半導体発光素子用テンプレート基板、半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ、電子機器、機械装置
【課題】半導体発光素子の化合物半導体層を積層する前に清浄な成長面を容易に準備することができ、第二成長装置に入れる前の洗浄工程が不要な半導体発光素子用テンプレート基板、半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ、電子機器、機械装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の半導体発光素子用テンプレート基板は、基板上に、下地層と、加熱により除去可能な犠牲層とを順に備えたことを特徴とする。
【解決手段】本発明の半導体発光素子用テンプレート基板は、基板上に、下地層と、加熱により除去可能な犠牲層とを順に備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子用テンプレート基板、半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ、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は、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知られている。
【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型の半導体層と第二導電型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型の半導体層を、導電型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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、ｎ型半導体層を形成する成長装置（第一成長装置（第一成長室））とｐ型半導体層を形成する成長装置（第二成長装置（第二成長室））とを別々にした場合、第一成長装置において基板上にｎ型半導体層が形成された成長基板（テンプレート基板）を第二成長装置に搬送する間に大気に晒されて、その表面に酸素や水分が吸着したり、ゴミ、汚れ等の異物が付着してしまうという問題があった。また、その搬送時に成長基板（テンプレート基板）を収容する場合、収容する容器の成分がその表面に付着してしまうという問題があった。例えば、シリコーン系の容器を使用した場合、成長基板（テンプレート基板）を容器に収容しておく時間が長くなると、表面に吸着したＳｉが内部にドーピングされ、成長基板（テンプレート基板）がｎ型になってしまうという問題があった。また、ポリプロピレン製の容器を使用した場合には含有されている可塑剤の影響で表面状態が変質してしまうという問題があった。
【０００７】
成長基板（テンプレート基板）上に吸着した分子や付着した異物は、第二成長装置に入れる前に、成長基板（テンプレート基板）を洗浄することにより除去することができる場合もあるが、この場合は洗浄工程が必須であり、そのための設備や作業時間が必要になる。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体発光素子の化合物半導体層を積層する前に清浄な成長面を容易に準備することができ、第二成長装置に入れる前の洗浄工程が不要な半導体発光素子用テンプレート基板、半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ、電子機器、機械装置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】
【０００９】
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〕 基板上に、下地層と、加熱により除去可能な犠牲層とを順に備えたことを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板。
〔２〕 基板上に、下地層と、第一ｎ型半導体層と、加熱により除去可能な犠牲層とを順に備えたことを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板。
〔３〕 前記犠牲層が化合物半導体又は金属からなることを特徴とする〔１〕又は〔２〕のいずれかに記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
〔４〕 前記犠牲層が、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢＩｎＧａＮ、ＢＩｎＮ、ＢＡｌＩｎＮ、及びＢＡｌＧａＩｎＮの群から選択された一つからなることを特徴とする〔３〕に記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
〔５〕 前記犠牲層が、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＣｄＳ、及びＺｎＭｇＳＳｅの群から選択された一つからなることを特徴とする〔３〕に記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
〔６〕 前記犠牲層が、Ｋ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃａ、及びＩｎの群から選択された一つからなることを特徴とする〔３〕に記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
〔７〕 前記犠牲層の膜厚が、3〜100nmであることを特徴とする〔１〕から〔６〕のいずれか一つに記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
〔８〕 〔１〕に記載の半導体発光素子用テンプレート基板の犠牲層を除去した下地層の上に、該下地層の再成長層と、第一ｎ型半導体層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが順次積層されてなることを特徴とする半導体発光素子。
〔９〕 〔２〕に記載の半導体発光素子用テンプレート基板の犠牲層を除去した第一ｎ型半導体層の上に、該第一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型半導体層とが順次積層されてなることを特徴とする半導体発光素子。
〔１０〕 〔８〕又は〔９〕のいずれかに記載の半導体発光素子を備えることを特徴とするランプ。
〔１１〕 〔１０〕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。
〔１２〕 〔１１〕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。
〔１３〕 基板上に、下地層と、加熱により除去可能な犠牲層とが順次積層されてなる半導体発光素子用テンプレート基板の前記犠牲層を加熱により除去する工程と、その後、第一ｎ型半導体層、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
〔１４〕 前記犠牲層を加熱により除去する工程の後、前記第一ｎ型半導体層を積層する前に、前記下地層の再成長層を積層することを特徴とする〔１３〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔１５〕 基板上に、下地層と、第一ｎ型半導体層と、加熱により除去可能な犠牲層とが順次積層されてなる半導体発光素子用テンプレート基板の前記犠牲層を加熱により除去する工程と、その後、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
〔１６〕 前記犠牲層を加熱により除去する工程の後、前記第二ｎ型半導体層を積層する前に、前記第一ｎ型半導体層の再成長層を積層することを特徴とする〔１５〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔１７〕 前記犠牲層を加熱により除去する工程を、７００℃〜１０００℃の温度で行うことを特徴とする〔１３〕から〔１６〕のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。
〔１８〕 前記犠牲層を加熱により除去する工程を、窒素を導入して行うことを特徴とする〔１３〕から〔１７〕のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。
〔１９〕 前記犠牲層を加熱により除去する工程を、さらにアンモニアを導入して行うことを特徴とする〔１８〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔２０〕 前記犠牲層を加熱により除去する工程を、水素及びアンモニアを導入して行うことを特徴とする〔１３〕から〔１７〕のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体発光素子用テンプレート基板によれば、基板上に、下地層と、加熱により除去可能な犠牲層とを順に備えた構成を採用したので、半導体発光素子の化合物半導体層の成長面となる下地層表面が犠牲膜により保護されて大気に晒されず、成長装置間を搬送する際に酸素や水分が吸着したり、ゴミ、汚れ等の異物が付着することがなく、長期間保管しておくことができる。また、当該テンプレート基板を成長基板として半導体発光素子を製造すると、成長装置内で犠牲層を除去することによって清浄な下地層の表面が容易に得られ、その上に半導体発光素子の化合物半導体層の積層を行うことができるので、結晶性が良好で高出力の半導体発光素子を製造することができる。さらにまた、成長装置内で犠牲層を除去することによって清浄な下地層の表面が得られるので、当該テンプレート基板を成長基板として半導体発光素子を製造する際、化合物半導体層の積層前の洗浄工程を省くことができるので、製造時間を短縮できると共に、洗浄コストを削減できる。
【００１１】
本発明の半導体発光素子用テンプレート基板によれば、基板上に、下地層と、第一ｎ型半導体層と、加熱により除去可能な犠牲層とを順に備えた構成を採用したので、半導体発光素子の化合物半導体層の成長面となる第一ｎ型半導体層表面が大気に晒されず、成長装置間を搬送する際に酸素や水分が吸着したり、ゴミ、汚れ等の異物が付着することがなく、長期間保管しておくことができる。また、当該テンプレート基板を成長基板として半導体発光素子を製造すると、成長装置内で犠牲層を除去することによって清浄な第一ｎ型半導体層の表面が容易に得られ、その上に半導体発光素子の化合物半導体層の積層を行うことができるので、結晶性が良好で高出力の半導体発光素子を製造することができる。さらにまた、成長装置内で犠牲層を除去することによって清浄な第一ｎ型半導体層の表面が得られるので、当該テンプレート基板を成長基板として半導体発光素子を製造する際、化合物半導体層の積層前の洗浄工程を省くことができるので、製造時間を短縮できると共に、洗浄コストを削減できる。
【００１２】
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、基板上に、下地層と、加熱により除去可能な犠牲層とが順次積層されてなる半導体発光素子用テンプレート基板の前記犠牲層を加熱により除去する工程と、その後、第一ｎ型半導体層、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する工程と、を有する構成を採用したので、犠牲層を除去することによって得られた清浄な下地層の表面に下地層の再成長層等の積層を行うことができるので、結晶性が良好で高出力の半導体発光素子を製造することができる。また、犠牲層を除去することによって清浄な下地層の表面が得られるので、当該テンプレート基板上に化合物半導体層を積層する前の洗浄工程を省くことができるので、製造時間を短縮できると共に、洗浄コストを削減できる。
【００１３】
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、基板上に、下地層と、第一ｎ型半導体層と、加熱により除去可能な犠牲層とが順次積層されてなる半導体発光素子用テンプレート基板の前記犠牲層を加熱により除去する工程と、その後、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する工程と、を有する構成を採用したので、犠牲層を除去することによって得られた清浄な第一ｎ型半導体層の表面に第一ｎ型半導体層の再成長層等の積層を行うことができるので、結晶性が良好で高出力の半導体発光素子を製造することができる。また、犠牲層を除去することによって清浄な第一ｎ型半導体層の表面が得られるので、当該テンプレート基板上に化合物半導体層を積層する前の洗浄工程を省くことができるので、製造時間を短縮できると共に、洗浄コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の半導体発光素子用テンプレート基板の一実施形態を示した断面模式図である。
【図２】本発明の半導体発光素子用テンプレート基板の他の実施形態を示した断面模式図である。
【図３】本発明の半導体発光素子の一実施形態を示した断面模式図である。
【図４】本発明の半導体発光素子の他の実施形態を示した断面模式図である。
【図５】図３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６】図４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７】本発明の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】
【００１５】
以下、本発明について、図を用いてその構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１６】
〔半導体発光素子用テンプレート基板（第1実施形態）〕
図１は、本発明の半導体発光素子用テンプレート基板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用テンプレート基板１は、基板１１と、基板１１上に形成されたバッファ層２１と、バッファ層２１上に形成された下地層２２と、下地層２２上に形成された犠牲層２３と、から構成されている。
【００１７】
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、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化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】
（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。
【００２０】
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。
また、バッファ層２１は、ＭＯＣＶＤ法またはスパッタ法により成膜することができる。
【００２１】
（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、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（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。
【００２２】
（犠牲層２３）
犠牲層２３としては、加熱により除去可能な材料からなるものであればよいが、昇華性が高いことからＩｎ系の化合物半導体からなるものが好ましく、例えば、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、及び、同じIII-V族系半導体であるＢを含んだ、ＢＩｎＧａＮ、ＢＩｎＮ、ＢＡｌＩｎＮ、ＢＡｌＧａＩｎＮの群から選択された一つであるのが好ましい。昇華性の観点から、ＩｎＧａＮはＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．０１≦ｘ≦０．２）であるのが好ましく、ＡｌＩｎＮはＡｌ１−ｘＩｎｘＮ（０．５≦ｘ≦０．９）であるのが好ましく、ＡｌＧａＩｎＮはＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０．０１≦ｘ≦０．１、０．０１≦ｙ≦０．２）であるのが好ましい。
また、II-VI系半導体は蒸気圧が比較的に高いことから、犠牲層２３はＺｎ系の化合物半導体も好ましく、例えば、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＣｄＳ、及びＺｎＭｇＳＳｅの群から選択された一つであるのが好ましい。
また、テンプレート基板を用いて半導体発光素子を製造する際に、テンプレート基板の上に形成する化合物半導体層をＭＢＥ（分子線エピタキシー）法で行う場合には、犠牲層２３は用いる金属源と同じ金属からなるものであってもよい。例えば、Ｋ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃａ、又はＩｎであってもよい。
【００２３】
犠牲層２３の膜厚は、3〜100nmであることが好ましい。3ｎｍ以下では、保護膜としての機能が十分でなく、また、100ｎｍ以上では、下地層の結晶性に悪影響がでてしまうからである。
【００２４】
〔半導体発光素子用テンプレート基板（第２実施形態）〕
図２は、本発明の半導体発光素子用テンプレート基板１０の一例を示した断面模式図である。
図２に示す第２実施形態の半導体発光素子用テンプレート基板１０は、基板１１と、基板１１上に積層されたバッファ層２１と、バッファ層２１上に積層された下地層２２と、下地層２２上に積層された第一ｎ型半導体層１２ｃと、第一ｎ型半導体層１２ｃ上に形成された犠牲層３３と、から構成されている。図１に示す第１実施形態の半導体発光素子用テンプレート基板１と比較すると、下地層２２上に積層された第一ｎ型半導体層１２ｃを備え、犠牲層３３が第一ｎ型半導体層１２ｃの上に積層されている点が異なる。
【００２５】
以下、第１実施形態の半導体発光素子用テンプレート基板１と異なる構成について詳細に説明する。
【００２６】
（第一ｎ型半導体層１２ｃ）
第一ｎ型半導体層１２ｃは、ｎ型電極１７を設けるための層である。
第一ｎ型半導体層１２ｃ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。第一ｎ型半導体層１２ｃ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。第一ｎ型半導体層１２ｃ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】
第一ｎ型半導体層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ｎ型半導体層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】
本発明の半導体発光素子用テンプレート基板１、１０よれば、下地層２２又は第一ｎ型半導体層１２ｃ上に犠牲層２３、３３が設けられていることにより、半導体発光素子の化合物半導体層の成長面が大気に晒されることがないので、酸素や水分が吸着したり、ゴミ、汚れ等の異物が付着することがなく、長期間保管しておくことができる。また、本発明の半導体発光素子用テンプレート基板１、１０を成長基板として半導体発光素子を製造すると、成長装置内で犠牲層を除去することによって清浄な成長面を容易に得られ、その上に化合物半導体層の積層を行うことができるので、結晶性が良好で高出力の半導体発光素子を製造することができる。
【００２９】
〔半導体発光素子（第1実施形態）〕
図３は、本発明の半導体発光素子４１の一例を示した断面模式図である。
図３に示す第１実施形態の半導体発光素子４１は、半導体発光素子用テンプレート基板１のうち犠牲層２３が除去されたテンプレート基板１ａと、テンプレート基板１ａ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。
【００３０】
積層半導体層２０は、テンプレート基板１ａ側から、下地層の再成長層２２ａ、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３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。
【００３１】
また、上記ｎ型半導体層１２は、第一ｎ型半導体層としてｎコンタクト層１２ａと第二ｎ型半導体層としてｎクラッド層１２ｂから構成されている。さらに、上記ｐ型半導体層１４は、第一ｐ型半導体層としてｐクラッド層１４ａと第二ｐ型半導体層としてｐコンタクト層１４ｂから構成されている。
【００３２】
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。
【００３３】
本実施形態の半導体発光素子４１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。
【００３４】
以下、それぞれの構成について詳細に説明する。
【００３５】
（テンプレート基板１ａ）
テンプレート基板１ａは、上述した半導体発光素子用テンプレート基板１から成長装置内で犠牲層２３を除去したものである。
【００３６】
（下地層の再成長層２２ａ）
テンプレート基板１ａの下地層２２上には、下地層２２の再成長層２２ａが形成されていることが好ましい。下地層２２上に再成長層２２ａが形成されていることにより、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置の成長室内でｎ型半導体層１２を成長させることによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。また、再成長層２２ａを形成することにより、下地層（再成長層２２ａを含む）表面の平坦性を向上させることができる。そのため、再成長層２２ａ上に結晶性の高いｎコンタクト層１２ａを形成することが可能となり、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
【００３７】
また、下地層２２とその再成長層２２ａは、同一の材料からなることが好ましい。
また、再成長層２２ａの膜厚は、０．２μｍ〜５μｍの範囲内であることが好ましい。
再成長層２２ａがこの範囲内の膜厚で形成されていることにより、半導体発光素子用テンプレート基板１を有機金属化学気相成長装置の成長室内に投入し、犠牲層２３を除去した後に下地層２２の成長を再開することによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。そのため、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
【００３８】
一方、再成長層２２ａの膜厚が０．２μｍ未満であると、再成長層２２ａの表面の平坦性が高くならず好ましくない。また、再成長層２２ａの膜厚が５μｍを超えると、有機金属化学気相成長装置の成長室内に、再成長層２２ａを形成した後に残される不純物や堆積物の量が多くなる。そのため、不純物や堆積物に起因するｎ型半導体層１２、発光層１３、およびｐ型半導体層１４の不良が生じやすくなる。また、再成長層２２ａの成膜処理時間が長くなるため、半導体発光素子の生産性が低下し、好ましくない。
【００３９】
＜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（第一ｎ型半導体層）１２ａと、ｎクラッド層（第二ｎ型半導体層）１２ｂとから構成されている。
【００４０】
（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、図１に示すように、ｎ型電極１７を設けるための露出面２０ａが形成されている。
ｎコンタクト層１２ａ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。ｎコンタクト層１２ａ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。
【００４１】
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（不純物）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。なお、本実施形態ではｎ型不純物（不純物）として５×１０１８／ｃｍ３程度のＳｉが含有されている。
【００４２】
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、ｎコンタクト層１２ａ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。また、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、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。
【００４３】
ｎクラッド層１２ｂは、単層または超格子構造のどちらの構造であっても構わない。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、５ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００４４】
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、ｎコンタクト層１２ａ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。
【００４５】
＜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。また、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
【００４６】
（井戸層１３ｂ）
井戸層１３ｂの膜厚は、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の膜厚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。また、本実施形態における不純物としてはＳｉを用いることが好ましい。ドープ量は１×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３程度が好適である。
【００４７】
（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。
また、障壁層１３ａには、不純物をドープすることができる。本実施形態における不純物としてはＳｉ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。
【００４８】
＜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。
【００４９】
（ｐクラッド層１４ａ）
本実施形態におけるｐクラッド層１４ａは、発光層１３の上に形成されている。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。
【００５０】
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。
【００５１】
（ｐコンタクト層１４ｂ）
ｐコンタクト層１４ｂは、正極（ｐ型電極）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（不純物）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を用いることが特に好ましい。
【００５２】
また、ｐコンタクト層１４ｂはｐコンタクト下層と、ｐコンタクト上層とが積層してなり、ｐコンタクト下層にＭｇが１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３程度の濃度で含有され、ｐコンタクト上層にＭｇが２×１０２０／ｃｍ３〜５×１０２０／ｃｍ３程度の濃度で含有されることが特に好ましい。これにより、透光性電極１５と接する部分（ｐコンタクト上層）は高濃度でＭｇが含有され、かつ、その表面は平坦に形成される。そのため、半導体発光素子１の発光出力をより向上させることが可能となる。
【００５３】
また、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。
【００５４】
＜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。
【００５５】
（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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
（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。
【００５９】
（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。
【００６０】
本発明の半導体発光素子４１によれば、下地層２２の再成長層２２ａが設けられていることにより、下地層２２（再成長層２２ａ）表面の平坦性を向上させることができ、そのため、再成長層２２ａ上に結晶性の高いｎコンタクト層１２ａを形成することが可能となり、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
【００６１】
〔半導体発光素子（第２実施形態）〕
図４は、本発明の半導体発光素子５１の一例を示した断面模式図である。
図４に示す第２実施形態の半導体発光素子５１は、半導体発光素子用テンプレート基板１０のうち犠牲層３３が除去されたテンプレート基板１０ａと、テンプレート基板１０ａ上に積層された積層半導体層３０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、図３に示す第２実施形態の半導体発光素子４１と比較すると、下地層の再成長層２２ａを有さない点、ｎコンタクト層１２ａが第一ｎ型半導体層１２ｃとその再成長層１２ｄとからなる点が異なる。
【００６２】
以下、第１実施形態の半導体発光素子４１と異なる構成について詳細に説明する。
【００６３】
（テンプレート基板１０ａ）
テンプレート基板１０ａは、上述した半導体発光素子用テンプレート基板１０から成長装置内で犠牲層３３を除去したものである。
【００６４】
『積層半導体層３０』
＜ｎ型半導体層１２＞
ｎ型半導体層１２は、ｎコンタクト層１２ａ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点は第１実施形態の半導体発光素子５１と同様であるが、ｎコンタクト層１２ａが第一ｎ型半導体層１２ｃと再成長層１２ｄとから構成されている点が異なる。
本実施形態においては、再成長層１２ｄは形成されていなくてもかまわないが、再成長層１２ｄを形成することにより、有機金属化学気相成長装置の成長室内で発光層１３を成長させることによる、第一ｎ型半導体層１２ｃの結晶性への影響を少なくすることができる。また、再成長層１２ｄを形成することにより、第一ｎ型半導体層１２ｃ表面の平坦性を向上させることができる。そのため、再成長層１２ｄ上に結晶性の高いｎクラッド層（第二ｎ型半導体層）１２ｂを形成することが可能となり、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
【００６５】
（ｎコンタクト層１２ａ）
ｎコンタクト層１２ａは、テンプレート基板１０ａが備える第一ｎ型半導体層１２ｃと、有機金属化学気相成長装置の成長室内で成長させた第一ｎ型半導体層の再成長層１２ｄとから構成されている。
再成長層１２ｄが形成されている場合は、第一ｎ型半導体層１２ｃと再成長層１２ｄは、同一の材料からなることが好ましい。また、本実施形態においては、図４に示すように、第一ｎ型半導体層１２ｃには、ｎ型電極１７を設けるための露出面２０ａが形成されている。この露出面２０ａの形成箇所は第一ｎ型半導体層１２ｃに限られず、再成長層１２ｄに形成されていてもよい。
【００６６】
再成長層１２ｄの膜厚は、０μｍ〜５μｍであることが好ましく、０．２μｍ〜３μｍであることがより好ましい。再成長層１２ｄの膜厚が０．２μｍ〜３μｍであると、有機金属化学気相成長装置の成長室内でｎコンタクト層１２ａの成長を再開することによるｎコンタクト層１２ａの結晶性への影響を少なくすることができ、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
【００６７】
ここで、再成長層１２ｄの膜厚が５μｍを超えると、有機金属化学気相成長装置の成長室内にドーパントや堆積物が多く残される。そのため、ｐ型半導体層１４を形成する際に第二有機金属化学気相成長装置を用いると、それら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。また、再成長層１２ｄの成長時間が長くなり、生産性が低下する。
本実施形態においては、再成長層１２ｄが設けられていることにより、ｎクラッド層１２ｂの結晶性は、より一層良好なものとなる。また、それによりインジウム濃度の高い発光層１３（井戸層１３ｂ）であっても高い結晶性で形成され、かつ、顕著な凹凸やピット（孔）の発生を防ぐことができる。
【００６８】
本発明の半導体発光素子５１によれば、少なくとも第一ｎ型半導体層１２ｃの再成長層１２ｄが設けられていることにより、発光層１３は高い結晶性で形成される。それにより、井戸層１３ｂの顕著な凹凸やピット（孔）の発生と、それに伴う半導体発光素子１の不良を防ぐことができる。井戸層１３ｂの膜厚が不均一に形成されていることにより、内部量子効率の向上と、半導体発光素子１の発光出力の向上を実現することができる。
【００６９】
〔半導体発光素子の製造方法〕
本発明に係る半導体発光素子の製造方法では、半導体発光素子用テンプレート基板の製造と、その後の積層半導体層の形成を含む半導体発光素子の製造とを成長装置を変えて連続して行ってもよいし、予め半導体発光素子用テンプレート基板を製造しておきしばらく保管した後、半導体発光素子の製造を行ったり、製造された半導体発光素子用テンプレート基板を取得して半導体発光素子の製造を行ってもよい。
【００７０】
以下、半導体発光素子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、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００７１】
（第１実施形態）
図３に示す半導体発光素子４１の製造方法は、まず、図１に示す半導体発光素子用テンプレート基板１を準備し、次いで、図５に示す積層半導体層２０を形成する。積層半導体層２０の形成は、まず、半導体発光素子用テンプレート基板１の犠牲膜２３を有機金属化学気相成長装置内で加熱により除去する工程と、その後、犠牲膜２３が除去されたテンプレート基板１ａ上に、下地層２２の再成長層２２ａ、第一ｎ型半導体層１２ａ、第二ｎ型半導体層１２ｂ、発光層１３およびｐ型半導体層１４を順次積層する工程と、から概略構成されている。
【００７２】
＜半導体発光素子用テンプレート基板の製造工程＞
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を形成する。
【００７３】
（下地層２２形成工程）
次いで、バッファ層２１上に下地層２２を第一ＭＯＣＶＤ装置内で積層する。なお、本発明では、一例として、サファイア等からなる基板１１上に、ＲＦスパッタリング法を用いてＡｌＮからなるバッファ層２１を形成し、さらに第一ＭＯＣＶＤ装置の成長室内で当該基板上に下地層２２を順次積層してもよい。
【００７４】
下地層２２は０．１μｍ以上の膜厚で形成することが好ましく、０．５μｍ以上とすることがより好ましく、１μｍ以上とすることが最も好ましい。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、半導体発光素子の小型化や、形成時間の短縮の観点により、下地層２２の膜厚は１０μｍ以下とすることが好ましい。
また、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ことが望ましい。
【００７５】
（犠牲層２３形成工程）
次いで、下地層２２上に犠牲層２３を第一ＭＯＣＶＤ装置内で積層して半導体発光素子用テンプレート基板１を製造する。犠牲層２３をＩｎ系化合物半導体又はＺｎ系化合物半導体とするときはＭＯＣＶＤ法およびＭＢＥ法のどちらでもよい。生産性の観点からＭＯＣＶＤを用いて行うのが好ましい。金属とするときは物理的気相成長（ＰＶＤ）法を用いて行うのが好ましい。
犠牲層２３は後に加熱により除去して清浄な下地層を露出させ、その下地層の上に半導体層を積層するので、犠牲層２３は除去後に下地層の平坦性を実質的に回復できないような材料であってはならない。
【００７６】
犠牲層２３の膜厚は、3〜100nmであることが好ましい。3ｎｍ以下では、保護膜としての機能が十分でなく、また、100ｎｍ以上では、下地層の結晶性に悪影響がでてしまうからである。
【００７７】
＜積層半導体層２０形成工程＞
積層半導体層２０形成工程は、第二ＭＯＣＶＤ装置（第二有機金属化学気相成長装置）において、半導体発光素子用テンプレート基板１から犠牲層２３を除去する工程と、露出された下地層２２上に下地層２２の再成長層２２ａを形成する工程と、ｎ型半導体層１２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。
【００７８】
（犠牲層２３除去工程）
まず、半導体発光素子用テンプレート基板１を第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内に設置する。次いで、犠牲層２３を加熱により半導体発光素子用テンプレート基板１から除去する。このように犠牲層２３を除去することによって、清浄な下地層２２を露出して、清浄な下地層２２上に半導体層を積層することが可能となる。
【００７９】
加熱は７００℃〜１０００℃の温度で行うのが好ましい。７００℃以下では、犠牲層の昇華が不十分だからであり、１０００℃以上では、下地層２２の表面状態が悪化してしまうためだからである。
また、加熱の際に、窒素を導入して、窒素及びアンモニアを導入して、又は、水素及びアンモニアを導入して行ってもよい。その際の圧力は２０〜１００ｋＰａが好ましい。除去速度は窒素、窒素及びアンモニアよりも水素及びアンモニアの方が高い。
【００８０】
（再成長層２２ａ形成工程）
次いで、ＭＯＣＶＤ法によって露出された下地層２２上に、下地層２２の再成長層２２ａを形成する。このように、下地層２２上に再成長層２２ａを形成することにより、第二有機金属化学気相成長装置の成長室内で下地層２２の成長を再開することによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。また、再成長層２２ａを形成することにより、下地層２２（再成長層２２ａ）表面の平坦性を向上させることができる。そのため、再成長層２２ａ上に結晶性の高いｎコンタクト層１２ａを形成することが可能となり、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
【００８１】
また、本実施形態においては、再成長層２２ａを形成する前に、下地層２２までの各層の形成された基板１１に、窒素とアンモニアを含む雰囲気中で５００℃〜１０００℃の熱処理（サーマルクリーニング）を行うことが好ましい。この熱処理（サーマルクリーニング）を上記の犠牲膜除去のための加熱工程に引き続いて行ってもよいし、犠牲膜除去のための加熱工程を兼ねて行ってもよい。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再成長層２２ａが分解されて結晶性の悪化を招くため好ましくない。また、このときの第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力は１５〜１００ｋＰａとすることが好ましい。
【００８２】
このような条件で熱処理を行うことにより、半導体発光素子用テンプレート基板１が大気中に取り出されることにより、犠牲膜により保護されていない面が汚染されていたとしても、再成長層２２ａを形成する前にその汚染物質を除去することができる。これにより、再成長層２２ａの結晶性を向上させることができる。そのため、再成長層２２ａ上に形成されるｎコンタクト層１２ａの結晶性がより一層良好なものとなる。
【００８３】
また、下地層２２形成工程における下地層２２の成長条件と、再成長層２２ａの成長条件は同一とすることが好ましい。すなわち、再成長層２２ａを成長させる際の基板温度は７００℃〜１２００℃とすることが好ましい。再成長層２２ａ形成の際の基板温度をこの範囲内とすることにより、結晶性の高い再成長層２２ａを形成することができる。
【００８４】
また、再成長層２２ａは、０．２μｍ〜５μｍの膜厚で形成することが好ましい。再成長層２２ａをこの範囲内の膜厚で形成することにより、第二有機金属化学気相成長装置の成長室内で下地層２２の成長を再開することによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。そのため、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
【００８５】
（ｎコンタクト層１２ａ積層工程）
次いで前記下地層２２を有する基板上に、ｎコンタクト層１２ａを積層する。
ｎコンタクト層１２ａを成長させる際には、水素雰囲気で、基板１１の温度を１０００℃〜１２００℃の範囲とすることが好ましい。
また、ｎコンタクト層１２ａ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い。
【００８６】
（ｎクラッド層１２ｂ形成工程）
次いで、ｎコンタクト層１２ａ上にｎクラッド層１２ｂを形成する。なお、下地層の再成長層２２ａを形成しない場合は、ｎコンタクト層１２ａを形成する前に、熱処理（サーマルクリーニング）を行うことが好ましい。また、超格子構造のｎクラッド層１２ｂを形成する工程では、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２０層〜８０層繰返し積層する工程とすることができる。ｎ側第一層および／またはｎ側第二層は、Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなるものであることが好ましい。
【００８７】
（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。
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の成長させる際の基板温度は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。
【００８８】
（ｐ型半導体層１４形成工程）
次いで、ｐ型半導体層１４を形成する。ｐ型半導体層１４の形成は、発光層１３上に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。
【００８９】
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ｎ型半導体層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。
【００９０】
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、下地層２２上に犠牲層２３を備えた半導体発光素子用テンプレート基板を成長基板として用い、積層半導体層を形成する前に、その犠牲層２３を除去して清浄な下地層２２の表面を露出させてから、積層半導体層を形成するので、下地層２２の成長面と積層半導体層との間に異物等が混入する恐れがない。そのため、下地層２２への異物等混入、および異物等混入による下地層２２の結晶性低下を防ぐことができる。したがって、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、結晶性の高い下地層２２を形成することができ、それにより、下地層２２上に結晶性の高いｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４を形成することができる。これにより、半導体発光素子の発光出力や信頼性を向上させることが可能となる。
【００９１】
（第２実施形態）
図４に示す半導体発光素子５１の製造方法は、まず、図２で示す半導体発光素子用テンプレート基板１０を準備し、次いで、図６に示す積層半導体層３０を形成する。積層半導体層３０の形成は、まず、半導体発光素子用テンプレート基板１０の犠牲膜３３を有機金属化学気相成長装置内で加熱により除去する工程と、その後、犠牲膜３３が除去されたテンプレート基板１０ａ上に、第一ｎ型半導体層１２ａの再成長層１２ｄ、第二ｎ型半導体層１２ｂ、発光層１３およびｐ型半導体層１４を順次積層する工程と、から概略構成されている。
【００９２】
以下、第１実施形態の半導体発光素子の製造方法と異なる構成について詳細に説明する。
【００９３】
＜半導体発光素子用テンプレート基板の製造工程＞
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、下地層２２を形成する。
【００９４】
（第一ｎ型半導体層１２ｃ形成工程）
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ｎ型半導体層１２ｃを積層する。このとき、第一ｎ型半導体層１２ｃの膜厚は０．５μｍ〜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。
【００９５】
また、第一ｎ型半導体層１２ｃを成長させる際には、水素雰囲気で、基板１１の温度を９００℃〜１２００℃の範囲とすることが好ましい。
また、第一ｎ型半導体層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。キャリアガスは窒素ガスのみ、もしく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。
【００９６】
（犠牲層３３形成工程）
次いで、第一ｎ型半導体層１２ｃ上に犠牲層３３を第一ＭＯＣＶＤ装置内で積層して半導体発光素子用テンプレート基板１０を製造する。犠牲層２３をＩｎ系化合物半導体又はＺｎ系化合物半導体とするときはＭＯＣＶＤ法およびＭＢＥ法のどちらでもよい。生産性の観点からＭＯＣＶＤを用いて行うのが好ましい。金属とするときは物理的気相成長（ＰＶＤ）法を用いて行うのが好ましい。
犠牲層３３は後に加熱により除去して清浄な第一ｎ型半導体層１２ｃを露出させ、その第一ｎ型半導体層１２ｃの上に半導体層を積層するので、犠牲層３３は除去後に下地層の平坦性を回復できないような材料は望ましくない。
【００９７】
犠牲層３３の膜厚は、3〜100nmであることが好ましい。3ｎｍ以下では、保護膜としての機能が十分でなく、また、100ｎｍ以上では、第一ｎ型半導体層１２ｃの結晶性に悪影響がでてしまうからである。
【００９８】
＜積層半導体層３０形成工程＞
積層半導体層３０形成工程は、第二ＭＯＣＶＤ装置（第二有機金属化学気相成長装置）において、半導体発光素子用テンプレート基板１０から犠牲層３３を除去する工程と、露出された第一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、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。
【００９９】
（犠牲層３３除去工程）
まず、半導体発光素子用テンプレート基板１０を第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内に設置する。次いで、犠牲層３３を加熱により半導体発光素子用テンプレート基板１０から除去する。このように犠牲層３３を除去することによって、清浄な第一ｎ型半導体層１２ｃを露出して、清浄な第一ｎ型半導体層１２ｃ上に半導体層を積層することが可能となる。
【０１００】
加熱は７００℃〜１０００℃の温度で行うのが好ましい。７００℃以下では、犠牲層の昇華が不十分だからであり、１０００℃以上では、下地層２２の表面状態が悪化してしまうためだからである。
また、加熱の際に、窒素、窒素及びアンモニアを導入して、又は、水素及びアンモニアを導入して行ってもよい。その際の圧力は２０〜１００ｋＰａが好ましい。除去速度は窒素、窒素及びアンモニアよりも水素及びアンモニアの方が高い。
【０１０１】
（再成長層１２ｄ形成工程）
まず、第一ｎ型半導体層１２ｃまでの各層の形成された基板１１を第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内に設置する。この後、ＭＯＣＶＤ法によって第一ｎ型半導体層１２ｃ上に、ｎコンタクト層１２ａの再成長層１２ｄを形成することが好ましいが、本実施形態においては再成長層１２ｄを形成せずに、第一ｎ型半導体層１２ｃ上にｎクラッド層１２ｂ（第二ｎ型半導体層）を形成してもかまわない。
【０１０２】
本実施形態においては、再成長層１２ｄを形成する前に、第一ｎ型半導体層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。この熱処理（サーマルクリーニング）を上記の犠牲膜除去のための加熱工程に引き続いて行ってもよいし、犠牲膜除去のための加熱工程を兼ねて行ってもよい。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ｎ型半導体層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。
【０１０３】
このような熱処理を行った場合、半導体発光素子用テンプレート基板１が大気中に取り出されることにより、犠牲膜により保護されていない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。
【０１０４】
また、本実施形態においては、第一ｎ型半導体層１２ｃの成長条件と、再成長層１２ｄの成長条件を同一とすることが好ましい。
本実施形態においては、第一ＭＯＣＶＤ装置においてｎコンタクト層１２ａを形成している途中の段階で犠牲層を積層して製造した半導体発光素子用テンプレート基板１を用いて、第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室で犠牲層を除去してｎコンタクト層１２ａの成長を再開する。ここで、第一ｎ型半導体層１２ｃの成長条件と、再成長層１２ｄの成長条件を同一とすることにより、成長室の移動によるｎコンタクト層１２ａの結晶性への影響を少なくすることができる。そのため、第一ｎ型半導体層１２ｃと再成長層１２ｄとからなるｎコンタクト層１２ａの結晶性が良好なものとなる。
【０１０５】
このような条件で再成長層１２ｄを形成することにより、再成長層１２ｄ上にｎクラッド層１２ｂを高い結晶性で形成することができる。また、それによりインジウム濃度の高い発光層１３（井戸層１３ｂ）であっても高い結晶性で形成することができ、かつ、顕著な凹凸やピット（孔）の発生を防ぐことができる。
【０１０６】
ｎクラッド層１２ｂ形成工程以降は第１実施形態と同様に行うことができる。
【０１０７】
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、第一ｎ型半導体層１２ｃ上に犠牲層３３を備えた半導体発光素子用テンプレート基板を成長基板として用い、積層半導体層を形成する前に、その犠牲層３３を除去して清浄な第一ｎ型半導体層１２ｃの表面を露出させてから積層半導体層を形成するので、第一ｎ型半導体層１２ｃの成長面と積層半導体層との間に異物等が混入する恐れがない。そのため、第一ｎ型半導体層１２ｃへの異物等混入、および異物等混入による第一ｎ型半導体層１２ｃの結晶性低下を防ぐことができる。したがって、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、結晶性の高い第一ｎ型半導体層１２ｃを形成することができ、それにより、第一ｎ型半導体層１２ｃ上に結晶性の高いｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４を形成することができる。これにより、半導体発光素子の発光出力や信頼性を向上させることが可能となる。
【０１０８】
＜ランプ＞
本実施形態のランプは、本発明の半導体発光素子４１又は５１を備えるものであり、上記の半導体発光素子４１又は５１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。
【０１０９】
図７は、図３に示した半導体発光素子４１又は図４に示した半導体発光素子５１を備えるランプの一例を示した断面模式図である。図７に示すランプ３は、砲弾型のものであり、半導体発光素子４１又は図４に示した半導体発光素子５１が用いられている。図７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７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。
【０１１０】
本実施形態のランプ３は、上記の半導体発光素子４１又は５１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。
【０１１１】
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】
【０１１２】
以下に、本発明の半導体発光素子用テンプレート基板、半導体発光素子、及び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、本発明はこの実施例にのみ限定されるものではない。
【０１１３】
（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用テンプレート基板１を製造した。
実施例１の半導体発光素子用テンプレート基板１では、ＭＯＣＶＤ炉の成長室内において、ＡｌＮからなるバッファ層２１を予め形成したサファイア基板１１上に、厚さ６μｍのアンドープＧａＮからなる下地層２２を形成した。このとき、下地層２２の形成の際の基板温度は１１００℃とした。なお、バッファ層２１付きサファイア基板１１は、国際公開番号WO/2009/154215号公報に記載の方法に準じて、サファイア基板の一面に湾曲したお椀状（半球状）の凸部を設け、その加工基板上にスパッタ法によりＡｌＮからなるバッファ層２１を形成したものである。次に、下地層２２上に、ＭＯＣＶＤ法により厚さ１０ｎｍのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる犠牲層２３を形成して、半導体発光素子用テンプレート基板１０を製造した。
【０１１４】
（実施例２）
以下に示す方法により、図２に示す半導体発光素子用テンプレート基板１０を製造した。
実施例５の半導体発光素子用テンプレート基板１０では、ＡｌＮからなるバッファ層２１を予め形成したサファイア基板１１上に、厚さ６μｍのアンドープＧａＮからなる下地層２２を形成した。このとき、下地層２２の形成の際の基板温度は１１００℃とした。なお、バッファ層２１付きサファイア基板１１は、国際公開番号WO/2009/154215号公報に記載の方法に準じて、サファイア基板の一面に湾曲したお椀状（半球状）の凸部を設け、その加工基板上にスパッタ法によりＡｌＮからなるバッファ層２１を形成したものである。次に、下地層２２上に、下地層２２上に厚さ３μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなる第一ｎ型半導体層１２ｃを形成し、その第一ｎ型半導体層１２ｃの上に、厚さ１０ｎｍのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる犠牲層３３を形成して、半導体発光素子用テンプレート基板１０を製造した。
【０１１５】
（実施例３）
以下に示す方法により、図３に示す半導体発光素子４１を製造した。
実施例３の半導体発光素子４１では、実施例１の半導体発光素子用テンプレート基板１を１時間大気中に放置した後、ＭＯＣＶＤ炉の成長室内に準備し、まず、半導体発光素子用テンプレート基板１を１０００℃で６００秒保持して犠牲膜２３を除去した。
【０１１６】
次に、露出した下地層２２上に厚さ３μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなるｎコンタクト層１２ａを形成した。ｎコンタクト層１２ａのＳｉ不純物濃度は、５×１０１８／ｃｍ３程度とした。また、ｎコンタクト層１２ａ形成の際の基板温度は１０８０℃、成長室内の圧力は４０ｋＰａとした。
次に、ｎコンタクト層１２ａ上に、厚さ８０ｎｍの超格子構造からなるｎクラッド層１２ｂを形成した。さらに、ｎクラッド層１２ｂ上に障壁層１３ａおよび井戸層１３ｂを５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を形成した。
【０１１７】
その後、発光層１３上に厚さ２０ｎｍのＭｇドープ単層Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐクラッド層１４ａ、厚さ１７０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮからなるｐコンタクト層１４ｂを順に積層した。ｐコンタクト層１４ｂはｐコンタクト下層と、ｐコンタクト上層とが積層してなり、ｐコンタクト下層にＭｇが５×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有され、ｐコンタクト上層にＭｇが２×１０２０／ｃｍ３程度の濃度とした。次いで、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、実施例９の半導体発光素子４１を得た。
【０１１８】
このようにして得られた実施例３の半導体発光素子４１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．１Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２２ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．５μＡであった。
【０１１９】
（実施例４）
実施例３と比較して、犠牲層２３を除去して露出した下地層２２上に、再成長層２２ａを形成した点が異なる。このとき、再成長層２２ａは以下に示す成長条件で成長させた。
【０１２０】
「再成長層２２ａの成長条件」
下地層２２上に膜厚０．２μｍの再成長層２２ａを形成した。このとき、基板温度は１２００℃とした。
【０１２１】
このようにして得られた実施例４の半導体発光素子４１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．０Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２４ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．２μＡであった。
【０１２２】
（実施例５）
実施例３と比較して、半導体発光素子用テンプレート基板１を大気中に放置した時間が７２時間であった点が異なる。
【０１２３】
このようにして得られた実施例５の半導体発光素子４１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．１Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２２ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．５μＡであった。
【０１２４】
（実施例６）
実施例４と比較して、半導体発光素子用テンプレート基板１を大気中に放置した時間が７２時間であった点が異なる。
【０１２５】
このようにして得られた実施例６の半導体発光素子４１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．０Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２４ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．１μＡであった。
【０１２６】
（実施例７）
以下に示す方法により、図４に示す半導体発光素子５１を製造した。
実施例７の半導体発光素子５１では、実施例２の半導体発光素子用テンプレート基板１０を１時間大気中に放置した後、ＭＯＣＶＤ炉の成長室内に準備し、まず、半導体発光素子用テンプレート基板１０を１０００℃で６００秒保持して犠牲膜３３を除去した。
【０１２７】
次に、露出したＳｉドープｎ型ＧａＮからなるｎコンタクト層（第一ｎ型半導体層）１２ｃ上に厚さ２μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなるｎコンタクト層１２ａを形成した。ｎコンタクト層１２ａのＳｉ不純物濃度は、５×１０１８／ｃｍ３程度とした。また、ｎコンタクト層１２ａ形成の際の基板温度は１０８０℃、成長室内の圧力は４０ｋＰａとした。
次に、ｎコンタクト層１２ａ上に、厚さ８０ｎｍの超格子構造からなるｎクラッド層１２ｂを形成した。さらに、ｎクラッド層１２ｂ上に障壁層１３ａおよび井戸層１３ｂを５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を形成した。
【０１２８】
その後、発光層１３上に厚さ２０ｎｍのＭｇドープ単層Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐクラッド層１４ａ、厚さ１７０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮからなるｐコンタクト層１４ｂを順に積層した。ｐコンタクト層１４ｂはｐコンタクト下層と、ｐコンタクト上層とが積層してなり、ｐコンタクト下層にＭｇが５×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有され、ｐコンタクト上層にＭｇが２×１０２０／ｃｍ３程度の濃度とした。次いで、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、実施例７の半導体発光素子５１を得た。
【０１２９】
このようにして得られた実施例７の半導体発光素子５１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．０Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２３ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．３μＡであった。
【０１３０】
（実施例８）
実施例７と比較して、犠牲層２３を除去して露出したｎコンタクト層（第一ｎ型半導体層）１２ｃ上に、再成長層１２ｄを形成した点が異なる。このとき、再成長層１２ｄは以下に示す成長条件で成長させた。
【０１３１】
「再成長層１２ｄの成長条件」
ｎコンタクト層（第一ｎ型半導体層）１２ｃ上に膜厚１μｍの再成長層１２ｄａを形成した。このとき、基板温度は１１００℃とした。
【０１３２】
このようにして得られた実施例８の半導体発光素子５１の特性は、順方向電圧Ｖf＝２．８Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２４ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．１μＡであった。
【０１３３】
（実施例９）
実施例７と比較して、半導体発光素子用テンプレート基板１０を大気中に放置した時間が７２時間であった点が異なる。
【０１３４】
このようにして得られた実施例９の半導体発光素子５１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．０Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２２ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．５μＡであった。
【０１３５】
（実施例１０）
実施例９と比較して、半導体発光素子用テンプレート基板１０を大気中に放置した時間が７２時間であった点が異なる。
【０１３６】
このようにして得られた実施例１０の半導体発光素子５１の特性は、順方向電圧Ｖf＝２．９Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２３ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．３μＡであった。
【０１３７】
（比較例１）
半導体発光素子用テンプレート基板１を用いずに、第一ＭＯＣＶＤ炉で一貫成長させ、また、再成長層２２ａを形成しなかった以外は実施例１０と同様な操作を行い、半導体発光素子を得た。得られた半導体発光素子の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．４Ｖ、発光出力Ｐｏ＝１５ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝５．０μＡであった。
【０１３８】
（比較例２）
半導体発光素子用テンプレート基板１０を用いずに、第一ＭＯＣＶＤ炉で一貫成長させ、また、再成長層１２ｄを形成しなかった以外は実施例１２と同様な操作を行い、半導体発光素子を得た。得られた半導体発光素子の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．４Ｖ、発光出力Ｐｏ＝１５ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝５．０μＡであった。
【０１３９】
実施例３〜実施例１０、比較例１〜比較例２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。
なお、実施例及び比較例の半導体発光素子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における発光出力を測定したものである。また、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。
【０１４０】
【表１】
【符号の説明】
【０１４１】
１…半導体発光素子用テンプレート基板、３…ランプ、１０…半導体発光素子用テンプレート基板、１１…基板、１２…ｎ型半導体層、１２ａ…ｎコンタクト層（第一ｎ型半導体層）、１２ｄ…再成長層、１２ｂ…ｎクラッド層、１３…発光層、１４…ｐ型半導体層、２２…下地層、２２ａ…再成長層、２３…犠牲層、３３…犠牲層、４１…半導体発光素子、５１…半導体発光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子用テンプレート基板、半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ、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は、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知られている。
【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型の半導体層と第二導電型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型の半導体層を、導電型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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、ｎ型半導体層を形成する成長装置（第一成長装置（第一成長室））とｐ型半導体層を形成する成長装置（第二成長装置（第二成長室））とを別々にした場合、第一成長装置において基板上にｎ型半導体層が形成された成長基板（テンプレート基板）を第二成長装置に搬送する間に大気に晒されて、その表面に酸素や水分が吸着したり、ゴミ、汚れ等の異物が付着してしまうという問題があった。また、その搬送時に成長基板（テンプレート基板）を収容する場合、収容する容器の成分がその表面に付着してしまうという問題があった。例えば、シリコーン系の容器を使用した場合、成長基板（テンプレート基板）を容器に収容しておく時間が長くなると、表面に吸着したＳｉが内部にドーピングされ、成長基板（テンプレート基板）がｎ型になってしまうという問題があった。また、ポリプロピレン製の容器を使用した場合には含有されている可塑剤の影響で表面状態が変質してしまうという問題があった。
【０００７】
成長基板（テンプレート基板）上に吸着した分子や付着した異物は、第二成長装置に入れる前に、成長基板（テンプレート基板）を洗浄することにより除去することができる場合もあるが、この場合は洗浄工程が必須であり、そのための設備や作業時間が必要になる。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体発光素子の化合物半導体層を積層する前に清浄な成長面を容易に準備することができ、第二成長装置に入れる前の洗浄工程が不要な半導体発光素子用テンプレート基板、半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ、電子機器、機械装置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】
【０００９】
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〕 基板上に、下地層と、加熱により除去可能な犠牲層とを順に備えたことを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板。
〔２〕 基板上に、下地層と、第一ｎ型半導体層と、加熱により除去可能な犠牲層とを順に備えたことを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板。
〔３〕 前記犠牲層が化合物半導体又は金属からなることを特徴とする〔１〕又は〔２〕のいずれかに記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
〔４〕 前記犠牲層が、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢＩｎＧａＮ、ＢＩｎＮ、ＢＡｌＩｎＮ、及びＢＡｌＧａＩｎＮの群から選択された一つからなることを特徴とする〔３〕に記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
〔５〕 前記犠牲層が、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＣｄＳ、及びＺｎＭｇＳＳｅの群から選択された一つからなることを特徴とする〔３〕に記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
〔６〕 前記犠牲層が、Ｋ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃａ、及びＩｎの群から選択された一つからなることを特徴とする〔３〕に記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
〔７〕 前記犠牲層の膜厚が、3〜100nmであることを特徴とする〔１〕から〔６〕のいずれか一つに記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
〔８〕 〔１〕に記載の半導体発光素子用テンプレート基板の犠牲層を除去した下地層の上に、該下地層の再成長層と、第一ｎ型半導体層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが順次積層されてなることを特徴とする半導体発光素子。
〔９〕 〔２〕に記載の半導体発光素子用テンプレート基板の犠牲層を除去した第一ｎ型半導体層の上に、該第一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型半導体層とが順次積層されてなることを特徴とする半導体発光素子。
〔１０〕 〔８〕又は〔９〕のいずれかに記載の半導体発光素子を備えることを特徴とするランプ。
〔１１〕 〔１０〕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。
〔１２〕 〔１１〕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。
〔１３〕 基板上に、下地層と、加熱により除去可能な犠牲層とが順次積層されてなる半導体発光素子用テンプレート基板の前記犠牲層を加熱により除去する工程と、その後、第一ｎ型半導体層、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
〔１４〕 前記犠牲層を加熱により除去する工程の後、前記第一ｎ型半導体層を積層する前に、前記下地層の再成長層を積層することを特徴とする〔１３〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔１５〕 基板上に、下地層と、第一ｎ型半導体層と、加熱により除去可能な犠牲層とが順次積層されてなる半導体発光素子用テンプレート基板の前記犠牲層を加熱により除去する工程と、その後、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
〔１６〕 前記犠牲層を加熱により除去する工程の後、前記第二ｎ型半導体層を積層する前に、前記第一ｎ型半導体層の再成長層を積層することを特徴とする〔１５〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔１７〕 前記犠牲層を加熱により除去する工程を、７００℃〜１０００℃の温度で行うことを特徴とする〔１３〕から〔１６〕のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。
〔１８〕 前記犠牲層を加熱により除去する工程を、窒素を導入して行うことを特徴とする〔１３〕から〔１７〕のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。
〔１９〕 前記犠牲層を加熱により除去する工程を、さらにアンモニアを導入して行うことを特徴とする〔１８〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔２０〕 前記犠牲層を加熱により除去する工程を、水素及びアンモニアを導入して行うことを特徴とする〔１３〕から〔１７〕のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体発光素子用テンプレート基板によれば、基板上に、下地層と、加熱により除去可能な犠牲層とを順に備えた構成を採用したので、半導体発光素子の化合物半導体層の成長面となる下地層表面が犠牲膜により保護されて大気に晒されず、成長装置間を搬送する際に酸素や水分が吸着したり、ゴミ、汚れ等の異物が付着することがなく、長期間保管しておくことができる。また、当該テンプレート基板を成長基板として半導体発光素子を製造すると、成長装置内で犠牲層を除去することによって清浄な下地層の表面が容易に得られ、その上に半導体発光素子の化合物半導体層の積層を行うことができるので、結晶性が良好で高出力の半導体発光素子を製造することができる。さらにまた、成長装置内で犠牲層を除去することによって清浄な下地層の表面が得られるので、当該テンプレート基板を成長基板として半導体発光素子を製造する際、化合物半導体層の積層前の洗浄工程を省くことができるので、製造時間を短縮できると共に、洗浄コストを削減できる。
【００１１】
本発明の半導体発光素子用テンプレート基板によれば、基板上に、下地層と、第一ｎ型半導体層と、加熱により除去可能な犠牲層とを順に備えた構成を採用したので、半導体発光素子の化合物半導体層の成長面となる第一ｎ型半導体層表面が大気に晒されず、成長装置間を搬送する際に酸素や水分が吸着したり、ゴミ、汚れ等の異物が付着することがなく、長期間保管しておくことができる。また、当該テンプレート基板を成長基板として半導体発光素子を製造すると、成長装置内で犠牲層を除去することによって清浄な第一ｎ型半導体層の表面が容易に得られ、その上に半導体発光素子の化合物半導体層の積層を行うことができるので、結晶性が良好で高出力の半導体発光素子を製造することができる。さらにまた、成長装置内で犠牲層を除去することによって清浄な第一ｎ型半導体層の表面が得られるので、当該テンプレート基板を成長基板として半導体発光素子を製造する際、化合物半導体層の積層前の洗浄工程を省くことができるので、製造時間を短縮できると共に、洗浄コストを削減できる。
【００１２】
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、基板上に、下地層と、加熱により除去可能な犠牲層とが順次積層されてなる半導体発光素子用テンプレート基板の前記犠牲層を加熱により除去する工程と、その後、第一ｎ型半導体層、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する工程と、を有する構成を採用したので、犠牲層を除去することによって得られた清浄な下地層の表面に下地層の再成長層等の積層を行うことができるので、結晶性が良好で高出力の半導体発光素子を製造することができる。また、犠牲層を除去することによって清浄な下地層の表面が得られるので、当該テンプレート基板上に化合物半導体層を積層する前の洗浄工程を省くことができるので、製造時間を短縮できると共に、洗浄コストを削減できる。
【００１３】
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、基板上に、下地層と、第一ｎ型半導体層と、加熱により除去可能な犠牲層とが順次積層されてなる半導体発光素子用テンプレート基板の前記犠牲層を加熱により除去する工程と、その後、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する工程と、を有する構成を採用したので、犠牲層を除去することによって得られた清浄な第一ｎ型半導体層の表面に第一ｎ型半導体層の再成長層等の積層を行うことができるので、結晶性が良好で高出力の半導体発光素子を製造することができる。また、犠牲層を除去することによって清浄な第一ｎ型半導体層の表面が得られるので、当該テンプレート基板上に化合物半導体層を積層する前の洗浄工程を省くことができるので、製造時間を短縮できると共に、洗浄コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の半導体発光素子用テンプレート基板の一実施形態を示した断面模式図である。
【図２】本発明の半導体発光素子用テンプレート基板の他の実施形態を示した断面模式図である。
【図３】本発明の半導体発光素子の一実施形態を示した断面模式図である。
【図４】本発明の半導体発光素子の他の実施形態を示した断面模式図である。
【図５】図３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６】図４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７】本発明の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】
【００１５】
以下、本発明について、図を用いてその構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１６】
〔半導体発光素子用テンプレート基板（第1実施形態）〕
図１は、本発明の半導体発光素子用テンプレート基板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用テンプレート基板１は、基板１１と、基板１１上に形成されたバッファ層２１と、バッファ層２１上に形成された下地層２２と、下地層２２上に形成された犠牲層２３と、から構成されている。
【００１７】
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、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化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】
（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。
【００２０】
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。
また、バッファ層２１は、ＭＯＣＶＤ法またはスパッタ法により成膜することができる。
【００２１】
（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、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（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。
【００２２】
（犠牲層２３）
犠牲層２３としては、加熱により除去可能な材料からなるものであればよいが、昇華性が高いことからＩｎ系の化合物半導体からなるものが好ましく、例えば、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、及び、同じIII-V族系半導体であるＢを含んだ、ＢＩｎＧａＮ、ＢＩｎＮ、ＢＡｌＩｎＮ、ＢＡｌＧａＩｎＮの群から選択された一つであるのが好ましい。昇華性の観点から、ＩｎＧａＮはＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．０１≦ｘ≦０．２）であるのが好ましく、ＡｌＩｎＮはＡｌ１−ｘＩｎｘＮ（０．５≦ｘ≦０．９）であるのが好ましく、ＡｌＧａＩｎＮはＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０．０１≦ｘ≦０．１、０．０１≦ｙ≦０．２）であるのが好ましい。
また、II-VI系半導体は蒸気圧が比較的に高いことから、犠牲層２３はＺｎ系の化合物半導体も好ましく、例えば、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＣｄＳ、及びＺｎＭｇＳＳｅの群から選択された一つであるのが好ましい。
また、テンプレート基板を用いて半導体発光素子を製造する際に、テンプレート基板の上に形成する化合物半導体層をＭＢＥ（分子線エピタキシー）法で行う場合には、犠牲層２３は用いる金属源と同じ金属からなるものであってもよい。例えば、Ｋ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃａ、又はＩｎであってもよい。
【００２３】
犠牲層２３の膜厚は、3〜100nmであることが好ましい。3ｎｍ以下では、保護膜としての機能が十分でなく、また、100ｎｍ以上では、下地層の結晶性に悪影響がでてしまうからである。
【００２４】
〔半導体発光素子用テンプレート基板（第２実施形態）〕
図２は、本発明の半導体発光素子用テンプレート基板１０の一例を示した断面模式図である。
図２に示す第２実施形態の半導体発光素子用テンプレート基板１０は、基板１１と、基板１１上に積層されたバッファ層２１と、バッファ層２１上に積層された下地層２２と、下地層２２上に積層された第一ｎ型半導体層１２ｃと、第一ｎ型半導体層１２ｃ上に形成された犠牲層３３と、から構成されている。図１に示す第１実施形態の半導体発光素子用テンプレート基板１と比較すると、下地層２２上に積層された第一ｎ型半導体層１２ｃを備え、犠牲層３３が第一ｎ型半導体層１２ｃの上に積層されている点が異なる。
【００２５】
以下、第１実施形態の半導体発光素子用テンプレート基板１と異なる構成について詳細に説明する。
【００２６】
（第一ｎ型半導体層１２ｃ）
第一ｎ型半導体層１２ｃは、ｎ型電極１７を設けるための層である。
第一ｎ型半導体層１２ｃ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。第一ｎ型半導体層１２ｃ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。第一ｎ型半導体層１２ｃ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】
第一ｎ型半導体層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ｎ型半導体層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】
本発明の半導体発光素子用テンプレート基板１、１０よれば、下地層２２又は第一ｎ型半導体層１２ｃ上に犠牲層２３、３３が設けられていることにより、半導体発光素子の化合物半導体層の成長面が大気に晒されることがないので、酸素や水分が吸着したり、ゴミ、汚れ等の異物が付着することがなく、長期間保管しておくことができる。また、本発明の半導体発光素子用テンプレート基板１、１０を成長基板として半導体発光素子を製造すると、成長装置内で犠牲層を除去することによって清浄な成長面を容易に得られ、その上に化合物半導体層の積層を行うことができるので、結晶性が良好で高出力の半導体発光素子を製造することができる。
【００２９】
〔半導体発光素子（第1実施形態）〕
図３は、本発明の半導体発光素子４１の一例を示した断面模式図である。
図３に示す第１実施形態の半導体発光素子４１は、半導体発光素子用テンプレート基板１のうち犠牲層２３が除去されたテンプレート基板１ａと、テンプレート基板１ａ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。
【００３０】
積層半導体層２０は、テンプレート基板１ａ側から、下地層の再成長層２２ａ、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３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。
【００３１】
また、上記ｎ型半導体層１２は、第一ｎ型半導体層としてｎコンタクト層１２ａと第二ｎ型半導体層としてｎクラッド層１２ｂから構成されている。さらに、上記ｐ型半導体層１４は、第一ｐ型半導体層としてｐクラッド層１４ａと第二ｐ型半導体層としてｐコンタクト層１４ｂから構成されている。
【００３２】
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。
【００３３】
本実施形態の半導体発光素子４１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。
【００３４】
以下、それぞれの構成について詳細に説明する。
【００３５】
（テンプレート基板１ａ）
テンプレート基板１ａは、上述した半導体発光素子用テンプレート基板１から成長装置内で犠牲層２３を除去したものである。
【００３６】
（下地層の再成長層２２ａ）
テンプレート基板１ａの下地層２２上には、下地層２２の再成長層２２ａが形成されていることが好ましい。下地層２２上に再成長層２２ａが形成されていることにより、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置の成長室内でｎ型半導体層１２を成長させることによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。また、再成長層２２ａを形成することにより、下地層（再成長層２２ａを含む）表面の平坦性を向上させることができる。そのため、再成長層２２ａ上に結晶性の高いｎコンタクト層１２ａを形成することが可能となり、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
【００３７】
また、下地層２２とその再成長層２２ａは、同一の材料からなることが好ましい。
また、再成長層２２ａの膜厚は、０．２μｍ〜５μｍの範囲内であることが好ましい。
再成長層２２ａがこの範囲内の膜厚で形成されていることにより、半導体発光素子用テンプレート基板１を有機金属化学気相成長装置の成長室内に投入し、犠牲層２３を除去した後に下地層２２の成長を再開することによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。そのため、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
【００３８】
一方、再成長層２２ａの膜厚が０．２μｍ未満であると、再成長層２２ａの表面の平坦性が高くならず好ましくない。また、再成長層２２ａの膜厚が５μｍを超えると、有機金属化学気相成長装置の成長室内に、再成長層２２ａを形成した後に残される不純物や堆積物の量が多くなる。そのため、不純物や堆積物に起因するｎ型半導体層１２、発光層１３、およびｐ型半導体層１４の不良が生じやすくなる。また、再成長層２２ａの成膜処理時間が長くなるため、半導体発光素子の生産性が低下し、好ましくない。
【００３９】
＜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（第一ｎ型半導体層）１２ａと、ｎクラッド層（第二ｎ型半導体層）１２ｂとから構成されている。
【００４０】
（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、図１に示すように、ｎ型電極１７を設けるための露出面２０ａが形成されている。
ｎコンタクト層１２ａ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。ｎコンタクト層１２ａ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。
【００４１】
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（不純物）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。なお、本実施形態ではｎ型不純物（不純物）として５×１０１８／ｃｍ３程度のＳｉが含有されている。
【００４２】
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、ｎコンタクト層１２ａ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。また、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、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。
【００４３】
ｎクラッド層１２ｂは、単層または超格子構造のどちらの構造であっても構わない。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、５ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００４４】
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、ｎコンタクト層１２ａ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。
【００４５】
＜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。また、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
【００４６】
（井戸層１３ｂ）
井戸層１３ｂの膜厚は、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の膜厚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。また、本実施形態における不純物としてはＳｉを用いることが好ましい。ドープ量は１×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３程度が好適である。
【００４７】
（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。
また、障壁層１３ａには、不純物をドープすることができる。本実施形態における不純物としてはＳｉ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。
【００４８】
＜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。
【００４９】
（ｐクラッド層１４ａ）
本実施形態におけるｐクラッド層１４ａは、発光層１３の上に形成されている。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。
【００５０】
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。
【００５１】
（ｐコンタクト層１４ｂ）
ｐコンタクト層１４ｂは、正極（ｐ型電極）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（不純物）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を用いることが特に好ましい。
【００５２】
また、ｐコンタクト層１４ｂはｐコンタクト下層と、ｐコンタクト上層とが積層してなり、ｐコンタクト下層にＭｇが１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３程度の濃度で含有され、ｐコンタクト上層にＭｇが２×１０２０／ｃｍ３〜５×１０２０／ｃｍ３程度の濃度で含有されることが特に好ましい。これにより、透光性電極１５と接する部分（ｐコンタクト上層）は高濃度でＭｇが含有され、かつ、その表面は平坦に形成される。そのため、半導体発光素子１の発光出力をより向上させることが可能となる。
【００５３】
また、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。
【００５４】
＜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。
【００５５】
（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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
（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。
【００５９】
（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。
【００６０】
本発明の半導体発光素子４１によれば、下地層２２の再成長層２２ａが設けられていることにより、下地層２２（再成長層２２ａ）表面の平坦性を向上させることができ、そのため、再成長層２２ａ上に結晶性の高いｎコンタクト層１２ａを形成することが可能となり、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
【００６１】
〔半導体発光素子（第２実施形態）〕
図４は、本発明の半導体発光素子５１の一例を示した断面模式図である。
図４に示す第２実施形態の半導体発光素子５１は、半導体発光素子用テンプレート基板１０のうち犠牲層３３が除去されたテンプレート基板１０ａと、テンプレート基板１０ａ上に積層された積層半導体層３０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、図３に示す第２実施形態の半導体発光素子４１と比較すると、下地層の再成長層２２ａを有さない点、ｎコンタクト層１２ａが第一ｎ型半導体層１２ｃとその再成長層１２ｄとからなる点が異なる。
【００６２】
以下、第１実施形態の半導体発光素子４１と異なる構成について詳細に説明する。
【００６３】
（テンプレート基板１０ａ）
テンプレート基板１０ａは、上述した半導体発光素子用テンプレート基板１０から成長装置内で犠牲層３３を除去したものである。
【００６４】
『積層半導体層３０』
＜ｎ型半導体層１２＞
ｎ型半導体層１２は、ｎコンタクト層１２ａ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点は第１実施形態の半導体発光素子５１と同様であるが、ｎコンタクト層１２ａが第一ｎ型半導体層１２ｃと再成長層１２ｄとから構成されている点が異なる。
本実施形態においては、再成長層１２ｄは形成されていなくてもかまわないが、再成長層１２ｄを形成することにより、有機金属化学気相成長装置の成長室内で発光層１３を成長させることによる、第一ｎ型半導体層１２ｃの結晶性への影響を少なくすることができる。また、再成長層１２ｄを形成することにより、第一ｎ型半導体層１２ｃ表面の平坦性を向上させることができる。そのため、再成長層１２ｄ上に結晶性の高いｎクラッド層（第二ｎ型半導体層）１２ｂを形成することが可能となり、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
【００６５】
（ｎコンタクト層１２ａ）
ｎコンタクト層１２ａは、テンプレート基板１０ａが備える第一ｎ型半導体層１２ｃと、有機金属化学気相成長装置の成長室内で成長させた第一ｎ型半導体層の再成長層１２ｄとから構成されている。
再成長層１２ｄが形成されている場合は、第一ｎ型半導体層１２ｃと再成長層１２ｄは、同一の材料からなることが好ましい。また、本実施形態においては、図４に示すように、第一ｎ型半導体層１２ｃには、ｎ型電極１７を設けるための露出面２０ａが形成されている。この露出面２０ａの形成箇所は第一ｎ型半導体層１２ｃに限られず、再成長層１２ｄに形成されていてもよい。
【００６６】
再成長層１２ｄの膜厚は、０μｍ〜５μｍであることが好ましく、０．２μｍ〜３μｍであることがより好ましい。再成長層１２ｄの膜厚が０．２μｍ〜３μｍであると、有機金属化学気相成長装置の成長室内でｎコンタクト層１２ａの成長を再開することによるｎコンタクト層１２ａの結晶性への影響を少なくすることができ、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
【００６７】
ここで、再成長層１２ｄの膜厚が５μｍを超えると、有機金属化学気相成長装置の成長室内にドーパントや堆積物が多く残される。そのため、ｐ型半導体層１４を形成する際に第二有機金属化学気相成長装置を用いると、それら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。また、再成長層１２ｄの成長時間が長くなり、生産性が低下する。
本実施形態においては、再成長層１２ｄが設けられていることにより、ｎクラッド層１２ｂの結晶性は、より一層良好なものとなる。また、それによりインジウム濃度の高い発光層１３（井戸層１３ｂ）であっても高い結晶性で形成され、かつ、顕著な凹凸やピット（孔）の発生を防ぐことができる。
【００６８】
本発明の半導体発光素子５１によれば、少なくとも第一ｎ型半導体層１２ｃの再成長層１２ｄが設けられていることにより、発光層１３は高い結晶性で形成される。それにより、井戸層１３ｂの顕著な凹凸やピット（孔）の発生と、それに伴う半導体発光素子１の不良を防ぐことができる。井戸層１３ｂの膜厚が不均一に形成されていることにより、内部量子効率の向上と、半導体発光素子１の発光出力の向上を実現することができる。
【００６９】
〔半導体発光素子の製造方法〕
本発明に係る半導体発光素子の製造方法では、半導体発光素子用テンプレート基板の製造と、その後の積層半導体層の形成を含む半導体発光素子の製造とを成長装置を変えて連続して行ってもよいし、予め半導体発光素子用テンプレート基板を製造しておきしばらく保管した後、半導体発光素子の製造を行ったり、製造された半導体発光素子用テンプレート基板を取得して半導体発光素子の製造を行ってもよい。
【００７０】
以下、半導体発光素子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、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００７１】
（第１実施形態）
図３に示す半導体発光素子４１の製造方法は、まず、図１に示す半導体発光素子用テンプレート基板１を準備し、次いで、図５に示す積層半導体層２０を形成する。積層半導体層２０の形成は、まず、半導体発光素子用テンプレート基板１の犠牲膜２３を有機金属化学気相成長装置内で加熱により除去する工程と、その後、犠牲膜２３が除去されたテンプレート基板１ａ上に、下地層２２の再成長層２２ａ、第一ｎ型半導体層１２ａ、第二ｎ型半導体層１２ｂ、発光層１３およびｐ型半導体層１４を順次積層する工程と、から概略構成されている。
【００７２】
＜半導体発光素子用テンプレート基板の製造工程＞
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を形成する。
【００７３】
（下地層２２形成工程）
次いで、バッファ層２１上に下地層２２を第一ＭＯＣＶＤ装置内で積層する。なお、本発明では、一例として、サファイア等からなる基板１１上に、ＲＦスパッタリング法を用いてＡｌＮからなるバッファ層２１を形成し、さらに第一ＭＯＣＶＤ装置の成長室内で当該基板上に下地層２２を順次積層してもよい。
【００７４】
下地層２２は０．１μｍ以上の膜厚で形成することが好ましく、０．５μｍ以上とすることがより好ましく、１μｍ以上とすることが最も好ましい。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、半導体発光素子の小型化や、形成時間の短縮の観点により、下地層２２の膜厚は１０μｍ以下とすることが好ましい。
また、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ことが望ましい。
【００７５】
（犠牲層２３形成工程）
次いで、下地層２２上に犠牲層２３を第一ＭＯＣＶＤ装置内で積層して半導体発光素子用テンプレート基板１を製造する。犠牲層２３をＩｎ系化合物半導体又はＺｎ系化合物半導体とするときはＭＯＣＶＤ法およびＭＢＥ法のどちらでもよい。生産性の観点からＭＯＣＶＤを用いて行うのが好ましい。金属とするときは物理的気相成長（ＰＶＤ）法を用いて行うのが好ましい。
犠牲層２３は後に加熱により除去して清浄な下地層を露出させ、その下地層の上に半導体層を積層するので、犠牲層２３は除去後に下地層の平坦性を実質的に回復できないような材料であってはならない。
【００７６】
犠牲層２３の膜厚は、3〜100nmであることが好ましい。3ｎｍ以下では、保護膜としての機能が十分でなく、また、100ｎｍ以上では、下地層の結晶性に悪影響がでてしまうからである。
【００７７】
＜積層半導体層２０形成工程＞
積層半導体層２０形成工程は、第二ＭＯＣＶＤ装置（第二有機金属化学気相成長装置）において、半導体発光素子用テンプレート基板１から犠牲層２３を除去する工程と、露出された下地層２２上に下地層２２の再成長層２２ａを形成する工程と、ｎ型半導体層１２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。
【００７８】
（犠牲層２３除去工程）
まず、半導体発光素子用テンプレート基板１を第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内に設置する。次いで、犠牲層２３を加熱により半導体発光素子用テンプレート基板１から除去する。このように犠牲層２３を除去することによって、清浄な下地層２２を露出して、清浄な下地層２２上に半導体層を積層することが可能となる。
【００７９】
加熱は７００℃〜１０００℃の温度で行うのが好ましい。７００℃以下では、犠牲層の昇華が不十分だからであり、１０００℃以上では、下地層２２の表面状態が悪化してしまうためだからである。
また、加熱の際に、窒素を導入して、窒素及びアンモニアを導入して、又は、水素及びアンモニアを導入して行ってもよい。その際の圧力は２０〜１００ｋＰａが好ましい。除去速度は窒素、窒素及びアンモニアよりも水素及びアンモニアの方が高い。
【００８０】
（再成長層２２ａ形成工程）
次いで、ＭＯＣＶＤ法によって露出された下地層２２上に、下地層２２の再成長層２２ａを形成する。このように、下地層２２上に再成長層２２ａを形成することにより、第二有機金属化学気相成長装置の成長室内で下地層２２の成長を再開することによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。また、再成長層２２ａを形成することにより、下地層２２（再成長層２２ａ）表面の平坦性を向上させることができる。そのため、再成長層２２ａ上に結晶性の高いｎコンタクト層１２ａを形成することが可能となり、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
【００８１】
また、本実施形態においては、再成長層２２ａを形成する前に、下地層２２までの各層の形成された基板１１に、窒素とアンモニアを含む雰囲気中で５００℃〜１０００℃の熱処理（サーマルクリーニング）を行うことが好ましい。この熱処理（サーマルクリーニング）を上記の犠牲膜除去のための加熱工程に引き続いて行ってもよいし、犠牲膜除去のための加熱工程を兼ねて行ってもよい。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再成長層２２ａが分解されて結晶性の悪化を招くため好ましくない。また、このときの第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力は１５〜１００ｋＰａとすることが好ましい。
【００８２】
このような条件で熱処理を行うことにより、半導体発光素子用テンプレート基板１が大気中に取り出されることにより、犠牲膜により保護されていない面が汚染されていたとしても、再成長層２２ａを形成する前にその汚染物質を除去することができる。これにより、再成長層２２ａの結晶性を向上させることができる。そのため、再成長層２２ａ上に形成されるｎコンタクト層１２ａの結晶性がより一層良好なものとなる。
【００８３】
また、下地層２２形成工程における下地層２２の成長条件と、再成長層２２ａの成長条件は同一とすることが好ましい。すなわち、再成長層２２ａを成長させる際の基板温度は７００℃〜１２００℃とすることが好ましい。再成長層２２ａ形成の際の基板温度をこの範囲内とすることにより、結晶性の高い再成長層２２ａを形成することができる。
【００８４】
また、再成長層２２ａは、０．２μｍ〜５μｍの膜厚で形成することが好ましい。再成長層２２ａをこの範囲内の膜厚で形成することにより、第二有機金属化学気相成長装置の成長室内で下地層２２の成長を再開することによる、下地層２２の結晶性への影響を少なくすることができる。そのため、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
【００８５】
（ｎコンタクト層１２ａ積層工程）
次いで前記下地層２２を有する基板上に、ｎコンタクト層１２ａを積層する。
ｎコンタクト層１２ａを成長させる際には、水素雰囲気で、基板１１の温度を１０００℃〜１２００℃の範囲とすることが好ましい。
また、ｎコンタクト層１２ａ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い。
【００８６】
（ｎクラッド層１２ｂ形成工程）
次いで、ｎコンタクト層１２ａ上にｎクラッド層１２ｂを形成する。なお、下地層の再成長層２２ａを形成しない場合は、ｎコンタクト層１２ａを形成する前に、熱処理（サーマルクリーニング）を行うことが好ましい。また、超格子構造のｎクラッド層１２ｂを形成する工程では、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２０層〜８０層繰返し積層する工程とすることができる。ｎ側第一層および／またはｎ側第二層は、Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなるものであることが好ましい。
【００８７】
（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。
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の成長させる際の基板温度は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。
【００８８】
（ｐ型半導体層１４形成工程）
次いで、ｐ型半導体層１４を形成する。ｐ型半導体層１４の形成は、発光層１３上に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。
【００８９】
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ｎ型半導体層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。
【００９０】
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、下地層２２上に犠牲層２３を備えた半導体発光素子用テンプレート基板を成長基板として用い、積層半導体層を形成する前に、その犠牲層２３を除去して清浄な下地層２２の表面を露出させてから、積層半導体層を形成するので、下地層２２の成長面と積層半導体層との間に異物等が混入する恐れがない。そのため、下地層２２への異物等混入、および異物等混入による下地層２２の結晶性低下を防ぐことができる。したがって、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、結晶性の高い下地層２２を形成することができ、それにより、下地層２２上に結晶性の高いｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４を形成することができる。これにより、半導体発光素子の発光出力や信頼性を向上させることが可能となる。
【００９１】
（第２実施形態）
図４に示す半導体発光素子５１の製造方法は、まず、図２で示す半導体発光素子用テンプレート基板１０を準備し、次いで、図６に示す積層半導体層３０を形成する。積層半導体層３０の形成は、まず、半導体発光素子用テンプレート基板１０の犠牲膜３３を有機金属化学気相成長装置内で加熱により除去する工程と、その後、犠牲膜３３が除去されたテンプレート基板１０ａ上に、第一ｎ型半導体層１２ａの再成長層１２ｄ、第二ｎ型半導体層１２ｂ、発光層１３およびｐ型半導体層１４を順次積層する工程と、から概略構成されている。
【００９２】
以下、第１実施形態の半導体発光素子の製造方法と異なる構成について詳細に説明する。
【００９３】
＜半導体発光素子用テンプレート基板の製造工程＞
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、下地層２２を形成する。
【００９４】
（第一ｎ型半導体層１２ｃ形成工程）
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ｎ型半導体層１２ｃを積層する。このとき、第一ｎ型半導体層１２ｃの膜厚は０．５μｍ〜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。
【００９５】
また、第一ｎ型半導体層１２ｃを成長させる際には、水素雰囲気で、基板１１の温度を９００℃〜１２００℃の範囲とすることが好ましい。
また、第一ｎ型半導体層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。キャリアガスは窒素ガスのみ、もしく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。
【００９６】
（犠牲層３３形成工程）
次いで、第一ｎ型半導体層１２ｃ上に犠牲層３３を第一ＭＯＣＶＤ装置内で積層して半導体発光素子用テンプレート基板１０を製造する。犠牲層２３をＩｎ系化合物半導体又はＺｎ系化合物半導体とするときはＭＯＣＶＤ法およびＭＢＥ法のどちらでもよい。生産性の観点からＭＯＣＶＤを用いて行うのが好ましい。金属とするときは物理的気相成長（ＰＶＤ）法を用いて行うのが好ましい。
犠牲層３３は後に加熱により除去して清浄な第一ｎ型半導体層１２ｃを露出させ、その第一ｎ型半導体層１２ｃの上に半導体層を積層するので、犠牲層３３は除去後に下地層の平坦性を回復できないような材料は望ましくない。
【００９７】
犠牲層３３の膜厚は、3〜100nmであることが好ましい。3ｎｍ以下では、保護膜としての機能が十分でなく、また、100ｎｍ以上では、第一ｎ型半導体層１２ｃの結晶性に悪影響がでてしまうからである。
【００９８】
＜積層半導体層３０形成工程＞
積層半導体層３０形成工程は、第二ＭＯＣＶＤ装置（第二有機金属化学気相成長装置）において、半導体発光素子用テンプレート基板１０から犠牲層３３を除去する工程と、露出された第一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、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。
【００９９】
（犠牲層３３除去工程）
まず、半導体発光素子用テンプレート基板１０を第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内に設置する。次いで、犠牲層３３を加熱により半導体発光素子用テンプレート基板１０から除去する。このように犠牲層３３を除去することによって、清浄な第一ｎ型半導体層１２ｃを露出して、清浄な第一ｎ型半導体層１２ｃ上に半導体層を積層することが可能となる。
【０１００】
加熱は７００℃〜１０００℃の温度で行うのが好ましい。７００℃以下では、犠牲層の昇華が不十分だからであり、１０００℃以上では、下地層２２の表面状態が悪化してしまうためだからである。
また、加熱の際に、窒素、窒素及びアンモニアを導入して、又は、水素及びアンモニアを導入して行ってもよい。その際の圧力は２０〜１００ｋＰａが好ましい。除去速度は窒素、窒素及びアンモニアよりも水素及びアンモニアの方が高い。
【０１０１】
（再成長層１２ｄ形成工程）
まず、第一ｎ型半導体層１２ｃまでの各層の形成された基板１１を第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室内に設置する。この後、ＭＯＣＶＤ法によって第一ｎ型半導体層１２ｃ上に、ｎコンタクト層１２ａの再成長層１２ｄを形成することが好ましいが、本実施形態においては再成長層１２ｄを形成せずに、第一ｎ型半導体層１２ｃ上にｎクラッド層１２ｂ（第二ｎ型半導体層）を形成してもかまわない。
【０１０２】
本実施形態においては、再成長層１２ｄを形成する前に、第一ｎ型半導体層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。この熱処理（サーマルクリーニング）を上記の犠牲膜除去のための加熱工程に引き続いて行ってもよいし、犠牲膜除去のための加熱工程を兼ねて行ってもよい。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ｎ型半導体層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。
【０１０３】
このような熱処理を行った場合、半導体発光素子用テンプレート基板１が大気中に取り出されることにより、犠牲膜により保護されていない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。
【０１０４】
また、本実施形態においては、第一ｎ型半導体層１２ｃの成長条件と、再成長層１２ｄの成長条件を同一とすることが好ましい。
本実施形態においては、第一ＭＯＣＶＤ装置においてｎコンタクト層１２ａを形成している途中の段階で犠牲層を積層して製造した半導体発光素子用テンプレート基板１を用いて、第二ＭＯＣＶＤ装置の成長室で犠牲層を除去してｎコンタクト層１２ａの成長を再開する。ここで、第一ｎ型半導体層１２ｃの成長条件と、再成長層１２ｄの成長条件を同一とすることにより、成長室の移動によるｎコンタクト層１２ａの結晶性への影響を少なくすることができる。そのため、第一ｎ型半導体層１２ｃと再成長層１２ｄとからなるｎコンタクト層１２ａの結晶性が良好なものとなる。
【０１０５】
このような条件で再成長層１２ｄを形成することにより、再成長層１２ｄ上にｎクラッド層１２ｂを高い結晶性で形成することができる。また、それによりインジウム濃度の高い発光層１３（井戸層１３ｂ）であっても高い結晶性で形成することができ、かつ、顕著な凹凸やピット（孔）の発生を防ぐことができる。
【０１０６】
ｎクラッド層１２ｂ形成工程以降は第１実施形態と同様に行うことができる。
【０１０７】
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、第一ｎ型半導体層１２ｃ上に犠牲層３３を備えた半導体発光素子用テンプレート基板を成長基板として用い、積層半導体層を形成する前に、その犠牲層３３を除去して清浄な第一ｎ型半導体層１２ｃの表面を露出させてから積層半導体層を形成するので、第一ｎ型半導体層１２ｃの成長面と積層半導体層との間に異物等が混入する恐れがない。そのため、第一ｎ型半導体層１２ｃへの異物等混入、および異物等混入による第一ｎ型半導体層１２ｃの結晶性低下を防ぐことができる。したがって、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、結晶性の高い第一ｎ型半導体層１２ｃを形成することができ、それにより、第一ｎ型半導体層１２ｃ上に結晶性の高いｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４を形成することができる。これにより、半導体発光素子の発光出力や信頼性を向上させることが可能となる。
【０１０８】
＜ランプ＞
本実施形態のランプは、本発明の半導体発光素子４１又は５１を備えるものであり、上記の半導体発光素子４１又は５１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。
【０１０９】
図７は、図３に示した半導体発光素子４１又は図４に示した半導体発光素子５１を備えるランプの一例を示した断面模式図である。図７に示すランプ３は、砲弾型のものであり、半導体発光素子４１又は図４に示した半導体発光素子５１が用いられている。図７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７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。
【０１１０】
本実施形態のランプ３は、上記の半導体発光素子４１又は５１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。
【０１１１】
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】
【０１１２】
以下に、本発明の半導体発光素子用テンプレート基板、半導体発光素子、及び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、本発明はこの実施例にのみ限定されるものではない。
【０１１３】
（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用テンプレート基板１を製造した。
実施例１の半導体発光素子用テンプレート基板１では、ＭＯＣＶＤ炉の成長室内において、ＡｌＮからなるバッファ層２１を予め形成したサファイア基板１１上に、厚さ６μｍのアンドープＧａＮからなる下地層２２を形成した。このとき、下地層２２の形成の際の基板温度は１１００℃とした。なお、バッファ層２１付きサファイア基板１１は、国際公開番号WO/2009/154215号公報に記載の方法に準じて、サファイア基板の一面に湾曲したお椀状（半球状）の凸部を設け、その加工基板上にスパッタ法によりＡｌＮからなるバッファ層２１を形成したものである。次に、下地層２２上に、ＭＯＣＶＤ法により厚さ１０ｎｍのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる犠牲層２３を形成して、半導体発光素子用テンプレート基板１０を製造した。
【０１１４】
（実施例２）
以下に示す方法により、図２に示す半導体発光素子用テンプレート基板１０を製造した。
実施例５の半導体発光素子用テンプレート基板１０では、ＡｌＮからなるバッファ層２１を予め形成したサファイア基板１１上に、厚さ６μｍのアンドープＧａＮからなる下地層２２を形成した。このとき、下地層２２の形成の際の基板温度は１１００℃とした。なお、バッファ層２１付きサファイア基板１１は、国際公開番号WO/2009/154215号公報に記載の方法に準じて、サファイア基板の一面に湾曲したお椀状（半球状）の凸部を設け、その加工基板上にスパッタ法によりＡｌＮからなるバッファ層２１を形成したものである。次に、下地層２２上に、下地層２２上に厚さ３μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなる第一ｎ型半導体層１２ｃを形成し、その第一ｎ型半導体層１２ｃの上に、厚さ１０ｎｍのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる犠牲層３３を形成して、半導体発光素子用テンプレート基板１０を製造した。
【０１１５】
（実施例３）
以下に示す方法により、図３に示す半導体発光素子４１を製造した。
実施例３の半導体発光素子４１では、実施例１の半導体発光素子用テンプレート基板１を１時間大気中に放置した後、ＭＯＣＶＤ炉の成長室内に準備し、まず、半導体発光素子用テンプレート基板１を１０００℃で６００秒保持して犠牲膜２３を除去した。
【０１１６】
次に、露出した下地層２２上に厚さ３μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなるｎコンタクト層１２ａを形成した。ｎコンタクト層１２ａのＳｉ不純物濃度は、５×１０１８／ｃｍ３程度とした。また、ｎコンタクト層１２ａ形成の際の基板温度は１０８０℃、成長室内の圧力は４０ｋＰａとした。
次に、ｎコンタクト層１２ａ上に、厚さ８０ｎｍの超格子構造からなるｎクラッド層１２ｂを形成した。さらに、ｎクラッド層１２ｂ上に障壁層１３ａおよび井戸層１３ｂを５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を形成した。
【０１１７】
その後、発光層１３上に厚さ２０ｎｍのＭｇドープ単層Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐクラッド層１４ａ、厚さ１７０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮからなるｐコンタクト層１４ｂを順に積層した。ｐコンタクト層１４ｂはｐコンタクト下層と、ｐコンタクト上層とが積層してなり、ｐコンタクト下層にＭｇが５×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有され、ｐコンタクト上層にＭｇが２×１０２０／ｃｍ３程度の濃度とした。次いで、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、実施例９の半導体発光素子４１を得た。
【０１１８】
このようにして得られた実施例３の半導体発光素子４１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．１Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２２ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．５μＡであった。
【０１１９】
（実施例４）
実施例３と比較して、犠牲層２３を除去して露出した下地層２２上に、再成長層２２ａを形成した点が異なる。このとき、再成長層２２ａは以下に示す成長条件で成長させた。
【０１２０】
「再成長層２２ａの成長条件」
下地層２２上に膜厚０．２μｍの再成長層２２ａを形成した。このとき、基板温度は１２００℃とした。
【０１２１】
このようにして得られた実施例４の半導体発光素子４１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．０Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２４ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．２μＡであった。
【０１２２】
（実施例５）
実施例３と比較して、半導体発光素子用テンプレート基板１を大気中に放置した時間が７２時間であった点が異なる。
【０１２３】
このようにして得られた実施例５の半導体発光素子４１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．１Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２２ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．５μＡであった。
【０１２４】
（実施例６）
実施例４と比較して、半導体発光素子用テンプレート基板１を大気中に放置した時間が７２時間であった点が異なる。
【０１２５】
このようにして得られた実施例６の半導体発光素子４１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．０Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２４ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．１μＡであった。
【０１２６】
（実施例７）
以下に示す方法により、図４に示す半導体発光素子５１を製造した。
実施例７の半導体発光素子５１では、実施例２の半導体発光素子用テンプレート基板１０を１時間大気中に放置した後、ＭＯＣＶＤ炉の成長室内に準備し、まず、半導体発光素子用テンプレート基板１０を１０００℃で６００秒保持して犠牲膜３３を除去した。
【０１２７】
次に、露出したＳｉドープｎ型ＧａＮからなるｎコンタクト層（第一ｎ型半導体層）１２ｃ上に厚さ２μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなるｎコンタクト層１２ａを形成した。ｎコンタクト層１２ａのＳｉ不純物濃度は、５×１０１８／ｃｍ３程度とした。また、ｎコンタクト層１２ａ形成の際の基板温度は１０８０℃、成長室内の圧力は４０ｋＰａとした。
次に、ｎコンタクト層１２ａ上に、厚さ８０ｎｍの超格子構造からなるｎクラッド層１２ｂを形成した。さらに、ｎクラッド層１２ｂ上に障壁層１３ａおよび井戸層１３ｂを５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を形成した。
【０１２８】
その後、発光層１３上に厚さ２０ｎｍのＭｇドープ単層Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐクラッド層１４ａ、厚さ１７０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮからなるｐコンタクト層１４ｂを順に積層した。ｐコンタクト層１４ｂはｐコンタクト下層と、ｐコンタクト上層とが積層してなり、ｐコンタクト下層にＭｇが５×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有され、ｐコンタクト上層にＭｇが２×１０２０／ｃｍ３程度の濃度とした。次いで、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、実施例７の半導体発光素子５１を得た。
【０１２９】
このようにして得られた実施例７の半導体発光素子５１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．０Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２３ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．３μＡであった。
【０１３０】
（実施例８）
実施例７と比較して、犠牲層２３を除去して露出したｎコンタクト層（第一ｎ型半導体層）１２ｃ上に、再成長層１２ｄを形成した点が異なる。このとき、再成長層１２ｄは以下に示す成長条件で成長させた。
【０１３１】
「再成長層１２ｄの成長条件」
ｎコンタクト層（第一ｎ型半導体層）１２ｃ上に膜厚１μｍの再成長層１２ｄａを形成した。このとき、基板温度は１１００℃とした。
【０１３２】
このようにして得られた実施例８の半導体発光素子５１の特性は、順方向電圧Ｖf＝２．８Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２４ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．１μＡであった。
【０１３３】
（実施例９）
実施例７と比較して、半導体発光素子用テンプレート基板１０を大気中に放置した時間が７２時間であった点が異なる。
【０１３４】
このようにして得られた実施例９の半導体発光素子５１の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．０Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２２ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．５μＡであった。
【０１３５】
（実施例１０）
実施例９と比較して、半導体発光素子用テンプレート基板１０を大気中に放置した時間が７２時間であった点が異なる。
【０１３６】
このようにして得られた実施例１０の半導体発光素子５１の特性は、順方向電圧Ｖf＝２．９Ｖ、発光出力Ｐｏ＝２３ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝０．３μＡであった。
【０１３７】
（比較例１）
半導体発光素子用テンプレート基板１を用いずに、第一ＭＯＣＶＤ炉で一貫成長させ、また、再成長層２２ａを形成しなかった以外は実施例１０と同様な操作を行い、半導体発光素子を得た。得られた半導体発光素子の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．４Ｖ、発光出力Ｐｏ＝１５ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝５．０μＡであった。
【０１３８】
（比較例２）
半導体発光素子用テンプレート基板１０を用いずに、第一ＭＯＣＶＤ炉で一貫成長させ、また、再成長層１２ｄを形成しなかった以外は実施例１２と同様な操作を行い、半導体発光素子を得た。得られた半導体発光素子の特性は、順方向電圧Ｖf＝３．４Ｖ、発光出力Ｐｏ＝１５ｍＷ、逆方向電流IR（＠２０Ｖ）＝５．０μＡであった。
【０１３９】
実施例３〜実施例１０、比較例１〜比較例２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。
なお、実施例及び比較例の半導体発光素子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における発光出力を測定したものである。また、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。
【０１４０】
【表１】
【符号の説明】
【０１４１】
１…半導体発光素子用テンプレート基板、３…ランプ、１０…半導体発光素子用テンプレート基板、１１…基板、１２…ｎ型半導体層、１２ａ…ｎコンタクト層（第一ｎ型半導体層）、１２ｄ…再成長層、１２ｂ…ｎクラッド層、１３…発光層、１４…ｐ型半導体層、２２…下地層、２２ａ…再成長層、２３…犠牲層、３３…犠牲層、４１…半導体発光素子、５１…半導体発光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、下地層と、加熱により除去可能な犠牲層とを順に備えたことを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項２】
基板上に、下地層と、第一ｎ型半導体層と、加熱により除去可能な犠牲層とを順に備えたことを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項３】
前記犠牲層が化合物半導体又は金属からなることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項４】
前記犠牲層が、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢＩｎＧａＮ、ＢＩｎＮ、ＢＡｌＩｎＮ、及びＢＡｌＧａＩｎＮの群から選択された一つからなることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項５】
前記犠牲層が、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＣｄＳ、及びＺｎＭｇＳＳｅの群から選択された一つからなることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項６】
前記犠牲層が、Ｋ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃａ、及びＩｎの群から選択された一つからなることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項７】
前記犠牲層の膜厚が、３〜１００nmであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体発光素子用テンプレート基板の犠牲層を除去した下地層の上に、該下地層の再成長層と、第一ｎ型半導体層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが順次積層されてなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
請求項２に記載の半導体発光素子用テンプレート基板の犠牲層を除去した第一ｎ型半導体層の上に、該第一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型半導体層とが順次積層されてなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項８又は９のいずれかに記載の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１１】
請求項１０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１２】
請求項１１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１３】
基板上に、下地層と、加熱により除去可能な犠牲層とが順次積層されてなる半導体発光素子用テンプレート基板の前記犠牲層を加熱により除去する工程と、
その後、第一ｎ型半導体層、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する工程と、を有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１４】
前記犠牲層を加熱により除去する工程の後、前記第一ｎ型半導体層を積層する前に、前記下地層の再成長層を積層することを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
基板上に、下地層と、第一ｎ型半導体層と、加熱により除去可能な犠牲層とが順次積層されてなる半導体発光素子用テンプレート基板の前記犠牲層を加熱により除去する工程と、
その後、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する工程と、を有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１６】
前記犠牲層を加熱により除去する工程の後、前記第二ｎ型半導体層を積層する前に、前記第一ｎ型半導体層の再成長層を積層することを特徴とする請求項１５に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記犠牲層を加熱により除去する工程を、７００℃〜１０００℃の温度で行うことを特徴とする請求項１３から１６のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記犠牲層を加熱により除去する工程を、窒素及びアンモニアを導入して行うことを特徴とする請求項１３から１７のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記犠牲層を加熱により除去する工程を、さらにアンモニアを導入して行うことを特徴とする請求項１８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記犠牲層を加熱により除去する工程を、水素及びアンモニアを導入して行うことを特徴とする請求項１３から１７のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１】
基板上に、下地層と、加熱により除去可能な犠牲層とを順に備えたことを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項２】
基板上に、下地層と、第一ｎ型半導体層と、加熱により除去可能な犠牲層とを順に備えたことを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項３】
前記犠牲層が化合物半導体又は金属からなることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項４】
前記犠牲層が、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢＩｎＧａＮ、ＢＩｎＮ、ＢＡｌＩｎＮ、及びＢＡｌＧａＩｎＮの群から選択された一つからなることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項５】
前記犠牲層が、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＣｄＳ、及びＺｎＭｇＳＳｅの群から選択された一つからなることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項６】
前記犠牲層が、Ｋ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃａ、及びＩｎの群から選択された一つからなることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項７】
前記犠牲層の膜厚が、３〜１００nmであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体発光素子用テンプレート基板の犠牲層を除去した下地層の上に、該下地層の再成長層と、第一ｎ型半導体層と第二ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが順次積層されてなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
請求項２に記載の半導体発光素子用テンプレート基板の犠牲層を除去した第一ｎ型半導体層の上に、該第一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型半導体層とが順次積層されてなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項８又は９のいずれかに記載の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１１】
請求項１０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１２】
請求項１１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１３】
基板上に、下地層と、加熱により除去可能な犠牲層とが順次積層されてなる半導体発光素子用テンプレート基板の前記犠牲層を加熱により除去する工程と、
その後、第一ｎ型半導体層、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する工程と、を有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１４】
前記犠牲層を加熱により除去する工程の後、前記第一ｎ型半導体層を積層する前に、前記下地層の再成長層を積層することを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
基板上に、下地層と、第一ｎ型半導体層と、加熱により除去可能な犠牲層とが順次積層されてなる半導体発光素子用テンプレート基板の前記犠牲層を加熱により除去する工程と、
その後、第二ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次積層する工程と、を有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１６】
前記犠牲層を加熱により除去する工程の後、前記第二ｎ型半導体層を積層する前に、前記第一ｎ型半導体層の再成長層を積層することを特徴とする請求項１５に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記犠牲層を加熱により除去する工程を、７００℃〜１０００℃の温度で行うことを特徴とする請求項１３から１６のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記犠牲層を加熱により除去する工程を、窒素及びアンモニアを導入して行うことを特徴とする請求項１３から１７のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記犠牲層を加熱により除去する工程を、さらにアンモニアを導入して行うことを特徴とする請求項１８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記犠牲層を加熱により除去する工程を、水素及びアンモニアを導入して行うことを特徴とする請求項１３から１７のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１４６７３６（Ｐ２０１２−１４６７３６Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１２４（Ｐ２０１１−２１２４）
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【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２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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