用いて製造される半導体素子の他の一例として、半導体受光素子（太陽電池（図示しない））を挙げることができる。そして、半導体受光素子では、一例として化合物半導体を用いることができる。
なお、半導体受光素子を構成する化合物半導体としては、特に限定されるものではなく、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。そして、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体を有する半導体受光素子の例としては、特開２００８−２３５８７８号公報に記載された断面構造や平面図（例えば図１〜図４）を採用することができる。
また、半導体受光素子の製造方法でも、予め定められた直径と厚さとを有する基板１１０（例えば、サファイア）を、図１に示すスパッタリング装置１にセットする。そして、スパッタリング装置１にて、基板１１０上に、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる膜を形成する。このようなＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる膜としては、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）であることを特徴とすることができる。
このように、半導体受光素子の製造方法においても、前述の半導体発光素子ＬＣの製造方法で述べた方法を好ましく採用することができる。
【実施例】
【００５０】
では次に、本発明の実施例について説明を行うが、本発明は実施例に限定されない。
本発明者は、図１に示すスパッタリング装置１を用いて、図５に示すフローチャートによって、サファイア製の基板１１０上にＩＩＩ族窒化物化合物半導体の膜（下地層１３０）の形成を行った。そして、膜の結晶性および膜の組成について検討を行った。なお、膜の結晶性は、ＣｕのＫα線（ＣｕＫα）（波長０．１５４１８ｎｍ）を用いたＸ線回折（ＸＤ：Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で評価し、Ｉｎを含む膜の組成比は、湿式分析又はＸ線回折で行なった。
【００５１】
（実施例１〜７、比較例１、２）
図６は、実施例１〜７および比較例１、２における各種製造条件と評価結果との関係を示す図である。なお、図６では金属インジウム（Ｉｎ）の第１ターゲット２１（Ｉｎターゲット）に供給される第１スパッタリング電力Ｐ１（図６ではＰ１（Ｉｎ））が高いものから低いものへの順に、そして金属ガリウム（Ｇａ）の第２ターゲット２２（Ｇａターゲット）に供給される第２スパッタリング電力Ｐ２（図６ではＰ２（Ｇａ））が低いものから高いものへの順に並べたので、比較例１と比較例２との間に、実施例１〜７が示されている。
なお、サファイア製の基板１１０は直径２インチ（約５０ｍｍ）のものを、ＩｎターゲットおよびＧａターゲットはそれぞれ直径４インチ（約１００ｍｍ）のものを用いた。
【００５２】
ここで、図６には、製造条件として、Ｉｎターゲットに供給される第１スパッタリング電力Ｐ１、Ｇａターゲットに供給される第２スパッタリング電力Ｐ２、基板１１０の温度（基板温度）、Ｇａターゲット温度、膜形成時間を記載している。また、評価結果として、Ｘ線回折におけるピークの角度（２θ）を示している。
【００５３】
実施例１〜７では、Ｉｎターゲット（第１ターゲット２１）に供給される第１スパッタリング電力Ｐ１とＧａターゲット（第２ターゲット２２）に供給される第２スパッタリング電力Ｐ２との比率を異ならせて膜の形成を行っている。基板ホルダ６０の回転速度は５ｒｐｍとしている。
比較例１は、Ｉｎターゲットのみを用いて成膜している。ここでは、基板ホルダ６０の回転を停止し、基板１１０をＩｎターゲットに対向させて膜の形成を行っている。また、比較例２は、Ｇａターゲットのみを用いて成膜している。この場合も、基板ホルダ６０の回転を停止し、基板１１０をＧａターゲットに対向させて膜の形成を行っている。
【００５４】
基板温度は、比較例１および実施例１については、３００℃に、実施例２では２００℃に、実施例３〜７および比較例２については、６００℃に設定されている。比較例１および実施例１、２において基板温度を低く抑えているのは、Ｉｎの濃度が高く、例えば基板温度が６００℃のように高いと、Ｉｎが析出しやすいためである。しかし、基板温度を室温まで低くすると結晶性の良好な膜は得られない。
Ｇａターゲットの温度は、実施例７の４０℃を除いて、２０℃に設定されている。Ｇａターゲットは、温度が２０℃のときは固体状態を保っているが、４０℃のときは液体状態になっている。なお、Ｇａターゲットが固体状態であっても、液体状態であっても、結果に差はなかった。
実施例１〜７の膜形成時間は１０分または２０分とした。成膜された膜厚は、膜形成時間が１０分で約１０ｎｍ、膜形成時間が２０分で約２０ｎｍである。一方、比較例１、２では基板ホルダ６０を回転させていないので、膜形成時間は５分とした。
【００５５】
２θは、比較例１、実施例１〜７、比較例２の順に、３１．２°から３４．５°へと大きくなる方向に変化している。
比較例１では、Ｉｎターゲットのみで膜が形成されているので、ＩｎＮの膜が形成されている。比較例１での２θは３１．２°である。この値から、面間隔は０．２９ｎｍと算出される。
ＩｎＮは六方晶系のウルツァイト構造（ａ＝０．５４８ｎｍ、ｃ＝０．５７６ｎｍ）を有している。六方晶系では、ｃ軸の中間にも格子面を有している。そして、前述の面間隔０．２９ｎｍは、ＩｎＮのｃ軸方向の格子間隔（ｃ）の１／２である０．２８８ｎｍにほぼ一致する。すなわち、比較例１のＩｎＮの膜は、ＩｎＮ結晶のｃ軸方向に配向した膜であることになる。
同様に、比較例２では、Ｇａターゲットのみで膜が形成されているので、ＧａＮの膜が形成されている。比較例２での２θは３４．５°である。この値から、面間隔は０．２６ｎｍと算出される。そして、この０．２６ｎｍは、ＩｎＮと同様のウルツァイト構造を有するＧａＮ結晶（ａ＝０．３１８６ｎｍ、ｃ＝０．５１７６ｎｍ）のｃ軸方向の格子間隔（ｃ）の１／２である０．２５８８ｎｍに一致する。すなわち、比較例２のＧａＮの膜は、ＧａＮ結晶のｃ軸方向に配向した膜であることになる。
【００５６】
これに対し、図６に示すように、実施例１〜７では、ＩｎターゲットとＧａターゲットとを用いて膜が形成されている。そして、実施例１〜７のそれぞれの膜のＸ線回折におけるピークは、比較例１のＩｎＮの膜のピークと比較例２のＧａＮの膜のピークとの間にある。よって、実施例１〜７のそれぞれの膜は、Ｉｎの組成比ｘがそれぞれ異なるＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）の膜である。すなわち、ＩｎＮとＧａＮとによる膜が形成されていることになる。そして、これらの膜もそれぞれの結晶のｃ軸方向に配向している。
このことは、Ｉｎターゲットに供給される第１スパッタリング電力Ｐ１とＧａターゲット供給される第２スパッタリング電力Ｐ２との比を異ならせて成膜すれば、ｃ軸方向に配向した異なる組成比のＩＩＩ族窒化物化合物半導体の膜が形成できることを示している。
すなわち、ここでは第１ターゲット２１（Ｉｎターゲット）と第２ターゲット２２（Ｇａターゲット）とのマルチターゲットにより、基板１１０上に第１ターゲット２１からの粒子（ＩｎＮ）と第２ターゲット２２からの粒子（ＧａＮ）とを交互に堆積しているが、形成された膜は化合物（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）となっている。
また、金属材料（第１ターゲット２１のＩｎと第２ターゲット２２のＧａ）をターゲット材とし、窒素を（スパッタ）ガスとして膜形成することにより、これらの金属材料の窒化物が形成されることを示している。
【００５７】
なお、ここでは、基板ホルダ６０を回転させて、第１ターゲット２１（Ｉｎターゲット）と第２ターゲット２２（Ｇａターゲット）とからの粒子を基板１１０上に交互に堆積した。しかし、第１ターゲット２１（Ｉｎターゲット）と第２ターゲット２２（Ｇａターゲット）とを基板１１０に近接して配置し、２つのターゲット（ＩｎターゲットおよびＧａターゲット）からの粒子を同時に基板１１０上に堆積（コスパッタリング）してもよい。
【００５８】
図７は、実施例１、４、６、７および比較例１、２のＸ線回折におけるピークを示す図である。いずれのＸ線回折ピークも、半値幅は約０．３°ときわめて狭い。このことは、実施例１、４、６、７および比較例１、２のそれぞれの膜が、単結晶に近い膜であることを示している。図７に示していないが、実施例２、３、５についても同様であった。
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察によれば、比較例１および実施例１〜実施例７では、柱状結晶を含んだ結晶膜が形成されていた。
【００５９】
図８は、実施例１〜７におけるＩｎの組成比ｘと、スパッタリング電力比Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）（図８では、Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））である。以下でも、このように表記する。）との関係を示す図である。図８は、横軸がスパッタリング電力比Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））、縦軸がＩｎの組成比ｘである。
スパッタリング電力比Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））は、Ｉｎターゲットに供給される第１スパッタリング電力Ｐ１およびＧａターゲットに供給される第２スパッタリング電力Ｐ２から求めている。
ＩｎｘＧａ１−ｘＮにおけるＩｎの組成比ｘは、実施例１〜７における２θから求めている。
実施例１〜７のＩｎの組成比ｘとスパッタリング電力比Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））との関係は、原点を通る一つの直線で表せる。そして、この直線は、
ｘ  ＝  １．２１×Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））
で近似される。
このことから、Ｉｎの組成比ｘは、上記の式に基づいてＩｎターゲットに供給される第１スパッタリング電力Ｐ１とＧａターゲットに供給される第２スパッタリング電力Ｐ２とを調整することにより、任意に設定しうることを示している。
なお、スパッタリング装置が異なっても、上記のスパッタリング電力比が同じであれば、同様なＩｎの組成比ｘのＩｎｘＧａ１−ｘＮの膜が形成されうる。
【００６０】
（比較例３）
図１に示すスパッタリング装置１から、第１ターゲット２１と第２ターゲット２２との間に備えられていた遮蔽板４５を除いた以外は、実施例１と同様に実施して、サファイア製の基板１１０上にＩＩＩ族窒化物化合物半導体の膜（下地層１３０）の形成を行った。そして、膜の結晶性および膜の組成について検討を行ったところ、Ｉｎ組成比ｘは０．６６であった。実施例１に比べて、成膜された化合物半導体膜中のＩｎ組成比ｘは低かった。
（比較例４）
図１に示すスパッタリング装置１から、第１ターゲット２１と第２ターゲット２２との間に備えられていた遮蔽板４５を除いた以外は、実施例２と同様に実施して、サファイア製の基板１１０上にＩＩＩ族窒化物化合物半導体の膜（下地層１３０）の形成を行った。そして、膜の結晶性および膜の組成について検討を行ったところ、Ｉｎ組成比ｘは０．５９であった。実施例１に比べて、成膜された化合物半導体膜中のＩｎ組成比ｘは低かった。
このように、比較例３や比較例４の結果から、第１ターゲット２１と第２ターゲット２２との間に備えられていた遮蔽板４５を除いた場合には、図８に記載の関係を満たさず、所定のＩｎ組成比ｘを有するＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）の化合物半導体膜を製造することができなかった。
【００６１】
本実施の形態では、半導体素子の一例として、半導体発光素子ＬＣについて主に述べたが、特開２００８−２３５８７８号公報に記載のさまざまなＩｎ組成比ｘ（ＩｎｘＧａ１−ｘＮからなる化合物半導体膜において、０＜ｘ＜１の範囲）を有する半導体受光素子も製造することができる。特に、本実施の形態では、インジウム（Ｉｎ）の組成比ｘが、０．７以上を含む範囲においても化合物半導体膜を任意の異種基板上に大面積かつ低コストで形成することができる。
さらに、本発明は電子デバイスに適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１…スパッタリング装置、１０…チャンバ、１１…収容部、１２…蓋部、１３…供給管、１４…排気管、２１…第１ターゲット、２２…第２ターゲット、４１…第１シャッタ、４２…第２シャッタ、４３…第１シャッタ駆動部、４４…第２シャッタ駆動部、５１…第１カソード、５２…第２カソード、５３…第１ターゲット加熱／冷却部、５４…第２ターゲット加熱／冷却部、６０…基板ホルダ、６１…基板加熱／冷却部、６２…基板ホルダ回転部、６４…回転軸、６５…ヒータ、７０…ガス供給部、７１…Ａｒ源、７２…Ｎ２源、８０…排気部、８１…排気速度調整弁、９１…第１電源、９２…第２電源、９３…第３電源、９５…制御部、１００…積層半導体層、１１０…基板、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１７０…透明正極、１８０…正極ボンディングパッド、１９０…負極ボンディングパッド、ＬＣ…半導体発光素子、Ｐ１…第１スパッタリング電力、Ｐ２…第２スパッタリング電力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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