(57)【要約】【課題】生産性に優れるとともに、優れた発光特性を備えたＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプを提供する。【解決手段】基板１１上に、少なくともＩＩＩ族窒化物化合物からなる中間層１２が積層され、該中間層１２上に、ｎ型半導体層１４、発光層１５、及びｐ型半導体層１６が順次積層されてなり、中間層１２が、金属原料とＶ族元素を含んだガスとがプラズマで活性化されて反応することによって成膜されたものとして構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくともＩＩＩ族窒化物化合物からなる中間層が積層され、該中間層上に、ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層が順次積層されてなるＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子であって、
前記中間層が、金属原料とＶ族元素を含んだガスとがプラズマで活性化されて反応することによって成膜されたものであることを特徴とするＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板が、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、酸化チタンの群から選ばれる少なくとも１種以上からなるものであることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項３】
前記基板が、ハフニウム、タングステン、モリブデンの群から選ばれる少なくとも１種以上からなるものであることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項４】
前記中間層が、前記基板表面の少なくとも９０％以上を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項５】
前記中間層が、少なくとも前記基板の側面を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項６】
前記中間層が、前記基板の側面及び裏面を覆うように形成されていることを特徴とする請求項５に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項７】
前記中間層が、柱状結晶の集合体からなることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項８】
前記中間層は、前記柱状結晶の各々のグレインの幅の平均値が、１〜１００ｎｍの範囲とされていることを特徴とする請求項７に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項９】
前記中間層は、前記柱状結晶の各々のグレインの幅の平均値が、２〜７０ｎｍの範囲とされていることを特徴とする請求項７に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記中間層の膜厚が、１０〜５００ｎｍの範囲とされていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記中間層の膜厚が、２０〜１００ｎｍの範囲とされていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記中間層が、Ａｌを含有する組成とされていることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記中間層が、ＡｌＮからなることを特徴とする請求項１２に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記ｎ型半導体層が少なくともＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる下地層を有しており、前記中間層上に、前記下地層が積層されてなることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項１５】
前記下地層が、ＧａＮ系化合物半導体からなることを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項１６】
前記下地層が、ＧａＮからなることを特徴とする請求項１５に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項１７】
前記下地層が、ＡｌＧａＮからなることを特徴とする請求項１５に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項１８】
基板上に、少なくともＩＩＩ族窒化物化合物からなる中間層を積層し、該中間層上に、ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層を順次積層するＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法であって、前記中間層を、金属原料とＶ族元素を含んだガスとをプラズマで活性化して反応させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記基板として、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、酸化チタンの群から選ばれる少なくとも１種以上からなる基板を用いたことを特徴とする請求項１８に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記基板として、ハフニウム、タングステン、モリブデンの群から選ばれる少なくとも１種以上からなる基板を用いたことを特徴とする請求項１８に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記中間層を、スパッタ法、ＰＬＤ法、ＰＥＤ法、ＣＶＤ法の内の何れかの方法によって成膜することを特徴とする請求項１８〜２０の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
前記中間層を、スパッタ法によって成膜することを特徴とする請求項２１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】
前記中間層を、Ｖ族原料をリアクタ内に流通させるリアクティブスパッタ法によって成膜することを特徴とする請求項２２に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２４】
前記中間層を、ＲＦスパッタ法によって成膜することを特徴とする請求項２２に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２５】
前記中間層を、ＲＦスパッタ法を用いて、カソードのマグネットを移動させつつ成膜することを特徴とする請求項２４に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２６】
前記基板の温度を室温〜１０００℃の範囲として、前記中間層を形成することを特徴とする請求項１８〜２５の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２７】
前記基板の温度を２００〜８００℃の範囲として、前記中間層を形成することを特徴とする請求項１８〜２５の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２８】
前記中間層上に、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなり、前記ｎ型半導体層を構成する下地層を積層することを特徴とする請求項１８〜２７の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２９】
前記下地層を、ＭＯＣＶＤ法によって、前記中間層上に成膜することを特徴とする請求項２８に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３０】
前記下地層を、リアクティブスパッタ法によって、前記中間層上に成膜することを特徴とする請求項２８に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３１】
前記基板の温度を５００℃以上として、前記下地層を形成することを特徴とする請求項２８〜３０の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３２】
前記基板の温度を８００℃以上として、前記下地層を形成することを特徴とする請求項２８〜３０の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３３】
請求項１８〜３２の何れか１項に記載の製造方法で得られるＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【請求項３４】
請求項１〜１７、及び請求項３３の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子が用いられてなるランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、電子デバイス等に、好適に用いられるＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、可視光から紫外光領域の範囲に相当するエネルギーの直接遷移型のバンドギャップを有し、発光効率に優れていることから、ＬＥＤやＬＤ等の発光素子として用いられている。
また、電子デバイスに用いた場合でも、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた場合に比べ、優れた特性を有する電子デバイスが得られる。
【０００３】
従来、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶ウェーハとしては、異なる材料の単結晶ウェーハ上に結晶を成長させて得る方法が一般的である。このような、異種基板と、その上にエピタキシャル成長させるＩＩＩ族窒化物半導体結晶との間には、大きな格子不整合が存在する。例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ）を成長させた場合、両者の間には１６％の格子不整合が存在し、ＳｉＣ基板上に窒化ガリウムを成長させた場合には、両者の間に６％の格子不整合が存在する。
一般に、上述のような大きな格子不整合が存在する場合、基板上に結晶を直接エピタキシャル成長させることが困難となり、また、成長させた場合であっても結晶性の良好な結晶が得られないという問題がある。
【０００４】
そこで、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、サファイア単結晶基板もしくはＳｉＣ単結晶基板の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる際、基板上に、まず、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やＡｌＧａＮからなる低温バッファ層と呼ばれる層を積層し、その上に高温でＩＩＩ族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる方法が提案されており、一般に行われている（例えば、特許文献１、２）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２に記載された方法では、基本的に、基板とその上に成長されるＩＩＩ族窒化物半導体結晶との間が格子整合していないため、成長した結晶の内部に、表面に向かって伸びる貫通転位と呼ばれる転位を内包した状態となる。このため、結晶に歪みが生じてしまい、構造を適正化しなければ充分な発光強度を得ることができず、また、生産性が低下してしまう等の問題があった。
【０００６】
一方、近年では、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶と格子整合することが可能な結晶を基板に用いることが提案されている。しかしながら、このような結晶は、高温において、ＭＯＣＶＤ法で用いられる原料のアンモニアやＧａ、水素等との反応性を有しているため、サファイアやＳｉＣ等からなる基板のような、ＭＯＣＶＤ法による基板上への結晶成長は困難であった。
【０００７】
そこで、予め、ＭＯＣＶＤ法以外の方法によって基板上にコート層を形成し、コート層が形成された基板をＭＯＣＶＤ反応炉へ導入するという方法が提案されている（例えば、特許文献３、４）。
特許文献３及び４に記載の方法では、基板上に、スパッタ法によって、バッファ層を構成するコート層を成膜するとともに、基板材料として、サファイア、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体単結晶等が用いられ、中でもサファイアのａ面基板が好適とされている。
【特許文献１】特許第３０２６０８７号公報
【特許文献２】特開平４−２９７０２３号公報
【特許文献３】特許第３４４０８７３号公報
【特許文献４】特許第３７００４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、本発明者等が鋭意検討した結果、基板表面に上記材料からなるコート層を成膜した場合、コート層に生じた微細な孔から侵入した原料が基板側に向かって進み、基板と反応してしまい、コート層に生じた孔の部分の結晶に不具合を生じるとともに、その周辺の結晶にも異常成長を引き起こすことが明らかとなった。
【０００９】
また、一般に、反応装置内は減圧されており、また、非常に速い流速でガスが流通しているため、原料ガスが基板の側面にまで流れ込み、さらに、原料ガスが基板の裏面に回りこむ可能性がある。
このため、上述のような基板と原料との反応は、基板の表側のみならず、反応装置内において原料を含む気体に曝される全ての基板面に生じる虞があった。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、基板上に結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体を成長させることができ、生産性に優れるとともに、優れた発光特性を備えたＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記問題を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成した。
即ち、本発明は以下に関する。
【００１２】
［１］  基板上に、少なくともＩＩＩ族窒化物化合物からなる中間層が積層され、該中間層上に、ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層が順次積層されてなるＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子であって、前記中間層が、金属原料とＶ族元素を含んだガスとがプラズマで活性化されて反応することによって成膜されたものであることを特徴とするＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［２］  前記基板が、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、酸化チタンの群から選ばれる少なくとも１種以上からなるものであることを特徴とする［１］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［３］  前記基板が、ハフニウム、タングステン、モリブデンの群から選ばれる少なくとも１種以上からなるものであることを特徴とする［１］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【００１３】
［４］  前記中間層が、前記基板表面の少なくとも９０％以上を覆うように形成されていることを特徴とする［１］〜［３］の何れかに記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［５］  前記中間層が、少なくとも前記基板の側面を覆うように形成されていることを特徴とする［１］〜［４］の何れかに記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［６］  前記中間層が、前記基板の側面及び裏面を覆うように形成されていることを特徴とする［５］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［７］  前記中間層が、柱状結晶の集合体からなることを特徴とする［１］〜［６］の何れかに記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［８］  前記中間層は、前記柱状結晶の各々のグレインの幅の平均値が、１〜１００ｎｍの範囲とされていることを特徴とする［７］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［９］  前記中間層は、前記柱状結晶の各々のグレインの幅の平均値が、２〜７０ｎｍの範囲とされていることを特徴とする［７］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［１０］  前記中間層の膜厚が、１０〜５００ｎｍの範囲とされていることを特徴とする［１］〜［９］の何れかに記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［１１］  前記中間層の膜厚が、２０〜１００ｎｍの範囲とされていることを特徴とする［１］〜［９］の何れかに記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［１２］前記中間層が、Ａｌを含有する組成とされていることを特徴とする［１］〜［１１］の何れかに記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［１３］  前記中間層が、ＡｌＮからなることを特徴とする［１２］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［１４］  前記ｎ型半導体層が少なくともＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる下地層を有しており、前記中間層上に、前記下地層が積層されてなることを特徴とする［１］〜［１３］の何れかに記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［１５］  前記下地層が、ＧａＮ系化合物半導体からなることを特徴とする［１４］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［１６］  前記下地層が、ＧａＮからなることを特徴とする［１５］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［１７］  前記下地層が、ＡｌＧａＮからなることを特徴とする［１５］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
【００１４】
［１８］  基板上に、少なくともＩＩＩ族窒化物化合物からなる中間層を積層し、該中間層上に、ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層を順次積層するＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法であって、前記中間層を、金属原料とＶ族元素を含んだガスとをプラズマで活性化して反応させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
［１９］  前記基板として、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、酸化チタンの群から選ばれる少なくとも１種以上からなる基板を用いたことを特徴とする［１８］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
［２０］  前記基板として、ハフニウム、タングステン、モリブデンの群から選ばれる少なくとも１種以上からなる基板を用いたことを特徴とする［１８］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【００１５】
［２１］  前記中間層を、スパッタ法、ＰＬＤ法、ＰＥＤ法、ＣＶＤ法の内の何れかの方法によって成膜することを特徴とする［１８］〜［２０］の何れかに記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
［２２］  前記中間層を、スパッタ法によって成膜することを特徴とする［２１］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
［２３］  前記中間層を、Ｖ族原料をリアクタ内に流通させるリアクティブスパッタ法によって成膜することを特徴とする［２２］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
［２４］  前記中間層を、ＲＦスパッタ法によって成膜することを特徴とする［２２］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
［２５］  前記中間層を、ＲＦスパッタ法を用いて、カソードのマグネットを移動させつつ成膜することを特徴とする［２４］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
［２６］  前記基板の温度を室温〜１０００℃の範囲として、前記中間層を形成することを特徴とする［１８］〜［２５］の何れかに記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
［２７］  前記基板の温度を２００〜８００℃の範囲として、前記中間層を形成することを特徴とする［１８］〜［２５］の何れかに記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
［２８］  前記中間層上に、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなり、前記ｎ型半導体層を構成する下地層を積層することを特徴とする［１８］〜［２７］の何れかに記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
［２９］  前記下地層を、ＭＯＣＶＤ法によって、前記中間層上に成膜することを特徴とする［２８］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
［３０］  前記下地層を、リアクティブスパッタ法によって、前記中間層上に成膜することを特徴とする［２８］に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
［３１］  前記基板の温度を５００℃以上として、前記下地層を形成することを特徴とする［２８］〜［３０］の何れかに記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
［３２］  前記基板の温度を８００℃以上として、前記下地層を形成することを特徴とする［２８］〜［３０］の何れかに記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法。
【００１６】
［３３］  上記［１８］〜［３２］の何れかに記載の製造方法で得られるＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子。
［３４］  上記［１］〜［１７］、及び［３３］の何れかに記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子が用いられてなるランプ。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子及びその製造方法によれば、上記構成とすることにより、基板とＩＩＩ族窒化物半導体との間に格子不整合が生じることが無い。また、中間層を、基板各面を覆うように形成することにより、基板と原料ガスとが反応するのを防止できる。
従って、基板上に結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物化合物からなる中間層、並びにＩＩＩ族窒化物半導体を効率良く成長させることができ、生産性に優れるとともに、優れた発光特性を備えたＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係るＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプの一実施形態について、図１〜４を適宜参照しながら説明する。
【００１９】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子（以下、発光素子と略称することがある）の積層構造を、図１に示す積層半導体１０を用いて説明する。この積層半導体１０は、基板１１上に、少なくともＩＩＩ族窒化物化合物からなる中間層１２が積層され、該中間層１２上に、ｎ型半導体層１４、発光層１５、及びｐ型半導体層１６が順次積層されてなり、中間層１２が、金属原料とＶ族元素を含んだガスとがプラズマで活性化されて反応することによって成膜されたもので概略構成されている。
また、本実施形態の積層半導体１０は、基板１１が、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、酸化チタンの群から選ばれる少なくとも１種以上からなる構成とすることができる。
また、本実施形態の積層半導体１０では、前記基板１１が、ハフニウム、タングステン、モリブデンの群から選ばれる少なくとも１種以上からなる構成とすることができる。
【００２０】
また、図１に例示する積層半導体１０は、中間層１２上に、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる下地層１４ａが積層された構成とされており、基板１１上に、中間層１２、下地層１４ａ、ｎ型コンタクト層１４ｂ及びｎ型クラッド層１４ｃからなるｎ型半導体層１４、障壁層１５ａ及び井戸層１５ｂが交互に積層されてなる発光層１５、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂからなるｐ型半導体層１６が、順次積層されてなる。
そして、本実施形態の積層半導体１０は、図２及び図３に示す例のように、ｐ型半導体層１６上に透光性正極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、基板１１の半導体層積層面と反対側の面に負極１９が積層されてなる発光素子１を構成することができる。
【００２１】
［基板］
本実施形態において、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板１１には、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、モリブデン等を用いることが好ましい。上記材料を基板１１に用いることが好ましい理由としては、これらの材料がＩＩＩ族窒化物化合物半導体結晶と格子定数が近いことが挙げられる。
これらの基板材料は、アンモニア、ガリウム、水素等の雰囲気下に高温で曝された際、これらのガスとの間で反応を引き起こす性質があるが、本発明に係る発光素子では、詳細を後述する中間層が設けられていることにより、このような反応が防止される。
【００２２】
基板１１に用いる材料として好ましい特性は、上述のように、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体結晶と格子定数が近いことの他、導電性、透明性（あるいは光反射性）に優れていることが挙げられる。
これらの条件より、上記材料の内、さらに好ましい材料としては、酸化亜鉛、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、ハフニウム等が挙げられる。
また、基板１１を、安価で大型の基板として製造することが可能な、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、等の材料を用いることが最も好ましい。
【００２３】
［中間層］
本実施形態の積層半導体１０は、基板１１上に、金属原料とＶ族元素を含んだガスとがプラズマで活性化されて反応することにより、ＩＩＩ族窒化物化合物からなる中間層１２が成膜されている。
【００２４】
中間層１２は、基板１１の表面１１ａの少なくとも６０％以上、好ましくは８０％以上を覆っている必要があり、９０％以上を覆うように形成されていることが、基板１１のコート層としての機能面から好ましい。また、中間層１２は、表面１１ａの１００％、即ち、基板１１の表面１１ａ上を隙間無く覆うように形成されていることが最も好ましい。
中間層１２が基板１１の表面１１ａを覆う領域が小さくなると、基板１１が大きく露出するためにコート層として機能せず、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶を成長させる半導体原料と基板との間で反応が生じ、中間層１２上に形成されるｎ型半導体層の平坦性を損なう虞がある。
【００２５】
なお、基板１１上に中間層を形成する際、図５（ａ）に示す例の中間層１２ａのように、基板１１の表面１１ａのみを覆うように形成しても良いが、図５（ｂ）に示す中間層１２ｂのように、基板１１の表面１１ａ及び側面１１ｂを覆うように形成しても良い。また、図５（ｃ）に示す中間層１２ｃのように、基板１１の表面１１ａ、側面１１ｂ及び裏面１１ｃを覆うようにして形成することが、コート層としての機能面から最も好ましい。
上述したように、ＭＯＣＶＤ法では、原料ガスが基板の側面、もしくは裏面にまで回りこむことがあるので、原料ガスと基板との反応を回避するためには、基板側面、もしくは裏面をも保護できるように、中間層を、図５（ｃ）に示す中間層１２ｃのように構成することが好ましい。
【００２６】
中間層１２は、柱状結晶の集合体からなることが、バッファ層としての機能面から好ましい。
ＩＩＩ族窒化物化合物半導体の結晶は、六方晶系の結晶構造を有し、六角柱を基本とした集合組織を形成しやすい。特に、プラズマ化した金属材料を用いる成膜方法によって形成された膜は、柱状結晶となりやすい。
このような、柱状結晶からなる中間層１２を基板１１上に成膜した場合、中間層１２はバッファ層として有効に作用するため、その上に成膜されたＩＩＩ族窒化物化合物半導体は良好な結晶性を持つ結晶膜となる。
【００２７】
また、中間層１２は、前記柱状結晶の各々のグレインの幅の平均値が、１〜１００ｎｍの範囲とされていることが、バッファ層としての機能面から好ましく、２〜７０ｎｍの範囲とされていることがより好ましい。
ＩＩＩ族窒化物化合物半導体の結晶層の結晶性を良好にするためには、柱状結晶の各々の結晶のグレインの幅を適正に制御する必要があり、具体的には、上記範囲とすることが好ましい。
結晶のグレインの幅は、断面ＴＥＭ観察などにより容易に測定することが可能である。
【００２８】
結晶のグレインは、上述したような略柱状の形状をしていることが望ましく、中間層１２は、柱状のグレインが集合して層を成していることが望ましい。
ここで、上述したグレインの幅とは、中間層１２が柱状グレインの集合体である場合は、結晶の界面と界面の距離のことをいう。一方、グレインが島状に点在する場合には、グレインの幅とは、結晶グレインが基板面に接する面の最も大きい部分の大きさを言う。
【００２９】
中間層１２の膜厚は、１０〜５００ｎｍの範囲とされていることが好ましく、２０〜１００ｎｍの範囲とされていることがより好ましい。
中間層１２の膜厚が１０ｎｍ未満だと、上述したようなコート層としての機能が充分でなくなる。また、５００ｎｍを超える膜厚で中間層１２を形成し場合、コート層としての機能には変化が無いのにも関わらず、成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する虞がある。
【００３０】
中間層１２は、Ａｌを含有する組成とされていることが好ましく、ＡｌＮからなる構成とする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ＡｌＧａＩｎＮで表されるＩＩＩ族窒化物化合物半導体であれば、どのような材料でも用いることができる。さらに、Ｖ族として、ＡｓやＰが含有される構成としても良い。
中間層１２を、Ａｌを含んだ組成とした場合、中でも、ＧａＡｌＮとすることが好ましく、この際、Ａｌの組成が５０％以上とされていることが好ましい。
また、中間層１２は、ＡｌＮからなる構成とすることにより、効率的に柱状結晶集合体とすることができるので、より好ましい。
【００３１】
＜中間層の成膜方法＞
金属原料とＶ族元素を含んだガスとをプラズマで活性化して反応させることにより、中間層１２を成膜する方法としては、スパッタ法、ＰＬＤ法、ＰＥＤ法、ＣＶＤ法等を挙げることができる。
プラズマを発生させる方法としては、特定の真空度で高電圧をかけて放電するスパッタ法、高いエネルギー密度のレーザを照射してプラズマを発生させるＰＬＤ法、電子線を照射させることでプラズマを発生させるＰＥＤ法等、幾つかの方法があるが、この内、スパッタ法が最も簡便で量産にも適しているため、好適な方法である。なお、ＤＣスパッタを用いる場合、ターゲット表面のチャージアップを招き、成膜速度が安定しない可能性があるので、パルスＤＣスパッタ法とするか、ＲＦスパッタ法とすることが望ましい。
【００３２】
スパッタ法では、磁場内にプラズマを閉じ込めることによって効率を向上させる技術が一般的に用いられており、この際のチャージアップを回避する方法としては、カソードのマグネットの位置をターゲット内で移動させつつ成膜する、ＲＦスパッタ法を用いることが望ましい。具体的なマグネットの運動方法は、スパッタ装置によって適宜選択することができ、例えば、マグネットを揺動させたり、又は回転運動させたりすることができる。
このような、カソードのマグネットを揺動、又は回転等の方法で移動させつつ成膜するＲＦスパッタ法は、詳細を後述する、基板１１側面に中間層１２を成膜する際の成膜効率に優れる点で好適である。
【００３３】
図６に示す例のＲＦスパッタ装置４０では、金属ターゲット４７の下方（図６の下方）にマグネット４２が配され、該マグネット４２が図示略の駆動装置によって金属ターゲット４７の下方で揺動する。チャンバ４１には窒素ガス、及びアルゴンガスが供給され、ヒータ４４に取り付けられた基板１１上に、中間層が成膜される。この際、上述のようにマグネット４２が金属ターゲット４７の下方で揺動しているため、チャンバ４１内に閉じ込められたプラズマが移動し、基板１１の表面１１ａの他、側面１１ｂに対しても、ムラ無く中間層を成膜することが可能となる。
【００３４】
また、スパッタ法を用いて中間層１２を成膜する場合、基板１１の温度以外の重要なパラメータとしては、炉内の圧力や窒素分圧が挙げられる。
スパッタ法を用いて中間層１２を成膜する際の炉内の圧力は、０．３Ｐａ以上であることが好ましい。この炉内の圧力が０．３Ｐａ未満だと、窒素の存在量が小さく、スパッタされた金属が窒化物とならずに基板１１に付着する虞がある。この炉内の圧力の上限は特に限定されないが、プラズマを発生させることができる程度の圧力に抑制することが必要である。
【００３５】
また、窒素（Ｎ２）とＡｒの流量に対する窒素流量の比は、Ｎ２が２０％以上９９％以下の範囲であることが好ましい。この範囲を下回る流量比だと、スパッタ金属が金属のまま基板に付着してしまう。また、上記範囲を上回る流量比だと、Ａｒの量が少な過ぎ、スパッタレートが低下してしまう。
窒素（Ｎ２）とＡｒの流量に対する窒素流量の比は、特に好ましくは、５０％以上９０％以下の範囲である。
【００３６】
また、中間層１２を成膜する際の成膜レートは、０．０１ｎｍ／ｓ〜１０ｎｍ／ｓの範囲とすることが好ましい。成膜レートが０．０１ｎｍ／ｓ未満だと、膜が層とならずに島状に成長してしまい、基板１１の表面を覆うことができなくなる虞がある。成膜レートが１０ｎｍ／ｓを超えると、膜が結晶体とならずに非晶質となってしまう。
【００３７】
なお、中間層１２をスパッタ法によって成膜する場合、Ｖ族原料をリアクタ内に流通させるリアクティブスパッタ法によって成膜する方法とすることが、反応を制御することで結晶性を良好に保つことができ、その良好な結晶性を安定に再現することができる点でより好ましい。
【００３８】
基板１１は、反応器の中に導入した後、中間層１２を形成する前に、スパッタ法等の方法を用いて前処理を行うことができる。具体的には、基板１１をＡｒやＮ２のプラズマ中に曝す事によって表面を整えることができる。
例えば、ＡｒガスやＮ２ガスなどのプラズマを基板１１表面に作用させることで、基板１１表面に付着した有機物や酸化物を除去することができる。この場合、基板１１とチャンバとの間に電圧を印加すれば、プラズマ粒子が効率的に基板１１に作用する。
【００３９】
中間層１２を成膜する際の基板１１の温度は、室温〜１０００℃の範囲とすることが好ましく、２００〜８００℃の範囲とすることがより好ましい。基板１１の温度が上記下限未満だと、中間層１２が基板１１全面を覆うことができず、基板１１表面が露出する虞がある。基板１１の温度が上記上限を超えると、金属原料のマイグレーションが活発となり、柱状結晶ではなく単結晶の膜に近いものが成膜されるため、中間層１２としては不適である。
なお、本発明で説明する室温とは、工程の環境等にも影響される温度であるが、具体的な温度としては、０〜３０℃の範囲である。
【００４０】
金属原料をプラズマ化する成膜法を用いて、中間層として混晶を成膜する際には、ターゲットとなる金属を予め金属材料の混合物（必ずしも、合金を形成していなくても構わない）として行う方法もあるし、異なる材料からなる２つのターゲットを用意して同時にスパッタする方法としても良い。例えば、一定の組成の膜を成膜する場合には混合材料のターゲットを用い、組成の異なる何種類かの膜を成膜する場合には複数のターゲットをチャンバ内に設置すれば良い。
【００４１】
本実施形態で用いる窒素原料としては、一般に知られている窒素化合物を何ら制限されることなく用いることができるが、アンモニアや窒素（Ｎ２）は取り扱いが簡単であるとともに、比較的安価で入手可能であることから好ましい。
アンモニアは分解効率が良好であり、高い成長速度で成膜することが可能であるが、反応性や毒性が高いため、除害設備やガス検知器が必要となり、また、反応装置に使用する部材の材料を安定性の高いものにする必要がある。
また、窒素（Ｎ２）を原料として用いた場合には、装置としては簡便なものを用いることができるが、高い反応速度は得られない。しかしながら、窒素を電界や熱等により分解してから装置に導入する方法とすれば、アンモニアよりは低いものの工業生産的に利用可能な程度の成膜速度を得ることができるため、装置コストとの兼ね合いを考えると、最も好適な窒素源である。
【００４２】
また、上述したように、中間層１２は、基板１１の側面を覆うようにして形成することが好ましい。さらに、中間層１２は、基板１１の側面及び裏面を覆うようにして形成することが最も好ましい。しかしながら、従来の成膜方法で中間層を成膜した場合、最大で６回から８回程度の成膜処理を行う必要があり、長時間の工程となってしまう。これ以外の成膜方法としては、基板を保持せずにチャンバ内に設置することにより、基板全面に成膜する方法も考えられるが、基板を加熱する必要がある場合には装置が複雑になる虞がある。
【００４３】
そこで、例えば、基板を揺動させたり又は回転運動させたりすることにより、基板の位置を、成膜材料のスパッタ方向に対して変更させつつ、成膜する方法が考えられる。このような方法とすることにより、基板の表面及び側面を一度の工程で成膜することが可能となり、次いで基板裏面への成膜工程を行うことにより、計２回の工程で基板全面を覆うことが可能となる。
【００４４】
また、成膜材料源が、大きな面積の発生源から生じる構成とし、且つ、材料の発生位置を移動させることにより、基板を移動させずに基板全面に成膜する方法としても良い。このような方法としては、上述したように、マグネットを揺動させたり又は回転運動させたりすることにより、カソードのマグネットの位置をターゲット内で移動させつつ成膜する、ＲＦスパッタ法が挙げられる。また、このようなＲＦスパッタ法で成膜を行なう場合、基板側とカソード側の両方を移動させる方法としても良い。さらに、材料の発生源であるカソードを基板近傍に配することにより、発生するプラズマを基板に対してビーム状に供給するのではなく、基板を包み込むように供給するような構成とすれば、基板表面及び側面の同時成膜が可能となる。
【００４５】
［積層半導体］
図１に示すように、本実施形態の積層半導体１０は、基板１１上に、上述のような中間層１２を介して、窒化物系化合物半導体からなるｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６からなる発光半導体層が積層されている。
そして、ｎ型半導体層１４は、少なくともＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる下地層１４ａを有しており、中間層１２上に下地層１４ａが積層されている。
【００４６】
ＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる下地層１４ａの上には、上述したように、図１に示す積層半導体１０のような機能性を持つ結晶積層構造が積層された構成とすることができる。例えば、発光素子のための半導体積層構造を形成する場合、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等のｎ型ドーパントをドープしたｎ型導電性の層や、マグネシウムなどのｐ型ドーパントをドープしたｐ型導電性の層等を積層して形成することができる。また、材料としては、発光層等にはＩｎＧａＮを用いることができ、クラッド層等にはＡｌＧａＮを用いることができる。このように、下地層１４ａ上に、さらに機能を持たせたＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を形成することにより、発光ダイオードやレーザダイオード、あるいは電子デバイス等の作製に用いられる、半導体積層構造を有するウェーハを作製することが出来る。
以下に、積層半導体１０について詳述する。
【００４７】
窒化物系化合物半導体としては、例えば一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされる窒化ガリウム系化合物半導体が多数知られており、本発明においても、それら周知の窒化ガリウム系化合物半導体を含めて一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされる窒化ガリウム系化合物半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００４８】
窒化ガリウム系化合物半導体は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎ以外に他のＩＩＩ族元素を含有することができ、必要に応じてＧｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｐ、Ａｓ及びＢ等の元素を含有することもできる。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、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含む場合もある。
【００４９】
これらの窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は特に限定されず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）等、窒化物半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法である。ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）また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）また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）また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）などが用いられる。また、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）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ４）や、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）や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。ＭＢＥ法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として利用できる。ｐ型にはＭｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）を用いる。
【００５０】
＜ｎ型半導体層＞
ｎ型半導体層１４は、通常、前記中間層１２上に積層され、下地層１４ａ、ｎ型コンタクト層１４ｂ及びｎ型クラッド層１４ｃから構成される。なお、ｎ型コンタクト層は、下地層、及び／又は、ｎ型クラッド層を兼ねることが可能であるが、下地層が、ｎ型コンタクト層、及び／又は、ｎ型クラッド層を兼ねることも可能である。
【００５１】
「下地層」
下地層１４ａは、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなり、中間層１２上に積層して成膜される。
下地層１４ａの材料としては、基板１１上に成膜された中間層１２と異なる材料を用いても構わないが、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い。
【００５２】
本発明者等が実験したところ、下地層１４ａに用いる材料として、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物化合物、即ちＧａＮ系化合物半導体が好ましいことが明らかとなった。
前記中間層１２をＡｌＮからなる構成とした場合、下地層１４ａは、柱状結晶の集合体である中間層１２の結晶性をそのまま引き継がないように、マイグレーションによって転位をループ化させる必要がある。転位のループ化を生じやすい材料としては、ＧａＮ系化合物半導体が挙げられ、特に、ＡｌＧａＮ、又はＧａＮが好適である。
【００５３】
下地層の膜厚は０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上が最も好ましい。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。
【００５４】
下地層１４ａには、必要に応じて、ｎ型不純物を１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲内であればドープしても良いが、アンドープ（＜１×１０１７／ｃｍ３）とすることもでき、アンドープの方が良好な結晶性の維持という点で好ましい。また、基板１１が導電性である場合には、下地層１４ａにドーパントをドープして導電性とすることにより、発光素子の上下に電極を形成することができる点で好ましい。
ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
【００５５】
基板１１に導電性の基板を用いる場合には、上述したように、下地層１４ａをドーピングして、下地層１４ａの層構造を縦方向に電流が流れるようにすることにより、発光素子のチップ両面に電極を設ける構造とすることができる。
また、基板１１に絶縁性の基板を用いる場合には、発光素子のチップの同じ面に電極が形成されるチップ構造を採用することになるので、基板１１上に中間層１２を介して積層される下地層１４ａはドープしない結晶とした方が、結晶性が良好となる。
【００５６】
（下地層の成膜方法）
本実施形態では、上述した方法で基板１１に中間層１２を成膜した後、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる下地層１４ａを成膜することができるが、該下地層１４ａを成膜する前に、アニール処理を行うことは特段に必要ではない。しかしながら、一般に、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体の成膜をＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、ＶＰＥ等の気相化学成膜方法で行なう場合、成膜を伴わない昇温過程及び温度の安定化過程を経て処理されるが、これらの過程においてＶ族の原料ガスをチャンバ内に流通させることが多いので、結果としてアニール効果が生じることがある。
【００５７】
また、その際に流通させるキャリアガスとしては、一般的なものを何ら制限無く使用することができ、ＭＯＣＶＤ等の気相化学成膜方法で広く用いられる水素や窒素を用いても良い。しかしながら、キャリアガスとして水素を用いた場合、比較的活性な水素中での昇温は、化学的には結晶性や結晶表面の平坦性を損なう虞があるため、処理時間を短くすることが好ましい。
【００５８】
下地層１４ａを積層する方法としては、特に限定されず、上述した各方法のように、転位のループ化を生じさせることができる結晶成長方法であれば、何ら制限なく用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法、ＶＰＥ法は、上述したようなマイグレーションを生じることができるため、良好な結晶性の膜を成膜することが可能となることから好適である。中でも、ＭＯＣＶＤ法は、最も結晶性の良い膜を得ることができる点でより好適に用いることができる。
【００５９】
また、スパッタ法を用いてＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる下地層１４ａを成膜することもできる。スパッタ法を用いる場合には、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等と比較して、装置を簡便な構成とすることが可能となる。
【００６０】
下地層１４ａをスパッタ法によって成膜する場合、Ｖ族原料をリアクタ内に流通させるリアクティブスパッタ法によって成膜する方法とすることが、反応を制御することで結晶性を良好に保つことができ、その良好な結晶性を安定に再現することができる点でより好ましい。
【００６１】
下地層１４ａを成膜する際の基板１１の温度、つまり、下地層１４ａの成長温度は、５００℃以上とすることが好ましく、８００℃以上の温度とすることがより好ましい。これは、下地層１４ａを成膜する際の基板１１の温度を高くすることによって原子のマイグレーションが生じやすくなり、転位のループ化が容易に進行するからである。また、下地層１４ａを成膜する際の基板１１の温度は、結晶の分解する温度よりも低温である必要があるため、１２００℃未満とすることが好ましい。下地層１４ａを成膜する際の基板１１の温度が上記温度範囲内であれば、結晶性の良い下地層１４ａが得られる。
また、ＭＯＣＶＤ成長炉内の圧力は１５〜４０ｋＰａに調整することが好ましい。
【００６２】
「ｎ型コンタクト層」
ｎ型コンタクト層１４ｂとしては、下地層１４ａと同様に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い。また、ｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３、好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有すると、負極との良好なオーミック接触の維持、クラック発生の抑制、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅである。成長温度は下地層と同様である。また、上述したように、ｎ型コンタクト層１４ｂは、下地層を兼ねた構成とすることもできる。
【００６３】
下地層１４ａ及びｎ型コンタクト層１４ｂを構成する窒化ガリウム系化合物半導体は同一組成であることが好ましく、これらの合計の膜厚を０．１〜２０μｍ、好ましくは０．５〜１５μｍ、さらに好ましくは１〜１２μｍの範囲に設定することが好ましい。膜厚がこの範囲であると、半導体の結晶性が良好に維持される。
【００６４】
「ｎ型クラッド層」
ｎ型コンタクト層１４ｂと後述の発光層１５との間には、ｎ型クラッド層１４ｃを設けることが好ましい。ｎ型クラッド層１４ｃを設けることにより、ｎ型コンタクト層１４ｂの最表面に生じた平坦性の悪化を埋めることできる。ｎ型クラッド層１４ｃはＡｌＧａＮ、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、発光層１５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。
【００６５】
ｎ型クラッド層１４ｃの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは５〜５００ｎｍの範囲であり、より好ましくは５〜１００ｎｍの範囲である。
また、ｎ型クラッド層１４ｃのｎ型ドープ濃度は１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３の範囲が好ましく、より好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。
【００６６】
＜ｐ型半導体層＞
ｐ型半導体層１６は、通常、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。しかし、ｐ型コンタクト層がｐ型クラッド層を兼ねてもよい。
【００６７】
「ｐ型クラッド層」
ｐ型クラッド層１６ａとしては、発光層１５のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層１５へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４、好ましくは０．１≦ｄ≦０．３）のものが挙げられる。ｐ型クラッド層１６ａが、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１５へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐ型クラッド層１６ａの膜厚は、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型クラッド層１６ａのｐ型ドープ濃度は、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３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。
【００６８】
「ｐ型コンタクト層」
ｐ型コンタクト層１６ｂとしては、少なくともＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５、好ましくは０≦ｅ≦０．２、より好ましくは０≦ｅ≦０．１）を含んでなる窒化ガリウム系化合物半導体層である。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持およびｐオーミック電極（後述の透光性電極１７を参照）との良好なオーミック接触の点で好ましい。
また、ｐ型ドーパントを１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましく、より好ましくは５×１０１９〜５×１０２０／ｃｍ３の範囲である。
ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、好ましくはＭｇが挙げられる。
ｐ型コンタクト層１６ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０〜２００ｎｍである。膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
【００６９】
＜発光層＞
発光層１５は、ｎ型半導体層１４上に積層されるとともにｐ型半導体層１６がその上に積層される層であり、図１に示すように、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。
また、図１に示す例では、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。
【００７０】
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ＡｌｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜０．３かつｂ＞ｃ）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。
【００７１】
また、発光層１５全体の膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚、即ち臨界膜厚が好ましい。例えば、発光層１５の膜厚は、１〜５００ｎｍの範囲であることが好ましく、１００ｎｍ前後の膜厚であればより好ましい。膜厚が上記範囲であると、発光出力の向上に寄与する。
【００７２】
［透光性正極］
透光性正極１７は、上述のようにして作製される積層半導体１０のｐ型半導体層１６上に形成される透光性の電極である。
透光性正極１７の材質としては、特に限定されず、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺｎＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺｎＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−ＧｅＯ２）等の材料を、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。また、その構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
【００７３】
透光性正極１７は、Ｍｇドープｐ型半導体層１６上のほぼ全面を覆うように形成しても構わないし、隙間を開けて格子状や樹形状に形成しても良い。透光性正極１７を形成した後に、合金化や透明化を目的とした熱アニールを施す場合もあるが、施さなくても構わない。
【００７４】
［正極ボンディングパッド及び負極］
正極ボンディングパッド１８は、上述の透光性正極１７上に形成される電極である。
正極ボンディングパッド１８の材料としては、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕ等を用いた各種構造が周知であり、これら周知の材料、構造のものを何ら制限無く用いることができる。
正極ボンディングパッド１８の厚さは、１００〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。また、ボンディングパッドの特性上、厚さが大きい方が、ボンダビリティーが高くなるため、正極ボンディングパッド１８の厚さは３００ｎｍ以上とすることがより好ましい。さらに、製造コストの観点から５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００７５】
負極１９は、基板１１が導電性の場合には、基板１１の半導体積層側の面とは反対側の面に形成される電極である。
負極ボンディングパッド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。
また、負極１９は、基板１１の全面にわたって形成された構成としても良いし、基板１１の面上の一部のみに形成された構成とすることもできる。
【００７６】
以上説明したような、本実施形態のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子によれば、  積層半導体１０を上記構成とすることにより、基板１１とＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光半導体層との間に格子不整合が生じることが無い。また、中間層を、基板各面を覆うように形成することにより、基板と原料ガスとが反応するのを防止できる。従って、基板１１上に、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物化合物からなる中間層１２、並びにＩＩＩ族窒化物半導体を効率良く成長させることができ、生産性に優れるとともに、優れた発光特性を備えたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られる。
【００７７】
なお、本実施形態で説明する基板及び中間層並びに下地層の構成は、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子に限定されるものでは無く、例えば格子定数が近い材料同士を用いて成膜等を行なう際に、高温下において原料ガスと基板とが反応する虞がある場合、何ら制限されること無く適用することが可能である。
【００７８】
［ランプ］
以上説明したような、本発明に係るＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせることにより、当業者周知の手段によってランプを構成することができる。従来より、発光素子と蛍光体と組み合わせることによって発光色を変える技術が知られており、このような技術を何ら制限されることなく採用することが可能である。
例えば、蛍光体を適正に選定することにより、発光素子より長波長の発光を得ることも可能となり、また、発光素子自体の発光波長と蛍光体によって変換された波長とを混ぜることにより、白色発光を呈するランプとすることもできる。
また、ランプとしては、一般用途の砲弾型、携帯のバックライト用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等、何れの用途にも用いることができる。
【００７９】
例えば、図４に示す例のように、上下電極型のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子１を砲弾型に実装する場合には、２本のフレームの内の一方（図４ではフレーム３１）に発光素子１を銀ペーストなどの導電性接着材で接着して発光素子１の負極（図２に示す符号１９参照）をフレーム３１に接合し、発光素子１の正極ボンディングパッド（図３に示す符号１８参照）をワイヤー３３でフレーム３２に接合する。そして、透明な樹脂からなるモールド３４で発光素子１の周辺をモールドすることにより、図４に示すような砲弾型のランプ３を作成することができる。
【００８０】
また、本発明に係るＩＩＩ族窒化物化合物積層半導体は、上述の発光素子の他、レーザ素子や受光素子等の光電気変換素子、又は、ＨＢＴやＨＥＭＴ等の電子デバイスなどに用いることができる。
【実施例】
【００８１】
次に、本発明のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子を、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。
【００８２】
［実施例１］
図１に、本実験例で作製したＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の積層半導体の断面模式図を示す。
本例では、ＺｎＯからなる基板１１のＺｎ面上に、中間層１２としてＲＦスパッタ法を用いてＡｌＮからなる柱状結晶の集合体を形成し、その上に、下地層１４ａとして、ＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＮからなる層を形成した。この、ＧａＮからなる、下地層１４ａの上に、同様にＭＯＣＶＤ法を用いて各半導体層を積層した。
【００８３】
まず、片面のみをエピタキシャル成長に使用できる程度に鏡面研磨したＺｎＯからなる基板１１を、特に湿式等の前処理を行わずにスパッタ装置の中へ導入した。ここで、スパッタ装置としては、高周波式の電源を有し、また、ターゲット内でマグネットの位置を動かすことができる機構を有する装置を使用した。
そして、スパッタ装置内で基板１１を７５０℃まで加熱し、窒素ガスのみを１５ｓｃｃｍの流量で導入した後、チャンバ内の圧力を０．０８Ｐａに保持し、基板１１側に５０Ｗの高周波バイアスを印加し、窒素プラズマに晒すことによって基板１１表面を洗浄した。
【００８４】
次いで、スパッタ装置内にアルゴン及び窒素ガスを導入した後、基板１１の温度を５００℃まで低下させた。そして、２０００Ｗの高周波バイアスを金属Ａｌターゲット側に印加し、炉内の圧力を０．５Ｐａに保ち、Ａｒガスを５ｓｃｃｍ、窒素ガスを１５ｓｃｃｍ流通させた条件下（ガス全体における窒素の比は７５％）で、ＺｎＯからなる基板１１上にＡｌＮからなる中間層１２を成膜した。成長レートは０．１２ｎｍ／ｓであった。
ターゲット内のマグネットは、基板１１の洗浄時、及び成膜時の何れにおいても揺動させた。
そして、予め測定した成膜速度に従い、規定した時間の処理により、５０ｎｍのＡｌＮ（中間層１２）を成膜後、プラズマ動作を停止し、基板１１の温度を低下させた。
【００８５】
次いで、中間層１２が成膜された基板１１をスパッタ装置から取り出し、ＭＯＣＶＤ炉に導入した。そして、ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体）が成膜された試料を、ＭＯＣＶＤ法を用いて以下の手順で作製した。
まず、基板１１を反応炉中に導入した。基板１１は、窒素ガス置換されたグローブボックスの中で、加熱用のカーボン製のサセプタ上に載置した。そして、窒素ガスを炉内に流通させた後、ヒータによって基板１１の温度を１１５０℃に昇温させた。基板１１が１１５０℃の温度で安定したことを確認した後、アンモニア配管のバルブを開き、アンモニアの炉内への流通を開始した。次いで、ＴＭＧａの蒸気を含む水素を炉内へ供給し、基板１１上に成膜された中間層１２の上に、下地層１４ａを構成するＧａＮ系半導体を付着させる処理を行った。アンモニアの量は、Ｖ／ＩＩＩ比が６０００となるように調節した。約１時間に渡って上記ＧａＮ系半導体の成長を行った後、ＴＭＧａの配管のバルブを切り替え、原料の反応炉内への供給を停止して成長を停止させた。そして、ＧａＮ系半導体の成長を終了させた後、ヒータへの通電を停止して、基板１１の温度を室温まで降温した。
【００８６】
以上の工程により、ＺｎＯからなる基板１１上に、柱状構造を有し、ＡｌＮからなる中間層１２を形成し、その上に、アンドープで２μｍの膜厚のＧａＮ系半導体からなる下地層１４ａを形成した実施例１の試料を作製した。取り出した基板は無色透明のミラー状を呈した。
【００８７】
本試料の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したところ、ＺｎＯからなる基板と窒化ガリウム層との界面には、基板１１面と略垂直方向に多数の粒界を持つＡｌＮ膜（中間層１２）が観察された。膜厚は５０ｎｍ程度であり、グレインの幅は５ｎｍから５０ｎｍの範囲であった。この層は、縦長の柱状結晶の集合体からなる層であった。
【００８８】
［実施例２］
本例では、実施例１と同じ条件で成膜した２μｍのＳｉドープＧａＮ結晶（下地層１４ａ）上に、ＩｎＧａＮとＧａＮとを交互に積層して構成されるＭＱＷ層を成膜し、最終的に、図１に示すようなＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子用のエピタキシャル層構造を有するエピタキシャルウェーハ（積層半導体１０）を作製した。
このエピタキシャルウェーハは、Ｚｎ面のｃ面を有するＺｎＯからなる基板１１上に、実施例１と同様の成長方法により、柱状構造を有するＡｌＮからなる中間層１２を成膜した後、基板１１側から順に、２μｍのＳｉドープＧａＮからなる下地層１４ａ、１×１０１９ｃｍ−３の電子濃度を持つ２μｍのＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層１４ｂ、１×１０１８ｃｍ−３の電子濃度を持つ２０ｎｍのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ型クラッド層（ｎ型クラッド層１４ｃ）、ＧａＮ障壁層に始まりＧａＮ障壁層に終わる積層構造であって、層厚を１６ｎｍとしたＧａＮからなる６層の障壁層１５ａと、層厚を３ｎｍとしたノンドープのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる５層の井戸層１５ｂとが交互に積層されてなる発光層（多重量子井戸構造）１５、５ｎｍのＭｇをドープしたＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｐ型クラッド層１６ａ、及び膜厚２００ｎｍのＭｇドープＡｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層１６ｂとを具備したｐ型半導体層１６を積層した構造を有する。図２に、本例で作製した半導体発光素子の電極構造の平面図を示す。
【００８９】
上記の半導体発光素子構造のエピタキシャル層を有するウェーハの作製は、ＭＯＣＶＤ法を用いて以下の手順で行った。以下の説明において、基板１１上に柱状構造を有するＡｌＮからなる中間層１２を形成するまでの工程は、実施例１と同じ手順を用いた。
その後の半導体積層構造の積層も、同じＭＯＣＶＤ装置を用いて、下地層１４ａの成膜と同様にして行った。
【００９０】
以上のような手順により、半導体発光素子用のエピタキシャル層構造を有するエピタキシャルウェーハを作製した。ここで、ＭｇドープＡｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層１６ｂは、ｐ型キャリアを活性化するためのアニール処理を行わなくてもｐ型特性を示した。
【００９１】
次いで、上述のようなＺｎＯからなる基板１１上にエピタキシャル層構造が積層されたエピタキシャルウェーハ（図１の積層半導体１０参照）を用いて、半導体発光素子の一種である発光ダイオードを作製した（図２及び３の発光素子１を参照）。
まず、作製したウェーハについて、公知のフォトリソグラフィーによってＭｇドープＡｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層１６ｂの表面上に、ＩＴＯからなる透光性正極１７と、その上に表面側から順にチタン、アルミニウム、金を積層した構造を有する正極ボンディングパッド１８を形成した。また、基板１１の裏側（図３を参照）の全面に、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕの４層よりなる負極１９を作製した。これらの工程により、ウェーハ上に、図２及び３に示すような形状を持つ各電極を作製した。
【００９２】
上述のようにしてｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の両方に電極を形成したウェーハを、３５０μｍ角の正方形のチップに切断し、ｐ電極（正極ボンディングパッド１８）が上になるようにリードフレーム上に載置し、正極ボンディングパッド１８を金線でリードフレームに結線することにより、半導体発光素子とした。この半導体発光素子（発光ダイオード）の正極ボンディングパッド１８及び負極１９の電極間に順方向電流を流したところ、電流２０ｍＡにおける順方向電圧は３．０Ｖであった。また、ｐ側の透光性正極１７を通して発光を観察したところ、発光波長は４７０ｎｍであり、発光出力は１５ｍＷを示した。このような発光ダイオードの発光特性は、作製したウェーハのほぼ全面から作製された発光ダイオードについて、ばらつきなく得られた。
【００９３】
［比較例１］
比較例１では、ＺｎＯからなる基板上に、中間層を設けずにＭＯＣＶＤによるＩＩＩ族窒化物化合物半導体の成膜を行った。
比較例１では、ＭＯＣＶＤ法によるＧａＮ層の成長後、反応装置内に基板が残っておらず、ＧａＮ層の成長中に基板が昇華してしまったことが認められた。
【００９４】
［実施例３］
本例では、酸化ガリウムからなる基板上に、中間層として、回転カソード式のＲＦスパッタ装置を用いてＡｌＮの柱状結晶の集合体を形成した。
まず、スパッタ装置内で基板を７５０℃まで加熱し、窒素ガスのみを１５ｓｃｃｍの流量で導入した後、チャンバ内の圧力を０．０８Ｐａに保持しながら基板側に５０Ｗの高周波バイアスを印加し、窒素プラズマに晒すことで、基板表面を洗浄した。
次いで、チャンバ内にアルゴンガス及び窒素ガスを導入した後、基板温度を２００℃まで低下させた。そして、２００Ｗの高周波バイアスを金属Ａｌターゲット側に印加し、炉内の圧力を０．１Ｐａに保ち、Ａｒガスを２ｓｃｃｍ、窒素ガスを１８ｓｃｃｍ流通させた条件（ガス全体に対する窒素の比は９０％）で、ＺｎＯからなる基板上にＡｌＮからなる中間層を成膜した。この際の成長レートは０．０８ｎｍ／ｓであった。また、成膜されたＡｌＮ層（中間層）は１００ｎｍとなるように調節した。
そして、上記中間層上に、下地層として、スパッタ法を用いてＧａＮ層を形成し、更にその上に、実施例２と同様の発光素子半導体積層構造を成膜した。ここで、スパッタ時の基板の温度は７００℃とした。
実施例３では、スパッタ法によって発光素子半導体積層構造を成長させた後、反応装置からウェーハを取り出したところ、ウェーハ表面が鏡面であることが確認できた。
【００９５】
そして、断面ＴＥＭ法を用いて上記ウェーハを観察した。ＲＦスパッタにて成膜したＡｌＮ層（中間層）は、グレインの幅が５０ｎｍ程度の柱状結晶となっていることが確認できた。
次いで、上述のようにして作製したウェーハを、実施例２と同様にして発光ダイオードチップとした。電極間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は３．１Ｖであった。また、ｐ側の透光性電極を通して発光を観察したところ、発光波長は４６０ｎｍであり、発光出力は１３ｍＷを示した。このような発光ダイオードの発光特性は、作製したウェーハのほぼ全面から作製された発光ダイオードについて、ばらつきなく得られた。
【００９６】
［実施例４］
本例では、Ｓｉ（１１１）基板上に、中間層として、回転カソード式のＲＦスパッタ装置を用いてＡｌＧａＮの柱状結晶の集合体を形成した。
まず、スパッタ装置内で基板を７５０℃まで加熱し、窒素ガスのみを１５ｓｃｃｍの流量で導入した後、チャンバ内の圧力を０．０８Ｐａに保持しながら基板側に５０Ｗの高周波バイアスを印加し、窒素プラズマに晒すことで、基板表面を洗浄した。
次いで、チャンバ内にアルゴンガス及び窒素ガスを導入した後、基板温度を８００℃まで低下させた。そして、１０００Ｗの高周波バイアスを金属Ａｌターゲット側に印加し、炉内の圧力を０．６Ｐａに保ち、Ａｒガスを２ｓｃｃｍ、窒素ガスを１８ｓｃｃｍ流通させた条件（ガス全体に対する窒素ガスの比は９０％）で、Ｓｉからなる基板上にＡｌＮからなる中間層を成膜した。この際の成長レートは０．１ｎｍ／ｓであった。また、成膜されたＡｌＮ層（中間層）は３０ｎｍとなるように調節した。
そして、上記中間層上に、下地層として、ＭＯＣＶＤ法を用いてＳｉをドープしたＡｌＧａＮの層を形成し、更にその上に、実施例２と同様の発光素子半導体積層構造を成膜した。ここで、中間層のＡｌ組成は７０％とし、下地層のＡｌ組成は１５％とした。また、ＭＯＣＶＤ法による下地層の成膜時の基板温度は９００℃とした。
実施例４では、ＭＯＣＶＤ法によって発光素子半導体積層構造を成長させた後、反応装置からウェーハを取り出したところ、ウェーハ表面が鏡面であることが確認できた。
【００９７】
そして、断面ＴＥＭ法を用いて上記ウェーハを観察した。ＲＦスパッタにて成膜したＧａＡｌＮ層（中間層）は、グレインの幅が３０ｎｍ程度の柱状結晶となっていることが確認できた。
次いで、上記のようにして作製したウェーハを、実施例２と同様にして発光ダイオードチップとした。本例では、各電極を、積層構造側と基板側の上下に設置した。電極間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は２．９Ｖであった。また、ｐ側の透光性電極を通して発光を観察したところ、発光波長は４６０ｎｍであり、発光出力は１０ｍＷを示した。このような発光ダイオードの発光特性は、作製したウェーハのほぼ全面から作製された発光ダイオードについて、ばらつきなく得られた。
【００９８】
［実施例５］
本例では、酸化ストロンチウムチタン基板上に、中間層として、ＣＯ２レーザでターゲットを励起するＰＬＤ装置を用いてＧａＮの柱状結晶の集合体を形成した。
まず、チャンバ内に窒素ガスを導入した後、基板温度を４００℃まで低下させた。そして、２０００Ｗの高周波によって窒素ガスをプラズマ化し、炉内の圧力を０．０５Ｐａに保った。更に、Ａｌ金属ターゲットにＣＯ２レーザをパルス状に照射してＡｌのプラズマを発生させ、気相の窒素と反応させて基板上にＡｌＮからなる中間層を成膜した。この際の成長レートは０．３ｎｍ／ｓであった。また、成膜したＡｌＮ層（中間層）は、４０ｎｍとなるように調節した。
そして、上記中間層上に、下地層として、ＭＯＣＶＤ法を用いてＧｅをドープしたＡｌＧａＮの層を形成し、更にその上に、実施例２と同じ発光素子半導体積層構造を成膜した。ここで、下地層のＡｌ組成は１０％とした。また、本例では、発光波長が５２５ｎｍ付近の緑色ＬＥＤの作製を試みたため、発光層に含有されるＩｎの原料流量を増量した。
実施例５では、ＭＯＣＶＤ法によって発光素子半導体積層構造を成長させた後、反応装置からウェーハを取り出したところ、ウェーハ表面が鏡面であることが確認できた。
【００９９】
そして、断面ＴＥＭ法を用いて上記ウェーハを観察した。ＰＬＤ法にて成膜したＧａＮ層は、グレインの幅が５ｎｍ程度の柱状結晶となっていることが確認できた。
上述のようにして作製したウェーハを、実施例２と同様の方法で発光ダイオードチップとし、また、実施例４と同様に、各電極を積層構造側と基板側の上下に設置した。そして、電極間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は３．３Ｖであった。また、ｐ側の透光性電極を通して発光を観察したところ、発光波長は５２５ｎｍであり、発光出力は１０ｍＷを示した。このような発光ダイオードの発光特性は、作製したウェーハのほぼ全面から作製された発光ダイオードについて、ばらつきなく得られた。
【０１００】
［実施例６］
本例では、Ｈｆ（１００）基板上に、中間層として、回転カソード式のＲＦスパッタ法を用いてＡｌＮの柱状結晶の集合体を形成し、その上に下地層として、ＭＯＣＶＤ法を用いてＳｉをドープしたＡｌＧａＮの層を形成した。この際、下地層のＡｌ組成は１５％とし、中間層をスパッタする際の基板温度を５００℃、下地層を成膜する際の基板温度を８００℃とした。そして、さらにその上に、実施例２と同様の発光素子半導体積層構造を成膜した。
実施例６では、ＭＯＣＶＤ法によって発光素子半導体積層構造を成長させた後、反応装置からウェーハを取り出したところ、ウェーハ表面が鏡面であることが確認できた。
【０１０１】
そして、断面ＴＥＭ法を用いて上記ウェーハを観察した。ＲＦスパッタ法にて成膜したＡｌＮ層は、グレインの幅が１０ｎｍ程度の柱状結晶となっていることが確認できた。
上述のようにして作製したウェーハを、実施例２と同様の方法で発光ダイオードチップとし、また、実施例４と同様に、各電極を積層構造側と基板側の上下に設置した。そして、電極間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は２．９Ｖであった。また、ｐ側の透光性電極を通して発光を観察したところ、発光波長は４６０ｎｍであり、発光出力は１０ｍＷを示した。このような発光ダイオードの発光特性は、作製したウェーハのほぼ全面から作製された発光ダイオードについて、ばらつきなく得られた。
【０１０２】
以上の結果により、本発明に係るＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子が、生産性に優れ、また、優れた発光特性を備えていることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明に係るＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の一例を模式的に説明する図であり、積層半導体の断面構造を示す概略図である。
【図２】本発明に係るＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の一例を模式的に説明する図であり、平面構造を示す概略図である。
【図３】本発明に係るＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の一例を模式的に説明する図であり、断面構造を示す概略図である。
【図４】本発明に係るＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子を用いて構成したランプを模式的に説明する概略図である。
【図５】本発明に係るＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の一例を模式的に説明する図であり、基板上に成膜された中間層の構造を示す概略図である。
【図６】本発明に係るＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法の一例を模式的に説明する図であり、スパッタ装置の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１…ＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子、１０…積層半導体、１１…基板、１１ａ…表面、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…透光性正極、３…ランプ
【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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