半導体素子の製造方法
【課題】広い範囲で制御された組成比を有し、結晶性に優れる化合物半導体の膜を用いた半導体素子を製造する方法を提供する。
【解決手段】基板１１０上にｎ型半導体およびｐ型半導体を含むように積層して構成された半導体素子の製造方法であって、異なるＩＩＩ族元素による少なくとも２つのターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）を、Ｖ族元素を含むガスによりスパッタリングして、基板１１０上にＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体の膜を形成する工程を含む。
【解決手段】基板１１０上にｎ型半導体およびｐ型半導体を含むように積層して構成された半導体素子の製造方法であって、異なるＩＩＩ族元素による少なくとも２つのターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）を、Ｖ族元素を含むガスによりスパッタリングして、基板１１０上にＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体の膜を形成する工程を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、なかでも、Ｖ族元素として窒素（Ｎ）を含有する窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）を用いた半導体素子は、青色発光の発光素子のみならず、高周波素子、大電流素子、受光素子、太陽電池などとしても研究が進められている。
とくに、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮの少なくとも二つを含む化合物半導体は、含まれるガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）などの濃度を変化させることにより、バンドギャップを広い範囲で制御できる。
【０００３】
このような化合物半導体の膜の成長は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、分子線結晶成長（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ハイドライド系気相成長（ＨＶＰＥ：Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などの方法によって行われる。
しかし、ＭＯＣＶＤ法では、形成された膜の結晶性は、基板の格子定数と膜の格子定数との関係において決定されるため、格子定数のずれ（格子不整合）が小さいほど、結晶性に優れた膜となり、格子不整合が大きいほど、結晶性に劣る膜となる。よって、例えばガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）の濃度を任意に設定した窒化膜の形成ができにくかった。
さらに、ＭＯＣＶＤ法では、例えば１０００℃などの温度に基板を設定することが必要であるため、高温で析出しやすいＩｎの濃度を高くすることが困難であった。
【０００４】
これに対し、スパッタリング（スパッタ）法は、運動エネルギーを持った粒子（原子、分子）などを基板に衝突させる方法であるため、必ずしも基板の温度を高く設定することを要しない。
特許文献１には、光学研磨したサファイアＣ面基板または光学研磨したガラスに金属を蒸着した導電性基板を用い、金属アルミニウム、金属ガリウム、金属インジウムの少なくとも一つをターゲットとし、該ターゲットと前記基板との間に直流バイアスを印加し、窒素ガスを含有した雰囲気中で高周波スパッタリング法により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）またはＩｎＮをバッファ層として前記基板上に堆積させ、次に前記バッファ層上に該バッファ層と同一組成であるＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）またはＩｎＮをエピタキシャル成長させる化合物半導体の成長方法が記載されている。
特許文献２には、ＧａやＧａ−Ｉｎなどの低融点材料のターゲットを用い、反応性スパッタを行うに際して、ターゲット表面の温度を融点以上に上昇させ、溶融させることにより、形成すべき化合物膜の成長レートを向上させるとともに、膜中に含まれる窒素の量を増加させ、膜質を改善した化合物膜の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１７３８２９号公報
【特許文献２】特開２００５−２７２８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、基板上に結晶性に優れた任意の組成比の化合物半導体の膜を形成することができることが好ましい。特に、Ｉｎを含む化合物半導体の膜においては、高いＩｎ濃度を有する化合物半導体の膜が形成できることが好ましい。
しかし、特許文献１では、ＩｎＮの膜の形成が示されているのみであり、特許文献２では、Ｇａをターゲットに用いたＧａＮの膜およびＧａ−７５％Ｉｎのターゲットを用いたＩｎＧａＮの膜の形成が示されているのみである。
バンドギャップを広い範囲で制御するためには、Ｉｎの組成比がより広い範囲の膜が形成できることが好ましい。
本発明は、広い範囲で制御された組成比を有し、結晶性に優れる化合物半導体の膜を用いた半導体素子を製造する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的のもと、本発明が適用される半導体素子の製造方法は、基板上にｎ型半導体およびｐ型半導体を含むように積層して構成された半導体素子の製造方法であって、異なるＩＩＩ族元素による少なくとも１つは液体状で、他は固体である２以上のターゲットを、Ｖ族元素を含むガスにより、２以上のターゲットのうち液体状であるターゲットのＩＩＩ族元素に基づく組成比に対応させてガスの圧力またはガスの流量を設定してスパッタリングし、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体の膜を基板上に形成する工程を含むことを特徴とすることができる。なお、液体状とは、ターゲットの全体が液体である場合の他、表面が液体である場合、さらに表面に液体の部分と固体の部分が混在する状態である場合を含む。また、液体の部分の粘度は低くても高くてもよい。
この化合物半導体は、２以上のターゲットのそれぞれに供給されるスパッタリング電力により化合物半導体の組成比が設定されることを特徴とすることができる。
そして、半導体素子の基板は、２以上のターゲットのそれぞれに対向する位置に交互に設置されることにより、化合物半導体の膜が形成されることを特徴とすることができる。
さらに、ガスの圧力またはガスの流量は、２以上のターゲットのうち液体状であるターゲットに基づく組成比に対して正の傾きを有する関係式で設定されることを特徴とすることができる。
また、ＩＩＩ族元素は、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とであって、Ｖ族元素は、窒素（Ｎ）であって、化合物半導体は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）であることを特徴とすることができる。
そしてまた、化合物半導体のインジウム（Ｉｎ）の組成比ｘは、インジウム（Ｉｎ）のターゲットに供給されるスパッタリング電力Ｐ１とガリウム（Ｇａ）のターゲットに供給されるスパッタリング電力Ｐ２とから、
ｘ＝１．２１×Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）
により設定されることを特徴とすることができる。この関係は、０．１５＜ｘ＜０．８５の範囲で実験的に直線的な関係として求められたもので、０．１５＜ｘ＜０．８５を特徴とすることができる。
また、ガスの圧力は、１Ｐａ以上且つ１０Ｐａ以下であることを特徴とすることができる。
さらに、ガスの流量は、６０ｓｃｃｍ以上且つ５００ｓｃｃｍ以下であることを特徴とすることができる。
そして、ガスに含まれる窒素（Ｎ）ガスの割合は、８０％以上であることを特徴とすることができる。
さらにまた、２以上のターゲットの間に、２以上のターゲットのいずれかのターゲットから飛来する粒子が他のターゲットに付着するのを抑制する遮蔽部材を備えることを特徴とすることができる。
さらに加えて、基板は、サファイア、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、石英または非晶質固体（ガラス）のいずれかであることを特徴とすることができる。
半導体素子は、半導体発光素子または半導体受光素子であることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、広い範囲で制御された組成比を有し、結晶性に優れる化合物半導体の膜を用いた半導体素子が製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態が適用される半導体素子の製造方法に用いられるスパッタリング（スパッタ）装置の一例の断面構成を示す図である。
【図２】図１に示すスパッタリング装置のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】スパッタリング装置における基板ホルダの表面図である。
【図４】スパッタリング装置を用いて製造される半導体素子の一例としての半導体発光素子の断面構造を示している。
【図５】基板上に下地層を形成する方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】実施例１、４、６、７および比較例１、５のＸ線回折における回折ピークを示す図である。
【図７】実施例１〜７におけるＩｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））とスパッタリング電力比Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））との関係を示す図である。
【図８】膜における液体状のターゲットに基づく組成と、ガス圧またはガスの流量との関係を説明する図である。
【図９】Ｉｎターゲットを用いて成膜した比較例２〜４のＸ線回折おける回折ピークを示す図である。
【図１０】実施例１〜７および比較例１、２、比較例５において、Ｇａ濃度（１−ｘ）とガス圧（Ｐａ）との関係を示す図である。
【図１１】実施例１〜７および比較例１〜５において、Ｇａ濃度（１−ｘ）とＮ２ガスの流量（Ｎ２流量（ｓｃｃｍ））との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される半導体素子の製造方法に用いられるスパッタリング（スパッタ）装置１の一例の断面構成を示す図である。また、図２は、図１に示すスパッタリング装置１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
このスパッタリング装置１は、基板１１０と、基板１１０上に成膜される膜の原料となるターゲット（第１ターゲット２１、第２ターゲット２２）とが対向して配置された平行平板型の構成を有している。なお、本実施の形態では、ターゲットを２個設けたマルチターゲットとしたが、さらに多数のターゲットを備えていてもよい。また、スパッタリング装置１は、平行平板型に限らず、多角形筒型の基板ホルダを用い、垂直な回転軸の周りを回転しながら膜形成を行うカルーセル型であってもよい。
【００１１】
スパッタリング装置１は、内部が減圧状態に維持されてプラズマ放電が形成されるチャンバ１０と、チャンバ１０内に設置され、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２を保持する第１カソード５１および第２カソード５２と、基板１１０を保持し基板１１０が第１ターゲット２１または第２ターゲット２２に対向するように基板１１０を回転させる基板ホルダ６０とを備えている。
これらのうち、チャンバ１０は、円筒状の形状を有し上方に向かう開口が形成されるとともにその内部に第１ターゲット２１、第２ターゲット２２を収容する収容部１１と、円板状の形状を有しこの収容部１１の上部に取り付けられ、基板ホルダ６０を保持する蓋部１２とを備えている。
なお、本実施の形態では、第１ターゲット２１は固体であるが、第２ターゲット２２は液体状である。液体状とは、第２ターゲット２２の全体が液体になっている場合、第２ターゲット２２の表面が液体になっている場合、または第２ターゲット２２の表面に液体の部分と固体の部分が混在する状態の場合を含む。また、液体の部分の粘度は低くても高くてもよい。
【００１２】
ここで、収容部１１および蓋部１２は、ステンレス等の金属にて構成されている。また、蓋部１２は、収容部１１に対して開閉自在に取り付けられており、収容部１１に対して閉じられた場合には、収容部１１とともにチャンバ１０を形成する。なお収容部１１と蓋部１２とが対向する部位には、図示しないＯリング等のシール材が取り付けられている。
なお、収容部１１および蓋部１２は接地されて、電位の基準となっている。
【００１３】
また、蓋部１２の中央部には、基板ホルダ６０の回転軸６４を貫通させるための貫通孔が形成されている。そして、この貫通孔と基板ホルダ６０の回転軸６４との間には、基板ホルダ６０を、外気の流入なく回転自在に保持するためのＯリング等による軸シール６３が設けられている。基板ホルダ６０は回転軸６４を中心に矢印Ａで示す方向に回転するようになっている。
さらに、蓋部１２の中央部から偏倚した位置には、外部に設けられたガス供給部７０からチャンバ１０内部にガスを供給するための貫通孔が形成されている。
【００１４】
一方、収容部１１の底面には、チャンバ１０を排気するため、排気管１４が貫通形成されている。また、排気管１４には、排気速度を調節するため排気速度調整弁８１が設けられている。
そして、収容部１１の底面には、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２を取り付けるための貫通孔が設けられている。第１ターゲット２１および第２ターゲット２２は、それぞれが第１カソード５１および第２カソード５２にそれぞれ設けられたターゲットホルダ（不図示）に固定されている。また、ターゲットホルダと収容部１１とは、電気的に絶縁されるとともに、減圧状態が維持できるようＯリング等によるシール材を介して固定されている。
また、収容部１１から延伸して第１ターゲット２１および第２ターゲット２２の周辺部を覆うシールド部材１５が設けられている。シールド部材１５は、収容部１１の電位に保持され、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の周辺部にプラズマ放電が生じ、ターゲット以外（収容部１１やターゲットホルダ）の構成材が膜に混入するのを抑制している。なお、シールド部材１５は、収容部１１と一体となっている必要はなく、別の部材から構成されていてもよい。
さらに、収容部１１の側面には、外部から反応室内部を観察するための貫通孔（図示せず）も形成されている。
【００１５】
基板ホルダ６０は、膜を形成する面が図１において下側になるように基板１１０を搭載できるようになっている。
【００１６】
第１カソード５１および第２カソード５２は、高周波（ＲＦ）スパッタリングの場合には、高周波電力がターゲットに効率よく供給されるように、ターゲットホルダに接続されたコイルおよび可変コンデンサ等からなるインピーダンスマッチング回路を備えている。そして、インピーダンスマッチング回路に電力が供給されるようになっている。一方、直流（ＤＣ）スパッタリングの場合には、第１カソード５１および第２カソード５２のターゲットホルダに直接電力が供給されるようになっている。
また、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の近傍に磁界を発生させることにより電子をマグネトロン運動させて高密度なプラズマ放電を形成するマグネトロン方式の場合には、第１カソード５１または／および第２カソード５２に永久磁石（マグネット）のモジュールが設けられていてもよい。
【００１７】
そして、スパッタリング装置１は、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２のそれぞれに電力を供給する第１電源９１および第２電源９２を備えている。また、スパッタリング装置１は、基板ホルダ６０に電力を供給する第３電源９３を備えている。第３電源９３は、基板１１０表面にイオン衝撃を与える逆スパッタリング（逆スパッタ）を可能にする。
前述したように、高周波スパッタリングの場合には、これらの電源（第１電源９１、第２電源９２、第３電源９３）に高周波電源を用いることになる。一方、直流スパッタリングの場合には、これらの電源（第１電源９１、第２電源９２、第３電源９３）に直流電源を用いることになる。なお、第１電源９１を高周波電源とし、第２電源９２を直流電源とするように、高周波電源と直流電源とを混在して用いてもよい。これらは形成する膜に応じて選択すればよい。
前述したように、スパッタリング装置１の収容部１１および蓋部１２は接地されている。よって、収容部１１および蓋部１２と各電源（第１電源９１、第２電源９２、第３電源９３）との間に、高周波または直流の電圧が印加される。
【００１８】
また、スパッタリング装置１は、基板ホルダ６０を回転軸６４の周りで回転させるための基板ホルダ回転部６２を備えている。基板ホルダ回転部６２はモータ等で構成されており、回転速度を調整することができるようになっている。
さらに、スパッタリング装置１は、基板１１０の温度を制御する基板加熱／冷却部６１を備えている。基板加熱／冷却部６１は、中空状の基板ホルダ６０の内部に、水等の冷媒を循環させて基板１１０を冷却するようになっている。また、基板加熱／冷却部６１は、基板ホルダ６０と蓋部１２との間に設けられたハロゲンランプ等のヒータ６５により、基板ホルダ６０を加熱し、基板ホルダ６０を介して基板１１０を加熱するようになっている。
【００１９】
そして、スパッタリング装置１は、供給管１３からガスをチャンバ１０に供給するガス供給部７０を備えている。本実施の形態では、ガス供給部７０は、Ａｒ源７１から供給されるアルゴンと、Ｎ２源７２から供給されるＶ族元素の一例としての窒素との混合ガスを供給するようになっている。なお、アルゴンは不活性ガスであるため、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の材料とは化合物を生成しないが、窒素はターゲット（第１ターゲット２１および／または第２ターゲット２２）の材料と反応して窒化物を生成する。なお、窒化物はプラズマ内で生成し、窒化物が粒子として基板１１０の表面に飛来し、付着すると考えられる。
窒化物等の化合物を生成させるスパッタリングは反応性スパッタリング（リアクティブスパッタリング）と呼ばれる。
【００２０】
さらにまた、スパッタリング装置１は、第１ターゲット２１の表面を覆う位置（後述する図２のＢ）と覆わない位置（後述する図２のＣ）とに移動できるように設けられた第１シャッタ４１を備えている。同様に、第２ターゲット２２に対して第２シャッタ４２を備えている。
そして、スパッタリング装置１は、第１シャッタ駆動部４３および第２シャッタ駆動部４４を備えている。第１シャッタ駆動部４３および第２シャッタ駆動部４４は、それぞれ第１シャッタ４１および第２シャッタ４２を第１ターゲット２１および第２ターゲット２２の表面を覆う位置（Ｂ）から覆わない位置（Ｃ）へ、また覆わない位置（Ｃ）から覆う位置（Ｂ）へと移動させる。
また、スパッタリング装置１は、第１ターゲット２１と第２ターゲット２２との間に、遮蔽部材の一例としての遮蔽板４５を備えている。遮蔽板４５は、第１ターゲット２１に第２ターゲット２２からスパッタされた（飛び出した）粒子（原子、分子）が付着するのを抑制するようになっている。同様に、第２ターゲット２２に第１ターゲット２１からスパッタされた（飛び出した）粒子（原子、分子）が付着するのを抑制するようになっている。
なお、第１シャッタ４１または第２シャッタ４２を遮蔽部材として、第１ターゲット２１によりスパッタリングをしている間、第２シャッタ４２を閉じて第２ターゲット２２に第１ターゲット２１からスパッタされた粒子が付着するのを抑制し、第２ターゲット２２によりスパッタリングをしている間、第１シャッタ４１を閉じて第１ターゲット２１に第２ターゲット２２からスパッタされた粒子が付着するのを抑制してもよい。このときは、遮蔽板４５を設けなくともよい。
【００２１】
スパッタリング装置１は、第１ターゲット加熱／冷却部５３および第２ターゲット加熱／冷却部５４を備え、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２の温度を、第１カソード５１および第２カソード５２内の水等の冷媒循環またはヒータ加熱により、個別に設定することができるようになっている。
そして、スパッタリング装置１は、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、オイル拡散ポンプなどの真空ポンプを有する排気部８０を備え、排気管１４を介してチャンバ１０の排気を行うことができるようになっている。
【００２２】
そして、スパッタリング装置１は、上述した第１シャッタ駆動部４３、第２シャッタ駆動部４４、第１ターゲット加熱／冷却部５３、第２ターゲット加熱／冷却部５４、基板加熱／冷却部６１、基板ホルダ回転部６２、ガス供給部７０、排気部８０、第１電源９１、第２電源９２および第３電源９３の動作を制御する制御部９５を備えている。
【００２３】
本実施の形態では、排気速度調整弁８１による排気部８０の排気速度の制御とガス供給部７０のガス供給量の制御とにより、チャンバ１０内が予め定められたガス圧（ガスの圧力）に設定されるようになっている。
【００２４】
図２は、図１に示すスパッタリング装置１のＩＩ−ＩＩ断面図であって、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）を取り付けた状態における収容部１１の底面を見た図である。そして、シャッタ（第１シャッタ４１および第２シャッタ４２）が、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の表面を覆わない位置Ｃ（シャッタ開の状態）に移動した状態を示している。シャッタ（第１シャッタ４１および第２シャッタ４２）はターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の表面を覆う位置Ｂ（シャッタ閉の状態）から覆わない位置Ｃ（シャッタ開の状態）へ、また覆わない位置Ｃ（シャッタ開の状態）から覆う位置Ｂ（シャッタ閉の状態）へと軸Ｄを中心に矢印Ｅ方向に移動することができるようになっている。
なお、シャッタ（第１シャッタ４１および第２シャッタ４２）は、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）部分に発生したプラズマ放電が安定するまで、基板１１０に膜が形成されないようにターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）と基板１１０とを隔てる役割を有している。
ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の周囲は、収容部１１の底面に接続され、収容部１１の底面から設けられたシールド部材１５に覆われている。
【００２５】
図３は、スパッタリング装置１における基板ホルダ６０の表面図である。図３では、基板ホルダ６０を、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）から見上げた状態で示している。本実施の形態では、基板ホルダ６０は、円板状の形状を有し、その外周に近い位置に８枚の基板１１０を保持できるようになっている。しかし、保持する基板１１０の枚数や位置は適宜変更してよい。そして、基板ホルダ６０は、回転軸６４を中心にして、回転するようになっている。
基板１１０上に均一な膜を形成するためには、基板１１０の中心が、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の中心を通過するように、基板１１０とターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）との位置関係を設定することが好ましい。また、基板１１０上に均一な膜を形成するためには、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の直径が、基板１１０の直径より大きいことが好ましい。
なお、本実施の形態では、基板ホルダ６０は、矢印Ａの方向に回転する。さらに、基板１１０が自転する機構を設けて、基板１１０が遊星回転するようにしてもよい。
【００２６】
図４は、スパッタリング装置１を用いて製造される半導体素子の一例としての半導体発光素子ＬＣの断面構造を示している。この半導体発光素子ＬＣは化合物半導体を用いている。
なお、半導体発光素子ＬＣを構成する化合物半導体としては、特に限定されるものではなく、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ−ＩＶ族化合物半導体等が挙げられる。本実施の形態では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が好ましく、中でも、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体が好ましい。そして、以下では、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体を有する半導体発光素子ＬＣを例として説明する。なお、例として図４に示す半導体発光素子ＬＣは、青色光を出力する半導体発光素子ＬＣである。
【００２７】
この半導体発光素子ＬＣは、基板１１０と、基板１１０上に形成された下地層１３０と、下地層１３０上に形成されたｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に形成された発光層１５０と、発光層１５０上に形成されたｐ型半導体層１６０とを備えている。
ここで、ｎ型半導体層１４０は、下地層１３０側に設けられるｎ型コンタクト層１４０ａと発光層１５０側に設けられるｎ型クラッド層１４０ｂとを有している。また、発光層１５０は、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとが交互に積層され、２つの障壁層１５０ａによって１つの井戸層１５０ｂを挟み込んだ構造を有している。さらに、ｐ型半導体層１６０は、発光層１５０側に設けられるｐ型クラッド層１６０ａと最上層に設けられるｐ型コンタクト層１６０ｂとを有する。なお、以下の説明においては、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と称する。
【００２８】
半導体発光素子ＬＣにおいては、ｐ型半導体層１６０のｐ型コンタクト層１６０ｂ上に透明正極１７０が積層され、さらにその上に正極ボンディングパッド１８０が形成されている。さらに、ｎ型半導体層１４０のｎ型コンタクト層１４０ａに形成された露出領域１４０ｃに負極ボンディングパッド１９０が積層されている。
【００２９】
（基板１１０）
基板１１０は、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体とは異なる材料から構成され、基板１１０上にＩＩＩ族窒化物化合物半導体結晶がエピタキシャル成長される。基板１１０を構成する材料としては、例えば、サファイア、炭化珪素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、シリコン、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、溶融石英（石英）などの非晶質固体（ガラス）等が挙げられる。これらの中でも、サファイア、炭化珪素が好ましい。
【００３０】
（下地層１３０）
下地層１３０に用いる材料としては、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物（ＧａＮ系化合物半導体）が用いられ、特に、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）（ＩｎＧａＮ系化合物半導体）を好適に用いることができる。下地層１３０の膜厚は０．１μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。
【００３１】
（ｎ型半導体層１４０）
ｎ型半導体層１４０は、ｎ型コンタクト層１４０ａおよびｎ型クラッド層１４０ｂから構成される。
ここで、ｎ型コンタクト層１４０ａとしては、下地層１３０と同様にＩｎＧａＮ系化合物半導体が用いられる。また、下地層１３０およびｎ型コンタクト層１４０ａを構成するＩｎＧａＮ系化合物半導体は同一組成であることが好ましく、これらの合計の膜厚を０．１μｍ〜２０μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１５μｍ、さらに好ましくは１μｍ〜１２μｍの範囲に設定することが好ましい。
【００３２】
一方、ｎ型クラッド層１４０ｂは、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ等によって形成することが可能である。また、これらの構造をヘテロ接合したものや複数回積層した超格子構造を採用してもよい。ｎ型クラッド層１４０ｂとしてＩｎＧａＮ系化合物半導体を採用した場合には、そのバンドギャップを、発光層１５０のＩｎＧａＮ系化合物半導体のバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。ｎ型クラッド層１４０ｂの膜厚は、好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。
【００３３】
（発光層１５０）
発光層１５０は、ＧａＮ系化合物半導体からなる障壁層１５０ａと、ＩｎＧａＮ系化合物半導体からなる井戸層１５０ｂとが交互に繰り返して積層され、且つ、ｎ型半導体層１４０側及びｐ型半導体層１６０側にそれぞれ障壁層１５０ａが配される順で積層して形成される。本実施の形態において、発光層１５０は、６層の障壁層１５０ａと５層の井戸層１５０ｂとが交互に繰り返して積層され、発光層１５０の最上層及び最下層に障壁層１５０ａが配され、各障壁層１５０ａ間に井戸層１５０ｂが配される構成となっている。
【００３４】
井戸層１５０ｂには、ＩｎＧａＮ系化合物半導体として、例えば、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）等を用いることができる。
また、障壁層１５０ａとしては、井戸層１５０ｂよりもバンドギャップエネルギーが大きいＡｌｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ≦０．３）等のＧａＮ系化合物半導体を好適に用いることができる。
井戸層１５０ｂの膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚であることが好ましい。
【００３５】
（ｐ型半導体層１６０）
ｐ型半導体層１６０は、ｐ型クラッド層１６０ａおよびｐ型コンタクト層１６０ｂから構成される。ｐ型クラッド層１６０ａとしては、好ましくは、ＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４）のものが挙げられる。ｐ型クラッド層１６０ａの膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜４００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
一方、ｐ型コンタクト層１６０ｂとしては、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５）を含んでなるＧａＮ系化合物半導体層が挙げられる。ｐ型コンタクト層１６０ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００３６】
（透明正極１７０）
透明正極１７０を構成する材料としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３）等の従来公知の材料が挙げられる。また、透明正極１７０の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。透明正極１７０は、ｐ型半導体層１６０上のほぼ全面を覆うように形成しても良く、格子状や樹形状に形成しても良い。
【００３７】
（正極ボンディングパッド１８０）
透明正極１７０上に形成される電極としての正極ボンディングパッド１８０は、例えば、従来公知のＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ等の材料から構成される。正極ボンディングパッド１８０の構造は特に限定されず、公知の構造を採用することができる。
正極ボンディングパッド１８０の厚さは、例えば１００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であり、好ましくは３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内である。
【００３８】
（負極ボンディングパッド１９０）
負極ボンディングパッド１９０は、基板１１０上に成膜された下地層１３０の上にさらに成膜された積層半導体層１００（ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０）において、ｎ型半導体層１４０のｎ型コンタクト層１４０ａに接するように形成される。このため、負極ボンディングパッド１９０を形成する際は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を除去し、ｎ型コンタクト層１４０ａの露出領域１４０ｃを形成し、この上に負極ボンディングパッド１９０を形成する。
負極ボンディングパッド１９０の材料としては、正極ボンディングパッド１８０と同じ組成・構造でもよく、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
【００３９】
（半導体発光素子ＬＣの製造方法）
まず、予め定められた直径と厚さとを有するサファイア製の基板１１０を、図１に示すスパッタリング装置１にセットする。そして、スパッタリング装置１にて、基板１１０上に、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる下地層１３０を形成する。
続いて、下地層１３０が形成された基板１１０上に、図示しないＭＯＣＶＤ装置により、ｎ型コンタクト層１４０ａを形成し、ｎ型コンタクト層１４０ａの上にｎ型クラッド層１４０ｂを形成する。さらに、ｎ型クラッド層１４０ｂの上に発光層１５０すなわち障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとを交互に形成し、発光層１５０の上にｐ型クラッド層１６０ａを形成し、ｐ型クラッド層１６０ａの上にｐ型コンタクト層１６０ｂを形成する。
さらに、ｐ型コンタクト層１６０ｂ上に透明正極１７０を積層し、その上に正極ボンディングパッド１８０を形成する。また、エッチング等を用いてｎ型コンタクト層１４０ａに露出領域１４０ｃを形成し、この露出領域１４０ｃに負極ボンディングパッド１９０を設ける。
その後、基板１１０の下地層１３０の形成面とは反対の面を、予め定められた厚さになるまで研削及び研磨する。
そして、基板１１０の厚さが調整されたウェハを、例えば３５０μｍ角の正方形に切断することにより、半導体発光素子ＬＣを得る。
なお、サファイア製の基板１１０を用いた半導体発光素子ＬＣにおいては、サファイア製の基板１１０と下地層１３０との間に、格子定数の違いを緩和するためにＡｌＮやＡｌＧａＮの中間層が設けられることがある。しかし、本実施の形態では、結晶性に優れた下地層１３０が基板１１０上に直接形成できることから、中間層を設けていない。
【００４０】
では、上述した半導体発光素子ＬＣの製造方法におけるスパッタリング装置１の動作について説明する。
（スパッタリング装置１の動作）
図５は、基板１１０上に下地層１３０を形成する方法を説明するためのフローチャートである。以下では、図１を参照しつつ、図５に示す基板１１０上に下地層１３０を形成するためのフローチャートを説明する。
まず、第１ターゲット２１として板状のＩＩＩ族元素の一例としての金属インジウム（Ｉｎ）が第１カソード５１のターゲットホルダに取り付けられ、第２ターゲット２２として板状のＩＩＩ族元素の一例としての金属ガリウム（Ｇａ）が第２カソード５２のターゲットホルダに取り付けられる。金属ガリウム（Ｇａ）は、融点が２９．８℃であるので、スパッタリング中の温度上昇により溶融しやすい。そこで、溶融による流出を抑制するため、銅（Ｃｕ）などで造られたシャーレ状の容器に入れて第２カソード５２のターゲットホルダに設置するのが好ましい。
【００４１】
そして、予め定められた直径と厚さとを有するサファイア製の８枚の基板１１０を、スパッタリング装置１の蓋部１２を開けて、基板ホルダ６０上に設置する（ステップ２０１）。このとき、下地層１３０を形成する面が基板ホルダ６０の外側を向くように設置する。なお、サファイア製の基板１１０としては、例えば、表面がサファイア結晶のＣ面に対して０．３５°のオフセット角を設けたものを使用しうる。
その後、蓋部１２を閉じて、収容部１１と蓋部１２とを密着させる。
そして、排気部８０により、スパッタリング装置１のチャンバ１０が予め定められた真空度になるまで排気される。
【００４２】
基板ホルダ回転部６２により基板ホルダ６０の回転が開始される。すると、基板ホルダ６０が図１に示す矢印Ａ方向に回転する。回転速度は、例えば５ｒｐｍ以上である。
第１ターゲット加熱／冷却部５３および第２ターゲット加熱／冷却部５４により、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２がそれぞれ予め定められた温度に設定される（ステップ２０２）。第１ターゲット２１と第２ターゲット２２とは異なる温度に設定されてもよい。ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の温度としては、例えば、２０℃、４０℃等が用いうる。金属ガリウム（Ｇａ）の第２ターゲット２２は、２０℃とすれば、固体状態が保たれるが、４０℃とすれば、液体状態になっている。
さらに、基板加熱／冷却部６１により、基板１１０の温度が予め定められた温度に設定される（ステップ２０３）。基板１１０の温度は、形成される化合物半導体（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１））の組成によって設定する。基板１１０の温度については後述する。
【００４３】
なお、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）および基板１１０の温度は、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の近傍および基板ホルダ６０に取り付けられた熱電対などの温度計測手段によって計測され、それぞれの温度が第１ターゲット加熱／冷却部５３、第２ターゲット加熱／冷却部５４、基板加熱／冷却部６１によって、予め定められた温度範囲に制御される。
【００４４】
ガス供給部７０により、予め定められた流量の窒素がチャンバ１０に供給される。そして、排気速度調整弁８１により排気速度を調整して、チャンバ１０内が予め定められたガス圧に調整される。
次に、基板１１０表面の吸着ガスや汚れ等を除去するため、第３電源９３により基板ホルダ６０に高周波電力が供給され、予め定められた時間、基板ホルダ６０上の基板１１０の表面がスパッタリング（逆スパッタリング）される（ステップ２０４）。
なお、逆スパッタリングにおいては、基板１１０表面が荒れるのを抑制するため、質量の大きなアルゴンを混合せず、窒素のみで行うのが好ましい。
【００４５】
ついで、ガス供給部７０により、予め定められた流量のアルゴンと窒素とがチャンバ１０に供給される。そして、排気速度調整弁８１により排気速度を調整して、チャンバ１０内が予め定められたガス圧に調整される。例えば、アルゴンの流量を２ｓｃｃｍ、窒素の流量を６０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍとすることができる。窒素の流量は上記の逆スパッタリングの時と同じでなくともよい。なお、窒素は、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体を形成するための反応ガスなので、０％とすることはできないが、１００％としてもよい。
そして、第１シャッタ４１および第２シャッタ４２を共にシャッタ閉の状態で、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２のそれぞれに第１電源９１および第２電源９２から予め定められた高周波電力または直流電力を供給して、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２の表面近傍にプラズマ放電を発生させる。
プラズマ放電が安定したところで、第１シャッタ４１および第２シャッタ４２をシャッタ開の位置に移動させて、基板１１０表面に下地層１３０を形成する（ステップ２０５）。
【００４６】
本実施の形態では、回転する基板ホルダ６０上の基板１１０は、第１ターゲット２１と第２ターゲット２２とに対向する位置を交互に通過する。したがって、第１ターゲット２１から飛来した粒子と第２ターゲット２２から飛来した粒子とが交互に積層されていき、これらの粒子が混合した膜が形成される。そして、第１ターゲット２１から飛来する粒子と第２ターゲット２２から飛来する粒子との割合はそれぞれのターゲットに供給される電力により調整することができるようになっている。すなわち、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体の膜の組成比（例えば、後述するＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）のＩｎ濃度（ｘ）およびＧａ濃度（１−ｘ））が、第１ターゲット２１に供給される第１スパッタリング電力Ｐ１（後述する図６参照）と第２ターゲット２２に供給される第２スパッタリング電力Ｐ２（後述する図６参照）とによって決められる。
【００４７】
そして、予め定められた膜厚の下地層１３０が形成されたら、第１シャッタ４１および第２シャッタ４２をそれぞれシャッタ閉の位置に移動させて、膜の形成を終了する。下地層１３０の膜厚は、予め行なった膜形成における膜厚と形成時間との関係から、膜形成時間（シャッタ開からシャッタ閉までの時間）により制御すればよい。
この後、プラズマ放電を停止するとともに、チャンバ１０からガスを排気する。次に、基板１１０の温度およびターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の温度が、チャンバ１０内を大気圧に戻してよい状態になるまで待つ。そして、ガス供給部７０により窒素をチャンバ１０内に供給する等により大気圧に戻し、蓋部１２を開けて、下地層１３０が形成された基板１１０を取り出す。
以上のようにして、スパッタリング装置１により、基板１１０上にＩＩＩ族窒化物である下地層１３０が形成される。
そして、前述した半導体発光素子ＬＣの製造方法を経て、図４に示す半導体発光素子ＬＣが製造される。
【００４８】
なお、上述した半導体発光素子ＬＣの製造方法では、スパッタリング装置１を用いて基板１１０上に下地層１３０の形成を行っている。これに引き続く、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０、ｐ型半導体層１６０についても、スパッタリング装置１を用いて、上述したと同様の手順により形成することができる。
一方、本発明では、前述したスパッタリング装置１を用いて製造される半導体素子の他の一例として、半導体受光素子（太陽電池（図示しない））を挙げることができる。そして、半導体受光素子では、一例として化合物半導体を用いることができる。
なお、半導体受光素子を構成する化合物半導体としては、特に限定されるものではなく、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ−ＩＶ族化合物半導体等が挙げられる。本実施の形態では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が好ましく、中でも、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体が好ましい。そして、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体を有する半導体受光素子の例としては、特開２００８−２３５８７８号公報に記載された断面構造や平面図（例えば図１〜図４）を採用することができる。
また、半導体受光素子の製造方法でも、予め定められた直径と厚さとを有する基板１１０（例えば、サファイア）を、図１に示すスパッタリング装置１にセットする。そして、スパッタリング装置１にて、基板１１０上に、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる膜を形成する。このようなＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる膜としては、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）であることを特徴とすることができる。
このように、半導体受光素子の製造方法においても、前述の半導体発光素子ＬＣの製造方法で述べた方法を好ましく採用することができる。
【実施例】
【００４９】
では次に、本発明の実施例について説明を行うが、本発明は実施例に限定されない。
本発明者は、図１に示すスパッタリング装置１を用いて、図５に示すフローチャートによって、サファイア製の基板１１０上にＩＩＩ族窒化物化合物半導体の膜（下地層１３０）の形成を行った。そして、膜の結晶性および膜の組成について検討を行った。なお、膜の結晶性は、ＣｕのＫα線（ＣｕＫα）（波長０．１５４１８ｎｍ）を用いたＸ線回折（ＸＤ：Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）および透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で評価し、膜の組成比（Ｉｎ濃度（ｘ）およびＧａ濃度（１−ｘ））は、Ｘ線回折による回折ピークが現れる位置（回折角（２θ））から求めた。
なお、Ｉｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））を組成比ｘと表記することがある。
【００５０】
（実施例１〜７、比較例１、２）
表１は、実施例１〜７および比較例１〜５における各種製造条件と評価結果との関係を示す図である。なお、表１では、Ｉｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））が高いものから順に並べたので、比較例４と比較例５との間に、実施例１〜７が示されている。
なお、サファイア製の基板１１０は直径２インチ（約５０ｍｍ）のものを、ＩｎターゲットおよびＧａターゲットはそれぞれ直径４インチ（約１００ｍｍ）のものを用いた。
【００５１】
ここで、図６には、製造条件として、Ｉｎターゲット（第１ターゲット２１）に供給される第１スパッタリング電力Ｐ１、Ｇａターゲット（第２ターゲット２２）に供給される第２スパッタリング電力Ｐ２、基板１１０の温度（基板温度（℃））、Ｎ２ガスおよびＡｒガスのそれぞれのガス流量（ｓｃｃｍ）、膜形成時間（分）を記載している。また、評価結果として、Ｘ線回折（ＸＤ）における回折ピークの角度（２θ）およびＸ線回折データより求めた組成比（ここでは、Ｉｎ濃度（ｘ）およびＧａ濃度（１−ｘ）を表記している。）を示している。
【００５２】
【表１】
【００５３】
実施例１〜７では、Ｉｎターゲット（第１ターゲット２１）に供給される第１スパッタリング電力Ｐ１とＧａターゲット（第２ターゲット２２）に供給される第２スパッタリング電力Ｐ２との比率を異ならせて膜の形成を行った。基板ホルダ６０の回転速度は５ｒｐｍとした。
比較例１〜４は、Ｉｎターゲットのみを用いて成膜した。ここでは、基板ホルダ６０の回転を停止し、基板１１０をＩｎターゲットに対向させて膜の形成を行った。
なお、比較例１では、ガス圧を２Ｐａとしたが、比較例２〜４では、ガス圧を１Ｐａとした。そして、比較例２〜４では、Ｎ２ガスの流量をそれぞれ１００ｓｃｃｍ、７５ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍに設定した。
一方、比較例５では、Ｇａターゲットのみを用いて成膜した。この場合も、基板ホルダ６０の回転を停止し、基板１１０をＧａターゲットに対向させて膜の形成を行った。
【００５４】
基板温度は、比較例２〜４、実施例２では、２００℃に、比較例１、実施例１については、３００℃に、実施例３〜７および比較例５については、６００℃に設定した。比較例１〜４および実施例１、２において基板温度を低く抑えているのは、Ｉｎの濃度が高いため、例えば基板温度を６００℃のように高くすると、Ｉｎが析出しやすいためである。しかし、基板温度を室温まで低くすると結晶性の膜は得られない。
実施例１〜７の膜形成時間は１０分または２０分とした。成膜された膜厚は、膜形成時間が１０分で約１０ｎｍ、膜形成時間が２０分で約２０ｎｍである。一方、比較例１〜５では基板ホルダ６０を回転させていないので、成膜時間は５分とした。
なお、Ｇａターゲットの温度は、実施例７の４０℃を除いて、２０℃に設定されている。Ｇａターゲットは、Ｇａは融点が２９．８℃であるので、温度が２０℃のときは固体状態となり、４０℃のときは液体状態である。しかし、膜形成時においては、２０℃に設定しても、スパッタ粒子（Ｎ２など）が衝突することにより、Ｇａターゲットの表面が溶融して液体状になっている。
【００５５】
Ｘ線回折における回折角（２θ）は、比較例１〜４、実施例１〜７、比較例５の順に、Ｉｎ濃度（ｘ）が小さく、Ｇａ濃度（１−ｘ）が大きくなるにしたがい３１．２°から３４．５°へと大きくなっている。
比較例１〜４では、Ｉｎターゲットのみで膜が形成されているので、ＩｎＮの膜が形成されている。比較例１〜４での回折角（２θ）は３１．２°である。この値から、面間隔は０．２９ｎｍと算出される。
ＩｎＮは六方晶系のウルツァイト構造（ａ＝０．５４８ｎｍ、ｃ＝０．５７６ｎｍ）を有している。六方晶系では、ｃ軸の中間にも格子面を有している。そして、前述の面間隔０．２９ｎｍは、ＩｎＮのｃ軸方向の格子間隔（ｃ）の１／２である０．２８８ｎｍにほぼ一致する。すなわち、比較例１のＩｎＮの膜は、ＩｎＮ結晶のｃ軸方向に配向した膜であることになる。
一方、比較例５では、Ｇａターゲットのみで膜が形成されているので、ＧａＮの膜が形成されている。比較例５での２θは３４．５°である。この値から、面間隔は０．２６ｎｍと算出される。そして、この０．２６ｎｍは、ＩｎＮと同様のウルツァイト構造を有するＧａＮ結晶（ａ＝０．３１８６ｎｍ、ｃ＝０．５１７６ｎｍ）のｃ軸方向の格子間隔（ｃ）の１／２である０．２５８８ｎｍに一致する。すなわち、比較例２のＧａＮの膜は、ＧａＮ結晶のｃ軸方向に配向した膜であることになる。
【００５６】
これに対し、表１に示すように、実施例１〜７では、ＩｎターゲットとＧａターゲットとを用いて膜が形成されている。そして、実施例１〜７のそれぞれの膜のＸ線回折における回折ピークの回折角（２θ）は、比較例１〜４のＩｎＮの膜の回折ピークの回折角（２θ）３１．２°と比較例５のＧａＮの膜の回折ピークの回折角（２θ）３４．５°との間にある。よって、実施例１〜７のそれぞれの膜は、Ｉｎ濃度（ｘ）がそれぞれ異なるＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）の膜である。すなわち、ＩｎＮとＧａＮとによる膜が形成されていることになる。そして、これらの膜もｃ軸方向に配向している。
このことは、Ｉｎターゲットに供給される第１スパッタリング電力Ｐ１とＧａターゲット供給される第２スパッタリング電力Ｐ２との比を異ならせて成膜すれば、ｃ軸方向に配向した異なる組成比のＩＩＩ族窒化物化合物半導体の膜が形成できることを示している。
すなわち、第１ターゲット２１（Ｉｎターゲット）と第２ターゲット２２（Ｇａターゲット）とのマルチターゲットにより、基板１１０上に第１ターゲット２１からの粒子（ＩｎＮ）と第２ターゲット２２からの粒子（ＧａＮ）とを交互に堆積し、化合物半導体（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）が形成されている。
また、金属材料（第１ターゲット２１のＩｎと第２ターゲット２２のＧａ）をターゲット材とし、窒素を（スパッタリング）ガスとして膜形成することにより、これらの金属材料の窒化物が形成されることを示している。
【００５７】
なお、ここでは、基板ホルダ６０を回転させて、第１ターゲット２１（Ｉｎターゲット）と第２ターゲット２２（Ｇａターゲット）とからの粒子を基板１１０上に交互に堆積した。しかし、第１ターゲット２１（Ｉｎターゲット）と第２ターゲット２２（Ｇａターゲット）とを基板１１０に近接して配置し、２つのターゲット（ＩｎターゲットおよびＧａターゲット）からの粒子を同時に基板１１０上に堆積（コスパッタリング）してもよい。
【００５８】
図６は、実施例１、４、６、７および比較例１、５のＸ線回折における回折ピークを示す図である。いずれの回折ピークも、半値幅は狭く、実施例１、４、６、７および比較例１、５のそれぞれの膜が、単結晶に近い膜であることを示している。図６に示していないが、実施例２、３、５についても同様であった。
【００５９】
図７は、実施例１〜７におけるＩｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））と、スパッタリング電力比Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）（図７では、Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ）と表記する。）である。以下でも、このように表記する。）との関係を示す図である。図７は、横軸がスパッタリング電力比Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））、縦軸がＩｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））である。
スパッタリング電力比Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））は、Ｉｎターゲットに供給される第１スパッタリング電力Ｐ１およびＧａターゲットに供給される第２スパッタリング電力Ｐ２から求めている。
ＩｎｘＧａ１−ｘＮにおけるＩｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））は、実施例１〜７における回折角（２θ）から求めている。
実施例１〜７のＩｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））とスパッタリング電力比Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））との関係は、０．１５＜ｘ＜０．８５の範囲において、直線で近似できる。そして、この直線は、
ｘ ＝ １．２１×Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））
で表される。
このことから、Ｉｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））は、上記の式に基づいてＩｎターゲットに供給される第１スパッタリング電力Ｐ１とＧａターゲットに供給される第２スパッタリング電力Ｐ２とを調整することにより、任意に設定しうることを示している。
なお、スパッタリング装置１と異なる構成のスパッタリング装置であっても、上記のスパッタリング電力比が同じであれば、同様なＩｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））のＩｎｘＧａ１−ｘＮの膜が形成されうる。
【００６０】
本実施の形態では、固体のターゲット（Ｉｎターゲットである第１ターゲット２１）と液体状のターゲット（Ｇａターゲットである第２ターゲット２２）とを用いて、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）の膜を形成した。
次に、液体状のターゲットを用いたスパッタリングを考察する。
【００６１】
一般に、スパッタリングにより結晶の膜を形成する場合、基板上において、ターゲットから飛び出した粒子（原子、分子を総称して粒子と表示する。）が移動（マイグレーション）して、エネルギー的に安定な位置（結晶を構成する位置）に落ち着くことが求められる。すなわち、マイグレーションしやすいように、ターゲットから飛び出した粒子が大きなエネルギーを持っていることが好ましい。
このため、ターゲットから飛び出した粒子が、ガスにより散乱されてエネルギーを失わないように、ガス圧は低く設定されている。
また、ガス圧を低く設定すると、ガスによる散乱が抑制されて、膜の成長速度も大きくなる。
【００６２】
液体は固体に比べ、原子（分子）間の結合力が低い。このため、スパッタ粒子（ターゲットに衝突してターゲットから粒子を飛び出させるイオン等）のエネルギーが同じである場合、固体のターゲットに比べて、液体状のターゲットの方が、スパッタされやすい。すなわち、液体状のターゲットでは、固体のターゲットと比較して、より多くの粒子が飛び出すことになる。
【００６３】
一方、本実施の形態で示したように、ターゲットの材料（原子、分子）とスパッタリングに使用するガスとを反応させて膜を形成する場合では、ターゲットから飛び出す粒子の量に見合った量のガス、特に反応にあずかるガスを供給することが必要となる。
すなわち、ターゲットから飛び出す粒子の量が多ければ多いほど、反応にあずかるガスの量を増やすことが必要となる。
【００６４】
このため、液体状のターゲットを用いた反応性スパッタリングにおいて良好な膜を形成するためには、スパッタ粒子のエネルギーと反応にあずかるガスの量とを制御することが必要となる。
すなわち、スパッタ粒子のエネルギーが大きすぎると、液体状のターゲットから飛び出す粒子の量が多くなりすぎることになる。このとき、反応にあずかるガスの量が少なすぎると、液体状のターゲットから飛び出す粒子の一部が反応（化合）できなくなってしまう。
スパッタ粒子のエネルギーを小さくするには、ガスの流量を増やして散乱させればよい。また、ガスの流量を増やすことで、液体状のターゲットから飛び出す粒子の量を多くしても、未反応となることが抑制される。
【００６５】
なお、本実施の形態におけるように、組成比（Ｉｎ濃度（ｘ）およびＧａ濃度（１−ｘ））が異なる膜を成膜する場合においては、上記した制御されるスパッタ粒子のエネルギーと反応にあずかるガスの量とは、組成比により異なることになる。
すなわち、膜において、液体状のターゲットからの粒子による組成比（ここではＧａ濃度（１−ｘ））が大きい場合には、スパッタ粒子のエネルギーを小さくするとともに、反応にあずかるガスの量を多くすることが好ましい。
逆に、膜において、液体状のターゲットからの粒子による組成比（ここではＧａ濃度（１−ｘ））が小さい場合には、スパッタ粒子のエネルギーを大きくするとともに、反応にあずかるガスの量を少なくしてもよい。このようにすることで、膜の成膜速度を大きくすることができる。
【００６６】
図８は、膜における液体状のターゲットに基づく組成と、ガス圧またはガスの流量との関係を説明する図である。
液体状のターゲットからの粒子による組成比（ここではＧａ濃度（１−ｘ））が大きくなるにしたがい、好ましいガス圧またはガスの流量は、大きい方向にシフトする。そして、この好ましガス圧またはガスの流量より大きいガス圧またはガスの流量では、ターゲットから飛び出した粒子のマイグレーションが少なく、膜の結晶性が悪くなってしまう。
一方、この好ましガス圧またはガスの流量より小さいガス圧またはガスの流量では、反応が不完全となって、ターゲットから飛び出した粒子（金属）がそのまま取り込まれた状態（金属相が出現した状態）になる。
【００６７】
以上説明したように、液体状のターゲットを用いて結晶の膜を形成するためには、固体のターゲットを用いて結晶の膜を形成する場合と異なるガス圧またはガスの流量の設定が必要となる。
【００６８】
ここで、反応にあずかるガスが不足する場合を説明する。
表２は、液体状のターゲットであるＧａターゲットを用いたＧａＮの膜の形成において、Ｎ２ガスとＡｒガスとの流量比を変化させた場合の金属相の有無を調べた結果である。
Ｎ２ガスの流量比が６０％の場合において、金属が析出した。Ｎ２ガスの流量比が６０％を超える場合（８０％、９０％、１００％）においては、金属相が見られなかった。
【００６９】
【表２】
【００７０】
表３は、固体のターゲットであるＡｌターゲットを用いたＡｌＮの膜の形成において、Ｎ２ガスとＡｒガスの流量比を変化させた場合の金属相の有無を調べた結果である。
Ａｌターゲットの場合には、Ｎ２ガスの流量比が２０％の場合に金属（Ａｌ）が析出した。Ｎ２ガスの流量比が２０％を超える場合（４０％、６０％、８０％、１００％）においては、金属（Ａｌ）の析出が見られない。
すなわち、液体状のターゲットを用いる場合は、固体のターゲットを用いる場合に比べ、Ｎ２ガスの流量比が高くなっている。
【００７１】
【表３】
【００７２】
さらに、反応にあずかるガスが不足する場合として、Ｉｎターゲットを用いた場合を説明する。
図９は、Ｉｎターゲットを用いて成膜した比較例２〜４のＸ線回折おける回折ピークを示す図である。図９（ａ）はＮ２流量が５０ｓｃｃｍ、（ｂ）は７５ｓｃｃｍ、（ｃ）は１００ｓｃｃｍの場合である。
図９（ａ）では、Ｘ線回折の回折ピークにおいて、ＩｎＮからの回折ピーク（回折角（２θ）３１．２°）に加え、金属相のＩｎからの回折ピーク（回折角（２θ）３３°）が見られる。すなわち、反応にあずかるガス（Ｎ２）の流量が５０ｓｃｃｍと小さい場合には、十分な反応が得られず、金属相が出現した状態になる。
【００７３】
図１０は、実施例１〜７および比較例１、２、比較例５において、Ｇａ濃度（１−ｘ）とガス圧（Ｐａ）との関係を示す図である。Ｎ２ガスの流量は１００ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量は２ｓｃｃｍである。
ＩｎｘＧａ１−ｘＮにおいて、ガス圧（Ｐａ）の下限値は、境界線ＩＩａで示す１Ｐａ以上である。これ以上であれば、金属相の出現が見られない。一方、液体状のターゲットであるＧａターゲットによる組成比（Ｇａ濃度（１−ｘ））が大きくなるにしたがい、結晶性が悪くなるガス圧の上限値は大きくなる。すなわち、ガス圧（Ｐａ）の上限値は、境界線Ｉａで示す、２＋８×（１−ｘ）の関係式で近似できる。
このように、ガス圧（Ｐａ）の上限値は１０Ｐａ以下が好ましく、結晶性の点からは３Ｐａ以下がさらに好ましい。
【００７４】
図１１は、実施例１〜７および比較例１〜５において、Ｇａ濃度（１−ｘ）とＮ２ガスの流量（Ｎ２流量（ｓｃｃｍ））との関係を示す図である。
ＩｎｘＧａ１−ｘＮにおいて、Ｎ２流量（ｓｃｃｍ）の下限値は、境界線ＩＩｂで示す６０ｓｃｃｍである。これ以上であれば、金属相の出現がない。一方、液体状のターゲットであるＧａターゲットによる組成比（Ｇａ濃度（１−ｘ））が大きくなるにしたがい、結晶性が悪くなるＮ２流量（ｓｃｃｍ）の上限値は大きくなる。すなわち、Ｎ２流量（ｓｃｃｍ）の上限値は、境界線Ｉｂで示す、１５０＋３５０×（１−ｘ）の関係式で近似できる。
このように、Ｎ２流量（ｓｃｃｍ）の上限値は５００ｓｃｃｍ以下が好ましく、結晶性の点で、３００ｓｃｃｍ以下がさらに好ましい。
【００７５】
なお、ＩｎｘＧａ１−ｘＮにおいて、反応にあずかるガス（Ｎ２ガス）の割合（％）は、表２で示したように、８０％以上が好ましい。
【００７６】
本実施の形態では、半導体素子の一例として、半導体発光素子ＬＣについて主に述べたが、特開２００８−２３５８７８号公報に記載のさまざまなＩｎの組成比（ＩｎｘＧａ１−ｘＮからなる化合物半導体膜において、０＜ｘ＜１の範囲）を有する半導体受光素子も製造することができる。特に、本実施の形態では、インジウム（Ｉｎ）の組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））が、０．７以上を含む範囲においても化合物半導体膜を任意の異種基板上に大面積かつ低コストで形成することができる。
さらに、本発明は電子デバイスに適用することも可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１…スパッタリング装置、１０…チャンバ、１１…収容部、１２…蓋部、１３…供給管、１４…排気管、２１…第１ターゲット、２２…第２ターゲット、４１…第１シャッタ、４２…第２シャッタ、４３…第１シャッタ駆動部、４４…第２シャッタ駆動部、５１…第１カソード、５２…第２カソード、５３…第１ターゲット加熱／冷却部、５４…第２ターゲット加熱／冷却部、６０…基板ホルダ、６１…基板加熱／冷却部、６２…基板ホルダ回転部、６４…回転軸、６５…ヒータ、７０…ガス供給部、７１…Ａｒ源、７２…Ｎ２源、８０…排気部、８１…排気速度調整弁、９１…第１電源、９２…第２電源、９３…第３電源、９５…制御部、１００…積層半導体層、１１０…基板、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１７０…透明正極、１８０…正極ボンディングパッド、１９０…負極ボンディングパッド、ＬＣ…半導体発光素子、Ｐ１…第１スパッタリング電力、Ｐ２…第２スパッタリング電力
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、なかでも、Ｖ族元素として窒素（Ｎ）を含有する窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）を用いた半導体素子は、青色発光の発光素子のみならず、高周波素子、大電流素子、受光素子、太陽電池などとしても研究が進められている。
とくに、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮの少なくとも二つを含む化合物半導体は、含まれるガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）などの濃度を変化させることにより、バンドギャップを広い範囲で制御できる。
【０００３】
このような化合物半導体の膜の成長は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、分子線結晶成長（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ハイドライド系気相成長（ＨＶＰＥ：Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などの方法によって行われる。
しかし、ＭＯＣＶＤ法では、形成された膜の結晶性は、基板の格子定数と膜の格子定数との関係において決定されるため、格子定数のずれ（格子不整合）が小さいほど、結晶性に優れた膜となり、格子不整合が大きいほど、結晶性に劣る膜となる。よって、例えばガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）の濃度を任意に設定した窒化膜の形成ができにくかった。
さらに、ＭＯＣＶＤ法では、例えば１０００℃などの温度に基板を設定することが必要であるため、高温で析出しやすいＩｎの濃度を高くすることが困難であった。
【０００４】
これに対し、スパッタリング（スパッタ）法は、運動エネルギーを持った粒子（原子、分子）などを基板に衝突させる方法であるため、必ずしも基板の温度を高く設定することを要しない。
特許文献１には、光学研磨したサファイアＣ面基板または光学研磨したガラスに金属を蒸着した導電性基板を用い、金属アルミニウム、金属ガリウム、金属インジウムの少なくとも一つをターゲットとし、該ターゲットと前記基板との間に直流バイアスを印加し、窒素ガスを含有した雰囲気中で高周波スパッタリング法により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）またはＩｎＮをバッファ層として前記基板上に堆積させ、次に前記バッファ層上に該バッファ層と同一組成であるＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）またはＩｎＮをエピタキシャル成長させる化合物半導体の成長方法が記載されている。
特許文献２には、ＧａやＧａ−Ｉｎなどの低融点材料のターゲットを用い、反応性スパッタを行うに際して、ターゲット表面の温度を融点以上に上昇させ、溶融させることにより、形成すべき化合物膜の成長レートを向上させるとともに、膜中に含まれる窒素の量を増加させ、膜質を改善した化合物膜の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１７３８２９号公報
【特許文献２】特開２００５−２７２８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、基板上に結晶性に優れた任意の組成比の化合物半導体の膜を形成することができることが好ましい。特に、Ｉｎを含む化合物半導体の膜においては、高いＩｎ濃度を有する化合物半導体の膜が形成できることが好ましい。
しかし、特許文献１では、ＩｎＮの膜の形成が示されているのみであり、特許文献２では、Ｇａをターゲットに用いたＧａＮの膜およびＧａ−７５％Ｉｎのターゲットを用いたＩｎＧａＮの膜の形成が示されているのみである。
バンドギャップを広い範囲で制御するためには、Ｉｎの組成比がより広い範囲の膜が形成できることが好ましい。
本発明は、広い範囲で制御された組成比を有し、結晶性に優れる化合物半導体の膜を用いた半導体素子を製造する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的のもと、本発明が適用される半導体素子の製造方法は、基板上にｎ型半導体およびｐ型半導体を含むように積層して構成された半導体素子の製造方法であって、異なるＩＩＩ族元素による少なくとも１つは液体状で、他は固体である２以上のターゲットを、Ｖ族元素を含むガスにより、２以上のターゲットのうち液体状であるターゲットのＩＩＩ族元素に基づく組成比に対応させてガスの圧力またはガスの流量を設定してスパッタリングし、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体の膜を基板上に形成する工程を含むことを特徴とすることができる。なお、液体状とは、ターゲットの全体が液体である場合の他、表面が液体である場合、さらに表面に液体の部分と固体の部分が混在する状態である場合を含む。また、液体の部分の粘度は低くても高くてもよい。
この化合物半導体は、２以上のターゲットのそれぞれに供給されるスパッタリング電力により化合物半導体の組成比が設定されることを特徴とすることができる。
そして、半導体素子の基板は、２以上のターゲットのそれぞれに対向する位置に交互に設置されることにより、化合物半導体の膜が形成されることを特徴とすることができる。
さらに、ガスの圧力またはガスの流量は、２以上のターゲットのうち液体状であるターゲットに基づく組成比に対して正の傾きを有する関係式で設定されることを特徴とすることができる。
また、ＩＩＩ族元素は、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とであって、Ｖ族元素は、窒素（Ｎ）であって、化合物半導体は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）であることを特徴とすることができる。
そしてまた、化合物半導体のインジウム（Ｉｎ）の組成比ｘは、インジウム（Ｉｎ）のターゲットに供給されるスパッタリング電力Ｐ１とガリウム（Ｇａ）のターゲットに供給されるスパッタリング電力Ｐ２とから、
ｘ＝１．２１×Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）
により設定されることを特徴とすることができる。この関係は、０．１５＜ｘ＜０．８５の範囲で実験的に直線的な関係として求められたもので、０．１５＜ｘ＜０．８５を特徴とすることができる。
また、ガスの圧力は、１Ｐａ以上且つ１０Ｐａ以下であることを特徴とすることができる。
さらに、ガスの流量は、６０ｓｃｃｍ以上且つ５００ｓｃｃｍ以下であることを特徴とすることができる。
そして、ガスに含まれる窒素（Ｎ）ガスの割合は、８０％以上であることを特徴とすることができる。
さらにまた、２以上のターゲットの間に、２以上のターゲットのいずれかのターゲットから飛来する粒子が他のターゲットに付着するのを抑制する遮蔽部材を備えることを特徴とすることができる。
さらに加えて、基板は、サファイア、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、石英または非晶質固体（ガラス）のいずれかであることを特徴とすることができる。
半導体素子は、半導体発光素子または半導体受光素子であることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、広い範囲で制御された組成比を有し、結晶性に優れる化合物半導体の膜を用いた半導体素子が製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態が適用される半導体素子の製造方法に用いられるスパッタリング（スパッタ）装置の一例の断面構成を示す図である。
【図２】図１に示すスパッタリング装置のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】スパッタリング装置における基板ホルダの表面図である。
【図４】スパッタリング装置を用いて製造される半導体素子の一例としての半導体発光素子の断面構造を示している。
【図５】基板上に下地層を形成する方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】実施例１、４、６、７および比較例１、５のＸ線回折における回折ピークを示す図である。
【図７】実施例１〜７におけるＩｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））とスパッタリング電力比Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））との関係を示す図である。
【図８】膜における液体状のターゲットに基づく組成と、ガス圧またはガスの流量との関係を説明する図である。
【図９】Ｉｎターゲットを用いて成膜した比較例２〜４のＸ線回折おける回折ピークを示す図である。
【図１０】実施例１〜７および比較例１、２、比較例５において、Ｇａ濃度（１−ｘ）とガス圧（Ｐａ）との関係を示す図である。
【図１１】実施例１〜７および比較例１〜５において、Ｇａ濃度（１−ｘ）とＮ２ガスの流量（Ｎ２流量（ｓｃｃｍ））との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される半導体素子の製造方法に用いられるスパッタリング（スパッタ）装置１の一例の断面構成を示す図である。また、図２は、図１に示すスパッタリング装置１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
このスパッタリング装置１は、基板１１０と、基板１１０上に成膜される膜の原料となるターゲット（第１ターゲット２１、第２ターゲット２２）とが対向して配置された平行平板型の構成を有している。なお、本実施の形態では、ターゲットを２個設けたマルチターゲットとしたが、さらに多数のターゲットを備えていてもよい。また、スパッタリング装置１は、平行平板型に限らず、多角形筒型の基板ホルダを用い、垂直な回転軸の周りを回転しながら膜形成を行うカルーセル型であってもよい。
【００１１】
スパッタリング装置１は、内部が減圧状態に維持されてプラズマ放電が形成されるチャンバ１０と、チャンバ１０内に設置され、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２を保持する第１カソード５１および第２カソード５２と、基板１１０を保持し基板１１０が第１ターゲット２１または第２ターゲット２２に対向するように基板１１０を回転させる基板ホルダ６０とを備えている。
これらのうち、チャンバ１０は、円筒状の形状を有し上方に向かう開口が形成されるとともにその内部に第１ターゲット２１、第２ターゲット２２を収容する収容部１１と、円板状の形状を有しこの収容部１１の上部に取り付けられ、基板ホルダ６０を保持する蓋部１２とを備えている。
なお、本実施の形態では、第１ターゲット２１は固体であるが、第２ターゲット２２は液体状である。液体状とは、第２ターゲット２２の全体が液体になっている場合、第２ターゲット２２の表面が液体になっている場合、または第２ターゲット２２の表面に液体の部分と固体の部分が混在する状態の場合を含む。また、液体の部分の粘度は低くても高くてもよい。
【００１２】
ここで、収容部１１および蓋部１２は、ステンレス等の金属にて構成されている。また、蓋部１２は、収容部１１に対して開閉自在に取り付けられており、収容部１１に対して閉じられた場合には、収容部１１とともにチャンバ１０を形成する。なお収容部１１と蓋部１２とが対向する部位には、図示しないＯリング等のシール材が取り付けられている。
なお、収容部１１および蓋部１２は接地されて、電位の基準となっている。
【００１３】
また、蓋部１２の中央部には、基板ホルダ６０の回転軸６４を貫通させるための貫通孔が形成されている。そして、この貫通孔と基板ホルダ６０の回転軸６４との間には、基板ホルダ６０を、外気の流入なく回転自在に保持するためのＯリング等による軸シール６３が設けられている。基板ホルダ６０は回転軸６４を中心に矢印Ａで示す方向に回転するようになっている。
さらに、蓋部１２の中央部から偏倚した位置には、外部に設けられたガス供給部７０からチャンバ１０内部にガスを供給するための貫通孔が形成されている。
【００１４】
一方、収容部１１の底面には、チャンバ１０を排気するため、排気管１４が貫通形成されている。また、排気管１４には、排気速度を調節するため排気速度調整弁８１が設けられている。
そして、収容部１１の底面には、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２を取り付けるための貫通孔が設けられている。第１ターゲット２１および第２ターゲット２２は、それぞれが第１カソード５１および第２カソード５２にそれぞれ設けられたターゲットホルダ（不図示）に固定されている。また、ターゲットホルダと収容部１１とは、電気的に絶縁されるとともに、減圧状態が維持できるようＯリング等によるシール材を介して固定されている。
また、収容部１１から延伸して第１ターゲット２１および第２ターゲット２２の周辺部を覆うシールド部材１５が設けられている。シールド部材１５は、収容部１１の電位に保持され、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の周辺部にプラズマ放電が生じ、ターゲット以外（収容部１１やターゲットホルダ）の構成材が膜に混入するのを抑制している。なお、シールド部材１５は、収容部１１と一体となっている必要はなく、別の部材から構成されていてもよい。
さらに、収容部１１の側面には、外部から反応室内部を観察するための貫通孔（図示せず）も形成されている。
【００１５】
基板ホルダ６０は、膜を形成する面が図１において下側になるように基板１１０を搭載できるようになっている。
【００１６】
第１カソード５１および第２カソード５２は、高周波（ＲＦ）スパッタリングの場合には、高周波電力がターゲットに効率よく供給されるように、ターゲットホルダに接続されたコイルおよび可変コンデンサ等からなるインピーダンスマッチング回路を備えている。そして、インピーダンスマッチング回路に電力が供給されるようになっている。一方、直流（ＤＣ）スパッタリングの場合には、第１カソード５１および第２カソード５２のターゲットホルダに直接電力が供給されるようになっている。
また、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の近傍に磁界を発生させることにより電子をマグネトロン運動させて高密度なプラズマ放電を形成するマグネトロン方式の場合には、第１カソード５１または／および第２カソード５２に永久磁石（マグネット）のモジュールが設けられていてもよい。
【００１７】
そして、スパッタリング装置１は、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２のそれぞれに電力を供給する第１電源９１および第２電源９２を備えている。また、スパッタリング装置１は、基板ホルダ６０に電力を供給する第３電源９３を備えている。第３電源９３は、基板１１０表面にイオン衝撃を与える逆スパッタリング（逆スパッタ）を可能にする。
前述したように、高周波スパッタリングの場合には、これらの電源（第１電源９１、第２電源９２、第３電源９３）に高周波電源を用いることになる。一方、直流スパッタリングの場合には、これらの電源（第１電源９１、第２電源９２、第３電源９３）に直流電源を用いることになる。なお、第１電源９１を高周波電源とし、第２電源９２を直流電源とするように、高周波電源と直流電源とを混在して用いてもよい。これらは形成する膜に応じて選択すればよい。
前述したように、スパッタリング装置１の収容部１１および蓋部１２は接地されている。よって、収容部１１および蓋部１２と各電源（第１電源９１、第２電源９２、第３電源９３）との間に、高周波または直流の電圧が印加される。
【００１８】
また、スパッタリング装置１は、基板ホルダ６０を回転軸６４の周りで回転させるための基板ホルダ回転部６２を備えている。基板ホルダ回転部６２はモータ等で構成されており、回転速度を調整することができるようになっている。
さらに、スパッタリング装置１は、基板１１０の温度を制御する基板加熱／冷却部６１を備えている。基板加熱／冷却部６１は、中空状の基板ホルダ６０の内部に、水等の冷媒を循環させて基板１１０を冷却するようになっている。また、基板加熱／冷却部６１は、基板ホルダ６０と蓋部１２との間に設けられたハロゲンランプ等のヒータ６５により、基板ホルダ６０を加熱し、基板ホルダ６０を介して基板１１０を加熱するようになっている。
【００１９】
そして、スパッタリング装置１は、供給管１３からガスをチャンバ１０に供給するガス供給部７０を備えている。本実施の形態では、ガス供給部７０は、Ａｒ源７１から供給されるアルゴンと、Ｎ２源７２から供給されるＶ族元素の一例としての窒素との混合ガスを供給するようになっている。なお、アルゴンは不活性ガスであるため、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の材料とは化合物を生成しないが、窒素はターゲット（第１ターゲット２１および／または第２ターゲット２２）の材料と反応して窒化物を生成する。なお、窒化物はプラズマ内で生成し、窒化物が粒子として基板１１０の表面に飛来し、付着すると考えられる。
窒化物等の化合物を生成させるスパッタリングは反応性スパッタリング（リアクティブスパッタリング）と呼ばれる。
【００２０】
さらにまた、スパッタリング装置１は、第１ターゲット２１の表面を覆う位置（後述する図２のＢ）と覆わない位置（後述する図２のＣ）とに移動できるように設けられた第１シャッタ４１を備えている。同様に、第２ターゲット２２に対して第２シャッタ４２を備えている。
そして、スパッタリング装置１は、第１シャッタ駆動部４３および第２シャッタ駆動部４４を備えている。第１シャッタ駆動部４３および第２シャッタ駆動部４４は、それぞれ第１シャッタ４１および第２シャッタ４２を第１ターゲット２１および第２ターゲット２２の表面を覆う位置（Ｂ）から覆わない位置（Ｃ）へ、また覆わない位置（Ｃ）から覆う位置（Ｂ）へと移動させる。
また、スパッタリング装置１は、第１ターゲット２１と第２ターゲット２２との間に、遮蔽部材の一例としての遮蔽板４５を備えている。遮蔽板４５は、第１ターゲット２１に第２ターゲット２２からスパッタされた（飛び出した）粒子（原子、分子）が付着するのを抑制するようになっている。同様に、第２ターゲット２２に第１ターゲット２１からスパッタされた（飛び出した）粒子（原子、分子）が付着するのを抑制するようになっている。
なお、第１シャッタ４１または第２シャッタ４２を遮蔽部材として、第１ターゲット２１によりスパッタリングをしている間、第２シャッタ４２を閉じて第２ターゲット２２に第１ターゲット２１からスパッタされた粒子が付着するのを抑制し、第２ターゲット２２によりスパッタリングをしている間、第１シャッタ４１を閉じて第１ターゲット２１に第２ターゲット２２からスパッタされた粒子が付着するのを抑制してもよい。このときは、遮蔽板４５を設けなくともよい。
【００２１】
スパッタリング装置１は、第１ターゲット加熱／冷却部５３および第２ターゲット加熱／冷却部５４を備え、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２の温度を、第１カソード５１および第２カソード５２内の水等の冷媒循環またはヒータ加熱により、個別に設定することができるようになっている。
そして、スパッタリング装置１は、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、オイル拡散ポンプなどの真空ポンプを有する排気部８０を備え、排気管１４を介してチャンバ１０の排気を行うことができるようになっている。
【００２２】
そして、スパッタリング装置１は、上述した第１シャッタ駆動部４３、第２シャッタ駆動部４４、第１ターゲット加熱／冷却部５３、第２ターゲット加熱／冷却部５４、基板加熱／冷却部６１、基板ホルダ回転部６２、ガス供給部７０、排気部８０、第１電源９１、第２電源９２および第３電源９３の動作を制御する制御部９５を備えている。
【００２３】
本実施の形態では、排気速度調整弁８１による排気部８０の排気速度の制御とガス供給部７０のガス供給量の制御とにより、チャンバ１０内が予め定められたガス圧（ガスの圧力）に設定されるようになっている。
【００２４】
図２は、図１に示すスパッタリング装置１のＩＩ−ＩＩ断面図であって、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）を取り付けた状態における収容部１１の底面を見た図である。そして、シャッタ（第１シャッタ４１および第２シャッタ４２）が、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の表面を覆わない位置Ｃ（シャッタ開の状態）に移動した状態を示している。シャッタ（第１シャッタ４１および第２シャッタ４２）はターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の表面を覆う位置Ｂ（シャッタ閉の状態）から覆わない位置Ｃ（シャッタ開の状態）へ、また覆わない位置Ｃ（シャッタ開の状態）から覆う位置Ｂ（シャッタ閉の状態）へと軸Ｄを中心に矢印Ｅ方向に移動することができるようになっている。
なお、シャッタ（第１シャッタ４１および第２シャッタ４２）は、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）部分に発生したプラズマ放電が安定するまで、基板１１０に膜が形成されないようにターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）と基板１１０とを隔てる役割を有している。
ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の周囲は、収容部１１の底面に接続され、収容部１１の底面から設けられたシールド部材１５に覆われている。
【００２５】
図３は、スパッタリング装置１における基板ホルダ６０の表面図である。図３では、基板ホルダ６０を、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）から見上げた状態で示している。本実施の形態では、基板ホルダ６０は、円板状の形状を有し、その外周に近い位置に８枚の基板１１０を保持できるようになっている。しかし、保持する基板１１０の枚数や位置は適宜変更してよい。そして、基板ホルダ６０は、回転軸６４を中心にして、回転するようになっている。
基板１１０上に均一な膜を形成するためには、基板１１０の中心が、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の中心を通過するように、基板１１０とターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）との位置関係を設定することが好ましい。また、基板１１０上に均一な膜を形成するためには、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の直径が、基板１１０の直径より大きいことが好ましい。
なお、本実施の形態では、基板ホルダ６０は、矢印Ａの方向に回転する。さらに、基板１１０が自転する機構を設けて、基板１１０が遊星回転するようにしてもよい。
【００２６】
図４は、スパッタリング装置１を用いて製造される半導体素子の一例としての半導体発光素子ＬＣの断面構造を示している。この半導体発光素子ＬＣは化合物半導体を用いている。
なお、半導体発光素子ＬＣを構成する化合物半導体としては、特に限定されるものではなく、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ−ＩＶ族化合物半導体等が挙げられる。本実施の形態では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が好ましく、中でも、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体が好ましい。そして、以下では、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体を有する半導体発光素子ＬＣを例として説明する。なお、例として図４に示す半導体発光素子ＬＣは、青色光を出力する半導体発光素子ＬＣである。
【００２７】
この半導体発光素子ＬＣは、基板１１０と、基板１１０上に形成された下地層１３０と、下地層１３０上に形成されたｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に形成された発光層１５０と、発光層１５０上に形成されたｐ型半導体層１６０とを備えている。
ここで、ｎ型半導体層１４０は、下地層１３０側に設けられるｎ型コンタクト層１４０ａと発光層１５０側に設けられるｎ型クラッド層１４０ｂとを有している。また、発光層１５０は、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとが交互に積層され、２つの障壁層１５０ａによって１つの井戸層１５０ｂを挟み込んだ構造を有している。さらに、ｐ型半導体層１６０は、発光層１５０側に設けられるｐ型クラッド層１６０ａと最上層に設けられるｐ型コンタクト層１６０ｂとを有する。なお、以下の説明においては、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と称する。
【００２８】
半導体発光素子ＬＣにおいては、ｐ型半導体層１６０のｐ型コンタクト層１６０ｂ上に透明正極１７０が積層され、さらにその上に正極ボンディングパッド１８０が形成されている。さらに、ｎ型半導体層１４０のｎ型コンタクト層１４０ａに形成された露出領域１４０ｃに負極ボンディングパッド１９０が積層されている。
【００２９】
（基板１１０）
基板１１０は、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体とは異なる材料から構成され、基板１１０上にＩＩＩ族窒化物化合物半導体結晶がエピタキシャル成長される。基板１１０を構成する材料としては、例えば、サファイア、炭化珪素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、シリコン、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、溶融石英（石英）などの非晶質固体（ガラス）等が挙げられる。これらの中でも、サファイア、炭化珪素が好ましい。
【００３０】
（下地層１３０）
下地層１３０に用いる材料としては、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物（ＧａＮ系化合物半導体）が用いられ、特に、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）（ＩｎＧａＮ系化合物半導体）を好適に用いることができる。下地層１３０の膜厚は０．１μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。
【００３１】
（ｎ型半導体層１４０）
ｎ型半導体層１４０は、ｎ型コンタクト層１４０ａおよびｎ型クラッド層１４０ｂから構成される。
ここで、ｎ型コンタクト層１４０ａとしては、下地層１３０と同様にＩｎＧａＮ系化合物半導体が用いられる。また、下地層１３０およびｎ型コンタクト層１４０ａを構成するＩｎＧａＮ系化合物半導体は同一組成であることが好ましく、これらの合計の膜厚を０．１μｍ〜２０μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１５μｍ、さらに好ましくは１μｍ〜１２μｍの範囲に設定することが好ましい。
【００３２】
一方、ｎ型クラッド層１４０ｂは、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ等によって形成することが可能である。また、これらの構造をヘテロ接合したものや複数回積層した超格子構造を採用してもよい。ｎ型クラッド層１４０ｂとしてＩｎＧａＮ系化合物半導体を採用した場合には、そのバンドギャップを、発光層１５０のＩｎＧａＮ系化合物半導体のバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。ｎ型クラッド層１４０ｂの膜厚は、好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。
【００３３】
（発光層１５０）
発光層１５０は、ＧａＮ系化合物半導体からなる障壁層１５０ａと、ＩｎＧａＮ系化合物半導体からなる井戸層１５０ｂとが交互に繰り返して積層され、且つ、ｎ型半導体層１４０側及びｐ型半導体層１６０側にそれぞれ障壁層１５０ａが配される順で積層して形成される。本実施の形態において、発光層１５０は、６層の障壁層１５０ａと５層の井戸層１５０ｂとが交互に繰り返して積層され、発光層１５０の最上層及び最下層に障壁層１５０ａが配され、各障壁層１５０ａ間に井戸層１５０ｂが配される構成となっている。
【００３４】
井戸層１５０ｂには、ＩｎＧａＮ系化合物半導体として、例えば、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）等を用いることができる。
また、障壁層１５０ａとしては、井戸層１５０ｂよりもバンドギャップエネルギーが大きいＡｌｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ≦０．３）等のＧａＮ系化合物半導体を好適に用いることができる。
井戸層１５０ｂの膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚であることが好ましい。
【００３５】
（ｐ型半導体層１６０）
ｐ型半導体層１６０は、ｐ型クラッド層１６０ａおよびｐ型コンタクト層１６０ｂから構成される。ｐ型クラッド層１６０ａとしては、好ましくは、ＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４）のものが挙げられる。ｐ型クラッド層１６０ａの膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜４００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
一方、ｐ型コンタクト層１６０ｂとしては、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５）を含んでなるＧａＮ系化合物半導体層が挙げられる。ｐ型コンタクト層１６０ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００３６】
（透明正極１７０）
透明正極１７０を構成する材料としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３）等の従来公知の材料が挙げられる。また、透明正極１７０の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。透明正極１７０は、ｐ型半導体層１６０上のほぼ全面を覆うように形成しても良く、格子状や樹形状に形成しても良い。
【００３７】
（正極ボンディングパッド１８０）
透明正極１７０上に形成される電極としての正極ボンディングパッド１８０は、例えば、従来公知のＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ等の材料から構成される。正極ボンディングパッド１８０の構造は特に限定されず、公知の構造を採用することができる。
正極ボンディングパッド１８０の厚さは、例えば１００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であり、好ましくは３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内である。
【００３８】
（負極ボンディングパッド１９０）
負極ボンディングパッド１９０は、基板１１０上に成膜された下地層１３０の上にさらに成膜された積層半導体層１００（ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０）において、ｎ型半導体層１４０のｎ型コンタクト層１４０ａに接するように形成される。このため、負極ボンディングパッド１９０を形成する際は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を除去し、ｎ型コンタクト層１４０ａの露出領域１４０ｃを形成し、この上に負極ボンディングパッド１９０を形成する。
負極ボンディングパッド１９０の材料としては、正極ボンディングパッド１８０と同じ組成・構造でもよく、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
【００３９】
（半導体発光素子ＬＣの製造方法）
まず、予め定められた直径と厚さとを有するサファイア製の基板１１０を、図１に示すスパッタリング装置１にセットする。そして、スパッタリング装置１にて、基板１１０上に、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる下地層１３０を形成する。
続いて、下地層１３０が形成された基板１１０上に、図示しないＭＯＣＶＤ装置により、ｎ型コンタクト層１４０ａを形成し、ｎ型コンタクト層１４０ａの上にｎ型クラッド層１４０ｂを形成する。さらに、ｎ型クラッド層１４０ｂの上に発光層１５０すなわち障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとを交互に形成し、発光層１５０の上にｐ型クラッド層１６０ａを形成し、ｐ型クラッド層１６０ａの上にｐ型コンタクト層１６０ｂを形成する。
さらに、ｐ型コンタクト層１６０ｂ上に透明正極１７０を積層し、その上に正極ボンディングパッド１８０を形成する。また、エッチング等を用いてｎ型コンタクト層１４０ａに露出領域１４０ｃを形成し、この露出領域１４０ｃに負極ボンディングパッド１９０を設ける。
その後、基板１１０の下地層１３０の形成面とは反対の面を、予め定められた厚さになるまで研削及び研磨する。
そして、基板１１０の厚さが調整されたウェハを、例えば３５０μｍ角の正方形に切断することにより、半導体発光素子ＬＣを得る。
なお、サファイア製の基板１１０を用いた半導体発光素子ＬＣにおいては、サファイア製の基板１１０と下地層１３０との間に、格子定数の違いを緩和するためにＡｌＮやＡｌＧａＮの中間層が設けられることがある。しかし、本実施の形態では、結晶性に優れた下地層１３０が基板１１０上に直接形成できることから、中間層を設けていない。
【００４０】
では、上述した半導体発光素子ＬＣの製造方法におけるスパッタリング装置１の動作について説明する。
（スパッタリング装置１の動作）
図５は、基板１１０上に下地層１３０を形成する方法を説明するためのフローチャートである。以下では、図１を参照しつつ、図５に示す基板１１０上に下地層１３０を形成するためのフローチャートを説明する。
まず、第１ターゲット２１として板状のＩＩＩ族元素の一例としての金属インジウム（Ｉｎ）が第１カソード５１のターゲットホルダに取り付けられ、第２ターゲット２２として板状のＩＩＩ族元素の一例としての金属ガリウム（Ｇａ）が第２カソード５２のターゲットホルダに取り付けられる。金属ガリウム（Ｇａ）は、融点が２９．８℃であるので、スパッタリング中の温度上昇により溶融しやすい。そこで、溶融による流出を抑制するため、銅（Ｃｕ）などで造られたシャーレ状の容器に入れて第２カソード５２のターゲットホルダに設置するのが好ましい。
【００４１】
そして、予め定められた直径と厚さとを有するサファイア製の８枚の基板１１０を、スパッタリング装置１の蓋部１２を開けて、基板ホルダ６０上に設置する（ステップ２０１）。このとき、下地層１３０を形成する面が基板ホルダ６０の外側を向くように設置する。なお、サファイア製の基板１１０としては、例えば、表面がサファイア結晶のＣ面に対して０．３５°のオフセット角を設けたものを使用しうる。
その後、蓋部１２を閉じて、収容部１１と蓋部１２とを密着させる。
そして、排気部８０により、スパッタリング装置１のチャンバ１０が予め定められた真空度になるまで排気される。
【００４２】
基板ホルダ回転部６２により基板ホルダ６０の回転が開始される。すると、基板ホルダ６０が図１に示す矢印Ａ方向に回転する。回転速度は、例えば５ｒｐｍ以上である。
第１ターゲット加熱／冷却部５３および第２ターゲット加熱／冷却部５４により、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２がそれぞれ予め定められた温度に設定される（ステップ２０２）。第１ターゲット２１と第２ターゲット２２とは異なる温度に設定されてもよい。ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の温度としては、例えば、２０℃、４０℃等が用いうる。金属ガリウム（Ｇａ）の第２ターゲット２２は、２０℃とすれば、固体状態が保たれるが、４０℃とすれば、液体状態になっている。
さらに、基板加熱／冷却部６１により、基板１１０の温度が予め定められた温度に設定される（ステップ２０３）。基板１１０の温度は、形成される化合物半導体（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１））の組成によって設定する。基板１１０の温度については後述する。
【００４３】
なお、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）および基板１１０の温度は、ターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の近傍および基板ホルダ６０に取り付けられた熱電対などの温度計測手段によって計測され、それぞれの温度が第１ターゲット加熱／冷却部５３、第２ターゲット加熱／冷却部５４、基板加熱／冷却部６１によって、予め定められた温度範囲に制御される。
【００４４】
ガス供給部７０により、予め定められた流量の窒素がチャンバ１０に供給される。そして、排気速度調整弁８１により排気速度を調整して、チャンバ１０内が予め定められたガス圧に調整される。
次に、基板１１０表面の吸着ガスや汚れ等を除去するため、第３電源９３により基板ホルダ６０に高周波電力が供給され、予め定められた時間、基板ホルダ６０上の基板１１０の表面がスパッタリング（逆スパッタリング）される（ステップ２０４）。
なお、逆スパッタリングにおいては、基板１１０表面が荒れるのを抑制するため、質量の大きなアルゴンを混合せず、窒素のみで行うのが好ましい。
【００４５】
ついで、ガス供給部７０により、予め定められた流量のアルゴンと窒素とがチャンバ１０に供給される。そして、排気速度調整弁８１により排気速度を調整して、チャンバ１０内が予め定められたガス圧に調整される。例えば、アルゴンの流量を２ｓｃｃｍ、窒素の流量を６０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍとすることができる。窒素の流量は上記の逆スパッタリングの時と同じでなくともよい。なお、窒素は、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体を形成するための反応ガスなので、０％とすることはできないが、１００％としてもよい。
そして、第１シャッタ４１および第２シャッタ４２を共にシャッタ閉の状態で、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２のそれぞれに第１電源９１および第２電源９２から予め定められた高周波電力または直流電力を供給して、第１ターゲット２１および第２ターゲット２２の表面近傍にプラズマ放電を発生させる。
プラズマ放電が安定したところで、第１シャッタ４１および第２シャッタ４２をシャッタ開の位置に移動させて、基板１１０表面に下地層１３０を形成する（ステップ２０５）。
【００４６】
本実施の形態では、回転する基板ホルダ６０上の基板１１０は、第１ターゲット２１と第２ターゲット２２とに対向する位置を交互に通過する。したがって、第１ターゲット２１から飛来した粒子と第２ターゲット２２から飛来した粒子とが交互に積層されていき、これらの粒子が混合した膜が形成される。そして、第１ターゲット２１から飛来する粒子と第２ターゲット２２から飛来する粒子との割合はそれぞれのターゲットに供給される電力により調整することができるようになっている。すなわち、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体の膜の組成比（例えば、後述するＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）のＩｎ濃度（ｘ）およびＧａ濃度（１−ｘ））が、第１ターゲット２１に供給される第１スパッタリング電力Ｐ１（後述する図６参照）と第２ターゲット２２に供給される第２スパッタリング電力Ｐ２（後述する図６参照）とによって決められる。
【００４７】
そして、予め定められた膜厚の下地層１３０が形成されたら、第１シャッタ４１および第２シャッタ４２をそれぞれシャッタ閉の位置に移動させて、膜の形成を終了する。下地層１３０の膜厚は、予め行なった膜形成における膜厚と形成時間との関係から、膜形成時間（シャッタ開からシャッタ閉までの時間）により制御すればよい。
この後、プラズマ放電を停止するとともに、チャンバ１０からガスを排気する。次に、基板１１０の温度およびターゲット（第１ターゲット２１および第２ターゲット２２）の温度が、チャンバ１０内を大気圧に戻してよい状態になるまで待つ。そして、ガス供給部７０により窒素をチャンバ１０内に供給する等により大気圧に戻し、蓋部１２を開けて、下地層１３０が形成された基板１１０を取り出す。
以上のようにして、スパッタリング装置１により、基板１１０上にＩＩＩ族窒化物である下地層１３０が形成される。
そして、前述した半導体発光素子ＬＣの製造方法を経て、図４に示す半導体発光素子ＬＣが製造される。
【００４８】
なお、上述した半導体発光素子ＬＣの製造方法では、スパッタリング装置１を用いて基板１１０上に下地層１３０の形成を行っている。これに引き続く、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０、ｐ型半導体層１６０についても、スパッタリング装置１を用いて、上述したと同様の手順により形成することができる。
一方、本発明では、前述したスパッタリング装置１を用いて製造される半導体素子の他の一例として、半導体受光素子（太陽電池（図示しない））を挙げることができる。そして、半導体受光素子では、一例として化合物半導体を用いることができる。
なお、半導体受光素子を構成する化合物半導体としては、特に限定されるものではなく、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ−ＩＶ族化合物半導体等が挙げられる。本実施の形態では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が好ましく、中でも、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体が好ましい。そして、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体を有する半導体受光素子の例としては、特開２００８−２３５８７８号公報に記載された断面構造や平面図（例えば図１〜図４）を採用することができる。
また、半導体受光素子の製造方法でも、予め定められた直径と厚さとを有する基板１１０（例えば、サファイア）を、図１に示すスパッタリング装置１にセットする。そして、スパッタリング装置１にて、基板１１０上に、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる膜を形成する。このようなＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる膜としては、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）であることを特徴とすることができる。
このように、半導体受光素子の製造方法においても、前述の半導体発光素子ＬＣの製造方法で述べた方法を好ましく採用することができる。
【実施例】
【００４９】
では次に、本発明の実施例について説明を行うが、本発明は実施例に限定されない。
本発明者は、図１に示すスパッタリング装置１を用いて、図５に示すフローチャートによって、サファイア製の基板１１０上にＩＩＩ族窒化物化合物半導体の膜（下地層１３０）の形成を行った。そして、膜の結晶性および膜の組成について検討を行った。なお、膜の結晶性は、ＣｕのＫα線（ＣｕＫα）（波長０．１５４１８ｎｍ）を用いたＸ線回折（ＸＤ：Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）および透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で評価し、膜の組成比（Ｉｎ濃度（ｘ）およびＧａ濃度（１−ｘ））は、Ｘ線回折による回折ピークが現れる位置（回折角（２θ））から求めた。
なお、Ｉｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））を組成比ｘと表記することがある。
【００５０】
（実施例１〜７、比較例１、２）
表１は、実施例１〜７および比較例１〜５における各種製造条件と評価結果との関係を示す図である。なお、表１では、Ｉｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））が高いものから順に並べたので、比較例４と比較例５との間に、実施例１〜７が示されている。
なお、サファイア製の基板１１０は直径２インチ（約５０ｍｍ）のものを、ＩｎターゲットおよびＧａターゲットはそれぞれ直径４インチ（約１００ｍｍ）のものを用いた。
【００５１】
ここで、図６には、製造条件として、Ｉｎターゲット（第１ターゲット２１）に供給される第１スパッタリング電力Ｐ１、Ｇａターゲット（第２ターゲット２２）に供給される第２スパッタリング電力Ｐ２、基板１１０の温度（基板温度（℃））、Ｎ２ガスおよびＡｒガスのそれぞれのガス流量（ｓｃｃｍ）、膜形成時間（分）を記載している。また、評価結果として、Ｘ線回折（ＸＤ）における回折ピークの角度（２θ）およびＸ線回折データより求めた組成比（ここでは、Ｉｎ濃度（ｘ）およびＧａ濃度（１−ｘ）を表記している。）を示している。
【００５２】
【表１】
【００５３】
実施例１〜７では、Ｉｎターゲット（第１ターゲット２１）に供給される第１スパッタリング電力Ｐ１とＧａターゲット（第２ターゲット２２）に供給される第２スパッタリング電力Ｐ２との比率を異ならせて膜の形成を行った。基板ホルダ６０の回転速度は５ｒｐｍとした。
比較例１〜４は、Ｉｎターゲットのみを用いて成膜した。ここでは、基板ホルダ６０の回転を停止し、基板１１０をＩｎターゲットに対向させて膜の形成を行った。
なお、比較例１では、ガス圧を２Ｐａとしたが、比較例２〜４では、ガス圧を１Ｐａとした。そして、比較例２〜４では、Ｎ２ガスの流量をそれぞれ１００ｓｃｃｍ、７５ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍに設定した。
一方、比較例５では、Ｇａターゲットのみを用いて成膜した。この場合も、基板ホルダ６０の回転を停止し、基板１１０をＧａターゲットに対向させて膜の形成を行った。
【００５４】
基板温度は、比較例２〜４、実施例２では、２００℃に、比較例１、実施例１については、３００℃に、実施例３〜７および比較例５については、６００℃に設定した。比較例１〜４および実施例１、２において基板温度を低く抑えているのは、Ｉｎの濃度が高いため、例えば基板温度を６００℃のように高くすると、Ｉｎが析出しやすいためである。しかし、基板温度を室温まで低くすると結晶性の膜は得られない。
実施例１〜７の膜形成時間は１０分または２０分とした。成膜された膜厚は、膜形成時間が１０分で約１０ｎｍ、膜形成時間が２０分で約２０ｎｍである。一方、比較例１〜５では基板ホルダ６０を回転させていないので、成膜時間は５分とした。
なお、Ｇａターゲットの温度は、実施例７の４０℃を除いて、２０℃に設定されている。Ｇａターゲットは、Ｇａは融点が２９．８℃であるので、温度が２０℃のときは固体状態となり、４０℃のときは液体状態である。しかし、膜形成時においては、２０℃に設定しても、スパッタ粒子（Ｎ２など）が衝突することにより、Ｇａターゲットの表面が溶融して液体状になっている。
【００５５】
Ｘ線回折における回折角（２θ）は、比較例１〜４、実施例１〜７、比較例５の順に、Ｉｎ濃度（ｘ）が小さく、Ｇａ濃度（１−ｘ）が大きくなるにしたがい３１．２°から３４．５°へと大きくなっている。
比較例１〜４では、Ｉｎターゲットのみで膜が形成されているので、ＩｎＮの膜が形成されている。比較例１〜４での回折角（２θ）は３１．２°である。この値から、面間隔は０．２９ｎｍと算出される。
ＩｎＮは六方晶系のウルツァイト構造（ａ＝０．５４８ｎｍ、ｃ＝０．５７６ｎｍ）を有している。六方晶系では、ｃ軸の中間にも格子面を有している。そして、前述の面間隔０．２９ｎｍは、ＩｎＮのｃ軸方向の格子間隔（ｃ）の１／２である０．２８８ｎｍにほぼ一致する。すなわち、比較例１のＩｎＮの膜は、ＩｎＮ結晶のｃ軸方向に配向した膜であることになる。
一方、比較例５では、Ｇａターゲットのみで膜が形成されているので、ＧａＮの膜が形成されている。比較例５での２θは３４．５°である。この値から、面間隔は０．２６ｎｍと算出される。そして、この０．２６ｎｍは、ＩｎＮと同様のウルツァイト構造を有するＧａＮ結晶（ａ＝０．３１８６ｎｍ、ｃ＝０．５１７６ｎｍ）のｃ軸方向の格子間隔（ｃ）の１／２である０．２５８８ｎｍに一致する。すなわち、比較例２のＧａＮの膜は、ＧａＮ結晶のｃ軸方向に配向した膜であることになる。
【００５６】
これに対し、表１に示すように、実施例１〜７では、ＩｎターゲットとＧａターゲットとを用いて膜が形成されている。そして、実施例１〜７のそれぞれの膜のＸ線回折における回折ピークの回折角（２θ）は、比較例１〜４のＩｎＮの膜の回折ピークの回折角（２θ）３１．２°と比較例５のＧａＮの膜の回折ピークの回折角（２θ）３４．５°との間にある。よって、実施例１〜７のそれぞれの膜は、Ｉｎ濃度（ｘ）がそれぞれ異なるＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）の膜である。すなわち、ＩｎＮとＧａＮとによる膜が形成されていることになる。そして、これらの膜もｃ軸方向に配向している。
このことは、Ｉｎターゲットに供給される第１スパッタリング電力Ｐ１とＧａターゲット供給される第２スパッタリング電力Ｐ２との比を異ならせて成膜すれば、ｃ軸方向に配向した異なる組成比のＩＩＩ族窒化物化合物半導体の膜が形成できることを示している。
すなわち、第１ターゲット２１（Ｉｎターゲット）と第２ターゲット２２（Ｇａターゲット）とのマルチターゲットにより、基板１１０上に第１ターゲット２１からの粒子（ＩｎＮ）と第２ターゲット２２からの粒子（ＧａＮ）とを交互に堆積し、化合物半導体（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）が形成されている。
また、金属材料（第１ターゲット２１のＩｎと第２ターゲット２２のＧａ）をターゲット材とし、窒素を（スパッタリング）ガスとして膜形成することにより、これらの金属材料の窒化物が形成されることを示している。
【００５７】
なお、ここでは、基板ホルダ６０を回転させて、第１ターゲット２１（Ｉｎターゲット）と第２ターゲット２２（Ｇａターゲット）とからの粒子を基板１１０上に交互に堆積した。しかし、第１ターゲット２１（Ｉｎターゲット）と第２ターゲット２２（Ｇａターゲット）とを基板１１０に近接して配置し、２つのターゲット（ＩｎターゲットおよびＧａターゲット）からの粒子を同時に基板１１０上に堆積（コスパッタリング）してもよい。
【００５８】
図６は、実施例１、４、６、７および比較例１、５のＸ線回折における回折ピークを示す図である。いずれの回折ピークも、半値幅は狭く、実施例１、４、６、７および比較例１、５のそれぞれの膜が、単結晶に近い膜であることを示している。図６に示していないが、実施例２、３、５についても同様であった。
【００５９】
図７は、実施例１〜７におけるＩｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））と、スパッタリング電力比Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）（図７では、Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ）と表記する。）である。以下でも、このように表記する。）との関係を示す図である。図７は、横軸がスパッタリング電力比Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））、縦軸がＩｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））である。
スパッタリング電力比Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））は、Ｉｎターゲットに供給される第１スパッタリング電力Ｐ１およびＧａターゲットに供給される第２スパッタリング電力Ｐ２から求めている。
ＩｎｘＧａ１−ｘＮにおけるＩｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））は、実施例１〜７における回折角（２θ）から求めている。
実施例１〜７のＩｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））とスパッタリング電力比Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））との関係は、０．１５＜ｘ＜０．８５の範囲において、直線で近似できる。そして、この直線は、
ｘ ＝ １．２１×Ｐ１（Ｉｎ）／（Ｐ１（Ｉｎ）＋Ｐ２（Ｇａ））
で表される。
このことから、Ｉｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））は、上記の式に基づいてＩｎターゲットに供給される第１スパッタリング電力Ｐ１とＧａターゲットに供給される第２スパッタリング電力Ｐ２とを調整することにより、任意に設定しうることを示している。
なお、スパッタリング装置１と異なる構成のスパッタリング装置であっても、上記のスパッタリング電力比が同じであれば、同様なＩｎの組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））のＩｎｘＧａ１−ｘＮの膜が形成されうる。
【００６０】
本実施の形態では、固体のターゲット（Ｉｎターゲットである第１ターゲット２１）と液体状のターゲット（Ｇａターゲットである第２ターゲット２２）とを用いて、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）の膜を形成した。
次に、液体状のターゲットを用いたスパッタリングを考察する。
【００６１】
一般に、スパッタリングにより結晶の膜を形成する場合、基板上において、ターゲットから飛び出した粒子（原子、分子を総称して粒子と表示する。）が移動（マイグレーション）して、エネルギー的に安定な位置（結晶を構成する位置）に落ち着くことが求められる。すなわち、マイグレーションしやすいように、ターゲットから飛び出した粒子が大きなエネルギーを持っていることが好ましい。
このため、ターゲットから飛び出した粒子が、ガスにより散乱されてエネルギーを失わないように、ガス圧は低く設定されている。
また、ガス圧を低く設定すると、ガスによる散乱が抑制されて、膜の成長速度も大きくなる。
【００６２】
液体は固体に比べ、原子（分子）間の結合力が低い。このため、スパッタ粒子（ターゲットに衝突してターゲットから粒子を飛び出させるイオン等）のエネルギーが同じである場合、固体のターゲットに比べて、液体状のターゲットの方が、スパッタされやすい。すなわち、液体状のターゲットでは、固体のターゲットと比較して、より多くの粒子が飛び出すことになる。
【００６３】
一方、本実施の形態で示したように、ターゲットの材料（原子、分子）とスパッタリングに使用するガスとを反応させて膜を形成する場合では、ターゲットから飛び出す粒子の量に見合った量のガス、特に反応にあずかるガスを供給することが必要となる。
すなわち、ターゲットから飛び出す粒子の量が多ければ多いほど、反応にあずかるガスの量を増やすことが必要となる。
【００６４】
このため、液体状のターゲットを用いた反応性スパッタリングにおいて良好な膜を形成するためには、スパッタ粒子のエネルギーと反応にあずかるガスの量とを制御することが必要となる。
すなわち、スパッタ粒子のエネルギーが大きすぎると、液体状のターゲットから飛び出す粒子の量が多くなりすぎることになる。このとき、反応にあずかるガスの量が少なすぎると、液体状のターゲットから飛び出す粒子の一部が反応（化合）できなくなってしまう。
スパッタ粒子のエネルギーを小さくするには、ガスの流量を増やして散乱させればよい。また、ガスの流量を増やすことで、液体状のターゲットから飛び出す粒子の量を多くしても、未反応となることが抑制される。
【００６５】
なお、本実施の形態におけるように、組成比（Ｉｎ濃度（ｘ）およびＧａ濃度（１−ｘ））が異なる膜を成膜する場合においては、上記した制御されるスパッタ粒子のエネルギーと反応にあずかるガスの量とは、組成比により異なることになる。
すなわち、膜において、液体状のターゲットからの粒子による組成比（ここではＧａ濃度（１−ｘ））が大きい場合には、スパッタ粒子のエネルギーを小さくするとともに、反応にあずかるガスの量を多くすることが好ましい。
逆に、膜において、液体状のターゲットからの粒子による組成比（ここではＧａ濃度（１−ｘ））が小さい場合には、スパッタ粒子のエネルギーを大きくするとともに、反応にあずかるガスの量を少なくしてもよい。このようにすることで、膜の成膜速度を大きくすることができる。
【００６６】
図８は、膜における液体状のターゲットに基づく組成と、ガス圧またはガスの流量との関係を説明する図である。
液体状のターゲットからの粒子による組成比（ここではＧａ濃度（１−ｘ））が大きくなるにしたがい、好ましいガス圧またはガスの流量は、大きい方向にシフトする。そして、この好ましガス圧またはガスの流量より大きいガス圧またはガスの流量では、ターゲットから飛び出した粒子のマイグレーションが少なく、膜の結晶性が悪くなってしまう。
一方、この好ましガス圧またはガスの流量より小さいガス圧またはガスの流量では、反応が不完全となって、ターゲットから飛び出した粒子（金属）がそのまま取り込まれた状態（金属相が出現した状態）になる。
【００６７】
以上説明したように、液体状のターゲットを用いて結晶の膜を形成するためには、固体のターゲットを用いて結晶の膜を形成する場合と異なるガス圧またはガスの流量の設定が必要となる。
【００６８】
ここで、反応にあずかるガスが不足する場合を説明する。
表２は、液体状のターゲットであるＧａターゲットを用いたＧａＮの膜の形成において、Ｎ２ガスとＡｒガスとの流量比を変化させた場合の金属相の有無を調べた結果である。
Ｎ２ガスの流量比が６０％の場合において、金属が析出した。Ｎ２ガスの流量比が６０％を超える場合（８０％、９０％、１００％）においては、金属相が見られなかった。
【００６９】
【表２】
【００７０】
表３は、固体のターゲットであるＡｌターゲットを用いたＡｌＮの膜の形成において、Ｎ２ガスとＡｒガスの流量比を変化させた場合の金属相の有無を調べた結果である。
Ａｌターゲットの場合には、Ｎ２ガスの流量比が２０％の場合に金属（Ａｌ）が析出した。Ｎ２ガスの流量比が２０％を超える場合（４０％、６０％、８０％、１００％）においては、金属（Ａｌ）の析出が見られない。
すなわち、液体状のターゲットを用いる場合は、固体のターゲットを用いる場合に比べ、Ｎ２ガスの流量比が高くなっている。
【００７１】
【表３】
【００７２】
さらに、反応にあずかるガスが不足する場合として、Ｉｎターゲットを用いた場合を説明する。
図９は、Ｉｎターゲットを用いて成膜した比較例２〜４のＸ線回折おける回折ピークを示す図である。図９（ａ）はＮ２流量が５０ｓｃｃｍ、（ｂ）は７５ｓｃｃｍ、（ｃ）は１００ｓｃｃｍの場合である。
図９（ａ）では、Ｘ線回折の回折ピークにおいて、ＩｎＮからの回折ピーク（回折角（２θ）３１．２°）に加え、金属相のＩｎからの回折ピーク（回折角（２θ）３３°）が見られる。すなわち、反応にあずかるガス（Ｎ２）の流量が５０ｓｃｃｍと小さい場合には、十分な反応が得られず、金属相が出現した状態になる。
【００７３】
図１０は、実施例１〜７および比較例１、２、比較例５において、Ｇａ濃度（１−ｘ）とガス圧（Ｐａ）との関係を示す図である。Ｎ２ガスの流量は１００ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量は２ｓｃｃｍである。
ＩｎｘＧａ１−ｘＮにおいて、ガス圧（Ｐａ）の下限値は、境界線ＩＩａで示す１Ｐａ以上である。これ以上であれば、金属相の出現が見られない。一方、液体状のターゲットであるＧａターゲットによる組成比（Ｇａ濃度（１−ｘ））が大きくなるにしたがい、結晶性が悪くなるガス圧の上限値は大きくなる。すなわち、ガス圧（Ｐａ）の上限値は、境界線Ｉａで示す、２＋８×（１−ｘ）の関係式で近似できる。
このように、ガス圧（Ｐａ）の上限値は１０Ｐａ以下が好ましく、結晶性の点からは３Ｐａ以下がさらに好ましい。
【００７４】
図１１は、実施例１〜７および比較例１〜５において、Ｇａ濃度（１−ｘ）とＮ２ガスの流量（Ｎ２流量（ｓｃｃｍ））との関係を示す図である。
ＩｎｘＧａ１−ｘＮにおいて、Ｎ２流量（ｓｃｃｍ）の下限値は、境界線ＩＩｂで示す６０ｓｃｃｍである。これ以上であれば、金属相の出現がない。一方、液体状のターゲットであるＧａターゲットによる組成比（Ｇａ濃度（１−ｘ））が大きくなるにしたがい、結晶性が悪くなるＮ２流量（ｓｃｃｍ）の上限値は大きくなる。すなわち、Ｎ２流量（ｓｃｃｍ）の上限値は、境界線Ｉｂで示す、１５０＋３５０×（１−ｘ）の関係式で近似できる。
このように、Ｎ２流量（ｓｃｃｍ）の上限値は５００ｓｃｃｍ以下が好ましく、結晶性の点で、３００ｓｃｃｍ以下がさらに好ましい。
【００７５】
なお、ＩｎｘＧａ１−ｘＮにおいて、反応にあずかるガス（Ｎ２ガス）の割合（％）は、表２で示したように、８０％以上が好ましい。
【００７６】
本実施の形態では、半導体素子の一例として、半導体発光素子ＬＣについて主に述べたが、特開２００８−２３５８７８号公報に記載のさまざまなＩｎの組成比（ＩｎｘＧａ１−ｘＮからなる化合物半導体膜において、０＜ｘ＜１の範囲）を有する半導体受光素子も製造することができる。特に、本実施の形態では、インジウム（Ｉｎ）の組成比（Ｉｎ濃度（ｘ））が、０．７以上を含む範囲においても化合物半導体膜を任意の異種基板上に大面積かつ低コストで形成することができる。
さらに、本発明は電子デバイスに適用することも可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１…スパッタリング装置、１０…チャンバ、１１…収容部、１２…蓋部、１３…供給管、１４…排気管、２１…第１ターゲット、２２…第２ターゲット、４１…第１シャッタ、４２…第２シャッタ、４３…第１シャッタ駆動部、４４…第２シャッタ駆動部、５１…第１カソード、５２…第２カソード、５３…第１ターゲット加熱／冷却部、５４…第２ターゲット加熱／冷却部、６０…基板ホルダ、６１…基板加熱／冷却部、６２…基板ホルダ回転部、６４…回転軸、６５…ヒータ、７０…ガス供給部、７１…Ａｒ源、７２…Ｎ２源、８０…排気部、８１…排気速度調整弁、９１…第１電源、９２…第２電源、９３…第３電源、９５…制御部、１００…積層半導体層、１１０…基板、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１７０…透明正極、１８０…正極ボンディングパッド、１９０…負極ボンディングパッド、ＬＣ…半導体発光素子、Ｐ１…第１スパッタリング電力、Ｐ２…第２スパッタリング電力
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にｎ型半導体およびｐ型半導体を含むように積層して構成された半導体素子の製造方法であって、
異なるＩＩＩ族元素による少なくとも１つは液体状で、他は固体である２以上のターゲットを、Ｖ族元素を含むガスにより、当該２以上のターゲットのうち液体状であるターゲットのＩＩＩ族元素に基づく組成比に対応させて当該ガスの圧力または当該ガスの流量を設定してスパッタリングし、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体の膜を前記基板上に形成する工程を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記化合物半導体は、前記２以上のターゲットのそれぞれに供給されるスパッタリング電力により当該化合物半導体の組成比が設定されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板は、前記２以上のターゲットのそれぞれに対向する位置に交互に設置されることにより、前記化合物半導体の膜が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記ガスの圧力または当該ガスの流量は、前記２以上のターゲットのうち液体状であるターゲットに基づく組成比に対して正の傾きを有する関係式で設定されることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記ＩＩＩ族元素はインジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とであって、前記Ｖ族元素は窒素（Ｎ）であって、前記化合物半導体は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記化合物半導体のインジウム（Ｉｎ）の組成比ｘは、前記インジウム（Ｉｎ）のターゲットに供給されるスパッタリング電力Ｐ１と前記ガリウム（Ｇａ）のターゲットに供給されるスパッタリング電力Ｐ２とから、少なくとも０．１５＜ｘ＜０．８５の範囲において、
ｘ＝１．２１×Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）
により設定されることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記ガスの圧力は、１Ｐａ以上且つ１０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記ガスの流量は、６０ｓｃｃｍ以上且つ５００ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記ガスに含まれる窒素（Ｎ２）の割合は、８０％以上であることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記２以上のターゲットの間に、当該２以上のターゲットのいずれかのターゲットから飛来する粒子が他のターゲットに付着するのを抑制する遮蔽部材を備えることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記基板は、サファイア、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、石英または非晶質固体（ガラス）のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体素子が、半導体発光素子または半導体受光素子であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１】
基板上にｎ型半導体およびｐ型半導体を含むように積層して構成された半導体素子の製造方法であって、
異なるＩＩＩ族元素による少なくとも１つは液体状で、他は固体である２以上のターゲットを、Ｖ族元素を含むガスにより、当該２以上のターゲットのうち液体状であるターゲットのＩＩＩ族元素に基づく組成比に対応させて当該ガスの圧力または当該ガスの流量を設定してスパッタリングし、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体の膜を前記基板上に形成する工程を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記化合物半導体は、前記２以上のターゲットのそれぞれに供給されるスパッタリング電力により当該化合物半導体の組成比が設定されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板は、前記２以上のターゲットのそれぞれに対向する位置に交互に設置されることにより、前記化合物半導体の膜が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記ガスの圧力または当該ガスの流量は、前記２以上のターゲットのうち液体状であるターゲットに基づく組成比に対して正の傾きを有する関係式で設定されることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記ＩＩＩ族元素はインジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とであって、前記Ｖ族元素は窒素（Ｎ）であって、前記化合物半導体は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記化合物半導体のインジウム（Ｉｎ）の組成比ｘは、前記インジウム（Ｉｎ）のターゲットに供給されるスパッタリング電力Ｐ１と前記ガリウム（Ｇａ）のターゲットに供給されるスパッタリング電力Ｐ２とから、少なくとも０．１５＜ｘ＜０．８５の範囲において、
ｘ＝１．２１×Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）
により設定されることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記ガスの圧力は、１Ｐａ以上且つ１０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記ガスの流量は、６０ｓｃｃｍ以上且つ５００ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記ガスに含まれる窒素（Ｎ２）の割合は、８０％以上であることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記２以上のターゲットの間に、当該２以上のターゲットのいずれかのターゲットから飛来する粒子が他のターゲットに付着するのを抑制する遮蔽部材を備えることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記基板は、サファイア、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、石英または非晶質固体（ガラス）のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体素子が、半導体発光素子または半導体受光素子であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２１６７３６（Ｐ２０１２−２１６７３６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８２２８３（Ｐ２０１１−８２２８３）
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【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１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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