窒化物半導体素子形成用ウエハ、窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法、窒化物半導体素子、および窒化物半導体素子の製造方法
【課題】製造工程の煩雑化を伴うことなく製造中におけるウエハの割れを防止すること。
【解決手段】窒化物半導体素子形成用ウエハは、基板の上に、下地層、第１導電型窒化物半導体層、活性層、および第２導電型窒化物半導体層が順に積層されて構成されている。基板は、窒化物半導体素子材料とは異なる材料からなる。また、下地層および／または第１導電型窒化物半導体層の膜厚は、基板の中央側と基板の周縁側とで異なっており、基板の周縁側からその基板の中央側へ向かうにつれて大きくても良いし、基板の周縁側からその基板の中央側へ向かうにつれて小さくても良い。窒化物半導体素子は、窒化物半導体素子形成用ウエハを用いて作製されたものである。
【解決手段】窒化物半導体素子形成用ウエハは、基板の上に、下地層、第１導電型窒化物半導体層、活性層、および第２導電型窒化物半導体層が順に積層されて構成されている。基板は、窒化物半導体素子材料とは異なる材料からなる。また、下地層および／または第１導電型窒化物半導体層の膜厚は、基板の中央側と基板の周縁側とで異なっており、基板の周縁側からその基板の中央側へ向かうにつれて大きくても良いし、基板の周縁側からその基板の中央側へ向かうにつれて小さくても良い。窒化物半導体素子は、窒化物半導体素子形成用ウエハを用いて作製されたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子を形成するためのウエハ（以下では単に「ウエハ」と記すことがある。）、ウエハの製造方法、ウエハを用いて作製された窒化物半導体素子、および窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物半導体素子を発光素子として用いた青色発光素子と蛍光体とを利用した白色発光装置が、大型液晶テレビのバックライトや照明用の光源等に用いられるようになりつつある。このような大型液晶テレビや照明等の製品には、一度に大量の白色発光装置を使用する。そのため、これらの製品に用いられる青色発光素子には、安価で大量生産できることが求められている。
【０００３】
窒化物半導体素子は、一般に、基板の上面上に窒化物半導体層を積層してウエハを作製し、このウエハを任意のチップサイズに分割することにより形成されている。従来、基板には、基板の製造の困難性などの理由から、１〜２インチ程度のサイズのものが利用されていた。しかし、最近の技術革新により、３インチ以上のサイズの基板を定量的に供給できるようになってきている。４インチ以上の大口径の基板を用いてウエハを作製すれば、一度に大量の窒化物半導体素子を作製することができ、よって、窒化物半導体素子の製造コストの低下を図ることができる。そこで、４インチ以上の大口径の基板を用いてウエハを作製することが強く求められている。
【０００４】
ところで、材料コストなどの理由から、基板には、窒化物半導体材料とは異なる材料（例えばサファイアやＳｉＣなど）からなる基板を用いることが多い。そのため、基板材料の格子定数は窒化物半導体層材料の格子定数とは異なり、基板材料の熱膨張係数は窒化物半導体層材料の熱膨張係数とは異なる。よって、このような基板の上に窒化物半導体層を結晶成長させると、ウエハ全体に内部応力が発生する。この内部応力の発生に起因して、ウエハが反る、またはウエハ自体が割れるという不具合が発生する。この不具合は、基板のサイズが大きくなればなるほど顕著になり、窒化物半導体素子の歩留まり低下の要因の一つとなっている。つまり、４インチ以上の大口径の基板を用いてウエハを作製すれば、作製途中にウエハの反り、または／およびウエハの割れを招くおそれが高くなる。したがって、上記不具合の発生を抑制する方法が検討されている。
【０００５】
例えば特許文献１には、基板として、窒化物半導体材料であるＧａＮまたはＡｌＮを基板の裏面にあらかじめ堆積させたサファイア基板を用いることが記載されている。具体的には、まず、サファイア基板の裏面上に、ＧａＮ層またはＡｌＮ層を堆積させる。次に、サファイア基板の表面上に、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）により、２μｍ程度のＧａＮを堆積させた後、Ａｌ組成が１０％〜３０％であり厚さが３０ｎｍ程度のＡｌＧａＮ層を成長させる。これにより、サファイア基板の反り量を５μｍ程度に低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１６７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、基板材料の格子定数と窒化物半導体層材料の格子定数との大小関係に応じて、または基板材料の熱膨張係数と窒化物半導体層材料の熱膨張係数との大小関係に応じて、基板の裏面上に形成する膜の材料を決定する。また、基板表面への窒化物半導体層の積層工程に先立って、基板裏面への積層工程を要する。そのため、ウエハの製造工程が煩雑になる。これらのことから、特許文献１に記載の方法は実用的ではない。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、製造工程が煩雑になることなく、また、割れを伴うことなくウエハを製造することができ、よって、ウエハおよび窒化物半導体素子の製造歩留まりを大幅に改善可能なウエハ、ウエハの製造方法、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の窒化物半導体素子形成用ウエハは、基板と、基板の上に設けられた下地層と、下地層の上に設けられた第１導電型窒化物半導体層と、第１導電型窒化物半導体層の上に設けられた活性層と、活性層の上に設けられた第２導電型窒化物半導体層とを備えている。基板は、窒化物半導体材料とは異なる材料からなる。下地層および／または第１導電型窒化物半導体層の膜厚は、基板の中央側と基板の周縁側とで異なる。
【００１０】
下地層および／または第１導電型窒化物半導体層の膜厚は、それぞれ、基板の周縁側からその基板の中央側へ向かうにつれて厚くても良いし、基板の周縁側からその基板の中央側へ向かうにつれて薄くても良い。
【００１１】
下地層が基板の中央側と基板の周縁側とで異なるとき、下地層の平均膜厚は９μｍ以下であることが好ましい。このとき、下地層の膜厚の最大値とその膜厚の最小値との差は０．８μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
基板の口径は、４インチ以上であることが好ましい。
本発明は、本発明の窒化物半導体素子形成用ウエハを用いて製造された窒化物半導体素子にも関する。
【００１３】
本発明は、窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法にも関する。この製造方法は、基板の上に下地層を形成する工程と、下地層の上に第１導電型窒化物半導体層を形成する工程と、第１導電型窒化物半導体層の上に活性層を形成する工程と、活性層の上に第２導電型窒化物半導体層を形成する工程とを備えている。基板としては、窒化物半導体材料とは異なる材料からなる基板を用い、膜厚が基板の中央側とその基板の周縁側とで異なるように下地層および／または第１導電型窒化物半導体層を形成する。
【００１４】
膜厚が基板の周縁側からその基板の中央側へ向かうにつれて厚くなるように下地層および／または第１導電型窒化物半導体層を形成しても良い。
【００１５】
下地層を形成する工程では、原料ガスとキャリアガスとを用いて下地層を形成することが好ましく、キャリアガスの流量または原料ガスの濃度を膜厚が基板の中央側とその基板の周縁側とで異なるように下地層を形成すれば良い。
【００１６】
下地層を形成する工程では、膜厚が基板の中央側とその基板の周縁側とで異なるように下地層を形成することが好ましく、下地層の平均膜厚を９μｍ以下とすることが好ましい。このとき、下地層の膜厚の最大値とその膜厚の最小値との差を０．８μｍ以下とすることが好ましい。
【００１７】
口径が４インチ以上の基板を用いて窒化物半導体素子形成用ウエハを製造することが好ましい。
【００１８】
本発明は、本発明の窒化物半導体素子形成用ウエハを用いて窒化物半導体素子の製造方法にも関する。この製造方法は、第２導電型窒化物半導体層および活性層のそれぞれの一部分を除去して第１導電型窒化物半導体層の一部分を露出させる工程と、第１導電型窒化物半導体層の露出した表面の上に第１導電側の外部接続用電極を形成するとともに第２導電型窒化物半導体層の上に第２導電側の外部接続用電極を形成する工程と、下地層、第１導電型窒化物半導体層、活性層、および第２導電型窒化物半導体層が形成された基板を個片化する工程とを備えている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、製造工程の煩雑化を招くことなく、またウエハの割れを伴うことなく、ウエハおよび窒化物半導体素子を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るウエハの概略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態における下地層の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態における下地層の他の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体素子の概略断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態における光学装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下では、図面を参照しながら、窒化物半導体素子として窒化物半導体からなる発光ダイオード素子（以下では単に「発光ダイオード素子」と記す）を例に挙げて、本発明の実施の形態を説明する。実施の形態１では、発光ダイオード素子を形成するためのウエハの構造およびその製造方法を説明する。実施の形態２では、発光ダイオード素子の構造、発光ダイオード素子の製造方法、発光ダイオード素子を備えた発光装置の構造、および発光装置の製造方法を説明する。
【００２２】
なお、以下では、特許請求の範囲における「第１導電型」および「第２導電型」をそれぞれ「ｎ型」および「ｐ型」としているが、特許請求の範囲における「第１導電型」および「第２導電型」をそれぞれ「ｐ型」および「ｎ型」としても良い。
【００２３】
また、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。また、本発明が以下に示す実施の形態に限定されないことは言うまでもない。
【００２４】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係るウエハ２０の概略断面図である。図２は本実施の形態における下地層３の一例を示す断面図であり、図３は本実施の形態における下地層３の他の一例を示す断面図である。本実施の形態では、図２および図３に示すように、下地層３の膜厚が基板１の中央側と基板１の周縁側とで異なる。
【００２５】
（ウエハ２０の構造）
本実施の形態に係るウエハ２０は、基板１と、基板１の上面に接するように設けられ、アルミニウムを含有する窒化物半導体材料からなる中間層２と、中間層２の上面に接するように設けられ、窒化物半導体材料からなる下地層３と、下地層３の上面に接するように設けられ、ｎ型窒化物半導体材料からなるｎ型コンタクト層４と、ｎ型コンタクト層４の上面に接するように設けられ、ｎ型窒化物半導体材料からなるｎ型クラッド層５と、ｎ型クラッド層５の上面に接するように設けられ、窒化物半導体材料からなる活性層６と、活性層６の上面に接するように設けられ、ｐ型窒化物半導体材料からなるｐ型クラッド層７と、ｐ型クラッド層７の上面に接するように設けられ、ｐ型窒化物半導体材料からなるｐ型コンタクト層８とを備えている。
【００２６】
（基板１の構成）
基板１は、窒化物半導体材料とは異なる材料からなる。たとえば、基板１としては、ａ面、ｃ面、ｍ面またはｒ面などの露出面を有するサファイア（Ａｌ２Ｏ３）単結晶、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）単結晶、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＯ単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶またはＺｒＢ２などのホウ化物単結晶などからなる基板を用いることができる。
【００２７】
基板１の成長面の面方位は特に限定されるものではない。基板１はジャスト基板やオフ角を付与した基板などを適宜用いることができる。なかでも、基板１の成長面の面方位はサファイア基板のｃ面であることが好ましい。これにより、結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなる中間層２を形成することができ、よって、結晶性に優れた中間層２を形成することができる。それだけでなく、基板１の成長面の口径が１００ｍｍ（４インチ）、１２５ｍｍ（５インチ）、１５０ｍｍ（６インチ）と大きくなるほど、中間層２を構成する結晶粒の粒径の均一性を向上させるという効果が顕著に現れる。
【００２８】
（中間層２の構成）
中間層２としては、たとえばＡｌｘ０Ｇａｙ０Ｎ（０≦ｘ０≦１、０≦ｙ０≦１、ｘ０＋ｙ０≠０）の式で表わされる窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用いることができる。なかでも、中間層２はＡｌＮ層であることが好ましい。これにより、基板１の成長面の法線方向に伸長するように中間層２が形成されるので、結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなる中間層２が得られる。
【００２９】
中間層２の厚さは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好ましい。中間層２の厚さが５ｎｍ未満である場合には、中間層２がバッファ層としての機能を十分に発揮しないおそれがある。また、中間層２の厚さが１００ｎｍを超える場合には、バッファ層としての機能が向上することなく中間層２の形成時間が長くなるおそれがある。また、バッファ層としての機能を面内において均一に発揮させるという観点からは、中間層２の厚さを１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【００３０】
（下地層３の構成）
下地層３としては、たとえばＡｌｘ１Ｇａｙ１Ｉｎｚ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用いることができる。なかでも、下地層３は、ＩＩＩ族元素としてＧａを含むものであることが好ましい。これにより、転位などの結晶欠陥が中間層２に存在する場合であっても、中間層２中の転位を引き継がないようにして下地層３を形成することができる。詳細には、中間層２と下地層３との界面付近で転位をループさせる（または転位ループを発生させる）ことができれば、中間層２中の転位を引き継がないようにして下地層３を形成することができる。そして、下地層３がＧａを含むＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる場合には、中間層２と下地層３との界面付近で転位がループされやすい。したがって、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる下地層３を用いることによって、中間層２と下地層３との界面付近で転位をループさせて閉じ込めて、転位が中間層２から下地層３に引き継がれるのを抑えることができる。特に下地層３がＡｌｘ１Ｇａｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる場合、さらには下地層３がＧａＮからなる場合には、中間層２と下地層３との界面付近で転位をループさせて閉じ込めることができるため、転位密度が小さく結晶性に優れた下地層３が得られる。
【００３１】
下地層３には、ｎ型ドーパントが１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下の範囲でドーピングされていてもよい。ｎ型ドーパントとしては、たとえばシリコン、ゲルマニウムおよび錫などを用いることができ、なかでもシリコンおよび／またはゲルマニウムを用いることが好ましい。しかし、下地層３の良好な結晶性を維持するという観点からは、下地層３はアンドープであることが好ましい。
【００３２】
下地層３は、基板１の材料と窒化物半導体材料（たとえば下地層３を構成する材料）とにおける格子定数および／または熱膨張係数の大小関係を考慮した上で、膜厚が基板１の中央側とその基板１の周縁側とで異なるように形成されている。これにより、格子定数の差および／または熱膨張係数の差に起因するウエハ２０の反りの少なくとも一部分を下地層３の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りで打ち消すことができる。よって、製造中におけるウエハ２０の反りを低減することができるので、製造中におけるウエハ２０の割れを防止することができる。また、下地層３の膜厚分布を変更するだけで製造中におけるウエハ２０の反りを低減できるので、窒化物半導体層などを基板１の下面へ積層する必要がない。以上より、製造工程の煩雑化を伴うことなく製造中におけるウエハ２０の割れを防止できる。
【００３３】
たとえば基板１の材料の熱膨張係数が窒化物半導体材料の熱膨張係数よりも大きい場合を考える。この場合、下地層３の形成後における降温時には、基板１の収縮量の方が下地層３の収縮量よりも大きい。これにより、製造途中のウエハは、熱膨張係数の差に起因して、図１における上側に凸となるように変形しようとする。
【００３４】
しかし、図２に示すように下地層３を基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって厚く形成すると、上記降温時には、基板１の中央側における下地層３の収縮量は基板１の周縁側における下地層３の収縮量よりも大きくなる。よって、下地層３には、図２に示す矢印の方向に内部応力が発生する。これにより、製造途中のウエハは、下地層３の膜厚分布に起因して、図１における下側に凸となるように変形しようとする。
【００３５】
以上をまとめると、製造途中のウエハは、上記降温時に、熱膨張係数の差に起因して図１における上側に凸に変形しようとする反面、下地層３の膜厚の差に起因して下側に凸に変形しようとする。よって、熱膨張係数の差に起因するウエハ２０の反りの少なくとも一部を下地層３の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りで打ち消すことができる。したがって、ウエハ２０の反りを軽減させることができるので、ウエハ２０の割れを防止することができる。このことは、基板１の材料の格子定数が窒化物半導体材料の格子定数よりも小さい場合にも言える。また、下地層３を基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって段階的に厚く形成した場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
なお、基板１の材料の熱膨張係数が窒化物半導体材料の熱膨張係数よりも大きい場合、または基板１の材料の格子定数が窒化物半導体材料の格子定数よりも小さい場合、下地層３だけでなく後述のｎ型コンタクト層４も基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって厚く形成しても良い。これにより、熱膨張係数の差に起因するウエハ２０の反りの少なくとも一部は、下地層３の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りだけでなく、ｎ型コンタクト層４の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りによっても打ち消されることとなる。よって、下地層３だけでなくｎ型コンタクト層４も基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって厚く形成すれば、ウエハ２０の反りがさらに軽減されるので、ウエハ２０の割れがさらに防止される。また、後述のｎ型コンタクト層４のみを基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって厚く形成しても、熱膨張係数の差に起因するウエハ２０の反りの少なくとも一部がｎ型コンタクト層４の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りによって打ち消されるため、ウエハ２０の反りが軽減され、よって、ウエハ２０の割れが防止される。
【００３７】
一方、基板１の材料の熱膨張係数が窒化物半導体材料の熱膨張係数よりも小さい場合には、製造途中のウエハは、下地層３の形成後における降温時に、熱膨張係数の差に起因して図１における下側に凸となるように変形しようとする。そのため、図３に示すように、膜厚が基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって薄くなるように下地層３を形成すれば良い。これにより、上記降温時、下地層３には、図３に示す矢印の方向に内部応力が発生する。よって、製造途中のウエハは、下地層３の膜厚分布に起因して、図１における上側に凸となるように変形しようとする。したがって、熱膨張係数の差に起因するウエハ２０の反りの少なくとも一部を下地層３の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りで打ち消すことができる。よって、ウエハ２０の反りを軽減させることができるので、ウエハ２０の割れを防止することができる。このことは、基板１の材料の格子定数が窒化物半導体材料の格子定数よりも大きい場合にも言える。また、下地層３を基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって段階的に薄く形成した場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００３８】
なお、基板１の材料の熱膨張係数が窒化物半導体材料の熱膨張係数よりも小さい場合、または基板１の材料の格子定数が窒化物半導体材料の格子定数よりも大きい場合、下地層３だけでなく後述のｎ型コンタクト層４も基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって薄く形成しても良い。これにより、熱膨張係数の差に起因するウエハ２０の反りの少なくとも一部は、下地層３の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りだけでなく、ｎ型コンタクト層４の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りによっても打ち消されることとなる。よって、下地層３だけでなくｎ型コンタクト層４も基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって薄く形成すれば、ウエハ２０の反りがさらに軽減されるので、ウエハ２０の割れがさらに防止される。また、後述のｎ型コンタクト層４のみを基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって薄く形成しても、熱膨張係数の差に起因するウエハ２０の反りの少なくとも一部がｎ型コンタクト層４の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りによって打ち消されるため、ウエハ２０の反りが軽減され、よって、ウエハ２０の割れが防止される。
【００３９】
基板１の口径が大きいほど、熱膨張係数の差および／または格子定数の差に起因するウエハ２０の反りは顕著である。よって、本実施の形態に係るウエハ２０は、基板１の口径が大きい場合たとえば基板１の口径が４インチ以上である場合に有効である。
【００４０】
下地層３の平均膜厚は、９μｍ以下であることが好ましく、６μｍ以上９μｍ以下であればさらに好ましい。なお、下地層３の平均膜厚は、干渉膜厚計を用いたマッピング測定などの方法にしたがって測定される。
【００４１】
下地層３の膜厚の最大値と下地層３の膜厚の最小値との差（以下では「下地層３の膜厚差」と記す。）は、０．２μｍ以上０．８μｍ以下であることが好ましい。下地層３の膜厚差が０．２μｍ未満であれば、下地層３の膜厚差に起因するウエハの反りが小さすぎるため、熱膨張係数の差または格子定数の差に起因するウエハの反りを下地層３の膜厚差に起因するウエハの反りで打ち消すことが難しくなる。そのため、ウエハの反りを低減できないことがある。逆に、下地層３の膜厚差が０．９μｍを超えると、下地層３の膜厚差に起因するウエハの反りが大きすぎるため、下地層３の膜厚差に起因するウエハの反りが熱膨張係数の差または格子定数の差に起因するウエハの反りを勝ることがある。そのため、ウエハの反りが却って増大することがある。
【００４２】
下地層３の平均膜厚が９μｍ以下好ましくは４．５μｍ以上７．５μｍ以下である場合には、下地層３の膜厚差を０．３μｍ以上０．８μｍ以下とすればよい。下地層３の膜厚差が０．３μｍ未満であれば、上述のようにウエハの反りを低減できないことがある。逆に、下地層３の膜厚差が０．８μｍを超えると、上述のようにウエハの反りが却って増大することがある。下地層３の膜厚差の上限は、０．８μｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
（ｎ型コンタクト層４の構成）
ｎ型コンタクト層４としては、たとえば、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｉｎｚ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層にｎ型ドーパントをドーピングした層などを用いることができる。なかでも、ｎ型コンタクト層４は、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、好ましくは０≦ｘ２≦０．５、より好ましくは０≦ｘ２≦０．１）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体にｎ型ドーパント（たとえばシリコン）がドーピングされた窒化物半導体層であることが好ましい。
【００４４】
また、ｎ型コンタクト層４とｎ側電極１１との良好なオーミック接触の維持、ｎ型コンタクト層４におけるクラックの発生の抑制およびｎ型コンタクト層４の良好な結晶性の維持の観点から、ｎ型コンタクト層４へのｎ型ドーパントのドーピング濃度は５×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下の範囲内であることが好ましい。
【００４５】
下地層３とｎ型コンタクト層４との厚さの合計は、これらの層の良好な結晶性を維持するという観点から、４μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましく、６μｍ以上１５μｍ以下であることがさらに好ましい。下地層３とｎ型コンタクト層４との厚さの合計が４μｍ未満である場合には、これらの層の結晶性が悪化したり、これらの層の表面にピット（ｐｉｔ）が生じるおそれがある。一方、下地層３とｎ型コンタクト層４との厚さの合計が１５μｍを超える場合には、ウエハの反りが大きくなって、発光ダイオード素子の収率低下を招くおそれがある。下地層３とｎ型コンタクト層４との厚さの合計が４μｍ以上１５μｍ以下である場合、特にその合計が６μｍ以上１５μｍ以下である場合には、これらの層の結晶性を良好なものとすることができるとともに、ウエハの反りが小さくなって発光ダイオード素子の収率低下を有効に防止することができる。なお、これらの層の厚さの合計のうちｎ型コンタクト層４の厚さの上限は特に限定されるものではない。
【００４６】
（ｎ型クラッド層５の構成）
ｎ型クラッド層５としては、たとえば、Ａｌｘ３Ｇａｙ３Ｉｎｚ３Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、ｘ３＋ｙ３＋ｚ３≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層にｎ型ドーパントをドーピングした層などを用いることができる。ｎ型クラッド層５は、ＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる複数の窒化物半導体層をヘテロ接合した構造や超格子構造であってもよい。また、ｎ型クラッド層５の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であり、より好ましくは０．００５μｍ以上０．１μｍ以下である。ｎ型クラッド層５の良好な結晶性の維持および発光ダイオード素子の動作電圧の低減という観点から、ｎ型クラッド層５へのｎ型ドーパントのドーピング濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましく、１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下であることがより好ましい。
【００４７】
（活性層６の構成）
活性層６は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造を有していても良いし、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有していても良い。活性層６が単一量子井戸構造を有する場合には、活性層６の量子井戸層として、たとえばＧａ１−ｚ４Ｉｎｚ４Ｎ（０＜ｚ４＜０．４）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用いることができる。また、活性層６の厚みは特に限定されないが、発光ダイオード素子の発光出力を向上させるという観点からは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましく、１ｎｍ以上６ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００４８】
活性層６が多重量子井戸構造を有する場合、たとえば、量子井戸層６ａとしてＧａ１−ｚ４Ｉｎｚ４Ｎ（０＜ｚ４＜０．４）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用い、量子障壁層６ｂとして量子井戸層６ａよりもバンドギャップの大きいＡｌｘ５Ｇａｙ５Ｉｎｚ５Ｎ（０≦ｘ５≦１、０≦ｙ５≦１、０≦ｚ５≦１、ｘ５＋ｙ５＋ｚ５≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用いることもできる。なお、上記の量子井戸層６ａおよび／または量子障壁層６ｂにはｎ型またはｐ型のドーパントがドーピングされていてもよい。
【００４９】
（ｐ型クラッド層７の構成）
ｐ型クラッド層７としては、たとえばＡｌｘ６Ｇａｙ６Ｉｎｚ６Ｎ（０≦ｘ６≦１、０≦ｙ６≦１、０≦ｚ６≦１、ｘ６＋ｙ６＋ｚ６≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層にｐ型ドーパントをドーピングした層などを用いることができる。なかでも、ｐ型クラッド層７としては、Ａｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ｎ（０＜ｘ６≦０．４、好ましくは０．１≦ｘ６≦０．３）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層にｐ型ドーパントをドーピングした層を用いることが好ましい。ｐ型ドーパントとしては、たとえばマグネシウムなどを用いることができる。
【００５０】
ｐ型クラッド層７のバンドギャップは、活性層６への光の閉じ込めという観点から、活性層６のバンドギャップよりも大きくすることが好ましい。また、ｐ型クラッド層７の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．０１μｍ以上０．４μｍ以下であり、より好ましくは０．０２μｍ以上０．１μｍ以下である。良好な結晶性のｐ型クラッド層７を得るという観点からは、ｐ型クラッド層７へのｐ型ドーパントのドーピング濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であることが好ましく、１×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下であることがより好ましい。
【００５１】
（ｐ型コンタクト層８の構成）
ｐ型コンタクト層８としては、たとえばＡｌｘ７Ｇａｙ７Ｉｎｚ７Ｎ（０≦ｘ７≦１、０≦ｙ７≦１、０≦ｚ７≦１、ｘ７＋ｙ７＋ｚ７≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層にｐ型ドーパントをドーピングした層などを用いることができる。なかでも、ｐ型コンタクト層８の良好な結晶性の維持およびｐ型コンタクト層８とｐ側電極１０との良好なオーミック接触を得るという観点からは、ｐ型コンタクト層８はＧａＮ層にｐ型ドーパントをドーピングした層であることが好ましい。
【００５２】
ｐ型コンタクト層８とｐ側電極１０との良好なオーミック接触の維持、ｐ型コンタクト層８におけるクラックの発生の抑制およびｐ型コンタクト層８の良好な結晶性の維持という観点からは、ｐ型コンタクト層８へのｐ型ドーパントのドーピング濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下の範囲内であることが好ましく、５×１０１９ｃｍ−３以上５×１０２０ｃｍ−３以下の範囲内であることがより好ましい。また、ｐ型コンタクト層８の厚さは特に限定されるものではない。発光ダイオード素子１００の発光出力を向上させるという観点からは、ｐ型コンタクト層８の厚さは、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であることがより好ましい。
【００５３】
（ウエハ２０の製造方法）
以下では、ウエハ２０の製造方法を示す。なお、基板１、中間層２、下地層３、ｎ型コンタクト層４、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８の各材料および各膜厚などは、上述の通りである。
【００５４】
（中間層２の形成方法）
基板１の上面上に中間層２を形成する。ここで、中間層２は、基板１とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法によって形成される。
【００５５】
（下地層３の形成方法）
ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、中間層２の上面上に下地層３を形成する。
【００５６】
このとき、中間層２の上面を熱処理してから、その上面上に下地層３を積層しても良い。この熱処理によって、中間層２の表面の清浄化と下地層３の結晶性の向上との両方を図ることができる。この熱処理は、たとえばＭＯＣＶＤ法が用いられるＭＯＣＶＤ装置内で行なうことができる。熱処理時の雰囲気ガスとしては、たとえば水素ガスや窒素ガスなどを用いることができる。なお、この熱処理時における中間層２の分解を防ぐために、熱処理時の雰囲気ガスにアンモニアガスを混合してもよい。また、この熱処理は、たとえば９００℃以上１２５０℃以下の温度で行なうことができ、たとえば１分間以上６０分間以下の時間行なうことができる。
【００５７】
また、下地層３の形成時における基板１の温度は８００℃以上１２５０℃以下であることが好ましく、１０００℃以上１２５０℃以下であることがより好ましい。その温度が８００℃以上１２５０℃以下である場合、特にその温度が１０００℃以上１２５０℃以下である場合には、結晶性に優れた下地層３を成長させることができる。
【００５８】
さらには、膜厚が基板１の中央側と基板１の周縁側とで異なるように下地層３を形成する。具体的には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）またはＮＨ３（アンモニア）などの原料ガスの濃度を基板１の中央側と基板１の周縁側とで変えれば良い。具体的には、キャリアガスの流量を制御しても良いし、基板１上へ供給されるＴＭＧの量を基板１の中央側と基板１の周縁側とで変えても良い。
【００５９】
たとえば、多量のキャリアガスをＭＯＣＶＤ装置の反応炉内に供給しながら下地層３を形成すると、キャリアガスは勢い良く反応炉内に供給される。これにより、反応炉の排出口に近い側（基板１の周縁側）では、ガスがそれほど滞留することなく反応炉の外へ排出される。よって、図２に示す下地層３が形成される。たとえば、基板１の口径が４インチ以上である場合、キャリアガスの流量を２００ｓｌｍよりも多くすれば良く、２５０ｓｌｍ以上とすればさらに好ましい。
【００６０】
また、基板１の周縁側に供給される原料ガスの量を基板１の中央側に供給される原料ガスの量より少なくしても、図２に示す下地層３を形成することができる。逆に、基板１の周縁側に供給される原料ガスの量を基板１の中央側に供給される原料ガスの量より多くすると、図３に示す下地層３を形成することができる。下地層３の膜厚は原料ガスの濃度に比例すると考えられるため、所望の膜厚差が得られるように原料ガスの濃度差を設定すれば良い。なお、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内の圧力が低い方が、反応炉内における原料ガスおよびキャリアガスなどのスピードが速くなるので、下地層３の膜厚が均一になりやすい。この点も考慮に入れて下地層３の形成条件を決めればよい。
【００６１】
（ｎ型コンタクト層４、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７、ｐ型コンタクト層８の形成方法）
ＭＯＣＶＤ法によって、下地層３の上面上に、ｎ型コンタクト層４、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８をこの順に積層する。
【００６２】
具体的には、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉の内部に、たとえばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）からなる群から選択された少なくとも１つのＩＩＩ族元素の有機金属原料ガスと、たとえばアンモニアなどの窒素原料ガスとを供給する。反応炉の内部においてこれらのガスを熱分解させて反応させる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体材料からなるｎ型コンタクト層４などを形成することができる。
【００６３】
また、ｎ型ドーパントであるシリコンをドーピングする場合には、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉の内部に、たとえばシラン（ＳｉＨ４）をドーピングガスとして上記の原料ガスに加えて供給することにより、シリコンをドーピングすることが可能である。
【００６４】
また、ｐ型ドーパントであるマグネシウムをドーピングする場合には、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉の内部に、たとえばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）をドーピングガスとして上記の原料ガスに加えて供給することにより、マグネシウムをドーピングすることが可能である。
【００６５】
ここで、活性層６を形成するときには、基板１の温度は７００℃以上９００℃以下であることが好ましく、７５０℃以上８５０℃以下であることがより好ましい。詳細には、活性層６が単一量子井戸（ＳＱＷ）構造からなり、その量子井戸層がたとえばＧａ１−ｚ４Ｉｎｚ４Ｎ（０＜ｚ４＜０．４）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層からなる場合には、活性層６からの出力波長が所望の発光波長となるように、活性層６のＩｎ組成や厚さが制御される。しかしながら、活性層６の形成時における基板１の温度が低いと、活性層６の結晶性が悪化するおそれがある。活性層６の形成時における基板１の温度が高いと、ＩｎＮの昇華が顕著になって固相中へのＩｎの取り込まれ効率が低減して活性層６におけるＩｎ組成が変動するおそれがある。よって、活性層６を形成するときには、基板１の温度を７００℃以上９００℃以下とすることが好ましい。
【００６６】
＜実施の形態２＞
実施の形態２に係る発光ダイオード素子は、上記実施の形態１に係るウエハを用いて作製される。また、本実施の形態における光学装置は、本実施の形態に係る発光ダイオード素子を備えている。
【００６７】
図４は、本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００の概略断面図である。図５は本実施の形態における発光装置２００の概略断面図である。
【００６８】
（発光ダイオード素子１００の構成）
発光ダイオード素子１００は、ｎ型コンタクト層４の一部分が露出するように上記実施の形態１に係るウエハ２０（図１参照）がエッチングされたものであり、さらに、ｐ型コンタクト層８の上面に接するように設けられた透光性電極層９と、透光性電極層９の上面に接するように設けられたｐ側電極１０と、ｎ型コンタクト層４の露出表面に接するように設けられたｎ側電極１１とを備えている。
【００６９】
透光性電極層９は、たとえば金、パラジウム、ニッケルまたはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる。
【００７０】
ｐ側電極１０およびｎ側電極１１は、発光ダイオード素子１００に駆動電力を供給するための電極である。ｐ側電極１０は、たとえばチタン層、アルミニウム層および金層がこの順序で積層されて構成されている。ｎ側電極１１は、たとえばニッケル層、アルミニウム層、チタン層および金層がこの順序で積層されて構成されている。
【００７１】
（発光ダイオード素子１００の製造方法）
以下では、発光ダイオード素子１００の製造方法を示す。なお、透光性電極層９、ｐ側電極１０およびｎ側電極１１の各材料などは上述の通りである。
【００７２】
まず、上記実施の形態１におけるウエハ２０のｐ型コンタクト層８の上面上に透光性電極層９を形成してから、透光性電極層９の上面上にｐ側電極１０を形成する。その後、ｎ型コンタクト層４、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８の一部分をエッチングにより除去することによって、ｎ型コンタクト層４の表面の一部を露出させる。
【００７３】
次に、ｎ型コンタクト層４の露出した表面上にｎ側電極１１を形成する。その後、ウエハ２０を個片化する。これにより、発光ダイオード素子１００が製造される。
【００７４】
このように、発光ダイオード素子１００は、上記実施の形態１に係るウエハ２０を用いて製造される。よって、ウエハ２０の割れを招くことなく発光ダイオード素子１００を製造することができる。また、発光ダイオード素子１００の製造工程の煩雑化を伴うことなく、発光ダイオード素子１００を製造することができる。これらのことから、発光ダイオード素子１００の製造歩留まりの低下を防止できる。
【００７５】
なお、透光性電極層９を形成する前に、ｎ型コンタクト層４などの一部分をエッチングにより除去しても良い。
【００７６】
また、ｎ型コンタクト層４などの一部分をエッチングする具体的な方法は、特に限定されず、後述の実施例で示すようにドライエッチングであっても良いし、ウエットエッチングであっても良い。
【００７７】
また、ウエハ２０の個片化は、ｎ側電極１１の形成後に限定されず、たとえば透光性電極層９の形成前に行なっても良い。
【００７８】
（発光装置２００の構成）
本実施の形態における発光装置２００は、本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００と、発光ダイオード素子１００が設けられた第１のリードフレーム１２と、発光ダイオード素子１００を封止する樹脂１３と、発光ダイオード素子１００が電気的に接続される第２のリードフレーム１４と、発光ダイオード素子１００のｐ側電極１０と第１のリードフレーム１２とを電気的に接続する第１のワイヤ４５と、発光ダイオード素子１００のｎ側電極１１と第２のリードフレーム１４とを電気的に接続する第２のワイヤ４４とを備えている。
【００７９】
第１のリードフレーム１２および第２のリードフレーム１４は、導電性を有する材料からなれば良く、たとえば銅合金などの金属材料からなる。樹脂１３は、発光ダイオード素子１００が発する光を透過可能な材料からなれば良く、たとえばエポキシ樹脂からなる。第１のワイヤ４５および第２のワイヤ４４は、導電性細線であれば良く、たとえば金属細線である。
【００８０】
（発光装置２００の製造方法）
以下では、発光装置２００の製造方法を示す。なお、第１のリードフレーム１２、樹脂１３、第２のリードフレーム１４、第１のワイヤ４５および第２のワイヤ４４の各材料などは上述の通りである。
【００８１】
まず、第１のリードフレーム１２の上面上に本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００を設ける。次に、第１のワイヤ４５を用いて発光ダイオード素子１００のｐ側電極１０と第１のリードフレーム１２とを電気的に接続し、第２のワイヤ４４を用いて発光ダイオード素子１００のｎ側電極１１と第２のリードフレーム１４とを電気的に接続する。続いて、樹脂１３で発光ダイオード素子１００を封止する。これにより、砲弾型の発光装置２００が製造される。
【００８２】
このように、発光装置２００は、本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００を備えている。よって、発光装置２００の製造歩留まりの低下を防止できる。
【実施例】
【００８３】
以下では、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例１および比較例では、ウエハを作製し、作製したウエハの反りの有無を確認した。実施例２では、実施例１で作製したウエハのうち反りが確認されなかったウエハを用いて発光ダイオード素子を作製した。
【００８４】
＜実施例１＞
（ウエハの製造方法）
（ＡｌＮバッファ層の形成方法）
まず、基板として口径が４インチのサファイア基板を準備し、サファイア基板のｃ面がＡｌターゲットの表面に対向するようにサファイア基板をＤＣマグネトロンスパッタ装置のチャンバ内に配置した。次に、ヒータによりサファイア基板を５００℃の温度に加熱した。続いて、ＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法を用いた反応性スパッタにより、サファイア基板のｃ面上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の柱状結晶の集合体からなる厚さ２５ｎｍのＡｌＮバッファ層を積層した。これにより、ＡｌＮバッファ層からなる中間層がサファイア基板のｃ面上に形成された。
【００８５】
（アンドープＧａＮ層の形成）
まず、ＡｌＮバッファ層が形成されたサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置の反応炉の内部に設置した。ここで、上記サファイア基板を高周波誘導加熱式ヒータで加熱するため、当該サファイア基板をグラファイト製のサセプタ上に設置した。なお、上記サファイア基板を抵抗加熱式ヒータで加熱する場合には、当該サファイア基板をグラファイト製のサセプタ上に設置された石英製のトレイ上に設置すればよい。
【００８６】
次に、反応炉の内部にアンモニアガスを供給しながらキャリアガスとして窒素ガスおよび水素ガスを反応炉の内部に供給した状態で、サファイア基板の温度を約１５分間かけて１１２５℃まで上昇させた。ここで、反応炉の内部の圧力を４０ｋＰａとし、キャリアガスである水素ガスと窒素ガスの流量比（水素ガスの流量／窒素ガスの流量）を５０／５０とした。そして、サファイア基板の温度が１１２５℃で安定したことを確認した後、反応炉の内部へＴＭＧガスの供給を開始した。これにより、厚さ５μｍのアンドープＧａＮ層からなる下地層がＡｌＮバッファ層の表面上に積層された。なお、アンモニアガスは、ＩＩＩ族元素に対するＶ族元素のモル比（Ｖ族元素のモル数／ＩＩＩ族元素のモル数）が１５００となるように、反応炉の内部に供給された。
【００８７】
ここで、実施例１では、サファイア基板上を流れるキャリアガスの流量（キャリアガスの流量とは、水素ガスの流量と窒素ガスの流量との合計量である。）を６００ｓｌｍとしてアンドープＧａＮ層を積層した。
【００８８】
（Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の形成）
窒素ガス、水素ガス、アンモニアガスおよびＴＭＧガスの供給を継続した状態でサファイア基板の温度を１１２５℃とし、Ｓｉのドーピング濃度が１×１０１９ｃｍ−３となるようにシランガスを反応炉の内部に供給した。これにより、厚さ３μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層からなるｎ型コンタクト層がＭＯＣＶＤ法によりアンドープＧａＮ層の上面上に形成された。
【００８９】
（Ｓｉドープｎ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層の形成）
窒素ガスの供給を継続する一方、ＴＭＧガス、アンモニアガス、水素ガスおよびシランガスの供給を停止した。その後に、サファイア基板の温度を８００℃に低下させた。反応炉の内部の状態が安定したことを確認した後に、原料ガスとしてのＴＭＧガス、ＴＭＩガスおよびアンモニアガスを反応炉の内部に供給し、さらにはＳｉのドーピング濃度が１×１０１８ｃｍ−３となるようにシランガスを反応炉の内部に供給した。これにより、厚さ８ｎｍのＳｉドープｎ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層からなるｎ型クラッド層がＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の上面上に形成された。
【００９０】
（ＭＱＷ活性層の形成）
シランガスの供給を停止する一方、ＴＭＧガス、ＴＭＩガス、アンモニアガスおよび窒素ガスの供給を継続した。これにより、Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる量子井戸層を３ｎｍの厚さに積層した。
【００９１】
以上のような量子障壁層（Ｓｉドープｎ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層）と量子井戸層との形成手順を繰り返すことによって、７層のｎ型ＧａＮからなる量子障壁層と６層のＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる量子井戸層とが１層ずつ交互に積層された多重量子井戸構造のＭＱＷ活性層をＳｉドープｎ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層の上面上に積層した。
【００９２】
（Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層の形成）
ＴＭＧガスおよびＴＭＩガスの供給を停止してからアンモニアガスの供給を継続させた状態で、サファイア基板の温度を１１００℃まで上昇させた。また、キャリアガスを窒素ガスから水素ガスに変更した。そして、２分間にわたって、ＴＭＧガス、ＴＭＡガスおよびＣＰ２Ｍｇガスを反応炉の内部に供給した。これにより、厚さ２０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層からなるｐ型クラッド層がＭＱＷ活性層の上面上に積層された。
【００９３】
（Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層の形成）
サファイア基板の温度を１１００℃に保持してから、ＴＭＡガスの供給のみを停止した。その後、反応炉の内部へのＴＭＧガスとＣＰ２Ｍｇガスとの供給量を変更することによって、厚さ０．２μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層からなるｐ型コンタクト層がＭｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層の上面上に積層した。これにより、実施例１におけるウエハが作製された。
【００９４】
その後、直ちにヒータへの通電を停止するとともに、ＴＭＧガス、ＣＰ２Ｍｇガスおよびアンモニアガスの供給を停止して、反応炉の内部に供給されるキャリアガスを水素ガスから窒素ガスに変更した。そして、サファイア基板の温度が３００℃以下になったことを確認して、ウエハを反応炉から取り出した。
【００９５】
＜比較例＞
比較例では、アンドープＧａＮ層を形成するときのキャリアガスの流量を５００ｓｌｍとすること以外を除いては上記実施例１と同様の方法に従って、ウエハを作製した。
【００９６】
（ウエハの割れの有無）
反応炉から取り出したウエハを視認したところ、比較例では８割以上のウエハが割れていたが、実施例１では３割前後のウエハが割れているに過ぎなかった。割れが発生したウエハでは、オリエンテーションフラットの中心からオリエンテーションフラットに対して垂直に割れていた。
【００９７】
（考察）
比較例では、キャリアガスの流量が相対的に少ない（２００ｓｌｍ）。そのため、サファイア基板の周縁側において原料ガスの滞留を防止することは難しいと考えられ、アンドープＧａＮ層の膜厚差は０．１μｍであった。よって、アンドープＧａＮ層の膜厚分布に起因するウエハの反りが小さいため、格子定数の差または熱膨張係数の差に起因するウエハの反りをアンドープＧａＮ層の膜厚分布に起因するウエハの反りで打ち消すことが難しい。したがって、ウエハが割れる確率が高かったと考えられる。
【００９８】
一方、実施例１では、キャリアガスの流量が相対的に多い（３００ｓｌｍ）。そのため、サファイア基板の周縁側における原料ガスの滞留が防止されると考えられ、図２に示すアンドープＧａＮ層が形成された。アンドープＧａＮ層の膜厚差は０．４μｍであった。ここで、サファイアの熱膨張係数はアンドープＧａＮの熱膨張係数よりも大きい。よって、熱膨張係数の差または格子定数の差に起因するウエハの反りの少なくとも一部分をアンドープＧａＮ層の膜厚分布に起因するウエハの反りで打ち消すことができる。したがって、ウエハが割れる確率が低かったと考えられる。
【００９９】
＜実施例２＞
実施例２では、実施例１において反りや割れが確認されなかったウエハを用いて発光ダイオード素子を作製した。
【０１００】
ＩＴＯ層からなる透光性電極層をＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層の上面上に形成した。その後、ＩＴＯ層の上面上に、チタン層、アルミニウム層および金層をこの順序で積層した。これにより、ＩＴＯ層の上面上にｐ側電極が形成された。
【０１０１】
ｐ側電極を形成してから、積層体の一部をドライエッチングにより除去した。これにより、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の表面の一部を露出させた。
【０１０２】
Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の露出した表面上に、ニッケル層、アルミニウム層、チタン層および金層をこの順序で積層した。これにより、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の露出面上にｎ側電極が形成された。
【０１０３】
そして、サファイア基板の裏面を研削および研磨してミラー状の面とした後に、サファイア基板を３５０μｍ角の正方形状のチップに分割した。これにより、本実施例に係る発光ダイオード素子を作製した。作製された発光ダイオード素子に外部電圧を印加したところ、何れの発光ダイオード素子も発光した。また、発光強度は、発光ダイオード素子として使用可能な強度以上であった。
【０１０４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた窒化物半導体発光ダイオード素子、窒化物半導体レーザ素子および窒化物半導体トランジスタ素子などの製造に好適に利用することができる可能性がある。
【符号の説明】
【０１０６】
１ 基板、２ 中間層、３ 下地層、４ ｎ型コンタクト層、５ ｎ型クラッド層、６ 活性層、７ ｐ型クラッド層、８ ｐ型コンタクト層、９ 透光性電極層、１０ ｐ側電極、１１ ｎ側電極、２０ ウエハ、１００ 窒化物半導体素子、２００ 発光装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子を形成するためのウエハ（以下では単に「ウエハ」と記すことがある。）、ウエハの製造方法、ウエハを用いて作製された窒化物半導体素子、および窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物半導体素子を発光素子として用いた青色発光素子と蛍光体とを利用した白色発光装置が、大型液晶テレビのバックライトや照明用の光源等に用いられるようになりつつある。このような大型液晶テレビや照明等の製品には、一度に大量の白色発光装置を使用する。そのため、これらの製品に用いられる青色発光素子には、安価で大量生産できることが求められている。
【０００３】
窒化物半導体素子は、一般に、基板の上面上に窒化物半導体層を積層してウエハを作製し、このウエハを任意のチップサイズに分割することにより形成されている。従来、基板には、基板の製造の困難性などの理由から、１〜２インチ程度のサイズのものが利用されていた。しかし、最近の技術革新により、３インチ以上のサイズの基板を定量的に供給できるようになってきている。４インチ以上の大口径の基板を用いてウエハを作製すれば、一度に大量の窒化物半導体素子を作製することができ、よって、窒化物半導体素子の製造コストの低下を図ることができる。そこで、４インチ以上の大口径の基板を用いてウエハを作製することが強く求められている。
【０００４】
ところで、材料コストなどの理由から、基板には、窒化物半導体材料とは異なる材料（例えばサファイアやＳｉＣなど）からなる基板を用いることが多い。そのため、基板材料の格子定数は窒化物半導体層材料の格子定数とは異なり、基板材料の熱膨張係数は窒化物半導体層材料の熱膨張係数とは異なる。よって、このような基板の上に窒化物半導体層を結晶成長させると、ウエハ全体に内部応力が発生する。この内部応力の発生に起因して、ウエハが反る、またはウエハ自体が割れるという不具合が発生する。この不具合は、基板のサイズが大きくなればなるほど顕著になり、窒化物半導体素子の歩留まり低下の要因の一つとなっている。つまり、４インチ以上の大口径の基板を用いてウエハを作製すれば、作製途中にウエハの反り、または／およびウエハの割れを招くおそれが高くなる。したがって、上記不具合の発生を抑制する方法が検討されている。
【０００５】
例えば特許文献１には、基板として、窒化物半導体材料であるＧａＮまたはＡｌＮを基板の裏面にあらかじめ堆積させたサファイア基板を用いることが記載されている。具体的には、まず、サファイア基板の裏面上に、ＧａＮ層またはＡｌＮ層を堆積させる。次に、サファイア基板の表面上に、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）により、２μｍ程度のＧａＮを堆積させた後、Ａｌ組成が１０％〜３０％であり厚さが３０ｎｍ程度のＡｌＧａＮ層を成長させる。これにより、サファイア基板の反り量を５μｍ程度に低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１６７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、基板材料の格子定数と窒化物半導体層材料の格子定数との大小関係に応じて、または基板材料の熱膨張係数と窒化物半導体層材料の熱膨張係数との大小関係に応じて、基板の裏面上に形成する膜の材料を決定する。また、基板表面への窒化物半導体層の積層工程に先立って、基板裏面への積層工程を要する。そのため、ウエハの製造工程が煩雑になる。これらのことから、特許文献１に記載の方法は実用的ではない。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、製造工程が煩雑になることなく、また、割れを伴うことなくウエハを製造することができ、よって、ウエハおよび窒化物半導体素子の製造歩留まりを大幅に改善可能なウエハ、ウエハの製造方法、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の窒化物半導体素子形成用ウエハは、基板と、基板の上に設けられた下地層と、下地層の上に設けられた第１導電型窒化物半導体層と、第１導電型窒化物半導体層の上に設けられた活性層と、活性層の上に設けられた第２導電型窒化物半導体層とを備えている。基板は、窒化物半導体材料とは異なる材料からなる。下地層および／または第１導電型窒化物半導体層の膜厚は、基板の中央側と基板の周縁側とで異なる。
【００１０】
下地層および／または第１導電型窒化物半導体層の膜厚は、それぞれ、基板の周縁側からその基板の中央側へ向かうにつれて厚くても良いし、基板の周縁側からその基板の中央側へ向かうにつれて薄くても良い。
【００１１】
下地層が基板の中央側と基板の周縁側とで異なるとき、下地層の平均膜厚は９μｍ以下であることが好ましい。このとき、下地層の膜厚の最大値とその膜厚の最小値との差は０．８μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
基板の口径は、４インチ以上であることが好ましい。
本発明は、本発明の窒化物半導体素子形成用ウエハを用いて製造された窒化物半導体素子にも関する。
【００１３】
本発明は、窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法にも関する。この製造方法は、基板の上に下地層を形成する工程と、下地層の上に第１導電型窒化物半導体層を形成する工程と、第１導電型窒化物半導体層の上に活性層を形成する工程と、活性層の上に第２導電型窒化物半導体層を形成する工程とを備えている。基板としては、窒化物半導体材料とは異なる材料からなる基板を用い、膜厚が基板の中央側とその基板の周縁側とで異なるように下地層および／または第１導電型窒化物半導体層を形成する。
【００１４】
膜厚が基板の周縁側からその基板の中央側へ向かうにつれて厚くなるように下地層および／または第１導電型窒化物半導体層を形成しても良い。
【００１５】
下地層を形成する工程では、原料ガスとキャリアガスとを用いて下地層を形成することが好ましく、キャリアガスの流量または原料ガスの濃度を膜厚が基板の中央側とその基板の周縁側とで異なるように下地層を形成すれば良い。
【００１６】
下地層を形成する工程では、膜厚が基板の中央側とその基板の周縁側とで異なるように下地層を形成することが好ましく、下地層の平均膜厚を９μｍ以下とすることが好ましい。このとき、下地層の膜厚の最大値とその膜厚の最小値との差を０．８μｍ以下とすることが好ましい。
【００１７】
口径が４インチ以上の基板を用いて窒化物半導体素子形成用ウエハを製造することが好ましい。
【００１８】
本発明は、本発明の窒化物半導体素子形成用ウエハを用いて窒化物半導体素子の製造方法にも関する。この製造方法は、第２導電型窒化物半導体層および活性層のそれぞれの一部分を除去して第１導電型窒化物半導体層の一部分を露出させる工程と、第１導電型窒化物半導体層の露出した表面の上に第１導電側の外部接続用電極を形成するとともに第２導電型窒化物半導体層の上に第２導電側の外部接続用電極を形成する工程と、下地層、第１導電型窒化物半導体層、活性層、および第２導電型窒化物半導体層が形成された基板を個片化する工程とを備えている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、製造工程の煩雑化を招くことなく、またウエハの割れを伴うことなく、ウエハおよび窒化物半導体素子を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るウエハの概略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態における下地層の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態における下地層の他の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体素子の概略断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態における光学装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下では、図面を参照しながら、窒化物半導体素子として窒化物半導体からなる発光ダイオード素子（以下では単に「発光ダイオード素子」と記す）を例に挙げて、本発明の実施の形態を説明する。実施の形態１では、発光ダイオード素子を形成するためのウエハの構造およびその製造方法を説明する。実施の形態２では、発光ダイオード素子の構造、発光ダイオード素子の製造方法、発光ダイオード素子を備えた発光装置の構造、および発光装置の製造方法を説明する。
【００２２】
なお、以下では、特許請求の範囲における「第１導電型」および「第２導電型」をそれぞれ「ｎ型」および「ｐ型」としているが、特許請求の範囲における「第１導電型」および「第２導電型」をそれぞれ「ｐ型」および「ｎ型」としても良い。
【００２３】
また、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。また、本発明が以下に示す実施の形態に限定されないことは言うまでもない。
【００２４】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係るウエハ２０の概略断面図である。図２は本実施の形態における下地層３の一例を示す断面図であり、図３は本実施の形態における下地層３の他の一例を示す断面図である。本実施の形態では、図２および図３に示すように、下地層３の膜厚が基板１の中央側と基板１の周縁側とで異なる。
【００２５】
（ウエハ２０の構造）
本実施の形態に係るウエハ２０は、基板１と、基板１の上面に接するように設けられ、アルミニウムを含有する窒化物半導体材料からなる中間層２と、中間層２の上面に接するように設けられ、窒化物半導体材料からなる下地層３と、下地層３の上面に接するように設けられ、ｎ型窒化物半導体材料からなるｎ型コンタクト層４と、ｎ型コンタクト層４の上面に接するように設けられ、ｎ型窒化物半導体材料からなるｎ型クラッド層５と、ｎ型クラッド層５の上面に接するように設けられ、窒化物半導体材料からなる活性層６と、活性層６の上面に接するように設けられ、ｐ型窒化物半導体材料からなるｐ型クラッド層７と、ｐ型クラッド層７の上面に接するように設けられ、ｐ型窒化物半導体材料からなるｐ型コンタクト層８とを備えている。
【００２６】
（基板１の構成）
基板１は、窒化物半導体材料とは異なる材料からなる。たとえば、基板１としては、ａ面、ｃ面、ｍ面またはｒ面などの露出面を有するサファイア（Ａｌ２Ｏ３）単結晶、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）単結晶、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＯ単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶またはＺｒＢ２などのホウ化物単結晶などからなる基板を用いることができる。
【００２７】
基板１の成長面の面方位は特に限定されるものではない。基板１はジャスト基板やオフ角を付与した基板などを適宜用いることができる。なかでも、基板１の成長面の面方位はサファイア基板のｃ面であることが好ましい。これにより、結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなる中間層２を形成することができ、よって、結晶性に優れた中間層２を形成することができる。それだけでなく、基板１の成長面の口径が１００ｍｍ（４インチ）、１２５ｍｍ（５インチ）、１５０ｍｍ（６インチ）と大きくなるほど、中間層２を構成する結晶粒の粒径の均一性を向上させるという効果が顕著に現れる。
【００２８】
（中間層２の構成）
中間層２としては、たとえばＡｌｘ０Ｇａｙ０Ｎ（０≦ｘ０≦１、０≦ｙ０≦１、ｘ０＋ｙ０≠０）の式で表わされる窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用いることができる。なかでも、中間層２はＡｌＮ層であることが好ましい。これにより、基板１の成長面の法線方向に伸長するように中間層２が形成されるので、結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなる中間層２が得られる。
【００２９】
中間層２の厚さは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好ましい。中間層２の厚さが５ｎｍ未満である場合には、中間層２がバッファ層としての機能を十分に発揮しないおそれがある。また、中間層２の厚さが１００ｎｍを超える場合には、バッファ層としての機能が向上することなく中間層２の形成時間が長くなるおそれがある。また、バッファ層としての機能を面内において均一に発揮させるという観点からは、中間層２の厚さを１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【００３０】
（下地層３の構成）
下地層３としては、たとえばＡｌｘ１Ｇａｙ１Ｉｎｚ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用いることができる。なかでも、下地層３は、ＩＩＩ族元素としてＧａを含むものであることが好ましい。これにより、転位などの結晶欠陥が中間層２に存在する場合であっても、中間層２中の転位を引き継がないようにして下地層３を形成することができる。詳細には、中間層２と下地層３との界面付近で転位をループさせる（または転位ループを発生させる）ことができれば、中間層２中の転位を引き継がないようにして下地層３を形成することができる。そして、下地層３がＧａを含むＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる場合には、中間層２と下地層３との界面付近で転位がループされやすい。したがって、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる下地層３を用いることによって、中間層２と下地層３との界面付近で転位をループさせて閉じ込めて、転位が中間層２から下地層３に引き継がれるのを抑えることができる。特に下地層３がＡｌｘ１Ｇａｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる場合、さらには下地層３がＧａＮからなる場合には、中間層２と下地層３との界面付近で転位をループさせて閉じ込めることができるため、転位密度が小さく結晶性に優れた下地層３が得られる。
【００３１】
下地層３には、ｎ型ドーパントが１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下の範囲でドーピングされていてもよい。ｎ型ドーパントとしては、たとえばシリコン、ゲルマニウムおよび錫などを用いることができ、なかでもシリコンおよび／またはゲルマニウムを用いることが好ましい。しかし、下地層３の良好な結晶性を維持するという観点からは、下地層３はアンドープであることが好ましい。
【００３２】
下地層３は、基板１の材料と窒化物半導体材料（たとえば下地層３を構成する材料）とにおける格子定数および／または熱膨張係数の大小関係を考慮した上で、膜厚が基板１の中央側とその基板１の周縁側とで異なるように形成されている。これにより、格子定数の差および／または熱膨張係数の差に起因するウエハ２０の反りの少なくとも一部分を下地層３の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りで打ち消すことができる。よって、製造中におけるウエハ２０の反りを低減することができるので、製造中におけるウエハ２０の割れを防止することができる。また、下地層３の膜厚分布を変更するだけで製造中におけるウエハ２０の反りを低減できるので、窒化物半導体層などを基板１の下面へ積層する必要がない。以上より、製造工程の煩雑化を伴うことなく製造中におけるウエハ２０の割れを防止できる。
【００３３】
たとえば基板１の材料の熱膨張係数が窒化物半導体材料の熱膨張係数よりも大きい場合を考える。この場合、下地層３の形成後における降温時には、基板１の収縮量の方が下地層３の収縮量よりも大きい。これにより、製造途中のウエハは、熱膨張係数の差に起因して、図１における上側に凸となるように変形しようとする。
【００３４】
しかし、図２に示すように下地層３を基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって厚く形成すると、上記降温時には、基板１の中央側における下地層３の収縮量は基板１の周縁側における下地層３の収縮量よりも大きくなる。よって、下地層３には、図２に示す矢印の方向に内部応力が発生する。これにより、製造途中のウエハは、下地層３の膜厚分布に起因して、図１における下側に凸となるように変形しようとする。
【００３５】
以上をまとめると、製造途中のウエハは、上記降温時に、熱膨張係数の差に起因して図１における上側に凸に変形しようとする反面、下地層３の膜厚の差に起因して下側に凸に変形しようとする。よって、熱膨張係数の差に起因するウエハ２０の反りの少なくとも一部を下地層３の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りで打ち消すことができる。したがって、ウエハ２０の反りを軽減させることができるので、ウエハ２０の割れを防止することができる。このことは、基板１の材料の格子定数が窒化物半導体材料の格子定数よりも小さい場合にも言える。また、下地層３を基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって段階的に厚く形成した場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
なお、基板１の材料の熱膨張係数が窒化物半導体材料の熱膨張係数よりも大きい場合、または基板１の材料の格子定数が窒化物半導体材料の格子定数よりも小さい場合、下地層３だけでなく後述のｎ型コンタクト層４も基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって厚く形成しても良い。これにより、熱膨張係数の差に起因するウエハ２０の反りの少なくとも一部は、下地層３の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りだけでなく、ｎ型コンタクト層４の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りによっても打ち消されることとなる。よって、下地層３だけでなくｎ型コンタクト層４も基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって厚く形成すれば、ウエハ２０の反りがさらに軽減されるので、ウエハ２０の割れがさらに防止される。また、後述のｎ型コンタクト層４のみを基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって厚く形成しても、熱膨張係数の差に起因するウエハ２０の反りの少なくとも一部がｎ型コンタクト層４の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りによって打ち消されるため、ウエハ２０の反りが軽減され、よって、ウエハ２０の割れが防止される。
【００３７】
一方、基板１の材料の熱膨張係数が窒化物半導体材料の熱膨張係数よりも小さい場合には、製造途中のウエハは、下地層３の形成後における降温時に、熱膨張係数の差に起因して図１における下側に凸となるように変形しようとする。そのため、図３に示すように、膜厚が基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって薄くなるように下地層３を形成すれば良い。これにより、上記降温時、下地層３には、図３に示す矢印の方向に内部応力が発生する。よって、製造途中のウエハは、下地層３の膜厚分布に起因して、図１における上側に凸となるように変形しようとする。したがって、熱膨張係数の差に起因するウエハ２０の反りの少なくとも一部を下地層３の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りで打ち消すことができる。よって、ウエハ２０の反りを軽減させることができるので、ウエハ２０の割れを防止することができる。このことは、基板１の材料の格子定数が窒化物半導体材料の格子定数よりも大きい場合にも言える。また、下地層３を基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって段階的に薄く形成した場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００３８】
なお、基板１の材料の熱膨張係数が窒化物半導体材料の熱膨張係数よりも小さい場合、または基板１の材料の格子定数が窒化物半導体材料の格子定数よりも大きい場合、下地層３だけでなく後述のｎ型コンタクト層４も基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって薄く形成しても良い。これにより、熱膨張係数の差に起因するウエハ２０の反りの少なくとも一部は、下地層３の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りだけでなく、ｎ型コンタクト層４の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りによっても打ち消されることとなる。よって、下地層３だけでなくｎ型コンタクト層４も基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって薄く形成すれば、ウエハ２０の反りがさらに軽減されるので、ウエハ２０の割れがさらに防止される。また、後述のｎ型コンタクト層４のみを基板１の周縁側から基板１の中央側へ向かって薄く形成しても、熱膨張係数の差に起因するウエハ２０の反りの少なくとも一部がｎ型コンタクト層４の膜厚分布に起因するウエハ２０の反りによって打ち消されるため、ウエハ２０の反りが軽減され、よって、ウエハ２０の割れが防止される。
【００３９】
基板１の口径が大きいほど、熱膨張係数の差および／または格子定数の差に起因するウエハ２０の反りは顕著である。よって、本実施の形態に係るウエハ２０は、基板１の口径が大きい場合たとえば基板１の口径が４インチ以上である場合に有効である。
【００４０】
下地層３の平均膜厚は、９μｍ以下であることが好ましく、６μｍ以上９μｍ以下であればさらに好ましい。なお、下地層３の平均膜厚は、干渉膜厚計を用いたマッピング測定などの方法にしたがって測定される。
【００４１】
下地層３の膜厚の最大値と下地層３の膜厚の最小値との差（以下では「下地層３の膜厚差」と記す。）は、０．２μｍ以上０．８μｍ以下であることが好ましい。下地層３の膜厚差が０．２μｍ未満であれば、下地層３の膜厚差に起因するウエハの反りが小さすぎるため、熱膨張係数の差または格子定数の差に起因するウエハの反りを下地層３の膜厚差に起因するウエハの反りで打ち消すことが難しくなる。そのため、ウエハの反りを低減できないことがある。逆に、下地層３の膜厚差が０．９μｍを超えると、下地層３の膜厚差に起因するウエハの反りが大きすぎるため、下地層３の膜厚差に起因するウエハの反りが熱膨張係数の差または格子定数の差に起因するウエハの反りを勝ることがある。そのため、ウエハの反りが却って増大することがある。
【００４２】
下地層３の平均膜厚が９μｍ以下好ましくは４．５μｍ以上７．５μｍ以下である場合には、下地層３の膜厚差を０．３μｍ以上０．８μｍ以下とすればよい。下地層３の膜厚差が０．３μｍ未満であれば、上述のようにウエハの反りを低減できないことがある。逆に、下地層３の膜厚差が０．８μｍを超えると、上述のようにウエハの反りが却って増大することがある。下地層３の膜厚差の上限は、０．８μｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
（ｎ型コンタクト層４の構成）
ｎ型コンタクト層４としては、たとえば、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｉｎｚ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層にｎ型ドーパントをドーピングした層などを用いることができる。なかでも、ｎ型コンタクト層４は、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、好ましくは０≦ｘ２≦０．５、より好ましくは０≦ｘ２≦０．１）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体にｎ型ドーパント（たとえばシリコン）がドーピングされた窒化物半導体層であることが好ましい。
【００４４】
また、ｎ型コンタクト層４とｎ側電極１１との良好なオーミック接触の維持、ｎ型コンタクト層４におけるクラックの発生の抑制およびｎ型コンタクト層４の良好な結晶性の維持の観点から、ｎ型コンタクト層４へのｎ型ドーパントのドーピング濃度は５×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下の範囲内であることが好ましい。
【００４５】
下地層３とｎ型コンタクト層４との厚さの合計は、これらの層の良好な結晶性を維持するという観点から、４μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましく、６μｍ以上１５μｍ以下であることがさらに好ましい。下地層３とｎ型コンタクト層４との厚さの合計が４μｍ未満である場合には、これらの層の結晶性が悪化したり、これらの層の表面にピット（ｐｉｔ）が生じるおそれがある。一方、下地層３とｎ型コンタクト層４との厚さの合計が１５μｍを超える場合には、ウエハの反りが大きくなって、発光ダイオード素子の収率低下を招くおそれがある。下地層３とｎ型コンタクト層４との厚さの合計が４μｍ以上１５μｍ以下である場合、特にその合計が６μｍ以上１５μｍ以下である場合には、これらの層の結晶性を良好なものとすることができるとともに、ウエハの反りが小さくなって発光ダイオード素子の収率低下を有効に防止することができる。なお、これらの層の厚さの合計のうちｎ型コンタクト層４の厚さの上限は特に限定されるものではない。
【００４６】
（ｎ型クラッド層５の構成）
ｎ型クラッド層５としては、たとえば、Ａｌｘ３Ｇａｙ３Ｉｎｚ３Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、ｘ３＋ｙ３＋ｚ３≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層にｎ型ドーパントをドーピングした層などを用いることができる。ｎ型クラッド層５は、ＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる複数の窒化物半導体層をヘテロ接合した構造や超格子構造であってもよい。また、ｎ型クラッド層５の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であり、より好ましくは０．００５μｍ以上０．１μｍ以下である。ｎ型クラッド層５の良好な結晶性の維持および発光ダイオード素子の動作電圧の低減という観点から、ｎ型クラッド層５へのｎ型ドーパントのドーピング濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましく、１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下であることがより好ましい。
【００４７】
（活性層６の構成）
活性層６は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造を有していても良いし、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有していても良い。活性層６が単一量子井戸構造を有する場合には、活性層６の量子井戸層として、たとえばＧａ１−ｚ４Ｉｎｚ４Ｎ（０＜ｚ４＜０．４）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用いることができる。また、活性層６の厚みは特に限定されないが、発光ダイオード素子の発光出力を向上させるという観点からは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましく、１ｎｍ以上６ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００４８】
活性層６が多重量子井戸構造を有する場合、たとえば、量子井戸層６ａとしてＧａ１−ｚ４Ｉｎｚ４Ｎ（０＜ｚ４＜０．４）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用い、量子障壁層６ｂとして量子井戸層６ａよりもバンドギャップの大きいＡｌｘ５Ｇａｙ５Ｉｎｚ５Ｎ（０≦ｘ５≦１、０≦ｙ５≦１、０≦ｚ５≦１、ｘ５＋ｙ５＋ｚ５≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層を用いることもできる。なお、上記の量子井戸層６ａおよび／または量子障壁層６ｂにはｎ型またはｐ型のドーパントがドーピングされていてもよい。
【００４９】
（ｐ型クラッド層７の構成）
ｐ型クラッド層７としては、たとえばＡｌｘ６Ｇａｙ６Ｉｎｚ６Ｎ（０≦ｘ６≦１、０≦ｙ６≦１、０≦ｚ６≦１、ｘ６＋ｙ６＋ｚ６≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層にｐ型ドーパントをドーピングした層などを用いることができる。なかでも、ｐ型クラッド層７としては、Ａｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ｎ（０＜ｘ６≦０．４、好ましくは０．１≦ｘ６≦０．３）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体材料からなる窒化物半導体層にｐ型ドーパントをドーピングした層を用いることが好ましい。ｐ型ドーパントとしては、たとえばマグネシウムなどを用いることができる。
【００５０】
ｐ型クラッド層７のバンドギャップは、活性層６への光の閉じ込めという観点から、活性層６のバンドギャップよりも大きくすることが好ましい。また、ｐ型クラッド層７の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．０１μｍ以上０．４μｍ以下であり、より好ましくは０．０２μｍ以上０．１μｍ以下である。良好な結晶性のｐ型クラッド層７を得るという観点からは、ｐ型クラッド層７へのｐ型ドーパントのドーピング濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であることが好ましく、１×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下であることがより好ましい。
【００５１】
（ｐ型コンタクト層８の構成）
ｐ型コンタクト層８としては、たとえばＡｌｘ７Ｇａｙ７Ｉｎｚ７Ｎ（０≦ｘ７≦１、０≦ｙ７≦１、０≦ｚ７≦１、ｘ７＋ｙ７＋ｚ７≠０）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層にｐ型ドーパントをドーピングした層などを用いることができる。なかでも、ｐ型コンタクト層８の良好な結晶性の維持およびｐ型コンタクト層８とｐ側電極１０との良好なオーミック接触を得るという観点からは、ｐ型コンタクト層８はＧａＮ層にｐ型ドーパントをドーピングした層であることが好ましい。
【００５２】
ｐ型コンタクト層８とｐ側電極１０との良好なオーミック接触の維持、ｐ型コンタクト層８におけるクラックの発生の抑制およびｐ型コンタクト層８の良好な結晶性の維持という観点からは、ｐ型コンタクト層８へのｐ型ドーパントのドーピング濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下の範囲内であることが好ましく、５×１０１９ｃｍ−３以上５×１０２０ｃｍ−３以下の範囲内であることがより好ましい。また、ｐ型コンタクト層８の厚さは特に限定されるものではない。発光ダイオード素子１００の発光出力を向上させるという観点からは、ｐ型コンタクト層８の厚さは、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であることがより好ましい。
【００５３】
（ウエハ２０の製造方法）
以下では、ウエハ２０の製造方法を示す。なお、基板１、中間層２、下地層３、ｎ型コンタクト層４、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８の各材料および各膜厚などは、上述の通りである。
【００５４】
（中間層２の形成方法）
基板１の上面上に中間層２を形成する。ここで、中間層２は、基板１とターゲットとの間にＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法によって形成される。
【００５５】
（下地層３の形成方法）
ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、中間層２の上面上に下地層３を形成する。
【００５６】
このとき、中間層２の上面を熱処理してから、その上面上に下地層３を積層しても良い。この熱処理によって、中間層２の表面の清浄化と下地層３の結晶性の向上との両方を図ることができる。この熱処理は、たとえばＭＯＣＶＤ法が用いられるＭＯＣＶＤ装置内で行なうことができる。熱処理時の雰囲気ガスとしては、たとえば水素ガスや窒素ガスなどを用いることができる。なお、この熱処理時における中間層２の分解を防ぐために、熱処理時の雰囲気ガスにアンモニアガスを混合してもよい。また、この熱処理は、たとえば９００℃以上１２５０℃以下の温度で行なうことができ、たとえば１分間以上６０分間以下の時間行なうことができる。
【００５７】
また、下地層３の形成時における基板１の温度は８００℃以上１２５０℃以下であることが好ましく、１０００℃以上１２５０℃以下であることがより好ましい。その温度が８００℃以上１２５０℃以下である場合、特にその温度が１０００℃以上１２５０℃以下である場合には、結晶性に優れた下地層３を成長させることができる。
【００５８】
さらには、膜厚が基板１の中央側と基板１の周縁側とで異なるように下地層３を形成する。具体的には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）またはＮＨ３（アンモニア）などの原料ガスの濃度を基板１の中央側と基板１の周縁側とで変えれば良い。具体的には、キャリアガスの流量を制御しても良いし、基板１上へ供給されるＴＭＧの量を基板１の中央側と基板１の周縁側とで変えても良い。
【００５９】
たとえば、多量のキャリアガスをＭＯＣＶＤ装置の反応炉内に供給しながら下地層３を形成すると、キャリアガスは勢い良く反応炉内に供給される。これにより、反応炉の排出口に近い側（基板１の周縁側）では、ガスがそれほど滞留することなく反応炉の外へ排出される。よって、図２に示す下地層３が形成される。たとえば、基板１の口径が４インチ以上である場合、キャリアガスの流量を２００ｓｌｍよりも多くすれば良く、２５０ｓｌｍ以上とすればさらに好ましい。
【００６０】
また、基板１の周縁側に供給される原料ガスの量を基板１の中央側に供給される原料ガスの量より少なくしても、図２に示す下地層３を形成することができる。逆に、基板１の周縁側に供給される原料ガスの量を基板１の中央側に供給される原料ガスの量より多くすると、図３に示す下地層３を形成することができる。下地層３の膜厚は原料ガスの濃度に比例すると考えられるため、所望の膜厚差が得られるように原料ガスの濃度差を設定すれば良い。なお、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内の圧力が低い方が、反応炉内における原料ガスおよびキャリアガスなどのスピードが速くなるので、下地層３の膜厚が均一になりやすい。この点も考慮に入れて下地層３の形成条件を決めればよい。
【００６１】
（ｎ型コンタクト層４、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７、ｐ型コンタクト層８の形成方法）
ＭＯＣＶＤ法によって、下地層３の上面上に、ｎ型コンタクト層４、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８をこの順に積層する。
【００６２】
具体的には、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉の内部に、たとえばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）からなる群から選択された少なくとも１つのＩＩＩ族元素の有機金属原料ガスと、たとえばアンモニアなどの窒素原料ガスとを供給する。反応炉の内部においてこれらのガスを熱分解させて反応させる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体材料からなるｎ型コンタクト層４などを形成することができる。
【００６３】
また、ｎ型ドーパントであるシリコンをドーピングする場合には、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉の内部に、たとえばシラン（ＳｉＨ４）をドーピングガスとして上記の原料ガスに加えて供給することにより、シリコンをドーピングすることが可能である。
【００６４】
また、ｐ型ドーパントであるマグネシウムをドーピングする場合には、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉の内部に、たとえばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）をドーピングガスとして上記の原料ガスに加えて供給することにより、マグネシウムをドーピングすることが可能である。
【００６５】
ここで、活性層６を形成するときには、基板１の温度は７００℃以上９００℃以下であることが好ましく、７５０℃以上８５０℃以下であることがより好ましい。詳細には、活性層６が単一量子井戸（ＳＱＷ）構造からなり、その量子井戸層がたとえばＧａ１−ｚ４Ｉｎｚ４Ｎ（０＜ｚ４＜０．４）の式で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体からなる窒化物半導体層からなる場合には、活性層６からの出力波長が所望の発光波長となるように、活性層６のＩｎ組成や厚さが制御される。しかしながら、活性層６の形成時における基板１の温度が低いと、活性層６の結晶性が悪化するおそれがある。活性層６の形成時における基板１の温度が高いと、ＩｎＮの昇華が顕著になって固相中へのＩｎの取り込まれ効率が低減して活性層６におけるＩｎ組成が変動するおそれがある。よって、活性層６を形成するときには、基板１の温度を７００℃以上９００℃以下とすることが好ましい。
【００６６】
＜実施の形態２＞
実施の形態２に係る発光ダイオード素子は、上記実施の形態１に係るウエハを用いて作製される。また、本実施の形態における光学装置は、本実施の形態に係る発光ダイオード素子を備えている。
【００６７】
図４は、本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００の概略断面図である。図５は本実施の形態における発光装置２００の概略断面図である。
【００６８】
（発光ダイオード素子１００の構成）
発光ダイオード素子１００は、ｎ型コンタクト層４の一部分が露出するように上記実施の形態１に係るウエハ２０（図１参照）がエッチングされたものであり、さらに、ｐ型コンタクト層８の上面に接するように設けられた透光性電極層９と、透光性電極層９の上面に接するように設けられたｐ側電極１０と、ｎ型コンタクト層４の露出表面に接するように設けられたｎ側電極１１とを備えている。
【００６９】
透光性電極層９は、たとえば金、パラジウム、ニッケルまたはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる。
【００７０】
ｐ側電極１０およびｎ側電極１１は、発光ダイオード素子１００に駆動電力を供給するための電極である。ｐ側電極１０は、たとえばチタン層、アルミニウム層および金層がこの順序で積層されて構成されている。ｎ側電極１１は、たとえばニッケル層、アルミニウム層、チタン層および金層がこの順序で積層されて構成されている。
【００７１】
（発光ダイオード素子１００の製造方法）
以下では、発光ダイオード素子１００の製造方法を示す。なお、透光性電極層９、ｐ側電極１０およびｎ側電極１１の各材料などは上述の通りである。
【００７２】
まず、上記実施の形態１におけるウエハ２０のｐ型コンタクト層８の上面上に透光性電極層９を形成してから、透光性電極層９の上面上にｐ側電極１０を形成する。その後、ｎ型コンタクト層４、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８の一部分をエッチングにより除去することによって、ｎ型コンタクト層４の表面の一部を露出させる。
【００７３】
次に、ｎ型コンタクト層４の露出した表面上にｎ側電極１１を形成する。その後、ウエハ２０を個片化する。これにより、発光ダイオード素子１００が製造される。
【００７４】
このように、発光ダイオード素子１００は、上記実施の形態１に係るウエハ２０を用いて製造される。よって、ウエハ２０の割れを招くことなく発光ダイオード素子１００を製造することができる。また、発光ダイオード素子１００の製造工程の煩雑化を伴うことなく、発光ダイオード素子１００を製造することができる。これらのことから、発光ダイオード素子１００の製造歩留まりの低下を防止できる。
【００７５】
なお、透光性電極層９を形成する前に、ｎ型コンタクト層４などの一部分をエッチングにより除去しても良い。
【００７６】
また、ｎ型コンタクト層４などの一部分をエッチングする具体的な方法は、特に限定されず、後述の実施例で示すようにドライエッチングであっても良いし、ウエットエッチングであっても良い。
【００７７】
また、ウエハ２０の個片化は、ｎ側電極１１の形成後に限定されず、たとえば透光性電極層９の形成前に行なっても良い。
【００７８】
（発光装置２００の構成）
本実施の形態における発光装置２００は、本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００と、発光ダイオード素子１００が設けられた第１のリードフレーム１２と、発光ダイオード素子１００を封止する樹脂１３と、発光ダイオード素子１００が電気的に接続される第２のリードフレーム１４と、発光ダイオード素子１００のｐ側電極１０と第１のリードフレーム１２とを電気的に接続する第１のワイヤ４５と、発光ダイオード素子１００のｎ側電極１１と第２のリードフレーム１４とを電気的に接続する第２のワイヤ４４とを備えている。
【００７９】
第１のリードフレーム１２および第２のリードフレーム１４は、導電性を有する材料からなれば良く、たとえば銅合金などの金属材料からなる。樹脂１３は、発光ダイオード素子１００が発する光を透過可能な材料からなれば良く、たとえばエポキシ樹脂からなる。第１のワイヤ４５および第２のワイヤ４４は、導電性細線であれば良く、たとえば金属細線である。
【００８０】
（発光装置２００の製造方法）
以下では、発光装置２００の製造方法を示す。なお、第１のリードフレーム１２、樹脂１３、第２のリードフレーム１４、第１のワイヤ４５および第２のワイヤ４４の各材料などは上述の通りである。
【００８１】
まず、第１のリードフレーム１２の上面上に本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００を設ける。次に、第１のワイヤ４５を用いて発光ダイオード素子１００のｐ側電極１０と第１のリードフレーム１２とを電気的に接続し、第２のワイヤ４４を用いて発光ダイオード素子１００のｎ側電極１１と第２のリードフレーム１４とを電気的に接続する。続いて、樹脂１３で発光ダイオード素子１００を封止する。これにより、砲弾型の発光装置２００が製造される。
【００８２】
このように、発光装置２００は、本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００を備えている。よって、発光装置２００の製造歩留まりの低下を防止できる。
【実施例】
【００８３】
以下では、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例１および比較例では、ウエハを作製し、作製したウエハの反りの有無を確認した。実施例２では、実施例１で作製したウエハのうち反りが確認されなかったウエハを用いて発光ダイオード素子を作製した。
【００８４】
＜実施例１＞
（ウエハの製造方法）
（ＡｌＮバッファ層の形成方法）
まず、基板として口径が４インチのサファイア基板を準備し、サファイア基板のｃ面がＡｌターゲットの表面に対向するようにサファイア基板をＤＣマグネトロンスパッタ装置のチャンバ内に配置した。次に、ヒータによりサファイア基板を５００℃の温度に加熱した。続いて、ＤＣ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ方式により電圧を印加して行なわれるＤＣマグネトロンスパッタ法を用いた反応性スパッタにより、サファイア基板のｃ面上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の柱状結晶の集合体からなる厚さ２５ｎｍのＡｌＮバッファ層を積層した。これにより、ＡｌＮバッファ層からなる中間層がサファイア基板のｃ面上に形成された。
【００８５】
（アンドープＧａＮ層の形成）
まず、ＡｌＮバッファ層が形成されたサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置の反応炉の内部に設置した。ここで、上記サファイア基板を高周波誘導加熱式ヒータで加熱するため、当該サファイア基板をグラファイト製のサセプタ上に設置した。なお、上記サファイア基板を抵抗加熱式ヒータで加熱する場合には、当該サファイア基板をグラファイト製のサセプタ上に設置された石英製のトレイ上に設置すればよい。
【００８６】
次に、反応炉の内部にアンモニアガスを供給しながらキャリアガスとして窒素ガスおよび水素ガスを反応炉の内部に供給した状態で、サファイア基板の温度を約１５分間かけて１１２５℃まで上昇させた。ここで、反応炉の内部の圧力を４０ｋＰａとし、キャリアガスである水素ガスと窒素ガスの流量比（水素ガスの流量／窒素ガスの流量）を５０／５０とした。そして、サファイア基板の温度が１１２５℃で安定したことを確認した後、反応炉の内部へＴＭＧガスの供給を開始した。これにより、厚さ５μｍのアンドープＧａＮ層からなる下地層がＡｌＮバッファ層の表面上に積層された。なお、アンモニアガスは、ＩＩＩ族元素に対するＶ族元素のモル比（Ｖ族元素のモル数／ＩＩＩ族元素のモル数）が１５００となるように、反応炉の内部に供給された。
【００８７】
ここで、実施例１では、サファイア基板上を流れるキャリアガスの流量（キャリアガスの流量とは、水素ガスの流量と窒素ガスの流量との合計量である。）を６００ｓｌｍとしてアンドープＧａＮ層を積層した。
【００８８】
（Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の形成）
窒素ガス、水素ガス、アンモニアガスおよびＴＭＧガスの供給を継続した状態でサファイア基板の温度を１１２５℃とし、Ｓｉのドーピング濃度が１×１０１９ｃｍ−３となるようにシランガスを反応炉の内部に供給した。これにより、厚さ３μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層からなるｎ型コンタクト層がＭＯＣＶＤ法によりアンドープＧａＮ層の上面上に形成された。
【００８９】
（Ｓｉドープｎ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層の形成）
窒素ガスの供給を継続する一方、ＴＭＧガス、アンモニアガス、水素ガスおよびシランガスの供給を停止した。その後に、サファイア基板の温度を８００℃に低下させた。反応炉の内部の状態が安定したことを確認した後に、原料ガスとしてのＴＭＧガス、ＴＭＩガスおよびアンモニアガスを反応炉の内部に供給し、さらにはＳｉのドーピング濃度が１×１０１８ｃｍ−３となるようにシランガスを反応炉の内部に供給した。これにより、厚さ８ｎｍのＳｉドープｎ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層からなるｎ型クラッド層がＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の上面上に形成された。
【００９０】
（ＭＱＷ活性層の形成）
シランガスの供給を停止する一方、ＴＭＧガス、ＴＭＩガス、アンモニアガスおよび窒素ガスの供給を継続した。これにより、Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる量子井戸層を３ｎｍの厚さに積層した。
【００９１】
以上のような量子障壁層（Ｓｉドープｎ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層）と量子井戸層との形成手順を繰り返すことによって、７層のｎ型ＧａＮからなる量子障壁層と６層のＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる量子井戸層とが１層ずつ交互に積層された多重量子井戸構造のＭＱＷ活性層をＳｉドープｎ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層の上面上に積層した。
【００９２】
（Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層の形成）
ＴＭＧガスおよびＴＭＩガスの供給を停止してからアンモニアガスの供給を継続させた状態で、サファイア基板の温度を１１００℃まで上昇させた。また、キャリアガスを窒素ガスから水素ガスに変更した。そして、２分間にわたって、ＴＭＧガス、ＴＭＡガスおよびＣＰ２Ｍｇガスを反応炉の内部に供給した。これにより、厚さ２０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層からなるｐ型クラッド層がＭＱＷ活性層の上面上に積層された。
【００９３】
（Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層の形成）
サファイア基板の温度を１１００℃に保持してから、ＴＭＡガスの供給のみを停止した。その後、反応炉の内部へのＴＭＧガスとＣＰ２Ｍｇガスとの供給量を変更することによって、厚さ０．２μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層からなるｐ型コンタクト層がＭｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層の上面上に積層した。これにより、実施例１におけるウエハが作製された。
【００９４】
その後、直ちにヒータへの通電を停止するとともに、ＴＭＧガス、ＣＰ２Ｍｇガスおよびアンモニアガスの供給を停止して、反応炉の内部に供給されるキャリアガスを水素ガスから窒素ガスに変更した。そして、サファイア基板の温度が３００℃以下になったことを確認して、ウエハを反応炉から取り出した。
【００９５】
＜比較例＞
比較例では、アンドープＧａＮ層を形成するときのキャリアガスの流量を５００ｓｌｍとすること以外を除いては上記実施例１と同様の方法に従って、ウエハを作製した。
【００９６】
（ウエハの割れの有無）
反応炉から取り出したウエハを視認したところ、比較例では８割以上のウエハが割れていたが、実施例１では３割前後のウエハが割れているに過ぎなかった。割れが発生したウエハでは、オリエンテーションフラットの中心からオリエンテーションフラットに対して垂直に割れていた。
【００９７】
（考察）
比較例では、キャリアガスの流量が相対的に少ない（２００ｓｌｍ）。そのため、サファイア基板の周縁側において原料ガスの滞留を防止することは難しいと考えられ、アンドープＧａＮ層の膜厚差は０．１μｍであった。よって、アンドープＧａＮ層の膜厚分布に起因するウエハの反りが小さいため、格子定数の差または熱膨張係数の差に起因するウエハの反りをアンドープＧａＮ層の膜厚分布に起因するウエハの反りで打ち消すことが難しい。したがって、ウエハが割れる確率が高かったと考えられる。
【００９８】
一方、実施例１では、キャリアガスの流量が相対的に多い（３００ｓｌｍ）。そのため、サファイア基板の周縁側における原料ガスの滞留が防止されると考えられ、図２に示すアンドープＧａＮ層が形成された。アンドープＧａＮ層の膜厚差は０．４μｍであった。ここで、サファイアの熱膨張係数はアンドープＧａＮの熱膨張係数よりも大きい。よって、熱膨張係数の差または格子定数の差に起因するウエハの反りの少なくとも一部分をアンドープＧａＮ層の膜厚分布に起因するウエハの反りで打ち消すことができる。したがって、ウエハが割れる確率が低かったと考えられる。
【００９９】
＜実施例２＞
実施例２では、実施例１において反りや割れが確認されなかったウエハを用いて発光ダイオード素子を作製した。
【０１００】
ＩＴＯ層からなる透光性電極層をＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層の上面上に形成した。その後、ＩＴＯ層の上面上に、チタン層、アルミニウム層および金層をこの順序で積層した。これにより、ＩＴＯ層の上面上にｐ側電極が形成された。
【０１０１】
ｐ側電極を形成してから、積層体の一部をドライエッチングにより除去した。これにより、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の表面の一部を露出させた。
【０１０２】
Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の露出した表面上に、ニッケル層、アルミニウム層、チタン層および金層をこの順序で積層した。これにより、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の露出面上にｎ側電極が形成された。
【０１０３】
そして、サファイア基板の裏面を研削および研磨してミラー状の面とした後に、サファイア基板を３５０μｍ角の正方形状のチップに分割した。これにより、本実施例に係る発光ダイオード素子を作製した。作製された発光ダイオード素子に外部電圧を印加したところ、何れの発光ダイオード素子も発光した。また、発光強度は、発光ダイオード素子として使用可能な強度以上であった。
【０１０４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた窒化物半導体発光ダイオード素子、窒化物半導体レーザ素子および窒化物半導体トランジスタ素子などの製造に好適に利用することができる可能性がある。
【符号の説明】
【０１０６】
１ 基板、２ 中間層、３ 下地層、４ ｎ型コンタクト層、５ ｎ型クラッド層、６ 活性層、７ ｐ型クラッド層、８ ｐ型コンタクト層、９ 透光性電極層、１０ ｐ側電極、１１ ｎ側電極、２０ ウエハ、１００ 窒化物半導体素子、２００ 発光装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体素子を形成するためのウエハであって、
基板と、
前記基板の上に設けられた下地層と、
前記下地層の上に設けられた第１導電型窒化物半導体層と、
前記第１導電型窒化物半導体層の上に設けられた活性層と、
前記活性層の上に設けられた第２導電型窒化物半導体層とを備え、
前記基板は、窒化物半導体材料とは異なる材料からなり、
前記下地層および／または前記第１導電型窒化物半導体層の膜厚は、前記基板の中央側と当該基板の周縁側とで異なる窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項２】
前記下地層および／または前記第１導電型窒化物半導体層の膜厚は、前記基板の周縁側から当該基板の中央側へ向かうにつれて厚くなる請求項１に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項３】
前記下地層の膜厚は、前記基板の中央側と当該基板の周縁側とで異なり、
前記下地層の平均膜厚は、９μｍ以下である請求項１または２に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項４】
前記下地層の膜厚の最大値と当該膜厚の最小値との差は、０．８μｍ以下である請求項３に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項５】
前記基板の口径は、４インチ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハを用いて製造された窒化物半導体素子。
【請求項７】
窒化物半導体素子を形成するためのウエハを製造する方法であって、
基板の上に、下地層を形成する工程と、
前記下地層の上に、第１導電型窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１導電型窒化物半導体層の上に、活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に、第２導電型窒化物半導体層を形成する工程とを備え、
前記基板として、窒化物半導体材料とは異なる材料からなる基板を用い、
膜厚が前記基板の中央側と当該基板の周縁側とで異なるように前記下地層および／または前記第１導電型窒化物半導体層を形成する窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項８】
膜厚が前記基板の周縁側から当該基板の中央側へ向かうにつれて厚くなるように前記下地層および／または前記第１導電型窒化物半導体層を形成する請求項７に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項９】
前記下地層を形成する工程では、
原料ガスとキャリアガスとを用いて前記下地層を形成し、
前記キャリアガスの流量を制御して膜厚が前記基板の中央側と当該基板の周縁側とで異なるように当該下地層を形成する請求項７または８に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１０】
前記下地層を形成する工程では、
原料ガスとキャリアガスとを用いて前記下地層を形成し、
前記原料ガスの濃度を制御して膜厚が前記基板の中央側と当該基板の周縁側とで異なるように当該下地層を形成する請求項７または８に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１１】
前記下地層を形成する工程では、
膜厚が前記基板の中央側と当該基板の周縁側とで異なるように前記下地層を形成し、 前記下地層の平均膜厚を９μｍ以下とする請求項７〜１０のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１２】
前記下地層を形成する工程では、前記下地層の膜厚の最大値と当該膜厚の最小値との差を０．８μｍ以下とする請求項１１に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１３】
前記基板として、口径が４インチ以上の基板を用いる請求項７〜１２のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１４】
請求項７〜１３のいずれかに記載の方法によって作製された窒化物半導体素子形成用ウエハを用いて窒化物半導体素子を製造する方法であって、
前記第２導電型窒化物半導体層および前記活性層のそれぞれの一部分を除去して、前記第１導電型窒化物半導体層の一部分を露出させる工程と、
前記第１導電型窒化物半導体層の露出した表面の上に第１導電側の外部接続用電極を形成し、前記第２導電型窒化物半導体層の上に第２導電側の外部接続用電極を形成する工程と、
前記下地層、前記第１導電型窒化物半導体層、前記活性層、および前記第２導電型窒化物半導体層が形成された基板を個片化する工程とを備えている窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１】
窒化物半導体素子を形成するためのウエハであって、
基板と、
前記基板の上に設けられた下地層と、
前記下地層の上に設けられた第１導電型窒化物半導体層と、
前記第１導電型窒化物半導体層の上に設けられた活性層と、
前記活性層の上に設けられた第２導電型窒化物半導体層とを備え、
前記基板は、窒化物半導体材料とは異なる材料からなり、
前記下地層および／または前記第１導電型窒化物半導体層の膜厚は、前記基板の中央側と当該基板の周縁側とで異なる窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項２】
前記下地層および／または前記第１導電型窒化物半導体層の膜厚は、前記基板の周縁側から当該基板の中央側へ向かうにつれて厚くなる請求項１に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項３】
前記下地層の膜厚は、前記基板の中央側と当該基板の周縁側とで異なり、
前記下地層の平均膜厚は、９μｍ以下である請求項１または２に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項４】
前記下地層の膜厚の最大値と当該膜厚の最小値との差は、０．８μｍ以下である請求項３に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項５】
前記基板の口径は、４インチ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハを用いて製造された窒化物半導体素子。
【請求項７】
窒化物半導体素子を形成するためのウエハを製造する方法であって、
基板の上に、下地層を形成する工程と、
前記下地層の上に、第１導電型窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１導電型窒化物半導体層の上に、活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に、第２導電型窒化物半導体層を形成する工程とを備え、
前記基板として、窒化物半導体材料とは異なる材料からなる基板を用い、
膜厚が前記基板の中央側と当該基板の周縁側とで異なるように前記下地層および／または前記第１導電型窒化物半導体層を形成する窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項８】
膜厚が前記基板の周縁側から当該基板の中央側へ向かうにつれて厚くなるように前記下地層および／または前記第１導電型窒化物半導体層を形成する請求項７に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項９】
前記下地層を形成する工程では、
原料ガスとキャリアガスとを用いて前記下地層を形成し、
前記キャリアガスの流量を制御して膜厚が前記基板の中央側と当該基板の周縁側とで異なるように当該下地層を形成する請求項７または８に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１０】
前記下地層を形成する工程では、
原料ガスとキャリアガスとを用いて前記下地層を形成し、
前記原料ガスの濃度を制御して膜厚が前記基板の中央側と当該基板の周縁側とで異なるように当該下地層を形成する請求項７または８に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１１】
前記下地層を形成する工程では、
膜厚が前記基板の中央側と当該基板の周縁側とで異なるように前記下地層を形成し、 前記下地層の平均膜厚を９μｍ以下とする請求項７〜１０のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１２】
前記下地層を形成する工程では、前記下地層の膜厚の最大値と当該膜厚の最小値との差を０．８μｍ以下とする請求項１１に記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１３】
前記基板として、口径が４インチ以上の基板を用いる請求項７〜１２のいずれかに記載の窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法。
【請求項１４】
請求項７〜１３のいずれかに記載の方法によって作製された窒化物半導体素子形成用ウエハを用いて窒化物半導体素子を製造する方法であって、
前記第２導電型窒化物半導体層および前記活性層のそれぞれの一部分を除去して、前記第１導電型窒化物半導体層の一部分を露出させる工程と、
前記第１導電型窒化物半導体層の露出した表面の上に第１導電側の外部接続用電極を形成し、前記第２導電型窒化物半導体層の上に第２導電側の外部接続用電極を形成する工程と、
前記下地層、前記第１導電型窒化物半導体層、前記活性層、および前記第２導電型窒化物半導体層が形成された基板を個片化する工程とを備えている窒化物半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２２７４７９（Ｐ２０１２−２２７４７９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９６２１５（Ｐ２０１１−９６２１５）
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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