(57)【要約】【課題】製造工程が煩雑になることなく、ウエハ内で最終障壁層にｐ型不純物を均一に拡散形成することができ、よって、ウエハおよび窒化物半導体素子の製造歩留まりを大幅に改善可能なウエハ、ウエハの製造方法、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】窒化物半導体素子を形成するためのウエハは、少なくともｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とがこの順で設けられてなる窒化物半導体素子を形成するためのウエハである。活性層は、１層以上の井戸層と障壁層とを含む多重量子井戸構造を有しており、活性層の最外側にあってｐ型窒化物半導体層に隣接した最終障壁層が、ｐ型不純物を含んでおり、最終障壁層の層厚は、ウエハの面内で異なる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とがこの順で設けられた窒化物半導体素子を形成するためのウエハであって、
前記活性層は、１層以上の井戸層と障壁層とを含む多重量子井戸構造を有しており、
前記活性層の最外側にあって前記ｐ型窒化物半導体層に隣接した最終障壁層が、ｐ型不純物を含んでおり、
前記最終障壁層の層厚は、ウエハ面内で異なる窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項２】
前記最終障壁層の層厚は、前記ウエハの中央部と前記ウエハの周縁部とで異なる請求項１に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項３】
前記最終障壁層の層厚は、前記ウエハの周縁部から前記ウエハの中央部へ向かうにつれて厚くなる請求項２に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項４】
前記最終障壁層の層厚の最大値と前記最終障壁層の層厚の最小値との差は、前記最終障壁層の層厚の最大値に対して３０％以下である請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項５】
前記最終障壁層は、前記ｐ型窒化物半導体層からのｐ型不純物の拡散により前記ｐ型不純物を含む請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項６】
前記最終障壁層に含まれる前記ｐ型不純物は、Ｍｇである請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項７】
前記ｎ型窒化物半導体層と前記活性層と前記ｐ型窒化物半導体層とは、窒化物半導体材料とは異なる材料からなる基板上に形成されている請求項１〜６のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項８】
前記基板の口径は、４インチ以上である請求項７に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハを用いて製造された窒化物半導体素子。
【請求項１０】
窒化物半導体素子を形成するためのウエハを製造する方法であって、
ｎ型窒化物半導体層を形成する工程と、１層以上の井戸層と障壁層とを含む多重量子井戸構造を有した活性層を形成する工程と、ｐ型窒化物半導体層を形成する工程とを少なくとも含み、
前記活性層を形成する工程は、前記活性層の最外側にあって前記ｐ型窒化物半導体層に隣接する最終障壁層を形成する工程を含み、
前記最終障壁層は、ｐ型不純物を含み、
層厚がウエハ面内で異なるように前記最終障壁層を形成する窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１１】
層厚が前記ウエハの中央部と前記ウエハの周縁部とで異なるように前記最終障壁層を形成する請求項１０に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１２】
層厚が前記ウエハの周縁部から前記ウエハの中央部へ向かうにつれて厚くなるように前記最終障壁層を形成する請求項１１に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１３】
前記最終障壁層の層厚の最大値と前記最終障壁層の層厚の最小値との差が前記最終障壁層の層厚の最大値に対して３０％以下となるように前記最終障壁層を形成する請求項１０〜１２のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１４】
前記最終障壁層を形成する工程では、
原料ガスとキャリアガスとを用いて前記最終障壁層を形成し、
前記キャリアガスの流量を制御して層厚が前記ウエハの中央部と前記ウエハの周縁部とで異なるように前記最終障壁層を形成する請求項１０〜１３のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１５】
前記活性層を形成する工程では、
前記最終障壁層を形成する工程におけるキャリアガスの流量と前記最終障壁層以外の前記多重量子井戸構造を形成する工程におけるキャリアガスの流量とが異なるように前記活性層を形成する請求項１４に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１６】
前記最終障壁層を形成する工程におけるキャリアガスの流量と前記最終障壁層以外の前記多重量子井戸構造を形成する工程におけるキャリアガスの流量との差が前記最終障壁層以外の前記多重量子井戸構造を形成する工程におけるキャリアガスの流量に対し１９〜２４％の範囲である請求項１５に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１７】
前記ｎ型窒化物半導体層と前記活性層と前記ｐ型窒化物半導体層とは、窒化物半導体材料とは異なる材料からなる基板上に形成される請求項１０〜１６のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１８】
前記基板として、口径が４インチ以上の基板を用いる請求項１７に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１９】
請求項１０〜１８のいずれかに記載の方法によって作製された窒化物半導体素子形成用ウエハを用いて窒化物半導体素子を製造する方法であって、
前記ｐ型窒化物半導体層および前記活性層のそれぞれの一部分を除去して、前記ｎ型窒化物半導体層の一部分を露出させる工程と、
前記ｎ型窒化物半導体層の露出した表面の上にｎ側の外部接続用電極を形成し、前記ｐ型窒化物半導体層の上にｐ側の外部接続用電極を形成する工程と、
前記ｎ型窒化物半導体層、前記活性層、および前記ｐ型窒化物半導体層が形成されたウエハを個片化する工程とを備えている窒化物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、窒化物半導体素子を形成するためのウエハ（以下では単に「ウエハ」と記すことがある。）、ウエハの製造方法、ウエハを用いて製造された窒化物半導体素子、および窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物半導体素子を発光素子として用いた青色発光素子と蛍光体とを利用した白色発光装置が、大型液晶テレビのバックライトおよび照明用の光源等に用いられるようになりつつある。このような大型液晶テレビおよび照明等の製品には、一度に大量の白色発光装置を使用する。そのため、これらの製品に用いられる青色発光素子には、安価で大量生産できることが求められている。
【０００３】
窒化物半導体素子は、一般に、基板の上面上に窒化物半導体層を積層してウエハを製造し、このウエハを任意のチップサイズに分割することにより形成される。従来、基板には、製造の困難性などの理由から、１〜２インチ程度のサイズのものが利用されていた。しかし、最近の技術革新により、３インチ以上のサイズの基板を定量的に供給できるようになってきている。４インチ以上の大口径の基板を用いてウエハを製造すれば、一度に大量の窒化物半導体素子を製造することができ、よって、窒化物半導体素子の製造コストの低下を図ることができる。そこで、４インチ以上の大口径の基板を用いてウエハを製造することが強く求められている。
【０００４】
ところで、材料コストなどの理由から、基板には、窒化物半導体材料とは異なる材料（たとえばサファイアまたはＳｉＣなど）からなる基板を用いることが多い。そのため、基板材料の格子定数は窒化物半導体層材料の格子定数とは異なり、基板材料の熱膨張係数は窒化物半導体層材料の熱膨張係数とは異なる。よって、このような基板の上に窒化物半導体層を結晶成長させると、ウエハ全体に内部応力が発生する。この内部応力の発生に起因して、ウエハが反る、またはウエハ自体が割れるという不具合が発生する。この不具合は、基板のサイズが大きくなればなるほど顕著になり、窒化物半導体素子の製造歩留まりが低下する要因の一つとなっている。つまり、４インチ以上の大口径の基板を用いてウエハを製造すれば、製造途中にウエハの反り、およびウエハの割れの少なくとも一方を招くおそれが高くなる。したがって、上記不具合の発生を抑制する方法として基板の反りを緩和する方法が検討されている（たとえば特許文献１〜４）。
【０００５】
一方、基板上に形成される窒化物半導体層は、半導体レーザ（Laser：Light  Amplification  by  Stimulated  Emission  of  Radiation）、発光ダイオード（LED：Light  Emitting  Diode）または電力用半導体素子などの窒化物半導体層として用いられる。たとえば、窒化物半導体層が半導体レーザまたは発光ダイオードなどの窒化物半導体発光素子に用いられる場合、これらの窒化物半導体発光素子の発光原理はホールと電子との再結合であるため、ｐ型窒化物半導体層およびｎ型窒化物半導体層を適切に形成することが重要である。このような窒化物半導体発光素子の製造工程には、ｐ型窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる工程（エピタキシャル成長工程）が含まれている。このエピタキシャル成長工程は、一般に１０００℃を超える高温で行なわれ、この工程において、ｐ型窒化物半導体層にＭｇなどのｐ型不純物がドープされる。
【０００６】
発光層として、たとえば、ｎ型ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体障壁層とアンドープＩｎＧａＮ窒化物半導体井戸層とが交互に積層され、最上層にアンドープＧａＮからなる窒化物半導体障壁層（最終障壁層）を積層してなる窒化物半導体活性層が知られている。このような窒化物半導体活性層を備えた窒化物半導体発光素子では、井戸層へのホール注入効率を向上させる目的で、窒化物半導体活性層の最終障壁層に一定量のｐ型不純物を含ませることが知られている（たとえば特許文献５）。
【０００７】
特許文献５には、次に示すことが記載されている。最終障壁層中のｐ型不純物は、成長時に同時にドープしても良いし、隣接するｐ型窒化物半導体層から拡散させることによりドープしても良い。素子構造が、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層の順に積層されたものであれば、最終障壁層をアンドープで成長させても、次に成長させるｐ型窒化物半導体層からｐ型不純物が拡散するため、ｐ型不純物を有する障壁層とすることができる。
【０００８】
特許文献５には、次に示すことも記載されている。最終障壁層へのｐ型不純物のドープは、最終障壁層の成長時に行なうよりも、最終障壁層をアンドープで成長させた後にｐ型窒化物半導体層からの拡散によって行なう方が好ましい。前者の場合には、最終障壁層の成長時にその下にあるｎ型の井戸層にｐ型不純物が拡散して素子寿命特性が低下する恐れがある一方、後者の場合には、井戸層に悪影響を与えることなく最終障壁層にｐ型不純物をドープすることができるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５７−０９５８９９号公報
【特許文献２】特開２００４−１６８６２２号公報
【特許文献３】特開２００６−３４７７７６号公報
【特許文献４】特開２００９−０５１６７８号公報
【特許文献５】特開２００２−０８４０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
基板の反りを改善する技術を用いて製造されたウエハでは、窒化物半導体層の成膜時でのウエハの反りは低減される。しかし、成膜後の常温状態においては、ウエハは一定の反りを有する形状となるため、後工程におけるウエハの取り扱いが煩雑になり、工数の増加または製造歩留まりの低下などのウエハの生産性が低下するという問題点があった。
【００１１】
したがって、窒化物半導体層の成膜後でのウエハの取り扱いを考慮すると、常温状態でのウエハはできる限り平坦であることが好ましい。しかし、常温状態でのウエハが平坦である場合には、エピタキシャル成長工程では、逆にウエハは反った状態となるため、ウエハを加熱するヒータとウエハとの距離にバラツキが生じる。そのため、成膜時には同一ウエハ内で温度分布が生じてしまうという問題があった。ウエハの表面温度のバラツキは、エピタキシャル成長させる窒化物半導体層の層厚の増加とともに顕著となる。
【００１２】
ｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とをこの順に積層してウエハを製造する場合、ｐ型窒化物半導体層からのｐ型不純物の拡散により活性層の最終障壁層に一定量のｐ型不純物をドープさせようとすると、最終障壁層におけるｐ型不純物の分布は上記ウエハの表面温度のバラツキに影響される。詳細には、ｐ型不純物は、比較的温度の高い領域では最終障壁層の層厚方向のより深くまで拡散するが、比較的温度の低い領域では最終障壁層の層厚方向にあまり拡散しない。そのため、結果として、ウエハの同一面内においてｐ型不純物のドープ量にバラツキが生じるという課題があった。
【００１３】
また、比較的温度の高い領域に形成される最終障壁層へのｐ型不純物の拡散を最適化した場合には、比較的温度の低い領域に形成される最終障壁層へのｐ型不純物の拡散が不充分となる。そのため、窒化物半導体発光素子の電圧が上昇し、窒化物半導体発光素子の発光効率が悪くなるという問題があった。
【００１４】
一方、比較的温度の低い領域に形成される最終障壁層に一定量以上のｐ型不純物をドープしようとすると、比較的温度の高い領域では最終障壁層の下に位置する井戸層にまでｐ型不純物が拡散することとなる。そのため、窒化物半導体発光素子の寿命特性が低下するという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、製造工程が煩雑になることなくウエハ内における最終障壁層にｐ型不純物を均一に拡散させることができ、よって、製造歩留まりを大幅に改善可能なウエハ、ウエハの製造方法、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法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】
【００１６】
本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハは、少なくともｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とがこの順で設けられた窒化物半導体素子を形成するためのウエハである。活性層は、１層以上の井戸層と障壁層とを含む多重量子井戸構造を有している。活性層の最外側にあってｐ型窒化物半導体層に隣接した最終障壁層が、ｐ型不純物を含んでいる。最終障壁層の層厚は、ウエハ面内で異なる。
【００１７】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハでは、最終障壁層の層厚は、ウエハの中央部とウエハの周縁部とで異なることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハでは、最終障壁層の層厚は、ウエハの周縁部からウエハの中央部へ向かうにつれて厚くなることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハでは、最終障壁層の層厚の最大値と最終障壁層の層厚の最小値との差は、最終障壁層の層厚の最大値に対して３０％以下であることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハでは、最終障壁層は、ｐ型窒化物半導体層からのｐ型不純物の拡散によりｐ型不純物を含むことが好ましい。
【００２１】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハでは、最終障壁層に含まれるｐ型不純物は、Ｍｇであることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハでは、ｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とは、窒化物半導体材料とは異なる材料からなる基板上に形成されていることが好ましい。
【００２３】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハでは、基板の口径は、４インチ以上であることが好ましい。
【００２４】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子は、本発明の窒化物半導体素子形成用ウエハを用いて製造される。
【００２５】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハを製造する方法は、ｎ型窒化物半導体層を形成する工程と、１層以上の井戸層と障壁層とを含む多重量子井戸構造を有した活性層を形成する工程と、ｐ型窒化物半導体層を形成する工程とを少なくとも含む。活性層を形成する工程は、活性層の最外側にあってｐ型窒化物半導体層に隣接する最終障壁層を形成する工程を含む。最終障壁層は、ｐ型不純物を含む。層厚がウエハ面内で異なるように、最終障壁層を形成する。
【００２６】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハを製造する方法では、層厚がウエハの中央部とウエハの周縁部とで異なるように最終障壁層を形成することが好ましい。
【００２７】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハを製造する方法では、層厚がウエハの周縁部からウエハの中央部へ向かうにつれて厚くなるように最終障壁層を形成することが好ましい。
【００２８】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハを製造する方法では、最終障壁層の層厚の最大値と最終障壁層の層厚の最小値との差が最終障壁層の層厚の最大値に対して３０％以下となるように最終障壁層を形成することが好ましい。
【００２９】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハを製造する方法において最終障壁層を形成する工程では、原料ガスとキャリアガスとを用いて最終障壁層を形成することが好ましく、キャリアガスの流量を制御して層厚がウエハの中央部とウエハの周縁部とで異なるように最終障壁層を形成することが好ましい。
【００３０】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハを製造する方法において活性層を形成する工程では、最終障壁層を形成する工程におけるキャリアガスの流量と最終障壁層以外の重量子井戸構造を形成する工程におけるキャリアガスの流量とが異なるように活性層を形成することが好ましい。
【００３１】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハを製造する方法では、最終障壁層を形成する工程におけるキャリアガスの流量と最終障壁層以外の多重量子井戸構造を形成する工程におけるキャリアガスの流量との差が最終障壁層以外の多重量子井戸構造を形成する工程におけるキャリアガスの流量に対し１９〜２４％の範囲であることが好ましい。
【００３２】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハを製造する方法では、ｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とは、窒化物半導体材料とは異なる材料からなる基板上に形成されることが好ましい。
【００３３】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子を形成するためのウエハを製造する方法では、基板として、口径が４インチ以上の基板を用いることが好ましい。
【００３４】
また、本発明の１つの態様による窒化物半導体素子の製造方法は、本発明の窒化物半導体素子を形成するためのウエハを用いて窒化物半導体素子を製造する方法であり、ｐ型窒化物半導体層および活性層のそれぞれの一部分を除去してｎ型窒化物半導体層の一部分を露出させる工程と、ｎ型窒化物半導体層の露出した表面の上にｎ側の外部接続用電極を形成し、ｐ型窒化物半導体層の上にｐ側の外部接続用電極を形成する工程と、ｎ型窒化物半導体層、活性層、およびｐ型窒化物半導体層が形成されたウエハを個片化する工程とを備えている。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、製造工程が煩雑になることなくウエハ内における最終障壁層にｐ型不純物を均一に拡散させることができ、よって、ウエハおよび窒化物半導体素子の製造歩留まりを大幅に改善可能なウエハ、ウエハの製造方法、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態に係るウエハの概略断面図である。
【図２】従来における最終障壁層でのｐ型不純物の拡散状態を示す模式図である。
【図３】従来におけるウエハの中央部およびウエハの周縁部での原子濃度プロファイルを示すグラフである。
【図４】本発明の一実施の形態におけるウエハ内での最終障壁層の層厚変化を示した図である。
【図５】本発明の一実施の形態における窒化物半導体素子の概略断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における光学装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下では、図面を参照しながら、窒化物半導体素子として窒化物半導体からなる発光ダイオード素子（以下では単に「発光ダイオード素子」と記す）を例に挙げて、本発明の実施の形態を説明する。実施の形態１では、発光ダイオード素子を形成するためのウエハの構造およびその製造方法を説明する。実施の形態２では、発光ダイオード素子の構造、発光ダイオード素子の製造方法、発光ダイオード素子を備えた発光装置の構造、および発光装置の製造方法を説明する。
【００３８】
なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものである。また、長さ、幅、層厚、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表わすものではない。また、本発明が以下に示す実施の形態に限定されないことは言うまでもない。
【００３９】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係るウエハ２０の概略断面図である。
【００４０】
（ウエハ２０の構造）
本実施の形態に係るウエハ２０は、基板１と、基板１の上面に接するように設けられ、アルミニウムを含有する窒化物半導体材料からなる中間層２と、中間層２の上面に接するように設けられ、窒化物半導体材料からなる下地層３と、下地層３の上面に接するように設けられ、ｎ型窒化物半導体材料からなるｎ型コンタクト層４と、ｎ型コンタクト層４の上面に接するように設けられ、ｎ型窒化物半導体材料からなるｎ型クラッド層５と、ｎ型クラッド層５の上面に接するように設けられ、窒化物半導体材料からなる活性層６と、活性層６の上面に接するように設けられ、ｐ型窒化物半導体材料からなるｐ型クラッド層７と、ｐ型クラッド層７の上面に接するように設けられ、ｐ型窒化物半導体材料からなるｐ型コンタクト層８とを備えている。活性層６は、活性層６の層厚方向における最外側であってｐ型クラッド層７に隣接した最終障壁層６１を含む。本実施の形態では、特許請求の範囲における「ｎ型窒化物半導体層」はｎ型コンタクト層４とｎ型クラッド層５とで構成され、特許請求の範囲における「ｐ型窒化物半導体層」はｐ型クラッド層７とｐ型コンタクト層８とで構成されているが、特許請求の範囲における「ｎ型窒化物半導体層」および「ｐ型窒化物半導体層」の各構成は本実施の形態における構成に限定されない。
【００４１】
（基板１の構成）
基板１は、窒化物半導体材料とは異なる材料からなることが好ましい。たとえば、基板１としては、ａ面、ｃ面、ｍ面またはｒ面などの露出面を有するサファイア（Ａｌ2Ｏ3）単結晶、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）単結晶、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ2単結晶、ＬｉＧａＯ2単結晶、ＭｇＯ単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶またはＺｒＢ2などのホウ化物単結晶などからなる基板を用いることができる。
【００４２】
基板１の成長面の面方位は特に限定されるものではない。基板１はジャスト基板またはオフ角を付与した基板などを適宜用いることができる。なかでも、基板１の成長面の面方位はサファイア基板のｃ面であることが好ましい。これにより、結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなる中間層２を形成することができ、よって、結晶性に優れた中間層２を形成することができる。それだけでなく、基板１の成長面の口径が１００ｍｍ（４インチ）、１２５ｍｍ（５インチ）、１５０ｍｍ（６インチ）と大きくなるほど、中間層２を構成する結晶粒の粒径の均一性を向上させるという効果が顕著に現れる。
【００４３】
（中間層２の構成）
中間層２としては、たとえばＡｌx0Ｇａy0Ｎ（０≦ｘ０≦１、０≦ｙ０≦１、ｘ０＋ｙ０≠０）の式で表わされる窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用いることができる。なかでも、中間層２はＡｌＮ層であることが好ましい。これにより、基板１の成長面の法線方向に伸長するように中間層２が形成されるので、結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなる中間層２が得られる。
【００４４】
中間層２の厚さは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好ましい。中間層２の厚さが５ｎｍ未満である場合には、中間層２がバッファ層としての機能を十分に発揮しないおそれがある。また、中間層２の厚さが１００ｎｍを超える場合には、バッファ層としての機能が向上することなく中間層２の形成時間が長くなるおそれがある。また、バッファ層としての機能を面内において均一に発揮させるという観点からは、中間層２の厚さを１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【００４５】
（下地層３の構成）
下地層３としては、たとえばＡｌx1Ｇａy1Ｉｎz1Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用いることができる。なかでも、下地層３は、ＩＩＩ族元素としてＧａを含むものであることが好ましい。これにより、転位などの結晶欠陥が中間層２に存在する場合であっても、中間層２中の転位を引き継がないようにして下地層３を形成することができる。詳細には、中間層２と下地層３との界面付近で転位をループさせる（または転位ループを発生させる）ことができれば、中間層２中の転位を引き継がないようにして下地層３を形成することができる。そして、下地層３がＧａを含むＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる場合には、中間層２と下地層３との界面付近で転位がループされやすい。したがって、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる下地層３を用いることによって、中間層２と下地層３との界面付近で転位をループさせて閉じ込めて、転位が中間層２から下地層３に引き継がれるのを抑えることができる。特に下地層３がＡｌx1Ｇａy1Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる場合、さらには下地層３がＧａＮからなる場合には、中間層２と下地層３との界面付近で転位をループさせて閉じ込めることができるため、転位密度が小さく結晶性に優れた下地層３が得られる。
【００４６】
下地層３には、ｎ型不純物が１×１０17ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下の範囲でドープされていてもよい。ｎ型不純物としては、たとえばシリコン、ゲルマニウムおよび錫などを用いることができ、なかでもシリコンおよびゲルマニウムの少なくとも一方を用いることが好ましい。しかし、下地層３の良好な結晶性を維持するという観点からは、下地層３はアンドープであることが好ましい。
【００４７】
（ｎ型コンタクト層４の構成）
ｎ型コンタクト層４としては、たとえば、Ａｌx2Ｇａy2Ｉｎz2Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層にｎ型不純物をドープした層などを用いることができる。なかでも、ｎ型コンタクト層４は、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０≦ｘ２≦１、好ましくは０≦ｘ２≦０．５、より好ましくは０≦ｘ２≦０．１）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体にｎ型不純物（たとえばシリコン）がドープされた窒化物半導体層であることが好ましい。
【００４８】
また、ｎ型コンタクト層４とｎ側電極１１との良好なオーミック接触の維持、ｎ型コンタクト層４におけるクラックの発生の抑制およびｎ型コンタクト層４の良好な結晶性の維持の観点から、ｎ型コンタクト層４へのｎ型不純物のドープ濃度は５×１０17ｃｍ-3以上５×１０19ｃｍ-3以下の範囲内であることが好ましい。
【００４９】
下地層３とｎ型コンタクト層４との厚さの合計は、これらの層の良好な結晶性を維持するという観点から、４μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましく、６μｍ以上１５μｍ以下であることがさらに好ましい。下地層３とｎ型コンタクト層４との厚さの合計が４μｍ未満である場合には、これらの層の結晶性が悪化するおそれがあり、またこれらの層の表面にピット（ｐｉｔ）が生じるおそれがある。一方、下地層３とｎ型コンタクト層４との厚さの合計が１５μｍを超える場合には、ウエハ２０の反りが大きくなって、発光ダイオード素子の収率低下を招くおそれがある。下地層３とｎ型コンタクト層４との厚さの合計が４μｍ以上１５μｍ以下である場合、特にその合計が６μｍ以上１５μｍ以下である場合には、これらの層の結晶性を良好なものとすることができるとともに、ウエハ２０の反りが小さくなって発光ダイオード素子の収率低下を有効に防止することができる。なお、これらの層の厚さの合計のうちｎ型コンタクト層４の厚さの上限は特に限定されるものではない。
【００５０】
（ｎ型クラッド層５の構成）
ｎ型クラッド層５としては、たとえば、Ａｌx3Ｇａy3Ｉｎz3Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、ｘ３＋ｙ３＋ｚ３≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層にｎ型不純物をドープした層などを用いることができる。ｎ型クラッド層５は、ＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる複数の窒化物半導体層がヘテロ接合されてなる構造を有していても良いし、ＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる複数の窒化物半導体層が積層されてなる超格子構造を有していても良い。また、ｎ型クラッド層５の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であり、より好ましくは０．００５μｍ以上０．１μｍ以下である。ｎ型クラッド層５の良好な結晶性の維持および発光ダイオード素子の動作電圧の低減という観点から、ｎ型クラッド層５へのｎ型不純物のドープ濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下であることが好ましく、１×１０17ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下であることがより好ましい。
【００５１】
（活性層６の構成）
活性層６は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造を有していても良いし、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有していても良い。活性層６が単一量子井戸構造を有する場合には、活性層６の井戸層として、たとえばＧａ1-z4Ｉｎz4Ｎ（０＜ｚ４＜０．４）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用いることができる。井戸層の上下にはキャリア閉じ込めの役割をする障壁層が形成されている。
【００５２】
活性層６が多重量子井戸構造を有する場合には、井戸層６ａとしては、たとえばＧａ1-z4Ｉｎz4Ｎ（０＜ｚ４＜０．４）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用いることができる。障壁層６ｂとしては、井戸層６ａよりもバンドギャップエネルギーの大きいＡｌx5Ｇａy5Ｉｎz5Ｎ（０≦ｘ５≦１、０≦ｙ５≦１、０≦ｚ５≦１、ｘ５＋ｙ５＋ｚ５≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用いることができる。
【００５３】
各井戸層６ａの組成は、本実施形態に係る発光ダイオード素子に求められる発光波長に合わせて調整されることが好ましい。たとえば本実施形態に係る発光ダイオード素子が３７５ｎｍ以下の紫外光を発する場合には、一般に、井戸層６ａのバンドギャップエネルギーを大きくするために井戸層６ａに適宜Ａｌを含ませることとなる。各井戸層６ａの組成は同じであることが好ましい。これにより各井戸層６ａで電子とホールとの再結合により生じる光の波長を同じにすることができ、よって、発光ダイオード素子の発光スペクトルの幅が狭くなる。また、たとえばｐ型クラッド層７側に位置する各井戸層は、不純物を極力含まない（成長時に不純物原料を導入しない）ことが好ましい。これにより、各井戸層６ａにおける非発光再結合が起こりにくく、発光ダイオード素子の発光効率が良好となる。一方、ｎ型クラッド層５側に位置する各井戸層は、ｎ型不純物を含んでいても良い。これにより、発光ダイオード素子の駆動電圧が低下する傾向にある。
【００５４】
各井戸層６ａの厚さは、限定されないが、それぞれ同じであることが好ましい。各井戸層６ａの厚さが同じであれば、量子準位も同じになり、各井戸層６ａにおける電子とホールとの再結合により各井戸層６ａにおいて同じ波長の光が生じ、よって、発光ダイオード素子の発光スペクトル幅が狭くなる。一方、意図的に井戸層６ａの組成または井戸層６ａの厚さを異ならせることにより、発光ダイオード素子の発光スペクトル幅をブロードにすることもできる。発光ダイオード素子を照明用などの用途に使用するときには、意図的に井戸層６ａの組成または井戸層６ａの厚さを異ならせることが好ましい。
【００５５】
各井戸層６ａの厚さは、１ｎｍ以上７ｎｍ以下であることが好ましい。各井戸層６ａの厚さがこの範囲外であれば、発光ダイオード素子の発光効率が低下する傾向にある。
【００５６】
各障壁層６ｂの厚さは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ以上７ｎｍ以下であることがより好ましい。各障壁層６ｂの厚さが薄いほど発光ダイオード素子の駆動電圧は低下するが、各障壁層６ｂの厚さを極端に薄くすると発光ダイオード素子の発光効率が低下する傾向にある。但し、後述の最終障壁層６１の厚さは、１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５７】
各障壁層および最初の障壁層（ｎ型クラッド層５の上面に接するように設けられた障壁層）におけるｎ型ドープ濃度は、特に限定されない。たとえば、複数の障壁層６ｂのうち、ｎ型クラッド層５側に位置する障壁層にはｎ型不純物をドープし、且つｐ型クラッド層７側に位置する障壁層にはｎ型クラッド層５側に位置する障壁層よりも低い濃度のｎ型不純物をドープするかｐ型クラッド層７側に位置する障壁層をアンドープとすることが好ましい。各障壁層６ｂには、意図的にｎ型不純物をドープすることもある。また、後述の最終障壁層６１には、ｐ型窒化物半導体層の成長時の熱拡散によりｐ型不純物が含まれることが好ましい。
【００５８】
井戸層６ａの数としては、特に限定されないが、たとえば２以上２０以下であることが好ましく、より好ましくは３以上１５以下であり、さらに好ましくは４以上１２以下である。
【００５９】
（最終障壁層の構成）
図２は、従来の最終障壁層におけるｐ型不純物の拡散状態を示す模式図である。図２において、Ｌ２１は、ウエハの層厚方向の一部分におけるバンドギャップエネルギーを示す。また、Ｌ２２およびＬ２３は、それぞれ、ウエハの中央部およびウエハの周縁部におけるｐ型不純物の拡散プロファイルを示す。
【００６０】
従来では、図２に示すように、最終障壁層におけるｐ型不純物の濃度は、ウエハの中央部よりもウエハの周縁部の方が低い。この理由としては次に示すことが考えられる。窒化物半導体層の成膜時にはウエハ全体が凹状に反る傾向にあるため、ウエハの下部に設置されたヒータからの加熱によりウエハの中央部ほど加熱されやすくなる。つまり、ウエハの中央部ほど温度が高くウエハの周縁部では温度が低いという温度分布がウエハに生じ易くなる。よって、ウエハの中央部ではｐ型不純物の拡散が促進されるが、ウエハの周縁部ではｐ型不純物はあまり拡散しない。
【００６１】
図３（ａ）および図３（ｂ）には、それぞれ、従来のウエハの中央部および従来のウエハの周縁部におけるＳＩＭＳ（Secondary  Ion  Mass  Spectrometry）による原子濃度プロファイルを示す。図３（ａ）〜図３（ｂ）において、各横軸は、従来のウエハの表面に一次イオンを照射する時間（sputter  times）であり、従来のウエハの表面からの深さに相当し、各縦軸は、Ｍｇ原子の濃度（atoms/cm3）である。また、図３（ａ）〜図３（ｂ）では、従来の最終障壁層におけるＭｇ濃度分布を「Ｒ３１」で囲っている。
【００６２】
図３（ａ）および（ｂ）から明らかなように、ＳＩＭＳ測定結果からも、ｐ型不純物であるＭｇが最終障壁層へ拡散する量がウエハ面内で異なることがわかる。ここで、「ウエハ面内」とは、最終障壁層の層厚方向に対して垂直な方向に延びる面内を意味する。
【００６３】
そこで、本実施の形態では、層厚がウエハ２０の周縁部からウエハ２０の中央部へ向かうにつれて厚くなるように最終障壁層６１を形成する。これにより、ウエハ面内において、最終障壁層６１におけるｐ型不純物の濃度を均一にすることができるということを見出した。
【００６４】
詳細には、ｐ型クラッド層７またはｐ型コンタクト層８などの成膜時には、ウエハ２０の中央部の温度が高くなる。しかし、本実施の形態では、ウエハ２０の中央部における最終障壁層６１の層厚が厚いため、ｐ型不純物が最終障壁層６１の下に位置する井戸層６ａなどに拡散することを防止できる。一方、ｐ型クラッド層７またはｐ型コンタクト層８などの成膜時には、ウエハ２０の周縁部の温度はそれほど高くならない。しかし、本実施の形態では、ウエハ２０の周縁部における最終障壁層６１の層厚が薄いため、ｐ型不純物を最終障壁層６１の層厚方向において均一に拡散させることができる。
【００６５】
ウエハ２０の中央部における最終障壁層６１の層厚とウエハ２０の周縁部における最終障壁層６１の層厚との差（以下では「層厚差」と記すことがある。）は、最終障壁層６１の層厚の最小値（つまり、ウエハ２０の周縁部における最終障壁層６１の層厚）に対して３０％以下であることが好ましく、より好ましくは最終障壁層６１の層厚の最大値に対して１５％以上２５％以下である。これにより、ウエハ面内において、最終障壁層６１におけるｐ型不純物の濃度を均一にすることができる。層厚差がウエハ２０の周縁部における最終障壁層６１の層厚に対して２０％よりも大きくなると、層厚が厚い側の最終障壁層におけるｐ型不純物の拡散割合の低下を招く。層厚差がウエハ２０の周縁部における最終障壁層６１の層厚に対して５％未満となると、層厚が薄い側の最終障壁層においてｐ型不純物が最終障壁層を透過して井戸層６ａへ達するおそれがある。層厚差は、他の条件との兼ね合いもあるため一概には言えないが、１〜４ｎｍ程度であることが好ましく、２ｎｍ程度であることがより好ましい。
【００６６】
なお、本実施の形態では、４インチ以上のウエハ２０は成膜時には凹形状（ウエハ２０の中央部がウエハ２０の周縁部よりも下側に位置する形状）に反り易いという知見に基づいて、最終障壁層６１の層厚をウエハ２０の周縁部からウエハ２０の中央部へ向かうにつれて厚くしている。しかし、ウエハ２０が成膜時に凹形状とは別の形状（例えば凸形状または波型形状）に反ることが予想される場合にも、本発明を適用することができる。具体的には、ウエハ２０内の温度分布がわかれば、最終障壁層６１の層厚分布をウエハ２０内の温度分布に応じて調整すればいい。より具体的には、ウエハ２０が成膜時に凸形状に反ることが予想される場合には、最終障壁層６１の層厚をウエハ２０の中央部からウエハ２０の周縁部へ向かうにつれて厚くすれば、ウエハ面内において、最終障壁層６１におけるｐ型不純物の濃度を均一にすることができる。
【００６７】
また、最終障壁層６１に含まれるｐ型不純物は、ｐ型クラッド層７またはｐ型コンタクト層８を形成するときに、ｐ型クラッド層７またはｐ型コンタクト層８から最終障壁層６１へ拡散されたものであることが好ましい。
【００６８】
（ｐ型クラッド層７の構成）
ｐ型クラッド層７としては、たとえばＡｌx6Ｇａy6Ｉｎz6Ｎ（０≦ｘ６≦１、０≦ｙ６≦１、０≦ｚ６≦１、ｘ６＋ｙ６＋ｚ６≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層にｐ型不純物をドープした層などを用いることができる。なかでも、ｐ型クラッド層７としては、Ａｌx6Ｇａ1-x6Ｎ（０＜ｘ６≦０．４、好ましくは０．１≦ｘ６≦０．３）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層にｐ型不純物をドープした層を用いることが好ましい。ｐ型不純物としては、たとえばマグネシウム（Ｍｇ）などを用いることができる。
【００６９】
ｐ型クラッド層７のバンドギャップエネルギーは、活性層６への光の閉じ込めという観点から、活性層６のバンドギャップエネルギーよりも大きいことが好ましい。また、ｐ型クラッド層７の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．０１μｍ以上０．４μｍ以下であり、より好ましくは０．０２μｍ以上０．１μｍ以下である。良好な結晶性のｐ型クラッド層７を得るという観点からは、ｐ型クラッド層７へのｐ型不純物のドープ濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上１×１０21ｃｍ-3以下であることが好ましく、１×１０19ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下であることがより好ましい。
【００７０】
（ｐ型コンタクト層８の構成）
ｐ型コンタクト層８としては、たとえばＡｌx7Ｇａy7Ｉｎz7Ｎ（０≦ｘ７≦１、０≦ｙ７≦１、０≦ｚ７≦１、ｘ７＋ｙ７＋ｚ７≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層にｐ型不純物をドープした層などを用いることができる。なかでも、ｐ型コンタクト層８の良好な結晶性の維持およびｐ型コンタクト層８とｐ側電極１０との良好なオーミック接触を得るという観点からは、ｐ型コンタクト層８はＧａＮ層にｐ型不純物をドープした層であることが好ましい。
【００７１】
ｐ型コンタクト層８とｐ側電極１０との良好なオーミック接触の維持、ｐ型コンタクト層８におけるクラックの発生の抑制およびｐ型コンタクト層８の良好な結晶性の維持という観点からは、ｐ型コンタクト層８へのｐ型不純物のドープ濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上１×１０21ｃｍ-3以下の範囲内であることが好ましく、５×１０19ｃｍ-3以上５×１０20ｃｍ-3以下の範囲内であることがより好ましい。また、ｐ型コンタクト層８の厚さは特に限定されるものではない。発光ダイオード素子１００の発光出力を向上させるという観点からは、ｐ型コンタクト層８の厚さは、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であることがより好ましい。
【００７２】
なお、発光ダイオード素子を製造する際にｐ型コンタクト層８の上に形成されるｐ側電極１０（図５参照）とｐ型コンタクト層８とのオーミック性を考慮して、ｐ型コンタクト層８の上部におけるｐ型不純物の濃度を高濃度に設定する場合、またはｐ型コンタクト層８を２層構造で形成する場合などがある。
【００７３】
また、ｐ型コンタクト層８よりも活性層６に近いｐ型クラッド層７におけるｐ型不純物のドープ濃度を、ｐ型コンタクト層８におけるｐ型不純物のドープ濃度より低くしても良い。
【００７４】
（ウエハ２０の製造方法）
以下では、ウエハ２０の製造方法を示す。なお、基板１、中間層２、下地層３、ｎ型コンタクト層４、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８の各材料ならびに各層厚などは、上述の通りである。
【００７５】
（中間層２の形成方法）
基板１の上面上に中間層２を形成する。ここで、中間層２は、基板１とターゲットとの間にDC−continuous方式により電圧を印加して行なわれるDCマグネトロンスパッタ法によって形成されることが好ましい。
【００７６】
（下地層３の形成方法）
ＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）法によって、中間層２の上面上に下地層３を形成する。
【００７７】
このとき、中間層２の上面を熱処理してから、その上面上に下地層３を積層することが好ましい。この熱処理によって、中間層２の表面の清浄化と下地層３の結晶性の向上との両方を図ることができる。この熱処理は、たとえばＭＯＣＶＤ法が用いられるＭＯＣＶＤ装置内で行なうことができる。熱処理時の雰囲気ガスとしては、たとえば水素ガスまたは窒素ガスなどを用いることができる。なお、この熱処理時における中間層２の分解を防ぐために、熱処理時の雰囲気ガスにアンモニアガスを混合することが好ましい。また、この熱処理は、たとえば９００℃以上１２５０℃以下の温度で行なうことができ、たとえば１分間以上６０分間以下行なうことができる。
【００７８】
また、下地層３の形成時における基板１の温度は８００℃以上１２５０℃以下であることが好ましく、１０００℃以上１２５０℃以下であることがより好ましい。その温度が８００℃以上１２５０℃以下である場合、特にその温度が１０００℃以上１２５０℃以下である場合には、結晶性に優れた下地層３を成長させることができる。
【００７９】
下地層３の形成条件は特に限定されない。しかし、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内の圧力が低い方が、反応炉内における原料ガスおよびキャリアガスなどのスピードが速くなるので、下地層３の層厚が均一になりやすい。この点を考慮に入れて下地層３の形成条件を決めればよい。
【００８０】
（ｎ型コンタクト層４、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７、ｐ型コンタクト層８の形成方法）
ＭＯＣＶＤ法によって、下地層３の上面上に、ｎ型コンタクト層４、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８をこの順に積層する。
【００８１】
具体的には、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉の内部に、たとえばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）からなる群から選択された少なくとも１つのＩＩＩ族元素の有機金属原料ガスと、たとえばアンモニアなどの窒素原料ガスとを供給する。反応炉の内部においてこれらのガスを熱分解させて反応させる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体材料からなるｎ型コンタクト層４などを形成することができる。
【００８２】
また、ｎ型不純物であるシリコンをドープする場合には、たとえばシラン（ＳｉＨ4）をドーピングガスとして上記の原料ガスに加えることが好ましい。
【００８３】
また、ｐ型不純物であるマグネシウムをドープする場合には、たとえばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ2Ｍｇ）をドーピングガスとして上記の原料ガスに加えることが好ましい。
【００８４】
ここで、活性層６を形成するときには、基板１の温度は７００℃以上９００℃以下であることが好ましく、７５０℃以上８５０℃以下であることがより好ましい。詳細には、活性層６が単一量子井戸（ＳＱＷ）構造からなり、その井戸層がたとえばＧａ1-z4Ｉｎz4Ｎ（０＜ｚ４＜０．４）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層である場合には、活性層６からの出力波長が所望の発光波長となるように、活性層６のＩｎ組成または活性層６の厚さが制御されることが好ましい。しかしながら、活性層６の形成時における基板１の温度が低いと、活性層６の結晶性が悪化するおそれがある。一方、活性層６の形成時における基板１の温度が高いと、ＩｎＮの昇華が顕著になって固相中へのＩｎの取り込まれ効率が低減して活性層６におけるＩｎ組成が変動するおそれがある。よって、活性層６を形成するときには、基板１の温度を７００℃以上９００℃以下とすることが好ましい。
【００８５】
（最終障壁層６１の形成方法）
ウエハ２０が凹状に沿っている場合の最終障壁層６１の形成方法を以下に示す。図４には、キャリアガスの流量を変化させて最終障壁層６１を形成した場合において、最終障壁層６１の層厚がウエハ２０の中央部からウエハ２０の周縁部においてどの様に変化するかを示した図面である。なお、図４中の流量Ａ、流量Ｂ、流量Ｃ、および流量Ｄはいずれもキャリアガスの流量を意味し、流量Ｂ、流量Ｃ、および流量Ｄはそれぞれ流量Ａに対して１０％、２０％、および４０％少ない（ＤＯＷＮ）ことを意味する。流量Ａは、特に限定されないが、最終障壁層６１以外の活性層６を構成する層を形成するときのキャリアガスの流量であることが好ましい。これにより、最終障壁層６１以外の活性層６を構成する層と同等の膜質を有する最終障壁層６１を形成することができる。よって、最終障壁層６１を障壁層として充分に機能させることができる。
【００８６】
図４から明らかなように、キャリアガスの流量Ａに対してキャリアガスの流量を増加させていくと、ウエハ２０の中央部における最終障壁層６１の層厚とウエハ２０の周縁部における最終障壁層６１の層厚との差が大きくなることがわかる。したがって、最終障壁層６１の層厚がウエハ面内において均一となる場合におけるキャリアガスの流量よりもキャリアガスの流量を少なくして最終障壁層６１を形成することにより、ウエハ２０の中央部における最終障壁層６１の層厚とウエハ２０の周縁部における最終障壁層６１の層厚との差を所望の値とすることができる。好ましくは、最終障壁層６１を形成する工程におけるキャリアガスの流量と最終障壁層６１以外の活性層６を構成する層を形成する工程におけるキャリアガスの流量との差を最終障壁層６１以外の活性層６を構成する層を形成する工程におけるキャリアガスの流量に対して１９％以上２４％以下とすれば、ウエハ２０の中央部における最終障壁層６１の層厚とウエハ２０の周縁部における最終障壁層６１の層厚との差を１〜４ｎｍ程度に制御することができる。
【００８７】
なお、図４には、口径が６インチであるウエハ２０の例を示した。しかし、口径が４インチ以上のウエハ２０であれば、図４に示す結果と同様の結果が得られると考えられる。
【００８８】
上記（最終障壁層の構成）で示したように、４インチ以上のウエハ２０は成膜時には凹形状に反り易いという知見に基づいて、最終障壁層６１の層厚をウエハ２０の周縁部からウエハ２０の中央部へ向かうにつれて厚くしている。しかし、ウエハ２０が成膜時に凹形状とは別の形状（例えば凸形状または波型形状）に反っている場合にも、本発明を適用することができる。具体的には、ウエハ２０内の温度分布がわかれば、最終障壁層６１の層厚分布をウエハ２０内の温度分布に応じて調整すればいい。より具体的には、ウエハ２０が成膜時に凸形状に反った場合には、最終障壁層６１の層厚がウエハ面内において均一となる場合におけるキャリアガスの流量よりもキャリアガスの流量を多くして最終障壁層６１を形成することにより、ウエハ２０の中央部における最終障壁層６１の層厚とウエハ２０の周縁部における最終障壁層６１の層厚との差を所望の値とすることができる。
【００８９】
また、最終障壁層６１の形成方法は上記方法に限定されない。最終障壁層６１の形成方法は、層厚がウエハ面内で異なるように最終障壁層６１を形成する方法であることが好ましく、より好ましくは層厚がウエハ２０の中央部とウエハ２０の周縁部とで異なるように最終障壁層６１を形成する方法であり、さらに好ましくは層厚がウエハ２０の周縁部からウエハ２０の中央部へ向かうにつれて厚くなるように最終障壁層６１を形成する方法であり、さらに好ましくは最終障壁層６１の層厚の最大値と最終障壁層６１の層厚の最小値との差が最終障壁層６１の層厚の最大値に対して３０％以下となるように最終障壁層６１を形成する方法である。たとえば、キャリアガスの流量を制御して最終障壁層６１を形成することが好ましい。
【００９０】
＜実施の形態２＞
実施の形態２に係る発光ダイオード素子は、上記実施の形態１に係るウエハ２０を用いて製造される。また、本実施の形態における光学装置は、本実施の形態に係る発光ダイオード素子を備えている。
【００９１】
図５は、本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００の概略断面図である。図６（ａ）は本実施の形態における発光装置２００（砲弾ランプ型発光装置）の概略断面図であり、図６（ａ）に示す発光装置２００は図５に示す発光ダイオード素子１００を備えている。図６（ｂ）は本実施の形態における発光装置２０１（面実装型発光装置）の概略断面図であり、図６（ｂ）に示す発光装置２０１は図６（ｂ）に示すように発光ダイオード素子１０１を備えている。
【００９２】
（発光ダイオード素子１００，１０１の構成）
発光ダイオード素子１００，１０１は、ｎ型コンタクト層４の一部分が露出するように上記実施の形態１に係るウエハ２０（図１参照）がエッチングされたものであり、さらに、ｐ型コンタクト層８の上面に接するように設けられた透光性電極層９と、透光性電極層９の上面に接するように設けられたｐ側電極１０と、ｎ型コンタクト層４の露出表面に接するように設けられたｎ側電極１１とを備えている。
【００９３】
透光性電極層９は、たとえば金、パラジウム、ニッケルまたはＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）からなることが好ましい。
【００９４】
ｐ側電極１０，１１０およびｎ側電極１１，１１１は、発光ダイオード素子１００，１０１に駆動電力を供給するための電極である。ｐ側電極１０，１１０は、たとえばチタン層、アルミニウム層および金層がこの順序で積層されて構成されていることが好ましい。ｎ側電極１１，１１１は、たとえばニッケル層、アルミニウム層、チタン層および金層がこの順序で積層されて構成されていることが好ましい。
【００９５】
（発光ダイオード素子１００，１０１の製造方法）
以下、発光ダイオード素子１００，１０１の製造方法を示す。なお、透光性電極層９、ｐ側電極１０，１１０およびｎ側電極１１，１１１の各材料などは上述の通りである。
【００９６】
まず、上記実施の形態１におけるウエハ２０のｐ型コンタクト層８の上面上に透光性電極層９を形成してから、透光性電極層９の上面上にｐ側電極１０，１１０を形成する。その後、ｎ型コンタクト層４、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８の一部分をエッチングにより除去することによって、ｎ型コンタクト層４の表面の一部を露出させる。
【００９７】
次に、ｎ型コンタクト層４の露出した表面上にｎ側電極１１，１１１を形成する。その後、ウエハ２０を個片化する。これにより、発光ダイオード素子１００，１０１が製造される。
【００９８】
このように、発光ダイオード素子１００，１０１は、上記実施の形態１に係るウエハ２０を用いて製造される。よって、ウエハ２０の割れを招くことなく発光ダイオード素子１００，１０１を製造することができる。また、発光ダイオード素子１００，１０１の製造工程の煩雑化を伴うことなく、発光ダイオード素子１００，１０１を製造することができる。これらのことから、発光ダイオード素子１００，１０１の製造歩留まりの低下を防止できる。
【００９９】
なお、透光性電極層９を形成する前に、ｎ型コンタクト層４などの一部分をエッチングにより除去しても良い。
【０１００】
また、ｎ型コンタクト層４などの一部分をエッチングする具体的な方法は、特に限定されず、後述の実施例で示すようにドライエッチングであっても良いし、ウエットエッチングであっても良い。
【０１０１】
また、ウエハ２０の個片化は、ｎ側電極１１，１１１の形成後に限定されず、たとえば透光性電極層９の形成前に行なっても良い。
【０１０２】
（発光装置２００，２０１の構成）
本実施の形態における発光装置２００，２０１は、本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００，１０１と、発光ダイオード素子１００，１０１が設けられた第１のリードフレーム１２，１１２と、発光ダイオード素子１００，１０１を封止する樹脂１３，１１３と、発光ダイオード素子１００，１０１が電気的に接続される第２のリードフレーム１４，１１４と、発光ダイオード素子１００，１０１のｐ側電極１０，１１０と第１のリードフレーム１２，１１２とを電気的に接続する第１のワイヤ４５，１４５と、発光ダイオード素子１００，１０１のｎ側電極１１，１１１と第２のリードフレーム１４，１１４とを電気的に接続する第２のワイヤ４４，１４４とを備えている。
【０１０３】
第１のリードフレーム１２，１１２および第２のリードフレーム１４，１１４は、導電性を有する材料からなることが好ましく、たとえば銅合金などの金属材料からなることが好ましい。樹脂１３，１１３は、発光ダイオード素子１００，１０１が発する光を透過可能な材料からなれば良く、たとえばエポキシ樹脂からなることが好ましい。第１のワイヤ４５，１４５および第２のワイヤ４４，１４４は、導電性細線であることが好ましく、たとえば金属細線であることが好ましい。
【０１０４】
（発光装置２００，２０１の製造方法）
以下では、発光装置２００の製造方法を示す。なお、第１のリードフレーム１２，１１２、樹脂１３，１１３、第２のリードフレーム１４，１１４、第１のワイヤ４５，１４５および第２のワイヤ４４，１４４の各材料などは上述の通りである。
【０１０５】
まず、第１のリードフレーム１２，１１２の上面上に本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００，１０１を設ける。次に、第１のワイヤ４５，１４５を用いて発光ダイオード素子１００，１０１のｐ側電極１０，１１０と第１のリードフレーム１２，１１２とを電気的に接続し、第２のワイヤ４４，１４４を用いて発光ダイオード素子１００，１０１のｎ側電極１１，１１１と第２のリードフレーム１４，１１４とを電気的に接続する。続いて、樹脂１３，１１３で発光ダイオード素子１００，１０１を封止する。これにより、発光装置２００，２０１が製造される。
【０１０６】
このように、発光装置２００，２０１は、本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００，１０１を備えている。よって、発光装置２００，２０１の製造歩留まりの低下を防止できる。
【実施例】
【０１０７】
以下では、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例１では、ウエハを製造し、製造したウエハの反りの有無を確認した。実施例２では、実施例１で製造したウエハのうち反りが確認されなかったウエハを用いて発光ダイオード素子を製造した。
【０１０８】
＜実施例１＞
（ウエハの製造方法）
（ＡｌＮバッファ層の形成方法）
まず、基板として口径が４インチのサファイア基板を準備し、サファイア基板のｃ面がＡｌターゲットの表面に対向するようにサファイア基板をDCマグネトロンスパッタ装置のチャンバ内に配置した。次に、ヒータによりサファイア基板を５００℃の温度に加熱した。続いて、DC−continuous方式により電圧を印加して行なわれるDCマグネトロンスパッタ法を用いた反応性スパッタにより、サファイア基板のｃ面上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の柱状結晶の集合体からなる厚さ２５ｎｍのＡｌＮバッファ層を積層した。これにより、ＡｌＮバッファ層からなる中間層がサファイア基板のｃ面上に形成された。形成された中間層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の柱状結晶の集合体からなり、２５ｎｍの層厚を有していた。
【０１０９】
（アンドープＧａＮ層の形成）
まず、ＡｌＮバッファ層が形成されたサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置の反応炉の内部に設置した。ここで、上記サファイア基板を高周波誘導加熱式ヒータで加熱するため、当該サファイア基板をグラファイト製のサセプタ上に設置した。なお、上記サファイア基板を抵抗加熱式ヒータで加熱する場合には、グラファイト製のサセプタ上に設置された石英製のトレイ上に当該サファイア基板を設置すればよい。
【０１１０】
次に、反応炉の内部にアンモニアガスを供給しながらキャリアガスとして窒素ガスおよび水素ガスを反応炉の内部に供給した状態で、サファイア基板の温度を約１５分間かけて１１２５℃まで上昇させた。ここで、反応炉の内部の圧力を４０ｋＰａとし、キャリアガスである水素ガスと窒素ガスとの流量比（水素ガスの流量／窒素ガスの流量）を５０／５０とした。そして、サファイア基板の温度が１１２５℃で安定したことを確認した後、反応炉の内部へＴＭＧガスの供給を開始した。これにより、厚さ５μｍのアンドープＧａＮ層からなる下地層がＡｌＮバッファ層の表面上に積層された。なお、アンモニアガスは、ＩＩＩ族元素に対するＶ族元素のモル比（Ｖ族元素のモル数／ＩＩＩ族元素のモル数）が１５００となるように、反応炉の内部に供給された。
【０１１１】
ここで、実施例１では、サファイア基板上を流れるキャリアガスの流量（キャリアガスの流量とは、水素ガスの流量と窒素ガスの流量との合計量である。）を６００ｓｌｍとしてアンドープＧａＮ層を積層した。
【０１１２】
（Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の形成）
窒素ガス、水素ガス、アンモニアガスおよびＴＭＧガスの供給を継続した状態でサファイア基板の温度を１１２５℃とし、Ｓｉのドープ濃度が１×１０19ｃｍ-3となるようにシランガスを反応炉の内部に供給した。これにより、厚さ３μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層からなるｎ型コンタクト層がＭＯＣＶＤ法によりアンドープＧａＮ層の上面上に形成された。
【０１１３】
（Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層の形成）
窒素ガスの供給を継続する一方、ＴＭＧガス、アンモニアガス、水素ガスおよびシランガスの供給を停止した。その後に、サファイア基板の温度を８００℃に低下させた。反応炉の内部の状態が安定したことを確認した後に、原料ガスとしてのＴＭＧガス、ＴＭＩガスおよびアンモニアガスを反応炉の内部に供給し、さらにはＳｉのドープ濃度が１×１０18ｃｍ-3となるようにシランガスを反応炉の内部に供給した。これにより、厚さ８ｎｍのＳｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層からなるｎ型クラッド層がＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の上面上に形成された。
【０１１４】
（ＭＱＷ活性層の形成）
シランガスの供給を停止する一方、ＴＭＧガス、ＴＭＩガス、アンモニアガスおよび窒素ガスの供給を継続した。これにより、Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる井戸層を３ｎｍの厚さに積層した。
【０１１５】
以上のような障壁層（Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層）と井戸層との形成手順を繰り返すことによって、７層のｎ型ＧａＮからなる障壁層と６層のＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる井戸層とが１層ずつ交互に積層された多重量子井戸構造のＭＱＷ活性層をＳｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層の上面上に積層した。
【０１１６】
なお、最終障壁層をアンドープ層とした。また、キャリアガスの流量を、最終障壁層以外の活性層を構成する層を形成するときのキャリアガスの流量に対して２０％減少させて、最終障壁層を形成した。具体的には、最終障壁層を形成するときのキャリアガスの流量を２４０〜２７０ｌ／ｍｉｎとし、最終障壁層以外の活性層を構成する層を形成するときのキャリアガスの流量を３００〜３５０ｌ／ｍｉｎとした。
【０１１７】
（Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層の形成）
ＴＭＧガスおよびＴＭＩガスの供給を停止してからアンモニアガスの供給を継続させた状態で、サファイア基板の温度を１１００℃まで上昇させた。また、キャリアガスを窒素ガスから水素ガスに変更した。そして、２分間にわたって、ＴＭＧガス、ＴＭＡガスおよびＣＰ2Ｍｇガスを反応炉の内部に供給した。これにより、厚さ２０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層からなるｐ型クラッド層がＭＱＷ活性層の上面上に積層された。
【０１１８】
（Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層の形成）
サファイア基板の温度を１１００℃に保持してから、ＴＭＡガスの供給のみを停止した。その後、反応炉の内部へのＴＭＧガスとＣＰ2Ｍｇガスとの供給量を変更することによって、厚さ０．２μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層からなるｐ型コンタクト層がＭｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層の上面上に積層した。これにより、実施例１におけるウエハが製造された。
【０１１９】
その後、直ちにヒータへの通電を停止するとともに、ＴＭＧガス、ＣＰ2Ｍｇガスおよびアンモニアガスの供給を停止して、反応炉の内部に供給されるキャリアガスを水素ガスから窒素ガスに変更した。そして、サファイア基板の温度が３００℃以下になったことを確認して、ウエハを反応炉から取り出した。
【０１２０】
＜実施例２＞
実施例２では、上記実施例１において反りまたは割れなどが確認されなかったウエハを用いて発光ダイオード素子を製造した。
【０１２１】
ＩＴＯ層からなる透光性電極層をＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層の上面上に形成した。その後、ＩＴＯ層の上面上に、チタン層、アルミニウム層および金層をこの順序で積層した。これにより、ＩＴＯ層の上面上にｐ側電極が形成された。
【０１２２】
ｐ側電極を形成してから、積層体の一部をドライエッチングにより除去した。これにより、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の表面の一部を露出させた。
【０１２３】
Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の露出した表面上に、ニッケル層、アルミニウム層、チタン層および金層をこの順序で積層した。これにより、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の露出面上にｎ側電極が形成された。
【０１２４】
そして、サファイア基板の裏面を研削および研磨してミラー状の面とした後に、サファイア基板を３５０μｍ角の正方形状のチップに分割した。これにより、本実施例に係る発光ダイオード素子を製造した。製造された発光ダイオード素子に外部電圧を印加したところ、いずれの発光ダイオード素子も発光した。また、発光強度は、発光ダイオード素子として使用可能な強度以上であった。
【０１２５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体材料を用いた窒化物半導体発光ダイオード素子、窒化物半導体レーザ素子および窒化物半導体トランジスタ素子などの製造に好適に利用することができる可能性がある。
【符号の説明】
【０１２７】
１  基板、２  中間層、３  下地層、４  ｎ型コンタクト層、５  ｎ型クラッド層、６  活性層、７  ｐ型クラッド層、８  ｐ型コンタクト層、９  透光性電極層、１０，１１０  ｐ側電極、１１，１１１  ｎ側電極、１２，１１２  第１のリードフレーム、１３，１１３  樹脂、１４，１１４  第２のリードフレーム、２０  ウエハ、４４，１４４  第２のワイヤ、４５，１４５  第１のワイヤ、６１  最終障壁層、１００，１０１  発光ダイオード素子（窒化物半導体素子）、２００，２０１  発光装置。
【図１】
2013187296.tif 000003
【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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