(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体光素子を作製する方法であって、
鏡面の主面と非鏡面の裏面を有する半導体基板を成長装置に配置する工程と、
第１及び第２の窒化ガリウム系半導体領域を含む半導体積層を前記半導体基板の前記主面上に前記成長装置で成長して、前記III族窒化物半導体光素子のための基板生産物を形成する工程と、
前記基板生産物に励起光を照射して、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域からの第１の成分および前記第２の窒化ガリウム系半導体領域からの第２の成分を含むフォトルミネッセンススペクトルを測定する工程と、
前記フォトルミネッセンススペクトルの前記第１の成分と前記第２の成分との比を生成する工程と、
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域の品質を示す所定の値を前記比と比較して、該比較の結果に基づいて前記基板生産物を選別する工程とを備え、
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は前記第２の窒化ガリウム系半導体領域と前記半導体基板との間に設けられている、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は多重量子井戸構造を有する、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は単一の半導体層からなる、ことを特徴とする請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記第１及び第２の窒化ガリウム系半導体領域からの前記第１及び第２の成分のピーク波長は共に、前記半導体基板のバンドギャップ波長より大きく、
前記第２の成分のピーク波長は前記第１の成分のピーク波長よりも大きい、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】
前記半導体基板はIII族窒化物基板である、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
前記基板生産物の選別の後に、前記III族窒化物半導体光素子のための電極を形成する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は前記III族窒化物半導体光素子のための発光層を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された方法。
【請求項８】
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は前記発光層に隣接している、ことを特徴とする請求項７に記載された方法。
【請求項９】
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域はＩｎＧａＮからなり、前記半導体基板はＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１０】
窒化ガリウム系半導体領域のフォトルミネッセンススペクトルを測定する方法であって、
鏡面の主面と非鏡面の裏面とを有する半導体基板上の前記主面上に成長された第１及び第２の窒化ガリウム系半導体領域に励起光を照射して、前記第１及び第２の窒化ガリウム系半導体領域からの第１及び第２の成分をそれぞれ含むフォトルミネッセンススペクトルを測定する工程と、
前記フォトルミネッセンススペクトルの前記第１の成分と前記第２の成分との比を、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域の品質を示す値として生成する工程と
を備え、
前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は前記第２の窒化ガリウム系半導体領域と前記半導体基板との間に設けられている、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体光素子を作製する方法、およびフォトルミネッセンススペクトルを測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１では、サファイア基板上に作製された高出力ＩｎＧａＮ系発光ダイオードが記載されている。非特許文献１の図２には、サファイア基板上に作製された発光ダイオード・エピタキシャル層の評価のために、フォトルミネッセンススペクトルの評価が行われています。
【０００３】
非特許文献２では、窒化ガリウム自立基板の作製が記載されています。ＧａＡｓ基板を出発基板として用いＨＶＰＥ法によって、２インチを越えるサイズの窒化ガリウム自立基板が作製された。ＧａＡｓ基板は王水で溶解させて、窒化ガリウム自立基板の厚さは、５００μｍである。
【非特許文献１】phys. stat. sol. (a) 200, No.1, 95-98 (2003)
【非特許文献２】Jpn.  J.  Appl.  Phys.  Vol.  40  (2001)  pp.L140-L143 Part  2,  No.  2B,  15  February  2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非鏡面の裏面を有する基板がIII族窒化物半導体光素子の作製に用いられ、この基板の鏡面の主面上に、複数の半導体層を含む半導体積層が成長される。半導体積層の結晶品質を評価するために、半導体積層の半導体層のフォトルミネッセンススペクトルが測定される。
【０００５】
フォトルミネッセンススペクトル強度は、半導体積層の半導体層の結晶品質を反映しているけれども、発明者らの知見によれば、同様の半導体積層を用いて作製されたIII族窒化物半導体光素子の電気的な特性の測定値を上記のスペクトル強度と比較してとき、必ずしもスペクトル強度がIII族窒化物半導体光素子の特性を精度良く示していない場合がある。つまり、スペクトル強度の変動が、成長条件の変動だけでなく、他のものにも影響されている。このような事情のもとに、発明者らが検討を重ねたことにより、本発明を為すに至った。
【０００６】
本発明は、フォトルミネッセンススペクトル強度を精度良く測定して、良好な素子特性を有するIII族窒化物半導体光素子を作製する方法を提供することを目的とし、またフォトルミネッセンススペクトルを測定する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】
【０００７】
本発明の一側面は、III族窒化物半導体光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）鏡面の主面と非鏡面の裏面とを有する半導体基板を成長装置に配置する工程と、（ｂ）第１及び第２の窒化ガリウム系半導体領域を含む半導体積層を前記半導体基板の前記主面上に前記成長装置で成長して、前記III族窒化物半導体光素子のための基板生産物を形成する工程と、（ｃ）前記基板生産物に励起光を照射して、前記第１及び第２の窒化ガリウム系半導体領域からの第１及び第２の成分をそれぞれの含むフォトルミネッセンススペクトルを測定する工程と、（ｄ）前記フォトルミネッセンススペクトルの前記第１の成分と前記第２の成分との比を生成する工程と、（ｅ）前記第２の窒化ガリウム系半導体領域の品質を示す所定の値を前記比と比較して、該比較の結果に基づいて前記基板生産物を選別する工程とを備え、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は前記第２の窒化ガリウム系半導体領域と前記半導体基板との間に設けられている。
【０００８】
また、本発明は、窒化ガリウム系半導体領域のフォトルミネッセンススペクトルを測定する方法である。この方法は、（ａ）鏡面の主面と非鏡面の裏面とを有する半導体基板上の前記主面上に成長された第１及び第２の窒化ガリウム系半導体領域に励起光を照射して、前記第１及び第２の窒化ガリウム系半導体領域からの第１及び第２の成分をそれぞれの含むフォトルミネッセンススペクトルを測定する工程と、（ｂ）前記フォトルミネッセンススペクトルの前記第１の成分と前記第２の成分との比を、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域の品質を示す値として生成する工程とを備え、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は前記第２の窒化ガリウム系半導体領域と前記半導体基板との間に設けられている。
【０００９】
これらの方法において、非鏡面の裏面を有する基板を用いた基板生産物のフォトルミネッセンススペクトル強度には、該裏面からの反射の影響がある。この反射の影響は、裏面のラフネスの変動に応じて変化する。また、結晶成長条件だけでなく基板裏面からの反射の光量もばらつく。しかしながら、この方法によれば、第２の窒化ガリウム系半導体領域からの第２の成分だけでなく第１の窒化ガリウム系半導体領域からの第１の成分のスペクトル強度も測定するので、裏面からの反射の影響は、スペクトルの第１の成分と第２の成分との比を用いることによって低減される。なぜなら、第１および第２の窒化ガリウム系半導体領域から基板に向いて進む光は共に、基板の裏面によって反射されるので、これらの光の反射成分は同じ様に基板の裏面の影響を含んでおり、これらの窒化ガリウム系半導体領域から直接に観測される光に重畳されるからである。したがって、半導体発光素子の特性に影響する第２の窒化ガリウム系半導体領域の結晶品質を精度良く評価できる。
【００１０】
上記の本発明では、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は多重量子井戸構造を有することができる。多重量子井戸構造は、複数の井戸層を及び障壁層を含むので、これらの層の組成及び／又は膜厚は、スペクトル強度を変動させる要因である。本発明によれば、裏面からの反射光が、多重量子井戸構造からのスペクトルに与える影響を低減できる。
【００１１】
上記の本発明では、前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は単一の半導体層からなることが好ましい。本発明によれば、第１の窒化ガリウム系半導体領域は、基板裏面からの反射光量をモニタするために用いられるので、スペクトル強度を変動させる要因が第１の窒化ガリウム系半導体領域に少ないことが好ましい。このため、量子井戸構造といった比較的複雑な構造ではなく、単一の半導体層からなることが好ましい。
【００１２】
上記の本発明では、前記第１及び第２の窒化ガリウム系半導体領域からの前記第１及び第２の成分のピーク波長は共に、前記半導体基板のバンドギャップ波長より大きいことが好ましい。本発明によれば、第１及び第２の窒化ガリウム系半導体領域からのスペクトル光は共に基板を透過して、基板裏面によって反射される。また、上記の本発明では、前記第２の成分のピーク波長は前記第１の成分のピーク波長よりも大きいことが好ましい。本発明によれば、第２の窒化ガリウム系半導体領域からのスペクトル光は第１の窒化ガリウム系半導体領域の膜厚に関係なく吸収されない。したがって、第１の窒化ガリウム系半導体領域からのスペクトル光だけでなく第２の窒化ガリウム系半導体領域からのスペクトル光も基板の裏面によって反射される。
【００１３】
上記の本発明では、前記半導体基板はIII族窒化物基板であることができる。III族窒化物基板は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮ等からなることができる。
【００１４】
上記の本発明は、前記基板生産物の選別の後に、前記III族窒化物半導体光素子のための電極を形成する工程を更に備えることができる。本発明によれば、スペクトル強度が所望の値に到達しない基板生産物を除外して、メタライズの負担を低減できる。また、III族窒化物半導体光素子に望まれる特性に応じて、選別の基準を変更して、III族窒化物半導体光素子を作製できる。
【００１５】
上記の本発明では、前記第２の窒化ガリウム系半導体領域は前記III族窒化物半導体光素子のための発光層を含むことが好ましい。本発明によれば、半導体発光素子の特性に影響する発光層の結晶品質を精度良く評価できる。
【００１６】
上記の本発明では、前記前記第１の窒化ガリウム系半導体領域は、前記発光層に隣接していることが好ましい。
【００１７】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、フォトルミネッセンススペクトル強度を精度良く測定して、良好な素子特性を有するIII族窒化物半導体光素子を作製する方法が提供され、また、フォトルミネッセンススペクトルを測定する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のIII族窒化物半導体光素子を作製する方法およびフォトルミネッセンススペクトルを測定する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子を作製する方法およびフォトルミネッセンススペクトルを測定する方法の工程フローを示す図面である。図２、図３、図４は、III族窒化物半導体光素子を作製する方法およびフォトルミネッセンススペクトルを測定する方法の主要な工程を概略的に示す模式図である。
【００２１】
図１を参照しながら、III族窒化物半導体光素子として、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を説明する。工程Ｓ１０１では、図２（ａ）に示されるように、ＬＥＤ構造を作成するための結晶成長に用いる基板１１を準備する。基板１１は、半導体基板であり、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等といったIII族窒化物からなる。基板１１は、第１の面１１ａと第１の面１１ａの反対側の第２の面１１ｂを有する。第１の面１１ａのラフネスは第２の面１１ｂのラフネスに比べて十分に小さく、第１の面１１ａのラフネスは、引き続く結晶成長において十分に良好な半導体結晶を成長できる程度のものである。好適な実施例では、第１の面１１ａは鏡面であり、第２の面１１ｂは非鏡面である。鏡面は例えば１０μｍ×１０μｍの範囲の平均２乗平方根粗さＲＭＳ（Root  Mean  Square）値が１０ｎｍ以下であり、非鏡面のＲＭＳは１２０ｎｍ以上である。基板１１は、半導体積層を形成するための成長装置１３のステージ１３ａ上に設置される。例えば、ＧａＮ基板では、ＧａＮ基板の表面は鏡面処理されており、ＧａＮ基板の裏面は、コスト低減のために鏡面処理されておらず、非鏡面であるが、結晶成長工程において不都合が生じない程度に平坦な面である。本実施の形態で使用するＧａＮ基板は、例えばシリコン酸化物からなる絶縁膜マスクパターンが形成されたＧａＡｓ基板上にＨＶＰＥ法で成長されたＧａＮ厚膜からスライスして作製されており、スライスの後にＧａＮ基板の裏面に鏡面研磨のための処理（研削、研磨、エッチング等）の処理を行っていない。
【００２２】
図２（ｂ）に示されるように、工程Ｓ１０２では、成長装置１３に配置された基板１１上に半導体積層１５を形成する。半導体積層１５は、第１の窒化ガリウム系半導体領域（以下、「第１のＧａＮ系半導体領域」と記す）１７及び第２の窒化ガリウム系半導体領域（以下、「第２のＧａＮ系半導体領域」と記す）１９を含む。第１のＧａＮ系半導体領域１７は第２のＧａＮ系半導体領域１９と基板１１との間に設けられている。ＬＥＤ製造工程における結晶成長条件の変動を監視するために、フォトルミネセンス・スペクトル（以下、「ＰＬスペクトル」と記す）により第２のＧａＮ系半導体領域１９の結晶品質を測定する。第１のＧａＮ系半導体領域１７は、上記のモニタを補助するために用いられる。好適な実施例では、第２のＧａＮ系半導体領域１９はIII族窒化物半導体光素子のための発光層を含むことが好ましい。半導体発光素子の特性に影響する発光層の結晶品質を精度良く評価できる。
【００２３】
本実施例では、半導体積層１５は、上記のＧａＮ系半導体領域１７、１９に加えて、窒化ガリウム系半導体からなるバッファ層２１、窒化ガリウム系半導体からなる電子ブロック層２３、窒化ガリウム系半導体からなるコンタクト層２５を含むことができる。このように、基板主面１１ａ上に半導体積層１５を成長して、III族窒化物半導体光素子のための基板生産物Ｅ１を形成する。
【００２４】
工程Ｓ１０３では、基板生産物Ｅ１に励起光ＬＥＸを照射してＰＬスペクトルをＰＬ測定装置３１において測定する。図３（ａ）に示されるように、基板１１の主面１１ａ上に成長された第１及び第２のＧａＮ系半導体領域１７、１９に、ＰＬスペクトル測定のための励起光ＬＥＸを照射するので、ＰＬスペクトルは、第２のＧａＮ系半導体領域１９からの第２の成分ＬＯＵＴ２だけでなく、第１のＧａＮ系半導体領域１７からの第１の成分ＬＯＵＴ１も含む。第２の成分ＬＯＵＴ２は、直接成分Ｌ（Ｄ）ＯＵＴ２及び反射成分Ｌ（Ｒ）ＯＵＴ２を含み、図示されているように、反射成分Ｌ（Ｒ）ＯＵＴ２は基板１１の非鏡面の裏面１１ｂにおいて反射されて生成される。このため、測定される第２の成分ＬＯＵＴ２は、直接成分Ｌ（Ｄ）ＯＵＴ２だけでなく、非鏡面の裏面の反射率によって変動する反射成分Ｌ（Ｒ）ＯＵＴ２も含む。この故に、第２の成分ＬＯＵＴ２のＰＬスペクトル強度の変化が、常に第２のＧａＮ系半導体領域１９の製造工程における変動に起因するものとは限らない。
【００２５】
第１の成分ＬＯＵＴ１も、第２の成分と同様に、直接成分Ｌ（Ｄ）ＯＵＴ１及び反射成分Ｌ（Ｒ）ＯＵＴ１を含み、図示されているように、反射成分Ｌ（Ｒ）ＯＵＴ１は基板１１の非鏡面の裏面において反射されて生成される。このため、測定される第１の成分ＬＯＵＴ１は、第２の成分と同様に、直接成分Ｌ（Ｄ）ＯＵＴ１だけでなく、非鏡面の裏面の反射率によって変動する反射成分Ｌ（Ｒ）ＯＵＴ１も含む。この故に、第１の成分ＬＯＵＴ１のＰＬスペクトル強度は、第１のＧａＮ系半導体領域１７の製造工程における成膜条件変動にも依存するけれども、非鏡面の裏面の反射率によって変動する。
【００２６】
ＰＬスペクトルの測定の後に、工程Ｓ１０４において、ＰＬスペクトル強度（例えばピーク強度）の第１の成分ＬＯＵＴ１と第２の成分ＬＯＵＴ２との比を生成する。
【００２７】
既に説明したように、非鏡面の裏面を有する基板１１を用いた基板生産物Ｅ１のＰＬスペクトル強度には、該裏面１１ｂからの反射の影響がある。この反射の影響は、裏面１１ｂのラフネスの増加に応じて増大する。また、結晶成長条件だけでなく基板裏面１１ｂからの反射の光量もばらつく。
【００２８】
工程Ｓ１０５においては、ＰＬスペクトルの第１の成分ＬＯＵＴ１と第２の成分ＬＯＵＴ２との比を生成する。この比は、第２のＧａＮ系半導体領域１９の品質を示す値として用いられる。ＬＥＤの製造工程では、比（例えば、ＬＯＵＴ２／ＬＯＵＴ１）は、第２のＧａＮ系半導体領域１９の品質を示す所定値と比較される。該比較の結果に基づいて基板生産物Ｅ１が選別される。
【００２９】
上記のように、第２のＧａＮ系半導体領域１９からの第２の成分ＬＯＵＴ２だけでなく第１のＧａＮ系半導体領域１７からの第１の成分ＬＯＵＴ１のスペクトル強度も測定するので、裏面１１ｂからの反射の影響は、スペクトルの第１の成分ＬＯＵＴ１と第２の成分ＬＯＵＴ２との比を用いることによって低減される。なぜなら、第１および第２のＧａＮ系半導体領域１７、１９から基板１１に向いて進む光は共に、基板１１の裏面１１ｂによって反射されるので、反射光は同じ様に基板１１の裏面１１ｂの影響を含んでおり、これらの窒化ガリウム系半導体領域１７、１９から直接に観測される光に重畳されるからである。したがって、ＬＥＤの光学特性に影響する第２の窒化ガリウム系半導体領域１９の結晶品質を精度良く評価できる。
【００３０】
実施例では、第１及び第２のＧａＮ系半導体領域１７、１９からの第１及び第２の成分ＬＯＵＴ１、ＬＯＵＴ２のピーク波長は共に、半導体基板のバンドギャップ波長より大きいことが好ましい。第１及び第２のＧａＮ系半導体領域１７、１９からのＰＬスペクトル光は共に、吸収されることなく基板１１を透過して、基板裏面１１ｂによって反射される。反射光は、基板１１並びに第１及び第２のＧａＮ系半導体領域１７、１９を透過して、エピタキシャル基板Ｅ１から放出される。測定のための検出器は、この放出光を検知する。
【００３１】
また、第２の成分ＬＯＵＴ２のピーク波長は第１の成分ＬＯＵＴ２のピーク波長よりも大きいことが好ましい。第２のＧａＮ系半導体領域１９からのＰＬスペクトル光は第１のＧａＮ系半導体領域１７の膜厚に関係なく吸収されない。したがって、第１のＧａＮ系半導体領域１７からのＰＬスペクトル光だけでなく第２のＧａＮ系半導体領域１９からのＰＬスペクトル光も第１のＧａＮ系半導体領域１７を透過して基板１１の裏面１１ｂに到達する。
【００３２】
図５に示すような、参考のためのＬＥＤ構造は、非鏡面の裏面を有するｎ型ＧａＮ基板上に作製されたエピタキシャル膜構造を含み、このエピタキシャル膜構造は、第１のＧａＮ系層１７を含まない。このため、観測された第２の成分ＬＯＵＴ２は、直接成分Ｌ（Ｄ）ＯＵＴ２だけでなく反射成分Ｌ（Ｒ）ＯＵＴ２も含む。反射成分Ｌ（Ｒ）ＯＵＴ２の影響の有無を知ることができない。
【００３３】
再び図１を参照すると、工程Ｓ１０６では、必要な場合には、選別されたエピタキシャル基板Ｅ１に、次工程の処理を施す。この処理としては、例えば、Ｘ線測定やキャリア濃度測定といった他の検査工程や、結晶成長、エッチング、成膜、洗浄等がある。
【００３４】
工程Ｓ１０７では、必要な場合には、選別されたエピタキシャル基板Ｅ１に、非鏡面の裏面１１ｂの処理を行う。具体的には、基板１１の裏面１１ｂの研磨又は研削を行って、基板１１ｄを含むエピタキシャル基板Ｅ２を作製する。図３（ｂ）に示すように、基板１１ｄは、裏面１１ｂのラフネスよりも小さいラフネスの裏面１１ｅを有する。
【００３５】
エピタキシャル基板Ｅ２といった基板生産物の選別の後に、工程Ｓ１０８では、III族窒化物半導体光素子のための電極３３ａ、３３ｂを形成する。図４に示されるように、電極３３ａ（例えば、アノード）はエピタキシャル基板Ｅ２のコンタクト層２５上に形成されており、電極３３ｂ（例えば、カソード）は基板１１ｄの裏面１１ｅ上に形成される。この方法によれば、ＰＬスペクトル強度が所望の値に到達しない基板生産物を除外して、メタライズの負担を低減できる。また、III族窒化物半導体光素子に望まれる特性に応じて、選別の基準を変更して、III族窒化物半導体光素子を作製できる。
【００３６】
図２（ｂ）に示されるように、例えば、第２のＧａＮ系半導体領域１９は多重量子井戸構造２７を有することができる。多重量子井戸構造２７は、複数の井戸層２７ａ、障壁層２７ｂ、及び障壁層（及び／又はガイド層２７ｃ）を含むので、これらの層の組成及び／又は膜厚は、スペクトル強度を変動させる要因である。裏面１１ｂからの反射光が、多重量子井戸構造２７からのＰＬスペクトルに与える影響を低減できる。
【００３７】
また、第１のＧａＮ系半導体領域１７は単一の半導体層からなることが好ましい。第１のＧａＮ系半導体領域１７は、基板裏面１１ｂからの反射光量をモニタするために用いられるので、ＰＬスペクトル強度を変動させる要因が第１のＧａＮ系半導体領域１７に少ないことが好ましい。このため、量子井戸構造２７といった比較的複雑な構造ではなく、単一の半導体層からなることが好ましい。
【００３８】
さらに、第１のＧａＮ系半導体領域１７は、第２のＧａＮ系半導体領域１９である発光層に隣接していることが好ましい。第１のＧａＮ系半導体領域１７と第２のＧａＮ系半導体領域１９を近づけることで、表面から遠くに位置する第１のＧａＮ系半導体領域１７も十分に励起できるという利点がる。
【００３９】
（実施例）
ＬＥＤエピタキシャル層構造の成長プロセスを説明する。鏡面の主面と非鏡面の裏面を有するＧａＮ基板を準備する。このＧａＮ基板を有機金属気相成長炉にセットした。成長炉にアンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）を供給して、前処理（サーマルクリーニング）のために、摂氏１０５０度の雰囲気において１０分間保持した。この後に、摂氏１１５０度において、Ｓｉを添加しながらＧａＮ膜をＧａＮ基板主面上に成長した。ＧａＮ膜厚は２μｍであった。次いで、ＧａＮ基板の裏面の状態をモニタするための層として、Ｓｉを添加しながらＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ膜を摂氏８００度の成長温度で成長した。Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ膜の厚さは、５０ｎｍであった。続いて、ＭＱＷ発光層を作製した。ＭＱＷ発光層は、交互に配置されたアンドープＩｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ井戸層（厚さ：３ｎｍ）及びアンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層（厚さ：１５ｎｍ）を含む。この後に、摂氏１１００度の成長温度で、Ｍｇを添加しながらｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ電子ブロック層（厚さ：２０ｎｍ）を成長すると共に、Ｍｇを添加しながらｐ型ＧａＮコンタクト層（厚さ：５０ｎｍ）を成長した。
【００４０】
このＬＥＤのエピタキシャル膜構造（「ＬＥＤ構造Ａ」として参照する）を示す。
基板１１：非鏡面の裏面を有するｎ型ＧａＮ基板
バッファ層２１：Ｓｉ添加のｎ型ＧａＮ、２μｍ
第１のＧａＮ系層１７：Ｓｉ添加のｎ型Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ、５０ｎｍ
第２のＧａＮ系層１９：ＭＱＷ発光層
井戸層：アンドープＩｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ、３ｎｍ
障壁層：アンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ、１５ｎｍ
電子ブロック層２３：Ｍｇ添加のｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ、２０ｎｍ
コンタクト層２５：Ｍｇ添加のｐ型ＧａＮ、５０ｎｍ。
また、このＬＥＤ構造におけるバンドギャップ波長は
ＧａＮ基板：３６５ｎｍ
ｎ型Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ：３９０ｎｍ
アンドープＩｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ：４５０ｎｍ
である。
【００４１】
結晶成長条件の変動が反映されたＬＥＤ構造を得るために、ＬＥＤ構造Ａと同一の構造および成長シーケンスを用いて作製するが、ＬＥＤ構造Ａとは異なる成長ランでＬＥＤ構造Ｂを作製した。
【００４２】
図６は、ＬＥＤ構造Ａ、ＢのＰＬスペクトル強度を示す図面である。図６（ａ）は、ＬＥＤ構造Ａ、Ｂの第２のＧａＮ系層（発光層）からのスペクトルを示す図面であり、図６（ｂ）は、ＬＥＤ構造Ａ、Ｂの第１のＧａＮ系層（補助層）からのスペクトルを示す図面である。波長４５０ｎｍ付近のＰＬスペクトルのピークがＭＱＷ構造からの発光であり、波長３９０ｎｍ付近のＰＬスペクトルのピークが補助層からの発光である。ＭＱＷ構造からの発光に関して、ＰＬピーク強度比、つまり（ＬＥＤ構造Ａ）／（ＬＥＤ構造Ｂ）は１．８である。補助層からの発光に関しては、ＬＥＤ構造Ａからのフォトルミネッセンスが、ＬＥＤ構造Ｂからのフォトルミネッセンスより強い。これは、ＬＥＤ構造Ａの基板の裏面のラフネスが荒く、基板裏面からの反射が多いことを示す。
【００４３】
ＬＥＤ構造Ａ、Ｂの基板の裏面を研磨により鏡面を形成した。ｐ側電極としてＮｉ／Ａｕを蒸着し、ｎ側電極としてＴｉ／Ａｌを蒸着して、ＬＥＤデバイス（これらを「ＬＥＤデバイスＡ」及び「ＬＥＤデバイスＢ」として参照）を作製した。エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）スペクトルは、ＬＥＤデバイスＡ、Ｂに２０ｍＡの電流を印加して測定された。ＭＱＷ構造からの発光が観測され、補助層（Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ）からの発光は観測されなかった。図７は、ＬＥＤデバイスＡ、ＢのＥＬスペクトル強度を示す図面である。ＭＱＷ構造からの発光に関して、ＥＬピーク強度比、つまり（ＬＥＤデバイスＡ）／（ＬＥＤデバイスＢ）は１．３である。
【００４４】
ＰＬスペクトル強度及びＥＬスペクトル強度の測定値を以下に示す。
デバイス    ＰＬスペクトル強度                    ＥＬスペクトル強度
【００４５】
ＭＱＷ            ＩｎＧａＮ層    比        ＭＱＷの発光
構造Ａ：６．３２×１０６、１．３２×１０６、４７．９  １．２７×１０４
構造Ｂ：３．５６×１０６、１．００×１０６  ３５．６  ９．７７×１０３
Ａ／Ｂ：１．７８倍                        １．３４倍  １．３０倍
【００４６】
上記の値を検討すると、ＥＬスペクトル強度の比率（Ａ／Ｂ）は１．３０であり、一方、ＭＱＷのＰＬスペクトル強度の比率（Ａ／Ｂ）は約１．８である。つまり、ＰＬスペクトル強度を用いてＭＱＷの品質を正確に見積もることはできていない。一方、ＰＬスペクトル強度における補助層に対するＭＱＷの比（ＭＱＷ／補助層）は、１．３４であり、ＥＬスペクトル強度の比率（Ａ／Ｂ）１．３０に近い。
【００４７】
基板裏面のラフネスのばらつきによって、ＬＥＤ構造からの光の取り出し効率が個々に異なる。この実施例では、ＬＥＤ構造Ａにおける補助層（ＩｎＧａＮ層）からのＰＬスペクトル強度が、ＬＥＤ構造Ｂに比べて強いので、ＬＥＤ構造Ａの基板裏面のラフネスが大きいと推測される。
【００４８】
比（ＭＱＷ／補助層）を用いて、基板裏面からの反射光の影響を低減させると、上記のように、補償されたＰＬスペクトル強度（１．３４）はＥＬスペクトル強度の比率（Ａ／Ｂ）１．３０に近づく。
【００４９】
資材コスト削減などの理由により、ＧａＮ基板の裏面を非鏡面(as sliced)にすることがある。ＰＬスペクトルは、発光層から直接にエピタキシャル基板表面に到達する成分と、基板裏面によって反射されてエピタキシャル基板表面に到達する成分とがあり、本実施例のように、ＧａＮ基板上にホモエピタキシャル成長されたＧａＮ層があるとき、或いはＧａＮ基板とエピタキシャルＧａＮ系層との屈折率差が小さいとき、基板裏面からの反射成分を無視できない。非鏡面の基板裏面からの反射光の量は鏡面処理された裏面に比べて多く、なぜなら、非鏡面の裏面で乱反射された光は表面で全反射される確率が減り、半導体層の外に出てきやすくなるからである。基板裏面のラフネスは、結晶成長条件の変動と独立して変動するので、成膜条件の変動に起因するＰＬスペクトルの変化に反射成分に影響が重なる。観測されるＰＬスペクトルには、発光層の品質を示す信号に加えて、基板裏面等により反射成分のノイズが含まれている。したがって、ＰＬスペクトルを用いた結晶品質の評価が難しくなる。
【００５０】
本発明の実施の形態では、基板より小さいバンドギャップを有する半導体層（補助層）からのＰＬスペクトル強度を測定する。この半導体層は、成膜のラン毎のＰＬスペクトル強度変動が発光層に比べて小さい単膜からなることが好ましい。この半導体層のＰＬ強度を補助に用いれば、基板裏面のラフネスの変動を監視できる。例えば、ＰＬスペクトル強度が向上した場合に、以下に従って判断できる。
（ａ）補助層からのＰＬスペクトル強度も向上していれば、裏面の影響が増加した。
（ｂ）補助層からのＰＬスペクトル強度が向上していなければ、発光層の結晶品質が向上した。
【００５１】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本実施の形態では、例えば、本発明は、本実施の形態では、量子井戸構造を有する半導体光素子を説明したけれども、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。また、本実施の形態では、発光ダイオードといった半導体発光素子を説明したけれども、半導体レーザこともできる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子を作製する方法およびフォトルミネッセンススペクトルを測定する方法の工程フローを示す図面である。
【図２】図２は、III族窒化物半導体光素子を作製する方法およびフォトルミネッセンススペクトルを測定する方法の主要な工程を概略的に示す模式図である。
【図３】図３は、III族窒化物半導体光素子を作製する方法およびフォトルミネッセンススペクトルを測定する方法の主要な工程を概略的に示す模式図である。
【図４】図４は、III族窒化物半導体光素子を作製する方法およびフォトルミネッセンススペクトルを測定する方法の主要な工程を概略的に示す模式図である。
【図５】図５は、第１のＧａＮ系層を含まない参考のためのＬＥＤ構造を示す図面である。
【図６】図６はＬＥＤ構造Ａ、ＢのＰＬスペクトル強度を示す図面である。
【図７】図７はＬＥＤデバイスＡ、ＢのＥＬスペクトル強度を示す図面である。
【符号の説明】
【００５３】
１１…基板、１１ａ…基板１１の面（主面）、１１ｂ…基板１１の面（裏面）、１１ｄ…研削された基板、１３…成長装置、１５…半導体積層、１７…第１の窒化ガリウム系半導体領域（第１のＧａＮ系半導体領域）、１９…第２の窒化ガリウム系半導体領域（第２のＧａＮ系半導体領域）、２１…バッファ層、２３…電子ブロック層、２５…コンタクト層、２７…多重量子井戸構造、２７ａ…井戸層、２７ｂ…障壁層、２７ｃ…障壁層及び／又はガイド層、３１…ＰＬ測定装置、
３３ａ、３３ｂ…電極、Ｅ１…基板生産物、ＬＥＸ…励起光、ＬＯＵＴ１…第１のＧａＮ系半導体領域からの第１の成分、ＬＯＵＴ２…第２のＧａＮ系半導体領域からの第２の成分、Ｌ（Ｄ）ＯＵＴ１、Ｌ（Ｄ）ＯＵＴ２…直接成分、Ｌ（Ｒ）ＯＵＴ１、Ｌ（Ｒ）ＯＵＴ２…反射成分  
【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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