半導体発光素子の製造方法およびランプ、電子機器、機械装置
【課題】再成長層表面に起因する発光層およびｐ型半導体層の不良が生じにくく、かつ、高い出力の得られる半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】第一有機金属化学気相成長装置において、基板１１上に第一ｎ型半導体層１２ｃを積層する第一工程と、第二有機金属化学気相成長装置において、前記第一ｎ型半導体層１２ｃ上に前記第一ｎ型半導体層１２ｃの再成長層１２ｄと第二ｎ型半導体層１２ｂと発光層１３とｐ型半導体層１４とを順次積層する第二工程とを具備し、前記第二工程において、前記再成長層１２ｄを形成する際にＭｇをドーピングすることを特徴とする半導体発光素子１の製造方法を採用する。
【解決手段】第一有機金属化学気相成長装置において、基板１１上に第一ｎ型半導体層１２ｃを積層する第一工程と、第二有機金属化学気相成長装置において、前記第一ｎ型半導体層１２ｃ上に前記第一ｎ型半導体層１２ｃの再成長層１２ｄと第二ｎ型半導体層１２ｂと発光層１３とｐ型半導体層１４とを順次積層する第二工程とを具備し、前記第二工程において、前記再成長層１２ｄを形成する際にＭｇをドーピングすることを特徴とする半導体発光素子１の製造方法を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の製造方法およびランプ、電子機器、機械装置に関し、特に、大電流が印加される場合に好適に用いられ、大電流が印加されることにより高い発光出力が得られる半導体発光素子の製造方法およびこの製造方法を用いて製造された半導体発光素子を備えるランプ、電子機器、機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発光ダイオードなどに用いられる半導体発光素子として、基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順次積層してなるものがある。このような半導体発光素子を製造する方法として、サファイア単結晶などからなる基板上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）法）によってｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを連続して順次積層する方法がある。
【０００３】
しかしながら、基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを連続して順次積層する場合、これらの層が同一の成長室内で形成されるので、ｎ型半導体層を形成する際に用いたドーパントがｐ型半導体層の形成に支障を来たして、抵抗率の十分に低いｐ型半導体層が得られない場合があった。
【０００４】
このような問題を解決する技術として、例えば、特許文献１には、所定の基板上に、少なくとも第一導電形の半導体層と第二導電形の半導体層とを順次成膜して化合物半導体装置を製造するに際し、前記それぞれの導電形の半導体層を、導電形に対応した異なる複数の独立した成長室で成膜するようにして成る化合物半導体装置の製造方法が提案されている。
【０００５】
また、最近、半導体発光素子の発光出力を向上させるために、半導体発光素子に大電流が印加される場合が多くなってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平7-45538号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ｎ型半導体層を形成する成長室とｐ型半導体層を形成する成長室とを別々にすると、得られた半導体素子の出力が不十分となる場合があった。
たとえば、サファイア単結晶などからなる基板上にバッファ層を介して、ＧａＮ下地層およびｎ型ＧａＮコンタクト層（第一ｎ型半導体層、総称してテンプレートウェーハ膜）上に第二の成長室でｎ型ＧａＮコンタクト層（第一ｎ型半導体層の再成長層、または単に再成長層）を形成すると、再成長層表面の平坦性が悪化する場合が多かった。
【０００８】
このとき、再成長層を形成する際に成膜温度を1000℃以上の高温にするとピットが出ないため、結晶性の高い再成長層を得ることができる。しかし、そのように高温にすることで再成長層の昇華が起きやすくなり、再成長層表面の平坦性が悪化してしまう。
また、そのようにして再成長層表面の平坦性が悪くなると、その後の工程において、第二の成長室で再成長層表面上に発光層（ＭＱＷ層）やＰ型半導体層を成長させてＬＥＤチップを形成すると、規格内のＬＥＤチップ収得率が悪化するという問題があった。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、再成長層表面（第一ｎ型半導体層の再成長層）に起因する発光層およびｐ型半導体層の不良が生じにくく、かつ、高い出力の得られる半導体素子の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 第一有機金属化学気相成長装置において、基板上に、第一ｎ型半導体層を積層する第一工程と、第二有機金属化学気相成長装置において、前記第一ｎ型半導体層上に、前記第一ｎ型半導体層の再成長層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順次積層する第二工程とを具備し、前記第二工程において、前記再成長層を形成する際にＭｇをドーピングすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
〔２〕 前記再成長層の原料ガスとともに、前記Ｍｇを含有するドーパントガスを供給して、前記再成長層を形成することを特徴とする〔１〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔３〕 前記ドーパントガスを前記再成長層の形成開始と同時に供給開始し、前記再成長層の形成途中で供給停止することを特徴とする〔２〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔４〕 前記ドーパントガスを供給する時間が、前記再成長層を形成する時間全体のうち１／１０〜２／３であることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔５〕 前記再成長層を形成する際の前記基板温度を１０００℃〜１１００℃とすることを特徴とする〔１〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔６〕 前記再成長層のうち前記基板寄りの部分に前記Ｍｇを１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有させることを特徴とする〔１〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔７〕 前記再成長層の膜厚を０．１μｍ〜１μｍとすることを特徴とする〔１〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔８〕 基板上に第一ｎ型半導体層と前記第一ｎ型半導体層の再成長層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが積層された半導体発光素子であって、前記再成長層の少なくとも前記基板寄りの部分にＭｇが含まれることを特徴とする半導体発光素子。
〔９〕 前記再成長層の前記基板側の面に前記Ｍｇが１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含まれることを特徴とする〔８〕に記載の半導体発光素子。
〔１０〕 前記再成長層の膜厚が０．１μｍ〜１μｍであることを特徴とする〔８〕または〔９〕に記載の半導体発光素子。
〔１１〕 前記Ｍｇを含有する部分の厚さが前記再成長層の厚さの１／１０〜２／３であることを特徴とする〔８〕〜〔１０〕に記載の半導体発光素子。
〔１２〕 〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法を用いて製造された半導体発光素子を備えることを特徴とするランプ。
〔１３〕 〔１２〕に記載のランプが組み込まれていることを特徴とする電子機器。
〔１４〕 〔１３〕に記載の電子機器が組み込まれていることを特徴とする機械装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体素子の製造方法によれば、第二の成長室（第二有機金属化学気相成長装置）内で再成長層を形成する工程において、再成長層の原料ガスとともにＭｇを含有するドーパントガスを供給することにより、再成長層の少なくとも基板寄りの部分にＭｇをドーピングさせることができる。このことにより、再成長層表面の平坦性を改善することができる。そのため、その後の工程において結晶性の良好な発光層（ＭＱＷ層）やＰ型半導体層を成長させることができる。この結果、規格内のＬＥＤチップ収得率を改善することができ、収率面で大幅な生産性向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の半導体発光素子の製造方法を用いて製造された半導体発光素子の一例を示した断面模式図である。
【図２】図２は、図１に示す半導体発光素子を製造する工程を説明するための断面模式図である。
【図３】図３は、図１に示した半導体発光素子を備えるランプの一例を示した断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の半導体発光素子１について、図１を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、本発明を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体発光素子やランプ等の寸法関係とは異なっている。
【００１４】
図１は、本発明の半導体発光素子１の一例を示した断面模式図である。
図１に示す本実施形態の半導体発光素子１は、基板１１と、基板１１上に積層された積層半導体層２０と、積層半導体層２０の上面に積層された透光性電極１５と、透光性電極１５上に積層されたｐ型ボンディングパッド電極１６と、積層半導体層２０の露出面２０ａ上に積層されたｎ型電極１７と、から概略構成されている。
【００１５】
積層半導体層２０は、基板１１側から、ｎ型半導体層１２、発光層１３、ｐ型半導体層１４がこの順に積層されて構成されている。図１に示すように、ｎ型半導体層１２、発光層１３、ｐ型半導体層１４は、その一部がエッチング等の手段によって除去されており、除去された部分からｎ型半導体層１２の一部が露出されている。そして、ｎ型半導体層１２の露出面２０ａには、ｎ型電極１７が積層されている。
また、ｐ型半導体層１４の上面には、透光性電極１５およびｐ型ボンディングパッド電極１６が積層されている。これら、透光性電極１５およびｐ型ボンディングパッド電極１６によって、ｐ型電極１８が構成されている。
【００１６】
ｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４を構成する半導体としては、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いることが好ましく、窒化ガリウム系化合物半導体を用いることがより好ましい。本発明におけるｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４を構成する窒化ガリウム系化合物半導体としては、一般式ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００１７】
本実施形態の半導体発光素子１は、ｐ型電極１８とｎ型電極１７との間に電流を通じることで、積層半導体層２０を構成する発光層１３から発光を発せられるようになっており、発光層１３からの光を、ｐ型ボンディングパッド電極１６の形成された側から取り出すフェイスアップマウント型の発光素子である。なお、本発明の半導体発光素子は、フリップチップ型の発光素子であってもよい。
以下、それぞれの構成について詳細に説明する。
【００１８】
＜基板１１＞
基板１１としては、例えば、サファイア、ＳｉＣ、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等からなる基板を用いることができる。上記基板の中でも、特に、ｃ面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。
【００１９】
なお、上記基板のうち、高温でアンモニアに接触することで化学的な変性を引き起こすことが知られている酸化物基板や金属基板等を用い、アンモニアを使用せずに後述するバッファ層２１を成膜するとともに、アンモニアを使用する方法で後述する下地層２２を成膜した場合には、バッファ層２１がコート層として作用するため、基板１１の化学的な変質を防ぐ点で効果的である。
【００２０】
（バッファ層２１）
バッファ層２１は、設けられていなくてもよいが、基板１１と下地層２２との格子定数の違いを緩和して、基板１１の（０００１）Ｃ面上にＣ軸配向した単結晶層の形成を容易にするために、設けられていることが好ましい。バッファ層２１の上に単結晶の下地層２２を積層すると、より一層結晶性の良い下地層２２が積層できる。
【００２１】
バッファ層２１は、多結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなるものがより好ましい。
バッファ層２１は、例えば、多結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１〜０．５μｍのものとすることができる。バッファ層２１の厚みが０．０１μｍ未満であると、バッファ層２１により基板１１と下地層２２との格子定数の違い緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、バッファ層２１の厚みが０．５μｍを超えると、バッファ層２１としての機能には変化が無いのにも関わらず、バッファ層２１の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する問題がある。
【００２２】
バッファ層２１は、多結晶構造又は単結晶構造を有するものとすることができる。このような多結晶構造又は単結晶構造を有するバッファ層２１を基板１１上にＭＯＣＶＤ法またはスパッタ法にて成膜した場合、バッファ層２１のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体は良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。
【００２３】
（下地層２２）
下地層２２としては、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）が挙げられるが、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層２２を形成できるため好ましい。
下地層２２の膜厚は０．１μｍ以上であることが好ましく、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。また、下地層２２の膜厚は１０μｍ以下が好ましい。
下地層２２の結晶性を良くするために、下地層２２には不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、ｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合には、下地層２２にアクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。
【００２４】
＜積層半導体層２０＞
（ｎ型半導体層１２）
ｎ型半導体層１２はさらに、ｎコンタクト層１２ａ（第一ｎ型半導体層１２ｃおよび再成長層１２ｄ）と、ｎクラッド層１２ｂ（第二ｎ型半導体層）とから構成されている。
【００２５】
（ｎコンタクト層１２ａ）
ｎコンタクト層１２ａは、ｎ型電極１７を設けるための層であり、後述する第一工程において形成された第一ｎ型半導体層１２ｃ（第一工程成長層とも言う）と、後述する第二工程において形成された再成長層１２ｄとからなる。第一工程成長層１２ｃと再成長層１２ｄとは、好ましくは同一の材料からなるものがよく、第一工程成長層１２ｃの厚みが、再成長層１２ｄの厚みよりも厚くなっている。
また、本実施形態においては、図１に示すように、第一工程成長層１２ｃにｎ型電極１７を設けるための露出面２０ａが形成されている。なお、ｎ型電極１７を設けるための露出面２０ａは、再成長層１２ｄに形成されていてもよい。
【００２６】
ｎコンタクト層１２ａは、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く、ｎ型不純物（ドーパント）がドープされている。ｎコンタクト層１２ａにｎ型不純物が１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３、好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有されている場合、ｎ型電極１７との良好なオーミック接触の維持の点で好ましい。ｎコンタクト層１２ａに用いられるｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等が挙げられ、ＳｉおよびＧｅが好ましく、Ｓｉが最も好ましい。
【００２７】
ｎコンタクト層１２ａを構成する第一工程成長層１２ｃの膜厚は、０．５〜５μｍであることが好ましく、２μｍ〜４μｍの範囲であることがより好ましい。第一工程成長層１２ｃの膜厚が上記範囲内であると、半導体の結晶性が良好に維持される。
【００２８】
本実施形態の再成長層１２ｄにはＭｇが含まれている。Ｍｇは再成長層１２ｄ全体に含まれていても良いが、再成長層１２ｄのうち基板１１寄りの部分にのみＭｇが含まれていることが望ましい。再成長層１２ｄの基板１１寄りの部分にＭｇが含まれていることにより、当該成長面の平坦性が改善され、再成長層１２ｄの発光層１３側の面は、従来の製造方法と比較して平坦に形成される。
【００２９】
また、Ｍｇ含有部分の厚さは再成長層１２ｄの厚さの１／１０〜２／３であることが望ましい。Ｍｇ含有部分の厚さが再成長層１２ｄの厚さの１／１０未満であると、Ｍｇ含有部分による効果が十分に得られないため、再成長層１２ｄ表面が十分に平坦化されない。また、Ｍｇ含有部分の厚さが再成長層１２ｄの厚さの２／３を超えると、電流を流した際の駆動電圧Ｖｆが高くなるため、半導体素子１の発光出力が低くなってしまう。
【００３０】
また、再成長層１２ｄのＭｇ含有部分に含まれるＭｇの濃度は、１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３であることが望ましい。Ｍｇの濃度が１×１０１７未満であると、Ｍｇ含有部分による効果が十分に得られないため、再成長層１２ｄ表面が十分に平坦化されない。また、Ｍｇの濃度が１×１０１９を超えると電流を流した際の駆動電圧Ｖｆが高くなり、かつ、再成長層１２ｄがｐ型化することにより、半導体素子１の発光出力が低くなる。
【００３１】
また、再成長層１２ｄの膜厚は、０．２μｍ〜１μｍであることが好ましい。再成長層１２ｄの膜厚が０．２μｍ未満であると、Ｍｇ含有部分による平坦化の効果が十分に得られないため、再成長層１２ｄの発光層１３側表面が十分に平坦化されない。
それに対し再成長層１２ｄの膜厚が０．２μｍ以上であると、Ｍｇ含有部分による平坦化の効果が十分に現れるため、再成長層１２ｄの発光層１３側表面は平坦化される。
また、再成長層１２ｄの膜厚が１μｍを超えると、ｐ型半導体層１４を形成する際に用いられる第二有機金属化学気相成長装置の成長室内に、ｎ型半導体層１２を形成した後に残されるドーパントや堆積物の量が多くなり、ｎ型半導体層１２を形成する際に用いたドーパントや堆積物に起因するｐ型半導体層１４の不良が生じやすくなる。さらに再成長層１２ｄの成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する問題がある。
【００３２】
ｎクラッド層１２ｂは、ｎコンタクト層１２ａと発光層１３との間に設けられている。ｎクラッド層１２ｂは、発光層１３へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めを行なう層であり、再成長層１２ｄと発光層１３との結晶格子の不整合を緩和する発光層１３のバッファ層としても機能するものである。ｎクラッド層１２ｂはＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどで形成することが可能である。なお、明細書中各元素の組成比を省略してＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮと記述する場合がある。ｎクラッド層１２ｂをＧａＩｎＮで形成する場合には、発光層１３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。
【００３３】
ｎクラッド層１２ｂが単層からなるものである場合、ｎクラッド層１２ｂの膜厚は、５〜５００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５〜１００ｎｍである。また、ｎクラッド層１２ｂのｎ型ドープ濃度は１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３であることが好ましく、より好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３である。ドープ濃度がこの範囲である場合、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。
【００３４】
本実施形態においては、ｎクラッド層１２ｂは、単層であってもよいが、組成の異なる２つの薄膜層を繰り返し成長させて１０ペア数（２０層）〜４０ペア数（８０層）からなる超格子構造であることが好ましい。ｎクラッド層１２ｂが超格子構造からなるものである場合、薄膜層の積層数が２０層以上であると、再成長層１２ｄと発光層１３との結晶格子の不整合をより効果的に緩和することができ、半導体発光素子１の出力を向上させる効果がより顕著となる。しかし、薄膜層の積層数が８０層を超えると、超格子構造が乱れやすくなる場合もあり、発光層１３に悪影響を来たす恐れが生じる。さらに、ｎクラッド層１２ｂの成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する問題がある。
【００３５】
また、ｎクラッド層１２ｂを構成する超格子構造は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第一層と、該ｎ側第一層と組成が異なるＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第二層とが積層されたものであることが好ましく、ｎ側第一層とｎ側第二層とが交互に繰返し積層された構造を含むものであることがより好ましい。
【００３６】
ｎクラッド層１２ｂの超格子構造を構成するｎ側第一層およびｎ側第二層は、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造、ＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＮの交互構造、組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮの交互構造（本発明における“組成の異なる”との説明は、各元素組成比が異なることを指す）、組成の異なるＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの交互構造とすることができ、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮの交互構造であることが好ましい。
【００３７】
ｎ側第一層およびｎ側第二層の厚みは、それぞれ１００オングストローム以下であることが好ましく、６０オングストローム以下であることがより好ましく、４０オングストローム以下であることがさらに好ましく、それぞれ１０オングストローム〜４０オングストロームの範囲であることが最も好ましい。超格子層を形成するｎ側第一層および/またはｎ側第二層の膜厚が１００オングストローム超であると、結晶欠陥が入りやすくなるため好ましくない。
【００３８】
上記ｎ側第一層およびｎ側第二層は、それぞれドープした構造であってもよく、また、ドープ構造／未ドープ構造の組み合わせであってもよい。ドープされる不純物としては、上記材料組成に対して従来公知のものを、何ら制限無く適用できる。例えば、ｎクラッド層１２ｂとして、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮの交互構造を有する超格子構造を用いた場合には、不純物としてＳｉが好適である。また、超格子構造を構成するｎ側第一層およびｎ側第二層は、ＧａＩｎＮやＡｌＧａＮ、ＧａＮで代表される組成が同じであって、ドープ構造／未ドープ構造を組み合わせたものであってもよい。
【００３９】
＜発光層１３＞
発光層１３は、障壁層１３ａと井戸層１３ｂとが交互に複数積層された多重量子井戸構造からなる。多重量子井戸構造における積層数は３層から１０層であることが好ましく、４層から７層であることがさらに好ましい。
【００４０】
（井戸層１３ｂ）
井戸層１３ｂの厚みは、１５オングストローム以上５０オングストローム以下の範囲であることが好ましい。井戸層１３ｂの厚みが上記範囲内であることにより、より高い発光出力を得ることができる。
また、井戸層１３ｂは、Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体であることが好ましい。Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体は、青色の波長領域の強い光を発光するものであるため、好ましい。また、井戸層１３ｂには、不純物をドープすることができる。ドーパントとしては、発光強度を増進するものであるＳｉ、Ｇｅを用いることが好ましい。ドープ量は１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３程度が好適である。ドープ量が上記範囲である場合、より発光強度の強いものとなる。
【００４１】
（障壁層１３ａ）
障壁層１３ａの膜厚は、２０オングストローム以上１００オングストローム未満の範囲であることが好ましい。障壁層１３ａの膜厚が薄すぎると、障壁層１３ａ上面の平坦化を阻害し、発光効率の低下やエージング特性の低下を引き起こす。また、障壁層１３ａの膜厚が厚すぎると、駆動電圧の上昇や発光の低下を引き起こす。このため、障壁層１３ａの膜厚は７０オングストローム以下であることがより好ましい。
また、障壁層１３ａは、ＧａＮやＡｌＧａＮのほか、井戸層を構成するＩｎＧａＮよりもＩｎ比率の小さいＩｎＧａＮで形成することができる。中でも、ＧａＮが好適である。
【００４２】
＜ｐ型半導体層１４＞
ｐ型半導体層１４は、通常、ｐクラッド層１４ａおよびｐコンタクト層１４ｂから構成される。また、ｐコンタクト層１４ｂがｐクラッド層１４ａを兼ねることも可能である。
【００４３】
（ｐクラッド層１４ａ）
ｐクラッド層１４ａは、発光層１３へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入を行なう層である。ｐクラッド層１４ａとしては、発光層１３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１３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、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．４）からなるものであることが好ましい。ｐクラッド層１４ａが、このようなＡｌＧａＮからなるものである場合、発光層１３へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。
【００４４】
ｐクラッド層１４ａ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クラッド層１４ａのｐ型ドープ濃度は、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３であることが好ましく、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。また、ｐクラッド層１４ａは、薄膜を複数回積層してなる超格子構造であってもよい。
【００４５】
ｐクラッド層１４ａが超格子構造を含むものである場合には、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第一層と、該ｐ側第一層と組成が異なるＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第二層とが積層されたものとすることができる。ｐクラッド層１４ａが超格子構造を含むものである場合、ｐ側第一層とｐ側第二層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであっても良い。
【００４６】
ｐクラッド層１４ａの超格子構造を構成するｐ側第一層およびｐ側第二層は、それぞれ異なる組成、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ又はＧａＮのうちの何れの組成であっても良く、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造、又はＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＮの交互構造であっても良い。本発明においては、ｐ側第一層およびｐ側第二層は、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造であることが好ましい。
【００４７】
ｐ側第一層およびｐ側第二層の厚みは、それぞれ１００オングストローム以下であることが好ましく、６０オングストローム以下であることがより好ましく、４０オングストローム以下であることがさらに好ましく、それぞれ１０オングストローム〜４０オングストロームの範囲であることが最も好ましい。超格子層を形成するｐ側第一層とｐ側第二層の膜厚が１００オングストローム超であると、結晶欠陥が入りやすくなるため好ましくない。
【００４８】
ｐ側第一層およびｐ側第二層は、それぞれドープした構造であっても良く、また、ドープ構造／未ドープ構造の組み合わせであっても良い。ドープされる不純物としては、上記材料組成に対して従来公知のものを、何ら制限無く適用できる。例えば、ｐクラッド層として、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの交互構造を有する超格子構造を用いた場合には、不純物としてＭｇが好適である。また、超格子構造を構成するｐ側第一層およびｐ側第二は、ＧａＩｎＮやＡｌＧａＮ、ＧａＮで代表される組成が同じであって、ドープ構造／未ドープ構造を組み合わせたものであってもよい。
【００４９】
（ｐコンタクト層１４ｂ）
ｐコンタクト層１４ｂは、正極を設けるための層である。ｐコンタクト層１４ｂは、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）からなるものであることが、良好な結晶性の維持およびｐオーミック電極との良好なオーミック接触の点で好ましい。また、ｐコンタクト層１４ｂがｐ型不純物（ドーパント）を１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３を５×１０１９〜５×１０２０／ｃｍ３の濃度で含有しているものである場合、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い。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えばＭｇを用いることが好ましい。ｐコンタクト層１４ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０〜５００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５０〜２００ｎｍである。ｐコンタクト層１４ｂの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
【００５０】
＜ｎ型電極１７＞
ｎ型電極１７は、ボンディングパットを兼ねており、積層半導体層２０のｎ型半導体層１２に接するように形成されている。このため、ｎ型電極１７を形成する際には、少なくともｐ半導体層１４および発光層１３の一部を除去してｎ型半導体層１２を露出させ、ｎ型半導体層１２の露出面２０ａ上にボンディングパッドを兼ねるｎ型電極１７を形成する。ｎ型電極１７としては、各種組成や構造が周知であり、これら周知の組成や構造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。
【００５１】
（透光性電極１５）
透光性電極１５は、ｐ型半導体層１４の上に積層されるものであり、ｐ型半導体層１４との接触抵抗が小さいものであることが好ましい。また、透光性電極１５は、発光層１３からの光を効率良く半導体発光素子１の外部に取り出すために、光透過性に優れたものであることが好ましい。また、透光性電極１５は、ｐ型半導体層１４の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、優れた導電性を有していることが好ましい。
【００５２】
透光性電極１５の構成材料としては、Ｉｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｗ、Ｃｅのいずれか一種を含む導電性の酸化物、硫化亜鉛または硫化クロムのうちいずれか一種からなる群より選ばれる透光性の導電性材料が挙げられる。導電性の酸化物としては、ＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ））、ＡＺＯ（酸化アルミニウム亜鉛（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３））、ＧＺＯ（酸化ガリウム亜鉛（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３））、フッ素ドープ酸化錫、酸化チタン等があげられる。
【００５３】
また、透光性電極１５の構造は、従来公知の構造を含めて如何なる構造であってもよい。透光性電極１５は、ｐ型半導体層１４のほぼ全面を覆うように形成してもよく、また、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよい。
【００５４】
（ｐ型ボンディングパッド電極１６）
ｐ型ボンディングパッド電極１６はボンディングパットを兼ねており、透光性電極１５の上に積層されている。ｐ型ボンディングパッド電極１６としては、各種組成や構造が周知であり、これら周知の組成や構造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。
ｐ型ボンディングパッド電極１６は、透光性電極１５上であれば、どこへでも形成することができる。例えばｎ型電極１７から最も遠い位置に形成してもよいし、半導体発光素子１の中心などに形成してもよい。しかし、あまりにもｎ型電極１７に近接した位置に形成すると、ボンディングした際にワイヤ間、ボール間のショートを生じてしまうため好ましくない。
【００５５】
また、ｐ型ボンディングパッド電極１６の電極面積としては、できるだけ大きいほうがボンディング作業はしやすいが、発光の取り出しの妨げになる。例えば、チップ面の面積の半分を超える広い面積を覆った場合、発光の取り出しの妨げとなり、出力が著しく低下する。逆に、ｐ型ボンディングパッド電極１６の電極面積が小さすぎると、ボンディング作業がしにくくなり、製品の収率を低下させる。具体的には、ボンディングボールの直径よりもわずかに大きい程度が好ましく、直径１００μｍの円形程度であることが一般的である。
【００５６】
（保護膜層）
図示しない保護膜層は、必要に応じて透光性電極１５の上面および側面と、ｎ型半導体層１２の露出面２０ａ、発光層１３およびｐ型半導体層１４の側面、ｎ型電極１７およびｐ型ボンディングパッド電極１６の側面や周辺部を覆うよう形成される。保護膜層を形成することにより、半導体発光素子１の内部への水分等の浸入を防止でき、半導体発光素子１の劣化を抑制することができる。
保護膜層としては、絶縁性を有し、３００〜５５０ｎｍの範囲の波長において８０％以上の透過率を有する材料を用いることが好ましく、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を用いることができる。このうちＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３は、ＣＶＤ成膜で緻密な膜が容易に作製でき、より好ましい。
【００５７】
以下、半導体発光素子１の製造方法について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明において参照する図面は、本発明を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体発光素子１の寸法関係とは異なっている。
【００５８】
本発明の、図１に示す半導体発光素子１の製造方法は、まず、図２に示す積層半導体層２０を製造する。積層半導体層２０の製造方法は、基板１１上に第一ｎ型半導体層１２ｃを積層する第一工程と、第一ｎ型半導体層１２ｃ上に第一ｎ型半導体層１２ｃの再成長層１２ｄとｎクラッド層１２ｂ（第二ｎ型半導体層）と発光層１３とｐ型半導体層１４とを順次積層する第二工程と、から概略構成されている。以下、図２を用いて各工程について詳細に説明する。
【００５９】
＜第一工程＞
はじめに、サファイア等からなる基板１１を用意する。
次に、基板１１を第一ＭＯＣＶＤ装置（第一有機金属化学気相成長装置）の成長室内に設置し、ＭＯＣＶＤ法によって、基板１１上に、バッファ層２１と、下地層２２を順次積層する。
【００６０】
（第一工程成長層１２ｃ（第一ｎ型半導体層）積層工程）
次いで下地層２２上に、ｎコンタクト層１２ａの一部を構成する第一工程成長層１２ｃ（第一ｎ型半導体層）を積層する。このとき、第一工程成長層１２ｃの膜厚は０．５〜５μｍ厚で形成することが好ましく、２μｍ〜４μｍ厚で形成することが特に好ましい。上記範囲内で形成することにより、半導体の結晶性を良好に維持できるためである。
【００６１】
また、第一工程成長層１２ｃを成長させる際には、水素雰囲気で、基板１１の温度を１０００℃〜１１００℃の範囲とすることが好ましい。
また、第一工程成長層１２ｃを成長させる原料としては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）などのＩＩＩ族金属の有機金属原料とアンモニア（ＮＨ３）などの窒素原料とを用い、熱分解によりバッファ層上にＩＩＩ族窒化物半導体層を堆積させる。ＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力は１５〜８０ｋＰａとすることが好ましく、１５〜６０ｋＰａとすることがより好ましい。キャリアガスは水素ガスのみであってもよいし、水素ガスと窒素ガスとの混合ガスであってもよい。
【００６２】
その後、第一有機金属化学気相成長装置（第一ＭＯＣＶＤ装置）の成長室内からｎコンタクト層１２ａの第一工程成長層１２ｃまでの各層の形成された基板１１を取り出す。
【００６３】
＜第二工程＞
第二工程はさらに、第一ｎ型半導体層１２ｃ上に第一ｎ型半導体層１２ｃの再成長層１２ｄを形成する工程と、ｎクラッド層１２ｂ（第二ｎ型半導体層）を形成する工程と、発光層１３を形成する工程と、ｐ型半導体層１４を形成する工程と、から構成されている。以下それぞれについて詳細を説明する。
【００６４】
（再成長層１２ｄ形成工程）
まず、第一工程成長層１２ｃまでの各層の形成された基板１１を第二有機金属化学気相成長装置（第二ＭＯＣＶＤ装置）の成長室内に設置する。次いで、ＭＯＣＶＤ法によって第一工程成長層１２ｃ上に、ｎコンタクト層１２ａの再成長層１２ｄを形成する。
【００６５】
本実施形態においては、再成長層１２ｄを形成する前に、第一工程成長層１２ｃまでの各層の形成された基板１１を、窒素とアンモニアを含む雰囲気で熱処理温度５００℃〜１０００℃、好ましくは９００℃〜９５０℃の熱処理（サーマルクリーニング）を行うことが好ましい。熱処理の雰囲気は、窒素とアンモニアを含む雰囲気に代えて、例えば、窒素のみの雰囲気としてもよい。なお、水素のみの雰囲気では第一工程成長層１２ｃが昇華し、結晶性の悪化を招くため好ましくない。また、このときのＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力は１５〜１００ｋＰａとすることが好ましく、６０〜９５ｋＰａとすることがより好ましい。
【００６６】
このような熱処理を行った場合、第一工程終了後に、ｎコンタクト層１２ａの第一工程成長層１２ｃまでの各層の形成された基板１１が第一有機金属化学気相成長装置の成長室内から取り出されることによって、第一工程成長層１２ｃの表面が汚染されたとしても、再成長層１２ｄを形成する前に汚染物質を除去することができる。その結果、再成長層１２ｄの結晶性が向上して、再成長層１２ｄ上に形成されるｎクラッド層１２ｂや発光層１３の結晶性がより一層良好なものとなる。
なお、第一工程成長層１２ｃの表面が汚染されたままである場合、逆方向電流（ＩＲ）が十分に低くならなかったり、静電気放電（ＥＳＤ）耐圧が不足したりする恐れがあり、半導体発光素子１の信頼性が低下する。
【００６７】
また、本実施形態においては第二有機金属化学気相成長装置内に、再成長層１２ｄの原料ガスとともにＭｇを含有するドーパントガスを供給することにより、再成長層１２ｄを形成する。このドーパントガスの供給は再成長層１２ｄ形成が終了するまで続ける必要はなく、再成長層１２ｄ形成開始と同時に供給開始し、再成長層１２ｄの形成途中で供給停止することが望ましい。
【００６８】
また、再成長層１２ｄの成膜速度を一定とした場合、Ｍｇを含有するドーパントガスを供給する時間は再成長層１２ｄの成膜時間全体のうち１／１０〜２／３に相当する時間とすることがさらに望ましい。すなわち、再成長層１２ｄの成膜の最初の段階から、成膜時間全体のうち１／１０〜２／３の時間だけドーパントガスを供給し、ドーパントガスを停止後は再成長層１２ｄの原料ガスのみを供給する。
【００６９】
このとき、ドーパントガスの供給時間が、再成長層１２ｄの成膜時間全体のうち１／１０未満であると、Ｍｇ含有部分による効果が十分に得られないため、再成長層１２ｄ表面が十分に平坦化されない。また、ドーパントガスの供給時間が、再成長層１２ｄの成膜時間全体のうち２／３を超えると、再成長層１２ｄに電流を流した際の駆動電圧Ｖｆが高くなるため、半導体素子１の発光出力が低くなってしまう。
【００７０】
これにより、再成長層１２ｄの少なくとも基板１１寄りの部分にＭｇが含まれる構成となり、再成長層１２ｄの発光層１３側の面は従来の製造方法と比較して平坦に形成される。
【００７１】
また、再成長層１２ｄの基板１１寄りの部分に含まれるＭｇの濃度は、１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３であることが望ましい。Ｍｇの濃度が１×１０１７未満であると、Ｍｇ含有部分による効果が十分に得られないため、再成長層１２ｄ表面が十分に平坦化されない。また、Ｍｇの濃度が１×１０１９を超えると、電流を流した際の駆動電圧Ｖｆが高くなり、かつ、再成長層１２ｄがｐ型化することにより、半導体素子１の発光出力が低くなる。
【００７２】
また、本実施形態においては、再成長層１２ｄを０．１μｍ〜１μｍの膜厚で形成することが好ましい。再成長層１２ｄの膜厚が０．１μｍ未満であると、Ｍｇ含有部分による平坦化の効果が十分に得られないため、再成長層１２ｄの発光層１３側表面が十分に平坦化されない。
それに対し、再成長層１２ｄの膜厚が０．１μｍ以上であると、Ｍｇ含有部分による平坦化の効果が十分に現れるため、再成長層１２ｄの発光層１３側表面は平坦化される。
【００７３】
また、再成長層１２ｄの膜厚が１μｍを超えると、第二有機金属化学気相成長装置の成長室内に、ｎ型半導体層１２を形成した後に残されるドーパントや堆積物の量が多くなり、ドーパントや堆積物に起因するｐ型半導体層１４の不良が生じやすくなる。そのため、再成長層１２ｄの成膜処理時間が長くなり、半導体発光素子１の生産性が低下してしまう。
【００７４】
また、再成長層１２ｄを成長させる際には、基板１１の温度を１０００℃〜１１００℃の範囲とすることが好ましい。再成長層１２ｄを成長させるときの基板１１の温度を上記範囲とすることで、第一工程成長層１２ｃまでの各層の形成された基板１１が、第一有機金属化学気相成長装置の成長室内から取り出されることにより、ｎコンタクト層１２ａの第一工程成長層１２ｃの表面が汚染されていたとしても、再成長層１２ｄを形成する際に汚染物質を除去することができる。
【００７５】
その結果、後述する工程において再成長層１２ｄ上に形成されるｎクラッド層１２ｂや発光層１３の結晶性を、よりいっそう良好なものとすることができる。これに対し、再成長層１２ｄを成長させるときの基板１１の温度が１０００℃未満であると、逆方向電流（ＩＲ）が十分に低くならなかったり、静電気放電（ＥＳＤ）耐圧が不足したりする恐れがある。また、再成長層１２ｄを成長させるときの基板１１の温度が１１００℃を超えると、半導体発光素子１の出力が不十分となる恐れがある。
【００７６】
（ｎクラッド層１２ｂ（第二ｎ型半導体層）形成工程）
次いで、再成長層１２ｄ上に超格子構造のｎクラッド層１２ｂを形成する。
まず始めに、膜厚１００オングストローム以下のＩＩＩ族窒化物半導体からなる図示しないｎ側第一層と、ｎ側第一層と組成が異なる膜厚１００オングストローム以下のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第二層とを交互に１０ペア数（２０層）〜４０ペア数（８０層）繰返し積層する。
【００７７】
（発光層１３形成工程）
次いで、多重量子井戸構造の発光層１３を形成する。まず、井戸層１３ｂと障壁層１３ａとを交互に繰返し積層する。このとき、ｎ型半導体層１２側及びｐ型半導体層１４側に障壁層１３ａが配されるように積層することが好ましい。
井戸層１３ｂおよび障壁層１３ａの組成や膜厚は、所定の発光波長になるように適宜設定することができる。また、発光層１３の成長温度は６００〜９００℃とすることができ、キャリアガスとしては窒素ガスを用いることができる。
【００７８】
（ｐ型半導体層１４形成工程）
ｐ型半導体層１４の形成は、ｐクラッド層１４ａと、ｐコンタクト層１４ｂとを順次積層すればよい。なお、ｐクラッド層１４ａを、超格子構造を含む層とする場合には、膜厚１００オングストローム以下のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第一層と、ｐ側第一層と組成が異なる膜厚１００オングストローム以下ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第二層とを交互に繰返し積層すればよい。
以上のようにして、図２に示す積層半導体層２０が製造される。
【００７９】
その後、積層半導体層２０のｐ型半導体層１４上に透光性電極１５を積層し、例えば一般に知られたフォトリソグラフィーの手法によって所定の領域以外の透光性電極１５を除去する。
続いて、例えばフォトリソグラフィーの手法によりパターニングして、所定の領域の積層半導体層２０の一部をエッチングしてｎコンタクト層１２ａの第一工程成長層１２ｃの一部を露出させ、ｎコンタクト層１２ａの露出面２０ａにｎ型電極１７を形成する。
その後、透光性電極１５の上にｐ型ボンディングパッド電極１６を形成する。
以上のようにして、図１に示す半導体発光素子１が製造される。
【００８０】
本実施形態の半導体発光素子１の製造方法によれば、第二工程において再成長層１２ｄを形成する際、原料ガスとともにＭｇを含有するドーパントガスを供給することにより、再成長層１２ｄの少なくとも基板寄りの部分にＭｇをドーピングする。これにより、１０００℃〜１１００℃の高温で再成長層１２ｄを形成しても、その表面の平坦性の悪化を防ぐことができる。そのため、結晶性の高い再成長層１２ｄを得ることができるとともに、再成長層１２ｄの発光層１３側表面を平坦に形成することができる。
また、本実施形態においては、ドーパントガスの供給を再成長層１２ｄの形成途中で停止することにより、再成長層１２ｄの基板寄りの部分にのみＭｇを含ませることができる。このため、半導体素子１に電流を流した際の駆動電圧Ｖｆ増加を抑えたままで同様の効果を得ることができる。
【００８１】
この結果、再成長層１２ｄ上に結晶性の良好なｎクラッド層１２ｂを形成できるとともに、ｎクラッド層１２ｂ上に結晶性の良好な発光層１３を形成することが可能となる。
これらにより、逆方向電流（ＩＲ）が十分に低く、発光出力（Ｐｏ）の高い半導体発光素子１を得ることができる。また、半導体発光素子１の不良を防ぎ規格内のＬＥＤチップ収得率を向上することが可能となる。
【００８２】
＜ランプ３＞
本実施形態のランプ３は、本発明の半導体発光素子１を備えるものであり、上記の半導体発光素子１と蛍光体とを組み合わせてなるものである。本実施形態のランプ３は、当業者周知の手段によって当業者周知の構成とすることができる。例えば、本実施形態のランプ３においては、半導体発光素子１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を何ら制限されることなく採用できる。
【００８３】
図３は、図１に示した半導体発光素子１を備えるランプの一例を示した断面模式図である。図３に示すランプ３は、砲弾型のものであり、図１に示す半導体発光素子１が用いられている。図３に示すように、半導体発光素子１のｐ型ボンディングパッド電極１６がワイヤー３３で２本のフレーム３１、３２の内の一方（図３ではフレーム３１）に接続され、半導体発光素子１のｎ型電極１７（ボンディングパッド）がワイヤー３４で他方のフレーム３２に接続されることにより、半導体発光素子１が実装されている。また、半導体発光素子１の周辺は、透明な樹脂からなるモールド３５で封止されている。
【００８４】
本実施形態のランプ３は、上記の半導体発光素子１が用いられてなるものであるので、高い発光出力が得られるものとなる。
【００８５】
また、本実施形態のランプ３を組み込んだバックライト、携帯電話、ディスプレイ、各種パネル類、コンピュータ、ゲーム機、照明などの電子機器や、それらの電子機器を組み込んだ自動車などの機械装置は、高い発光出力が得られる半導体発光素子１を備えたものとなる。特に、バックライト、携帯電話、ディスプレイ、ゲーム機、照明などのバッテリ駆動させる電子機器においては、高い発光出力が得られる半導体発光素子１を具備した優れた製品を提供することができるため、好ましい。
【実施例】
【００８６】
以下に、本発明の半導体発光素子の製造方法を、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。
（実施例１）
以下に示す方法により、図１に示す半導体発光素子１を製造した。
実施例１の半導体発光素子１では、サファイアからなる基板１１上に、ＡｌＮからなるバッファ層２１、厚さ５μｍのアンドープＧａＮからなる下地層２２、厚さ３μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなる第一工程成長層１２ｃと、表１に示すように厚さ０．２μｍにわたって１×１０１８／ｃｍ３の濃度でＭｇをドープさせた、厚さ０．６μｍのｎ型ＧａＮからなる再成長層１２ｄとからなる厚さ３．６μｍのｎコンタクト層１２ａ、ＧａＩｎＮからなる厚さ２ｎｍのｎ側第一層と、ＧａＮからなる厚さ２ｎｍのｎ側第二層とからなる薄膜層を表１に示すように２０層（ペア数）繰り返し成長させてなる厚さ８０ｎｍの超格子構造のｎクラッド層１２ｂ、厚さ５ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ３．５ｎｍのＩｎ0.１５Ｇａ0.8５Ｎ井戸層を６回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層１３、厚さ１０ｎｍのＭｇドープ単層Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐクラッド層１４ａ、厚さ１５０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮからなるｐコンタクト層１４ｂと、を順に積層した。
【００８７】
【表１】
【００８８】
なお、実施例１の半導体発光素子１では、バッファ層２１、下地層２２、第一工程成長層１２ｃは、第一有機金属化学気相成長装置（第一ＭＯＣＶＤ装置）を用いて積層（第一工程）し、再成長層１２ｄ、ｎクラッド層１２ｂ、発光層１３、ｐクラッド層１４ａ、ｐコンタクト層１４ｂは、第二有機金属化学気相成長装置（第二ＭＯＣＶＤ装置）を用いて積層（第二工程）した。また、再成長層１２ｄは、以下に示す成長条件で形成させた。
【００８９】
「再成長層１２ｄの成長条件」
再成長層１２ｄはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）のIII族金属の有機金属原料とアンモニア（ＮＨ３）などの窒素原料を用いて第一工程成長層１２ｃ上に堆積させる。ｎ型ドーピングにはモノシラン（ＳｉＨ４）、Ｍｇ原料としてはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。Ｍｇ流量は所定の濃度になるよう調整した。
また、再成長層１２ｄを成長させる際にはＭＯＣＶＤ成長炉内の圧力は４０ｋＰａ、基板１１の温度を１０８０℃、キャリアガスはオール水素とした。
【００９０】
その後、ｐコンタクト層１４ｂ上に、厚さ２００ｎｍのＩＴＯからなる透光性電極１５を一般に知られたフォトリソグラフィの手法により形成した。
次に、フォトリソグラフィの手法を用いてエッチングを施し、所望の領域にｎコンタクト層１２ａの露出面２０ａを形成し、その上にＴｉ／Ａｕの二層構造のｎ型電極１７を形成した。
また、透光性電極１５の上に、２００ｎｍのＡｌからなる金属反射層と８０ｎｍのＴｉからなるバリア層と１１００ｎｍのＡｕからなるボンディング層とからなる３層構造のｐ型ボンディングパッド構造１６を、フォトリソグラフィの手法を用いて形成した。
以上のようにして、図１に示す実施例１の半導体発光素子１を得た。
【００９１】
このようにして得られた実施例１の半導体発光素子１において、再成長層１２ｄは厚さ０．６μｍで形成され、Ｍｇ含有部分は厚さ０．２μｍ、その濃度は１×１０１８ｃｍ３であり、半導体発光素子１としての特性は、順方向電圧Ｖf＝３．１Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２４ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．５μＡであった。
【００９２】
（実施例２）
実施例１の再成長層１２ｄのＭｇ含有部分の厚さを０．４μｍ、Ｍｇ含有濃度を１×１０１７／ｃｍ３に替えた以外は、実施例１と同様な操作を行い、半導体発光素子１としての特性は、順方向電圧Ｖf＝３．１Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２３ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．９μＡであった。
【００９３】
（実施例３）
実施例１の再成長層１２ｄの厚さを１μｍに、Ｍｇ含有濃度を１×１０１７／ｃｍ３に替えた以外は、実施例１と同様な操作を行い、半導体発光素子１としての特性は、順方向電圧Ｖf＝３．０Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２５ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．４μＡであった。
【００９４】
（実施例４）
実施例１の再成長層１２ｄの厚さを１μｍに、Ｍｇ含有部分の厚さを０．１μｍに替えた以外は、実施例１と同様な操作を行い、半導体発光素子１としての特性は、順方向電圧Ｖf＝３．０Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２５ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．３μＡであった。
【００９５】
（実施例５）
実施例１の再成長層１２ｄの厚さを０．２μｍに、Ｍｇ含有部分の厚さを０．１μｍ、Ｍｇ含有濃度を１×１０１７／ｃｍ３に替えた以外は、実施例１と同様な操作を行い、半導体発光素子１としての特性は、順方向電圧Ｖf＝３．２Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２３ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．２μＡであった。
【００９６】
（比較例１）
実施例１の再成長層１２ｄの厚さを０．６μｍに、Ｍｇ含有部分の厚さを０μｍ（Ｍｇを含有しない）、Ｍｇ含有濃度を検出下限（１×１０１７／ｃｍ３）未満に替えた以外は、実施例１と同様な操作を行い、半導体発光素子１としての特性は、順方向電圧Ｖf＝３．２Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２１ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝１０μＡであった。
【００９７】
なお、実施例及び比較例の半導体発光素子１についての順方向電圧Ｖｆは、プローブ針による通電で電流印加値２０ｍＡにおける電圧を測定したものである。同じく、実施例及び比較例の半導体発光素子１についての発光出力（Ｐｏ）は、それぞれＴＯ−１８缶パッケージに実装し、テスターによって、印加電流２０ｍＡにおける発光出力である。
【００９８】
逆方向電流（ＩＲ）は、発光素子に対して端子を逆方向に２０Ｖ印加した時の漏れ電流を測定した時の値である。静電気放電（ＥＳＤ）耐圧は、ＥＩＡＪＥＤ−４７０（ＨＭＭ）試験方法３０４人体モデル静電破壊試験法に準じて測定した。
実施例１〜実施例５、比較例１の半導体発光素子の順方向電圧、発光出力（Ｐｏ）、逆方向電流（ＩＲ）の結果を表１に示す。
【００９９】
表１に示すように、実施例１〜実施例５の半導体発光素子１はいずれも、逆方向電流（ＩＲ）が十分に低く、順方向電圧が比較的低く、発光出力（Ｐｏ）が２０ｍＷ以上となり、高輝度で低消費電力であった。
一方、再成長層１２ｄの厚さが０．６μｍで、Ｍｇ含有部分の厚さを有さず（０μｍ）、Ｍｇ含有濃度が検出下限（１×１０１７／ｃｍ３以下）である比較例１では、実施例１〜実施例５と比較して発光出力（Ｐｏ）が低く、順方向電圧が比較的高く、漏れ電流（逆方向電流（IR）が大きかった。
【０１００】
以上により、実施例１〜実施例５の半導体発光素子１は、効果的に発光出力を向上させることができ、比較例１の半導体発光素子１と比較して、漏れ電流が小さく高い発光出力が得られることが確認できた。
【符号の説明】
【０１０１】
１…半導体発光素子、３…ランプ、１２…ｎ型半導体層、１２ａ…ｎコンタクト層、１２ｂ…ｎクラッド層（第二ｎ型半導体層）、１２ｃ…第一工程成長層（第一ｎ型半導体層）、１２ｄ…再成長層、１３…発光層、１４…ｐ型半導体層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の製造方法およびランプ、電子機器、機械装置に関し、特に、大電流が印加される場合に好適に用いられ、大電流が印加されることにより高い発光出力が得られる半導体発光素子の製造方法およびこの製造方法を用いて製造された半導体発光素子を備えるランプ、電子機器、機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発光ダイオードなどに用いられる半導体発光素子として、基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順次積層してなるものがある。このような半導体発光素子を製造する方法として、サファイア単結晶などからなる基板上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）法）によってｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを連続して順次積層する方法がある。
【０００３】
しかしながら、基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを連続して順次積層する場合、これらの層が同一の成長室内で形成されるので、ｎ型半導体層を形成する際に用いたドーパントがｐ型半導体層の形成に支障を来たして、抵抗率の十分に低いｐ型半導体層が得られない場合があった。
【０００４】
このような問題を解決する技術として、例えば、特許文献１には、所定の基板上に、少なくとも第一導電形の半導体層と第二導電形の半導体層とを順次成膜して化合物半導体装置を製造するに際し、前記それぞれの導電形の半導体層を、導電形に対応した異なる複数の独立した成長室で成膜するようにして成る化合物半導体装置の製造方法が提案されている。
【０００５】
また、最近、半導体発光素子の発光出力を向上させるために、半導体発光素子に大電流が印加される場合が多くなってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平7-45538号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ｎ型半導体層を形成する成長室とｐ型半導体層を形成する成長室とを別々にすると、得られた半導体素子の出力が不十分となる場合があった。
たとえば、サファイア単結晶などからなる基板上にバッファ層を介して、ＧａＮ下地層およびｎ型ＧａＮコンタクト層（第一ｎ型半導体層、総称してテンプレートウェーハ膜）上に第二の成長室でｎ型ＧａＮコンタクト層（第一ｎ型半導体層の再成長層、または単に再成長層）を形成すると、再成長層表面の平坦性が悪化する場合が多かった。
【０００８】
このとき、再成長層を形成する際に成膜温度を1000℃以上の高温にするとピットが出ないため、結晶性の高い再成長層を得ることができる。しかし、そのように高温にすることで再成長層の昇華が起きやすくなり、再成長層表面の平坦性が悪化してしまう。
また、そのようにして再成長層表面の平坦性が悪くなると、その後の工程において、第二の成長室で再成長層表面上に発光層（ＭＱＷ層）やＰ型半導体層を成長させてＬＥＤチップを形成すると、規格内のＬＥＤチップ収得率が悪化するという問題があった。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、再成長層表面（第一ｎ型半導体層の再成長層）に起因する発光層およびｐ型半導体層の不良が生じにくく、かつ、高い出力の得られる半導体素子の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 第一有機金属化学気相成長装置において、基板上に、第一ｎ型半導体層を積層する第一工程と、第二有機金属化学気相成長装置において、前記第一ｎ型半導体層上に、前記第一ｎ型半導体層の再成長層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順次積層する第二工程とを具備し、前記第二工程において、前記再成長層を形成する際にＭｇをドーピングすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
〔２〕 前記再成長層の原料ガスとともに、前記Ｍｇを含有するドーパントガスを供給して、前記再成長層を形成することを特徴とする〔１〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔３〕 前記ドーパントガスを前記再成長層の形成開始と同時に供給開始し、前記再成長層の形成途中で供給停止することを特徴とする〔２〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔４〕 前記ドーパントガスを供給する時間が、前記再成長層を形成する時間全体のうち１／１０〜２／３であることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔５〕 前記再成長層を形成する際の前記基板温度を１０００℃〜１１００℃とすることを特徴とする〔１〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔６〕 前記再成長層のうち前記基板寄りの部分に前記Ｍｇを１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有させることを特徴とする〔１〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔７〕 前記再成長層の膜厚を０．１μｍ〜１μｍとすることを特徴とする〔１〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔８〕 基板上に第一ｎ型半導体層と前記第一ｎ型半導体層の再成長層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが積層された半導体発光素子であって、前記再成長層の少なくとも前記基板寄りの部分にＭｇが含まれることを特徴とする半導体発光素子。
〔９〕 前記再成長層の前記基板側の面に前記Ｍｇが１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含まれることを特徴とする〔８〕に記載の半導体発光素子。
〔１０〕 前記再成長層の膜厚が０．１μｍ〜１μｍであることを特徴とする〔８〕または〔９〕に記載の半導体発光素子。
〔１１〕 前記Ｍｇを含有する部分の厚さが前記再成長層の厚さの１／１０〜２／３であることを特徴とする〔８〕〜〔１０〕に記載の半導体発光素子。
〔１２〕 〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法を用いて製造された半導体発光素子を備えることを特徴とするランプ。
〔１３〕 〔１２〕に記載のランプが組み込まれていることを特徴とする電子機器。
〔１４〕 〔１３〕に記載の電子機器が組み込まれていることを特徴とする機械装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体素子の製造方法によれば、第二の成長室（第二有機金属化学気相成長装置）内で再成長層を形成する工程において、再成長層の原料ガスとともにＭｇを含有するドーパントガスを供給することにより、再成長層の少なくとも基板寄りの部分にＭｇをドーピングさせることができる。このことにより、再成長層表面の平坦性を改善することができる。そのため、その後の工程において結晶性の良好な発光層（ＭＱＷ層）やＰ型半導体層を成長させることができる。この結果、規格内のＬＥＤチップ収得率を改善することができ、収率面で大幅な生産性向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の半導体発光素子の製造方法を用いて製造された半導体発光素子の一例を示した断面模式図である。
【図２】図２は、図１に示す半導体発光素子を製造する工程を説明するための断面模式図である。
【図３】図３は、図１に示した半導体発光素子を備えるランプの一例を示した断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の半導体発光素子１について、図１を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、本発明を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体発光素子やランプ等の寸法関係とは異なっている。
【００１４】
図１は、本発明の半導体発光素子１の一例を示した断面模式図である。
図１に示す本実施形態の半導体発光素子１は、基板１１と、基板１１上に積層された積層半導体層２０と、積層半導体層２０の上面に積層された透光性電極１５と、透光性電極１５上に積層されたｐ型ボンディングパッド電極１６と、積層半導体層２０の露出面２０ａ上に積層されたｎ型電極１７と、から概略構成されている。
【００１５】
積層半導体層２０は、基板１１側から、ｎ型半導体層１２、発光層１３、ｐ型半導体層１４がこの順に積層されて構成されている。図１に示すように、ｎ型半導体層１２、発光層１３、ｐ型半導体層１４は、その一部がエッチング等の手段によって除去されており、除去された部分からｎ型半導体層１２の一部が露出されている。そして、ｎ型半導体層１２の露出面２０ａには、ｎ型電極１７が積層されている。
また、ｐ型半導体層１４の上面には、透光性電極１５およびｐ型ボンディングパッド電極１６が積層されている。これら、透光性電極１５およびｐ型ボンディングパッド電極１６によって、ｐ型電極１８が構成されている。
【００１６】
ｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４を構成する半導体としては、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いることが好ましく、窒化ガリウム系化合物半導体を用いることがより好ましい。本発明におけるｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４を構成する窒化ガリウム系化合物半導体としては、一般式ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００１７】
本実施形態の半導体発光素子１は、ｐ型電極１８とｎ型電極１７との間に電流を通じることで、積層半導体層２０を構成する発光層１３から発光を発せられるようになっており、発光層１３からの光を、ｐ型ボンディングパッド電極１６の形成された側から取り出すフェイスアップマウント型の発光素子である。なお、本発明の半導体発光素子は、フリップチップ型の発光素子であってもよい。
以下、それぞれの構成について詳細に説明する。
【００１８】
＜基板１１＞
基板１１としては、例えば、サファイア、ＳｉＣ、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等からなる基板を用いることができる。上記基板の中でも、特に、ｃ面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。
【００１９】
なお、上記基板のうち、高温でアンモニアに接触することで化学的な変性を引き起こすことが知られている酸化物基板や金属基板等を用い、アンモニアを使用せずに後述するバッファ層２１を成膜するとともに、アンモニアを使用する方法で後述する下地層２２を成膜した場合には、バッファ層２１がコート層として作用するため、基板１１の化学的な変質を防ぐ点で効果的である。
【００２０】
（バッファ層２１）
バッファ層２１は、設けられていなくてもよいが、基板１１と下地層２２との格子定数の違いを緩和して、基板１１の（０００１）Ｃ面上にＣ軸配向した単結晶層の形成を容易にするために、設けられていることが好ましい。バッファ層２１の上に単結晶の下地層２２を積層すると、より一層結晶性の良い下地層２２が積層できる。
【００２１】
バッファ層２１は、多結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなるものがより好ましい。
バッファ層２１は、例えば、多結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１〜０．５μｍのものとすることができる。バッファ層２１の厚みが０．０１μｍ未満であると、バッファ層２１により基板１１と下地層２２との格子定数の違い緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、バッファ層２１の厚みが０．５μｍを超えると、バッファ層２１としての機能には変化が無いのにも関わらず、バッファ層２１の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する問題がある。
【００２２】
バッファ層２１は、多結晶構造又は単結晶構造を有するものとすることができる。このような多結晶構造又は単結晶構造を有するバッファ層２１を基板１１上にＭＯＣＶＤ法またはスパッタ法にて成膜した場合、バッファ層２１のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体は良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。
【００２３】
（下地層２２）
下地層２２としては、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）が挙げられるが、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層２２を形成できるため好ましい。
下地層２２の膜厚は０．１μｍ以上であることが好ましく、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。また、下地層２２の膜厚は１０μｍ以下が好ましい。
下地層２２の結晶性を良くするために、下地層２２には不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、ｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合には、下地層２２にアクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。
【００２４】
＜積層半導体層２０＞
（ｎ型半導体層１２）
ｎ型半導体層１２はさらに、ｎコンタクト層１２ａ（第一ｎ型半導体層１２ｃおよび再成長層１２ｄ）と、ｎクラッド層１２ｂ（第二ｎ型半導体層）とから構成されている。
【００２５】
（ｎコンタクト層１２ａ）
ｎコンタクト層１２ａは、ｎ型電極１７を設けるための層であり、後述する第一工程において形成された第一ｎ型半導体層１２ｃ（第一工程成長層とも言う）と、後述する第二工程において形成された再成長層１２ｄとからなる。第一工程成長層１２ｃと再成長層１２ｄとは、好ましくは同一の材料からなるものがよく、第一工程成長層１２ｃの厚みが、再成長層１２ｄの厚みよりも厚くなっている。
また、本実施形態においては、図１に示すように、第一工程成長層１２ｃにｎ型電極１７を設けるための露出面２０ａが形成されている。なお、ｎ型電極１７を設けるための露出面２０ａは、再成長層１２ｄに形成されていてもよい。
【００２６】
ｎコンタクト層１２ａは、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く、ｎ型不純物（ドーパント）がドープされている。ｎコンタクト層１２ａにｎ型不純物が１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３、好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有されている場合、ｎ型電極１７との良好なオーミック接触の維持の点で好ましい。ｎコンタクト層１２ａに用いられるｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等が挙げられ、ＳｉおよびＧｅが好ましく、Ｓｉが最も好ましい。
【００２７】
ｎコンタクト層１２ａを構成する第一工程成長層１２ｃの膜厚は、０．５〜５μｍであることが好ましく、２μｍ〜４μｍの範囲であることがより好ましい。第一工程成長層１２ｃの膜厚が上記範囲内であると、半導体の結晶性が良好に維持される。
【００２８】
本実施形態の再成長層１２ｄにはＭｇが含まれている。Ｍｇは再成長層１２ｄ全体に含まれていても良いが、再成長層１２ｄのうち基板１１寄りの部分にのみＭｇが含まれていることが望ましい。再成長層１２ｄの基板１１寄りの部分にＭｇが含まれていることにより、当該成長面の平坦性が改善され、再成長層１２ｄの発光層１３側の面は、従来の製造方法と比較して平坦に形成される。
【００２９】
また、Ｍｇ含有部分の厚さは再成長層１２ｄの厚さの１／１０〜２／３であることが望ましい。Ｍｇ含有部分の厚さが再成長層１２ｄの厚さの１／１０未満であると、Ｍｇ含有部分による効果が十分に得られないため、再成長層１２ｄ表面が十分に平坦化されない。また、Ｍｇ含有部分の厚さが再成長層１２ｄの厚さの２／３を超えると、電流を流した際の駆動電圧Ｖｆが高くなるため、半導体素子１の発光出力が低くなってしまう。
【００３０】
また、再成長層１２ｄのＭｇ含有部分に含まれるＭｇの濃度は、１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３であることが望ましい。Ｍｇの濃度が１×１０１７未満であると、Ｍｇ含有部分による効果が十分に得られないため、再成長層１２ｄ表面が十分に平坦化されない。また、Ｍｇの濃度が１×１０１９を超えると電流を流した際の駆動電圧Ｖｆが高くなり、かつ、再成長層１２ｄがｐ型化することにより、半導体素子１の発光出力が低くなる。
【００３１】
また、再成長層１２ｄの膜厚は、０．２μｍ〜１μｍであることが好ましい。再成長層１２ｄの膜厚が０．２μｍ未満であると、Ｍｇ含有部分による平坦化の効果が十分に得られないため、再成長層１２ｄの発光層１３側表面が十分に平坦化されない。
それに対し再成長層１２ｄの膜厚が０．２μｍ以上であると、Ｍｇ含有部分による平坦化の効果が十分に現れるため、再成長層１２ｄの発光層１３側表面は平坦化される。
また、再成長層１２ｄの膜厚が１μｍを超えると、ｐ型半導体層１４を形成する際に用いられる第二有機金属化学気相成長装置の成長室内に、ｎ型半導体層１２を形成した後に残されるドーパントや堆積物の量が多くなり、ｎ型半導体層１２を形成する際に用いたドーパントや堆積物に起因するｐ型半導体層１４の不良が生じやすくなる。さらに再成長層１２ｄの成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する問題がある。
【００３２】
ｎクラッド層１２ｂは、ｎコンタクト層１２ａと発光層１３との間に設けられている。ｎクラッド層１２ｂは、発光層１３へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めを行なう層であり、再成長層１２ｄと発光層１３との結晶格子の不整合を緩和する発光層１３のバッファ層としても機能するものである。ｎクラッド層１２ｂはＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどで形成することが可能である。なお、明細書中各元素の組成比を省略してＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮと記述する場合がある。ｎクラッド層１２ｂをＧａＩｎＮで形成する場合には、発光層１３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。
【００３３】
ｎクラッド層１２ｂが単層からなるものである場合、ｎクラッド層１２ｂの膜厚は、５〜５００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５〜１００ｎｍである。また、ｎクラッド層１２ｂのｎ型ドープ濃度は１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３であることが好ましく、より好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３である。ドープ濃度がこの範囲である場合、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。
【００３４】
本実施形態においては、ｎクラッド層１２ｂは、単層であってもよいが、組成の異なる２つの薄膜層を繰り返し成長させて１０ペア数（２０層）〜４０ペア数（８０層）からなる超格子構造であることが好ましい。ｎクラッド層１２ｂが超格子構造からなるものである場合、薄膜層の積層数が２０層以上であると、再成長層１２ｄと発光層１３との結晶格子の不整合をより効果的に緩和することができ、半導体発光素子１の出力を向上させる効果がより顕著となる。しかし、薄膜層の積層数が８０層を超えると、超格子構造が乱れやすくなる場合もあり、発光層１３に悪影響を来たす恐れが生じる。さらに、ｎクラッド層１２ｂの成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する問題がある。
【００３５】
また、ｎクラッド層１２ｂを構成する超格子構造は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第一層と、該ｎ側第一層と組成が異なるＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第二層とが積層されたものであることが好ましく、ｎ側第一層とｎ側第二層とが交互に繰返し積層された構造を含むものであることがより好ましい。
【００３６】
ｎクラッド層１２ｂの超格子構造を構成するｎ側第一層およびｎ側第二層は、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造、ＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＮの交互構造、組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮの交互構造（本発明における“組成の異なる”との説明は、各元素組成比が異なることを指す）、組成の異なるＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの交互構造とすることができ、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮの交互構造であることが好ましい。
【００３７】
ｎ側第一層およびｎ側第二層の厚みは、それぞれ１００オングストローム以下であることが好ましく、６０オングストローム以下であることがより好ましく、４０オングストローム以下であることがさらに好ましく、それぞれ１０オングストローム〜４０オングストロームの範囲であることが最も好ましい。超格子層を形成するｎ側第一層および/またはｎ側第二層の膜厚が１００オングストローム超であると、結晶欠陥が入りやすくなるため好ましくない。
【００３８】
上記ｎ側第一層およびｎ側第二層は、それぞれドープした構造であってもよく、また、ドープ構造／未ドープ構造の組み合わせであってもよい。ドープされる不純物としては、上記材料組成に対して従来公知のものを、何ら制限無く適用できる。例えば、ｎクラッド層１２ｂとして、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮの交互構造を有する超格子構造を用いた場合には、不純物としてＳｉが好適である。また、超格子構造を構成するｎ側第一層およびｎ側第二層は、ＧａＩｎＮやＡｌＧａＮ、ＧａＮで代表される組成が同じであって、ドープ構造／未ドープ構造を組み合わせたものであってもよい。
【００３９】
＜発光層１３＞
発光層１３は、障壁層１３ａと井戸層１３ｂとが交互に複数積層された多重量子井戸構造からなる。多重量子井戸構造における積層数は３層から１０層であることが好ましく、４層から７層であることがさらに好ましい。
【００４０】
（井戸層１３ｂ）
井戸層１３ｂの厚みは、１５オングストローム以上５０オングストローム以下の範囲であることが好ましい。井戸層１３ｂの厚みが上記範囲内であることにより、より高い発光出力を得ることができる。
また、井戸層１３ｂは、Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体であることが好ましい。Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体は、青色の波長領域の強い光を発光するものであるため、好ましい。また、井戸層１３ｂには、不純物をドープすることができる。ドーパントとしては、発光強度を増進するものであるＳｉ、Ｇｅを用いることが好ましい。ドープ量は１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３程度が好適である。ドープ量が上記範囲である場合、より発光強度の強いものとなる。
【００４１】
（障壁層１３ａ）
障壁層１３ａの膜厚は、２０オングストローム以上１００オングストローム未満の範囲であることが好ましい。障壁層１３ａの膜厚が薄すぎると、障壁層１３ａ上面の平坦化を阻害し、発光効率の低下やエージング特性の低下を引き起こす。また、障壁層１３ａの膜厚が厚すぎると、駆動電圧の上昇や発光の低下を引き起こす。このため、障壁層１３ａの膜厚は７０オングストローム以下であることがより好ましい。
また、障壁層１３ａは、ＧａＮやＡｌＧａＮのほか、井戸層を構成するＩｎＧａＮよりもＩｎ比率の小さいＩｎＧａＮで形成することができる。中でも、ＧａＮが好適である。
【００４２】
＜ｐ型半導体層１４＞
ｐ型半導体層１４は、通常、ｐクラッド層１４ａおよびｐコンタクト層１４ｂから構成される。また、ｐコンタクト層１４ｂがｐクラッド層１４ａを兼ねることも可能である。
【００４３】
（ｐクラッド層１４ａ）
ｐクラッド層１４ａは、発光層１３へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入を行なう層である。ｐクラッド層１４ａとしては、発光層１３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１３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、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．４）からなるものであることが好ましい。ｐクラッド層１４ａが、このようなＡｌＧａＮからなるものである場合、発光層１３へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。
【００４４】
ｐクラッド層１４ａ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クラッド層１４ａのｐ型ドープ濃度は、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３であることが好ましく、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。また、ｐクラッド層１４ａは、薄膜を複数回積層してなる超格子構造であってもよい。
【００４５】
ｐクラッド層１４ａが超格子構造を含むものである場合には、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第一層と、該ｐ側第一層と組成が異なるＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第二層とが積層されたものとすることができる。ｐクラッド層１４ａが超格子構造を含むものである場合、ｐ側第一層とｐ側第二層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであっても良い。
【００４６】
ｐクラッド層１４ａの超格子構造を構成するｐ側第一層およびｐ側第二層は、それぞれ異なる組成、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ又はＧａＮのうちの何れの組成であっても良く、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造、又はＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＮの交互構造であっても良い。本発明においては、ｐ側第一層およびｐ側第二層は、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造であることが好ましい。
【００４７】
ｐ側第一層およびｐ側第二層の厚みは、それぞれ１００オングストローム以下であることが好ましく、６０オングストローム以下であることがより好ましく、４０オングストローム以下であることがさらに好ましく、それぞれ１０オングストローム〜４０オングストロームの範囲であることが最も好ましい。超格子層を形成するｐ側第一層とｐ側第二層の膜厚が１００オングストローム超であると、結晶欠陥が入りやすくなるため好ましくない。
【００４８】
ｐ側第一層およびｐ側第二層は、それぞれドープした構造であっても良く、また、ドープ構造／未ドープ構造の組み合わせであっても良い。ドープされる不純物としては、上記材料組成に対して従来公知のものを、何ら制限無く適用できる。例えば、ｐクラッド層として、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの交互構造を有する超格子構造を用いた場合には、不純物としてＭｇが好適である。また、超格子構造を構成するｐ側第一層およびｐ側第二は、ＧａＩｎＮやＡｌＧａＮ、ＧａＮで代表される組成が同じであって、ドープ構造／未ドープ構造を組み合わせたものであってもよい。
【００４９】
（ｐコンタクト層１４ｂ）
ｐコンタクト層１４ｂは、正極を設けるための層である。ｐコンタクト層１４ｂは、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）からなるものであることが、良好な結晶性の維持およびｐオーミック電極との良好なオーミック接触の点で好ましい。また、ｐコンタクト層１４ｂがｐ型不純物（ドーパント）を１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３を５×１０１９〜５×１０２０／ｃｍ３の濃度で含有しているものである場合、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い。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えばＭｇを用いることが好ましい。ｐコンタクト層１４ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０〜５００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５０〜２００ｎｍである。ｐコンタクト層１４ｂの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
【００５０】
＜ｎ型電極１７＞
ｎ型電極１７は、ボンディングパットを兼ねており、積層半導体層２０のｎ型半導体層１２に接するように形成されている。このため、ｎ型電極１７を形成する際には、少なくともｐ半導体層１４および発光層１３の一部を除去してｎ型半導体層１２を露出させ、ｎ型半導体層１２の露出面２０ａ上にボンディングパッドを兼ねるｎ型電極１７を形成する。ｎ型電極１７としては、各種組成や構造が周知であり、これら周知の組成や構造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。
【００５１】
（透光性電極１５）
透光性電極１５は、ｐ型半導体層１４の上に積層されるものであり、ｐ型半導体層１４との接触抵抗が小さいものであることが好ましい。また、透光性電極１５は、発光層１３からの光を効率良く半導体発光素子１の外部に取り出すために、光透過性に優れたものであることが好ましい。また、透光性電極１５は、ｐ型半導体層１４の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、優れた導電性を有していることが好ましい。
【００５２】
透光性電極１５の構成材料としては、Ｉｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｗ、Ｃｅのいずれか一種を含む導電性の酸化物、硫化亜鉛または硫化クロムのうちいずれか一種からなる群より選ばれる透光性の導電性材料が挙げられる。導電性の酸化物としては、ＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ））、ＡＺＯ（酸化アルミニウム亜鉛（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３））、ＧＺＯ（酸化ガリウム亜鉛（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３））、フッ素ドープ酸化錫、酸化チタン等があげられる。
【００５３】
また、透光性電極１５の構造は、従来公知の構造を含めて如何なる構造であってもよい。透光性電極１５は、ｐ型半導体層１４のほぼ全面を覆うように形成してもよく、また、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよい。
【００５４】
（ｐ型ボンディングパッド電極１６）
ｐ型ボンディングパッド電極１６はボンディングパットを兼ねており、透光性電極１５の上に積層されている。ｐ型ボンディングパッド電極１６としては、各種組成や構造が周知であり、これら周知の組成や構造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。
ｐ型ボンディングパッド電極１６は、透光性電極１５上であれば、どこへでも形成することができる。例えばｎ型電極１７から最も遠い位置に形成してもよいし、半導体発光素子１の中心などに形成してもよい。しかし、あまりにもｎ型電極１７に近接した位置に形成すると、ボンディングした際にワイヤ間、ボール間のショートを生じてしまうため好ましくない。
【００５５】
また、ｐ型ボンディングパッド電極１６の電極面積としては、できるだけ大きいほうがボンディング作業はしやすいが、発光の取り出しの妨げになる。例えば、チップ面の面積の半分を超える広い面積を覆った場合、発光の取り出しの妨げとなり、出力が著しく低下する。逆に、ｐ型ボンディングパッド電極１６の電極面積が小さすぎると、ボンディング作業がしにくくなり、製品の収率を低下させる。具体的には、ボンディングボールの直径よりもわずかに大きい程度が好ましく、直径１００μｍの円形程度であることが一般的である。
【００５６】
（保護膜層）
図示しない保護膜層は、必要に応じて透光性電極１５の上面および側面と、ｎ型半導体層１２の露出面２０ａ、発光層１３およびｐ型半導体層１４の側面、ｎ型電極１７およびｐ型ボンディングパッド電極１６の側面や周辺部を覆うよう形成される。保護膜層を形成することにより、半導体発光素子１の内部への水分等の浸入を防止でき、半導体発光素子１の劣化を抑制することができる。
保護膜層としては、絶縁性を有し、３００〜５５０ｎｍの範囲の波長において８０％以上の透過率を有する材料を用いることが好ましく、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を用いることができる。このうちＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３は、ＣＶＤ成膜で緻密な膜が容易に作製でき、より好ましい。
【００５７】
以下、半導体発光素子１の製造方法について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明において参照する図面は、本発明を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体発光素子１の寸法関係とは異なっている。
【００５８】
本発明の、図１に示す半導体発光素子１の製造方法は、まず、図２に示す積層半導体層２０を製造する。積層半導体層２０の製造方法は、基板１１上に第一ｎ型半導体層１２ｃを積層する第一工程と、第一ｎ型半導体層１２ｃ上に第一ｎ型半導体層１２ｃの再成長層１２ｄとｎクラッド層１２ｂ（第二ｎ型半導体層）と発光層１３とｐ型半導体層１４とを順次積層する第二工程と、から概略構成されている。以下、図２を用いて各工程について詳細に説明する。
【００５９】
＜第一工程＞
はじめに、サファイア等からなる基板１１を用意する。
次に、基板１１を第一ＭＯＣＶＤ装置（第一有機金属化学気相成長装置）の成長室内に設置し、ＭＯＣＶＤ法によって、基板１１上に、バッファ層２１と、下地層２２を順次積層する。
【００６０】
（第一工程成長層１２ｃ（第一ｎ型半導体層）積層工程）
次いで下地層２２上に、ｎコンタクト層１２ａの一部を構成する第一工程成長層１２ｃ（第一ｎ型半導体層）を積層する。このとき、第一工程成長層１２ｃの膜厚は０．５〜５μｍ厚で形成することが好ましく、２μｍ〜４μｍ厚で形成することが特に好ましい。上記範囲内で形成することにより、半導体の結晶性を良好に維持できるためである。
【００６１】
また、第一工程成長層１２ｃを成長させる際には、水素雰囲気で、基板１１の温度を１０００℃〜１１００℃の範囲とすることが好ましい。
また、第一工程成長層１２ｃを成長させる原料としては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）などのＩＩＩ族金属の有機金属原料とアンモニア（ＮＨ３）などの窒素原料とを用い、熱分解によりバッファ層上にＩＩＩ族窒化物半導体層を堆積させる。ＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力は１５〜８０ｋＰａとすることが好ましく、１５〜６０ｋＰａとすることがより好ましい。キャリアガスは水素ガスのみであってもよいし、水素ガスと窒素ガスとの混合ガスであってもよい。
【００６２】
その後、第一有機金属化学気相成長装置（第一ＭＯＣＶＤ装置）の成長室内からｎコンタクト層１２ａの第一工程成長層１２ｃまでの各層の形成された基板１１を取り出す。
【００６３】
＜第二工程＞
第二工程はさらに、第一ｎ型半導体層１２ｃ上に第一ｎ型半導体層１２ｃの再成長層１２ｄを形成する工程と、ｎクラッド層１２ｂ（第二ｎ型半導体層）を形成する工程と、発光層１３を形成する工程と、ｐ型半導体層１４を形成する工程と、から構成されている。以下それぞれについて詳細を説明する。
【００６４】
（再成長層１２ｄ形成工程）
まず、第一工程成長層１２ｃまでの各層の形成された基板１１を第二有機金属化学気相成長装置（第二ＭＯＣＶＤ装置）の成長室内に設置する。次いで、ＭＯＣＶＤ法によって第一工程成長層１２ｃ上に、ｎコンタクト層１２ａの再成長層１２ｄを形成する。
【００６５】
本実施形態においては、再成長層１２ｄを形成する前に、第一工程成長層１２ｃまでの各層の形成された基板１１を、窒素とアンモニアを含む雰囲気で熱処理温度５００℃〜１０００℃、好ましくは９００℃〜９５０℃の熱処理（サーマルクリーニング）を行うことが好ましい。熱処理の雰囲気は、窒素とアンモニアを含む雰囲気に代えて、例えば、窒素のみの雰囲気としてもよい。なお、水素のみの雰囲気では第一工程成長層１２ｃが昇華し、結晶性の悪化を招くため好ましくない。また、このときのＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力は１５〜１００ｋＰａとすることが好ましく、６０〜９５ｋＰａとすることがより好ましい。
【００６６】
このような熱処理を行った場合、第一工程終了後に、ｎコンタクト層１２ａの第一工程成長層１２ｃまでの各層の形成された基板１１が第一有機金属化学気相成長装置の成長室内から取り出されることによって、第一工程成長層１２ｃの表面が汚染されたとしても、再成長層１２ｄを形成する前に汚染物質を除去することができる。その結果、再成長層１２ｄの結晶性が向上して、再成長層１２ｄ上に形成されるｎクラッド層１２ｂや発光層１３の結晶性がより一層良好なものとなる。
なお、第一工程成長層１２ｃの表面が汚染されたままである場合、逆方向電流（ＩＲ）が十分に低くならなかったり、静電気放電（ＥＳＤ）耐圧が不足したりする恐れがあり、半導体発光素子１の信頼性が低下する。
【００６７】
また、本実施形態においては第二有機金属化学気相成長装置内に、再成長層１２ｄの原料ガスとともにＭｇを含有するドーパントガスを供給することにより、再成長層１２ｄを形成する。このドーパントガスの供給は再成長層１２ｄ形成が終了するまで続ける必要はなく、再成長層１２ｄ形成開始と同時に供給開始し、再成長層１２ｄの形成途中で供給停止することが望ましい。
【００６８】
また、再成長層１２ｄの成膜速度を一定とした場合、Ｍｇを含有するドーパントガスを供給する時間は再成長層１２ｄの成膜時間全体のうち１／１０〜２／３に相当する時間とすることがさらに望ましい。すなわち、再成長層１２ｄの成膜の最初の段階から、成膜時間全体のうち１／１０〜２／３の時間だけドーパントガスを供給し、ドーパントガスを停止後は再成長層１２ｄの原料ガスのみを供給する。
【００６９】
このとき、ドーパントガスの供給時間が、再成長層１２ｄの成膜時間全体のうち１／１０未満であると、Ｍｇ含有部分による効果が十分に得られないため、再成長層１２ｄ表面が十分に平坦化されない。また、ドーパントガスの供給時間が、再成長層１２ｄの成膜時間全体のうち２／３を超えると、再成長層１２ｄに電流を流した際の駆動電圧Ｖｆが高くなるため、半導体素子１の発光出力が低くなってしまう。
【００７０】
これにより、再成長層１２ｄの少なくとも基板１１寄りの部分にＭｇが含まれる構成となり、再成長層１２ｄの発光層１３側の面は従来の製造方法と比較して平坦に形成される。
【００７１】
また、再成長層１２ｄの基板１１寄りの部分に含まれるＭｇの濃度は、１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３であることが望ましい。Ｍｇの濃度が１×１０１７未満であると、Ｍｇ含有部分による効果が十分に得られないため、再成長層１２ｄ表面が十分に平坦化されない。また、Ｍｇの濃度が１×１０１９を超えると、電流を流した際の駆動電圧Ｖｆが高くなり、かつ、再成長層１２ｄがｐ型化することにより、半導体素子１の発光出力が低くなる。
【００７２】
また、本実施形態においては、再成長層１２ｄを０．１μｍ〜１μｍの膜厚で形成することが好ましい。再成長層１２ｄの膜厚が０．１μｍ未満であると、Ｍｇ含有部分による平坦化の効果が十分に得られないため、再成長層１２ｄの発光層１３側表面が十分に平坦化されない。
それに対し、再成長層１２ｄの膜厚が０．１μｍ以上であると、Ｍｇ含有部分による平坦化の効果が十分に現れるため、再成長層１２ｄの発光層１３側表面は平坦化される。
【００７３】
また、再成長層１２ｄの膜厚が１μｍを超えると、第二有機金属化学気相成長装置の成長室内に、ｎ型半導体層１２を形成した後に残されるドーパントや堆積物の量が多くなり、ドーパントや堆積物に起因するｐ型半導体層１４の不良が生じやすくなる。そのため、再成長層１２ｄの成膜処理時間が長くなり、半導体発光素子１の生産性が低下してしまう。
【００７４】
また、再成長層１２ｄを成長させる際には、基板１１の温度を１０００℃〜１１００℃の範囲とすることが好ましい。再成長層１２ｄを成長させるときの基板１１の温度を上記範囲とすることで、第一工程成長層１２ｃまでの各層の形成された基板１１が、第一有機金属化学気相成長装置の成長室内から取り出されることにより、ｎコンタクト層１２ａの第一工程成長層１２ｃの表面が汚染されていたとしても、再成長層１２ｄを形成する際に汚染物質を除去することができる。
【００７５】
その結果、後述する工程において再成長層１２ｄ上に形成されるｎクラッド層１２ｂや発光層１３の結晶性を、よりいっそう良好なものとすることができる。これに対し、再成長層１２ｄを成長させるときの基板１１の温度が１０００℃未満であると、逆方向電流（ＩＲ）が十分に低くならなかったり、静電気放電（ＥＳＤ）耐圧が不足したりする恐れがある。また、再成長層１２ｄを成長させるときの基板１１の温度が１１００℃を超えると、半導体発光素子１の出力が不十分となる恐れがある。
【００７６】
（ｎクラッド層１２ｂ（第二ｎ型半導体層）形成工程）
次いで、再成長層１２ｄ上に超格子構造のｎクラッド層１２ｂを形成する。
まず始めに、膜厚１００オングストローム以下のＩＩＩ族窒化物半導体からなる図示しないｎ側第一層と、ｎ側第一層と組成が異なる膜厚１００オングストローム以下のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第二層とを交互に１０ペア数（２０層）〜４０ペア数（８０層）繰返し積層する。
【００７７】
（発光層１３形成工程）
次いで、多重量子井戸構造の発光層１３を形成する。まず、井戸層１３ｂと障壁層１３ａとを交互に繰返し積層する。このとき、ｎ型半導体層１２側及びｐ型半導体層１４側に障壁層１３ａが配されるように積層することが好ましい。
井戸層１３ｂおよび障壁層１３ａの組成や膜厚は、所定の発光波長になるように適宜設定することができる。また、発光層１３の成長温度は６００〜９００℃とすることができ、キャリアガスとしては窒素ガスを用いることができる。
【００７８】
（ｐ型半導体層１４形成工程）
ｐ型半導体層１４の形成は、ｐクラッド層１４ａと、ｐコンタクト層１４ｂとを順次積層すればよい。なお、ｐクラッド層１４ａを、超格子構造を含む層とする場合には、膜厚１００オングストローム以下のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第一層と、ｐ側第一層と組成が異なる膜厚１００オングストローム以下ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第二層とを交互に繰返し積層すればよい。
以上のようにして、図２に示す積層半導体層２０が製造される。
【００７９】
その後、積層半導体層２０のｐ型半導体層１４上に透光性電極１５を積層し、例えば一般に知られたフォトリソグラフィーの手法によって所定の領域以外の透光性電極１５を除去する。
続いて、例えばフォトリソグラフィーの手法によりパターニングして、所定の領域の積層半導体層２０の一部をエッチングしてｎコンタクト層１２ａの第一工程成長層１２ｃの一部を露出させ、ｎコンタクト層１２ａの露出面２０ａにｎ型電極１７を形成する。
その後、透光性電極１５の上にｐ型ボンディングパッド電極１６を形成する。
以上のようにして、図１に示す半導体発光素子１が製造される。
【００８０】
本実施形態の半導体発光素子１の製造方法によれば、第二工程において再成長層１２ｄを形成する際、原料ガスとともにＭｇを含有するドーパントガスを供給することにより、再成長層１２ｄの少なくとも基板寄りの部分にＭｇをドーピングする。これにより、１０００℃〜１１００℃の高温で再成長層１２ｄを形成しても、その表面の平坦性の悪化を防ぐことができる。そのため、結晶性の高い再成長層１２ｄを得ることができるとともに、再成長層１２ｄの発光層１３側表面を平坦に形成することができる。
また、本実施形態においては、ドーパントガスの供給を再成長層１２ｄの形成途中で停止することにより、再成長層１２ｄの基板寄りの部分にのみＭｇを含ませることができる。このため、半導体素子１に電流を流した際の駆動電圧Ｖｆ増加を抑えたままで同様の効果を得ることができる。
【００８１】
この結果、再成長層１２ｄ上に結晶性の良好なｎクラッド層１２ｂを形成できるとともに、ｎクラッド層１２ｂ上に結晶性の良好な発光層１３を形成することが可能となる。
これらにより、逆方向電流（ＩＲ）が十分に低く、発光出力（Ｐｏ）の高い半導体発光素子１を得ることができる。また、半導体発光素子１の不良を防ぎ規格内のＬＥＤチップ収得率を向上することが可能となる。
【００８２】
＜ランプ３＞
本実施形態のランプ３は、本発明の半導体発光素子１を備えるものであり、上記の半導体発光素子１と蛍光体とを組み合わせてなるものである。本実施形態のランプ３は、当業者周知の手段によって当業者周知の構成とすることができる。例えば、本実施形態のランプ３においては、半導体発光素子１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を何ら制限されることなく採用できる。
【００８３】
図３は、図１に示した半導体発光素子１を備えるランプの一例を示した断面模式図である。図３に示すランプ３は、砲弾型のものであり、図１に示す半導体発光素子１が用いられている。図３に示すように、半導体発光素子１のｐ型ボンディングパッド電極１６がワイヤー３３で２本のフレーム３１、３２の内の一方（図３ではフレーム３１）に接続され、半導体発光素子１のｎ型電極１７（ボンディングパッド）がワイヤー３４で他方のフレーム３２に接続されることにより、半導体発光素子１が実装されている。また、半導体発光素子１の周辺は、透明な樹脂からなるモールド３５で封止されている。
【００８４】
本実施形態のランプ３は、上記の半導体発光素子１が用いられてなるものであるので、高い発光出力が得られるものとなる。
【００８５】
また、本実施形態のランプ３を組み込んだバックライト、携帯電話、ディスプレイ、各種パネル類、コンピュータ、ゲーム機、照明などの電子機器や、それらの電子機器を組み込んだ自動車などの機械装置は、高い発光出力が得られる半導体発光素子１を備えたものとなる。特に、バックライト、携帯電話、ディスプレイ、ゲーム機、照明などのバッテリ駆動させる電子機器においては、高い発光出力が得られる半導体発光素子１を具備した優れた製品を提供することができるため、好ましい。
【実施例】
【００８６】
以下に、本発明の半導体発光素子の製造方法を、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。
（実施例１）
以下に示す方法により、図１に示す半導体発光素子１を製造した。
実施例１の半導体発光素子１では、サファイアからなる基板１１上に、ＡｌＮからなるバッファ層２１、厚さ５μｍのアンドープＧａＮからなる下地層２２、厚さ３μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなる第一工程成長層１２ｃと、表１に示すように厚さ０．２μｍにわたって１×１０１８／ｃｍ３の濃度でＭｇをドープさせた、厚さ０．６μｍのｎ型ＧａＮからなる再成長層１２ｄとからなる厚さ３．６μｍのｎコンタクト層１２ａ、ＧａＩｎＮからなる厚さ２ｎｍのｎ側第一層と、ＧａＮからなる厚さ２ｎｍのｎ側第二層とからなる薄膜層を表１に示すように２０層（ペア数）繰り返し成長させてなる厚さ８０ｎｍの超格子構造のｎクラッド層１２ｂ、厚さ５ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ３．５ｎｍのＩｎ0.１５Ｇａ0.8５Ｎ井戸層を６回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層１３、厚さ１０ｎｍのＭｇドープ単層Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐクラッド層１４ａ、厚さ１５０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮからなるｐコンタクト層１４ｂと、を順に積層した。
【００８７】
【表１】
【００８８】
なお、実施例１の半導体発光素子１では、バッファ層２１、下地層２２、第一工程成長層１２ｃは、第一有機金属化学気相成長装置（第一ＭＯＣＶＤ装置）を用いて積層（第一工程）し、再成長層１２ｄ、ｎクラッド層１２ｂ、発光層１３、ｐクラッド層１４ａ、ｐコンタクト層１４ｂは、第二有機金属化学気相成長装置（第二ＭＯＣＶＤ装置）を用いて積層（第二工程）した。また、再成長層１２ｄは、以下に示す成長条件で形成させた。
【００８９】
「再成長層１２ｄの成長条件」
再成長層１２ｄはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）のIII族金属の有機金属原料とアンモニア（ＮＨ３）などの窒素原料を用いて第一工程成長層１２ｃ上に堆積させる。ｎ型ドーピングにはモノシラン（ＳｉＨ４）、Ｍｇ原料としてはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。Ｍｇ流量は所定の濃度になるよう調整した。
また、再成長層１２ｄを成長させる際にはＭＯＣＶＤ成長炉内の圧力は４０ｋＰａ、基板１１の温度を１０８０℃、キャリアガスはオール水素とした。
【００９０】
その後、ｐコンタクト層１４ｂ上に、厚さ２００ｎｍのＩＴＯからなる透光性電極１５を一般に知られたフォトリソグラフィの手法により形成した。
次に、フォトリソグラフィの手法を用いてエッチングを施し、所望の領域にｎコンタクト層１２ａの露出面２０ａを形成し、その上にＴｉ／Ａｕの二層構造のｎ型電極１７を形成した。
また、透光性電極１５の上に、２００ｎｍのＡｌからなる金属反射層と８０ｎｍのＴｉからなるバリア層と１１００ｎｍのＡｕからなるボンディング層とからなる３層構造のｐ型ボンディングパッド構造１６を、フォトリソグラフィの手法を用いて形成した。
以上のようにして、図１に示す実施例１の半導体発光素子１を得た。
【００９１】
このようにして得られた実施例１の半導体発光素子１において、再成長層１２ｄは厚さ０．６μｍで形成され、Ｍｇ含有部分は厚さ０．２μｍ、その濃度は１×１０１８ｃｍ３であり、半導体発光素子１としての特性は、順方向電圧Ｖf＝３．１Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２４ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．５μＡであった。
【００９２】
（実施例２）
実施例１の再成長層１２ｄのＭｇ含有部分の厚さを０．４μｍ、Ｍｇ含有濃度を１×１０１７／ｃｍ３に替えた以外は、実施例１と同様な操作を行い、半導体発光素子１としての特性は、順方向電圧Ｖf＝３．１Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２３ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．９μＡであった。
【００９３】
（実施例３）
実施例１の再成長層１２ｄの厚さを１μｍに、Ｍｇ含有濃度を１×１０１７／ｃｍ３に替えた以外は、実施例１と同様な操作を行い、半導体発光素子１としての特性は、順方向電圧Ｖf＝３．０Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２５ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．４μＡであった。
【００９４】
（実施例４）
実施例１の再成長層１２ｄの厚さを１μｍに、Ｍｇ含有部分の厚さを０．１μｍに替えた以外は、実施例１と同様な操作を行い、半導体発光素子１としての特性は、順方向電圧Ｖf＝３．０Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２５ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．３μＡであった。
【００９５】
（実施例５）
実施例１の再成長層１２ｄの厚さを０．２μｍに、Ｍｇ含有部分の厚さを０．１μｍ、Ｍｇ含有濃度を１×１０１７／ｃｍ３に替えた以外は、実施例１と同様な操作を行い、半導体発光素子１としての特性は、順方向電圧Ｖf＝３．２Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２３ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．２μＡであった。
【００９６】
（比較例１）
実施例１の再成長層１２ｄの厚さを０．６μｍに、Ｍｇ含有部分の厚さを０μｍ（Ｍｇを含有しない）、Ｍｇ含有濃度を検出下限（１×１０１７／ｃｍ３）未満に替えた以外は、実施例１と同様な操作を行い、半導体発光素子１としての特性は、順方向電圧Ｖf＝３．２Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２１ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝１０μＡであった。
【００９７】
なお、実施例及び比較例の半導体発光素子１についての順方向電圧Ｖｆは、プローブ針による通電で電流印加値２０ｍＡにおける電圧を測定したものである。同じく、実施例及び比較例の半導体発光素子１についての発光出力（Ｐｏ）は、それぞれＴＯ−１８缶パッケージに実装し、テスターによって、印加電流２０ｍＡにおける発光出力である。
【００９８】
逆方向電流（ＩＲ）は、発光素子に対して端子を逆方向に２０Ｖ印加した時の漏れ電流を測定した時の値である。静電気放電（ＥＳＤ）耐圧は、ＥＩＡＪＥＤ−４７０（ＨＭＭ）試験方法３０４人体モデル静電破壊試験法に準じて測定した。
実施例１〜実施例５、比較例１の半導体発光素子の順方向電圧、発光出力（Ｐｏ）、逆方向電流（ＩＲ）の結果を表１に示す。
【００９９】
表１に示すように、実施例１〜実施例５の半導体発光素子１はいずれも、逆方向電流（ＩＲ）が十分に低く、順方向電圧が比較的低く、発光出力（Ｐｏ）が２０ｍＷ以上となり、高輝度で低消費電力であった。
一方、再成長層１２ｄの厚さが０．６μｍで、Ｍｇ含有部分の厚さを有さず（０μｍ）、Ｍｇ含有濃度が検出下限（１×１０１７／ｃｍ３以下）である比較例１では、実施例１〜実施例５と比較して発光出力（Ｐｏ）が低く、順方向電圧が比較的高く、漏れ電流（逆方向電流（IR）が大きかった。
【０１００】
以上により、実施例１〜実施例５の半導体発光素子１は、効果的に発光出力を向上させることができ、比較例１の半導体発光素子１と比較して、漏れ電流が小さく高い発光出力が得られることが確認できた。
【符号の説明】
【０１０１】
１…半導体発光素子、３…ランプ、１２…ｎ型半導体層、１２ａ…ｎコンタクト層、１２ｂ…ｎクラッド層（第二ｎ型半導体層）、１２ｃ…第一工程成長層（第一ｎ型半導体層）、１２ｄ…再成長層、１３…発光層、１４…ｐ型半導体層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一有機金属化学気相成長装置において、基板上に第一ｎ型半導体層を積層する第一工程と、
第二有機金属化学気相成長装置において、前記第一ｎ型半導体層上に前記第一ｎ型半導体層の再成長層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順次積層する第二工程とを具備し、
前記第二工程において、前記再成長層を形成する際にＭｇをドーピングすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記再成長層の原料ガスとともに、前記Ｍｇを含有するドーパントガスを供給して、前記再成長層を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記ドーパントガスを前記再成長層の形成開始と同時に供給開始し、前記再成長層の形成途中で供給停止することを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記ドーパントガスを供給する時間が、前記再成長層を形成する時間全体のうち１／１０〜２／３であることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記再成長層を形成する際の前記基板温度を１０００℃〜１１００℃とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記再成長層のうち前記基板寄りの部分に前記Ｍｇを１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有させることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記再成長層の膜厚を０．１μｍ〜１μｍとすることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
基板上に第一ｎ型半導体層と前記第一ｎ型半導体層の再成長層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが積層された半導体発光素子であって、
前記再成長層の少なくとも前記基板寄りの部分にＭｇが含まれることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
前記再成長層の前記基板側の面に前記Ｍｇが１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含まれることを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記再成長層の膜厚が０．１μｍ〜１μｍであることを特徴とする請求項８または９に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記Ｍｇを含有する部分の厚さが前記再成長層の厚さの１／１０〜２／３であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法を用いて製造された半導体発光素子を備えることを特徴とするランプ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のランプが組み込まれていることを特徴とする電子機器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電子機器が組み込まれていることを特徴とする機械装置。
【請求項１】
第一有機金属化学気相成長装置において、基板上に第一ｎ型半導体層を積層する第一工程と、
第二有機金属化学気相成長装置において、前記第一ｎ型半導体層上に前記第一ｎ型半導体層の再成長層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順次積層する第二工程とを具備し、
前記第二工程において、前記再成長層を形成する際にＭｇをドーピングすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記再成長層の原料ガスとともに、前記Ｍｇを含有するドーパントガスを供給して、前記再成長層を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記ドーパントガスを前記再成長層の形成開始と同時に供給開始し、前記再成長層の形成途中で供給停止することを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記ドーパントガスを供給する時間が、前記再成長層を形成する時間全体のうち１／１０〜２／３であることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記再成長層を形成する際の前記基板温度を１０００℃〜１１００℃とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記再成長層のうち前記基板寄りの部分に前記Ｍｇを１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有させることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記再成長層の膜厚を０．１μｍ〜１μｍとすることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
基板上に第一ｎ型半導体層と前記第一ｎ型半導体層の再成長層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが積層された半導体発光素子であって、
前記再成長層の少なくとも前記基板寄りの部分にＭｇが含まれることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
前記再成長層の前記基板側の面に前記Ｍｇが１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含まれることを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記再成長層の膜厚が０．１μｍ〜１μｍであることを特徴とする請求項８または９に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記Ｍｇを含有する部分の厚さが前記再成長層の厚さの１／１０〜２／３であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法を用いて製造された半導体発光素子を備えることを特徴とするランプ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のランプが組み込まれていることを特徴とする電子機器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電子機器が組み込まれていることを特徴とする機械装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１０８７４７（Ｐ２０１１−１０８７４７Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６０２２９（Ｐ２００９−２６０２２９）
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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