ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法、ＩＩＩ族窒化物半導体製造装置、ＩＩＩ族窒化物半導体及びＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、並びにランプ
【課題】良好な膜質を有するＩＩＩ族窒化物半導体を反応性スパッタ法によって効率よく成膜することができるＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法及びＩＩＩ族窒化物半導体製造装置、並びにＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】チャンバ４１内に基板１１及びＧａ元素を含有するターゲット４７を配置するとともに、反応ガス供給手段５０によってチャンバ４１内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給し、基板１１上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体をプラズマによる反応性スパッタ法で形成する方法であり、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１によって検知し、該圧力モニタ５１の検知信号Ａに基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段５２によって制御する。
【解決手段】チャンバ４１内に基板１１及びＧａ元素を含有するターゲット４７を配置するとともに、反応ガス供給手段５０によってチャンバ４１内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給し、基板１１上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体をプラズマによる反応性スパッタ法で形成する方法であり、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１によって検知し、該圧力モニタ５１の検知信号Ａに基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段５２によって制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、電子デバイス等に、好適に用いられ、一般式ＡｌａＧａｂＩｎｃＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）で表されるＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法、及びＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、並びにランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体は、可視光から紫外光領域の範囲に相当するエネルギーの直接遷移型のバンドギャップを有し、発光効率に優れていることから、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の半導体発光素子として製品化され、各種用途で使用されている。また、電子デバイスに用いた場合でも、ＩＩＩ族窒化物半導体は、従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた場合に比べて優れた特性が得られるポテンシャルを有している。
【０００３】
このようなＩＩＩ族窒化物半導体は、一般的に、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムおよびアンモニアを原料として、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって製造されている。ＭＯＣＶＤ法は、キャリアガスに原料の蒸気を含ませて基板表面に運搬し、加熱された基板との反応で原料を分解させることにより、結晶を成長させる方法である。また、従来、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶ウェーハは市販されておらず、ＩＩＩ族窒化物半導体としては、異なる材料の単結晶ウェーハ上に結晶を成長させて得る方法が一般的である。
【０００４】
上述したようなＩＩＩ族窒化物半導体の成長方法としては、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、サファイア単結晶基板もしくはＳｉＣ単結晶基板の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる際、まず、基板上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなる低温バッファ層と呼ばれる層を積層し、その上に高温でＩＩＩ族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる方法が提案されており、一般に行われている（例えば、特許文献１、２）。
また、上記バッファ層をＭＯＣＶＤ以外の方法で成膜する技術も提案されており、例えば、高周波スパッタで成膜したバッファ層上に、ＭＯＣＶＤによって同じ組成の結晶を成長させる方法が提案されている（例えば、特許文献３）。
【０００５】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶をスパッタ法によって製造する研究も行われており、例えば、高抵抗のＧａＮを積層することを目的とし、サファイア基板上に、スパッタ法によってＧａＮを直接成膜する方法が提案されている（例えば、特許文献４）。スパッタ法を用いてＧａＮを成膜する場合、上記特許文献１〜３に記載されたようなＭＯＣＶＤ法を用いた方法に比べ、設備が安価で済むことや、工程が安定化し、生産効率が向上する等の利点がある。
【特許文献１】特許第３０２６０８７号公報
【特許文献２】特開平４−２９７０２３号公報
【特許文献３】特公平５−８６６４６号公報
【特許文献４】特開昭６０−０３９８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
反応性スパッタ法によってＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を成膜する場合、基板の温度を、例えば７００℃以上の高温に保持しながら制御し、規定の成膜条件を常に再現することが重要となる。
しかしながら、本発明者等が鋭意研究したところ、上記特許文献１〜４に記載されたような、従来のスパッタ装置及び方法によってＧａＮからなる結晶を成膜する場合、高温とされた基板をチャンバ内に配置すると、チャンバの内壁に付着していたデポ物が、基板からの輻射熱を受けて高温となったり或いはプラズマによって衝撃を受けたりすることにより、活性な窒素がチャンバ内に放出されることが明らかとなった。
このような場合、チャンバ内に放出される活性な窒素原子も、基板上へのＧａＮ結晶の成膜反応に寄与するため、成膜に用いられるＧａ元素と窒素（Ｎ２）の実質的な反応比率を制御することができず、規定の成膜条件を常に再現することが困難となっていた。さらに、成膜の開始時と終了時ではＩＩＩ族元素と窒素との比率に変化が生じることや、成膜処理を重ねる毎にチャンバ内におけるデポジション等の堆積が進行し、最適な成膜条件の再現が出来ないこと等も原因に挙げられる。
【０００７】
反応性スパッタ法によって成膜されるＩＩＩ族窒化物半導体の優れた結晶性と良好な表面状態を両立させるためには、Ｇａ元素と窒素の比率は重要なパラメータとなる。窒素の比率が高すぎる場合には、成膜されるＧａＮ結晶内に多くのＧａの欠損が生じ、黄色みを帯びた結晶となり、結晶性の低いものとなる。一方、Ｇａの比率が高い場合には、成膜されるＧａＮ結晶の表面にメタルドロップレットが生じ、平坦な表面にならないという問題がある。このため、製造工程における歩留まりの低下や、ひいては、ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体）が用いられてなる発光素子等の各種素子の特性低下が生じる虞があった。
このため、反応性スパッタ法によってＩＩＩ族窒化物半導体の結晶を成膜する際、チャンバ内におけるＧａと窒素との比率を安定させ、良好な特性を有するＩＩＩ族窒化物半導体の層を、高効率で安定して基板上に成膜することが可能な方法及び装置が望まれていた。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、良好な膜質を有するＩＩＩ族窒化物半導体を反応性スパッタ法によって効率よく成膜することができるＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法及びＩＩＩ族窒化物半導体製造装置、並びにＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
さらに、上記製造方法によって得られ、発光特性に優れたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子並びにランプ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】
本発明者等は、上記問題を解決するために鋭意検討した結果、以下に示す発明を完成した。
【００１０】
［１］ チャンバ内に基板及びＧａ元素を含有するターゲットを配置するとともに、反応ガス供給手段によって前記チャンバ内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給し、前記基板上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体をプラズマによる反応性スパッタ法で形成するＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法であって、前記チャンバ内の圧力を圧力モニタで検知し、該圧力モニタの検知信号に基づき、前記反応ガス供給手段から前記チャンバ内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段によって制御することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
［２］ 前記ＩＩＩ族窒化物半導体を形成する際の前記チャンバ内が、前記窒素原子含有ガスが２０〜８０％の範囲で含有され、残部が少なくとも不活性ガスを含有するガス雰囲気とされていることを特徴とする上記［１］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
［３］ 前記窒素原子含有ガスが窒素ガス（Ｎ２）とされ、前記不活性ガスがアルゴンガス（Ａｒ）とされていることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【００１１】
［４］ 前記ＩＩＩ族窒化物半導体を形成する際の、前記基板の温度が６００℃〜１０５０℃の範囲とされていることを特徴とする上記［１］〜［３］の何れか1項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
［５］ 前記ＩＩＩ族窒化物半導体を形成する際の前記チャンバ内の圧力が０．０１〜１０Ｐａの範囲であることを特徴とする上記［１］〜［４］の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【００１２】
［６］ 基板上に、少なくともＩＩＩ族窒化物半導体から各々なるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を順次積層して半導体層を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法であって、前記半導体層の少なくとも一部を、上記［１］〜［５］の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法によって形成することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
［７］ 上記［１］〜［５］の何れか１項に記載の製造方法によって製造されるＩＩＩ族窒化物半導体。
［８］ 上記［６］に記載の製造方法によって得られるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【００１３】
［９］ 上記［８］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が用いられてなるランプ。
［１０］ チャンバ内に基板及びＧａ元素を含有するターゲットを配置するとともに、前記チャンバ内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給する反応ガス供給手段を備え、前記基板上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体をプラズマによる反応性スパッタ法で形成するＩＩＩ族窒化物半導体製造装置であって、前記チャンバ内の圧力を検知する圧力モニタが備えられているとともに、該圧力モニタの検知信号に基づき、前記反応ガス供給手段から前記チャンバ内に供給される窒素原子含有ガスの流通量を制御する流量制御手段が備えられていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体製造装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法によれば、チャンバ内の圧力を圧力モニタで検知し、該圧力モニタの検知信号に基づき、反応ガス供給手段からチャンバ内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段によって制御する方法なので、チャンバ内に存在する活性な窒素の量に応じて、この活性窒素の量が一定になるように窒素原子含有ガスの供給量を制御することができ、常に同一のスパッタ成膜条件を得ることが可能となる。これにより、チャンバ内におけるＧａと窒素との比率を安定させ、良好な特性を有するＩＩＩ族窒化物半導体層を、高効率で安定して基板上に成膜することが可能となる。
【００１５】
また、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、半導体層の少なくとも一部を、上記製造方法により、単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体で形成する方法としているので、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を備え、優れた発光特性を有するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法、ＩＩＩ族窒化物半導体製造装置、ＩＩＩ族窒化物半導体及びＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、並びにランプの一例について、図１〜７を適宜参照しながら説明する。
【００１７】
［ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法］
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法は、チャンバ４１（図５参照）内に基板１１（図１〜３、５を参照）及びＧａ元素を含有するターゲット４７（図５参照）を配置するとともに、反応ガス供給手段５０（図５参照）によってチャンバ４１内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給し、基板１１上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体をプラズマによる反応性スパッタ法で形成する方法であり、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１（図５参照）で検知し、該圧力モニタ５１の検知信号Ａに基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段５２（図５参照）によって制御する方法である。
【００１８】
＜半導体の積層構造＞
図１は、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法を説明するための図であり、基板１１上にＩＩＩ族窒化物半導体が形成された積層半導体の一例を示す概略断面図である。図１に示す積層半導体１０は、基板１１上にＩＩＩ族窒化物化合物からなるバッファ層１２が積層され、該バッファ層１２上に、ｎ型半導体層１４、発光層１５、及びｐ型半導体層１６が順次積層されてなる半導体層２０が形成されている。
以下、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体の積層構造について詳述する。
【００１９】
『基板』
本実施形態では、基板１１の材料としてサファイアを用いる。
本実施形態において、基板１１に用いることができる材料としては、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板材料であれば、特に限定されず、各種材料を選択して用いることができ、例えば、サファイア、ＳｉＣ、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等が挙げられる。この中でも、サファイア、ＳｉＣ等の六方晶構造を有する材料を基板に用いることが、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体を積層できる点で好ましく、サファイアを用いることがより好ましい。また、基板の大きさとしては、通常は直径２インチ程度のものが用いられるが、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体では、直径４〜６インチの基板を使用することも可能である。
【００２０】
なお、アンモニアを使用せずにバッファ層を成膜するとともに、アンモニアを使用する方法で後述のｎ型半導体層を構成する下地層を成膜することにより、上記基板材料の内、高温でアンモニアに接触することで化学的な変性を引き起こすことが知られている酸化物基板や金属基板等を用いた場合には、本実施形態のバッファ層がコート層として作用するので、基板の化学的な変質を防ぐ点で効果的である。また、一般的に、スパッタ法は基板の温度を低く抑えることが可能なので、高温で分解してしまう性質を持つ材料からなる基板を用いた場合でも、基板１１にダメージを与えることなく基板上への各層の成膜が可能である。
【００２１】
『バッファ層』
本実施形態の積層半導体１０は、基板１１上に、反応性スパッタ法により、金属原料とＶ族元素を含んだガスとがプラズマで活性化されて反応することで、ＩＩＩ族窒化物化合物からなるバッファ層１２が成膜されている。本実施形態のような、プラズマ化した金属原料を用いた方法で成膜された膜は、配向が得られ易いという作用がある。
【００２２】
このようなバッファ層をなすＩＩＩ族窒化物化合物の結晶は、六方晶系の結晶構造を持ち、成膜条件をコントロールすることにより、単結晶膜とすることができる。また、ＩＩＩ族窒化物化合物の結晶は、上記成膜条件をコントロールすることにより、六角柱を基本とした集合組織からなる柱状結晶とすることも可能である。なお、ここで説明する柱状結晶とは、隣接する結晶粒との間に結晶粒界を形成して隔てられており、それ自体は縦断面形状として柱状になっている結晶のことをいう。
【００２３】
バッファ層１２は、単結晶構造であることが、バッファ機能の面から好ましい。上述したように、ＩＩＩ族窒化物化合物の結晶は、六方晶系の結晶を有し、六角柱を基本とした組織を形成する。ＩＩＩ族窒化物化合物の結晶は、成膜等の条件を制御することにより、面内方向にも成長した結晶を成膜することが可能となる。このような単結晶構造を有するバッファ層１２を基板１１上に成膜した場合、バッファ層１２のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されるＩＩＩ族窒化物半導体の層は、良好な配向性及び結晶性を持つ結晶膜となる。
【００２４】
バッファ層１２の膜厚は、２０〜８０ｎｍの範囲とされていることが好ましい。バッファ層１２の膜厚をこの範囲とすることにより、良好な配向性を有し、また、バッファ層１２上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる各層を成膜する際に、コート層として有効に機能するバッファ層１２が得られる。
バッファ層１２の膜厚が２０ｎｍ未満だと、上述したコート層としての機能が充分でなくなる虞がある。また、８０ｎｍを超える膜厚でバッファ層１２を形成した場合、コート層としての機能には変化が無いのにも関わらず成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する虞がある。
【００２５】
バッファ層１２は、Ａｌを含有する組成とされていることが好ましい。バッファ層１２を構成する材料としては、一般式ＡｌＧａＩｎＮで表されるＩＩＩ族窒化物半導体であれば、どのような材料でも用いることができる。さらに、Ｖ族として、ＡｓやＰが含有される構成としても良い。また、バッファ層１２を、Ａｌを含んだ組成とした場合、中でも、ＧａＡｌＮとすることが好ましく、この際、Ａｌの組成が５０％以上とされていることが好ましい。また、バッファ層１２は、ＡｌＮからなる構成とすることがより好ましい。
【００２６】
また、バッファ層１２を構成する材料としては、ＩＩＩ族窒化物半導体と同じ結晶構造を有するものであれば、どのような材料でも用いることができるが、格子の長さが後述の下地層を構成するＩＩＩ族窒化物半導体に近いものが好ましく、特に周期表のＩＩＩａ族元素の窒化物が好適である。
【００２７】
『半導体層』
図１に示すように、本実施形態の積層半導体１０は、基板１１上に、上述のようなバッファ層１２を介して、ＩＩＩ族窒化物系半導体からなり、ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６から構成される半導体層２０が積層されてなる。また、図示例の積層半導体１０は、ｎ型半導体層１４に備えられた下地層１４ａがバッファ層１２上に積層されている。
【００２８】
ＩＩＩ族窒化物半導体としては、例えば、一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされる窒化ガリウム系化合物半導体が多数知られており、本発明においても、それら周知の窒化ガリウム系化合物半導体を含めて一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされる窒化ガリウム系化合物半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００２９】
窒化ガリウム系化合物半導体は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎ以外に他のＩＩＩ族元素を含有することができ、必要に応じてＧｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｐ及びＡｓ等の元素を含有することもできる。さらに、意図的に添加した元素に限らず、成膜条件等に依存して必然的に含まれる不純物、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含む場合もある。
【００３０】
「ｎ型半導体層」
ｎ型半導体層１４は、通常、前記バッファ層１２上に積層され、下地層１４ａ、ｎ型コンタクト層１４ｂ及びｎ型クラッド層１４ｃから構成される。なお、ｎ型コンタクト層は、下地層、及び／又は、ｎ型クラッド層を兼ねることが可能であるが、下地層が、ｎ型コンタクト層、及び、ｎ型クラッド層を兼ねることも可能である。
【００３１】
｛下地層｝
本実施形態の下地層１４ａはＩＩＩ族窒化物半導体からなり、反応性スパッタ法でバッファ層１２上に積層して成膜される。
下地層１４ａの材料としては、必ずしも基板１１上に成膜されたバッファ層１２と同じである必要はなく、異なる材料を用いても構わないが、ＡｌｙＧａ１―ｙＮ層（０≦ｙ≦１、好ましくは０≦ｙ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｙ≦０．１）から構成されることが好ましい。
【００３２】
本発明では、バッファ層１２上に、単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体からなる下地層１４ａを予め形成する。単結晶の下地層１４ａの上には、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶層を容易にスパッタ法により形成することができるため、ドーパントを添加して導電性を制御したＩＩＩ族窒化物半導体が得られやすくなる。
【００３３】
下地層１４ａに用いる材料としては、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物化合物、即ちＧａＮ系化合物半導体が用いられ、特に、ＡｌＧａＮ、又はＧａＮを好適に用いることができる。また、バッファ層１２を、例えば、ＡｌＮからなる柱状結晶の集合体として形成した場合には、下地層１４ａがバッファ層１２の結晶性をそのまま引き継がないように、マイグレーションによって転位をループ化させる必要があるが、このような材料としても上記Ｇａを含むＧａＮ系化合物半導体が挙げられ、特に、ＡｌＧａＮ、又はＧａＮが好適である。
【００３４】
下地層１４ａの膜厚は、０．１〜８μｍの範囲とすることが、結晶性の良好な下地層が得られる点で好ましく、０．１〜２μｍの範囲とすることが、成膜に要する工程時間を短縮でき、生産性が向上する点でより好ましい。
【００３５】
下地層１４ａは、必要に応じて、ドナー不純物（ｎ型不純物）が１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲内でドープされた構成としても良いが、アンドープ（＜１×１０１７／ｃｍ３）の構成とすることもでき、アンドープとした場合には、良好な結晶性を維持できる点で好ましい。基板１１が導電性である場合には、下地層１４ａにドーパントをドープして導電性とすることにより、発光素子の上下に電極を形成することができる。一方、基板１１に絶縁性の材料を用いる場合には、発光素子の同じ面に正極及び負極の各電極が設けられたチップ構造をとることになるので、基板１１直上の層はドープしない結晶とした方が、結晶性が良好となるので好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
【００３６】
｛ｎ型コンタクト層｝
本実施形態のｎ型コンタクト層１４ｂはＩＩＩ族窒化物半導体からなり、反応性スパッタ法で下地層１４ａ上に積層して成膜される。
ｎ型コンタクト層１４ｂとしては、下地層１４ａと同様にＡｌＸＧａ１―ＸＮ層（０≦ｘ≦１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。また、ｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３、好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有すると、負極との良好なオーミック接触の維持、クラック発生の抑制、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅである。成長温度は下地層と同様である。また、上述したように、ｎ型コンタクト層１４ｂは、下地層を兼ねた構成とすることもできる。
【００３７】
下地層１４ａ及びｎ型コンタクト層１４ｂを構成する窒化ガリウム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０．１〜２０μｍ、好ましくは０．５〜１５μｍ、さらに好ましくは１〜１２μｍの範囲に設定することが好ましい。膜厚がこの範囲であると、半導体の結晶性が良好に維持される。
【００３８】
｛ｎ型クラッド層｝
上述のｎ型コンタクト層１４ｂと詳細を後述する発光層１５との間には、ｎ型クラッド層１４ｃを設けることが好ましい。ｎ型クラッド層１４ｃを設けることにより、ｎ型コンタクト層１４ｂの最表面に生じた平坦性の悪化を改善することができる。ｎ型クラッド層１４ｃは、従来公知のＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等により成膜することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ＧａＩｎＮとする場合には、発光層１５のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましいことは言うまでもない。
【００３９】
ｎ型クラッド層１４ｃの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは５〜５００ｎｍの範囲であり、より好ましくは５〜１００ｎｍの範囲である。
また、ｎ型クラッド層１４ｃにおけるｎ型不純物のドープ濃度は１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３の範囲とされていることが好ましく、より好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。
【００４０】
なお、ｎ型クラッド層１４ｃを、超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第１層と、該ｎ側第１層と組成が異なるとともに１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第２層とが積層された構造を含むものであっても良い。また、ｎ型クラッド層１４ｃは、ｎ側第１層とｎ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよい。
【００４１】
上述のようなｎ側第１層及びｎ側第２層は、例えばＡｌを含むＡｌＧａＮ系（以下、単にＡｌＧａＮと記載することがある）、Ｉｎを含むＧａＩｎＮ系（以下、単にＧａＩｎＮと記載することがある）、ＧａＮの組成とすることができる。また、ｎ側第１層及びｎ側第２層は、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造、ＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＮの交互構造、組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮの交互構造、組成の異なるＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの交互構造であってもよい。本発明においては、ｎ側第１層及びｎ側第２層は、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮであることが好ましい。
【００４２】
上記ｎ側第１層及びｎ側第２層の超格子層は、それぞれ６０オングストローム以下であることが好ましく、それぞれ４０オングストローム以下であることがより好ましく、それぞれ１０オンストローム〜４０オングストロームの範囲であることが最も好ましい。超格子層を形成するｎ側第１層とｎ側第２層の膜厚が１００オングストローム超だと、結晶欠陥が入りやすく好ましくない。
【００４３】
上記ｎ側第１層及びｎ側第２層は、それぞれドープした構造であってもよく、また、ドープ構造／未ドープ構造の組み合わせであってもよい。ドープされる不純物としては、上記材料組成に対して従来公知のものを、何ら制限無く適用できる。例えば、ｎ型クラッド層として、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮの交互構造のものを用いた場合には、不純物としてＳｉが好適である。また、上述のようなｎ側超格子多層膜は、ＧａＩｎＮやＧａＡｌＮ、ＧａＮで代表される組成が同じであっても、ドーピングを適宜ＯＮ、ＯＦＦしながら作製してもよい。
【００４４】
「発光層」
発光層１５は、ｎ型半導体層１４上に積層されるとともに、詳細を後述するｐ型半導体層１６がその上に積層される層であり、従来公知のＭＯＣＶＤ法等を用いて成膜することができる。また、発光層１５は、図１に示すように、窒化ガリウム系化合物半導体からなる障壁層１５ａと、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体からなる井戸層１５ｂとが交互に繰り返して積層されてなり、図示例では、ｎ型半導体層１４側及びｐ型半導体層１６側に障壁層１５ａが配される順で積層して形成されている。
【００４５】
障壁層１５ａとしては、例えば、インジウムを含有した窒化ガリウム系化合物半導体からなる井戸層１５ｂ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）等の窒化ガリウム系化合物半導体を、好適に用いることができる。
また、井戸層１５ｂには、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体として、例えば、Ｇａ１−ｓＩｎｓＮ（０＜ｓ＜０．４）等の窒化ガリウムインジウムを用いることができる。
【００４６】
また、発光層１５全体の膜厚としては、特に限定されない。例えば、発光層１５の膜厚は、１〜５００ｎｍの範囲であることが好ましく、１００ｎｍ以下の膜厚であればより好ましい。膜厚が上記範囲であると、発光出力の向上に寄与する。
【００４７】
「ｐ型半導体層」
ｐ型半導体層１６は、通常、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂから構成され、反応性スパッタ法を用いて発光層１５上に成膜される。また、ｐ型コンタクト層がｐ型クラッド層を兼ねる構成とすることもできる。
【００４８】
本実施形態のｐ型半導体層１６は、導電性をｐ型に制御するためのドーパントとして、アクセプター不純物が添加されてなる。アクセプター不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｍｇを用いることが好ましく、また、同様にＢｅやＺｎを用いることも可能である。
【００４９】
｛ｐ型クラッド層｝
ｐ型クラッド層１６ａとしては、発光層１５のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層１５へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４、好ましくは０．１≦ｄ≦０．３）のものが挙げられる。ｐ型クラッド層１６ａが、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１５へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。
ｐ型クラッド層１６ａの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。
【００５０】
ｐ型クラッド層１６ａにアクセプター不純物を添加することによって得られるｐ型ドープ濃度が、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲とされていることが好ましく、より好ましくは１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３である。ｐ型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
【００５１】
なお、ｐ型クラッド層１６ａは、複数回積層した超格子構造としてもよい。
ｐ型クラッド層１６ａを、超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第１層と、該ｐ側第１層と組成が異なるとともに１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第２層とが積層された構造を含むものであっても良い。また、ｐ側第１層とｐ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであっても良い。
【００５２】
上述のようなｐ側第１層及びｐ側第２層は、それぞれ異なる組成、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ又はＧａＮの内の何れの組成であっても良い、また、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造、又はＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＮの交互構造であっても良い。本発明においては、ｐ側第１層及びｐ側第２層は、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造であることが好ましい。
【００５３】
上記ｐ側第１層及びｐ側第２層の超格子層は、それぞれ６０オングストローム以下であることが好ましく、それぞれ４０オングストローム以下であることがより好ましく、それぞれ１０オングストローム〜４０オングストロームの範囲であることが最も好ましい。超格子層を形成するｐ側第１層とｐ側第２層の膜厚が１００オングストローム超だと、結晶欠陥等を多く含む層となり、好ましくない。
【００５４】
上記ｐ側第１層及びｐ側第２層は、それぞれドープした構造であっても良く、また、ドープ構造／未ドープ構造の組み合わせであっても良い。ドープされる不純物としては、上記材料組成に対して従来公知のものを、何ら制限無く適用できる。例えば、ｐ型クラッド層として、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの交互構造のものを用いた場合には、不純物としてＭｇが好適である。また、上述のようなｐ側超格子多層膜は、ＧａＩｎＮやＡｌＧａＮ、ＧａＮで代表される組成が同じであっても、ドーピングを適宜ＯＮ、ＯＦＦしながら作製してもよい。
【００５５】
｛ｐ型コンタクト層｝
ｐ型コンタクト層１６ｂとしては、少なくともＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５、好ましくは０≦ｅ≦０．２、より好ましくは０≦ｅ≦０．１）を含んでなる窒化ガリウム系化合物半導体層である。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持およびｐオーミック電極（後述の透光性電極１７を参照）との良好なオーミック接触の点で好ましい。
ｐ型コンタクト層１６ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０〜２００ｎｍである。膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
【００５６】
また、ｐ型コンタクト層１６ｂにアクセプター不純物を添加することによって得られるｐ型ドープ濃度が、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲とされていると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましく、より好ましくは５×１０１９〜５×１０２０／ｃｍ３の範囲である。
【００５７】
＜製造方法＞
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法は、上述したように、チャンバ４１内に基板１１及びＧａ元素を含有するターゲット４７を配置するとともに、反応ガス供給手段５０によってチャンバ４１内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給し、基板１１上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体をプラズマによる反応性スパッタ法で形成する方法であり、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１で検知し、該圧力モニタ５１の検知信号Ａに基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段５２によって制御する方法である。
【００５８】
本実施形態の製造方法では、基板１１上にＩＩＩ族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させ、図１に示すような積層半導体１０を形成する際、基板１１上にバッファ層１２を成膜し、その上に半導体層２０を形成する。本実施形態では、バッファ層１２を反応性スパッタ法で形成し、その上に、ｎ型半導体層１４の下地層１４ａ及びｎ型コンタクト層１４ｂを反応性スパッタ法で形成した後、ｎ型クラッド層１４を従来公知のＭＯＣＶＤ法で形成し、その上に、発光層１５従来公知のＭＯＣＶＤ法で形成し、さらにその上に、ｐ型半導体層１６を構成するｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を反応性スパッタ法で形成する方法としている。
そして、本実施形態においては、半導体層２０を構成するｎ型半導体層１４及びｐ型半導体層１６の内、下地層１４ａ、ｎ型コンタクト層１４ｂ、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を、上記方法によって窒素原子含有ガスの流通量を制御しながら反応性スパッタ法によって成膜する。
【００５９】
『スパッタ装置（ＩＩＩ族窒化物半導体製造装置）』
以下に、本実施形態の製造方法で用いられ、下地層１４ａ、ｎ型コンタクト層１４ｂ、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を成膜するためのスパッタ装置の構成について、図５に例示するようなＲＦ放電式のスパッタ装置４０を用いて詳述する。
図５に例示するスパッタ装置４０（ＩＩＩ族窒化物半導体製造装置）は、チャンバ４１にＧａ元素を含有してなるターゲット４７が電極４３上に配置されており、電極４３の下方（図５の下方）にマグネット４２が配され、該マグネット４２が図示略の駆動装置によってターゲット４７の下方で揺動する。チャンバ４１には窒素ガス及びアルゴンガスが供給され、ヒータプレート４４に取り付けられた基板１１上に各層が成膜される。
また、スパッタ装置４０には、チャンバ４１内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給するための反応ガス供給手段５０が備えられているとともに、チャンバ４１内の圧力を検知する圧力モニタ５１が設けられている。そして、スパッタ装置４０には、圧力モニタ５１の検知信号Ａに基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を制御するための流量制御手段５２が設けられている。
【００６０】
電極４３はマッチングボックス４６に接続されており、また、ヒータプレート４４には基板１１が取り付けられるとともにマッチングボックス４５が接続されている。このようなマッチングボックス４６及び４５は、各々、電源４８に接続されており、電極４３にはマッチングボックス４６を介して電流が供給され、ヒータプレート４４にはマッチングボックス４５を介して電流が供給される。これにより、ターゲット４７にはパワーが印加され、基板１１にはバイアスが印加される。上述のマッチングボックス４６及び４５は、スパッタ装置４０内部と、高周波の電源４８とのインピーダンスのマッチングをとるために設けられる。
【００６１】
本実施形態の製造方法で用いるスパッタ装置としては、ＲＦスパッタ法によって成膜処理を行う装置であることが好ましい。ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層をスパッタ法で成膜する場合、一般に、ＩＩＩ族金属をターゲットにし、スパッタ装置のチャンバ内に窒素原子含有ガス（窒素ガス：Ｎ２、アンモニア：ＮＨ３等）を導入し、気相中でＩＩＩ族金属と窒素を反応させる反応性スパッタ法（リアクティブスパッタ法）を用いる。スパッタ法としては、ＲＦスパッタ及びＤＣスパッタがあるが、本発明の製造方法のように反応性スパッタ法を用いた場合には、連続的に放電させるＤＣスパッタでは帯電が激しく、成膜速度のコントロールが困難となる。このため、本発明の製造方法では、ＲＦスパッタ法を用いることが好ましく、ＤＣスパッタ法を用いる場合には、パルス的にバイアスを与えることができるパルスＤＣスパッタ法が採用されたスパッタ装置を用いることが好ましい。
【００６２】
また、ＲＦスパッタを用いた場合には、帯電を回避する方法として、マグネットの位置をターゲット内で移動させることが好ましい。具体的な運動の方法は、使用するスパッタ装置によって選択することができ、揺動させたり、回転運動させたりすることができる。 図５に例示するスパッタ装置４０では、ターゲット４７の下方にマグネット４２が備えられ、このマグネット４２がターゲット４７の下方で回転運動できる構成とされている。
【００６３】
また、チャンバ４１内には、できるだけ不純物を残さないことが好ましいので、スパッタ装置４０の到達真空度は、少なくとも１．０×１０−３Ｐａ以下であることが好ましい。
【００６４】
また、詳細な図示を省略するが、スパッタ装置４０のチャンバ４１内にドーパント供給手段を配置することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体にドナー不純物やアクセプター不純物等のドーパントを添加して各層を成膜することができる。また、ターゲットに予めドーパントを混合して成膜処理を行なうこともでき、その他、チャンバの外部からチャンバ内へ向けてドーパントを供給する構成とすることも可能である。
【００６５】
本実施形態で用いるスパッタ装置４０には、上述したように、チャンバ４１内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給するための反応ガス供給手段５０と、チャンバ４１内の圧力を検知する圧力モニタ５１と、圧力モニタ５１の検知信号Ａに基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を制御するための流量制御手段５２とが設けられている。
【００６６】
反応ガス供給手段５０は、チャンバ４１内に窒素原子含有ガス（Ｎ２）及び不活性ガス（Ａｒ）の各反応ガスを、適宜供給量を調整して供給するものであり、図５に示す例では、配管５３ａ、５３ｂを介してチャンバ４１に各反応ガスを供給できるように構成されている。また、図示例では、配管５３ａが窒素原子含有ガスの供給管とされ、配管５３ｂが不活性ガスの供給管とされている。
【００６７】
圧力モニタ５１は、チャンバ４１内の圧力を検知して検知信号Ａとし、該検知信号Ａを、詳細を後述する窒素流量制御手段に送信する検出手段である。圧力モニタ５１は、チャンバ４１内の圧力を検知することにより、チャンバ４１内の圧力と相関する窒素原子量を検出することができる。
なお、図示例の圧力モニタ５１は、チャンバ４１の外壁に接続するように配置されているが、これには限定されず、例えば、チャンバ４１内に配置することも可能であり、適宜決定することが可能である。
【００６８】
窒素流量制御手段５２は、圧力モニタ５１から送信される検知信号Ａに基づき、内部に備えられる図示略の電磁バルブや制御回路等の手段によって窒素原子含有ガスの流量を制御するものであり、例えば、従来公知のマスフローコントローラ等を何ら制限無く用いることができる。また、窒素流量制御手段５２は、図示例では、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に向けて窒素原子含有ガスが供給される配管５３ａの経路に設けられている。
【００６９】
本実施形態のスパッタ装置４０は、チャンバ４１内と圧力モニタ５１との間を、詳細な図示を省略する配管等で接続し、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１で検知することにより、後述の動作形態において説明するように、圧力モニタ５１を、チャンバ４１内の窒素原子量検出手段として用いた構成としている。
【００７０】
上述のように、圧力モニタ５１が窒素流量検出手段として用いられてなるスパッタ装置４０の動作について、以下に説明する。
例えば、スパッタ装置４０を用いてＩＩＩ族窒化物半導体の成膜を繰り返した際、チャンバ４１の内壁や図示略のシールド部材に窒素原子を含むデポジションが付着する。その後、さらにＩＩＩ族窒化物半導体の成膜を繰り返すことにより、チャンバ４１内のデポジションが分解して窒素を発生するので、チャンバ４１内の活性な窒素量が増大し、チャンバ４１内の圧力が上昇する。この際、圧力モニタ５１がチャンバ４１内の圧力を検知し、その圧力に応じて検知信号Ａを窒素流量制御手段５２に向けて出力する。そして、窒素流量制御手段５２は、内部に備えられる図示略の制御回路において上記検知信号Ａに基づいて判定を行ない、検知信号Ａが予め設定された閾値よりも大きなチャンバ内圧力を示す信号であった場合には、図示略の電磁バルブを閉動作させて窒素原子含有ガスのチャンバ４１内への供給を減少させる。これにより、チャンバ４１内の窒素の量は、過多な状態から徐々に減少してゆき、これと同時に、チャンバ４１内の圧力も徐々に低下してゆく。そして、圧力モニタから窒素流量制御手段５２に向けて出力される検知信号Ａが、予め設定された閾値より小さいか、あるいは閾値と同じチャンバ内圧力を示す信号となった場合には、図示略の電磁バルブの開動作を行い、窒素原子含有ガスのチャンバ４１内への供給量を増加させる。
このように、チャンバ４１内の圧力が一定となるような制御を行なうことにより、チャンバ４１内の活性な窒素の量も一定に制御することが可能となる。また、本実施形態のスパッタ装置４０は、圧力モニタ５１がチャンバ４１内の窒素原子量検出手段として採用された構成なので、装置が簡便であるとともに、窒素量を正確に検出することが可能となる。
【００７１】
本実施形態のスパッタ装置４０は、上記構成により、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１で検知することでチャンバ４１内に存在する活性な窒素の量を検出し、その検出結果をフィードバックして窒素原子含有ガスの流量制御を行なうことにより、チャンバ４１内における活性窒素量を一定とし、常に同一のスパッタ条件を得ることができる。これにより、チャンバ４１内におけるＧａと窒素との比率を安定させ、結晶性に優れるＧａＮ結晶の層を、高効率で安定して基板上に成膜することが可能となる。
【００７２】
なお、チャンバ４１内の活性な窒素の量を検出するための方法としては、本実施形態のような圧力検知による方法の他、例えば、質量分析装置等を用いて窒素量を検出する方法があり、適宜採用することができる。
【００７３】
『積層半導体の形成』
本実施形態の製造方法を用いて、図１に示すような積層半導体１０を形成する際の各層の成膜方法について以下に詳述する。
【００７４】
「バッファ層の形成」
本実施形態の製造方法では、基板１１上に反応性スパッタ法によってバッファ層１２を形成することが好ましい。
また、基板１１を反応器（スパッタ装置）の中に導入した後、バッファ層１２を形成する前に、スパッタ法等の方法を用いて前処理を行うことが好ましい。このような前処理は、具体的には、基板１１をＡｒやＮ２のプラズマ中に曝す事によって表面を整えることができる処理である。例えば、ＡｒガスやＮ２ガスなどのプラズマを基板１１表面に作用させることで、基板１１表面に付着した有機物や酸化物を除去することができる。この場合、基板１１とチャンバとの間に電圧を印加すれば、プラズマ粒子が効率的に基板１１に作用する。このような前処理を基板１１に施すことにより、基板１１の表面１１ａ全面にバッファ層１２を成膜することができ、その上に成膜される膜の結晶性を高めることが可能となる。また、バッファ層１２を基板１１上に成膜する際、基板１１には湿式の前処理を行っても良い。
【００７５】
本実施形態では、上述した前処理を、イオン成分と、電荷を持たないラジカル成分とが混合された雰囲気で行なわれるプラズマ処理により、基板１１の表面を処理する方法を用いた工程としている。
ここで、基板の表面からコンタミ等を除去する際、例えば、イオン成分等を単独で基板表面に供給した場合には、エネルギーが強すぎて基板表面にダメージを与えてしまい、基板上に成長させる結晶の品質を低下させてしまうという問題がある。
本実施形態の前処理においては、上述のように、イオン成分とラジカル成分とが混合された雰囲気で行なわれるプラズマ処理を用いた方法とし、基板１１に適度なエネルギーを持つ反応種を作用させることにより、基板１１表面にダメージを与えずにコンタミ等の除去を行なうことが可能となる。このような効果が得られるメカニズムとしては、イオン成分の割合が少ないプラズマを用いることで基板表面に与えるダメージが抑制されることと、基板表面にプラズマを作用させることによって効果的にコンタミを除去できること等が考えられる。
【００７６】
上記方法で基板１１表面の前処理を行なった後、スパッタ装置内にアルゴン及び窒素ガスを導入し、基板１１の温度を５００℃程度にする。そして、基板１１側に高周波バイアスを印加するとともに、金属ＡｌからなるＡｌターゲット側にパワーを印加し、炉内の圧力を一定に保ちながら、基板１１上にＡｌＮからなるバッファ層１２を成膜する。
【００７７】
バッファ層１２を基板１１上に成膜する方法としては、スパッタ法の他、例えば、ＭＯＣＶＤ法、パルスレーザーデポジション（ＰＬＤ）法、パルス電子線堆積（ＰＥＤ）法等が挙げられ、適宜選択して用いることができるが、スパッタ法が最も簡便で量産にも適しているため、好適な方法である。なお、ＤＣスパッタを用いる場合、ターゲット表面のチャージアップを招き、成膜速度が安定しない可能性があるので、パルスＤＣスパッタ法とするか、ＲＦスパッタ法とすることが望ましい。また、バッファ層１２の成膜処理には、ターゲットや各成膜条件を変更することにより、上述のようなスパッタ装置４０を用いることも可能である。
【００７８】
「半導体層の形成」
バッファ層１２上には、ｎ型半導体層１４、発光層１５、ｐ型半導体層１６をこの順で積層することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層２０を形成する。本実施形態の製造方法では、上述したように、ｎ型半導体層１４の下地層１４ａ及びｎ型コンタクト層１４ｂを反応性スパッタ法によって形成した後、ｎ型クラッド層１４ｃ及びその上の発光層をＭＯＣＶＤ法で形成し、そして、ｐ型半導体層１６を構成するｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を反応性スパッタ法で形成する。
【００７９】
ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などが用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ４）や、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）やテトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。ＭＢＥ法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として利用できる。ｐ型にはＭｇ原料としては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）を用いる。
【００８０】
上述したような窒化ガリウム系化合物半導体は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎ以外に他のＩＩＩ族元素を含有することができ、必要に応じてＧｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂｅ等のドーパント元素を含有することができる。さらに、意図的に添加した元素に限らず、成膜条件等に依存して必然的に含まれる不純物、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含む場合もある。
【００８１】
そして、上述のようなスパッタ装置４０を用いて、反応性スパッタ法で基板１１上に半導体層を成膜する際は、まず、チャンバ４１内に、例えば、アルゴンガス及び窒素ガス等の反応ガスを供給し、ヒータプレート４４内に設けられた図示略の加熱手段によってヒータプレート４４を発熱させ、基板１１を所定の温度、つまり、基板１１上に成長させられる各層の成長温度に加温し、各層の成膜処理を行なう。
【００８２】
｛反応性スパッタ成膜条件｝
本実施形態では、半導体層２０の各層の内、下地層１４ａ、ｎ型コンタクト層１４ｂ、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を、反応性スパッタ法を用いて成膜する。このように、反応性スパッタ法を用いて半導体層を成膜する場合、例えば、以下に説明するような成膜条件で行なうことができる。ここで、反応性スパッタ法を用いてＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する場合に重要となる他のパラメータとしては、窒素原子含有ガスの分圧、成膜速度、基板温度、バイアス及びパワー等が挙げられる。
【００８３】
まず、スパッタ装置４０のチャンバ４１内のガス雰囲気は、窒素原子含有ガス（窒素：Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス等）を含む雰囲気とする。このような窒素原子含有ガスは、スパッタにより、プラズマ化されて窒素原子に分解して結晶成長の原料となる。また、ターゲット４７を効率よくスパッタするために、さらに、アルゴン（Ａｒ）等の重量が大きく反応性の低い不活性ガスを混入させた雰囲気とする。
チャンバ４１内のガス雰囲気中の窒素原子含有ガスの割合、例えば、窒素ガス（Ｎ２）とアルゴン（Ａｒ）の全流量に占める窒素ガス流量の比は、特に限定されず、基板温度等の他の条件を考慮しながら、適宜設定することができる。この際、窒素ガスの流量比が低すぎると、スパッタ原料が金属のまま付着する虞があり、窒素ガスの流量比が高すぎると、アルゴンの量が少なすぎ、スパッタ速度が低下したり、化学組成比がずれて結晶性が低下したりする。このため、特に結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体を積層するためには、チャンバ４１内の雰囲気中の窒素原子含有ガスの割合を２０〜８０％の範囲とし、残部が不活性ガスを含有するガスとされていることが最も好ましい。
なお、不活性ガスを含有するガスは、Ａｒなどの不活性ガスの他に、水素ガス（Ｈ２）など含有した構成としても良い。
【００８４】
また、反応性スパッタ法によってＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する際の成膜速度は、０．０１〜１０ｎｍ／秒の範囲とすることが好ましい。成膜速度が１０ｎｍ／秒を超えると積層されたＩＩＩ族窒化物半導体が結晶とならずに非晶質となり、０．０１ｎｍ／秒未満だとプロセスが無駄に長時間となり、工業生産に利用することが困難となる。
【００８５】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する際の基板温度について、本発明者等が鋭意実験したところ、一般に、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層をスパッタ法で形成するためには、基板温度を６００〜１２００℃の範囲とすること好ましいことが明らかとなった。基板温度が６００℃より低いと、基板面での反応種のマイグレーションが抑えられ、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体を形成するのが困難となる。また、基板温度が１２００℃を超えると、形成されたＩＩＩ族窒化物半導体が再分解を起こす虞がある。
【００８６】
また、ドナー不純物やアクセプター不純物等のドーパントを添加して半導体層の導電性を容易に制御するためには、基板温度を６００℃〜１０５０℃の範囲とすることが必要となる。基板温度を６００℃〜１０５０℃の範囲とすることで、点欠陥等の欠陥密度が少なく結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体を成長させることができる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体にドーパントを添加して導電性を容易に制御することが可能になる。
【００８７】
また、結晶成長中の基板１１表面における反応種のマイグレーションを活発にするためには、基板１１側に印加されるバイアス、及びターゲット４７側に印加されるパワーは大きいほうが好ましい。例えば、成膜時に基板１１に印加するバイアスは１．５Ｗ／ｃｍ２以上が好ましく、また、成膜時にターゲット４７に印加するパワーを１．５Ｗ／ｃｍ２〜５ｋＷ／ｃｍ２の範囲とすることが好ましい。
【００８８】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層の組成は、ターゲットに用いるＩＩＩ族金属の組成を所望の値に調整することによりコントロールすることができる。例えば、ＧａＮからなる層を形成する場合には、ターゲットにＧａ金属を用い、ＡｌＧａＮ層を形成する場合には、ターゲットにＡｌＧａ合金を用いれば良い。また、ＩｎＧａＮを形成する場合には、ＩｎＧａ合金を用いれば良い。ＩＩＩ族窒化物半導体の組成は、ターゲット４７のＩＩＩ族金属の組成に応じて変化するので、ターゲット４７の組成を実験的に求めることで、所望の組成のＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成することが可能となる。
あるいは、ＡｌＧａＮ層を積層する場合、例えば、ターゲットとしてＧａメタルとＡｌメタルの両方を併置してもよい。この場合には、ＧａメタルターゲットとＡｌメタルターゲットの表面積の比を変化させることにより、積層されるＡｌＧａＮ層の組成を制御することが可能となる。同様に、ＩｎＧａＮ層を積層する場合には、ＧａメタルターゲットとＩｎメタルターゲットの両方を併置することも可能である。
【００８９】
｛半導体層の成膜方法｝
以下に、半導体層２０を構成するｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６を成膜する際の手順について説明する。
【００９０】
（ｎ型半導体層の形成）
まず、基板１１上のバッファ層１２の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる下地層１４ａを形成する。
基板１１上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体からなる下地層１４ａを形成する方法としては、本実施形態のように、反応性スパッタ法を用いてＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる単結晶のバッファ層を形成し、その上に、反応性スパッタ法によって単結晶のＧａＮ層（下地層）を形成する方法がある。
【００９１】
本実施形態のように下地層１４ａを反応性スパッタ法で形成する場合、例えば、スパッタ法で形成するｎ型コンタクト層１４ｂと同一のスパッタ装置４０を使用して成膜処理を行うことができる。この場合、下地層については、チャンバ４１内にドナー不純物（Ｓｉ）からなるドーパント元素を供給せずにアンドープで成膜する。一方、ｎ型コンタクト層１４ｂと、ＭＯＣＶＤ法で成膜するｎ型クラッド層１４ｃについては、反応炉内にドナー不純物（Ｓｉ）からなるドーパント元素を供給して成膜することにより、ドナー不純物が添加されて導電性がｎ型に制御されたＧａＮ層が得られる。このように、下地層１４ａに加え、ｎ型コンタクト層１４ｂについてもスパッタ法を用いて成膜する方法とした場合には、製造設備（スパッタ装置）を共通化できるので、生産性が向上するとともに、製造コストを低減することが可能となる。
【００９２】
次に、下地層１４ａの上に、反応性スパッタ法を用いてｎ型コンタクト層１４ｂを成膜する。この際、ｎ型コンタクト層１４ｂの成膜に用いるスパッタ装置は、各種成膜条件を変更することにより、下地層１４ａの成膜に用いるものと同じスパッタ装置４０を用いることができる。
次に、ｎ型コンタクト層１４ｂの上に、ｎ型クラッド層１４ｃを、従来公知のＭＯＣＶＤ法を用いて成膜する。
【００９３】
なお、本実施形態では、ｎ型コンタクト層１４ｂ及びｎ型クラッド層１４ｃを形成する際、ドナー不純物を添加することにより、導電性がｎ型に制御されたＩＩＩ族窒化物半導体からなる層を成膜することができる。このようなドナー不純物としては、シリコン（Ｓｉ）元素を用いることが好ましいが、上述したように、Ｓｉの他、ＧｅやＳｎ等を用いることが可能である。
また、ドーパント元素としてＳｉ元素を用いて、スパッタ法によってＩＩＩ族窒化物半導体を形成する場合、チャンバ４１内における雰囲気ガス中のＧａ元素とＳｉ元素との比は、１：０．０００１〜１：０．００００１の範囲とされていることが好ましい。雰囲気ガス中のＧａ元素とＳｉ元素との比が上記範囲内であれば、導電性がｎ型に最適制御され、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体からなる層を成膜することができる。ドーパント元素として上述のようなドナー不純物を用いることにより、導電性がｎ型に制御されたＧａＮからなるｎ型コンタクト層１４ｂが得られる。
【００９４】
（発光層の形成）
ｎ型クラッド層１４ｃ上には、発光層１５を、従来公知のＭＯＣＶＤ法によって形成する。図１に例示するような、本実施形態で形成する発光層１５は、ＧａＮ障壁層に始まりＧａＮ障壁層に終わる積層構造を有しており、ＳｉドープのＧａＮからなる６層の障壁層１５ａと、ノンドープのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる５層の井戸層１５ｂとを交互に積層して形成する。
【００９５】
（ｐ型半導体層の形成）
発光層１５上、つまり、発光層１５の最上層となる障壁層１５ａ上には、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂからなるｐ型半導体層１６を、反応性スパッタ法で成膜する。
【００９６】
具体的には、まず、ＭｇをドープしたＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｐ型クラッド層１６ａを発光層１５（最上層の障壁層１５ａ）上に形成し、その上に、ＭｇをドープしたＡｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層１６ｂを形成する。この際、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの積層には、同じスパッタ装置を用いることができる。これらｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂからなるｐ型半導体層１６の成膜処理においては、例えば、チャンバ４１内にアクセプター不純物からなるドーパント元素を供給して成膜することにより、アクセプター不純物が添加されて導電性がｐ型に制御されたｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂが得られる。
【００９７】
アクセプター不純物としては、マグネシウム（Ｍｇ）元素を用いることが好ましいが、Ｍｇの他、ＢｅやＺｎ等を用いることが可能である。
また、ドーパント元素としてＭｇ元素を用いてＩＩＩ族窒化物半導体を形成する場合、４１チャンバ内における雰囲気ガス中のＧａ元素とＭｇ元素との比は、１：０．０１〜１：０．０００１の範囲とされていることが好ましい。雰囲気ガス中のＧａ元素とＭｇ元素との比が上記範囲内であれば、導電性がｐ型に最適制御され、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体からなる層を成膜することができる。
ドーパント元素として上述のようなアクセプター不純物を用いることにより、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂを、導電性がｐ型に制御されて１〜４×１０１６個／ｃｍ３のキャリア濃度を有するｐ型ＡｌＧａＮ単結晶から成膜することが出来る。
【００９８】
ここで、本実施形態の製造方法においては、上述したように、半導体層２０の内、ｎ型半導体層１４を構成する下地層１４ａ、ｎ型コンタクト層１４ｂ、ｐ型コンタクト層１６を構成するｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を、反応性スパッタ法を用いて成膜する際、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１によって検知し、この検知信号Ａに基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段５２によって制御しながら成膜する方法としている。
【００９９】
具体的には、上述したように、例えば、図５に示すようなスパッタ装置４０を用いてＩＩＩ族窒化物半導体の成膜を繰り返した際、チャンバ４１の内壁や図示略のシールド部材に窒素原子等からなるデポジションが付着し、このデポジションが分解して窒素が発生し、チャンバ４１内において活性な窒素量が増大し、チャンバ４１内の圧力が高くなる。このように、チャンバ４１内の圧力上昇を検知することで、チャンバ４１内において過量となった窒素の量を検出し、この検知信号Ａを流量制御手段５２に入力することにより、該流量制御手段５２は、チャンバ４１内への窒素原子含有ガスの流通量を減少させる。そして、チャンバ４１内の窒素原子含有ガスの流通量が過多な状態から徐々に減少してゆくのに伴ってチャンバ４１内の圧力が低下してゆくと、圧力モニタ５１によって圧力低下が検知され、これに基づく検知信号Ａを流量制御手段５２に入力する。該流量制御手段５２は、圧力モニタ５１から入力される検知信号Ａに基づき、チャンバ４１内への窒素原子含有ガスの流通量を再び増加させる。
ここで、チャンバ４１内への窒素原子含有ガスの流通量を上記方法で制御しながらＩＩＩ族窒化物半導体の成膜を行なう際は、上述したように、チャンバ４１内のガス雰囲気中の窒素原子含有ガスの割合が最適な範囲となるように、基板温度等の他の条件を考慮しながら、窒素原子含有ガスの流通量を適宜制御することが好ましい。
【０１００】
本実施形態の製造方法では、上記手順のように、チャンバ４１内に存在する活性な窒素の量を検出し、その検出結果をフィードバックして窒素原子含有ガスの流量制御を行なうことにより、チャンバ４１内における活性窒素量を一定とし、常に同一のスパッタ条件を得ることができる。これにより、チャンバ４１内におけるＧａと窒素との比率を安定させ、結晶性に優れるＧａＮ結晶の層を、高効率で安定して基板上に成膜することが可能となる。
【０１０１】
なお、本実施形態の製造方法においては、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１で検知することにより、チャンバ４１内に存在する活性な窒素の量を検出する方法としているが、窒素量の検出手段として、例えば、質量分析装置等を採用することも可能である。
【０１０２】
以上説明したような、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法によれば、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１で検知し、該圧力モニタ５１の検知信号Ａに基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段５２によって制御する方法なので、チャンバ４１内の窒素量を圧力検知によって検出することができ、チャンバ４１内の圧力に応じて、この活性窒素の量が一定になるように窒素原子含有ガスの供給量を制御することができ、常に同一のスパッタ成膜条件を得ることが可能となる。これにより、チャンバ４１内におけるＧａと窒素との比率を安定させ、良好な特性を有するＩＩＩ族窒化物半導体の層を、高効率で安定して基板１１上に成膜することが可能となる。従って、良好な結晶性を有するＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を、スパッタ法を用いて高効率で安定して基板上に成膜することが可能となる。
【０１０３】
「交互にプラズマを発生させて成膜する積層半導体の形成」
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法では、図５に示すようなスパッタ装置４０を用い、チャンバ４１内の窒素量を圧力検知によって検出し、チャンバ４１内の圧力に応じて、活性窒素の量が一定になるように窒素原子含有ガスの供給量を制御するとともに、さらに、以下に説明するような、ターゲット４７をスパッタして原料粒子を基板１１上に供給する第１プラズマを発生させる第１プラズマ発生工程と、窒素元素を含む第２プラズマを発生させる第２プラズマ発生工程とを交互に行なって、チャンバ４１内に第１プラズマと第２プラズマとを交互に供給する方法を採用することができる。
【０１０４】
また、本実施形態の製造方法は、上述の第１プラズマ発生工程と第２プラズマ発生工程との間に、チャンバ４１内の雰囲気を第２プラズマ発生工程のためのガス雰囲気とする第１−第２ガス入れ替え工程を備えるとともに、第２プラズマ発生工程と第１プラズマ発生工程との間に、チャンバ４１内の雰囲気を第１プラズマ発生工程のためのガス雰囲気とする第２−第１ガス入れ替え工程を備えた方法とすることができる。
【０１０５】
また、本実施形態においては、上述の第１プラズマ発生工程を行なう前に、チャンバ４１内の雰囲気を第１プラズマ発生工程のためのガス雰囲気とする前工程を行なう。この前工程は、反応ガス供給手段５０から配管５３ｂを介して、チャンバ４１内にアルゴンガス（不活性ガス）を供給することによって行なわれる。
【０１０６】
なお、本実施形態の製造方法で得られるＩＩＩ族窒化物半導体は、詳細を後述する発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）のような、発光素子や受光素子等の光電気変換素子の他、ＨＢＴやＨＥＭＴ等の電子デバイスにも用いることができる。これらの半導体素子は各種構造のものが多数知られており、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体の積層構造体の素子構造は、これら周知の素子構造を含めて何ら制限されない。
【０１０７】
［ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法］
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法は、図３（図１も参照）に例示するようなＩＩＩ族窒化物半導体から各々なるｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６が順に積層された半導体層２０を備えてなるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子（以下、発光素子と略称することがある）１を製造する際、半導体層２０の内の少なくとも一部を、上述したような本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法によって形成する。本例では、半導体層２０の内、ｎ型半導体層１４を構成する下地層１４ａ及びｎ型コンタクト層１４ｂと、ｐ型半導体層１６を構成するｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を、上記製造方法で形成する。
【０１０８】
＜発光素子の積層構造＞
図２及び図３は、本実施形態の発光素子の製造方法の一例を説明するための図であり、基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる各層が形成された積層半導体１０（図１参照）を用いて発光素子１を構成した例を示す概略図で、図２は平面図、図３は断面図である。
本実施形態の発光素子１は、上記製造方法で製造された積層半導体１０のｐ型半導体層１６上に透光性正極１７が積層され、その上に正極ボンディングパッド１８が形成されるとともに、ｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ｂに形成された露出領域１４ｄに負極１９が積層されて概略構成される。
【０１０９】
『透光性正極』
透光性正極１７は、上述した積層半導体１０のｐ型半導体層１６（ｐ型コンタクト層１６ｂ）上に形成される透光性の電極である。
透光性正極１７の材質としては、特に限定されず、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３）等の材料を、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。また、その構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
また、透光性正極１７は、Ｍｇがドープされたｐ型半導体層１６上のほぼ全面を覆うように形成しても構わないし、隙間を開けて格子状や樹形状に形成しても良い。
【０１１０】
『正極ボンディングパッド及び負極』
正極ボンディングパッド１８は、上述の透光性正極１７上に形成される電極である。
正極ボンディングパッド１８の材料としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ及びＣｕ等を用いた各種構造が周知であり、これら周知の材料、構造のものを何ら制限無く用いることができる。
正極ボンディングパッド１８の厚さは、１００〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。また、ボンディングパッドの特性上、厚さが大きい方が、ボンダビリティーが高くなるため、正極ボンディングパッド１８の厚さは３００ｎｍ以上とすることがより好ましい。さらに、製造コストの観点から５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１１１】
負極１９は、基板１１上に、ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６が順次積層された半導体層において、ｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ｂに接するように形成される。このため、負極１９を設ける際は、ｐ型半導体層１６、発光層１５及びｎ型半導体層１４の一部を除去することにより、ｎ型コンタクト層１４ｂの露出領域１４ｄを形成し、この上に負極１９を形成する。
負極１９の材料としては、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。
【０１１２】
＜発光素子の製造方法＞
以下に、図２及び図３に示すような発光素子１の製造方法の一例について説明する。
本実施形態の発光素子１の製造方法は、上記製造方法で得られた積層半導体１０を用い、該積層半導体１０のｐ型半導体層１６上に透光性正極１７を積層し、その上に正極ボンディングパッド１８を形成するとともに、ｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ｂに形成された露出領域１４ｄに負極１９を積層する方法である。
【０１１３】
『透光性正極の形成』
上述のような方法により、基板１１上に、バッファ層１２及び半導体層が積層された積層半導体１０のｐ型コンタクト層１６ｂ上に、ＩＴＯからなる透光性正極１７を形成する。透光性正極１７の形成方法としては、特に限定されず、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。また、その構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
【０１１４】
また、上述したように、透光性正極１７の材料は、ＩＴＯには限定されず、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ等の材料を用いて形成することが可能である。
また、透光性正極１７を形成した後、合金化や透明化を目的とした熱アニールを施す場合もあるが、施さなくても構わない。
【０１１５】
『正極ボンディングパッド及び負極の形成』
積層半導体１０上に形成された透光性正極１７上に、さらに、正極ボンディングパッド１８を形成する。この正極ボンディングパッド１８は、例えば、透光性正極１７の表面側から順に、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕの各材料を、従来公知の方法で積層することによって形成することができる。
【０１１６】
また、負極１９を形成する際は、まず、基板１１上に形成された発光層１５、ｐ型半導体層１６、及びｎ型半導体層１４の一部をドライエッチング等の方法によって除去することにより、ｎ型コンタクト層１４ｂの露出領域１４ｄを形成する（図２及び図３参照）。そして、この露出領域１４ｄ上に、例えば、露出領域１４ｄ表面側から順に、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＡｕの各材料を、従来公知の方法で積層することにより、４層構造の負極１９を形成することができる。
【０１１７】
そして、上述のようにして、積層半導体１０上に、透光性正極１７、正極ボンディングパッド１８及び負極１９を設けたウェーハを、基板１１の裏面を研削及び研磨してミラー状の面とした後、例えば、３５０μｍ角の正方形に切断することにより、発光素子チップ（発光素子１）とすることができる。
【０１１８】
以上説明したような、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１の製造方法によれば、発光層２０の少なくとも一部、本例では、ｎ型半導体層１４を構成する下地層１４ａ及びｎ型コンタクト層１４ｂと、ｐ型半導体層１６を構成するｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を、上記製造方法によって単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体から形成する方法としているので、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を備え、優れた発光特性を有するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られる。
【０１１９】
［ランプ］
以上説明したような、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせることにより、当業者周知の手段によってランプを構成することができる。従来より、発光素子と蛍光体と組み合わせることによって発光色を変える技術が知られており、このような技術を何ら制限されることなく採用することが可能である。
例えば、蛍光体を適正に選定することにより、発光素子より長波長の発光を得ることも可能となり、また、発光素子自体の発光波長と蛍光体によって変換された波長とを混ぜることにより、白色発光を呈するランプとすることもできる。
また、ランプとしては、一般用途の砲弾型、携帯のバックライト用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等、何れの用途にも用いることができる。
【０１２０】
例えば、図４に示す例のように、同一面電極型のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１を砲弾型に実装する場合には、２本のフレームの内の一方（図４ではフレーム３１）に発光素子１を接着し、また、発光素子１の負極（図３に示す符号１９参照）をワイヤー３４でフレーム３２に接合し、発光素子１の正極ボンディングパッド（図３に示す符号１８参照）をワイヤー３３でフレーム３１に接合する。そして、透明な樹脂からなるモールド３５で発光素子１の周辺を封止することにより、図４に示すような砲弾型のランプ３を作成することができる。
本実施形態のランプ３は、上記本実施形態の製造方法によって得られる発光素子１が用いられてなるので、発光特性に優れたものとなる。
【実施例】
【０１２１】
次に、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法、及びＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を、実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【０１２２】
本実施例では、基板１１上に各層を成膜し、最終的に、図１に示す断面模式図のようなＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の積層半導体１０を作製した。この際、本例では、サファイアからなる基板１１のｃ面上に、バッファ層１２としてＲＦスパッタ法を用いてＡｌＮからなる単結晶層を形成し、その上に、ｎ型半導体層１４として、単結晶のＧａＮからなる下地層１４ａ、及びドナー不純物がドープされたｎ型コンタクト層１４ｂを反応性スパッタ法で順次成膜し、このｎ型コンタクト層１４ｂ上に、ｎ型クラッド層１４ｃを従来公知のＭＯＣＶＤ法で成膜した。そして、この上に、同様のＭＯＣＶＤ法によって発光層１５を成膜し、該発光層１５上に、ｐ型半導体層１６として、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を、反応性スパッタ法を用いてこの順で積層し、積層半導体１０のサンプルを作製した。
【０１２３】
［実施例］
本実施例においては、以下に説明するような手順により、積層半導体１０のサンプルを作製した。
【０１２４】
『バッファ層の形成』
まず、表面を鏡面研磨した直径２インチの（０００１）ｃ面サファイアからなる基板１１を、フッ酸及び有機溶媒によって洗浄した後、スパッタ装置のチャンバ中へ導入した。この際、スパッタ装置としては、高周波式の電源部を備え、ターゲット内でマグネットを回転させることにより、磁場の掛かる位置を動かすことができる機構を備えたものを使用した。
【０１２５】
そして、スパッタ装置のチャンバ内で基板１１を５００℃まで加熱し、窒素ガスを１５ｓｃｃｍの流量で導入した後、チャンバ内の圧力を１．０Ｐａに保持し、基板１１に５０Ｗの高周波バイアスを印加しながら窒素プラズマに晒すことにより、基板１１の表面を洗浄した。
【０１２６】
次いで、基板１１の温度を５００℃に保持し、チャンバ内にアルゴン及び窒素ガスを導入した。そして、基板１１側にバイアスを印加せず、２０００Ｗの高周波パワーを金属Ａｌターゲット側に印加し、炉内の圧力を０．５Ｐａに保ち、Ａｒガスを５ｓｃｃｍ、窒素ガスを１５ｓｃｃｍの流量で流通させた条件（ガス全体に対する窒素の比は７５％）で、サファイアからなる基板１１上にＡｌＮからなるバッファ層１２を成膜した。この際の成長速度は０．１２ｎｍ／ｓであった。
【０１２７】
なお、ターゲット内のマグネットは、基板１１の洗浄時、及びバッファ層１２の成膜時の何れの際も回転させた。そして、５０ｎｍのＡｌＮからなるバッファ層を成膜した後、プラズマを立てるのを停止した。以上の手順により、基板１１上に、５０ｎｍの厚さの単結晶のＡｌＮからなるバッファ層１２を形成した。
【０１２８】
『下地層の形成』
次に、バッファ層１２が形成された基板１１を、反応性スパッタ法によってＧａＮからなる下地層を成長させるため、図５に示すようなスパッタ装置４０のチャンバ４１内へ搬送した。ここで、ＧａＮの成膜に使用するスパッタ装置４０としては、高周波式の電源部を有し、四角形のＧａターゲット内をマグネットがスイープすることで磁場の掛かる位置を動かすことができる機構を備えたものを使用した。また、このスパッタ装置４０は、図５に示すように、チャンバ４１内の圧力を検知可能な圧力モニタ５１からなる窒素量検出手段を備え、また、圧力モニタ５１からの検知信号に基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給される窒素原子含有ガスの流通量を制御する流量制御手段５２が備えられている。そして、上記方法で基板１１上に成膜されたバッファ層１２上に、反応性スパッタ法によってＧａＮ層を成膜した。この際、ターゲット４７下方のマグネット４２を回転させながら成膜処理を行なうとともに、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１で検知し、この検知信号を流量制御手段５２に入力することで、図示略の電磁バルブの開閉動作を行なうことにより、チャンバ４１内の窒素量を一定範囲に保持しながら成膜処理を行なった。
【０１２９】
まず、ヒータ４４の昇温によって基板１１の温度を９５０℃まで加熱した後、基板１１をこの温度に保持しながら、チャンバ４１内にアルゴン（Ａｒ）ガス及び窒素（Ｎ２）ガスを導入し、１ｋＷの高周波パワーを金属Ｇａからなるターゲット４７側に印加するとともに、１００Ｗのバイアスを基板１１側に印加した。次いで、炉内の圧力を０．５〜１Ｐａの範囲に保ちながら、基板４１とターゲット４７間の距離ＴＳを１１０ｍｍ、Ａｒガスを１５ｓｃｃｍ、窒素ガスを５ｓｃｃｍの流量で流通させた条件（ガス全体に対する窒素の比は２５％）で成膜処理を開始した。そして、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタで検出し、この検出信号を流量制御手段５２に入力することによってチャンバ４１内の窒素量が一定範囲となるように制御しながら成膜処理を行なった。
【０１３０】
このようにして約６０分間の成膜処理を行い、バッファ１２層上に、約６μｍの膜厚のＧａＮからなる下地層１４ａを成膜した後、プラズマを立てるのを停止した。
成膜後にチャンバ４１内から取り出した基板は無色透明であり、ＧａＮ層（下地層１４ａ）の表面は鏡面であった。また、成膜された下地層１４ａは、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が３４秒、（１０−１０）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が１９０秒であり、結晶性に優れた層であることが確認できた。
【０１３１】
また、さらに、同じスパッタ装置４０を用いて、表面にバッファ層１２が形成された基板１１をチャンバ４１内に搬入し、上記同様の下地層１４ａの成膜処理を、その都度、基板１１を入れ替えながら計１０回（基板計１０枚）行った。この際、チャンバ４１の洗浄作業等は行わず、１０回の成膜処理を連続して行った。この際、２ラン目以降は、圧力検知の機能により、Ｎ２の流量は１ラン目と同じにはならず、少なめとなった。
そして、最後に下地層１４ａの成膜処理を行なった後にチャンバ４１内から取り出した基板は、初回成膜処理の際と同様に無色透明であり、ＧａＮ層（下地層１４ａ）の表面は鏡面であった。また、成膜された下地層１４ａは、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が３７秒、（１０−１０）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が２０３秒であり、初回成膜処理の際と同様に、結晶性に優れた層が形成されていることが確認できた。
【０１３２】
『ｎ型コンタクト層の形成』
次いで、下地層１４ａの上に、ＧａＮからなるｎ型コンタクト層１４ｂを、反応性スパッタ法を用いて形成した。この際、スパッタ装置としては、下地層１４ａの成膜に用いたスパッタ装置４０を同じものを使用し、チャンバ４１内の窒素量について同様に制御しながら成膜処理した。
【０１３３】
まず、チャンバ４１内にアルゴン及び窒素ガスを導入した後、基板１１の温度を１０００℃まで上昇させた。そして、２ｋＷの高周波パワーを金属Ｇａからなるターゲット４７側に印加し、チャンバ４１内の圧力を０．５Ｐａに保ちながら、Ａｒガスを５ｓｃｃｍ、窒素ガスを１５ｓｃｃｍの流量で流通させた条件（ガス全体に対する窒素の比は７５％）で、チャンバ４１内の窒素量を上記同様の方法で制御しながら、下地層１４ａ上に、ＧａＮからなるｎ型コンタクト層１４ｂを成膜した。この際、チャンバ４１内にＳｉからなるドーパント元素を配置することにより、ｎ型コンタクト層１４ｂをなすＧａＮ結晶中にＳｉをドープした。また、この際の成長速度は、おおよそ２μｍ／ｓであった。そして、ＧａＮからなるｎ型コンタクト層１４ｂを成膜した後、プラズマを立てるのを停止した。
このような手順により、１×１０１９ｃｍ−３の電子濃度を有し、２μｍの膜厚のＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層１４ｂを成膜した。
【０１３４】
『ｎ型クラッド層の形成』
次いで、ｎ型コンタクト層１４ｂを形成した基板１１をＭＯＣＶＤ装置の炉内に搬送し、上記手順で作製したサンプルのｎ型コンタクト層１４ｂ上に、従来公知のＭＯＣＶＤ法を用いて、１×１０１８ｃｍ−３の電子濃度を有する２０ｎｍのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｎ型クラッド層１４ｃを成膜した。
【０１３５】
『発光層の形成』
次いで、上記手順で作製したサンプルのｎ型クラッド層１４ｃ上に、従来公知のＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＮからなる障壁層１５ａと、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる井戸層１５ｂとから構成され、多重量子井戸構造を有する発光層１５を形成した。この、発光層１５の形成にあたっては、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型クラッド層１４ｃ上に、まず、障壁層１５ａを形成し、この障壁層１５ａ上に、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる井戸層１５ｂを形成した。このような積層手順を５回繰り返した後、５番目に積層した井戸層１５ｂ上に、６番目の障壁層１５ａを形成し、多重量子井戸構造を有する発光層１５の両側に障壁層１５ａを配した構造とした。
【０１３６】
すなわち、基板温度を７５０℃とし、窒素ガスキャリアを流通させながら、アンモニア、ＴＥＧ及びモノシランを炉内へ供給することにより、１６ｎｍの膜厚を有するＧａＮからなる障壁層１５ａを形成した。
【０１３７】
次いで、障壁層１５ａの成長を終了させた後、基板１１の温度や炉内の圧力、キャリアガスの流量や種類はそのままとして、ＴＥＧ及びＴＭＩのバルブを切り替えてＴＥＧ及びＴＭＩを炉内へ供給し、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる井戸層１５ｂを成長させた。これにより、３ｎｍの膜厚を有する井戸層１５ｂを形成した。
【０１３８】
井戸層１５ｂの成長を終了させた後、再び障壁層１５ａを成長させた。そして、このような手順を５回繰り返すことにより、５層の障壁層１５ａと５層の井戸層１５ｂを形成した。さらに、最後に積層した井戸層１５ｂ上に、障壁層１５ａを形成し、発光層１５とした。
【０１３９】
『ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層の形成』
上述の各工程処理によって得られたウェーハ上に、下地層１４ａ及びｎ型コンタクト層１４ｂの成膜に用いた装置と同じスパッタ装置４０を用いて、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂからなるｐ型半導体層１６を成膜した。また、この際、ｐ型半導体層１６にはＭｇをドープした。
【０１４０】
そして、最終的に、膜厚が１０ｎｍのＭｇドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｐ型クラッド層１６ａと、膜厚が２００ｎｍのＭｇドープＡｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層１６ｂとから構成されるｐ型半導体層１６を成膜した。
【０１４１】
上記工程で得られたＭｇドープＡｌＧａＮからなるｐ型コンタクト層１６ｂは、ｐ型キャリアを活性化するためのアニール処理を行わなくてもｐ型を示し、キャリア濃度は３×１０１６個／ｃｍ３であった。
【０１４２】
上述のようにして作製したＬＥＤ用のエピタキシャルウェーハは、図１に示す積層半導体１０のように、ｃ面を有するサファイアからなる基板１１上に、単結晶構造を持つＡｌＮ層（中間層１２）を形成した後、基板１１側から順に、１μｍのアンドープＧａＮ層（下地層１４ａ）、５×１０１８ｃｍ−３の電子濃度を持つ２μｍのＳｉドープＧａＮ層（ｎ型コンタクト層１４ｂ）、１×１０１８ｃｍ−３の電子濃度を持つ２０ｎｍのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎクラッド層（ｎ型クラッド層１４ｃ）、ＧａＮ障壁層に始まってＧａＮ障壁層に終わり、層厚が１６ｎｍとされた６層のＧａＮ障壁層（障壁層１５ａ）と、層厚が３ｎｍとされた５層のノンドープのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層（井戸層１５ｂ）とからなる多重量子井戸構造（発光層１５）、膜厚が１０ｎｍのＭｇドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｐ型クラッド層１６ａと、膜厚が２００ｎｍのＭｇドープＡｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層１６ｂとから構成されるＭｇドープＡｌＧａＮ層（ｐ型半導体層１６）を積層した構造を有する。
【０１４３】
［比較例］
本比較例では、ＧａＮからなる下地層の成膜処理において、図５に示すスパッタ装置４０のような圧力モニタ５１からなる窒素量検出手段や流量制御手段５２が備えられていない従来のスパッタ装置を用い、チャンバ内の窒素量の検出並びに制御を行なわなかった点を除き、上記実施例と同様の手順で基板上にバッファ層を成膜し、その上にＧａＮからなる下地層及びｎ型コンタクト層を形成した。
【０１４４】
成膜後にチャンバ内から取り出した基板は無色透明であり、ＧａＮ層（下地層）の表面は鏡面であった。また、成膜された下地層は、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が３６秒、（１０−１０）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が１９５秒であり、結晶性に優れた層であることが確認できた。
【０１４５】
さらに、上記実施例と同様、従来のスパッタ装置を用いて、表面にバッファ層が形成された基板をチャンバ内に搬入し、上記同様の下地層の成膜処理を、その都度、基板を入れ替えながら計１０回（基板計１０枚）行った。この際、チャンバの洗浄作業等は行わず、１０回の成膜処理を連続して行った。この際、本比較例では圧力検知の機能がないため、２ラン目以降も、Ｎ２の供給量は常に１ラン目と同じであった。
そして、最後に下地層の成膜処理を行なった基板をチャンバ内から取り出した基板の状態を目視確認したところ、基板表面（下地層）が黄色みを帯びた状態であった。また、成膜された下地層は、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が１５０秒、（１０−１０）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が３４０秒であり、初回成膜処理の際に比べ、結晶性の低い層となっていることが明らかとなった。
これは、従来のスパッタ装置のチャンバ内でＧａＮの成膜処理を繰り返すことにより、チャンバの内壁やシールド部材等にデポジションが付着し、このデポジションが成膜処理の際に分解されることでチャンバ内に窒素が放出され、チャンバ内の雰囲気ガス中における窒素量が過剰な状態となり、ＧａＮ結晶（下地層）内に多くのＧａの欠損が生じたためと考えられる。
【０１４６】
以上の結果により、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法によって得られるＩＩＩ族窒化物半導体が、素子特性に優れていることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体の一例を模式的に説明する図であり、積層半導体の断面構造を示す概略図である。
【図２】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体の一例を模式的に説明する図であり、ＩＩＩ族窒化物半導体によって構成される発光素子の平面構造を示す概略図である。
【図３】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体の一例を模式的に説明する図であり、ＩＩＩ族窒化物半導体によって構成される発光素子の断面構造を示す概略図である。
【図４】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を用いて構成したランプを模式的に説明する概略図である。
【図５】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法の一例を模式的に説明する図であり、スパッタ装置の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１…ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子（発光素子）、１０…積層半導体（ＩＩＩ族窒化物半導体）、１１…基板、１１ａ…表面、１２…バッファ層、１４…ｎ型半導体層、１４ａ…下地層（ＩＩＩ族窒化物半導体）、１４ｂ…ｎ型コンタクト層（ＩＩＩ族窒化物半導体）、１５…発光層、１６…ｐ型半導体層（ＩＩＩ族窒化物半導体）、１６ａ…ｐ型クラッド層（ＩＩＩ族窒化物半導体）、１６ｂ…ｐ型コンタクト層（ＩＩＩ族窒化物半導体）、３…ランプ、４０…スパッタ装置、４１…チャンバ、４７…ターゲット、５０…反応ガス供給手段、５１…圧力モニタ、５２…流量制御手段、６０…プラズマ、Ａ…検知信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、電子デバイス等に、好適に用いられ、一般式ＡｌａＧａｂＩｎｃＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）で表されるＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法、及びＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、並びにランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体は、可視光から紫外光領域の範囲に相当するエネルギーの直接遷移型のバンドギャップを有し、発光効率に優れていることから、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の半導体発光素子として製品化され、各種用途で使用されている。また、電子デバイスに用いた場合でも、ＩＩＩ族窒化物半導体は、従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた場合に比べて優れた特性が得られるポテンシャルを有している。
【０００３】
このようなＩＩＩ族窒化物半導体は、一般的に、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムおよびアンモニアを原料として、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって製造されている。ＭＯＣＶＤ法は、キャリアガスに原料の蒸気を含ませて基板表面に運搬し、加熱された基板との反応で原料を分解させることにより、結晶を成長させる方法である。また、従来、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶ウェーハは市販されておらず、ＩＩＩ族窒化物半導体としては、異なる材料の単結晶ウェーハ上に結晶を成長させて得る方法が一般的である。
【０００４】
上述したようなＩＩＩ族窒化物半導体の成長方法としては、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、サファイア単結晶基板もしくはＳｉＣ単結晶基板の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる際、まず、基板上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなる低温バッファ層と呼ばれる層を積層し、その上に高温でＩＩＩ族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる方法が提案されており、一般に行われている（例えば、特許文献１、２）。
また、上記バッファ層をＭＯＣＶＤ以外の方法で成膜する技術も提案されており、例えば、高周波スパッタで成膜したバッファ層上に、ＭＯＣＶＤによって同じ組成の結晶を成長させる方法が提案されている（例えば、特許文献３）。
【０００５】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶をスパッタ法によって製造する研究も行われており、例えば、高抵抗のＧａＮを積層することを目的とし、サファイア基板上に、スパッタ法によってＧａＮを直接成膜する方法が提案されている（例えば、特許文献４）。スパッタ法を用いてＧａＮを成膜する場合、上記特許文献１〜３に記載されたようなＭＯＣＶＤ法を用いた方法に比べ、設備が安価で済むことや、工程が安定化し、生産効率が向上する等の利点がある。
【特許文献１】特許第３０２６０８７号公報
【特許文献２】特開平４−２９７０２３号公報
【特許文献３】特公平５−８６６４６号公報
【特許文献４】特開昭６０−０３９８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
反応性スパッタ法によってＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を成膜する場合、基板の温度を、例えば７００℃以上の高温に保持しながら制御し、規定の成膜条件を常に再現することが重要となる。
しかしながら、本発明者等が鋭意研究したところ、上記特許文献１〜４に記載されたような、従来のスパッタ装置及び方法によってＧａＮからなる結晶を成膜する場合、高温とされた基板をチャンバ内に配置すると、チャンバの内壁に付着していたデポ物が、基板からの輻射熱を受けて高温となったり或いはプラズマによって衝撃を受けたりすることにより、活性な窒素がチャンバ内に放出されることが明らかとなった。
このような場合、チャンバ内に放出される活性な窒素原子も、基板上へのＧａＮ結晶の成膜反応に寄与するため、成膜に用いられるＧａ元素と窒素（Ｎ２）の実質的な反応比率を制御することができず、規定の成膜条件を常に再現することが困難となっていた。さらに、成膜の開始時と終了時ではＩＩＩ族元素と窒素との比率に変化が生じることや、成膜処理を重ねる毎にチャンバ内におけるデポジション等の堆積が進行し、最適な成膜条件の再現が出来ないこと等も原因に挙げられる。
【０００７】
反応性スパッタ法によって成膜されるＩＩＩ族窒化物半導体の優れた結晶性と良好な表面状態を両立させるためには、Ｇａ元素と窒素の比率は重要なパラメータとなる。窒素の比率が高すぎる場合には、成膜されるＧａＮ結晶内に多くのＧａの欠損が生じ、黄色みを帯びた結晶となり、結晶性の低いものとなる。一方、Ｇａの比率が高い場合には、成膜されるＧａＮ結晶の表面にメタルドロップレットが生じ、平坦な表面にならないという問題がある。このため、製造工程における歩留まりの低下や、ひいては、ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体）が用いられてなる発光素子等の各種素子の特性低下が生じる虞があった。
このため、反応性スパッタ法によってＩＩＩ族窒化物半導体の結晶を成膜する際、チャンバ内におけるＧａと窒素との比率を安定させ、良好な特性を有するＩＩＩ族窒化物半導体の層を、高効率で安定して基板上に成膜することが可能な方法及び装置が望まれていた。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、良好な膜質を有するＩＩＩ族窒化物半導体を反応性スパッタ法によって効率よく成膜することができるＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法及びＩＩＩ族窒化物半導体製造装置、並びにＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
さらに、上記製造方法によって得られ、発光特性に優れたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子並びにランプ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】
本発明者等は、上記問題を解決するために鋭意検討した結果、以下に示す発明を完成した。
【００１０】
［１］ チャンバ内に基板及びＧａ元素を含有するターゲットを配置するとともに、反応ガス供給手段によって前記チャンバ内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給し、前記基板上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体をプラズマによる反応性スパッタ法で形成するＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法であって、前記チャンバ内の圧力を圧力モニタで検知し、該圧力モニタの検知信号に基づき、前記反応ガス供給手段から前記チャンバ内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段によって制御することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
［２］ 前記ＩＩＩ族窒化物半導体を形成する際の前記チャンバ内が、前記窒素原子含有ガスが２０〜８０％の範囲で含有され、残部が少なくとも不活性ガスを含有するガス雰囲気とされていることを特徴とする上記［１］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
［３］ 前記窒素原子含有ガスが窒素ガス（Ｎ２）とされ、前記不活性ガスがアルゴンガス（Ａｒ）とされていることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【００１１】
［４］ 前記ＩＩＩ族窒化物半導体を形成する際の、前記基板の温度が６００℃〜１０５０℃の範囲とされていることを特徴とする上記［１］〜［３］の何れか1項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
［５］ 前記ＩＩＩ族窒化物半導体を形成する際の前記チャンバ内の圧力が０．０１〜１０Ｐａの範囲であることを特徴とする上記［１］〜［４］の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【００１２】
［６］ 基板上に、少なくともＩＩＩ族窒化物半導体から各々なるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を順次積層して半導体層を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法であって、前記半導体層の少なくとも一部を、上記［１］〜［５］の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法によって形成することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
［７］ 上記［１］〜［５］の何れか１項に記載の製造方法によって製造されるＩＩＩ族窒化物半導体。
［８］ 上記［６］に記載の製造方法によって得られるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【００１３】
［９］ 上記［８］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が用いられてなるランプ。
［１０］ チャンバ内に基板及びＧａ元素を含有するターゲットを配置するとともに、前記チャンバ内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給する反応ガス供給手段を備え、前記基板上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体をプラズマによる反応性スパッタ法で形成するＩＩＩ族窒化物半導体製造装置であって、前記チャンバ内の圧力を検知する圧力モニタが備えられているとともに、該圧力モニタの検知信号に基づき、前記反応ガス供給手段から前記チャンバ内に供給される窒素原子含有ガスの流通量を制御する流量制御手段が備えられていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体製造装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法によれば、チャンバ内の圧力を圧力モニタで検知し、該圧力モニタの検知信号に基づき、反応ガス供給手段からチャンバ内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段によって制御する方法なので、チャンバ内に存在する活性な窒素の量に応じて、この活性窒素の量が一定になるように窒素原子含有ガスの供給量を制御することができ、常に同一のスパッタ成膜条件を得ることが可能となる。これにより、チャンバ内におけるＧａと窒素との比率を安定させ、良好な特性を有するＩＩＩ族窒化物半導体層を、高効率で安定して基板上に成膜することが可能となる。
【００１５】
また、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、半導体層の少なくとも一部を、上記製造方法により、単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体で形成する方法としているので、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を備え、優れた発光特性を有するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法、ＩＩＩ族窒化物半導体製造装置、ＩＩＩ族窒化物半導体及びＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、並びにランプの一例について、図１〜７を適宜参照しながら説明する。
【００１７】
［ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法］
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法は、チャンバ４１（図５参照）内に基板１１（図１〜３、５を参照）及びＧａ元素を含有するターゲット４７（図５参照）を配置するとともに、反応ガス供給手段５０（図５参照）によってチャンバ４１内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給し、基板１１上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体をプラズマによる反応性スパッタ法で形成する方法であり、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１（図５参照）で検知し、該圧力モニタ５１の検知信号Ａに基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段５２（図５参照）によって制御する方法である。
【００１８】
＜半導体の積層構造＞
図１は、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法を説明するための図であり、基板１１上にＩＩＩ族窒化物半導体が形成された積層半導体の一例を示す概略断面図である。図１に示す積層半導体１０は、基板１１上にＩＩＩ族窒化物化合物からなるバッファ層１２が積層され、該バッファ層１２上に、ｎ型半導体層１４、発光層１５、及びｐ型半導体層１６が順次積層されてなる半導体層２０が形成されている。
以下、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体の積層構造について詳述する。
【００１９】
『基板』
本実施形態では、基板１１の材料としてサファイアを用いる。
本実施形態において、基板１１に用いることができる材料としては、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板材料であれば、特に限定されず、各種材料を選択して用いることができ、例えば、サファイア、ＳｉＣ、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等が挙げられる。この中でも、サファイア、ＳｉＣ等の六方晶構造を有する材料を基板に用いることが、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体を積層できる点で好ましく、サファイアを用いることがより好ましい。また、基板の大きさとしては、通常は直径２インチ程度のものが用いられるが、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体では、直径４〜６インチの基板を使用することも可能である。
【００２０】
なお、アンモニアを使用せずにバッファ層を成膜するとともに、アンモニアを使用する方法で後述のｎ型半導体層を構成する下地層を成膜することにより、上記基板材料の内、高温でアンモニアに接触することで化学的な変性を引き起こすことが知られている酸化物基板や金属基板等を用いた場合には、本実施形態のバッファ層がコート層として作用するので、基板の化学的な変質を防ぐ点で効果的である。また、一般的に、スパッタ法は基板の温度を低く抑えることが可能なので、高温で分解してしまう性質を持つ材料からなる基板を用いた場合でも、基板１１にダメージを与えることなく基板上への各層の成膜が可能である。
【００２１】
『バッファ層』
本実施形態の積層半導体１０は、基板１１上に、反応性スパッタ法により、金属原料とＶ族元素を含んだガスとがプラズマで活性化されて反応することで、ＩＩＩ族窒化物化合物からなるバッファ層１２が成膜されている。本実施形態のような、プラズマ化した金属原料を用いた方法で成膜された膜は、配向が得られ易いという作用がある。
【００２２】
このようなバッファ層をなすＩＩＩ族窒化物化合物の結晶は、六方晶系の結晶構造を持ち、成膜条件をコントロールすることにより、単結晶膜とすることができる。また、ＩＩＩ族窒化物化合物の結晶は、上記成膜条件をコントロールすることにより、六角柱を基本とした集合組織からなる柱状結晶とすることも可能である。なお、ここで説明する柱状結晶とは、隣接する結晶粒との間に結晶粒界を形成して隔てられており、それ自体は縦断面形状として柱状になっている結晶のことをいう。
【００２３】
バッファ層１２は、単結晶構造であることが、バッファ機能の面から好ましい。上述したように、ＩＩＩ族窒化物化合物の結晶は、六方晶系の結晶を有し、六角柱を基本とした組織を形成する。ＩＩＩ族窒化物化合物の結晶は、成膜等の条件を制御することにより、面内方向にも成長した結晶を成膜することが可能となる。このような単結晶構造を有するバッファ層１２を基板１１上に成膜した場合、バッファ層１２のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されるＩＩＩ族窒化物半導体の層は、良好な配向性及び結晶性を持つ結晶膜となる。
【００２４】
バッファ層１２の膜厚は、２０〜８０ｎｍの範囲とされていることが好ましい。バッファ層１２の膜厚をこの範囲とすることにより、良好な配向性を有し、また、バッファ層１２上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる各層を成膜する際に、コート層として有効に機能するバッファ層１２が得られる。
バッファ層１２の膜厚が２０ｎｍ未満だと、上述したコート層としての機能が充分でなくなる虞がある。また、８０ｎｍを超える膜厚でバッファ層１２を形成した場合、コート層としての機能には変化が無いのにも関わらず成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する虞がある。
【００２５】
バッファ層１２は、Ａｌを含有する組成とされていることが好ましい。バッファ層１２を構成する材料としては、一般式ＡｌＧａＩｎＮで表されるＩＩＩ族窒化物半導体であれば、どのような材料でも用いることができる。さらに、Ｖ族として、ＡｓやＰが含有される構成としても良い。また、バッファ層１２を、Ａｌを含んだ組成とした場合、中でも、ＧａＡｌＮとすることが好ましく、この際、Ａｌの組成が５０％以上とされていることが好ましい。また、バッファ層１２は、ＡｌＮからなる構成とすることがより好ましい。
【００２６】
また、バッファ層１２を構成する材料としては、ＩＩＩ族窒化物半導体と同じ結晶構造を有するものであれば、どのような材料でも用いることができるが、格子の長さが後述の下地層を構成するＩＩＩ族窒化物半導体に近いものが好ましく、特に周期表のＩＩＩａ族元素の窒化物が好適である。
【００２７】
『半導体層』
図１に示すように、本実施形態の積層半導体１０は、基板１１上に、上述のようなバッファ層１２を介して、ＩＩＩ族窒化物系半導体からなり、ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６から構成される半導体層２０が積層されてなる。また、図示例の積層半導体１０は、ｎ型半導体層１４に備えられた下地層１４ａがバッファ層１２上に積層されている。
【００２８】
ＩＩＩ族窒化物半導体としては、例えば、一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされる窒化ガリウム系化合物半導体が多数知られており、本発明においても、それら周知の窒化ガリウム系化合物半導体を含めて一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされる窒化ガリウム系化合物半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００２９】
窒化ガリウム系化合物半導体は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎ以外に他のＩＩＩ族元素を含有することができ、必要に応じてＧｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｐ及びＡｓ等の元素を含有することもできる。さらに、意図的に添加した元素に限らず、成膜条件等に依存して必然的に含まれる不純物、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含む場合もある。
【００３０】
「ｎ型半導体層」
ｎ型半導体層１４は、通常、前記バッファ層１２上に積層され、下地層１４ａ、ｎ型コンタクト層１４ｂ及びｎ型クラッド層１４ｃから構成される。なお、ｎ型コンタクト層は、下地層、及び／又は、ｎ型クラッド層を兼ねることが可能であるが、下地層が、ｎ型コンタクト層、及び、ｎ型クラッド層を兼ねることも可能である。
【００３１】
｛下地層｝
本実施形態の下地層１４ａはＩＩＩ族窒化物半導体からなり、反応性スパッタ法でバッファ層１２上に積層して成膜される。
下地層１４ａの材料としては、必ずしも基板１１上に成膜されたバッファ層１２と同じである必要はなく、異なる材料を用いても構わないが、ＡｌｙＧａ１―ｙＮ層（０≦ｙ≦１、好ましくは０≦ｙ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｙ≦０．１）から構成されることが好ましい。
【００３２】
本発明では、バッファ層１２上に、単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体からなる下地層１４ａを予め形成する。単結晶の下地層１４ａの上には、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶層を容易にスパッタ法により形成することができるため、ドーパントを添加して導電性を制御したＩＩＩ族窒化物半導体が得られやすくなる。
【００３３】
下地層１４ａに用いる材料としては、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物化合物、即ちＧａＮ系化合物半導体が用いられ、特に、ＡｌＧａＮ、又はＧａＮを好適に用いることができる。また、バッファ層１２を、例えば、ＡｌＮからなる柱状結晶の集合体として形成した場合には、下地層１４ａがバッファ層１２の結晶性をそのまま引き継がないように、マイグレーションによって転位をループ化させる必要があるが、このような材料としても上記Ｇａを含むＧａＮ系化合物半導体が挙げられ、特に、ＡｌＧａＮ、又はＧａＮが好適である。
【００３４】
下地層１４ａの膜厚は、０．１〜８μｍの範囲とすることが、結晶性の良好な下地層が得られる点で好ましく、０．１〜２μｍの範囲とすることが、成膜に要する工程時間を短縮でき、生産性が向上する点でより好ましい。
【００３５】
下地層１４ａは、必要に応じて、ドナー不純物（ｎ型不純物）が１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲内でドープされた構成としても良いが、アンドープ（＜１×１０１７／ｃｍ３）の構成とすることもでき、アンドープとした場合には、良好な結晶性を維持できる点で好ましい。基板１１が導電性である場合には、下地層１４ａにドーパントをドープして導電性とすることにより、発光素子の上下に電極を形成することができる。一方、基板１１に絶縁性の材料を用いる場合には、発光素子の同じ面に正極及び負極の各電極が設けられたチップ構造をとることになるので、基板１１直上の層はドープしない結晶とした方が、結晶性が良好となるので好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
【００３６】
｛ｎ型コンタクト層｝
本実施形態のｎ型コンタクト層１４ｂはＩＩＩ族窒化物半導体からなり、反応性スパッタ法で下地層１４ａ上に積層して成膜される。
ｎ型コンタクト層１４ｂとしては、下地層１４ａと同様にＡｌＸＧａ１―ＸＮ層（０≦ｘ≦１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。また、ｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３、好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有すると、負極との良好なオーミック接触の維持、クラック発生の抑制、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅである。成長温度は下地層と同様である。また、上述したように、ｎ型コンタクト層１４ｂは、下地層を兼ねた構成とすることもできる。
【００３７】
下地層１４ａ及びｎ型コンタクト層１４ｂを構成する窒化ガリウム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０．１〜２０μｍ、好ましくは０．５〜１５μｍ、さらに好ましくは１〜１２μｍの範囲に設定することが好ましい。膜厚がこの範囲であると、半導体の結晶性が良好に維持される。
【００３８】
｛ｎ型クラッド層｝
上述のｎ型コンタクト層１４ｂと詳細を後述する発光層１５との間には、ｎ型クラッド層１４ｃを設けることが好ましい。ｎ型クラッド層１４ｃを設けることにより、ｎ型コンタクト層１４ｂの最表面に生じた平坦性の悪化を改善することができる。ｎ型クラッド層１４ｃは、従来公知のＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等により成膜することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ＧａＩｎＮとする場合には、発光層１５のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましいことは言うまでもない。
【００３９】
ｎ型クラッド層１４ｃの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは５〜５００ｎｍの範囲であり、より好ましくは５〜１００ｎｍの範囲である。
また、ｎ型クラッド層１４ｃにおけるｎ型不純物のドープ濃度は１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３の範囲とされていることが好ましく、より好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。
【００４０】
なお、ｎ型クラッド層１４ｃを、超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第１層と、該ｎ側第１層と組成が異なるとともに１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第２層とが積層された構造を含むものであっても良い。また、ｎ型クラッド層１４ｃは、ｎ側第１層とｎ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよい。
【００４１】
上述のようなｎ側第１層及びｎ側第２層は、例えばＡｌを含むＡｌＧａＮ系（以下、単にＡｌＧａＮと記載することがある）、Ｉｎを含むＧａＩｎＮ系（以下、単にＧａＩｎＮと記載することがある）、ＧａＮの組成とすることができる。また、ｎ側第１層及びｎ側第２層は、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造、ＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＮの交互構造、組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮの交互構造、組成の異なるＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの交互構造であってもよい。本発明においては、ｎ側第１層及びｎ側第２層は、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮであることが好ましい。
【００４２】
上記ｎ側第１層及びｎ側第２層の超格子層は、それぞれ６０オングストローム以下であることが好ましく、それぞれ４０オングストローム以下であることがより好ましく、それぞれ１０オンストローム〜４０オングストロームの範囲であることが最も好ましい。超格子層を形成するｎ側第１層とｎ側第２層の膜厚が１００オングストローム超だと、結晶欠陥が入りやすく好ましくない。
【００４３】
上記ｎ側第１層及びｎ側第２層は、それぞれドープした構造であってもよく、また、ドープ構造／未ドープ構造の組み合わせであってもよい。ドープされる不純物としては、上記材料組成に対して従来公知のものを、何ら制限無く適用できる。例えば、ｎ型クラッド層として、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮの交互構造のものを用いた場合には、不純物としてＳｉが好適である。また、上述のようなｎ側超格子多層膜は、ＧａＩｎＮやＧａＡｌＮ、ＧａＮで代表される組成が同じであっても、ドーピングを適宜ＯＮ、ＯＦＦしながら作製してもよい。
【００４４】
「発光層」
発光層１５は、ｎ型半導体層１４上に積層されるとともに、詳細を後述するｐ型半導体層１６がその上に積層される層であり、従来公知のＭＯＣＶＤ法等を用いて成膜することができる。また、発光層１５は、図１に示すように、窒化ガリウム系化合物半導体からなる障壁層１５ａと、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体からなる井戸層１５ｂとが交互に繰り返して積層されてなり、図示例では、ｎ型半導体層１４側及びｐ型半導体層１６側に障壁層１５ａが配される順で積層して形成されている。
【００４５】
障壁層１５ａとしては、例えば、インジウムを含有した窒化ガリウム系化合物半導体からなる井戸層１５ｂ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）等の窒化ガリウム系化合物半導体を、好適に用いることができる。
また、井戸層１５ｂには、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体として、例えば、Ｇａ１−ｓＩｎｓＮ（０＜ｓ＜０．４）等の窒化ガリウムインジウムを用いることができる。
【００４６】
また、発光層１５全体の膜厚としては、特に限定されない。例えば、発光層１５の膜厚は、１〜５００ｎｍの範囲であることが好ましく、１００ｎｍ以下の膜厚であればより好ましい。膜厚が上記範囲であると、発光出力の向上に寄与する。
【００４７】
「ｐ型半導体層」
ｐ型半導体層１６は、通常、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂから構成され、反応性スパッタ法を用いて発光層１５上に成膜される。また、ｐ型コンタクト層がｐ型クラッド層を兼ねる構成とすることもできる。
【００４８】
本実施形態のｐ型半導体層１６は、導電性をｐ型に制御するためのドーパントとして、アクセプター不純物が添加されてなる。アクセプター不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｍｇを用いることが好ましく、また、同様にＢｅやＺｎを用いることも可能である。
【００４９】
｛ｐ型クラッド層｝
ｐ型クラッド層１６ａとしては、発光層１５のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層１５へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４、好ましくは０．１≦ｄ≦０．３）のものが挙げられる。ｐ型クラッド層１６ａが、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１５へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。
ｐ型クラッド層１６ａの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。
【００５０】
ｐ型クラッド層１６ａにアクセプター不純物を添加することによって得られるｐ型ドープ濃度が、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲とされていることが好ましく、より好ましくは１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３である。ｐ型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
【００５１】
なお、ｐ型クラッド層１６ａは、複数回積層した超格子構造としてもよい。
ｐ型クラッド層１６ａを、超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第１層と、該ｐ側第１層と組成が異なるとともに１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第２層とが積層された構造を含むものであっても良い。また、ｐ側第１層とｐ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであっても良い。
【００５２】
上述のようなｐ側第１層及びｐ側第２層は、それぞれ異なる組成、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ又はＧａＮの内の何れの組成であっても良い、また、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造、又はＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＮの交互構造であっても良い。本発明においては、ｐ側第１層及びｐ側第２層は、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造であることが好ましい。
【００５３】
上記ｐ側第１層及びｐ側第２層の超格子層は、それぞれ６０オングストローム以下であることが好ましく、それぞれ４０オングストローム以下であることがより好ましく、それぞれ１０オングストローム〜４０オングストロームの範囲であることが最も好ましい。超格子層を形成するｐ側第１層とｐ側第２層の膜厚が１００オングストローム超だと、結晶欠陥等を多く含む層となり、好ましくない。
【００５４】
上記ｐ側第１層及びｐ側第２層は、それぞれドープした構造であっても良く、また、ドープ構造／未ドープ構造の組み合わせであっても良い。ドープされる不純物としては、上記材料組成に対して従来公知のものを、何ら制限無く適用できる。例えば、ｐ型クラッド層として、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの交互構造のものを用いた場合には、不純物としてＭｇが好適である。また、上述のようなｐ側超格子多層膜は、ＧａＩｎＮやＡｌＧａＮ、ＧａＮで代表される組成が同じであっても、ドーピングを適宜ＯＮ、ＯＦＦしながら作製してもよい。
【００５５】
｛ｐ型コンタクト層｝
ｐ型コンタクト層１６ｂとしては、少なくともＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５、好ましくは０≦ｅ≦０．２、より好ましくは０≦ｅ≦０．１）を含んでなる窒化ガリウム系化合物半導体層である。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持およびｐオーミック電極（後述の透光性電極１７を参照）との良好なオーミック接触の点で好ましい。
ｐ型コンタクト層１６ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０〜２００ｎｍである。膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
【００５６】
また、ｐ型コンタクト層１６ｂにアクセプター不純物を添加することによって得られるｐ型ドープ濃度が、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲とされていると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましく、より好ましくは５×１０１９〜５×１０２０／ｃｍ３の範囲である。
【００５７】
＜製造方法＞
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法は、上述したように、チャンバ４１内に基板１１及びＧａ元素を含有するターゲット４７を配置するとともに、反応ガス供給手段５０によってチャンバ４１内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給し、基板１１上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体をプラズマによる反応性スパッタ法で形成する方法であり、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１で検知し、該圧力モニタ５１の検知信号Ａに基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段５２によって制御する方法である。
【００５８】
本実施形態の製造方法では、基板１１上にＩＩＩ族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させ、図１に示すような積層半導体１０を形成する際、基板１１上にバッファ層１２を成膜し、その上に半導体層２０を形成する。本実施形態では、バッファ層１２を反応性スパッタ法で形成し、その上に、ｎ型半導体層１４の下地層１４ａ及びｎ型コンタクト層１４ｂを反応性スパッタ法で形成した後、ｎ型クラッド層１４を従来公知のＭＯＣＶＤ法で形成し、その上に、発光層１５従来公知のＭＯＣＶＤ法で形成し、さらにその上に、ｐ型半導体層１６を構成するｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を反応性スパッタ法で形成する方法としている。
そして、本実施形態においては、半導体層２０を構成するｎ型半導体層１４及びｐ型半導体層１６の内、下地層１４ａ、ｎ型コンタクト層１４ｂ、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を、上記方法によって窒素原子含有ガスの流通量を制御しながら反応性スパッタ法によって成膜する。
【００５９】
『スパッタ装置（ＩＩＩ族窒化物半導体製造装置）』
以下に、本実施形態の製造方法で用いられ、下地層１４ａ、ｎ型コンタクト層１４ｂ、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を成膜するためのスパッタ装置の構成について、図５に例示するようなＲＦ放電式のスパッタ装置４０を用いて詳述する。
図５に例示するスパッタ装置４０（ＩＩＩ族窒化物半導体製造装置）は、チャンバ４１にＧａ元素を含有してなるターゲット４７が電極４３上に配置されており、電極４３の下方（図５の下方）にマグネット４２が配され、該マグネット４２が図示略の駆動装置によってターゲット４７の下方で揺動する。チャンバ４１には窒素ガス及びアルゴンガスが供給され、ヒータプレート４４に取り付けられた基板１１上に各層が成膜される。
また、スパッタ装置４０には、チャンバ４１内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給するための反応ガス供給手段５０が備えられているとともに、チャンバ４１内の圧力を検知する圧力モニタ５１が設けられている。そして、スパッタ装置４０には、圧力モニタ５１の検知信号Ａに基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を制御するための流量制御手段５２が設けられている。
【００６０】
電極４３はマッチングボックス４６に接続されており、また、ヒータプレート４４には基板１１が取り付けられるとともにマッチングボックス４５が接続されている。このようなマッチングボックス４６及び４５は、各々、電源４８に接続されており、電極４３にはマッチングボックス４６を介して電流が供給され、ヒータプレート４４にはマッチングボックス４５を介して電流が供給される。これにより、ターゲット４７にはパワーが印加され、基板１１にはバイアスが印加される。上述のマッチングボックス４６及び４５は、スパッタ装置４０内部と、高周波の電源４８とのインピーダンスのマッチングをとるために設けられる。
【００６１】
本実施形態の製造方法で用いるスパッタ装置としては、ＲＦスパッタ法によって成膜処理を行う装置であることが好ましい。ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層をスパッタ法で成膜する場合、一般に、ＩＩＩ族金属をターゲットにし、スパッタ装置のチャンバ内に窒素原子含有ガス（窒素ガス：Ｎ２、アンモニア：ＮＨ３等）を導入し、気相中でＩＩＩ族金属と窒素を反応させる反応性スパッタ法（リアクティブスパッタ法）を用いる。スパッタ法としては、ＲＦスパッタ及びＤＣスパッタがあるが、本発明の製造方法のように反応性スパッタ法を用いた場合には、連続的に放電させるＤＣスパッタでは帯電が激しく、成膜速度のコントロールが困難となる。このため、本発明の製造方法では、ＲＦスパッタ法を用いることが好ましく、ＤＣスパッタ法を用いる場合には、パルス的にバイアスを与えることができるパルスＤＣスパッタ法が採用されたスパッタ装置を用いることが好ましい。
【００６２】
また、ＲＦスパッタを用いた場合には、帯電を回避する方法として、マグネットの位置をターゲット内で移動させることが好ましい。具体的な運動の方法は、使用するスパッタ装置によって選択することができ、揺動させたり、回転運動させたりすることができる。 図５に例示するスパッタ装置４０では、ターゲット４７の下方にマグネット４２が備えられ、このマグネット４２がターゲット４７の下方で回転運動できる構成とされている。
【００６３】
また、チャンバ４１内には、できるだけ不純物を残さないことが好ましいので、スパッタ装置４０の到達真空度は、少なくとも１．０×１０−３Ｐａ以下であることが好ましい。
【００６４】
また、詳細な図示を省略するが、スパッタ装置４０のチャンバ４１内にドーパント供給手段を配置することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体にドナー不純物やアクセプター不純物等のドーパントを添加して各層を成膜することができる。また、ターゲットに予めドーパントを混合して成膜処理を行なうこともでき、その他、チャンバの外部からチャンバ内へ向けてドーパントを供給する構成とすることも可能である。
【００６５】
本実施形態で用いるスパッタ装置４０には、上述したように、チャンバ４１内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給するための反応ガス供給手段５０と、チャンバ４１内の圧力を検知する圧力モニタ５１と、圧力モニタ５１の検知信号Ａに基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を制御するための流量制御手段５２とが設けられている。
【００６６】
反応ガス供給手段５０は、チャンバ４１内に窒素原子含有ガス（Ｎ２）及び不活性ガス（Ａｒ）の各反応ガスを、適宜供給量を調整して供給するものであり、図５に示す例では、配管５３ａ、５３ｂを介してチャンバ４１に各反応ガスを供給できるように構成されている。また、図示例では、配管５３ａが窒素原子含有ガスの供給管とされ、配管５３ｂが不活性ガスの供給管とされている。
【００６７】
圧力モニタ５１は、チャンバ４１内の圧力を検知して検知信号Ａとし、該検知信号Ａを、詳細を後述する窒素流量制御手段に送信する検出手段である。圧力モニタ５１は、チャンバ４１内の圧力を検知することにより、チャンバ４１内の圧力と相関する窒素原子量を検出することができる。
なお、図示例の圧力モニタ５１は、チャンバ４１の外壁に接続するように配置されているが、これには限定されず、例えば、チャンバ４１内に配置することも可能であり、適宜決定することが可能である。
【００６８】
窒素流量制御手段５２は、圧力モニタ５１から送信される検知信号Ａに基づき、内部に備えられる図示略の電磁バルブや制御回路等の手段によって窒素原子含有ガスの流量を制御するものであり、例えば、従来公知のマスフローコントローラ等を何ら制限無く用いることができる。また、窒素流量制御手段５２は、図示例では、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に向けて窒素原子含有ガスが供給される配管５３ａの経路に設けられている。
【００６９】
本実施形態のスパッタ装置４０は、チャンバ４１内と圧力モニタ５１との間を、詳細な図示を省略する配管等で接続し、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１で検知することにより、後述の動作形態において説明するように、圧力モニタ５１を、チャンバ４１内の窒素原子量検出手段として用いた構成としている。
【００７０】
上述のように、圧力モニタ５１が窒素流量検出手段として用いられてなるスパッタ装置４０の動作について、以下に説明する。
例えば、スパッタ装置４０を用いてＩＩＩ族窒化物半導体の成膜を繰り返した際、チャンバ４１の内壁や図示略のシールド部材に窒素原子を含むデポジションが付着する。その後、さらにＩＩＩ族窒化物半導体の成膜を繰り返すことにより、チャンバ４１内のデポジションが分解して窒素を発生するので、チャンバ４１内の活性な窒素量が増大し、チャンバ４１内の圧力が上昇する。この際、圧力モニタ５１がチャンバ４１内の圧力を検知し、その圧力に応じて検知信号Ａを窒素流量制御手段５２に向けて出力する。そして、窒素流量制御手段５２は、内部に備えられる図示略の制御回路において上記検知信号Ａに基づいて判定を行ない、検知信号Ａが予め設定された閾値よりも大きなチャンバ内圧力を示す信号であった場合には、図示略の電磁バルブを閉動作させて窒素原子含有ガスのチャンバ４１内への供給を減少させる。これにより、チャンバ４１内の窒素の量は、過多な状態から徐々に減少してゆき、これと同時に、チャンバ４１内の圧力も徐々に低下してゆく。そして、圧力モニタから窒素流量制御手段５２に向けて出力される検知信号Ａが、予め設定された閾値より小さいか、あるいは閾値と同じチャンバ内圧力を示す信号となった場合には、図示略の電磁バルブの開動作を行い、窒素原子含有ガスのチャンバ４１内への供給量を増加させる。
このように、チャンバ４１内の圧力が一定となるような制御を行なうことにより、チャンバ４１内の活性な窒素の量も一定に制御することが可能となる。また、本実施形態のスパッタ装置４０は、圧力モニタ５１がチャンバ４１内の窒素原子量検出手段として採用された構成なので、装置が簡便であるとともに、窒素量を正確に検出することが可能となる。
【００７１】
本実施形態のスパッタ装置４０は、上記構成により、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１で検知することでチャンバ４１内に存在する活性な窒素の量を検出し、その検出結果をフィードバックして窒素原子含有ガスの流量制御を行なうことにより、チャンバ４１内における活性窒素量を一定とし、常に同一のスパッタ条件を得ることができる。これにより、チャンバ４１内におけるＧａと窒素との比率を安定させ、結晶性に優れるＧａＮ結晶の層を、高効率で安定して基板上に成膜することが可能となる。
【００７２】
なお、チャンバ４１内の活性な窒素の量を検出するための方法としては、本実施形態のような圧力検知による方法の他、例えば、質量分析装置等を用いて窒素量を検出する方法があり、適宜採用することができる。
【００７３】
『積層半導体の形成』
本実施形態の製造方法を用いて、図１に示すような積層半導体１０を形成する際の各層の成膜方法について以下に詳述する。
【００７４】
「バッファ層の形成」
本実施形態の製造方法では、基板１１上に反応性スパッタ法によってバッファ層１２を形成することが好ましい。
また、基板１１を反応器（スパッタ装置）の中に導入した後、バッファ層１２を形成する前に、スパッタ法等の方法を用いて前処理を行うことが好ましい。このような前処理は、具体的には、基板１１をＡｒやＮ２のプラズマ中に曝す事によって表面を整えることができる処理である。例えば、ＡｒガスやＮ２ガスなどのプラズマを基板１１表面に作用させることで、基板１１表面に付着した有機物や酸化物を除去することができる。この場合、基板１１とチャンバとの間に電圧を印加すれば、プラズマ粒子が効率的に基板１１に作用する。このような前処理を基板１１に施すことにより、基板１１の表面１１ａ全面にバッファ層１２を成膜することができ、その上に成膜される膜の結晶性を高めることが可能となる。また、バッファ層１２を基板１１上に成膜する際、基板１１には湿式の前処理を行っても良い。
【００７５】
本実施形態では、上述した前処理を、イオン成分と、電荷を持たないラジカル成分とが混合された雰囲気で行なわれるプラズマ処理により、基板１１の表面を処理する方法を用いた工程としている。
ここで、基板の表面からコンタミ等を除去する際、例えば、イオン成分等を単独で基板表面に供給した場合には、エネルギーが強すぎて基板表面にダメージを与えてしまい、基板上に成長させる結晶の品質を低下させてしまうという問題がある。
本実施形態の前処理においては、上述のように、イオン成分とラジカル成分とが混合された雰囲気で行なわれるプラズマ処理を用いた方法とし、基板１１に適度なエネルギーを持つ反応種を作用させることにより、基板１１表面にダメージを与えずにコンタミ等の除去を行なうことが可能となる。このような効果が得られるメカニズムとしては、イオン成分の割合が少ないプラズマを用いることで基板表面に与えるダメージが抑制されることと、基板表面にプラズマを作用させることによって効果的にコンタミを除去できること等が考えられる。
【００７６】
上記方法で基板１１表面の前処理を行なった後、スパッタ装置内にアルゴン及び窒素ガスを導入し、基板１１の温度を５００℃程度にする。そして、基板１１側に高周波バイアスを印加するとともに、金属ＡｌからなるＡｌターゲット側にパワーを印加し、炉内の圧力を一定に保ちながら、基板１１上にＡｌＮからなるバッファ層１２を成膜する。
【００７７】
バッファ層１２を基板１１上に成膜する方法としては、スパッタ法の他、例えば、ＭＯＣＶＤ法、パルスレーザーデポジション（ＰＬＤ）法、パルス電子線堆積（ＰＥＤ）法等が挙げられ、適宜選択して用いることができるが、スパッタ法が最も簡便で量産にも適しているため、好適な方法である。なお、ＤＣスパッタを用いる場合、ターゲット表面のチャージアップを招き、成膜速度が安定しない可能性があるので、パルスＤＣスパッタ法とするか、ＲＦスパッタ法とすることが望ましい。また、バッファ層１２の成膜処理には、ターゲットや各成膜条件を変更することにより、上述のようなスパッタ装置４０を用いることも可能である。
【００７８】
「半導体層の形成」
バッファ層１２上には、ｎ型半導体層１４、発光層１５、ｐ型半導体層１６をこの順で積層することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層２０を形成する。本実施形態の製造方法では、上述したように、ｎ型半導体層１４の下地層１４ａ及びｎ型コンタクト層１４ｂを反応性スパッタ法によって形成した後、ｎ型クラッド層１４ｃ及びその上の発光層をＭＯＣＶＤ法で形成し、そして、ｐ型半導体層１６を構成するｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を反応性スパッタ法で形成する。
【００７９】
ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などが用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ４）や、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）やテトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。ＭＢＥ法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として利用できる。ｐ型にはＭｇ原料としては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）を用いる。
【００８０】
上述したような窒化ガリウム系化合物半導体は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎ以外に他のＩＩＩ族元素を含有することができ、必要に応じてＧｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂｅ等のドーパント元素を含有することができる。さらに、意図的に添加した元素に限らず、成膜条件等に依存して必然的に含まれる不純物、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含む場合もある。
【００８１】
そして、上述のようなスパッタ装置４０を用いて、反応性スパッタ法で基板１１上に半導体層を成膜する際は、まず、チャンバ４１内に、例えば、アルゴンガス及び窒素ガス等の反応ガスを供給し、ヒータプレート４４内に設けられた図示略の加熱手段によってヒータプレート４４を発熱させ、基板１１を所定の温度、つまり、基板１１上に成長させられる各層の成長温度に加温し、各層の成膜処理を行なう。
【００８２】
｛反応性スパッタ成膜条件｝
本実施形態では、半導体層２０の各層の内、下地層１４ａ、ｎ型コンタクト層１４ｂ、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を、反応性スパッタ法を用いて成膜する。このように、反応性スパッタ法を用いて半導体層を成膜する場合、例えば、以下に説明するような成膜条件で行なうことができる。ここで、反応性スパッタ法を用いてＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する場合に重要となる他のパラメータとしては、窒素原子含有ガスの分圧、成膜速度、基板温度、バイアス及びパワー等が挙げられる。
【００８３】
まず、スパッタ装置４０のチャンバ４１内のガス雰囲気は、窒素原子含有ガス（窒素：Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス等）を含む雰囲気とする。このような窒素原子含有ガスは、スパッタにより、プラズマ化されて窒素原子に分解して結晶成長の原料となる。また、ターゲット４７を効率よくスパッタするために、さらに、アルゴン（Ａｒ）等の重量が大きく反応性の低い不活性ガスを混入させた雰囲気とする。
チャンバ４１内のガス雰囲気中の窒素原子含有ガスの割合、例えば、窒素ガス（Ｎ２）とアルゴン（Ａｒ）の全流量に占める窒素ガス流量の比は、特に限定されず、基板温度等の他の条件を考慮しながら、適宜設定することができる。この際、窒素ガスの流量比が低すぎると、スパッタ原料が金属のまま付着する虞があり、窒素ガスの流量比が高すぎると、アルゴンの量が少なすぎ、スパッタ速度が低下したり、化学組成比がずれて結晶性が低下したりする。このため、特に結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体を積層するためには、チャンバ４１内の雰囲気中の窒素原子含有ガスの割合を２０〜８０％の範囲とし、残部が不活性ガスを含有するガスとされていることが最も好ましい。
なお、不活性ガスを含有するガスは、Ａｒなどの不活性ガスの他に、水素ガス（Ｈ２）など含有した構成としても良い。
【００８４】
また、反応性スパッタ法によってＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する際の成膜速度は、０．０１〜１０ｎｍ／秒の範囲とすることが好ましい。成膜速度が１０ｎｍ／秒を超えると積層されたＩＩＩ族窒化物半導体が結晶とならずに非晶質となり、０．０１ｎｍ／秒未満だとプロセスが無駄に長時間となり、工業生産に利用することが困難となる。
【００８５】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する際の基板温度について、本発明者等が鋭意実験したところ、一般に、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層をスパッタ法で形成するためには、基板温度を６００〜１２００℃の範囲とすること好ましいことが明らかとなった。基板温度が６００℃より低いと、基板面での反応種のマイグレーションが抑えられ、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体を形成するのが困難となる。また、基板温度が１２００℃を超えると、形成されたＩＩＩ族窒化物半導体が再分解を起こす虞がある。
【００８６】
また、ドナー不純物やアクセプター不純物等のドーパントを添加して半導体層の導電性を容易に制御するためには、基板温度を６００℃〜１０５０℃の範囲とすることが必要となる。基板温度を６００℃〜１０５０℃の範囲とすることで、点欠陥等の欠陥密度が少なく結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体を成長させることができる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体にドーパントを添加して導電性を容易に制御することが可能になる。
【００８７】
また、結晶成長中の基板１１表面における反応種のマイグレーションを活発にするためには、基板１１側に印加されるバイアス、及びターゲット４７側に印加されるパワーは大きいほうが好ましい。例えば、成膜時に基板１１に印加するバイアスは１．５Ｗ／ｃｍ２以上が好ましく、また、成膜時にターゲット４７に印加するパワーを１．５Ｗ／ｃｍ２〜５ｋＷ／ｃｍ２の範囲とすることが好ましい。
【００８８】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層の組成は、ターゲットに用いるＩＩＩ族金属の組成を所望の値に調整することによりコントロールすることができる。例えば、ＧａＮからなる層を形成する場合には、ターゲットにＧａ金属を用い、ＡｌＧａＮ層を形成する場合には、ターゲットにＡｌＧａ合金を用いれば良い。また、ＩｎＧａＮを形成する場合には、ＩｎＧａ合金を用いれば良い。ＩＩＩ族窒化物半導体の組成は、ターゲット４７のＩＩＩ族金属の組成に応じて変化するので、ターゲット４７の組成を実験的に求めることで、所望の組成のＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成することが可能となる。
あるいは、ＡｌＧａＮ層を積層する場合、例えば、ターゲットとしてＧａメタルとＡｌメタルの両方を併置してもよい。この場合には、ＧａメタルターゲットとＡｌメタルターゲットの表面積の比を変化させることにより、積層されるＡｌＧａＮ層の組成を制御することが可能となる。同様に、ＩｎＧａＮ層を積層する場合には、ＧａメタルターゲットとＩｎメタルターゲットの両方を併置することも可能である。
【００８９】
｛半導体層の成膜方法｝
以下に、半導体層２０を構成するｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６を成膜する際の手順について説明する。
【００９０】
（ｎ型半導体層の形成）
まず、基板１１上のバッファ層１２の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる下地層１４ａを形成する。
基板１１上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体からなる下地層１４ａを形成する方法としては、本実施形態のように、反応性スパッタ法を用いてＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる単結晶のバッファ層を形成し、その上に、反応性スパッタ法によって単結晶のＧａＮ層（下地層）を形成する方法がある。
【００９１】
本実施形態のように下地層１４ａを反応性スパッタ法で形成する場合、例えば、スパッタ法で形成するｎ型コンタクト層１４ｂと同一のスパッタ装置４０を使用して成膜処理を行うことができる。この場合、下地層については、チャンバ４１内にドナー不純物（Ｓｉ）からなるドーパント元素を供給せずにアンドープで成膜する。一方、ｎ型コンタクト層１４ｂと、ＭＯＣＶＤ法で成膜するｎ型クラッド層１４ｃについては、反応炉内にドナー不純物（Ｓｉ）からなるドーパント元素を供給して成膜することにより、ドナー不純物が添加されて導電性がｎ型に制御されたＧａＮ層が得られる。このように、下地層１４ａに加え、ｎ型コンタクト層１４ｂについてもスパッタ法を用いて成膜する方法とした場合には、製造設備（スパッタ装置）を共通化できるので、生産性が向上するとともに、製造コストを低減することが可能となる。
【００９２】
次に、下地層１４ａの上に、反応性スパッタ法を用いてｎ型コンタクト層１４ｂを成膜する。この際、ｎ型コンタクト層１４ｂの成膜に用いるスパッタ装置は、各種成膜条件を変更することにより、下地層１４ａの成膜に用いるものと同じスパッタ装置４０を用いることができる。
次に、ｎ型コンタクト層１４ｂの上に、ｎ型クラッド層１４ｃを、従来公知のＭＯＣＶＤ法を用いて成膜する。
【００９３】
なお、本実施形態では、ｎ型コンタクト層１４ｂ及びｎ型クラッド層１４ｃを形成する際、ドナー不純物を添加することにより、導電性がｎ型に制御されたＩＩＩ族窒化物半導体からなる層を成膜することができる。このようなドナー不純物としては、シリコン（Ｓｉ）元素を用いることが好ましいが、上述したように、Ｓｉの他、ＧｅやＳｎ等を用いることが可能である。
また、ドーパント元素としてＳｉ元素を用いて、スパッタ法によってＩＩＩ族窒化物半導体を形成する場合、チャンバ４１内における雰囲気ガス中のＧａ元素とＳｉ元素との比は、１：０．０００１〜１：０．００００１の範囲とされていることが好ましい。雰囲気ガス中のＧａ元素とＳｉ元素との比が上記範囲内であれば、導電性がｎ型に最適制御され、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体からなる層を成膜することができる。ドーパント元素として上述のようなドナー不純物を用いることにより、導電性がｎ型に制御されたＧａＮからなるｎ型コンタクト層１４ｂが得られる。
【００９４】
（発光層の形成）
ｎ型クラッド層１４ｃ上には、発光層１５を、従来公知のＭＯＣＶＤ法によって形成する。図１に例示するような、本実施形態で形成する発光層１５は、ＧａＮ障壁層に始まりＧａＮ障壁層に終わる積層構造を有しており、ＳｉドープのＧａＮからなる６層の障壁層１５ａと、ノンドープのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる５層の井戸層１５ｂとを交互に積層して形成する。
【００９５】
（ｐ型半導体層の形成）
発光層１５上、つまり、発光層１５の最上層となる障壁層１５ａ上には、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂからなるｐ型半導体層１６を、反応性スパッタ法で成膜する。
【００９６】
具体的には、まず、ＭｇをドープしたＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｐ型クラッド層１６ａを発光層１５（最上層の障壁層１５ａ）上に形成し、その上に、ＭｇをドープしたＡｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層１６ｂを形成する。この際、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの積層には、同じスパッタ装置を用いることができる。これらｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂからなるｐ型半導体層１６の成膜処理においては、例えば、チャンバ４１内にアクセプター不純物からなるドーパント元素を供給して成膜することにより、アクセプター不純物が添加されて導電性がｐ型に制御されたｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂが得られる。
【００９７】
アクセプター不純物としては、マグネシウム（Ｍｇ）元素を用いることが好ましいが、Ｍｇの他、ＢｅやＺｎ等を用いることが可能である。
また、ドーパント元素としてＭｇ元素を用いてＩＩＩ族窒化物半導体を形成する場合、４１チャンバ内における雰囲気ガス中のＧａ元素とＭｇ元素との比は、１：０．０１〜１：０．０００１の範囲とされていることが好ましい。雰囲気ガス中のＧａ元素とＭｇ元素との比が上記範囲内であれば、導電性がｐ型に最適制御され、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体からなる層を成膜することができる。
ドーパント元素として上述のようなアクセプター不純物を用いることにより、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂを、導電性がｐ型に制御されて１〜４×１０１６個／ｃｍ３のキャリア濃度を有するｐ型ＡｌＧａＮ単結晶から成膜することが出来る。
【００９８】
ここで、本実施形態の製造方法においては、上述したように、半導体層２０の内、ｎ型半導体層１４を構成する下地層１４ａ、ｎ型コンタクト層１４ｂ、ｐ型コンタクト層１６を構成するｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を、反応性スパッタ法を用いて成膜する際、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１によって検知し、この検知信号Ａに基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段５２によって制御しながら成膜する方法としている。
【００９９】
具体的には、上述したように、例えば、図５に示すようなスパッタ装置４０を用いてＩＩＩ族窒化物半導体の成膜を繰り返した際、チャンバ４１の内壁や図示略のシールド部材に窒素原子等からなるデポジションが付着し、このデポジションが分解して窒素が発生し、チャンバ４１内において活性な窒素量が増大し、チャンバ４１内の圧力が高くなる。このように、チャンバ４１内の圧力上昇を検知することで、チャンバ４１内において過量となった窒素の量を検出し、この検知信号Ａを流量制御手段５２に入力することにより、該流量制御手段５２は、チャンバ４１内への窒素原子含有ガスの流通量を減少させる。そして、チャンバ４１内の窒素原子含有ガスの流通量が過多な状態から徐々に減少してゆくのに伴ってチャンバ４１内の圧力が低下してゆくと、圧力モニタ５１によって圧力低下が検知され、これに基づく検知信号Ａを流量制御手段５２に入力する。該流量制御手段５２は、圧力モニタ５１から入力される検知信号Ａに基づき、チャンバ４１内への窒素原子含有ガスの流通量を再び増加させる。
ここで、チャンバ４１内への窒素原子含有ガスの流通量を上記方法で制御しながらＩＩＩ族窒化物半導体の成膜を行なう際は、上述したように、チャンバ４１内のガス雰囲気中の窒素原子含有ガスの割合が最適な範囲となるように、基板温度等の他の条件を考慮しながら、窒素原子含有ガスの流通量を適宜制御することが好ましい。
【０１００】
本実施形態の製造方法では、上記手順のように、チャンバ４１内に存在する活性な窒素の量を検出し、その検出結果をフィードバックして窒素原子含有ガスの流量制御を行なうことにより、チャンバ４１内における活性窒素量を一定とし、常に同一のスパッタ条件を得ることができる。これにより、チャンバ４１内におけるＧａと窒素との比率を安定させ、結晶性に優れるＧａＮ結晶の層を、高効率で安定して基板上に成膜することが可能となる。
【０１０１】
なお、本実施形態の製造方法においては、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１で検知することにより、チャンバ４１内に存在する活性な窒素の量を検出する方法としているが、窒素量の検出手段として、例えば、質量分析装置等を採用することも可能である。
【０１０２】
以上説明したような、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法によれば、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１で検知し、該圧力モニタ５１の検知信号Ａに基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段５２によって制御する方法なので、チャンバ４１内の窒素量を圧力検知によって検出することができ、チャンバ４１内の圧力に応じて、この活性窒素の量が一定になるように窒素原子含有ガスの供給量を制御することができ、常に同一のスパッタ成膜条件を得ることが可能となる。これにより、チャンバ４１内におけるＧａと窒素との比率を安定させ、良好な特性を有するＩＩＩ族窒化物半導体の層を、高効率で安定して基板１１上に成膜することが可能となる。従って、良好な結晶性を有するＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を、スパッタ法を用いて高効率で安定して基板上に成膜することが可能となる。
【０１０３】
「交互にプラズマを発生させて成膜する積層半導体の形成」
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法では、図５に示すようなスパッタ装置４０を用い、チャンバ４１内の窒素量を圧力検知によって検出し、チャンバ４１内の圧力に応じて、活性窒素の量が一定になるように窒素原子含有ガスの供給量を制御するとともに、さらに、以下に説明するような、ターゲット４７をスパッタして原料粒子を基板１１上に供給する第１プラズマを発生させる第１プラズマ発生工程と、窒素元素を含む第２プラズマを発生させる第２プラズマ発生工程とを交互に行なって、チャンバ４１内に第１プラズマと第２プラズマとを交互に供給する方法を採用することができる。
【０１０４】
また、本実施形態の製造方法は、上述の第１プラズマ発生工程と第２プラズマ発生工程との間に、チャンバ４１内の雰囲気を第２プラズマ発生工程のためのガス雰囲気とする第１−第２ガス入れ替え工程を備えるとともに、第２プラズマ発生工程と第１プラズマ発生工程との間に、チャンバ４１内の雰囲気を第１プラズマ発生工程のためのガス雰囲気とする第２−第１ガス入れ替え工程を備えた方法とすることができる。
【０１０５】
また、本実施形態においては、上述の第１プラズマ発生工程を行なう前に、チャンバ４１内の雰囲気を第１プラズマ発生工程のためのガス雰囲気とする前工程を行なう。この前工程は、反応ガス供給手段５０から配管５３ｂを介して、チャンバ４１内にアルゴンガス（不活性ガス）を供給することによって行なわれる。
【０１０６】
なお、本実施形態の製造方法で得られるＩＩＩ族窒化物半導体は、詳細を後述する発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）のような、発光素子や受光素子等の光電気変換素子の他、ＨＢＴやＨＥＭＴ等の電子デバイスにも用いることができる。これらの半導体素子は各種構造のものが多数知られており、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体の積層構造体の素子構造は、これら周知の素子構造を含めて何ら制限されない。
【０１０７】
［ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法］
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法は、図３（図１も参照）に例示するようなＩＩＩ族窒化物半導体から各々なるｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６が順に積層された半導体層２０を備えてなるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子（以下、発光素子と略称することがある）１を製造する際、半導体層２０の内の少なくとも一部を、上述したような本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法によって形成する。本例では、半導体層２０の内、ｎ型半導体層１４を構成する下地層１４ａ及びｎ型コンタクト層１４ｂと、ｐ型半導体層１６を構成するｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を、上記製造方法で形成する。
【０１０８】
＜発光素子の積層構造＞
図２及び図３は、本実施形態の発光素子の製造方法の一例を説明するための図であり、基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる各層が形成された積層半導体１０（図１参照）を用いて発光素子１を構成した例を示す概略図で、図２は平面図、図３は断面図である。
本実施形態の発光素子１は、上記製造方法で製造された積層半導体１０のｐ型半導体層１６上に透光性正極１７が積層され、その上に正極ボンディングパッド１８が形成されるとともに、ｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ｂに形成された露出領域１４ｄに負極１９が積層されて概略構成される。
【０１０９】
『透光性正極』
透光性正極１７は、上述した積層半導体１０のｐ型半導体層１６（ｐ型コンタクト層１６ｂ）上に形成される透光性の電極である。
透光性正極１７の材質としては、特に限定されず、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３）等の材料を、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。また、その構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
また、透光性正極１７は、Ｍｇがドープされたｐ型半導体層１６上のほぼ全面を覆うように形成しても構わないし、隙間を開けて格子状や樹形状に形成しても良い。
【０１１０】
『正極ボンディングパッド及び負極』
正極ボンディングパッド１８は、上述の透光性正極１７上に形成される電極である。
正極ボンディングパッド１８の材料としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ及びＣｕ等を用いた各種構造が周知であり、これら周知の材料、構造のものを何ら制限無く用いることができる。
正極ボンディングパッド１８の厚さは、１００〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。また、ボンディングパッドの特性上、厚さが大きい方が、ボンダビリティーが高くなるため、正極ボンディングパッド１８の厚さは３００ｎｍ以上とすることがより好ましい。さらに、製造コストの観点から５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１１１】
負極１９は、基板１１上に、ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６が順次積層された半導体層において、ｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ｂに接するように形成される。このため、負極１９を設ける際は、ｐ型半導体層１６、発光層１５及びｎ型半導体層１４の一部を除去することにより、ｎ型コンタクト層１４ｂの露出領域１４ｄを形成し、この上に負極１９を形成する。
負極１９の材料としては、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。
【０１１２】
＜発光素子の製造方法＞
以下に、図２及び図３に示すような発光素子１の製造方法の一例について説明する。
本実施形態の発光素子１の製造方法は、上記製造方法で得られた積層半導体１０を用い、該積層半導体１０のｐ型半導体層１６上に透光性正極１７を積層し、その上に正極ボンディングパッド１８を形成するとともに、ｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ｂに形成された露出領域１４ｄに負極１９を積層する方法である。
【０１１３】
『透光性正極の形成』
上述のような方法により、基板１１上に、バッファ層１２及び半導体層が積層された積層半導体１０のｐ型コンタクト層１６ｂ上に、ＩＴＯからなる透光性正極１７を形成する。透光性正極１７の形成方法としては、特に限定されず、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。また、その構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
【０１１４】
また、上述したように、透光性正極１７の材料は、ＩＴＯには限定されず、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ等の材料を用いて形成することが可能である。
また、透光性正極１７を形成した後、合金化や透明化を目的とした熱アニールを施す場合もあるが、施さなくても構わない。
【０１１５】
『正極ボンディングパッド及び負極の形成』
積層半導体１０上に形成された透光性正極１７上に、さらに、正極ボンディングパッド１８を形成する。この正極ボンディングパッド１８は、例えば、透光性正極１７の表面側から順に、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕの各材料を、従来公知の方法で積層することによって形成することができる。
【０１１６】
また、負極１９を形成する際は、まず、基板１１上に形成された発光層１５、ｐ型半導体層１６、及びｎ型半導体層１４の一部をドライエッチング等の方法によって除去することにより、ｎ型コンタクト層１４ｂの露出領域１４ｄを形成する（図２及び図３参照）。そして、この露出領域１４ｄ上に、例えば、露出領域１４ｄ表面側から順に、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＡｕの各材料を、従来公知の方法で積層することにより、４層構造の負極１９を形成することができる。
【０１１７】
そして、上述のようにして、積層半導体１０上に、透光性正極１７、正極ボンディングパッド１８及び負極１９を設けたウェーハを、基板１１の裏面を研削及び研磨してミラー状の面とした後、例えば、３５０μｍ角の正方形に切断することにより、発光素子チップ（発光素子１）とすることができる。
【０１１８】
以上説明したような、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１の製造方法によれば、発光層２０の少なくとも一部、本例では、ｎ型半導体層１４を構成する下地層１４ａ及びｎ型コンタクト層１４ｂと、ｐ型半導体層１６を構成するｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を、上記製造方法によって単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体から形成する方法としているので、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を備え、優れた発光特性を有するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られる。
【０１１９】
［ランプ］
以上説明したような、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせることにより、当業者周知の手段によってランプを構成することができる。従来より、発光素子と蛍光体と組み合わせることによって発光色を変える技術が知られており、このような技術を何ら制限されることなく採用することが可能である。
例えば、蛍光体を適正に選定することにより、発光素子より長波長の発光を得ることも可能となり、また、発光素子自体の発光波長と蛍光体によって変換された波長とを混ぜることにより、白色発光を呈するランプとすることもできる。
また、ランプとしては、一般用途の砲弾型、携帯のバックライト用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等、何れの用途にも用いることができる。
【０１２０】
例えば、図４に示す例のように、同一面電極型のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１を砲弾型に実装する場合には、２本のフレームの内の一方（図４ではフレーム３１）に発光素子１を接着し、また、発光素子１の負極（図３に示す符号１９参照）をワイヤー３４でフレーム３２に接合し、発光素子１の正極ボンディングパッド（図３に示す符号１８参照）をワイヤー３３でフレーム３１に接合する。そして、透明な樹脂からなるモールド３５で発光素子１の周辺を封止することにより、図４に示すような砲弾型のランプ３を作成することができる。
本実施形態のランプ３は、上記本実施形態の製造方法によって得られる発光素子１が用いられてなるので、発光特性に優れたものとなる。
【実施例】
【０１２１】
次に、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法、及びＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を、実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【０１２２】
本実施例では、基板１１上に各層を成膜し、最終的に、図１に示す断面模式図のようなＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子の積層半導体１０を作製した。この際、本例では、サファイアからなる基板１１のｃ面上に、バッファ層１２としてＲＦスパッタ法を用いてＡｌＮからなる単結晶層を形成し、その上に、ｎ型半導体層１４として、単結晶のＧａＮからなる下地層１４ａ、及びドナー不純物がドープされたｎ型コンタクト層１４ｂを反応性スパッタ法で順次成膜し、このｎ型コンタクト層１４ｂ上に、ｎ型クラッド層１４ｃを従来公知のＭＯＣＶＤ法で成膜した。そして、この上に、同様のＭＯＣＶＤ法によって発光層１５を成膜し、該発光層１５上に、ｐ型半導体層１６として、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂの各層を、反応性スパッタ法を用いてこの順で積層し、積層半導体１０のサンプルを作製した。
【０１２３】
［実施例］
本実施例においては、以下に説明するような手順により、積層半導体１０のサンプルを作製した。
【０１２４】
『バッファ層の形成』
まず、表面を鏡面研磨した直径２インチの（０００１）ｃ面サファイアからなる基板１１を、フッ酸及び有機溶媒によって洗浄した後、スパッタ装置のチャンバ中へ導入した。この際、スパッタ装置としては、高周波式の電源部を備え、ターゲット内でマグネットを回転させることにより、磁場の掛かる位置を動かすことができる機構を備えたものを使用した。
【０１２５】
そして、スパッタ装置のチャンバ内で基板１１を５００℃まで加熱し、窒素ガスを１５ｓｃｃｍの流量で導入した後、チャンバ内の圧力を１．０Ｐａに保持し、基板１１に５０Ｗの高周波バイアスを印加しながら窒素プラズマに晒すことにより、基板１１の表面を洗浄した。
【０１２６】
次いで、基板１１の温度を５００℃に保持し、チャンバ内にアルゴン及び窒素ガスを導入した。そして、基板１１側にバイアスを印加せず、２０００Ｗの高周波パワーを金属Ａｌターゲット側に印加し、炉内の圧力を０．５Ｐａに保ち、Ａｒガスを５ｓｃｃｍ、窒素ガスを１５ｓｃｃｍの流量で流通させた条件（ガス全体に対する窒素の比は７５％）で、サファイアからなる基板１１上にＡｌＮからなるバッファ層１２を成膜した。この際の成長速度は０．１２ｎｍ／ｓであった。
【０１２７】
なお、ターゲット内のマグネットは、基板１１の洗浄時、及びバッファ層１２の成膜時の何れの際も回転させた。そして、５０ｎｍのＡｌＮからなるバッファ層を成膜した後、プラズマを立てるのを停止した。以上の手順により、基板１１上に、５０ｎｍの厚さの単結晶のＡｌＮからなるバッファ層１２を形成した。
【０１２８】
『下地層の形成』
次に、バッファ層１２が形成された基板１１を、反応性スパッタ法によってＧａＮからなる下地層を成長させるため、図５に示すようなスパッタ装置４０のチャンバ４１内へ搬送した。ここで、ＧａＮの成膜に使用するスパッタ装置４０としては、高周波式の電源部を有し、四角形のＧａターゲット内をマグネットがスイープすることで磁場の掛かる位置を動かすことができる機構を備えたものを使用した。また、このスパッタ装置４０は、図５に示すように、チャンバ４１内の圧力を検知可能な圧力モニタ５１からなる窒素量検出手段を備え、また、圧力モニタ５１からの検知信号に基づき、反応ガス供給手段５０からチャンバ４１内に供給される窒素原子含有ガスの流通量を制御する流量制御手段５２が備えられている。そして、上記方法で基板１１上に成膜されたバッファ層１２上に、反応性スパッタ法によってＧａＮ層を成膜した。この際、ターゲット４７下方のマグネット４２を回転させながら成膜処理を行なうとともに、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタ５１で検知し、この検知信号を流量制御手段５２に入力することで、図示略の電磁バルブの開閉動作を行なうことにより、チャンバ４１内の窒素量を一定範囲に保持しながら成膜処理を行なった。
【０１２９】
まず、ヒータ４４の昇温によって基板１１の温度を９５０℃まで加熱した後、基板１１をこの温度に保持しながら、チャンバ４１内にアルゴン（Ａｒ）ガス及び窒素（Ｎ２）ガスを導入し、１ｋＷの高周波パワーを金属Ｇａからなるターゲット４７側に印加するとともに、１００Ｗのバイアスを基板１１側に印加した。次いで、炉内の圧力を０．５〜１Ｐａの範囲に保ちながら、基板４１とターゲット４７間の距離ＴＳを１１０ｍｍ、Ａｒガスを１５ｓｃｃｍ、窒素ガスを５ｓｃｃｍの流量で流通させた条件（ガス全体に対する窒素の比は２５％）で成膜処理を開始した。そして、チャンバ４１内の圧力を圧力モニタで検出し、この検出信号を流量制御手段５２に入力することによってチャンバ４１内の窒素量が一定範囲となるように制御しながら成膜処理を行なった。
【０１３０】
このようにして約６０分間の成膜処理を行い、バッファ１２層上に、約６μｍの膜厚のＧａＮからなる下地層１４ａを成膜した後、プラズマを立てるのを停止した。
成膜後にチャンバ４１内から取り出した基板は無色透明であり、ＧａＮ層（下地層１４ａ）の表面は鏡面であった。また、成膜された下地層１４ａは、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が３４秒、（１０−１０）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が１９０秒であり、結晶性に優れた層であることが確認できた。
【０１３１】
また、さらに、同じスパッタ装置４０を用いて、表面にバッファ層１２が形成された基板１１をチャンバ４１内に搬入し、上記同様の下地層１４ａの成膜処理を、その都度、基板１１を入れ替えながら計１０回（基板計１０枚）行った。この際、チャンバ４１の洗浄作業等は行わず、１０回の成膜処理を連続して行った。この際、２ラン目以降は、圧力検知の機能により、Ｎ２の流量は１ラン目と同じにはならず、少なめとなった。
そして、最後に下地層１４ａの成膜処理を行なった後にチャンバ４１内から取り出した基板は、初回成膜処理の際と同様に無色透明であり、ＧａＮ層（下地層１４ａ）の表面は鏡面であった。また、成膜された下地層１４ａは、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が３７秒、（１０−１０）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が２０３秒であり、初回成膜処理の際と同様に、結晶性に優れた層が形成されていることが確認できた。
【０１３２】
『ｎ型コンタクト層の形成』
次いで、下地層１４ａの上に、ＧａＮからなるｎ型コンタクト層１４ｂを、反応性スパッタ法を用いて形成した。この際、スパッタ装置としては、下地層１４ａの成膜に用いたスパッタ装置４０を同じものを使用し、チャンバ４１内の窒素量について同様に制御しながら成膜処理した。
【０１３３】
まず、チャンバ４１内にアルゴン及び窒素ガスを導入した後、基板１１の温度を１０００℃まで上昇させた。そして、２ｋＷの高周波パワーを金属Ｇａからなるターゲット４７側に印加し、チャンバ４１内の圧力を０．５Ｐａに保ちながら、Ａｒガスを５ｓｃｃｍ、窒素ガスを１５ｓｃｃｍの流量で流通させた条件（ガス全体に対する窒素の比は７５％）で、チャンバ４１内の窒素量を上記同様の方法で制御しながら、下地層１４ａ上に、ＧａＮからなるｎ型コンタクト層１４ｂを成膜した。この際、チャンバ４１内にＳｉからなるドーパント元素を配置することにより、ｎ型コンタクト層１４ｂをなすＧａＮ結晶中にＳｉをドープした。また、この際の成長速度は、おおよそ２μｍ／ｓであった。そして、ＧａＮからなるｎ型コンタクト層１４ｂを成膜した後、プラズマを立てるのを停止した。
このような手順により、１×１０１９ｃｍ−３の電子濃度を有し、２μｍの膜厚のＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層１４ｂを成膜した。
【０１３４】
『ｎ型クラッド層の形成』
次いで、ｎ型コンタクト層１４ｂを形成した基板１１をＭＯＣＶＤ装置の炉内に搬送し、上記手順で作製したサンプルのｎ型コンタクト層１４ｂ上に、従来公知のＭＯＣＶＤ法を用いて、１×１０１８ｃｍ−３の電子濃度を有する２０ｎｍのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｎ型クラッド層１４ｃを成膜した。
【０１３５】
『発光層の形成』
次いで、上記手順で作製したサンプルのｎ型クラッド層１４ｃ上に、従来公知のＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＮからなる障壁層１５ａと、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる井戸層１５ｂとから構成され、多重量子井戸構造を有する発光層１５を形成した。この、発光層１５の形成にあたっては、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型クラッド層１４ｃ上に、まず、障壁層１５ａを形成し、この障壁層１５ａ上に、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる井戸層１５ｂを形成した。このような積層手順を５回繰り返した後、５番目に積層した井戸層１５ｂ上に、６番目の障壁層１５ａを形成し、多重量子井戸構造を有する発光層１５の両側に障壁層１５ａを配した構造とした。
【０１３６】
すなわち、基板温度を７５０℃とし、窒素ガスキャリアを流通させながら、アンモニア、ＴＥＧ及びモノシランを炉内へ供給することにより、１６ｎｍの膜厚を有するＧａＮからなる障壁層１５ａを形成した。
【０１３７】
次いで、障壁層１５ａの成長を終了させた後、基板１１の温度や炉内の圧力、キャリアガスの流量や種類はそのままとして、ＴＥＧ及びＴＭＩのバルブを切り替えてＴＥＧ及びＴＭＩを炉内へ供給し、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる井戸層１５ｂを成長させた。これにより、３ｎｍの膜厚を有する井戸層１５ｂを形成した。
【０１３８】
井戸層１５ｂの成長を終了させた後、再び障壁層１５ａを成長させた。そして、このような手順を５回繰り返すことにより、５層の障壁層１５ａと５層の井戸層１５ｂを形成した。さらに、最後に積層した井戸層１５ｂ上に、障壁層１５ａを形成し、発光層１５とした。
【０１３９】
『ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層の形成』
上述の各工程処理によって得られたウェーハ上に、下地層１４ａ及びｎ型コンタクト層１４ｂの成膜に用いた装置と同じスパッタ装置４０を用いて、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂからなるｐ型半導体層１６を成膜した。また、この際、ｐ型半導体層１６にはＭｇをドープした。
【０１４０】
そして、最終的に、膜厚が１０ｎｍのＭｇドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｐ型クラッド層１６ａと、膜厚が２００ｎｍのＭｇドープＡｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層１６ｂとから構成されるｐ型半導体層１６を成膜した。
【０１４１】
上記工程で得られたＭｇドープＡｌＧａＮからなるｐ型コンタクト層１６ｂは、ｐ型キャリアを活性化するためのアニール処理を行わなくてもｐ型を示し、キャリア濃度は３×１０１６個／ｃｍ３であった。
【０１４２】
上述のようにして作製したＬＥＤ用のエピタキシャルウェーハは、図１に示す積層半導体１０のように、ｃ面を有するサファイアからなる基板１１上に、単結晶構造を持つＡｌＮ層（中間層１２）を形成した後、基板１１側から順に、１μｍのアンドープＧａＮ層（下地層１４ａ）、５×１０１８ｃｍ−３の電子濃度を持つ２μｍのＳｉドープＧａＮ層（ｎ型コンタクト層１４ｂ）、１×１０１８ｃｍ−３の電子濃度を持つ２０ｎｍのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎクラッド層（ｎ型クラッド層１４ｃ）、ＧａＮ障壁層に始まってＧａＮ障壁層に終わり、層厚が１６ｎｍとされた６層のＧａＮ障壁層（障壁層１５ａ）と、層厚が３ｎｍとされた５層のノンドープのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層（井戸層１５ｂ）とからなる多重量子井戸構造（発光層１５）、膜厚が１０ｎｍのＭｇドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｐ型クラッド層１６ａと、膜厚が２００ｎｍのＭｇドープＡｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層１６ｂとから構成されるＭｇドープＡｌＧａＮ層（ｐ型半導体層１６）を積層した構造を有する。
【０１４３】
［比較例］
本比較例では、ＧａＮからなる下地層の成膜処理において、図５に示すスパッタ装置４０のような圧力モニタ５１からなる窒素量検出手段や流量制御手段５２が備えられていない従来のスパッタ装置を用い、チャンバ内の窒素量の検出並びに制御を行なわなかった点を除き、上記実施例と同様の手順で基板上にバッファ層を成膜し、その上にＧａＮからなる下地層及びｎ型コンタクト層を形成した。
【０１４４】
成膜後にチャンバ内から取り出した基板は無色透明であり、ＧａＮ層（下地層）の表面は鏡面であった。また、成膜された下地層は、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が３６秒、（１０−１０）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が１９５秒であり、結晶性に優れた層であることが確認できた。
【０１４５】
さらに、上記実施例と同様、従来のスパッタ装置を用いて、表面にバッファ層が形成された基板をチャンバ内に搬入し、上記同様の下地層の成膜処理を、その都度、基板を入れ替えながら計１０回（基板計１０枚）行った。この際、チャンバの洗浄作業等は行わず、１０回の成膜処理を連続して行った。この際、本比較例では圧力検知の機能がないため、２ラン目以降も、Ｎ２の供給量は常に１ラン目と同じであった。
そして、最後に下地層の成膜処理を行なった基板をチャンバ内から取り出した基板の状態を目視確認したところ、基板表面（下地層）が黄色みを帯びた状態であった。また、成膜された下地層は、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が１５０秒、（１０−１０）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅が３４０秒であり、初回成膜処理の際に比べ、結晶性の低い層となっていることが明らかとなった。
これは、従来のスパッタ装置のチャンバ内でＧａＮの成膜処理を繰り返すことにより、チャンバの内壁やシールド部材等にデポジションが付着し、このデポジションが成膜処理の際に分解されることでチャンバ内に窒素が放出され、チャンバ内の雰囲気ガス中における窒素量が過剰な状態となり、ＧａＮ結晶（下地層）内に多くのＧａの欠損が生じたためと考えられる。
【０１４６】
以上の結果により、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法によって得られるＩＩＩ族窒化物半導体が、素子特性に優れていることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体の一例を模式的に説明する図であり、積層半導体の断面構造を示す概略図である。
【図２】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体の一例を模式的に説明する図であり、ＩＩＩ族窒化物半導体によって構成される発光素子の平面構造を示す概略図である。
【図３】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体の一例を模式的に説明する図であり、ＩＩＩ族窒化物半導体によって構成される発光素子の断面構造を示す概略図である。
【図４】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を用いて構成したランプを模式的に説明する概略図である。
【図５】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法の一例を模式的に説明する図であり、スパッタ装置の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１…ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子（発光素子）、１０…積層半導体（ＩＩＩ族窒化物半導体）、１１…基板、１１ａ…表面、１２…バッファ層、１４…ｎ型半導体層、１４ａ…下地層（ＩＩＩ族窒化物半導体）、１４ｂ…ｎ型コンタクト層（ＩＩＩ族窒化物半導体）、１５…発光層、１６…ｐ型半導体層（ＩＩＩ族窒化物半導体）、１６ａ…ｐ型クラッド層（ＩＩＩ族窒化物半導体）、１６ｂ…ｐ型コンタクト層（ＩＩＩ族窒化物半導体）、３…ランプ、４０…スパッタ装置、４１…チャンバ、４７…ターゲット、５０…反応ガス供給手段、５１…圧力モニタ、５２…流量制御手段、６０…プラズマ、Ａ…検知信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に基板及びＧａ元素を含有するターゲットを配置するとともに、反応ガス供給手段によって前記チャンバ内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給し、前記基板上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体をプラズマによる反応性スパッタ法で形成するＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法であって、
前記チャンバ内の圧力を圧力モニタで検知し、該圧力モニタの検知信号に基づき、前記反応ガス供給手段から前記チャンバ内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段によって制御することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項２】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体を形成する際の前記チャンバ内が、前記窒素原子含有ガスが２０〜８０％の範囲で含有され、残部が少なくとも不活性ガスを含有するガス雰囲気とされていることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項３】
前記窒素原子含有ガスが窒素ガス（Ｎ２）とされ、前記不活性ガスがアルゴンガス（Ａｒ）とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項４】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体を形成する際の、前記基板の温度が６００℃〜１０５０℃の範囲とされていることを特徴とする請求項１〜３の何れか1項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項５】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体を形成する際の前記チャンバ内の圧力が０．０１〜１０Ｐａの範囲であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項６】
基板上に、少なくともＩＩＩ族窒化物半導体から各々なるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を順次積層して半導体層を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記半導体層の少なくとも一部を、請求項１〜５の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法によって形成することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか１項に記載の製造方法によって製造されるＩＩＩ族窒化物半導体。
【請求項８】
請求項６に記載の製造方法によって得られるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が用いられてなるランプ。
【請求項１０】
チャンバ内に基板及びＧａ元素を含有するターゲットを配置するとともに、前記チャンバ内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給する反応ガス供給手段を備え、前記基板上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体をプラズマによる反応性スパッタ法で形成するＩＩＩ族窒化物半導体製造装置であって、
前記チャンバ内の圧力を検知する圧力モニタが備えられているとともに、該圧力モニタの検知信号に基づき、前記反応ガス供給手段から前記チャンバ内に供給される窒素原子含有ガスの流通量を制御する流量制御手段が備えられていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体製造装置。
【請求項１】
チャンバ内に基板及びＧａ元素を含有するターゲットを配置するとともに、反応ガス供給手段によって前記チャンバ内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給し、前記基板上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体をプラズマによる反応性スパッタ法で形成するＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法であって、
前記チャンバ内の圧力を圧力モニタで検知し、該圧力モニタの検知信号に基づき、前記反応ガス供給手段から前記チャンバ内に供給する窒素原子含有ガスの流通量を流量制御手段によって制御することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項２】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体を形成する際の前記チャンバ内が、前記窒素原子含有ガスが２０〜８０％の範囲で含有され、残部が少なくとも不活性ガスを含有するガス雰囲気とされていることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項３】
前記窒素原子含有ガスが窒素ガス（Ｎ２）とされ、前記不活性ガスがアルゴンガス（Ａｒ）とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項４】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体を形成する際の、前記基板の温度が６００℃〜１０５０℃の範囲とされていることを特徴とする請求項１〜３の何れか1項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項５】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体を形成する際の前記チャンバ内の圧力が０．０１〜１０Ｐａの範囲であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項６】
基板上に、少なくともＩＩＩ族窒化物半導体から各々なるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を順次積層して半導体層を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記半導体層の少なくとも一部を、請求項１〜５の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法によって形成することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか１項に記載の製造方法によって製造されるＩＩＩ族窒化物半導体。
【請求項８】
請求項６に記載の製造方法によって得られるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が用いられてなるランプ。
【請求項１０】
チャンバ内に基板及びＧａ元素を含有するターゲットを配置するとともに、前記チャンバ内に窒素原子含有ガス及び不活性ガスを供給する反応ガス供給手段を備え、前記基板上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体をプラズマによる反応性スパッタ法で形成するＩＩＩ族窒化物半導体製造装置であって、
前記チャンバ内の圧力を検知する圧力モニタが備えられているとともに、該圧力モニタの検知信号に基づき、前記反応ガス供給手段から前記チャンバ内に供給される窒素原子含有ガスの流通量を制御する流量制御手段が備えられていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１５５６７２（Ｐ２００９−１５５６７２Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３２６７８（Ｐ２００７−３３２６７８）
【出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【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２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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